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WO2016122170A1 - 드럼 구동장치, 이를 구비한 드럼 세탁기 및 구동방법 - Google Patents

드럼 구동장치, 이를 구비한 드럼 세탁기 및 구동방법 Download PDF

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Publication number
WO2016122170A1
WO2016122170A1 PCT/KR2016/000736 KR2016000736W WO2016122170A1 WO 2016122170 A1 WO2016122170 A1 WO 2016122170A1 KR 2016000736 W KR2016000736 W KR 2016000736W WO 2016122170 A1 WO2016122170 A1 WO 2016122170A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
output
drum
input
rotor
stator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2016/000736
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김병수
고형환
이병호
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Amotech Co Ltd
Original Assignee
Amotech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Amotech Co Ltd filed Critical Amotech Co Ltd
Publication of WO2016122170A1 publication Critical patent/WO2016122170A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • D06F37/30—Driving arrangements 
    • D06F37/304—Arrangements or adaptations of electric motors
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • D06F37/30—Driving arrangements 

Definitions

  • the present invention is a combination of a double rotor-double stator drive motor and a planetary gear device, a drum drive device capable of providing the drum with high efficiency driving force of various characteristics required in the washing and dewatering stroke of the drum washing machine, this It relates to a drum washing machine and a driving method provided.
  • Patent Document 1 Conventional drum washing machine, as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1063528 (Patent Document 1), the drum is disposed rotatably inside the tub, the rear end of the tub and the rotating shaft is passed through the center of the back of the tub drum
  • the motor includes a bearing housing fixed to the tub and rotatably supporting the rotating shaft, a stator fixed to the bearing housing, and a rotor disposed at a predetermined gap on an outer circumferential surface of the stator and connected to the rotating shaft. do.
  • the drum washing machine of Patent Document 1 uses a motor including a single rotor-single stator, and when a driving signal is applied to the stator, the rotor is rotated and the drum connected to the rotor and the rotating shaft is rotated to perform washing, rinsing, and dehydration strokes. To wash the laundry.
  • the motor driving method of a conventional drum washing machine is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2007-0066093 (Patent Document 2), when the drum washing machine is operated, it is determined whether the operation information of the drum washing machine is a normal mode or a high speed mode.
  • the square wave motor driving information is read and the square wave driving method is applied to the motor of the drum washing machine.
  • the sine wave motor driving information is read and the sine wave driving method is applied to the motor of the drum washing machine.
  • the RPM of the washing machine and the RPM during the dewatering stroke should be different.
  • the drum washing machine of Patent Literature 2 applies a square wave driving method to a motor during washing and rinsing stroke requiring low speed and high torque characteristics, and applies a sine wave driving method to a motor during a dewatering stroke requiring high speed and low torque characteristics. Since the coil usage is reduced because of the application, there is a problem that the efficiency is reduced during the dehydration stroke.
  • serial or parallel driving methods increase the dewatering RPM by configuring the coil alignment in series in the washing stroke and in parallel in the dehydrating stroke.
  • peripheral circuits are added to increase the circuit, thereby increasing the cost.
  • Patent Documents 1 and 2 there is no suggestion of a drum driving apparatus capable of processing a large amount of laundry with high efficiency, and only a method of increasing the diameter of a motor to increase its size has been commercialized.
  • the single rotor-single stator type single-power motor cannot satisfy the low speed and high torque characteristics in the washing stroke and simultaneously satisfy the high speed and low torque characteristics in the dehydration stroke.
  • the washing stroke and rinsing are performed by separately driving the pulsator and the washing tank using a double rotor-double stator type twin-power motor instead of a single power motor. It is possible to satisfy the characteristics required for administration.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the object of which is a combination of a double rotor-double stator drive motor and planetary gear device, which is required in the washing and dewatering stroke of the drum washing machine
  • the present invention provides a drum driving device capable of providing a driving force of various characteristics to a drum with high efficiency and a drum washing machine having the same.
  • Another object of the present invention is to generate a first output that satisfies the low speed and high torque characteristics during the washing stroke, and to generate a second output that satisfies the high speed and low torque characteristics during the dehydration stroke to drive the drum.
  • the present invention provides a drum driving apparatus capable of implementing a washing machine, a drum washing machine having the same, and a drum driving method.
  • Still another object of the present invention is to use a drum drive device that can realize a high-efficiency drum washing machine by using a combination of a first output having a low speed and high torque characteristic and a second output having a high speed and low torque characteristic according to each stroke. And to provide a drum washing machine having the same.
  • a drum drive device is mounted on the rear of the tub, the drive motor of the double rotor-double stator method having an outer rotor and the inner rotor that is independently rotationally driven; And a first output decelerated when the output of the inner rotor is received as a first input to the sun gear, and a second output without a deceleration when the output of the outer rotor is received as a second input to the ring gear. And a planetary gear device for applying the first and second outputs from the carrier to the drum shaft connected to the drum, respectively.
  • the first input has a high speed and low torque characteristic
  • the RPM of the second input applied to the ring gear is set smaller than the RPM of the first input
  • a decelerated first output having a high torque characteristic is generated, and when the dehydrating stroke of the drum washing machine proceeds, the first and second inputs have high speed and low torque characteristics, respectively.
  • a second output having a torque characteristic can be generated.
  • the ring gear can be set to a fixed state by the electromagnetic brake.
  • Drum drive apparatus for a drum washing machine of the present invention receives the output of the inner rotor and the motor shaft for transmitting to the planetary gear device as a first input; And an outer shaft rotatably coupled to an outer circumferential surface of the motor shaft and receiving an output of the outer rotor and transmitting the output to the planetary gear device as a second input.
  • the double rotor-double stator type driving motor may be configured as a BLDC motor having a radial gap structure in which an outer rotor and an inner rotor are disposed with a gap in the outside and the inside of the double stator, respectively.
  • the double stator includes a plurality of stator core assemblies each having a plurality of split core type stator cores each of which a first coil is wound around an outer tooth and a second coil is wound around an inner tooth and are mutually assembled and annularly arranged; And a stator support formed integrally with the plurality of stator core assemblies and having an outer circumferential portion fixed to the rear surface of the tub and rotatably supporting the outer shaft on the inner circumferential portion.
  • the stator support may further include: an outer stator support surrounding the outer rotor; And an inner stator support surrounding the inner rotor and disposed between the outer rotor support of the outer rotor and the inner rotor support of the inner rotor.
  • the number of slots of the outer tooth and the inner tooth of the double stator may be set differently, and the number of slots of the outer tooth may be set smaller than the number of slots of the inner tooth.
  • the planetary gear device includes a ring gear having one end connected to the outer shaft and the other end rotatably supported by the drum shaft; A sun gear integrally extending from the motor shaft and having gears formed on an outer circumference thereof; A plurality of planetary gears which are geared to the outer surface of the sun gear and the inner surface of the ring gear and which rotate and revolve as the sun gear rotates; And a carrier having one end connected to the planetary gears and the other end connected to an outer surface of the drum shaft to apply first and second outputs of the planetary gear device to the drum shaft.
  • a first input input to the sun gear through the motor shaft is decelerated to a first output through a plurality of planetary gears and a carrier
  • a second input input to a ring gear through the outer shaft is a plurality of planetary planets. It can be output without deceleration to the second output via the gear and the carrier.
  • the ring gear when the decelerated output from the carrier is generated, the ring gear may be set to a fixed state by an electromagnetic brake, or a minimum RPM driving may be performed.
  • a drum washing machine includes: a tub suspended in a case and containing wash water; A drum rotatably supported inside the tub and containing laundry; A drum shaft having one end connected to the drum and rotatably supported by the tub; And a drum driving device mounted on a rear surface of the tub and rotating the drum shaft, wherein the drum driving device is mounted on a rear surface of the tub and rotates an outer rotor and an inner rotor to independently output outer and inner rotor outputs.
  • the inner rotor output input to the sun gear is a low speed, high torque characteristic required for the washing stroke and rinsing stroke of the drum washing machine when the RPM of the outer rotor output applied to the ring gear is set smaller than the RPM of the inner rotor output.
  • the branch is torque converted to a first output, and the outer rotor output input to the ring gear is required for the dehydration stroke of the drum washing machine when the sun gear is set to be freely rotatable or when the same input as the outer rotor output is applied to the sun gear. It can be output without torque conversion to the second output having a high speed, low torque characteristics.
  • the RPM of the first output is increased by driving the outer rotor output in the same direction as the inner rotor output,
  • the RPM of the first output can be reduced by driving the outer rotor output in the opposite direction to the inner rotor output.
  • the drum drive apparatus for a drum washing machine of the present invention includes first and second drivers for independently applying a driving signal to the first and second coils wound on the outer stator and the inner stator of the double stator; And a control unit for applying a control signal according to each stroke of the drum washing machine to the first and second drivers.
  • control unit rotates the inner rotor of the drive motor during the washing or rinsing stroke to apply a first input to the sun gear of the planetary gear device, and at the same time, to fix the ring gear or to rotate the ring gear to the minimum RPM.
  • the outer rotor can be controlled to drive.
  • a driving method of a drum washing machine including a washing stroke, a rinsing stroke, and a dewatering stroke, wherein the washing or rinsing stroke rotates the inner rotor of the driving motor to rotate the sun gear of the planetary gear device through the motor shaft.
  • the RPM of the first output When the outer rotor is rotated in the same direction as the inner rotor, the RPM of the first output is increased, and when the outer rotor is rotated in the opposite direction to the inner rotor, the RPM of the first output can be decreased.
  • the first input applied to the sun gear is decelerated in accordance with the reduction ratio of the planetary gear device set in advance.
  • an output having low speed and high torque characteristics can be generated from the carrier.
  • the dewatering stroke rotates the outer rotor of the drive motor to apply a second input having a high speed and low torque characteristic to the ring gear of the planetary gear device and simultaneously set the sun gear to a state capable of free rotation, or Rotating the inner rotor to apply an input equal to the second input to the sun gear; Generating a second input of the outer rotor input to the ring gear from a carrier to a second output having high speed and low torque characteristics without torque conversion; And receiving a second output from the carrier to rotate the drum.
  • the drum drive device of the present invention combines a double rotor-double stator type twin drive motor and a planetary gear device, and the driving force of various characteristics required in the washing and dewatering stroke of the drum washing machine is applied to the drum with high efficiency. Can provide.
  • the present invention can implement a high-efficiency large-capacity drum washing machine by driving the drum by using a twin force that satisfies the low speed, high torque characteristics during the washing stroke, and satisfies the high speed, low torque characteristics during the dehydration stroke.
  • a high-efficiency drum washing machine can be realized by using a combination of a first output having a low speed and high torque characteristic and a second output having a high speed and low torque characteristic according to each stroke.
  • FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a drum washing machine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the drum driving apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a driving motor in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a stator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view of a stator core according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block circuit diagram illustrating a washing machine control device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a rear perspective view illustrating a tub of the drum washing machine to which the drum drive device of the present invention is attached.
  • 11 is a signal flow diagram showing the operation of the washing machine control apparatus according to the washing machine driving method of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic plan view of a planetary gear apparatus according to the present invention.
  • a drum washing machine includes a case in which a cover that is openable and closed on one side, a tub 110 suspended by a damper inside the case, and in which washing water is received.
  • the drum 120 is rotatably supported in the tub 110 to accommodate the laundry, and a drum driving device for supplying the driving force necessary for washing, rinsing, loosening and dewatering strokes to the drum 120. 100).
  • the drum driving device 100 is mounted on the rear surface of the tub 110 and generates a high-speed, low-torque, double torque from the inner rotor 40 and the outer rotor 30 to drive the drum 120 in rotation.
  • the low-speed, high-speed required for the washing and rinsing strokes by receiving the high-speed, low-torque output of the double stator drive motor 130 and the inner rotor 40 and the outer rotor 30 of the drive motor 130.
  • the planetary gear device 70 which is a torque converter for selectively decelerating (torque converting) to provide one of a first output that satisfies the torque characteristic and a second output that satisfies the high speed and low torque characteristics required in the dehydration stroke, is provided. Include.
  • the planetary gear device 70 is installed between the drive motor 130 and the drum 120, receives the output of the inner rotor 40 of the drive motor 130 through the motor shaft 12, and the outer rotor 30. ) Is received through the outer shaft 60 or directly to the ring gear 72.
  • the first input of the high speed and low torque input to the motor shaft 12 passes through the sun gear 74 and the planetary gear 76 and decelerates (torque conversion) and then outputs the drum shaft 10 to the carrier 78 output.
  • the second input of the high speed, low torque received through the outer shaft 60 or directly received by the ring gear 72 is transmitted to the drum shaft 10 without deceleration (torque conversion).
  • the structure and operation of the planetary gear device 70 will be described in detail later.
  • the tub 110 has a through hole 118 through which the drum shaft 10 passes, a bearing housing 113 is fixedly installed on an inner surface of the through hole 118, and a drum shaft 10 is installed in the bearing housing 113.
  • a fixing member 16 for suppressing the leftward flow of the drum shaft 10 is provided with a drum shaft ( 10) is fastened.
  • the fixing member 16 may use a fixing nut or a snap ring.
  • a fixing member (not shown) is fastened to the drum shaft 10 to suppress the rightward flow of the drum shaft 10 on the left side of the first bearing 114, or is stepped on the outer diameter of the drum shaft 10.
  • the drum shaft 10 may be supported more firmly because the drum shaft 10 is supported by the tub 110 by the first and second bearings 114 and 116.
  • a seal may be installed between the through hole 118 and the drum shaft 10 to prevent the washing water from flowing out.
  • the driving motor 130 has a stator 20 fixed to the rear surface of the tub 110, an outer rotor 30 disposed with a predetermined gap on the outer circumferential surface of the stator 20, and a predetermined gap on the inner circumferential surface of the stator 20.
  • the inner rotor 40 is disposed to be disposed, and the stator 20 has a double stator structure for independently driving the outer rotor 30 and the inner rotor 40, respectively.
  • the stator 20 drives the outer stator and the inner stator to selectively and independently drive the outer rotor 30 and the inner rotor 40 using the first and second drivers 530 and 540 shown in FIG. 6. Equipped.
  • the outer stator and the inner stator are illustrated as being integrally formed.
  • the output of the inner rotor 40 is input to the sun gear 74 of the planetary gear device 70 is converted into torque and then output to the first output
  • the output of the outer rotor 30 is a planetary gear device ( 70 is input to the ring gear 72 and output to the second output without torque conversion.
  • the first output that is torque converted satisfies the low speed and high torque characteristics required in the washing stroke, and the second output that is output without torque conversion satisfies the high speed and low torque characteristics required in the dehydration stroke.
  • the output of the inner rotor 40 is input to the sun gear 74 of the planetary gear device 70, and the output of the outer rotor 30 is the planetary gear device 70.
  • the combination directly input to the ring gear 72 of the is adopted.
  • the drum drive devices 100a to 100c of the second to fourth embodiments shown in FIGS. 8 to 10 the inner rotor 40 is a planetary gear device 70 as in the first embodiment. ) Is input to the sun gear 74, and the output of the outer rotor 30 is directly input to the ring gear 72 of the planetary gear device 70 or the ring gear 72 through the outer shaft 60. It is adopted.
  • the outer rotor 30 is disposed with a predetermined gap on the outer surface of the stator 20, and a plurality of first magnets 32 and N-poles and S-poles alternately arranged, and a first magnet.
  • the first back yoke 34 and the first magnet 32 and the first back yoke 34 are integrally fixed and the other end is connected to the ring gear 72 so that the planetary gear device ( And outer rotor support 36 that rotates with 70.
  • the outer rotor support 36 is formed in a disc shape having an open center, and has a planetary gear device 70 in the center portion thereof, and has an inverted cup shape to accommodate the stator 20 inside.
  • the outer rotor support 36 may have a plurality of through holes 38.
  • the tub 110 has a plurality of protrusions 111 protruding radially, and a plurality of recesses 112 are radially disposed between the plurality of protrusions 111. .
  • the tub fixing portion 216 of the outer stator support 210 is fixed to the plurality of protrusions 111 by bolts 280 as shown in FIG. 2, and the outside cold air through the plurality of recesses 112 is fixed to the plurality of protrusions 111. As convection occurs through the through hole 38, heat generated from the stator 20 disposed inside the outer rotor support 36 may be discharged to the outside.
  • the outer rotor support 36 is molded with a thermosetting resin, for example, a BMC (Bulk Molding Compound) molding material such as polyester or a thermoplastic resin, and thus, the first magnet 32 and the first back yoke 34. It is formed integrally with.
  • a thermosetting resin for example, a BMC (Bulk Molding Compound) molding material such as polyester or a thermoplastic resin
  • the first back yoke 34 is removed as shown in FIG. 2, and the first magnet 32 is attached to the outer rotor support 36 as an adhesive. It can be fixed by using a known fastening means.
