JP3739165B2 - 洗濯機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はインバータ駆動回路によりモータを駆動してパルセータや洗濯脱水槽等を回転動作させる洗濯機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の洗濯機は3相の誘導モータやDC(Direct Current)ブラシレスモータ等を駆動することにより洗濯や脱水を行う。この従来の洗濯機にはインバータ駆動回路や該洗濯機の全体を制御するいくつかの回路が設けられているが、例えば特開平3−198899号公報や特公第2544000号公報にも記載されているように整流回路が商用電源に直接又は電源スイッチを介して接続される構成であった。この従来の洗濯機について図12を用いて説明する。図12は従来の洗濯機の回路の構成図である。
【0003】
洗濯機には電源スイッチ2が設けられており、電源スイッチ2の開閉により商用電源1から回路全体への給電をオン/オフする。操作回路45はマイクロコンピュータ(以下「マイコン」という)を有し、洗濯機全体のシーケンス制御等を行う。また、操作回路45はトライアック40、41の各ゲートに点弧用のゲート信号を送ることによりトライアック40、41にそれぞれ直列に接続されている給水弁3、排水弁4を制御して水量を調整する。
【0004】
また、商用電源1は電源スイッチ2を介してダイオードブリッジ6及び平滑コンデンサ7から成る整流回路50に接続される。まず商用電源1の交流電圧はダイオードブリッジ6で全波整流され、次に平滑コンデンサ7で平滑化される。これにより、直流の電源電圧Vinとグランド電圧Vssが整流回路50より出力され、インバータ駆動回路52に送られる。
【0005】
インバータ駆動回路52はインバータ制御回路46と、6個のトランジスタを有する回路8から成る。インバータ制御回路46は上記6個のトランジスタをスイッチング制御して3相の印加信号をモータ9に供給する。この印加信号によりモータ9が駆動され、洗濯機は洗濯や脱水を行う。尚、通信線11は操作回路45とインバータ制御回路46の間で通信をするのに使用される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の洗濯機では、平滑コンデンサ7は大型の電解コンデンサであるため、コンデンサ7が放電した状態で電源スイッチ2を閉じると、コンデンサ7に100Aを超える過大な突入電流が流れ込んでいた。この突入電流は電源スイッチ2を通過するため、電源スイッチ2の接点寿命を短くする原因となっていた。電源スイッチ2の接点寿命を長期化するにはその接点を大電流容量とする必要があるが、部品価格が高くなるという問題もあった。
【0007】
その他、例えば電源スイッチ2が設けられていないタイプの洗濯機を考えると、電源プラグをコンセントに接続した瞬間に上記突入電流によりアーク放電が発生するために、電源プラグやコンセントに損傷を与えるだけでなく、洗濯機を使用する人に対して不安感を抱かせるものであった。
【0008】
本発明は上記課題を解決するもので、電源スイッチ2を閉じたときや洗濯機の電源プラグをコンセントに接続したときに過大な突入電流が発生するのを防止した洗濯機を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、交流電圧を整流する整流回路と、その整流回路より出力される直流電圧をモータを駆動するための印加信号に変換するインバータ駆動回路と、前記整流回路への給電をオン/オフする電流開閉手段と、前記電流開閉手段の開閉動作を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は前記モータを駆動するときに前記電流開閉手段を閉じる洗濯機において、前記電流開閉手段は機械的接点を有する電磁リレーと、この電磁リレーと並列となるように接続されたスイッチング動作をする半導体素子から成り、前記電磁リレーの開閉動作時にはその時を含む一定の期間、前記制御手段は前記半導体素子をオン状態とする。
【0010】
このような構成によると、例えば電源プラグをコンセントに接続するときには洗濯機は電磁リレー等の電流開閉手段を開成している。そのため、電源プラグやコンセントにアーク放電が発生せず、電源プラグやコンセントへの損傷を防止することができる。その後、運転を開始するときには洗濯機は制御手段により電磁リレーを閉じてモータを駆動するようにしている。
【0016】
また、例えば運転開始時のように電流開閉手段を閉じる場合、洗濯機は制御手段でまずトライアック等の半導体素子をオンする。それから、電磁リレーを閉じてそのトライアックをオフする。トライアックをオンした直後には突入電流がトライアックに流れることがあるが、電磁リレーには流れない。それから、電磁リレーを閉じてトライアックをオフするので電磁リレーに流れる電流は小さくなる。また、トライアックの導通期間を短くしていればほとんど発熱することもない。
【0017】
