KR20070057530A - 진공청소기의 제어회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구조로 플리커 규격과 하모닉 규격을 만족시킬 수 있는 진공청소기의 제어회로에 관한 것이다. 본 발명에 의한 진공청소기의 제어회로는 모터와 전원 사이에 연결되는 제1스위치와, 사용자의 조작에 의해 저항값이 가변되는 가변 저항부와, 가변 저항부의 저항값에 따라 모터의 회전속도를 조절하는 모터 구동부와, 가변 저항부와 모터 구동부 사이에 연결되며 모터 구동부에 인가되는 전류를 지연시키는 지연 회로부, 및 가변 저항부와 모터 구동부 사이에 지연 회로부와 병렬로 연결되며 가변 저항부에 연동하는 제2스위치를 포함한다.

플리커, 하모닉, 가변저항, 지연회로, 마이크로스위치, 병렬

Description

진공청소기의 제어회로{Control circuit of vacuum cleaner}

도 1은 본 발명에 의한 진공청소기의 제어회로에서 제2스위치가 ON된 상태를 나타낸 회로도,

도 2는 본 발명에 의한 진공청소기의 제어회로에서 제2스위치가 OFF된 상태를 나타낸 회로도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1; 전원 2; 모터

10; 제1스위치 20; 가변 저항부

30; 모터 구동부 40; 지연 회로부

50; 제2스위치 C1,C2,C3; 콘덴서

D1,D2,D3,D4; 다이오드 DIA1; 다이악

Q1,Q2; 트랜지스터 R1,R2,R3,R4,R5,R6; 저항

TRI1; 트라이악 VR1; 가변저항

본 발명은 진공청소기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진공청소기 사용시 발생하는 플리커와 하모닉 문제를 최소화할 수 있는 진공청소기의 제어회로에 관한 것이다.

일반적으로, 진공청소기는 모터를 사용하여 흡입력을 발생시키고, 이 흡입력을 이용하여 피 청소면의 오물을 공기와 함께 청소기 본체 내로 흡입하게 된다. 흡입된 공기에 포함된 오물은 본체 내에 설치된 먼지봉투나 사이클론 집진장치와 같은 오물수거장치에 의해 분리수거되고, 깨끗해진 공기는 대기 중으로 배출됨으로써 청소를 수행한다. 이때, 흡입력은 모터의 회전축에 장착된 임펠러를 고속 회전시켜 청소기 몸체 내부의 공기를 몸체 밖으로 배출시킴으로써 몸체 내부의 기압을 대기압보다 낮은 부분 진공상태로 만듦으로써 발생한다. 따라서, 모터의 용량이 크면, 큰 흡입력을 발생시킬 수 있다.

그런데, 흡입력이 어느 정도 이상 되면, 진공청소기를 기동시키는 전원스위치를 온/오프 시키면 순간적으로 전압이 떨어져 진공청소기를 연결한 전원에 연결된 전등이나 형광등이 깜빡이는 플리커 현상이 발생하게 된다. 따라서, 진공청소기는 이와 같은 플리커 현상이 발생하지 않도록 할 필요가 있다.

종래에는 이와 같은 플리커 현상을 방지하기 위해 마이컴을 사용하여 모터에 인가되는 전류를 지연시킴으로써 플리커 문제를 해결하였다. 즉, 모터에 신호를 인가할 때, 일정한 시간차를 두고 모터에 신호를 인가함으로써 모터의 초기 동작시 발생하는 기동 토크를 플리커 현상이 발생하지 않을 정도로 최소한으로 줄였다.

그러나, 상기와 같이 마이컴으로 플리커 현상을 해결하기 위해서는 마이컴 및 이를 구동할 주변회로와 전원안정화회로가 필수적으로 필요하므로 제조원가가 높다는 문제가 있다.

또한, 진공청소기는 모터에 인가되는 전원의 위상을 제어함으로써 모터의 속도를 제어한다. 이와 같이 전원의 위상을 제어하여 속도를 제어하는 장치의 보급이 증가될 수록 장치가 연결되는 전력계통으로 인입되는 하모닉(hamonic, 高調波) 전류가 증가되게 된다. 이러한 하모닉 전류가 증가하면, 전력용 콘덴서, 브레이커, 컴퓨터 등의 동작장애나 변압기의 파괴 등을 일으킬 수 있다. 이와 같은 하모닉 전류에 의해 주변 기기들의 동작이 영향을 받는 것을 하모닉 문제라 한다.

