JP2008180162A - ポンプ装置とこれを用いた食器洗い機 - Google Patents

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Abstract

【課題】誘導電動機を用い、低コストの泡噛み判定を行う。
【解決手段】誘導電動機11と、泡噛みした時に増加する高調波成分を含む信号を受ける電気量検知手段17を設けることにより、回転センサが不要で、泡噛みが適切に検知できる低コストのポンプ装置を実現する。
【選択図】図1

Description

本発明は、水などの液体を移送するポンプ装置、およびこれを用いて業務用や一般家庭用や業務用などに使用される食器洗い機に関するものである。
従来、ポンプ装置を用いたこの種の食器洗い機は、回転センサによって検知される回転速度が、ポンプに気泡が吸入された時に、一時的に上昇することによって検知する(例えば、特許文献1参照)。
図15は、特許文献1に記載された従来の食器洗い機の断面図を示すものである。図15に示すように、DCブラシレスモータ1を使用したポンプ2は、ロータ3の位置検知を行うホールICを用いた回転センサ4を有しており、回転速度は別途設けられる制御装置から加減できるものとなっており、ロータ3に直結されたインペラ5の回転速度の値は、回転センサ4の出力から検知が可能なものとなっている。
インペラ5から送り出された洗浄水は、ノズル6から庫内に噴き出されるものとなっているが、基準の水位Hよりも低い場合には、泡噛みが発生するものとなる。
図16は、特許文献1に記載された従来の食器洗い機の泡噛み時のポンプ回転速度グラフを示すものである。泡の発生が増加が始まった時点t1から、負荷のトルクが小さくなり、回転速度の上昇に、泡噛みなしのS0から、S1に達した時点t2で泡噛みを抑えるため速度の低下を図り、回転速度を落としたS2で運転することにより、泡噛みを防いだ運転を5分間継続した後、t3にて定常回転速度S0に戻すものとなっている。
特開2005−511号公報
しかしながら、前記従来の構成では、例えばホールICなどを用いた、回転センサ4が必要となるため装置が高価なものとなるという問題点を有していた。
従来の技術において、回転センサ4は、DCブラシレスモータ1を運転する上での永久磁石を有するロータ3の位置検知を行うものであるので、DCブラシレスモータ1という構成にした時点で存在しているものであるが、コスト的には高いものとなり、例えばセンサレスベクトル制御と呼ばれるような技術などを用いて、回転センサ4なしでのDCブラシレスモータ1運転を行う構成もある。
ただ、そのような構成にしたとしても、一般にインバータ回路などと呼ばれるような、高価な制御装置が必要なものとなるため、どうしてもコスト的には高いものとならざるを得ない面がある。
これに対して、コンデンサモータ(コンデンサランモータ)というような一種の誘導電動機(インダクションモータ)を用いたものとすることが、極めて有効に作用するものとなり、DCブラシレスモータという形式よりも、格段にコストが低減できるものとなる。
しかしながら、その場合には、泡噛み検知を行うために回転センサ4を改めて設けることは、コストの上昇につながるものとなり、泡噛み検知のためだけに回転センサ4を設け、なおかつ、その上に、マイクロコンピュータなどを用いる回路基板までの配線までも設けるとなると、せっかく低価格の誘導電動機を用いてもコスト面で優位性が小さいものとなるという課題を有したものとなっていた。
本発明は上記課題を解決するもので、低コストの誘導電動機を使用した上で、回転センサが不要であり、泡噛みが適切に検知できる低コストのポンプ装置、およびこれを用いた食器洗い機を実現することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明のポンプ装置は、進相コンデンサと、前記進相コンデンサを直列接続した巻線を含む複数の巻線を有する誘導電動機と、少なくとも1つの巻線に流れる電流を検知する電気量検知手段と、泡噛み判定手段とを備え、前記泡噛み判定手段は、泡噛みした時に増加する高調波成分を含む信号を前記電気量検知手段から受けて、泡噛みを判定するものである。
これによって、インバータ回路が不要で、低コストの誘導電動機を使用し、回転センサが無い構成でありながら、比較的簡単な構成で泡噛みの判定が可能なポンプ装置を実現することができるものとなる。
