JP2008119283A

JP2008119283A - 洗濯機

Info

Publication number: JP2008119283A
Application number: JP2006307341A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Eda; 浩明詠田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-05-29
Also published as: CN101182675A

Abstract

【課題】洗濯に伴う各種工程を直流ブラシレスモータの回転出力に基づいて行う洗濯機において、直流ブラシレスモータの制御の際に、ノイズを発生させることのない洗濯機を提供する。
【解決手段】直流ブレシレスモータのような駆動用のモータ部２自体が、その駆動回路３２及びインバータ回路３３を搭載している。駆動回路３２で生じ制御用のパルス幅変調（ＰＷＭ）が従来の洗濯機のように配線を流れることがなく、配線がアンテナ化して輻射ノイズが生じるのを低減できるとともにフィルタ回路が簡略化されるので、洗濯機のコスト低減と損失低減が期待できる。また、駆動回路３２がモータ部２内に包含されるので、モータの筐体を介して放熱され、回路の発熱を外に逃がすため大型放熱板は不要となる。更に、操作部回路の小型化が実現でき回路の薄型化で前面が低くなり、衣類投入時の使用性が向上する。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータの回転出力を洗濯に関する各工程の駆動力として用いる洗濯機、特に、インバータ駆動されるモータの出力がパルセータの回転軸や洗濯兼脱水槽等の回転のための駆動力をして用いられる洗濯機に関する。

騒音や振動等を軽減し、出力回転数の可変幅を広く取るため、３相モータを用いたインバータ制御方式の洗濯機が提案されている。なお、３相モータとは誘導モータ又は３相の直流（ＤＣ）ブラシレスモータをいう。３相モータを駆動するには、互いに位相が１２０゜ずれた３相交流を３相モータに印加する必要がある。

本出願人は、既にインバータ制御方式で且つベルト伝動機構を持つ洗濯機を提案している（特許文献１参照）。図５には、そうした提案に係る洗濯機１０の内部の概略構成が断面図として示されている。洗濯機１０は、一槽式の全自動洗濯機であり、本体１１の内部に洗濯槽を兼ねた脱水槽１２及び水槽１３を備えている。水槽１３はサスペンション部１４によって本体１１に弾性吊持されており、脱水槽１２は水槽１３の内側に回転可能に設置されている。脱水槽１２の底部にはパルセータ１５が設けられている。本体１１は、洗濯物を出し入れするための蓋１１ａを有する。洗濯機１０は、水道や風呂ポンプに接続されて水槽１３に給水するための給水管１６、給水を制御するための給水弁１７、水槽１３から排水するための排水管１８、排水を制御するための排水弁１９、及び水槽１３の水を循環させるための循環ポンプ２０を備えている。循環ポンプ２０を動作させることにより空気を水槽１３の水に混入させて、洗剤の溶解を促進することや洗いの効果を高めることもできる。

水槽１３の下部には直流（ＤＣ）ブラシレスモータ（以下、「モータ」と略す）２１と、回転軸２２ａを有する伝達機構２２が固定されている。モータ２１の回転は、その回転軸２１ａに設けられたプーリ２１ｂと回転軸２２ａに設けられたプーリ２２ｂの間に掛けられたベルト２３を介して、伝達機構２２に伝えられる。伝達機構２２は減速ギヤ及びクラッチを内蔵しており、モータ２１の回転は、減速された上で脱水槽１２及びパルセータ１５に伝達される。クラッチにより回転軸２２ａに連結された状態にあるとき、脱水槽１２やパルセータ１５は、モータ２１の回転に同期して回転し、モータ２１が停止しているときは停止する。また、回転中の脱水槽１２やパルセータ１５に加わる負荷は、モータ２１の負荷となる。

洗い工程やすすぎ工程においては、モータ２１の回転を伝達されたパルセータ１５が回転して、水槽１３内に回転水流を生じさせる。脱水工程においては、モータ２１の回転を伝達された脱水槽１２がパルセータ１５と同速度で回転し、これにより生じる遠心力で脱水槽１２内の洗濯物から水が除去される。なお、脱水槽１２には、分離した水を排出するための小孔が多数設けられているが、穴なし槽とすることも可能である。

