KR101225503B1 - 세탁기 및 그 언밸런스 제어방법 - Google Patents

Abstract

개시된 발명은 세탁물을 수용하는 회전 터브, 상기 회전 터브를 회전시키기 위한 세탁 모터, 상기 세탁 모터의 회전 속도를 검출하는 모터 속도 검출부, 상기 세탁 모터에 인가하기 위한 모터 인가전압에 대한 정보를 저장하는 제1저장부, 상기 세탁모터의 회전 속도에 따라 가변하는 기준 언밸런스 레벨에 대한 정보를 저장하는 제2저장부, 상기 제1저장부의 상기 모터 인가전압을 고정한 상태로 상기 세탁 모터의 회전 속도를 가변하는 경우, 상기 모터속도 검출부의 모터 속도 신호로부터 검출한 언밸런스 레벨과 상기 제2저장부로부터 제공받은 기준 언밸런스 레벨을 비교한 결과에 따라 상기 세탁물의 불균형으로 인한 언밸런스의 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함한다. 본 발명은 포감기와 언밸런스 검출을 동시 수행하는 경우 세탁 모터의 회전속도에 따라 가변하는 기준 언밸런스 레벨을 이용하여 언밸런스 발생여부를 판단할 수 있어서 언밸런스 발생 여부에 대한 신뢰도를 향상할 수 있고, 세탁 모터에 인가하는 모터 인가전압을 가변하기 어려운 환경 조건에 효과적으로 대처할 수 있다.

Description

세탁기 및 그 언밸런스 제어방법{Washing Machine And Method For Controlling Unbalance The Same}

도 1a 및 도 1b는 언밸런스 상태와 밸런스 상태를 나타낸 도면이다.

도 2는 기존의 언밸런스 검출방법에 따른 세탁 모터의 속도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3은 언밸런스 검출 구간에서의 모터 회전속도와 계산된 평균속도 및 실제 평균속도를 나타낸 그래프이다.

도 4a는 본 발명에 따른 세탁기의 블록도이다.

도 4b는 도 4a의 제어부의 상세 구성도이다.

도 5a는 포 감기 운전패턴을 나타내는 도면이다.

도 5b는 포 감기 운전 시 모터 인가전압을 나타내는 도면이다.

도 5c는 모터 인가전압에 따른 모터 회전속도의 편차를 나타내는 도면이다.

도 5d는 회전 속도 가변 시 모터 인가전압에 따른 언밸런스 레벨을 나타내는 도면이다.

도 5e는 본 발명에서 언밸런스 검출을 위하여 모터 회전속도 가변 시 모터 회전속도에 따른 인가전압을 나타내는 도면이다.

도 6a 내지 도 6d는 모터 속도 신호로부터 언밸런스에 의한 순수 언밸런스 레벨을 얻는 일련의 과정을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 세탁기의 언밸런스 제어방법을 나타낸 순서도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

200 : 제어부

240 : 언밸런스 판단부

250 : 기준 언밸런스 레벨 저장부

본 발명은 탈수 운전에서 언밸런스 레벨을 검출하기 위한 세탁기 및 그 언밸런스 제어방법에 관한 것이다.

세탁기는 세탁물을 수용하는 회전 터브(rotation tub)를 회전하기 위한 세탁모터를 구비한다. 세탁과 헹굼 및 탈수 등 일련의 세탁 동작을 전반적으로 제어하는 컨트롤러가 세탁모터의 회전수를 제어하도록 하고 있다.

회전 터브의 고속 회전에 의하여 원심력을 이용하여 탈수하는 경우, 도 1a와 같이 회전 터브(1)의 내부 공간(2)에 투입된 세탁물(3)이 한 쪽으로 뭉쳐져 있는 언밸런스 상태에서는 회전 터브가 심하게 흔들려서 소음을 유발한다. 소음 억제를 위해서, 도 1b와 같이 세탁물이 고르게 배치되어 있는 밸런스 상태에서 탈수 운전하는 것이 바람직하다.

