WO2019168373A1 - 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기 - Google Patents

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WO2019168373A1
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phase
rotor
motor
drum
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PCT/KR2019/002424
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English (en)
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권선구
하정익
한용수
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엘지전자 주식회사
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    • 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
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    • D06F34/00—Details of control systems for washing machines, washer-dryers or laundry dryers
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator

Definitions

  • the present invention relates to a drive including a dual motor and a washing machine including the same.
  • the dual motor may be referred to as a motor including a stator and a rotor arranged in a double. That is, a motor including two stators and two rotors and a coaxial shaft may be referred to as a dual motor.
  • two rotors may drive a single shaft or a single shaft together, and each rotor may drive two shafts, which are dually arranged in a hollow form.
  • the dual motor may include an inner motor and an outer motor.
  • the inner motor may include an inner rotor and an inner stator, and the inner rotor may be rotatably provided inside the inner stator in the radial direction.
  • the outer motor may include an outer rotor and an outer stator, and the outer rotor may be rotatably provided on a radially outer side of the outer stator.
  • the inner stator is located radially inward of the outer stator.
  • the inner stator and the outer stator may be formed as a single stator or may be provided separately. That is, the inner stator coil may be wound around the inner side in one stator to form the inner stator, and the outer stator coil may be wound around the outer side to form the outer stator.
  • the inner rotor and the outer rotor may also be provided as a single rotor. That is, in the rotor having a single body, the inner rotor provided in the radially inner side can be driven by the inner stator, and the outer rotor provided in the radially outer side can be driven by the outer stator.
  • a single rotor will be connected to a single shaft, which can be called a single shaft dual motor.
  • the inner rotor and the outer rotor together drive a single axis or shaft.
  • the inner rotor and the outer rotor may be provided separately.
  • the inner rotor and the outer rotor can be connected with different shafts.
  • the first shaft connected to the inner rotor may have a hollow, and the second shaft connected to the outer rotor may be provided through the hollow of the first shaft.
  • a hollow may be formed in the second shaft, and the first shaft may be provided through the hollow of the second shaft. This can be referred to as a dual-axis dual motor.
  • a drive including such a double motor can be used to drive the drum of the washing machine.
  • three-phase motors in which three-phase coils are wound are used in washing machines. This is because three-phase motors enable more accurate speed, torque and position control. Inverters are used to control such three-phase motors. In general, one inverter is used per motor.
  • the drum is driven in a tumbling drive (the drive is driven up and down as the drum rotates), and the drum is spin-driven (the laundry is in close contact with the drum inner circumferential surface as the drum is rotated to be integrally rotated with the drum).
  • the drum drive environment of the dehydration mode being driven is very different.
  • the wash mode may comprise a rinse mode. In the wash mode a large torque is required at a relatively small RPM (eg 40-60 RMP), while in the dehydration mode a relatively large RPM (eg 600-100 RMP) is required. Therefore, when two inverters are independently controlled using two inverters, relatively large energy may be consumed even under a condition requiring a small output. It would be highly desirable to reduce energy consumption while meeting the requirements in various environments.
  • the present invention basically solves the problem of the above-described dual motor and a washing machine including the same.
  • the optimum operation is possible and energy consumption It is intended to provide a driving device and a washing machine including the same.
  • optimal washing (rinsing) and dehydration can be performed by different driving device driving patterns in the washing mode (including the rinsing mode) and the dehydrating mode, and energy consumption can be reduced.
  • a switch for selectively switching a three-phase motor to a single-phase motor to provide a drive device having a simple and easy structure and easy to control and a washing machine including the same.
  • a driving device capable of minimizing torque ripple through unbalanced current control in a three-phase motor and a washing machine including the same To provide.
  • a driving apparatus including a dual motor connected in parallel with a single inverter and a washing machine including the same.
  • a single inverter connected in parallel with a single inverter and a washing machine including the same.
  • the double motor is a motor arranged in a double in the radial direction.
  • the dual motor may include an inner stator, an inner rotor rotatably provided inside the inner stator radially inward, an outer stator provided radially outward of the inner stator, and rotatably provided radially outward of the outer stator. It may include an outer rotor.
  • a wire winding the inner stator and the outer stator in parallel from each of the three-phase lead wires drawn from the single inverter may be connected, and the inner rotor and the outer rotor may be driven in synchronization.
  • the inner stator and the outer stator may form a single stator.
  • the inner stator and the outer stator may be formed at the radially inner side and the radially outer side of the single stator, respectively. Therefore, manufacturing and mounting can be easy, and the stator can be formed compactly.
  • the rotating shaft of the inner rotor and the rotating shaft of the outer rotor are coaxial. Therefore, it is possible to dual arrange two motors in the radial direction.
  • an outer shaft connected to the outer rotor and integrally rotating with the outer rotor and penetrating the hollow of the inner shaft are It may be provided. Therefore, the rotation shafts of the inner shaft and the outer shaft can form a coaxial shaft.
  • the three-phase leader line includes a-phase, b-phase, and c-phase leader line.
  • the coils of the phases a, b and c of the inner and outer stators are wound, respectively, branched from the a, b and c lead wires.
  • two motors can be provided with the same three-phase current.
  • Both two motors can be driven by a three-phase motor, optionally one of the motors can be driven by a three-phase and the other a single-phase motor.
  • the switch may be provided to selectively block the current flow in any one of the coil of the inner stator or the coil of the outer stator.
  • the motor always driven in three phases does not need to be provided with a switch.
  • the switch may be provided only in a motor in which three-phase driving and single-phase driving are performed.
  • the switch may be provided to correspond to all of the coils of the phases a, b and c or may be provided to correspond only to the coils of one phase. As the switch for a particular phase is opened, either the inner rotor or the outer rotor with the open switch may be driven by a single phase motor.
  • the switch if the switch is open, it is driven by a single-phase motor and when the switch is closed, it is driven by a 3-phase motor. Therefore, selective three-phase motor and single-phase motor driving can be implemented through a simple switch configuration and control thereof.
  • a control unit for controlling the driving of the single inverter and controlling the driving of the switch may be provided.
  • the control unit may be configured to operate the single inverter and the drive control of the switch so that one of the inner rotor and the outer rotor is driven in three phases and the other in the single phase, and both the inner rotor and the outer rotor are set to three. Synchronous operation mode for driving up can be performed.
  • the controller In order to determine the rotational direction of the inner rotor or the outer rotor driven in a single phase, the controller preferably performs an alignment mode for aligning the inner rotor or the outer rotor to a predetermined position before implementing the parallel operation mode. . That is, it is desirable to be able to determine the starting direction of the single-phase motor in a specific direction in a controlled manner.
  • the controller applies the direct current corresponding to the predetermined position to the inner stator or the outer stator by using the correlation between the specific position of the rotor and the ratio of the dq-axis current applied to the stator to set the alignment operation mode. Can be done.
  • the preset position can be set to the position where the starting torque is greatest. This makes it possible to start in the desired direction with the maximum starting torque at the start.
  • a washing machine having a double drum and a drive device including a double motor for driving the double drum.
  • the washing machine a tub; A first drum rotatably provided in the tub; a second drum rotatably provided coaxially with the first drum; An inner motor including an inner stator and an inner rotor rotatably provided inside the inner stator in a radial direction, the inner motor being configured to drive the first drum; An outer motor rotatably disposed on an outer stator and a radially outer side of the outer stator, the outer motor being configured to drive the second drum; A single inverter for applying current to the inner stator and the outer stator; And a controller for controlling driving of the first drum, the second drum, and the single inverter, wherein wires winding the inner stator and the outer stator are connected in parallel on each of three phase lead wires drawn from the single inverter.
  • the switch may be provided to selectively block the current flow in any one of the coil wound on the inner stator or the coil wound on the outer stator.
  • the control unit may include a main processor for controlling the driving of the washing machine and a separate subprocessor for driving the driving device.
  • the three-phase leader line may include a-phase, b-phase and c-phase leader lines.
  • the coils of the phases a, b and c of the inner and outer stators may be wound, respectively, by branching from each of the a, b and c lead wires. That is, two wires may be connected in parallel with each other in the lead line of one phase and wound on each stator.
  • the switch may be provided to correspond to all of the coils of the phases a, b and c or may be provided to correspond to only one coil. Specifically, the switch may be provided on the branched wire.
  • the control unit may be configured to operate the single inverter and the drive control of the switch so that one of the inner rotor and the outer rotor is driven in three phases and the other in the single phase, and both the inner rotor and the outer rotor are set to three. Synchronous operation mode for driving up can be performed. Therefore, it is possible to easily switch the operation mode through control of a single inverter and a switch.
  • the parallel operation mode corresponds to a washing mode in which washing is performed by driving the first drum and the second drum independently, and in the synchronous driving mode, dehydration is performed by driving the first drum and the second drum in synchronization. It may correspond to the dehydration mode.
  • the controller may perform an alignment operation mode in which the inner rotor or the outer rotor is aligned to a predetermined position before implementing the parallel operation mode to determine a rotation direction of the inner rotor or the outer rotor driven in a single phase. Do.
  • the control unit performs the alignment mode by applying a DC current corresponding to the preset position to the inner or outer stator by using a correlation between a specific position of the rotor and the ratio of dq-axis current applied to the stator. This is preferred.
  • a washing machine may provide a top load washing machine such as a front load washing machine or a pulsator washing machine such as a general drum washing machine.
  • the washing machine a tub; A drum rotatably provided in the tub; A rotating body rotatably provided coaxially with the drum; An inner motor including an inner stator and an inner rotor rotatably provided inside the inner stator in a radial direction, the inner motor being configured to drive the drum; An outer motor rotatably disposed on an outer stator and a radially outer side of the outer stator, and an outer motor provided to drive the rotating body; A single inverter for applying current to the inner stator and the outer stator; And a controller for controlling driving of the drum, the rotating body, and the single inverter, wherein wires winding the inner stator and the outer stator are connected in parallel at each of three phase lead wires drawn out from the single inverter.
  • a switch may be provided to selectively block current flow in either the coil wound on the stator or the coil wound on the outer stator.
  • the rotating body may be a sub drum which is dually arranged with the drum.
  • the rotating body may be a pulsator.
  • the control unit may drive one of the inner rotor and the outer rotor in three phases and the other in single phase, or one in three phases and the other through driving of the single inverter and driving control of the switch.
  • the non-parallel operation mode and the synchronous operation mode in which both the inner rotor and the outer rotor drive in three phases can be performed.
  • the controller applies the direct current corresponding to the predetermined position to the inner stator or the outer stator by using the correlation between the specific position of the rotor and the ratio of the dq-axis current applied to the stator to set the alignment operation mode. Preference is given to performing.
  • the drive device and the washing machine include an inner stator; An inner rotor rotatably provided inside the inner stator radius; Outer stator; An outer rotor rotatably provided at a radially outer side of the outer stator; A single shaft connected to the inner rotor and the outer rotor and integrally rotating with the inner rotor and the outer rotor; And it may include a single inverter for applying a current to the inner stator and the outer stator.
  • wires winding the inner stator and the outer stator may be connected to each of the three-phase lead wires drawn from the single inverter in parallel.
  • a switch is provided for selectively blocking the current flow in any one of the coil of one of the three phase coils of the inner stator or the coil of one of the three phase coils of the outer stator.
  • the inner stator and the outer stator may form a single stator.
  • the inner stator and the outer stator may be formed at the radially inner side and the radially outer side of the single stator, respectively.
  • control unit for controlling the driving of the single inverter and controlling the driving of the switch.
  • the control unit may be configured to operate the single inverter and the drive control of the switch so that one of the inner rotor and the outer rotor is driven in three phases and the other in the single phase, and both the inner rotor and the outer rotor are set to three.
  • a synchronous mode for driving upward can be performed.
  • the outer rotor may be driven in three phases, and the inner rotor may be driven in a single phase.
  • the reverse may be implemented.
  • the control unit preferably controls the load sharing ratio of the outer rotor to be greater than the load sharing ratio of the inner rotor. In other words, it is desirable to further increase the load sharing ratio of the outer rotor, which has a larger motor size and is relatively capable of high output.
  • the controller may control the load sharing ratio by controlling the magnitude of the current applied to a specific phase connected only to the coil of the outer stator. That is, it is possible to increase or decrease the load sharing ratio.
  • control unit controls the load sharing ratio of the outer rotor to be greater than the load sharing ratio of the inner rotor, or more specifically, three times.
  • control unit In the parallel operation mode, the control unit is connected to the coils of the outer stator and the coil of the inner stator to control the current magnitudes differently for the phases through which the current flows and the specific phase through which the current is connected only to the coils of the outer stator. It is desirable to perform unbalanced current control.
  • the controller may perform the balanced current control, and in the parallel operation mode, the unbalanced current control. That is, it is desirable to equally control the magnitude of current in each phase through balanced current control.
  • a tub In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a tub; A drum rotatably provided in the tub; An inner motor wound with three-phase coils; An outer motor wound with three phase coils; A single shaft connected to the inner motor and the outer motor to transmit a driving force to the drum; A single inverter for applying current to the inner motor and the outer motor; And a washing machine including a control unit for controlling the driving of the drum and the single inverter may be provided.
  • Wires winding the inner motor and the outer motor in parallel may be connected to each of the three phase lead wires drawn from the single inverter.
  • two motors can be controlled through a single inverter.
  • a switch is provided to selectively block the flow of current in either one of the three-phase coils of the inner motor or the one of the three-phase coils of the outer motor.
