KR20170096381A - 모터의 회생 에너지 제어 장치 및 방법 - Google Patents

모터의 회생 에너지 제어 장치 및 방법 Download PDF

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김성우
조석희
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Abstract

모터의 회생 에너지 제어 장치는, 전기 에너지를 회전력으로 변환하는 모터, 외부로부터 전력을 공급받아 모터를 구동하기 위한 직류전류를 출력하는 직류 출력단, 직류 출력단에 연결되며 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터의 동작을 제어하는 인버터, 직류 출력단과 인버터 사이에 병렬 연결되는 바이패스 라인에 구비되며 모터 제동 시 모터의 관성에 의해 발생하는 에너지를 저장하기 위한 배터리, 바이패스 라인을 선택적으로 개폐하는 스위치, 및 스위치를 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)시키기 위한 제어신호를 출력하는 바이패스 제어부를 포함한다.

Description

모터의 회생 에너지 제어 장치 및 방법{CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR REGENERATIVE ENERGY OF MOTOR}
본 발명은 모터의 회생 에너지 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 모터 제동 시 발생하는 회생 에너지를 바이패스 시켜 회로 내부의 전압 상승을 방지하고, 상기 바이패스 시킨 회생 에너지를 보조 전력으로 사용할 수 있는 회생 에너지 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
가전제품에 사용되는 BLDC(Brush-Less Direct Current) 모터는 코일 내부에 영구자석이 회전 가능하게 배치된 구조를 가진다. 이에 따라, 코일에 전류를 흘려주면 코일 내부의 자기장 변화로 인하여 영구자석이 회전하게 되어, 전기 에너지를 기계적인 에너지로 변환할 수 있다.
그런데, 코일에 공급되던 전력이 차단되면 상기 모터는 발전기로서 기능하게 된다. 즉, 전력 공급 중단 이후에도 관성에 의해 영구자석은 계속 회전하게 되는데, 영구자석의 회전에 의해 코일에는 유도전류가 발생하고, 코일에 전류가 공급되는 방향과 반대 방향으로 전류가 흐르게 된다. 이로 인해 회로 내부의 전압이 상승하고, 회로에 포함된 소자들이 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 소위 발전 제동을 실시할 수 있다. 상기 발전 제동은 유도전류 발생 시 모터를 전원에서 차단하고, 회로에 별도의 저항을 연결하여 모터에서 생산된 전력을 열 에너지의 형태로 소모시키는 제동 방식이다. 그러나, 상기 발전 제동은 에너지를 불필요하게 낭비하는 것으로서 가전제품의 에너지 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.
본 발명의 일 과제는, 모터 제동 시 발생하는 회생 에너지를 바이패스 시켜 회로를 구성하는 소자들의 파손을 방지할 수 있는 모터의 회생 에너지 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 과제는, 바이패스 시킨 회생 에너지를 보조 전력으로 이용함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 모터의 회생 에너지 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 모터의 회생 에너지 제어 장치는, 전기 에너지를 회전력으로 변환하는 모터, 외부로부터 전력을 공급받아 상기 모터를 구동하기 위한 직류전류를 출력하는 직류 출력단, 상기 직류 출력단에 연결되며 상기 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터의 동작을 제어하는 인버터, 상기 직류 출력단과 상기 인버터 사이에 병렬 연결되는 바이패스 라인에 구비되며 상기 모터 제동 시 상기 모터의 관성에 의해 발생하는 에너지를 저장하기 위한 배터리, 상기 바이패스 라인을 선택적으로 개폐하는 스위치, 및 상기 스위치를 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)시키기 위한 제어신호를 출력하는 바이패스 제어부를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 모터는 BLDC(Brush-Less Direct Current) 모터일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 직류 출력단은, 교류전류를 공급하는 전원, 상기 교류전류를 정류하여 맥동전류로 변환하는 정류부, 및 상기 맥동전류를 평활하여 직류전류를 출력하는 평활부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 정류부는 복수개의 다이오드들을 포함하는 브리지 정류기일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 인버터는 3상 교류전류를 발생시키기 위한 복수개의 스위칭 소자들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 스위칭 소자는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 바이패스 제어부는, 상기 직류 출력단에 형성되는 전압을 검출하는 전압센서, 및 상기 스위치로 제어신호를 출력하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 바이패스 제어부는, 상기 전압센서로부터 검출된 상기 직류 출력단의 전압이 기설정된 크기 이상인 경우 상기 스위치를 턴-온(turn-on)시키기 위한 제어신호를 출력할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 모터의 회생 에너지 제어 장치는 상기 바이패스 라인에 구비되며 상기 모터의 관성에 의해 발생한 에너지의 전압레벨을 조절하여 상기 배터리로 공급하기 위한 레귤레이터를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 모터의 회생 에너지 제어 장치는 상기 배터리에 저장된 에너지를 공급받는 전력소비부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전력소비부는 상기 인버터로 제어신호를 출력하여 상기 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부, 및 상기 바이패스 제어부를 포함할 수 있다.
