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KR102045004B1 - 세탁기의 제어방법 - Google Patents

세탁기의 제어방법 Download PDF

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KR102045004B1
KR102045004B1 KR1020180022110A KR20180022110A KR102045004B1 KR 102045004 B1 KR102045004 B1 KR 102045004B1 KR 1020180022110 A KR1020180022110 A KR 1020180022110A KR 20180022110 A KR20180022110 A KR 20180022110A KR 102045004 B1 KR102045004 B1 KR 102045004B1
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South Korea
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clutch
motor
shaft
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천만호
표준호
이정욱
이태희
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엘지전자 주식회사
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Main Body Construction Of Washing Machines And Laundry Dryers (AREA)

Abstract

물이 담기는 외조와, 상기 외조 내에 배치되어 세탁물을 수용하고, 수직한 축을 중심으로 회전되는 내조와, 회전력을 제공하는 모터와, 제 1 중공이 형성되고, 상기 내조를 회전시키는 외축과, 상기 제 1 중공 내에 배치되는 내축과, 상기 내조 내에 배치되고, 상기 내축과 결합되는 펄세이터와, 상기 모터의 회전력을 전달하여 상기 내축을 회전시키는 유성기어열과, 상기 외축의 제 1 중공 내에서 상기 내축과 나사 결합되고, 상기 외축과는 스플라인 결합되어 상기 내축의 회전에 의해 승강되되, 상기 내축이 정방향으로 회전되어 최대상승위치에 이르면 더 이상의 상승이 제지되어 상기 외축을 상기 정방향으로 회전시키고, 상기 내축이 역방향으로 회전되어 소정의 최대하강위치에 이르면 더 이상의 하강이 제지되어 상기 외축을 상기 역방향으로 회전시키는 클러치를 포함한다.

Description

세탁기의 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING WASHING MACHINE}
본 발명은 세탁축과 탈수축을 연결 또는 분리하는 클러치 시스템을 구비한 세탁기의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 세탁기는 케이싱 내에 구비된 외조 내에, 세탁물을 수용하는 내조가 수직한 축(axis)을 중심으로 회전 가능하게 구비되고, 상기 내조 내에는 수류를 휘젓기 위한 펄세이터(pulsator)가 구비된다.
상기 세탁기는 상기 내조와 펄세이터를 구동하기 위한 모터를 구비한다. 상기 모터는 내축과 외축을 갖는 2중 축 구조를 통해 동력을 전달하는데, 상기 내축은 상기 펄세이터를 회전시키는 축으로, 상기 모터와 직결되어 있어, 상기 모터가 회전될 시 항시 상기 펄세이터가 회전되나, 상기 외축은 상기 내조를 회전시키는 축으로써, 클러치에 의해 상기 내축과 연결 또는 연결 해제되도록 구성되어 있다.
즉, 상기 클러치에 의해 상기 외축과 상기 내축이 연결되었을 시에는 상기 펄세이터와 상기 내조가 함께 회전되고, 반대로, 상기 외축이 상기 내축과 분리되었을 시에는, 상기 내조가 정지된 상태에서 상기 펄세이터만이 회전하게 된다.
한국 공개번호 특2000-0063005는 세탁기에 적용되는 클러치를 개시하고 있다. 상기 클러치는 여러 개의 기어와, 기어들을 동작시키는 레버 등을 포함하여 구성됨으로써, 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 기어와 레버를 작동시키기 위한 별도의 모터가 필요하다.
클러치 구조를 단순화한 세탁기가 한국 공개번호 특1993-0023530호에 개시되어 있다. 상기 세탁기는 외주면에 제 1 회전돌기가 형성된 세탁축과, 내주면에 제 1 걸림돌기가 형성된 탈수축과, 상기 탈수축과 상기 세탁축 사이에 개재되고, 내주면에는 상기 제 1 회전돌기와 간섭되는 제 2 걸림돌기가 형성되고, 외주면에는 상기 제 1 걸림돌기와 간섭되는 제 2 걸림돌기가 형성된 절환부를 구비하고 있는데, 상기 세탁축이 회전되어, 상기 제 1 회전돌기가 상기 제 1 걸림돌기에 걸리면 상기 절환부가 회전되고, 상기 절환부의 회전에 의해 상기 제 2 회전돌기가 상기 제 2 걸림돌기에 걸리면 상기 탈수축의 회전이 이루어진다.
상기 탈수축의 회전이 이루어지기 전까지는 상기 세탁축만이 회전되기 때문에, 상기 세탁축만이 회전되는 모드와, 상기 세탁축과 상기 탈수축이 함께 회전되는 모드를 선택적으로 구현할 수 있다.
그런데, 이러한 구조는, 상기 세탁축, 절환부 및 탈수축에 형성된 돌기들이 서로 간섭되어 토크를 전달하는 것이나, 상기 돌기들의 강도나 신뢰성을 보장하기가 현실적으로 어려울 뿐만 아니라, 상기 돌기들을 통해 전달할 수 있는 토크에는 한계가 있어 큰 부하 감당하지 못하는 문제가 있었다. 또한, 상기 탈수축이 정지된 상태에서 상기 세탁축 만이 양방향으로 교대로 회전될 시, 돌기들간의 충돌 소음이 빈번하게 발생되는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 펄세이터를 회전시키는 내축의 회전에 따라 승강되면서 상기 내축과 외축(내조를 회전시키는 축)을 접속(결합 또는 축이음) 또는 접속 해지하는 클러치를 구비한 세탁기에 있어서, 상기 클러치의 승강 범위를 정밀하게 제어할 수 있는 세탁기의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 클러치가 정해진 교반제어구간 내에 위치할 시, 상기 내축은 상기 외축과 접속이 해제된 상태에서 회전되나, 상기 클러치가 상기 교반제어구간의 상한 또는 하한에 위치한 경우에는 상기 내축과 상기 외축이 접속된 상태이기 때문에, 상기 내축과 상기 외축이 함께 같은 방향으로 회전된다. 따라서, 상기 내축이 상기 외축과 접속 해제된 상태에서 상기 펄세이터가 양방향으로 회전되는 교반 모션을 실시할 시, 상기 클러치가 상기 교반제어구간의 상한 또는 하한에 도달하지 않도록 상기 클러치의 승강 동작을 정확하게 제어할 수 있는 세탁기의 제어방법을 제공하는 것이 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제이다.
특히, 상기 클러치가 상기 교반제어구간의 상한 또는 하한에 도달하게 되면, 상기 클러치가 상기 내축과 상기 외축을 접속하는 과정에서 부품들 간의 간섭으로 인한 충격과 불필요한 소음이 발생할 수 있기 때문에, 이러한 문제를 해결한 세탁기의 제어방법을 제공하는 것이 본발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제이다.
본 발명의 세탁기는, 내축과 외축 사이에 개재되는 클러치가 상기 내축과는 나사 결합되고, 상기 외축과는 스플라인 결합된다. 상기 스플라인 결합은 상기 외축에 대해 상기 클러치가 상대 회전되지 않도록 구속하는 것이기 때문에, 상기 내축이 회전될 시 상기 클러치가 상기 내축을 따라 승강된다.
상기 클러치는 정해진 범위 내에서 승강된다. 즉, 상기 클러치는 기 설정된 최대상승위치에 이르면 더 이상 상승되지 못하고, 기 설정된 하강 위치에 이르면 더 이상 하강하지 못한다.
상기 클러치가 상승되도록 상기 내축이 회전되는 방향을 정방향이라고 하고, 반대 반향을 역방향이라고 하면, 상기 내축이 정방향으로 회전되어 상기 클러치가 최대상승위치에 이른 후에도 계속하여 상기 내축이 정방향으로 회전되면, 상기 클러치가 더 이상 상승하지 못하기 때문에(즉, 상기 클러치가 상기 내축에 대해 더 이상 상대 회전될 수 없기 때문에), 상기 클러치가 상기 내축과 일체로 회전되며, 이때, 상기 외축은 상기 클러치와 스플라인 결합되어 있기 때문에 함께 회전된다.
