JP2644386B2 - 洗濯機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，洗濯機における洗い，
脱水等を行う主モータ（ＤＣブラシレスモータ）の回転
制御により，比較的小型ながら１台のモータで低速回転
から高速回転まで対応させることのできる洗濯機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の全自動洗濯機においては，単相誘
導モータとギア等による変速切換手段およびプーリとベ
ルトで構成される減速手段とを用いて，洗いやすすぎ等
の低速運転時はモータ回転数を２段減速して攪拌翼を低
速回転させ，脱水等の高速運転時には前記減速手段のみ
を用いて回転槽を高速回転させている。また，ドラム式
洗濯機においては，２台の単相誘導モータを用いて，各
々を低速用と高速用に使い分けている。また，前記２例
と異なり，モータ自体の回転数を制御する構成もあり，
全自動洗濯機においてＤＣブラシレスモータを使用して
その固定子巻線に加える線間印加電圧をパルス幅変調
し，低速運転と高速運転とで数倍の変速を行うものや，
ドラム式洗濯機において整流子モータを位相制御して低
速から高速運転まで１台のモータで対応するものもあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例において，
単相誘導モータを使用するときにはモータ自体に変速機
能がないため，変速切換手段や減速手段を使わざるを得
ない。そのためギア駆動等による騒音の発生や機械的構
成部が複雑になる問題点があった。また，整流子モータ
を位相制御して回転数を変える構成では，低速時のトル
クを得ると共に高速時の高回転を得ようとすると，大型
かつ大出力のモータを使わざるを得ず，洗濯機の大型
化，コストアップをまねき，また，ブラシモータとして
不可避のブラシ摩擦音による騒音発生，ブラシ寿命等の
問題点を有していた。さらに，ＤＣブラシレスモータの
回転数制御を行うものにおいて，モータ固定子巻線に加
える線間印加電圧の導通期間にパルス幅変調をかけるだ
けでは，数倍の変速比しか得られず全自動洗濯機のよう
な大きい変速を必要とする場合に低速時のトルクを得る
ため，変速切換手段なしで低速から高速まで所望の回転
数とトルクを得ようとすると，大型かつ大出力のモータ
を使わざるを得ず，洗濯機が必要以上に大型化し且つコ
ストアップして実用的でなかった。本発明は上記課題を
解決するため，比較的小型のＤＣブラシレスモータを回
転制御して，変速切換手段を用いることなく低速回転か
ら高速回転まで対応させることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は，巻線を設けた固定子と永久磁石による回転
子とを備えて構成されるＤＣブラシレスモータにより，
回転槽または攪拌翼を回転させる洗濯機において，前記
ＤＣブラシレスモータを高速回転させる脱水等の洗濯状
態における前記固定子巻線に加える線間印加電圧の導通
角を，前記ＤＣブラシレスモータを低速回転させる洗い
やすすぎ等の洗濯状態における前記固定子巻線に加える
線間印加電圧の導通角より大とする導通角制御により上
記洗濯状態に応じて前記ＤＣブラシレスモータを回転制
御することを特徴とする洗濯機として構成されている。

【０００５】

【作用】本発明によれば，洗い，脱水等を行う主モータ
にＤＣブラシレスモータを使用する洗濯機において，比
較的小型な１つのＤＣブラシレスモータで，洗いやすす
ぎの低速から脱水といった高速まで数１０倍の変速を得
るために，ＤＣブラシレスモータの固定子巻線に加える
線間印加電圧の導通角を，洗い時等の低速回転時と，脱
水時等の高速回転時とで変えてＤＣブラシレスモータを
回転制御する。脱水時等の高速回転時には導通角を大き
くして高速回転領域を上げ，洗い時等の低速回転時には
導通角を小さくしてＤＣブラシレスモータへの入力を減
らし，最高回転数を低下させて大トルクが得られるよう
制御する。また，導通角の大きい高速回転領域内，導通
角の小さい低速回転領域内それぞれにおける回転数の制
御は，固定子巻線に加える線間印加電圧をパルス幅変調
することにより行う。

