KR20160135056A - 세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 서로 다른 특성의 구동력을 고효율로 제공할 수 있는 세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기에 관한 것이다.
상기 세탁기 구동장치는 더블 스테이터에 의해 독립적으로 제어 가능한 인너 로터와 아우터 로터를 구비하고, 선택적으로 인너 로터 출력과 아우터 로터 출력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 상기 인너 또는 아우터 로터 출력을 전달하는 입력 인너 샤프트; 상기 입력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 아우터 또는 인너 로터 출력을 전달하는 입력 아우터 샤프트; 및 상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 인너 또는 아우터 로터 출력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력의 변속비가 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 아우터 또는 인너 로터 출력에 의해 제어되는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기{Apparatus for Driving Washing Machine and Washing Machine Using the Same}

본 발명은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 서로 다른 특성의 구동력을 고효율로 제공할 수 있는 세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기에 관한 것이다.

종래의 탈수 겸용 전자동 세탁기는 외조 내에 세탁조 겸 탈수조로서 회전조가 회전 가능하게 설치되어 있고, 또한 이 회전조 내의 바닥부에 교반체(펄세이터)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 상기 교반체 및 회전조는 한 개의 구동모터에 의해 회전 구동되므로, 세탁 운전을 실행할 때는 회전조를 제동 정지시킨 상태에서 구동모터의 회전을 교반체에 전달하여 비교적 저속으로 정역회전 구동하고, 탈수 운전을 실행할 때는 회전조의 제동을 해제하여 구동모터의 회전을 감속하지 않고 회전조 및 교반체에 전달하여 양자를 회전 구동하도록 구성되어 있다.

이와 같은 회전 전달 경로의 전환을 위해 모터에서 회전조 및 교반체까지의 회전력 전달경로 중에 클러치 구조나 감속기구가 필요하다. 이 때문에 구성이 상당히 복잡해져서 제조성 및 조립성이 떨어지고, 결과적으로 제조비용이 높아지는 문제점이 있다. 또한, 클러치 기구의 제작 정밀도나 경시적 열화에 의해 제어회로 전달 경로 전환 동작이 잘 진행되지 않아 전환 신뢰성이 불안정한 경우도 있다.

더욱이, 세탁운전에서 탈수운전으로의 이행시에 클러치 기구의 전환 동작음이 발생하거나 감속기구에서 동작음이 발생하는 잡음의 문제도 있고, 또한 클러치기구의 전환 동작에 시간이 걸려 세탁 소요 시간이 길어지는 문제도 있었다.

이러한 종래의 전자동 세탁기가 한국 공개특허공보 제10-2003-0077682호(특허문헌 1)에 제안되어 있으며, 세탁을 위한 급수 완료 후 클러치모터를 온(on)시켜 커플링을 세탁모드 위치로 상승시키는 단계를 수행하기 전에 상기 커플링의 구속해지를 위해 BLDC모터를 좌·우 반전시키는 단계를 수행하여, 상기 커플링과 맞물리는 탈수축과 인너 커넥터의 엇갈림에 의해 상기 커플링 내주면의 세레이션이 탈수축 하단부의 세레이션 및 인너 커넥터 상단부의 세레이션으로부터 서로 반대방향으로 작용하는 면압을 받음으로써 클러치모터의 구동시 커플링의 상승이 구속되는 현상이 방지되도록 하는 전자동 세탁기의 제어방법이 개시되어 있다.

이와 같은 종래의 전자동 세탁기는 클러치 모터가 구비되어 세탁축과 탈수축에 선택적으로 동력이 전달되기 때문에 탈수조와 펄세이터를 동시에 독립적으로 구동시킬 수 없어 다양한 세탁 수류를 형성할 수 없는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 1에서는 단일의 구동모터를 사용하여 저속, 고토크 특성의 세탁 행정과 고속, 저토크 특성의 탈수 행정을 수행하여야 하므로, 각각의 행정에 최적화된 모터 설계가 이루어질 수 없는 문제가 있다. 그 결과, 약간 세탁 행정에 최적화된 모터를 설계하고 탈수 행정에서는 소위 약계자 제어를 실시하여 탈수 행정시의 고속 회전 문제를 해결하고 있으나, 제어가 복잡해지는 문제가 있다.

특허문헌 1에서 세탁 행정시에 고 토크가 요구되는 문제와 탈수 행정시에 약계자 제어가 요구되는 문제를 해결하고자, 유성기어 셋트와 클러치 기구를 구비한 기술이 한국 등록특허공보 제10-0548310호(특허문헌 2)에 제안되었다.

특허문헌 2의 세탁기는 선기어, 링기어, 유성기어 및 캐리어로 구성된 유성기어셋트가 구비되어, 구동모터의 회전력을 감속하여 펄세이터로 전달하고, 클러치 스프링이 작동되어 펄세이터와 내조 중 하나에 선택적으로 동력을 전달하여 세탁시에는 펄세이터만 회전시키고 탈수시에는 펄세이터와 내조를 동시에 회전시킨다. 또한, 특허문헌 2의 세탁기는 세탁행정시에 선기어로 입력된 회전력을 감속시키기 위해 링기어(즉, 유성기어셋트의 케이스)를 클러치가 잡아서 고정시키는 구조를 가지고 있다.

하지만, 특허문헌 2와 같이 유성기어셋트를 구비하는 세탁기는 유성기어셋트가 일방향 베어링에 의해 지지되고 있기 때문에 펄세이터와 내조가 동일한 방향으로만 회전시킬 수 있는 구조로서, 단일의 구동모터를 채용하고 있어 세탁행정에서 펄세이터와 내조를 서로 반대방향으로 회전시켜서 구현될 수 있는 강한 세탁수류를 형성할 수 없는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 한국 공개특허공보 제10-1999-0076570호(특허문헌 3)에 개시된 탈수 겸용 세탁기에서 세탁모터는 저속 고토크 모터 특성을 가지고, 탈수모터는 세탁모터보다 고속 저토크 모터 특성을 가지도록, 상기 세탁모터는 아우터 로터형으로 탈수 모터보다 대직경으로 구성되고, 탈수모터는 이너 로터형으로 구성되어 세탁모터가 외측, 탈수모터가 내측 관계가 되도록 구성되어 있다.

상기 문헌 3의 세탁기는 세탁모터가 아우터 로터형으로 탈수 모터보다 대직경으로 구성되어 있으나, 8kg 이상의 대용량 세탁기에서 대용량 세탁물을 처리하기에는 구동토크가 부족한 문제가 있다.

더욱이, 상기 문헌 3의 세탁기는 탈수 모터보다 대직경으로 구성되고 외측에 배치되어 저속 고토크 모터 특성을 가지는 아우터 로터형의 세탁모터에 의해 교반체를 구동하는 구조를 제안하고 있어, 더 큰 기동토크가 요구되는 회전조를 교반체와 상호 역방향으로 구동시킴에 의해 강한 세탁수류를 구현하기 어려운 문제가 있다.

따라서, 상기 문헌 3의 세탁기는 2개의 구동모터를 사용하여 교반체와 회전조를 독립적으로 구동시킬 수 있는 구조를 개시하고 있으나, 대용량 세탁기에서 고토크를 이용한 다양한 방식의 세탁수류를 만드는 것은 제안되지 않고 있다.

한편, 더블 로터-더블 스테이터 방식의 모터에서 진동과 소음을 절감하기 위해 더블 스테이터의 인너 스테이터와 아우터 스테이터의 슬롯 수를 다르게 설정하는 것이 알려져 있다. 그러나, 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여 펄세이터와 세탁조를 구동할 때, 세탁기의 효율 상승을 위해 더블 스테이터의 인너 스테이터와 아우터 스테이터의 슬롯 수를 다르게 설정하는 것은 보고된 바 없다.

: 한국 공개특허공보 제10-2003-0077682호 : 한국 등록특허공보 제10-0548310호 : 한국 공개특허공보 제10-1999-0076570호

따라서, 본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 서로 다른 특성의 구동력을 고효율로 제공할 수 있는 세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여 펄세이터를 구동할 때, 펄세이터 구동에 필요한 회전력을 인가하는 인너 또는 아우터 로터를 구동하는 스테이터 코어의 슬롯 수를, 세탁조 구동에 필요한 회전력을 인가하는 아우터 또는 인너 로터를 구동하는 스테이터 코어의 슬롯 수보다 더 많게 설정함에 의해 효율 상승을 도모할 수 있는 세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 세탁 행정시 저속, 고토크 특성을 만족하는 제1출력을 발생하고, 탈수 행정시 고속, 저토크 특성을 만족하는 제2출력을 발생하여 구동함에 따라 고효율의 대용량 세탁기를 구현할 수 있는 세탁기 구동장치, 이를 구비한 세탁기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 펄세이터와 세탁조를 각각 독립적으로 구동할 수 있으며, 유성기어장치를 양방향으로 회전 가능한 상태로 설정하여 쌍동력 및 단동력 구현이 가능하여 세탁행정시에 다양한 수류 패턴을 형성할 수 있는 세탁기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제1특징에 따르면, 본 발명은 더블 스테이터에 의해 독립적으로 제어 가능한 인너 로터와 아우터 로터를 구비하고, 선택적으로 인너 로터 출력과 아우터 로터 출력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 상기 인너 로터 출력 또는 아우터 로터 출력을 제1입력으로 전달하는 입력 인너 샤프트; 상기 입력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 아우터 로터 출력을 제2입력으로 전달하는 입력 아우터 샤프트; 및 상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 제1입력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력의 변속비가 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 제2입력에 의해 제어되는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치를 제공한다.

본 발명의 제2특징에 따르면, 본 발명은 제1 및 제2 회전 출력을 독립적으로 발생하는 제1 및 제2 모터를 구비하는 구동모터; 상기 제1회전 출력을 전달하는 입력 인너 샤프트; 상기 입력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 제2회전 출력을 전달하는 입력 아우터 샤프트; 상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 제1회전 출력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력의 변속비가 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 제2회전 출력에 의해 제어되는 변속장치; 상기 캐리어로부터 발생된 변속된 출력을 전달하는 출력 인너 샤프트; 상기 출력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 링기어로부터 발생된 출력을 전달하는 출력 아우터 샤프트; 상기 출력 아우터 샤프트에 연결되는 세탁조; 및 상기 출력 인너 샤프트에 연결되는 펄세이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기를 제공한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 서로 다른 특성의 구동력을 고효율로 제공할 수 있다.

본 발명은 세탁 행정시 저속, 고토크 특성을 만족하는 제1출력을 발생하고, 탈수 행정시 고속, 저토크 특성을 만족하는 제2출력을 발생하여 구동함에 따라 고효율의 대용량 세탁기를 구현할 수 있다.

본 발명은 펄세이터와 세탁조를 각각 독립적으로 구동할 수 있으며, 유성기어장치를 양방향으로 회전 가능한 상태로 설정하여 쌍동력 및 단동력 구현이 가능하여 세탁행정시에 다양한 수류 패턴을 형성할 수 있다.

본 발명은 펄세이터 구동에 필요한 회전력을 인가하는 인너 또는 아우터 로터를 구동하는 스테이터 코어의 슬롯 수를, 세탁조 구동에 필요한 회전력을 인가하는 아우터 또는 인너 로터를 구동하는 스테이터 코어의 슬롯 수보다 더 많게 설정함에 의해 효율 상승을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 구동모터에서 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어의 박판 적층 수를 상이하게 설정함에 의해 부족한 구동 토크를 보완할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 세탁기 구동장치를 구비한 세탁기의 축방향 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 세탁기 구동장치의 부분 확대 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 세탁기 구동장치에 적용된 유성기어장치의 축방향 단면도 및 직경방향 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 동일한 완전 분할형 다수의 분할 코어를 조립하여 구성된 스테이터를 구비하는 구동모터의 직경방향 단면도이다.
도 6은 도 5의 스테이터 조립에 사용되는 스테이터 코어 조립체의 개략 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 스테이터 코어를 구성하는 분할 코어의 평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 상이한 부분 분할형 다수의 분할 코어를 조립하여 구성된 스테이터를 구비하는 구동모터의 직경방향 단면도 및 부분 분할형 분할 코어의 구성도이다.
도 9a 내지 도 9c는 각각 본 발명에 따른 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯 수가 상이하며, 각각 인너 스테이터 코어, 아우터 스테이터 코어, 및 인너 스테이터 코어와 아우터 스테이터 코어를 조립하여 구성된 스테이터 코어를 구비하는 구동모터의 직경방향 단면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 각각 본 발명에 따른 구동모터에서 아웃터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어의 적층 수를 상이하게 설정함에 의해 부족한 구동 토크를 보완할 수 있는 다양한 실시예 구조를 보여주는 개략 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 세탁기 제어장치의 블럭 회로도이다.
도 14는 본 발명에 따른 전체적인 세탁기 구동방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 세탁기는 외형을 이루는 케이스(100)와, 케이스(100)의 내부에 배치되어 세탁수를 수용하는 외조(110)와, 상기 외조(110)의 내부에 회전 가능하게 배치되어 세탁과 탈수를 수행하는 세탁조(120)와, 상기 세탁조(120)의 바닥부에 회전 가능하게 배치되어 세탁 수류를 형성하는 펄세이터(130)와, 상기 세탁조(120)와 외조(110)의 하부에 설치되어 세탁 행정, 헹굼 행정, 풀림 행정 및 탈수 행정 등에 필요한 구동력을 세탁조(120)와 펄세이터(130)에 동시에 또는 선택적으로 제공하는 세탁기 구동장치(150)를 포함한다.

