JP2006340743A - 洗濯機およびｄｃブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】
ＤＣブラシレスモータにおけるロータの磁極源として設けたＮｄ系磁石の熱減磁を防止する。
【解決手段】
１４０℃〜１８０℃の熱減磁温度のＮｄ系磁石を使用し、熱発生源であるＤＣブラシレスモータ７２の巻線７２２に温度を検出するサーマルプロテクタ７２８を設け、Ｎｄ系磁石の温度が熱減磁温度を超えないようにＤＣブラシレスモータ７２への給電を遮断する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、洗濯機およびＤＣブラシレスモータに関する。

電気洗濯機における撹拌翼や洗濯兼脱水槽を駆動するモータは、多様な駆動形態を要求されることから、ＤＣブラシレスモータの使用が多くなっている。

ＤＣブラシレスモータは、基本的には、ステータに３相巻線を施し、ロータの磁極に永久磁石を使用した構成とし、インバータによって前記３相巻線に駆動電流を供給する構成である。

また、モータは、巻線の温度管理が必要なことから、ＤＣブラシレスモータにおいても、巻線の温度を温度検出手段によって検出して巻線温度が異常に上昇しないように駆動電流を制御することが行われている。

特開２０００−２３３０９５号公報 特開２０００−２５４３８８号公報 特開２００２−３４６２８４号公報 特開２００３−８３２５８公報

ＤＣブラシレスモータは、ロータの磁極源として、一般には、熱減磁温度が巻線の焼損温度より高いフェライト系磁石を使用していることから巻線の温度管理を行うことによって過熱による障害を防止することができた。

しかし、小型高出力化のために、磁極源としてＮｄ系の希土類磁石を使用するようになり、特に電気洗濯機のように負荷が大きく変動する機器では過負荷耐量を大きくとる必要性から、使用する磁石の熱減磁温度を１８０〜２００℃以上と高く設定することが必要となる。希土類磁石の熱減磁温度の向上と品質安定化は、材料粒径を小さく均一にし、Ｃｏ（コバルト）等の高価な元素を加えるなどによって実現することができるが、工数増加と材料費がアップして高価になる問題があった。

本発明の１つの目的は、比較的に安価な希土類磁石を使用したＤＣブラシレスモータの熱減磁を防止することにある。

本発明の他の目的は、比較的に安価な希土類磁石を使用したＤＣブラシレスモータを駆動源とする洗濯機において、前記ＤＣブラシレスモータが過負荷状態になって希土類磁石が熱減磁するのを防止することにある。

本発明の１つの特徴は、ロータの磁極源として希土類磁石を使用し、ステータに３相巻線を集中巻きしたＤＣブラシレスモータを駆動源として備え、インバータによって前記ＤＣブラシレスモータの３相巻線に１２０度の電気通電角で駆動電流を供給する洗濯機において、
前記ＤＣブラシレスモータの３相巻線であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相のいずれか２相の巻線上にそれぞれ温度検出素子を設置し、前記各温度検出素子は、前記磁石の温度を間接的に検出して該磁石の温度が該磁石の熱減磁の温度を超えない範囲で設定した上限温度に達したときに前記ＤＣブラシレスモータの巻線に流れる駆動電流を遮断するように構成することにある。

本発明の他の特徴は、ロータの磁極源として希土類磁石を使用し、ステータに３相巻線を集中巻きしたＤＣブラシレスモータを駆動源として備え、インバータによって前記ＤＣブラシレスモータの３相巻線に１８０度の電気通電角で駆動電流を供給する洗濯機において、
前記ＤＣブラシレスモータの３相巻線であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の巻線上にそれぞれ温度検出素子を設置し、前記各温度検出素子は、前記磁石の温度を間接的に検出して該磁石の温度が該磁石の熱減磁の温度を超えない範囲で設定した上限温度に達したときに前記ＤＣブラシレスモータの巻線に流れる駆動電流を遮断するように構成することにある。

そして、前記各温度検出素子は、上限温度に達したときに、前記ＤＣブラシレスモータの巻線に供給する駆動電流の電源を直に遮断するように構成したことを特徴とする。

また、前記ＤＣブラシレスモータの３相の各巻線は、Ｂ種絶縁またはＥ種絶縁を施し、前記磁石は、１４０℃〜１８０℃の熱減磁温度のＮｄ系磁石であることを特徴とする。

本発明の他の特徴は、ロータの磁極源として希土類磁石を使用し、ステータに３相巻線を集中巻きし、インバータによって前記３相巻線に１２０度の電気通電角で駆動電流が供給されるＤＣブラシレスモータにおいて、
前記３相巻線であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相のいずれか２相の巻線上にそれぞれ温度検出素子を設置し、前記各温度検出素子は、前記磁石の温度を間接的に検出して該磁石の温度が該磁石の熱減磁の温度を超えない範囲で設定した上限温度に達したときに前記ＤＣブラシレスモータの巻線に流れる駆動電流を遮断するように構成することにある。

本発明の更に他の特徴は、ロータの磁極源として希土類磁石を使用し、ステータに３相巻線を集中巻きし、インバータによって前記３相巻線に１８０度の電気通電角で駆動電流が供給されるＤＣブラシレスモータにおいて、
前記３相巻線であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の巻線上にそれぞれ温度検出素子を設置し、前記各温度検出素子は、前記磁石の温度を間接的に検出して該磁石の温度が該磁石の熱減磁の温度を超えない範囲で設定した上限温度に達したときに前記巻線に流れる駆動電流を遮断するように構成することにある。

