WO2016122170A1 - 드럼 구동장치, 이를 구비한 드럼 세탁기 및 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 드럼 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 다양한 특성의 구동력을 고효율로 드럼에 제공할 수 있는 드럼 구동장치, 이를 구비한 드럼 세탁기 및 구동방법에 관한 것이다. 본 발명의 드럼 구동장치는 터브의 배면에 장착되며, 독립적으로 회전 구동되는 아우터 로터와 인너 로터를 구비하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 및 상기 인너 로터의 출력을 선기어에 제1입력으로 받는 경우 감속시킨 제1출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 아우터 로터의 출력을 링기어에 제2입력으로 받는 경우 감속없이 제2출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 캐리어로부터 발생된 제1 및 제2 출력은 각각 드럼과 연결된 드럼 샤프트에 인가하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

드럼 구동장치, 이를 구비한 드럼 세탁기 및 구동방법

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

종래의 드럼 세탁기는 한국 등록특허공보 10-1063528(특허문헌 1)에 개시된 바와 같이, 터브의 내측에 회전 가능하게 배치된 드럼과, 터브의 후방에 배치되고 회전축이 터브의 배면 중앙을 관통하여 드럼에 연결된 모터를 포함하고, 상기 모터는 터브에 고정되고 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 하우징과, 베어링 하우징에 고정되는 스테이터와, 스테이터의 외주면에 일정 갭을 두고 배치되고 회전축에 연결되는 로터를 포함한다.

이와 같은 특허문헌 1의 드럼 세탁기는 싱글 로터-싱글 스테이터를 포함하는 모터를 사용하며, 스테이터로 구동신호가 인가되면 로터가 회전되고 로터와 회전축으로 연결된 드럼이 회전되면서, 세탁, 헹굼, 탈수 행정을 수행하여 세탁물을 세탁한다.

또한, 종래의 드럼 세탁기의 모터 구동방법은 한국 공개특허공보 10-2007-0066093(특허문헌 2)에 개시된 바와 같이, 드럼 세탁기가 작동되면 드럼 세탁기의 동작 정보가 일반 모드인지 고속 모드인지를 판단하고, 일반 모드이면 구형파 모터 구동 정보를 독출하여 구형파 구동 방식을 드럼 세탁기의 모터에 적용하며, 고속 모드이면 사인파 모터 구동 정보를 독출하여 사인파 구동 방식을 드럼 세탁기의 모터에 적용하도록 구성된다.

드럼 세탁기는 세탁 행정시와 탈수 행정시 그 회전속도가 다르기 때문에 세탁 행정시 RPM과 탈수 행정시 RPM을 서로 다르게 해야된다.

이를 위해, 특허문헌 2의 드럼 세탁기는 저속, 고토크 특성을 요구하는 세탁 행정 및 헹굼 행정시 구형파 구동방식을 모터에 적용하고, 고속, 저토크 특성이 요구되는 탈수 행정시 사인파 구동방식을 모터에 적용하기 때문에 코일 사용량이 줄어들게 되고 이에 따라 탈수 행정시 효율이 저하되는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 2와 다른 방법으로, 직,병렬 구동방식이 적용될 수 있는데, 직,병렬 구동방식은 코일의 정렬 방식을 세탁 행정시 직렬로 구성하고, 탈수 행정시 병렬로 구성하여 탈수 RPM을 증대시킬 수 있지만, 직, 병렬 구동하기 위한 스위칭 소자가 많이 필요로 하고 주변 회로가 추가되어 회로가 증가되고, 이에 따라 비용이 상승하는 문제가 있다.

상기한 특허문헌 1 및 2에 제안된 종래기술에서는 고효율로 대용량의 세탁물을 처리할 수 있는 드럼 구동장치를 제시하고 있지 못하며, 단지 모터의 직경을 키워서 대형화하는 방안만이 상용화되고 있다.

그러나, 일반적으로 싱글 로터-싱글 스테이터 방식의 단동력 모터는 세탁 행정시 저속, 고토크 특성을 만족하고, 탈수 행정시 고속, 저토크 특성을 동시에 만족시키는 것이 원천적으로 설계 불가능하다.

전자동 세탁기와 같이 2개의 피동체 부하, 즉 펄세이터와 세탁조를 갖는 경우, 단동력 모터 대신에 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 모터를 이용하여 펄세이터와 세탁조를 개별 구동함에 의해 세탁 행정 및 헹굼 행정에 요구되는 특성을 만족시키는 것이 가능하다.

그러나, 드럼 세탁기의 경우는 1개의 피동체, 즉 단일 드럼을 이용하여 세탁 행정과 탈수 행정을 수행하여야 하기 때문에 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 모터를 적용할 수 없다.

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

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

본 발명의 또 다른 목적은 저속, 고토크 특성을 갖는 제1출력과, 고속, 저토크 특성을 갖는 제2출력을 각 행정에 따라 조합하여 사용함에 따라 고효율의 드럼 세탁기를 구현할 수 있는 드럼 구동장치 및 이를 구비한 드럼 세탁기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1특징에 따르면, 드럼 구동장치는 터브의 배면에 장착되며, 독립적으로 회전 구동되는 아우터 로터와 인너 로터를 구비하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 및 상기 인너 로터의 출력을 선기어에 제1입력으로 받는 경우 감속시킨 제1출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 아우터 로터의 출력을 링기어에 제2입력으로 받는 경우 감속없이 제2출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 캐리어로부터 발생된 제1 및 제2 출력은 각각 드럼과 연결된 드럼 샤프트에 인가하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 드럼 세탁기의 세탁 행정 및 헹굼 행정을 진행할 때, 상기 제1입력은 고속, 저토크 특성을 가지고, 상기 링기어에 인가되는 제2입력의 RPM이 제1입력의 RPM보다 작게 설정될 때 저속, 고토크 특성을 가지는 감속된 제1출력이 발생되며, 상기 드럼 세탁기의 탈수 행정을 진행할 때, 상기 제1 및 제2 입력은 각각 고속, 저토크 특성을 가지고, 동일한 RPM으로 설정될 때 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력이 발생될 수 있다.

상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어는 전자 브레이크에 의해 고정상태로 설정될 수 있다.

또한, 상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어에 제1입력의 회전방향과 동일방향의 회전력을 인가하면 상기 제1출력의 RPM은 증가하며, 상기 링기어에 제1입력의 회전방향과 반대방향의 회전력을 인가하면 상기 제1출력의 RPM은 감소할 수 있다.

본 발명의 드럼 세탁기용 드럼 구동장치는 상기 인너 로터의 출력을 전달받아 유성기어장치에 제1입력으로 전달하는 모터 샤프트; 및 상기 모터 샤프트의 외주면에 회전 가능하게 결합되며, 상기 아우터 로터의 출력을 전달받아 유성기어장치에 제2입력으로 전달하는 아우터 샤프트를 더 포함할 수 있다.

상기 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터는 더블 스테이터의 외측 및 내측에 각각 공극을 두고 아우터 로터와 인너 로터가 배치되는 레이디얼 갭 구조의 BLDC모터로 구성될 수 있다.

상기 더블 스테이터는 각각 아우터 티스에 제1코일이 권선되고 인너 티스에 제2코일이 권선되며 상호 조립되어 환형으로 배열되는 다수의 분할코어형 스테이터 코어를 구비하는 다수의 스테이터 코어 조립체; 및 상기 다수의 스테이터 코어 조립체와 일체로 형성되며 외주부가 터브의 배면에 고정되고 내주부에 아우터 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 스테이터 지지체를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스테이터 지지체는 상기 아우터 로터를 둘러싸는 외측 스테이터 지지체; 및 상기 인너 로터를 둘러싸며, 아우터 로터의 아우터 로터 지지체와 인너 로터의 인너 로터 지지체 사이에 배치되는 내측 스테이터 지지체를 포함할 수 있다.

상기 더블 스테이터의 아우터 티스와 인너 티스의 슬롯 수는 서로 다르게 설정되며, 상기 아우터 티스의 슬롯 수는 인너 티스의 슬롯 수보다 더 작게 설정될 수 있다.

상기 유성기어장치는 일단부가 상기 아우터 샤프트와 연결되고 타단부가 상기 드럼 샤프트에 회전 가능하게 지지되는 링기어; 상기 모터 샤프트로부터 일체로 연장되고, 외주부에 기어가 형성된 선기어; 상기 선기어의 외면 및 링기어의 내면에 기어 물림되며, 선기어의 회전에 따라 자전과 공전이 이루어지는 복수의 유성기어; 및 일단부가 상기 복수의 유성기어와 연결되고 타단부가 상기 드럼 샤프트의 외면에 연결되어 유성기어장치의 제1 및 제2 출력을 드럼 샤프트로 인가하는 캐리어를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 모터 샤프트를 통하여 선기어로 입력된 제1입력은 복수의 유성기어와 캐리어를 통하여 제1출력으로 감속되어 출력되고, 상기 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 입력된 제2입력은 복수의 유성기어와 캐리어를 통하여 제2출력으로 감속없이 출력될 수 있다.

또한, 상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어는 전자 브레이크에 의해 고정상태로 설정되거나, 최소 RPM 구동이 이루어질 수 있다.