  • the inner rotor 40 is disposed with a predetermined gap on the inner surface of the stator 20, and is arranged on the back of the second magnet 42 and the plurality of second magnets 42 in which the N pole and the S pole are alternately arranged.
  • a second back yoke 44 and an inner rotor support 46 formed integrally with the second magnet 42 and the second back yoke 44 by insert molding and having the other end connected to the motor shaft 12. do.
  • the inner rotor support 46 is formed integrally with the second magnet 42 and the second back yoke 44 by molding with a thermosetting resin or thermoplastic resin.
  • the second back yoke 44 is removed as shown in FIG. 2 and the second magnet 42 is adhesively bonded to the inner rotor support 46. It can be fixed using, for example.
  • the inner rotor support 46 is connected to the motor shaft 12 on the inner surface thereof, and the second magnet 42 and the second back yoke 44 are integrally formed on the outer surface thereof.
  • the inner rotor support 46 has a cup shape to accommodate the third bearing 92 that supports the planetary gear device 70 therein.
  • the outer surface of the motor shaft 12 is formed with a first connecting portion 38 that is connected to the inner rotor support 46, the first connecting portion 38 is a projection formed on the outer surface of the motor shaft 12 Serration It may have a structure that is coupled, or spline-coupled, it may have a structure that is keyed to form a key groove.
  • a first fixing member 50 is fastened to the lower end of the motor shaft 12 to prevent the inner rotor support 46 from being separated from the motor shaft 12.
  • the first fixing member 50 may use a fixing nut or a snap ring.
  • a cylindrical outer shaft 60 is disposed on the outer surface of the motor shaft 12 with a predetermined gap, and an inner surface of the outer shaft 60 has a cylindrical first sleeve bearing 80 and a second sleeve bearing 82. ) Are installed at intervals to rotatably support the motor shaft 12.
  • the outer shaft 60 is disposed on the outer surface of the motor shaft 12 and is rotatably supported by the third bearing 92 on the outer surface thereof, and one end of the cylindrical portion 62. It is bent in the form of a disk extending to cover one side of the planetary gear device 70 and the outer peripheral portion includes a disk portion 64 connected to the ring gear 72.
  • a third bearing 92 is provided on the outer surface of the outer shaft 60, and the outer shaft 60 is rotatably supported by the third bearing 92. Since the third bearing 92 is mounted on the bearing mounting portion 217 formed on the inner stator support 211 to be described later, a separate bearing housing for mounting the third bearing 92 is unnecessary, thereby simplifying the structure and the number of parts. Can be reduced.
  • both sides are positioned by protrusions 80a and 82a protruding from both sides of the first sleeve bearing 80 and the second sleeve bearing 82.
  • the second sleeve bearing 82 is fixed in position as the first connection portion 38 is fastened to the motor shaft 12.
  • the planetary gear device 70 has a ring gear 72 connected to the disc portion 64 of the outer shaft 60 and an outer rotor support 36 connected to the outer circumference, and integrally connected to the motor shaft 12 to form an outer surface.
  • a sun gear 74 having a gear portion formed therein, an inner side and an outer side of which are geared to the outer surface of the sun gear 74 and the inner surface of the ring gear 72, respectively, having a rotation shaft 76a, and rotating according to the rotation of the sun gear 74.
  • a plurality of planetary gears 76 which revolve along the inner surface of the ring gear 72, one side of which is connected to a rotation shaft 76a of the plurality of planetary gears 76, and the other side of which is connected to an outer surface of the drum shaft 10.
  • Carrier 78 that is included.
  • the third sleeve bearing 14 is rotatably coupled to the outer surface of the drum shaft 10, and the other extension portion 72a of the ring gear 72 includes the third sleeve bearing 14 and the second bearing 116. It is inserted and fixed between).
  • the third sleeve bearing 14 may be configured as a bushing.
  • the outer shaft 60 is rotatably supported by the first to third sleeve bearings 80, 82, 14 and the third bearing 92, and the other side extension portion of the ring gear 72 ( Since 72a is rotatably supported by the third sleeve bearing 14 and the second bearing 116, the entire planetary gear device 70 can be rotated in both directions by the second and third bearings 116 and 92. Has a supported structure.
  • the planetary gear device 70 has high axial stability and vibration caused by rotation of the planetary gear device 70 as both ends are stably supported by the second and third bearings 116 and 92 disposed at intervals.
  • the third bearing 92 has one end of the planetary gear device 70 stably as the outer circumferential portion is installed in the bearing mounting portion 217 formed on the inner circumference of the stator support 200 fixed to the rear surface of the tub 110. I support it.
  • the rotational force is selectively or simultaneously applied to the sun gear 74 and the ring gear 72 of the planetary gear device 70, if both ends of the planetary gear device 70 are not stably supported, it may cause vibration. And durability can be reduced.
  • first to third bearings (114, 116, 92) it is preferable to apply a ball-type bearing in order to improve the durability.
  • the other end of the carrier 78 is connected to the outer surface of the drum shaft 10 so that the rotational force of the carrier 78 is transmitted to the drum shaft 10.
  • the other end inner surface of the carrier 78 is formed with a third connecting portion 13 connected to the drum shaft 10.
  • the third connecting portion 13 may have a structure in which protrusions are formed on the outer surface of the drum shaft 10 to be serration-coupled or spline-coupled, and have a structure in which key grooves are mutually key-coupled to each other. Can be.
  • the inner rotor support 46 is connected to the sun gear 74 through the motor shaft 12 so that the rotational force of the inner rotor 40 is transmitted to the sun gear 74.
  • the outer rotor 30 is set to a stopped state by applying an electromagnetic brake by a first driver (ie, an inverter) 530 for driving control of the outer stator located outside the stator 20.
  • the resulting ring gear 72 is also set in a fixed state.
  • the carrier 78 Since the carrier 78 is connected to the drum shaft 10 through the third connecting portion 13, the rotational speed of the inner rotor 40 is decelerated while passing through the planetary gear device 70, so that the low speed required by the washing stroke, The high torque first output is transmitted to the drum shaft 10.
  • the output of the inner rotor 40 is transmitted to the drum shaft 10 is reduced in the rotational speed through the planetary gear device (70).
  • the drive motor 130 of the present invention is a large-capacity drum requiring the characteristics of low speed and high torque at the washing stroke Applicable to washing machines.
  • the rotational force of the outer rotor 40 is transmitted to the drum shaft 10 as the second output of the high speed and low torque required in the dehydration stroke without the rotational speed being reduced while passing through the planetary gear device 70.
  • FIG 3 is a schematic cross-sectional view of a driving motor in accordance with an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view of a stator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a stator core according to an embodiment of the present invention Top view of the.
  • the stator 20 includes a plurality of stator core assemblies 21 annularly arranged, a plurality of stator core assemblies 21 annularly arranged, and an outer circumferential portion of the stator 20 at the rear of the tub 110. It includes a stator support 200 (see FIG. 2), which is fixed and forms a bearing mount 217 at an inner circumference thereof to support the third bearing 92.
  • the plurality of stator core assemblies 21 may be divided into a split core type stator core 22 which is arranged in an annular shape and coupled to each other as illustrated in FIGS. 3 and 4, and a coil winding region on an outer circumferential surface of each of the split core type stator cores 22.
  • the bobbin 24 is made of an insulating material which is wrapped to define the non-magnetic material, the first coil 26 wound around one side (outside) bobbin of the stator core 22, and the other side (inside) of the stator core 22. And a second coil 28 wound around the bobbin.
  • stator cores around which the coils 26 and 28 are wound are arranged to have an annular shape, and thus, the plurality of split core type stator cores 22 are connected to each other. It is also possible that the stator core is composed of an integral or partially split core without being limited thereto.
  • the split core type stator core 22 has the advantage that the coil winding can be easily manufactured at low cost using a low cost general purpose winding machine as compared with the integral stator core, and it is possible to reduce the loss of the core material.
  • the split core type stator core 22 is disposed at an outer side of the stator core 22, and is formed at an opposite side and an inner side of the first tooth portion 220 on which the first coil 26 is wound.
  • the partition portion 224 partitioning between the first tooth portion 220 and the second tooth portion 222, and the partition portion 224. It is formed at both ends in the lateral direction includes a coupling portion (230,232) for interconnecting between the split core-like core (22).
  • the first coil 26 wound around the first tooth portion 220 of the stator core 22 to drive the outer rotor 30 and the inner rotor 40 constitutes the outer stator.
  • the second coil 28 wound around the second tooth portion 222 of the stator core 22 forms an inner stator to form a double stator.
  • a drive signal is individually applied from the first and second drivers 530 and 540 to the first coil 26 constituting the outer stator and the second coil 28 constituting the inner stator.
  • the rotor 30 and the inner rotor 40 are driven respectively.
  • the outer rotor 30 since the first driving signal is applied to the first coil 26 and the second driving signal is applied to the second coil 28, when the driving signal is applied only to the first coil 26, the outer rotor 30 is applied. ) And only the inner rotor 40 is rotated when the driving signal is applied to the second coil 28 only, and the outer rotor 30 when the driving signal is simultaneously applied to the first coil 26 and the second coil 28. ) And the inner rotor 40 are rotated at the same time.
  • Through-holes 240 are formed in the center of the partition 224 may be used for bolting for integration with the stator support 200.
  • the first flange portion 250 is formed at the end of the first tooth portion 220 to face the first magnet 32, and the second magnet 42 at the end of the second tooth portion 222.
  • a second flange portion 252 is disposed facing the second flange portion 252 is formed.
  • the first flange 250 and the second flange portion 252 are inward and at a predetermined curvature so as to correspond to the first magnet 32 of the outer rotor 30 and the second magnet 42 of the inner rotor 40, respectively. It forms an outwardly curved surface. Therefore, since the roundness of the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the stator core 22 is increased, the magnetic gap is constant while the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the stator 20 are close to each other and the first magnet 32 and the second magnet 42 are close to each other. Can be maintained.
  • stator cores 22 should have a structure directly connected to each other to form a magnetic circuit. Accordingly, the coupling parts 230 and 322 have a structure in which adjacent stator cores 22 are directly connected to each other.
  • the coupling parts 230 and 232 are formed such that the coupling protrusion 232 protrudes on one side of the partition 224, and the coupling groove 230 is fitted to the other side of the partition 224. ) Is formed, and when the coupling protrusion 232 is fitted into the coupling groove 230, the stator cores 22 are arranged in an annular shape and have a structure directly connected to each other.
  • the coupling portion forms pinholes at both ends of the partition portion of the stator core, and the pin member is inserted between the pinholes of the two stator cores in a state in which the stator cores are in contact with each other to form a gap between the stator cores.
  • the connecting structure is also applicable, and a method of caulking using a caulking member in a state in which the stator cores are in contact with each other is also applicable.
  • stator 20 The manufacturing process of the stator 20 is demonstrated below.
  • a bobbin 24 is integrally formed in each of the plurality of split core type stator cores 22, and the first and second teeth portions 220 and 222 of the first and second teeth portions 220 and 222 of the plurality of split core type stator cores 22 are integrally formed.
  • the second coils 26 and 28 are wound.
  • the method of winding the first and second coils 26 and 28 is, for example, when configuring a three-phase drive type BLDC motor, each U of the first and second teeth portions 220 and 222 for each tooth.
  • the three-winding coil method of winding the first and second coils 26 and 28 by varying the U, V, and W phases every three teeth. Subject to change.
  • Winding the first and second coils 26, 28 on the bobbin 24 of the plurality of split cored stator cores 22 results in a plurality of stator core assemblies 21.
  • the plurality of stator core assemblies 21 obtained are made of insert molding in order to be integrated with the stator support 200 to be annularly assembled.
  • the plurality of stator core assemblies 21 may be preassembled in an annular form by connecting all coupling portions 230 and 232 of the plurality of split core type stator cores 22 or partially assembled in U, V, and W phases. After assembling and installing in the mold or assembling the split core type stator core 22 in the mold, the stator support 200 is integrally formed with the plurality of stator core assemblies 21 by insert molding.
  • stator support 200 is integrally molded with the plurality of stator core assemblies 21 by insert molding using a thermosetting resin, for example, a BMC (Bulk Molding Compound) molding material such as polyester or a thermoplastic resin.
  • a thermosetting resin for example, a BMC (Bulk Molding Compound) molding material such as polyester or a thermoplastic resin.
  • the stator support 200 is manufactured by insert molding, in addition to the structure formed integrally with the plurality of stator core assemblies 21, and separately manufactured the stator support 200 and the plurality of stator core assemblies 21, respectively, and then the stator core. It is also possible to bolt to the through hole 240 of the assembly 21 to be integrated with the stator support 200.
  • the stator support 200 includes an outer stator support 210 disposed outside the stator core assembly 21 and an inner stator support 211 disposed inside the stator core assembly 21.
  • the outer stator support 210 is integrally formed by insert molding and bent at right angles with the outer core fixing portion 212 and the outer core fixing portion 212 connected to the outer surfaces of the plurality of stator core assemblies 21.
  • the first connecting member 214 extending to surround the outer rotor 30 and the first connecting member 214 is bent at a right angle to the inside and then extended in a radial direction to be fixed to the tub 110 by bolts 280.
  • the tub fixing portion 216 is included.
  • the inner stator support 211 is formed integrally by insert molding and is perpendicular to the inner core fixing portion 213 and the inner core fixing portion 213 connected to the inner surfaces of the plurality of stator core assemblies 21.
  • the second connecting member 215 is bent to extend to surround the inner rotor 40 and the second connecting member 215 is bent at a right angle from the second connecting member 215 and then extended in the center direction to mount the third bearing 92. Bearing mounting portion 217.
  • tub fixing part 216 is formed on the outer stator support 210 and fixed directly to the tub 110, a separate fixing frame for fixing the stator support 210 to the tub 110 is unnecessary. The number can be reduced and the structure can be simplified.
  • the inner stator support 211 is formed with a bearing mounting portion 217 on which the third bearing 92 is mounted, so that a separate bearing housing for mounting the third bearing 92 is unnecessary, thereby reducing the number of parts.
  • the structure can be simplified.
  • the inner stator support 211 is disposed between the outer rotor 30 and the inner rotor 40, and a third bearing 92 is installed at an inner circumference thereof to support the outer shaft 60 so as to rotatably support the planetary gear device ( 70 is also rotatably supported.
  • the outer stator support 210 is provided with a connector (not shown) for applying the first and second driving signals from the control unit to the first coil 66 and the second coil 68.
  • the drum driving apparatus of the present invention forms a first magnetic circuit L1 between one side of the stator 20 on which the outer rotor 30 and the first coil 26 are wound, that is, the outer stator, as shown in FIG. 3. Since the second magnetic circuit L2 is formed between the other side of the stator 20 on which the inner rotor 40 and the second coil 28 are wound, that is, the inner stator, each of the inner rotors 30 forms an independent magnetic circuit. ) And the outer rotor 40 may be driven separately.
  • the first magnetic circuit L1 includes the first magnet 32 of the N pole, the first tooth portion 220 on which the first coil 26 is wound, the outer part of the partition 224, and the N pole of the N magnetic pole. Via the first magnet 32 and the first back yoke 34 of the S pole adjacent to the first magnet 32.
  • the second magnetic circuit L2 is divided into a second tooth portion 222 facing the second magnet 42 of the N pole, the second magnet 42 of the N pole, and the second coil 28 wound around the second magnet 42. Via the inner part of the part 224, the 2nd magnet 42 of the S pole, and the 2nd back yoke 44. As shown in FIG.
  • first and second magnetic circuits L1 and L2 may pass the first and second coils 26 and 28 wound around the first and second tooth portions 220 and 222 for each tooth.
  • One-winding coil method for winding in different phases, U, V, W every two teeth Winding coil method for winding in different phases, U, V, W for every three teeth It can be changed according to the three winding coil method and the driving method of winding by different.
  • stator support 200 is connected to the plurality of stator core assemblies 21.
  • the number of slots of the outer stator and the inner stator (slot) is made to be the same set to each other, but the present invention is not limited to this and various modifications are possible.
  • the number of slots of the outer stator and the inner stator may be differently set in a direction advantageous for increasing the efficiency of the driving motor and the washing machine while employing the integrated stator core or the partially split core as the stator core.
  • the number of slots of the stator core is high for high speed low torque rotation, and that the number of slots of the stator core is high for low speed high torque rotation.
  • the planetary gear device may be configured such that the output of the inner rotor 40 driven by the inner stator is used for washing and rinsing strokes.
