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KR102572089B1 - 모터 및 이를 포함하는 세탁기 - Google Patents

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KR102572089B1
KR102572089B1 KR1020180109588A KR20180109588A KR102572089B1 KR 102572089 B1 KR102572089 B1 KR 102572089B1 KR 1020180109588 A KR1020180109588 A KR 1020180109588A KR 20180109588 A KR20180109588 A KR 20180109588A KR 102572089 B1 KR102572089 B1 KR 102572089B1
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오시게 마사키
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Abstract

세탁기는 코일을 포함하는 스테이터, 자력이 변경되는 복수개의 가변 자석을 포함하고, 스테이터에 대하여 회전 가능한 로터, 가변 자석의 자력을 증자 또는 감자시키도록, 코일의 통전 동작을 제어하는 제어부, 및 가변 자석의 자속에 따라서 출력 전압이 변화하는 복수개의 위치 센서를 포함한다.

Description

모터 및 이를 포함하는 세탁기 {MOTOR AND WASHING MACHINE COMPRISING THE SAME}
모터 및 이를 포함하는 세탁기에 관한 것이다.
종래에는 로터측에, 고정 자석과, 보자력이 고정 자석보다도 작고 또한 착자량을 용이하게 변경 가능한 레벨의 보자력을 갖는 가변 자석으로 이루어지는 로터 자석을 포함하는 모터가 알려져 있다.
종래의 모터는 가변 자석의 착자량을 변화시키기 위한 여자전류를, 인버터 회로를 통하여 스테이터 권선에 흘림으로써, 저속 회전 및 고출력 토크가 요구되는 경우에는, 가변 자석의 착자량을 증가(증자)시켜 로터 자석 전체의 자속을 증가시키는 한편, 고속 회전 및 저출력 토크가 요구되는 경우에는, 가변 자석의 착자량을 감소(감자)시킴으로써 로터 자석 전체의 자속을 감소시킬 수 있었다.
가변 자석의 착자량을 변화시키기 위하여, 여자전류를 가변 자석에 흘릴 경우에는, 가변 자석의 위치를 정확하게 검출하는 것이 요구된다. 따라서, 위치 센서로서, 자력의 강도에 따른 온/오프 스위칭 출력이 얻어지는 디지털식 홀 센서를 사용하게 되는데, 가변 자석의 자력을 감자시킨 경우에는, 홀 센서의 스위칭 출력이 전환되는 엣지 위치, 즉, 가변 자석이 존재하고 있는지 여부를 판단하기 위한 경계 위치를 정확하게 파악할 수 없게 되어, 가변 자석의 위치 오검출이 발생할 우려가 있다.
개시된 실시예는 가변 자석의 위치를 정확하게 검출할 수 있도록 하는 모터를 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 측면에 따른 세탁기는 코일을 포함하는 스테이터, 자력이 변경되는 복수개의 가변 자석을 포함하고, 스테이터에 대하여 회전 가능한 로터, 가변 자석의 자력을 증자 또는 감자시키도록, 코일의 통전 동작을 제어하는 제어부, 및 가변 자석의 자속에 따라서 출력 전압이 변화하는 복수개의 위치 센서를 포함한다.
복수개의 위치 센서 중 인접하는 두 개의 위치 센서는, 전기각 120도 또는 90도 이격되어 배치될 수 있다.
복수개의 위치 센서는 가변 자석의 자속에 따라서 출력 전압이 선형으로 변화할 수 있다.
제어부는, 가변 자석의 일단부로부터 소정의 범위 내에 있어서, 2상 통전에 의한 가변 자석의 증자가 수행되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
복수개의 가변 자석 중 인접하는 두 개의 가변 자석의 폭은 전기각 120도 이상일 수 있다.
제어부는, 로터를 일방향으로 회전시키고, 로터의 회전 방향에 대해 가변 자석의 전방측 부분이 증자되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
제어부는, 로터를 일방향에 대해 역방향으로 회전시키고, 로터의 회전 방향에 대해 가변 자석의 전방측 부분이 증자되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
제어부는, 로터를 일방향으로 회전시키고, 로터의 회전 방향에 대해 가변 자석의 후방측 부분이 감자되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
제어부는, 로터를 일방향에 대해 역방향으로 회전시키고, 로터의 회전 방향에 대해 가변 자석의 후방측 부분이 감자되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
제어부는, 복수의 가변 자석 간의 자력의 편차가 미리 설정된 기준값보다 큰 경우, 가변 자석의 자력이 균일화 되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
제어부는, 가변 자석의 자력을 증가시키는 경우, 소정값보다도 자력이 작은 가변 자석을 증자시키고, 가변 자석의 자력을 감소시키는 경우, 소정값보다도 자력이 큰 가변 자석을 감자시키도록, 코일에의 통전 동작을 제어할 수 있다.
