JP2017055927A - 洗濯機 - Google Patents
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- Main Body Construction Of Washing Machines And Laundry Dryers (AREA)
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Abstract
【課題】運転中のモータ抵抗値からモータ温度を補正した後に推定し、モータの温度上昇を抑制して洗濯運転を停止せずに最後まで行い、モータ異常時には、運転を停止することができる洗濯機を提供する。【解決手段】洗濯槽を回すためのモータに流れた電流を検出する電流検出手段４０５、モータの材質・巻線数から求められるモータ抵抗値４０２、モータ制御手段２０３から生成される電流指令値と電流検出手段４０５の電流検出値に基づき、モータの抵抗値を演算する抵抗演算部４０３、抵抗演算部４０３から演算されるモータの抵抗値を補正するモータ抵抗値補正部６０２、雰囲気温度を検出する温度検出手段６０１、モータ抵抗値補正部６０２で補正されたモータ抵抗値に基づいてモータの温度推定値を演算する温度推定部４０４と、を備え、温度推定部４０４の推定値が閾値を超えた場合、その推定値が低くなるように、モータの回転数を低くする等の制御を行う。【選択図】図６
Description
本発明は洗濯機に関するものである。
特開平９−２５３３８０号公報（特許文献１）には「モータ８の温度検知センサ３６により、洗濯工程中常時モータ８のコイル温度を検知し、中央処理回路３２で洗濯工程を制御する。」と記載されている。また、特開２０１０−１４８３２２号公報（特許文献２）には、「モータ制御装置１００は、モータ７を制御対象とし、直流電圧を交流電圧に変換する周波数変換部６と、当該周波数変換部６が有するスイッチング素子をＰＷＭ制御によって制御するＰＷＭ制御部５と、ＰＷＭ制御によりモータ７が有するステータ及びロータの一方に備えられるコイルに印加する電圧指令値と、当該電圧指令値に対応する電圧をコイルに印加した際に流れるコイル電流とに基づいて、コイルの抵抗値を演算するコイル抵抗演算部１０と、コイルの抵抗値に基づいて、コイルの温度推定値を演算するコイル温度推定部１１と、を備える。」と記載されている。
ところで、洗濯容量の増加に伴い、高い洗浄力を確保するためにはモータの出力を大きくする必要がある。しかし、モータの出力を大きくし、長時間出力し続けると、モータが発熱しモータの破損や発火につながる恐れがある。そのため、モータの温度過昇防止としてモータの温度が高くなった場合は、洗濯運転を一時停止し、モータの温度が低くなると運転を再開する。
またモータ温度検出手段として使われるサーミスタなどは、モータ異常時における温度上昇に対し追従性が悪く、モータ温度を的確に検出できない場合があり、結果的に長時間出力し続けるため、モータの破損や発火に繋がる恐れがある。
特許文献１では、温度検知手段を用いてモータの温度を検知し、モータの温度が高くなった場合は洗濯運転を一時停止し、モータの温度が低くなると運転を再開する制御を開示しているが、上記制御では運転時間が長くなり、温度検知手段を用いることでコストアップの要因にもなる。
特許文献２では、モータの温度検知手段を使わずにモータの温度を推定し、モータの温度過昇防止のため出力トルクを下げる制御を開示しているが、洗濯機のモータの出力トルクを下げると、洗濯槽が回転しない可能性がある。
そこで、本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、モータ異常でない場合においては洗濯運転時間を延ばすことなく、モータの温度上昇を抑制し、洗濯運転を停止せずに洗濯を行い、モータ異常である場合においては自動的に停止する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、本発明に係る洗濯機は、洗濯槽と、前記洗濯槽を回すためのモータと、前記モータを制御するためのモータ制御手段と、前記モータに流れた電流を検出する電流検出手段と、前記モータの材質・巻線数から求められるモータの抵抗値と前記モータ制御手段から生成される電流指令値と前記電流検出値に基づいて、前記モータの抵抗値を演算するモータ抵抗演算部と、前記モータ抵抗演算部から演算されるモータの抵抗値を補正する補正演算部と、雰囲気温度を検出する温度検出手段と、前記モータの抵抗値、または、前記補正演算部で補正された前記モータ抵抗値に基づいて前記モータの温度推定値を演算するモータ温度推定部と、を備え、前記モータの温度推定値が既定値を超えた場合、前記モータの目標回転数を低くする、または出力時間を短くする、排水をする、または停止をすることを特徴とする。
