KR20140122349A - 세탁기의 센서리스 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20140122349A
KR20140122349A KR1020130038752A KR20130038752A KR20140122349A KR 20140122349 A KR20140122349 A KR 20140122349A KR 1020130038752 A KR1020130038752 A KR 1020130038752A KR 20130038752 A KR20130038752 A KR 20130038752A KR 20140122349 A KR20140122349 A KR 20140122349A
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Abstract

센서리스 제어를 이용하여 모터를 기동할 때, 모터의 위치를 검출하는 알고리즘을 통해 에너지를 저감할 수 있는 세탁기의 센서리스 제어 장치 및 그 방법을 제안한다.
센서리스 제어를 이용하여 모터를 기동할 때, 복수의 벡터 전압을 인가하여 최대 전류가 발생하는 벡터를 확인하고, 최대 전류가 발생하는 벡터 전후의 전류 크기를 비교하여 초기각을 설정하는 알고리즘을 통해 강제 정렬 시 소비되었던 불필요한 에너지를 제거하여 에너지를 저감할 수 있게 된다.

Description

세탁기의 센서리스 제어 장치 및 그 방법{SENSORLESS CONTROL APPARATUS OF WASHING MACHINE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 모터를 구비한 세탁기의 센서리스 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 세탁기에는 펄세이터나 드럼을 회전시키기 위해 모터를 구비하며, 모터는 통상적으로 고효율 및 고성능을 가진 BLDC 모터(Brushless Direct Current)를 사용한다.
세탁기에 적용되는 BLDC 모터는 2극 이상의 극성을 가지는 회전자에 영구자석을 부착하여 회전 구동력을 발생시키는 것으로, 코일이 권선되어 있는 고정자와, 이 고정자에 대하여 회전 가능하게 배치되는 회전자로 구성된다.
세탁기 모터는 회전자에 부착된 영구자석으로부터 자속을 공급받아 회전하기 때문에 벡터 제어를 위해서는 회전자의 위치를 정확히 파악해야 한다. 이를 위해, 리졸버(Resolver)나 엔코더(Encoder) 등의 위치 센서를 별도로 설치하여 회전자의 위치 정보를 검출한다. 그러나, 센서를 이용하여 모터 위치를 검출하는 방식은 센서의 사용으로 인한 제조비 상승과 회로의 부피 증가, 센서 파손 시 모터의 위치를 검출할 수 없는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 별도의 위치 센서를 설치하지 않고 회전자의 위치를 추정하는 센서리스 제어 방식이 사용되고 있으나, 센서리스 제어를 이용하여 모터를 기동할 때에는 모터의 초기 위치를 알 수 없기 때문에 모터의 기동을 위해 모터를 특정 위치각으로 강제 정렬해야 한다.
그러나, 모터를 특정 위치각으로 강제 정렬하는 방법은 강제 정렬하는 시간 동안 모터에 전류를 공급해야 하므로 실제 회전에 사용하지 않는 불필요한 에너지를 사용하게 된다.
센서리스 제어를 이용하여 모터를 기동할 때, 모터의 위치를 검출하는 알고리즘을 통해 에너지를 저감할 수 있는 세탁기의 센서리스 제어 장치 및 그 방법을 제안하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면은 모터를 구비하는 세탁기의 센서리스 제어방법에 있어서, 모터의 기동 시, 복수의 벡터 전압을 인가하고; 인가된 전압의 벡터별 전류를 측정하고; 측정된 벡터 전류 중에서 최대 전류가 발생한 벡터를 검색하고; 최대 전류가 발생된 벡터 전후의 벡터 전류 크기를 비교하고; 벡터 전류 크기에 따라 모터의 초기각을 설정하는 것이다.
모터는 코일이 권선되어 있는 고정자와, 고정자에 대하여 회전 가능하게 배치된 회전자를 포함한다.
복수의 벡터 전압을 인가하는 것은, 고정자에 복수의 벡터 전압을 인가하는 것이다.
벡터별 전류를 측정하는 것은, 고정자에 복수의 벡터 전압을 인가했을 때, 회전자의 위치에 따라 변화하는 전류의 크기를 측정하는 것이다.
