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KR101709491B1 - 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기 - Google Patents

모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기 Download PDF

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KR101709491B1
KR101709491B1 KR1020130135656A KR20130135656A KR101709491B1 KR 101709491 B1 KR101709491 B1 KR 101709491B1 KR 1020130135656 A KR1020130135656 A KR 1020130135656A KR 20130135656 A KR20130135656 A KR 20130135656A KR 101709491 B1 KR101709491 B1 KR 101709491B1
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Abstract

본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 세탁물 처리기기는, 세탁조와, 세탁조를 회전시키는 모터와, 모터를 구동하는 구동부를 포함하며, 구동부는, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 모터에 인가되는 출력 전압을 검출하는 출력전압 검출부와, 출력 전압에 기초하여, 모터를 구동하도록, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 출력전압 검출부는, 인버터와 모터 사이에 전기적으로 접속되는 복수의 저항 소자와, 복수의 저항 소자 중 일부 저항 소자에서 검출되는 전압을 기준 전압과 비교하여, 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 검출하는 비교기를 포함하며, 인버터의 적어도 하나의 스위칭 소자가 턴온되는 제1 모드에서는, 비교기에서 출력되는 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 인버터 제어부로 출력하며, 인버터의 모든 스위칭 소자가 턴 오프되는 제2 모드에서는, 복수의 저항 소자 중 다른 일부 저항 소자에서 검출되는 전압을 인버터 제어부로 출력한다. 이에 따라, 모터의 회전자 위치를 감지하는 위치 감지 센서가 구비되지 않는, 센서리스 방식의 세탁물 처리기기에서, 모터에 인가되는 전압 검출을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

Description

모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기{Motor driving apparatus and laundry treatment machine including the same}
본 발명은 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 모터의 회전자 위치를 감지하는 위치 감지 센서가 구비되지 않는, 센서리스 방식의 세탁물 처리기기에서, 모터에 인가되는 전압 검출을 효율적으로 수행할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기에 관한 것이다.
일반적으로, 세탁물 처리기기는 세제와 세탁수 및 세탁물이 세탁조 내에 투입된 상태에서, 모터의 구동력을 전달받아 회전하는 세탁조와 세탁물의 마찰력을 이용하여 세탁을 행하여, 세탁물의 손상이 거의 없고 세탁물이 서로 엉키지 않는 세탁효과를 낼 수 있다.
통상의 세탁물 처리기기는 모터의 회전자 위치를 감지하기 위해, 위치 감지 센서가 구비한다.
그러나, 제조 비용 저감 등의 이유로, 위치 감지 센서를 사용하지 않는 세탁물 처리기기에 대한 개발이 진행되고 있으며, 이러한 경우, 위치 감지 센서 없이, 모터 회전자의 위치를 정확히 추정하는 방안에 대해, 논의되고 있다.
본 발명의 목적은, 센서리스 방식의 세탁물 처리기기에서, 모터에 인가되는 전압 검출을 효율적으로 수행할 수 있는 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 세탁물 처리기기는, 세탁조와, 세탁조를 회전시키는 모터와, 모터를 구동하는 구동부를 포함하며, 구동부는, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 모터에 인가되는 출력 전압을 검출하는 출력전압 검출부와, 출력 전압에 기초하여, 모터를 구동하도록, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 출력전압 검출부는, 인버터와 모터 사이에 전기적으로 접속되는 복수의 저항 소자와, 복수의 저항 소자 중 일부 저항 소자에서 검출되는 전압을 기준 전압과 비교하여, 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 검출하는 비교기를 포함하며, 인버터의 적어도 하나의 스위칭 소자가 턴온되는 제1 모드에서는, 비교기에서 출력되는 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 인버터 제어부로 출력하며, 인버터의 모든 스위칭 소자가 턴 오프되는 제2 모드에서는, 복수의 저항 소자 중 다른 일부 저항 소자에서 검출되는 전압을 인버터 제어부로 출력한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동장치는, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터와, 모터에 인가되는 출력 전압을 검출하는 출력전압 검출부와, 출력 전압에 기초하여, 모터를 구동하도록, 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 포함하며, 출력전압 검출부는, 인버터와 모터 사이에 전기적으로 접속되는 복수의 저항 소자와, 복수의 저항 소자 중 일부 저항 소자에서 검출되는 전압을 기준 전압과 비교하여, 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 검출하는 비교기를 포함하며, 인버터의 적어도 하나의 스위칭 소자가 턴온되는 제1 모드에서는, 비교기에서 출력되는 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 인버터 제어부로 출력하며, 인버터의 모든 스위칭 소자가 턴 오프되는 제2 모드에서는, 복수의 저항 소자 중 다른 일부 저항 소자에서 검출되는 전압을 인버터 제어부로 출력한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기는, 모터의 회전자 위치를 감지하는 위치 센서가 구비되지 않는 센서리스 방식의 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기에 관한 것으로서, 인버터와 모터 사이에 전기적으로 접속되는 복수의 저항 소자와, 복수의 저항 소장 중 제1 저항 소자에서 검출되는 전압을 기준 전압과 비교하여, 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 검출하는 비교기를 사용함으로써, 모터에 인가되는 출력 전압을 효율적으로 그리고 정확하게 검출할 수 있게 된다.
특히, 인버터 제어부는, 인버터 내의 적어도 하나의 스위칭 소자가 턴 온되는, 제1 모드에서, 비교기로부터의 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 입력받아, 처리함으로써, 모터에 인가되는 출력 전압을 효율적으로 그리고 정확하게 검출할 수 있게 된다.
구체적으로, 펄스 형태의 출력 전압을, 로우패스 필터링 등의 별도의 변환 없이, 그대로, 전압 분배에 의한, 레벨 조정만 거치므로, 신속하게, 검출할 수 있게 된다. 또한, 인버터 제어부 내에서, 별도의 AD 컨버터가 필요하지 않게 되어, 턴 온 듀티 연산시 정확한 연산이 가능하게 된다. 한편, 비교기를 통해, 기준 전압과 비교하므로, 노이즈 성분을 제거할 수 있게 된다.
특히, 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 검출하고, 검출된 출력 전압에 기초하여, 모터의 회전자 위치, 및 모터의 속도를 추정하며, 추정된 회전자 위치 및 모터의 속도에 기초하여, 인버터 제어를 위한 스위칭 제어 신호를 출력함으로써, 센서리스 방식에서의, 모터 제어를 정확하게 수행할 수 있게 된다.
한편, 인버터 제어부는, 인버터 내의 모든 스위칭 소자가 턴 오프되는, 제2 모드에서, 출력 전압 검출부 내의 복수의 저항 소자 중 다른 일부 저항 소자에서 검출되는 전압을 입력받아, 역기전력을 연산할 수 있게 된다. 따라서, 센서리스 구동시의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 모터의 초기 기동시, 제1 레벨의 일정 전류와 제2 레벨의 일정 전류가 모터에 순차적으로 인가함으로써, 모터의 고정자 저항을 정확히 추정할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 세탁물 처리기기의 측단면도이다.
도 3은 도 1의 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도 4는 도 3의 구동부의 내부 회로도이다.
도 5a는 도 4의 인버터 제어부의 내부 블록도이다.
도 5b는 도 5a의 추정부의 내부 블록도이다.
도 6은 도 4의 모터에 공급되는 교류 전류의 일예를 보여주는 도면이다.
도 7a는 세탁물 처리기기의 출력전압 검출부를 예시한 회로도이다.
도 7b 내지 도 7c는 도 7a의 출력전압 검출부의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 세탁물 처리기기의 출력전압 검출부의 일예를 예시한 회로도이다.