마찬가지로, 상기 내축이 역방향으로 회전되어 상기 클러치가 최대하강위치에 이른 후에도 계속하여 상기 내축이 역방향으로 회전되면, 상기 클러치가 더 이상 하강하지 못하기 때문에(즉, 상기 클러치가 상기 내축에 대해 더 이상 상대 회전될 수 없기 때문에), 상기 클러치가 상기 내축과 일체로 회전되며, 이때, 상기 외축도 함께 회전된다.
이러한 세탁기를 제어하는 방법은 상기 모터를 제 1 방향으로 회전시켜 상기 클러치를 기준위치에 정렬하는 기준위치정렬단계와, 상기 클러치가 상기 기준위치에 정렬된 상태에서 상기 모터를 제 2 방향(상기 제 1 방향과 반대 방향)으로 회전시켜, 상기 클러치를 기동위치로 정렬하는 기동위치정렬단계를 포함한다.
여기서, 상기 기준위치는 상기 최대하강위치 또는 상기 최대상승위치 중 어느 하나와 대응하는 것일 수 있다. 상기 기준위치가 상기 최대하강위치인 경우, 상기 제 1 방향은 상기 클러치가 하강되도록 상기 내축이 회전될 시의 상기 모터의 회전방향이다.
상기 기동위치는 상기 교반제어구간의 상한과 하한 중 어느 하나와 대응하도록 설정된다. 상기 교반제어구간의 상한은 상기 최대상승위치로부터 제 1 거리만큼 하측으로 이격되고, 상기 교반제어구간의 하한은 상기 최대하강위치로부터 제 2 거리만큼 상측으로 이격된다.
상기 기동위치정렬단계는 상기 모터를 상기 제 2 방향으로 기 설정된 기준정렬각도 만큼 회전시켜, 상기 클러치를 상기 기준위치로부터 이동시켜 상기 기동위치에 정렬시킨다.
이후, 상기 클러치를 상기 기동위치로부터 상기 교반제어구간의 상한 및 하한 중 다른 하나와 대응하는 목표위치로 이동시키는 단계가 실시되며, 이때, 상기 모터의 회전은 상기 기동위치로부터 상기 목표위치로의 상기 클러치의 변위에 따라 설정된 기동정렬각도 만큼 상기 모터의 회전이 제어된다. 상기 클러치가 상기 목표위치로부터 상기 기동위치로 복귀되도록 상기 모터의 회전을 제어하는 단계가 더 실시될 수 있으며, 이들 단계들이 반복됨으로써, 상기 클러치가 상기 교반제어구간 내에서 상승과 하강을 반복할 수 있다.
이렇게 상기 클러치의 상승과 하강이 반복되는 중에, 상기 클러치가 상기 교반제어구간을 벗어나 기 설정된 허용위치에 이른 것으로 감지되면 상기 기준위치정렬단계가 다시 실시될 수 있다.
다르게는, 상기 클러치의 상승과 하강이 반복되는 중에 설정시간이 경과하면 상기 기준위치정렬단계가 다시 실시될 수 있다.
상기 기준위치정렬단계는, 상기 최대상승위치로와 상기 최대하강위치 간의 상기 클러치의 변위에 따라 설정된 기준정렬각도로 상기 모터가 상기 제 1 방향으로 회전되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기준위치정렬단계는, 상기 모터가 상기 제 1 방향으로 회전되는 중에, 상기 모터의 전류값이 기 설정된 제 1 전류값 이상이면, 상기 클러치가 상기 기준위치에 이른 것으로 판단하여 상기 모터를 제동하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 모터의 제동은, 상기 모터가 상기 제 1 방향으로 회전을 개시한 후 제 1 설정시간을 경과한 후에 감지된 상기 모터의 전류값을 바탕으로 실시될 수 있다.
상기 기준위치정렬단계는, 상기 모터가 상기 제 1 방향으로 회전을 개시한 후 제 2 설정시간 내에, 상기 모터의 전류값이 상기 모터가 기동될 시의 전류값에 대응하는 제 2 전류값과, 상기 클러치가 상기 최대상승위치 또는 상기 최대하강위치에 이르러 상기 내축과 상기 외축이 접속될 시의 전류값에 대응하는 제 3 전류값과, 상기 제 3 전류값이 감지된 이후에 상기 내축과 상기 외축이 접속된 상태로 일체로 회전될 시의 전류값에 대응하는 제 4 전류값이 차례로 감지될 시, 상기 클러치가 상기 기준위치에 이른 것으로 판단하여 상기 모터를 제동하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 세탁기는, 상기 모터에 의해 회전되는 유성기어열을 더 포함할 수 있다. 상기 유성기어열은, 상기 기어 하우징의 내주면에 고정된 링기어와, 상기 모터의 구동축과 연결된 선기어와, 상기 선기어와 상기 링기어 사이에 개재되어, 상기 선기어 및 상기 링기어와 맞물리는 피니언기어와, 상기 다수개의 피니언기어를 회전 가능하게 지지하여 다수개의 피니언기어가 상기 링기어를 따라 공전함에 따라 자전되고, 상기 내축과 결합되어, 상기 자전에 의해 상기 내축을 회전시키는 캐리어를 포함할 수 있다.
본 발명의 세탁기의 제어방법은, 내축과 외축 사이에 개재되어 상기 내축의 회전에 따라 승강되며 상기 내축과 상기 외축을 접속 또는 접속 해제하는 클러치의 승강 범위를 정밀하게 제어함으로써, 상기 펄세이터의 회전 방향이 전환되는 과정에서 상기 클러치가 상기 내축과 상기 외축을 접속시키는 최대상승위치 또는 최대하강위치에 이르는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 펄세이터가 양방향으로 교대로 회전되는 교반세탁시, 상기 내축과 상기 외축이 접속 해제된 상태에서 안정적으로 이루어지며, 상기 교반세탁시에 상기 클러치의 오동작(즉, 상기 내축과 상기 외축의 접속)으로 인한 부품들 간의 간섭 또는 충격과 불필요한 소음의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 종단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세탁기의 일부분을 확대한 것이다.
도 3의 (a)는 내조에 대해 펄세이터가 상대회전 할 시의 유성기어열의 동작을 모식적으로 도시한 것이고, 도 3의 (b)는 내조와 펄세이터가 함께 회전될 시의 유성기어열의 동작을 모식적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 "A"부분을 부분적으로 절개하여 도시한 것으로, (a)는 클러치가 최대하강위치에 있는 상태를 도시하고 있고, (b)는 클러치가 최대상승위치에 있는 상태를 도시하고 있다.
도 5는 클러치 위치 제어에 참조되는 위치들을 표시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 주요부들의 제어관계를 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 클러치의 위치를 초기화하는 과정에서 클러치의 위치들을 도시한 것이다.
도 9는 기준위치 정렬단계를 구성하는 세부 단계들을 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 종단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 세탁기의 일부분을 확대한 것이다. 도 3의 (a)는 내조에 대해 펄세이터가 상대회전 할 시의 유성기어열의 동작을 모식적으로 도시한 것이고, 도 3의 (b)는 내조와 펄세이터가 함께 회전될 시의 유성기어열의 동작을 모식적으로 도시한 것이다. 도 4는 도 1의 "A"부분을 부분적으로 절개하여 도시한 것으로, (a)는 클러치가 최대하강위치에 있는 상태를 도시하고 있고, (b)는 클러치가 최대상승위치에 있는 상태를 도시하고 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기는 물이 담기는 외조(1)와, 외조(1) 내에 배치되어 세탁물을 수용하고, 수직한 축(vertical axis)을 중심으로 회전되는 내조(2)와, 내조(2) 내에 배치된 펄세이터(3)와, 회전력을 제공하는 모터(10)를 포함한다.
외조(1)는 세탁기의 외관을 이루는 케이싱(미도시) 내에 배치된다. 외조(1)는 지지로드(미도시)에 의해 상기 케이싱 내에 매달릴 수 있다. 상기 지지로드는 다수개가 구비될 수 있다. 내조(2)의 회전에 의해 진동이 유발될 시, 외조(1)가 상기 지지로드를 따라 승강되며, 이러한 외조(1)의 승강 운동을 완충시키는 서스펜션(미도시) 또는 댐퍼(미도시)가 구비될 수 있다.