전기 에너지를 회전력으로 변환하는 모터, 외부로부터 전력을 공급받아 상기 모터를 구동하기 위한 직류전류를 출력하는 직류 출력단, 상기 직류 출력단에 연결되며 상기 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터의 동작을 제어하는 인버터, 상기 직류 출력단과 상기 인버터 사이에 병렬 연결되는 바이패스 라인에 구비되며 상기 모터 제동 시 상기 모터의 관성에 의해 발생하는 에너지를 저장하기 위한 배터리, 및 상기 바이패스 라인을 선택적으로 개폐하는 스위치를 포함하는 모터의 회생 에너지 제어 방법은, 상기 직류 출력단의 전압을 모니터링 한다. 상기 직류 출력단의 전압이 기설정된 전압 이상인 경우, 상기 모터의 관성에 의해 발생한 에너지를 상기 바이패스 라인으로 바이패스 시킨다. 그리고, 상기 바이패스된 에너지를 이용하여 상기 배터리를 충전한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 직류 출력단의 전압을 모니터링 하는 단계는 전압센서를 이용하여 상기 직류 출력단에 형성되는 전압을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 모터의 관성에 의해 발생한 에너지를 바이패스 시키는 단계는, 상기 전압센서로부터 상기 직류 출력단의 전압정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 전압을 기설정된 전압과 비교하는 단계, 및 상기 수신된 전압의 크기가 상기 기설정된 전압의 크기보다 큰 경우 상기 스위치를 턴-온(turn-on) 시키기 위한 제어신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 배터리를 충전하는 단계는 상기 바이패스된 에너지의 전압레벨을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 모터의 회생 에너지 제어 방법은, 상기 인버터로 제어신호를 출력하여 상기 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부, 또는 상기 스위치의 온오프를 제어하는 바이패스 제어부로 상기 배터리에 충전된 전력을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 회생 에너지 제어 장치는 모터 제동 시 발생하는 회생 에너지를 선택적으로 바이패스 시킴으로써 회로를 구성하는 소자들이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 바이패스 시킨 회생 에너지를 배터리에 충전하고, 충전된 에너지를 보조 전력으로 이용함으로써 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 가전제품을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 가전제품을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회생 에너지 제어 장치를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 3의 회생 에너지 제어 장치를 이용하여 의류처리장치를 제어하는 방법의 단계들을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 한편, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것일 뿐 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 가전제품을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 가전제품을 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 직교좌표계에서, x축의 양의 방향 및 음의 방향을 각각 가전제품의 전방 및 후방으로 정의하고, z축의 양의 방향 및 음의 방향을 각각 가전제품의 상방 및 하방으로 정의하기로 한다. 또한, y축의 양의 방향은 가전제품의 우방으로 정의하고, y축의 음의 방향은 가전제품의 좌방으로 정의하기로 한다.
상기 가전제품은 가정에서 사용자의 편의를 증대시키기 위하여 사용되며 전기로 구동되는 장치들을 의미한다. 예를 들면, 상기 가전제품은 의류처리장치, 식기세척기, 냉장고 등을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에는 가전제품의 예로서 의류처리장치(100)가 도시되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 모터가 구비된 다양한 가전제품에 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 의류처리장치(100)에 한정하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 의류처리장치(100)는 캐비닛(10), 캐비닛(10) 내부에 구비되어 세탁수를 저장하는 터브(20), 터브(20) 내부에 회전 가능하게 구비되어 의류를 수용하는 드럼(30), 드럼(30)을 회전시키는 모터(40), 터브(20) 내부로 세탁수를 공급하기 위한 급수관(70), 및 터브(20)의 세탁수를 외부로 배출하기 위한 배수관(72)을 포함한다.
