WO2019107985A1 - 세탁기 - Google Patents

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WO2019107985A1
WO2019107985A1 PCT/KR2018/014992 KR2018014992W WO2019107985A1 WO 2019107985 A1 WO2019107985 A1 WO 2019107985A1 KR 2018014992 W KR2018014992 W KR 2018014992W WO 2019107985 A1 WO2019107985 A1 WO 2019107985A1
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WO
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coil
washing
shaft
motor
turns
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/014992
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English (en)
French (fr)
Inventor
홍대훈
박성윤
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • D06F37/30—Driving arrangements 
    • D06F37/304—Arrangements or adaptations of electric motors
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F23/00—Washing machines with receptacles, e.g. perforated, having a rotary movement, e.g. oscillatory movement, the receptacle serving both for washing and for centrifugally separating water from the laundry 
    • D06F23/04—Washing machines with receptacles, e.g. perforated, having a rotary movement, e.g. oscillatory movement, the receptacle serving both for washing and for centrifugally separating water from the laundry  and rotating or oscillating about a vertical axis
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D06F37/40—Driving arrangements  for driving the receptacle and an agitator or impeller, e.g. alternatively
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles

Definitions

  • the present invention relates to a washing machine.
  • a washing machine includes an outer tank in which wash water is contained, and a drum rotatably provided in the outer tank to receive clothing (hereinafter referred to as a 'laundry cloth' or 'laundry'). Washing and dehydration are performed.
  • the washing machine has a top loading type in which the rotation center of the drum is vertically formed and is designed to be able to insert the washing cloth from the upper side, And a front loading type designed to allow laundry to be poured from the front.
  • the top loading type washing machine may be roughly divided into an agitator type and a pulsator type.
  • the agitation type washing machine rotates the washing rods rising at the center of the drum to wash the laundry,
  • the disk-shaped pulsator or the drum is rotated to wash the disk.
  • the front loading method is generally referred to as a drum type washing machine.
  • a lifter is provided on the inner circumferential surface of the drum, and the lifter lifts the laundry after the drum rotates, and then drops the laundry.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2004-0071430 (August 12, 2004) (hereinafter referred to as prior art) discloses a top loading type automatic washing machine.
  • the washing machine disclosed in the prior art includes a driving motor for providing a driving force, a dewatering shaft for rotating the outer tub, a washing shaft for driving the pulsator, and a coupler for selectively driving the dewatering shaft and the washing shaft
  • a driving unit is provided.
  • the coupler transfers rotational force generated in the driving motor to the pulsator during washing and simultaneously transmits the pulsating force generated in the driving motor to the pulsator and the outer tub during dewatering. That is, the washing shaft is always coupled to the driving motor, and the dewatering shaft is selectively coupled to the driving motor.
  • the coupler is engaged with the dehydrating shafts so as to be movable up and down, and has a tooth surface that can be engaged with the rotor of the driving motor on the outer circumferential surface. Accordingly, when the coupler is lifted, the coupling between the dehydrating shafts and the rotor is released, and when the coupler is lowered, it is engaged with the rotor to transmit rotational force of the rotor to the dehydrating shafts.
  • the planetary gear is attached to the portion connecting the rotation shaft of the driving motor and the washing shaft, the torque of the driving motor for driving the pulsator in the washing mode is reduced. That is, even if a driving motor having a relatively small torque is applied to a washing machine without a planetary gear, there is no inconvenience in driving the pulsator. Therefore, there is an advantage that the size of the driving motor, specifically, the stack height of the rotor and the stator core and the height of the rotor can be reduced to make the motor slim.
  • the stack height of the stator core was reduced from 27 mm to 14 mm under the condition of the reduction gear ratio of the planetary gear of 3.8: 1 (one rotation of the pulsator at 3.8 rotation of the drive motor), and the maximum torque of the drive motor reached approximately 30.4 Nm.
  • the present invention is proposed to solve the above problems.
  • a washing machine comprising: a cabinet having an upper surface and an outer shape; A top cover covering an upper surface of the cabinet and having a laundry loading port formed therein; A door coupled to the top cover to open and close the laundry inlet; A base coupled to a lower end of the cabinet to support the cabinet; An outer tub accommodated in the cabinet and filled with wash water; An inner tank accommodated in the outer tank and supplied with a laundry; A pulsator mounted on a bottom portion of the inner tank for forcedly flowing wash water and washing cloth; And a driving unit mounted on a bottom portion of the outer tub to provide rotational force to the pulsator and the inner tub, wherein the driving unit includes a stator fixed to the bottom of the outer tub, and a rotor motor; A shaft portion including a washing shaft for transmitting the rotational force of the driving motor to the pulsator and a dewatering shaft for transmitting the rotational force of the driving motor to the inner tank; And a planetary gear interposed at any
  • the coil diameter of the coil must be reduced under a given slot fill condition, and when the coil diameter of the coil decreases, the resistance rises and the motor efficiency and the motor temperature may be increased.
  • the torque value of the motor is lowered by applying the planetary gear, it has been confirmed that the input current value is lowered and there is no big problem.
  • the motor current is reduced to reduce the torque of the driving motor, and as a result, the washing performance may be adversely affected.
  • the torque of the motor is increased by adjusting the wire diameter and the number of turns of the coil within an appropriate range so that the above-mentioned adverse effect does not occur.
  • FIG. 1 is a sectional view of a washing machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a driving unit according to an embodiment of the present invention is installed in an outer tank;
  • FIG. 3 is a perspective view showing the driving unit.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the driving unit.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the driving unit.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the driving motor is removed from the driving unit.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the rotor of the driving unit.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a driving unit in a dehydration mode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a bottom perspective view of a clutch stopper according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a bottom perspective view of the clutch stopper to which the clutch lever is engaged.
  • FIG. 12 is a bottom view of the clutch stopper shown in Fig.
  • 13 is a planar perspective view of the clutch stopper with the clutch lever engaged
  • FIG. 1 is a sectional view of a washing machine according to an embodiment of the present invention.
  • a washing machine 1 includes a case 10 forming an outer appearance, a top cover 11 disposed at an upper end of the case 10, And a base 12 disposed at the lower end.
  • the case 10 is formed in a rectangular shape having an inner space, and the upper end and the lower end are opened. In the case 10, various devices necessary for washing may be provided.
  • the top cover 11 is disposed at an open upper end of the case 10 and forms a laundry loading port (not shown) into which laundry can be input.
  • a door 13 for opening and closing the laundry loading port is provided on the top cover 11.
  • the door 13 may be rotatably provided by a user.
  • the base (12) is arranged to shield the open lower end of the case (10).
  • One or a plurality of legs 14 are disposed on the bottom surface of the base 12 to separate the base 12 from the bottom surface.
  • the leg 14 may be rotated to adjust the level of the washing machine 1.
  • the base 12 may include a scattering-preventing rib 300 according to an embodiment of the present invention, and details of the scattering-preventing rib 300 will be described in detail with reference to the drawings.
  • the washing machine 1 is provided with a control panel 15 composed of various devices capable of controlling the washing machine 1.
  • the control panel 15 may be provided on the top surface of the top cover 11.
  • the control panel 15 may be provided with various input units provided for the user to operate the washing machine 1 and a display unit for displaying the state of the washing machine 1 to the user.
  • the control panel 15 may be provided with various PCBs (not shown) for controlling the configuration of the washing machine 1 according to signals input by the input unit.
  • a tubular outer tub 20 and an inner tub 30 are provided in the inner space of the washing machine 1 formed by the case 10, the top cover 11 and the base 12.
  • the inner tank 30 has a diameter smaller than that of the outer tank 20 so as to be accommodated in the inner tank 20.
  • the outer tank 20 is filled with washing water for washing laundry.
  • the outer tub 20 is formed in a cylindrical shape, and an opening 21 through which the laundry can be inserted is formed on the upper surface.
  • the outer tub 20 may be installed at a predetermined distance from the base 12 in the case 10 by a support member 22.
  • the upper end of the support member 22 may be supported on the upper portion of the case 10, and the lower end may be engaged with the lower portion of the outer tank 20.
  • the support member 22 may be provided at its lower end with a damper 24 for absorbing vibration generated in the outer tank 20 and the inner tank 30.
  • the damper 24 may include a spring for absorbing vibrations generated in the inner tank 30 or a driving unit 100 to be described later through the elastic deformation.
  • the inner tub 30 may be defined as a washing tub rotating by the driving unit 100 for washing, rinsing, and dewatering laundry.
  • the inner tank 30 can be received in the outer tank 20 and the outer surface of the inner tank 30 is spaced from the inner surface of the outer tank 2 by a predetermined distance.
  • a plurality of washing holes 32 are formed in the side surface of the inner tub 30 to allow the washing water to flow in and out. Therefore, the washing water supplied to the outer tub 20 can be filled into the inner tub 30 through the plurality of washing holes 32.
  • a filter unit 34 for collecting various foreign substances including lint included in the washing water may be provided on the inner circumferential surface of the inner tank 30.
  • a plurality of the filter units (34) may be installed in the circumferential direction of the inner tank (30).
  • the washing machine 1 is provided with a water supply channel connected to an external water source to supply wash water into the outer tank 20 and the inner tank 30.
  • the water supply channel is provided with a water supply valve for opening and closing the water supply channel.
  • the water supply valve may be provided in plurality according to the type of water to be supplied.
  • the water supply valve may include a hot water valve and a cold water valve.
  • a drainage channel 45 for draining wash water from the outer tank 20 and the inner tank 30 to the outside of the washing machine 1 is provided in the washing machine 1.
  • the drainage passage 45 is provided with a drainage valve 46 for opening and closing the drainage passage 45.
  • the drainage passage 45 may further include a drain pump 47 for pumping the wash water drained along the drainage passage 45 to the outside.
  • a pulsator (50) which forms a water flow for washing is rotatably provided on the bottom of the inner tank (30).
  • the washing machine 1 is provided with a driving unit 100 for providing power for rotating the inner tank 30 or the pulsator 50.
  • the driving unit 100 includes dehydrating shafts for rotating the inner tub 30 and washing shafts for rotating the pulsator 50 to selectively rotate the dehydrating shafts and the washing shafts.
  • FIG. 2 is a bottom perspective view of an outer tank provided with a driving unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view of the driving unit
  • FIG. 4 is a side view of the driving unit.
  • the driving unit 100 according to the embodiment of the present invention is disposed below the outer tank 20.
  • the driving part 100 can be understood as a means for rotating the pulsator 50 or providing power for rotating the pulsator 50 and the inner tub 20 together.
  • the driving unit 100 includes a washing shaft 110 for transmitting power to the pulsator 50, a dehydrating shaft 120 for transmitting rotational power to the washing tub 30, A bearing housing 130 supporting the dewaxing shaft 120 and a driving motor 180,190 disposed under the bearing housing 130 and providing a driving force to the washing shaft 110 or the dewaxing shaft 120 .
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the driving unit
  • FIG. 6 is a vertical sectional view of the driving unit
  • FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the driving motor is removed from the driving unit
  • FIG. 8 is a perspective view showing the rotor of the driving unit.
  • the driving unit 100 includes a washing shaft 110, a dehydrating shaft 120, a bearing housing 130, and driving motors 180 and 190, as described above.
  • the washing shaft 110 includes an upper washing shaft 111 and a lower washing shaft 115 positioned below the upper washing shaft 111.
  • the dehydration shrink 120 includes an upper dehydration shrink 121 and a lower dehydration shrink 125 located below the upper dehydration shrink 121.
  • the upper washing shaft 111 protrudes into the inner tub 30 through the center of the upper washing shoe 120 and the upper washing shoe 111 protrudes into the inner tub 30, And one end is coupled to the pulsator 50.
  • the other end of the upper washing shaft 111 extends downward and is connected to a planetary gear module 140 disposed inside the bearing housing 130.
  • the upper washing shaft 111 is fixed to the bottom of the inner tub 30 and rotates together with the inner tub 30.
  • the lower washing shaft 115 is spaced downward from the upper washing shaft 111.
  • the lower end of the lower washing shaft 115 is coupled to the rotor 190 of the driving motor and the upper end of the lower washing shaft 115 is connected to the planetary gear module 140. That is, the planetary gear module 140 connects the lower end of the upper washing shaft 111 and the upper end of the lower washing shaft 115.
  • the upper washing shafts 111 are inserted into the upper washing shafts 121 and the upper washing shafts 121 and the upper washing shafts 111 are coaxial.
  • One end of the upper dew condenser 121 is coupled to the inner tank 30 to transmit the rotational force to the inner tank 30 and the other end is connected to the planetary gear module 140.
  • the lower dehydrating shake 125 is disposed downward from the upper dehydrating shake 121.
  • the lower washing shafts 115 are inserted into the lower washing shafts 125 and the lower washing shafts 125 and the lower washing shafts 115 are coaxial.
  • the lower dehydrating shafts 125 are connected to the planetary gear module 140 at the upper end thereof and coupled to the rotor 190 by a coupler 150 to be described later.
  • a serration for coupling with the coupler 150 is formed on the outer circumferential surface of the lower dehydrase 125. Accordingly, the coupler 150 is installed to be movable up and down along the lower dehydrating shrink 125.
  • the rotational force generated by the driving motor is reduced through the planetary gear module 140 and transmitted to the upper washing shaft 111 and / or the upper dehydrating shaft 121. Therefore, the pulsator 50 or the inner tub 30 is rotated at a relatively high torque, so that the driving motor can be efficiently operated, and as a result, the driving motor can be made slim.
  • the bearing housing 130 supports the washing shaft 110 and the dewaxing shaft 120 and accommodates a planetary gear module 140 having a plurality of gears therein.
  • the bearing housing 130 is disposed below the outer tub 20.
  • the bearing housing 130 may be fixed to the bottom surface of the outer tub 20 by a fastening member.
  • a plurality of fastening holes 131 may be formed in the upper surface of the bearing housing 130 to allow the fastening members to pass therethrough.
  • the plurality of fastening holes 131 may be formed in the circumferential direction of the housing 130 As shown in FIG. The fastening member passing through the fastening hole 131 is inserted and fixed to the bottom surface of the outer tub 20.
  • the bearing housing 130 forms an internal space for accommodating the planetary gear module 140.
  • the bearing housing 130 includes a housing case 130a accommodating the planetary gear module 140 at its center and a housing cover 130b covering an opened upper surface of the housing case 130a .
  • the plurality of fastening holes 131 may be disposed at an outer edge of the housing cover 130b.
