KR20220098884A - 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법 - Google Patents

모터 제어 장치 및 모터 제어 방법 Download PDF

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Abstract

다양한 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 모터의 센서리스 제어를 통해 회전자의 위치를 추정하기 위하여, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터에 제공하는 인버터부; 및 상기 인버터부를 이용하여 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 이전 모터의 구동에서 회전자의 정지 위치를 확인하고, 상기 모터의 구동 개시에 대응하여, 상기 모터에 특정 패턴의 입력 신호를 인가하도록 상기 인버터부를 제어할 수 있다. 그밖에 다른 실시예들이 가능하다.

Description

모터 제어 장치 및 모터 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING MOTOR AND METHOD FOR CONTROLLING MOTOR}
본 개시는 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 모터 기동 시 회전자의 위치를 추정하는 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법에 관한 것이다.
가전 기기에 사용되는 모터는 동작 원리상 회전자의 정확한 위치를 파악해야만 원활한 전류 제어가 가능하다. 예컨대 모터의 초기 위치를 정확히 확인하지 않으면 기동 토크가 작아지거나 모터의 회전 방향이 역전하는 문제가 발생할 수 있으므로, 모터의 기동 전에 모터의 초기 위치를 우선 검출하고 상기 초기 위치 정보에 기반하여 모터를 제어할 필요가 있다.
이와 같이 모터의 초기 위치 정보를 얻기 위하여 종래에는 엔코더, 레졸버, 홀센서 등의 센서를 이용하는 방식이 적용되었으나, 이와 같이 센서를 이용하는 방식은 고가의 부품을 요구하고, 배선이나 구조가 복잡해져 사용 환경에 제한을 받을 수 있다. 이에 따라 최근에는 위치 검출 수단을 이용하지 않는 센서리스 제어가 활발히 연구되고 있다.
이와 관련하여 종래 기술 1(한국공개특허공보 10-2020-0087604호)에서는 2-point 연산을 위한 12개의 신호를 인가하여 센서리스에 의한 모터 저항 추정하는 구성을 개시한다.
또한, 종래 기술 2(한국공개특허공보 10-2015-0053559호)에서는 센서리스 방식의 세탁물 처리기기에서 모터에 인가되는 전압 검출을 효율적으로 수행하기 위한 구성을 개시한다.
그러나 이러한 종래 기술들은, 모터의 운동을 시작할 때 고정자에 특정 전류를 인가하여 회전자의 위치를 직접 정렬(align)하는 방식을 적용한 것들로, 모터를 기동할 때마다 매번 위치 정렬을 위한 소정의 대기 시간이 요구될 수 있다. 또한, 모터를 이용하여 구동하고자 하는 물체의 관성이 클수록 위치 정렬을 위해 소요되는 대기 시간이 더욱 길어지게 되어, 세탁기의 실동률 저하 및 사용자 불만이 야기되는 문제가 있을 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들은, 모터를 기동하기 이전에 모터의 초기 위치(회전자의 위치)를 단시간에 효과적으로 추정하는 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법을 제안하고자 한다.
본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터에 제공하는 인버터부; 상기 인버터부를 이용하여 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 이전 모터의 구동에서 회전자의 정지 위치를 확인하고, 및 상기 모터의 구동 개시에 대응하여, 상기 모터에 특정 패턴의 입력 신호를 인가하도록 상기 인버터부를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 특정 패턴의 입력 신호의 위상은 상기 모터의 이전 구동에서 상기 회전자의 정지 위치에 기반하여 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 모터 제어 방법은, 모터의 구동 개시 명령이 입력되면, 상기 모터의 구동 이전에, 상기 모터의 구동 정지 시의 회전자의 정지 위치에 기반하여, 상기 모터에 특정 패턴의 입력 전압을 인가하는 단계; 및 상기 입력 전압에 대응하는 응답 전류에 기초하여 상기 회전자의 현재 위치를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 상기 회전자의 현재 위치에 기반하여 상기 모터를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 모터의 초기 위치 검출을 위하여 별도의 고가의 센서를 구비하지 않아도 되므로, 제조 비용을 절감하고 불필요한 설계를 생략할 수 있다.
또한, 센서리스 제어에 의하면서도, 모터의 초기 위치 정렬을 위하여 과도하게 많은 시간을 들이지 않아도 되므로, 실동률을 개선하고 짧은 대기시간 내에 세탁 행정과 관련된 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 모터의 구동 정지 단계에서 포의 움직임이나 물의 출렁거림에 따라 모터가 움직이는 문제를 개선할 수 있다.
또한, 회전자의 정지 위치 정보에 기반하여 모터의 구동 재개 전 단계에서 모터의 위치를 추정함으로써 보다 정확하고 일관성 있는 모터 위치 추정이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 모터의 초기 위치 판단을 위해 인가되는 신호에 의한 모터의 움직임이나 소음의 발생을 최소화하고 모터의 위치 추정 오차를 최소화할 수 있다.
발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 의류 처리 장치를 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치를 포함하는 의류 처리 장치의 개략적인 구성 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 의류 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 모터의 구동 개시 명령에 따른 모터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 모터의 구동 개시 명령에 따른 모터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터에 대한 입력 신호 인가에 따른 응답 신호를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 7 은 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 입력 신호 인가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 입력 신호 인가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 은 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 입력 신호 인가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법의 개략적인 흐름도이다.
실시 예들에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 기재된 "a, b, 및 c 중 적어도 하나"의 표현은, 'a 단독', 'b 단독', 'c 단독', 'a 및 b', 'a 및 c', 'b 및 c', 또는 'a,b,c 모두'를 포괄할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 의류 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 의류 처리 장치(100)는, 전면(front) 방향으로 개방된 세탁조(예: 드럼(122)) 안으로 포를 삽입하는 방식의 드럼식 의류 처리 장치를 포함할 수 있다. 한편, 이와 같은 구조에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에 따른 의류 처리 장치는, 도 1에 도시된 것과 달리 상면 방향으로 개방된 세탁조 안으로 포를 삽입하는 방식의 전자동 의류 처리 장치를 포함할 수 있다. 이러한 의류 처리 장치(100)는 상기 세탁조에 삽입된 포를 세탁, 헹굼, 탈수, 및 건조 중 적어도 하나의 처리를 하는 장치에 해당할 수 있다.