  • the output of the outer rotor 30 driven by the outer stator is input to the ring gear 72 of the planetary gear device 70 to be used for the dehydration stroke, the input of the inner stator It is preferable to select a slot as a multi-slot structure, and to select a slot structure of which the number of slots of the outer stator is smaller than that of the inner stator.
  • the washing machine control apparatus includes a first driver 530 generating a first driving signal applied to the first coil 66 and a second driving applied to the second coil 68.
  • a second driver 540 for generating a signal, the first driver 530, the second driver 540 and a control unit 500 for controlling the entire washing machine.
  • the control unit 500 acts as a system controller to control the entire washing machine simultaneously with the control of the first and second drivers 530 and 540 as described above, or according to the washing course set by the user from the system controller of the washing machine body. After receiving the determined washing control signal may be configured as a driver-specific control device for applying a separate control signal to the first and second drivers (530, 540) based on this.
  • the control unit 500 may be configured as a signal processing device such as a microcomputer or a microprocessor, and has a built-in or separately provided PWM control unit for generating a PWM control signal.
  • the drive motor 130 of the present invention is made of a twin-force structure consisting of a double rotor-double stator, for example, the motor control is made by U, V, W three-phase driving method. Accordingly, the first and second coils 26 and 28 of the stator 20 also consist of U, V, and W three-phase coils, respectively.
  • Stator 20 of the present invention includes an outer stator having a first coil 26 and an inner stator having a second coil 28 to drive the outer rotor 30 and the inner rotor 40, respectively. Form a double stator.
  • the inner stator and the inner rotor 40 rotated by the inner stator form the inner motor
  • the outer stator and the outer rotor 30 rotated by the outer stator form the outer motor.
  • the outer motor and the inner motor are designed to be controlled by the BLDC method, respectively, and the first and second drivers 530 and 540 are driven by, for example, six-step drive control.
  • the first and second drivers 530 and 540 each include an inverter composed of three pairs of switching transistors connected in a totem pole structure, and the U, V, and W three-phase outputs of the respective inverters are formed of the first and second coils. 26, 28) is applied to the U, V, W three-phase coil.
  • the control unit 500 is based on the rotation positions of the outer rotor 30 and the inner rotor 40 detected from the first and second rotor position sensors 510 and 520, respectively, which are formed of, for example, a Hall sensor.
  • PWM control signals are applied to the first and second drivers 530 and 540, and the first and second drivers 530 and 540 receive the control signals and output U, V, and W three-phase outputs to the first and second coils.
  • the outer rotor 30 and the inner rotor 40 are rotationally driven by applying them to the U, V, and W three-phase coils 26 and 28.
  • the control unit 500 has a program for executing various washing courses in the memory device, and all washing courses basically include washing strokes, rinsing strokes, and dehydrating strokes. Is included before and after, depending on the washing course is performed repeatedly at least one of the washing stroke, rinsing stroke, dehydration stroke.
  • the drum washing machine according to the present invention is first turned on in step S200.
  • control unit 500 determines whether to perform the current washing or rinsing stroke through the washing control signal input according to the user's selection (S202).
  • the control unit 500 drives the inverters of the first driver 530 and the second driver 540 according to the washing or rinsing stroke (S204).
  • the first driver 530 and the second driver 540 generates three-phase AC power
  • the generated three-phase AC power is the first coil 66 and the second coil 68 of the stator 20
  • the washing is performed by any one of a variety of washing courses as it is applied to the selective, independently generated and applied.
  • control unit 500 determines whether to perform the current dehydration stroke in the state where all the rotors are stopped, or if it is not the washing stroke or the rinsing stroke in step S202, It is determined whether or not (S208).
  • the control unit 500 may drive only the outer rotor 30 or rotate the outer rotor 30 and the inner rotor 40 in the same direction / same RPM.
  • the drum 120 is moved in one direction through the planetary gear device 70. It is rotated to perform a dehydration stroke (S212).
  • control unit 500 determines whether the execution time of the dehydration stroke has elapsed (S214), and when the time of the dehydration stroke has elapsed, the washing operation of the laundry is terminated.
  • washing or rinsing stroke according to the present invention described above is as follows.
  • control unit 500 drives the inverters of the first driver 530 and the second driver 540 according to the washing or rinsing stroke.
  • the first driver 530 and the second driver 540 generates three-phase AC power
  • the generated three-phase AC power is the first coil 26 and the second coil 28 of the stator 20
  • the outputs of the outer rotor 30 and the inner rotor 40 driven by the first coil 26 and the second coil 28 of the stator 20 have high speed and low torque characteristics, respectively.
  • the first input (that is, high speed and low torque characteristic input) of the first RPM from the inner rotor 40 becomes the sun gear
  • the sun gear 74 is rotated by being input to the carrier 74
  • a plurality of planetary gears 76 rotate and revolve along the ring gear 72
  • the carrier 78 connected to the rotation shaft 76a of the planetary gear 76.
  • the deceleration is set according to the gear ratio of the sun gear and the ring gear, so that the first output of the second RPM having the low speed and the high torque characteristics is the planetary gear device 70. From the carrier 78.
  • the drum 120 receives a low speed and high torque output to wash or rinse. This is achieved with high efficiency.
  • the first output is increased in torque as the first input of the first RPM is reduced to the second RPM to satisfy the low speed and high torque characteristics required in the washing stroke and the rinsing stroke.
  • the shift ratio (ie, the reduction ratio) obtained from the carrier 78 of the planetary gear device 70 is determined as in Equation 1 below.
  • z r is the number of teeth of the ring gear and z s is the number of teeth of the sun gear.
  • the method of applying the electromagnetic brake to the outer rotor 30 and the ring gear 72 by the first driver 530 is, for example, from the first driver 530 to the first coil 26 of the stator 20.
  • a method of stopping the ring gear 72 connected to the outer rotor 30 by cutting off the applied three-phase AC power or by shorting the first coil 26 may be used.
  • the ring gear 72 when performing the washing or rinsing stroke, instead of fixing the ring gear 72 connected to the outer rotor 30 by the electromagnetic brake, the ring gear 72 is controlled to be output through the carrier 78.
  • the deceleration amount of the first output of the planetary gear device 70 can be controlled.
  • the ring gear 72 has a minimum rotation in the same direction as the rotation direction of the sun gear 74, for example, about 10 RPM, or the ring gear 72 is sun gear 74, that is, the inner rotor 40. Deceleration amount of the first output of the planetary gear device 70 output through the carrier 78 by driving the outer rotor 30 in the reverse direction so that the reverse rotation is about (-) 10RPM in the direction opposite to the rotation direction of Can be controlled.
  • the outer portion is driven by the electromagnetic brake.
  • RPM and torque of the first output may be controlled by controlling the forward RPM of the rotor 30 or by rotating the outer rotor 30 in reverse.
  • the speed ratio obtained from the carrier 78 is set to 5.33: 1, and the sun gear 74 from the inner rotor 40 is set.
  • the RPM of the first input inputted to is 1000 RPM
  • the RPM of the first output of the planetary gear device 70 is obtained at 188 RPM, and the ring gear 72 is forwarded.
  • the first output RPM of the planetary gear device 70 is about 208 RPM
  • (-) 10RPM rotational force is applied in the reverse direction to the ring gear 72
  • the first output of the planetary gear device 70 is applied.
  • the RPM of about 190 RPM is obtained.
  • the planetary gear device 70 receives the high speed, low torque characteristic input to the ring gear 72 and the high speed required in the dehydration stroke through the carrier 78 without deceleration (torque conversion).
  • the second output satisfies the low torque characteristic.
  • the sun gear 74 is set to an unfixed state, that is, a state in which free rotation is possible, or the sun gear 74. It is necessary to set to rotate in the same direction, the same RPM as the ring gear 72.
  • the driving signal is applied from the first driver 530 to the first coil 26 of the outer stator to forward the outer rotor 30 (ie, the ring gear 72) to 1000 RPM of high speed and low torque characteristics in the forward direction.
  • the inner rotor 40 is rotated freely by not applying a driving signal to the inner rotor 40, or the inner rotor 40 is rotated in the forward direction at 1000 RPM in the same manner as the outer rotor 30.
  • the ring gear 72 of the planetary gear device 70 is transmitted with the same high-speed, low-torque rotational force as the first input input to the sun gear 74, or is transmitted to the ring gear 72 and the sun gear 74.
  • the ring gear 72 rotatably supported by the first to third sleeve bearings 80, 82, 14 and the third bearing 92 or The entire planetary gear device 70 rotates without deceleration.
  • the first input of the high speed, low torque characteristic applied to the ring gear 72 rotates the ring gear 72 or the entire planetary gear device 70 so that the drum shaft through the planetary gear 76 and the carrier 78.
  • the transmission is made to (10) without deceleration (torque conversion).
  • the first input of the high speed, low torque characteristic that is, the second output transmitted to the drum shaft 10 without deceleration (torque conversion) satisfies the high speed, low torque characteristic required in the dehydration stroke, and the drum 120 As a result, the dewatering stroke is made highly efficient.
  • the drum washing machine performs a washing stroke while passing the planetary gear device 70 using a high-speed, low-torque twin power output generated from the double rotor-double stator drive motor 130. And a first output that satisfies the low speed and high torque characteristics required in the rinsing stroke and a second output that satisfies the high speed and low torque characteristics required in the dehydration stroke and is applied to the drum 120 to wash and rinse.
  • the stroke and dewatering stroke can be executed with high efficiency.
  • both ends of the planetary gear device 70 are supported by a pair of bearings capable of bidirectional rotation, washing is performed using a drive motor 130 having a twin-force structure composed of a double rotor-double stator.
  • the planetary gear device 70 can absorb it, thereby reducing the load on the driving motor 130. Active deceleration can be achieved, thereby reducing the current consumption and increasing the efficiency.
  • drum drive apparatus according to the present invention can be variously modified and modified from the first embodiment shown in Figs.
  • FIG. 8 shows a drum drive device of a second embodiment of the present invention.
  • the drum driving apparatus 100a includes a double rotor-double stator driving motor 130 and a planetary gear device 70. same. That is, the output of the inner rotor 40 is input to the sun gear 74 of the planetary gear device 70 as the first input, and is then transmitted to the drum shaft 10 through the carrier 78 after deceleration (torque conversion). The output of the outer rotor 30 is input to the ring gear 72 of the planetary gear device 70 as the second input and then transmitted to the drum shaft 10 through the carrier 78 without deceleration (torque conversion). Do.
  • the difference between the drum drive device 100a according to the second embodiment of the present invention and the first embodiment lies in the installation structure of the second bearing for rotatably supporting the planetary gear device 70. That is, in the first embodiment, the second bearing 116 is installed in the bearing housing 113, and the other extension portion 72a of the ring gear 72 has the third sleeve bearing 14 and the second bearing 116. In the second embodiment, the second bearing 116 is disposed to be separated from the bearing housing 113, and the second extension portion 72a of the ring gear 72 is inserted into the bearing housing. There is a difference in that it is installed inside.
  • both ends of the planetary gear device 70 which is integrally rotated with the outer rotor 30 in the drum drive device 100a according to the second embodiment of the present invention are second and third bearings 116 and 92, respectively.
  • the first and second sleeve bearings 80 and 82 are rotatably supported in both directions.
  • the drum driving apparatus 100a according to the second embodiment of the present invention is assigned the same member number to the same components as the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • the first input from the inner rotor 40 of the drive motor 130 is the sun gear of the planetary gear device 70 as in the first embodiment.
  • the gear 78 is transmitted to the drum shaft 10 as the output of the carrier 78 after deceleration (torque conversion), and the second input is transmitted from the outer rotor 30 of the drive motor 130 to the planetary gear device 70.
  • the transmission to the drum shaft 10 without deceleration (torque conversion) is the same.
  • FIG. 9 shows a drum drive device of a third embodiment of the present invention.
  • the drum driving apparatus 100b includes a double rotor-double stator driving motor 130 and a planetary gear apparatus 70.
  • the output of the inner rotor 40 is input to the first input to the sun gear 74 of the gear device 70 and then decelerated (torque conversion) and transmitted to the drum shaft 10 as the carrier 78 output. .
  • the difference between the drum drive device 100b according to the third embodiment of the present invention and the second embodiment is that the output of the outer rotor 30 is connected to the ring gear 72 of the planetary gear device 70 through the outer rotor support 36. Instead of being directly inputted into), it is input to the cylindrical portion 62 of the outer shaft 60 disposed in front of the ring gear 72 through the outer rotor support 360 as a second input.
  • the outer rotor support 360 has a magnet fixing portion 36a to which the first magnet 32 and the first back yoke 34 are integrally fixed from the outside, and a first bent at right angles inward from the magnet fixing portion 36a.
  • the fourth end portion 36e connected to the outer shaft 60 is included at the inner end of the c).
  • the magnet fixing portion 36a, the first connecting portion 36b, and the second connecting portion 36c form an annular trench groove, which receives the stator 20 and the inner rotor 40 in the trench groove,
  • the gear device 70 is accommodated.
  • the cylindrical portion 62 of the outer shaft 60 to which the output of the outer rotor 30 is applied is connected to the ring gear 72 through the disc portion 64.
  • the planetary gear device 70 can be rotated in both directions by its second and third bearings 116 and 92 and the first and second sleeve bearings 80 and 82, respectively. Since the second input is input to the ring gear 72 through the outer shaft 60, the first gear and the first gear are transmitted from the planetary gear device 70 to the drum shaft 10 without deceleration (torque conversion). Same as the second embodiment.
  • drum driving apparatus 100b according to the third embodiment of the present invention is assigned the same member number to the same components as the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • the first input from the inner rotor 40 of the drive motor 130 is the sun gear of the planetary gear device 70, as in the second embodiment.
  • the gear 78 is transmitted to the drum shaft 10 as the output of the carrier 78 after deceleration (torque conversion), and a second input is transmitted from the outer rotor 30 of the drive motor 130 to the outer shaft 60.
  • the ring gear 72 of the planetary gear device 70 it is transmitted to the drum shaft 10 without deceleration (torque conversion).
  • FIG. 10 shows a drum drive device of a fourth embodiment of the present invention.
  • the drum driving apparatus 100c includes a double rotor-double stator driving motor 130 and a planetary gear device 70. same. That is, after the output of the inner rotor 40 is input to the first gear 74 of the planetary gear device 70 as the first input, the gear 78 is transmitted to the drum shaft 10 as the output of the carrier 78 after deceleration (torque conversion). The output of the outer rotor 30 to the ring gear 72 of the planetary gear device 70 is input to the second input and then transmitted to the drum shaft 10 without deceleration (torque conversion).
  • the difference between the drum drive device 100c according to the fourth embodiment of the present invention and the first embodiment is in the structure for rotatably supporting the planetary gear device 70. That is, in the first embodiment, the second bearing 116 is installed in the bearing housing 113, and the other extension portion 72a of the ring gear 72 has the third sleeve bearing 14 and the second bearing 116. In the fourth embodiment, the third sleeve bearing 14 is detached from the second bearing 116 and installed on the drum shaft 10, and the ring gear 72 is formed on the outer circumference thereof. The other extension part 72a of the is connected.
  • the fixing member 16 is configured to prevent the drum shaft 10 from being separated from side to side with respect to the first bearing 114 fixed to the tub 110.
  • the fixing member 15 is configured to prevent the drum shaft 10 from deviating from side to side with respect to the first and second bearings 114 and 116 fixed to the tub 110. There is a difference in that it is fastened to the shaft 10.
  • both ends of the planetary gear device 70 which is integrally rotated with the outer rotor 30 in the drum drive device 100c according to the fourth embodiment of the present invention are first to third sleeve bearings 80 and 82. 14 and the third bearing 92 are rotatably supported in both directions.
  • the drum driving apparatus 100c according to the fourth embodiment of the present invention is assigned the same member number to the same components as the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • the first input is applied to the planetary gear device 70 from the inner rotor 40 of the drive motor 130 as in the first embodiment.
  • the gear is transmitted to the drum shaft 10 as the output of the carrier 78 after deceleration (torque conversion)
  • the second input from the outer rotor 30 of the drive motor 130 is a planetary gear device.
  • a BLDC motor having a radial gap type double rotor-double stator structure is used as a driving motor, but a BLDC motor having an axial gap type double rotor double stator structure is used as a driving power source. It can be used as a drive motor, and any drive motor of different structure and different way can be used as long as the power source generates a pair of outputs.
  • the drum drive device is applied to the ring gear while using the planetary gear device of the sun gear input-carrier output structure for torque conversion (deceleration) of one of the pair of powers generated by the drive motor.
  • a shift system that determines the deceleration amount of the carrier output according to the control input is illustrated, a planetary gear device having any structure can be used as long as it can decelerate the input applied from the drive motor.
