WO2017014588A1 - 세탁기 구동장치와 이를 구비한 세탁기 및 세탁기 구동방법 - Google Patents

세탁기 구동장치와 이를 구비한 세탁기 및 세탁기 구동방법 Download PDF

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driving
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김병수
송덕현
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Amotech Co Ltd
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    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Definitions

  • the present invention provides a washing machine driving device capable of forming a strong three-dimensional three-dimensional washing water flow while minimizing energy consumption when forming washing water flows opposite to each other by reverse driving of the pulsator and the washing tank, and a washing machine having the same. And to a washing machine driving method.
  • 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 washing motor has a low-speed, high-torque motor characteristic in the washing machine for dehydration combined use disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-1999-0076570 (Patent Document 1), and the dehydrating motor has a higher speed than the washing motor.
  • the washing motor is of an outer rotor type and configured to have a larger diameter than the dehydrating motor, and the dehydrating motor is configured of an inner rotor type so that the washing motor is on the outside and the dehydrating motor is on the inside.
  • the washing machine of the patent document 1 has a washing motor having an outer rotor type and having a larger diameter than the dewatering motor, but there is a problem in that a 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 said patent document 1 proposes the structure which drives a stirring body by the outer rotor type washing motor which has a larger diameter than the dehydration motor, is arranged outside, and has a low speed high-torque motor characteristic, There is a problem in that it is difficult to implement a strong washing water flow by driving the rotating tub which is required torque in the opposite direction to the stirring body.
  • Patent Document 1 discloses a structure capable of independently driving the stirring body and the rotating tank by using two driving motors, but it is proposed to make various types of washing water streams using high torque in a large-capacity washing machine. It is not.
  • the dehydration motor is set to the energization mode of the rotational direction opposite to the washing motor during the washing process, or only by driving the stirring body by the washing motor in a state in which the rotating tank is prevented from idling by the electric brake. Because of the formation of laundry streams, it is impossible to generate more powerful streams (laundry forces) that can wash large loads of laundry in large-capacity washing machines.
  • Patent Document 2 A technique for forming a variety of laundry streams by simultaneously driving the bath and the pulsator independently has been proposed.
  • Patent Document 2 proposes a washing method for forming a strong water flow by the opposite direction of the bidirectional force by rotating the pulsator and the washing tank in the same direction or the opposite direction during the washing stroke, but reducing the current consumption and efficiency of the washing machine There is no suggestion for the formation of water streams considering the rise.
  • Patent Document 2 when the washing tank is driven in different directions and at the same speed as the pulsator when forming a strong water flow by the opposite direction of the biaxial force, a large current may be consumed when driving the washing tank, resulting in a large energy consumption.
  • the operation method of the conventional fully automatic washing machine using the single-force power generates a vertical rising / falling water flow by changing the direction while repeating the pulsator forward, stop, reverse rotation, stop, so that water and detergent contact the laundry well. This is done.
  • A.C. as the drive motor. Induction motor is used, and the driving time and the stopping time are repeatedly driven and stopped at short time intervals within the range of 0.5 to 2 seconds at the preset RPM according to the application of the driving signal, or the stopping time for the short time during the running time.
  • the intermittent driving method to give a seal is used.
  • Induction motor is characterized by low noise and low vibration, but it has low torque characteristics at low speed and has a slow dynamic response. Therefore, it is difficult to form strong washing water flow while changing the direction of rotation in the forward and reverse direction quickly during the washing stroke. have.
  • the BLDC motor has a fast dynamic response, low rotor inertia, and is easy to control the speed of the synchronous motor.
  • a driving method for utilizing the characteristics of the BLDC motor as a driving device for a washing machine has not been proposed.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and its object is to combine a double rotor-double stator drive motor and a planetary gear device, thereby driving the pulsator and the washing tank in a reverse direction to each other.
  • the present invention provides a washing machine and a washing machine driving method capable of forming a strong three-dimensional three-dimensional washing water stream while minimizing energy consumption when forming washing water streams in opposite directions.
  • Still another object of the present invention is to set the operating time longer than the stop time so as to make good use of the characteristics of the BLDC motor to increase the operation rate while reducing the overall washing time to reduce the overall power consumption washing machine and washing machine driving method To provide.
  • Another object of the present invention is durability, as the shift (deceleration) ratio of the planetary gear device is automatically converted, even if the load applied to the twin-drive drive motor is rapidly increased due to large laundry or eccentricity of laundry. It is to provide a washing machine drive device and a washing machine using the same that can implement this high shift structure.
  • Another object of the present invention is to provide a washing machine drive device and a washing machine having the same, by combining a high-power drive motor and a planetary gear device, to implement a high-efficiency washing stroke in a large-capacity washing machine.
  • Still another object of the present invention is to provide a washing machine capable of independently driving a pulsator and a washing tank by using a twin power driving motor to form various water flow patterns during a washing stroke and a rinsing stroke.
  • the present invention provides a washing machine driving device for driving a pulsator and a washing tank independently, and includes an inner rotor and an outer rotor that can be independently controlled by a double stator, and optionally an inner rotor output and an outer.
  • a drive motor of a double rotor-double stator method for generating a rotor output An input inner shaft configured to transfer the inner 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 shift output generated from a carrier is controlled by a second input applied to a ring gear through the input outer shaft when a first input is applied to a sun gear through the input inner shaft; An output inner shaft which transmits an output generated from the carrier to a pulsator; And an output outer shaft which transmits the output generated from the ring gear to the washing tub, wherein the pulsator has a stop time when the rotational direction is turned clockwise and counterclockwise during the washing stroke. It is characterized by starting before the driving time of the pulsator ends and driving in a direction opposite to the rotation direction of the pulsator.
  • the driving of the washing tank may be extended by the stop time of the pulsator.
  • the washing tank may be driven in a direction opposite to the rotation direction of the pulsator at the same time as the pulsator is started, which is shorter than the driving time of the pulsator.
  • the driving time and the stopping time of the pulsator may be set in the range of 2: 1 to 10: 1.
  • the overshooting drive may be performed at the start and stop operation of the pulsator.
  • a ramp-up drive can be made upon activation of the pulsator.
  • the pulsator may be driven at a variable speed.
  • the stop time may be set longer.
  • RPM of the pulsator and the RPM of the washing tank may be set larger than 3: 1.
  • the ring gear When the decelerated output is generated from the carrier, the ring gear is set to a fixed state by an electromagnetic brake, or the decelerated by applying a rotation force in the same or opposite direction to the rotation direction of the first input to the ring gear.
  • RPM and torque of the output can be controlled.
  • the rotation direction of the second input may be opposite to the first input, and the RPM of the second input may be set smaller than 1/4 of the first input RPM.
  • the RPM of the second input applied to the ring gear is set smaller than the RPM of the first input applied to the sun gear, and the output of the carrier may decelerate at the RPM of the first input.
  • the first input has a high speed and low torque characteristic
  • the carrier output has a low speed and high torque characteristic and can be used for washing or rinsing stroke of the washing machine.
  • the washing machine driving apparatus of the present invention may further include first and second bearings respectively installed on the input outer shaft and the output outer shaft to rotatably support the planetary gear device in both directions.
  • the present invention provides an outer tub for receiving wash water; A washing tank rotatably disposed in the outer tub to perform washing and dehydration; A pulsator rotatably disposed in the washing tank to form a washing stream; And it provides a washing machine including a washing machine driving device for simultaneously or selectively driving the washing tank and the pulsator.
  • a device comprising: a first step of rotationally driving a pulsator in a first direction during a first period; A second step of rotating the washing tub in a direction opposite to the first direction for a second period before the first period ends; Stopping the pulsator in accordance with the passage of the first period; A fourth step of stopping the washing tub according to the passage of the second period after the passage of the first period; And a fifth step of determining whether a stop time of the pulsator has elapsed after the elapse of the second period.
  • the rotation directions of the pulsator and the washing tank may be reversed in the first to fifth steps, respectively.
  • vortices may be generated as the first water flow generated in the forward direction CW and the second water flow in the reverse direction driven by the rotation of the washing tank collide with each other during the second period.
  • the pulsator is driven by a decelerated first output of the output of any one of the inner rotor and the outer of the double rotor-double stator drive motor is input to the sun gear of the planetary gear device, and the washing tank is The output of the other one of the inner rotor and the outer of the drive motor is input to the ring gear of the planetary gear device, and driving may be performed by a second output output from the ring gear without deceleration.
  • a combination of a double rotor-double stator-type twin drive motor and a planetary gear device is used to minimize energy consumption when the pulsator and the washing tank are formed in opposite directions by the reverse driving of each other. At the same time, it is possible to form a strong three-dimensional washing water flow with high cleaning.
  • a strong vortex with high cleaning power can be formed by improving the starting method and the stopping method of the twin-power drive motor when the pulsator and the washing tank are driven in the reverse direction using the twin-force.
  • the transmission (deceleration) ratio of the planetary gear device is automatically converted and the durability is increased as the load is actively absorbed. High transmission structure can be realized.
  • the present invention is a combination of a twin-drive motor and planetary gear device, it is possible to implement a high-efficiency washing stroke in a large capacity washing machine.
  • the pulsator and the washing tank can be driven independently by using the twin-power driving motor, thereby forming various water flow patterns during the washing stroke and the rinsing stroke.
  • 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.
  • 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 8 is an axial sectional view of the washing machine driving apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG 9 is an axial sectional view of the washing machine driving apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block circuit diagram of a washing machine control apparatus according to the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an overall washing machine driving method according to the present invention.
  • 12A and 12B are flowcharts illustrating a method of forming mutually opposite washing water streams according to the present invention.
  • FIG. 13 to 16 are RPM timing diagrams for implementing the mutually opposite washing water forming method according to Figure 12a and 12b, respectively.
  • 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. 10. 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 in the planetary gear device 70, and an inner circumference of the carrier 76 has a spline coupling or 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 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.
  • the inner rotor 40 when the inner rotor 40 is rotated in the same direction as the outer rotor 50, when the outer rotor 50 is rotated, the input outer shaft 20 is rotated and through the ring gear 72 of the planetary gear device 70.
  • the rotational force of the outer rotor 50 is transmitted to the output outer shaft 22 without deceleration, the washing tub 120 connected to the output outer shaft 22 is rotated without deceleration, and the rotational force of the inner rotor 40 is in a non-fixed state sun gear.
  • the pulsator 130 When input to the 74, it is transmitted to the output inner shaft 32 without deceleration through the planetary gear and the carrier so that the pulsator 130 can also be used in the dehydration stroke while rotating in the same direction with the washing tank 120 at high speed.
