KR102100190B1 - 모터 및 이를 포함하는 가전제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 성능 및 효율이 향상된 모터에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 코일이 권선된 스테이터; 그리고 영구자석이 구비되며, 상기 코일과 상기 영구자석 사이의 전자기적 상호 작용에 의해, 상기 스테이터에 대해서 회전하는 로터를 포함하며, 상기 로터의 회전 속도가 다른 적어도 두 개의 구동 모드에서, 상기 영구자석이 서로 다른 자력 세기를 갖도록, 상기 영구자석의 착자 또는 감자가 수행됨을 특징으로 하는 모터가 제공될 수 있다.

Description

모터 및 이를 포함하는 가전제품{motor and a home appliance including the same}

본 발명은 모터에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 성능 및 효율이 향상된 모터에 관한 것이다.

본 발명에 따른 모터는 세탁기와 같은 가전제품에 적용되는 모터일 수 있으나, 반드시 적용 예가 이에 한정되지는 않는다.

일반적으로 모터는 로터의 회전력을 회전축으로 전달하여, 상기 회전축이 부하를 구동하게 된다. 예를 들어, 상기 회전축이 세탁기의 드럼에 연결되어 드럼을 구동시킬 수 있으며, 냉장고의 팬과 연결되어 필요한 공간으로 냉기가 공급되도록 팬을 구동시킬 수 있다.

한편, 이러한 모터에 있어서, 로터는 스테이터와의 전자기적인 상호 작용에 의해서 회전하게 된다. 이를 위해서 상기 스테이터에는 코일이 권선 되며, 상기 코일에 전류가 인가됨에 따라 로터가 스테이터에 대해서 회전하게 된다.

상기 스테이터는 스테이터 코어를 포함하여 이루어지는데, 상기 스테이터 코어는 도체로 이루어진다. 아울러, 스테이터는 일반적으로 대상물에 고정되는 구성이다. 따라서, 이러한 스테이터를 모터 하우징, 모터 브라켓 그리고 세탁기의 터브와 같은 대상물에 고정시키기 위해서는 고정 수단이 필요하게 된다.

또한, 상기 스테이터에는 코일이 권선되는데, 코일과 스테이터 코어 사이에는 절연 수단이 필요하게 된다. 아울러, 코일에 전원을 인가하기 위한 탭 터미널 구조가 필요하게 된다. 따라서, 상기 스테이터 코어는 전술한 고정수단, 코일 그리고 탭 터미널과의 절연 구조가 필요하게 된다. 이러한 절연 구조를 위해,인슐레이터가 구비될 수 있다.

이하에서는, 도 1과 도 2를 참조하여, 일반적인 모터에 대해서 구체적으로 설명한다. 도시된 모터는 세탁기의 드럼 구동용 모터의 일례이며, 로터가 스테이터의 외측에서 회전하는 아우터 로터 타입의 모터의 일례이다. 그러나, 본 발명은 이러한 일례에 한정되지 않을 것이다.

먼저, 도 1을 참조하여, 종래 세탁기 모터의 스테이터에 대해서 설명한다.

스테이터(100)는 스테이터 코어(110)와 상부 인슐레이터(120), 그리고 하부 인슐레이터(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 스테이터 코어(110)는 백요크(111)와 상기 백요크의 외주를 따라서 반경 방향 외측으로 돌출된 티스(112)를 포함하여 이루어진다. 도 1은 스테이터 코어(110)의 외측에 후술하는 로터가 구비되어 회전하는 아우터(outer) 로터 타입 모터의 스테이터가 도시된 것이다. 따라서, 이와 반대로 상기 티스(112)가 상기 백요크의 내주를 따라 반경 방향 내측으로 돌출될 수도 있다. 이 경우 상기 스테이터는 이너(inner) 로터 타입 모터의 스테이터가 될 것이다.

한편, 상기 스테이터 코어(110)는 강판을 타발한 후 적층하여 형성될 수 있다. 그러나 이러한 방법을 사용하는 경우에는 내측에 원형으로 발생되는 강판 조각 등은 필요가 없게 되어 재료가 낭비될 여지가 많다. 따라서, 띠 형상의 백요크와 상기 백요크에서 수직으로 돌출된 티스를 나선 형상으로 굴곡시켜 가면서 적층하여 스파이럴 코어로 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 스파이럴 코어 형태가 도 1에 도시되어 있다.

그리고, 상기 적층된 환형의 백요크(111)에는 각 층이 서로 결합되어 일체로 스테이터 코어가 형성되도록 코킹부(113)가 형성된다.

상기 티스(112)에는 코일(미도시)이 권선 된다. 그러나 상기 티스는 일반적으로 도체 재질이므로, 상기 티스와 코일 사이에는 절연을 위한 인슐레이터가 일반적으로 구비된다. 일례로, 스테이터 코어(110)의 상부와 하부에 각각 인슐레이터(120, 130)가 구비된다. 즉, 상기 상부 인슐레이터(120)와 하부 인슐레이터(130)가 상기 스테이터 코어(110)의 상측과 하측에 각각 결합되어, 상기 스테이터 코어(110)를 감싸게 된다. 이때, 상기 티스(112)를 감싸는 권선부(120A, 130A)에 코일이 권선 된다.

상기 권선부(120A, 130B)는 티스 수용부(121, 131)를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 상기 티스 수용부(121, 131) 내에 티스(112)가 삽입되어 수용될 수 있다. 따라서, 권선되는 코일과 티스(121) 사이에는 상기 티스 수용부(121, 131)가 위치되어, 코일과 티스 사이의 절연이 이루어지게 된다.

한편, 상기 인슐레이터(120, 130)는 상기 권선부(120A, 130B)의 반경 방향 외측 또는 반경 방향 내측에 구비되는 고정부(120B, 130B)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 권선부(120A, 130A)와 상기 고정부(120B, 130B)는 단일 몸체로 이루어질 수 있다. 즉, 상부 인슐레이터(120)의 경우, 권선부(120A)와 고정부(120B)가 단일 몸체로 이루어진다고 할 수 있다. 그리고, 상기 인슐레이터(120, 130)는 플라스틱 재질로 이루어져, 사출을 통해 단일 몸체를 갖게 된다.

여기서, 상기 권선부(120A, 130A)는 티스(112)에 결합되는 부분이라 할 수 있고, 상기 고정부(120B, 130B)는 백요크(111)에 결합되는 부분이라 할 수 있다. 따라서, 상기 권선부는 티스와 코일 사이의 절연 기능을 수행하고, 상기 고정부는 백요크와 다른 구성들과의 절연 기능을 수행하게 된다. 상기 다른 구성들은, 코일, 코일 말단, 스테이터가 고정되는 대상물 등일 수 있다.

상기 고정부(120B, 130B)는 반경 방향 내측으로 돌출된 체결 보스(125, 135)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 체결 보스에는 상기 스테이터(100)를 세탁기의 터브 후벽면(미도시)에 위치시켜 고정시키기 위한 체결홀(126, 136)이 형성될 수 있다. 물론, 이러한 체결 보스(125, 135)는 반드시 상기 터브에 고정시키기 위한 구성이 아닐 수 있으며, 그 적용례에 따라 모터의 외형을 형성하는 브라켓(미도시) 내지는 모터 하우징(미도시)과 고정 결합되기 위한 구성일 수도 있다.

상기 세탁기가 수평축 세탁기인 경우, 상기 스테이터(100)는 터브의 후벽면에 고정되어 드럼을 직접 구동할 수 있다. 그리고, 상기 세탁기가 수직축 세탁기인 경우, 상기 스테이터(100)는 터브의 하벽면에 고정되어 드럼을 직접 구동할 수 있다. 따라서, 수직축 세탁기의 상부를 전면 그리고 하부를 후면이라 할 수 있으므로, 어느 경우나 스테이터(100)는 터브의 후벽면에 고정될 수 있다.

