JP2000024371A - 洗濯機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ回路により駆動されるモータによ
り撹拌翼または洗濯槽を駆動する洗濯機の制御装置にお
いて、実装面積を小型化し、ノイズによる誤動作を低減
し、低価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現す
る。 【解決手段】 交流電源１に接続された整流回路４の直
流電力をインバータ回路５により交流電力に変換し、イ
ンバータ回路５によりモータ６を駆動して撹拌翼または
洗濯槽を駆動し、制御手段１２によりインバータ回路５
とスイッチング手段７を制御して、洗濯槽内に給水する
給水弁８および洗濯槽内の洗濯液を排水する排水弁９の
開閉を制御する。整流回路４と、インバータ回路５と、
スイッチング手段７と、制御手段１２を同一制御基板上
に分けて実装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ回路に
より駆動されるモータにより撹拌翼または洗濯槽を駆動
する洗濯機の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、洗濯機は、インバータ装置により
モータの周波数を変えてモータの回転数を大幅に変える
ことにより、洗浄性能、あるいは脱水性能を向上させる
ものが提案されている。

【０００３】従来、この種の洗濯機は、特開平９−１０
４６９号公報に示すように構成されていた。すなわち、
モータを駆動するインバータ回路とその制御手段、洗濯
運転を制御する制御手段、あるいは、排水弁や給水弁を
制御する双方向性サイリスタ回路が別々の制御基板に実
装されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の洗濯機の制御装置では、モータ駆動用のインバータ
回路の制御基板と、洗濯運転制御のための制御手段の制
御基板とが分かれていたので、インバータ制御用のマイ
クロコンピュータと洗濯制御用のマイクロコンピュータ
の２種類のマイクロコンピュータが必要となったり、あ
るいは、１つのマイクロコンピュータを使うと配線が複
雑となり、信頼性が低下し、ノイズにより誤動作するな
どの問題があった。

【０００５】本発明は上記従来課題を解決するもので、
実装面積を小型化し、ノイズによる誤動作を低減し、低
価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現することを
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、交流電源に接続された整流回路の直流電力
をインバータ回路により交流電力に変換し、インバータ
回路によりモータを駆動して撹拌翼または洗濯槽を駆動
し、制御手段によりインバータ回路とスイッチング手段
を制御して、洗濯槽内に給水する給水弁および洗濯槽内
の洗濯液を排水する排水弁の開閉を制御し、整流回路
と、インバータ回路と、スイッチング手段と、制御手段
を同一制御基板上に分けて実装するようにしたものであ
る。

【０００７】これにより、実装面積を小型化することが
でき、ノイズによる誤動作を低減することができるの
で、低価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現でき
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記
インバータ回路により駆動され撹拌翼または洗濯槽を駆
動するモータと、前記洗濯槽内に給水する給水弁と、前
記洗濯槽内の洗濯液を排水する排水弁と、前記給水弁お
よび前記排水弁の開閉を制御するスイッチング手段と、
前記インバータ回路と前記スイッチング手段を制御する
制御手段とを備え、前記整流回路と、前記インバータ回
路と、前記スイッチング手段と、前記制御手段を同一制
御基板上に分けて実装するようにしたものであり、制御
手段とインバータ回路の配線パターンを短くでき、実装
面積を小型化できて、ノイズによる制御手段の誤動作を
低減することができるので、低価格で信頼性が高い洗濯
機の制御装置を実現できる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、上記請求項１に
記載の発明において、制御基板は、インバータ回路とス
イッチング手段を同一基板上に分けて実装し、分けた境
界部近傍に交流電源からの接続端子を配置して共通イン
ピーダンスを減らすようにしたものであり、インバータ
回路とスイッチング手段への電流供給経路を別々に分け
ることができ、パターン幅を狭くすることができ、実装
面積を減らすことができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、上記請求項１に
記載の発明において、インバータ回路の負電圧側ライン
に制御手段の直流電源の負電圧ラインを接続し、前記制
御手段の直流電源の負電圧ラインを雑音防止用アースパ
ターンとして、前記インバータ回路と前記制御手段の境
界部に設けたものであり、制御手段へ侵入するインバー
タ回路のスイッチングノイズを低減することができ、制
御手段の誤動作を防止することができる。