  • a transmission system that uses a planetary gear device having a ring gear input-carrier output structure and determines a deceleration amount of the carrier output in accordance with a control input applied to the sun gear can be applied.
  • the planetary gear device 70 employs four planetary gears 76, and sets the number of gear teeth to 15, ring gear: 64, and planetary gear: 24.
  • Table 1 the inner rotor 40 and the outer rotor 30 are driven to apply RPM inputs of various conditions to the sun gear 74 and the ring gear 72 and are applied to the drum shaft 10 from the carrier 78. The output was measured and shown in the table.
  • (+) indicates clockwise rotation and (-) indicates counterclockwise rotation.
  • the direction of the sun gear and the ring gear input were set in the reverse direction as in the condition 4. That is, in the case of sun gear: (-) 250 RPM and ring gear: 125 RPM, that is, when the ring gear was rotated in the opposite direction to the sun gear, the carrier output increased by 50 RPM and the torque increased by 5 times and the output in the opposite direction of the sun gear input was obtained.
  • condition 6 when the sun gear and the ring gear were in the same direction, the same RPM, that is, the sun gear: 500 RPM and the ring gear: 500 RPM, the carrier output was 500 RPM and the torque was unchanged.
  • the RPM of the ring gear is set to the maximum and the sun gear RPM is close to the ring gear as in condition 7, that is, when the sun gear: 900 RPM and the ring gear: 1200 RPM are obtained, the carrier output is 1140 RPM, which is slightly reduced than the ring gear input. lost.
  • the conditions 1 to 5 may be used when performing washing and rinsing strokes, and the conditions 6 and 7 may be applied to the dehydration stroke.
  • the present invention provides a drum drive device that outputs the inner rotor to satisfy the low speed and high torque characteristics required in the washing stroke through the planetary gear device, and the rotor output of the outer rotor to satisfy the high speed and low torque characteristics.

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Abstract

본 발명은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 드럼 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 다양한 특성의 구동력을 고효율로 드럼에 제공할 수 있는 드럼 구동장치, 이를 구비한 드럼 세탁기 및 구동방법에 관한 것이다. 본 발명의 드럼 구동장치는 터브의 배면에 장착되며, 독립적으로 회전 구동되는 아우터 로터와 인너 로터를 구비하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 및 상기 인너 로터의 출력을 선기어에 제1입력으로 받는 경우 감속시킨 제1출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 아우터 로터의 출력을 링기어에 제2입력으로 받는 경우 감속없이 제2출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 캐리어로부터 발생된 제1 및 제2 출력은 각각 드럼과 연결된 드럼 샤프트에 인가하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

드럼 구동장치, 이를 구비한 드럼 세탁기 및 구동방법
본 발명은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 드럼 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 다양한 특성의 구동력을 고효율로 드럼에 제공할 수 있는 드럼 구동장치, 이를 구비한 드럼 세탁기 및 구동방법에 관한 것이다.
종래의 드럼 세탁기는 한국 등록특허공보 10-1063528(특허문헌 1)에 개시된 바와 같이, 터브의 내측에 회전 가능하게 배치된 드럼과, 터브의 후방에 배치되고 회전축이 터브의 배면 중앙을 관통하여 드럼에 연결된 모터를 포함하고, 상기 모터는 터브에 고정되고 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 하우징과, 베어링 하우징에 고정되는 스테이터와, 스테이터의 외주면에 일정 갭을 두고 배치되고 회전축에 연결되는 로터를 포함한다.
이와 같은 특허문헌 1의 드럼 세탁기는 싱글 로터-싱글 스테이터를 포함하는 모터를 사용하며, 스테이터로 구동신호가 인가되면 로터가 회전되고 로터와 회전축으로 연결된 드럼이 회전되면서, 세탁, 헹굼, 탈수 행정을 수행하여 세탁물을 세탁한다.
또한, 종래의 드럼 세탁기의 모터 구동방법은 한국 공개특허공보 10-2007-0066093(특허문헌 2)에 개시된 바와 같이, 드럼 세탁기가 작동되면 드럼 세탁기의 동작 정보가 일반 모드인지 고속 모드인지를 판단하고, 일반 모드이면 구형파 모터 구동 정보를 독출하여 구형파 구동 방식을 드럼 세탁기의 모터에 적용하며, 고속 모드이면 사인파 모터 구동 정보를 독출하여 사인파 구동 방식을 드럼 세탁기의 모터에 적용하도록 구성된다.
드럼 세탁기는 세탁 행정시와 탈수 행정시 그 회전속도가 다르기 때문에 세탁 행정시 RPM과 탈수 행정시 RPM을 서로 다르게 해야된다.
이를 위해, 특허문헌 2의 드럼 세탁기는 저속, 고토크 특성을 요구하는 세탁 행정 및 헹굼 행정시 구형파 구동방식을 모터에 적용하고, 고속, 저토크 특성이 요구되는 탈수 행정시 사인파 구동방식을 모터에 적용하기 때문에 코일 사용량이 줄어들게 되고 이에 따라 탈수 행정시 효율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2와 다른 방법으로, 직,병렬 구동방식이 적용될 수 있는데, 직,병렬 구동방식은 코일의 정렬 방식을 세탁 행정시 직렬로 구성하고, 탈수 행정시 병렬로 구성하여 탈수 RPM을 증대시킬 수 있지만, 직, 병렬 구동하기 위한 스위칭 소자가 많이 필요로 하고 주변 회로가 추가되어 회로가 증가되고, 이에 따라 비용이 상승하는 문제가 있다.
상기한 특허문헌 1 및 2에 제안된 종래기술에서는 고효율로 대용량의 세탁물을 처리할 수 있는 드럼 구동장치를 제시하고 있지 못하며, 단지 모터의 직경을 키워서 대형화하는 방안만이 상용화되고 있다.
그러나, 일반적으로 싱글 로터-싱글 스테이터 방식의 단동력 모터는 세탁 행정시 저속, 고토크 특성을 만족하고, 탈수 행정시 고속, 저토크 특성을 동시에 만족시키는 것이 원천적으로 설계 불가능하다.
전자동 세탁기와 같이 2개의 피동체 부하, 즉 펄세이터와 세탁조를 갖는 경우, 단동력 모터 대신에 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 모터를 이용하여 펄세이터와 세탁조를 개별 구동함에 의해 세탁 행정 및 헹굼 행정에 요구되는 특성을 만족시키는 것이 가능하다.
그러나, 드럼 세탁기의 경우는 1개의 피동체, 즉 단일 드럼을 이용하여 세탁 행정과 탈수 행정을 수행하여야 하기 때문에 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 모터를 적용할 수 없다.
따라서, 본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 드럼 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 다양한 특성의 구동력을 고효율로 드럼에 제공할 수 있는 드럼 구동장치 및 이를 구비한 드럼 세탁기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 세탁 행정시 저속, 고토크 특성을 만족하는 제1출력을 발생하고, 탈수 행정시 고속, 저토크 특성을 만족하는 제2출력을 발생하여 드럼을 구동함에 따라 고효율의 대용량 드럼 세탁기를 구현할 수 있는 드럼 구동장치, 이를 구비한 드럼 세탁기 및 드럼 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저속, 고토크 특성을 갖는 제1출력과, 고속, 저토크 특성을 갖는 제2출력을 각 행정에 따라 조합하여 사용함에 따라 고효율의 드럼 세탁기를 구현할 수 있는 드럼 구동장치 및 이를 구비한 드럼 세탁기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1특징에 따르면, 드럼 구동장치는 터브의 배면에 장착되며, 독립적으로 회전 구동되는 아우터 로터와 인너 로터를 구비하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 및 상기 인너 로터의 출력을 선기어에 제1입력으로 받는 경우 감속시킨 제1출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 아우터 로터의 출력을 링기어에 제2입력으로 받는 경우 감속없이 제2출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 캐리어로부터 발생된 제1 및 제2 출력은 각각 드럼과 연결된 드럼 샤프트에 인가하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 드럼 세탁기의 세탁 행정 및 헹굼 행정을 진행할 때, 상기 제1입력은 고속, 저토크 특성을 가지고, 상기 링기어에 인가되는 제2입력의 RPM이 제1입력의 RPM보다 작게 설정될 때 저속, 고토크 특성을 가지는 감속된 제1출력이 발생되며, 상기 드럼 세탁기의 탈수 행정을 진행할 때, 상기 제1 및 제2 입력은 각각 고속, 저토크 특성을 가지고, 동일한 RPM으로 설정될 때 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력이 발생될 수 있다.
상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어는 전자 브레이크에 의해 고정상태로 설정될 수 있다.
또한, 상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어에 제1입력의 회전방향과 동일방향의 회전력을 인가하면 상기 제1출력의 RPM은 증가하며, 상기 링기어에 제1입력의 회전방향과 반대방향의 회전력을 인가하면 상기 제1출력의 RPM은 감소할 수 있다.
본 발명의 드럼 세탁기용 드럼 구동장치는 상기 인너 로터의 출력을 전달받아 유성기어장치에 제1입력으로 전달하는 모터 샤프트; 및 상기 모터 샤프트의 외주면에 회전 가능하게 결합되며, 상기 아우터 로터의 출력을 전달받아 유성기어장치에 제2입력으로 전달하는 아우터 샤프트를 더 포함할 수 있다.
상기 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터는 더블 스테이터의 외측 및 내측에 각각 공극을 두고 아우터 로터와 인너 로터가 배치되는 레이디얼 갭 구조의 BLDC모터로 구성될 수 있다.
상기 더블 스테이터는 각각 아우터 티스에 제1코일이 권선되고 인너 티스에 제2코일이 권선되며 상호 조립되어 환형으로 배열되는 다수의 분할코어형 스테이터 코어를 구비하는 다수의 스테이터 코어 조립체; 및 상기 다수의 스테이터 코어 조립체와 일체로 형성되며 외주부가 터브의 배면에 고정되고 내주부에 아우터 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 스테이터 지지체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스테이터 지지체는 상기 아우터 로터를 둘러싸는 외측 스테이터 지지체; 및 상기 인너 로터를 둘러싸며, 아우터 로터의 아우터 로터 지지체와 인너 로터의 인너 로터 지지체 사이에 배치되는 내측 스테이터 지지체를 포함할 수 있다.
상기 더블 스테이터의 아우터 티스와 인너 티스의 슬롯 수는 서로 다르게 설정되며, 상기 아우터 티스의 슬롯 수는 인너 티스의 슬롯 수보다 더 작게 설정될 수 있다.
상기 유성기어장치는 일단부가 상기 아우터 샤프트와 연결되고 타단부가 상기 드럼 샤프트에 회전 가능하게 지지되는 링기어; 상기 모터 샤프트로부터 일체로 연장되고, 외주부에 기어가 형성된 선기어; 상기 선기어의 외면 및 링기어의 내면에 기어 물림되며, 선기어의 회전에 따라 자전과 공전이 이루어지는 복수의 유성기어; 및 일단부가 상기 복수의 유성기어와 연결되고 타단부가 상기 드럼 샤프트의 외면에 연결되어 유성기어장치의 제1 및 제2 출력을 드럼 샤프트로 인가하는 캐리어를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 모터 샤프트를 통하여 선기어로 입력된 제1입력은 복수의 유성기어와 캐리어를 통하여 제1출력으로 감속되어 출력되고, 상기 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 입력된 제2입력은 복수의 유성기어와 캐리어를 통하여 제2출력으로 감속없이 출력될 수 있다.
또한, 상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어는 전자 브레이크에 의해 고정상태로 설정되거나, 최소 RPM 구동이 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2특징에 따르면, 드럼 세탁기는 케이스 내부에 현가 지지되고 세탁수가 수용되는 터브; 상기 터브의 내부에 회전 가능하게 지지되고 세탁물을 수용하는 드럼; 일단부에 드럼이 연결되고 터브에 회전 가능하게 지지되는 드럼 샤프트; 및 상기 터브의 배면에 장착되며 상기 드럼 샤프트를 회전 구동시키는 드럼 구동장치를 포함하며, 상기 드럼 구동장치는 상기 터브의 배면에 장착되며 아우터 로터와 인너 로터를 회전구동하여 아우터 및 인너 로터 출력을 독립적으로 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 상기 인너 로터 출력이 일단부에 인가되는 모터 샤프트; 및 상기 모터 샤프트를 통하여 선기어로 입력되는 인너 로터 출력은 토크를 증대시켜서 캐리어로부터 드럼 샤프트에 전달하고, 상기 링기어로 입력되는 아우터 로터 출력은 토크 변환 없이 캐리어로부터 드럼 샤프트에 전달하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 선기어로 입력되는 인너 로터 출력은 상기 링기어에 인가되는 아우터 로터 출력의 RPM이 인너 로터 출력의 RPM보다 작게 설정되는 경우 드럼 세탁기의 세탁 행정 및 헹굼 행정에 요구되는 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력으로 토크 변환되며, 상기 링기어로 입력되는 아우터 로터 출력은 상기 선기어가 자유회전이 가능한 상태로 설정되거나 상기 아우터 로터 출력과 동일한 입력이 선기어에 인가되는 경우 드럼 세탁기의 탈수 행정에 요구되는 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력으로 토크 변환없이 출력될 수 있다.
상기 유성기어장치에서 인너 로터 출력을 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력으로 토크 변환하는 경우, 상기 아우터 로터 출력을 인너 로터 출력과 동일한 방향으로 구동함에 의해 제1출력의 RPM은 증가하고, 상기 아우터 로터 출력을 인너 로터 출력과 반대 방향으로 구동함에 의해 제1출력의 RPM은 감소할 수 있다.
상기 유성기어장치에서 선기어로 입력되는 인너 로터 입력을 제1출력으로 토크 변환하는 경우, 상기 링기어를 고정시키거나 상기 링기어를 최소 RPM으로 회전구동할 수 있다.
본 발명의 드럼 세탁기용 드럼 구동장치는 상기 더블 스테이터의 아우터 스테이터와 인너 스테이터에 권선된 제1 및 제2 코일에 독립적으로 구동신호를 인가하기 위한 제1 및 제2 드라이버; 및 상기 제1 및 제2 드라이버에 드럼 세탁기의 각 행정에 따른 제어신호를 인가하는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어유닛은 세탁 또는 헹굼 행정시에 구동모터의 인너 로터를 회전시켜 유성기어장치의 선기어에 제1입력을 인가함과 동시에, 상기 링기어를 고정시키거나 상기 링기어를 최소 RPM으로 회전구동하도록 아우터 로터를 제어할 수 있다.
본 발명의 제3특징에 따르면, 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정을 포함하는 드럼 세탁기의 구동방법으로서, 상기 세탁 또는 헹굼 행정은 구동모터의 인너 로터를 회전시켜 모터 샤프트를 통하여 유성기어장치의 선기어에 고속, 저토크 특성을 가지는 제1입력을 인가하는 단계; 상기 구동모터의 아우터 로터를 회전시켜 상기 제1입력의 RPM보다 작은 RPM을 갖는 제2입력을 유성기어장치의 링기어에 인가하는 단계; 상기 선기어에 인가된 제1입력을 감속하여 캐리어로부터 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력을 발생하는 단계; 및 상기 캐리어로부터 제1출력을 받아서 드럼을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 아우터 로터를 인너 로터와 동일한 방향으로 회전구동하면 상기 제1출력의 RPM은 증가하고, 상기 아우터 로터를 인너 로터와 반대 방향으로 회전구동하면 상기 제1출력의 RPM은 감소할 수 있다.
또한, 상기 구동모터의 아우터 로터에 전자 브레이크를 인가함에 의해 아우터 로터와 연결된 상기 유성기어장치의 링기어를 고정하는 경우, 상기 선기어에 인가된 제1입력은 미리 설정된 유성기어장치의 감속비에 따라 감속되어 캐리어로부터 저속, 고토크 특성을 가지는 출력이 발생될 수 있다.
또한, 상기 탈수 행정은 상기 구동모터의 아우터 로터를 회전시켜 유성기어장치의 링기어에 고속, 저토크 특성을 가지는 제2입력을 인가함과 동시에 상기 선기어를 자유회전이 가능한 상태로 설정하거나, 상기 인너 로터를 회전시켜 제2입력과 동일한 입력을 선기어에 인가하는 단계; 상기 링기어로 입력되는 상기 아우터 로터의 제2입력을 토크 변환 없이 캐리어로부터 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력으로 발생하는 단계; 및 상기 캐리어로부터 제2출력을 받아서 드럼을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 드럼 구동장치는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 쌍동력 구동모터와 유성기어장치를 조합하여, 드럼 세탁기의 세탁 및 탈수 행정에서 요구되는 다양한 특성의 구동력을 고효율로 드럼에 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 세탁 행정시 저속, 고토크 특성을 만족하고, 탈수 행정시 고속, 저토크 특성을 만족시킬 수 있는 쌍동력을 이용하여 드럼을 구동함에 따라 고효율의 대용량 드럼 세탁기를 구현할 수 있다.