本体１１の上部には、操作部２４、表示部２５、ブザー２６、及び蓋１１ａの開閉を検知する蓋センサ２７が備えられており、水槽１３の側方には水槽１３内の水位を検出する水位センサ２８が備えられている。また、操作部２４の下部には、洗濯機１０の動作全体を制御するための、マイクロコンピュータより成る主制御部（制御手段）３０ａが設けられている。モータ２１の近傍には、モータ２１に回転駆動力を供給するための駆動部４１、及び駆動部４１を介してモータ２１の回転を制御するためのマイクロコンピュータから成る副制御部（制御手段）４０が設けられている。なお、洗濯機は循環ポンプ２０等を設けない形態とすることも可能である。

洗濯機１０の動作制御に関する制御ブロックの概略が図６に示されている。主制御部３０ａは、洗い、すすぎ、脱水等の各工程の動作内容や、工程の実行順序、即ち処理コースを記したプログラムを記憶しており、このプログラムに従って、給水弁１７や排水弁１９の開閉、循環ポンプ２０の運転、及び伝達機構２２におけるモータ出力回転の伝達先の切り換えを制御し、副制御部４０を介してモータ２１の回転を制御する。主制御部３０ａは、蓋センサ２７の出力に基づいて蓋１１ａの状態を判断し、蓋１１ａが開いているときには脱水槽１２を高速で回転させる脱水工程を開始しない。また、脱水工程の途中で蓋１１ａが開けられたときは、モータ２１を停止させて脱水槽１２の回転を直ちに停止させる。

処理コースには、洗い、中間脱水、すすぎ、脱水の各工程をこの順序で行う全自動コースのほかに、途中の工程までで処理を中止する、途中の工程から処理を開始したりする等の幾つかのコースがある。使用者は、操作部２４を操作することにより、所望のコースを選択可能である。また、任意の一工程のみを行う指示を与えることも可能である。全自動コースでは洗い工程に先だって布量検出を行う。これは、水位やモータ２１の回転数の適正値を算出するための処理であり、主制御部３０ａは、洗濯物が洗濯槽１２に入れられている状態で水槽１３に給水する前にパルセータ１５を少時回転させ、この時モータ２１にかかる負荷から布量を判断する。主制御部３０ａは、後続の洗い工程やすすぎ工程では、こうして検出した布量に応じて、水位センサ２８の出力を監視しつつ給水量を制御する。また、モータ２１を回転させるときには、検出した布量に基づいて目標回転数を定める。

使用者は、操作部２４を操作することにより、所望の水位を指定することや、洗い、すすぎ及び脱水の強さや時間を指定することも可能である。これらの手動操作による指定は、全自動コース以外のコースを洗濯したときに有用である。洗い等の強さを指定されたとき、主制御部３０ａは、その指定に基づいてモータ２１の目標回転数を設定する。表示部２５は、使用者の操作を援助するための情報、進行中の工程、全工程終了までの残り時間等を表示するためのものである。主制御部３０ａは、脱水工程開始時に蓋１１ａが開いている場合や、何らかの異常が生じた場合には、その旨を表示部２５に表示するとともに、ブザー２６より警報音を発する。

洗濯機１０では、モータ２１として３相直流ブラシレスモータが使用されており、６個のスイッチング素子を３相全波ブリッジ構成にしたインバータ回路４３からモータ２１に駆動電力が供給される。駆動部４１は、このインバータ回路４３と、副制御部４０から与えられる駆動信号（インバータ信号ＩＳ）に基づいてインバータ回路４３のスイッチング素子を駆動する駆動回路４２とを備えている。

主制御部３０ａは、モータ２１の回転を制御するために制御データＳ１を、そのタイミングを表すクロックＣＬとともに、副制御部４０に送信する。クロックＣＬは特に限定されないが、例えば２５０Ｈｚとされる。これは、インバータ信号ＩＳが３〜５ｋＨｚ程度の高周波であり、一方、商用電源の５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであり、これらと大きく離れた周波数であればノイズ等の影響が少なくなると考えられることによる。

副制御部４０は、クロックＣＬに同期して信号Ｓ１を読み込む。また、副制御部４０は、クロックＣＬに同期して信号Ｓ２を送信する。洗濯機１０のように防水等のため配線に関して制約が多いところでは、パラレル通信よりもシリアル通信の方が、信号線数が少なくて済むので効率的である。