そして、前記各温度検出素子は、上限温度に達したときに、前記巻線に供給する駆動電流の電源を直に遮断するように構成したことを特徴とする。

また、前記３相の各巻線は、Ｂ種絶縁またはＥ種絶縁を施し、前記磁石は、１４０℃〜１８０℃の熱減磁温度のＮｄ系磁石であることを特徴とする。

本発明は、ステータに施した巻線に取り付けた温度検出素子によつてロータに装着されている希土類磁石（Ｎｄ系磁石）が熱減磁温度限界を超えないように巻線への給電を遮断する制御を行うように構成したことによって、熱減磁温度の低い希土類磁石（Ｎｄ系磁石）を使用したＤＣブラシレスモータおよび洗濯機を保護することができる。

本発明は、ロータの磁極源として希土類磁石を使用し、ステータに３相巻線を集中巻きしたＤＣブラシレスモータを駆動源として備え、インバータによって前記ＤＣブラシレスモータの３相巻線に駆動電流を供給する洗濯機において、
前記ＤＣブラシレスモータの希土類磁石は、１４０℃〜１８０℃の熱減磁温度のＮｄ系磁石とし、
前記ＤＣブラシレスモータの３相巻線であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相に１２０度の電気角で通電する構成では３相のいずれか２相の巻線上にそれぞれサーマルプロテクタを設置し、１８０度の電気角で通電する構成では３相の巻線上にそれぞれサーマルプロテクタを設置し、
前記サーマルプロテクタは、前記磁石の温度を間接的に検出して該磁石の温度が該磁石の熱減磁の温度を超えない範囲で設定した上限温度に達したときに前記ＤＣブラシレスモータの巻線に流れる駆動電流を直に遮断するように構成する。

本発明の実施例１を洗濯乾燥機を例示して説明する。

図１は、実施例１における洗濯乾燥機の縦断側面図である。

この実施例１の洗濯乾燥機は、外枠１の内側に該外枠１の上部の４隅にあるコーナープレート２に取り付けて垂下させた４本の吊棒３によって外槽４を支持している。吊棒３と外槽４の間には、洗濯および脱水時の外槽４の振動を吸収する押しばね５を介在させている。

外槽４の底部の外側には、金属製のベース６を取り付け、このベース６に取り付けた駆動装置７の出力軸である２重回転出力軸７１を前記外槽４の底部を貫通させて該外槽４の底部内側に突出させ、２重回転出力軸７１の外側の軸に洗濯兼脱水槽９を取り付けて前記外槽４内に回転可能に設置する。前記２重回転出力軸７１の内側の軸は、更に、前記洗濯兼脱水槽９を貫通させて該洗濯兼脱水槽９の底部内側に突出させて撹拌翼１０を取り付けて該洗濯兼脱水槽９内に回転可能に設置する。洗濯兼脱水槽９の上端開口縁には、環状の流体バランサー１１を取り付ける。

前記ベース６には、更に、前記外槽４の底部に開口させた排水口４ａに入水口を接続する排水電磁弁１２と、後述する乾燥空気循環風路に介在させる電動送風ファン１３を取り付けて設置する。前記排水電磁弁１２の出水口には、排水ホース１４を接続して機外に導出する。また、このベース６には、アース線１５を接続して機外に導出する。

外槽４の上端開口は、内側衣類投入口１６ａを備えた外槽カバー１６によって覆い、前記内側衣類投入口１６ａは、内蓋１７によって開閉自在に覆う。

外槽４の側壁の下部には、排気口４ｂを形成し、側壁の側面には、前記排気口４ｂから上向きに伸びる上昇除湿風路１８ａと、この上昇除湿風路１８ａの上端から折り返して下方に伸びて前記電動送風ファン１３の吸気口に連なる下降風路１８ｂと、前記電動送風ファン１３の排気口から上向きに伸びて前記外槽カバー１６の上面に沿って折れ曲がる上昇加熱風路１８ｃによって構成する循環風路１８を設ける。前記上昇除湿風路１８ａ内には、水冷する金属製の冷却板１９を設置し、前記下降風路１８ｂの下部には湿度センサ２０を設置し、前記上昇加熱風路１８ｃにおける前記外槽カバー１６の上面に沿って折れ曲がった部分にはヒータ２１を設置し、その先端に設けた温風吹き出し口２２は前記外槽カバー１６を貫通させて洗濯兼脱水槽９内に向けて開口するように設置する。

外枠１の上端部は、外側衣類投入口２３ａを備えたトップカバー２３を取り付けて覆う。前記トップカバー２３の外側衣類投入口２３ａは、外蓋２４によって開閉自在に覆う。また、前記トップカバー２３の前縁部には、操作パネルを一体化した制御装置２５を内蔵し、後縁部には、洗濯用給水電磁弁２６と冷却用給水電磁弁２７と受水口２８を内蔵する。前記受水口２８は、給水ホース（図示省略）を接続して水道栓（図示省略）から受水し、前記洗濯用給水電磁弁２６は、前記受水口２８から洗濯給水口２９への給水を制御し、前記冷却用給水電磁弁２７は、前記受水口２８から冷却給水口３０への給水を制御する。