【０００６】

【実施例】次に，本発明をドラム式洗濯機に適用した具
体例について説明する。ドラム式洗濯機に適用した場合
に，そのモータに要求される条件は苛酷であり，本構成
は他の全自動洗濯機等に同様に適用できるものである。
まず，図６を用いてドラム式洗濯機の構成を説明する。
ドラム式洗濯機は，外箱１の内部に水槽２がバネ１６に
よって弾性的に支持され，洗濯物を収納する回転槽３
は，前記水槽２の内部に収納され，その側板に固着され
た回転槽水平軸４が前記水槽２に軸受１５を介して回転
自在に軸支されている。回転槽３は，洗濯液の通水及び
脱水液の排出のため，周壁部５の全面に多数の小穴６が
開口され，前記周壁部５にバッフル板７が回転槽水平軸
４に平行に内側に向けて突出して設けられている。回転
槽３には，洗濯物を出し入れする投入口８が設けられ，
回転槽の停止時にはこの投入口８が上方に位置するよう
になっている。このドラム式洗濯機における洗い動作
は，投入口８から回転槽３内に洗濯物を投入し，給水管
１０から水槽２内へ供給された洗濯液に浸漬させた後，
回転槽３を低速で回転駆動させることによって洗いを行
う。このとき，前記洗濯物は回転槽３の回転から生じる
遠心力により周壁部５に押し付けられると共に，バッフ
ル板７によって回転槽３の上部頂点近くまで持ち上げら
れた後，自重により回転槽３の底部に落下し，この動作
が繰り返され，洗濯物は落下時の衝撃力によりたたき洗
いされる。また，脱水動作は，水槽２の内部に溜られた
洗濯液を排水管１７より排水した後，回転槽３を高速で
回転させることにより，前記洗濯物を遠心力により周壁
部５に押し付けて，洗濯物に含まれた洗濯液を前記の小
穴６より排出し，洗濯物を脱水する。前記の回転槽３の
回転は，ＤＣブラシレスモータ１１（以下，モータと呼
ぶ）からモータプーリ１２を介してベルト１４で回転槽
プーリ１３に伝達駆動される。モータ１１については，
前記の洗い時は洗濯液に浸漬された洗濯物を持ち上げよ
うとするため，低速（プーリ比＝８で約４００rpm ）で
はあっても大きなトルクが必要（布量５kgで最大約３８
kg・cm）となり，脱水時は小さなトルク（布量５kgで約
２．５kg・cm）でよいが，高速回転（プーリ比＝８で約
８０００rpm ）を実現させなければならない。このモー
タ１１の構成を図７により説明する。このモータ構成は
本実施例に用いた一構成例であり，本発明を限定するも
のではない。モータ１１の回転子である永久磁石１８
は，フェライト材料のリング状で８極着磁しており，回
転子軸１９は軸受２０を介してモータケース２１に回転
自在に軸受されている。 また，固定子２２は３相を成す
ように巻線が巻かれ，前記のモータケース２１に固定さ
れている。また，前記回転子の回転角度位置は，永久磁
石１８の周辺に１２０°単位で配置された３ヶのホール
センサ２３により検知される。

【０００７】次いで，図１に示す回路構成ブロック図を
用いて，ＤＣブラシレスモータ１１とその回転制御系に
ついて説明する。図１に示すように，制御用演算手段で
あるマイクロコンピュータ２４は，商用電源２５にＤＣ
電源２６を介して接続され，ＤＣ電源２６で生成された
定電圧により駆動される。このマイクロコンピュータ２
４はモータ１１の制御だけでなく，洗濯機の他の制御に
ついても用いられ，後記する回転子位置信号回路３２や
ＰＷＭ回路３５の他に，給水弁や排水弁等の負荷を動作
させる負荷制御回路２７，表示・操作部回路２８，水位
センサや蓋スイッチ等のセンサ回路２９にも接続されて
いる。また，モータ１１は商用電源２５にモータ用ＤＣ
電源３０，トランジスタモジュール３１を介して接続さ
れている。このトランジスタモジュール３１は，モータ
用ＤＣ電源３０により生成された例えば２８２ＶのＤＣ
電圧を分配制御してモータ１１の固定子巻線間に供給
し，モータ１１を３相駆動するためのものであり，直流
モータの整流子に相当する。ここで，上記トランジスタ
モジュール３１のベース（駆動）信号は，モータ１１の
回転子回転角度位置に同期して生成される。モータ１１
の回転子回転角度位置は，回転子である永久磁石１８の
磁束をもとにホールセンサ２３により検出される。ホー
ルセンサ２３の出力は，回転子位置信号回路３２を介し
て回転子位置信号として，マイクロコンピュータ２４に
入力される。そして，該回転子位置信号をもとにマイク
ロコンピュータ２４の内部演算処理により３相のトラン
ジスタモジュール３１の各ベース制御信号が生成され
る。該各ベース制御信号は，回転数制御のためのＰＷＭ
回路３５によりパルス幅変調され，さらにベースドライ
ブ回路３６により増幅された後，トランジスタモジュー
ル３１のベースに出力される。