예를 들면, 의류 처리 장치(100)는 외관을 형성하는 캐비닛(110)과, 캐비닛(110) 내부에 배치되며 캐비닛(110)에 의해 지지되는 터브(120)와, 터브(120) 내부에 배치되며 포가 삽입되어 세탁되는 드럼(122)과, 드럼(122)을 구동시키는 모터(130)와, 캐비닛 본체(111) 외측에 배치되며 캐비닛(110) 내부로 세탁수를 공급하는 세탁수 공급 장치(미도시)와, 터브(120) 하측에 형성되어 세탁수를 외부로 배출하는 배수장치(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
드럼(122)은 세탁수가 통과되도록 복수의 통공(122A)을 포함할 수 있으며, 드럼(122)의 회전시 세탁물이 일정 높이로 들어 올려진 후 중력에 의해 낙하되도록 드럼(122)의 내부 측면에 배치되는 리프터(124)를 포함할 수도 있다.
캐비닛(110)은, 캐비닛 본체(111)와, 캐비닛 본체(111)의 전면에 배치되어 결합하는 캐비닛 커버(112)와, 캐비닛 커버(112) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(111)와 결합하는 컨트롤패널(115)과, 컨트롤패널(115) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(111)과 결합하는 탑 플레이트(116)를 포함할 수 있다.
캐비닛 커버(112)는 포의 출입이 가능하도록 형성되는 포 출입홀(114)과, 포 출입홀(114)의 개폐가 가능하도록 좌우로 회동가능하게 배치되는 도어(113)를 포함할 수 있다.
컨트롤 패널(115)는 의류 처리 장치(100)의 동작 상태를 조작하는 조작키들(117)과, 조작키들(117)의 일측에 배치되며 의류 처리 장치의 동작 상태를 표시하는 디스플레이(118)을 포함할 수 있다.
컨트롤 패널(115) 내의 조작키들(117) 및 디스플레이(118)는 제어부(예: 도 2의 제어부(210))에 전기적으로 연결되며, 제어부는 의류 처리 장치(100)의 각 구성요소들을 전기적으로 제어할 수 있다. 제어부의 동작에 대해 구체적인 내용은 이하 후술한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 의류 처리 장치(100)는 각종 센서 및 기타 기기를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 의류 처리 장치는 드럼(122)의 진동량을 측정하는 진동 센서를 더 포함할 수 있거나, 또는 드럼(122)에 수용된 포의 편심량에 따라 발생하는 진동을 감지하여 저감하기 위한 기기를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치를 포함하는 의류 처리 장치의 개략적인 구성 블록도이다.
도 2를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 의류 처리 장치는, 모터 제어 장치(200), 모터(230)(예: 도 1의 모터(130)), 조작키(240), 및 디스플레이(250) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
모터 제어 장치(200)는, 모터(230)의 구동을 전반적으로 제어하기 위한 구성으로, 제어부(210) 및 인버터부(220)를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 상기 모터 제어 장치(200)는, 모터(230)의 회전자(rotor)의 위치를 감지하는 홀 센서를 별도로 구비하는 대신, 센서리스(sensorless) 방식으로서, 입력 신호 인가 및 이에 따른 응답 신호의 확인을 통해 모터(230)의 회전자의 위치를 추정하여 상기 모터(230)의 구동을 제어하는 장치에 해당할 수 있다.
예를 들어, 상기 모터 제어 장치(200)에 의해 제어되는 모터(230)는, 고정자와 회전자를 포함할 수 있으며, 고정자의 코일에 소정 주파수의 교류 전원이 인가됨에 따라 회전자가 회전하는 3상 모터를 포함할 수 있다.
예를 들면, 모터(230)는 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm)를 포함할 수 있다.
인버터부(220)는 모터(230)의 구동을 위한 구성으로, 외부로부터 직류 전원을 공급받아 이를 교류 전원으로 변환하고, 변환된 교류 전원을 모터(230)에 제공하는 인버터이거나 또는 상기 인버터를 적어도 포함하는 구성에 해당할 수 있다.
예컨대, 인버터는, 복수의 인버터 스위칭 소자를 포함하고, 상기 스위칭 소자의 온/오프 동작에 따라 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여 모터(230)에 출력할 수 있다. 예컨대 상기 인버터 내의 스위칭 소자들은, 제어부(210)로부터의 인버터 스위칭 제어 신호에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 제어할 수 있으며, 이에 따라 소정의 타겟 주파수에 해당하는 교류 전원을 상기 모터(230)에 출력할 수 있다.
제어부(210)는, 인버터부(220)를 이용하여 모터(230)의 구동 동작을 제어할 수 있다. 예컨대 제어부(210)는 상기 인버터부(220)의 스위칭 동작을 제어하여 모터(230)의 구동을 제어할 수 있으며, 상기 모터(230)의 구동에 따라 세탁조(또는, 드럼(예: 도 1의 드럼(122)))를 회전 운동시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(210)는 조작키(240)를 이용하여 수신되는 세탁, 헹굼, 탈수, 또는 건조 등의 세탁 행정과 관련된 사용자 입력에 기초하여, 모터(230)의 구동 개시 명령 또는 모터(230)의 구동 정지 명령을 획득하고, 이에 따라 모터(230)의 구동 제어 동작을 수행할 수 있다.
또한, 제어부(210)는 디스플레이(250)를 통해 세탁 코스, 세탁 시간, 탈수 시간, 또는 헹굼 시간과 같은 세탁 행정과 관련된 동작 상태 정보를 표시하도록 제어할 수도 있다.
예를 들면, 제어부(210)는, 모터(230)의 구동 정지 명령이 입력되면, 회전자의 속도가 지정된 크기(예: rpm) 이하인 것에 응답하여, 상기 회전자의 정지 위치를 확인할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제어부(210)는, 특정 위치(예: 회전자의 정지 위치로 예측된 위치 또는 특정 기준 위치)에서 회전자가 정지하도록, 상기 위치에 회전자를 정렬(align)시킬 수 있는 소정 위상의 입력 전류를 인가할 수 있다. 이를 통해, 구동 정지 명령 입력 시, 포의 움직임이나 물의 출렁거림에 의해 모터(230)의 회전자가 움직이는 것을 방지하고, 특정 정지 위치에 회전자를 정렬함으로써, 모터(230)의 정지 위치를 확인할 수 있다.
예를 들면, 제어부(210)는, 모터(230)의 구동 개시 명령이 입력되면, 상기 구동 개시 명령이 입력되기 직전 모터(230)(예: 회전자)의 정지 위치 정보에 기반하여, 모터(230)에 특정 패턴의 입력 신호를 인가할 수 있다. 예컨대, 상기 특정 패턴의 입력 신호는 서로 다른 위상을 갖는 복수의 서브 패턴 신호들을 포함할 수 있으며 상기 서브 패턴 신호들은 한 주기의 정현파 전압 신호에 해당할 수 있다.