캐비닛(10)은 의류처리장치(100)의 외관을 형성하며, 의류가 출입 가능한 투입구(12) 및 투입구(12)를 개폐하는 도어(13)를 포함할 수 있다. 도어(13)는 캐비닛(10) 전면에 회전 가능하게 연결되며, 도어(13)의 회전에 따라 투입구(12)가 개폐될 수 있다.
한편, 도 1에서는 투입구(12) 및 도어(13)가 캐비닛(10)의 전면에 형성되는 의류처리장치가 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 투입구(12) 및 도어(13)가 캐비닛(10)의 상부면에 형성될 수도 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 투입구(12) 및 도어(13)가 캐비닛(10)의 전면에 형성된 경우에 대해서만 설명하기로 한다.
캐비닛(10)의 전면에는 세제박스(14) 및 컨트롤 패널(16)이 더 구비될 수 있다. 세제박스(14) 및 컨트롤 패널(16)은 투입구(12)보다 상부에 배치될 수 있다.
세제박스(14)는 전방으로 인출 가능하게 구비되며, 내부에 가루세제 또는 액체세제를 저장할 수 있다. 예를 들면, 상기 세제박스는 드로워 타입일 수 있다
컨트롤 패널(16)은 세제박스(14) 일측에 구비될 수 있다. 컨트롤 패널(16)은 사용자로부터 세탁코스 및 세탁에 관련된 옵션 정보를 입력받기 위한 입력부(18) 및, 상기 입력된 정보들 및 세탁 진행상황을 표시하기 위한 디스플레이부(17)를 포함할 수 있다. 입력부(18)는 버튼 타입 또는 로터리 놉 타입일 수 있다.
한편, 컨트롤 패널(16)은 의류처리장치(100)를 제어하기 위한 마이콤(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 상기 마이콤은 외부 전원으로부터 전력을 공급받고, 의류처리장치(100)의 전장부품들을 제어할 수 있다. 이 때, 상기 전장부품들은 상기 마이콤에 병렬로 연결되므로, 각 전장부품들은 서로 독립적으로 동작할 수 있다. 상기 마이콤은 후술하는 바이패스 제어부(270) 및 모터 제어부(47)를 포함할 수 있다.
터브(20)는 캐비닛(10) 내부에 구비되며, 세탁수가 저장되는 공간을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 터브는 원통 형상을 가질 수 있다. 터브(20)는 급수관(70)을 통해 외부로부터 물을 공급받을 수 있고, 배수관(72)을 통해 외부로 물을 배출할 수 있다. 이때, 급수를 위한 급수밸브 및 배수를 위한 배수펌프는 상기 마이콤에 의해 제어될 수 있다.
터브(20)는 의류의 인출입이 가능한 터브 투입구(21) 및 터브(20)를 캐비닛(10) 내부에 고정하는 터브 지지부(23)를 포함할 수 있다. 터브 투입구(21)는 투입구(12)에 연통할 수 있다. 터브 지지부(23)는 터브(20) 하방에 구비되며, 터브(20)에서 발생하는 진동을 감쇠시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 터브 지지부는 댐퍼, 스프링 등을 포함할 수 있다.
드럼(30)은 터브(20) 내부에 회전 가능하게 구비되며, 의류의 인출입이 가능한 드럼 투입구(31)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 드럼은 원통 형상을 가질 수 있다. 드럼 투입구(31)는 투입구(12) 및 터브 투입구(21)에 연통할 수 있다. 따라서, 의류는 투입구(12), 터브 투입구(21) 및 드럼 투입구(31)를 순차적으로 거쳐 드럼(30) 내부로 인입될 수 있다.