모터(10)는 펄세이터(3)와 내조(2)를 회전시키기 위한 동력을 제공하는 것으로, 정역회전이 가능하다. 또한, 모터(10)는 회전 방향과 회전 속도를 제어할 수 있는 것이다. 모터(10)는, 바람직하게는, BLDC(Brushless Direct Current electric motor)이나 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.
모터(10)는 중심부에 유도 코일이 권선된 스테이터(stator, 미도시)가 배치되고, 상기 스테이터를 중심으로 로터(11)가 회전되는 아우터 로터(outer rotor) 방식이다. 로터(11)는 바닥부(13)와, 바닥부(13)로부터 상측으로 연장된 링형의 측면부(12)를 포함할 수 있다. 모터(10)의 구동축(10a)은, 로터 부시(14)에 의해, 바닥부(13)에 고정된 로터 허브(15)와 연결될 수 있다. 모터(10)의 측면부(12)의 내주면에는 원주 방향을 따라 다수개의 자석(미도시)이 구비되어, 상기 스테이터와 상기 자석 사이에 작용하는 자기장에 의해 로터(11)가 회전된다.
도 6을 참조하면, BLDC 모터(10)의 속도 제어 시스템은 속도 제어기(92), 전류 제어기(93), 위치 검출기(94) 및 인버터(95)를 포함할 수 있다. 이러한 속도 제어 시스템은 BLDC 모터 제어를 위해 널리 이용되고 있다.
모터(10)가 센서리스 BLDC 모터(sensorless brushless DC electric motor)인 경우, 위치 검출기(94)는 모터(10)의 역기전력을 검출하는 회로를 포함한다. 제어부(91)는 위치 검출기(94)에 의해 검출된 역기전력의 파형에서 ZCP(zero crossing point)를 검출하고, 이를 바탕으로 모터(10)의 회전자(또는, 로터(11))의 위치(θm )를 검출할 수 있다. 또한, 위치 검출기(94)는 회전자의 위치를 미분하여 회전 속도(ωm *)를 구할 수 있다. 다르게는, 위치 검출기(94)는 모터(10)의 회전자의 위치 또는 회전 속도를 검출하는 홀센서(hall sensor)를 구비하는 것도 가능하다.
속도 제어기(92)는 제어부(91)로부터 인가된 지령속도(ωm *)를 추종하기 위한 지령전류(Idc *)를 출력한다. 속도 제어기(92)는 위치 검출부(94)로부터 인가된 현재속도(ωm)를 바탕으로 피드백 제어를 하는 비례-적분 제어기(PI 제어기: Proportional Integral controller)나 비례-적분-미분 제어기(PID 제어기: Proportional Integral Derivative controller)로 구성될 수 있다.
모터(10)의 출력 토크는 상전류의 크기에 비례하고, 상전류의 크기는 인버터(95)의 입력 전류(Idc)에 비례한다. 전류 제어기(93)는 입력 전류(Idc)가 속도 제어기(92)로부터 인가된 지령전류(Idc *)를 추종하도록 게이팅 신호(PWM 파형)를 생성하고, 상기 게이팅 신호에 따라 인버터(95)가 구동됨으로써 모터(10)가 회전된다. 속도 제어기(92)와 마찬가지로, 전류 제어기(93)는 비례-적분 제어기나 비례-적분-미분 제어기로 구성될 수 있다.
구동축(10a)의 회전력을 입력받아, 기 설정된 속도비 또는 토크비에 출력을 변환하여 내축(4)을 회전시키는 유성기어열(8)이 구비된다. 유성기어열(8)에 대해서는 보다 상세하게 후술하기로 한다.
내축(4)은 펄세이터(3)와 결합된다. 펄세이터(3)의 중심부에는 체결공이 형성되고, 상기 체결공을 상측으로부터 통과한 나사(23)가 내축(4)과 체결될 수 있다.
외축(9)은 내조(2)와 연결되는 것으로, 내축(4)이 통과하는 제 1 중공이 형성된 관상의 형태이다. 내조(2)의 하측에는, 내조(2)의 바닥과 결합되는 허브 베이스(18)가 구비될 수 있다. 내조(2)의 바닥에는 중앙부에 개구부가 형성되고, 허브 베이스(18)는, 상기 개구부 둘레와 접하는 부분들을 나사나 볼트 등의 체결부재가 통과하여 내조(2)의 바닥과 체결된다.
허브 베이스(18)는 외축(9)이 회전될 시 함께 회전된다. 외축(9)과 허브 베이스(18)는 맞물려(또는, 치합되어) 있다. 외축(9)과 허브 베이스(18)는 스플라인 결합될 수 있다. 외축(9)의 외측면에는 스플라인을 구성하는 치들(teeth)이 형성될 수 있다. 허브 베이스(18)는 전체적으로 원판형으로 이루어지고, 중심부에는 외축(9)이 통과하는 보스(18a)가 형성될 수 있다. 보스(18a)의 내주면에는 상기 치들과 맞물리는 치합홈이 형성될 수 있다.
외축(9)은 허브 베이스(18) 중심의 보스(18a)를 통과한 후 상측으로 돌출될 수 있고, 이렇게 돌출된 부분은 너트(19)와 체결될 수 있다. 또한, 상기 돌출된 부분에는 내조(2) 내에 담긴 물이 외축(9)의 제 1 중공 내로 침입하지 않도록 밀봉하는 실러(24)가 구비될 수 있다.
외조(1)의 하측에는 베어링 하우징(16)이 배치될 수 있다. 베어링 하우징(16)은 외조(1)의 저면에 결합될 수 있다. 베어링 하우징(16) 내에는 외축(9)을 지지하는 베어링(26)이 구비될 수 있다.
모터(10)가 회전될 시 내축(4)은 항시 회전된다. 이에 반해, 내조(2)가 회전되기 위해서는 모터(10)에 의해 제공된 토크가 내축(4)으로부터 외축(9)으로 전달되어야 하며, 이러한 기능이 클러치(6)의 승강 동작에 의해 이루어진다.
클러치(6)는 내축(4)과 외축(9) 사이에 배치된다. 클러치(6)는 외축(9)과 맞물린 상태(또는, 치합된 상태)에서 승강 가능하게 구비되고, 내축(4)과는 나사 결합되어 내축(4)의 회전에 의해 최대하강위치(도 4의 (a) 참조)와 최대상승위치(도 4의 (b)참조.) 사이에서 승강될 수 있다.
클러치(6)가 외축(9)에 대해 승강 가능하도록, 클러치(6)의 외주면과 제 1 중공을 한정하는 외축(9)의 내주면은 스플라인 결합된다. 예를 들어, 클러치(6)의 외주면에는 스플라인을 구성하는 적어도 하나의 치(tooth, 61)가 형성되고, 외축(9)의 내주면에는 적어도 하나의 치(61)와 대응하는 적어도 하나의 치합홈(9r)이 형성된다. 치함홈(9r)들이 각각 치(61)들과 맞물린다. 바람직하게는, 스플라인을 구성하는 치들의 단면이 삼각형으로 이루어져 서로 맞물리는 세레이션들이 클러치(6)의 외주면과 외축(9)의 내주면에 각각 형성될 수 있다.
클러치(6)의 외주면에 형성된 치(61)들이 외축(9)의 내주면에 형성된 치함홈(9r)들과 맞물리기 때문에, 클러치(6)가 최대상승위치에 이르러 더 이상 상승하지 못하는 상태가 되거나, 최대하강위치에 이르러 더 이상 하강하지 못하는 상태가 되면, 클러치(6)를 통해 외축(9)으로 토크가 전달되어, 클러치(6)와 외축(9)이 함께 회전된다. 이에 대해서는 보다 상세하게 후술하기로 한다.