본 발명에서는 저속, 고토크 특성을 갖는 제1출력과, 고속, 저토크 특성을 갖는 제2출력을 각 행정에 따라 조합하여 사용함에 따라 고효율의 드럼 세탁기를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 드럼 세탁기의 축방향 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 드럼 구동장치의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동모터의 직경방향 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터 코어의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 세탁기 제어장치를 나타내는 블록 회로도이다.
도 7은 본 발명의 드럼 구동장치가 부착되는 드럼 세탁기의 터브를 나타내는 배면 사시도이다.
도 8 내지 도 10은 각각 본 발명의 제2 내지 제4 실시예에 따른 드럼 구동장치의 축방향 단면도이다.
도 11은 본 발명의 세탁기 구동방법에 따른 세탁기 제어장치의 동작을 보인 신호흐름도이다.
도 12는 본 발명에 따른 유성기어장치를 나타낸 개략 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 드럼 세탁기는 일측에 개폐 가능한 커버가 장착되는 케이스와, 케이스 내부에 댐퍼에 의해 현가 지지되고 세탁수가 수용되는 터브(110)와, 상기 터브(110)의 내부에 회전 가능하게 지지되고 세탁물을 수용하는 드럼(120)과, 세탁 행정, 헹굼 행정, 풀림 행정 및 탈수 행정 등에 필요한 구동력을 드럼(120)에 공급하는 드럼 구동장치(100)를 포함한다.
상기 드럼 구동장치(100)는 터브(110)의 배면에 장착되고 드럼(120)을 회전 구동시키도록 인너 로터(40)와 아우터 로터(30)로부터 고속, 저토크의 쌍동력을 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)와, 상기 구동모터(130)의 인너 로터(40)와 아우터 로터(30)의 고속, 저토크의 출력을 받아서 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키는 제1출력과, 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력 중 하나를 제공하도록 선택적으로 감속(토크 변환)시키는 토크변환장치인 유성기어장치(70)를 포함한다.
유성기어장치(70)는 구동모터(130)와 드럼(120) 사이에 설치되며, 구동모터(130)의 인너 로터(40)의 출력을 모터 샤프트(12)를 통하여 전달받고, 아우터 로터(30)의 출력을 아우터 샤프트(60)를 통하여 전달받거나 또는 링기어(72)로 직접 받아들인다.
그 후, 모터 샤프트(12)로 입력된 고속, 저토크의 제1입력은 선기어(74)와 유성기어(76)를 거치면서 감속(토크 변환) 후 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되며, 아우터 샤프트(60)를 통하여 전달받거나 또는 링기어(72)로 직접 받아들인 고속, 저토크의 제2입력은 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달된다. 유성기어장치(70)의 구조와 동작에 대하여는 이후에 상세하게 설명한다.
터브(110)에는 드럼 샤프트(10)가 통과하는 관통홀(118)이 형성되고, 관통홀(118)의 내면에는 베어링 하우징(113)이 고정설치되며, 베어링 하우징(113)에는 드럼 샤프트(10)를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 제1 및 제2 베어링(114,116)이 장착되어 있다.
또한, 상기 제1베어링(114)과 제2베어링(116) 사이, 즉 제1베어링(114)의 우측에는 드럼 샤프트(10)의 좌측방향 유동을 억제하기 위한 고정부재(16)가 드럼 샤프트(10)에 체결되어 있다. 고정부재(16)는 예를 들어, 고정너트 또는 스냅링이 사용될 수 있다. 또한, 상기 제1베어링(114)의 좌측에도 드럼 샤프트(10)의 우측방향 유동을 억제하도록 고정부재(도시되지 않음)가 드럼 샤프트(10)에 체결되거나, 드럼 샤프트(10)의 외경에 단차를 두어 해결할 수 있다.
이와 같이, 드럼 샤프트(10)는 제1 및 제2 베어링(114,116)에 의해 터브(110)에 지지되므로 보다 견고하게 지지될 수 있다. 그리고, 관통홀(118)과 드럼 샤프트(10) 사이에는 세탁수가 유출되는 것을 방지하지 위한 시일이 장착될 수 있다.
구동모터(130)는 터브(110)의 배면에 고정되는 스테이터(20)와, 스테이터(20)의 외주면에 일정 갭을 두고 배치되는 아우터 로터(30)와, 스테이터(20)의 내주면에 일정 갭을 두고 배치되는 인너 로터(40)를 포함하며, 상기 스테이터(20)는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 각각 독립적으로 구동시키는 더블 스테이터 구조를 갖는다.
이에 따라 스테이터(20)는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 도 6에 도시된 제1 및 제2 드라이버(530,540)를 이용하여 선택적/독립적으로 구동할 수 있도록 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 구비하고 있다. 이하에 후술하는 실시예 설명에서는 아우터 스테이터와 인너 스테이터를 일체형으로 구성한 것을 예시하고 있으나, 분리된 구조로 이루어지는 것도 가능하다.
후술하는 바와 같이, 인너 로터(40)의 출력은 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되어 토크 변환된 후 제1출력으로 출력되고, 아우터 로터(30)의 출력은 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 입력되어 토크 변환 없이 제2출력으로 출력된다.
상기 토크 변환되는 제1출력은 세탁 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키며, 토크 변환 없이 출력되는 제2출력은 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시킨다.
도 1 및 도 2에 도시된 제1실시예는 인너 로터(40)의 출력이 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되고, 아우터 로터(30)의 출력이 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 직접 입력되는 조합을 채용하고 있다.
또한, 도 8 내지 도 10에 도시된 제2 내지 제4 실시예의 드럼 구동장치(100a~100c)도 후술하는 바와 같이, 상기 제1실시예와 동일하게 인너 로터(40)가 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되고, 아우터 로터(30)의 출력이 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 직접 입력되거나 아우터 샤프트(60)를 통하여 링기어(72)로 입력되는 조합을 채용하고 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 아우터 로터(30)는 스테이터20)의 외면에 일정 갭을 두고 배치되며 N극 및 S극이 교대로 배치되는 다수의 제1마그넷(32)과, 제1마그넷(32)의 배면에 배치되는 제1백요크(34)와, 제1마그넷(32) 및 제1백요크(34)가 일체로 고정되고 타단이 링기어(72)에 연결되어 유성기어장치(70)와 함께 회전되는 아우터 로터 지지체(36)를 포함한다.
아우터 로터 지지체(36)는 중앙이 개구된 원판 형태로 형성되며, 중앙부에 유성기어장치(70)가 수용되고, 내측에 스테이터(20)를 수용하도록 반전된 컵 형상을 이루고 있다.
아우터 로터 지지체(36)는 다수의 관통구멍(38)을 구비할 수 있다. 또한, 터브(110)의 배면은 도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 돌기부(111)가 방사상으로 돌출되어 있어 다수의 돌기부(111) 사이에는 다수의 요홈부(112)가 방사상으로 배치되어 있다.
상기 다수의 돌기부(111)에는 도 2와 같이 외측 스테이터 지지체(210)의 터브 고정부(216)가 볼트(280)로 고정되며, 다수의 요홈부(112)를 통한 외부의 찬 공기는 다수의 관통구멍(38)을 통하여 대류가 이루어짐에 따라 아우터 로터 지지체(36)의 내부에 배치된 스테이터(20)에서 발생되는 열을 외부로 배출할 수 있게 된다.
상기 아우터 로터 지지체(36)는 도 3과 같이 열경화성 수지, 예를 들어 폴리에스터와 같은 BMC(Bulk Molding Compound) 몰딩재 또는 열가소성 수지로 몰딩하여 제1마그넷(32) 및 제1백요크(34)와 일체로 형성된다.
상기 아우터 로터 지지체(36)는 수지 대신에 자기회로 형성재료로 구성되는 경우, 도 2와 같이 제1백요크(34)를 제거하고 아우터 로터 지지체(36)에 제1마그넷(32)을 접착제 등의 주지된 고정수단을 사용하여 고정할 수 있다.
인너 로터(40)는 스테이터(20)의 내면에 일정 갭을 두고 배치되며 N극 및 S극이 교대로 배치되는 다수의 제2마그넷(42)과, 제2마그넷(42)의 배면에 배치되는 제2백요크(44)와, 인서트 몰딩에 의해 제2마그넷(42) 및 제2백요크(44)와 일체로 형성되고 타단이 모터 샤프트(12)에 연결되는 인너 로터 지지체(46)를 포함한다.
여기에서, 인너 로터 지지체(46)는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지로 몰딩하여 제2마그넷(42) 및 제2백요크(44)와 일체로 형성된다.
또한, 인너 로터 지지체(46)는 수지 대신에 자기회로 형성재료로 구성되는 경우, 도 2와 같이 제2백요크(44)를 제거하고 인너 로터 지지체(46)에 제2마그넷(42)을 접착제 등을 사용하여 고정할 수 있다.
인너 로터 지지체(46)는 그 내면에는 모터 샤프트(12)와 연결되며, 그 외면은 제2마그넷(42) 및 제2백요크(44)가 일체로 형성된다. 인너 로터 지지체(46)는 내부에 유성기어장치(70)를 지지하는 제3베어링(92)을 수용하도록 컵 형상을 이루고 있다.
모터 샤프트(12)의 외면에는 인너 로터 지지체(46)와 연결되는 제1연결부(38)가 형성되고, 제1연결부(38)는 모터 샤프트(12)의 외면에 돌기가 형성되어 세레이션(Serration) 결합되거나, 스플라인 결합되는 구조를 가질 수 있고, 키홈을 형성하여 상호 키 결합되는 구조를 가질 수 있다.
모터 샤프트(12)의 하단에는 인너 로터 지지체(46)가 모터 샤프트(12)에서 이탈되는 것을 방지하는 제1고정부재(50)가 체결된다. 상기 제1고정부재(50)는 예를 들어, 고정너트 또는 스냅링(snap ring) 등을 사용할 수 있다.
모터 샤프트(12)의 외면에는 원통 형태인 아우터 샤프트(60)가 일정 갭을 두고 배치되어 있으며, 아우터 샤프트(60)의 내면에는 원통 형태의 제1슬리브 베어링(80) 및 제2슬리브 베어링(82)이 간격을 두고 설치되어 모터 샤프트(12)를 회전 가능하게 지지한다.
이러한 아우터 샤프트(60)는 모터 샤프트(12)의 외면에 회전 가능하게 배치되고 그 외면에 제3베어링(92)에 의해 회전 가능하게 지지되는 원통부(62)와, 원통부(62)의 일단에서 절곡되어 원판 형태로 연장 형성되어 유성기어장치(70)의 일측면을 커버하며 외주부가 링기어(72)와 연결되는 원판부(64)를 포함한다.
즉, 아우터 샤프트(60)의 외면에는 제3베어링(92)이 구비되고, 아우터 샤프트(60)는 제3베어링(92)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 상기 제3베어링(92)은 후술하는 내측 스테이터 지지체(211)에 형성된 베어링 장착부(217)에 장착되어 제3베어링(92)을 장착하기 위한 별도의 베어링 하우징이 불필요하므로 구조를 단순화하고, 부품수를 줄일 수 있다.
또한, 아우터 샤프트(60)의 원통부(62) 내측에는 양측이 제1슬리브 베어링(80) 및 제2슬리브 베어링(82)의 양측에 돌출된 돌기부(80a,82a)에 의해 위치 설정이 이루어지고, 제2슬리브 베어링(82)은 상기한 제1연결부(38)가 모터 샤프트(12)에 체결됨에 따라 위치 고정이 이루어진다.
유성기어장치(70)는 아우터 샤프트(60)의 원판부(64)와 연결되고 외주부에 아우터 로터 지지체(36)가 연결되는 링기어(72)와, 모터 샤프트(12)와 일체로 연결되어 외면에 기어부가 형성된 선기어(74)와, 내측 및 외측이 각각 선기어(74)의 외면 및 링기어(72)의 내면에 기어 물림되고 각각 회전축(76a)을 구비하며 선기어(74)의 회전에 따른 자전과 링기어(72)의 내면을 따른 공전이 이루어지는 복수의 유성기어(76)와, 일측이 복수의 유성기어(76)의 회전축(76a)과 연결되고 타측이 드럼 샤프트(10)의 외면에 연결되는 캐리어(78)를 포함한다.
드럼 샤프트(10)의 외면에는 제3슬리브 베어링(14)이 회전 가능하게 결합되어 있고, 상기 링기어(72)의 타측 연장부(72a)는 제3슬리브 베어링(14)과 제2베어링(116) 사이에 삽입되어 고정되어 있다. 제3슬리브 베어링(14)은 부싱으로 구성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 아우터 샤프트(60)는 제1 내지 제3 슬리브 베어링(80,82,14)과 제3베어링(92)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 링기어(72)의 타측 연장부(72a)는 제3슬리브 베어링(14)과 제2베어링(116)에 의해 회전 가능하게 지지되므로, 유성기어장치(70) 전체는 제2 및 제3 베어링(116,92)에 의해 양방향으로 회전 가능하게 지지되는 구조를 가진다.
특히, 유성기어장치(70)는 간격을 두고 배치된 제2 및 제3 베어링(116,92)에 의해 양단부가 안정되게 지지됨에 따라 축안정성이 높고 유성기어장치(70)의 회전에 따른 진동발생을 억제한다. 이 경우 제3베어링(92)은 외주부가 터브(110)의 배면에 고정된 스테이터 지지체(200)의 내주부에 형성된 베어링 장착부(217)에 설치됨에 따라 유성기어장치(70)의 일단을 안정되게 지지한다.
본 발명에서는 유성기어장치(70)의 선기어(74)와 링기어(72)에 선택적으로 또는 동시에 회전력이 인가되기 때문에 유성기어장치(70)의 양단부가 안정되게 지지되지 않으면 진동 발생요인이 될 수 있고, 내구성이 감소될 수 있다.
여기서, 제1 내지 제3 베어링(114,116,92)은 내구성 향상을 위해 볼 타입의 베어링을 적용하는 것이 바람직하다.
캐리어(78)의 타단은 드럼 샤프트(10)의 외면에 연결되어 캐리어(78)의 회전력이 드럼 샤프트(10)로 전달된다. 캐리어(78)의 타단 내면에는 드럼 샤프트(10)에 연결되는 제3연결부(13)가 형성된다. 여기에서, 제3연결부(13)는 드럼 샤프트(10)의 외면에 돌기가 형성되어 세레이션(Serration) 결합되거나, 스플라인 결합되는 구조를 가질 수 있고, 키홈을 형성하여 상호 키 결합되는 구조를 가질 수 있다.
이와 같은 유성기어장치(70)의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 인너 로터(40)가 회전되면, 인너 로터 지지체(46)가 모터 샤프트(12)를 통하여 선기어(74)와 연결되어 있어 인너 로터(40)의 회전력이 선기어(74)로 전달된다. 이 경우, 아우터 로터(30)는 스테이터(20)의 외측에 위치한 아우터 스테이터를 구동제어하는 제1드라이버(즉, 인버터)(530)에 의해 전자 브레이크를 적용함에 의해 정지된 상태로 설정하며, 그 결과 링기어(72)도 고정된 상태로 설정된다.
링기어(72)가 고정된 상태에서 선기어(74)에 회전력이 인가되면 선기어(74)와 기어 물림된 복수의 유성기어(76)는 자전되면서 링기어(72)의 내부를 따라 공전되고, 그 결과 유성기어(76)의 회전축(76a)과 연결된 캐리어(78)가 회전된다. 이때, 선기어(74)와 유성기어(76) 사이의 기어 조합에 의해 선기어(74)의 회전 속도가 감속되어 캐리어(78)로 전달되는 구조를 갖는다.
캐리어(78)는 제3연결부(13)를 통하여 드럼 샤프트(10)와 연결되어 있으므로, 인너 로터(40)의 회전속도는 유성기어장치(70)를 거치면서 감속되어 세탁행정에서 요구되는 저속, 고토크의 제1출력이 드럼 샤프트(10)로 전달된다.
따라서, 인너 로터(40)의 출력은 유성기어장치(70)를 통하여 회전속도가 감속되어 드럼 샤프트(10)로 전달된다. 그 결과, 드럼 샤프트(10)에 연결된 드럼(120)의 회전 토크를 증대시킬 수 있고, 이에 따라 본 발명의 구동모터((130)는 세탁행정시에 저속, 고토크의 특성이 요구되는 대용량 드럼 세탁기에 적용이 가능하다.
한편, 상기와 반대로 인너 로터(40)가 비고정 상태, 즉 자유회전 가능한 상태에서 아우터 로터(30)를 회전시키면, 아우터 로터 지지체(36)와 링기어(72)가 연결되어 아우터 로터(30)의 회전력이 링기어(72)로 전달된다.