【０００８】次に，図３のタイミングチャートにより，
回転子位置信号とトランジスタモジュール３１の各相の
ベース信号との関係を説明する。図３の回転子位置信号
は，上述のようにホールセンサ２３の出力をもとに生成
され，回転子である永久磁石１８のＮ極・Ｓ極に相当す
る位置が例えばオン・オフで示されている。８極を有す
る永久磁石１８の場合，回転子位置信号は，一周期９０
°でオン・オフを繰り返す。３ヶのホールセンサ２３そ
れぞれからの回転子位置信号は，図中（１）（２）
（３）で示される。また，本実施例の場合，従来の洗濯
機に用いられたＤＣブラシレスモータの制御とは異な
り，モータ固定子巻線に加える線間印加電圧，即ち，ト
ランジスタモジュール３１の各相のベース信号の導通角
が，洗い等の低速時に例えば一周期の９０°に対して３
０°に設定されれば，脱水等の高速時にはそれよりも大
な４５°に設定される。 例えば，ＣＣＷ（反時計方向）
の低速時（実線で表記）のベース制御信号は，Ｕ相の場
合でみると，回転子位置信号（１）の立ち下がりでＯＮ
出力し，その後，回転子角度３０°保持された後，オフ
される。従って，Ｕ相がオンされる期間は，一周期の１
／３となる。同様に，Ｖ相およびＷ相は各々回転子位置
信号（２）および（３）の立ち下がりを基準に出力制御
される。また，Ｘ，Ｙ，Ｚ相は各々回転子位置信号
（１），（２），（３）の立ち上がりを基準として，同
様に出力制御される。尚，導通角が３０°保持された後
のオフ出力時期は，実際には例えばＵ相の場合で示す
と，回転子位置信号（２）の立ち下がりを検知すること
により設定される。一方，高速時（破線で表記）は回転
子角度を低速時より１５°早めにオン出力するよう制御
して，導通角が４５°に設定される。従って，各相がオ
ンされる期間は，一周期の１／２となり，高速回転が可
能となる。尚，１５°早めにオン出力を行うためには，
例えば，Ｕ相の場合で示せば，回転子位置信号２の立ち
上がりを基準に行えばよい。ＣＷ（時計方向）のベース
信号のオン出力時期は，ＣＣＷの場合の立ち下がり基準
が立ち上がり基準となり，オフ出力時期はＵ，Ｖ，Ｗ相
及びＸ，Ｙ，Ｚ相の順序が逆になり，立ち上がりと立ち
下がりの基準を反対にすれば，図３に示すようになり，
ＣＣＷ同様のモータ特性が得られる。

【０００９】次に，図３のタイミングチャートに従って
駆動した場合のモータ実測特性を図４により説明する。
図においてＡ点とＢ点は，それぞれ前記のドラム式洗濯
機が必要とする動作点である。なお，実線は低速時，破
線は高速時の制御特性である。図４を参照すれば，モー
タ１１の高速時の制御方法（導通角４５°）では，Ａ，
Ｂどちらの動作点をも満足していることが理解される。
しかし，回転槽の起動時や洗濯物がからまった場合のよ
うな洗い動作点Ａについては，高トルクが要求される結
果，通電時間の長い，即ち消費電流が大きい高速時の制
御方法ではモータの発熱が高くなり過ぎ，モータを大型
化しなければならなくなる。もちろん，希土類等の永久
磁石を使用すれば，磁力が強くなるのでこの発熱は抑え
られるが，現在では希土類磁石は，フェライト磁石と比
較して２０倍程度の価格であり，家電製品への採用は原
価的に困難な状況である。従って，洗い動作点Ａについ
ては，消費電流の少ない低速時の制御方法（導通角３０
°）が用いられる。 一方，脱水動作点Ｂでは，洗い動作
とは異なり，回転槽が回転し始めれば負荷トルクは変動
せず，且つ，回転加速時を過ぎればモータに必要とされ
るトルクは，回転機構の摩擦分だけであるので，導通角
を４５°（各相の通電期間を一周期の１／２）にしても
消費電流は小さく，モータ発熱の心配は無い。また，低
速時の制御方法では，十分な速度がえられない。従っ
て，脱水動作点Ｂについては，高速時の制御方法（導通
角４５°）が用いられる。これらのことが，本発明の重
要な特長で，安価な磁力の弱い磁石で小型形状ながら，
低速の大トルクから高速回転までを，変速切換手段なし
で駆動できる所以である。

