JP3756008B2 - ドラム式洗濯機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転ドラムを有するドラム式洗濯機に関し、特に洗濯物の量を検出することのできるドラム式洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のドラム式洗濯機は図１６、図１７に示すように構成されている。図１６は側面断面図であり、図１７は正面図である。ドラム式洗濯機１には水槽２が懸架部材１３で吊り下げられ、前面を開閉扉９によって密閉可能になっている。水槽２内には回転ドラム３が支軸１０により回転自在に保持されている。回転ドラム３の内面にはバッフル３ａが突設され、洗濯物を引っ掛けて回転させるようになっている。
【０００３】
支軸１０にはプーリー６が取り付けられ、ベルト７によりモータ４の回転が伝達されるようになっている。水槽２の外面にはバランスウェイト８が設置され、回転ドラムの高速回転時の振動を防止するようになっている。また、水槽２内に水を供給する給水口１１及び排水を行う排水口１２が設けられている。
【０００４】
このようなドラム式洗濯機１は、回転ドラム３内に洗濯物が入れられ、開閉扉９が閉じられると給水口１１より給水されてモータ４の駆動により回転ドラム３が回転する。洗濯物は水槽２の下部で浸水し、バッフル３ａに引っ掛かって上方に運ばれて落下する。この時の衝撃により洗浄力が向上し、良好に洗濯が行われるようになっている。
【０００５】
回転ドラム３の回転数は、洗濯物の量に最適な回転数より大きすぎる場合は回転ドラム３の内面に洗濯物が張り付いて落下しなくなり、小さすぎる場合はバッフル３ａに洗濯物が引っ掛かりにくくなる。その結果、洗浄力の低下が生じる。このため、モータ４の負荷トルクにより洗濯物の量を検知する布量検出手段が設けられ、最適な回転ドラム３の回転数に制御されるようになっている。
【０００６】
この制御方法は、特開平７−３９６７６号公報や特開平８−１０７９９０号公報に開示されている。特開平７−３９６７６号公報に開示された方法は、回転ドラム３の中で洗濯物がバッフル３ａに引っ掛かって持ち上げられる洗濯物の量が多い程モータ４の負荷トルクが大きくなり、落下する時は洗濯物の量に無関係に最も小さくなる。従って、負荷トルクの最大値と最小値との差により洗濯物の量を検出するものである。
【０００７】
また、特開平８−１０７９９０号公報に開示された方法は、所定回転数時のモータ４の負荷トルク等と、その後モータの電力を遮断した慣性力による回転ドラムの回転数の変移とから、ベルト駆動される回転ドラム内の全質量による慣性モーメントを求め、予め記憶された慣性モーメントのデータと比較して洗濯物の量を検出するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−３９６７６号公報に開示された方法によると、洗濯物の種類によって吸水量が異なることから、洗濯物の量が多い場合でも負荷トルクが小さくなって正確に洗濯物の量の検出ができなくなる問題があった。更に、洗濯物の量が定格容量まで多くなると洗濯物は吸水して回転ドラム３内に広がり、隙間がなくなって移動量が小さくなる。
【０００９】
このため、図１８に示すように、モータ４の負荷トルクの最大値と最小値の差が定格容量付近で減少傾向にあり、正確に洗濯物の量の検出ができなくなる問題があった。尚、同図において、縦軸はモータ４の負荷トルクの最大値と最小値の差を示し、横軸は洗濯物の量を示している。
【００１０】
また、特開平８−１０７９９０号公報に開示された方法によると、慣性モーメントの演算に対してベルトとプーリーとの摩擦係数等を考慮する必要があり、製造初期の摩擦係数等の値がそのまま使用される。このため、長期間の使用に対して部品のなじみ等により摩擦係数等が変化し、正確に洗濯物の量の検出ができなくなる問題があった。
【００１１】
本発明は、正確に洗濯物の量を検出することのできるドラム式洗濯機を提供することを目的とする。
【００１２】
【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は、回転可能に支持される回転ドラムと、前記回転ドラムに直結される直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータを駆動する駆動信号を制御する電圧制御部と、前記駆動信号を前記直流ブラシレスモータの駆動電圧に変換するインバータ回路と、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検出する回転位置検出手段とを備え、デューティー比が一定で変調率が可変される前記駆動電圧により駆動される前記直流ブラシレスモータが第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間によって洗濯物の量を検出する第１の布量検出手段を設けるとともに、前記回転位置検出手段の検知結果に基づいて前記駆動電圧を補正したことを特徴としている。
【００１３】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間により洗濯物の量が検出され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００１５】
また、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。この時、ロータの回転位置に応じた駆動電圧が正確に得られるように回転位置検出手段によって駆動電圧が補正されている。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間により洗濯物の量が検出され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００１６】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、前記回転ドラムに取り付けられる環状の容器内に流体が封入された流体バランサを設け、第１の回転数を前記流体が安定して環状に分布する回転数以上にしたことを特徴としている。
【００１７】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路から駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、流体バランサ内の流体が環状に安定した後の第１の回転数に直流ブラシレスモータが到達すると、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間により洗濯物の量が検出され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００２０】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、前記直流ブラシレスモータが起動から第１の回転数に到達するまでの駆動電圧のデューティー比及び変調率を可変したことを特徴としている。
【００２１】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比及び変調率を可変した駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数に直流ブラシレスモータが到達すると、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間により洗濯物の量が検出され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００２２】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、前記直流ブラシレスモータに供給される電力を遮断し、慣性により回転する前記直流ブラシレスモータが第２の回転数から第１の回転数に減速するまでの時間によって洗濯物の量を検出する第２の布量検出手段を備えたことを特徴としている。
【００２３】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間から第１の布量検出手段により洗濯物の量が検出される。次に、直流ブラシレスモータの電力が遮断されて慣性により回転する回転ドラムが減速し、第２の回転数から第１の回転数に到達するまでの時間から第２の布量検出手段により洗濯物の量が検出される。そして、第１、第２の布量検出手段の一方または両方の検出結果から洗濯物の量が決定され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００２４】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、前記直流ブラシレスモータの慣性回転により生じる起電力によって前記直流ブラシレスモータを制動する制動手段を設けたことを特徴としている。