다른 측면에 따른 모터는 코일을 포함하는 스테이터, 자력이 변경되는 복수개의 가변 자석을 포함하고, 스테이터에 대하여 회전 가능한 로터, 가변 자석의 자력을 증자 또는 감자시키도록, 코일의 통전 동작을 제어하는 제어부, 및 가변 자석의 자속에 따라서 출력 전압이 변화하는 복수개의 위치 센서를 포함한다.
복수개의 위치 센서 중 인접하는 두 개의 위치 센서는, 전기각 120도 또는 90도 이격되어 배치될 수 있다.
복수개의 위치 센서는 가변 자석의 자속에 따라서 출력 전압이 선형으로 변화할 수 있다.
제어부는, 가변 자석의 일단부로부터 소정의 범위 내에 있어서, 2상 통전에 의한 가변 자석의 증자가 수행되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
복수개의 가변 자석 중 인접하는 두 개의 가변 자석의 폭은 전기각 120도 이상일 수 있다.
제어부는, 로터를 일방향으로 회전시키고, 로터의 회전 방향에 대해 가변 자석의 전방측 부분이 증자되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
제어부는, 로터를 일방향에 대해 역방향으로 회전시키고, 로터의 회전 방향에 대해 가변 자석의 전방측 부분이 증자되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
제어부는, 로터를 일방향으로 회전시키고, 로터의 회전 방향에 대해 가변 자석의 후방측 부분이 감자되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
제어부는, 로터를 일방향에 대해 역방향으로 회전시키고, 로터의 회전 방향에 대해 가변 자석의 후방측 부분이 감자되도록, 코일의 통전 동작을 제어할 수 있다.
전술한 과제 해결 수단에 의하면, 가변 자석의 위치를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 세탁기의 구성을 나타내는 측면 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 모터의 전체 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 모터의 주요부를 도시하는 평면도이다.
도 4는 아날로그식과 디지털식 위치 센서의 출력의 차이를 설명하는 도면이다.
도 5는 3상 통전 시의 자속 흐름을 설명하는 도면이다.
도 6은 2상 통전 시의 자속 흐름을 설명하는 도면이다.
도 7은 S극의 가변 자석을 증자하는 타이밍을 설명하는 도면이다.
도 8은 N극의 가변 자석을 증자하는 타이밍을 설명하는 도면이다.
도 9는 S극의 가변 자석을 감자하는 타이밍을 설명하는 도면이다.
도 10은 N극의 가변 자석을 감자하는 타이밍을 설명하는 도면이다.
도 11은 복수의 가변 자석의 자력이 균일하지 않을 때의, 유기 전압의 파형을 도시하는 도면이다.
도 12는 복수의 가변 자석의 자력이 균일하지 않을 때의, 주파수와 노이즈 레벨의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 13은 복수의 가변 자석의 자력을 균일화했을 때의, 유기 전압의 파형을 도시하는 도면이다.
도 14는 복수의 가변 자석의 자력을 균일화했을 때의, 주파수와 노이즈 레벨의 관계를 나타내는 그래프도이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 실시예들에 대해 설명한다.
<세탁기의 전체 구성>
도 1은 일 실시예에 따른 세탁기의 구성을 나타내는 측면 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 세탁기(1)는, 세탁에서 헹굼, 탈수의 각 처리를 자동 제어에 의해 행할 수 있는 전자동식 세탁기일 수 있다.
세탁기(1)는, 직사각형 상자 형상의 하우징(2)을 갖고, 그 전방면에, 도어(3)로 개폐되는 원형의 투입구(4)가 형성되어 있다. 세탁물의 출납은, 투입구(4)를 통하여 행해진다.
하우징(2)의 전방면 상부에는, 스위치 등이 배치된 조작부(5)가 설치되어 있고, 그 후방에 컨트롤러(6)(제어부)가 내장되어 있다. 하우징(2)의 내부에는, 수조(10), 드럼(11), 모터(16), 펄세이터(12) 등이 배치되어 있다.
수조(10)는, 일단부에 내경보다도 소직경의 개구(10a)를 갖는 바닥이 있는 원통 형상의 용기이며, 그 개구(10a)를 투입구(4)를 향하게 하고, 그 중심선이 전후의 대략 수평 방향으로 연장되도록 가로 배치로 한 상태에서, 하우징(2)의 내부에 설치되어 있다. 세탁 시나 헹굼 시에는, 수조(10)의 하부에 세정수나 헹굼수가 저류된다.
드럼(11)은, 일단부에 개구부(11a)를 갖고, 타단부에 저부를 갖는 바닥이 있는 원통 형상의 용기이며, 그 개구부(11a)를 전방을 향하게 한 상태에서 수조(10)에 수용되어 있다. 드럼(11)은, 전후 방향으로 연장되는 회전축(J)을 중심으로 회전 가능하게 되어 있고, 드럼(11)에 세탁물이 수용된 상태에서, 세탁, 헹굼, 탈수 등의 각 행정이 실행된다.
드럼(11)의 주위벽부에는, 내외로 관통하는 다수의 통수 구멍(1lb)이 형성되어 있고, 수조(10)에 저류된 세정수는, 이들 통수 구멍(1lb)을 통하여 드럼(11)의 내부로 유입된다.