상기 상부 인슐레이터의 체결홀(126)과 상기 하부 인슐레이터의 체결홀(136)은 상기 상부 인슐레이터, 스테이터 코어, 그리고 하부 인슐레이터가 결합 시 서로 대응되어 하나의 체결홀(126, 136)을 형성한다. 이러한 체결홀에 볼트(미도시) 등을 통하여 스테이터 전체가 전술한 터브 등에 고정될 수 있다. 즉, 인슐레이터에 형성되는 체결홀(126, 136)을 통해 스테이터(100)가 터브의 후벽면에 고정될 수 있다.

아울러, 상기 상부 인슐레이터의 체결홀(126) 인근에는 위치 결정 돌기(127)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 위치 결정 돌기가 먼저 터브 등에 형성되는 홈(미도시)에 삽입되어 스테이터(100)의 위치가 결정된 후, 전술한 볼트와 체결홀(126, 136) 등을 이용하여 스테이터(100)가 세탁기의 터브에 고정될 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 스테이터에는 u, v, w 각 상에 대응되는 코일이 권선될 수 있다. 하나의 티스가 하나의 자극을 갖도록 하나의 티스에 하나의 코일이 권선될 수 있다. 이를 집중권이라고 하는데, 스테이터의 자극이 많아질수록 로터의 최대 회전 속도가 작아진다. 따라서, 모터를 제어하기가 용이하며, 최대 토크도 상대적으로 커질 수 있다.

먼저, 하나의 티스에 u 상 코일의 권선이 종료되면 상기 코일은, 상부 인슐레이터에 형성된 코일 감김 리브(122)에 감겨 고정된 후 이웃하는 두 개의 티스를 건너서 다음 티스에 다시 권선된다. 이러한 u 코일의 시작단과 말단은 각각 전원 접속용 탭 터미널(128)과 중성점 탭 터미널(129)에 위치된다. 이러한 방법으로 v 상과 w 상의 코일도 권선된다.

여기서, 상기 전원 접속용 탭 터미널에는 커넥터(140)가 결합되어, 3 상(Phase)의 전원이 u, v, w 각 상의 코일에 인가된다. 아울러, 상기 각 상의 코일의 말단들은 모두 중성점 탭 터미널(129)에서 서로 전기적으로 연결되어 중성점을 형성하게 된다.

여기서, 상기 탭 터미널(128, 129)은 외형이 절연 재질로 형성되며, 상기 인슐레이터와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 상기 인슐레이터의 고정부(120B)는 상기 탭 터미널(128, 129)을 포함하여 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 탭 터미널에 코일 말단이 위치되어 고정되면, 상기 스테이터 코어와 상기 코일 말단 사이에 절연이 이루어지게 된다.

한편, 상기 탭 터미널, 즉 전원 접속용 탭 터미널(128)과 상기 중성점 탭 터미널의 일측에는 홀 센서 어셈블리(141)가 고정된다. 이러한 홀 센서 어셈블리를 통해서 로터의 위치 및/또는 속도를 감지하여 인가되는 전압의 위상과 전류의 세기를 조절하여 로터의 회전 속도 및 토크를 제어할 수 있도록 한다. 즉, 제어부(미도시)는 전압과 전류를 제어하여 로터의 구동을 제어한다고 할 수 있다.

상기 코일 감김 리브(122)의 반경 방향 내측에는 원주 방향 따라 인슐레이터 리브(123)가 형성될 수 있다. 물론, 이러한 인슐레이터 리브(123)는 상부 인슐레이터뿐만 아니라 하부 인슐레이터에도 형성된다. 이러한 인슐레이터 리브(123)는 소정 높이 이상으로 형성되어 인슐레이터의 내측의 수분이 권선부(121, 131)로 흐르는 것을 차단하는 기능을 수행하게 된다.

아울러, 상기 인슐레이터 리브(123)는 코일이 권선되는 높이 보다 높도록 형성됨이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 스테이터(100)를 취급할 때 주변의 다른 물건 등에 코일이 손상될 우려가 있기 때문이다. 즉, 바닥에 내려 놓는 경우에는 바닥에 상기 인슐레이터 리브(123)만 접촉하고 코일은 바닥에 접촉되지 않으므로 코일의 손상을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 인슐레이터 리브(123)는 인슐레이터는 코일의 권선이나 이동, 그리고 코일 말단이 고정되는 부분과 스테이터가 대상물에 고정되는 부분을 공간적으로 구획하는 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 코일을 통해 대상물로 전류가 흘러 누전되는 것을 방지할 수 있다.

도 2를 참조하여, 종래 세탁기 모터의 로터에 대해서 설명한다.

본 발명에 따른 로터(200)는 로터 프레임(210), 영구자석(216)을 포함하여 이루어진다.

상기 로터 프레임(210) 베이스(212)와 상기 베이스의 외측에 형성되는 측벽부(211)를 포함하여 이루어지며, 이들은 하나의 철판을 프레싱 가공하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 측벽부의 내측에는 원주 방향을 따라 복수 개의 영구자석이 구비된다. 이러한 영구자석들은 원주 방향을 따라 교대로 N극과 S극으로 착자된다.

그리고, 상기 측벽부(211)는 자로를 형성하는 백요크 기능을 수행하게 된다.즉, 상기 측벽부(211)가 자로를 형성하는 로터의 백요크라 할 수 있다.

물론, 전술한 로터 프레임은 사출로 형성될 수 있으며, 이 경우에는 환형의 자성 백요크가 별도로 구비되어야 할 것이다.

일반적으로, 상기 영구자석은 하나의 자극 당 하나의 자석으로 형성된다. 예를 들어, 자극이 48개인 경우, 48개의 자석이 사용될 수 있다. 이러한, 영구자석은 소결 자석으로, 페라이트 자석이 일반적이라 할 수 있다. 또한, 페라이트 자석은 상기 측벽부의 내측에 부착되는 것이 일반적이다.

아울러, 상기 베이스(212)의 중앙부에는 상기 베이스의 강성 보강을 위해 상측으로 융기된 허브부(213)가 형성된다. 이러한 허브부(213)는 중앙에 통공(219)이 형성되는 데, 이 부분에 회전축(미도시), 예를 들어 세탁기의 회전축이 위치된다. 그리고, 상기 회전축과 상기 허브부(213)는 도시되지 않은 커넥터 등을 이용하여 서로 연결된다. 따라서, 상기 로터가 회전됨에 따라 로터의 회전력이 회전축으로 전달되게 된다.

또한, 상기 허브부(213)에는 전술한 커넥터가 결합되기 위한 결합홀(214)이나 커넥터의 위치를 먼저 결정하기 위한 위치 결정 홈(215) 등이 형성될 수 있다.

이러한 로터(200)는 상기 스테이터(100)를 내부에 수용하게 되고, 상기 스테이터(100)의 상호 작용을 통하여 상기 스테이터(100)에 대해서 회전하게 된다. 물론, 이러한 로터의 회전력은 상기 로터 프레임(210)과 결합되어 일체로 회전하는 회전축(미도시)으로 전달되게 된다.

전술한 종래의 모터, 특히 로터(200)에 구비되는 영구자석(216)의 자력은 실질적으로 고정된다. 즉, 착자 후 영구자석의 자극과 자력은 실질적으로 가변되지 않는다.

상기 영구자석(216)의 크기, 형상, 재질 등은 원하는 모터의 성능을 위해 결정될 수 있다. 이를 통해서, 원하는 자력을 갖는 영구자석을 포함하는 모터를 제작하게 된다.