逆に、運転停止時のように電流開閉手段を開く場合、まずトライアックを点弧する。そして、電磁リレーを開いてトライアックをオフする。これにより、電磁リレーの開成後にアーク放電が発生しなくなる。
【0018】
また、本発明は、前記電磁リレーと半導体素子の接点間に前記半導体素子と直列となるように抵抗が挿入されている構成としてもよい。
【0019】
このような構成によると、電流開閉手段を閉じるときには洗濯機はまずトライアック等をオンする。このとき、突入電流がトライアックを流れる場合があるが、トライアックに直列となるように接続されている抵抗により電流は小さくなる。
【0020】
また、本発明は、前記インバータ駆動回路に運転に異常があるか否かを監視する手段を設け、前記異常があるときには前記制御手段は前記電流開閉手段を開く構成としてもよい。
【0021】
このような構成によると、洗濯機は整流回路より出力される直流電圧やインバータ回路に用いられているトランジスタの温度等を監視している。これらに異常が発生したときに洗濯機は電磁開閉手段を開いて運転を停止するようにしている。
【0022】
また、本発明は、前記交流電圧の極性が前記電流開閉手段が設けられている側と異なる側に電源スイッチ又は電源開閉リレーが設けられている構成としてもよい。
【0023】
このような構成では、洗濯機が電源スイッチ等と電流開閉手段を開いているときには、互いに異極となる側で回路的な遮断が図られている。そのため、制御手段等では外部からのサージ電圧等による影響が小さくなる。
【0024】
【発明の実施の形態】
<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態について図1〜図5を用いて説明する。図1は本実施形態の回路の構成図であり、図12と同一の部分については同一の符号を付している。商用電源1の一方の極に電源スイッチ2が挿入されている。電源スイッチ2が閉じているときに洗濯機の回路全体に給電が行われ、一方、電源スイッチ2が開いているときには給電が行われない。
【0025】
電源スイッチ2が閉じているときに商用電源1より操作回路5にも給電が行われる。商用電源1の両端には給水弁3とトライアック40が直列に接続される。また、その両端には排水弁4とトライアック41が直列に接続される。トライアック40、41の各ゲートは操作回路5に接続される。洗濯機は操作回路5からのゲート信号により給水弁3及び排水弁4の動作を制御して、洗濯脱水槽等の水量を調整する。
【0026】
また、洗濯機は商用電源1の交流電圧を整流回路50で整流し、整流後の直流電圧をインバータ駆動回路51で3相の印加信号に変換してモータ9に印加する。整流回路50はダイオードブリッジ6と平滑コンデンサ7から成り、次段のインバータ駆動回路51の電源電圧Vinとグランド電圧Vssを出力する。
【0027】
インバータ駆動回路51はインバータ制御回路10とトランジスタ回路8から成り、上記従来の洗濯機(図12)のインバータ駆動回路52とほぼ同様の構成となっているが、インバータ制御回路10では電磁リレー43の開閉を制御する機能が追加されている。電磁リレー43はダイオードブリッジ6の商用電源1とダイオードブリッジ6の接続間に挿入されている。また、電磁リレー43と並列となるように抵抗42が接続されている。
【0028】
操作回路5の構成の一例を図2に示す。商用電源1からの交流電圧を絶縁トランス12で減圧し、その電圧をダイオードブリッジ13で全波整流する。そして、その整流電圧を平滑コンデンサ14で平滑し、定電圧回路15で例えば直流5Vの電源電圧Vccを作る。電源電圧Vccにより操作マイコン16が動作する。
【0029】
トライアック40、41(図1参照)を駆動する回路を簡素化するために、操作マイコン16の電源電圧Vcc側は商用電源1の一方の極に接続される。ダイオードブリッジ13で全波整流された電圧の両端に抵抗17、18が直列となるように接続され、抵抗17、18の接続中点の電圧が操作マイコン16に入力される。これにより、操作マイコン16は商用電源1の電圧値や電圧過昇を監視する。
【0030】
PNPトランジスタ19のベースは抵抗62を介してダイオードブリッジ13の入力側の一方に接続される。トランジスタ19のエミッタは電源電圧Vccに接続される。トランジスタ19のコレクタは抵抗63を介して定電圧回路15の基準電圧Vssに接続される。さらに、トランジスタ19のコレクタは操作マイコン16に接続される。これにより、操作マイコン16では商用電源1の周波数を検出してシーケンス制御用の計時や瞬時停電等の監視を行う。
【0031】
スイッチ群20は洗濯機の蓋の開閉や水槽の過振動等を検出するためのスイッチであり、各スイッチの開閉状態は操作マイコン16で監視される。図2では代表として2個のスイッチを図示する。各スイッチの一端は電源電圧Vccに接続され、他端はそれぞれ抵抗64、65を介して電圧Vssに接続される。各スイッチと抵抗64、65の接続中点のそれぞれの電圧が操作マイコン16に入力される。
【0032】
