WO2013039337A1 - 세탁기용 모터의 구동장치 및 구동방법 - Google Patents

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WO2013039337A1
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mode
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김병수
박원성
김학중
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주식회사 아모텍
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    • H02P2209/01—Motors with neutral point connected to the power supply

Definitions

  • the present invention relates to a driving device and a driving method of a motor for a washing machine. More specifically, when the washing machine motor rotates above the set speed in the dehydration mode, while driving the inverter from full-wave driving to half-wave driving, supplying three-phase power to each of the plurality of stator coils individually
  • the present invention relates to a driving apparatus and a driving method of a washing machine motor for optimizing driving efficiency.
  • a drum washing machine in which the drive shaft is installed horizontally rotates a drum or a basket disposed inside the tub by the power of a washing machine motor.
  • the automatic washing machine in which the drive shaft is installed vertically rotates the washing tank by the power of the washing machine motor disposed under the outer tank.
  • the power of the washing machine motor is indirectly transmitted to the drive shaft through a belt or the like, or the power of the washing machine motor is directly transmitted to the driving shaft.
  • Such a washing machine motor is typically composed of a stator in which a plurality of coils are wound, and a rotor rotatably installed at a predetermined interval in a central portion of the stator.
  • the stator has a stator core in which a plurality of T-shaped teeth protrude radially while forming a slot between each of the plurality of T-shaped teeth while maintaining a predetermined gap in an annular yoke having a predetermined curvature, and the plurality of stator cores. It consists of a plurality of coils wound around the T-shaped teeth.
  • the number of slots (number of teeth) and the number of poles (number of poles of N and S poles) provided in the stator coil of the washing machine motor are set in proportion to each other.
  • the motor for washing machine exhibits high torque and low speed characteristics, and the washing machine motor shows low torque and high speed characteristics when the number of slots is small.
  • the washing machine can be largely divided into a wash mode, a rinsing mode, and a spin mode.
  • the washing mode (hereinafter referred to as rinsing mode) requires low RPM and high torque, and the dehydration mode requires high RPM and low torque. .
  • the number of slots of the washing machine motor is large in the washing mode, and the number of slots of the washing machine motor is small in the dehydration mode.
  • washing machine motor cannot design a stator (number of slots) having a structure that can satisfy both the washing mode and the dehydrating mode.
  • the washing machine motor is generally designed to be suitable for low speed and high torque in the washing mode by using a concentrated winding method of winding a coil on the teeth provided in the stator core. It is the cause.
  • the washing machine has a longer operating time than the washing time in the washing mode.
  • the washing machine motor is designed to optimize the high torque and low speed characteristics by designing a large number of slots provided in the stator so that it is suitable for the washing mode, and performs field weakening control in the dehydration mode requiring low torque and high speed characteristics. have.
  • the washing machine motor is controlled to operate as an electric field in the low speed rotation region of the washing mode, and the washing machine motor is operated as a weak field in the high speed rotation region of the dehydration mode,
  • the output torque of the washing machine motor is vector controlled when the electric field is operated, and the voltage output is controlled by the output torque of the washing machine motor when the field is operated.
  • the field weakening control requires a very complicated control circuit and control routine, and there is a problem in that the driving efficiency of the washing machine motor cannot be maximized.
  • BLDC brushless DC
  • the BLDC motor is also referred to as a commutatorless motor. Instead of using a brush and a commutator, which are important parts of a DC motor, the BLDC motor generates a rotating magnetic field while switching current flowing through the stator coil by switching a power switching element such as a transistor. Rotate the rotor.
  • the BLDC motor has a current-to-torque characteristic and a speed-to-voltage characteristic similar to that of a DC motor in the structure of a synchronous motor, and its field of use is continuously expanding from home appliances to industrial equipment due to its high efficiency and high power density. It is a trend.
  • Such a BLDC motor is disposed so that the three stator coils have an electrical phase difference of 120 ° in a three-phase driving manner in opposition to the permanent magnet of the rotor, and when the stator coils selectively energize each phase through a switching element. Accordingly, the rotor is rotated by magnetic forces acting on the magnetic poles selectively magnetized between the core and the magnetic poles of the permanent magnet provided in the rotor.
  • Three-phase BLDC motors are easier to control torque than single-phase BLDC motors, have higher efficiency, and are more advantageous in noise. Most of them use three-phase BLDC motors driven by three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power. Doing.
  • the motor driving device for driving the three-phase BLDC motor is connected to three pairs of power switching elements such as FET (Field Effect Transistor) and Insulated Gate Bi-Polar Transistor (IGBT) by totem pole to switch DC power while switching DC power. Voltage-type inverters are widely used.
  • the three-phase BLDC motor unlike the AC motor, selectively switches three pairs of switching transistors connected to the totem pole based on the position of the rotor to generate three-phase AC power of the U phase, the V phase, and the W phase.
  • the stator coils of each phase are sequentially excited to generate a rotating magnetic field to allow the rotation of the rotor.
  • the conventional washing machine motor has a structural limitation that cannot satisfy both the washing mode and the rinsing mode and the dehydration mode at the same time.
  • the so-called field weakening control is applied for the high-speed rotation in the dehydration mode.
  • Weak field control requires very complicated control circuits and control routines, and there is a problem in that motor efficiency cannot be maximized.
  • the washing machine motor cannot satisfy both the washing mode, the rinsing mode, and the dehydration mode when a complicated field weakening control is not selected, the washing machine motor is generally designed in an intermediate stage considering both the washing mode, the rinsing mode, and the dehydration mode. shall. Therefore, there is a need for a design of a washing machine motor that can have an optimum efficiency in each of the washing and rinsing modes and the dehydration modes.
  • the problem to be solved by the present invention is the drive of the washing machine motor that can increase the driving efficiency by switching the inverter of the motor drive device to the electric wave driving method or half-wave driving method according to the washing mode (including rinsing mode) and dehydration mode of the washing machine It is to provide an apparatus and a driving method.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a washing machine motor driving apparatus and a washing machine motor driving method that can switch the inverter to a full-wave driving method or a half-wave driving method by a simple circuit change to add one switching element. There is.
  • the problem to be solved by the present invention is to maximize the driving efficiency in the washing (rinsing) mode of the washing machine by designing the maximum number of slots of the stator core as possible, and in the case of the dehydration mode, the inverter to the half-wave driving method
  • the present invention provides a driving apparatus and a driving method of a washing machine motor which can be rotated at a high speed by operating by reducing the number of slots used by switching to 1/2 of a radio wave driving method.
  • the problem to be solved by the present invention is a driving device and a driving method of a washing machine motor that can prevent the power switching device that does not switch power when the inverter is driven in a half-wave method in advance to prevent damage by the counter electromotive force.
  • the driving device for a washing machine motor the motor control unit for controlling the driving of the washing machine motor by generating a drive signal in accordance with the washing mode, rinsing mode and dehydration mode, two pairs or Three pairs of switching elements are respectively connected in a totem pole structure and the switching elements are switched in accordance with the drive signal to generate a two-phase or three-phase AC power to drive the washing machine motor, and under the control of the motor controller
  • a driving method setting unit configured to electrically connect the neutral point of the washing machine motor with the power terminal, or electrically connect the power terminal with the power terminal, so that the inverter can drive the washing machine motor in a radio wave driving method or a half-wave driving method;
  • a rotor position detector for detecting a rotor position of a motor and outputting the motor position to the motor controller.
  • the controller detects the rotational speed of the washing machine motor when performing the dehydration mode, and controls the driving method setting unit to set the half-wave driving method when the detected rotational speed is equal to or greater than a preset speed and the inverter drives the half-wave driving. It characterized in that for generating a drive signal to operate in a manner.
  • the inverter may further include a plurality of diodes to prevent the switching elements from being damaged by counter electromotive force when driving the washing machine motor in a half-wave driving manner.
  • the driving method of the washing machine motor of the present invention the step of setting the washing machine to wash the laundry by the main control unit, the motor control unit to control the inverter under the control of the main control unit to propagate the washing machine motor Performing a washing mode, a rinsing mode, and a dehydration mode while driving in a driving manner; and when the dehydration mode is performed, the motor control unit detects the rotational speed of the washing machine motor. And controlling the inverter to drive the washing machine motor in a half-wave driving method when the speed exceeds a predetermined speed.
  • the present invention can increase the driving efficiency of the motor by switching the inverter of the drive unit of the washing machine motor to a radio wave driving method or a half-wave driving method according to the washing mode and the dehydration mode of the washing machine.
  • the washing machine motor can be switched to a radio wave driving method or a half wave driving method by changing a simple circuit that adds one switching element to the driving device of the washing machine motor, thereby implementing a low cost.
  • the present invention is designed to maximize the number of slots of the stator core as much as possible to achieve the maximum driving efficiency in the washing mode of the washing machine driven by the radio wave driving method, and to switch to the half-wave driving method in the dehydration mode, the number of slots By reducing the operation to 1/2 of the propagation driving method, a high speed rotation can be made without degrading efficiency.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a drive device for a washing machine motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the rotational speed and the torque of the motor for a washing machine according to the electric wave driving method and the half-wave driving method in the driving apparatus of the washing machine motor according to the present invention
  • 3 and 4 are graphs showing the rotational speed-torque curve when the washing machine motor is driven by the electric wave driving method and the half wave driving method, respectively;
  • FIG. 5 is a control flowchart illustrating a method of driving a washing machine motor according to an embodiment of the present invention.
  • a washing machine driven by a motor operated by a motor driving circuit for a washing machine can be applied to both a drum washing machine having a horizontal drive shaft or a fully automatic washing machine having a vertical driving shaft, which will be referred to simply as a washing machine in the following description.
