KR20100080562A - 세탁기 - Google Patents

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KR20100080562A
KR20100080562A KR1020107011624A KR20107011624A KR20100080562A KR 20100080562 A KR20100080562 A KR 20100080562A KR 1020107011624 A KR1020107011624 A KR 1020107011624A KR 20107011624 A KR20107011624 A KR 20107011624A KR 20100080562 A KR20100080562 A KR 20100080562A
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츠요시 시가
이사무 닛타
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가부시끼가이샤 도시바
도시바 콘슈머 일렉트로닉스·홀딩스 가부시키가이샤
도시바 홈 어플라이언스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 세탁기에 관한 것으로서, 수조와, 상기 수조에 수용된 부하를 회전 구동하는 모터를 구비하고, 세탁 공정, 헹굼 공정 및 탈수 공정을 포함하는 세탁 운전을 실시한다. 상기 모터는 스테이터 코일을 구비한 스테이터와, 보자력이 높은 영구자석으로 이루어진 제 1 마그네트 및 상기 제 1 마그네트보다 보자력이 낮고 자속의 변경이 용이한 영구자석으로 이루어진 제 2 마그네트를 포함하는 로터 마그네트를 구비한 로터를 구비하며, 상기 세탁 운전이 세탁 공정일 때, 상기 제 2 마그네트는 상기 스테이터에 대해 작용하는 상기 로터 마그네트의 자속이 증가하도록 자화되고, 상기 세탁 운전이 탈수 공정일 때, 상기 제 2 마그네트는 상기 스테이터에 대해 작용하는 상기 로터마그네트의 자속이 상기 세탁 공정일 때보다도 감소하도록 자화되는 것을 특징으로 한다.

Description

세탁기{WASHING MACHINE}
본 발명은 회전조 등의 부하를 회전 구동하는 모터를 구비한 세탁기에 관한 것이다.
예를 들면 드럼식 세탁기는 수조 내에 회전 가능하게 설치된 회전조인 드럼을 회전 구동하는 모터를 구비하고 있다. 이 세탁기는 세탁 공정이나 헹굼 공정에서는 드럼을 저속도로 정회전 또는 역회전시키고, 또한 중간 탈수 공정이나 최종 탈수 공정에서는 드럼을 한 방향으로 고속도로 회전시키고 있다. 이와 같이 드럼을 고속도로 회전시킴으로써 원심 탈수가 실시된다.
이 종류의 세탁기에 이용되는 모터에는 도 9에 도시한 바와 같이 헹굼을 포함하는 세탁 시에는 저속 회전, 고 토크가 요구되는 것에 대해 중간 탈수 및 최종 탈수를 포함하는 탈수 시에는 반대로 고속 회전, 저 토크가 요구된다. 그러나 종래의 모터의 경우, 모터 특성을 바꿀 수 없다. 이 때문에 도 10에 도시한 바와 같이 모터의 최고 효율점(A)은 세탁과 탈수의 중간점으로 설정된다. 그 결과, 각 공정에서 모터의 효율적인 운전을 할 수 없는 문제점이 있다.
이와 같은 과제에 대처하기 위해, 예를 들면 일본 공개특허공보 제2003-18879호에 모터의 특성을 전환하는 것이 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 제2003-18879호에 개시되어 있는 모터는 릴레이 등의 스위치를 전환함으로써 스테이터 코일의 3상의 권선이 세탁 시에는 Y 결선 접속되고, 탈수 시에는 △결선 접속된다. 이에 의해 모터의 특성은 각 공정에서의 운전에 적합하도록 전환된다.
상기 일본 공개특허공보 제2003-18879호에서는 모터의 특성은 각 공정에서의 운전에 적합하도록 전환할 수 있지만, 스테이터 코일을 Y 결선 접속과 △결선 접속으로 전환하기 위한 스위치(릴레이)가 필요하다. 이 때문에 구조가 복잡해지는 결점이 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 간단한 구성으로 모터의 특성이 각 공정의 운전에 적합한 것으로 전환되는 세탁기를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 세탁기는 수조와, 상기 수조에 수용된 부하를 회전 구동하는 모터를 구비하고, 세탁 공정, 헹굼 공정 및 탈수 공정을 포함하는 세탁 운전을 실시하는 세탁기에 있어서, 상기 모터는 스테이터 코일을 구비한 스테이터와 보자력이 높은 영구자석으로 이루어진 제 1 마그네트 및 상기 제 1 마그네트보다 보자력이 낮고 자속의 변경이 용이한 영구자석으로 이루어진 제 2 마그네트를 포함하는 로터 마그네트를 구비한 로터를 구비하며, 상기 세탁 운전이 세탁 공정일 때, 상기 제 2 마그네트는 상기 스테이터에 대해 작용하는 상기 로터 마그네트의 자속이 증가하도록 자화되고, 상기 세탁 운전이 탈수 공정일 때, 상기 제 2 마그네트는 상기 스테이터에 대해 작용하는 상기 로터 마그네트의 자속이 상기 세탁 공정일 때 보다도 감소하도록 자화된다.