언밸런스에 의한 소음 발생 뿐만 아니라 세탁물이 뭉쳐진 상태로 탈수하는 경우 탈수 효율이 저하되고 세탁물의 구김이 발생하게 되므로, 탈수 운전 초기에 언밸런스를 검출하고 있다.

기존의 언밸런스 검출방법은 모터 속도의 변동분을 이용하여 언밸런스 레벨을 검출하였다.

모터 속도를 가변하는 동안에는 모터 속도의 변동분이 순시적으로 변화하기 때문에 모터 속도 변동분을 측정하기 매우 어렵다, 그래서 일정 구간에서 모터 속도를 일정하게 유지한 상태에서 모터 속도 변동분을 측정하는 방법을 이용하였다.

즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 모터 회전수를 증가하여 세탁물이 회전 터브 내면에 붙어 있도록 포감기를 수행하고, 이후 언밸런스 검출구간에서 모터 회전수를 일정하게 유지하는 정속 운전 구간에서 모터 속도의 변동분을 측정하고, 그 측정된 모터의 속도 변동분에 기초하여 연산한 언밸런스 레벨에 따라 언밸런스 상태를 판단하였다.

그런데 언밸런스 검출 구간에 적용하는 모터 속도가 낮은 경우 회전 터브 안의 세탁물이 움직이게 되어 속도 센서에 의해 검출된 실제 모터 속도는 일정하게 유지되지 못하고 도 3의 실선으로 나타낸 것과 같이 변화하며, 그 모터 속도의 실제 평균속도도 도 3의 파선으로 나타낸 바와 같이 변화한다. 하지만, 측정한 모터 속도를 평균하여 얻은 계산된 평균속도는 도 3의 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이 일정하다. 따라서 모터 속도 변동분은 실제와 다르게 계산된 평균 속도로부터 얻어지기 때문에, 그 결과 언밸런스 판단 에러를 유발하게 된다.

언밸런스 검출 구간에 적용하는 모터 속도를 높게 하면 회전 터브 안에 세탁 물이 달라붙어서 모터의 평균속도가 일정하게 유지되고 이로서 언밸런스 판단의 신뢰도를 확보할 수 있다. 그렇지만, 판단 결과 언밸런스 레벨이 과도하게 나타나는 경우 밸런스 상태를 만들기 위해서 처음부터 포감기 운전을 반복하여야 하기 때문에 탈수 운전에 걸리는 전체 시간이 길어진다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 기술을 감안하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 포감기와 언밸런스 검출을 동시 수행함에 있어서 세탁 모터에 인가하는 모터 인가전압을 고정한 상태로 세탁 모터의 회전 속도에 따라 가변하는 기준 언밸런스 레벨을 이용하여 언밸런스 발생 여부를 판단할 수 있도록 한 세탁기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 세탁물을 수용하는 회전 터브; 상기 회전 터브를 회전시키기 위한 세탁 모터; 상기 세탁 모터의 회전 속도를 검출하는 모터 속도 검출부; 상기 세탁 모터에 인가하기 위한 모터 인가전압에 대한 정보를 저장하는 제1저장부; 상기 세탁모터의 회전 속도에 따라 가변하는 기준 언밸런스 레벨에 대한 정보를 저장하는 제2저장부; 상기 제1저장부의 상기 모터 인가전압을 고정한 상태로 상기 세탁 모터의 회전 속도를 가변하는 경우, 상기 모터속도 검출부의 모터 속도 신호로부터 검출한 언밸런스 레벨과 상기 제2저장부로부터 제공받은 기준 언밸런스 레벨을 비교한 결과에 따라 상기 세탁물의 불균형으로 인한 언밸런스의 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1저장부는 상기 세탁 모터의 정격전압 범위 이내의 모터 인가전압을 저장한다.

상기 제2저장부는 상기 세탁 모터의 회전 속도에 대응하는 기준 언밸런스 레벨을 데이터베이스화해서 저장하여 두고, 상기 제어부의 요구가 있으면 상기 세탁 모터의 회전 속도에 대응하는 기준 언밸런스 레벨을 제공한다.

