JP2011200545A - ランドリー機器 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な回転負荷に対応してモータの出力特性を変化させることができると共に、より大きなトルクを得ることができるランドリー機器を提供する。
【解決手段】脱水兼用洗濯機は、モータの回転を減速して回転対象負荷に伝達する第１出力状態と、当該モータの回転を減速することなく回転対象負荷に直接伝達する第２出力状態とに切り換え可能な伝達機構を備える。また、モータは、ステータコイルに励磁電流を発生させることで、ロータに有する永久磁石の着磁量を変化させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、回転槽などの回転対象負荷を回転するためのモータを具備したランドリー機器に関する。

従来より、洗濯機等のランドリー機器にあっては、回転槽などの回転対象負荷を回転するためのモータを備えて構成されている。
具体的には、例えば洗濯機では、周知のように外槽内に洗い槽兼脱水槽としての回転槽を回転可能に設けると共に、この回転槽の内底部に撹拌体を回転可能に設けており、撹拌体及び回転槽は、一つのモータにより回転駆動される。そして、衣類等の洗濯物を洗う場合には、回転槽を停止させた状態で、モータの回転を撹拌体に伝達してこれを比較的低速で正逆回転させる。また、脱水の場合には、回転槽の停止状態を解除し、モータの回転を減速せずに回転槽及び撹拌体に伝達して両者を一体的に回転させる。

この種の洗濯機では、撹拌体や回転槽に対するモータの回転の伝達ないし切り換えのために、減速機構やクラッチ機構が設けられる。例えば、特許文献１の洗濯機では、モータの回転を、撹拌体に対して減速機構により減速して伝達し、回転槽に対してはクラッチ機構により伝達し或は非伝達となる。

特開２００１−１９８３９０号公報

上記した従来の洗濯機では、減速機構による減速の有無により、洗い工程での低速度・高トルクと、脱水工程での高速度・低トルクが得られる。これは、洗い工程において、撹拌体により洗濯物を多量の水と共に撹拌させるためモータにかかる負荷が大きくなり、脱水工程において、洗い時の大量の水が排水されているためモータにかかる負荷が小さくなる実情に沿うものである。

しかしながら、洗濯機における洗濯物の量、つまりモータにかかる負荷の大きさは一様ではなく、その負荷によっては、洗いや脱水など個々の工程で、より大きなトルク或は高速度での運転が適正とされる場合も生じうる。即ち、洗濯機のモータは、個々の工程でも相反する出力特性が要求されるため、上記減速機構による減速の有無のみで、多様な負荷に応じた適正な回転速度或はトルクを確保することは困難であり、例えば脱水工程時に回転速度をより高めても、モータ電流の増加を招いて効率を低下させることになる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、多様な回転負荷に対応してモータの出力特性を変化させることができると共に、より大きなトルクを得ることができるランドリー機器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のランドリー機器は、回転槽などの回転対象負荷を回転するためのモータを具備したランドリー機器において、前記モータの回転を減速して前記回転対象負荷に伝達する第１出力状態と、前記モータの回転を減速することなく前記回転対象負荷に直接伝達する第２出力状態とに切り換え可能に構成され、前記第１出力状態または前記第２出力状態で前記モータの回転を前記回転対象負荷に伝達する伝達手段を備え、前記モータは、ステータコイルを有するステータと、ロータコアを有するロータと、前記ロータコアに挿入され、着磁量を容易に変更可能なレベルの保磁力を有する永久磁石とを備え、前記ステータコイルに励磁電流を発生させることで、前記永久磁石の着磁量を変化させる構成としたことを特徴とする。

上記構成によれば、ステータコイルに励磁電流を発生させて永久磁石の着磁量を変化させることで、回転槽等における負荷に応じて、モータの出力特性が最適となるように永久磁石の磁束を増減させることができる。また、伝達手段によって第１出力状態では高トルクが得られる一方、第２出力状態では高速度で回転対象負荷を直接的に回転させることができる。従って、夫々の出力状態で永久磁石の磁束を増減させることで、より大きなトルク或は高い回転速度を得ることができると共に、モータの運転効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態を示す伝達機構及びモータの縦断面図 脱水兼用洗濯機の概略的な縦断面図 クラッチ機構の拡大断面図であって、（ａ）は通常の洗濯の場合、（ｂ）は槽回転方式で洗濯する場合、（ｃ）は脱水の場合について夫々の状態を示す図 （ａ）はモータの全体構成を概略的に示す平面図、（ｂ）はロータの一部を拡大して示す斜視図 電気的構成を示すブロック図 各工程における、減速装置による減速の有無と、ロータの永久磁石の磁力との対応関係を説明するための図 （ａ）はアルニコ磁石の増磁処理、（ｂ）は同減磁処理を示すフローチャート 洗い工程及び脱水工程における回転対象負荷の回転数とトルクとの関係を説明するための模式図 洗い工程及び脱水工程における回転対象負荷の回転数とモータ効率との関係を説明するための模式図 減速装置により減速され、或は減速無しで行われる脱水工程、並びに洗い工程における、回転数とモータ効率との関係を説明するための模式図 洗濯物の重量センシングの制御内容と洗濯運転の流れを示すフローチャート 洗濯物の重量とモータの出力トルクとの関係を示すものであって、（ａ）は増磁した状態、（ｂ）は減磁した状態を示す図 本発明の第２実施形態を示すもので、脱水兼用洗濯機における下部を模式的に示す縦断面図