본 발명의 세탁기에 의하면 세탁 공정에서는 스테이터에 대해 작용하는 로터 마그네트의 자속이 증대한다. 이 때문에 부하를 구동하는 모터의 특성은 세탁 공정에 합치된 저속 회전 또 고 토크가 된다. 한편, 탈수 공정에서는 스테이터에 대해 작용하는 로터 마그네트의 자속이 세탁 공정 보다도 감소한다. 이 때문에 부하를 구동하는 모터의 특성은 탈수 공정에 합치한 고속 회전 또 저 토크가 된다. 이 경우 모터의 특성은 로터 마그네트의 보자력이 낮은 제 2 마그네트의 자속을 변화시킴으로써 전환된다. 이 때문에 전환을 위한 스위치는 불필요하다. 따라서 간단한 구성으로 모터의 특성을 각 공정의 운전에 적합한 것으로 전환할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 세탁기의 개략 구성을 도시한 것으로서, (a)는 종단 측면도, (b)는 종단 배면도,
도 2는 모터의 사시도,
도 3은 로터의 부분 사시도,
도 4는 네오듐 자석과 아르니코 자석의 특성을 나타내는 도면,
도 5는 세탁 운전의 공정과 드럼의 회전 속도의 관계를 나타내는 도면,
도 6은 제 1 마그네트의 전압-자속 특성과, 제 2 마그네트의 증자와 감자의 작용을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 로터의 부분 사시도를 도시한 것으로서, (a)는 로터 마그네트를 증자(增磁)한 상태의 도면, (b)는 로터 마그네트를 감자(減磁)한 상태의 도면,
도 8은 도 6 상당 도면,
도 9는 세탁기용 모터에 요구되는 세탁 시와 탈수 시의 토크와 회전 속도의 관계를 나타내는 특성도 및
도 10은 종래의 모터의 회전 속도와 효율의 관계를 나타내는 도면이다.
(제 1 실시형태)
이하, 본 발명을 드럼식 세탁기에 적용한 제 1 실시형태에 대해 도 1~도 6을 참조하여 설명한다.
우선, 도 1에 도시한 바와 같이 세탁기는 외부 상자(1)의 내측에 수조(2)를 구비하고 있다. 수조(2)는 일 단부인 후면부(2a)(도 1의 (a)의 우측 단면도)가 폐쇄된 거의 원통 형상이며, 축을 지면에 대해 거의 수평으로 한 상태로 도시하지 않은 댐퍼 기구에 의해 탄성적으로 지지되어 있다. 수조(2)는 내측에 회전조를 구성하는 드럼(3)을 회전 가능하게 수용하고 있다. 이 드럼(3)도 일 단부인 후면부(3a)(도 1의 (a)의 우측 단면부)가 폐쇄된 거의 원통 형상이며, 축을 지면에 대해 거의 수평으로 한 상태로 수조(2)에 수용되어 있다. 드럼(3)은 둘레벽에 도시하지 않은 다수의 구멍을 구비하고 있다. 외부 상자(1)는 전면부(1a)에 세탁물 출입구를 개폐하는 도시하지 않은 문을 구비하고 있다. 수조(2) 및 드럼(3)은 전방이 개구되어 있고, 세탁물은 세탁물 출입구를 통해 드럼(3)에 대해 출입된다.
세탁기는 수조(2)의 후면부(2a)의 배면에 모터(4)를 구비하고 있다. 모터(4)는 드럼(3)을 회전 구동한다. 제 1 실시형태의 경우, 모터(4)는 아우터 로터형 브러시리스 DC 모터이다. 모터(4)의 로터(5)에 연결된 축(6)은 드럼(3)의 후부에 연결되어 있다. 이에 의해 세탁기는 모터(4)에 의해 드럼(3)이 직접 회전 구동되는 이른바 다이렉트 드라이브 방식이다. 드럼(3)은 모터(4)에 의해 회전 구동되는 부하에 상당한다.
모터(4)에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 모터(4)는 스테이터(7)를 구비하고 있다. 스테이터(7)는 외주부에 다수개의 티스(teeth)부(8)를 구비하는 스테이터 코어(9), 각 티스부(8)에 감겨진 스테이터 코일(10) 및 합성수지제 장착부(11)를 구비하고 있다. 스테이터(7)는 장착부(11)를 통해 수조(2)의 후면부(2a)에 고정된다. 본 실시형태의 경우 예를 들면 36개의 티스부(8)가 설치되어 있다.
로터(5)는 자성체제 프레임(12), 로터 코어(13), 제 1 마그네트(14) 및 제 2 마그네트(15)를 구비하고 있다. 프레임(12)은 외주부에 고리형상 벽(12a)을 구비한 얕은 용기 형상으로 형성되어 있다. 로터 코어(13)는 원고리 형상으로 형성되고, 고리 형상 벽(12a)의 내주부에 배치되어 있다. 제 1 마그네트(14) 및 제 2 마그네트(15)는 로터 코어(13)에 형성된 다수개의 자석 삽입 구멍에 삽입되어 있다. 축(6)은 프레임(12)의 중앙부에 설치된 축 장착부(16)에 연결한다.
