JP2000237492A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多量の洗濯物が洗濯脱水槽に収容されるな
ど、負荷が異常に大きい場合であってもモータの特性の
劣化が生じず、高い信頼性を長期間維持することができ
る洗濯機を提供する。 【解決手段】 パルセータ６及び洗濯脱水槽４の回転駆
動源としてスイッチドリラクタンス（ＳＲ）モータ１０
を用い、モータプーリ１１と主プーリ９との径比によっ
て決まる減速比を有する巻掛けベルト伝達機構により、
その回転駆動力を主軸７に伝達する。ＳＲモータ１０は
ロータに永久磁石を使用していないので、過負荷によっ
てモータの回転が拘束されステータに大電流が流れた場
合でも、減磁することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は洗濯機に関し、更に
詳しくは、渦巻式洗濯機においては洗濯脱水槽とパルセ
ータとを、ドラム式洗濯機においてはドラムを回転駆動
するための回転駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】渦巻式の全自動洗濯機では、従来一般的
に、回転駆動源として誘導モータが使用され、ベルトを
介して回転駆動力を洗濯脱水槽及びパルセータの回転軸
に伝達する構成を有していた。しかしながら、近年、電
気代の節約や低騒音などが強く要望されるようになり、
そのため、回転駆動源として、静粛性が高く、高効率で
大出力が得られるＤＣブラシレスモータが用いられるよ
うになってきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＤＣブラシレスモータ
は、通常フェライトから成る永久磁石を回転子のコアに
貼り付けた構造となっている。このため、例えば過負荷
によりモータがロックした場合、瞬間的に大電流が流
れ、永久磁石が減磁してしまうという不具合が発生す
る。近年、洗濯機では大容量化が進む一方で外形の小形
化が強く要望されている。そのため、パルセータに加わ
る負荷はこれまでよりも一層大きくなり、洗濯物の急激
な動きの変化によってはモータのロックを引き起こす危
険性も増加している。従来の洗濯機では、電流制限回路
を設けて過電流の導通を回避するようにしているが、パ
ルス状に瞬間的に流れる過電流を完全に抑制することは
できない。そのため、磁石の減磁によりモータ特性が劣
化するのみならず、最悪の場合、起動が不可能になると
いう恐れもあった。

【０００４】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その主たる目的は、多量の洗濯物
が洗濯脱水槽に収容されるなど、負荷が異常に大きい場
合であってもモータの特性の劣化が生じず、高い信頼性
を長期間に亘って維持することができる洗濯機を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された第１発明は、外槽内に回転軸を中心に回転自
在に軸支された洗濯脱水槽と、該洗濯脱水槽の底部に前
記回転軸と同心の回転軸を中心に回転自在に軸支された
パルセータと、該パルセータの回転軸に対し前記洗濯脱
水槽の回転軸を連結又は離脱する切換機構とを有する洗
濯機において、パルセータ及び洗濯脱水槽の回転軸と同
心でないモータ軸を有する磁気抵抗形モータと、該モー
タ軸の回転駆動力を所定の減速比で減速して前記回転軸
へ伝達する減速伝達機構と、を備えることを特徴として
いる。

【０００６】上記課題を解決するために成された第２発
明は、外槽内に回転軸を中心に回転自在に軸支された洗
濯脱水槽と、該洗濯脱水槽の底部に前記回転軸と同心の
回転軸を中心に回転自在に軸支されたパルセータと、該
パルセータの回転軸に対し前記洗濯脱水槽の回転軸を連
結又は離脱する切換機構とを有する洗濯機において、パ
ルセータの回転軸と直結したモータ軸を有する磁気抵抗
形モータを備えることを特徴としている。

【０００７】上記課題を解決するために成された第３発
明は、外槽内に略水平の回転軸を中心に回転自在に配設
されたドラムを有する洗濯機において、ドラムの回転軸
と同心でないモータ軸を有する磁気抵抗形モータと、該
モータ軸の回転駆動力を所定の減速比で減速して前記回
転軸へ伝達する減速伝達機構と、を備えることを特徴と
している。

