JP2019072291A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで回路またはモータの温度過昇保護を実現させる洗濯機を提供することを課題する。【解決手段】制御手段は、運転間隔計測部２８で計測した運転完了から次回運転実行までの運転間隔時間データを基に、複数の温度保護モードのいずれかを選択して運転制御を行う構成とすることにより、連続運転時の運転間隔時間を検知してすることにより、低コストでスイッチング素子１８ａ〜１８ｆやモータ９の温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。【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、モータを制御するスイッチング素子が温度上昇の熱により破壊するのを防ぐために、スイッチング素子やモータ巻線の温度を検知して制御する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、従来の洗濯機のコントロールユニットの要部説明図、図８は、同洗濯機のモータ巻線とサーミスタの回路図である。

図７、図８において、洗濯機の制御を行うコントロールユニット５０は、基板５３を配設し、基板５３は防水のために樹脂コーティングによりユニットケース５４内に埋設されている。

基板５３の近傍には、モータ（図示せず）を制御するパワー素子（スイッチング素子）５２が配設されており、モータ巻線５５の温度とパワー素子５２の温度を検知するものとして、サーミスタ５１がモータ巻線５５に接続されている。そして、このサーミスタ５１で検知される温度は電圧値としてモータなどの駆動を制御する制御装置（図示せず）に入力される。

特開２０００‐６１１９１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、サーミスタなどの温度検出器を搭載してスイッチング素子やモータの温度過昇防止を図れば、製造コストがアップする課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を抑制して、信頼性を向上す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、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、外枠上部角隅より垂下防振支持され、前記洗濯兼脱水槽を回転自在に内包する外槽と、前記洗濯兼脱水槽とパルセータを回転駆動するモータと、前記外槽内へ給水する給水弁と、制御回路などを有する制御ユニットと、前記モータの動作を制御するためのスイッチング素子を有したインバータ回路と、前記モータ、給水弁などを制御して、洗い、すすぎ、脱水の一連の行程を逐次制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、運転間隔計測部で計測した運転完了から次回運転実行までの運転間隔時間データを基に、複数の温度保護モードのいずれかを選択して運転制御を行う構成としたものである。

これによって、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することが出来る。

本発明によれば、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

本発明の実施の形態における洗濯機の縦断面図 同洗濯機の制御ユニットの概略ブロック回路図 同洗濯機の制御内容を示すフローチャート 同洗濯機の運転間隔と温度保護モードの内容例を示す図 一般的な洗濯機の連続運転における回路素子の温度遷移図 同洗濯機の運転間隔に対する回路素子の温度遷移図 従来の洗濯機のコントロールユニットの要部説明図 同洗濯機のモータ巻線とサーミスタの回路図

第１の発明は、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、外枠上部角隅より垂下防振支持され、前記洗濯兼脱水槽を回転自在に内包する外槽と、前記洗濯兼脱水槽とパルセータを回転駆動するモータと、前記外槽内へ給水する給水弁と、制御回路などを有する制御ユニットと、前記モータの動作を制御するためのスイッチング素子を有したインバータ回路と、前記モータ、給水弁などを制御して、洗い、すすぎ、脱水の一連の行程を逐次制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、運転間隔計測部で計測した運転完了から次回運転実行までの運転間隔時間データを基に、複数の温度保護モードのいずれかを選択して運転制御を行う構成とする。

これにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、温度保護モードとして、運転行程内に休止期間を設ける構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の制御手段は、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、モータの回転速度を低くする構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の制御手段は、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、パルセータによる攪拌時に、１回の攪拌動作におけるモータの通電時間を短くする構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の制御手段は、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、給水弁による洗濯兼脱水槽への給水量を増やす構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の制御手段は、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、洗い、すすぎ、あるいは、脱水行程のいずれかの行程の、あるいは、すべての行程の運転時間を短くする構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の制御手段は、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、制御ユニット用の冷却ファンの回転数を高くする構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