본 발명의 제2특징에 따르면, 드럼 세탁기는 케이스 내부에 현가 지지되고 세탁수가 수용되는 터브; 상기 터브의 내부에 회전 가능하게 지지되고 세탁물을 수용하는 드럼; 일단부에 드럼이 연결되고 터브에 회전 가능하게 지지되는 드럼 샤프트; 및 상기 터브의 배면에 장착되며 상기 드럼 샤프트를 회전 구동시키는 드럼 구동장치를 포함하며, 상기 드럼 구동장치는 상기 터브의 배면에 장착되며 아우터 로터와 인너 로터를 회전구동하여 아우터 및 인너 로터 출력을 독립적으로 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 상기 인너 로터 출력이 일단부에 인가되는 모터 샤프트; 및 상기 모터 샤프트를 통하여 선기어로 입력되는 인너 로터 출력은 토크를 증대시켜서 캐리어로부터 드럼 샤프트에 전달하고, 상기 링기어로 입력되는 아우터 로터 출력은 토크 변환 없이 캐리어로부터 드럼 샤프트에 전달하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 선기어로 입력되는 인너 로터 출력은 상기 링기어에 인가되는 아우터 로터 출력의 RPM이 인너 로터 출력의 RPM보다 작게 설정되는 경우 드럼 세탁기의 세탁 행정 및 헹굼 행정에 요구되는 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력으로 토크 변환되며, 상기 링기어로 입력되는 아우터 로터 출력은 상기 선기어가 자유회전이 가능한 상태로 설정되거나 상기 아우터 로터 출력과 동일한 입력이 선기어에 인가되는 경우 드럼 세탁기의 탈수 행정에 요구되는 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력으로 토크 변환없이 출력될 수 있다.

상기 유성기어장치에서 인너 로터 출력을 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력으로 토크 변환하는 경우, 상기 아우터 로터 출력을 인너 로터 출력과 동일한 방향으로 구동함에 의해 제1출력의 RPM은 증가하고, 상기 아우터 로터 출력을 인너 로터 출력과 반대 방향으로 구동함에 의해 제1출력의 RPM은 감소할 수 있다.

상기 유성기어장치에서 선기어로 입력되는 인너 로터 입력을 제1출력으로 토크 변환하는 경우, 상기 링기어를 고정시키거나 상기 링기어를 최소 RPM으로 회전구동할 수 있다.

본 발명의 드럼 세탁기용 드럼 구동장치는 상기 더블 스테이터의 아우터 스테이터와 인너 스테이터에 권선된 제1 및 제2 코일에 독립적으로 구동신호를 인가하기 위한 제1 및 제2 드라이버; 및 상기 제1 및 제2 드라이버에 드럼 세탁기의 각 행정에 따른 제어신호를 인가하는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어유닛은 세탁 또는 헹굼 행정시에 구동모터의 인너 로터를 회전시켜 유성기어장치의 선기어에 제1입력을 인가함과 동시에, 상기 링기어를 고정시키거나 상기 링기어를 최소 RPM으로 회전구동하도록 아우터 로터를 제어할 수 있다.

본 발명의 제3특징에 따르면, 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정을 포함하는 드럼 세탁기의 구동방법으로서, 상기 세탁 또는 헹굼 행정은 구동모터의 인너 로터를 회전시켜 모터 샤프트를 통하여 유성기어장치의 선기어에 고속, 저토크 특성을 가지는 제1입력을 인가하는 단계; 상기 구동모터의 아우터 로터를 회전시켜 상기 제1입력의 RPM보다 작은 RPM을 갖는 제2입력을 유성기어장치의 링기어에 인가하는 단계; 상기 선기어에 인가된 제1입력을 감속하여 캐리어로부터 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력을 발생하는 단계; 및 상기 캐리어로부터 제1출력을 받아서 드럼을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 아우터 로터를 인너 로터와 동일한 방향으로 회전구동하면 상기 제1출력의 RPM은 증가하고, 상기 아우터 로터를 인너 로터와 반대 방향으로 회전구동하면 상기 제1출력의 RPM은 감소할 수 있다.

또한, 상기 구동모터의 아우터 로터에 전자 브레이크를 인가함에 의해 아우터 로터와 연결된 상기 유성기어장치의 링기어를 고정하는 경우, 상기 선기어에 인가된 제1입력은 미리 설정된 유성기어장치의 감속비에 따라 감속되어 캐리어로부터 저속, 고토크 특성을 가지는 출력이 발생될 수 있다.

또한, 상기 탈수 행정은 상기 구동모터의 아우터 로터를 회전시켜 유성기어장치의 링기어에 고속, 저토크 특성을 가지는 제2입력을 인가함과 동시에 상기 선기어를 자유회전이 가능한 상태로 설정하거나, 상기 인너 로터를 회전시켜 제2입력과 동일한 입력을 선기어에 인가하는 단계; 상기 링기어로 입력되는 상기 아우터 로터의 제2입력을 토크 변환 없이 캐리어로부터 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력으로 발생하는 단계; 및 상기 캐리어로부터 제2출력을 받아서 드럼을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 드럼 구동장치는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 드럼 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 다양한 특성의 구동력을 고효율로 드럼에 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 세탁 행정시 저속, 고토크 특성을 만족하고, 탈수 행정시 고속, 저토크 특성을 만족시킬 수 있는 쌍동력을 이용하여 드럼을 구동함에 따라 고효율의 대용량 드럼 세탁기를 구현할 수 있다.

본 발명에서는 저속, 고토크 특성을 갖는 제1출력과, 고속, 저토크 특성을 갖는 제2출력을 각 행정에 따라 조합하여 사용함에 따라 고효율의 드럼 세탁기를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 드럼 세탁기의 축방향 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 드럼 구동장치의 확대도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동모터의 직경방향 개략 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 개략 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터 코어의 평면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 세탁기 제어장치를 나타내는 블록 회로도이다.

도 7은 본 발명의 드럼 구동장치가 부착되는 드럼 세탁기의 터브를 나타내는 배면 사시도이다.

도 8 내지 도 10은 각각 본 발명의 제2 내지 제4 실시예에 따른 드럼 구동장치의 축방향 단면도이다.

도 11은 본 발명의 세탁기 구동방법에 따른 세탁기 제어장치의 동작을 보인 신호흐름도이다.

도 12는 본 발명에 따른 유성기어장치를 나타낸 개략 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 드럼 세탁기는 일측에 개폐 가능한 커버가 장착되는 케이스와, 케이스 내부에 댐퍼에 의해 현가 지지되고 세탁수가 수용되는 터브(110)와, 상기 터브(110)의 내부에 회전 가능하게 지지되고 세탁물을 수용하는 드럼(120)과, 세탁 행정, 헹굼 행정, 풀림 행정 및 탈수 행정 등에 필요한 구동력을 드럼(120)에 공급하는 드럼 구동장치(100)를 포함한다.

상기 드럼 구동장치(100)는 터브(110)의 배면에 장착되고 드럼(120)을 회전 구동시키도록 인너 로터(40)와 아우터 로터(30)로부터 고속, 저토크의 쌍동력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)와, 상기 구동모터(130)의 인너 로터(40)와 아우터 로터(30)의 고속, 저토크의 출력을 받아서 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키는 제1출력과, 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력 중 하나를 제공하도록 선택적으로 감속(토크 변환)시키는 토크변환장치인 유성기어장치(70)를 포함한다.

유성기어장치(70)는 구동모터(130)와 드럼(120) 사이에 설치되며, 구동모터(130)의 인너 로터(40)의 출력을 모터 샤프트(12)를 통하여 전달받고, 아우터 로터(30)의 출력을 아우터 샤프트(60)를 통하여 전달받거나 또는 링기어(72)로 직접 받아들인다.

그 후, 모터 샤프트(12)로 입력된 고속, 저토크의 제1입력은 선기어(74)와 유성기어(76)를 거치면서 감속(토크 변환) 후 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되며, 아우터 샤프트(60)를 통하여 전달받거나 또는 링기어(72)로 직접 받아들인 고속, 저토크의 제2입력은 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달된다. 유성기어장치(70)의 구조와 동작에 대하여는 이후에 상세하게 설명한다.

터브(110)에는 드럼 샤프트(10)가 통과하는 관통홀(118)이 형성되고, 관통홀(118)의 내면에는 베어링 하우징(113)이 고정설치되며, 베어링 하우징(113)에는 드럼 샤프트(10)를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 제1 및 제2 베어링(114,116)이 장착되어 있다.

또한, 상기 제1베어링(114)과 제2베어링(116) 사이, 즉 제1베어링(114)의 우측에는 드럼 샤프트(10)의 좌측방향 유동을 억제하기 위한 고정부재(16)가 드럼 샤프트(10)에 체결되어 있다. 고정부재(16)는 예를 들어, 고정너트 또는 스냅링이 사용될 수 있다. 또한, 상기 제1베어링(114)의 좌측에도 드럼 샤프트(10)의 우측방향 유동을 억제하도록 고정부재(도시되지 않음)가 드럼 샤프트(10)에 체결되거나, 드럼 샤프트(10)의 외경에 단차를 두어 해결할 수 있다.

이와 같이, 드럼 샤프트(10)는 제1 및 제2 베어링(114,116)에 의해 터브(110)에 지지되므로 보다 견고하게 지지될 수 있다. 그리고, 관통홀(118)과 드럼 샤프트(10) 사이에는 세탁수가 유출되는 것을 방지하지 위한 시일이 장착될 수 있다.

구동모터(130)는 터브(110)의 배면에 고정되는 스테이터(20)와, 스테이터(20)의 외주면에 일정 갭을 두고 배치되는 아우터 로터(30)와, 스테이터(20)의 내주면에 일정 갭을 두고 배치되는 인너 로터(40)를 포함하며, 상기 스테이터(20)는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 각각 독립적으로 구동시키는 더블 스테이터 구조를 갖는다.