  • a driving apparatus of a washing machine motor is a drum (basket) or a full-automatic washing machine of a washing machine to wash, rinse and dehydrate laundry according to a washing, rinsing and dehydrating operation set by a user.
  • the main controller 100 By rotating the washing tank (inner tank) of the washing machine, the main controller 100, the motor 110 for a washing machine, the motor controller 120, the gate driver 130, the inverter 140, the drive method setting unit 150, a rotational speed detection unit 160, and a power supply circuit (not shown) may be included.
  • the main control unit 100 sets the type of laundry and washing, rinsing, and dehydrating operations of the washing machine according to a user's operation. For example, a washing course such as a washing time, a rinsing time and a dehydration time is set according to a user's operation.
  • the main controller 100 may select and set a washing course preset for each washing machine.
  • the main controller 100 generates a control signal according to the set washing course to control washing, rinsing, and dehydration.
  • the washing machine motor 110 is, for example, a three-phase BLDC motor, and includes a stator and a rotor disposed opposite to each other, and includes a U-phase, V-phase, and W-phase stator coils.
  • L1 to L3 are wound around a tooth or split core of a stator core having 36, 42, 48 or 54 slots, for example.
  • the washing machine motor 110 may use, for example, a radial single rotor-single stator or a double rotor-single stator.
  • the washing machine motor 110 may use a motor having various structures, including a motor having a double stator-single rotor or a double stator-double rotor structure.
  • the stator has a plurality of core teeth protruding from the back yoke in the case of the core type, three coils in the three-phase driving method, or two coils in the two-phase driving method, and the N pole and the S in the rotor.
  • the magnet of the pole is arranged in the back yoke and the rotating shaft is coupled to the center.
  • the washing machine motor 110 includes three U-phase, V-phase and W-phase stator coils L1 to L3 in the three-phase driving method, and includes two stator coils in the two-phase driving method.
  • the washing machine motor 110 includes three stator coils L1 to L3 as the three-phase driving method, but the present invention can also be applied to the two-phase driving method.
  • the motor controller 120 may be configured as a digital signal processing device (DSP) or a microcomputer, and may be operated by a driving voltage in a range of 0.7 to 5V applied from a power supply circuit.
  • DSP digital signal processing device
  • the motor control unit 120 receives a control signal determined and transmitted according to the type of laundry selected by the user and a washing course from the main control unit 100, and the position of the rotor to sequentially wash the laundry according to the received control signal.
  • a pulse width modulation (PWM) signal for driving the inverter 140 is output by the pulse width modulation (PWM) driving method.
  • the PWM driving method may use, for example, a method of controlling the average current by controlling the ratio of the pulse width when the current is applied in the pulse method while keeping the voltage constant.
  • the motor controller 120 determines the energization time applied to the stator coils L1 to L3 based on the control voltage and the position information of the rotor, which are varied according to a user's selection of a control voltage proportional to a preset output intensity. Output PWM signal.
  • the PWM driving method of the controller 120 is not limited to the above-described method, but various other well-known methods may be applied.
  • the gate driver 130 inputs a PWM driving signal output from the motor controller 120 and amplifies the gate driver 130 to have a sufficient voltage level.
  • the inverter 140 includes three pairs of switching elements Q1 and Q2 Q3 and Q4 Q5 and Q6 that are switched according to the PWM driving signal amplified by the gate driver 130 to have a sufficient voltage level. (D1 to D3) are included.
  • the three pairs of switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 and Q6 are divided into upper switching elements Q1, Q3 and Q5 and lower switching elements Q4, Q6 and Q2 and connected in a totem pole structure.
  • a diode for protecting the upper switching elements Q1, Q3 and Q5 from being damaged by counter electromotive force between each of the upper switching elements Q1, Q3 and Q5 and the lower switching elements Q4, Q6 and Q2. (D1 to D3) are provided.
  • the connection points of each of the diodes D1 to D3 and the lower switching elements Q4, Q6 and Q2 are U, V and W phase stator coils L1 to L3 of the washing machine motor 110, respectively. It is composed of a structure connected to.
  • the driving method setting unit 150 sets the washing machine motor 110 to one of a full-wave driving method and a half-wave driving method. It is set to be driven by the drive method of the switching element is connected between the neutral point of the U-phase, V-phase and W-phase stator coils (L1 to L3) of the washing machine motor 110 and the power supply terminal (Vs). It may consist of (Q7).
  • the switching devices Q1 to Q7 may use power switching semiconductor devices such as FETs, MOSFETs, Bipolar Junction Transistors (BJTs), and Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs).
  • FETs field effect transistors
  • MOSFETs Metal Oxide-oxide-semiconductors
  • BJTs Bipolar Junction Transistors
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • the rotor position detection unit 160 detects the position of the rotor using a Hall sensor that detects a change in polarity of the rotor rotated in the stator of the washing machine motor 110, and the detected position detection signal of the rotor is
  • the motor control unit 120 is provided.
  • the rotor position detecting unit 16 may detect the position of the rotor using two or three Hall sensors, and may also detect the position of the rotor by processing an EMF (Electromotive Force) value flowing through the stator coil.
  • the encoder can be used to detect the position of the rotor.
  • a phase generated by a magnetic field of a rotating rotor detects three phase signals having a difference of 120 °.
  • the motor controller 120 In order to continuously rotate the rotor of the washing machine motor 110 in only one direction, the motor controller 120 accurately determines the position of the rotor using the output signal of the rotor position detector 160, and according to the determined position of each rotor, The switching elements Q1 to Q6 should be switched sequentially / selectively so as to change the direction of the current flowing to the stator coils L1 to L3.
  • the motor controller 120 may detect the rotational speed of the washing machine motor 110 by using the output signal of the rotor position detector 160.
  • the power supply circuit employed in the driving apparatus of the washing machine motor of the present invention includes an AC-DC converter that largely converts AC power into DC power, and a DC-DC converter that adjusts a voltage level of DC power. Doing.
  • the AC-DC converter may be composed of a rectifier circuit, and serves to rectify and transfer general commercial AC power to the rear stage, a capacitor for removing high frequency noise included in the input AC power, EMC (Electromagnetic compatibility) Alternatively, a filter for preventing EMI (electro magnetic interference) may be provided.
  • the main controller 100 and the motor controller 120 are configured of, for example, a digital signal processor (DSP) or a microcomputer.
  • DSP digital signal processor
  • the DC-DC converter converts the DC power converted by the AC-DC converter into a DC signal having a 0.7 to 5V level required for operating a digital signal processing device (DSP) or a microcomputer, for example, and performs digital signal processing.
  • DSP digital signal processing device
  • the main control unit 100 and the motor control unit 120 which is composed of a device (DSP) or a microcomputer and the like as the operating power.
  • the power supply circuit includes a voltage detection circuit or a current detection circuit to serve to detect overvoltage and overcurrent.
  • the DC-DC converter includes various protection circuits, and may be implemented using a regulator, or a power supply device of a switching mode power supply (SMPS) method.
  • SMPS switching mode power supply
  • the user when washing laundry, the user first operates a key switch (not shown) to set a washing course such as washing, rinsing, and dehydrating laundry in the main controller 100. do.
  • the main control unit 100 When the washing course is set and the washing operation is started, the main control unit 100 generates a control signal according to the operation of the washing course, and the motor control unit 120 first starts the driving method setting unit according to the generated control signal.
  • the switching element Q7 of 150 is turned off to electrically cut off the power terminal Vs and the neutral point of the washing machine motor 110, and the inverter 140 drives the washing machine motor 110 in a full-wave driving manner. It can be driven.
  • the motor controller 120 generates the PWM driving signal under the control of the main controller 100 while the switching device Q7 of the driving method setting unit 150 is turned off.
  • the PWM driving signal is amplified to a sufficient voltage level in the gate driver 130 and then applied to the gates of the switching elements Q1 to Q6 constituting the inverter 140.
  • the switching elements Q1 to Q6 are switched according to the PWM driving signal to generate three-phase AC power using DC power of the power supply terminal Vs, and the generated AC power is U-phase of the washing machine motor 110.
  • the V-phase and W-phase stator coils (L1 to L3) are alternately applied to drive the washing machine motor 110, and the washing operation of the laundry is performed in accordance with the driving of the washing machine motor (110).
  • the method of alternately applying AC power to the U-phase, V-phase, and W-phase stator coils L1 to L3 by controlling the switching elements Q1 to Q6 may include the upper switching elements Q1 to be turned on according to the rotor rotation position.
  • the driving is performed according to a logic table which determines one of Q3, Q5) and one of lower switching elements Q4, Q6, Q2.
  • the logic table is, for example, by switching the direction of the current flowing through the stator coils (L1 to L3) every 10 degrees in a six-step manner, the core wound around the coil or the split core forms an electromagnet to generate a magnetic field do.
  • one of the upper switching elements Q1, Q3 and Q5 and the one of the lower switching elements Q4, Q6 and Q2 are in accordance with the preset logic table. Is turned on.
  • other well-known methods can be used as a method of alternately applying electric power to the stator coils L1 to L3.
  • the rotor position detection unit 160 detects the position of the rotor provided in the washing machine motor 110 and provides it to the motor control unit 120.
  • the motor controller 120 generates a PWM drive signal to accurately detect the position of the rotor with the output signal of the rotor position detector 160 to accurately drive the washing machine motor 110, and generates the generated PWM drive signal.
  • the gate driver 130 amplifies and accurately switches the switching elements Q1 to Q6 of the inverter 140.
  • the motor controller 120 determines whether to perform the dehydration mode in the state in which the washing motor 110 is driven by the electric wave driving method to wash the laundry.
