| 【発明の名称】 |
電気洗濯機 |
| 【発明者】 |
【氏名】面澤 健
【氏名】塙 信幸
【氏名】小倉 健
【氏名】服部 直幾
【氏名】相馬 倫弘
【氏名】細川 敦志
【氏名】伊東 正一
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| 【要約】 |
【課題】ブラシレス電動機を使用した電気洗濯機を経済的に実現する。
【解決手段】制御装置２７におけるインバータ回路３５に直流電圧を生成する直流電圧生成回路３４を半導体交流スイッチング素子の導通または不導通によって倍電圧整流回路または全波整流回路として選択的に機能する整流回路とした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】外槽内に回転可能に設置した洗濯槽兼脱水槽と、この洗濯槽兼脱水槽の底部に回転可能に設置した撹拌翼と、洗濯槽兼脱水槽および撹拌翼を回転駆動するブラシレス電動機と、直流電圧生成回路とインバータ回路を有する制御装置とを備え、前記制御装置によって前記ブラシレス電動機の回転を制御して前記洗濯槽兼脱水槽および撹拌翼を選択的に回転駆動することにより洗濯槽兼脱水槽内の洗濯物を撹拌して洗濯工程を行い、洗濯槽兼脱水槽を高速回転させて洗濯物を遠心脱水する脱水工程を行う電気洗濯機において、前記制御装置は、直流電圧生成回路に半導体交流スイッチング素子の導通または不導通によって倍電圧整流回路または全波整流回路として選択的に機能する整流回路を備え、洗濯工程と脱水工程に応じて前記半導体交流スイッチング素子の導通／不導通状態を制御することによってインバータ回路に供給する直流電圧を変化させるようにしたことを特徴とする電気洗濯機。
【請求項２】請求項１において、前記半導体交流スイッチング素子を２方向サイリスタとしたことを特徴とする電気洗濯機。
【請求項３】請求項１において、前記制御装置は、洗濯工程においては前記半導体交流スイッチング素子を不導通状態に維持することにより前記整流回路を全波整流回路として機能させて前記インバータ回路に比較的低い直流電圧を供給するようにしたことを特徴とする電気洗濯機。
【請求項４】請求項３において、前記制御装置は、洗濯工程において前記インバータ回路によってＰＷＭ制御するようにしたことを特徴とする電気洗濯機。
【請求項５】請求項１において、前記制御装置は、脱水工程においては前記半導体交流スイッチング素子を導通状態に維持することにより前記整流回路を倍電圧整流回路として機能させて前記インバータ回路に比較的高い直流電圧を供給するようにしたことを特徴とする電気洗濯機。
【請求項６】請求項５において、前記制御装置は、脱水工程におけるブラシレス電動機の加速段階においてはインバータ回路によりブラシレス電動機に供給する交流電圧をＰＷＭ制御するようにしたことを特徴とする電気洗濯機。
【請求項７】請求項５において、前記制御装置は、脱水工程におけるブラシレス電動機の加速段階においては前記半導体交流スイッチング素子を導通角度を制御することにより直流電圧生成回路の直流出力電圧を徐々に変化させるようにしたことを特徴とする電気洗濯機。
【請求項８】外槽内に回転可能に設置した洗濯槽兼脱水槽と、この洗濯槽兼脱水槽の底部に回転可能に設置した撹拌翼と、洗濯槽兼脱水槽および撹拌翼を回転駆動するブラシレス電動機と、直流電圧生成回路とインバータ回路を有する制御装置とを備え、前記制御装置によって前記ブラシレス電動機の回転を制御して前記洗濯槽兼脱水槽および撹拌翼を選択的に回転駆動することにより洗濯槽兼脱水槽内の洗濯物を撹拌して洗濯工程を行い、洗濯槽兼脱水槽を高速回転させて洗濯物を遠心脱水する脱水工程を行う電気洗濯機において、前記制御装置は、直流電圧生成回路に半導体交流スイッチング素子の導通または不導通によって倍電圧整流回路または全波整流回路として選択的に機能する整流回路を備え、電源投入直後および／または洗濯および脱水運転状態と待機状態に応じて前記半導体交流スイッチング素子の導通／不導通状態を制御することによってインバータ回路に供給する直流電圧を変化させるようにしたことを特徴とする電気洗濯機。