한편, 캐비닛(10)의 투입구(12)와 터브(20)의 터브 투입구(21) 사이에는 가스켓(19)이 더 구비될 수 있다. 가스켓(19)은 터브(20) 내부의 세탁수가 캐비닛(10)으로 누출되는 것을 방지하고, 터브(20)에서 발생된 진동이 캐비닛(10)으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 상기 가스켓은 탄성부재로 형성될 수 있다.
드럼(30)의 내주면에는 터브(20)에 연통하는 복수개의 관통홀들(33)이 형성될 수 있다. 터브(20) 내부에 수용된 세탁수는 관통홀들(33)을 통해 드럼(30) 내부로 공급될 수 있고, 드럼(30) 내부의 세탁수는 관통홀들(33)을 통해 터브(20)로 배출될 수 있다.
의류처리장치(100)는 드럼(30)에 발생된 진동을 감쇠시키기 위한 밸런서들(51, 53)을 더 포함할 수 있다. 밸런서들(51, 53)은 드럼(30) 내부에서 의류가 일측으로 편중되어 발생하는 드럼(30)의 편심을 제거할 수 있다. 즉, 밸런서들(51, 53)은 상기 마이콤의 제어에 따라 특정한 위치로 이동함으로써 드럼(30)의 언밸런스를 감쇠시킬 수 있다.
이 때, 상기 밸런서는 드럼(30)의 전방 및 후방에 각각 구비되거나, 또는 드럼(30)의 전방 또는 후방 중 어느 한 곳에만 구비될 수도 있다. 예를 들면, 상기 밸런서는 드럼(30)의 전방 및 후방에 각각 구비되는 전방 밸런서(51) 및 후방 밸런서(53)를 포함할 수 있다. 밸런서들(51, 53)은 볼 밸런서, 액체 밸런서 등일 수 있다.
모터(40)는 터브(20) 외부에 구비되며, 터브(20)의 배면을 관통하여 드럼(30)에 연결될 수 있다. 모터(40)는 터브(20)의 배면에 고정되며 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환할 수 있다. 즉, 외부로부터 전류를 공급받아 드럼(30)을 회전시킬 수 있다.
모터(40)는 자계(magnetic field)를 생성하는 스테이터(41), 스테이터(41) 내부에서 상기 자계에 의해 회전하는 로터(43), 및 터브(20)의 배면을 관통하여 드럼(30)과 로터(43)를 연결하는 회전축(45)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 모터는 BLDC(Brush-Less Direct Current) 모터일 수 있다. 이 경우, 스테이터(41)는 코일로 구성되며 로터(43)는 영구자석일 수 있다. 한편, 터브(20)의 바닥면에는 회전축(45)을 회전 가능하게 지지하는 회전축 베어링(25)이 더 구비될 수 있다.
모터(40)의 동작에 대해서는 도 3을 참조로 보다 자세하게 설명하고자 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회생 에너지 제어 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 회생 에너지 제어 장치는, 교류전류를 공급하는 전원(200), 상기 교류를 정류하여 맥동전류로 변환하는 정류부(210), 상기 맥동전류를 평활하여 직류전류를 출력하는 평활부(220), 상기 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터(40)의 동작을 제어하는 인버터(230), 평활부(220)와 병렬로 연결되어 모터(40)에서 발생하는 회생 에너지를 저장하는 배터리(250), 모터(40) 정지 시 발생하는 에너지를 선택적으로 바이패스 시켜 배터리(250)로 공급하는 스위치(260), 및 스위치(260)의 개폐를 제어하는 바이패스 제어부(270)를 포함할 수 있다.
전원(200)은 의류처리장치(100)로 교류전류를 공급하는 상용 전원일 수 있다. 예를 들면, 상기 전원은 220V 전압의 60Hz 교류전류를 의류처리장치(100)로 공급할 수 있다. 전원(200)에서 공급된 전력은 모터(40)를 구동시킬 뿐만 아니라 디스플레이부(17) 등 전력이 필요한 의류처리장치(100)의 각 전장부품들로 공급될 수 있다.
정류부(210)는 전원(200)으로부터 공급된 교류를 정류하여 직류로 변환할 수 있다. 예를 들면, 상기 정류부는 4개의 다이오드들이 연결된 브리지 정류기(Bridge Rectifier)일 수 있다. 상기 브리지 정류기는 교류 성분을 제거하여 맥동하는 직류전류를 출력할 수 있다. 이 때, 정류부(210)의 동작은 상기 마이콤에 의해 제어될 수 있다.
