KR20100127176A - 세탁기의 모터 구동 장치 - Google Patents

Abstract

모터를 고속 회전시키는 경우에 필요로 되는 승압 전압을 보다 확실하게 발생시킬 수 있는 세탁기의 모터 구동 장치를 제공하는 것으로,
제어 회로(42B)는 탈수 운전을 실시하는 경우의 제어 파라미터인 드럼 모터(5)의 회전수의 변화에 따라서, IGBT48에 의해 교류 전원의 전압 파형의 제로크로스 타이밍간에 전파 정류 회로(45)의 입력 단자간을 단락시키는 횟수를 변화시키고, 리액터(44)에 축적된 전자 에너지를 유효하게 이용하여 전파 정류 회로(45)로부터 출력되는 직류 전원 전압을 보다 높게 승압하는 것을 특징으로 한다.

Description

세탁기의 모터 구동 장치{MOTOR DRIVER FOR WASHING MACHINE}

본 발명은 교류 전원과 정류 회로 사이에 리액터를 구비하는 세탁기의 모터 구동 장치에 관한 것이다.

예를 들어 특허 문헌 1에는 세탁 탈수 모터를 구동하는 제 1 인버터 회로와, 히트 펌프의 압축기 모터를 구동하는 제 2 인버터 회로의 직류 전원을 공용하는 구성의 세탁 건조기에 대해서 이하와 같은 구성이 개시되어 있다.

즉, 탈수 건조 운전에서는 세탁 탈수 모터와 압축기 모터가 동시에 고속 회전하기 위해 직류 전압이 저하되고, 탈수 회전수와 탈수율이 저하됨으로써 건조 시간이 길어진다. 또한, 교류 전원 전압이 저하된 경우에는 교류 전류가 증가하므로, 전원의 고주파가 증가하거나 리액터(유도성 리액터, 코일)나 전원 다이오드 등의 파워 부품의 발열이 증가한다는 과제가 있다.

그래서, 특허 문헌 1에서는 교류 전원과 인버터 회로 사이에 리액터와, 직류 전원을 생성하는 정류 회로와, 그 정류 회로의 교류 입력 단자간을 단락하는 단락 수단을 접속하고, 교류 전원 전압의 영 전압으로부터 소정 시간 동안, 교류 입력 단자간을 단락시켜 리액터에 전류를 흘리고 직류 전원 모선(母線) 전압을 제어하도록 하고 있다.

그러나, 특허 문헌 1의 구성에는 단락 수단에 의해 단락을 실시하는 횟수가, 상용 교류 전원의 반주기로 1 회뿐이므로, 실제로는 충분한 승압 효과를 얻을 수는 없다.

예를 들어, 탈수 운전에서 모터를 고속 회전시키는 경우에는 모터의 권선에 발생하는 높은 유기 전압에 이겨내는 높은 전원 전압이 필요해진다. 특허 문헌 1과 같이 1회만 단락을 실시하는 시간을 제어해도 그 시간내에서 리액터에 축적되는 전자 에너지분 이상으로 전압을 상승시킬 수는 없으므로 승압 효과에 한계가 있었다.

일본 공개특허공보 2008-183087호

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로 그 목적은 모터를 고속 회전시키는 경우에 필요해지는 승압 전압을 보다 확실하게 발생시킬 수 있는 세탁기의 모터 구동 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 세탁기의 모터 구동 장치는

교류 전원에 리액터를 통하여 접속되는 정류 회로,

상기 정류 회로의 입력 단자간을 단락하는 단락 수단,

상기 정류 회로의 출력 측에 접속되어 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 적어도 탈수 운전을 실시하기 위한 회전 구동력을 발생시키는 모터를 구동하는 인버터 회로, 및

상기 탈수 운전을 실시하는 경우의 제어 파라미터의 변화에 따라서 상기 단락 수단에 의해 상기 교류 전원의 전압 파형의 제로크로스 타이밍 간에 상기 입력 단자간을 단락시키는 횟수를 변화시키는 단락 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 제로크로스 타이밍 간에, 정류 회로의 입력 단자간을 단락시키는 횟수를 변화시키면, 리액터에 축적된 전자 에너지를 유효하게 이용하여 정류 회로로부터 출력되는 직류 전원 전압을 보다 높게 승압시키는 것이 가능해진다. 따라서, 탈수 운전에서 모터의 회전수를 보다 높게 상승시키고 탈수 효과를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 세탁기의 모터 구동 장치에 의하면 모터의 회전수를 상승시켜 탈수 운전의 효율을 향상시킬 수 있으므로, 전류 소비를 억제하여 에너지 절감을 도모할 수 있다.

