KR102305844B1

KR102305844B1 - 세탁기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102305844B1
Application number: KR1020140011407A
Authority: KR
Inventors: 이승훈; 박준현; 이성모
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2021-09-28
Also published as: KR20150090583A; CN106414832B; US10584436B2; WO2015115760A1; CN106414832A; US20170167067A1

Abstract

세탁기 및 세탁기의 제어방법에 대한 것으로, 세탁기의 제어방법은 모터를 가속시켜 세탁조 내의 세탁물의 무게를 감지하는 단계 및 모터의 회전방향과 반대 방향의 힘을 모터에 제공하여 모터를 감속시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

세탁기 및 그 제어방법{WASHING MACHINE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 행정에 앞서 세탁조 내의 세탁물의 무게를 산출하는 세탁기 및 세탁기의 제어방법에 대한 것이다.

일반적으로, 세탁기(예를 들어, 전자동 세탁기)는 물(세탁수 또는 헹굼수)의 담수를 위한 터브, 이 터브의 내부에 회전 가능하게 설치되어 세탁물을 수용하는 세탁조, 이 세탁조의 내부에 회전 가능하게 설치되어 수류를 발생시키는 펄세이터 및 이 세탁조 및 펄세이터를 회전시키기 위한 구동력을 발생하는 모터를 포함하고, 수류와 세제의 계면활성작용으로 세탁물의 오염을 제거하는 장치이다.

이러한 세탁기는 세제가 용해된 물(구체적으로, 세탁수)로 세탁물의 오염을 분리해내는 세탁 행정, 세제가 포함되지 않은 물(구체적으로, 헹굼수)로 세탁물의 거품이나 잔류 세제를 헹구어 주는 헹굼 행정 및 고속 회전으로 세탁물에 함유된 수분을 제거해주는 탈수 행정 등의 일련의 동작으로 세탁을 진행한다. 이러한 일련의 동작으로 세탁을 진행할 때, 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정은 각각 정해진 목표 RPM과 운전율로 모터를 구동시킨다.

각 행정에서의 모터 RPM과 운전율은 세탁물의 무게(부하량)에 따라 설정되며, 모터는 설정된 RPM과 운전율에 의해 지령된 속도로 회전한다. 따라서, 본 행정에 앞서 수위화 세탁 행정의 최적화를 위해, 최근 세탁물의 무게를 감지하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.

무게 산출 시간을 단축하면서, 로터의 가속 및 감속시 발생되는 소음을 저감하는 세탁기 및 세탁기의 제어방법을 제공한다.

세탁기의 일 실시예는 인버터와 모터를 포함하는 구동부, 모터의 회전 변위를 감지하는 감지부, 모터가 가속되는 경우 감지부가 감지한 모터의 회전 변위를 통해 세탁조 내의 세탁물의 무게를 감지하는 무게 산출부 및 모터를 가속시켜 무게 산출부가 세탁물의 무게를 감지하도록 제어한 후, 모터에 회전 방향과 반대 방향의 힘을 모터에 제공하여 모터를 감속시키도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라서 세탁기는 모터를 정지시키는 브레이크 어셈블리를 더 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라서 제어부는 폐쇄 회로 속도제어 및 개방 회로 전류제어로 모터의 가속 및 감속을 제어할 수 있다.

세탁기 제어방법의 일 실시예는 모터를 가속시켜 세탁조 내의 세탁물의 무게를 감지하는 단계 및 모터의 회전방향과 반대 방향의 힘을 모터에 제공하여 모터를 감속시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따라서 모터를 감속시키는 경우에 모터에 q축 전류를 음의 방향으로 흘려 모터에 회전 방향과 반대의 힘을 제공하게 할 수 있고, 이 경우 d축 전류를 양의 방향으로 흘려 상기 q축 전류로 인한 전압 상승을 줄일 수도 있다.

상술한 세탁기 및 세탁기의 제어방법에 의하면, 미리 설정된 속도까지는 로터의 회전 방향과 반대의 힘을 제공하여 로터를 감속한 후, 브레이크 어셈블리를 이용해 로터를 정지시켜 무게 산출 시간을 단축함과 동시에 발생되는 소음을 저감할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 세탁기를 도시한 단면도이다.
도 2은 일 실시예에 따른 세탁기에 포함된 구동장치를 분해한 사시도이다.
도 3는 일 실시예에 따른 세탁기에 포함된 구동장치의 단면도이다.
도 4a는 일 실시예에 따른 세탁기에 포함된 브레이크 어셈블리가 브레이킹 동작을 하는 것을 도시한 도면이다.
도 4b는 일 실시예에 따른 세탁기에 포함된 브레이크 어셈블리가 브레이킹 동작을 하지 않는 것을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 세탁기의 제어 흐름을 도시한 블록도이다.
도 6 내지 도 8은 일 실시예에 따른 세탁기의 구동부, 감지부, 제어부 및 무게 감지부에 대한 블록도이다.
도 9a는 일 실시예에 따라 세탁물의 무게 산출시 스테이터에 흐르는 D축 및 Q축의 전류에 대한 그래프이다.
도 9b는 일 실시예에 따라 세탁물의 무게 산출시 로터의 회전 속도에 대한 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 일 실시예에 따라 세탁물의 무게를 산출하고 로터를 가속, 감속 및 제어하는 것에 대한 플로우차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 실시예를 통하여 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 다만, 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

이하에서 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 이하에서 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 통상의 기술자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.

아울러, 이하에서 선택적으로 기재된 양상이나 선택적으로 기재된 실시예의 구성들은 비록 도면에서 단일의 통합된 구성으로 도시되었다 하더라도 달리 기재가 없는 한, 통상의 기술자에게 기술적으로 모순인 것이 명백하지 않다면 상호간에 자유롭게 조합될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 세탁기와 세탁기의 제어방법의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

이하에서 설명하는 모터는 3상 비엘디씨 모터(Three-phase BrushLess Direct Current Motor)를 위주로 설명하지만, 이러한 기재가 모터를 3상 비엘디씨 모터로 한정하는 것은 아니다.

이하, 도 1을 참조하여 일 실시예에 따른 세탁기의 구성에 대해서 설명하도록 한다.

도 1은 세탁기의 단면을 도시하고 있다.

세탁기(1)는 외관을 형성하는 캐비닛(20), 캐비닛(20)의 내부에 배치되어 물이 저수되는 터브(30), 터브(30) 내부에 회전 가능하게 배치되는 세탁조(40), 세탁조(40)의 내부에 배치되어 수류를 발생시키는 펄세이터(45) 및 세탁조(40) 또는 펄세이터(45)를 회전시키는 구동장치(10)를 포함할 수 있다.

캐비닛(20)의 상부에는 세탁조(40)의 내부로 세탁물을 투입할 수 있도록 하는 투입구(22)가 형성되고, 투입구(22)는 캐비닛(20)의 상부에 설치된 도어(21)에 의해 개폐될 수 있다.

터브(30)는 터브(30)의 외면 하측과 캐비닛(20)의 내측 상부를 연결하는 현가장치(31)에 의해 캐비닛(20)에 걸린 상태로 지지될 수 있다. 현가장치(31)는 세탁시 또는 탈수시 터브(30)에서 발생되는 진동을 감쇠시킬 수 있다.

터브(30)의 상부에는 터브(30)로 물을 공급하기 위한 급수관(51)이 설치된다. 급수관(51)의 일측은 외부 급수원과 연결되고, 급수관(51)의 타측은 세제공급장치(50)와 연결된다. 급수관(51)을 통해 공급되는 물은 세제공급장치(50)를 경유하여 세제와 함께 터브(30)의 내부로 공급될 수 있다. 급수관(51)에 설치되는 급수밸브(52)는 물의 공급을 제어할 수 있다.