以下、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）
実施の形態１を説明する前に、一般的な洗濯機の運転時における制御回路基板の回路素子の温度遷移について説明する。

図５は、一般的な洗濯機の連続運転時における回路素子の温度遷移図、図６は、同洗濯機の運転間隔に対する回路素子の温度遷移図を示すもので、実験で得た温度遷移図である。

図５において、縦軸が回路素子の温度、横軸が経過時間を示し、洗濯機の運転を３回連続で実行した際の温度遷移を表している。

図５から、１回目の運転時に比べて２回目の運転時は温度ピークが高くなっていることが、また、２回目の運転時に比べて３回目の運転時は更に温度ピークが高くなっていることが分かる。これは１回目、もしくは２回目の運転時に上昇した回路素子温度が下降しきる前に次の運転が始まったため、重畳されてより高くなっているのである。

図６において、縦軸が回路素子の温度、横軸が経過時間を示しており、１回目の運転後に、２回目の運転を開始せずに放置した場合の回路素子の温度遷移を表している。

図６から、運転終了後の放置時間が長い程、回路素子の温度は下降していき、６０分経過後には回路素子の温度は常温まで下降しきっていることが分かる。

つまり、運転間隔が６０分以内の場合は、１回目の運転による温度上昇が残っているため、２回目の回路素子の温度ピークは１回目に比べて高くなる。

ここで、運転間隔に対する温度遷移図は一例であり、回路基板を設置している場所、周辺の機構部品にも影響を受ける。

上記温度遷移の実態を踏まえて、本実施の形態１を説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における洗濯機の縦断側面図、図２は、同洗濯機の制御ユニットの概略ブロック回路図である。

図１、図２において、外枠１は、洗濯機の外郭を構成し、外枠１の内部には、上面が開放した円筒状の外槽２が、外枠１の上部角隅より弾性吊持機構３によって弾性的に防振支持されている。外槽２の内部には、上面が開放した円筒状の洗濯兼脱水槽４が回転自在に設けられており、洗濯兼脱水槽４の周壁部には、多数の脱水孔５が形成されている。

洗濯兼脱水槽４には、上部に振動低減用の液体が封入されたバランサ６が取り付けられており、底部には、衣類攪拌用のパルセータ７が回転自在に設けられている。外槽２の外底部には、モータ９が設けられており、モータ９により、洗濯兼脱水槽４およびパルセータ７が回転駆動される。

洗い、および、すすぎ行程時には、洗濯兼脱水槽４を静止させた状態で、モータ９により、パルセータ７を時計方向および反時計方向に繰り返し回転させて攪拌行程を行う。脱水行程では、洗濯兼脱水槽４とパルセータ７を一方向に高速回転させる。攪拌行程では、時計方向もしくは反時計方向にそれぞれモータ９を回転させるための通電時間(ＯＮ時間)と、モータ９への通電を休止させるＯＦＦ時間を持たせながら駆動させることで衣類を攪拌させる。

外槽２の下部には、排水弁１１を設けた排水経路１０が設けられており、この排水弁１１が開放されることにより、外槽２内の水が機外に排出される。

また、外槽２の内底部側壁側には、水位検知用のエアトラップ１２が設けられている。エアトラップ１２には、エアチューブ１３を介して水位センサ（図示せず）が接続されており、水位センサは、圧力センサからなり、外槽２内の水位に応じた空気圧を、エアチューブ１３を介して検知することで水位を検知する。

外槽２の外底部の中央部には、モータ９、および、クラッチ機構部１５を備えた駆動機構部１４が設けられており、駆動機構部１４は、 図示しない減速装置、ブレーキ装置なども備えている。

洗い、または、すすぎ行程時においては、駆動機構部１４は、モータ９の回転力を、減速装置によって減速するとともに、クラッチ機構部１５によってパルセータ７に伝達する。脱水行程時においては、駆動機構部１４は、モータ９の回転力を、減速装置によって減速することなく、クラッチ機構部１５によって洗濯兼脱水槽４に高速で伝達する。