제 1 마그네트(14) 및 제 2 마그네트(15)는 모두 영구자석으로 이루어지고, 로터 마그네트를 구성한다. 이 중, 제 1 마그네트(14)는 보자력이 비교적 높은 고보자력의 네오듐 자석으로 구성되어 있다. 이 경우, 제 1 마그네트(14)를 구성하는 네오듐 자석의 보자력은 700kA/m 이상이다. 한편, 제 2 마그네트(15)는 제 1 마그네트(14)에 비교하여 보자력이 낮은 저보자력의 아르니코 자석으로 구성되어 있다. 이 경우, 제 2 마그네트(15)를 구성하는 아르니코 자석의 보자력은 350kA/m 이하이다. 도 4는 네오듐 자석 및 아르니코 자석의 보자력 및 자속 밀도의 특성을 나타내고 있다. 이들 제 1 마그네트(14) 및 제 2 마그네트(15)는 서로 다른 극을 형성하여 둘레 방향으로 번갈아 배치되어 있다. 제 1 실시형태의 경우, 제 1 마그네트(14) 및 제 2 마그네트(15)는 각각 24개씩 합계 48개 배치되어 있다. 제 2 마그네트(15)의 두께는 제 1 마그네트(14) 보다도 두껍게 형성되어 있다. 제 1 마그네트(14) 및 제 2 마그네트(15)는 도 3에 도시한 바와 같이 모두 직경 방향으로 자극이 다르도록 착자되어 있다. 로터 코어(13)는 스테이터(7)와 대향하는 내주부에 돌출부(13a)를 구비하고 있다. 돌출부(13a)는 각각 제 1 마그네트(14) 및 제 2 마그네트(14, 15)에 대응하여 원호 형상으로 형성되어 있다.
상술한 모터(4)는 도시하지 않은 마이크로컴퓨터를 포함하는 제어 장치에 의해 인버터 회로를 통해 제어된다. 제어 장치는 세탁기의 세탁 운전의 제어를 실시한다.
상기 구성에 의한 세탁기의 작동에 대해 설명한다.
도 5는 세탁 운전의 각 공정과 드럼의 회전 속도의 관계의 일례를 도시하고 있다. 세탁 운전을 개시하면 제어 장치는 우선 급수 공정을 실시한다. 급수 공정에서는 제어 장치는 도시하지 않은 급수 밸브를 개방하여 물을 수조(2), 즉 드럼(3) 내에 공급한다. 수조(2)에 공급된 물은 수조(2) 내에 저장된다. 계속해서 제어 장치는 세탁 공정을 실시한다. 세탁 공정에서는 수조(2) 내에 세제가 투입된 후, 제어 장치는 드럼(3)을 모터(4)에 의해 회전 구동한다. 이때, 모터(4)는 드럼(3)을 예를 들면 50rpm~60rpm의 낮은 회전 속도로 정회전 및 역회전시킨다. 이에 의해 드럼(3) 내에 수용된 세탁물은 세탁된다. 세탁 공정을 소정 시간 실시한 후, 제어 장치는 배수 공정을 실시한다. 배수 공정에서는 제어 장치는 드럼(3)을 정지시킨 채, 수조(2)의 배출구에 접속된 도시하지 않은 배수 밸브를 개방한다. 이에 의해 수조(2) 즉 드럼(3)에 저장된 물은 세탁기의 외부로 배출된다.
계속해서 제어 장치는 1회째 중간 탈수 공정을 실시한다. 이 1회째 중간 탈수 공정에서는 제어 장치는 드럼(3)을 모터(4)에 의해 예를 들면 1500rpm의 고속 회전으로 일 방향으로 회전시킨다. 이에 의해 드럼(3) 내에 수용된 세탁물은 원심 탈수된다. 세탁물로부터 배출된 물은 배출구로부터 기기 밖으로 배출된다.
1회째 중간 탈수가 완료되면, 제어 장치는 드럼(3)의 회전을 정지시킨 채 다시 급수 공정을 실시한다. 이에 의해 수조(2), 즉 드럼(3)으로 물이 공급되고, 급수된 물이 수조(2)에 저장된다. 계속해서 제어 장치는 1회째 헹굼 공정을 실시한다. 헹굼 공정에서는 세제가 사용되지 않는다. 제어 장치는 이 세제가 사용되지 않은 것을 제외하고, 세탁 공정과 동일한 제어를 실시한다. 즉, 제어 장치는 드럼(3)을 모터(4)에 의해 예를 들면 50~60rpm의 낮은 회전 속도로 정회전 및 역회전시킨다. 이에 의해 드럼(3) 내에 수용된 세탁물은 헹굼이 실시된다. 1회째 헹굼 공정을 소정 시간 실시한 후, 제어 장치는 전술한 바와 같이 배수 공정을 실시한다.
계속해서 제어 장치는 2회째 중간 탈수 공정을 실시한다. 2회째 중간 탈수 공정에서는 제어 장치는 1회째 중간 탈수 공정과 동일한 제어를 실시한다. 2회째 중간 탈수 공정이 완료되면, 제어 장치는 드럼(3)의 회전을 정지시킨 채 다시 급수 공정을 실시한다. 이에 의해 수조(2), 즉 드럼(3)으로 물이 공급되고, 공급된 물이 수조(2)에 저장된다. 계속해서 제어 장치는 2회째 헹굼 공정을 실시한다. 2회째 헹굼 공정에서는 제어 장치는 1회째 헹굼 공정과 동일한 제어를 실시한다. 제어 장치는 2회째 헹굼 공정을 소정 시간 실시한 후, 전술한 바와 마찬가지로 배수 공정을 실시한다.