  • 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 stator may have a structure that is separate from the one in which the outer stator and the inner stator are integrally formed.
  • 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.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view in a radial direction of a drive motor having a stator configured by assembling a plurality of fully split type stator cores having the same number of slots of an outer stator and an inner stator according to the present invention
  • FIG. 6 is a stator assembly of FIG.
  • a schematic cross-sectional view of the stator core assembly used in FIG. 7 is a plan view of the split stator core used in FIG. 6.
  • 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 to form a plurality of split-core stator cores 62, but the outer cores are separated based on the annular back yoke.
  • the stator core for stator and the stator core for inner stator may be separated and manufactured, and then assembled.
  • 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 and the first magnet 52 and the second magnet 42 are close. 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 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 output having the low speed and high torque rotation characteristics is finally passed 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.
  • FIG 8 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 9 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.
  • first rotational power first rotational power
  • 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.
  • FIG. 10 is a block circuit diagram of a washing machine control apparatus according to the present invention
  • Figure 11 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.
  • 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 detects the weight (load amount) of the laundry (not shown), sets the water level step according to the detected laundry weight (load amount), and supplies water. To start.
  • the washing administration step is set according to the washing course set by the user.
  • the set washing administration starts.
  • the inverters of the first driver 530 and the second driver 540 are driven in accordance with the set 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 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.
  • 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.
  • 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.
  • z r is the number of teeth of the ring gear and z s 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 planetary gear device output through the carrier 76 ( The first output of 70) is reversed in rotational direction with the first input and an output of RPM decelerated by 1/5 is obtained.
  • 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 pulsator 130 is rotationally driven in one direction, for example, in a forward direction, that is, in a clockwise direction CW by driving the inner rotor 40. After the motor ON time is maintained for the set time, the motor has a predetermined OFF time for changing the direction.
  • a method of raising the inner rotor 40 to 800 RPM, which is a target RPM may include an overshooting drive as shown in FIG. 13, a sequential starting method of gradually increasing the RPM according to the time as shown in FIG. 14, and a multi-step ramp as shown in FIG. 16.
  • One of the starting methods, such as ramp-up driving, may be applied.
  • the inner rotor 40 is stopped to have a predetermined OFF TIME for changing the direction.
  • the method of stopping the inner rotor 40 may be selected from a method of stopping driving power to the inner stator and a method of applying an electromagnetic brake to the inner rotor 40 by using the first driver 530. have.
  • the rolling of the upper laundry is caused to occur.
  • the laundry and detergent can be mixed and at the same time a strong three-dimensional solid water stream is formed.
  • the washing tank 120 driven by the outer rotor 50 is driven at a different cycle from the drive of the pulsator 130.
  • the washing tank 120 remains stopped until immediately before the driving time of the pulsator 130, that is, the motor ON time, and starts before the driving of the pulsator 130 ends.
  • the drive is performed for a short period after the driving of the pulsator 130 ends.
  • the reverse driving of the outer rotor 50 for rotating the washing tank 120 in the reverse direction is made to a minimum, for example, the driving is performed at ( ⁇ ) 50 RPM.
  • the inner rotor 40 when the inner rotor 40 is driven by the inner stator to drive the pulsator 130 in the forward direction, that is, clockwise (CW) for a predetermined period, the laundry and the washing water inside the washing tank 120 are rotated. Simultaneously with this, a waterfall-like flow that rises along the wall surface of the washing tank 120 by the centrifugal force and then falls to the center part is generated.
  • the movement of the laundry and the wash water is performed by mixing and washing the laundry and the detergent by friction and potential energy when the rotation and the drop are made.
  • the washing tank 120 is also rotated in the reverse direction.
  • a second stream of water flowing in an opposite direction that is, counterclockwise (CCW)
  • CCW counterclockwise
  • RPM for example, ( ⁇ ) 50 RPM
  • the large vortices generated by the mutually opposite driving forms a strong three-dimensional three-dimensional washing water stream having high cleaning degree.
  • the pulsator 130 is driven to rotate in the reverse direction, that is, counterclockwise (CCW) for driving in the opposite direction, and the motor ON TIME for a preset time.
  • the washing machine 120 has a predetermined stop time (OFF TIME) for the change of direction, and the washing tank 120 is also started before the reverse driving of the pulsator 130 ends and a short period of time after the driving of the pulsator 130 ends. While rotating in the forward direction, that is, clockwise (CCW), a large vortex with high cleaning degree is generated by driving in the opposite direction.
  • the motor ON time may be set, for example, in the range of 3.0 seconds to 10 seconds, and the stop time may be set in the range of 0.5 seconds to 1.5 seconds.
  • the control unit 500 drives the first driver 530 to apply the three-phase AC power to the first coil 66 so that the inner rotor 40 is forward, that is, a clock.
  • the pulsator 130 is rotated in the forward direction by rotating in the direction CW (S81).
  • the method of rotating the inner rotor 40 to a predetermined RPM, for example, 800 RPM, is an overshooting drive as shown in FIG. 13, a sequential starting method of gradually increasing the RPM according to a time as shown in FIG. 14, and a multi-step ramp of FIG. 16.
  • One of the starting methods, such as ramp-up driving, may be applied.
  • the rotation speed of the inner rotor 40 (ie, the pulsator) is maintained at 800 RPM for the first predetermined time T1 (S82).
  • the pulsator 130 is rotated in one direction, the laundry and the washing water inside the washing tank 120 are rotated and at the same time ascending the wall surface of the washing tank 120 by centrifugal force and descending to the center (free fall).
  • the waterfall is moved, the laundry rotates and free falls repeatedly, and washing is performed by free fall due to friction and potential energy.
  • the control unit 500 drives the second driver 540 to apply the three-phase AC power to the second coil 68 so that the outer rotor 50 Rotate the washing tank 120 in the reverse direction by rotating (50) RPM in the reverse direction, that is, counterclockwise (CCW) (S83).
  • the washing tank is filled with a lot of laundry and water, and the weight and volume of the washing tank is higher than that of the pulsator. Therefore, a high torque drive is required at the initial startup, and the outer rotor driving the washing tank is disposed outside the inner rotor. Compared with the rotor, the driving torque is large. Therefore, the washing tub can be sufficiently rotated by the torque of the outer rotor.
  • the reverse rotation is applied to the outer rotor 50 to minimize the energy consumption, while driving in the opposite directions by the driving force of the twin power. The effect can be obtained.
  • step S86 it is determined whether the turn-on time of the outer rotor 50, that is, the ON TIME of the outer rotor has elapsed (S86).
  • the ON time of the outer rotor has passed as a result of the determination, the process proceeds to step S87 of stopping the outer rotor 50 to stop the washing tank 120.
  • step S97 when the preset stop time has elapsed, it is determined whether the inflated stroke is scheduled (S98). If the inflated stroke is scheduled, the process proceeds to step S99 to perform the inflated stroke. Proceed.
  • Foaming may occur when washing water streams are generated by mutually opposite driving using twin-force forces. Therefore, if snagging is detected or snagging is anticipated, a bulging stroke is performed. The inflated stroke releases the tangling of the laundry by rotating the pulsator 130 and the washing tank 120 at the same speed in the same direction.
  • the washing stroke completes the one cycle washing stroke including the steps (S81 to S97), and the driving of two cycles according to the washing course proceeds in the same manner as the one cycle described above, or another method using a single force or a twin force.
  • the washing water flow forming method may be combined.
  • washing time is ended (S100). If the washing time is ended, the washing process is terminated and proceeds to a subsequent processing stroke. If the washing time is not finished, the process proceeds to step S81. Repeat the procedure.
  • the planetary gear device 70 employs four planetary gears 76, as shown in FIG. 4B, and sets the number of gear teeth to 15, ring gear: 64, and planetary gear: 24. ,
  • the reduction ratio (shift ratio) is 5: 1.
  • the method for forming the mutually opposite washing water stream according to the first embodiment of the present invention basically, the pulsator 130 in one direction, for example, the forward direction That is, after rotationally driving in the clockwise direction CW, maintaining the motor ON TIME for a preset time, the motor has a predetermined OFF TIME for changing the direction.
  • the graph P shows the RPM of the inner rotor 40 for driving the pulsator 130
  • the graph S shows the RPM of the outer rotor 50 for driving the spin basket. It is shown.
  • the pulsator 130 is rotationally driven in the other direction, for example, the reverse direction, that is, the counterclockwise direction (CCW), and maintains the motor ON TIME for a preset time, and then It has a predetermined OFF TIME.
  • the reverse direction that is, the counterclockwise direction (CCW)
  • Example 1 the driving of the pulsator 130 is an example in which the motor ON time is set to 3 seconds and the stopping time is set to 1 second, and the driving of the washing tank 120 is set to about 1 second. do.
  • the motor ON TIME can be set, for example, in the range of 3 seconds to 10 seconds, and the OFF TIME can be set in the range of 0.5 seconds to 1.5 seconds.
  • the washing tank 120 is driven at a different cycle from the driving of the pulsator 130.
  • the washing tank 120 maintains the stopped state until the driving time of the pulsator 130, that is, the motor ON time ends, and then rotates in the opposite direction to the rotation direction of the pulsator 130. .
  • the inner rotor 40 When the inner rotor 40 is rotated in the forward direction, that is, clockwise (CW), for example, 1,000 RPM, the inner rotor 40 is decelerated (torque conversion) to 5: 1 while passing through the planetary gear device 70 and the pulsator 130 is Rotation is performed at a rotational speed of 200 RPM.
  • the second driver 540 fixes the outer rotor 50 by the electromagnetic brake, the ring gear 72 is fixed to the ring gear 72 and the washing tub 120 while the input outer shaft 20 connected thereto is fixed. ) Remains fixed.
  • the inner rotor 40 is driven at 1,000 RPM by using the overshooting method to strongly start the initial driving of the pulsator 130, and then maintains the state of 800 RPM for a predetermined time.
  • Embodiment 1 of the present invention when the pulsator 130 is rotated for at least 3 seconds and then stopped, the laundry and the wash water are continuously rotated by inertia. That is, when the electromagnetic brake is applied to the inner rotor 40 by using the first driver 530 so that the pulsator 130 is stopped in the shortest possible time, a strong three-dimensional water flow is formed.
  • the inner rotor 40 is overshooted from 800 RPM to 1,000 RPM before the pulsator 130 is stopped, and then the stop is performed. Can be formed.
  • the washing tub 120 which was stopped about 0.5 seconds before the driving time of the pulsator 130, that is, the motor ON time, is ended in a direction opposite to the rotation direction of the pulsator 130.