外枠１の上部には、トップカバー１６が設けられており、トップカバー１６には、前部に制御ユニット８が、後部に給水弁２５が設けられている。

制御ユニット８は、ＰＷＭ制御方式インバータであるインバータ回路１７を備えており、インバータ回路１７は、ＩＧＢＴからなる６個の半導体のスイッチング素子１８ａ〜１８ｆを三相ブリッジ接続して構成されている。

また、制御ユニット８は、一般家庭用の商用交流電源からノイズ吸収用のフィルタ回路１９を介してダイオードブリッジ２０および平滑用コンデンサ２１ａ、２１ｂにより倍電圧全波整流し、２８０Ｖ程度の直流電圧を得る直流電源回路２２を構成する。

インバータ回路１７の入力側に、直流電源回路２２が接続されており、直流電源回路２２を電源として三相交流電圧をモータ９の各相巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに供給する。

制御手段２４は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、インバータ回路１７をＰＷＭ信号により制御しており、目標回転数に応じてモータ９に印加する三相交流電圧を制御している。

また、制御手段２４は、水位センサ（図示せず）や後述する運転間隔計測部２８などからのデータを入力して、モータ９、クラッチ機構部１５、給水弁２５、排水弁１１、制御ユニット８冷却用の冷却ファン２６などの動作を制御し、洗い、すすぎ、脱水などの各行程を制御する。

制御手段２４は、マイクロコンピュータの制御プログラムを実行することでモータ出力補正処理部２７、運転間隔計測部２８を仮想的に実現している。

モータ出力補正処理部２７や、運転間隔計測部２８は、ハードウェアによって制御回路外に構成しても良い。

運転間隔計測部２８は、カウント手段の一例であり、タイマ機能を用いて洗濯機の運転が終了した時点から次の運転が始まる迄の時間を計測し、モータ出力補正処理部２７が運転間隔計測部２８からの運転間隔時間データを元にモータ出力補正処理を行い、インバータ回路１７への制御信号を補正する、または、給水弁２５、もしくは冷却ファン２６への制御信号を補正する。

以上のように構成された洗濯機について、以下、その動作、作用を説明する。

図３は、本実施の形態における洗濯機の制御内容を示すフローチャート、図４は、同洗濯機の運転間隔と温度保護モードの内容例を示す一覧表である。

図３、図４において、洗濯機の運転終了を検出する(ステップＳ１)と、運転間隔計測部２８が運転間隔の計測を開始し(ステップＳ２)、タイマのカウントアップを行う(ステップＳ３)。

次に、ステップＳ４にて、運転間隔が６０分以上経過しているかを確認し、６０分以上経過している場合（ステップＳ４のＹ）は、運転間隔の計測を終了（ステップＳ１３）し、運転開始命令を受信する（ステップＳ１４のＹ）と、通常仕様での運転を開始する（ステップＳ１５）。

ステップＳ４にて、運転間隔が６０分以上経過していない場合（ステップＳ４のＮ）は、運転開始命令の受信を確認する(ステップＳ５)。運転開始命令を受信していない場合（ステップＳ５のＮ）は、ステップＳ３に戻りカウントアップを継続する。

運転開始命令を受信した場合（ステップＳ５のＹ）は、運転間隔計測部２８が計測している、その時点での運転間隔時間を確認する(ステップＳ６)。

そして、運転間隔時間が２０分以下の場合、モータ９、および、スイッチング素子１８ａ〜１８ｆの温度保護モードＡに入る（ステップＳ７）。運転間隔時間が２０分以上、４０分以下の場合、温度保護モードＢに入る（ステップＳ９）。運転間隔時間が４０分以上の場合、温度保護モードＣに入る（ステップＳ１１）。

