KR100590361B1 - Washing machine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모터(10)에 입력한 전기에너지를 물이나 의류의 기계 에너지에 효율좋게 변환하고, 또는 진동을 적고 조용하게 하여 세탁동작을 실시하는 것이 가능한 다이렉트 구동식의 세탁기이며, 효율 좋게 에너지 변환하여 세탁 동작을 실시하는 경우에는 물받이조(4)의 회전진동이 최대가 되도록 진동센서(25)의 측정값 또는 의류의 중량측정값에 기초하여 모터(10)에 의해 회전구동하는 교반체(8)의 가속시간 및 감속시간을 제어하며, 한편 진동이 적은 조용한 세탁동작을 실시하는 경우에는 모터(10)에 의해 회전구동하는 교반체(8)의 가속시간 및 감속시간을 물받이조(4)의 회전진동이 최소가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a direct drive type washing machine capable of efficiently converting electrical energy input to the motor 10 into mechanical energy of water or clothes, or performing washing operation with less vibration and quietness. When the washing operation is performed, the stirring body 8 which is driven by the motor 10 based on the measurement value of the vibration sensor 25 or the weight measurement value of the garment so that the rotational vibration of the drip tray 4 is maximized. Control the acceleration time and deceleration time, and in the case of performing a quiet washing operation with less vibration, the drip tank 4 rotates the acceleration time and deceleration time of the stirring body 8 which is driven by the motor 10. It characterized in that the control to minimize the vibration.
Description
본 발명은 교반체 및 회전조를 브러시리스 모터로 다이렉트로 회전구동하는 구성을 구비한 세탁기에 관한 것이다.The present invention relates to a washing machine having a configuration for directly rotating the stirring body and the rotating tub by a brushless motor.
종래부터 의류에 부착된 오염물질을 각 가정에서 제거하는 수단으로서 전자동 세탁기가 사용되고 있다. 상기 전자동 세탁기는 「세탁」, 「헹굼」, 「탈수」의 일련의 공정을 동일한 조내에서 전자동으로 실시하는 기구를 구비하고 있다.BACKGROUND ART Conventionally, fully automatic washing machines have been used as a means for removing contaminants attached to clothes in each household. The said fully automatic washing machine is equipped with the mechanism which performs a series of processes of "washing", "rinse", "dehydration" fully automatic in the same tank.
상기 전자동 세탁기에서는 「세탁」 및 「헹굼」공정에서는 교반체가 정역회전 구동되고, 「탈수」공정에서는 교반체와, 세탁조겸 탈수조로서의 회전조가 동일한 방향으로 고속회전 구동된다. 이러한 2종류의 구동법에 대처할 필요성에서, 최근의 전자동 세탁기는 감속기를 설치하지 않고, 모터의 로터에 발생한 회전토크를 클러치 기구를 끼우는 것만으로 직접적으로 교반체나 회전조에 전달되는 다이렉트 구동방식이 많이 채용되고 있다. 상기 다이렉트 구동방식에서는 모터와 교반체, 모터와 회전조간에 감속기구가 존재하지 않으므로, 「세탁」공정에서는 교반체와 모터의 로터를 저속, 대토크로 구동시키는 성능이 모터에 요구된다. 또한, 「탈수」공정에서도 감속기구를 구비하는 구동방식의 경우보다도 저속, 대토크를 발생시키는 성능이 모터에 요구된다. 회전속도에 대해서는 「세탁」, 「헹굼」, 「탈수 」의 각 공정에서, 각각 다른 회전속도가 요구된다.In the said fully automatic washing machine, a stirring body is driven to reverse rotation in a "washing" and a "rinse" process, and a rotating body as a washing tank and a dehydration tank is driven at high speed in the same direction in a "dehydration" process. In order to cope with these two kinds of driving methods, the recent automatic washing machine adopts a lot of direct driving methods which are directly transmitted to the stirring body or the rotating tank by simply inserting the clutch mechanism to the rotating torque generated in the rotor of the motor without installing a reduction gear. It is becoming. In the direct drive method, since there is no reduction mechanism between the motor and the stirring body, and between the motor and the rotating tub, the motor is required to drive the stirring body and the rotor of the motor at low speed and large torque in the "washing" process. In addition, even in the "dehydration" process, the motor is required to have a performance that generates low speed and large torque, as compared with the case of the drive system including the reduction mechanism. As for the rotational speed, different rotational speeds are required in each of the steps of "laundry", "rinse" and "dehydration".
이러한 다이렉트 구동방식의 세탁기의 모터에 요구되는 저속, 대토크, 가변속의 조건을 만족시키기 위해, 최근에는 대형의 DC 브러시리스 모터를 채용하고, 그 발생토크를 벡터 제어방식 등에 의한 인버터 제어에 의해 제어하는 방식이 널리 채용되고 있다.In order to satisfy the conditions of low speed, large torque, and variable speed required for such a direct drive washing machine motor, a large DC brushless motor has recently been adopted, and the generated torque is controlled by inverter control by a vector control method or the like. The way of doing this is widely adopted.