최대 전류는 회전자의 N극에 가까운 벡터 전압을 인가했을 때, 발생한다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 세탁기의 센서리스 제어 장치는, 모터; 모터의 기동 시, 복수의 벡터 전압을 인가하여 벡터별 전류를 측정하고, 측정된 벡터 전류 중에서 최대 전류가 발생한 벡터를 검색하고, 최대 전류가 발생된 벡터 전후의 벡터 전류 크기를 비교하여 모터의 초기각을 설정하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 세탁기의 센서리스 제어 장치는, 직류 전압을 3상의 지령 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 인버터를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 세탁기의 센서리스 제어 장치는, 모터에 입력되는 3상의 전류를 측정하는 전류 측정부를 더 포함한다.
제어부는 센서리스 제어를 이용하여 모터를 기동할 때, 설정된 초기각으로 모터의 초기 위치를 검출한다.
제안된 세탁기의 센서리스 제어 장치 및 그 방법에 의하면, 센서리스 제어를 이용하여 모터를 기동할 때, 복수의 벡터 전압을 인가하여 최대 전류가 발생하는 벡터를 확인하고, 최대 전류가 발생하는 벡터 전후의 전류 크기를 비교하여 초기각을 설정하는 알고리즘을 통해 강제 정렬 시 소비되었던 불필요한 에너지를 제거하여 에너지를 저감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 모터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기의 전체적인 제어 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기에서 모터의 센서리스 제어를 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기에서 모터의 센서리스 제어를 위한 제어 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기에서 모터의 센서리스 제어 알고리즘을 나타낸 동작 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기에서 모터의 공간 벡터 전압을 도식화한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기에서 모터의 센서리스 제어 기동의 전류 파형도이다.
도 9는 도 8의 초기 기동 시 전류 파형을 확대한 도면이다.
이하, 본 발명에 의한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기(1)는 대략 박스형상을 가지며 외관을 형성하는 본체(10)와, 본체(10)의 내부에 설치되는 터브(20)와, 터브(20)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 드럼(30)과, 드럼(30)를 구동하는 모터(40)를 구비한다.
본체(10)의 전면부에는 드럼(30)의 내부로 세탁물을 투입할 수 있도록 투입구(11)가 형성된다. 투입구(11)는 본체(10)의 전면부에 설치된 도어(12)에 의해 개폐된다.
드럼(30)은 원통부(31)와, 원통부(31)의 전방에 설치되는 전면판(32)과, 원통부(31)의 후방에 설치되는 후면판(33)을 포함하여 구성된다. 전면판(32)에는 세탁물의 출입을 위한 개구(32a)가 형성되고, 후면판(33)에는 모터(40)의 동력을 전달하기 위한 구동축(43)이 연결된다.
드럼(30)의 둘레에는 세탁수의 유통을 위한 다수의 통공(34)이 형성되고, 드럼(30)의 내주면에는 드럼(30)이 회전할 때 세탁물의 상승 및 낙하가 이루어질 수 있도록 복수의 리프터(35)가 설치된다.
모터(40)는 터브(20)의 후면에 고정되는 고정자(41)와, 고정자(41)와 상호 작용하며 회전하는 회전자(42)와, 일단은 회전자(42)의 중앙에 고정되며 타단은 터브(20)를 관통하여 드럼(30)의 후면판(33) 중앙에 고정되는 구동축(43)을 포함한다.
통상, 모터(40)는 계자 권선(field coil)과 전기자(armature)로 구성되는 유니버설 모터(Universal Motor)나, 영구 자석과 전기 자석으로 구성되는 BLDC 모터(Brushless Direct Motor) 등을 사용하며, 드럼(30)에 적용 가능한 모터이면 어떠한 모터(40)를 사용하여도 무방하다.
드럼(30)과 모터(40) 사이에는 구동축(43)이 설치된다. 구동축(43)의 일단은 드럼(30)의 후면판(33)에 연결되고, 구동축(43)의 타단은 터브(20)의 후벽의 외측으로 연장된다. 모터(40)가 구동축(43)을 구동하면, 구동축(43)에 연결된 드럼(30)이 구동축(43)을 중심으로 회전한다.