  • the motor controller 120 detects the rotor position signal and the rotation speed of the washing machine motor 110 by using the output signal of the rotor position detector 160. It is determined whether the rotational speed of the washing machine motor 110 is greater than or equal to a preset speed.
  • the motor controller 120 turns the switching element Q7 of the driving method setting unit 150.
  • the inverter 140 On to set the inverter 140 to drive the washing machine motor 110 in a half-wave driving method. Accordingly, the inverter 140 does not switch the upper switching elements Q1, Q3, and Q5, but generates a PWM driving signal for switching only the lower switching elements Q2, Q4, and Q6.
  • the PWM driving signal for switching only the lower switching elements Q2, Q4 and Q6 according to the half-wave driving method is amplified by the gate driver 130 and then applied to the gates of the lower switching elements Q2, Q4 and Q6.
  • each of the U-phase, V-phase and W-phase stator coils (L1 to L3) of the washing machine motor (110) It is driven by supplying phase power.
  • the motor control unit 120 controls the switching element Q7 of the driving method setting unit 150 to drive the washing machine motor 150 to the inverter 140
  • the inverter 140 generates three-phase alternating current power in a full-wave driving manner to drive the washing machine motor 150.
  • the motor controller 120 controls the switching element Q7 of the driving method setting unit 150 to control the washing machine motor 150.
  • Drive the motor 150 for the washing machine by generating the three-phase power in a half-wave driving method in a state in which the inverter 140 can be driven by the radio wave driving method.
  • one of the upper switching elements (Q1, Q3, Q5) and one of the lower switching elements (Q4, Q6, Q2) is sequentially turned on for each step.
  • the two-phase stator coils among the U-phase, V-phase and W-phase stator coils L1 to L3 are excited to generate a magnetic force to rotate the rotor, and drive the washing machine motor 150 in a half-wave driving method, Therefore, since one of the lower switching elements Q4, Q6, and Q2 is turned on, one of the stator coils of the U phase, V phase, and W phase stator coils L1 to L3 is excited to generate a magnetic force for rotating the rotor.
  • the inverter 140 energizes the stator coils L1 to L3 in both directions, and uses two-thirds of all slots for each step, and the three-phase half-wave drive method uses a stator coil ( The energization to L1 to L3) is made in one direction, and each step uses one third of all slots.
  • the energization to L1 to L3 is made in one direction, and each step uses one third of all slots.
  • the operating characteristics of the washing machine motor 110 of the present invention driven by one of the electric wave driving method and the half-wave driving method according to the washing mode and the dehydration mode is obtained as shown in FIG. It can be seen that the rotational speed RPM of 110 increases more than twice as long as the half wave driving method and the torque is higher than the half wave driving method.
  • the inverter 140 by driving the inverter 140 in the washing mode in a full-wave driving method, it is possible to drive the washing machine motor 110 at a low RPM (Low RPM), high torque (High Torque), U phase, V phase and W phase
  • the number of slots of the stator coils L1 to L3 can be adopted by a stator core having 27 or more slots, for example, 36, 42, 48, and 54 slots, which are difficult to adopt conventionally. An increase in efficiency of 110 can be expected.
  • the inverter 140 is driven in a half-wave driving manner to drive the washing machine motor 110, thereby driving the washing machine motor 110 at high RPM and low torque.
  • the number of slots of the U-phase, V-phase, and W-phase stator coils L1 to L3 may be converted into a stator core having 1/2 slots of a full-wave driving method, thereby increasing the efficiency of the washing machine motor 110. .
  • stator core having more than 27 slots, for example, 36, 42, 48, and 54 slots, which is difficult to adopt conventionally, and thus can increase the motor efficiency.
  • the change of the driving method according to the mode can proceed to the washing mode with a high torque, can proceed to the dehydration mode at high speed, it is possible to shorten the operating time of the overall washing machine and to reduce the maintenance cost.
  • FIGS. 3 and 4 The rotational speed-torque curves of the above-described propagation drive method and half-wave drive method are shown in FIGS. 3 and 4. Referring to FIGS. 3 and 4, it can be seen that the RPM ( ⁇ ) and the power ( ⁇ ) are higher than the half wave driving method, and the efficiency ( ⁇ ) is higher than the half wave driving method.
  • the power of the washing machine is turned on (S200), and the main controller 100 sets an operation of the washing machine (S202).
  • the main control unit 100 sets the washing course of the washing, rinsing and dehydrating operation as the user operates the key switch.
  • the main controller 100 determines whether a washing start command is input (S204).
  • the main controller 100 When the washing start command is input, the main controller 100 generates a control signal, and according to the generated control signal, the motor controller 120 first turns off the switching element Q7 of the driving method setting unit 150.
  • the inverter 140 allows the washing machine motor 110 to be driven by the radio wave driving method (S206).
  • the main control unit 100 generates a control signal according to the set washing course, and according to the generated control signal, the motor control unit 120 generates a PWM drive signal for driving the inverter 140 in a radio wave driving method. do.
  • the generated PWM driving signal is amplified by the gate driver 130 and then applied to and driven by the gates of the switching elements Q1 to Q6 of the inverter 140 to perform the washing mode and the rinsing mode operation (S208).
  • the motor controller 120 determines whether to perform the dehydration mode (S210).
  • the motor controller 120 When the washing mode and the rinsing mode are completed, and the dehydration mode is to be performed, the motor controller 120 generates a PWM driving signal according to the dehydration mode while driving the washing machine motor 110 in a radio wave driving method. Perform the dehydration mode (S212).
  • the motor control unit 120 detects the rotational speed of the washing machine motor 110 by using the rotor position signal detected by the rotor position detection unit 160 (S214), and the detected rotational speed is set in advance. It is determined whether or not the speed or more (S216).
  • the motor controller 120 detects the rotation speed of the washing machine motor 110 by using the rotor position signal. The operation of determining whether the rotation speed is greater than or equal to the preset speed is repeatedly performed.
  • the motor controller 120 controls the driving method setting unit 150 so that the inverter 140 controls the washing machine motor ( 110 is set to be driven by the half-wave driving method (S218). That is, the motor controller 120 turns on the switching element Q7 of the driving method setting unit 150 so that the operating power of the power supply terminal Vs is switched through the switching element Q7. To the neutral of.
  • the motor control unit 120 continues to perform the dehydration operation while driving the inverter 140 in a half-wave driving method (S220). That is, the motor controller 120 generates a PWM drive signal for driving the lower switching elements Q2, Q4, and Q6 of the inverter 140 in three phases, and the generated PWM drive signal is amplified by the gate driver 130. After being applied to the gates of the lower switching elements Q2, Q4 and Q6, the lower switching elements Q2, Q4 and Q6 are driven in three phases in which a phase difference of 120 ° is generated. 3-phase AC power is applied to the stator coils L1 to L3.
  • S220 half-wave driving method
  • the inverter 140 drives the lower switching elements Q2, Q4, and Q6 in three phases in which a phase difference of 120 ° is generated.
  • the stator coils L1 to L3 of the washing machine motor 110 are driven. Three phase AC power is applied.
  • the washing machine motor 110 Since the diodes D1 to D3 are provided between the upper switching elements Q1, Q3 and Q5 and the stator coils L1 to L3 of the motor 110 for the washing machine, the washing machine motor 110 The reverse electromotive force generated while driving is blocked from being applied to the upper switching elements Q1, Q3, and Q5, thereby preventing the upper switching elements Q1, Q3, and Q5 from being damaged by the counter electromotive force.
  • the main controller 100 determines whether the operation of the dehydration mode is terminated (S220). That is, the main controller 100 determines whether the operation time of the dehydration mode set by the user has elapsed.
  • the main controller 100 continuously generates a control signal for informing the performance of the dehydration mode, and the motor controller 120 operates the inverter in half-wave driving mode according to the generated control signal. Operation 140 continues to operate in the dehydration mode.
  • step S220 the motor controller 120 does not generate a PWM driving signal and ends all washing operations of the laundry.
  • the inverter 140 is driven by a radio wave driving method to maximize the efficiency in the washing and rinsing mode by applying three-phase AC power to the washing machine motor 110. You can.
  • the inverter 140 is driven by a half-wave driving method to apply three-phase AC power to each of the stator coils L1 to L3 of the washing machine motor 110, thereby to propagate the electric wave driving method.
  • the number of slots to which each of the three-phase AC powers is applied can be reduced to 1/2, and the impedance of the stator coil to which each of the three-phase AC powers are to be applied can be reduced to 1/2 to dehydrate. In this mode, the rotation speed of the washing machine motor 110 is easily increased.
  • the number of slots of the stator can be reduced to 1/2 depending on the mode selection, a washing machine having a stator core and a slot number having a plurality of slot numbers without burdening the increase of the rotation speed (RPM) in the dehydration mode
  • RPM rotation speed
  • the washing and rinsing mode efficiency of a general drum washing machine is about 30%, but the present invention enables at least 40% efficiency, and is aimed at eliminating the need for field weakening control requiring complicated control circuits and control routines. It can be easily approached at high speed.
  • the present invention can be easily implemented by adding only one switching element Q7 and three diodes D1 to D3 to the inverter 140 including six switching elements Q1 to Q6, and easily washing machine with high efficiency. Motor can be implemented.
  • the present invention achieves the maximum driving efficiency in the washing (rinsing) mode of the washing machine by designing the maximum number of slots of the stator core as much as possible, and in the case of the dehydration mode, the inverter is switched to the half-wave driving method to reduce the number of slots used.