그러나, 종래의 이러한 다이렉트 구동방식을 채용한 세탁기에서의 「세탁」공정에서는, 세탁기 각 기구의 진동특성이 충분히 고려되지 않고, 단순히 모터의 최대 회전수와, 회전시간만을 의류에 맞추어 제어하고 있는 경우가 많았다. 이 때문에 모터에서 발생한 토크가, 모터의 로터, 교반체, 세탁수나 의류 등의 회전부분에 효율좋게 전달되지 않고, 모터에 입력된 전기 에너지가 유효하게 활용되고 있지 않은 예가 많았다. 또한, 진동이 적은 조용한 동작이 요망되는 경우에도 예를 들어 물받이조가 공진을 일으켜 소음을 발생시키는 등, 소음상의 문제가 발생하는 예도 많았다.However, in the conventional "washing" process of a washing machine employing such a direct drive method, the vibration characteristics of each washing machine mechanism are not sufficiently considered, and only the maximum rotational speed of the motor and the rotation time are controlled according to the clothes. There were a lot. For this reason, in many cases, the torque generated by the motor is not efficiently transmitted to the rotor, the stirring body, the rotating part of the washing water or the clothes, and the electric energy input to the motor is not effectively utilized. In addition, even when a quiet operation with low vibration is desired, there have been many cases where noise problems occur, for example, the drip tank causes resonance and generates noise.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 효율이 좋은 세탁동작을 희망하는 경우에는 모터의 발생한 토크가 효율좋게, 세탁수나 의류에 전달되는 운전을 할 수 있고, 한편 야간 등에 진동이 적은 조용한 세탁 동작이 요망되는 경우에는 저진동, 저소음 운전을 할 수 있는 세탁기를 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide an efficient operation of the motor when torque is desired, so that the driving torque can be transmitted to the wash water or the clothes, and the vibration is less at night. When a quiet washing operation is desired, it is to provide a washing machine capable of low vibration and low noise operation.
본 발명의 세탁기는 외부상자에 탄성적으로 매달린 물 받이조와, 상기 물받이조 내에 설치된 회전조와, 상기 회전조내에 설치된 교반체와, 상기 물받이조의 외부 저부에 설치되어 상기 교반체를 다이렉트로 회전 구동시키는 모터와, 상기 모터 및 세탁기 전체를 제어하는 제어장치를 구비한 세탁기로서, 상기 제어장치가 세탁 동작시에서의 상기 모터의 가속시간 및 감속시간, 또는 그 중 어느 한쪽의 시간을, 상기 물받이조의 회전진동이 최대가 되도록 제어하는 것을 특징으로 갖는 것이다. 이에 의해, 세탁 동작시에서는 모터에 입력된 전기 에너지를 효율 좋게 세탁수나 의류의 기계 에너지로 변환시킬 수 있다.The washing machine of the present invention is installed in a water receiving tank elastically suspended in an outer box, a rotating tank installed in the water receiving tank, a stirring body installed in the rotating tank, and an outer bottom of the water receiving tank to directly rotate and drive the stirring body. A washing machine having a motor and a control device for controlling the motor and the washing machine as a whole, wherein the control device rotates the drip tray when the acceleration time and the deceleration time of the motor or any one of the time is controlled. It is characterized in that the control to the maximum vibration. Thereby, in the washing operation, the electric energy input to the motor can be efficiently converted into the mechanical energy of the washing water or the clothes.
또한, 본 발명의 세탁기는 상기 제어장치가 세탁동작에 앞서 투입된 의류의 중량을 검출한 후, 의류의 중량에 대응하여 상기 물받이조의 회전진동이 최대가 되는 가속시간과의 관계를 기억한 도표에서, 상기 의류의 중량 검출값에 대응한 가속시간을 판독하고, 상기 판독시간에 일치하도록 세탁동작시에서의 상기 모터의 가속시간 및 감속시간, 또는 그 중 어느 한쪽의 시간을 제어하는 데에 특징을 갖는 것이다. 이에 의해, 세탁동작시에서는 모터에 입력된 전기 에너지를 효율좋게 세탁수나 의류의 기계 에너지로 변환시키는 것이 가능해진다.In addition, in the washing machine of the present invention, after the control apparatus detects the weight of the clothes put before the washing operation, the washing machine stores the relationship with the acceleration time at which the rotational vibration of the drip tray becomes the maximum corresponding to the weight of the clothes. Characterized in that the acceleration time corresponding to the weight detection value of the garment is read out, and the acceleration time and deceleration time of the motor during washing operation are controlled so as to match the reading time. will be. As a result, in the washing operation, the electric energy input to the motor can be efficiently converted into the mechanical energy of the washing water or the clothes.
또한, 본 발명의 세탁기는 외부상자에 탄성적으로 매달린 물받이조와, 상기 물받이조내에 설치된 회전조와, 상기 회전조내에 설치된 교반체와, 상기 물받이조의 회전진동을 검출하는 진동센서와, 상기 물받이조의 외부저부에 설치되어 상기 교반체를 다이렉트로 회전 구동시키는 모터와, 상기 모터 및 세탁기 전체를 제어하는 제어장치를 구비한 세탁기에 있어서, 상기 제어장치가 세탁 동작시에서의 상기 진동센서의 진동검출값이 최대값을 취하도록 세탁 동작시에서의 상기 모터의 가속시간 및 감속시간, 또는 그 중 어느 한쪽의 시간을 제어하는 데에 특징을 갖는 것 이다. 이에 의해, 세탁동작시에서는 모터에 입력된 전기 에너지를 효율 좋게 세탁수나 의류의 기계 에너지로 변환시키는 것이 가능해진다.In addition, the washing machine according to the present invention includes a water holding tank elastically suspended in an outer box, a rotating water tank installed in the water collecting tank, a stirring body provided in the rotating water tank, a vibration sensor for detecting rotational vibration of the water collecting tank, and an outside of the water collecting tank. A washing machine provided in a bottom portion and having a motor for directly rotating and driving the stirring body, and a control device for controlling the motor and the washing machine as a whole, wherein the vibration detection value of the vibration sensor during the washing operation of the control device It is characterized by controlling the acceleration time and the deceleration time of the motor or the time of either of them in the washing operation to take the maximum value. As a result, in the washing operation, the electric energy input to the motor can be efficiently converted into the mechanical energy of the washing water or the clothes.