세탁조(40)는 상부가 개방된 원통형으로 형성되며, 그 내부에 세탁물이 수용된다. 또한, 세탁조(40)의 측면에는 복수의 탈수공(41)이 구비되고, 복수의 탈수공(41)은 세탁조(40)의 내부 공간과 터브(20)의 내부 공간을 연통시킨다. 또한, 세탁조(40)의 상부에는 밸런서(42)가 장착되고, 밸런서(42)는 세탁조(40)의 고속 회전 시에 세탁조(40)에 발생되는 불평형 하중을 상쇄시켜 세탁조(40)가 안정적으로 회전하도록 가이드 할 수 있다.

펄세이터(45)는 정방향 또는 역방향으로 회전하여 수류를 발생시키고, 세탁조(40) 내의 세탁물은 발생된 수류에 의해 물과 함께 교반될 수 있다.

터브(30)의 바닥부에는 배수구(60)가 형성되고, 배수구(60)는 터브(30)에 저장된 물이 배출되도록 공간을 제공한다. 또한, 배수구(60)에는 제 1 배수관(61)이 연결된다. 또한, 제 1 배수관(61)에는 배수밸브(62)가 설치되고, 배수밸브(62)는 배수를 단속할 수 있다.

배수밸브(62)의 출구에는 제 2 배수관(63)이 연결되고, 제 2 배수관(63)은 물이 외부로 배출되도록 공간을 제공할 수 있다. 배수밸브(62)는 솔레노이드 장치 또는 전동구동 모터에 연결된 링크 장치일 수 있다. 이외에도 터브(30) 내부의 물을 외부로 배출시키기 위한 다양한 장치가 배수밸브(62)의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

구동장치(10)는 터브(30)의 하측에 마련되어 세탁조(40) 또는 펄세이터(45)에 선택적으로 회전력을 제공한다. 구체적으로, 구동장치(10)는 세탁 행정 및 헹굼 행정에서는 펄세이터(45)에 정방향 또는 역방향의 회전력을 제공하고, 탈수 행정에서는 세탁조(40)와 펄세이터(45)에 역방향의 회전력을 제공한다.

이하, 도 2을 참조하여 구동장치의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

도 2은 세탁기에 포함된 구동장치를 분해한 외관을 도시하고, 도 3는 세탁기에 포함된 구동장치의 단면을 도시하고 있다.

구동장치(10)는 전원을 인가 받아 구동력을 발생시키는 구동 모터(100), 구동 모터(100)에서 발생된 회전력을 세탁조(40)와 펄세이터(45)에 전달하는 구동축(70) 및 구동축(70)의 회전을 단속하여 구동축(70)이 펄세이터(45)와 세탁조(40)를 동시 또는 선택적으로 회전하게 하는 클러치(200)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 구동장치(10)는 구동 모터(100), 클러치(200) 및 구동축(70)이 일렬로 배열되는 직결식 구조(Direct Drive, DD)로 연결되고, 통상의 기술자는 이를 DD 모터(Direct Drive Motor)라고도 부른다. 구동장치(10)가 이러한 직결식 구조를 가짐으로 인해서, 세탁기(1)는 세탁조(40)의 회전 속도 및 토크를 구동 모터(100)를 이용하여 1차적으로 제어하고, 클러치(200)를 이용하여 2차적으로 제어할 수 있다.

구동축(70)은 세탁조(40)에 회전력을 전달하는 탈수축(72), 펄세이터(45)를 회전하게 하는 세탁축(71)을 포함할 수 있다.

탈수축(72)에는 중공이 형성되고, 탈수축(72)의 중공 내부에는 상술한 세탁축(71)과 후술할 클러치(200)의 회전축(221)이 위치한다. 또한, 탈수축(72)의 중앙부에는 후술할 감속기어 어셈블리(230)를 수용하는 감속기어 수용부(72a)가 형성된다.

구동 모터(100)는 클러치(200)에 고정된 스테이터(110) 및 스테이터(110)를 둘러싸도록 배치되어 스테이터(110)와 전자기적으로 상호 작용하여 회전하는 로터(120)를 포함할 수 있다.

스테이터(110)는 환형의 베이스(111), 베이스(111)의 외주를 따라 배치되고 스테이터(110)의 반경 방향에 대해 외측으로 돌출되는 복수개의 티스(112), 복수개의 티스(112) 각각에 권선되는 코일(113)을 포함할 수 있다. 코일(113)은 코일(113)에 흐르는 전류에 의해 자기장을 생성할 수 있고, 복수개의 티스(112)는 생성된 자기장에 의해 자화될 수 있다.

베이스(111)의 상측에는 장착면(114)이 환형으로 형성되고, 장착면(114)에는 스테이터(110)가 클러치(200)에 결합되는 경우에 클러치(200)가 안착된다.

베이스(111) 및 장착면(114) 내측에는 개구(115)가 형성된다. 클러치(200)와 스테이터(110)가 결합하면 절환기어 어셈블리(220)와 하부 돌출부(215)가 개구(115)를 통과하여 스테이터(110) 내부에 배치될 수 있다.

로터(120)는 바닥면(121)과 바닥면(121)의 테두리로부터 돌출되는 측벽(122)으로 구성된다. 측벽(122)의 내면에는 복수의 영구 자석(123)이 결합되어 스테이터(110)의 코일(113)과 자기적으로 상호 작용하여 로터(120)를 회전하게 한다.

돌출부(121)의 중심에는 결합공(125)이 형성되어 있어, 체결부재를 이용하여 클러치(200)의 회전축(221)이 로터(120)에 결합될 수 있다.

로터(120)에 결합된 회전축(221)은 탈수축(72)의 중공을 관통하여 감속기어 어셈블리(230)에서 세탁축(71)과 연결되고, 세탁축(71)은 다시 탈수축(72)의 중공을 관통하여 펄세이터(45)에 결합된다.

클러치(200)는 외관을 형성하는 클러치 본체(210), 클러치 본체(210)의 하부에 배치되어 세탁기 동작에 따라 구동 모터(100)의 로터(120)와 결합된 회전축(221)의 회전력을 세탁축(71)과 탈수축(72)에 선택적으로 전달하는 절환기어 어셈블리(220), 탈수축(72a)의 감속기어 수용부(72a) 내부에 마련되어 회전축(221)의 회전을 감속하여 세탁축(71)에 전달하는 감속기어 어셈블리(230) 및 탈수축(72a)의 감속기어 수용부(72)의 외측에 마련되어 세탁조(40)의 회전을 제동하는 브레이크 어셈블리(240)를 포함할 수 있다.

클러치 본체(210)는 상부가 개방된 원통형의 하우징(211) 및 하우징(211)의 상부를 덮는 하우징 커버(212)를 포함할 수 있다.

하우징 커버(212)의 중심부에는 터브(30) 방향으로 연장되는 구동축(70)이 위치하고, 하우징 커버(212)의 상부는 구동축(70)을 감싸며 터브(30) 방향으로 돌출된다.

하우징(211)의 하측 중심부에는 구동 모터(100) 방향으로 연장되는 회전축(221)이 위치하고, 하우징(211)의 하부는 회전축(221)을 감싸며 구동 모터(100) 방향으로 돌출된다.

하우징 커버(212)와 탈수축(72) 사이에는 상부 베어링(216)이 마련되고, 하우징(211)과 회전축(221) 사이에는 하부 베어링(217)이 마련되어 탈수축(72)과 회전축(221)이 원활하게 회전되도록 가이드 할 수 있다. 또한, 상부 베어링(216)은 탈수축(72)이 한 방향으로만 회전하도록 하는 원웨이 베어링(one-way bearing)을 채용될 수 있다. 즉, 상부 베어링(216)은 탈수축(72)이 정방향으로만 회전하도록 하고, 역방향으로는 회전하지 못하도록 할 수 있다.