이 경우, 인너 로터(40)가 자유회전 가능한 상태이므로 선기어(74)도 자유회전 가능한 비고정 상태이므로 링기어(72)에 인가된 회전력은 선기어(74)를 중심으로 링기어(72)와 함께 회전되는 유성기어(76) 및 캐리어(78)를 통하여 회전속도의 감속 없이 제3연결부(13)를 통하여 드럼 샤프트(10)에 전달된다.
따라서, 아우터 로터(40)의 회전력은 유성기어장치(70)를 거치면서 회전속도가 감속되지 않고 탈수행정에서 요구되는 고속, 저토크의 제2출력으로 드럼 샤프트(10)로 전달된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동모터의 직경방향 개략 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터의 개략 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이터 코어의 평면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 스테이터(20)는 환형으로 배열되는 다수의 스테이터 코어 조립체(21)와, 다수의 스테이터 코어 조립체(21)가 환형으로 배열되고 외주부가 터브(110)의 배면에 고정되고 내주부에 베어링 장착부(217)를 형성하여 제3베어링(92)을 지지하는 스테이터 지지체(200)(도 2 참조)를 포함한다.
상기 다수의 스테이터 코어 조립체(21)는 각각 도 3 및 도 4와 같이 환형으로 배열되어 상호 결합되는 분할코어형 스테이터 코어(22)와, 분할코어형 스테이터 코어(22) 각각의 외주면에 코일권선영역을 한정하도록 감싸지는 비자성체인 절연물질로 이루어진 보빈(24)과, 스테이터 코어(22)의 일측(외측) 보빈에 감겨지는 제1코일(26)과, 스테이터 코어(22)의 타측(내측) 보빈에 감겨지는 제2코일(28)을 포함한다.
도 3에 도시된 실시예 설명에서는 코일(26,28)이 권선되는 스테이터 코어가 환형으로 배열되어 상호 연결되는 다수의 분할코어형 스테이터 코어(22)로 구성된 것을 예를 들어 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 스테이터 코어가 일체형 또는 부분 분할형 코어로 구성되는 것도 가능하다.
분할코어형 스테이터 코어(22)는 일체형 스테이터 코어와 비교할 때 코일 권선이 저가의 범용 권선기를 사용하여 쉽게 저비용으로 제조 가능한 이점이 있고, 코어 재료의 로스를 줄이는 것이 가능하다.
상기 분할코어형 스테이터 코어(22)는 도 5와 같이 외측에 배치되고 제1코일(26)이 감겨지는 제1티스부(220)와, 제1티스부(220)의 반대쪽, 내측에 형성되어 제2코일(28)이 감겨지는 제2티스부(222)와, 제1티스부(220)와 제2티스부(222) 사이를 구획하는 구획부(224)와, 구획부(224)의 측방향 양쪽 끝부분에 형성되어 분할코어형 코어(22) 사이를 상호 연결하는 결합부(230,232)를 포함한다.
본 발명의 스테이터(20)는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 각각 구동하도록 스테이터 코어(22)의 제1티스부(220)에 감겨지는 제1코일(26)이 아우터 스테이터를 구성하고, 스테이터 코어(22)의 제2티스부(222)에 감겨지는 제2코일(28)이 인너 스테이터를 구성하여, 더블 스테이터를 형성한다.
본 발명에서는 도 6과 같이 제1 및 제2 드라이버(530,540)로부터 아우터 스테이터를 구성하는 제1코일(26)과 인너 스테이터를 구성하는 제2코일(28)로 구동신호를 개별적으로 인가하여, 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 각각 구동한다.
여기에서, 제1코일(26)로는 제1구동신호가 인가되고, 제2코일(28)에는 제2구동신호가 인가되기 때문에, 제1코일(26)로만 구동신호가 인가되면 아우터 로터(30)만 회전되고, 제2코일(28)로만 구동신호가 인가되면 인너 로터(40)만 회전되고, 제1코일(26)과 제2코일(28)에 동시에 구동신호가 인가되면 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)가 동시에 회전된다.
구획부(224)의 중앙에는 관통홀(240)이 형성되어 스테이터 지지체(200)와 일체화를 위해 볼트 체결 용도로 사용될 수 도 있다.
제1티스부(220)의 끝부분에는 제1마그넷(32)과 마주보게 배치되는 제1플랜지부(250)가 형성되고, 제2티스부(222)의 끝부분에는 제2마그넷(42)과 마주보게 배치되는 제2플랜지부(252)가 형성된다.
제1플랜지(250)와 제2플랜지부(252)는 아우터 로터(30)의 제1마그넷(32)과, 인너 로터(40)의 제2마그넷(42)에 각각 대응하도록 소정 곡률로 내향 및 외향 곡면을 이루고 있다. 따라서, 스테이터 코어(22)의 내주면 및 외주면의 진원도가 높아지므로 스테이터(20)의 내주면 및 외주면과 제1마그넷(32) 및 제2마그넷(42)과의 사이가 근접되면서도 일정한 자기갭(gap)을 유지할 수 있다.
스테이터 코어(22) 사이는 자기회로를 형성할 수 있도록 상호 직접 연결된 구조를 가져야된다. 따라서, 결합부(230,322)는 인접한 스테이터 코어(22) 사이가 서로 직접 연결된 구조를 갖는다.
이러한 결합부(230,232)는 일 예로, 구획부(224)의 일측에 결합돌기(232)가 돌출되게 형성되고, 구획부(224)의 타측에 결합돌기(232)가 끼움 결합되는 결합홈(230)이 형성되어, 결합돌기(232)를 결합홈(230)에 끼워 조립하면 스테이터 코어(22)가 환형으로 배열되고, 상호 직접 연결된 구조를 갖게 된다.
그리고, 결합부는 이러한 구조 이외에, 스테이터 코어의 구획부 양쪽 끝부분에 핀홀을 형성하고, 스테이터 코어들 사이를 상호 접촉시킨 상태에서 핀 부재를 두 스테이터 코어의 핀홀 사이에 끼움 결합하여 스테이터 코어들 사이를 연결하는 구조도 적용이 가능하고, 스테이터 코어들 사이를 상호 접촉시킨 상태에서 코킹부재를 이용하여 코킹하는 방법도 적용이 가능하다.
이하에 스테이터(20)의 제조공정에 대하여 설명한다.
먼저, 다수의 분할코어형 스테이터 코어(22) 각각에 보빈(24)을 일체로 형성하고, 다수의 분할코어형 스테이터 코어(22) 각각의 제1 및 제2 티스부(220,222)에 제1 및 제2 코일(26,28)을 권선한다.
제1 및 제2 코일(26,28)을 권선하는 방법은 예를 들어, 3상 구동방식의 BLDC 모터를 구성할 때 다수의 제1 및 제2 티스부(220,222)에 각각 1개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 제1 및 제2 코일(26,28)을 권선하는 1권선 코일방법, 2개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 제1 및 제2 코일(26,28)을 권선하는 2권선 코일방법, 3개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 제1 및 제2 코일(26,28)을 권선하는 3권선 코일방법에 따라 변경될 수 있다.
다수의 분할코어형 스테이터 코어(22)의 보빈(24)에 제1 및 제2 코일(26,28)을 권선하면 다수의 스테이터 코어 조립체(21)가 얻어진다. 얻어진 다수의 스테이터 코어 조립체(21)는 스테이터 지지체(200)와 일체화하여 환형으로 조립되기 위하여 인서트 몰딩이 이루어진다.
다수의 스테이터 코어 조립체(21)는 다수의 분할코어형 스테이터 코어(22)의 모든 결합부(230,232)가 연결되어 환형으로 가조립하거나 또는 U,V,W 각 상(phase)로 부분 조립하여 가조립된 상태에서 금형에서 조립 설치하거나 금형에서 분할코어형 스테이터 코어(22)를 조립한 후, 인서트 몰딩에 의해 스테이터 지지체(200)는 다수의 스테이터 코어 조립체(21)와 일체로 형성된다.
즉, 열경화성 수지, 예를 들어 폴리에스터와 같은 BMC(Bulk Molding Compound) 몰딩재나 열가소성 수지를 사용하여 스테이터 지지체(200)를 인서트 몰딩 방식으로 다수의 스테이터 코어 조립체(21)와 일체로 성형한다.
스테이터 지지체(200)는 인서트 몰딩에 의해 다수의 스테이터 코어 조립체(21)와 일체로 형성되는 구조 이외에, 스테이터 지지체(200)와 다수의 스테이터 코어 조립체(21)를 각각 별개로 제조한 후, 스테이터 코어 조립체(21)의 관통홀(240)에 볼트 체결하여 스테이터 지지체(200)와 일체화하는 것도 가능하다.
스테이터 지지체(200)는 스테이터 코어 조립체(21)의 외측에 배치되는 외측 스테이터 지지체(210)와 스테이터 코어 조립체(21)의 내측에 배치되는 내측 스테이터 지지체(211)를 포함하고 있다.
외측 스테이터 지지체(210)는 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되며 다수의 스테이터 코어 조립체(21)의 외측면에 연결되는 외측 코어 고정부(212)와, 외측 코어 고정부(212)에서 직각으로 절곡되어 내측에 아우터 로터(30)를 둘러싸도록 연장된 제1연결부재(214)와, 제1연결부재(214)에서 직각으로 절곡된 후 방사방향으로 연장되어 터브(110)에 볼트(280)로 고정되는 터브 고정부(216)를 포함한다.
또한, 내측 스테이터 지지체(211)는 인서트 몰딩에 의해 일체로 형성되며 다수의 스테이터 코어 조립체(21)의 내측면에 연결되는 내측 코어 고정부(213)와, 내측 코어 고정부(213)에서 직각으로 절곡되어 내측에 인너 로터(40)를 둘러싸도록 연장된 제2연결부재(215)와, 제2연결부재(215)에서 직각으로 절곡된 후 중심방향으로 연장되어 제3베어링(92)이 장착되는 베어링 장착부(217)를 포함한다.
이와 같이, 외측 스테이터 지지체(210)에는 터브 고정부(216)가 형성되어 터브(110)에 직접 고정되므로 스테이터 지지체(210)를 터브(110)에 고정하기 위한 별도의 고정용 프레임이 불필요하여 부품수를 줄일 수 있고, 구조를 단순화할 수 있다.
또한, 내측 스테이터 지지체(211)에는 제3베어링(92)이 장착되는 베어링 장착부(217)가 형성되어 제3베어링(92)을 장착하기 위한 별도의 베어링 하우징이 불필요하여 부품수를 줄일 수 있고, 구조를 단순화할 수 있다.
내측 스테이터 지지체(211)는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40) 사이에 배치되며 내주부에 제3베어링(92)이 설치되어 아우터 샤프트(60)를 회전 가능하게 지지함에 따라 유성기어장치(70)도 회전 가능하게 지지된다.
외측 스테이터 지지체(210)에는 제어유닛으로부터 제1 및 제2 구동신호를 제1코일(66) 및 제2코일(68)로 인가하는 커넥터(도시되지 않음)가 설치된다.
이와 같은 본 발명의 드럼 구동장치는 도 3과 같이 아우터 로터(30)와 제1코일(26)이 감겨지는 스테이터(20)의 일측, 즉 아우터 스테이터 간에 제1자기회로(L1)를 형성하고, 인너 로터(40)와 제2코일(28)이 감겨지는 스테이터(20)의 타측, 즉 인너 스테이터 간에 제2자기회로(L2)를 형성하여, 각각 서로 독립적인 자기회로를 형성하므로 인너 로터(30)와 아우터 로터(40)가 각각 별도로 구동될 수 있다.
구체적으로, 제1자기회로(L1)는 N극의 제1마그넷(32), 제1코일(26)이 감겨지는 제1티스부(220), 구획부(224)의 외측부분, N극의 제1마그넷(32)에 인접한 S극의 제1마그넷(32) 및 제1백요크(34)를 경유한다.
그리고, 제2자기회로(L2)는 N극의 제2마그넷(42), N극의 제2마그넷(42)에 대향하고 제2코일(28)이 감겨지는 제2티스부(222), 구획부(224)의 내측부분, S극의 제2마그넷(42), 제2백요크(44)를 경유한다.
그러나, 상기 제1 및 제2 자기회로(L1,L2)는 제1 및 제2 티스부(220,222)에 권선되는 제1 및 제2 코일(26,28)을 1개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 권선하는 1권선 코일방법, 2개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 권선하는 2권선 코일방법, 3개의 티스마다 U,V,W 상(phase)을 달리하여 권선하는 3권선 코일방법과 구동방식에 따라 변경될 수 있다.
상기한 실시예 설명에서는 스테이터(20)가 다수의 분할코어형 스테이터 코어(22)를 이용하여 다수의 스테이터 코어 조립체(21)를 준비한 후, 다수의 스테이터 코어 조립체(21)를 스테이터 지지체(200)와 결합시킴에 의해 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수가 서로 동일하게 설정된 구조로 제조되는 것을 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 본 발명은 스테이터 코어로서 일체형 스테이터 코어 또는 부분 분할형 코어를 채용하면서 아웃터 스테이터와 인너 스테이터의 슬롯(slot) 수를 구동모터 및 세탁기의 효율을 높이는데 유리한 방향으로 서로 다르게 설정할 수 있다. 일반적으로 고속 저토크 회전에는 스테이터 코어의 슬롯 수가 적은 것이 바람직하고, 저속 고토크 회전에는 스테이터 코어의 슬롯 수가 많은 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 1, 도 8 내지 도 10에 도시된 제1 내지 제4 실시예와 같이, 인너 스테이터에 의해 구동되는 인너 로터(40)의 출력이 세탁 및 헹굼 행정에 이용되도록 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 입력되고, 아우터 스테이터에 의해 구동되는 아우터 로터(30)의 출력이 탈수 행정에 이용되도록 유성기어장치(70)의 링기어(72)에 입력되는 경우, 인너 스테이터의 슬롯을 다(多) 슬롯 구조로 선택하고, 아우터 스테이터의 슬롯 수는 인너 스테이터의 슬롯보다 적은 수의 슬롯 구조를 선택하는 것이 바람직하다.
도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 세탁기 제어장치는 제1코일(66)로 인가되는 제1구동신호를 발생하는 제1드라이버(530)와, 제2코일(68)로 인가되는 제2구동신호를 발생하는 제2드라이버(540)와, 상기 제1드라이버(530), 제2드라이버(540) 및 세탁기 전체를 제어하는 제어유닛(500)을 포함한다.
상기 제어유닛(500)은 상기와 같이 제1 및 제2 드라이버(530,540)에 대한 제어와 동시에 세탁기 전체를 제어하도록 시스템 제어부 역할을 하거나, 또는 세탁기 본체의 시스템 제어부로부터 사용자가 설정한 세탁코스에 따라 결정되는 세탁 제어신호를 수신한 후 이에 기초하여 제1 및 제2 드라이버(530,540)에 개별적인 제어신호를 인가하는 드라이버 전용의 제어장치로 구성할 수 있다. 상기 제어유닛(500)은 마이콤이나 마이크로프로세서와 같은 신호처리장치로 구성될 수 있으며, PWM 제어신호를 발생하기 위하여 PWM 제어부를 내장하거나 별도로 구비한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 구동모터(130)는 더블 로터-더블 스테이터로 구성된 쌍동력 구조로 이루어진 것이고, 예를 들어, U, V, W 3상 구동방식으로 모터 제어가 이루어진다. 따라서, 스테이터(20)의 제1 및 제2 코일(26,28)도 각각 U, V, W 3상 코일로 구성된다.
본 발명의 스테이터(20)는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 각각 구동하도록 제1코일(26)을 구비하는 아우터 스테이터와, 제2코일(28)을 구비하는 인너 스테이터를 포함하는 더블 스테이터를 형성한다.
그 결과, 인너 스테이터와, 인너 스테이터에 의해 회전이 이루어지는 인너 로터(40)는 인너 모터를 형성하고, 아우터 스테이터와, 아우터 스테이터에 의해 회전이 이루어지는 아우터 로터(30)는 아우터 모터를 형성하며, 상기 아우터 모터와 인너 모터는 각각 BLDC 방식으로 제어가 이루어지도록 모터 구조가 설계되고 제1 및 제2 드라이버(530,540)에서는 예를 들어, 6-스텝 방식의 구동 제어가 이루어진다.
상기 제1 및 제2 드라이버(530,540)는 각각 토템폴 구조로 접속된 3쌍의 스위칭 트랜지스터로 구성되는 인버터로 이루어지며, 각각의 인버터의 U, V, W 3상 출력은 제1 및 제2 코일(26,28)의 U, V, W 3상 코일로 인가된다.