많은 경우, 상기 모터는 사용되는 영역이 동일할 수 있다. 즉, 특정 범위 내에서 회전 속도와 토크를 갖도록 구동되는 것이 일반적이다. 물론, 전기 자동차 구동용 모터와 같이 특정 범위가 매우 넓을 수도 있을 것이다.

여기서, 로터가 구동되는 회전 속도와 토크 범위가 넓은 경우, 또는 빈번하게 구동되는 영역이 서로 상이한 경우, 전 영역 또는 빈번하게 구동되는 영역들에서 모터의 효율이 일정하지 않은 문제가 있다.

예를 들어, 저속 및 저토크 구동 영역에서 효율이 높지만 고속 및 고토크 구동 영역에서 효율이 낮을 수 있다. 반대의 경우, 저속 및 저토크 구동 영역에서는 효율이 낮고, 고속 및 고토크 구동 영역에서 효율이 낮을 수도 있다.

따라서, 전 영역 또는 사용 영역과 무관하게 고효율을 갖는 모터 및 이를 포함하는 구동장치를 제공할 필요가 있다. 물론, 이러한 구동장치를 갖는 가전제품을 제공할 필요가 있다.

또한, 종래의 모터와 비교하여, 전 영역 또는 사용 영역 모두에서 효율이 증진될 수 있는 모터 및 이를 포함하는 구동장치를 제공할 필요가 있다.

한편, 이러한 효율 증진을 위해 과도한 제작비의 상승은 바람직하지 않다. 따라서, 구성이나 구조의 경미한 변경만을 통해서도 효율을 증진시킬 수 있는 모터 및 이를 포함하는 구동장치 또는 가전제품을 제공할 필요가 있을 것이다.

아울러, 최대 회전 속도 내지는 허용되는 최대 회전 속도를 높여, 다양한 환경에 사용될 수 있는 모터, 구동장치 그리고 이들을 포함하는 가전제품을 제공할 필요가 있을 것이다.

본 발명은 기본적으로, 전술한 종래 모터의 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예를 통하여, 효율을 증진시킬 수 있는 모터 및 이를 포함하는 가전제품을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통하여, 종래의 모터 구성에서 경미한 변경만을 통해 효율이 현저히 증진될 수 있는 모터 및 이를 포함하는 가전제품을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통하여, 모터의 회전 속도나 토크가 상이한 적어도 두 개의 구동 모드에서 효율이 증진시켜, 전체적으로 효율이 증진될 수 있는 모터 및 가전제품을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통하여, 세탁 시와 탈수 시 모두 효율이 증진될 수 있는 세탁기 구동용 모터 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통하여, 탈수 시 회전 속도를 증가시켜 탈수 시간 및 세탁 코스 소요 시간을 줄여, 사용이 편리한 세탁기를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예를 통하여, 최대 토크를 증가시켜 세탁 가능한 세탁물의 무게, 즉 세탁 용량을 증가시킬 수 있는 세탁기를 제공하고자 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 코일이 권선된 스테이터; 그리고 영구자석이 구비되며, 상기 코일과 상기 영구자석 사이의 전자기적 상호 작용에 의해, 상기 스테이터에 대해서 회전하는 로터를 포함하며, 상기 로터의 회전 속도가 다른 적어도 두 개의 구동 모드에서, 상기 영구자석이 서로 다른 자력 세기를 갖도록, 상기 영구자석의 착자 또는 감자가 수행됨을 특징으로 하는 모터가 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 이러한 모터를 갖는 구동장치나 가전제품을 제공할 수 있다.

상기 구동 모드는, 제1구동 모드와 상기 제1구동 모드에 비해 상대적으로 저 토크와 고 회전 속도를 갖는 제2구동 모드를 포함할 수 있다.

상기 제1구동 모드 수행을 위해, 상기 영구자석은 착자에 의해 자력 세기가 증가되며, 상기 제2구동 모드 수행을 위해, 상기 영구자석은 감자에 의해 자력 세기가 감소될 수 있다. 즉, 서로 다른 구동 모드들에서 영구자석의 자력 세기는 변경될 수 있다. 자력 세기의 증가를 위해서는 착자가 수행되고, 자력 세기의 감소를 위해서는 감자가 수행될 수 있다.

이러한, 구동 모드는 3 개 이상일 수 있으며, 각각의 구동 모드에서의 자력 세기는 모두 다를 수 있다. 물론, 일부의 구동 모드에서만 자력 세기가 다를 수 있다. 또한, 자력 세기의 증감 폭을 달리하기 위해, 착자의 세기나 감자의 세기가 달라질 수도 있을 것이다.

상기 모터는 세탁기의 드럼 구동용 모터일 수 있다. 즉, 드럼의 구동축과 모터의 로터가 연결되어 상기 드럼을 구동시키는 모터일 수 있다.

여기서, 상기 세탁기는 수평축 세탁기와 수직축 세탁기 모든 경우에 해당될 수 있다. 또한, 모터가 풀리에 의해서 드럼을 구동하든지 직접 드럼을 구동하든지에도 무관하게 본 실시예가 적용될 수 있다.

세탁기의 경우, 상기 제1구동 모드는 세탁 모드 또는 헹굼 모드를 포함하며, 상기 제2구동 모드는 탈수 모드를 포함할 수 있다.

상기 영구자석은, 상기 로터의 원주 방향을 따라 복수 개(m)의 단위 영구자석을 포함하고, 상기 복수 개의 단위 영구자석 중 일부는, 착자 및 감자 특성이 서로 상이한 이종 영구자석으로 이루어질 수 있다. 따라서, 복수 개의 단위 영구자석 중 일부는, 착자 및 감자 특성이 동일한 단일 종 영구자석으로 이루어질 수 있다.

상기 이종 영구자석은, 페라이트 영구자석과 알니코 영구자석으로 이루어질 수 있다. 그리고, 단일 종 영구자석은 페라이트 영구자석으로 이루어질 수 있다. 따라서, 착자 시의 자력 세기는 페라이트 자석과 알니코 자석의 자력 세기의 합이라 할 수 있다. 그리고, 감자 시의 자력 세기는 페라이트 자석만의 자력 세기의 합이라 할 수 있다.

상기 이종 영구자석은, 상기 로터의 원주 방향을 따라 대칭이 되도록 위치됨이 바람직하다.

상기 단위 영구자석의 수(m) 전체에 대한 상기 이종 영구자석을 갖는 단위 영구자석의 수(n)의 비(n/m)는 1/3일 수 있다. 이 경우, 단일 종 단위 영구자석 수에 대한 이종 단위 영구자석의 수의 비는 1/2라 할 수 있다.

상기 모터는, 상기 로터가 상기 스테이터의 내측에서 회전하는 이너 로터 타입 모터일 수 있으며, 상기 로터가 상기 스테이터의 외측에서 회전하는 아우터 로터 타입 모터일 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 코일이 권선된 스테이터; 착자 및 감자 특성이 상이한 이종 영구자석을 포함하는 영구자석이 구비되며, 상기 코일과 상기 영구자석 사이의 전자기적 상호 작용에 의해, 상기 스테이터에 대해서 회전하는 로터; 그리고 상기 코일에 인가되는 전류를 제어하여, 상기 로터의 구동과 상기 영구자석의 착자 및 감자를 제어하는 제어부를 포함하는 모터 및 이를 포함하는 가전제품이 제공될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 로터의 구동 모드에 따라 상기 영구자석의 착자와 감자를 선택적으로 수행할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부는, 로터를 회전시키기 위해 적절하게 전류를 인가하도록 제어할 수 있다. 즉, 스테이터의 코일에 인가되는 전류의 세기와 전류의 위상각을 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 스테이터의 코일에 인가되는 전류의 세기를 제어하여 영구자석의 착자와 감자를 제어할 수 있다. 예를 들어, 로터가 정지된 상태에서 최대 전류를 인가하여, 영구자석의 착자와 감자가 수행되도록 제어할 수 있다.

