KR20110016311A - 세탁장치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드럼을 설정속도와 설정방향으로 회전하는 드럼모션을 제어하는 세탁장치의 제어방법에 관한 것으로, 상기 드럼모션에 설정된 방향과 반대방향으로 소정각도 드럼을 회전시킴으로써 기동전류의 최대값을 측정하는 관측기동과, 상기 측정된 기동전류의 최대값으로 드럼모션의 설정방향으로 드럼을 회전시키는 오픈루프기동과, 상기 드럼모션의 설정방향으로 드럼이 소정각도의 회전한 뒤 기동전류의 최대값에서 상기 드럼모션의 설정속도에 필요한 전류값으로 전류를 변환시켜 공급하는 피드백기동을 구비한 세탁장치의 제어방법에 관한 것이다.

세탁기, 드럼모션, 기동모션, 기동전류, 유지전류

Description

세탁장치의 제어방법{Controlling Method of Washing Machine}

본 발명은 드럼을 설정속도와 설정방향으로 회전하는 드럼모션을 제어하는 세탁장치의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 세탁장치는 물과 세제의 작용을 통해 세탁물에 뭍어있는 오물을 제거하는 장치이다.

세탁장치는 크게 교반식과 와류식 및 드럼식 세탁장치로 구분된다.

교반식은 세탁조의 중앙에 솟은 세탁봉을 좌우로 회전시켜 세탁하고, 와류식은 세탁조 하부에 형성된 원판모양의 회전날개를 좌우로 회전시켜 수류와 세탁물 간의 마찰력을 이용하여 세탁하며, 드럼식은 드럼의 내부에 물, 세제 및 세탁물을 넣고 드럼을 회전시켜 세탁한다.

드럼식 세탁장치는 외관을 형성하는 캐비닛의 내부에 세탁수가 수용되는 터브가 장착되고, 터브의 내측에 세탁물이 수용되는 드럼이 구비되며, 터브의 배면에는 상기 드럼을 회전시키기 위한 모터와 샤프트가 구비된다.

상술한 구성을 구비한 드럼식 세탁장치는 터브에 저장된 세탁수와 드럼에 저장된 세탁물의 마찰력, 세탁수에 저장된 세제의 화학적 작용에 의해 세탁물에 포함 된 오물을 제거하게 된다. 따라서, 드럼의 회전방향과 회전속도의 조합은 세탁장치의 세탁성능과 밀접한 관련을 맺고 있다.

한편 종래 세탁장치의 경우, 세탁 시 드럼을 설정방향으로 회전시키기 위해 모터에 공급되는 전류가 드럼의 회전초기 급격히 증가하는 전류피크의 문제가 있었다.

본 발명은 드럼모션의 초기과정에서 발생하는 전류피크를 최소화할 수 있는 세탁장치의 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 세탁물이 투입되는 드럼과, 상기 드럼을 정역방향 회전을 가능하게 하는 모터를 구비하여, 상기 드럼이 설정속도와 설정방향으로 회전하는 드럼모션을 제어하는 세탁장치의 제어방법에 있어서, 상기 드럼모션에 설정된 설정방향과 반대방향으로 드럼을 회전시키는 제1단계와, 상기 제1단계에서 회전된 드럼의 위치나 각도가 기 설정된 제1기준위치 또는 제1기준각도에 도달하였는지 여부를 판단하여 상기 모터를 제동하는 제2단계와, 상기 제2단계의 종료 시까지 상기 모터에 공급된 전류의 최대값으로 상기 드럼모션의 설정방향과 동일한 방향으로 드럼을 회전시키는 제3단계와, 상기 제3단계에서 회전된 드럼의 위치가 기 설정된 제2기준위치나 제2기준각도에 도달한 경우, 상기 드럼모션의 설정속도유지를 위해 필요한 전류를 공급하는 제4단계를 상기 드럼모션의 개시 전 진행하는 것을 특징으로 하는 세탁장치의 제어방법을 제공한다.

이 경우, 본 발명 세탁장치의 제어방법은 상기 제1단계와 상기 제2단계의 종료 후 관성에 의한 세탁물의 위치에너지가 최대인 지점에서 상기 제3단계가 개시되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 세탁장치의 제어방법에 의하면, 드럼모션의 초기과정에서 발생하는 전류피크를 최소화할 수 있는 효과를 도모할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에 사용된 용어가 당해 용어의 일반적 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 한편, 이하에 기술될 장치의 구성이나 제어방법은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위함은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.도1은 본 발명 세탁장치의 제어대상인 세탁장치의 사시도이다.

세탁장치는 외관을 형성하는 캐비닛(110)과, 상기 캐비닛의 내부에 구비되며 상기 캐비닛에 의해 지지되는 터브(120)와, 상기 터브 내부에 회전 가능하게 구비되어 세탁물이 투입되는 드럼(130)과, 상기 드럼에 토크를 인가하여 드럼을 회전시키는 모터(140)와, 사용자가 세탁코스의 선택 및 실행을 가능하게 하는 컨트롤패널(115)을 포함한다.

상기 캐비닛(110)은 본체(111)와, 상기 본체의 전면에 구비되어 결합되는 커버(112)와, 상기 본체의 상부에 결합되는 탑플레이트(116)를 포함한다. 상기 커버(112)는 세탁물의 출입이 가능하도록 구비되는 개구부(114)와, 상기 개구부를 선 택적으로 개폐하는 도어(113)를 포함할 수 있다.

상기 드럼(130)은 내부에 투입된 세탁물이 세탁되는 공간을 형성하게 된다. 상기 드럼(130)은 상기 모터(140)에서 동력을 제공받아 회전하게 된다. 상기 드럼(130)은 다수의 통공(131)을 구비하므로 상기 터브(120)에 저장된 세탁수는 상기 통공(131)을 통해 상기 드럼(130)의 내부로 유입될 수 있고, 상기 드럼 내부의 세탁수는 상기 터브로 유출될 수 있다. 따라서, 상기 드럼이 회전하면 상기 드럼 내부에 투입된 세탁물은 상기 터브에 저장된 세탁수와 마찰하는 과정에서 오물이 제거되게 된다.