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図１２を参照しながら説明する。
図２に示すように、脱水兼用洗濯機の本体１は、外箱２の上部にトップカバー２ａを配設し、当該本体１内に、複数本の吊棒４に弾性吊持機構４ａを介して揺動自在に支持された水受槽３を備えている。この水受槽３内には、洗濯槽と脱水槽とを兼用する回転槽５が配設されており、この回転槽５の内底部に撹拌体６が配設されている。尚、図示はしないが、トップカバー２ａには、洗濯物出入口が形成されると共に、その洗濯物出入口を開閉する蓋が開閉可能に設けられている。また、トップカバー２ａには、洗濯コースを選択したり、洗濯運転を開始させるスイッチを含む各種の操作スイッチや表示器を設けたパネル（後述の操作パネル部６９）、設定された洗濯コースに応じた内容で洗い、すすぎ、脱水を制御する制御装置７（図５参照）、回転槽５内に洗濯水を供給する給水弁８（図５参照）などが設けられている。

前記水受槽３の内底部には中心部から後部側へと延びる排水通路９が形成されている。この排水通路９の中心側の端部は回転槽５内に連通するように構成され、後部側の端部は排水口１０とされている。この排水口１０は排水弁１１によって開閉されるようになっており、排水弁１１には排水ホース１２が接続されている。また、排水弁１１は電動式で、その開放動作により、回転槽５内の水が排水通路９および排水ホース１２を通じて外部に排出される。前記回転槽５は脱水孔５ａを上部のみに形成し、高速回転される脱水時に洗濯物から振り切られる水をこの脱水孔５ａから水受槽３内に排出する。また、水受槽３の底部には、回転槽５から排出された水を排出するための溢水排出口１３が形成され、この溢水排出口１３は図示しないホースを介して排水ホース１２に連結されている。そして、脱水運転時に脱水孔５ａから水受槽３内に放出された水は、溢水排出口１３から排水ホース１２を通って外部に排出される。

水受槽３の下方には、永久磁石モータたる洗濯機モータ１５と、そのモータ１５の回転を回転槽５および撹拌体６に伝達するための伝達機構（伝達手段）１４が設けられている。図１に示すように、この伝達機構１４は、洗濯機モータ１５の回転を減速する減速装置１６、洗濯機モータ１５の回転伝達先を切り換えるクラッチ手段としてのクラッチ機構１７、ブレーキ機構１８等を備えており、これら減速装置１６やクラッチ機構１７等をケーシング１９で覆う構成としている。

前記減速装置１６は、ギヤケース２０と、このギヤケース２０内に設けられた減速機構としての遊星歯車機構２１とからなる。遊星歯車機構２１は、ギヤケース２０の内周部に取り付けられた内歯車２２、この内歯車２２に噛合する遊星歯車２３、この遊星歯車２３を回転可能に支持する上下のブラケット２４，２５、遊星歯車２３に噛合する太陽歯車２６を有する。前記ギヤケース２０は、円筒のドラム部２７ａを有する上ケース２７と、この上ケース２７の下面を閉鎖する形態の下ケース２８とからなる。上ケース２７の上端側中央部には、短尺な上向きの上筒軸２７ｂが一体形成されると共に、下ケース２８の下端側中央部には、比較的長尺な下向きの筒軸２８ａが一体形成されている。下ケース２８の筒軸２８ａは、ケーシング１９の下面部に設けられたボールベアリング２９に回転可能に支持されている。そして、筒軸２８ａ内には遊星歯車機構２１の入力軸としての回転軸３０が回転可能に挿通支持されている。この回転軸３０は、ギヤケース２０内に突出すると共に、その上端部に、前記太陽歯車２６が一体に形成されている。

前記洗濯機モータ１５（以下、単にモータ１５と称する）は、アウターロータ形の３相のブラシレスＤＣモータにあって、ステータ３１と、これの外周に設けたロータ３２とから構成される。詳しくは後述するように、ステータ３１は、ステータコア３３とステータコイル３４（３４ｕ，３４ｖ，３４ｗ）とを有し、ロータ３２は、ロータコア３６と当該ロータコア３６に挿入される永久磁石３５（３５ａ，３５ｂ）を有する。そして、ステータコア３３はケーシング１９に固定され、ロータ３２は、ステータコア３３を外側から包囲するようにして前記回転軸３０の下端部に取り付けられている。

前記ケーシング１９の上面部にはボールベアリング３８が設けられ、このボールベアリング３８に槽軸３９が回転可能に支持されている。この槽軸３９は互いに嵌着された上槽軸３９ａと下槽軸３９ｂとからなり、上槽軸３９ａの上端部は回転槽５の底部に連結され、下槽軸３９ｂの下端部はギヤケース２０の上筒軸２７ｂの上方に離間して位置する。

本実施形態の撹拌軸は、撹拌体６側の撹拌主軸４０と減速装置１６側の伝動軸４１とに２分割されている。撹拌主軸４０は槽軸３９の内部に回転可能に支持され、撹拌主軸４０の上端部は、当該槽軸３９から上方に突出すると共に前記撹拌体６と連結固定されている。一方、伝動軸４１は、上筒軸２７ｂに回転可能に支持されており、下端部が上ブラケット２４にセレーション係合４２により連結され、上端部が撹拌主軸４０の下端部にセレーション係合４３（図３（ａ）参照）により連結されている。従って、遊星歯車機構２１の遊星歯車２３の公転運動は、上ブラケット２４から伝動軸４１に伝わり、撹拌主軸４０と伝動軸４１とを一体回転させる。

