JP2013188333A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】整流子モータを、洗濯工程、脱水工程のそれぞれにおいて、誤点弧することなく設定回転数に制御する。
【解決手段】整流子モータと連動して直流電力を出力する直流発電機１０６と、前記直流発電機の出力する直流電力周波数ｆｖから前記整流子モータの回転周波数ｆ１を検出する回転周波数検出手段４０１と、前記回転周波数ｆ１により、洗濯工程、脱水工程とで別々に設定された限界値の範囲内で点弧角指令θを出力する制御指令生成手段４０２と、前記点弧角指令θをもとに前記整流子モータを制御する双方向サイリスタ１０４に位相制御信号を与えるモータ制御手段４０３とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、洗濯機用モータの制御方法に関するものである。

近年、洗濯機はドラムを回転駆動するモータの出力電圧を位相制御することでドラムの回転数を設定回転数に制御するようになっている。

従来、整流子モータを使用した洗濯機は、ドラムの起動に強いトルクが必要であるため、起動時にモータの出力電圧をフル出力とした後、位相制御を行い設定回転数に制御するようにしていた。

前記位相制御においては、前記整流子モータの回転数を検出する回転数検出手段から得られた回転数と、前記設定回転数との差分から点弧角を決定している。

前記整流子モータは、出力電圧とモータ電流に位相差があり、特にゼロクロス点付近の点弧角において誤点弧する可能性があるため（図６（ａ））、点弧角に限界値を設けるのが一般的である。

特開平１−２６８５９７号公報

しかしながら、洗濯工程と脱水工程とを有する洗濯機において、前記限界値を位相差の大きい洗濯工程にあわせて設定するため、脱水工程において制御可能な回転数が抑制されてしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、整流子モータを誤点弧することなく、高い回転数でも制御可能な洗濯機を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の洗濯機は、洗濯物を収容し得るドラムと、前記ドラムが内部に配置された外槽と、前記ドラムを回転させる整流子モータと、前記整流子モータの回転周波数を検出する回転周波数検出手段と、前記回転周波数検出手段で検出した回転周波数により点弧角指令を出力する制御指令生成手段と、前記点弧角指令をもとに前記整流子モータを制御するモータ制御手段とを備える洗濯機において、洗濯工程及び脱水工程を有し、前記制御指令生成手段が出力する点弧角指令の限界値を前記洗濯工程と前記脱水工程とで変更する。

本発明によれば、脱水工程においては、高い回転数を実現することが可能で、洗濯工程においても、誤点弧することなく整流子モータを制御することができる。

本発明の第１実施形態である洗濯機のモータ駆動装置の構成図である。 本発明の第１実施形態である洗濯機の外観図である。 図２に示される洗濯機の内部構造を示す側面図である。 本発明の第１実施形態である洗濯機のモータ駆動装置のプログラムのブロック図である。 本発明の第２実施形態である洗濯機のモータ駆動装置の構成図である。 整流子モータ制御時の出力電圧、位相制御信号、モータ電流の波形図である。 整流子モータの固定子巻線の巻数比を変更した際の出力電圧、位相制御信号、モータ電流の波形図である。 整流子モータの回転数と、モータの出力電圧とモータ電流の位相差との相関図である。

以下、本発明の一実施例を添付図面に従って説明する。
図１は本実施例のモータ駆動装置の構成図、図２は本実施例の洗濯機の概観図である。

図３は本実施例の洗濯機の構造を示したものであり、洗濯物を入れる回転可能なドラム３０１と、ドラム３０１を包括する外槽３０２と、外槽３０２を包括する筐体３０３と、ドラム３０１を回転させる整流子モータ３０４を備えている。