상기 제2저장부는 상기 세탁 모터의 회전 속도를 상기 세탁모터의 회전 속도를 변수로 하는 고차 방정식에 대입하여 기준 언밸런스 레벨을 얻고, 상기 제어부의 요구가 있으면 상기 세탁 모터의 회전 속도에 대응하는 기준 언밸런스 레벨을 제공하되, 상기 고차 방정식은 Ur = a+bx+cx² 이며, 상기 Ur은 기준 언밸런스 레벨을 나타내고, 상기 a, b, c는 상수를 나타내며, 상기 x는 상기 세탁모터의 회전 속도를 나타낸다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전 터브를 회전시키기 위한 세탁 모터의 속도를 검출하는 모터속도 검출부를 구비하여 세탁물의 불균형으로 인하여 발생하는 언밸런스를 제어하기 위한 세탁기의 언밸런스 제어방법에 있어서, 포감기 운전 시 상기 세탁 모터에 인가하는 모터 인가전압을 고정한 상태로 상기 세탁 모터의 회전속도를 가변하고; 상기 세탁 모터의 모터 속도 신호로부터 언밸런스를 검출하고; 상기 세탁 모터의 회전 속도에 따라 가변하는 기준 언밸런스 레벨을 저장부에서 읽고; 검출한 언밸런스 레벨과 상기 읽은 기준 언밸런스 레벨을 비교하여 언밸런스의 발생 여부를 판단하고; 그 판단 결과 언밸런스 발생한 경우 상기 세탁 모터를 구동하여 탈수 운전하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

도 4a는 본 발명에 따른 세탁기의 블록도로서, 탈수 운전을 위하여 세탁모터 를 구동하기 위한 구성을 나타낸 것으로 탈수 운전 뿐만 아니라 세탁과 헹굼 운전을 수행하기 위하여 도 4a에 도시하지 않은 공지의 구성요소를 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 세탁기는, 도 4a에 도시한 바와 같이, 탈수 운전의 설정을 포함한 사용자의 운전 명령을 입력하기 위한 입력부(100), 세탁과 헹굼 및 탈수 등 세탁기의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부(200), 상기 제어부(200)의 제어에 따라 세탁모터(400)를 구동하기 위한 모터 구동부(300), 및 상기 세탁모터(400)의 회전수에 대응하는 모터 속도 신호를 상기 제어부(200)에 제공하기 위한 모터속도 검출부(500)를 포함한다. 여기서 모터속도 검출부(500)는 홀센서 또는 엔코더로 구현할 수 있다.

제어부(200)는, 도 4b에 도시한 바와 같이, 속도 리플 추출부(210)와 절대값 연산부(220)와 언밸런스 레벨 검출부(230)와 언밸런스 판단부(240), 기준 언밸런스 레벨 저장부(250), 모터 제어부(260), 및 저장부(270)를 포함하여 구성한다.

세탁과 헹굼을 마치고 나서 탈수 운전하는 경우, 회전 터브 내면에 세탁물이 달라 붙게 하는 포감기를 수행하기 위해 세탁 모터(400)를 구동한다. 포감기 운전하는 동안 세탁 모터의 회전속도를 가변하며, 본 발명에서는 도 5a에 도시한 바와 같은 포감기 운전 패턴에 따라 세탁 모터의 회전 속도를 가변한다. 포감기 운전 패턴과 모터 전압정격 범위의 모터 인가전압에 대한 정보는 저장부(270)에 저장되어 있다.

모터 회전 속도가 변화할 때 세탁 모터에 인가되는 전압의 크기는 일반적으로 도 5b와 같다.

도 5c를 참고하여, 일반적으로 작은 모터 인가전압(V1)을 적용한 경우의 모터 회전속도(S-1)의 속도 편차(A1)는 상대적으로 큰 모터 전압(V2; V1<V2)을 적용한 경우의 모터 회전속도(S-2)의 속도 편차(A2)보다 크다. 모터 인가전압이 크면 구동 토크가 증가하여 속도 편차의 크기가 줄어든다.

