WO2016186353A1 - 세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기 - Google Patents

세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기 Download PDF

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WO2016186353A1
WO2016186353A1 PCT/KR2016/004704 KR2016004704W WO2016186353A1 WO 2016186353 A1 WO2016186353 A1 WO 2016186353A1 KR 2016004704 W KR2016004704 W KR 2016004704W WO 2016186353 A1 WO2016186353 A1 WO 2016186353A1
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WO
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output
input
stator
washing machine
rotor
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PCT/KR2016/004704
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English (en)
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Inventor
김병수
고형환
이병호
Original Assignee
주식회사 아모텍
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Publication date
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • D06F37/02—Rotary receptacles, e.g. drums
    • D06F37/12—Rotary receptacles, e.g. drums adapted for rotation or oscillation about a vertical axis
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • D06F37/30—Driving arrangements 
    • D06F37/40—Driving arrangements  for driving the receptacle and an agitator or impeller, e.g. alternatively

Definitions

  • the present invention is a combination of a double rotor-double stator drive motor and a planetary gear device, washing machine drive device that can provide a high efficiency driving force required for the washing and dewatering stroke of the washing machine and the same, It is about a washing machine.
  • a rotating tank is rotatably provided as a washing tank and a dehydrating tank in an outer tank, and a stirring body (pulsator) is rotatably installed at the bottom of the rotating tank. Since the stirring body and the rotating tank are rotated by one drive motor, when the washing operation is executed, the rotation of the driving motor is transmitted to the stirring body while the rotating tank is braked to stop, and the forward and reverse rotation driving at a relatively low speed is performed. When performing, it is configured to release the braking of the rotating tank to transmit the rotating tank and the stirring body without slowing down the rotation of the driving motor, thereby driving both of them.
  • the conventional fully automatic washing machine has a problem in that it is not possible to independently drive the dehydration tank and the pulsator at the same time because power is selectively transmitted to the washing shaft and the dewatering shaft because a clutch motor is provided to form various washing water streams.
  • Washing machine of Patent Document 1 is equipped with a planetary gear set consisting of a sun gear, a ring gear, a planetary gear and a carrier, decelerating the rotational force of the drive motor to transfer to the pulsator, the clutch spring is activated to select one of the pulsator and inner tank It transmits power to the pulsator when washing, and rotates the pulsator and inner tank at the same time when dewatering.
  • the washing machine of Patent Document 1 has a structure in which the clutch grasps and fixes the ring gear (that is, the case of the planetary gear set) in order to reduce the rotational force input to the sun gear during the washing operation.
  • a washing machine having a planetary gear set is a structure in which the pulsator and the inner tank can be rotated only in the same direction because the planetary gear set is supported by the one-way bearing.
  • Patent Document 2 proposes a dehydration combined washing machine that removes a planetary gear set and uses a twin power motor.
  • the washing motor has a low speed high torque motor characteristic
  • the dehydrating motor has a high speed low torque motor characteristic than the washing motor
  • the washing motor is an outer rotor type and is configured with a larger diameter than the dewatering motor.
  • the dewatering motor is configured to have an inner rotor type so that the washing motor is on the outside and the dewatering motor is on the inside.
  • the washing machine of the patent document 2 has an outer rotor type of a larger diameter than the dewatering motor, but has a problem in that the driving torque is insufficient to process a large amount of laundry in a large washing machine of 8 kg or more.
  • the washing machine of the patent document 2 proposes a structure which drives the stirring body by an outer rotor type washing motor which has a larger diameter than the dewatering motor and is disposed outside and has a low-speed high-torque motor characteristic.
  • an outer rotor type washing motor which has a larger diameter than the dewatering motor and is disposed outside and has a low-speed high-torque motor characteristic.
  • Patent Document 2 discloses a structure capable of independently driving the stirring body and the rotating tank by using two drive motors, but it is structural to make various types of washing water using high torque in a large-capacity washing machine. It is difficult to realize.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the object of which is a combination of a double rotor-double stator drive motor and planetary gear device, each other required in the washing and dewatering stroke of the washing machine
  • Another object of the present invention is to provide a washing machine driving device capable of providing high driving force of different characteristics and a washing machine having the same.
  • Another object of the present invention is to generate a high-efficiency large-capacity washing machine by generating a first output that satisfies the low speed and high torque characteristics during the washing stroke and by generating a second output that satisfies the high speed and low torque characteristics during the dehydration stroke. It is to provide a washing machine driving device, a washing machine having the same.
  • Still another object of the present invention is to drive the pulsator and the washing tank independently, and to set the planetary gear device in a rotatable state in both directions to implement a twin-force and a single-force power to form a variety of water flow patterns in the washing administration To provide a washing machine that can do it.
  • the present invention has a double rotor-double stator type drive motor having an inner rotor and an outer rotor that can be independently controlled by a double stator, and selectively generating an inner rotor output and an outer rotor output. ;
  • An input inner shaft configured to transfer the inner rotor output or the outer rotor output to a first input;
  • An input outer shaft rotatably coupled to an outer circumference of the input inner shaft and transferring the outer rotor output to a second input;
  • a planetary gear device in which a transmission ratio of a shift output generated from a carrier when the first input is applied to the sun gear through the input inner shaft is controlled by a second input applied to a ring gear through the input outer shaft. It provides a washing machine drive device characterized in that.
  • a drive motor including first and second motors independently generating first and second rotational outputs; An input inner shaft for transmitting the first rotational output; An input outer shaft rotatably coupled to an outer circumference of the input inner shaft and transmitting the second rotational output; A transmission in which a transmission ratio of a shift output generated from a carrier when the first rotational output is applied to the sun gear through the input inner shaft is controlled by a second rotational output applied to the ring gear through the input outer shaft; An output inner shaft for transmitting a shifted output generated from the carrier; An output outer shaft rotatably coupled to an outer circumference of the output inner shaft and transmitting an output generated from the ring gear; A washing tub connected to the output outer shaft; It provides a washing machine comprising a; and a pulsator connected to the output inner shaft.
  • the present invention by combining the double rotor-double stator type twin-power drive motor and the planetary gear device, it is possible to provide a driving force of different characteristics required in the washing and dewatering stroke of the washing machine with high efficiency.
  • the present invention generates a first output that satisfies the low speed and high torque characteristics during the washing stroke, and generates and drives the second output that satisfies the high speed and low torque characteristics during the dehydration stroke, thereby implementing a high-capacity large capacity washing machine.
  • the pulsator and the washing tank can be driven independently, and the planetary gear device can be set in a rotatable state in both directions, thereby enabling twin and single power to form various water flow patterns during washing.
  • the present invention sets the number of slots of the stator core for driving the inner or outer rotor to apply the rotational force required to drive the pulsator more than the number of slots of the stator core for driving the outer or inner rotor to apply the rotational force required to drive the washing tub. By this, the efficiency can be increased.
  • the present invention can compensate for the insufficient drive torque by differently setting the number of laminations of the outer stator core and the inner stator core in the drive motor.
  • FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a washing machine having a washing machine driving device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an axial sectional view of the washing machine drive device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the washing machine driving device shown in FIG. 2.
  • 4A and 4B are axial sectional views and radial sectional views of the planetary gear apparatus applied to the washing machine driving apparatus of the present invention, respectively.
  • FIG. 5 is a radial cross-sectional view of a drive motor having a stator configured by assembling a plurality of fully split type split cores having the same number of slots of an outer stator and an inner stator according to the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the stator core assembly used for the stator assembly of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a plan view of a split core constituting the stator core shown in FIG. 6.
  • FIG. 8A and 8B illustrate a radial cross-sectional view of a drive motor having a stator configured by assembling a plurality of splitting type splitting cores having different numbers of slots of an outer stator and an inner stator according to the present invention. It is a block diagram.
  • 9A to 9C are drive motors each having a different number of slots of an outer stator and an inner stator according to the present invention, each having an inner stator core, an outer stator core, and a stator core configured by assembling the inner stator core and the outer stator core; The radial cross section of the.
  • 10A to 10D are schematic cross-sectional views showing various embodiments of the structure which can compensate for insufficient driving torque by differently setting the stacking number of the outer stator core and the inner stator core in the driving motor according to the present invention.
  • FIG 11 is an axial sectional view of the washing machine driving apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an axial sectional view of the washing machine driving apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block circuit diagram of a washing machine control apparatus according to the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an overall washing machine driving method according to the present invention.
  • the washing machine includes a case 100 forming an external appearance, an outer tub 110 disposed inside the case 100 to accommodate washing water, and A washing tank 120 rotatably disposed in the outer tub 110 to perform washing and dehydration, a pulsator 130 rotatably disposed at the bottom of the washing tub 120 to form a stream of laundry; Washing machine driving device installed at the lower portion of the washing tank 120 and the outer tank 110 to provide the driving force necessary for washing, rinsing, loosening and dewatering stroke to the washing tank 120 and the pulsator 130 simultaneously or selectively. And 150.
  • the washing machine driving device 150 is mounted to the lower portion of the outer tub 110, the drive motor 140 of the double rotor-double stator method for generating a high-speed, low-torque cooperative force from the inner rotor 40 and the outer rotor 50 ), And the high speed, low torque first and first provided by the inner rotor 40 and the outer rotor 50 of the drive motor 150 to rotate the pulsator 130 and the washing tank 120. 2 Optionally shifts to provide a first output that satisfies the low speed and high torque characteristics required in the washing and rinsing strokes, and a second output that satisfies the high speed and low torque characteristics required in the dewatering stroke. And a planetary gear device 70 which is a torque conversion device.
  • the planetary gear device 70 is installed between the drive motor 140, the pulsator 130 and the washing tank 120, and inputs the output of the inner rotor 40 of the drive motor 140 to the input inner shaft 30. ) Is transmitted to the sun gear 74, and the output of the outer rotor 50 is transmitted to the ring gear 72 through the input outer shaft 20.
  • the first input of the high speed and low torque input to the input inner shaft 30 is shifted (torque converted) while passing through the sun gear 74 and the planetary gear 78 of the planetary gear device 70 and then the carrier ( 76.
  • the high speed, low torque second input transmitted to the output inner shaft 32 as the output and transmitted to the ring gear 72 through the input outer shaft 20 is output outer shaft 22 without shifting (torque conversion). Is delivered).
  • the structure and operation of the planetary gear device 70 will be described in detail later.
  • the driving motor 140 may include an inner rotor 40 connected to the input inner shaft 30, an outer rotor 50 connected to the input outer shaft 20, and an inner portion. It includes a stator 60 disposed with a gap between the rotor 40 and the outer rotor 50 to rotationally drive the inner rotor 40 and the outer rotor 50.
  • the stator 60 has a double stator structure for independently driving the inner rotor 40 and the outer rotor 50, respectively.
  • the stator 60 drives the outer stator and the inner stator to selectively and independently drive the inner rotor 40 and the outer rotor 50 using the first and second drivers 530 and 540 shown in FIG. 9. Equipped.
  • the outer stator and the inner stator are illustrated as being integrally formed. However, the outer stator and the inner stator may have a separate structure.
  • the input outer shaft 30 is rotatably coupled to the outer circumference of the input inner shaft 30 and receives the output of the outer rotor 50 and transmits the output gear to the ring gear 72 of the planetary gear device 70.
  • an output for transmitting the output of the carrier 76 of the planetary gear device 70 to the pulsator 130 as a second power transmission line is provided.
  • An inner shaft 32 and an output outer shaft 22 rotatably coupled to the outer circumference of the output inner shaft 32 and receiving the output of the ring gear 72 and transmitting the output to the washing tank 120 are provided.
  • the planetary gear device 70 includes a ring gear 72 having both ends connected between an input outer shaft 20 and an output outer shaft 22, and the input inner shaft 30.
  • the outer gear and the ring gear 72 of the sun gear 74 is integrally connected to the sun gear 74 and the outer gear 74 is rotated around the rotation shaft 78a according to the rotation of the sun gear 74.
  • This includes a carrier 76 having an inner circumference connected to the output inner shaft 32 to transmit a shifted output.
  • the planetary gear device 70 is connected to the input outer shaft 20 and the output outer shaft 22 by a ring gear 72 so that the rotational speed (RPM) of the input outer shaft 20 remains the output outer shaft 22 as it is. Is delivered. Therefore, the rotation speeds of the input outer shaft 20 and the output outer shaft 22 are the same.
  • an input inner shaft 30 is integrally formed with the sun gear 74 inside the planetary gear device 70, and an inner circumference of the carrier 76 has spline coupling and serration.
  • the outer peripheral portion of the carrier 76 is rotatably supported by the rotation shaft 78a of the plurality of planetary gears 78.
  • the rotational speed (RPM) of the inner rotor 40 transmitted through the input inner shaft 30 is shifted, i.e., decelerated while passing through the sun gear 74, the plurality of planetary gears 78, and the carrier 76.
  • the torque is increased and transmitted to the output inner shaft 32.
  • the input and output inner shafts 30 and 32 are connected to each other through the planetary gear device 70 so that the rotation speed of the inner rotor 40 is reduced and transmitted to the pulsator 130. It is possible to increase the torque, and thus it is possible to apply to large-capacity washing machines requiring high torque driving during washing and rinsing strokes.
  • cylindrical first sleeve bearings 80 and second sleeve bearings 82 are provided at intervals to provide an input inner shaft 30. Support rotatably.
  • the third sleeve bearing 84 and the fourth sleeve bearing 86 are installed on upper and lower inner surfaces of the output outer shaft 22 to rotatably support the output inner shaft 32.
  • the outer surface of the input outer shaft 20 is formed with a first connecting portion 90 to which the outer rotor support 56 of the outer rotor 50 is connected, and the inner of the inner rotor 40 at the lower end of the input inner shaft 30.
  • a second connecting portion 92 to which the rotor support 46 is connected is formed.
  • the first connection unit 90 and the second connection unit 92 may have a structure that is serration-coupled or spline-coupled by protrusions formed on outer surfaces of the input outer shaft 20 and the input inner shaft 30. It may have a structure in which key grooves are formed to mutually key.
  • first fixing nut 34 is screwed to the lower end of the input outer shaft 20 to prevent the outer rotor support 56 from being separated from the input outer shaft 20, and the input inner shaft 30
  • a second fixing nut 36 is screwed to the lower end to prevent the inner rotor support 46 of the inner rotor 40 from being separated.
  • a third connecting portion 94 is formed on the upper outer surface of the output outer shaft 22 to which the washing tub 120 is connected, and a fourth connecting portion 96 is connected to the pulsator 130 on the upper outer surface of the output inner shaft 32. ) Is formed.
  • the third connector 94 and the fourth connector 96 may have a structure that is serration-coupled or spline-coupled by protrusions formed on the outer surfaces of the output outer shaft 22 and the output inner shaft 32. It may have a structure in which key grooves are formed to mutually key.
  • a first seal 220 is installed between the output outer shaft 22 and the output inner shaft 32 to prevent the wash water from leaking, and the wash water is leaked between the output outer shaft 22 and the bearing housing 10.
  • the second seal 221 is installed to prevent it.
  • a first bearing 26 is disposed on the outer surface of the input outer shaft 20, and a second bearing 28 is disposed on the outer surface of the output outer shaft 22 to rotate the input and output outer shafts 20, 22. Support it if possible.
  • the first bearing 26 is installed in the first bearing housing 102, and the second bearing 28 is installed in the second bearing housing 10.
  • the first bearing housing 102 is formed of a metal material, and extends outwardly from the first bearing seat 104 and the first bearing seat 104 on which the first bearing 26 is seated to form a cylindrical shape.
  • the cover part 106 is disposed to be wrapped with a predetermined gap on the outer surface of the planetary gear device 70 to protect the planetary gear device, and extends outward from the upper end of the cover part 106 to form a disc and stator ( 60) and the flat plate portion 108 to which the outer tub 110 is fixed.
  • the flat plate 108 is fastened and fixed to the second bearing housing 10 by a plurality of bolts 250 in the circumferential direction.
  • the second bearing housing 10 is formed of a metal material, and extends outwardly from the second bearing seat 12 and the second bearing seat 12 on which the second bearing 28 is seated.
  • the flat plate 18 is fastened to the flat plate 108 of the first bearing housing 102 by the bolt 250, and is fixed to the stator support 270 and the outer tub 110 by the bolt 260.
  • the ring gear 72 of the planetary gear device 70 is inserted and connected between the input outer shaft 20 and the output outer shaft 22 to support the first outer shaft 20.
  • the bearing 26 and the second bearing 28 supporting the output outer shaft 22 are constituted by bearings capable of bidirectional rotation.
  • the planetary gear device 70 is set in a state capable of rotating in both directions, and this structure is rotated in one direction only for maintaining or maintaining the planetary gear device in a conventional fully automatic washing machine. It has a support structure different from that of the support structure.
  • a driving motor 140 having a twin-force structure composed of a double rotor-double stator will be described in detail with reference to FIGS. 2, 3, and 5.
  • the drive motor 140 includes an outer rotor 50, an inner rotor 40, and a stator 60, and the stator 60 selectively / independently includes the outer rotor 50 and the inner rotor 40.
  • An outer stator and an inner stator are provided for driving.
  • the outer stator and the inner stator will be described as being composed of a structure separate from that of an integral type.
  • the inner rotor 40 is disposed with a predetermined gap on the inner surface of the stator 60, and a plurality of first magnets 42 in which N poles and S poles are alternately disposed.
  • An inner rotor support 46 formed integrally with the first magnet 42 and the first back yoke 44 by insert molding, and the first back yoke 44 disposed on the rear surface of the first magnet 42. It includes.
  • the inner rotor support 46 is molded with a thermosetting resin, for example, a BMC (Bulk Molding Compound) molding material such as polyester or a thermoplastic resin to be integral with the first magnet 42 and the first back yoke 44. Is formed.
  • a thermosetting resin for example, a BMC (Bulk Molding Compound) molding material such as polyester or a thermoplastic resin to be integral with the first magnet 42 and the first back yoke 44. Is formed.
  • the inner rotor support 46 has its inner end connected to the second connecting portion 92 of the input inner shaft 30, and the first magnet 42 and the first back yoke 44 are fixed to the outer surface of the outer end thereof.
