KR20050089355A - 대용량 드럼세탁기용 비엘디시 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드럼세탁기에 관한 것으로서, 특히 스테이터에 입력되는 전원에 대한 정확한 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써 대용량에 적합한 특성을 갖춘 비엘디시 모터를 제공하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 무게 10kg 정도의 세탁물을 수용할 수 있는 대용량의 드럼과, 홀센서가 장착되며 소정의 극(極)수를 갖는 스테이터와 그 주위를 회전하게 되며 상기 스테이터에 비해 보다 많은 극수를 갖는 로터로 이루어져 상기 드럼을 회전시키는 비엘디시 모터와, 상기 로터의 회전시 홀센서에서 검출된 신호를 받아 스테이터에 인가되는 전원을 제어하는 마이콤을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 대용량 드럼세탁기가 제공된다.

Description

대용량 드럼세탁기용 비엘디시 모터{BLDC motor for large capacity drum-type washing machine}

본 발명은 BLDC 모터(Blushless Direct Current Motor; 이하, "비엘디시 모터"라고 한다)를 채용한 세탁기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비엘모터의 구조 개선을 통해 스테이터에 입력되는 전원에 대한 정확한 제어가 이루어질 수 있도록 하여 충분한 토오크 확보가 가능토록 함으로써 드럼세탁기의 대용량화에 적합하도록 한 것이다.

일반적으로, 펄세이터 방식의 세탁기는 세제의 유화작용과 펄세이터에 의해 발생된 수류의 마찰작용 및 펄세이터가 세탁물에 가하는 충격작용 등을 이용하여 의복, 침구 등에 부착된 각종 오염물질을 제거하는 제품으로, 최근에 등장하는 전자동 세탁기는 중간에 사용자의 조작 없이 세탁, 헹굼, 탈수로 이어지는 일련의 과정을 자동으로 진행한다.

한편, 드럼 방식의 세탁기는 세제와 세탁수 및 세탁물이 드럼 내에 투입된 상태에서, 모터의 구동력을 전달받아 회전하는 드럼과 세탁물의 마찰력을 이용하여 세탁을 행하게 되는 제품으로서, 세탁물의 손상이 거의 없고, 세탁물이 서로 엉키지 않으며, 두드리고 비벼빠는 세탁효과를 낼 수 있다.

또한, 종래의 전자동 세탁기의 구동방식은 구동 모터의 회전동력을 동력전달용 벨트 및 풀리등을 개재하여 세탁축으로 전달하여 펄세이터를 회전시키거나 탈수축으로 전달하여 탈수조를 회전시키는 방식과, 비엘디시(BLDC) 모터의 속도제어에 의해 세탁조겸 탈수조를 세탁 및 탈수시 다른 속도로 회전시키는 방식이 있으며, 최근에는 비엘디시 모터를 이용하면서도 동력전달 경로를 달리 제어하여 세탁시에는 펄세이터를 저속회전시켜 세탁을 행하고, 탈수시에는 펄세이터 및 탈수조를 동시에 고속회전시켜 탈수를 행하는 구조가 등장하였다.

도 1은 기존 비엘디시(BLDC) 모터의 세탁기 적용예를 나타낸 종단면도이고, 도 2는 도 1의 스테이터를 나타낸 사시도로서, 도 1을 참조하여 기존 구조의 비엘디시 모터가 드럼세탁기에 적용된 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바에 따르면, 캐비닛(5) 내측에 세탁수를 저장할 수 있는 터브(3)가 설치되고, 상기 터브(3) 내측에는 세탁물이 투입되는 드럼(9)이 설치된다.

그리고, 상기 드럼(9) 후방에는 모터(6)의 구동력을 드럼(9)에 전달하는 드럼축(12)이 설치된다.

한편, 상기 터브(3)의 후벽부 중앙에는 베어링 하우징(13)이 설치되고, 상기 베어링 하우징 내측에는 드럼축(12)을 지지하는 베어링(11)이 축 전·후방에 각각 설치된다.