클러치(6)는 제 1 중공 내에서 내축(4)과 나사 결합되어 있다. 내축(4)의 외주면에는 축방향(axial direction)을 따라 나선형(helix)의 스레드(thread, 41)가 형성되고, 클러치(6)의 내주면에는 스레드(41)와 맞물리는 스레드(미도시)가 형성된다. 즉, 내축(4)과 클러치(6)와의 관계에서, 내축(4)은 수나사(external thread)에 해당하며, 클러치(6)는 암나사(internal thread)에 해당한다.
클러치(6)의 외주면이 외축(9)의 내주면과 스플라인 결합되어 있고, 내축(4)과 클러치(6)는 나사 결합되어 있기 때문에, 클러치(6)의 승강 운동이 구속되지 않는 상태에서 내축(4)이 회전되는 경우, 클러치(6)는 스레드(41)에 대해 상대 회전하면서 내축(4)의 회전방향에 따라 상승 또는 하강된다. 이하, 클러치(6)의 상승을 유발하는 내축(4)의 회전방향을 정방향이라고 하고, 그 반대 방향을 역방향이라고 정의한다.
클러치(6)는, 내축(4)이 정방향으로 회전되어 최대상승위치(도 4의 (b)참조.)에 이르면 더 이상의 상승이 제지된다. 클러치(6)의 상승이 제지된 상태에서 계속하여 내축(4)이 정방향으로 회전되면, 외축(9)도 함께 정방향으로 회전된다.
반대로, 클러치(6)는 내축(4)이 역방향으로 회전되어 최대하강위치(도 4의 (a)참조.)에 이르면 더 이상의 하강이 제지된다. 클러치(6)의 하강이 제지된 상태에서 계속하여 내축(4)이 역방향으로 회전되면, 외축(9)도 함께 역방향으로 회전된다.
클러치(6)의 최대상승위치와 최대하강위치 중 적어도 하나는, 스레드(41)에 의해 한정될 수 있다. 즉, 클러치(6)가 내축(4)에 대해 역방향으로 상대 회전되어, 스레드(41)의 상단에 이르면, 클러치(6)가 더 이상 회전될 수 없게 되기 때문에 상승 운동이 제지되고, 이때의 클러치(6)의 위치가 최대상승위치가 된다.
반대로, 클러치(6)가 내축(4)에 대해 정방향으로 상대 회전되어, 스레드(41)의 하단에 이르면, 클러치(6)가 더 이상 회전될 수 없게 되기 때문에 하강 운동이 제지되고, 이때의 클러치(6)의 위치가 최대하강위치가 된다.
한편, 이와는 다르게, 클러치(6)의 상승을 제지하는 상부 스토퍼 및/또는 하강을 제지하는 하부 스토퍼가 더 구비되는 것도 가능하다. 예를 들어, 내축(4)과 외축(9) 사이에 개재되는 베어링(27)이 상기 상부 스토퍼가 될 수 있다. 상기 하부 스토퍼를 위한 베어링이 더 구비되는 것도 가능하다.
다른 예로, 내축(4)에 부시(bush)나 링이 끼워지거나, 내축(4)의 외주면으로부터 돌기가 돌출되어, 상기 상부 스토퍼 또는 상기 하부 스토퍼를 구성할 수도 있다.
한편, 외축(9)에 형성된 제 1 중공 내에서 클러치(6)가 이동되는 영역은, 내조(2)의 외측에 제공될 수 있다. 더 나아가, 상기 클러치(6)가 이동되는 영역은 외조(1) 보다 하측에 제공될 수도 있다. 클러치(6)가 이동되는 영역(또는, 클러치(6)의 설치 또는 작동을 위한 공간)이 내조(2)의 내측에 제공되지 않기 때문에, 펄세이터(3)가 통상의 세탁기와 마찬가지로, 내조(2) 바닥에 배치될 수 있다.
유성기어열(8)은 모터(10)의 회전력을 전달하여 내축(4)을 회전시킨다. 유성기어열(8)은, 선기어(81), 피니언기어(82), 캐리어(83) 및 링기어(84)를 포함한다. 유성기어열(8)은 구동축(10a)을 통해 입력된 토크를 정해진 기어비에 따라 변환하여 내축(4)을 회전시킨다. 상기 기어비는, 선기어(81), 피니언기어(82), 링기어(84)의 치(tooth)의 수에 따라 정해질 수 있다.
유성기어열(8)은, 외축(9)과 결합(또는, 축이음)된 기어 하우징(5) 내에 배치된다. 기어 하우징(5)은 외축(9)과 축이음되어 있어 외축(9)이 회전될 시 함께 회전된다. 기어 하우징(5)은 상부에 보스(533)가 형성된다. 외축(9)의 하단부가 보스(533)와 결합되어, 외축(9)과 기어 하우징(5)이 축이음된다.
기어 하우징(5)은 하부 하우징(52)과 상부 하우징(53)을 포함할 수 있다. 하부 하우징(52)과 상부 하우징(53)은 나사나 볼트 등의 체결부재에 의해 상호 결합된다. 하부 하우징(52)은 전체적으로 관상의 형태로 이루어져, 상하 방향으로 길게 연장된 제 2 중공을 형성하며, 상기 제 2 중공 내에 구동축(10a)이 삽입된다.
하부 하우징(52)은 상기 제 2 중공을 형성하는 중공 축(521)과, 중공 축(521)의 상단에서 반경방향을 따라 외측으로 확장된 하부 플랜지(522)를 포함할 수 있다. 중공 축(521)과 구동축(10a) 사이에는, 중공 축(521)과 구동축(10a)이 상대회전되도록 지지하는 베어링(33)이 개재된다. 또한, 베어링 하우징(16)에는 중공 축(521)의 외주면을 지지하는 베어링(28)이 설치된다.
상부 하우징(53)은 하부 하우징(52)의 상측에 배치된다. 상부 하우징(53)은 하부 플랜지(522)의 상측으로 소정의 수용 공간을 형성하며, 상기 수용 공간 내에 유성기어열(8)이 배치된다. 상기 수용 공간은, 전체적으로는 상하방향으로 연장되는 형태이고, 상측과 하측은 각각 개방되어 있다.
상부 하우징(53)에는 외축(9)과 결합되는 보스(533)가 형성되며, 상기 수용 공간의 상측은 보스(533)에 의해 개방된다. 상부 하우징(53)은 링기어(84)를 감싸는 내주면을 형성하는 하우징 본체(531)와, 하우징 본체(531)의 개방된 하측에서 반경방향을 따라 외측으로 확장되어 하부 플랜지(522)와 결합되는 상부 플랜지(532)를 포함하며, 보스(533)는 하우징 본체(531)로부터 상측으로 연장된다.
선기어(81)는 구동축(10a)과 연결되어, 구동축(10a)과 일체로 회전된다. 실시예에서 선기어(81)는 헬리컬 기어이고, 이에 대응하여, 피니언기어(82)와 링기어(84)도 헬리컬 기어 형태의 치들을 갖도록 구성되나, 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 선기어(81)는 평기어로 이루어지고, 피니언기어(82)와 링기어(84)도 평기어 형태의 치들을 가질 수 있다.
링기어(84)는 하우징 본체(531) 내에(또는, 하우징 본체(531)에 대해) 고정될 수 있다. 즉, 링기어(84)는 기어 하우징(5)과 일체로 회전되는 것이다. 링기어(84)는 링형의 개구부를 한정하는 내주면 상에 치들이 형성된다.
피니언기어(82)는 선기어(81)와 링기어(84) 사이에 개재되어, 선기어(81) 및 링기어(84)와 맞물린다. 피니언기어(82)는 선기어(81)의 둘레를 따라 다수개(82(1), 82(2), 82(3), 82(4))가 배치될 수 있고, 각각의 피니언기어(82)는 캐리어(83)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
캐리어(83)는 내축(4)과 결합(축이음)된다. 캐리어(83)는 피니언기어(82)와 내축(4)을 연결하는 일종의 링크이다. 즉, 피니언기어(82)가 선기어(81) 둘레를 공전함에 따라 캐리어(83)는 자전되며, 그에 따라 내축(4)이 회전된다.
