JP4134385B2 - 洗濯機の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路により駆動されるモータにより撹拌翼または洗濯槽を駆動する洗濯機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、洗濯機は、インバータ装置によりモータの周波数を変えてモータの回転数を大幅に変えることにより、洗浄性能、あるいは脱水性能を向上させるものが提案されている。
【０００３】
従来、この種の洗濯機は、特開平９−１０４６９号公報に示すように構成されていた。すなわち、モータを駆動するインバータ回路とその制御手段、洗濯運転を制御する制御手段、あるいは、排水弁や給水弁を制御する双方向性サイリスタ回路が別々の制御基板に実装されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の洗濯機の制御装置では、モータ駆動用のインバータ回路の制御基板と、洗濯運転制御のための制御手段の制御基板とが分かれていたので、インバータ制御用のマイクロコンピュータと洗濯制御用のマイクロコンピュータの２種類のマイクロコンピュータが必要となったり、あるいは、１つのマイクロコンピュータを使うと配線が複雑となり、信頼性が低下し、ノイズにより誤動作するなどの問題があった。
【０００５】
本発明は上記従来課題を解決するもので、実装面積を小型化し、ノイズによる誤動作を低減し、低価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、交流電源に接続された整流回路の直流電力をインバータ回路により交流電力に変換し、インバータ回路によりモータを駆動して撹拌翼または洗濯槽を駆動し、制御手段によりインバータ回路とスイッチング手段を制御して、洗濯槽内に給水する給水弁および洗濯槽内の洗濯液を排水する排水弁の開閉を制御し、インバータ回路は、スイッチング素子と逆並列ダイオードと駆動用高耐圧ＩＣとを１つのパッケージにモジュール化したパワースイッチング手段を有し、制御手段は、電源回路とマイクロコンピュータを制御の中枢とする制御回路を有し、電源回路は、制御回路と、パワースイッチング手段の駆動用高耐圧ＩＣの駆動電源を構成するブートストラップ回路への直流電源を構成し、整流回路と、インバータ回路と、スイッチング手段と、制御手段とを同一制御基板上に分けて実装し、インバータ回路の負電圧側ラインに制御手段の直流電源の負電圧ラインを接続し、インバータ回路と制御手段との境界部には、制御手段の負電圧側ラインを雑音防止用アースパターンとして配置するようにしたものである。
【０００７】
これにより、実装面積を小型化することができ、ノイズによる誤動作を低減することができるので、低価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼または洗濯槽を駆動するモータと、前記洗濯槽内に給水する給水弁と、前記洗濯槽内の洗濯液を排水する排水弁と、前記給水弁および前記排水弁の開閉を制御するスイッチング手段と、前記インバータ回路と前記スイッチング手段を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路は、スイッチング素子と逆並列ダイオードと駆動用高耐圧ＩＣとを１つのパッケージにモジュール化したパワースイッチング手段を有し、前記制御手段は、電源回路とマイクロコンピュータを制御の中枢とする制御回路を有し、前記電源回路は、前記制御回路と、前記パワースイッチング手段の駆動用高耐圧ＩＣの駆動電源を構成するブートストラップ回路への直流電源を構成し、前記整流回路と、前記インバータ回路と、前記スイッチング手段と、前記制御手段とを同一制御基板上に分けて実装し、前記インバータ回路の負電圧側ラインに前記制御手段の直流電源の負電圧ラインを接続し、前記インバータ回路と前記制御手段との境界部には、前記制御手段の負電圧側ラインを雑音防止用アースパターンとして配置するようにしたものであり、制御手段とインバータ回路の配線パターンを短くでき、実装面積を小型化できて、ノイズによる制御手段の誤動作を低減することができるので、低価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現できるとともに、制御手段へ侵入するインバータ回路のスイッチングノイズを低減することができ、制御手段の誤動作を防止することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、制御基板は、インバータ回路とスイッチング手段を同一基板上に分けて実装し、分けた境界部近傍に交流電源からの接続端子を配置して共通インピーダンスを減らすようにしたものであり、インバータ回路とスイッチング手段への電流供給経路を別々に分けることができ、パターン幅を狭くすることができ、実装面積を減らすことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、インバータ回路は、３相ブリッジインバータ回路を構成する上アームパワースイッチング手段と下アームパワースイッチング手段とを有し、制御手段は、前記パワースイッチング手段を駆動する駆動回路と、前記上アームパワースイッチング手段の駆動電圧を発生させるブートストラップ回路とを備え、前記ブートストラップ回路と前記駆動回路との境界部に、雑音防止用アースパターンを設けたものであり、ブートストラップ回路から侵入するスイッチングノイズの影響を低減することができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１に示すように、交流電源１よりラインフィルタ２と漏電検知手段３を介して、整流回路４に交流電力を加え直流電力に変換する。整流回路４の出力直流電力をインバータ回路５により交流電力に変換し、モータ６に交流電力を加える。整流回路４は、ダイオードブリッジ４０とコンデンサ４１ａ、４１ｂよりなり、倍電圧整流回路を構成している。インバータ回路５は、パワースイッチング手段５０と電流検知手段５１とで構成している。電流検知手段５１は、モータ６またはインバータ回路５の過電流を検出し、パワースイッチング手段５０の出力を遮断する。
【００１３】
パワースイッチング手段５０は、トランジスタと逆並列接続したダイオードよりなるスイッチング素子を６個用いて３相ブリッジ回路を構成し、３相交流電流をモータ６に加えている。スイッチング手段７は、洗濯機の給水弁８、排水弁９、クラッチ１０、ポンプ１１などを開閉運転制御するもので、双方向性サイリスタなどの半導体スイッチング素子で構成している。
【００１４】
制御手段１２は、位置検出手段１３の信号に応じてパワースイッチング手段５０の導通を制御することにより３相交流電力を発生させてモータ６を制御し、スイッチング手段７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。操作表示手段１４は、使用者からの指示を伝え、運転内容を報知、表示するもので、スイッチと発光ダイオードなどの表示灯で構成し、制御手段１２に接続している。
【００１５】
整流回路４またはスイッチング手段７への電流を制御するために、電源開閉手段１５を設け、電源開閉手段１５は、制御手段１２からの信号により開閉制御されるリレーより構成している。電源開閉手段１５と並列関係に、電源入りスイッチ１６と抵抗１７を接続し、モーメンタリー動作の電源入りスイッチ１６を押すと、制御手段１２に電源が供給され、電源が供給されると制御手段１２からの信号により電源開閉手段１５が閉じて自己保持し、整流回路４、インバータ回路５、スイッチング手段７、制御手段１２へ電源が供給される。
【００１６】
漏電検知手段３は、モータ６、給水弁８、排水弁９またはポンプ１１の漏電を検出する零相変流器と検知用集積回路とで構成し、漏電を検出すると漏電検知信号を制御手段１２に入力し、制御手段１２の信号により電源開閉手段１５を動作させて電源を遮断する。
【００１７】
制御手段１２は、電源回路１２０と、マイクロコンピュータを制御の中枢とする制御回路１２１と、インバータ回路５のパワースイッチング手段５０を駆動するインバータ駆動回路１２２と、スイッチング手段７および電源開閉手段１５を駆動するスイッチング手段駆動回路１２３とで構成している。
【００１８】
電源回路１２０は、制御手段１２および操作表示手段１４の直流電源を構成するもので、整流回路４のコンデンサ４１ｂの両端に接続されたスイッチング電源より構成し、制御回路１２１のマイクロコンピュータの５Ｖ電源、パワースイッチング手段５０の１５Ｖ駆動電源、操作表示手段１４の絶縁された５Ｖ電源など、複数の直流電源を供給している。
【００１９】
電源開閉手段１５の出力交流電圧は、制御基板上で、整流回路４とインバータ回路５、スイッチング手段７のそれぞれ別に分けられて供給されている。
【００２０】
このような制御装置を具備した洗濯機は、図２に示すように構成している。筐体１８に吊り棒１９を介して水受け槽２０を設置し、水受け槽２０内に洗濯槽２１を回転自在に設け、洗濯槽２１の底部に回転自在に配設した撹拌翼２２をモータ６により駆動する。給水弁８より水受け槽２０内に水道水を供給し、排水弁９は、脱水行程前の排水行程にて水受け槽２０内の洗濯水を排水する。
【００２１】
通常の洗い撹拌時には撹拌翼２２を駆動し、脱水運転時には洗濯槽２１を回転駆動する。また、給水しながらすすぎを行う給水すすぎ行程では、給水しながら洗濯槽２１を低速回転させる。また、循環洗いの一手段として洗濯槽２１を回転させながら洗濯する場合も洗濯槽２１を低速回転させる。