【００１１】請求項４に記載の発明は、上記請求項３に
記載の発明において、インバータ回路は、３相ブリッジ
インバータ回路を構成する上アームパワースイッチング
手段と下アームパワースイッチング手段を有し、制御手
段は、前記パワースイッチング手段を駆動する駆動回路
と、前記上アームパワースイッチング手段の駆動電圧を
発生させるブートストラップ回路を備え、前記ブートス
トラップ回路と前記駆動回路の境界部に、雑音防止用ア
ースパターンを設けたものであり、ブートストラップ回
路から侵入するスイッチングノイズの影響を低減するこ
とができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１３】（実施例１）図１に示すように、交流電源
１よりラインフィルタ２と漏電検知手段３を介して、整
流回路４に交流電力を加え直流電力に変換する。整流回
路４の出力直流電力をインバータ回路５により交流電力
に変換し、モータ６に交流電力を加える。整流回路４
は、ダイオードブリッジ４０とコンデンサ４１ａ、４１
ｂよりなり、倍電圧整流回路を構成している。インバー
タ回路５は、パワースイッチング手段５０と電流検知手
段５１とで構成している。電流検知手段５１は、モータ
６またはインバータ回路５の過電流を検出し、パワース
イッチング手段５０の出力を遮断する。

【００１４】パワースイッチング手段５０は、トランジ
スタと逆並列接続したダイオードよりなるスイッチング
素子を６個用いて３相ブリッジ回路を構成し、３相交流
電流をモータ６に加えている。スイッチング手段７は、
洗濯機の給水弁８、排水弁９、クラッチ１０、ポンプ１
１などを開閉運転制御するもので、双方向性サイリスタ
などの半導体スイッチング素子で構成している。

【００１５】制御手段１２は、位置検出手段１３の信号
に応じてパワースイッチング手段５０の導通を制御する
ことにより３相交流電力を発生させてモータ６を制御
し、スイッチング手段７を制御して洗い、すすぎ、脱水
の一連の行程を逐次制御する。操作表示手段１４は、使
用者からの指示を伝え、運転内容を報知、表示するもの
で、スイッチと発光ダイオードなどの表示灯で構成し、
制御手段１２に接続している。

【００１６】整流回路４またはスイッチング手段７への
電流を制御するために、電源開閉手段１５を設け、電源
開閉手段１５は、制御手段１２からの信号により開閉制
御されるリレーより構成している。電源開閉手段１５と
並列関係に、電源入りスイッチ１６と抵抗１７を接続
し、モーメンタリー動作の電源入りスイッチ１６を押す
と、制御手段１２に電源が供給され、電源が供給される
と制御手段１２からの信号により電源開閉手段１５が閉
じて自己保持し、整流回路４、インバータ回路５、スイ
ッチング手段７、制御手段１２へ電源が供給される。

【００１７】漏電検知手段３は、モータ６、給水弁８、
排水弁９またはポンプ１１の漏電を検出する零相変流器
と検知用集積回路とで構成し、漏電を検出すると漏電検
知信号を制御手段１２に入力し、制御手段１２の信号に
より電源開閉手段１５を動作させて電源を遮断する。

【００１８】制御手段１２は、電源回路１２０と、マイ
クロコンピュータを制御の中枢とする制御回路１２１
と、インバータ回路５のパワースイッチング手段５０を
駆動するインバータ駆動回路１２２と、スイッチング手
段７および電源開閉手段１５を駆動するスイッチング手
段駆動回路１２３とで構成している。

【００１９】電源回路１２０は、制御手段１２および操
作表示手段１４の直流電源を構成するもので、整流回路
４のコンデンサ４１ｂの両端に接続されたスイッチング
電源より構成し、制御回路１２１のマイクロコンピュー
タの５Ｖ電源、パワースイッチング手段５０の１５Ｖ駆
動電源、操作表示手段１４の絶縁された５Ｖ電源など、
複数の直流電源を供給している。