  • the inner planetary gear device 70 is accommodated in an inner cup shape to implement a compact structure.
  • the planetary gear device 70 is rotated.
  • the decelerated output is transmitted to the output inner shaft 32 through the carrier 76 of the pulsator 130 connected to the output inner shaft 32 is rotated by a low speed, high torque rotational force.
  • the pulsator 130 can be sufficiently rotated by the torque of the inner rotor 40 because the rotation torque required is not large.
  • outer rotor 50 is disposed on the outer surface of the stator 60 with a plurality of second magnets 52 and N and S poles alternately arranged on the rear surface of the second magnet 52.
  • the second back yoke 54 is disposed, and the outer rotor support 56 formed integrally with the second magnet 52 and the second back yoke 54 by insert molding.
  • the outer rotor support 56 is molded with a thermosetting resin, for example, a BMC (Bulk Molding Compound) molding material such as polyester or a thermoplastic resin to be integral with the second magnet 52 and the second back yoke 54. Is formed.
  • a thermosetting resin for example, a BMC (Bulk Molding Compound) molding material such as polyester or a thermoplastic resin to be integral with the second magnet 52 and the second back yoke 54. Is formed.
  • the outer rotor support 56 has an inner end connected to the first connecting portion 90 of the input outer shaft 20 so as to rotate with the input outer shaft 20, and the second magnet 52 and the first inner surface of the outer end of the outer rotor support 56.
  • the 200 yoke 54 is fixed, the inner side of the planetary gear device 70 is accommodated to form a cup shape so as to implement a compact structure and the outer side is formed in the inverted cup shape to accommodate the stator 60.
  • stator of this invention is demonstrated below.
  • the stator 60 includes a plurality of stator core assemblies 61 annularly arranged, a plurality of stator core assemblies 61 annularly arranged, and an outer circumferential portion thereof is fixed to the outer tub 110.
  • a stator support 270 (see FIG. 2) having a through hole formed therein.
  • the plurality of stator core assemblies 61 are divided coil type stator cores 62 which are arranged in an annular shape and coupled to each other as shown in FIGS. 6 and 7, and coil winding regions on outer peripheral surfaces of the split core type stator cores 62, respectively.
  • the bobbin 64 is made of an insulating material which is wrapped to define the non-magnetic material, the first coil 66 wound around one side (outside) bobbin of the stator core 62, and the other side (inside) of the stator core 62. And a second coil 68 wound around the bobbin.
  • the stator support 270 is formed integrally with the plurality of stator core assemblies 61 by insert molding after assembling and arranging the plurality of stator core assemblies 61 in the circumferential direction.
  • the stator support 270 has a through hole formed at the center thereof so that the inner rotor 40 and the planetary gear device 70 are disposed, and the outer circumferential portion is bent in two stages to surround the outer rotor 50 while the tip portion thereof has a second bearing housing ( 10) is fixed to the outer tub 110 by bolts 260 together.
  • stator support 270 is integrally formed with the stator core assembly 61 by insert molding
  • stator support 270 and the bolt are manufactured separately from the stator core assembly 61 by using a resin or metal material.
  • the fastening structure can also be applied.
  • the stator 60 according to the present invention may be configured by assembling a plurality of stator core assemblies 61 configured using a plurality of split cores in an annular shape as shown in FIG. 5, as shown in FIG. 6. have.
  • stator cores to which the coils 66 and 68 are wound are arranged to have an annular arrangement, and thus, the plurality of split core type stator cores 62 are connected to each other.
  • the present invention is not limited to this, and it is also possible that the stator core is composed of an integral or partially split core.
  • the split core type stator core 62 has the advantage that the coil winding can be easily manufactured at low cost using a low cost general purpose winding machine as compared with the integral stator core, and it is possible to reduce the loss of the core material.
  • one divided stator core may be used for each tooth, or several teeth, for example, three teeth may be manufactured as one divided stator core and assembled.
  • three teeth are divided into one split stator core when the coil is wound continuously in three teeth for one phase of U, V, and W. It is also preferable to produce with.
  • the split core type stator core 62 is disposed at an outer side as shown in FIGS. 5 to 7, and includes a first tooth part 312 on which the first coil 66 is wound, and opposite and inner sides of the first tooth part 312.
  • the first coil 66 wound around the first tooth portion 312 of the stator core 62 to drive the outer rotor 50 and the inner rotor 40 constitutes the outer stator.
  • the second coil 68 wound around the second tooth portion 310 of the stator core 62 forms an inner stator to form a double stator.
  • stator cores are separated for each slot, and thus a plurality of split core type stator cores 62 are illustrated, but as illustrated in FIGS. 9A to 9C. It is also possible to separate and manufacture the stator core for outer stator and the stator core for inner stator, based on the annular back yoke.
  • a drive signal is individually applied from the first and second drivers 530 and 540 to the first coil 66 constituting the outer stator and the second coil 68 constituting the inner stator, thereby The rotor 50 and the inner rotor 40 are driven respectively.
  • the first driving signal is applied to the first coil 66 and the second driving signal is applied to the second coil 68
  • the outer rotor 50 is applied.
  • the inner rotor 40 is rotated when the driving signal is applied to the second coil 68 only, and the outer rotor 50 when the driving signal is simultaneously applied to the first coil 66 and the second coil 68.
  • the inner rotor 40 are rotated at the same time.
  • a through hole 332 is formed in the center of the partition 314 and may be used for bolting for integration with the stator support 270.
  • a first flange portion 318 disposed to face the first magnet 52 is formed at an end of the first tooth portion 312, and a second magnet 42 is formed at the end of the second tooth portion 310.
  • a second flange portion 316 is disposed to face each other.
  • the first flange 318 and the second flange portion 316 are inwardly and inwardly curtailed to correspond to the first magnet 52 of the outer rotor 50 and the second magnet 42 of the inner rotor 40, respectively. It forms an outwardly curved surface. Therefore, since the roundness of the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the stator core 62 is increased, the magnetic gap is constant while the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the stator 60 are close to each other while being close to each other. Can be maintained.
  • the coupling parts 320 and 322 have a structure in which adjacent stator cores 62 are directly connected to each other.
  • the coupling parts 320 and 322 are formed such that the coupling protrusion 322 protrudes on one side of the partition 314, and the coupling groove 320 into which the coupling protrusion 322 is fitted to the other side of the partition 314. ) Is formed, and when the coupling protrusion 322 is inserted into the coupling groove 320 to assemble, a plurality of split stator cores 62 are arranged in an annular shape and have a structure directly connected to each other.
  • the coupling portion forms pinholes at both ends of the partition portion of the stator core, and the pin member is inserted between the pinholes of the two stator cores in a state in which the stator cores are in contact with each other to form a gap between the stator cores.
  • the connecting structure is also applicable, and a method of caulking using a caulking member in a state in which the stator cores are in contact with each other is also applicable.
  • the driving motor 140 of the present invention forms a first magnetic circuit (L1) between one side (that is, the inner stator) of the stator 60 to which the inner rotor 40 and the first coil 66 are wound, Since the second magnetic circuit L2 is formed between the outer rotor 50 and the other side of the stator 60 on which the second coil 68 is wound (that is, the outer stator), a pair of magnetic circuits independent of each other are formed.
  • the inner rotor 40 and the outer rotor 50 may be driven separately, respectively.
  • the first magnetic circuit L1 may include the first magnet 42 of the N pole, the first tooth portion 310 on which the first coil 66 is wound, the inner portion of the partition 314, and the N pole. Via the first magnet 42 and the first back yoke 44 of the S pole adjacent to the first magnet 42.
  • the second magnetic circuit L2 is divided into a second tooth portion 312 facing the second magnet 52 of the N pole, the second magnet 52 of the N pole, and the second coil 68 wound thereon. Via the outer portion of the portion 314, the second magnet 52 and the second back yoke 54 of the S pole.
  • the first and second magnetic circuits L1 and L2 may U, V, W for each of the first and second coils 66 and 68 wound around the first and second tooth portions 310 and 312.
  • One-winding coil method for winding in different phases, U, V, W every two teeth Winding coil method for winding in different phases, U, V, W for every three teeth It can be changed according to the three winding coil method and the driving method of winding by different.
  • the output of the inner rotor 40 is transmitted to the input inner shaft 30, and the output of the outer rotor 50 is the input outer shaft 20. It has a structure that is passed to
  • the full automatic washing machine requires a higher high torque drive to drive the washing tub 120 having a larger contact area with the laundry and the washing water than the pulsator 130 having a small contact area with the laundry and the washing water.
  • a larger torque outer rotor 50 has a higher torque output than a smaller diameter inner rotor 50.
  • the high torque output generated from the outer rotor 50 having a large diameter to drive the washing tub 120 is input to the outer shaft 20.
  • the low torque output generated from the inner rotor 40 of the small diameter is transmitted to the washing tank 120 through the ring gear 72 and the output outer shaft 22 of the planetary gear device 70.
  • the torque is converted while passing through the sun gear 74, the planetary gear 78, and the carrier 76 of the inner shaft 30 and the planetary gear device 70 so that an output of high torque is output through the output inner shaft 32.
  • the driving of the washing tank 120 which requires a relatively high torque drive can be made smoothly. Therefore, in the present invention, it is possible to form various washing and rinsing water streams utilizing not only the pulsator 130 but also the washing tank 120 at the time of washing and rinsing.
  • the stator 60 prepares the plurality of stator core assemblies 61 using the plurality of split core type stator cores 62, and then the plurality of stator core assemblies 61.
  • the combination with the stator support 270 is illustrated that the number of slots of the outer stator and the inner stator is manufactured in the same configuration is set to each other, but the present invention is not limited thereto and can be variously modified.
  • the number of slots of the outer stator and the inner stator may be differently set in a direction advantageous for increasing the efficiency of the driving motor and the washing machine while employing the integrated stator core or the partially split core as the stator core.
  • the number of slots of the stator core is small for high speed and low torque rotation, and that the number of slots of the stator core is high for low speed and high torque rotation is preferable in view of the efficiency of the motor.
  • the sun gear 74 of the planetary gear device 70 so that the output of the inner rotor 40 driven by the inner stator is used for washing and rinsing strokes. If the output of the outer rotor 50 driven by the outer stator is input to the ring gear 72 of the planetary gear device 70 for use in the dehydration stroke, the slot of the inner stator is multiplied. It is preferable to select a slot structure, and to select as few slot structures as possible for the number of slots in the outer stator.
  • the number of slots of the inner stator is preferably smaller than the number of slots of the outer stator.
  • the opening width of the slot which is the gap between the slot and the slot, should be kept at a minimum distance (usually 2.5 mm or more) to wind the coil in the core.
  • the opening width must be designed to be smaller than the minimum distance and winding failure may occur.
  • a shoe portion of the stator core ie, the first flange 316 and the second flange portion, in which a magnetic flux linkage is made to face the magnets of the inner and outer rotors.
  • the area of 318 becomes small, which causes a lot of magnetic flux leakage, resulting in a decrease in efficiency.
  • the number of slots of the inner stator is generally designed to be smaller than the number of slots of the outer stator.
  • the output of the inner rotor 40 is finally used.
  • the number of slots of the inner stator is set to the maximum possible, and the output is finally obtained by using the output of the outer rotor 50 to obtain the output having the high speed and low torque rotation characteristics. It is desirable to set the number of slots of the stator to the minimum possible in view of the efficiency of the motor.
  • the number of slots of the outer stator is set to the maximum possible.
  • the number of slots of the outer stator for driving the outer rotor for applying the rotational force required to drive the pulsator is set to be larger than the number of slots for the inner stator for driving the inner rotor for applying the rotational force required for driving the washing tub. It is necessary to do
  • the driving motor 140b according to the example of the present invention illustrated in FIG. 8A is configured by combining a double stator having a different number of slots between the outer stator and the inner stator.
  • the stator core 600 of the double stator has an annular back yoke 610 commonly used as a magnetic circuit path for the outer stator and the inner stator, and a T-shaped radially extending outward of the back yoke 610.
  • the plurality of inner stator teeth 630 and the plurality of outer stator teeth 620 of the stator core 600 are composed of 18 slots and 27 slots, respectively, and the number of slots of the outer stator and the inner stator are different from each other.
  • the number of slots in the outer stator required by the third embodiment shown in FIG. 12 is set to be larger than the number of slots in the inner stator.
  • Inner stator and inner rotor 40 formed by winding a coil around inner stator tooth 630 in the driving motor 140b shown in FIG. 8A form an inner motor having an 18-slot-16 pole structure, and an outer stator tooth (
  • the outer stator and the outer rotor 50 having a coil wound around 620 form an outer motor having a 27-slot-24 pole structure.
  • the stator core 600 may be composed of a plurality of partially divided split cores 601 to facilitate coil winding and minimize loss of core material.
  • the stator core 600 shown in FIG. 8A is manufactured by dividing the electronic steel sheet, which is a base material, into a predetermined thickness and dividing it into three partially divided cores 601, as shown in FIG. It is assembled.
  • the partially divided split core 601 has, for example, nine inner stator teeth 630 and six outer stator teeth 620 extending radially from the back yoke 610.
  • coupling portions 612 and 614 are formed at both ends of the partially divided split core 601 so as to be mutually coupled with the back yokes 610 of neighboring split cores. That is, one coupling portion 612 is formed with a coupling protrusion, the other coupling portion 614 is formed with a coupling groove for receiving the coupling protrusion, any coupling structure can be applied as long as the physical coupling can be made.
  • the arc angle formed by the split core may be formed to have an angle of 120 ° or 60 ° or 90 ° shown in FIG. 8B.
  • Each split core has a slot of multiples of three, and the number of slots can be set to a multiple of at least six, depending on the coil winding method.
  • the slot of the stator in the drive motor 140b of the present invention is set in the range of 18 to 36 slots.
  • the outer stator and the inner stator have different slot numbers, and the stator core 600 has a separate structure such that the arc has a constant arc angle.
  • the stator core of the present invention has an annular bag. The yoke may be separated and manufactured by separating the outer stator core and the inner stator core and then assembled.
  • the driving motor 140c according to another embodiment of the present invention includes a stator core 600a and an outer stator core 621 in a double stator having different slot numbers of the outer stator and the inner stator.
  • the inner stator core 631 is detachably coupled to the inner stator core 631.
  • FIG. 9A a thin plate of electrical steel is punched out and laminated to fabricate an inner stator core 631 in which a plurality of inner stator teeth 630 extend from the annular back yoke 610a, and as shown in FIG. 9B.
  • the outer steel stator core 621 in which a plurality of outer stator teeth 620 extends from the annular back yoke 610b is laminated after being punched out.
  • the inner stator core 631 is formed with a plurality of engaging projections 616 extending outwardly at a distance from the back yoke 610a, and the outer stator core 621 is formed inside the back yoke 610b.
  • a plurality of coupling grooves 618 to which the plurality of coupling protrusions 616 are coupled at intervals from the main part are formed inside the back yoke 610b.
  • the stator core 600a for the double stator is obtained.
  • the width of the entire back yoke 610a of the inner stator core 631 and the back yoke 610b of the outer stator core 621 may be set equal to the inner stator teeth 630 or the outer stator teeth 620. Do.
  • an inner stator and an inner rotor 40 having a coil wound around the inner stator tooth 630 similarly to the drive motor 140b of FIG. 8A, are configured.
  • An inner motor having an 18-slot-16 pole structure is formed, and the outer stator and the outer rotor 50 having a coil wound around the outer stator tooth 620 form an outer motor having a 27-24 pole structure.
  • the output having the low speed and high torque rotation characteristics while passing through the planetary gear device 70 using the output of the inner rotor 40 It is desirable to set the number of slots of the inner stator to the maximum possible.
  • 10A to 10D show various exemplary structures that can compensate for insufficient driving torque by differently setting the number of laminations of the outer stator core and the inner stator core in the driving motor according to the present invention.
  • stator cores 605a to 605d constituting a double stator are disposed between the inner rotor 40 and the outer rotor 50 at intervals.
  • stator cores 605a to 605c are disposed on the outside and the inside, respectively, and the outer stator core 631 and the inner stator core 621 formed by stacking a plurality of punched thin plates after punching the thin steel sheets are formed. Are constructed in combination.
  • the stator core 605a shown in FIG. 10A includes the outer stator core and the thin plate stacking number of the stator core when the driving torque of the inner motor including the inner stator core 621 and the inner rotor 40 is insufficient. Instead of increasing both of the inner stator cores, the insufficient lamination is compensated for by setting the number of laminated sheets of the inner stator core 621 higher than the outer stator core 631.
  • the magnet increases and the inner stator core facing the magnet 42 of the inner rotor 40 is increased.
  • the area of 621 i.e., the shoe portion of the stator core where the magnetic flux is bridged opposite to the magnet
  • the present invention in which the number of laminated sheets of the inner stator core 621 is increased compensates for the insufficient torque in the rotor of the preset inner diameter as the rotational torque of the inner rotor 40 increases as compared with the general case in which the laminated sheets are not increased. You can do it.
  • the stator core 605b shown in FIG. 10B includes the outer stator core and the thin plate stacking number of the stator core when the outer torque of the outer motor including the outer stator core 631 and the outer rotor 50 is insufficient. Instead of increasing both of the inner stator cores, the number of laminated sheets of the outer stator core 631 is set higher than that of the inner stator core 621 to compensate for the insufficient torque.
  • the stator core 605c shown in FIG. 10C has insufficient torque by setting the number of laminated sheets of the outer stator core 631 higher than the inner stator core 621 as compared with the stator core 605b shown in FIG. 10B.
  • Complementary structure is the same point. The difference is that in the method of realizing the insufficient torque, the laminated thin sheets are not increased symmetrically in the axial direction, but the thin laminated sheets are formed on one side of the axial direction.
  • the increased torque value is not different.
  • the laminations additionally laminated as shown in FIG. 10A do not increase symmetrically in the axial direction, and the axial direction
  • the same torque increase is also made of thin plate lamination to one side.
  • the stator core 605d shown in FIG. 10D has a thin plate laminated to one side in the axial direction, in which a thin plate additionally laminated to increase the rotational torque of the outer rotor 50 is compared with the stator core 605c shown in FIG. 10C. This is done in the same way.