【００２５】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間から第１の布量検出手段により洗濯物の量が検出される。次に、直流ブラシレスモータの電力が遮断されて慣性により回転する回転ドラムが制動手段により強制的に減速され、第２の回転数から第１の回転数に到達するまでの時間から第２の布量検出手段により洗濯物の量が検出される。そして、第１、第２の布量検出手段の一方または両方の検出結果から最終的に正確な洗濯物の量が決定され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００２６】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、第１の布量検出手段の検出結果に応じて前記制動手段の制動率を可変したことを特徴としている。
【００２７】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間から第１の布量検出手段により洗濯物の量が検出される。次に、直流ブラシレスモータの電力が遮断されて慣性により回転する回転ドラムが制動手段により強制的に減速される。この時、第１の布量検出手段の検知結果から制動の度合いが可変され、第２の回転数から第１の回転数に到達するまでの時間から第２の布量検出手段により最終的に正確な洗濯物の量が検出される。そして、その量に応じた洗濯が行われる。
【００２８】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、前記回転位置検出手段の検出結果から所定時間間隔毎の前記直流ブラシレスモータの回転数を求め、検出された洗濯物の量を該回転数のばらつきに基づいて補正したことを特徴としている。
【００２９】
この構成によると、回転位置検出手段から検出される各時間におけるロータの位置から直流ブラシレスモータの回転数が求められる。所定時間間隔における該回転数のばらつきから洗濯物の偏重による慣性モーメント増加を判断し、第１の布量検出手段または第２の布量検出手段により検出された洗濯物の量が補正される。
【００３０】
また本発明は、回転可能に支持される回転ドラムと、前記回転ドラムに直結される直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータを駆動する駆動信号を制御する電圧制御部と、前記駆動信号を前記直流ブラシレスモータの駆動電圧に変換するインバータ回路とを備え、前記直流ブラシレスモータに供給される電力を遮断し、慣性により回転する前記直流ブラシレスモータが第２の回転数から第１の回転数に減速するまでの時間によって洗濯物の量を検出する布量検出手段を設けるとともに、前記直流ブラシレスモータの慣性による回転から生じる起電力によって前記直流ブラシレスモータを制動する制動手段を設けたことを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図を参照して説明する。説明の便宜上従来例の図１６、図１７と同一の部材については同一の符号を付している。図１、図２は一実施形態のドラム式洗濯機を示す側面断面図及び正面図である。ドラム式洗濯機１は水槽２が懸架部材１３で吊り下げられ、前面を開閉扉９によって密閉可能になっている。
【００３３】
水槽２内には回転ドラム３が３相２０極の直流ブラシレスモータ５５のモータ軸５５ｄに直結され、回転自在に保持されている。回転ドラム３の内面にはバッフル３ａが突設され、洗濯物を引っ掛けて回転させるようになっており、回転ドラム３の前面側には流体バランサ５が取り付けられている。また、水槽２内に水を供給する給水口１１及び排水を行う排水口１２が設けられている。
【００３４】
流体バランサ５はリング状の容器内に比重の大きい塩水等の流体５ａを封入している。図３（ａ）に示すように、回転ドラム３の回転停止中は流体５ａが下方に溜まった状態になり、回転ドラム３が回転すると図３（ｂ）に示すように、流体５ａが遠心力により環状に分布するようになっている。回転ドラム３が回転すると洗濯物により重心が偏位するが、流体５ａは慣性により該偏位方向と反対方向に偏量して重心移動を打ち消すように作用する。これにより、回転ドラム３の高速回転時の振動を防止できるようになっている。
【００３５】
このようなドラム式洗濯機１は、回転ドラム３内に洗濯物が入れられ、開閉扉９が閉じられると給水口１１より給水されて直流ブラシレスモータ５５の駆動により回転ドラム３が回転する。洗濯物は水槽２の下部で浸水し、バッフル３ａに引っ掛かって上方に運ばれて落下する。この時の衝撃により洗浄力が向上し、良好に洗濯されるようになっている。そして、洗濯工程が終了すると、回転ドラム３が回転しながら乾燥ヒータ（不図示）が駆動され、洗濯物の乾燥が行われるようになっている。
【００３６】
図４はドラム式洗濯機の制御を行う制御部のブロック図である。主制御部２１は、ドラム式洗濯機１の操作を行う操作部２３、操作部２３による入力表示やドラム式洗濯機１の運転状態を表示する表示部２４、洗濯作業終了等の警報を報知するブザー２５、開閉扉９の開閉状態を検知するドアスイッチ２６、水槽２内の水位を検知する水位センサ２７、洗濯物の乾燥状態を検知する乾燥センサ２８、及び水槽２内の水温を検知する水温センサ２９と信号を送受信する。
【００３７】
副制御部２２は、直流ブラシレスモータ５５、吸水弁１１、排水弁１２及び乾燥ヒータ３０の駆動制御を行うとともに、ホールセンサ５９による直流ブラシレスモータ５５のロータ５５ｅ（図１参照）の位置信号を受信する。そして、主制御部２１は、直流ブラシレスモータ５５の回転に必要な制御データの送信信号Ｓ１を同期用クロックとともに副制御部２２に送信する。副制御部２２は、制御データを読み取った後、該クロックに同期して返信信号Ｓ２を返信する。
【００３８】
副制御部２２を図５の回路図を参照して説明する。商用電源５１はダイオードブリッジからなる整流回路５２によって全波整流されて直流電圧に変換される。該直流電圧は平滑コンデンサ５３ａ、５３ｂで平滑化されて安定直流電源としてインバータ回路５４に供給される。インバータ回路５４は６個のスイッチング素子（トランジスタ５４ａ〜５４ｆ）を３相全波ブリッジ構成にしている。
【００３９】
平滑コンデンサ５３ａの正側と平滑コンデンサ５３ｂの負側との間に、トランジスタ５４ａ、５４ｄ、トランジスタ５４ｂ、５４ｅ、トランジスタ５４ｃ、５４ｆ、ダイオード５６ａ、５６ｄ、ダイオード５６ｂ、５６ｅ、ダイオード５６ｃ、５６ｆが夫々直列に接続されて３相交流に変換する。そして、上アーム用のトランジスタ５４ａ、５４ｂ、５４ｃと下アーム用のトランジスタ５４ｄ、５４ｅ、５４ｆとの接続点から、夫々直流ブラシレスモータ５５の励磁巻線５５ａ、５５ｂ、５５ｃのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続されている。
【００４０】
トランジスタ５４ａ〜５４ｆのベースにはドライブ回路５７が接続されており、マイコン５８（電圧制御部）からの駆動信号によりドライブ回路５７を介してトランジスタ５４ａ〜５４ｆを駆動する。駆動信号は例えば図６（ａ）、（ｂ）に示すＰＷＭの信号がトランジスタ５４ａ、５４ｄに夫々送信される。そして、直流ブラシレスモータ５５のＵ相に図６（ｃ）に示す電圧が出力される。
【００４１】
直流ブラシレスモータ５５のＶ相及びＷ相には同様の駆動電圧が夫々１２０゜及び２４０゜位相が遅れるように出力される。その結果、励磁巻線５５ａには図６（ｄ）に示す正弦波の電流が発生する。尚、図６において、縦軸は振幅を表し、横軸は時間を表している。これにより直流ブラシレスモータ５５が回転することになる。
【００４２】
駆動信号は図７に示すような三角波のキャリア信号を用いた比較器を用いて発生させている。同図において、縦軸は振幅を表し、横軸は時間を表している。周波数ｆの信号の時刻ｔにおける位相角θは、θ＝２πｆｔで表される。キャリア信号の周期をＴｃ、キャリア周期Ｔｃ毎の直流ブラシレスモータ５５の位相角の更新量をΔθ（ロータ５５ａの回転角）とすると、Δθ＝２πｆＴｃラジアンとなり、Δθだけ位相を進めた位置に対応する駆動信号をキャリア周期Ｔｃ毎に供給する必要がある。駆動信号の１周期（２πラジアン）を１６ビット（６５５３６）に分割すると、Δθラジアンは位相更新量α＝２πｆＴｃ・（６５５３６／２π）＝６５５３６ｆＴｃカウントになる。