図１において、本実施例のモータ駆動装置を説明する。
モータ駆動装置は交流電源１０１に接続された抵抗１０３と、交流電力を制御する双方向サイリスタ１０４、回転駆動するモータ１０５、モータ１０５を速度制御するための位相制御信号１０８を双方向サイリスタ１０４に与えるモータ制御装置１０７、モータ制御装置１０７を駆動する直流電圧Ｖｃｃを生成する直流電源１０２、及び、モータ１０５の回転に連動して直流電力を出力する直流発電機１０６を備えている。

直流発電機１０６は、モータ１０５と連動して直流電力を出力し、直流電力の周波数はモータ１０５の極数と回転周波数によって決まる。

モータ制御装置１０７は直流発電機１０６の出力電力に基づいて、モータ１０５の回転周波数が目標周波数に収束するように、モータ１０５を位相制御する。モータ制御装置１０７は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）により構成され、ＲＯＭ（図示せず）に内蔵されたプログラムが実行されることにより機能が実現されるようになっている。

図４はモータ制御装置１０７に内蔵されたプログラムの機能ブロック図である。
モータ制御装置１０７は、直流発電機１０６の出力電力周波数ｆｖからモータ１０５の回転周波数（回転速度）ｆ１を演算（検出）する回転周波数検出手段４０１と、モータ速度制御手段４０４との機能ブロックを備え、モータ速度制御手段４０４は、回転周波数ｆ１から点弧角指令θを演算する制御指令生成手段４０２と、点弧角指令θから位相制御信号１０８を生成するモータ制御手段４０３とを備える。また、生成された位相制御信号１０８は双方向サイリスタ１０４に入力される。

次に、モータ制御装置１０７のプログラムの処理内容として、モータ１０５の回転周波数ｆ１を目標周波数ｆ*に制御する手順について説明する。

制御指令生成手段４０２は、ＰＩ制御器を用いて実現しており、回転周波数検出手段４０１から検出されるモータ１０５の回転周波数ｆ１と目標回転周波数ｆ*とが一致するように点弧角指令θを生成する。

モータ制御手段４０３は、点弧角指令θに応じた点弧パルス信号発生タイミングを生成し、電源電圧周期を基に、位相制御信号１０８を双方向サイリスタ１０４に与えることにより、モータ１０５の回転周波数ｆ１を目標回転周波数ｆ*に制御する。

制御指令生成手段４０２により生成される点弧角指令θは、モータ１０５の出力電圧とモータ電流との位相差を基に、誤点弧を起こさないよう、図６（ｂ）のように限界値（上限、下限）を設定してあり、限界値を超えない範囲で点弧角指令θは生成される。

回転周波数検出手段４０１から検出されるモータ１０５の回転周波数ｆ１が、目標回転周波数ｆ*よりも過小、又は過大であった場合、制御指令生成手段４０２により生成される点弧角指令θは、電源周波数のゼロクロス点に近づくが、点弧角指令θは限界値までしか変化しないため、誤点弧を防止することができる。

制御指令生成手段４０２は、目標回転周波数ｆ*より現在の工程が洗濯工程か、脱水工程かを判定し、点弧角指令θの限界値を決定する。

洗濯工程に置いては、洗濯物と水が入った状態でドラムを回転させるため負荷トルクが大きく、必要とされる回転数が低い。モータ１０５の出力電圧とモータ電流との位相差は、図８に示すように、モータ１０５の回転数が低いほど大きくなるため、制御中の位相差は大きく、点弧角指令θの限界値を高目に設定する必要がある。

脱水工程においては、洗濯物を脱水するため、高い回転数が必要とされる。そのため、制御中のモータ１０５の出力電圧とモータ電流との位相差は小さく、点弧角指令θの限界値を洗濯工程と比較して低目に設定できる。

点弧角指令θの限界値を、洗濯工程、脱水工程で同一とした場合、限界値は、誤点弧防止の観点から、モータの出力電圧とモータ電流との位相差の大きい洗濯工程に合わせて高目に設定する必要があり、脱水工程において制御可能な回転数が抑制されてしまう。しかし、洗濯工程、脱水工程とで限界値を別々に設定することで、脱水工程においては、洗濯工程と同一の限界値とした場合より高い回転数を実現することが可能で、洗濯工程においても誤点弧を防止できる。

