KR20080105798A - 청소기 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

상용 교류 전압뿐만 아니라 및 배터리로부터의 직류 전압에 의해서도 충분한 크기의 동력으로 운전이 가능한 청소기가 개시된다.
청소기는, 집진용 팬을 회전시키기 위하여 저 저항 모드의 모터를 사용한다. 저 저항 모드의 모터는 모터 구동부에 의하여 구동된다. 모터 구동부는, 상용 교류 전압의 입력 상태에 따라, 상용 교류 전압으로부터 변환된 직류 전압을 강압한다. 상용 교류 전압의 입력 상태에 따라, 모터 구동부는 배터리의 전압 또는 강압된 전압 중 어느 하나로 저 저항 모드의 모터를 구동한다.
AC/DC, 효율, 저 임피던스 모터, 배터리, 직류 전압, PWM, 강압.

Description

청소기 및 그 구동 방법{Cleaner and driving method thereof}
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면에 대한 보다 충분한 이해를 돕기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 청소기를 설명하는 설명하는 블록도이다.
도 2 는 도 1에서의 모터의 권선 접속 구조를 설명하는 등가 회로도이다.
도 3 은 도 1에서의 제어용 전압 강압부의 실시 예를 상세하게 설명하는 상세 회로도이다.
도 4 은 도 3의 출력 신호 및 모터에 작용하는 구동 신호을 설명하는 파형도이다.
도 5 는 도 1에서의 제어용 전압 강압부의 다른 실시 예를 상세하게 설명하는 상세 회로도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 청소기와 관련 기술의 청소기의 흡입력 특성을 설명하는 특성 그래프이다.
《도면의 주요부분에 대한 부호의 설명》
10 : AC-DC 변환기 10A : 정류기
10B : 평활기 12 : 배터리
14 : 능동 전압 선택기 16 : 검출기
18 : 모터 구동부 18A : 제어용 전압 강압부
18B : 제어부 18C : DC-DC 변환기
20 : 모터 22 : 팬
24 : 충전기
본 발명은 먼지 및 티끌 등을 집진하는 청소기 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
통상의 청소기는 분진의 흩날림 없이 요구된 영역의 청소를 가능하게 한다. 이는 청소기가 공기 흡입 방식으로 먼지 및 티끌 등을 집진(또는 수거)하기 때문이다. 먼지 및 티끌 등의 집진을 위하여, 청소기는 전기 모터에 의해 회전되는 집진용 팬을 구비한다.
청소기는 대략 110V 또는 220V의 상용 교류 전압을 이용하여 전기 모터를 구동한다. 이에 따라, 상용 교류 전압의 입력을 위한 전원 코드가 청소기에 설치된다. 이 전원 코드는 청소기에 의한 청소 영역을 제한한다.
청소 영역의 제한을 해소하기 위한 방안으로, 상용 교류 전압뿐만 아니라 배터리로부터의 직류 전압에 의해서도 티끌 및 작은 쓰레기의 집진이 가능한 청소기가 제안되었다. AC/DC 겸용 청소기는 전원 코드의 길이를 초과하는 영역에서는 배터리로부터의 직류 전압에 의하여 전기 모터를 구동하여 영역의 제한 없이 먼지 및 티끌 등의 집진을 가능하게 한다. AC/DC 겸용 청소기는 AC 전압으로부터 대략 310V 정도의 직류 전압을 얻을 수 있는 반면에 배터리로부터는 대략 30V 정도의 직류 전압을 얻을 수 있다. 10배 정도의 직류 전압의 차이는 집진용 팬에 공급되는 동력이 100배 정도 차이 나게 한다.
이런 직류 전압의 편차에 따른 전달 동력의 차이를 최소화하기 위하여, AC/DC 겸용 청소기는 하이브리드 유니버설 모터를 구비한다. 낮은 임피던스 모드 및 높은 임피던스 모드의 전환을 가능케 하는 이중 권선 구조의 하이브리드 유니버설 모터를 구비한다. 하이브리드 유니버설 모터는, AC 전압에 의한 310V의 직류 전압이 공급되는 경우에 이중 권선들이 직렬 접속되는 고 저항 모드로 구동된다. 반면, 배터리로부터의 30V 정도의 직류 전압이 공급되는 경우에는, 하이브리드 유니버설 모터는 이중 권선들이 병렬 접속되는 저 저항 모드로 구동된다. 이중 권선의 접속 구조의 변경에 의한 임피던스의 변화는 AC 전압 사용 시의 발생 동력과 배터리의 직류 전압의 사용 시의 발생 동력과의 차이가 줄어들게 한다.