예를 들면, 제어부(210)는, 입력 신호에 대응하는 응답 신호에 기초하여 회전자의 현재(초기) 위치를 추정할 수 있으며, 추정된 회전자의 현재 위치에 따라 모터(230)를 구동하도록 인버터부(220)를 이용하여 구동 제어 신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 제어부(210)는, 모터(230)에 인가하는 입력 신호의 위상을 상기 모터(230)의 이전 구동 시 회전자의 정지 위치에 기초하여 결정할 수 있다. 예컨대, 제어부(210)는, 이전 구동 시의 회전자의 정지 위치에 기초하여, 입력 신호에 포함되는 복수의 서브 패턴 신호들 중 최초 인가될 제1 서브 패턴 신호의 위상을 결정할 수 있다. 또한, 제어부(210)는, 상기 제1 서브 패턴 신호의 위상에 대응하여 다음에 인가될 나머지 서브 패턴 신호들의 위상을 결정할 수 있다. 예를 들면, 제1 서브 패턴 신호의 위상은, 이전 구동 시 회전자의 정지 위치와 반대되는 위상에 대응할 수 있으며, 제1 서브 패턴 신호의 다음에 인가되는 서브 패턴의 위상은, 상기 제1 서브 패턴 신호와 120도 이상(예컨대, 약 120도 또는 약 180도)의 위상 차를 갖는 위상에 대응할 수 있다.
예를 들면, 제어부(210)는, 입력 신호에 포함된 복수의 서브 패턴 신호(예: 1주기의 정현파 전압 신호)들 각각에 대응하는 서브 응답 신호(예: 1주기의 정현파 전류 신호)들의 크기에 기초하여, 가장 큰 서브 응답 신호에 대응하는 서브 패턴 신호의 위상을 기반으로 회전자의 현재 위치를 추정할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 상기 입력 신호에 대응하는 응답 신호에 기초하여, 회전자의 위치 및/또는 모터(230)의 파라미터 값(예컨대, 고정자 저항)을 추정할 수도 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(200)는, 상기 제어부(210)의 제어 명령과 관련된 명령어들 또는 모터 구동과 관련된 소정의 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 모터 제어 장치(200)는, 모터(230)의 구동 정지(또는 중단) 시의 회전자의 정지 위치에 대한 정보(데이터)를 상기 메모리에 저장할 수 있으며, 모터(230)의 구동 개시 단계에서 상기 회전자의 정지 위치를 이용하여 회전자의 현재 위치(예: 구동 개시 직전의 회전자 위치)를 확인하기 위한 특정 패턴의 입력 신호(예: 입력 전압)을 인가할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 의류 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 의류 처리 장치(예: 도 1의 의류 처리 장치(100))는, 교류 전원(305), 리액터(L), 컨버터(310), 평활 커패시터(C), 인버터(320) (예: 도 2의 인버터부(220)), 제어부(330)(예: 도 2의 제어부(210)), 및 모터(340)(예: 도 1의 모터(130), 도 2의 모터(230)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 의류 처리 장치는, 입력 전류 검출부(A), dc 단 전압 검출부(B), 출력 전류 검출부(E), 출력 전압 검출부(F)를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 리액터(L)은 교류 전원(305, Vs)과 컨버터(310) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압 동작을 수행할 수 있다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(310)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 교류 전원(305)로부터 입력되는 입력 전류 is를 검출할 수 있다. 이를 위해, 입력 전류 검출부(A)로 CT(Current Transformer), 션트 저항등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류 is는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 제어부(330)에 입력될 수 있다.
컨버터(310)는 리액터(L)를 거친 교류 전원(305)을 직류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 이때, 교류 전원(305)는 단상 교류 전원이거나 또는 삼상 교류 전원일 수 있으며, 교류 전원(305)의 종류에 따라 컨버터(310)의 내부 구조도 변경될 수 있다. 컨버터(310)는 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 구성되며, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 단상 교류 전원인 경우 컨버터(310)로 4개의 다이오드가 브릿지 형태가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경유 컨버터(310)로 6개의 다이오드가 브릿지 형태가 사용될 수 있다. 컨버터(310)가 스위칭 소자를 구비하는 경우, 컨버터(310)는 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 승압 동작, 역률 개선 및 직류 원 변환을 수행할 수 있다.
평활 커패시터(C)는 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장할 수 있다. 도 3에서, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자가 기재되어 있으나, 이에 제한되지 않고 소자 안정성을 위해 복수개가 이용될 수도 있다. 또한, 도 3에서, 컨버터(310)의 출력단에 평활 커패시터(C)가 위치하지만, 이에 제한되지 않고 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다. 평활 커패시터(C)는 직류 전원을 저장하고 있으므로, 평활 커패시터(C)의 양단은 dc 단 또는 dc 링크단이라 기재될 수 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)를 검출할 수 있다. dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호로서, 제어부(330)에 입력될 수 있다.
인버터(320)(예: 도 2의 인버터부(220))는 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 on/off 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va, vb, vc)으로 변환하여, 모터(340)에 출력할 수 있다. 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a, S'b, S'c)가 한 쌍이 될 경우, 인버터(320)는 총 세쌍의 상암/하암 스위칭 소자가 서로 병렬 연결된 구조일 수 있다. 각 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc, S'a, S'b, S'c)는 다이오드가 병렬로 연결된 구조일 수 있다.
인버터(320) 내의 스위칭 소자들은 제어부(330)로부터의 제어 신호(Sic)에 기초하여 on/off 상태로 제어될 수 있다. 이에, 소정 주파수를 갖는 교류 전원이 모터(340)에 출력될 수 있다. 제어 신호(Sic)는 펄스폭 변소 방식(PWM)의 스위칭 제어 신호로서, 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(io)와, 출력 전압 검출부(F)에서 검출되는 출력 전압(Vo)를 기초로 생성되어 출력될 수 있다.
제어부(330)는 센서리스 방식에 기초하여 인버터(320)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(330)는 출력 전류 검출부(E)에서 검출되는 출력 전류(io)와, 출력 전압 검출부(F)에서 검출되는 출력 전압(V)를 입력받을 수 있다.
출력 전류 검출부(E)는, 인버터(320)와 모터(340) 사이에 흐르는 출력 전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(340)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 또한, 출력 전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류 ia, ib, ic를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다. 출력 전류 검출부(E)는 인버터(320)과 모터(340) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해 CT(Current Transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이 인버터(320)과 모터(340) 사이에 위치하거나 또는 인버터(320)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a, S'b, S'c)에 일단이 각각 접속하는 것이 가능하다. 또한, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 또한 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 커패시터(C)와 인버터(320) 사이에 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 검출된 출력 전류 io는 펄스 형태의 이산 신호로서, 제어부(330)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력 전류 io에 기초하여 제어 신호 Sic가 생성될 수 있다.