【００２２】
モータ６は、回転子６０と固定子６１とで構成し、回転子６０の固定子側表面には永久磁石６２を固着している。永久磁石６２の位置検出のために位置検知手段１３をモータ６の内部に配置し、固定子６１からの磁力と永久磁石６２の磁力により回転運動が継続するように、位置検出手段１３の出力信号に応じてインバータ回路５のパワースイッチング手段５０の導通を制御する。
【００２３】
撹拌翼２２を回転駆動する場合には、モータ６の軸２３は、遊星歯車による減速機構２４に接続し、減速機構２４の出力軸２５は撹拌翼２２に接続されており、モータ６の回転子６０の回転数を減速してトルクコンバータを構成しているので、モータ６の最大出力トルクを減らすことができ、モータ６を小型化できる。
【００２４】
しかしながら、モータ６の出力が大きい場合、すなわち、過電流が流れた場合には出力トルクが増加し、結果的に減速機構２４に過大トルクが発生し、減速機構２４の磨耗等の故障となる。よって、モータ６の電流を高速で検出して遮断し、永久磁石６２の減磁と、減速機構２４の故障を防ぐ必要がある。脱水運転のように、洗濯槽２１のみ回転駆動する場合には、クラッチ機構１０により減速機構２４は介さず、モータ６と洗濯槽２１が直結される。
【００２５】
図２に示すように、モータ６を減速機構２４の下部中心に取り付けると、重心が低くなり振動騒音が減少する特徴があるが、モータ６の位置が低くなるため、防水パンと呼ばれる洗濯機からの排水受けに水が溜まった場合にはモータ６が冠水し、漏電する可能性がある。その時には、前述したように漏電を検出してインバータ回路５を停止させ電源を高速遮断する。
【００２６】
このような制御装置の部品は、図３に示すように、制御基板２６上に配置している。制御基板２６上に、整流回路４を構成するダイオードブリッジ４０およびコンデンサ４１ａ、４１ｂと、インバータ回路５を構成するパワースイッチング手段５０と、スイッチング手段７を構成する双方向性サイリスタ７ａ、７ｂと、制御手段１２を構成するマイクロコンピュータよりなる制御回路１２１とを含む部品を実装している。
【００２７】
交流電源１から供給される交流入力端子２０をインバータ回路５とスイッチング手段７を配置した境界近傍に配置している。零相変流器３０および電源開閉手段１５は、交流端子コネクタ２０近傍に配置し、スイッチング手段７と電源入りスイッチ１６へ接続するコネクタ７０ａもインバータ回路５とスイッチング手段７を配置した境界近傍に配置している。
【００２８】
インバータ出力端子５２はパワースイッチング手段５０と制御基板２６の端面間に配置し、スイッチング手段７の出力端子コネクタ７０ｂは、スイッチング手段７の近傍に配置する。交流端子コネクタ２０から、零相変流器３０および電源開閉手段１５を介した後、配線パターンは、整流回路４とインバータ回路５へのパターンと、スイッチング手段７へのパターンに分けられ、共通インピーダンスを減らすようにしている。
【００２９】
コンデンサ４１ａ、４１ｂの充電電流が大きいので、インバータ回路５の電流値が増加し、配線パターンの発熱が増加する。しかし、給水弁８や排水弁９の電流はわずかであるが共通インピーダンスをなくすために発熱を減らし、共通インピーダンスによる相互影響をなくすことができる。さらに、インバータ回路５のスイッチングノイズの影響も減らすことができる。
【００３０】
このように、本実施例によれば、整流回路４と、インバータ回路５と、給水弁８や排水弁９を制御するスイッチング手段７と、インバータ回路５とスイッチング手段７を制御する制御手段１２を同一制御基板２６上に分けて実装するようにしたので、インバータ回路５のスイッチングノイズによる誤動作を防ぐことができ、さらに、インバータ回路５とスイッチング手段７の境界近傍に交流端子コネクタ２０を配置することにより、配線パターンを簡略化でき、さらに、共通インピーダンスを減らして電圧変動あるいはパターンの発熱等の相互影響を減らすことができる。
【００３１】
（実施例２）
図４に示すように、制御基板２７は、インバータ回路５の負電圧側ライン２８に制御手段１２の直流電源の負電圧ライン２９を接続し、制御手段１２の直流電源の負電圧ライン２９を雑音防止用アースパターンとして、インバータ回路５を構成するパワースイッチング手段５０と、制御手段１２を構成するマイクロコンピュータよりなる制御回路１２１の境界部に設けている。他の構成は上記実施例１と同じである。
【００３２】
上記構成において作用を説明すると、制御手段１２の直流電源の負電圧ライン２９を雑音防止用アースパターンとして、パワースイッチング手段５０と、マイクロコンピュータよりなる制御回路１２１の境界部に設けることで、パワースイッチング手段５０のスイッチングノイズが制御回路１２１へ侵入するのを防止することができ、制御回路１２１の誤動作を防止することができる。