이러한 이중 권선의 접속 구조의 변경에 의하더라도, 하이브리드 유니버설 모터에서는, 배터리의 직류 전압의 사용 시의 발생 동력은 AC 전압 사용 시의 발생 동력에 비하여 1/10에 불과한다. 다시 말하여, 하이브리드 유니버설 모터의 권선 접속 구조의 변경에 의해서는 배터리로부터의 직류 전압 사용 시에 충분한 크기의 동력을 얻기 곤란하였다. 이 결과, 하이브리드 유니버설 모터를 포함하는 청소기는 배터리의 전압을 이용하는 경우 먼지 및 티끌 등의 집진 능력이 현저하게 떨어짐은 물론 청소 시간이 길어지게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상용 교류 전압뿐만 아니라 및 배터리의 전압에 의해서도 충분한 동력으로 운전이 가능한 청소기 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 배터리의 전압에 의해서도 사용 교류 전압의 사용 시와 마찬가지로 짧은 기간 내에 먼지 및 티끌의 청소를 가능하게 하는 청소기 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면의 실시 예에 따른 청소기는: 집진용 팬을 회전시키는 저 저항 모드의 모터; 배터리; 전원으로부터의 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 전압 변환부; 및 상기 상용 교류 전압의 입력 상태에 따라, 상기 직류 전압 및 상기 배터리의 전압을 선택적으로 강압하고 상기 모터를 상기 선택적 강압된 전압으로 구동하는 모터 구동부를 구비한다.
본 발명의 다른 일면의 실시 예에 따른 청소기는, 전원으로부터의 상용 교류 전원의 입력 여부에 따라, 배터리의 전압 및 상기 상용 교류 전압으로부터 파생된 직류 전압 및 배터리의 전압을 선택적으로 강압하여 그 강압된 전압으로 저 저항 모터를 구동한다.
본 발명의 다른 일면의 실시 예에 따른 청소기 구동 방법은: 전원으로부터의 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 단계; 배터리의 전압 및 상기 직류 전압 선택적으로 능동-절환하는 단계; 상기 상용 교류 전압의 입력 여부를 검출하는 단 계; 및 상기 검출 결과에 따라, 상기 능동-절환된 전압을 선택적으로 강압하여 그 선택적 강압된 전압으로 저 저항 모드의 모터를 구동하는 단계를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적 외에, 본 발명의 다른 목적들, 다른 이점들 및 다른 특징들은 첨부한 도면을 참조한 바람직한 실시 예의 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부한 도면과 결부되어 상세하게 설명될 것이다. 첨부된 도면들에 있어서, 동일한 동작 및 기능을 가지는 구성 요소들은 다른 도면에서도 동일한 명칭 및 동일한 인용 부호로 참조 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 청소기를 설명하는 블록도이다. 도 1의 청소기는, 상용 교류 전압을 직류 전압의 형태로 변환하는 AC-DC 변환기(10), 및 배터리(12)를 구비한다.
AC-DC 변환기(10)는 전원 코드(11)로부터 입력되는 상용 교류 전압(예를 들면, 220V)을 직류 전압의 형태로 변환한다. 상용 교류 전압이 전원 코드(11)를 경유하여 공급되는 경우, AC-DC 변환기(10)에서 출력되는 직류 전압(이하, “제1 직류 전압”이라 함)은 대략 310V 정도의 고 전위를 가진다. 이러한 전압 변환을 위하여, AC-DC 변환기는 전원 코드(11)에 직렬 접속된 정류기(10A) 및 평활기(10B)를 구비한다. 전원 코드(11)는 도시하지 않은 전원(Voltage Source)에 접속된다. 정류기(10A)는 전원 코드(11)로부터의 상용 교류 전압을 전파 또는 반파 정류하여 맥류 전압을 출력한다. 평활기(10B)는 정류기(10A)로부터의 맥류 전압을 평활하여 제1 직류 전압을 발생한다. 이를 위하여, 평활기(10B)는 정류기(10A)의 고 전위 출력 단자 및 고 전위 라인(13A) 사이에 접속된 초크 코일(L1)과, 고 전위 전압 라인(13A) 및 기저 전위 라인(13B) 사이에 접속된 캐패시터(C1)을 구비한다. 초크 코일(L1)은 정류기(10A)의 고 전위 출력 단자로부터 고 전위 라인(13A)에 공급될 맥류 전압에 포함된 맥류 성분을 억압한다. 캐패시터(C1)는 초크 코일(L1)로부터의 억압된 맥류 전압을 충방전하여 고 전위 라인(13A) 상에 대략 310V 정도의 제1 직류 전압이 나타나게 한다. 다시 말하여, 캐패시터(C1)는 정류기(10A)로부터의 맥류 전압을 평활한다. 평활기(10B)로부터 출력되는 제1 직류 전압은 능동 전압 선택기(14)에 공급된다.