펄세이터(12)는, 드럼(11)의 저부에 배치되어 있다. 펄세이터(12)는, 드럼(11)과 독립적으로 회전축(J)을 중심으로 회전 가능하게 되어 있다.
이너 샤프트(13) 및 아우터 샤프트(14)로 이루어지는 이중 샤프트(15)가, 회전축(J)을 중심으로 수조(10)의 저면을 관통한 상태로 설치되어 있다. 아우터 샤프트(14)는, 이너 샤프트(13)보다도 축길이가 짧은 원통 형상의 샤프트이다.
이너 샤프트(13)는, 아우터 샤프트(14)의 내부에 회전 가능하게 축지지되어 있고, 그 선단부에 펄세이터(12)가 연결되어 지지되어 있다. 아우터 샤프트(14)는, 수조(10)에 회전 가능하게 축지지되어 있고, 그 선단부에 드럼(11)이 연결되어 지지되어 있다. 이들 아우터 샤프트(14) 및 이너 샤프트(13)의 기단부는, 수조(10)의 후방측에 배치된 모터(16)에 연결되어 있다.
모터(16)는, 직경이 수조(10)보다도 작은 편평한 원기둥 형상의 외관을 갖고, 수조(10)의 후방측에 부착되어 있다. 모터(16)는, 아우터 샤프트(14) 및 이너 샤프트(13)의 각각을 독립적으로 구동한다. 컨트롤러(6)는, CPU나 메모리 등의 하드웨어와, 제어 프로그램 등의 소프트웨어로 구성되어 있다. 컨트롤러(6)는, 세탁기(1)를 종합적으로 제어하고 있고, 조작부(5)에서 입력되는 지시에 따라 세탁, 헹굼, 탈수 등의 각 행정을 자동으로 운전한다.
이와 같은 모터(16)와 모터(16)를 제어하는 컨트롤러(6)는 하나의 모터 장치에 포함된 것일 수 있다.
<모터>
도 2는 일 실시예에 따른 모터의 전체 구성을 도시하는 평면도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 모터의 주요부를 도시하는 평면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 모터(16)는, 아우터 로터(20), 이너 로터(30), 스테이터(40) 등으로 구성되어 있다. 즉, 모터(16)는, 하나의 스테이터(40)의 직경 방향 외측 및 내측에 아우터 로터(20) 및 이너 로터(30)를 포함하는, 듀얼 로터 모터일 수 있다.
그리고, 아우터 로터(20) 및 이너 로터(30)는, 클러치나 가감속기 등을 개재하지 않고 펄세이터(12)나 드럼(11)에 연결되어 있어, 펄세이터(12)나 드럼(11)을 직접 구동하도록 구성되어 있다.
아우터 로터(20) 및 이너 로터(30)는, 스테이터(40)의 코일(43)을 공용하고 있고, 코일(43)에 전류를 공급함으로써, 모터(16)는, 아우터 로터(20) 및 이너 로터(30)의 각각을 독립적으로 회전 구동할 수 있도록 되어 있다.
아우터 로터(20)는, 편평한 바닥이 있는 원통 형상의 부재이며, 저부의 둘레에 세워 설치된 로터 요크(22)와, 원호 형상의 영구 자석으로 이루어지는 복수의 아우터 자석(24)를 갖고 있다.
아우터 로터(20)는, 컨시퀀트형 로터일 수 있으며, 16개의 아우터 자석(24)이, 둘레 방향으로 간격을 두고 S극과 N극이 교대로 배열되도록 배치되고, 로터 요크(22)의 내면에 고정되어 있을 수 있다. 또한, 상세하게는 후술하지만, 아우터 자석(24)은, 코일(43)에의 통전 동작을 제어함으로써, 자력을 증자 또는 감자시키는 것이 가능한 가변 자석(25)으로 구현될 수 있다.
이너 로터(30)는, 아우터 로터(20)보다도 외경이 작은 편평한 바닥이 있는 원통 형상의 부재이며, 저부의 주위에 세워 설치된 내측 주위벽부(32)와, 직사각형 판 형상의 영구 자석으로 이루어지는 복수의 이너 자석(34)을 갖고 있다.
이너 로터(30)는, 스포크형 로터일 수 있으며, 32개의 이너 자석(34)이, 둘레 방향으로 간격을 두고 방사상으로 배열되도록 배치되고, 내측 주위벽부(32)에 설치 고정되어 있을 수 있다. 이너 자석(34) 사이에는 로터 코어(33)가 둘레 방향으로 배치되어 있을 수 있다.
스테이터(40)는, 아우터 로터(20)의 내경보다도 외경이 작고 이너 로터(30)의 외경보다도 내경이 큰 원환 형상의 부재로 형성되어 있다. 스테이터(40)는, 복수의 티스(41)나 코일(43) 등이, 수지에 매설되어 있다. 스테이터(40)는, 24개의 I형 티스(41) 및 코일(43)을 포함할 수 있다.