  • a clutch stopper 160 may be coupled to the lower portion of the bearing housing 130 by a fastening member.
  • a plurality of fastening holes 133 for inserting the fastening member may be formed on the bottom surface of the housing case 130a.
  • the clutch stopper 160 can be mounted on the bottom surface of the bearing housing 130 by inserting the coupling member into the coupling hole 133 through the clutch stopper 160.
  • the number of the plurality of fastening holes 133 may be three, but the present invention is not limited thereto.
  • the upper wash shaft 111 and the upper wash shaft 121 are inserted through the center of the upper surface of the bearing housing 130, that is, the center of the housing cover 130b.
  • a sleeve 130c for inserting a bearing may be formed at the center of the housing cover 130b and the upper dew condenser 121 may penetrate the sleeve 130c and be connected to the planetary gear module 140 .
  • An upper shaft support bearing 103 is interposed between the outer peripheral surface of the upper dew condensation shaft 121 and the sleeve 130c so that the upper dew condensation shaft 121 is rotatably supported. The upper shaft support bearing 103 prevents frictional force between the upper dehydration shaft 121 and the sleeve 130c when the upper dehydration shaft 121 rotates.
  • the lower washing shaft 115 and the lower dehydrating shaft 125 are inserted through the bottom center of the bearing housing 130, that is, the center of the bottom of the housing case 130a.
  • a sleeve 130d is extended from the center of the bottom of the housing case 130a and the lower dehydrating shaft 125 is connected to the planetary gear module 140 through the sleeve 130d.
  • a lower shaft support bearing 105 is provided between the sleeve 130d and the lower dehydrating shaft 125 so that the lower dehydrating shaft 125 is rotatably supported.
  • the drive motor is disposed below the bearing housing 130.
  • the driving motor includes a stator 180 generating a magnetic force by an applied power source and a rotor 190 rotated by an induced electromotive force through interaction with the stator 180.
  • the stator 180 may include a stator core, an insulator 184 covering the top and bottom surfaces of the stator core, and a coil 182 wound around the stator core.
  • the stator core includes a yoke portion 181 having a circular band shape and a plurality of pawls 183 extending radially from the outer edge of the yoke portion 181 and circumferentially spaced apart.
  • the coil 182 is provided on the outer circumferential surface of the pole 183 covered by the insulator 184 in a plurality of turns to prevent direct contact between the coil 182 and the magnetic core.
  • the stator core is formed by laminating a plurality of thin steel plates made up of a yoke portion 181 and a pawl 183.
  • the torque of the drive motor is determined by the stacking height of the stator core and the number of windings of the coil 182.
  • the inner peripheral surface of the insulator further includes a coupling protrusion 185 protruding toward the center of the stator core.
  • the fastening protrusion 185 is a portion for fastening the stator 180 to the bearing housing 130 with a fastening member.
  • a fastening hole 186 is formed in the fastening protrusion 185 and a fastening member is inserted into the bottom surface of the bearing housing 130 through the fastening hole 186.
  • the clutch stopper 160 is interposed between the stator 180 and the bearing housing 130, and the coupling member rotates the stator 180, the clutch stopper 160, and the bearing housing 130 sequentially .
  • the fastening protrusions 185 may be arranged in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the yoke portion 181.
  • the plurality of fastening protrusions 185 may be disposed at equal intervals.
  • FIG. 5 shows that six fastening protrusions 185 are formed on the inner circumferential surface of the yoke portion 181. In the present invention, however, only three fastening protrusions 185 among the six fastening protrusions 185 penetrate the fastening member
  • the stator 180 is coupled to the bearing housing 130 at three points.
  • the rotor 190 is a portion that rotates due to an electrode difference from the stator 180.
  • the rotor 190 is disposed to surround the outer circumferential surface of the stator 180.
  • the rotor 190 may have a flat cylindrical shape with an opened top surface.
  • the stator 180 may be disposed inside the rotor 190 through the opened upper surface to configure an outer rotor type motor.
  • the rotor 190 includes a rotor frame 191 forming an outer appearance, and a magnet 192 attached to an inner wall of the rotor frame 191.
  • the magnet 192 is mounted on the inner wall of the rotor frame 191 to form a step 193 for supporting the lower end of the magnet 192.
  • a shaft coupling portion 195 for coupling the lower washing shaft 115 and the lower shrinkage shaft 125 is provided at the center of the rotor 190.
  • the shaft coupling unit 195 includes an axial coupling boss 197 having an axial hole 196 through which the lower washing shaft 115 penetrates and a shaft coupling boss 197 formed on the outer side of the shaft coupling boss 197, 150).
  • the shaft coupling part 195 is fixedly coupled to the rotor 190 and rotates integrally with the rotor 190.
  • a nut 199 is fitted to an end of the lower washing shaft 115 passing through the shaft coupling part 195 so that the lower washing shaft 115 is connected to the shaft coupling part 195 and the rotor 190, To rotate in one body.
  • the planetary gear module 140 constituting the driving unit 100 is means for increasing the torque transmitted to the pulsator 50 by reducing the rotational force generated by the driving motor.
  • the planetary gear module 140 includes a planetary gear case 145, a sun gear 144 accommodated in the planetary gear case 145, and a plurality of sun gears 144 engaging with the outer circumferential surface of the sun gear 144 And includes a planetary gear 142 and a carrier 141 for supporting the plurality of planetary gears 142.
  • a plurality of gear shafts 143 for fitting the planetary gears are disposed in the carrier 141 in the circumferential direction, and a through hole through which the gear shaft 143 passes is formed at the center of the planetary gear 142 .
  • the carrier 141 supports the plurality of planetary gears 142 and is rotatable together with the planetary gears 142.
  • a sun gear 144 is disposed at the center of the plurality of planetary gears 142 and the planetary gear 142 is engaged with the sun gear 144 to rotate.
  • the plurality of planetary gears 142 are engaged with the teeth formed on the inner peripheral surface of the planetary gear case 145 and rotate.
  • the lower dehydrator 125 includes a cylindrical shaft portion 125a through which the lower washing shaft 115 passes, and a lower dehydrating shaft 125a extending from the upper end of the shaft portion 125a in a direction perpendicular to the shaft portion 125a That is, a circular supporting portion 125b extending in the horizontal direction.
  • the support portion 125b forms a bottom surface of the planetary gear case 145 to support the sun gear 144 and the planetary gears 142.
  • the upper end of the planetary gear case 145 is connected to the upper dew condenser 121 in one body.
  • a rounded octagonal groove may be formed in the upper portion of the carrier 141 to be engaged with the lower end of the upper washing shaft 111. Therefore, the carrier 141 rotates with the upper washing shaft 111 as one body.
  • the sun gear 144 is connected to the upper end of the lower washing shaft 115.
  • the rotational force generated in the driving motor is transmitted in the order of the sun gear 144, the planetary gear 142, the carrier 141, and the upper washing shaft 111 via the lower washing shaft 115.
  • the rotational force generated by the driving motor is converted into a form in which the rotational speed of the planetary gear module 140 is reduced and the torque is increased, and is transmitted to the upper washing shaft 111.
  • the driving unit 100 further includes the coupler 150.
  • the coupler 150 is coupled to the outer circumferential surface of the lower dehydrator shaft 125 and is movable in the vertical direction (up and down direction) along the lower dehydrator shaft 125.
  • the coupler 150 vertically moves along the lower dehydrating shafts 125 to selectively transmit rotational force generated by rotation of the rotor 190 to the lower dehydrating shafts 125 and the lower washing shafts 115 .
  • the coupler 150 includes a cylindrical body 151 having a top surface and a bottom surface.
  • a through hole (not shown) is formed in the center of the body 151 to allow the lower dehydration shake 125 to pass therethrough.
  • the inner circumferential surface of the through hole is formed with a tooth surface to be engaged with the outer circumferential surface of the lower dehydrating shrink 125.
  • the coupler 150 descends along the lower dew condensation 125 in a state where a tooth surface formed on the inner circumferential surface of the through hole is engaged with a tooth surface formed on the outer circumferential surface of the lower dew condensation 125, A tooth surface formed on the lower surface of the rotor 190 is coupled to the mating portion 198 of the rotor 190.
  • the coupler 150 rises, the tooth surface formed on the lower surface of the coupling portion 198 of the rotor 190 and the coupler 150 is separated.
  • a flange 152 extending in the radial direction of the body 151 is formed at the upper end of the body 151.
  • a stop gear 153 may be formed along the circumferential direction at an upper edge of the flange portion 152.
  • a connecting gear 155 is formed along the circumferential direction at a lower end edge of the body 151 to mate with a mating portion 198 of the shaft coupling portion 195.
  • a compression spring (not shown) is provided between the upper surface of the coupler 150 and the lower shaft support bearing 105 to push the coupler 150 downward when the mode is switched from the washing mode to the dewatering mode .
  • the driving unit 100 may further include a clutch mechanism 170 that switches the power transmission path of the driving motor to the washing shaft 110 or the dehydrating shafts 120 in response to a washing or dewatering cycle have.
  • the clutch mechanism 170 functions to raise and lower the coupler 150 to the raised position by the operation of the clutch motor.
  • the clutch mechanism 170 includes a clutch motor (not shown) provided below the outer tub 20, a cam (not shown) coupled to a drive shaft of the clutch motor, And a lever 172 which is linearly reciprocated under the guidance of the lever guide 171 when the clutch motor is turned on / off.
  • the clutch mechanism 170 may further include a connecting rod 173 provided between the cam and the lever 172 of the clutch motor and a return spring (not shown) for applying a return force to the lever have.
  • the connecting rod 173 acts to pull the lever 172 toward the clutch motor in accordance with the driving of the clutch motor.
  • One end of the return spring is fixed to the lever guide 171 and the other end is fixed to the lever 172.
  • the clutch mechanism 170 includes a mover 174 descending on the inclined surface of the lever 172 when the clutch motor is turned on and a plunger 174 moving up and down along the guide groove in the mover 174. [ And a buffer spring 176 provided on the outer circumferential surface of the plunger 175.
  • a clutch lever 177 is provided at a lower end of the plunger 175 to substantially support the coupler 150. One end of the clutch lever 177 is coupled to the plunger 175 and the other end of the clutch lever 177 contacts the coupler 150 to elevate the coupler 150.
  • the clutch lever 177 includes a connecting portion 177a coupled to an end of the plunger 175, a supporting portion 177b extending from the connecting portion 177a toward the coupler 150, 177a extending from both side edges thereof and serving as the rotation center of the clutch lever 177.
  • the fixing pin 177c may be defined as a hinge axis.
  • connection portion 177a is connected to the end portion of the plunger 175 and the support portion 177b is formed at the other end.
  • the connection portion 177a and the support portion 177b may be formed horizontally.
  • the fixing pin 177c passes through the connecting portion 177a in the lateral direction and is coupled to a clutch stopper 160, which will be described later. That is, the support portion 177b is hinged to the clutch stopper 160 by the fixing pin 177c so as to be rotatable by a predetermined amount.
  • the support portion 177b protrudes from the end of the connection portion 177a toward the coupler 150 to elevate the coupler 150. [ The support portion 177b functions to press the coupler 150 to the raised position when switching to the washing mode.
  • the support portion 177b extends from the end of the connection portion 177a toward the coupler 150 so that the support portion 177b and the connection portion 177a are Y-shaped.
  • the two ends of the extended support portion 177b may be disposed to surround the edge of the coupler 150.
  • the support portion 177b may cover the outer circumferential surface of the body 151 of the coupler 150.
  • a part of the upper surface of the support portion 177b may be in contact with the lower surface of the flange portion 151 of the coupler 150.
  • the support portion 177b may be arranged to be hooked on the outer circumferential surface of the coupler 150, or may be fixed to a part of the outer circumferential surface of the coupler 150.
  • various methods other than the method shown in the embodiment of the present invention can be proposed as a method of contacting the support part 177b with the coupler 150.
  • the driving unit 100 may further include a clutch stopper 160 for limiting the amount of rotation of the clutch lever 177.
  • the clutch stopper 160 is rotated by the coupler 150 after the coupler 150 is disengaged from the rotor 190 to rotate the clutch motor 110, Thereby suppressing the movement of the coupler 150 so as to prevent an impact from being applied to the coupler 150.
  • the clutch stopper 160 is fixed to the bottom surface of the bearing housing 130 by a fastening member.
  • the clutch lever 177 is hinged to the clutch stopper 160 so as to be rotatable.
  • the clutch stopper 160 guides the clutch lever 177 to stably raise or lower the coupler 150.
  • the clutch motor of the clutch mechanism 170 When a washing command is input to the washing machine 1, the clutch motor of the clutch mechanism 170 is turned on. When the clutch motor is turned on, the connecting rod 173 is pulled toward the clutch motor so that the lever 172 is pulled together.
  • the clutch lever 177 moves upward, the clutch lever 177 pushes the coupler 150 upward, and the coupler 150 rises along the lower descender shaft 125 . Then, the coupling between the coupler 150 and the rotor 190 is released, and coupling between the coupler 150 and the lower dehydrating shaft 125 is performed. In this case, the coupler 150 moves out of the rotor 190 and rotates only the washing shaft 110 when the rotor 190 rotates.
  • the tooth surface formed on the inner circumferential surface of the coupler 150 is engaged with only the tooth surface of the outer circumferential surface of the lower dehydrating shrink 125, and the tooth surface of the coupling portion 198 engaged with the lower washing shaft 115
  • the rotating force of the rotor 190 is transmitted only to the pulsator 50 through the washing shaft 110 because the rotating shaft 190 is not engaged.
  • the rotating force of the rotor 190 is transmitted to the shaft coupling boss 197 and the shaft coupling boss 197 of the rotor 190.
  • the sun gear 144, the planetary gear 142, the carrier 141, and the upper washing shaft 111 in sequence.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a driving unit in a dehydration mode according to an embodiment of the present invention.
  • the coupler 150 when the coupler 150 is completely lowered, the coupler 150 is engaged with the rotor 190 and the lower dehydrator 125. In this case, the coupler 150 simultaneously transmits the rotational force generated by the rotor 190 to the lower wash shaft 115 and the lower wash shaft 125, so that the washing shaft 110 and the dehydrating / 120 are rotated at a high speed to dehydrate.
  • Fig. 10 is a bottom perspective view of the clutch stopper according to the embodiment of the present invention
  • Fig. 11 is a bottom perspective view of the clutch stopper engaged with the clutch lever
  • the clutch stopper 160 is disposed on the lower side of the bearing housing 130 and the drive motor including the stator 180 is disposed on the lower side of the clutch stopper 160 as described above. That is, the clutch stopper 160 shown in Figs. 10 to 12 is a perspective view showing a state in which the clutch stopper 160 is turned upside down. When mounted on the washing machine, the clutch stopper 160 is mounted on the bottom surface of the bearing housing 130 in Fig.