클러치 본체(210)는 하우징 커버(212)가 터브(30)의 하부에 고정됨으로써 터브(30)에 의해 지지된다. 또한, 스테이터(110)는 하우징 커버(211)가 스테이터(110)의 상부에 고정되어 지지된다.

절환기어 어셈블리(220)는 탈수축(72)의 중공에 마련되어 구동 모터(100)로부터 회전력을 전달받는 회전축(221), 탈수축(72)와 같은 직경을 가지고 회전축(221)에 결합된 회전축 보스(222), 탈수축(72)과 회전축 보스(222)를 감싸고 회전축(221)의 회전력을 탈수축(72)으로 선택적으로 전달하는 클러치 스프링(223), 클러치 스프링(223) 외측에 마련되는 슬리브(224), 절환기어(224)와 인접하여 마련되어 클러치 스프링(223)의 직경을 변경시키는 래칫(225) 및 래칫(225)과 연결되는 클러치 레버(226)를 포함할 수 있다.

클러치 스프링(223)은 일단이 탈수축(72)과 연결되고, 타단이 슬리브(224)에 연결된다. 또한, 래칫(225)의 동작에 따라 클러치 스프링(223)은 조여지거나 조임이 풀린다.

구체적으로, 클러치 스프링(223)의 내경은 회전축 보스(222)의 외경 및 탈수축(72)의 외경보다 작다. 따라서, 평상시에는 클러치 스프링(223)는 조여진 상태를 유지하고, 래칫(225)이 동작하면 클러치 스프링(223)의 조임이 풀릴 수 있다. 또한, 클러치 스프링(223)이 조여지면 회전축(221)의 회전력이 탈수축(72)에 전달되고, 클러치 스프링(223)의 조임이 풀어지면 회전축(221)의 회전력이 탈수축(72)에 전달되지 않는다.

래칫(223)은 래칫(223)와 연결된 클러치 레버(226)의 동작에 따라 슬리브(220)에 접촉하여 클러치 스프링(223)의 조임을 풀어주는 방향으로 슬리브(220)를 회전시키거나 슬리브(220)로부터 분리될 수 있다.

절환기어 어셈블리(220)의 동작을 살펴보면, 세탁 행정 또는 헹굼 행정 시에 클러치 레버(226)가 일측으로 당겨져서 래칫(225)가 슬리브(224)와 접촉되고, 래칫(225)가 클러치 스프링(223)의 조임을 풀어주는 방향으로 슬리브(220)를 회전시킨다. 이와 같이 슬리브(224)가 래칫(225)에 의하여 회전되면, 슬리브(224) 내부의 클러치 스프링(223)의 조임이 풀려 회전축(221)의 회전력이 탈수축(72)에 전달되지 않는다. 그 결과, 세탁축(71)은 회전하지만 탈수축(72)은 회전하지 못하게 되어, 세탁축(71)에 연결된 펄세이터(45)는 회전할 수 있으나, 탈수축(72)에 연결된 세탁조(40)는 회전할 수 없다.

반대로, 탈수 행정 시에 클러치 레버(226)가 타측으로 당겨지면, 래칫(225)이 슬리브(224)로부터 분리되어 슬리브(224)의 회전에 의하여 조임이 풀렸던 클러치 스프링(223)은 다시 조여진다. 또한, 클러치 스프링(223)은 회전축(221)의 회전력을 탈수축(72)에 전달한다. 그 결과, 세탁축(71)에 연결된 펄세이터(45)와 탈수축(72)에 연결된 세탁조(40)가 모두 회전할 수 있게 된다.

감속기어 어셈블리(230)는 탈수축(72)의 중앙 부근에 마련된 감속기어 수용부(72a) 내부에 마련된다.

그리고, 감속기어 어셈블리(230)는 회전축(221)과 결합된 태양기어(231), 태양기어(231)의 둘레 배치된 복수의 유성기어(232), 감속기어 수용부(72a)의 내면에 형성된 내접기어(233) 및 복수의 유성기어(232)의 공전에 의한 회전력을 세탁축(71)에 전달하는 캐리어(234)를 포함할 수 있다.

이때, 복수의 유성기어(232)는 일측이 태양기어(231)와 치합되고, 타측이 내접기어(233)와 치합될 수 있다.

태양기어(231)가 회전하면, 각각의 유성기어(232)는 캐리어(234)와 연결된 유성기어축(235)을 중심으로 회전(자전)하면서, 내접기어(233)를 따라 유성기어축(235)과 함께 태양기어(231) 주위를 회전(공전)한다. 따라서, 유성기어축(235)의 회전(공전)이 캐리어(234)를 통하여 세탁축(71)에 전달될 수 있다.

브레이크 어셈블리(240)는 탈수축(72)의 중앙 부근에 마련된 감속기어 수용부(72a) 외측에 마련되어 탈수축(72)을 제동시키는 브레이크 밴드(243) 및 브레이크 밴드(243)와 연결되는 브레이크 레버(241)를 포함할 수 있다.

브레이크 어셈블리(240)의 동작에 대한 구체적인 설명은 도 4a 및 도 4b와 관련하여 설명하도록 한다.

이하, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 브레이크 어셈블리의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

도 4a는 세탁기에 포함된 브레이크 어셈블리가 브레이킹 동작을 하는 것을 도시하고 있고, 도 4b는 세탁기에 포함된 브레이크 어셈블리가 브레이킹 동작을 하지 않는 것을 도시하고 있다.

브레이크 어셈블리(240)는 브레이크 밴드(243) 및 브레이크 레버(241)를 포함할 수 있다.

또한, 브레이크 밴드(243)는 브레이크 레버(241)에 마련된 제 1 힌지(247a)와 하우징(211)에 마련된 제 2 힌지(247b)에 의하여 고정되고, 브레이크 레버(241)는 레버축(245)를 중심으로 회동 가능하게 마련된다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 브레이크 레버(241)는 외력이 작용하지 않으면 브레이크 스프링(241)에 의한 탄성력으로 인하여 브레이크 밴드(243)를 당겨서 브레이크 밴드(243)가 탈수축(72)의 감속기어 수용부(72a)와 밀착되도록 할 수 있다. 이와 같이 브레이크 밴드(243)가 감속기어 수용부(72a)에 밀착되면, 브레이크 밴드(243)는 감속기어 수용부(72a)의 시계방향(정방향) 회전을 저지할 수 있다.

구체적으로, 제 2 힌지(247b)에 의하여 브레이크 밴드(243)의 일측은 하우징(211)에 고정되어 있으므로 감속기어 수용부(72a)가 시계방향(정방향)으로 회전하면, 브레이크 밴드(243)가 감속기어 수용부(72a)에 밀착되어 브레이크 밴드(243)가 감속기어 수용부(72a)에 제동력을 제공할 수 있다.

반면, 제 1 힌지(247a)에 의하여 브레이크 밴드(243)의 타측은 회동 가능한 브레이크 레버(241)에 고정되어 있는바, 감속기어 수용부(72a)가 반시계방향(역방향)으로 회전하면, 브레이크 밴드(243)가 브레이크 레버(241)를 당기고 브레이크 레버(241)가 회동하게 될 수 있다. 따라서, 브레이크 밴드(243)가 감속기어 수용부(72a)에 밀착되지 못하고, 브레이크 밴드(243)는 감속기어 수용부(72a)에 제동력을 제공하지 못할 수 있다.

결국, 브레이크 레버(241)에 외력이 작용하지 않는 경우, 브레이크 밴드(243)는 탈수축(72)의 정방향 회전은 구속하고, 탈수축(72)의 역방향 회전은 구속하지 못한다.