【００２０】電源開閉手段１５の出力交流電圧は、制御
基板上で、整流回路４とインバータ回路５、スイッチン
グ手段７のそれぞれ別に分けられて供給されている。

【００２１】このような制御装置を具備した洗濯機は、
図２に示すように構成している。筐体１８に吊り棒１９
を介して水受け槽２０を設置し、水受け槽２０内に洗濯
槽２１を回転自在に設け、洗濯槽２１の底部に回転自在
に配設した撹拌翼２２をモータ６により駆動する。給水
弁８より水受け槽２０内に水道水を供給し、排水弁９
は、脱水行程前の排水行程にて水受け槽２０内の洗濯水
を排水する。

【００２２】通常の洗い撹拌時には撹拌翼２２を駆動
し、脱水運転時には洗濯槽２１を回転駆動する。また、
給水しながらすすぎを行う給水すすぎ行程では、給水し
ながら洗濯槽２１を低速回転させる。また、循環洗いの
一手段として洗濯槽２１を回転させながら洗濯する場合
も洗濯槽２１を低速回転させる。

【００２３】モータ６は、回転子６０と固定子６１とで
構成し、回転子６０の固定子側表面には永久磁石６２を
固着している。永久磁石６２の位置検出のために位置検
知手段１３をモータ６の内部に配置し、固定子６１から
の磁力と永久磁石６２の磁力により回転運動が継続する
ように、位置検出手段１３の出力信号に応じてインバー
タ回路５のパワースイッチング手段５０の導通を制御す
る。

【００２４】撹拌翼２２を回転駆動する場合には、モー
タ６の軸２３は、遊星歯車による減速機構２４に接続
し、減速機構２４の出力軸２５は撹拌翼２２に接続され
ており、モータ６の回転子６０の回転数を減速してトル
クコンバータを構成しているので、モータ６の最大出力
トルクを減らすことができ、モータ６を小型化できる。

【００２５】しかしながら、モータ６の出力が大きい場
合、すなわち、過電流が流れた場合には出力トルクが増
加し、結果的に減速機構２４に過大トルクが発生し、減
速機構２４の磨耗等の故障となる。よって、モータ６の
電流を高速で検出して遮断し、永久磁石６２の減磁と、
減速機構２４の故障を防ぐ必要がある。脱水運転のよう
に、洗濯槽２１のみ回転駆動する場合には、クラッチ機
構１０により減速機構２４は介さず、モータ６と洗濯槽
２１が直結される。

【００２６】図２に示すように、モータ６を減速機構２
４の下部中心に取り付けると、重心が低くなり振動騒音
が減少する特徴があるが、モータ６の位置が低くなるた
め、防水パンと呼ばれる洗濯機からの排水受けに水が溜
まった場合にはモータ６が冠水し、漏電する可能性があ
る。その時には、前述したように漏電を検出してインバ
ータ回路５を停止させ電源を高速遮断する。

【００２７】このような制御装置の部品は、図３に示す
ように、制御基板２６上に配置している。制御基板２６
上に、整流回路４を構成するダイオードブリッジ４０お
よびコンデンサ４１ａ、４１ｂと、インバータ回路５を
構成するパワースイッチング手段５０と、スイッチング
手段７を構成する双方向性サイリスタ７ａ、７ｂと、制
御手段１２を構成するマイクロコンピュータよりなる制
御回路１２１とを含む部品を実装している。

【００２８】交流電源１から供給される交流入力端子２
０をインバータ回路５とスイッチング手段７を配置した
境界近傍に配置している。零相変流器３０および電源開
閉手段１５は、交流端子コネクタ２０近傍に配置し、ス
イッチング手段７と電源入りスイッチ１６へ接続するコ
ネクタ７０ａもインバータ回路５とスイッチング手段７
を配置した境界近傍に配置している。