  • a technology capable of high-speed rotation by reducing to 1/2 of the radio wave driving method it can be applied to a washing machine motor, a driving device of the washing machine motor, and a driving method.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Washing Machine And Dryer (AREA)

Abstract

본 발명은 탈수모드에서 세탁기용 모터가 설정속도 이상으로 회전할 경우에 인버터를 전파 구동방식에서 반파 구동방식으로 구동시키면서 복수 개의 스테이터 코일들 각각에 개별적으로 3상 전력을 공급하여 구동시킴에 의해 세탁기용 모터의 구동효율을 최적화하는 세탁기용 모터의 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다. 본 발명은 메인 제어부에 의해 세탁기가 세탁물을 세탁하는 동작을 설정하고, 메인 제어부의 제어에 따라 모터 제어부가 인버터를 제어하여 세탁기용 모터를 전파 구동방식으로 구동시키면서 세탁모드, 헹굼모드 및 탈수모드의 동작을 수행하며, 탈수모드의 동작을 수행할 경우에 모터 제어부가 세탁기용 모터의 회전속도를 검출하고 검출한 회전속도가 설정속도 이상일 경우에 인버터가 세탁기용 모터를 반파 구동방식으로 구동시키게 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

세탁기용 모터의 구동장치 및 구동방법
본 발명은 세탁기용 모터의 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 탈수모드에서 세탁기용 모터가 설정속도 이상으로 회전할 경우에 인버터를 전파 구동방식에서 반파 구동방식으로 구동시키면서 복수 개의 스테이터 코일들 각각에 개별적으로 3상 전력을 공급하여 세탁기용 모터의 구동효율을 최적화하는 세탁기용 모터의 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로 구동축이 수평으로 설치되는 드럼 세탁기는 터브의 내부에 배치된 드럼 또는 바스켓을 세탁기용 모터의 동력으로 회전시킨다. 또한, 구동축이 수직으로 설치되는 전자동세탁기들은 외조의 하부에 배치되어 있는 세탁기용 모터의 동력으로 세탁조를 회전시킨다.
상기 드럼 세탁기들은 세탁기용 모터의 동력이 벨트 등을 통해 구동축에 간접적으로 전달되거나 또는 세탁기용 모터의 동력이 구동축에 직접적으로 전달된다.
이러한 세탁기용 모터는 통상적으로 복수 개의 코일이 권선되는 스테이터와, 상기 스테이터의 중앙부에 소정의 간격을 두고 회전가능하게 설치되는 로터로 구성된다.
즉, 상기 스테이터는 소정의 곡률을 갖는 환형의 요크에 일정한 간격을 유지하면서 방사상으로 복수 개의 T자형 티스가 돌출되어 복수 개의 T자형 티스들 각각의 사이에 슬롯이 형성되는 스테이터 코어와, 상기 복수 개의 T자형 티스에 권선되는 복수 개의 코일로 구성되어 있다.
일반적으로 세탁기용 모터의 스테이터 코일에 구비되는 슬롯의 개수(티스의 개수)와 폴(pole)의 극수(N극 및 S극의 개수)는 서로 비례하여 설정되는 것으로서 슬롯의 개수가 많을 경우에 세탁기용 모터는 고토크 및 저속 특성을 나타내고, 슬롯의 개수가 적을 경우에 세탁기용 모터는 저토크 및 고속 특성을 나타낸다.
한편, 세탁기는 크게 세탁모드(Wash Mode), 헹굼 모드(Rinsing Mode) 및 탈수모드(Spin Mode)로 구분할 수 있다.
상기 세탁모드(이하, 헹굼 모드를 포함함)에서는 저속(Low RPM) 및 고토크(High Torque)를 필요로 하고, 상기 탈수모드에서는 고속(High RPM) 및 저토크(Low Torque)를 필요로 한다.
즉, 세탁모드에서는 세탁기용 모터의 슬롯의 개수가 많은 것이 바람직하고, 탈수모드에서는 세탁기용 모터의 슬롯의 개수가 적은 것이 바람직하다.
그러나 상기 세탁모드와 상기 탈수모드는 서로 상반된 특성을 요구하는 것으로서 하나의 세탁기용 모터가 세탁모드와 탈수모드를 모두 만족시킬 수 있는 구조의 스테이터(슬롯의 개수)를 설계할 수는 없다.
그러므로 통상적으로 세탁기용 모터는 스테이터 코어에 구비된 티스에 코일을 권선하는 집중권 방법을 사용하여 세탁모드에서 저속 및 고토크에 적합하도록 설계하고 있으나, 이는 탈수모드를 수행할 경우에 효율이 저하되는 원인이 되고 있다.
또한 세탁기는 세탁모드의 동작시간이 탈수모드의 동작시간보다 매우 길다.
그러므로 세탁기용 모터는 통상적으로 세탁모드에 적합하도록, 스테이터에 구비된 슬롯의 개수를 많이 설계하여 고토크 및 저속 특성에 최적화하고, 저토크 및 고속 특성이 요구되는 탈수모드에서는 약계자 제어를 실시하고 있다.
예를 들면, 대한민국 공개특허공보 제2004-68224호에서는 세탁모드의 저속 회전영역에서는 세탁기용 모터를 전계자로 운전하도록 제어하고, 탈수모드의 고속 회전영역에서는 세탁기용 모터를 약계자로 운전하도록 제어하며, 또한 전계자 운전을 할 경우에 세탁기용 모터의 출력토크를 벡터제어하고, 약계자 운전을 할 경우에는 세탁기용 모터의 출력토크를 전압 위상제어하고 있다.
그러나 상기한 약계자 제어는 매우 복잡한 제어회로와 제어 루틴을 요구하며, 또한 세탁기용 모터의 구동효율을 극대화할 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같이 세탁모드와 탈수모드 중에서 어느 하나만을 고려하여 세탁기용 모터를 설계하는 경우에 전체적인 측면에서 세탁기용 모터의 구동 효율은 최적화될 수 없기 때문에 세탁모드에서 요구되는 토크 값과 탈수모드에서 요구되는 세탁기용 모터의 회전속도를 고려하여 중간단계로 설계하는 것이 일반적이며, 그 결과 세탁모드 및 헹굼모드에서 최대 효율을 갖는 구조의 세탁기용 모터를 설계할 수 없는 문제가 존재한다.
한편, 에너지 효율을 높이기 위해 에어컨, 세탁기 및 냉장고 등과 같은 가전제품은 인버터에 의해 제어되는 브러시리스 직류(Brushless DC: BLDC) 모터를 사용하는 경우가 많아지고 있다.
상기 BLDC 모터는 무정류자 모터(commutatorless motor)라고도 하며, 직류 모터의 중요한 부품인 브러시와 정류자를 사용하는 대신에 트랜지스터와 같은 전력 스위칭 소자의 스위칭으로 스테이터 코일로 흐르는 전류를 절환하면서 회전 자계를 발생시켜 로터를 회전시킨다.
따라서, 상기 BLDC 모터는 동기 모터의 구조에 직류모터와 유사한 전류 대 토크 특성 및 속도 대 전압특성이 있으며, 고효율 및 높은 전력밀도 때문에 가전용 기기에서 산업용 기기에 이르기까지 사용분야가 지속적으로 확대되고 있는 추세이다.
이러한 BLDC 모터는 3상 구동방식인 경우에 로터의 영구자석과 대향하여, 3개의 스테이터 코일이 전기적으로 120°의 위상차를 갖도록 배치되며, 스위칭 소자를 통해 각 상의 스테이터 코일들을 선택적으로 통전시킬 때 그에 따라 선택적으로 자화되는 코어와 로터에 구비된 영구자석의 자극 상호 간에 작용하는 자기력에 의하여 로터가 회전하게 된다.
3상 BLDC 모터는 단상 BLDC 모터에 비하여 토크 제어가 용이하고, 효율이 높으며 소음면에서도 유리하여 대용량은 대부분 3상(U상, V상, W상) 교류전력으로 구동되는 3상 BLDC 모터를 사용하고 있다.
그리고 상기 3상 BLDC 모터를 구동시키는 모터 구동장치는 FET(Field Effect Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bi-Polar Transistor) 등과 같은 전력 스위칭 소자 3쌍을 토템폴로 접속하여 직류전력을 스위칭시키면서 3상 교류전력을 발생하는 전압형 인버터가 많이 사용된다.
즉, 3상 BLDC 모터는 교류 모터와 다르게 로터의 위치에 기초하여, 토템폴로 접속된 3쌍의 스위칭 트랜지스터를 선택적으로 스위칭하여 U상, V상, W상의 3상 교류전력을 발생하고, 발생한 3상 교류전력을 U상, V상, W상의 스테이터 코일에 순차적으로 인가함에 의해 각 상의 스테이터 코일들이 순차적으로 여자되면서 회전자계를 발생하여 로터의 회전이 이루어지게 한다.
상기한 바와 같이, 종래의 세탁기용 모터는 세탁모드 및 헹굼모드와, 탈수모드를 동시에 만족할 수 없는 구조적 한계가 있고, 이를 극복하기 위해 탈수모드에서는 고속 회전을 위해 소위 약계자 제어를 적용하고 있으나, 약계자 제어는 매우 복잡한 제어 회로와 제어 루틴을 요구하며, 모터의 효율을 극대화할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 복잡한 약계자 제어를 선택하지 않는 경우에 세탁기용 모터는 세탁모드 및 헹굼모드와, 탈수모드를 모두 만족시킬 수 없으므로 일반적으로 세탁모드 및 헹굼모드와, 탈수모드를 모두 고려하여 중간 단계로 설계하여야 한다. 따라서, 세탁모드 및 헹굼모드와, 탈수모드들 각각에 최적인 효율을 가질 수 있는 세탁기용 모터의 설계가 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 세탁기의 세탁모드(헹굼모드 포함)와 탈수모드에 따라 모터 구동장치의 인버터를 전파 구동방식 또는 반파 구동방식으로 전환하여 구동 효율을 상승시킬 수 있는 세탁기용 모터의 구동장치 및 구동방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 하나의 스위칭 소자를 부가하는 간단한 회로의 변경에 의해 인버터를 전파 구동방식 또는 반파 구동방식으로 전환할 수 있는 세탁기용 모터 구동장치 및 세탁기용 모터 구동방법을 제공하는 데 있다.