터브(20)의 후벽에는 구동축(43)을 회전 가능하게 지지하도록 베어링 하우징(21)이 설치된다. 베어링 하우징(21)은 알루미늄 합금으로 마련될 수 있으며, 터브(20)를 사출 성형할 때 터브(20)의 후벽에 인서트될 수 있다. 베어링 하우징(21)과 구동축(43) 사이에는 구동축(43)이 원활하게 회전할 수 있도록 베어링들(22)이 설치된다.
터브(20)는 댐퍼(23)에 의해 지지된다. 댐퍼(23)는 본체(10)의 내측 저면과 터브(20)의 외면을 연결한다.
터브(20)의 상부에는 터브(20)로 물을 공급하기 위한 급수장치(50)와, 급수장치(50)에 연결되어 급수장치(50)를 통해 전달된 물이 세제와 함께 터브(20)로 공급되도록 하는 세제공급장치(70)가 설치되며, 터브(20)의 하부에는 터브(20) 내부의 물을 본체(10)의 외부로 배출하기 위한 배수장치(60)가 설치된다.
급수장치(50)는 터브(20) 내부로 물(세탁수 또는 헹굼수)을 공급하기 위해 외부의 급수원(미도시)과 세제공급장치(70)를 연결하는 급수관(51)과, 급수관(51)의 중도에 설치되어 급수를 제어하는 급수밸브(52)와, 터브(20)와 세제공급장치(70)를 연결하는 연결관(53)을 포함한다.
배수장치(60)는 터브(20)의 물이 본체(10) 외부로 배출되도록 안내하는 배수관(61)과, 배수관(61)에 설치되어 물이 배수관(61)을 통해 배출되도록 하는 배수펌프(62)를 포함한다.
세제공급장치(70)는 그 하부에 연결된 연결관(53)를 통해 터브(20)와 연결된다. 따라서 급수관(51)을 통해 공급되는 물은 세제공급장치(70)를 경유하여 연결관(53)을 통해 터브(20)로 공급된다. 이러한 구성은 터브(20)로 공급되는 물이 세제공급장치(70)를 경유하도록 함으로써 세제공급장치(70) 내부의 세제가 물과 함께 터브(20)로 공급될 수 있도록 한 것이다.
이외에도, 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기(1)는 터브(20)의 내부에 설치되는 수위센서(80)와 온도센서(82)를 포함한다.
수위센서(80)는 터브(20)에 있는 물의 양(수위)을 검출하기 위해 수위에 따라 변화하는 주파수를 검출하고, 온도센서(82)는 터브(20)에 있는 물(세탁수 또는 헹굼수)의 온도를 검출한다.
도 2는 도 1에 도시한 모터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에서, 모터(40)는 고정자(41)와 회전자(42)로 이루어진다. 고정자(41)는 U, V, W 세 개의 코일(411, 412, 413)을 구비한다. 회전자(42)는 영구자석으로 이루어지며, 고정자(41)에 대하여 회전 가능하도록 배치된다. 고정자(41)의 각 코일(411, 412, 413)에 전압이 인가되면, 각 코일(411, 412, 413)은 자기장을 발생시키는데, 이 자기장에 의해 회전자(42)가 회전하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기의 전체적인 제어 구성도이다.
도 3에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기(1)는 입력부(90), 제어부(92), 메모리(94), 구동부(96) 및 디스플레이부(98)를 포함하여 구성된다.
입력부(90)는 사용자의 조작에 의해 세탁기(1)의 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정 등을 실시하기 위한 명령을 입력하는 것으로, 키, 버튼, 스위치, 터치 패드 등으로 구성될 수 있으며, 누름, 접촉, 압력, 회전 등의 조작에 의해 소정의 입력 데이터를 발생하는 모든 장치를 포함한다.
또한, 입력부(90)는 세탁기(1)의 동작에 관련한 사용자 명령을 입력하는 다수의 버튼(전원, 예약, 세탁수 온도, 불림, 세탁, 헹굼, 탈수, 세제 종류 등)을 포함한다. 다수의 버튼 중에는 세탁기(1)에 투입되는 세탁물의 종류에 따라 세탁코스(복수 개의 세탁코스에는 표준코스, 울코스, 섬세코스 등이 있으며, 예를 들어, 세탁물의 종류에 따라 사용자가 선택한 표준코스)를 선택하기 위한 코스 선택 버튼이 마련되어 있다.