도 1은 제 1 실시예이고, 세탁 건조기에서의 드럼, 팬, 컴프레서(compressor)의 각 모터의 구동 제어계를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 드럼식 세탁 건조기의 구성을 도시한 종단측면도,
도 3은 히트펌프의 구성을 도시한 도면,
도 4는 세탁 건조기의 일련의 공정 동작을 개략적으로 도시한 플로우차트,
도 5는 제어 회로가 구동 전원 전압을 제어하는 처리를 도시한 플로우차트,
도 6은 세탁부터 탈수까지의 행정을 도시한 타임차트,
도 7은 전원 전압이 변화되는 상태를 도시한 파형도,
도 8의 (a)는 직류 전원 전압을 변화시킨 경우에 도달 가능한 모터의 최고 회전수를 도시한 도면, (b)는 동일하게 전압을 변화시켜 모터의 회전수를 1200 rpm 일정하게 한 경우의 인버터 회로의 소비 전력을 도시한 도면,
도 9는 제 2 실시예를 도시한 도 6 상당도,
도 10은 단계(S14)에 대응하는 처리의 상세한 내용을 도시한 플로우차트,
도 11은 제 3 실시예를 도시한 도 10 상당도,
도 12는 제 4 실시예를 도시한 도 11 상당도,
도 13은 제 5 실시예를 도시한 도 11 상당도,
도 14는 제 6 실시예를 도시한 도 10 상당도,
도 15는 도 7 상당도,
도 16은 제 7 실시예를 도시한 도 14 상당도,
도 17은 제 8 실시예를 도시한 도 14 상당도, 및
도 18은 제 9 실시예를 도시한 도 14 상당도이다.

(제 1 실시예)

이하, 제 1 실시예에 대해서 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 도 2는 드럼식 세탁 건조기의 구성을 도시한 종단 측면도이다. 외부 상자(1)는 전방판과 후방판과 좌측판과 우측판과 저판과 천정판을 갖는 중공 형상을 이루는 것이고, 외부 상자(1)의 전방판에는 관통 구멍 형상의 출입구(2)가 형성되어 있다.

상기 외부 상자(1)의 전방판에는 문(3)이 장착되어 있다. 상기 문(3)은 사용자가 전방으로부터 폐쇄 상태 및 개방 상태 상호간에서 조작 가능한 것으로, 문(3)의 폐쇄 상태에서는 출입구(2)가 폐쇄되고, 문(3)의 개방 상태에서는 출입구(2)가 개방된다.

외부 상자(1)의 내부에는 물받이조(4)가 고정되어 있다. 상기 물받이조(4)는 후면이 폐쇄된 원통 형상을 이루는 것으로 축심선(CL)이 전방으로부터 후방을 향하여 하강하는 경사 상태로 배치되어 있다. 상기 물받이조(4)는 전방면이 개구하는 것이고, 문(3)의 폐쇄 상태에서는 문(3)이 물받이조(4)의 전방면을 기밀 상태로 폐쇄한다.

물받이조(4)의 후방판에는 물받이조(4)의 외부에 위치하여 드럼 모터(5)가 고정되어 있다. 상기 드럼 모터(5)는 속도 제어 가능한 DC 브러시리스 모터로 이루어지고, 드럼 모터(5)의 회전축(6)은 물받이조(4)의 내부에 돌출되어 있다.

상기 회전축(6)은 물받이조(4)의 축심선(CL)에 겹쳐 배치된 것이고, 회전축(6)에는 물받이조(4)의 내부에 위치하여 드럼(7)이 고정되어 있다. 상기 드럼(7)은 후방면이 폐쇄된 원통 형상을 이루는 것이고, 드럼 모터(5)의 운전 상태에서 회전축(6)과 일체적으로 회전한다.

상기 드럼(7)의 전방면은 물받이조(4)의 전방면을 통하여 출입구(2)에 후방으로부터 대향하고 있고, 드럼(7)의 내부에는 문(3)의 개방 상태에서 전방으로부터 출입구(2)와 물받이조(4)의 전방면과 드럼(7)의 전방면을 통하여 세탁물이 출입된다.

드럼(7)에는 복수의 관통 구멍(8)이 형성되어 있고, 드럼(7)의 내부 공간은 복수의 관통 구멍(8)의 각각을 통하여 물받이조(4)의 내부 공간에 접속되어 있다. 상기 드럼(7)에는 복수의 배플(9)이 고정되어 있다.

이들 복수의 배플(9)의 각각은 드럼(7)이 회전하는 것에 따라서 축심선(CL)을 중심으로 원주 방향으로 이동하는 것이고, 드럼(7) 내의 세탁물은 복수의 배플(9)의 각각에 걸리면서 원주 방향으로 이동한 후에 중력으로 낙하함으로써 교반된다.

외부 상자(1)의 내부에는 급수 밸브(10)가 고정되어 있다. 상기 급수 밸브(10)는 입구 및 출구를 갖는 것이고, 급수 밸브(10)의 입구는 수도꼭지에 접속되어 있다. 상기 급수 밸브(10)는 도시하지 않은 전자 장치를 구동원으로 하는 것이고, 급수 밸브(10)의 출구는 전자 장치의 온 오프에 따라서 개방 상태 및 폐쇄 상태를 전환시킬 수 있다.

상기 급수 밸브(10)의 출구는 주수 케이스(12)에 접속되어 있고, 급수 밸브(10)의 개방 상태에서는 수돗물이 급수 밸브(10)를 통하여 주수 케이스(12) 내에 주입되고, 급수 밸브(10)의 폐쇄 상태에서는 수돗물이 주수 케이스(12) 내에 주입되지 않는다. 상기 주수 케이스(12)는 외부 상자(1)의 내부에 물받이조(4)보다 높은 곳에 위치하여 고정된 것이고, 통 형상의 주수구(13)를 갖고 있다.

상기 주수구(13)는 물받이조(4)의 내부에 삽입되어 있고, 급수 밸브(10)로부터 주수 케이스(12) 내에 주입된 수돗물은 주수구(13)로부터 물받이조(4)의 내부에 주입된다.

