KR20090077097A - 드럼세탁기의 포량감지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드럼세탁기의 포량감지방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 세탁물의 동일한 포량에 대해서도 드럼 내 세탁물의 분포상태나 도어 글래스 마찰 등에 의한 가속시간 변동을 모터에 인가된 입력전압 성분으로 보상하고, 입력전압의 변동과 입력전원의 주파수 변동을 고려하여 포량 데이터를 보상함으로써 동일한 세탁물의 무게에 대해서도 일정한 포량값을 얻을 수 있고, 보다 정밀한 세탁물의 무게를 감지할 수 있다.

Description

드럼세탁기의 포량감지방법{Method for detecting laundry weight of drum type washing machine}

본 발명은 드럼세탁기의 포량감지방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세탁물의 무게 즉 포량을 보다 정확히 감지할 수 있는 드럼세탁기의 포량감지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 드럼세탁기는 고정조, 이 고정조에 회동가능하게 설치되는 드럼형상의 회전조를 구비하고, 이 회전조의 회전에 의해 생기는 낙차를 이용하여 세탁물을 세탁하는 장치이다.

유니버셜 모터를 채택한 중소형 드럼 세탁기에서는 모터 제어시 트라이악을 사용한 위상제어 방식이 사용된다. 트라이악을 이용한 위상제어 방식은 운전하고자 하는 모터속도에 해당하는 인가전압과 모터에 인가하고자 하는 전압의 크기에 해당하는 위상을 계산하여, 전원전압의 제로크로스 신호를 기준으로 트라이악에 신호를 인가하여 모터를 운전한다.

일반적으로, 드럼세탁기의 포량감지방법은 세탁물이 들어있는 드럼을 세탁물이 드럼 내에 균일하게 분포하는 속도까지 가속한 다음, 임의의 일정토크(또는 전 압)를 인가하여 임의의 속도까지 도달하는데 걸리는 시간이 세탁물의 무게와 비례함으로 그 가속시간을 감지하여, 세탁물의 무게를 추정한다. 일정토크를 인가하기 위해, 일정 전류를 인가하거나 제어 편의상 일정 전압을 인가한다.

하지만, 종래방식은 일정 토크 또는 일정 전압을 인가하여 임의의 속도까지 도달하는데 걸리는 시간을 통해 세탁물의 무게를 측정한다. 일반적으로 유니버셜 모터를 채택한 드럼 세탁기는 모터제어 특성상 트라이악을 이용한 위상제어 방식은 모터에 일정 위상을 인가하더라도 입력전압의 변동과 입력전원의 주파수 변동에 따라 동일한 세탁물의 무게라 할지라도 입력전압의 크기와 입력전원의 주파수에 따라 포량 데이터가 변동하여 정밀한 포량 감지가 이루어지지 않는다. 통상, 가전제품은 ㅁ10%의 전압변동과 ㅁ5%의 주파수 변동을 고려해야 하므로 이러한 포량감지 방법을 위상제어 방식을 채택한 드럼세탁기에서는 포량에 따른 무게감지값의 산포가 커져 정밀한 포량감지를 기대하기 어렵다 또한, 동일한 세탁물에 대해서도 드럼 내 세탁물의 분포상태나 드럼의 도어 글래스와의 마찰 여부에 따라서 가속시간이 가변되거나, 무게감지값의 산포가 커져 무게별 데이터의 구별이 불분명해지는 단점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 드럼세탁기에 투입된 세탁물의 무게를 보다 정확하게 감지할 수 있는 드럼세탁기의 포량감지방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 드럼세탁기의 포량감지방법은 모터를 제1 회전속도까지 가속하는 단계와, 상기 제1 회전속도에 도달 후 정속 유지하는 단계와, 상기 정속을 유지하는 동안 상기 모터에 인가되는 평균전압을 산출하는 단계와, 상기 산출된 평균전압의 정수배의 전압을 상기 모터에 인가하여 제2 회전속도까지 가속하는 단계와, 상기 모터를 상기 제2 회전속도까지 가속하는 가속시간과 상기 평균전압을 이용하여 세탁물의 무게를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 모터를 상기 제2 회전속도까지 가속하는 단계는, 상기 정속을 유지하는 구간에서 상기 모터의 최저속도를 구하여 상기 최저속도를 기점으로 가속하는 것을 특징으로 한다.