도 8b 및 도 8c는 도 8a의 출력전압 검출부의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 세탁물 처리기기의 출력전압 검출부의 다른 예를 예시한 회로도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기의 구동부 내의 인버터를 보여주는 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 도 9의 인버터의 각 상의 출력전압 검출부를 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세탁물 처리기기의 다른 예를 도시한 사시도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 기술되는 세탁물 처리기기는, 세탁조를 회전시키기 위한 모터의 회전자 위치를 감지하는 위치 감지부가 구비되지 않는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해, 모터의 회전자 위치를 추정할 수 있는 세탁물 처리기기이다. 이하에서는, 센서리스 방식의 세탁물 처리기기에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 세탁물 처리기기의 측단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기(100)는, 포가 상부 방향으로 세탁조 내로 삽입되는 탑 로드(top load) 방식의 세탁물 처리기기이다. 이러한 탑로드 방식의 세탁물 처리기기는, 포가 삽입되어 세탁, 헹굼 탈수 등을 수행하는 세탁기 또는 습포가 삽입되어 건조를 수행하는 건조기 등을 포함하는 개념으로서, 이하에서는 세탁기를 중심으로 기술한다.
세탁기(100)는, 외관을 형성하는 케이싱(110)과, 사용자로부터 각종 제어명령을 입력받는 조작키들과, 세탁기(100)의 작동상태에 대한 정보를 표시하는 디스플레이 등을 구비하여 사용자 인터페이스를 제공하는 컨트롤 패널(115)과, 케이싱(110)에 회전 가능하게 구비되어 세탁물이 출입하는 출입홀을 여닫는 도어(113)를 포함한다.
케이싱(110)은, 내부에 세탁기(100)의 각종 구성품이 수용될 수 있는 공간을 형성하는 본체(111)와, 본체(111)의 상측에 구비되고 내조(122) 내로 세탁물이 투입될 수 있도록 포출입홀을 형성하는 탑커버(112)를 포함할 수 있다.
케이싱(110)은 본체(111)와 탑커버(112)를 포함하는 것으로 설명하나, 케이싱(110)은 세탁기(100)의 외관을 형성하는 것이면 충분하며 이에 한정되지 않는다.
한편, 지지봉(135)은, 케이싱(110)을 이루는 구성 중 하나인 탑커버(112)에 결합되는 것으로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니고, 케이싱(110)의 고정된 부분 어느 곳과도 결합되는 것이 가능함을 명시한다.
컨트롤패널(115)은, 세탁물 처리기기(100)의 운전상태를 조작하는 조작키들(117)과, 조작키들(117)의 일측에 배치되며 세탁물 처리기기(100)의 운전상태를 표시하는 디스플레이(118)를 포함한다.
도어(113)는, 탑커버(112)에 형성된 포출입홀(미표기)을 여닫는 것으로, 본체(111) 내부가 들여다보일 수 있도록 강화유리 등의 투명부재를 포함할 수 있다.
세탁기(100)는, 세탁조(120)를 포함할 수 있다. 세탁조(120)는, 세탁수가 담기는 외조(124)와, 외조(124) 내에 회전가능하게 구비되어 세탁물을 수용하는 내조(122)를 구비할 수 있다. 세탁조(120)의 상부에는 세탁조(120)의 회전시 발생하는 편심을 보상하기 위한 밸런서(134)가 구비될 수 있다.
한편, 세탁기(100)는, 세탁조(120)의 하부에 회전 가능하게 구비되는 펄세이터(133)를 포함할 수 있다.
구동장치(138)는, 내조(122) 및/또는 펄세이터(133)를 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 것이다. 구동장치(138)의 구동력을 선택적으로 전달하여 내조(122)만이 회전되거나, 펄세이터(133)만이 회전되거나, 내조(122)와 펄세이터(133)가 동시에 회전되도록 하는 클러치(미도시)가 구비될 수 있다.
한편, 구동장치(138)는, 도 3의 구동부(220), 즉 구동 회로에 의해 동작하게 된다. 이에 대해서는 도 3 이하를 참조하여 후술한다.
한편, 탑커버(112)에는 세탁용 세제, 섬유 유연제 및/또는 표백제 등의 각종 첨가제가 수용되는 세제박스(114)가 인출가능하게 구비되고, 급수유로(123)를 통해 급수된 세탁수가 세제박스(114)를 경유한 후 내조(122) 내로 공급된다.
내조(122)에는 복수의 홀(미도시)이 형성되어 내조(122)로 공급된 세탁수가 복수의 홀을 통해 외조(124)로 유동한다. 급수유로(123)를 단속하는 급수밸브(125)가 구비될 수 있다.
배수유로(143)를 통해 외조(124)내의 세탁수가 배수되고, 배수유로(143)를 단속하는 배수밸브(145) 및 세탁수를 펌핑하는 배수펌프(141)가 구비될 수 있다.
지지봉(135)은, 외조(124)를 케이싱(110) 내에 매달기 위한 것으로, 일단이 케이싱(110)에 연결되고, 지지봉(135)의 타단은 서스펜션(150)에 의해 외조(124)와 연결된다.
서스펜션(150)은, 세탁기(100) 작동 중에 외조(124)가 진동하는 것을 완충시킨다. 예를 들어, 내조(122)가 회전함에 따라 발생하는 진동에 의해 외조(124)가 진동할 수 있으며, 내조(122)가 회전하는 중에는 내조(122) 내에 수용된 세탁물의 편심, 내조(122)의 회전 속도 또는 공진 특성 등의 다양한 요인에 의해 진동하는 것을 완충시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 세탁물 처리기기의 내부 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 세탁물 처리기기(100)는, 제어부(210)의 제어 동작에 의해, 구동부(220)가 제어되며, 구동부(220)는 모터(230)를 구동하게 된다. 이에 따라, 세탁조(120)에 모터(230)에 의해 회전하게 된다.
제어부(210)는, 조작키(1017)로부터 동작 신호를 입력받아 동작을 한다. 이에 따라, 세탁, 헹굼, 탈수 행정이 수행될 수 있다.
또한, 제어부(210)는, 디스플레이(118)를 제어하여, 세탁 코스, 세탁 시간, 탈수 시간, 헹굼 시간 등, 또는 현재 동작 상태 등을 표시하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 구동부(220)를 제어하여, 구동부(220)는, 모터(230)를 동작시키도록 제어한다. 이때, 모터(230) 내부 또는 외부에는, 모터의 회전자 위치를 감지하기 위한, 위치 감지부가 구비되지 않는다. 즉, 구동부(220)는, 센서리스(sensorless) 방식에 의해 모터(230)를 제어한다.
구동부(220)는, 모터(230)를 구동시키기 위한 것으로, 인버터(미도시), 및 인버터 제어부(미도시), 모터(230)에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력전류 검출부(도 4의 E)와, 모터(230)에 인가되는 출력 전압(vo)을 검출하는 출력전압 검출부(도 4의 F)를 구비할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 인버터(미도시)에 입력되는 직류 전원을 공급하는, 컨버터 등을 더 포함하는 개념일 수 있다.
예를 들어, 구동부(220) 내의 인버터 제어부(도 4의 430)는, 출력 전류(io) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 모터(230)의 회전자 위치를 추정한다. 그리고, 추정된 회전자 위치에 기초하여, 모터(230)가 회전하도록 제어한다.
구체적으로, 인버터 제어부(도 4의 430)가, 출력 전류(io) 및 출력 전압(vo)에 기초하여, 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어 신호(도 4의 Sic)를 생성하여, 인버터(미도시)로 출력하면, 인버터(미도시)는 고속 스위칭 동작을 하여, 소정 주파수의 교류 전원을 모터(230)에 공급한다. 그리고, 모터(230)는, 소정 주파수의 교류 전원에 의해, 회전하게 된다.