スイッチ群21は洗濯機の操作部に設けられているキースイッチであり、運転の開始や運転モードの設定等が洗濯機の使用者によって操作される。各キースイッチの状態は操作マイコン16で監視される。図2では代表として2個のキースイッチを図示する。各キースイッチの一端は電源電圧Vccに接続され、他端はそれぞれ電圧Vssに接続される。各キースイッチと抵抗66、67の接続中点が操作マイコン16と接続される。
【0033】
LED(Light Emitting Diode)群22は操作部に設けられている表示素子であり、液晶や蛍光表示管等の表示素子も使用されることがある。図2では代表として2個のLEDを図示する。これらのLEDの各アノードは操作マイコン16に接続され、各カソードはそれぞれ抵抗68、69を介して電圧Vssに接続される。
【0034】
通信回路23は電源電圧Vcc及び電圧Vssに接続されることにより動作し、操作マイコン16の制御により通信線11を介してインバータ制御回路10と双方向に通信を行う。尚、通信回路23からインバータ制御回路10に一方的に送信するだけの構成とすることも可能である。
【0035】
PNPトランジスタ24のベースは抵抗60を介して操作マイコン16に接続される。トランジスタ24のコレクタは抵抗61を介して電圧Vssに接続される。トランジスタ24のエミッタはトライアック40のゲートに接続される。図示していないが、トライアック41のゲートにも接続するための同様の回路がこれと並列して設けられている。これにより、操作回路5は給水弁3や排水弁4の動作を制御する。
【0036】
また、PNPトランジスタ25のベースが操作マイコン16に接続される。トランジスタ25のエミッタは電源電圧Vccに接続される。トランジスタ25のコレクタと基準電圧Vssは電磁リレー43に接続されることにより電磁リレー43の開閉を制御するが、本実施形態では図1に示すように電磁リレー43は操作回路5には接続されず、インバータ制御回路10により接続される構成となっている。
【0037】
次に、インバータ制御回路10(図1参照)の構成の一例を図3に示す。インバータ制御回路10では、まず電源回路26で電源電圧Vinを低電圧にする。そして、電源回路26の出力を定電圧回路27を用いて例えば直流5Vの電源電圧Vccを作る。電源電圧Vccはインバータマイコン28の電源となる。インバータマイコン28の電圧Vss側はグランド電圧Vssに接続される。
【0038】
通信回路29は電源電圧Vccとグランド電圧Vssに接続されることにより動作する。そして、操作回路5からの信号を受信し、場合によってはインバータマイコン28の制御により操作回路5と双方向に通信を行う。通信回路29で受信された信号はインバータマイコン28に送られる。
【0039】
電圧VinとVssの間には抵抗74と75が直列に接続されたものが挿入され、抵抗74、75で分圧された電圧がインバータマイコン28に入力される。これにより、インバータマイコン28で電圧Vinの監視を行う。また、PNPトランジスタ30のベースはインバータマイコン28に接続される。トランジスタ30のエミッタは電源電圧Vccに接続される。トランジスタ30のコレクタとグランド電圧Vssは電磁リレー43に接続されており、電磁リレー43の開閉を制御する。
【0040】
高耐圧IC(Integrated Circuit)31はインバータマイコン28の制御信号によりトランジスタ回路8に設けられている6個のトランジスタを駆動するものである。また、高耐圧IC31はダイオード32やコンデンサ33とともにブートストラップ回路を構成することにより単一の電源でトランジスタ8a、8bを駆動している。
【0041】
即ち、ダイオード32のアノードは抵抗70を介して高耐圧IC31とともに電源回路26に接続され、ダイオード32のカソードは高耐圧IC31と電解コンデンサ33の正極(+)側に接続される。コンデンサ33の負極(−)側はNPNトランジスタ8aと8bの接続中点に接続される。
【0042】
トランジスタ8aのコレクタは電圧Vinに接続され、エミッタがNPNトランジスタ8bのコレクタに接続される。トランジスタ8bのエミッタはグランド電圧Vssに接続される。トランジスタ8aのベースは抵抗71を介して高耐圧IC31に接続される。トランジスタ8bのベースは抵抗72を介して高耐圧IC31に接続される。
【0043】
トランジスタ8aと8bの接続中点はモータ9に接続され、インバータ制御回路10の制御により印加信号をモータ9に送る。同様の回路を並列に3段設け、3相の印加信号をモータ9に供給する。尚、トランジスタ8a、8b等により回路8(図1参照)が構成されている。回路8よりモータ9に供給される3相の信号は周期が全て等しく、位相が互いに120゜ずつ離れた信号である。
【0044】
尚、本実施形態のように単一電源で回路8を駆動する構成でなく、例えば回路8の上アーム用に3個の電源と下アーム用に1個の電源を設け、合計4個の電源で駆動するような構成としてもよい。グランド電圧Vssに挿入されている抵抗73は例えばホトカプラであり、高耐圧IC31がモータ電流を検知する目的で挿入されている。
【0045】