そして、それぞれの温度保護モードに応じて、運転を開始する（ステップＳ８、あるいはＳ１０、あるいはＳ１２）。温度保護モードの詳細は、図４にて詳述するが、温度保護モードＣ→Ｂ→Ａの順に応じてモータ負荷を減らすような内容となっている。

運転間隔計測部２８が計測する運転間隔時間が所定の時間よりも短くなった場合に、制御手段２４は、運転行程内に休止行程を挿入するようにプログラミングされている。

休止行程が設けられることで、休止行程中はモータ９の駆動が停止されるため、休止行程の間に、高温となったモータ９、および、スイッチング素子１８ａ〜１８ｆが冷却され、保護することができる。

運転間隔時間と休止行程の休止時間の相関設定は、適宜変更して設定することができるが、本実施の形態では、図４（ａ）のように、運転間隔時間が短いほど、休止時間を長くするように設定されている。

また、運転間隔計測部２８が計測する運転間隔時間が所定の時間よりも短くなった場合には、制御手段２４は、モータ９の回転速度が通常運転時に比べて低くするようにスイッチング素子１８ａ〜１８ｆを駆動させるようにプログラミングされている。

モータ９の回転速度を低くすることでモータ９にかかる負荷が軽減され、モータ９を駆動しているスイッチング素子１８ａ〜１８ｆの駆動負荷が軽減される。その結果、高温となったモータ９、および、スイッチング素子１８ａ〜１８ｆが冷却され保護することができる。

運転間隔時間とモータ９の回転速度の相関設定は、適宜変更して設定することができるが、本実施の形態では、図４（ｂ）のように、運転間隔が短いほど、モータ９の回転速度を低くするように設定されている。

また、運転間隔計測部２８が計測する運転間隔時間が所定の時間よりも短くなった場合には、制御手段２４は、運転行程内の攪拌動作におけるモータ９のＯＮ時間を、通常運転時に比べて短くなるようにスイッチング素子１８ａ〜１８ｆを駆動させるようにプログラミングされている。

モータ９のＯＮ時間を短くすることで、モータ９にかかる負荷が軽減され、モータ９を駆動しているスイッチング素子１８ａ〜１８ｆの駆動負荷も軽減される。その結果、高温となったモータ９およびスイッチング素子１８ａ〜１８ｆが冷却され保護することが出来る。

運転時間とモータ９のＯＮ時間の相関設定は適宜変更して設定することができるが、本実施の形態では、図４（ｃ）のように、運転間隔時間が短いほど、モータ９のＯＮ時間を短くするように設定されている。

また、運転間隔計測部２８が計測する運転間隔時間が所定の時間よりも短くなった場合には、制御手段２４は、外槽２に給水する給水量設定を通常運転時に比べて高くするようにプログラミングされている。

外槽２に給水する給水量を増やすことで、外槽２の水位が上昇し、洗濯物が浮くようになり、パルセータ７に洗濯物が引っ掛かりにくくなるために、パルセータ７の負荷、ひいてはモータ９にかかる負荷が軽減される。

モータ９の負荷が軽減されることにより、スイッチング素子１８ａ〜１８ｆにかかる駆動負荷も軽減され、その結果、高温となったモータ９およびスイッチング素子１８ａ〜１８ｆが冷却され保護することができる。

運転間隔時間と追加給水量の相関設定は適宜変更して設定することができるが、本実施の形態では、図４（ｄ）のように、運転間隔が短いほど、追加給水量を多くするように設定されている。

また、運転間隔計測部２８が計測する運転間隔時間が所定の時間よりも短くなった場合には、制御手段２４は、運転時間を通常運転時に比べて短くするようにプログラミングされている。

この時、攪拌、脱水などの各行程のどの運転時間を短くするかは、選択可能であるが、機器における素子の温度上昇量がワーストとなる運転行程を短くすることが望ましい。

また、運転間隔と運転時間の短縮量は適宜変更して設定することが出来るが、本実施の形態では、図４（ｅ）のように、運転間隔が短いほど、運転時間の短縮量を大きくするように設定されている。