배터리(12)는 자체 내에 충전된 직류 전압을 능동 전압 선택기(14)에 공급한다. 배터리(12)에 충전된 직류 전압(이하, “제2 직류 전압”이라 함)은 대략 50V 정도의 저 전위를 가진다. 대략50V의 낮은 레벨의 제2 직류 전압을 발생하기 위하여, 배터리(12)는 대략 24~30개의 충전 셀들을 포함한다. 충전 셀들로는 Ni-MH 충전 셀이 사용될 수 있다.
능동 전압 선택기(14)는 AC-DC 변환기(10)로부터 제1 직류 전압이 공급되는가의 여부를 감시한다. 제1 직류 전압의 입력 여부에 따라, 능동 전압 선택기(14)는 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압 및 AC-DC 변환기(10)로부터의 제1 직류 전압 중 어느 하나를 모터 구동부(18)의 제어용 전압 강하부(18A) 쪽으로 전송한다. AC-DC 변환기(10)로부터 제1 직류 전압이 입력되지 않는 경우(즉, DC 전압 모드), 능동 전압 선택기(14)는 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압을 모터 구동부(18)의 제어용 전압 강하부(18A)에 공급한다. 반대로, AC-DC 변환기(10)로부터 제1 직류 전 압이 공급되면(즉, AC 전압 모드), 능동 전압 선택기(14)는 AC-DC 변환기(10)로부터의 제1 직류 전압을 모터 구동부(18)의 제어용 전압 강하부(18A)에 전달한다. 이를 위하여, 능동 전압 선택기(14)는 배터리(12)의 고전위 출력 단자 및 고 전위 라인(즉, 초크 코일 및 제어용 전압 강하부(18A)의 고 전위 입력 단자와 접속 노드) 사이에 접속된 일방향성 소자인 다이오드(D1)를 구비한다. 다이오드(D1)는, 고 전위 라인(13A) 상의 전압이 배터리(12)의 고 전위 출력 단자 상의 전압보다 높으면(즉, 제1 직류 전압이 고 전위 라인(13A) 공급되는 AC 전압 모드), 턴-오프(Turn-off) 되어 배터리(12)로부터 제어용 전압 강하부(18A) 쪽으로 전송될 제2 직류 전압이 차단되게 한다. 이때, AC-DC 변환기(10)로부터의 제1 직류 전압이 제어용 전압 강하부(18A)에 공급된다. 반대로, 고 전위 라인(13A) 상의 전압이 배터리(12)의 고 전위 출력 단자 상의 전압보다 낮으면(즉, 제1 직류 전압이 고 전위 라인(13A)에 공급되지 않는 DC 전압 모드), 다이오드(D1)는 턴-온(Turn-on) 되어 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압을 제어용 전압 강하부(18A)에 전달한다. 또한, 능동 전압 선택기(14)는 초크 코일(L1)과 고 전위 라인(13A)(즉, 다이오드(D1)와 제어용 전압 강하부(18A)의 고 전위 입력 단자와의 접속 노드) 사이에 접속된 다이오드를 추가로 구비할 수 있다. 추가된 다이오드는, DC 전압 모드에, 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압이 AC-DC 변환기(10) 쪽으로 누설되지 않게 하여 배터리(12)의 사용 시간(즉, 방전 기간)이 길어지게 한다.
도 1의 청소기에는, 전원 코드(11)와 접속된 검출기(16)와, 모터 구동부(18)에 직렬 연결된 모터(20) 및 집진용 팬(22)이 구비되어 있다. 검출기(16)는 전원 코드(11)를 통해 상용 교류 전압이 공급되고 있는가의 여부를 감시한다. 감시 결과에 따라, 검출기(16)는 고 전위 논리 전압 및 저 전위 논리 전압(즉, 기저 전위 전압) 중 어느 하나를 가지는 교류 전압 검출 신호를 모터 구동부(18)의 제어부(18B)에 공급한다. 실제로, 전원 코드(11)에 상용 교류 전압이 공급되면, 검출기(16)는 AC 전압 모드를 지정하는 고 전위 논리 전압의 교류 전압 검출 신호를 제어부(18B)에 공급한다. 반면, 전원 코드(11)에 상용 교류 전압이 공급되지 않으면, 검출기(16)는 DC 전압 모드를 지정하는 저 전위 논리 전압의 교류 전압 검출 신호를 제어부(18B)에 공급한다. 이를 위하여, 검출기(16)는 정류용 다이오드 및 분압용 저항들을 구비한다. 이에 더하여, 검출기(16)은 교류 전압 검출 신호를 좀 더 안정시키기 위하여 평활용 캐패시터를 추가로 포함할 수도 있다.
다른 형태로, 검출기(16)는 AC-DC 변환기(10)의 출력 단자 상의 전압을 감시하여 상용 교류 전압의 공급 여부를 검출할 수도 있다. 이 경우, 검출기(16)의 검출 결과에는 오류가 있을 수 있거나 또는 검출기(16)의 회로 구성이 복잡해 질 수 있다.