【０００８】上記課題を解決するために成された第４発
明は、外槽内に略水平の回転軸を中心に回転自在に配設
されたドラムを有する洗濯機において、ドラムの回転軸
と直結したモータ軸を有する磁気抵抗形モータを備える
ことを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態及び発明の効果】上記第１〜第４発
明に係る洗濯機は、いずれもモータとして磁気抵抗形モ
ータを使用している。磁気抵抗形モータは、いわゆるス
イッチド・リラクタンス・モータ（ＳＲ：Switched Rel
uctance Motor）やシンクロナス・リラクタンス・モー
タ（Synchronous Reluctance Motor）である。このモー
タはロータに永久磁石を使用しないので、過負荷により
ロータの回転が停止又は制限されステータの巻線に大電
流が流れた場合でも、永久磁石の減磁の恐れがない。し
たがって、洗濯機の信頼性を大きく向上させることがで
きる。また、ロータに二次電流が流れないので、大きな
トルクを発生させることができる。更には、このモータ
はインバータ制御が可能であるので、回転速度の微細な
変化が容易であって、洗濯物の種類等に応じた様々な水
流を発生させるにも好適である。

【００１０】第１発明及び第３発明に係る洗濯機では、
磁気抵抗形モータの回転駆動力を一定の減速比をもつ減
速伝達機構を介して回転対象物であるパルセータ、洗濯
脱水槽又はドラムへ伝達している。減速伝達機構として
は、例えば減速比に応じた径比を有するプーリを用いた
巻掛けベルト伝達機構を利用することができる。この構
成では減速比が一定であるために、洗い運転やすすぎ運
転時における比較的低速の回転速度から脱水運転時にお
ける高速の回転速度まで幅広い回転速度を達成すること
が必要となるが、磁気抵抗形モータによればこのような
回転速度の範囲を十分にカバーし得る。また、減速伝達
機構を用いているため、モータに要求される回転速度範
囲は回転対象物の回転速度範囲よりも高いほうにシフト
する。一般に磁気抵抗形モータでは、同一のトルクを得
るために回転速度が高いほうが磁極の数が少なくてすむ
から、このように回転速度範囲を高いほうにシフトする
ことにより比較的簡単な構造とすることができる、或い
は、磁極の数を多くして高い特性を利用することができ
る。

【００１１】一方、第２発明及び第４発明に係る洗濯機
では、磁気抵抗形モータの回転駆動力を直結した軸を介
して、つまりダイレクトドライブ方式により回転対象物
であるパルセータ、洗濯脱水槽又はドラムへ伝達してい
る。この場合では、相対的に低い回転速度でもって高い
トルクを得られるように磁極の数を増すなどの構成とす
る必要があるが、その反面、プーリ等による減速機構が
不要になり、ベルト切れなどの故障がなくなるとともに
静粛化も容易になる。

【００１２】

【実施例】まず、第１発明に係る洗濯機の一実施例であ
る全自動渦巻式洗濯機について図を参照しつつ説明す
る。

【００１３】図１は本実施例の洗濯機の構成を示す側面
断面図である。図１において、洗濯機の外箱１の内部に
は有底円筒形状の外槽２が吊棒３により釣支されてお
り、外槽２の内部には周壁に多数の脱水孔を有する洗濯
脱水槽４が、外槽２の底壁を貫通する外筒軸５により回
転自在に軸支されている。洗濯脱水槽４の底部には、洗
濯物を撹拌するためのパルセータ６が外筒軸５の内側に
嵌挿された主軸７により回転自在に軸支されている。主
軸７と外筒軸５とは、ブレーキやクラッチなどを含む動
力切換機構８において連結又は離脱が行われるようにな
っている。動力切換機構８を貫通する主軸７の先端には
主プーリ９が取り付けられており、外槽２の下面に取り
付けられたモータ１０の回転動力がモータプーリ１１、
Ｖベルト１２、主プーリ９を介して主軸７へと伝達され
る。

