JP2014090777A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの電磁音を抑制し、効率低下を防止した省エネの洗濯機を提供すること。
【解決手段】洗濯兼脱水槽４２を回転駆動する単相誘導式のモータ４６は、複数の抵抗値を持つ主巻線および補助巻線を有する固定子巻線３０と、抵抗値を切り替える巻線抵抗値変更手段３７と、複数の容量値を持つ進相コンデンサ３４と、容量値を切り替えるコンデンサ容量変更手段３６とを有し、制御手段４７は、布量判定手段３８にて判定された布量に応じて、抵抗値および容量値の少なくとも一方を切り替えるようにしたので、モータ負荷の動作点における効率低下を防止し、モータの電磁音による騒音発生の防止と、省エネを実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、洗い、すすぎ、脱水行程を自動制御して行なう洗濯機に関するものである。

従来、この種の洗濯機は、脱水運転時において、洗濯物を収容する洗濯兼脱水槽をスムーズに脱水回転させるために、モータの回転を制御する構成が提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来の洗濯機の縦断面図、図８は、同洗濯機の脱水運転時の回転速度の変化を示す図、図９は、同洗濯機のモータへの通電モードを示す図で、（ａ）は全通電の場合、（ｂ）は位相制御の場合である。

図７、８、９において、洗濯機の外箱１内には、外槽２が弾性吊持機構３を介して揺動可能に配置されている。外槽２内には、洗濯兼脱水槽４が回転可能に配置されており、この洗濯兼脱水槽４の内底部に、洗濯用攪拌体５が回転可能に設けられている。洗濯兼脱水槽４は、周壁部の上部にだけ脱水孔４ａが形成されており、他の周壁部には脱水孔が形成されていない。

また、外槽２の内底部には、中心部から後部側へ延びるように排水通路６が設けられている。この排水通路６の端部が排水口７となっており、この排水口７は、例えばモータ式の排水弁９により開閉される構成となっている。なお、洗濯用攪拌体５には、多数の通水孔が形成されている。

一方、外槽２の外底部には、洗濯及び脱水運転用のモータ１６、及び、駆動機構部１７が配置されている。モータ１６は、誘導モータからなり、このモータ１６の回転力は、ベルト伝達機構１８を介して駆動機構部１７へ伝達されるようになっている。ベルト伝達機構１８は、モータ１６側に設けられた駆動プーリ１８ａと駆動機構部１７側に設けられた従動プーリ１８ｂとの間にベルト１８ｃを張設して構成されている。

なお、モータ１６の回転軸には、速度検出用の永久磁石（図示せず）が設けられておりこの永久磁石に対応する静止部位に、この磁極を検出するホール素子（図示せず）が、設けられている。そして、ホール素子から与えられるパルスに基づいて、制御手段（図示せず）にて、モータ１６の回転速度を検出する。

以上の構成にて、脱水行程を開始すると、モータ１６に交流電源を図９（ａ）のように全通電し、モータ１６の出力を１００％とする。これにより、図８に示すように、モータ１６ひいては洗濯兼脱水槽４の回転速度が上昇する。

そして、制御手段にてモータ１６の回転速度を検出し、この検出回転速度Ｎ（実際には検出するのはモータ１６の回転速度であるが、説明上は洗濯兼脱水槽４の回転速度とする）が、予め設定された第１の目標回転速度Ｎ１に達すると、モータ１６への供給電力を図９（ｂ）のように通電率（通電角）αを２０％となるよう位相制御することにより、モータ１６の出力を２０％になるよう制御する。

これにより、洗濯兼脱水槽４の回転速度が下降する。そして、予め設定された第１の設定下降時間ｔ１が経過したら、モータ１６の出力を再び１００％とし、洗濯兼脱水槽４の回転速度を上昇させ、第１の目標回転速度Ｎ１に達すると、再び位相制御を行ない、洗濯
兼脱水槽４の回転速度を下降させる。