그리고, 상기 드럼축(12) 후단부에는 상기 스테이터(7)(stator)와 더불어 직결식 모터(6)를 구성하는 로터(8)(rotor)가 볼트에 의해 결합된다.

이에 따라, 상기 드럼(9)은 로터(8)에 직결되어 모터구동시 로터의 회전력을 전달받아 회전하게 된다.

그리고, 상기 스테이터(7)의 코어티스(710a) 중 소정 코어티스 사이에는 홀센서(15)가 구비된다.

한편, 상기 캐비닛(5) 전방에는 도어(1)가 설치되고, 도어(1)와 터브(3)(Tub) 사이에는 가스켓(2)이 설치된다.

그리고, 상기 캐비닛(5) 상부면 내측과 터브(3) 외주면 상부측 사이에는 터브(3)를 지지하는 행잉 스프링(4)(Hanging spring)이 설치되고, 상기 캐비닛(5) 하부면 내측과 터브(3) 외주면 하부측 사이에는 탈수시 발생하는 터브(3)의 진동을 감쇠시키기 위한 프릭션 댐퍼(10)가 설치된다.

이와 같이 구성된 기존의 직결식 드럼세탁기는 스테이터(7)에 전원을 공급하여 전자석을 형성함에 따라 로터(8) 내측에 부착된 영구자석과의 상호작용에 의해 로터(8)가 회전하게 되고, 드럼축(12)에 전달된 힘은 드럼(9)을 회전시켜 세탁 및 탈수를 하도록 되어있다.

한편, 기존 드럼세탁기의 비엘디시 모터(6)는 스테이터(7)의 극수를 36극으로 하고 로터의 극수를 24극으로 구성하여 사용하여 왔다.

그러나, 이와 같이 스테이터(7)의 극수가 36극이고 로터의 극수가 24극인 비엘디시 모터(6)는 세탁용량이 5kg 이하인 소용량 드럼세탁기에는 적합하지만, 세탁용량이 10kg 이상인 대용량 드럼세탁기의 경우에는 초기 기동 구간에서의 기동이 쉽게 이루어지지 않는 문제점이 있다.

이는, 소용량 드럼세탁기에서는 발생하지 않던 문제점으로써 이 같은 문제점이 발생하는 원인은 다음과 같다.

대용량 드럼세탁기는 기존에 비해 드럼(9)의 직경이 커지고 무게 또한 커짐에 따라 기동시 필요한 토오크가 그만큼 커지게 된다.

특히, 드럼(9)을 4분할 한다고 가정할 경우 0°에서 90°사이의 구간은 드럼의 부하가 가장 큰 구간으로 이 초기 기동 구간에는 필요한 토오크가 점점 늘어나게 되고, 90°에 도달시 가장 큰 토오크를 필요로 하게 된다.

이 때, 초기 기동 구간을 넘어설 수 있을 정도로 충분한 토오크를 내기 위해서는 무엇보다도 스테이터(7)로 인가되는 전류의 정확한 제어가 중요하다.

즉, 초기 기동 구간을 쉽게 넘어서도록 하기 위해서는 스테이터(7)로 인가되는 전류가 정확한 시점에 인가되어 충분한 토오크가 나올 수 있어야 하고, 이를 위해서는 홀센서로부터 충분한 수의 신호가 검출되어야 한다.

그러나, 기존의 모터(6)는 로터의 극수가 24극이어서 홀센서(15)가 검출하는 펄스신호의 수가 적어 정확한 전류의 제어가 쉽지 않은 것이다. 즉, 기존의 모터(6)는 로터의 극수가 24극으로서, 24극이면 드럼(9)이 한바퀴(180°) 회전하는 동안 스테이터(7)에 설치된 홀센서(15)에 의해 감지되는 신호도 24개가 된다.

따라서, 드럼(9)이 시계방향으로 회전한다고 할 때, 맨 아래쪽의 0°위치에서 9시 방향인 90°위치까지 회전하는 초기 기동 구간에서는 홀센서(15)에 의해 6개의 신호만이 감지될 뿐이고, 그 중에는 N극 감지신호가 3개 S극 감지신호가 3개를 차지하게 된다.

