KR20190063252A - 모터 구동장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

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김동욱
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Abstract

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본원발명에 따르는 모터 구동장치는 직류 전원을 저장하는 직류단 커패시터, 복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 직류단 커패시터에 저장된 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터부, 상기 직류단 커패시터에 흐르는 전류를 감지하는 션트저항 및 상기 모터를 정지시키기 위한 발전 제동이 수행되도록 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 구동장치 및 그의 제어방법{LAUNDRY TREATING APPRATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 발전 제동을 수행하는 모터 구동장치 및 그의 제어방법이나, 모터 구동장치를 구비하는 홈 어플라이언스에 관한 것이다.
모터 구동장치는, 회전 운동을 하는 회전자와 코일이 감긴 고정자를 구비하는 모터를 구동하기 위한 장치이다.
모터 구동장치는, 센서를 이용한 센서 방식의 모터 구동장치와 센서가 없는 센서리스(sensorless) 방식의 모터 구동장치로 구분될 수 있다.
위와 같은 모터 구동장치의 종류 중 제조 비용 저감 등을 이유로, 센서리스 방식의 모터 구동장치가 많이 사용되고 있으며, 이에 따라, 효율적인 모터 구동을 위해, 센서리스 방식의 모터 구동장치에 대한 연구가 수행되고 있다.
한편, 세탁기는 행정이 신속하게 이루어지고, 성능 또한 개선되기를 바라는 사용자의 욕구로 인하여 다양한 기술적 변모들이 행해지고 있다.
이에 부응하여, 위에서 세탁물을 투입하는 펄쉐이터 방식 뿐만 아니라, 드럼 방식도 많이 출시되고 있으며, 펄쉐이터 방식의 경우에도 모터의 회전력을 밸트를 통해 간접적으로 전달받는 방식에서, 이제는 직접 구동하는 다이렉트 드라이브(Direct Drive) 방식이 선호되고 있으며, 탈수성능 향상 및 신속한 탈수가 이루어지도록 회전속도 또한 큰 폭으로 증가하고 있다.
최근, 세탁기의 전력소모를 줄이기 위하여, 모터의 구동력을 기어부를 통해 펄쉐이터 또는 드럼에 전달하는 기술이 적용되었다.
그러나, 기어부가 탑재된 세탁기는, 제동 시에 소음이 발생하는 문제점이 발생된다. 구체적으로, 기어부가 탑재된 세탁기의 모터의 회전축은 로터 부시와 결합되며, 상기 로터 부시와 기어부 사이에는 커플링부재가 구비된다. 예를 들어, 로터 부시의 일면과 커플링 부재의 일면은 서로 맞물리게 형성된다.
이때, 맞물리는 부품간의 회전을 양호하게 하기 위하여, 로터 부시와 커플링 부재 사이 또는 기어부와 커플링 부재 사이에는 소정의 갭(Gap)이 발생하게 된다. 상기 갭에 의해 모터의 제동이 수행될 때, 로터 부시와 커플링 부재가 서로 충돌하거나, 커플링 부재와 기어부가 서로 충돌하게 됨으로써, 복수 회의 소음이 발생될 수 있다.
특히, 세탁기의 전력소모를 줄이기 위해 기어부의 기어비를 높일수록 로터 부시에서 발생하는 관성과, 펄쉐이터 또는 드럼에서 발생하는 관성의 차이가 증가하므로, 로터 부시와 커플링 부재의 충돌 또는 커플링 부재와 기어부의 충돌에 의한 소음이 커질 수 있다.
즉, 로터 부시와 커플링 부재의 충돌 또는 커플링 부재와 기어부의 충돌이 발생하면, 세탁기 사용자의 불편을 야기하는 소음이 발생될 수 있고, 부품의 고장을 유발할 수 있는 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 설명하기 위해, 위에서는 세탁기를 그 예로 들었지만, 모터를 포함하고, 상기 모터에 대해 급제동이나 발전 제동을 수행하는 장치라면, 위와 같은 문제점을 공통적으로 수반하게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 모터에 대해 급제동이나 발전 제동을 수행할 때, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소 상호 간에 발생될 수 있는 소음을 최소화할 수 있는 모터 구동장치 및 그의 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 모터의 발전 제동에 의해 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소가 손상되는 것을 방지할 수 있는 모터 구동장치 및 그의 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 모터의 발전 제동이 수행될 때, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소 상호 간에 소음이 발생되지 않도록 방지하면서도, 인버터에 연결된 직류단 커패시터에 과전류가 흐르지 않도록 방지할 수 있는 모터 구동장치 및 그의 제어 방법을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명의 목적은 모터의 발전 제동이 수행될 때, 모터를 구비한 장치에서 발생되는 소음을 방지하는 동시에, 모터를 구비한 장치의 안전성을 도모할 수 있는 모터 구동장치 및 그의 제어 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 모터 구동장치는, 직류 전원을 저장하는 직류단 커패시터, 복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 직류단 커패시터에 저장된 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터부, 상기 직류단 커패시터에 흐르는 전류를 감지하는 션트저항 및 상기 모터를 정지시키기 위한 발전 제동이 수행되도록 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 하단 스위치의 듀티비가 최소값에서부터 최대값까지 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 하단 스위치의 듀티비가 선형적으로 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 하단 스위치의 듀티비를 점차적으로 증가시킴에 있어서, 상기 듀티비의 증가폭이 점차적으로 감소되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 하단 스위치가 풀 오프 상태에서 풀 온 상태로 전환되는 과정에서, 상기 상전류가 점차적으로 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생되면, 상기 복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 제1 시간간격 동안 모두 오프시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 시간 간격이 경과하면, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류의 크기가 기준 값까지 점차적으로 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 하단 스위치가 점차적으로 증가되기 시작한 시점으로부터 제2 시간간격이 경과하면, 상기 하단 스위치를 풀 온 상태로 유지시켜, 상기 모터가 발전 제동되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류의 크기가 기준 값에 도달하면, 상기 하단 스위치를 풀 온 상태로 유지시켜, 상기 모터가 발전 제동되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 션트저항에 의해 감지된 전류 값이 한계 전류 값을 초과하면, 상기 하단 스위치를 풀 온 상태로 유지시켜, 상기 모터가 발전 제동되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 모터의 회전 속도가 기준 속도 값 이하일 때 상기 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생되면, 상기 발전 제동이 수행되기 전에 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 모터의 회전 속도가 기준 속도 값을 초과할 때 상기 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생되면, 상기 인버터부에 포함된 하단 스위치가 풀 오프되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생된 때의 상기 모터의 회전 속도에 근거하여, 상기 하단 스위치의 최초의 듀티비 값을 설정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 발전 제동이 수행되기 전에 상기 하단 스위치의 듀티비가 설정된 최초의 듀티비 값부터 기준 듀티비 값까지 점차적으로 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치의 듀티비가 설정된 최초의 듀티비 값부터 상기 하단 스위치의 일 주기마다 소정의 듀티비 증가폭만큼 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 하단 스위치의 상전류가 기준 전류 값에 도달할 때까지, 상기 하단 스위치의 듀티비를 상기 하단 스위치의 듀티비가 설정된 최초의 듀티비 값부터 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치의 듀티비가 설정된 최초의 듀티비 값부터 상기 하단 스위치의 일 주기마다 점차적으로 증가되되, 상기 듀티비의 증가폭이 점차적으로 감소되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생된 때의 상기 모터의 회전 속도가 증가하면, 상기 하단 스위치의 최초의 듀티비 값이 감소되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류의 크기가 점차적으로 증가되기 시작한 시점에 모터의 회전속도와 관련된 정보를 검출하고,