계속해서 제어 장치는 최종 탈수 공정을 실시한다. 최종 탈수 공정에서는 제어 장치는 드럼(3)을 모터(4)에 의해 예를 들면 1000rpm의 고속 회전으로 일 방향으로 회전시킨다. 이에 의해 드럼(3) 내에 수용된 세탁물은 원심 탈수된다. 이상에 의해 세탁 운전은 종료된다.
상기 세탁 공정의 경우, 드럼(3)의 회전 속도, 즉 모터(4)의 회전 속도는 50rpm 내지 60rpm 정도로 낮아진다. 이 때문에 모터(4)는 저속 회전, 또한 고 토크의 운전이 요구된다. 따라서 제어 장치는 세탁 공정에 앞선 급수 공정에서, 모터(4)의 모터 마그네트의 제 2 마그네트(15)의 증자를 실시하여 제 2 마그네트(15)의 자속을 증가시킨다.
도 6은 고보자력의 제 1 마그네트(14)의 전압-자속 특성 및 저보자력의 제 2 마그네트(15)의 증자와 감자의 작용을 설명하기 위한 도면을 도시하고 있다. 또한, 제 1 마그네트(14)를 착자할 때의 착자 전압은 약 ±3000V이고, 제 2 마그네트(15)를 착자할 때의 착자 전압은 약 ±500V이다. 세탁 운전 개시 시의 제 2 마그네트(15)의 자속은 감자 상태의 점(B1)에 있다. 이 상태에서 제 2 마그네트(15)를 증자시키는 경우, 로터(5)를 소정 위치에 유지한 채, 제어 장치는 스테이터 코일(10)로의 통전을 제어한다. 이에 의해 제어 장치는 제 2 마그네트(15)를 증자시킨다.
구체적으로는 제어 장치는 스테이터 코일(10)에 예를 들면 +500V의 전압을 인가한다. 이에 의해 제 2 마그네트(15)의 자속은 점(B2)에 나타내는 바와 같이 최대까지 증대한다. 이때, 제 2 마그네트(15)에 대한 전압의 인가를 해제해도 그 자속은 유지된다. 그 결과, 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트 전체의 자속은 증가한다. 이 상태에서 모터(4)에 의해 드럼(3)을 저속도로 회전 구동하면서 세탁 공정을 실시함으로써 모터(4)는 고 토크를 발생한다. 이 세탁 공정 시, 스테이터 코일(10)로의 통상의 운전 전압은 약 ±200V의 범위이다. 이 때문에 저보자력의 제 2 마그네트(15)라도 자속이 변화하지 않는다.
한편, 1회째 중간 탈수 공정에서는 드럼(3)의 회전 속도, 즉(모터(4)의 회전 속도는 1500rpm 정도로 높아진다. 이 때문에 모터(4)는 고속 회전, 또한 저 토크의 운전이 요구된다. 따라서 제어 장치는 1회째 중간 탈수 공정에 앞선 배수 공정에서 모터(4)의 로터 마그네트의 제 2 마그네트(15)의 감자를 실시하여 제 2 마그네트의 자속을 감소시킨다.
구체적으로는 제어 장치는 스테이터 코일(10)에 예를 들면 -500V 보다 약간 높은 전압을 인가한다. 이에 의해 제 2 마그네트(15)의 자속은 점(B3)에 도시한 바와 같이 「0」가까이까지 감소한다. 이 때, 제 2 마그네트(15)에 대한 전압의 인가를 해제해도 그 자속이 유지된다. 그 결과, 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트 전체의 자속은 감소한다. 이 상태로 모터(4)에 의해 드럼(3)을 고속도로 회전 구동하면서 중간 탈수 공정을 실시함으로써 모터(4)의 운전은 저 토크 또한, 고속 회전에 적합한 것이 된다. 이 중간 탈수 시, 스테이터 코일(10)로의 통상의 운전 전압은 약 ±200V의 범위이다. 이 때문에 저보자력의 제 2 마그네트(15)라도 자속이 변화하지 않는다.
1회째 헹굼 공정의 경우, 세탁 공정과 마찬가지로 드럼(3)의 회전 속도, 즉 모터(4)의 회전 속도는 50rpm 내지 60rpm 정도로 낮아진다. 이 때문에 모터(4)는 저속 회전 또 고 토크의 운전이 요구된다. 따라서 제어 장치는 1회째 헹굼 공정에 앞선 급수 공정에서 전술한 바와 같이 모터(4)의 로터 마그네트의 제 2 마그네트(15)의 증자를 실시하여 제 2 마그네트(15)의 자속을 증가시킨다. 그리고, 제어 장치는 이와 같이 제 2 마그네트(15)를 증자한 상태로 1회째 헹굼 공정을 실시한다.
2회째 중간 탈수 공정에서는 1회째 중간 탈수 공정과 마찬가지로 드럼(3)의 회전 속도, 즉 모터(4)의 회전 속도는 1500rpm 정도로 높아진다. 이 때문에 모터(4)는 고속 회전, 또 저 토크의 운전이 요구된다. 따라서 제어 장치는 2회째 중간 탈수 공정에 앞선 배수 공정에서 전술한 바와 마찬가지로 모터(4)의 로터 마그네트의 제 2 마그네트(15)의 감자를 실시하여 제 2 마그네트(15)의 자속을 감소시킨다. 그리고 제어 장치는 이와 같이 제 2 마그네트(15)를 감자한 상태로 2회째 중간 탈수 공정을 실시한다.