상기 컨트롤패널(115)은 사용자가 세탁과 관련한 정보를 입력할 수 있을 뿐만 아니라, 세탁과 관련한 정보를 확인할 수 있는 구성이다. 즉, 사용자와의 인터페이스를 위한 구성이다.

따라서, 상기 컨트롤패널(115)은 사용자가 제어명령의 입력이 가능한 조작부(117, 118)와, 상기 제어명령에 따른 제어정보를 표시하는 디스플레이부(119)를 포함하여 이루어진다. 그리고 상기 컨트롤패널은 상기 제어명령에 따라 상기 모터의 동작을 포함하여 세탁장치의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.

본 발명의 세탁장치의 제어방법에 따르면, 드럼이 다양한 형태로 구동될 수 있다. 즉, 일반적인 텀블 구동과 스핀 구동뿐만 아니라 더욱 다양한 형태로 드럼 구동이 이루어진다. 상기 텀블 구동은 일반적인 드럼 세탁기의 세탁이나 헹굼 시 세탁물이 들어 올려진 후 낙하하는 드럼구동모션이며, 상기 스핀 구동은 탈수 시 세탁물이 드럼 내부에 붙어 있는 상태로 계속해서 회전하게 되는 드럼구동모션이다.

본 발명에서의 드럼구동모션은 드럼이 회전하는 RPM 만 아니라 이와 연관되어 드럼 내부에서 세탁물이 유동하는 모션을 의미한다. 따라서, 본 발명에서는 다양한 드럼구동모션으로 드럼을 구동하기 위한 드럼의 회전, 특히 드럼의 회전을 발생시키는 모터의 제어방법을 제공하게 된다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 다양한 드럼구동모션에 대해서 상세히 설명한다.

도2는 본 발명 세탁장치의 제어방법에 활용되는 다양한 드럼구동모션을 보여주는 도면이다.

드럼구동모션은 상기 드럼의 회전방향과 회전속도의 조합을 의미하고, 상기 드럼구동모션에 의해 드럼 내부에 위치하는 세탁물은 낙하방향, 낙하시점이 달라지게 되고 따라서 드럼 내부에서의 세탁물의 유동이 달라지게 된다. 상기 드럼구동모션은 상기 모터를 제어함으로써 구현된다.

세탁물은 상기 드럼의 회전 시 드럼 내주면에 구비된 리프트(135)에 의해 상승하게 되므로, 상기 드럼의 회전속도와 회전방향을 제어함으로써 세탁물에 가해지는 충격을 달리할 수 있게 된다. 즉, 세탁물간의 마찰, 세탁물과 세탁수 간의 마찰, 그리고 세탁물의 낙하 충격 등의 기계력을 달리할 수 있게 된다. 다시 말하면, 세탁을 위해 세탁물을 두드리거나 비비는 정도를 달리할 수 있고, 세탁물의 분산이나 뒤집힘 정도를 달리할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 다양한 드럼구동모션을 구비한 세탁장치의 제어방법을 제공하여 세탁물의 종류, 세탁물의 오염정도, 각각의 행정, 각각의 행정을 이루는 세부적인 단계에 따라 드럼구동모션을 달리 하여 최적의 기계력으로 세탁물을 처리할 수 있게 된다. 이로 인해 세탁물의 세탁 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 아울러, 일관된 드럼구동모션으로 인하여 과도하게 세탁 시간이 소요되는 것을 방지하여 소요되는 시간을 줄일 수 있게 된다.

한편, 이러한 다양한 드럼구동모션을 구현하기 위하여 상기 모터(140)는 직결식 모터임이 바람직하다. 즉, 모터의 스테이터가 터브(120)이 후방에 고정되고, 모터의 로터가 회전하여 상기 드럼(130)을 직접 구동시키는 형태가 바람직하다. 이는 모터의 회전 방향, 토크 등을 제어함으로써, 시간적인 지연이나 백래시(backlash)를 최대한 방지하여 즉각적으로 드럼구동모션을 제어할 수 있기 때문이다.

반면, 모터의 회전력을 풀리 등을 통하여 회전축에 전달하는 형태에서는 시간적인 지연이나 백래시가 허용되는 형태의 드럼구동모션, 예를 들어 텀블링 구동이나 스핀 구동 등이 가능할 것이다. 따라서, 다양한 드럼구동모션을 구현하기 위해서는 바람직하지 않게 된다. 모터와 드럼의 구동 방식 형태는 당업자에게 자명한 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.

도2의 (a)는 롤링모션(rolling motion)을 보여주는 도면이다. 상기 롤링모션은 상기 모터(140)가 드럼(130)을 일방향으로 회전시키되, 상기 드럼 내주면에 있는 세탁물이 드럼의 회전방향 약 90도 미만의 위치에서 드럼의 최저점으로 낙하하 도록 제어되는 모션이다.

즉, 모터(140)가 드럼을 약 40RPM으로 회전시키면 상기 드럼(130)의 최저점에 위치한 세탁물은 드럼(130)의 회전방향을 따라 소정 높이 상승한 뒤 상기 드럼의 최저점에서 회전방향 약 90도 미만의 위치에서 구르듯이 상기 드럼의 최저점으로 유동하게 된다. 시각적으로는 드럼이 시계방향 회전 시 드럼의 3사분면에서 세탁물들이 지속적으로 구르는 형태가 된다.

세탁물은 상기 롤링모션을 통해 세탁수와의 마찰, 세탁물간의 마찰, 그리고 드럼 내주면과의 마찰을 통해 세탁된다. 그리고 이러한 모션을 통해 세탁물의 뒤집힘이 충분히 발생되어 세탁물을 부드럽게 비벼빠는 효과를 얻을 수 있게 된다.