검출된 회전속도와 관련된 정보에 근거하여, 상기 제2 시간간격을 설정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 모터에 연결되어 회전하는 물체의 무게를 감지하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서에 의해 감지된 무게에 근거하여, 상기 제1 시간간격을 설정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 센서에 의해 감지된 무게가 증가하면, 상기 제1 시간간격이 증가되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 모터의 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치의 일 주기마다, 상기 하단 스위치가 온 상태로 유지되는 시간이 점차적으로 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 모터의 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치의 상전류 상에 소정 크기 이상의 임펄스가 발생되지 않도록, 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 모터 구동장치를 구비하는 의류처리장치는, 구동력을 제공하는 모터와, 상기 모터에서 발생되는 토크를 변경시키는 변속 시스템과, 복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 교류 전원을 상기 모터에 출력하는 인버터부 및 상기 모터를 정지시키기 위한 발전 제동이 수행되도록 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 모터의 발전 제동이 수행될 때 상기 변속 시스템에 포함된 구성요소 상호 간의 충돌을 방지하기 위해, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 변속 시스템은 복수의 샤프트와, 상기 복수의 샤프트 중 제1 샤프트와 제2 샤프트 사이에 배치된 기어부와, 상기 복수의 샤프투 중 어느 하나와 모터 사이에서 이동가능하게 설치되는 커플링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 모터 구동장치를 구비하는 의류처리장치는, 펄세이터와 터브를 구비하고, 상기 펄세이터에 연결되는 제1 샤프트부;
상기 의류처리장치에 구동력을 제공하는 모터;
상기 모터의 로터에 구비되는 부시;
상기 부시에 삽입 설치되는 제2 샤프트부;
상기 의류처리장치의 터브에 연결되는 제3 샤프트부;
상기 제1 샤프트부와 상기 제2 샤프트부 사이에 설치되어, 상기 모터에서 발생된 토크를 변경시키는 기어부;
상기 로터와 상기 제3 샤프트부 사이에, 상하로 이동 가능하게 설치되는 커플링;
복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 모터에 교류 전원을 전달하는 인버터부; 및
상기 모터를 정지시키기 위한 발전 제동이 수행되도록 상기 인버터부를 제어하고, 상기 의류처리장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 의류처리장치의 탈수행정을 종료시키기 위한 제어 명령이 발생되면, 상기 커플링과 상기 부시 사이의 충돌을 최소화시키도록, 상기 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 모터 구동장치는, 모터의 발전 제동이 수행될 때, 모터에 연결된 인버터의 상전류를 점차적으로 증가시킴으로써, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소 상호 간에 발생될 수 있는 소음을 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 모터 구동장치는, 모터의 발전 제동이 수행될 때, 인버터의 듀티비를 점차적으로 증가시킴으로써, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소 상호 간의 충돌력을 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 모터 구동장치에 따르면, 모터의 발전 제동이 수행될 때, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소 상호 간에 발생될 수 있는 소음을 최소화시키면서도, 인버터에 연결된 직류단 커패시터에 흐르는 전류의 크기를 제한함으로써, 모터를 구비하는 장치의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명의 모터 구동장치에 따르면, 모터의 발전 제동이 수행될 때, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소 상호 간의 충돌력을 최소화시킴으로써, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소의 고장을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 모터 구동장치에 따르면, 모터의 발전 제동이 수행될 때, 인버터의 상전류를 점차적으로 증가시킴으로써, 상기 상전류에 임펄스가 발생되는 것을 방지하고, 모터가 보다 안정적으로 제동될 수 있는 효과가 도출된다.
도 1은 본 발명에 따르는 모터 구동장치의 회로도이다.
도 2는 기어부를 탑재하는 세탁기의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 3은 기어부와 연결된 부품을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 모터 구동장치의 인버터에 포함된 스위치의 동작 상태를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 모터에 대해 일반적인 발전 제동을 수행할 때, 인버터의 상전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 모터에 대해 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 제동을 수행할 때, 인버터의 상전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6c는 모터에 대해 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전 제동을 수행할 때, 인버터의 상전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 적용하는 경우, 모터 구동장치의 제어부 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
도 1을 참조하면, 모터 구동장치(100)는 모터부(110), 인버터부(120), 정류부(130), 입력전원부(140), 입력부(150), 출력부(160) 및 제어부(180) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 모터부(110)는 세탁기의 펄세이터를 회전시키기 위한 모터일 수 있다. 또한, 모터부(110)는 세탁기의 드럼을 회전시키기 위한 모터일 수도 있다. 예를 들어, 상기 모터부(110)는 3상 모터일 수 있다.
또한, 정류부(130)는 입력전원부(140)로부터 입력전원을 인가받고, 인가받은 입력전원을 정류하여 직류 전압의 형태로 변환할 수 있다. 즉, 정류부(130)에서는 일정한 레벨의 직류 전압이 출력될 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 정류부(130)의 양단은 직류단 커패시터(Cap)와 연결되며, 상기 직류단 커패시터는 정류부(130)로부터 출력되는 직류 전압을 평활화하고 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 직류단 커패시터(Cap)는 직류 링크 커패시터(DC Link Capacitor)일 수 있다.
이와 같이 직류 링크 커패시터에 의해 평활된 직류전압은 인버터부(120)에 전달될 수 있다.
인버터부(120)는 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 인버터부(120)는 모터부(110)가 3상 모터인 경우, 각 상에 대응하는 스위치 쌍을 포함할 수 있다. 즉, 인버터부(120)는 제1 내지 제6 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치로는 MOSFET, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등이 주로 사용된다.
도 1을 참조하면, 제1 내지 제3 스위치(S1, S2, S3)의 콜렉터가 직류 링크 커패시터(Cap)의 일단에 연결되고, 제4 내지 제6 스위치(S4, S5, S6)의 에미터가 상기 직류 링크 커패시터의 타단에 연결될 수 있다.
이때, 인버터에 포함된 복수의 스위치는 설치 위치에 따라 상단 스위치와 하단 스위치로 분류될 수 있다. 이와 같은 분류에 따르면, 제1 내지 제3 스위치(S1, S2, S3)는 상단 스위치로 정의되며, 제4 내지 제6 스위치(S4, S5, S6)는 하단 스위치로 정의된다.