  • stator core 605c is constructed by combining the inner stator core 621 and the outer stator core 631 with each other, and the stator core 605d is an inner stator.
  • the outer stator After the inner stator core and the outer stator core are integrally prepared for the number of thin sheets laminated to be required for the core 621, the outer stator has a structure in which thin plates are further laminated.
  • stator core 605d includes an integrated core part 607 in which the inner stator core and the outer stator core are integrally formed, and an additional laminated core part 608 further laminated on the outer stator of the integrated core part 607. ) Is included.
  • the additional laminated core part 608 may compensate for the insufficient torque as it is stacked inside or outside the integrated core part 607 according to the inner rotor 40 or the outer rotor 50 requiring torque reinforcement.
  • FIG 11 is an axial sectional view of the washing machine driving apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the washing machine driving device 150a is mounted at the lower portion of the outer tub 110 and has a high speed from the inner rotor 40 and the outer rotor 50 so as to rotationally drive the pulsator 130 and the washing tub 120.
  • the high-speed, low-torque driving motor 140 of the double rotor-double stator method generating the torque of the low torque and the inner rotor 40 and the outer rotor 50 of the driving motor 150 are provided.
  • a planetary gear device 70 which is a torque converter for decelerating (torque conversion).
  • the washing machine driving device 150a according to the second embodiment is the same as the washing machine driving device 150 of the first embodiment in that it includes a double rotor-double stator driving motor 140 and a planetary gear device 70. Do.
  • a stator support for supporting the stator 60 in the drive motor 140 has a plurality of stator core assemblies 61 arranged in an annular shape in the first embodiment and the outer circumferential portion of the outer tank It is fixed to 110, but has a structure in which a through hole is formed therein, but in the second embodiment has a structure in which a support is formed in place of the through hole therein.
  • the stator support 200 includes an outer stator support 210 disposed outside the stator core assembly 61 and an inner stator support 211 disposed inside the stator core assembly 61. .
  • the outer stator support 210 is integrally formed by insert molding and is bent in two stages at the outer core fixing portion 212 and the outer core fixing portion 212 connected to the outer surfaces of the plurality of stator core assemblies 61.
  • the first connecting member 214 extended to surround the outer rotor 50 inside, and bent at a right angle from the first connecting member 214 and then extended in a radial direction to be fixed to the outer tub 110 by bolts 280. It includes the outer tub fixed portion 216.
  • the inner stator support 211 is formed integrally by insert molding and is connected to the inner surfaces of the plurality of stator core assemblies 61, and an inner core fixing part 213 and two stages of the inner core fixing part 213.
  • the second connecting member 215 is bent to extend to surround the inner rotor 40 and the second connecting member 215 is bent at a right angle from the second connecting member 215 and then extended in the center direction to mount the first bearing 26. Bearing mounting portion 217.
  • the first bearing 26 As the first bearing 26 is installed in the bearing mounting portion 217 of the inner stator support 211, the first bearing 26 may rotatably support the input outer shaft 20, and the driving motor 140 and the planetary gear device 70 may be rotated. ) Can be improved, and a separate bearing housing for mounting the first bearing 26 is unnecessary, thereby reducing the number of parts and simplifying the structure.
  • an inner stator support 211 having a first bearing 26 is disposed between the inner rotor 40 and the outer rotor 50 to rotatably support the planetary gear device 70, thereby washing and rinsing. Even when the inner rotor 40 and the outer rotor 50 rotate in opposite directions in the stroke, stable support is possible. Therefore, the noise generation factor is reduced by the stable support of the drive motor 140 and the planetary gear device 70.
  • the outer stator support 210 may be integrally provided with a connector (not shown) for applying the first and second driving signals to the first coil 66 and the second coil 68 from the control unit.
  • the inner end of the outer rotor support 56 is coupled to the input outer shaft 20 to transfer the output of the outer rotor 50 to the ring gear 72, but in the second embodiment the outer rotor support
  • the inner end of the cylinder 56 has a cylindrical coupling structure coupled to surround the input outer shaft 20 and the ring gear 72, and can be engaged with a wide contact area of the bottom and the inner circumference of the cylinder.
  • the inner end of the outer rotor support 56 may be prevented from being separated from the input outer shaft 20 by the one bearing 26 to serve as a stopper for fixing. Therefore, the fastening of the first fixing nut 34 as in the first embodiment can be omitted.
  • the outer rotor support 56 of the outer rotor 50 is coupled to the ring gear 72 so that the output (that is, rotational force) of the outer rotor 50 is directly transmitted. Is the most preferred structure.
  • a metal connecting plate 48 for connecting the inner rotor support 46 to the input inner shaft 30 is integrally formed by insert molding on the inner surface of the inner rotor support 46.
  • the stator support 200 is provided with a protector 218 for protecting the inner rotor 40 which is rotated.
  • the protector 218 preferably extends along the axial direction such that the second fixing nut 36 for fixing the inner rotor 40 to the input inner shaft 30 is not exposed at the outer core fixing part 212. Do.
  • the protector 218 When the protector 218 is provided, such as the washing machine driving device 150a according to the second embodiment, the interference between the rotor and other adjacent parts can be prevented, and accordingly, other parts can be installed at positions close to the driving motor. It can improve space utilization.
  • the output of the inner rotor 40 of the driving motor 140 is transmitted to the sun gear of the planetary gear device 70 through the input inner shaft 30.
  • the output of the outer rotor 50 is applied to the ring gear 72 of the planetary gear device 70 directly or through the input outer shaft 30, but the present invention is not limited thereto. It may be changed as in the third embodiment shown in FIG. 12.
  • FIG. 12 is an axial sectional view of the washing machine driving apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the washing machine driving device 150b includes a double rotor-double stator driving motor 140b generating first and second rotational powers, and the first and second rotations.
  • the planetary gear device 70 includes a planetary gear device 70 that receives power and generates first and second outputs required for a washing stroke and a dehydration stroke of the washing machine.
  • the drive motor 140b has an output (first rotational power) of the outer rotor 50 through the input inner shaft 30 of the planetary gear device 70. After being applied to the sun gear 74, it is decelerated while passing through the planetary gear 78 and transmitted to the pulsator 130 as the first output through the output inner shaft 32, and the output of the inner rotor 40 (second Rotational power) is applied to the ring gear 72 of the planetary gear device 70 through the input outer shaft 20 and then transmitted to the washing tank 120 through the output outer shaft 22 as a second output without deceleration. Is proposing.
  • the driving motor 140b includes a stator support 200 for supporting the stator 60 and includes an outer stator support and an inner stator support, and includes a bearing mounting portion of the inner stator support. It is also possible to install the first bearing to rotatably support the input inner shaft 30 and the planetary gear device 70.
  • washing machine driving device 150b In the washing machine driving device 150b according to the third embodiment, the same parts are assigned to the same parts as the first and second embodiments, and detailed description thereof will be omitted.
  • the washing tub 120 and the inner rotor 40 are connected through the ring gear 72 of the planetary gear device 70, and the pulsator 130 and the outer rotor ( 50 is connected to the sun gear 74 and the planetary gear 78 of the planetary gear device 70.
  • the rotational force of the inner rotor 40 is transmitted to the pulsator 130, and the rotational force of the outer rotor 50 is transmitted to the washing tank 120.
  • the rotational force of the outer rotor 50 is transmitted to the pulsator 130, and the rotational force of the inner rotor 40 is transmitted to the washing tank 120.
  • the inner and outer rotor supports 46 and 56 of the first and second embodiments have a two-stage bent structure, but the inner and outer rotor supports 46a and 56a of the third embodiment have a circular plate shape.
  • the number of slots of the outer stator is set to the maximum possible in order to finally obtain the output having the low speed and high torque rotation characteristics by using the outer rotor 50, and finally the high speed using the inner rotor 40.
  • the number of slots of the outer stator for driving the outer rotor 50 for applying the rotational force required for the pulsator driving is determined.
  • the driving motors 140b and 140c set to be larger than the number of slots of the inner stator for driving the inner rotor 40 to be applied may be applied.
  • the driving motors 140b and 140c may apply the structure shown in FIGS. 8A to 9C, and a detailed description thereof will be omitted.
  • washing machine driving apparatuses 150, 150a and 150b according to the first to third embodiments further increase the driving torque of one of the outer rotor 50 and the inner rotor 40 in the selected driving motors 140, 140b and 140c.
  • the insufficient driving torque can be compensated for by applying the structure of any one of the stator cores 605a to 605d shown in Figs. 10A to 10D.
  • FIG. 13 is a block circuit diagram of a washing machine control apparatus according to the present invention
  • Figure 14 is a flow chart showing the overall washing machine control method according to the present invention.
  • a washing machine control apparatus includes a first driver 530 for generating a first driving signal applied to a first coil 66 wound around an inner stator core 621, and an outer stator core.
  • the second driver 540 for generating a second driving signal applied to the second coil 68 wound on the 631, and the first driver 530, the second driver 540, and the entire washing machine are controlled.
  • a control unit 500 for generating a first driving signal applied to a first coil 66 wound around an inner stator core 621, and an outer stator core.
  • the control unit 500 acts as a system controller to control the entire washing machine simultaneously with the control of the first and second drivers 530 and 540 as described above, or according to the washing course set by the user from the system controller of the washing machine body. After receiving the determined washing control signal may be configured as a driver-specific control device for applying a separate control signal to the first and second drivers (530, 540) based on this.
  • the control unit 500 may be configured as a signal processing device such as a microcomputer or a microprocessor, and has a built-in or separately provided PWM control unit for generating a PWM control signal.
  • the drive motor 140 of the present invention is composed of a BLDC motor of a twin-force structure composed of a double rotor-double stator, for example, the motor control is performed in U, V, W three-phase driving method.
  • the first and second coils 66 and 68 of the stator 60 also consist of U, V, and W three-phase coils, respectively.
  • the stator 60 of the present invention includes an outer stator having a first coil 66 and an inner stator having a second coil 68 to drive the outer rotor 50 and the inner rotor 40, respectively. Form a double stator.
  • the inner stator and the inner rotor 40 rotated by the inner stator form the inner motor
  • the outer stator and the outer rotor 50 rotated by the outer stator form the outer motor.
  • the outer motor and the inner motor are designed to be controlled by the BLDC method, respectively, and the first and second drivers 530 and 540 are driven by, for example, six-step drive control.
  • the first and second drivers 530 and 540 each include an inverter composed of three pairs of switching transistors connected in a totem pole structure, and the U, V, and W three-phase outputs of the respective inverters are formed of the first and second coils. 66, 68) is applied to the U, V, W three-phase coil.
  • the control unit 500 is, for example, based on the rotational position of the outer rotor 50 and the inner rotor 40 detected from the first and second rotor position sensors 510 and 520, each of which consists of a Hall sensor.
  • PWM control signals are applied to the first and second drivers 530 and 540, and the first and second drivers 530 and 540 receive the control signals and output U, V, and W three-phase outputs to the first and second coils.
  • the outer rotor 50 and the inner rotor 40 are rotationally driven by applying to the U, V, and W three-phase coils of 66 and 68.
  • the control unit 500 has a program for executing various washing courses in the memory device, and all washing courses basically include washing strokes, rinsing strokes, and dehydrating strokes. Is included before and after, depending on the washing course is performed repeatedly at least one of the washing stroke, rinsing stroke, dehydration stroke.
  • step S200 the washing machine according to the present invention is first turned on in step S200.
  • control unit 500 determines whether to perform the current washing or rinsing stroke through the washing control signal input according to the user's selection (S202).
  • the control unit 500 drives the inverters of the first driver 530 and the second driver 540 according to the washing or rinsing stroke (S204).
  • the first driver 530 and the second driver 540 generates three-phase AC power, and the generated three-phase AC power is the first coil 66 and the second coil 68 of the stator 60.
  • the washing is performed by any one of a variety of washing courses as it is applied to the selective, independently generated and applied.
  • control unit 500 determines whether to perform the current dehydration stroke in the state where all the rotors are stopped, or if it is not the washing stroke or the rinsing stroke in step S202, It is determined whether or not (S208).
  • the control unit 500 drives only the outer rotor 50 or rotates the outer rotor 50 and the inner rotor 40 in the same direction / same RPM.
  • the washing tank 120 is moved in one direction through the planetary gear device 70. It is rotated to perform a dehydration stroke (S212).
  • control unit 500 determines whether the execution time of the dehydration stroke has elapsed (S214), and when the time of the dehydration stroke has elapsed, the washing operation of the laundry is terminated.
  • washing or rinsing stroke according to the present invention described above is as follows.
  • control unit 500 drives the inverters of the first driver 530 and the second driver 540 according to the washing or rinsing stroke.
  • the first driver 530 and the second driver 540 generates three-phase AC power
  • the generated three-phase AC power is the first coil 66 and the second coil 68 of the stator 60
  • the outputs of the inner rotor 40 and the outer rotor 50 driven by the first coil 66 and the second coil 68 of the stator 60 provide rotational forces having high speed and low torque characteristics, respectively. .
  • the input outer shaft 20 connected thereto is fixed while the ring gear 72 connected thereto is also fixed.
  • the first input (i.e., high speed, low torque characteristic input) of the first RPM is input from the inner rotor 40 to the sun gear 74 and the sun gear 74 is rotated
  • the plurality of planetary gears 78 rotate. While the revolution along the inner circumference of the ring gear 72 is made, the carrier 76 connected to the rotary shaft 78a of the planetary gear 78 is also rotated in the same direction as the rotational direction of the inner rotor 40. In this case, the rotation speed of the carrier 76 is decelerated according to the gear ratio of the sun gear and the ring gear, so that the first output of the second RPM having the low speed and high torque characteristics is generated from the carrier 76.
  • the pulsator 130 receives a low speed and high torque output to perform a washing or rinsing process with high efficiency.
  • the torque is increased to satisfy the low speed and high torque characteristics required in the washing stroke and the rinsing stroke.
  • the speed ratio (ie, the reduction ratio) obtained from the carrier 78 of the planetary gear device 70 is determined as in Equation 1 below.
  • zr is the number of teeth of the ring gear and zs is the number of teeth of the sun gear.
  • the method of applying the electromagnetic brake to the outer rotor 50 and the ring gear 72 by the second driver 540 may be, for example, from the second driver 540 to the second coil 68 of the stator 60.
  • a method of stopping the ring gear 72 connected to the outer rotor 50 by cutting off the applied three-phase AC power or by shorting the second coil 68 may be used.
  • the ring gear 72 when performing the washing or rinsing stroke, instead of fixing the ring gear 72 connected to the outer rotor 50 by the electromagnetic brake, the ring gear 72 is controlled to be output through the carrier 76.
  • the shift amount (preferably the deceleration amount) of the first output of the planetary gear device 70 can be controlled.
  • the output of the outer rotor 50 is applied as a second input to the ring gear 72 of the planetary gear device 70 through the input outer shaft 20.
  • the second input applied to the ring gear 72 may be used as a control input for controlling the deceleration amount of the first output of the planetary gear device 70.
  • the second input when the second input is in a direction opposite to the rotation direction of the first input, and the second RPM of the second input is 1/2 of the first RPM of the first input, it is output through the carrier 76.
  • the first output of the planetary gear device 70 has the opposite direction of rotation to the first input and the output of RPM reduced to 1/5 is obtained.
  • the transmission ratio (ie, the reduction ratio) of the carrier output when the transmission ratio (ie, the reduction ratio) of the carrier output is set to 5: 1, for example, when the first input 250 RPM and the second input (-) 125 RPM , Carrier output is obtained (-) 50RPM.
  • the first output is applied to the electromagnetic brake without changing the rotational direction of the first input.
  • the output of the decelerated RPM is obtained at a reduction ratio smaller than the reduction ratio (5: 1) when the second RPM of the second input is zero. For example, when the first input is 800 RPM and the second input is 200 RPM, the carrier output is 320 RPM.
  • the outer portion is driven by the electromagnetic brake.
  • RPM and torque of the first output can be controlled by controlling the forward RPM of the rotor 50 or by rotating the outer rotor 50 forward or forward.
  • the transmission ratio (ie, the reduction ratio) of the output of the carrier 76 is 5: 1 in the planetary gear device 70 of the sun gear input / carrier output structure, the first input to the sun gear 74 from the inner rotor 40 is performed.
  • the RPM of the first output of the planetary gear device 70 is obtained at 200 RPM when the ring gear 72 is at a stop state, and when the 10 RPM rotational force is applied to the ring gear 72 in the forward direction, the planetary The RPM of the first output of the gear unit 70 is about 208 RPM, and when (-) 10 RPM rotational force is applied to the ring gear 72 in the reverse direction, the RPM of the first output of the planetary gear device 70 is about 190 RPM. Obtained.
  • the minimum rotation is performed in the same direction as the rotation direction of the sun gear 74, for example, about 10 RPM, without the ring gear 72 being fixed, or the ring gear 72 is the sun gear 74, that is,
  • the first of the planetary gear device 70 is output through the carrier 76 by driving the outer rotor 50 in the reverse direction so that the reverse rotation is about (10) RPM in the direction opposite to the rotation direction of the inner rotor 40
  • Decrease amount can be finely controlled by increasing or decreasing the RPM of the output.
  • a second applied to the ring gear 72 as a control input.
  • the second RPM of the input is preferably set smaller than the first RPM of the first input input to the sun gear 74.
  • the second input applied to the ring gear 72 may be in the same or opposite direction as the first input input to the sun gear 74.
  • the second input applied to the ring gear 72 is rotated in the opposite direction to the first input input to the sun gear 74, and the second RPM of the second input applied to the ring gear 72 is the sun gear 74.
  • the carrier output is zero (RPM), that is, the largest deceleration is achieved.
  • the carrier output is 0 RPM.
  • the second input applied to the ring gear 72 is rotated in the direction opposite to the first input input to the sun gear 74, and the second RPM of the second input applied to the ring gear 72 is the sun gear 74. If the carrier output is set smaller than 1/4 of the first RPM of the first input inputted to the first input, the carrier output is rotated in the same direction as the first input inputted to the sun gear 74 and is larger than when the ring gear 72 is fixed. You will get a decelerated output.
  • the carrier output is 50.4 RPM.