더욱이, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스테이터 코어의 슬롯 수를 가능한 한 최대로 설계함에 의해 세탁기의 세탁(헹굼)모드에서 최대의 구동효율을 도모하고, 탈수모드인 경우에는 인버터를 반파 구동방식으로 전환하여 사용되는 슬롯 수를 전파 구동방식의 1/2로 줄여서 동작함에 의해 고속 회전이 이루어질 수 있는 세탁기용 모터의 구동장치 및 구동방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인버터를 반파방식으로 구동시킬 경우에 전력을 스위칭하지 않는 전력 스위칭 소자가 역기전력에 의해 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있는 세탁기용 모터의 구동장치 및 구동방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 세탁기용 모터의 구동장치는, 세탁모드, 헹굼모드 및 탈수모드에 따라 구동신호를 발생하여 세탁기용 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부와, 2쌍 또는 3쌍의 스위칭 소자가 각각 토템폴 구조로 접속되고 상기 구동신호에 따라 상기 스위칭 소자들이 스위칭되면서 2상 또는 3상 교류전력을 발생하여 상기 세탁기용 모터를 구동시키는 인버터와, 상기 모터 제어부의 제어에 따라 상기 세탁기용 모터의 중성점을 전원단자와 차단 또는 전원단자와 전기적으로 접속시켜 상기 인버터가 상기 세탁기용 모터를 전파 구동방식 또는 반파 구동방식으로 구동시킬 수 있게 설정하는 구동방식 설정부와, 상기 세탁기용 모터의 로터 위치를 검출하여 상기 모터 제어부로 출력하는 로터위치 검출부를 포함하고, 상기 모터 제어부는, 상기 탈수 모드를 수행할 경우에 상기 세탁기용 모터의 회전속도를 검출하고 검출한 회전속도가 미리 설정된 속도 이상일 경우에 상기 구동방식 설정부가 반파 구동방식을 설정하게 제어하고 상기 인버터가 반파 구동방식으로 동작하게 구동신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 인버터는, 상기 세탁기용 모터를 반파 구동방식으로 구동시킬 경우에 상기 스위칭 소자들이 역기전력에 의해 손상되지 않도록 하는 복수 개의 다이오드를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 세탁기용 모터의 구동방법은, 메인 제어부에 의해 세탁기가 세탁물을 세탁하는 동작을 설정하는 단계와, 상기 메인 제어부의 제어에 따라 모터 제어부가 인버터를 제어하여 상기 세탁기용 모터를 전파 구동방식으로 구동시키면서 세탁모드, 헹굼모드 및 탈수모드의 동작을 수행하는 단계와, 상기 탈수모드의 동작을 수행할 경우에 상기 모터 제어부가 상기 세탁기용 모터의 회전속도를 검출하고 검출한 회전속도가 설정속도 이상일 경우에 상기 인버터가 상기 세탁기용 모터를 반파 구동방식으로 구동시키게 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 세탁기의 세탁모드와 탈수모드에 따라 세탁기용 모터의 구동장치의 인버터를 전파 구동방식 또는 반파 구동방식으로 전환함에 의해 모터의 구동 효율을 상승시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 세탁기용 모터의 구동장치에 하나의 스위칭 소자를 부가하는 간단한 회로의 변경에 의해 세탁기용 모터를 전파 구동방식 또는 반파 구동 방식으로 전환할 수 있어 저렴한 비용으로 구현할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 스테이터 코어의 슬롯 수를 가능한 한 최대로 설계하여 전파 구동방식으로 구동되는 세탁기의 세탁모드에서 최대의 구동 효율을 도모하고, 탈수모드인 경우에는 반파 구동방식으로 전환하여 슬롯의 개수를 전파 구동방식의 1/2로 줄여서 동작함에 의해 효율이 저하됨이 없이 고속 회전이 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세탁기용 모터의 구동장치의 구성을 보인 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 세탁기용 모터의 구동장치에서 전파 구동방식 및 반파 구동방식에 따른 세탁기용 모터의 회전속도와 토크와의 관계를 나타내는 그래프,
도 3 및 도 4는 세탁기용 모터를 각각 전파 구동방식과 반파 구동방식으로 구동시킬 경우의 회전속도-토크 커브를 보인 그래프, 및
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 세탁기용 모터의 구동방법을 나타내는 제어흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 모터에 요구되는 회전속도와 토크를 고려할 때 세탁모드와 헹굼모드는 서로 유사하므로 헹굼모드를 별도로 설명하지 않는다.
또한, 세탁기용 모터 구동회로에 의해 작동되는 모터에 의해 구동되는 세탁기는 구동축이 수평인 드럼 세탁기 또는 구동축이 수직인 전자동 세탁기들 모두에 적용될 수 있으며, 이후의 설명에서는 단지 세탁기라 칭한다.
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세탁기용 모터의 구동장치를 보인 회로도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세탁기용 모터의 구동장치는 사용자가 설정한 세탁, 헹굼 및 탈수 동작에 따라 세탁물을 세탁, 헹굼 및 탈수하도록 드럼 세탁기의 드럼(바스켓) 또는 전자동 세탁기의 세탁조(내조)를 회전 구동시키는 것으로서, 메인 제어부(100)와, 세탁기용 모터(110)와, 모터 제어부(120)와, 게이트 드라이버(130)와, 인버터(140)와, 구동방식 설정부(150)와, 회전속도 검출부(160)와, 전원회로(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
상기 메인 제어부(100)는 사용자의 조작에 따라 세탁물의 종류와, 세탁기의 세탁, 헹굼 및 탈수 동작을 설정한다. 예를 들면, 사용자의 조작에 따라 세탁시간, 헹굼 횟수 및 탈수 시간 등의 세탁코스를 설정한다. 여기서, 상기 메인 제어부(100)는 세탁기마다 미리 설정되어 있는 세탁코스를 선택하여 설정할 수도 있다. 그리고 상기 메인 제어부(100)는 상기 설정한 세탁 코스에 따라 제어신호를 발생하여 세탁, 헹굼 및 탈수 동작을 수행하는 것을 제어한다.
상기 세탁기용 모터(110)는 예를 들면, 3상 구동방식의 BLDC 모터로서, 서로 대향하여 배치되는 스테이터(stator)와 로터(rotor)를 구비하고 있고, U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)이 예를 들면, 36개, 42개, 48개 또는 54개의 슬롯을 갖는 스테이터 코어의 티스 또는 분할 코어에 권선되어 있다.
그리고 상기 세탁기용 모터(110)는 예를 들면, 레이디얼 방식의 싱글 로터-싱글 스테이터 또는 더블 로터-싱글 스테이터 구조의 모터를 사용할 수 있다. 또한 상기 세탁기용 모터(110)는 더블 스테이터-싱글 로터나 더블 스테이터-더블 로터 구조의 모터를 비롯하여 여러 가지 구조의 모터를 사용할 수 있다.
상기 스테이터는 코어 타입인 경우에 백요크로부터 돌출된 다수의 코어 티스에, 3상 구동방식인 경우 3개 또는 2상 구동방식인 경우 2개의 코일이 교대로 권선되어 있고, 로터에는 N극 및 S극의 자석이 백요크에 배치되어 있으며 중앙부에 회전축이 결합되어 있다.
상기 세탁기용 모터(110)는 3상 구동방식인 경우 3개의 U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)을 포함하고, 2상 구동방식인 경우 2개의 스테이터 코일을 포함한다. 본 발명의 실시예의 설명에서는 세탁기용 모터(110)가 3상 구동방식으로서 3개의 스테이터 코일(L1∼L3)을 포함하는 것을 예를 들어 설명하나, 본 발명은 2상 구동방식에도 적용될 수 있다.
상기 모터 제어부(120)는 디지털 신호처리장치(DSP) 또는 마이컴 등으로 구성될 수 있으며 전원회로로부터 인가되는 0.7~5V 범위의 구동전압에 의해 동작이 이루어진다.
또한 상기 모터 제어부(120)는 메인 제어부(100)로부터 사용자가 선택한 세탁물의 종류와 세탁코스 등에 따라 결정되어 전달되는 제어신호를 수신하며, 수신한 제어신호에 따라 순차적으로 세탁물을 세탁하도록 로터의 위치정보를 수신하여 신호처리한 후 펄스폭변조(PWM) 구동방법으로 인버터(140)를 구동하기 위한 펄스폭변조(PWM) 신호를 출력한다.
이러한 PWM 구동방법은 예를 들어, 전압을 일정하게 유지하면서 전류를 펄스방식으로 인가할 때 펄스폭의 비율을 제어함에 의해 평균전류를 제어하는 방식을 사용할 수 있다.
또한 상기 모터 제어부(120)는 미리 설정된 출력 세기에 비례하는 제어전압을 사용자가 선택함에 따라 가변되는 제어전압과 로터의 위치정보에 기초하여 스테이터 코일(L1∼L3)에 인가되는 통전시간이 결정되는 PWM 신호를 출력한다.