상기 구동 모드는, 제1구동 모드와 상기 제1구동 모드에 비해 상대적으로 저 토크와 고 회전 속도를 갖는 제2구동 모드를 포함할 수 있다.

상기 가전제품은 세탁기이며, 상기 모터는 상기 세탁기의 드럼을 구동하기 위한 드럼 구동용 모터일 수 있다.

상기 제1구동 모드는 세탁 모드나 헹굼 모드를 포함하며, 상기 제2구동 모드는 제1구동 모드보다 상대적으로 저 토크와 고 회전 속도를 갖는 탈수 모드를 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 세탁 모드나 헹굼 모드를 수행하기 위하여 상기 영구자석이 착자되도록 제어하며, 상기 탈수 모드를 수행하기 위하여 상기 영구자석이 감자되도록 제어할 수 있다.

한편, 세탁기의 경우, 하나의 세탁 코스를 수행하기 위해서는, 세탁 모드, 헹굼 모드 그리고 탈수 모드가 순차적으로 수행된다. 세탁 모드나 헹굼 모드에서의 간이 탈수를 제외하면, 세탁 모드와 헹굼 모드에서의 드럼 회전 속도와 토크는 상기 탈수 모드에서의 드럼 회전 속도와 토크와 큰 차이가 있다.

따라서, 세탁 모드와 헹굼 모드를 제1구동 모드라 할 수 있고 탈수 모드를 제2구동 모드라 할 수 있다. 이러한 모드들이 순차적으로 진행되며, 하나의 세탁 코스에서는 일반적으로 모든 모드가 수행된다고 할 수 있다. 아울러, 기본적으로 하나의 세탁 코스 수행을 위해서는 적어도 30분 이상이 소요된다고 할 수 있다. 그리고, 일반적으로 세탁, 헹굼 그리고 탈수 모드의 수행을 위해서는 급수나 배수 단계가 선행될 수 있다.

이러한 세탁기의 특성상, 제1구동 모드와 제2구동 모드에서 자력의 세기를 달리하는 것은 매우 효과적이다. 왜냐하면, 착자와 감자의 횟수를 현저히 줄일 수 있기 때문이다. 그리고, 착자와 감자로 인한 효율 증가가 세탁 코스 전체적으로 달성될 수 있기 때문이다.

또한, 급수나 배수 단계에서 적어도 일분 구간 동안 드럼 회전이 정지될 수 있다. 따라서, 이러한 구간 동안 착자와 감자가 수행될 수 있다.

이를 통해서, 착자와 감자로 인해 세탁 코스 시간이 증가되는 것을 방지할 수 있다. 오히려, 탈수 모드에 소요되는 시간을 줄일 수 있으므로 세탁 코스 시간을 줄이는 것도 가능할 것이다.

상기 이종 영구자석은, 상기 제어부를 통한 착자 및 감자에 상대적으로 자력 변화가 적은 고정 영구자석 그리고 상대적으로 자력 변화가 큰 가변 영구자석을 포함할 수 있다.

상기 고정 영구자석은 페라이트 영구자석이며, 상기 가변 영구자석은 알니코 영구자석일 수 있다.

상기 이종 영구자석은 상기 로터의 회전 방향을 따라 나란하게 위치될 수 있다.

상기 영구자석은 상기 로터의 회전 방향을 따라 복수 개(m)의 단위 영구자석으로 구비되며, 상기 복수 개의 단위 영구자석 중 일부 개(n)의 단위 영구자석은 상기 이종 영구자석으로 형성될 수 있다.

단일 종 영구자석과 이종 영구자석의 일부는 모두 동일한 자석일 수 있다. 예를 들어, 페라이트 자석일 수 있다. 그리고, 착자와 감자에 영향을 상대적으로 크게 받도록, 이종 영구자석의 일부는 알니코 자석일 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 스테이터 코어, 그리고 상기 스테이터 코어에 구비되어 코일이 권선되는 인슐레이터를 갖는 스테이터; 자로를 형성하는 백요크, 그리고 착자와 감자 특성이 상이한 이종 영구자석을 갖는 영구자석을 포함하며, 상기 코일과 상기 영구자석 사이의 전자기적 상호 작용에 의해, 상기 스테이터에 대해서 회전하는 로터; 상기 코일에 인가되는 전류를 제어하여 상기 로터의 구동을 제어하는 제어부; 그리고 상기 스테이터를 세탁기의 터브 후벽면에 고정시키기 위하여, 상기 인슐레이터에 형성되는 체결홀을 포함하며, 상기 제어부는, 상기 세탁기의 구동 모드에 따라, 상기 영구자석의 착자와 감자를 통해, 영구자석의 자력 세기를 선택적으로 가변시키는 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 모터 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.

상기 세탁기의 구동 모드는 드럼의 회전 속도에 따라 나뉠 수 있다. 일반적으로 세탁 모드나 헹굼 모드는 100RMP 미만에서 수행된다. 이러한 세탁 모드나 헹굼 모드와는 달리, 탈수 모드는 일반적으로 400RPM 이상에서 수행된다. 물론, 기본적으로는 대략 1200 내지 1300RPM에서 수행된다. 따라서, 드럼 회전 속도는 세탁 모드와 탈수 모드에서 현저히 상이하다고 할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 세탁기의 구동 모드가 세탁 모드 또는 헹굼 모드일 때, 상기 영구자석의 착자를 통해 영구자석의 자력을 증가시키도록 제어하고, 상기 세탁기의 구동 모드가 탈수 모드일 때, 상기 영구자석의 감자를 통해 영구자석의 자력을 감소시킴이 바람직하다.

상기 실시예들 각각의 특징들은 서로 모순되거나 배타적이지 않는 한 다른 실시예들에도 적용될 수 있을 것이다. 아울러, 각각의 특징들로 인한 효과들도 다른 실시예들에서도 동일하게 나타날 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예를 통하여, 효율을 증진시킬 수 있는 모터 및 이를 포함하는 가전제품을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통하여, 종래의 모터 구성에서 경미한 변경만을 통해 효율이 현저히 증진될 수 있는 모터 및 이를 포함하는 가전제품을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통하여, 모터의 회전 속도나 토크가 상이한 적어도 두 개의 구동 모드에서 효율이 증진시켜, 전체적으로 효율이 증진될 수 있는 모터 및 가전제품을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통하여, 세탁 시와 탈수 시 모두 효율이 증진될 수 있는 세탁기 구동용 모터 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통하여, 탈수 시 회전 속도를 증가시켜 탈수 시간 및 세탁 코스 소요 시간을 줄여, 사용이 편리한 세탁기를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예를 통하여, 최대 토크를 증가시켜 세탁 가능한 세탁물의 무게, 즉 세탁 용량을 증가시킬 수 있는 세탁기를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 또는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 스테이터에 대한 분해 사시도;
도 2는 종래 또는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 로터에 대한 사시도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 간략한 평면도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터의 간략한 평면도;
도 5는 본 발명의 실시예 따른 모터와 종래 모터와의 효율을 비교한 그래프이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.

먼저, 도 1과 도 2를 통해 설명된 종래의 스테이터(100)와 로터(200)는 본 발명의 실시예에서 동일하거나 유사하게 적용될 수 있다. 따라서, 유사한 구성에 대해서는 유사한 도면 부호를 통해 지칭하고, 중복되는 설명은 생략한다.

본 실시예는, 코일이 권선된 스테이터(100)와 상기 스테이터(100)에 대해서 회전하는 로터(200)를 포함하는 모터를 제공한다.