【００４３】
例えば、キャリア信号の周期が６３．５μｓｅｃで、直流ブラシレスモータ５５の回転数を６０Ｈｚとすると、位相更新量α＝２４９カウントとなる。キャリア信号の周期Ｔｃは、タイマ及びパルス幅ｐ（図６（ａ）参照）の分解能で決められる。そして、キャリア信号の周期Ｔｃ毎に位相更新量αを加算した累計値Ｎを求めて、現在の位相を検知し、予め記憶された各位相に対応するデータを参照してキャリア信号の周期Ｔｃ毎のパルス幅ｐが得られる。Ｖ相及びＷ相についてはＵ相に対して夫々１２０゜、２４０゜遅れた位相角からデータを参照して対応するパルス幅ｐを得ることができる。
【００４４】
直流ブラシレスモータ５５が加速回転して回転数ｆが増加する際には、それに応じて位相更新量αを可変する必要がある。このため、ロータ５５ａの回転位置を検知するホールセンサ５９（回転角検知手段）がＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して１２０゜間隔で３箇所に設けられ、直流ブラシレスモータ５５の所定期間の回転数を検知するためタイマが設けられている。
【００４５】
３つのホールセンサ５９からはＵ相、Ｖ相、Ｗ相夫々の位相角によって図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが検出される。横軸は位相角である。位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの立ち上がり及び立ち下がり８３ａ〜８３ｆを検知することによって位相が６０゜間隔の６つの区間Ｄ０〜Ｄ５を判別することができる。
【００４６】
例えば位置信号Ｈｗの立ち上がり８３ｃを検知したときに、位置信号Ｈｖの立ち下がり８３ｂからの時間をタイマにより検出してタイマをリセットするとともに、累計値Ｎがその時の回転位置に対応する累計値Ｎに補正される。そして、記憶されたデータを参照して位相角が０゜に対応するパルス幅がＷ相に与えられる。Ｕ相、Ｖ相についてはＷ相に対して夫々１２０゜、２４０゜遅れた位相角からデータを参照して、対応するパルス幅を得ることができる。
【００４７】
そして、立ち下がり８３ｂから立ち上がり８３ｃまでの時間から回転数ｆを得て位相更新量αを求める。そして、キャリア周期Ｔｃ毎に位相更新量αを累計値Ｎに加算して、累計値Ｎからキャリア周期Ｔｃ毎の回転位置を検知してその位置に応じた各パルス幅を得てロータを回転させるようになっている。
【００４８】
このようにすることで、加速、減速の場合や、洗濯物のアンバランスによって流体バランサが振動を解消できずに回転速度が一定しない場合等においても位相角が６０゜間隔で累計値Ｎを補正して、回転位置に対応する駆動信号を正確に得ることができるようになっている。尚、例えば位置信号Ｈｕの立ち上がり８３ａの時に、Ｕ相の駆動電圧の位相角を０゜より遅延または進行させた位置に設定してもよく、最適な位相角に設定することで直流ブラシレスモータ５５に流れる電流を少なくして省電力化及び発熱量の抑制を図ることができる。
【００４９】
また、起動時には累計値Ｎ及び位相更新量αが未定であるが、まず、ホールセンサ５９により区間Ｄ０〜Ｄ５のいづれの状態かを検知する。例えば区間Ｄ１であれば、上記累計値Ｎを平均的にＵ相の位相角を９０゜（６０゜と１２０゜の間）に対応する値にし、位相更新量αに実験的に求めた値を代入して駆動信号を出力する。そして、位置信号Ｈｗの立ち上がり８３ｃを検知した時に、累計値Ｎを正確な値に補正することによって正常に起動可能となる。
【００５０】
図９は洗濯物の量を検知する際の直流ブラシレスモータ５５の回転制御方法を示す図である。縦軸は直流ブラシレスモータ５５の回転数、横軸は時間を示している。直流ブラシレスモータ５５は起動されると、第１の回転数Ｎ１まで駆動電圧（図６（ｃ）参照）によりデューティー比及びパルス幅を回転位置によって可変して駆動される。
【００５１】
第１の回転数Ｎ１は流体バランサ５の流体５ａが環状に安定して配される安定回転数よりも大きくしており、洗濯物による偏重を解消した状態にしている。流体５ａは回転ドラム３の回転数（直流ブラシレスモータ５５の回転数に等しい）が３Ｈｚ（１８０ｒｐｍ）でほぼ環状に安定して配されるので第１の回転数は３Ｈｚ以上であることが望ましい。
【００５２】
更に時間ｔ０だけ第１の回転数Ｎ１で回転ドラム３を回転させて流体バランサ５の流体５ａを安定させ、その後、駆動電圧のデューティー比を固定し、パルス幅ｐ（変調率）を可変して回転数を所定の第２の回転数まで上昇させる。流体バランサ５を使用しない際は第１の回転数Ｎ１を０Ｈｚとして起動時から駆動電圧のデューティー比を固定してもよい。
【００５３】
この時、駆動電圧のデューティー比を固定しているので、直流ブラシレスモータ５５の出力が一定になる。このため、変調率を可変して回転数を上昇させると、回転ドラム３の慣性モーメントが大きいと緩やかに加速し、回転ドラム３の慣性モーメントが小さいと急峻に加速する。
【００５４】
従って、回転ドラム３内の洗濯物の量が小容量、中容量、大容量で第２の回転数Ｎ２に到達するまでの履歴はＥ１、Ｅ２、Ｅ３に示すようになり、到達までの時間はＡ１、Ａ２、Ａ３になる。これにより、図１０に示すように予め記憶された所定時間ｔ１より到達時間Ａｎが小さいと小容量、次に所定時間ｔ２より到達時間Ａｎが小さいと中容量、次に所定時間ｔ３より到達時間Ａｎが小さいと大容量と順に判別して洗濯物の量を検出することができる（第１の布量検出手段）。尚、所定時間ｔ３を定格容量に対応する時間に設定しておき、到達時間Ａｎが所定時間ｔ３以上の場合に警報等を報知するようにしてもよい。
【００５５】
次に、第２の回転数Ｎ２で直流ブラシレスモータ５５を時間ｔａだけ、一定回転させて安定させた後、直流ブラシレスモータ５５を短絡制動により電気制動して減速させる。直流ブラシレスモータ５５への電力供給を遮断すると、回転ドラム３は慣性により回転するが、励磁巻線５５ａ、５５ｂ、５５ｃ間に図１１に示すように起電力Ｗｕ、Ｗｖ、Ｗｗが生じる。
【００５６】
この時に下アーム用のトランジスタ５４ｄ〜５４ｆ（図５参照）をＯＮすると、各励磁巻線５５ａ、５５ｂ、５５ｃが短絡され、励磁巻線５５ａ、５５ｂ、５５ｃの抵抗により電力が消費される。これにより直流ブラシレスモータ５５の回転エネルギーが消費され、直流ブラシレスモータ５５は制動されて図９のＦ１〜Ｆ３のように減速される。トランジスタ５４ｄ〜５４ｆをＯＦＦにすると直流ブラシレスモータ５５は制動されないため、トランジスタ５４ｄ〜５４ｆをＯＮにする時間比率（以下「制動率」という。）を可変することによって、制動する能力が異なる。
【００５７】
例えば、図１２に示すように、上記第１の布量検出手段で検出された洗濯物の量から、小容量の場合は制動率を２０％にしても早く減速する。中容量の場合は制動率を５０％にし、大容量の場合は制動率を８０％にして早く減速させるようにすることができる。尚、電気制動の方法は発電制動、直流制動等でもよい。
【００５８】
制動率を容量により可変して制動すると、直流ブラシレスモータ５５の第２の回転数Ｎ２から第１の回転数Ｎ１までの減速時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を小容量、中容量、大容量で略同一にすることができる。そして、図１３に示すように予め記憶された所定時間ｔ４より減速時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３（図中、「Ｂｉ」で表す）が小さいと各容量の小段階、次に所定時間ｔ５より減速時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が小さいと中段階、次に所定時間ｔ６より減速時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が小さいと大段階と順に判別する。
【００５９】
これにより、第１の布量検出手段で検出された洗濯物の各容量に対して更に細かく段階を設けることができ（第２の布量検出手段）、図１４に示すように９段階に洗濯物の量を判別することが可能になる。尚、電気制動を行わず、自然に減速する時間により洗濯物の量を検出してもよい。また、一定の制動率で減速して第２の布量検出手段による検出結果のみにより洗濯物の量を決定してもよい。
【００６０】