  • the controller may selectively perform a synchronous operation mode in which the drum is driven by two three-phase motors and a parallel operation mode by one three-phase motor and one single-phase motor.
  • the controller may select and control a specific driving mode by controlling driving of the switch.
  • the inner motor includes an inner rotor rotatably provided inside the inner stator and the inner stator radially opposite inner side
  • the outer motor includes an outer rotor rotatably provided on the outer side of the outer stator and the outer stator in the radial direction. It may include.
  • the single shaft is connected to the inner rotor and the outer rotor, and preferably rotates integrally with the inner rotor and the outer rotor.
  • the parallel operation mode may correspond to a dehydration mode in which the drum is rotated at high speed to perform dehydration
  • the synchronous operation mode may correspond to a washing mode in which the drum is rotated at low speed to perform washing.
  • the outer rotor may be driven in three phases, and the inner rotor may be driven in a single phase.
  • this may be the opposite.
  • control unit In the parallel operation mode, the control unit preferably controls the load sharing ratio of the outer rotor to be greater than the load sharing ratio of the inner rotor.
  • the controller may control the load sharing ratio by controlling the magnitude of the current applied to a specific phase connected only to the coil of the outer stator.
  • control unit In the parallel operation mode, the control unit preferably controls the load sharing ratio of the outer rotor to be approximately three times the load sharing ratio of the inner rotor. At this load sharing rate, torque ripple can be minimized.
  • control unit In the parallel operation mode, the control unit is connected to the coils of the outer stator and the coil of the inner stator to control the current magnitudes differently for the phases through which the current flows and the specific phase through which the current is connected only to the coils of the outer stator. It is desirable to perform unbalanced current control.
  • control unit In the synchronous operation mode, the control unit, it is preferable to perform a balanced current control for controlling the current magnitude in each phase equally.
  • the optimum operation is possible and energy consumption It is possible to provide a driving device and a washing machine including the same.
  • optimal washing (rinsing) and dehydration can be performed by different driving device driving patterns in the washing mode (including the rinsing mode) and the dehydrating mode, and energy consumption can be reduced.
  • a drive device having a simple and easy structure and easy to control and a washing machine including the same may be provided through a switch for selectively converting a three-phase motor into a single-phase motor.
  • a driving apparatus and a washing machine including the same, which can easily implement a parallel operation mode and a synchronous operation mode of a dual shaft.
  • a driving apparatus and a washing machine including the same capable of easily implementing the parallel operation mode and the synchronous operation mode of a single shaft.
  • a driving device capable of minimizing torque ripple through unbalanced current control in a three-phase motor and a washing machine including the same Can be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a drive device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a washing machine to which the driving device shown in FIG. 1 is applied;
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the concept of a driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a control block diagram of a driving device or a washing machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a rotation angle of a rotor having an arbitrary position
  • FIG. 7 is a schematic view showing a rotation angle of the rotor corresponding to the P1 position shown in FIG. 5;
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a rotation angle of a rotor corresponding to the position P2 shown in FIG. 5;
  • FIG. 9 is a perspective view showing a drive device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a washing machine to which the driving device shown in FIG. 9 is applied;
  • FIG. 11 is a graph showing changes in output torque and combined torque of two motors when driving the drive shown in FIG. 9 in three phases and single phases;
  • FIG. 12 is a graph showing a change in current flowing through a three-phase motor when the driving device shown in FIG. 9 is driven in three phases and a single phase;
  • FIG. 13 is a graph showing a change in output current of a single inverter when driving the drive shown in FIG. 9 in three phases and single phases;
  • FIG. 14 is a graph showing the change in the combined torque ripple according to the change in the load burden of the three-phase motor and the single-phase motor when the driving device shown in FIG. 9 is driven in three phases and single phase;
  • FIG. 15 shows changes in torque ripples of the three-phase and single-phase motors and their combined torque ripples under optimum load sharing conditions when driving the drive shown in FIG. 9 in three-phase and single-phase. graph;
  • FIG. 16 is a graph showing a change in output current of a single inverter under optimum load sharing conditions when driving the drive shown in FIG. 9 in three phases and single phases.
  • the driving apparatus may include a double motor in which two motors are arranged in duplicate, and the double motor may include an inner motor and an outer motor.
  • the dual motor may include a stator and a rotor.
  • the inner motor 45 may include the inner rotor 10 and the outer rotor 40
  • the outer motor 55 may include the outer rotor 20 and the outer stator 50.
  • the inner motor 45 is located in the radially inner side of the outer motor 55 and the outer motor 55 has a form surrounding the inner motor 45.
  • the rotor of the dual motor includes an inner rotor 10 and an outer rotor 20, and the stator includes an inner stator 40 and an outer stator 50.
  • the inner rotor 10 is rotatably provided in the radially inner side of the inner stator 40, and the outer rotor 20 is rotatably provided in the radially outer side of the outer stator 50.
  • the inner stator 40 is formed in the radially inner side of the outer stator 50.
  • the inner stator 40 and the outer stator 50 may be formed as a single stator. That is, the coil of the inner stator may be wound on the radially inner side of the single body, and the coil of the outer stator may be wound on the radially outer side.
  • the stator of a single body may be fixed to the object, for example the object may be the rear wall of the tub as shown in FIG. 2.
  • stator 40 and the outer stator 50 may be formed separately. However, the positional relationship of both will be the same as in the case of a single stator.
  • the rotation axis of the two motors or the rotor is preferably coaxial. That is, it is preferable that two motors are arranged so that the rotation centers of the two rotors are equal to each other.
  • two motors an inner motor and an outer motor, drive different shafts. That is, the outer rotor 20 may drive the first shaft 70, and the inner rotor 10 may drive the second shaft 80.
  • the first shaft and the second shaft are formed coaxially but are driven independently of each other. Since the first shaft is driven by the outer motor, the outer shaft and the second shaft may be referred to as the inner shaft because they are driven by the inner motor.
  • a hollow may be formed in the second shaft 80. That is, the second shaft 80 may be a hollow shaft, and the first shaft 70 may pass through the hollow.
  • the first shaft 70 and the second shaft 80 may be connected to different driving objects or rotating bodies.
  • the driving object may be a drum or a pulsator. It may also be double arranged drums.
  • the motor for driving the drum of the washing machine is the outer motor 55, so the outer motor 55 drives the first shaft 70 to rotate the drum. That is, the inner motor and the second shaft are not provided. Therefore, when the dual motor is used, the inner motor can be mounted by utilizing the radially inner space of the outer stator 50. For this reason, dual motors can be used to generate large power in limited space.
  • the washing machine 200 may include a main body 201 forming an exterior, a tub 210 provided inside the main body, and a drum 220 rotatably provided in the tub. And a driving device 100 for driving the drum 220 may be provided.
  • Washing water is accommodated in the tub 210, and washing, rinsing, and dehydration may be performed while the drum 220 rotates in the tub 210.
  • the door 202 may be provided in the main body to access the laundry.
  • FIG. 2 shows a front loading washing machine.
  • the present embodiment can be applied not only to the front loading washing machine but also to the top loading washing machine.
  • the drum 220 may be a plurality of rotating objects instead of a single rotating object.
  • the drum 220 may include a main drum 230 and a sub drum 240.
  • the main drum 230 may be referred to as a first drum and a sub drum as a second drum.
  • the first drum and the second drum may be provided to be rotatable coaxially. That is, it is preferable that the rotation centers of the two drums be the same.
  • the sub drum 240 may be rotatably provided in the main drum 230.
  • the sub drum 240 should be able to rotate integrally with the main drum 230 (when dewatering) and be able to rotate independently of the main drum 230. That is, the rotation direction of the main drum 230 and the sub drum 240 should be different.
  • the driving device described with reference to FIG. 1 may be applied to drive the main drum 230 and the sub drum 240.
  • the main drum 230 and the sub drum 240 may be integrally rotated.
  • the main drum 230 and the sub drum 240 may rotate together in one direction at high speed.
  • the main drum 230 and the sub drum 240 may be independently rotated. That is, the main drum 230 and the sub drum 240 may rotate in different rotation directions, and the RPM may also rotate in different directions. And, the time of rotation can also be different.
  • the main drum 230 and the sub drum 240 may rotate (cross drive) in different rotational directions at a low speed. Further, in the washing mode, both can rotate together in the same direction at low speed (tumbling drive).
  • cross drive the laundry can be twisted to further enhance the laundry effect. In particular, when a large amount of laundry can be stirred evenly to the laundry can be expected to enhance the washing effect.
  • the sub drum 240 may correspond to a pulsator in a top loading washing machine. That is, it may correspond to a pulsator that rotates together with the main drum 230 or rotates independently.
  • drum and pulsator drive is carried out using a clutch or planetary gear structure in a single motor.
  • the driving device according to the present embodiment can also be applied to a top loading washing machine. Either motor drives the drum and one motor drives the pulsator. It is possible for two motors to be driven independently or synchronously depending on the drive mode. In this case, the synchronous drive may be said that two rotors are driven at the same RPM in the same direction.
  • the single inverter 110 may be referred to as a device that receives a direct current and applies three-phase alternating current. That is, it can be said that the device controls the driving of the three-phase motor by differently controlling the alternating current values of the three phases (called convenience phase a phase, b phase, and c phase).
  • two motors may be independently controlled using a single inverter 110 and may be controlled synchronously.
  • the inverter 110 is provided with a lead line 111 for outputting the a-phase, b-phase and c-phase alternating current.
  • the leader line 111 includes three leader lines 111a, 111b, and 111c for drawing out respective images.
  • the leader line 111 may be branched. Each branched wire 112, 113 forms a coil of stator provided in either motor.
  • the a-phase wires 112a and 113a branched at the ends of the a-phase lead line 111a are formed of the a-phase coil and the second motor 55 of the stator 40 of the first motor 45, that is, the inner motor.
  • the a phase coil of the outer motor 50 is formed.
  • the b-phase wires 112b and 113b branched at the end of the b-phase lead line 111b are the b-phase coil of the stator 40 of the first motor 45, that is, the inner motor, and the second motor 55, that is, the outer motor ( A b phase coil of 50) is formed.
  • the c-phase wires 112c and 113c branched at the ends of the c-phase lead line 111c may include the c-phase coil and the second motor 55 of the stator 40 of the first motor 45, that is, the inner motor.
  • the c-phase coil of the motor 50 is formed.
  • two motors can be said to be connected or wired in parallel with a single inverter. Therefore, it can be said that basically the same input current is applied to the coils of the two motors. That is, it can be said that an alternating current having the same magnitude and the same frequency is input to each of the two motor coils. Therefore, since two motors are driven through a single inverter, it is possible to perform synchronous driving more easily without causing deviation by the inverter.
  • the two motors are preferably capable of parallel operation as well as synchronous operation. That is, it is preferable to be able to operate independently of each other. This means that the rotation direction and the RPM can be operated differently from each other. That is, it is preferable that the synchronous operation mode and the parallel operation mode are selectively performed as necessary.
  • a switch for interrupting the current flow in any one of the coil of the inner stator 40 or the outer stator 50 may be provided.
  • a switch may be provided to block a current supplied to the inner stator 40 or vice versa.
  • 3 shows a switch Sa, Sb, Sc for cutting off the current supplied to the outer stator.
  • the switch may be provided in the wires 112 and 113 forming the coil.
  • the switches Sa, Sb, and Sc may be provided in the wires 113a, 113b, and 113c of the three phases.
  • the outer motor 55 When all three switches are open, the outer motor 55 is not driven and only the inner motor 45 may be driven. And, if all three switches are closed, the two motors can be driven synchronously. Therefore, the switch can be closed when synchronous operation is required, and the switch can be opened when only driving of a specific motor is required. Therefore, the driving of two motors can be selected according to the situation.
  • the outer motor 55 when a current is interrupted to the coil of any one of the three phase coils, it is possible to drive the motor in a single phase.
  • the outer motor 55 when only the current of the coil on a is interrupted by the outer motor 55, the outer motor 55 may be driven as a single phase motor. That is, the outer motor 55 may be driven by a single phase motor through the alternating current flowing in the b phase and the c phase.
  • a switch may be provided to block such a current, and the switch may be provided only on any one of three phase wires.
  • the outer motor 55 may include a switch Sa only on a, open the switch Sa, and supply current from the single inverter 110.
  • the inner motor 45 may be driven by a three-phase motor and the outer motor 55 may be driven by a single phase motor.
  • the outer motor 55 may be connected to the pulsator or the sub drum 240 and the first shaft 70, and the inner motor 45 may be the drum 230 and the second shaft 80. Can be connected to. Therefore, the outer motor 55 and the inner motor 45 can control the drive like a motor independent of each other.
  • the sub drum 240 and the drum 230 may be driven in different directions. That is, it is possible to further improve the washing performance or the rinsing performance through the parallel operation of the single-phase motor and the three-phase motor.
  • the switch Sa may be closed, and in this case, two three-phase motors connected in parallel may be operated in synchronization.
  • the sub drum 240 and the drum 230 may be integrally rotated in the same direction and in the same RMP.
  • FIG. 4 is a control block diagram of a drive device and a washing machine in the above-described embodiments.
  • a control unit 250 for controlling the inverter 110 and the above-described switches Sa, Sb, Sc, or one switch Sa is provided.
  • the controller 250 may be a processor or a microcomputer provided for controlling the driving device, and may be a processor or microcomputer provided for controlling the system or the washing machine as well as the control of the driving device.