  • the reverse driving of the washing tank 120 is continued for at least about 0.5 seconds after the driving of the pulsator 130 is stopped to continue the vortex generation.
  • the reverse rotation of the washing tank 120 drives the outer rotor 50 in the opposite direction to the inner rotor 40, so that the washing tank is reduced without deceleration through the input outer shaft 20 and the ring gear 72. Is passed to 120.
  • the planetary gear device 70 is decelerated from the carrier 78 to pulsator 130. The RPM of the output applied to is further reduced, and conversely, as the torque is increased, a stronger forward rotational force is applied to the laundry and the wash water.
  • the outer rotor 50 is rotated in the opposite direction to the inner rotor 40.
  • the pulsator 130 is decelerated (torque conversion) to 5: 1 while passing through the planetary gear device 70, and the pulsator 130 rotates at a low speed and high torque at a rotation speed of 160 RPM. This is done.
  • the rotation of one direction at the center of the laundry and the washing water is strongly driven at high torque using the pulsator 130, and the washing tank 120 is driven before the end of the driving of the pulsator.
  • Example 14 a method of forming mutually opposite washing water streams according to Example 2 is similar to Example 1 illustrated in FIG. 13.
  • the inner rotor 40 is overshooted from 800 RPM to 1,000 RPM before the initial driving and the end of the motor ON TIME, and then the stop is performed.
  • the overshoot driving is not performed.
  • the washing tank 120 is driven in a direction opposite to the rotational direction of the pulsator 130 to generate the vortex within the range of about 1 second during the initial driving of the motor ON time and before the end of the vortex.
  • the driving method is changed to increase the number of occurrences once more.
  • the pulsator 130 is rotated at 800 RPM in the forward direction according to the driving of the inner rotor 40, and at the same time, the outer rotor 50 is driven in the reverse direction for 1.0 second, thereby driving the washing tank 120 in the reverse direction ( ⁇ ).
  • 40 is driven in the reverse direction for 1.0 second to rotate the washing tank 120 in the reverse direction (-) 50 RPM.
  • an electromagnetic brake is applied at 800 RPM, for example, with a deceleration of RPM over 0.3 seconds.
  • the stop time is relatively OFF. TIME) is preferably set longer.
  • the method of forming the opposite washing direction of the water stream according to the second embodiment after the one-cycle washing stroke of the forward rotation, stop, reverse rotation, and stop of the pulsator 130 is completed, the same washing stroke as the one-cycle washing stroke is applied to the washing course. It can be applied repeatedly according to the above, and it is also possible to combine different types of washing water flow and inflated stroke.
  • Example 2 after the washing cycle of one cycle is completed, the washing water flow method of varying the speed is applied to the drive RPM of the pulsator 130 of the motor ON time (ON TIME) during the washing cycle of the second cycle.
  • Example 3 the method of forming mutually opposite washing water streams according to Example 3 is generally similar to those of Examples 1 and 2.
  • Embodiment 3 Differences from Embodiment 3, Embodiment 1 and Embodiment 2 differ from that of the inner rotor 40 instead of overshooting the inner rotor 40 from 800 RPM to 1,000 RPM before the initial drive and the end of the motor ON TIME. ) To increase the rotational speed and driving torque for driving the pulsator 130 by increasing the rotational speed up to 1,000 RPM.
  • the motor ON time is set shorter than the first and second embodiments, and the OFF time is set longer.
  • the motor ON TIME is set to 3 seconds and the stopping time (OFF TIME) is set to 1.5 seconds, the drive for the washing tank 120 is set to about 1 second.
  • the OFF TIME is also assigned to the electronic brake 1.5 seconds longer than the first and second embodiments by adding freewheeling and starting preparation period.
  • the free wheeling is to release all control so that the inertia rotation is performed after the electromagnetic brake of the pulsator 130.
  • control is made so that the RPM of the pulsator 130 is decelerated with at least two inclined slopes to reach the stopped state in consideration of the stop being made at a high rotational speed of 200 RPM.
  • the rapid stop is performed at a high rotational speed of 200 RPM, and the washing tank 120 is the embodiment described above.
  • the pulsator 130 is rotated in the reverse direction ( ⁇ ) 50 RPM starting from before the end of the drive and after the end of the drive.
  • the rotation of the one direction at the center of the laundry and the washing water is driven shortly strongly using the pulsator 130, and then before the end point of the pulsator driving while rapidly braking the pulsator.
  • the washing tank 120 in the reverse direction to induce a reverse water current from the outer periphery of the laundry and wash water can form a strong vortex.
  • the driving time of the pulsator 130 is minimized, thereby minimizing power consumption and forming a three-dimensional three-dimensional washing water stream having strong washing power, thereby increasing washing efficiency.
  • Example 4 a method of forming mutually opposite washing water streams according to Example 4 is generally similar to those of Examples 1 to 3.
  • the difference between the fourth embodiment and the first to third embodiments is that the initial driving of the inner rotor 40 at the time of initial driving and before the end of the motor ON TIME is performed instead of overshooting from 800 RPM to 1,000 RPM.
  • the rotational speed and driving torque for driving the pulsator 130 were increased.
  • the RPM of the inner rotor 40 is increased to a preset 1,000 RPM in a multi-step ramp-up manner,
  • a strong water flow can be formed by controlling the braking in the shortest time to reach the stop state.
  • one of the well-known starting methods such as the ramp-up starting and the sequential starting method of gradually increasing the RPM over time, may be applied.
  • the motor ON TIME is 4.5 seconds and the OFF TIME is 1.5 seconds.
  • Drive to the washing tank 120 is set to about 1 second.
  • Example 4 it is preferable to set the OFF TIME longer than Examples 1 to 3 in consideration of the stop by the sudden braking of the pulsator 130.
  • the one-way rotation in the center of the laundry and the washing water is driven strongly using the pulsator 130, and then before the end of the pulsator's driving while rapidly braking the pulsator.
  • By driving the washing tank 120 in the reverse direction to induce a reverse water current from the outer periphery of the laundry and wash water can form a strong vortex.
  • the strong braking of the pulsator 130 and the reverse driving of the washing tank 120 to form a three-dimensional three-dimensional washing water stream having a strong washing power to increase the washing efficiency.
  • Example 3 has an operating rate of 67% and Example 4 has an operating rate of 75%.
  • the power consumption is 23 Watts in the Example 3 method with the operation rate of 67%, and the power consumption is 20 Watts in the Example 4 method with the operation rate of 75%.
  • the operation rate may be at least 60%, and preferably at least 67% to increase efficiency while minimizing power consumption.
  • the RPM of the pulsator and the RPM of the washing tank is preferably set larger than 3: 1.
  • the pulsator 130 when the pulsator 130 is driven at a variable speed in the motor starting torque adjustment and rotation maintenance period during the formation of the water flow, it is possible to form a rhythm flow, and to save energy consumption.
  • the rotation RPM of the pulsator 130 by varying the rotation RPM of the pulsator 130 to mix the strong, medium, and weak water flow, such as strong-> medium-> weak-> medium-> weak, etc., high cleaning and rinsing degree can be achieved with less energy. You can expect
  • the stopping method of the motor driving the pulsator and the washing tank has been exemplified by using an electronic brake, but it is also possible to stop using a freewheel method that requires a long stopping time.
  • other well-known methods other than the electromagnetic brake can be used when the motor is stopped.
  • the inner rotor 40 when the inner rotor 40 is initially started, when the laundry is put into the washing tank 120 and the load is applied to the pulsator 130, the rotational force of the inner rotor 40 is the washing tank 120. Since the inner rotor 40 is started at almost no load, the starting current can be lowered, and thus power consumption can be reduced.
  • the present invention is to reduce the twist of the laundry by appropriately setting the stop time of the pulsator during the forward and reverse rotation, to allow the laundry to spread evenly in the washing tank while rotating, by changing the attitude and position of the laundry Improve the cleaning effect
  • the rhythm flow can be formed by varying the rotational speed of the pulsator 130, and as a result, rhythm washing can be implemented. That is, when the rotational speed of the pulsator 130 is controlled to be sharply variable, it is possible to prevent damage to the laundry while forming a strong stream and a rhythm stream.
  • the rotational speed of the pulsator 130 and the washing tank 120 is controlled by the control unit 500 and applied to the first and second coils 66 and 68 by controlling the first driver 530 and the second driver 540. It is possible to achieve by varying the voltage magnitude and the current amount of the first drive signal and the second drive signal to be.
  • 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, but the present invention employs the driving motor 140b.
  • the washing method using the washing machine driving device 150b according to the third embodiment may also be applied in the same manner.
  • the washing machine driving device (150, 150a) is provided with a planetary gear device 70, and the structure to reduce the output of the inner rotor 40 to transfer to the pulsator 130, but
  • the laundry stream forming method of the present invention may be equally applied to a structure in which the planetary gear device 70 is excluded from the washing machine driving devices 150 and 150a when the washing load is small.
  • 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. It can be used as a drive motor, and any drive motor of different structure and different way can be used as long as the power source generates a pair of outputs.
  • the washing machine driving device washes the high-speed, low-torque twin power output generated from the double rotor-double stator drive motors 140 and 140b while passing the planetary gear device 70.
  • the first output satisfying the low speed and high torque characteristics required in the stroke and rinsing stroke and the second output satisfying the high speed and low torque characteristics required in the dehydration stroke are converted into the pulsator 130 and the washing tank 120.
  • 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 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 펄세이터와 세탁조를 서로 역방향 구동에 의한 상호 반대방향 세탁 수류를 형성할 때 에너지 소모를 최소화하면서도 세정도가 높은 강력한 3차원 입체 세탁수류를 형성할 수 있는 세탁기 구동장치와 이를 구비한 세탁기 및 세탁기 구동방법에 관한 것이다. 상기 세탁기 구동장치는 더블 스테이터에 의해 독립적으로 제어 가능한 인너 로터와 아우터 로터를 구비하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 및 어느 하나의 로터로부터 선기어에 제1입력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력이 나머지 로터로부터 링기어로 인가되는 제2입력에 의해 제어되는 유성기어장치를 포함하며, 세탁 행정시에 펄세이터는 시계방향 및 반시계방향으로 회전방향을 전환할 때 정지시간을 가지며, 세탁조는 구동시간이 종료되기 전에 기동하여 펄세이터의 회전 방향과 반대방향으로 구동이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

세탁기 구동장치와 이를 구비한 세탁기 및 세탁기 구동방법
본 발명은 펄세이터와 세탁조를 서로 역방향 구동에 의한 상호 반대방향 세탁 수류를 형성할 때 에너지 소모를 최소화하면서도 세정도가 높은 강력한 3차원 입체 세탁수류를 형성할 수 있는 세탁기 구동장치와 이를 구비한 세탁기 및 세탁기 구동방법에 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.