캐리어(83)는 내축(4)과 결합되는 보스(831a)가 형성된 상판부(831)와, 상판부(831)로부터 하측으로 이격되고, 중앙부에 구동축(10a)이 통과하는 통공이 형성된 하판부(832)와, 상판부(831)와 하판부(832)를 연결하는 기어축(833)을 포함한다. 기어축(833)은 원주방향을 따라 다수개가 구비되며, 각각의 기어축(833)에 피니언기어(82)가 설치될 수 있다.
기어축(833)은 상판부(831) 및/또는 하판부(832)에 대해 회전 가능하게 설치되어, 피니언기어(82)와 기어축(833)이 함께 회전될 수 있다. 다르게는, 기어축(833)의 회전이 구속되고, 피니언기어(82)가 기어축(833)에 대해 회전될 수 있다.
상판부(831)에 형성된 보스(831a)는 전술한 상부 하우징(53)에 형성된 보스(533) 내에 위치하며, 보스(831a)와 외축(9) 사이에 베어링(32)이 개재될 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 클러치(6)의 동작을 설명한다.
도 4의 (b)는 클러치(6)가 최대상승위치에 이른 상태를 도시하고 있다. 이 상태에서, 내축(4)이 정방향으로 회전하게 되면, 클러치(6)는 더 이상 상승하지 못하기 때문에, 외축(9)이 정방향으로 회전하게 된다. 이는 펄세이터(3)와 내조(2)가 함께 정방향으로 회전되는 경우이다.
반대로, 클러치(6)가 최대상승위치에 이른 상태에서 내축(4)을 역방향으로 회전시키게 되면, 클러치(6)가 하강하게 된다. 클러치(6)가 최대상승위치와 최대하강위치 사이에 위치한 상태에서 구동축(10a)이 회전되는 경우, 내조(2)의 부하 또는 관성에 따라 외축(9)의 회전이 유발될 수도 있다. 즉, 내조(2)로부터 외축(9)에 작용하는 부하가 충분히 큰 경우, 외축(9)은 정지상태를 유지하고 내축(4) 만이 회전되나, 상기 부하가 외축(9)의 회전을 구속할 정도는 아닌 경우에는, 내축(4)과 반대 방향으로 외축(9)이 회전될 수 있다.
도 3의 (a)는, 구동축(10a)이 역방향으로 회전되어 클러치(6)가 하강되는 경우에 있어서, 유성기어열의 동작을 도시하고 있다. 링기어(84)의 회전은 구속된다고 가정할 시, 구동축(10a)이 각속도 W1로 회전되면, 캐리어(83)는 구동축(10a)과 같은 방향으로 각속도 W3으로 회전됨을 알 수 있다. (W1>W3)
한편, 최대하강위치와 최대상승위치 사이에서 클러치(6)가 연속하여 회전 가능한 최대 각도(또는, 회전수)에 따라, 내조(2)가 정지된 상태에서 펄세이터(3)가 연속하여 회전될 수 있는 최대 각도(또는, 회전수)가 정해질 수 있다.
클러치(6)가 승강되는 구간에서, 펄세이터(3)는 모터(10)의 회전 방향에 따라 정방향 또는 역방향으로 회전될 수 있다. 즉, 특히, 클러치(6)가 최대상승위치 또는 최대하강위치에 이르지 못하고, 이들 위치 사이에 있는 경우에는, 내축(4)의 회전 방향에 따라 펄세이터(3)의 회전 방향도 결정되기 때문에, 모터(10)의 회전 방향을 제어함으로써 펄세이터(3)의 교반 회전을 유도할 수 있다.
도 4의 (a)는 클러치(6)가 최대하강위치에 이른 상태를 도시하고 있다. 이 상태에서 내축(4)이 역방향으로 회전하게 되면, 클러치(6)는 더 이상 하강하지 못하기 때문에, 외축(9)도 역방향으로 회전하게 된다. 이는, 펄세이터(3)와 내조(2)가 함께 역방향으로 회전되는 경우이다.
도 3의 (b)는 클러치(6)가 최대하강위치에 이른 상태에서, 구동축(10a)이 계속하여 역방향으로 회전되는 경우, 즉, 펄세이터(3)와 내조(2)가 함께 회전되는 경우를 도시하고 있는데, 캐리어(83)와 링기어(84) 모두 구동축(10a)과 같은 방향으로 일체로(즉, 같은 각속도로)회전됨을 알 수 있다.
도 5는 클러치 위치 제어에 참조되는 위치들을 표시한 것이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 주요부들의 제어관계를 도시한 블록도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 제어방법을 도시한 순서도이다. 도 8은 클러치의 위치를 초기화하는 과정에서 클러치의 위치들을 도시한 것이다. 도 9는 기준위치 정렬단계를 구성하는 세부 단계들을 도시한 것이다. 이하, 도 5 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 제어방법을 설명한다.
펄세이터(3)와 내조(2)의 회전 방식에 따라 교반모드(agitating mode)와 스핀모드(spin mode)로 구분된다. 교반모드는 내축(4)과 외축(9)의 접속이 해제된 상태에서 모터(10)를 구동하는 것으로, 클러치(6)는 최대상승위치와 최대하강위치 사이에 위치된다. 교반모드에서는, 내조(2) 내에 세탁물이나 물이 충분히 담겨있어 외축(9)에 작용하는 부하가 큰 경우, 내조(2)는 정지된 상태에서 펄세이터(3)만이 회전된다. 그러나, 외축(9)에 작용하는 부하가 내조(2)를 정지 상태로 유지하는데 충분치 못한 경우에는, 유성기어열(8)을 통해 전달된 토크에 의해 외축(9)이 내축(4)과 반대 방향으로 회전된다.
교반모드에서는 모터(10)의 회전 방향을 반복하여 전환함으로써 펄세이터(3)가 양방향으로 교대로 회전될 수 있다. 교반모드는 주로 내조(2) 내에 투입된 고르게 분산시키 위해서나 내조(2) 내에 물이 채워진 상태에서 세탁이나 헹굼을 수행할 시 사용된다.
스핀모드는 내축(4)과 외축(9)이 접속된 상태에서 모터(10)를 구동된다. 스핀모드에서 클러치(6)는 최대상승위치 또는 최대하강위치에 위치한다. 스핀모드에서는 펄세이터(3)와 내조(2)가 함께 같은 방향으로 회전된다. 스핀모드는 탈수시에 주로 사용되나, 세탁이나 헹굼시에도 회전 수류를 형성하기 위해 사용되기도 한다.
한편, 교반모드에서는 모터(10)의 회전 방향에 따라 클러치(6)가 상승 또는 하강되는데, 이때, 클러치(6)가 최대상승위치 또는 최대하강위치에는 이르지 않도록 모터(10)의 회전이 제어되어야 한다. 클러치(6)가 최대상승위치 또는 최대하강위치에 이른 상태에서 모터(10)가 같은 방향으로 계속하여 회전되면 스핀모드가 되기 때문이다.
클러치(6)가 잠시라도 최대상승위치 또는 최대하강위치에 이르게 되면, 클러치(6)는 내축(4)에 대해서 더 이상 상대회전되지 못하고, 외축(9)을 회전시키기 위한 토크를 감당하게 된다. 클러치(6)에 가해지는 이와 같은 부하는 교반모드에서는 불필요한 것으로써 클러치(6)의 내구성에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 클러치(6)가 상부 스토퍼 또는 하부 스토퍼와 충돌함으로써 발생하는 소음 역시 좋지 않는 것이다. 따라서, 교반모드에서 클러치(6)가 최대상승위치 또는 최대하강위치에 이르는 것을 미연에 방지하거나, 의도치 않게 그런 상황이 발생하였을 경우에는 이를 신속하게 파악하여 모터(10)의 구동을 정지시킬 필요가 있다. 이러한 측면에서 이하 본발명의 일 실시예에 따른 세탁기의 제어방법을 보다 구체적으로 살펴본다.