인버터부(120)는 직류 링크 커패시터에 의해 전달된 직류전압을 3상 교류 전원으로 변환하여, 모터부(110)에 인가할 수 있다. 이와 같은 인버터부(120)는 3-레벨 인버터로 정의된다.
인버터부(120)와 직류 링크 캐패시터 사이에는 션트저항(Rs)이 구비될 수 있다. 상기 션트저항은 모터부(110)의 상전류를 감지하기 위한 것이다
정류부(130)와 입력전원부(140) 사이에는 리액터(Lre)가 구비될 수 있다. 상기 리액터는 인덕터로 형성될 수 있으며, 정류부(130)에 입력전원이 인가되는 때, 정류부(130)에 발생될 수 있는 돌입전류에 의한 변압기의 충격을 안정시킨다.
한편, 제어부(180)은 3-레벨 인버터를 제어하는 인버터 제어 신호를 인버터부(120)로 출력한다. 여기서, 인버터 제어 신호는 일반적으로 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 제어 신호일 수 있다. 상기 PWM 제어 신호는 인버터에 포함된 스위치의 듀티비(Duty Ratio)를 조절하기 위한 제어 신호를 포함할 수 있다.
듀티비란 일반적으로 소정의 시간간격 중 스위치가 온(On) 상태인 시간의 비율인 온 듀티 래시오(On Duty Ratio)를 의미한다.
즉, 듀티비의 최대값은 100%이며, 듀티비의 최소값은 0%이다.
또한, 스위치의 듀티비가 최대값으로 설정되는 것을 스위치의 풀 온(Full On) 모드로 정의하며, 스위치의 듀티비가 최소값으로 설정되는 것을 스위치의 풀 오프(Full Off) 모드로 정의한다.
즉, 스위치는 제어부(180)에 의해 설정된 스위치의 듀티비 값에 따라, 스위치의 한 주기 동안 온 상태로 유지되는 시간과, 오프 상태로 유지되는 시간이 변경될 수 있다. 이때, 스위치의 한 주기 동안 상기 스위치가 계속 온 상태로 유지되는 것을 스위치의 풀 온 상태로 정의하며, 스위치의 한 주기 동안 상기 스위치가 계속 오프 상태로 유지되는 것을 스위치의 풀 오프 상태로 정의한다.
또한, 제어부(180)는 인버터 제어장치를 제어하기 위한 데이터를 저장하는 메모리(미도시)를 더 포함할 수 있다.
입력부(150)는 모터부(110)의 작동, 인버터부(120)의 작동과 관련된 사용자 입력을 인가받을 수 있다. 또한, 입력부(150)는 사용자 입력이 인가되면, 상기 인가된 사용자 입력에 대응되는 신호를 제어부(180)로 전달할 수 있다.
또한, 출력부(160)는 제어부(180)로부터 소정의 신호를 수신하며, 수신된 신호에 근거하여 동작할 수 있다. 구체적으로, 상기 출력부(160)는 발광다이오드, LED, OLED, 부저와 같은 출력소자를 포함할 수 있다.
이하 도 2에서는 기어부를 탑재하는 세탁기의 구성요소 중 일부가 설명된다.
참고로, 도 2에서는 펄세이터 방식의 세탁기를 기준으로 설명되나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 드럼 방식의 세탁기에도 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 기어부(203)는 모터에 구비되는 구성요소와 펄세이터(201) 사이에 배치될 수 있다.
구체적으로, 펄세이터(201)의 중심부에는 제1 샤프트부(202)가 연결되고, 상기 펄세이터(201)와 제1 샤프트부(202)는 같이 회전하게된다.
모터부(110)는 로터(206), 스테이터(210) 및 하우징(211)을 포함할 수 있다. 스테이터(210)에서 형성된 자계에 의해 로터(206)가 회전할 수 있다.
로터(206)의 중심부에는 부시(Bush, 205)가 설치되고, 상기 부시(205)에는 제2 샤프트부(204)가 삽입 설치될 수 있다. 즉, 로터(206)와 부시(205) 및 제2 샤프트부(204)는 같이 회전하게된다.
또한, 제2 샤프트부(204)와 제1 샤프트부(202) 사이에는 기어부(203)가 설치된다. 즉, 기어부(203)는 제1 샤프트부(202)와 제2 샤프트부(204)에 각각 연결될 수 있다.
이때, 기어부(203)는 제1 샤프트부(202)와 제2 샤프트부(204)의 내면에 형성된 톱니부(미도시)와 맞물리도록 설치될 수 있다.
참고로, 제1 및 제3 샤프트부(202, 204)는 세탁축으로 정의된다.
제1 샤프트부(202), 기어부(203) 및 제2 샤프트부(204)는 제3 샤프트부(208) 내부에 회전 가능하게 설치되며, 상기 제3 샤프트부(208)의 상단부에는 터브(209)가 결합될 수 있다. 제3 샤프트부(208)의 하단부는 부시(205)의 상면과 소정 간격 이격되도록 설치될 수 있다.
참고로, 제3 샤프트부(208)는 탈수축으로 정의된다.
또한, 제3 샤프트부(208)와 부시(205) 사이에는 커플링(207)이 배치된다. 일 실시예에서, 커플링(207)은 상하로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 즉, 커플링(207)은 상부로 이동하여 제3 샤프트부(208)를 구속하여 제1 및 제2 샤프트부만 회전되게 하거나, 혹은 하부로 이동하여 로터(206)의 회전력이 제1 내지 제3 샤프트부에 전달되도록 하여 제1 내지 제3 샤프트부가 동시에 회전되도록 할 수 있다.
도 3에서는 기어부(203)와 연결된 부품이 설명된다.
도 3을 참조하면, 부시(205)와 커플링(207) 사이에 소정 간격의 갭이 존재할 수 있다. 이와 같은 갭에 의해 모터의 제동이 수행될 때, 부시(205)와 커플링(207)이 서로 충돌하게 됨으로써, 복수 회의 소음이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
구체적으로, 토크 변동으로 인하여, 제3 샤프트부(208)와 제2 샤프트부(204)의 상대 속도 차이가 발생하며, 속도 차이에 의해 커플링(207)의 부시(205) 또는 제3 샤프트부(208)에 대한 접촉 상태가 변경된다.
즉, 기어부(203)의 적용에 의해, 세탁축에 포함되는 제1 및 제2 샤프트부의 관성이 탈수축에 포함되는 제3 샤프트부의 관성보다 작으므로, 모터의 제동 시 커플링(207)과 부시(205) 사이에 충돌이 발생하고, 상기 충돌에 의해 소음이 발생하게 된다.
참고로, 도 2 및 도 3에 도시된 세탁기의 구성요소가, 세탁기의 행정에 따라 동작하는 실시예는 다음과 같다.
