KR100348626B1 - 세탁기의 포량감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세탁기의 포량감지장치에 관한 것으로, 상전류에 의해 토크를 제어하여 포량을 감지하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 직류전압을 3상 교류전원으로 변환하는 인버터부와, 상기 3상 교류전원에 의해 구동되는 비엘디씨모터와, 상기 비엘디씨 모터의 회전자 위치를 검출하는 회전자위치검출부와, 상기 회전자위치검출부의 위치 검출신호에 의해 인버터부의 스위칭동작을 제어하는 마이크로컴퓨터를 구비한 비엘디씨 모터 구동장치에 있어서, 사용자에 의해 설정된 속도에 해당되는 토크명령신호를 발생하는 토크명령발생기와; 상기 토크명령발생기의 토크명령신호를 소정 연산하여 q축전류명령신호를 출력하는 토크제어부와; 상기 토크제어부의 q축전류명령신호와 전류명령부의 d축명령신호에 따른 전류제어신호를 상기 인버터부에 인가하는 전류제어부와; 상기 회전자위치검출부의 위치검출신호에 의해 상기 비엘디씨 모터의 구동속도를 검출하는 속도검출부와; 상기 속도검출부의 속도검출신호를 기저장된 기준속도와 비교하여 그에 따라 포량을 감지하는 포량감지부와; 상기 속도검출부의 속도검출신호를 따라 d축명령신호를 상기 전류제어부에 인가하는 전류명령부를 포함하여 구성한다.

Description

세탁기의 포량감지장치{DECTION OF THE WEIGHT OF A WASHING MACHINE}

본 발명은 세탁기의 포량감지장치에 관한 것으로, 특히 상전류에 의해 토크를 제어하여 포량을 감지하도록 한 세탁기의 포량감지장치에 관한 것이다.

최근, 세탁기는 세정도 향상,소음저감,에너지저감등을 위하여 모터의 속도를 자유롭게 가변 제어하는 인버터를 채용하고 있는데, 이와같은 종래장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 일반적인 비엘디씨 모터 구동장치의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시된 바와같이 상용 교류전원을 입력받아 정류하는 정류부(10)와; 후술할 게이트구동부(60)의 게이트구동신호에 따라, 상기 정류부(10)의 직류전압을 평활용 커패시터(C1)를 통해 입력받아 이를 3상 교류전원으로 변환하는 인버터부(20)와; 상기 인버터부(20)의 3상 교류전원에 의해 구동되는 비엘디씨모터(30)와; 상기 비엘디씨모터(30)의 회전자 위치를 검출하는 회전자위치검출부(40)와; 상기 회전자위치검출부 (40)의 위치검출신호를 입력받아 그에 따른 제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터 (50)와; 상기 마이크로컴퓨터(50)의 제어신호를 입력받아 그에 따른 게이트구동신호를 상기 인버터부(20)로 출력하는 게이트구동부(60)로 구성되며, 이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 정류부(10)는 상용교류전원을 정류하여 직류전압으로 출력하고, 이 직류전압은 평활용커패시터를 통해 평활되어 인버터부(20)에 인가된다.

이에 따라, 상기 인버터부(20)는 게이트 구동부(60)의 게이트 구동신호에 의해, 상기 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 이 3상 교류전압으로 비엘디씨 모터(30)를 구동한다.

이때, 회전자위치검출부(40)는 상기 비엘디씨모터(30)의 회전자 위치를 위치센서를 통해 검출하여 이를 마이크로컴퓨터(50)에 인가한다.

이에 따라, 상기 마이크로컴퓨터(50)는 상기 회전자위치검출부(40)의 위치검출신호를 입력받아 그에 따른 제어신호를 게이트구동부(60)에 인가하고, 이에 따라 게이트구동부(60)는 상기 마이크로컴퓨터(50)의 제어신호를 입력받아 그에 따른 게이트구동신호를 상기 인버터부(20)에 인가한다.

이후, 상술한 동작을 반복 수행하여 비엘디씨 모터(30)의 구동을 제어한다.