종래에는 이 하모닉 문제를 해결하기 위해 하모닉 트랜스를 사용하였다. 그러나, 이와 같은 하모닉 트랜스는 저항으로 작용하기 때문에 진공청소기의 최대 흡입력을 낮춘다는 문제점이 있다.

이러한 문제를 최소화하기 위해, 세계의 여러 나라에서는 하모닉 규격과 플리커 규격을 정하여 그것을 준수하도록 하고 있다. 그러므로 세계의 여러 나라로 수출하기 위해서는 하모닉 규격과 플리커 규격을 만족시키도록 진공청소기를 제어할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출한 것으로서, 플리커 규격과 하모닉 규격을 만족시킬 수 있는 진공청소기의 제어회로를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 모터와 전원 사이에 연결되는 제1스위치; 사용자의 조작에 의해 저항값이 가변되는 가변 저항부; 상기 가변 저항부의 저항값에 따라 상기 모터의 회전속도를 조절하는 모터 구동부; 상기 가변 저항부와 모터 구동부 사이에 연결되며, 상기 모터 구동부에 인가되는 전류를 지연시키는 지연 회로부; 및 상기 가변 저항부와 모터 구동부 사이에 상기 지연 회로부와 병렬로 연결되며, 상기 가변 저항부에 연동하는 제2스위치;를 포함하는 진공청소기의 제어회로를 제공함으로써 달성된다.

이때, 상기 제2스위치는 최초에는 ON 상태이고, 사용자가 상기 가변 저항부를 조작하여 플리커 문제가 발생하는 저항값이 되면 OFF 상태로 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가변 저항부가 강단에 위치하면, 상기 제2스위치는 OFF되어, 전류가 상기 지연 회로부를 통해 상기 모터에 인가되도록 설정된다.

그리고, 상기 지연 회로부는 전류를 지연시키는 저항과 콘덴서와, 스위칭 기능을 하는 트랜지스터와, 전류의 흐름 방향을 제어하는 다이오드를 포함한다.

본 발명에 의한 진공청소기의 제어회로는 진공청소기를 약단이나 중단으로 사용할 경우는 전류가 지연회로를 통하지 않고 직접 모터 구동부로 흐르도록 하여 모터의 소비전력을 최대한으로 낮춤으로써, 하모닉 규격을 만족시키고, 강단으로 사용할 경우는 전류가 지연회로를 통해 모터 구동부로 흐르도록 함으로써 플리커 규격을 만족시키도록 하는 것이다.

진공청소기에 대한 하모닉 규격은 약단, 중단, 강단에서 측정한 하모닉 전류의 평균값이 2.3A 이하일 것을 요구한다. 그런데, 진공청소기의 모터는 정현파로 위상제어하므로 신호의 변조가 심한 중단에서는 하모닉 전류가 크게 된다. 그러나, 정현파 제어에서 중단에서 발생하는 하모닉 전류를 줄이는 것은 한계가 있다. 또한, 강단에서는 정현파를 거의 그대로 이용하기 때문에 하모닉 전류의 발생이 최소가 된다. 즉, 중단과 강단에서의 하모닉 전류는 거의 정해져 있다고 볼 수 있다. 따라서, 하모닉 규격을 만족시키기 위해서는 가능한 한 약단에서 발생하는 하모닉 전류를 최소화할 필요가 있다. 약단에서의 하모닉 전류를 낮추기 위해서는 약단으로 설정된 경우에 모터의 소비전력을 최소로 할 필요가 있다.

그리고, 전압이 순간적으로 드롭되면 발생하는 플리커 문제를 해소하기 위하여 진공청소기에 대한 플리커 규격은 전압변동율이 7% 이내일 것을 요구하고 있다. 일반적으로 약단이나 중단에서는 플리커 문제는 발생하지 않는다. 그러나, 하모닉 현상이 발생하지 않는 강단에서는 플리커 문제가 발생한다. 플리커 문제를 해결하기 위해서는 모터에 인가되는 전류를 지연시킬 필요가 있다.