この動作を、初期脱水時間Ｔ１が経過するまで行ない、Ｔ１が経過すると、モータ１６の出力を１００％にして、洗濯兼脱水槽４の回転速度を第２の目標回転速度Ｎ２まで上昇させる。そして、Ｎ２に達すると、モータ１６の出力を２０％になるよう位相制御することにより洗濯兼脱水槽４の回転速度を下降させ、第２の設定下降時間ｔ２が経過すると、モータ１６の出力を再び１００％にして、洗濯兼脱水槽４の回転速度を第３の目標回転速度Ｎ３まで上昇させる。このモータ１６の出力１００％、２０％を繰返す制御をしながら、最終目標回転速度Ｎ５まで洗濯兼脱水槽４の回転速度を徐々に上昇させていく。

特開平１１−１７９０９４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、位相制御時に、モータへの通電のオン／オフが繰り返されることになり、この時に電圧変動が大きくなり、電磁音が間欠的に発生し、脱水時の騒音が大きくなるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、洗い、すすぎなどの行程に比べて、脱水行程の時の方がモータの出力が小さくなるように制御することにより、脱水時の静音化と省エネを実現できる洗濯機を提供することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明の洗濯機は、筐体と、中央底部にパルセータを回転自在に配した洗濯兼脱水槽と、前記洗濯兼脱水槽を回転自在に内包し、前記筐体から弾性支持機構により支持された水槽と、前記パルセータおよび前記洗濯兼脱水槽を回転駆動する単相誘導式のモータと、前記洗濯兼脱水槽に投入された布量を判定する布量判定手段と、前記モータを制御し、洗い、すすぎ、脱水の各行程を逐次制御する制御手段とを備え、前記モータは、複数の抵抗値を持つ主巻線および補助巻線を有する固定子巻線と、前記抵抗値を切り替える巻線抵抗値変更手段と、複数の容量値を持つ進相コンデンサと、前記容量値を切り替えるコンデンサ容量変更手段とを有し、前記制御手段は、前記布量判定手段にて判定された布量に応じて、前記抵抗値および前記容量値の少なくとも一方を切り替えるようにするものである。

これによって、モータの電磁音を抑えて騒音発生を防止し、効率低下を防止して省エネを実現することができる。

本発明の洗濯機は、洗い、すすぎなどの行程に比べて、脱水行程のときの方がモータの出力が小さくなるように、固定子巻線の抵抗値および進相コンデンサの容量値を切り替えることで、モータ負荷の動作点における効率低下を防止し、モータの電磁音による騒音発生の防止と、省エネを実現することができる。

本発明の実施の形態における洗濯機の縦断面図 同洗濯機の洗い、すすぎ行程時のモータ、コンデンサ結線図 コンデンサ誘導モータの特性を示すグラフ 本発明の実施の形態における洗濯機の定格布量での脱水行程時のモータ、コンデンサ結線図 同洗濯機の中布量での脱水行程時のモータ、コンデンサ結線図 同洗濯機の少布量での脱水行程時のモータ、コンデンサ結線図 従来の洗濯機の縦断面図 同洗濯機の脱水制御運転時の回転速度の変化を示す図 （ａ）同洗濯機のモータへの通電モードを示す図 （ｂ）同、他の通電モードを示す図

第１の発明は、筐体と、中央底部にパルセータを回転自在に配した洗濯兼脱水槽と、前記洗濯兼脱水槽を回転自在に内包し、前記筐体から弾性支持機構により支持された水槽と、前記パルセータおよび前記洗濯兼脱水槽を回転駆動する単相誘導式のモータと、前記洗濯兼脱水槽に投入された布量を判定する布量判定手段と、前記モータを制御し、洗い、すすぎ、脱水の各行程を逐次制御する制御手段とを備え、前記モータは、複数の抵抗値を持つ主巻線および補助巻線を有する固定子巻線と、前記抵抗値を切り替える巻線抵抗値変更手段と、複数の容量値を持つ進相コンデンサと、前記容量値を切り替えるコンデンサ容量変更手段とを有し、前記制御手段は、前記布量判定手段にて判定された布量に応じて、前記抵抗値および前記容量値の少なくとも一方を切り替えるようにすることにより、モータ負荷の動作点における効率低下を防止し、モータの電磁音による騒音発生の防止と、効率低下の防止による省エネを実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、前記布量判定手段にて判定された布量が少ない時に、脱水工程において、前記抵抗値を大きくし、前記容量値を小さくするようにしたことにより、特に少布量において、モータ負荷の動作点における効率低下を防止し、モータの電磁音による騒音発生の防止と、効率低下の防止による省エネを実現することができる。

