JP2024003865A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】布量検知工程においてモータの回生電力によって生じる影響を抑制できる洗濯機を提供する。【解決手段】本開示に係る洗濯機は、洗濯物を収容して回転するドラムと、通電により前記ドラムを回転駆動するモータと、前記モータに通電される電流を検知する電流検知部と、洗濯機に印加されている電圧を検知する電圧検知部と、前記モータの回転を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記電流検知部により検知された電流値に基づいて前記ドラムに収容された洗濯物の布量を判定する布量検知工程を実行可能に構成され、前記電圧検知部により検知された電圧の値が第１の値以下の場合、前記布量検知工程を実行する。【選択図】図３

Description

本開示は、洗濯機に関する。

特許文献１は、ドラムに投入された洗濯物の量である布量を検知するための布量センサを有する洗濯機を開示する。

特許文献１における洗濯機は、洗濯物を収容して回転運動を行うドラムと、ドラムを内包し洗濯機本体内に弾性的に支持された水槽と、水槽内に位置しドラムに設けた流体バランサと、ドラムを回転駆動するモータと、モータに通電される電流を検知する電流検知部と、モータの回転を制御する制御部とを備え、制御部は、モータに加速トルクを発生させることでドラムの回転を加速して、所定の加速区間において、ドラムの加速時角加速度α１を一定とするようにモータトルクを制御しドラムが少なくとも一回転分以上の整数倍回転区間のモータに通電される加速時電流値Ｉｑ１’を検知する第１の検知工程と、第１の検知工程の後に、モータに減速トルクを発生させることでドラムの回転を減速して、所定の減速区間において、ドラムの減速時角加速度α２を一定とするようにモータトルクを制御しドラムが少なくとも一回転分以上の整数倍回転区間のモータに通電される減速時電流値Ｉｑ２’を検知する第２の検知工程とを有し、加速時電流値Ｉｑ１’と減速時電流値Ｉｑ２’に基づき、布量を検知する布量検知手段を有する。

特開２０１４－５４４９８号公報

本開示は、布量検知工程においてモータの回生電力によって生じる影響を抑制できる洗濯機を提供する。

本開示における洗濯機は、洗濯物を収容して回転するドラムと、通電によりドラムを回転駆動するモータと、モータに通電される電流を検知する電流検知部と、洗濯機に印加されている電圧を検知する電圧検知部と、モータの回転を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、電流検知部により検知された電流値に基づいてドラムに収容された洗濯物の布量を判定する布量検知工程を実行可能に構成され、電圧検知部により検知された電圧の値が第１の値以下の場合、布量検知工程を実行する。

本開示における洗濯機は、布量検知工程においてモータの回生電力によって生じる影響を抑制できる。

実施の形態１における洗濯機の概略構成を示す断面図 実施の形態１における洗濯機の制御装置の概略構成を示す回路図 実施の形態１における洗濯機の布量検知処理の動作を示すフローチャート

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、制御手段によりモータトルクを制御し、モータに流れる電流に基づいて洗濯物の布量を検知する洗濯機が知られていた。制御手段に用いられる制御基板においては、洗濯機に印加される電圧とモータの回転時に生じる回生電力により、制御基板に印加されている直流電圧が、制御基板に含まれる電子部品の保証電圧よりも上回った場合、電子部品に悪影響を生じる虞があった。

本願発明の発明者らは、住宅等に供給される商用電源のＡＣ電圧が不安定な地域においては、洗濯機外部のＡＣ電圧の電圧値が変動するため、モータを制御して回生電力を抑制するだけでは電子部品への悪影響を抑制することが難しいという課題を発見した。また、商用電源のＡＣ電圧の値が異なる複数の地域に対して同一の洗濯機を販売する場合においても、モータを制御して回生電力を抑制するだけでは電子部品への悪影響を抑制することが難しいという課題を発見した。これらの課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。なお、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）
以下、図１～３を用いて、実施の形態１を説明する。

［１－１．洗濯機の構成］
図１は、本実施の形態のドラム式洗濯機の構造を示している。この洗濯機本体１内には、防振構造を有するサスペンション構造（図示せず）によって水槽２が宙吊り状態に支持されている。水槽２内には、有底円筒形に形成されたドラム３が、その軸心方向を正面側から背面側に向けて下向きに傾斜させて支持されている。