도 3을 참조하여, 아우터 로터 타입에 대한 실시예를 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 모터의 로터(200)에는 영구자석(300)이 구비된다. 그러나, 상기 영구자석(300)의 자력은 가변될 수 있다. 즉, 착자와 감자를 통해, 전체적인 영구자석(300)의 자력은 가변될 수 있다.

영구자석은 착자를 통해, 자극과 자력이 실질적으로 고정된다. 즉, 한번 착자되면 영구자석의 자속 방향과 자력은 실질적으로 가변되지 않는다. 따라서, 일반적으로, 모터에 사용되는 영구자석은 착자를 통해 자극과 자력이 고정된다고 할 수 있다. 즉, 모터 자체에서 착자와 감자는 더 이상 수행되지 않는다. 물론, 외부 환경에 의해 자력 세기가 가변될 수 있으나, 이는 매우 미미하다고 할 수 있다.

이에 반하여, 본 실시예에 따른 모터의 영구자석(300)은 모터의 자체적인 착자 또는 감자를 통해 자력이 가변됨이 바람직하다. 다시 말하면, 모터 자체에서 인위적으로 착자와 감자를 수행하여, 영구자석의 자력 세기를 가변시킴이 바람직하다. 구체적으로는, 착자에 의해 영구자석의 자력이 증가하고, 감자에 의해 영구자석의 자력이 감소하도록 함이 바람직하다. 이러한 착자와 감자는 필요 시마다 수행됨이 바람직하다. 구체적인 예는 후술한다.

영구자석은 다양한 영구자석 재료를 이용하여 제작될 수 있다. 따라서, 사용되는 영구자석 재료에 따라 매우 다양한 성질을 갖는 영구자석이 제작될 수 있다. 일례로, 페라이트 자석, 알니코 자석 그리고 희토류계 자석 등 다양한 영구자석이 모터에 사용될 수 있다.

영구자석 재료는 각각의 재료마다 고유의 감자 곡선을 갖는다. 즉, 고유의 B(자속밀도)-H(자계) 곡선을 갖는다. 이러한 특성을 이용하여 착자의 세기를 변화시킬 경우, 영구자석의 특성이 가변된다. 물론, 이러한 특성은 감자의 경우에도 적용될 수 있다.

따라서, 동일한 착자나 감자 세기가 영구자석 재료에 가해질 때, 각각의 영구자석 재료마다 자력의 변화 또는 자력의 증가와 감소량의 차이가 발생될 수 있다. 예를 들어, A 재료는 특정의 착자나 감자 세기가 가해질 때, 자력의 변화가 미미하지만, B재료는 자력의 증감이 상대적으로 현저할 수 있다.

이러한 영구자석 재료들의 감자 특성을 이용하여, 본 실시예에 따르면, 영구자석의 착자 또는 감자를 통하여 영구자석의 자력이 가변될 수 있는 모터를 제공하는 것이 가능하다. 아울러, 이러한 인위적인 영구자석의 자력 변화를 통하여 효율을 증진시킨 모터를 제공하는 것이 가능하다.

본 실시예 따르면, 상기 영구자석(300)은 단일 종의 영구자석이 아닌 이종의 영구자석을 포함하는 모터를 제공할 수 있다. 즉, 착자와 감자 특성이 상이한 이종의 영구자석을 갖도록 하여, 영구자석의 자력을 가변시킬 수 있는 모터를 제공할 수 있다.

물론, 단일 종의 영구자석을 이용하여, 착자와 감자를 통해서 영구자석의 자력을 가변하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 모터에서 로터를 분리하지 않고 이러한 착자와 감자는 용이하지 않거나 바람직하지 않다. 즉, 단일 종의 영구자석을 이용하여, 모터 자체에서 착자와 감자를 수행하는 것은 용이하지 않거나 바람직하지 않다.

착자와 감자는 영구자석 외부에서 인위적으로 자력을 공급하여 수행된다. 이러한 자력은 외부의 전자석을 통해 발생될 수 있다. 즉, 스테이터의 코일에 전류를 인가하여 발생시킬 수 있다. 그러나, 모터 자체에서 공급할 수 있는 전류의 세기는 한정될 수밖에 없으며, 따라서 공급될 수 있는 외부 자력도 한정될 수밖에 없다.

이러한 모터의 전류에 의해 착자와 감자가 용이하다는 것은, 외부 환경에 의해 자력의 크기가 용이하게 가변될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 상대적으로 착자가 용이한 단일 종의 영구자석을 이용하는 것은 매우 바람직하지 않다.

또한, 착자와 감자를 위해 코일이나 모터의 사양을 변경하는 것은 주객이 전도되는 일이라 할 수 있다. 왜냐하면, 일반적으로 모터의 구동을 위해 필요한 전류의 세기에 비해, 착자와 감자에 필요한 전류의 세기는 매우 크기 때문이다. 따라서, 상대적으로 착자가 어려운 단일 종의 영구자석을 이용하는 것은 매우 바람직하지 않다.

따라서, 상대적으로 착자와 감자가 용이한 영구자석과 상대적으로 착자와 감자가 어려운 영구자석을 모두 갖는 것이 바람직하다. 이러한 영구자석은 일례로 알니코 영구자석과 페라이트 영구자석으로 구현될 수 있다.

알니코 영구자석은, 일반적으로 스테이터를 통해 발생시킬 수 있는 자력을 통해, 자력의 증감이 현저히 나타날 수 있다. 즉, 착자에 의해 자력이 증가하고 감자에 의해 자력이 감소될 수 있다. 반대로, 페라이트 영구자석은 일반적으로 스테이터를 통해 발생시킬 수 있는 자력을 통해, 자력의 증감이 미미하게 나타날 수 있다. 따라서, 일례로 이러한 이종의 영구자석을 이용하여 전체적인 영구자석의 자력 크기를 가변하는 것이 가능하게 된다.

구체적으로, 영구자석(300)은 로터(200)의 원주 방향을 따라 자극이 교대로 형성되도록 구비될 수 있다. 즉, N극과 S극이 원주 방향을 따라 교대로 형성되도록 구비될 수 있다. 따라서, 이러한 N극수와 S극수의 합이 로터의 극수라 할 수 있다.

일반적으로, 상기 영구자석(300)은 개개의 극을 갖는 단위 영구자석(310)을 포함하여 이루어질 수 있다. 따라서, 로터의 극수가 n개라 하면, 상기 단위 영구자석(310)의 개수는 n개라 할 수 있다.

도 3에는, 로터의 극수가 48개이며 따라서 단위 영구자석(310)의 개수가 48개인 예가 도시되어 있다. 물론, 하나의 단위 영구자석(310)이 원주 방향을 따라 나란하게 복수 개의 극수를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 24개의 단위 영구자석(310)이 형성되고, 하나의 단위 영구자석(310)에 N극과 S극이 형성될 수 있다. 따라서, 단위 영구자석(310)의 개수와 로터의 극수는 다양하게 변형될 수 있다. 극단적으로는 영구자석(300)이 하나의 단위 영구자석으로 형성되며, 단위 영구자석에 복수 개의 자극이 형성되는 것도 가능할 것이다.

이하에서는, 도 3에 도시된, 48 개의 단위 영구자석(310)을 갖는 영구자석(300)이 구비되는 로터(200)에 대한 실시예를 설명한다.

단위 영구자석(310)은 단일 종의 단위 영구자석(311)과 이종의 단위 영구자석(312)를 포함하여 이루어질 수 있다.