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。また、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は本発明の実施の形態における洗濯機の縦側断面図である。

図１において、筐体４１は、洗濯物を投入する洗濯兼脱水槽４２と、洗濯兼脱水槽４２を収容し、かつ、筐体４１から弾性支持機構４３により弾性支持された水槽４４を収納している。

水槽４４の底部に回転自在に固定された回転軸４５は、一端に洗濯兼脱水槽４２と、洗濯物を撹拌するパルセータ５２を固定しており、他端には従動プーリ４８が固定されている。この従動プーリ４８は、水槽４４の外底部に固定された誘導モータからなるモータ４６とベルト４９を介して繋がっており、モータ４６の動力がベルト４９により伝達されている。

また、モータ４６の回転は、進相コンデンサ３４により主巻線と補助巻線の電圧位相をπ／２ずらすことにより実現される。また、モータ４６には、回転を検知するためのモータ回転検知手段４０が設けられており、モータ４６の回転数検知を行なうことにより、洗濯兼脱水槽４２の回転数制御を行なっている。

筐体４１の上部には、上部枠体５５が設けられており、略中央部には開閉自在の蓋３９が配設され、前部内方には、洗い、すすぎ、脱水などの一連の行程の制御、およびモータ
４６などを制御する制御手段４７、洗濯兼脱水槽４２に投入された洗濯物の量を検知し判定する布量判定手段３８、モータ４６の固定子巻線３０の抵抗値を変化させる巻線抵抗値変更手段３７、進相コンデンサ３４の容量を変化させるコンデンサ容量変更手段３６などを設けた制御ユニット５３が配設されている。

そして、制御手段４７は、布量判定手段３８にて判定した布量に応じて、巻線抵抗値変更手段３７、コンデンサ容量変更手段３６を切り替え動作させて、行程を制御する。巻線抵抗値変更手段３７、コンデンサ容量変更手段３６による切り替えについては、後述する。

図２は、本発明の実施の形態における洗濯機のモータ、コンデンサ結線図であり、洗い、すすぎ行程時の結線状態を示すものである。

図２において、モータ４６の固定子巻線３０は、主巻線３２ａ、３２ｂ、および、補助巻線３３ａ、３３ｂで構成されている。また、進相コンデンサ３４は、容量が大きい大コンデンサ３４ａと、容量が小さい小コンデンサ３４ｂで構成されている。そして、行程および布量により、巻線抵抗値変更手段３７でモータ４６の巻線を切り換え、コンデンサ容量変更手段３６でコンデンサ容量を切り換えできるようになっている。図２は、定格布量での洗い、すすぎ行程時の結線状態を示すものであるが、行程および布量別の切り換えについては、後述する。

以上のように構成された洗濯機において、以下その動作、作用を説明する。

使用者が洗濯物を洗濯兼脱水槽４２に投入し、操作表示部（図示せず）にて運転を開始すると、制御手段４７は、給水の前にモータ４６が小刻みに動いて洗濯物を回転させ、布量判定手段３８にて布量を判定し、操作表示部に必要な洗剤量を表示する。使用者はその表示に基づいて、洗剤を所定の位置に投入し蓋３９を閉めると、洗い行程がスタートし、布量に応じた水位まで給水し、攪拌が始まる。そして、洗いからすすぎ、脱水と行程が進行していく。