구동부(220)에 대해서는 도 4를 참조하여 후술한다.
한편, 제어부(210)는, 전류 검출부(220)에서 검출된 전류(io) 등에 기초하여, 포량을 감지할 수 있다. 예를 들어, 세탁조(120)가 회전하는 동안에, 모터(230)의 전류값(io)에 기초하여 포량을 감지할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 세탁조(120)의 편심량, 즉 세탁조(120)의 언밸런스(unbalance; UB)를 감지할 수도 있다. 이러한 편심량 감지는, 전류 검출부(220)에서 검출된 전류(io)의 리플 성분 또는 세탁조(120)의 회전 속도 변화량에 기초하여, 수행될 수 있다.
도 4는 도 3의 구동부의 내부 회로도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 구동부(220)는, 센서리스 방식의 모터를 구동하기 위한 것으로서, 컨버터(410), 인버터(420), 인버터 제어부(430), dc 단 전압 검출부(B), 평활 커패시터(C), 출력전류 검출부(E), 출력전압 검출부(F)를 포함할 수 있다. 또한, 구동부(220)는, 입력 전류 검출부(A), 리액터(L) 등을 더 포함할 수도 있다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(405, vs)과 컨버터(410) 사이에 배치되어, 역률 보정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(410)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
입력 전류 검출부(A)는, 상용 교류 전원(405)으로부터 입력되는 입력 전류(is)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전류 검출부(A)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 입력 전류(is)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
컨버터(410)는, 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(405)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(405)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원(405)의 종류에 따라 컨버터(410)의 내부 구조도 달라진다.
한편, 컨버터(410)는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 단상 교류 전원인 경우, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원인 경우, 6개의 다이오드가 브릿지 형태로 사용될 수 있다.
한편, 컨버터(410)는, 예를 들어, 2개의 스위칭 소자 및 4개의 다이오드가 연결된 하프 브릿지형의 컨버터가 사용될 수 있으며, 삼상 교류 전원의 경우, 6개의 스위칭 소자 및 6개의 다이오드가 사용될 수도 있다.
컨버터(410)가, 스위칭 소자를 구비하는 경우, 해당 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
평활 커패시터(C)는, 입력되는 전원을 평활하고 이를 저장한다. 도면에서는, 평활 커패시터(C)로 하나의 소자를 예시하나, 복수개가 구비되어, 소자 안정성을 확보할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 컨버터(410)의 출력단에 접속되는 것으로 예시하나, 이에 한정되지 않고, 직류 전원이 바로 입력될 수도 있다., 예를 들어, 태양 전지로부터의 직류 전원이 평활 커패시터(C)에 바로 입력되거나 직류/직류 변환되어 입력될 수도 있다. 이하에서는, 도면에 예시된 부분을 위주로 기술한다.
한편, 평활 커패시터(C) 양단은, 직류 전원이 저장되므로, 이를 dc 단 또는 dc 링크단이라 명명할 수도 있다.
dc 단 전압 검출부(B)는 평활 커패시터(C)의 양단인 dc 단 전압(Vdc)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, dc 단 전압 검출부(B)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 dc 단 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 입력될 수 있다.
인버터(420)는, 복수개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원(va,vb,vc)으로 변환하여, 삼상 동기 모터(230)에 출력할 수 있다.
인버터(420)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb,Sc) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b,Sc&S'c)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(420) 내의 스위칭 소자들은 인버터 제어부(430)로부터의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 삼상 교류 전원이 삼상 동기 모터(230)에 출력되게 된다.
인버터 제어부(430)는, 센서리스 방식을 기반으로, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)와, 출력전압 검출부(F)에서 검출되는 출력전압(vo)를 입력받을 수 있다.
인버터 제어부(430)는, 인버터(420)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 스위칭 제어신호(Sic)를 인버터(420)에 출력한다. 인버터 스위칭 제어신호(Sic)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)와, 출력전압 검출부(F)에서 검출되는 출력전압(vo)을 기초로 생성되어 출력된다. 인버터 제어부(430) 내의 인버터 스위칭 제어신호(Sic)의 출력에 대한 상세 동작은 도 5a 내지 도 5b를 참조하여 후술한다.
출력전류 검출부(E)는, 인버터(420)와 삼상 모터(230) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출한다. 즉, 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia,ib,ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.
출력전류 검출부(E)는 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
션트 저항이 사용되는 경우, 3개의 션트 저항이, 인버터(420)와 동기 모터(230) 사이에 위치하거나, 인버터(420)의 3개의 하암 스위칭 소자(S'a,S'b,S'c)에 일단이 각각 접속되는 것이 가능하다. 한편, 삼상 평형을 이용하여, 2개의 션트 저항이 사용되는 것도 가능하다. 한편, 1개의 션트 저항이 사용되는 경우, 상술한 커패시터(C)와 인버터(420) 사이에서 해당 션트 저항이 배치되는 것도 가능하다.
검출된 출력전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전류(io)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전류(io)가 삼상의 출력 전류(ia,ib,ic)인 것으로 병행하여 기술할 수도 있다.
출력전압 검출부(F)는, 인버터(420)와 모터(230) 사이에 위치하며, 인버터(420)에서 모터(230)로 인가되는, 출력전압을 검출한다. 인버터(420)가 펄스폭 가변(PWM) 기반의 스위칭 제어 신호에 의해 동작하는 경우, 출력전압은, 펄스폭 가변(PWM) 기반의 펄스 형태의 전압일 수 있다.
펄스폭 가변(PWM) 기반의 펄스 형태의 전압 검출을 위해, 출력전압 검출부(F)는, 인버터(420)와 모터(230) 사이에 전기적으로 접속되는 저항 소자와, 저항 소자의 일단에 접속되는 비교기를 구비할 수 있다. 출력전압 검출부(F)에 대해서는, 도 8a를 참조하여, 상세히 후술한다.
한편, 검출되는 펄스폭 가변 기반의 출력 전압(Vo)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(430)에 인가될 수 있으며, 검출된 출력전압(vo)에 기초하여 인버터 스위칭 제어신호(Sic)가 생성된다. 이하에서는 검출된 출력전압(vo)가 삼상의 출력 전압(va,vb,vc)인 것으로 병행하여 기술할 수도 있다.
한편, 삼상 모터(230)는, 고정자(stator)와 회전자(rotar)를 구비하며, 각상(a,b,c 상)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다.
이러한 모터(230)는, 예를 들어, 표면 부착형 영구자석 동기전동기(Surface-Mounted Permanent-Magnet Synchronous Motor; SMPMSM), 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor; IPMSM), 및 동기 릴럭턴스 전동기(Synchronous Reluctance Motor; Synrm) 등을 포함할 수 있다. 이 중 SMPMSM과 IPMSM은 영구자석을 적용한 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor; PMSM)이며, Synrm은 영구자석이 없는 것이 특징이다.
한편, 인버터 제어부(430)는, 컨버터(410)가 스위치 소자를 구비하는 경우, 컨버터(410) 내의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 인버터 제어부(430)는, 입력 전류 검출부(A)에서 검출되는 입력 전류(is)를 입력받을 수 있다. 그리고, 인버터 제어부(430)는, 컨버터(410)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)를 컨버터(410)에 출력할 수 있다. 이러한 컨버터 스위칭 제어신호(Scc)는 펄스폭 변조(PWM) 방식의 스위칭 제어신호로서, 입력 전류 검출부(A)로부터 검출되는 입력 전류(is)를 기초로 생성되어 출력될 수 있다.