상기 세탁기 구동장치(150)는 외조(110)의 하부에 장착되고 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)로부터 고속, 저토크의 쌍동력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140)와, 상기 펄세이터(130)와 세탁조(120)를 회전 구동시키도록 상기 구동모터(150)의 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)에 의해 제공되는 고속, 저토크의 제1 및 제2 입력을 받아서 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키는 제1출력과, 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력을 제공하도록 선택적으로 변속(토크 변환)시키는 토크변환장치인 유성기어장치(70)를 포함한다.

우선, 유성기어장치(70)는 구동모터(140)와, 펄세이터(130)와 세탁조(120) 사이에 설치되며, 구동모터(140)의 인너 로터(40)의 출력을 입력 인너 샤프트(30)를 통하여 선기어(74)로 전달받고, 아우터 로터(50)의 출력을 입력 아우터 샤프트(20)를 통하여 링기어(72)로 전달받는다.

그 후, 입력 인너 샤프트(30)로 입력된 고속, 저토크의 제1입력은 유성기어장치(70)의 선기어(74)와 유성기어(78)를 거치면서 변속(토크 변환)된 후 캐리어(76) 출력으로 출력 인너 샤프트(32)에 전달되며, 입력 아우터 샤프트(20)를 통하여 링기어(72)로 전달받은 고속, 저토크의 제2입력은 변속(토크 변환) 없이 출력 아우터 샤프트(22)에 전달된다. 유성기어장치(70)의 구조와 동작에 대하여는 이후에 상세하게 설명한다.

구동모터(140)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 입력 인너 샤프트(30)와 연결되는 인너 로터(40)와, 입력 아우터 샤프트(20)와 연결되는 아우터 로터(50)와, 인너 로터(40)와 아우터 로터(50) 사이에 공극을 두고 배치되어 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)를 회전 구동시키는 스테이터(60)를 포함한다. 상기 스테이터(60)는 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)를 각각 독립적으로 구동시키는 더블 스테이터 구조를 갖는다.

이에 따라 스테이터(60)는 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)를 도 9에 도시된 제1 및 제2 드라이버(530,540)를 이용하여 선택적/독립적으로 구동할 수 있도록 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 구비하고 있다. 이하에 후술하는 실시예 설명에서는 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 일체형으로 구성한 것을 예시하고 있으나, 분리된 구조로 이루어지는 것도 가능하다.

구동모터(140)와 유성기어장치(70) 사이에는 제1동력전달라인으로서 인너 로터(40)의 출력을 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 전달하는 입력 인너 샤프트(20)와, 상기 입력 인너 샤프트(30)의 외주에 회전 가능하게 결합되며 아우터 로터(50)의 출력을 받아서 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 전달하는 입력 아우터 샤프트(30)가 구비되어 있다.

또한, 유성기어장치(70)와 펄세이터(130)와 세탁조(120) 사이에는, 제2동력전달라인으로서 유성기어장치(70)의 캐리어(76) 출력을 펄세이터(130)에 전달하는 출력 인너 샤프트(32)와, 상기 출력 인너 샤프트(32)의 외주에 회전 가능하게 결합되며 링기어(72)의 출력을 받아서 세탁조(120)에 전달하는 출력 아우터 샤프트(22)가 구비되어 있다.

유성기어장치(70)는 도 2 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 입력 아우터 샤프트(20)와 출력 아우터 샤프트(22) 사이에 양단부가 연결되는 링기어(72)와, 상기 입력 인너 샤프트(30)에 일체로 연결되며 외주에 기어가 형성된 선기어(74)와, 상기 선기어(74)의 회전에 따라 각각 회전축(78a)을 중심으로 자전이 이루어지면서 상기 선기어(74)의 외면 및 링기어(72)의 내면에 기어 물림되어 공전이 이루어지는 다수의 유성기어(78)와, 외주부에 상기 다수의 유성기어(78)의 회전축(78a)을 회전 가능하게 지지하면서 다수의 유성기어(78)와 함께 공전이 이루어지며 내주부가 출력 인너 샤프트(32)에 연결되어 변속된 출력을 전달하는 캐리어(76)를 포함한다.

이러한 유성기어장치(70)는 입력 아우터 샤프트(20)와 출력 아우터 샤프트(22)가 링기어(72)에 의해 연결되어 입력 아우터 샤프트(20)의 회전속도(RPM)가 그대로 출력 아우터 샤프트(22)로 전달된다. 따라서, 입력 아우터 샤프트(20)와 출력 아우터 샤프트(22)의 회전속도는 동일하다.

또한, 유성기어장치(70) 내부에는 입력 인너 샤프트(30)가 선기어(74)와 일체로 형성되고, 출력 인너 샤프트(32)는 캐리어(76)의 내주부가 스플라인 결합, 세레이션(Serration) 결합 등에 의해 연결되고, 캐리어(76)의 외주부는 다수의 유성기어(78)의 회전축(78a)이 회전 가능하게 지지되어 있다. 그 결과, 입력 인너 샤프트(30)를 통하여 전달된 인너 로터(40)의 회전속도(RPM)는 선기어(74), 다수의 유성기어(78), 캐리어(76)를 거치면서 변속, 즉 감속되고 토크는 증대되어 출력 인너 샤프트(32)로 전달된다.

이와 같이, 입력 및 출력 인너 샤프트(30,32)는 유성기어장치(70)를 통하여 상호 연결되어 인너 로터(40)의 회전속도가 감속되어 펄세이터(130)로 전달되므로 펄세이터(130)의 토크를 증대시킬 수 있고, 이에 따라 세탁 및 행굼 행정시에 고 토크 구동이 요구되는 대용량 세탁기에 적용이 가능하다.

유성기어장치(70)의 상세한 작용에 대하여는 후술한다.

입력 인너 샤프트(30)의 외주면과 입력 아우터 샤프트(20)의 내주면 사이에는 원통 형태의 제1슬리브 베어링(80) 및 제2슬리브 베어링(82)이 간격을 두고 설치되어 입력 인너 샤프트(30)를 회전 가능하게 지지한다.

그리고, 출력 아우터 샤프트(22)의 상단 및 하단 내면에는 제3슬리브 베어링(84) 및 제4슬리브 베어링(86)이 설치되어 출력 인너 샤프트(32)를 회전 가능하게 지지한다.

입력 아우터 샤프트(20)의 외면에는 아우터 로터(50)의 아우터 로터 지지체(56)가 연결되는 제1연결부(90)가 형성되고, 입력 인너 샤프트(30)의 하단에는 인너 로터(40)의 인너 로터 지지체(46)가 연결되는 제2연결부(92)가 형성된다.

제1연결부(90) 및 제2연결부(92)는 입력 아우터 샤프트(20) 및 입력 인너 샤프트(30)의 외면에 형성된 돌기에 의해 세레이션(Serration) 결합되거나 스플라인 결합되는 구조를 가질 수 있고, 키홈을 형성하여 상호 키 결합되는 구조를 가질 수 있다.

여기에서, 입력 아우터 샤프트(20)의 하단에는 아우터 로터 지지체(56)가 입력 아우터 샤프트(20)에서 이탈되는 것을 방지하는 제1고정너트(34)가 나사 체결되고, 입력 인너 샤프트(30)의 하단에는 인너 로터(40)의 인너 로터 지지체(46)가 이탈되는 것을 방지하는 제2고정너트(36)가 나사 체결된다.

출력 아우터 샤프트(22)의 상단 외면에는 세탁조(120)가 연결되는 제3연결부(94)가 형성되고, 출력 인너 샤프트(32)의 상단 외면에는 펄세이터(130)가 연결되는 제4연결부(96)가 형성된다.

제3연결부(94) 및 제4연결부(96)는 출력 아우터 샤프트(22) 및 출력 인너 샤프트(32)의 외면에 형성된 돌기에 의해 세레이션(Serration) 결합되거나 스플라인 결합되는 구조를 가질 수 있고, 키홈을 형성하여 상호 키 결합되는 구조를 가질 수 있다.

출력 아우터 샤프트(22)와 출력 인너 샤프트(32) 사이에는 세탁수가 누수되는 것을 방지하는 제1시일(220)이 장착되고, 출력 아우터 샤프트(22)와 베어링 하우징(10) 사이에는 세탁수가 누수되는 것을 방지하는 제2시일(221)이 장착된다.

입력 아우터 샤프트(20)의 외면에는 제1베어링(26)이 배치되고, 출력 아우터 샤프트(22)의 외면에는 제2베어링(28)이 배치되어, 입력 및 출력 아우터 샤프트(20,22)를 회전 가능하게 지지한다.

제1베어링(26)은 제1베어링 하우징(102)에 설치되고, 제2베어링(28)은 제2베어링 하우징(10)에 설치된다.

제1베어링 하우징(102)은 금속재질로 형성되고, 제1베어링(26)이 안착되는 제1베어링 안착부(104)와, 제1베어링 안착부(104)에서 외측방향으로 연장되어 원통형태를 이루고 유성기어장치(70)의 외면에 일정 갭을 두고 감싸지게 배치되어 유성기어장치를 보호하는 커버부(106)와, 커버부(106)의 상단에서 외측방향으로 연장되어 원판 형태를 이루고 스테이터(60) 및 외조(110)가 고정되는 평판부(108)를 포함한다. 평판부(108)는 원주방향으로 제2베어링 하우징(10)에 복수의 볼트(250)로 체결되어 고정된다.

제2베어링 하우징(10)은 금속재질로 형성되고, 제2베어링(28)이 안착되는 제2베어링 안착부(12)와, 제2베어링 안착부(12)에서 외측방향으로 연장되어 제2시일(221)이 고정되는 제2시일 고정부(14)와, 제2시일 고정부(14)에서 하측방향으로 절곡되어 원통 형태를 이루는 연결부(16)와, 연결부(16)의 하단에서 외측방향으로 연장되어 외조(110)에 고정되는 평판부(18)를 포함한다. 평판부(18)는 볼트(250)에 의해 제1베어링 하우징(102)의 평판부(108)와 체결되고, 볼트(260)에 의해 스테이터 지지체(270) 및 외조(110)에 고정된다.

이 경우, 본 발명에서는 입력 아우터 샤프트(20)와 출력 아우터 샤프트(22) 사이에 유성기어장치(70)의 링기어(72)가 삽입되어 연결되고, 입력 아우터 샤프트(20)를 지지하는 제1베어링(26)과, 출력 아우터 샤프트(22)를 지지하는 제2베어링(28)은 양방향 회전이 가능한 베어링으로 구성되어 있다.

그 결과, 본 발명에서는 유성기어장치(70)가 양방향 회전이 가능한 상태로 설정되어 있으며, 이러한 구조는 종래의 전자동세탁기에서 유성기어장치가 고정된 상태를 유지하거나 또는 탈수행정을 위해 일방향으로만 회전되는 지지구조와 다른 지지구조를 갖는다.

본 발명에서는 후술하는 바와 같이 유성기어장치(70)가 양방향 회전이 가능한 상태로 설정되어 있기 때문에 더블 로터-더블 스테이터로 구성된 쌍동력 구조의 구동모터(140)에 의해 세탁조(120)와 펄세이터(130)를 동시에 또는 선택적으로, 그리고 동일방향 및 상호 반대방향으로 회전시키면서 다양한 방식의 세탁 수류와 작용을 형성하는 것이 가능하게 된다.