또한, 본 발명의 세탁기는 외부상자에 탄성적으로 매달린 물받이조와, 상기 물받이조 내에 설치된 회전조와, 상기 회전조 내에 설치된 교반체와, 상기 물받이조의 외부 바닥부에 설치되어 상기 교반체를 다이렉트로 회전 구동시키는 모터와, 상기 모터 및 세탁기 전체를 제어하는 제어장치를 구비한 세탁기에 있어서, 상기 제어장치가 세탁 동작시에서의 상기 모터의 가속시간 및 감속시간, 또는 그 중 어느 한쪽의 시간을, 상기 물받이조의 회전진동이 최소가 되도록 제어하는 데에 특징을 갖는 것이다. 이에 의해, 세탁 동작시에서는 진동의 발생이 적은 조용한 운전을 실현할 수 있다.In addition, the washing machine of the present invention is installed in the water tank resiliently suspended in the outer box, the rotating tank installed in the water tank, the stirring body provided in the rotating tank, and the outer bottom of the water collecting tank to directly rotate the stirring body A washing machine comprising a motor to be driven and a controller for controlling the motor and the washing machine as a whole, wherein the controller is configured to determine an acceleration time and a deceleration time of the motor during washing operation, or any one of them. It is characterized by controlling the rotational vibration of the drip tank to be minimum. Thereby, in the washing | cleaning operation, quiet operation with little generation | occurrence | production of a vibration can be realized.
또한, 본 발명의 세탁기는 상기 제어장치가 세탁 동작에 앞서 투입된 의류의 중량을 검출한 후, 의류의 중량에 대응하여 상기 물받이조의 회전진동이 최소가 되는 가속시간과의 관계를 기억한 도표에서, 상기 의류의 중량검출값에 대응한 가속시간을 판독하고, 상기 판독시간에 일치하도록 세탁 동작시에서의 상기 모터의 가속시간 및 감속시간, 또는 그 중 어느 한쪽의 시간을 제어하는 데에 특징을 갖는 것이다. 이에 의해, 세탁 동작시에서는 진동의 발생이 적은 조용한 운전을 실현할 수 있다.In addition, in the washing machine of the present invention, after the control apparatus detects the weight of the clothes put before the washing operation, the washing machine stores the relationship with the acceleration time at which the rotational vibration of the drip tray is minimized corresponding to the weight of the clothes. Characterized in that the acceleration time corresponding to the weight detection value of the garment is read out, and the acceleration time and deceleration time of the motor during the washing operation are controlled so as to coincide with the reading time. will be. Thereby, in the washing | cleaning operation, quiet operation with little generation | occurrence | production of a vibration can be realized.
또한, 본 발명의 세탁기는 외부상자에 탄성적으로 매달린 물받이조와, 상기 물받이조 내에 설치된 회전조와, 상기 회전조내에 설치된 교반체와, 상기 물받이조의 회전진동을 검출하는 진동센서와, 상기 물받이조의 외부저부에 설치되어 상기 교반체를 다이렉트로 회전 구동시키는 모터와, 상기 모터 및 세탁기 전체를 제어하는 제어장치를 구비한 세탁기에 있어서, 상기 제어장치가 세탁 동작시에서의 상기 진동센서의 진동검출값이 최소값을 취하도록, 세탁 동작시에서의 상기 모터의 가속시간 및 감속시간, 또는 그 중 어느 한쪽의 시간을 제어하는 데에 특징을 갖는 것이다. 이에 의해, 세탁 동작시에서는 진동의 발생이 적은 조용한 운전을 실현할 수 있다.In addition, the washing machine according to the present invention includes a water receiving tank elastically suspended in an outer box, a rotating tank installed in the water receiving tank, a stirring body provided in the rotating tank, a vibration sensor for detecting rotational vibration of the water collecting tank, and an outside of the water collecting tank. A washing machine provided in a bottom portion and having a motor for directly rotating and driving the stirring body, and a control device for controlling the motor and the washing machine as a whole, wherein the vibration detection value of the vibration sensor during the washing operation of the control device It is characterized by controlling the acceleration time and deceleration time of the motor or the time of either of them in order to take the minimum value. Thereby, in the washing | cleaning operation, quiet operation with little generation | occurrence | production of a vibration can be realized.