本発明は、誘導電動機を用い、回転センサの無い低コストの構成でありながら、泡噛みの判定が可能なポンプ装置を実現することができるものとなる。
第1の発明は、進相コンデンサと、前記進相コンデンサを直列接続した巻線を含む複数の巻線を有する誘導電動機と、少なくとも1つの巻線に流れる電流を検知する電気量検知手段と、泡噛み判定手段とを備え、前記泡噛み判定手段は、泡噛みした時に増加する高調波成分を含む信号を前記電気量検知手段から受けて、泡噛みを判定する構成とすることにより、安価な誘導電動機を使用し、かつ回転センサなしという低コストでありながら、比較的簡単に泡噛み判定を行わせることができるものとなる。
第2の発明は、第1の発明の電気量検知手段が検知する電気量を、誘導電動機の巻線と進相コンデンサの直列回路に流れる電流としたことにより、比較的小さい電流を小型の電気量検知手段で実現しながら、泡噛み判定が効果的に行うことができる、低コストのポンプ装置を実現することができるものとなる。
第3の発明は、第1の発明の電気量検知手段が検知する電気量を、進相コンデンサを接続しない誘導電動機の巻線に流れる電流としたことにより、比較的小さい電流を小型の電気量検知手段で実現しながら、泡噛み判定が効果的に行うことができる、低コストのポンプ装置を実現することができるものとなる。
第4の発明は、第1の発明の電気量検知手段が検知する電気量を、交流電源から誘導電動機に供給される電流としたことにより、誘導電動機に供給される全電流を把握しながらの泡噛み検知を行うことができるポンプ装置を実現することができるものとなる。
第5の発明は、進相コンデンサと、前記進相コンデンサを直列接続した巻線を含む複数の巻線を有する誘導電動機と、前記進相コンデンサと巻線の接続点の電位を検知する電気量検知手段と、泡噛み判定手段とを備え、前記泡噛み判定手段は、泡噛みした時に増加する高調波成分を含む信号を前記電気量検知手段から受けて、泡噛みを判定する構成とすることにより、抵抗分圧などの簡単かつ低コストで、電気量検知手段を構成することができることから、とりわけコスト面で優位性のあるポンプ装置を実現することができるものとなる。
第6の発明は、第1〜第5のいずれか1つの発明の泡噛み判定手段を、電気量検知手段の基本波成分に対する高調波成分の比率が所定値以上となった場合に泡噛みを判定する構成とすることにより、より確実な泡噛み判定が可能なポンプ装置を実現することができるものとなる。
第7の発明は、第1〜第6のいずれか1つの発明の構成に加え、交流電源の周波数を検知する電源周波数検知手段を有し、少なくとも2つの交流電源周波数に対応して、泡噛み判定のしきい値を変化させる構成とすることにより、例えば日本のように電源周波数50ヘルツと60ヘルツがある場合にも、電源周波数に対応した正しい泡噛み判定が可能となるものとなる。
第8の発明は、第1〜第7のいずれか1つの発明のポンプ装置を有し、泡噛み判定した場合に、一旦誘導電動機を停止させることにより、泡噛みによるポンプ性能の低下を抑えた食器洗い機を実現することができるものとなる。
第9の発明は、第1〜第7のいずれか1つの発明のポンプ装置と、給水手段を有し、泡噛み判定した場合に、前記給水手段は給水動作を行う構成とすることにより、泡噛みによるポンプ性能の低下を抑えた食器洗い機を実現することができるものとなる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるポンプ装置の回路図である。図1において、100V50Hzまたは60Hzという2種類の周波数の可能性を持つ交流電源10、交流電源に一端子が接続された誘導電動機11、進相コンデンサ12、トライアック13、零ボルト信号発生回路15、電気量検知手段17、マイクロコンピュータによって構成した泡噛み判定手段18、5Vの直流電源20、および泡噛み判定手段18の出力Qに応じてトライアック13をオンオフさせるための抵抗22、23、24、トランジスタ25を設けたものとなっている。
誘導電動機11は、2つの巻線30、31、および回転子32を備えたものとなっており、巻線30は主巻線として動作し、巻線31は進相コンデンサ12が直列に接続された上で交流電源10から、巻線30よりも進んだ位相の電流が供給される補助巻線として動作するものとなっている。