이에 따라 스테이터(20)는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 도 6에 도시된 제1 및 제2 드라이버(530,540)를 이용하여 선택적/독립적으로 구동할 수 있도록 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 구비하고 있다. 이하에 후술하는 실시예 설명에서는 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 일체형으로 구성한 것을 예시하고 있으나, 분리된 구조로 이루어지는 것도 가능하다.

후술하는 바와 같이, 인너 로터(40)의 출력은 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되어 토크 변환된 후 제1출력으로 출력되고, 아우터 로터(30)의 출력은 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 입력되어 토크 변환 없이 제2출력으로 출력된다.

상기 토크 변환되는 제1출력은 세탁 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키며, 토크 변환 없이 출력되는 제2출력은 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시킨다.

도 1 및 도 2에 도시된 제1실시예는 인너 로터(40)의 출력이 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되고, 아우터 로터(30)의 출력이 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 직접 입력되는 조합을 채용하고 있다.

또한, 도 8 내지 도 10에 도시된 제2 내지 제4 실시예의 드럼 구동장치(100a~100c)도 후술하는 바와 같이, 상기 제1실시예와 동일하게 인너 로터(40)가 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되고, 아우터 로터(30)의 출력이 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 직접 입력되거나 아우터 샤프트(60)를 통하여 링기어(72)로 입력되는 조합을 채용하고 있다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 아우터 로터(30)는 스테이터20)의 외면에 일정 갭을 두고 배치되며 N극 및 S극이 교대로 배치되는 다수의 제1마그넷(32)과, 제1마그넷(32)의 배면에 배치되는 제1백요크(34)와, 제1마그넷(32) 및 제1백요크(34)가 일체로 고정되고 타단이 링기어(72)에 연결되어 유성기어장치(70)와 함께 회전되는 아우터 로터 지지체(36)를 포함한다.

아우터 로터 지지체(36)는 중앙이 개구된 원판 형태로 형성되며, 중앙부에 유성기어장치(70)가 수용되고, 내측에 스테이터(20)를 수용하도록 반전된 컵 형상을 이루고 있다.

아우터 로터 지지체(36)는 다수의 관통구멍(38)을 구비할 수 있다. 또한, 터브(110)의 배면은 도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 돌기부(111)가 방사상으로 돌출되어 있어 다수의 돌기부(111) 사이에는 다수의 요홈부(112)가 방사상으로 배치되어 있다.

상기 다수의 돌기부(111)에는 도 2와 같이 외측 스테이터 지지체(210)의 터브 고정부(216)가 볼트(280)로 고정되며, 다수의 요홈부(112)를 통한 외부의 찬 공기는 다수의 관통구멍(38)을 통하여 대류가 이루어짐에 따라 아우터 로터 지지체(36)의 내부에 배치된 스테이터(20)에서 발생되는 열을 외부로 배출할 수 있게 된다.

상기 아우터 로터 지지체(36)는 도 3과 같이 열경화성 수지, 예를 들어 폴리에스터와 같은 BMC(Bulk Molding Compound) 몰딩재 또는 열가소성 수지로 몰딩하여 제1마그넷(32) 및 제1백요크(34)와 일체로 형성된다.

상기 아우터 로터 지지체(36)는 수지 대신에 자기회로 형성재료로 구성되는 경우, 도 2와 같이 제1백요크(34)를 제거하고 아우터 로터 지지체(36)에 제1마그넷(32)을 접착제 등의 주지된 고정수단을 사용하여 고정할 수 있다.

인너 로터(40)는 스테이터(20)의 내면에 일정 갭을 두고 배치되며 N극 및 S극이 교대로 배치되는 다수의 제2마그넷(42)과, 제2마그넷(42)의 배면에 배치되는 제2백요크(44)와, 인서트 몰딩에 의해 제2마그넷(42) 및 제2백요크(44)와 일체로 형성되고 타단이 모터 샤프트(12)에 연결되는 인너 로터 지지체(46)를 포함한다.

여기에서, 인너 로터 지지체(46)는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지로 몰딩하여 제2마그넷(42) 및 제2백요크(44)와 일체로 형성된다.

또한, 인너 로터 지지체(46)는 수지 대신에 자기회로 형성재료로 구성되는 경우, 도 2와 같이 제2백요크(44)를 제거하고 인너 로터 지지체(46)에 제2마그넷(42)을 접착제 등을 사용하여 고정할 수 있다.

인너 로터 지지체(46)는 그 내면에는 모터 샤프트(12)와 연결되며, 그 외면은 제2마그넷(42) 및 제2백요크(44)가 일체로 형성된다. 인너 로터 지지체(46)는 내부에 유성기어장치(70)를 지지하는 제3베어링(92)을 수용하도록 컵 형상을 이루고 있다.

모터 샤프트(12)의 외면에는 인너 로터 지지체(46)와 연결되는 제1연결부(38)가 형성되고, 제1연결부(38)는 모터 샤프트(12)의 외면에 돌기가 형성되어 세레이션(Serration) 결합되거나, 스플라인 결합되는 구조를 가질 수 있고, 키홈을 형성하여 상호 키 결합되는 구조를 가질 수 있다.

모터 샤프트(12)의 하단에는 인너 로터 지지체(46)가 모터 샤프트(12)에서 이탈되는 것을 방지하는 제1고정부재(50)가 체결된다. 상기 제1고정부재(50)는 예를 들어, 고정너트 또는 스냅링(snap ring) 등을 사용할 수 있다.

모터 샤프트(12)의 외면에는 원통 형태인 아우터 샤프트(60)가 일정 갭을 두고 배치되어 있으며, 아우터 샤프트(60)의 내면에는 원통 형태의 제1슬리브 베어링(80) 및 제2슬리브 베어링(82)이 간격을 두고 설치되어 모터 샤프트(12)를 회전 가능하게 지지한다.

이러한 아우터 샤프트(60)는 모터 샤프트(12)의 외면에 회전 가능하게 배치되고 그 외면에 제3베어링(92)에 의해 회전 가능하게 지지되는 원통부(62)와, 원통부(62)의 일단에서 절곡되어 원판 형태로 연장 형성되어 유성기어장치(70)의 일측면을 커버하며 외주부가 링기어(72)와 연결되는 원판부(64)를 포함한다.

즉, 아우터 샤프트(60)의 외면에는 제3베어링(92)이 구비되고, 아우터 샤프트(60)는 제3베어링(92)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 상기 제3베어링(92)은 후술하는 내측 스테이터 지지체(211)에 형성된 베어링 장착부(217)에 장착되어 제3베어링(92)을 장착하기 위한 별도의 베어링 하우징이 불필요하므로 구조를 단순화하고, 부품수를 줄일 수 있다.

또한, 아우터 샤프트(60)의 원통부(62) 내측에는 양측이 제1슬리브 베어링(80) 및 제2슬리브 베어링(82)의 양측에 돌출된 돌기부(80a,82a)에 의해 위치 설정이 이루어지고, 제2슬리브 베어링(82)은 상기한 제1연결부(38)가 모터 샤프트(12)에 체결됨에 따라 위치 고정이 이루어진다.

유성기어장치(70)는 아우터 샤프트(60)의 원판부(64)와 연결되고 외주부에 아우터 로터 지지체(36)가 연결되는 링기어(72)와, 모터 샤프트(12)와 일체로 연결되어 외면에 기어부가 형성된 선기어(74)와, 내측 및 외측이 각각 선기어(74)의 외면 및 링기어(72)의 내면에 기어 물림되고 각각 회전축(76a)을 구비하며 선기어(74)의 회전에 따른 자전과 링기어(72)의 내면을 따른 공전이 이루어지는 복수의 유성기어(76)와, 일측이 복수의 유성기어(76)의 회전축(76a)과 연결되고 타측이 드럼 샤프트(10)의 외면에 연결되는 캐리어(78)를 포함한다.

드럼 샤프트(10)의 외면에는 제3슬리브 베어링(14)이 회전 가능하게 결합되어 있고, 상기 링기어(72)의 타측 연장부(72a)는 제3슬리브 베어링(14)과 제2베어링(116) 사이에 삽입되어 고정되어 있다. 제3슬리브 베어링(14)은 부싱으로 구성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 아우터 샤프트(60)는 제1 내지 제3 슬리브 베어링(80,82,14)과 제3베어링(92)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 링기어(72)의 타측 연장부(72a)는 제3슬리브 베어링(14)과 제2베어링(116)에 의해 회전 가능하게 지지되므로, 유성기어장치(70) 전체는 제2 및 제3 베어링(116,92)에 의해 양방향으로 회전 가능하게 지지되는 구조를 가진다.

특히, 유성기어장치(70)는 간격을 두고 배치된 제2 및 제3 베어링(116,92)에 의해 양단부가 안정되게 지지됨에 따라 축안정성이 높고 유성기어장치(70)의 회전에 따른 진동발생을 억제한다. 이 경우 제3베어링(92)은 외주부가 터브(110)의 배면에 고정된 스테이터 지지체(200)의 내주부에 형성된 베어링 장착부(217)에 설치됨에 따라 유성기어장치(70)의 일단을 안정되게 지지한다.

본 발명에서는 유성기어장치(70)의 선기어(74)와 링기어(72)에 선택적으로 또는 동시에 회전력이 인가되기 때문에 유성기어장치(70)의 양단부가 안정되게 지지되지 않으면 진동 발생요인이 될 수 있고, 내구성이 감소될 수 있다.