상기 무게산출단계 후 상기 모터에 인가된 평균전압별로 그에 대응하도록 미리 설정된 무게 보정값을 이용하여 상기 산출된 세탁물의 무게를 최종 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 무게보정값은 상기 모터에 인가되는 평균전압의 크기별로 미리 설정된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 세탁물의 동일한 포량에 대해서도 드럼 내 세탁물의 분포상태나 도어 글래스 마찰 등에 의한 가속시간 변동을 모터에 인가된 입력전압 성분으로 보상하고, 입력전압의 변동과 입력전원의 주파수 변동을 고려하여 포량 데이터를 보상함으로써 동일한 세탁물의 무게에 대해서도 일정한 포량값을 얻을 수 있고, 보다 정밀한 세탁물의 무게를 감지할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기의 전체적인 구성을 대략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기는 대략 박스형상으로 이루어져 드럼세탁기의 외관을 형성하는 하우징(1)과, 하우징(1)의 내부에 경사지게 설치되어 세탁수가 담겨지게 되는 드럼 형상의 고정조(2)와, 이 고정조(2)의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 그 표면에 다수의 탈수공(3a)가 형성되어 있는 드럼 형상의 회전조(이하 드럼이라 칭함)(3)로 이루어진 세탁조(4)와, 이 세탁조(4) 내의 회전조(3)를 회전시켜서 세탁행정과 헹굼행정, 그리고, 탈수행정이 이루어지도록 하는 모터(5)를 구비한다.

상기한 구성을 갖는 드럼세탁기의 작동은 모터(5)의 구동력에 의해 회전조(3)를 회전시켜 세탁행정, 헹굼행정, 그리고, 탈수행정을 수행하게 된다. 상기한 모터는 컨버터와 인버터로 구성되는 전력변환장치에 의해 교류전원으로부터 공급되는 교류전원의 위상 제어된 전원을 공급받는다. 모터(5)는 위상제어를 통해 모터에 인가되는 입력전압이 조절됨으로써 그 회전력이 가변하게 되며, 그에 따라 세탁물이 수용된 회전조(3)가 소정의 속도로 회전하게 된다. 이러한 위상제어는 교류전원 인가시 모터(5)의 속도가변을 위하여 트라이악(triac)소자를 포함하는 위상제어회로를 통해 수행된다. 트라이악은 인가되는 입력전압을 별도로 인가되는 입력펄스의 신호에 따른 점호각으로 제어하여 원하는 출력전압의 크기를 변화시킴으로써 모터(5)의 회전속도를 가변시킨다. 이때, 점호각 제어를 증가할수록 그에 따른 전압의 크기는 감소하여 모터(5)의 회전속도가 고속에서 저속으로 감소하게 되며, 점호각의 제어를 감소할수록 그에 따른 전압의 크기는 증가하여 모터(5)의 회전속도가 저속에서 고속으로 증가하게 된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 부하 언밸런스에 의한 무게측정 편차를 제거하기 위해서, 드럼(3) 내부의 세탁물들이 최대한 균일하게 드럼(3) 내측 벽면에 붙는 모터속도(Wrpm1)까지 가속한다(S100, S110). 모터속도가 일정 회전수(Wrpm1)에 도달하면 일정 시간 동안 PI 제어 등의 폐 루프(closed loop)제어로 모터속도를 등속으로 유지한다(S120). 등속구간에서 모터(5)에 인가되는 세탁물의 무게에 비례하는 평균토크 또는 평균전압을 구한다(S130). 또한 평균토크(또는 평균전압)의 임의의 배수(N)배 토크(또는 전압)를 모터(5) 인가하여 임의의 드럼 회전수(드럼 1회전)(또는 임의의 모터속도(Wrpm2))까지 가속한다(S140,S150). 이때, 가속시 가속시점을 일정하게 하여 포량 데이터의 일관성을 가지기 위해 등속속도(Wrpm1)구간에서 평균속도와 최저속도를 구하여 최저속도를 기점으로 드럼(3)을 가속한다. 드럼(3)이 드럼 1회전하면 그 가속시간을 구하고 모터(5)를 정지한다(S160, S170). 그리고, 모터에 인가된 평균토크 값(평균전압 또는 평균전류)과 가속시간을 이용하여 세탁물의 무게를 산출한다(S180). 이와 함께 후술하는 전압 선형화를 통해 입력전압의 변동과 입력전원의 주파수변동을 보상하도록 무게보정값을 적용하여 세탁물의 최종 무게를 산출한다(S190).