도 5a는 도 4의 인버터 제어부의 내부 블록도이고, 도 5b는 도 5a의 추정부의 내부 블록도이다.
도 5a를 참조하면, 인버터 제어부(430)는, 축변환부(510), 추정부(520), 전류 지령 생성부(530), 전압 지령 생성부(540), 축변환부(550), 및 스위칭 제어신호 출력부(560)를 포함할 수 있다.
축변환부(510)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(ia,ib,ic)를 입력받아, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ), 및 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)로 변환할 수 있다.
한편, 축변환부(510)는, 출력 전압 검출부(F)에서 검출된 펄스폭 가변 기반의 출력 전압(va,vb,vc)을 입력받아, 듀티(duty)를 연산하고, 연산된 듀티에 기초하여, 극 전압(pole voltage)(Vpn)을 연산한다. 이하의 수학식 1은, 극 전압 연산 방식을 예시한다.
Figure 112013102026515-pat00001
여기서, Vdc는 dc 단 전압 검출부(B)에서 검출된, dc 단 전압을 나타내며, T는 제어 주기, 즉, PWM 스위칭 제어 신호 생성을 위한, 캐리어 신호의 단위 주기를 나타낸다. 그리고, Ton은 단위 주기(T)에서의 온 시간, 즉 듀티를 나타낸다.
한편, 축변환부(510)는, 3상의 출된 펄스폭 가변 기반의 출력 전압(va,vb,vc)에 대응하여, 3상의 극전압(Vun,Vvn,Vwn)을 각각 연산한다.
다음, 축변환부(510)는, 3상의 극전압(Vun,Vvn,Vwn)을 이용하여, 수학식 2와 같이, 오프셋 전압(Voffset)을 연산할 수 있다.
Figure 112013102026515-pat00002
그리고, 축변환부(510)는, 3상의 극전압(Vun,Vvn,Vwn), 및 오프셋 전압(Voffset)을 이용하여, 수학식 3과 같이, 모터(230)의 각 상에 인가되는 상전압(Vas,Vbs,Vcs)을 연산할 수 있다.
Figure 112013102026515-pat00003
그리고, 축변환부(510)는, 3상의 상전압(Vas,Vbs,Vcs)을 이용하여, 수학식 4와 같이, 정지좌표계의 2상 전압(Vα,Vβ)을 연산할 수 있다. 한편, 축변환부(510)는, 정지좌표계의 2상 전압(Vα,Vβ)을 회전좌표계의 2상 전압(vd,vq)로 변환할 수도 있다.
Figure 112013102026515-pat00004
한편, 축변환부(510)는, 변환된, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)와 정지좌표계의 2상 전압(vα,vβ)와, 회전좌표계의 2상 전류(id,iq)와 회전좌표계의 2상 전압(vd,vq)을 외부로 출력할 수 있다.
추정부(520)는, 축변환부(510)로부터, 축변환된, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)와 정지좌표계의 2상 전압(vα,vβ)을 입력받아, 모터(230)의 회전자 위치(θ)와, 속도(ω)를 추정할 수 있다.
구체적으로, 도 5b를 참조하면, 추정부(520)는, 모터(230) 내에서 유발되는 역기전력(back electromotive force)을 추정하는 역기전력 추정부(523)와, 모터(230)의 회전자 위치(
Figure 112013102026515-pat00005
)와, 속도(
Figure 112013102026515-pat00006
)를 추정하는 속도 추정부(526)를 구비할 수 있다.
역기전력 추정부(523)는, 축변환부(510)로부터, 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)와 정지좌표계의 2상 전압(vα,vβ)을 입력받아, 정지좌표계 기반의 전차원 역기전력 관측기(Back Emf Observer)를 이용하여, 정지좌표계의 2상 역기전력(Emfα,Emfβ)을 추정할 수 있다.
한편, 정지좌표계의 2상 역기전력(Emfα,Emfβ)은, 수학식 5와 같이, 모터의 회전 속도와 모터의 회전자 위치에 대한 함수로서 표현될 수 있다.
Figure 112013102026515-pat00007
여기서, ωr은, 모터의 회전 속도이며, θr은 모터의 회전자 위치이며, λ는 관측 자속을 나타낼 수 있다.
한편, 속도 추정부(526)는, 추정된, 역기전력(Emfα,Emfβ)을 이용하여, 수학식 6과 같은, 아크 탄젠트(arctangent) 연산을 이용하여, 모터(230)의 회전자 위치(
Figure 112013102026515-pat00008
)를 추정할 수 있다.
Figure 112013102026515-pat00009
한편, 속도 추정부(526)는, 아크 탄젠트(arctangent) 연산 이후, 다시, 전차원 속도 관측기(Speed Observer)를 이용하여, 최종 모터(230)의 회전자 위치(
Figure 112013102026515-pat00010
)와, 속도(
Figure 112013102026515-pat00011
)를 추정할 수 있다.
결국, 추정부(520)는, 입력되는 정지좌표계의 2상 전류(iα,iβ)와 정지좌표계의 2상 전압(vα,vβ)에 기초하여 추정 위치(
Figure 112013102026515-pat00012
)와 추정 속도(
Figure 112013102026515-pat00013
)를 출력할 수 있다.
한편, 전류 지령 생성부(530)는, 추정 속도(
Figure 112013102026515-pat00014
)와 속도 지령치(ω* r)에 기초하여, 전류 지령치(i* q)를 생성한다. 예를 들어, 전류 지령 생성부(530)는, 추정 속도(
Figure 112013102026515-pat00015
)와 속도 지령치(ω* r)의 차이에 기초하여, PI 제어기(535)에서 PI 제어를 수행하며, 전류 지령치(i* q)를 생성할 수 있다. 도면에서는, 전류 지령치로, q축 전류 지령치(i* q)를 예시하나, 도면과 달리, d축 전류 지령치(i* d)를 함께 생성하는 것도 가능하다. 한편, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전류 지령 생성부(530)는, 전류 지령치(i* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
다음, 전압 지령 생성부(540)는, 축변환부에서 2상 회전 좌표계로 축변환된 d축, q축 전류(id,iq)와, 전류 지령 생성부(530) 등에서의 전류 지령치(i* d,i* q)에 기초하여, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 전압 지령 생성부(540)는, q축 전류(iq)와, q축 전류 지령치(i* q)의 차이에 기초하여, PI 제어기(544)에서 PI 제어를 수행하며, q축 전압 지령치(v* q)를 생성할 수 있다. 또한, 전압 지령 생성부(540)는, d축 전류(id)와, d축 전류 지령치(i* d)의 차이에 기초하여, PI 제어기(548)에서 PI 제어를 수행하며, d축 전압 지령치(v* d)를 생성할 수 있다. 한편, d축 전압 지령치(v* d)의 값은, d축 전류 지령치(i* d)의 값은 0으로 설정되는 경우에 대응하여, 0으로 설정될 수도 있다.
한편, 전압 지령 생성부(540)는, d 축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)가 허용 범위를 초과하지 않도록 그 레벨을 제한하는 리미터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 생성된 d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)는, 축변환부(550)에 입력된다.
축변환부(550)는, 추정부(520)에서 추정 위치(
Figure 112013102026515-pat00016
)와, d축, q축 전압 지령치(v* d,v* q)를 입력받아, 축변환을 수행한다.
먼저, 축변환부(550)는, 2상 회전 좌표계에서 2상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이때, 추정부(520)에서 추정 위치(
Figure 112013102026515-pat00017
)가 사용될 수 있다.