여기서, 제1 내지 제3 베어링(114,116,92)은 내구성 향상을 위해 볼 타입의 베어링을 적용하는 것이 바람직하다.

캐리어(78)의 타단은 드럼 샤프트(10)의 외면에 연결되어 캐리어(78)의 회전력이 드럼 샤프트(10)로 전달된다. 캐리어(78)의 타단 내면에는 드럼 샤프트(10)에 연결되는 제3연결부(13)가 형성된다. 여기에서, 제3연결부(13)는 드럼 샤프트(10)의 외면에 돌기가 형성되어 세레이션(Serration) 결합되거나, 스플라인 결합되는 구조를 가질 수 있고, 키홈을 형성하여 상호 키 결합되는 구조를 가질 수 있다.

이와 같은 유성기어장치(70)의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 인너 로터(40)가 회전되면, 인너 로터 지지체(46)가 모터 샤프트(12)를 통하여 선기어(74)와 연결되어 있어 인너 로터(40)의 회전력이 선기어(74)로 전달된다. 이 경우, 아우터 로터(30)는 스테이터(20)의 외측에 위치한 아우터 스테이터를 구동제어하는 제1드라이버(즉, 인버터)(530)에 의해 전자 브레이크를 적용함에 의해 정지된 상태로 설정하며, 그 결과 링기어(72)도 고정된 상태로 설정된다.

링기어(72)가 고정된 상태에서 선기어(74)에 회전력이 인가되면 선기어(74)와 기어 물림된 복수의 유성기어(76)는 자전되면서 링기어(72)의 내부를 따라 공전되고, 그 결과 유성기어(76)의 회전축(76a)과 연결된 캐리어(78)가 회전된다. 이때, 선기어(74)와 유성기어(76) 사이의 기어 조합에 의해 선기어(74)의 회전 속도가 감속되어 캐리어(78)로 전달되는 구조를 갖는다.

캐리어(78)는 제3연결부(13)를 통하여 드럼 샤프트(10)와 연결되어 있으므로, 인너 로터(40)의 회전속도는 유성기어장치(70)를 거치면서 감속되어 세탁행정에서 요구되는 저속, 고토크의 제1출력이 드럼 샤프트(10)로 전달된다.

따라서, 인너 로터(40)의 출력은 유성기어장치(70)를 통하여 회전속도가 감속되어 드럼 샤프트(10)로 전달된다. 그 결과, 드럼 샤프트(10)에 연결된 드럼(120)의 회전 토크를 증대시킬 수 있고, 이에 따라 본 발명의 구동모터((130)는 세탁행정시에 저속, 고토크의 특성이 요구되는 대용량 드럼 세탁기에 적용이 가능하다.

한편, 상기와 반대로 인너 로터(40)가 비고정 상태, 즉 자유회전 가능한 상태에서 아우터 로터(30)를 회전시키면, 아우터 로터 지지체(36)와 링기어(72)가 연결되어 아우터 로터(30)의 회전력이 링기어(72)로 전달된다.

이 경우, 인너 로터(40)가 자유회전 가능한 상태이므로 선기어(74)도 자유회전 가능한 비고정 상태이므로 링기어(72)에 인가된 회전력은 선기어(74)를 중심으로 링기어(72)와 함께 회전되는 유성기어(76) 및 캐리어(78)를 통하여 회전속도의 감속 없이 제3연결부(13)를 통하여 드럼 샤프트(10)에 전달된다.

따라서, 아우터 로터(40)의 회전력은 유성기어장치(70)를 거치면서 회전속도가 감속되지 않고 탈수행정에서 요구되는 고속, 저토크의 제2출력으로 드럼 샤프트(10)로 전달된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동모터의 직경방향 개략 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 개략 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터 코어의 평면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 스테이터(20)는 환형으로 배열되는 다수의 스테이터 코어 조립체(21)와, 다수의 스테이터 코어 조립체(21)가 환형으로 배열되고 외주부가 터브(110)의 배면에 고정되고 내주부에 베어링 장착부(217)를 형성하여 제3베어링(92)을 지지하는 스테이터 지지체(200)(도 2 참조)를 포함한다.

상기 다수의 스테이터 코어 조립체(21)는 각각 도 3 및 도 4와 같이 환형으로 배열되어 상호 결합되는 분할코어형 스테이터 코어(22)와, 분할코어형 스테이터 코어(22) 각각의 외주면에 코일권선영역을 한정하도록 감싸지는 비자성체인 절연물질로 이루어진 보빈(24)과, 스테이터 코어(22)의 일측(외측) 보빈에 감겨지는 제1코일(26)과, 스테이터 코어(22)의 타측(내측) 보빈에 감겨지는 제2코일(28)을 포함한다.

도 3에 도시된 실시예 설명에서는 코일(26,28)이 권선되는 스테이터 코어가 환형으로 배열되어 상호 연결되는 다수의 분할코어형 스테이터 코어(22)로 구성된 것을 예를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 스테이터 코어가 일체형 또는 부분 분할형 코어로 구성되는 것도 가능하다.

분할코어형 스테이터 코어(22)는 일체형 스테이터 코어와 비교할 때 코일 권선이 저가의 범용 권선기를 사용하여 쉽게 저비용으로 제조 가능한 이점이 있고, 코어 재료의 로스를 줄이는 것이 가능하다.

상기 분할코어형 스테이터 코어(22)는 도 5와 같이 외측에 배치되고 제1코일(26)이 감겨지는 제1티스부(220)와, 제1티스부(220)의 반대쪽, 내측에 형성되어 제2코일(28)이 감겨지는 제2티스부(222)와, 제1티스부(220)와 제2티스부(222) 사이를 구획하는 구획부(224)와, 구획부(224)의 측방향 양쪽 끝부분에 형성되어 분할코어형 코어(22) 사이를 상호 연결하는 결합부(230,232)를 포함한다.

본 발명의 스테이터(20)는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 각각 구동하도록 스테이터 코어(22)의 제1티스부(220)에 감겨지는 제1코일(26)이 아우터 스테이터를 구성하고, 스테이터 코어(22)의 제2티스부(222)에 감겨지는 제2코일(28)이 인너 스테이터를 구성하여, 더블 스테이터를 형성한다.

본 발명에서는 도 6과 같이 제1 및 제2 드라이버(530,540)로부터 아우터 스테이터를 구성하는 제1코일(26)과 인너 스테이터를 구성하는 제2코일(28)로 구동신호를 개별적으로 인가하여, 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 각각 구동한다.

여기에서, 제1코일(26)로는 제1구동신호가 인가되고, 제2코일(28)에는 제2구동신호가 인가되기 때문에, 제1코일(26)로만 구동신호가 인가되면 아우터 로터(30)만 회전되고, 제2코일(28)로만 구동신호가 인가되면 인너 로터(40)만 회전되고, 제1코일(26)과 제2코일(28)에 동시에 구동신호가 인가되면 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)가 동시에 회전된다.

구획부(224)의 중앙에는 관통홀(240)이 형성되어 스테이터 지지체(200)와 일체화를 위해 볼트 체결 용도로 사용될 수 도 있다.

제1티스부(220)의 끝부분에는 제1마그넷(32)과 마주보게 배치되는 제1플랜지부(250)가 형성되고, 제2티스부(222)의 끝부분에는 제2마그넷(42)과 마주보게 배치되는 제2플랜지부(252)가 형성된다.

제1플랜지(250)와 제2플랜지부(252)는 아우터 로터(30)의 제1마그넷(32)과, 인너 로터(40)의 제2마그넷(42)에 각각 대응하도록 소정 곡률로 내향 및 외향 곡면을 이루고 있다. 따라서, 스테이터 코어(22)의 내주면 및 외주면의 진원도가 높아지므로 스테이터(20)의 내주면 및 외주면과 제1마그넷(32) 및 제2마그넷(42)과의 사이가 근접되면서도 일정한 자기갭(gap)을 유지할 수 있다.

스테이터 코어(22) 사이는 자기회로를 형성할 수 있도록 상호 직접 연결된 구조를 가져야된다. 따라서, 결합부(230,322)는 인접한 스테이터 코어(22) 사이가 서로 직접 연결된 구조를 갖는다.

이러한 결합부(230,232)는 일 예로, 구획부(224)의 일측에 결합돌기(232)가 돌출되게 형성되고, 구획부(224)의 타측에 결합돌기(232)가 끼움 결합되는 결합홈(230)이 형성되어, 결합돌기(232)를 결합홈(230)에 끼워 조립하면 스테이터 코어(22)가 환형으로 배열되고, 상호 직접 연결된 구조를 갖게 된다.

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

이하에 스테이터(20)의 제조공정에 대하여 설명한다.

먼저, 다수의 분할코어형 스테이터 코어(22) 각각에 보빈(24)을 일체로 형성하고, 다수의 분할코어형 스테이터 코어(22) 각각의 제1 및 제2 티스부(220,222)에 제1 및 제2 코일(26,28)을 권선한다.

제1 및 제2 코일(26,28)을 권선하는 방법은 예를 들어, 3상 구동방식의 BLDC 모터를 구성할 때 다수의 제1 및 제2 티스부(220,222)에 각각 1개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 제1 및 제2 코일(26,28)을 권선하는 1권선 코일방법, 2개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 제1 및 제2 코일(26,28)을 권선하는 2권선 코일방법, 3개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 제1 및 제2 코일(26,28)을 권선하는 3권선 코일방법에 따라 변경될 수 있다.

