KR20070051572A

KR20070051572A - Washing machine

Info

Publication number: KR20070051572A
Application number: KR1020050109317A
Authority: KR
Inventors: 김현배; 김남수; 이성모; 손승용
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-05-18
Also published as: KR101215446B1

Abstract

개시된 발명은 회전 드럼을 회전하기 위한 모터를 구동하기 위한 모터 구동회로를 구비한 세탁기에 있어서, 상기 모터 구동회로를 통해 q축 전류를 입력받아 모터 토크를 추정하기 위한 모터 토크 추정기; 상기 모터 토크 추정기에 의해 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기반하여 언밸런스에 의한 부하 토크를 추정하는 부하 토크 추정기; 상기 부하 토크 추정기에 의해 추정한 신호를 신호 처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하는 신호처리부를 포함한다.The disclosed invention includes a washing machine having a motor driving circuit for driving a motor for rotating a rotating drum, the washing machine comprising: a motor torque estimator for estimating a motor torque by receiving a q-axis current through the motor driving circuit; A load torque estimator for estimating the load torque due to unbalance based on a motor rotational motion equation with the motor torque estimated by the motor torque estimator; And a signal processor configured to signal-process the signal estimated by the load torque estimator to estimate an unbalanced mass and an eccentric distance.

본 발명은 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기반하는 부하 토크 추정기를 통하여 부하 토크를 추정한 후 이를 신호 처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하므로 보다 정확하게 불평형 질량과 편심 거리를 추정할 수 있어서 밸런스 판정의 신뢰도를 향상할 수 있다. The present invention estimates the unbalanced mass and the eccentric distance by estimating the unbalanced mass and the eccentric distance by estimating the load torque through the load torque estimator based on the motor rotational motion equation with the estimated motor torque and then processing the signal. The reliability of the balance determination can be improved.

Description

Washing Machine

도 1은 기존의 세탁기의 모터 구동회로이다.1 is a motor driving circuit of a conventional washing machine.

도 2는 기존의 밸런스 조정의 흐름도이다.2 is a flowchart of a conventional balance adjustment.

도 3은 기존의 밸런스 조정을 할 때의 각속도 곡선의 예이다.3 is an example of the angular velocity curve when the existing balance is adjusted.

도 4는 세탁기의 회전 운동에 따른 불평형 질량 모델이다.4 is an unbalanced mass model according to the rotational motion of the washing machine.

도 5는 본 발명에 따른 세탁기 블록도이다.5 is a block diagram of a washing machine according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *

100A : 밸런스 판정회로100A: Balance Judgment Circuit

110 : 부하토크 추정기110: load torque estimator

120 : 대역통과필터120: band pass filter

130 : RMS 추정기 130: RMS estimator

본 발명은 불평형 질량을 검출하기 위한 세탁기에 관한 것이다.The present invention relates to a washing machine for detecting an unbalanced mass.

드럼 세탁기는 세탁물을 수용하는 회전 터브(rotation tub)를 회전하기 위한 세탁 모터를 구비한다.The drum washing machine includes a washing motor for rotating a rotation tub for receiving laundry.

드럼 세탁기는 물 사용량과 옷감 손상이 적은 장점이 있지만, 탈수시간이 상대적으로 긴 단점을 가지고 있다.Drum washing machine has the advantage of low water consumption and cloth damage, but has a disadvantage of relatively long dehydration time.

이를 고려하여 탈수 시간을 단축하기 위해서는 탈수 운전 시 탈수 속도로서,세탁 모터에 의해 회전하는 회전 터브를 고속 회전하는 동작이 요구된다.In consideration of this, in order to shorten the dehydration time, an operation of rotating the rotating tub rotated by the washing motor at high speed is required as the dehydration speed during the dehydration operation.

고속 탈수 운전 시 세탁물의 엉킴 등으로 인한 불평형 질량에 의한 소음과 진동이 발생한다. 따라서 소음과 진동을 저감 및 억제하기 위해서는 세탁기의 불평형 질량을 추정한 후 적절한 범위 이내로 불평형 질량을 제한하면서 탈수 운전을 수행하는 것이 요구된다.During high speed dehydration operation, noise and vibration are caused by unbalanced mass due to entanglement of laundry. Therefore, in order to reduce and suppress noise and vibration, it is required to estimate the unbalanced mass of the washing machine and to perform dehydration operation while limiting the unbalanced mass within an appropriate range.