상술한 동작을 수행하는 비엘디씨모터를 채용한 인버터세탁기에 있어서 ,세탁/행굼행정을, 세정력 대비 소비되는 전기에너지 및 물의 양측면에서, 가장 효과적인 제어를 수행하기 위해서, 세탁량의 무게, 즉 포량을 정확하게 감지해야 한다.

상기 포량 감지에는, 일정시간 동안 소정 속도로 가속한후 전원을 차단하여 감속되는 시간, 즉 포량에 따른 관성을 측정하여 포량을 감지하는 방법과 일정한 속도까지 가속하는데 걸리는 시간을 측정하여 포량을 감지하는 방법이 있다.

일반적으로,펄세이터가 클러치와 기어에 의해 모터의 회전력을 감속 또는 방향전환을 하는 시스템에서는 포량에 따른 관성을 측정하여 포량을 감지하는 방법을 사용한다.

한편, 펄세이터 또는 세탁통에 모터가 직결되어 구동되는 직접 구동방식에서는 일정한 속도까지 가속하는데 걸리는 시간을 측정하여 포량을 감지하는데, 도2에 나타낸 바와같이 초기에는 모터를 일정 위치에 정열시킨후 모터에 인가되는 전압의 크기를 일정하게 증가시킨다.

만약, 기준 세탁량에 비해 세탁량이 많은 경우, 일정한 기준속도 또는 기준위치에 도달하기 위해서는 모터가 더 많은 토크를 발생해야 하므로 기준시간에 비해 더 오랜시간이 걸리게 된다.

반대로, 기준 세탁량에 비해 세탁량이 적은 경우, 기준 세탁량을 일정시간 또는 일정 위치까지 도달하는데 더 적은 에너지가 필요하게 되므로 기준시간 보다 더 짧은 시간에 기준속도 또는 기준 위치에 도달하게 된다.

즉, 상술한 바와같이 일정한 전압을 모터에 인가한후 모터 또는 세탁통이 일정속도 또는 일정위치에 도달하는 시간을 계산함으로써 포량을 감지할 수 있는데, 이와같은 포량감지 방식에서 감지한 포량의 정확도에 영향을 미치는 인자로는 베어링 하우징의 편차, 세탁통의 흔들림의 차이, 댐퍼의 편차등과 같은 기구적인 요인, 인덕턴스 및 회전자 위치감지용 홀센서등의 모터요인,전압감지회로, 전압변동, 온도등에 의한 제어회로부등으로 분류된다.

그리고, 일정한 기준속도 또는 기준위치에 도달하는 시간으로 포량을 감지할 때, 포량을 정확히 계산하기 위해서는 포량 또는 주위 환경에 관계없이 일정한 전압을 인가해야 하는데 주위환경에 따라 일정한 전압이 인가되지 못할 경우, 계산한 포량은 실제값과 많은 오차를 갖게 되는데, 도3에 나타낸 바와같이 동일포량에 대해 전원전압이 기준전압 보다 클경우, 일정한 듀티비로 모터에 인가되는 전압을 증가시키면 기준전압 보다 더 많은 전압이 모터에 인가되게 되므로 기준시간 보다 더 빨리 기준속도 또는 기준위치에 도달하게 된다.

즉, 기준시간(t0) 보다 Δt1 만큼 더 빨리 기준속도에 도달하게 되므로 Δt1 시간에 해당하는 포량감지 오차가 발생하게 된다.

반대로, 전원전압이 기준전압에 비해 감소할 경우, Δt2만큼 더 늦게 기준속도에 도달하므로 실제 포량보다 Δt2시간에 해당하는 포량이 더 있는 것으로 포량을 검출하게 된다. 이를 해결하기 위해 직류 링크단 전압을 검출하여 모터에 인가되는 전압을 보상할 수 있으나, 이 경우 실시간으로 직류링크단 전압을 검출해서 보상해야 하고, 전압검출회로의 부품편차 또는 신호처리용 정전압원의 편차에 의해 검출전압의 오차가 발생하게 되므로 포량감지 오차가 발생하게 된다.