  • the controller 250 controls the driving of the inverter 110 and the switch according to the driving environment or the driving conditions. Thus, it is possible to drive a three-phase motor and a single-phase motor in parallel or to drive two three-phase motors in parallel.
  • the sensing unit 65 may be provided.
  • the sensing unit 65 may be provided to sense the rotation angle and the angular velocity output from each motor. That is, the more precise driving control of the motor may be performed by feeding back the sensed rotation angle and the angular velocity.
  • Each of the rotors 10 and 20 may be provided with a plurality of magnets, and may sense a change in position of the magnet according to the rotation of the rotor. Since the magnetic force change is caused by the change in the position of the magnet, it is possible to sense the rotation angle and rotation speed of the rotor. Specifically, a hall sensor can be used.
  • the sensing unit 65 receives feedback of the current flowing through each motor.
  • the single inverter 110 applies the same current input to the two motors, the output torques of the two inverters may be different. At this time, it is necessary to control the output torque difference by receiving the current flowing through each motor.
  • the positions for sensing the current flowing through the two motors are preferably wires 112 and 113 branched from the leader line 111 shown in FIG. 3. That is, it is desirable to sense current on the wires connected in parallel in a single inverter.
  • the two motors can be appropriately controlled through the rotation speed, the rotation angle, and the sensing current values of the respective motors.
  • the positions of the rotors that is, the rotation angles, of the two motors may be determined by the controller.
  • the rotation direction of the rotors can be determined. That is, the controller 250 may determine the rotation direction of each rotor and allow the rotor to rotate in a desired direction. This can also be referred to as the difference between a three-phase motor and a single-phase motor.
  • the shape of the stator is asymmetrically formed or the auxiliary coil (for example, the shading coil) is wound around the stator separately from the coil.
  • this is suitable for a motor driven by only a single phase motor.
  • any one motor may be selectively driven by a three-phase motor and a single-phase motor. Therefore, when driven by a single-phase motor, it is not very desirable to make the shape of the stator asymmetric or form a separate coil in order to determine the rotation direction.
  • the rotation direction in the case of a single phase motor can be determined through a control method rather than a separate mechanical method. This will be described with reference to FIG. 5.
  • the starting torque can vary within an electrical angle of 360 degrees. As shown in FIG. 5, the starting torque is varied assuming that the rotor is stationary with any rotational angle, and that any rotational angle can vary in 360 degree periods with respect to the electrical angle. That is, as the stop position of the rotor is changed, the starting torque generated in the rotor is changed when the same current is input.
  • the rotor does not start due to the balance of force even if a large current is applied. And in the area
  • the schematic diagram shown in FIG. 6 shows the stator of the motor to be driven by the single phase motor stopped at an arbitrary position.
  • This arbitrary position can be a position where the starting torque is zero or very small.
  • the rotation direction may be randomly determined to be one of a clockwise direction and a counterclockwise direction. That is, the direction of rotation cannot be actively controlled.
  • the sub drum 240 may be inadvertently started to be clockwise.
  • the rotor is stopped by placing the rotor at a position corresponding to the point P1 shown in FIG. 5, and in FIG. 8, the rotor is positioned at a position corresponding to the point P2 shown in FIG. 5. The rotor is stopped.
  • the rotor when starting the rotor as a single-phase motor after the rotor is located at the point P1, the rotor can be driven with the maximum starting torque in the counterclockwise direction. On the contrary, when starting the rotor as a single-phase motor after the rotor is located at the point P2, the rotor can be driven with the maximum starting torque in the clockwise direction.
  • 6 to 8 illustrate an example in which the outer motor 55 is selectively driven by a three-phase motor and a single-phase motor.
  • the stop position is any position.
  • the present embodiment may provide a driving apparatus and a washing machine capable of positioning the position of the rotor to a predetermined position in a controlled manner without requiring a separate mechanical apparatus.
  • the driving of the rotor is performed through d-q axis control.
  • the ratio of the d-q axis current to the specific position of the rotor is preset. Therefore, when the DC current having a predetermined ratio of d-q-axis current is injected into the coil of the stator, the rotor may be positioned at a specific position according to the ratio of the preset d-q-axis current.
  • the alignment operation mode for aligning the rotor of the motor to be driven in a single phase to a specific position can be performed. For example, when the drum 230 and the sub drum 240 are stopped after being synchronized, the alignment operation mode may be performed so that the rotor driving the sub drum 240 may be moved to the P1 or P2 position and aligned. . After the sub drum 240 stops at the P1 position, the two rotors can rotate in different directions (preset directions).
  • the driving apparatus and the washing machine having the double shaft or the double shaft have been described.
  • the structure and method for controlling a dual motor by parallel connection through a single inverter were described.
  • FIGS. 9 and 10 an embodiment of a driving apparatus and a washing machine having a single shaft or a single shaft will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the embodiments described with reference to FIGS. 3 and 4 may be equally applicable in the present embodiments. Therefore, overlapping description is omitted and the description will be mainly focused on differences.
  • the drive device 100 shown in FIG. 9 may include a single shaft 90 unlike the drive device shown in FIG. 1.
  • the single shaft 90 may be driven in connection with the inner rotor 10 and the outer rotor 20. That is, the single shaft 90 may be provided to be driven in synchronization with the rotation of the inner rotor 10 and the rotation of the outer rotor 20. That is, two motors drive one shaft 90. Thus, it is possible to provide higher power than to drive the shaft in one motor.
  • FIG. 10 illustrates a washing machine 200 to which the driving device 100 shown in FIG. 9 is applied. Unlike the washing machine shown in FIG. 2, a washing machine is shown in which a single shaft 90 drives a single drum 230. That is, a washing machine for driving one drum 230 through two motors is shown.
  • the general washing machine drives the drum through one motor.
  • the spacing or space between the rear wall 210 of the tub and the cabinet 201 is not sufficient. That is, there is a spatial and physical limit to increase the size of the motor or the driving device 100 to realize a high output.
  • the inner motor 45 may be additionally mounted using an empty space in the radially inner side of the outer motor 55 to secure a high output without increasing the overall driving device.
  • both motors it is possible to drive both motors as a three-phase motor or any one motor as a single-phase motor.
  • both motors can be driven by a three-phase motor to drive the drum.
  • one motor can be driven by a three-phase motor and the other by a single-phase motor. It is possible to reduce energy consumption.
  • both motors may be driven by a three-phase motor.
  • the dehydration mode one motor may be driven by a three-phase motor and the other by a single-phase motor. That is, it is possible to select the synchronous operation mode and the parallel operation mode according to the driving conditions.
  • the aforementioned single inverter is connected to two motors in parallel to control the same.
  • the single shaft since the single shaft must be driven together through the three-phase motor and the single-phase motor, there is a high risk of torque ripple due to the difference in motor characteristics.
  • FIG 11 shows a graph of torque ripple (A) by a single-phase motor, torque ripple (B) by a three-phase motor, and their combined torque ripple (C).
  • balance control means control of applying an alternating current having the same magnitude and the same frequency to each of the three phases. Therefore, when the a phase current is cut off in a single phase motor, an alternating current of a phase, b phase and c phase having the same magnitude and the same frequency is supplied in the three phase motor, and the same b phase and the same phase as in the three phase motor in the single phase motor. AC current of phase c is supplied.
  • the a-phase current (A) is greater than the other b-phase currents (B) and c-phase current (C).
  • the inverter output currents are also a-phase (A), b-phase (B) and c-phase. In (C) an imbalance occurs.
  • the torque ripple impairs the stability of the control and may cause a problem of noise generation and rotational speed. Therefore, there is a need to find a way to minimize torque ripple in parallel operation mode.
  • the torque ripple can be minimized by varying the load sharing ratios of the three-phase motor and the single-phase motor.
  • the torque ripple can be minimized by varying the ratio of sharing the total load between the two motors.
  • Section A has a load sharing ratio of 60% for three-phase motors and a load sharing ratio of 40% for single-phase motors.
  • the load sharing ratio of the three-phase motor was increased by 5% and the load sharing ratio of the single-phase motor was decreased by 5%.
  • the change in the load sharing ratio is controlled differently. That is, it may mean controlling by varying the power consumed by each motor. This change can be accomplished through non-equilibrium control through the inverter.
  • the load sharing ratio may be changed by varying the intensity of the a-phase current supplied only to the three-phase motor. As described above, equilibrium control is to supply currents of a phase, b phase and c phase in the same magnitude.
  • the load sharing ratio can be changed by varying the current magnitudes of the phase a from the current magnitudes of the phases b and c.
  • the driving of the dual motors is controlled through conventional balance control, and one motor is a three-phase motor and the other motor is a single phase.
  • parallel operation mode driven by a motor it can be seen that it is preferable to drive a dual motor through an unbalance control.

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Abstract

본 발명은 이중 모터를 포함하는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 이너 스테이터; 상기 이너 스테이터 반경 반향 내측에 회전 가능하게 구비되는 이너 로터; 상기 이너 스테이터의 반경 방향 외측에 구비되는 아우터 스테이터; 상기 아우터 스테이터의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비되는 아우터 로터; 그리고 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터에 전류를 인가하는 단일 인버터를 포함하고, 상기 단일 인버터에서 인출되는 3 상의 인출선 각각에서 병렬로 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터를 권선하는 와이어가 연결되어, 상기 이너 로터와 아우터 로터가 동기로 구동 가능함을 특징으로 하는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.

Description

구동장치 및 이를 포함하는 세탁기
본 발명은 이중 모터를 포함하는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기에 관한 것이다.
이중 모터는 이중으로 배열된 스테이터와 로터를 포함하는 모터라 할 수 있다. 즉, 두 개의 스테이터와 두 개의 로터를 포함하는 모터로서 회전축이 동축인 모터를 이중 모터라 할 수 있다.
일례로 단일 축 내지는 단일 샤프트를 두 개의 로터가 함께 구동시킬 수 있으며, 중공 형태로 이중 배열된 두 개의 샤프트를 각각의 로터가 각각 구동시킬 수 있다.
이중 모터는 이너 모터와 아우터 모터를 포함할 수 있다. 이너 모터는 이너 로터와 이너 스테이터를 포함할 수 있고, 이너 로터는 이너 스테이터의 반경 방향 내측에 회전 가능하게 구비될 수 있다. 아우터 모터는 아우터 로터와 아우터 스테이터를 포함할 수 있고, 아우터 로터는 아우터 스테이터의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비될 수 있다. 여기서, 상기 이너 스테이터는 아우터 스테이터의 반경 방향 내측에 위치하게 된다.
상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터는 단일 스테이터로 형성될 수 있으며, 별개로 분리된 형태로 구비될 수도 있다. 즉, 하나의 스테이터에서 반경 방향 내측에 이너 스테이터 코일이 권선되어 이너 스테이터를 형성하고 반경 방향 외측에 아우터 스테이터 코일이 권선되어 아우터 스테이터를 형성할 수 있다.
이너 로터와 아우터 로터도 단일 로터로 구비될 수 있다. 즉, 단일 몸체를 갖는 로터에서, 반경 방향 내측에 구비되는 이너 로터는 이너 스테이터에 의해 구동되고, 반경 방향 외측에 구비되는 아우터 로터는 아우터 스테이터에 의해 구동될 수 있다. 이 경우 단일 로터는 단일 샤프트와 연결될 것이며, 이를 단일 축 이중 모터라 할 수 있다. 따라서, 이너 로터와 아우터 로터는 함께 단일 축 내지는 샤프트를 구동하게 된다.
또한, 이너 로터와 아우터 로터는 별개로 분리된 형태로 구비될 수 있다. 이 경우, 이너 로터와 아우터 로터는 서로 다른 샤프트와 연결될 수 있다. 이너 로터와 연결된 제1 샤프트는 중공을 갖고, 아우터 로터와 연결된 제2 샤프트는 제1 샤프트의 중공을 관통하여 구비될 수 있다. 물론, 반대로 제2 샤프트에 중공이 형성되고 제1 샤프트가 제2 샤프트의 중공을 관통하여 구비될 수 있다. 이를 이중축 이중 모터라 할 수 있다.
이러한 이중 모터를 포함하는 구동장치는 세탁기의 드럼을 구동하는데 사용될 수 있다.
최근 세탁기에는 3 상의 코일이 권선된 3상 모터가 많이 사용된다. 3 상 모터는 보다 정확한 속도, 토크 그리고 위치 제어가 가능하게 때문이다. 이러한 3 상 모터의 제어를 위해서 인버터가 사용되는데, 이러한 인버터는 모터 하나 당 하나의 인버터가 사용되는 것이 일반적이다.
최근 세탁기의 용량이 증가되어 고성능 고효율의 모터가 요구되고 있으나, 세탁기 내에서 모터가 장착될 수 있는 공간 상의 제약에 의해서 모터의 사이즈를 키우는 것에는 한계가 있다. 따라서, 동일 공간을 사용하면서도 고성능을 확보할 수 있는 이중 모터에 주목하고 있다.
그러나, 이중 모터의 경우 두 개의 모터이기 때문에 두 개의 인버터가 사용되어야 하므로 제조 비용의 증가가 발생될 수 있으며, 설치 공간 확보 또한 필요하게 된다. 또한, 두 개의 인버터의 출력 편차가 발생되기 때문에 제어적인 문제가 발생될 여지가 있다. 일례로, 이중 샤프트가 동기로 회전되어야 하는 경우 두 개의 샤프트 사이의 회전 속도가 상이할 수 있다.