また、洗濯物のアンバランスによって流体バランサが振動を解消できずに回転速度が一定しない場合等において、回転ドラム３の慣性モーメントが大きくなって第１の回転数Ｎ１から第２の回転数Ｎ２への到達時間Ａｎ及び、第２の回転数Ｎ２から第１の回転数Ｎ１への減速時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が正確に測定できない場合がある。
【００６１】
このような場合に、前述のホールセンサ５９によるロータ５５ａの回転位置の検出により、例えば前述の図８において、立ち上がり８３ａから立ち下がり８３ｄまでの時間Ｔｕ１、立ち下がり８３ｄから次の立ち上がり８３ａ’までの時間Ｔｕ２、立ち上がり８３ａ’から立ち下がり８３ｄ’までの時間Ｔｕ３を比較する。
【００６２】
そして、図１５に示すように、時間Ｔｕ１、Ｔｕ２、Ｔｕ３の最大値と最小値との差ΔＴｕを演算し、予め記憶された所定時間Ｔ１より差ΔＴｕが小さいと補正値を０、次に所定時間Ｔ２より差ΔＴｕが小さいと補正値を１、次に所定時間Ｔ３より差ΔＴｕが小さいと補正値を２と順に判別する。この補正値分を前述の図１４の９個の各段階から段階を下げることで、洗濯物の偏重による誤差を補正し、より正確に洗濯物の量を検出可能になる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によると、駆動電圧のデューティー比を固定し、パルス幅を可変して直流ブラシレスモータを第１の回転数から第２の回転数まで駆動することによって、慣性モーメントの差により簡単に洗濯物の量を検出することができる。しかも、直流ブラシレスモータを回転ドラムに直結しているので、長期間使用によるベルトとプーリーとの摩擦変化やベルトの張力変化等がなく、正確に慣性モーメントを把握して洗濯物の量を検出することができる。
【００６４】
また、直流ブラシレスモータの加速、減速の場合や、洗濯物のアンバランスによって直流ブラシレスモータの回転速度が一定しない場合等においてロータの回転位置を補正し、該回転位置に対応する駆動信号を正確に得ることができる。
【００６５】
また本発明によると、流体バランサによって洗濯物による偏重が解消された状態にした後、回転ドラムの慣性モーメントによって洗濯物の量を検出するので、正確な検出を行うことができる。
【００６６】
また本発明によると、直流ブラシレスモータが起動から第１の回転数に到達するまでの時間を短縮することができ、洗濯物の量の検出を迅速に行うことができる。
【００６７】
また本発明によると、直流ブラシレスモータへの電力供給を遮断して回転ドラムの慣性による回転が第２の回転数から第１の回転数に減速する時間によって、慣性モーメントの差により簡単に洗濯物の量を検出することができる。
【００６８】
また本発明によると、直流ブラシレスモータが第２の回転数から第１の回転数に減速するまでの時間を短縮することができ、洗濯物の量の検出を迅速に行うことができる。
【００６９】
また本発明によると、第１の布量検出手段で検出された洗濯物の各容量に対して更に細かく段階を設けることができより正確に洗濯物の量を検出することができる。
【００７０】
また本発明によると、直流ブラシレスモータの回転数のばらつきから、洗濯物の偏重による慣性モーメント増加を判断して、第１の布量検出手段または第２の布量検出手段により検出された洗濯物の量の誤差が補正されるので、より正確に洗濯物の量を検出可能になる。
【００７１】
また本発明によると、直流ブラシレスモータの駆動電力遮断して第２の回転数から第１の回転数まで減速することによって、慣性モーメントの差により簡単に洗濯物の量を検出することができる。しかも、直流ブラシレスモータを回転ドラムに直結しているので、長期間使用によるベルトとプーリーとの摩擦変化やベルトの張力変化等がなく、正確に慣性モーメントを把握して洗濯物の量を検出することができる。
【００７２】
また、直流ブラシレスモータが第２の回転数から第１の回転数に減速するまでの時間を短縮することができ、洗濯物の量の検出を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の側面断面図である。
【図２】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の正面図である。
【図３】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の流体バランサの動作を説明する図である。
【図４】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機のブロック図である。
【図５】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の副制御部の回路図である。
【図６】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の直流ブラシレスモータの駆動における信号波形を示す図である。
【図７】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の直流ブラシレスモータの比較器の信号波形を示す図である。
【図８】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機のホールセンサによる位置信号を示す図である。
【図９】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の直流ブラシレスモータの回転制御方法を示す図である。
【図１０】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の第１の布量検出手段の判別方法を示す図である。
【図１１】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の直流ブラシレスモータの起電力を示す図である。
【図１２】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の電気制動方法を示す図である。
【図１３】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の第２の布量検出手段の判別方法を示す図である。
【図１４】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の洗濯物の量を判別する方法を示す図である。
【図１５】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の直流ブラシレスモータの回転位置の補正方法を示す図である。
【図１６】 従来のドラム式洗濯機の側面断面図である。
【図１７】 従来のドラム式洗濯機の正面図である。
【図１８】 従来のドラム式洗濯機のモータの負荷トルクの推移を示す図である。
【符号の説明】
１ ドラム式洗濯機
２ 水槽
３ 回転ドラム
５ 流体バランサ
１１ 給水弁
１２ 排水弁
２１ 主制御部
２２ 副制御部
５２ 整流回路
５４ インバータ回路
５５ 直流ブラシレスモータ
５９ ホールセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は回転ドラムを有するドラム式洗濯機に関し、特に洗濯物の量を検出することのできるドラム式洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のドラム式洗濯機は図１６、図１７に示すように構成されている。図１６は側面断面図であり、図１７は正面図である。ドラム式洗濯機１には水槽２が懸架部材１３で吊り下げられ、前面を開閉扉９によって密閉可能になっている。水槽２内には回転ドラム３が支軸１０により回転自在に保持されている。回転ドラム３の内面にはバッフル３ａが突設され、洗濯物を引っ掛けて回転させるようになっている。
【０００３】
支軸１０にはプーリー６が取り付けられ、ベルト７によりモータ４の回転が伝達されるようになっている。水槽２の外面にはバランスウェイト８が設置され、回転ドラムの高速回転時の振動を防止するようになっている。また、水槽２内に水を供給する給水口１１及び排水を行う排水口１２が設けられている。
【０００４】
このようなドラム式洗濯機１は、回転ドラム３内に洗濯物が入れられ、開閉扉９が閉じられると給水口１１より給水されてモータ４の駆動により回転ドラム３が回転する。洗濯物は水槽２の下部で浸水し、バッフル３ａに引っ掛かって上方に運ばれて落下する。この時の衝撃により洗浄力が向上し、良好に洗濯が行われるようになっている。
【０００５】