  • the second input applied to the ring gear 72 is rotated in the direction opposite to the first input input to the sun gear 74, and the second RPM of the second input applied to the ring gear 72 is the sun gear 74.
  • the carrier output is rotated in a direction opposite to the first input input to the sun gear 74 while the ring gear 72 is fixed. A larger decelerated output can be obtained than in the state.
  • the planetary gear device 70 receives the high speed, low torque characteristic input to the ring gear 72 and the high speed required in the dehydration stroke through the carrier 78 without deceleration (torque conversion).
  • the second output satisfies the low torque characteristic.
  • the sun gear 74 is set to an unfixed state, that is, a state in which free rotation is possible, or the sun gear 74. It is necessary to set to rotate in the same direction, the same RPM as the ring gear 72.
  • a driving signal is applied from the second driver 540 to the second coil 68 of the outer stator to forward the outer rotor 50 (ie, the ring gear 72) to 1000 RPM of high speed and low torque characteristics.
  • the inner rotor 40 is freely rotated because the drive signal is not applied to the first coil 66, or the inner rotor 40 is rotated in the forward direction at 1000 RPM in the same manner as the outer rotor 50.
  • the rotational force of the high speed and low torque characteristics is transmitted only to the ring gear 72 of the planetary gear device 70 or the rotational force of the first input of the high speed and low torque characteristics to the ring gear 72 and the sun gear 74 in the same manner.
  • the ring gear 72 or the planetary gear device 70 rotatably supported by the first to fourth sleeve bearings 80, 82, 84, 86 and the first and second bearings 26, 28. The whole will rotate at 1000 RPM without deceleration.
  • the rotational force of the high speed and low torque characteristics of the ring gear 72 is transmitted to the washing tank 120 through the output outer shaft 22 to perform a dehydration stroke, or according to the rotation of the entire planetary gear device 70,
  • the low torque torque is transmitted to the washing tank 120 and the pulsator 130 through the output outer shaft 22 and the output inner shaft 32 to perform a dehydration stroke.
  • the first input of the high speed and low torque characteristics of the outer rotor 50 and the inner rotor 40 is transmitted from the planetary gear device 70 to the washing tank 120 and the pulsator 130 without deceleration (torque conversion).
  • the dehydration stroke is performed with high efficiency.
  • the carrier output is in the same direction as the ring gear input and is dependent on the RPM of the ring gear, Increasing RPM than the sun gear RPM in proportion to the RPM is obtained, and when the ring gear RPM is smaller than the sun gear RPM, the carrier RPM is in the same direction as the ring gear input and the RPM decelerating than the sun gear RPM in proportion to the RPM of the ring gear is obtained.
  • the carrier output is in the same direction as the ring gear input and is dependent on the RPM of the ring gear.
  • an increase in the speed of the sun gear RPM is obtained, and when the ring gear RPM is smaller than the sun gear RPM, the carrier RPM is in the same direction as the ring gear input and is larger than the ring gear RPM and decelerated in the sun gear RPM to obtain an RPM smaller than the sun gear RPM. Lose.
  • the planetary gear device 70 is supported by the first and second bearings 26 and 28 capable of bidirectional rotation, the rotation direction and the rotation speed of the pulsator 130 and the washing tank 120 may be adjusted. Various controls can be made and various laundry streams can be formed.
  • the planetary gear device 70 since the planetary gear device 70 is not in a restrained state, when more than a predetermined amount of laundry is put into the washing tank 120, the load is applied to the pulsator 130, and the carrier 76 connected to the pulsator 130 is provided. ) Acts as a brake. Then, when the rotational force of the inner rotor 40 is input to the sun gear 74, the rotational force is output to the ring gear 72 so that the washing tub 120 and the outer rotor 50 connected to the ring gear 72 are the inner rotor 40. ) Rotates in the opposite direction to the direction of rotation, ie counterclockwise (CCW).
  • CCW counterclockwise
  • the ring gear 72 of the planetary gear device 70 is input and output. Since it is connected to the outer shafts 20 and 22 and the washing tank 120, the brake acts. Accordingly, the rotational force of the inner rotor 40 is input to the sun gear 74 and output to the carrier 76. Thus, the pulsator 130 connected to the carrier 76 is rotated at a reduced speed.
  • the rotational force of the inner rotor 40 is transmitted to the pulsator 130 so that the pulsator 130 is rotated.
  • the washing tank 120 In the washing of the fully automatic washing machine, when the pulsator 130 rotates, the washing tank 120 must be fixed or reversely rotated to generate a rising and falling stream to maximize the efficiency of the washing.
  • the present invention is a structure that does not have a restraint such as a clutch with respect to the planetary gear device 70, if the washing tank 120 is mounted to the outer rotor 50 of the drive motor, the washing tank 120 is rotated of the pulsator 130 Pitched on to rotate.
  • the piggybacking rotation of the washing tank 120 forms a vortex that hinders the rising and falling water flow, so that only one side of the washing is performed, thereby reducing the washing efficiency.
  • the washing method using the washing machine driving apparatuses 150 and 150a according to the first and second embodiments employing the driving motor 140 has been described.
  • the present invention provides the driving motors 140b and 140c. The same may be applied to the washing method using the washing machine driving device 150b according to the third embodiment.
  • a BLDC motor having a radial gap type double rotor-double stator structure is used as a driving motor, but a BLDC motor having an axial gap type double rotor double stator structure is used as a driving power source.
  • Any power source generating a pair of outputs can be used with any drive motor of any other structure or method.
  • a combination of a radial gap type and an axial gap type, and a combination of a BLDC method and an induction method may be applied.
  • the washing machine driving device is applied to the ring gear while using the planetary gear device of the sun gear input-carrier output structure for torque conversion (deceleration) of one of the pair of powers generated from the drive motor.
  • the planetary gear device of any structure can be used as long as it uses a shifting system that determines the amount of deceleration of the carrier output in accordance with the control input, or can reduce the input applied from the drive motor.
  • the washing machine driving apparatus washes and rinses the stroke while passing the high-speed, low-torque twin power output generated from the double rotor-double stator drive motor through the planetary gear device 70. Washing by converting into a first output satisfying the low speed, high torque characteristics required by the and the second output satisfying the high speed, low torque characteristics required in the dehydration stroke to apply to the pulsator 130 and the washing tank 120
  • the stroke and rinse stroke and dewatering stroke can be performed with high efficiency.
  • the present invention is a combination of a twin-power drive motor and planetary gear device, it is possible to provide a driving force of different characteristics required in the washing and dewatering stroke of the washing machine with high efficiency, and a washing machine driving device capable of forming a variety of washing water flow and its Applied to control, especially fully automatic washing machines.

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Abstract

본 발명은 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 서로 다른 특성의 구동력을 고효율로 제공할 수 있는 세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기에 관한 것이다. 상기 세탁기 구동장치는 더블 스테이터에 의해 독립적으로 제어 가능한 인너 로터와 아우터 로터를 구비하고, 선택적으로 인너 로터 출력과 아우터 로터 출력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 상기 인너 또는 아우터 로터 출력을 전달하는 입력 인너 샤프트; 상기 입력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 아우터 또는 인너 로터 출력을 전달하는 입력 아우터 샤프트; 및 상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 인너 또는 아우터 로터 출력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력의 변속비가 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 아우터 또는 인너 로터 출력에 의해 제어되는 유성기어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기
본 발명은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 서로 다른 특성의 구동력을 고효율로 제공할 수 있는 세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기에 관한 것이다.
종래의 탈수 겸용 전자동 세탁기는 외조 내에 세탁조 겸 탈수조로서 회전조가 회전 가능하게 설치되어 있고, 또한 이 회전조 내의 바닥부에 교반체(펄세이터)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 상기 교반체 및 회전조는 한 개의 구동모터에 의해 회전 구동되므로, 세탁 운전을 실행할 때는 회전조를 제동 정지시킨 상태에서 구동모터의 회전을 교반체에 전달하여 비교적 저속으로 정역회전 구동하고, 탈수 운전을 실행할 때는 회전조의 제동을 해제하여 구동모터의 회전을 감속하지 않고 회전조 및 교반체에 전달하여 양자를 회전 구동하도록 구성되어 있다.
이와 같은 회전 전달 경로의 전환을 위해 모터에서 회전조 및 교반체까지의 회전력 전달경로 중에 클러치 구조나 감속기구가 필요하다. 이 때문에 구성이 상당히 복잡해져서 제조성 및 조립성이 떨어지고, 결과적으로 제조비용이 높아지는 문제점이 있다. 또한, 클러치 기구의 제작 정밀도나 경시적 열화에 의해 제어회로 전달 경로 전환 동작이 잘 진행되지 않아 전환 신뢰성이 불안정한 경우도 있다.
더욱이, 세탁운전에서 탈수운전으로의 이행시에 클러치 기구의 전환 동작음이 발생하거나 감속기구에서 동작음이 발생하는 잡음의 문제도 있고, 또한 클러치기구의 전환 동작에 시간이 걸려 세탁 소요 시간이 길어지는 문제도 있었다.
종래의 전자동 세탁기는 클러치 모터가 구비되어 세탁축과 탈수축에 선택적으로 동력이 전달되기 때문에 탈수조와 펄세이터를 동시에 독립적으로 구동시킬 수 없어 다양한 세탁 수류를 형성할 수 없는 문제가 있다.
또한, 종래의 전자동 세탁기에서는 단일의 구동모터를 사용하여 저속, 고토크 특성의 세탁 행정과 고속, 저토크 특성의 탈수 행정을 수행하여야 하므로, 각각의 행정에 최적화된 모터 설계가 이루어질 수 없는 문제가 있다. 그 결과, 약간 세탁 행정에 최적화된 모터를 설계하고 탈수 행정에서는 소위 약계자 제어를 실시하여 탈수 행정시의 고속 회전 문제를 해결하고 있으나, 제어가 복잡해지는 문제가 있다.
더욱이, 세탁 행정시에 고 토크가 요구되는 문제와 탈수 행정시에 약계자 제어가 요구되는 문제를 해결하고자, 유성기어 셋트와 클러치 기구를 구비한 기술이 한국 등록특허공보 제10-0548310호(특허문헌 1)에 제안되었다.
특허문헌 1의 세탁기는 선기어, 링기어, 유성기어 및 캐리어로 구성된 유성기어셋트가 구비되어, 구동모터의 회전력을 감속하여 펄세이터로 전달하고, 클러치 스프링이 작동되어 펄세이터와 내조 중 하나에 선택적으로 동력을 전달하여 세탁시에는 펄세이터만 회전시키고 탈수시에는 펄세이터와 내조를 동시에 회전시킨다. 또한, 특허문헌 1의 세탁기는 세탁행정시에 선기어로 입력된 회전력을 감속시키기 위해 링기어(즉, 유성기어셋트의 케이스)를 클러치가 잡아서 고정시키는 구조를 가지고 있다.
하지만, 특허문헌 1과 같이 유성기어셋트를 구비하는 세탁기는 유성기어셋트가 일방향 베어링에 의해 지지되고 있기 때문에 펄세이터와 내조가 동일한 방향으로만 회전시킬 수 있는 구조로서, 단일의 구동모터를 채용하고 있어 세탁행정에서 펄세이터와 내조를 서로 반대방향으로 회전시켜서 구현될 수 있는 강한 세탁수류를 형성할 수 없는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 한국 공개특허공보 제10-1999-0076570호(특허문헌 2)에는 유성기어셋트를 제거하고 쌍동력 모터를 사용하는 탈수 겸용 세탁기가 제안되었다.
특허문헌 2의 탈수 겸용 세탁기에서 세탁모터는 저속 고토크 모터 특성을 가지고, 탈수모터는 세탁모터보다 고속 저토크 모터 특성을 가지도록, 상기 세탁모터는 아우터 로터형으로 탈수 모터보다 대직경으로 구성되고, 탈수모터는 이너 로터형으로 구성되어 세탁모터가 외측, 탈수모터가 내측 관계가 되도록 구성되어 있다.
상기 특허문헌 2의 세탁기는 세탁모터가 아우터 로터형으로 탈수 모터보다 대직경으로 구성되어 있으나, 8kg 이상의 대용량 세탁기에서 대용량 세탁물을 처리하기에는 구동토크가 부족한 문제가 있다.
더욱이, 상기 특허문헌 2의 세탁기는 탈수 모터보다 대직경으로 구성되고 외측에 배치되어 저속 고토크 모터 특성을 가지는 아우터 로터형의 세탁모터에 의해 교반체를 구동하는 구조를 제안하고 있어, 더 큰 기동토크가 요구되는 회전조를 교반체와 상호 역방향으로 구동시킴에 의해 강한 세탁수류를 구현하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 상기 특허문헌 2의 세탁기는 2개의 구동모터를 사용하여 교반체와 회전조를 독립적으로 구동시킬 수 있는 구조를 개시하고 있으나, 대용량 세탁기에서 고토크를 이용한 다양한 방식의 세탁수류를 만드는 것은 구조적으로 실현하기 어렵다.
따라서, 본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 서로 다른 특성의 구동력을 고효율로 제공할 수 있는 세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 세탁 행정시 저속, 고토크 특성을 만족하는 제1출력을 발생하고, 탈수 행정시 고속, 저토크 특성을 만족하는 제2출력을 발생하여 구동함에 따라 고효율의 대용량 세탁기를 구현할 수 있는 세탁기 구동장치, 이를 구비한 세탁기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 펄세이터와 세탁조를 각각 독립적으로 구동할 수 있으며, 유성기어장치를 양방향으로 회전 가능한 상태로 설정하여 쌍동력 및 단동력 구현이 가능하여 세탁행정시에 다양한 수류 패턴을 형성할 수 있는 세탁기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1특징에 따르면, 본 발명은 더블 스테이터에 의해 독립적으로 제어 가능한 인너 로터와 아우터 로터를 구비하고, 선택적으로 인너 로터 출력과 아우터 로터 출력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 상기 인너 로터 출력 또는 아우터 로터 출력을 제1입력으로 전달하는 입력 인너 샤프트; 상기 입력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 아우터 로터 출력을 제2입력으로 전달하는 입력 아우터 샤프트; 및 상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 제1입력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력의 변속비가 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 제2입력에 의해 제어되는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치를 제공한다.
본 발명의 제2특징에 따르면, 본 발명은 제1 및 제2 회전 출력을 독립적으로 발생하는 제1 및 제2 모터를 구비하는 구동모터; 상기 제1회전 출력을 전달하는 입력 인너 샤프트; 상기 입력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 제2회전 출력을 전달하는 입력 아우터 샤프트; 상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 제1회전 출력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력의 변속비가 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 제2회전 출력에 의해 제어되는 변속장치; 상기 캐리어로부터 발생된 변속된 출력을 전달하는 출력 인너 샤프트; 상기 출력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 링기어로부터 발생된 출력을 전달하는 출력 아우터 샤프트; 상기 출력 아우터 샤프트에 연결되는 세탁조; 및 상기 출력 인너 샤프트에 연결되는 펄세이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기를 제공한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 서로 다른 특성의 구동력을 고효율로 제공할 수 있다.
본 발명은 세탁 행정시 저속, 고토크 특성을 만족하는 제1출력을 발생하고, 탈수 행정시 고속, 저토크 특성을 만족하는 제2출력을 발생하여 구동함에 따라 고효율의 대용량 세탁기를 구현할 수 있다.
본 발명은 펄세이터와 세탁조를 각각 독립적으로 구동할 수 있으며, 유성기어장치를 양방향으로 회전 가능한 상태로 설정하여 쌍동력 및 단동력 구현이 가능하여 세탁행정시에 다양한 수류 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명은 펄세이터 구동에 필요한 회전력을 인가하는 인너 또는 아우터 로터를 구동하는 스테이터 코어의 슬롯 수를, 세탁조 구동에 필요한 회전력을 인가하는 아우터 또는 인너 로터를 구동하는 스테이터 코어의 슬롯 수보다 더 많게 설정함에 의해 효율 상승을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 구동모터에서 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어의 박판 적층 수를 상이하게 설정함에 의해 부족한 구동 토크를 보완할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 세탁기 구동장치를 구비한 세탁기의 축방향 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 세탁기 구동장치의 부분 확대 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 세탁기 구동장치에 적용된 유성기어장치의 축방향 단면도 및 직경방향 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 동일한 완전 분할형 다수의 분할 코어를 조립하여 구성된 스테이터를 구비하는 구동모터의 직경방향 단면도이다.
도 6은 도 5의 스테이터 조립에 사용되는 스테이터 코어 조립체의 개략 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 스테이터 코어를 구성하는 분할 코어의 평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 상이한 부분 분할형 다수의 분할 코어를 조립하여 구성된 스테이터를 구비하는 구동모터의 직경방향 단면도 및 부분 분할형 분할 코어의 구성도이다.
도 9a 내지 도 9c는 각각 본 발명에 따른 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯 수가 상이하며, 각각 인너 스테이터 코어, 아우터 스테이터 코어, 및 인너 스테이터 코어와 아우터 스테이터 코어를 조립하여 구성된 스테이터 코어를 구비하는 구동모터의 직경방향 단면도이다.
도 10a 내지 도 10d는 각각 본 발명에 따른 구동모터에서 아웃터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어의 적층 수를 상이하게 설정함에 의해 부족한 구동 토크를 보완할 수 있는 다양한 실시예 구조를 보여주는 개략 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 세탁기 제어장치의 블럭 회로도이다.
도 14는 본 발명에 따른 전체적인 세탁기 구동방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 세탁기는 외형을 이루는 케이스(100)와, 케이스(100)의 내부에 배치되어 세탁수를 수용하는 외조(110)와, 상기 외조(110)의 내부에 회전 가능하게 배치되어 세탁과 탈수를 수행하는 세탁조(120)와, 상기 세탁조(120)의 바닥부에 회전 가능하게 배치되어 세탁 수류를 형성하는 펄세이터(130)와, 상기 세탁조(120)와 외조(110)의 하부에 설치되어 세탁 행정, 헹굼 행정, 풀림 행정 및 탈수 행정 등에 필요한 구동력을 세탁조(120)와 펄세이터(130)에 동시에 또는 선택적으로 제공하는 세탁기 구동장치(150)를 포함한다.