티스(41)는, 종단면이 I형상을 갖는 박판 형상의 철 부재이며, 각각이 등간격으로 방사상으로 배열되도록 하여 스테이터(40)의 전체 둘레에 배치되어 있다. 티스(41)의 내주측 및 외주측의 측단부는, 그 양쪽 코너로부터 둘레 방향으로 플렌지 형상으로 돌출되어 있다.
티스(41)에는, 절연재를 통하여 절연재로 피복된 3개의 와이어를, 소정의 순서 및 구성으로 연속하여 권회함으로써, 티스(41)마다 코일(43)이 형성되어 있다. 코일(43)이 형성된 일군의 티스(41)는, 각 직경의 측단부면만을 노출시킨 상태에서, 몰드 성형에 의해 열경화성 수지에 매설되어 있고, 절연된 상태에서 일정한 배치로 고정되어 있다.
티스(41)의 이너 로터(30)측의 단부는, 로터 코어(33)와 근소한 간극을 두고 대향하고, 티스(41)의 아우터 로터(20)측의 단부는, 아우터 자석(24)와 근소한 간극을 두고 대향하도록, 스테이터(40), 이너 로터(30), 아우터 로터(20)가 부착되어 있다.
인접하는 티스(41) 사이에 있어서의 이너 로터(30) 근방의 위치에는, 디지털식 이너측 위치 센서(44)가 배치되어 있다. 이너측 위치 센서(44)는, 이너 로터(30)의 위치를 파악하기 위한 것이다.
또한, 인접하는 티스(41) 사이에 있어서의 아우터 로터(20) 근방의 위치에는, 아날로그식 아우터측 위치 센서(45)가 배치되어 있다. 아우터측 위치 센서(45)는, 예를 들어 홀 센서로 구성되고, 아우터 로터(20)의 위치를 파악하기 위한 것이다.
일 실시예에 따른 모터(16)에서는, 스테이터(40)의 코일(43)에 통전되었을 때, 티스(41)의 아우터측과 이너측에는, 동시에, 서로 다른 극이 발생하고, 회전 자계에 수반하여, 아우터 로터(20)와 이너 로터(30)가 각각 독립적으로 회전할 수 있다.
이와 같이, 스테이터(40)를 아우터 로터(20)와 이너 로터(30)에서 공용함으로써, 하나의 인버터에 의해, 아우터 로터(20)와 이너 로터(30)를 복수의 회전 모드로 회전 구동시킬 수 있게 된다.
도 3을 참조하면, 아우터 자석(24)은, 가변 자석(25)으로 구현될 수 있다. 이너 자석(34)은, 고정 자석(35)으로 구현될 수 있다. 여기서, 가변 자석(25)이란, 코일(43)에 착자 전류를 공급했을 때에, 자력을 변경 가능한 자석이다. 또한, 고정 자석(35)이란, 코일(43)에 착자 전류를 공급해도, 자력이 변화하지 않는 자석이다.
컨트롤러(6)는, 코일(43)에의 통전 동작을 제어하여, 가변 자석(25)에 자속을 흘림으로써, 가변 자석(25)의 자력을 증자 또는 감자시킬 수 있다. 여기서, 가변 자석(25)에 자속을 흘리기 위해서는, 가변 자석(25)의 위치를 정확하게 검출할 필요가 있다. 따라서, 아우터 로터(20)의 가변 자석(25)의 위치를 정확하게 검출하기 위하여, 아우터측 위치 센서(45)가 복수개(예를 들어, 2개) 마련될 수 있다.
구체적으로, 2개의 아우터측 위치 센서(45)는, 전기각 120도(°) 이격되어 배치될 수 있다. 아우터측 위치 센서(45)는, 가변 자석(25)의 자속에 따라서 출력 전압이 선형으로 변화하는 아날로그식 홀 센서로 구현될 수 있다.
도 4는 아날로그식과 디지털식 위치 센서의 출력의 차이를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 아날로그식 아우터측 위치 센서(45)를 사용함으로써 가변 자석(25)의 자력이 감자된 경우여도, 아우터측 위치 센서(45)의 출력 전압은 가변 자석(25)의 자속에 따라서 선형으로 큰 폭으로 변화한다. 이에 의해, 가변 자석(25)이 존재하고 있는지 여부를 판단하기 위한 경계 위치를 놓치지 않게 되어, 가변 자석(25)의 위치 오검출을 억제할 수 있다.
또한, 2개의 아우터측 위치 센서(45)를, 전기각 120도 이격시켜 배치하도록 하였으므로, 2개의 아우터측 위치 센서(45) 중 적어도 어느 한 쪽에서 가변 자석(25)의 위치를 검출하여, 가변 자석(25)의 위치 검출 정밀도를 높일 수 있다.