이하에 더블 로터-더블 스테이터로 구성된 쌍동력 구조의 구동모터(140)를 도 2, 도 3 및 도 5를 참고하여 상세하게 설명한다.

구동모터(140)는 아우터 로터(50)와, 인너 로터(40)와, 스테이터(60)를 포함하고 있으며, 스테이터(60)는 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 선택적/독립적으로 구동할 수 있도록 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 구비하고 있다. 후술하는 실시예 설명에서는 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 일체형으로 구성한 것과 분리된 구조로 이루어지는 것에 대하여 각각 설명한다.

우선, 인너 로터(40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 스테이터(60)의 내면에 일정 갭을 두고 배치되며, N극 및 S극이 교대로 배치되는 다수의 제1마그넷(42)과, 상기 제1마그넷(42)의 배면에 배치되는 제1백요크(44)와, 인서트 몰딩에 의해 제1마그넷(42) 및 제1백요크(44)와 일체로 형성되는 인너 로터 지지체(46)를 포함한다.

여기에서, 인너 로터 지지체(46)는 열경화성 수지, 예를 들어 폴리에스터와 같은 BMC(Bulk Molding Compound) 몰딩재 또는 열가소성 수지로 몰딩하여 제1마그넷(42) 및 제1백요크(44)와 일체로 형성된다.

인너 로터 지지체(46)는 그 내측 단부가 입력 인너 샤프트(30)의 제2연결부(92)에 연결되고, 그 외측 단부의 외면에는 제1마그넷(42) 및 제1백요크(44)가 고정되며, 내측에 유성기어장치(70)가 수용되어 콤팩트한 구조를 구현할 수 있도록 대략 컵 형상을 이루고 있다.

따라서, 인너 로터(40)가 회전되면 입력 인너 샤프트(30)가 회전되고, 링기어(72)가 고정되거나 또는 인너 로터(40)의 회전과 반대방향 회전이 이루어질 때, 유성기어장치(70)의 캐리어(76)를 통하여 감속된 출력이 출력 인너 샤프트(32)에 전달되어 출력 인너 샤프트(32)에 연결된 펄세이터(130)가 저속, 고토크 회전력에 의해 회전된다.

여기에서, 펄세이터(130)는 요구되는 회전토크가 크지 않기 때문에 인너 로터(40)의 토크에 의해 충분히 회전될 수 있다.

또한, 아우터 로터(50)는 스테이터(60)의 외면에 일정 갭을 두고 배치되며 N극 및 S극이 교대로 배치되는 다수의 제2마그넷(52)과, 제2마그넷(52)의 배면에 배치되는 제2백요크(54)와, 인서트 몰딩에 의해 제2마그넷(52) 및 제2백요크(54)와 일체로 형성되는 아우터 로터 지지체(56)를 포함한다.

여기에서, 아우터 로터 지지체(56)는 열경화성 수지, 예를 들어 폴리에스터와 같은 BMC(Bulk Molding Compound) 몰딩재 또는 열가소성 수지로 몰딩하여 제2마그넷(52) 및 제2백요크(54)와 일체로 형성된다.

아우터 로터 지지체(56)는 내측 단부가 입력 아우터 샤프트(20)의 제1연결부(90)에 연결되어 입력 아우터 샤프트(20)와 같이 회전되고, 외측 단부의 내면에 제2마그넷(52) 및 제2백요크(54)이 고정되며, 내측은 유성기어장치(70)가 수용되어 콤팩트한 구조를 구현할 수 있도록 대략 컵 형상을 이루고 외측은 스테이터(60)를 수용하도록 반전된 컵 형상을 이루고 있다.

따라서, 유성기어장치(70)의 선기어(74)가 비고정 상태로 설정되거나 인너 로터(40)가 아우터 로터(50)와 동일한 방향으로 회전되면서 아우터 로터(50)가 회전되면 입력 아우터 샤프트(20)가 회전되고 유성기어장치(70)의 링기어(72)를 통하여 아우터 로터(50)의 회전력이 감속없이 출력 아우터 샤프트(22)에 전달되고 출력 아우터 샤프트(22)와 연결된 세탁조(120)가 감속 없이 회전된다.

이하에 본 발명의 스테이터에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 동일한 완전 분할형 다수의 스테이터 코어를 조립하여 구성된 스테이터를 구비하는 구동모터의 직경방향 단면도이고, 도 6은 도 5의 스테이터 조립에 사용되는 스테이터 코어 조립체의 개략 단면도, 도 7은 도 6에 사용되는 분할형 스테이터 코어의 평면도이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 스테이터(60)는 환형으로 배열되는 다수의 스테이터 코어 조립체(61)와, 다수의 스테이터 코어 조립체(61)가 환형으로 배열되고 외주부가 외조(110)에 고정되며, 내부에 관통구멍이 형성되는 스테이터 지지체(270)(도 2 참조)를 포함한다.

상기 다수의 스테이터 코어 조립체(61)는 각각 도 6 및 도 7과 같이 환형으로 배열되어 상호 결합되는 분할코어형 스테이터 코어(62)와, 분할코어형 스테이터 코어(62) 각각의 외주면에 코일권선영역을 한정하도록 감싸지는 비자성체인 절연물질로 이루어진 보빈(64)과, 스테이터 코어(62)의 일측(외측) 보빈에 감겨지는 제1코일(66)과, 스테이터 코어(62)의 타측(내측) 보빈에 감겨지는 제2코일(68)을 포함한다.

스테이터 지지체(270)는 금형에 원주방향으로 다수의 스테이터 코어 조립체(61)를 조립 배열한 후 인서트 몰딩에 의해 다수의 스테이터 코어 조립체(61)와 일체로 형성된다. 스테이터 지지체(270)는 중앙부에 인너 로터(40)와 유성기어장치(70)가 배치되도록 관통구멍이 형성되고, 외주부는 2단 절곡되어 아우터 로터(50)를 둘러싸면서 선단부가 제2베어링 하우징(10)과 함께 볼트(260)에 의해 외조(110)에 고정된다.

또한, 스테이터 지지체(270)는 인서트 몰딩에 의해 스테이터 코어 조립체(61)와 일체로 형성되는 구조 이외에, 수지 또는 금속재를 사용하여 스테이터 코어 조립체(61)와 별도로 제조된 후 스테이터 지지체(270)와 볼트 체결되는 구조도 적용이 가능하다.

본 발명에 따른 스테이터(60)는 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 분할 코어를 사용하여 구성되는 다수의 스테이터 코어 어셈블리(61)를 도 5에 도시된 바와 같이, 환형상으로 조립하여 구성될 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 실시예 설명에서는 코일(66,68)이 권선되는 스테이터 코어가 환형으로 배열되어 상호 연결되는 다수의 분할코어형 스테이터 코어(62)로 구성된 것을 예를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 스테이터 코어가 일체형 또는 부분 분할형 코어로 구성되는 것도 가능하다.

분할코어형 스테이터 코어(62)는 일체형 스테이터 코어와 비교할 때 코일 권선이 저가의 범용 권선기를 사용하여 쉽게 저비용으로 제조 가능한 이점이 있고, 코어 재료의 로스를 줄이는 것이 가능하다.

도 5에 도시된 실시예에서는 각각의 티스마다 한개씩 분할형 스테이터 코어를 사용하여 구성하거나, 몇개의 티스, 예를 들어, 3개 티스를 하나의 분할형 스테이터 코어로 제작하여 이를 조립하는 것도 가능하다. 특히, U, V, W 3상 구동방식의 BLDC 모터에서는 U, V, W의 어느 한상(phase)에 대하여 3개 티스에 연속하여 코일을 권선하는 경우에는 3개 티스를 하나의 분할형 스테이터 코어로 제작하는 것도 바람직하다.

상기 분할코어형 스테이터 코어(62)는 도 5 내지 도 7과 같이 외측에 배치되고 제1코일(66)이 감겨지는 제1티스부(312)와, 제1티스부(312)의 반대쪽, 내측에 형성되어 제2코일(68)이 감겨지는 제2티스부(310)와, 제1티스부(312)와 제2티스부(310) 사이를 구획하는 구획부(314)와, 구획부(314)의 측방향 양쪽 끝부분에 형성되어 분할코어형 스테이터 코어(62) 사이를 상호 연결하는 결합부(320,322)를 포함한다.

본 발명의 스테이터(60)는 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 각각 구동하도록 스테이터 코어(62)의 제1티스부(312)에 감겨지는 제1코일(66)이 아우터 스테이터를 구성하고, 스테이터 코어(62)의 제2티스부(310)에 감겨지는 제2코일(68)이 인너 스테이터를 구성하여, 더블 스테이터를 형성한다.

또한, 도 5 및 도 6에 도시된 제1실시예 설명에서는 각 슬롯별로 코어가 분리되어 다수의 분할코어형 스테이터 코어(62)로 구성되는 것을 예시하였으나, 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이 환형의 백요크를 기준으로 분리되어 아우터 스테이터용 스테이터 코어와 인너 스테이터용 스테이터 코어로 분리되어 제조된 후, 조립되는 것도 가능하다.

본 발명에서는 도 13과 같이 제1 및 제2 드라이버(530,540)로부터 아우터 스테이터를 구성하는 제1코일(66)과 인너 스테이터를 구성하는 제2코일(68)로 구동신호를 개별적으로 인가하여, 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 각각 구동한다.

여기에서, 제1코일(66)로는 제1구동신호가 인가되고, 제2코일(68)에는 제2구동신호가 인가되기 때문에, 제1코일(66)로만 구동신호가 인가되면 아우터 로터(50)만 회전되고, 제2코일(68)로만 구동신호가 인가되면 인너 로터(40)만 회전되고, 제1코일(66)과 제2코일(68)에 동시에 구동신호가 인가되면 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)가 동시에 회전된다.

구획부(314)의 중앙에는 관통홀(332)이 형성되어 스테이터 지지체(270)와 일체화를 위해 볼트 체결 용도로 사용될 수 도 있다.

제1티스부(312)의 끝부분에는 제1마그넷(52)과 마주보게 배치되는 제1플랜지부(318)가 형성되고, 제2티스부(310)의 끝부분에는 제2마그넷(42)과 마주보게 배치되는 제2플랜지부(316)가 형성된다.

제1플랜지(318)와 제2플랜지부(316)는 아우터 로터(50)의 제1마그넷(52)과, 인너 로터(40)의 제2마그넷(42)에 각각 대응하도록 소정 곡률로 내향 및 외향 곡면을 이루고 있다. 따라서, 스테이터 코어(62)의 내주면 및 외주면의 진원도가 높아지므로 스테이터(60)의 내주면 및 외주면과 제1마그넷(52) 및 제2마그넷(42)과의 사이가 근접되면서도 일정한 자기갭(gap)을 유지할 수 있다.

스테이터 코어(62) 사이는 자기회로를 형성할 수 있도록 상호 직접 연결된 구조를 가져야된다. 따라서, 결합부(320,322)는 인접한 스테이터 코어(62) 사이가 서로 직접 연결된 구조를 갖는다.

이러한 결합부(320,322)는 일 예로, 구획부(314)의 일측에 결합돌기(322)가 돌출되게 형성되고, 구획부(314)의 타측에 결합돌기(322)가 끼움 결합되는 결합홈(320)이 형성되어, 결합돌기(322)를 결합홈(320)에 끼워 조립하면 다수의 분할형 스테이터 코어(62)가 환형으로 배열되고, 상호 직접 연결된 구조를 갖게 된다.

그리고, 결합부는 이러한 구조 이외에, 스테이터 코어의 구획부 양쪽 끝부분에 핀홀을 형성하고, 스테이터 코어들 사이를 상호 접촉시킨 상태에서 핀 부재를 두 스테이터 코어의 핀홀 사이에 끼움 결합하여 스테이터 코어들 사이를 연결하는 구조도 적용이 가능하고, 스테이터 코어들 사이를 상호 접촉시킨 상태에서 코킹부재를 이용하여 코킹하는 방법도 적용이 가능하다.