물받이조(4)에는 최저부(最底部)에 위치하여 배수관(14)의 상단부가 접속되어 있고, 배수관(14)에는 배수 밸브(15)가 개재되어 있다. 상기 배수 밸브(15)는 도시하지 않은 배수 밸브 모터를 구동원으로 하는 것이고, 배수 밸브 모터의 감아 올림, 되감기에 따라서 개방 상태 및 폐쇄 상태를 전환할 수 있다.

상기 배수 밸브(15)의 폐쇄 상태에서는 주수구(13)로부터 물받이조(4) 내에 주입된 수돗물이 물받이조(4) 내에 저류되고, 배수 밸브(15)의 개방 상태에서는 물받이조(4) 내의 수돗물이 배수관(14)을 통하여 물받이조(4)의 외부에 배출된다.

외부 상자(1)의 저판에는 물받이조(4)의 하방에 위치하여 메인 덕트(17)가 고정되어 있다. 상기 메인 덕트(17)는 전후 방향으로 지향하는 통 형상을 이루는 것이고, 메인 덕트(17)의 전단부에는 전방 덕트(18)의 하단부가 접속되어 있다.

상기 전방 덕트(18)는 상하 방향으로 지향하는 통 형상을 이루는 것이고, 전방 덕트(18)의 상단부는 물받이조(4)의 내부 공간에 물받이조(4)의 전단부(前端部)에서 접속되어 있다. 메인 덕트(17)의 후단부에는 팬 케이싱(19)이 고정되어 있다.

상기 팬 케이싱(19)은 관통 구멍 형상의 흡기구(20) 및 통 형상의 배기구(21)를 갖는 것이고, 팬 케이싱(19)의 내부 공간은 흡기구(20)를 통하여 메인 덕트(17)의 내부 공간에 접속되어 있다.

팬 케이싱(19)에는 팬 케이싱(19)의 외부에 위치하여 팬 모터(22)가 고정되어 있다. 상기 팬 모터(22)는 팬 케이싱(19)의 내부에 돌출되는 회전축(23)을 갖는 것이고, 회전축(23)에는 팬 케이싱(19)의 내부에 위치하여 팬(24)이 고정되어 있다.

상기 팬(24)은 축방향으로부터 공기를 흡입하여 직경 방향으로 토출하는 원심식(遠心式)이고, 팬 케이싱(19)의 흡기구(20)는 팬(24)에 팬(24)의 축 방향으로부터 대향하여, 팬 케이싱(19)의 배기구(21)는 팬(24)에 팬(24)의 직경 방향으로부터 대향하고 있다.

팬 케이싱(19)의 배기구(21)에는 후방 덕트(25)의 하단부가 접속되어 있다. 상기 후방 덕트(25)는 상하 방향으로 지향하는 통형상을 이루는 것이고, 후방 덕트(25)의 상단부는 물받이조(4)의 내부 공간에 물 받이조(4)의 후단부에서 접속되어 있다.

이들 후방 덕트(25)와 팬 케이싱(19)과 메인덕트(17)와 전방 덕트(18)와 물받이조(4)는 물받이조(4)의 내부 공간을 시작점 및 종료점으로 하는 환형상의 순환 덕트(26)를 구성하는 것이고, 문(3)의 폐쇄 상태에서 팬모터(22)가 운전되고 있는 경우에는 팬(24)의 일정 방향으로의 회전에 의해 물받이조(4) 내의 공기가 전방 덕트(18) 내로부터 메인덕트(17) 내를 통하여 팬 케이싱(19) 내에 흡입되고, 팬케이싱(19)내로부터 후방 덕트(25) 내를 통하여 물받이조(4) 내에 되돌아간다.

외부 상자(1)의 내부에는 컴프레서(압축기)(27)가 고정되어 있다. 상기 컴프레서(27)는 순환 덕트(26)의 외부에 배치된 것이고, 냉매를 토출하는 토출구 및 냉매를 흡입하는 흡입구를 갖고 있다. 상기 컴프레서(27)는 컴프레서 모터(이하 컴프모터라고 함)(28)(후술하는 도 1 참조)를 구동원으로 하는 것이고, 컴프모터(28)는 속도 제어 가능한 DC 브러시리스 모터로 구성되어 있다.

메인 덕트(17)의 내부에는 콘덴서(응축기)(29)가 고정되어 있다. 상기 콘덴서(29)는 공기를 가열하는 것이고 사행 형상으로 절곡되는 1개의 냉매관(30)의 외주면에 판 형상을 이루는 복수의 가열핀(31)의 각각을 접촉 상태로 고정하여 구성되어 있다.

상기 콘덴서(29)의 냉매관(30)은 컴프레서(27)의 토출구에 접속되어 있고, 컴프모터(28)의 운전 상태에서는 컴프레서(27)의 토출구로부터 토출된 냉매가 콘덴서(29)의 냉매관(30) 내에 진입한다.

외부 상자(1)의 내부에는 도 3에 도시한 바와 같이 캐필러리 튜브(capillary tube)(압축기)(32)가 고정되어 있다. 상기 캐필러리 튜브(32)는 콘덴서(29)의 냉매관(30)에 접속된 것이고, 순환 덕트(26)의 외부에 배치되어 있다.