前記洗濯給水口２９は、外槽４に向けて開口するように外槽カバー１６に設置し、前記冷却給水口３０は、前記冷却板１９の上端から該冷却板１９の表面に沿って冷却水を流下させるように設置する。外槽４は、外枠１に対して相対的に移動（振動）することから、前記給水電磁弁２６，２７と給水口２９，３０の間の水路には、フレキシブルホース３１，３２を介在させる。

３３は、洗濯物である。

前記駆動装置７の具体的な構成を図２〜図８を参照して説明する。図２は、駆動装置７の縦断側面図、図３は、駆動装置７におけるＤＣブラシレスモータ７２のロータ７２１の一部を縦断して示す側面図、図４は、Ｎｄ系磁石の不可逆減磁率を示した特性曲線図、図５は、駆動装置７におけるＤＣブラシレスモータ７２の巻線７２２を施したステータ７２３の平面図、図６は、同巻線７２２を施したステータ７２３の一部を縦断して示す側面図、図７は、３相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗに１８０度の電気角で駆動電流を供給する１８０度通電方式における駆動電流の流れを示す模式図、図８は、３相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗに１８０度の電気角で駆動電流を供給する１８０度通電方式における駆動電流の流れを示す模式図である。

この実施例１における駆動装置７は、駆動源としてＤＣブラシレスモータ７２を使用し、その回転をクラッチ機構７３を介して減速機構７４に伝達し、減速機構７４から前記２重回転出力軸７１を導出する基本構成である。

前記減速機構７４は、減速機構ケース７４１内にベアリング７４２ａ，７４２ｂによって支持した遊星歯車ユニット７４３を収容し、この遊星歯車ユニット７４３の外ケース７４３ａから外側入力軸７４３ｂと前記２重回転出力軸７１の外側出力軸７１１を導出する。そして、前記遊星歯車ユニット７４３における太陽歯車軸を前記外側入力軸７４３ｂの内側に内側入力軸７４３ｃとして導出し、外側環状歯車から前記２重回転出力軸７１の内側出力軸７１２を導出する。前記減速機構ケース７４１は、前記ベース６に取り付けるための取り付けベース７５に取り付ける。

前記ＤＣブラシレスモータ７２は、磁極として希土類磁石であるネオジ（Ｎｄ）系磁石７２１ａを取り付けたロータ７２１を前記減速機構７４における内側入力軸７４３ｃに取り付け、巻線７２２を施したステータ７２３は、ステータケース７２４を介して前記減速機構７４における減速機構ケース７４１に取り付ける。７２５は、ロータ７２１に取り付けた磁極（磁石７２１ａ）の回転位置を検出する磁極位置センサである。

前記クラッチ機構７３は、前記減速機構７４における外側入力軸７４３ｂの外周に形成したセレーションに係合して軸方向に摺動する摺動子７３１を備え、前記取り付けベース７５に取り付けた電動操作機７３２によってクラッチレバー７３３を揺動させることにより前記摺動子７３１を摺動させて前記外側入力軸７４３ｂと前記ロータ７２１の係合関係を断続する構成である。因に、摺動子７３１がロータ７２１に係合すると該ロータ７２１の回転は外側入力軸７４３ｂと内側入力軸７４３ｃの双方に伝達され、摺動子７３１とロータ７２１の係合が解かれると該ロータ７２１の回転は内側入力軸７４３ｃにのみ伝達される。

このような駆動装置７におけるクラッチ機構７３，減速機構７４，２重回転出力軸７１は、特開２０００−２５４３８８号公報や特開２００２−３４６２８４号公報に詳しく記載されている構成を参照して任意の構成で実施することができる。

ここで、前記ＤＣブラシレスモータ７２について、図３〜図８を参照して更に具体的に説明する。

図３に示すように、ロータ７２１は、下向きに開口したカップ状形態の樹脂モールド部材であり、カップの底に相当する天井に挿入した内側入力軸７４３ｃにワッシャー７２６を介してナット７２７により締め付けて固定する。また、ロータ７２１は、補強リブ７２１ｂや回転時に巻線７２２に対する冷却風発生用のブレード７２１ｃを備え、外周には、回転トルク発生のための磁極として極数分のＮｄ系磁石７２１ａを樹脂モールドにより固定する。このＮｄ系磁石７２１ａは、位置決め固定のために表面を部分的に露出させている。すなわち、Ｎｄ系磁石７２１ａは、ロータ７２１の外周面に対して凹状部分を形成するような形態で取り付ける。

また、ロータ７２１の内周側には磁極位置検出用の磁石７２１ｄを設置する。この磁石７２１ｄは、比較的に安価な鉄酸化物粉末（Ｂａ系やＳｒ系などがある）を主原料としたフェライト系の磁石を採用する。この磁石７２１ｄは、磁極位置センサ７２５によりロータ７２１の磁極位置を検知するために使用する。

更に、カップの底に相当する天井の外側には、摺動子７３１が係合・離脱する係合穴７２１ｅを備える。

回転トルク発生用磁極の磁極源として採用するＮｄ系磁石７２１ａは、フェライト系磁石と比較すれば、その価格は数倍と高価である。また、Ｎｄ系磁石７２１ａは、熱減磁限界温度が低いために、熱減磁限界温度を超えて使用すると急激に磁気特性が低下して不可逆減磁を生じることから、高温になる環境での使用が困難である。また、耐食性も劣るために、表面が露出している部分には塗装やメッキ処理などの表面加工が必要である。