이는, 초기 기동 구간에서는 3개의 신호만을 가지고 스테이터(7)에 인가되는 전류를 제어해야 한다는 것을 의미하는 것으로, 신호수가 적어 드럼(9)의 회전속도 및 위치검출의 정밀도가 떨어지게 됨으로써 결국 스테이터(7)로 공급되는 전류의 위상에 대한 정확한 제어가 이루어지지 않게 됨을 의미한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 홀센서의 출력신호와 모터의 스테이터로 입력되는 전류의 위상이 일치하여야 정상적 토오크가 발생하게 되나, 24극의 로터에서는 홀센서의 출력신호수가 작아 정상적으로 토오크 발생이 힘들게 되며, 특히 큰 토오크를 필요로 하는 대용량 드럼세탁기의 초기 기동시에는 기존의 모터 사이즈로는 충분한 크기의 토오크를 내기가 극히 곤란한 현실이다.

따라서, 24극을 쓰는 로터를 채용한 종래의 비엘디시 모터(6)는 직경 및 무게가 증가한 대용량의 드럼세탁기에 적용하기에는 적합치 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비엘디시 모터의 구조 개선을 통해 스테이터에 입력되는 전원에 대한 정확한 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써 대용량의 드럼세탁기에 보다 적합한 비엘디시 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 무게 10kg 정도의 세탁물을 수용할 수 있는 대용량의 드럼과, 홀센서가 장착되며 코어 및 코일을 구비한 스테이터와 그 주위를 회전하게 되며 마그네트를 구비한 로터로 이루어져 상기 드럼을 회전시키는 비엘디시 모터와, 상기 로터의 회전시 홀센서에서 검출된 신호를 받아 스테이터에 인가되는 전원을 제어하는 마이콤을 구비한 대용량의 드럼세탁기에 있어서; 상기 로터의 극수를 스테이터의 극수보다 많게 구성한 것을 특징으로 하는 대용량 드럼세탁기용 비엘디시 모터가 제공된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 드럼세탁기는, 무게 10kg 정도의 세탁물을 수용할 수 있는 대용량의 드럼(9)과, 홀센서(15)가 장착되며 소정의 극(極)수를 갖는 스테이터(7)와 그 주위를 회전하게 되며 상기 스테이터(7)에 비해 보다 많은 극수를 갖는 로터(8)로 이루어져 상기 드럼(9)을 회전시키는 비엘디시 모터(6)와, 상기 로터(8)의 회전시 홀센서(15)에서 검출된 신호를 받아 스테이터(7)에 인가되는 전원을 제어하는 마이콤을 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 스테이터는 36극, 로터(8)의 극수는 48극으로 이루어짐이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 비엘디시 모터(6)의 작용은 다음과 같다.

로터(8)의 극수가 48극을 이루게 되면, 드럼(9)의 회전시 90° 범위를 회전하는 동안 홀센서(15)는 12개의 신호를 감지하게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 로터의 극수가 2배로 늘어남에 따라 같은 구간에서 종래에 비해 2배수의 신호를 홀센서(15)로부터 검출하게 되는 것이다.

이에 따라, 종래와는 달리 로터(8)의 속도 및 위치검출이 정확하게 수행되어 드럼속도에 맞추어 스테이터(7)에 정확한 시점에 전류가 인가됨으로써 비엘디시 모터(6)가 항상 최적의 상태로 구동하게 된다.

그리고, 이때 비엘디시 모터(6)에서 발생하는 초기 기동 토오크는 대용량 드럼세탁기에서 초기 기동구간을 넘기기에 충분한 토오크이다.

따라서, 48극의 로터(8)를 사용할 경우에는 기존의 코어(710) 두께를 반으로 줄여도 대용량 드럼세탁기에 알맞은 크기의 토오크가 발생한다. 즉, 32mm짜리 코어의 두께를 대략 16mm 정도로 줄이더라도 극수의 증가로 인해 기동시 충분한 크기의 토오크가 발생되는 것이다.