상기 세탁기 구동장치(150)는 외조(110)의 하부에 장착되고 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)로부터 고속, 저토크의 쌍동력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140)와, 상기 펄세이터(130)와 세탁조(120)를 회전 구동시키도록 상기 구동모터(150)의 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)에 의해 제공되는 고속, 저토크의 제1 및 제2 입력을 받아서 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키는 제1출력과, 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력을 제공하도록 선택적으로 변속(토크 변환)시키는 토크변환장치인 유성기어장치(70)를 포함한다.
우선, 유성기어장치(70)는 구동모터(140)와, 펄세이터(130)와 세탁조(120) 사이에 설치되며, 구동모터(140)의 인너 로터(40)의 출력을 입력 인너 샤프트(30)를 통하여 선기어(74)로 전달받고, 아우터 로터(50)의 출력을 입력 아우터 샤프트(20)를 통하여 링기어(72)로 전달받는다.
그 후, 입력 인너 샤프트(30)로 입력된 고속, 저토크의 제1입력은 유성기어장치(70)의 선기어(74)와 유성기어(78)를 거치면서 변속(토크 변환)된 후 캐리어(76) 출력으로 출력 인너 샤프트(32)에 전달되며, 입력 아우터 샤프트(20)를 통하여 링기어(72)로 전달받은 고속, 저토크의 제2입력은 변속(토크 변환) 없이 출력 아우터 샤프트(22)에 전달된다. 유성기어장치(70)의 구조와 동작에 대하여는 이후에 상세하게 설명한다.
구동모터(140)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 입력 인너 샤프트(30)와 연결되는 인너 로터(40)와, 입력 아우터 샤프트(20)와 연결되는 아우터 로터(50)와, 인너 로터(40)와 아우터 로터(50) 사이에 공극을 두고 배치되어 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)를 회전 구동시키는 스테이터(60)를 포함한다. 상기 스테이터(60)는 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)를 각각 독립적으로 구동시키는 더블 스테이터 구조를 갖는다.
이에 따라 스테이터(60)는 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)를 도 9에 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.
구동모터(140)와 유성기어장치(70) 사이에는 제1동력전달라인으로서 인너 로터(40)의 출력을 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 전달하는 입력 인너 샤프트(20)와, 상기 입력 인너 샤프트(30)의 외주에 회전 가능하게 결합되며 아우터 로터(50)의 출력을 받아서 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 전달하는 입력 아우터 샤프트(30)가 구비되어 있다.
또한, 유성기어장치(70)와 펄세이터(130)와 세탁조(120) 사이에는, 제2동력전달라인으로서 유성기어장치(70)의 캐리어(76) 출력을 펄세이터(130)에 전달하는 출력 인너 샤프트(32)와, 상기 출력 인너 샤프트(32)의 외주에 회전 가능하게 결합되며 링기어(72)의 출력을 받아서 세탁조(120)에 전달하는 출력 아우터 샤프트(22)가 구비되어 있다.
유성기어장치(70)는 도 2 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 입력 아우터 샤프트(20)와 출력 아우터 샤프트(22) 사이에 양단부가 연결되는 링기어(72)와, 상기 입력 인너 샤프트(30)에 일체로 연결되며 외주에 기어가 형성된 선기어(74)와, 상기 선기어(74)의 회전에 따라 각각 회전축(78a)을 중심으로 자전이 이루어지면서 상기 선기어(74)의 외면 및 링기어(72)의 내면에 기어 물림되어 공전이 이루어지는 다수의 유성기어(78)와, 외주부에 상기 다수의 유성기어(78)의 회전축(78a)을 회전 가능하게 지지하면서 다수의 유성기어(78)와 함께 공전이 이루어지며 내주부가 출력 인너 샤프트(32)에 연결되어 변속된 출력을 전달하는 캐리어(76)를 포함한다.
이러한 유성기어장치(70)는 입력 아우터 샤프트(20)와 출력 아우터 샤프트(22)가 링기어(72)에 의해 연결되어 입력 아우터 샤프트(20)의 회전속도(RPM)가 그대로 출력 아우터 샤프트(22)로 전달된다. 따라서, 입력 아우터 샤프트(20)와 출력 아우터 샤프트(22)의 회전속도는 동일하다.
또한, 유성기어장치(70) 내부에는 입력 인너 샤프트(30)가 선기어(74)와 일체로 형성되고, 출력 인너 샤프트(32)는 캐리어(76)의 내주부가 스플라인 결합, 세레이션(Serration) 결합 등에 의해 연결되고, 캐리어(76)의 외주부는 다수의 유성기어(78)의 회전축(78a)이 회전 가능하게 지지되어 있다. 그 결과, 입력 인너 샤프트(30)를 통하여 전달된 인너 로터(40)의 회전속도(RPM)는 선기어(74), 다수의 유성기어(78), 캐리어(76)를 거치면서 변속, 즉 감속되고 토크는 증대되어 출력 인너 샤프트(32)로 전달된다.
이와 같이, 입력 및 출력 인너 샤프트(30,32)는 유성기어장치(70)를 통하여 상호 연결되어 인너 로터(40)의 회전속도가 감속되어 펄세이터(130)로 전달되므로 펄세이터(130)의 토크를 증대시킬 수 있고, 이에 따라 세탁 및 행굼 행정시에 고 토크 구동이 요구되는 대용량 세탁기에 적용이 가능하다.
유성기어장치(70)의 상세한 작용에 대하여는 후술한다.
입력 인너 샤프트(30)의 외주면과 입력 아우터 샤프트(20)의 내주면 사이에는 원통 형태의 제1슬리브 베어링(80) 및 제2슬리브 베어링(82)이 간격을 두고 설치되어 입력 인너 샤프트(30)를 회전 가능하게 지지한다.
그리고, 출력 아우터 샤프트(22)의 상단 및 하단 내면에는 제3슬리브 베어링(84) 및 제4슬리브 베어링(86)이 설치되어 출력 인너 샤프트(32)를 회전 가능하게 지지한다.
입력 아우터 샤프트(20)의 외면에는 아우터 로터(50)의 아우터 로터 지지체(56)가 연결되는 제1연결부(90)가 형성되고, 입력 인너 샤프트(30)의 하단에는 인너 로터(40)의 인너 로터 지지체(46)가 연결되는 제2연결부(92)가 형성된다.
제1연결부(90) 및 제2연결부(92)는 입력 아우터 샤프트(20) 및 입력 인너 샤프트(30)의 외면에 형성된 돌기에 의해 세레이션(Serration) 결합되거나 스플라인 결합되는 구조를 가질 수 있고, 키홈을 형성하여 상호 키 결합되는 구조를 가질 수 있다.
여기에서, 입력 아우터 샤프트(20)의 하단에는 아우터 로터 지지체(56)가 입력 아우터 샤프트(20)에서 이탈되는 것을 방지하는 제1고정너트(34)가 나사 체결되고, 입력 인너 샤프트(30)의 하단에는 인너 로터(40)의 인너 로터 지지체(46)가 이탈되는 것을 방지하는 제2고정너트(36)가 나사 체결된다.
출력 아우터 샤프트(22)의 상단 외면에는 세탁조(120)가 연결되는 제3연결부(94)가 형성되고, 출력 인너 샤프트(32)의 상단 외면에는 펄세이터(130)가 연결되는 제4연결부(96)가 형성된다.
제3연결부(94) 및 제4연결부(96)는 출력 아우터 샤프트(22) 및 출력 인너 샤프트(32)의 외면에 형성된 돌기에 의해 세레이션(Serration) 결합되거나 스플라인 결합되는 구조를 가질 수 있고, 키홈을 형성하여 상호 키 결합되는 구조를 가질 수 있다.
출력 아우터 샤프트(22)와 출력 인너 샤프트(32) 사이에는 세탁수가 누수되는 것을 방지하는 제1시일(220)이 장착되고, 출력 아우터 샤프트(22)와 베어링 하우징(10) 사이에는 세탁수가 누수되는 것을 방지하는 제2시일(221)이 장착된다.
입력 아우터 샤프트(20)의 외면에는 제1베어링(26)이 배치되고, 출력 아우터 샤프트(22)의 외면에는 제2베어링(28)이 배치되어, 입력 및 출력 아우터 샤프트(20,22)를 회전 가능하게 지지한다.
제1베어링(26)은 제1베어링 하우징(102)에 설치되고, 제2베어링(28)은 제2베어링 하우징(10)에 설치된다.
제1베어링 하우징(102)은 금속재질로 형성되고, 제1베어링(26)이 안착되는 제1베어링 안착부(104)와, 제1베어링 안착부(104)에서 외측방향으로 연장되어 원통형태를 이루고 유성기어장치(70)의 외면에 일정 갭을 두고 감싸지게 배치되어 유성기어장치를 보호하는 커버부(106)와, 커버부(106)의 상단에서 외측방향으로 연장되어 원판 형태를 이루고 스테이터(60) 및 외조(110)가 고정되는 평판부(108)를 포함한다. 평판부(108)는 원주방향으로 제2베어링 하우징(10)에 복수의 볼트(250)로 체결되어 고정된다.
제2베어링 하우징(10)은 금속재질로 형성되고, 제2베어링(28)이 안착되는 제2베어링 안착부(12)와, 제2베어링 안착부(12)에서 외측방향으로 연장되어 제2시일(221)이 고정되는 제2시일 고정부(14)와, 제2시일 고정부(14)에서 하측방향으로 절곡되어 원통 형태를 이루는 연결부(16)와, 연결부(16)의 하단에서 외측방향으로 연장되어 외조(110)에 고정되는 평판부(18)를 포함한다. 평판부(18)는 볼트(250)에 의해 제1베어링 하우징(102)의 평판부(108)와 체결되고, 볼트(260)에 의해 스테이터 지지체(270) 및 외조(110)에 고정된다.
이 경우, 본 발명에서는 입력 아우터 샤프트(20)와 출력 아우터 샤프트(22) 사이에 유성기어장치(70)의 링기어(72)가 삽입되어 연결되고, 입력 아우터 샤프트(20)를 지지하는 제1베어링(26)과, 출력 아우터 샤프트(22)를 지지하는 제2베어링(28)은 양방향 회전이 가능한 베어링으로 구성되어 있다.
그 결과, 본 발명에서는 유성기어장치(70)가 양방향 회전이 가능한 상태로 설정되어 있으며, 이러한 구조는 종래의 전자동세탁기에서 유성기어장치가 고정된 상태를 유지하거나 또는 탈수행정을 위해 일방향으로만 회전되는 지지구조와 다른 지지구조를 갖는다.
본 발명에서는 후술하는 바와 같이 유성기어장치(70)가 양방향 회전이 가능한 상태로 설정되어 있기 때문에 더블 로터-더블 스테이터로 구성된 쌍동력 구조의 구동모터(140)에 의해 세탁조(120)와 펄세이터(130)를 동시에 또는 선택적으로, 그리고 동일방향 및 상호 반대방향으로 회전시키면서 다양한 방식의 세탁 수류와 작용을 형성하는 것이 가능하게 된다.
이하에 더블 로터-더블 스테이터로 구성된 쌍동력 구조의 구동모터(140)를 도 2, 도 3 및 도 5를 참고하여 상세하게 설명한다.
구동모터(140)는 아우터 로터(50)와, 인너 로터(40)와, 스테이터(60)를 포함하고 있으며, 스테이터(60)는 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 선택적/독립적으로 구동할 수 있도록 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 구비하고 있다. 후술하는 실시예 설명에서는 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 일체형으로 구성한 것과 분리된 구조로 이루어지는 것에 대하여 각각 설명한다.
우선, 인너 로터(40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 스테이터(60)의 내면에 일정 갭을 두고 배치되며, N극 및 S극이 교대로 배치되는 다수의 제1마그넷(42)과, 상기 제1마그넷(42)의 배면에 배치되는 제1백요크(44)와, 인서트 몰딩에 의해 제1마그넷(42) 및 제1백요크(44)와 일체로 형성되는 인너 로터 지지체(46)를 포함한다.
여기에서, 인너 로터 지지체(46)는 열경화성 수지, 예를 들어 폴리에스터와 같은 BMC(Bulk Molding Compound) 몰딩재 또는 열가소성 수지로 몰딩하여 제1마그넷(42) 및 제1백요크(44)와 일체로 형성된다.
인너 로터 지지체(46)는 그 내측 단부가 입력 인너 샤프트(30)의 제2연결부(92)에 연결되고, 그 외측 단부의 외면에는 제1마그넷(42) 및 제1백요크(44)가 고정되며, 내측에 유성기어장치(70)가 수용되어 콤팩트한 구조를 구현할 수 있도록 대략 컵 형상을 이루고 있다.
따라서, 인너 로터(40)가 회전되면 입력 인너 샤프트(30)가 회전되고, 링기어(72)가 고정되거나 또는 인너 로터(40)의 회전과 반대방향 회전이 이루어질 때, 유성기어장치(70)의 캐리어(76)를 통하여 감속된 출력이 출력 인너 샤프트(32)에 전달되어 출력 인너 샤프트(32)에 연결된 펄세이터(130)가 저속, 고토크 회전력에 의해 회전된다.
여기에서, 펄세이터(130)는 요구되는 회전토크가 크지 않기 때문에 인너 로터(40)의 토크에 의해 충분히 회전될 수 있다.
또한, 아우터 로터(50)는 스테이터(60)의 외면에 일정 갭을 두고 배치되며 N극 및 S극이 교대로 배치되는 다수의 제2마그넷(52)과, 제2마그넷(52)의 배면에 배치되는 제2백요크(54)와, 인서트 몰딩에 의해 제2마그넷(52) 및 제2백요크(54)와 일체로 형성되는 아우터 로터 지지체(56)를 포함한다.
여기에서, 아우터 로터 지지체(56)는 열경화성 수지, 예를 들어 폴리에스터와 같은 BMC(Bulk Molding Compound) 몰딩재 또는 열가소성 수지로 몰딩하여 제2마그넷(52) 및 제2백요크(54)와 일체로 형성된다.
아우터 로터 지지체(56)는 내측 단부가 입력 아우터 샤프트(20)의 제1연결부(90)에 연결되어 입력 아우터 샤프트(20)와 같이 회전되고, 외측 단부의 내면에 제2마그넷(52) 및 제2백요크(54)이 고정되며, 내측은 유성기어장치(70)가 수용되어 콤팩트한 구조를 구현할 수 있도록 대략 컵 형상을 이루고 외측은 스테이터(60)를 수용하도록 반전된 컵 형상을 이루고 있다.
따라서, 유성기어장치(70)의 선기어(74)가 비고정 상태로 설정되거나 인너 로터(40)가 아우터 로터(50)와 동일한 방향으로 회전되면서 아우터 로터(50)가 회전되면 입력 아우터 샤프트(20)가 회전되고 유성기어장치(70)의 링기어(72)를 통하여 아우터 로터(50)의 회전력이 감속없이 출력 아우터 샤프트(22)에 전달되고 출력 아우터 샤프트(22)와 연결된 세탁조(120)가 감속 없이 회전된다.
이하에 본 발명의 스테이터에 대하여 설명한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 스테이터(60)는 환형으로 배열되는 다수의 스테이터 코어 조립체(61)와, 다수의 스테이터 코어 조립체(61)가 환형으로 배열되고 외주부가 외조(110)에 고정되며, 내부에 관통구멍이 형성되는 스테이터 지지체(270)(도 2 참조)를 포함한다.
상기 다수의 스테이터 코어 조립체(61)는 각각 도 6 및 도 7과 같이 환형으로 배열되어 상호 결합되는 분할코어형 스테이터 코어(62)와, 분할코어형 스테이터 코어(62) 각각의 외주면에 코일권선영역을 한정하도록 감싸지는 비자성체인 절연물질로 이루어진 보빈(64)과, 스테이터 코어(62)의 일측(외측) 보빈에 감겨지는 제1코일(66)과, 스테이터 코어(62)의 타측(내측) 보빈에 감겨지는 제2코일(68)을 포함한다.
스테이터 지지체(270)는 금형에 원주방향으로 다수의 스테이터 코어 조립체(61)를 조립 배열한 후 인서트 몰딩에 의해 다수의 스테이터 코어 조립체(61)와 일체로 형성된다. 스테이터 지지체(270)는 중앙부에 인너 로터(40)와 유성기어장치(70)가 배치되도록 관통구멍이 형성되고, 외주부는 2단 절곡되어 아우터 로터(50)를 둘러싸면서 선단부가 제2베어링 하우징(10)과 함께 볼트(260)에 의해 외조(110)에 고정된다.
또한, 스테이터 지지체(270)는 인서트 몰딩에 의해 스테이터 코어 조립체(61)와 일체로 형성되는 구조 이외에, 수지 또는 금속재를 사용하여 스테이터 코어 조립체(61)와 별도로 제조된 후 스테이터 지지체(270)와 볼트 체결되는 구조도 적용이 가능하다.
본 발명에 따른 스테이터(60)는 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 분할 코어를 사용하여 구성되는 다수의 스테이터 코어 어셈블리(61)를 도 5에 도시된 바와 같이, 환형상으로 조립하여 구성될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 실시예 설명에서는 코일(66,68)이 권선되는 스테이터 코어가 환형으로 배열되어 상호 연결되는 다수의 분할코어형 스테이터 코어(62)로 구성된 것을 예를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 스테이터 코어가 일체형 또는 부분 분할형 코어로 구성되는 것도 가능하다.
분할코어형 스테이터 코어(62)는 일체형 스테이터 코어와 비교할 때 코일 권선이 저가의 범용 권선기를 사용하여 쉽게 저비용으로 제조 가능한 이점이 있고, 코어 재료의 로스를 줄이는 것이 가능하다.
도 5에 도시된 실시예에서는 각각의 티스마다 한개씩 분할형 스테이터 코어를 사용하여 구성하거나, 몇개의 티스, 예를 들어, 3개 티스를 하나의 분할형 스테이터 코어로 제작하여 이를 조립하는 것도 가능하다. 특히, U, V, W 3상 구동방식의 BLDC 모터에서는 U, V, W의 어느 한상(phase)에 대하여 3개 티스에 연속하여 코일을 권선하는 경우에는 3개 티스를 하나의 분할형 스테이터 코어로 제작하는 것도 바람직하다.