따라서, 하모닉 규격을 만족시키기 위해서는 가능한 한 약단의 소비전력을 최소화하는 것이 필요하고, 플리커 규격을 만족시키기 위해서는 지연회로를 설치할 필요가 있다. 그런데, 플리커 규격을 만족시키기 위해 지연회로를 추가하면, 모터의 소비전력이 증가하게 된다. 이 문제를 해결하기 위해서 본 발명은 마이크로 스위치와 지연회로를 추가하되, 플리커 문제가 발생하지 않는 약단 및 중단에서는 전류가 지연회로를 흐리지 않도록 하고, 하모닉이 문제되지 않는 강단에서는 전류가 지연회로를 흐르도록 함으로써 하모닉 규격을 만족시키도록 구성하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 진공청소기의 제어회로의 실시예에 대하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 진공청소기의 제어회로는, 제1스위치(10), 가변 저항부(20), 모터 구동부(30), 지연 회로부(40), 제2스위치(50)를 포함한다.

제1스위치(10)는 모터(2)와 전원(1) 사이에 연결되며, 전원(1)과 모터(2)를 선택적으로 연결한다. 따라서, 제1스위치(10)가 온(ON) 되면, 전류가 전원(1)으로부터 모터(2)로 흐르게 된다. 이때, 모터(2)는 1800W가 사용하였다.

가변 저항부(20)는 사용자의 조작에 의해 저항값이 가변된다. 가변 저항부(20)의 가변저항(VR1)의 저항값이 변함에 따라 모터(2)의 회전속도가 조절된다. 즉, 가변 저항(VR1)의 저항값이 크면 모터(2)의 회전수가 감소하고, 저항값이 작게 하면 모터(2)의 회전수가 증가한다. 가변 저항(VR1)으로는 슬라이드 방식의 가변 저항을 사용하는 것이 바람직하다. 통상 가변 저항부(20)는 흡입력의 상대적인 강도에 의해 약단, 중단, 강단으로 구분된다. 강단의 경우는 당해 모터(2)가 낼 수 있는 최대의 흡입력을 내는 경우로 소비전력이 최대가 된다. 약단의 경우는 공기를 흡입할 수 있는 최소한의 소비전력이 되도록 설정한다. 본 실시예에서는 가변 저항(VR1)의 저항값을 대략 250㏀ 정도로 하여 모터(2)의 소비전력이 200W 정도가 되도록 하였다. 이 경우 하모닉 전류는 2.0A 이하가 된다. 그러면, 약단, 중단, 강단에서 발생하는 하모닉 전류의 평균이 2.25A 정도로 되어 하모닉 규격(2.3A 이하)을 만족시킬 수 있다.

모터 구동부(30)는 전원이 인가되면 모터(2)를 회전시킨다. 이때, 모터 구동부(30)는 가변 저항부(20)의 저항값에 따라 모터(2)의 회전속도를 조절한다. 모터 구동부(30)로는 공지된 다양한 모터 구동회로가 사용될 수 있다. 본 실시예에 의한 모터 구동부(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 다이악(DIAC, DIA1), 트라이악(TRIAC, TRI1), 저항(R1), 콘덴서(C3)를 포함하여 구성되어 전류를 정현파 위상 제어하여 모터(2)의 회전속도를 제어한다. 모터 구동부(30)에 의해 모터(2)의 회전속도를 제어하는 것은 일반적인 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

지연 회로부(40)는 가변 저항부(20)와 모터 구동부(30) 사이에 연결되며, 모터 구동부(30)에 인가되는 전류를 지연시킨다. 지연 회로부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 4개의 저항(R3,R4,R5,R6), 한 개의 콘덴서(C3), 2개의 트랜지스터(Q1,Q2), 4개의 다이오드(D1,D2,D3,D4)로 구성된다. 이때, 전류가 지연되는 시간은 제3저항(R3)과 제3콘덴서(C3)에 의한 시정수로 결정된다.