零ボルト信号発生回路15は、ダイオード35、36、抵抗40、41、42、43、44、発光ダイオードとフォトトランジスタの複合部品として構成されたフォトカプラ50、トランジスタ51、コンデンサ52によって構成され、VACの極性が正の期間にはハイ、負の場合にはロー、またほぼ零ボルトのタイミングでエッジを有する信号が発せられるものとなっている。
電気量検知手段17は、一次コイルが巻線31と直列に接続された電流トランス60、抵抗61、62、63、64、保護用のダイオード66、67、コンデンサ68によって構成されており、巻線31に流れる電流を検知して、その電流の瞬時値に応じたアナログ電圧V1が出力されるものとなっている。
図2は、本実施の形態において、交流電源10が60ヘルツで、泡噛みが発生している状態のポンプ装置の各部動作波形図を示したものであり、(ア)は、交流電源10の電圧VAC波形、(イ)は零ボルト信号発生回路15の出力電圧Vzの波形、(ウ)は電気量検知手段17の出力電圧Va波形を示したものとなっている。
時刻t0においては、交流電源10の電圧が零となるが、(イ)に示されているように、この瞬間に零ボルト信号発生回路15は、出力電圧Vzはローからハイに立ち上がるものとなっている。
その後8.33ms毎に、交流電源10は半サイクルが経過し、ハイとローを繰り返すものとなっている。
また(ウ)は、t0、t1、t2、t3…のタイミングで、電圧値Vaのサンプリングが行われ、それぞれ、v0、v1、v2、v3…としてマイクロコンピュータによって構成された泡噛み判定手段18内に取り込まれていくものとなっている。
本実施の形態では、直流電源20として5Vのものを使用し、抵抗62、63をいずれも4.7キロオームとしていることから、(ウ)に示されるVaの電圧波形は、電流の零点に2.5Vが対応し、これに巻線31に流れる電流波形の相似波形が重畳した波形となり、正負がほぼ同じ振幅となっていることから、電流の零点をVa=2.5Vに変換されるものとすることから、0から5Vの電圧範囲を有効に利用してアナログ/デジタル変換(A/D変換)が可能となり、8ビットのデジタル値への変換を行う場合、電流値零に対しては、128が対応し、プラス側の電流値については、129から255が、またマイナス側の電流値については、0から127が対応するものとなる。
この部分の電流波形については、泡噛みが発生して誘導電動機11の負荷トルクが小さくなった場合には、巻線31と進相コンデンサ12の共振動作のQ値(共振の強さ)が大きくなり、また誘導電動機11内の鉄心の磁気飽和による、励磁電流への3次高調波成分等の発生などにより、各部の電流、電圧波形の歪が大きくなり、3次高調波等の高調波成分が多く含まれたものとなる傾向があり、電圧Vaの波形についても同様の傾向が見られるものとなる。
図3は、本実施の形態のポンプ装置の泡噛み判定手段17に用いられるマイクロコンピュータのプログラムのフローチャートを示している。
図3において、開始69から処理をスタートし、周波数判定ルーチン70を経て、Vz立ち上がり待ち71に到達し、Vz信号の立ち上がりを待って以下の処理に移るものとなる。
入力72において、各サンプリングデータv0からv11を順次入力し、基本波計算73にて、変数S1とC1にフーリエ級数展開で言うところの正弦成分と余弦成分に相当する値の概略値を符号付きの16ビット変数で求め、A1において、それらの自乗の和を計算するが、これは基本波成分の絶対値の自乗に相当する値の概略値に相当するものとなる。
なお、S1とC1は3倍の係数を掛けているが、これは後に3次高調波との対応において、サンプリング数の違いによる不公平をなくすために乗じたものとなる。
また、上述したように電流値の零は128という値に対応したものとなっているが、S1およびC1の計算においては、引き算がなされるためキャンセルされるものとなるので、例えば抵抗62、63の抵抗値バラツキなどのために、電流零に相当するデジタル値が128からずれていても、S1、C1、A1などの計算結果には、影響が及ぶことがないものとなるので、抵抗62、63として低コストで抵抗値が不揃いなものを使用しても、結果への影響はほとんどないものにすることができる。
なお、基本波計算73については、A1が基本波電流の実効値の自乗に比例する値となるため、さらに開平計算を行ってもよいが、マイクロコンピュータにかかる負荷を軽減するため、本実施の形態においては、自乗に対応したままの状態の数値で扱うものとしており、これは後述する3次高調波の計算についても同様である。