【００１４】外槽２底部には排水口１３が設けられてお
り、排水電磁弁１４を介して排水ホース１５に連なって
いる。排水電磁弁１４には図示しないソレノイドが付設
されており、励磁電流が供給されると排水電磁弁１４を
開放する。また、それと同時に、上記動力切換機構８内
のクラッチを駆動して主軸７と外筒軸５とを連結すると
ともにブレーキを解除する。ソレノイドが励磁されない
ときには、排水電磁弁１４は閉鎖し、外筒軸５と主軸７
との連結は解除されるようになっている。これにより、
排水電磁弁１４の開放時には洗濯脱水槽４とパルセータ
６とは一体に回転し、排水電磁弁１４の閉鎖時には洗濯
脱水槽４は回転することなくパルセータ６のみが自在に
回転する。

【００１５】このような洗濯機では、脱水運転時には洗
濯脱水槽４を最高１０００ｒｐｍ程度の回転速度でもっ
て高速回転させる必要がある一方、洗いやすすぎ運転時
にはパルセータ６を１００〜１５０ｒｐｍ程度の低速回
転速度でもって回転させる必要がある。このような幅広
い回転速度を実現するために従来のこの種の洗濯機で
は、遊星歯車を利用した可変減速機構が利用されること
が多い。しかしながら、本実施例の洗濯機では、このよ
うな可変減速機構は備えておらず、減速比は主プーリ９
とモータプーリ１１との径比でのみ決まる一定の値にな
っている。

【００１６】具体的には、本実施例の洗濯機では減速比
を５：１としている。したがって、上述のように洗い運
転から脱水運転までの回転速度を得るには、モータ１０
の回転速度としては５００〜５０００ｒｐｍ程度の範囲
の回転速度が得られるようにする必要がある。また、脱
水運転の立上げ時では７５０ｒｐｍの回転速度で３０kg
f-cm程度のトルクが必要である。このような条件を満足
するために、モータ１０としてＳＲモータが利用されて
いる。

【００１７】図２はこの洗濯機に用いられるモータ１０
の概略構成図である。このＳＲモータは、突極歯形状の
磁極２１を複数（この例では１２個）有するステータ２
０と、ステータ２０の内周側においてモータ軸２５を中
心に回転自在のロータ２３とから成る。ステータ２０の
各磁極２１にはそれぞれ独立の巻線２２が巻回されてお
り、モータ軸２５を挟んで対向する二つの磁極（例えば
図２において符号２１ａ、２１ｂを付した磁極）がＮ極
及びＳ極となるようになっている。すなわち、対向する
磁極２１ａ、２１ｂは組であり、いわゆる一つの相を形
成している。一方、ロータ２３は永久磁石ではなく単な
る鉄心のみから成り、ステータ２０の磁極２１とピッチ
がずれた複数（この例では８個）の突極歯形状部２４を
有している。

【００１８】このＳＲモータの動作原理を図３により説
明する。図３では、ステータ２０の磁極２１を６個（３
相）、ロータ２３の突極歯形状部２４を２個としてい
る。このＳＲモータの３つの相、φ１及びφ１’、φ２
及びφ２’、φ３及びφ３’の各相には、それぞれスイ
ッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が備えられている。いま、図３
（ａ）に示すようにスイッチＳ１が閉鎖、スイッチＳ
２、Ｓ３が開放されると、磁極φ１、φ１’の巻線に励
磁電流が流れ、ロータ２３の突極歯形状部２４は磁極φ
１、φ１’に引き寄せられる。このとき、磁極φ１（又
はφ１’）から発した磁力線はロータ２３を直線状に貫
通して他の磁極φ１’（又はφ１）へと向かう。

【００１９】次に図３（ｂ）に示すようにスイッチＳ２
が閉鎖、スイッチＳ１、Ｓ３が開放されると、磁極φ
２、φ２’に励磁電流が流れ、ロータ２３の突極歯形状
部２４は磁極φ２、φ２’に吸引されて右方向へ回転す
るトルクが発生する。図３（ｃ）に示す位置までロータ
２３が回転すると、次には図３（ｄ）に示すように、ス
イッチＳ３が閉鎖、スイッチＳ１、Ｓ２が開放される。
これにより、磁極φ３、φ３’に励磁電流が流れ、ロー
タ２３の突極歯形状部２４は磁極φ３、φ３’に吸引さ
れて更に右方向へ回転する。このようにロータ２３の回
転位置に応じて各磁極を順次励磁させることにより、ト
ルクを連続的に発生させてロータ２３を回転させること
ができる。