상기 분할코어형 스테이터 코어(62)는 도 5 내지 도 7과 같이 외측에 배치되고 제1코일(66)이 감겨지는 제1티스부(312)와, 제1티스부(312)의 반대쪽, 내측에 형성되어 제2코일(68)이 감겨지는 제2티스부(310)와, 제1티스부(312)와 제2티스부(310) 사이를 구획하는 구획부(314)와, 구획부(314)의 측방향 양쪽 끝부분에 형성되어 분할코어형 스테이터 코어(62) 사이를 상호 연결하는 결합부(320,322)를 포함한다.
본 발명의 스테이터(60)는 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 각각 구동하도록 스테이터 코어(62)의 제1티스부(312)에 감겨지는 제1코일(66)이 아우터 스테이터를 구성하고, 스테이터 코어(62)의 제2티스부(310)에 감겨지는 제2코일(68)이 인너 스테이터를 구성하여, 더블 스테이터를 형성한다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 제1실시예 설명에서는 각 슬롯별로 코어가 분리되어 다수의 분할코어형 스테이터 코어(62)로 구성되는 것을 예시하였으나, 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이 환형의 백요크를 기준으로 분리되어 아우터 스테이터용 스테이터 코어와 인너 스테이터용 스테이터 코어로 분리되어 제조된 후, 조립되는 것도 가능하다.
본 발명에서는 도 13과 같이 제1 및 제2 드라이버(530,540)로부터 아우터 스테이터를 구성하는 제1코일(66)과 인너 스테이터를 구성하는 제2코일(68)로 구동신호를 개별적으로 인가하여, 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 각각 구동한다.
여기에서, 제1코일(66)로는 제1구동신호가 인가되고, 제2코일(68)에는 제2구동신호가 인가되기 때문에, 제1코일(66)로만 구동신호가 인가되면 아우터 로터(50)만 회전되고, 제2코일(68)로만 구동신호가 인가되면 인너 로터(40)만 회전되고, 제1코일(66)과 제2코일(68)에 동시에 구동신호가 인가되면 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)가 동시에 회전된다.
구획부(314)의 중앙에는 관통홀(332)이 형성되어 스테이터 지지체(270)와 일체화를 위해 볼트 체결 용도로 사용될 수 도 있다.
제1티스부(312)의 끝부분에는 제1마그넷(52)과 마주보게 배치되는 제1플랜지부(318)가 형성되고, 제2티스부(310)의 끝부분에는 제2마그넷(42)과 마주보게 배치되는 제2플랜지부(316)가 형성된다.
제1플랜지(318)와 제2플랜지부(316)는 아우터 로터(50)의 제1마그넷(52)과, 인너 로터(40)의 제2마그넷(42)에 각각 대응하도록 소정 곡률로 내향 및 외향 곡면을 이루고 있다. 따라서, 스테이터 코어(62)의 내주면 및 외주면의 진원도가 높아지므로 스테이터(60)의 내주면 및 외주면과 제1마그넷(52) 및 제2마그넷(42)과의 사이가 근접되면서도 일정한 자기갭(gap)을 유지할 수 있다.
스테이터 코어(62) 사이는 자기회로를 형성할 수 있도록 상호 직접 연결된 구조를 가져야된다. 따라서, 결합부(320,322)는 인접한 스테이터 코어(62) 사이가 서로 직접 연결된 구조를 갖는다.
이러한 결합부(320,322)는 일 예로, 구획부(314)의 일측에 결합돌기(322)가 돌출되게 형성되고, 구획부(314)의 타측에 결합돌기(322)가 끼움 결합되는 결합홈(320)이 형성되어, 결합돌기(322)를 결합홈(320)에 끼워 조립하면 다수의 분할형 스테이터 코어(62)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.
이와 같은 본 발명의 구동모터(140)는 인너 로터(40)와 제1코일(66)이 감겨지는 스테이터(60)의 일측(즉, 인너 스테이터) 간에 제1자기회로(L1)를 형성하고, 아우터 로터(50)와 제2코일(68)이 감겨지는 스테이터(60)의 타측(즉, 아우터 스테이터) 간에 제2자기회로(L2)를 형성하여 각각 서로 독립적인 한 쌍의 자기회로를 형성하므로 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)가 각각 별도로 구동될 수 있다.
구체적으로, 제1자기회로(L1)는 N극의 제1마그넷(42), 제1코일(66)이 감겨지는 제1티스부(310), 구획부(314)의 내측부분, N극의 제1마그넷(42)에 인접한 S극의 제1마그넷(42) 및 제1백요크(44)를 경유한다.
그리고, 제2자기회로(L2)는 N극의 제2마그넷(52), N극의 제2마그넷(52)에 대향하고 제2코일(68)이 감겨지는 제2티스부(312), 구획부(314)의 외측부분, S극의 제2마그넷(52) 및 제2백요크(54)를 경유한다.
그러나, 상기 제1 및 제2 자기회로(L1,L2)는 제1 및 제2 티스부(310,312)에 권선되는 제1 및 제2 코일(66,68)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 제1실시예에 따른 구동모터(140)는 인너 로터(40)의 출력이 입력 인너 샤프트(30)에 전달되고, 아우터 로터(Outor Rotor)(50)의 출력이 입력 아우터 샤프트(20)에 전달되는 구조를 가지고 있다.
일반적으로 전자동 세탁기에서는 세탁물 및 세탁수와 접촉면적이 작은 펄세이터(130)보다 세탁물 및 세탁수와 접촉면적이 큰 세탁조(120)를 구동하는 데 더 큰 고토크 구동이 요구된다.
또한, 대직경의 아우터 로터(Outor Rotor)(50)가 소직경의 인너 로터(Inner Rotor)(50)보다 고토크 출력이 얻어지게 된다.
따라서, 제1실시예에 따른 구동모터(140)를 이용하면, 세탁조(120)를 구동하는 데 대직경의 아우터 로터(Outor Rotor)(50)로부터 발생된 고토크 출력을 입력 아우터 샤프트(20)와 유성기어장치(70)의 링기어(72) 및 출력 아우터 샤프트(22)를 통하여 세탁조(120)에 전달하고, 소직경의 인너 로터(Inner Rotor)(40)로부터 발생된 저토크 출력은 입력 인너 샤프트(30)와 유성기어장치(70)의 선기어(74), 유성기어(78) 및 캐리어(76)를 통과하면서 토크 변환되어 고토크의 출력이 출력 인너 샤프트(32)를 통하여 펄세이터(130)에 전달됨에 따라, 상대적으로 고토크 구동이 요구되는 세탁조(120)의 구동이 원활하게 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 세탁 및 헹굼 행정시에 펄세이터(130) 뿐 아니라 세탁조(120)도 동시에 활용한 다양한 세탁 및 헹굼 수류를 형성할 수 있게 된다.
도 5 내지 도 7에 도시된 실시예 설명에서는 스테이터(60)가 다수의 분할코어형 스테이터 코어(62)를 이용하여 다수의 스테이터 코어 조립체(61)를 준비한 후, 다수의 스테이터 코어 조립체(61)를 스테이터 지지체(270)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.
고속, 저토크 회전에는 스테이터 코어의 슬롯 수가 적은 것이 바람직하고, 저속, 고토크 회전에는 스테이터 코어의 슬롯 수가 많은 것이 모터의 효율 측면에서 바람직하다.
예를 들어, 도 1 내지 도 4에 도시된 제1실시예와 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(50)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 가능한 한 적은 수의 슬롯 구조를 선택하는 것이 바람직하다.
일반적으로 더블 스테이터에서 인너 스테이터의 직경이 아우터 스테이터의 직경보다 상대적으로 작기 때문에 인너 스테이터의 슬롯 수는 아우터 스테이터의 슬롯 수보다 작게 설계하는 것이 바람직하다.
그러나, 슬롯과 슬롯 사이의 간격인 슬롯의 오프닝(opening) 폭은 코어에 코일을 권선하기 위해 최소한의 간격(보통 2.5mm 이상)을 유지해야 하는데 슬롯 수가 미리 예정한 코어의 직경에 비해 많게 되면 슬롯의 오프닝(opening) 폭이 최소한의 간격보다 작게 설계하여야 하며 권선 불량이 발생할 수 있다.
또한, 슬롯 수가 미리 예정한 코어의 직경에 비해 많게 되면 인너 및 아우터 로터의 마그넷과 대향하여 자속의 쇄교가 이루어지는 스테이터 코어의 슈(shoe) 부분, 즉 제1플랜지(316)와 제2플랜지부(318)의 면적이 작아져서 자속 누설이 많이 발생하며, 그 결과 효율 저하가 발생하게 된다.
따라서, 인너 스테이터의 슬롯 수는 아우터 스테이터의 슬롯 수보다 작게 설계하는 것이 일반적이나, 상기한 제1실시예 또는 도 11에 도시된 제2실시예와 같이 인너 로터(40)의 출력을 이용하여 최종적으로 저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 인너 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최대로 설정하고, 아우터 로터(50)의 출력을 이용하여 최종적으로 고속, 저토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 아우터 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최소로 설정하는 것이 모터의 효율 측면에서 바람직하다.
한편, 도 12에 도시된 제3실시예와 같이, 아우터 로터(50)의 출력을 이용하여 최종적으로 저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 아우터 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최대로 설정하고, 인너 로터(40)의 출력을 이용하여 최종적으로 고속, 저토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 인너 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최소로 설정하는 것이 모터의 효율 측면에서 바람직하다.
상기한 조건을 만족하기 위해서는 펄세이터 구동에 필요한 회전력을 인가하는 아우터 로터를 구동하는 아우터 스테이터의 슬롯 수를, 세탁조 구동에 필요한 회전력을 인가하는 인너 로터를 구동하는 인너 스테이터의 슬롯 수보다 더 많게 설정하는 것이 필요하다.
이하에 후술하는 도 12의 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)에 적용될 수 있는 구동모터에 대하여 설명한다.
도 8a에 도시된 본 발명의 일예에 따른 구동모터(140b)는 아우터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 상이한 더블 스테이터를 더블 로터와 조합하여 구성되어 있다.
상기한 더블 스테이터의 스테이터 코어(600)는 아우터 스테이터와 인너 스테이터에 자기회로 경로로 공통으로 이용되는 환형의 백요크(610), 상기 백요크(610)의 외측으로 방사상으로 뻗어 있는 T-형상의 다수의 아우터 스테이터 티스(620) 및 상기 백요크(610)의 내측으로 방사상으로 뻗어 있는 T-형상의 다수의 인너 스테이터 티스(630)를 포함하고 있다.
상기 스테이터 코어(600)의 다수의 인너 스테이터 티스(630)와 다수의 아우터 스테이터 티스(620)는 각각 18 슬롯 및 27 슬롯으로 구성되어, 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 서로 다르게 설정되어 있으며, 도 12에 도시된 제3실시예에서 요구하는 아웃터 스테이터의 슬롯 수가 인너 스테이터의 슬롯 수보다 많게 설정되어 있다.
도 8a에 도시된 구동모터(140b)에서 인너 스테이터 티스(630)에 코일이 권선되어 구성되는 인너 스테이터와 인너 로터(40)는 18슬롯-16폴 구조의 인너 모터를 형성하며, 아우터 스테이터 티스(620)에 코일이 권선되어 구성되는 아우터 스테이터와 아우터 로터(50)는 27슬롯-24폴 구조의 아우터 모터를 형성한다.
한편, 상기한 스테이터 코어(600)는 코일 권선을 용이하게 하고, 코어 재료의 로스를 최소화하기 위해 다수의 부분 분할형 분할 코어(601)로 구성할 수 있다. 도 8a에 도시된 스테이터 코어(600)는 모재인 전자강판을 타발한 후 도 8b에 도시된 바와 같이 일정한 두께로 적층하여 3개의 부분 분할형 분할 코어(601)로 분할하여 제조한 후, 환형으로 조립한 것이다.
부분 분할형 분할 코어(601)는 예를 들어, 백요크(610)로부터 인너 스테이터 티스(630)가 9개, 아우터 스테이터 티스(620)가 6개 방사상으로 연장 형성되어 있다. 또한, 부분 분할형 분할 코어(601)의 양 단부에는 이웃하는 분할 코어의 백요크(610)와 상호 결합이 이루어질 수 있도록 결합부(612,614)가 형성되어 있다. 즉, 일측 결합부(612)는 결합돌기가 형성되고, 타측 결합부(614)는 결합돌기가 수용되는 결합홈이 형성되어 있으며, 물리적인 결합이 이루어질 수 있는 것이라면 어떤 결합구조도 적용 가능하다.
이 경우, 분할 코어가 형성하는 원호각은 도 8b에 도시된 120° 또는 60°나 90° 중 어느 한 각을 갖도록 형성될 수 있다. 각각의 분할 코어는 3의 배수로 이루어진 슬롯을 구비하며, 슬롯의 수는 코일 권선 방법에 따라 적어도 6의 배수로 설정할 수 있다. 본 발명의 구동모터(140b)에서 스테이터의 슬롯은 18 내지 36슬롯 범위에서 설정되고 있다.
상기한 구동모터(140b)에서는 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 서로 다르게 설정되면서 스테이터 코어(600)가 일정한 원호각을 갖도록 분리된 구조를 제안하였으나, 본 발명의 스테이터 코어는 환형의 백요크를 기준으로 분리되어 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어로 분리되어 제조된 후, 조립되는 것도 가능하다.
도 9a 내지 도 9c를 참고하면, 본 발명의 다른 예에 따른 구동모터(140c)는 아우터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 상이한 더블 스테이터에서 스테이터 코어(600a)가 아우터 스테이터 코어(621)와 인너 스테이터 코어(631)로 분리 가능하게 결합된 구조를 가지고 있다.
즉, 도 9a와 같이 박판의 전자강판을 타발한 후 적층하여 환형의 백요크(610a)로부터 다수의 인너 스테이터 티스(630)가 연장된 인너 스테이터 코어(631)를 제조하고, 도 9b와 같이 박판의 전자강판을 타발한 후 적층하여 환형의 백요크(610b)로부터 다수의 아우터 스테이터 티스(620)가 연장된 아우터 스테이터 코어(621)를 제조한다.
이 경우, 상기 인너 스테이터 코어(631)에는 백요크(610a)로부터 간격을 두고 다수의 결합돌기(616)가 외측으로 연장 형성되어 있고, 상기 아우터 스테이터 코어(621)에는 백요크(610b)의 내주부로부터 간격을 두고 다수의 결합돌기(616)가 결합되는 다수의 결합홈(618)이 백요크(610b)의 내측으로 형성되어 있다.
그 후, 도 9c와 같이 인너 스테이터 코어(631)의 결합돌기(616)를 아우터 스테이터 코어(621)의 결합홈(618)에 삽입하여 조립하면, 더블 스테이터용 스테이터 코어(600a)가 얻어진다. 상기 인너 스테이터 코어(631)의 백요크(610a)와 아우터 스테이터 코어(621)의 백요크(610b) 전체의 폭은 인너 스테이터 티스(630)나 아우터 스테이터 티스(620)와 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.
도 9c에 도시된 본 발명의 다른 예에 따른 구동모터(140c)는 도 8a의 구동모터(140b)와 동일하게 인너 스테이터 티스(630)에 코일이 권선되어 구성되는 인너 스테이터와 인너 로터(40)는 18슬롯-16폴 구조의 인너 모터를 형성하며, 아우터 스테이터 티스(620)에 코일이 권선되어 구성되는 아우터 스테이터와 아우터 로터(50)는 27슬롯-24폴 구조의 아우터 모터를 형성한다.
상기한 제1실시예 또는 후술하는 도 11에 도시된 제2실시예와 같이 인너 로터(40)의 출력을 이용하여 유성기어장치(70)를 거치면서 최종적으로 저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 인너 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최대로 설정하는 것이 바람직하다.
그러나, 저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 인너 로터(40)를 구동하는 인너 스테이터의 슬롯 수를 최대로 설정하는 것이 바람직하나, 아우터 스테이터보다 작은 직경의 코어에 다슬롯 구조를 채택하는 것은 한계가 있다.
도 10a 내지 도 10d는 각각 본 발명에 따른 구동모터에서 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어의 박판 적층 수를 상이하게 설정함에 의해 부족한 구동 토크를 보완할 수 있는 다양한 실시예 구조를 보여주고 있다.
본 발명에 따른 구동모터는 인너 로터(40)와 아우터 로터(50) 사이에 더블 스테이터를 구성하는 스테이터 코어(605a~605d)가 간격을 두고 배치되어 있다.
이 경우, 스테이터 코어(605a~605c)는 각각 외측 및 내측에 배치되며 박판의 전자강판을 타발한 후 타발된 다수의 박판을 적층하여 구성되는 아우터 스테이터 코어(631)와 인너 스테이터 코어(621)가 결합되어 구성된다.
도 10a에 도시된 스테이터 코어(605a)는 인너 스테이터 코어(621)를 구비하는 인너 스테이터와 인너 로터(40)로 구성되는 인너 모터의 구동토크가 부족할 때 스테이터 코어의 박판 적층수를 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어 모두를 높이는 대신에 인너 스테이터 코어(621)의 박판 적층수를 아우터 스테이터 코어(631)보다 더 높게 설정함에 의해 부족한 토크를 보완한 구조이다.
이 경우, 인너 스테이터 코어(621)와 대향한 인너 로터(40)의 마그넷(42)과 백요크(44)의 높이도 인너 스테이터 코어(621)의 적층 높이에 비례하여 동시에 증가시키는 것이 바람직하다.
즉, 도 10a와 같이 인너 스테이터 코어(621)의 박판 적층수를 정상적인 아우터 스테이터 코어(631)보다 더 높게 설정하는 경우 마그넷이 증가하고 인너 로터(40)의 마그넷(42)과 대향하는 인너 스테이터 코어(621)의 면적(즉, 마그넷과 대향하여 자속의 쇄교가 이루어지는 스테이터 코어의 슈(shoe) 부분)이 증가하게 되어 누설자속이 감소한다. 그 결과 인너 스테이터 코어(621)의 박판 적층수가 증가된 본 발명은 박판 적층수가 증가되지 않은 일반적인 경우와 비교하여 인너 로터(40)의 회전 토크는 증가함에 따라 미리 설정된 내경의 로터에서 부족한 토크를 보완할 수 있게 된다.