図4は上記従来の洗濯機(図12)と本実施形態の洗濯機(図1)の動作を比較する波形図である。図4(a)に商用電源1の交流電圧を示す。この交流電圧は正弦波形である。図4(b)に電源スイッチ2の開閉の状態を示す。図4(b)においてOFFは電源スイッチ2が開いており、一方、ONは閉じていることを表す。
【0046】
図4(c)に上記従来の洗濯機(図12)において図4(b)の示す開閉動作により商用電源1から整流回路50に給電される電流を示す。図4(d)に本実施形態の洗濯機(図1)の電磁リレー43の開閉状態を示す。図4(d)においてOFFは電磁リレー43が開いており、一方、ONは閉じていることを表す。図4(e)に図4(d)の開閉動作により整流回路50に給電される電流を示す。
【0047】
もし平滑コンデンサ7が放電されている状態であれば、上記従来の洗濯機(図12)では時間t1の電源スイッチ2が閉じた直後に図4(c)に示すようにコンデンサ7に大きな突入電流が流れる。この電流は100Aを超える過大な電流であるために電源スイッチ2の接点が劣化する。この突入電流が流れた後は極端に電流が小さくなる。
【0048】
一方、本実施形態の洗濯機(図1)では時刻t1で電源スイッチ2が閉じても、電磁リレー43が開いているので電流が抵抗42を流れ、図4(e)に示すように過大な電流とならない。その後、時間t2でインバータ制御回路10により電磁リレー43が閉じられても、時間t1から時間t2の間にコンデンサ7が充電されるているので、時間t2の直後にも過大な電流が流れることがない。このように過大な突入電流が流れないので、電源スイッチ2や電磁リレー43の接点劣化を抑えることができる。
【0049】
また、図4(b)に示す波形を電源スイッチ2が閉じた状態における洗濯機の電源プラグとコンセントとの接続状態であると考えると、上記従来の洗濯機(図12)では時間t1で電源プラグをコンセントに接続した直後に図4(c)に示すように過大な突入電流が発生する。
【0050】
そのため、電源プラグとコンセントの間にアーク放電が発生することがある。このアーク放電により電源プラグやコンセントが損傷を受ける。さらに、これにより洗濯機を使用している人に不安感を抱かせることにもなる。一方、本実施形態の洗濯機(図1)では過大な電流が流れることがないので電源プラグとコンセントには上記アーク放電が発生しない。そのため、電源プラグやコンセントは損傷を受けることなく、使用者に不安感を抱かせることもない。
【0051】
次に、インバータ制御回路10(図3参照)での処理について説明する。図示していないが、インバータ制御回路10では安全性を考慮して回路8に設けられているトランジスタに温度過昇や過電流等が発生していないかをインバータマイコン28で監視している。尚、温度は例えばサーミスタを用いて監視することができる。電流は抵抗73を用いて監視することができる。インバータマイコン28で電源電圧Vinの異常や上記トランジスタでの異常が検出されれば、インバータマイコン28はモータ9に大きな電流が流れないように電磁リレー43を開く。この処理のフローチャートを図5に示す。
【0052】
まず、ステップS1で電源スイッチ2が閉成されると、ステップS2に示すように抵抗42に小電流が流れて平滑コンデンサ7が充電される。これにより、電圧Vinが上昇して、ステップS3でインバータマイコン28の動作が開始する。そして、インバータ制御回路10は操作回路5から運転を開始する信号を受信するまでステップS4で待機状態となる。
【0053】
使用者が洗濯機の運転を開始するようにスイッチ群21(図2参照)のキースイッチを操作すると、操作マイコン5で認識され、操作回路5より通信線11を介してインバータ制御回路10に信号が送られる。これにより、インバータ制御回路10はステップS5の処理となり電流開閉手段(電磁リレー)43を閉じる。そして、ステップS6でインバータ制御回路10はトランジスタ回路8の制御を開始してモータ9の回転動作を開始する。
【0054】
運転中、ステップS7でインバータ制御回路10は上述の異常が発生していないか監視を続ける。もし異常が発生すれば、ステップS8に示すように電流開閉手段(電磁リレー)43を開成して処理を終える。これにより、もし運転中に異常が発生すれば、インバータマイコン28ですぐに電磁リレー43を開いてモータ9に大きな電流が流れないようにする。このようにして高い安全性を確保している。
【0055】
また、電磁リレー43の制御を操作回路5で行うようにしていれば、異常が発生したときにインバータ制御回路10から操作回路5に通信が行われた後に電磁リレー43が開かれることとなって処理が遅くなる原因となるが、本実施形態では異常を検出するとすぐにインバータ制御回路10で電磁リレー43を開くことができる。
【0056】
以上説明したように本実施形態によれば、抵抗42や電磁リレー43により電源スイッチ2やプラグをコンセントに接続した直後でも過大な突入電流が流れず、電源スイッチ2や電源プラグやコンセントに損傷を与えることがない。そのため、これらの部品の長期使用が可能となる。さらに、電流定格の小さい部品を使用することができるので低コストにもなる。
