KR100417424B1 - 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량감지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량감지방법에 관한 것으로, 초기 위치 오차를 무시할 수 있도록 구동하는 구간과 가속하여 그 특성으로부터 포량을 검출하는 구간으로 나누어 제어하도록 함으로써 초기에 건조상태의 포량을 정확히 검출하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기에 있어서, 사용자에 의해, 포량 검출모드가 선택되었는지를 판단하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 포량검출모드가 아니면 속도제어에 의한 토오크 전류지령치와 플러스전류 지령치를 계산하여 세탁기를 구동하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 포량 검출모드이면 모터 속도를 다단계로 가변하여 각 단계별 모터 토크와 모터속도를 저장하는 제3 과정과; 상기 각 단계별 모터 토크과 모터속도를 이용하여 포량을 검출하는 제4 과정으로 이루어진다.

Description

센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량감지방법{METHOD OF DETECTING THE WEIGHT OF LAUNDRY IN WASHING MACHINE USING SENSORLESS BLDC MOTOR}

본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량검출방법에 관한 것으로, 특히 초기 위치 오차를 무시할 수 있도록 구동하는 구간과 가속하여 그 특성으로부터 포량을 검출하는 구간으로 나누어 제어하도록 함으로써 초기에 건조상태의 포량을 정확히 검출하도록 한 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량검출방법에 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, 이와같은종래 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.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 초기 위치 오차를 무시할 수 있도록 구동하는 구간과 가속하여 그 특성으로부터 포량을 검출하는 구간으로 나누어 제어함으로써 초기에 건조상태의 포량을 정확히 검출하도록 한 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량검출방법을 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 센서리스 비엘디씨 모터의 구동회로도.

도5는 본 발명 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량감지방법에 대한 동작흐름도.

도6은 도5에 있어서, 모터토크와 모터속도를 가변하는 모습을 보인 파형도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1:비교기 2:속도제어기

3:전압지령발생기 4:인버터부

5:모터 6:전류/전압검출기

7:속도/위치연산부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기에 있어서, 사용자에 의해, 포량 검출모드가 선택되었는지를 판단하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 포량검출모드가 아니면 속도제어에 의한 토오크 전류지령치와 플러스전류 지령치를 계산하여 세탁기를 구동하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 포량 검출모드이면 모터 속도를 다단계로 가변하여 각 단계별 모터 토크와 모터속도를 저장하는 제3 과정과; 상기 각 단계별 모터 토크과 모터속도를 이용하여 포량을 검출하는 제4 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량검출방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도4는 본 발명 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량검출방법이 적용되는 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와같이 사용자가 원하는 모터속도와 현재 모터속도신호를 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력하는 비교기(1)와; 상기 비교기(1)의 비교신호에 따른 속도제어신호를 출력하는 속도제어기(2)와; 상기 속도제어기(2)의 속도제어신호와 모터 회전자위치신호를 입력받아 그에 따른 전압지령을 발생하는 전압지령발생기(3)와; 상기 전압지령발생기(3)의 전압지령에 의해 직류링크전압을 3상 교류전압으로 가변하는 인버터부(4)와; 상기 인버터부(4)의 출력단에서 각상의 전압을 검출함과 아울러 상기 직류링크전압(Vdc)을 직류링크저항(Rdc)을 통해 검출하는 전류/전압검출기(6)와; 상기 전류/전압검출기(6)에서 출력되는 전류/전압검출신호를 입력받아 이를 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호를 출력함과 아울러 현재 모터 속도신호를 출력하는 속도/위치연산부(7)로 구성한다.

도 5는 본 발명 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량검출방법에 대한 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 사용자에 의해, 포량 검출모드가 선택 되었는지를 판단하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 판단결과, 포량 검출모드이면 제1 속도까지 가속하여 일정시간이 경과하였는지를 판단하는 제2 과정과; 상기 제2 과정의 판단결과, 일정시간이 경과되면, 상기 제1 속도를 저장한후, 모터 토크를 제1 토크로 제어하는 제3 과정과; 상기 제1 토크에 의해 제2 속도로 모터를 소정 시간 구동한후, 제2 속도를 저장하는 제4 과정과; 모터 토크를 제2 토크로 제어하여 제3 속도로 모터를 소정 시간 구동한후, 제3 속도를 저장하는 제5 과정과; 모터 토크를 제3 토크로 제어하여 제4 속도로 모터를 소정 시간 구동한후 제4 속도를 저장하는 제6 과정과; 상기 제1,제2,제3 모터 토크 및 제1,제2,제3,제4 속도를 이용하여 포량을 검출하는 제7과정으로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저,비교기(1)는 사용자가 원하는 모터속도와 현재 모터속도신호를 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력하고, 속도제어기(2)는 상기 비교기(1)의 비교신호를 입력받아 그에 따른 속도제어신호를 출력하는데, 즉 현재 모터속도가 사용자가 원하는 모터속도보다 작으면 모터속도를 증가시키는 속도제어신호를 출력하고, 현재 모터속도가 사용자가 원하는 모터속도보다 크면 모터속도를 감소시키는 속도제어신호를 출력한다.

이후, 전압지령발생기(3)는 상기 속도제어기(2)의 속도제어신호와 후술할 속도/위치연산부(7)의 모터 회전자 위치신호를 입력받아 그에 따른 전압지령을 인버터부(4)의 각 스위칭소자에 인가하고, 이에 따라 상기 인버터부(4)는 상기 전압지령에 의해 직류링크전압(Vdc)을 3상 교류전압으로 가변하여 출력한다.