기존에 모터 구동 시 q축 전류의 변동폭을 이용하여 불평형 질량을 추정하고 이로부터 밸런스 상태를 판정하는 방법이 한국 공개특허 2005-27121호에 개시되어 있다. 이에 대하여 간략하게 설명한다. 도 1은 기존의 모터 구동회로로서, 회전 드럼을 구동하기 위하여 센서리스 벡터 제어 방식을 적용한 예이며, 이 모터 구동회로(40)는 전류 제어 회로(50), 모터 회전자의 회전 위치 추정회로(60), 전류 지령 결정 회로(70), 밸런스 판정회로(80)를 구비한다. 이들 구성요소들에 대하여 설명의 편의상 본 발명의 기술 특징에 관계되는 밸런스 판정회로(80)에 대한 동작을 중심으로 설명하기로 한다.Conventionally, a method of estimating an unbalanced mass and determining a balance state from the variation of the q-axis current when driving a motor is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-27121. This is briefly described. 1 is an example of a conventional motor driving circuit in which a sensorless vector control method is applied to drive a rotating drum. The motor driving circuit 40 includes a current control circuit 50 and a rotation position estimation circuit of a motor rotor ( 60), a current command determination circuit 70, and a balance determination circuit 80. For convenience of description, these components will be described based on the operation of the balance determination circuit 80 related to the technical features of the present invention.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 각 속도(ω)를 Na까지 올리고(S1), 회전 속도를 점차 감속하며(S2), 감속 운전 중에 밸런스 판정은 q축 전류의 변동의 크기에 의해 판정한다. 이에 따라 반복 실행하는 단계 S3에서 q축 전류의 값을 밸런스 판정회로(80)에서 판독 및 기억하고(S3), 감속 운전을 이행 후의 q축 전류의 값의 변동의 크기를 산출하여(S4), 밸런스의 판정을 실행한다(S5). As shown in Figs. 2 and 3, the angular velocity o is raised to Na (S1) and the rotational speed is gradually decelerated (S2), and the balance determination during the deceleration operation is determined by the magnitude of the variation in the q-axis current. do. Accordingly, in the step S3 which is repeatedly executed, the value of the q-axis current is read and stored by the balance determination circuit 80 (S3), and the magnitude of the variation in the value of the q-axis current after the deceleration operation is calculated (S4), The balance is determined (S5).

상기 q축 전류의 변동 크기에 의해 밸런스 판정을 실행할 수 있는 것은, 각속도가 Na에 도달한 시점에서 세탁물의 밸런스가 좋지 않은 경우의 q축 전류의 파형이 크게 변동하므로 이에 근거하여 q축 전류의 변동폭에 따라 불평형 질량을 추정하여 밸런스 판정할 수 있음을 기재하고 있다.The balance determination can be executed by the magnitude of the variation in the q-axis current because the waveform of the q-axis current varies greatly when the laundry is not balanced when the angular velocity reaches Na. It is described that the balance can be determined by estimating the unbalanced mass.

그런데, 기존에는 회전 드럼의 관성모멘트와 회전 드럼을 지지하는 댐퍼에 의한 비스코스 댐핑(viscous damping)에 의한 불평형 질량을 고려하지 않고 오로지 q축 전류의 변동폭에만 의존하여 불평형 질량을 추정하였기 때문에, 실제 불평형 질량을 정확하게 추정할 수 없어서 그에 따라 밸런스 판정의 신뢰도를 저하시키는 요인이 되었다.However, in the past, since the unbalanced mass was estimated only on the variation of the q-axis current without considering the unbalanced mass due to viscous damping by the damper supporting the rotating drum and the damper supporting the rotating drum, the actual unbalanced Since the mass could not be estimated accurately, it became a factor which lowers the reliability of balance determination.