【0057】
また、操作回路5やインバータ制御回路10は電磁リレー43の制御手段であって、図2に示すように電磁リレー43を操作回路5で制御することもできる。しかし、この場合には操作回路5の誤動作により電磁リレー43が閉成して過大な突入電流が発生する可能性がある。一方、本実施形態では平滑コンデンサ7の充電によりインバータ制御回路10が動作を開始してから電磁リレー43の開閉を制御する構成となっているので誤動作によって過大な突入電流が発生する危険性はない。
【0058】
電源スイッチ2と電磁リレー43は商用電源1の同極側に配置してもよいが、図1に示すようにそれぞれを極性の異なる側に配置することにより、電源スイッチ2及び電磁リレー43の両者が開成されているときには整流回路50、インバータ駆動回路51及びモータ9を回路的に遮断するように作用するので、商用電源1からのサージ電圧や過電圧によっても影響を受けることが少なくなる。また、電源スイッチ2は電源開閉リレーとして開閉を制御するものでもよい。
【0059】
整流回路50はダイオードブリッジ6による全波整流方式となっているが、倍電圧整流方式等としてもよい。給水弁3及び排水弁4は操作回路5で制御されているが、インバータ制御回路10で制御されるようにしてもよい。電源スイッチ2を介さずに商用電源1から直接操作回路5に給電される構成としてもよい。また、電源スイッチ2を省略した洗濯機であっても電磁リレー43及び抵抗42により電源プラグをコンセントに接続するときに過大な突入電流は発生しなくなる。
【0060】
トランジスタ回路8で用いられているトランジスタは通常のバイポーラトランジスタだけでなく、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子も使用することができる。モータ9には3相の誘導モータやDCブラシレスモータ等が使用される。
【0061】
抵抗42は通常の固定抵抗素子を使うことができるのは言うまでもないが、PTC(Positive Temperature Coefficient thermistor)のように温度に対して正特性を持つ抵抗を使用すれば、モータ駆動時に誤って電磁リレー43が閉じない状態となっても上記PTCに大電流が流れると自己発熱により抵抗値が増大して電流を制限するため上記PTCが過度に発熱することがなく、さらに安全性が確保される。
【0062】
<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態について図6を用いて説明する。尚、本実施形態の洗濯機は上記第1の実施形態で図5に示す処理の一部が変更されているだけで、その他の部分については同一であるので重複する部分については説明を省略する。
【0063】
上記第1の実施形態では図5のフローチャートに示すように洗濯機の運転中に異常を検出したときインバータ制御回路10(図1参照)は電磁リレー43を開いて運転を停止していたが、商用電源1の短期間の過昇や瞬時停電又はノイズによる誤検出等では洗濯機の故障ではないので再運転が可能である。そこで、本実施形態ではこのことを考慮して運転の再試行を行い、洗濯機の運転が停止する頻度を低くしている。これにより、使用者の便益を図る。
【0064】
この処理のフローチャートを図6に示す。まず、ステップS10でのモータ運転処理は図5におけるステップS1〜S6の処理をまとめて表示したものである。次に、運転中のステップS11の処理でインバータ制御回路10は電源電圧Vinやトランジスタ回路8で異常がないか監視を続ける。
【0065】
もし異常が発生したときには処理がステップS12に進み、インバータ制御回路10は電流開閉手段(電磁リレー)43を開成する。そして、ステップS13の処理となり、ある一定の設定時間が経過するまで待機する。その設定時間が経過してから処理がステップS14に進んで、インバータ制御回路10は電流開閉手段43を閉成し、ステップS15でモータ運転を再開する。
【0066】
そして、ステップS16でインバータ制御回路10は再び上記異常が発生していないか判断する。もし発生していなければ処理がステップS11に戻り、運転を継続する。一方、異常が発生していれば処理がステップS17に進み、インバータ制御回路10は電流開閉手段43を開成する。そして、ステップS18でインバータ制御回路10は再試行の回数がある限定回数をオーバーしたか判断する。
【0067】
もし再試行の回数がその限定回数をオーバーしていなければ処理がステップS13に戻って再試行を行う。一方、オーバーしていればステップS19に処理が進み、インバータ制御回路10は通信線11を介して操作回路5に異常を通知し、操作回路5ではLED群22を用いて異常を表示したりブザー等を用いて音によって報知したりする。そして、インバータ制御回路10では電流開閉手段(電磁リレー)43を開成して安全を確保する。
【0068】