도 5에 표시된 P1 내지 P6은 클러치(6)의 하단의 위치를 표시한 것으로, P1은 최대하강위치, P2는 하단 허용위치, P3은 하단 기동위치, P4는 상단 기동위치, P5는 상단 허용위치, P6은 최대상승위치라고 정의한다. 여기서, 각 위치들은 클러치(6)의 상단을 기준으로 정의된 것이다.
최대하강위치(P1)는 클러치(6)가 하강할 수 있는 최저점으로써, 스레드(41)에 의해 클러치(6)가 최저점으로 이동되었을 시의 위치이다. 다만, 실시예에 따라 하부 스토퍼가 별도로 구비되는 경우, 상기 하부 스토퍼에 의해 더 이상의 이동이 제한된 상태에서의 클러치(6)의 위치가 될 수 있다.
하단 기동위치(P3)는 교반모드에서 클러치(6)가 가장 아래로 하강된 위치이고, 상단 기동위치(P4)는 교반모드에서 클러치(6)가 가장 높이 상승된 위치이다. 즉, 교반모드에서 제어부(91)는 모터(10)를 정/역방향으로 교대로 회전시켜 클러치(6)를 상승/하강시키되, 클러치(6)가 하단 기동위치(P3)와 상단 기동위치(P4) 사이에서 승강되도록 제어한다.
하단 기동위치(P3)와 상단 기동위치(P4) 사이를 교반제어구간(ST)이라고 정의할 시, 교반제어구간(ST)의 상한에 해당하는 상단 기동위치(P4)는 최대상승위치(P6)로부터 기 설정된 제 1 거리만큼 하측으로 이격되고, 교반제어구간(ST)의 하한에 해당하는 하단 기동위치(P3)는 최대하강위치(P1)로부터 기 설정된 제 2 거리만큼 상측으로 이격되어 있다.
하단 허용위치(P2)는 최대하강위치(P1)와 하단 기동위치(P3) 사이에서 정해지는 위치이고, 상단 허용위치(P5)는 상단 기동위치(P4)와 최대상승위치(P6)사이에서 정해진 위치이다.
최대상승위치(P6)는 클러치(6)가 상승할 수 있는 최고점으로, 스레드(41)에 의해 클러치(6)가 최고점으로 이동되었을 시의 위치이다. 다만, 실시예에 따라 상부 스토퍼가 별도로 구비되는 경우, 상기 상부 스토퍼에 의해 더 이상의 상승이 제한된 상태에서의 클러치(6)의 위치가 될 수 있다.
한편, 교반모드가 시작(S1)되면, 클러치(6)의 위치를 초기화하는 단계(S2, 초기화단계)와, 기 설정된 범위 내에서 클러치(6)의 위치를 제어하면서 펄세이터(3)를 교반시키는 단계(S3, 교반세탁단계)가 차례로 실시된다.
초기화단계(S2)는 모터(10)를 제 1 방향으로 회전시켜, 클러치(6)를 기준위치에 정렬하는 기준위치정렬단계(S21)와, 클러치(6)를 상기 기준위치로부터 이동시켜 기동위치로 정렬하는 기동위치정렬단계(S22)를 포함한다. (도 8의 (a)로부터 (b)에 이르는 과정 참조.)
먼저 기준위치정렬단계(S21)를 설명한다. 상기 기준위치는 최대상승위치(P6)와 최대하강위치(P1) 중에 어느 하나로 미리 정해진 것이다. 이하, 상기 기준위치는 최대하강위치(P1)인 것을 예로 들며, 이 경우 상기 제 1 방향은 역방향(클러치(6)가 하강되도록 모터(10)가 회전되는 방향)이다. 실시예에 따라, 상기 기준위치가 최대상승강위치(P6)로 설정된 경우, 상기 제 1 방향은 정방향(역방향의 반대방향)이다.
제어부(91)는 모터(10)가 역방향으로 기 설정된 기준정렬각도(θa)만큼 회전되도록 제어한다. 이러한 모터(10)의 회전제어는 위치 검출기(94)로부터 검출된 로터(11)의 위치(θm)를 바탕으로 이루어질 수 있다.
기준정렬각도(θa)는 최대상승위치(P6)로부터 최대하강위치(P1)로의 클러치(6)의 변위에 따라 설정된다. 내축(4)에 형성된 스레드(41)의 피치 간격이 일정할 때, 클러치(6)가 최대상승위치(P6)에 있는 상태에서 모터(10)가 역방향으로 기준정렬각도(θa)만큼 회전되면, 클러치(6)가 최대하강위치(P1)까지 하강된다. 즉, 클러치(6)의 변위가 최대(즉, 최대상승위치(P6)와 최대하강위치(P1) 사이의 거리)가 될 시, 모터(10)는 일방향으로 기준정렬각도(θa)만큼 회전된다.
클러치(6)가 내축(4) 상에서 임의의 지점에 위치한 상태에서, 제어부(91)의 제어에 의해 모터(10)가 상기 제 1 방향으로 기준정렬각도(θa)만큼 회전되도록 제어되면, 클러치(6)가 기준위치(P1)로 정렬된다. 속도 제어 시스템은 제어부(91)에 의해 인가된 지령속도(ωm *)를 추종하도록 모터(10)의 회전을 제어하는데, 이때, 제어부(91)는 위치 검출기(94)로부터 검출된 위치(θm)를 바탕으로 모터(10)의 회전을 제어한다.
그런데, 클러치(6)가 최대상승위치(P6, 실시예에 따라 최대상승위치(P6)가 기준위치인 경우에는 최대하강위치(P1))에 있는 상태에서 모터(10)의 구동이 시작된 경우가 아닌 한, 모터(10)는 기준정렬각도(θa) 전부를 회전할 수는 없다. 즉, 대부분의 경우 모터(10)의 회전이 기준정렬각도(θa)에 이르기 전에 클러치(6)가 최대하강위치(P1)에 이르게 된다. 따라서, 기준위치정렬단계(S21)에서는 클러치(6)가 초기위치에 이르면 모터(10)의 회전이 기준정렬각도(θa)만큼 이루어지지 않았더라도 모터(10)를 제동시킬 필요가 있다.
제어부(91)는 모터(10)의 전류를 바탕으로 클러치(6)가 최대하강위치(P1)에 이르렀는지 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(91)는 내축(4)이 역방향으로 회전되는 중에 모터(10)의 전류값(Idc)이 기 설정된 제 1 전류값(I1) 이상이면, 클러치(6)가 최대하강위치(P1)에 이른 것으로 판단하여 모터(10)의 회전을 정지시킬 수 있다.(S211, S212, S213)
클러치(6)가 최대하강위치(P1)에 이르러 내축(4)과 외축(9)이 접속되면 모터(10)에 가해지는 부하의 급격한 증가로 인해 전류값(Idc) 역시 급격하게 상승된다. 따라서, 제어부(91)는 이때의 전류값(Idc)이 제 1 전류값(I1) 이상이 되면, 클러치(6)가 최대하강위치(P1)에 이른 것으로 판단하고 모터(10)를 제동할 수 있다.(S212, S213) 특히, 모터(10)의 회전이 기준정렬각도(θa)에 이르지 못한 경우에도 모터(10)를 제동함으로써, 클러치(6)의 초기화에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
한편, 모터(10)에 작용하는 부하 조건에 따라서는 기동초기(즉, 정지 상태의 모터(10)에 전류(Idc)가 인가되는 시점으로부터 일정 시간이 경과할 때까지)에, 클러치(6)가 최대하강위치(P1)에 있지 않아도 전류값(Idc)이 제 1 전류값(I1)이 되는 경우가 있다. 즉, 펄세이터(3)에 가해지는 부하가 커서 정지 상태의 모터(10)를 기동하는데 제 1 전류값(I1) 보다 큰 전류가 필요한 경우도 있기 때문이다.