즉, 상기와 같이 동작하는 종래 기술에 있어서, 검출하고자 하는 포량에 관계없이 일정한 비율로 모터에 전압을 인가해야 하므로 상용전원의 전압변동 또는 주위환경 변화에 의한 전압변동에 따라 포량 검출오차가 크게 발생하게 되고, 또한 전압감지를 위한 전압검출회로의 부품편차 또는 신호처리용 전원전압의 변동시 검출전압의 오차에 의한 포량감지 오차가 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 전류 제어 및 토크 제어를 통해 정확히 포량을 감지할 수 있도록 한 세탁기의 포량감지장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 비엘디씨 모터 구동장치의 구성을 보인 회로도.

도2는 도1에 있어서, 포량검출을 위한 각 부분의 신호 파형도.

도3은 도1에 있어서,포량검출시 각 부분의 오차를 보인 신호 파형도.

도4는 본 발명 세탁기의 포량감지장치에 대한 구성을 보인 블록도.

도5는 도4에 있어서, 모터속도에 따른 q축전류 및 상전류명령의 파형을 보인도.

도6은 도4에 있어서, 전압변동에 따른 전류제어를 위한 게이트신호의 파형도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

100:토크명령발생기 200:토크제어부

300:전류제어부 400:인버터부

500:비엘디씨모터 600:회전자위치검출부

700:속도검출부 800:포량감지부

900:전류명령부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직류전압을 3상 교류전원으로 변환하는 인버터부와, 상기 3상 교류전원에 의해 구동되는 비엘디씨모터와, 상기 비엘디씨모터의 회전자 위치를 검출하는 회전자위치검출부와, 상기 회전자위치검출부의 위치검출신호에 의해 인버터부의 스위칭동작을 제어하는 마이크로컴퓨터를 구비한 비엘디씨 모터 구동장치에 있어서, 사용자에 의해 설정된 속도에 해당되는 토크명령신호를 발생하는 토크명령발생기와; 상기 토크명령발생기의 토크명령신호를 소정 연산하여 q축전류명령신호를 출력하는 토크제어부와; 상기 토크제어부의 q축전류명령신호와 전류명령부의 d축명령신호에 따른 전류제어신호를 상기 인버터부에 인가하는 전류제어부와; 상기 회전자위치검출부의 위치검출신호에 의해 상기 비엘디씨 모터의 구동속도를 검출하는 속도검출부와; 상기 속도검출부의 속도검출신호를 기저장된 기준속도와 비교하여 그에 따라 포량을 감지하는 포량감지부와; 상기 속도검출부의 속도검출신호를 따라 d축명령신호를 상기 전류제어부에 인가하는 전류명령부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 세탁기의 포량감지장치에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도4는 본 발명 세탁기의 포량감지장치에 대한 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 사용자에 의해 토크명령신호를 발생하는 토크명령발생기(100)와; 상기 토크명령발생기(100)의 토크명령신호를 입력받아 소정 연산하여 q축전류명령신호를 출력하는 토크제어부(200)와; 상기 토크제어부(200)의 q축전류명령신호와 전류명령부(900)의 d축명령신호를 입력받아 그에 따른 전류제어신호를 출력하는전류제어부(300)와; 상기 전류제어부(300)의 전류제어신호에 따라, 3상 교류전원을 비엘디씨모터(500)에 인가하는 인버터부(400)와; 상기 비엘디씨모터(500)의 회전자 위치를 검출하는 회전자위치검출부(600)와; 상기 회전자위치검출부(600)의 위치검출신호를 입력받아 그에 따라 상기 비엘디씨 모터(500)의 구동속도를 검출하는 속도검출부 (700)와; 상기 속도검출부(700)의 속도검출신호를 입력받아 이를 기저장된 기준속도와 비교하여 그에 따라 포량을 감지하는 포량감지부(800)와; 상기 속도검출부(700)의 속도검출신호를 입력받아 이를 기저장된 기준속도와 비교하여 그에 따른 d축명령신호를 상기전류제어부(300)에 인가하는 전류명령부(900)로 구성하며, 이와같이 구성한 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 일반적인 직류전동기의 모델식은 아래의 수학식1과 같이 나타낸다.

상기 수학식1에서 모터의 상전압과 상전류는 정현파이고, B상 전압및 전류는 A상 전압및 전류에 대하여 각각 전기각으로 120도 지연된 정현파이며, C상 전압 및 전류는 A상 전압 및 전류에 비해 각각 전기각으로 240도 지연된 정현파이다.