그리고, 두 개의 인버터를 사용하여 이중 모터의 구동을 제어하는 경우, 다양한 환경에 탄력적으로 대응하지 못하는 문제가 있다.
일례로, 세탁기에서 드럼이 텀블링 구동(드럼이 회전함에 따라 세탁물이 상승하여 낙하되는 구동)되는 세탁 모드와 드럼이 스핀 구동(드럼이 회전함에 따라 세탁물이 드럼 내주면에 밀착되어 드럼과 일체로 회전되는 구동)되는 탈수 모드의 드럼 구동 환경은 매우 상이하다. 세탁 모드는 헹굼 모드를 포함할 수 있다. 세탁 모드에서는 상대적으로 작은 RPM(일례로 40-60RMP)에서 큰 토크가 요구되며, 탈수 모드에서는 상대적으로 큰 RPM(일례로 600-100RMP)이 요구된다. 따라서, 두 개의 인버터를 사용하여 독립적으로 이중 모터를 제어하는 경우, 작은 출력이 요구되는 조건에서도 비교적 큰 에너지를 소모할 수 밖에 없게 된다. 다양한 환경에서 요구 조건을 만족시키면서 에너지 소모를 줄이는 것이 매우 바람직할 것이다.
본 발명은 기본적으로 전술한 이중 모터 및 이를 포함하는 세탁기의 문제를 해결하고 함을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 단일 인버터를 사용하여 이중 모터를 제어할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 3상 모터와 단상 모터의 구동을 통한 병렬운전 모드와 3상 모터와 3상 모터의 구동을 통한 동기운전 모드를 구현하여, 최적의 운전이 가능하고 에너지 소모를 줄일 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다. 특히, 세탁 모드(헹굼 모드 포함)와 탈수 모드에서의 구동장치 구동 패턴을 달리하여 최적의 세탁(헹굼) 및 탈수가 수행될 수 있고, 에너지 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 3상 모터를 단상 모터로 선택적으로 전환시키는 스위치를 통하여 간단하고 용이한 구조를 갖고 제어가 용이한 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 이중 샤프트의 병렬운전 모드와 동기운전 모드를 용이하게 구현할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 이중 샤프트의 병렬운전 모드에서 단상 모터의 회전 방향을 용이하게 결정할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다. 아울러, 단상 모터의 기동 토크가 최대로 부여될 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 단일 샤프트의 병렬운전 모드와 동기 운전 모드를 용이하게 구현할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 단일 샤프트가 3상의 모터와 단상의 모터로 구동되는 병렬운전 모드에서, 3상 모터에서 불평형 전류 제어를 통해 토크 리플을 최소화할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 3상 모터에서 불평형 전류 제어를 통한 최적의 부하부담율을 제공하여, 토크 리플을 최소화할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예들을 통하여, 구동장치 및 세탁기뿐만 아니라 이를 제어하는 제어방법을 제공하고자 한다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단일 인버터와 병렬로 연결되는 이중 모터를 포함하는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다. 따라서, 하나의 모터를 통해서 두 개의 모터를 제어하는 것이 가능하다.
구체적으로, 상기 이중 모터는 반경 방향으로 이중으로 배열된 모터임이 바람직하다. 상기 이중 모터는, 이너 스테이터, 상기 이너 스테이터 반경 반향 내측에 회전 가능하게 구비되는 이너 로터, 상기 이너 스테이터의 반경 방향 외측에 구비되는 아우터 스테이터, 그리고 상기 아우터 스테이터의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비되는 아우터 로터를 포함할 수 있다.
상기 단일 인버터에서 인출되는 3 상의 인출선 각각에서 병렬로 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터를 권선하는 와이어가 연결되어, 상기 이너 로터와 아우터 로터가 동기로 구동 가능할 수 있다.
상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터는 단일 스테이터를 형성할 수 있다. 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터는 상기 단일 스테이터의 반경 방향 내측과 반경 방향 외측에 각각 형성될 수 있다. 따라서, 제작 및 장착이 용이할 수 있으며, 스테이터를 컴팩트하게 형성할 수 있다.
상기 이너 로터의 회전축과 상기 아우터 로터의 회전축은 동축임이 바람직하다. 그러므로, 두 개의 모터를 반경 방향으로 이중 배열시키는 것이 가능하게 된다.
구체적으로, 상기 이너 로터와 연결되어 상기 이너 로터와 일체로 회전하고 중공을 갖는 이너 샤프트, 그리고 상기 아우터 로터와 연결되어 상기 아우터 로터와 일체로 회전하고, 상기 이너 샤프트의 중공을 관통하는 아우터 샤프트가 구비될 수 있다. 따라서, 이너 샤프트와 아우터 샤프트의 회전축들은 동축을 형성할 수 있다.
상기 3 상의 인출선은 a 상, b 상 그리고 c 상의 인출선을 포함한다. 그리고, a 상, b 상 그리고 c 상 인출선 각각에서 분지되어 각각 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터의 a 상, b 상 그리고 c 상의 코일이 권선된다. 따라서, 두 개의 모터에는 동일한 3상 전류가 제공될 수 있다.
상기 두 개의 모터는 모두 3상 모터로 구동될 수 있으며, 선택적으로 어느 하나의 모터는 3상 다른 하나는 단상 모터로 구동될 수 있다. 상기 이너 스테이터의 코일 또는 아우터 스테이터의 코일 중 어느 하나에서의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 스위치가 구비될 수 있다. 항상 3 상으로 구동되는 모터에는 스위치가 구비될 필요가 없으며, 선택적으로 3상 구동과 단상 구동이 수행되는 모터에만 스위치가 구비될 수 있다.
상기 스위치는 a 상, b 상 그리고 c 상의 코일 모두에 대응되도록 구비되거나 어느 한 상의 코일에만 대응되도록 구비될 수 있다. 특정 상에 대한 스위치가 개방됨에 따라 개방된 스위치가 구비되는 이너 로터 또는 아우터 로터 중 어느 하나는 단상 모터로 구동될 수 있다.
즉, 스위치가 오픈되면 단상 모터 그리고 스위치가 클로즈되면 3상 모터로 구동하게 된다. 따라서, 간단한 스위치 구성과 이의 제어를 통해서 선택적인 3상 모터 및 단상 모터 구동이 구현될 수 있다.
상기 단일 인버터의 구동을 제어하고, 상기 스위치의 구동을 제어하는 제어부가 구비될 수 있다.
상기 제어부는 상기 단일 인버터의 구동과 상기 스위치의 구동 제어를 통하여, 상기 이너 로터와 아우터 로터 중 어느 하나가 3 상 그리고 다른 하나가 단상으로 구동하는 병렬운전 모드와 상기 이너 로터와 아우터 로터 모두가 3 상으로 구동하는 동기운전 모드를 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 단상으로 구동되는 이너 로터 또는 아우터 로터의 회전 방향을 결정하기 위하여, 상기 병렬운전 모드를 구현하기 전, 상기 이너 로터 또는 아우터 로터를 기설정 위치로 정렬하는 정렬 모드를 수행함이 바람직하다. 즉, 제어적인 방법으로 특정 방향으로 단상 모터의 기동 방향을 결정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 로터의 특정 위치와 스테이터에 인가되는 d-q축 전류의 비율 사이의 상관관계를 이용하여, 상기 이너 스테이터 또는 아우터 스테이터에 상기 기설정 위치에 해당하는 직류 전류를 인가하여 상기 정렬운전 모드를 수행할 수 있다. 특히, 기설정 위치는 기동 토크가 가장 큰 위치로 설정될 수 있다. 이를 통해서, 기동시 최대 기동 토크를 갖고 원하는 방향으로 기동시키는 것이 가능하게 된다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 이중 드럼을 갖고 상기 이중 드럼을 구동하는 이중 모터를 포함하는 구동장치를 갖는 세탁기를 제공할 수 있다.
상기 세탁기는, 터브; 상기 터브 내부에 회전 가능하게 구비되는 제1 드럼;상기 제1 드럼과 동축으로 회전 가능하게 구비되는 제2 드럼; 이너 스테이터와 상기 이너 스테이터 반경 방향 내측에 회전 가능하게 구비되는 이너 로터를 포함하며, 상기 제1 드럼을 구동하도록 구비되는 이너 모터; 아우터 스테이터와 상기 아우터 스테이터의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비되는 아우터 로터를 포함하며, 상기 제2 드럼을 구동하도록 구비되는 아우터 모터; 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터에 전류를 인가하는 단일 인버터; 그리고 상기 제1 드럼, 제2 드럼 그리고 상기 단일 인버터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 단일 인버터에서 인출되는 3 상의 인출선 각각에서 병렬로 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터를 권선하는 와이어가 연결되며, 상기 이너 스테이터에 권선된 코일 또는 아우터 스테이터에 권선된 코일 중 어느 하나에서의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 스위치가 구비될 수 있다.
상기 제어부는 세탁기의 구동을 제어하는 메인 프로세서와 구동장치를 구동하는 별도의 서브 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 3 상의 인출선은 a상, b 상 그리고 c 상의 인출선을 포함할 수 있다. 그리고, a 상, b 상 그리고 c 상 인출선 각각에서 분지되어 각각 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터의 a 상, b 상 그리고 c 상의 코일이 권선될 수 있다. 즉, 한 상의 인출선에서 두 개의 와이어가 병렬로 연결되어 각각의 스테이터에 권선될 수 있다.
상기 스위치는 a 상, b 상 그리고 c 상의 코일 모두에 대응되도록 구비되거나 어느 하나의 코일에만 대응되도록 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 스위치는 상기 분지된 와이어에 구비될 수 있다.
상기 제어부는 상기 단일 인버터의 구동과 상기 스위치의 구동 제어를 통하여, 상기 이너 로터와 아우터 로터 중 어느 하나가 3 상 그리고 다른 하나가 단상으로 구동하는 병렬운전 모드와 상기 이너 로터와 아우터 로터 모두가 3 상으로 구동하는 동기운전 모드를 수행할 수 있다. 따라서, 단일 인버터와 스위치의 제어를 통해서 용이하게 운전 모드를 전환하는 것이 가능하게 된다.
상기 병렬운전 모드는 상기 제1 드럼과 제2 드럼이 독립적으로 구동되어 세탁이 수행되는 세탁 모드에 대응되고, 상기 동기운전 모드는 상기 제1 드럼과 제2 드럼이 동기로 구동되어 탈수가 수행되는 탈수 모드에 대응될 수 있다.
상기 제어부는, 단상으로 구동되는 이너 로터 또는 아우터 로터의 회전 방향을 결정하기 위하여, 상기 병렬운전 모드를 구현하기 전, 상기 이너 로터 또는 아우터 로터를 기설정 위치로 정렬하는 정렬운전 모드를 수행함이 바람직하다.
상기 제어부는, 로터의 특정 위치와 스테이터에 인가되는 d-q축 전류의 비율 사이의 상관관계를 이용하여, 상기 이너 스테이터 또는 아우터 스테이터에 상기 기설정 위치에 해당하는 직류 전류를 인가하여 상기 정렬 모드를 수행함이 바람직하다.
특히, 포량이 많은 경우 매우 큰 기동 토크가 필요할 수 있다. 따라서, 전기각 360도 내에서 가장 큰 기동 토크를 갖는 2개소 부근에서 로터의 정지 내지는 정렬 위치를 결정함이 바람직하다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 세탁기는 일반적인 드럼 세탁기와 같은 프론트 로드 세탁기 또는 펄세이터 세탁기와 같은 탑 로드 세탁기를 제공할 수 있다.
상기 세탁기는, 터브; 상기 터브 내부에 회전 가능하게 구비되는 드럼; 상기 드럼과 동축으로 회전 가능하게 구비되는 회전체; 이너 스테이터와 상기 이너 스테이터 반경 방향 내측에 회전 가능하게 구비되는 이너 로터를 포함하며, 상기 드럼을 구동하도록 구비되는 이너 모터; 아우터 스테이터와 상기 아우터 스테이터의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비되는 아우터 로터를 포함하며, 상기 회전체 구동하도록 구비되는 아우터 모터; 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터에 전류를 인가하는 단일 인버터; 그리고 상기 드럼, 회전체 그리고 상기 단일 인버터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 단일 인버터에서 인출되는 3 상의 인출선 각각에서 병렬로 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터를 권선하는 와이어가 연결되며, 상기 이너 스테이터에 권선된 코일 또는 아우터 스테이터에 권선된 코일 중 어느 하나에서의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 스위치가 구비될 수 있다.
프론트 로드 세탁기의 경우, 상기 회전체는 상기 드럼과 이중으로 배열되는 서브 드럼일 수 있다. 탑 로드 세탁기의 경우, 상기 회전체는 펄세이터일 수 있다.
상기 제어부는 상기 단일 인버터의 구동과 상기 스위치의 구동 제어를 통하여, 상기 이너 로터와 아우터 로터 중 어느 하나가 3 상 그리고 다른 하나가 단상으로 구동하거나, 어느 하나가 3 상으로 구동되고 다른 하나가 구동되지 않는 병렬운전 모드 그리고 상기 이너 로터와 아우터 로터 모두가 3 상으로 구동하는 동기운전 모드를 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 로터의 특정 위치와 스테이터에 인가되는 d-q축 전류의 비율 사이의 상관관계를 이용하여, 상기 이너 스테이터 또는 아우터 스테이터에 상기 기설정 위치에 해당하는 직류 전류를 인가하여 상기 정렬운전 모드를 수행함이 바람직하다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 단일 인버터를 통하여 이중 모터에서 하나의 샤프트를 구동시키는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.