여기서, 드럼 RPM은 드럼의 반경과의 관계에서 결정된다. 즉, 드럼의 RPM이 커질수록 드럼 내의 세탁물에는 원심력이 발생된다. 상기 원심력과 중력과의 크기 차이로 인해 드럼 내부에서의 세탁물의 유동이 달라지게 된다. 물론, 드럼의 회전력과 드럼과 세탁물 사이의 마찰력도 고려되어야 한다.

따라서, 롤링모션은 원심력과 마찰력이 중력(1G)보다 적게 발생되도록 드럼의 RPM이 결정된다.

도2의 (b)는 텀블링모션(tumbling motion)을 보여주는 도면이다.

상기 텀블링모션은 상기 모터(140)가 드럼(130)을 일방향으로 회전시키되 상기 드럼 내주면에 있는 세탁물이 드럼의 회전방향 약 90도 내지 110도 위치에서 드럼의 최저점으로 낙하하도록 제어되는 모션이다. 상기 텀블링모션은 드럼을 적정한 RPM으로 일방향으로 회전하도록 제어만 하면 기계력이 발생되므로 세탁과 헹굼 시 일반적으로 사용되는 드럼구동모션이다.

즉, 드럼(130)에 투입된 세탁물은 모터(140)가 구동되기 전 상기 드럼(130)의 최저점에 위치하게 된다. 상기 모터(140)가 상기 드럼(130)에 토크를 제공하면 상기 드럼(130)은 회전하게 되고, 상기 드럼의 내주면에 구비된 리프트(135)는 드럼 내 최저점에서 소정높이까지 세탁물을 이동시키게 된다. 만약, 상기 모터(140)가 상기 드럼(130)을 약 46RPM정도로 회전시키면 세탁물은 상기 드럼의 최저점에서 회전방향 약 90도 내지 110도 위치에서 드럼의 최저점방향으로 낙하하게 된다.

텀블링모션는 롤링모션에서의 원심력 보다는 큰 원심력이 발생하되, 중력보다는 적게 발생되도록 드럼의 RPM이 결정된다.

시각적으로 텀블링 모션은 드럼이 시계방향 회전 시 드럼의 최저점에서 3사분면으로부터 2사분면의 일부로 이동한 뒤 드럼 내주면에서 벗어나 드럼의 최저점으로 낙하하는 형태가 된다.

따라서, 상기 텀블링모션은 세탁물이 세탁수와의 마찰 및 낙하에 의해 유발되는 충격력에 의해 세탁될 수 있도록 하므로, 상기 롤링모션에서 기계력 보다 더 큰 기계력으로 세탁 및 헹굼을 수행하게 된다. 그리고, 어느 정도 드럼 내부를 벗어나 낙하하는 모션이므로 엉켜진 세탁물을 분리하고 세탁물을 분산시키는 효과가 있게 된다.

도2 (c)는 스텝모션(step motion)을 보여주는 도면이다. 상기 스텝모션은 상기 모터(140)가 드럼(130)을 일방향으로 회전시키되 상기 드럼 내주면에 있는 세탁물이 드럼의 회전방향 최고점(약 180도 위치)에서 드럼의 최저점으로 낙하하도록 제어되는 모션이다.

상기 모터(140)가 상기 드럼(130)을 약 60RPM 이상으로 회전시키게 되면 세탁물은 원심력에 의해 낙하 없이 회전할 수 있게 되는데, 상기 스텝모션은 세탁물이 원심력에 의해 드럼 내주면에서 낙하하지 않는 속도로 상기 드럼을 회전시킨 후 상기 드럼을 급제동함으로써 세탁물에 충격력을 극대화하는 모션이다.

상기 스텝모션에서 상기 모터(140)는 원심력에 의해 세탁물이 드럼의 외주면에서 낙하하지 않는 속도(약 60RPM 이상)로 상기 드럼을 회전시킨 후 세탁물이 드럼의 최고점(회전방향 180도) 부근에 위치한 경우 역토크를 상기 드럼(130)에 공급하도록 제어된다.

따라서, 세탁물은 상기 드럼(130)의 최저점에서 드럼의 회전방향을 따라 상승한 후 모터(140)의 역토크에 의해 드럼이 정지하는 순간 드럼(130)의 최고점에서 최저점으로 낙하하게 되므로, 상기 스텝모션은 드럼 내부에 있는 세탁물이 최대낙차로 낙하하는 과정에서 유발되는 충격력에 의해 세탁하는 모션이다. 이러한 스텝모션에 의해 발생되는 기계력은 전술한 롤링모션이나 텀블링모션보다 크게 된다.

시각적으로 스텝모션은 드럼이 시계방향 회전 시 드럼의 최저점에서 3사분면으로부터 2사분면을 지나 드럼의 최고점으로 이동한 후 갑자기 드럼 내주면에서 벗어나 드럼의 최저점으로 낙하하는 형태가 된다. 따라서, 스텝모션에서 드럼 내부에서 낙하하는 거리가 가장 크기 때문에 포량이 적은 경우 더욱 효과적으로 기계력을 제공할 수 있게 된다.

한편, 상기 모터(140)는 상기 드럼의 제동을 위해 역상제동됨이 바람직하다. 상기 역상제동은 모터가 회전하고 있는 방향과 반대방향으로 회전력을 발생시켜 모터를 제동하는 방식이다. 모터가 회전하고 있는 방향과 반대방향의 회전력을 유발하기 위해서 모터에 공급되는 전류의 상(phase)을 역전시킬 수 있으며, 상기 역상제동은 모터의 급제동을 가능하게 한다. 따라서, 상기 역상제동은 세탁물에 강한 충격을 주는 상기 스텝모션에 가장 적절한 제동방식이 된다.

이후, 상기 모터(140)는 다시 상기 드럼(130)에 토크를 인가하여 드럼의 최저점에 있는 세탁물을 최고점으로 상승시키게 된다. 즉, 시계방향으로 회전하도록 토크를 가한 후 순간적으로 반시계방향으로 회전하도록 토크를 가하여 급정지시키고, 이후 다시 시계방향으로 회전하도록 토크를 가하여 스텝모션이 구현된다.