図５は、本発明の第一実施形態である洗濯機のモータに、固定子巻線の巻数比を変更することのできるモータ５０５を使用したモータ駆動装置の構成図である。

モータ５０５の固定子巻線の巻数比を変更する電磁リレー装置５０９を備え、モータ制御装置５０７よりリレー切替信号５１０を電磁リレー装置５０９に与える。

モータ５０５の固定子巻線の巻数比を変更した場合、モータ５０５の特性（トルク、回転数）が変化するため、変更前と同じ位相制御信号５０８を双方向サイリスタ５０４に与えた場合、図７のように変更前と異なるモータ電流が流れる。位相制御信号５０８によっては、急加速等の問題が発生する。

モータ制御装置５０７は、電磁リレー装置５０９によりモータ５０５の固定子巻線の巻数比を変更した場合、点弧角指令θをリレー切替時点弧角Θとして、双方向サイリスタ５０４に位相制御信号５０８を与える。リレー切替時点弧角Θは、モータ５０５の固定子巻線の巻数比変更後の特性より、急加速等が起こらない点弧角を設定する。これより、モータ５０８の固定子巻線の巻数比変更時（電磁リレー装置５０９の切替時）に急加速等の問題を抑止することができる。

（変形例）
本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記実施形態は、モータに同期した直流発電機の出力電圧の周波数を基に、モータの回転周波数を検出していたが、ロータリエンコーダ等の位置検出装置によりドラムの回転位置を検出し、モータの回転周波数を演算（検出）してもよい。
（２）前記実施形態は、交流電力を双方向サイリスタで制御したが、電磁リレー装置等を用いて交流電力を制御してもよい。

１０１、５０１ 交流電源
１０２、５０２ 直流電源
１０３、５０３ 抵抗器
１０４、５０４ 双方向サイリスタ
１０５、５０５ モータ
１０６、５０６ 直流発電機
１０７、５０７ モータ制御装置
１０８、５０８ 位相制御信号
３０１ 洗濯機のドラム
３０２ 洗濯機の外槽
３０３ 洗濯機の筐体
３０４ 洗濯機のモータ
４０１ 回転周波数検出手段
４０２ 制御指令生成手段
４０３ モータ制御手段
４０４ モータ速度制御手段
５０９ 電磁リレー装置
５１０ リレー切替信号
Ｖｃｃ 直流電圧
ｆｖ 直流発電機の出力電力周波数
ｆ１ モータの回転周波数
ｆ* モータの目標回転周波数
θ 点弧各指令
Θ リレー切替時点弧各指令

Claims (2)

1. 洗濯物を収容し得るドラムと、
   前記ドラムが内部に配置された外槽と、
   前記ドラムを回転させる整流子モータと、
   前記整流子モータの回転周波数を検出する回転周波数検出手段と、
   前記回転周波数検出手段で検出した回転周波数により点弧角指令を出力する制御指令生成手段と、
   前記点弧角指令をもとに前記整流子モータを制御するモータ制御手段とを備える洗濯機において、
   洗濯工程及び脱水工程を有し、
   前記制御指令生成手段が出力する点弧角指令の限界値を前記洗濯工程と前記脱水工程とで変更することを特徴とする洗濯機。
2. 固定子巻線の巻数比を変更することのできる整流子モータと、
   前記固定子巻線の巻数比を切り替える電磁リレー装置と、
   前記電磁リレー装置の切り替えを行うリレー切替制御手段と、
   前記電磁リレー装置の切替指令を与える工程制御手段とを有し、
   前記電磁リレー装置の切替時に前記点弧角をリレー切替時点弧角とすることを特徴とする請求項１に記載の洗濯機。