전술한 실시예는 2개의 아우터측 위치 센서(45)를, 전기각 120도 이격시켜 배치한 것으로 설명하였으나, 아우터측 위치 센서(45)의 개수는 이에 한정되지 아니하고, 이격 배치된 복수개의 아우터측 위치 센서(45)의 전기각 또한 120도에 한정되지 아니한다. 예를 들어 인접하는 아우터측 위치 센서(45)를, 전기각 90도 이격시켜 배치할 수도 있다.
또한, 이너 자석(34)의 위치를 검출하기 위한 2개의 이너측 위치 센서(44)는, 전기각 120도 이격되어 배치될 수 있다. 이너측 위치 센서(44)는, 자력의 강도에 따른 ON/OFF의 스위칭 출력이 얻어지는 디지털식 홀 센서로 구성되어 있다.
전술한 실시예는 2개의 이너측 위치 센서(44)를, 전기각 120도 이격시켜 배치한 것으로 설명하였으나, 아우터측 위치 센서(45)의 개수는 이에 한정되지 아니하고, 이격 배치된 복수개의 이너측 위치 센서(44)의 전기각 또한 120도에 한정되지 아니한다. 예를 들어 인접하는 이너측 위치 센서(44)를, 전기각 90도 이격시켜 배치할 수도 있다.
<2상 통전>
도 5는 3상 통전 시의 자속 흐름을 설명하는 도면이고, 도 6은 2상 통전 시의 자속 흐름을 설명하는 도면이다. 도 5를 참조하면, 가변 자석(25)의 내부에서는, 자속이 S극에서 N극을 향하여 흐르고 있다. 그로 인해, 가변 자석(25)의 자력을 증자할 때에는, 티스(41)에 대향하는 가변 자석(25)이 S극인 경우, 가변 자석(25)의 내부를 흐르는 자속과 동일한 방향, 즉, 티스(41)로부터 가변 자석(25)을 향하여 자속이 흐르도록 코일(43)에의 통전 동작이 제어되어야 한다. 그리고, 티스(41)에 대향하는 가변 자석(25)이 N극인 경우, 가변 자석(25)의 내부를 흐르는 자속과 동일한 방향, 즉, 가변 자석(25)으로부터 티스(41)를 향하여 자속이 흐르도록 코일(43)에의 통전 동작이 제어되어야 한다.
그런데, U상, V상, W상 중, W상의 티스(41)로부터 S극의 가변 자석(25)을 향하여 자속이 흐르면, S극의 가변 자석(25)의 일단부(도 5에서 S극의 우측 단부)이 증자되는 경우, 아우터 로터(20)측으로부터 U상 및 V상의 티스(41)를 향하여 각각 자속이 분류된다. 이때, 가변 자석(25)들 간의 폭이 전기각 120도이므로, S극의 가변 자석(25)의 타단부(도 5에서 S극의 좌측 단부)가 V상의 티스(41)에 대향하고 있다. 그로 인해, 아우터 로터(20)측으로부터 V상의 티스(41)를 향하는 자속에 의해, S극의 가변 자석(25)의 타단부(도 5에서 S극의 좌측 단부)가 감자되어 버리게 된다.
따라서, 일 실시예에 따른 모터(16)는, 가변 자석(25)들 간의 폭이 전기각 120도 이상인 경우, 가변 자석(25)의 일단부로부터 소정의 범위 내에서는, 2상 통전에 의한 증자를 수행한다.
구체적으로, 일 실시예에 따른 모터(16)의 컨트롤러(6)는 V상의 코일(43)에의 통전을 정지시키고, 도 6에 도시한 바와 같이, W상의 티스(41)로부터 S극의 가변 자석(25)의 일단부(도 6에서 S극의 우측 단부)를 향하여 흐른 자속이, N극의 가변 자석(25)을 지나 U상의 티스(41)를 향하여 흐르도록 제어할 수 있다. 이때, N극의 가변 자석(25)에 대해서도 증자된다.
이와 같이, S극의 가변 자석(25)의 타단부(도 6에서 S극의 좌측 단부)와 V상의 티스(41) 사이에서는, 자속의 흐름이 발생하지 않고 있으므로, S극의 가변 자석(25)의 일단부(도 6에서 S극의 우측 단부)를 증자할 때에 V상의 티스(41)에 대향하는 S극의 가변 자석(25)의 타단부(도 6에서 S극의 좌측 단부)가 감자되지 아니한다. 이에 따라, 가변 자석(25) 전체가 증자될 수 있다.
<증자 또는 감자의 타이밍에 대하여>
도 7은 S극의 가변 자석을 증자하는 타이밍을 설명하는 도면이고, 도 8은 N극의 가변 자석을 증자하는 타이밍을 설명하는 도면이고, 도 9는 S극의 가변 자석을 감자하는 타이밍을 설명하는 도면이며, 도 10은 N극의 가변 자석을 감자하는 타이밍을 설명하는 도면이다.
도 7 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 가변 자석(25)의 자력을 증자 또는 감자할 때에 아우터 로터(20)의 회전 방향 및 가변 자석(25)의 위치가 고려될 수 있다.