결국, 상기 스텝모션은 드럼의 회전 시에는 통공(131)으로 유입된 세탁수와 세탁물을 마찰시켜 세탁하고, 세탁물이 드럼의 최고점에 위치하면 낙하시켜 충격력에 의해 세탁하는 모션이다.

도2 (d)는 스윙모션(swing motion)을 보여주는 도면이다. 상기 스윙모션은 모터(140)가 상기 드럼(130)을 양방향으로 회전시키되, 드럼의 회전방향 90도 지점을 경과한 뒤 세탁물이 낙하하도록 제어되는 모션이다.

즉, 모터(140)가 드럼(130)을 반시계방향으로 약 40RPM으로 회전시키면 상기 드럼(130)의 최저점에 위치한 세탁물은 반시계방향으로 소정 높이 상승하게 된다. 이때 상기 모터는 세탁물이 드럼의 반시계방향 90도 지점을 통과한 뒤 드럼의 회전을 정지시킴으로써 세탁물이 드럼의 반시계방향 90도 지점을 경과한 뒤 드럼의 최저점 방향으로 낙하되도록 한다.

이 후, 상기 모터(140)는 드럼(130)을 시계방향으로 약 40RPM으로 회전시켜 낙하하는 세탁물이 드럼의 회전방향을 따라 시계방향으로 소정높이 상승시킨다. 한편, 상기 모터(140)는 세탁물이 드럼의 시계방향 90도 지점을 경과한 뒤 드럼의 회전을 정지시킴으로써 세탁물이 드럼의 시계방향 90도 지점을 경과한 위치에서 드럼의 최저점 방향으로 낙하되도록 한다.

즉, 스윙모션은 드럼의 일방향 회전 및 정지 그리고 역방향 회전 및 정지가 반복되는 모션으로, 시각적으로는 세탁물이 드럼의 3사분면으로부터 2사분면 일부까지 상승하여 부드럽게 낙하한 후 드럼의 4사분면으로부터 1사분면 일부까지 상승하여 부드럽게 낙하함을 반복하는 형태라고 할 수 있다.

이때, 상기 모터(140)의 제동은 발전제동을 이용함으로써 모터(140)에 발생하는 부하를 최소화하고, 모터(140)의 기계적 마모를 최소화하는 동시에, 세탁물에 가해지는 충격을 조절할 수 있게 된다.

상기 발전제동은 모터에 인가되는 전류를 OFF 시킬 경우 회전관성에 의해 모터가 발전기의 역할을 하게 되는 것을 이용한 제동방식이다. 모터에 인가된 전류를 OFF시키면 모터의 코일에 흐르는 전류의 방향은 전원 OFF전 전류의 방향과 반대가 되므로 모터의 회전을 방해하는 방향으로 힘(플레밍의 오른손 법칙)이 작용하여 모터가 제동된다. 상기 발전제동은 상기 역상제동과 달리 모터를 급제동시키지는 않으나 드럼의 회전방향 전환을 부드럽게 한다.

따라서, 시각적으로 상기 스윙 모션은 드럼의 3사분면과 4사분면에 걸쳐 옆으로 누운 8자 형태로 세탁물이 유동하는 형태가 된다.

도2 (e)는 스크럽모션(scrub motion)을 보여주는 도면이다. 상기 스크럽모션은 모터(140)가 드럼(130)을 양방향으로 회전시키되, 역상제동을 통해 드럼의 회전방향 약 90도 이상의 위치에서 세탁물이 낙하하도록 제어되는 모션이다.

즉, 모터(140)가 드럼(130)을 반시계방향으로 약 60RPM 이상으로 회전시키면 상기 드럼(130)의 최저점에 위치한 세탁물은 반시계방향으로 소정 높이 상승하게 된다. 이때, 상기 모터는 세탁물이 드럼의 반시계방향 약 90도의 위치를 지난 뒤 드럼에 역토크를 제공하여 상기 드럼의 회전을 일시 정지시키게 된다. 그러면, 드럼의 내주면에 있던 세탁물은 급격히 낙하하게 된다.

이후, 상기 모터(140)는 드럼을 시계방향으로 약 60RPM으로 회전시켜 낙하한 세탁물을 시계방향으로 소정높이 상승시킨다. 상기 모터(140)는 세탁물이 드럼의 시계방향 90도 위치를 지나면 드럼(130)에 역토크를 제공하여 상기 드럼의 회전을 일시정지시키게 된다. 따라서, 드럼의 내주면에 있던 세탁물은 드럼의 시계방향 90도 이상의 위치에서 드럼의 최저점으로 낙하하게 된다.

따라서, 상기 스크럽모션은 세탁물이 소정높이에서 급격히 낙하하도록 함으로써 세탁물을 세탁하게 된다. 한편, 상기 모터(140)는 상기 드럼의 제동을 위해 역상제동됨이 바람직하다.

드럼의 회전 방향이 급격히 전환되기 때문에 세탁물이 드럼 내주면을 크게 벗어나지 않게 되어 매우 강력하게 비벼빠는 효과를 얻을 수 있게 된다. 상기 스크럽모션은 3사분면을 지나 2사분면 일부까지 이동한 세탁물이 급격히 낙하하여 다시 4사분면을 지나 1사분면 일부까지 이동한 후 낙하함을 반복하는 형태이다. 따라서 시각적으로는 상승한 세탁물이 드럼 내주면을 따라 하강함을 반복하는 형태라 할 수 있다.

도2 (f)는 필트레이션모션(filtration motion)을 보여주는 도면이다. 상기 필트레이션모션은 세탁물이 원심력에 의해 드럼의 내주면에서 떨어지지 않도록 모터(140)가 드럼(130)을 회전시키고, 상기 드럼의 내부에 세탁수를 분사하는 모션이다.