Ｎｄ系磁石７２１ａの磁気特性は、フェライト系磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）が０．３〜０．４（Ｔ）に対して、Ｎｄ系磁石７２１ａの残留時速密度は、１．０〜１．４（Ｔ）あり、磁束密度を高くとれるので、フェライト系磁石を使用したインバータモータと同じ大きさであれば、Ｎｄ系磁石７２１ａを使用することにより約３〜４倍の高トルクを得ることができる。

しかし、Ｎｄ系磁石７２１ａは、前述したように、温度に対し弱く、熱減磁作用によって磁束が無くなるキュリー温度（熱減磁限界温度）が、フェライト系磁石の４５０〜４６０℃に対してＮｄ系磁石７２１ａは１４０〜２００℃程度である。また、Ｎｄ系磁石７２１ａは、磁石自体の電気抵抗が低いために表面磁束の変動により渦電流が発生し易く、この渦電流により発生した渦電流損によりＮｄ系磁石自体が発熱して温度上昇し易い性質があることから、磁石７２１ａの表面をロータ７２１の外周面に対して低くして凹状部を形成した構成は、ロータ７２１の回転時に空気の乱流を発生させて露出した表面からの熱放散を良くして冷却効率を高める効果が得られる。また、ロータ７２１の外周面を構成する樹脂モールド部材は、Ｎｄ系磁石７２１ａの外径よりも面高に位置していることから、組み立て作業時にＮｄ系磁石７２１ａの表面がステータ７２３の内径側に衝突してＮｄ系磁石７２１ａの表面加工（メッキ）面を傷めることも防止することができる。

図４は、Ｎｄ系磁石の不可逆減磁率を示したものであり、不可逆減磁率が３％以内の温度を熱減磁限界温度としている。Ｎｄ系磁石の不可逆減磁率の温度に対する特性は、曲線ａ〜ｅで例示すことができる。熱減磁限界温度を上げる対策は、Ｎｄ系磁石７２１ａを構成している３成分の粒径を均一に小さくしたり、Ｃｏ（コバルト）などの高価な元素を添加したりすることによって実現することができるが、コスト高となる。また、特性のバラツキを小さくするためは、設備関係の固定費が増加し、結局は、材料費および固定費が増加して大幅なコスト高となる。

このために、温度特性による不可逆減磁率の低下が許容範囲内でコスト的にも実用的な範囲のＮｄ系磁石７２１ａの特性は、特性曲線ｃ，ｄのものが適切である。すなわち、熱減磁限界温度が１４０〜１８０℃程度のもが経済的に実用範囲となる。

図５および図６に示すように、環状のステータ７２３は、その内側に、１２分割したティース７２３ａを備え、各ティース７２３ａは、絶縁部材７２３ｂで覆った上に集中巻きしたＵ，Ｖ，Ｗ相の３相の巻線７２２を設け、各相の巻線７２２は、その内端を星形結線し、その外端をＵ相端子７２３ｕ，Ｖ相端子７２３ｕ，Ｗ相端子７２３ｗに接続する。

Ｕ，Ｖ，Ｗ相の巻線７２２は、この実施例１では、１２分割したティー７２３ａの各ブロックにおいて、Ｖ−Ｖ−Ｕ−Ｕ−Ｗ−Ｗ−Ｖ−Ｖ−Ｕ−Ｕ−Ｗ−Ｗの順に巻き込むように施す。

この実施例１のＤＣブラシレスモータ７２は、３相の巻線７２２に対して電気角で１８０度通電方式のものであり、Ｕ相巻線，Ｖ相巻線，Ｗ相巻線の各巻線７２２上にサーマルプロテクタ７２８ａ〜７２８ｃを取り付け、これらの３つのサーマルプロテクタ７２８ａ〜７２８ｃは接続線７２８ｄ，７２８ｅによって直列接続し、３つの内の１つでも動作したときには、ＤＣブラシレスモータ７２への給電を停止して過熱防止するように使用するためにコネクタ７２８ｆによってＤＣブラシレスモータ７２外に導出する。３つのサーマルプロテクタ７２８ａ〜７２８ｃを直列接続して使用する構成は、過負荷過熱時における３つのサーマルプロテクタ７２８ａ〜７２８ｃ検出誤差を最少にするように作用する。

各ティース７２３ａに施した各巻線７２２の上部表面は、インナータイプの巻線の場合には整列巻とすることが困難であることから表面に凹凸が発生して平坦な状態にはならないので、各巻線７２２の上部表面にそれぞれ取り付ける温度検出素子であるサーマルプロテクタ７２８ａ〜７２８ｃは、それぞれ、熱伝導性の良いシリコン系の接着剤７２９を塗布して各巻線７２２との間に発生する空隙を埋めるようにして取り付ける。

因に、巻線７２２の凹凸が激しい上部表面に取り付けた各サーマルプロテクタ７２８（ａ〜ｃ）と巻線７２２の間に発生する空隙をそのままにしておくと、巻線７２２の表面の温度が空隙における空気断熱によって各サーマルプロテクタ７２８に迅速且つ均等に伝熱されず、巻線７２２の表面温度と各サーマルプロテクタ７２８の間に大きな温度差が発生することから、各サーマルプロテクタ７２８に大きな感出温度誤差を発生させることになる。