本発明によれば、洗濯運転時間を延ばすことなく、モータの温度上昇を抑制し、洗濯運転の途中停止が抑制できる。
また、モータの相抵抗値を比較することで、モータ異常を判別することができ、運転継続の可否判断だけでなく、モータの発煙、発火を未然に抑制することができる。
以下、本発明の一実施形態のドラム式洗濯機を図１〜５を参照して説明する。
図１は、本実施形態のドラム式洗濯機１００の外観図である。
ドラム式洗濯機１００は、前面パネルが開口した筐体１０１と、四隅にゴム製の脚を有する筐体ベース１０２とを備え、筐体１０１の開口部にはドア１０３が開閉可能なように取り付けられている。筐体１０１は、洗濯物を入れる回転可能なドラム１０４と、ドラム１０４を包括する外槽１０５を備えている。外槽１０５にはその下部から筐体１０１の底面へのびるサスペンション１０６が取り付けられており、弾性的に外槽１０５を支持している。外槽１０５近傍には温度検出手段１０８(例えばサーミスタ)を備えている。
ドラム１０４は、回転軸１０７を中心として回転する。
ドラム１０４は、回転軸１０７を中心として回転する。
図２は、本実施形態のドラム式洗濯機１００の制御システムのブロック図である。
行程制御手段２０１は、洗濯、脱水などの行程実施状態に応じて回転数指令情報２０２を出力する。モータ制御手段２０３は、モータ２０７の回転数が回転数指令情報２０２に収束するように、ＰＷＭ制御信号２０４を出力する。
なお、行程制御手段２０１とモータ制御手段２０３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。
インバータ２０６は、複数のトランジスタを備え、ＰＷＭ制御信号２０４を基に直流電源２０５を三相交流電力に変換し、三相交流電力をモータ２０７に供給する。
モータ２０７は、三相の永久磁石同期電動機であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルを巻回したステータと、このステータ内で回転可能に保持されているロータとを備え、ロータの外周表面に貼付されている複数の永久磁石とステータが発生する回転磁界との相互作用により、ロータが回転する。ロータとドラム１０４は回転軸１０７で直結されており、ロータの回転と同期してドラム１０４が回転する。
ロータ回転位置センサ２０９は、３つのホールＩＣがモータ２０７のロータに近接配置されており、モータ２０７のロータ回転位置（電気角）に応じて、３種類の位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを出力する。ホールＩＣは、内部にホール素子、及びシュミット回路が内蔵されており、正弦波状に変化する磁界を所定の閾値でデジタル出力する。
次に、モータ制御手段２０３の処理内容について説明する。
図３は、モータ制御手段２０３に内蔵されたプログラムの機能ブロック図である。
モータ制御手段２０３は、ロータ位置センサの位置信号からモータの回転数情報３０２を作成する回転数検出手段と、回転数情報３０２が回転数指令情報２０２に収束するようにＰＷＭ制御信号２０４を出力するモータ回転数制御手段３０３を備える。
次に、モータ抵抗値によるモータの温度推定の処理の内容について説明する。
図４はモータの温度推定の演算内容を示すブロック図である。
温度推定演算は、マイクロコンピュータ４０１内部のモータ制御手段２０３よりＰＷＭ制御信号２０４による電流指令値Ｉをインバータ２０６を介してモータ２０７に流し、モータ２０７に実際に流れた電流Ｉ’を電流検出手段４０５からマイクロコンピュータ４０１にフィードバックする。マイクロコンピュータ４０１内部の抵抗演算部４０３は、電流指令値Ｉと電流検出値Ｉ’とモータの温度ｔ０が例えば２０℃のときのモータの抵抗値４０２のＲから抵抗演算値Ｒ’を（１）式から算出する。