즉, 상기 필트레이션모션은 세탁물이 펼쳐진 후 드럼의 내주면에 밀착되어 회전하는 동안 세탁수를 드럼의 내부에 분사하므로 세탁수는 원심력에 의해 세탁물, 드럼의 통공(131)을 거쳐 터브(120)로 빠져나가게 된다. 따라서, 상기 필트레이션모션은 세탁물이 세탁수와 접촉하는 표면적을 넓히는 한편, 세탁수가 세탁물을 관통할 수 있도록 하기 때문에 세탁수를 골고루 세탁물에 공급하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

상기 필트레이션모션에서 드럼에 세탁수를 분사하는 방식은 순환유로(미도시)와 펌프(미도시)를 이용하여 터브에 저장된 세탁수를 순환시켜 분사하는 방식으로 구현될 수 있다.

한편, 상기 필트레이션모션은 세탁수를 분사시키지 않고 세탁물이 드럼의 내주면에 밀착되어 회전만 시키도록 진행될 수도 있는데, 이는 포분산을 유도하기 위함으로 포적심 후 세탁과정에서 포분산을 유도하기 위해 적용될 수 있다.

또한, 상기 필트레이션모션은 터브에 저장된 세탁수를 순환시키지 않고 외부의 급수원으로부터 공급되는 깨끗한 세탁수를 분사하는 방식으로 구현될 수 있는데 터브에 저장된 세탁수가 순환되는 경우와 구분하기 위해 스프레이린스모션(Spary Rinse motion)으로 정의한다. 상기 스프레이린스모션은 깨끗한 세탁수를 이용하므로 헹굼이 요구되는 행정에 적합한 모션이다.

도2 (g) 는 스퀴즈모션(squeeze motion)을 보여주는 도면이다. 상기 스퀴즈모션은 세탁물이 원심력에 의해 드럼의 내주면에서 떨어지지 않도록 상기 모터(140)가 드럼(130)을 회전시킨 후 드럼(130)의 회전속도를 낮추어 드럼의 내주면에서 세탁물을 분리하는 동작을 반복하고, 상기 드럼의 회전 중 세탁수를 드럼 내부에 분사하는 모션이다.

즉, 상기 필트레이션모션은 세탁물이 드럼의 내주면에서 떨어지지 않는 속도로 계속회전되나 상기 스퀴즈모션은 상기 드럼의 회전속도를 변화시켜 세탁물을 드럼(130)의 내주면에 밀착 및 분리를 반복시킨다는 점에서 차이가 있다.

상기 필트레이션모션과 스퀴즈모션 중 상기 드럼(130) 내부에 세탁수를 분사하는 과정은 도1에 도시되지는 않았으나 순환유로 및 펌프로 구현될 수 있다. 상기 펌프는 터브(120)의 저면과 연통하여 세탁수를 가압하고, 상기 순환유로는 일측이 상기 펌프에 연결되고 타측은 상기 드럼의 상부로부터 드럼 내부로 세탁수를 분사시킬 수 있도록 구비돌 수 있다.

다만, 상술한 순환유로 및 펌프는 터브에 저장된 세탁수를 분사하는 경우에 필요한 구성이므로, 캐비닛 외부의 급수원과 연결되는 분사급수유로를 통해 상기 드럼 내부에 세탁수를 분사하는 경우를 배제하는 것은 아니다.

즉, 상기 분사급수유로가 일측은 급수원과 연결되고, 타측은 상기 터브에 연 결되되 상기 드럼의 내부로 세탁수를 분사할 수 있는 노즐을 구비한다면 필트레이션모션과 스퀴즈모션 중 드럼 내부로 세탁수를 분사할 수 있게 될 것이다.

도3은 상기 스텝모션을 보다 상세히 보여주는 도면이다. 모터(140)가 드럼(130)에 일정방향으로 토크를 인가하면 드럼이 일정방향으로 회전하므로 세탁물은 드럼(130)의 내주면에 밀착되어 상승하게 된다. 이때, 드럼은 세탁물이 드럼의 내주면에 밀착되어 상승할 수 있도록 약 60RPM 이상으로 회전되는 것이 바람직하다. 여기서, 드럼의 회전 속도는 드럼의 내경과의 관계에서 결정되며, 원심력이 중력보다 커지게 되는 회전속도로서 결정되어 진다.

세탁물이 드럼(130)의 회전방향 90도 지점을 지나 드럼 내 최고점에 이르기 직전 모터(140)는 상기 드럼의 회전을 일시적으로 중단시키기 위해 역상제동된다. 모터(140)의 역상제동 시점은 드럼(130) 내 세탁물의 위치와 밀접한 관련이 있으므로 세탁물의 위치를 판단 또는 예상할 수 있는 장치가 구비됨이 바람직하며, 로터의 회전각을 판단할 수 있는 홀센서(Hall effect sensor)를 구비한 감지장치가 일례가 될 수 있다.

상기 홀센서를 통해 제어부는 로터의 회전각뿐만 아니라 회전 방향을 판단할 수 있다. 이에 대한 사항은 당업자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다.

제어부는 상기 감지장치를 통해 드럼의 회전각을 판단할 수 있게 되고, 드럼이 180도에 이르기 전에 상기 모터(140)를 역상제동하도록 제어한다. 여기서 역상제동이라 함은 드럼이 반대 방향으로 회전하도록 역상의 전류를 인가함을 의미한다. 예를 들어, 시계방향으로 회전하도록 모터에 전류가 인가된 후 갑자기 반시계 방향으로 회전하도록 전류를 인가시키는 것을 말한다.

따라서, 시계방향으로 회전하던 드럼은 순간적으로 정지하게 되고, 이때의 각도는 실질적으로 180도가 되어 드럼 내부의 최고점에서 드럼 내부의 최저점으로 세탁물이 낙하하게 된다. 이후, 계속해서 시계방향으로 드럼이 회전하도록 전류는 계속해서 인가된다.