また、各サーマルプロテクタ７２８は、巻線７２２の表面からの振動などにより脱落しないように耐熱性のタイトバンド（図示省略）によって巻線７２２に縛り付けて固定するように取り付けるが、タイトバンドにより固定してからシリコン系の接着剤７２９を塗布することにより、作業性が良く、安定して塗布を行うことができる。

この実施例１では、温度検出素子としてサーマルプロテクタ７２８を使用したが、サーミスタのような他の形態の素子も使用することができる。

電気洗濯機に使用するような小型のＤＣブラシレスモータ７２の巻線７２２の絶縁階級はＥ種絶縁かＢ種絶縁が多い。これらのＤＣブラシレスモータ７２は、巻線７２２の定格限界温度は、各々１１５℃または１２０℃となっている。前記サーマルプロテクタ７２８は、巻線７２２の温度が定格限界温度を越えると動作して駆動電流を遮断するように機能する。巻線７２２の温度を検出するサーマルプロテクタ７２８自身の特性誤差と取り付けのバラツキによる取り付け誤差を考慮すると、この実施例１では、サーマルプロテクタ７２８自身の特性誤差を±５℃、取り付け誤差を±１０℃とすると、合計では±１５℃の温度誤差となり、その幅は最大で３０℃となる。従って、サーマルプロテクタ７２８の動作温度を巻線７２２の定格限界温度に合わせて設定すると、サーマルプロテクタ７２８が動作するときの巻線７２２の最高温度は、最大温度誤差を考慮すると、Ｅ種絶縁では１１５℃＋１５℃＝１３０℃、Ｂ種絶縁では１２０℃＋１５℃＝１３５℃となる。すなわち、最悪の条件では、サーマルプロテクタ７２８は、巻線７２２の温度がこのような最高温度になったときに動作する。

このときのロータ７２１のＮｄ系磁石７２１ａの温度は、（巻線７２２）→（絶縁部材７２３ｂ）→（鉄心７２３）→（エアーギャップ）→（Ｎｄ系磁石７２１ａ）の熱勾配となり、その温度差は、前記温度誤差よりも大きくなる。これは、集中巻きする巻線７２２を保護する絶縁部材７２３ｂの厚さが分布巻のものよりも大きな機械強度を必要とするために厚くなって熱勾配が大きくなることにもよる。

従って、サーマルプロテクタ７２８が動作するときのロータ７２１のＮｄ系磁石７２１ａの温度は、巻線７２２の定格限界温度よりも低い温度となることから、これらの温度よりも高い１４０〜１８０℃程度の熱減磁限界温度のＮｄ系磁石７２１ａを使用することによって、サーマルプロテクタ７２８による過熱防止により、巻線７２２の焼損防止と共にＮｄ系磁石７２１ａの熱減磁を有効に防止することができる。

このようにして巻線７２２の焼損防止とＮｄ系磁石７２１ａの熱減磁を防止するために必要なサーマルプロテクタ７２８の数は、ＤＣブラシレスモータ７２の巻線７２２に供給する駆動電流の通電角によって異なる。１８０度通電方式のＤＣブラシレスモータ７２では、３相の巻線７２２の総てにサーマルプロテクタ７２８を取り付けることが必要であるが、１２０度通電方式のＤＣブラシレスモータ７２では、３相の内の２相の巻線７２２にサーマルプロテクタ７２８を取り付ければ足りる。

図７は、３相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗに１８０度の電気角で駆動電流を供給する１８０度通電方式における駆動電流の流れを示している。

電気角１８０度通電方式は、ＤＣブラシレスモータ７２のＵ相端子７２３ｕ，Ｖ相端子７２３ｖ，Ｗ相端子７２３ｗから３相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗにそれぞれに矢印で示すように１８０度の電気角で給電する通電方式であり、具体的には、Ｕ相端子７２３ｕに接続されたＵ相巻線７２２ｕからＶ相巻線７２２ｖとＷ相巻線７２２ｗに通電し、次に、Ｖ相端子７２３ｖに接続されたＶ相巻線７２２ｖからＵ相巻線７２２ｕとＷ相巻線７２２ｗの方向へ通電し、次に、Ｗ相端子７２３ｗに接続されたＷ相巻線７２２ｗからＵ相巻線７２２ｕとＶ相巻線７２２ｖの方向へ通電する制御を行う。この１８０度通電方式において各相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗに流れる電流は、Ｕ相巻線７２２ｕからＶ相巻線７２２ｖとＷ相巻線７２２ｗに通電する場合には、電流の大きさは、Ｖ相巻線７２２ｖ，Ｗ相巻線７２２ｗ共にＵ相巻線７２２ｕに流れる電流の半分となる。また、Ｖ相巻線７２２ｖからＵ相巻線７２２ｕとＷ相巻線７２２ｗに通電する場合には、電流の大きさは、Ｕ相巻線７２２ｕとＷ相巻線７２２ｗ共にＶ相巻線７２２ｖに流れる電流の半分となる。同様に、Ｗ相巻線７２２ｗからＵ相巻線７２２ｕとＶ相巻線７２２ｖに通電する場合の電流の大きさは、Ｕ相巻線７２２ｕとＶ相巻線７２２ｖ共にＷ相巻線７２２ｗに流れる電流の半分となる。このために、運転中に何らかの異常で通電状態に拘束された場合には、各巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗに過電流が流れて過熱状態となるが、各相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗへの通電状態により各相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗに流れる電流値が異なって温度上昇特性が異なることになる。このために、サーマルプロテクタ７２８は、各相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗに対して設けることが必要である。