A1判断74においては、基本波成分の値が所定値以下の場合には、泡噛み判定の対象条件から外すものとしており、これによって誘導電動機が停止している場合などに不要な信号が発せられるのを防いでいるものである。
3次高調波計算75は、基本波生産73と同様に、3次高調波成分に対応する概略値の計算を行っている部分であり、S3、C3、A3の値が算出されるものとなる。
なお、本実施の形態で行っている基本波計算73、3次高調波計算75は、各成分の概略値を計算する簡略的な計算方法であり、更に精度を上げる場合には、もっとサンプリングの位相間隔を短いものとし、それぞれの位相における三角関数を用いて本格的なフーリエ級数展開を行うなど方法を用いれば、各次成分の位相による計算値の変化や、より高調波成分の有無による計算値の変化を抑えることも可能となる。
また、本実施の形態においては、交流電源10の1周期についての12個のデータすべてを一旦入力してから、S1、C1、S3、C3を計算しているが、サンプリングの都度、加算や減算を行ってもよく、その場合にはマイクロコンピュータの処理速度は若干高いものが要求されるものとはなるが、結果が出るまでの時間短縮は図ることができるものとなり、またデータを記憶する領域を削減することができるというメリットは発生してくる。
高次高調波による計算の影響を抑えるためには、例えばRCでハードのフィルタ回路を追加し、それを電気量検知手段17の出力に挿入する方法なども、有効に作用する場合がある。
また、サンプリングの位相間隔を短いものにするには、マイクロコンピュータの処理速度を上げる必要がある場合もあるが、1周期(60Hzでは16.67ms)で、すべてのサンプリングを完結させずに、2周期目で1周期目のサンプリング位相を中間タイミングをサンプリングしていく方法などを用いれば処理速度が低いマイクロコンピュータでも使用することができるものとなる。
比率計算76は、基本波に対する3次高調波成分の割合の自乗に相当する値を求め、変数R3とした上で、R3判断77で、Yよりも大きな場合に、「泡噛み」判定78にて泡噛みが発生しているという判定を行うものとなっており、本実施の形態においては、Y=0.014とすることにより、適切な泡噛み判定がなされるものとなっている。
従って、本実施の形態のポンプ装置は、泡噛み判定手段18が、泡噛みした時に増加する高調波成分を含む信号を電気量検知手段17から受けて、泡噛みを判定するものとなっており、かつ泡噛み判定手段18は、電気量検知手段の基本波成分に対する高調波成分の比率が所定値以上となった場合に泡噛みを判定する構成となっている。
なお、本実施の形態においてはA1およびA3が、いずれも高調波成分の自乗に相当する値となっていることから、R3は基本波成分に対する3次高調波成分の比率の自乗に相当する値となっているが、それを考慮した上で所定値Yを決めておくことにより、基本波成分に対する高調波成分の比率が所定値以上となった場合に泡噛みを判定させることができるものとなる。
いずれにしても基本波成分に対する比率が判定の対象となることから、電気量検知手段17の構成要素の電流トランス60や抵抗61の特性ばらつきなどに対しては、影響を受けにくいものとなり、信頼性の高い泡噛み判定がなされるポンプ装置として実現がなされるものとなるという効果があるが、基本波成分に対する比率をとらなくとも、高調波成分だけからの判定で十分な信頼性が可能となる場合には、たとえばA3が所定値よりも大きいか否かで、泡噛みの有無を判定するようにすることもできる。
もちろん使用するマイクロコンピュータの能力に余裕がある場合などには、A1、A3、もしくはR3の開平計算などを行ってもかまわない。
また、本実施の形態においては、高調波として3次のみとしているが、これは当該部分に流れる電流波形には3次高調波成分が他の次数の高調波に対して大きく、泡噛みが発生した時の変化としても大きいものが観測されたことによるものであるが、設計によっては3次高調波以外の他の次数の変化で泡噛みを判定するもの、また複数の次数の高調波成分を合成した値、たとえば各次数の成分の自乗を足し合わせたものなどを用いてもよいが、その場合には、サンプリングの数を増やす、サンプリングの時間的間隔を短くするなどの構成が必要となってくる傾向があり、その上で、たとえば5次高調波相当となるR5、7次高調波相当となるR7をR3と足し合わせるなどの計算を行わせるというようなフローチャートが必要となってくるものとなる。