본 발명은 상기와 같은 종래의 기술을 감안하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 q축 전류의 변동폭 이외에 회전 드럼의 관성 모멘트와 비스코스 댐핑에 의한 영향을 고려하여 불평형 질량을 정확하게 추정하고 이로부터 밸런스 판정의 신뢰도를 향상할 수 있도록 한 세탁기를 제공함에 있다.The present invention was conceived in view of the prior art as described above, and an object of the present invention is to accurately estimate an unbalanced mass in consideration of the influence of the moment of inertia and viscose damping of a rotating drum in addition to the variation of the q-axis current, and balance it It is to provide a washing machine that can improve the reliability of the determination.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전 드럼을 회전하기 위한 모터를 구동하기 위한 모터 구동회로를 구비한 세탁기에 있어서, 상기 모터 구동회로를 통해 q축 전류를 입력받아 모터 토크를 추정하기 위한 모터 토크 추정기; 상기 모터 토크 추정기에 의해 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기 반하여 언밸런스에 의한 부하 토크를 추정하는 부하 토크 추정기; 상기 부하 토크 추정기에 의해 추정한 신호를 신호 처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a washing machine having a motor driving circuit for driving a motor for rotating a rotating drum, the motor for estimating the motor torque by receiving a q-axis current through the motor driving circuit Torque estimator; A load torque estimator for estimating load torque due to unbalance based on a motor rotational motion equation with the input of the motor torque estimated by the motor torque estimator; And a signal processor configured to signal-process the signal estimated by the load torque estimator to estimate an unbalanced mass and an eccentric distance.

상기 모터 토크 추정기는 q축 전류에 측정 온도를 보상하기 위한 토오크 상수의 곱하는 제1연산기와 상기 제1연산기의 출력에서 상기 부하토크 추정기의 출력을 감산하는 감산기를 포함한다.The motor torque estimator includes a first operator that multiplies the q-axis current by a torque constant to compensate for the measured temperature and a subtractor that subtracts the output of the load torque estimator from the output of the first operator.

상기 부하 토크 추정기는 적분기, 제2연산기, 제3연산기를 구비하고, 상기 적분기는 제1연산자를 적용하여 적분하고, 상기 제2연산기는 적분기의 출력에 비스코스 댐핑 계수를 곱하여 상기 감산기에 제공하고, 상기 제3연산기는 감산기의 출력에 회전 드럼의 관성 모멘트와 불평형 질량과 편심 거리에 의해 결정되는 제2연산자를 곱하여 언밸런스에 의한 부하 토크를 출력한다.The load torque estimator includes an integrator, a second operator, and a third operator, the integrator integrates the first operator, and the second operator multiplies the output of the integrator by a viscose damping coefficient to provide the subtractor. The third operator outputs the load torque due to unbalance by multiplying the output of the subtractor by the second operator determined by the moment of inertia of the rotating drum and the unbalanced mass and the eccentric distance.

상기 신호처리부는 추정한 신호에 포함된 고주파 노이즈 성분을 제거하여 모터 회전속도의 주파수 성분만 추출하는 대역통과필터, 대역통과 필터의 출력을 일정 레벨의 값으로 변환하기 위해 절대값 연산부 및 저역통과필터를 포함한다.The signal processor removes a high frequency noise component included in the estimated signal to extract only a frequency component of the motor rotational speed, and an absolute value calculator and a low pass filter to convert the output of the bandpass filter to a predetermined level. It includes.

상기 신호처리부에 의해 신호 처리된 신호에 소정 상수를 곱하여 순수한 불평형 질량과 편심 거리를 추정한 값을 출력하는 제4연산기, 상기 제4연산기에 의해 출력하는 불평형 질량과 편심 거리에 따라 밸런스 상태를 판정하는 판정부를 더 포함한다.The fourth operator outputs a value obtained by estimating a pure unbalanced mass and an eccentric distance by multiplying a signal processed by the signal processor by a predetermined constant, and determining a balance state according to the unbalanced mass and the eccentric distance output by the fourth operator. It further includes a determination unit.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, the embodiment according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 세탁기를 설명하기 앞서, 세탁기의 회전 운동 시 불평형 질 량 모델을 도 4에 따라 설명한다.Prior to describing the washing machine according to the present invention, an unbalanced mass model during the rotary motion of the washing machine will be described with reference to FIG. 4.

표면부착형 영구자석 모터(SPMSM)를 벡터 제어에 의해 회전 속도를 제어하는 경우를 상정한다.It is assumed that the rotational speed is controlled by the vector control of the surface-mounted permanent magnet motor (SPMSM).