도 10b에 도시된 스테이터 코어(605b)는 아우터 스테이터 코어(631)를 구비하는 아우터 스테이터와 아우터 로터(50)로 구성되는 아우터 모터의 구동토크가 부족할 때 스테이터 코어의 박판 적층수를 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어 모두를 높이는 대신에 아우터 스테이터 코어(631)의 박판 적층수를 인너 스테이터 코어(621)보다 더 높게 설정함에 의해 부족한 토크를 보완한 구조이다.
이 경우, 아우터 스테이터 코어(631)와 대향한 아우터 로터(50)의 마그넷(52)과 백요크(54)의 높이도 아우터 스테이터 코어(631)의 적층 높이에 비례하여 동시에 증가시키는 것이 바람직하다.
도 10b와 같이 아우터 스테이터 코어(631)의 박판 적층수를 정상적인 인너 스테이터 코어(621)보다 더 높게 설정하는 경우 마그넷이 증가하고 아우터 로터(50)의 마그넷(52)과 대향하는 아우터 스테이터 코어(631)의 면적(즉, 마그넷과 대향하여 자속의 쇄교가 이루어지는 스테이터 코어의 슈(shoe) 부분)이 증가하게 되어 누설자속이 감소한다. 그 결과, 아우터 스테이터 코어(631)의 박판 적층수가 증가된 본 발명은 박판 적층수가 증가되지 않은 일반적인 경우와 비교하여 아우터 로터(50)의 회전 토크는 증가함에 따라 미리 설정된 외경의 로터에서 부족한 토크를 보완할 수 있게 된다.
도 10c에 도시된 스테이터 코어(605c)는 도 10b에 도시된 스테이터 코어(605b)와 비교할 때, 아우터 스테이터 코어(631)의 박판 적층수를 인너 스테이터 코어(621)보다 더 높게 설정함에 의해 부족한 토크를 보완한 구조인 점은 동일하다. 차이점은 부족한 토크를 보완을 실현하는 방법에서 추가로 적층되는 박판이 축방향으로 대칭되게 증가하지 않고, 축방향의 일측으로 박판 적층이 이루어진 점이다.
상기한 일측 방향으로 박판 적층이 이루어진 경우도 양측으로 대칭되게 박판 적층이 증가한 경우와 비교할 때, 증가되는 토크값은 차이가 없다.
동일한 방법으로 인너 스테이터 코어(621)의 박판 적층수를 증가시켜서 인너 로터(40)의 회전 토크를 증가시킬 때, 도 10a와 같이 추가로 적층되는 박판이 축방향으로 대칭되게 증가하지 않고, 축방향의 일측으로 박판 적층이 이루어지는 것도 동일한 토크 증가가 이루어진다.
도 10d에 도시된 스테이터 코어(605d)는 도 10c에 도시된 스테이터 코어(605c)와 비교할 때, 아우터 로터(50)의 회전 토크를 증가시키기 위해 추가로 적층되는 박판이 축방향의 일측으로 박판 적층이 이루어진 점은 동일하다.
차이점은 부족한 토크의 보완을 실현하는 방법에서 스테이터 코어(605c)는 인너 스테이터 코어(621)와 아우터 스테이터 코어(631)를 각각 제조한 후 결합시킨 방법으로 구성한 것이나, 스테이터 코어(605d)는 인너 스테이터 코어(621)에 요구되는 박판 적층수 만큼 인너 스테이터 코어와 아우터 스테이터 코어를 일체형으로 준비한 후, 아우터 스테이터에 대하여는 추가로 박판을 적층시킨 구조를 채용하고 있다.
즉, 스테이터 코어(605d)는 인너 스테이터 코어와 아우터 스테이터 코어가 일체형으로 제작된 일체형 코어부(607)와, 상기 일체형 코어부(607)의 아우터 스테이터에 대하여 추가로 적층된 추가적층코어부(608)를 포함하고 있다.
상기 추가적층코어부(608)는 토크 보강이 요구되는 인너 로터(40) 또는 아우터 로터(50)에 따라 일체형 코어부(607)의 내측 또는 외측에 적층됨에 따라 부족한 토크를 보완할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
제2실시예에 따른 세탁기 구동장치(150a)는 외조(110)의 하부에 장착되고 펄세이터(130)와 세탁조(120)를 회전 구동시키도록 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)로부터 고속, 저토크의 쌍동력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140)와, 상기 구동모터(150)의 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)에 의해 제공되는 고속, 저토크의 제1 및 제2 입력을 받아서 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키는 제1출력과, 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력을 제공하도록 선택적으로 감속(토크 변환)시키는 토크변환장치인 유성기어장치(70)를 포함한다.
제2실시예에 따른 세탁기 구동장치(150a)는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140)와, 유성기어장치(70)를 포함하는 점에서 제1실시예의 세탁기 구동장치(150)와 동일하다.
제2실시예와 제1실시예 사이의 차이점은 구동모터(140)에서 스테이터(60)를 지지하는 스테이터 지지체가 제1실시예에서는 다수의 스테이터 코어 조립체(61)가 환형으로 배열되고 외주부가 외조(110)에 고정되며, 내부에 관통구멍이 형성되는 구조를 가지고 있으나, 제2실시예에서는 내부에 관통구멍 대신에 지지체가 형성되는 구조를 가지고 있다.
제2실시예에서 스테이터 지지체(200)는 스테이터 코어 조립체(61)의 외측에 배치되는 외측 스테이터 지지체(210)와 스테이터 코어 조립체(61)의 내측에 배치되는 내측 스테이터 지지체(211)를 포함하고 있다.
외측 스테이터 지지체(210)는 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되며 다수의 스테이터 코어 조립체(61)의 외측면에 연결되는 외측 코어 고정부(212)와, 외측 코어 고정부(212)에서 2단 절곡되어 내측에 아우터 로터(50)를 둘러싸도록 연장된 제1연결부재(214)와, 제1연결부재(214)에서 직각으로 절곡된 후 방사방향으로 연장되어 외조(110)에 볼트(280)로 고정되는 외조 고정부(216)를 포함한다.
또한, 내측 스테이터 지지체(211)는 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되며 다수의 스테이터 코어 조립체(61)의 내측면에 연결되는 내측 코어 고정부(213)와, 내측 코어 고정부(213)에서 2단 절곡되어 내측에 인너 로터(40)를 둘러싸도록 연장된 제2연결부재(215)와, 제2연결부재(215)에서 직각으로 절곡된 후 중심방향으로 연장되어 제1베어링(26)이 장착되는 베어링 장착부(217)를 포함한다.
상기 제1베어링(26)은 내측 스테이터 지지체(211)의 베어링 장착부(217)에 설치됨에 따라 입력 아우터 샤프트(20)를 회전 가능하게 지지할 수 있고, 구동모터(140)와 유성기어장치(70)의 조립성을 개선할 수 있으며, 제1베어링(26)을 장착하기 위한 별도의 베어링 하우징이 불필요하여 부품수를 줄일 수 있고, 구조를 단순화할 수 있다.
더욱이, 제1베어링(26)을 구비한 내측 스테이터 지지체(211)가 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)의 사이에 배치되어 유성기어장치(70)를 회전 가능하게 지지함에 따라 세탁 및 헹굼 행정에서 인너 로터(40)와 아우터 로터(50)가 서로 반대방향으로 회전하는 경우에도 안정된 지지가 가능하게 된다. 따라서, 구동모터(140)와 유성기어장치(70)의 안정된 지지에 의해 소음발생 요인을 감소시키게 된다.
외측 스테이터 지지체(210)에는 제어유닛으로부터 제1 및 제2 구동신호를 제1코일(66) 및 제2코일(68)로 인가하는 커넥터(도시되지 않음)가 일체로 설치될 수 있다.
제1실시예에서는 아우터 로터 지지체(56)의 내측 단부가 입력 아우터 샤프트(20)에 결합되어 아우터 로터(50)의 출력을 링기어(72)로 전달하는 것이나, 제2실시예에서는 아우터 로터 지지체(56)의 내측 단부가 입력 아우터 샤프트(20)와 링기어(72)를 둘러싸면서 결합되는 원통 결합구조를 가지고 있고, 원통의 바닥과 내주부의 넓은 접촉 면적으로 결합이 이루어질 수 있게 되며, 제1베어링(26)에 의해 아우터 로터 지지체(56)의 내측 단부가 입력 아우터 샤프트(20)로부터 이탈하는 것을 차단하여 고정시키는 스토퍼 역할을 할 수 있다. 따라서, 제1실시예와 같은 제1고정너트(34)의 체결을 생략할 수 있다.
상기한 제2실시예에서는 아우터 로터(50)의 아우터 로터 지지체(56)가 링기어(72)에 결합되어 아우터 로터(50)의 출력(즉, 회전력)이 직접 전달되는 것이므로, 동력 전달 효율 측면에서 가장 바람직한 구조이다.
또한, 제2실시예에서 인너 로터 지지체(46)의 내면에는 인너 로터 지지체(46)를 입력 인너 샤프트(30)에 연결하기 위한 금속 연결판(48)이 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성된다.
더욱이, 제2실시예에서 스테이터 지지체(200)에는 회전되는 인너 로터(40)를 보호하는 프로텍터(218)가 구비되어 있다. 프로텍터(218)는 외측 코어 고정부(212)에서 인너 로터(40)를 입력 인너 샤프트(30)에 고정시키기 위한 제2고정너트(36)가 노출되지 않을 정도로 축방향을 따라 연장 형성되는 것이 바람직하다.
제2실시예에 따른 세탁기 구동장치(150a)와 같이 프로텍터(218)를 구비하게 되면, 로터와 인접한 다른 부품 사이의 간섭을 방지할 수 있고 이에 따라 구동모터에 근접한 위치에 다른 부품을 설치할 수 있어 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
상기한 제1 및 제2 실시예에 따른 세탁기 구동장치(150,150a)에서는 구동모터(140)의 인너 로터(40)의 출력이 입력 인너 샤프트(30)를 통하여 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 인가되고, 아우터 로터(50)의 출력이 입력 아우터 샤프트(30)를 통하거나 또는 직접 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 인가되는 구조이나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 도 12에 도시된 제3실시예와 같이 변경될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 12를 참고하면, 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)는 제1 및 제2 회전동력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140b)와, 상기 제1 및 제2 회전동력을 전달받아 세탁기의 세탁 행정과 탈수 행정에 필요한 제1 및 제2 출력을 발생하는 유성기어장치(70)를 포함하고 있다.
제1 및 제2 실시예와 반대로 제3실시예에 따른 구동모터(140b)는 아우터 로터(50)의 출력(제1회전동력)이 입력 인너 샤프트(30)를 통하여 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 인가된 후, 유성기어(78)를 통과하면서 감속되어 제1출력으로서 출력 인너 샤프트(32)를 통하여 펄세이터(130)에 전달되고, 인너 로터(40)의 출력(제2회전동력)은 입력 아우터 샤프트(20)를 통하여 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 인가된 후 감속없이 제2출력으로서 출력 아우터 샤프트(22)를 통하여 세탁조(120)에 전달되는 구조를 제안하고 있다.
제3실시예에 따른 구동모터(140b)는 제2실시예와 유사하게 스테이터(60)를 지지하는 스테이터 지지체(200)가 외측 스테이터 지지체와 내측 스테이터 지지체로 구성되고, 내측 스테이터 지지체의 베어링 장착부에 제1베어링을 설치하여 입력 인너 샤프트(30)와 유성기어장치(70)를 회전 가능하게 지지하는 것도 가능하다.
제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)에서 제1 및 제2 실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)에서는 세탁조(120)와 인너 로터(40)가 유성기어장치(70)의 링기어(72)를 통하여 연결되고, 펄세이터(130)와 아우터 로터(50)가 유성기어장치(70)의 선기어(74)와 유성기어(78)를 통하여 연결되어 있다.
제1 및 제2 실시예에 따른 세탁기 구동장치(150,150a)는 인너 로터(40)의 회전력이 펄세이터(130)로 전달되고, 아우터 로터(50)의 회전력이 세탁조(120)로 전달되는 것이나, 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)에서는 아우터 로터(50)의 회전력이 펄세이터(130)로 전달되고, 인너 로터(40)의 회전력이 세탁조(120)로 전달된다는 점에서 차이가 있다.
제1 및 제2 실시예의 인너 및 아우터 로터 지지체(46,56)는 2단 절곡된 구조를 가지고 있으나, 제3실시예의 인너 및 아우터 로터 지지체(46a,56a)는 원형의 판 형상을 이룬다.
상기한 바와 같이, 아우터 로터(50)를 이용하여 최종적으로 저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해 아우터 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최대로 설정하고, 인너 로터(40)를 이용하여 최종적으로 고속, 저토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해 인너 스테이터의 슬롯 수를 가능한 최소로 설정하는 것이 모터의 효율 측면에서 바람직하다.
제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)에서는 상기한 조건을 만족하기 위해서는 펄세이터 구동에 필요한 회전력을 인가하는 아우터 로터(50)를 구동하는 아우터 스테이터의 슬롯 수를, 세탁조 구동에 필요한 회전력을 인가하는 인너 로터(40)를 구동하는 인너 스테이터의 슬롯 수보다 더 많게 설정한 구동모터(140b,140c)를 적용할 수 있다.
상기 구동모터(140b,140c)는 도 8a 내지 도 9c에 도시된 구조를 적용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 제1 내지 제3 실시예에 따른 세탁기 구동장치(150,150a,150b)는 선택된 구동모터(140,140b,140c)에서 아우터 로터(50)와 인너 로터(40) 중 하나의 구동토크를 추가적으로 증가시키는 것이 요구될 때, 도 10a 내지 도 10d에 도시된 스테이터 코어(605a~605d) 중 어느 하나의 구조를 적용함에 의해 부족한 구동 토크를 보완할 수 있다.
이하에 본 발명에 따른 세탁기의 제어방법을 도 13 및 도 14를 참고하여 설명한다.
도 13은 본 발명에 따른 세탁기 제어장치의 블록 회로도이고, 도 14는 본 발명에 따른 전체적인 세탁기 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 13을 참고하면, 본 발명에 따른 세탁기 제어장치는 인너 스테이터 코어(621)에 권선된 제1코일(66)로 인가되는 제1구동신호를 발생하는 제1드라이버(530)와, 아우터 스테이터 코어(631)에 권선된 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(140)는 더블 로터-더블 스테이터로 구성된 쌍동력 구조의 BLDC 모터로 이루어진 것이고, 예를 들어, U, V, W 3상 구동방식으로 모터 제어가 이루어진다. 따라서, 스테이터(60)의 제1 및 제2 코일(66,68)도 각각 U, V, W 3상 코일로 구성된다.
본 발명의 스테이터(60)는 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 각각 구동하도록 제1코일(66)을 구비하는 아우터 스테이터와, 제2코일(68)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(50)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(66,68)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(50)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(66,68)의 U, V, W 3상 코일로 인가하여 아우터 로터(50)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 발명에 따른 세탁기의 작용을 도 14를 참고하여 다음에 설명한다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 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(60)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(140)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(50)만을 구동하거나 또는 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)를 동일한 방향/동일한 RPM으로 회전할 수 있도록 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)를 제어하여 제1코일(66)과 제2코일(68)에 동일한 구동신호를 인가함에 의해 유성기어장치(70)를 통하여 세탁조(120)를 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, 발생된 3상 교류전력은 스테이터(60)의 제1코일(66) 및 제2코일(68)에 선택적, 독립적으로 인가된다. 이에 따라 스테이터(60)의 제1코일(66) 및 제2코일(68)에 의해 구동되는 인너 로터(40) 및 아우터 로터(50)의 출력은 각각 고속, 저토크 특성을 가지는 회전력을 제공한다.
먼저, 세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 때, 제1드라이버(530)로부터 인너 스테이터의 제1코일(66)로 3상 교류전력을 인가하면, 인너 로터(40)가 회전되고, 인너 로터(40)의 고속, 저토크 특성 출력은 인너 로터(40)와 연결된 입력 인너 샤프트(30)로 전달된다. 즉, 인너 로터(40)의 출력은 입력 인너 샤프트(30)를 통하여 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 제1RPM의 제1입력으로 인가된다.
이 경우, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(50)를 고정시키면 이와 연결된 입력 아우터 샤프트(20)가 고정되면서 이와 연결된 링기어(72)도 고정된다. 이에 따라, 인너 로터(40)로부터 제1RPM의 제1입력(즉, 고속, 저토크 특성 입력)이 선기어(74)에 입력되어 선기어(74)가 회전되면, 다수의 유성기어(78)는 자전하면서 링기어(72)의 내주부를 따른 공전이 이루어짐에 따라 유성기어(78)의 회전축(78a)과 연결된 캐리어(76)도 인너 로터(40)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전된다. 이 경우, 캐리어(76)의 회전속도는 선기어와 링기어의 기어 잇수에 따라 설정되는 변속비에 따라 감속이 이루어져서 캐리어(76)로부터 저속, 고토크 특성을 갖는 제2RPM의 제1출력이 발생한다.
유성기어장치(70)의 캐리어(76)는 출력 인너 샤프트(32)에 제1출력을 전달함에 따라 펄세이터(130)는 저속, 고토크 출력을 전달받아 세탁 또는 헹굼 행정이 고효율로 이루어지게 된다.
상기 제1RPM의 제1입력이 제2RPM의 제1출력으로 감속되면서 토크는 증대되어 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시킨다.
상기 링기어(72)를 고정할 때 유성기어장치(70)의 캐리어(78)로부터 얻어지는 변속비(즉, 감속비)는 하기 수학식 1과 같이 결정된다.
Figure PCTKR2016004704-appb-M000001
여기서, zr은 링기어의 잇수이고, zs는 선기어의 잇수이다.
제2드라이버(540)에 의해 아우터 로터(50)와 링기어(72)에 전자 브레이크를 인가하는 방법은 예를 들어, 제2드라이버(540)로부터 스테이터(60)의 제2코일(68)로 인가되는 3상 교류전력을 차단하거나 또는 제2코일(68)을 단락시켜서 아우터 로터(50)와 연결된 링기어(72)를 정지시키는 방법을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 때, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(50)와 연결된 링기어(72)를 고정시키는 대신에 링기어(72)를 제어하여 캐리어(76)를 통하여 출력되는 유성기어장치(70)의 제1출력의 변속량(바람직하게는 감속량)을 제어할 수 있다.