【００２９】インバータ出力端子５２はパワースイッチ
ング手段５０と制御基板２６の端面間に配置し、スイッ
チング手段７の出力端子コネクタ７０ｂは、スイッチン
グ手段７の近傍に配置する。交流端子コネクタ２０か
ら、零相変流器３０および電源開閉手段１５を介した
後、配線パターンは、整流回路４とインバータ回路５へ
のパターンと、スイッチング手段７へのパターンに分け
られ、共通インピーダンスを減らすようにしている。

【００３０】コンデンサ４１ａ、４１ｂの充電電流が大
きいので、インバータ回路５の電流値が増加し、配線パ
ターンの発熱が増加する。しかし、給水弁８や排水弁９
の電流はわずかであるが共通インピーダンスをなくすた
めに発熱を減らし、共通インピーダンスによる相互影響
をなくすことができる。さらに、インバータ回路５のス
イッチングノイズの影響も減らすことができる。

【００３１】このように、本実施例によれば、整流回路
４と、インバータ回路５と、給水弁８や排水弁９を制御
するスイッチング手段７と、インバータ回路５とスイッ
チング手段７を制御する制御手段１２を同一制御基板２
６上に分けて実装するようにしたので、インバータ回路
５のスイッチングノイズによる誤動作を防ぐことがで
き、さらに、インバータ回路５とスイッチング手段７の
境界近傍に交流端子コネクタ２０を配置することによ
り、配線パターンを簡略化でき、さらに、共通インピー
ダンスを減らして電圧変動あるいはパターンの発熱等の
相互影響を減らすことができる。

【００３２】（実施例２）図４に示すように、制御基板
２７は、インバータ回路５の負電圧側ライン２８に制御
手段１２の直流電源の負電圧ライン２９を接続し、制御
手段１２の直流電源の負電圧ライン２９を雑音防止用ア
ースパターンとして、インバータ回路５を構成するパワ
ースイッチング手段５０と、制御手段１２を構成するマ
イクロコンピュータよりなる制御回路１２１の境界部に
設けている。他の構成は上記実施例１と同じである。

【００３３】上記構成において作用を説明すると、制御
手段１２の直流電源の負電圧ライン２９を雑音防止用ア
ースパターンとして、パワースイッチング手段５０と、
マイクロコンピュータよりなる制御回路１２１の境界部
に設けることで、パワースイッチング手段５０のスイッ
チングノイズが制御回路１２１へ侵入するのを防止する
ことができ、制御回路１２１の誤動作を防止することが
できる。

【００３４】（実施例３）図５に示すように、上アーム
パワースイッチング手段５０ａと下アームパワースイッ
チング手段５０ｂは、パワースイッチング手段５０を構
成するもので、インバータ回路５を構成している。上ア
ームパワースイッチング手段５０ａは整流回路４の正電
圧側に接続され、下アームパワースイッチング手段５０
ｂは負電圧側に接続される。上アームパワースイッチン
グ手段５０ａのＵ、Ｖ、Ｗ相にそれぞれに、駆動用集積
回路である高耐圧ＩＣ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃを
設け、下アームパワースイッチング手段５０ｂには低電
圧ＩＣ１２２ｄを設けている。

【００３５】高耐圧ＩＣ１２２ａ〜１２２ｃにより、上
アームパワースイッチング手段５０ａをフォトカプラー
なしで直接駆動することができ、さらに、上アームパワ
ースイッチング手段５０ａのスイッチング素子をＩＧＢ
ＴあるいはパワーＭＯＳのようなハイインピーダンス入
力素子で構成することにより、ブートストラップ回路で
通常１５Ｖの駆動電源を容易に作ることができる。

【００３６】ブートストラップ回路１２４は、１５Ｖ直
流電源１２０ａと直列関係に抵抗１２５ａ〜１２５ｃと
ダイオード１２６ａ〜１２６ｃの直列体を接続し、高耐
圧ＩＣ１２２ａ〜１２２ｃと並列関係に接続したブート
ストラップコンデンサ１２７ａ〜１２７ｃより構成し、
上アームパワースイッチング手段５０ａのＵ、Ｖ、Ｗ相
にそれぞれに接続している。