도 4에 도시한 바와 같이, 불평형 질량 모델에 적용하는 모터 회전운동 상태방정식은 다음의 식(1)과 같다.As shown in Fig. 4, the state equation of the motor rotational motion applied to the unbalanced mass model is given by the following equation (1).

Jtθ'' + bpθ' = Te - megsinθ - (식1)Jtθ '' + bpθ '= Te-megsinθ-(Equation 1)

여기서,Jt는 (J+me²)이고, J는 드럼의 관성 모멘트, m은 불평형 질량, e는 편심거리, bp는 비스코스 댐핑(viscous damping), θ는 회전각, Te는 모터 토크, g는 중력가속도이다.here, Jt is (J + me ² ), J is the moment of inertia of the drum, m is unbalanced mass, e is eccentric distance, bp is viscose damping, θ is rotation angle, Te is motor torque, g is gravity acceleration to be.

위 식(1)로 부터 불평형 질량과 편심거리를 추정하기 위해서, 본 발명에서는 도 5와 같은 밸런스 판정회로(100A)를 구비한다.In order to estimate the unbalanced mass and the eccentric distance from the above equation (1), the present invention includes a balance determination circuit 100A as shown in FIG.

밸런스 판정회로는 q축 전류와 측정 온도를 보상하기 위한 토오크 상수의 곱으로 모터 토크를 추정하고, 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기반하는 부하 토크 추정기를 통하여 부하 토크를 추정한 후 이를 신호처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하며, 추정된 불평형 질량과 편심 거리에 따라 밸런스 상태를 판정한다. The balance determination circuit estimates the motor torque by the product of the q-axis current and the torque constant for compensating the measured temperature, and estimates the load torque through the load torque estimator based on the motor rotational motion equation with the estimated motor torque as input. The signal processing is then performed to estimate the unbalanced mass and the eccentric distance, and determine the balance state according to the estimated unbalanced mass and the eccentric distance.

밸런스 판정회로(100A)는 제1연산기(101), 감산기(102), 부하 토크 추정기(110), 대역통과필터(BPF), RMS 연산부(130), 판정부(150) 등을 포함한다.The balance determination circuit 100A includes a first operator 101, a subtractor 102, a load torque estimator 110, a band pass filter (BPF), an RMS calculator 130, a determiner 150, and the like.

부하 토크 추정기(110)는 언밸런스에 의한 부하 토크(megsinθ)를 추정하기 위한 것으로, 위 식(1)에 따른 모터 회전운동 상태방정식을 기반으로 연산기를 구성한다. 부하토크 추정기(110)는 적분기(111), 제2연산기(112), 제3연산기(113)을 구비한다.The load torque estimator 110 is for estimating the load torque megsinθ due to unbalance, and configures the calculator based on the motor rotational motion equation according to Equation (1). The load torque estimator 110 includes an integrator 111, a second operator 112, and a third operator 113.

적분기(111)는 회전 드럼의 관성 모멘트(J)와 불평형 질량(m), 편심 거리(e)에 의해 결정되는 연산자(1/Jt)를 적용하여 적분하고, 제2연산기(112)는 적분기(111)의 출력에 비스코스 댐핑(bp)을 곱하여 감산기(102)에 인가한다.The integrator 111 integrates by applying the operator (1 / Jt) determined by the moment of inertia (J), the unbalanced mass (m), and the eccentric distance (e) of the rotating drum, and the second operator 112 integrates the integrator ( The output of 111 is multiplied by the viscose damping (bp) and applied to the subtractor 102.

감산기(102)는 추정 모터 토크에서 제2연산기(112)의 출력을 감산하여 출력하고, 그 출력은 적분기(111) 및 제3연산기(113)에 각각 인가된다.The subtractor 102 subtracts the output of the second operator 112 from the estimated motor torque, and outputs the subtractor 102 to the integrator 111 and the third operator 113, respectively.

제3연산기(113)은 감산기(102)의 출력에 (1-Jt)를 곱하여 언밸런스에 의한 부하 토크(megsinθ)를 대역 통과 필터(BPF)에 인가한다.The third operator 113 multiplies the output of the subtractor 102 by (1-Jt) to apply an unbalanced load torque megsinθ to the band pass filter BPF.