먼저, 도 7에 도시한 바와 같이, 아우터 로터(20)가 일방향(도 7에서 좌측 방향)으로 회전하고 있고, 티스(41)에 대향하는 S극의 가변 자석(25)을 증자하는 경우에 대하여 검토한다.
이 경우에는, 아우터 로터(20)의 회전 중에, 티스(41)로부터 가변 자석(25)에 있어서의 회전 방향의 전방측 부분(도 7에서 좌측 부분)을 향하여 자속이 흐르면, 가변 자석(25)의 좌측 부분이 증자된다. 이에 의해, 가변 자석(25)을 증자할 때에 가변 자석(25)의 좌측 부분과 티스(41) 사이에 흡인력이 작용하고, 아우터 로터(20)가 회전 방향으로 가속되므로, 착자음을 저감할 수 있다.
또한, 가변 자석(25)의 좌측 부분을 증자한 후, 나머지 우측 부분(도 7에서 회전 방향의 후방측 부분)에 대해서도, 아우터 로터(20)를 역회전시켜, 마찬가지로 증자될 수 있다.
즉, 아우터 로터(20)의 역회전 중에, 티스(41)로부터 가변 자석(25)에 있어서의 역회전 방향에 전방측 부분(도 7에서 우측 부분)을 향하여 자속이 흐르면, 가변 자석(25)의 우측 부분이 증자된다. 이에 의해, 가변 자석(25)이 증자될 때에 가변 자석(25)의 우측 부분과 티스(41) 사이에 흡인력이 작용하고, 아우터 로터(20)가 역회전 방향으로 가속되므로, 착자음을 저감할 수 있다.
도 8에서는, 아우터 로터(20)가 일방향(도 8에서 좌측 방향)으로 회전하고 있고, 티스(41)에 대향하는 N극의 가변 자석(25)을 증자하는 경우의 자속 흐름에 대하여 나타내고 있다.
도 8을 참조하면, 아우터 로터(20)의 회전 중에, 가변 자석(25)에 있어서의 회전 방향의 전방측 부분(도 8에서 좌측 부분)으로부터 티스(41)를 향하여 자속이 흐르면, 가변 자석(25)의 좌측 부분이 증자된다. 이에 의해, 가변 자석(25)을 증자할 때에 가변 자석(25)의 좌측 부분과 티스(41) 사이에 흡인력이 작용하고, 아우터 로터(20)가 회전 방향으로 가속되므로, 착자음을 저감할 수 있다.
또한, 가변 자석(25)의 좌측 부분이 증자된 후, 나머지 우측 부분(도 8에서 회전 방향의 후방측 부분)에 대해서도, 아우터 로터(20)를 역회전시킴으로써, 마찬가지로 증자될 수 있다.
이어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 아우터 로터(20)가 일방향(도 9에서 좌측 방향)으로 회전하고 있고, 티스(41)에 대향하는 S극의 가변 자석(25)을 감자할 경우에 대하여 검토한다.
이 경우에는, 아우터 로터(20)의 회전 중에, 가변 자석(25)에 있어서의 회전 방향의 후방측 부분(도 9에서 우측 부분)으로부터 티스(41)를 향하여 자속이 흐르면, 가변 자석(25)의 우측 부분이 감자된다. 이에 의해, 가변 자석(25)을 감자할 때에 가변 자석(25)의 우측 부분과 티스(41) 사이에 반발력이 작용하고, 아우터 로터(20)가 회전 방향으로 가속되므로, 착자음을 저감할 수 있다.
또한, 가변 자석(25)의 우측 부분을 감자한 후의, 나머지 좌측 부분(도 9에서 회전 방향의 전방측 부분)에 대해서는, 아우터 로터(20)를 역회전시켜, 마찬가지로 감자하면 된다.
도 10에서는, 아우터 로터(20)가 일방향(도 10에서 좌측 방향)으로 회전하고 있고, 티스(41)에 대향하는 N극의 가변 자석(25)을 감자할 경우의 자속 흐름에 대하여 나타내고 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 아우터 로터(20)의 회전 중에, 티스(41)로부터 가변 자석(25)에 있어서의 회전 방향의 후방측 부분(도 10에서 우측 부분)을 향하여 자속이 흐르면, 가변 자석(25)의 우측 부분이 감자된다. 이에 의해, 가변 자석(25)이 감자될 때에 가변 자석(25)의 우측 부분과 티스(41) 사이에 반발력이 작용하고, 아우터 로터(20)가 회전 방향으로 가속되므로, 착자음을 저감할 수 있다.
또한, 가변 자석(25)의 우측 부분이 감자된 후, 나머지 좌측 부분(도 10에서 회전 방향의 전방측 부분)에 대해서도, 아우터 로터(20)를 역회전시킴으로써, 마찬가지로 감자될 수 있다.