그리고, 축변환부(550)는, 2상 정지 좌표계에서 3상 정지 좌표계로 변환을 수행한다. 이러한 변환을 통해, 축변환부(1050)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)를 출력하게 된다.
스위칭 제어 신호 출력부(560)는, 3상 출력 전압 지령치(v*a,v*b,v*c)에 기초하여 펄스폭 변조(PWM) 방식에 따른 인버터용 스위칭 제어 신호(Sic)를 생성하여 출력한다.
출력되는 인버터 스위칭 제어 신호(Sic)는, 게이트 구동부(미도시)에서 게이트 구동 신호로 변환되어, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자의 게이트에 입력될 수 있다. 이에 의해, 인버터(420) 내의 각 스위칭 소자들(Sa,S'a,Sb,S'b,Sc,S'c)이 스위칭 동작을 하게 된다.
도 6은 도 4의 모터에 공급되는 교류 전류의 일예를 보여주는 도면이다.
도면을 참조하면, 인버터(420)의 스위칭 동작에 따라, 모터(230)에 흐르는 전류는 도면과 같이 예시된다.
구체적으로 설명하면, 모터(230)의 동작 구간은, 초기동작 구간인 기동운전 구간(T1)과, 통상 운전 구간(T2,T3)으로 구분될 수 있다.
기동운전 구간(T1)은, 모터(230)에 일정 전류를 인가하는 모터 정렬(align) 구간이라 명명할 수도 있다. 즉, 정지된 모터(230)의 회전자를 일정 위치로 정렬시키기 위해, 인버터(420)의 세 개의 상암 스위칭 소자 중 어느 하나의 스위칭 소자가 온되고, 온 되는 상암 스위칭 소자와 쌍을 이루지 않는 나머지 두 개의 하암 스위칭 소자가 온 된다.
한편, 기동운전 구간(T1) 동안, 모터(230)의 회전자 위치는 일정한 위치로 정지된다. 따라서, 이때의 출력 전압과 출력 전류 정보를 이용하면, 모터(230)의 고정자 저항(Rs)을 검출할 수 있다.
하지만 전압 오차(△V)가 있다면 존재한다면, 저항의 검출값에서도 저항오차(△R)가 존재하게 된다.
이를 해결하기 위해, 인버터 제어부(430)는, 기동운전 구간(T1) 동안, 제1 레벨의 일정 전류와 제2 레벨의 일정 전류가 모터에 순차적으로 인가되도록 제어할 수 있다.
즉, 모터에 순차적으로, 제1 레벨의 일정 전류와 제2 레벨의 일정 전류를 인가하여, 계산하면, 공통적으로 포함되어 있는 전압 오차(△V)를 제거할 수 있다. 따라서, 정확한 고정자 저항값(Rs)을 검출할 수 있게 된다.
초기기동 구간(T1) 이후, 모터는 회전 속도가 점차 증가하여, 통상 운전으로 구동된다. 한편, 통상 운전 구간(T2,T3)은, 저속 운전 구간(T2)과 고속 운전 구간(T3)으로 구분될 수 있다.
본 명세서에서 기술되는 센서리스 방식의 위치 추정 방식에 의하면, 0 내지 100rpm 구간인 저속 운전 구간(T2)에서, 출력 전압 검출부(F)를 사용하지 않고, 출력 전류 검출부(E)에서의 출력 전류에 의해서만, 회전자 위치 추정을 수행하는 경우, 위치 오차가 증가하는 경향이 있다. 반면, 100rpm 이상 구간인, 고속 운전 구간(T3)에서는, 이러한 위치 오차가 증가하지 않는 경향이 있다.
이에 따라, 본 발명에서는, 출력 전류 검출부(E) 외에, 추가로, 출력 전압 검출부(F)를 사용하기로 한다.
도 7a는 세탁물 처리기기의 출력전압 검출부를 예시한 회로도이고, 도 7b 내지 도 7c는 도 7a의 출력전압 검출부의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다
도면을 참조하면, 도 7a의 출력 전압 검출부(700)는, 통상의 전압 검출부로서, 저항 소자(R1,R2), 및 커패시터(C)를 구비한다.
도 7a의 출력 전압 검출부(700)는, 인버터(420)의 각 삼상 단자(Uo,Vo,Wo) 중 어느 하나에, 저항 소자(R1,R2), 및 커패시터(C)가 접속된다.
도 7a의 출력 전압 검출부(700)에 따르면, 저항 소자(R2)와 커패시터(C)가 RC 필터로서, 로우패스 필터링을 수행한다. 이에 의해, 각 삼상 단자에서 검출되는 펄스 형태의 파형이, 로우패스 필터링에 의해, 아날로그 신호로 변환되고, 인버터 제어부(430)는, 로우패스 필터링된 아날로그 신호를 입력받는다. 이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 아날로그 신호를 다시 이산 신호(discrete)로 변환하기 위해, A/D 컨버터(720)를 구비하여야 한다.
도 7b는, 도 7a의 출력 전압 검출부(700)에 의해, 실제 출력 전압의 평균 전압(Vav)과, 도 7a의 U1 단자의 전압으로서, 로우패스 필터링된 전압(Vfiltering)을 비교하여 예시한다.
도 7a의 로우패스 필터로 인해, 감지하는 PWM 평균전압의 크기 및 위상에 대해 오차가 생길 수 밖에 없다. 나아가, 운전 주파수가 높을수록 전압 정보 오차는 더 커지게 되고, 이로 인해서 센서리스 운전 성능을 저하시킬 수 있게 된다.
한편, 도 7c는, 인버터 제어부(430) 내에서, 극 전압을 구하기 위해, 참조되는 도면이다. 도 7a의 출력 전압 검출부(700)에 의하면, A/D 컨버터(720)가 별도로 필요하기 때문에, ADC 트리거 시점에 따라서 감지된 전압 정보의 크기 오차가 생길 수 있다.
본 발명에서는, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 저항 소자 및 비교기를 이용하여, 별도의 아날로그 신호로의 변환 없이, 바로 펄스 형태의 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 검출할 수 있는, 출력 전압 검출부를 제안한다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 세탁물 처리기기의 출력전압 검출부의 일예를 예시한 회로도이고, 도 8b 및 도 8c는 도 8a의 출력전압 검출부의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세탁물 처리기기의 출력전압 검출부(800a)는, 저항 소자(R1,R2,R3), 및 비교기(Op)를 구비한다.
제1 저항 소자(R1)는, 인버터(420)와 모터(230) 사이에 전기적으로 접속된다. 구체적으로는, 인버터(420)의 각 출력 단자들(Uo,Vo,Wo) 중 어느 한 단자(Uo)에 전기적으로 접속된다.
제2 저항 소자(R2)는, 제1 저항 소자(R1)와 제3 저항 소자(R3) 사이에 접속된다. 즉, 제1 저항 소자(R1), 제2 저항 소자(R2), 및 제3 저항 소자(R3)는, 서로 직렬 접속되며, 이에 따라, 인버터(420)의 출력 단자(Uo)에서 출력되는 출력 전압을 전압 분배한다.
한편, 비교기(OP)는, 제1 저항 소자(R1)와 제2 저항 소자(R2)의 사이인 노드(U1)와, 인버터 제어부(430) 사이에 접속된다.
제2 저항 소자(R2), 및 제3 저항 소자(R3)에서 분배된 출력 전압은, 비교기(Op)에 입력되며, 비교기(Op)는, 분배된 출력 전압과 기준 전압(Verf)을 비교하고, 그 결과값을, 출력한다.