水槽２の手前側には複数の貯留室を有するドーナツ状の流体バランサ１５が設けられており、ドラム３と直結されている。流体バランサ１５は比重の大きな液体（例えば、塩化カルシウム水溶液）が入った複数の貯留室を有し、径方向に複数に分離されると共に、仕切り板に連通孔を設けられており、洗濯物の偏りを検出すると共に、検出した洗濯物の偏りと反対側の貯留室へ注入する。これにより、ドラム３の中の洗濯物の偏心荷重がドラム３の片方にある場合は、流体を偏心荷重の反対側に移動させ、偏りを補正し、ドラム３の回転時の振動騒音を低減させる。

水槽２の正面側にはドラム３の開口端に通じる衣類出入口４が形成され、洗濯機本体１の正面側の上向き傾斜面に設けられた開口部を開閉可能に閉じる扉５を開閉することにより、衣類出入口４を介してドラム３内に対して洗濯物を出し入れすることができる。

ドラム３には、その周面に水槽２内に通じる多数の透孔６が形成され、内周面の複数位置に衣類撹拌用の攪拌突起１９が設けられている。このドラム３は、水槽２の下部に取り付けられたモータ７によって正転及び逆転方向に回転駆動される。モータ７の回転は、ベルト１６を介してドラム３の回転軸１７に固定されたプーリ１８に伝達される。

また、水槽２には、給水管路８及び排水管路９が配管接続され、給水弁２７及び排水弁２８の制御によって水槽２内への給水及び排水がなされる。

扉５を開きドラム３内に洗濯物及び洗剤を投入して、洗濯機本体１の前面上部に設けられた操作パネル１０での操作により運転を開始させると、給水弁２７が開くことにより、水槽２内には給水管路８から所定量の給水がなされ、モータ７が回転することにより、ド
ラム３が回転駆動されて洗濯工程が開始される。

ドラム３の回転により、ドラム３内に収容された洗濯物はドラム３の内周壁に設けられた攪拌突起１９によって回転方向に持ち上げられ、持ち上げられた適当な高さ位置から落下する攪拌動作が繰り返されるので、洗濯物には叩き洗いの作用が及んで洗濯がなされる。

所要の洗濯時間の後、排水弁２８が開くことにより、汚れた洗濯液は排水管路９から排出され、ドラム３を高速回転させる脱水動作により洗濯物に含まれた洗濯液を脱水し、その後、水槽２内に給水管路８から給水してすすぎ工程が実施される。

このすすぎ工程においてもドラム３内に収容された洗濯物はドラム３の回転により攪拌突起により持ち上げられて落下する攪拌動作が繰り返されてすすぎ洗いが実施される。

また、モータ７の内部には、その回転状態を検知するために、モータの回転子（ロータ）の位置を検出する位置検出素子等で構成された回転検知部１４が設けられている。

また、このドラム式洗濯機には、ドラム３内に収容した洗濯物を乾燥する機能が設けられ、送風ファン１２を駆動することにより、循環送風経路１１に、水槽２内の空気を排気して、ヒートポンプ２９により、除湿し、加熱して乾燥させた空気を、リントフィルタ１３を介して、再び水槽２内に送風する。

図２は、本実施の形態における洗濯機の制御装置の概略構成を示す回路図である。図２に示す制御装置において、制御基板４３は、商用電源２０の交流電圧を整流器２１より整流し、チョークコイル２２及び平滑コンデンサ２３からなる平滑回路により平滑化された直流電圧を駆動源として、インバータ回路２４によりモータ７を回転駆動する。

また、入力設定部２５から入力される運転指示、及び各検知手段により検知される運転状態の監視情報に基づいてモータ７の回転を制御し、負荷駆動部２６により給水弁２７、排水弁２８、送風ファン１２、ヒートポンプ２９の動作を制御する。

モータ７は、三相巻線７ａ、７ｂ、７ｃを有するステータと、２極の永久磁石を有するロータとを備え、３つの位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃを設けたＤＣブラシレスモータとして構成され、スイッチング素子２４ａ～２４ｆにより構成されたＰＷＭ制御によるインバータ回路２４により回転制御される。

位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃが検出するロータ位置検出信号は、マイコン（図示せず）により構成された制御部３１に入力される。このロータ位置検出信号に基づいて、駆動回路３２によりスイッチング素子２４ａ～２４ｆのオン／オフ状態をＰＷＭ制御することにより、ステータの三相巻線７ａ、７ｂ、７ｃに対する通電を制御してロータを所要回転速度で回転させる。