【請求項９】請求項８において、前記直流電圧生成回路は、電源投入直後および／または待機状態ではインバータ回路に供給する直流電圧を低くするようにしたことを特徴とする電気洗濯機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気洗濯機は、一般的には、外槽内に回転可能に設置した洗濯槽兼脱水槽と、この洗濯槽兼脱水槽の底部に回転可能に設置した撹拌翼と、洗濯槽兼脱水槽および撹拌翼を回転駆動する電動駆動装置を備え、この電動駆動装置によって前記洗濯槽兼脱水槽および撹拌翼を選択的に回転駆動することにより洗濯槽兼脱水槽内の洗濯物を撹拌して洗い工程と濯ぎ工程（洗濯工程）を行い、その後、洗濯槽兼脱水槽を高速回転させて洗濯物を遠心脱水する脱水工程を行う構成である。
【０００３】電動駆動装置は、動力源として一般的には誘導電動機を使用しているが、最近はインバータ回路によりブラシレス電動機に給電する構成のものが提案されている。また電動機としてブラシレス電動機を使用して多様な洗濯および脱水運転を実現することができるようにした電気洗濯機が提案されている。インバータ制御の洗濯機は例えば特開平９−１２１５８４号公報に開示されている。
【０００４】なお、洗濯機と全く異なる技術であるが、例えば空気調和機の技術分野で、インバータ制御で電動機に給電する技術が提案されている。この技術は例えば特開平１０−１１１０２８号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】インバータ制御のブラシレス電動機を使用した電気洗濯機は、洗濯および脱水工程を効率良く実施することができるが、高価格になる問題がある。
【０００６】本発明の１つの目的は、インバータ制御のブラシレス電動機を使用した電気洗濯機を経済的に実現することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、更に、ブラシレス電動機を工程に応じて効率良く回転させることができるようにすることにある。
【０００８】本発明の更に他の目的は、更に、半導体スイッチング素子に印加する電圧を合理的に制御することにより該半導体スイッチング素子の負担を軽減することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、外槽内に回転可能に設置した洗濯槽兼脱水槽と、この洗濯槽兼脱水槽の底部に回転可能に設置した撹拌翼と、洗濯槽兼脱水槽および撹拌翼を回転駆動するブラシレス電動機と、直流電圧生成回路とインバータ回路を有する制御装置とを備え、前記制御装置によって前記ブラシレス電動機の回転を制御して前記洗濯槽兼脱水槽および撹拌翼を選択的に回転駆動することにより洗濯槽兼脱水槽内の洗濯物を撹拌して洗濯工程を行い、洗濯槽兼脱水槽を高速回転させて洗濯物を遠心脱水する脱水工程を行う電気洗濯機において、前記制御装置は、直流電圧生成回路に半導体交流スイッチング素子の導通または不導通によって倍電圧整流回路または全波整流回路として選択的に機能する整流回路を備え、洗濯工程と脱水工程に応じて前記半導体交流スイッチング素子の導通／不導通状態を制御することによってインバータ回路に供給する直流電圧を変化させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】そして、前記半導体交流スイッチング素子を２方向サイリスタとしたことを特徴とする。
【００１１】また、前記制御装置は、洗濯工程においては前記半導体交流スイッチング素子を不導通状態に維持することにより前記整流回路を全波整流回路として機能させて前記インバータ回路に比較的低い直流電圧を供給するようにしたことを特徴とする。