상기 캐필러리 튜브(32)는 콘덴서(29)의 하류측에서 냉매의 흐름을 좁히는 것이고, 1개의 파이프로 구성되어 있다.

메인 덕트(17)의 내부에는 증발기(33)가 고정되어 있다. 상기 증발기(33)는 공기를 냉각하는 것이고, 콘덴서(29)보다도 공기의 흐름의 상류측에 배치되어 있다.

도 1은 드럼 모터(5), 팬 모터(22) 및 컴프 모터(28)의 구동 제어계를 개략적으로 도시하는 것이다. 인버터 회로(34)는 6개의 IGBT(스위칭 소자)(35a~35f)를 3상 브리지 접속하여 구성되어 있고, 각 IGBT(35a~35f)의 콜렉터-이미터(collector-emitter) 사이에는 플라이휠 다이오드(flywheel diode)(36a~36f)가 접속되어 있다. 인버터 회로(34)의 각 상(相) 출력단자는 드럼 모터(5)의 각 상 권선에 접속되어 있다.

하부 암측의 IGBT(35d, 35e, 35f)의 이미터는 션트 저항(37u, 37v, 37w)을 통하여 그라운드로 접속되어 있다. 또한, IGBT(35d, 35e, 35f)의 이미터와 션트 저항(37u, 37v, 37w)의 공통 접속점은 한쪽의 제어 회로(마이크로 프로세서, 마이크로 컴퓨터)(42A)의 입력 단자에 접속되어 있다.

제어 회로(42A)의 내부에서는 도시하지 않지만 연산 증폭기(오퍼앰프) 등을 포함하여 구성되어 레벨 시프트 회로에 의해 션트 저항(37u~37w)의 단자 전압을 증폭하고 또한 그 증폭 신호의 출력 범위가 정측(正側)으로 들어가도록(예를 들어 0~+3.3 V) 바이어스를 부여한다. 또한, 제어 회로(42A)에는 인버터 회로(34)상, 하부 암이 단락한 경우에는 회로의 파괴를 방지하기 위해 과전류 검출을 실시하는 기능이 있다.

그리고, 팬모터(22)에 대해서는 동일하게 구성되는 인버터 회로(38) 및 션트 저항(39)(u, v, w)이 배치되고, 동일하게 컴프모터(28)에 대해서는 인버터 회로(40) 및 션트 저항(41)(u,v,w)이 배치되어 있다.

인버터 회로(38 및 40)의 제어는 다른 쪽 제어 회로(42B)(마이크로 프로세서, 마이크로 컴퓨터), 단락 제어 수단)에 의해 실시되고, 제어 회로(42A, 42B)는 시리얼 통신에 의한 쌍방향 통신이 가능해져 있다.

인버터 회로(34, 38, 40)의 입력 측에는 구동용 전원 회로(43)가 접속되어 있다. 구동용 전원 회로(43)는 100 V의 교류 전원에 대해서, 일 단측(一端側)에 리액터(유도성 리액터)(44)를 통하여 접속되고, 다이오드 브리지로 구성되는 한쪽의 전파(全波) 정류 회로(45)와, 전파 정류 회로(45)의 출력 측에 직렬 접속된 2개의 콘덴서(46a, 46b)를 구비하고 있다.

콘덴서(46a, 46b)의 공통 접속점은 전파 정류 회로(45)의 입력 단자의 한쪽에 접속되어 있다. 구동용 전원 회로(43)는 후술하는 리액터(44)를 사용한 승압 동작을 실시하지 않는 경우에는 100V의 교류 전원을 배(倍)전압 전파 정류하고, 약 280V의 직류 전압을 인버터 회로(34) 등에 공급한다.

전파 정류 회로(45)의 입력 단자에는 동일하게 다이오드 브리지로 구성되는 다른쪽의 전파 정류 회로(47)(단락 수단)가 병렬로 접속되어 있고, 전파 정류 회로(47)의 출력 단자간에는 IGBT48(단락 수단)이 접속되어 있다. IGBT48의 온오프 제어는 제어 회로(42B)가 실시한다.

인버터 회로(34, 38)의 입력 단자간에는 각각 저항(49a 및 49b)의 직렬 회로, 저항(50a 및 50b)의 직렬 회로가 접속되어 있고, 각각의 공통 접속점은 제어 회로(42A, 42B)의 입력 단자에 접속되어 있다.

제어 회로(42A, 42B)는 상기 각 공통 접속점의 전압을 참조함으로써 인버터 회로(34, 38)에 입력되는 구동 전원 전압을 검지한다.

또한, 드럼 모터(5)에 대해서는 로터 위치를 검출하기 위해, 예를 들어 휠 IC 등으로 구성되는 위치 센서(51)(u, v, w)가 배치되어 있고, 위치 센서(51)가 출력하는 센서 신호는 제어 회로(42A)에 부여되어 있다.

또한, 교류 전원과 리액터(44) 사이에는 예를 들어 변류기(CT) 등으로 이루어진 전류 센서(52)가 삽입되어 있고, 전류 센서(52)가 출력하는 센서 신호는 제어 회로(42B)에 부여되어 있다.

제어 회로(42A, 42B)는 드럼 모터(5), 팬 모터(22), 컴프모터(28)의 각 상 권선에 흐르는 전류를 검출하고, 그 전류값에 기초하여 2차측의 회전 자계의 위상(θ) 및 회전각속도(ω)를 추정하고 또한 3상 전류를 직교 좌표 변환 및 dq(direct-quadrature) 좌표 변환함으로써 여자전류성분(Id), 토크 전류 성분(Iq)을 얻는다.