制御部３１は、３つの位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃの検出出力が入力される回転速度検知部３３を有する。回転速度検知部３３は、３つの位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃのいずれかの信号の状態が変わるたびにその周期を検出し、その周期よりロータの回転速度を算出する。回転速度検知部３３の検知出力は布量検知部３４に供給され、検出された回転速度に基づき、以下に説明するように布量が検知される。

電圧検知部３６は、例えば、平滑コンデンサ２３の電圧を抵抗等で分圧し、その分圧された電圧をマイコンに入力することで電圧を検知する。これにより、モータ７が回転され
ていない場合には、間接的に商用電源２０のＡＣ電圧を検知する。

電流検知部３５は、例えば、シャント抵抗と、マイコンに内蔵された回路と、により構成されている。電流検知部３５は、モータ７に流れる電流を検知する。

なお、回転速度検知部３３の検知出力はドラム３の回転速度に対応するので、以下の説明においてドラム３の回転速度は、回転速度検知部３３の検知出力により得られるものである。

［１－２．布量検知処理の動作］
図２に示すように、制御基板４３は、保証電圧の異なる複数の電子部品が実装された基板として構成され、マイコン等が実装されている。電子部品とは、例えば、平滑コンデンサ２３である。電子部品に悪影響を及ぼさないためには、洗濯機に印加される電圧とモータの回転時に生じる回生電力により、制御基板４３に印加されている直流電圧を、保証電圧よりも小さくすればよい。本実施の形態では、布量検知処理において制御基板４３の直流電圧成分が保証電圧より大きい場合、即ち、商用電源２０が印加されていてモータ７が回転されていない場合の平滑コンデンサ２３の電圧が所定の値より大きい場合に、大きな回生電力を発生させる布量検知工程を行わないようにしている。

布量検知処理は、ドラム３に投入された衣類等洗濯物の布量を検知・判定し、布量に応じて洗濯時間等を決定する処理である。衣類がドラム３に投入され、操作パネル１０により洗濯運転の開始指示が入力されると、布量検知処理が開始される。以下、図３に基づいて、布量検知処理について説明する。

図３は、実施の形態１における洗濯機の布量検知処理の動作を示すフローチャートである。

図３に示すように、布量検知処理がスタートすると（ステップＳ１）、制御装置は、制御部３１に内蔵されている電圧検知部３６を用いて、洗濯機に印加されているＡＣ電圧の検知を行う（ステップ２）。ステップ２では、商用電源２０が印加されていてモータ７が回転されていないため、平滑コンデンサ２３の電圧を検知することで、洗濯機本体１に印加されている商用電源２０のＡＣ電圧を検知することができる。

制御装置は、洗濯機に印加されているＡＣ電圧が第１の値以下かどうかの判定を行う（ステップＳ３）。

第１の値は、洗濯機の定格電圧よりも大きい値として予め決められた値であり、例えば、定格電圧の１．０６倍である値として設定されている。例えば、洗濯機の定格電圧が１００Ｖだった場合、第１の値は１０６Ｖとして設定されている。

ＡＣ電圧の値が第１の値を上回った場合（ステップ３，Ｎｏ）、モータトルクを用いた布量検知工程を実施せず、電流値を用いずに布量を判定する布量判定工程を実施する（ステップＳ４）。本実施の形態における洗濯機は、モータの電流値を判定に用いない布量判定工程として、布量の値が予め定められた第２の値であると見做して布量判定する工程を実施する。本実施の形態における第２の値は、最大負荷、即ち、洗濯機で洗濯可能とされる最大の布量の値である。洗濯機で洗濯可能とされる最大の布量として布量判定された場合、投入する洗剤の量、水量、および機械力が最大に設定されるため、実際の布量に依らず洗浄性能を確保することができる。なお、第２の値は、洗濯機で洗濯可能な布量の平均値であってもよい。

ＡＣ電圧の値が第１の値以下である場合は、所定の電圧をモータ巻線に印加してモータ温度を検知し（ステップＳ５）、温度補正係数を算出する。

次に、低速回転工程を行い、続いて布量検知工程を行う。低速回転工程においては、モータ７に加速トルクを発生させることでドラム３を静止状態から起動し、モータ７の所定の回転速度Ｎ１（例えば、４４０ｒ／ｍｉｎ）まで加速する（ステップＳ６）。次に、低速回転工程に引き続き、布量検知工程を行う。