上述のように、図２は、定格布量での洗い、すすぎ行程時の結線状態を示すものであるが、洗い、すすぎ行程時は、モータ４６の固定子巻線３０は、巻線抵抗値変更手段３７によりａ１、ａ２側に設定されており、制御手段４７の動作にて交流電源３１から主巻線３２ａ、補助巻線３３ａに電流が流れ、進相コンデンサ３４は、コンデンサ容量変更手段３６により、容量が大きいｂ１側の大コンデンサ３４ａに設定されている。このために、洗濯機は、モータ４６の大きな出力により、洗濯兼脱水槽４２内の洗濯物を撹拌して洗浄を高め、すすぎを促進することができる。

ここで、一般的に、モータの洗い、すすぎ行程時の必要トルクと、脱水行程時の必要トルクを比較すると、洗い、すすぎ行程時はパルセータを回転させるので、洗濯物との摩擦が発生するため、必要トルクは大きいのに対し、脱水行程時は洗濯兼脱水槽を回転させるので摩擦は少なく、必要トルクは小さくて済む。

図３は、一般的なコンデンサ誘導モータの特性を示すグラフで、トルク特性カーブと効率特性カーブを表している。

図３において、太い実線で囲った領域が通常駆動領域であり、最大トルクから少し下がった領域であり、その領域が効率も高い。

同一モータで洗い、すすぎ、脱水などの一連の行程を運転する場合、洗い、すすぎ行程
時に合わせた大きいトルクを発生可能なモータを選定する必要があり、モータが進相コンデンサ駆動式である場合、大きいトルクが発生する状態で、脱水行程時にモータをフル通電すると、必要トルクが小さいため、図中の黒丸で示すように、回転数が同期回転数に近くなり、モータの効率としては低い領域で駆動することになる。

脱水行程時も通常駆動領域で駆動するためには、モータのトルクを小さくし、脱水行程時にモータを通電率１００％にして効率の良い領域で駆動できるようにする必要がある。また、脱水行程時の布量によっても、モータの駆動領域は変わってくるので、布量に合った適切なトルクで効率良く運転する必要がある。

図４は、本発明の実施の形態における洗濯機の定格布量での脱水行程時のモータ、コンデンサ結線図を示すものである。

上述するように、定格布量において、洗い、すすぎ行程時は、モータ４６は主巻線３２ａと補助巻線３３ａのみに電圧が印加されるようになっており、進相コンデンサ３４は大コンデンサ３４ａに設定されている。図４に示すように、定格布量での脱水行程時には、モータ４６は巻線抵抗値変更手段３７により、ａ３、ａ４側に設定され、主巻線は主巻線３２ａ＋主巻線３２ｂ、補助巻線は補助巻線３３ａ＋補助巻線３３ｂに電圧が印加されるようになり、進相コンデンサ３４は、コンデンサ容量変更手段３６により、容量が大きいｂ１側の大コンデンサ３４ａに設定される。

これにより、定格布量での脱水行程時は、モータ４６は、主巻線と補助巻線それぞれの抵抗値が大きくなるため、流れる電流が減少し、洗い、すすぎ行程時よりもモータ出力が抑えられ、定格布量の脱水に適したモータトルクで運転することができ、モータ４６を通電率１００％で駆動することで、電磁音の発生を抑え、効率低下を防止することができる。

図５は、本発明の実施の形態における洗濯機の中布量での脱水行程時のモータ、コンデンサ結線図を示すものである。ここで中布量とは、定格布量に満たない布量で、後述する少布量を超える布量のことである。

中布量において、洗い、すすぎ時のモータ４６は、定格布量の洗い、すすぎ時と同じように巻線抵抗値変更手段３７により、ａ１、ａ２側に設定され、主巻線３２ａと補助巻線３３ａのみに電圧が印加されるようになっており、進相コンデンサ３４は、コンデンサ容量変更手段３６により、容量が大きいｂ１側の大コンデンサ３４ａに設定されて、モータ４６を駆動して運転する。