제어부(92)는 입력부(90)로부터 입력된 운전 정보에 따라 세탁과 헹굼 및 탈수 등 세탁기(1)의 전반적인 동작을 제어하는 마이컴으로서, 선택된 세탁코스에서 세탁물의 무게(부하량)에 따라 목표 세탁 수위 및 목표 헹굼 수위, 목표 RPM과 운전율(모터 온-오프 시간), 세탁 및 헹굼 시간, 세제 투입량(구체적으로, 세제 투입 시간) 등을 설정한다.
메모리(94)는 세탁기(1)의 동작을 제어하기 위한 제어데이터, 세탁기(1)의 동작 제어 중 사용되는 기준데이터, 세탁기(1)가 소정의 동작을 수행하는 중에 발생되는 동작데이터, 세탁기(1)가 소정 동작을 수행하도록 입력부(100)에 의해 입력된 설정데이터 등과 같은 설정 정보와, 세탁기(1)가 특정 동작을 수행한 횟수, 세탁기(1)의 모델 정보를 포함하는 사용 정보와, 세탁기(1)의 오동작 시 오동작의 원인 또는 오동작 위치를 포함하는 고장 정보가 저장될 수 있다.
구동부(96)는 제어부(92)의 구동 제어 신호에 따라 세탁기(1)의 동작에 관련된 모터(40), 급수밸브(52), 배수펌프(62) 및 세제공급장치(70) 등을 구동시킨다.
디스플레이부(98)는 제어부(92)의 표시 제어 신호에 따라 세탁기(1)의 동작 상태와 사용자의 조작 상태를 표시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기에서 모터의 센서리스 제어를 위한 회로도이다.
도 4에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 모터 제어 회로는 220V 60Hz 등의 교류로 공급되는 상용 전원(100)을 정류하는 정류기(102), 정류기(102)에 접속되어 정류된 직류 전압을 평활하고 전기적 에너지를 축적하는 평활용 전해콘덴서(104), 평활용 전해콘덴서(104)에 접속되어 평활용 전해콘덴서(104)에서 출력되는 직류 전압을 펄스폭 변조(PWM)를 통해 임의의 가변주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류(U, V, W)로 바꾸어 모터(40)를 구동하는 인버터(106), 모터(40)의 상 전류를 측정하는 전류 측정부(108), 인버터(106)에 공급되는 PWM 신호의 패턴을 출력하여 인버터(106)를 제어하는 제어부(92)를 포함하여 구성한다.
인버터(106)는 ６개의 스위칭소자(IGBT)와 다이오드(FRD)를 ３상 풀 브릿지(Full Bridge)로 결선하여 직류 전압을 3상의 지령 전압으로 변환하고, 이 3상의 지령 전압 Vu*, Vv*, Vw*를 모터(40)에 공급하는 IPM(Intelligent Power Module)이다.
전류 측정부(108)는 모터(40)에 입력되는 3상의 전류 Iu, Iv, Iw를 측정하여 제어부(92)의 A/D변환기에 입력하는 것으로, 공지된 방식 중 어느 하나에 의해 바람직하게 구성될 수 있다.
예를 들면, 모터(40)의 3상에 각각 전류 변환기(CT)나 직렬의 션트(Shunt) 저항을 이용하여 3상 전류를 직접 검출하는 방식이나, 2개의 전류 변환기나 직렬 션트 저항으로 두 상의 전류를 검출하고 나머지 한 상의 전류는 검출된 두 상의 전류값으로 추정하는 방식 등에 의하여 구성될 수 있다.
제어부(92)는 인버터(106)의 ６개 스위칭소자의 온/오프를 제어하고, 임의 전압 및 임의 주파수의 ３상 교류를 만들어 내는 마이크로컴퓨터(MCU)로, PWM 제어를 통한 모터(40) 구동은 일반적인 공지기술이다.