  • the clutch stopper 160 is provided between the bearing housing 130 and the stator 180 and serves as a damper for reducing vibration transmitted to the bearing housing 130 due to rotation of the stator 180 can do.
  • the clutch stopper 160 is formed of a plastic resin and can be integrally injection molded.
  • the clutch stopper 160 includes a base portion 161 having an opening 161a formed therein.
  • the opening 161a can be understood as a hole through which the lower dehydration shrinkage 125 extending from the lower portion of the bearing housing 130 passes.
  • the opening 161a may be formed in a circular shape, but may be formed in a non-circular shape or a polygonal shape.
  • the base portion 161 may have a disc shape. At this time, the outer diameter of the base portion 161 may be smaller than the inner diameter of the stator 180.
  • An extension 161b is formed on the inner edge of the base part 161 to extend upward in the figure as a sleeve and extend downward when mounted on the bearing housing 130.
  • a plurality of reinforcing portions 161c extend radially on the bottom surface of the base portion 161 and a plurality of the reinforcing portions 161c may be spaced apart from each other in the circumferential direction of the opening 161a .
  • the reinforcing portion 161c connects the outer peripheral surface of the extending portion 161b and the bottom surface of the base portion 161 to improve the strength of the base portion 161 and to disperse the stress.
  • a plurality of main flanges 161d and a plurality of dummy flanges 161e may protrude from the outer edge of the base portion 161.
  • the plurality of main flanges 161d and the plurality of dummy flanges 161e may be spaced apart from each other in the circumferential direction of the base portion 161.
  • three main flanges 161d and three dummy flanges 161e may be provided, but the present invention is not limited thereto.
  • a plurality of inner flanges 161f may be formed on the inner edge of the base portion 161.
  • a fastening boss 162 for fastening to the bearing housing 130 is formed on the bottom surface of the main flange 161d.
  • a coupling member passing through the stator 180 passes through the coupling boss 162 and is coupled to the bearing housing 130 so that the bearing housing 130, the clutch stopper 160, and the stator 180 Together.
  • the coupling boss 162 extends a predetermined length from the bottom surface of the base portion 161 so that the stator 180 contacts only the end portion of the coupling boss 162 to minimize vibration transmission.
  • the upper surface of the base portion 161 which corresponds to the upper surface of the tightening boss 162, Can be protruded by about 1 mm.
  • the coupling member may be fixed to the bottom surface of the bearing housing 130 through the sleeve.
  • This structure minimizes the contact area between the clutch stopper 160 and the bearing housing 130 so that the vibration generated in the drive motor is transmitted to the bearing housing 130 via the clutch stopper 160. [ Can be minimized.
  • the conventional stator is fastened to the clutch stopper at six points, while the stator of the present invention is fastened to the clutch stopper 160 at three points. That is, in the case of the present invention, since the portion of the vibration generated in the stator 180 is transmitted to the clutch stopper 160, the noise is greatly reduced.
  • the stator 180 is fastened to the fastening boss 162 protruding from the base portion 161 by a predetermined height, while in the conventional case, the stator is directly in contact with the base surface of the clutch stopper, The vibration generated in the stator 180 is prevented from being directly transmitted to the clutch stopper 160. As a result, vibration and noise are reduced.
  • a sleeve pipe 163 is inserted into the fastening boss 162 to improve the fastening force of the fastening member.
  • the sleeve tube 163 can be inserted into the fastening boss 162 by insert injection.
  • the sleeve tube 163 is formed in a hollow cylindrical shape and is made of a metal material.
  • the sleeve tube 163 is a portion that is substantially penetrated by the fastening member.
  • the sleeve tube 163 is inserted into the through hole of the fastening boss 162 to improve the strength of the fastening boss 162 and improve the fastening force of the fastening member. That is, even if the fastening force penetrating through the fastening boss 162 is tightened to an appropriate level or higher to increase the fastening force, the fastening boss 162 can be prevented from being broken.
  • the fastening boss 162 is formed of a plastic material.
  • the strength of the fastening boss 162 and the fastening force of the fastening member may be lowered due to plastic expansion or contraction of the fastening boss 162 due to temperature changes. Therefore, in the present invention, a metal sleeve tube can be used to keep the clamping force constant in order to prevent the drop in the strength and the decrease in the clamping force that may occur due to the temperature change of the plastic material.
  • the base portion 161 is provided with a plurality of guide portions 164 for facilitating the positional alignment between the relative structure (e.g., stator, bearing housing, etc.).
  • the guide portion 164 can be understood as a structure for guiding alignment for assembly (fastening) between the clutch stopper 160 and the bearing housing 130 and / or the stator 180.
  • the guide portion 164 may include a lower guide portion 164a extending from the bottom of the base portion 161 and an upper guide portion 164b extending from the upper surface of the base portion 161. [ have.
  • the lower guide portion 164a may be formed on the bottom surface of the main flange 161d and may be formed on the side of the fastening boss 162.
  • the lower guide portion 164a may be disposed at a position adjacent to the fastening boss 162 and may be mutually located. According to this structure, the lower guide portion 164a can facilitate the positioning for the assembly between the clutch stopper 160 and the stator 180. For this purpose, a hole or groove for inserting the lower guide portion 164a is formed at the inner edge of the stator 180.
  • the upper guide portion 164b may extend from the upper surface of the dummy flange 161e. Accordingly, the upper guide portion 164b can facilitate the positioning of the clutch stopper 160 and the bearing housing 130 for assembly.
  • Six coupling holes 133 are formed on the bottom surface of the conventional bearing housing 130 as well as the bearing housing 130 of the present invention.
  • six coupling projections 185 are protruded.
  • a fastening hole 186 is formed in each fastening protrusion 185.
  • a fastening member passing through the fastening hole 186 passes through the fastening boss 162 and is inserted into the fastening hole 133 formed in the bottom of the bearing housing 130.
  • the clutch stopper 160 is different from the conventional clutch stopper structure in that only three coupling bosses 162 function as coupling portions connecting the stator 180 and the bearing housing 130 And the three upper guide parts 164b function as shielding means for shielding the remaining three fastening holes 133. [
  • the stator 180 is supported at three points on the bottom surface of the bearing housing 130.
  • the upper guide part 164b is inserted into the fastening hole 133 formed in the bottom surface of the bearing housing 130 so that the through hole 185 formed in the inner edge of the stator 180 Even if a fastening member is inserted into the through hole other than the through holes corresponding to the fastening boss 162, the fastening member is clogged with the dummy flange 161e and is not inserted any more. Therefore, there is an advantage that the assembler can be prevented from being confused and misassembled.
  • An auxiliary coupling portion 166 may be further formed on the upper surface of the inner flange 161f.
  • a coupling hole may be formed in the bottom surface of the bearing housing 130 corresponding to the position of the auxiliary coupling portion 166 .
  • the clutch stopper 160 is supported on the bottom surface of the bearing housing 130 at six points by inserting the coupling member through the auxiliary coupling portion 166 and into the bearing housing 130. Therefore, the clutch stopper 160 having the stator 180 coupled to the bottom surface thereof can be stably engaged and supported on the bottom surface of the bearing housing 130.
  • the auxiliary coupling portion 166 may protrude from the upper surface of the inner flange 161f by about 1 mm so as to minimize the contact area between the upper surface of the base portion 161 and the bottom surface of the bearing housing 130 have.
  • a seating portion 167 on which the clutch lever 177 is seated is further formed on the bottom surface (the upper surface in FIG. 10) of the base portion 161.
  • the seat portion 167 is formed to have a predetermined width so that the clutch lever 177 for moving the coupler 150 is positioned.
  • a hinge coupling portion 168 to which the clutch lever 177 is rotatably engaged is formed on the left and right edges of the seat portion 167.
  • the hinge engaging portion 168 is formed to extend further downward from the both side ends of the seating portion 167.
  • One or a plurality of stopper ribs 169 may be protruded from the seating portion 167 to keep the rotation amount of the clutch lever 177 constant.
  • a pair of stopper ribs 169 protrude will be described as an example.
  • the stopper rib 169 substantially contacts the upper surface of the connecting portion 177a constituting the clutch lever 177. [ That is, the bottom surface of the stopper rib 169 contacts at least part of the upper surface of the connecting portion 177a.
  • the end of the stopper rib 169 may be inclined upwards toward the center of the clutch stopper 160. That is, the stopper rib 169 may be formed to have an inclined surface inclined upward from the outside toward the inside.
  • the driving unit 100 applies a planetary gear having a reduction ratio of 3.8 to 1 (one rotation of the pulsator when the motor rotates 3.8) so that the washing performance can be maintained even if the torque of the driving motor is lowered. Respectively. That is, since a low-performance driving motor can be applied, the manufacturing cost of the washing machine can be reduced.
  • IPM Intelligent Power Module
  • the maximum torque of the drive motor is 30.4 Nm, which is the minimum torque required for a washing machine having a 27- 33.5 Nm is not satisfied, so that the washing performance can be lowered.
  • the gear reduction ratio of the planetary gear the size including the diameter of the drive motor and the slot fill is maintained, and the stack height of the stator core is set within the range of 13.5 mm to 14.5 mm (preferably 14 mm) It is necessary to adjust the torque constant in order to increase the torque of the driving motor.
  • the slot fill means the area ratio (%) of the wound coil relative to the area of the winding space defined between the adjacent pawls.
  • the winding space formed between the two adjacent poles is filled by a coil wound on two poles, respectively.
  • the coils wound on the two pawls must not interfere with each other.
  • a minimum space must be secured so that the winding robot can move freely into the winding space . Therefore, the slot fill can not be infinitely extended, and the slot fill should not exceed 42% at maximum, preferably 33%.
  • the torque value Nm of the drive motor is defined as the product of the torque constant K T and the supply current I and the supply current is supplied through a component called an intelligent power module (IPM)
  • the current supplied to the motor is defined as the sum of the torque current that affects the torque of the motor and the weak field current that affects the number of revolutions of the motor.
  • the torque of the drive motor can be lowered so that the amount of supply current is lowered.
  • the capacity of the I P is also reduced to 15 amperes (maximum current that can be supplied to the drive motor is 15 Ampere) to 5 amps in order to lower the specification.
  • the 5 amperes limit the rated capacity to supply 3 amperes.
  • the weak field control is performed to induce high-speed rotation of the drive motor in the dehydration mode as current control for supplying a weak magnetic current to increase at a speed higher than the rotation speed of the motor in the washing mode.
  • the current supplied from the eye P to the drive motor is defined as the sum of the torque current and the weak field current of the motor, and the supply current value is fixed.
  • the driving motor rotates at about 500 rpm in the washing mode, and rotates at 700 rpm or more in the dehydrating mode. Then, weak field control is started when the rotational speed of the drive motor is approximately 600 rpm. However, when the counter electromotive force of the motor is increased, the entry point of the weak field control becomes faster. That is, the value of the number of revolutions of the motor at which the weak field control is started becomes low.
  • the entry point of the weak field control is lowered to the rotation speed in the washing mode, weak field control is performed even in the washing mode.
  • the torque current value decreases as a result, and as a result, the rotation speed of the motor increases.
  • the torque of the motor The value decreases.
  • FIG. 14 is a superposed contour graph for extracting the appropriate number of turns of the coil relative to the stack height of the stator core in consideration of the maximum torque, the electric generation braking current, and the motor efficiency.
  • the overlapping contour graph of Fig. 14 shows changes in the motor efficiency, the braking current value of electric power generation, and the maximum torque value in a state where the stacking range of the stator core is limited to 13.5 mm to 14.5 mm.
  • the x axis of the graph is the stack height (mm) of the stator core
  • the y axis is the number of turns of the coil (times).
  • the curves S1 and S2 indicate the value of the electric braking current, which means that the value of the electric braking current increases from S1 to S2.
  • the electric power generation braking current means a current flowing back to the eye P as a reverse current generated when the motor stops. If the value of the electric power generation braking current exceeds the rated supply current or the maximum supply current value of the eye P, then the eye P may be burned out. Therefore, the lower the value of the electric power generation braking current, the safer the motor.
  • the curves E1 and E2 indicate the efficiency of the motor, which means that the efficiency increases from E1 to E2.
  • curves T1 and T2 mean the maximum torque of the motor, which means that the maximum torque value increases from T1 to T2.
  • the point at which the stack height of the stator and the number of turns of the coil meet is within the region formed by the curves E1, T1, S2, and T2.
  • the point at which the lamination height of the stator and the number of turns of the coil meet is within the region formed by the curves E1, T1, S2, and T2.
  • the optimum number of coil turns is 100, and when it exceeds 100, the motor efficiency is lowered.
  • the optimum number of coil turns is 100.
  • the generated braking current decreases and the torque increases while the motor efficiency decreases.
  • the stacking height of the stator core is 14 mm, it can be seen that the range of change in the number of turns of the coils is the widest. Therefore, it is preferable that the number of turns of the coil is adjusted in a state where the stack height of the stator core is fixed at 14 mm.
  • the minimum number of turns of the coil is 80 times, and the maximum number of turns is 140 times.
  • the minimum number of turns of the coil is less than 80, the motor efficiency increases, but sufficient back EMF is not generated, so that the maximum torque value of the motor is lowered and the value of the generated braking current is also increased.
  • the maximum number of turns of the coil is preferably 140 or less because the maximum torque increases when the maximum number of turns of the coil exceeds 140,
  • the slot fill condition can not be satisfied and the efficiency of the motor is lowered.
  • the maximum turn number of the coil is most preferably 120 times.
  • the coil diameter of the coil is 0.75 phi, and the slot fill at this time is 33%.
  • the coil diameter of the coil is 0.70 phi, and the slot fill at this time is 42 pro.
  • the coil diameter of the coil is 0.90 phi, and the slot fill at this time is 39.6%.
  • the reason why the number of turns of the coil is smaller than the slot fill at the time of 100 turns is because the diameter of the coil is smaller.