또 다른 형태로, 상용 교류 전압의 입력 상태를 검출하는 검출기(16)는 모터 구동부(18)의 제어부(18B)에서 운용되는 프로그램(Program)에 의하여 구현될 수도 있다. 이 경우, 제어부(18B)는 전원 코드(11)와 전자기적으로 연결될 수 있다.
모터 구동부(18)는, 검출기(16)로부터의 교류 전압 검출 신호의 논리 전압에 따라 선택적으로, 모터(20)에 공급될 전압(즉, 능동 전압 선택기(14)로부터 모터(20)에 공급되는 전압)을 강압한다. 다시 말하여, 모터(20)을 구동하기 위하여, 모터 구동부(18)은, 검출기(16)의 검출 결과에 따라, 능동 선택된 전압을 강압-이용하거나 또는 능동 선택된 전압을 그대로 이용한다. 검출기(16)로부터 고 전위 논리 전압의 교류 전압 검출 신호가 입력되면(즉, AC 전압 모드), 모터 구동부(18)는 능동 전압 선택기(14)로부터 전압(즉, 제1 직류 전압)을 1/10 내지 1/6정도의 전압 레벨이 되도록 강압하고 그 강압된 전압으로 모터(20)을 구동한다. 이 경우, 모터(20)에 공급되는 평균 전압은 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압을 사용하는 경우와 동일한 수준의 평균 전압(대략 28~50V 정도)이 된다. 또한, 모터 구동부(18)는 모터(20)의 회전 속도를 조절하기 위하여 강압 률을 80 ~ 90% 내에서 제어한다. 반대로, 검출기(16)로부터 저 전위 논리 전압의 교류 전압 검출 신호가 입력되는 경우(즉, DC 전압 모드)에, 모터 구동부(18)는 능동 전압 선택기(14)로부터의 전압(즉, 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압)을 그대로 이용하여 모터(20)을 구동한다. 또한, DC 전압 모드에서 모터(20)의 회전 속도를 조절하기 위하여, 모터 구동부(18)는 능동 선택된 전압(즉, 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압)을 50% 이내의 강압률로 강압할 수 있다. 모터(20)의 회전 속도(회전 동력)의 조절을 위하여, 모터 구동부(18)는 도시하지 않는 출력 선택용 키 스위치들에 응답할 수 있다.
상용 교류 전압의 입력 여부에 따라 선택적으로 능동 선택된 전압의 강압을 위하여, 모터 구동부(18)는 제어용 전압 강하부(18A)의 전압 강하 률을 제어하는 제어부(18B)를 구비한다. 제어용 전압 강하부(18A)는, 제어부(18B)의 제어 하에, 능동 전압 선택기(14)로부터의 선택된 직류 전압(즉, 제1 또는 제2 직류 전압)을 강하하고 그 강하된 전압을 이용하여 모터(20)를 구동한다. 실제로, DC 전압 모드 의 경우, 제어용 전압 강하부(18A)는 능동 선택된 전압(즉, 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압)을 50% 이내의 강압률로 강압하여 그 강압된 전압을 모터 구동 신호로서 모터(20)에 공급한다. 한편, AC 전압 모드에서는, 제어용 전압 강하부(18A)는 능동 선택된 전압(즉, AC-DC 변환기(10)로부터의 제1 직류 전압)을 대략 80% 내지 90% 정도의 강압 율로 강압하고 그 강압된 전압을 모터 구동 신호로서 모터(20)에 공급한다. 이렇게 DC 및 AC 전압 모드들에 따라 능동 선택된 전압을 50% 이내 및 80~90% 정도의 강압 률들 중 어느 한 강압률로 강압하여, 제어용 전압 강하부(18A)는 사용 전압 모드에 무관하게 사용자가 지정한 회전 속도로 모터(20)을 회전시킨다(또는 사용자가 지정한 회전 동력이 발생되게 한다).
제어부(18B)는, 검출기(16)로부터의 교류 전압 검출 신호에 응답하여, 50% 이내의 전압 강하 율 모드와 대략 80~90% 정도의 전압 강하 율 모드 중 어느 하나를 선택한다. 또한, 제어부(18B)는 선택된 전압 강하율 모드 중 사용자가 지정한 회전 속도(회전 동력)에 해당하는 전압 강하 율을 결정한다. 나아가, 제어부(18)는 결정된 전압 강하 율에 해당하는 충격 계수를 가지는 펄스 폭 변조 신호를 강압 제어 신호로서 제어용 전압 강하부(18A)에 공급한다. 그러면, 제어용 전압 강하부(18A)는 제어부(18B)로부터의 강압 제어 신호에 따라 주기적으로 능동 선택된 전압(즉, 제1 또는 제2 직류 전압)을 단속하여 모터(20)에 공급될 전압을 조절한다. 이러한 제어부(18B)로는 연산 처리 기능을 가지는 중앙 처리 장치(Central Process Unit) 또는 마이크로 컴퓨터(Micro Computer) 등이 사용될 수 있다.