다수의 분할코어형 스테이터 코어(22)의 보빈(24)에 제1 및 제2 코일(26,28)을 권선하면 다수의 스테이터 코어 조립체(21)가 얻어진다. 얻어진 다수의 스테이터 코어 조립체(21)는 스테이터 지지체(200)와 일체화하여 환형으로 조립되기 위하여 인서트 몰딩이 이루어진다.

다수의 스테이터 코어 조립체(21)는 다수의 분할코어형 스테이터 코어(22)의 모든 결합부(230,232)가 연결되어 환형으로 가조립하거나 또는 U,V,W 각 상(phase)로 부분 조립하여 가조립된 상태에서 금형에서 조립 설치하거나 금형에서 분할코어형 스테이터 코어(22)를 조립한 후, 인서트 몰딩에 의해 스테이터 지지체(200)는 다수의 스테이터 코어 조립체(21)와 일체로 형성된다.

즉, 열경화성 수지, 예를 들어 폴리에스터와 같은 BMC(Bulk Molding Compound) 몰딩재나 열가소성 수지를 사용하여 스테이터 지지체(200)를 인서트 몰딩 방식으로 다수의 스테이터 코어 조립체(21)와 일체로 성형한다.

스테이터 지지체(200)는 인서트 몰딩에 의해 다수의 스테이터 코어 조립체(21)와 일체로 형성되는 구조 이외에, 스테이터 지지체(200)와 다수의 스테이터 코어 조립체(21)를 각각 별개로 제조한 후, 스테이터 코어 조립체(21)의 관통홀(240)에 볼트 체결하여 스테이터 지지체(200)와 일체화하는 것도 가능하다.

스테이터 지지체(200)는 스테이터 코어 조립체(21)의 외측에 배치되는 외측 스테이터 지지체(210)와 스테이터 코어 조립체(21)의 내측에 배치되는 내측 스테이터 지지체(211)를 포함하고 있다.

외측 스테이터 지지체(210)는 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되며 다수의 스테이터 코어 조립체(21)의 외측면에 연결되는 외측 코어 고정부(212)와, 외측 코어 고정부(212)에서 직각으로 절곡되어 내측에 아우터 로터(30)를 둘러싸도록 연장된 제1연결부재(214)와, 제1연결부재(214)에서 직각으로 절곡된 후 방사방향으로 연장되어 터브(110)에 볼트(280)로 고정되는 터브 고정부(216)를 포함한다.

또한, 내측 스테이터 지지체(211)는 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되며 다수의 스테이터 코어 조립체(21)의 내측면에 연결되는 내측 코어 고정부(213)와, 내측 코어 고정부(213)에서 직각으로 절곡되어 내측에 인너 로터(40)를 둘러싸도록 연장된 제2연결부재(215)와, 제2연결부재(215)에서 직각으로 절곡된 후 중심방향으로 연장되어 제3베어링(92)이 장착되는 베어링 장착부(217)를 포함한다.

이와 같이, 외측 스테이터 지지체(210)에는 터브 고정부(216)가 형성되어 터브(110)에 직접 고정되므로 스테이터 지지체(210)를 터브(110)에 고정하기 위한 별도의 고정용 프레임이 불필요하여 부품수를 줄일 수 있고, 구조를 단순화할 수 있다.

또한, 내측 스테이터 지지체(211)에는 제3베어링(92)이 장착되는 베어링 장착부(217)가 형성되어 제3베어링(92)을 장착하기 위한 별도의 베어링 하우징이 불필요하여 부품수를 줄일 수 있고, 구조를 단순화할 수 있다.

내측 스테이터 지지체(211)는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40) 사이에 배치되며 내주부에 제3베어링(92)이 설치되어 아우터 샤프트(60)를 회전 가능하게 지지함에 따라 유성기어장치(70)도 회전 가능하게 지지된다.

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

이와 같은 본 발명의 드럼 구동장치는 도 3과 같이 아우터 로터(30)와 제1코일(26)이 감겨지는 스테이터(20)의 일측, 즉 아우터 스테이터 간에 제1자기회로(L1)를 형성하고, 인너 로터(40)와 제2코일(28)이 감겨지는 스테이터(20)의 타측, 즉 인너 스테이터 간에 제2자기회로(L2)를 형성하여, 각각 서로 독립적인 자기회로를 형성하므로 인너 로터(30)와 아우터 로터(40)가 각각 별도로 구동될 수 있다.

구체적으로, 제1자기회로(L1)는 N극의 제1마그넷(32), 제1코일(26)이 감겨지는 제1티스부(220), 구획부(224)의 외측부분, N극의 제1마그넷(32)에 인접한 S극의 제1마그넷(32) 및 제1백요크(34)를 경유한다.

그리고, 제2자기회로(L2)는 N극의 제2마그넷(42), N극의 제2마그넷(42)에 대향하고 제2코일(28)이 감겨지는 제2티스부(222), 구획부(224)의 내측부분, S극의 제2마그넷(42), 제2백요크(44)를 경유한다.

그러나, 상기 제1 및 제2 자기회로(L1,L2)는 제1 및 제2 티스부(220,222)에 권선되는 제1 및 제2 코일(26,28)을 1개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 권선하는 1권선 코일방법, 2개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 권선하는 2권선 코일방법, 3개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 권선하는 3권선 코일방법과 구동방식에 따라 변경될 수 있다.

상기한 실시예 설명에서는 스테이터(20)가 다수의 분할코어형 스테이터 코어(22)를 이용하여 다수의 스테이터 코어 조립체(21)를 준비한 후, 다수의 스테이터 코어 조립체(21)를 스테이터 지지체(200)와 결합시킴에 의해 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 서로 동일하게 설정된 구조로 제조되는 것을 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다양한 변경이 가능하다.

예를 들어, 본 발명은 스테이터 코어로서 일체형 스테이터 코어 또는 부분 분할형 코어를 채용하면서 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수를 구동모터 및 세탁기의 효율을 높이는데 유리한 방향으로 서로 다르게 설정할 수 있다. 일반적으로 고속 저토크 회전에는 스테이터 코어의 슬롯 수가 적은 것이 바람직하고, 저속 고토크 회전에는 스테이터 코어의 슬롯 수가 많은 것이 바람직하다.

예를 들어, 도 1, 도 8 내지 도 10에 도시된 제1 내지 제4 실시예와 같이, 인너 스테이터에 의해 구동되는 인너 로터(40)의 출력이 세탁 및 헹굼 행정에 이용되도록 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 입력되고, 아우터 스테이터에 의해 구동되는 아우터 로터(30)의 출력이 탈수 행정에 이용되도록 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 입력되는 경우, 인너 스테이터의 슬롯을 다(多) 슬롯 구조로 선택하고, 아우터 스테이터의 슬롯 수는 인너 스테이터의 슬롯보다 적은 수의 슬롯 구조를 선택하는 것이 바람직하다.

도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 세탁기 제어장치는 제1코일(66)로 인가되는 제1구동신호를 발생하는 제1드라이버(530)와, 제2코일(68)로 인가되는 제2구동신호를 발생하는 제2드라이버(540)와, 상기 제1드라이버(530), 제2드라이버(540) 및 세탁기 전체를 제어하는 제어유닛(500)을 포함한다.

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

상기한 바와 같이, 본 발명의 구동모터(130)는 더블 로터-더블 스테이터로 구성된 쌍동력 구조로 이루어진 것이고, 예를 들어, U, V, W 3상 구동방식으로 모터 제어가 이루어진다. 따라서, 스테이터(20)의 제1 및 제2 코일(26,28)도 각각 U, V, W 3상 코일로 구성된다.

본 발명의 스테이터(20)는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 각각 구동하도록 제1코일(26)을 구비하는 아우터 스테이터와, 제2코일(28)을 구비하는 인너 스테이터를 포함하는 더블 스테이터를 형성한다.

그 결과, 인너 스테이터와, 인너 스테이터에 의해 회전이 이루어지는 인너 로터(40)는 인너 모터를 형성하고, 아우터 스테이터와, 아우터 스테이터에 의해 회전이 이루어지는 아우터 로터(30)는 아우터 모터를 형성하며, 상기 아우터 모터와 인너 모터는 각각 BLDC 방식으로 제어가 이루어지도록 모터 구조가 설계되고 제1 및 제2 드라이버(530,540)에서는 예를 들어, 6-스텝 방식의 구동 제어가 이루어진다.

상기 제1 및 제2 드라이버(530,540)는 각각 토템폴 구조로 접속된 3쌍의 스위칭 트랜지스터로 구성되는 인버터로 이루어지며, 각각의 인버터의 U, V, W 3상 출력은 제1 및 제2 코일(26,28)의 U, V, W 3상 코일로 인가된다.

제어유닛(500)은 각각 예를 들어, 홀 센서(Hall sensor)로 이루어진 제1 및 제2 로터위치 감지센서(510,520)로부터 검출된 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)의 회전위치에 기초하여 PWM 방식의 제어신호를 제1 및 제2 드라이버(530,540)로 인가하며, 제1 및 제2 드라이버(530,540)는 제어신호를 받아서 U, V, W 3상 출력을 제1 및 제2 코일(26,28)의 U, V, W 3상 코일로 인가하여 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 회전 구동한다.

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

이와 같이, 구성되는 본 발명의 제1실시예에 따른 드럼 세탁기의 작용을 다음에 설명한다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 드럼 세탁기는 먼저 단계(S200)에서 세탁기의 전원이 턴 온된다.