도3은 드럼이 시계방향으로 회전하는 경우에 대해 도시하고 있으나, 반시계방향의 회전 중 스텝모션이 수행되어도 무방하다. 다만, 상기 스텝모션은 모터(140)에 높은 부하를 발생시키므로 실동율을 낮추어 실행함이 바람직하다.

실동율이란 모터(140)의 구동시간 및 정지시간의 총합에 대한 모터가 구동시간의 비로서 실동율 1은 모터가 정지시간없이 구동함을 의미한다. 상기 스텝모션의 경우 모터의 부하를 고려할때 약 70%의 실동율로 제어됨이 바람직하고, 10초간 구동후 4초간 정지하는 것이 일례가 될 수 있다.

도4는 스크럽모션을 보다 상세히 보여주는 도면이다. 모터(140)가 드럼(130)에 토크를 인가하면 드럼 내의 세탁물은 시계방향으로 회전한다. 세탁물이 드럼의 내주면에 밀착되어 회전할 수 있도록 상기 드럼(130)은 약 60RPM 이상의 회전수를 가지도록 모터(140)를 제어함이 바람직하다. 이후 세탁물이 드럼의 회전방향 90도 지점을 통과하면 모터(140)는 역상제동되므로, 드럼의 내주면에 밀착된 세탁물은 드럼의 최저점으로 낙하하게 된다.

세탁물이 최저점에 낙하하면 상기 모터(140)는 드럼을 반시계방향으로 회전시키는 토크를 제공한다. 따라서, 낙하된 세탁물은 드럼의 내주면에 밀착되어 반시 계방향으로 회전하게 되고, 세탁물이 드럼의 최저점에서 반시계방향 90도 지점과 드럼의 최고점 사이에 있을때 상기 모터는 역상제동되므로 드럼의 내주면에 밀착된 세탁물은 드럼의 최저점으로 낙하하게 된다.

상술한 스크럽모션도 상기 스텝모션과 같이 모터(140)에 높은 부하를 발생시키므로 실동율을 낮추어 실행됨이 바람직하며, 10초동안 스크럽모션의 실행 후 4초 동안 정지를 반복하여 70% 실동율로 제어되는 것이 일례가 될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나 스윙모션은 상기 스크럽모션에서 모터의 제동방식을 발전제동으로 변경하고, 발전제동의 시점을 세탁물이 드럼의 회전방향 90도 지점에 이른 때로 변경하면 되므로 자세한 설명은 생략한다.

상술한 각각의 드럼모션은 설정된 방향(시계방향 또는 반시계방향)으로 드럼을 회전시키기 전 설정된 회전방향과 반대방향으로 소정각도 회전시킨 후 드럼모션으로 진입하는 기동모션(일명, Active-i motion)을 포함하도록 제어됨이 바람직하다.

드럼모션을 실행함에 있어서, 드럼모션의 설정속도(설정된 회전수, rpm)로 드럼을 곧바로 회전시키려고 하면, 드럼모션의 초기에 모터로 공급되는 전류값이 급격히 상승하는 전류피크가 발생할 수 있다.

즉, 드럼모션의 개시 전 드럼에는 세탁물이 투입되어 정지된 상태이고, 드럼의 최저점과 회전방향 90도 지점사이에서 모터의 부하가 가장 크기 때문에 해당 드럼모션의 설정속도로 드럼을 회전시키기 위해서는 많은 전류의 공급이 필요하게 되며, 드럼에 투입된 포량이 많은 경우 공급돼야할 전류의 양은 더욱 커진다.

드럼모션의 초기에 전류피크가 발생하면 세탁장치의 안전성에 문제를 야기할 수 있고, 세탁장치의 안전성 확보를 위해 모터의 실동율을 변경하는 제어를 할 경우 세탁성능의 저하가 불가피할 수 있으므로 본 발명은 드럼모션의 용이한 구현을 위해 기동모션 후 드럼모션을 구현하는 세탁장치의 제어방법을 제공한다.

즉, 드럼모션의 설정방향과 반대방향으로 소정각도 회전시킨 뒤 드럼모션의 설정방향으로 드럼을 회전시키는 기동모션은 세탁물이 드럼모션의 설정방향과 반대방향으로 회전하는 동안 얻게 되는 위치에너지를 이용할 수 있으므로 드럼모션의 초기에 공급되는 전류값의 급격한 상승을 방지할 수 있고, 드럼에 투입된 포량에 근거하여 드럼모션의 초기에 공급할 전류값을 결정하므로 초기 드럼모션에서 유발될 수 있는 공급전류의 급격한 상승을 방지할 수 있게 된다.

도5는 본 발명 기동모션 시 드럼의 회전을 보여주는 도면이고, 도8은 본 발명 기동모션의 제어단계를 보여주는 순서도이다.

이하에서는 드럼의 관점에서 본 발명 기동모션에 대해 먼저 설명하고, 이후 제어단계의 관점에서 본 기동모션에 대해 설명한다.

상기 기동모션은 관측기동, 오픈루프기동 및 피드백기동으로 구현되는데, 도5 (a)는 기동모션의 개시 전 드럼에 세탁물이 투입된 모습이고, 도5 (b)는 드럼모션이 시계방향으로 설정된 경우 기준각도까지 드럼을 회전시키는 기동(관측기동)을 보여주고 있다.

즉, 드럼모션이 시계방향으로 설정된 경우 관측기동은 드럼이 반시계방향으로 회전하고, 드럼모션이 반시계방향으로 설정된 경우 상기 관측기동은 드럼이 시 계방향으로 회전하게 될 것이다. 이하에서는 드럼모션의 설정방향이 시계방향인 경우를 기준으로 설명한다.

관측기동 시 드럼은 반시계방향으로 기 설정된 기준각도(제1기준각도 또는 제1기준위치)만큼 회전하게 된다. 상기 "기준각도"는 관측기동 시 모터에 공급되는 전류(이하, "기동전류")를 통해 포량을 감지할 수 있는 유의구간 15 내지 45도 중에서 선택될 수 있고, 도3 (b)는 22.5도가 설정된 경우를 도시한 도면이다.