또한, 모터 구동부(18)는 배터리(12)와 제어부(18B) 사이에 접속된 DC-DC 변 환기(18C)를 추가로 구비한다. DC-DC 변환기(18C)는 배터리(12)로부터의 제2 직류 전압을 트랜지스터 로직 전압(예를 들면, 대략 5V 정도의 제1 직류 전압)으로 하향 이동(레벨 쉬프트)시킨다. DC-DC 변환기(18C)에 의하여 레벨 쉬프트된 트랜지스터 로직 전압은 제어부(18B)에 공급되어 제어부(18B)가 안정된 동작을 수행하게 한다. 제2 직류 전압으로부터 트랜지스터 로직 전압을 안정되게 발생하기 위하여, DC-DC 변환기(18C)는 절환형 전원 장치(Switched Mode Power Supply)를 포함한다. 다른 방법으로, DC-DC 변환기(18C)는 저항 분압기를 포함할 수도 있다.
모터(20)는 모터 구동부(18) 내의 제어용 전압 강하부(18A)로부터의 모터 구동 신호에 의하여 구동되어 집진용 팬(22)에 전달될 회전 동력(회전 토크)을 발생한다. 모터(20)로는 낮은 임피던스 모드로 세트된 하이브리드 유니버설 모터가 사용된다. 낮은 임피던스 모드의 하이브리드 유니버설 모터(20)는, 배터리(12)의 전압(즉, 50V의 제2 직류 전압)이 사용되는 경우, 요구된 회전 속도(예를 들면, 대략7000~9000rpm정도)로 회전되기(또는 요구된 회전 동력을 발생하기)에 충분할 정도로 낮은 임피던스 특성의 정류자 권선들 및 회전자 권선을 구비한다. 또한, 낮은 임피던스 모드의 하이브리드 유니버설 모터(20)는, AC 전압 모드에서 10~20% 정도로 강압된 제1 직류 전압에 의해서도 요구된 회전 속도(대략 7000~9000rpm 정도)로 회전된다.
집진용 팬(22)은 모터(20)로부터의 회전 동력(또는 회전 토오크(Torque)에 의하여 회전되어 흡입력을 발생시킨다. 이 흡입력은 먼지 및 티끌 등이 집진 공간(도시하지 않음)으로 집진되게 한다. 낮은 임피던스 특성의 정류자 권선들 및 회전 자 권선을 가지는 하이브리드 유니버설 모터(20)로부터, AC 전압뿐만 아니라 배터리(12) 전압의 사용 시에도, 요구된 크기의 회전 동력이 공급받는다. 이에 따라, 집진용 팬(22)은, 상용 AC전압뿐만 아니라 배터리의 전압 사용 시에도, 요구된 크기의 흡입력이 발생하게 하여 먼지 및 티끌의 청소 기간을 상용 AC 전압의 사용 시의 청소 시간 정도로 단축시킬 수 있다.
도 1의 청소기는 전원 코드(11) 및 배터리(12) 사이에 접속된 충전기(24)를 추가로 구비한다. 충전기(24)는, 전원 코드(11)를 통하여 상용 교류 전압이 공급되는 동안(즉, AC 전압 모드)에, 정류 및 평활 동작을 수행하여 상용 교류 전압을 제2 직류 전압의 형태로 변환한다. 또한, 충전기(16)는 변환된 제2 직류 전압을 배터리(12)에 공급하여 배터리(12)에 제2 직류 전압이 충전되게 한다.