그러면, 모터(5)는 상기 인버터부(4)에서 발생하는 3상 교류전압에 의해 구동된다.

한편, 전류/전압검출기(6)는 상기 인버터부(4)의 출력단에서 각상의 전압을 검출함과 아울러 상기 직류링크 전류를 직류링크 저항을 통해 검출하는데, 즉 도3과 같이 직류링크단에 직렬로 접속된 저항을 통해 직류링크 전류를 검출한다.

이때, 속도/위치연산부(7)는 상기 전류/전압검출기(6)로부터 전압과 전류를 입력받아 이를 소정 연산하여 그에 따른 모터 회전자 위치신호 및 현재 모터속도를 각기 상기 전압지령발생기(3)와 비교기(1)로 출력한다.

이후, 상술한 동작을 반복 수행하여 모터(5)의 구동을 제어한다.

이때, 본 발명은, 상기와 같은 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기에 있어서, 건조상태의 포를 정확히 검출하기 위한 것으로, 구동초기에는 위치오차가 발생하여 정확한 토크를 발생하기 어려우므로 위치오차를 무시할 수 있도록 구동하는 구간과 가속하여 그 특성으로부터 포량을 검출하는 구간으로 나누는데, 이를 도5 및 도6을 참조하여 설명한다.

우선, 사용자에 의해, 포량 검출모드가 선택되면, 도6과 같이 모터속도(W)를 일정시간 마다 일정횟수 만큼 가변하여 각 단계별 모터속도(W)를 모터토크(T)를 저장하는데, 상기 가변단계는 적어도 3회 이상 수행한다.

그 다음, 상기 저장된 각 단계별 모터속도(W)와 모터토크(T)를 이용하여 포량을 검출한다.

여기서, 가변 단계의 횟수가 3회일 경우를 예를 들어 설명하면, 제1 속도 (W0)까지 가속하여 일정시간이 경과하였는지를 판단하여, 일정시간이 경과되면, 상기 제1 속도(W0)를 저장한후, 모터 토크(T)를 제1 토크(T1)로 제어한다.

그 다음, 상기 제1 토크(T1)에 의해 제2 속도(W1)로 모터를 소정 시간 구동한후, 제2 속도(W1)를 저장한후, 모터 토크(T)를 제2 토크(T2)로 제어하여 그에 따른 제3 속도(W2)로 모터를 소정 시간 구동한후, 제3 속도(W2)를 저장한다.

그 다음, 모터 토크(T)를 제3 토크(T3)로 제어하여 그에 따른 제4 속도(W3)로 모터를 소정 시간 구동한후 제4 속도(W3)를 저장한후, 상기 제1,제2,제3 모터토크(T1~T3) 및 제1,제2,제3,제4 속도(W0~W3)를 이용하여 포량을 검출하는데, 그 포량 검출은 아래의 수학식을 이용하여 구한다.

여기서, W:속도, T:토크 J:포량

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 구동초기에 위치오차가 발생하여 정확한 토크를 발생하기 어려우므로 위치 오차를 무시할 수 있도록 구동하는 구간과 가속하여 그 특성으로부터 포량을 검출하는 구간으로 나누어 제어함으로써 초기에 건조상태의 포량을 정확히 검출하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기에 있어서,

   사용자에 의해, 포량 검출모드가 선택되었는지를 판단하는 제1 과정과;

   상기 제1 과정의 판단결과, 포량검출모드가 아니면 속도제어에 의한 토오크 전류지령치와 플러스전류 지령치를 계산하여 세탁기를 구동하는 제2 과정과;

   상기 제1 과정의 판단결과, 포량 검출모드이면 모터 속도를 다단계로 가변하여 각 단계별 모터 토크와 모터속도를 저장하는 제3 과정과;

   상기 각 단계별 모터 토크과 모터속도를 이용하여 포량을 검출하는 제4 과정으로 수행함을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량검출방법.
2. 제1 항에 있어서, 모터 토크와 모터속도는, 그 모터토크 및 모터속도 가변단계를 적어도 3번 이상 가변하여 검출한후 저장하는 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량검출방법.
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서, 제2 과정은,

   제1 속도까지 가속하여 일정시간이 경과하였는지를 판단하는 제1 단계와;

   상기 제단계의 판단결과, 일정시간이 경과되면, 상기 제1 속도를 저장한후, 모터 토크를 제1 토크로 제어하는 제2 단계와;

   상기 제1 토크에 의해 제2 속도로 모터를 소정 시간 구동한후, 제2 속도를 저장하는 제3 단계와;

   모터 토크를 제2 토크로 제어하여 그에 따른 제3 속도로 모터를 소정 시간 구동한후, 제3 속도를 저장하는 제4 단계와;

   모터 토크를 제3 토크로 제어하여 그에 따른 제4 속도로 모터를 소정 시간 구동한후 제4 속도를 저장하는 제5 단계와;

   상기 제1,제2,제3 모터토크 및 제1,제2,제3,제4 속도를 이용하여 포량을 검출하는 제6 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량감지방법.
5. 제4 항에 있어서, 포량은 아래의 수학식으로 구현되는것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터를 채용한 세탁기의 포량감지방법.

   [수학식 1]

   여기서, W:속도(각 단계별 속도), T:토크(각 단계별 토크) J:포량

   △t:일정시간