前記ブレーキ機構１８は、例えば、上ケース２７のドラム部２７ａをブレーキドラムとしてその外周に巻装されたブレーキバンド４４を有するバンドブレーキ機構により構成されている。ブレーキバンド４４は、その一端部がケーシング１９に対してピン４５により固定され、他端部は、ケーシング１９に枢支された電動式のレバー４６に連結されている。レバー４６は、図示しない駆動部への通電により所定方向に回動してブレーキバンド４４を引っ張ってブレーキを掛け、断電されるとそのブレーキを解くようになっている。

尚、ブレーキ機構１８はバンドブレーキ機構の特性として、ギヤケース２０の一方向の回転に対しては効果的であるが、その逆方向の回転に対しては有効な制動力を発揮し難い。このため、ギヤケース２０の逆方向の回転を止めるべく、一方向クラッチとしてクラッチスプリング４７を設けている。即ち、クラッチスプリング４７は、ケーシング１９の内底部にて下筒軸２８ａの外周に巻装されたコイルスプリングであって、これを収容するケース４８にその一端が係止され、ギヤケース２０の前記逆方向への回転の際に下筒軸２８ａに巻き締まってその回転を拘束する。

前記クラッチ機構１７は、槽軸３９とギヤケース２０との間、槽軸３９と撹拌主軸４０との間、撹拌主軸４０と槽軸３９とギヤケース２０との間を選択的に連結するもので、リング状部材からなるクラッチ部材としてのカラー４９と、このカラー４９をクラッチ動作させるための駆動機構５０とを備える。

図３（ａ）に示すように、カラー４９の内周部には、上下両側に位置して係合部としてのスプライン５１及び５２が形成されている。このスプライン５１及び５２には、上ケース２７の上筒軸２７ｂの外周部及び槽軸３９の下槽軸３９ｂの外周部に形成された被係合部としてのスプライン５３及び５４が係合する。また、撹拌主軸４０の下端部には上筒軸２７ｂと下槽軸３９ｂとの間に位置して径大部４０ａが形成されており、この径大部４０ａの外周部に、被係合部としてのスプライン５５が形成されている。そして、カラー４９は、軸受手段たるボールベアリング５６のインナーレース５７内側に嵌着されて下槽軸３９ｂ、上筒軸２７ｂ及び前記径大部４０ａの外周部を包囲するようにして上下動可能に配設され、その上下動によりスプライン５１、５２が、上筒軸２７ｂ、下槽軸３９ｂ及び撹拌主軸４０のスプライン５３ないし５５に係脱可能に噛合する。

上記ボールベアリング５６のアウターレース５８外側にはスリーブ５９が嵌着されている。このスリーブ５９の外周部にはラック６０の歯が上下方向に並んで形成されている。一方、ケーシング１９には取付板６１が固定されており、この取付板６１に駆動機構５０の駆動源としてのステッピングモータ６２が取付けられている。そして、このステッピングモータ６２の回転軸６２ａに、前記ラック６０に噛合するピニオン６３が取着されている。ステッピングモータ６２は、前記制御装置７から与えられるパルス電流のパルス数によって回転数が制御され（図５参照）、その回転がピニオン６３とラック６０によってボールベアリング５６の上下運動に変換されて、カラー４９を上下に移動させる。

上記構成により、伝達機構１４は、モータ１５の回転を減速して回転槽５や撹拌体６等の回転対象負に伝達する第１出力状態（図３（ａ）（ｂ）参照）と、モータ１５の回転を減速することなく回転対象負荷に直接伝達する状態は第２出力状態（（図３（ｃ）参照））とに切り換わる。ここで、洗濯運転における第１及び第２出力状態について、図３を参照しながら説明する。尚、本実施形態の脱水兼用洗濯機は、洗い工程、すすぎ工程、脱水工程からなる洗濯運転において、ソフト洗いが可能に構成されており、ここでは、通常の洗濯及びソフト洗いにおける洗い工程、並びに脱水工程について、伝達機構１４の作用を中心に説明する。

先ず、通常の洗濯における洗い工程では、ブレーキ機構１８はギヤケース２０を制動した状態に維持し、遊星歯車機構２１の内歯車２２を回転できないように拘束する。また、クラッチ機構１７のカラー４９は図３（ａ）に示す位置に移動されており、その上下のスプライン５１及び５２を夫々下槽軸３９ｂのスプライン５４及び上筒軸２７ｂのスプライン５３に係合させている。従って、カラー４９はギヤケース２０の上筒軸２７ｂと槽軸３９との間を連結し、撹拌主軸４０を上筒軸２７ｂと槽軸３９から切り離した状態にある。そして、通常の洗濯の場合には、モータ１５のロータ３２が間欠的に正逆回転され、このロータ３２の回転が、回転軸３０の太陽歯車２６を介して遊星歯車２３に伝達される。このとき、内歯車２２は回転できない状態にあるため、遊星歯車２３が自転しながら公転運動し、その公転運動が上ブラケット２４から伝動軸４１を介して撹拌主軸４０に伝達される。こうして、モータ１５の回転軸３０が正逆回転すると、その回転が遊星歯車機構２１により減速されて撹拌主軸４０に伝達されることで（第１出力状態）、撹拌体６が間欠的に正逆回転して回転槽５内に反転渦巻き水流を生成し、通常の洗濯が行われる。