제3 저항 소자(R3)는, 제2 저항 소자(R2)와 접지단 사이에 접속된다. 이에 따라, 인버터(420)의 출력 단자(Uo)에서 출력되는 출력 전압 중 제3 저항 소자(R3)에 대응하는 전압을 분배한다.
제3 저항 소자(R3)에서 분배된 출력 전압은, 인버터 제어부(430)에 입력된다.
한편, 출력전압 검출부(800a)는, 인버터(420)의 적어도 하나의 스위칭 소자가 턴온되는 제1 모드에서, 비교기(Op)에서 출력되는 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 인버터 제어부(430)로 출력하며, 인버터의 모든 스위칭 소자가 턴 오프되는 제2 모드에서는, 복수의 저항 소자 중 제3 저항 소자(R3)에서 검출되는 전압을 인버터 제어부(430)로 출력한다.
즉, 인버터 제어부(430)는, 제1 모드에서, 비교기(Op)로부터 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 입력받고, 제2 모드에서, 복수의 저항 소자 중 제3 저항 소자(R3)에서 검출되는 아날로그 전압을 입력받는다.
도 8a의 출력전압 검출부(800a)에 의하면, 제1 모드에서, 인버터(420)의 출력 단자(Uo)에서, 펄스폭 기반의 펄스 형태의 출력 전압을 출력하는 경우, 저항 소자(R1,R2,R3)에 의해, 전압 분배되며, 펄스 형태의 분배 전압이, 바로 비교기(Op)에 입력된다. 그리고, 기준 전압(vref) 이상인 경우에만, 해당 펄스 형태의 전압을 출력한다.
이에 따라, 인버터 제어부(430)는, 별도의 AD 컨버터 없이도, 펄스 형태의, 검출된 출력 전압을 입력받을 수 있게 된다. 한편, 인버터 제어부(430)는, 펄스 형태의 검출된 출력 전압을, 캡쳐부(Cu)에서 바로 캡쳐하고, 그 이후, 바로, 듀티 연산을 수행할 수 있다.
도 8b의 (a)는, PWM 스위칭 제어 신호 생성을 위한, 캐리어 신호의 단위 주기(T)를 예시하며, 도 8b의 (b)는, 펄스 형태의 검출된 출력 전압에 기반한 듀티를 예시한다.
즉, 도 8b와 같이, 펄스 형태의 검출된 출력 전압에 기반하여, 캐리어 신호의 단위 주기(T) 내에서, 턴 온 시간 즉, 듀티(duty)를 연산할 수 있다. 그리고, 상술한 수학식 1과 같이, 듀티(Ton)와 dc 단 전압(Vdc), 및 캐리어 신호의 단위 주기(T)를 이용하여, 평균 극 전압(pole voltage)(Vpn)을 연산할 수 있다.
결국, 도 8a의 출력전압 검출부(800a)에 의하면, 펄스 형태의 출력 전압을, 로우패스 필터링 등의 별도의 변환 없이, 그대로, 전압 분배에 의한, 레벨 조정만 거쳐, 신속하게, 검출할 수 있게 된다. 또한, 인버터 제어부(430) 내에서, 별도의 AD 컨버터가 필요하지 않게 되어, 턴 온 듀티 연산시 정확한 연산이 가능하게 된다. 한편, 비교기(OP)를 통해, 기준 전압과 비교하므로, 노이즈 성분을 제거할 수 있게 된다.
다음, 인버터 제어부(430)는, 평균 극 전압(Vpn) 연산 이후, 상술한 수학식 2 내지 6을 이용하여, 오프셋 전압(Voffset), 3상의 상전압(Vas,Vbs,Vcs), 정지좌표계의 2상 전압(Vα,Vβ), 추정된 역기전력(Emfα,Emfβ), 추정 위치(
Figure 112013102026515-pat00018
)와 추정 속도(
Figure 112013102026515-pat00019
)를 연산할 수 있다.
그리고, 인버터 제어부(430)는, 이에 기초하여, 인버터 제어를 위한 스위칭 제어 신호를 출력함으로써, 센서리스 방식에서의, 모터 제어를 정확하게 수행할 수 있게 된다.
한편, 도 8a의 출력 전압 검출부(800a)는, 인버터(420)의 각 출력 단자(Uo,Vo,Wo)에서의 출력 전압 검출을 위해 적용 가능하다.
다음, 인버터(420)의 모든 스위칭 소자가 오프되는 경우, 도 8c와 같이, 인버터(420)를 통해, 모터(230)로 인가되는 전압이 오프되게 된다. 따라서, 모터(230)에서 유발되는 역기전력을, 측정할 수 있게 된다.
도 8a의 출력전압 검출부(800a)에 의하면, 제2 모드에서, 인버터(420)의 출력 단자(Uo)에서, 모터(230)에서 유발되는 역기전력이 발생하는 경우, 저항 소자(R1,R2,R3)들 중 제3 저항 소자(R3)에 의해, 전압 분배된, 아날로그 형태의 분배 전압을 출력한다.
인버터 제어부(430)는, 제2 모드에서, 출력 전압 검출부(800a)로부터 입력되는 아날로그 검출 전압을, 내부에 구비되는, AD 컨버터(820)를 이용하여, 디지털 신호, 즉 이산 신호로 변환한 후, 일부 스케일링을 거쳐, 최종적으로 역기전력을 연산한다.
이때, 연산되는 역기전력은, 상술한 식 5 등에서 추정되는 역기전력과 다르다. 상술한 식 5 등에서 추정되는 역기전력은, 제1 모드 하에서 추정되는 것이다. 결국, 인버터(420)의 모든 스위칭 소자가 오프되는 제2 모드에서도, 역기전력을 검출할 수 있게 되어, 센서리스 구동시의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 제2 모드는, 모터(230)를 정지시키기 위한, 제동시에, 수행될 수 있다. 특히, 여력 제동시에 수행될 수 있다.
도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 세탁물 처리기기의 출력전압 검출부의 다른 예를 예시한 회로도이다.
도 8d의 출력전압 검출부(900)는, 도 8a의 출력전압 검출부(800a)와 유사하나, 제1 스위칭 소자(SS1)와 제2 스위칭 소자(SS2)를 더 구비하는 것에 그 차이가 있다.
제1 스위칭 소자(SS1)는, 비교기(Op)와 인버터 제어부(430) 사이에 접속되며, 제2 스위칭 소자(SS2)는, 제3 저항 소자(R3)와 인버터 제어부(430) 사이에 접속될 수 있다.
그리고, 제1 모드에서는, 제1 스위칭 소자(SS1)가 턴 온되어, 비교기(Op)에서 검출되는 펄스폭 가변 기반의 펄스 형태의 전압이 인버터 제어부(430)로 입력되고, 제2 모드에서는, 제2 스위칭 소자(SS2)가 턴 온되어, 제3 저항 소자(R3)에서 검출되는 아날로그 전압이 인버터 제어부(430)로 입력된다. 이 아날로그 전압은, 상술한 바와 같이, 모터(230)에서 유발되는 역기전력에 대응한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 세탁물 처리기기의 구동부 내의 인버터를 보여주는 도면이고, 도 10a 내지 도 10c는 도 9의 인버터의 각 상의 출력전압 검출부를 예시한 도면이다.
도 9는, 인버터(420)가 복수의 삼상 스위칭 소자들을 구비하는 것을 예시하며, 인버터(420)의 각 출력 단자들(Uo,Vo,Wo)을 예시한다.
인버터(420)의 각 출력 단자들(Uo,Vo,Wo)은, 각각 제1 모드에서는, 펄스폭 가변 기반의 펄스 형태의 출력 전압을 출력하며, 제2 모드에서는, 모터(230)에서 유발되는 아날로그 형태의 역기전력을 출력할 수 있다.