이러한 종래의 전자동 세탁기의 문제점을 고려하여 한국 공개특허공보 제10-1999-0076570호(특허문헌 1)에 개시된 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 1의 세탁기는 세탁모터가 아우터 로터형으로 탈수 모터보다 대직경으로 구성되어 있으나, 8kg 이상의 대용량 세탁기에서 대용량 세탁물을 처리하기에는 구동토크가 부족한 문제가 있다.
더욱이, 상기 특허문헌 1의 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 1의 세탁기는 2개의 구동모터를 사용하여 교반체와 회전조를 독립적으로 구동시킬 수 있는 구조를 개시하고 있으나, 대용량 세탁기에서 고토크를 이용한 다양한 방식의 세탁 수류를 만드는 것은 제안되지 않고 있다.
상기 특허문헌 1의 세탁기는 세탁공정시에 탈수모터를 세탁모터와 반대방향 회전의 통전모드로 설정하거나 전기 브레이크에 의해 회전조가 공회전하는 것을 방지한 상태에서 단지 세탁모터에 의한 교반체의 구동에 의해 세탁수류를 형성하고 있어 대용량 세탁기에 큰 부하의 세탁물을 세탁할 수 있는 보다 강력한 수류(세탁력)를 발생할 수 없다.
이러한 종래의 전자동 세탁기의 문제점을 고려하여 본 출원인은 한국 공개특허공보 제10-2015-0008347호(특허문헌 2)에 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 탈수조와 펄세이터를 동시에 독립적으로 구동시킴에 의해 다양한 세탁 수류를 형성하는 기술을 제안한바 있다.
상기 특허문헌 2에서는 세탁 행정시에 펄세이터와 세탁조를 서로 동일방향 또는 역방향으로 회전시키는 방법으로 반대방향 쌍동력에 의한 강한 수류 등을 형성하는 세탁방법을 제안하고 있으나, 소모전류 절감과 세탁기의 효율 상승을 고려한 수류 형성방법은 제안하고 있지 않다.
특히, 특허문헌 2에서는 반대방향 쌍동력에 의한 강한 수류를 형성할 때 세탁조를 펄세이터와 서로 다른 방향 및 동일한 속도로 구동시키는 것은 세탁조를 구동할 때 대전류가 소모되어 에너지 소모가 커지는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 단동력을 이용한 종래의 전자동세탁기의 운전방법은 펄세이터를 순방향 회전, 정지, 역방향 회전, 정지를 반복하면서 방향전환에 의해 수직 상승/하강 수류 물살을 발생시켜서 세탁물에 물과 세제가 잘 접촉이 이루어지도록 하고 있다.
이 경우, 구동모터로서 A.C. 인덕션 모터를 사용하며, 구동신호의 인가에 따라 미리 설정된 RPM으로 가동시간과 정지시간이 각각 0.5호 내지 2초 범위 내에서 짧은 시간 주기로 가동과 정지를 반복 구동하거나 또는 가동시간 중에 짧은 시간 동안 정지시간을 부여하는 간헐구동방법 등을 사용하고 있다.
인덕션 모터는 저소음, 저진동 등의 특징이 있으나, 저속에서 저토크 특성을 나타내며 동적 반응이 느린 비동기 전동기이기 때문에 세탁 행정시에 순방향과 역방향으로 회전 방향을 빠르게 전환하면서 강한 세탁 수류를 형성하는 데 어려움이 있다.
이에 반해 BLDC 모터는 동적 반응이 빠르고, 낮은 로터 관성을 가지고 있으며, 속도 제어가 용이한 동기 전동기이나, 종래에는 세탁기용 구동장치로서 이러한 BLDC 모터의 특징을 잘 살리는 구동방법이 제안되지 못하였다.
따라서, 본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 펄세이터와 세탁조를 서로 역방향 구동에 의한 상호 반대방향 세탁 수류를 형성할 때 에너지 소모를 최소화하면서도 세정도가 높은 강력한 3차원 입체 세탁수류를 형성할 수 있는 세탁기 및 세탁기 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 쌍동력을 이용하여 펄세이터와 세탁조를 서로 역방향 구동시에 쌍동력 구동모터의 기동방법과 정지방법을 개선함에 의해 세정력이 높은 강한 와류를 형성할 수 있는 세탁기 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 BLDC 모터의 특징을 잘 활용할 수 있도록 정지시간보다 가동시간을 충분히 길게 설정하여 운전율을 높이면서 전체적인 세탁시간을 단축하여 전체적인 소비전력을 최소화할 수 있는 세탁기 및 세탁기 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 대용량 세탁물 또는 세탁물의 편심 등에 의해 쌍동력 구동모터에 인가되는 부하가 급격하게 증가할지라도 유성기어장치의 변속(감속)비율이 자동적으로 변환되면서 능동적으로 부하를 흡수함에 따라 내구성이 높은 변속 구조를 구현할 수 있는 세탁기 구동장치 및 이를 이용한 세탁기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 대용량 세탁기에서 고효율 세탁 행정을 구현할 수 있는 세탁기 구동장치 및 이를 구비한 세탁기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 쌍동력 구동모터를 이용하여 펄세이터와 세탁조를 각각 독립적으로 구동할 수 있어 세탁 행정 및 행굼 행정시에 다양한 수류 패턴을 형성할 수 있는 세탁기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1특징에 따르면, 본 발명은 펄세이터와 세탁조를 독립적으로 구동하는 세탁기 구동장치로서, 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; 상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 제1입력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력이 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 제2입력에 의해 제어되는 유성기어장치; 상기 캐리어로부터 발생된 출력을 펄세이터에 전달하는 출력 인너 샤프트; 및 상기 링기어로부터 발생된 출력을 세탁조에 전달하는 출력 아우터 샤프트;를 포함하며, 세탁 행정시에 상기 펄세이터는 시계방향 및 반시계방향으로 회전방향을 전환할 때 정지시간을 가지며, 상기 세탁조는 펄세이터의 구동시간이 종료되기 전에 기동하여 펄세이터의 회전 방향과 반대방향으로 구동이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 세탁조의 구동은 펄세이터의 정지시간까지 연장되어 구동될 수 있다.
또한, 상기 세탁조는 펄세이터의 기동과 동시에 펄세이터의 회전 방향과 반대방향으로 구동이 펄세이터의 구동시간보다 짧게 이루어질 수 있다.
더욱이, 상기 펄세이터의 구동시간과 정지시간은 2:1 내지 10:1 범위로 설정될 수 있다.
상기 펄세이터의 기동 및 정지 동작시에 오버슈팅 구동이 이루어질 수 있다.
상기 펄세이터의 기동시에 램프-업 구동이 이루어질 수 있다.
상기 펄세이터는 가변속도로 구동될 수 있다.
또한, 상기 펄세이터의 정지를 위해 드라이버에 전자 브레이크가 적용되는 펄세이터의 RPM이 높을수록 정지시간은 길게 설정될 수 있다.
상기 펄세이터의 RPM과 세탁조의 RPM은 3:1 보다 더 크게 설정될 수 있다.
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 제어할 수 있다. 상기 제2입력의 회전방향이 제1입력의 반대방향이고, 상기 제2입력의 RPM이 제1입력 RPM의 1/4보다 작게 설정될 수 있다.
상기 링기어에 인가되는 제2입력의 RPM은 선기어에 인가되는 제1입력의 RPM보다 작게 설정되고, 상기 캐리어의 출력은 제1입력의 RPM에서 감속이 발생할 수 있다.
상기 제1입력은 고속, 저토크 특성을 가지며, 상기 캐리어 출력은 저속, 고토크 특성을 가지며, 상기 세탁기의 세탁 또는 헹굼 행정에 이용될 수 있다.
본 발명의 세탁기 구동장치는 상기 입력 아우터 샤프트와 출력 아우터 샤프트에 각각 설치되어 상기 유성기어장치를 양방향으로 회전가능하게 지지하는 제1 및 제2 베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2특징에 따르면, 본 발명은 세탁수를 수용하는 외조; 상기 외조의 내부에 회전 가능하게 배치되어 세탁과 탈수가 이루어지는 세탁조; 상기 세탁조 내부에 회전 가능하게 배치되어 세탁 수류를 형성하는 펄세이터; 및 상기 세탁조와 펄세이터를 동시에 또는 선택적으로 구동시키는 세탁기 구동장치를 포함하는 세탁기를 제공한다.
본 발명의 제3특징에 따르면, 본 발명은 펄세이터를 제1기간 동안 제1방향으로 회전 구동하는 제1단계; 상기 제1기간이 종료되기 전에 세탁조를 제2기간 동안 상기 제1방향과 반대방향으로 회전 구동하는 제2단계; 상기 제1기간의 경과에 따라 펄세이터를 정지시키는 제3단계; 상기 제1기간의 경과 이후에 상기 제2기간의 경과에 따라 상기 세탁조를 정지시키는 제4단계; 및 상기 제2기간의 경과 이후에 펄세이터의 정지시간이 경과하는 지를 판단하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동방법을 제공한다.
상기 제5단계에서 정지시간이 경과한 경우, 상기 제1 내지 제5 단계에서 펄세이터와 세탁조의 회전방향을 각각 반대로 설정하여 실행할 수 있다.
상기 제2기간 동안 펄세이터의 회전 구동에 따른 순방향(CW)과 원주방향을 따라 발생된 제1수류와 세탁조의 회전 구동에 따른 역방향(CCW)의 제2수류가 부딪치면서 와류가 발생될 수 있다.
상기 펄세이터는 더블 로터-더블 스테이터 방식 구동모터의 인너 로터와 아우터 중 어느 하나의 출력이 유성기어장치의 선기어로 입력되어 캐리어로부터 출력되는 감속된 제1출력에 의해 구동이 이루어지며, 상기 세탁조는 상기 구동모터의 인너 로터와 아우터 중 다른 하나의 출력이 유성기어장치의 링기어로 입력되어 감속없이 링기어로부터 출력되는 제2출력에 의해 구동이 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 펄세이터와 세탁조를 서로 역방향 구동에 의한 상호 반대방향 세탁 수류를 형성할 때 에너지 소모를 최소화하면서도 세정도가 높은 강력한 3차원 입체 세탁수류를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 쌍동력을 이용하여 펄세이터와 세탁조를 서로 역방향 구동시에 쌍동력 구동모터의 기동방법과 정지방법을 개선함에 의해 세정력이 높은 강한 와류를 형성할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 BLDC 모터의 특징을 잘 활용할 수 있도록 정지시간보다 가동시간을 충분히 길게 설정하여 운전율을 높이면서 전체적인 세탁시간을 단축하여 전체적인 소비전력을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 대용량 세탁물 또는 세탁물의 편심 등에 의해 쌍동력 구동모터에 인가되는 부하가 급격하게 증가할지라도 유성기어장치의 변속(감속)비율이 자동적으로 변환되면서 능동적으로 부하를 흡수함에 따라 내구성이 높은 변속 구조를 구현할 수 있다.