布量検知工程は、第１の検知工程と第２の検知工程からなる。布量検知工程を開始すると、所定の時間経過あるいは所定の回転速度到達後に（ステップＳ７）、モータ７によって所定の角加速度α１でドラム３の回転が加速するようベクトル制御し、回転速度Ｎ１からＮ２まで加速させる第１の検知工程が行われる（ステップＳ８）。

第１の検知工程では、電流検知部３５により、モータ７に通電される電流を検知し、第１の検知区間においてドラムが少なくとも一回転分以上の整数倍回転区間の電流値Ｉｑ１の平均値または積算値を算出する。

このように、ドラム３が１回転（３６０度回転）する間の電流値Ｉｑ１の平均値または積算値を用いることで、衣類等の偏り状態による電流値の上下変動を相殺することができる。従って、ドラムが少なくとも一回転分以上の整数倍回転区間の電流値を布量判定値として用いることで、衣類等の偏り状態による電流値の上下変動を相殺し、布量判定値のバラツキを抑制することができる。

ドラム３が回転速度Ｎ２に到達すると（ステップＳ９）、ドラム３が一回転する間の電流値Ｉｑ１を算出し（ステップＳ１０）、第１の検知工程を終える。

第１の検知工程が終了した後に、ドラム３の回転速度を減速に転じさせた上で、モータ７によって所定の角加速度α２でドラム３の回転が減速するようベクトル制御し、回転速度Ｎ３からＮ４まで減速させる第２の検知工程が行われる（ステップＳ１１）。

ドラム３の回転速度がＮ４に到達すると（ステップＳ１２）、電流検知部３５により、モータ７に通電される電流を検知し、減速区間においてドラム３が少なくとも一回転分以上の整数倍回転区間の電流値Ｉｑ２の平均値または積算値を算出し（ステップＳ１３）、第２の検知工程を終える。

次に、算出された電流値Ｉｑ１とＩｑ２との差に基づき、モータ誘起電圧補正（ステップＳ１４）、および温度補正（ステップＳ１５）を行う。

最後に、算出された電流値の差分（Ｉｑ１－Ｉｑ２）と予め定められた布量値との関係から布量を判定し（ステップＳ１６）、布量検知工程及び布量検知処理を終了する（ステップＳ１７）。

以上のように、本実施の形態では、洗濯機に入力されているＡＣ電圧の値に基づいて、布量検知工程の実行の可否を判定し、布量検知工程を実行しない場合には、モータトルクを用いない布量判定工程を実行する。これにより、大きな回生電力が発生する可能性が高い布量検知工程において、回生電力が電子部品に悪影響を及ぼすことを抑制できる。また、衣類等の偏り状態、又は、モータ７の誘起電圧定数によって大きな回生電力が生じるような場合であっても、モータトルクを用いる布量検知工程を実行しないので、回生電力が電子部品に悪影響を及ぼすことを抑制できる。

［１－３．作用など］
洗濯物を収容して回転するドラム３と、通電によりドラム３を回転駆動するモータ７と、モータ７に通電される電流を検知する電流検知部３５と、洗濯機に印加されている小用電源２０のＡＣ電圧を検知する電圧検知部３６と、モータ７の回転を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、電流検知部３５により検知された電流値に基づいてドラム３に収容された洗濯物の布量を判定する布量検知工程を実行可能に構成され、電圧検知部３６により検知された電圧の値が第１の値以下の場合、布量検知工程を実行する。

これにより、洗濯機に印加される電圧とモータの回転時に生じる回生電力により、制御基板４３に印加されている電圧が制御基板４３に実装された電子部品に悪影響を及ぼさない値である場合において、回生電力が発生する布量検知工程を行うことができる。

本実施の形態のように、制御装置は、電圧検知部３６により検知された電圧の値が第１の値を上回った場合、電流検知部３５により検知される電流値を用いずに洗濯物の量を判定する布量判定工程を実行してもよい。

これにより、ＡＣ電圧値が、制御基板４３に実装された電子部品に悪影響を及ぼす虞がある場合には、布量検知工程を行わずに予め設定された対応関係に基づいて布量を判定するので、布量検知処理において回生電力を生じさせない。

本実施の形態のように、制御装置は、布量判定工程において、ドラム３に収容された洗濯物の布量を第２の値であると判定する。

これにより、ＡＣ電圧値が制御基板４３に実装された電子部品に悪影響を及ぼす虞がある場合においても、回生電力を生じさせずに、投入する洗剤の量、水量、および機械力を簡便に設定できる。