<가변 자석의 자력 균일화>
복수의 가변 자석(25) 사이에는, 자력의 언밸런스가 발생하는 경우가 있다. 그리고, 가변 자석(25)의 자력이 균일하지 않은 상태에서 아우터 로터(20)를 고속 회전시키면, 아우터 로터(20)의 고속 회전에 수반하는 진동이 커져, 소음이 발생해버린다.
따라서, 일 실시예에 따른 컨트롤러(6)는 복수의 가변 자석(25)의 자력이 대략 균일해지도록, 코일(43)에의 통전 동작을 제어하도록 하고 있다.
도 11은 복수의 가변 자석의 자력이 균일하지 않을 때, 유기 전압의 파형을 도시하는 도면이고, 도 12는 복수의 가변 자석의 자력이 균일하지 않을 때의, 주파수와 노이즈 레벨의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 11을 참조하면, 가변 자석(25)의 자력은, 아우터 로터(20)를 회전시켰을 때에 발생하는 유기 전압을 계측함으로써 판단할 수 있다. 도 11에서는, 아우터측 위치 센서(45)의 출력 신호를 피드백 함으로써, 유기 전압을 정현파로 정형하고 있다.
도 11의 유기 전압의 파형을 보면, 유기 전압의 진폭은, 진폭(A)보다도 진폭(B) 쪽이 크다. 이것은, 유기 전압의 진폭이 크면 가변 자석(25)의 자력이 크고, 유기 전압의 진폭이 작으면 가변 자석(25)의 자력이 작은 것을 나타낸다.
그리고, 가변 자석(25)의 자력이 균일하지 않은 상태에서 아우터 로터(20)를 회전시키면, 도 12에 도시한 바와 같이, 모터(16)의 회전수의 1.5배의 주파수(1.5f 성분)에 있어서, 노이즈 레벨이 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 컨트롤러(6)는 복수의 가변 자석(25) 사이에 있어서의 자력의 편차가 미리 설정된 기준값보다도 큰 경우, 가변 자석(25)의 자력을 대략 균일하게 하도록, 가변 자석(25)의 자력을 증자 또는 감자시킬 수 있다.
도 13은 복수의 가변 자석의 자력을 균일화했을 때의, 유기 전압의 파형을 도시하는 도면이고, 도 14는 복수의 가변 자석의 자력을 균일화했을 때의, 주파수와 노이즈 레벨의 관계를 나타내는 그래프도이다.
구체적으로, 일 실시예에 따른 컨트롤러(6)는 가변 자석(25)의 자력을 전체적으로 감소시키는 경우, 소정값보다도 자력이 큰 가변 자석(25)을 감자시킨다. 즉, 도 11에 도시하는 예에서는, 일 실시예에 따른 컨트롤러(6)가 유기 전압의 진폭(B)의 가변 자석(25)을 감자함으로써, 진폭(A)에 근접하도록 자력을 변경한다. 이에 의해, 도 13에 도시한 바와 같이, 유기 전압이 진폭(A)으로 대략 균일화되어, 복수의 가변 자석(25)의 자력을 대략 균일하게 할 수 있다.
여기서, 도 14을 참조하면, 복수의 가변 자석(25)의 자력을 대략 균일하게 하면, 모터(16)의 회전수의 1.5배의 주파수(1.5f 성분)에 있어서, 노이즈 레벨이 작아지는 것을 알 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 컨트롤러(6)는 가변 자석(25)의 자력을 전체적으로 증가시키는 경우, 소정값보다도 작은 가변 자석(25)을 증자시킨다. 즉, 도 11에 도시하는 예에서는, 유기 전압의 진폭(A)의 가변 자석(25)을 증자시킴으로써, 진폭(B)에 근접하도록 자력을 변경할 수 있다
《기타 실시 형태》
전술한 실시예에서는, 아우터 로터(20)에 가변 자석(25)을 설치함으로써, 아우터 로터(20)의 자력이 변경 가능했으나, 이너 로터(30)에 가변 자석(25)을 설치함으로써, 이너 로터(30)의 자력이 변경되는 것도 가능하다.
또한, 전술한 실시예에서는, 유기 전압의 진폭에 기초하여, 가변 자석(25)의 자력의 대소를 검출하는 것으로 기술되었으나, 예를 들어 자속 센서를 설치함으로써, 가변 자석(25)의 자력을 검출하는 것도 가능하다.
전술한 일 실시예에 따른 모터(16)와 세탁기(1)의 구성 요소들의 성능에 대응하여 적어도 하나의 구성요소가 추가되거나 삭제될 수 있다. 또한, 구성 요소들의 상호 위치는 시스템의 성능 또는 구조에 대응하여 변경될 수 있다는 것은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 이해될 것이다.
