KR20050023962A - 세탁기의 포량 감지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전 제동시 발생된 제동토크와 에너지 보존 법칙을 이용하여 포량을 감지하여 마찰력으로 인한 포량 감지 오차를 줄이고 정확도 및 신뢰도가 높은 세탁기의 포량 감지 방법에 관한 것으로서, 모터의 알피엠이 설정 알피엠에 이르도록 상기 모터를 가속하는 가속 단계와; 상기 가속 단계에 의해 모터의 알피엠이 설정 알피엠에 이르면 정속으로 유지시키는 정속 유지 단계와; 상기 정속 유지 단계 이후에 모터를 발전 제동으로 오프시키는 감속 단계와; 상기 정속 유지 단계의 펄스폭 변조 듀티값 평균과 각속도를 측정함과 아울러 상기 감속 단계의 회전각도를 측정하는 측정 단계와; 상기 측정 단계의 측정치와 상기 정속 유지 단계의 에너지 방정식과 상기 감속 단계의 에너지 방정식을 이용하여 포의 관성모멘트를 산출하는 산출단계와; 상기 산출단계에서 산출된 포의 관성모멘트로 포량을 판정하는 판정단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

세탁기의 포량 감지 방법{Clothes amount sensing method of washing machine}
본 발명은 세탁기의 포량 감지 방법에 관한 것으로서, 특히 세탁조 회전시 걸리는 마찰토크와 모터 발전 제동시의 제동토크를 이용하여 포량을 감지하는 세탁기의 포량 감지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 세탁기는 세제와 물의 작용을 이용하여 포에 묻어 있는 오염 물질을 제거하는 기기로서, 최근에는 포의 포량을 감지하여 세탁수위, 세탁시간, 세제량, 헹굼 및 세탁 수류 등을 결정하고 세탁, 헹굼, 탈수, 건조 등을 수행하는 추세이다.
도 1은 일반적인 세탁기 일예의 내부 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 케이싱(2)과, 상기 케이싱(2) 내부에 장착되어 세탁수(w)가 담겨지는 저수조(10)와, 상기 저수조(10)의 내부에 회전 가능하게 위치되어 포(m)가 수용되는 세탁조(20)와, 상기 세탁조(20)를 지지함과 아울러 회전 구동시키는 모터(30)를 포함하여 구성된다.
상기 케이싱(2)은 일면에 포 출입홀(2a)이 형성되고, 포 출입홀(2a)을 개폐하기 위한 도어(4)가 장착된다.
상기 도어(4)는 케이싱(2)에 회동 가능하게 연결된 도어 프레임(5)과, 상기 도어 프레임(5)에 장착된 도어 글래스(6)로 구성된다.
상기 세탁조(20)는 포(m)가 출입될 수 있는 포 출입홀(21)이 형성되고, 세탁수(w)가 유출입될 수 있도록 수공(22)이 형성된다.
상기 모터(30)는 회전축(32)이 상기 저수조(10)를 관통하면서 저수조(10)에 베어링(34)으로 지지되고 그 선단이 상기 세탁조(20)에 연결된다.
또한, 상기 세탁기는 외부에서 급수되는 세탁수를 상기 저수조(10) 내로 공급하는 급수장치를 더 포함하는 바, 상기 급수장치는 외부 호스(41)에 연결되어 외부 호스(41)를 통해 공급되는 깨끗한 물을 단속하는 급수 밸브(42)와, 세탁기 내부로 급수된 물을 미리 저장된 세제와 혼합한 후 배출하도록 세제 저장 공간과 급수 통로와 배출구가 형성된 세제통(43)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 세탁기는 상기 저수조(10) 내부의 세탁수(w)를 외부로 배수하는 배수장치를 더 포함하는 바, 상기 배수장치는 저수조(10)의 세탁수(w)가 안내되는 배수 호스(45,bellows tube)와, 배수되는 세탁수를 펌핑(또는 단속)하는 배수펌프(46,또는 배수밸브)로 구성된다.
한편, 상기 세탁기는 사용자의 조작 또는 감지된 포량에 따라 상기 모터(30)와 급수밸브(42)와 배수펌프(46)를 제어하는 제어부(49)를 포함하여 구성된다.
상기 제어부(49)는 상기 모터(30) 오프시의 발전을 회생/소비시키는 제동장치를 더 포함하여 구성된다.