본 발명은 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 대용량 세탁기에서 고효율 세탁 행정을 구현할 수 있다.
본 발명은 쌍동력 구동모터를 이용하여 펄세이터와 세탁조를 각각 독립적으로 구동할 수 있어 세탁 행정 및 행굼 행정시에 다양한 수류 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 쌍동력을 이용하여 펄세이터와 세탁조를 서로 역방향으로 회전시켜서 상호 반대방향 세탁 수류를 형성하는 세탁 행정시에 인너 로터와 아우터 로터의 가동시간과 정지시간의 적정한 비율을 설정함에 의해 운전율을 높이고 세탁수류를 개선하여 세탁기의 효율 상승을 도모할 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.
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 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 세탁기 제어장치의 블럭 회로도이다.
도 11은 본 발명에 따른 전체적인 세탁기 구동방법을 나타낸 순서도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 상호 반대방향 세탁 수류 형성방법을 나타낸 순서도이다.
도 13 내지 도 16은 각각 도 12a 및 도 12b에 따른 상호 반대방향 세탁 수류 형성방법을 구현하기 위한 RPM 타이밍도이다.
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 10에 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 또는 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 링기어(72)가 고정상태로 설정될 때, 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.
또한, 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 회전되며, 인너 로터(40)의 회전력이 비고정 상태의 선기어(74)에 입력되면, 유성기어 및 캐리어를 통하여 감속없이 출력 인너 샤프트(32)에 전달되어 펄세이터(130)도 세탁조(120)와 함께 동일방향으로 고속 회전되면서 탈수 행정에 사용될 수 있게 된다.
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 수류를 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. 스테이터는 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 일체형으로 구성한 것과 분리된 구조로 이루어질 수 있다.
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.
이하에 본 발명의 스테이터에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 동일한 완전 분할형 다수의 스테이터 코어를 조립하여 구성된 스테이터를 구비하는 구동모터의 직경방향 단면도이고, 도 6은 도 5의 스테이터 조립에 사용되는 스테이터 코어 조립체의 개략 단면도, 도 7은 도 6에 사용되는 분할형 스테이터 코어의 평면도이다.
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, 환형의 백요크를 기준으로 분리되어 아우터 스테이터용 스테이터 코어와 인너 스테이터용 스테이터 코어로 분리되어 제조된 후, 조립되는 것도 가능하다.
본 발명에서는 도 10과 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.
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.
상기한 제1실시예 또는 후술하는 도 8에 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.
저속, 고토크 회전 특성을 갖는 출력을 얻기 위해서는 인너 로터(40)를 구동하는 인너 스테이터의 슬롯 수를 최대로 설정하는 것이 바람직하다.
도 8은 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 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 9를 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 전달된다.
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.
이하에 본 발명에 따른 세탁기의 제어방법을 도 10 내지 도 12를 참고하여 설명한다.
도 10은 본 발명에 따른 세탁기 제어장치의 블록 회로도이고, 도 11은 본 발명에 따른 전체적인 세탁기 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 10을 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 11을 참고하여 다음에 설명한다.
도 11을 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 도시되지 않은 세탁물의 무게(부하량)를 검출하고, 검출된 세탁물의 무게(부하량)에 따라 수위 단계를 설정하고 급수를 시작한다.
또한, 세탁물의 무게(부하량)와 세탁물의 종류에 따라 사용자가 설정한 세탁코스에 따라 세탁행정단계를 설정한다. 설정된 급수가 완료되고 세탁행정단계가 설정되면 설정된 세탁행정을 시작한다.
즉, 설정된 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)와 펄세이터(130)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 제1실시예에 따른 세탁기 구동장치를 참고하여 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 PCTKR2016007983-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, 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 증대시키고자할 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.
특히, 이하의 설명에서는 펄세이터(130)와 세탁조(120)를 서로 다른 방향(반대 방향) 및 다른 속도로 구동시킬 경우, 여러 가지 패턴의 강한 수류를 형성할 수 있다. 예를 들어, 펄세이터에 의한 강한 수직 상승/하강 수류와 세탁조에 의한 와류가 생성되어 세정도 향상과 헹굼 성능 향상을 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 상호 반대방향 세탁 수류 형성방법은 기본적으로, 인너 로터(40)의 구동에 의해 펄세이터(130)를 일방향, 예를 들어, 순방향, 즉 시계 방향(CW)으로 회전 구동하고, 미리 설정된 시간 동안 모터 온타임(ON TIME)을 유지한 후, 방향 전환을 위한 소정의 정지시간(OFF TIME)을 갖는다.
이 경우, 펄세이터(130)의 회전속도를 예를 들어, 800RPM의 목표 RPM까지 얼마나 빠르게 상승하는 지에 따라 이에 연동하여 회전되는 세탁물과 세탁수도 이에 연동하여 강한 회전이 이루어지게 된다. 도 13 내지 도 15와 같이 짧은 시간 내에 급상승시키면 강한 물살이 발생되어 세탁물에 큰 마찰력이 인가되게 되고, 도 16과 같이 점진적으로 회전속도를 상승시키면 세탁물에 큰 마찰력이 인가되는 것을 피할 수 있어 울(wool)과 같이 부드러운 세탁이 요구되는 경우에 적용될 수 있다.
또한, 인너 로터(40)를 목표 RPM인 800RPM으로 상승시키는 방법은 도 13과 같은 오버슈팅(overshooting) 구동, 도 14와 같은 시간에 따라 서서히 RPM을 높이는 순차적인 기동방법, 도 16의 다단계의 램프-업(ramp-up) 구동 등의 기동방법 중 하나를 적용할 수 있다.
본 발명에서는 펄세이터(130)가 적어도 3.0초간 회전이 이루어진 후, 방향 전환을 위한 소정의 정지시간(OFF TIME)을 갖기 위해 인너 로터(40)를 정지시킨다.
인너 로터(40)를 정지시키는 방법은 인너 스테이터에 대한 구동전원을 차단하여 정지시키는 방법, 제1드라이버(530)를 이용하여 인너 로터(40)에 대한 전자 브레이크를 실시하는 방법 중 하나를 선택할 수 있다.
이 경우, 펄세이터(130)의 정지를 가능한 짧은 시간에 구현되도록 제1드라이버(530)를 이용하여 인너 로터(40)에 대한 전자 브레이크를 실시하면, 상부의 세탁물이 밑으로 들어가는 롤링이 발생하면서 세탁물과 세제의 혼합이 이루어질 수 있으며 동시에 강한 3차원 입체 수류가 형성된다.
한편, 아우터 로터(50)에 의해 역방향 구동되는 세탁조(120)는 펄세이터(130)의 구동과 다른 주기로 구동이 이루어진다. 세탁조(120)는 펄세이터(130)의 구동시간, 즉 모터 온타임(ON TIME)이 종료되기 직전까지 정지된 상태를 유지하고 있다가 펄세이터(130)의 구동이 종료되기 전에 기동하여 펄세이터(130)의 회전 방향과 반대방향으로 회전 구동이 이루어진 후, 펄세이터(130)의 구동 종료 후에 짧은 기간동안 구동이 이루어진다.
이 경우, 세탁조(120)를 역방향으로 회전시키는 아우터 로터(50)의 역방향 구동은 최소한으로 이루어지며, 예를 들어, (-)50RPM으로 구동이 이루어진다.
상기와 같이, 먼저 인너 스테이터에 의해 인너 로터(40)를 구동하여 펄세이터(130)를 일정 기간동안 순방향, 즉 시계 방향(CW)으로 구동하면 세탁조(120) 내부의 세탁물과 세탁수는 회전이 이루어짐과 동시에 원심력에 의해 세탁조(120)의 벽면을 따고 상승한 후 중앙부로 낙하하는 폭포수 형태의 흐름이 발생된다. 이러한 세탁물과 세탁수의 이동은 회전과 낙하가 이루어질 때 마찰력과 위치 에너지에 의해 세탁물과 세제의 혼합 및 세탁이 이루어지게 된다.
일정 기간 일정 속도로 펄세이터(130)를 회전시킨 후, 예를 들어, 인너 스테이터에 대한 구동전원을 차단하거나 전자 브레이크를 적용하여 정지시키면 세탁물과 세탁수는 관성에 의해 짧은 시간 동안 계속 회전이 이루어지게 된다.
이 경우, 펄세이터(130)의 구동이 종료되기 전에 기동하여 펄세이터(130)의 구동 종료 후까지 짧은 기간 동안 아우터 로터(50)의 역방향 구동이 이루어지면, 세탁조(120)도 역방향으로 회전되면서 세탁조(120)의 내벽면을 따라 역방향, 즉 반시계방향(CCW)으로 흐르는 제2수류를 발생하게 된다. 그 결과, 펄세이터(130)의 구동에 따른 순방향(CW)과 원주방향의 제1수류와 세탁조(120)의 역회전 구동에 따른 역방향(CCW)의 제2수류가 부딪치면서 큰 와류가 발생된다.
본 발명에서는 아우터 로터(50)의 역방향 구동이 에너지 소비를 최소화하기 위해 최소한의 구동기간과 RPM으로, 예를 들어, (-)50RPM으로 약 1초 정도 구동이 이루어질지라도 펄세이터에 의한 강한 수직 상승/하강하는 제1방향의 제1수류와 세탁조에 의한 제2방향의 제2수류가 충돌하여 와류가 발생됨에 따라 에너지 소비를 최소화하면서 세정도 높은 수류를 형성할 수 있다.
이와 같이 상호 반대방향 구동에 의해 발생되는 큰 와류는 세정도가 높은 강력한 3차원 입체 세탁수류를 형성한다.