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

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

그러면, 상기 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)가 3상 교류전력을 발생시키고, 발생시킨 3상 교류전력은 스테이터(20)의 제1코일(66) 및 제2코일(68)에 인가되어 선택적, 독립적으로 발생되어 인가됨에 따라 다양한 세탁 코스 중 어느 하나의 방법으로 구동되어 세탁이 이루어진다.

더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)와 유성기어장치(70)를 이용한 세탁방법에 대하여는 이하에 상세하게 설명한다.

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

상기 판단 결과 탈수 행정을 수행해야될 경우에 상기 제어유닛(500)은 아우터 로터(30)만을 구동하거나 또는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 동일한 방향/동일한 RPM으로 회전할 수 있도록 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)를 제어하여 제1코일(26)과 제2코일(28)에 동일한 구동신호를 인가함에 의해 유성기어장치(70)를 통하여 드럼(120)을 일방향으로 회전되게 하여 탈수 행정을 수행한다(S212).

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

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

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

그러면, 상기 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)가 3상 교류전력을 발생시키고, 발생시킨 3상 교류전력은 스테이터(20)의 제1코일(26) 및 제2코일(28)에 선택적, 독립적으로 인가된다. 이에 따라 스테이터(20)의 제1코일(26) 및 제2코일(28)에 의해 구동되는 아우터 로터(30) 및 인너 로터(40)의 출력은 각각 고속, 저토크 특성을 가지고 있다.

먼저, 세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 때, 제2드라이버(540)로부터 인너 스테이터의 제2코일(28)로 3상 교류전력을 인가하면, 인너 로터(40)가 회전되고, 인너 로터(40)의 고속, 저토크 특성 출력은 인너 로터(40)와 연결된 모터 샤프트(12)로 전달된다. 즉, 인너 로터(40)의 출력은 모터 샤프트(12)를 통하여 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 제1RPM의 제1입력으로 인가된다.

이 경우, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(30)와 연결된 링기어(72)를 고정시킴에 따라, 인너 로터(40)로부터 제1RPM의 제1입력(즉, 고속, 저토크 특성 입력)이 선기어(74)에 입력되어 선기어(74)가 회전되면, 다수의 유성기어(76)가 자전 및 링기어(72)를 따른 공전이 이루어지면서 유성기어(76)의 회전축(76a)과 연결된 캐리어(78)가 인너 로터(40)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전되어, 선기어와 링기어의 기어비에 따라 설정되는 감속이 이루어져서 저속, 고토크 특성을 갖는 제2RPM의 제1출력이 유성기어장치(70)의 캐리어(78)로부터 발생한다.

유성기어장치(70)의 캐리어(78)는 제3연결부(13)를 통하여 드럼 샤프트(10)에 제1출력을 전달함에 따라 드럼(120)은 저속, 고토크 출력을 전달받아 세탁 또는 헹굼 행정이 고효율로 이루어지게 된다.

상기 제1출력은 제1RPM의 제1입력이 제2RPM으로 감속되면서 토크는 증대되어 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시킨다.

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

여기서, z_r은 링기어의 잇수이고, z_s는 선기어의 잇수이다.

제1드라이버(530)에 의해 아우터 로터(30)와 링기어(72)에 전자 브레이크를 인가하는 방법은 예를 들어, 제1드라이버(530)로부터 스테이터(20)의 제1코일(26)로 인가되는 3상 교류전력을 차단하거나 또는 제1코일(26)을 단락시켜서 아우터 로터(30)와 연결된 링기어(72)를 정지시키는 방법을 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 때, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(30)와 연결된 링기어(72)를 고정시키는 대신에 링기어(72)를 제어하여 캐리어(78)를 통하여 출력되는 유성기어장치(70)의 제1출력의 감속량을 제어할 수 있다.

즉, 링기어(72)가 예를 들어, 10RPM 정도로 선기어(74)의 회전방향과 동일방향으로 최소 회전이 이루어지도록 하거나, 또는 링기어(72)를 선기어(74), 즉 인너 로터(40)의 회전방향과 반대방향으로 (-) 10RPM 정도로 역회전이 이루어지도록 아우터 로터(30)를 역방향으로 구동함에 의해 캐리어(78)를 통하여 출력되는 유성기어장치(70)의 제1출력의 감속량을 제어할 수 있다.

인너 로터(40)로부터 제1RPM의 제1입력이 선기어(74)에 입력될 때, 전자 브레이크를 간헐적으로 해제함에 의해 링기어(72)를 완전히 고정시키지 않고 선기어(74)의 회전방향과 동일방향으로 회전이 이루어지도록 하면 캐리어(78)를 통한 유성기어장치(70)의 제1출력은 링기어(72)를 완전히 고정시킨 경우의 제2RPM 보다 RPM이 증가하게 되고, 상기와 반대로 링기어(72)를 선기어(74)의 회전방향과 반대방향으로 역회전이 이루어지도록 하면 캐리어(78)를 통한 유성기어장치(70)의 제1출력은 제2RPM 보다 RPM이 감소하게 된다.

상기와 같이, 본 발명에서는 세탁 또는 헹굼 행정을 위해, 인너 로터(40)의 회전력을 동력원으로 이용하여 유성기어장치(70)로부터 감속된 제2RPM의 제1출력을 얻을 때, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(30)의 순방향 RPM을 제어하거나 아우터 로터(30)를 역회전시키는 방법으로 제1출력의 RPM과 토크를 제어할 수 있다.

예를 들어, 본 발명에서는 선기어 입력/캐리어 출력 구조의 유성기어장치(70)에서 캐리어(78)로부터 얻어지는 변속비(즉, 감속비)를 5.33:1로 설정하고, 인너 로터(40)로부터 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 RPM이 1000RPM인 경우, 링기어(72)가 정지상태일 때 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM은 188RPM으로 얻어지고, 링기어(72)에 순방향으로 10RPM 회전력이 인가되면 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM은 약 208RPM이 얻어지며, 링기어(72)에 역방향으로 (-)10RPM 회전력이 인가되면 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM은 약 190RPM이 얻어진다.

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

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

이에 따라 제1드라이버(530)로부터 아우터 스테이터의 제1코일(26)로 구동신호를 인가하여, 아우터 로터(30)(즉, 링기어(72))를 고속, 저토크 특성의 1000RPM으로 순방향으로 회전시키고, 인너 로터(40)에는 구동신호를 인가하지 않아 자유회전되거나, 인너 로터(40)를 아우터 로터(30)와 동일하게 1000RPM으로 순방향으로 회전 구동한다.

그 결과, 유성기어장치(70)의 링기어(72)에만 상기 선기어(74)에 입력되는 제1입력과 동일한 고속, 저토크 특성의 회전력이 전달되거나 링기어(72)와 선기어(74)에 동일하게 고속, 저토크 특성의 제1입력의 회전력이 전달되면, 제1 내지 제3 슬리브 베어링(80,82,14)과 제3베어링(92)에 회전 가능하게 지지된 링기어(72) 또는 유성기어장치(70) 전체가 감속없이 회전하게 된다.

따라서, 링기어(72)에 인가된 고속, 저토크 특성의 제1입력은 링기어(72) 또는 유성기어장치(70) 전체가 회전하므로 유성기어(76)와 캐리어(78)를 통하여 드럼 샤프트(10)에 감속(토크 변환) 없이 전달이 이루어지게 된다.

그 결과, 드럼 샤프트(10)에 감속(토크 변환) 없이 전달된 고속, 저토크 특성의 제1입력, 즉 제2출력은 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키며, 드럼(120)에 제공하므로, 탈수 행정이 고효율로 이루어지게 된다.

이와 같이, 제1실시예에 따른 드럼 세탁기는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)로부터 발생된 고속, 저토크 특성의 쌍동력 출력을 이용하여 유성기어장치(70)를 통과시키면서 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키는 제1출력과, 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력으로 변환하여 드럼(120)에 인가함에 의해 세탁 행정 및 헹굼 행정과 탈수 행정을 높은 효율로 실행할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 유성기어장치(70)의 양단부가 양방향 회전이 가능한 한쌍의 베어링에 의해 지지되어 있기 때문에, 더블 로터-더블 스테이터로 구성된 쌍동력 구조의 구동모터(130)를 사용하여 세탁 행정 및 헹굼 행정을 진행하는 도중에 세탁물의 편심 등에 의해 순간적으로 무리한 부하가 구동모터(130)에 가해질지라도 유성기어장치(70)가 이를 흡수할 수 있어 구동모터(130)에 걸리는 부하를 줄여주는 방향으로 능동적인 감속이 이루어질 수 있어, 소모전류를 줄이고 효율 상승을 도모할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 드럼 구동장치는 도 1 및 도 2에 도시된 제1실시예로부터 다양한 변형과 수정이 이루어질 수 있다.

도 8에는 본 발명의 제2실시예의 드럼 구동장치가 도시되어 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)는 상기한 제1실시예와 비교할 때, 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)와 유성기어장치(70)를 포함하는 점은 동일하다. 즉, 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 인너 로터(40)의 출력이 제1입력으로 입력된 후 감속(토크 변환) 후 캐리어(78)를 통하여 드럼 샤프트(10)에 전달되고, 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 아우터 로터(30)의 출력이 제2입력으로 입력된 후 감속(토크 변환) 없이 캐리어(78)를 통하여 드럼 샤프트(10)에 전달되는 것은 동일하다.