도 2는 일반적인 세탁기의 제동장치가 도시된 블록 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 제동장치(50)는 상기 세탁기로 공급되는 상용 교류 전원을 직류 전압으로 변환 출력하는 정류부(51)와, 상기 정류부(51)에 의해 정류된 직류전압을 평활하는 평활부(52)와, 상기 정류부(51)를 통해 전달되는 직류전압으로 상기 모터(30)을 구동하는 모터 구동부(52)와, 상기 모터의 급정지시 상기 세탁기에 흐르는 전압을 감지하여 그 감지 결과에 의해 감지 전압을 생성 출력시키는 전압감지부(54)와, 상기 전압감지부(54)의 감지전압과 상기 세탁기에 기설정된 설정전압을 비교하는 전압비교부(55)와, 상기 전압비교부(55)의 비교 결과에 따라 제동저항(R)의 온/오프를 결정하는 스위치부(56)와, 상기 모터(30)의 회전위치와 속도 등의 동작 상태를 감지하는 센서(57)와, 상기 센서(57)에서 감지된 동작 상태에 따라 상기 모터(30)를 제어함과 아울러 제동시 세탁기의 과전압 방출에 관련된 제어를 행하는 마이컴(58)과, 상기 마이컴(58)의 제어 결과에 따라 제어 신호를 생성하여 상기 모터 구동부(52)로 출력하는 신호출력부(59)로 구성된다.
상기 제동장치(50)는 상기 모터(30)의 제동시 모터(30) 및 포의 관성 에너지가 전기에너지로 변환되어 상기 모터구동부(53)로 회생된 다음, 평활부(52)에 축적된다.
상기 마이컴(58)은 상기 평활부(52)에 축적되는 직류전압이 기설정된 기준전압보다 크면, 상기 스위치부(56)를 온시켜 상기 제동 저항(R)을 온시키고, 상기 제동 저항은 상기 평활부(52)로 축적되는 직류전압을 열로 소비시켜 상기 평활부(52) 등을 보호한다.
한편, 상기 마이컴(58)은 상기 평활부(52)에 축적되는 직류전압이 기설정된 기준전압보다 작으면, 상기 스위치부(56)를 오프시켜 상기 제동 저항(R)을 오프시키고, 상기 모터구동부(53)에서 회생된 직류전압은 상기 평활부(52)에 축적된다.
또한, 상기 제동장치(50)는 상기 모터(30)의 오프시 상기 제동저항(R)을 상기 전압감지부(54)의 감지 전압과 무관하게 온시키면, 발전된 전기가 회생되지 않고 열로 소비되고, 상기 제동저항(R)을 상기 전압감지부(54)의 감지 전압과 무관하게 오프시키면, 발전된 전류가 상기 평활부(52)로 흘러 축적된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 세탁조(20)의 내부로 포(m)를 투입한 후 상기 도어(4)를 닫고, 세탁기를 작동시키면, 상기 제어부(49)는 상기 모터(30)를 온/오프시켜 투입된 포(w)의 포량을 감지하고, 감지된 포량에 따라 세탁수위, 세탁시간, 세제량, 헹굼 및 세탁 수류 등을 설정하여, 세탁, 헹굼, 탈수를 차례로 실시한다.
즉, 상기 제어부(49)는 감지된 포량에 따라 상기 급수밸브(42)를 설정된 시간 동안 제어하여 세탁기 내부의 소정 수위까지 세탁수를 급수하고, 급수된 세탁수는 저수조(10) 내로 급수되어 저수조(10) 내에 담겨지게 된다. 그런 다음, 상기 제어부(49)는 모터(30)를 설정된 시간동안 설정된 회전수로 구동하여 상기 세탁조(20)를 회전시키고, 상기 세탁조(20) 내부에 수용된 포(m)는 세탁수(w)의 작용에 의해 묻은 때가 떨어지게 된다. 상기와 같은 세탁 행정이 종료된 후 상기 저수조(10) 내의 오염된 세탁수는 상기 배수장치를 통해 세탁기의 외부로 배수된다.
그리고, 상기 세탁기는 포(m)에 남은 거품을 헹궈내기 위한 헹굼 행정이 수차례 이루어지는 바, 세탁 행정과 같이 감지된 포량에 따라 상기 급수밸브(42)와 모터(30)를 제어하여 거품을 헹궈내고, 거품을 포함하는 오염된 물은 상기 배수장치(12)를 통해 상기 세탁기의 외부로 배수된다.
상기와 같은 수 차례의 헹굼 행정 이후에 상기 세탁기는 포(m)의 물기를 원심 탈수시키기 위해 상기 모터(30)를 고속으로 제어하는 탈수 행정이 이루어진다.
도 3은 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지 방법이 도시된 순서도이고, 도 4는 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지를 위한 모터의 구동이 도시된 그래프이다.