主制御部３０ａではタイマー等の遅延手段を用いてインバータ信号ＩＳとクロックＣＬを非同期としている。これにより、インバータ信号ＩＳによりクロックＣＬや信号Ｓ１、Ｓ２のライン上に誘起されるノイズを副制御部４０で取り込むことがなくなるので誤動作防止等の効果がある。また、脱水中に蓋１１ａが開いた場合、主制御部３０ａはクロックＣＬの供給を停止し、このことを副制御部４０が検知すると、直ちにインバータ信号ＩＳの出力を停止し、モータ２１を緊急停止する。これにより、使用者が高速回転している脱水槽に手を入れてしまうこと等の危険を防止している。

洗濯機に内蔵されるインバータ装置の回路構成が図７に示されている。商用電源５４は整流部５３で脈流状の直流に変換される。整流部５３には、例えばダイオードブリッジが使用される。そして、整流部５３で整流された直流電圧は平滑用コンデンサ５２で平滑化される。この直流電圧がインバータ回路４３に供給され、インバータ回路４３で３相交流に変換される。この３相交流の駆動電流がモータ２１に供給されることにより、モータ２１は回転する。

３相モータを駆動するにはこの３相モータに互いに１２０゜の位相がずれた３相交流を印加する必要がある。そのため、駆動部４１にはインバータ回路４３（図６、図７参照）として３相に対応した３対のアームが形成され、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）等のスイッチング素子として６個のトランジスタ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆが設けられている。前述したように平滑用コンデンサ５２の（＋）側に接続されている３個のトランジスタ３５ａ〜３５ｃを上アームと呼び、（−）側に接続されている３個のトランジスタ３５ａ〜３５ｃを下アームという。６個のトランジスタ３５ａ〜３５ｆにはそれぞれ並列にフリーホイールダイオード３４ａ〜３４ｆが接続されている。上アームのトランジスタ３５ａ〜３５ｃと下アームのトランジスタ３５ｄ〜３５ｆとの各接続点がモータ２１の電機子巻線の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）にそれぞれ接続されていて、３相全波ブリッジ構成とされている。トランジスタ３５ａ〜３５ｆのベースにはそれぞれ駆動回路３６ａ〜３６ｆ（総称して駆動回路４２に相当）が接続されており、副制御部４０の制御によりトランジスタ３５ａ〜３５ｆを駆動する。

モータ２１にはロータ位置を検出するためのホール素子４４ａ〜４４ｃが設けられている。ホール素子４４ａ〜４４ｃからの信号によりロータ位置検出回路４５でロータ位置を求め、そのロータ位置情報が副制御部４０に送信される。副制御部４０に電源を供給する電源回路３７ｂが設けられている。そして、下アーム側の駆動回路３６ｄ〜３６ｆの電源は電源回路３７ａにより供給される。なお、電源回路３７ａ、３７ｂには商用電源５４よりトランス等によって減圧された電圧が供給される。

上アームについてはブートストラップ回路により電源回路３７ａからそれぞれダイオード５０ａ〜５０ｃを介してコンデンサ５１ａ〜５１ｃに充電が行われるようにしている。コンデンサ５１ａ〜５１ｃの両端の電圧がそれぞれ駆動回路３６ａ〜３６ｃに電源電圧として印加される。これにより、１個の電源回路３７ａで６個の駆動回路３６ａ〜３６ｆの電源として働く。

制御ブロックの動作について簡単に説明すると、商用電源５４を整流回路５３及び平滑用コンデンサ５２で一旦直流電圧に変換する。そして、この直流電圧が上記各アームに供給される。各アームを構成するトランジスタ３５ａ〜３５ｆは駆動回路３６ａ〜３６ｆによりオン／オフ制御される。駆動回路３６ａ〜３６ｆには副制御部４０からそれぞれ駆動信号が送られる。これにより、副制御部４０からの信号によって３相交流が生成される。そして、この３相交流が３相のモータ２１に供給されてモータ２１を駆動する。

モータ２１として３相の直流ブラシレスモータを用いことで、誘導モータに比べて静音化や低振動化を図ることができる。一般に、直流ブラシレスモータは、３相の電機子巻線と、永久磁石で形成されたロータと、このロータの回転位置を検出するホール素子とから成る。直流ブラシレスモータは、誘導モータとは異なり、ホール素子で検出されたロータ位置に同期した信号に基づいて３相交流を生成し、これを電機子巻線に供給することにより回転する。