【００２０】図４は、上述のようなＳＲモータの駆動回
路の基本構成図である。この回路は一般にＨブリッジ回
路と呼ばれるものである。この図では、巻線Ｌ1、Ｌ2、
Ｌ3はそれぞれ磁極φ１（φ１’）、φ２（φ２’）、
φ３（φ３’）の巻線を示し、トランジスタＱ1、Ｑ2、
Ｑ3、Ｑ4、Ｑ5、Ｑ6が図３におけるスイッチＳ1、Ｓ2、
Ｓ3の機能を果たす。すなわち、ロータ２３の回転位置
に基づいてトランジスタＱ1及びＱ2、Ｑ3及びＱ4、Ｑ5
及びＱ6を順次導通させ、巻線Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3に励磁電流
を流すことによりロータ２３の回転を維持する。なお、
ダイオードＤ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4、Ｄ5、Ｄ6は各相のトラ
ンジスタＱ１〜Ｑ６が導通状態から遮断状態に遷移する
際に発生する逆起電力を導通させることにより、トラン
ジスタＱ１〜Ｑ６の破壊を防止する機能を有している。

【００２１】図５は、本実施例の洗濯機の電気系構成図
である。制御の中心にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを
含む制御用マイクロコンピュータ（以下「制御用マイコ
ン」と略す）３０が据えられており、この制御用マイコ
ン３０にキー入力部３１、表示部３２、水位センサ３
３、安全スイッチ３４、電磁弁駆動部３５が接続されて
いる。安全スイッチ３４は遠心脱水時に洗濯脱水槽４の
極端な偏心を検知するためのスイッチであって、安全ス
イッチ３４が作動した際には異常騒音の発生を防止する
ために脱水動作を停止させる。電磁弁駆動部３５は制御
用マイコン３０からの制御信号に応じて給水電磁弁３６
及び排水電磁弁１４の開閉動作を制御する。上述のよう
に、排水電磁弁１４の動作は、洗濯脱水槽４とパルセー
タ６とを連結又は離脱させるクラッチの動作に連動して
おり、排水電磁弁１４を開放すると洗濯脱水槽４とパル
セータ６とが連結されるようになっている。

【００２２】モータ１０に対しパルス電流駆動により高
精度の制御を行うために、専用のインバータ用マイクロ
コンピュータ（以下「インバータ用マイコン」と略す）
３７が設けられている。このインバータ用マイコン３７
と制御用マイコン３０とは、ホトカプラを介在して双方
向に通信を行うことができる。インバータ用マイコン３
７には、負荷量検知部３８、回転位置センサ３９、モー
タ駆動部４０などが接続されている。負荷量検知部３８
は洗濯脱水槽４に収容された洗濯物の量を検知して、そ
の検知量に応じたデータをインバータ用マイコン３７へ
と送出する。回転位置センサ３９はモータ１０に付設さ
れた例えば光学式のエンコーダを含み、ロータ２３の回
転位置に応じたデータをインバータ用マイコン３７へと
送出する。モータ駆動部４０は、図４に示したようなＨ
ブリッジ回路がステータ２０の各磁極に対応して設けら
れたものである。