도 1은 본 발명에 관한 세탁기의 종단면도,1 is a longitudinal sectional view of a washing machine according to the present invention;
도 2는 본 발명 내의 진동센서를 사용하지 않는 방법에 적용 가능한 전기회로의 구성예,2 is a configuration example of an electric circuit applicable to a method not using a vibration sensor in the present invention,
도 3은 본 발명에 의한 세탁 동작시의 모터회전속도의 시간변화를 표시한 도면,3 is a view showing a time change of the motor rotational speed during the washing operation according to the present invention,
도 4는 회전진동을 해석하기 위해 간략화한 세탁기 모델을 도시한 도면,4 shows a simplified washing machine model for analyzing rotational vibration,
도 5는 회전진동의 운동방정식을 세우기 위한 진동계의 모델을 도시한 도면,5 is a view showing a model of the vibration system for establishing a motion equation of the rotary vibration,
도 6은 세탁기를 3개의 부위로 나눈 경우의 회전진동의 운동방정식을 도시한 도면,6 is a view showing the equation of motion of rotational vibration when the washing machine is divided into three parts,
도 7은 물받이조의 회전진동의 진폭의 주파수 특성의 예를 도시한 도면,7 is a diagram showing an example of frequency characteristics of amplitude of rotational vibration of the trough;
도 8은 세탁 동작시에 모터가 발생시키는 토크의 파형을 도시한 도면,8 is a view showing waveforms of torque generated by a motor during a washing operation;
도 9는 가속시의 토크 파형에 포함되는 주파수 성분에 대응하는 진폭의 크기를 표시한 도면,9 is a view showing magnitudes of amplitudes corresponding to frequency components included in torque waveforms during acceleration;
도 10은 본 발명 내의 진동 센서를 물받이조에 부착하는 방식의 세탁기의 종단면도,10 is a longitudinal sectional view of the washing machine in which the vibration sensor in the present invention is attached to the drip tank;
도 11은 본 발명 내의 진동센서를 물받이조에 부착하는 방식의 전기회로의 구성을 도시한 도면,11 is a view showing the configuration of an electric circuit of the method of attaching the vibration sensor in the present invention to the drip tank;
도 12는 「확실한 세탁 코스」가 선택된 경우의 투입 의류 중량에 대응하는 최적가속시간(t1)의 예를 도시한 도표, 및12 is a table showing an example of the optimum acceleration time t1 corresponding to the input garment weight when the "certain washing course" is selected, and
도 13은 「조용한 세탁코스」가 선택된 경우의 투입의류중량에 대응하는 최적가속시간(t1)의 예를 도시한 도표이다.Fig. 13 is a chart showing an example of the optimum acceleration time t1 corresponding to the weight of the charged clothing when the " quiet washing course " is selected.
본 발명을 보다 상세하게 밝히기 위해서 첨부의 도면을 참조하여 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS To describe the present invention in more detail, reference is made to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 관한 세탁조겸 탈수조인 회전조를 구비하고, 인버터 제어된 브러시리스 모터에 의해 다이렉트 구동하는 세탁기의 전체 구성을 도시한 종단면도이다. 도 1에서의 세탁기 본체(1)는 크게 나누어 직사각형 상자형상의 외부상자(2)와, 그 위쪽에 설치된 탑커버(3)로 구성되어 있다. 외부상자(2)의 내부에는 탈수된 물을 받는 외부조인 물받이조(4)가 탄성적으로 매달린 기구(5)에 의해 탄성지지되어 있다. 상기 물받이조(4)의 내부에는 세탁조 및 탈수조를 겸용하는 회전조(6)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 회전조(6)의 둘레벽부에는 다수의 탈수구멍(6a)이 형성되어 있고, 탈수시에는 의류로부터 탈수된 물이 상기 탈수구멍(6a)을 통하여 물받이조(4)내로 방출된다. 또한, 회전조(6)의 상단부에는 탈수시의 회전조(6)의 회전 밸런스를 이루기 위한 밸런스링(7)이 설치되어 있다. 또한, 회전조(6)의 내부 저부에는 교반체(8)가 회전 가능하게 설치되어 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a longitudinal cross-sectional view which shows the whole structure of the washing machine provided with the rotating tank which is a washing tank and a dehydration tank which concerns on this invention, and is directly driven by an inverter controlled brushless motor. The washing machine