【００１０】ここまでは，洗い等の低速時と脱水等の高
速時とで導通角を変えることについて説明したが，次に
図２及び図５により所定導通角におけるモータの回転数
制御方法について説明する。上述した洗い動作点Ａ，脱
水動作点Ｂ（図４参照）は，それぞれモータ出力の範囲
内にあり，導通角を変えることにより一つのＤＣブラシ
レスモータで，回転槽の駆動が可能であることを説明し
たが，実際の設定回転数での運転時には，これらの動作
点を通るようなモータ出力が必要となる。図５は，図３
で示した出力ベース信号（導通角３０°，若しくは４５
°）にパルス幅変調をかけた波形で，Ａは約２／３のデ
ューティ比，Ｂは約１／３のデューティ比となってお
り，図５に示すように，このデューティ比を小さくすれ
ば，曲線が左下になって出力が低下していく。モータ１
１の駆動中，マイクロコンピュータ２４は常に図３にあ
る回転子位置信号状態を検知しており，毎秒１回転の回
転数設定ならば，本実施例の場合，回転子位置信号の周
期が１／４秒（４周期で１回転のため）になるように，
前記のデューティ比を増減制御している。もし，計算し
た１／４秒たっても，回転子位置信号パルスが入力され
ないなら，負荷が大きく回転子の回転が遅れているとマ
イクロコンピュータ２４は判断し，次回の出力ベース信
号のデューティ比を大きくする。逆に，計算した１／４
秒以前にパルスが入力されれば，回転子の回転が速すぎ
るとマイクロコンピュータ２４は判断し，次回の出力ベ
ース信号のデューティ比を小さくする。このようにし
て，負荷の動作点を常に通るようにするので，モータは
負荷トルクの変動にもかかわらず，設定回転数が保たれ
る。以上のモータ回転数制御方法は本発明を限定するこ
とはなく，出力ベース信号のパルスごとに制御しなくて
も，回転数の安定性が少し悪くても良いのなら，例えば
１秒に１回の割合で前記のデューティ比を変更してもか
まわない。

【００１１】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば，低速
回転時に大きなトルクが必要で高速回転も必要な洗濯機
の主となる駆動源として，ＤＣブラシレスモータを低速
回転時と高速回転時とで導通角を分けて駆動すれば，こ
のＤＣブラシレスモータ自身の回転子を磁力の小さい安
価な永久磁石で構成でき，且つＤＣブラシレスモータが
小型形状となるので，洗濯機の価格低減や小型化に大き
く貢献できる。特にドラム式洗濯機にとっては，整流子
モータのような騒音や寿命問題も無く，１台のモータで
任意の回転槽回転数が得られるので非常に有効な効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施例洗濯機の制御回路ブロック図。

【図２】 モータの回転数制御のパルス幅変調パターン
図。

【図３】 モータの駆動信号タイミングチャート。

【図４】 モータの出力特性グラフ。

【図５】 モータのパルス幅変調による出力特性変化グ
ラフ。

【図６】 実施例ドラム式洗濯機の構成図。

【図７】 実施例モータの構成図。

【符号の説明】

３…回転槽 １１…モータ １８…永久磁石（回転子） ２２…固定子

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻線を設けた固定子と永久磁石による回
   転子とを備えて構成されるＤＣブラシレスモータによ
   り，回転槽または攪拌翼を回転させる洗濯機において， 前記ＤＣブラシレスモータを高速回転させる脱水等の洗
   濯状態における前記固定子巻線に加える線間印加電圧の
   導通角を，前記ＤＣブラシレスモータを低速回転させる
   洗いやすすぎ等の洗濯状態における前記固定子巻線に加
   える線間印加電圧の導通角より大とする導通角制御によ
   り上記洗濯状態に応じて前記ＤＣブラシレスモータを回
   転制御することを特徴とする洗濯機。
2. 【請求項２】 ＤＣブラシレスモータの固定子巻線に加
   える線間印加電圧をパルス幅変調して，前記ＤＣブラシ
   レスモータの回転数を上記洗濯状態の範囲内で制御する
   請求項１記載の洗濯機。