【００２３】以下、本実施例の洗濯機における洗い動作
及び脱水動作時の制御について説明する。使用者がキー
入力部３１を介して所定の洗濯コースを選定（又は詳細
な洗濯条件を設定）し洗濯の開始を指示すると、制御用
マイコン３０はこれを受けて、まず洗い行程を開始す
る。すなわち、電磁弁駆動部３５を介して給水電磁弁３
６を開放し、水位センサ３３により検知される水位が所
定水位に達するまで洗濯脱水槽４内に給水を行う。その
後、インバータ用マイコン３７はモータ駆動部４０を介
してモータ１０を駆動する。このとき、排水電磁弁１４
は閉鎖しているので、パルセータ６と洗濯脱水槽４とは
離脱しており、モータ１０の回転駆動力によりパルセー
タ６のみが回転する。このときのモータ１０の回転速度
は５００〜７５０ｒｐｍ程度であり、パルセータ６の回
転速度は１００〜１５０ｒｐｍ程度になる。

【００２４】所定の洗い時間が終了すると、制御用マイ
コン３０は電磁弁駆動部３５を介して排水電磁弁１４を
開放し、洗濯脱水槽４内の洗剤水を排水ホース１５を介
して外部へ排出させる。その後、洗濯物に含まれる洗剤
水を絞り出すために中間脱水を行う。すなわち、排水電
磁弁１４を開放したまま、インバータ用マイコン３７は
モータ駆動部４０を介してＳＲモータ１０を駆動する。
このとき、パルセータ６と洗濯脱水槽４とは連結してい
るため、両者は一体となって回転する。モータ１０の回
転速度は最高３５００〜５０００ｒｐｍ程度であり、洗
濯脱水槽４の回転速度は７５０〜１０００ｒｐｍ程度に
なる。この脱水の過程で安全スイッチ３４が作動した場
合には、遠心脱水を停止する或いは最高回転速度を抑制
する等の制御を実行する。

【００２５】中間脱水の終了後、上記洗い行程と同様に
複数回（通常２〜３回）のすすぎ行程を行い、その後に
最終脱水行程へ移行する。最終脱水行程でも中間脱水行
程と同様の制御を実行するが、洗濯物の脱水率を上げる
ため、モータ１０の回転速度は最高５０００ｒｐｍ程度
（洗濯コースなどに依存する）まで上昇させる。

【００２６】図６はこの洗濯機に用いるＳＲモータの特
性の一例を示す図であり、比較のために従来一般に使用
されている４極誘導モータの特性も併記している。この
図６に示すようにＳＲモータでは、洗い運転及びすすぎ
運転に対応する低速回転時のみならず、脱水に対応する
高速回転時にも十分に大きなトルクを得ることができ
る。そのため、可変減速機構を用いる必要がない。

【００２７】以上の説明のように、本実施例の洗濯機で
は、遊星歯車などの複雑な減速機構を用いることなく、
単にプーリ径の比によって決まる一定比率での減速によ
って洗い及びすすぎ時のパルセータの回転から脱水時の
洗濯脱水槽の回転までに対応することができる。また、
ＳＲモータではロータに磁石が使用されていないので、
ステータの巻線に大電流が流れてもロータの磁石が減磁
する恐れがない。

【００２８】次に、第２発明の一実施例である洗濯機を
図８を参照しつつ説明する。上記実施例の洗濯機はプー
リを用いて一定比率の減速を行っていたが、この実施例
では動力切換機構８の直下に、モータ１７が内部に収納
されたモータケーシング１６を配置し、そのモータ軸と
主軸７とを直結している。したがって、この実施例の洗
濯機では、モータ１７の回転速度と洗濯脱水槽４及びパ
ルセータ６の回転速度とは同一となり、その変化の範囲
は１００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍ程度となる。このよう
に低い回転速度でもって十分に高いトルクを得るには、
図２に示した構造において磁極の数を増加させるとよ
い。

【００２９】上記二つの実施例はいずれも、垂直軸を中
心に洗濯脱水槽４が回転する渦巻式洗濯機であったが、
水平軸を中心にドラムを回転するドラム式洗濯機でも同
様の構成をとることができることは当然である。ドラム
式洗濯機ではパルセータが存在しないので、洗い及びす
すぎ運転時と脱水運転時とはドラムの回転速度の変動の
みで対応することができる。