図4は、周波数判定ルーチン70の内容を若干詳細に示したフローチャートである。図4において、本ルーチンの開始85から、Vz立ち上がり待ち86に入り、Vz信号の立ち上がりで、18.3ms待ち87に移り、18.3ms後に、Vz=High?88に入り、ハイである場合には60ヘルツであるという判定がなされ、ローである場合には50ヘルツであるという判定がなされるものとなる。
上記した部分は、電源周波数判定手段89の構成となるものであり、Vz信号の立ち上がりタイミングから18.3ms経過した時点でのVz信号の状態を再確認して、周波数を判定するものとなっているが、特にこのような構成で電源周波数判定手段89を構成しなければならないというものではなく、他にさまざまな構成を用いることができるものとなり、また電源周波数の判定結果にノイズなどによる影響を排除する目的から、複数回の判断を実施した後、最終判定を行うというような構成も、よく用いられるものであり、誤動作の防止を行う上で、非常に有効なものとなる。
60ヘルツの場合には、90にてY←0.014の代入、さらに91にてTs←1.39msの代入がなされるものとなる。
一方50ヘルツの場合には、93にてY←0.010の代入が、94にてはTs←1.67msの代入がなされるものとなっている。
ここで、Tsはサンプリングの時間的間隔であって、交流電源10の周期の12分の1となる値をTsとして設定しているものとなっており、Yに関しては、泡噛みが発生した時に増加する高調波電流成分の増大が十分に検知できるだけの閾値としてYの値の設定をそれぞれの周波数に応じて行っている。
本実施の形態においては、Xに関しては50ヘルツであっても60ヘルツであっても同じ値を設定するものとなっているため、X設定95については1つにまとめた状態でフローチャートを構成している。
ただし、特に電流の大きさが50ヘルツと60ヘルツでかなり異なる場合には、Xの値をそれぞれで異なった値にしてもよく、フローチャートの合流前に移せば実現できるものとなる。
リターン96にて、周波数判定ルーチン70が完結してメインルーチンに戻るものとなる。
このようにして、本実施の形態のポンプ装置では、交流電源10の周波数を検知する電源周波数検知手段89を有し、50ヘルツと60ヘルツという2つの交流電源周波数に対応して、それぞれYの値を設定することにより、泡噛み判定のしきい値を変化させるものとなっているため、日本国内の50ヘルツと60ヘルツの混在している条件においても、いずれの周波数においても正しい泡噛み判定がなされるポンプ装置が実現できるものとなる。
図5は、本実施の形態のポンプ装置における電気量検知手段17の出力電圧Va波形、すなわち巻線31は進相コンデンサ12の直列回路に流れる電流に相当する波形を示したものであり、それぞれ(ア)は60ヘルツで泡噛み無しの運転中、(イ)は60ヘルツで泡噛み有りの運転中、(ウ)は50ヘルツで泡噛み無しの運転中、(エ)は50ヘルツで泡噛み有りの運転中のものである。
なお、各図の振幅の大きさを示す数値に関しては、Va値そのものではなく、電気量検知手段17の入力電流値で示している。
図5に見られるように、50ヘルツと60ヘルツという電源周波数の条件の違いにより、電流値、電流波形には差があるが、どちらの周波数の場合においても、電流波形の歪の大きさは泡噛みの有る場合の方が、泡噛みが無い場合に比べて大きくなるものであり、特に基本波成分に対する3次高調波の比率を計算し、かつ電源周波数毎に閾値が適切に設定される本実施の形態の構成を用いることにより、泡噛みの有無を十分な信頼性で判定することができるものとなる。
(実施の形態2)
図6は、本発明の第2の実施の形態におけるポンプ装置の回路図である。図6においては、電気量検知手段17が接続され、検知の対象となる電流として、誘導電動機11の巻線30としているが、その他の部分の構成に関しては、第1の実施の形態となんら変わるところがなく、全くの同等の構成要素を用いたものとなっている。
したがって、本実施の形態では、電気量検知手段17が検知する電気量が、誘導電動機11の内の進相コンデンサ12を接続しない方の巻線30に流れる電流となっている。
図7は、本実施の形態において、電気量検知手段17の出力電圧Vbの波形であり、一般にコンデンサモータ、あるいはコンデンサランモータと呼ばれる誘導電動機11の主巻線、もしくはメイン巻線として動作する巻線30への供給電流に相当する波形となっている。