運転間隔計測部２８が計測する運転間隔時間が所定の時間よりも短くなった場合には、制御手段２４は、冷却ファン２６の回転速度を通常運転時に比べて高くするようにプログラミングされている。

冷却ファン２６の回転数を上げることにより、高温となったモータ９およびスイッチング素子１８ａ〜１８ｆが冷却され、保護することができる。

運転間隔時間と冷却ファン２６の回転数の相関設定は、適宜変更して設定することができるが、本実施の形態では、図４（ｆ）のように、運転間隔時間が短いほど、冷却ファン２６の回転数を高くするように設定されている。

なお、図４の各温度保護モードの設定内容は一例であり、洗濯機の特性に応じて設定すれば良い。

また、本実施の形態では、１回目と２回目の運転間隔データのみを元に保護モードを決めたが、例えば、１回目と２回目の運転間隔データと、２回目と３回目の運転間隔データを元に３回目の保護モードを決める等、複数の運転間隔データを元に保護モードを決定しても良い。

以上のように、本実施の形態においては、運転間隔計測部２８で計測した運転完了から次回運転実行までの運転間隔時間データを基に、複数の温度保護モードのいずれかを選択して運転制御を行う構成とすることにより、低コストでスイッチング素子１８ａ〜１８ｆやモータ９の温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

また、温度保護モードとして、運転行程内に休止期間を設ける構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、モータの回転速度を低くする構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

また、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、パルセータによる攪拌時に、１回の攪拌動作におけるモータの通電時間を短くする構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

さらに、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、給水弁による洗濯兼脱水槽への給水量を増やす構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

また、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、洗い、すすぎ、あるいは、脱水行程のいずれかの行程の、あるいは、すべての行程の運転時間を短くする構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

さらに、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、制御ユニット用の冷却ファンの回転数を高くする構成とすることにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することができる。

以上のように、本発明にかかる洗濯機は、連続運転時の運転間隔時間を検知して制御することにより、低コストでスイッチング素子やモータの温度過昇を防止して、信頼性を向上することが実現できるので、ドラム式など他の洗濯機や、洗濯乾燥機の用途に適用できる。

１ 外枠
２ 外槽
４ 洗濯兼脱水槽
７ パルセータ
８ 制御ユニット
９ モータ
１７ インバータ回路
１８ａ〜１８ｆ スイッチング素子
２４ 制御手段
２５ 給水弁
２６ 冷却ファン
２８ 運転間隔計測部

Claims (7)

1. 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、外枠上部角隅より垂下防振支持され、前記洗濯兼脱水槽を回転自在に内包する外槽と、前記洗濯兼脱水槽とパルセータを回転駆動するモータと、前記外槽内へ給水する給水弁と、制御回路などを有する制御ユニットと、前記モータの動作を制御するためのスイッチング素子を有したインバータ回路と、前記モータ、給水弁などを制御して、洗い、すすぎ、脱水の一連の行程を逐次制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、運転間隔計測部で計測した運転完了から次回運転実行までの運転間隔時間データを基に、複数の温度保護モードのいずれかを選択して運転制御を行う洗濯機。
2. 制御手段は、温度保護モードとして、運転行程内に休止期間を設ける請求項１に記載の洗濯機。
3. 制御手段は、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、モータの回転速度を低くする請求項１または２に記載の洗濯機。
4. 制御手段は、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、パルセータによる攪拌時に、１回の攪拌動作におけるモータの通電時間を短くする請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯機。
5. 制御手段は、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、給水弁による洗濯兼脱水槽への給水量を増やす請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗濯機。
6. 制御手段は、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、洗い、すすぎ、あるいは、脱水行程のいずれかの行程の、あるいは、すべての行程の運転時間を短くする請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。
7. 制御手段は、温度保護モードとして、運転間隔時間が短いほど、制御ユニット用の冷却ファンの回転数を高くする請求項１〜６のいずれか１項に記載の洗濯機。

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