【００３７】例えば、Ｕ相を例に説明すると、下アーム
パワースイッチング手段５０ｂがオンしたとき、１５Ｖ
直流電源１２０ａと抵抗１２５ａ、ダイオード１２６
ａ、ブートストラップコンデンサ１２７ａと、下アーム
パワースイッチング手段５０ｂのスイッチング素子５０
２ａの閉ループでブートストラップコンデンサ１２７ａ
に１５Ｖ電圧が充電され、上アームのスイッチング素子
駆動回路の１５Ｖ電源ができる。

【００３８】モータ６の駆動中においては、スイッチン
グ素子５０２ａ、あるいは逆並列ダイオード５０３ａが
導通した時に、ブートストラップコンデンサ１２７ａが
充電される。モータ６の起動前には、下アームパワース
イッチング手段５０ｂを同時にオンオフしてブートスト
ラップコンデンサ１２７の充電動作を行う。

【００３９】図６は、制御回路（図示せず）に侵入する
パワースイッチング手段５０のスイッチングノイズを減
らすために、制御回路に接続したインバータ駆動回路１
２２（図１参照）とブートストラップ回路１２４との間
の境界部にアースパターン３０を設けている。

【００４０】このアースパターン３０は交流ノイズを減
らすもので、制御回路の負電圧パターンでも、正電圧パ
ターンでも効果は同じである。このときのパワースイッ
チング手段５０は、インテリジェント・パワー・モジュ
ール（ＩＰＭ）と呼ばれるもので、スイッチング素子と
逆並列ダイオードと駆動用高耐圧ＩＣが１つのパッケー
ジにモジュール化されている。

【００４１】スイッチング素子のオンオフノイズと、逆
並列ダイオードのリカバリー電流によるノイズが非常に
大きく、特に、スイッチング素子のターンオン時のｄｖ
／ｄｔが大きいので、スイッチング素子と接続されたブ
ートストラップ回路１２４に制御回路を近づけると、静
電結合ノイズが発生し、制御回路が誤動作する。

【００４２】ブートストラップ回路１２４と制御回路に
接続したインバータ駆動回路１２２との間にアースパタ
ーンを設けることにより静電結合を減らすことができ、
ノイズ誤動作を防止できる。静電結合は面積と比誘電率
に比例し、距離に半比例するので、結合面積を減らし、
距離を減らすようにする。特に、ブートストラップコン
デンサ１２７のアルミニューム外装ケースからのノイズ
が大きいので、ブートストラップコンデンサ１２７は制
御回路１２の信号レベルパターンからできるだけ離す必
要がある。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１に記載の
発明によれば、交流電源に接続された整流回路と、前記
整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回
路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼または
洗濯槽を駆動するモータと、前記洗濯槽内に給水する給
水弁と、前記洗濯槽内の洗濯液を排水する排水弁と、前
記給水弁および前記排水弁の開閉を制御するスイッチン
グ手段と、前記インバータ回路と前記スイッチング手段
を制御する制御手段とを備え、前記整流回路と、前記イ
ンバータ回路と、前記スイッチング手段と、前記制御手
段を同一制御基板上に分けて実装するようにしたから、
制御手段とインバータ回路の配線パターンを短くでき、
実装面積を小型化できて、ノイズによる制御手段の誤動
作を低減することができるので、低価格で信頼性が高い
洗濯機の制御装置を実現できる。

【００４４】また、請求項２に記載の発明によれば、制
御基板は、インバータ回路とスイッチング手段を同一基
板上に分けて実装し、分けた境界部近傍に交流電源から
の接続端子を配置して共通インピーダンスを減らすよう
にしたから、インバータ回路とスイッチング手段への電
流供給経路を別々に分けることができ、パターン幅を狭
くすることができ、実装面積を減らすことができ、制御
基板を小型化できる。