マイクロコンピュータ内部の温度推定部４０４は、抵抗演算部４０３から算出された抵抗演算値Ｒ’を基にモータ２０７の温度ｔを（２）式から推定する。
あるいは、図６の構成であっても良い。
図６はモータ抵抗値補正部とモータ抵抗値比較部とを備えた温度推定の演算内容を示すブロック図である。
モータ抵抗補正部６０２は抵抗演算部４０３から算出された抵抗演算値Ｒ’と温度検出手段１０８(例えばサーミスタ)から得た温度検出値 ｔ1 とモータの抵抗値４０２の基準抵抗値Ｒからモータが２０℃の時の抵抗値Ｒ1を（３）式にて算出する。
モータ抵抗値Ｒと２０℃抵抗値Ｒ1から（４）式にて抵抗補正値ΔＲを算出し、これをモータ抵抗演算補正部６０２内にメモリする。
温度推定タイミングごとに抵抗演算値Ｒ’と抵抗補正値ΔＲから（５）式にて抵抗演算値Ｒ’の補正をモータ抵抗演算補正部６０２内で実施して補正後抵抗値Ｒ2を算出する。
モータ抵抗比較部はモータ抵抗値補正部による補正後抵抗値Ｒ2を各相ごとに比較し、(例えばＲ2u＜Ｒ2v＜Ｒ2w)最大と最小値(例えば最小値=Ｒ2u、最大値=Ｒ2w)のモータの相抵抗差Ｒ3を（６）式により算出する。
温度推定部４０４は補正後抵抗値Ｒ2と基準抵抗値Ｒとを基に（７）式により補正後推定温度ｔ2を推定する。
上記実施例は抵抗値比較後に温度推定した場合について説明したが、各相抵抗値を温度推定した後に抵抗値比較をしても良い。
次に、モータの温度上昇を抑制する行程制御の処理内容について説明する。
図５は行程制御内容を示すフローチャートである。
図５は行程制御内容を示すフローチャートである。
まず、電源投入後、運転開始(５０１)すると、モータに一定の電流を流し、運転開始時のモータ温度推定(５０２)を行う。モータ温度が高温閾値以下であれば(５０３)、通常の水流パターンのままとし、高温閾値以上であれば、目標回転数及び／又は出力時間を下げた水流パターンに置換(５０４)、モータ相抵抗値比較が閾値以下であれば（５１８）洗い行程(５０５)を行い、閾値以上であれば運転停止(５１９)する。洗い行程終了後、すすぎ行程実施前のモータ温度推定(５０６)を行い、モータが高温閾値以下であれば(５０７)、通常の水流パターンのままとし、高温閾値以上であれば、目標回転数及び／又は出力時間を下げた水流パターンに置換(５０８) 、モータ相抵抗値比較が閾値以下であれば（５２０）すすぎ行程(５０９)を行い、閾値以上であれば運転停止(５２１)する。
すすぎ行程終了後や脱水行程終了後は、すすぎ行程実施前と同様に行程実施前のモータ温度推定(５１０、５１４)を行い、モータが高温閾値以下であれば(５１１、５１５)、通常の水流パターンのままとし、高温閾値以上であれば、目標回転数及び／又は出力時間を下げた水流パターンに置換(５１２、５１６)、モータ相抵抗値比較においても同様に閾値以下であれば（５２２，５２４）次の行程(５１３、５１７)を行い、閾値以上であれば運転停止(５２３，５２５)する。
水流パターンの置換は、強水流（例えば５秒ＯＦＦ−３０秒ＯＮ）から弱水流（例えば１０秒ＯＦＦ−１０秒ＯＮ）にすることで、モータの出力時間を短くする。
モータ相抵抗値比較においてはモータ巻き線コイルの相抵抗値(例えばＵ相,Ｖ相,Ｗ相)を各々に比較(例えばＵ相＜Ｖ相＜Ｗ相)し、最大と最小(例えばＵ相＜Ｗ相＝５Ω＜８Ω)との差が閾値(例えば2.5Ω)以下であれば温度推定に依存した水流出力を行い、閾値以上であれば運転停止処理をする。
上記実施例は、各行程の開始前に温度推定を実施する例を示したが、温度推定及び、モータ相抵抗値比較は上記のタイミングによらず、任意のタイミングで行うことも可能である。
以上により、洗濯運転中のモータの抵抗値からモータの温度を推定し、洗濯運転時間を延ばすことなく、モータの温度上昇を抑制し、洗濯運転を停止せずに最後まで行うことが実現できる。
また、モータに異常(例えばレアショート)がある場合、モータの巻き線コイルの相抵抗値を各々比較をして検知し、運転を停止させることで発煙、発火を防止することが実現できる。このように、従来は強水流を出力し続け、モータの温度が高くなったときに運転を一時停止する(全体の運転時間が延びる)のに対し、実施例では、モータの温度が高くなる前に、強水流から弱水流に置換して、一時停止せずに(全体の運転時間を延ばさずに)運転することができる。