상기한 제어부(120)의 PWM 구동방법은 상기한 방법에 국한되지 않고 주지된 다른 여러 가지의 방법을 적용하는 것도 가능하다.
상기 게이트 드라이버(130)는 상기 모터 제어부(120)에서 출력되는 PWM 구동신호를 입력하여 충분한 전압 레벨을 갖도록 증폭한다.
상기 인버터(140)는 상기 게이트 드라이버(130)가 충분한 전압 레벨을 갖도록 증폭한 PWM 구동신호에 따라 스위칭되는 3쌍의 스위칭 소자(Q1,Q2)(Q3,Q4)(Q5,Q6)와, 다이오드(D1∼D3)를 포함하고 있다. 상기 3쌍의 스위칭 소자(Q1,Q2)(Q3,Q4)(Q5,Q6)들은 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5)와 하부 스위칭 소자(Q4,Q6,Q2)로 구분되어 토템폴 구조로 접속되고, 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5) 및 하부 스위칭 소자(Q4,Q6,Q2)들 각각의 사이에는 상기 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5)가 역기전력에 의해 손상되지 않도록 보호하기 위한 다이오드(D1∼D3)가 구비된다. 그리고 상기 다이오드(D1∼D3)와 상기 하부 스위칭 소자(Q4,Q6,Q2)들 각각의 접속점이 상기 세탁기용 모터(110)의 U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)들 각각에 접속되는 구조로 구성된다.
상기 구동방식 설정부(150)는 상기 모터 제어부(120)가 제공하는 구동모드 선택신호에 응답하여, 상기 세탁기용 모터(110)를 상기 인버터(140)가 전파 구동방식과 반파 구동방식들 중에서 하나의 구동방식으로 구동시킬 수 있도록 설정하는 것으로서, 상기 세탁기용 모터(110)의 U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)의 중성점과 전원단자(Vs)의 사이에 접속되는 스위칭 소자(Q7)로 구성될 수 있다.
상기 스위칭 소자(Q1∼Q7)들은 FET, MOSFET, BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 전력 스위칭 반도체 소자를 사용할 수 있다.
상기 로터 위치 검출부(160)는, 상기 세탁기용 모터(110)의 스테이터에 설치되어 회전되는 로터의 극성변화를 검출하는 홀 센서를 이용하여 로터의 위치를 검출하고, 검출한 로터의 위치 검출신호는 상기 모터 제어부(120)에 제공된다.
상기 로터위치 검출부(16)는 2개 또는 3개의 홀 센서를 사용하여 로터의 위치를 검출할 수 있으며, 또한 스테이터 코일에 흐르는 EMF(Electromotive Force) 값을 신호 처리하여 로터의 위치를 검출할 수도 있고, 엔코더를 사용하여 로터의 위치를 검출할 수 있다.
3개의 홀센서를 사용하는 경우에 회전하는 로터의 자계에 의해 발생되는 위상 예를 들어, 120°의 차이가 나는 3개의 위상신호를 검출한다.
상기 모터 제어부(120)가 상기 세탁기용 모터(110)의 로터를 일방향으로만 계속 회전시키기 위해서는 로터위치 검출부(160)의 출력신호로 로터의 위치를 정확하게 판단하고, 판단한 로터의 위치에 따라 각 상의 스테이터 코일(L1∼L3)로 흐르는 전류의 방향을 전환시키도록 스위칭 소자(Q1∼Q6)를 순차적/선택적으로 스위칭시켜야 한다.
또한 상기 모터 제어부(120)는 로터위치 검출부(160)의 출력신호를 이용하여 상기 세탁기용 모터(110)의 회전속도를 검출할 수 있다.
본 발명의 세탁기용 모터의 구동장치에 채용되는 전원회로는 크게 교류(AC)전력을 직류(DC)전력으로 변환하는 AC-DC 컨버터와, 직류전력의 전압레벨을 조절하는 DC-DC 컨버터를 포함하고 있다.
상기 AC-DC 컨버터는 정류회로로 구성될 수 있으며, 일반 상용 교류전력을 정류하여 후단으로 전달하는 역할을 하며, 입력된 교류전력에 포함되어 있는 고주파 노이즈를 제거하기 위한 커패시터, EMC(Electromagnetic compatibility) 또는 EMI(electro magnetic interference) 대책용 필터 등을 구비할 수도 있다.
상기 메인 제어부(100) 및 상기 모터 제어부(120)는 예를 들면, 디지털 신호처리장치(DSP) 또는 마이크로컴퓨터 등으로 구성되어 있다.
상기 DC-DC 컨버터는 상기 AC-DC 컨버터가 변환한 직류전력을, 예를 들면, 디지털 신호처리장치(DSP) 또는 마이크로컴퓨터 등을 동작시키는데 필요한 0.7∼5V 레벨의 직류전압으로 변환하여 디지털 신호처리장치(DSP) 또는 마이크로컴퓨터 등으로 구성되는 메인 제어부(100) 및 모터 제어부(120)에 동작전력으로 공급한다.
또한 상기 전원회로는 전압검출회로 또는 전류검출회로를 구비하여 과전압과 과전류를 검출하는 역할을 한다. DC-DC 컨버터는 각종 보호회로를 구비하고 있으며, 레귤레이터(Regulator)를 사용하여 구현되거나 SMPS(Switching Mode Power Supply) 방식의 전원장치를 사용할 수 있다.
이러한 본 발명의 세탁기용 모터 구동장치는 세탁물을 세탁할 경우에 사용자는 먼저 키스위치(도면에 도시되지 않음)를 조작하여 메인 제어부(100)에 세탁물의 세탁, 헹굼 및 탈수 등의 세탁코스를 설정한다.
상기 세탁코스가 설정되고, 세탁동작을 시작할 경우에 상기 메인 제어부(100)는 상기 세탁코스의 동작 수행에 따른 제어신호를 발생하고, 발생한 제어신호에 따라 모터 제어부(120)는 먼저 구동방식 설정부(150)의 스위칭 소자(Q7)를 턴 오프시켜 전원단자(Vs)와 세탁기용 모터(110)의 중성점을 전기적으로 차단시키고, 인버터(140)가 상기 세탁기용 모터(110)를 전파 구동방식으로 구동시킬 수 있도록 한다.
이와 같이 구동방식 설정부(150)의 스위칭 소자(Q7)를 턴-오프시킨 상태에서 상기 모터 제어부(120)는 상기 메인 제어부(100)의 제어에 따라 PWM 구동신호를 발생한다.
상기 PWM 구동신호는 게이트 드라이버(130)에서 충분한 전압레벨로 증폭된 후 인버터(140)를 구성하는 스위칭 소자(Q1∼Q6)의 게이트에 인가된다.
그러면, 상기 스위칭 소자(Q1∼Q6)들은 상기 PWM 구동신호에 따라 스위칭되면서 전원단자(Vs)의 직류전력으로 3상 교류전력을 생성하고, 생성한 교류전력은 세탁기용 모터(110)의 U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)에 교대로 인가되어 상기 세탁기용 모터(110)가 구동되며, 상기 세탁기용 모터(110)의 구동에 따라 세탁물의 세탁 동작을 수행하게 된다.
상기 스위칭 소자(Q1∼Q6)를 제어하여 교류전력을 U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)에 교대로 인가하는 방법은 로터 회전위치에 따라 턴-온될 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5) 중 하나와 하부 스위칭 소자(Q4,Q6,Q2) 중 하나를 결정하는 논리 테이블에 따라 구동이 이루어진다.
상기 논리 테이블은 예를 들어, 6스텝 방식으로 10°마다 스테이터 코일(L1∼L3)에 흐르는 전류의 방향을 절환하여 인가함에 의해 코일이 권선된 코어 티스 또는 분할코어는 전자석을 형성하여 자기장이 발생된다.
예를 들어, 로터 위치가 0°일 때, 미리 설정된 논리 테이블에 따라 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5) 중 하나(Q1)와 하부 스위칭 소자(Q4,Q6,Q2) 중 하나(Q6)가 턴온된다. 그러나, 상기 스테이터 코일(L1∼L3)에 교대로 전력을 인가하는 방법은 주지된 다른 방법을 사용할 수 있다.
이때, 로터 위치 검출부(160)는 상기 세탁기용 모터(110)에 구비되어 있는 로터의 위치를 검출하여 상기 모터 제어부(120)에 제공한다.
상기 모터 제어부(120)는 상기 로터 위치 검출부(160)의 출력신호로 로터의 위치를 정확하게 검출하여 상기 세탁기용 모터(110)를 정확하게 구동시킬 수 있도록 PWM 구동신호를 발생하며, 발생한 PWM 구동신호를 게이트 드라이버(130)가 증폭하여 인버터(140)의 스위칭 소자(Q1∼Q6)들을 정확하게 스위칭시키게 된다.
이와 같이 전파 구동방식으로 상기 세탁기용 모터(110)를 구동시켜 세탁물을 세탁하는 상태에서 상기 모터 제어부(120)는 현재 탈수모드를 수행하는지의 여부를 판단한다.
상기 판단 결과 탈수모드를 수행할 경우에 상기 모터 제어부(120)는 로터위치 검출부(160)의 출력신호를 이용하여 상기 세탁기용 모터(110)의 로터 위치신호 및 회전속도를 검출하고, 검출한 상기 세탁기용 모터(110)의 회전속도가 미리 설정된 속도 이상인지의 여부를 판단한다.