반대로, 도 4b에 도시된 바와 같이 브레이크 레버(241)에 외력이 작용하는 경우, 브레이크 레버(241)는 일방향(도 4 b의 아래방향)으로 회동하고, 이로 인해 브레이크 밴드(243)와 감속기어 수용부(72a)가 이격될 수 있다. 이와 같이 브레이크 밴드(243)가 감속기어 수용부(72a)로부터 이격되면, 감속기어 수용부(72a), 탈수축(72) 및 세탁조(40)는 자유롭게 회전할 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여 일 실시예에 따른 세탁기의 동작에 대한 흐름을 설명하도록 한다.

도 5는 세탁기의 제어 흐름을 도시하고 있다.

세탁기(1)는 사용자의 조작 명령을 입력받는 조작부(510), 세탁기(1)의 동작 정보를 표시하는 표시부(520), 세탁기(1)의 동작과 관련된 프로그램 및 데이터를 저장하는 저장부(530), 세탁조(40) 및 펄세이터(45)를 구동하는 구동부(400), 구동부(400)의 동작 상태를 감지하는 감지부(600), 감지부(600)에서 감지한 데이터를 이용해 세탁조(40) 내부의 세탁물의 무게를 산출하는 무게 산출부(700) 및 세탁기(1)의 동작을 제어하는 제어부(300)를 포함할 수 있다.

조작부(510)는 사용자로부터 세탁기(1)에 대한 조작 명령을 입력받는 복수의 조작 버튼을 포함할 수 있다.

조작 버튼은 세탁 코스를 선택하기 위한 세탁 코스 입력 버튼, 세탁 행정의 수행 시간을 입력하기 위한 세탁 시간 입력 버튼, 헹굼 행정의 수행 횟수를 입력하기 위한 헹굼 횟수 입력 버튼 및 탈수 행정의 수행 시간을 입력하기 위한 탈수 시간 입력 버튼을 포함할 수 있다. 이와 같은 조작 버튼을 통하여 사용자는 세탁 설정 입력 명령을 입력한 후, 다이얼을 통하여 세탁 코스, 세탁 시간, 헹굼 횟수 및 탈수 시간 등을 입력할 수 있다.

또한, 이와 같은 조작 버튼은 멤브레인(membrane) 스위치 또는 터치 패드(touch pad) 등을 채용할 수 있다. 이외에도 다양한 종류의 입력 장치가 조작 버튼의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

표시부(520)는 사용자에게 세탁기(1)의 동작 정보를 표시하는 표시 패널를 포함할 수 있다.

표시 패널은 사용자가 입력한 세탁 코스, 세탁 행정 시간, 헹굼 행정 횟수, 탈수 행정 시간, 세탁 잔여 시간 등을 표시할 수 있다.

또한, 표시 패널은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널 또는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패널을 채용할 수 있다. 이외에도 다양한 종류의 표시 장치가 표시 패널의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

저장부(530)는 세탁기(1)의 동작을 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 영구적으로 저장하는 자기 디스크(magnetic disc), 반도체 디스크(solid state disk) 등의 비휘발성 메모리 뿐만 아니라 구동 모터(100)의 동작을 제어하는 과정에서 생성되는 임시 데이터를 임시적으로 저장하는 D-램, S-램 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.

구동부(400), 감지부(600), 무게 산출부(700) 및 제어부(300)에 대해서는 이하에서 도 6 내지 도 8를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 6 내지 도 8은 일 실시예에 따른 세탁기의 구동부, 감지부, 제어부 및 무게 감지부에 대한 블록을 도시하고 있다.

구동부(400)는 회전력을 생성하는 구동 모터(100), 구동 모터(100)가 생성한 회전력을 세탁조(40) 또는 펄세이터(45)에 전달하는 클러치(200) 및 구동 모터(100)에 구동 전류를 공급하는 인버터(Invertor, 410)를 포함할 수 있다.

구동 모터(100) 및 클러치(200)에 대해서는 위에서 도 2 및 도 3을 통해 설명하였으므로 그 설명을 생략하도록 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 인버터(410)는 3개의 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)과 3개의 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)를 포함할 수 있다.

상단 스위칭 회로(Q11~Q13)와 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)는 고전압 접합형 트랜지스터(High Voltage Bipolar Junction Transistor), 고전압 전계 효과 트랜지스터(High Voltage Field Effect Transistor), 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 고전압 스위치와 환류 다이오드(Free Wheeling Diode)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 3개의 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)는 전원(Vcc)에 서로 병렬로 연결되고, 3개의 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)는 접지(GND)에 서로 병렬로 연결된다. 또한, 3개의 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)와 3개의 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)는 일대일로 직렬 연결되고, 3개의 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)와 3개의 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)가 각각 연결되는 3개의 노드는 구동 모터(100)의 3개의 입력단자(a, b, c)와 각각 연결된다.

인버터(410)는 상단 스위칭 회로(Q21~Q23) 중 어느 하나와 하단 스위칭 회로(Q21~Q23) 중 어느 하나를 미리 정해진 순서에 따라 턴온시킴으로써 구동 모터(100)에 구동 전류를 공급할 수 있다.

감지부(600)는 구동 전류값을 감지하는 전류 감지부(610), 로터(120)의 회전 변위를 감지하는 홀센서(620) 및 감지되는 시간을 측정하는 타이머(630)를 포함할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 전류 감지부(610)는 구동 모터의 3개의 입력단자(a, b, c)에 흐르는 구동 전류값을 검출할 수 있다. 이와 같은 전류 감지부(610)는 구동 모터(100)의 입력단자(a, b, c)에 직렬로 연결된 션트 저항(shunt resistor)의 전압 강하를 검출하거나, 구동 모터(100)의 입력단자(a, b, c)와 접지(GND) 사이에 구동 모터(100)와 병렬로 연결된 전압 분배기의 출력을 검출하여 구동 전류값을 검출할 수 있다.

홀센서(620)는 스테이터(110)의 상면의 일측에 접속된다. 또한, 홀센서(620)는 로터(120)에 부착된 영구 자석(123)의 회전에 의한 자기장의 변화를 감지함으로써 로터(120)의 회전 변위와 관련된 각도, 주파수 등을 출력할 수 있다.

홀센서(620)는 포텐셔미터(Potentiometer), 절대위치 인코더(Absolute Encoder), 증분형 인코더(Incremental Encoder) 등의 각도센서가 이용될 수 있다. 포텐셔미터(Potentiometer)는 각도에 따라 가변저항의 값을 달리하여 회전하는 각도에 정비례하는 전기적 입력을 산출하는 각도센서이고, 절대위치 인코더(Absolute Encoder)는 기준되는 위치를 설정하지 않고 광학 펄스파를 이용해 어느 정도의 회전으로 해당위치에 있는지 검출하는 각도센서이며, 증분형 인코더(Incremental Encoder)는 기준되는 위치를 설정하여 측정된 각도의 증감을 통해 각도를 산출하는 것으로, 광학 펄스파를 이용해 어느 정도의 회전으로 해당위치에 있는지 검출하는 각도센서이다. 이외에도 각도와 주파수를 측정하는 다양한 종류의 센서가 홀센서(620)의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

타이머(630)는 세탁물의 무게 산출 행정이나 본 행정에 있어 소요되는 시간을 측정할 수 있다. 예를 들어, 타이머(630)는 후술할 세탁물의 무게 산출 행정 중 개방 회로 전류제어로 로터(120)를 가속시키는 단계에서의 구동 시간을 측정할 수 있다.

또한, 감지부(600)는 감지한 구동 전류값, 각도, 주파수, 시간 등을 저장부(530)에 저장할 수 있다.