종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지 방법은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 모터(30)를 기동하여 기설정된 기준 회전수(rpm′)에 도달할 때까지 가속시킨다.(S1,S2) 모터(30)의 회전수가 기준 회전수(rpm′)에 도달되면, 설정시간(Ts) 동안 정속을 유지시키고, 이후 상기 모터(30)를 오프시킨다.(S3,S4)
한편, 상기 세탁기의 포량 감지 방법은 기동 시부터 정속 유지 시까지의 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값을 측정한다.(S5)
그리고, 상기 모터(30)의 여력 회전에 따른 회전 각도를 측정한다.(S6)
그런 다음, 측정된 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값의 평균값에 비례 상수(a)를 곱한 수치와 여력에 의한 회전 각도(b)에 비례 상수(b)를 곱한 수치를 더하여 최종적으로 포량 판정값을 산출한다.(S7)
그러나, 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지 방법은 세탁조(20)의 회전시 발생되는 마찰(예를 들면, 상기 베어링(34)의 마찰과, 상기 도어 글래스(6)와 포(m)의 마찰 등)이 각각의 세탁기 별로 다르게 되고, 이러한 마찰력의 차이에 의해 세탁기 각각의 포량 판정값이 서로 다르게 산출되는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 판정 방법은 판정된 포량이 모터 기동 시부터 정속 유지 시까지의 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값의 평균값에 비례하므로, 모터 기동시의 정지마찰력이 포량 감지에 영향을 미치게 되어 정확한 포량의 감지가 이루어지지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발전 제동시 발생된 제동토크와 에너지 보존 법칙을 이용하여 포량을 감지하여 마찰력으로 인한 포량 감지 오차를 줄이고 정확도 및 신뢰도가 높은 세탁기의 포량 감지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 모터 기동시의 정지 마찰력이 포량 감지에 영향받지 않게 하여 보다 포량 감지의 정확도를 높이는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지 방법은 모터의 알피엠이 설정 알피엠에 이르도록 상기 모터를 가속하는 가속 단계와; 상기 가속 단계에 의해 모터의 알피엠이 설정 알피엠에 이르면 정속으로 유지시키는 정속 유지 단계와; 상기 정속 유지 단계 이후에 모터를 발전 제동으로 오프시키는 감속 단계와; 상기 정속 유지 단계의 펄스폭 변조 듀티값 평균과 각속도를 측정함과 아울러 상기 감속 단계의 회전각도를 측정하는 측정 단계와; 상기 측정 단계의 측정치와 상기 정속 유지 단계의 에너지 방정식과 상기 감속 단계의 에너지 방정식을 이용하여 포의 관성모멘트를 산출하는 산출단계와; 상기 산출단계에서 산출된 포의 관성모멘트로 포량을 판정하는 판정단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지 방법 일실시예가 도시된 순서도이고, 도 6은 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지를 위한 모터의 구동이 도시된 그래프이다.
이하, 세탁기를 이루는 구성은 도 1의 일반적인 세탁기와 동일하므로, 동일 부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 제어부(49)는 모터(30)를 설정 알피엠(rpm1, 예를 들면 130rpm)에 이를 때까지 가속(stage 1)시킨다.(S101,S102)
이후, 상기 제어부는 상기 모터(30)의 알피엠(rpm)이 설정 알피엠(rpm1)에 이르게 되면, 상기 모터(30)를 설정시간() 동안 설정 알피엠(rpm1)으로 정속 유지(stage 2)시킨다.(S103)
그리고, 상기 제어부는 상기 모터(30)를 설정 시간() 동안 설정 알피엠(rpm1)으로 유지시킨 이후에 발전 제동으로 오프시키고, 상기 모터(30)는 제동되어 감속(stage 3)된다.(S104,S105)
한편, 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지 방법 일실시예는 상기 정속 유지 구간(stage 2)에서 구동토크(Td)와 마찰토크(Tf)가 동일하다는 것과, 상기 감속 구간(stage 3)에서의 에너지 보존 법칙을 이용하여 포의 관성모멘트(IL)를 산출한다.
즉, 상기 정속 유지 구간(stage 2)에서는 하기와 같이 정리될 수 있다.
Tf = Td = k1 PWM*
여기서, 상기 k1은 정속 유지 구간에서의 비례 상수이고, 상기 PWM*는 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값이다.
그리고, 상기 감속 구간(stage 3)에서는 하기와 같이 정리된다.
여기서, 상기 ID는 세탁조(20)의 관성 모멘트이고, 상기 은 정속 유지 구간에서의 각속도이며, 상기 s1은 감속 구간에서의 총 회전각도이고, 상기 는 감속 구간에서의 발전 제동 에너지이며, 상기 k2는 발전 제동 에너지의 비례 상수이고, 상기 는 상기 감속 구간에서의 각속도이며, 상기 s는 감속 구간에서의 회전각도이다.