설명의 편의상 단일 종의 단위 영구자석(311)은 착자와 감자에 의해 성질이 가변되지 않으므로, 고정 자석(311)이라 할 수 있다. 그리고 이종의 단위 영구자석(312)는 착자와 감자에 의해 전체적인 성질이 가변된다. 따라서, 이를 가변 영구자석(312)라 할 수 있다. 물론, 가변 자석(312) 전체에서 일부분의 성질만 가변되고 다른 일부분의 성질은 고정될 수 있다.

여기서, 단일 종은 영구자석 재료가 A이며, 상대적으로 착자와 감자가 어려운 영구자석 재료이다. 일례로 단일 종은 페라이트 자석이라 할 수 있다. 또한, 이종은 영구자석 재료가 A와 B이며, B 재료는 A에 비해서 상대적으로 착자와 감자가 용이한 영구자석 재료이다. 일례로 이종은 페라이트 자석과 알니코 자석일 수 있다.

소정의 세기로 착자가 수행되면, A 재료의 자력 변화는 미미하고, B 재료의 자력은 증가하게 된다. 따라서, 착자에 의해 전체적인 영구자석의 자력은 A 재료의 자력과 B 재료의 자력의 합이라 할 수 있어, 자력이 증가하게 된다.

반대로, 소정의 세기로 감자가 수행되면, A 재료의 자력 변화는 미미하고, B 재료의 자력은 감소하게 된다. 따라서, 감자에 의해 전체적인 영구자석의 자력은 A 재료의 자력이라 할 수 있어, 자력이 감소하게 된다.

따라서, 착자와 감자에 의해 전체적인 자력 세기의 변화 폭은 다양하게 구현될 수 있다. 왜냐하면, 전체 영구자석에 대한 B 재료를 갖는 영구자석의 비를 다양하게 가변시킬 수 있기 때문이다.

예를 들어, 로터의 원주 방향으로 대칭성을 고려하여, 일부의 단위 영구자석은 B 재료만으로 형성되는 것도 가능할 것이다. 아울러, 모든 단위 영구자석을 A 재료와 B 재료로 형성하는 것도 가능할 것이다. 따라서, 요구되는 자력의 변화를 고려하여, 고정 자석과 가변 자석의 비율과 배치는 다양하게 변형될 수 있을 것이다. 아울러 이종 자석을 형성하는 방법이나 이종 자석 내에서의 B 재료를 이용한 자석의 위치나 비율 등도 다양하게 변형될 수 있을 것이다.

도 3에는 로터의 원주 방향으로 대칭성을 고려하여, 12시, 3시, 6시 그리고 9시 방향에 구비되는 단위 영구자석을 이종 단위 영구자석으로 형성한 예가 도시되어 있다. 또한, 이종 단위 영구자석에서, B 재료를 갖는 자석은 서로 마주 보도록 배치된 예가 도시되어 있다. 그러나, 이러한 배치와 비율은 로터의 원주 방향 대칭성을 고려하여 다양하게 변형되는 것이 가능할 것이다.

이하에서는, 도 4를 고려하여, 이너 로터 타입 모터에 대한 실시예를 설명한다.

도시된 바와 같이, 이너 로터 타입 모터에서는, 로터(200)가 스테이터(100)의 내측에서 회전하게 된다. 일례로, 스테이터(100)의 슬롯수는 36개이며, 로터(200)의 자극수는 24개일 수 있다. 따라서, 영구자석(300)은 24개의 단위 영구자석(310)을 포함하여 이루어질 수 있다.

단일 종 단위 영구자석(311)의 개수는 16개이며, 이종 단위 영구자석(312)의 개수는 8개일 수 있다. 따라서, 스테이터(100)의 슬롯수 : 단일 종 단위 영구자석(311)의 개수 : 이종 단위 영구자석(312)의 개수는 9 : 6 : 2라 할 수 있다.

여기서, 이종 단위 영구자석(312)은 서로 마주보도록 위치됨이 바람직하다. 즉, 알니코 자석(314)끼리 서로 마주보도록 위치됨이 바람직하다. 이러한 이종 단위 영구자석(312)은 로터의 원주 방향을 따라 대칭적으로 4 개소에 위치될 수 있다.

마찬가지로, 이너 로터 타입 모터에 있어서, 스테이터의 코일에 전류를 인가하여 착자와 감자가 수행될 수 있다. 이러한 착자와 감자를 통해, 모터의 성질을 변화시킬 수 있다.

이하에서는, 착자와 감자에 따른 모터의 성질 변화에 대해서 설명한다. 고정 자석과 가변 자석의 일례로 페라이트 자석과 알니코 자석이 제시될 수 있다. 그러나, 이러한 자석의 예는 이에 한정되지 않을 것이다.

착자로 인해, 로터에서 자력은 고정 자석(311, 페라이트 자석), 가변 자석(312)의 페라이트 자석(313) 그리고 가변자석(312)의 착자된 알니코 자석(314)에서의 자력들의 합이라 할 수 있다. 따라서, 전체적으로 자력이 증가하게 된다.

자력의 증가는 모터의 토크상수 증가를 의미하며, 이에 의해 로터의 회전 속도는 줄어들고 토크는 증가하게 된다. 왜냐하면, 토크상수는 공극자속밀도에 비례하며, 자력의 증가는 공극자속밀도의 증가를 의미하기 때문이다. 또한, 로터의 회전 속도는 토크상수에 반비례하고, 토크는 토크상수에 비례하기 때문이다.

따라서, 공급 전압과 공급 전류의 값이 일정하다면, 자력 세기의 증가로 인해, 토크가 증가하고 회전 속도가 감소하게 된다.

감자로 인해, 로터에서 자력은 고정자석(311, 페라이트 자석)과 가변자석(312)의 페라이트 자석(313)에서의 자력들이 합이라 할 수 있다. 다시 말하면, 알니코 자석(314)에 해당하는 자력이 소멸된다. 따라서, 전체적으로 자력이 감소하게 된다.

자력의 감소, 즉 자력 세기의 감소는, 모터의 토크상수 감소를 의미하며, 이에 따라 로터의 회전 속도는 증가하고 토크는 감소하게 된다.

착자와 감자에 의해 모터의 성질 변화, 즉 자력의 증감은 모터의 효율 증진을 위해 수행되는 것이 가능하다.

모터 또는 모터가 사용되는 구동장치 내지는 가전제품은, 상기 로터의 회전 속도가 다른 적어도 두 개의 구동 모드를 가질 수 있다. 이러한 구동 모드에 따라, 자력의 증감이 수행될 수 있다. 즉, 자력의 증감을 통해, 두 개의 구동 모드에서 모두 효율을 현저히 개선하는 것이 가능할 수 있다.

여기서, 상기 두 개의 구동 모드는, 제1구동 모드와 상기 제1구동 모드에 비해 상대적으로 저 토크와 고 회전 속도를 갖는 제2구동 모드를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1구동 모드 수행을 위해, 상기 영구자석(300)은 착자에 의해 자력이 증가되며, 상기 제2구동 모드 수행을 위해, 감자에 의해 자력이 감소될 수 있다.

드럼을 구동하여 세탁이나 탈수가 수행되는 세탁기는 전형적인 제1구동 모드와 제2구동 모드를 갖는다. 즉, 세탁이나 헹굼에서는 상대적으로 고 토크와 저속이 필요하며, 탈수에서는 상대적으로 저 토크와 고속이 필요하다. 따라서, 제1구동 모드는 세탁기에서의 세탁 모드 또는 헹굼 모드를 포함한다고 할 수 있고, 제2구동 모드에서는 세탁기의 탈수 모드를 포함한다고 할 수 있다.

이하에서는, 도 5를 참조하여, 일례로 자력의 증감을 통한 세탁기에서의 효율 개선에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 세탁 모드에서의 효율 개선에 대해서 설명한다. 세탁 모드에서의 드럼 구동 RPM은 헹굼 모드에서와 유사하다고 할 수 있다.