터브에 세탁물 및 세탁수가 공급된 다음에 세탁행정이 시작되면, 스테이터(210)에 전원이 인가됨에 따라 스테이터에서 자계가 발생되고, 상기 스테이터(210)의 자계에 의해 로터(206)가 회전된다.
로터(206)의 회전력은 부시(205)에 전달되며, 상기 부시에 전달된 회전력은 제2 샤프트부(204)에 전달된다. 이때, 상기 커플링(207)은 상부로 이동되어 커플링의 돌기부가 부시(205)에 형성된 홈으로부터 방출되므로, 로터(206)의 회전력은 제2 샤프트부(204)에만 전달된다.
제2 샤프트부(204)의 회전수는 기어부(203)에서 일정한 기어비로 감속되고, 제1 샤프트부(202) 및 펄세이터(201)는 감속된 회전수로 저속 회전되면서 세탁행정을 수행하게 된다.
이러한 세탁행정이 완료된 후에는 헹굼행정이 수행되며, 상기 헹굼행정이 완료되면 세탁물에 포함된 수분을 최소화시키기 위해 탈수행정이 진행된다.
탈수행정에서는 커플링(207)이 하부로 이동되며, 이에 따라 커플링(207)의 돌기부는 부시(205)에 형성된 홈에 삽입된다. 즉, 커플링(207)의 일면과 부시(205)의 일면이 서로 맞물리게 된다.
이때, 로터(206)의 회전력은 제1 내지 제3 샤프트부에 모두 전달되므로, 제1 및 제2 샤프트부에 연결된 펄세이터(201)와 제3 샤프트부에 연결된 터브(209)를 동시에 고속 회전시킨다.
이와 같은 세탁행정, 헹굼행정 및 탈수행정을 통해 세탁물을 세탁하게 되며, 최근에는 탈수행정 후에 건조행정을 별도로 추가하기도 한다.
위에서 언급된 문제점을 해결하기 위하여, 이하에서는 본 발명에 따른 모터 구동장치의 제어방법이 설명된다.
도 4를 참조하면, 모터 구동장치의 제어부(180)는 모터에 대해 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령을 발생시킬 수 있다(S401).
구체적으로, 제어부(180)는 모터 구동장치가 세탁기에 구비된 경우, 세탁기의 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정 중 어느 하나가 종료된 것으로 판단되면, 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령을 발생시킬 수 있다.
또한, 제어부(180)는 세탁행정, 헹굼행정 및 탈수행정이 수행되는 중에, 세탁기의 도어가 오픈되는 것과 같이, 세탁기의 급정지가 요구되는 조건이 만족되면, 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령을 발생시킬 수 있다.
발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생되면, 제어부(180)는 모터의 회전속도를 감지할 수 있다(S402). 즉, 제어부(180)는 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생된 때의 모터의 회전속도를 감지할 수 있다.
제어부(180)는 감지된 속도를 기준 속도 값과 비교할 수 있다(S403).
감지된 속도가 기준 속도 값보다 크면, 제어부(180)는 발전 제동을 수행하기 위해, 인버터부(120)의 하단 스위치(S4, S5, S6)를 풀 온시키고, 상단 스위치(S1, S2, S3)를 풀 오프시킬 수 있다(S404).
즉, 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생된 때의 모터의 회전 속도가 기준 속도 값보다 큰 경우에, 제어부(180)는 곧바로 모터를 발전 제동시킬 수 있다.
예를 들어, 기준 속도 값은 600RPM일 수 있다.
또 다른 예에서, 기준 속도 값은 사용자의 설정에 따라 변경될 수 있다.
또 다른 예에서, 제어부(180)는 세탁 조건에 근거하여 기준 속도 값을 설정할 수 있다. 이때, 세탁 조건은 터브 내에 유입된 포의 무게, 터브 내에 유입된 세탁수의 무게, 터브 내의 온도 및 터브 내의 습도 중 적어도 하나와 관련된 조건을 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 제어부(180)는 직류 링크 커패시터(Cap)의 용량과 관련된 정보에 근거하여, 기준 속도 값을 설정할 수 있다.
한편, 모터의 회전속도를 감지하는 단계(S402)에서 감지된 속도가 기준 속도 값보다 작으면, 제어부(180)는 여력 제동을 수행하기 위해, 인버터부(120)에 포함된 모든 스위치(S1, S2, S3, S4, S5, S6)를 풀 오프시킬 수 있다(S405).
구체적으로, 제어부(180)는 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생된 시점으로부터 제1 시간간격 동안 인버터부(120)에 포함된 모든 스위치를 풀 오프시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 시간간격은 100ms로 설정될 수 있다.
또 다른 예에서, 제1 시간간격은 사용자의 설정에 따라 변경될 수 있다.
또 다른 예에서, 제어부(180)는 세탁 조건에 근거하여 제1 시간간격을 설정할 수 있다. 제1 시간간격을 변경하는 것과 관련된 실시예는 도 7에서 보다 구체적으로 설명된다.
이후, 제어부(180)는 인버터부(120)의 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 점차적으로 증가시킬 수 있다(S406).
구체적으로, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 기준 듀티비 값에 도달할 때까지 점차적으로 증가시킬 수 있다.
즉, 제어부(180)는 하단 스위치의 한 주기가 경과할 때마다 듀티비를 증가시킬 수 있다. 이 경우, 하단 스위치의 한 주기마다, 상기 하단 스위치가 온 상태로 유지되는 시간은 점차적으로 증가될 수 있다.
다시 말해, 제어부(180)는 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 인버터부(120)를 제어할 수 있다.
제어부(180)는 하단 스위치가 풀 오프 상태에서 풀 온 상태로 전환되는 과정에서 하단 스위치의 듀티비가 점차적으로 증가되도록 인버터부(120)를 제어할 수 있다.
일 예에서, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 최소값에서 최대값까지 점차적으로 증가시킬 수 있다.
또 다른 예에서, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 선형적으로 증가시킬 수 있다.
또 다른 예에서, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 비선형적으로 증가시킬 수 있다.
또 다른 예에서, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비의 증가폭이 점차적으로 증가되도록, 상기 하단 스위치를 제어할 수 있다.
또 다른 예에서, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비의 증가폭이 점차적으로 감소되도록, 상기 하단 스위치를 제어할 수 있다.
한편, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)에 흐르는 상전류의 크기가 기준 전류 값까지 점차적으로 증가되도록 인버터부(120)를 제어할 수 있다.
듀티비를 점차적으로 증가시키는 단계(S406)가 완료되면, 제어부(180)는 하단 스위치를 풀 온 시킬 수 있다(S407).
상술한 것과 같이, 하단 스위치의 듀티비가 점차적으로 증가됨에 따라, 결국 하단 스위치의 듀티비는 기준 듀티비 값 또는 최대 듀티비 값에 도달된다. 또한, 상단 스위치는 인버터부(120)의 모든 스위치를 풀 오프시키는 단계(S405)에서 이미 풀 오프되었으므로, 하단 스위치가 풀온되면 모터의 발전 제동이 수행된다.