추정된 부하 토크는 모터 회전속도의 주파수 성분과 그 이외의 추정 오차 주파수 성분을 가진다. 대역통과필터(120)은 추정 신호에 포함된 고주파 노이즈 성분을 제거하여 모터 회전속도의 주파수 성분만 추출하여 RMS 연산부(130)로 출력한다.The estimated load torque has a frequency component of the motor rotation speed and other estimated error frequency components. The band pass filter 120 removes the high frequency noise component included in the estimated signal, extracts only the frequency component of the motor rotational speed, and outputs the frequency component to the RMS calculator 130.

RMS 연산부(130)는 일정 레벨의 값으로 변환하기 위해 절대값 연산부(131) 및 저역통과필터(132)를 이용하여 신호 처리한 다음 출력한다.The RMS calculator 130 processes and outputs the signal using the absolute value calculator 131 and the low pass filter 132 to convert the value to a predetermined level.

제4연산기(140)는 RMS 연산부(130)에 의해 일정 레벨로 변환된 값에 소정 상수(Ka)를 곱한 값(me)을 판정부(150)에 제공한다. 판정부(150)는 제공받은 불평형 질량과 편심거리를 곱한 값에 따라 밸런스 상태를 판정한다. 이 판정 결과에 따라 모터 회전 속도를 제어하여 탈수 운전을 수행한다.The fourth operator 140 provides the determination unit 150 with a value me obtained by multiplying a value converted into a predetermined level by the RMS operator 130 by a predetermined constant Ka. The determination unit 150 determines the balance state according to the product of the provided unbalanced mass and the eccentric distance. According to the determination result, the motor rotational speed is controlled to perform dehydration operation.

상술한 실시 예에서는 속도 센서를 이용하여 모터 속도 제어하는 시스템과 센서리스 벡터 제어에 의한 모터 속도를 제어하는 시스템에 모두 적용할 수 있다.In the above-described embodiments, the present invention can be applied to both a system for controlling a motor speed using a speed sensor and a system for controlling a motor speed by sensorless vector control.

이상과 같이 본 발명은 추정된 모터 토크를 입력으로 모터 회전운동 상태방정식에 기반하는 부하 토크 추정기를 통하여 부하 토크를 추정한 후 이를 신호 처리하여 불평형 질량과 편심 거리를 추정하므로 보다 정확하게 불평형 질량과 편심 거리를 추정할 수 있어서 밸런스 판정의 신뢰도를 향상할 수 있다.As described above, the present invention estimates the unbalanced mass and the eccentric distance by estimating the load torque through the load torque estimator based on the motor rotational motion equation with the estimated motor torque and estimates the unbalanced mass and the eccentricity. The distance can be estimated, so that the reliability of the balance determination can be improved.

Claims

A washing machine having a motor driving circuit for driving a motor for rotating a rotating drum,

A motor torque estimator for estimating motor torque by receiving a q-axis current through the motor driving circuit;

A load torque estimator for estimating the load torque due to unbalance based on a motor rotational motion equation with the motor torque estimated by the motor torque estimator;

And a signal processor configured to signal-process the signal estimated by the load torque estimator to estimate an unbalanced mass and an eccentric distance.

The motor torque estimator of claim 1, wherein the motor torque estimator comprises a first operator that multiplies the q-axis current by a torque constant for compensating the measured temperature and a subtractor that subtracts the output of the load torque estimator from the output of the first operator. The washing machine characterized by.

3. The load torque estimator of claim 2, wherein the load torque estimator comprises an integrator, a second operator and a third operator, the integrator integrates by applying a first operator, and the second operator multiplies the output of the integrator by a viscose damping coefficient. And providing the subtractor, wherein the third operator outputs the load torque due to unbalance by multiplying the output of the subtractor by the second operator determined by the moment of inertia of the rotating drum and the unbalanced mass and the eccentric distance. Washing machine with a detection device.

The band pass filter of claim 1, wherein the signal processor removes high frequency noise components included in the estimated signal and extracts only the frequency components of the motor rotational speed. Washing machine comprising a value calculating unit and a low pass filter.

4. The fourth operator of claim 1, wherein the fourth processor outputs a value obtained by estimating a pure unbalanced mass and an eccentric distance by multiplying a signal processed by the signal processor by a predetermined constant, and an unbalanced mass and an eccentric distance output by the fourth operator. Washing machine further comprises a determination unit for determining the balance state in accordance with.