이와 같은 본 발명의 구동모터(140)는 인너 로터(40)와 제1코일(66)이 감겨지는 스테이터(60)의 일측(즉, 인너 스테이터) 간에 제1자기회로(L1)를 형성하고, 아우터 로터(50)와 제2코일(68)이 감겨지는 스테이터(60)의 타측(즉, 아우터 스테이터) 간에 제2자기회로(L2)를 형성하여 각각 서로 독립적인 한 쌍의 자기회로를 형성하므로 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)가 각각 별도로 구동될 수 있다.

구체적으로, 제1자기회로(L1)는 N극의 제1마그넷(42), 제1코일(66)이 감겨지는 제1티스부(310), 구획부(314)의 내측부분, N극의 제1마그넷(42)에 인접한 S극의 제1마그넷(42) 및 제1백요크(44)를 경유한다.

그리고, 제2자기회로(L2)는 N극의 제2마그넷(52), N극의 제2마그넷(52)에 대향하고 제2코일(68)이 감겨지는 제2티스부(312), 구획부(314)의 외측부분, S극의 제2마그넷(52) 및 제2백요크(54)를 경유한다.

그러나, 상기 제1 및 제2 자기회로(L1,L2)는 제1 및 제2 티스부(310,312)에 권선되는 제1 및 제2 코일(66,68)을 1개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 권선하는 1권선 코일방법, 2개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 권선하는 2권선 코일방법, 3개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 권선하는 3권선 코일방법과 구동방식에 따라 변경될 수 있다.

상기한 제1실시예에 따른 구동모터(140)는 인너 로터(40)의 출력이 입력 인너 샤프트(30)에 전달되고, 아우터 로터(Outor Rotor)(50)의 출력이 입력 아우터 샤프트(20)에 전달되는 구조를 가지고 있다.

일반적으로 전자동 세탁기에서는 세탁물 및 세탁수와 접촉면적이 작은 펄세이터(130)보다 세탁물 및 세탁수와 접촉면적이 큰 세탁조(120)를 구동하는 데 더 큰 고토크 구동이 요구된다.

또한, 대직경의 아우터 로터(Outor Rotor)(50)가 소직경의 인너 로터(Inner Rotor)(50)보다 고토크 출력이 얻어지게 된다.

따라서, 제1실시예에 따른 구동모터(140)를 이용하면, 세탁조(120)를 구동하는 데 대직경의 아우터 로터(Outor Rotor)(50)로부터 발생된 고토크 출력을 입력 아우터 샤프트(20)와 유성기어장치(70)의 링기어(72) 및 출력 아우터 샤프트(22)를 통하여 세탁조(120)에 전달하고, 소직경의 인너 로터(Inner Rotor)(40)로부터 발생된 저토크 출력은 입력 인너 샤프트(30)와 유성기어장치(70)의 선기어(74), 유성기어(78) 및 캐리어(76)를 통과하면서 토크 변환되어 고토크의 출력이 출력 인너 샤프트(32)를 통하여 펄세이터(130)에 전달됨에 따라, 상대적으로 고토크 구동이 요구되는 세탁조(120)의 구동이 원활하게 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 세탁 및 헹굼 행정시에 펄세이터(130) 뿐 아니라 세탁조(120)도 동시에 활용한 다양한 세탁 및 헹굼 수류를 형성할 수 있게 된다.

도 5 내지 도 7에 도시된 실시예 설명에서는 스테이터(60)가 다수의 분할코어형 스테이터 코어(62)를 이용하여 다수의 스테이터 코어 조립체(61)를 준비한 후, 다수의 스테이터 코어 조립체(61)를 스테이터 지지체(270)와 결합시킴에 의해 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 서로 동일하게 설정된 구조로 제조되는 것을 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다양한 변경이 가능하다.

예를 들어, 본 발명은 스테이터 코어로서 일체형 스테이터 코어 또는 부분 분할형 코어를 채용하면서 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수를 구동모터 및 세탁기의 효율을 높이는데 유리한 방향으로 서로 다르게 설정할 수 있다.

고속, 저토크 회전에는 스테이터 코어의 슬롯 수가 적은 것이 바람직하고, 저속, 고토크 회전에는 스테이터 코어의 슬롯 수가 많은 것이 모터의 효율 측면에서 바람직하다.

예를 들어, 도 1 내지 도 4에 도시된 제1실시예와 같이, 인너 스테이터에 의해 구동되는 인너 로터(40)의 출력이 세탁 및 헹굼 행정에 이용되도록 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 입력되고, 아우터 스테이터에 의해 구동되는 아우터 로터(50)의 출력이 탈수 행정에 이용되도록 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 입력되는 경우, 인너 스테이터의 슬롯을 다(多) 슬롯 구조로 선택하고, 아우터 스테이터의 슬롯 수는 가능한 한 적은 수의 슬롯 구조를 선택하는 것이 바람직하다.

일반적으로 더블 스테이터에서 인너 스테이터의 직경이 아우터 스테이터의 직경보다 상대적으로 작기 때문에 인너 스테이터의 슬롯 수는 아우터 스테이터의 슬롯 수보다 작게 설계하는 것이 바람직하다.

그러나, 슬롯과 슬롯 사이의 간격인 슬롯의 오프닝(opening) 폭은 코어에 코일을 권선하기 위해 최소한의 간격(보통 2.5mm 이상)을 유지해야 하는데 슬롯 수가 미리 예정한 코어의 직경에 비해 많게 되면 슬롯의 오프닝(opening) 폭이 최소한의 간격보다 작게 설계하여야 하며 권선 불량이 발생할 수 있다.

또한, 슬롯 수가 미리 예정한 코어의 직경에 비해 많게 되면 인너 및 아우터 로터의 마그넷과 대향하여 자속의 쇄교가 이루어지는 스테이터 코어의 슈(shoe) 부분, 즉 제1플랜지(316)와 제2플랜지부(318)의 면적이 작아져서 자속 누설이 많이 발생하며, 그 결과 효율 저하가 발생하게 된다.

따라서, 인너 스테이터의 슬롯 수는 아우터 스테이터의 슬롯 수보다 작게 설계하는 것이 일반적이나, 상기한 제1실시예 또는 도 11에 도시된 제2실시예와 같이 인너 로터(40)의 출력을 이용하여 최종적으로 저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 인너 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최대로 설정하고, 아우터 로터(50)의 출력을 이용하여 최종적으로 고속, 저토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 아우터 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최소로 설정하는 것이 모터의 효율 측면에서 바람직하다.

한편, 도 12에 도시된 제3실시예와 같이, 아우터 로터(50)의 출력을 이용하여 최종적으로 저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 아우터 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최대로 설정하고, 인너 로터(40)의 출력을 이용하여 최종적으로 고속, 저토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 인너 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최소로 설정하는 것이 모터의 효율 측면에서 바람직하다.

상기한 조건을 만족하기 위해서는 펄세이터 구동에 필요한 회전력을 인가하는 아우터 로터를 구동하는 아우터 스테이터의 슬롯 수를, 세탁조 구동에 필요한 회전력을 인가하는 인너 로터를 구동하는 인너 스테이터의 슬롯 수보다 더 많게 설정하는 것이 필요하다.

이하에 후술하는 도 12의 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)에 적용될 수 있는 구동모터에 대하여 설명한다.

도 8a에 도시된 본 발명의 일예에 따른 구동모터(140b)는 아우터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 상이한 더블 스테이터를 더블 로터와 조합하여 구성되어 있다.

상기한 더블 스테이터의 스테이터 코어(600)는 아우터 스테이터와 인너 스테이터에 자기회로 경로로 공통으로 이용되는 환형의 백요크(610), 상기 백요크(610)의 외측으로 방사상으로 뻗어 있는 T-형상의 다수의 아우터 스테이터 티스(620) 및 상기 백요크(610)의 내측으로 방사상으로 뻗어 있는 T-형상의 다수의 인너 스테이터 티스(630)를 포함하고 있다.

상기 스테이터 코어(600)의 다수의 인너 스테이터 티스(630)와 다수의 아우터 스테이터 티스(620)는 각각 18 슬롯 및 27 슬롯으로 구성되어, 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 서로 다르게 설정되어 있으며, 도 12에 도시된 제3실시예에서 요구하는 아웃터 스테이터의 슬롯 수가 인너 스테이터의 슬롯 수보다 많게 설정되어 있다.

도 8a에 도시된 구동모터(140b)에서 인너 스테이터 티스(630)에 코일이 권선되어 구성되는 인너 스테이터와 인너 로터(40)는 18슬롯-16폴 구조의 인너 모터를 형성하며, 아우터 스테이터 티스(620)에 코일이 권선되어 구성되는 아우터 스테이터와 아우터 로터(50)는 27슬롯-24폴 구조의 아우터 모터를 형성한다.

한편, 상기한 스테이터 코어(600)는 코일 권선을 용이하게 하고, 코어 재료의 로스를 최소화하기 위해 다수의 부분 분할형 분할 코어(601)로 구성할 수 있다. 도 8a에 도시된 스테이터 코어(600)는 모재인 전자강판을 타발한 후 도 8b에 도시된 바와 같이 일정한 두께로 적층하여 3개의 부분 분할형 분할 코어(601)로 분할하여 제조한 후, 환형으로 조립한 것이다.

부분 분할형 분할 코어(601)는 예를 들어, 백요크(610)로부터 인너 스테이터 티스(630)가 9개, 아우터 스테이터 티스(620)가 6개 방사상으로 연장 형성되어 있다. 또한, 부분 분할형 분할 코어(601)의 양 단부에는 이웃하는 분할 코어의 백요크(610)와 상호 결합이 이루어질 수 있도록 결합부(612,614)가 형성되어 있다. 즉, 일측 결합부(612)는 결합돌기가 형성되고, 타측 결합부(614)는 결합돌기가 수용되는 결합홈이 형성되어 있으며, 물리적인 결합이 이루어질 수 있는 것이라면 어떤 결합구조도 적용 가능하다.

이 경우, 분할 코어가 형성하는 원호각은 도 8b에 도시된 120° 또는 60°나 90° 중 어느 한 각을 갖도록 형성될 수 있다. 각각의 분할 코어는 3의 배수로 이루어진 슬롯을 구비하며, 슬롯의 수는 코일 권선 방법에 따라 적어도 6의 배수로 설정할 수 있다. 본 발명의 구동모터(140b)에서 스테이터의 슬롯은 18 내지 36슬롯 범위에서 설정되고 있다.

상기한 구동모터(140b)에서는 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 서로 다르게 설정되면서 스테이터 코어(600)가 일정한 원호각을 갖도록 분리된 구조를 제안하였으나, 본 발명의 스테이터 코어는 환형의 백요크를 기준으로 분리되어 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어로 분리되어 제조된 후, 조립되는 것도 가능하다.

도 9a 내지 도 9c를 참고하면, 본 발명의 다른 예에 따른 구동모터(140c)는 아우터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 상이한 더블 스테이터에서 스테이터 코어(600a)가 아우터 스테이터 코어(621)와 인너 스테이터 코어(631)로 분리 가능하게 결합된 구조를 가지고 있다.

즉, 도 9a와 같이 박판의 전자강판을 타발한 후 적층하여 환형의 백요크(610a)로부터 다수의 인너 스테이터 티스(630)가 연장된 인너 스테이터 코어(631)를 제조하고, 도 9b와 같이 박판의 전자강판을 타발한 후 적층하여 환형의 백요크(610b)로부터 다수의 아우터 스테이터 티스(620)가 연장된 아우터 스테이터 코어(621)를 제조한다.

이 경우, 상기 인너 스테이터 코어(631)에는 백요크(610a)로부터 간격을 두고 다수의 결합돌기(616)가 외측으로 연장 형성되어 있고, 상기 아우터 스테이터 코어(621)에는 백요크(610b)의 내주부로부터 간격을 두고 다수의 결합돌기(616)가 결합되는 다수의 결합홈(618)이 백요크(610b)의 내측으로 형성되어 있다.

그 후, 도 9c와 같이 인너 스테이터 코어(631)의 결합돌기(616)를 아우터 스테이터 코어(621)의 결합홈(618)에 삽입하여 조립하면, 더블 스테이터용 스테이터 코어(600a)가 얻어진다. 상기 인너 스테이터 코어(631)의 백요크(610a)와 아우터 스테이터 코어(621)의 백요크(610b) 전체의 폭은 인너 스테이터 티스(630)나 아우터 스테이터 티스(620)와 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.