回転ドラム３の回転数は、洗濯物の量に最適な回転数より大きすぎる場合は回転ドラム３の内面に洗濯物が張り付いて落下しなくなり、小さすぎる場合はバッフル３ａに洗濯物が引っ掛かりにくくなる。その結果、洗浄力の低下が生じる。このため、モータ４の負荷トルクにより洗濯物の量を検知する布量検出手段が設けられ、最適な回転ドラム３の回転数に制御されるようになっている。
【０００６】
この制御方法は、特開平７−３９６７６号公報や特開平８−１０７９９０号公報に開示されている。特開平７−３９６７６号公報に開示された方法は、回転ドラム３の中で洗濯物がバッフル３ａに引っ掛かって持ち上げられる洗濯物の量が多い程モータ４の負荷トルクが大きくなり、落下する時は洗濯物の量に無関係に最も小さくなる。従って、負荷トルクの最大値と最小値との差により洗濯物の量を検出するものである。
【０００７】
また、特開平８−１０７９９０号公報に開示された方法は、所定回転数時のモータ４の負荷トルク等と、その後モータの電力を遮断した慣性力による回転ドラムの回転数の変移とから、ベルト駆動される回転ドラム内の全質量による慣性モーメントを求め、予め記憶された慣性モーメントのデータと比較して洗濯物の量を検出するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−３９６７６号公報に開示された方法によると、洗濯物の種類によって吸水量が異なることから、洗濯物の量が多い場合でも負荷トルクが小さくなって正確に洗濯物の量の検出ができなくなる問題があった。更に、洗濯物の量が定格容量まで多くなると洗濯物は吸水して回転ドラム３内に広がり、隙間がなくなって移動量が小さくなる。
【０００９】
このため、図１８に示すように、モータ４の負荷トルクの最大値と最小値の差が定格容量付近で減少傾向にあり、正確に洗濯物の量の検出ができなくなる問題があった。尚、同図において、縦軸はモータ４の負荷トルクの最大値と最小値の差を示し、横軸は洗濯物の量を示している。
【００１０】
また、特開平８−１０７９９０号公報に開示された方法によると、慣性モーメントの演算に対してベルトとプーリーとの摩擦係数等を考慮する必要があり、製造初期の摩擦係数等の値がそのまま使用される。このため、長期間の使用に対して部品のなじみ等により摩擦係数等が変化し、正確に洗濯物の量の検出ができなくなる問題があった。
【００１１】
本発明は、正確に洗濯物の量を検出することのできるドラム式洗濯機を提供することを目的とする。
【００１２】
【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は、回転可能に支持される回転ドラムと、前記回転ドラムに直結される直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータを駆動する駆動信号を制御する電圧制御部と、前記駆動信号を前記直流ブラシレスモータの駆動電圧に変換するインバータ回路と、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検出する回転位置検出手段とを備え、デューティー比が一定で変調率が可変される前記駆動電圧により駆動される前記直流ブラシレスモータが第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間によって洗濯物の量を検出する第１の布量検出手段を設けるとともに、前記回転位置検出手段の検知結果に基づいて前記駆動電圧を補正したことを特徴としている。
【００１３】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間により洗濯物の量が検出され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００１５】
また、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。この時、ロータの回転位置に応じた駆動電圧が正確に得られるように回転位置検出手段によって駆動電圧が補正されている。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間により洗濯物の量が検出され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００１６】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、前記回転ドラムに取り付けられる環状の容器内に流体が封入された流体バランサを設け、第１の回転数を前記流体が安定して環状に分布する回転数以上にしたことを特徴としている。
【００１７】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路から駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、流体バランサ内の流体が環状に安定した後の第１の回転数に直流ブラシレスモータが到達すると、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間により洗濯物の量が検出され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００２０】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、前記直流ブラシレスモータが起動から第１の回転数に到達するまでの駆動電圧のデューティー比及び変調率を可変したことを特徴としている。
【００２１】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比及び変調率を可変した駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数に直流ブラシレスモータが到達すると、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間により洗濯物の量が検出され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００２２】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、前記直流ブラシレスモータに供給される電力を遮断し、慣性により回転する前記直流ブラシレスモータが第２の回転数から第１の回転数に減速するまでの時間によって洗濯物の量を検出する第２の布量検出手段を備えたことを特徴としている。
【００２３】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間から第１の布量検出手段により洗濯物の量が検出される。次に、直流ブラシレスモータの電力が遮断されて慣性により回転する回転ドラムが減速し、第２の回転数から第１の回転数に到達するまでの時間から第２の布量検出手段により洗濯物の量が検出される。そして、第１、第２の布量検出手段の一方または両方の検出結果から洗濯物の量が決定され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００２４】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、前記直流ブラシレスモータの慣性回転により生じる起電力によって前記直流ブラシレスモータを制動する制動手段を設けたことを特徴としている。
【００２５】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間から第１の布量検出手段により洗濯物の量が検出される。次に、直流ブラシレスモータの電力が遮断されて慣性により回転する回転ドラムが制動手段により強制的に減速され、第２の回転数から第１の回転数に到達するまでの時間から第２の布量検出手段により洗濯物の量が検出される。そして、第１、第２の布量検出手段の一方または両方の検出結果から最終的に正確な洗濯物の量が決定され、その量に応じた洗濯が行われる。
【００２６】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、第１の布量検出手段の検出結果に応じて前記制動手段の制動率を可変したことを特徴としている。
【００２７】
この構成によると、電圧制御部から駆動信号がインバータ回路に送られ、インバータ回路からデューティー比が一定で変調率が可変される駆動電圧が直流ブラシレスモータに出力されて直流ブラシレスモータが駆動される。そして、第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間から第１の布量検出手段により洗濯物の量が検出される。次に、直流ブラシレスモータの電力が遮断されて慣性により回転する回転ドラムが制動手段により強制的に減速される。この時、第１の布量検出手段の検知結果から制動の度合いが可変され、第２の回転数から第１の回転数に到達するまでの時間から第２の布量検出手段により最終的に正確な洗濯物の量が検出される。そして、その量に応じた洗濯が行われる。