図５に示すように、脱水行程時には、モータ４６は、洗い、すすぎ時と同じａ１、ａ２側に設定されているが、進相コンデンサ３４は、コンデンサ容量変更手段３６により、容量が小さい小コンデンサ３４ｂに設定されて、モータ４６が駆動される。

これにより、中布量での脱水行程時は、中布量の脱水に適したモータトルクが発生する状態にして、モータを通電率１００％で駆動することで、電磁音の発生を抑え、効率低下を防止することができる。

図６は、本発明の実施の形態における洗濯機の少布量での脱水行程時のモータ、コンデンサ結線図を示すものである。

少布量において、洗い、すすぎ時のモータ４６は、定格布量および中布量の洗い、すすぎ時と同じように巻線抵抗値変更手段３７により、ａ１、ａ２側に設定され、主巻線３２
ａと補助巻線３３ａのみに電圧が印加されるようになっており、進相コンデンサ３４は、コンデンサ容量変更手段３６により、容量が大きいｂ１側の大コンデンサ３４ａに設定されて、モータ４６を駆動して運転する。

図６に示すように、脱水行程時には、モータ４６は、巻線抵抗値変更手段３７により、ａ３、ａ４側に設定され、主巻線は主巻線３２ａ＋主巻線３２ｂ、補助巻線は補助巻線３３ａ＋補助巻線３３ｂに電圧が印加されるようになり、進相コンデンサ３４は、コンデンサ容量変更手段３６により、容量が小さいｂ２側の小コンデンサ３４ｂに設定される。

これにより、少布量での脱水行程時は、少布量の脱水に適した低いモータトルクが発生する状態にして、モータを通電率１００％で駆動することで、電磁音の発生を抑え、効率低下を防止することができる。

なお、本実施の形態では、洗濯機に乾燥機能が無いが、乾燥機能がある洗濯機においては、乾燥行程時は、洗い、すすぎ行程時と同じ制御をすることにより、同じ効果を得られるものである。

以上のように、本発明にかかる洗濯機は、脱水行程の際に、モータ負荷の動作点における効率低下を防止し、モータの電磁音による騒音発生の防止と、省エネを実現することができるので、ドラム式など他の洗濯機の用途にも適用できる。

３０ 固定子巻線
３２ａ、３２ｂ 主巻線
３３ａ、３３ｂ 補助巻線
３４ 進相コンデンサ
３６ コンデンサ容量変更手段
３７ 巻線抵抗値変更手段
３８ 布量判定手段
４１ 筐体
４２ 洗濯兼脱水槽
４３ 弾性支持機構
４４ 水槽
４６ モータ
４７ 制御手段
５２ パルセータ

Claims (2)

1. 筐体と、中央底部にパルセータを回転自在に配した洗濯兼脱水槽と、前記洗濯兼脱水槽を回転自在に内包し、前記筐体から弾性支持機構により支持された水槽と、前記パルセータおよび前記洗濯兼脱水槽を回転駆動する単相誘導式のモータと、前記洗濯兼脱水槽に投入された布量を判定する布量判定手段と、前記モータを制御し、洗い、すすぎ、脱水の各行程を逐次制御する制御手段とを備え、前記モータは、複数の抵抗値を持つ主巻線および補助巻線を有する固定子巻線と、前記抵抗値を切り替える巻線抵抗値変更手段と、複数の容量値を持つ進相コンデンサと、前記容量値を切り替えるコンデンサ容量変更手段とを有し、前記制御手段は、前記布量判定手段にて判定された布量に応じて、前記抵抗値および前記容量値の少なくとも一方を切り替えるようにしたことを特徴とする洗濯機。
2. 前記制御手段は、前記布量判定手段にて判定された布量が少ない時に、脱水工程において、前記抵抗値を大きくし、前記容量値を小さくするようにした請求項１に記載の洗濯機。