図８は、３相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗに１２０度の電気角で駆動電流を供給する１２０度通電方式における駆動電流の流れを示している。

電気角１２０度通電方式は、ＤＣブラシレスモータ７２のＵ相端子７２３ｕ，Ｖ相端子７２３ｖ，Ｗ相端子７２３ｗから３相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗにそれぞれに矢印で示すように１２０度の電気角で給電する通電方式であり、具体的には、次のような給電状態（ａ：Ｕ→Ｖ、ｂ：Ｕ→Ｗ、ｃ：Ｖ→Ｗ、ｄ：Ｖ→Ｕ、ｅ：Ｗ→Ｕ、ｆ：Ｗ→Ｖの順序）となる。運転中はａからｆの順番の繰り返し給電となってどの巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗも同じ温度となる。拘束時は、各相の線間のみに過電流が流れるので、サーマルプロテクタ７２８は、Ｕ相巻線７２２ｕ，Ｖ相巻線７２２ｖ，Ｗ相巻線７２２ｗの何れか２相上に設ければ良いことになる。

すなわち、１８０度通電方式のＤＣブラシレスモータ７２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗの総て上面にそれぞれ設置することが必要であるが、電気角で１２０度の通電方式のＤＣブラシレスモータ７２は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の巻線７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗの何れか２相の巻線上にサーマルプロテクタ７２８を設ければ良いことになる。

図９は、この実施例におけるＤＣブラシレスモータ７２のための基本駆動回路を示す制御装置２５のブロック図である。この制御装置２５は、コンセント２５１によって交流１００ボルトの商用電源３４に接続して受電する。受電した交流１００Ｖの電源電圧は、電源スイッチ２５２を介して電源ラインノイズや空中電波ノイズをカットするフィルター回路２５３に導き、更に、ＤＣブラシレスモータ７２の駆動電源である整流回路２５４で交流電圧から直流電圧に変換してインバータ回路２５５に供給する。このインバータ回路２５５は、ＤＣブラシレスモータ７２のＵ相巻線７２２ｕ，Ｖ相巻線７２２ｖ，Ｗ相巻線７２２ｗの各巻線に給電するＩＧＢＴ素子回路によって構成する。インバータ回路２５５の制御は、マイクロコンピュータ２５６によって制御する。

マイクロコンピュータ２５６は、制御プログラムを内蔵し、操作パネル２５７からの指示入力によって制御定数を設定し、湿度センサ２０から出力する湿度検出信号を参照しながら、排水電磁弁１２，電動送風ファン１３，ヒータ２１，洗濯用給水電磁弁２６，冷却用給水電磁弁２７，クラッチ機構７３における電動操作機７３２を駆動する負荷駆動回路２５８を制御し、ＤＣブラシレスモータ７２の磁極位置センサ７２５から入力するロータ７２１の磁石７２１ａの回転位置検出信号を参照しながらインバータ回路２５５を制御する。負荷駆動回路２５８は、フィルター回路２５３から出力する交流電圧を電源電圧とする構成である。

３つのサーマルプロテクタ７２８ａ〜７２８ｃの直列接続回路に連なるコネクタ７２８ｆは、フィルター回路２５３と整流回路２５４の間に直列関係に挿入する。

電気洗濯機は、電気部品を駆動するために各電気部品に給電するための配線をまとめて束ねており、特にインバータ駆動のモータの配線は、電気部品が動作するときに発生する内部ノイズを多く含むことにから、電源スイッチ２５２の直後にはフィルター回路２５３を設け、サーマルプロテクタ７２８ａ〜７２８ｃはその後段に挿入して給電回路遮断時に発生する内部ノイズを電源ラインに戻りにくくしている。また、フィルター回路２５３と整流回路２５４の間は交流電圧回路であって電圧が零の部分があるので直流電源を遮断することによりサーマルプロテクタ７２８ａ〜７２８ｃによる給電遮断の信頼性が向上する。また、サーマルプロテクタ７２８ａ〜７２８ｃによって給電を直に遮断する構成は、電源ノイズや静電気等によってマイクロコンピュータ２５６が誤動作や暴走している状態においてもＤＣブラシレスモータ７２を保護することができる。

交流側でリレーを使用して給電を遮断する場合には、リレーの励磁コイルにサーマルプロテクター７２８ａ〜７２８ｃを接続する構成とすることにより、低電圧で直流の小電流接点容量のサーマルプロテクター７２８ａ〜７２８ｃを使用することができる。

このような洗濯乾燥機において、洗濯物の洗濯・脱水および乾燥を行う場合には、先ず、外蓋２４を開け、次に、内蓋１７を開けて洗濯物３３を洗濯兼脱水槽９内へ投入し、制御装置２５の操作パネル２５７を操作してマイクロコンピュータ２５６に指示入力する。