이때, 변수를 줄이기 이해 상기 A,B,C 축을 d,q축으로 변환하는 변환식은 아래의수학식2와 같다.

여기서, 상기 수학식2를 적용하여 d,q축으로 변환된 식은 아래의 수학식 3과 같다.

따라서, 상기 수학식1의 A,B,C의 3개의 변수가 d,q축 변환을 할 경우에 상기 수학식3과 같이 2개 변수로 줄어들며, 또한 상기 수학식1의 전압 및 전류는 정현파이나 수학식 3의 d,q축 전압 및 전류는 정상운전시 직류값으로 크기만을 나타난다.

이때, 상기 dq축으로 표현된 모터의 토크를 수식으로 표현하면 아래의 수학식 4와 같다.

이때, P는 모터의 극수,는 영구자석의 자속세기, Ld는 d축 인덕턴스, Lq는 q축 인덕턴스를 나타낸다.

영구자석이 회전자 철심내에 삽입되어 있는 영구자석 매립형 직류전동기는 Ld가 Lq보다 작으므로 이 인덕턴스 차에 의해서 발생하는 리럭턴스 토크를 이용할 수 있으나, 영구자석이 회전자 철심표면에 부착되어 있는 직류전동기에서는 Ld가 Lq와 같으므로 상기 수학식 4는 아래의 수학식 5로 표현된다.

즉, 상기 수학식5와 같이, 모터가 발생하는 토크는 q축전류에 비례하고, 모터의 기계적인 토크는 관성에 의한 토크,속도에 비례하게 나타나는 마찰력 및 속도에 관계없는 일정한 부하로 구성된다.

따라서, 세탁통에 세탁포를 넣고 세탁통 또는 펄세이터를 구동하게 되면, 모터의 기계적인 토크식에서 관성모멘트(J) 또는 일정부하(TL)가 변화하게 되므로 일정한 토크 인가시에는 세탁포량에 따라 일정한 속도에 도달하는 시간이 변하게 된다.

또한, 토크는 전류에 비례하게 나타나므로,q축 전류를 일정하게 제어하면 모터가 발생하는 토크가 일정하게 되고, 이에 따라 세탁포량에 따라 일정속도에 도달하는 시간을 검출함으로써 포량을 검출할 수 있는데, 본 발명은 상기와 같은 개념을 근거로 하여 고안된 것으로, 이를 도4를 참조하여 설명한다.

우선, 토크명령발생기(100)는 사용자에 의해 설정된 속도에 해당되는 토크명령신호를 발생하고, 토크제어부(200)는 상기 토크명령발생기(100)의 토크명령신호를 입력받아 소정 연산하여 q축전류명령신호를 출력한다.

이때, 전류제어부(300)는 상기 토크제어부(200)의 q축전류명령신호와 전류명령부(900)의 d축명령신호를 입력받아 그에 따른 전류제어신호를 출력한다.

여기서, 도6과 같이, 상기 전류제어부(300)는 직류링크 전압이 증가할 경우에 비엘디씨모터(500)에 인가되는 전압의 듀티비가 낮아지도록 전류를 제어하고, 직류링크전압이 감소할 경우에 비엘디씨모터(500)에 인가되는 전압의 듀티비가 커지도록 전류를 제어하는데, 즉 직류링크전압이 변동하여도 자동적으로 보상되어 항상 일정한 토크를 모터에 공급하게 된다.

상기 전류제어부(300)는 상술한 바와같이 q축전류명령과 d축전류명령을 직접제어하거나, 도5와 같이 상기 q축전류명령과 d축전류명령을 A,B,C의 상전류로 변환하여 상전류를 제어한다.

이후, 인버터부(400)는 상기 전류제어부(300)의 전류제어신호에 따라, 3상 교류전원을 비엘디씨모터(500)에 인가하고, 이에 의해 비엘디씨 모터(500)가 구동된다.

이때, 회전자위치검출부(600)는 상기 비엘디씨모터(500)의 회전자 위치를 검출하여 그 회전자 위치에 따라 상기 인버터부(400)의 스위칭을 제어하는데, 이때 도6은 전압변동에 따른 전류제어를 위하여 상기 인버터부(400)에 인가되는 게이트신호의 파형도이다.