図８には、上記の洗濯機に用いられているインバータ装置の動作説明用の波形図が示されている。図８に示すようにパルセータを、正転、停止、逆転、停止・・・と断続的に回転するよう運転しており、前記直流ブラシレスモータを用いた洗濯機では停止期間では完全にモータを停止させるために、例えば上アームのトランジスタ３５ａ〜３５ｃをオフし、下アームのトランジスタ３５ｄ〜３５ｆをオンしてブレーキをかけている。信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ、ＨＷ、ＬＵ、ＬＶ、ＬＷはそれぞれトランジスタ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆの制御のために副制御部４０より出力される駆動信号を表す。

図８に示すように、正転モードから停止モードに移行した直後、トランジスタ３５ａ〜３５ｆを全てオフし、このスイッチングパターンを一定期間Ｋ１継続する。期間Ｋ１（ギヤケース等にもよるが、０．１〜０．５秒程度）では、モータ２１は減速ギヤ、プーリ等の機械的な摩擦によるロスで徐々に減速していき回転数が低下する。次に、上側アームのトランジスタ３５ａ〜３５ｃを全てオフしたままで、下側アームのトランジスタ３５ｄ〜３５ｆを全てオンする。これにより、後述するように電気ブレーキがかかりモータ２１を完全停止させる。この期間Ｋ２は特に限定されないが０．３〜０．５秒程度である。電気ブレーキで強制的にモータ２１を停止させているため、モータ２１の伝達機構２２に回転を伝達するベルト２３に無理な張力が発生し、たわみが発生する。このまま逆転の回転モードに移行した場合、ブレーキを解除した瞬間にこの張力によるたわみのためにモータ２１のロータが若干移動し、ロータ位置がずれる。そのため、モータ２１を起動させるときに起動不良や脱調現象が発生することになる。そこで、ブレーキ期間Ｋ２の後に、トランジスタ３５ａ〜３５ｆを再び全てオフする期間Ｋ３が設けられている。これにより、モータ２１がフリー状態となるので、ベルト２３にかかっていた張力が緩和され、ロータ位置がずれない。その後、期間Ｋ３の最後にロータ位置を検出すれば、ロータ位置がずれることがないので、正常に起動することができる。なお、逆転の回転モードから停止モードに移行し、正転の回転モードになるときでも、期間Ｋ１〜Ｋ３が設けられ、同一のスイッチングパターンを継続する。

このように、ロータに永久磁石を有する直流ブラシレスモータを基本としており、ＤＤ方式やＤＭＭ方式と比較して大きな減速比を得ることができるので、回転数を上げて駆動することでモータの効率向上（省エネ）が図れる、また、回転数を上げて駆動できるので低トルクでも良くなりモータの小型化（省資源）が図れる、更に、モータのみの交換でノンインバータタイプの水槽と共通化が図れる、等の改善が見込まれる。

しかしながら、従来のベルトインバータ方式の洗濯機においては、洗濯機の上面の操作部に近接して設けられている主制御部３０ａと、水槽１３下部に配置されている副制御部４０及び駆動部４１と、洗濯機１０の下部に配設されるモータ２１とが離れており、両者間には、例えばパワー用に３本及び信号用に５本、合計８本の配線５５，５６が接続されている。特に、トランジスタ３５ａ〜３５ｆのベースに接続されている駆動回路３６ａ〜３６ｆからモータ２１へ至る配線５６にはパルス幅変調（ＰＷＭ）制御電流が流れているので、配線５６はアンテナの役割を果たし、制御電流の流れに起因してノイズを出している。こうしたノイズは、他の家電製品に雑音として入り込む可能性があり、特に映像や音響等のいわゆるオーディオ・ビジュアル（ＡＶ）機器に対しては、映像のチラツキや音声の雑音として現れる。

また、図９に示すように、主制御部は、プリント基板５８に構成されており、発熱をするモータ制御用ＩＣには複数の放熱リブ５９ａ（一部のみ符号を付す）が並んで起立した状態に設けられた大型の放熱板５９が取り付けられている。このような放熱板５９付きの基板５８は、ケース５７内に嵌め込まれてウレタン樹脂のポッティンによって防湿対策とされているが、放熱リブ５９ａの高さの寸法によって嵩高になっている。