일반적으로, 세탁 모드에서의 회전 속도는 50RPM이며 토크는 17.3Nm라 할 수 있다. 따라서, 회전 속도와 토크가 고정되므로 출력 또한 고정된다. 효율은 입력 대비 출력이라 할 수 있고, 입력은 모터의 동손과 출력의 합이라 할 수 있다. 따라서, 효율의 개선을 위해서는 동손 즉 손실을 줄여야 한다.

모터에서의 동손, 즉 스테이터의 코일 자체의 저항에 의한 손실은 인가되는 전류의 제곱에 비례한다. 따라서, 전술한 토크인 17.3Km를 달성하는 데 필요한 전류를 줄임으로써 동손을 줄이는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이, 토크는 토크 상수와 전류의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서, 착자에 의해서 토크 상수가 증가되므로, 필요한 전류를 줄일 수 있다. 이를 통해서, 세탁 모드에서 동손을 줄여 효율을 증진시키는 것이 가능하게 된다.

도 5에는 세탁 모드에서 동일한 전류값이 인가될 때, 기존 모터에서의 토크와 속도 선도(d)와 본 실시예에 따른 모터에서의 트크와 속도 선도(a)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 일반적인 세탁 RPM인 50RPM 인근에서 동일한 전류값 대비 출력 토크가 높아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면 동일한 출력 토크를 위해서 인가되는 전류값을 낮출 수 있게 된다.

도 5에는 세탁 모드에서, 기존 모터의 효율 선도(A)와 본 실시예에 따른 모터의 효율 선도(B)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 세탁 RPM에서 전류의 감소로 인해 효율이 대략 100% 증가되는 것을 알 수 있다.

이러한 토크의 증가는, 효율 증가뿐만 아니라 세탁기에서 세탁할 수 있는 세탁물의 무게, 즉 세탁 용량의 증가를 가능하게 할 수 있다. 따라서, 적어도 모터의 사이즈 증가 없이도 세탁 용량의 증가가 가능하게 된다.

다시 말하면, 세탁 모드에서 달성할 수 있는 최대 토크를 높이는 것이 가능하다. 왜냐하면, 인가되는 동일한 전류값 대비 토크가 증가되기 때문이다. 이는 최대 토크가 증가됨을 의미한다. 따라서, 세탁 용량이 증가된 세탁기를 제공할 수 있게 된다. 이는 비단 세탁기뿐만 아니라, 다른 가전제품에 대해서는 토크 증가로 인한 용량 확대가 가능할 수 있을 것이다.

다음으로, 탈수 모드에서의 효율 개선에 대해서 설명한다.

일반적으로, 탈수 모드에서 회전 속도는 1300RMP이라 할 수 있다. 이러한 탈수 회전 속도에 도달하기 위해서는 약계자 제어가 수행되며, 약계자 제어를 통해서 동손이 크게 발생하여 효율이 저하되는 문제가 있다.

로터가 고속으로 회전하는 경우 발생하는 역기전력은 로터의 속도에 비례하여 더욱 커지게 된다. 따라서, 고속에서는 원하는 모터의 출력 속도 또는 출력을 얻기 어렵다. 이러한 문제로, 역기전력을 발생시키게 되는 자속과 반대되는 방향으로 역자속을 발생시켜, 계자 자속을 줄이는 것을 약계자 제어라 한다.

약계자 제어는, 스테이터 코일에 인가되는 전류의 자속 성분 전류(id)의 음의 방향 크기를 키워 수행된다. 이러한 자속 성분 전류는 스테이터 코일에 인가되는 전류의 토크 성분 전류(iq)와 달리 모터의 출력과는 무관하다. 따라서, 이러한 id의 증가는 고속에서 모터의 효율의 저하를 유발한다.

그러나, 전술한 바와 같이, 감자에 의해서 전체적인 자력의 크기를 감소시킬 수 있다. 이를 통해, 토크상수가 작아지면 회전 속도를 높이는 것이 가능하게 된다. 따라서, 모터의 최대 속도가 매우 커지게 되며, 이는 약계자 제어에 필요한 id의 크기를 현저히 줄일 수 있음을 의미한다. 다시 말하면, 토크상수의 감소와 최대 회전 속도의 증가로 인해, 약계자 제어가 필요한 기준 속도(정격 속도)를 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.

이는, 탈수 RPM을 증가시킬 수 있음을 의미하며, 따라서 탈수에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있음을 의미한다. 아울러, 회전 속도의 증가를 통해 약계자 제어로 인해 소모되는 동손을 줄일 수 있음을 의미한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 모터에서는 토크-속도 선도(d, e)에 따라 대략 300RPM 이상에서 약계자 제어를 수행하며, 회전 속도가 증가됨에 따라 토크 감소가 나타난다.

그러나, 본 실시예에 따른 모터에서는 토크-속도 선도(b,c)에 따라 대략 600 RPM 이상에서 약계자 제어를 수행하게 되며, 마찬가지로 회전 속도가 증가됨에 따라 토크 감소가 나타난다.

도 5에 도시된, 기존 모터의 효율 선도(A)와 본 실시예에 따른 모터의 효율 선도(B)에 따르면, 기존 탈수 RPM인 1300RPM 인근에서는 본 실시예에 따른 모터의 효율이 현저히 증가함을 알 수 있다. 아울러, 본 실시예에 따른 모터에서는 탈수 RPM을 1500RPM 이상으로 증가시키는 것도 가능함을 알 수 있다. 즉, 1500RPM 이상으로 탈수 RPM을 증가시켜도, 오히려 종래 보다는 탈수 시 효율이 더욱 증가됨을 알 수 있다.

이는, 감자를 통해 영구자석의 자력 감소로 인해 토크는 감소되지만 회전 속도는 증가되기 때문이라 할 수 있다. 즉, 약계자 제어에서 소모되는 손실을 최소화하여 효율이 더욱 증진될 수 있음을 알 수 있다.

탈수 RPM의 증가는 탈수 시간을 줄이는 것과 관련이 있다. 왜냐하면 RPM의 증가로 원심력이 증가하여, 동일 시간 대비 보다 많은 양의 수분을 세탁물에서 분리시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 본 실시예를 통해, 효율 증진과 에너지 소모량을 줄이는 것이 가능하게 된다. 아울러, 세탁 코스에 소요되는 시간을 줄여, 사용이 편리한 세탁기를 제공하는 것이 가능하게 된다.

실제 세탁 코스에서, 세탁 모드나 헹굼 모드에 소요되는 시간은 전체의 2/3에 해당하고, 간이 탈수나 본 탈수 모드에 소요되는 시간은 전체의 1/3에 해당한다고 할 수 있다. 따라서, 세탁 모드나 헹굼 모드에서의 효율 증가는 매우 현저한 효율 증가라 할 수 있다. 아울러, 탈수 모드에서는 효율 증가 및 시간 단축이 가능함을 알 수 있다.

결국, 영구자석의 선택적이고 인위적인 착자와 감자를 통해서, 서로 다른 구동 모드 모두에서 효율 증진 효과와 에너지 절감 효과를 달성하는 것이 가능하게 된다.

한편, 모터의 구동을 제어하는 제어부(미도시)는 모터 자체에 구비되거나 구동장치 또는 가전제품 자체에 구비될 수도 있다. 물론, 양자에 각각 구비되는 제어부들의 상호 작용을 통해 모터의 구동이 제어될 수도 있다.

제어부는 현재의 구동 모드에 따라 모터가 원하는 구동을 하도록 제어할 수 있다. 이는 일반적인 사항이라 할 수 있다. 즉, 스테이터 코일에 인가되는 전류를 제어하여 모터가 원하는 구동을 하도록 제어할 수 있다.