  • the stack height of the stator core is 14 mm
  • the number of turns of the coils is 120
  • the coil diameter is 0.75

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 세탁기는, 유성 기어의 감속비, 구동 모터의 사이즈, 및 스테이터 코어의 적층 높이를 변경하지 않고, 코일의 선경과 코일 권취 횟수를 적절히 변경함으로써, 모터의 구동 토크값이 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로, 유성 기어에 의한 구동 모터와 펄세이터의 회전 속도비는 3.8:1이고, 스테이터 코어의 적층 높이는 13.5mm ~ 14.5mm이며, 코일의 턴 수는 100 이상 140 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

세탁기
본 발명은 세탁기에 관한 것이다.
일반적으로 세탁기는 세탁수가 담기는 외조와, 외조 내에 회전 가능하게 구비되어 의류 등(이하, '세탁포' 또는 '세탁물' 이라고 함)을 수용하는 드럼을 포함하고, 드럼이 회전함에 따라 세탁포의 세탁 및 탈수가 이루어진다.
세탁기는, 드럼의 회전 중심이 수직하게 형성되고 세탁포를 상측에서 투입 가능하게 설계된 탑 로딩 방식(top loading type)과, 드럼의 회전 중심이 수평하게 또는 후단으로 갈수록 낮아지는 방향으로 경사지게 형성되고, 세탁포를 전방에서 투입 가능하게 설계된 프론트 로딩 방식(front loading type)으로 구분할 수 있다.
상기 탑 로딩 방식의 세탁기는 크게 교반식(agitator type)과 와류식(pulsator type)으로 구분될 수 있고, 상기 교반식은 드럼의 중앙에 솟은 세탁봉을 회전시켜 세탁을 하고, 상기 와류식은 드럼의 하부에 형성된 원판 모양의 펄세이터 또는 드럼을 회전시켜 세탁을 한다.
상기 프론트 로딩 방식은 통상 드럼 세탁기라고 칭하며, 드럼의 내주면에 리프터가 구비되어, 드럼이 회전함에 따라 리프터가 세탁포를 들어올렸다가 낙하시킴으로써 세탁을 수행한다.
한국공개특허 제10-2004-0071430호(2004년08월12일)(이하 선행 기술이라 함)에는 탑 로딩 방식의 전자동 세탁기가 개시된다.
상기 선행기술에 제시된 세탁기에는, 구동력을 제공하는 구동모터와, 외조를 회전시키기 위한 탈수축과, 펄세이터를 구동시키기 위한 세탁축과, 상기 탈수축 및 세탁축을 선택적으로 구동시키기 위한 커플러를 포함하는 구동부가 구비된다.
상기 커플러는 상기 구동모터에서 발생하는 회전력을 세탁시에는 상기 펄세이터로 전달하고, 탈수시에는 상기 펄세이터 및 외조로 동시에 전달한다. 즉, 상기 세탁축은 상기 구동모터에 항상 결합되고, 상기 탈수축은 상기 구동모터에 선택적으로 결합된다. 이를 위하여, 상기 커플러는 상기 탈수축에 치합되어 상하 이동이 가능하며, 외주면에 상기 구동모터의 로터와 치합될 수 있는 치면을 구비한다. 이에 따라, 상기 커플러가 상승시에는 상기 탈수축과 상기 로터 사이의 결합을 해제하고, 하강시에는 상기 로터와 치합하여 상기 탈수축에 로터의 회전력을 전달한다.
한편, 구동 모터의 회전축과 세탁축을 연결하는 부분에 유성 기어가 장착됨으로써, 세탁 모드에서 펄세이터를 구동하기 위한 구동 모터의 토크가 감소되는 장점이 있다. 즉, 유성 기어가 없는 세탁기에 비하여, 상대적으로 적은 토크를 가지는 구동 모터를 적용하더라도 펄세이터 구동에 불편함이 없다. 따라서, 구동 모터의 크기, 구체적으로는 로터와 스테이터 코어의 적층 높이와 로터의 높이를 감소시켜서 모터의 슬림화가 가능한 장점이 있다.
구체적으로, 유성 기어의 감속비 3.8:1(구동 모터 3.8회전에 펄세이터 1회전) 조건에서 스테이터 코어의 적층 높이를 27mm에서 14mm로 감소하여, 구동 모터의 최대 토크는 약 30.4Nm에 도달하였다.
그러나, 에너지 코스 하프 로드(half load)(10.5kg) 기준 최소 33.5Nm의 토크가 필요한 직경 27인치 드럼을 가지는 탑로드 타입 세탁기에 적용할 경우, 구동 모터가 요구되는 토크에 도달하지 못하는 문제가 발생한다. 그러면, 세탁 구간에서 실제 구동모터의 운전 패턴이 지령치를 충분히 추종하지 못하여 세탁 성능을 저하시키는 문제를 초래할 수 있다.
따라서, 유성 기어의 감속비, 모터의 사이즈, 및 스테이터 코어의 적층 높이를 그대로 두고, 구동 모터의 구동 토크를 증가시키기 위한 모터 설계 조건의 변경이 요구되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 세탁기는, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 세탁기는, 상면이 개구되고, 외형을 이루는 캐비닛; 상기 캐비닛의 상면을 덮고, 내측에 세탁물 투입구가 형성되는 탑커버; 상기 세탁물 투입구를 개폐하도록 상기 탑커버에 결합되는 도어; 상기 캐비닛의 하단에 결합되어 상기 캐비닛을 지지하는 베이스; 상기 캐비닛 내부에 수용되고, 내부에 세탁수가 채워지는 외조; 상기 외조의 내부에 수용되고, 세탁포가 투입되는 내조; 상기 내조의 바닥부에 장착되어 세탁수 및 세탁포를 강제 유동시키는 펄세이터; 상기 외조의 바닥부에 장착되어 상기 펄세이터와 상기 내조에 회전력을 제공하는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 외조의 바닥에 고정되는 스테이터와, 상기 스테이터의 외측에서 회전하는 로터를 포함하는 구동 모터; 상기 구동 모터의 회전력을 상기 펄세이터로 전달하는 세탁축과, 상기 구동 모터의 회전력을 상기 내조로 전달하는 탈수축을 포함하는 축부; 및 상기 축부의 어느 지점에 개재되어, 상기 세탁축의 회전 속도를 감소시키고 토크를 증가시키는 유성 기어를 포함하고, 상기 스테이터는, 요크와, 상기 요크의 외측 가장자리에서 방사상 연장되며 원주 방향으로 이격 배치되는 다수의 폴로 이루어지는 철판이 다수회 적층되어 이루어지는 스테이터 코어; 상기 스테이터 코어를 덮는 인슐레이터; 및 상기 인슐레이터로 덮인 상기 폴의 외주면에 권선되는 코일을 포함하고, 상기 유성 기어에 의한 상기 구동 모터와 상기 펄세이터의 회전 속도비는 3.8:1이고, 상기 스테이터 코어의 적층 높이는 13.5mm ~ 14.5mm이며, 상기 코일의 턴 수는 100 이상 140 이하인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 세탁기에 의하면, 유성 기어의 감속비, 구동 모터의 사이즈, 및 스테이터 코어의 적층 높이를 변경하지 않고, 코일의 선경과 코일의 권취 횟수(이하 '턴수'라 함)를 적절히 변경함으로써, 모터의 구동 토크값이 증가하는 효과를 얻을 수 있었다.
상세히, 코일의 턴수를 증가시키기 위해서는 주어진 슬롯 필(slot fill) 조건하에 코일의 선경을 감소시켜야 하며, 코일의 선경이 감소하면 저항이 상승하여 모터 효율 저하와 모터 온도상승을 유발할 수 있다. 그러나, 본 발명의 경우, 유성 기어를 적용하여 모터의 토크 값을 낮추었기 때문에, 입력 전류값이 낮아져서 큰 문제는 없음이 확인되었다.
한편, 코일의 턴수가 높아지면 모터의 역기전력이 증가하고, 모터의 역기전력이 증가함에 따라 토크 상수가 커져서 동일 전류량 공급 조건에서 모터의 토크값이 증가하는 장점이 있다. 그러나, 역기전력이 높아지면, 탈수 모드에서 모터의 회전수를 높이기 위하여 수행되는 약계자 제어의 진입 시점이 빨라진다.
그리고, 코일의 턴수가 과도하게 높아져서 세탁 모드에서 약계자 제어가 수행되면 모터 전류가 감소되어 구동 모터의 토크가 감소되고, 그 결과 세탁 성능을 저하시키는 역효과를 불러올 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 역효과가 발생하지 않도록, 코일의 선경과 턴수를 적절한 범위 내에서 조절함으로써, 모터의 토크가 증가하는 결과를 얻을 수 있었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세탁기의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구동부가 외조에 설치된 모습을 보인 사시도.
도 3은 상기 구동부를 보인 사시도.
도 4는 상기 구동부의 측면도.
도 5는 상기 구동부의 분해 사시도.
도 6은 상기 구동부의 종단면도.
도 7은 상기 구동부에서 구동모터가 제거된 모습을 보인 사시도.
도 8은 상기 구동부의 로터를 보인 사시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 탈수 모드에서 구동부를 보여주는 종단면도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 클러치 스토퍼의 저면 사시도.
도 11은 클러치 레버가 결합된 클러치 스토퍼의 저면 사시도.
도 12는 도 11에 도시된 클러치 스토퍼의 저면도.
도 13은 클러치 레버가 결합된 클러치 스토퍼의 평면 사시도.
도 14는 최대 토크, 발전 제동 전류, 및 모터 효율을 고려하여, 스테이터 코어의 적층 높이 대비 코일의 적정 턴수를 추출하기 위한 일명 중첩 등고선 그래프.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 세탁기에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세탁기의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세탁기(1)는, 외관을 형성하는 케이스(10), 상기 케이스(10)의 상단에 배치되는 탑 커버(11) 및 상기 케이스(10)의 하단에 배치되는 베이스(12)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(10)는 내부공간을 갖는 사각 형상으로 형성되고, 상단 및 하단이 개방된다. 상기 케이스(10)의 내부에는 세탁에 필요한 다양한 장치들이 구비될 수 있다.
상기 탑 커버(11)는 상기 케이스(10)의 개방된 상단에 배치되며, 세탁물이 투입될 수 있는 세탁물 투입구(미도시)를 형성한다. 또한, 상기 탑 커버(11)의 상측에는 상기 세탁물 투입구를 개폐할 수 있는 도어(13)가 제공된다. 예를 들어, 상기 도어(13)는 사용자에 의하여 회동 가능하게 제공될 수 있다.
상기 베이스(12)는 상기 케이스(10)의 개방된 하단을 차폐하도록 배치된다. 상기 베이스(12)의 저면에는 하나 또는 다수의 레그(14)가 배치되어, 상기 베이스(12)를 바닥면과 이격시킨다. 그리고, 상기 레그(14)를 회전시켜, 상기 세탁기(1)의 수평을 조절할 수도 있다. 그리고, 상기 베이스(12)에는 본 발명의 실시예에 따른 비산 방지 리브(300)가 구비될 수 있고, 상기 비산 방지 리브(300)에 대한 구체적인 내용은 아래에서 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
또한, 상기 세탁기(1)에는, 상기 세탁기(1)를 제어할 수 있는 각종 장치들로 구성된 컨트롤패널(15)이 제공된다. 상기 컨트롤패널(15)은 상기 탑 커버(11)의 상면에 제공될 수 있다.
상기 컨트롤패널(15)에는, 사용자가 상기 세탁기(1)를 조작할 수 있도록 마련된 각종 입력부 및 사용자에게 상기 세탁기(1)의 상태를 보여줄 수 있는 디스플레이부가 구비될 수 있다. 또한, 상기 컨트롤패널(15)에는 상기 입력부에 의해 입력된 신호에 따라 상기 세탁기(1)의 구성을 제어하도록 각종 PCB(미도시) 등이 배치될 수 있다.
상기 케이스(10), 상기 탑커버(11) 및 상기 베이스(12)에 의해 형성된 상기 세탁기(1)의 내부공간에는, 원통 형상의 외조(20) 및 내조(30)가 설치된다. 상기 내조(30)는, 상기 외조(20)의 내측에 수용되도록, 상기 외조(20)보다 작은 직경을 가진다.
상기 외조(20)에는, 세탁포의 세탁을 위한 세탁수가 채워진다. 상기 외조(20)는 원통형으로 형성되며, 상면에 세탁포가 출입될 수 있는 개구부(21)가 형성될 수 있다.
상기 외조(20)는 지지부재(22)에 의해 상기 케이스(10)의 내부에서 상기 베이스(12)로부터 상측으로 소정 간격 이격된 상태로 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지부재(22)의 상단이 상기 케이스(10)의 상부에 지지되고, 하단이 상기 외조(20)의 하부와 결합될 수 있다. 또한, 상기 지지부재(22)의 하단에는 상기 외조(20) 및 상기 내조(30)에서 발생하는 진동을 흡수하는 댐퍼(24)가 구비될 수 있다.
상기 댐퍼(24)는 탄성 변형을 통하여 상기 내조(30) 또는 후술할 구동부(100)에서 발생하여 상기 외조(20)로 전달되는 진동을 흡수하는 스프링을 포함할 수 있다.
상기 내조(30)는 세탁포의 세탁, 헹굼, 탈수를 위하여 상기 구동부(100)에 의해서 회전하는 세탁조로 정의될 수 있다. 상기 내조(30)는 상기 외조(20)의 내부에 수용될 수 있으며, 상기 내조(30)의 외면이 상기 외조(2)의 내면과 일정 거리 이격되게 설치된다.
상기 내조(30)의 측면부에는 세탁수가 유출입되는 복수 개의 세탁공(32)이 형성된다. 따라서, 상기 외조(20)로 공급되는 세탁수는 상기 복수 개의 세탁공(32)을 통하여 상기 내조(30)에 채워질 수 있다.
또한, 상기 내조(30)의 내주면에는, 세탁수에 포함된 보푸라기를 포함하는 각종 이물질을 포집하기 위한 필터유닛(34)이 구비될 수 있다. 상기 필터유닛(34)은 상기 내조(30)의 원주 방향으로 복수 개가 설치될 수 있다.
한편, 상기 세탁기(1)의 내부에는 외부 급수원과 연결되어 상기 외조(20) 및 상기 내조(30) 내로 세탁수를 공급하는 급수유로가 제공된다. 상기 급수유로에는 상기 급수유로를 개폐하는 급수밸브가 구비된다. 상기 급수밸브는 급수되는 물의 종류에 따라 복수로 구비될 수 있다. 일 예로, 상기 급수밸브는 온수밸브와 냉수밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 세탁기(1)의 내부에는 상기 외조(20) 및 상기 내조(30)에서 세탁기(1)의 외부로 세탁수를 배수하는 배수유로(45)가 제공된다. 상기 배수유로(45)에는 상기 배수유로(45)를 개폐하는 배수밸브(46)가 구비된다. 또한, 상기 배수유로(45)의 단부에는 상기 배수유로(45)를 따라 배수되는 세탁수를 외부로 펌핑하기 위한 배수펌프(47)가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 내조(30)의 바닥에는 세탁을 위한 수류를 형성하는 펄세이터(50)가 회전 가능하게 구비된다.