평활부(220)는 정류부(210) 후단에 연결되며, 정류부(210)로부터 출력된 맥동전류로부터 맥동 성분을 제거하여 직류전류를 출력할 수 있다. 즉, 전원(200)으로부터 공급된 교류전류는 정류부(210) 및 평활부(220)를 거치면서 일정한 전압의 직류전류로 변환되고, 상기 변환된 직류전류가 인버터(230)로 공급될 수 있다. 예를 들면, 상기 평활부는 콘덴서일 수 있다. 상기 콘덴서는 절연체가 개재된 한 쌍의 전극판으로 구성되며, 전하를 저장할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 콘덴서에 저장 가능한 전하의 양, 즉 정전용량(capacitance)은 상기 전극판의 면적 및 상기 절연체의 유전율에 비례하고, 상기 전극판들 사이의 간격에 반비례할 수 있다.
한편, 상기 콘덴서는 종류에 따라 일정한 내압을 가질 수 있다. 전원(200)으로부터 전류가 인가되면 상기 콘덴서 양단(AB)에는 일정한 전압이 형성되는데, 상기 내압은 상기 콘덴서가 정상적으로 작동할 수 있는 한계 전압일 수 있다. 즉, 상기 콘덴서 양단(AB)에 한계치 이상의 전압이 형성되면 상기 콘덴서가 파손될 수도 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여 상기 콘덴서의 양단(AB), 즉, 도 3의 A 지점과 B 지점을 “직류 출력단(AB)”으로 정의하기로 한다. 상기 직류 출력단(AB)에서 출력된 전류는 인버터(230)를 거쳐 모터(40)로 제공될 수 있다.
인버터(230)는 상기 직류 출력단(AB)에 연결되며, 3상 교류전류를 출력하기 위한 복수개의 스위칭 소자들(231, 232, 233, 236, 237, 238)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 스위칭 소자들은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)일 수 있다. 상기 IGBT는 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자로서, 모터 제어부(47)에 의해 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)될 수 있다. 한편, 상기 IGBT 역시 일정한 내압을 가질 수 있고, 상기 IGBT 양단에 한계치 이상의 전압이 형성되면 파손될 수 있다.
스위칭 소자들(231, 232, 233, 236, 237, 238)은 서로 병렬로 연결된 세 쌍의 스위칭 소자단을 포함하며, 각 스위칭 소자단들은 직류 출력단(AB)의 양단에 각각 연결되는 2개의 스위칭 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 스위칭 소자단(231, 236), 제2 스위칭 소자단(232, 237) 및 제3 스위칭 소자단(233, 238)은 서로 병렬로 연결되며, 상기 제1 스위칭 소자단은 직류 출력단(AB)의 A 지점과 연결되는 제1 스위칭 소자(231) 및 직류 출력단(AB)의 B 지점과 연결되는 제2 스위칭 소자(236)를 포함할 수 있다.
모터 제어부(47)는 인버터(230)의 동작을 제어함으로써 모터(40)의 회전을 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 모터 제어부는 펄스 폭 변조(Pulse Width modulation, PWM) 제어를 통해 스위칭 소자들(231, 232, 233, 236, 237, 238)의 온/오프를 제어할 수 있다. 즉, 모터 제어부(47)는 인버터(230)로 임의의 가변 주파수를 가진 펄스 형태의 제어신호를 출력할 수 있다. 상기 제어신호에 의해 스위칭 소자들(231, 232, 233, 236, 237, 238)은 선택적으로 턴-온 또는 턴-오프되고, 인버터(230)는 임의의 가변 주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류전류를 모터(40)의 스테이터(41)로 제공할 수 있다. 스테이터(41)로 입력되는 전류의 방향 변화로 인하여 스테이터(41) 내부에 형성되는 자계의 방향도 지속적으로 변화하며, 이러한 자계 방향 변화는 로터(43)를 회전시킬 수 있다. 로터(43)의 회전은 회전축(45)을 통해 드럼(30)에 전달되어 드럼(30)을 회전시킬 수 있다.