본 실시예에서는, 모터가 자체적으로 영구자석을 선택적으로 착자 또는 감자를 시킬 수 있다. 이러한 착자와 감자 또한 상기 제어부의 제어를 통해 수행될 수 있다. 즉, 스테이터 코일에 인가되는 전류를 제어하여 영구자석을 선택적으로 착자 또는 감자시키는 것이 가능할 것이다.

또한, 상기 제어부는, 모터가 구동될 구동 모드를 판단하여, 선택적으로 착자와 감자가 수행되도록 제어할 수 있다.

예를 들어, 세탁기의 경우, 세탁 모드나 헹굼 모드가 수행되기 전에, 상기 제어부는 영구자석이 착자되도록 제어할 수 있다. 아울러, 탈수 모드가 수행되기 전에, 상기 제어부는 영구자석이 감자되도록 제어할 수 있다. 즉, 세탁기의 제어부는 세탁기 전체 구성의 제어를 통하여 원하는 세탁기의 구동을 제어함과 동시에 필요에 따라 모터의 착자와 감자를 위한 제어를 수행할 수 있을 것이다.

여기서, 상기 착자와 감자는 인위적으로 수행된다고 할 수 있다. 즉, 로터의 구동을 위한 제어와는 상이함이 바람직하다. 구체적으로, 착자와 감자를 위한 제어는, 코일에 인가되는 전류의 세기나 시점 등의 차이를 통해, 로터의 구동을 위한 제어와 상이할 수 있다.

상기 실시예들에서는 착자와 감자가 수행되는 세탁기 모터를 예로 하였으나, 이에 한정되지는 않을 것이다. 즉, 로터의 회전 속도가 다른 적어도 두 개의 구동 모드를 갖는 모터, 구동장치 또는 가전제품에 본 실시예가 적용될 수 있을 것이다.

100 : 스테이터 200 : 로터
300 : 영구자석 310 : 단위 영구자석
311 : 단일 종 영구자석 312 : 이종 영구자석

Claims (22)

1. 코일이 권선된 스테이터; 그리고
   영구자석이 구비되며, 상기 코일과 상기 영구자석 사이의 전자기적 상호 작용에 의해, 상기 스테이터에 대해서 회전하는 로터를 포함하며,
   상기 영구자석은, 상기 로터의 원주 방향을 따라 동일한 간격으로 이격되는 복수 개의 단위 영구자석을 포함하고, 상기 복수 개의 단위 영구자석 중 일부는, 착자 및 감자 특성이 서로 상이한 이종 영구자석으로 이루어지며,
   상기 복수 개의 단위 영구자석 중 나머지는, 착자 및 감자 특성이 동일한 단일 종 영구자석으로 이루어지며,
   상기 이종 영구자석은 상기 단일 종 영구자석과 착자 및 감자 특성이 동일한 고정 영구자석과 상기 고정 영구자석보다 착자 및 감자에 자력 변화가 큰 가변 영구자석을 포함하며,
   상기 이종 영구자석은 상기 로터의 원주 방향을 따라 12시, 3시, 6시, 9시 방향 각각에서 두 개씩 이격되어 구비되며,
   상기 가변 영구자석은 상기 로터의 원주 방향을 따라 12시, 3시, 6시, 9시 방향 각각에서 상기 로터의 원주 방향으로 서로 마주보게 구비되며,
   상기 로터의 회전 속도가 다른 적어도 두 개의 구동 모드에서, 상기 영구자석이 서로 다른 자력 세기를 갖도록, 상기 영구자석의 착자 또는 감자가 수행됨을 특징으로 하는 모터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동 모드는, 제1구동 모드와 상기 제1구동 모드에 비해 상대적으로 저 토크와 고 회전 속도를 갖는 제2구동 모드를 포함함을 특징으로 하는 모터.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1구동 모드 수행을 위해, 상기 영구자석은 착자에 의해 자력 세기가 증가되며, 상기 제2구동 모드 수행을 위해, 상기 영구자석은 감자에 의해 자력 세기가 감소됨을 특징으로 하는 모터.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 모터는 세탁기의 드럼 구동용 모터이며, 상기 제1구동 모드는 세탁 모드 또는 헹굼 모드를 포함하며, 상기 제2구동 모드는 탈수 모드를 포함함을 특징으로 하는 모터.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 이종 영구자석은, 페라이트 영구자석과 알니코 영구자석임을 특징으로 하는 모터.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 단위 영구자석의 수(m) 전체에 대한 상기 이종 영구자석을 갖는 단위 영구자석의 수(n)의 비(n/m)는 1/3임을 특징으로 하는 모터.
9. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모터는, 상기 로터가 상기 스테이터의 내측에서 회전하는 이너 로터 타입 모터임을 특징으로 하는 모터.
10. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터는, 상기 로터가 상기 스테이터의 외측에서 회전하는 아우터 로터 타입 모터임을 특징으로 하는 모터.
11. 코일이 권선된 스테이터;
    착자 및 감자 특성이 상이한 이종 영구자석과 착자 및 감자 특성이 동일한 단일 종 영구자석을 포함하는 영구자석이 구비되며, 상기 코일과 상기 영구자석 사이의 전자기적 상호 작용에 의해, 상기 스테이터에 대해서 회전하는 로터; 그리고
    상기 코일에 인가되는 전류를 제어하여, 상기 로터의 구동과 상기 영구자석의 착자 및 감자를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 이종 영구자석은, 상기 제어부를 통한 착자 및 감자에 상대적으로 자력 변화가 적은 고정 영구자석 그리고 상대적으로 자력 변화가 큰 가변 영구자석을 포함하며,
    상기 고정 영구자석은 상기 단일 종 영구자석과 착자 및 감자 특성이 동일하며,
    상기 단일 종 영구자석과 이종 영구자석은 상기 로터의 원주 방향을 따라 동일한 간격으로 이격되며,
    상기 이종 영구자석은 상기 로터의 원주 방향을 따라 12시, 3시, 6시, 9시 방향 각각에서 두 개씩 이격되어 구비되며,
    상기 가변 영구자석은 상기 로터의 원주 방향을 따라 12시, 3시, 6시, 9시 방향 각각에서 상기 로터의 원주 방향으로 서로 마주보게 구비되는 것을 특징으로 하는 모터를 포함하는 전자제품.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 로터의 구동 모드에 따라 상기 영구자석의 착자와 감자를 선택적으로 수행함을 특징으로 하는 모터를 포함하는 전자제품.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동 모드는, 제1구동 모드와 상기 제1구동 모드에 비해 상대적으로 저 토크와 고 회전 속도를 갖는 제2구동 모드를 포함함을 특징으로 하는 모터를 포함하는 전자제품.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전자제품은 세탁기이며, 상기 모터는 상기 세탁기의 드럼을 구동하기 위한 드럼 구동용 모터임을 특징으로 하는 모터를 포함하는 전자제품.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1구동 모드는 세탁 모드나 헹굼 모드를 포함하며, 상기 제2구동 모드는 제1구동 모드보다 상대적으로 저토크와 고 회전 속도를 갖는 탈수 모드를 포함함을 특징으로 하는 모터를 포함하는 전자제품.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 세탁 모드나 헹굼 모드를 수행하기 위하여 상기 영구자석이 착자되도록 제어하며, 상기 탈수 모드를 수행하기 위하여 상기 영구자석이 감자되도록 제어함을 특징으로 하는 모터를 포함하는 전자제품.
17. 삭제
18. 제 11 항에 있어서,
    상기 고정 영구자석은 페라이트 영구자석이며, 상기 가변 영구자석은 알니코 영구자석임을 특징으로 하는 모터를 포함하는 전자제품.
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제

Images