ソフト洗いの場合には、上記の通常の洗濯の場合と同様、ブレーキ機構１８により内歯車２２を回転できないように拘束する。一方、カラー４９は、図３（ｂ）に示す位置に移動され、その上下のスプライン５１及び５２を夫々下槽軸３９ｂのスプライン５４及び撹拌主軸４０のスプライン５５に係合させて、槽軸３９と撹拌主軸４０との間を連結した状態にある。ソフト洗いの場合も、通常の洗濯の場合と同様にモータ１５が間欠的に正逆回転され、その回転は遊星歯車機構２１により減速されて伝動軸４１を介して撹拌主軸４０に伝達され、更に、撹拌主軸４０からカラー４９を介して槽軸３９にも伝達される。従って、モータ１５の回転軸３０が正逆回転すると、その回転が減速装置１６により減速されて槽軸３９及び撹拌主軸４０に伝わり、回転槽５と撹拌体６が一体となって間欠的に正逆回転する（第１出力状態）。このソフト洗いの場合、撹拌体６が回転槽５と一体的に回転するので、洗濯物が撹拌体６に擦られて布傷みを生ずるといった不具合が生じることはなく、回転槽５内の洗濯水が遠心力によって洗濯物の中を水が通ることにより洗濯物が洗濯される。

一方、脱水工程では、ブレーキ機構１８はギヤケース２０の制動を解除した状態にされる。また、クラッチ機構１７のカラー４９は、図３（ｃ）に示す位置に移動され、上側のスプライン５１を下槽軸３９ｂのスプライン５４に係合させ、下側のスプライン５２を撹拌主軸４０のスプライン５５と上筒軸２７ｂのスプライン５３に係合させることで、槽軸３９と撹拌主軸４０とギヤケース２０の間を連結した状態にある。そして、脱水の場合には、モータ１５のロータ３２は正方向に回転される。このとき、槽軸３９と撹拌主軸４０とギヤケース２０（内歯車２２）はカラー４９によって連結されているので、内歯車２２と遊星歯車２３と太陽歯車２６とが一体に連結された状態で回転する状態となる（第２出力状態）。このため、ロータ３２の回転は減速されることなく回転軸３０からギヤケース２０等を介してそのまま撹拌主軸４０及び槽軸３９に伝達され、回転槽５が撹拌体６と一体的に高速回転し、洗濯物の脱水が行われる。

続いて、前記モータ１５について、図４も参照しながら詳述する。
モータ１５のステータ３１において、ステータコア３３は、環状のヨーク部３３ａと、当該ヨーク部３３ａの外周部から放射状に突出する多数のティース部３３ｂとを有し、各ティース部３３ｂに、前記ステータコイル３４ｕ，３４ｖ，３４ｗが巻装されている。

ロータ３２は、フレーム３２ａとロータコア３６と複数の永久磁石３５ａ，３５ｂとをモールド樹脂により一体化した構成となっている。フレーム３２ａは、磁性体である例えば鉄板をプレス加工することで扁平な有底円筒状に形成されている。ロータコア３６は、フレーム３２ａの周側壁の内周部に配置されており、その内周面は、内方に向けて円弧状に突出する複数の凸部３６ａを有した凹凸状に形成されている。これら複数の凸部３６ａの内部には、軸方向に貫通し、短辺の長さが異なる矩形状の挿入穴３６ｂ，３６ｃが形成されており、それらが１つずつ交互に、環状に配置されている。各挿入穴３６ｂ，３６ｃには、永久磁石３５ａ，３５ｂとして、ネオジム磁石３５ａ（第１永久磁石）と、着磁量を容易に変更可能なレベルの保磁力を有するアルニコ磁石３５ｂ（第２永久磁石）とが挿入されている。この場合、ネオジム磁石３５ａの保磁力は約９００ｋＡ／ｍ、アルニコ磁石３５ｂの保磁力は約１００ｋＡ／ｍであり、保磁力が９倍程度異なっている。

また、これら２種類の永久磁石３５ａ，３５ｂは、それぞれ１種類で１磁極を形成しており、その磁化方向がモータ１５の径方向に沿うように、例えば各２４個ずつ、合計で４８個配置されている。このように２種類の永久磁石３５ａ，３５ｂを交互に、且つ、その磁化方向が径方向に沿うように配置することで、隣同士に配置された永久磁石３５ａ，３５ｂが互いに反対方向に磁極を有する状態（一方のＮ極が内側、他方のＮ極が外側となる状態）となり、これらネオジム磁石３５ａとアルニコ磁石３５ｂとの間に例えば矢印Ｂで示す方向に磁気経路（磁束）が生ずる。即ち、保磁力が大きいネオジム磁石３５ａと保磁力が小さいアルニコ磁石３５ｂの双方を通過する磁気経路が形成される。

上記モータ１５において、各ティース部３３ｂに巻回される複数のＵ相のステータコイル３４ｕ、複数のＶ相のステータコイル３４ｖ、複数のＷ相のステータコイル３４ｗは直列に接続された上で、これらの直列回路はスター結線されている。そして、モータ１５は、前記制御装置７により図５に示す駆動回路７１（インバータ制御回路）を介して制御されるようになっている。

図５は、本発明の要旨に関係した電気的概略構成を示すブロック図である。制御装置７は、制御手段としてマイクロコンピュータを主体に構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ（何れも図示せず）等を有し、脱水兼用洗濯機の動作全般を制御する。この制御装置７には、前記操作パネル部６９や回転位置センサ７０（ｕ，ｖ，ｗ）が接続されると共に、モータ１５、給水弁８、排水口１０、ステッピングモータ６２、を夫々駆動する駆動回路７１，７２，７３，７４が接続されている。