상기 기준각도까지 드럼이 회전하기 위해서 제어부는 모터에 전류를 공급하게 되는데, 세탁물의 양이 많은 경우에 공급되는 전류값과 세탁물의 양이 적은 경우 공급되는 전류값은 상이하다.

즉, 도6을 참고하여 살펴보면, 세탁물의 양이 증가할 수록 관측기동에서의 기동전류는 증가함을 확인할 수 있고, 드럼모션을 유지하기 위해 공급되는 전류(이하, "유지전류")의 크기는 세탁용량의 절반에 해당하는 세탁물의 양(이하, "하프부하")에서 가장 크다.

하프(half)부하량에서 유지전류가 가장 많이 공급되는 이유는 세탁물의 양이 세탁용량의 절반에 해당할 경우 드럼내 세탁물의 유동이 가장 심하고, 드럼모션 중 유발되는 세탁물의 유동은 모터의 부하로 작용하므로 드럼모션의 유동에 필요한 유동전류가 많이 요구되기 때문이다.

즉, 세탁물의 양이 하프부하량을 초과하면 드럼 내부에서 세탁물이 유동할 수 있는 공간이 줄게 되므로 세탁물의 유동에 의해 유발되는 부하가 적고, 그 결과 최대부하량일 때 요구되는 유지전류보다 작은 유지전류로 드럼모션을 구동할 수 있 기 때문이다. 또한, 세탁물의 양이 하프부하량 미만인 경우에는 드럼 내부에서 세탁물의 유동이 심하기는 하나 세탁물의 양이 적어 드럼 내 세탁물의 유동으로 발생하는 모터부하가 유지전류값을 상승시킬만큼 크지 않기 때문이다.

한편, 관측기동 시 요구되는 기동전류값의 최대값은 제어부에 의해 메모리와 같은 저장수단에 저장되고, 후술할 오픈루프기동 시 활용된다.

상기 관측기동이 종료되면, 본 발명은 세탁물이 가지는 위치에너지를 최대한 활용하기 위해 모터를 제동시킨다. 도5 (c)에 개시된 바와 같이 드럼과 드럼 내부에 투입된 세탁물은 관측기동의 관성에 의해 소정각도 더 회전될 수 있다.

즉, 도5 (c)에 개시된 세탁물의 위치(A)는 관측기동에 의해 세탁물이 가지는 위치에너지의 최대점이고, 이후 진행되는 오픈루프기동(도5 (d)) 시 세탁물의 위치에너지를 이용하면 오픈루프기동 시 드럼의 회전속도를 증가시키는데 유리한 효과가 있다.

한편, 세탁물이 관측기동을 통해 가질 수 있는 위치에너지의 최대점(A)은 모터에 구비되는 홀센서(Hall Sensor)와 같은 감지장치를 통해 판단할 수 있다.

관측기동이 종료된 뒤 모터는 제동되므로 드럼은 관측기동 시의 회전방향과 동일한 회전방향(반시계방향)으로 관성에 의해 회전할 것이나 세탁물의 위치에너지가 최대가 되는 지점(A)에서 드럼은 세탁물의 자중에 의해 정지 후 시계방향으로 회전하게 될 것이다.

따라서, 상기 홀센서가 드럼의 회전중단 또는 회전방향 전환을 인식하는 시점이 세탁물의 위치에너지가 최대인 지점(A)에 도달한 시점이되며, 이 시점에서 도 5 (d)에 도시된 오픈루프기동이 개시된다.

상기 오픈루프기동은 관측기동에서 공급된 기동전류값의 최대값(또는 또는 상기 기동전류의 최대값을 소정비율로 증폭시킨 값)을 이용하여 드럼을 시계방향으로 회전시키는 구간으로, 드럼의 최저점(O)과 세탁물의 위치에너지 최대점(A)이 이루는 각도의 두배에 해당하는 각도(시계방향)로 드럼을 회전시키는 구간이다.

즉, 오픈루프기동에 있어서, 드럼의 최저점(O)에서 세탁물의 위치에너지 최대점(A)에 이르는 각도와 상기 오픈루프기동이 종료되는 드럼의 위치(B, 제2기준각도 또는 제2기준위치)가 형성하는 각도는 서로 동일하다. 이는 관측기동에 의해 확보된 위치에너지를 최대한 활용하고, 모터의 부하가 최대가 되는 구간(O-B구간)에서 모터에 공급되는 전류값이 급격히 증가하는 전류피크를 방지하기 위함이다.

한편, 상기 오픈루프기동에서 모터에 공급되는 전류값은 상기 관측기동시 공급되었던 기동전류의 최대값으로 공급함이 바람직하다.

관측기동없이 드럼모션을 구현하는 경우 또는 관측기동 후 드럼모션에 설정된 rpm에 요구되는 전류를 곧바로 모터에 공급하는 경우 모터로 공급되는 전류값이 급격히 상승하는 전류피크(peak)의 문제가 야기될 수 있고(도7 (a)), 이는 앞서 설명한 바와 같이 세탁물이 위치에너지의 최대점(A)에 대응하는 위치(B)를 통과할 때 모터의 부하가 최대가 되어 순간적으로 많은 전류가 요구되기 때문이다. 따라서, 상기 오픈루프기동은 세탁물의 위치에너지 최대점(A)에 대응하는 위치(B)까지는 상기 관측기동에서 필요했던 기동전류의 최대값으로 드럼을 회전시킴으로써 모터의 부하가 최대가 되는 구간에서 필요 전류값의 갑작스런 증가를 방지하게 된다(도7 (b)참고).