また、従来ではモータ異常を正しく検知出来ない場合、運転動作をし続けるため、発煙、発火に至る可能性があるのに対し、実施例では各相の抵抗値を比較してモータ異常を検知でき、モータに異常がある場合には、運転停止することでモータの破損、発火などの重大な事故を未然に防止することができる。
上記実施例は、ドラム式洗濯機を例に説明したが、縦型式洗濯機に関しても同様に適用できる。
１００ ドラム式洗濯機
１０１ 筐体
１０２ 筐体ベース
１０３ ドア
１０４ ドラム
１０５ 外槽
１０６ サスペンション
１０７ 回転軸
１０８ 温度検知手段
２０１ 行程制御手段
２０２ 回転数指令情報
２０３ モータ制御手段
２０４ ＰＷＭ制御信号
２０５ 直流電源
２０６ インバータ
２０７ モータ
２０８ マグネット磁界
２０９ ロータ回転位置センサ
２１０ 位置信号
３０１ 回転数算出手段
３０２ 回転数情報
３０３ モータ回転数制御手段
４０１：マイクロコンピュータ
４０２：モータの抵抗値
４０３：抵抗演算部
４０４：温度推定部
４０５：電流検出手段
６０１：温度検出手段
６０２：モータ抵抗値補正部
６０３：モータ抵抗値比較部
Ｉ：電流指令値
Ｉ’：電流検出値
Ｒ：モータの抵抗値
Ｒ’：抵抗演算値
Ｒ1：モータが20℃の時の抵抗値
Ｒ2：補正後抵抗値
Ｒ3：相抵抗差
ΔＲ：抵抗補正値
ｔ0：モータの抵抗値Ｒを測定したときのモータ温度
t1：雰囲気温度検出値
t2：補正後推定温度
ｔ：運転中のモータ温度
α：温度係数
１０１ 筐体
１０２ 筐体ベース
１０３ ドア
１０４ ドラム
１０５ 外槽
１０６ サスペンション
１０７ 回転軸
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２０１ 行程制御手段
２０２ 回転数指令情報
２０３ モータ制御手段
２０４ ＰＷＭ制御信号
２０５ 直流電源
２０６ インバータ
２０７ モータ
２０８ マグネット磁界
２０９ ロータ回転位置センサ
２１０ 位置信号
３０１ 回転数算出手段
３０２ 回転数情報
３０３ モータ回転数制御手段
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４０２：モータの抵抗値
４０３：抵抗演算部
４０４：温度推定部
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６０２：モータ抵抗値補正部
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Ｉ：電流指令値
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Ｒ：モータの抵抗値
Ｒ’：抵抗演算値
Ｒ1：モータが20℃の時の抵抗値
Ｒ2：補正後抵抗値
Ｒ3：相抵抗差
ΔＲ：抵抗補正値
ｔ0：モータの抵抗値Ｒを測定したときのモータ温度
t1：雰囲気温度検出値
t2：補正後推定温度
ｔ：運転中のモータ温度
α：温度係数
Claims (4)
- 洗濯槽と、
前記洗濯槽を回すためのモータと、
前記モータを制御するためのモータ制御手段と、
前記モータに流れた電流を検出する電流検出手段と、
前記モータの材質・巻線数から求められるモータの抵抗値と前記モータ制御手段から生成される電流指令値と前記電流検出値に基づいて、前記モータの抵抗値を演算するモータ抵抗演算部と、
前記モータ抵抗演算部から演算されるモータの抵抗値を補正する補正演算部と、
雰囲気温度を検出する温度検出手段と、
前記モータの抵抗値、または、前記補正演算部で補正された前記モータ抵抗値に基づいて前記モータの温度推定値を演算するモータ温度推定部と、を備え、前記モータの温度推定値が既定値を超えた場合、前記モータの目標回転数を低くする、または出力時間を短くすることを特徴とする。 - 前記温度推定部は、温度推定演算を洗濯運転中の任意のタイミングで実施することを特徴とする請求項１に記載の洗濯機。
- 前記モータの温度推定値が既定値を超えた場合、前記洗濯槽内の水を排水することを特徴とする請求項１に記載の洗濯機。
- 前記温度推定演算結果をメモリし、洗濯運転中の任意のタイミングで比較する温度推定演算比較部を備え、規定値以上の場合には運転を停止することを特徴とする請求項１に記載の洗濯機。
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