指示入力を受けたマイクロコンピュータ２５６は、制御プログラムを実行することにより、洗濯工程においては洗濯用給水電磁弁２６を開いて洗濯兼脱水槽９（外槽４）内に洗濯に必要な量の洗濯水を給水する。洗濯水の給水を終了すると、洗濯兼脱水槽９を静止させた状態で撹拌翼１０を休止を挾んで正逆回転させて洗濯物３３を撹拌して洗濯するようにクラッチ機構７３の電動操作機７３２とインバータ回路２５５（ＤＣブラシレスモータ７２）を制御する。

洗濯を終了すると、排水電磁弁１２を開いて外槽４内の洗濯水を排水ホース１４に排水する。

排水後に洗濯物３３に含まれる洗濯水は、排水電磁弁１２を開いた状態で、洗濯兼脱水槽９と撹拌翼１０を一体的に高速回転させるようにクラッチ機構７３の電動操作機７３２とインバータ回路２５５（ＤＣブラシレスモータ７２）を制御して遠心脱水する。

洗濯および脱水を終了すると、洗濯物３３の量や設定された洗濯コースにもよるが、自動的に乾燥工程へ移行する。この乾燥工程では、洗濯物３３に含まれる水分を洗濯兼脱水槽９の高速回転によって遠心力で十分に除去した後に、洗濯兼脱水槽９を約４０ｒｐｍ前後の低速度で回転させながら外槽４および洗濯兼脱水槽９内の空気を循環風路１８に循環させるように電動送風ファン１３を運転する。これにより、外槽４内の空気が循環風路１８内に吸い出されて矢印に示すように流れ、温風吹き出し口２２から洗濯兼脱水槽６内に還流する。循環風路１８における上昇加熱風路１８ｃの途中に設けヒータ２１によって循環空気を加熱することにより、温風吹き出し口２２から洗濯兼脱水槽６内に吹き出す空気を温風とする。洗濯兼脱水槽９内に吹き込まれた温風は、洗濯兼脱水槽９内の洗濯物３３から水分を奪って湿潤し、高温高湿の空気が外槽４の排気口４ｂから循環風路１８における上昇除湿風路１８ａに吸い出される。

循環風路１７を循環する循環空気の湿度が飽和状態になるとその後は洗濯物３３から水分を奪うことができなくなることから、湿度センサ２０から出力する湿度検出信号が飽和状態を示すようになると、冷却用給水電磁弁２７を開いてフレキシブルホース３２を介して冷却給水口３０から冷却板１９の表面に沿って冷却水を流下させるように給水する。このときの給水量は、約３Ｌ／分程度の量とする。

これにより、冷却板１９が冷却されることから、循環風路１８における上昇除湿風路１８ａ内を上昇する高温高湿の循環空気は冷却除湿されて低湿となり、温風吹き出し口２２から洗濯兼脱水槽６内に吹き出す温風は、低湿度となる。

このようにして洗濯兼脱水槽９内の洗濯物３３を乾燥させるが、洗濯物３３の表面部分と中心部分では乾燥の程度が異なって乾燥むらが発生する。従って、時々は、洗濯兼脱水槽９の回転を停止させ、撹拌翼１０を正逆回転するように駆動装置７を制御しながら温風を循環させて乾燥工程を進行させ、循環空気の湿度が所定の値まで低下したときに乾燥工程を終了する。

図１０は、駆動装置７におけるＤＣブラシレスモータ７２のロータ７２１が拘束状態になったときの巻線７２２の温度上昇とロータ７２１の外周に設けられたＮｄ系磁石７２１ａの表面温度の関係を示した特性図である。この特性図は、ＤＣブラシレスモータ７２のロータ７２１が拘束されたときに巻線７２２に流れる駆動電流を約４（Ａ）としてサーマルプロテクタ７２８ａを動作させたときのものである。

サーマルプロテクタ７２８ａが動作したときの巻線７２２の表面温度とＮｄ系磁石７２１ａの表面の温度差（温度勾配）は３０℃となっている。
この実施例１において、前述したように、サーマルプロテクタ７２８自身の特性誤差を±５℃、取り付け誤差を±１０℃として合計では±１５℃の温度誤差であるとすると、この温度誤差は、巻線７２２とＮｄ系磁石７２１ａの間の温度差（温度勾配）の範囲内となるので、巻線７２２の定格限界温度で動作するように設定したサーマルプロテクター７２８ａによってＮｄ系磁石７２１ａの熱減磁を余裕をもって防止することができる。Ｎｄ系磁石７２１ａの熱減磁限界温度を１４０℃とすると、サーマルプロテクタ７２８ａは、１３５±５℃のものを使用することにより、Ｎｄ系磁石７２１ａの熱減磁を確実に防止することができる。

これにより、巻線７２２の温度が上昇しても、温度誤差を含めてロータ７２１に取り付けたＮｄ系磁石７２１ａの温度をサーマルプロテクタ７２８によって間接的に検出してＤＣブラシレスモータ７２への給電を遮断制御することができるので、熱減磁限界温度を比較的に低くした経済的なＮｄ系磁石７２１ａを安全に使用することができる。

実施例１は、洗濯兼脱水槽を縦軸となるように設置した電気洗濯機であるが、洗濯兼脱水槽を斜め軸または横軸となるように設置した電気洗濯機においても同様の技術思想を適用して実施することができる。