물받이조(4)의 외부 저부에는 구동기구부(9)가 설치되어 있다. 상기 구동기구부(9)는 아우터로터형 브러시리스 구조의 모터(10) 및 클러치 기구(도시하지 않음)로 구성되어 있다. 모터(10)의 스테이터(10a)는 구동기구부 베이스(9a)를 통하여 물받이조(4)에 고정되고, 로터(10b)는 교반체(8)에 직결되어 있다. 「세탁」과 「헹굼」의 공정시에는 모터(10)에 의해 교반체(8)만이 정역회전 구동된다. 「탈수」 공정시에는 회전조(6)가 클러치에 의해 로터(10b)에 연계되고 교반체(8)와 일체가 되어 한 방향으로 고속회전 구동되도록 구성되어 있다.The
또한, 물받이조(4)의 저부에는 배수구(11)가 형성되어 있다. 상기 배수구(11)에는 배수밸브(12)가 부착되고, 그 출구에 배수호스(13)가 접속되어 있다. 배수구(12)에는 또한 에어트랩(14)이 설치되어 있다. 에어트랩(14)의 압력은 에어튜브(15)를 통하여 수위센서(16)(도 2에 도시한다)에 인도되어 있다. 수위센서(16)는 물받이조(4)내의 수위를 검출하기 위한 것으로 탑커버(3)의 내측에 부착되어 있다.In addition, a
또한, 탑커버(3)에는 윗면에 덮개(17)가, 전부 상면에 조작 패널(18)이 설치되어 있고, 내부면에는 제어장치(19)가 부착되어 있다. 또한, 탑커버(3)의 후부 내부면에는 회전조(6)내로의 급수를 제어하는 급수밸브(22)(도 2에 도시함)도 부착되어 있다.In addition, the
다음에, 상기 세탁기의 전기적 구성을 도 2를 참조하면서 설명한다. 제어의 중핵을 담당하는 것은 마이크로 컴퓨터를 사용하여 구성된 제어장치(19)이다. 그 메모리에는 세탁기 전체의 동작을 제어하기 위해 필요한 제어 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 상기 제어장치(19)는 모터(10)를 인버터 제어하기 위해 필요한 제어연산을 실행하는 제어장치로서도 기능한다. 모터(10)의 발생 토크 또는 회전속도를 제어하기 위한 제어연산결과는 PWM 형성회로 및 PWM 인버터 회로를 사용하여 구성된 모터구동회로(23)에 보내어지고, 상기 PWM 인버터 회로 출력으로 모터(10)가 구동된다. 모터(10)에는 브러시리스 모터가 사용되고, 그 로터(10b)의 회전위치는 홀 IC(10c)에서 검출된다. 홀 IC(10c)가 검출한 펄스신호는 제어장치(19) 및 모터 구동회로(23)에 입력된다. 또한, 홀 IC(10c)를 사용하여 로터(10b)의 회전위치를 검출하는 방식을 대신하여, 소위 센서리스의 벡터제어방식에 의해 모터(10)의 로터(19b)의 회전위치를 검출함과 동시에 모터(10)를 제어하는 방식 쪽이 바람직하고, 최근에는 상기 센서리스 벡터 제어방식을 채용한 세탁기가 주류가 되고 있다.Next, the electrical configuration of the washing machine will be described with reference to FIG. In charge of the core of the control is a
제어장치(19)에는 또한 조작 패널(18)에 부착된 스위치군(20)으로부터의 ON/OFF 신호, 수위센서(16)로부터의 수위검출신호, 홀 IC(10c)로부터 로터(10b)의 회전위치신호펄스도 입력된다. 또한, 출력신호로서는 상기 모터구동회로(23)로의 제어신호 외에, 배수밸스(12) 및 급수밸브(22)를 개폐하는 신호가 밸브 구동회로(21)로, 조작패널(18)에 부착된 표시기군(24)으로는 표시신호가 출력된다.The
다음에, 상기와 같은 전기적, 기계적 구성 하에서의 「세탁」공정에서의 제어동작에 대해서 설명한다. 아직 물이 채워져 있지 않은 빈 회전조(6)내에 세탁대상의 의류가 투입되고, 덮개(17)가 닫힌 후, 스위치군(20) 중의 세탁개시 스위치가 눌러지면 「세탁」공정이 개시된다.
Next, a description will be given of the control operation in the "laundry" process under the above electrical and mechanical configurations. The clothes to be washed are put into the
세탁기(1)가 전자동 세탁기인 경우에는 통상, 최초로 의류의 중량검출이 이루어진다. 제어장치(19)는 모터구동회로(23)에 소정의 속도지령신호를 출력하고, 회전조(6) 및 교반체(8)의 회전수를 소정값까지 올린 후, 모터(10)로의 급전을 정지시켜, 모터(10)의 구동토크를 제로의 상태, 즉 프리런의 상태로 한다. 그렇게 하면 모터(10)는 기계적 마찰이나 공기저항에 의해 감속을 시작하여 정지로 향하지만, 그 감속비율은 투입되어 있는 의류의 중량에 영향을 받는다. 따라서, 그 감속비율을 모터(10)에 부착한 홀 IC(10c)가 검출한 회전위치펄스의 주파수 변화, 또는 센서리스 벡터제어에 의한 로터회전위치 검출결과에 기초하는 로터(10b)의 회전속도변화로부터 소정의 계산에 의해 의류의 중량을 산출한다.In the case where the
의류의 중량검출이 종료되면, 급수밸브(22)에 「개방」신호가 보내어져 급수가 개시된다. 급수량은 통상, 의류의 중량에 대응하여 결정된 일정량으로 세탁조를 겸하는 회전조(6)에 급수된다.When the weight detection of the clothes is finished, a "open" signal is sent to the
급수가 완료되면 드디어 세탁동작으로 이행된다. 세탁동작에서 회전조(6)는 정지부위인 구동기구부 베이스(9a)에 클러치의 동작에 의해 고정되어 회전되지 않는다. 그리고, 로터(10b)에 직결된 교반체(8)가 모터(10)에 의해 정역회전 구동되고, 이에 의해 회전조(6)내의 세탁수와 의류가 정역회전 동작하게 됨으로써 세탁 동작이 실시된다.When the water supply is completed, the process finally moves to the washing operation. In the washing operation, the
상기 세탁동작중에서의 교반체(8)의 회전동작은 도 3에 도시한 바와 같은 속도 커브에 의해 실시된다. 즉, 정전동작시키는 경우에는 모터(10)로부터 일정 토크가 가속시간(t1) 동안만큼 로터(10b)에 가해진다. 이에 의해, 로터(10b) 및 교 반체(8)는 거의 일정한 가속도로 속도상승하여 소정의 회전수(N)에 도달한다. 소정 회전수(N)에 도달한 후에는 상기 회전수가 그대로 유지되도록 모터 발생 토크가 조정된다.The rotation of the stirring