도 9c에 도시된 본 발명의 다른 예에 따른 구동모터(140c)는 도 8a의 구동모터(140b)와 동일하게 인너 스테이터 티스(630)에 코일이 권선되어 구성되는 인너 스테이터와 인너 로터(40)는 18슬롯-16폴 구조의 인너 모터를 형성하며, 아우터 스테이터 티스(620)에 코일이 권선되어 구성되는 아우터 스테이터와 아우터 로터(50)는 27슬롯-24폴 구조의 아우터 모터를 형성한다.

상기한 제1실시예 또는 후술하는 도 11에 도시된 제2실시예와 같이 인너 로터(40)의 출력을 이용하여 유성기어장치(70)를 거치면서 최종적으로 저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 인너 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최대로 설정하는 것이 바람직하다.

그러나, 저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 인너 로터(40)를 구동하는 인너 스테이터의 슬롯 수를 최대로 설정하는 것이 바람직하나, 아우터 스테이터보다 작은 직경의 코어에 다슬롯 구조를 채택하는 것은 한계가 있다.

도 10a 내지 도 10d는 각각 본 발명에 따른 구동모터에서 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어의 박판 적층 수를 상이하게 설정함에 의해 부족한 구동 토크를 보완할 수 있는 다양한 실시예 구조를 보여주고 있다.

본 발명에 따른 구동모터는 인너 로터(40)와 아우터 로터(50) 사이에 더블 스테이터를 구성하는 스테이터 코어(605a~605d)가 간격을 두고 배치되어 있다.

이 경우, 스테이터 코어(605a~605c)는 각각 외측 및 내측에 배치되며 박판의 전자강판을 타발한 후 타발된 다수의 박판을 적층하여 구성되는 아우터 스테이터 코어(631)와 인너 스테이터 코어(621)가 결합되어 구성된다.

도 10a에 도시된 스테이터 코어(605a)는 인너 스테이터 코어(621)를 구비하는 인너 스테이터와 인너 로터(40)로 구성되는 인너 모터의 구동토크가 부족할 때 스테이터 코어의 박판 적층수를 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어 모두를 높이는 대신에 인너 스테이터 코어(621)의 박판 적층수를 아우터 스테이터 코어(631)보다 더 높게 설정함에 의해 부족한 토크를 보완한 구조이다.

이 경우, 인너 스테이터 코어(621)와 대향한 인너 로터(40)의 마그넷(42)과 백요크(44)의 높이도 인너 스테이터 코어(621)의 적층 높이에 비례하여 동시에 증가시키는 것이 바람직하다.

즉, 도 10a와 같이 인너 스테이터 코어(621)의 박판 적층수를 정상적인 아우터 스테이터 코어(631)보다 더 높게 설정하는 경우 마그넷이 증가하고 인너 로터(40)의 마그넷(42)과 대향하는 인너 스테이터 코어(621)의 면적(즉, 마그넷과 대향하여 자속의 쇄교가 이루어지는 스테이터 코어의 슈(shoe) 부분)이 증가하게 되어 누설자속이 감소한다. 그 결과 인너 스테이터 코어(621)의 박판 적층수가 증가된 본 발명은 박판 적층수가 증가되지 않은 일반적인 경우와 비교하여 인너 로터(40)의 회전 토크는 증가함에 따라 미리 설정된 내경의 로터에서 부족한 토크를 보완할 수 있게 된다.

도 10b에 도시된 스테이터 코어(605b)는 아우터 스테이터 코어(631)를 구비하는 아우터 스테이터와 아우터 로터(50)로 구성되는 아우터 모터의 구동토크가 부족할 때 스테이터 코어의 박판 적층수를 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어 모두를 높이는 대신에 아우터 스테이터 코어(631)의 박판 적층수를 인너 스테이터 코어(621)보다 더 높게 설정함에 의해 부족한 토크를 보완한 구조이다.

이 경우, 아우터 스테이터 코어(631)와 대향한 아우터 로터(50)의 마그넷(52)과 백요크(54)의 높이도 아우터 스테이터 코어(631)의 적층 높이에 비례하여 동시에 증가시키는 것이 바람직하다.

도 10b와 같이 아우터 스테이터 코어(631)의 박판 적층수를 정상적인 인너 스테이터 코어(621)보다 더 높게 설정하는 경우 마그넷이 증가하고 아우터 로터(50)의 마그넷(52)과 대향하는 아우터 스테이터 코어(631)의 면적(즉, 마그넷과 대향하여 자속의 쇄교가 이루어지는 스테이터 코어의 슈(shoe) 부분)이 증가하게 되어 누설자속이 감소한다. 그 결과, 아우터 스테이터 코어(631)의 박판 적층수가 증가된 본 발명은 박판 적층수가 증가되지 않은 일반적인 경우와 비교하여 아우터 로터(50)의 회전 토크는 증가함에 따라 미리 설정된 외경의 로터에서 부족한 토크를 보완할 수 있게 된다.

도 10c에 도시된 스테이터 코어(605c)는 도 10b에 도시된 스테이터 코어(605b)와 비교할 때, 아우터 스테이터 코어(631)의 박판 적층수를 인너 스테이터 코어(621)보다 더 높게 설정함에 의해 부족한 토크를 보완한 구조인 점은 동일하다. 차이점은 부족한 토크를 보완을 실현하는 방법에서 추가로 적층되는 박판이 축방향으로 대칭되게 증가하지 않고, 축방향의 일측으로 박판 적층이 이루어진 점이다.

상기한 일측 방향으로 박판 적층이 이루어진 경우도 양측으로 대칭되게 박판 적층이 증가한 경우와 비교할 때, 증가되는 토크값은 차이가 없다.

동일한 방법으로 인너 스테이터 코어(621)의 박판 적층수를 증가시켜서 인너 로터(40)의 회전 토크를 증가시킬 때, 도 10a와 같이 추가로 적층되는 박판이 축방향으로 대칭되게 증가하지 않고, 축방향의 일측으로 박판 적층이 이루어지는 것도 동일한 토크 증가가 이루어진다.

도 10d에 도시된 스테이터 코어(605d)는 도 10c에 도시된 스테이터 코어(605c)와 비교할 때, 아우터 로터(50)의 회전 토크를 증가시키기 위해 추가로 적층되는 박판이 축방향의 일측으로 박판 적층이 이루어진 점은 동일하다.

차이점은 부족한 토크의 보완을 실현하는 방법에서 스테이터 코어(605c)는 인너 스테이터 코어(621)와 아우터 스테이터 코어(631)를 각각 제조한 후 결합시킨 방법으로 구성한 것이나, 스테이터 코어(605d)는 인너 스테이터 코어(621)에 요구되는 박판 적층수 만큼 인너 스테이터 코어와 아우터 스테이터 코어를 일체형으로 준비한 후, 아우터 스테이터에 대하여는 추가로 박판을 적층시킨 구조를 채용하고 있다.

즉, 스테이터 코어(605d)는 인너 스테이터 코어와 아우터 스테이터 코어가 일체형으로 제작된 일체형 코어부(607)와, 상기 일체형 코어부(607)의 아우터 스테이터에 대하여 추가로 적층된 추가적층코어부(608)를 포함하고 있다.

상기 추가적층코어부(608)는 토크 보강이 요구되는 인너 로터(40) 또는 아우터 로터(50)에 따라 일체형 코어부(607)의 내측 또는 외측에 적층됨에 따라 부족한 토크를 보완할 수 있게 된다.

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.

제2실시예에 따른 세탁기 구동장치(150a)는 외조(110)의 하부에 장착되고 펄세이터(130)와 세탁조(120)를 회전 구동시키도록 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)로부터 고속, 저토크의 쌍동력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140)와, 상기 구동모터(150)의 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)에 의해 제공되는 고속, 저토크의 제1 및 제2 입력을 받아서 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키는 제1출력과, 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력을 제공하도록 선택적으로 감속(토크 변환)시키는 토크변환장치인 유성기어장치(70)를 포함한다.

제2실시예에 따른 세탁기 구동장치(150a)는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140)와, 유성기어장치(70)를 포함하는 점에서 제1실시예의 세탁기 구동장치(150)와 동일하다.

제2실시예와 제1실시예 사이의 차이점은 구동모터(140)에서 스테이터(60)를 지지하는 스테이터 지지체가 제1실시예에서는 다수의 스테이터 코어 조립체(61)가 환형으로 배열되고 외주부가 외조(110)에 고정되며, 내부에 관통구멍이 형성되는 구조를 가지고 있으나, 제2실시예에서는 내부에 관통구멍 대신에 지지체가 형성되는 구조를 가지고 있다.

제2실시예에서 스테이터 지지체(200)는 스테이터 코어 조립체(61)의 외측에 배치되는 외측 스테이터 지지체(210)와 스테이터 코어 조립체(61)의 내측에 배치되는 내측 스테이터 지지체(211)를 포함하고 있다.

외측 스테이터 지지체(210)는 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되며 다수의 스테이터 코어 조립체(61)의 외측면에 연결되는 외측 코어 고정부(212)와, 외측 코어 고정부(212)에서 2단 절곡되어 내측에 아우터 로터(50)를 둘러싸도록 연장된 제1연결부재(214)와, 제1연결부재(214)에서 직각으로 절곡된 후 방사방향으로 연장되어 외조(110)에 볼트(280)로 고정되는 외조 고정부(216)를 포함한다.

또한, 내측 스테이터 지지체(211)는 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되며 다수의 스테이터 코어 조립체(61)의 내측면에 연결되는 내측 코어 고정부(213)와, 내측 코어 고정부(213)에서 2단 절곡되어 내측에 인너 로터(40)를 둘러싸도록 연장된 제2연결부재(215)와, 제2연결부재(215)에서 직각으로 절곡된 후 중심방향으로 연장되어 제1베어링(26)이 장착되는 베어링 장착부(217)를 포함한다.

상기 제1베어링(26)은 내측 스테이터 지지체(211)의 베어링 장착부(217)에 설치됨에 따라 입력 아우터 샤프트(20)를 회전 가능하게 지지할 수 있고, 구동모터(140)와 유성기어장치(70)의 조립성을 개선할 수 있으며, 제1베어링(26)을 장착하기 위한 별도의 베어링 하우징이 불필요하여 부품수를 줄일 수 있고, 구조를 단순화할 수 있다.

더욱이, 제1베어링(26)을 구비한 내측 스테이터 지지체(211)가 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)의 사이에 배치되어 유성기어장치(70)를 회전 가능하게 지지함에 따라 세탁 및 헹굼 행정에서 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)가 서로 반대방향으로 회전하는 경우에도 안정된 지지가 가능하게 된다. 따라서, 구동모터(140)와 유성기어장치(70)의 안정된 지지에 의해 소음발생 요인을 감소시키게 된다.

외측 스테이터 지지체(210)에는 제어유닛으로부터 제1 및 제2 구동신호를 제1코일(66) 및 제2코일(68)로 인가하는 커넥터(도시되지 않음)가 일체로 설치될 수 있다.

제1실시예에서는 아우터 로터 지지체(56)의 내측 단부가 입력 아우터 샤프트(20)에 결합되어 아우터 로터(50)의 출력을 링기어(72)로 전달하는 것이나, 제2실시예에서는 아우터 로터 지지체(56)의 내측 단부가 입력 아우터 샤프트(20)와 링기어(72)를 둘러싸면서 결합되는 원통 결합구조를 가지고 있고, 원통의 바닥과 내주부의 넓은 접촉 면적으로 결합이 이루어질 수 있게 되며, 제1베어링(26)에 의해 아우터 로터 지지체(56)의 내측 단부가 입력 아우터 샤프트(20)로부터 이탈하는 것을 차단하여 고정시키는 스토퍼 역할을 할 수 있다. 따라서, 제1실시예와 같은 제1고정너트(34)의 체결을 생략할 수 있다.

상기한 제2실시예에서는 아우터 로터(50)의 아우터 로터 지지체(56)가 링기어(72)에 결합되어 아우터 로터(50)의 출력(즉, 회전력)이 직접 전달되는 것이므로, 동력 전달 효율 측면에서 가장 바람직한 구조이다.

또한, 제2실시예에서 인너 로터 지지체(46)의 내면에는 인너 로터 지지체(46)를 입력 인너 샤프트(30)에 연결하기 위한 금속 연결판(48)이 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성된다.