도 2는 도 1에 도시된 하이브리드 유니버설 모터(20)를 설명하는 등가 회로도이다. 도2를 참조하면, 하이브리드 유니버설 모터(20)는 고 전위 단자(31)에 공통 접속된 제1 및 제2 정류자 권선(30A,30B)과 저 전위 단자(33)에 접속된 회전자 권선(32)를 포함한다. 제1 및 제2 정류자 권선(30A,30B)와 회전자 권선(32)은 접속 노드(35)에 공통적으로 접속된다. 다시 말하여, 하이브리드 유니버설 모터(20)은 직병렬 권선 회로를 이루는 정류자 권선들(30A,30B) 및 회전자 권선(32)를 구비한다. 직병렬 권선 회로는 고 전위 단자(31) 및 접속 노드(35) 사이에 접속된 정류자 권선(30A,30B)의 병렬 회로와, 이 정류자 권선(30A,30B)의 병렬 회로와 함께 직렬 회로를 구성하는 회전자 권선(32)를 포함한다. 이에 더하여, 제1 및 제2 정류자 권선(30A,30B)와 회전자 권선(32)은 낮은 권선 수로 감겨진다. 또한, 정류자 권선들(30A,30B)에 비하여 회전자 권선은 정류자 권선들(30A,30B)에 비하여 더 낮은 권선 수로 감겨 진다. 이러한 직병렬 권선 회로와 낮은 권선 수의 정류자 권선들(30A,30B) 및 회전자 권선은 하이브리드 유니버설 모터(20)가 배터리(12)의 전압(대략 28~50V 정도)에 의해서도 요구된 회전 속도(대략 7000~9000rpm 정도)로 구동될 수 있는 낮은 임피던스 특성을 가지게 한다. AC 전압 모드에서 상용 교류 전압으로부터 변환된 310V 정도의 제1 직류 전압이 1/10 내지 1/6 정도로 강압되기 때문에, 낮은 임피던스 특성의 하이브리드 유니버설 모터(20)는 상용 교류 전압 모드뿐만 아니라 배터리(12)의 전압에 의해서도 요구된 회전 속도로 구동되어 요구된 회전 동력을 도 1의 집진용 팬에 공급할 수 있다. 이러한 하이브리드 유니버설 모터(20)의 고 전위 단자(31)에 도 1의 제어용 전압 강압부(18A)로부터 모터 구동 신호가 인가되면, 전류는 고 전위 단자(31) 에서 2개로 분기된 상태로 제1 및 제2 정류자 권선(30A,30B) 를 경유한 후 접속 노드(35)에서 다시 합쳐진다. 접속 노드(35) 상에서 합쳐진 전류는 회전자 권선(32) 및 저 전위 단자(33)를 경유하여 도 1의 제어용 전압 강압부(18A)로 귀환된다.
도 3은 도 1에 도시된 제어용 전압 강압부(18A)를 상세하게 설명하는 상세 회로도이다. 도 3을 참조하면, 제어용 전압 강압부(18A)는, 고 전위 라인(13A) 및 하이브리드 유니버설 모터(20)의 고 전위 단자(31) 사이에 직렬 접속된 전계 효과 트랜지스터(MT1) 및 초크 코일(L2); 하이브리드 유니버설 모터(20)의 고 전위 단자(31)과 초크 코일(L2)과의 접속 노드와 기저 전위 라인(13B)(또는 하이브리드 유니버설 모터(20)의 저 전위 단자(33)) 사이에 접속된 캐패시터(C2)를 구비한다. 저 전위 라인(15)은 하이브리드 유니버설 모터(20)의 저 전위 단자(33)와 접속된다. 전계 효과 트랜지스터(MT1)는 도 1의 제어부(18B)로부터의 펄스 폭 변조 신호에 응답하여 능동 전압 선택기(14)의 고 전위 라인(13A)으로부터 초크 코일(L2)에 공급될 능동 선택된 전압(즉, 제1 또는 제2 직류 전압)을 주기적으로 차단하여 하이브리드 유니버설 모터(20)의 고 전위 단자(31)에 28 내지 50V 정도의 전압이 공급되게 한다. DC 전압 모드인 경우, 전계 효과 트랜지스터(MT1)은 도 4의 PWMd와 같이 일정한 주기마다 50% 이상의 기간 동안 턴-온(Turn-on) 된다. 이에 따라, 도 4의 MICd와 같이, 능동 선택된 전압(즉, 배터리(12)의 전압)의 50~90%에 상응하는 전압이 초크 코일(L2)를 경유하여 하이브리드 유니버설 모터(20)의 고 전위 단자(31)에 공급된다. 이와는 달리, AC 전압 모드에서는, 전계 효과 트랜지스터(MT1)은, 도 4의 PWMa와 같이, 일정한 주기마다 대략 10~20% 정도의 기간 동안 턴-온 된다. 이 경우, 도 4의 MICa와 같이, 능동 선택된 전압(즉, 310 V정도의 AC-DC 변환기(10)의 전압)의 대략 10~20%에 상응하는 전압이 초크 코일(L2)을 경유하여 하이브리드 유니버설 모터(20)의 고 전위 단자(31)에 공급된다. 이렇게 스위칭 주기에 대한 전계 효과 트랜지스터(MT1)의 턴-온 기간이 DC 또는 AC 전압 모드에 따라 50~90% 또는 10~20%로 절환됨에 의하여, 하이브리드 유니버설 모터(20)는 AC 전압 사용 시는 물론 배터리(12)의 전압 사용 시에도 7000~9000rpm 정도의 요구된 회전 속도로 회전될 수 있다(즉, 회전 동력 또는 회전 토크를 발생할 수 있다).