일 실시예에서, 듀티비가 점차적으로 증가되는 동안, 제어부(180)는 인버터부(120)의 상전류를 모니터링할 수 있으며, 상전류의 크기가 기준 값에 도달하면 하단 스위치(S4, S5, S6)를 풀 온 시켜, 모터부(110)에 대해 발전 제동을 수행할 수 있다.
참고로, 본원발명의 설명에서는 인버터부(120)의 하단 스위치(S4, S5, S6)를 풀 오프시키는 것을 발전 제동으로 정의한다.
또한, 본원발명의 설명에서는 인버터부(120)의 상단 스위치(S1, S2, S3)와 하단 스위치(S4, S5, S6)를 모두 풀 오프시키는 것을 여력 제동으로 정의한다.
또한, 본원발명의 설명에서는 인버터부(120)의 하단 스위치(S4, S5, S6)를 풀 오프 상태에서 풀 온 상태로 전환시킴에 있어서, 상기 하단 스위치의 듀티비를 점차적으로 증가시키는 것을 중간 제동으로 정의한다.
도 5를 참조하면, 제어부(180)가 상술한 것과 같은 제동 방법을 수행할 때, 인버터부(120)의 U상 전류의 변화가 도시된다. 참고로, 도 5의 U(+)는 상단 스위치(S1, S2, S3) 중 U상에 대응되는 스위치를 나타내며, U(-)는 하단 스위치(S4, S5, S6) 중 U상에 대응되는 스위치를 나타낸다.
모터를 구비한 장치의 일반 운전(S501)이 종료되면, 제어부(180)는 발전 제동을 수행하기 위한 제어 명령을 발생시킬 수 있다.
제어부(180)는 발전 제동에 진입하기 전에 여력 제동(S502)을 수행하기 위하여, 상단 스위치와 하단 스위치를 모두 풀 오프시킬 수 있다.
제어부(180)는 여력 제동이 완료되면, 하단 스위치의 듀티비를 점차적으로 증가시킬 수 있다(S503).
도 5를 참조하면, 제어부(180)가 하단 스위치의 듀티비를 점차적으로 증가시킬 경우, 스위치의 한 주기가 경과할 때마다, 스위치가 턴 온 상태로 유지되는 시간이 증가할 수 있다.
듀티비를 점차적으로 증가시키는 단계(S503)가 완료되면, 제어부(180)는 발전 제동(S503)을 수행하기 위하여, 상단 스위치는 풀 오프 상태로 유지시키고, 하단 스위치는 풀 온 시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6c에서는 여력 제동 및 중간 제동을 수행하지 않는 종래의 제동 방법과, 본 발명에 따른 제동 방법을 비교하기 위한 그래프이다. 도 6a 내지 도 6c는 비교를 위하여, 인버터부(120)의 3상 중 U상에 흐르는 전류를 비교하였다.
도 6a에 도시된 것과 같이, 발전 제동을 수행하기 위한 제어 명령이 발생된 때, 모터의 발전 제동을 곧 바로 수행하게 되면, 모터의 로터에 구비된 부시와, 상기 부시와 맞물리도록 형성되는 커플링이 서로 충돌하게 된다. 이로써, 발전 제동이 수행되는 시점(ta)에 U상 전류에 임펄스(601)가 발생되는 점을 확인할 수 있다.
아울러, q축 전류가 급격히 변동(602a)되고, 급격한 변동 후에도 지속적으로 변동이 발생(603a)함을 알 수 있다.
반면, 도 6b에는 모터의 회전 속도가 270 RPM일 때, 발전 제동을 수행하기 위한 제어 명령이 발생되어, 발전 제동을 수행하기 전에 여력 제동과 중간 제동을 순차적으로 수행하는 경우, U상 전류의 변화가 도시된다.
즉, 도 6b를 참조하면, 발전 제동을 수행하기 위한 제어 명령이 발생되는 시점(tb)으로부터 U상 전류가 완만하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 발전 제동을 수행하기 전에 여력 제동과 중간 제동을 수행하는 경우, q축 전류의 변화가 도 6a의 q축 전류의 변화에 비해, 상대적으로 완만하게 변동(602b)되고, 변동 후에는 q축 전류의 값이 유지(603b)됨을 알 수 있다.
또한, 도 6c에는 모터의 회전 속도가 600 RPM일 때, 발전 제동을 수행하기 위한 제어 명령이 발생되어, 발전 제동을 수행하기 전에 여력 제동과 중간 제동을 순차적으로 수행하는 경우, U상 전류의 변화가 도시된다.
마찬가지로, 도 6c의 q축 전류의 변화가 도 6a의 q축 전류의 변화에 비해, 상대적으로 완만하게 변동(602c)되고, 변동 후에는 q축 전류의 값이 유지(603c)됨을 알 수 있다.
한편, 도 6b와 도 6c를 비교하면, 도 6c의 q축 전류의 변화(602c)가 완료되기까지 소요되는 시간은 도 6b의 q축 전류의 변화(602b)가 완료되기까지 소요되는 시간 보다 길다.
도 7에서는 여력 제동의 유지 시간을 조정하는 것과 관련된 일 실시예가 도시된다.
참고로, 도 7에 도시된 흐름도는 도 4의 비교단계(S403)가 수행된 이후에 수행될 수 있는 프로세스이다.
도 7에 도시된 것과 같이, 제어부(180)는 감지된 속도 값이 기준 속도 값보다 작으면, 모터에 연결된 회전 대상의 무게를 감지하도록 센서(미도시)를 제어할 수 있다(S701).
모터 구동장치가 세탁기에 설치된 것으로 가정하고 설명하면, 세탁기는 터브에 유입된 포의 무게 및 터브에 유입된 세탁수의 무게 중 적어도 하나를 감지하기 위한 센서를 구비하므로, 모터 구동장치의 제어부(180)는 상기 센서로부터 감지된 무게와 관련된 정보를 전달받을 수 있다.
또한, 제어부(180)는 감지된 무게와 관련된 정보에 근거하여, 제1 시간 간격을 설정할 수 있다(S702). 즉, 제어부(180)는 감지된 무게와 관련된 정보에 근거하여, 여력 제동을 유지하는 시간인 제1 시간 간격을 설정할 수 있다.
구체적으로, 제어부(180)는 감지된 무게가 증가할수록 제1 시간 간격을 증가시킬 수 있다.
위와 같이, 제1 시간 간격이 설정되면, 제어부(180)는 설정된 제1 시간 간격동안 인버터부(120)에 포함된 모든 스위치를 풀 오프시킬 수 있다(S703).
제1 시간 간격이 경과하면, 제어부(180)는 하단 스위치에 흐르는 상전류의 크기가 기준 값까지 점차적으로 증가되도록 인버터를 제어할 수 있다(S704).
상전류가 기준 값에 도달함에 따라, 제어부(180)는 하단 스위치를 풀 온 시킬 수 있(S705).