이에 따라, 본 발명은 기존의 24극 로터(8)를 사용하는 모터(6)에 비해 코어의 두께를 반 이하로 줄일 수 있게 되어 모터의 제조비용을 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 비엘디시 모터는 기존의 24극 로터(8)를 사용하는 모터(6)에 비해 코어의 두께를 반 이하로 줄일 수 있게 되어 모터(6)의 축방향 사이즈를 줄일 수 있음에 따라, 본체의 전체 체적을 그대로 둘 경우에는 드럼(9)의 용량을 키울수 있게 되고, 드럼(9)의 용량을 그대로 둘 경우에는 드럼(9) 축방향으로의 사이즈를 줄여 드럼세탁기의 전체적인 사이즈를 콤팩트화 할 수 있게 된다.

요컨대, 본 발명에 의하면, 로터(8)의 극수가 기존에 비해 증가함에 따라 홀센서(15)에서 충분한 수의 감지신호를 발생시키고, 이에 따라 마이콤에서는 스테이터(7)에 입력되는 전원의 위상각을 정확하게 제어하게 되며, 이에 따라 실질적으로 정확한 시점에 스테이터(7)로의 전원입력이 이루어지게 되어, 대용량 드럼세탁기에 적합한 충분한 크기의 토오크가 발생된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한, 여러 가지 다양한 형태로의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

한편, 본 발명의 스테이터(7)에 비해 극수가 더 많은 로터(8)를 채용한 모터(6)는 초기 기동구간에서 보다 큰 토오크가 요구되는 드럼세탁기에 보다 효과적으로 적용되나, 펄세이터 타입의 수직형 세탁기에도 본 발명 구조의 모터(6)가 적용 가능함은 물론이다.

본 발명은 비엘디시 모터의 구조를 개선한 것으로서, 스테이터에 입력되는 전원에 대한 정확한 제어가 이루어질 수 있도록 로터의 극수를 개선한 것이다.

이에 따라, 본 발명은 10kg 정도의 세탁용량을 갖는 대용량 드럼세탁기의 구동에 적합한 비엘디시 모터를 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 모터는 기존의 24극 로터를 사용하는 모터에 비해 모터의 축방향 사이즈를 줄일 수 있어 제조비용을 줄일 수 있으며, 더 나아가 드럼세탁기의 세탁용량 확장을 도모하거나, 동일 세탁용량의 기존 제품 대비 보다 콤팩트 사이즈의 드럼세탁기 제공이 가능하게 된다.

도 1은 기존 비엘디시(BLDC) 모터의 세탁기 적용예를 나타낸 종단면도

도 2는 도 1의 스테이터를 도시한 사시도

도 3은 기존 비엘디시 모터 기동시의 모터 전류 파형과 홀센서 검출신호의 관계를 나타낸 도면

도 4는 기존 비엘디시 모터의 로터 극수와 본 발명 비엘디시 모터의 로터 극수를 비교한 도표

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

6:모터 7:스테이터

8:로터 15:홀센서

Claims (4)

1. 무게 10kg 정도의 세탁물을 수용할 수 있는 대용량의 드럼과, 홀센서가 장착되며 코어 및 코일을 구비한 스테이터와 그 주위를 회전하게 되며 마그네트를 구비한 로터로 이루어져 상기 드럼을 회전시키는 비엘디시 모터와, 상기 로터의 회전시 홀센서에서 검출된 신호를 받아 스테이터에 인가되는 전원을 제어하는 마이콤을 구비한 대용량의 드럼세탁기에 있어서;

   상기 로터의 극수를 스테이터의 극수보다 많게 구성한 것을 특징으로 하는 대용량 드럼세탁기용 비엘디시 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스테이터의 극수는 36극 이상임을 특징으로 하는 대용량 드럼세탁기용 비엘디시 모터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스테이터의 극수는 36극이고, 로터의 극수는 48극으로 이루어짐을 특징으로 하는 대용량 드럼세탁기용 비엘디시 모터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 스테이터의 코어 두께는 대략 16mm인 것을 특징으로 하는 대용량 드럼세탁기용 비엘디시 모터.