도 5d는 언밸런스 무게가 일정한 상태에서 각각의 모터 인가 전압에 대하여 세탁 모터의 회전 속도를 가변하는 경우에 검출한 언밸런스 레벨을 나타낸 것으로, 모터 회전속도에 따라 모터 인가전압을 가변하여 일정 언밸런스 레벨(Ur)을 얻을 수 있다는 것을 나타낸다.

도 5e에 도시한 바와 같이 포감기 운전에서 일정 언밸런스 레벨이 검출되도록 하기 위해서는 가변하는 모터 회전속도(60, 70, 80, 90 rpm)에 대응하여 모터 인가전압(V1, V2, V3, V4)을 가변하도록 하는 것이 요구된다.

그러나 적용하는 세탁 모터의 전압정격 범위의 최고 회전속도(Vmax)보다 높은 전압을 인가하면 과전류가 흐르게 되고 최저 회전속도(Vmin)보다 낮은 전압을 인가하면 모터 토크가 작아져 제어 특성이 불안정해지며 심지어 모터가 정지할 수도 있다.

도 5e에 도시한 바와 같이, 임의의 언밸런스 무게에 따라 일정한 언밸런스 레벨을 얻기 위한 모터 인가전압 중 60rpm에 대응하는 전압 V1은 최저 인가전압(Vmin)보다 낮고 90rpm에 대응하는 전압 V4는 최고 인가전압(Vmax)보다 높아서 이러한 전압 V1, V4는 모터 전압정격 범위를 벗어나고 있다.

세탁 모터의 특성상 모터 인가전압을 가변하는 동작이 부적절한 경우 즉 포 감기 운전에서 언밸런스 레벨을 일정하게 할 수 없는 시스템 환경 조건에 대처하기 위하여, 본 발명에서는 모터 전압정격 범위 내의 모터 인가전압으로 고정한 상태로 인가전압의 주파수를 변화하여 세탁 모터의 회전 속도를 가변하도록 한다. 다만, 모터 인가전압이 고정된 상태에서 모터 회전 속도를 가변하는 경우 언밸런스 레벨도 변화한다. 예를 들어 도 5d에 도시한 바와 같이, 모터 전압정격 범위의 인가전압 V2로 고정한 상태에 회전속도를 가변하는 경우 언밸런스 레벨이 S-12와 같이 변화한다. 이에 따라 모터 회전속도 마다 언밸런스 발생 여부를 판단하기 위한 기준 언밸런스 레벨도 달라지기 때문에 이에 대한 고려가 있어야 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 기준 언밸런스 레벨 저장부(250)는 세탁 모터의 회전속도에 대응하는 각각의 기준 언밸런스 레벨을 시험을 통하여 얻은 후 데이터베이스로 구축하고, 실제 포감기 운전 시 해당 기준 언밸런스 레벨을 제공하는 방법을 적용할 수 있다.

다른 방법으로, 본 발명에 따른 기준 언밸런스 레벨 저장부(250)는 임의의 언밸런스 무게별로 회전속도를 변수로 하는 고차 방정식을 이용하여 각각의 기준 언밸런스 레벨을 계산하고, 실제 포감기 운전 시 해당 기준 언밸런스 레벨을 제공하는 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어 언밸런스 무게가 300g인 경우에서 기준 언밸런스 레벨(Ur300)은 다음의 (식1)에 의하여 얻는다.

Ur300 = a+bx+cx² ------ (식 1) 여기서, a, b, c는 상수이고, x는 모터 회전속도이다.

세탁 모터의 회전속도를 가변하는 도중 모터속도 검출부(500)는, 도 6a에 도시한 모터 속도 신호(Y1)를 속도 리플 검출부(210)에 제공한다. 속도 리플 검출부(210)는 제공받은 모터 속도 신호(Y1)로부터 직류 성분을 제거하고, 도 6b와 같이 속도 리플(Y2)을 추출하여 절대값 연산부(220)에 제공한다. 절대값 연산부(220)는 속도 리플을 제곱(Y2*Y2)하여 0보다 큰 신호 파형(Y3)을 언밸런스 레벨 검출부(230)에 공급한다. 언밸런스 레벨 검출부(230)는 언밸런스에 의한 신호 성분 이외의 다른 성분을 제거하여 언밸런스에 의한 순수한 언밸런스 레벨(Y4)를 언밸런스 판단부(240)에 출력한다. 여기서 다른 성분은 모터 동력을 회전 터브에 전달하기 위한 벨트와 풀리 등과 같은 기구적 특성 등으로 인하여 발생되는 성분을 의미한다. 언밸런스 레벨 검출부(230)가 공급하는 언밸런스 레벨(Y4)은 모터의 속도 변화를 실시간으로 반영한다.