本実施の形態のように、第２の値は、洗濯機で洗濯可能とされる最大の布量の値であってもよい。

これにより、布量が最大負荷であると見做されるため、投入する洗剤の量、水量、および機械力が最大に設定され、実際の布量に依らず洗浄性能を確保することができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

実施の形態１では、モータの一例として、モータ７の回転がベルト１６を介してドラム３の回転軸１７に固定されたプーリに伝達される構成を説明した。モータは、ドラムを回転させればよいので、これに限定されない。モータは、ドラムの回転軸に直接接続して駆動する構成であってもよい。

実施の形態１では、洗濯機の一例として、ドラム式洗濯機を説明した。洗濯機は、実施の形態１のドラム式洗濯機に限定されず、乾燥機能を有する洗濯乾燥機や縦型の洗濯機であってもよい。

実施の形態１では、電圧検知部の一例として、電圧検知部３６を説明した。電圧検知部は、モータを駆動する際の洗濯機に印加されている電圧を検知すればよいので、間接的に商用電源２０のＡＣ電圧を検知する構成に限定されない。電圧検知部は、直接的に商用電源２０のＡＣ電圧を検知する構成であってもよい。

実施の形態１では、洗濯機の一例として、所定の布量であると見做して布量判定する工程を説明した。モータの電流値を判定に用いない布量判定工程は、モータトルクを用いた布量検知工程でなければよいので、所定の布量であると見做して布量判定する工程に限定されない。モータの電流値を判定に用いない布量判定工程は、振動検知手段を用いて水槽２の振動を検知して布量を判定する工程であってもよい。例えば、振動の値が大きくなるに従って大きな布量であると判定してもよい。振動検知手段とは、例えば、三軸で振動を検知する３Ｄセンサであってもよいし、バネの伸縮による変位を検知するバネ計りであってもよい。

実施の形態１では、回生電力の発生を抑制する工程の一例として、洗濯物の布量を検知する布量検知処理を説明した。モータの通電により回生電力が発生する工程であれば同様の課題が発生するため、本発明は布量検知処理以外にも適用可能である。

本開示は、洗濯機に適用可能である。具体的には、家庭用の洗濯機、家庭用の洗濯乾燥機、業務用の洗濯機、および業務用の洗濯乾燥機等に適用可能である。

１ 洗濯機本体
２ 水槽
３ ドラム
４ 衣類出入口
５ 扉
６ 透孔
７ モータ
７ａ、７ｂ、７ｃ 三相巻線
８ 給水管路
９ 排水管路
１０ 操作パネル
１１ 循環送風経路
１２ 送風ファン
１３ リントフィルタ
１４ 回転検知部
１５ 流体バランサ
１６ ベルト
１７ 回転軸
１８ プーリ
１９ 攪拌突起
２０ 商用電源
２１ 整流器
２２ チョークコイル
２３ 平滑コンデンサ
２４ インバータ回路
２５ 入力設定部
２６ 負荷駆動部
２７ 給水弁
２８ 排水弁
２９ ヒートポンプ
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 位置検出素子
３１ 制御部
３２ 駆動回路
３３ 回転速度検知部
３４ 布量検知部
３５ 電流検知部
３６ 電圧検知部
４３ 制御基板

Claims (4)

1. 洗濯物を収容して回転するドラムと、
   通電により前記ドラムを回転駆動するモータと、
   前記モータに通電される電流を検知する電流検知部と、
   洗濯機に印加されている電圧を検知する電圧検知部と、
   前記モータの回転を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記電流検知部により検知された電流値に基づいて前記ドラムに収容された洗濯物の布量を判定する布量検知工程を実行可能に構成され、
   前記電圧検知部により検知された電圧の値が第１の値以下の場合、前記布量検知工程を実行する、
   洗濯機。
2. 前記制御装置は、前記電圧検知部により検知された電圧の値が前記第１の値を上回った場合に、前記電流検知部により検知される電流値を用いずに前記洗濯物の量を判定する布量判定工程を実行する、
   請求項１に記載の洗濯機。
3. 前記制御装置は、前記布量判定工程において、前記ドラムに収容された洗濯物の布量を第２の値であると判定する、
   請求項２に記載の洗濯機。
4. 前記第２の値は、前記洗濯機で洗濯可能とされる最大の布量の値である、
   請求項３に記載の洗濯機。