상기 구동장치 및 세탁기는, 이너 스테이터; 상기 이너 스테이터 반경 반향 내측에 회전 가능하게 구비되는 이너 로터; 아우터 스테이터; 상기 아우터 스테이터의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비되는 아우터 로터; 상기 이너 로터 및 아우터 로터와 연결되어, 상기 이너 로터 및 아우터 로터와 일체로 회전하는 단일 샤프트; 그리고 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터에 전류를 인가하는 단일 인버터를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 단일 인버터에서 인출되는 3 상의 인출선 각각에서 병렬로 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터를 권선하는 와이어가 연결될 수 있다.
여기서, 상기 이너 스테이터의 3 상 코일 중 한 상의 코일 또는 상기 아우터 스테이터의 3 상 코일 중 한 상의 코일 중 어느 하나에서의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 스위치가 구비됨이 바람직하다. 이를 통해서, 구동장치의 운전 모드를 달리할 수 있다. 즉, 간단한 스위치 구조 및 이의 제어를 통해서 구동장치의 운전 모드를 용이하게 결정할 수 있고 선택할 수 있다.
상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터는 단일 스테이터를 형성할 수 있다. 그리고, 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터는 상기 단일 스테이터의 반경 방향 내측과 반경 방향 외측에 각각 형성될 수 있다.
상기 단일 인버터의 구동을 제어하고, 상기 스위치의 구동을 제어하는 제어부가 구비됨이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 단일 인버터의 구동과 상기 스위치의 구동 제어를 통하여, 상기 이너 로터와 아우터 로터 중 어느 하나가 3 상 그리고 다른 하나가 단상으로 구동하는 병렬운전 모드와 상기 이너 로터와 아우터 로터 모두가 3 상으로 구동하는 동기 모드를 수행할 수 있다.
상기 병렬운전 모드에서, 상기 아우터 로터는 3 상으로 구동되며, 상기 이너 로터는 단 상으로 구동될 수 있다. 물론, 이와 반대로 구현될 수도 있다.
상기 병렬운전 모드에서, 상기 제어부는 상기 아우터 로터의 부하 분담률을 상기 이너 로터의 부하 분담률보다 크도록 제어함이 바람직하다. 즉, 모터 사이즈가 더욱 커서 상대적으로 고출력이 가능한 아우터 로터의 부한 분담률을 더욱 크게 하는 것이 바람직하다.
상기 병렬운전 모드에서, 상기 제어부는 상기 아우터 스테이터의 코일에만 연결된 특정 상에 인가되는 전류의 크기를 제어하여, 상기 부하 분담률을 달리 제어할 수 있다. 즉, 부하분담률을 증감시키는 것이 가능하다.
상기 병렬운전 모드에서, 상기 제어부는, 상기 아우터 로터의 부하 분담률이 상기 이너 로터의 부하 분담률보다 크게 하거나, 더욱 구체적으로는 3배가 되도록 제어함이 바람직하다.
상기 병렬운전 모드에서, 상기 제어부는, 상기 아우터 스테이터의 코일과 이너 스테이터의 코일에 공통적으로 연결되어 전류가 흐르는 상들과 상기 아우터 스테이터의 코일에만 연결되어 전류가 흐르는 특정 상에서의 전류 크기를 달리 제어하는 불평형 전류 제어를 수행함이 바람직하다.
즉, 동기운전 모드에서, 상기 제어부는 평형 전류 제어를 수행하고, 병렬운전 모드에서는 불평형 전류 제어를 수행할 수 있다. 즉, 평형 전류 제어를 통해, 각 상들에서의 전류 크기를 동일하게 제어하는 것이 바람직하다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 터브; 상기 터브 내부에 회전 가능하게 구비되는 드럼; 3 상의 코일이 권선된 이너 모터; 3 상의 코일이 권선된 아우터 모터; 상기 이너 모터 및 아우터 모터와 연결되어 구동력을 상기 드럼으로 전달하는 단일 샤프트; 상기 이너 모터와 아우터 모터에 전류를 인가하는 단일 인버터; 그리고 상기 드럼 그리고 상기 단일 인버터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 세탁기가 제공될 수 있다.
상기 단일 인버터에서 인출되는 3 상의 인출선 각각에서 병렬로 상기 이너 모터와 아우터 모터를 권선하는 와이어가 연결될 수 있다. 따라서, 두 개의 모터를 단일 인버터를 통해서 제어할 수 있게 된다.
상기 이너 모터의 3 상 코일 중 한 상의 코일 또는 상기 아우터 모터의 3 상 코일 중 한 상의 코일 중 어느 하나에서의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 스위치가 구비됨이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 드럼이 두 개의 3 상 모터에 의해 구동되는 동기운전 모드와 한 개의 3 상 모터 및 한 개의 단 상 모터에 의한 병렬운전 모드를 선택적으로 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부는, 상기 스위치의 구동을 제어함으로써 특정 운전모드를 선택하여 제어할 수 있다.
상기 이너 모터는, 이너 스테이터와 상기 이너 스테이터 반경 반향 내측에 회전 가능하게 구비되는 이너 로터를 포함하고, 상기 아우터 모터는, 아우터 스테이터와 상기 아우터 스테이터의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비되는 아우터 로터를 포함할 수 있다.
상기 단일 샤프트는, 상기 이너 로터 및 아우터 로터와 연결되어, 상기 이너 로터 및 아우터 로터와 일체로 회전함이 바람직하다.
상기 병렬운전 모드는 상기 드럼이 고속으로 회전하여 탈수가 수행되는 탈수 모드에 대응되며, 상기 동기운전 모드는 상기 드럼이 저속으로 회전하여 세탁이 수행되는 세탁 모드에 대응될 수 있다.
상기 병렬운전 모드에서, 상기 아우터 로터는 3 상으로 구동되며, 상기 이너 로터는 단 상으로 구동될 수 있다. 물론, 이와 반대일 수도 있다. 그러나, 고출력을 구현할 수 있는 아우터 로터가 3 상으로 구동되고, 보조적인 이너 로터가 단상으로 구동되는 것이 보다 더 효율적일 것이다.
상기 병렬운전 모드에서, 상기 제어부는 상기 아우터 로터의 부하 분담률을 상기 이너 로터의 부하 분담률보다 크도록 제어함이 바람직하다.
상기 병렬운전 모드에서, 상기 제어부는 상기 아우터 스테이터의 코일에만 연결된 특정 상에 인가되는 전류의 크기를 제어하여, 상기 부하 분담률을 달리 제어할 수 있다.
상기 병렬운전 모드에서, 상기 제어부는, 상기 아우터 로터의 부하 분담률이 상기 이너 로터의 부하 분담률보다 대략 3배가 되도록 제어함이 바람직하다. 이러한 부하분담률에서 토크 리플이 최소화될 수 있다.
상기 병렬운전 모드에서, 상기 제어부는, 상기 아우터 스테이터의 코일과 이너 스테이터의 코일에 공통적으로 연결되어 전류가 흐르는 상들과 상기 아우터 스테이터의 코일에만 연결되어 전류가 흐르는 특정 상에서의 전류 크기를 달리 제어하는 불평형 전류 제어를 수행함이 바람직하다.
상기 동기운전 모드에서, 상기 제어부는, 각 상들에서의 전류 크기를 동일하게 제어하는 평형 전류 제어를 수행함이 바람직하다.
전술한 실시예들 각각의 특징들은 서로 모순되거나 배타적이지 않는 한 다른 실시에들에서 복합적으로 구현되는 것이 가능하다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 단일 인버터를 사용하여 이중 모터를 제어할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 3상 모터와 단상 모터의 구동을 통한 병렬운전 모드와 3상 모터와 3상 모터의 구동을 통한 동기운전 모드를 구현하여, 최적의 운전이 가능하고 에너지 소모를 줄일 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다. 특히, 세탁 모드(헹굼 모드 포함)와 탈수 모드에서의 구동장치 구동 패턴을 달리하여 최적의 세탁(헹굼) 및 탈수가 수행될 수 있고, 에너지 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 3상 모터를 단상 모터로 선택적으로 전환시키는 스위치를 통하여 간단하고 용이한 구조를 갖고 제어가 용이한 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 이중 샤프트의 병렬운전 모드와 동기운전 모드를 용이하게 구현할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 이중 샤프트의 병렬운전 모드에서 단상 모터의 회전 방향을 용이하게 결정할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다. 아울러, 단상 모터의 기동 토크가 최대로 부여될 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 단일 샤프트의 병렬운전 모드와 동기 운전 모드를 용이하게 구현할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 단일 샤프트가 3상의 모터와 단상의 모터로 구동되는 병렬운전 모드에서, 3상 모터에서 불평형 전류 제어를 통해 토크 리플을 최소화할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통하여, 3상 모터에서 불평형 전류 제어를 통한 최적의 부하부담율을 제공하여, 토크 리플을 최소화할 수 있는 구동장치 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예들을 통하여, 구동장치 및 세탁기뿐만 아니라 이를 제어하는 제어방법을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구동장치를 도시한 사시도;
도 2는 도 1에 도시된 구동장치가 적용된 세탁기를 도시한 단면도;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구동장치의 개념을 도시한 개략도;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 구동장치 또는 세탁기의 제어 블럭도;
도 5는 로터의 회전 각도와 토크 사이의 관계를 도시한 그래프;
도 6은 임의 위치를 갖는 로터의 회전 각도를 도시한 개략도;
도 7은 도 5에 도시된 P1 위치에 대응되는 로터의 회전 각도를 도시한 개략도;
도 8은 도 5에 도시된 P2 위치에 대응되는 로터의 회전 각도를 도시한 개략도;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동장치를 도시한 사시도;
도 10은 도 9에 도시된 구동장치가 적용된 세탁기를 도시한 단면도;
도 11은, 도 9에 도시된 구동장치를 3상과 단상으로 구동할 때, 두 모터의 출력 토크와 합성 토크의 변화를 도시한 그래프;
도 12는, 도 9에 도시된 구동장치를 3상과 단상으로 구동할 때, 3상 모터에 흐르는 전류의 변화를 도시한 그래프;
도 13은, 도 9에 도시된 구동장치를 3상과 단상으로 구동할 때, 단일 인버터의 출력 전류 변화를 도시한 그래프;
도 14는, 도 9에 도시된 구동장치를 3상과 단상으로 구동할 때, 3상 모터와 단상 모터의 부하부담률 변화에 따른 합성 토크 리플의 변화를 도시한 그래프;
도 15는, 도 9에 도시된 구동장치를 3상과 단상으로 구동할 때, 최적의 부하분담률 조건에서, 3상 모터와 단 상 모터 각각의 토크 리플과 이들의 합성 토크 리플의 변화를 도시한 그래프;
도 16은, 도 9에 도시된 구동장치를 3상과 단상으로 구동할 때, 최적의 부하분담률 조건에서, 단일 인버터의 출력 전류 변화를 도시한 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 구동장치에 대해서 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 구동장치는 두 개의 모터가 이중으로 배열된 이중 모터를 포함하며, 상기 이중 모터는 이너 모터와 아우터 모터를 포함할 수 있다. 그리고 상기 이중 모터는 스테이터와 로터를 포함할 수 있다.
여기서, 이너 모터(45)는 이너 로터(10)와 아우터 로터(40)를 포함할 수 있고, 아우터 모터(55)는 아우터 로터(20)와 아우터 스테이터(50)를 포함할 수 있다. 이너 모터(45)는 아우터 모터(55)의 반경 방향 내측에 위치하게 되며 아우터 모터(55)가 이너 모터(45)를 둘러 싼 형태를 갖게 된다.
이중 모터의 로터는 이너 로터(10)와 아우터 로터(20)을 포함하고 스테이터는 이너 스테이터(40)와 아우터 스테이터(50)를 포함하게 된다.
이너 로터(10)는 이너 스테이터(40)의 반경 방향 내측에 회전 가능하게 구비되며, 아우터 로터(20)는 아우터 스테이터(50)의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비된다.
그리고, 상기 이너 스테이터(40)는 아우터 스테이터(50)의 반경 방향 내측에 형성된다. 상기 이너 스테이터(40)와 아우터 스테이터(50)는 단일 스테이터로 형성될 수 있다. 즉, 단일 몸체의 반경 방향 내측에 이너 스테이터의 코일이 권선되고 반경 방향 외측에 아우터 스테이터의 코일이 권선될 수 있다. 단일 몸테의 스테이터가 대상물에 고정될 수 있으며, 일례로 대상물은 도 2에 도시된 바와 같이 터브의 후벽일 수 있다.
물론, 이너 스테이터(40)와 아우터 스테이터(50)는 개별적으로 형성될 수 있다. 그러나, 양자의 위치 관계는 단일 스테이터의 경우와 동일할 것이다.
상기 이중 모터에서 두 개의 모터 또는 로터의 회전축은 동축인 것이 바람직하다. 즉, 두 개의 로터의 회전 중심이 서로 동일하도록 두 개의 모터가 배치되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 두 개의 모터, 즉 이너 모터와 아우터 모터가 서로 다른 샤프트를 구동하게 된다. 즉, 아우터 로터(20)는 제1 샤프트(70)를 구동하며, 이너 로터(10)는 제2 샤프트(80)를 구동할 수 있다. 여기서, 제1 샤프트와 제2 샤프트는 동축으로 형성되지만 서로 독립적으로 구동된다. 상기 제1 샤프트는 아우터 모터에 의해서 구동되므로 아우터 샤프트 그리고 제2 샤프트는 이너 모터에 구동되므로 이너 샤프트라 할 수 있다.