2회째 헹굼 공정에서는 세탁 공정 및 1회째 헹굼 공정과 마찬가지로 드럼(3)의 회전 속도, 즉 모터(4)의 회전 속도는 50rpm 내지 60rpm 정도로 낮아진다. 이 때문에 모터(4)는 저속 회전 또 고 토크의 운전이 요구된다. 따라서 제어 장치는 2회째 헹굼 공정에 앞선 급수 공정에서 전술한 바와 마찬가지로 모터(4)의 로터 마그네트의 제 2 마그네트(15)의 증자를 실시하여 제 2 마그네트(15)의 자속을 증가시킨다. 그리고, 제어 장치는 이와 같이 제 2 마그네트(15)를 증자한 상태로 2회째 헹굼 공정을 실시한다.
그리고, 최종 탈수 공정에서는 1회째 중간 탈수 공정 및 2회째 중간 탈수 공정과 마찬가지로 드럼(3)의 회전 속도, 즉 모터(4)의 회전 속도는 1000rpm 정도로 높아진다. 이 때문에 모터(4)는 고속 회전, 또 저 토크의 운전이 요구된다. 따라서 제어 장치는 최종 탈수 공정에 앞선 배수 공정에서 전술한 바와 마찬가지로 모터(4)의 로터 마그네트의 제 2 마그네트(15)의 감자를 실시하여 제 2 마그네트(15)의 자속을 감소시킨다. 그리고 제어 장치는 이와 같이 제 2 마그네트(15)를 감자한 상태로 최종 탈수 공정을 실시한다.
상기 제 1 실시형태에 의하면 다음과 같은 작용 효과가 얻어진다.
로터(5)의 로터 마그네트는 고보자력의 제 1 마그네트(14)와, 상기 제 1 마그네트(14)보다 보자력이 낮게 자속을 변화시키는 것이 용이한 저보자력의 제 2 마그네트(15)를 구비하고 있다. 그리고 세탁 공정 및 헹굼 공정에서는 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트의 자속이 증가하도록 제 2 마그네트(15)를 자화하고, 또한 중간 탈수 공정 및 최종 탈수 공정을 포함하는 각 탈수 공정에서는 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트의 자속이 세탁 공정 및 헹굼 공정 시 보다도 감소하도록 제 2 마그네트(15)를 자화하고 있다. 이에 의해 세탁 공정 및 헹굼 공정에서는 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트의 자속이 증가하고, 부하인 드럼(3)을 구동하는 모터(4)의 특성은 세탁 공정 및 헹굼 공정에 적합한 저속 회전 또 고 토크가 된다. 한편, 탈수 공정에서는 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트의 자속을 세탁 공정 및 헹굼 공정 시에 비교하여 감소시키는 것에 의해 부하인 드럼(3)을 구동하는 모터(4)의 특성은 탈수 공정에 적합한 고속 회전 또 저 토크가 된다. 이 경우 모터(4)의 특성은 로터 마그네트 중 보자력이 낮은 제 2 마그네트(15)의 자속을 변화시킴으로써 제어된다. 이 때문에 스테이터 코일의 전기적인 접속을 전환하는 것과 다르고, 전환을 위한 릴레이 등의 스위치를 필요로 하지 않는다. 따라서 간단한 구성을 모터(4)의 특성을 각 공정의 운전에 적합한 것으로 전환할 수 있다.
제 1 실시형태에서는 고보자력의 제 1 마그네트(14) 및 저보자력의 제 2 마그네트(15)는 서로 다른 극을 형성하고, 또한 이들 제 1 마그네트(14) 및 제 2 마그네트(15)는 둘레 방향으로 교대로 배치하고 있다. 이에 의해 로터 마그네트의 자속을 바꾸는 것이 가능한 구성이면서 구성이 복잡화되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
제 1 실시형태에서는 세탁 운전에서 급수 공정 시에 제 2 마그네트(15)의 자속을 증가시키는 증자를 실시하고, 배수 공정 시에 제 2 마그네트(15)의 자속을 감소시키는 감자를 실시하고 있다. 이들 급수 공정 및 배수 공정은 모두 모터(4)에 의해 부하인 드럼(3)을 실질적으로 구동하고 있지 않다. 따라서 로터(5)의 위치가 안정되고, 증자 및 감자를 안정된 상태로 실시할 수 있다.
제 1 실시형태에서는 제 2 마그네트(15)의 자속을 변화시킬 때 스테이터 코일(7)에 인가하는 전압은 약 ±500V로 설정하고 있다. 이 스테이터 코일(7)에 인가하는 전압은 모터(4)를 통상 운전할 때 인가하는 전압인 ±200V 보다 높고, 또한 제 1 마그네트(15)를 착자할 때의 착자 전압 ±3000V 보다 낮다. 이에 의해 제 2 마그네트(15)의 자속을 변화시켜도 제 1 마그네트(14)의 자속은 안정적으로 확보할 수 있고, 또한 세탁 공정이나 탈수 공정 등의 모터(4)의 통상 운전의 제 2 마그네트(15)의 자속의 변화를 저감할 수 있다.