高周波ノイズの放射軽減を図った別の従来技術として、モータやクラッチ機構を駆動する補助コントローラをコントローラカバーで覆って洗濯機の下側空間に位置するセンターベースに取り付ける全自動洗濯機が提案されている（特許文献２）。この全自動洗濯機によれば、補助コントローラがモータとクラッチ機構との間近に配置され、配線距離が短くなるので、高周波成分を含む電流供給を行ったときの、高周波ノイズの放射を軽減することが図られている。
特開平１１−２７９８５号公報（段落［００４３］〜［００７７］、図１〜図６、図８）特開平７−６７２号公報（段落［００２０］〜［００２１］、図１）

洗濯機においては、通常、制御部、駆動部及び副操作部と直流ブラシレスモータとが互いに離れており、制御部と直流ブラシレスモータとの間で制御用電流を流すために配線で接続されている。洗濯機では、モータをインバータ駆動型式のモータとしているので、トルク制御のためにＰＷＭ（パルス幅変調）等の電流を可変チョッピングしており、洗濯の各工程に応じて直流ブラシレスモータの駆動と停止とを頻繁に繰り返す度に高周波成分を含む制御電流が配線に流れる。したがって、配線を短くしてもノイズ発生を避けることは難しい。こうしたノイズの発生は、インバータ駆動型式のモータを搭載している洗濯機において特有と言えるものである。そこで、制御部からの制御電流がノイズの原因になる配線を通すことなく直流ブラシレスモータに供給する点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、洗濯に伴う各種工程を直流ブラシレスモータの回転出力を駆動力として行う洗濯機において、直流ブラシレスモータの制御の際に、ノイズを発生させることのない洗濯機を提供することである。

上記課題を解決するため、この発明による洗濯機は、インバータ駆動されて得られる回転出力が洗濯に関する各工程の駆動力として用いられるモータを備えている洗濯機において、前記モータに当該モータのための駆動回路を内蔵したことから成っている。

この発明による洗濯機によれば、モータ内の駆動回路で生じさせた制御用のパルス幅変調（ＰＷＭ）が従来の洗濯機のように、アンテナ化する可能性がある配線を流れることがないので、輻射ノイズが生じるのを低減できる。また、配線を高周波の電流が流れないようにするためのフィルタ回路が簡略化可能にもなるので、洗濯機のコスト低減と損失低減が期待できる。また、駆動回路がモータ内に包含されるので、回路の発熱はモータの筐体を介して放熱されるので、熱を外に逃がすため大型放熱板は不要となる。また、操作部回路の小型化が実現でき回路の薄型化で前面が低くなり、衣類投入時の利便性が向上する。

この洗濯機において、前記モータの出力を、ベルト伝動機構を介して、前記各工程における前記駆動力として伝達させることができる。モータの出力を、ベルト伝動機構を介して伝達させることによって、モータ直結の歯車減速に加えて、ベルト伝動での減速比が乗算され、モータを効率の良い高速回転で使用することができる。

この洗濯機において、前記各工程における前記駆動力は回転駆動力であり、前記モータの出力を当該回転駆動力として直接出力することができる。モータの出力を、ベルト伝動機構等の伝動機構を介さずに直接に、洗濯に関する各工程の駆動力として出力させることによって、モータから水槽や脱水槽への駆動力伝達構造が簡素化される。

この洗濯機において、インバータ駆動による前記モータは直流ブラシレスモータであり、前記モータの前記洗濯機への取付け構造は、前記駆動回路非内蔵型の単相誘導モータ等の他型式のモータを取り付けるためと同じ汎用性のある取付け構造であるとすることが好ましい。直流ブラシレスモータの洗濯機への取付け構造を他型式のモータの取付け構造と同じにすることで、従来の単相誘導モータ等のモータから直流ブラシレスモータの採用に変更する際に、洗濯機のモータ取付け構造に設計変更を行う必要をなくすることができる。単相誘導モータにおいては、チョッピングした電流波形ではないので、ノイズは少ないものである。

この洗濯機は、少なくとも、脱水槽を兼ねた洗濯槽が内部に回転可能に配置される水槽と前記洗濯槽内で回転可能に配置されたパルセータとを備えており、前記モータは、前記水槽の下部に配置されて、前記洗濯に関する各工程の前記駆動力として、前記洗濯槽と前記パルセータとの回転駆動力を出力する。即ち、この洗濯機は、基本的な構造として、洗濯槽とパルセータとをモータによって駆動し、そのモータは、水槽の下部に設けられる。