한편, 전술한 일 실시예에 따른 모터(16)와 세탁기(1)의 일부 구성요소는 소프트웨어 및/또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 및 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소일 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
6: 컨트롤러(제어부)
16: 모터
20: 아우터 로터(로터)
25: 가변 자석
40: 스테이터
43: 코일
45: 아우터측 위치 센서(위치 센서)

Claims (20)

  1. 복수개의 코일을 포함하는 스테이터;
    자력이 변경되는 복수개의 가변 자석을 포함하고, 상기 스테이터에 대하여 회전 가능한 로터;
    상기 가변 자석의 자속에 따라서 출력 전압이 변화하는 복수개의 위치 센서; 및
    상기 가변 자석의 자력을 증자 또는 감자시키도록 상기 복수개의 코일의 통전 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 복수개의 가변 자석 중 인접하는 두 개의 가변 자석의 폭은 전기각 120도 이상이고,
    상기 제어부는,
    상기 인접하는 두 개의 가변 자석의 폭이 전기각 120도 이상인 것에 기초하여 상기 가변 자석의 일단부로부터 소정의 범위 내에서는 상기 복수개의 코일이 2상 통전에 의하여 상기 가변 자석을 증자시키도록 3개의 코일 중 어느 하나의 코일로의 통전을 정지시키는 세탁기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 위치 센서 중 인접하는 두 개의 위치 센서는, 전기각 120도 또는 90도 이격되어 배치되는 세탁기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 위치 센서는 상기 가변 자석의 자속에 따라서 출력 전압이 선형으로 변화하는 세탁기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 로터를 일방향으로 회전시키고, 상기 로터의 회전 방향에 대해 상기 가변 자석의 전방측 부분이 증자되도록, 상기 복수개의 코일의 통전 동작을 제어하는 세탁기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 로터를 상기 일방향에 대해 역방향으로 회전시키고, 상기 로터의 회전 방향에 대해 상기 가변 자석의 전방측 부분이 증자되도록, 상기 복수개의 코일의 통전 동작을 제어하는 세탁기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 로터를 일방향으로 회전시키고, 상기 로터의 회전 방향에 대해 상기 가변 자석의 후방측 부분이 감자되도록, 상기 복수개의 코일의 통전 동작을 제어하는 세탁기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 로터를 상기 일방향에 대해 역방향으로 회전시키고, 상기 로터의 회전 방향에 대해 상기 가변 자석의 후방측 부분이 감자되도록, 상기 복수개의 코일의 통전 동작을 제어하는 세탁기.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 상기 가변 자석 간의 자력의 편차가 미리 설정된 기준값보다 큰 경우, 상기 가변 자석의 자력이 균일화 되도록, 상기 복수개의 코일의 통전 동작을 제어하는 세탁기.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가변 자석의 자력을 증가시키는 경우, 소정값보다도 자력이 작은 상기 가변 자석을 증자시키고, 상기 가변 자석의 자력을 감소시키는 경우, 소정값보다도 자력이 큰 상기 가변 자석을 감자시키도록, 상기 복수개의 코일에의 통전 동작을 제어하는 세탁기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 위치 센서 중에서 상기 스테이터의 아우터측에 마련된 위치 센서는 아날로그식 센서인 세탁기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 위치 센서 중에서 상기 스테이터의 아우터측에 마련된 위치 센서는 아날로그식 홀 센서이고,
    상기 복수개의 위치 센서 중에서 상기 스테이터의 이너측에 마련된 위치 센서는 디지털식 홀 센서인 세탁기.
  14. 복수개의 코일을 포함하는 스테이터;
    자력이 변경되는 복수개의 가변 자석을 포함하고, 상기 스테이터에 대하여 회전 가능한 로터;
    상기 가변 자석의 자속에 따라서 출력 전압이 변화하는 복수개의 위치 센서; 및
    상기 가변 자석의 자력을 증자 또는 감자시키도록 상기 복수개의 코일의 통전 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 복수개의 가변 자석 중 인접하는 두 개의 가변 자석의 폭은 전기각 120도 이상이고,
    상기 제어부는,
    상기 인접하는 두 개의 가변 자석의 폭이 전기각 120도 이상인 것에 기초하여 상기 가변 자석의 일단부로부터 소정의 범위 내에서는 상기 복수개의 코일이 2상 통전에 의하여 상기 가변 자석을 증자시키도록 3개의 코일 중 어느 하나의 코일로의 통전을 정지시키는 모터 장치.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 14 항에 있어서,
    상기 복수개의 위치 센서 중 인접하는 두 개의 위치 센서는, 전기각 120도 또는 90도 이격되어 배치되는 모터 장치.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 14 항에 있어서,
    상기 복수개의 위치 센서는 상기 가변 자석의 자속에 따라서 출력 전압이 선형으로 변화하는 모터 장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 로터를 일방향 또는 상기 일방향에 대해 역방향으로 회전시키고, 상기 로터의 회전 방향에 대해 상기 가변 자석의 전방측 부분이 증자되도록, 상기 복수개의 코일의 통전 동작을 제어하는 모터 장치.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 로터를 일방향 또는 상기 일방향에 대해 역방향으로 회전시키고, 상기 로터의 회전 방향에 대해 상기 가변 자석의 후방측 부분이 감자되도록, 상기 복수개의 코일의 통전 동작을 제어하는 모터 장치.
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