상기의 식들을 포의 관성모멘트(IL)에 대해 정리하면 하기의 식 1과 같이 정리된다.
[식 1]
즉, 상기 제어부는 정속 유지 구간(stage2)의 각속도() 및 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값(PWM*)과, 감속 구간(stage 3)의 회전각도(s1)와, 감속 구간에서의 발전 제동 에너지 와, 미리 계산된 세탁조(20)의 관성 모멘트(ID)를 이용하여 포의 관성모멘트(IL)를 산출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지 방법은 발전 제동에 의한 추가 제동토크를 중간값을 취하여 근사하면, 하기의 식 2와 같이 정리된다.
[식 2]
즉, 상기 제어부(49)는 정속 유지 구간(stage2)의 각속도() 및 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값(PWM*)과, 감속 구간(stage 3)의 회전각도(s1)을 이용하여 포의 관성모멘트(IL)를 간단하게 산출할 수 있게 된다.
상기 제어부(49)는 홀센서나 모터 엔코더 등의 센서(57)에서 측정된 각속도() 및 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값(PWM*)과 회전각도(s1)를 상기 식 2에 대입하여 포의 관성모멘트(IL)를 산출한다.(S106,S107)
그리고, 상기 제어부는 상기와 같이 산출된 포의 관성모멘트(IL)로 부터 포량을 판정한다.(S108)
즉, 회전 운동하는 포의 관성모멘트(IL)는 포의 질량에 상당하는 값이므로, 포의 관성모멘트(IL)를 포량의 지표로 사용하는 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지 방법은 정속 유지 구간에서 구동토크와 마찰토크가 동일하다는 것과, 상기 발전 제동의 감속 구간에서의 에너지 보존 법칙을 이용하여 포의 관성모멘트를 산출하므로, 마찰력으로 인한 포량 감지 오차를 줄이고 정확도 및 신뢰도가 높은 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지 방법은 모터 기동시의 정지 마찰력이 포량 감지에 영향받지 않게 되어, 보다 정확한 포량 감지가 가능한 이점이 있다.
도 1은 일반적인 세탁기 일예의 내부 구성도,
도 2는 일반적인 세탁기의 제동장치가 도시된 블록 구성도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지 방법이 도시된 순서도,
도 4는 종래 기술에 따른 세탁기의 포량 감지를 위한 모터의 구동이 도시된 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지 방법 일실시예가 도시된 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 세탁기의 포량 감지를 위한 모터의 구동이 도시된 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

Claims (3)

  1. 모터의 알피엠이 설정 알피엠에 이르도록 상기 모터를 가속하는 가속 단계와;
    상기 가속 단계에 의해 모터의 알피엠이 설정 알피엠에 이르면 정속으로 유지시키는 정속 유지 단계와;
    상기 정속 유지 단계 이후에 모터를 발전 제동으로 오프시키는 감속 단계와;
    상기 정속 유지 단계의 펄스폭 변조 듀티값과 각속도를 측정함과 아울러 상기 감속 단계의 회전각도를 측정하는 측정 단계와;
    상기 측정 단계의 측정치와 상기 정속 유지 단계의 에너지 방정식과 상기 감속 단계의 에너지 방정식을 이용하여 포의 관성모멘트를 산출하는 산출단계와;
    상기 산출단계에서 산출된 포의 관성모멘트로 포량을 판정하는 판정단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량 감지 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출단계는 상기 포의 관성모멘트가 식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량 감지 방법.
    [식 1]
    여기서, 상기 IL은 포의 관성모멘트이고, 상기 은 상기 정속 유지 단계에서의 각속도이며, 상기 k1은 상기 정속 유지 단계에서의 비례 상수이고, 상기 PWM*은 상기 정속 유지 단계에서의 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값이며, 상기 s1은 감속 구간에서의 총 회전각도이고, 상기 k2는 상기 감속 구간에서의 발전 제동 에너지의 비례 상수이며, 상기 는 상기 감속 구간에서의 각속도이고, 상기 s는 상기 감속 구간에서의 회전각도이며, 상기 ID는 세탁조의 관성 모멘트이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출단계는 상기 포의 관성모멘트가 식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량 감지 방법.
    [식 2]
    여기서, 상기 IL은 포의 관성모멘트이고, 상기 은 상기 정속 유지 단계에서의 각속도이며, 상기 k1은 상기 정속 유지 단계에서의 비례 상수이고, 상기 PWM* 은 상기 정속 유지 단계에서의 펄스폭 변조(PWM) 듀티(duty)값이며, 상기 s1은 감속 구간에서의 총 회전각도이고, 상기 k2는 상기 감속 단계의 발전 제동 에너지의 비례 상수이며, 상기 ID는 세탁조의 관성 모멘트이다.
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