즉, 아우터 로터(50)의 출력은 입력 아우터 샤프트(20)를 통하여 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 제2입력으로 인가된다. 링기어(72)에 인가되는 제2입력은 유성기어장치(70)의 제1출력의 감속량을 제어하기 위한 제어입력으로 사용될 수 있다.
이 경우, 예를 들어, 제2입력이 제1입력의 회전방향과 반대방향이고, 제2입력의 제2RPM이 제1입력의 제1RPM의 1/2인 경우, 캐리어(76)를 통하여 출력되는 유성기어장치(70)의 제1출력은 제1입력과 회전방향이 반대이고 1/5로 감속된 RPM의 출력이 얻어진다. 예를 들어, 선기어 입력/캐리어 출력 구조의 유성기어장치에서 캐리어 출력의 변속비(즉, 감속비)가 예를 들어, 5:1로 설정된 경우, 제1입력 250RPM, 제2입력 (-)125RPM일 때, 캐리어 출력은 (-)50RPM이 얻어진다.
또한, 제2입력이 제1입력의 회전방향과 동일한 방향이고, 제2입력의 제2RPM이 제1입력의 제1RPM보다 작은 경우, 제1출력은 제1입력과 회전방향의 변경없이 전자 브레이크에 의해 제2입력의 제2RPM이 제로인 경우의 감속비(5:1) 보다 더 작은 감속비로 감속된 RPM의 출력이 얻어진다. 예를 들어, 제1입력 800RPM, 제2입력 200RPM일 때, 캐리어 출력은 320RPM이 얻어진다.
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(50)의 순방향 RPM을 제어하거나 아우터 로터(50)를 역회전 또는 정회전시키는 방법으로 제1출력의 RPM과 토크를 제어할 수 있다.
본 발명에서는 선기어 입력/캐리어 출력 구조의 유성기어장치(70)에서 캐리어(76) 출력의 변속비(즉, 감속비)가 5:1이면, 인너 로터(40)로부터 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 RPM이 1000RPM인 경우, 링기어(72)가 정지상태일 때 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM은 200RPM으로 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.
상기와 같이, 링기어(72)를 고정시키지 않고 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(50)를 역방향으로 구동함에 의해 캐리어(76)를 통하여 출력되는 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM을 증가시키거나 감소시킴에 의해 감속량을 미세하게 제어할 수 있다.
즉, 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 링기어(72)의 회전이 이루어지도록 하면 캐리어(76)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(76)를 통한 유성기어장치(70)의 제1출력은 제2RPM 보다 RPM이 감소하게 된다.
본 발명에서는 세탁 또는 헹굼 행정을 수행하기 위하여 선기어(74)에 입력되는 제1RPM의 제1입력을 감속시킴에 의해 토크를 증대시키고자 할 때, 제어입력으로 링기어(72)에 인가되는 제2입력의 제2RPM은 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 제1RPM보다 작게 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 링기어(72)에 인가되는 제2입력은 선기어(74)에 입력되는 제1입력과 동일방향 또는 반대방향일 수 있다.
이 경우, 링기어(72)에 인가되는 제2입력이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 반대방향으로 회전되고, 링기어(72)에 인가되는 제2입력의 제2RPM이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 제1RPM의 1/4인 경우, 캐리어 출력은 제로(0)RPM, 즉 가장 큰 감속이 이루어지게 된다.
예를 들어, 제1입력 800RPM, 제2입력 (-)200RPM일 때, 캐리어 출력은 0RPM이 얻어진다.
또한, 링기어(72)에 인가되는 제2입력이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 반대방향으로 회전되고, 링기어(72)에 인가되는 제2입력의 제2RPM이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 제1RPM의 1/4보다 작게 설정되는 경우 캐리어 출력은 선기어(74)에 입력되는 제1입력과 동일방향으로 회전되면서 링기어(72)가 고정상태일 때보다 더 큰 감속된 출력을 얻을 수 있게 된다.
예를 들어, 제1입력 600RPM, 제2입력 (-)87RPM일 때, 캐리어 출력은 50.4RPM이 얻어진다.
더욱이, 링기어(72)에 인가되는 제2입력이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 반대방향으로 회전되고, 링기어(72)에 인가되는 제2입력의 제2RPM이 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 제1RPM의 1/4보다 크고 1/2보다 작게 설정되는 경우, 캐리어 출력은 선기어(74)에 입력되는 제1입력과 반대방향으로 회전되면서 링기어(72)가 고정상태일 때보다 더 큰 감속된 출력을 얻을 수 있게 된다.
예를 들어, 제1입력 1200RPM, 제2입력 (-)400RPM일 때, 캐리어 출력은 (-)80RPM이 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 제2드라이버(540)로부터 아우터 스테이터의 제2코일(68)로 구동신호를 인가하여, 아우터 로터(50)(즉, 링기어(72))를 고속, 저토크 특성의 1000RPM으로 순방향으로 회전시키고, 제1코일(66)에는 구동신호를 인가하지 않아 인너 로터(40)가 자유회전되거나, 인너 로터(40)를 아우터 로터(50)와 동일하게 1000RPM으로 순방향으로 회전 구동한다.
그 결과, 유성기어장치(70)의 링기어(72)에만 고속, 저토크 특성의 회전력이 전달되거나 링기어(72)와 선기어(74)에 동일하게 고속, 저토크 특성의 제1입력의 회전력이 전달되면, 제1 내지 제4 슬리브 베어링(80,82,84,86)과 제1 및 제2 베어링(26,28)에 회전 가능하게 지지된 링기어(72) 또는 유성기어장치(70) 전체가 감속없이 1000RPM으로 회전하게 된다.
따라서, 링기어(72)의 고속, 저토크 특성의 회전력은 출력 아우터 샤프트(22)를 통하여 세탁조(120)에 전달되어 탈수 행정이 이루어지거나, 유성기어장치(70) 전체의 회전에 따라 고속, 저토크 특성의 회전력이 출력 아우터 샤프트(22)와 출력 인너 샤프트(32)를 통하여 세탁조(120)와 펄세이터(130)에 전달되어 탈수 행정이 이루어진다.
그 결과, 아우터 로터(50)와 인너 로터(40)의 고속, 저토크 특성의 제1입력이 유성기어장치(70)에서 감속(토크 변환) 없이 세탁조(120)와 펄세이터(130)에 전달되어 탈수 행정이 이루어짐에 따라 탈수 행정이 고효율로 이루어지게 된다.
본 발명에 따른 유성기어장치의 작용을 정리하면 다음과 같다.
우선, 링기어에 인가되는 입력이 선기어 입력과 반대방향이고, 링기어의 RPM이 선기어 RPM보다 더 높게 증가함에 따라, 캐리어 출력은 링기어 입력과 동일한 방향이고 링기어의 RPM에 종속되면서 링기어의 RPM에 비례하여 선기어 RPM보다 증속된 RPM이 얻어지고, 링기어 RPM이 선기어 RPM보다 작은 경우 캐리어 RPM은 링기어 입력과 동일한 방향이고 링기어의 RPM에 비례하여 선기어 RPM보다 감속된 RPM이 얻어진다.
또한, 링기어에 인가되는 입력이 선기어 입력과 동일한 방향이고, 링기어의 RPM이 선기어 RPM보다 더 높게 증가함에 따라, 캐리어 출력은 링기어 입력과 동일한 방향이고 링기어의 RPM에 종속되면서 링기어의 RPM에 비례하여 선기어 RPM보다 증속된 RPM이 얻어지고, 링기어 RPM이 선기어 RPM보다 작은 경우 캐리어 RPM은 링기어 입력과 동일한 방향이고 링기어 RPM보다 크고 선기어 RPM에서 감속되어 선기어 RPM보다 작은 RPM이 얻어진다.
한편, 본 발명에서는 유성기어장치(70)가 양방향 회전이 가능한 제1 및 제2 베어링(26,28)에 의해 지지되어 있기 때문에 펄세이터(130) 및 세탁조(120)의 회전방향과 회전속도를 다양하게 제어할 수 있고 다양한 세탁 수류를 형성할 수 있다.
본 발명에서는 유성기어장치(70)가 구속된 상태에 있지 않기 때문에 세탁조(120) 내부에 일정량 이상의 세탁물이 투입된 경우 펄세이터(130)에 부하가 걸리게 되고, 펄세이터(130)와 연결된 캐리어(76)가 브레이크 장치로 작용하게 된다. 그러면, 인너 로터(40)의 회전력이 선기어(74)로 입력될 때 회전력이 링기어(72)로 출력되어 링기어(72)와 연결된 세탁조(120) 및 아우터 로터(50)가 인너 로터(40)의 회전방향과 반대인 역방향, 즉 반시계 방향(CCW)으로 회전하게 된다.
그러나, 세탁조(120) 내부에 세탁물이 없거나 세탁물이 설정치 이하로 적을 경우(펄세이터(130)에 부하가 없거나 부하가 적을 경우), 유성기어장치(70)의 링기어(72)가 입력 및 출력 아우터 샤프트(20,22) 및 세탁조(120)에 연결된 상태이므로 브레이크 작용을 하게 되고, 이에 따라 인너 로터(40)의 회전력이 선기어(74)로 입력되고 캐리어(76)로 출력된다. 따라서, 캐리어(76)에 연결된 펄세이터(130)가 감속된 속도로 회전된다.
즉, 세탁조(120) 내부에 세탁물이 없거나 세탁물이 설정치 이하로 적을 경우 인너 로터(40)의 회전력이 펄세이터(130)로 전달되어 펄세이터(130)가 회전된다.
이와 같이, 펄세이터(130)만 회전 구동하면 수직 상승 및 하강 회전 수류를 형성시킬 수 있고, 주로 일반적인 세탁 행정에서 사용되고 있다.
전자동 세탁기의 세탁에 있어서는 펄세이터(130)가 회전할 때 세탁조(120)가 고정 또는 역회전되어야 상승 및 하강 수류가 생성되어 세탁의 효율을 극대화시킬 수 있다. 그러나, 본 발명은 유성기어장치(70)에 대하여 클러치와 같은 구속물이 없는 구조로서 세탁조(120)가 구동모터의 아우터 로터(50)에 취부된다면 세탁조(120)는 펄세이터(130)의 회전에 편승하여 회전하게 된다. 그러나 이러한 세탁조(120)의 편승 회전은 상승 및 하강 수류를 방해하는 와류를 형성하게 되어 일측면만 세탁이 이루어지게 되므로 세탁의 효율을 떨어트린다.
상기한 실시예 설명에서는 구동모터(140)를 채용한 제1 및 제2 실시예에 따른 세탁기 구동장치(150,150a)를 이용하는 세탁방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 구동모터(140b,140c)를 채용한 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)를 이용하는 세탁방법에 대하여도 같은 방식으로 적용될 수 있다.
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 있다. 한쌍의 출력을 발생하는 동력원이라면 다른 구조, 다른 방식의 어떤 구동모터도 사용할 수 있다. 쌍동력 구동모터는 레이디얼 갭형과 액시얼 갭형의 조합, BLDC 방식과 인덕션 방식의 조합 등이 적용될 수 있다.
또한, 상기한 실시예 설명에서는 세탁기 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 이용하는 것이나, 구동모터로부터 인가되는 입력을 감속시킬 수 있는 것이라면 어떤 구조의 유성기어장치도 사용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 세탁기 구동장치는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터로부터 발생된 고속, 저토크 특성의 쌍동력 출력을, 유성기어장치(70)를 통과시키면서 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키는 제1출력과, 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력으로 변환하여 펄세이터(130) 및 세탁조(120)에 인가함에 의해 세탁 행정 및 헹굼 행정과 탈수 행정을 높은 효율로 실행할 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 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 서로 다른 특성의 구동력을 고효율로 제공할 수 있고, 다양한 세탁 수류를 형성할 수 있는 세탁기 구동장치 및 그의 제어, 특히 전자동 세탁기에 적용된다.

Claims (20)

  1. 더블 스테이터에 의해 독립적으로 제어 가능한 인너 로터와 아우터 로터를 구비하고, 선택적으로 인너 로터 출력과 아우터 로터 출력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터;
    상기 인너 로터 출력을 제1입력으로 전달하는 입력 인너 샤프트;
    상기 입력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 아우터 로터 출력을 제2입력으로 전달하는 입력 아우터 샤프트; 및
    상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 제1입력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력의 변속비가 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 제2입력에 의해 제어되는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어로부터 발생된 출력을 펄세이터에 전달하는 출력 인너 샤프트;
    상기 링기어로부터 발생된 출력을 세탁조에 전달하는 출력 아우터 샤프트; 및
    상기 입력 아우터 샤프트와 출력 아우터 샤프트에 각각 설치되어 상기 유성기어장치를 양방향으로 회전가능하게 지지하는 제1 및 제2 베어링을 더 포함하며,
    상기 제1베어링은 스테이터로부터 내측으로 연장된 스테이터 지지체에 설치되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 링기어에 인가되는 제2입력의 RPM은 선기어에 인가되는 제1입력의 RPM보다 작게 설정되고, 상기 캐리어의 출력은 제1입력의 RPM에서 감속이 발생하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1입력은 고속, 저토크 특성을 가지며,
    상기 캐리어 출력은 저속, 고토크 특성을 가지며, 상기 세탁기의 세탁 또는 헹굼 행정에 이용되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2입력의 회전방향이 제1입력의 반대방향이고, 상기 제2입력의 RPM이 제1입력의 1/4일 때, 상기 캐리어로부터 제1입력의 RPM에서 최대로 감속된 출력이 발생하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1입력과 제2입력의 회전방향과 RPM이 동일한 경우 상기 링기어의 출력은 변속이 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 입력은 각각 고속, 저토크 특성을 가지며,
    상기 링기어 출력은 고속, 저토크 특성을 가지며, 상기 세탁기의 탈수 행정에 이용되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 더블 스테이터는 환형 백요크의 외측 및 내측에 다수의 아우터 티스와 다수의 인너 티스가 연장 형성된 스테이터 코어를 구비하며,
    상기 스테이터 코어는 상기 아우터 티스의 슬롯 수와 인너 티스의 슬롯 수가 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 아우터 티스의 슬롯 수는 인너 티스의 슬롯 수보다 더 많게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 더블 스테이터는
    아우터 로터를 구동하는 아우터 스테이터; 및
    인너 로터를 구동하는 인너 스테이터를 포함하며,
    상기 아우터 스테이터에 구비된 아우터 스테이터 코어의 슬롯 수는, 상기 인너 스테이터에 구비된 인너 스테이터 코어의 슬롯 수보다 더 많게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 아우터 스테이터 코어는 환형의 제1백요크로부터 다수의 아우터 스테이터 티스가 연장되어 있고, 상기 인너 스테이터 코어는 환형의 제2백요크로부터 다수의 인너 스테이터 티스가 연장되어 있으며,
    상기 아우터 스테이터 코어와 인너 스테이터 코어는 제1 및 제2 백요크가 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 더블 스테이터는 상호 환형으로 결합되는 다수의 부분 분할형 분할코어를 포함하며,
    상기 다수의 부분 분할형 분할코어는 각각 상기 아우터 티스의 슬롯 수와 인너 티스의 슬롯 수가 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 더블 스테이터는 인너 스테이터와 아우터 스테이터를 포함하며, 부족한 토크를 보완하기 위해 인너 스테이터 코어와 아우터 스테이터 코어 중 어느 하나의 박판 적층수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유성기어장치는
    일측이 상기 입력 아우터 샤프트에 연결되는 링기어;
    상기 입력 인너 샤프트에 일체로 연결되는 선기어;
    상기 선기어의 외면 및 링기어의 내면에 기어 물림되어 자전 및 공전이 이루어지는 다수의 유성기어; 및
    일단부에 상기 유성기어가 회전 가능하게 지지되고 공전되는 유성기어와 함께 회전되어 변속 출력이 발생되는 캐리어를 포함하며,
    상기 캐리어로부터 변속된 출력은 출력 인너 샤프트를 통하여 펄세이터에 전달되고, 상기 링기어로부터 변속되지 않은 출력이 출력 아우터 샤프트를 통하여 세탁조에 전달되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어는 전자 브레이크에 의해 고정상태로 설정되거나, 상기 링기어에 제1입력의 회전방향과 동일방향 또는 반대방향의 회전력을 인가함에 의해 상기 감속된 출력의 RPM과 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  16. 제1 및 제2 회전 출력을 독립적으로 발생하는 제1 및 제2 모터를 구비하는 구동모터;
    상기 제1회전 출력을 전달하는 입력 인너 샤프트;
    상기 입력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 제2회전 출력을 전달하는 입력 아우터 샤프트;
    상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 제1회전 출력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력의 변속비가 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 제2회전 출력에 의해 제어되는 변속장치;
    상기 캐리어로부터 발생된 변속된 출력을 전달하는 출력 인너 샤프트;
    상기 출력 인너 샤프트의 외주에 회전 가능하게 결합되며, 상기 링기어로부터 발생된 출력을 전달하는 출력 아우터 샤프트;
    상기 출력 아우터 샤프트에 연결되는 세탁조; 및
    상기 출력 인너 샤프트에 연결되는 펄세이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 링기어에 인가되는 제2회전 출력의 RPM은 선기어에 인가되는 제1회전 출력의 RPM보다 작게 설정되고, 상기 캐리어의 출력은 제1회전 출력의 RPM에서 감속이 발생하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 캐리어의 출력은 세탁 또는 헹굼 행정에 이용되는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 캐리어로부터 감속된 출력을 얻을 때, 전자 브레이크에 의해 제2모터의 순방향 RPM을 제어하거나 제2모터를 역회전 또는 정회전시키는 방법으로 감속된 출력의 RPM과 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 세탁기는 탈수 행정시에 상기 제1 및 제2 회전 출력의 회전방향과 RPM을 동일하게 설정하거나, 제2회전 출력의 RPM을 제1회전 출력의 RPM보다 더 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
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