출력 전압 검출부(F)는 인버터(320)와 모터(340) 사이에 위치하며, 인버터(320)에서 모터(340)로 인가되는 출력 전압을 검출할 수 있다. 인버터(320)가 펄스폭 가변(PWM) 기반의 스위칭 제어 신호에 의해 제어되는 경우, 출력 전압은 펄스폭 가변(PWM) 기반의 펄스 형태의 전압일 수 있다. 출력 전압 검출부(F)는 인버터(320)과 모터(340) 사이에 전기적으로 접속되는 저항 소자와, 저항 소자의 일단에 접속되는 비교기를 포함할 수 있다. 검출된 출력 전압 Vo는 펄스 형태의 이산 신호로서, 제어부(330)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력 전압 Vo에 기초하여 제어 신호 Sic가 생성될 수 있다.
도 4 및 도 5는 다양한 실시예에 따른 모터의 구동 개시 명령에 따른 모터의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 모터 제어 장치(예: 도 2의 모터 제어 장치(200))는, 특정 센서를 이용하여 모터의 초기 상태를 검출하는 대신, 별도의 센서를 구비하지 않고도, 모터에 소정의 입력 신호를 인가하고 이에 대한 응답 신호를 확인하는 방식으로 모터의 초기 상태 정보를 추정하여 모터를 구동하는, 센서리스 모터 제어 장치에 해당할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 모터 제어 장치는, 모터의 구동 개시 명령이 입력됨에 따라, 우선 A 구간(도 4 참조) 또는 A' 구간(도 5 참조)에서 모터의 초기 상태 정보를 확인하고, B 구간(도 4 및 도 5 참조)에서 반추 에너지를 이용하여 모터의 구동을 위한 스윙 기동이 수행되도록 한 후, C 구간(도 4 및 도 5 참조)에서 실질적으로 모터가 회전 기동하도록 제어하는 방식으로, 인버터부(예: 도 2의 인버터부(220))를 통해 모터의 구동을 제어할 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 상기 A 구간에서, 모터의 초기 위치를 검출하는 대신, 모터가 특정한 위치로 정렬(align)되도록 소정의 입력 신호를 모터의 특정 위치에 인가하여, 모터의 초기 위치를 정렬하는 작업을 수행하고, 해당 위치를 모터의 초기 위치로 추정할 수 있다. 또한, 모터 제어 장치는, 이러한 초기 위치 정렬 동작을 수행하는 동안, 두 지점(time point)에서의 모터의 전압 및 전류 정보를 이용하여 모터의 초기 파라미터(예: 고정자의 저항)를 추정할 수 있다. 예컨대, 상기 모터 제어 장치는, 특정 크기의 입력 전류(예: 2A 및 4A의 크기를 갖는 직류 전류)를 특정 방향에 소정 시간(T1) 동안 인가하여 모터의 초기 위치를 정렬할 수 있으며, 특히 상기 인가되는 입력 전류가 서로 다른 크기를 가지도록 설정하여, 입력 전류 및 각 입력 전류에 대응하는 응답 전압에 기초하여 모터의 초기 파라미터(예: 고정자 저항)를 추정할 수 있다.
한편, 도 4에서 모터의 초기 상태를 확인하거나 모터의 초기 위치를 정렬하는데 소요되는 시간(T1)(예: 2.5초 내지 3.5초)은 후술할 다른 실시예에 따른 도 5에서의 모터의 초기 상태를 확인(예 모터 위치 및/또는 저항 추정)하기 위해 소요되는 시간(T1-T3)(예: 0.2초 내지 0.4초) 보다 다소 긴 시간이 요구될 수 있다. 특히 모터를 이용하여 동력을 전달하고자 하는 물체(예: 세탁조, 드럼)에 대한 관성이 클수록 상기 소요되는 시간(T1)은 더 증가하게 되므로 장치(예: 세탁 처리 장치 또는 상기 세탁 처리 장치에 포함된 모터 제어 장치)에 구동 개시 명령을 인가한 후, 실제 구동이 개시되는 시점까지의 대기 시간 지연에 따른 사용자 불만이 발생할 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 도 4의 모터 제어 장치에서의 모터 정렬 작업을 수행하지 않고, 대신 모터에 특정 패턴의 입력 신호를 인가하고 이에 대응하는 응답 신호를 확인하는 방식으로, 모터의 초기 상태 정보(예컨대, 모터의 위치 및/또는 모터의 파라미터(예: 저항))를 추정하여 모터의 구동을 제어할 수 있다.
예컨대, 상기 모터 제어 장치는, 특정 패턴의 입력 전압를 모터에 인가하고, 상기 입력 전압에 대응하는 응답 전류를 확인하여 모터의 위치(예: 회전자의 위치)를 추정하고, 및/또는 상기 모터의 파라미터(예: 고정자의 저항)를 추정할 수 있다.
예를 들면, 상기 모터에 인가되는 입력 전압은, 서로 다른 위치에 순차적으로 인가되는 복수의 서브 패턴 신호들을 적어도 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 복수의 서브 패턴 신호들 각각은, 동일한 크기(진폭)을 갖는 1주기의 정현파 입력 전압 신호에 해당할 수 있다. 상기 서브 패턴 신호들은 연속적으로 인가되지 않을 수 있으며 각각의 서브 패턴 신호가 인가될 때마다 소정의 대기 시간을 가질 수도 있다. 모터 제어 장치(예: 도 2의 제어부(210))는, 상기 각각의 서브 패턴 신호들에 대한 서브 응답 신호들에 기초하여, 각각의 서브 응답 신호들 중 가장 큰 응답 전류 크기를 갖거나 또는 가장 큰 응답 전류 적분 값을 갖는 신호에 대응하는 서브 패턴 신호가 인가된 방향(또는, 위상)에 대응하여 상기 모터의 현재(초기) 위치를 추정할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 상기 복수의 서브 패턴 신호들 중 크기(예: 진폭)가 다른 특정 서브 패턴 신호(예: 제2 서브 패턴 신호)를 적어도 하나 포함할 수 있으며, 이를 이용하여 상기 모터의 파라미터(예: 저항) 값을 추정할 수 있다. 또한, 또 다른 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 상기 복수의 서브 패턴 신호들과 크기가 상이한 제2 서브 패턴 신호를 포함하지 않더라도, 전술한 동일 크기를 갖는 복수의 서브 패턴 신호들 및 이에 대응하는 응답 전류만을 이용하여 상기 모터의 파라미터 값을 추정할 수도 있다.
이와 같이, 도 5을 참조하여 설명한 모터 제어 장치는, 모터의 초기 위치 정렬 없이 소정의 서브 패턴 신호들을 인가하는 방식으로 모터의 위치를 추정함에 따라, 모터 위치 정렬에 소요되는 시간보다 훨씬 적은 시간(T1-T3) 동안에도 도 4에서 설명한 모터 제어 장치와 실질적으로 유사한 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터에 대한 입력 신호 인가에 따른 응답 신호를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 6을 참고하면, 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(예: 도 2의 모터 제어 장치(200))는, 모터의 구동 개시 명령이 입력되면, 상기 모터의 초기 상태 정보를 확인하기 위하여, 모터의 구동 이전에, 특정 패턴의 입력 신호(예: 입력 전압)을 인가하도록 인버터부를 제어할 수 있다.