더욱이, 제2실시예에서 스테이터 지지체(200)에는 회전되는 인너 로터(40)를 보호하는 프로텍터(218)가 구비되어 있다. 프로텍터(218)는 외측 코어 고정부(212)에서 인너 로터(40)를 입력 인너 샤프트(30)에 고정시키기 위한 제2고정너트(36)가 노출되지 않을 정도로 축방향을 따라 연장 형성되는 것이 바람직하다.

제2실시예에 따른 세탁기 구동장치(150a)와 같이 프로텍터(218)를 구비하게 되면, 로터와 인접한 다른 부품 사이의 간섭을 방지할 수 있고 이에 따라 구동모터에 근접한 위치에 다른 부품을 설치할 수 있어 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.

상기한 제1 및 제2 실시예에 따른 세탁기 구동장치(150,150a)에서는 구동모터(140)의 인너 로터(40)의 출력이 입력 인너 샤프트(30)를 통하여 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 인가되고, 아우터 로터(50)의 출력이 입력 아우터 샤프트(30)를 통하거나 또는 직접 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 인가되는 구조이나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 도 12에 도시된 제3실시예와 같이 변경될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.

도 12를 참고하면, 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)는 제1 및 제2 회전동력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140b)와, 상기 제1 및 제2 회전동력을 전달받아 세탁기의 세탁 행정과 탈수 행정에 필요한 제1 및 제2 출력을 발생하는 유성기어장치(70)를 포함하고 있다.

제1 및 제2 실시예와 반대로 제3실시예에 따른 구동모터(140b)는 아우터 로터(50)의 출력(제1회전동력)이 입력 인너 샤프트(30)를 통하여 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 인가된 후, 유성기어(78)를 통과하면서 감속되어 제1출력으로서 출력 인너 샤프트(32)를 통하여 펄세이터(130)에 전달되고, 인너 로터(40)의 출력(제2회전동력)은 입력 아우터 샤프트(20)를 통하여 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 인가된 후 감속없이 제2출력으로서 출력 아우터 샤프트(22)를 통하여 세탁조(120)에 전달되는 구조를 제안하고 있다.

제3실시예에 따른 구동모터(140b)는 제2실시예와 유사하게 스테이터(60)를 지지하는 스테이터 지지체(200)가 외측 스테이터 지지체와 내측 스테이터 지지체로 구성되고, 내측 스테이터 지지체의 베어링 장착부에 제1베어링을 설치하여 입력 인너 샤프트(30)와 유성기어장치(70)를 회전 가능하게 지지하는 것도 가능하다.

제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)에서 제1 및 제2 실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)에서는 세탁조(120)와 인너 로터(40)가 유성기어장치(70)의 링기어(72)를 통하여 연결되고, 펄세이터(130)와 아우터 로터(50)가 유성기어장치(70)의 선기어(74)와 유성기어(78)를 통하여 연결되어 있다.

제1 및 제2 실시예에 따른 세탁기 구동장치(150,150a)는 인너 로터(40)의 회전력이 펄세이터(130)로 전달되고, 아우터 로터(50)의 회전력이 세탁조(120)로 전달되는 것이나, 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)에서는 아우터 로터(50)의 회전력이 펄세이터(130)로 전달되고, 인너 로터(40)의 회전력이 세탁조(120)로 전달된다는 점에서 차이가 있다.

제1 및 제2 실시예의 인너 및 아우터 로터 지지체(46,56)는 2단 절곡된 구조를 가지고 있으나, 제3실시예의 인너 및 아우터 로터 지지체(46a,56a)는 원형의 판 형상을 이룬다.

상기한 바와 같이, 아우터 로터(50)를 이용하여 최종적으로 저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해 아우터 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최대로 설정하고, 인너 로터(40)를 이용하여 최종적으로 고속, 저토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해 인너 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최소로 설정하는 것이 모터의 효율 측면에서 바람직하다.

제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)에서는 상기한 조건을 만족하기 위해서는 펄세이터 구동에 필요한 회전력을 인가하는 아우터 로터(50)를 구동하는 아우터 스테이터의 슬롯 수를, 세탁조 구동에 필요한 회전력을 인가하는 인너 로터(40)를 구동하는 인너 스테이터의 슬롯 수보다 더 많게 설정한 구동모터(140b,140c)를 적용할 수 있다.

상기 구동모터(140b,140c)는 도 8a 내지 도 9c에 도시된 구조를 적용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 제1 내지 제3 실시예에 따른 세탁기 구동장치(150,150a,150b)는 선택된 구동모터(140,140b,140c)에서 아우터 로터(50)와 인너 로터(40) 중 하나의 구동토크를 추가적으로 증가시키는 것이 요구될 때, 도 10a 내지 도 10d에 도시된 스테이터 코어(605a~605d) 중 어느 하나의 구조를 적용함에 의해 부족한 구동 토크를 보완할 수 있다.

이하에 본 발명에 따른 세탁기의 제어방법을 도 13 및 도 14를 참고하여 설명한다.

도 13은 본 발명에 따른 세탁기 제어장치의 블록 회로도이고, 도 14는 본 발명에 따른 전체적인 세탁기 제어방법을 나타낸 순서도이다.

도 13을 참고하면, 본 발명에 따른 세탁기 제어장치는 인너 스테이터 코어(621)에 권선된 제1코일(66)로 인가되는 제1구동신호를 발생하는 제1드라이버(530)와, 아우터 스테이터 코어(631)에 권선된 제2코일(68)로 인가되는 제2구동신호를 발생하는 제2드라이버(540)와, 상기 제1드라이버(530), 제2드라이버(540) 및 세탁기 전체를 제어하는 제어유닛(500)을 포함한다.

상기 제어유닛(500)은 상기와 같이 제1 및 제2 드라이버(530,540)에 대한 제어와 동시에 세탁기 전체를 제어하도록 시스템 제어부 역할을 하거나, 또는 세탁기 본체의 시스템 제어부로부터 사용자가 설정한 세탁코스에 따라 결정되는 세탁 제어신호를 수신한 후 이에 기초하여 제1 및 제2 드라이버(530,540)에 개별적인 제어신호를 인가하는 드라이버 전용의 제어장치로 구성할 수 있다. 상기 제어유닛(500)은 마이콤이나 마이크로프로세서와 같은 신호처리장치로 구성될 수 있으며, PWM 제어신호를 발생하기 위하여 PWM 제어부를 내장하거나 별도로 구비한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 구동모터(140)는 더블 로터-더블 스테이터로 구성된 쌍동력 구조의 BLDC 모터로 이루어진 것이고, 예를 들어, U, V, W 3상 구동방식으로 모터 제어가 이루어진다. 따라서, 스테이터(60)의 제1 및 제2 코일(66,68)도 각각 U, V, W 3상 코일로 구성된다.

본 발명의 스테이터(60)는 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 각각 구동하도록 제1코일(66)을 구비하는 아우터 스테이터와, 제2코일(68)을 구비하는 인너 스테이터를 포함하는 더블 스테이터를 형성한다.

그 결과, 인너 스테이터와, 인너 스테이터에 의해 회전이 이루어지는 인너 로터(40)는 인너 모터를 형성하고, 아우터 스테이터와, 아우터 스테이터에 의해 회전이 이루어지는 아우터 로터(50)는 아우터 모터를 형성하며, 상기 아우터 모터와 인너 모터는 각각 BLDC 방식으로 제어가 이루어지도록 모터 구조가 설계되고 제1 및 제2 드라이버(530,540)에서는 예를 들어, 6-스텝 방식의 구동 제어가 이루어진다.

상기 제1 및 제2 드라이버(530,540)는 각각 토템폴 구조로 접속된 3쌍의 스위칭 트랜지스터로 구성되는 인버터로 이루어지며, 각각의 인버터의 U, V, W 3상 출력은 제1 및 제2 코일(66,68)의 U, V, W 3상 코일로 인가된다.

제어유닛(500)은 각각 예를 들어, 홀 센서(Hall sensor)로 이루어진 제1 및 제2 로터위치 감지센서(510,520)로부터 검출된 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)의 회전위치에 기초하여 PWM 방식의 제어신호를 제1 및 제2 드라이버(530,540)로 인가하며, 제1 및 제2 드라이버(530,540)는 제어신호를 받아서 U, V, W 3상 출력을 제1 및 제2 코일(66,68)의 U, V, W 3상 코일로 인가하여 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 회전 구동한다.

제어유닛(500)은 메모리장치에 각종 세탁코스를 실행하기 위한 프로그램을 보유하고 있으며, 모든 세탁코스는 기본적으로 세탁행정, 헹굼행정, 탈수행정을 포함하고 있으며, 또한 각 행정에는 급수행정과 배수행정이 전후로 포함되어 있으며, 세탁코스에 따라 세탁행정, 헹굼행정, 탈수행정 중 적어도 하나를 다수회 반복하여 수행한다.

이와 같이, 구성되는 본 발명에 따른 세탁기의 작용을 도 14를 참고하여 다음에 설명한다.

도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 세탁기는 먼저 단계(S200)에서 세탁기의 전원이 턴 온된다.

이와 같은 상태에서 제어유닛(500)은 사용자의 선택에 따라 입력되는 세탁 제어신호를 통해 현재 세탁 또는 헹굼 행정을 수행하는 지의 여부를 판단한다(S202).

상기 판단 결과, 세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 경우에 상기 제어유닛(500)은 세탁 또는 헹굼 행정에 따라 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)의 인버터를 구동시킨다(S204).

그러면, 상기 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)가 3상 교류전력을 발생시키고, 발생시킨 3상 교류전력은 스테이터(60)의 제1코일(66) 및 제2코일(68)에 인가되어 선택적, 독립적으로 발생되어 인가됨에 따라 다양한 세탁 코스 중 어느 하나의 방법으로 구동되어 세탁이 이루어진다.

더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140)와 유성기어장치(70)를 이용한 세탁방법에 대하여는 이하에 상세하게 설명한다.

그 후, 상기 제어유닛(500)은 모든 로터를 정지시킨 상태에서 현재 탈수 행정을 수행하는지의 여부를 판단하거나 또는 상기 단계(S202)에서 세탁 행정 또는 헹굼 행정이 아닐 경우에 탈수 행정을 수행해야되는 지의 여부를 판단한다(S208).

상기 판단 결과 탈수 행정을 수행해야될 경우에 상기 제어유닛(500)은 아우터 로터(50)만을 구동하거나 또는 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 동일한 방향/동일한 RPM으로 회전할 수 있도록 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)를 제어하여 제1코일(66)과 제2코일(68)에 동일한 구동신호를 인가함에 의해 유성기어장치(70)를 통하여 세탁조(120)를 일방향으로 회전되게 하여 탈수 행정을 수행한다(S212).

그리고 상기 제어유닛(500)은 탈수 행정의 수행시간이 경과되었는 지의 여부를 판단하고(S214), 탈수 행정의 시간이 경과되었을 경우에 세탁물의 세탁 동작을 종료한다.

상기한 본 발명에 따른 세탁 또는 헹굼 행정을 부연설명하면, 다음과 같다.

세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 경우에 상기 제어유닛(500)은 세탁 또는 헹굼 행정에 따라 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)의 인버터를 구동시킨다.

그러면, 상기 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)가 3상 교류전력을 발생시키고, 발생된 3상 교류전력은 스테이터(60)의 제1코일(66) 및 제2코일(68)에 선택적, 독립적으로 인가된다. 이에 따라 스테이터(60)의 제1코일(66) 및 제2코일(68)에 의해 구동되는 인너 로터(40) 및 아우터 로터(50)의 출력은 각각 고속, 저토크 특성을 가지는 회전력을 제공한다.

먼저, 세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 때, 제1드라이버(530)로부터 인너 스테이터의 제1코일(66)로 3상 교류전력을 인가하면, 인너 로터(40)가 회전되고, 인너 로터(40)의 고속, 저토크 특성 출력은 인너 로터(40)와 연결된 입력 인너 샤프트(30)로 전달된다. 즉, 인너 로터(40)의 출력은 입력 인너 샤프트(30)를 통하여 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 제1RPM의 제1입력으로 인가된다.

이 경우, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(50)를 고정시키면 이와 연결된 입력 아우터 샤프트(20)가 고정되면서 이와 연결된 링기어(72)도 고정된다. 이에 따라, 인너 로터(40)로부터 제1RPM의 제1입력(즉, 고속, 저토크 특성 입력)이 선기어(74)에 입력되어 선기어(74)가 회전되면, 다수의 유성기어(78)는 자전하면서 링기어(72)의 내주부를 따른 공전이 이루어짐에 따라 유성기어(78)의 회전축(78a)과 연결된 캐리어(76)도 인너 로터(40)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전된다. 이 경우, 캐리어(76)의 회전속도는 선기어와 링기어의 기어 잇수에 따라 설정되는 변속비에 따라 감속이 이루어져서 캐리어(76)로부터 저속, 고토크 특성을 갖는 제2RPM의 제1출력이 발생한다.