このように、運転の再試行を上記限定回数繰り返しても異常が解消されなければ電流開閉手段43を開成して安全を確保する。また、ステップS19の処理で電流開閉手段43をオフするときに電源スイッチ2を開くようにしてもよい。
【0069】
<第3に実施形態>
本発明の第3の実施形態について図7及び図8を用いて説明する。図7は本実施形態の洗濯機の回路の構成図である。尚、図7において図1と同一の部分については同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態の洗濯機では、突入電流を防止するために電磁リレー43(図1参照)の替わりにトライアック35が挿入されている。トライアック35は操作回路5aでオン/オフ制御される。また、抵抗42(図1参照)のようにトライアック35に並列に接続される抵抗は設けられていない。操作回路5aでは図2に示す操作回路5にさらにトライアック35の点弧用ゲート信号を出力するためのトランジスタ等の回路が設けられている。
【0070】
トライアック35をオフ状態にしておくことにより電源スイッチ2が閉じた直後でも突入電流は発生しない。また、操作回路5aは上述のように商用電源1の周波数等を監視しており、商用電源1のゼロクロス点を検出することもできる。運転を開始するときには操作回路5はこのゼロクロス点に同期してトライアック35を制御する。以下、このことについて詳しく説明する。
【0071】
図8(a)に商用電源1の正弦波形の交流電圧を示す。図8(b)にトライアック35の点弧のタイミングの一例を示す。図8(c)にそのとき整流回路50に流れ込む電流を示す。図8(d)に時間t1のゼロクロス点で点弧したときの例を示し、図8(e)にそのとき整流回路50に流れ込む電流を示す。尚、図8(b)及び(d)において、OFFはトライアック35がオフであり、一方、ONはオンであることを表す。図8(f)に操作回路5aより出力される点弧用ゲート信号の例を示す。図8(g)にそのとき整流回路50に流れ込む電流を示す。
【0072】
時間t2では商用電源1の電圧は波高値付近である。図8(b)に示すようにトライアック35を時間t2で点弧すれば、商用電源1の電圧が高いために平滑コンデンサ7が放電された状態では図8(c)に示すように急峻に立ち上がる大きな突入電流が発生する。その後、急激に電流が減衰して電流は極端に小さくなる。
【0073】
本実施形態では図8(d)に示すようにゼロクロス点を操作回路5aで検出してゼロクロス点となる時間t1でトライアック35を点弧する。この時に点弧すれば平滑コンデンサ7に印加される電圧が小さくなり、図8(e)に示すように突入電流を小さく抑えることができる。これにより、電流定格の小さなトライアックを使用することが可能となるので、コストを下げることができる。
【0074】
また、操作回路5では電源周波数の監視を行っているので、運転を開始するときに図8(f)に示すような位相制御を行うことも可能である。時間t3、t4・・・のように商用電源1の半波ごとに徐々に点弧の位相角が小さくなるように位相制御を行っている。
【0075】
この制御は商用電源1の電圧が低いときに点弧すれば整流回路50に流れる電流が小さくなる特性を積極的に利用したもので、図8(g)に示すように整流回路50に流れ込む電流を大幅に低減することができる。これにより、電源スイッチ2やトライアック35の電流定格を小さくすることができる。また、徐々に位相角を小さくしながらコンデンサ7が十分に充電された時点のゼロクロス点に同期してトライアック35をオン状態とするような制御も可能である。
【0076】
電流開閉手段としてトライアック35を使用すれば次のような点で有利である。電磁リレー43(図1参照)のように機械的接点を有する電流開閉手段では、周知のように開閉により接点が劣化するため接点の開閉回数で部品の寿命が規定されるが、トライアック35は半導体素子であるのでオン/オフの回数によって寿命が限定されることがない。
【0077】
また、トライアック35の開閉動作により突入電流が流れることもあるが、トライアック35では一般的に瞬間的な過大電流に対する許容度が大きく、また、図8(e)にも示すように電源周波数の半波のみ大きな電流が流れるのでトライアック35での平均熱損失は小さい。そのため、トライアック35の電流定格は上記突入電流の1/5程度を確保しておけば寿命的に十分である。
【0078】
また、トライアック35の点弧用のゲート電流は30〜50mA程度であるため、大型の電磁リレー43の駆動用のマグネットコイル電力に比較して小規模の駆動電源で回路が構成できる。このように多くの利点があるため、回路の小型化やコストダウンを達成することができる。
【0079】
一方、電磁リレーに突入電流が流れる可能性がある場合には、大電流定格の電磁リレーを選択する必要があるため電磁リレーの形状が大きくなる。そのため、部品価格も高くなるばかりでなく、強力な接点開閉力が必要となるため電磁リレー駆動用のマグネットコイルの消費電力が大きくなる。これにより、電磁リレー駆動用に大きな容量の電源が必要となるので回路の負担も大きくなる。
【0080】