또한, 상기 세탁기(1)의 내부에는 상기 내조(30) 또는 상기 펄세이터(50)를 회전시키기 위한 동력을 제공하는 구동부(100)가 구비된다. 상기 구동부(100)는, 상기 내조(30)을 회전시키기 위한 탈수축과, 상기 펄세이터(50)를 회전시키기 위한 세탁축을 포함하며, 상기 탈수축 및 상기 세탁축을 선택적으로 회전시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구동부가 설치된 외조의 저면 사시도이고, 도 3은 상기 구동부의 사시도이며, 도 4는 상기 구동부의 측면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구동부(100)는 상기 외조(20)의 하부에 배치된다. 상기 구동부(100)는 상기 펄세이터(50)를 회전시키거나, 상기 펄세이터(50)와 상기 내조(20)를 함께 회전시키기 위한 동력을 제공하는 수단으로 이해될 수 있다.
상기 구동부(100)는, 상기 펄세이터(50)로 동력을 전달하는 세탁축(110)과, 상기 내조(30)로 회전동력을 전달하는 탈수축(120)과, 상기 세탁축(110)과 탈수축(120)을 지지하는 베어링 하우징(130), 및 상기 베어링 하우징(130)의 하부에 배치되어 상기 세탁축(110) 또는 상기 탈수축(120)으로 구동력을 제공하는 구동모터(180,190)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 상기 구동부(100)에 대하여 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 상기 구동부의 분해 사시도이고, 도 6은 상기 구동부의 종단면도이고, 도 7은 상기 구동부에서 구동모터가 제거된 모습을 보인 사시도이고, 도 8은 상기 구동부의 로터를 보인 사시도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 상기 구동부(100)는, 앞서 설명된 바와 같이, 세탁축(110), 탈수축(120), 베어링 하우징(130) 및 구동모터(180,190)를 포함한다.
상세히, 상기 세탁축(110)은, 상부 세탁축(111)과, 상기 상부 세탁축(111)의 하부에 위치되는 하부 세탁축(115)을 포함한다. 그리고 상기 탈수축(120)은, 상부 탈수축(121)과, 상기 상부 탈수축(121)의 하부에 위치되는 하부 탈수축(125)을 포함한다.
상기 상부 세탁축(111)은, 상기 상부 탈수축(120)의 중심을 관통하여 상기 내조(30)의 내부로 돌출되고, 상기 내조(30)의 내부로 돌출된 상기 상부 세탁축(111)의 일 단부는 상기 펄세이터(50)에 결합된다. 그리고 상기 상부 세탁축(111)의 타 단부는 하부로 연장되어, 상기 베어링 하우징(130)의 내부에 배치된 유성기어모듈(140)에 연결된다.
상기 상부 세탁축(111)은 상기 내조(30)의 바닥부에 고정되어 상기 내조(30)와 한 몸으로 회전한다.
상기 하부 세탁축(115)은, 상기 상부 세탁축(111)으로부터 하측으로 이격되어 배치된다. 상기 하부 세탁축(115)의 하단부는 상기 구동모터의 로터(190)에 결합되고, 상단부는 상기 유성기어모듈(140)에 연결된다. 즉, 상기 유성기어모듈(140)은 상기 상부 세탁축(111)의 하단과 상기 하부 세탁축(115)의 상단을 연결한다.
상기 상부 탈수축(121)의 내부에 상기 상부 세탁축(111)이 관통 삽입되고, 상기 상부 탈수축(121)과 상기 상부 세탁축(111)은 동축(coaxial)을 이룬다. 상기 상부 탈수축(121)의 일 단부는 상기 내조(30)에 결합되어 상기 내조(30)에 회전력을 전달하고, 타 단부는 상기 유성기어모듈(140)에 연결된다.
상기 하부 탈수축(125)은, 상기 상부 탈수축(121)으로부터 하측으로 이격되어 배치된다. 상기 하부 탈수축(125)의 내부에 상기 하부 세탁축(115)이 관통 삽입되고, 상기 하부 탈수축(125)과 하부 세탁축(115)은 동축(coaxial)을 이룬다. 상기 하부 탈수축(125)은 상단부가 상기 유성기어모듈(140)에 연결되고, 하단부가 후술될 커플러(150)에 의해 상기 로터(190)와 결합되어 회전력을 전달받는다. 이때, 상기 하부 탈수축(125)의 외주면에는 상기 커플러(150)와의 치합을 위한 치면(serration)이 형성된다. 따라서, 상기 커플러(150)는 상기 하부 탈수축(125)을 따라 상하로 이동 가능하도록 설치된다.
상술한 본 발명의 구성에 의하여, 상기 구동모터에서 발생된 회전력은, 상기 유성기어모듈(140)을 통해 감속되어 상기 상부 세탁축(111) 및/또는 상기 상부 탈수축(121)에 전달된다. 따라서, 상기 펄세이터(50) 또는 상기 내조(30)가 비교적 높은 토크로 회전되어 구동모터의 효율적인 운용이 가능하고, 결과적으로 구동모터의 슬림화가 이루어질 수 있다.
상기 베어링 하우징(130)은, 상기 세탁축(110)과 상기 탈수축(120)을 지지하며, 내부에 복수의 기어를 포함한 유성기어모듈(140)을 수용한다. 상기 베어링 하우징(130)은 상기 외조(20)의 하측에 배치된다. 상기 베어링 하우징(130)은 상기 외조(20)의 저면에 체결부재에 의해서 고정될 수 있다. 상기 베어링 하우징(130)의 상면 가장자리에는 상기 체결부재가 관통하기 위한 다수의 체결홀들(131)이 형성될 수 있다 그리고, 상기 다수의 체결홀들(131)은 상기 하우징(130)의 원주 방향으로 이격 배치될 수 있다. 그리고, 상기 체결홀(131)을 관통하는 상기 체결부재는 상기 외조(20)의 저면에 삽입 고정된다.
상기 베어링 하우징(130)은 상기 유성기어모듈(140)을 수용하는 내부공간을 형성한다. 상세히, 상기 베어링 하우징(130)은, 내부 중앙에 상기 유성기어모듈(140)이 수용되는 하우징 케이스(130a)와, 상기 하우징 케이스(130a)의 개구된 상면을 덮는 하우징 커버(130b)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 다수의 체결홀들(131)은, 상기 하우징 커버(130b)의 외측 가장자리에 배치될 수 있다.
또한, 상기 베어링 하우징(130)의 하부에는, 클러치 스토퍼(160)가 체결부재에 의하여 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 하우징 케이스(130a)의 저면에 상기 체결부재가 삽입되기 위한 다수의 체결홀들(133)이 형성될 수 있다. 상기 체결부재가 상기 클러치 스토퍼(160)를 관통하여 상기 체결홀(133)에 삽입됨으로써, 상기 클러치 스토퍼(160)가 상기 베어링 하우징(130)의 저면에 장착될 수 있다.
상기 다수의 체결홀(133)은 3개로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 서로 동일한 간격으로 배치될 수 있다.
한편, 상기 베어링 하우징(130)의 상면 중심, 즉 상기 하우징 커버(130b)의 중심부에는, 상기 상부 세탁축(111) 및 상기 상부 탈수축(121)이 관통 삽입된다.
상세히, 상기 하우징 커버(130b)의 중심부에는 베어링 삽입을 위한 슬리브(130c)가 연장 형성될 수 있고, 상기 상부 탈수축(121)은 상기 슬리브(130c)를 관통하여 상기 유성기어 모듈(140)에 연결된다. 그리고, 상기 상부 탈수축(121)의 외주면과 상기 슬리브(130c) 사이에는 상부축 지지베어링(103)이 개재되어, 상기 상부 탈수축(121)이 회전 가능하게 지지된다. 상기 상부축 지지베어링(103)은, 상기 상부 탈수축(121)이 회전할 때, 상기 상부 탈수축(121)과 상기 슬리브(130c) 간에 마찰력이 발생하는 것을 방지한다.
또한, 상기 베어링 하우징(130)의 저면 중심, 즉 상기 하우징 케이스(130a)의 바닥부 중심에는, 상기 하부 세탁축(115) 및 상기 하부 탈수축(125)이 관통 삽입된다. 그리고, 상기 하우징 케이스(130a)의 바닥부 중심에도 슬리브(130d)가 연장 형성되고, 상기 하부 탈수축(125)은 상기 슬리브(130d)를 관통하여 상기 유성기어모듈(140)에 연결된다. 그리고, 상기 슬리브(130d)와 상기 하부 탈수축(125) 사이에는 하부축 지지베어링(105)이 제공되어, 상기 하부 탈수축(125)이 회전 가능하게 지지된다.
상기 구동모터는, 상기 베어링 하우징(130)의 하방에 배치된다. 상기 구동모터는 인가된 전원에 의하여 자력을 발생시키는 스테이터(180)와, 상기 스테이터(180)와의 상호 작용을 통해 유도 기전력에 의하여 회전하는 로터(190)를 포함한다.
상세히, 상기 스테이터(180)는, 스테이터 코어와, 상기 스테이터 코어의 상면과 하면을 덮는 인슐레이터(184)와, 상기 스테이터 코어에 감기는 코일(182)을 포함할 수 있다.
상기 스테이터 코어는, 원형의 띠 형상으로 이루어지는 요크부(181)와, 상기 요크부(181)의 외측 가장자리에서 방사상 연장되고, 원주 방향으로 이격 배치되는 다수의 폴(183)을 포함한다.
상기 코일(182)은 상기 인슐레이터(184)에 의하여 덮여 있는 상기 폴(183)의 외주면에 다수회 감기는 형태로 제공되어, 상기 코일(182)과 상기 마그네틱 코어의 직접 접촉이 방지된다.
상기 스테이터 코어는, 요크부(181)와 폴(183)로 이루어지는 얇은 철판이 다수의 층으로 적층되어 이루어진다. 그리고, 상기 스테이터 코어의 적층 높이와 상기 코일(182)의 권취 회수에 의하여 구동 모터의 토크가 결정된다고 할 수 있다.
또한, 상기 인슐레이터의 내주면에는 상기 스테이터 코어의 중심 방향으로 돌출되는 체결돌출부(185)를 더 포함한다. 상기 체결돌출부(185)는 상기 스테이터(180)를 상기 베어링 하우징(130)에 체결부재로 체결시키는 부분이다.
상기 체결돌출부(185)에는 체결공(186)이 형성되고, 체결부재가 상기 체결공(186)을 관통하여 상기 베어링 하우징(130)의 저면에 삽입된다.
이때, 상기 스테이터(180)와 상기 베어링 하우징(130) 사이에는 상기 클러치 스토퍼(160)가 개재되며, 상기 체결부재는 상기 스테이터(180)와, 클러치 스토퍼(160) 및 베어링 하우징(130)을 순차적으로 관통한다.
또한, 상기 체결돌출부(185)는 상기 요크부(181)의 내주면에서 원주 방향으로 복수 개가 배치될 수 있다. 그리고 상기 복수 개의 체결돌출부(185)는 서로 동일한 간격으로 배치될 수 있다.
도 5에는, 6개의 체결돌출부(185)가 상기 요크부(181)의 내주면에 형성되는 것으로 도시되나, 본 발명에서는 6개의 체결돌출부(185) 중 3개의 체결돌출부(185)에만 체결부재가 관통 삽입된다 즉, 상기 스테이터(180)는 상기 베어링 하우징(130)에 3점 체결되어 지지된다.
이러한 3점 체결 구조에 의하면, 6점 체결 구조를 형성하는 종래의 구동부에 비하여 진동 전달량이 감소하는 장점이 있다. 구체적으로, 상기 구동모터에서 발생하는 진동이 상기 클러치 스토퍼(160)를 통해 상기 베어링 하우징(130) 쪽으로 전달될 때, 전달 매개체가 되는 상기 체결부재가 6개에서 3개로 감소하기 때문에, 진동 전달량도 감소하게 된다.
상기 로터(190)는, 상기 스테이터(180)와의 전극 차이로 인하여 회전하는 부분이다. 상기 로터(190)는 상기 스테이터(180)의 외주면을 감싸도록 배치된다. 상기 로터(190)는 일 예로, 상면이 개방된 납작한 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 개방된 상면을 통해 상기 스테이터(180)가 상기 로터(190)의 내부에 놓여서 아우터 로터 타입 모터를 구성할 수 있다.
상세히, 도 8을 참조하면, 상기 로터(190)는, 외관을 형성하는 로터 프레임(191)과, 상기 로터 프레임(191)의 내측벽에 부착되는 마그네트(192)를 포함한다. 그리고 상기 로터 프레임(191)의 내측벽에는 상기 마그네트(192)가 올려져 마그네트(192)의 하단부를 지지하는 단턱(193)이 형성된다.
또한, 상기 로터(190)의 중심부에는 상기 하부 세탁축(115) 및 상기 하부 탈수축(125)과의 결합을 위한 축결합부(195)가 제공된다. 상기 축결합부(195)는, 상기 하부 세탁축(115)이 관통하기 위한 축관통공(196)이 형성된 축결합보스(197)와, 상기 축결합보스(197)의 외측에 형성되고, 커플러(150)의 치면과 치합되는 치합부(198)를 포함한다.
상기 축결합부(195)는 상기 로터(190)에 고정 결합되어 상기 로터(190)와 일체로 회전한다. 그리고 상기 축결합부(195)를 관통하는 상기 하부 세탁축(115)의 단부에는 너트(199)가 끼워져서, 상기 하부 세탁축(115)이 상기 축결합부(195) 및 상기 로터(190)가 한 몸으로 회전하도록 구성된다.
한편, 상기 구동부(100)를 구성하는 상기 유성기어모듈(140)은, 상기 구동모터에서 발생된 회전력을 감속시켜 상기 펄세이터(50)로 전달되는 토크를 증가시키는 수단이다.
상세히, 상기 유성기어모듈(140)은, 유성기어 케이스(145)와, 상기 유성기어 케이스(145) 내부에 수용되는 태양 기어(144)와, 상기 태양 기어(144)의 외주면에 맞물리는 다수의 유성 기어(142) 및 상기 다수의 유성 기어(142)를 지지하는 캐리어(141)를 포함한다.