【００２８】
また本発明は、上記構成のドラム式洗濯機において、前記回転位置検出手段の検出結果から所定時間間隔毎の前記直流ブラシレスモータの回転数を求め、検出された洗濯物の量を該回転数のばらつきに基づいて補正したことを特徴としている。
【００２９】
この構成によると、回転位置検出手段から検出される各時間におけるロータの位置から直流ブラシレスモータの回転数が求められる。所定時間間隔における該回転数のばらつきから洗濯物の偏重による慣性モーメント増加を判断し、第１の布量検出手段または第２の布量検出手段により検出された洗濯物の量が補正される。
【００３０】
また本発明は、回転可能に支持される回転ドラムと、前記回転ドラムに直結される直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータを駆動する駆動信号を制御する電圧制御部と、前記駆動信号を前記直流ブラシレスモータの駆動電圧に変換するインバータ回路とを備え、前記直流ブラシレスモータに供給される電力を遮断し、慣性により回転する前記直流ブラシレスモータが第２の回転数から第１の回転数に減速するまでの時間によって洗濯物の量を検出する布量検出手段を設けるとともに、前記直流ブラシレスモータの慣性による回転から生じる起電力によって前記直流ブラシレスモータを制動する制動手段を設けたことを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図を参照して説明する。説明の便宜上従来例の図１６、図１７と同一の部材については同一の符号を付している。図１、図２は一実施形態のドラム式洗濯機を示す側面断面図及び正面図である。ドラム式洗濯機１は水槽２が懸架部材１３で吊り下げられ、前面を開閉扉９によって密閉可能になっている。
【００３３】
水槽２内には回転ドラム３が３相２０極の直流ブラシレスモータ５５のモータ軸５５ｄに直結され、回転自在に保持されている。回転ドラム３の内面にはバッフル３ａが突設され、洗濯物を引っ掛けて回転させるようになっており、回転ドラム３の前面側には流体バランサ５が取り付けられている。また、水槽２内に水を供給する給水口１１及び排水を行う排水口１２が設けられている。
【００３４】
流体バランサ５はリング状の容器内に比重の大きい塩水等の流体５ａを封入している。図３（ａ）に示すように、回転ドラム３の回転停止中は流体５ａが下方に溜まった状態になり、回転ドラム３が回転すると図３（ｂ）に示すように、流体５ａが遠心力により環状に分布するようになっている。回転ドラム３が回転すると洗濯物により重心が偏位するが、流体５ａは慣性により該偏位方向と反対方向に偏量して重心移動を打ち消すように作用する。これにより、回転ドラム３の高速回転時の振動を防止できるようになっている。
【００３５】
このようなドラム式洗濯機１は、回転ドラム３内に洗濯物が入れられ、開閉扉９が閉じられると給水口１１より給水されて直流ブラシレスモータ５５の駆動により回転ドラム３が回転する。洗濯物は水槽２の下部で浸水し、バッフル３ａに引っ掛かって上方に運ばれて落下する。この時の衝撃により洗浄力が向上し、良好に洗濯されるようになっている。そして、洗濯工程が終了すると、回転ドラム３が回転しながら乾燥ヒータ（不図示）が駆動され、洗濯物の乾燥が行われるようになっている。
【００３６】
図４はドラム式洗濯機の制御を行う制御部のブロック図である。主制御部２１は、ドラム式洗濯機１の操作を行う操作部２３、操作部２３による入力表示やドラム式洗濯機１の運転状態を表示する表示部２４、洗濯作業終了等の警報を報知するブザー２５、開閉扉９の開閉状態を検知するドアスイッチ２６、水槽２内の水位を検知する水位センサ２７、洗濯物の乾燥状態を検知する乾燥センサ２８、及び水槽２内の水温を検知する水温センサ２９と信号を送受信する。
【００３７】
副制御部２２は、直流ブラシレスモータ５５、吸水弁１１、排水弁１２及び乾燥ヒータ３０の駆動制御を行うとともに、ホールセンサ５９による直流ブラシレスモータ５５のロータ５５ｅ（図１参照）の位置信号を受信する。そして、主制御部２１は、直流ブラシレスモータ５５の回転に必要な制御データの送信信号Ｓ１を同期用クロックとともに副制御部２２に送信する。副制御部２２は、制御データを読み取った後、該クロックに同期して返信信号Ｓ２を返信する。
【００３８】
副制御部２２を図５の回路図を参照して説明する。商用電源５１はダイオードブリッジからなる整流回路５２によって全波整流されて直流電圧に変換される。該直流電圧は平滑コンデンサ５３ａ、５３ｂで平滑化されて安定直流電源としてインバータ回路５４に供給される。インバータ回路５４は６個のスイッチング素子（トランジスタ５４ａ〜５４ｆ）を３相全波ブリッジ構成にしている。
【００３９】
平滑コンデンサ５３ａの正側と平滑コンデンサ５３ｂの負側との間に、トランジスタ５４ａ、５４ｄ、トランジスタ５４ｂ、５４ｅ、トランジスタ５４ｃ、５４ｆ、ダイオード５６ａ、５６ｄ、ダイオード５６ｂ、５６ｅ、ダイオード５６ｃ、５６ｆが夫々直列に接続されて３相交流に変換する。そして、上アーム用のトランジスタ５４ａ、５４ｂ、５４ｃと下アーム用のトランジスタ５４ｄ、５４ｅ、５４ｆとの接続点から、夫々直流ブラシレスモータ５５の励磁巻線５５ａ、５５ｂ、５５ｃのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続されている。
【００４０】
トランジスタ５４ａ〜５４ｆのベースにはドライブ回路５７が接続されており、マイコン５８（電圧制御部）からの駆動信号によりドライブ回路５７を介してトランジスタ５４ａ〜５４ｆを駆動する。駆動信号は例えば図６（ａ）、（ｂ）に示すＰＷＭの信号がトランジスタ５４ａ、５４ｄに夫々送信される。そして、直流ブラシレスモータ５５のＵ相に図６（ｃ）に示す電圧が出力される。
【００４１】
直流ブラシレスモータ５５のＶ相及びＷ相には同様の駆動電圧が夫々１２０゜及び２４０゜位相が遅れるように出力される。その結果、励磁巻線５５ａには図６（ｄ）に示す正弦波の電流が発生する。尚、図６において、縦軸は振幅を表し、横軸は時間を表している。これにより直流ブラシレスモータ５５が回転することになる。
【００４２】
駆動信号は図７に示すような三角波のキャリア信号を用いた比較器を用いて発生させている。同図において、縦軸は振幅を表し、横軸は時間を表している。周波数ｆの信号の時刻ｔにおける位相角θは、θ＝２πｆｔで表される。キャリア信号の周期をＴｃ、キャリア周期Ｔｃ毎の直流ブラシレスモータ５５の位相角の更新量をΔθ（ロータ５５ａの回転角）とすると、Δθ＝２πｆＴｃラジアンとなり、Δθだけ位相を進めた位置に対応する駆動信号をキャリア周期Ｔｃ毎に供給する必要がある。駆動信号の１周期（２πラジアン）を１６ビット（６５５３６）に分割すると、Δθラジアンは位相更新量α＝２πｆＴｃ・（６５５３６／２π）＝６５５３６ｆＴｃカウントになる。
【００４３】
例えば、キャリア信号の周期が６３．５μｓｅｃで、直流ブラシレスモータ５５の回転数を６０Ｈｚとすると、位相更新量α＝２４９カウントとなる。キャリア信号の周期Ｔｃは、タイマ及びパルス幅ｐ（図６（ａ）参照）の分解能で決められる。そして、キャリア信号の周期Ｔｃ毎に位相更新量αを加算した累計値Ｎを求めて、現在の位相を検知し、予め記憶された各位相に対応するデータを参照してキャリア信号の周期Ｔｃ毎のパルス幅ｐが得られる。Ｖ相及びＷ相についてはＵ相に対して夫々１２０゜、２４０゜遅れた位相角からデータを参照して対応するパルス幅ｐを得ることができる。
【００４４】
直流ブラシレスモータ５５が加速回転して回転数ｆが増加する際には、それに応じて位相更新量αを可変する必要がある。このため、ロータ５５ａの回転位置を検知するホールセンサ５９（回転角検知手段）がＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して１２０゜間隔で３箇所に設けられ、直流ブラシレスモータ５５の所定期間の回転数を検知するためタイマが設けられている。
【００４５】
３つのホールセンサ５９からはＵ相、Ｖ相、Ｗ相夫々の位相角によって図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが検出される。横軸は位相角である。位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの立ち上がり及び立ち下がり８３ａ〜８３ｆを検知することによって位相が６０゜間隔の６つの区間Ｄ０〜Ｄ５を判別することができる。