回転位置センサ７０（ｕ，ｖ，ｗ）は、モータ１５の起動時に使用するための例えばホールＩＣからなり、ロータ３２側に配置された位置検出手段である。制御装置７は、この回転位置センサ７０の検出信号に基づき洗濯運転の制御を行なう機能を有し、モータ１５の起動時には、ロータ位置の推定が可能となる回転速度（例えば、約３０ｒｐｍ）まで回転位置センサ７０を使用してベクトル制御を行い、上記回転速度（回転数）に達した以降は、回転位置センサ７０を使用しないセンサレスベクトル制御に切り替える。

そして、本実施形態では、制御装置７は、ステータコイル３４ｕ，３４ｖ，３４ｗに励磁電流を発生させてアルニコ磁石３５ｂの着磁量を変化させる着磁量制御手段として構成されており、モータ１５を、脱水兼用洗濯機の各工程について要求される特性に適合するように永久磁石３５ａ，３５ｂ全体の磁束をダイナミックに変化させる。

具体的には、図６に例示するように、制御装置７は、洗いや、すすぎ工程において、前記減速装置１６により減速させた第１出力状態で、要求されるトルクや回転数等の出力特性に適合するよう永久磁石３５ａ，３５ｂ全体の着磁量を増加或は減少させる。また、本実施形態の脱水兼用洗濯機は、モータ１５の回転が直接的に回転対象負荷に伝達される脱水工程と、減速装置１６を介して回転対象負荷に伝達される脱水工程との選択的な実行が可能に構成され、制御装置７は、脱水工程において、第１出力状態或は第２出力状態に切り換えると共に、上記と同様に永久磁石３５ａ，３５ｂ全体の着磁量を増加或は減少させる。

ここで、前記アルニコ磁石３５ｂを増磁或は減磁させる場合の処理の流れについて、図７（ａ）及び（ｂ）のフローチャートを参照しながら説明する。
図７（ａ）に示すように、アルニコ磁石３５ｂを減磁した状態から増磁させる場合、制御装置７は、回転槽５（モータ１５）が回転している時、その回転を停止させるためブレーキ動作を開始する（ステップＳ１）。モータ１５の回転が停止すると（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御装置７は、アルニコ磁石３５ｂを増磁させるようにｄ軸電流（ロータ３２の磁束に対応した電流成分）を出力する（ステップＳ３）。この場合、ｄ軸電流を与えることでロータ３２の回転位置が固定される。次いで、その状態からロータ３２を１電気角度分（１／２４機械角分）移動させるように通電相を変化させて（ステップＳ４）、再度、ｄ軸電流を出力して（ステップＳ５）処理を終了する。

ここで、図４（ａ）に示すように、アルニコ磁石３５ｂは時計回りにＵ，Ｖ，Ｗ，…の順に並んでおり、例えば最上部のＵ相を基準にロータ３２を位置決めすると、ステータ３１のティース部３３ｂが相対するアルニコ磁石３５ｂは、Ｕ，Ｗ，Ｖ，Ｕ，Ｗ，Ｖ，…の１つ置き順となる。従って、ステップＳ３ではアルニコ磁石３５ｂが１つ置きに増磁され、それらの間に位置するアルニコ磁石３５ｂの増磁は不完全な状態となるが、ステップＳ４でロータ３２を１電気角度分移動させることにより、残りのアルニコ磁石３５ｂひいては全てのアルニコ磁石３５ｂが良好に増磁されることとなる。また、ステップＳ３においてｄ軸電流を発生させて最初の増磁を行う場合、それ以前に、回転位置センサ７０ｕ，７０ｖ，７０ｗにより停止状態にあるロータ３２の位置が把握され、その停止位置に応じて通電相が決定されるようになっている。

一方、図７（ｂ）に示す減磁処理は、アルニコ磁石３５ｂを増磁した状態から減磁させる処理であり、ステップＳ３，Ｓ５に対応するステップＳ８，Ｓ１０が「減磁電流出力」となっている点で増磁処理と異なる。この点、ステップＳ３，Ｓ５の増磁処理は、例えばｄ軸電流を０．３秒間で０Ａから（＋）方向に８Ａまで上昇させて、その状態を０．０１秒間維持した後、０．１秒間で８Ａから０Ａに戻すことにより行われる。これに対し、ステップＳ８，Ｓ１０の減磁処理は、例えば同じタイミングでｄ軸電流を（−）方向に８Ａ或は１２Ａまで上昇させることにより行われる。このような増磁処理や減磁処理を行うことで、アルニコ磁石３５ｂの磁力が、図６の大、中、小で示す３通りの大きさに設定されると共に、当該処理の際に、ｄ軸電流の増減に適度な傾きが付与されて騒音の発生を抑制できる。尚、増磁及び減磁について、何れの処理もモータ１５のトルクに対応した電流成分であるｑ軸電流は「０」とする。また、増磁処理及び減磁処理は、ロータ３２の界磁磁力の増減を行う処理であればよく、３段階の磁力の設定つき前述した電流値やタイミングを適宜変更してしもよい。

本実施形態の脱水兼用洗濯機では、上記のように永久磁石３５ａ，３５ｂの磁力を通常よりも大きく或は小さくする制御と、減速装置１６による減速の有無の切り換えとが相俟って、従来よりも高トルク或は高速度での洗濯運転が可能とされると共に、多様な負荷に応じた適正な洗濯運転が実行されるようになっている。この洗濯運転の各工程におけるモータ１５のトルクや効率について、図８、図９も参照しながら説明する。