더욱 상세히, 상기 캐리어(141)에는 유성 기어가 끼워지기 위한 다수의 기어축(143)이 원주 방향으로 배치되고, 상기 유성기어(142)의 중심부에는 상기 기어축(143)이 관통하는 관통홀이 형성된다. 이러한 구조에 의하여, 상기 캐리어(141)는 상기 다수의 유성기어(142)를 지지함과 동시에, 상기 유성 기어(142)와 함께 자전이 가능하다. 그리고 상기 다수의 유성기어(142)의 중심에는 태양 기어(144)가 배치되고, 상기 태양 기어(144)에 상기 유성기어(142)가 맞물려 회전한다. 이와 동시에, 상기 다수의 유성기어(142)는 상기 유성기어 케이스(145)의 내주면에 형성된 치면과 치합되어 회전한다.
그리고, 상기 유성기어 케이스(145)의 저면에는 상기 하부 탈수축(125)의 상단부가 고정되어, 상기 하부 탈수축(125)과 상기 유성기어 케이스(145)는 한 몸으로 회전한다. 도시된 바와 같이, 상기 하부 탈수축(125)은, 상기 하부 세탁축(115)이 관통하는 원통 형상의 축부(125a)와, 상기 축부(125a)의 상단에서 상기 축부(125a)와 직교하는 방향, 즉 수평 방향으로 연장되는 원형의 지지부(125b)로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 지지부(125b)는 상기 유성기어 케이스(145)의 저면을 형성하여, 상기 태양 기어(144)와 유성 기어들(142)을 지지한다. 그리고, 상기 유성기어 케이스(145)의 상단은 상기 상부 탈수축(121)과 한 몸으로 연결된다. 그리고, 상기 캐리어(141)의 상부에는 라운드 처리된 팔각형의 홈이 형성되어 상기 상부 세탁축(111)의 하단부와 형합될 수 있다. 따라서, 상기 캐리어(141)는 상기 상부 세탁축(111)과 한 몸으로 회전한다.
그리고 상기 하부 세탁축(115)의 상단부에는, 상기 태양기어(144)가 연결된다. 세탁 모드에서, 상기 구동모터에서 발생한 회전력은, 상기 하부 세탁축(115)을 거쳐, 태양기어(144), 유성기어(142), 캐리어(141) 및 상부 세탁축(111) 순으로 전달된다. 그리고, 상기 구동 모터에서 발생한 회전력은 유성기어모듈(140)에 의하여 회전 속도는 감소하되 토크는 증가하는 형태로 변환되어 상기 상부 세탁축(111)으로 전달된다.
또한, 상기 구동부(100)는 상기 커플러(150)를 더 포함한다. 상기 커플러(150)는 상기 하부 탈수축(125)의 외주면에 결합되어, 상기 하부 탈수축(125)을 따라 수직 방향(상하 방향)으로 이동할 수 있다. 상기 커플러(150)는 상기 하부 탈수축(125)을 따라 수직이동하여 상기 로터(190)의 회전에 의한 회전력을 상기 하부 탈수축(125)과 상기 하부 세탁축(115)에 선택적으로 전달하는 역할을 한다.
상세히, 상기 커플러(150)는, 상면 및 하면에 치면을 구비한 원통형 몸체(151)를 포함한다. 상기 몸체(151)의 중심에는 상기 하부 탈수축(125)이 관통하기 위한 관통공(미도시)이 형성된다. 그리고 상기 관통공의 내주면에는, 상기 하부 탈수축(125)의 외주면과 치합되는 치면이 형성된다.
상기 커플러(150)는, 상기 관통공의 내주면에 형성된 치면이 상기 하부 탈수축(125)의 외주면에 형성된 치면과 결합된 상태에서, 상기 하부 탈수축(125)을 따라 하강하여 상기 커플러(150)의 하면에 형성된 치면이 상기 로터(190)의 치합부(198)에 결합된다. 그리고, 상기 커플러(150)가 상승하면, 상기 로터(190)의 치합부(198)와 상기 커플러(150)의 하면에 형성된 치면이 분리된다.
상기 몸체(151)의 상단부에는 상기 몸체(151)의 반경방향으로 확장된 플랜지부(152)가 형성된다. 그리고 상기 플랜지부(152)의 상면 가장자리에는 스톱 기어(153)가 원주 방향을 따라 형성될 수 있다. 또한, 상기 몸체(151)의 하단부 가장자리에는, 상기 축결합부(195)의 치합부(198)와 치합되는 커넥팅 기어(155)가 원주방향을 따라 형성된다.
그리고 상기 커플러(150)의 상부면과 상기 하부축 지지베어링(105)의 사이에는, 세탁 모드에서 탈수 모드로 전환될 때 상기 커플러(150)를 하측으로 밀어주는 압축스프링(미도시)이 제공된다.
또한, 상기 구동부(100)는, 세탁행정 또는 탈수행정에 대응하여 구동모터의 동력전달 경로를 상기 세탁축(110) 또는 상기 탈수축(120)으로 절환하는 클러치 기구(170)를 더 포함할 수 있다. 상기 클러치 기구(170)는 클러치 모터의 작동에 의하여, 상기 커플러(150)를 상기 상승위치로 승강시키는 기능을 한다.
상세히, 상기 클러치 기구(170)는, 상기 외조(20)의 하부에 설치되는 클러치 모터(미도시)와, 상기 클러치 모터의 구동축에 결합되는 캠(미도시)과, 상기 베어링 하우징(130)의 내부에 고정되는 레버 가이드(171)와, 상기 클러치 모터의 온(On)/오프(OFF)시, 상기 레버 가이드(171)의 안내를 받아 직선 왕복 운동하는 레버(172)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 클러치 기구(170)는, 상기 클러치 모터의 캠과 레버(172) 사이에 설치되는 커넥팅 로드(173)와, 상기 레버에 복귀력을 부여하는 리턴 스프링(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상세히, 상기 커넥팅 로드(173)는 상기 클러치 모터의 구동에 따라 상기 레버(172)를 상기 클러치 모터 측으로 당기는 작용을 한다. 그리고, 상기 리턴 스프링의 일 단부는 상기 레버 가이드(171)에 고정되고, 타단부는 상기 레버(172)에 고정된다.
또한, 상기 클러치 기구(170)는, 상기 클러치 모터가 온 되면 상기 레버(172)의 경사면을 타고 하강하는 가동자(174)와, 상기 가동자(174) 내부의 안내홈을 따라 상하 운동하는 플런저(175)와, 상기 플런저(175)외 외주면에 제공되는 완충 스프링(176)을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 플런저(175)의 하단부에는, 상기 커플러(150)를 실질적으로 지지하기 위한 클러치 레버(177)가 구비된다. 상기 클러치 레버(177)는, 일 단부가 상기 플런저(175)에 결합되고, 타 단부가 상기 커플러(150)에 접촉하여, 상기 커플러(150)를 승강시키는 기능을 한다.
상세히, 상기 클러치 레버(177)는, 상기 플런저(175)의 단부에 결합되는 연결부(177a)와, 상기 연결부(177a)에서 상기 커플러(150)를 향하여 연장되는 지지부(177b), 및 상기 연결부(177a)의 양 측면 가장자리에서 연장되어 상기 클러치 레버(177)의 회전 중심이 되는 고정핀(177c)을 포함할 수 있다. 상기 고정핀(177c)은 힌지축으로 정의될 수 있다.
상기 연결부(177a)는, 일단부가 상기 플런저(175)의 단부에 연결되고, 타단부에는 상기 지지부(177b)가 형성된다. 상기 연결부(177a)와 지지부(177b)는 수평하게 형성될 수 있다. 상기 고정핀(177c)은 상기 연결부(177a)를 가로 방향으로 관통하며, 후술될 클러치 스토퍼(160)에 결합된다. 즉, 상기 지지부(177b)는 상기 클러치 스토퍼(160)에 상기 고정핀(177c)에 의해서 힌지 결합되어, 일정량 회전 가능하게 설치된다.
상기 지지부(177b)는, 상기 연결부(177a)의 단부에서 상기 커플러(150)를 향하여 돌출되어 상기 커플러(150)를 승강시키는 기능을 한다. 상기 지지부(177b)는 세탁모드로의 절환시 상기 커플러(150)를 상승 위치로 가압하는 기능을 한다.
상기 지지부(177b)는, 상기 연결부(177a)의 단부에서 상기 커플러(150)를 향하여 양 쪽으로 나뉘어져서 연장되어, 상기 지지부(177b)와 상기 연결부(177a)가 ‘Y’자 형상을 이룬다. 그리고 연장된 상기 지지부(177b)의 두 단부는 상기 커플러(150)의 가장자리를 감싸도록 배치될 수 있다.
일 예로, 상기 지지부(177b)의 적어도 일부분은, 상기 커플러(150)의 몸체(151) 외주면을 감쌀 수 있다. 그리고 상기 지지부(177b)의 상면 일부는 상기 커플러(150)의 플랜지부(151) 하면과 접촉될 수 있다. 이때, 상기 지지부(177b)는 상기 커플러(150)의 외주면에 걸어지는 형태로 배치될 수 있고, 또는 상기 커플러(150)의 외주면 일부에 고정될 수도 있다. 즉, 상기 지지부(177b)가 상기 커플러(150)에 접촉되는 방법은 본 발명의 실시예에서 제시되는 방법 외에도 다양한 방법이 제안 가능함을 밝혀둔다.
또한, 상기 구동부(100)는, 상기 클러치 레버(177)의 회전량을 제한하는 클러치 스토퍼(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 클러치 스토퍼(160)는, 상기 커플러(150)가 상기 로터(190)와의 결합이 해제된 후에 상기 커플러(150)가 회전하여 상기 클러치 모터, 상기 세탁축(110) 또는 상기 탈수축(120)에 충격이 가지 않도록 상기 커플러(150)의 이동을 억제하는 기능을 한다.
상기 클러치 스토퍼(160)는 상기 베어링 하우징(130)의 저면에 체결부재에 의해서 고정된다.
또한, 상기 클러치 스토퍼(160)에는 상기 클러치 레버(177)가 회전 가능하도록 힌지 결합된다. 상기 클러치 스토퍼(160)는 상기 클러치 레버(177)가 상기 커플러(150)를 안정적으로 승강시키거나 하강시키도록 가이드 한다.
이하에서는 상기 구동부의 작동에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 도 6을 참조하여 세탁행정(또는 세탁 모드)에 따른 구동부의 작동을 설명하도록 한다.
상기 세탁기(1)에 세탁 명령이 입력되면, 상기 클러치 기구(170)의 클러치 모터가 온 된다. 상기 클러치 모터가 온 되면, 상기 커넥팅 로드(173)가 상기 클러치 모터 측으로 당겨져서 상기 레버(172)가 함께 당겨진다.
상기 레버(172)가 상기 클러치 모터 측으로 당겨지면, 상기 가동자(174)가 상기 레버(172)의 경사면을 타고 하강한다. 이때, 상기 가동자(174)와 함께 상기 플런저(175)가 하강하면, 상기 플런저(175)의 미는 힘에 의해 상기 클러치 레버(177)가 상방으로 회전한다.
이때, 상기 클러치 레버(177)가 상방으로 이동함에 따라, 상기 클러치 레버(177)가 상기 커플러(150)를 상방으로 밀어주어, 상기 커플러(150)가 상기 하부 탈수축(125)을 따라 상승한다. 그러면, 상기 커플러(150)와 상기 로터(190)의 결합이 해제되고, 상기 커플러(150)와 상기 하부 탈수축(125)의 결합이 이루어진다. 이 경우, 상기 커플러(150)가 상기 로터(190)를 벗어나게 되어 상기 로터(190)의 회전시 상기 세탁축(110)만 회전하게 된다.
즉, 세탁 모드에서는, 상기 커플러(150)의 내주면에 형성된 치면이 상기 하부 탈수축(125) 외주면의 치면에만 맞물린 상태이고, 상기 하부 세탁축(115)에 맞물린 치합부(198)의 치면과는 맞물리지 않은 상태이기 때문에, 상기 로터(190)의 회전력은 상기 세탁축(110)을 통해 상기 펄세이터(50)로만 전달된다.
상세히, 세탁 모드에서 로터(190)의 회전력 전달과정을 살펴보면, 상기 로터(190)에 의한 회전력은, 상기 로터(190)의 축결합보스(197), 상기 축결합보스(197)에 결합된 하부 세탁축(115), 태양 기어(144), 유성기어(142), 캐리어(141) 및 상부 세탁축(111)으로 순차적으로 전달된다.
한편, 탈수행정(또는 탈수 모드)에 따른 구동부의 작동에 대하여 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 탈수 모드에서 구동부를 보여주는 종단면도이다.
도 9를 참조하면, 상기 세탁기(1)에 탈수 명령이 입력되면, 상기 클러치 기구(170)의 클러치 모터가 오프 된다. 상기 클러치 모터가 오프 되면, 클러치 모터 측으로 당겨졌던 상기 커넥팅 로드(173)가 원위치로 복귀되고, 상기 가동자(174)가 상기 레버(172)의 경사면을 타고 상승한다. 이때, 상기 가동자(174)와 함께 상기 플런저(175)가 상승하면, 상기 클러치 레버(177)가 하방으로 회전한다.
이때, 상기 클러치 레버(177)가 하방으로 이동함에 따라, 상기 커플러(150)는 자중 및 압축 스프링의 미는 힘에 의해 하강한다. 상기 커플러(150)가 상기 하부 탈수축(125)을 따라 완전히 하강하면, 상기 커플러(150)의 하부에 형성된 커넥팅 기어(155)가 상기 로터(190)의 치합부(198)에 맞물리게 된다.
다시 말해, 상기 커플러(150)가 완전히 하강하면, 상기 커플러(150)는 상기 로터(190) 및 상기 하부 탈수축(125)과 결합된 상태가 된다. 이 경우, 상기 커플러(150)는 상기 로터(190)에서 발생된 회전력을 상기 하부 세탁축(115) 및 상기 하부 탈수축(125)에 동시에 전달하므로, 상기 세탁축(110) 및 상기 탈수축(120)의 고속회전이 이루어져 탈수가 진행된다.
또한, 상기 세탁축(110)과 탈수축(120)이 한 몸으로 회전하기 때문에, 상기 유성 기어 모듈(140) 내부의 태양 기어(144)가 상기 하부 세탁축(115)과 회전할 때, 상기 유성 기어(142)는 자전하지 않고 상기 태양 기어(144)에 맞물린 상태에서 상기 태양 기어(144) 주위를 공전한다. 따라서, 상기 세탁축(110)과 탈수축(120)이 동일한 회전 속도로 회전하게 된다.