도 8에서는 듀티비를 점차적으로 증가시키는 과정에서, 모터 구동장치의 안전성을 확보하기 위한 보호 프로세스가 도시된다.
참고로, 도 8에 도시된 흐름도는 도 4의 인버터부(120)의 모든 스위치를 풀 오프시키는 단계(S405) 또는 도 7의 제1 시간간격동안 인버터부(120)의 모든 스위치를 풀 오프시키는 단계(S703)가 수행된 이후에 수행될 수 있는 프로세스이다.
도 8에 도시된 것과 같이, 제어부(180)는 인버터부(120)의 모든 스위치를 풀 오프시키는 여력 제동이 완료되면, 인버터부(120)의 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 점차적으로 증가시킬 수 있다(S801).
이후, 제어부(180)는 직류 링크 커패시터에 흐르는 직류단 전류와 한계 전류 값을 비교하거나, 하단 스위치의 듀티비와 기준 듀티비 값을 비교할 수 있다(S802).
구체적으로, 제어부(180)는 인버터부(120)의 하단 스위치의 듀티비가 증가되기 시작하면, 직류 링크 커패시터에 흐르는 직류단 전류를 감지할 수 있다. 이때, 제어부(180)는 모터 구동장치에 포함된 션트저항(Rs)을 이용하여, 직류 링크 커패시터에 흐르는 직류단 전류를 감지할 수 있다.
일 실시예에서, 한계 전류 값은 제어부(180)의 스펙에 의해 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 스펙은 직류 링크 커패시터의 용량, 제어부(180)의 한계 온도와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 즉, 기준 전류 값은 제어부(180)의 안전성을 보장할 수 있는 범위에서 설정될 수 있다.
한편, 도 8에 도시되지는 않았으나, 제어부(180)는 직류 링크 커패시터 양단에 인가되는 직류단 전압을 감지할 수도 있다. 즉, 모터 구동장치는 직류 링크 커패시터 양단에 인가되는 직류단 전압을 감지하기 위한 별도의 전압 검출부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 션트저항을 이용하여, 직류 링크 커패시터에 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류를 이용하여 직류단 전압을 검출할 수도 있다. 직류단 전압을 감지하는 경우, 제어부(180)는 감지된 직류단 전압과 한계 전압 값을 비교할 수 있다.
예를 들어, 한계 전압 값은 400V로 설정될 수 있다.
감지된 직류단 전류가 한계 전류 값을 초과하거나, 하단 스위치의 듀티비가 기준 듀티비 값에 도달하는 경우, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)가 풀 온되도록 인버터부(120)를 제어할 수 있다(S803).
구체적으로, 하단 스위치의 듀티비가 점차적으로 증가되기 시작한 이후, 듀티비가 기준 듀티비 값에 도달하지 않더라도, 직류단 전류가 기준 전류 값을 초과하면, 제어부(180)는 하단 스위치의 듀티비를 최대 값으로 증가시킴으로써, 하단 스위치를 풀 온 시킬 수 있다.
즉, 도 4 및 도 7에 도시된 실시예들에서는 하단 스위치의 듀티비를 점차적으로 증가시키는 중간 제동 단계(S406, S704)가 완료된 후에 하단 스위치를 풀 온시키는 발전 제동 단계(S407, S705)로 진입하는 것과 달리, 도 8에 도시된 실시예에 따른 제어부(180)는 중간 제동 단계(S801)가 완료되지 않더라도, 직류단 전류가 기준 전류 값을 초과하면 발전 제동 단계(S803)로 진입되도록 하단 스위치를 풀 온 시킬 수 있다.
이와 같이, 직류단 전류와 기준 전류 값을 비교하는 단계(S802)가 수행됨으로써, 본 발명에 따른 모터 구동장치의 제어부(180)는 직류 링크 커패시터에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
도 9에서는 듀티비를 점차적으로 증가시키는 과정에서, 모터 구동장치의 안전성을 확보하기 위한 보호 프로세스가 도시된다.
참고로, 도 9에 도시된 흐름도는 도 4의 인버터부(120)의 모든 스위치를 풀 오프시키는 단계(S405) 또는 도 7의 제1 시간간격동안 인버터부(120)의 모든 스위치를 풀 오프시키는 단계(S703)가 수행된 이후에 수행될 수 있는 프로세스이다.
도 9에 도시된 것과 같이, 제어부(180)는 인버터부(120)의 모든 스위치를 풀 오프시키는 여력 제동이 완료되면, 인버터부(120)의 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 점차적으로 증가시킬 수 있다(S901).
이후, 제어부(180)는 하단 스위치의 듀티비가 점차적으로 증가되기 시작한 시점으로부터 제2 시간간격이 경과하였는지 여부를 판단하거나, 하단 스위치의 듀티비와 기준 듀티비 값을 비교할 수 있다(S902).
구체적으로, 제어부(180)는 인버터부(120)의 하단 스위치의 듀티비가 증가되기 시작하면, 타이머를 구동시킴으로써 하단 스위치의 듀티비가 증가되기 시작한 시점으로부터 경과된 시간과 관련된 정보를 주기적으로 검출할 수 있다. 이때, 경과된 시간과 관련된 정보를 검출하는 주기는 타이머의 단위시간과 대응되거나, 상기 단위시간보다 짧게 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 시간간격은 제어부(180)의 스펙에 의해 설정될 수 있다. 즉, 제2 시간간격은 제어부(180)의 안전성을 보장할 수 있는 범위에서 설정될 수 있다.
하단 스위치의 듀티비가 점차적으로 증가되기 시작한 시점으로부터 제2 시간간격이 경과하거나, 하단 스위치의 듀티비가 기준 듀티비 값에 도달하는 경우, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)가 풀 온되도록 인버터부(120)를 제어할 수 있다(S903).
구체적으로, 듀티비가 기준 듀티비 값에 도달하지 않더라도, 하단 스위치의 듀티비가 점차적으로 증가되기 시작한 이후 제2 시간간격이 경과하면, 제어부(180)는 하단 스위치의 듀티비를 최대 값으로 증가시킴으로써, 하단 스위치를 풀 온 시킬 수 있다.
즉, 도 4 및 도 7에 도시된 실시예들에서는 하단 스위치의 듀티비를 점차적으로 증가시키는 중간 제동 단계(S406, S704)가 완료된 후에 하단 스위치를 풀 온시키는 발전 제동 단계(S407, S705)로 진입하는 것과 달리, 도 8에 도시된 실시예에 따른 제어부(180)는 중간 제동 단계(S901)가 완료되지 않더라도, 중간 제동 단계(S901)가 수행되기 시작한 시점으로부터 제2 시간간격이 경과하면, 발전 제동 단계(S903)로 진입되도록 하단 스위치를 풀 온 시킬 수 있다.