図7において、(ア)は泡噛みが無い状態にて、(イ)は泡噛みが有る状態においてのものであるが、これらは交流電源10の周波数としては、60ヘルツのものとしている。
各図の振幅の大きさを示す数値に関しては、Vb値そのものではなく、電気量検知手段17の入力電流値で示している。
本実施の形態においても、泡噛みが有る場合の方が電気量検知手段17の出力電圧に含まれる高調波成分が大きいという傾向があるので、第1の実施の形態と同様にして、泡噛みの有無の判定ができるものとなる。
(実施の形態3)
図8は、本発明の第3の実施の形態におけるポンプ装置の回路図である。図8おいては、電気量検知手段17が接続され、検知の対象となる電流として、交流電源から誘導電動機11への供給部分としているが、その他の部分の構成に関しては、第1の実施の形態となんら変わるところがなく、全くの同等の構成要素を用いたものとなっている。
したがって、本実施の形態では、電気量検知手段17が検知する電気量は、交流電源10から誘導電動機11に供給される電流となっている。
図9は、本実施の形態において、電気量検知手段17の出力電圧Vcの波形であり、誘導電動機11の供給電流を合計した電流波形に対応するものとなっている。図9において、(ア)は泡噛みが無い状態にて、(イ)は泡噛みが有る状態においてのものであるが、これらは交流電源10の周波数としては、60ヘルツのものとしている。
なお、各図の振幅の大きさを示す数値に関しては、Vc値そのものではなく、電気量検知手段17の入力電流値で示している。
本実施の形態においても、泡噛みが有る場合の方が電気量検知手段17の出力電圧に含まれる高調波成分が大きいという傾向があるので、やはり第1の実施の形態と同様にして、泡噛みの有無の判定ができるものとなる。
本実施の形態においては、電気量検知手段17に入力される電流の大きさは、第1の実施の形態、第2の実施の形態と比較すると、大きいものなることから、電流トランス60の仕様が多少大きなものが必要となる傾向はあるが、誘導電動機に供給される総合電流となることから、泡噛みの有無以外の誘導電動機11の状態、たとえば発熱の状況を把握するなどの検知、あるいは他の制御に用いることができる範囲として拡大がなされるものとなる。
(実施の形態4)
図10は、本発明の第4の実施の形態におけるポンプ装置の回路図である。本実施の形態においては、誘導電動機11の巻線30、31の内の、進相コンデンサ12を直列接続した方の巻線31に対して、進相コンデンサ12と巻線31の接続点に接続され、その電位を検知する電気量検知手段100が設けられている。
電気量検知手段100の構成としては、抵抗101、102、103、104、ダイオード105、106、およびコンデンサ107を備えており、誘導電動機11を駆動中の進相コンデンサ12の端子間の電圧に相当する電圧を、3個の抵抗101、102、103により、センター値を直流電源20の電圧の1/2に相当するほぼ2.5Vとし、かつ分圧を施し、直流電源20の電圧範囲をオーバーしないように、ダイオード105、106による保護と、不要な高次高調波やノイズの除去を行う抵抗104、コンデンサ106のフィルタ作用を加えた上で、アナログの出力電圧Vdとして、マイクロコンピュータによって構成した泡噛み判定手段18に印加させるものである。
その他の部分の構成に関しては、第1の実施の形態と全く同等のものとなっている。
図11は、本実施の形態のポンプ駆動装置が、交流電源10が100V60Hzで動作している状態における、動作波形を示したものであり、(ア)は泡噛みが無い状態、(イ)は泡噛みが有る状態でのVd波形が示されている。
ただし、各図の振幅の大きさを示す数値に関しては、Vd値そのものではなく、電気量検知手段17の入力電圧値で示している。
進相コンデンサ12に流れる電流は、第1の実施の形態の述べた波形となるため、進相コンデンサ12の端子間電圧は、それが積分されたものとなり、泡噛みが有る場合には、進相コンデンサ12の電圧波形にも3次高調波成分が含まれたものとなるため、Vdをマイクロコンピュータによって実現された泡噛み判定手段18で、高調波成分の1つである3次高調波成分を検知することにより、所定値以上の3次高調波成分が含まれた時点で、泡噛みと判定結果を出すことができるものとなる。