제 1 실시형태에서는 최종 탈수 공정의 드럼(3)의 회전 속도는 1000rpm이고, 중간 탈수 공정 시의 회전 속도인 1500rpm 보다도 낮게 설정되어 있다. 최종 탈수 공정에 앞선 감자에서는 제 2 마그네트(15)의 자속은 도 6의 점(B1)으로 나타내는 바와 같이 중간 탈수 공정 전의 감자와 마찬가지로 「0」부근까지 감소시키고 있다. 한편, 최종 탈수 공정에 앞선 감자에서는 제 2 마그네트(15)의 자속을 「0」부근까지 감소시키지 않고, 회전 속도의 감소에 맞춰 예를 들면 점(B1) 보다도 약간 큰 점(B4) 정도로 자속을 제어해도 좋다. 이 때, 감자를 위해 스테이터 코일(7)에 인가하는 전압을 약 -400V로 한다. 이 경우, 제 2 마그네트(15)의 자속, 즉 로터 마그네트 전체의 자속은 3단계로 제어된다. 따라서 모터 효율을 더 향상시킬 수 있다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 실시형태를 도 7 및 도 8에 도시한다. 제 2 실시형태는 상기 제 1 실시형태와는 다음과 같은 점이 다르다.
도 7에 도시한 바와 같이 로터(20)를 구성하는 로터 마그네트는 모두 영구자석으로 이루어진 제 1 마그네트(21) 및 제 2 마그네트(22)로 구성되어 있다. 제 1 마그네트(21)는 제 1 실시형태의 제 1 마그네트(14)와 마찬가지로 보자력이 비교적 높은 고보자력의 네오듐 자석이다. 네오듐 자석의 보자력은 700kA/m 이상이다. 한편, 제 2 마그네트(22)는 제 1 실시형태의 제 2 마그네트(15)와 마찬가지로 제 1 마그네트(21)와 비교하여 보자력이 낮은 저보자력의 아르니코 자석이다. 아르니코 자석의 보자력은 350kA/m 이하이다.
제 1 마그네트(21)는 로터 코어(13)의 각 돌출부(13a)에 대응하여 1개씩 설치되어 있다. 본 실시형태의 경우 제 1 마그네트(21)는 둘레 방향으로 예를 들면 48개와 같이 다수 개 배치되어 있다. 제 1 마그네트(21)는 각각 직경 방향으로 자극이 다르도록 착자되어 있다. 제 2 마그네트(22)는 인접한 2개의 돌출부(13a) 사이에 위치하고, 또한 제 1 마그네트(21) 보다도 도 2에 도시한 스테이터(7)측에 위치하고 있다. 제 2 마그네트(22)는 각각 둘레 방향으로 이극이 되도록 착자되어 있다. 이 경우 1개의 제 1 마그네트(21)와, 좌우의 2개의 제 2 마그네트(22)는 1극을 구성하고 있다. 제 2 마그네트(22)는 인접한 극과 겸용하고 있다. 로터 코어(13)는 제 2 마그네트(22)의 스테이터(7)측에 개구부(23)를 구비하고 있다. 이 개구부(23)는 합성수지(24)로 닫혀져 있다.
상기 제 2 실시형태에 의한 구성에서 세탁 운전은 제 1 실시형태에서 이용한 도 5와 동일하게 실시된다. 이 때, 세탁 공정, 1회째 헹굼 공정 및 2회째 헹굼 공정에서는 드럼(3)은 모터(4)에 의해 예를 들면 50~60rpm의 낮은 회전 속도로 정회전 및 역회전한다. 이 때문에 모터(4)는 고 토크가 요구된다. 따라서 제어 장치는 세탁 공정에 앞선 급수 공정, 1회째 헹굼 공정에 앞선 급수 공정 및 2회째 헹굼 공정에 앞선 급수 공정에서 모터(4)의 로터 마그네트의 제 2 마그네트(22)의 증자를 실시하여 제 2 마그네트(22)의 자속을 증가시킨다.
제 2 마그네트(22)의 증자를 실시하는 경우, 제어 장치는 로터(5)를 소정 위치에 위치시킨 채 스테이터 코일(10)에 예를 들면 +500V의 전압이 인가되도록 스테이터 코일(10)로의 통전을 제어한다. 이에 의해 제 2 마그네트(22)의 자속은 도 8의 점(C1)으로 나타내는 바와 같이 최대까지 증가한다. 이때의 제 2 마그네트(22)의 자극은 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 대응하는 제 1 마그네트(21)를 향한 측이 상기 제 1 마그네트(21)의 자극과 동일한 극이 된다. 예를 들면 제 1 마그네트(21)의 돌출부(13a) 측의 극이 N극인 경우, 상기 제 1 마그네트(21)의 좌우 양측에 위치하는 제 2 마그네트(22)의 대향하는 측은 N극이 된다. 이 상태에서 제 2 마그네트(22)에 대한 전압의 인가를 해제해도 그 자속은 유지된다. 이에 의해 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트 전체로서의 자속은 증가한다. 제어 장치는 이 상태에서 모터(4)에 의해 드럼(3)을 저속도로 회전 구동시키면서 세탁 공정, 1회째 헹굼 공정 및 2회째 헹굼 공정을 실시한다. 이에 의해 모터(4)는 저속 회전 또 고 토크의 운전에 적합한 특성을 발휘한다. 이들 세탁 공정, 1회째 헹굼 공정 및 2회째 헹굼 공정 시, 스테이터 코일(10)로의 통상의 운전 전압은 ±200V의 범위이다. 이 때문에 저보자력의 제 2 마그네트(22)라도 제 2 마그네트(22)의 자속이 변화되지 않는다.