가속시간(t1)은 「세탁」 공정소요시간을 짧게 하기 위해서 통상은 매우 짧은 시간으로 설정된다. 상기 짧은 가속시간(t1) 내에 로터(1b) 및 교반체(8)의 회전수를 소정 회전수(N)로 높이기 위해서는 모터(10)는 매우 큰 토크를 발생시킬 필요가 있다. 한편, 회전수를 소정값(N)으로 유지하기 위해 필요한 토크는 가속시간(t1) 중에 필요로 되는 토크에 비하면 매우 적은 값이다. 또한, 소정 회전수(N)로 유지되는 시간은 가속시간(t1) 보다는 매우 긴 시간이다. 교반체(8)가 이와 같이 하여 회전 구동됨으로써, 회전조(6)내의 세탁수와 의류에 복잡한 회전운동이 발생하고, 이에 의해 의류의 오염물질이 씻겨내린다.The acceleration time t1 is usually set to a very short time in order to shorten the "washing" process time. In order to raise the rotation speed of the rotor 1b and the stirring
소정 회전수(N)에서의 교반체(8)의 회전이 소정시간 계속된 후에는 감속단계로 이행되어 이윽고 정지에 이른다. 상기 감속시간은 가속시간(t1)과 동일해지도록 발생토크가 제어된다. 상기 감속단계에서의 모터(10)의 발생토크는 가속단계의 토크와는 크기가 동일하고 극성이 반대인 파형이다.After the rotation of the stirring
교반체(8)는 소정 시간만큼 정지상태를 유지한 후, 이번에는 역전동작으로 이행된다. 역전동작은 상술한 정전동작의 속도커브의 회전방향을 반대로 한 만큼의 동일한 속도커브가 되도록 제어된다.The stirring
다음에, 이와 같은 가속, 감속이 실시되는 단계에서의, 세탁기 각부의 진동을 해석하여 조사한다. 진동해석계산을 간략화하기 위해, 세탁기는 도 4에 도시한 바와 같은 3부위로 나누어진 구성요소로 구성되어 있는 것으로 생각된다. 제 1 부위는 정지부위로, 이 부위는 물받이조(4), 회전조(6), 모터의 스테이터(10a)로 구성된다. 제 2 부위는 모터(10)에 의해 직접 회전구동되는 부위로, 모터(10)의 로터(10b)와 교반체(8)로 구성된다. 제 3 부위는 교반체(8)의 회전에 의해 구동되는 부위로, 세탁수와 의류가 이에 상당한다. 모터(10)가 발생시키는 토크는 상기 제 1 부위와 제 2 부위 사이에 작용한다.Next, the vibration of each part of the washing machine at the stage where such acceleration and deceleration is performed is analyzed and investigated. In order to simplify the vibration analysis calculation, it is considered that the washing machine is composed of components divided into three parts as shown in FIG. The first part is a stationary part, and this part is composed of a
이제 상술한 3개의 부위의 회전진동계의 운동을 운동방정식으로 나타내기 위한 준비로서, 상기 3부위의 회전진동계 모델을 도면으로 나타내면 도 5에 도시한 바와 같이 된다. 그리고, 상기 진동계의 운동방정식은 도 6과 같이 나타난다. 이들 도 5, 도 6에서 "m1"은 상기 제 1 부위, 즉 물받이조(4), 회전조(6), 스테이터(10a)의 합계 관성 모멘트, "m2"는 상기 제 2 부위, 즉 로터(10b)와 교반체(8)의 합계 관성 모멘트, "m3"는 상기 제 3 부위, 즉 의류와 세탁수의 합계 관성 모멘트이다. "k1, k2"는 스프링 정수, "c1~c4"는 감쇠정수, "x1~x3"은 상기 제 1, 제 2, 제 3 부위의 회전각, T는 모터가 발생시키는 토크이다. 모터 발생 토크(T)로서 주파수(f)에서 변화되는 정현파 토크를 생각하여, 도 6에 나타낸 운동방식을 x1에 대해서 풀어, 그 회전각(x1)의 크기(진폭)의 주파수 특성을 도면에 그리면 도 7에 나타낸 바와 같이 된다. 횡축은 주파수(f), 종축은 그 주파수에서의 회전각의 진폭의 기준진폭에 대한 비율을 dB 눈금으로 나타낸 것이다. 도면에 도시한 바와 같이 회전각(x1)은 주파수 "f1, f3"로 공진주파수를 갖고, "f2"로 반공진 주파수를 갖는다. 상기 종축 눈금의 기준진폭으로서는 최저차의 공진주파수(f1)에서의 진폭 이 취해져 있다.Now, as a preparation for representing the motion of the rotational vibration system of the three parts described above by the equation of motion, the rotational vibration model of the three parts is shown in the drawing as shown in FIG. And, the equation of motion of the vibration system is shown in FIG. 5 and 6, “m1” is the total moment of inertia of the first portion, that is, the
한편, 교반체(8)를 도 3에 도시한 바와 같은 속도 커브로 구동하기 위해 모터(10)가 발생시키는 토크파형을 정전부분에 대해서만 나타내면, 드디어 도 8과 같이 된다. 횡축은 시간, 종축은 발생토크이다. 통상 모터(10)가 일정 회전속도(N)를 유지하는 시간은 가속, 감속시간(t1) 보다도 충분히 길고, 또한 일정 회전속도(N)로 회전할 때의 필요 토크는 가속, 가속시의 토크에 비하면 충분히 작다. 따라서, 도 8에 도시한 바와 같은 파형의 토크를 도 6의 식 중의 구동토크(T)로서 인가한 경우를 생각하면, 가속시간(t1) 중에 발생한 각 부위의 비교적 큰 진동은 일정회전속도(N)에서의 회전도중에는 감쇠하여 작아지고 있는 것으로 생각된다. 일정회전속도(N)로 회전하고 있는 상태는 직류적인 일정 토크(T)가 인가되어 있는 상태이다. 본 발명은 배경기술의 항의 끝 부분에서 상술한 바와 같이, 효율 좋은 세탁동작을 원하는 경우에는, 모터(10)의 발생 토크가 효율좋게 교반체나 세탁수, 의류에 전달되는 운전을 할 수 있고, 한편 야간 등에 진동이 적은 조용한 동작을 원하는 경우에는 저진동, 저소음 운전을 할 수 있는 세탁기를 제공하는 데에 있다. 따라서, 일정 회전속도(N)를 유지하여 길게 회전하고 있을 때의 상태는 상기 토크전달효율이나 소음발생의 양호불량에는 별로 관계없다. 본 발명의 목적에도 가장 영향을 주는 것은 가속시 및 감속시의 진동계의 동작에 있는 것으로 생각된다. 따라서, 도 8에 도시한 가속시의 토크가 가해졌을 때의 진동계의 거동만을 문제로서 해석하면 좋다.(감속시에는 회전방향이 반대가 될 뿐 동일한 거동이 된다.)