【００４６】
例えば位置信号Ｈｗの立ち上がり８３ｃを検知したときに、位置信号Ｈｖの立ち下がり８３ｂからの時間をタイマにより検出してタイマをリセットするとともに、累計値Ｎがその時の回転位置に対応する累計値Ｎに補正される。そして、記憶されたデータを参照して位相角が０゜に対応するパルス幅がＷ相に与えられる。Ｕ相、Ｖ相についてはＷ相に対して夫々１２０゜、２４０゜遅れた位相角からデータを参照して、対応するパルス幅を得ることができる。
【００４７】
そして、立ち下がり８３ｂから立ち上がり８３ｃまでの時間から回転数ｆを得て位相更新量αを求める。そして、キャリア周期Ｔｃ毎に位相更新量αを累計値Ｎに加算して、累計値Ｎからキャリア周期Ｔｃ毎の回転位置を検知してその位置に応じた各パルス幅を得てロータを回転させるようになっている。
【００４８】
このようにすることで、加速、減速の場合や、洗濯物のアンバランスによって流体バランサが振動を解消できずに回転速度が一定しない場合等においても位相角が６０゜間隔で累計値Ｎを補正して、回転位置に対応する駆動信号を正確に得ることができるようになっている。尚、例えば位置信号Ｈｕの立ち上がり８３ａの時に、Ｕ相の駆動電圧の位相角を０゜より遅延または進行させた位置に設定してもよく、最適な位相角に設定することで直流ブラシレスモータ５５に流れる電流を少なくして省電力化及び発熱量の抑制を図ることができる。
【００４９】
また、起動時には累計値Ｎ及び位相更新量αが未定であるが、まず、ホールセンサ５９により区間Ｄ０〜Ｄ５のいづれの状態かを検知する。例えば区間Ｄ１であれば、上記累計値Ｎを平均的にＵ相の位相角を９０゜（６０゜と１２０゜の間）に対応する値にし、位相更新量αに実験的に求めた値を代入して駆動信号を出力する。そして、位置信号Ｈｗの立ち上がり８３ｃを検知した時に、累計値Ｎを正確な値に補正することによって正常に起動可能となる。
【００５０】
図９は洗濯物の量を検知する際の直流ブラシレスモータ５５の回転制御方法を示す図である。縦軸は直流ブラシレスモータ５５の回転数、横軸は時間を示している。直流ブラシレスモータ５５は起動されると、第１の回転数Ｎ１まで駆動電圧（図６（ｃ）参照）によりデューティー比及びパルス幅を回転位置によって可変して駆動される。
【００５１】
第１の回転数Ｎ１は流体バランサ５の流体５ａが環状に安定して配される安定回転数よりも大きくしており、洗濯物による偏重を解消した状態にしている。流体５ａは回転ドラム３の回転数（直流ブラシレスモータ５５の回転数に等しい）が３Ｈｚ（１８０ｒｐｍ）でほぼ環状に安定して配されるので第１の回転数は３Ｈｚ以上であることが望ましい。
【００５２】
更に時間ｔ０だけ第１の回転数Ｎ１で回転ドラム３を回転させて流体バランサ５の流体５ａを安定させ、その後、駆動電圧のデューティー比を固定し、パルス幅ｐ（変調率）を可変して回転数を所定の第２の回転数まで上昇させる。流体バランサ５を使用しない際は第１の回転数Ｎ１を０Ｈｚとして起動時から駆動電圧のデューティー比を固定してもよい。
【００５３】
この時、駆動電圧のデューティー比を固定しているので、直流ブラシレスモータ５５の出力が一定になる。このため、変調率を可変して回転数を上昇させると、回転ドラム３の慣性モーメントが大きいと緩やかに加速し、回転ドラム３の慣性モーメントが小さいと急峻に加速する。
【００５４】
従って、回転ドラム３内の洗濯物の量が小容量、中容量、大容量で第２の回転数Ｎ２に到達するまでの履歴はＥ１、Ｅ２、Ｅ３に示すようになり、到達までの時間はＡ１、Ａ２、Ａ３になる。これにより、図１０に示すように予め記憶された所定時間ｔ１より到達時間Ａｎが小さいと小容量、次に所定時間ｔ２より到達時間Ａｎが小さいと中容量、次に所定時間ｔ３より到達時間Ａｎが小さいと大容量と順に判別して洗濯物の量を検出することができる（第１の布量検出手段）。尚、所定時間ｔ３を定格容量に対応する時間に設定しておき、到達時間Ａｎが所定時間ｔ３以上の場合に警報等を報知するようにしてもよい。
【００５５】
次に、第２の回転数Ｎ２で直流ブラシレスモータ５５を時間ｔａだけ、一定回転させて安定させた後、直流ブラシレスモータ５５を短絡制動により電気制動して減速させる。直流ブラシレスモータ５５への電力供給を遮断すると、回転ドラム３は慣性により回転するが、励磁巻線５５ａ、５５ｂ、５５ｃ間に図１１に示すように起電力Ｗｕ、Ｗｖ、Ｗｗが生じる。
【００５６】
この時に下アーム用のトランジスタ５４ｄ〜５４ｆ（図５参照）をＯＮすると、各励磁巻線５５ａ、５５ｂ、５５ｃが短絡され、励磁巻線５５ａ、５５ｂ、５５ｃの抵抗により電力が消費される。これにより直流ブラシレスモータ５５の回転エネルギーが消費され、直流ブラシレスモータ５５は制動されて図９のＦ１〜Ｆ３のように減速される。トランジスタ５４ｄ〜５４ｆをＯＦＦにすると直流ブラシレスモータ５５は制動されないため、トランジスタ５４ｄ〜５４ｆをＯＮにする時間比率（以下「制動率」という。）を可変することによって、制動する能力が異なる。
【００５７】
例えば、図１２に示すように、上記第１の布量検出手段で検出された洗濯物の量から、小容量の場合は制動率を２０％にしても早く減速する。中容量の場合は制動率を５０％にし、大容量の場合は制動率を８０％にして早く減速させるようにすることができる。尚、電気制動の方法は発電制動、直流制動等でもよい。
【００５８】
制動率を容量により可変して制動すると、直流ブラシレスモータ５５の第２の回転数Ｎ２から第１の回転数Ｎ１までの減速時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を小容量、中容量、大容量で略同一にすることができる。そして、図１３に示すように予め記憶された所定時間ｔ４より減速時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３（図中、「Ｂｉ」で表す）が小さいと各容量の小段階、次に所定時間ｔ５より減速時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が小さいと中段階、次に所定時間ｔ６より減速時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が小さいと大段階と順に判別する。
【００５９】
これにより、第１の布量検出手段で検出された洗濯物の各容量に対して更に細かく段階を設けることができ（第２の布量検出手段）、図１４に示すように９段階に洗濯物の量を判別することが可能になる。尚、電気制動を行わず、自然に減速する時間により洗濯物の量を検出してもよい。また、一定の制動率で減速して第２の布量検出手段による検出結果のみにより洗濯物の量を決定してもよい。
【００６０】
また、洗濯物のアンバランスによって流体バランサが振動を解消できずに回転速度が一定しない場合等において、回転ドラム３の慣性モーメントが大きくなって第１の回転数Ｎ１から第２の回転数Ｎ２への到達時間Ａｎ及び、第２の回転数Ｎ２から第１の回転数Ｎ１への減速時間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が正確に測定できない場合がある。
【００６１】
このような場合に、前述のホールセンサ５９によるロータ５５ａの回転位置の検出により、例えば前述の図８において、立ち上がり８３ａから立ち下がり８３ｄまでの時間Ｔｕ１、立ち下がり８３ｄから次の立ち上がり８３ａ’までの時間Ｔｕ２、立ち上がり８３ａ’から立ち下がり８３ｄ’までの時間Ｔｕ３を比較する。
【００６２】
そして、図１５に示すように、時間Ｔｕ１、Ｔｕ２、Ｔｕ３の最大値と最小値との差ΔＴｕを演算し、予め記憶された所定時間Ｔ１より差ΔＴｕが小さいと補正値を０、次に所定時間Ｔ２より差ΔＴｕが小さいと補正値を１、次に所定時間Ｔ３より差ΔＴｕが小さいと補正値を２と順に判別する。この補正値分を前述の図１４の９個の各段階から段階を下げることで、洗濯物の偏重による誤差を補正し、より正確に洗濯物の量を検出可能になる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によると、駆動電圧のデューティー比を固定し、パルス幅を可変して直流ブラシレスモータを第１の回転数から第２の回転数まで駆動することによって、慣性モーメントの差により簡単に洗濯物の量を検出することができる。しかも、直流ブラシレスモータを回転ドラムに直結しているので、長期間使用によるベルトとプーリーとの摩擦変化やベルトの張力変化等がなく、正確に慣性モーメントを把握して洗濯物の量を検出することができる。