以上説明したように本実施形態によればトライアック35を用いることにより電源スイッチ2を閉じた直後に突入電流が発生するのを防止し、また、電源プラグをコンセントに接続したときにもアーク放電が発生しないようにすることができる。また、トライアック35は瞬間的な過電流に対しての許容度が大きく、図1における電磁リレー43の保護をしている抵抗42のようにトライアック35と並列に接続される抵抗を設けなくてもよい。
【0081】
<第4の実施形態>
本発明の第4の実施形態について図9及び図10を用いて説明する。図9は本実施形態の洗濯機の回路の構成図である。本実施形態では抵抗42(図1参照)の替わりに、電磁リレー43と並列となるようにトライアック36が接続されている。電磁リレー43及びトライアック36は操作回路5bによって制御される。操作回路5bでは図2に示す操作回路5に、さらにトライアック36の点弧用ゲート信号を出力するためのトランジスタ等の回路が設けられている。その他の部分については上記第1の実施形態と同様であるので、図9において図1と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【0082】
図10は本実施形態の洗濯機の動作を示す波形図である。図10(a)に商用電源1の正弦波形の交流電圧を示す。図10(b)にトライアック36の開閉状態を示す。図10(c)に電磁リレー43の開閉状態を示す。図10(d)にトライアック36又は電磁リレー43を通って整流回路50に流れ込む電流を示す。図10(b)及び(c)においてONはオン状態であり、OFFはオフ状態であることを表す。
【0083】
例えば使用者によりキースイッチが操作されることにより、洗濯機が運転を開始するときには、まず、操作回路5bにより商用電源1のゼロクロス点となる時間t1でトライアック36を点弧する。もしコンデンサ7が放電されていればこの直後に図10(d)に示すように突入電流がトライアック36に流れる。そして、次のゼロクロス点の時間t2で電磁リレー43をオンする。その後、商用電源1の1周期経過した後の時間t3でトライアック36をオフする。
【0084】
以上のように時間t1からt3までの一定の期間K1でトライアック36をオン状態とし、時間t2以降の期間K2で電磁リレー43を閉成しておく制御を行う。時間t1の直後にトライアック36に突入電流が流れることがあるが、前述のようにトライアック36は瞬間的な過電流に対しては一般的に強い。また、ゼロクロス点に同期して点弧することにより突入電流を小さくしている。
【0085】
その後、電磁リレー43を閉じても、平滑コンデンサ7の充電が行われているので大きな電流が電磁リレー43を流れず、電磁リレー43にはトライアック36のオン電圧(1〜2V程度)がかかるようになるのでアーク放電等が起こらず、これによる接点の損傷はない。同様に、電磁リレー43を開くときにもその時を含むように一定の期間トライアック36をオンしておくことにより、電磁リレー43でアーク放電が発生するのが防止される。
【0086】
以上説明したように本実施形態によれば、電磁リレー43の開閉時にはその時を含む一定の期間トライアック36をオンしておくことにより電磁リレー43を保護することができる。そのため、電流定格の小さい電磁リレー43を使用することができる。
【0087】
また、例えば上記第3の実施形態の洗濯機(図7)のように運転中トライアック35が通電したままの状態であれば電圧降下により熱が発生するので放熱板が必要となるが、本実施形態ではトライアック36に電流が流れるのは期間K1で示すように短期間であるので上記放熱板は不要である。そのため、回路を全体として安価で小型にすることができる。
【0088】
<第5の実施形態>
本発明の第5の実施形態について説明する。図11は本実施形態の洗濯機の構成図である。本実施形態ではトライアック36と電磁リレー43の接続間にトライアック36と直列となるように抵抗37が挿入されている。トライアック36は操作回路5bで制御される。また、電磁リレー43はインバータ制御回路10により制御される。その他の部分については図9と同一であるので、図11において図9と同一部分については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0089】
使用者の操作等により運転を開始するときには、操作回路5bより通信線11を介して信号がインバータ制御回路10に送られ、インバータ制御回路10で電磁リレー43の開閉を制御する。そして、上記第4の実施形態で説明した図10に示すように制御する。まず、操作回路5bでトライアック36を商用電源1のゼロクロス点で点弧する。その後、インバータ制御回路10は電磁リレー43を閉じる。そして、操作回路5bはトライアック36をオフする。電磁リレー43を開くときにも同様にその時を含むように一定の期間トライアック36を導通状態とする。
【0090】