本発明によれば、直流ブラシレスモータの回転出力が駆動力として用いられて洗濯に伴う各種工程を行う洗濯機であり、モータに当該モータのための駆動回路を内蔵しており、モータと駆動回路との間をアンテナ化する可能性がある配線で接続させていないので、直流ブラシレスモータの制御の際に輻射ノイズの発生を低減させた洗濯機を提供することができる。また、近年、乾燥機能付き洗濯機が提案されているが、この形式の乾燥機能付き洗濯機においては乾燥のために空気を加熱する発熱部分を備えるので、上部の庫内温度が高くなる傾向にある。このような場合、放熱板を上部に設置する従来型の洗濯機は不利となる。本発明では、温度が低い洗濯機下部に設置されるモータ筐体に、制御基板で発熱した熱を逃がす構造を採用しているので、熱対策上極めて有利である。

図１は、この発明による洗濯機の一実施形態を示す断面図である。図１は、図５に示すものと、洗濯機における駆動部及び副制御部の配置以外に異なるところはないので、従来の洗濯機に用いられている部品や部位と同等のものには、同じ符号を付すことによって、再度の説明を省略する。

図１に示すように、洗濯機１においては、直流ブラシレスモータ（以下、「モータ」と略す）２１のための駆動回路３２とインバータ回路３３とが駆動部３１（後述する図４）として駆動回路内蔵型のインバータモータ部（以下、「モータ部」と略す）２内に配置されている。洗濯機１に図７において示された回路（駆動回路４２）がモータ部２内に直接組み込まれている。モータ部２に設けられる配線数は、図４に示すようにパワー用に２本の配線（ＤＣ２８０Ｖと０Ｖ）、主制御部３０との間の信号用に３本（５Ｖ，０Ｖ）の合計５本に減少される。その結果、配線がアンテナとなって発振される輻射ノイズ量を減少させることができる。信号として、減速指令はアナログ電圧信号であり、回転数信号はパルス信号とすることができる。洗濯機１においては、５本の配線がアンテナ化してノイズがコンセントを介して外に出て行く可能性が残っているので、電灯線にフィルタを配することが有効である。

図２には、この発明による洗濯機において、直流ブラシレスモータ２の要部であるモータ部２の構造が、縦断面図として示されている。モータ部２１は、樹脂又は鋼板から成る有上底形の円筒状ケース６０と鋼板から成る円板状のケース蓋６１とにそれぞれ設けられた上下のベアリング６３，６３を介してシャフト（出力軸）６４が回転可能に支持されている。シャフト６４にはロータ（永久磁石）６５が取り付けており、ケース６３に取り付けられステータ６６及び巻線との間の電磁作用によって回転される。ケース６０内部において、ケース蓋６１の近傍には制御回路が実装されているドーナツ型のプリント基板６７が配設されている。プリント基板６７はリード線組品６８を通じて外部のコネクタ６９に接続されている。プリント基板６７の上側一部には、ドライバーＩＣ７０が配置されており、プリント基板６７の上側において別の個所にはホールＩＣ７１が設けられていてロータ６５の回転角度位置を検知している。プリント基板６７の下側にはパワー素子７２が接した状態に設置されている。パワー素子７２は、洗濯機の運転中において実際の発熱部となっている。パワー素子７２とケース蓋６１との間には絶縁シート７３が介在されており、絶縁シート７３には熱伝導性を向上させるために伝熱グリスが塗布されている。

モータ部２１により外槽の内部に設けられた回転槽とこの回転槽の内部に設けられた撹拌体をダイレクトにドライブする方式もある。この形式の洗濯機はロータ６５の回転位置を検出してロータ位置信号を出力するホールＩＣ７１と、ロータ位置信号に基づいてほぼ正弦波状の通電信号を形成する通電信号形成手段とを備えており、この通電信号に基づいてインバータ回路３３が３相交流をモータ２１に印加してモータ２１を駆動する構成となっており、洗濯機の静音・低振動化を図ることができる。

プリント基板６７はパワー素子７２及び絶縁シート７３を介してケース蓋６１に支持されており、発熱部で生じた発熱は絶縁シート７３を通じてケース蓋６１に逃がされる。プリント基板６７には、従来技術のような放熱リブが形成された放熱板は用いられていないので、嵩高にならず省スペースを実現している。円筒状のケース６０にドーナツ型のプリント基板６７を嵌め込み、ウレタン樹脂をポティングすることでプリント基板６７の防水・防湿対策が施されている。