On the other hand, the torque waveform generated by the
그 거동을 검토하기 위해 도 8에 도시한 토크파형, 즉 진폭이 일정하고 계속시간(t1)의 토크파형이 1개만 단발적으로 인가되는 경우를 생각할 수 있다. 그와 같은 단발펄스에 포함되는 토크성분의 주파수 특성을 조사하기 위해 상기 단발파형을 푸리에 변환하여 그래프로 그리면 도 9에 도시한 바와 같이 된다. 횡축은 단발펄스에 포함되는 주파수 성분이고, 종축은 그 주파수에 대응하는 토크의 크기(진폭)의, 주파수 제로의 경우의 값에 대한 상대값을 dB눈금으로 나타낸 것이다. 도 9가 도시한 바와 같이 토크의 주파수 성분에는 극소가 되는 주파수가 존재한다. 극소가 되는 주파수가 낮은 쪽의 2개의 주파수를 f4, f5로 하면, 그들 값과 도 3 및 도 8 중의 가속(또는 감속)시간(t1) 사이에는 다음의 관계가 있는 것이 알려져 있다.In order to examine the behavior, it may be considered that the torque waveform shown in Fig. 8, that is, the amplitude is constant and only one torque waveform of the duration time t1 is applied singly. In order to investigate the frequency characteristics of the torque component included in such a single pulse, the single waveform is graphed by Fourier transform and as shown in FIG. 9. The horizontal axis represents the frequency component included in the single pulse, and the vertical axis represents the relative value of the magnitude (amplitude) of the torque corresponding to the frequency in the case of frequency zero in dB scale. As shown in Fig. 9, a minimum frequency exists in the frequency component of the torque. It is known that the following relationship exists between these values and the acceleration (or deceleration) time t1 in FIGS. 3 and 8 when the two frequencies with the lowest frequency are set to f4 and f5.
발명자들의 조사에 의하면 도 9에서의 토크성분이 극소가 되는 주파수(f4)를 도 7에서의 반공진 주파수(f2)에 일치시키도록 가속시간(t1)을 제어하면, 모터(10)에 입력된 전기에너지가 효율좋게 세탁수와 의류의 운동에너지로 변환되는 것이 판명되었다. 또한, f4를 반공진 주파수(f2)에 일치시키도록 제어한 경우에는 물받이조(4)의 회전방향진동이 전체적으로 커지는 것도 판명되었다. 이것은, 발생토크성분이 극소가 되는 주파수(f4)가 도 7의 반공진 주파수(f2), 즉 진동하기 어려운 주파수(f2)에 일치시킴으로써, f4 이외의 주파수에 의한 토크성분에 의해, 진동계가 크게 진동되고, 모터(10)의 발생 토크가 기계 에너지, 그 중에서도 세탁수와 의류 의 기계 에너지로 효율 좋게 변환되기 때문으로 생각된다.According to the inventors' investigation, when the acceleration time t1 is controlled to match the frequency f4 at which the torque component in FIG. 9 is minimized to the anti-resonant frequency f2 in FIG. It has been found that electrical energy is efficiently converted into the kinetic energy of wash water and clothes. In addition, when f4 is controlled to match the anti-resonant frequency f2, it has also been found that the rotational direction vibration of the
한편, 세탁기를 진동을 적게 하여 조용하게 운전시키고 싶은 경우에는 도 9의 발생토크성분이 극소가 되는 주파수(f4)가 도 7의 최저차의 공진주파수(f1)에 일치하도록 가속시간(t1)을 제어하면, 모터(10)가 발생시킨 토크(7)가 비교적 커도, 조용한 운전을 할 수 있는 것이 판명되었다. 이것은 공진을 일으키는 주파수(f2)에 대응하는 구동토크성분(주파수(f4)의 토크성분)이 극소값이므로, 공진을 일으키기 어렵기 때문이라 생각된다.On the other hand, when the washing machine is to be operated quietly with less vibration, the acceleration time t1 is controlled so that the frequency f4 at which the generated torque component of FIG. 9 becomes minimum matches the resonance frequency f1 of the lowest difference of FIG. As a result, it has been found that quiet operation can be performed even if the
이와 같이 에너지 변환효율을 중시하는 경우에는 주파수(f4)를 반공진 주파수(f2)에, 진동이 적고 조용한 운전을 원하는 경우에는 주파수(f4)를 최저차의 공진주파수(f1)에 일치시키도록 가속 및 감속시간(t1)을 제어함으로써 목적이 달성되는 것이 판명되었다.In this way, when the energy conversion efficiency is important, the frequency f4 is accelerated to match the anti-resonant frequency f2 and the frequency f4 is coincident with the lowest resonant frequency f1 when quiet operation is desired with little vibration. And the control is achieved by controlling the deceleration time t1.