【００１２】また、前記制御装置は、洗濯工程において前記インバータ回路によってＰＷＭ制御するようにしたことを特徴とする。
【００１３】また、前記制御装置は、脱水工程においては前記半導体交流スイッチング素子を導通状態に維持することにより前記整流回路を倍電圧整流回路として機能させて前記インバータ回路に比較的高い直流電圧を供給するようにしたことを特徴とする。
【００１４】また、前記制御装置は、脱水工程におけるブラシレス電動機の加速段階においてはインバータ回路によりブラシレス電動機に供給する交流電圧をＰＷＭ制御するようにしたことを特徴とする。
【００１５】また、前記制御装置は、脱水工程におけるブラシレス電動機の加速段階においては前記半導体交流スイッチング素子を導通角度を制御することにより直流電圧生成回路の直流出力電圧を徐々に変化させるようにしたことを特徴とする。
【００１６】また、本発明は、外槽内に回転可能に設置した洗濯槽兼脱水槽と、この洗濯槽兼脱水槽の底部に回転可能に設置した撹拌翼と、洗濯槽兼脱水槽および撹拌翼を回転駆動するブラシレス電動機と、直流電圧生成回路とインバータ回路を有する制御装置とを備え、前記制御装置によって前記ブラシレス電動機の回転を制御して前記洗濯槽兼脱水槽および撹拌翼を選択的に回転駆動することにより洗濯槽兼脱水槽内の洗濯物を撹拌して洗濯工程を行い、洗濯槽兼脱水槽を高速回転させて洗濯物を遠心脱水する脱水工程を行う電気洗濯機において、前記制御装置は、直流電圧生成回路に半導体交流スイッチング素子の導通または不導通によって倍電圧整流回路または全波整流回路として選択的に機能する整流回路を備え、電源投入直後および／または洗濯および脱水運転状態と待機状態に応じて前記半導体交流スイッチング素子の導通／不導通状態を制御することによってインバータ回路に供給する直流電圧を変化させるようにしたことを特徴とする。
【００１７】そして、前記直流電圧生成回路は、電源投入直後および／または待機状態ではインバータ回路に供給する直流電圧を低くするようにしたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施の形態を示す電気洗濯機の縦断側面図であり、ここでは全自動洗濯機を例示している。
【００１９】１は電気洗濯機の外枠で、内部機構の周囲を包囲する筐体を構成する。２は、外枠２内に設けた洗濯槽兼脱水槽であり、その上部の縁部に流体バランサー３を備える。この洗濯槽兼脱水槽２の底部の内側には回転自在に撹拌翼４を備える。５は外槽であり、その内部に前記洗濯槽兼脱水槽２および撹拌翼４を回転自在に収容する。外槽５の底部の外側にはブラシレス電動機を内蔵する電動駆動装置６を鋼板製の取り付けベース７によって取り付け、外枠１の上端四隅から防振支持装置８によって懸垂支持する。
【００２０】衣類投入開口９ａを備えた上カバー９は、洗濯槽兼脱水槽２の上に設ける。この上カバー９は、枠体１の上部開口を覆うように開口端縁に嵌め込み、フロントパネル１０およびバックパネル１１と共に取り付けねじ（図示省略）によって枠体１に取り付ける。
【００２１】上カバー９の前部に位置してフロントパネル１０の下方に形成されるフロントパネルボックス１２は、操作スイッチである入力スイッチ群や表示素子群を備えた操作パネル１３と操作パネル制御装置１４と外槽５内の水位に応じた水位信号を発生する水位センサ１５を収容する。入力スイッチ群は、図示説明は省略するが、洗濯物の汚れの程度（汚れ多め，標準汚れ，汚れ少なめ）を設定するスイッチと、ドライマーク衣料洗濯を設定するスイッチと、布団洗濯を設定するスイッチと、スタートスイッチを備える。その他洗濯あるいはすすぎの水流の強さを選択するスイッチを設けており、また布質を表わすスイッチを設けている。