그리고, 제어 회로(42A, 42B)에 외부로부터 속도 지령이 부여되면, 추정한 위상(θ) 및 회전 각속도(ω) 및 전류 성분(Id, Iq)에 기초하여 전류 지령(Idref, Iqref)를 생성하고, 그 전류 지령(Idref, Iqref)을 전압 지령(Vd, Vq)으로 변환하면 직교 좌표 변환 및 3상 좌표 변환을 실시한다.

최종적으로는 구동 신호가 PWM 신호로서 생성되고, 인버터 회로(34, 38, 40)을 통하여 상기 각 모터(5, 22, 28)의 각상 권선에 출력된다.

이상의 구성에서 인버터 회로(34), 제어 회로(42A 및 42B), 구동용 전원 회로(43), 리액터(44), 정류 회로(47), IGBT(48)는 구동 장치(60)를 구성하고 있다.

다음에, 본 실시예의 작용에 대해서 도 4 내지 도 8도 참조하여 설명한다. 도 4는 세탁 건조기의 일련의 공정 동작을 개략적으로 도시한 플로우차트이다. 최초로 드럼(7)에 주수한 후, 약 46 rpm의 회전수로 드럼(7)을 정반전시켜 세탁 동작을 실시한다(단계(S1)).

그리고 나서 중간 탈수를 실시한 후, 다시 주수하여 헹굼 동작을 실시하지만 중간 탈수에서의 드럼(7)의 회전수는 약 1200 rpm, 헹굼 동작에 대해서는 세탁 동작과 동일한 약 46 rpm이다(단계(S2)).

계속해서, 회전수: 약 1700 rpm으로 최종 탈수를 실시하면, 컴프레서(27) 및 팬(24)을 동작시켜 드럼(7)에 온풍을 송풍하면서, 약 46 rpm으로 정반전시켜 제습 건조 동작을 실시한다(단계(S3)).

그리고, 도 5는 도 4에 도시한 일련의 동작중에 제어회로(42B)가 단락 수단인 IGBT(48)를 스위칭함으로써 구동 전원 전압을 제어하는 처리를 도시하는 플로우차트이다. 세탁 동작이나 헹굼 동작에서 드럼(7)을 약 46rpm으로 정반전시키고 있는 경우이면(단계(S11): 예), IGBT48을 오프 상태로 유지하고 전파 정류 회로(45)의 입력측은 단락시키지 않는다. 즉, 승압 동작은 실시되지 않도록 한다(단계(S12)).

중간 탈수나 최종 탈수 동작과 같이 드럼(7)을 고속 회전시키는 경우에는(단계(S13:예), IGBT48을 교류 전원 전압의 반주기내(전압파형의 제로크로스점간)에서 복수회(예를 들어 2회) 온시키도록 게이트에 펄스 신호(단락 펄스)를 부여하고, 전파 정류 회로(45)의 입력측을 단락시킨다(단계(S14)).

즉, IGBT48을 온시켜 전파 정류 회로(45)의 입력측을 단락시키면, 그 동안 리액터(44)에 전자 에너지를 축적시킬 수 있고, 그 후에 IGBT48을 오프시키면 축적된 에너지에 따른 분량의 전류를 리액터(44)가 흐름으로써 승압 동작이 이루어진다.

이 때, IGBT48를 온시키는 시간을 길게 해도 리액터(44)에 축적되는 전자 에너지가 포화되므로, 1 회의 단락에 의해 승압할 수 있는 전압에는 한계가 있다. 그러나, 교류 전원 전압의 반주기내에서 복수회 IGBT48를 온시켜 단락을 실시하도록 하면, 그 횟수에 따라서 승압 전압을 상승시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 전류 센서(52)에 의해 교류 전류를 검출하게 되지만, 상용 교류 전원에서는 전압, 전류는 동상(同相)이므로 교류 전류의 제로크로스점은 교류 전압의 제로크로스점에 일치하고 있다.

또한, 세탁·헹굼 동작과 같이 드럼(7)을 정반전시키지 않고, 또한 탈수 동작과 같이 드럼(7)을 고속 회전시키지 않는 경우에는(단계(S13): 아니오), 콘덴서(27)가 동작하고 있음으로써 대전류가 흐르고 있다(예를 들어, 소비전력으로 600 W 이상)인지 아닌지를 판단한다(단계(S15)).

대전류가 흐르고 있으면(단계(S15):예, 예를 들어 건조 동작이나 실내에 냉풍을 보내는 에어컨 기능으로 동작하고 있는 경우 등에서, 컴프 모터(28)의 회전수가 상승하거나 냉매 압력이 상승한 경우 등), IGBT48을, 교류 전원 전압의 반주기내에서 1회만큼 온시키고, 전파 정류 회로(45)의 입력측을 단락시킨다(단계(S16)).

이 경우에는 승압 동작은 없고 전원의 역률(力率)을 개선하는 동작(고주파 억제 동작)이 된다.

도 6은 세탁부터 탈수까지의 행정을 나타내는 타임차트이고, 도 4의 플로우 보다도 행정을 상세하게 나타내고 있다. 급수를 개시하기 전에 세탁물의 중량 센싱을 실시하고, 헹굼 동작을 실시하기 전에는 샤워 급수 및 중간 탈수를 2 회 반복하고 있다.