本実施の形態においては、第1の実施の形態において用いている電流トランスが不要であって、代わりに比較的低コストの抵抗101、102、103で電圧検知を行うものとなることから、電気量検知手段100は低コストのものとすることができるという効果がある。
ただし、進相コンデンサ12の端子電圧に対しては、高い周波数成分になるほど低くなる傾向があることから、高調波成分の含有率という面では小さくなる傾向があり、泡噛みが発生した場合に、高調波電流成分の増加がかなり多くなる設計となった場合に有効となる。
以上、第1から第3の実施の形態に示したポンプ装置は、高調波成分を検知して泡噛みの判定を行うことにより、回転センサなしという低コストの構成でありながら、泡噛みの判定が行えるものとなる。
なお、実施の形態によっては、50Hzの場合については述べていないものもあったが、第1の実施の形態と同様、周波数判定手段89を設けることによって、複数の電源周波数条件下で、それぞれ正常な泡噛み判定が行われるものとなるものである。
(実施の形態5)
図12は、本発明の第5の実施の形態における食器洗い機の断面図である。図12において、誘導電動機11、進相コンデンサ12、トライアック13、電気量検知手段17、泡噛み判定手段18は、第1の実施の形態で述べたものをそのまま用いたものポンプ装置110が構成されているものであり、進相コンデンサ12が接続された巻線31の電流に含まれる高調波成分によって、泡噛み判定を行うものとなっている。
トライアック13は、図1などでも示されているように、マイクロコンピュータを用いた泡噛み判定手段18が出力するQ信号がハイであればオンとされ、ローであればオフとされるものとなっている。
水道に接続された給水管112と給水弁113は、給水手段114を構成しており、給水弁113についても泡噛み判定手段18に用いられているマイクロコンピュータにより開/閉の制御が可能なものとなっている。
食器洗い機の動作としては、食器に洗剤の入った水(洗浄水)をポンプ装置110によって循環させて洗いを行う行程と、同様に真水を循環させるすすぎ行程などがあるが、それぞれ循環が所定時間終了した段階で、機内の水あるいは洗浄水をポンプ装置110が機外に排水する排水する行程が存在する。
図13は、洗い行程の動作波形図を示しているものであり、(ア)は給水手段114の給水弁113に送られる信号であり、ハイであれば給水がなされるものとなっている。
(イ)は泡噛み検知手段18の出力信号で、ハイであれば泡噛みと判定されている状態にある。
(ウ)はトライアック13へのオンオフ信号Qであって、ハイであれば、誘導電動機11が駆動される状態となる。
食器を洗浄している洗い行程の期間においては、本実施の形態の食器洗い機は、t1に給水手段114が給水状態となり、機内にとりあえず最小限の水を導いた時点t2で、一旦給水手段114は給水を停止した状態となり、同時にQが立ち上がってポンプ装置110を運転する。
t3において、ポンプ装置110は泡噛み判定し、これを受けてt4において給水弁113が開かれ、t4から5秒後のt5まで給水手段114が給水動作を行う。
なお、本実施の形態においては、Q信号はハイを継続していることから、誘導電動機11は駆動し続けている状態となり、泡噛みが無くなるまではハイ信号が続くものとなる。
このような動作により、機内の水位が上昇し、泡噛みの発生は抑えられるものとなる。
以降においても、泡噛み判定手段18が泡噛みが有ることを検知すると、都度給水動作を行うものとなっている。
よって、本実施の形態においては、泡噛みが無い場合には、そのままの水位で運転が継続されることから、ポンプ装置110の運転に必要かつ十分な水量での運転が可能となり、無駄な水の消費を極力抑えることができるものとなる。
図14は、排水時の動作波形図を示しているものであり、(ア)、(イ)、(ウ)は、それぞれ図13と同じ部分の動作波形図を示している。
排水時においては、t6時点でQをハイとすることにより、排水動作が開始されるが、ポンプ装置110を働かせている最中に、泡噛みの判定があったt7時点で、Qをローとして、誘導電動機11を一旦停止しポンプ装置110は動作を停止する。
これは、泡噛みが一旦発生してしまった場合には、そのままポンプ装置の運転を継続しても、排水の機能が極端に損なわれるものとなり、これを避けるための動作となる。
これにより、泡噛みしていた空気が水面まで戻り、ポンプ装置110は自然に泡噛みの無い状態に戻るものである。