이와 같이, 중간 제동 단계(S901)의 수행 시간을 제한함으로써, 본 발명에 따른 모터 구동장치의 제어부(180)는 직류 링크 커패시터에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제어부(180)는 중간 제동 단계(S901)의 수행 시간이 제2 시간간격을 경과하는지 여부를 판단(S902)함과 함께, 직류단 전류가 기준 전류 값을 초과하는지 여부를 판단(S802)할 수 있다.
즉, 제어부(180)는 감지된 직류단 전류가 기준 전류 값을 초과하거나, 중간 제동의 수행시간이 제2 시간간격을 초과하거나, 하단 스위치의 듀티비가 기준 듀티비 값에 도달하면, 발전 제동 단계로 진입할 수 있다.
이와 같이 중간 제동 단계를 수행하는 과정에서, 하단 스위치가 온 상태일 때 발생되는 역기전력에 의해, 직류단 전류가 과도하게 증가하는 것을 방지하기 위해 복수의 보호 알고리즘을 동시에 적용할 수도 있다.
복수의 보호 알고리즘을 적용하면, 션트저항을 통해 감지된 전류 값에 오류가 포함되거나, 타이머의 동작 에러가 발생하더라도, 모터 구동장치의 구동 안전성을 확보할 수 있다.
도 10에서는 듀티비를 점차적으로 증가시키는 중간 제동 방법과 관련된 일 실시예가 도시된다.
참고로, 도 10에 도시된 흐름도는 도 4의 인버터부(120)의 모든 스위치를 풀 오프시키는 단계(S405) 또는 도 7의 제1 시간간격동안 인버터부(120)의 모든 스위치를 풀 오프시키는 단계(S703)가 수행된 이후에 수행될 수 있는 프로세스이다.
또한, 도 10에 도시된 실시예에, 도 8 및 도 9의 보호 알고리즘 중 적어도 하나가 추가적으로 적용될 수 있음은 자명하다.
도 10에 도시된 것과 같이, 제어부(180)는 인버터부(120)의 모든 스위치를 풀 오프시키는 여력 제동이 완료되면, 인버터부(120)의 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비를 점차적으로 증가시킬 수 있다(S1001).
이후, 제어부(180)는 하단 스위치의 듀티비가 점차적으로 증가되기 시작한 시점의 모터의 회전 속도를 감지할 수 있다(S1002). BLDC 모터의 경우, 제어부(180)가 모터의 회전 속도를 감지하는 방법은 공지의 기술이므로, 본 설명에서는 그 설명을 생략한다.
또한, 제어부(180)는 감지된 회전속도에 근거하여, 제2 시간간격을 설정할 수 있다(S1003).
제어부(180)는 하단 스위치의 듀티비가 점차적으로 증가되기 시작한 시점으로부터 설정된 제2 시간간격이 경과하였는지 여부를 판단하거나, 하단 스위치의 듀티비와 기준 듀티비 값을 비교할 수 있다(S1004).
구체적으로, 제어부(180)는 인버터부(120)의 하단 스위치의 듀티비가 증가되기 시작하면, 타이머를 구동시킴으로써 하단 스위치의 듀티비가 증가되기 시작한 시점으로부터 경과된 시간과 관련된 정보를 주기적으로 검출할 수 있다. 이때, 경과된 시간과 관련된 정보를 검출하는 주기는 타이머의 단위시간과 대응되거나, 상기 단위시간보다 짧게 설정될 수 있다.
하단 스위치의 듀티비가 점차적으로 증가되기 시작한 시점으로부터 제2 시간간격이 경과하거나, 하단 스위치의 듀티비가 기준 듀티비 값에 도달하는 경우, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)가 풀 온되도록 인버터부(120)를 제어할 수 있다(S1005).
일 실시예에서, 제어부(180)는 하단 스위치의 듀티비가 증가되기 시작한 시점의 모터의 회전속도가 클수록 제2 시간간격을 짧게 설정할 수 있다.
즉, 하단 스위치의 듀티비가 증가되기 시작한 시점의 모터의 회전속도가 증가할수록 제2 시간간격은 감소될 수 있다.
도 11에서는 듀티비를 점차적으로 증가시키는 중간 제동 방법과 관련된 일 실시예가 도시된다.
참고로, 도 11에 도시된 흐름도는 도 10의 하단 스위치의 듀티비가 점차적으로 증가되기 시작한 시점의 모터의 회전 속도를 감지하는 단계(S1002)가 수행된 이후에 수행될 수 있는 프로세스이다.
또한, 도 11에 도시된 실시예에, 도 8 및 도 9의 보호 알고리즘과, 도 10의 알고리즘 중 적어도 하나가 추가적으로 적용될 수 있음은 자명하다.
도 11에 도시된 것과 같이, 제어부(180)는 발전 제동을 수행시키기 위한 제어명령이 발생된 시점에서 감지된 모터의 회전속도에 근거하여, 하단 스위치의 최초의 듀티비 값을 설정할 수 있다(S1101).
구체적으로, 제어부(180)는 하단 스위치의 듀티비를 점차적으로 증가시키는 과정에서, 스위치의 한 주기가 경과할 때마다 스위치의 듀티비를 점차적으로 증가시킬 수 있다. 이때, 제어부(180)는 감지된 속도에 근거하여, 하단 스위치의 듀티비를 증가시키는 첫 주기에서의 듀티비 값을 설정할 수 있다.
예를 들어, 감지된 속도가 270RPM인 경우, 최초 듀티비 값은 50%로 설정될 수 있다.
이후, 제어부(180)는 하단 스위치(S4, S5, S6)의 듀티비가 설정된 최초의 듀티비 값부터 기준 듀티비 값까지 점차적으로 증가되도록 인버터부(120)를 제어할 수 있다(S1103).
예를 들어, 감지된 속도가 100RPM인 경우, 최초 듀티비 값은 20%로 설정될 수 있다.
도 11에 도시되지는 않았으나, 제어부(180)는 설정된 최초의 듀티비 값에 따라 듀티비의 증가폭을 설정할 수도 있다.
예를 들어, 제어부(180)는 설정된 최초의 듀티비 값과 듀티비의 최대값의 차이를 소정의 횟수로 등분함으로써, 증가폭을 설정할 수 있다. 이와 같이, 증가폭을 설정하면, 최초의 듀티비 값이 변경되더라도, 듀티비를 점차적으로 증가시키는데 소요되는 시간은 유지된다.
또 다른 예에서, 제어부(180)는 설정된 최초의 듀티비 값이 증가할 수록, 증가폭을 증가시킬 수도 있다. 이와 같이, 증가폭을 설정하면, 설정된 최초의 듀티비 값이 증가할 수록 듀티비를 점차적으로 증가시키는데 소요되는 시간이 감소된다.