제2스위치(50)는 가변 저항부(20)와 모터 구동부(30) 사이에 설치되며, 상술한 지연 회로부(40)와 병렬로 연결되어 있다. 또한, 제2스위치(50)는 가변 저항(VR1)에 연동하도록 설치된다. 즉, 가변 저항(VR1)의 저항값이 기준 값 이하나 이상으로 되면 제2스위치(50)가 동작하도록 하는 것이다. 이때, 기준 값은 모터(2)에 인가되는 전류에 의해 플리커 문제가 발생하지 않는 저항값이 기준이 된다. 본 실시예에서는 제2스위치(50)는 사용자가 가변 저항부(20)를 조작하여 가변 저항(VR1)의 저항값을 일정 값 이하로 하면 오프(OFF) 상태가 되고, 가변 저항(VR1)의 저항값을 일정 값 이상으로 하면 온(ON) 상태가 되도록 설정되어 있다. 따라서, 가변 저항부(20)의 저항값이 플리커 문제를 일으킬 수 있는 저항값 이하로 되면, 즉 강단이 되면, 전류는 지연 회로부(40)를 통해 흐르게 된다. 이때, 제2스위치(50)로는 크기가 작은 마이크로 스위치를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 진공청소기의 제어회로의 작용에 대하여 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

사용자는 먼저 가변 저항부(20)를 조작하여 모터(2)가 원하는 흡입력을 발생시킬 수 있는 저항값을 설정한다. 이때, 가변 저항부(20)가 약단이나 중단에 위치하는 경우에는 제2스위치(50)는 도 1과 같이 온 상태에 있다.

그 후, 제1스위치(10)를 온 시키면, 제2스위치(50)가 온되어 있기 때문에 전류가 가변 저항부(20)를 거쳐 제2스위치(50)를 통해 제1저항(R1)의 전단에 인가된다. 제2콘덴서(C2)가 충전되어 다이악(DIA1)에 소정 이상의 전압이 인가되면 다이악(DIA1)이 온된다. 다이악(DIA1)이 온되면, 트라이악(TRI1)의 게이트에 전원이 인가되어 트라이악(TRI1)이 통전 상태가 된다. 따라서, 트라이악(TRI1)을 통해 모터(2)로 전류가 흐르게 되어 모터(2)가 회전하게 된다.

가변 저항부(20)가 약단이나 중단에 있는 경우, 즉 제2스위치(50)가 온 상태로 되어 있는 경우에 제1스위치(10)를 온 하였을 때 전류가 흐르는 경로를 설명하면 다음과 같다. 즉, 전류는 제2저항(R2), 가변 저항(VR1), 제2스위치(50), 제1저항(R1), 다이악(DIA1)으로 흘러 트라이악(TRI1)을 온 시키게 된다. 그러면, 전류가 전원(1)으로부터 모터(2)로 인가되어 모터(2)가 가변 저항부(20)에서 설정한 저항값에 해당하는 회전수로 회전하게 된다.

가변 저항부(20)의 약단 및 중단에서는 모터(2)의 소비전력이 플리커 문제를 일으킬 정도로 크지 않다. 따라서, 전원(1)의 전류가 모터(2)로 바로 인가되더라도 플리커 문제는 발생하지 않는다. 즉, 모터(2)에 전원이 인가되어도 전압변동률이 7%이하가 된다.

또한, 약단의 경우에 전류가 지연 회로부(40)를 통과하지 않게 되므로, 약단의 소비전력을 낮출 수 있게 된다. 본 실시예의 경우 약단에서의 모터(2)의 소비전력이 200W이고, 이때의 하모닉 전류는 2.0A로서 하모닉 규격을 만족시킨다. 또한, 이때 약단, 중단, 강단에서의 하모닉 전류를 평균하면, 2.25A로서 하모닉 규격이 만족된다. 따라서, 가변 저항부(20)가 약단이나 중단에 있을 경우에는 플리커 규격과 하모닉 규격을 만족시키게 된다.

다음으로, 사용자가 가변 저항부(20)를 조작하여 강단으로 위치시키는 경우를 설명한다. 가변 저항부(20)가 강단으로 위치하면, 가변 저항(VR1)에 연동하는 제2스위치(50)는 오프 상태가 된다. 도 2는 가변 저항부(20)가 강단에 위치하고 제2스위치(50)가 오프된 상태를 나타낸다.

이 상태에서 제1스위치(10)를 온 시키면, 제2스위치(50)가 오프되어 있으므로 전류는 가변 저항부(20)를 통해 지연 회로부(40)로 흐르게 된다. 지연 회로부(40)로 인입된 전류는 제3저항(R3)과 제3콘덴서(C3)에 의해 결정되는 시정수 만큼 지연되어 트라이악(TRI1)을 통전시키게 된다.