유성기어장치(70)의 캐리어(76)는 출력 인너 샤프트(32)에 제1출력을 전달함에 따라 펄세이터(130)는 저속, 고토크 출력을 전달받아 세탁 또는 헹굼 행정이 고효율로 이루어지게 된다.

상기 제1RPM의 제1입력이 제2RPM의 제1출력으로 감속되면서 토크는 증대되어 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시킨다.

상기 링기어(72)를 고정할 때 유성기어장치(70)의 캐리어(78)로부터 얻어지는 변속비(즉, 감속비)는 하기 수학식 1과 같이 결정된다.

여기서, z_r은 링기어의 잇수이고, z_s는 선기어의 잇수이다.

제2드라이버(540)에 의해 아우터 로터(50)와 링기어(72)에 전자 브레이크를 인가하는 방법은 예를 들어, 제2드라이버(540)로부터 스테이터(60)의 제2코일(68)로 인가되는 3상 교류전력을 차단하거나 또는 제2코일(68)을 단락시켜서 아우터 로터(50)와 연결된 링기어(72)를 정지시키는 방법을 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 때, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(50)와 연결된 링기어(72)를 고정시키는 대신에 링기어(72)를 제어하여 캐리어(76)를 통하여 출력되는 유성기어장치(70)의 제1출력의 변속량(바람직하게는 감속량)을 제어할 수 있다.

즉, 아우터 로터(50)의 출력은 입력 아우터 샤프트(20)를 통하여 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 제2입력으로 인가된다. 링기어(72)에 인가되는 제2입력은 유성기어장치(70)의 제1출력의 감속량을 제어하기 위한 제어입력으로 사용될 수 있다.

이 경우, 제2입력이 제1입력의 회전방향과 반대방향이고, 제2입력의 제2RPM이 제1입력의 제1RPM의 1/2인 경우, 캐리어(76)를 통하여 출력되는 유성기어장치(70)의 제1출력은 제1입력과 회전방향이 반대이고 1/5로 감속된 RPM의 출력이 얻어진다. 예를 들어, 선기어 입력/캐리어 출력 구조의 유성기어장치에서 캐리어 출력의 변속비(즉, 감속비)가 예를 들어, 5:1로 설정된 경우, 제1입력 250RPM, 제2입력 (-)125RPM일 때, 캐리어 출력은 (-)50RPM이 얻어진다.

또한, 제2입력이 제1입력의 회전방향과 동일한 방향이고, 제2입력의 제2RPM이 제1입력의 제1RPM보다 작은 경우, 제1출력은 제1입력과 회전방향의 변경없이 전자 브레이크에 의해 제2입력의 제2RPM이 제로인 경우의 감속비(5:1) 보다 더 작은 감속비로 감속된 RPM의 출력이 얻어진다. 예를 들어, 제1입력 800RPM, 제2입력 200RPM일 때, 캐리어 출력은 320RPM이 얻어진다.

상기와 같이, 본 발명에서는 세탁 또는 헹굼 행정을 위해, 인너 로터(40)의 회전력을 동력원으로 이용하여 유성기어장치(70)로부터 감속된 제2RPM의 제1출력을 얻을 때, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(50)의 순방향 RPM을 제어하거나 아우터 로터(50)를 역회전 또는 정회전시키는 방법으로 제1출력의 RPM과 토크를 제어할 수 있다.

본 발명에서는 선기어 입력/캐리어 출력 구조의 유성기어장치(70)에서 캐리어(76) 출력의 변속비(즉, 감속비)가 5:1이면, 인너 로터(40)로부터 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 RPM이 1000RPM인 경우, 링기어(72)가 정지상태일 때 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM은 200RPM으로 얻어지고, 링기어(72)에 순방향으로 10RPM 회전력이 인가되면 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM은 약 208RPM이 얻어지며, 링기어(72)에 역방향으로 (-)10RPM 회전력이 인가되면 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM은 약 190RPM이 얻어진다.

상기와 같이, 링기어(72)를 고정시키지 않고 예를 들어, 10RPM 정도로 선기어(74)의 회전방향과 동일방향으로 최소 회전이 이루어지도록 하거나, 또는 링기어(72)를 선기어(74), 즉 인너 로터(40)의 회전방향과 반대방향으로 (-) 10RPM 정도로 역회전이 이루어지도록 아우터 로터(50)를 역방향으로 구동함에 의해 캐리어(76)를 통하여 출력되는 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM을 증가시키거나 감소시킴에 의해 감속량을 미세하게 제어할 수 있다.

즉, 인너 로터(40)로부터 제1RPM의 제1입력이 선기어(74)에 입력될 때, 전자 브레이크를 간헐적으로 해제함에 의해 링기어(72)를 완전히 고정시키지 않고 선기어(74)의 회전방향과 동일방향으로 링기어(72)의 회전이 이루어지도록 하면 캐리어(76)를 통한 유성기어장치(70)의 제1출력은 링기어(72)를 완전히 고정시킨 경우의 제2RPM 보다 RPM이 증가하게 되고, 상기와 반대로 링기어(72)를 선기어(74)의 회전방향과 반대방향으로 역회전이 이루어지도록 하면 캐리어(76)를 통한 유성기어장치(70)의 제1출력은 제2RPM 보다 RPM이 감소하게 된다.

본 발명에서는 세탁 또는 헹굼 행정을 수행하기 위하여 선기어(74)에 입력되는 제1RPM의 제1입력을 감속시킴에 의해 토크를 증대시키고자할 때, 제어입력으로 링기어(72)에 인가되는 제2입력의 제2RPM은 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 제1RPM보다 작게 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 링기어(72)에 인가되는 제2입력은 선기어(74)에 입력되는 제1입력과 동일방향 또는 반대방향일 수 있다.

이 경우, 링기어(72)에 인가되는 제2입력이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 반대방향으로 회전되고, 링기어(72)에 인가되는 제2입력의 제2RPM이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 제1RPM의 1/4인 경우, 캐리어 출력은 제로(0)RPM, 즉 가장 큰 감속이 이루어지게 된다.

예를 들어, 제1입력 800RPM, 제2입력 (-)200RPM일 때, 캐리어 출력은 0RPM이 얻어진다.

또한, 링기어(72)에 인가되는 제2입력이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 반대방향으로 회전되고, 링기어(72)에 인가되는 제2입력의 제2RPM이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 제1RPM의 1/4보다 작게 설정되는 경우 캐리어 출력은 선기어(74)에 입력되는 제1입력과 동일방향으로 회전되면서 링기어(72)가 고정상태일 때보다 더 큰 감속된 출력을 얻을 수 있게 된다.

예를 들어, 제1입력 600RPM, 제2입력 (-)87RPM일 때, 캐리어 출력은 50.4RPM이 얻어진다.

더욱이, 링기어(72)에 인가되는 제2입력이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 반대방향으로 회전되고, 링기어(72)에 인가되는 제2입력의 제2RPM이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 제1RPM의 1/4보다 크고 1/2보다 작게 설정되는 경우, 캐리어 출력은 선기어(74)에 입력되는 제1입력과 반대방향으로 회전되면서 링기어(72)가 고정상태일 때보다 더 큰 감속된 출력을 얻을 수 있게 된다.

예를 들어, 제1입력 1200RPM, 제2입력 (-)400RPM일 때, 캐리어 출력은 (-)80RPM이 얻어진다.

한편, 탈수 행정을 수행할 때, 유성기어장치(70)는 링기어(72)로 고속, 저토크 특성의 입력을 받아서 감속(토크 변환) 없이 캐리어(78)를 통하여 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력을 발생한다.

이 경우, 유성기어장치(70)가 고속, 저토크 특성의 입력을 받아서 감속(토크 변환) 없이 출력하기 위해서는 선기어(74)를 비고정 상태, 즉 자유회전이 가능한 상태로 설정하거나 선기어(74)를 링기어(72)와 동일 방향, 동일 RPM으로 회전하도록 설정하는 것이 필요하다.

이에 따라 제2드라이버(540)로부터 아우터 스테이터의 제2코일(68)로 구동신호를 인가하여, 아우터 로터(50)(즉, 링기어(72))를 고속, 저토크 특성의 1000RPM으로 순방향으로 회전시키고, 제1코일(66)에는 구동신호를 인가하지 않아 인너 로터(40)가 자유회전되거나, 인너 로터(40)를 아우터 로터(50)와 동일하게 1000RPM으로 순방향으로 회전 구동한다.

그 결과, 유성기어장치(70)의 링기어(72)에만 고속, 저토크 특성의 회전력이 전달되거나 링기어(72)와 선기어(74)에 동일하게 고속, 저토크 특성의 제1입력의 회전력이 전달되면, 제1 내지 제4 슬리브 베어링(80,82,84,86)과 제1 및 제2 베어링(26,28)에 회전 가능하게 지지된 링기어(72) 또는 유성기어장치(70) 전체가 감속없이 1000RPM으로 회전하게 된다.

따라서, 링기어(72)의 고속, 저토크 특성의 회전력은 출력 아우터 샤프트(22)를 통하여 세탁조(120)에 전달되어 탈수 행정이 이루어지거나, 유성기어장치(70) 전체의 회전에 따라 고속, 저토크 특성의 회전력이 출력 아우터 샤프트(22)와 출력 인너 샤프트(32)를 통하여 세탁조(120)와 펄세이터(130)에 전달되어 탈수 행정이 이루어진다.

그 결과, 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)의 고속, 저토크 특성의 제1입력이 유성기어장치(70)에서 감속(토크 변환) 없이 세탁조(120)와 펄세이터(130)에 전달되어 탈수 행정이 이루어짐에 따라 탈수 행정이 고효율로 이루어지게 된다.

본 발명에 따른 유성기어장치의 작용을 정리하면 다음과 같다.

우선, 링기어에 인가되는 입력이 선기어 입력과 반대방향이고, 링기어의 RPM이 선기어 RPM보다 더 높게 증가함에 따라, 캐리어 출력은 링기어 입력과 동일한 방향이고 링기어의 RPM에 종속되면서 링기어의 RPM에 비례하여 선기어 RPM보다 증속된 RPM이 얻어지고, 링기어 RPM이 선기어 RPM보다 작은 경우 캐리어 RPM은 링기어 입력과 동일한 방향이고 링기어의 RPM에 비례하여 선기어 RPM보다 감속된 RPM이 얻어진다.

또한, 링기어에 인가되는 입력이 선기어 입력과 동일한 방향이고, 링기어의 RPM이 선기어 RPM보다 더 높게 증가함에 따라, 캐리어 출력은 링기어 입력과 동일한 방향이고 링기어의 RPM에 종속되면서 링기어의 RPM에 비례하여 선기어 RPM보다 증속된 RPM이 얻어지고, 링기어 RPM이 선기어 RPM보다 작은 경우 캐리어 RPM은 링기어 입력과 동일한 방향이고 링기어 RPM보다 크고 선기어 RPM에서 감속되어 선기어 RPM보다 작은 RPM이 얻어진다.

한편, 본 발명에서는 유성기어장치(70)가 양방향 회전이 가능한 제1 및 제2 베어링(26,28)에 의해 지지되어 있기 때문에 펄세이터(130) 및 세탁조(120)의 회전방향과 회전속도를 다양하게 제어할 수 있고 다양한 세탁 수류를 형성할 수 있다.

본 발명에서는 유성기어장치(70)가 구속된 상태에 있지 않기 때문에 세탁조(120) 내부에 일정량 이상의 세탁물이 투입된 경우 펄세이터(130)에 부하가 걸리게 되고, 펄세이터(130)와 연결된 캐리어(76)가 브레이크 장치로 작용하게 된다. 그러면, 인너 로터(40)의 회전력이 선기어(74)로 입력될 때 회전력이 링기어(72)로 출력되어 링기어(72)와 연결된 세탁조(120) 및 아우터 로터(50)가 인너 로터(40)의 회전방향과 반대인 역방향, 즉 반시계 방향(CCW)으로 회전하게 된다.