以上説明したように本実施形態によれば、トライアック36の点弧した直後に突入電流が発生しても抵抗37により小さくなるので、電流定格の小さいトライアック36を使用することができる。そのため、回路は全体として更に安価で小規模とすることができる。尚、この場合にはコンデンサ7への充電はゆっくりと行われるので、トライアック36をオンしてから電磁リレー43を閉成するまでのタイミングを上記第4の実施形態の場合よりも遅らせた方が電磁リレー43に流れる電流が小さくなる。
【0091】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、例えば電源スイッチの開閉時には電流開閉手段が開いており、洗濯機を運転するときに制御手段によって電流開閉手段が閉じるので、電源スイッチにアーク放電が発生せず、電源スイッチに損傷を与えることがなくなる。また、電源プラグをコンセントに接続するときにも同様に電流開閉手段が開いているので、電源プラグやコンセントに損傷を与えることがない。そのため、上記部品の使用期間が長期化できる。さらには、電流定格の小さい部品を使用することができるので低コスト化を図ることもできる。アーク放電が発生しないので洗濯機を使用している人にも不安感を抱かせない。
【0094】
また、電磁リレーを開閉動作するときにはこれに並列に接続されているトライアック等の半導体素子をオンしておくので、突入電流が流れても電磁リレーには流れずトライアック等に流れるので電磁リレーに損傷を与えない。また、トライアックの導通期間を短くすることができるので、放熱板等の部材を備え付ける必要がなくなる。
【0095】
また、本発明によれば、トライアック等の半導体素子の点弧時に突入電流が流れることがあってもこの半導体に直列に接続されている抵抗により電流値が小さくなる。これにより、半導体素子が保護されるので、電流定格の小さい素子を使用することが可能となる。
【0096】
また、本発明によれば、整流後の直流電圧やインバータ駆動回路のトランジスタの温度等に異常があるか否か監視され、異常が発生したときには制御手段によって電流開閉手段が開かれる。これにより、運転が停止されるので安全が確保される。
【0097】
また、本発明によれば、電源スイッチ又は電源開閉リレーが電磁開閉手段と交流電圧にとって異極側となるように設けられている。そのため、ともに開成しているときでは外部からのサージ等の影響がインバータ制御回路等に入り込みにくくなるので誤動作等が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態の回路の構成図。
【図2】 その操作回路5の回路図。
【図3】 そのインバータ制御回路10の回路図。
【図4】 その波形図。
【図5】 その処理のフローチャート。
【図6】 本発明の第2の実施形態の処理のフローチャート。
【図7】 本発明の第3の実施形態の回路の構成図。
【図8】 その波形図。
【図9】 本発明の第4の実施形態の回路の構成図。
【図10】 その波形図。
【図11】 本発明の第5の実施形態の回路の構成図。
【図12】 従来の洗濯機の回路の構成図。
【符号の説明】
1 商用電源
2 電源スイッチ
3 給水弁
4 排水弁
5 操作回路
6 ダイオードブリッジ
7 平滑コンデンサ
8 トランジスタ回路
9 モータ
10 インバータ制御回路
11 通信線
16 操作マイコン
28 インバータマイコン
35 トライアック
36 トライアック
37 抵抗
42 抵抗
43 電磁リレー
50 整流回路
51 インバータ駆動回路
Claims (5)
- 交流電圧を整流する整流回路と、その整流回路より出力される直流電圧をモータを駆動するための印加信号に変換するインバータ駆動回路と、前記整流回路への給電をオン/オフする電流開閉手段と、前記電流開閉手段の開閉動作を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は前記モータを駆動するときに前記電流開閉手段を閉じる洗濯機において、
前記電流開閉手段は機械的接点を有する電磁リレーと、この電磁リレーと並列となるように接続されたスイッチング動作をする半導体素子から成り、前記電磁リレーの開閉動作時にはその時を含む一定の期間、前記制御手段は前記半導体素子をオン状態とすることを特徴とする洗濯機。 - 前記電磁リレーと前記半導体素子の接点間に前記半導体素子と直列となるように抵抗が挿入されていることを特徴とする請求項1に記載の洗濯機。
- 前記モータの駆動中に運転の異常があるか否かを監視する手段を設け、前記異常があるときには前記制御手段が前記電流開閉手段を開くことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の洗濯機。
- 前記電流開閉手段が設けられている側と前記交流電圧の極性が異なる側に電源スイッチ又は電源開閉リレーが設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の洗濯機。
- 前記制御手段は前記異常により前記電流開閉手段を開いた後に一定の時間経過してから前記電流開閉手段を閉じることを特徴とする請求項3に記載の洗濯機。
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