そして、その5秒後のt8において、Qをハイとし、再度トライアック13がオンされて再び排水動作が継続されるものとなり、このような動作をさせることにより、排水後に機内に残る水量(残水量)を極力少なく抑えることができるものとなる。
よって、汚れや洗剤などを含んだ洗浄水の残水量が抑えられることによる、すすぎの性能向上、すすぎ回数の削減による時間短縮などが可能となるものとなり、またすべての行程が終了した時点での残水量も最小限に抑えられるものとなることから、腐敗などによる次回の動作への悪影響なども最小限に抑えることができるものとなる。
以上のように、本発明にかかるポンプ装置は、誘導電動機と、泡噛みした時に増加する高調波成分を含む信号を受ける電気量検知手段を設けることにより、低コストの誘導電動機を使用した上で、回転センサが不要であり、泡噛みが適切に検知できる低コストのポンプ装置、およびこれを用いた無駄な水の使用を抑え、排水時の残水量も抑えた食器洗い機を実現できるものとなる。
本発明の実施の形態1におけるポンプ装置の回路図 (ア)同ポンプ装置の交流電源の電圧波形図(イ)同零ボルト信号発生カイロの出力電圧波形図(ウ)同電気量検知手段の出力電圧波形図 同ポンプ装置の泡噛み判定手段に用いられるマイクロコンピュータのメインフローチャート 同ポンプ装置のマイクロコンピュータの周波数判定ルーチンのフローチャート (ア)〜(エ)同ポンプ装置の電気量検知手段の出力電圧波形図 本発明の実施の形態2におけるポンプ装置の回路図 (ア)(イ)同ポンプ装置の電気量検知手段の出力電圧波形図 本発明の実施の形態3におけるポンプ装置の回路図 (ア)(イ)同ポンプ装置の電気量検知手段の出力電圧波形図 本発明の実施の形態4におけるポンプ装置の回路図 (ア)(イ)同ポンプ装置のポンプ駆動装置の動作波形図 本発明の実施の形態5における食器洗い機の断面図 (ア)〜(ウ)同食器洗い機の洗い行程での動作波形図 (ア)〜(ウ)同食器洗い機の排水時の動作波形図 従来の食器洗い機の断面図 同食器洗い機の動作波形図
符号の説明
10 交流電源
11 誘導電動機
12 進相コンデンサ
17 電気量検知手段
18 泡噛み判定手段
30、31 巻線
89 電源周波数検知手段
110 ポンプ装置
114 給水手段

Claims (9)

  1. 進相コンデンサと、前記進相コンデンサを直列接続した巻線を含む複数の巻線を有する誘導電動機と、少なくとも1つの巻線に流れる電流を検知する電気量検知手段と、泡噛み判定手段とを備え、前記泡噛み判定手段は、泡噛みした時に増加する高調波成分を含む信号を前記電気量検知手段から受けて、泡噛みを判定するポンプ装置。
  2. 電気量検知手段が検知する電気量は、誘導電動機の巻線と進相コンデンサの直列回路に流れる電流とした請求項1記載のポンプ装置。
  3. 電気量検知手段が検知する電気量は、進相コンデンサを接続しない誘導電動機の巻線に流れる電流とした請求項1記載のポンプ装置。
  4. 電気量検知手段が検知する電気量は、交流電源から誘導電動機に供給される電流とした請求項1記載のポンプ装置。
  5. 進相コンデンサと、前記進相コンデンサを直列接続した巻線を含む複数の巻線を有する誘導電動機と、前記進相コンデンサと巻線の接続点の電位を検知する電気量検知手段と、泡噛み判定手段とを備え、前記泡噛み判定手段は、泡噛みした時に増加する高調波成分を含む信号を前記電気量検知手段から受けて、泡噛みを判定するポンプ装置。
  6. 泡噛み判定手段は、電気量検知手段の基本波成分に対する高調波成分の比率が所定値以上となった場合に泡噛みを判定する請求項1〜5のいずれか1項に記載のポンプ装置。
  7. 交流電源の周波数を検知する電源周波数検知手段を有し、少なくとも2つの交流電源周波数に対応して、泡噛み判定のしきい値を変化させる請求項1〜6のいずれか1項に記載のポンプ装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のポンプ装置を有し、泡噛み判定した場合に、一旦誘導電動機を停止させる食器洗い機。
  9. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のポンプ装置と給水手段を有し、泡噛み判定した場合に、前記給水手段は給水動作を行う食器洗い機。
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