상기 오픈루프기동이 완료되면 도5 (e)에 개시된 피드백기동이 개시된다. 상기 피드백기동은 상기 오픈루프기동에서 모터에 공급된 기동전류의 최대값을 드럼모션의 설정속도(설정회전수, rpm)로 드럼을 회전시키는데 필요한 전류값으로 전환하는 단계이다. 상기 피드백기동으로의 전환시점은 상술한 홀센서와 같은 감지장치를 통해 드럼의 회전각도를 모니터링함으로써 가능하며, 상기 피드백기동을 통해 모터에 공급되는 전류값이 변경되면 기 설정된 드럼모션이 진행되게 된다.

이하에서는 도8을 참고하여, 제어단계의 관점에서 본 발명 기동모션에 대해 살펴본다.

본 발명 세탁장치의 제어방법은 드럼모션의 개시신호가 인가(S10)되면, 관측기동(S21), 오픈루프기동(S25), 피드백기동(S27)을 포함하는 기동모션(S20) 후 드럼모션(S30)을 진행한다.

상기 관측기동(S21)은 드럼을 제1방향(드럼모션의 설정방향과 반대방향)으로 회전시키기 위해 모터에 전원을 공급(S211)한다.

모터에 전원이 공급된 뒤 상기 드럼이 기준각도에 해당하는 지점(S, 도5참고)에 도달했는지 여부를 홀센서와 같은 감지장치로 판단(S212)하고, 드럼이 상기 기준각도에 도달하지 못한 경우에는 상기 모터가 제1방향으로 회전을 계속할 수 있도록 전원을 공급하나, 드럼이 기준각도에 도달한 것으로 판단한 경우에는 모터의 전원공급을 차단(S213)한다.

한편, 상기 모터에 전원공급을 차단(S213)함과 동시에 상기 기준각도까지 드 럼을 회전시키는데 공급된 전원에서 기동전류값(또는 기동전류의 최대값 또는 평균값)을 판단(S214)하게 된다.

이후, 세탁물이 위치에너지의 최대점(A, 도5참고)에 위치하였는지 여부를 감지장치로 판단하는 단계(S23)가 이어지고, 세탁물이 위치에너지 최대점(A)에 위치한 것으로 판단된 때 오픈루프기동(S25)이 개시된다.

상기 오픈루프기동(S25)은 상기 관측기동시 드럼의 회전방향과 반대방향인 제2방향으로 드럼을 회전시키기 위한 전원이 공급(S251)되고, 이때 공급되는 전류의 크기는 상기 관측기동에서 측정된 기동전류의 최대값과 동일함이 바람직하다.

상기 전원공급과 동시에 상기 오픈루프기동(S25)은 드럼이 오픈루프 기준각도에 해당하는 지점(B)에 도달했는지 여부를 판단(S252)하며, 상기 오픈루프 기준각도에 이른 경우 피드백기동(S27)이 이어지게 된다.

상기 피드백기동(S27)을 통해 상기 모터에 공급되는 전류값은 오픈루프기동(S25) 시 모터에 공급된 기동전류의 최대값에서 드럼모션의 설정속도(rpm)에 필요한 전류값으로 전환되며, 이후 상기 드럼은 기 설정된 드럼모션의 설정속도와 설정방향으로 회전(S30,드럼모션)하게 된다.

상술한 설명에서 본 발명 기동모션은 도2에 개시된 7개의 드럼모션의 선행모션으로 진행되는 경우에 대해 설명하였으나 이는 일례를 설명한 것이므로, 도2에 개시된 드럼모션이 이외의 모션으로 드럼을 회전시키고자 할 때 본 발명 기동모션을 선행시켜도 본 발명 기동모션의 효과를 구현할 수 있으므로 도2에 개시된 드럼모션에 선행하는 기동모션으로 본 발명의 목적과 효과를 제한할 필요가 없다.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 세탁장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명 세탁장치의 제어방법에 활용되는 드럼모션을 보여주는 도면이다.

도 3은 스텝모션의 상세도면이다.

도 4는 스크럽모션의 상세도면이다.

도 5는 기동모션의 개념도이다.

도 6은 포량에 따른 기동전류 및 유지전류의 경향을 보여주는 실험그래프이다.

도 7은 기동모션을 구비한 드럼모션과 기동모션이 구비되지 않은 드럼모션의 전류피크를 비교한 그래프이다.

도 8은 본 발명 세탁장치의 제어방법의 절차도이다.

Claims (4)

1. 세탁물이 투입되는 드럼과, 상기 드럼을 정역방향 회전을 가능하게 하는 모터를 구비하여, 상기 드럼이 설정속도와 설정방향으로 회전하는 드럼모션을 제어하는 세탁장치의 제어방법에 있어서,

   상기 드럼모션에 설정된 설정방향과 반대방향으로 드럼을 회전시키는 제1단계;

   상기 제1단계에서 회전된 드럼의 위치나 각도가 기 설정된 제1기준위치 또는 제1기준각도에 도달하였는지 여부를 판단하여 상기 모터를 제동하는 제2단계;

   상기 제2단계의 종료 시까지 상기 모터에 공급된 전류의 최대값으로 상기 드럼모션의 설정방향과 동일한 방향으로 드럼을 회전시키는 제3단계;

   상기 제3단계에서 회전된 드럼의 위치가 기 설정된 제2기준위치나 제2기준각도에 도달한 경우, 상기 드럼모션의 설정속도유지를 위해 필요한 전류를 공급하는 제4단계;를 상기 드럼모션의 개시 전 진행하는 것을 특징으로 하는 세탁장치의 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1단계와 상기 제2단계의 종료 후 관성에 의한 세탁물의 위치에너지가 최대인 지점에서 상기 제3단계가 개시되는 것을 특징으로 하는 세탁장치의 제어방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 세탁물의 위치에너지가 최대인 지점의 판단은 상기 제2단계의 종료 후 진행되는 여력회전의 중단여부로 판단하는 것을 특징으로 하는 세탁장치의 제어방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제2기준위치 또는 제2기준각도는

   상기 드럼의 여력회전이 중단된 때 상기 드럼이 회전한 각도와 동일한 것을 특징으로 하는 세탁장치의 제어방법.

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