도 7은 도 5와 같이 전원 제어를 실시한 경우에 전원 전압이 변화되는 상태를 나타내는 것으로, 세탁 건조기의 운전 상태로서는 탈수를 실시하고 또한 컴프레서(27)를 동작시키며, 입력 전력의 합계가 약 650W(교류 전원 전압 105V)가 되어 있는 경우이다.

도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 IGBT48을 오프 상태로 유지한 경우, 출력전류가 제로의 상태에서 295V였던 직류 전압이, 출력 전류 및 라인 임피던스의 영향에 의해 230V까지 저하되어 있다.

이 상태로부터 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 IGBT48을 교류 전원 전압의 반주기내에서 1 회만큼 온시키면(단계(S16)에 대응), 교류 전류의 역률이 개선되어 고주파도 감소되고 또한 직류 전압은 265V까지 상승하고 있다.

또한, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이 IGBT(48)를 교류 전원 전압의 반주기내에서 2회 온시키면(단계(S14)에 대응), 직류 전압은 295V까지 상승하고 있다. 이 경우, IGBT48의 온타이밍은 제로크로스점으로부터 2msec후에 0.6 msec간, 그로부터 또한 2msec후에 0.3msec간 온시키고 있다.

도 8의 (a)는 직류 전원 전압을 변화시킨 경우에 도달 가능한 드럼 모터(5)의 최고 회전수를 나타내는 것으로, 전원 전압이 높아짐에 따라서 최고 회전수도 상승한다. 따라서, 탈수 운전이나 건조 운전의 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

또한, 도 8의 (b)는 동일하게 전압을 변화시키고 드럼 모터(5)의 회전수를 1200rpm 일정하게 한 경우의 인버터 회로(34)의 소비전력을 나타내고 있다.

이 경우, 전원 전압이 높아짐에 따라서 소비 전력이 감소되고 있는 것을 알 수 있고 240W 부터 223W에서는 감소율이 7.6%가 되고 있다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면 제어 회로(42B)는 탈수 운전을 실시하는 경우의 제어 파라미터인 드럼 모터(5)의 회전수의 변화에 따라서 IGBT48에 의해 교류 전원의 전압 파형의 제로크로스 타이밍 간에 전파 정류 회로(45)의 입력 단자간을 단락시키는 횟수를 변화시키도록 했다.

따라서, 리액터(44)에 축적된 전자 에너지를 유효하게 이용하고 정류 회로(45)로부터 출력되는 직류 전원 전압을 보다 높게 승압시키는 것이 가능해진다.

이에 의해, 탈수 운전에서 드럼 모터(5)의 회전수를 보다 높게 상승시켜 탈수 효율을 향상시킬 수 있고, 전류 소비를 억제하여 에너지를 절감할 수 있다.

그리고, 제어 회로(42B)는 상기 전압파형의 제로크로스 타이밍 간에 단락을 2 회 실시하게 하는 경우에는 전압 파형의 파고치가 높은 타이밍일수록, 단락 시간을 짧게 하므로, 교류 전류 파형의 변형을 감소시켜 역률을 개선할 수 있다. 또한, 인버터 회로(34)를 구성하는 IGBT35의 보호를 도모할 수 있다.

또한, 제어 회로(42B)는 탈수 운전이 실시되고 또한 컴프레서(27)를 구동하는 경우에도 컴프레서(27)를 제어하는 파라미터인 출력 전류의 변화에 따라서 IGBT48에 의해 정류 회로(45)의 입력 단자간을 단락시키는 횟수를 변화시키도록 했다.

따라서, 컴프레서(23)에 큰 전류가 흐르는 경우에 역률을 개선하여 고주파를 저감하고 직류 전원 전압을 상승시켜 전류 소비를 억제할 수 있다.

(제 2 실시예)

도 9 및 도 10은 제 2 실시예이고, 제 1 실시예와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하고, 이하 다른 부분에 대해서 설명한다. 도 9는 도 6 상당도이고 세탁 건조기가 최종 탈수를 실시한 후, 건조 동작까지 실시하는 경우를 나타내고 있다.

이 때, 최종 탈수는 4 단계로 실시하도록 이루어져 있고, 각 탈수 동작에서의 드럼 모터(5)의 최고 회전수는 400rpm, 700rpm, 950rpm, 1700rpm으로 차례로 상승하도록 설정되어 있다.

도 10은 도 5의 단계(S14)에 대응하는 처리의 상세한 내용을 도시한다. 회전수의 설정이 950rpm 이상인지의 여부를 판단하고(단계(S21)), 950rpm 이상이면(예), 또한 1450rpm 이상인지의 여부를 판단한다(단계(S22)). 그리고, 1450rpm 이상이면(예) 단락 펄스를 3회 출력하고(단계(S23)), 교류 전원 전압의 반주기내에서 정류 회로(45)의 입력 단자를 3회 단락시키고, 직류 전원 전압이 높아지도록 상승시킨다.

또한, 단계(S22)에서 회전수가 1450rpm 미만이면(아니오), 제 1 실시예와 동일하게 단락 펄스를 2회 출력한다(단계(S25)). 또한, 단계(S22)에서 회전수를 1450rpm을 임계값으로 하는 것은 세탁 동작에서의 중간 탈수가 1200rpm이기 때문이다.