또한, 모터 제어 장치는, 상기 입력 신호의 인가에 따른 응답 신호(예: 응답 전류, i)를 확인하고, 이를 통해 모터의 초기 상태(예: 회전자 위치)에 관한 소정의 정보를 추정할 수 있다.
다양한 실시예에 다르면, 모터에 인가되는 특정 패턴의 입력 신호는, 서로 다른 위상을 가지며 순차적으로 인가되는 복수의 서브 패턴 신호들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 각각의 서브 패턴 신호들은 소정의 시간 간격(예: 10 ms 내지 15 ms)을 두고 순차적으로 모터의 특정 위치에 인가될 수 있다. 예컨대, 각 서브 패턴 신호는, 직전에 인가된 서브 패턴 신호에 따른 응답 전류가 0이 되고 나서, 다음의 서브 패턴 신호가 인가되는 방식으로, 소정 시간 간격을 두고 모터에 순차적으로 인가될 수 있다. 한편, 상기 서브 패턴 신호들은, 각각 모터에 서로 다른 위상으로 모터의 서로 다른 위치에 인가됨에 따라, 모터의 합성 자속의 위상도 상기 서브 패턴 신호들의 위상에 대응하여 순차적으로 달라질 수 있다.
예를 들면, 상기 복수의 서브 패턴 신호들은, 예컨대, 구형파, 반파, 펄스, 또는 정현파 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 중, 한 실시예에 따르면, 모터 제어 장치는, 상기 서브 패턴 신호로서 1주기의 정현파 신호를 포함할 수 있다. 상기 각각의 서브 패턴 신호가 1주기의 정현파 전압 신호에 해당하는 경우, 그에 따른 서브 응답 신호 역시, 도 6에 도시된 것과 같이, 1주기의 정현파 전류 신호로 나타날 수 있다. 상기 1주기의 정현파 서브 패턴 신호는, 특정 위치에서 양의 방향 및 음의 방향으로 토크를 발생시키므로 한 주기 내에서 평균 토크가 0이 될 수 있으며, 이에 따라 다른 패턴(예: 구형파, 반파, 펄스 등)의 입력 신호 대비, 입력 신호의 인가를 통해 발생될 수 있는 토크 리플을 최소화할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따르면, 상기 입력 신호는, 모터에 동일한 크기 및 서로 다른 위상으로(또는, 방향으로) 순차적으로 인가되는 복수의 서브 패턴 신호들(예: 도 7의 제1 신호 내지 제6 신호)을 적어도 포함할 수 있다. 모터 제어 장치(예: 제어부(210))는, 상기 모터에 서로 다른 위상으로 인가되는 서브 패턴 신호들 각각에 대응하는 응답 전류(i)의 패턴에 기반하여, 상기 복수의 서브 패턴 신호들 중 어느 하나의 서브 패턴 신호의 위상에 대응하여, 모터의 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 예컨대, 회전자의 위치는, 상기 고정자에 포함된 적어도 하나의 마그넷의 N극이 향하는 위치(또는, 방향)를 의미할 수 있다.
예를 들면, 모터 제어 장치는, 각각의 서브 패턴 신호들(예: 입력 전압 신호)에 대응하는 응답 신호(예: 응답 전류 신호)의 최대 크기 또는 적분 값에 기반하여, 상기 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 예를 들어, 모터 제어 장치는, 각각의 응답 전류 신호들 중 가장 큰 전류 크기를 갖거나, 또는 가장 큰 전류 적분 값을 갖는 신호에 대응하는 패턴 신호가 인가된 위치를, 상기 모터(예: 고정자)의 현재(초기) 위치로서 추정할 수 있다.
이와 같이, 모터 제어 장치는, 서브 패턴 신호들을 인가하는 모터의 위치들 중 어느 하나에 대응하여 상기 모터의 현재(초기) 위치를 추정할 수 있다. 따라서, 모터 제어 장치는 각각의 서브 패턴 신호들을 서로 균등한 간격(또는, 각도)만큼 떨어진 모터 상의 위치에 인가하도록 설정될 수 있다.
예컨대, 입력 신호가 총 6개의 서브 패턴 신호들을 포함하는 경우, 상기 서브 패턴 신호들은 약 60도의 위상 차를 갖도록 인가될 수 있다. 만약 상기 입력 신호가 총 12개의 서브 패턴 신호들을 포함하는 경우에는, 상기 서브 패턴 신호들은 각각 약 30도의 위상 차를 갖도록 각각의 위치에 인가될 수 있으며, 상기 서브 패턴 신호가 인가된 위치들 중 어느 하나에 대응하여 모터의 현재(초기) 위치가 추정될 수 있다. 이 경우 상기 6개의 서브 패턴 신호들을 이용하여 모터의 위치를 추정하는 경우보다 정밀한 위치 추정이 가능하나, 위치 추정에 소요되는 시간은 더 늘어날 수 있다.
한편, 상기 서브 패턴 신호(입력 전압 신호)들을 모터에 인가함에 따라, 모터에 회전 토크가 발생할 수 있으며 이에 따른 부자연스러운 떨림이나 소음이 유발될 가능성이 있다.
이에 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 상기 서브 패턴 신호들의 인가에 따른 회전 토크 발생을 최소화하기 위하여, 각각의 위상을 갖는 서브 패턴 신호들을 인가하는 순서를 지정된 방식에 따르도록 제어할 수 있다.