또한, 제어부(92)는 인버터(106)의 회전 제어를 위해서 평활용 전해콘덴서(104)에 링크된 직류전압(Vdc)을 검출하고, 전류 측정부(108)를 통해 모터(40)의 상 전류를 측정하여 인버터(106)에 공급되는 PWM 신호의 패턴을 출력한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기에서 모터의 센서리스 제어를 위한 제어 구성도이다.
도 5에서, 모터(40)의 센서리스 제어를 위한 제어부(92)는 속도 지령기(921), 속도 제어기(922), 전류 제어기(923), 제1좌표 변환기(924), 제2좌표 변환기(925) 및 위치 추정기(926)를 포함하여 구성된다.
속도 지령기(921)는 모터(40)의 회전 제어를 위해서 회전자(42)에 인가할 지령 속도 ω*를 출력하여 속도 제어기(922)에 전달한다.
속도 제어기(922)는 속도 지령기(921)로부터 입력된 회전자의 지령 속도 ω*와 회전자(42)의 추정 속도 ωM의 차분에 대해 PI(비례 적분) 제어 연산을 수행한다.
또한, 속도 제어기(922)는 회전자(42)의 추정 속도 ωM이 지령 속도 ω*를 추종하도록 지령 전류 Id* 및 Iq*를 생성한다. 여기서, 속도 제어기(922)는 모터(40)의 운전점에 따라 최적의 지령 전류를 생성할 수 있다.
전류 제어기(923)는 속도 제어기(922)로부터 입력된 지령 전류 Id* 및 Iq*와 제2좌표 변환기(926)로부터 입력된 측정 전류 Id 및 Iq의 차분에 대해 PI 제어 연산을 수행한다. 그리고, 측정 전류 Id 및 Iq가 지령 전류 Id* 및 Iq*를 추종하도록 지령 전압 Vd* 및 Vq*를 생성한다.
제1좌표 변환기(924)는 전류 제어기(923)로부터 입력된 지령 전압 Vd*, 및 Vq*를 모터(40)에 입력될 수 있는 3상의 지령 전압 Vu*, Vv* 및 Vw*로 변환한다.
제2좌표 변환기(925)는 전류 측정부(108)로부터 입력된 3상의 측정 전류 Iu, Iv 및 Iw를 2상의 측정 전류 Iα 및 Iβ로 변환하고, 회전자(42)의 추정 위치 θM에 기초하여 정지 좌표계의 전류 Iα 및 Iβ를 회전 좌표계의 전류 Id 및 Iq로 변환한다.
모터(40)에 입력되는 전류 Iu, Iv 및 Iw는 전류 측정부(108)로부터 측정된다. 이때, 전류 측정부(108)는 3상의 전류를 모두 검출하지 않고, 2상의 전류를 검출한 후에 나머지 1상의 전류를 연산하여 측정할 수도 있다. 그리고, 측정 전류 Iu, Iv 및 Iw는 A/D변환기(미도시)에 의하여 디지털 데이터로 변환되고, 디지털 데이터로 변환된 측정 전류 Iu, Iv 및 Iw가 제2좌표 변환기(925)에 입력된다.
위치 추정기(926)는 제2좌표 변환기(925)로부터 입력된 측정 전류 Id 및 Iq와 전류 제어기(923)로부터 입력된 지령 전압 Vd* 및 Vq*를 기초로 하여 회전자(42)의 위치 θM과 속도 ωM를 추정한다.
제어부(92)는 센서리스 제어를 사용하여 모터(40)를 기동할 때, 모터(40)의 초기 위치를 추정하여 모터(40)를 기동시킨다. 이 경우 전압 벡터에 따라 측정된 전류를 이용하여 초기각을 설정한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기의 센서리스 제어 장치 및 그 방법의 동작 과정 및 작용 효과를 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기에서 모터의 센서리스 제어 알고리즘을 나타낸 동작 순서도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기에서 모터의 공간 벡터 전압을 도식화한 도면이다.
도 6에서, 사용자는 드럼(30)의 내부에 세탁물을 넣고 입력부(90)의 버튼을 조작하여 세탁물의 종류에 따라 세탁코스(예를 들면, 표준코스)를 선택한다(200). 이때 사용자가 선택한 세탁코스의 운전 정보는 입력부(90)를 통해 제어부(92)에 입력된다.