무게 산출부(700)는 홀센서(620)에서 감지한 로터의 회전 각도 및 각주파수, 타이머(630)에서 감지한 구동 시간을 통해 세탁조(40) 내부에 위치한 세탁물의 무게를 산출할 수 있다.

구체적으로, 무게 산출부(700)는 홀센서(620)에서 감지한 로터의 회전 각도 및 각주파수를 통해 개방 회로 전류제어로 로터(120)를 가속시키는 단계 중 시작점과 종료점의 회전 속도를 산출하고, 산출된 시작점과 종료점의 회전 속도를 기준으로 개방 회로 전류제어로 로터(120)를 가속시키는 단계에서의 회전 속도 변화량을 산출할 수 있다. 그리고, 무게 산출부(700)는 산출한 로터(120)의 회전 속도 변화량과 타이머(630)에서 측정한 개방 회로 전류제어로 로터(120)를 가속시키는 단계에서의 구동 시간의 비율을 산출할 수 있다.

여기서 개방 회로 전류제어로 로터(120)를 가속시키는 단계 중 종료점은 로터(120)가 제 1 횟수만큼 회전을 하는 시점을 의미하는 것으로, 제 1 횟수는 제조시 설정된 값일 수 있고, 사용자가 조작부(510)를 통해 입력한 값일 수도 있다. 또한, 제 1 횟수는 정수에 한정되는 것은 아니며, 소수(Decimal)로도 표현될 수 있다. 예를 들어, 제 1 횟수는 1회가 될 수도 있다.

이후, 무게 산출부(700)는 저장부(530)에 저장된 로터(120)의 회전 속도 변화량과 구동 시간의 비율에 대응하는 세탁물 무게에 대한 데이터를 저장부(530)로부터 불러와 세탁물의 무게를 산출할 수 있다. 또한, 무게 산출부(700)는 로터(120)의 회전 속도 변화량과 구동 시간의 비율에 미리 설정된 변수를 곱하여 세탁물의 무게를 산출할 수도 있다.

또한, 무게 산출부(700)는 산출한 로터(120)의 회전 속도, 회전 속도 변화량 및 회전 속도 변화량과 구동 시간의 비율을 저장부(530)에 저장할 수 있다.

무게 산출부(700)에서 세탁물의 무게를 산출을 위해 기준이 되는 변수인 로터(120)의 회전 속도 변화량과 구동 시간의 비율은 다음의 수학식 1로 표현된다.

수학식 1은 무게 산출부(700)에서 무게 산출시 기준이 되는 변수 S에 대한 수식이다. 수학식 1에서 무게 산출 기준 변수는 S, 개방 회로 전류제어로 로터(120)를 가속시키는 단계에서의 회전 속도 변화량은

, 개방 회로 전류제어로 로터(120)를 가속시키는 단계에서의 구동 시간은

일 수 있다.

무게 산출부(700)는 수학식 1을 통해 산출된 기준 변수 S와 이에 대응되는 저장부(530)에 저장된 데이터를 비교하여 세탁물의 무게를 산출할 수 있다. 저장부(530)에 저장된 무게 산출을 위한 데이터는 실험에 의해 획득된 데이터를 제조시 저장부(530)에 저장한 것일 수 있고, 사용자가 세탁기를 사용하면서 누적된 데이터를 저장부(530)에 저장한 것일 수도 있다.

또한, 무게 산출부(700)는 수학식 1을 통해 산출된 기준 변수 S에 미리 설정된 변수를 곱하여 세탁물의 무게를 산출할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 변수는 데이터는 실험에 의해 획득된 데이터를 분석하여 제조시 저장부(530)에 저장한 것일 수 있고, 사용자가 세탁기를 사용하면서 누적된 데이터를 분석하여 저장부(530)에 저장한 것일 수도 있다.

또한, 무게 산출부(700)는 1회 산출된 세탁물의 무게를 저장부(530)에 저장하고, 무게 산출 행정을 복수회 반복하여 산출된 무게의 평균을 세탁물의 무게로 결정할 수 있다.

예를 들어, 세탁기(1)가 무게 산출 행정을 3회 실시하여 첫번째 무게 산출 행정에서 무게 산출부(700)가 산출한 세탁물의 무게는 14[kg], 두번째 무게 산출 행정에서 무게 산출부(700)가 산출한 세탁물의 무게는 16[kg], 세번째 무게 산출 행정에서 무게 산출부(700)가 산출한 세탁물의 무게는 18[kg]였다고 하면, 무게 산출부(700)는 총 3회의 무게 산출 행정을 통해 산출된 세탁물의 무게의 평균인 16[kg]을 세탁물의 무게로 결정할 수 있다.

이외에도, 세탁조(40)를 가속시켜 가속시 검출된 변수를 이용하여 세탁조(40) 내부의 세탁물 무게를 감지하는 다양한 방법이 무게 산출부(700)의 무게 산출 방법의 일례로 이용될 수 있을 것이다.

제어부(300)는 세탁기(1)의 동작을 전체적으로 제어하는 메인 제어부(320) 및 구동부(400)의 동작을 제어하는 구동 제어부(310)를 포함할 수 있다.

메인 제어부(320)는 사용자의 동작 명령에 따라 구동 제어부(310)에 속도 지령(w*) 또는 모터 구속 감지 전류 지령(idetect*)을 전달하고, 표시부(520)가 사용자의 동작 명령에 따른 세탁 동작 정보를 표시하도록 표시부(520)를 제어할 수 있다. 특히, 메인 제어부(320)는 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정 시에 구동 모터(100)에 대한 속도 지령(w*)과 세탁 행정 및 헹굼 행정 시에 구동 모터(100)의 구속 여부를 검출하기 위한 모터 구속 감지 전류 지령(idetect*)를 출력할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 구동 제어부(310)는 속도 연산기(311), 속도 제어기(313), 제 1 좌표계 변환기(312), 전류 제어기(314), 제 2 좌표계 변환기(315) 및 펄스 폭 변조기(316)를 포함할 수 있다.

속도 연산기(311)는 구동 모터(100)에 포함된 홀센서(620)가 제공하는 로터(120)의 회전 각도 및 주파수와 타이머(630)가 제공하는 구동 시간을 기초로 구동 모터(100)의 회전 속도(w)를 산출하여, 속도 제어기(313) 및 메인 제어부(320)에 제공할 수 있다.

속도 제어기(313)는 메인 제어부(320)가 출력하는 속도 지령(w*)과 속도 연산기(311)가 출력하는 구동 모터(100)의 회전 속도(w) 사이의 차이를 이용하여 dq축 전류 지령(idq*)을 산출하여 전류 제어기(314)에 제공할 수 있다.

제 1 좌표계 변환기(312)는 홀센서(620)가 출력하는 로터(120)의 회전 변위를 기초로 전류 감지부(610)가 출력하는 구동 모터(100)의 3상 구동 전류값(iabc)을 dq축 전류값(idq)으로 변환하여 전류 제어기(314)에 제공할 수 있다.

전류 제어기(314)는 속도 제어기(313)가 출력하는 dq축 전류 지령(idq*)과 제 1 좌표계 변환기(312)가 출력하는 dq축 전류값(idq) 사이의 차이를 이용하여 dq축 전압 지령(vdq*)을 산출하거나, 메인 제어부(320)가 출력하는 모터 구속 감지 전류 지령(idetect*)과 제 1 좌표계 변환기(312)가 출력하는 dq축 전류값(idq) 사이의 차이를 이용하여 dq축 전압 지령(vdq*)을 산출하여 제 2 좌표계 변환기(315)에 제공할 수 있다.