그 후, 소정의 정지시간(OFF TIME)을 가진 후 반대방향 구동을 위해 펄세이터(130)는 역방향, 즉 반시계 방향(CCW)으로 회전 구동되고, 미리 설정된 시간 동안 모터 온타임(ON TIME)을 유지한 후, 방향 전환을 위한 소정의 정지시간(OFF TIME)을 가지며, 세탁조(120)도 펄세이터(130)의 역방향 구동이 종료되기 전에 기동하여 펄세이터(130)의 구동 종료 후에 짧은 기간 동안 순방향, 즉 시계 방향(CCW)으로 회전 구동되면서, 상호 반대방향 구동에 의해 세정도가 높은 큰 와류를 발생한다.
상기한 펄세이터(130)의 시계 방향(CW) 및 반시계 방향(CCW) 구동이 완료되면 1주기가 완성되고, 2주기의 구동은 상기한 1주기와 동일하게 진행하거나 또는 다른 방식의 세탁수류 형성방법이 조합되어 진행될 수 있다.
본 발명에서 모터 온타임(ON TIME)은, 예를 들어, 3.0초 내지 10초 범위로 설정되고, 정지시간(OFF TIME)은 0.5초 내지 1.5초 범위 내에서 설정될 수 있다.
이하에 도 12a 및 도 12b를 참고하여 본 발명에 따른 쌍동력을 이용한 역방향 수류 세탁 행정에 대하여 설명한다.
도 12a 및 도 12b를 참고하면, 먼저 제어유닛(500)은 제1드라이버(530)를 구동시켜서 3상 교류전력을 제1코일(66)에 인가함에 의해 인너 로터(40)를 순방향, 즉 시계 방향(CW)으로 회전시킴에 의해 펄세이터(130)를 순방향으로 회전시킨다(S81).
인너 로터(40)를 미리 설정된 RPM, 예를 들어, 800RPM으로 회전시키는 방법은 도 13과 같은 오버슈팅 구동, 도 14와 같은 시간에 따라 서서히 RPM을 높이는 순차적인 기동방법, 도 16의 다단계의 램프-업(ramp-up) 구동 등의 기동방법 중 하나를 적용할 수 있다.
그 후, 미리 설정된 제1시간(T1) 동안, 즉 인너 로터(40)(즉, 펄세이터)의 회전속도를 800RPM으로 유지한다(S82). 이와 같이 펄세이터(130)가 일방향으로 회전되면, 세탁조(120) 내부의 세탁물과 세탁수는 회전이 이루어짐과 동시에 원심력에 의해 세탁조(120)의 벽면을 따고 상승한 후 중앙부로 하강(자유낙하)하는 폭포수 형태의 이동이 이루어지면서 세탁물은 회전과 자유낙하가 반복되어 마찰력과 위치 에너지에 의한 자유낙하에 의해 세탁이 이루어지게 된다.
만약, 미리 설정된 제1시간(T1)이 경과한 경우, 제어유닛(500)은 제2드라이버(540)를 구동시켜서 3상 교류전력을 제2코일(68)에 인가함에 의해 아우터 로터(50)를 역방향, 즉 반시계 방향(CCW)으로 (-)50RPM으로 회전시킴에 의해 세탁조(120)를 역방향으로 회전시킨다(S83).
그 결과, 펄세이터(130)의 구동에 따른 순방향(CW)과 원주방향의 제1수류와 세탁조(120)의 구동에 따른 역방향(CCW)의 제2수류가 부딪치면서 큰 와류가 발생된다. 이와 같이 상호 반대방향 구동에 의해 발생되는 큰 와류는 세정도가 높은 강력한 3차원 입체 세탁수류를 형성한다.
일반적으로, 세탁조는 많은 세탁물과 물이 채워져 있으며 펄세이터와 비교하여 중량과 부피가 크기 때문에 초기 기동시에 고토크 구동이 요구되며, 세탁조를 구동하는 아우터 로터는 인너 로터의 외측에 배치되어 있기 때문에 인너 로터와 비교하여 구동 토크가 크게 얻어진다. 따라서, 세탁조를 아우터 로터의 토크에 의해 충분히 회전될 수 있다.
그 후, 펄세이터(130)의 순방향(CW) 회전이 미리 설정된 인너 로터(40)의 턴-온 시간, 즉 인너 로터의 온타임(ON TIME)이 경과하였는 지를 판단한다(S84).
판단결과 인너 로터의 온타임(ON TIME)이 경과한 경우는 인너 로터(40)를 정지시키는 단계(S85)로 진행하여 펄세이터(130)를 정지시킨다.
본 발명에서는 인너 로터(40)의 구동을 차단하여 펄세이터(130)를 정지시키는 경우에도 인너 로터를 전자 브레이크 또는 프리휠링 상태로 설정하는 경우 인너 로터는 관성력에 의해 소정시간 회전이 이루어지고 있고, 아우터 로터(50)가 역방향 회전이 진행되는 동안 와류 발생은 계속된다.
이와 같이 본 발명은 인너 로터(40)의 구동을 차단하여 펄세이터(130)를 정지시키는 경우에도 아우터 로터(50)에 역방향 회전을 인가하여 에너지 소모를 최소화하면서도 쌍동력 구동에 의한 상호 반대방향 구동 효과를 얻을 수 있다.
그 후 아우터 로터(50)의 턴-온 시간, 즉 아우터 로터의 온타임(ON TIME)이 경과하였는 지를 판단한다(S86). 판단결과 아우터 로터의 온타임(ON TIME)이 경과한 경우는 아우터 로터(50)를 정지시키는 단계(S87)로 진행하여 세탁조(120)를 정지시킨다.
이어서, 인너 로터(40)의 미리 설정된 정지시간이 경과하였는 지를 판단한다(S88).
판단결과, 미리 설정된 모터 정지시간이 경과한 경우, 펄세이터(130)를 역방향(CCW)으로 회전시키고, 세탁조(120)를 순방향(CW)으로 회전시키기 위한 절차를 상기한 단계(S81) 내지 단계(S88)와 반대로 단계(S89 내지 S97)를 진행한다.
단계(S97)에서, 미리 설정된 정지시간이 경과한 경우, 포풀림 행정이 예정되어 있는 지를 판단하고(S98), 만약 포풀림 행정이 예정되어 있는 경우는 단계(S99)로 진행하여 포풀림 행정을 진행한다.
쌍동력을 이용한 상호 반대방향 구동에 의해 세탁수류를 발생하는 경우 포 꼬임이 발생할 수 있다. 따라서, 포꼬임이 검출되거나 포꼬임이 예상되는 경우, 포풀림 행정을 진행한다. 포풀림 행정은 펄세이터(130)와 세탁조(120)를 동일방향으로 동일한 속도로 회전시킴에 의해 세탁물의 포꼬임을 풀어주게 된다.
상기한 세탁행정은 단계(S81 내지 S97)를 포함하는 1주기 세탁행정을 완료하고, 세탁코스에 따라 2주기의 구동은 상기한 1주기와 동일하게 진행하거나, 단동력 또는 쌍동력을 이용한 다른 방식의 세탁수류 형성방법이 조합되어 진행될 수 있다.
그 후, 세탁시간이 종료되었는 지를 판단하고(S100), 세탁시간이 종료된 경우는 세탁 행정을 종료하고 후속 처리 행정으로 진행하며, 세탁시간이 종료되지 않은 경우는 단계(S81)로 진행하여 상기 절차를 반복한다.
이하의 실시예에서는 도 13 내지 도 16에 도시된 펄세이터와 세탁조의 RPM 타이밍도를 참고하여 상기한 제1실시예에 따른 세탁기 구동장치(150)의 쌍동력을 이용한 상호 반대방향 세탁 수류 형성방법에 대하여 설명한다.
이 경우, 유성기어장치(70)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 4개의 유성기어(76)를 채용하고, 기어 잇수를 선기어: 15, 링기어: 64, 유성기어: 24로 설정하여 제작하여, 감속비(변속비)는 5:1인 것을 예를 들어 설명한다.
(실시예 1)
도 13의 상호 반대방향 세탁 수류 형성을 위한 RPM 타이밍도를 참고하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 상호 반대방향 세탁 수류 형성방법은 기본적으로, 펄세이터(130)를 일방향, 예를 들어, 순방향, 즉 시계 방향(CW)으로 회전 구동하고, 미리 설정된 시간동안 모터 온타임(ON TIME)을 유지한 후, 방향 전환을 위한 소정의 정지시간(OFF TIME)을 갖는다.
도 13에서 그래프(P)는 펄세이터(130)를 구동하기 위한 인너 로터(40)의 RPM을 나타낸 것이고, 그래프(S)는 세탁조(spin basket)을 구동하기 위한 아우터 로터(50)의 RPM을 나타낸 것이다.
그 후, 펄세이터(130)를 타방향, 예를 들어, 역방향, 즉 반시계 방향(CCW)으로 회전 구동되고, 미리 설정된 시간동안 모터 온타임(ON TIME)을 유지한 후, 방향 전환을 위한 소정의 정지시간(OFF TIME)을 갖는다.
상기한 펄세이터(130)의 시계 방향(CW) 및 반시계 방향(CCW) 구동이 완료되면 1주기가 완성되고, 2주기의 구동은 상기한 1주기와 동일하게 진행하거나 또는 다른 방식의 세탁수류 형성방법이 적용되어 진행될 수 있다.
실시예 1에서는 펄세이터(130)에 대한 구동을 모터 온타임(ON TIME)을 3초, 정지시간(OFF TIME)을 1초로 설정한 예이고, 세탁조(120)에 대한 구동은 약 1초로 설정된다.
모터 온타임(ON TIME)은, 예를 들어, 3초 내지 10초 범위로 설정되고, 정지시간(OFF TIME)은 0.5초 내지 1.5초 범위 내에서 설정될 수 있다.
이 경우, 세탁조(120)는 펄세이터(130)의 구동과 다른 주기로 구동이 이루어진다. 세탁조(120)는 펄세이터(130)의 구동시간, 즉 모터 온타임(ON TIME)이 종료되기 전까지 정지된 상태를 유지하고 있다가 펄세이터(130)의 회전 방향과 반대방향으로 회전 구동이 이루어진다.
인너 로터(40)를 순방향, 즉 시계 방향(CW)으로 예를 들어, 1,000 RPM으로 회전시키면, 유성기어장치(70)를 통과하면서 5:1로 감속(토크 변환)되어 펄세이터(130)는 200RPM의 회전속도로 회전이 이루어진다. 이 경우, 링기어(72)는 제2드라이버(540)가 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(50)를 고정시킴에 따라 이와 연결된 입력 아우터 샤프트(20)가 고정되면서 링기어(72)와 세탁조(120)도 고정된 상태를 유지한다.