따라서, 제어부(92)는 입력부(90)로부터 입력된 운전 정보에 따라 드럼(30)에 투입된 세탁물의 무게(부하량)를 검출한다. 이때 세탁물의 무게를 검출하는 방식은, 모터(40)를 무게 검출 RPM(약, 70~150 RPM)으로 회전하면서 모터(40)에 일정 듀티(90V)를 주고 일정 듀티에 도달할 때까지 걸리는 시간 및 각속도의 값을 이용하여 무게를 검출하는 방식과, 모터(40)의 순시 가속을 이용하여 일정속도(또는 일정 회전수)에 도달하는 시간을 이용하여 무게를 검출하는 방식과, 일본 특개 제2002-336593호, 일본 특개 제2004-267334호, 일본 특공 평07-90077호에 개시된 바와 같이, 모터(40)에 일정시간 토크를 주어 드럼(30)의 관성량을 직접적 또는 간접적으로 계측한 후 운동의 제2법칙(토크=관성ㅧ가속도)을 이용하여 무게를 검출하는 방식 등 어떠한 방식도 적용 가능하다.
이외에도, 공지의 방식 중 로드 셀(load cell)을 이용하여 세탁물의 무게(부하량)를 검출할 수 있음은 물론이다.
세탁물의 무게(부하량)가 검출되면, 제어부(92)는 검출된 세탁물의 무게(부하량)에 따라 모터 RPM과 운전율(모터 온-오프시간), 목표 세탁 수위 및 목표 헹굼 수위, 세탁 및 헹굼 시간, 투입 세제량(구체적으로, 세제 투입 시간) 등을 설정한다.
세탁물의 무게(부하량)에 따라 모터 RPM과 운전율(모터 온-오프시간), 목표 세탁 수위 및 목표 헹굼 수위, 세탁 및 헹굼 시간, 세제 투입 시간 등을 설정하는 것은, 사용자가 세탁기(1)의 동작에 관한 별도의 명령을 추가로 입력하지 않은 경우에 해당한다. 사용자가 세탁기(1)의 동작에 관한 별도의 명령을 추가로 입력한 경우에는 세탁물의 무게(부하량)에 따라 설정된 모터 RPM과 운전율(모터 온-오프시간), 목표 세탁 수위 및 목표 헹굼 수위, 세탁 및 헹굼 시간, 세제 투입 시간 등이 사용자 명령에 따라 변경됨은 물론이다.
이에 따라, 제어부(92)는 세탁 행정, 헹굼 행정 또는 탈수 행정을 진행하기 위해 모터(40)의 초기 기동인가를 판단한다(202).
단계 202의 판단 결과, 모터(40)의 초기 기동이면 제어부(92)는 모터(40)의 초기 위치를 검출하기 위해 모터(40)의 고정자(41)에 도 7에 도시한 V1~V6의 벡터 전압을 인가한다(204).
이후, 인가된 벡터 전압에 따라 흐르는 각 벡터별 전류 I1~I6를 전류 측정부(108)에서 측정하여 제어부(92)에 입력한다(206). 이는 회전자(42)의 위치에 따라 인덕턴스 값이 변동되므로 일정한 전압을 인가했을 때, 임피던스 값에 따라 응답 전류의 크기도 변동하게 된다.
즉, 모터(40)의 고정자(41)에 V1~V6의 벡터 전압을 인가했을 때, 각 벡터 전압에 따라 회전자(42)에 흐르는 전류의 크기도 변동하게 된다.
따라서, 제어부(92)는 측정된 6개의 전류 I1~I6 중에서 가장 큰 값 즉, 최대 전류가 발생하는 벡터(Vmax)를 검색한다(208). 회전자(42)의 N극에 가까운 벡터 전압을 인가할 경우에 임피던스가 최소가 되어 최대 전류가 발생하게 된다. 예를 들어, 회전자(42)의 위치가 도 7에 도시한 바와 같다면, 최대 전류가 발생하는 벡터는 V1이 된다.