이하에서는 이를 좀더 자세히 살펴본다.

먼저, 회전체의 운동방정식은 다음의 식 [1]과 같다.

식 [1]

J는 세탁물을 포함한 드럼의 관성계수이고, Te는 모터에 인가된 입력토크, B는 마찰계수, TL은 부하 토크, W는 드럼의 각속도를 의미한다.

마찰계수 B는 입력토크 Te 에 비해 작으므로 무시할 수 있으며, 가속순간 부하토크(TL)는 드럼(3)의 관성계수(J)보다 작으므로 무시할 수 있다.

세탁물이 드럼(3) 내측 벽면에 붙기 시작하는 속도에서 구해진 평균 인가토크(

)로 운전 중인 드럼(3)을 정수 N배 토크로 드럼을 가속 할 경우 세탁물을 포함한 드럼(3)의 관성계수 Jm은 다음의 식 [2]와 같이 유도할 수 있다.

식 [2]

정속 유지구간에서 인가된 부하의 평균토크 Te 는 모터(5)에 인가된 전류에 비례하는 식으로 나타낼 수 있고, 직권계자방식에서 다음의 식 [3]과 같이 재 정의할 수 있다.

식 [3]

식 [3]를 식 [2]에 대입하고, 전류는 전압에 비례하므로 세탁물 무게 Jm에 대한 식을 식 [4]과 같이 나타낼 수 있다.

식 [4]

또한 모터(5)에 인가된 전압 Va는 다음의 식 [5]와 같이 간략히 표현 할 수 있으며,

식 [5]

Vavg는 입력전압의 평균치, Duty는 Wrpm1에서의 평균 듀티, N은 가속하는데 필요한 평균 듀티의 정수배, Frequency는 전원전압의 주파수를 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기의 포량감지방법에서는 일예로, 드럼 1회전(2π)까지 가속하는 것을 기준으로 포량 데이터를 계산함으로 식 [4]의

는 세탁기 드럼 1회전 2π로 그 값이 일정하고, (N-1)항도 N값이 일정상수 값으로 일정하므로 임의의 상수로 둘 수 있다.이러한 조건을 이용해 식 [5]를 식 [4]에 대입하면 세탁기의 세탁물 무게 Jm 는 최종적으로 식 8과 같이 표현 할 수 있다.

식 [6]

단, 식[6]에서 계산된 세탁물의 무게 Jm 는 인가된 입력전원의 크기와 주파수가 일정할 경우를 조건으로 한다.

실제 드럼세탁기의 전원환경은 ±10%의 전압변동과 ±5%의 주파수 변동을 고려해야 하고, 트라이악을 이용한 위상제어에 대해서는 이러한 전원전압변동에 쉽게 영향을 받으므로, 동일한 세탁물에 대해서도 전압의 크기 변동에 대한 포량 데이터가 크게 달라진다.