이 경우, 바람직하게는 펄세이터(130)의 초기 구동을 강하게 시작하도록 오버슈팅방법을 이용하여 인너 로터(40)를 1,000RPM으로 구동한 후, 800RPM의 상태를 미리 설정된 시간동안 유지한다.
이에 따라 펄세이터(130)는 RPM이 1/5로 감속되면서 저속, 고토크의 강한 기동력으로 일방향의 회전이 이루어지면, 세탁물과 세탁수도 이에 연동하여 강한 회전이 이루어지게 된다. 본 발명의 실시예 1에서는 펄세이터(130)가 적어도 3초간 회전이 이루어진 후, 정지하게 되면, 세탁물과 세탁수는 관성에 의해 계속 회전이 이루어지게 된다. 즉, 펄세이터(130)의 정지를 가능한 짧은 시간에 구현되도록 제1드라이버(530)를 이용하여 인너 로터(40)에 대한 전자 브레이크를 실시하면, 강한 3차원 입체 수류가 형성된다.
이 경우, 필요에 따라 펄세이터(130)의 정지시키기 전에 초기 구동시와 유사하게 인너 로터(40)를 800RPM에서 1,000RPM으로 오버슈팅 구동한 후 정지를 진행함에 의해, 더욱 강한 3차원 입체 수류를 형성할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 펄세이터(130)의 구동시간, 즉 모터 온타임(ON TIME)이 종료되기 약 0.5초 전에 정지된 상태에 있던 세탁조(120)를 펄세이터(130)의 회전방향과 반대방향으로, 예를 들어, (-)50RPM으로 구동하여 일방향으로 회전되고 있는 세탁물과 세탁수에 외주로부터 역방향의 회전력을 인가하면, 세탁물과 세탁수에 강한 와류가 발생하게 된다. 이 경우, 세탁조(120)에 대한 역방향 구동은 펄세이터(130)의 구동이 정지된 이후에 적어도 약 0.5초간 지속되면서 와류발생을 지속한다.
이 경우, 상기 세탁조(120)에 대한 역방향의 회전은 아우터 로터(50)를 인너 로터(40)와 반대방향으로 구동함에 따라, 입력 아우터 샤프트(20)와 링기어(72)를 통하여 감속 없이 세탁조(120)에 전달된다. 또한, 링기어(72)에 역방향 회전력이 인가된 상태에서 인너 로터(40)로부터 선기어(74)에 순방향 회전력이 인가되면 유성기어장치(70)는 캐리어(78)로부터 감속되어 펄세이터(130)로 인가되는 출력의 RPM은 더욱 감소되고, 이와 반대로 토크는 증대됨에 따라 더욱 강한 순방향 회전력이 세탁물과 세탁수에 인가된다.
즉, 인너 로터(40)를 모터 온타임(ON TIME)의 종료시점 전에 시계 방향(CW)으로 800RPM에서 1,000RPM으로 RPM을 증가시키면서, 아우터 로터(50)를 인너 로터(40)와 반대방향으로 (-)50RPM으로 구동하게 되면, 펄세이터(130)에는 유성기어장치(70)를 통과하면서 5:1로 감속(토크 변환)되어 펄세이터(130)는 160RPM의 회전속도로 저속, 고토크 회전이 이루어진다.
상기 실시예 1과 같이, 본 발명에서는 세탁물과 세탁수에 대한 중심에서의 일방향의 회전은 펄세이터(130)를 사용하여 고토크로 강하게 구동하고, 펄세이터의 구동 종료시점 전에 세탁조(120)를 역방향으로 구동하여 세탁물과 세탁수의 외주로부터 역방향의 물살을 유도함에 따라 강한 와류를 형성시키며, 그 결과 본 발명에서는 세탁조(120)를 최소한으로 구동하여 강한 세탁력을 갖는 3차원 입체 세탁수류를 형성하면서도 전력소모를 최소화하고 세탁 효율을 높일 수 있게 된다.
(실시예 2)
도 14를 참고하면, 실시예 2에 따른 상호 반대방향 세탁 수류 형성방법은 도 13에 도시된 실시예 1과 유사하다.
실시예 1에서는 모터 온타임(ON TIME)의 초기 구동시와 종료 전에 인너 로터(40)를 800RPM에서 1,000RPM으로 오버슈팅 구동한 후 정지를 진행하였으나, 제2실시예에서는 오버슈팅 구동을 실시하지 않는다. 그대신, 와류 발생을 위해 세탁조(120)를 펄세이터(130)의 회전방향과 반대방향으로 구동하는 것을 모터 온타임(ON TIME)의 초기 구동시와 종료 전에 각각 약 1초 범위 이내로 실시하여 와류 발생 횟수를 1회 더 증가하도록 구동방법을 변경한 것이다.
즉, 실시예 2에서는 인너 로터(40)의 구동에 따라 펄세이터(130)를 순방향으로 800RPM으로 회전하면서 동시에 아우터 로터(50)를 역방향으로 1.0초 동안 구동하여 세탁조(120)를 역방향으로 (-)50RPM으로 회전시키고, 또한 실시예 1과 동일하게 인너 로터(40)의 모터 온타임(ON TIME) 종료 전 0.5초 전에 시작하여 모터 온타임(ON TIME) 종료후 0.5초 동안까지 연장하여 인너 로터(40)를 역방향으로 1.0초 동안 구동하여 세탁조(120)를 역방향으로 (-)50RPM으로 회전시킨다.
실시예 1 및 2에서 800RPM에서 예를 들어, 0.3초에 걸쳐서 RPM을 감속한 상태에서 전자 브레이크를 적용하며, 이 경우, 급격하게 인너 로터(40)를 구동 정지시키는 경우는 상대적으로 정지시간(OFF TIME)을 더 길게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 실시예 2에 따른 상호 반대방향 세탁 수류 형성방법은 펄세이터(130)의 순방향 회전, 정지, 역방향 회전, 정지의 1주기 세탁행정이 완료된 후, 1주기 세탁행정과 동일한 세탁행정을 세탁코스에 따라 반복하여 적용할 수 있고, 다른 종류의 세탁 수류나 포풀림 행정을 조합하는 것도 가능하다.
실시예 2에서는 1주기 세탁행정이 완료된 후, 제2주기 세탁행정시에 모터 온타임(ON TIME)의 펄세이터(130)의 구동 RPM을 속도를 가변하는 세탁 수류방식을 적용한 것을 나타낸 것이다.
BLDC 모터를 사용한 구동장치에서는 로터의 RPM 가변을 쉽게 구현할 수 있어, 펄세이터(130)를 구동하기 위한 인너 로터(40)의 회전속도를 800RPM에서 500RPM으로 낮추었다가 다시 800RPM으로 높이는 속도 조절을 적용할 수 있으며, 이에 의해 일정 간격으로 밀려오는 파도와 같은 세탁 수류를 발생할 수 있게 된다.
실시예 2에 따른 상호 반대방향 세탁 수류 형성방법에서 나머지 부분은 실시예 1과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
(실시예 3)
도 15를 참고하면, 실시예 3에 따른 상호 반대방향 세탁 수류 형성방법은 전체적으로 실시예 1 및 실시예 2와 유사하다.
실시예 3과 실시예 1 및 실시예 2와 차이점은 모터 온타임(ON TIME)의 초기 구동시와 종료 전에 인너 로터(40)를 800RPM에서 1,000RPM으로 오버슈팅 구동하는 것 대신에 인너 로터(40)의 회전속도를 최대 1,000RPM으로 높여서 펄세이터(130)를 구동하기 위한 회전속도와 구동 토크를 높였다.
또한, 모터 온타임(ON TIME)의 중간 부분에 인너 로터(40)의 RPM을 1,000RPM에서 800RPM으로 낮추었다가 높이는 속도 조절 구간(Pd)을 삽입함에 의해 큰 파도와 같은 강한 파워를 갖는 세탁 수류를 발생하도록 하였다.
더욱이, 실시예 3에서 모터 온타임(ON TIME)은 실시예 1 및 실시예 2보다 더 짧게 설정하고 정지시간(OFF TIME)은 더 길게 설정한 것이다. 모터 온타임(ON TIME)시에 펄세이터(130)의 RPM이 실시예 1 및 실시예 2보다 200RPM의 높은 회전속도에서 정지가 이루어지는 것을 고려하여 모터 온타임(ON TIME)을 3초, 정지시간(OFF TIME)을 1.5초, 세탁조(120)에 대한 구동은 약 1초로 설정된 것이다.
즉, 정지시간(OFF TIME)도 전자 브레이크에 프리 휠링(Free-wheeling)과 기동준비 기간을 더하여 상기 실시예 1 및 실시예 2보다 더 긴 1.5초를 할당한다. 상기 프리 휠링은 펄세이터(130)의 전자 브레이크 이후에 관성회전이 이루어지도록 모든 제어를 해제하는 것이다.
또한, 펄세이터(130)의 RPM이 200RPM의 높은 회전속도에서 정지가 이루어지는 것을 고려하여 적어도 2단계의 경사 기울기를 가지고 감속되면서 정지상태에 도달하도록 제어가 이루어진다.
상기한 바와 같이, 실시예 3에서는 펄세이터(130)를 구동하는 모터 온타임(ON TIME) 시간을 짧게 설정하면서도 200RPM의 높은 회전속도에서 급 정지를 실시하고 또한 세탁조(120)를 상기한 실시예 1 및 2와 동일하게 펄세이터(130)의 구동 종료 전부터 시작하여 구동 종료후까지 역방향으로 (-)50RPM으로 회전시킨다.
상기 실시예 3과 같이, 본 발명에서는 세탁물과 세탁수에 대한 중심에서의 일방향의 회전은 펄세이터(130)를 사용하여 강하게 짧게 구동한 후, 펄세이터를 급 제동하면서 펄세이터의 구동 종료시점 전에 세탁조(120)를 역방향으로 구동하여 세탁물과 세탁수의 외주로부터 역방향의 물살을 유도하면 강한 와류를 형성시킬 수 있다. 그 결과 본 발명에서는 펄세이터(130)의 구동시간을 최소한으로 진행하여 전력소모를 최소화하면서도 강한 세탁력을 갖는 3차원 입체 세탁 수류를 형성하여 세탁 효율을 높일 수 있게 된다.
(실시예 4)
도 16을 참고하면, 실시예 4에 따른 상호 반대방향 세탁 수류 형성방법은 전체적으로 실시예 1 내지 실시예 3과 유사하다.