【００２２】上カバー９の後部に位置してバックパネル１１の下に形成されるバックパネルボックス１６が設けられる。このバックパネルボックス１６には、入水側を給水口１７に接続し、出水側を注水口１８に接続する給水電磁弁１９を収容する。注水口１８は、洗濯槽兼脱水槽２の開口に向けて放水するように形成する。バックパネルボックス１６には、必要に応じて、風呂水などの水をポンプを介して洗濯槽兼脱水槽２に供給するためのポンプ（図示省略）や、前記給水電磁弁１９からの水道水から金属イオンを取り除いて注水口１８に供給するフィルター装置（図示省略）を設置する。
【００２３】上カバー９に形成した衣類投入開口９ａは、蓋２０によって開閉自在に覆う構造としている。
【００２４】外槽５の底部に形成した排水口５ａは、排水電磁弁２１を介して排水ホース２２に接続している。また、外槽５の下方にはエアートラップ５ｂを設け、このエアートラップ５ｂはエアーチューブ２３を介して前記水位センサ１５に接続して外槽５内の水位を検出する。
【００２５】枠体１の下方には、四隅に脚２４を取り付けた合成樹脂製のベース２５を装着する。
【００２６】前記電動駆動装置６はカバー２６により覆って防水する。この電動駆動装置６は、駆動電動機として、制御性に優れたブラシレス電動機を備えている。このブラシレス電動機への給電は、インバータ回路を内蔵する制御装置２７により行う。この制御装置２７は、前記操作パネル制御装置１４からの指示に従ってブラシレス電動機への給電を制御する。このブラシレス電動機への給電制御は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御およびＰＡＭ（パルス電圧変調）制御する。
【００２７】制御装置２７は、外槽５の下に位置するように前記ベース２５に形成した取付け部２５ａに載置して設ける。
【００２８】図２は、電気洗濯機の電動駆動装置６と制御装置１４，２７の内部構成を示すブロック図である。
【００２９】電動駆動装置６は、ブラシレス電動機２８と減速歯車機構を含むクラッチ機構２９を備える。ブラシレス電動機２８は、回転位置検出素子２８ａによって回転子の回転位置に応じた位置信号を出力し、制御装置２７から３相固定子巻線に給電を受けて回転子を回転させる。回転子の回転は、クラッチ機構２９を介して洗濯槽兼脱水槽２および／または撹拌翼４に伝達する。
【００３０】操作パネル制御装置１４は、通信機能を備えたマイクロコンピュータ３０を主体にして構成し、操作パネル１３に設けた入力スイッチ群３１からの入力を検出して制御装置２７に伝達すると共に表示素子群３２を点灯／消灯する制御処理を実行する。
【００３１】制御装置２７は、ノイズフィルター回路３３と直流電圧生成回路３４とインバータ回路３５によって前記ブラシレス電動機２８に給電し、補機駆動回路３６によって給水電磁弁コイル１９ａと排水電磁弁コイル２１ａとクラッチコイル２９ａに給電するように構成する。
【００３２】直流電圧生成回路３４は、リアクトル３４ａとブリッジ接続したダイオード３４ｂ〜３４ｅと直列接続した平滑コンデンサ（電解コンデンサ）３４ｆ，３４ｇと半導体交流スイッチング素子としての２方向サイリスタ（ＦＬＳ）３４ｈによって構成した全波整流回路と倍電圧整流回路の複合整流回路によって構成し、２方向サイリスタ３４ｈを不導通状態に維持することにより電源電圧を全波整流して平滑コンデンサ３４ｆ，３４ｇを直列状態に充電する全波整流回路として機能させ、２方向サイリスタ３４ｈを導通状態とすることにより電源電圧を整流して各平滑コンデンサ３４ｆ，３４ｇを交互に充電する倍電圧整流回路として機能させる。倍電圧整流回路として機能している状態では、２方向サイリスタ３４ｈの交流電源電圧波形に対する導通位相を変化させると平滑コンデンサ３４ｆ，３４ｇの充電電圧の大きさが変化する。そして、この直流電圧生成回路３４は、この平滑コンデンサ３４ｆ，３４ｇの直列接続状態の両端の直流電圧を直流出力電圧とする。
【００３３】インバータ回路３５は、ＩＧＢＴのような電力用トランジスタを半導体スイッチング素子３５ａを使用して３相ブリッジ接続することにより構成し、ブラシレス電動機２８に３相交流電圧（電流）を供給する。