따라서, 기동초기에 발생되는 큰 전류값은 클러치(6)의 위치를 판단하는데 있어서 배제되어야 하는 것이 바람직하고, 이러한 측면에서, 제어부(91)는 내축(4)이 역방향으로 회전을 개시하여 제 1 설정시간(T1)을 경과한 후에 감지된 모터(10)의 전류값(I-dc)을 바탕으로 모터(10)의 회전이 정지되도록 제어할 수 있다. 즉, 모터(10)가 기동된 후 제 1 설정시간(T1)을 경과한 이후에 검출된 전류값(Idc)이 제 1 전류값(I1) 이상인 경우 모터(10)의 제동이 실시되는 것이다.
한편, 실시예에 따라 제어부(91)는 기동초기(즉, 모터(10)가 역방향으로 회전을 개시한 후 제 2 설정시간(T2) 내)에 모터(10)의 전류값(Idc)이 제 2 전류값(I2), 제 3 전류값(I3), 제 4 전류값(I4)로 차례로 검출되는 경우, 클러치(6)가 최대하강위치(P1)에 이른 것으로 판단하여, 모터(10)의 회전이 기준정렬각도(θa)에 이르지 못한 경우에도 모터(10)를 제동할 수 있다.
제 2 전류값(I2)은 모터(10)가 기동을 개시할 시의 전류값과 대응하는 것이다. 모터(10)가 기동될 시에는 펄세이터(3)의 정지 관성을 극복하여야 하므로 모터(10)에 상당한 크기가 전류가 인가되며 이때의 전류값이 제 2 전류값(I2)이 될 수 있다.
제 3 전류값(I3)은 클러치(6)가 기준위치에 이르러 내축(4)과 외축(9)이 접속될 시의 전류값과 대응하는 것이다. 내축(4)과 외축(9)이 접속되면 모터(10)에 가해지는 부하의 급격한 증가로 인해 전류값(Idc) 역시 급격하게 상승되며, 이때의 전류값(Idc)이 제 3 전류값(I3)이 될 수 있다.
제 4 전류값(I4)은 내축(4)과 외축(9)이 접속된 상태로 일체로 회전될 시의 전류값과 대응하는 것이다. 즉, 제 4 전류값(I4)은, 클러치(6)가 기준위치(실시예에서는 최대하강위치(P1))에 이르러 내축(4)과 외축(9)이 접속된 상태에서 모터(10)가 계속하여 역방향으로 회전을 할 시의 전류값(Idc)을 바탕으로 설정되며, 특히, 외축(9)의 회전이 개시될 시의 전류값(Idc)을 바탕으로 정해지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제 2 전류값(I2), 제 3 전류값(I3), 제 4 전류값(I-4)이 제 2 설정시간(T2) 내에 차례로 검출되는 경우는, 클러치(6)가 제 2 설정시간(T2)과 대응하는 거리 이내로 최대하강위치(P1)로부터 이격된 상태에서 모터(10)가 기동되고, 클러치(6)의 위치가 제 2 설정시간(T2) 내에 최대하강위치(P1)에 이르고, 그 이후 외축(9)의 회전이 개시되는 일련의 과정이 실시되는 경우에 해당한다. 여기서, 제 2 설정시간(T2)이 짧게 설정된 경우일수록, 위와 같이 검출되는 일련의 전류값들은 모터(10)의 기동 시점에 클러치(6)가 기준위치로부터 근접한 곳에서 하강하기 시작하여 상기 기준위치에 이르렀음을 판단하는 지표가 된다.
즉, 제어부(91)는 위와 같이 검출되는 일련의 전류값들(I2, I3, I4)을 바탕으로, 클러치(6)의 최초 위치가 최대하강위치(P1)로부터 근접해 있어 모터(10)의 회전이 기준정렬각도(θa)에 이르기 전에 이미 클러치(6)가 최대하강위치(P1)에 정렬되었다는 것을 판단할 수 있다. 따라서, 클러치(6)가 모터(10)의 회전이 기준정렬각도(θa)에 이르기 전에 최대하강위치(P1)에 이른 경우, 남은 각도만큼의 모터(10)의 회전을 생략함으로써 클러치(6)의 위치를 초기화하는데 걸리는 시간을 단축할 수 있는 것이다.
클러치(6)가 기준위치로 정렬된 이후 기동위치정렬단계(S22)가 실시된다. 기동위치정렬단계(S22)는 클러치(6)를 상기 기준위치로부터 이동시켜 기 설정된 기동위치로 정렬하는 단계이다. (도 8의 (b)로부터 (c)에 이르는 과정 참조.)
제어부(91)는 클러치(6)가 기동위치로부터 교반제어구간(ST)의 상한 및 하한 중 다른 하나에 대응하는 목표위치로 이동하도록, 기동정렬각도(θb) 만큼 모터(10)의 회전을 제어한다. 상기 기동위치가 교반제어구간(ST)의 하한(P3)이고 상기 목표위치가 교반제어구간(ST)의 상한(P4)인 경우, 모터(10)는 정방향으로 기동정렬각도(θb) 만큼 회전되고, 반대로 상기 기동위치가 교반제어구간(ST)의 상한(P4)이고 상기 목표위치가 교반제어구간(ST)의 하한(P3)인 경우에는, 모터(10)가 역방향으로 기동정렬각도(θb) 만큼 회전된다.
여기서, 기동정렬각도(θb)는 클러치(6)가 교반제어구간(ST)의 하단(P3)으로부터 상단(P4)으로 이동하는 동안(또는, 상단(P4)으로부터 하단(P3)으로 이동하는 동안) 모터(10)가 회전된 각도이다. 교반제어구간(ST)의 하단(P3)과 상단(P4)은 미리 정해진 것이므로, 이 위치들 사이의 거리에 대응하여 설정되는 기동정렬각도(θb) 역시 미리 정해지는 값이다.
제어부(91)는 위치 검출기(94)로부터 검출된 위치(θm)를 바탕으로 회전자의 회전각도(θm)가 기동정렬각도(θa)에 이르렀는지를 판단하고, 이른 것으로 판단된 경우 모터(10)를 제동할 수 있다. 모터(10)가 제동에 의해 정지된 이후 교반세탁단계(S3)가 실시될 수 있다.
교반세탁단계(S3)에서는, 내축(4)과 외축(9)의 접속이 해제된 상태에서 내축(4)이 양방향으로 교대로 회전된다. 교반세탁단계(S3)에서, 제어부(91)는 클러치(6)가 최대하강위치(P1) 또는 최대상승위치(P6) 중 어느 것에도 이르지 않도록 모터(10)의 회전을 제어한다.
구체적으로, 제어부(91)는 기동위치(P3)로부터 교반제어구간(ST)의 상한 및 하한 중 다른 하나와 대응하는 목표위치(실시예에서는, 상단 기동위치(P4)이나, 기동위치가 상단 기동위치(P4)인 경우 목표위치는 하단 기동위치(P3)가 됨.)로의 변위에 대응하는 교반제어각도(θd)만큼 회전되도록 모터(10)의 회전을 제어한다.
여기서, 하단 기동위치(P3)와 상단 기동위치(P4)는 기 설정된 것이기 때문에, 클러치(6)를 하단 기동위치(P3)와 상단 기동위치(P4) 사이의 거리만큼 이동되기 위해서 회전되어야 할 모터(10)의 회전자의 교반제어각도(θd) 역시 미리 정해진다. 제어부(91)는 교반제어각도(θd) 만큼 모터(10)가 정방향(제 2 방향)으로 회전되도록 제어하였다가, 클러치(6)가 상단 기동위치(P4)로부터 하단 기동위치(P3)로 복귀되도록 교반제어각도(θd) 만큼 모터(10)를 역방향(제 1 방향)으로 회전시킬 수 있다. 이러한 과정들은 복수회 반복되어, 펄세이터(3)가 정/역방향으로 반복하여 회전될 수 있다.
그런데, 이와 같이 모터(10)의 회전 방향은, 위치 검출기(94)에 의해 검출된 회전자의 위치(θm)를 바탕으로 이루어지는 것이므로, 위치 검출기(94)에 의해 검출된 회전자의 회전각도(θm)가 교반제어각도(θd)에 이른 후에 모터(10)를 제동하는 경우, 모터(10)가 완벽하게 즉시 제동되지 않는 한 완전히 정지될 때까지 회전 관성에 의해 일정 각도 더 여력으로 회전하게 될 것이다.