그러나, 세탁조(120) 내부에 세탁물이 없거나 세탁물이 설정치 이하로 적을 경우(펄세이터(130)에 부하가 없거나 부하가 적을 경우), 유성기어장치(70)의 링기어(72)가 입력 및 출력 아우터 샤프트(20,22) 및 세탁조(120)에 연결된 상태이므로 브레이크 작용을 하게 되고, 이에 따라 인너 로터(40)의 회전력이 선기어(74)로 입력되고 캐리어(76)로 출력된다. 따라서, 캐리어(76)에 연결된 펄세이터(130)가 감속된 속도로 회전된다.

즉, 세탁조(120) 내부에 세탁물이 없거나 세탁물이 설정치 이하로 적을 경우 인너 로터(40)의 회전력이 펄세이터(130)로 전달되어 펄세이터(130)가 회전된다.

이와 같이, 펄세이터(130)만 회전 구동하면 수직 상승 및 하강 회전 수류를 형성시킬 수 있고, 주로 일반적인 세탁 행정에서 사용되고 있다.

전자동 세탁기의 세탁에 있어서는 펄세이터(130)가 회전할 때 세탁조(120)가 고정 또는 역회전되어야 상승 및 하강 수류가 생성되어 세탁의 효율을 극대화시킬 수 있다. 그러나, 본 발명은 유성기어장치(70)에 대하여 클러치와 같은 구속물이 없는 구조로서 세탁조(120)가 구동모터의 아우터 로터(50)에 취부된다면 세탁조(120)는 펄세이터(130)의 회전에 편승하여 회전하게 된다. 그러나 이러한 세탁조(120)의 편승 회전은 상승 및 하강 수류를 방해하는 와류를 형성하게 되어 일측면만 세탁이 이루어지게 되므로 세탁의 효율을 떨어트린다.

상기한 실시예 설명에서는 구동모터(140)를 채용한 제1 및 제2 실시예에 따른 세탁기 구동장치(150,150a)를 이용하는 세탁방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 구동모터(140b,140c)를 채용한 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)를 이용하는 세탁방법에 대하여도 같은 방식으로 적용될 수 있다.

또한, 상기한 실시예 설명에서는 세탁기 구동장치(150,150a)가 유성기어장치(70)를 구비하고 인너 로터(40)의 출력을 감속하여 펄세이터(130)에 전달하는 구조를 채용하고 있으나, 상기한 본 발명의 세탁 수류 형성방법은 대부분 세탁기 구동장치(150,150a)에서 유성기어장치(70)를 배제한 구조에도 동일하게 적용될 수 있다.

상기한 실시예 설명에서는 한쌍의 출력을 발생하는 쌍동력원으로, 레이디얼 갭형의 더블 로터-더블 스테이터 구조의 BLDC 모터를 구동모터로 사용하고 있으나, 액시얼 갭형 더블 로터-더블 스테이터 구조의 BLDC 모터를 구동모터로 사용할 수 있으며, 한쌍의 출력을 발생하는 동력원이라면 다른 구조, 다른 방식의 어떤 구동모터도 사용할 수 있다. 쌍동력 구동모터는 레이디얼 갭형과 액시얼 갭형의 조합, BLDC 방식과 인덕션 방식의 조합 등이 적용될 수 있다.

또한, 상기한 실시예 설명에서는 세탁기 구동장치가 구동모터에서 발생된 한쌍의 동력 중 하나의 동력을 토크 변환(감속)을 위해 선기어 입력-캐리어 출력 구조의 유성기어장치를 사용하면서 링기어에 인가되는 제어 입력에 따라 캐리어 출력의 감속량을 결정하는 변속 시스템을 이용하는 것이나, 구동모터로부터 인가되는 입력을 감속시킬 수 있는 것이라면 어떤 구조의 유성기어장치도 사용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 세탁기 구동장치는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140,140b,140c)로부터 발생된 고속, 저토크 특성의 쌍동력 출력을, 유성기어장치(70)를 통과시키면서 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키는 제1출력과, 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력으로 변환하여 펄세이터(130) 및 세탁조(120)에 인가함에 의해 세탁 행정 및 헹굼 행정과 탈수 행정을 높은 효율로 실행할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

본 발명은 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 서로 다른 특성의 구동력을 고효율로 제공할 수 있고, 다양한 세탁 수류를 형성할 수 있는 세탁기 구동장치 및 그의 제어, 특히 전자동 세탁기에 적용된다.

10: 베어링 하우징 12: 베어링 장착부
14: 시일 장착부 16: 연결부
18: 평판부 20: 입력 아우터 샤프트
22: 출력 아우터 샤프트 26; 제1베어링
28: 제2베어링 30: 입력 인너 샤프트
32: 출력 인너 샤프트 34: 제1고정너트
36; 제2고정너트 40: 인너 로터
42: 제1마그넷 44; 제1백요크
46,46a: 인너 로터 지지체 48: 금속 연결판
50: 아우터 로터 52: 제2마그넷
54: 제2백요크 56,56a: 아우터 로터 지지체
60: 스테이터 61: 스테이터 코어 조립체
62: 스테이터 코어 64: 보빈
66: 제1코일 68: 제2코일
70: 유성기어장치 72: 링기어
74: 선기어 76: 캐리어
78: 유성기어 78a: 회전축
80,82,84,86: 슬리브 베어링 110: 외조
120: 세탁조 130: 펄세이터
140-140b: 구동모터 150-150b: 세탁기 구동장치
200,270: 스테이터 지지체 210: 외측 스테이터 지지체
211: 내측 스테이터 지지체 216: 외조 고정부
217: 베어링 장착부 218: 프로텍터
312:제1티스부 310: 제2티스부
320,322,512,614: 결합부 500: 제어유닛
510: 제1 로터위치 감지센서 520: 제2 로터위치 감지센서
530: 제1드라이버 540: 제2드라이버
600,605a-606d: 스테이터 코어 601: 부분 분할형 분할코어
607: 일체형 코어부 608: 추가적층코어부
610-610b: 백요크 616: 결합돌기
618: 결합홈 620: 아우터 스테이터 티스
621: 아우터 스테이터 코어 630: 인너 스테이터 티스
631: 인너 스테이터 코어

Claims (20)

1. 더블 스테이터에 의해 독립적으로 제어 가능한 인너 로터와 아우터 로터를 구비하고, 선택적으로 인너 로터 출력과 아우터 로터 출력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터;
   상기 인너 로터 출력 또는 아우터 로터 출력을 제1입력으로 전달하는 입력 인너 샤프트;
   상기 입력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 아우터 로터 출력을 제2입력으로 전달하는 입력 아우터 샤프트; 및
   상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 제1입력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력의 변속비가 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 제2입력에 의해 제어되는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 캐리어로부터 발생된 출력을 펄세이터에 전달하는 출력 인너 샤프트;
   상기 링기어로부터 발생된 출력을 세탁조에 전달하는 출력 아우터 샤프트; 및
   상기 입력 아우터 샤프트와 출력 아우터 샤프트에 각각 설치되어 상기 유성기어장치를 양방향으로 회전가능하게 지지하는 제1 및 제2 베어링을 더 포함하며,
   상기 제1베어링은 스테이터로부터 내측으로 연장된 스테이터 지지체에 설치되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 링기어에 인가되는 제2입력의 RPM은 선기어에 인가되는 제1입력의 RPM보다 작게 설정되고, 상기 캐리어의 출력은 제1입력의 RPM에서 감속이 발생하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1입력은 고속, 저토크 특성을 가지며,
   상기 캐리어 출력은 저속, 고토크 특성을 가지며, 상기 세탁기의 세탁 또는 헹굼 행정에 이용되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제2입력의 회전방향이 제1입력의 반대방향이고, 상기 제2입력의 RPM이 제1입력의 1/4일 때, 상기 캐리어로부터 제1입력의 RPM에서 최대로 감속된 출력이 발생하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1입력과 제2입력의 회전방향과 RPM이 동일한 경우 상기 링기어의 출력은 변속이 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 입력은 각각 고속, 저토크 특성을 가지며,
   상기 링기어 출력은 고속, 저토크 특성을 가지며, 상기 세탁기의 탈수 행정에 이용되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 더블 스테이터는 환형 백요크의 외측 및 내측에 다수의 아우터 티스와 다수의 인너 티스가 연장 형성된 스테이터 코어를 구비하며,
   상기 스테이터 코어는 상기 아우터 티스의 슬롯 수와 인너 티스의 슬롯 수가 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 아우터 티스의 슬롯 수는 인너 티스의 슬롯 수보다 더 많게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 더블 스테이터는
    펄세이터를 구동하기 위해 아우터 로터를 구동하는 아우터 스테이터; 및
    세탁조를 구동하기 위해 인너 로터를 구동하는 인너 스테이터를 포함하며,
    상기 아우터 스테이터에 구비된 아우터 스테이터 코어의 슬롯 수는, 상기 인너 스테이터에 구비된 인너 스테이터 코어의 슬롯 수보다 더 많게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 아우터 스테이터 코어는 환형의 제1백요크로부터 다수의 아우터 스테이터 티스가 연장되어 있고, 상기 인너 스테이터 코어는 환형의 제2백요크로부터 다수의 인너 스테이터 티스가 연장되어 있으며,
    상기 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어는 제1 및 제2 백요크가 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 더블 스테이터는 상호 환형으로 결합되는 다수의 부분 분할형 분할코어를 포함하며,
    상기 다수의 부분 분할형 분할코어는 각각 상기 아우터 티스의 슬롯 수와 인너 티스의 슬롯 수가 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 더블 스테이터는 인너 스테이터와 아우터 스테이터를 포함하며, 부족한 토크를 보완하기 위해 인너 스테이터 코어와 아우터 스테이터 코어 중 어느 하나의 박판 적층수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 유성기어장치는
    일측이 상기 입력 아우터 샤프트에 연결되는 링기어;
    상기 입력 인너 샤프트에 일체로 연결되는 선기어;
    상기 선기어의 외면 및 링기어의 내면에 기어 물림되어 자전 및 공전이 이루어지는 다수의 유성기어; 및
    일단부에 상기 유성기어가 회전 가능하게 지지되고 공전되는 유성기어와 함께 회전되어 변속 출력이 발생되는 캐리어를 포함하며,
    상기 캐리어로부터 변속된 출력은 출력 인너 샤프트를 통하여 펄세이터에 전달되고, 상기 링기어로부터 변속되지 않은 출력이 출력 아우터 샤프트를 통하여 세탁조에 전달되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어는 전자 브레이크에 의해 고정상태로 설정되거나, 상기 링기어에 제1입력의 회전방향과 동일방향 또는 반대방향의 회전력을 인가함에 의해 상기 감속된 출력의 RPM과 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
16. 제1 및 제2 회전 출력을 독립적으로 발생하는 제1 및 제2 모터를 구비하는 구동모터;
    상기 제1회전 출력을 전달하는 입력 인너 샤프트;
    상기 입력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 제2회전 출력을 전달하는 입력 아우터 샤프트;
    상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 제1회전 출력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력의 변속비가 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 제2회전 출력에 의해 제어되는 변속장치;
    상기 캐리어로부터 발생된 변속된 출력을 전달하는 출력 인너 샤프트;
    상기 출력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 링기어로부터 발생된 출력을 전달하는 출력 아우터 샤프트;
    상기 출력 아우터 샤프트에 연결되는 세탁조; 및
    상기 출력 인너 샤프트에 연결되는 펄세이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
17. 제16항에 있어서,
    상기 링기어에 인가되는 제2회전 출력의 RPM은 선기어에 인가되는 제1회전 출력의 RPM보다 작게 설정되고, 상기 캐리어의 출력은 제1회전 출력의 RPM에서 감속이 발생하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 캐리어의 출력은 세탁 또는 헹굼 행정에 이용되는 것을 특징으로 하는 세탁기.
19. 제17항에 있어서,
    상기 캐리어로부터 감속된 출력을 얻을 때, 전자 브레이크에 의해 제2모터의 순방향 RPM을 제어하거나 제2모터를 역회전 또는 정회전시키는 방법으로 감속된 출력의 RPM과 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
20. 제16항에 있어서,
    상기 세탁기는 탈수 행정시에 상기 제1 및 제2 회전 출력의 회전방향과 RPM을 동일하게 설정하거나, 제2회전 출력의 RPM을 제1회전 출력의 RPM보다 더 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 세탁기.

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