초크 코일(L2)는 전계 효과 트랜지스터(MT1)으로부터 하이브리드 유니버설 모터(20)의 고 전위 단자(31)에 공급될 펄스 폭 변조 전압 중 맥류 성분을 억압한 다. 캐패시터(C2)는 초크 코일(L2)로부터 하이브리드 유니버설 모터(20)의 고 전위 단자(31)에 공급될 펄스 폭 변조 전압을 평활한다. 이들 초크 코일(L2) 및 캐피시터(C2)에 의하여 펄스 폭 변조 전압(PWMd,PWMa)이 도 4의 MICd 및 MICa와 같은 맥류 형태로 변형된다.
또한, 도 3의 제어용 전압 강하부(18A)는 전계 효과 트랜지스터(MT1) 및 초크 코일(L2)와의 접속 노드와 기저 전위 라인(13B) 사이에 접속된 다이오드(D2)를 추가로 구비한다. 이 다이오드(D2)는 전류 방향과 반대되게 설치된다. 이러한 다이오드(D2)는 역기전력으로 인한 하이브리드 유니버설 모터(20)의 손상을 방지한다.
도 5는 도 1의 제어용 전압 강압부(18A)의 다른 실시 예를 상세하게 설명하는 상세 회로도이다. 도 5를 참조하면, 제어용 전압 강하부(18A)는, 고 전위 라인(13A) 및 기저 전위 라인(13B) 사이에 하이브리드 유니버설 모터(20)와 직렬 접속된 전계 효과 트랜지스터(MT2)와, 그리고 하이브리드 유니버설 모터(20)와 병렬 접속된 다이오드(D3)를 구비한다.
전계 효과 트랜지스터(MT1)는 도 1의 제어부(18B)로부터의 펄스 폭 변조 신호에 응답하여 능동 전압 선택기(14)의 고 전위 라인(13A)으로부터 초크 코일(L2)에 공급될 능동 선택된 전압(즉, 제1 또는 제2 직류 전압)을 주기적으로 차단하여 하이브리드 유니버설 모터(20)의 고 전위 단자(31)에 28 내지 50V 정도의 전압이 공급되게 한다. DC 전압 모드인 경우, 전계 효과 트랜지스터(MT2)은 도 4의 PWMd와 같이 일정한 주기마다 50% 이상의 기간 동안 턴-온(Turn-on) 된다. 다시 말하 여, 전계 효과 트랜지스터(MT2)는 일정한 주기마다 50~90% 정도의 기간 동안 하이브리드 유니버설 모터(20)의 전류 통로을 형성시킨다. 이에 따라, 능동 선택된 전압(즉, 배터리(12)의 전압)의 50~90%에 상응하는 전압이 하이브리드 유니버설 모터(20)에 공급된다. 이와는 달리, AC 전압 모드에서는, 전계 효과 트랜지스터(MT2)은, 도 4의 PWMa와 같이, 일정한 주기마다 그 주기의 대략 10~20% 정도의 기간 동안 턴-온 된다. 즉, 전계 효과 트랜지스터(MT2)는 일정한 주기마다 그 주기의 대략 10~20% 정도에 해당하는 기간 동안 하이브리드 유니버설 모터(20)의 전류 통로를 형성시킨다. 이 경우, 능동 선택된 전압(즉, 310 V정도의 AC-DC 변환기(10)의 전압)의 대략 10~20%에 상응하는 평균 전압이 하이브리드 유니버설 모터(20)에 공급된다. 이렇게 스위칭 주기에 대한 전계 효과 트랜지스터(MT2)의 턴-온 기간이 DC 또는 AC 전압 모드에 따라 50~90% 또는 10~20%로 절환됨에 의하여, 하이브리드 유니버설 모터(20)는 AC 전압 사용 시는 물론 배터리(12)의 전압 사용 시에도 7000~9000rpm 정도의 요구된 회전 속도로 회전될 수 있다(즉, 회전 동력 또는 회전 토크를 발생할 수 있다).
다이오드(D3)는 하이브리드 유니버설 모터(20)에서의 전류 방향과 반대되게 설치된다. 이러한 다이오드(D3)는 역기전력으로 인한 하이브리드 유니버설 모터(20)의 손상을 방지한다.