【００３３】
（実施例３）
図５に示すように、上アームパワースイッチング手段５０ａと下アームパワースイッチング手段５０ｂは、パワースイッチング手段５０を構成するもので、インバータ回路５を構成している。上アームパワースイッチング手段５０ａは整流回路４の正電圧側に接続され、下アームパワースイッチング手段５０ｂは負電圧側に接続される。上アームパワースイッチング手段５０ａのＵ、Ｖ、Ｗ相にそれぞれに、駆動用集積回路である高耐圧ＩＣ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃを設け、下アームパワースイッチング手段５０ｂには低電圧ＩＣ１２２ｄを設けている。
【００３４】
高耐圧ＩＣ１２２ａ〜１２２ｃにより、上アームパワースイッチング手段５０ａをフォトカプラーなしで直接駆動することができ、さらに、上アームパワースイッチング手段５０ａのスイッチング素子をＩＧＢＴあるいはパワーＭＯＳのようなハイインピーダンス入力素子で構成することにより、ブートストラップ回路で通常１５Ｖの駆動電源を容易に作ることができる。
【００３５】
ブートストラップ回路１２４は、１５Ｖ直流電源１２０ａと直列関係に抵抗１２５ａ〜１２５ｃとダイオード１２６ａ〜１２６ｃの直列体を接続し、高耐圧ＩＣ１２２ａ〜１２２ｃと並列関係に接続したブートストラップコンデンサ１２７ａ〜１２７ｃより構成し、上アームパワースイッチング手段５０ａのＵ、Ｖ、Ｗ相にそれぞれに接続している。
【００３６】
例えば、Ｕ相を例に説明すると、下アームパワースイッチング手段５０ｂがオンしたとき、１５Ｖ直流電源１２０ａと抵抗１２５ａ、ダイオード１２６ａ、ブートストラップコンデンサ１２７ａと、下アームパワースイッチング手段５０ｂのスイッチング素子５０２ａの閉ループでブートストラップコンデンサ１２７ａに１５Ｖ電圧が充電され、上アームのスイッチング素子駆動回路の１５Ｖ電源ができる。
【００３７】
モータ６の駆動中においては、スイッチング素子５０２ａ、あるいは逆並列ダイオード５０３ａが導通した時に、ブートストラップコンデンサ１２７ａが充電される。モータ６の起動前には、下アームパワースイッチング手段５０ｂを同時にオンオフしてブートストラップコンデンサ１２７の充電動作を行う。
【００３８】
図６は、制御回路（図示せず）に侵入するパワースイッチング手段５０のスイッチングノイズを減らすために、制御回路に接続したインバータ駆動回路１２２（図１参照）とブートストラップ回路１２４との間の境界部にアースパターン３０を設けている。
【００３９】
このアースパターン３０は交流ノイズを減らすもので、制御回路の負電圧パターンでも、正電圧パターンでも効果は同じである。このときのパワースイッチング手段５０は、インテリジェント・パワー・モジュール（ＩＰＭ）と呼ばれるもので、スイッチング素子と逆並列ダイオードと駆動用高耐圧ＩＣが１つのパッケージにモジュール化されている。
【００４０】
スイッチング素子のオンオフノイズと、逆並列ダイオードのリカバリー電流によるノイズが非常に大きく、特に、スイッチング素子のターンオン時のｄｖ／ｄｔが大きいので、スイッチング素子と接続されたブートストラップ回路１２４に制御回路を近づけると、静電結合ノイズが発生し、制御回路が誤動作する。
【００４１】
ブートストラップ回路１２４と制御回路に接続したインバータ駆動回路１２２との間にアースパターンを設けることにより静電結合を減らすことができ、ノイズ誤動作を防止できる。静電結合は面積と比誘電率に比例し、距離に半比例するので、結合面積を減らし、距離を減らすようにする。特に、ブートストラップコンデンサ１２７のアルミニューム外装ケースからのノイズが大きいので、ブートストラップコンデンサ１２７は制御回路１２の信号レベルパターンからできるだけ離す必要がある。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼または洗濯槽を駆動するモータと、前記洗濯槽内に給水する給水弁と、前記洗濯槽内の洗濯液を排水する排水弁と、前記給水弁および前記排水弁の開閉を制御するスイッチング手段と、前記インバータ回路と前記スイッチング手段を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路は、スイッチング素子と逆並列ダイオードと駆動用高耐圧ＩＣとを１つのパッケージにモジュール化したパワースイッチング手段を有し、前記制御手段は、電源回路とマイクロコンピュータを制御の中枢とする制御回路を有し、前記電源回路は、前記制御回路と、前記パワースイッチング手段の駆動用高耐圧ＩＣの駆動電