【００３４】補機駆動回路３６は、給水電磁弁コイル１９ａ，排水電磁弁コイル２１ａ，クラッチコイル２９ａに２方向サイリスタ３６ａ〜３６ｃを接続し、これらの２方向サイリスタ３６ａ〜３６ｃを選択的に導通させることにより、給水電磁弁１９，排水電磁弁２１，クラッチ機構２９を駆動する。
【００３５】制御装置２７は、洗濯機の全体的な制御を管理し、洗濯および脱水工程を実行するマイクロコンピュータ３７を備える。このマイクロコンピュータ３７は、洗濯および脱水工程制御機能と直流電圧生成回路制御機能とインバータ回路制御機能と補機制御機能と前記マイクロコンピュータ３０との通信機能を備える。
【００３６】マイクロコンピュータ３７は、マイクロコンピュータ３０を介して入力スイッチ群３１の指示入力に従って洗濯および脱水工程を設定し、この設定状態をマイクロコンピュータ３０を介して表示素子群３２を点灯して表示し、水位センサ１５の検出信号を入力して外槽５内の水位を監視しながら給水電磁弁１９および排水電磁弁２１を開閉するように補機駆動回路３６を制御する。
【００３７】そして、直流電圧生成回路３４の直流出力電圧を検出する検出抵抗回路３８における分圧比を制御して直流電圧制御回路３９に帰還させ、直流出力電圧が所望の値となるように２方向サイリスタ３４ｈを制御する。
【００３８】また、ブラシレス電動機２８の回転位置検出素子２８ａからの位置信号を回転位置検出回路４０を介して取り込んで該ブラシレス電動機２８の回転子の回転位置を検出し、この回転位置に相応する位相で給電するようにインバータ駆動回路４１を介してインバータ回路３５を駆動する。
【００３９】そして、洗濯工程においては、クラッチコイル２９ａを付勢状態にすることによりクラッチ機構２９によって洗濯槽兼脱水槽２を静止状態に保持し、撹拌翼４をブラシレス電動機２８によって低速度で正回転および逆回転させるようにインバータ回路３５を制御する。このようにブラシレス電動機２８を低速回転させる洗濯工程においては、インバータ回路３５に供給する直流電圧生成回路３４の直流出力電圧は、比較的低い電圧であることが望ましく、直流電圧生成回路３４における複合整流回路を全波整流回路として機能させるために２方向サイリスタ３４ｈが不導通状態となるように制御する。
【００４０】直流電圧生成回路３４が全波整流回路として機能することにより出力する直流出力電圧は、略１２０ボルトである。インバータ回路３５は、この電圧に基づいて生成した３相交流電圧をブラシレス電動機２８に供給して該ブラシレス電動機２８を回転させることになるが、回転速度を低くするために出力を制限するときには、３相交流電圧をＰＷＭ制御する。
【００４１】脱水工程においては、クラッチコイル２９ａを消勢状態にすることにより、クラッチ機構２９によって洗濯槽兼脱水槽２と撹拌翼４を一体的にしてブラシレス電動機２８によって高速度で正回転させるようにインバータ回路３５を制御する。このようにブラシレス電動機２８を高速回転させる脱水工程においては、インバータ回路３５に供給する直流電圧生成回路３４の直流出力電圧は、比較的高い電圧であることが望ましく、直流電圧生成回路３４における複合整流回路を倍電圧整流回路として機能させるために２方向サイリスタ３４ｈが導通状態となるように制御する。
【００４２】直流電圧生成回路３４が倍電圧整流回路として機能することにより出力する直流出力電圧は、略２４０ボルトである。インバータ回路３５は、この電圧に基づいて生成した３相交流電圧をブラシレス電動機２８に供給して該ブラシレス電動機２８を高速回転させることになるが、回転速度を徐々に上昇させるためには、３相交流電圧をＰＷＭ制御またはＰＡＭ制御することが望ましい。ＰＷＭ制御は、直流電圧生成回路３４を倍電圧整流回路として機能させて最高電圧を出力するように維持した状態でインバータ回路３５の半導体スイッチング素子３５ａの導通角を制御することによって実現するが、ＰＡＭ制御は、直流電圧生成回路３４における２方向サイリスタ３４ｈの導通位相角を制御して直流出力電圧を変化させることによって実現する。この直流出力電圧制御は、マイクロコンピュータ３７が位置検出回路４０からの検出信号に基づいてブラシレス電動機２８の回転速度を検出し、回転速度に応じて検出抵抗回路３８の分圧比を制御することにより実現する。