또한, 세탁 운전에 포함되는 1회째 중간 탈수 공정, 2회째 중간 탈수 공정 및 최종 탈수 공정에서는 드럼(3)은 모터(4)에 의해 1500rpm 또는 1000rpm의 높은 회전 속도로 일방향으로 회전한다. 이 때문에 모터(4)는 저 토크 또 고속 회전을 필요로 한다. 이 때문에 제어 장치는 1회째 중간 탈수 공정에 앞선 배수 공정, 2회째 중간 탈수 공정에 앞선 배수 공정 및 최종 탈수 공정에 앞선 배수 공정에서 모터(4)의 로터 마그네트의 제 2 마그네트(22)의 감자를 실시하여 제 2 마그네트(22)의 자속을 감소시킨다.
제 2 마그네트(22)의 감자를 실시하는 경우, 제어 장치는 로터(5)를 소정 위치에 위치시킨 채 스테이터 코일(10)에 예를 들면 -500V의 전압이 인가되도록 스테이터 코일(10)로의 통전을 제어한다. 이에 의해 제 2 마그네트(22)의 자속은 도 8의 점(C2)으로 나타내는 바와 같이 마이너스 방향으로 최대가 된다. 이때의 제 2 마그네트(22)는 N극 및 S극으로 이루어진 자극이 역회전한다. 즉, 제 2 마그네트(22)의 자극은 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 대응하는 제 1 마그네트(21)를 향하는 측이 상기 제 1 마그네트(21)의 자극과 반대극이 된다. 예를 들면 제 1 마그네트(21)의 돌출부(13a) 측의 극이 N극인 경우, 상기 제 1 마그네트(21)의 좌우 양측에 위치하는 제 2 마그네트(22)의 대향하는 측은 S극이 된다. 이 상태에서 제 2 마그네트(22)에 대한 전압의 인가를 해제해도 그 자속은 유지된다. 이에 의해 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트 전체로서의 자속은 감소한다. 제어 장치는 이 상태에서 모터(4)에 의해 드럼(3)을 고속도로 회전 구동시키면서 1회째 중간 탈수 공정, 2회째 중간 탈수 공정 및 최종 탈수 공정을 실시한다. 이에 의해 모터(4)는 고속 회전 또 저 토크의 운전에 적합한 특성을 발휘한다. 이들 1회째 중간 탈수 공정, 2회째 중간 탈수 공정 및 최종 탈수 공정 시, 스테이터 코일(10)로의 통상의 운전 전압은 약 ±200V의 범위이다. 이 때문에 저보자력의 제 2 마그네트(22)라도 제 2 마그네트(22)의 자속이 변화되지 않는다.
상기 제 2 실시형태에서는 다음과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.
제 2 실시형태에서도 로터(20)의 로터 마그네트는 고보자력의 제 1 마그네트(21)와, 상기 제 1 마그네트(21)보다 보자력이 낮고 자속을 변화시키는 것이 용이한 저보자력의 제 2 마그네트(22)를 구비하고 있다. 그리고, 세탁 공정 및 헹굼 공정에서는 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트의 자속이 증가하도록 제 2 마그네트(22)를 자화하고, 또한 중간 탈수 공정 및 최종 탈수 공정을 포함하는 각 탈수 공정에서는 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트의 자속이 세탁 공정 및 헹굼 공정 시보다도 감소하도록 제 2 마그네트(22)를 자화하고 있다. 이에 의해 세탁 공정 및 헹굼 공정에서는 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트의 자속이 증가하고, 부하인 드럼(3)을 구동하는 모터(4)의 특성은 세탁 공정 및 헹굼 공정에 적합한 저속 회전 또 고 토크가 된다. 한편, 탈수 공정에서는 스테이터(7)에 대해 작용하는 로터 마그네트의 자속을 세탁 공정 및 헹굼 공정 시에 비교하여 감소시킴으로써 부하인 드럼(3)을 구동하는 모터(4)의 특성은 탈수 공정에 적합한 고속 회전 또 저 토크가 된다. 이 경우 모터(4)의 특성은 탈수 공정에 적합한 고속 회전 또 저 토크가 된다. 이 경우 모터(4)의 특성은 로터 마그네트 중 보자력이 낮은 제 2 마그네트(22)의 자속을 변화시킴으로써 제어된다. 이 때문에 스테이터 코일의 전기적인 접속을 전환하는 것과 달리 전환을 위한 릴레이 등의 스위치를 필요로 하지 않는다. 따라서 간단한 구성으로 모터(4)의 특성을 각 공정의 운전에 적합한 것으로 전환할 수 있다.