図３は、インバータ駆動式モータの要部の概略を示す斜視図である。図３では、ステータから引き抜いたロータを、それに付設されている制御基板（プリント基板）と共に示されている。図３（ａ）は斜め上方から見下ろした図であり、図３（ｂ）は底側に配置された金属製のケース蓋であるブラケットと、その上方に配置されているモータ用の制御基板とを側方から見た図である。制御基板は、制御用の各種素子が配置されているプリント基板６７から成っており、全体としてロータ６５を取り巻くドーナツ型の形状を有している。ブラケット６１と制御基板６７との間にはパワー素子７２が一側でブラケット６１に接触するように配置（図３では図示略）されている。パワー素子７２が発熱させた熱量は、伝熱グリスを塗布した絶縁シート７３を通じてブラケット６１側に放熱される。

モータ部２内に駆動用半導体を実装させたプリント基板６７が配されるので、モータ部２内に配さない従来の駆動用半導体に必要であった放熱板を無くすことができる。したがって、回路の小型化が可能であり、また製造（調達）コストを安価にすることができる。更に、洗濯機１の前面部に配置されていた主制御部のうち、モータ駆動用の制御部分がモータ２内に移されるので、洗濯機１の前面部が省スペース（薄い）構造に構成することができ、操作性が向上し、且つ前面部のデザイン性の向上にも寄与できる。

更に、洗濯機１においては、誘導モータとの付け替え・交換で取り付けることができる。即ち、モータ２１の取付け構造は、単相誘導モータ等の他型式のモータを取り付ける構造と比較して、変更無しとすることができる。したがって、モータ２１のために別途の新しい取付け構造を設計・製造する必要がなく、従来の洗濯機の設計・製造・組立を踏襲できるので、製造コストの低減に寄与することがきる。

図４には、本発明による洗濯機におけるインバータ装置を含む制御ブロック図が示されている。図４では図６に示された要素と同等のものには同じ符号を付して、再度の説明を省略する。図６に示す従来のインバータ装置を含む制御ブロック図と比較して、主として、駆動回路３２及びインバータ回路３３から成る駆動部３１と、モータ２１との関係、及び主制御部３０との間での接続配線の仕方で異なっている。即ち、駆動部３１（駆動回路３２）はモータ部２に組み込まれて、駆動回路内蔵インバータモータを構成しており、モータ２１のロータの位置信号は駆動回路３２に入力されている。主制御部３０と駆動回路３２への接続配線は、ＤＣ電源＋、ＤＣ電源−、速度指令、進み角指令及び回転数信号の５本である。

インバータ洗濯機において、モータ２１は回転数によって最大トルクが得られる位相角や消費電力が最小となる位相角が変化するので、回転数に応じてモータ２１への駆動信号の位相角を制御すること、即ち、進み角制御や遅れ角制御を行うことが行われている。また、負荷の状態によって適切な位相角制御を行うことのできる洗濯機がすでに提案されている（特開２０００−３２４８７３参照）。そこで、駆動回路３２には、少なくともＤＣ電源とモータの回転方向に関係する信号と回転数に関係する信号、或いはモータの進み角度に関係する信号を供給することができる。駆動回路３２は、モータ２１の実際の回転数に関係する信号を受けて、回転数を目標回転数に一致させるべくモータ２１の速度フィードバック制御を行うことができる。

この洗濯機において、プリント基板６７（駆動回路３２、インバータ回路３３、ホールＩＣ等のすべての電子部品を含む）には防水対策を施すことが好ましい。駆動回路３２をモータ部２に内蔵させると、電子部品は洗濯機の下部に配置されていて、洗濯機に用いられる洗濯水や、すすぎ水等の水分に晒されるリスクが高まる。そこで、駆動回路３２には、上述したウレタン樹脂のポティングのような防水・防湿対策を施すことで、駆動回路３２が水に濡れることに起因した誤動作や故障等に不具合を未然に防止することができる。