図８は、前記通常の洗濯における洗い工程或はすすぎ工程（図６の（１）に対応する。以下、洗い工程（１）と略す）と、脱水工程（図６の（２）に対応する。以下、脱水工程（２）と略す）との双方における、回転対象負荷の回転数とトルクとの関係を模式的に示している。同図の左側に実線で示すように、洗い工程（１）では、モータ１５の回転が減速装置１６を介して回転対象負荷に伝達されるため、低速度で且つ高トルクが得られる。この場合、破線で示すように増磁処理により永久磁石３５ａ，３５ｂ全体の磁束を増加させることで、実線で示した通常の洗いの場合よりも、更にトルクが大きくなると共に速度が抑えられる。一方、洗い工程（１）において、減磁処理により永久磁石３５ａ，３５ｂ全体の磁束を減少させることで、通常の場合よりも速度が高まり且つトルクが抑えられる。

図８の右側に実線で示すように、脱水工程（２）において、モータ１５の回転が減速されることなく直接的に回転対象負荷に伝達されるため、高速度・低トルクが得られる。この場合、減磁処理により永久磁石３５ａ，３５ｂ全体の磁束を減少させることで、実線で示した通常の脱水の速度よりも更に速度が高まり且つトルクが小さくなる一方、増磁処理により永久磁石３５ａ，３５ｂ全体の磁束を増加させることで、通常の場合よりもトルクが大きくなると共に速度が抑えられる。また、総合的に観察すると、洗い工程（１）と脱水工程（２）とで減速装置１６による減速の有無を切り換えることで、回転対象負荷側に伝達されるトルクと回転数が大きく変化することが解る。また、その第１或は第２出力状態で、増磁処理や減磁処理が行われることで、より高トルク或は高速度回転が得られると共に、多様な負荷（各工程における重負荷或は軽負荷）に応じた特性を得ることができることが解る。

次いで、図９（ａ）は、洗い工程（１）と脱水工程（２）との双方における、回転対象負荷の回転数とモータ効率との関係を模式的に示している。同図に示すように、洗い工程（１）の場合と脱水工程（２）の場合とで夫々モータ効率が高くなる回転数が大きく相違すると共に、永久磁石３５ａ，３５ｂの磁力について３通りの場合（増磁、通常、減磁）で夫々効率最大となる回転数が異なる。また、洗い工程（１）時の水が排水された脱水工程（２）では、回転対象負荷を高速で回転させることができ、モータ効率も高まる。

図９（ｂ）は、脱水工程（２）に代えて行われる脱水工程（図６の（３）に対応する。以下、脱水工程（３）と略す）が示されている点で図９（ａ）と異なる。この脱水工程（３）では、減速装置１６を介してモータ１５の回転が伝達されるため、効率最大となる回転数領域が相対的に小さくなる。この結果、図９（ａ）と（ｂ）との対比から明らかなように、本実施形態の洗濯機では、低速領域（図の左側）から高速領域（右側）にわたって、モータ１５にて効率最大となる回転数を異ならせて運転効率を向上させることができることが解る。ここで、図１０は、回転数が低い左側の領域から順に、洗い工程（１）と脱水工程（３）と脱水工程（２）についてのモータ効率を模式的に示している。即ち、これら実線で示す３つの曲線は永久磁石３５ａ，３５ｂの通常の磁力におけるモータ効率であって、脱水工程（２）では、脱水効率を向上させるべく回転対象負荷を高速で回転させることができる。他方、脱水工程（３）にあっては、減速装置１６によるトルクの増加作用によって、脱水時のトルクを飛躍的に高めることができ、洗濯物の量が多いとき等に有用なものとなる。また、脱水工程（３）では、減速装置１６によって、脱水工程（２）に比し回転数が低くなり且つモータ効率も低下するが、前記増磁処理を行うことで、モータ効率が向上する（矢印Ｃ参照）。つまり、制御装置７は、第１出力状態で行われる脱水工程（３）にて増磁処理を実行することで、脱水時のトルクを極力高めつつ、モータ効率をも向上させることができる。

また、本実施形態の制御装置７は、アルニコ磁石３５ｂの着磁量を変化させることを利用して、上記洗濯運転の開始時に回転槽５内の洗濯物の重量検知を行う重量検知手段として構成されている。この重量センシングと洗濯運転について図１１を参照しながら説明する。

先ず、洗濯運転を開始すべく、ユーザにより操作パネル部６９のスタートスイッチ（図示せず）が操作されると、制御装置７は、アルニコ磁石３５ｂの着磁量を増磁して、第１段階の重量センシングを開始する（ステップＡ１）。

ここで、制御装置７は、モータ１５の回転数を制御パラメータとし、このモータ１５の回転数が目標回転数（設定値）に上昇するまでの間に得られるモータ１５の出力トルク（ｑ軸電流値）の積算値に基づいて、洗濯物の重量を検知する。即ち、制御装置７は、速度制御により、モータ１５の回転数が所定時間（例えば、３分の加速期間）で目標回転数に達するように加速させる。このとき、モータ１５の出力トルクは、回転数の上昇に比例するように上昇するが、回転槽５内の洗濯物の重量に応じて出力トルクの上昇態様は異なり、ベクトル制御において得られるｑ軸電流値にほぼ比例する。そこで、制御装置７は、上記の加速期間において、ｑ軸電流値（出力トルクに相当する）を一定時間毎にサンプリングして積分（積算）し続けることで、洗濯物の重量を推定する。