이상과 같이 제 2 실시예에 의하면 제어 회로(42B)는 탈수 운전을 실시하는 경우에 드럼 모터(5)의 회전수가 높아질수록, 정류 회로(45)의 입력 단자간을 단락시키는 횟수를 증가시키므로, 직류 전원 전압을 보다 상승시켜 모터(5)의 회전수를 높게 할 수 있다.

(제 3 실시예)

도 11은 제 3 실시예이고, 제 2 실시예와 다른 부분에 대해서 설명한다. 도 11은 도 10 상당도이고, 단계(S21, S22)로 바뀌는 단계(S21A, S22A)에서의 판정의 내용이 상위하다.

제어 회로(42B)는 전류 센서(52)에 의해 구동용 전원회로(43)의 교류 입력 전류(제어 파라미터)를 검출하고, 그 전류의 실효값이 3 암페어[A] 이상인지의 여부를 판단한다(단계(S21A)). 전류 실효값이 3 암페어 이상이면(예), 또한 5 암페어 이상인지의 여부를 판단한다(단계(S22A)). 그리고, 5 암페어 이상이면(예)(단계(S23)를 실행하여 단락 펄스를 3회 출력하고, 교류 전원 전압의 반주기내에서 정류 회로(45)의 입력 단자를 3회 단락시킨다.

5 암페어 미만이면(아니오), 단계(S25)를 실행하여 단락 펄스를 2회 출력한다.

즉, 구동용 전원회로(43)에서의 교류 입력 전류의 대소는 드럼 모터(5)의 회전수의 고저에 대응하므로, 제 3 실시예에 의한 경우에도, 제 2 실시예와 동일한 효과가 얻어진다.

(제 4 실시예)

도 12는 제 4 실시예이고, 제 3 실시예와 다른 부분에 대해서 설명한다. 도 12는 도 11 상당도이고 단계(S21A, S22A)로 바뀌는 단계(S21B, S22B)에서 구동용 전원회로(43)의 교류 입력 전류로 바꾸고 드럼 모터(5)의 입력 전류(제어 파라미터)를 실효값으로 검출한다. 이 경우, 예를 들어 인버터 회로(34)의 전원 모선 중 어느 한쪽에 전류 센서를 배치하면 좋다.

그리고, 제어 회로(42B)는 드럼 모터(5)의 입력 전류 실효값이 1.5 암페어 이상인지의 여부를 판단하고(단계(S21B)), 전류 실효값이 1.5 암페어 이상이면(예), 또한 2.2A 이상인지 여부를 판단한다(단계(S22B)).

그리고, 전류 실효값이 2.2A 이상이면(단계(S22B)의 예) 단계(S23)를 실행하여 단락 펄스를 3회 출력한다. 5 암페어 미만이면(아니오), 단계(S25)를 실행하여 단락 펄스를 2회 출력한다.

즉, 드럼 모터(5)의 교류 입력 전류의 대소는 드럼 모터(5)의 회전수의 고저에 대응하므로, 제 4 실시예에 의한 경우도, 제 3 실시예와 동일한 효과가 얻어진다.

(제 5 실시예)

도 13은 제 5 실시예이고, 제 3 실시예 등과 다른 부분에 대해서 설명한다.

도 13은 도 11 상당도이고, 단계(S21A, S22A)로 바뀌는 단계(S21C, S22C)에서 구동용 전원 회로(43)의 교류 입력 전력(제어 파라미터)을 검출한다.

이 경우, 필요에 따라서 교류 입력 전압을 계측하는 전압 센서를 배치하면 좋다. 그리고, 제어 회로(42B)를 구동용 전원 회로(43)의 입력 전력이 300와트[W] 이상인지의 여부를 판단하고(단계(S21C)), 입력 전력이 300와트 이상이면(예), 또한 500와트 이상인지의 여부를 판단한다(단계(S22C)).

500와트 이상이면(예) 단계(S23)를 실행하고, 500와트 미만이면(아니오), 단계(S25)를 실행한다.

즉, 구동용 전원 회로(43)의 교류 입력 전력의 대소는 드럼 모터(5)의 회전수의 고저에 대응하므로, 제 5 실시예에 의한 경우도 제 3 실시예 등과 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 단계(S21C,S22C)에 대해서는 제 4 실시예와 동일하게, 드럼 모터(5)의 입력 전력에 대해서 임계값을 설정하고, 상기 입력 전력을 검출하여 판정을 실시해도 좋다.

(제 6 실시예)

도 14 및 도 15는 제 6 실시예이고, 제 2 실시예와 다른 부분에 대해서 설명한다. 도 14는 도 10 상당도이고, 단계(S23, S25)로 바뀌는 단계(S23A, S25A)에서 제어 회로(42B)는 교류 전원의 반주기내에서 전원 회로(43)의 입력 단자를 단락시키는 횟수는 모두 2회로 한다.

그리고, 단계(S23A, S25A)에서는 2회의 단락을 실시하는 타이밍을 변화시킨다. 도 15에는 대응하는 전압·전류 파형을 나타낸다. 또한, 단락 펄스폭은 제 1 실시예와 동일하다.