한편, 로터(43)가 회전 중인 상태에서 모터(40)로의 전력공급이 중단되면, 모터(40)는 발전기로서 기능할 수 있다. 즉, 전력 공급이 중단되더라도, 회전하는 로터(43)에 의해 스테이터(41)에는 유도전류가 발생할 수 있다. 상기 유도전류는 인버터(230)로부터 스테이터(41)로 전류가 공급되는 방향과 반대 방향으로 흐를 수 있다. 이와 같이, 유도전류에 의해 발생하는 전력을 회생 에너지라고 정의하기로 한다.
상기 회생 에너지는 인버터(230)를 거쳐 직류 출력단(AB) 방향으로 흐르며, 직류 출력단(AB)에 형성되는 전압을 상승시킬 수 있다. 따라서, 상기 회생 에너지로 인하여 직류 출력단(AB)에 형성되는 전압이 평활부(220)의 내압을 초과하면 평활부(220)를 구성하는 콘덴서가 파손될 수 있다. 또한, 상기 회생 에너지로 인하여 직류 출력단(AB)에 형성되는 전압이 인버터(230)의 내압을 초과하면 인버터(230)를 구성하는 스위칭 소자들이 파손될 수 있다. 바이패스 제어부(270)는 상기 회생 에너지를 바이패스 시켜 직류 출력단(AB)에 걸리는 전압 상승을 방지함으로써, 평활부(220) 및 인버터(230)의 파손을 방지할 수 있다.
바이패스 라인(240)은 평활부(220)와 인버터(230) 사이에 구비되며, 평활부(220)와 병렬로 연결될 수 있다. 바이패스 라인(240)에는 상기 회생 에너지를 저장하기 위한 배터리(250), 및 바이패스 라인(240)을 선택적으로 개폐하기 위한 스위치(260)가 구비될 수 있다. 스위치(260)는 바이패스 제어부(270)에 의해 온/오프 제어될 수 있다. 스위치(260)가 턴-온되면, 상기 회생 에너지는 바이패스 라인(240)을 따라 흐르고, 배터리(250)가 충전될 수 있다. 이 경우, 직류 출력단(AB)에 걸리는 전압 상승이 방지될 수 있고, 평활부(220) 및 인버터(230)를 구성하는 소자들의 파손을 방지할 수 있다. 이와 달리, 스위치(260)가 턴-오프되면, 바이패스 라인(240)에는 전류가 흐리지 않고, 배터리(250)는 충전되지 않을 수 있다.
바이패스 제어부(270)는 직류 출력단(AB)에 형성되는 전압을 검출하는 전압센서(271), 및 상기 회생 에너지를 바이패스 시키기 위한 컨트롤러(273)를 포함할 수 있다. 전압센서(271)는 직류 출력단(AB)에 접속되어 직류 출력단(AB)에 형성된 전압의 크기를 검출하고, 이를 컨트롤러(273)로 송신할 수 있다. 컨트롤러(273)는 상기 검출된 전압의 크기를 기설정된 전압의 크기와 비교하여 스위치(260)의 개폐를 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(273)에서 스위치(260)를 턴-온 시키는 제어신호가 출력되면, 모터(40)에서 발생한 회생 에너지는 바이패스 라인(240)을 통해 흐르게 되고, 배터리(250)가 충전될 수 있다. 또한, 직류 출력단(AB)에 걸리는 전압은 더 이상 증가하지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 회생 에너지 제어 장치는 바이패스 라인(240)으로 공급된 회생 에너지의 전압레벨을 조절하기 위한 레귤레이터(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 레귤레이터는 정전압 레귤레이터(voltage regulator)일 수 있다. 상기 정전압 레귤레이터는 바이패스 라인(240)에 걸리는 전압을 강하시켜 배터리(250) 충전에 필요한 전압을 출력할 수 있다.