모터 속도 신호를 입력받은 모터 제어부(260)는 모터 회전속도에 해당하는 기준 언밸런스 레벨을 기준 언밸런스 레벨 저장부(250)에 요구하고, 기준 언밸런스 레벨 저장부(250)는 미리 구축한 데이터베이스에서 검색하거나 고차 방정식을 이용하여 계산하여 모터 회전속도에 대응하는 기준 언밸런스 레벨을 언밸런스 판단부(240)에 제공한다.

언밸런스 판단부(240)는 언밸런스 레벨 검출부(230)로부터 제공받은 언밸런스 레벨(Y4)과 기준 언밸런스 레벨 저장부(250)로부터 제공받은 회전속도에 대응하는 기준 언밸런스 레벨을 비교하여 언밸런스 발생 여부를 판단한다. 그 판단 결과에 따른 언밸런스 판단신호를 모터 제어부(260)에 제공한다.

모터 속도신호로부터 추출한 언밸런스 레벨이 기준 언밸런스 레벨 보다 작으면 밸런스 상태인 경우로 인식하여 실질적인 탈수 운전을 수행하기 위해 세탁 모터를 고속 회전한다.

이하에서는 본 발명에 따른 세탁기의 동작을 설명한다.

세탁과 헹굼 운전을 끝내고, 제어부(200)는 탈수 운전 모드를 설정하고(600), 모터 구동부(300)를 제어하여 세탁 모터(400)의 구동을 시작한다(610).

포감기 운전을 수행할 것인지 판단하고(612), 포감기 운전인 경우 모터 속도 검출부(500)에서 검출한 모터 속도 신호(Y1)를 제어부(200)에 공급한다(614).

모터 제어부(260)는 저장부(270)에 저장된 포감기 운전 패턴과 모터 정격전압 범위의 모터 인가전압을 읽고(616)(618), 읽은 모터 인가전압으로 고정한 상태로 회전 속도를 가변하기 위한 모터 구동신호를 모터 구동부(300)에 출력한다. 이에 따라 세탁 모터의 회전 속도가 가변한다(620).

세탁 모터의 회전속도를 가변하는 동안 속도 리플 추출부(210)는 모터 속도 신호에서 고주파의 속도 리플(Y2)을 추출하여 직류 성분이 제거된 속도 리플(Y2)을 절대값 연산부(220)에 공급한다(622). 절대값 연산부(220)에서 속도 리플(Y2)를 제곱하여 모든 신호가 0보다 큰 값을 가지도록 절대값 연산한 신호(Y3)를 언밸런스 레벨 검출부(230)에 공급한다(624). 언밸런스 레벨 검출부(230)는 제공받은 신호(Y3)에서 언밸런스에 의한 순수한 성분을 남기고 다른 성분을 제거한 순수 언밸런 스 레벨을 언밸런스 판단부(240)에 공급한다(626).

모터 제어부(260)는 모터 속도에 대응하는 기준 언밸런스 레벨을 요구하고, 이에 따라 기준 언밸런스 레벨 저장부(250)가 회전 속도에 대응하는 기준 언밸런스 레벨을 언밸런스 판단부(240)에 제공한다(628).

언밸런스 판단부(240)는 제공받은 언밸런스 레벨과 기준 언밸런스 레벨을 비교하여 그에 따른 언밸런스 판단 신호를 모터 제어부(260)에 제공한다(630). 언밸런스 레벨이 기준 언밸런스 레벨보다 작지 않은 경우 모터 제어부(260)는 모터 구동부(300)를 제어하여 계속해서 포감기 동작을 수행하기 위해 동작 616으로 진행한다.