이하에서는 상기 클러치 스토퍼에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 클러치 스토퍼의 저면 사시도이고, 도 11은 클러치 레버가 결합된 클러치 스토퍼의 저면 사시도이고, 도 12는 도 11에 도시된 클러치 스토퍼의 저면도이고, 도 13은 클러치 레버가 결합된 클러치 스토퍼의 평면 사시도이다.
앞서 설명된 바와 같이, 상기 클러치 스토퍼(160)는 상기 베어링 하우징(130)의 하측에 배치되고, 상기 클러치 스토퍼(160)의 하측에는 상기 스테이터(180)를 포함한 구동모터가 배치된다. 즉, 도 10 내지 도 12에 도시된 클러치 스토퍼(160)는, 상하로 뒤집혀진 모습을 보여주는 사시도로서, 세탁기에 장착될 때에는 도 13의 상태로 베어링 하우징(130)의 저면에 장착된다.
상기 클러치 스토퍼(160)는, 상기 베어링 하우징(130)과 상기 스테이터(180) 사이에 설치되어, 상기 스테이터(180)의 회전에 따른 진동이 상기 베어링 하우징(130) 측으로 전달되는 것을 줄이기 위한 댐퍼 역할을 할 수 있다. 상기 클러치 스토퍼(160)는 플라스틱 수지 재질로 형성되며 일체로 사출 성형될 수 있다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 상기 클러치 스토퍼(160)는 내측에 개구(161a)가 형성된 베이스부(161)를 포함한다. 상기 개구(161a)는, 상기 베어링 하우징(130)의 하부로부터 연장되는 상기 하부 탈수축(125)이 통과하는 홀로서 이해될 수 있다. 일 예로, 상기 개구(161a)는 원형으로 형성될 수 있으나, 비원형 또는 다각형으로 형성될 수도 있다.
상기 베이스부(161)는 원반 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 베이스부(161)의 외경은 상기 스테이터(180)의 내경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 베이스부(161)의 내측 가장자리에는 연장부(161b)가 슬리브 형태로 도면상에서 상측으로 연장되며, 베어링 하우징(130)에 장착되면 하향 연장되는 형태가 된다. 그리고 상기 베이스부(161) 저면(도면상에서 상면)에는 다수의 보강부(161c)가 방사상 연장되고, 상기 보강부(161c)는 상기 개구(161a)의 원주 방향으로 복수 개가 이격되어 배치될 수 있다. 그리고, 상기 보강부(161c)는 상기 연장부(161b)의 외주면과 상기 베이스부(161)의 저면을 연결하여, 상기 베이스부(161)의 강도를 향상시키고, 응력을 분산하는 기능을 한다.
또한, 상기 베이스부(161)의 외측 가장자리에는 다수의 메인 플랜지(161d)와 다수의 더미 플랜지(dummy flange)(161e)가 돌출 형성될 수 있다. 상기 다수의 메인 플랜지(161d)와 다수의 더미 플랜지(161e)는 상기 베이스부(161)의 원주 방향으로 교번하여 이격 배치될 수 있다. 그리고, 일례로 3개의 메인 플랜지(161d)와 3개의 더미 플랜지(161e)가 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 베이스부(161)의 내측 가장자리에는 다수의 인너 플랜지(161f)가 연장 형성될 수 있다.
상기 메인 플랜지(161d)의 저면에는, 상기 베어링 하우징(130)에 고정되기 위한 체결 보스(162)가 연장 형성된다. 그리고, 상기 스테이터(180)를 관통한 체결부재가 상기 체결 보스(162)를 관통하여 상기 베어링 하우징(130)에 체결되어, 상기 베어링 하우징(130), 클러치 스토퍼(160) 및 스테이터(180)가 함께 고정된다.
상기 체결 보스(162)가 상기 베이스부(161)의 저면으로부터 소정 길이 연장됨으로써, 상기 스테이터(180)가 상기 체결 보스(162)의 단부에만 접촉하여 진동 전달을 최소화할 수 있다. 그리고, 상기 베이스부(161)의 상면이 상기 베어링 하우징(130)의 저면에 접촉되는 접촉 면적을 최소화하기 위하여, 상기 체결 보스(162)의 상면에 해당하는 상기 베이스부(161)의 상면에 슬리브가 약 1mm정도 돌출되도록 할 수 있다. 그리고, 상기 체결부재가 상기 슬리브를 관통하여 상기 베어링 하우징(130)의 저면에 고정되도록 할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 클러치 스토퍼(160)와 베어링 하우징(130)이 접촉하는 접촉면적이 최소화됨으로써, 구동모터에서 발생하는 진동이 상기 클러치 스토퍼(160)를 통해 상기 베어링 하우징(130) 측으로 전달되는 현상이 최소화될 수 있다.
종래의 스테이터는 클러치 스토퍼에 6점 체결되어 지지되는 반면, 본 발명의 스테이터(180)는 상기 클러치 스토퍼(160)에 3점 체결되어 지지된다. 즉, 본 발명의 경우, 스테이터(180)에서 발생하는 진동이 클러치 스토퍼(160)로 전달되는 부분이 적게 되므로 소음이 대폭 저감되는 장점이 있다.
또한, 종래의 경우, 스테이터가 클러치 스토퍼의 베이스면에 직접 접촉되어 체결되는 구조인 반면, 본 발명의 경우, 스테이터(180)가 베이스부(161)에서 소정 높이 돌출된 체결 보스(162)에 체결되므로, 스테이터(180)에서 발생하는 진동이 클러치 스토퍼(160)에 직접 전달되는 것이 방지되므로, 결과적으로 진동 및 소음이 줄어드는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서 상기 체결 보스(162)에는 체결부재의 체결력을 향상시키기 위한 슬리브관(sleeve pipe)(163)이 삽입된다. 상기 슬리브관(163)은 인서트 사출에 의하여 상기 체결 보스(162) 내부에 삽입될 수 있다.
상기 슬리브관(163)은 내부가 비어있는 원통형으로 마련되며, 금속 재질로 형성된다. 상기 슬리브관(163)은 실질적으로 체결부재에 의해 관통되는 부분이다. 상기 슬리브관(163)은 상기 체결 보스(162)의 관통공에 삽입되어, 상기 체결 보스(162)의 강도를 향상시키고 체결부재의 체결력을 향상시킨다. 즉, 상기 체결 보스(162)를 관통한 체결부재를 적정 수준 이상으로 조여서 체결력을 높이더라도, 상기 체결 보스(162)가 파손되는 현상을 방지할 수 있다.
더욱 상세히, 상기 체결 보스(162)는 플라스틱 재질로 형성된다. 이 경우, 상기 체결 보스(162)는 온도변화에 따른 플라스틱 팽창 또는 수축으로 인하여, 체결 보스(162)의 강도 및 체결부재의 체결력이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 플라스틱 재질의 온도 변화로 인해 발생할 수 있는 강도 저하 및 체결력 저하를 방지하기 위하여, 금속 재질의 슬리브관을 적용하여, 체결력이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
또한, 상기 베이스부(161)에는, 상대 구조물(예: 스테이터, 베어링 하우징 등) 간의 위치 정렬을 용이하게 하기 위한 복수의 가이드부(164)가 제공된다. 상기 가이드부(164)는 상기 클러치 스토퍼(160)와, 상기 베어링 하우징(130) 및/또는 상기 스테이터(180) 간의 조립(체결)을 위한 위치 정렬을 안내하는 구조물로써 이해될 수 있다.
상세히, 상기 가이드부(164)는, 상기 베이스부(161)의 저면에서 연장되는 하부 가이드부(164a)와, 상기 베이스부(161)의 상면에서 연장되는 상부 가이드부(164b)를 포함할 수 있다.
상기 하부 가이드부(164a)는, 상기 메인 플랜지(161d)의 저면에 형성될 수 있고, 상기 체결 보스(162)의 측방에 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 하부 가이드부(164a)는 상기 체결 보스(162)와 인접한 위치에 배치되어 서로 될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 상기 하부 가이드부(164a)가 상기 클러치 스토퍼(160)와 상기 스테이터(180) 간의 조립을 위한 위치 정렬을 용이하게 할 수 있다. 이를 위해서, 상기 스테이터(180)의 내측 가장자리에 상기 하부 가이드부(164a)가 삽입되기 위한 홀 또는 홈이 형성된다.
상기 상부 가이드부(164b)는, 상기 더미 플랜지(161e)의 상면에서 연장 형성될 수 있다. 따라서, 상기 상부 가이드부(164b)는 상기 클러치 스토퍼(160)와 상기 베어링 하우징(130) 간의 조립을 위한 위치 정렬을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 베어링 하우징(130) 뿐만 아니라 종래의 베어링 하우징의 저면에는 6개의 체결홀(133)이 형성되어 있고, 본 발명의 스테이터(180) 뿐만 아니라 종래의 스테이터의 내측 가장자리에도 6개의 체결 돌출부(185)가 돌출 형성되어 있다. 그리고, 각각의 체결 돌출부(185)에는 체결공(186)이 형성된다.
상기 체결공(186)을 관통하는 체결부재는 상기 체결 보스(162)를 관통하여 상기 베어링 하우징(130)의 바닥에 형성된 체결홀(133)에 삽입된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 클러치 스토퍼(160)는, 종래의 클러치 스토퍼의 구조와 달리, 3개의 체결 보스(162) 만이 상기 스테이터(180)와 베어링 하우징(130)을 연결하는 연결부로 기능하고, 3개의 상부 가이드부(164b)는 나머지 3개의 체결홀(133)을 차폐하는 차폐 수단으로 기능한다.
즉, 세 개의 상부 가이드부(164b)는 상기 6개의 체결홀들(133) 중 세 개의 체결홀(133)에 삽입되도록 함으로써, 클러치 스토퍼(160)의 위치 정렬을 용이하게 할 수 있다. 결국, 상기 스테이터(180)는 상기 베어링 하우징(130)의 저면에 3점 지지된다고 할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 상부 가이드부(164b)가 상기 베어링 하우징(130)의 저면에 형성된 체결홀(133)에 삽입됨으로써, 상기 스테이터(180)의 내측 가장자리에 형성된 6개의 관통공들(185) 중 상기 체결 보스(162)에 대응하는 관통공들 이외의 관통공에 체결부재가 삽입되더라도, 상기 체결부재는 상기 더미 플랜지(161e)에 막혀서 더 이상 삽입되지 않는다. 따라서, 조립자가 혼동하여 오조립하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 인너 플랜지(161f)의 상면에는, 보조 결합부(166)가 더 형성될 수 있다. 그리고, 상기 클러치 스토퍼(160)가 상기 베어링 하우징(130)의 저면에 결합될 때, 상기 보조 결합부(166)의 위치에 대응하는 상기 베어링 하우징(130)의 저면에는 체결홀이 형성될 수 있다. 그리고, 체결부재가 상기 보조 결합부(166)를 관통하여 상기 베어링 하우징(130)에 삽입됨으로써, 상기 클러치 스토퍼(160)는 상기 베어링 하우징(130)의 저면에 6점 지지된다. 따라서, 저면에 상기 스테이터(180)가 결합된 상기 클러치 스토퍼(160)가 상기 베어링 하우징(130)의 저면에 안정적으로 결합 및 지지될 수 있다.
상기 보조 결합부(166)도 상기 인너 플랜지(161f)의 상면으로부터 약 1mm 정도 돌출되도록 하여, 상기 베이스부(161)의 상면과 상기 베어링 하우징(130)의 저면과의 접촉면적을 최소화하도록 할 수 있다.
또한, 상기 베이스부(161)의 저면(도 10에서 상면)에는, 상기 클러치 레버(177)가 안착되는 안착부(167)가 더 형성된다. 상기 안착부(167)는 상기 커플러(150)를 승강시키는 클러치 레버(177)가 위치하도록 소정의 폭을 가지도록 형성된다.
상기 안착부(167)의 좌측 및 우측 가장자리에는, 상기 클러치 레버(177)가 회전 가능하게 결합되는 힌지 결합부(168)가 형성된다. 상세히, 상기 힌지 결합부(168)는 상기 안착부(167)의 양 측단부에서 하측으로 더 연장되어 형성된다. 그리고 상기 힌지 결합부(168)의 단부에는, 상기 클러치 레버(177)의 고정핀(177c)이 안착되는 안착홈(168a)과, 상기 고정핀(177c)이 인입되는 힌지홀(168b)이 형성된다.
또한, 상기 안착부(167)에는 상기 클러치 레버(177)의 회전량(회전각도)을 일정하게 유지시키기 위한 하나 또는 다수의 스토퍼 리브(169)가 돌출 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 한 쌍의 스토퍼 리브(169)가 돌출되는 것을 예로 들어 설명한다. 상기 스토퍼 리브(169)는 실질적으로 상기 클러치 레버(177)를 구성하는 연결부(177a)의 상면에 접촉되는 구성이다. 즉, 상기 스토퍼 리브(169)의 저면은, 상기 연결부(177a)의 상면과 적어도 일부분 접촉된다.
상기 스토퍼 리브(169)의 단부는, 상기 클러치 스토퍼(160)의 중심 방향으로 갈수록 상향 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 상기 스토퍼 리브(169)는 바깥쪽에서 안쪽으로 갈수록 상향 경사지는 경사면을 가지도록 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 구동부(100)는, 감속비가 3.8대1(모터 3.8회전할 때 펄세이터 1회전)인 유성 기어를 적용함으로써, 구동 모터의 토크를 낮추어도 세탁 성능이 유지되도록 하였다. 즉, 성능이 낮은 구동 모터를 적용할 수 있으므로 세탁기의 제조 비용을 절감할 수 있게 되었다.
그리고, 구동 모터로 전류를 공급하기 위하여 기존 15암페어 아피엠(IPM : Intelligent Power Module)을 5암페어 아이피엠으로 제원을 낮추어 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
유성 기어의 기어 감속비를 3.8대 1로 설정하고, 스테이터 코어의 적층 높이를 14mm로 설정하였을 때, 구동모터의 최대 토크는 30.4Nm이고, 이는 내조의 직경이 27인치인 세탁기에서 요구하는 최소 토크인 33.5Nm를 만족시키지 못하여, 세탁 성능을 저하시킬 수 있다.