실시예 4와 실시예 1 내지 실시예 3과의 차이점은, 모터 온타임(ON TIME)의 초기 구동시와 종료 전에 인너 로터(40)의 초기 구동은 800RPM에서 1,000RPM으로 오버슈팅 구동하는 것 대신에 인너 로터(40)의 회전속도를 최대 1,000RPM으로 높여서 펄세이터(130)를 구동하기 위한 회전속도와 구동 토크를 높였다.
또한, 모터 온타임(ON TIME)시에 펄세이터를 기동할 때 인너 로터(40)의 RPM을 미리 설정된 1,000RPM까지 다단계의 램프-업(ramp-up) 방식으로 속도를 증가시키고, 회전방향의 전환을 위해 펄세이터(130)를 정지시킬 때 최단 시간에 급 제동하여 정지상태에 도달하도록 제어함에 의해 강한 수류를 형성할 수 있다.
인너 로터(40)를 미리 설정된 RPM으로 회전시키는 방법은 상기한 램프업(ramp-up) 기동, 시간에 따라 서서히 RPM을 높이는 순차적인 기동방법 등의 주지된 기동방법 중 하나를 적용할 수 있다.
더욱이, 모터 온타임(ON TIME)의 펄세이터(130)의 RPM이 200RPM의 높은 회전속도에서 정지가 이루어지는 것을 고려하여 모터 온타임(ON TIME)을 4.5초, 정지시간(OFF TIME)을 1.5초, 세탁조(120)에 대한 구동은 약 1초로 설정된 것이다.
즉, 실시예 4에서는 펄세이터(130)의 급 제동에 의한 정지를 고려하여 정지시간(OFF TIME)은 실시예 1 내지 3보다 더 길게 설정하는 것이 바람직하다.
상기 실시예 4에서는 실시예 3과 유사하게 세탁물과 세탁수에 대한 중심에서의 일방향의 회전은 펄세이터(130)를 사용하여 강하게 구동한 후, 펄세이터를 급 제동하면서 펄세이터의 구동 종료시점 전에 세탁조(120)를 역방향으로 구동하여 세탁물과 세탁수의 외주로부터 역방향의 물살을 유도하면 강한 와류를 형성시킬 수 있다. 그 결과 본 발명에서는 펄세이터(130)의 강한 급 제동과 세탁조(120)의 역방향 구동을 조합하여 강한 세탁력을 갖는 3차원 입체 세탁 수류를 형성하여 세탁 효율을 높일 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 실시예 3은 운전율이 67%이고, 실시예 4는 운전율이 75%이다. 동일한 세탁물을 가지고 세탁행정을 진행할 때 운전율이 67%인 실시예 3 방식에서는 소비전력이 23Watt이고, 운전율이 75%인 실시예 4 방식에서는 소비전력이 20Watt로 나타났다.
수류 세탁 행정시에 모터 온타임(ON TIME)과 정지시간(OFF TIME)의 비율을 변경하여 세탁기의 운전율을 적절하게 설정하면, 소비전력 절감과 세정도의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명에서는 소비전력을 최소화하면서 효율 상승을 위해 운전율은 적어도 60%, 바람직하게는 67% 이상일 수 있다. 또한, 펄세이터의 RPM과 세탁조의 RPM은 3:1보다 더 크게 설정되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 수류 형성 중 모터 기동토크 조절과 회전유지 구간에서 펄세이터(130)를 가변 속도로 구동하면 리듬 수류를 형성할 수 있고, 에너지 소모를 절약할 수 있다. 또한 펄세이터(130)의 회전 RPM을 가변하여 강->중->약->강->중->약 등과 같이 강, 중, 약 수류를 혼용하면 보다 적은 에너지로 높은 세정도 및 헹굼도를 기대할 수 있다.
상기 실시예 설명에서는 펄세이터와 세탁조를 구동하는 모터의 정지방법을 전자 브레이크를 이용하는 것을 예로 들었으나, 정지시간이 길게 소요되는 프리휠(Freewheel) 방식으로 정지하는 것도 가능하다. 또한, 모터의 정지시에 전자 브레이크 이외에 주지된 다른 방법을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 세탁기는 인너 로터(40)를 초기 기동할 때 세탁조(120) 내부로 세탁물이 투입되어 펄세이터(130)에 부하가 걸린 상태일 경우 인너 로터(40)의 회전력이 세탁조(120)로 전달되어 인너 로터(40)가 거의 무부하 상태에서 기동되기 때문에 스타팅 커런트(Starting Current)를 낮출 수 있고, 이에 따라 소비전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 정역회전을 하는 사이에 펄세이터의 정지시간을 적절하게 설정함에 의해 세탁물의 꼬임을 줄여주고, 세탁물이 회전하면서 세탁조 내에서 고르게 퍼질 수 있도록 하며, 세탁물의 자세와 위치를 변경하여 세척효과를 향상시킨다.
또한, 본 발명에서는 펄세이터(130)의 회전 속도를 가변시킴에 의해 리듬 수류를 형성할 수 있고, 그 결과 리듬 세탁을 구현할 수 있다. 즉, 펄세이터(130)의 회전 속도가 급격하게 가변되도록 제어할 경우, 강한 수류 및 리듬 수류를 형성하면서 세탁물의 손상을 방지할 수 있다.
펄세이터(130)와 세탁조(120)의 회전 속도 가변은 제어유닛(500)에서 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)를 제어하여 제1 및 제2 코일(66,68)로 인가되는 제1구동신호 및 제2구동신호의 전압 크기 및 전류량을 가변시킴에 의해 달성할 수 있다.
펄세이터(130)와 세탁조(120)의 회전 속도가 완만하게 가변되도록 제어할 경우 부드러운 리듬 수류를 형성할 수 있고 세탁물의 손상을 방지한다.
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)를 채용한 제3실시예에 따른 세탁기 구동장치(150b)를 이용하는 세탁방법에 대하여도 같은 방식으로 적용될 수 있다.
또한, 상기한 실시예 설명에서는 세탁기 구동장치(150,150a)가 유성기어장치(70)를 구비하고 인너 로터(40)의 출력을 감속하여 펄세이터(130)에 전달하는 구조를 채용하고 있으나, 상기한 본 발명의 세탁 수류 형성방법은 세탁물의 부하가 작은 세탁기인 경우 세탁기 구동장치(150,150a)에서 유성기어장치(70)를 배제한 구조에도 동일하게 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 있으며, 한쌍의 출력을 발생하는 동력원이라면 다른 구조, 다른 방식의 어떤 구동모터도 사용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 세탁기 구동장치는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(140,140b)로부터 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. 펄세이터와 세탁조를 독립적으로 구동하는 세탁기 구동장치로서,
    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;
    상기 입력 인너 샤프트를 통하여 선기어에 제1입력이 인가될 때 캐리어로부터 발생되는 변속 출력이, 상기 입력 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 인가되는 제2입력에 의해 제어되는 유성기어장치;
    상기 캐리어로부터 발생된 출력을 펄세이터에 전달하는 출력 인너 샤프트; 및
    상기 링기어로부터 발생된 출력을 세탁조에 전달하는 출력 아우터 샤프트; 를 포함하며,
    세탁 행정시에 상기 펄세이터는 시계방향 및 반시계방향으로 회전방향을 전환할 때 정지시간을 가지며, 상기 세탁조는 펄세이터의 구동시간이 종료되기 전에 기동하여 펄세이터의 회전 방향과 반대방향으로 구동이 이루어지는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세탁조의 구동은 펄세이터의 정지시간까지 연장되어 구동되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세탁조는 펄세이터의 기동과 동시에 펄세이터의 회전 방향과 반대방향으로 구동이 이루어지고, 펄세이터의 구동시간보다 짧게 이루어지는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 펄세이터의 구동시간과 정지시간은 2:1 내지 10:1 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펄세이터의 기동 및 정지 동작시에 오버슈팅 구동이 이루어지는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 펄세이터의 기동시에 램프-업 구동이 이루어지는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 펄세이터는 가변속도로 구동되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 펄세이터의 정지를 위해 드라이버에 전자 브레이크가 적용되는 펄세이터의 RPM이 높을수록 정지시간은 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 펄세이터의 RPM과 세탁조의 RPM은 3:1 보다 더 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  10. 제1항에 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.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2입력의 회전방향이 제1입력의 반대방향이고, 상기 제2입력의 RPM이 제1입력 RPM의 1/4보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  12. 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.
  13. 제12항에 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.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 입력 아우터 샤프트와 출력 아우터 샤프트에 각각 설치되어 상기 유성기어장치를 양방향으로 회전가능하게 지지하는 제1 및 제2 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동장치.
  15. 세탁수를 수용하는 외조;
    상기 외조의 내부에 회전 가능하게 배치되어 세탁과 탈수가 이루어지는 세탁조;
    상기 세탁조 내부에 회전 가능하게 배치되어 세탁 수류를 형성하는 펄세이터; 및
    상기 세탁조와 펄세이터를 동시에 또는 선택적으로 구동시키는 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 따른 세탁기 구동장치를 포함하는 세탁기.
  16. 펄세이터를 제1기간 동안 제1방향으로 회전 구동하는 제1단계;
    상기 제1기간이 종료되기 전에 세탁조를 제2기간 동안 상기 제1방향과 반대방향으로 회전 구동하는 제2단계;
    상기 제1기간의 경과에 따라 펄세이터를 정지시키는 제3단계;
    상기 제1기간의 경과 이후에 상기 제2기간의 경과에 따라 상기 세탁조를 정지시키는 제4단계; 및
    상기 제2기간의 경과 이후에 펄세이터의 정지시간이 경과하는 지를 판단하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제5단계에서 정지시간이 경과한 경우, 상기 제1 내지 제5 단계에서 펄세이터와 세탁조의 회전방향을 각각 반대로 설정하여 실행하는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2기간 동안 펄세이터의 회전 구동에 따른 순방향(CW)과 원주방향을 따라 발생된 제1수류와 세탁조의 회전 구동에 따른 역방향(CCW)의 제2수류가 부딪치면서 와류가 발생되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 펄세이터의 RPM과 세탁조의 RPM은 3:1 보다 더 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 펄세이터는 더블 로터-더블 스테이터 방식 구동모터의 인너 로터와 아우터 중 어느 하나의 출력이 유성기어장치의 선기어로 입력되어 캐리어로부터 출력되는 감속된 제1출력에 의해 구동이 이루어지며,
    상기 세탁조는 상기 구동모터의 인너 로터와 아우터 중 다른 하나의 출력이 유성기어장치의 링기어로 입력되어 감속없이 링기어로부터 출력되는 제2출력에 의해 구동이 이루어지는 것을 특징으로 하는 세탁기 구동방법.
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