그리고, 속도검출부(700)는 상기 회전자위치검출부(600)의 위치검출신호를 입력받아 그에 따라 상기 비엘디씨 모터(500)의 구동속도를 검출한다.

그러면, 포량감지부(800)는 상기 속도검출부(700)의 속도검출신호를 입력받아 이를 기저장된 기준속도와 비교하여 그에 따라 포량을 감지한다.

이때, 상기 포량감지부(800)는 속도검출신호가 기준속도와 일치되는 시간에 대응하는 포량을 실험적으로 구한 값이 저장된 롬을 구비하는데, 이에 의해 상기 포량감지부(800)는 속도검출부(700)로부터 검출되는 속도검출신호가 기준속도와 일치될 때까지 걸리는 시간을 구하여 그 시간에 해당되는 값을 롬으로부터 읽어들여 그 값을 포량으로 감지한다.

그리고, 전류명령부(900)는 상기 속도검출부(700)의 속도검출신호를 입력받아 이를 기저장된 기준속도와 비교하여 그에 따른 d축명령신호를 상기 전류제어부 (300)에 인가한다.

이때, 상기 전류명령부(900)는 속도검출신호에 대응되는 전류명령신호의 값이 저장된 롬을 구비하여, 속도검출신호가 정격속도 미만이면 '0'으로 d축명령신호를 발생하고, 상기 속도검출신호가 정격속도를 초과하면 상기 롬에 기설정된 d축명령신호를 출력한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 전류제어 및 토크제어를 통해 포량을 감지하므로 전압변화에 영향을 받지 않게 되고, 이로 인해 정밀하게 포량을 감지하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 직류전압을 3상 교류전원으로 변환하는 인버터부와, 상기 3상 교류전원에 의해 구동되는 비엘디씨모터와, 상기 비엘디씨모터의 회전자 위치를 검출하는 회전자위치검출부와, 상기 회전자위치검출부의 위치검출신호에 의해 인버터부의 스위칭동작을 제어하는 마이크로컴퓨터를 구비한 비엘디씨 모터 구동장치에 있어서, 사용자에 의해 설정된 속도에 해당되는 토크명령신호를 발생하는 토크명령발생기와; 상기 토크명령발생기의 토크명령신호를 소정 연산하여 q축전류명령신호를 출력하는 토크제어부와; 상기 토크제어부의 q축전류명령신호와 전류명령부의 d축명령신호에 따른 전류제어신호를 상기 인버터부에 인가하는 전류제어부와; 상기 회전자위치검출부의 위치검출신호에 의해 상기 비엘디씨 모터의 구동속도를 검출하는 속도검출부와; 상기 속도검출부의 속도검출신호를 기저장된 기준속도와 비교하여 그에 따라 포량을 감지하는 포량감지부와; 상기 속도검출부의 속도검출신호를 따라 d축명령신호를 상기 전류제어부에 인가하는 전류명령부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량감지장치.
2. 제1 항에 있어서, 포량감지부는 속도검출신호가 기준속도와 일치되는 시간에 대응하는 포량을 실험적으로 구한 값이 저장된 롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량감지장치.
3. 제1 항에 있어서, 전류명령부는 속도검출신호에 대응되는 전류명령신호의 값이 저장된 롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량감지장치.
4. 제1 항에 있어서, 전류제어부는 직류링크 전압이 증가할 경우에 모터에 인가되는 전압의 듀티비가 낮아지도록 전류를 제어하고, 직류링크전압이 감소할 경우에 모터에 인가되는 전압의 듀티비가 커지도록 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량감지장치.
5. 제1 항 또는 제3 항에 있어서, 전류명령부는 속도검출신호가 정격속도 미만이면 '0'로 d축명령신호를 발생하고, 상기 속도검출신호가 정격속도를 초과하면 기설정된 d축명령신호를 출력하는것을 특징으로 하는 세탁기의 포량감지장치.
6. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,전류명령부는 부하토크 또는 토크명령에 따라 가변하거나 또는 일정한 값의 d축명령신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 포량감지장치.