배터리(250)에 충전된 에너지는 전력소비부(280)로 공급될 수 있다. 예를 들면, 상기 전력소비부는 디스플레이부(17), 모터 제어부(47), 바이패스 제어부(270), 및 사용자에게 특정 경고 메시지를 전달하기 위한 부저 등일 수 있다. 즉, 상기 회생 에너지 제어 장치는 모터(40)에서 발생한 회생 에너지를 배터리(250)에 저장하고, 상기 저장된 에너지를 보조 에너지원으로 활용함으로써 의류처리장치(100)의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 회생 에너지 제어 장치는 모터(40) 제동 시 발생하는 회생 에너지를 선택적으로 바이패스 시킴으로써 회로를 구성하는 소자들이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 바이패스 시킨 회생 에너지를 배터리(250)에 충전하고, 충전된 에너지를 보조 전력으로 이용함으로써 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
이하에서는, 상기 회생 에너지 제어 장치를 이용하여 의류처리장치(100)를 제어하는 방법에 대하여 도 4를 참조로 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 직류 출력단(AB)에 형성된 전압을 모니터링 한다(S100).
전압센서(271)는 직류 출력단(AB)에 형성된 전압의 크기를 검출하고, 상기 검출된 전압정보를 컨트롤러(273)로 제공할 수 있다.
컨트롤러(273)는 상기 검출된 전압의 크기를 기설정된 설정전압의 크기와 비교하고(S110), 상기 검출된 직류 출력단(AB)의 전압이 상기 설정전압보다 큰 경우에는 모터(40)에서 발생한 회생 에너지를 바이패스 시킨다(S120).
구체적으로, 컨트롤러(273)는 전압센서(271)로부터 직류 출력단(AB)에 형성된 전압정보를 수신하여 기설정된 설정전압과 비교한다. 상기 수신된 전압의 크기가 기설정된 설정전압의 크기보다 큰 경우에는, 컨트롤러(273)는 스위치(260)로 제어신호를 출력하여 스위치(260)를 턴-온 시킨다. 이에 따라, 모터(40)에서 발생된 회생 에너지는 바이패스 라인(240)을 따라 흐르게 되고, 바이패스 라인(240)에 설치된 배터리(250)가 충전될 수 있다(S140).
예를 들면, 상기 설정전압은 평활부(220)를 구성하는 콘덴서의 내압 및 인버터(230)를 구성하는 IGBT의 내압보다 작은 크기를 가질 수 있다. 즉, 컨트롤러(273)는 상기 회생 에너지를 바이패스 라인(270)으로 우회시킴으로써, 직류 출력단(AB)의 전압 상승으로 인한 평활부(220) 및 인버터(230)의 파손을 방지할 수 있다.
한편, 상기 직류 출력단(AB)의 전압이 상기 설정전압보다 커지는 경우의 예로는, 모터(40)로의 전력 공급이 중단되어 모터(40)가 발전기로 기능하게 되는 경우, 및 상기 마이콤 고장이나 외부 노이즈에 의해 직류 출력단(AB)의 전압이 비정상적으로 상승하는 경우 등을 들 수 있다.
이와 다르게, 직류 출력단(AB)의 전압이 상기 설정전압보다 작은 경우에는 바이패스 라인(240)을 차단한다(S130). 즉, 컨트롤러(273)는 스위치(260)를 턴-오프 시키고, 바이패스 라인(240)을 통한 배터리(250)로의 전력 공급은 중단될 수 있다.