제 2 실시형태에서는 1개의 고보자력의 제 1 마그네트(21)와, 2개의 저보자력의 제 2 마그네트(22)로 1개의 극을 구성하고 있다. 이 때문에 제 2 마그네트(22)는 자극을 반회전 가능하게 하고, 자속의 양을 대폭 증감 가능하다. 이에 따라 로터 마그네트 전체의 자속량을 대폭 증감시킬 수 있고, 모터(4)의 특성을 세탁 운전의 각 공정에 의해 적합한 것으로 할 수 있다.
제 2 실시형태에서는 세탁 운전에서 급수 공정 시에 제 2 마그네트(22)의 자속을 증가시키는 증자를 실시하고, 배수 공정 시에 제 2 마그네트(22)의 자속을 감소시키는 감자를 실시하고 있다. 이들 급수 공정 및 배수 공정은 모두 모터(4)에 의해 부하인 드럼(3)을 실질적으로 구동하고 있지 않다. 따라서 로터(5)의 위치가 안정되고, 증자 및 감자를 안정된 상태로 실시할 수 있다.
제 2 실시형태에서는 제 2 마그네트(22)의 자속을 변화시킬 때, 스테이터 코일(7)에 인가하는 전압을 약 ±500V로 설정하고 있다. 이 스테이터 코일(7)에 인가하는 전압은 모터(4)를 통상 운전할 때 인가하는 전압인 ±200V 보다 높고, 또한 제 1 마그네트(22)를 착자할 때의 착자 전압 ±3000V 보다 낮다. 이에 의해 제 2 마그네트(22)의 자속을 변화시켜도 제 1 마그네트(21)의 자속은 안정적으로 확보할 수 있고, 또한 세탁 공정이나 탈수 공정 등의 모터(4)의 통상 운전의 제 2 마그네트(22)의 자속의 변화를 저감할 수 있다.
제 2 실시형태에서는 자속을 증감시키는 제 2 마그네트(22)는 제 1 마그네트(21)보다도 스테이터(7)에 가까운 측에 배치하고 있다. 따라서 스테이터 코일(10)의 통전 제어에 의해 자속을 용이하게 변화시킬 수 있다.
제 2 실시형태에서도 최종 탈수 공정의 드럼(3)의 회전 속도는 1000rpm이고, 중간 탈수 공정일 때의 회전 속도인 1500rpm 보다도 낮게 설정되어 있다. 이 때문에 최종 탈수 공정에 앞선 감자에서는 자속을 도 8의 점(C2)까지 감소시키지 않고, 자속을 점(C2) 보다 약간 커지도록 제어해도 좋다.
(기타 실시형태)
본 발명은 상기 실시형태에만 한정되지 않고, 다음과 같이 변형 또는 확장할 수 있다.
모터(4)는 예시한 아우터 로터형에 한정되지 않고, 이너 로터형이라도 좋다.
세탁기는 건조 기능을 구비한 세탁건조기라도 좋다.
세탁기는 드럼식 세탁기에 한정되지 않고, 회전조가 중력 방향에서 상하로 연장되는 종축형 세탁기라도 좋다. 이 종축형 세탁기의 경우, 모터는 세탁 공정 및 헹굼 공정에서는 세탁물을 교반하는 교반체를 저속도로 정회전 및 역회전시키고, 또한 탈수 공정에서는 교반체 및 회전조를 일체로 일방향으로 고속 회전시킨다. 이 경우 모터가 회전 구동하는 부하는 교반체 및 회전조이다.

Claims (6)

  1. 수조와, 상기 수조에 수용된 부하를 회전 구동하는 모터를 구비하고, 세탁 공정, 헹굼 공정 및 탈수 공정을 포함하는 세탁 운전을 실시하는 세탁기에 있어서,
    상기 모터는,
    스테이터 코일을 구비한 스테이터,
    보자력이 높은 영구자석으로 이루어진 제 1 마그네트 및 상기 제 1 마그네트보다 보자력이 낮고 자속의 변경이 용이한 영구자석으로 이루어진 제 2 마그네트를 포함하는 로터 마그네트를 구비한 로터를 구비하고,
    상기 세탁 운전이 세탁 공정일 때, 상기 제 2 마그네트는 상기 스테이터에 대해 작용하는 상기 로터 마그네트의 자속이 증가하도록 자화되고,
    상기 세탁 운전이 탈수 공정일 때, 상기 제 2 마그네트는 상기 스테이터에 대해 작용하는 상기 로터 마그네트의 자속이 상기 세탁 공정일 때 보다도 감소하도록 자화되는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 마그네트의 자속은 상기 모터에 의해 상기 부하를 실질적으로 구동하지 않을 때, 상기 스테이터 코일의 통전을 제어함으로써 변경하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 마그네트의 자속은 상기 수조에 물을 공급하는 급수 공정일 때, 상기 스테이터 코일의 통전을 제어함으로써 증가시키는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 마그네트의 자속은 상기 수조로부터 물을 배출하는 배수 공정일 때, 상기 스테이터 코일의 통전을 제어함으로써 감소시키는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 마그네트는 상기 제 1 마그네트 보다도 상기 스테이터에 가까운 측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 마그네트의 자속을 변경할 때 상기 스테이터 코일에 인가하는 전압은 상기 모터를 통상 운전할 때의 전압 보다도 높고, 상기 제 1 마그네트를 착자할 때의 착자 전압 보다도 낮게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 세탁기.
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