다르게는, 위치 검출기(94)에 의해 검출된 회전각도(θm)가 교반제어각도(θd)에 미치지 못하는 시점에서 모터(10)를 제동하여, 모터(10)가 정지된 시점에 여력 회전까지 고려된 전체 회전 각도가 교반제어각도(θd)에 이르도록 제어하는 방법도 고려해 볼 수 있겠으나, 이와 같은 경우 역시 모터(10)의 제동이 개시되는 시점은 모터(10)가 완전히 정지된 상태를 미리 예측함으로써 결정되는 것이기 때문에, 모터(10)가 방향 전환 과정에서 일시적으로 정지될 시까지 클러치(6)가 이동되는 거리는 어느 정도 편차가 존재하기 마련이다.
어느 경우든 클러치(6)가 방향 전환 과정에서 일시적으로 정지된 위치가 하단 기동위치(P3)로부터 하측으로 일정 거리 이상 벗어나거나(모터(10)의 회전이 역방향에서 정방향으로 전환되는 경우), 상단 기동위치(P4)로부터 상측으로 일정 거리 이상 벗어나는 경우(모터(10)의 회전이 정방향에서 역방향으로 전환되는 경우), 즉, 클러치(6)의 이동 거리에 대한 제어가 허용 범위 내에서 이루어지지 못하는 경우에는 클러치(6)가 기준위치(즉, 최대하강위치(P1) 또는 최대상승위치(P6))에까지 이르게 될 우려가 있다.
이러한 문제가 발생되지 않도록, 클러치(6)의 변위가 허용되는 한계를 설정한 것이 하단 허용위치(P2)와 상단 허용위치(P5)이다. 즉, 바람직하게는, 교반모드에서 모터(10)의 회전 방향이 전환되는 중에 클러치(6)의 하강은 하단 허용위치(P2)까지 허용되고, 클러치(6)의 상승은 상단 허용위치(P5)까지 허용될 필요가 있다.
제어부(91)는, 교반세탁단계(S3)가 실시되는 중에, 위치 검출기(94)로부터 검출된 위치(θm)를 바탕으로 클러치(6)가 하단 허용위치(P2) 또는 상단 허용위치(P5)에 이르렀는지 여부를 판단하고(S4), 이른 것으로 판단되 면- 즉, 클러치(6)가 제어범위(즉, 하단 허용위치(P2)와 상단 허용위치(P5)사이 구간)을 이탈한 것으로 판단되면(S4)-, 모터(10)를 제동시킬 수 있다.
교반모드가 개시된 후, 기 설정된 교반세탁시간(Tset)에 이르면, 교반모드가 종료된다.(S5, S6)
다르게는, 제어부(91)는 교반세탁단계(S3)가 실시되는 중에, 교반세탁단계(S3)가 실시된 시점(즉, 기동위치(P3 또는 P4)에 최초로 정렬된 상태의 클러치(6)를 목표위치(P4 또는 P3)로 이동시키기 위해 모터(10)가 기동된 시점)으로부터 기 설정된 연속구동시간이 경과하면, 기준위치정렬단계(S21)가 다시 실시되도록 구성되는 것도 가능하다. 이후, 교반세탁시간(Tset)이 도래하지 않았다면, 기동위치정렬단계(S22)와 교반세탁단계(S23)가 순차적으로 다시 실시되며, 매 회 교반세탁단계(S23)가 개시된 후로부터 다시 상기 연속구동시간이 도래하면, 기준위치정렬단계(S21), 기동위치정렬단계(S22) 및 교반세탁단계(S23)가 실시될 수 있다. 이러한 단계들은, 교반세탁단계(S3)가 개시된 이후 교반세탁시간(Tset)이 도래할 때까지 계속된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (9)

  1. 내조를 회전시키는 외축에 형성된 중공 내에, 펄세이터를 회전시키는 내축이 위치하고, 상기 중공 내에서 상기 내축과 나사 결합되고 상기 외축과는 스플라인 결합되는 클러치가 구비되어, 상기 내축의 정방향 회전에 의해 상기 클러치가 상승되어 기 설정된 최대상승위치(P6)에 이르면 더 이상의 상승이 제지되어 상기 외축이 상기 정방향으로 회전되고, 상기 내축이 역방향으로 회전되어 상기 클러치가 기 설정된 최대하강위치(P1)에 이르면 더 이상의 하강이 제지되어 상기 외축이 상기 역방향으로 회전되는 세탁기의 제어방법에 있어서,
    (a) 상기 내축을 구동하는 모터를 제 1 방향으로 회전시켜, 상기 클러치를 상기 최대하강위치 및 상기 최대상승위치 중 어느 하나와 대응하는 기준위치에 정렬하는 단계;
    (b) 상기 모터를 제 2 방향으로 기 설정된 기준정렬각도 만큼 회전시켜 상기 클러치를 상기 기준위치로부터 기 설정된 교반제어구간(ST)의 상한 및 하한 중 어느 하나와 대응하는 기동위치로 정렬시키되, 상기 교반제어구간의 상한(P4)은 상기 최대상승위치로부터 제 1 거리(P6-P4)만큼 하측으로 이격되고, 상기 교반제어구간의 하한(P3)은 상기 최대하강위치로부터 제 2 거리(P3-P1)만큼 상측으로 이격된 것인 단계; 및
    (c) 상기 클러치가 상기 기동위치로부터 상기 교반제어구간의 상한 및 하한 중 다른 하나와 대응하는 목표위치로 이동하도록, 상기 기동위치로부터 상기 목표위치로의 상기 클러치의 변위에 따라 설정된 기동정렬각도 만큼 상기 모터의 회전을 제어하는 단계를 포함하는 세탁기의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (d) 상기 클러치가 상기 목표위치로부터 상기 기동위치로 복귀되도록 상기 모터의 회전을 제어하는 단계를 더 포함하는 세탁기의 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (c)단계와 상기 (d)단계는 복수회 반복되는 세탁기의 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c)단계와 상기 (d)단계가 반복하여 실시되는 중에 상기 클러치가 상기 교반제어구간을 벗어나 기 설정된 허용위치(P2 또는 P5)에 이른 것으로 감지되면 상기 (a)단계를 다시 실시하는 세탁기의 제어방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c)단계와 상기 (d)단계가 반복하여 실시되는 중에, 상기 (c)단계가 최초 실시된 시점으로부터 설정시간이 경과하면, 상기 (a)단계를 다시 실시하는 세탁기의 제어방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    상기 최대상승위치로와 상기 최대하강위치 간의 상기 클러치의 변위에 따라 설정된 기준정렬각도로 상기 모터가 상기 제 1 방향으로 회전되도록 제어하는 단계를 포함하는 세탁기의 제어방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    상기 모터가 상기 제 1 방향으로 회전되는 중에, 상기 모터의 전류값이 기 설정된 제 1 전류값 이상이면, 상기 클러치가 상기 기준위치에 이른 것으로 판단하여 상기 모터를 제동하는 단계를 포함하는 세탁기의 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 모터의 제동은,
    상기 모터가 상기 제 1 방향으로 기동된 후, 제 1 설정시간을 경과한 후에 감지된 상기 모터의 전류값을 바탕으로 실시되는 세탁기의 제어방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    상기 모터가 상기 제 1 방향으로 회전을 개시한 후 제 2 설정시간 내에, 상기 모터의 전류값이 상기 모터가 기동될 시의 전류값에 대응하는 제 2 전류값과, 상기 클러치가 상기 최대상승위치 또는 상기 최대하강위치에 이르러 상기 내축과 상기 외축이 접속될 시의 전류값에 대응하는 제 3 전류값과, 상기 제 3 전류값이 감지된 이후에 상기 내축과 상기 외축이 접속된 상태로 일체로 회전될 시의 전류값에 대응하는 제 4 전류값이 차례로 감지될 시, 상기 클러치가 상기 기준위치에 이른 것으로 판단하여 상기 모터의 회전을 정지시키는 단계를 포함하는 세탁기의 제어방법.
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