제어유닛(500)은 각각 예를 들어, 홀 센서(Hall sensor)로 이루어진 제1 및 제2 로터위치 감지센서(510,520)로부터 검출된 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)의 회전위치에 기초하여 PWM 방식의 제어신호를 제1 및 제2 드라이버(530,540)로 인가하며, 제1 및 제2 드라이버(530,540)는 제어신호를 받아서 U, V, W 3상 출력을 제1 및 제2 코일(26,28)의 U, V, W 3상 코일로 인가하여 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 회전 구동한다.
제어유닛(500)은 메모리장치에 각종 세탁코스를 실행하기 위한 프로그램을 보유하고 있으며, 모든 세탁코스는 기본적으로 세탁행정, 헹굼행정, 탈수행정을 포함하고 있으며, 또한 각 행정에는 급수행정과 배수행정이 전후로 포함되어 있으며, 세탁코스에 따라 세탁행정, 헹굼행정, 탈수행정 중 적어도 하나를 다수회 반복하여 수행한다.
이와 같이, 구성되는 본 발명의 제1실시예에 따른 드럼 세탁기의 작용을 다음에 설명한다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 드럼 세탁기는 먼저 단계(S200)에서 세탁기의 전원이 턴 온된다.
이와 같은 상태에서 제어유닛(500)은 사용자의 선택에 따라 입력되는 세탁 제어신호를 통해 현재 세탁 또는 헹굼 행정을 수행하는 지의 여부를 판단한다(S202).
상기 판단 결과, 세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 경우에 상기 제어유닛(500)은 세탁 또는 헹굼 행정에 따라 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)의 인버터를 구동시킨다(S204).
그러면, 상기 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)가 3상 교류전력을 발생시키고, 발생시킨 3상 교류전력은 스테이터(20)의 제1코일(66) 및 제2코일(68)에 인가되어 선택적, 독립적으로 발생되어 인가됨에 따라 다양한 세탁 코스 중 어느 하나의 방법으로 구동되어 세탁이 이루어진다.
더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)와 유성기어장치(70)를 이용한 세탁방법에 대하여는 이하에 상세하게 설명한다.
그 후, 상기 제어유닛(500)은 모든 로터를 정지시킨 상태에서 현재 탈수 행정을 수행하는지의 여부를 판단하거나 또는 상기 단계(S202)에서 세탁 행정 또는 헹굼 행정이 아닐 경우에 탈수 행정을 수행해야되는 지의 여부를 판단한다(S208).
상기 판단 결과 탈수 행정을 수행해야될 경우에 상기 제어유닛(500)은 아우터 로터(30)만을 구동하거나 또는 아우터 로터(30)와 인너 로터(40)를 동일한 방향/동일한 RPM으로 회전할 수 있도록 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)를 제어하여 제1코일(26)과 제2코일(28)에 동일한 구동신호를 인가함에 의해 유성기어장치(70)를 통하여 드럼(120)을 일방향으로 회전되게 하여 탈수 행정을 수행한다(S212).
그리고 상기 제어유닛(500)은 탈수 행정의 수행시간이 경과되었는 지의 여부를 판단하고(S214), 탈수 행정의 시간이 경과되었을 경우에 세탁물의 세탁 동작을 종료한다.
상기한 본 발명에 따른 세탁 또는 헹굼 행정을 부연설명하면, 다음과 같다.
세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 경우에 상기 제어유닛(500)은 세탁 또는 헹굼 행정에 따라 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)의 인버터를 구동시킨다.
그러면, 상기 제1드라이버(530) 및 제2드라이버(540)가 3상 교류전력을 발생시키고, 발생시킨 3상 교류전력은 스테이터(20)의 제1코일(26) 및 제2코일(28)에 선택적, 독립적으로 인가된다. 이에 따라 스테이터(20)의 제1코일(26) 및 제2코일(28)에 의해 구동되는 아우터 로터(30) 및 인너 로터(40)의 출력은 각각 고속, 저토크 특성을 가지고 있다.
먼저, 세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 때, 제2드라이버(540)로부터 인너 스테이터의 제2코일(28)로 3상 교류전력을 인가하면, 인너 로터(40)가 회전되고, 인너 로터(40)의 고속, 저토크 특성 출력은 인너 로터(40)와 연결된 모터 샤프트(12)로 전달된다. 즉, 인너 로터(40)의 출력은 모터 샤프트(12)를 통하여 유성기어장치(70)의 선기어(74)에 제1RPM의 제1입력으로 인가된다.
이 경우, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(30)와 연결된 링기어(72)를 고정시킴에 따라, 인너 로터(40)로부터 제1RPM의 제1입력(즉, 고속, 저토크 특성 입력)이 선기어(74)에 입력되어 선기어(74)가 회전되면, 다수의 유성기어(76)가 자전 및 링기어(72)를 따른 공전이 이루어지면서 유성기어(76)의 회전축(76a)과 연결된 캐리어(78)가 인너 로터(40)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전되어, 선기어와 링기어의 기어비에 따라 설정되는 감속이 이루어져서 저속, 고토크 특성을 갖는 제2RPM의 제1출력이 유성기어장치(70)의 캐리어(78)로부터 발생한다.
유성기어장치(70)의 캐리어(78)는 제3연결부(13)를 통하여 드럼 샤프트(10)에 제1출력을 전달함에 따라 드럼(120)은 저속, 고토크 출력을 전달받아 세탁 또는 헹굼 행정이 고효율로 이루어지게 된다.
상기 제1출력은 제1RPM의 제1입력이 제2RPM으로 감속되면서 토크는 증대되어 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시킨다.
상기 유성기어장치(70)의 캐리어(78)로부터 얻어지는 변속비(즉, 감속비)는 하기 수학식 1과 같이 결정된다.
Figure PCTKR2016000736-appb-M000001
여기서, zr은 링기어의 잇수이고, zs는 선기어의 잇수이다.
제1드라이버(530)에 의해 아우터 로터(30)와 링기어(72)에 전자 브레이크를 인가하는 방법은 예를 들어, 제1드라이버(530)로부터 스테이터(20)의 제1코일(26)로 인가되는 3상 교류전력을 차단하거나 또는 제1코일(26)을 단락시켜서 아우터 로터(30)와 연결된 링기어(72)를 정지시키는 방법을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 세탁 또는 헹굼 행정을 수행할 때, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(30)와 연결된 링기어(72)를 고정시키는 대신에 링기어(72)를 제어하여 캐리어(78)를 통하여 출력되는 유성기어장치(70)의 제1출력의 감속량을 제어할 수 있다.
즉, 링기어(72)가 예를 들어, 10RPM 정도로 선기어(74)의 회전방향과 동일방향으로 최소 회전이 이루어지도록 하거나, 또는 링기어(72)를 선기어(74), 즉 인너 로터(40)의 회전방향과 반대방향으로 (-) 10RPM 정도로 역회전이 이루어지도록 아우터 로터(30)를 역방향으로 구동함에 의해 캐리어(78)를 통하여 출력되는 유성기어장치(70)의 제1출력의 감속량을 제어할 수 있다.
인너 로터(40)로부터 제1RPM의 제1입력이 선기어(74)에 입력될 때, 전자 브레이크를 간헐적으로 해제함에 의해 링기어(72)를 완전히 고정시키지 않고 선기어(74)의 회전방향과 동일방향으로 회전이 이루어지도록 하면 캐리어(78)를 통한 유성기어장치(70)의 제1출력은 링기어(72)를 완전히 고정시킨 경우의 제2RPM 보다 RPM이 증가하게 되고, 상기와 반대로 링기어(72)를 선기어(74)의 회전방향과 반대방향으로 역회전이 이루어지도록 하면 캐리어(78)를 통한 유성기어장치(70)의 제1출력은 제2RPM 보다 RPM이 감소하게 된다.
상기와 같이, 본 발명에서는 세탁 또는 헹굼 행정을 위해, 인너 로터(40)의 회전력을 동력원으로 이용하여 유성기어장치(70)로부터 감속된 제2RPM의 제1출력을 얻을 때, 전자 브레이크에 의해 아우터 로터(30)의 순방향 RPM을 제어하거나 아우터 로터(30)를 역회전시키는 방법으로 제1출력의 RPM과 토크를 제어할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에서는 선기어 입력/캐리어 출력 구조의 유성기어장치(70)에서 캐리어(78)로부터 얻어지는 변속비(즉, 감속비)를 5.33:1로 설정하고, 인너 로터(40)로부터 선기어(74)에 입력되는 제1입력의 RPM이 1000RPM인 경우, 링기어(72)가 정지상태일 때 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM은 188RPM으로 얻어지고, 링기어(72)에 순방향으로 10RPM 회전력이 인가되면 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM은 약 208RPM이 얻어지며, 링기어(72)에 역방향으로 (-)10RPM 회전력이 인가되면 유성기어장치(70)의 제1출력의 RPM은 약 190RPM이 얻어진다.
한편, 탈수 행정을 수행할 때, 유성기어장치(70)는 링기어(72)로 고속, 저토크 특성의 입력을 받아서 감속(토크 변환) 없이 캐리어(78)를 통하여 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력을 발생한다.
이 경우, 유성기어장치(70)가 고속, 저토크 특성의 입력을 받아서 감속(토크 변환) 없이 출력하기 위해서는 선기어(74)를 비고정 상태, 즉 자유회전이 가능한 상태로 설정하거나 선기어(74)를 링기어(72)와 동일 방향, 동일 RPM으로 회전하도록 설정하는 것이 필요하다.
이에 따라 제1드라이버(530)로부터 아우터 스테이터의 제1코일(26)로 구동신호를 인가하여, 아우터 로터(30)(즉, 링기어(72))를 고속, 저토크 특성의 1000RPM으로 순방향으로 회전시키고, 인너 로터(40)에는 구동신호를 인가하지 않아 자유회전되거나, 인너 로터(40)를 아우터 로터(30)와 동일하게 1000RPM으로 순방향으로 회전 구동한다.
그 결과, 유성기어장치(70)의 링기어(72)에만 상기 선기어(74)에 입력되는 제1입력과 동일한 고속, 저토크 특성의 회전력이 전달되거나 링기어(72)와 선기어(74)에 동일하게 고속, 저토크 특성의 제1입력의 회전력이 전달되면, 제1 내지 제3 슬리브 베어링(80,82,14)과 제3베어링(92)에 회전 가능하게 지지된 링기어(72) 또는 유성기어장치(70) 전체가 감속없이 회전하게 된다.
따라서, 링기어(72)에 인가된 고속, 저토크 특성의 제1입력은 링기어(72) 또는 유성기어장치(70) 전체가 회전하므로 유성기어(76)와 캐리어(78)를 통하여 드럼 샤프트(10)에 감속(토크 변환) 없이 전달이 이루어지게 된다.
그 결과, 드럼 샤프트(10)에 감속(토크 변환) 없이 전달된 고속, 저토크 특성의 제1입력, 즉 제2출력은 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키며, 드럼(120)에 제공하므로, 탈수 행정이 고효율로 이루어지게 된다.
이와 같이, 제1실시예에 따른 드럼 세탁기는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)로부터 발생된 고속, 저토크 특성의 쌍동력 출력을 이용하여 유성기어장치(70)를 통과시키면서 세탁 행정 및 헹굼 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키는 제1출력과, 탈수 행정에서 요구되는 고속, 저토크 특성을 만족시키는 제2출력으로 변환하여 드럼(120)에 인가함에 의해 세탁 행정 및 헹굼 행정과 탈수 행정을 높은 효율로 실행할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 유성기어장치(70)의 양단부가 양방향 회전이 가능한 한쌍의 베어링에 의해 지지되어 있기 때문에, 더블 로터-더블 스테이터로 구성된 쌍동력 구조의 구동모터(130)를 사용하여 세탁 행정 및 헹굼 행정을 진행하는 도중에 세탁물의 편심 등에 의해 순간적으로 무리한 부하가 구동모터(130)에 가해질지라도 유성기어장치(70)가 이를 흡수할 수 있어 구동모터(130)에 걸리는 부하를 줄여주는 방향으로 능동적인 감속이 이루어질 수 있어, 소모전류를 줄이고 효율 상승을 도모할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 드럼 구동장치는 도 1 및 도 2에 도시된 제1실시예로부터 다양한 변형과 수정이 이루어질 수 있다.
도 8에는 본 발명의 제2실시예의 드럼 구동장치가 도시되어 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)는 상기한 제1실시예와 비교할 때, 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)와 유성기어장치(70)를 포함하는 점은 동일하다. 즉, 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 인너 로터(40)의 출력이 제1입력으로 입력된 후 감속(토크 변환) 후 캐리어(78)를 통하여 드럼 샤프트(10)에 전달되고, 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 아우터 로터(30)의 출력이 제2입력으로 입력된 후 감속(토크 변환) 없이 캐리어(78)를 통하여 드럼 샤프트(10)에 전달되는 것은 동일하다.
본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)와 제1실시예의 차이점은, 유성기어장치(70)를 회전 가능하게 지지하는 제2베어링의 설치 구조에 있다. 즉, 제1실시예에서는 제2베어링(116)이 베어링 하우징(113)에 설치되고, 링기어(72)의 타측 연장부(72a)는 제3슬리브 베어링(14)과 제2베어링(116) 사이에 삽입되어 회전 가능하게 지지되는 것이나, 제2실시예에서는 제2베어링(116)이 베어링 하우징(113)으로부터 분리되어 배치되고, 링기어(72)의 타측 연장부(72a)를 베어링 하우징으로 삼아서 그 내부에 설치되는 점에서 차이가 있다.
그 결과, 본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)에서도 아우터 로터(30)와 일체로 회전되는 유성기어장치(70)는 그의 양단부가 제2 및 제3 베어링(116,92)과 제1 및 제2 슬리브 베어링(80,82)에 의해 양방향으로 회전 가능하게 지지되는 구조를 가진다.
본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)는 제1실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)는 상기한 제1실시예와 동일하게, 구동모터(130)의 인너 로터(40)로부터 제1입력이 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되면, 감속(토크 변환)후 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되고, 구동모터(130)의 아우터 로터(30)로부터 제2입력이 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 입력되면, 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달되는 것은 동일하다.
따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 드럼 구동장치(100a)의 작용은 제1실시예와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 9에는 본 발명의 제3실시예의 드럼 구동장치가 도시되어 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 드럼 구동장치(100b)는 상기한 제2실시예와 비교할 때, 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)와 유성기어장치(70)를 포함하며, 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 인너 로터(40)의 출력이 제1입력으로 입력된 후 감속(토크 변환)되어 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되는 점은 동일하다.
본 발명의 제3실시예에 따른 드럼 구동장치(100b)와 제2실시예의 차이점은, 아우터 로터(30)의 출력이 아우터 로터 지지체(36)를 통하여 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 직접 입력되는 대신에, 아우터 로터 지지체(360)를 통하여 상기 링기어(72)의 전방에 배치된 아우터 샤프트(60)의 원통부(62)에 제2입력으로 입력되는 점이다.
아우터 로터 지지체(360)는 외측으로부터 제1마그넷(32) 및 제1백요크(34)가 일체로 고정되는 마그넷 고정부(36a), 마그넷 고정부(36a)로부터 내측으로 직각으로 절곡된 제1연결부(36b), 제1연결부(36b)로부터 내측으로 직각으로 절곡된 제2연결부(36c), 제2연결부(36c)로부터 외측으로 직각으로 절곡된 제3연결부(36d), 제3연결부(36d)의 내측 단부에 아우터 샤프트(60)와 연결되는 제4연결부(36e)를 포함하고 있다.
마그넷 고정부(36a), 제1연결부(36b) 및 제2연결부(36c)는 환형 트랜치 홈을 형성하며, 트랜치 홈에는 스테이터(20)와 인너 로터(40)를 수용하고, 그 반대편 중앙부에 유성기어장치(70)를 수용하고 있다.
상기 아우터 로터(30)의 출력이 인가되는 아우터 샤프트(60)의 원통부(62)는 원판부(64)를 통하여 링기어(72)와 연결되어 있다.
따라서, 아우터 로터(30)의 출력은 아우터 샤프트(60)를 통하여 링기어(72)에 전달될 뿐 그 작용은 제2실시예와 동일하다.
또한, 본 발명의 제3실시예에서도 유성기어장치(70)는 그의 양단부가 제2 및 제3 베어링(116,92)과 제1 및 제2 슬리브 베어링(80,82)에 의해 양방향으로 회전 가능하게 지지되므로, 아우터 샤프트(60)를 통하여 링기어(72)에 제2입력이 입력되면, 유성기어장치(70)에서 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달되는 것은 제1 및 제2 실시예와 동일하다.