또한, 전류 제어기(314)는 메인 제어부(320)의 제어신호에 따라 세탁물 무게 산출 행정에 있어 d축 전류 성분과 q축 전류 성분을 조절할 수 있다. 즉, 전류 제어기(314)는 d축 전류 성분을 증가시키거나 유지시킬 수 있고, 음의 값을 가지도록 조절할 수 있다. 또한, 전류 제어기(314)는 q축 전류를 증가시키거나 유시시킬 수 있다.

제 2 좌표계 변환기(315)는 홀센서(620)가 출력하는 로터(120)의 회전 변위를 기초로 전류 제어기(314)가 출력하는 dq축 전압 지령(vdq*)을 3상 전압 지령(vabc*)으로 변환하여 펄스 폭 변조기(316)에 제공할 수 있다.

펄스 폭 변조기(316)는 제 2 좌표계 변환기(315)가 출력하는 3상 전압 지령(vabc*)를 기초로 인버터(410)에 포함된 상단 스위칭 회로(Q11~Q13)와 하단 스위칭 회로(Q21~Q23)를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호를 출력할 수 있다.

요약하면, 구동 제어부(310)는 메인 제어부(320)가 출력하는 속도 지령(w*) 또는 모터 구속 감지 전류 지령(idetect*)에 따라 인버터(410)를 제어하는 펄스 폭 변조 신호를 출력한다.

구체적으로, 메인 제어부(320)로부터 속도 지령(w*)이 입력되면 구동 제어부(310)는 구동 모터(100)의 홀센서(620)로부터 피드 백(feed back)받은 로터(120)의 회전 변위를 이용하여 구동 모터(100)의 회전 속도(w)를 산출하고 회전 속도(w)와 속도 지령(w*)를 비교하여 구동 모터(100)의 구동 전류를 제어한다. 또한, 메인 제어부(320)로부터 모터 구속 감지 전류 지령(idetect*)이 입력되면 구동 제어부(310)는 모터 구속 감지 전류 지령(idetect*)을 구동 모터(100)에 피드 포워드(feed forward)시킨다.

이상에서는 일 실시예에 의한 세탁기의 구성에 대하여 설명하였다.

이하에서는 일 실시예에 의한 세탁기의 동작에 대하여 설명하도록 한다.

이하, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 세탁물 무게 산출 행정의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

도 9a는 세탁물의 무게 산출시 스테이터에 흐르는 D축 및 Q축의 전류에 대한 그래프를 도시하고 있고, 도 9b는 세탁물의 무게 산출시 로터의 회전 속도에 대한 그래프를 도시하고 있다.

세탁물 무게 산출 행정(806)은 제 1 단계(801), 제 2 단계(802), 제 3 단계(803), 제 4 단계(804) 및 제 5 단계(805)를 포함할 수 있다.

제 1 단계(801)는 세탁물 무게 산출 행정을 시작하는 단계로서, t1[s]부터 t2[s]까지의 시간에 해당한다. 제 1 단계(801)에서 구동 모터(100)의 토크 성분을 제어하는 q축 전류는 a[A]까지 증가하고, 자속 성분을 제어하는 d축 전류는 0[A]로 유지된다. 하지만, 로터(120)의 마찰력, 스테이터(110)의 자계와 로터(120)의 자계간의 인력 및 척력이 작용하는 지체 시간 및 기타 이유로 인해 제 1 단계(801)에서 로터(120)의 회전 속도(820)는 0[rpm]으로 로터(120)는 정지상태를 유지한다.

제 2 단계(802)는 폐쇄 회로 속도제어를 통해 로터(120)의 회전 속도(820)가 증가 및 유지되는 단계로서, t2[s]부터 t3[s]까지의 시간에 해당한다. 제 2 단계(802)에서 구동 모터(100)의 토크 성분을 제어하는 q축 전류는 b[A]까지 감소하여 제 2 단계(802) 종료 시점까지 q축 전류는 b[A]로 유지되고, 자속 성분을 제어하는 d축 전류는 0[A]로 유지된다. 따라서, 제 2 단계(802)에서 로터(120)의 회전 속도(820)는 제 1 속도인 f[rpm]까지 증가하고, 이후 홀센서(620) 및 타이머(630)의 피드백을 받아 제 2 단계(802) 종료시점인 t3[s]까지 로터(120)의 회전 속도(820)는 제1속도인 f[rpm]로 유지된다.

제 3 단계(803)는 개방 회로 전류제어를 통해 로터(120)의 회전 속도(820)가 증가하고, 세탁물의 무게 산출을 하는 단계로서, 로터(120)가 미리 설정된 제 1 횟수만큼 회전하는 시간인 t3[s]부터 t4[s]까지의 시간에 해당한다. 제 3 단계(803)에서 구동 모터(100)의 토크 성분을 제어하는 q축 전류는 제 1 전류인 c[A]까지 증가하여 제 3 단계(803) 종료 시점까지 q축 전류는 제 1 전류인 c[A]로 유지되고, 자속 성분을 제어하는 d축 전류는 0[A]로 유지된다. 따라서, 제 3 단계(803)에서 로터(120)의 회전 속도(820)는 세탁물의 무게에 따라 가변되는 값인 g[rpm]까지 증가한다.

이 경우, 무게 산출부(700)는 제 3 단계(803)에서의 회전 속도(820) 변화량인 g-f[rpm]과 제 3 단계에서의 구동 시간인 t4-t3[s]의 비율인 기울기(S)를 산출하고 기울기(S)에 대응되는 세탁물 무게 산출 데이터를 저장부(530)로부터 불러와 세탁물 무게를 산출할 수 있고, 기울기(S)에 미리 설정된 변수를 곱하여 세탁물 무게를 산출할 수도 있다.

또한, 제 3 단계(803)에서 구동 시간인 t4-t3[s]는 로터(120)가 미리 설정된 제 1 횟수만큼 회전하는 시간으로서, 제 1 횟수는 제조시 설정된 값일 수 있고, 사용자가 조작부(510)를 통해 입력한 값일 수도 있다. 또한, 제 1 횟수는 정수에 한정되는 것은 아니며, 소수(Decimal)로도 표현될 수 있다. 예를 들어, 제 1 횟수는 1회가 될 수도 있다.

제 4 단계(804)는 개방 회로 전류제어를 통해 로터(120)의 회전 속도(820)가 증가 하고, 세탁물의 무게 산출을 하는 단계로서, t4[s]부터 t5[s]까지의 시간에 해당한다. 제 4 단계(804)에서 구동 모터(100)의 토크 성분을 제어하는 q축 전류는 음의 방향으로 제 2 전류인 e[A]까지 감소하여 로터(120)에는 현재 회전하고 있는 방향과 반대의 방향으로 토크가 작용한다. 따라서, 로터(120)는 회전 방향과 반대 방향으로 작용하는 토크로 인해 회전 속도(820)가 f[rpm]에서 제 2 속도인 h[rpm]까지 감소하게 된다.

그러나, 음의 방향으로 흐르는 q축 전류와 관성에 의해 스테이터(110)와 로터(120)에는 역기전력이 검출되고, 이로 인해 인버터(410)의 DC 입력 전압(Vcc)의 값은 상승하게 된다.

따라서, 제 4 단계(804)에서는 자속 성분을 제어하는 d축 전류를 양의 방향으로 제 3 전류인 d[A]를 흘려주어 회전 속도(820)에 영향을 적게 주면서 인버터(410)에 발생되는 역기전력 에너지를 소비한다. 이로 인해, 제 4 단계(804)에서 q축 전류를 음의 방향으로 제 2 전류인 e[A]를 흘려 주어도, 인버터(410)의 DC 입력 전압(Vcc)의 값은 유지될 수 있다.