상기 탈수모드에서 상기 세탁기용 모터(110)의 회전속도가 미리 설정된 속도 , 예를 들어, 300rpm 이상일 경우에 상기 모터 제어부(120)는 구동방식 설정부(150)의 스위칭 소자(Q7)를 턴-온시켜 상기 인버터(140)가 상기 세탁기용 모터(110)를 반파 구동방식으로 구동시킬 수 있도록 설정한다. 이에 따라, 상기 인버터(140)에서 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5)들은 스위칭시키지 않고, 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)들만 스위칭시키는 PWM 구동신호를 발생한다.
그 결과, 반파 구동방식에 따라 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)들만 스위칭시키는 PWM 구동신호는 게이트 드라이버(130)에서 증폭된 후 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)의 게이트에 인가된다.
그러면, 인버터(140)의 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)들 중 하나만 선택적으로 스위칭시키면서 세탁기용 모터(110)의 U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)들 각각에 3상 전력을 공급하여 구동시키게 된다.
이러한 본 발명은 세탁모드를 수행하거나 또는 탈수모드를 수행하는 초기에 모터 제어부(120)가 구동방식 설정부(150)의 스위칭 소자(Q7)를 제어하여 상기 세탁기용 모터(150)를 인버터(140)가 전파 구동방식으로 구동시킬 수 있도록 한 상태에서 인버터(140)가 전파 구동방식으로 3상 교류전력을 발생하여 상기 세탁기용 모터(150)를 구동시킨다.
상기 전파 구동방식으로 세탁기용 모터(150)의 U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)을 구동하는 경우, 스테이터의 전체 슬롯 중 2/3을 이용하는 것이므로, 상기 모터 제어부(120)는 고토크 및 저속 특성으로 상기 세탁기용 모터(150)를 구동시킬 수 있다.
그리고 탈수모드에서 상기 세탁기용 모터(150)가 설정속도 이상으로 회전할 경우에 상기 모터 제어부(120)는 구동방식 설정부(150)의 스위칭 소자(Q7)를 제어하여, 상기 세탁기용 모터(150)를 인버터(140)가 전파 구동방식으로 구동시킬 수 있도록 한 상태에서 상기 인버터(140)가 반파 구동방식으로 3상 전력을 발생하여 상기 세탁기용 모터(150)를 구동시킨다.
상기 반파 구동방식으로 세탁기용 모터(150)의 U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)을 구동하는 경우, 스테이터의 전체 슬롯의 1/3을 이용하는 것이므로, 저토크 및 고속 특성으로 상기 세탁기용 모터(150)를 구동시켜 탈수 동작을 수행할 수 있다.
즉, 전파 구동방식으로 세탁기용 모터(150)를 구동하는 경우, 각 스텝마다 순차적으로 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5) 중 하나와 하부 스위칭 소자(Q4,Q6,Q2) 중 하나가 턴온되므로, U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3) 중 2개상의 스테이터 코일이 여자되어 로터를 회전시키는 자기력이 발생되고, 반파 구동방식으로 세탁기용 모터(150)를 구동하는 경우, 순차적으로 하부 스위칭 소자(Q4,Q6,Q2) 중 하나가 턴온되므로, U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3) 중 1개상의 스테이터 코일이 여자되어 로터를 회전시키는 자기력이 발생된다.
3상 전파 구동방식은 인버터(140)에 의해 스테이터 코일(L1∼L3)에 대한 통전은 양방향으로 이루어지고, 각 스텝마다 전체 슬롯의 2/3을 사용하며, 3상 반파 구동방식은 스테이터 코일(L1∼L3)에 대한 통전은 일방향으로 이루어지고, 각 스텝마다 전체 슬롯의 1/3을 사용한다. 그 결과, 상기 반파 구동방식으로 스테이터 코일(L1∼L3)을 구동하는 경우, 전파 구동방식으로 구동할 때 사용하는 슬롯의 1/2을 사용하게 된다.
즉, 세탁모드 및 탈수 모드에 따라 전파 구동방식과 반파 구동방식들 중에서 하나로 구동되는 본 발명의 세탁기용 모터(110)의 동작특성은 도 2에 도시된 바와 같이 얻어지며, 이 경우에 세탁기용 모터(110)의 회전속도(RPM)는 반파 구동방식이 전파 구동방식과 비교하여 2배 이상 증가하고, 토크(Torque)는 전파 구동방식이 반파 구동방식보다 더 높게 얻어지는 것을 알 수 있다.
그 결과 본 발명에서는 탈수모드에서 약계자 제어를 실시하지 않고서도 세탁기용 모터(110)에 요구되는 고속의 회전속도에 쉽게 근접할 수 있게 된다.
또한, 세탁모드에서 인버터(140)를 전파구동방식으로 구동함에 의해 저속(Low RPM), 고토크(High Torque)로 세탁기용 모터(110)를 구동할 수 있고, U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)의 슬롯 수는 종래에는 채택하기 어려운 27개 이상의 다수 슬롯 예를 들어, 36개, 42개, 48개 및 54개의 슬롯을 갖는 스테이터 코어를 채용하는 것이 가능하여 세탁기용 모터(110)의 효율 상승을 기할 수 있다.
더욱이, 탈수모드에서는 인버터(140)를 반파 구동방식으로 구동시켜 세탁기용 모터(110)를 구동시킴에 따라 고속(High RPM) 및 저토크(Low Torque)로 세탁기용 모터(110)를 구동시킬 수 있고, U상, V상 및 W상 스테이터 코일(L1∼L3)의 슬롯 수는 전파구동방식의 1/2 슬롯을 갖는 스테이터 코어로 변환됨에 따라 세탁기용 모터(110)의 효율 상승을 기할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 종래에는 채택하기 어려운 27개 슬롯 이상의 다수 슬롯 예를 들어, 36개, 42개, 48개 및 54개의 슬롯을 갖는 스테이터 코어를 채용하는 것이 가능하여 모터 효율 상승을 기할 수 있다.
또한, 모드에 따른 구동방식의 변경에 따라 고 토크로 세탁모드를 진행하고, 고속으로 탈수모드를 진행할 수 있어, 전체적인 세탁기의 작동시간을 단축할 수 있고 유지비용이 줄게 된다.
상기한 전파구동방식과 반파구동방식의 회전속도-토크 커브를 도 3 및 도 4에 도시하였다. 도 3 및 도 4를 참고하면, RPM(■), 파워(▲)는 반파 구동방식이 전파구동방식 보다 더 높고, 효율(◆)은 전파 구동방식이 반파 구동방식보다 더 높은 것을 알 수 있다.
이하에 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 세탁기용 모터 구동방법을 설명한다.
도 5를 참조하면, 세탁기의 전원이 턴 온되고(S200), 메인 제어부(100)는 세탁기의 동작을 설정한다(S202).
즉, 상기 메인 제어부(100)는 사용자가 키스위치를 조작함에 따라 세탁, 헹굼 및 탈수 동작의 세탁코스를 설정한다.
이와 같은 상태에서 상기 메인 제어부(100)는 세탁 시작명령이 입력되는지의 여부를 판단한다(S204).
세탁 시작명령이 입력될 경우에 상기 메인 제어부(100)는 제어신호를 발생하고, 발생한 제어신호에 따라 모터 제어부(120)는 먼저 구동방식 설정부(150)의 스위칭 소자(Q7)를 턴 오프시켜 인버터(140)가 세탁기용 모터(110)를 전파 구동방식으로 구동시킬 수 있도록 한다(S206).
이와 같은 상태에서 상기 메인 제어부(100)는 설정된 세탁코스에 따라 제어신호를 발생하고, 발생한 제어신호에 따라 상기 모터 제어부(120)는 전파 구동방식으로 인버터(140)를 구동시킬 PWM 구동신호를 발생한다. 발생한 PWM 구동신호는 게이트 드라이버(130)에서 증폭된 후, 인버터(140)의 스위칭 소자(Q1∼Q6)의 게이트에 인가하여 구동시키면서 세탁모드 및 헹굼모드의 동작을 수행한다(S208).
이와 같은 상태에서 상기 모터 제어부(120)는 탈수모드를 수행해야 되는지의 여부를 판단한다(S210).
상기 판단 결과 세탁모드 및 헹굼모드가 완료되어, 탈수모드를 수행해야 될 경우에 상기 모터 제어부(120)는 탈수모드에 따른 PWM 구동신호를 발생하여 세탁기용 모터(110)를 전파 구동방식으로 구동시키면서 탈수모드를 수행한다(S212).
이와 같은 상태에서 상기 모터 제어부(120)는 로터위치 검출부(160)가 검출하는 로터 위치신호를 이용하여 상기 세탁기용 모터(110)의 회전속도를 검출하고(S214), 검출한 회전속도가 미리 설정된 속도 이상인지의 여부를 판단한다(S216).
상기 판단 결과 세탁기용 모터(110)의 회전속도가 미리 설정된 속도 이상이 아닐 경우에 상기 모터 제어부(120)는 로터 위치신호를 이용하여 상기 세탁기용 모터(110)의 회전속도를 검출하고, 검출한 회전속도가 미리 설정된 속도 이상인지의 여부를 판단하는 동작을 반복 수행한다.
이와 같은 상태에서 상기 세탁기용 모터(110)의 회전속도가 미리 설정된 속도 이상으로 되면, 상기 모터 제어부(120)는 구동방식 설정부(150)를 제어하여 상기 인버터(140)가 상기 세탁기용 모터(110)를 반파 구동방식으로 구동시킬 수 있도록 설정한다(S218). 즉, 상기 모터 제어부(120)는 구동방식 설정부(150)의 스위칭 소자(Q7)를 턴-온시켜 전원단자(Vs)의 동작전력이 스위칭 소자(Q7)를 통해 상기 세탁기용 모터(110)의 중성점에 인가되도록 한다.