制御装置７は、この重量センシングの後、検知された重量が所定のしきい値Ｔ１（例えば、３ｋｇ）よりも大きいか否かを判断する（ステップＡ２）。検知重量がしきい値Ｔ１よりも大きい場合、検知重量に基づいて、水受槽３内に給水する水量や各工程の実行時間などを設定し、洗い工程（ステップＡ３）、すすぎ工程（ステップＡ４）、脱水工程（ステップＡ５）を順に実行する。また、制御装置７は、各工程において、前述のように検知重量等の回転負荷に対応して、モータ１５の出力特性を変化させると共に減速装置１６（伝達機構１４）による減速の有無の切り換えを行い、当該負荷に応じた適正なトルクと回転速度で回転対象負荷を回転させる。

ここで、ステップＡ１において、正確な重量検知が可能な範囲について図１２を参照しながら説明する。
図１２（ａ）は、アルニコ磁石３５ｂの着磁量を増磁した状態における洗濯物の重量とモータ１５の出力トルクとの関係を示している。この場合、回転槽５内の洗濯物の重量が重ければ、洗濯物の重量が回転槽５（モータ１５）に伝達され易くなることから、洗濯物量に対するモータ１５の出力トルク（ｑ軸電流値）の変化量も大きくなる。従って、洗濯物の重量が重ければ、アルニコ磁石３５ｂの着磁量を増磁した状態で洗濯物の重量を正確に検知することができ、信頼性の高い重量検知結果を得ることができる。

しかし、回転槽５内に投入されている洗濯物の重量が軽ければ、洗濯物の重量が回転槽５（モータ１５）に伝達され難くなることから、洗濯物量に対するモータ１５の出力トルクの変化量が急激に小さくなる。従って、アルニコ磁石３５ｂの着磁量を増磁した状態では、重量検知結果が不正確で信頼性の低いものとなってしまう。このように、ステップＡ１（増磁状態）の重量センシングにおいて、洗濯物が重く重負荷となる場合には、正確で信頼性の高い重量検知を行うことができる一方、洗濯物の重量が軽く軽負荷となる場合には、正確で信頼性の高い重量検知が困難となる。

そこで、上記ステップＡ２において、検知重量がしきい値Ｔ１以下である場合（ＮＯ）、制御装置７は、アルニコ磁石３５ｂの着磁量を減磁して、第２段階の重量センシングを行う（ステップＡ６）。図１２（ｂ）に示すように、アルニコ磁石３５ｂの着磁量を減磁すると、アルニコ磁石３５ｂの着磁量を増磁したときに比べ、洗濯物量に対するモータ１５の出力トルクの変化が緩やかなものとなる。これにより、軽負荷の場合であっても、洗濯物量に対するモータ１５の出力トルクの変化量が急激に小さくなることがなく、正確で信頼性の高い検知重量を得ることができる。そして、制御装置７は、その軽負荷に対応した前述の態様で、洗い工程（ステップＡ３）、すすぎ工程（ステップＡ４）、脱水工程（ステップＡ５）を順に実行する。

以上に説明したように本実施形態の脱水兼用洗濯機は、モータ１５の回転を減速して回転対象負荷に伝達する第１出力状態と、モータ１５の回転を減速することなく回転対象負荷に直接伝達する第２出力状態とに切り換え可能に構成された伝達機構１４を備え、モータ１５は、ステータコイル３４に励磁電流を発生させることで、永久磁石３５ｂの着磁量を変化させる構成とした。これによれば、回転槽５等の負荷に応じて、モータ１５の出力特性が最適となるように永久磁石３５ｂの磁束を増減させることができる。また、伝達機構１４によって第１出力状態では高トルクが得られる一方、第２出力状態では回転対象負荷を直接的に高速度で回転させることができる。従って、夫々の出力状態で永久磁石３５ｂの磁束を増減させることで、より大きなトルク或は高い回転速度を得ることができると共に、モータの運転効率を向上させることができる。

前記脱水兼用洗濯機は、洗い工程（１）において、伝達機構１４の第１出力状態で、回転対象負荷の負荷に応じて永久磁石３５ｂの着磁量を増加あるいは減少させ、脱水工程（２）（３）において、伝達機構１４の第２出力状態で、回転対象負荷の負荷に応じて永久磁石３５ｂの着磁量を増加あるいは減少させる構成とした。これによれば、洗い時の増磁により、伝達機構１４におけるトルクの増加作用と相俟って、重負荷に対応した更なる高トルクを得ることができるだけでなく、洗い時の減磁により、モータ１５を軽負荷に対応した特性に変化させることができる。また、脱水時に伝達機構１４で減速されない脱水工程（２）では、減磁により更なる高速度で回転させて脱水効率を高めることができる一方、増磁により重負荷に対応するようにトルクを増加させることができ、モータ１５の運転効率を向上させることができる。

前記脱水兼用洗濯機は、前記第２出力状態での脱水工程（２）と、この脱水工程に代えて実行される前記第１出力状態での脱水工程（３）との実行が可能に構成した。これによれば、脱水工程（３）にて脱水工程（２）よりも高トルク低速度で回転させることができ、特に重負荷の場合に好適なものとすることができる。