【００３０】また、上記実施例では、モータとしていわ
ゆるスイッチド・リラクタンス・モータを用いていた
が、いわゆるシンクロナス・リラクタンス・モータを用
いても同様である。図７はシンクロナス・リラクタンス
・モータの概略構造図である。このモータは、ロータ２
３が放射状に突極構造を有する代わりに、放射状にスリ
ット２６が形成されて成る。このスリット２６が形成さ
れた領域はスリット２６が存在しない領域に比較して磁
力線が通過しにくいので、実質的にスイッチド・リラク
タンス・モータのロータにおいて隣接する突極歯形状部
２４の間の凹部と同じ働きをする。したがって、このモ
ータも上記説明と同じ動作原理によって回転する。

【００３１】また、上記実施例はいずれも一例であっ
て、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行なえるこ
とは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１発明の一実施例による洗濯機の構成を示
す側面断面図。

【図２】 図１の洗濯機に用いられるＳＲモータの概略
構成図。

【図３】 ＳＲモータの動作原理の説明図。

【図４】 ＳＲモータの駆動回路の基本構成図。

【図５】 図１の洗濯機の電気系構成図。

【図６】 ＳＲモータの特性の一例を示す図。

【図７】 本発明に用いられる他のモータの概略構成
図。

【図８】 第２発明の一実施例による洗濯機の構成を示
す側面断面図。

【符号の説明】

２…外槽 ４…洗濯脱水槽 ５…外筒軸 ６…パルセータ ７…主軸 ８…動力切換機構 ９…主プーリ １０、１７…モータ（ＳＲモータ） １１…モータプーリ １２…Ｖベルト ２０…ステータ ２１…磁極 ２２…巻線 ２３…ロータ ２４…突極歯形状部 ２５…モータ軸 ２６…スリット ３０…制御用マイコン ３７…インバータ用マイコン ４０…モータ駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森重 正克 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 吉田 実 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3B155 AA10 BA03 BB05 BB15 BB19 HB02 HB03 HB10 HB15 HB29 KA32 KA36 KB11 LB02 LB04 LB18 LC15 LC28 MA01 MA02 MA05 MA08 MA09 5H607 AA01 BB01 BB07 BB14 CC01 CC03 CC05 CC07 CC09 DD07 DD17 EE21 EE28 FF01 FF11 HH01 HH08 5H619 AA00 BB01 BB24 PP21 PP30 PP31 PP32

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外槽内に回転軸を中心に回転自在に軸支
   された洗濯脱水槽と、該洗濯脱水槽の底部に前記回転軸
   と同心の回転軸を中心に回転自在に軸支されたパルセー
   タと、該パルセータの回転軸に対し前記洗濯脱水槽の回
   転軸を連結又は離脱する切換機構とを有する洗濯機にお
   いて、パルセータ及び洗濯脱水槽の回転軸と同心でない
   モータ軸を有する磁気抵抗形モータと、該モータ軸の回
   転駆動力を所定の減速比で減速して前記回転軸へ伝達す
   る減速伝達機構と、を備えることを特徴とする洗濯機。
2. 【請求項２】 外槽内に回転軸を中心に回転自在に軸支
   された洗濯脱水槽と、該洗濯脱水槽の底部に前記回転軸
   と同心の回転軸を中心に回転自在に軸支されたパルセー
   タと、該パルセータの回転軸に対し前記洗濯脱水槽の回
   転軸を連結又は離脱する切換機構とを有する洗濯機にお
   いて、パルセータの回転軸と直結したモータ軸を有する
   磁気抵抗形モータを備えることを特徴とする洗濯機。
3. 【請求項３】 外槽内に略水平の回転軸を中心に回転自
   在に配設されたドラムを有する洗濯機において、ドラム
   の回転軸と同心でないモータ軸を有する磁気抵抗形モー
   タと、該モータ軸の回転駆動力を所定の減速比で減速し
   て前記回転軸へ伝達する減速伝達機構と、を備えること
   を特徴とする洗濯機。
4. 【請求項４】 外槽内に略水平の回転軸を中心に回転自
   在に配設されたドラムを有する洗濯機において、ドラム
   の回転軸と直結したモータ軸を有する磁気抵抗形モータ
   を備えることを特徴とする洗濯機。