도 6은 본 발명에 따른 청소기의 흡입력 특성을 관련 기술의 청소기의 흡입력 특성을 설명하는 특성 그래프이다. 도 6을 참조하면, 관련 기술의 청소기는 모터에 공급되는 전압이 30V에서부터 310V까지 변함에 따라 10%에서부터 100%에 이르 는 흡입력 특성(RSP)을 가진다. 반면, 본 발명에 따른 청소기는 30V에서부터 50V까지 변함에 따라 30%에서부터 100%에 이르는 흡입력 특성(PSP)을 가진다. 이렇게 50V 정도의 배터리(12)의 전압에 의해서도 충분한 흡입력이 발생하기 때문에, 본 발명에 따른 청소기는 상용 교류 전압의 사용 시는 물론 배터리 전압의 사용 시에도 요구된 흡입력을 발생할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 청소기는 배터리의 전압 사용 시에도, 먼지 및 티끌의 청소 기간을 상용 AC 전압의 사용 시의 청소 시간 정도로 단축시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 청소기에서는, 배터리의 전압에 의하여 요구된 회전 동력을 발생할 수 있을 정도로 충분히 낮은 임피던스 특성의 하이브리드 유니버설 모터가 사용된다. 또한, 본 발명에 따른 청소기는, 상용 교류 전압이 공급되는 경우(즉, AC 전압 모드), 대략 310V정도의 직류 전압이 대략 28~50V 정도(즉, 배터리(12)의 전압 정도)로 강압된 상태로 하이브리드 유니버설 모터에 공급되게 한다. 이에 따라, 하이브리드 유니버설 모터는 상용 AC 전압뿐만 아니라 배터리(12) 전압에 의해서도 요구된 회전 동력을 발생할 수 있다. 또한, 집진용 팬도, 상용 AC전압뿐만 아니라 배터리의 전압 사용 시에도, 요구된 크기의 흡입력이 발생한다. 이 결과, 본 발명에 따른 청소기는 상용 AC 전압뿐만 아니라 배터리의 전압에 의해서도 충분히 큰 집진 능력으로 운전될 수 있음은 물론 배터리의 전압 사용 시의 청소 기간도 상용 AC 전압의 사용 시의 청소 시간 정도로 단축시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명이 첨부된 도면에 도시된 실시 예로 국한되게 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 다른 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 보호되어야 할 본 발명의 기술적 사상 및 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 정해져야만 할 것이다.

Claims (12)

  1. 집진용 팬을 회전시키는 저 저항 모드의 모터;
    배터리;
    전원으로부터의 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 전압 변환부; 및
    상기 상용 교류 전압의 입력 상태에 따라, 상기 직류 전압 및 상기 배터리의 전압을 선택적으로 강압하고 상기 모터를 상기 선택적 강압된 전압으로 구동하는 모터 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 저 저항 모터는,
    상기 배터리의 전압에 의하여 요구된 회전력(또는 구동 토오크)을 발생시키기에 적합한 임피던스 특성의 정류자 권선을 가지는 것을 특징으로 하는 청소기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 모터 구동부는,
    상기 상용 교류 전압이 입력되고 있는 경우에 상기 직류 전압을 강압하여 그 강압된 전압으로 상기 모터를 구동하고,
    상기 상용 교류 전압이 입력되지 않는 경우에는 상기 배터리의 전압으로 상기 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리의 전압 및 상기 전압 변환부의 전압을 상기 모터 구동부 쪽으로 능동-절환하는 능동 전압 선택기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원으로부터의 상기 상용 교류 전압을 이용하여 상기 배터리를 충전하는 충전 회로부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 및 상기 전압 변환부 중 어느 하나로부터의 전압에 근거하여 상기 상용 교류 전압의 입력 상태를 검출하고 그 검출 결과를 상기 모터 구동부에 공급하는 검출기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 모터 구동부는,
    상기 모터에 공급될 상기 배터리의 전압 및 상기 전압 변환부의 직류 전압을 강압하는 제어용 전압 강압부;
    상기 상용 교류 전압의 입력 상태에 따라 상기 제어용 전압 강압부가 전압 강압 동작을 선택적으로 수행하게 하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 청소기.
  8. 전원으로부터의 상용 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 단계;
    배터리의 전압 및 상기 직류 전압 선택적으로 능동-절환하는 단계;
    상기 상용 교류 전압의 입력 여부를 검출하는 단계; 및
    상기 검출 결과에 따라, 상기 능동-절환된 전압을 선택적으로 강압하여 그 선택적 강압된 전압으로 저 저항 모드의 모터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기 구동 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,상기 모터는,
    상기 배터리의 전압에 의하여 요구된 회전력(또는 구동 토오크)을 발생시키기에 적합한 임피던스 특성의 정류자 권선을 가지는 것을 특징으로 하는 청소기 구동 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 모터 구동 단계는,
    상기 상용 교류 전압이 검출될 경우에 상기 능동-절환된 전압을 강압하여 그 강압된 전압으로 상기 모터를 구동하는 단계; 및
    상기 상용 교류 전압이 검출되지 않을 경우에는 상기 능동-절환된 전압으로 상기 모터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기 구동 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 모터 구동 단계는,
    상기 검출 결과에 따라, 상기 능동-절환된 전압을 선택적으로 펄스-폭 변조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청소기 구동 방법.
  12. 전원으로부터의 상용 교류 전원의 입력 여부에 따라, 배터리의 전압 및 상기 상용 교류 전압으로부터 파생된 직류 전압 및 배터리의 전압을 선택적으로 강압하여 그 강압된 전압으로 저 저항 모터를 구동하는 청소기.
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