상기 스위칭 소자(Q7)가 턴 온되면, 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5)는 턴-오프 상태로 된다.
그 후, 상기 모터 제어부(120)는 반파 구동방식으로 상기 인버터(140)를 구동시키면서 계속 탈수동작을 수행한다(S220). 즉, 상기 모터 제어부(120)는 상기 인버터(140)의 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)를 3상 구동시키기 위한 PWM 구동신호를 발생하고, 발생한 PWM 구동신호는 게이트 드라이버(130)에서 증폭된 후 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)의 게이트에 인가되는 것으로서 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)들은 상호간에 120°의 위상차가 발생하는 3상으로 구동되면서 상기 세탁기용 모터(110)의 스테이터 코일(L1∼L3)에 3상 교류전력을 인가하여 구동시킨다.
예를 들면, 상기 인버터(140)는 하부 스위칭 소자(Q2,Q4,Q6)들이 상호간에 120°의 위상차가 발생되는 3상으로 구동되면서 상기 세탁기용 모터(110)의 스테이터 코일(L1∼L3)에 3상 교류전력이 인가된다.
이 때, 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5)와 상기 세탁기용 모터(110)의 스테이터 코일(L1∼L3)의 사이에는 다이오드(D1∼D3)가 구비되어 있으므로 상기 세탁기용 모터(110)가 구동되면서 발생되는 역기전력이 상기 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5)로 인가되는 것이 차단되어 상기 상부 스위칭 소자(Q1,Q3,Q5)들이 역기전력에 의해 손상되는 것이 미연에 방지된다.
이와 같은 상태에서 메인 제어부(100)는 탈수모드의 동작이 종료되는지의 여부를 판단한다(S220). 즉, 상기 메인 제어부(100)는 사용자가 설정한 탈수모드의 동작시간이 경과되었는지의 여부를 판단한다.
상기 판단 결과 탈수모드의 동작시간이 경과되지 않았을 경우에 상기 메인 제어부(100)는 계속 탈수모드의 수행을 알리는 제어신호를 발생하고, 발생한 제어신호에 따라 모터 제어부(120)는 반파 구동방식으로 인버터(140)를 구동시켜 탈수모드의 동작을 계속 수행한다.
그리고 상기 단계(S220)에서 탈수모드의 동작이 완료될 경우에 상기 모터 제어부(120)는 PWM 구동신호를 발생하지 않고, 세탁물의 모든 세탁동작을 종료한다.
이상에서와 같이 고토크 및 저속이 요구되는 세탁 및 헹굼모드에서는 인버터(140)를 전파 구동방식으로 구동시켜 세탁기용 모터(110)에 3상 교류전력을 인가함으로써 세탁 및 헹굼모드에서의 효율을 극대화시킬 수 있다.
그리고 저토크 및 고속이 요구되는 탈수모드에서는 인버터(140)를 반파 구동방식으로 구동시켜 세탁기용 모터(110)의 스테이터 코일(L1∼L3)들 각각에 3상 교류전력을 인가함으로써, 전파 구동방식으로 구동시킬 경우에 비하여 3상 교류전력들 각각이 인가되는 슬롯의 개수를 1/2로 줄일 수 있고, 또한 3상 교류전력들 각각이 인가되는 스테이터 코일의 임피던스를 1/2로 줄일 수 있어 탈수모드에서 세탁기용 모터(110)의 회전속도를 쉽게 상승시킬 있게 된다.
또한 본 발명에서는 모드 선택에 따라 스테이터의 슬롯 수를 1/2로 다운시키는 것이 가능하므로 탈수모드에서 회전수(RPM) 상승의 부담을 갖지 않고 다수의 슬롯 수를 갖는 스테이터 코어와 슬롯 수를 갖는 세탁기용 모터를 채택하여 세탁 및 헹굼모드에서 고효율을 도모할 수 있는 설계 자유도가 높게 된다.
그 결과, 일반적인 드럼 세탁기의 세탁 및 헹굼모드 효율이 30% 정도이나, 본 발명에 의하면 최소 40% 이상의 효율이 가능하고, 복잡한 제어 회로와 제어 루틴을 요구하는 약계자 제어를 사용하지 않고서도 목표로 하는 고속 회전속도에 쉽게 근접할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 6개의 스위칭 소자(Q1~Q6)로 구성되는 인버터(140)에 하나의 스위칭 소자(Q7)와 3개의 다이오드(D1∼D3)만을 추가하여 쉽게 구현할 수 있고, 쉽게 고효율의 세탁기용 모터를 구현할 수 있다.
본 발명은 스테이터 코어의 슬롯 수를 가능한 한 최대로 설계함에 의해 세탁기의 세탁(헹굼)모드에서 최대의 구동효율을 도모하고, 탈수모드인 경우에는 인버터를 반파 구동방식으로 전환하여 사용되는 슬롯 수를 전파 구동방식의 1/2로 줄여서 동작함에 의해 고속 회전이 이루어질 수 있는 기술로서, 세탁기용 모터, 세탁기모터의 구동장치 및 구동방법에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 세탁모드, 헹굼모드 및 탈수모드에 따라 구동신호를 발생하여 세탁기용 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부;
    2쌍 또는 3쌍의 스위칭 소자가 각각 토템폴 구조로 접속되고 상기 구동신호에 따라 상기 스위칭 소자들이 스위칭되면서 2상 또는 3상 교류전력을 발생하여 상기 세탁기용 모터를 구동시키는 인버터;
    상기 모터 제어부의 제어에 따라 상기 세탁기용 모터의 중성점을 전원단자와 차단 또는 전원단자와 전기적으로 접속시켜 상기 인버터가 상기 세탁기용 모터를 전파 구동방식 또는 반파 구동방식으로 구동시킬 수 있게 설정하는 구동방식 설정부; 및
    상기 세탁기용 모터의 로터 위치를 검출하여 상기 모터 제어부로 출력하는 로터위치 검출부;를 포함하고,
    상기 모터 제어부는, 상기 탈수 모드를 수행할 경우에 상기 세탁기용 모터의 회전속도를 검출하고 검출한 회전속도가 미리 설정된 속도 이상일 경우에 상기 구동방식 설정부가 반파 구동방식을 설정하게 제어하고 상기 인버터가 반파 구동방식으로 동작하게 구동신호를 발생하는 세탁기용 모터의 구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인버터는,
    상기 세탁기용 모터를 반파 구동방식으로 구동시킬 경우에 상기 스위칭 소자들이 역기전력에 의해 손상되지 않도록 하는 복수 개의 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구동모드 선택부는,
    스위칭 소자로 구성되고,
    상기 모터 제어부는,
    세탁모드 및 헹굼모드이거나 또는 탈수모드에서 상기 세탁기용 모터의 회전속도가 설정속도 이하일 경우에 상기 구동모드 선택부의 스위칭 소자를 턴 오프시켜 상기 전원단자와 상기 세탁기용 모터의 중성점을 차단시키고, 탈수모드에서 상기 세탁기용 모터의 회전속도가 설정속도 이상일 경우에 상기 구동모드 선택부의 스위칭 소자를 턴 온시켜 상기 전원단자를 상기 세탁기용 모터의 중성점에 전기적으로 접속시키게 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어부는,
    상기 로터위치 검출부가 검출하는 로터 위치신호로 상기 세탁기용 모터의 회전속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 로터위치 검출부는,
    홀소자 또는 엔코더인 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반파 구동방식인 경우 여자되는 스테이터 코어의 슬롯 수가 전파 구동방식의 1/2로 감축되는 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어부와 상기 인버터의 사이에,
    상기 구동신호를 증폭하여 상기 인버터로 출력하는 게이트 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동장치.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서, 상기 구동신호는,
    PWM(Pulse Width Modulation) 구동신호인 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동장치.
  9. 메인 제어부에 의해 세탁기가 세탁물을 세탁하는 동작을 설정하는 단계;
    상기 메인 제어부의 제어에 따라 모터 제어부가 인버터를 제어하여 상기 세탁기용 모터를 전파 구동방식으로 구동시키면서 세탁모드, 헹굼모드 및 탈수모드의 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 탈수모드의 동작을 수행할 경우에 상기 모터 제어부가 상기 세탁기용 모터의 회전속도를 검출하고 검출한 회전속도가 설정속도 이상일 경우에 상기 인버터가 상기 세탁기용 모터를 반파 구동방식으로 구동시키게 제어하는 단계;를 포함하는 세탁기용 모터의 구동방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 모터 제어부는,
    PWM(Pulse Width Modulation) 구동신호를 발생하여 상기 인버터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 모터 제어부는,
    구동방식 설정부가, 상기 인버터가 상기 세탁기용 모터를 전파 구동방식으로 구동시킬 경우에 전원단자와 상기 세탁기용 모터의 중성점을 차단시키고, 상기 인버터가 상기 세탁기용 모터를 반파 구동방식으로 구동시킬 경우에 전원단자와 상기 세탁기용 모터의 중성점을 전기적으로 접속시키게 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 모터 제어부는,
    로터위치 검출부가 검출하는 로터 위치신호로 상기 세탁기용 모터의 회전속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 세탁기용 모터는 스테이터와 로터를 구비하는 3상 구동방식 모터로 이루어지며,
    상기 전파 구동방식인 경우 3상 중 2개상의 스테이터 코일을 통해 전류가 흐르게 하고, 상기 반파 구동방식인 경우 3상 중 1개상의 스테이터 코일을 통해 전류가 흐르게 구동하는 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 반파 구동방식인 경우 여자되는 스테이터 코어의 슬롯 수가 전파 구동방식의 1/2로 감축되는 것을 특징으로 하는 세탁기용 모터의 구동방법.
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