나아가, 본 개시의 다양한 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 보다 정확한 모터의 위치 추정을 위하여, 입력 신호를 인가하는 각각의 위치를 소정의 데이터(예: 모터 구동 정지 상태에서 획득한 모터의 위치 정보)에 기반하여 결정하도록 제어할 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따르면, 모터에 인가되는 특정 패턴의 입력 신호는, 전술한 서브 패턴 신호들과 다른 크기를 갖는, 제2 서브 패턴 신호(들)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제2 서브 패턴 신호(들)는, 상기 모터의 위치 추정을 위해 인가되는 전술한 서브 패턴 신호들과 다른 크기의 서브 패턴 신호를 적어도 포함할 수 있다. 예컨대, 모터 제어 장치는, 상기 제2 서브 패턴 신호(들)를 이용하여 모터의 파라미터(예컨대, 고정자의 저항) 값을 추정할 수 있다. 상기 모터의 파라미터 값 추정에 이용되는 제2 서브 패턴 신호(들)는, 모터의 초기 위치 추정에 이용되는 전술한 서브 패턴 신호들 먼저 인가되거나 또는 나중에 인가될 수 있으나, 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 상기 제2 서브 패턴 신호(들)를 나머지 서브 패턴 신호들보다 먼저 인가함으로써, 상기 나머지 서브 패턴 신호들의 인가에 따라 발생할 수 있는 미세한 움직임에 의한 저항 추정 성능의 저하를 방지할 수 있다. 예컨대, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 서브 패턴 신호(들)는, 동일한 위상을 갖는 서로 다른 크기의 두 개의 서브 패턴 신호들을 포함할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 다양한 실시예에 따른 모터 제어 장치의 입력 신호 인가 위치 및 인가 순서를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 모터에 인가되는 특정 패턴의 입력 신호(예: 입력 전압)로서, 복수의 서브 패턴 신호들을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 서브 패턴 신호들은 각각 한 주기의 정현파 전압 신호에 해당할 수 있으며, 상기 입력 신호에 대응하는 응답 신호(예: 응답 전류) 역시 한 주기의 정현파 형태의 전류 신호들로 출력될 수 있다. 예컨대, 상기 서브 패턴 신호들은, 각각 약 50 Hz 의 진동수 및 30 V 이하의 크기를 갖는 정현파에 해당할 수 있다. 다른 예로, 상기 서브 패턴 신호들은, 각각 약 50 Hz 의 진동수 및 3 A 이하의 크기를 갖는 정현파 형태의 서브 응답 전류 신호들이 출력될 수 있는 소정 형태로서 인가될 수도 있다. 예컨대, 상기 각각의 서브 패턴 신호들은, 크기(예: 진폭 및 진동수)가 실질적으로 동일한 신호에 해당할 수 있다. 상기 서브 패턴 신호들은, 모터의 회전자의 현재 위치를 추정하기 위하여 각각 서로 다른 위상(또는, 방향)으로 소정의 시간 간격(예: 10 ms 내지 15 ms)을 두고 순차적으로 인가될 수 있다.
도 7에서, 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 모터의 초기 위치를 추정하기 위하여 6개의 서브 패턴 전압 신호들(예: 제1 신호 내지 제6 신호)을 순차적으로 모터의 특정 위치에 인가할 수 있으며, 이에 대응하여 검출되는 6개의 서브 응답 전류 신호들을 확인할 수 있다.
일 실시예에 따르면 모터 제어 장치는, 각각의 서브 패턴 전압 신호들을 모터의 회전 축을 기준으로 특정 방향(예컨대, 반시계 방향 또는 시계 방향)을 따라 약 60도의 위상 간격으로 순차적으로 인가할 수 있다.
이 경우, 상기 인가된 서브 패턴 전압 신호에 기반하여, 모터에 한 방향으로 회전 토크가 가해질 수 있으며, 모터가 회전하거나, 떨림이 발생하거나, 소음이 발생하는 등의 불안정한 상태가 유발될 수 있다.
한편, 도 8에서, 다른 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 전술한 것과 같이 모터에 한 방향으로 회전 토크가 가해지는 것을 방지하고, 각 서브 패턴 전압 신호들(예: 제1 신호 내지 제6 신호)에 따른 회전 토크를 일정 부분 상쇄시키기 위하여, 각 서브 패턴 전압 신호들의 인가 순서(또는, 인가되는 위상(또는, 방향))를 지정된 방식에 따라 설정할 수 있다.
예컨대, 제1 신호가 인가된 직후에 인가되는 제2 신호는, 모터의 회전 축을 기준으로 상기 제1 신호가 인가된 방향(예: 180 도)과 반대되는 방향(예: 0도)으로 인가될 수 있다. 즉, 제1 신호와 제2 신호는 약 180 도(예: 170도 내지 190도)의 위상 차를 가질 수 있다.
예컨대, 제2 신호가 인가된 직후에 인가되는 제3 신호는, 모터의 회전 축을 기준으로, 상기 제2 신호가 인가된 방향과 약 120도(예: 110도 내지 130도) 크기의 위상 차를 갖는 방향으로 인가될 수 있다. 또한, 제3 신호 다음에 인가되는 제4 신호는, 상기 모터 회전 축을 기준으로, 상기 제3 신호가 인가된 방향과 약 180도(예: 170도 내지 190도) 크기의 위상 차를 갖는 방향에 인가될 수 있다. 동일한 방식으로, 제4 신호가 인가된 다음에 인가되는 5 신호는 제4 신호와 약 120도(예: 110도 내지 130도) 크기의 위상 차를 갖는 방향에 인가될 수 있으며, 제5 신호 다음에 인가되는 제6 신호는 상기 제5 신호와 약 180도(예: 170도 내지 190도) 크기의 위상 차를 갖는 방향에 인가될 수 있다.
즉, 제1 신호 내지 제6 신호는, 180도, 0도, 120도, 300도, 60도, 240도에 대응하는 위치에 순서대로 인가되거나, 또는, 180도, 0도, 240도, 60도, 300도, 120도에 대응하는 위치에 순서대로 인가될 수 있다.
다시 말해, 특정 서브 패턴 신호가 인가되기 직전에 인가된 서브 패턴 신호는, 그 다음에 인가되는 서브 패턴 신호의 인가 위치와 약 120도 또는 약 180도 크기의 각도 차이를 갖는 위치에 인가되는 방식으로, 각각의 서브 패턴 신호들이 모터에 인가될 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8에서는, 모터에 인가되는 복수의 서브 패턴 신호들 중 가장 먼저 인가되는 특정 서브 패턴 신호(예: 제1 신호)의 인가 방향을 0도 또는 180도로 임의로 결정한 후, 다음에 인가되는 서브 패턴 신호의 인가 위치만을 이전 서브 패턴 신호에 기반하여 고려하였으나, 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 모터의 구동 정지 시 회전자의 정지 위치 정보에 기반하여, 상기 제1 신호의 인가 위치를 결정할 수 있다.
예를 들면, 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 모터의 구동 정지 시, 상기 모터(예: 회전자)의 정지 위치를 추정하고, 해당 정보를 메모리(미도시)에 저장하였다가, 모터의 구동 재개 시, 상기 정지 위치 정보를 이용하여 상기 모터의 초기 위치를 추정할 수 있다.
한 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 모터의 구동 정지 명령이 입력되면(예: 세탁 완료 시 또는 사용자의 세탁 중단 명령 입력 시 등), 모터의 회전자의 회전 속도가 지정된 크기 이하가 되는 것에 응답하여, 상기 회전자의 (예상) 정지 위치에 대응하는 위치에 소정의 입력 전류를 인가할 수 있다. 이를 통해, 모터 제어 장치는, 모터의 구동 정지 시, 상기 모터를 지정된 정지 위치에 정렬(align)할 수 있다. 또한, 상기 정렬한 저이 위치 관련 정보를 저장하였다가 모터의 구동 재개 시 이용할 수 있다.