도 10a는, 도 8a와 같이, 인버터(420)의 각 출력 단자(Uo,Vo,Wo) 중 제1 출력 단자(Uo)에 전기적으로 접속되는 제1 출력 전압 검출부(800a)를 예시하며, 도 10b는, 인버터(420)의 각 출력 단자(Uo,Vo,Wo) 중 제2 출력 단자(Vo)에 전기적으로 접속되는 제2 출력 전압 검출부(800b)를 예시하며, 도 10c는, 인버터(420)의 각 출력 단자(Uo,Vo,Wo) 중 제3 출력 단자(Wo)에 전기적으로 접속되는 제3 출력 전압 검출부(800c)를 예시한다.
제2 출력 전압 검출부(800b)는, 제1 모드 하에서, 제2 출력 단자(Vo)에 전기적으로 접속되는 저항 소자(R1v,R2v,R3v)와, 저항 소자(R2v,R3v)에서 검출되는 전압을 기준 전압(vref)과 비교하여, 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 검출하는 비교기(OPv)를 구비한다.
한편, 제2 출력 전압 검출부(800b)는, 제2 모드 하에서, 제3 저항 소자(R3V)에서 검출되는 아날로그 전압을 인버터 제어부(430)로 출력한다. 인버터 제어부(430)는, 제2 모드에서, 제2 출력 전압 검출부(800b)로부터 입력되는 아날로그 검출 전압을, 내부에 구비되는, AD 컨버터(820v)를 이용하여, 디지털 신호, 즉 이산 신호로 변환한 후, 일부 스케일링을 거쳐, 최종적으로 역기전력을 연산한다.
제3 출력 전압 검출부(800c)는, 제1 모드 하에서, 제3 출력 단자(Wo)에 전기적으로 접속되는 저항 소자(R1W,R2W,R3W)와, 저항 소자(R2W,R3W)에서 검출되는 전압을 기준 전압(vref)과 비교하여, 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 검출하는 비교기(OPw)를 구비한다.
한편, 제3 출력 전압 검출부(800c)는, 제2 모드 하에서, 제3 저항 소자(R3W)에서 검출되는 아날로그 전압을 인버터 제어부(430)로 출력한다. 인버터 제어부(430)는, 제2 모드에서, 제3 출력 전압 검출부(800c)로부터 입력되는 아날로그 검출 전압을, 내부에 구비되는, AD 컨버터(820w)를 이용하여, 디지털 신호, 즉 이산 신호로 변환한 후, 일부 스케일링을 거쳐, 최종적으로 역기전력을 연산한다.
각각, 제1 내지 제3 출력 전압 검출부(800a,800b,800c)에서 검출되는, 각 출력 단자에 대응하는, 펄스폭 기반의 펄스 형태의 출력 전압 또는 아날로그 형태의 전압은, 도면과 같이, 인버터 제어부(430)에 입력된다.
한편, 본 발명의 센서리스 방식에 따른, 세탁물 처리기기는, 도 1의 탑 로드(top load) 방식 외에, 프론트 로드(front load) 방식에도 적용 가능하다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세탁물 처리기기의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 세탁물 처리기기(1100)는, 포가 전면(front) 방향으로 세탁조 내로 삽입되는 탑 로드(top load) 방식의 세탁물 처리기기이다. 이러한 프론트 로드 방식의 세탁물 처리기기도, 도 1 내지 도 10의 설명에서 기술한 바와 같은, 센서리스 방식의 동작이 가능하며, 특히, 도 8a 또는 도 8d와 같은, 출력전압 검출부(800a,또는 900) 등의 적용이 가능하다.
이하에서는, 도 11의 프론트 로드 방식의 세탁물 처리기기에 대해 설명한다.
도면을 참조하여 설명하면, 세탁물 처리기기(1100)는, 드럼식 세탁물 처리기기로서, 세탁물 처리기기(1100)의 외관을 형성하는 캐비닛(1110)과, 캐비닛(1110) 내부에 배치되며 캐비닛(1110)에 의해 지지되는 터브(1120)와, 터브(1120) 내부에 배치되며 포가 세탁되는 드럼(1122)과, 드럼(1122)을 구동시키는 모터(1130)와, 캐비닛 본체(1111) 외측에 배치되며 캐비닛(1110) 내부로 세탁수를 공급하는 세탁수 공급장치(미도시)와, 터브(1120) 하측에 형성되어 세탁수를 외부로 배출하는 배수장치(미도시)를 포함한다.
드럼(1122)에는 세탁수가 통과되도록 복수개의 통공(1122A)이 형성되며, 드럼(1122)의 회전시 세탁물이 일정 높이로 들어 올려진 후, 중력에 의해 낙하되도록 드럼(1112)의 내 측면에 리프터(1124)가 배치될 수 있다.
캐비닛(1110)은, 캐비닛 본체(1111)와, 캐비닛 본체(1111)의 전면에 배치되어 결합하는 캐비닛 커버(1112)와, 캐비닛 커버(1112) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(1111)와 결합하는 컨트롤패널(1115)과, 컨트롤패널(1115) 상측에 배치되며 캐비닛 본체(1111)와 결합하는 탑플레이트(1116)를 포함한다.
캐비닛 커버(1112)는 포의 출입이 가능하도록 형성되는 포 출입홀(1114)과, 포 출입홀(1114)의 개폐가 가능하도록 좌우로 회동 가능하게 배치되는 도어(1113)를 포함한다.
컨트롤패널(1115)은 세탁물 처리기기(1100)의 운전상태를 조작하는 조작키들(1117)과, 조작키들(1117)의 일측에 배치되며 세탁물 처리기기(1100)의 운전상태를 표시하는 디스플레이장치(1118)를 포함한다.