단계(S25A)에서는 1회째의 단락 개시를, 교류 전압 파형의 제로크로스점으로부터 1.2msec로 하고, 2회째의 단락개시를 1회째의 단락 종료부터 1.0msec 후로 한다(도 15의 (b) 참조). 한편, 단계(S23A)에서는 1회째의 단락 개시를 교류 전압 파형의 제로크로스점으로부터 1.7msec로 하고, 2회째의 단락 개시를, 1회째의 단락 종료부터 1.0msec 후로 한다(도 15의 (c) 참조).

즉, 교류 전원 주파수가 60㎐의 경우, 1/2주기는 8.33msec로 이루어지므로, 제로크로스점으로부터 4.17msec 후에 교류 전압의 파고치는 피크가 된다. 따라서, 그 사이에서는 단락을 개시하는 타이밍을 지연시킬수록, 리액터(44)에 통전되는 전류값이 커지므로 승압 효과를 높일 수 있다(265V→295V).

또한, 도 15의 (a)는 비교를 위해 1회째의 단락 개시를 제로크로스점으로부터 0.7msec한 경우이고, 직류 전압은 235V가 되어 있다.

이상과 같이 제 6 실시예에 의하면 제어회로(42B)는 탈수 운전을 실시하는 경우에 드럼 모터(5)의 회전수가 높아질수록 교류 전압 파형의 제로크로스 타이밍으로부터 단락을 개시시킬 때까지의 기간을 보다 길게 하므로, 단락 개시 기간을 조정하여 승압 전압을 제어할 수 있다.

(제 7~제 9 실시예)

도 16 내지 도 18은 제 7~제 9 실시예이고, 도 14에서 설명한 제 6 실시예에서의 단락 처리를, 도 11~도 13에서 설명한 제 3~제 5 실시예의 판단 처리와 조합시킨 것을 나타낸다. 이들의 제 7~제 9 실시예에 의한 경우도, 제 6 실시예와 동일한 효과가 얻어진다.

본 발명은 상기하고 또한 도면에 기재한 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 이하와 같은 변형 또는 확장이 가능하다. 즉, 제어 회로(42A, 42B)를 통합하여 하나의 제어 회로로 해도 좋다.

교류 전원 반주기 내에서의 단락 횟수를 4회 이상으로 설정해도 좋다.

IGBT48에 의해 단락을 실시하는 경우의 펄스폭이나 제로크로스점으로부터의 지연 시간에 대해서도 적절하게 변경할 수 있다.

반도체 스위칭 소자는 IGBT에 한정되지 않고 바이폴라 트랜지스터나 MOSFET를 사용해도 좋다.

회전수나 전압, 전류, 전력에 관한 임계값의 설정은 일례이고, 개별의 설계에 따라서 적절하게 변경하면 좋다.

건조 기능을 갖지 않는 세탁기에 적용해도 좋다.

5: 드럼 모터 7: 드럼
22: 팬모터 27: 컴프레서
28: 컴프레서 모터 42: 제어 회로
42B: 제어 회로(단락 제어 수단)
34, 38, 40: 인버터 회로 43: 구동용 전원 회로
44: 리액터 45: 전파 정류 회로(정류 회로)
47: 전파 정류 회로(단락 수단) 48: IGBT(단락 수단)
60: 구동 장치

Claims (6)

1. 교류 전원에 리액터를 통하여 접속되는 정류 회로,
   상기 정류 회로의 입력 단자간을 단락하는 단락 수단,
   상기 정류 회로의 출력측에 접속되어 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 적어도 탈수 운전을 실시하기 위한 회전 구동력을 발생시키는 모터를 구동하는 인버터 회로, 및
   상기 탈수 운전을 실시하는 경우의 제어 파라미터의 변화에 따라서 상기 단락 수단에 의해 상기 교류 전원의 전압 파형의 제로크로스 타이밍간에 상기 입력 단자간을 단락시키는 횟수를 변화시키는 단락 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 세탁기의 모터 구동 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   건조 운전을 실시하기 위한 히트 펌프를 구성하는 컴프레서를 구동하는 인버터 회로를 구비하고,
   상기 단락 제어 수단은 상기 탈수 운전이 실시되고 또한 상기 컴프레서를 구동하는 경우에도 상기 컴프레서를 제어하는 파라미터의 변화에 따라서, 상기 단락 수단에 의해 상기 입력 단자간을 단락시키는 횟수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 세탁기의 모터 구동 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 인버터 회로에 입력되는 전력 또는 전류를 검출하는 입력 검출 수단을 구비하고,
   상기 단락 제어 수단은 상기 입력 전력 또는 전류가 큰 경우에는 상기 전압파형의 제로크로스 타이밍으로부터 단락을 개시시킬 때까지의 기간을 보다 길게 하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 모터 구동 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 단락 제어 수단은 탈수 운전을 실시하는 경우에 상기 모터의 회전수가 높아질수록 상기 단락을 실시하는 횟수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 세탁기의 모터 구동 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 단락 제어 수단은 탈수 운전을 실시하는 경우에 상기 모터의 회전수가 높아질수록 상기 전압 파형의 제로크로스 타이밍으로부터 단락을 개시시킬 때까지의 기간을 보다 길게 하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 모터 구동 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 단락 제어 수단은 상기 전압 파형의 제로크로스 타이밍간에 단락을 복수 회 실시하게 하는 경우에는 상기 전압 파형의 파고치가 높은 타이밍일수록 단락 시간을 짧게 하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 모터 구동 장치.

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