일례로, 제2 샤프트(80)에는 중공이 형성될 수 있다. 즉, 제2 샤프트(80)는 속이 빈 형태의 샤프트일 수 있으며, 상기 제1 샤프트(70)가 상기 중공을 관통할 수 있다. 상기 제1 샤프트(70)와 제2 샤프트(80)는 서로 다른 구동 대상물 내지는 회전체와 연결될 수 있다. 구동 대상물은 세탁기의 경우, 드럼이나 펄세이터일 수 있다. 또한, 이중 배열된 드럼들일 수 있다.
일반적으로, 세탁기의 드럼을 구동하는 모터는 상기 아우터 모터(55)이며, 따라서 아우터 모터(55)가 제1 샤프트(70)를 구동하여 드럼을 회전시킨다. 즉, 이너 모터와 제2 샤프트가 구비되지 않는다. 따라서, 이중 모터를 사용하면 아우터 스테이터(50)의 반경 방향 내측 공간을 활용하여 이너 모터를 장착할 수 있다. 이러한 이유로, 제한된 공간에서 큰 출력을 발생시키기 위하여 이중 모터가 사용될 수 있는 것이다.
이하에서는 도 2를 참조하여, 도 1에 도시된 구동장치가 적용된 세탁기의 일례에 대해서 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 세탁기(200)는 외관을 형성하는 본체(201), 본체 내부에 구비되는 터브(210) 그리고 터브 내부에 회전 가능하게 구비되는 드럼(220)을 포함할 수 있다. 그리고 상기 드럼(220)을 구동시키는 구동장치(100)가 구비될 수 있다.
터브(210) 내부에 세탁수가 수용되며, 터브(210) 내부에서 드럼(220)이 회전하면서 세탁, 헹굼 그리고 탈수 등이 수행될 수 있다. 세탁물의 출입을 위해서 본체에 도어(202)가 구비될 수 있다.
도 2에는 프론트 로딩 세탁기가 도시되어 있다. 그러나, 본 실시예에는 프론트 로딩 세탁기뿐만 아니라 탑 로딩 세탁기에도 적용될 수 있다.
먼저, 본 실시예에서는 드럼(220)은 단일 회전 대상물이 아닌 복수 개의 회전 대상물일 수 있다. 따라서, 드럼(220)은 메인 드럼(230)과 서브 드럼(240)을 포함할 수 있다. 상기 메인 드럼(230)은 제1 드럼 그리고 서브 드럼은 제2 드럼이라 할 수 있다. 상기 제1 드럼과 제2 드럼은 동축으로 회전 가능하게 구비될 수 있다. 즉, 두 드럼의 회전 중심을 서로 동일한 것이 바람직하다.
상기 서브 드럼(240)은 메인 드럼(230) 내부에 회전 가능하게 구비될 수 있다.
여기서, 상기 서브 드럼(240)은 메인 드럼(230)과 일체로 회전할 수 있어야 하며(탈수 시) 그리고 메인 드럼(230)과 독립적으로 회전할 수 있어야 한다. 즉, 메인 드럼(230)과 서브 드럼(240)의 회전 방향은 달라질 수 있어야 한다.
이를 위해서, 상기 메인 드럼(230)과 서브 드럼(240)을 구동하기 위하여 도 1에서 설명된 구동장치가 적용될 수 있다.
먼저, 상기 메인 드럼(230)과 서브 드럼(240)은 일체로 회전될 수 있다. 일례로 탈수 모드인 경우에는 메인 드럼(230)과 서브 드럼(240)은 함께 일방향으로 고속 회전할 수 있다. 이때, 메인 드럼(230)과 서브 드럼(240)은 회전 속도의 편차가 발생되지 않는 것이 중요하다. 즉, 메인 드럼과 서브 드럼이 동기로 회전하도록 함이 바람직하다.
또한, 상기 메인 드럼(230)과 서브 드럼(240)은 독립적으로 회전될 수 있다. 즉, 메인 드럼(230)과 서브 드럼(240)은 서로 회전 방향을 달리하여 회전할 수 있으며, RPM 또한 달리하여 회전할 수 있다. 그리고, 회전하는 시점 또한 달리 할 수 있다. 일례로, 세탁 모드인 경우에는, 메인 드럼(230)과 서브 드럼(240)이 저속에서 회전 방향을 달리하여 회전(교차 구동)할 수 있다. 또한, 세탁 모드에서 양자가 함께 저속으로 동일 방향으로 회전할 수 있다(텀블링 구동). 교차 구동에서는 세탁물에 비틀림을 가하여 세탁 효과를 더욱 증진시킬 수 있다. 특히, 세탁물의 양이 많은 경우에 세탁물에 골고루 교반할 수 있게 되어 세탁 효과의 증진을 기대할 수 있다.
한편, 상기 서브 드럼(240)은 탑 로딩 세탁기에서 펄세이터에 대응될 수 있다. 즉, 메인 드럼(230)과 함께 회전하거나 독립적으로 회전하는 펄세이터에 대응될 수 있다. 일반적인 탑 로딩 세탁기에서 드럼과 펄세이터 구동은 단일 모터에서 클러치 또는 유성 기어 구조를 사용하여 수행된다. 이 경우, 단일 모터를 이용하므로, 드럼과 펄세이터의 구동 조합은 다양하지 못하게 된다. 그리고, 출력 증가에도 한계가 있다. 그러므로, 본 실시예에 따른 구동장치는 탑 로딩 세탁기에도 적용하는 것이 가능하다. 어느 하나의 모터는 드럼을 구동하고 어느 하나의 모터는 펄세이터를 구동하는 것이 가능하다. 두 개의 모터가 구동 모드에 따라 독립적으로 구동되거나 동기로 구동되는 것이 가능하다. 여기서 동기 구동은 두 개의 로터가 같은 방향으로 같은 RPM으로 구동되는 것이라 할 수 있다.
두 개의 모터를 동기 구동하기 위해서는 매우 정밀한 모터 제어가 필요하다. 동일한 입력을 모터에 제공할 필요가 있는데, 두 개의 모터에 각각의 인버터를 사용하여 동기 구동 제어를 하는 것은 인버터들 사이의 편차로 인해서 용이하지 않다. 또한, 두 개의 인버터를 사용하는 경우, 비용 증가를 유발하고 시스템이 복잡해지고 인버터의 설치를 위한 별도의 공간이 필요한 문제가 있다.
이러한 이유로 본 발명의 일실시예에 따르면 하나의 인버터 즉 단일 인버터를 이용하여 두 개의 모터(이중 모터)의 구동을 제어하는 구동장치 및 세탁장치를 제공할 수 있다.
도 3을 통하여 단일 인버터를 이용하여 이중 모터를 제어하는 구동장치에 대해서 상세히 설명한다.
단일 인버터(110)는 직류 전류를 인가받고 3상의 교류를 인가하는 장치라 할 수 있다. 즉, 3 상(편의상 a상, b상, c상이라 한다)의 교류 전류값을 달리 제어하여 3상 모터의 구동을 제어하는 장치라 할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 단일 인버터(110)를 이용하여 두 개의 모터를 독립적으로 제어할 수 있고 또한 동기로 제어할 수 있다. 이를 위해서, 상기 인버터(110)에는 a상, b상 그리고 c상의 교류 전류를 출력하는 인출선(111)이 구비된다. 인출선(111)은 각각의 상을 인출하는 3개의 인출선(111a, 111b, 111c)를 포함한다.
상기 인출선(111)은 분지될 수 있다. 각각의 분지된 와이어(112, 113)은 어느 하나의 모터에 구비된 스테이터의 코일을 형성하게 된다.
구체적으로, a상 인출선(111a)의 말단에서 분지된 a상 와이어(112a, 113a)는 제1모터(45) 즉 이너 모터의 스테이터(40)의 a상 코일과 제2모터(55) 즉 아우터 모터(50)의 a상 코일을 형성한다. b상 인출선(111b)의 말단에서 분지된 b상 와이어(112b, 113b)는 제1모터(45) 즉 이너 모터의 스테이터(40)의 b상 코일과 제2모터(55) 즉 아우터 모터(50)의 b상 코일을 형성한다. 그리고, c상 인출선(111c)의 말단에서 분지된 c상 와이어(112c, 113c)는 제1모터(45) 즉 이너 모터의 스테이터(40)의 c상 코일과 제2모터(55) 즉 아우터 모터(50)의 c상 코일을 형성한다.
따라서, 두 개의 모터는 단일 인버터와 병렬로 연결 또는 결선된다고 할 수 있다. 그러므로, 기본적으로 두 개의 모터의 코일에는 동일한 입력 전류가 인가된다고 할 수 있다. 즉, 동일 크기 및 동일 주파수를 갖는 교류 전류가 두 개의 모터 코일에 각각 입력된다고 할 수 있다. 그러므로, 단일 인버터를 통해서 두 개의 모터를 구동하므로 인버터에 의한 편차가 발생되지 않고 보다 용이하게 동기 구동을 수행하는 것이 가능하게 된다.
전술한 바와 같이, 두 개의 모터는 동기운전뿐만 아니라 병렬운전도 가능한 것이 바람직하다. 즉, 서로 독립적으로 운전 가능하도록 함이 바람직하다. 이는 회전 방향과 RPM을 서로 달리하여 운전 가능함을 의미한다. 즉, 필요에 따라 동기운전 모드와 병렬운전 모드가 선택적으로 수행됨이 바람직하다.
이를 위해서, 이너 스테이터(40) 또는 아우터 스테이터(50)의 코일 중 어느 하나에서의 전류 흐름을 차단하는 스위치가 구비될 수 있다. 일례로, 이너 스테이터(40)에 공급되는 전류를 차단하는 스위치가 구비되거나, 그 반대일 수 있다. 도 3에는 아우터 스테이터에 공급되는 전류를 차단하는 스위치(Sa, Sb, Sc)가 도시되어 있다.
상기 스위치는 코일을 형성하는 와이어(112, 113)에 구비될 수 있다. 그리고, 일례로 아우터 스테이터의 와이어(113)에 스위치가 구비되는 경우, 3 상의 와이어(113a, 113b, 113c) 각각에 스위치(Sa, Sb, Sc)가 구비될 수 있다.
상기 3 개의 스위치가 모두 오픈이 되는 경우, 아우터 모터(55)는 구동되지 않으며 이너 모터(45)만 구동될 수 있다. 그리고, 3 개의 스위치가 모두 클로즈 되는 경우, 두 개의 모터는 동기로 운전될 수 있다. 따라서, 동기운전이 필요한 경우에는 스위치를 클로즈 할 수 있고, 특정 모터의 구동만 필요한 경우 스위치를 오픈할 수 있다. 따라서, 상황에 따라 두 개의 모터의 구동을 선택할 수 있다.
한편, 3 상의 코일 중 어느 한 상의 코일에 전류를 차단하는 경우, 단상으로 모터를 구동하는 것이 가능하다. 일례로, 아우터 모터(55)에서 a 상의 코일의 전류만 차단하는 경우, 아우터 모터(55)는 단상 모터로서 구동될 수 있다. 즉, b 상과 c 상에 흐르는 교류 전류를 통해서, 아우터 모터(55)는 단상 모터로 구동될 수 있다. 이러한 전류의 차단을 위해서 스위치가 구비될 수 있으며, 상기 스위치는 3 상의 와이어 중 어느 하나에만 구비될 수 있다.
일례로, 아우터 모터(55)에서 a 상에만 스위치(Sa)를 구비하고, 상기 스위치(Sa)를 오픈하고, 상기 단일 인버터(110)에서 전류를 공급할 수 있다. 이 경우, 이너 모터(45)는 3상 모터로 구동하며 아우터 모터(55)는 단상 모터로 구동될 수 있다.
전술한 바와 같이, 일례로 아우터 모터(55)는 펄세이터나 서브 드럼(240)과 제1 샤프트(70)로 연결될 수 있으며, 이너 모터(45)는 드럼(230)과 제2 샤프트(80)로 연결될 수 있다. 따라서, 아우터 모터(55)와 이너 모터(45)는 서로 독립적인 모터처럼 구동을 제어하는 것이 가능하게 된다. 일례로, 세탁기에서 헹굼 모드나 세탁 모드에서, 서브 드럼(240)과 드럼(230)은 서로 다른 방향으로 구동하는 것이 가능하다. 즉, 단상 모터와 3상 모터의 병렬 운전을 통해서 세탁 성능 또는 헹굼 성능을 더욱 증진시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 제1 샤프트(70)와 제2 샤프트(80)가 동기로 운전해야 할 경우, 상기 스위치(Sa)는 클로즈될 수 있으며, 이 경우 병렬 연결된 두 개의 3상 모터가 동기로 운전될 수 있다. 일례로, 세탁기에서 탈수 모드인 경우, 서브 드럼(240)과 드럼(230)이 일체로 동일 방향 동일 RMP으로 회전될 수 있다.
도 4는 전술한 실시예들에서의 구동장치 및 세탁장치의 제어 블럭도이다.