따라서, 제 4 단계(804)에서 로터(120)의 회전 속도(820) 점차 감소하여 시간 t5에는 제 2 속도인 h[rpm]까지 감소하게 된다.

또한, 제 4 단계(804)에서 제 2 속도인 h[rpm]은 구동 모터(100)과 연결된 클러치(200), 터브(30) 등의 무게, 세탁물 무게 산출시 요구 토크 및 요구 회전 속도(820) 등의 변수에 결정되는 값으로, 제 2 속도인 h[rpm]은 제조시 설정된 값일 수 있고, 사용자가 조작부(510)를 통해 입력한 값일 수도 있다. 예를 들어, 제 2 속도인 h[rpm]은 제 1 속도인 f[rpm]과 동일한 값일 수도 있다.

제 5 단계(805)는 브레이크 어셈블리(240)를 통해 로터(120)를 정지시키는 단계로서, t5[s]부터 t6[s]까지의 시간에 해당한다. 제 5 단계(805)에서 구동 모터(100)의 토크 성분을 제어하는 q축 전류와 자속 성분을 제어하는 d축 전류는 0[A]로 유지된다. 하지만, 브레이크 어셈블리(240)의 물리적인 제동력에 의해서 로터(120)의 회전 속도(820)는 제 2 속도인 h[rpm]에서 0[rpm]으로 감소하게 된다. 또한, 이 경우 제 4 단계(804)에서 q축 전류와 d축 전류의 전자기적인 제동력으로 낮은 속도까지 로터(120)의 회전 속도(820)가 감속된 상태인바, 클러치(200) 및 기타 장치간의 간격에 의한 소음도 크지 않을 수 있다.

따라서, 제 4 단계(804)의 전자기적인 제동력 및 제 5 단계(805)의 물리적인 제동력을 이용한 이원적인 제동으로 세탁기(1)는 세탁물 무게 산출 행정(806)에 있어 무게 산출 시간을 단축하고, 로터(120)의 감속시 발생되는 소음을 저감할 수 있다.

또한, 세탁기(1)는 산출되는 세탁물 무게의 신뢰성을 위해 세탁물 무게 산출 행정(806)을 복수회 반복할 수 있다. 예를 들어, 세탁기(1)는 세탁물 무게 산출 행정(806)을 3회 반복하여 산출된 세탁물 무게의 평균값을 세탁조(40) 내부의 세탁물 무게로 결정할 수 있다.

여기서, 개방 회로 제어는 제어부에서 출력을 제어할 때 입력만을 고려하고 출력은 고려하지 않아 출력 변수가 직접 입력 변수에 의해 제어되는 제어방법으로, 제어 대상이 어떠한 동작을 했는에 대한 피드백 루프는 갖지 않아 피드 포워드(feed forward) 제어라고도 불리는 제어 방법이다. 반대로, 폐쇄 회로 제어는 목표값과 제어량의 값이 일치하도록 제어 신호를 수정 및 정정을 하는 제어 방법으로, 입력 신호와 피드백 신호사이의 오차를 제어하여 피드백 제어(feedback control)로도 불리는 제어 방법이다. 예를 들어, 폐쇄 회로 속도제어는 제어부를 통해 감지된 로터의 회전 변위에 대한 피드백 신호를 제공받아 회전 속도를 일정 속도로 유지할 수 있다.

세탁물 무게 산출 행정(806) 중 스테이터(110)에 흐르는 q축 전류 및 d축 전류에 해당되는 a[A] 내지 e[A]는 구동 모터(100)과 연결된 클러치(200), 터브(30) 등의 무게, 세탁물 무게 산출시 요구 토크 및 요구 회전 속도(820) 등의 변수에 결정되는 값으로 적용되는 세탁기(1)와 사용 환경에 따라 변할 수 있다.

또한, 세탁물 무게 산출 행정(806) 중 로터(120)의 회전속도에 해당되는 f[rpm] 내지 h[rpm]는 구동 모터(100)과 연결된 클러치(200), 터브(30) 등의 무게, 세탁물 무게 산출시 요구 토크 및 요구 회전 속도(820) 등의 변수에 결정되는 값으로 적용되는 세탁기(1)와 사용 환경에 따라 변할 수 있다.

또한, 세탁물 무게 산출 행정(806)의 시간 t1[s] 내지 t6[s]는 구동 모터(100)과 연결된 클러치(200), 터브(30) 등의 무게, 세탁물 무게 산출시 요구 토크 및 요구 회전 속도(820) 등의 변수에 결정되는 값으로 적용되는 세탁기(1)와 사용 환경에 따라 변할 수 있다.

이하, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 일 실시예에 따라 세탁기가 세탁물 무게 산출 행정을 처리하는 순서에 대해서 설명하도록 한다.

도 10a 및 도 10b는 세탁물의 무게를 산출하고 로터를 가속, 감속 및 제어하는 것에 대한 플로우차트를 도시하고 있다.

먼저, 도 10a와 같이 구동 제어부는 폐쇄 회로 속도 제어를 통해 q축 전류를 흘리고, q축 전류를 흘리지 않으면서, 로터를 가속하고, 로터의 회전속도를 일정 속도로 유지(S 10)시킨다. 그리고, 구동 제어부는 홀센서 및 타이머에서 감지한 변수들을 통해 현재 로터의 회전 속도를 산출하고, 산출된 속도가 미리 설정된 제 1 속도인지 여부를 검사(S 20)한다.

현재 로터의 회전 속도가 제 1 속도가 아닌 경우, 구동 제어부는 다시 S 10의 단계를 수행하여 로터의 회전 속도가 제 1 속도가 되도록 한다. 그러나, 현재 로터의 회전 속도가 제 1 속도인 경우, 메인 제어부는 구동 제어부에 제어 신호를 전달하고, 제어 신호를 전달 받은 구동 제어부는 개방 회로 전류 제어를 통해 토크 성분을 제어하는 q축 전류를 제 1 전류로 증가 및 유지시켜 로터가 가속되도록 제어(S 30)한다.

그리고, 구동 제어부는 홀센서에서 감지한 변수를 통해 현재 로터의 회전수를 산출하고, 산출된 로터의 회전수가 미리 설정된 제 1 횟수와 일치하는지 여부를 검사(S 40)한다.

만약, 로터의 회전수가 제 1 횟수보다 작으면 구동 제어부는 다시 S 30의 단계를 수행하여 로터의 회전수가 제 1 횟수가 되도록 제어한다. 그러나, 산출된 로터의 회전수가 제 1 횟수만큼 회전하였으면, 무게 산출부는 홀센서 밑 타이머에서 감시한 변수인 회전 속도 변화량과 시간차를 통해 세탁물의 무게를 산출(S 50)할 수 있다.

이후, 메인 제어부는 구동 제어부에 제어 신호를 전달하고, 제어 신호를 전달 받은 구동 제어부는 개방 회로 전류 제어를 통해 토크 성분을 제어하는 q축 전류를 음의 값을 가지는 제 2전류로 감소시키고, 자속 성분을 제어하는 d축 전류를 제 3 전류로 증가시킨 후, 이 전류값을 유지(S 60) 시킨다.

이로 인해, 로터는 전자기적인 제동력으로 감속(S 70)하게 된다. 그리고, 구동 제어부는 홀센서 및 타이머에서 감지한 변수들을 통해 현재 로터의 회전 속도를 산출하고, 산출된 속도가 미리 설정된 제 2 속도인지 여부를 검사(S 80)한다.