이때, 지연 회로부(40)에 의해 전류가 지연되는 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1스위치(10)가 온되면, 초기 전류는 제2저항(R2)과 가변 저항(VR1)을 통해 제1다이오드(D1)로 흐르고, 제1다이오드(D1)를 지난 전류는 제3 및 제5저항(R3, R5)를 통해 제1트랜지스터(Q1)로 흐르게 된다. 이때, 제3콘덴서(C3)가 충전될 동안 제1트랜지스터(Q1)로는 전류가 흐르지 않으므로 모터(2)로 흐르는 전류가 지연되게 된다. 제3콘덴서(C3)가 충전되면, 제1트랜지스터(Q1)로 전류가 흐르게 된다. 제1트랜지스터(Q1)로 전류가 흐르면 제2트랜지스터로(Q2)도 전류가 흐르게 된다. 제2트랜지스터(Q2)를 지난 전류는 제3다이오드(D3)와 제1저항(R1)을 통해 다이악(DIA1)을 통전시키게 된다. 다이악(DIA1)이 통전되면, 트라이악(TRI1)이 온되어 전류가 바로 모터(2)로 공급된다. 그러면, 모터(2)가 가변 저항부(20)에 설정된 저항값으로 회전하게 된다.

일단, 제1 및 제2트랜지스터(Q1,Q2)가 통전된 후 흐르는 후기 전류는 제2저항(R2), 가변 저항(VR1), 제1다이오드(D1), 제6저항(R6), 제2트랜지스터(Q2), 제3다이오드(D3), 제1저항(R1) 및 다이악(DIA1)을 통해 트라이악(TRI1)을 온 시키게 된다.

가변 저항부(20)의 강단에서는 모터(2)의 소비전력이 플리커 문제를 일으킬 정도로 크다. 그러나, 제1스위치(10)를 온 시켰을 때 전류가 모터(2)로 바로 인가되지 않고, 일정 시간 지연되어 인가되게 된다. 따라서, 본 실시예의 경우에는 강단에서도 플리커 문제가 발생하지 않는다. 즉, 가변 저항부(20)가 강단으로 설정된 상태에서 모터(2)에 전원이 인가되어도 전압변동률이 7%이하가 된다.

또한, 강단의 경우에는 하모닉 전류가 대략 1.6A로 하모닉 규격을 만족시킨다. 따라서, 가변 저항부(20)가 강단에 있을 경우에도 플리커 규격과 하모닉 규격을 만족시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 진공청소기의 제어회로에 의하면, 가변 저항부가 약단 또는 중단으로 설정된 경우에는 전류가 제2스위치를 통해 흐르므로 하모닉 전류의 발생이 최소화되어 하모닉 규격 및 플리커 규격을 만족시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 진공청소기의 제어회로에 의하면, 가변 저항부가 강단으로 설정된 경우에는 전류가 지연회로부를 통해 모터로 흐르므로 플리커 문제가 발생하지 않게 되어 플리커 규격을 만족한다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 행할 수 있는 단순한 구성요소의 치환, 부가, 삭제, 변경은 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 속하게 된다.

Claims (4)

1. 모터와 전원 사이에 연결되는 제1스위치;

   사용자의 조작에 의해 저항값이 가변되는 가변 저항부;

   상기 가변 저항부의 저항값에 따라 상기 모터의 회전속도를 조절하는 모터 구동부;

   상기 가변 저항부와 모터 구동부 사이에 연결되며, 상기 모터 구동부에 인가되는 전류를 지연시키는 지연 회로부; 및

   상기 가변 저항부와 모터 구동부 사이에 상기 지연 회로부와 병렬로 연결되며, 상기 가변 저항부에 연동하는 제2스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공청소기의 제어회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2스위치는 최초에는 ON 상태이고, 사용자가 상기 가변 저항부를 조작하여 플리커 현상이 발생하는 저항값이 되면 OFF 상태로 되도록 설정된 것을 특징으로 하는 진공청소기의 제어회로.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 가변 저항부가 강단에 위치하면, 상기 제2스위치는 OFF되어, 전류가 상기 지연 회로부를 통해 상기 모터에 인가되는 것을 특징으로 하는 진공청소기의 제 어회로.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 지연 회로부는 전류를 지연시키는 저항과 콘덴서와, 스위칭 기능을 하는 트랜지스터와, 전류의 흐름 방향을 제어하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공청소기의 제어회로.

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