이어서, 제어부(92)는 최대 전류가 발생한 벡터(V1) 전후의 벡터인 V2와 V6에서 측정된 전류 크기를 비교하여(210), 최대 전류 발생 벡터(V1) 전후의 벡터 V2와 V6에서 측정된 전류 크기에 따라 모터(40)의 초기각을 설정한다(212). 예를 들어, 회전자(42)의 위치가 도 7에 도시한 바와 같다면, 벡터 V1의 전류가 벡터 V6의 전류보다 크므로 모터(40)의 초기각은 15도로 설정한다.
이때, 설정되는 모터(40)의 초기각은 [표 1]에 도시한 바와 같다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 1]은 모터(40)의 정렬 위치를 전기각 360도 내에서 30도 분해능으로 설정하여 모터(40)의 위치를 검출할 수 있도록 하였다.
이러한 센서리스 제어 알고리즘을 통해 제어부(92)는 모터(40)의 초기 위치를 검출할 수 있게 된다(214).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 세탁기에서 모터의 센서리스 제어 기동의 전류 파형도이고, 도 9는 도 8의 초기 기동 시 전류 파형을 확대한 도면이다.
도 8 및 도 9에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 센서리스 제어는 모터(40)를 기동시킬 때에 모터(40)를 특정 위치각으로 강제 정렬하지 않고, 초기에 6개의 벡터 전압을 인가한 것에 대한 전류 응답 파형을 확인하여 모터(40)의 초기 위치를 검출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 드럼 방식의 세탁기(1)에서 모터(40)를 센서리스 제어로 기동시키는 방법을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 펄세이터 방식의 전자동 세탁기에서도 본 발명과 동일한 목적 및 효과를 달성할 수 있음은 물론이다.
1 : 세탁기 20 : 터브
30 : 드럼 40 : 모터
41 : 고정자 42 : 회전자
90 : 입력부 92 : 제어부
96 : 구동부 98 : 디스플레이부
106 : 인버터 108 : 전류 측정부
921 : 속도 지령기 922 : 속도 제어기
923 : 전류 제어기 924, 925 : 제1 및 제2좌표 변환기
926 : 위치 추정기

Claims (9)

  1. 모터를 구비하는 세탁기의 센서리스 제어방법에 있어서,
    상기 모터의 기동 시, 복수의 벡터 전압을 인가하고;
    상기 인가된 전압의 벡터별 전류를 측정하고;
    상기 측정된 벡터 전류 중에서 최대 전류가 발생한 벡터를 검색하고;
    상기 최대 전류가 발생된 벡터 전후의 벡터 전류 크기를 비교하고;
    상기 벡터 전류 크기에 따라 상기 모터의 초기각을 설정하는 세탁기의 센서리스 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 코일이 권선되어 있는 고정자와, 상기 고정자에 대하여 회전 가능하게 배치된 회전자를 포함하는 세탁기의 센서리스 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 벡터 전압을 인가하는 것은,
    상기 고정자에 복수의 벡터 전압을 인가하는 세탁기의 센서리스 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 벡터별 전류를 측정하는 것은,
    상기 고정자에 복수의 벡터 전압을 인가했을 때, 상기 회전자의 위치에 따라 변화하는 전류의 크기를 측정하는 세탁기의 센서리스 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최대 전류는 상기 회전자의 N극에 가까운 벡터 전압을 인가했을 때, 발생하는 세탁기의 센서리스 제어 방법.
  6. 모터;
    상기 모터의 기동 시, 복수의 벡터 전압을 인가하여 벡터별 전류를 측정하고, 상기 측정된 벡터 전류 중에서 최대 전류가 발생한 벡터를 검색하고, 상기 최대 전류가 발생된 벡터 전후의 벡터 전류 크기를 비교하여 상기 모터의 초기각을 설정하는 제어부를 포함하는 세탁기의 센서리스 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    직류 전압을 3상의 지령 전압으로 변환하여 상기 모터에 공급하는 인버터를 더 포함하는 세탁기의 센서리스 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모터에 입력되는 3상의 전류를 측정하는 전류 측정부를 더 포함하는 세탁기의 센서리스 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 센서리스 제어를 이용하여 상기 모터를 기동할 때, 상기 설정된 초기각으로 상기 모터의 초기 위치를 검출하는 세탁기의 센서리스 제어 장치.
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