【００４５】また、請求項３に記載の発明によれば、イ
ンバータ回路の負電圧側ラインに制御手段の直流電源の
負電圧ラインを接続し、前記制御手段の直流電源の負電
圧ラインを雑音防止用アースパターンとして、前記イン
バータ回路と前記制御手段の境界部に設けたから、制御
手段へ侵入するインバータ回路のスイッチングノイズを
低減することができ、制御手段の誤動作を防止すること
ができる。

【００４６】また、請求項４に記載の発明によれば、イ
ンバータ回路は、３相ブリッジインバータ回路を構成す
る上アームパワースイッチング手段と下アームパワース
イッチング手段を有し、制御手段は、前記パワースイッ
チング手段を駆動する駆動回路と、前記上アームパワー
スイッチング手段の駆動電圧を発生させるブートストラ
ップ回路を備え、前記ブートストラップ回路と前記駆動
回路の境界部に、雑音防止用アースパターンを設けたか
ら、ブートストラップ回路から侵入するスイッチングノ
イズの影響を低減することができ、１枚の基板上にイン
バータ回路と、給水弁や排水弁を駆動するスイッチング
手段と、制御手段を実装面積をとらずに実装できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の洗濯機の制御装置の一
部ブロック化した回路図

【図２】同洗濯機の制御装置を備えた洗濯機の断面図

【図３】同洗濯機の制御装置の制御基板の平面図

【図４】本発明の第２の実施例の洗濯機の制御装置の制
御基板の導電パターンの要部を示す下面図

【図５】本発明の第３の実施例の洗濯機の制御装置の一
部ブロック化した回路図

【図６】同洗濯機の制御装置の制御基板に形成するアー
スパターンを付加した要部回路図

【符号の説明】

１ 交流電源 ４ 整流回路 ５ インバータ回路 ６ モータ ７ スイッチング手段 ８ 給水弁 ９ 排水弁 １２ 制御手段 ２１ 洗濯槽 ２２ 撹拌翼 ２６ 制御基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 両角 英樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3B155 AA10 BB05 BB19 CA05 CA16 CB06 EA12 FA30 FC03 GC06 HB10 HC06 HC07 JB04 JB24 KA34 KB11 LA14 LB17 LC15 LC28

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に接続された整流回路と、前記
   整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回
   路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼または
   洗濯槽を駆動するモータと、前記洗濯槽内に給水する給
   水弁と、前記洗濯槽内の洗濯液を排水する排水弁と、前
   記給水弁および前記排水弁の開閉を制御するスイッチン
   グ手段と、前記インバータ回路と前記スイッチング手段
   を制御する制御手段とを備え、前記整流回路と、前記イ
   ンバータ回路と、前記スイッチング手段と、前記制御手
   段を同一制御基板上に分けて実装するようにした洗濯機
   の制御装置。
2. 【請求項２】 制御基板は、インバータ回路とスイッチ
   ング手段を同一基板上に分けて実装し、分けた境界部近
   傍に交流電源からの接続端子を配置して共通インピーダ
   ンスを減らすようにした請求項１記載の洗濯機の制御装
   置。
3. 【請求項３】 インバータ回路の負電圧側ラインに制御
   手段の直流電源の負電圧ラインを接続し、前記制御手段
   の直流電源の負電圧ラインを雑音防止用アースパターン
   として、前記インバータ回路と前記制御手段の境界部に
   設けた請求項１記載の洗濯機の制御装置。
4. 【請求項４】 インバータ回路は、３相ブリッジインバ
   ータ回路を構成する上アームパワースイッチング手段と
   下アームパワースイッチング手段を有し、制御手段は、
   前記パワースイッチング手段を駆動する駆動回路と、前
   記上アームパワースイッチング手段の駆動電圧を発生さ
   せるブートストラップ回路を備え、前記ブートストラッ
   プ回路と前記駆動回路の境界部に、雑音防止用アースパ
   ターンを設けた請求項３記載の洗濯機の制御装置。