본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)와 제1실시예의 차이점은, 유성기어장치(70)를 회전 가능하게 지지하는 제2베어링의 설치 구조에 있다. 즉, 제1실시예에서는 제2베어링(116)이 베어링 하우징(113)에 설치되고, 링기어(72)의 타측 연장부(72a)는 제3슬리브 베어링(14)과 제2베어링(116) 사이에 삽입되어 회전 가능하게 지지되는 것이나, 제2실시예에서는 제2베어링(116)이 베어링 하우징(113)으로부터 분리되어 배치되고, 링기어(72)의 타측 연장부(72a)를 베어링 하우징으로 삼아서 그 내부에 설치되는 점에서 차이가 있다.

그 결과, 본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)에서도 아우터 로터(30)와 일체로 회전되는 유성기어장치(70)는 그의 양단부가 제2 및 제3 베어링(116,92)과 제1 및 제2 슬리브 베어링(80,82)에 의해 양방향으로 회전 가능하게 지지되는 구조를 가진다.

본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)는 제1실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)는 상기한 제1실시예와 동일하게, 구동모터(130)의 인너 로터(40)로부터 제1입력이 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되면, 감속(토크 변환)후 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되고, 구동모터(130)의 아우터 로터(30)로부터 제2입력이 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 입력되면, 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달되는 것은 동일하다.

따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)의 작용은 제1실시예와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 9에는 본 발명의 제3실시예의 드럼 구동장치가 도시되어 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 드럼 구동장치(100b)는 상기한 제2실시예와 비교할 때, 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)와 유성기어장치(70)를 포함하며, 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 인너 로터(40)의 출력이 제1입력으로 입력된 후 감속(토크 변환)되어 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되는 점은 동일하다.

본 발명의 제3실시예에 따른 드럼 구동장치(100b)와 제2실시예의 차이점은, 아우터 로터(30)의 출력이 아우터 로터 지지체(36)를 통하여 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 직접 입력되는 대신에, 아우터 로터 지지체(360)를 통하여 상기 링기어(72)의 전방에 배치된 아우터 샤프트(60)의 원통부(62)에 제2입력으로 입력되는 점이다.

아우터 로터 지지체(360)는 외측으로부터 제1마그넷(32) 및 제1백요크(34)가 일체로 고정되는 마그넷 고정부(36a), 마그넷 고정부(36a)로부터 내측으로 직각으로 절곡된 제1연결부(36b), 제1연결부(36b)로부터 내측으로 직각으로 절곡된 제2연결부(36c), 제2연결부(36c)로부터 외측으로 직각으로 절곡된 제3연결부(36d), 제3연결부(36d)의 내측 단부에 아우터 샤프트(60)와 연결되는 제4연결부(36e)를 포함하고 있다.

마그넷 고정부(36a), 제1연결부(36b) 및 제2연결부(36c)는 환형 트랜치 홈을 형성하며, 트랜치 홈에는 스테이터(20)와 인너 로터(40)를 수용하고, 그 반대편 중앙부에 유성기어장치(70)를 수용하고 있다.

상기 아우터 로터(30)의 출력이 인가되는 아우터 샤프트(60)의 원통부(62)는 원판부(64)를 통하여 링기어(72)와 연결되어 있다.

따라서, 아우터 로터(30)의 출력은 아우터 샤프트(60)를 통하여 링기어(72)에 전달될 뿐 그 작용은 제2실시예와 동일하다.

또한, 본 발명의 제3실시예에서도 유성기어장치(70)는 그의 양단부가 제2 및 제3 베어링(116,92)과 제1 및 제2 슬리브 베어링(80,82)에 의해 양방향으로 회전 가능하게 지지되므로, 아우터 샤프트(60)를 통하여 링기어(72)에 제2입력이 입력되면, 유성기어장치(70)에서 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달되는 것은 제1 및 제2 실시예와 동일하다.

따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 드럼 구동장치(100b)는 제2 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 제3실시예에 따른 드럼 구동장치(100b)는 상기한 제2 실시예와 동일하게, 구동모터(130)의 인너 로터(40)로부터 제1입력이 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되면, 감속(토크 변환) 후 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되고, 구동모터(130)의 아우터 로터(30)로부터 제2입력이 아우터 샤프트(60)를 통하여 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 입력되면, 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달된다.

따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 드럼 구동장치(100b)의 구성과 작용은 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 10에는 본 발명의 제4실시예의 드럼 구동장치가 도시되어 있다.

본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)는 상기한 제1실시예와 비교할 때, 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)와 유성기어장치(70)를 포함하는 점은 동일하다. 즉, 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 인너 로터(40)의 출력이 제1입력으로 입력된 후 감속(토크 변환) 후 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되고, 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 아우터 로터(30)의 출력이 제2입력으로 입력된 후 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달되는 것은 동일하다.

본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)와 제1실시예의 차이점은, 유성기어장치(70)를 회전 가능하게 지지하는 구조에 있다. 즉, 제1실시예에서는 제2베어링(116)이 베어링 하우징(113)에 설치되고, 링기어(72)의 타측 연장부(72a)는 제3슬리브 베어링(14)과 제2베어링(116) 사이에 삽입되어 회전 가능하게 지지되는 것이나, 제4실시예에서는 제3슬리브 베어링(14)이 제2베어링(116)으로부터 분리되어 드럼 샤프트(10)에 설치되고, 그 외주에 링기어(72)의 타측 연장부(72a)가 연결되어 있다.

상기한 제1 내지 제3 실시예에서는 드럼 샤프트(10)가 터브(110)에 고정 설치된 제1베어링(114)을 중심으로 좌우로 이탈되는 것을 억제하도록 고정부재(16)가 드럼 샤프트(10)에 체결되어 있는 것이나, 제4실시예에서는 드럼 샤프트(10)가 터브(110)에 고정 설치된 제1 및 제2 베어링(114,116)을 중심으로 좌우로 이탈되는 것을 억제하도록 고정부재(15)가 드럼 샤프트(10)에 체결된 점에서 차이가 있다.

그 결과, 본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)에서도 아우터 로터(30)와 일체로 회전되는 유성기어장치(70)는 그의 양단부가 제1 내지 제3 슬리브 베어링(80,82,14)과 제3 베어링(92)에 의해 양방향으로 회전 가능하게 지지되는 구조를 가진다.

본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)는 제1실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

그 결과, 본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)는 상기한 제1실시예와 동일하게, 구동모터(130)의 인너 로터(40)로부터 제1입력이 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되면, 감속(토크 변환) 후 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되고, 구동모터(130)의 아우터 로터(30)로부터 제2입력이 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 입력되면, 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달되는 것은 동일하다.

따라서, 본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)의 구성과 작용은 제1실시예와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

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

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

예를 들어, 링기어 입력-캐리어 출력 구조의 유성기어장치를 사용하면서 선기어에 인가되는 제어 입력에 따라 캐리어 출력의 감속량을 결정하는 변속 시스템을 적용할 수 있다.

(실시예 1)

도 12에 도시된 바와 같이, 유성기어장치(70)가 4개의 유성기어(76)를 채용하고, 기어 잇수를 선기어: 15, 링기어: 64, 유성기어: 24로 설정하여 제작한 후, 하기 표 1과 같이 인너 로터(40)와 아우터 로터(30)를 구동하여 선기어(74) 및 링기어(72)에 다양한 조건의 RPM 입력을 인가하고 캐리어(78)로부터 드럼 샤프트(10)에 인가되는 출력을 측정하여 표에 나타내었다.

No.	선기어(RPM)	링기어(RPM)	유성기어(RPM)	캐리어(RPM)	토크 배수
조건 1	250	0	-133.3	50	5배
조건 2	600	-87	-366.4	50.4	12배
조건 3	250	-63	-166.9	-0.4
조건 4	250	-125	-200	-50	5배
조건 5	-250	125	200	50	5배
조건 6	500	500	0	500
조건 7	900	1200	160	1140

여기서, (+)는 시계방향 회전, (-)는 반시계방향 회전을 가리킨다.

상기한 표 1을 참고하면, 조건 1에서와 같이, 링기어의 RPM을 제로(0)로 설정하면, 즉 전자 브레이크를 적용하여 링기어를 고정하면, 캐리어 출력은 변속비(감속비) 1/5에 따라 선기어 RPM의 1/5로 감속된 50RPM이 얻어지고, 토크는 5배 증가하는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 표 1의 조건 2에서와 같이, 선기어: 600RPM, 링기어: (-)87RPM인 경우, 즉 링기어를 선기어와 반대방향으로 회전시키면, 캐리어 출력은 50.4RPM이고, 토크는 12배 증가가 얻어졌다. 이는 링기어를 선기어와 반대방향으로 회전시키면 링기어를 고정시킨 경우의 변속비(1/5) 보다 더 큰 변속비를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

조건 3에서와 같이, 선기어: 250RPM, 링기어: (-)63RPM인 경우, 즉 링기어를 선기어와 반대방향으로 회전시키면, 캐리어 출력은 (-)0.4RPM이 얻어졌다. 조건 4에서와 같이, 선기어: 250RPM, 링기어: (-)125RPM인 경우, 즉 링기어를 선기어와 반대방향으로 회전시키면, 캐리어 출력은 (-)50RPM, 토크는 5배 증가가 얻어졌다.

조건 3 및 4를 참고하면, 선기어 입력 RPM이 크지 않은 경우 링기어 입력에 선기어 입력과 반대방향의 입력을 인가하면 캐리어에는 선기어 입력의 반대방향의 출력이 얻어지는 것을 알 수 있다.