예를 들면, 도 9에서, 모터 제어 장치는, 현재 시점의 모터 구동 개시 명령이 입력되기 직전에, 상기 모터가 구동 정지하였을 때의 회전자의 정지 위치로 추정된 정보를 확인할 수 있다. 예컨대, 도 9에서, 상기 회전자의 정지 위치는 제6 신호가 향하는 방향에 해당할 수 있다.
모터 제어 장치는, 모터의 회전 축을 기준으로, 상기 회전자의 정지 위치(예: 제6 신호의 인가 위치)와 반대 방향에 대응하는 방향으로, 최초로 인가할 패턴 신호(즉, 제1 신호)를 인가하도록 결정할 수 있다.
다음으로, 모터 제어 장치는, 상기 제1 신호가 인가된 위상(또는, 방향) 과 약 120도 또는 약 180도 크기의 각도 차를 갖는 위상으로 다음의 패턴 신호(즉, 제2 신호)를 인가하고, 마찬가지의 방식으로 다음에 인가할 패턴 신호의 인가 위상(또는, 방향)을 결정할 수 있다.
전술한 방법을 이용하여, 모터 제어 장치는, 모터의 정지 후 모터 구동 재개 시 일관된 조건에 따라 모터의 초기 위치 정보를 추정할 수 있으며, 이에 따라 위치 추정 성능을 개선할 수 있다.
또한, 모터 제어 장치는, 상기 모터 정지 단계에서 모터에 입력 전류를 인가함에 따라, 모터의 구동 정지 단계에서 포의 움직임이나 물의 출렁거림에 따른 모터의 움직임을 방지하고, 지정된 위치로 모터의 회전자를 정렬시킴으로써, 모터의 기동과 관련된 부자연스러운 떨림을 개선할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 단계 410에서, 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 모터의 구동 정지 시 회전자의 정지 위치를 확인할 수 있다.
예컨대, 모터 제어 장치는, 모터의 구동 정지 명령에 대응하여 상기 모터에 소정의 입력 신호(예: 입력 전류)를 인가하는 방식으로 모터(예: 회전자)의 위치를 정렬(align)할 수 있으며, 상기 모터의 정지 위치와 관련된 정보를 메모리에 저장할 수 있다.
예컨대, 모터 제어 장치는, 상기 모터의 구동 정지 명령에 따라, 상기 모터가 특정 속도 이하로 회전하는 상태에서, 상기 입력 신호를 인가하여 모터의 위치를 정렬할 수 있다. 또는, 상기 모터가 더 이상 회전하지 않는 경우, 즉, 모터의 회전자에 약간의 떨림이 발생하는 상태에 해당하는 경우에, 상기 입력 신호를 인가하여 회전자의 위치를 정렬할 수 있다. 예컨대, 상기 회전자의 정지 위치를 정렬하기 위하여 인가되는 상기 입력 신호는, 지정된 기준 위치에 인가되거나, 또는 모터가 정지될 것으로 예상되는 특정 위치에 인가될 수 있다.
다른 예로, 모터 제어 장치는, 상기 회전자의 위치를 정렬하기 위한 소정의 입력 신호를 인가하는 대신, 다른 방식으로 상기 회전자의 정지 위치를 추정하여 정지 위치 정보를 저장할 수도 있다.
단계 420에서, 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 모터의 구동 개시 명령을 확인(또는, 수신)할 수 있으며, 상기 구동 개시 명령에 대응하여 모터의 구동을 준비할 수 있다. 예컨대, 모터 제어 장치는, 상기 모터를 기동하기 전에, 우선 모터의 현재(초기) 상태 정보를 확인하는 단계를 수행할 수 있다.
단계 430에서, 모터 제어 장치는, 상기 모터의 상태 정보를 확인하기 위하여, 모터에 소정의 입력 신호를 인가할 수 있다.
예를 들면, 모터 제어 장치는, 상기 모터의 구동 개시 명령이 입력되기 이전의 모터의 정지 위치 정보를 확인할 수 있다. 예컨대 모터 제어 장치는, 최근 모터를 구동한 후 상기 모터가 정지된 상태(즉, 회전자의 정지 위치)에 관한 정보를 확인하고, 이를 기초로 모터의 현재(초기) 위치를 추정하도록 할 수 있다.
예를 들어, 모터 제어 장치는, 회전자의 정지 위치(또는 방향)에 기초하여, 입력 신호를 인가할 방향(또는, 입력 신호의 위상)을 결정할 수 있다. 예컨대, 모터 제어 장치는, 상기 회전자의 정지 위치를 입력 신호를 인가하기 위한 소정의 기준 방향으로 설정할 수 있다.
예컨대, 상기 모터에 인가되는 입력 신호(예: 전압 신호)는, 각각 1 주기의 정현파에 해당하는 복수의 서브 패턴 신호들을 포함할 수 있다. 모터 제어 장치는, 상기 복수의 서브 패턴 신호들 중 최초로 인가되는 제1 서브 패턴 신호의 인가 방향을 상기 회전자의 정지 위치에 기반하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 모터 제어 장치는, 회전자의 정지 위치와 동일한 방향 또는 이와 반대되는 방향으로 상기 입력 신호(예: 제1 서브 패턴 신호)를 인가할 수 있다. 또한, 모터 제어 장치는, 상기 제1 서브 패턴 신호의 인가 방향에 기초하여 다음에 인가될 나머지 서브 패턴 신호들의 인가 방향을 결정할 수 있다.
예컨대, 모터 제어 장치는, 입력 신호로서 총 6개의 서브 패턴 신호를 포함하는 경우, 직전에 인가한 서브 패턴 신호와 그 다음에 인가한 서브 패턴 신호가 120도 이상(예컨대, 약 120 도 또는 약 180도)의 위상 차이를 갖도록 각각의 서브 패턴 신호의 인가 방향을 결정할 수 있다. 다른 예로서, 모터 제어 장치가 입력 신호로서 총 12개의 서브 패턴 신호를 포함하는 경우에는, 직전 인가한 서브 패턴 신호와 다음에 인가하는 서브 패턴 신호가 150도 이상(예컨대, 약 150도 또는 약 180도)의 위상 차이를 갖도록 각각의 서브 패턴 신호의 인가 방향을 설정할 수도 있다.
이와 같이, 모터 제어 장치는, 모터의 직전 구동 시의 회전자의 정지 위치에 기반하여, 서브 패턴 신호들을 인가할 위상(또는 방향)을 결정할 수 있으며, 결정된 위상에 따라 서브 패턴 신호들을 모터에 인가함으로써, 상기 회전 토크의 발생을 최소화하도록 유도할 수 있다.