그리하여, 유성 기어의 기어 감속비와 구동 모터의 직경과 슬롯 필(slot fill)을 포함한 사이즈는 그대로 유지하고, 스테이터 코어의 적층 높이를 13.5mm ~ 14.5mm 범위 내(바람직하게는 14mm)로 설정하는 조건 하에서 구동 모터의 토크를 증가시키기 위해서는 토크 상수의 조정이 필요하다.
여기서, 상기 슬롯 필은, 인접하는 폴 사이에 정의되는 권취 공간의 면적 대비 권취된 코일의 면적 비율(%)을 의미한다. 상기 인접하는 두 개의 폴 사이에 형성되는 권취 공간은 두 개의 폴에 각각 권취되는 코일에 의하여 채워진다.
그리고, 두 개의 폴에 각각 권취되는 코일은 상호 간섭되지 않아야 할 뿐 아니라, 권취 로봇이 상기 폴에 코일을 권취하기 위해서는 상기 권취 로봇이 상기 권취 공간 내부로 자유롭게 이동할 수 있는 최소한의 공간이 확보되어야 한다. 따라서, 상기 슬롯 필을 무한정 늘일 수는 없으며, 상기 슬롯 필은 최대 42%를 넘지 않아야 하며, 바람직하게는 33%일 수 있다.
구동 모터의 토크 값(Nm)은, 토크 상수(KT)와 공급 전류(I)의 곱으로 정의되고, 공급 전류는 아이피엠(IPM : Intelligent Power Module, 지능형 전력 모듈)이라고 하는 부품을 통하여 구동 모터로 공급되는 전류로서, 모터의 토크에 영향을 주는 토크 전류와 모터의 회전수에 영향을 주는 약계자 전류의 합으로 정의된다.
본 발명의 경우, 유성 기어 모듈이 적용됨으로써, 구동 모터의 토크를 낮출 수 있어서, 공급 전류량이 낮아지게 되었고, 그 결과 아이피엠의 용량도 15암페어 아피엠(구동 모터로 공급할 수 있는 최대 전류가 15암페어인 것을 의미)에서 5암페어 아이피엠으로 제원을 낮출 수 있게 되었다. 그러나, 안전을 위하여 상기 5암페어 아이피엠은 3암페어를 공급하도록 정격 용량을 제한하였다.
한편, 상기 구동 모터의 토크를 증가하기 위해서는, 상술하였듯이, 토크 상수를 증가시키는 것이 필요하며, 이를 위해서는 구동 모터의 역기전력을 증가시켜야 한다. 즉, 모터의 역기전력이 상승하면 모터의 토크 상수가 증가하고, 그 결과 모터의 토크값이 증가하게 된다.
모터의 역기전력을 높이는 방법으로서, 상기와 같은 제한된 조건하에서는 코일의 선경을 줄이면서 코일의 권취 회수(또는 턴수)를 늘이는 것이 제안 가능하다.
여기서, 코일의 선경을 과도하게 감소할 경우, 저항값이 증가하면서 코일 온도가 높아지게 되고, 그 결과 모터의 효율이 떨어질 뿐만 아니라 화재의 위험성도 있기 때문에 코일의 선경 감소에 제한이 따른다.
뿐만 아니라, 코일의 턴수를 증가하는데에도 역시 제한이 따른다.
첫째, 상기 구동 모터의 슬롯 필이 정해져 있기 때문에, 코일의 턴수를 무한정 늘일 수는 없는 1차적인 제한이 따른다.
둘째, 코일의 턴수가 늘어남에 따라 역기전력이 커지고, 그 결과 토크 상수가 증가하는 반면, 모터의 회전수를 높이기 위하여 약계자 전류를 공급하여 제어하는 약계자 제어의 진입 시점이 빨라지게 된다.
약계자 제어는, 세탁 모드에서의 모터의 회전 속도보다 높은 속도로 증가하기 위하여 자력이 약한 전류를 공급하는 전류 제어로서, 탈수 모드에서 구동 모터의 고속 회전을 유도하기 위하여 수행된다. 상기 아이피엠으로부터 구동 모터로 공급되는 전류는 모터의 토크 전류와 약계자 전류의 합으로 정의되고, 상기 공급 전류값은 고정되어 있다.
일반적으로 세탁 모드에서는 구동 모터가 약 500rpm으로 회전하고, 탈수 모드에서는 700rpm 이상으로 회전한다. 그리고, 구동 모터의 회전 속도가 대략 600rpm일 때부터 약계자 제어가 시작된다. 그런데, 모터의 역기전력이 높아지면 상기 약계자 제어의 진입 시점이 빨라지게 된다. 즉 약계자 제어가 시작되는 모터의 회전수값이 낮아지게 된다.
만일, 약계자 제어의 진입 시점이 세탁 모드에서의 회전 속도까지 낮아지면, 세탁 모드에서도 약계자 제어가 수행된다. 그리고, 상기 아이피엠에서 공급되는 전류량은 고정되어 있으므로, 약계자 제어를 위한 약계자 전류가 공급되면, 반대 급부로서 토크 전류 값이 감소하게 되고, 그 결과 모터의 회전 속도는 증가하는 반면 모터의 토크값이 감소하게 된다.
세탁 모드에서 모터의 토크값이 감소하면 펄세이터의 토크값이 감소하는 것을 의미하며, 이는 곧 세탁 성능의 저하를 초래하는 것이 된다. 이러한 이유로 인하여, 약계자 제어의 진입 시점을 최대한 늦추어서 약계자 제어는 탈수 모드에서만 수행되도록 할 필요가 있다. 따라서, 코일의 턴수 증가에도 제한이 있으며 이를 적절히 조절하여 최적의 코일 턴수와 선경을 결정하는 것이 중요하다고 하겠다.
도 14는 최대 토크, 발전 제동 전류, 및 모터 효율을 고려하여, 스테이터 코어의 적층 높이 대비 코일의 적정 턴수를 추출하기 위한 일명 중첩 등고선 그래프이다.
도 14의 중첩 등고선 그래프는, 스테이터 코어의 적층 범위를 13.5mm ~ 14.5mm로 한정한 상태에서, 모터 효율, 발전 제동 전류 값, 및 최대 토크 값의 변화를 보여준다.
상세히, 그래프의 x축은 스테이터 코어의 적층 높이(mm)이고, y축은 코일의 턴수(회)이다. 그리고, 곡선 S1과 S2는 발전제동 전류값을 나타내며, S1에서 S2로 갈수록 발전제동 전류값이 증가하는 것을 의미한다.
여기서, 상기 발전제동 전류는, 모터가 정지할 때 발생하는 역전류로서 상기 아이피엠으로 역류하는 전류를 의미한다. 상기 발전 제동 전류값이 아이피엠의 정격 공급 전류 또는 최대 공급 전류값을 초과하면 아이피엠이 소손되는 현상이 발생한다. 따라서, 상기 발전 제동 전류값이 낮을 수록 안전한 모터라고 할 수 있다.
또한, 곡선 E1과 E2는 모터의 효율을 나타내며, E1에서 E2로 갈수록 효율이 증가하는 것을 의미한다.
또한, 곡선 T1과 T2는 모터의 최대 토크를 의미하며, T1에서 T2로 갈수록 최대 토크값이 증가하는 것을 의미한다.
여기서, 스테이터의 적층 높이와 코일의 턴수가 만나는 점이, 상기 곡선 E1,T1,S2,T2에 의하여 형성되는 영역 내에 있는 것이 좋다.
예컨대, 스테이터 코어의 적층 높이와 코일의 턴수가 만나는 점이 곡선 E1의 좌측으로 가면 모터 효율이 떨어지게 되고, 곡선 T1의 좌측으로 가면 모터의 최대 토크값이 과도하게 떨어지는 단점이 있다.
또한, 곡선 T2의 우측으로 가더라도 모터의 최대 토크값이 불필요하게 증가하게 되고, 곡선 S2의 하측으로 가면 발전 제동 전류가 과도하게 증가하는 단점이 있다.
이러한 이유로 인하여, 상기 스테이터의 적층 높이와 코일의 턴수가 만나는 점은 상기 곡선 E1,T1,S2,T2에 의하여 형성되는 영역 내에 있는 것이 좋다고 하겠다.
여기서, 스테이터 코어의 적층 높이가 13.5mm일 때 최적의 코일 턴수는 100회이고, 100회를 초과하면 모터 효율이 떨어지게 된다.
그리고, 스테이터 코어의 적층 높이가 14.5mm일 때 최적의 코일 턴수는 100회이고, 100회를 초과하면 발전제동 전류가 감소하고 토크가 증가하는 반면, 모터 효율이 떨어지게 된다.
그리고, 스테이터 코어의 적층 높이가 14mm일 때 코일의 턴수 변경 범위가 가장 넓은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 스테이터 코어의 적층 높이는 14mm로 고정한 상태에서 상기 코일의 턴수를 조절하는 것이 바람직하다고 하겠다.
상기 스테이터 코어의 적층 높이가 14mm인 조건 하에서, 상기 코일의 최소 턴수는 80회, 최대 턴수는 140회가 적절하다. 코일의 최소 턴수가 80회 미만으로 될 경우, 모터 효율은 증가하지만, 충분한 역기전력이 발생하지 못하여 모터의 최대 토크 값이 떨어질 뿐만 아니라 발전 제동 전류값도 증가하게 된다. 무엇보다 27인치 세탁기에서 요구하는 토크를 내기 위해서는, 스테이터 코어의 적층 높이 14mm 하에서 상기 코일의 최소 턴수는 100회 이상으로 설정하는 것이 좋다.
또한, 상기 스테이터 코어의 적층 높이가 14mm인 조건 하에서, 상기 코일의 최대 턴수는 140회 이하가 적절하다, 그 이유는, 코일의 최대 턴수가 140회를 초과하면 최대 토크가 증가하고 발전 제동 저류값이 감소하지만, 무엇보다 슬롯 필 조건을 만족하지 못하는 한계가 있고 모터의 효율도 떨어지는 단점이 있기 때문이다.
또한, 상기 스테이터 코어의 적층 높이가 14mm인 조건 하에서는, 상기 중첩 등고선 그래프와 상기 슬롯 필 조건을 함께 고려하였을 때, 상기 코일의 최대 턴수가 120회인 것이 가장 적절한 것으로 확인된다.
상기 코일의 턴수가 120회 일 때 상기 코일의 선경은 0.75φ가 적절하고 이때의 슬롯필은 33%이다.
그리고, 상기 코일의 턴수가 140회일 때 상기 코일의 선경은 0.70φ가 적절하고, 이때의 슬롯 필은 42프로이다.
그리고, 상기 코일의 턴수가 100회일 때 상기 코일의 선경은 0.90φ가 적절하고, 이때의 슬롯 필은 39.6%이다. 여기서, 상기 코일의 턴수가 120회일 때의 슬롯 필이 100회일 때의 슬롯필보다 작은 이유는 선경이 더 작기 때문이라고 하겠다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유성 기어의 감속비가 3.8대 1이고, 스테이터 코어의 적층 높이가 14mm이고, 코일의 턴수가 120회이며, 코일의 선경이 0.75φ인 조건 하에서, 모터의 최대 토크는 약 37.62Nm로 측정되었고, 이는 27인치 탑로드 세탁기에서 요구하는 33.5Nm를 초과하는 것으로 확인되었다.
이와 같이, 코일의 턴수와 선경을 적절히 조절함으로써, 모터의 사이즈를 변경하지 않고 모터의 최대 토크를 높일 수 있음이 확인되었다.

Claims (9)

  1. 상면이 개구되고, 외형을 이루는 캐비닛;
    상기 캐비닛의 상면을 덮고, 내측에 세탁물 투입구가 형성되는 탑커버;
    상기 세탁물 투입구를 개폐하도록 상기 탑커버에 결합되는 도어;
    상기 캐비닛의 하단에 결합되어 상기 캐비닛을 지지하는 베이스;
    상기 캐비닛 내부에 수용되고, 내부에 세탁수가 채워지는 외조;
    상기 외조의 내부에 수용되고, 세탁포가 투입되는 내조;
    상기 내조의 바닥부에 장착되어 세탁수 및 세탁포를 강제 유동시키는 펄세이터;
    상기 외조의 바닥부에 장착되어 상기 펄세이터와 상기 내조에 회전력을 제공하는 구동부를 포함하고,
    상기 구동부는,
    상기 외조의 바닥에 고정되는 스테이터와, 상기 스테이터의 외측에서 회전하는 로터를 포함하는 구동 모터;
    상기 구동 모터의 회전력을 상기 펄세이터로 전달하는 세탁축과, 상기 구동 모터의 회전력을 상기 내조로 전달하는 탈수축을 포함하는 축부; 및
    상기 축부의 어느 지점에 개재되어, 상기 세탁축의 회전 속도를 감소시키고 토크를 증가시키는 유성 기어를 포함하고,
    상기 스테이터는,
    요크와, 상기 요크의 외측 가장자리에서 방사상 연장되며 원주 방향으로 이격 배치되는 다수의 폴로 이루어지는 철판이 다수회 적층되어 이루어지는 스테이터 코어;
    상기 스테이터 코어를 덮는 인슐레이터; 및
    상기 인슐레이터로 덮인 상기 폴의 외주면에 권선되는 코일을 포함하고,
    상기 유성 기어에 의한 상기 구동 모터와 상기 펄세이터의 회전 속도비는 3.8:1이고,
    상기 스테이터 코어의 적층 높이는 13.5mm ~ 14.5mm이며,
    상기 코일의 턴 수는 100 이상 140 이하인 것을 특징으로 하는 세탁기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 적층 높이는 14mm인 것을 특징으로 하는 세탁기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코일의 턴수는 100회일 때, 코일의 선경은 0.90φ이며, 슬롯필은 39.6%인 것을 특징으로 하는 세탁기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 코일의 턴수는 120회일 때, 코일의 선경은 0.75φ이며, 슬롯필은 33.0%인 것을 특징으로 하는 세탁기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 코일의 턴수는 140회일 때, 코일의 선경은 0.70φ이며, 슬롯필은 42.0%인 것을 특징으로 하는 세탁기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 슬롯필은 33% 이상 42% 이하인 것을 특징으로 하는 세탁기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일의 턴수가 증가함에 따라 상기 코일의 선경은 감소하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 모터로 전류를 공급하는 아이피엠은 최대 공급 전류값이 5암페어인 것을 특징으로 하는 세탁기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 모터로 전류를 공급하는 아이피엠의 정격 공급 전류값이 3암페어로 제한되는 것을 특징으로 하는 세탁기.
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