다음에 주파수(f4)(=1/t1)를 공진주파수(f1) 또는 반공진주파수(f2)에 일치시키기 위해, 가속시간 및 감속시간(t1)을 제어하는 방법에 대해서 설명한다. 상기 가속시간, 감속시간(t1)의 변경은 제어장치(19)로부터 모터구동회로(23)로 부여되는 토크지령값의 파형 중의 일정토크 발생시간(t1)을, 목표로 하는 값으로서 출력하면 되는 것이다. 그러나, 여기에서 문제가 되는 것은 주파수(f4)를 f1 또는 f2에 일치시키기 위한 가속시간(t1)을 어떻게 하여 발견하는가이다. 그 방법으로서 발명자들은 다음의 2종류의 방법을 생각해내었다.Next, a method of controlling the acceleration time and the deceleration time t1 in order to match the frequency f4 (= 1 / t1) with the resonance frequency f1 or the anti-resonance frequency f2 will be described. The acceleration time and the deceleration time t1 can be changed by outputting the constant torque generation time t1 in the waveform of the torque command value supplied from the
그 첫번째 방법은 물받이조(4)에 그 회전방향의 진동을 검출하는 진동센서(25)를, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 부착하는 것이다. 물받이조(4)의 진동에는 다수의 주파수 성분의 진동이 포함되어 있다. 따라서, 진동의 크기를 판정하는 데에는 예를 들어 가속시간(t1) 중의 진동파형의 전압신호를 정류하여 직류전압으로 변환시키고, 그 크기로 진동크기를 판정하면 좋다. 이와 같은 구성으로 해 두고 세탁동작의 초기에서 가속시간(t1)을 예를 들어 0.2~1.0초의 사이에서 예를 들어 0.1초간격으로 변화시키고, 그 때의 진동의 크기를 측정한다. 그리고, 에너지의 전달효율을 우선한 세탁동작을 실시하는 경우에는, 특정한 진동이 최대가 되도록 가속시간(t1)을 결정한다. 반대로, 진동이 적은 조용한 세탁동작을 실시하는 경우에는 측정한 진동이 최소가 되도록 가속시간(t1)을 결정한다. 이와 같이 하면, 각각의 목적에 합치한 세탁동작을 실행시킬 수 있다.The first method is to attach the
그 제 2 방법은 투입한 의류중량, 급수한 수량에 대응하여 전달효율최대, 및 진동최소가 되는 가속시간(t1)을 각각 구해 두고, 그 대응표를 미리 제어장치(19) 내의 메모리에 기억시켜 둔다. 그리고, 의류중량을 측정하여 그 값에 대응하는 가속시간, 감속시간(t1)을 그 대응표로부터 판독하여 제어에 사용하는 방법이다.The second method calculates the acceleration time t1, which is the maximum transmission efficiency and the minimum vibration, in correspondence with the weight of the clothes put in and the quantity of water supplied, and stores the corresponding table in the memory in the
앞에서도 설명한 바와 같이 전자동 세탁기에서는 「세탁」공정의 처음에 투입된 의류의 중량이 계측된다. 급수되는 수량은 계측된 의류의 중량과, 스위치군(20)에 의해 선택된 세탁코스, 예를 들어 「확실한 세탁코스」, 「조용한 세탁코스」 등의 조합마다 미리 정해져 있고, 그에 따라서 급수가 실행된다. 즉, 의류의 중량과 세탁 코스가 정해지면, 의류의 중량과 세탁수량의 합계질량을 제어장치(19)가 파악할 수 있다. 따라서, 그 합계질량에 대응하여 에너지 효율이 최대가 되는 가속시간(t1) 및 진동, 소음이 최저가 되는 가속시간(t1)을, 미리 계산 또 는 실험에 의해 파악하여 대응표를 작성하고, 메모리에 기억해 둠으로써 목적에 맞는 세탁동작을 실행시킬 수 있다. 도 12와 도 13은 이렇게 한 대응표의 예로, 도 12는 「확실한 세탁코스」(효율이 좋은 세탁코스)가 선택된 경우의, 의류중량에 대응하는 최적의 가속, 감속시간(t1)과, 그 경우의 반공진 주파수(f2)와의 관계를 나타낸 도표의 예이다. 또한, 도 13은 「조용한 세탁코스」(진동이 적은 선택코스)가 선택된 경우의, 의류중량에 대응하는 최적의 가속, 감속시간(t1)과, 그 경우의 최저차의 공진주파수(f1)와의 관계를 나타낸 도표의 예이다.As described above, in the fully automatic washing machine, the weight of clothes put at the beginning of the "laundry" process is measured. The amount of water to be watered is determined in advance for each combination of the weight of the measured clothes and the washing course selected by the
이상의 설명에서는 가속시간과 감속시간을 동일한 시간으로 함으로써 설명했지만, 이와 같이 하면 목적에 가장 합치된 결과가 얻어지기 때문이다. 목적으로 하는 효과가 다소, 희생되어도 좋다면 가속시간 또는 감속시간 중 어느 한쪽만을 상술한 바와 같은 방법으로 제어하고 다른쪽 시간은 그와는 다른 시간으로 하여 운전해도 좋다.In the above description, the acceleration time and the deceleration time are set to be the same time, but this is because the result most suitable for the purpose is obtained. If the desired effect may be sacrificed somewhat, only one of the acceleration time or the deceleration time may be controlled in the same manner as described above, and the other time may be operated at a different time.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 세탁기는 전기 에너지를 가장 효율 좋게 세탁수와 의류의 기계 에너지로 변환하는 세탁 동작을 실현하고 싶은 경우에는, 그 목적에 맞는 세탁동작을 시키는데 적합하다. 또한, 진동이 적은 조용한 세탁동작을 희망하는 경우에는 그 목적에 맞는 세탁 동작을 시키는 데에 적합하다.As described above, the washing machine according to the present invention is suitable for carrying out a washing operation suited to the purpose when a washing operation for converting electrical energy into machine energy of washing water and clothes is most efficiently performed. In addition, when a quiet washing operation with less vibration is desired, it is suitable for making the washing operation suitable for the purpose.
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