현재의 로터의 회전 속도가 제 2 속도가 아닌 경우, 구동 제어부는 다시 S 60 및 S 70 단계를 수행하여 로터의 회전 속도가 제 2 속도가 되도록 한다. 그러나, 현재 로터의 회전 속도가 제 2 속도인 경우, 도 10a의 하단의 A로 이동하여 도 10b에 도시된 바와 같이 메인 제어부는 브레이크 어셈블리를 구동시켜 물리적인 제동력으로 로터를 정지(S 90)시킨다.

이후, 구동 제어부는 홀센서 및 타이머에서 감지한 변수들을 통해 현재 로터의 회전 속도를 산출하고, 산출된 0[rpm]인지 여부를 검사(S 100)한다.

현재 로터의 회전 속도가 0[rpm]이 아닌 경우, 메인 제어부는 브레이크 어셈블리를 계속 구동시켜 로터의 회전 속도가 0[rpm]이 되도록 제어한다. 그러나, 현재 로터의 회전 속도가 0[rpm]인 경우, 메인 제어부는 수행된 무게 산출 행정의 싸이클 횟수가 미리 설정된 제 2 횟수인지 여부를 검사(S 110)한다.

만약 현재 수행된 무게 산출 행정의 싸이클 횟수가 제 2 횟수가 아니면, 도 10a의 상단에 도시된 B로 돌아가 다시 S 10부터 S 100의 단계를 수행한다. 그러나, 현재 수행된 무게 산출 행정의 싸이클 횟수가 제 2 횟수이면, 세탁기는 세탁기 무게 산출 행정을 종료한다.

상기의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 의료기기 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 상기에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 세탁기
100 : 구동 모터
200 : 클러치
240 : 브레이크 어셈블리
300 : 제어부
400 : 구동부
600 : 감지부
700 : 무게 산출부
806 : 세탁물 무게 산출 행정
811 : q축 전류
812 : d축 전류
820 : 로터의 회전 속도

Claims

폐쇄 회로 속도제어를 통해 모터를 미리 설정된 제 1 속도로 가속시키고, 개방 회로 전류제어를 통해 상기 모터를 제 1 횟수 회전시키며, 가속시 모터의 회전변위를 통해 세탁조 내의 세탁물의 무게를 감지하는 단계;
상기 모터의 회전방향과 반대 방향의 힘을 상기 모터에 제공하여 미리 설정된 제2 속도까지 감속시키는 단계;
브레이크 어셈블리를 이용해 상기 모터를 정지시키는 단계;
상기 모터의 회전 속도가 0 rpm인 경우 무게 산출 행정의 사이클 횟수가 미리 설정된 제2 횟수인지 검사하는 단계; 및
상기 무게 산출 행정의 사이클 횟수가 상기 제2 횟수에 도달할 때까지 상기 무게를 감지하는 단계와 상기 모터를 정지시키는 단계를 반복하는 단계;
상기 브레이크 어셈블리를 이용해 상기 모터를 정지시키는 단계는,
브레이크 밴드가 감속 기어 어셈블리를 수용하는 감속 기어 수용부와 밀착하여 물리적 제동력을 발생시키는 단계;를 포함하고,
상기 브레이크 밴드가 상기 감속 기어 수용부와 밀착하는 경우, 상기 브레이크 밴드는 제 1 방향으로 탈수축의 회전을 저지하고, 상기 제1 방향과 반대인 제 2 방향으로 상기 탈수축의 회전을 저지하지 않는, 세탁기의 제어방법.
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제1항에 있어서,
상기 모터를 감속시키는 단계는 상기 모터에 q축 전류를 음의 방향으로 흘려 상기 모터에 회전 방향과 반대의 힘을 제공하는 세탁기의 제어방법.
제4항에 있어서,
상기 모터에 d축 전류를 양의 방향으로 흘려 상기 q축 전류로 인한 전압 상승을 줄이는 세탁기의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 모터를 개방 회로 전류제어로 가속시키는 경우에, q축 전류는 미리 설정된 값으로 유지되는 세탁기의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 일련의 단계를 복수 회 반복하는 세탁기의 제어방법.
제7항에 있어서,
상기 반복하는 횟수는 3회인 세탁기의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 제 1 횟수는 1회인 세탁기의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 모터의 회전변위는 상기 모터의 회전 속도 변화량과 구동시간인 세탁기의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 세탁물의 무게를 감지하는 것은 상기 모터의 회전 속도 변화량과 구동 시간의 비율을 이용하여 상기 세탁물의 무게를 산출하는 세탁기의 제어방법.
인버터와 모터를 포함하는 구동부;
상기 모터의 회전 변위를 감지하는 감지부;
상기 모터가 가속되는 경우 상기 감지부가 감지한 상기 모터의 회전 변위를 통해 세탁조 내의 세탁물의 무게를 감지하는 무게 산출부;
브레이크 밴드를 포함하고 상기 모터를 정지시키는 브레이크 어셈블리;
감속 기어 어셈블리를 수용하는 감속 기어 수용부; 및
상기 모터를 가속시켜 상기 무게 산출부가 세탁물의 무게를 감지하도록 제어한 후, 상기 모터에 회전 방향과 반대 방향의 힘을 모터에 제공하여 상기 모터를 감속시키도록 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 모터를 가속하는 경우에 폐쇄 회로 속도제어를 통해 상기 모터를 미리 설정된 제 1 속도로 가속시킨 후, 개방 회로 전류제어를 통해 상기 모터를 제 1 횟수 회전시켜 가속시키고,
상기 모터를 감속하는 경우에 상기 모터의 회전방향과 반대 방향의 힘을 상기 모터에 제공하여 미리 설정된 제2 속도까지 감속시킨 후, 상기 브레이크 어셈블리를 이용해 상기 모터를 정지시키도록 제어하고,
상기 모터의 회전 속도가 0 rpm인 경우 무게 산출 행정의 사이클 횟수가 미리 설정된 제2 횟수인지 검사하고,
상기 무게 산출 행정의 사이클 횟수가 상기 제2 횟수에 도달할 때까지 상기 모터의 가속과 상기 모터의 정지를 반복하며,
상기 모터를 정지시킬 때 상기 브레이크 밴드가 상기 감속 기어 수용부와 밀착하여 물리적 제동력을 발생시키도록 상기 브레이크 어셈블리를 구동시키고,
상기 브레이크 밴드가 상기 감속 기어 수용부와 밀착하는 경우, 상기 브레이크 밴드는 제 1 방향으로 탈수축의 회전을 저지하고, 상기 제1 방향과 반대인 제 2 방향으로 상기 탈수축의 회전을 저지하지 않는, 세탁기.
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제12항에 있어서,
상기 제어부는 상기 모터에 q축 전류를 음의 방향으로 흘려 상기 모터의 회전 방향과 반대 방향의 힘을 제공하여 상기 모터를 상기 제 2 속도까지 감속시키도록 제어하는 세탁기.
제15항에 있어서,
상기 제어부는 상기 모터에 d축 전류를 양의 방향으로 흘려 상기 q축 전류로 인한 전압 상승을 줄이도록 제어하는 세탁기.
제12항에 있어서,
상기 제어부는 상기 모터를 개방 회로 전류제어로 가속시키는 경우에 q축 전류가 미리 설정된 값으로 유지되도록 제어하는 세탁기.
제12항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제어부에서 제어하는 일련의 과정을 복수 회 반복하도록 제어하는 세탁기.
제18항에 있어서,
상기 제어부는 상기 반복하는 횟수를 3회로 제어하는 세탁기.
제12항에 있어서,
상기 제 1 횟수는 1회인 세탁기.
제12항에 있어서,
상기 모터의 회전 변위는 모터의 회전 속도 변화량과 구동시간인 세탁기.
제12항에 있어서,
상기 무게 산출부는 상기 모터의 회전 속도 변화량과 구동 시간의 비율을 이용하여 상기 세탁물의 무게를 산출하는 세탁기.