도 12는 본 발명에 따른 모터 구동장치의 제어방법을 적용하는 경우, 제어부(180)에 포함된 IPM(Intelligent Power Module)의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 발전 제동 방법을 수행하는 경우의 IPM의 온도가 종래의 발전 제동 방법을 수행하는 IPM의 온도보다 감소하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따르는 모터 구동장치는, 모터의 발전 제동이 수행될 때, 모터에 연결된 인버터의 상전류를 점차적으로 증가시킴으로써, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소 상호 간에 발생될 수 있는 소음을 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 모터 구동장치는, 모터의 발전 제동이 수행될 때, 인버터의 듀티비를 점차적으로 증가시킴으로써, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소 상호 간의 충돌력을 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 모터 구동장치에 따르면, 모터의 발전 제동이 수행될 때, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소 상호 간에 발생될 수 있는 소음을 최소화시키면서도, 인버터에 연결된 직류단 커패시터에 흐르는 전류의 크기를 제한함으로써, 모터를 구비하는 장치의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명의 모터 구동장치에 따르면, 모터의 발전 제동이 수행될 때, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소 상호 간의 충돌력을 최소화시킴으로써, 모터와 직접 또는 간접적으로 연결되는 구성요소의 고장을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 모터 구동장치에 따르면, 모터의 발전 제동이 수행될 때, 인버터의 상전류를 점차적으로 증가시킴으로써, 상기 상전류에 임펄스가 발생되는 것을 방지하고, 모터가 보다 안정적으로 제동될 수 있는 효과가 도출된다.

Claims (28)

  1. 직류 전원을 저장하는 직류단 커패시터;
    복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 직류단 커패시터에 저장된 전원을 교류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터부;
    상기 직류단 커패시터에 흐르는 전류를 감지하는 션트저항; 및
    상기 모터를 정지시키기 위한 발전 제동이 수행되도록 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하단 스위치의 듀티비가 최소값에서부터 최대값까지 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하단 스위치의 듀티비가 선형적으로 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하단 스위치의 듀티비를 점차적으로 증가시킴에 있어서, 상기 듀티비의 증가폭이 점차적으로 감소되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하단 스위치가 풀 오프 상태에서 풀 온 상태로 전환되는 과정에서, 상기 상전류가 점차적으로 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생되면, 상기 복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 제1 시간간격 동안 모두 오프시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 시간 간격이 경과하면, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류의 크기가 기준 값까지 점차적으로 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하단 스위치가 점차적으로 증가되기 시작한 시점으로부터 제2 시간간격이 경과하면, 상기 하단 스위치를 풀 온 상태로 유지시켜, 상기 모터가 발전 제동되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하단 스위치에 흐르는 상전류의 크기가 기준 값에 도달하면, 상기 하단 스위치를 풀 온 상태로 유지시켜, 상기 모터가 발전 제동되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 션트저항에 의해 감지된 전류 값이 한계 전류 값을 초과하면, 상기 하단 스위치를 풀 온 상태로 유지시켜, 상기 모터가 발전 제동되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 회전 속도가 기준 속도 값 이하일 때 상기 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생되면, 상기 발전 제동이 수행되기 전에 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 회전 속도가 기준 속도 값을 초과할 때 상기 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생되면, 상기 인버터부에 포함된 하단 스위치가 풀 오프되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생된 때의 상기 모터의 회전 속도에 근거하여, 상기 하단 스위치의 최초의 듀티비 값을 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    발전 제동이 수행되기 전에 상기 하단 스위치의 듀티비가 설정된 최초의 듀티비 값부터 기준 듀티비 값까지 점차적으로 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치의 듀티비가 설정된 최초의 듀티비 값부터 상기 하단 스위치의 일 주기마다 소정의 듀티비 증가폭만큼 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하단 스위치의 상전류가 기준 전류 값에 도달할 때까지, 상기 하단 스위치의 듀티비를 상기 하단 스위치의 듀티비가 설정된 최초의 듀티비 값부터 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치의 듀티비가 설정된 최초의 듀티비 값부터 상기 하단 스위치의 일 주기마다 점차적으로 증가되되, 상기 듀티비의 증가폭이 점차적으로 감소되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 발전 제동을 수행시키기 위한 제어 명령이 발생된 때의 상기 모터의 회전 속도가 증가하면, 상기 하단 스위치의 최초의 듀티비 값이 감소되는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하단 스위치에 흐르는 상전류의 크기가 점차적으로 증가되기 시작한 시점에 모터의 회전속도와 관련된 정보를 검출하고,
    검출된 회전속도와 관련된 정보에 근거하여, 상기 제2 시간간격을 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  20. 제6항에 있어서,
    상기 모터에 연결되어 회전하는 물체의 무게를 감지하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 센서에 의해 감지된 무게에 근거하여, 상기 제1 시간간격을 설정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 센서에 의해 감지된 무게가 증가하면, 상기 제1 시간간격이 증가되는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치의 일 주기마다, 상기 하단 스위치가 온 상태로 유지되는 시간이 점차적으로 증가되도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치의 상전류 상에 소정 크기 이상의 임펄스가 발생되지 않도록, 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  24. 구동력을 제공하는 모터와, 상기 모터에서 발생되는 토크를 변경시키는 변속 시스템을 포함하는 의류처리장치에 있어서,
    복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 교류 전원을 상기 모터에 출력하는 인버터부;
    상기 모터를 정지시키기 위한 발전 제동이 수행되도록 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 발전 제동이 수행될 때 상기 변속 시스템에 포함된 구성요소 상호 간의 충돌을 방지하기 위해, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 변속 시스템은,
    복수의 샤프트와, 상기 복수의 샤프트 중 제1 샤프트와 제2 샤프트 사이에 배치된 기어부와, 상기 복수의 샤프투 중 어느 하나와 모터 사이에서 이동가능하게 설치되는 커플링을 포함하는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  27. 펄세이터와 터브를 구비하는 의류처리장치에 있어서,
    상기 펄세이터에 연결되는 제1 샤프트부;
    상기 의류처리장치에 구동력을 제공하는 모터;
    상기 모터의 로터에 구비되는 부시;
    상기 부시에 삽입 설치되는 제2 샤프트부;
    상기 의류처리장치의 터브에 연결되는 제3 샤프트부;
    상기 제1 샤프트부와 상기 제2 샤프트부 사이에 설치되어, 상기 모터에서 발생된 토크를 변경시키는 기어부;
    상기 로터와 상기 제3 샤프트부 사이에, 상하로 이동 가능하게 설치되는 커플링;
    복수의 상단 스위치 및 하단 스위치를 구비하며, 스위칭 동작에 의해, 상기 모터에 교류 전원을 전달하는 인버터부; 및
    상기 모터를 정지시키기 위한 발전 제동이 수행되도록 상기 인버터부를 제어하고, 상기 의류처리장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 의류처리장치의 탈수행정을 종료시키기 위한 제어 명령이 발생되면, 상기 커플링과 상기 부시 사이의 충돌을 최소화시키도록, 상기 발전 제동이 수행되기 전에, 상기 하단 스위치에 흐르는 상전류를 점차적으로 증가시키도록 상기 인버터부를 제어하는 것을 특징으로 하는 의류처리장치.
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