인버터(110)와 전술한 스위치들(Sa, Sb, Sc) 또는 하나의 스위치(Sa)를 제어하기 위한 제어부(250)가 구비된다. 상기 제어부(250)는 구동장치의 제어를 위해서 구비된 프로세서 또는 마이컴일 수 있으며, 구동장치의 제어뿐만 아니라 시스템 또는 세탁기의 제어를 위해 구비된 프로세서 또는 마이컴일 수 있다.
제어부(250)는 구동 환경 또는 구동 조건에 따라 인버터(110)와 스위치의 구동을 제어한다. 따라서, 병렬로 3상 모터와 단상 모터를 구동하거나 병렬로 두 개의 3상 모터를 구동하는 것이 가능하다.
두 개의 모터를 정밀하게 제어하기 위하여, 센싱부(65)가 구비될 수 있다. 상기 센싱부(65)는 각각의 모터에서 출력되는 회전 각도와 각속도를 센싱하도록 구비될 수 있다. 즉, 센싱된 회전 각도와 각속도를 피드백하여 보다 정확힌 모터의 구동 제어가 수행될 수 있다.
각각의 로터(10, 20)에는 복수 개의 마그넷이 구비될 수 있으며, 로터의 회전에 따른 마그넷의 위치 변화를 센싱할 수 있다. 마그넷의 위치 변화로 자기력 변화가 발생되므로, 이를 통해서 로터의 회전 각도와 회전 속도를 센싱할 수 있다. 구체적으로 홀 센서를 이용할 수 있다.
한편, 동기 운전에서 두 개의 모터에서 출력 토크의 차이가 발생될 수 있다. 왜냐하면 각각의 모터에 발생되는 부하가 상이할 수 있기 때문이다. 이러한 이유로 차동 토크 제어가 필요하게 된다. 이를 위해서, 센싱부(65)에서는 각각의 모터에 흐르는 전류를 피드백 받는 것이 바람직하다.
상기 단일 인버터(110)에서 두 개의 모터에 동일한 전류 입력을 가하더라도, 양자의 출력 토크가 차이날 수 있다. 이 때, 모터 각각에 흐르는 전류를 피드백 받고 이를 이용하여 출력 토크 차이에 대한 제어가 필요하다.
이를 위해서, 두 개의 모터에 흐르는 전류를 센싱하는 위치는 도 3에 도시된 인출선(111)에서 분지된 각각의 와이어(112, 113)인 것이 바람직하다. 즉, 단일 인버터에서 병렬 연결된 와이어 상에서 전류를 센싱하는 것이 바람직하다.
상기 각각의 모터의 회전 속도, 회전 각도 그리고 센싱 전류값들을 통해서 두 개의 모터를 적절히 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 두 개의 모터에서 로터들의 위치 즉 회전 각도는 제어부에서 파악할 수 있다. 그리고, 로터들의 회전 방향을 결정할 수 있다. 즉, 제어부(250)에서 각각의 로터의 회전 방향을 결정하고 로터가 원하는 방향으로 회전되도록 할 수 있다. 이는 3상 모터와 단상 모터의 차이라고도 할 수 있다.
그러나, 단상 모터의 경우에는 회전 방향을 결정하는 것이 용이하지 않다. 많은 경우, 스테이터의 형상을 비대칭하게 형성하거나 코일과는 별도로 보조 코일(일례로 셰이딩 코일)을 스테이터에 권선하는 경우가 많다. 그러나, 이는 단상 모터만으로 구동되는 모터에 적합하다.
본 실시예에서, 어느 하나의 모터는 3상 모터와 단상 모터가 선택적으로 구동될 수 있다. 따라서, 단상 모터로 구동되는 경우 회전 방향을 결정하기 위하여 스테이터의 형상을 비대칭으로 하거나 별도의 코일을 형성하는 것은 매우 바람직하지 않다.
본 실시예에 따르면, 별도의 기구적인 방법이 아닌 제어적인 방법을 통하여 단상 모터일 때의 회전 방향을 결정할 수 있다. 이를 도 5를 통해서 설명한다.
정지된 단상 모터에서 로터가 회전을 시작할 때(기동할 때) 전기각이 360도 주기 내에서 기동 토크가 달라질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 로터가 임의의 회전 각도를 갖고 정지해 있고, 이러한 임의의 회전 각도가 전기각으로 360도 주기로 달라질 수 있음을 전제로 하면, 기동 토크는 달라지게 된다. 즉, 로터의 정지 위치가 달라짐에 따라 동일한 전류 입력인 경우 로터에서 발생되는 기동 토크는 달라지게 된다.
일례로, 기동 토크가 0인 위치에서는 아무리 큰 전류를 인가하더라도 힘의 평형에 의해서 로터는 기동하지 않는다. 그리고, 기동 토크가 작은 영역에서는 부하에 의해서 기동하지 않을 수 있다. 따라서, 도 5에서와 같이, 기동 토크가 가장 큰 위치(P1, P2)의 위치를 알 수 있기 때문에, 이러한 위치에서 로터가 기동하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 최대 토크를 갖고 기동하도록 하는 것이 바람직하다.
도 6에 도시된 개략도는 단상 모터로 구동될 모터의 스테이터가 임의의 위치에서 정지된 모습을 도시하고 있다. 이러한 임의의 위치는 기동 토크가 0이거나 매우 작은 위치일 수 있다. 그리고, 기동이 되더라도 회전 방향은 시계 방향이나 반시계 방향 중 어느 하나로 랜덤하게 결정될 수 있다. 즉, 적극적으로 회전 방향을 제어할 수 없다.
일례로, 드럼(230)은 시계방향 그리고 서브 드럼(240)은 반시계 방향으로 기동시켜야 할 때, 서브 드럼(240)이 의도치 않게 시계 방향으로 기동될 수 있다.
따라서, 단상 모터로 구동될 모터의 스테이터는 임의의 위치가 아닌 특정 위치에서 정지되고 이후 구동되도록 적극적으로 제어할 필요가 있다.
도 7에는 일례로 도 5에 도시된 P1 지점에 대응되는 위치로 로터를 위치시켜 로터가 정지된 모습을 도시하고, 도 8에는 일례로 도 5에 도시된 P2 지점에 대응되는 위치로 로터를 위치시켜 로터가 정지된 모습을 도시하고 있다.
따라서, 로터가 P1 지점에 위치된 후 단상 모터로서 로터를 기동시키는 경우 반시계방향으로 최대 기동 토크를 갖고 로터가 구동될 수 있다. 반대로, 로터가 P2 지점에 위치된 후 단상 모터로서 로터를 기동시키는 경우 시계방향을 최대 기동 토크를 갖고 로터가 구동될 수 있다.
전술한 도 6 내지 도 8에서는 아우터 모터(55)가 3상 모터와 단상 모터로 선택적으로 구동되는 일례를 도시하였다.
여기서, 아우터 모터(55)를 3상 모터로 구동시킨 후 단상 모터로 구동시킬 때 어떻게 로터의 위치를 원하는 P1 위치 또는 P2 위치로 위치시킬 수 있는지 문제가 된다. 즉, 아우터 로터(20)가 3상으로 구동되어 정지되면 그 정지 위치는 임의의 위치이기 때문이다.
본 실시예서는 별도의 기구적인 장치를 요하지 않고 제어적인 방법으로 로터의 위치를 기설정된 위치로 위치시킬 수 있는 구동장치 및 세탁기를 제공할 수 있다.
3상 모터의 특성상 로터의 구동은 d-q축 제어를 통해서 수행된다. 즉, 로터의 특정 위치에 대한 d-q축 전류의 비율은 기설정되어 있다. 따라서, 스테이터의 코일에 기설정된 d-q축 전류의 비율을 갖는 직류 전류를 주입하면 기설정된 d-q축 전류의 비율에 따른 특정 위치로 로터가 위치될 수 있다.
일례로, 임의의 위치에 정지된 로터에 P1 위치에 대응하는 직류 전류를 인가하는 경우, 상기 로터는 P1 위치로 회전한 후 정지하게 된다. 물론, P2 위치에 대응하는 직류 전류를 인가하는 경우, 상기 로터는 P2 위치로 회전한 후 정지하게 된다.
따라서, 이러한 로터를 원하는 위치로 정렬시킨 후 원하는 방향으로 그리고 최대 기동토크를 갖도록 하여 단상 모터로서 로터를 구동하는 것이 가능하게 된다.
세탁기에서 스핀구동 운전에 의해서 두 개의 모터가 3상 모터로 구동된 후, 서로 다른 회전 방향으로 텀블링 구동이 필요할 수 있다. 따라서, 스핀구동 운전 후, 단상으로 구동될 모터의 로터를 특정 위치로 정렬시키는 정렬운전 모드가 수행될 수 있다. 예를 들어, 드럼(230)과 서브 드럼(240)이 동기 운전된 후 정지하게 되면, 정렬운전 모드가 수행되어 서브 드럼(240)을 구동하는 로터가 P1 또는 P2 위치로 이동하여 정렬될 수 있다. 서브 드럼(240)이 P1 위치에서 정지한 후, 두 개의 로터가 서로 다른 방향(기설정된 방향)으로 회전할 수 있게 된다.
전술한 실시예들에서 이중 축 내지는 이중 샤프트를 갖는 구동장치 및 세탁기에 대하여 설명하였다. 단일 인버터를 통하여 병렬 결선을 하여 이중 모터를 제어하는 구조 및 방법에 대해서 설명하였다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여, 단일 축 내지는 단일 샤프트를 갖는 구동장치 및 세탁기에 대한 실시예를 설명한다. 도 3 및 도 4를 통해 설명된 실시예들은 본 실시예들에서 동일하게 적용하는 것이 가능할 것이다. 따라서, 중복되는 설명은 생략하고 차이점 중심으로 설명한다.
도 9에 도시된 구동장치(100)는 도 1에 도시된 구동장치와 달리 단일 샤프트(90)를 포함할 수 있다. 상기 단일 샤프트(90)는 이너 로터(10) 및 아우터 로터(20)와 연결되어 구동될 수 있다. 즉, 단일 샤프트(90)는 이너 로터(10)의 회전과 아우터 로터(20)의 회전과 동기로 구동되도록 구비될 수 있다. 즉, 두 개의 모터가 하나의 샤프트(90)를 구동하게 된다. 따라서, 하나의 모터에서 샤프트를 구동하는 것보다 고출력을 제공할 수 있다.
도 10은 도 9에 도시된 구동장치(100)가 적용된 세탁기(200)를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 세탁기와는 달리 단일 샤프트(90)가 단일 드럼(230)을 구동하는 세탁기가 도시되어 있다. 즉, 하나의 드럼(230)을 두 개의 모터를 통해서 구동하는 세탁기가 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 일반적인 세탁기에서는 하나의 모터를 통해서 드럼을 구동시킨다. 도 10에 도시된 바와 같이, 터브의 후벽(210)과 캐비닛(201) 사이의 간격 내지는 공간은 충분하지 않다. 즉, 모터 내지는 구동장치(100)의 크기를 키워 고출력을 구현하기에는 공간적 물리적 한계가 있다.
따라서, 본 실시예에서는 이중 모터를 이용하여 단일 드럼을 구동시키므로 고출력을 구현할 수 있다. 즉, 아우터 모터(55)의 반경 방향 내측에 빈 공간을 이용하여 부가적으로 이너 모터(45)를 장착하여 전체적인 구동장치의 증가 없이 고출력을 확보할 수 있다.
본 실시예에서도 두 개의 모터를 모두 3상 모터로 구동하거나 어느 하나의 모터는 단상 모터로 구동하는 것이 가능하다. 일례로, 고출력 토크가 필요한 경우에는 두 개의 모터를 모두 3상 모터로 구동하여 드럼을 구동시킬 수 있고, 고출력 토크가 필요하지 않은 경우에는 하나의 모터는 3상 모터 다른 하나는 단상 모터로 구동시켜 에너지 소모를 줄이는 것이 가능하다. 일례로, 세탁이나 헹굼 모드에서는 두 개의 모터를 모두 3상 모터로 구동시킬 수 있고, 탈수 모드에서는 하나의 모터는 3상 모터 그리고 다른 하나는 단상 모터로 구동시킬 수 있다. 즉, 구동 조건에 따라 동기운전 모드와 병렬운전 모드를 선택하는 것이 가능하다. 두 개의 모터 통해서 단일 샤프트(90)를 구동시키기 때문에, 두 개의 로터의 회전 각도 및 회전 속도는 동일하게 된다. 따라서, 본 실시예에서의 병렬운전 모드는 전술한 실시예에서와는 달리 두 개의 로터의 회전 방향과 회전 속도는 모두 동일하게 된다.
본 실시예에서도 전술한 단일 인버터를 두 개의 모터에 병렬로 연결하여 제어하게 된다. 그러나, 단일 샤프트를 3상 모터와 단상 모터를 통해 함께 구동시켜야 하므로, 모터 특성의 차이로 인해 토크 리플이 발생될 우려가 크다.
이중 샤프트인 경우 3상 모터와 단상 모터의 샤프트는 서로 다르기 때문에 어느 하나의 토크 리플이 다른 하나에 영향을 미치지 않게 된다. 따라서, 각각의 토크 리플은 각각의 제어를 통해서 해소될 수 있다.
3상 모터와 단상 모터를 병렬운전 하는 경우, 이러한 단일 샤프트에서 발생되는 토크 리플을 해소하는 것은 용이하지 않다.
도 11에서는 단상 모터에 의한 토크 리플(A), 3상 모터에 의한 토크 리플(B) 그리고 이들의 합성 토크 리플(C)에 대한 그래프가 도시되어 있다.