한편, 상기 직류 출력단(AB)의 전압이 상기 설정전압보다 작은 경우의 예로는 모터(40)로 전력이 공급되고 있는 경우, 및 모터(40) 작동이 중지된 이후 충분한 시간이 경과한 경우 등을 들 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 마이콤은 의류처리장치(100)에 보조 전력 공급이 필요한지 여부를 판단하고(S150), 필요한 경우 디스플레이부(17), 모터 제어부(47), 바이패스 제어부(270) 등의 전력소비부(280)로 배터리(250)에 저장된 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라, 의류처리장치(100)의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
10: 캐비닛 12: 투입구
13: 도어 14: 세제박스
16: 컨트롤 패널 17: 디스플레이부
18: 입력부 19: 가스켓
20: 터브 21: 터브 투입구
23: 터브 지지부 25: 회전축 베어링
30: 드럼 31: 드럼 투입구
33: 관통홀 40: 모터
41: 스테이터 43: 로터
45: 회전축 47: 모터 제어부
51: 전방 밸런서 53: 후방 밸런서
70: 급수관 72: 배수관
100: 의류처리장치 200: 전원
210: 정류부 220: 평활부
230: 인버터
231, 236, 232, 237, 233, 238: 제1 내지 제6 스위칭 소자들
240: 바이패스 라인 250: 배터리
260: 스위치 270: 바이패스 제어부
271: 전압센서 273: 컨트롤러
280: 전력소비부

Claims (16)

  1. 전기 에너지를 회전력으로 변환하는 모터;
    외부로부터 전력을 공급받아 상기 모터를 구동하기 위한 직류전류를 출력하는 직류 출력단;
    상기 직류 출력단에 연결되며, 상기 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터의 동작을 제어하는 인버터;
    상기 직류 출력단과 상기 인버터 사이에 병렬 연결되는 바이패스 라인에 구비되며, 상기 모터 제동 시 상기 모터의 관성에 의해 발생하는 에너지를 저장하기 위한 배터리;
    상기 바이패스 라인을 선택적으로 개폐하는 스위치; 및
    상기 스위치를 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)시키기 위한 제어신호를 출력하는 바이패스 제어부를 포함하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 모터는 BLDC(Brush-Less Direct Current) 모터인 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 직류 출력단은,
    교류전류를 공급하는 전원;
    상기 교류전류를 정류하여 맥동전류로 변환하는 정류부; 및
    상기 맥동전류를 평활하여 직류전류를 출력하는 평활부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 정류부는 복수개의 다이오드들을 포함하는 브리지 정류기인 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 인버터는 3상 교류전류를 발생시키기 위한 복수개의 스위칭 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)인 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 바이패스 제어부는,
    상기 직류 출력단에 형성되는 전압을 검출하는 전압센서; 및
    상기 스위치로 제어신호를 출력하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 바이패스 제어부는, 상기 전압센서로부터 검출된 상기 직류 출력단의 전압이 기설정된 크기 이상인 경우 상기 스위치를 턴-온(turn-on)시키기 위한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 바이패스 라인에 구비되며, 상기 모터의 관성에 의해 발생한 에너지의 전압레벨을 조절하여 상기 배터리로 공급하기 위한 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 배터리에 저장된 에너지를 공급받는 전력소비부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전력소비부는 상기 인버터로 제어신호를 출력하여 상기 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부, 및 상기 바이패스 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 장치.
  12. 전기 에너지를 회전력으로 변환하는 모터;
    외부로부터 전력을 공급받아 상기 모터를 구동하기 위한 직류전류를 출력하는 직류 출력단;
    상기 직류 출력단에 연결되며, 상기 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터의 동작을 제어하는 인버터;
    상기 직류 출력단과 상기 인버터 사이에 병렬 연결되는 바이패스 라인에 구비되며, 상기 모터 제동 시 상기 모터의 관성에 의해 발생하는 에너지를 저장하기 위한 배터리; 및
    상기 바이패스 라인을 선택적으로 개폐하는 스위치를 포함하는 모터의 회생 에너지 제어 방법에 있어서,
    상기 직류 출력단의 전압을 모니터링 하는 단계:
    상기 직류 출력단의 전압이 기설정된 전압 이상인 경우, 상기 모터의 관성에 의해 발생한 에너지를 상기 바이패스 라인으로 바이패스 시키는 단계; 및
    상기 바이패스된 에너지를 이용하여 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 모터의 회생 에너지 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 직류 출력단의 전압을 모니터링 하는 단계는 전압센서를 이용하여 상기 직류 출력단에 형성되는 전압을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 모터의 관성에 의해 발생한 에너지를 바이패스 시키는 단계는,
    상기 전압센서로부터 상기 직류 출력단의 전압정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 전압을 기설정된 전압과 비교하는 단계; 및
    상기 수신된 전압의 크기가 상기 기설정된 전압의 크기보다 큰 경우, 상기 스위치를 턴-온(turn-on) 시키기 위한 제어신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 배터리를 충전하는 단계는 상기 바이패스된 에너지의 전압레벨을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 인버터로 제어신호를 출력하여 상기 모터의 동작을 제어하는 모터 제어부, 또는 상기 스위치의 온오프를 제어하는 바이패스 제어부로 상기 배터리에 충전된 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회생 에너지 제어 방법.
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