【００４３】図３は、直流電圧生成回路３４の直流出力電圧特性を示している。２方向サイリスタ３４ｈの導通位相角を制御することにより直流出力電圧が徐々に変化するが、導通状態または不導通状態とするときにはこの直流出力電圧は比較的高圧（略２４０ボルト）または比較的低圧（略１２０ボルト）の２段階となる。
【００４４】また、前記制御装置２７のマイクロコンピュータ３７は、電源投入直後や待機状態では直流電圧生成回路３４の直流出力電圧が比較的低電圧となるように直流電圧制御回路３９を制御し、洗濯および脱水運転状態では直流電圧生成回路３４の直流出力電圧が比較的高電圧となるように直流電圧制御回路３９を制御するようにすると良い。
【００４５】半導体スイッチング素子を使用して構成した制御装置２７は、電源投入直後やタイマー予約運転などにおける待ち時間のような機器を動作させない待機状態では、半導体スイッチング素子の負担を軽くするために、半導体スイッチング素子に印加される電圧を低い状態にしておくことが望ましい。そこで、洗濯機の全体的な制御を管理するマイクロコンピュータ３７に洗濯機が置かれている状態を判断させ、電源投入直後やタイマー予約運転などにおける待ち時間のような待機状態では直流電圧生成回路３４の直流出力電圧が比較的低電圧となるように直流電圧制御回路３９を制御し、洗濯および脱水運転状態では直流電圧生成回路３４の直流出力電圧が比較的高電圧となるように直流電圧制御回路３９を制御するようにする。
【００４６】
【発明の効果】本発明は、制御装置におけるインバータ回路に直流電圧を生成する直流電圧生成回路を半導体交流スイッチング素子の導通または不導通によって倍電圧整流回路または全波整流回路として選択的に機能する整流回路としたことにより、インバータ制御のブラシレス電動機を使用した電気洗濯機を経済的に実現することができる。
【００４７】そして、洗濯工程においては、洗濯工程においては前記半導体交流スイッチング素子を不導通状態に維持することにより前記整流回路を全波整流回路として機能させて前記インバータ回路に比較的低い直流電圧を供給し、脱水工程においては前記半導体交流スイッチング素子を導通状態に維持することにより前記整流回路を倍電圧整流回路として機能させて前記インバータ回路に比較的高い直流電圧を供給するようにしたので、工程に応じてブラシレス電動機を効率良く回転させることができる。
【００４８】また、電源投入直後や待機状態では直流電圧生成回路の直流出力電圧を比較的低い状態にすることにより、半導体スイッチング素子の負担を軽くすることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１２年６月１４日（２０００．６．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４６３１
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 幸彦 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５３３９６（Ｐ２００１−３５３３９６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２５日（２００１．１２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１７８５７６（Ｐ２０００−１７８５７６） |
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