この洗濯機において、駆動回路３２には、図４を参照して上述したように、主制御部３０から、少なくともＤＣ電源（ＤＣ電源＋、ＤＣ電源−）とモータ２１の回転方向に関係する信号と回転数に関係する信号（速度指令）を供給することができる。駆動回路３２がモータ部２内に包含されているので、駆動回路３２に供給される信号としては、洗濯の各工程で設定される目標値のような信号、即ち、モータ２１の回転方向を指示する信号や、モータ２１の回転速度を指示する信号等の回転数に関係する信号のみに減らすことができる。前面上部に設けられる主制御部３０から供給される信号は、各洗濯工程で設定される目標値のような、回転方向の指示信号と回転数指示信号のみで良く、制御回路のマイコン制御負荷は、主制御部３０及び駆動部３１においてそれぞれ軽減され、小規模のマイコンで洗濯機制御が実現できる。モータ２１と主制御部３０との間では、モータ２１の運転状態を表す信号やモータ２１のための制御信号が洗濯の各工程において頻繁に遣り取りされることがなくなり、周囲に漏れるノイズを軽減することができる。なお、主制御部３０から駆動部３１には、更に、モータ２１の進み角度に関係する信号（進み角指令）を供給することによって、モータ２１の運転効率を更に向上させることができる。また、駆動回路３２は、モータ２１からの実際の回転数に関係する信号（回転数信号）を受けたときに、この信号を主制御部３０に送信することなく、自身で回転数のフィードバック制御を行うことができる。モータ２１からの実際の回転数に関する信号を受けることによって、モータ２１の目標回転数との偏差を求め、その偏差がゼロになるように回転数のフィードバック制御を行うことができる。

本発明による洗濯機の一実施形態を示す縦断面図。本発明による洗濯機におけるインバータ駆動のモータが直流ブラシレスモータであるときの、その縦断面概略図。図２に示す直流ブラシレスモータの要部を示す斜視図。本発明による洗濯機における制御ブロック図。従来の洗濯機の一例を示す縦断面図。従来の洗濯機の制御ブロック図。従来の洗濯機に用いられているインバータ装置の回路図。従来の洗濯機に用いられているインバータ装置の動作説明用の波形図。従来の駆動回路がケース内に配置されている状態を示す制御基板の概略図。

符号の説明

１洗濯機２モータ部
１０洗濯機（従来）
１１本体１１ａ蓋
１２脱水槽１３水槽
１４サスペンション部１５パルセータ
１６給水管１７給水弁
１８排水管１９排水弁
２０循環ポンプ
２１直流ブラシレスモータ
２１ａ回転軸２１ｂプーリ
２２伝達機構
２２ａ回転軸２２ｂプーリ
２３ベルト２４操作部
２５表示部２６ブザー
２７蓋センサ２８水位センサ
３０主制御部（制御手段）３１駆動部
３２駆動回路３３インバータ回路
３４フリーホイールダイオード
３５トランジスタ３６駆動回路
３７ａ電源回路３７ｂ電源回路
４０副制御部（制御手段）４１駆動部
４２駆動回路４３インバータ回路
４４ａ〜４４ｃホール素子４５ロータ位置検出回路
５０ダイオード５１コンデンサ
５２平滑用コンデンサ５３整流部
５４商用電源５５，５６配線
５７ケース５８プリント基板
５９放熱板５９ａ放熱リブ
６０ケース６１ケース蓋
６３ベアリング６４シャフト
６５ロータ（永久磁石）６６ステータ及び巻線
６７プリント基板６８リード線
６９コネクタ７０ドライバーＩＣ
７１ホール素子７２パワー素子
７３絶縁シート

Claims

インバータ駆動されて得られる回転出力が洗濯に関する各工程の駆動力として用いられるモータを備えている洗濯機において、前記モータに当該モータのための駆動回路を内蔵したことから成る洗濯機。
前記モータの出力は、ベルト伝動機構を介して、前記各工程における前記駆動力として伝達されることから成る請求項１に記載の洗濯機。
前記各工程における前記駆動力は回転駆動力であり、前記モータの出力は、当該回転駆動力として直接出力されることから成る請求項１に記載の洗濯機。
前記モータは直流ブラシレスモータであり、前記モータの前記洗濯機への取付け構造は、前記駆動回路非内蔵型の単相誘導モータ等の他型式のモータの取付けに用いられる汎用性のある取付け構造とであることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯機。
前記洗濯機は、少なくとも、脱水槽を兼ねた洗濯槽が内部に回転可能に配置される水槽と前記洗濯槽内で回転可能に配置されたパルセータとを備えており、前記モータは、前記水槽の下部に配置されて、前記洗濯に関する各工程の前記駆動力として、前記洗濯槽と前記パルセータとの回転駆動力を出力することから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗濯機。