언밸런스 레벨이 기준 레벨보다 작은 경우 밸런스 상태로 인식하고 모터 제어부(260)는 실질적인 탈수 동작을 수행하기 위하여 모터 구동부(300)를 제어하여 회전 터브를 고속 회전시킨다(632).

이상과 같이 본 발명은 포감기와 언밸런스 검출을 동시 수행하기 위해 세탁 모터의 회전 속도를 가변하는 경우, 모터 정격전압 범위의 모터 인가전압으로 고정한 상태로 세탁 모터의 회전속도에 따라 가변하는 기준 언밸런스 레벨을 이용하여 언밸런스 발생여부를 판단할 수 있어서 언밸런스 발생 여부에 대한 신뢰도를 향상할 수 있고, 세탁 모터에 인가하는 모터 인가전압을 가변하기 어려운 환경 조건에 효과적으로 대처할 수 있다.

Claims (5)

1. 세탁물을 수용하는 회전 터브;

   상기 회전 터브를 회전시키기 위한 세탁 모터;

   상기 세탁 모터의 회전 속도를 검출하는 모터 속도 검출부;

   상기 세탁 모터에 인가하기 위한 모터 인가전압에 대한 정보를 저장하는 제1저장부;

   상기 세탁모터의 회전 속도에 따라 가변하는 기준 언밸런스 레벨에 대한 정보를 저장하는 제2저장부;

   상기 제1저장부의 상기 모터 인가전압을 고정한 상태로 상기 세탁 모터의 회전 속도를 가변하는 경우, 상기 모터속도 검출부의 모터 속도 신호로부터 검출한 언밸런스 레벨과 상기 제2저장부로부터 제공받은 기준 언밸런스 레벨을 비교한 결과에 따라 상기 세탁물의 불균형으로 인한 언밸런스의 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1저장부는 상기 세탁 모터의 정격전압 범위 이내의 모터 인가전압을 저장하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2저장부는 상기 세탁 모터의 회전 속도에 대응하는 기준 언밸런스 레벨을 데이터베이스화해서 저장하여 두고, 상기 제어부의 요구가 있으면 상기 세탁 모터의 회전 속도에 대응하는 기준 언밸런스 레벨을 제공하는 것을 특징으로 하는 세탁기.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2저장부는 상기 세탁 모터의 회전 속도를 상기 세탁모터의 회전 속도를 변수로 하는 고차 방정식에 대입하여 기준 언밸런스 레벨을 얻고, 상기 제어부의 요구가 있으면 상기 세탁 모터의 회전 속도에 대응하는 기준 언밸런스 레벨을 제공하되,

   상기 고차 방정식은 Ur=a+bx+cx² 이며, 상기 Ur은 기준 언밸런스 레벨을 나타내고, 상기 a, b, c는 상수를 나타내며, 상기 x는 상기 세탁모터의 회전 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 세탁기.
5. 회전 터브를 회전시키기 위한 세탁 모터의 속도를 검출하는 모터속도 검출부를 구비하여 세탁물의 불균형으로 인하여 발생하는 언밸런스를 제어하기 위한 세탁기의 언밸런스 제어방법에 있어서,

   포감기 운전 시 상기 세탁 모터에 인가하는 모터 인가전압을 고정한 상태로 상기 세탁 모터의 회전속도를 가변하고;

   상기 세탁 모터의 모터 속도 신호로부터 언밸런스를 검출하고;

   상기 세탁 모터의 회전 속도에 따라 가변하는 기준 언밸런스 레벨을 저장부에서 읽고;

   검출한 언밸런스 레벨과 상기 읽은 기준 언밸런스 레벨을 비교하여 언밸런스의 발생 여부를 판단하고;

   그 판단 결과 언밸런스 발생한 경우 상기 세탁 모터를 구동하여 탈수 운전하는 것을 특징으로 하는 세탁기의 언밸런스 제어방법.

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