【００６４】
また、直流ブラシレスモータの加速、減速の場合や、洗濯物のアンバランスによって直流ブラシレスモータの回転速度が一定しない場合等においてロータの回転位置を補正し、該回転位置に対応する駆動信号を正確に得ることができる。
【００６５】
また本発明によると、流体バランサによって洗濯物による偏重が解消された状態にした後、回転ドラムの慣性モーメントによって洗濯物の量を検出するので、正確な検出を行うことができる。
【００６６】
また本発明によると、直流ブラシレスモータが起動から第１の回転数に到達するまでの時間を短縮することができ、洗濯物の量の検出を迅速に行うことができる。
【００６７】
また本発明によると、直流ブラシレスモータへの電力供給を遮断して回転ドラムの慣性による回転が第２の回転数から第１の回転数に減速する時間によって、慣性モーメントの差により簡単に洗濯物の量を検出することができる。
【００６８】
また本発明によると、直流ブラシレスモータが第２の回転数から第１の回転数に減速するまでの時間を短縮することができ、洗濯物の量の検出を迅速に行うことができる。
【００６９】
また本発明によると、第１の布量検出手段で検出された洗濯物の各容量に対して更に細かく段階を設けることができより正確に洗濯物の量を検出することができる。
【００７０】
また本発明によると、直流ブラシレスモータの回転数のばらつきから、洗濯物の偏重による慣性モーメント増加を判断して、第１の布量検出手段または第２の布量検出手段により検出された洗濯物の量の誤差が補正されるので、より正確に洗濯物の量を検出可能になる。
【００７１】
また本発明によると、直流ブラシレスモータの駆動電力遮断して第２の回転数から第１の回転数まで減速することによって、慣性モーメントの差により簡単に洗濯物の量を検出することができる。しかも、直流ブラシレスモータを回転ドラムに直結しているので、長期間使用によるベルトとプーリーとの摩擦変化やベルトの張力変化等がなく、正確に慣性モーメントを把握して洗濯物の量を検出することができる。
【００７２】
また、直流ブラシレスモータが第２の回転数から第１の回転数に減速するまでの時間を短縮することができ、洗濯物の量の検出を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の側面断面図である。
【図２】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の正面図である。
【図３】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の流体バランサの動作を説明する図である。
【図４】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機のブロック図である。
【図５】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の副制御部の回路図である。
【図６】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の直流ブラシレスモータの駆動における信号波形を示す図である。
【図７】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の直流ブラシレスモータの比較器の信号波形を示す図である。
【図８】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機のホールセンサによる位置信号を示す図である。
【図９】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の直流ブラシレスモータの回転制御方法を示す図である。
【図１０】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の第１の布量検出手段の判別方法を示す図である。
【図１１】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の直流ブラシレスモータの起電力を示す図である。
【図１２】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の電気制動方法を示す図である。
【図１３】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の第２の布量検出手段の判別方法を示す図である。
【図１４】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の洗濯物の量を判別する方法を示す図である。
【図１５】 本発明の実施形態のドラム式洗濯機の直流ブラシレスモータの回転位置の補正方法を示す図である。
【図１６】 従来のドラム式洗濯機の側面断面図である。
【図１７】 従来のドラム式洗濯機の正面図である。
【図１８】 従来のドラム式洗濯機のモータの負荷トルクの推移を示す図である。
【符号の説明】
１ ドラム式洗濯機
２ 水槽
３ 回転ドラム
５ 流体バランサ
１１ 給水弁
１２ 排水弁
２１ 主制御部
２２ 副制御部
５２ 整流回路
５４ インバータ回路
５５ 直流ブラシレスモータ
５９ ホールセンサ
Claims (8)
- 回転可能に支持される回転ドラムと、前記回転ドラムに直結される直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータを駆動する駆動信号を制御する電圧制御部と、前記駆動信号を前記直流ブラシレスモータの駆動電圧に変換するインバータ回路と、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検出する回転位置検出手段とを備え、デューティー比が一定で変調率が可変される前記駆動電圧により駆動される前記直流ブラシレスモータが第１の回転数から第２の回転数に到達するまでの時間によって洗濯物の量を検出する第１の布量検出手段を設けるとともに、前記回転位置検出手段の検知結果に基づいて前記駆動電圧を補正したことを特徴とするドラム式洗濯機。
- 前記回転ドラムに取り付けられる環状の容器内に流体が封入された流体バランサを設け、第１の回転数を前記流体が安定して環状に分布する回転数以上にしたことを特徴とする請求項１に記載のドラム式洗濯機。
- 前記直流ブラシレスモータの起動から第１の回転数に到達するまでの駆動電圧のデューティー比及び変調率を可変したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドラム式洗濯機。
- 前記直流ブラシレスモータに供給される電力を遮断し、慣性により回転する前記直流ブラシレスモータが第２の回転数から第１の回転数に減速するまでの時間によって洗濯物の量を検出する第２の布量検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のドラム式洗濯機。
- 前記直流ブラシレスモータの慣性による回転から生じる起電力によって前記直流ブラシレスモータを制動する制動手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載のドラム式洗濯機。
- 第１の布量検出手段の検出結果に応じて前記制動手段の制動率を可変したことを特徴とする請求項５に記載のドラム式洗濯機。
- 前記回転位置検出手段の検出結果から所定時間間隔毎の前記直流ブラシレスモータの回転数を求め、検出された洗濯物の量を該回転数のばらつきに基づいて補正したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のドラム式洗濯機。
- 回転可能に支持される回転ドラムと、前記回転ドラムに直結される直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータを駆動する駆動信号を制御する電圧制御部と、前記駆動信号を前記直流ブラシレスモータの駆動電圧に変換するインバータ回路とを備え、前記直流ブラシレスモータに供給される電力を遮断し、慣性により回転する前記直流ブラシレスモータが第２の回転数から第１の回転数に減速するまでの時間によって洗濯物の量を検出する布量検出手段を設けるとともに、前記直流ブラシレスモータの慣性による回転から生じる起電力によって前記直流ブラシレスモータを制動する制動手段を設けたことを特徴とするドラム式洗濯機。
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