도 11에 도시된 바와 같이 단상 모터에 의해서 토크 리플은 주기적으로 발생되며, 이러한 토크 리플은 일반적으로 인버터를 통한 3상 전류의 평형 제어를 통해서 제거하기 어렵다. 여기서, 평형 제어는 3상 각각의 상에 동일 크기와 동일 주파수를 갖는 교류 전류를 인가하는 제어를 의미한다. 따라서, 단상 모터에서 a상의 전류를 차단시킨 경우, 3상 모터에서는 동일 크기와 동일 주파수를 갖는 a상, b상 그리고 c상의 교류 전류가 공급되고, 단상 모터에서는 3상 모터에서와 동일한 b상과 c상의 교류 전류가 공급된다.
이러한 평형 제어를 통해서, 결과적으로 도 12와 도 13에 도시된 바와 같이 3상 모터에 흐르는 전류의 편차가 발생되고, 인버터의 출력 전류의 불평형 현상이 발생하게 된다.
즉, 3상 모터에서 a상 전류(A)가 다른 b상 전류(B)와 c상 전류(C)보다 크게 되며, 마찬가지로 인버터 출력 전류도 a상(A), b상(B) 그리고 c상(C)에서 불평형 현상이 유발된다.
이러한 이유로, 3상 모터에 공급되는 불평형 전력에 의해 3상 모터에서도 주기적인 토크 리플이 발생하게 된다. 이러한 토크 리플들은 단일 샤프트(90)에 의해서 합성 토크 리플 형태로 나타나게 된다. 즉, 상하 변동폭이 주기적으로 발생되는 토크 리플이 발생되게 된다.
상기 토크 리플은 제어의 안정성을 저해시키며, 소음 발생, 회전 속도의 변동시키는 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서, 병렬운전 모드에서 토크 리플을 최소화할 수 있는 방안이 모색될 필요가 있다.
본 실시예에서는 3상 모터와 단상 모터의 부하분담률을 달리하여 이러한 토크 리플을 최소화할 수 있는 것을 제시한다. 즉, 전체 부하를 두 개의 모터에서 분담하는 비율을 달리하여 토크 리플을 최소화할 수 있는 것을 제시한다. 구체적으로는 3상 모터에서 단상 모터보다 부하분담률을 크게 하여 토크 리플을 최소화하는 방안을 제시한다.
본 발명자는, 도 14에 도시된 바와 같이 3상 모터와 단상 모터의 부하분담률을 7 개의 구간(A 내지 G)으로 나누어 합성 토크 리플의 변화를 살펴보았다. A구간은 3상 모터의 부하분담률 60%이며 단상 모터의 부하분담률은 40%이다. 그리고, 단계적으로 3상 모터의 부하분담률을 5%씩 증가시키고 단상 모터의 부하분담률을 5%씩 감소시켰다.
결과적으로, C 구간 내지 E 구간에서 바람직한 토크 리플 결과를 확인할 수 있었다. 즉, 3상 모터의 부하분담률이 70% 내지 80% 그리고 단상 모터의 부하분담률이 20% 내지 30%인 경우 바람직한 토크 리플 결과를 확인할 수 있었다. 특히, 3상 모터의 부하분담률이 단상 모터의 부하분담률보다 3배인 경우, 즉, 3상 모터의 부하분담률이 75%이고 단상 모터의 부하분담률이 25%인 구간(D 구간)에서 최적의 토크 리플 결과를 나타냄을 확인할 수 있었다.
여기서, 부하분담률의 변화를 제어적으로 달리하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 각각의 모터에서 소모하는 전력을 달리하여 제어하는 것을 의미할 수 있다. 이러한 변화는 인버터를 통해서 비평형 제어를 통해서 수행할 수 있다. 일례로, 3상 모터에만 공급되는 a상 전류의 세기를 달리하여 이러한 부하분담률을 변화시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 평형 제어는 a상, b상 그리고 c상의 전류를 동일 크기로 공급하는 것이다. 본 실시예에서는, a상의 전류 크기를 b상과 c상의 전류 크기와 달리하여 이러한 부하분담률을 변화시킬 수 있다.
즉, a상의 전류 크기를 b상과 c상의 전류 크기보다 키워 3상 모터의 부하분담률을 75% 그리고 단상 모터의 부하분담률을 25%로 설정하는 것이 가능하다.
그 결과, 도 15에 도시된 바와 같이, 단상 모터의 토크 리플(A)과 3상 모터의 토크 리플(B)의 합성 토크 리플(C)는 최소화될 수 있음을 알 수 있었다. 그리고, 결과적으로 인버터의 출력 전류도 도 16에 도시된 바와 같이 3상이 평형됨을 알 수 있었다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 이중 모터를 모두 3 모터로 구동하는 동기운전 모드에서는 종래의 평형 제어를 통해서 이중 모터의 구동을 제어하고, 어느 하나의 모터는 3상 모터 그리고 다른 하나의 모터는 단상 모터로 구동하는 병렬운전 모드에서는 불평형 제어를 통해서 이중 모터를 구동하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
특히, 병렬운전 모드에서 3상 모터에만 인가되는 특정 상의 전류의 세기를 다른 상의 전류 세기와 달리하는 불평형 제어를 통해서, 단일 샤프트에서 발생되는 토크 리플을 최소화할 수 있게 된다.
발명의 상세한 설명에 포함되어 있음.

Claims (20)

  1. 이너 스테이터;
    상기 이너 스테이터 반경 반향 내측에 회전 가능하게 구비되는 이너 로터;
    상기 이너 스테이터의 반경 방향 외측에 구비되는 아우터 스테이터;
    상기 아우터 스테이터의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비되는 아우터 로터; 그리고
    상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터에 전류를 인가하는 단일 인버터를 포함하고,
    상기 단일 인버터에서 인출되는 3 상의 인출선 각각에서 병렬로 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터를 권선하는 와이어가 연결되어, 상기 이너 로터와 아우터 로터가 동기로 구동 가능함을 특징으로 하는 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터는 단일 스테이터를 형성하며,
    상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터는 상기 단일 스테이터의 반경 방향 내측과 반경 방향 외측에 각각 형성됨을 특징으로 하는 구동장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이너 로터의 회전축과 상기 아우터 로터의 회전축은 동축임을 특징으로 하는 구동장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이너 로터와 연결되어 상기 이너 로터와 일체로 회전하고 중공을 갖는 이너 샤프트; 그리고
    상기 아우터 로터와 연결되어 상기 아우터 로터와 일체로 회전하고, 상기 이너 샤프트의 중공을 관통하는 아우터 샤프트를 포함하는 구동장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3 상의 인출선은 a 상, b 상 그리고 c 상의 인출선을 포함하고,
    a 상, b 상 그리고 c 상 인출선 각각에서 분지되어 각각 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터의 a 상, b 상 그리고 c 상의 코일이 권선됨을 특징으로 하는 구동장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이너 스테이터의 코일 또는 아우터 스테이터의 코일 중 어느 하나에서의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 스위치가 구비됨을 특징으로 하는 구동장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스위치는 a 상, b 상 그리고 c 상의 코일 모두에 대응되도록 구비되거나 어느 한 상의 코일에만 대응되도록 구비되며,
    특정 상에 대한 스위치가 개방됨에 따라 개방된 스위치가 구비되는 이너 로터 또는 아우터 로터 중 어느 하나는 단상 모터로 구동됨을 특징으로 하는 구동장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단일 인버터의 구동을 제어하고, 상기 스위치의 구동을 제어하는 제어부가 구비됨을 특징으로 하는 구동장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 단일 인버터의 구동과 상기 스위치의 구동 제어를 통하여, 상기 이너 로터와 아우터 로터 중 어느 하나가 3 상 그리고 다른 하나가 단상으로 구동하는 병렬운전 모드와 상기 이너 로터와 아우터 로터 모두가 3 상으로 구동하는 동기운전 모드를 수행함을 특징으로 하는 구동장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는, 단상으로 구동되는 이너 로터 또는 아우터 로터의 회전 방향을 결정하기 위하여, 상기 병렬운전 모드를 구현하기 전, 상기 이너 로터 또는 아우터 로터를 기설정 위치로 정렬하는 정렬 모드를 수행함을 특징으로 하는 구동장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는, 로터의 특정 위치와 스테이터에 인가되는 d-q축 전류의 비율 사이의 상관관계를 이용하여, 상기 이너 스테이터 또는 아우터 스테이터에 상기 기설정 위치에 해당하는 직류 전류를 인가하여 상기 정렬운전 모드를 수행함을 특징으로 하는 구동장치.
  12. 터브;
    상기 터브 내부에 회전 가능하게 구비되는 제1 드럼;
    상기 제1 드럼과 동축으로 회전 가능하게 구비되는 제2 드럼;
    이너 스테이터와 상기 이너 스테이터 반경 방향 내측에 회전 가능하게 구비되는 이너 로터를 포함하며, 상기 제1 드럼을 구동하도록 구비되는 이너 모터;
    아우터 스테이터와 상기 아우터 스테이터의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비되는 아우터 로터를 포함하며, 상기 제2 드럼을 구동하도록 구비되는 아우터 모터;
    상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터에 전류를 인가하는 단일 인버터; 그리고
    상기 제1 드럼, 제2 드럼 그리고 상기 단일 인버터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 단일 인버터에서 인출되는 3 상의 인출선 각각에서 병렬로 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터를 권선하는 와이어가 연결되며,
    상기 이너 스테이터에 권선된 코일 또는 아우터 스테이터에 권선된 코일 중 어느 하나에서의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 스위치가 구비됨을 특징으로 하는 세탁기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 3 상의 인출선은 a상, b 상 그리고 c 상의 인출선을 포함하고,
    a 상, b 상 그리고 c 상 인출선 각각에서 분지되어 각각 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터의 a 상, b 상 그리고 c 상의 코일이 권선되며,
    상기 스위치는 a 상, b 상 그리고 c 상의 코일 모두에 대응되도록 구비되거나 어느 하나의 코일에만 대응되도록 구비됨을 특징으로 하는 세탁기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 단일 인버터의 구동과 상기 스위치의 구동 제어를 통하여, 상기 이너 로터와 아우터 로터 중 어느 하나가 3 상 그리고 다른 하나가 단상으로 구동하는 병렬운전 모드와 상기 이너 로터와 아우터 로터 모두가 3 상으로 구동하는 동기운전 모드를 수행함을 특징으로 하는 세탁기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 병렬운전 모드는 상기 제1 드럼과 제2 드럼이 독립적으로 구동되어 세탁이 수행되는 세탁 모드에 대응되고, 상기 동기운전 모드는 상기 제1 드럼과 제2 드럼이 동기로 구동되어 탈수가 수행되는 탈수 모드에 대응됨을 특징으로 하는 세탁기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는, 단상으로 구동되는 이너 로터 또는 아우터 로터의 회전 방향을 결정하기 위하여, 상기 병렬운전 모드를 구현하기 전, 상기 이너 로터 또는 아우터 로터를 기설정 위치로 정렬하는 정렬운전 모드를 수행함을 특징으로 하는 세탁기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어부는, 로터의 특정 위치와 스테이터에 인가되는 d-q축 전류의 비율 사이의 상관관계를 이용하여, 상기 이너 스테이터 또는 아우터 스테이터에 상기 기설정 위치에 해당하는 직류 전류를 인가하여 상기 정렬 모드를 수행함을 특징으로 하는 세탁기.
  18. 터브;
    상기 터브 내부에 회전 가능하게 구비되는 드럼;
    상기 드럼과 동축으로 회전 가능하게 구비되는 회전체;
    이너 스테이터와 상기 이너 스테이터 반경 방향 내측에 회전 가능하게 구비되는 이너 로터를 포함하며, 상기 드럼을 구동하도록 구비되는 이너 모터;
    아우터 스테이터와 상기 아우터 스테이터의 반경 방향 외측에 회전 가능하게 구비되는 아우터 로터를 포함하며, 상기 회전체 구동하도록 구비되는 아우터 모터;
    상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터에 전류를 인가하는 단일 인버터; 그리고
    상기 드럼, 회전체 그리고 상기 단일 인버터의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 단일 인버터에서 인출되는 3 상의 인출선 각각에서 병렬로 상기 이너 스테이터와 아우터 스테이터를 권선하는 와이어가 연결되며,
    상기 이너 스테이터에 권선된 코일 또는 아우터 스테이터에 권선된 코일 중 어느 하나에서의 전류 흐름을 선택적으로 차단하는 스위치가 구비됨을 특징으로 하는 세탁기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 단일 인버터의 구동과 상기 스위치의 구동 제어를 통하여,
    상기 이너 로터와 아우터 로터 중 어느 하나가 3 상 그리고 다른 하나가 단상으로 구동하거나, 어느 하나가 3 상으로 구동되고 다른 하나가 구동되지 않는 병렬운전 모드; 그리고
    상기 이너 로터와 아우터 로터 모두가 3 상으로 구동하는 동기운전 모드를 수행함을 특징으로 하는 세탁기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어부는, 로터의 특정 위치와 스테이터에 인가되는 d-q축 전류의 비율 사이의 상관관계를 이용하여, 상기 이너 스테이터 또는 아우터 스테이터에 상기 기설정 위치에 해당하는 직류 전류를 인가하여 상기 정렬운전 모드를 수행함을 특징으로 하는 세탁기.
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