이러한 문제를 해결하기 위해 전압크기에 따른 포량 데이터의 선형화 작업이 필요하며, 전압 선형화는 동일 세탁물에 대한 포량 감지를 전압의 크기별로 실시하여 포량 데이터를 산출하고, 산출된 전압크기별 포량 데이터는 1차 또는 2 차식으 로 선형화 할 수 있다.

즉 동일 세탁물에 대해서 전압크기별 포량 데이터를 산출하여 전압선형화 작업을 통해 최종 세탁물 무게를 다음의 식 [7]과 같이 표현 할 수 있다.

식 [7]

여기서 ax + b 는 무게보정값을 전압 선형화 1차식으로 표현한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기의 포량감지방식에서는 기존 포량감지 방식에서 임의의 속도까지 도달하는데 도달하는 가속시간만을 감지해서 세탁물의 무게를 추정하는 것이 아니라 입력토크와 가속시간의 곱으로 세탁물의 무게를 추정하여 포량 데이터의 분별력 및 분해능을 향상시키고, 또한 전압 선형화를 통해 변동하는 전원전압에 대해서도 동일한 포량 데이터를 얻을 수 있도록 하였다.

본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기의 포량감지방식은 입력전압의 변동과 입력전원의 주파수 변동을 고려하고, 동일 포량에 대해서도 드럼 내 세탁물의 분포상태 및 도어 글래스 마찰에 의한 가속시간 변동을 모터(5)에 인가된 입력전압 성분으로 보상해서 포량 데이터를 계산함으로서, 동일한 세탁물 무게에 대해 일정한 포량값을 얻을 수 있고, 보다 정밀한 세탁물의 무게를 감지할 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기의 포량감지방법을 적용하여 포량감지한 일반 수건포 개수에 따른 습포 무게 데이터를 나타내었다. 수건포 개수에 따른 무게감지 데이터가 중첩되는 것이 줄어 무게구별이 좀 더 정밀해지고, 40장 이상의 수건포에 대한 무게감지 구분이 보다 더 정밀해 진다. 무게감지 분해 능은 0.56kg(기존방식에 의한 동일무게/모델의 드럼세탁기에서는 무게감지 분해능이 1.15kg)로 보다 정밀한 무게감지 분해능과 변별력을 가질 수 있음을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기의 전체적인 구성을 대략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기에서 세탁물의 무게를 감지하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기의 포량감지방법에 대한 제어흐름도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기의 포량감지방법에 의한 습포 무게감지 데이터를 보인 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 드럼세탁기의 포량감지방법에 의한 습포 무게감지 분해능을 보인 도면이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

1 : 하우징 2 : 고정조

3 : 회전조 4 : 세탁조

5 : 모터

Claims (4)

1. 모터를 제1 회전속도까지 가속하는 단계와,

   상기 제1 회전속도에 도달 후 정속 유지하는 단계와,

   상기 정속을 유지하는 동안 상기 모터에 인가되는 평균전압을 산출하는 단계와,

   상기 산출된 평균전압의 정수배의 전압을 상기 모터에 인가하여 제2 회전속도까지 가속하는 단계와,

   상기 모터를 상기 제2 회전속도까지 가속하는 가속시간과 상기 평균전압을 이용하여 세탁물의 무게를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 포량감지방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 모터를 상기 제2 회전속도까지 가속하는 단계는, 상기 정속을 유지하는 구간에서 상기 모터의 최저속도를 구하여 상기 최저속도를 기점으로 가속하는 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 포량감지방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 무게산출단계 후 상기 모터에 인가된 평균전압별로 그에 대응하도록 미리 설정된 무게 보정값을 이용하여 상기 산출된 세탁물의 무게를 최종 산출하는 단 계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 포량감지방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 무게보정값은 상기 모터에 인가되는 평균전압의 크기별로 미리 설정된 것을 특징으로 하는 드럼세탁기의 포량감지방법.

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