다음으로, 단계 440에서, 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 상기 모터에 인가한 입력 신호(예: 입력 전압)에 따라 출력되는 응답 신호(예: 응답 전류)를 기반으로, 모터의 초기 상태 정보, 예컨대 모터의 현재(초기) 위치를 추정할 수 있으며, 추정된 정보를 기반으로 모터의 구동을 개시할 수 있다.
예를 들어 모터 제어 장치는, 서로 다른 위상 및 동일한 크기의 복수의 서브 패턴 신호들을 인가하고 이에 대응하는 각각의 서브 응답 신호들을 확인하여, 해당 서브 응답 신호의 최대 크기(진폭) 또는 적분 값이 가장 큰 서브 응답 신호에 대응하는 위상을 확인함으로써, 상기 모터의 현재(초기)위치를 추정할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 모터 제어 장치 및 모터 제어 방법의 실시 예들은, 모터에 구비되는 모터 제어 장치, 이를테면 모터를 제어하는 인버터 장치, 이를 포함하는 모터, 또는 이러한 모터의 제어 방법 등에 적용되어 실시될 수 있다. 특히, 모터의 초기 운전을 제어하는 제어 장치, 제어 시스템 및 제어 방법, 모터의 위치를 정렬시키는 제어 장치, 제어 시스템 및 제어 방법, 모터의 위치를 검출하는 제어 장치, 제어 시스템 및 제어 방법 등에 유용하게 적용되어 실시될 수 있다. 또한, 모터를 포함하는 압축기에 구비되는 압축기 제어 장치, 이를테면 압축기의 모터를 제어하는 인버터 장치, 이를 포함하는 압축기, 또는 이러한 압축기의 제어 방법 등에도 적용되어 실시될 수 있다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법, 상기 모터를 포함하는 가전 기기, 상기 모터를 포함하는 가전 기기의 제어 장치, 상기 모터를 포함하는 가전 기기의 제어 시스템 및 제어 방법에도 적용되어 실시될 수 있다.
또한, 본 명세서에서, "부"는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 모터에 제공하는 인버터부; 및
    상기 인버터부를 이용하여 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    이전 모터의 구동에서 회전자의 정지 위치를 확인하고, 및
    상기 모터의 구동 개시에 대응하여, 상기 모터에 특정 패턴의 입력 신호를 인가하도록 상기 인버터부를 제어하며,
    상기 특정 패턴의 입력 신호의 위상은 상기 회전자의 정지 위치에 기반하여 결정되는, 모터 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 입력 신호에 대응하는 응답 신호에 기초하여 추정된 회전자의 현재 위치에 따라, 상기 모터를 구동하는 구동 제어 신호를 생성하도록 상기 인버터부를 제어하는, 모터 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 패턴의 입력 신호는, 서로 다른 위상을 가지며 순차적으로 인가되는 복수의 서브 패턴 신호들을 포함하는, 모터 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 회전자의 정지 위치에 기반하여, 상기 복수의 서브 패턴 신호들 중 최초로 인가되는 제1 서브 패턴 신호의 위상을 결정하는, 모터 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 서브 패턴 신호의 위상에 대응하여 상기 복수의 서브 패턴 신호들 중 나머지 서브 패턴 신호들의 위상을 결정하는, 모터 제어 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 서브 패턴 신호의 위상은,
    상기 모터의 회전 축을 기준으로, 상기 회전자의 정지 위치와 동일 또는 반대 방향에 대응하는, 모터 제어 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    직전에 인가된 서브 패턴 신호의 위상과 120도 또는 180도 크기의 위상 차를 갖도록 다음에 인가될 서브 패턴 신호의 위상을 결정하는, 모터 제어 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 서브 패턴 신호들 각각에 대응하는 서브 응답 신호들의 크기에 기초하여, 가장 큰 서브 응답 신호에 대응하는 서브 패턴 신호의 위상을 기반으로 상기 회전자의 현재 위치를 추정하는, 모터 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자의 정지 위치는, 상기 회전자에 포함된 마그넷의 N극의 위치를 포함하는, 모터 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 구동 정지 명령이 입력되면, 상기 회전자의 회전 속도가 지정된 크기 이하인 것에 응답하여, 상기 회전자의 정지 위치에 대응하는 소정의 입력 전류를 인가하도록 상기 인버터부를 제어하는, 모터 제어 장치.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 패턴 신호들 각각은 한 주기의 정현파 신호에 대응하는, 모터 제어 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 입력 신호에 대응하는 응답 신호에 기초하여, 상기 회전자의 현재 위치 및 상기 모터의 저항을 추정하는, 모터 제어 장치.
  13. 모터 제어 방법에 있어서,
    모터의 구동 개시 명령이 입력되면, 상기 모터의 구동 이전에,
    상기 모터의 구동 정지 시의 회전자의 정지 위치에 기반하여, 상기 모터에 특정 패턴의 입력 신호를 인가하는 단계를 포함하는, 모터 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 입력 신호에 대응하는 응답 신호에 기초하여 추정된 상기 회전자의 현재 위치에 기반하여, 상기 모터를 구동하는 구동 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 모터 제어 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 입력 신호는, 서로 다른 위치에 순차적으로 인가되는 복수의 서브 패턴 신호들을 포함하고,
    상기 입력 신호를 인가하는 단계는,
    상기 회전자의 정지 위치에 기반하여, 상기 복수의 서브 패턴 신호들 중 상기 모터에 최초로 인가되는 제1 서브 패턴 신호의 인가 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 제1 서브 패턴 신호의 인가 위치에 기반하여, 상기 복수의 서브 패턴 신호들 중 나머지 서브 패턴 신호들의 인가 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 모터 제어 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 모터의 구동 정지 명령이 입력되면, 상기 회전자의 회전 속도가 지정된 크기 이하인 것에 응답하여, 상기 회전자의 정지 위치에 대응하는 위치에 소정의 입력 전류를 인가하는 단계를 더 포함하는, 모터 제어 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 입력 신호를 인가하는 단계는,
    직전에 인가된 서브 패턴 신호와 다음에 인가되는 서브 패턴 신호가 120도 이상의 위상 차를 갖도록 각각의 서브 패턴 신호들의 인가 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 모터 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 패턴 신호들은 각각 한 주기의 정현파 신호에 대응하는, 모터 제어 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 패턴 신호들은 실질적으로 동일한 진폭 및 진동수를 갖는, 모터 제어 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 입력 신호에 대응하는 응답 신호에 기초하여 추정된 상기 회전자의 현재 위치 및 상기 모터의 저항에 기반하여, 상기 모터를 구동하기 위한 구동 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 모터 제어 방법.
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