따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 드럼 구동장치(100b)는 제2 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 드럼 구동장치(100b)는 상기한 제2 실시예와 동일하게, 구동모터(130)의 인너 로터(40)로부터 제1입력이 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되면, 감속(토크 변환) 후 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되고, 구동모터(130)의 아우터 로터(30)로부터 제2입력이 아우터 샤프트(60)를 통하여 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 입력되면, 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달된다.
따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 드럼 구동장치(100b)의 구성과 작용은 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 10에는 본 발명의 제4실시예의 드럼 구동장치가 도시되어 있다.
본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)는 상기한 제1실시예와 비교할 때, 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터(130)와 유성기어장치(70)를 포함하는 점은 동일하다. 즉, 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 인너 로터(40)의 출력이 제1입력으로 입력된 후 감속(토크 변환) 후 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되고, 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 아우터 로터(30)의 출력이 제2입력으로 입력된 후 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달되는 것은 동일하다.
본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)와 제1실시예의 차이점은, 유성기어장치(70)를 회전 가능하게 지지하는 구조에 있다. 즉, 제1실시예에서는 제2베어링(116)이 베어링 하우징(113)에 설치되고, 링기어(72)의 타측 연장부(72a)는 제3슬리브 베어링(14)과 제2베어링(116) 사이에 삽입되어 회전 가능하게 지지되는 것이나, 제4실시예에서는 제3슬리브 베어링(14)이 제2베어링(116)으로부터 분리되어 드럼 샤프트(10)에 설치되고, 그 외주에 링기어(72)의 타측 연장부(72a)가 연결되어 있다.
상기한 제1 내지 제3 실시예에서는 드럼 샤프트(10)가 터브(110)에 고정 설치된 제1베어링(114)을 중심으로 좌우로 이탈되는 것을 억제하도록 고정부재(16)가 드럼 샤프트(10)에 체결되어 있는 것이나, 제4실시예에서는 드럼 샤프트(10)가 터브(110)에 고정 설치된 제1 및 제2 베어링(114,116)을 중심으로 좌우로 이탈되는 것을 억제하도록 고정부재(15)가 드럼 샤프트(10)에 체결된 점에서 차이가 있다.
그 결과, 본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)에서도 아우터 로터(30)와 일체로 회전되는 유성기어장치(70)는 그의 양단부가 제1 내지 제3 슬리브 베어링(80,82,14)과 제3 베어링(92)에 의해 양방향으로 회전 가능하게 지지되는 구조를 가진다.
본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)는 제1실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그 결과, 본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)는 상기한 제1실시예와 동일하게, 구동모터(130)의 인너 로터(40)로부터 제1입력이 유성기어장치(70)의 선기어(74)로 입력되면, 감속(토크 변환) 후 캐리어(78) 출력으로 드럼 샤프트(10)에 전달되고, 구동모터(130)의 아우터 로터(30)로부터 제2입력이 유성기어장치(70)의 링기어(72)로 입력되면, 감속(토크 변환) 없이 드럼 샤프트(10)에 전달되는 것은 동일하다.
따라서, 본 발명의 제4실시예에 따른 드럼 구동장치(100c)의 구성과 작용은 제1실시예와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기한 실시예 설명에서는 한쌍의 출력을 발생하는 쌍동력원으로, 레이디얼 갭형의 더블 로터-더블 스테이터 구조의 BLDC 모터를 구동모터로 사용하고 있으나, 액시얼 갭형 더블 로터-더블 스테이터 구조의 BLDC 모터를 구동모터로 사용할 수 있으며, 한쌍의 출력을 발생하는 동력원이라면 다른 구조, 다른 방식의 어떤 구동모터도 사용할 수 있다.
또한, 상기한 실시예 설명에서는 드럼 구동장치가 구동모터에서 발생된 한쌍의 동력 중 하나의 동력을 토크 변환(감속)을 위해 선기어 입력-캐리어 출력 구조의 유성기어장치를 사용하면서 링기어에 인가되는 제어 입력에 따라 캐리어 출력의 감속량을 결정하는 변속 시스템을 예시하고 있으나, 구동모터로부터 인가되는 입력을 감속시킬 수 있는 것이라면 어떤 구조의 유성기어장치도 사용할 수 있다.
예를 들어, 링기어 입력-캐리어 출력 구조의 유성기어장치를 사용하면서 선기어에 인가되는 제어 입력에 따라 캐리어 출력의 감속량을 결정하는 변속 시스템을 적용할 수 있다.
(실시예 1)
도 12에 도시된 바와 같이, 유성기어장치(70)가 4개의 유성기어(76)를 채용하고, 기어 잇수를 선기어: 15, 링기어: 64, 유성기어: 24로 설정하여 제작한 후, 하기 표 1과 같이 인너 로터(40)와 아우터 로터(30)를 구동하여 선기어(74) 및 링기어(72)에 다양한 조건의 RPM 입력을 인가하고 캐리어(78)로부터 드럼 샤프트(10)에 인가되는 출력을 측정하여 표에 나타내었다.
No. 선기어(RPM) 링기어(RPM) 유성기어(RPM) 캐리어(RPM) 토크 배수
조건 1 250 0 -133.3 50 5배
조건 2 600 -87 -366.4 50.4 12배
조건 3 250 -63 -166.9 -0.4
조건 4 250 -125 -200 -50 5배
조건 5 -250 125 200 50 5배
조건 6 500 500 0 500
조건 7 900 1200 160 1140
여기서, (+)는 시계방향 회전, (-)는 반시계방향 회전을 가리킨다.
상기한 표 1을 참고하면, 조건 1에서와 같이, 링기어의 RPM을 제로(0)로 설정하면, 즉 전자 브레이크를 적용하여 링기어를 고정하면, 캐리어 출력은 변속비(감속비) 1/5에 따라 선기어 RPM의 1/5로 감속된 50RPM이 얻어지고, 토크는 5배 증가하는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 표 1의 조건 2에서와 같이, 선기어: 600RPM, 링기어: (-)87RPM인 경우, 즉 링기어를 선기어와 반대방향으로 회전시키면, 캐리어 출력은 50.4RPM이고, 토크는 12배 증가가 얻어졌다. 이는 링기어를 선기어와 반대방향으로 회전시키면 링기어를 고정시킨 경우의 변속비(1/5) 보다 더 큰 변속비를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
조건 3에서와 같이, 선기어: 250RPM, 링기어: (-)63RPM인 경우, 즉 링기어를 선기어와 반대방향으로 회전시키면, 캐리어 출력은 (-)0.4RPM이 얻어졌다. 조건 4에서와 같이, 선기어: 250RPM, 링기어: (-)125RPM인 경우, 즉 링기어를 선기어와 반대방향으로 회전시키면, 캐리어 출력은 (-)50RPM, 토크는 5배 증가가 얻어졌다.
조건 3 및 4를 참고하면, 선기어 입력 RPM이 크지 않은 경우 링기어 입력에 선기어 입력과 반대방향의 입력을 인가하면 캐리어에는 선기어 입력의 반대방향의 출력이 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한, 조건 5에서는 조건 4와 반대로 선기어와 링기어 입력의 방향을 반대로 설정하였다. 즉, 선기어: (-)250RPM, 링기어: 125RPM인 경우, 즉 링기어를 선기어와 반대방향으로 회전시키면, 캐리어 출력은 50RPM, 토크는 5배 증가하고 선기어 입력의 반대방향의 출력이 얻어졌다.
상기 조건 1 내지 5를 종합하면, 상기 링기어에 인가하는 제2입력의 RPM을 제1입력의 RPM보다 작게 설정하면 캐리어로부터 감속된 출력이 발생한다.
조건 6에서와 같이 선기어와 링기어를 동일 방향, 동일 RPM, 즉 선기어: 500RPM, 링기어: 500RPM인 경우, 캐리어 출력도 500RPM, 토크는 변동이 없었다. 또한, 조건 7에서와 같이 링기어의 RPM을 최대로, 선기어 RPM을 링기어와 근접하게 설정하면, 즉 선기어: 900RPM, 링기어: 1200RPM인 경우, 캐리어 출력은 링기어 입력보다 다소 감소한 1140RPM이 얻어졌다.
상기 조건 1 내지 5는 세탁 및 헹굼 행정 등을 수행할 때 이용될 수 있고, 조건 6 및 7은 탈수 행정에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 인너 로터의 출력은 유성기어장치를 통하여 세탁 행정에서 요구되는 저속, 고토크 특성을 만족시키고, 아우터 로터의 로터 출력은 고속, 저토크 특성을 만족시키는 쌍동력을 제공하는 드럼 구동장치를 이용하여 대용량 드럼 세탁기를 구현할 수 있다.

Claims (19)

  1. 터브의 배면에 장착되며, 독립적으로 회전 구동되는 아우터 로터와 인너 로터를 구비하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터; 및
    상기 인너 로터의 출력을 선기어에 제1입력으로 받는 경우 감속시킨 제1출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 아우터 로터의 출력을 링기어에 제2입력으로 받는 경우 감속없이 제2출력을 캐리어로부터 발생하며, 상기 캐리어로부터 발생된 제1 및 제2 출력은 각각 드럼과 연결된 드럼 샤프트에 인가하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 드럼 세탁기의 세탁 행정 및 헹굼 행정을 진행할 때, 상기 제1입력은 고속, 저토크 특성을 가지고, 상기 링기어에 인가되는 제2입력의 RPM이 제1입력의 RPM보다 작게 설정될 때 저속, 고토크 특성을 가지는 감속된 제1출력이 발생되며,
    상기 드럼 세탁기의 탈수 행정을 진행할 때, 상기 제1 및 제2 입력은 각각 고속, 저토크 특성을 가지고, 동일한 RPM으로 설정될 때 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력이 발생되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어는 전자 브레이크에 의해 고정상태로 설정되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어로부터 감속된 출력이 발생될 때, 상기 링기어에 제1입력의 회전방향과 동일방향의 회전력을 인가하면 상기 제1출력의 RPM은 증가하며,
    상기 링기어에 제1입력의 회전방향과 반대방향의 회전력을 인가하면 상기 제1출력의 RPM은 감소하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 링기어로 입력된 제2입력이 복수의 유성기어와 캐리어를 통하여 제2출력으로 감속없이 출력될 때, 상기 선기어는 자유회전이 가능한 상태로 설정되거나 상기 제2입력과 동일한 입력이 선기어에 인가되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유성기어장치는
    일단부가 상기 아우터 로터와 연결되고 타단부가 상기 드럼 샤프트에 회전 가능하게 지지되는 링기어;
    상기 모터 샤프트로부터 일체로 연장되고, 외주부에 기어가 형성된 선기어;
    상기 선기어의 외면 및 링기어의 내면에 기어 물림되며, 선기어의 회전에 따라 자전과 공전이 이루어지는 복수의 유성기어; 및
    일단부가 상기 복수의 유성기어와 연결되고 타단부가 상기 드럼 샤프트의 외면에 연결되어 유성기어장치의 제1 및 제2 출력을 드럼 샤프트로 인가하는 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 더블 스테이터의 아우터 티스와 인너 티스의 슬롯 수는 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아우터 티스의 슬롯 수는 인너 티스의 슬롯 수보다 더 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 더블 스테이터는
    각각 아우터 티스에 제1코일이 권선되고 인너 티스에 제2코일이 권선되며 상호 조립되어 환형으로 배열되는 다수의 분할코어형 스테이터 코어를 구비하는 다수의 스테이터 코어 조립체; 및
    상기 다수의 스테이터 코어 조립체와 일체로 형성되며 외주부가 터브의 배면에 고정되고 내주부에 아우터 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 스테이터 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스테이터 지지체는
    상기 아우터 로터를 둘러싸는 외측 스테이터 지지체; 및
    상기 인너 로터를 둘러싸며, 아우터 로터의 아우터 로터 지지체와 인너 로터의 인너 로터 지지체 사이에 배치되는 내측 스테이터 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 인너 로터의 출력을 전달받아 유성기어장치의 선기어에 제1입력으로 전달하는 모터 샤프트; 및
    상기 모터 샤프트의 외주면에 회전 가능하게 결합되며, 상기 아우터 로터의 출력을 전달받아 유성기어장치의 링기어에 제2입력으로 전달하는 아우터 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 모터 샤프트를 통하여 선기어로 입력된 제1입력은 복수의 유성기어와 캐리어를 통하여 제1출력으로 감속되어 출력되고,
    상기 아우터 샤프트를 통하여 링기어로 입력된 제2입력은 복수의 유성기어와 캐리어를 통하여 제2출력으로 감속없이 출력되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 드럼 구동장치.
  13. 케이스 내부에 현가 지지되고 세탁수가 수용되는 터브;
    상기 터브의 내부에 회전 가능하게 지지되고 세탁물을 수용하는 드럼;
    일단부에 드럼이 연결되고 터브에 회전 가능하게 지지되는 드럼 샤프트; 및
    상기 터브의 배면에 장착되며 상기 드럼 샤프트를 회전 구동시키는 드럼 구동장치를 포함하며,
    상기 드럼 구동장치는
    상기 터브의 배면에 장착되며 아우터 로터와 인너 로터를 회전구동하여 아우터 및 인너 로터 출력을 독립적으로 발생하는 더블 로터-더블 스테이터 방식의 구동모터;
    상기 인너 로터 출력이 일단부에 인가되는 모터 샤프트; 및
    상기 모터 샤프트를 통하여 선기어로 입력되는 인너 로터 출력은 토크를 증대시켜서 캐리어로부터 드럼 샤프트에 전달하고, 상기 링기어로 입력되는 아우터 로터 출력은 토크 변환 없이 캐리어로부터 드럼 샤프트에 전달하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 선기어로 입력되는 인너 로터 출력은 상기 링기어에 인가되는 아우터 로터 출력의 RPM이 인너 로터 출력의 RPM보다 작게 설정되는 경우 드럼 세탁기의 세탁 행정 및 헹굼 행정에 요구되는 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력으로 토크 변환되며,
    상기 링기어로 입력되는 아우터 로터 출력은 상기 선기어가 자유회전이 가능한 상태로 설정되거나 상기 아우터 로터 출력과 동일한 입력이 선기어에 인가되는 경우 드럼 세탁기의 탈수 행정에 요구되는 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력으로 토크 변환없이 출력되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 유성기어장치에서 인너 로터 출력을 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력으로 토크 변환하는 경우, 상기 아우터 로터 출력을 인너 로터 출력과 동일한 방향으로 구동함에 의해 제1출력의 RPM은 증가하고, 상기 아우터 로터 출력을 인너 로터 출력과 반대 방향으로 구동함에 의해 제1출력의 RPM은 감소하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기.
  16. 세탁 행정, 헹굼 행정 및 탈수 행정을 포함하는 드럼 세탁기의 구동방법으로서,
    상기 세탁 또는 헹굼 행정은
    구동모터의 인너 로터를 회전시켜 모터 샤프트를 통하여 유성기어장치의 선기어에 고속, 저토크 특성을 가지는 제1입력을 인가하는 단계;
    상기 구동모터의 아우터 로터를 회전시켜 상기 제1입력의 RPM보다 작은 RPM을 갖는 제2입력을 유성기어장치의 링기어에 인가하는 단계;
    상기 선기어에 인가된 제1입력을 감속하여 캐리어로부터 저속, 고토크 특성을 가지는 제1출력을 발생하는 단계; 및
    상기 캐리어로부터 제1출력을 받아서 드럼을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 구동방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 아우터 로터를 인너 로터와 동일한 방향으로 회전구동하면 상기 제1출력의 RPM은 증가하고, 상기 아우터 로터를 인너 로터와 반대 방향으로 회전구동하면 상기 제1출력의 RPM은 감소하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 구동방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 구동모터의 아우터 로터에 전자 브레이크를 인가함에 의해 아우터 로터와 연결된 상기 유성기어장치의 링기어를 고정하는 경우, 상기 선기어에 인가된 제1입력은 미리 설정된 유성기어장치의 감속비에 따라 감속되어 캐리어로부터 저속, 고토크 특성을 가지는 출력이 발생되는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 구동방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 탈수 행정은
    상기 구동모터의 아우터 로터를 회전시켜 유성기어장치의 링기어에 고속, 저토크 특성을 가지는 제2입력을 인가함과 동시에 상기 선기어를 자유회전이 가능한 상태로 설정하거나, 상기 인너 로터를 회전시켜 제2입력과 동일한 입력을 선기어에 인가하는 단계;
    상기 링기어로 입력되는 상기 아우터 로터의 제2입력을 토크 변환 없이 캐리어로부터 고속, 저토크 특성을 가지는 제2출력으로 발생하는 단계; 및
    상기 캐리어로부터 제2출력을 받아서 드럼을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드럼 세탁기용 구동방법.
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