源を構成するブートストラップ回路への直流電源を構成し、前記整流回路と、前記インバータ回路と、前記スイッチング手段と、前記制御手段とを同一制御基板上に分けて実装し、前記インバータ回路の負電圧側ラインに前記制御手段の直流電源の負電圧ラインを接続し、前記インバータ回路と前記制御手段との境界部には、前記制御手段の負電圧側ラインを雑音防止用アースパターンとして配置するようにしたから、制御手段とインバータ回路の配線パターンを短くでき、実装面積を小型化できて、ノイズによる制御手段の誤動作を低減することができるので、低価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現できるとともに、制御手段へ侵入するインバータ回路のスイッチングノイズを低減することができ、制御手段の誤動作を防止することができる。
【００４３】
また、請求項２に記載の発明によれば、制御基板は、インバータ回路とスイッチング手段を同一基板上に分けて実装し、分けた境界部近傍に交流電源からの接続端子を配置して共通インピーダンスを減らすようにしたから、インバータ回路とスイッチング手段への電流供給経路を別々に分けることができ、パターン幅を狭くすることができ、実装面積を減らすことができ、制御基板を小型化できる。
【００４４】
また、請求項３に記載の発明によれば、インバータ回路は、３相ブリッジインバータ回路を構成する上アームパワースイッチング手段と下アームパワースイッチング手段とを有し、制御手段は、前記パワースイッチング手段を駆動する駆動回路と、前記上アームパワースイッチング手段の駆動電圧を発生させるブートストラップ回路とを備え、前記ブートストラップ回路と前記駆動回路との境界部に、雑音防止用アースパターンを設けたから、ブートストラップ回路から侵入するスイッチングノイズの影響を低減することができ、１枚の基板上にインバータ回路と、給水弁や排水弁を駆動するスイッチング手段と、制御手段を実装面積をとらずに実装できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例の洗濯機の制御装置の一部ブロック化した回路図
【図２】 同洗濯機の制御装置を備えた洗濯機の断面図
【図３】 同洗濯機の制御装置の制御基板の平面図
【図４】 本発明の第２の実施例の洗濯機の制御装置の制御基板の導電パターンの要部を示す下面図
【図５】 本発明の第３の実施例の洗濯機の制御装置の一部ブロック化した回路図
【図６】 同洗濯機の制御装置の制御基板に形成するアースパターンを付加した要部回路図
【符号の説明】
１ 交流電源
４ 整流回路
５ インバータ回路
６ モータ
７ スイッチング手段
８ 給水弁
９ 排水弁
１２ 制御手段
２１ 洗濯槽
２２ 撹拌翼
２６ 制御基板

Claims (3)

1. 交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼または洗濯槽を駆動するモータと、前記洗濯槽内に給水する給水弁と、前記洗濯槽内の洗濯液を排水する排水弁と、前記給水弁および前記排水弁の開閉を制御するスイッチング手段と、前記インバータ回路と前記スイッチング手段を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路は、スイッチング素子と逆並列ダイオードと駆動用高耐圧ＩＣとを１つのパッケージにモジュール化したパワースイッチング手段を有し、前記制御手段は、電源回路とマイクロコンピュータを制御の中枢とする制御回路を有し、前記電源回路は、前記制御回路と、前記パワースイッチング手段の駆動用高耐圧ＩＣの駆動電源を構成するブートストラップ回路への直流電源を構成し、前記整流回路と、前記インバータ回路と、前記スイッチング手段と、前記制御手段とを同一制御基板上に分けて実装し、前記インバータ回路の負電圧側ラインに前記制御手段の直流電源の負電圧ラインを接続し、前記インバータ回路と前記制御手段との境界部には、前記制御手段の負電圧側ラインを雑音防止用アースパターンとして配置するようにした洗濯機の制御装置。
2. 制御基板は、インバータ回路とスイッチング手段を同一基板上に分けて実装し、分けた境界部近傍に交流電源からの接続端子を配置して共通インピーダンスを減らすようにした請求項１記載の洗濯機の制御装置。
3. インバータ回路は、３相ブリッジインバータ回路を構成する上アームパワースイッチング手段と下アームパワースイッチング手段とを有し、制御手段は、前記パワースイッチング手段を駆動する駆動回路と、前記上アームパワースイッチング手段の駆動電圧を発生させるブートストラップ回路とを備え、前記ブートストラップ回路と前記駆動回路との境界部に、雑音防止用アースパターンを設けた請求項１記載の洗濯機の制御装置。

Images