컨트롤패널(1115) 내의 조작키들(1117) 및 디스플레이 장치(1118)는 제어부(미도시)에 전기적으로 연결되며, 제어부(미도시)는 세탁물 처리기기(1100)의 각 구성요소등을 전기적으로 제어한다. 제어부(미도시)의 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 드럼(1122)에는 오토 밸런스(미도시)가 구비될 수 있다. 오토 밸런스(미도시)는 드럼(1122) 내에 수용된 세탁물의 편심량에 따라 발생하는 진동을 저감하기 위한 것으로, 액체밸런스, 볼밸런스 등으로 구현될 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 세탁물 처리기기(1100)는, 드럼(1122)의 진동량 또는 캐비닛(1110)의 진동량을 측정하는 진동 센서를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 실시에에 따른 모터 구동장치 및 이를 구비하는 세탁물 처리기기는, 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 모터 구동 방법 또는 세탁물 처리기기의 동작방법은, 모터 구동장치치 또는 세탁물 처리기기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (20)

  1. 세탁조;
    상기 세탁조를 회전시키는 모터; 및
    상기 모터를 구동하는 구동부;를 포함하며,
    상기 구동부는,
    직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 상기 교류 전원을 상기 모터에 출력하는 인버터;
    상기 모터에 인가되는 출력 전압을 검출하는 출력전압 검출부; 및
    상기 출력 전압에 기초하여, 상기 모터를 구동하도록, 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 포함하며,
    상기 출력전압 검출부는,
    상기 인버터와 모터 사이에 전기적으로 접속되는 복수의 저항 소자; 및
    상기 복수의 저항 소자 중 일부 저항 소자에서 검출되는 펄스폭 가변 기반의 전압을 기준 전압과 비교하여, 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 출력하는 비교기;를 포함하며,
    상기 출력전압 검출부는,
    상기 인버터의 적어도 하나의 스위칭 소자가 턴온되는 제1 모드에서는, 상기 비교기에서 출력되는 상기 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 상기 인버터 제어부로 출력하며,
    상기 인버터의 모든 스위칭 소자가 턴 오프되는 제2 모드에서는, 상기 복수의 저항 소자 중 다른 일부 저항 소자에서 검출되는 아날로그 전압을 상기 인버터 제어부로 출력하며,
    상기 제1 모드에서, 상기 복수의 저항 소자 중 일부 저항 소자에서 검출되는, 펄스폭 가변 기반의 전압은, 상기 인버터의 출력 단자에서 출력되는, 펄스폭 가변 기반의 전압이고,
    상기 제2 모드에서, 상기 복수의 저항 소자 중 다른 일부 저항 소자에서 검출되는 아날로그 전압은, 상기 모터에서 유발되는 역기전력 기반의 아날로그 전압인 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제2 모드에서, 상기 출력전압 검출부에서 검출되는 전압을 이산 신호로 변환하는 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제2 모드에서, 상기 출력전압 검출부에서 검출되는 전압에 기초하여, 상기 모터에서 유발되는 역기전력을 연산하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제1 모드에서는, 상기 비교기로부터의 상기 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 입력받아 처리하며, 상기 제2 모드에서는, 상기 복수의 저항 소자 중 상기 일부 저항 소자와 다른 저항 소자에서 검출되는 전압을 입력받아 처리하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 검출되는 펄스폭 가변 기반의 출력 전압의 듀티를 연산하고, 상기 연산된 듀티에 기초하여, 상기 모터의 상전압을 연산하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 구비하고,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 검출된 출력 전류와 상기 검출된 펄스폭 가변 기반의 출력 전압에 기초하여, 상기 모터의 회전자 위치를 추정하고, 상기 추정된 회전자 위치에 기초하여, 상기 인버터 제어를 위한 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 구비하고,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 검출된 출력 전류와 상기 검출된 펄스폭 가변 기반의 출력 전압에 기초하여, 상기 모터의 회전자 위치와 상기 모터의 속도를 추정하는 추정부;
    상기 모터의 추정 속도와, 속도 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치와 상기 검출된 출력 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 인버터를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 추정부는,
    상기 검출된 출력 전류와 상기 검출된 펄스폭 가변 기반의 출력 전압에 기초하여, 상기 모터에서 발생하는 역기전력을 추정하는 역기전력 추정부; 및
    상기 추정된 역기전력에 기초하여, 상기 모터의 회전자 위치와 상기 모터의 속도를 추정하는 속도 추정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 저항 소자는,
    상기 인버터의 출력 단자와 접지단 사이에, 서로 직렬 접속되는 제1 저항 소자, 제2 저항 소자, 제3 저항 소자를 구비하고,
    상기 비교기와 상기 인버터 제어부 사이에 접속되는 제1 스위칭 소자; 및
    상기 제2 저항 소자와 상기 인버터 제어부 사이에 접속되는 제2 스위칭 소자;를 더 구비하고,
    상기 제1 모드에서는, 상기 제1 스위칭 소자가 턴 온되고, 상기 제2 모드에서는 상기 제2 스위칭 소자가 턴 온되는 것을 특징으로 하는 세탁물 처리기기.
  11. 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 상기 교류 전원을 모터에 출력하는 인버터;
    상기 모터에 인가되는 출력 전압을 검출하는 출력전압 검출부; 및
    상기 출력 전압에 기초하여, 상기 모터를 구동하도록, 상기 인버터를 제어하는 인버터 제어부;를 포함하며,
    상기 출력전압 검출부는,
    상기 인버터와 모터 사이에 전기적으로 접속되는 복수의 저항 소자; 및
    상기 복수의 저항 소자 중 일부 저항 소자에서 검출되는 펄스폭 가변 기반의 전압을 기준 전압과 비교하여, 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 출력하는 비교기;를 포함하며,
    상기 인버터의 적어도 하나의 스위칭 소자가 턴온되는 제1 모드에서는, 상기 비교기에서 출력되는 상기 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 상기 인버터 제어부로 출력하며,
    상기 인버터의 모든 스위칭 소자가 턴 오프되는 제2 모드에서는, 상기 복수의 저항 소자 중 다른 일부 저항 소자에서 검출되는 전압을 상기 인버터 제어부로 출력하며,
    상기 출력전압 검출부는,
    상기 제1 모드에서, 상기 복수의 저항 소자 중 일부 저항 소자에서 검출되는, 펄스폭 가변 기반의 전압은, 상기 인버터의 출력 단자에서 출력되는, 펄스폭 가변 기반의 전압이고,
    상기 제2 모드에서, 상기 복수의 저항 소자 중 다른 일부 저항 소자에서 검출되는 아날로그 전압은, 상기 모터에서 유발되는 역기전력 기반의 아날로그 전압인 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제2 모드에서, 상기 출력전압 검출부에서 검출되는 전압을 이산 신호로 변환하는 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제2 모드에서, 상기 출력전압 검출부에서 검출되는 전압에 기초하여, 상기 모터에서 유발되는 역기전력을 연산하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 제1 모드에서는, 상기 비교기로부터의 상기 펄스폭 가변 기반의 출력 전압을 입력받아 처리하며, 상기 제2 모드에서는, 상기 복수의 저항 소자 중 상기 일부 저항 소자와 다른 제2 저항 소자에서 검출되는 전압을 입력받아 처리하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 검출되는 펄스폭 가변 기반의 출력 전압의 듀티를 연산하고, 상기 연산된 듀티에 기초하여, 상기 모터의 상전압을 연산하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 구비하고,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 검출된 출력 전류와 상기 검출된 펄스폭 가변 기반의 출력 전압에 기초하여, 상기 모터의 회전자 위치를 추정하고, 상기 추정된 회전자 위치에 기초하여, 상기 인버터 제어를 위한 인버터 스위칭 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 모터에 흐르는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 구비하고,
    상기 인버터 제어부는,
    상기 검출된 출력 전류와 상기 검출된 펄스폭 가변 기반의 출력 전압에 기초하여, 상기 모터의 회전자 위치와 상기 모터의 속도를 추정하는 추정부;
    상기 모터의 추정 속도와, 속도 지령치에 기초하여, 전류 지령치를 생성하는 전류 지령 생성부;
    상기 전류 지령치와 상기 검출된 출력 전류에 기초하여, 전압 지령치를 생성하는 전압 지령 생성부; 및
    상기 전압 지령치에 기초하여, 상기 인버터를 구동하기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 추정부는,
    상기 검출된 출력 전류와 상기 검출된 펄스폭 가변 기반의 출력 전압에 기초하여, 상기 모터에서 발생하는 역기전력을 추정하는 역기전력 추정부; 및
    상기 추정된 역기전력에 기초하여, 상기 모터의 회전자 위치와 상기 모터의 속도를 추정하는 속도 추정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.
  19. 삭제
  20. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 저항 소자는,
    상기 인버터의 출력 단자와 접지단 사이에, 서로 직렬 접속되는 제1 저항 소자, 제2 저항 소자, 제3 저항 소자를 구비하고,
    상기 비교기와 상기 인버터 제어부 사이에 접속되는 제1 스위칭 소자; 및
    상기 제2 저항 소자와 상기 인버터 제어부 사이에 접속되는 제2 스위칭 소자;를 더 구비하고,
    상기 제1 모드에서는, 상기 제1 스위칭 소자가 턴 온되고, 상기 제2 모드에서는 상기 제2 스위칭 소자가 턴 온되는 것을 특징으로 하는 모터 구동장치.

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