本発明の実施例１における洗濯乾燥機の縦断側面図である。 本発明の実施例１における駆動装置の縦断側面図である。 本発明の実施例１における駆動装置のロータの一部を縦断して示す側面図である。 Ｎｄ系磁石の不可逆減磁率を示した特性曲線図である。 本発明の実施例１における駆動装置のＤＣブラシレスモータの巻線を施したステータの平面図である。 本発明の実施例１における駆動装置のＤＣブラシレスモータの巻線を施したステータの一部を縦断して示す側面図である。 ＤＣブラシレスモータにおける１８０度通電方式における駆動電流の流れを示す模式図である。 ＤＣブラシレスモータにおける１２０度通電方式における駆動電流の流れを示す模式図である。 本発明の実施例１におけるＤＣブラシレスモータの基本駆動回路を示す制御装置のブロック図である。 本発明の実施例１におけるＤＣブラシレスモータのロータが拘束状態になったときの巻線とＮｄ系磁石の表面温度の関係を示した特性図である。

符号の説明

１…外枠、４…外槽、７…駆動装置、９…洗濯兼脱水槽、１０…撹拌翼、１３…電動送風ファン、１８…循環風路、２０…湿度センサ、２１…ヒータ、２５…制御装置、７２…ＤＣブラシレスモータ、２５５…インバータ回路、２５６…マイクコンピュータ、７２１…ロータ、７２１ａ…希土類（Ｎｄ系）磁石、７２２（７２２ｕ，７２２ｖ，７２２ｗ）…巻線、７２３…ステータ、７２８ａ〜７２８ｃ…サーマルプロテクタ、７２９…接着剤。

Claims (8)

1. ロータの磁極源として希土類磁石を使用し、ステータに３相巻線を集中巻きしたＤＣブラシレスモータを駆動源として備え、インバータによって前記ＤＣブラシレスモータの３相巻線に１２０度の電気通電角で駆動電流を供給する洗濯機において、
   前記ＤＣブラシレスモータの３相巻線であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相のいずれか２相の巻線上にそれぞれ温度検出素子を設置し、前記各温度検出素子は、前記磁石の温度を間接的に検出して該磁石の温度が該磁石の熱減磁の温度を超えない範囲で設定した上限温度に達したときに前記ＤＣブラシレスモータの巻線に流れる駆動電流を遮断するように構成したことを特徴とする洗濯機。
2. ロータの磁極源として希土類磁石を使用し、ステータに３相巻線を集中巻きしたＤＣブラシレスモータを駆動源として備え、インバータによって前記ＤＣブラシレスモータの３相巻線に１８０度の電気通電角で駆動電流を供給する洗濯機において、
   前記ＤＣブラシレスモータの３相巻線であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の巻線上にそれぞれ温度検出素子を設置し、前記各温度検出素子は、前記磁石の温度を間接的に検出して該磁石の温度が該磁石の熱減磁の温度を超えない範囲で設定した上限温度に達したときに前記ＤＣブラシレスモータの巻線に流れる駆動電流を遮断するように構成したことを特徴とする洗濯機。
3. 請求項１または２において、前記各温度検出素子は、上限温度に達したときに、前記ＤＣブラシレスモータの巻線に供給する駆動電流の電源を直に遮断するように構成したことを特徴とする洗濯機。
4. 請求項１〜３の１項において、前記ＤＣブラシレスモータの３相の各巻線は、Ｂ種絶縁またはＥ種絶縁を施し、前記磁石は、１４０℃〜１８０℃の熱減磁温度のＮｄ系磁石であることを特徴とする洗濯機。
5. ロータの磁極源として希土類磁石を使用し、ステータに３相巻線を集中巻きし、インバータによって前記３相巻線に１２０度の電気通電角で駆動電流が供給されるＤＣブラシレスモータにおいて、
   前記３相巻線であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相のいずれか２相の巻線上にそれぞれ温度検出素子を設置し、前記各温度検出素子は、前記磁石の温度を間接的に検出して該磁石の温度が該磁石の熱減磁の温度を超えない範囲で設定した上限温度に達したときに前記ＤＣブラシレスモータの巻線に流れる駆動電流を遮断するように構成したことを特徴とするＤＣブラシレスモータ。
6. ロータの磁極源として希土類磁石を使用し、ステータに３相巻線を集中巻きし、インバータによって前記３相巻線に１８０度の電気通電角で駆動電流が供給されるＤＣブラシレスモータにおいて、
   前記３相巻線であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の巻線上にそれぞれ温度検出素子を設置し、前記各温度検出素子は、前記磁石の温度を間接的に検出して該磁石の温度が該磁石の熱減磁の温度を超えない範囲で設定した上限温度に達したときに前記巻線に流れる駆動電流を遮断するように構成したことを特徴とするＤＣブラシレスモータ。
7. 請求項５または６において、前記各温度検出素子は、上限温度に達したときに、前記巻線に供給する駆動電流の電源を直に遮断するように構成したことを特徴とするＤＣブラシレスモータ。
8. 請求項５〜７の１項において、前記３相の各巻線は、Ｂ種絶縁またはＥ種絶縁を施し、前記磁石は、１４０℃〜１８０℃の熱減磁温度のＮｄ系磁石であることを特徴とするＤＣブラシレスモータ。
   

Images