＜第２実施形態＞
図１３は、本発明の第２実施形態を示すものであり、既述の部分と同一部分には同一符号を付す等して説明を省略し、以下異なる点につき説明する。

図１３の模式図で省略されているが、第２実施形態の伝達機構は、周知のクラッチ機構と減速機構を備えた構成とされる。そして、本第２実施形態の洗濯機では、回転槽５を停止させた状態で、モータ１５の回転を回転軸３０´（図１３参照）を介し撹拌体６に伝達してこれを比較的低速で正逆回転させる洗い工程（前記通常の洗濯を行う洗い工程（１））と、回転槽５の停止状態を解除し、モータ１５の回転を回転槽５及び撹拌体６に伝達して両者を比較的高速で一体的に回転させる脱水工程（２）或は（３）との実行が可能に構成されている。この場合、ロータ３２は回転軸３０´の下端部に直接に取付け固定されており、当該回転軸３０´は、一対の軸受手段２９´、３８´により回転可能で且つ軸方向への移動可能に支持されている。尚、軸受手段としては、すべり軸受け等、各種の軸受けを採用することができ、第１実施形態の筒軸２８ａのような筒体であってもよい。

また、前記ケーシング１９内には、ステータ３１に対して、ロータ３２を、軸方向へ相対的に移動させる移動機構（移動手段）８０が設けられている。移動機構８０は、回転軸３０´の周りに位置してケーシング１９に取付け固定された一対のソレノイド８１，８２と、回転軸３０´に取付け固定された永久磁石８３とを備えている。この移動機構８０は、前記制御装置７によるスイッチ回路８４（ＳＷ１，ＳＷ２）の切り換えにより制御され、ソレノイド８１，８２が各別に通電されることで、永久磁石８３を回転軸３０´ごと移動させる。

上記構成において、ＳＷ２のオン（ＳＷ１のオフ）により、ソレノイド８２が通電されて作動状態になると、永久磁石８３が図１３中、上側へ回転軸３０´及びロータ３２と共に移動されることで、当該ロータ３２は、ステータ３１の磁気的中心に対して、径方向に対向した位置から軸方向へ相対的にずれる（同図の破線参照）。この状態において、ＳＷ１がオン（ＳＷ２のオフ）に切り換わると、ソレノイド８１が通電されて作動状態になり、永久磁石８３と回転軸３０´とロータ３２が一体的に下側へ移動されることで、当該ロータ３２は、ステータ３１に対して径方向に対向した位置に復帰する。

従って、洗濯運転（各工程（１）〜（３））に際して、移動機構８０によりロータ３２とステータ３１との間の位置関係をずらすことで、通常の場合よりもステータ３１に作用する磁束量が少なく（相対的な磁力を弱く）なるため、回転対象負荷を、より低トルク高速度で回転させ易くすることができる。また、この場合、ソレノイド８１，８２を用いた比較的簡単な構成でロータ３２を往復移動させることができると共に、電流の進み角を少なくでき、省エネルギー効果を得ることができる。

尚、本発明は上記した脱水兼用洗濯機（縦形洗濯機）に限定されるものではなく、ドラム式洗濯機や衣類乾燥機等、ランドリー機器全般に適用できるものである。
前記伝達手段としては、前記第１出力状態または前記第２出力状態でモータの回転を回転対象負荷に伝達するものであればよく、各種の減速機構やクラッチ機構を採用することができる。前記移動手段は、移動機構８０に限定されるものではなく、ロータ３２をステータ３１に対して軸方向へ移動させるものであればよい。着磁量を変更可能な永久磁石の数は、上記の数に限定されるものではなく、例えば、全ての永久磁石をアルニコ磁石３５ｂで構成してもよい。

図面中、５は回転槽、１４は伝達手段、１５はモータ、３１はステータ、３２はロータ、３４はステータコイル、３６はロータコア、３５ａ，３５ｂは永久磁石、８０は移動手段を示す。

Claims (4)

1. 回転槽などの回転対象負荷を回転するためのモータを具備したランドリー機器において、
   前記モータの回転を減速して前記回転対象負荷に伝達する第１出力状態と、前記モータの回転を減速することなく前記回転対象負荷に直接伝達する第２出力状態とに切り換え可能に構成され、前記第１出力状態または前記第２出力状態で前記モータの回転を前記回転対象負荷に伝達する伝達手段を備え、
   前記モータは、ステータコイルを有するステータと、ロータコアを有するロータと、前記ロータコアに挿入され、着磁量を容易に変更可能なレベルの保磁力を有する永久磁石とを備え、前記ステータコイルに励磁電流を発生させることで、前記永久磁石の着磁量を変化させる構成としたことを特徴とするランドリー機器。
2. 前記ランドリー機器が、前記モータを低速領域で回転させる洗い工程と、前記モータを高速領域で回転させる脱水工程とを実行するように構成されている場合、
   前記洗い工程において、前記伝達手段の前記第１出力状態で、前記回転対象負荷の負荷に応じて前記永久磁石の着磁量を増加あるいは減少させ、
   前記脱水工程において、前記伝達手段の前記第２出力状態で、前記回転対象負荷の負荷に応じて前記永久磁石の着磁量を増加あるいは減少させることを特徴とする請求項１記載のランドリー機器。
3. 前記伝達手段の前記第２出力状態での脱水工程と、この脱水工程に代えて実行される前記伝達手段の前記第１出力状態での脱水工程との実行が可能とされていることを特徴とする請求項２記載のランドリー機器。
4. 前記ステータの磁気的中心に対して、前記ロータを、径方向に対向させた位置と軸方向へ相対的にずらした位置との間で移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のランドリー機器。

Images