또한, 조건 5에서는 조건 4와 반대로 선기어와 링기어 입력의 방향을 반대로 설정하였다. 즉, 선기어: (-)250RPM, 링기어: 125RPM인 경우, 즉 링기어를 선기어와 반대방향으로 회전시키면, 캐리어 출력은 50RPM, 토크는 5배 증가하고 선기어 입력의 반대방향의 출력이 얻어졌다.

상기 조건 1 내지 5를 종합하면, 상기 링기어에 인가하는 제2입력의 RPM을 제1입력의 RPM보다 작게 설정하면 캐리어로부터 감속된 출력이 발생한다.

조건 6에서와 같이 선기어와 링기어를 동일 방향, 동일 RPM, 즉 선기어: 500RPM, 링기어: 500RPM인 경우, 캐리어 출력도 500RPM, 토크는 변동이 없었다. 또한, 조건 7에서와 같이 링기어의 RPM을 최대로, 선기어 RPM을 링기어와 근접하게 설정하면, 즉 선기어: 900RPM, 링기어: 1200RPM인 경우, 캐리어 출력은 링기어 입력보다 다소 감소한 1140RPM이 얻어졌다.

상기 조건 1 내지 5는 세탁 및 헹굼 행정 등을 수행할 때 이용될 수 있고, 조건 6 및 7은 탈수 행정에 적용될 수 있다.

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

본 발명은 인너 로터의 출력은 유성기어장치를 통하여 세탁 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키고, 아우터 로터의 로터 출력은 고속, 저토크 특성을 만족시키는 쌍동력을 제공하는 드럼 구동장치를 이용하여 대용량 드럼 세탁기를 구현할 수 있다.

Claims (19)

1. 터브의 배면에 장착되며, 독립적으로 회전 구동되는 아우터 로터와 인너 로터를 구비하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 및

   상기 인너 로터의 출력을 선기어에 제1입력으로 받는 경우 감속시킨 제1출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 아우터 로터의 출력을 링기어에 제2입력으로 받는 경우 감속없이 제2출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 캐리어로부터 발생된 제1 및 제2 출력은 각각 드럼과 연결된 드럼 샤프트에 인가하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 드럼 세탁기의 세탁 행정 및 헹굼 행정을 진행할 때, 상기 제1입력은 고속, 저토크 특성을 가지고, 상기 링기어에 인가되는 제2입력의 RPM이 제1입력의 RPM보다 작게 설정될 때 저속, 고토크 특성을 가지는 감속된 제1출력이 발생되며,

   상기 드럼 세탁기의 탈수 행정을 진행할 때, 상기 제1 및 제2 입력은 각각 고속, 저토크 특성을 가지고, 동일한 RPM으로 설정될 때 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력이 발생되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어는 전자 브레이크에 의해 고정상태로 설정되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어에 제1입력의 회전방향과 동일방향의 회전력을 인가하면 상기 제1출력의 RPM은 증가하며,

   상기 링기어에 제1입력의 회전방향과 반대방향의 회전력을 인가하면 상기 제1출력의 RPM은 감소하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 링기어로 입력된 제2입력이 복수의 유성기어와 캐리어를 통하여 제2출력으로 감속없이 출력될 때, 상기 선기어는 자유회전이 가능한 상태로 설정되거나 상기 제2입력과 동일한 입력이 선기어에 인가되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 유성기어장치는

   일단부가 상기 아우터 로터와 연결되고 타단부가 상기 드럼 샤프트에 회전 가능하게 지지되는 링기어;

   상기 모터 샤프트로부터 일체로 연장되고, 외주부에 기어가 형성된 선기어;

   상기 선기어의 외면 및 링기어의 내면에 기어 물림되며, 선기어의 회전에 따라 자전과 공전이 이루어지는 복수의 유성기어; 및

   일단부가 상기 복수의 유성기어와 연결되고 타단부가 상기 드럼 샤프트의 외면에 연결되어 유성기어장치의 제1 및 제2 출력을 드럼 샤프트로 인가하는 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 더블 스테이터의 아우터 티스와 인너 티스의 슬롯 수는 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 아우터 티스의 슬롯 수는 인너 티스의 슬롯 수보다 더 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 더블 스테이터는

   각각 아우터 티스에 제1코일이 권선되고 인너 티스에 제2코일이 권선되며 상호 조립되어 환형으로 배열되는 다수의 분할코어형 스테이터 코어를 구비하는 다수의 스테이터 코어 조립체; 및

   상기 다수의 스테이터 코어 조립체와 일체로 형성되며 외주부가 터브의 배면에 고정되고 내주부에 아우터 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 스테이터 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 스테이터 지지체는

    상기 아우터 로터를 둘러싸는 외측 스테이터 지지체; 및

    상기 인너 로터를 둘러싸며, 아우터 로터의 아우터 로터 지지체와 인너 로터의 인너 로터 지지체 사이에 배치되는 내측 스테이터 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 인너 로터의 출력을 전달받아 유성기어장치의 선기어에 제1입력으로 전달하는 모터 샤프트; 및

    상기 모터 샤프트의 외주면에 회전 가능하게 결합되며, 상기 아우터 로터의 출력을 전달받아 유성기어장치의 링기어에 제2입력으로 전달하는 아우터 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 모터 샤프트를 통하여 선기어로 입력된 제1입력은 복수의 유성기어와 캐리어를 통하여 제1출력으로 감속되어 출력되고,

    상기 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 입력된 제2입력은 복수의 유성기어와 캐리어를 통하여 제2출력으로 감속없이 출력되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
13. 케이스 내부에 현가 지지되고 세탁수가 수용되는 터브;

    상기 터브의 내부에 회전 가능하게 지지되고 세탁물을 수용하는 드럼;

    일단부에 드럼이 연결되고 터브에 회전 가능하게 지지되는 드럼 샤프트; 및

    상기 터브의 배면에 장착되며 상기 드럼 샤프트를 회전 구동시키는 드럼 구동장치를 포함하며,

    상기 드럼 구동장치는

    상기 터브의 배면에 장착되며 아우터 로터와 인너 로터를 회전구동하여 아우터 및 인너 로터 출력을 독립적으로 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터;

    상기 인너 로터 출력이 일단부에 인가되는 모터 샤프트; 및

    상기 모터 샤프트를 통하여 선기어로 입력되는 인너 로터 출력은 토크를 증대시켜서 캐리어로부터 드럼 샤프트에 전달하고, 상기 링기어로 입력되는 아우터 로터 출력은 토크 변환 없이 캐리어로부터 드럼 샤프트에 전달하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기.
14. 제13항에 있어서,

    상기 선기어로 입력되는 인너 로터 출력은 상기 링기어에 인가되는 아우터 로터 출력의 RPM이 인너 로터 출력의 RPM보다 작게 설정되는 경우 드럼 세탁기의 세탁 행정 및 헹굼 행정에 요구되는 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력으로 토크 변환되며,

    상기 링기어로 입력되는 아우터 로터 출력은 상기 선기어가 자유회전이 가능한 상태로 설정되거나 상기 아우터 로터 출력과 동일한 입력이 선기어에 인가되는 경우 드럼 세탁기의 탈수 행정에 요구되는 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력으로 토크 변환없이 출력되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기.
15. 제13항에 있어서,

    상기 유성기어장치에서 인너 로터 출력을 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력으로 토크 변환하는 경우, 상기 아우터 로터 출력을 인너 로터 출력과 동일한 방향으로 구동함에 의해 제1출력의 RPM은 증가하고, 상기 아우터 로터 출력을 인너 로터 출력과 반대 방향으로 구동함에 의해 제1출력의 RPM은 감소하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기.
16. 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정을 포함하는 드럼 세탁기의 구동방법으로서,

    상기 세탁 또는 헹굼 행정은

    구동모터의 인너 로터를 회전시켜 모터 샤프트를 통하여 유성기어장치의 선기어에 고속, 저토크 특성을 가지는 제1입력을 인가하는 단계;

    상기 구동모터의 아우터 로터를 회전시켜 상기 제1입력의 RPM보다 작은 RPM을 갖는 제2입력을 유성기어장치의 링기어에 인가하는 단계;

    상기 선기어에 인가된 제1입력을 감속하여 캐리어로부터 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력을 발생하는 단계; 및

    상기 캐리어로부터 제1출력을 받아서 드럼을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 구동방법.
17. 제16항에 있어서,

    상기 아우터 로터를 인너 로터와 동일한 방향으로 회전구동하면 상기 제1출력의 RPM은 증가하고, 상기 아우터 로터를 인너 로터와 반대 방향으로 회전구동하면 상기 제1출력의 RPM은 감소하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 구동방법.
18. 제16항에 있어서,

    상기 구동모터의 아우터 로터에 전자 브레이크를 인가함에 의해 아우터 로터와 연결된 상기 유성기어장치의 링기어를 고정하는 경우, 상기 선기어에 인가된 제1입력은 미리 설정된 유성기어장치의 감속비에 따라 감속되어 캐리어로부터 저속, 고토크 특성을 가지는 출력이 발생되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 구동방법.
19. 제16항에 있어서,

    상기 탈수 행정은

    상기 구동모터의 아우터 로터를 회전시켜 유성기어장치의 링기어에 고속, 저토크 특성을 가지는 제2입력을 인가함과 동시에 상기 선기어를 자유회전이 가능한 상태로 설정하거나, 상기 인너 로터를 회전시켜 제2입력과 동일한 입력을 선기어에 인가하는 단계;

    상기 링기어로 입력되는 상기 아우터 로터의 제2입력을 토크 변환 없이 캐리어로부터 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력으로 발생하는 단계; 및

    상기 캐리어로부터 제2출력을 받아서 드럼을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 구동방법.

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