JP4374699B2

JP4374699B2 - Washing machine

Info

Publication number: JP4374699B2
Application number: JP2000071806A
Authority: JP
Inventors: 和彦麻田; 知也藤濤; 保道小林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: JP2001259280A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭などにおいて使用される洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術におけるこの種の洗濯機の構成図を図１３に示す。
【０００３】
図１３に示すように、洗濯兼脱水槽１は、内壁面に多数の小穴を有し、底面に撹拌翼２を回転自在に配置し、洗濯兼脱水槽１の外側に水受け槽３を設けている。水受け槽３の底面には、洗濯兼脱水槽１と撹拌翼２を駆動する駆動手段４を取り付け、駆動手段４の切り替えを行うクラッチ装置５を介して、洗濯兼脱水槽１または撹拌翼２を駆動するよう構成している。
【０００４】
また、水受け槽３は外枠６にサスペンション７を介して防振支持している。洗濯兼脱水槽１の内壁に水路カバー８を固定して循環水路９を形成し、この循環水路９は撹拌翼２の裏面に一体に設けた下側羽根１０外周に形成したポンプ室１１と洗濯兼脱水槽１の上部のリントフィルター１２との間を連結している。
【０００５】
洗濯兼脱水槽１の上部には、液体を内封した流体バランサー１３を固定している。水受け槽３の上面は水受け槽カバー１４によって覆われている。ここで、水受け槽３と水受け槽カバー１４との間は、パッキング（図示せず）等を介在させて、水密性を確保している。この水受け槽カバー１４の下面に、洗濯兼脱水槽１の略回転中心に向けて、整流部材１５を設けている。
【０００６】
排水弁１６は水受け槽３内の洗濯水を排水するものであり、給水弁１７は水受け槽３内に給水するものである。制御装置１８は駆動手段４、排水弁１６、給水弁１７などの動作を制御し、洗い、すすぎ、脱水の一連の行程を逐次制御する。
【０００７】
そして、傷みやすい洗濯物を洗濯するときは、洗い、すすぎの各行程で、洗濯兼脱水槽１を、たとえば、１５０ｒｐｍで回転駆動し、この洗濯兼脱水槽１を回転駆動することによるポンプ作用で、洗濯兼脱水槽１と水受け槽３の間の洗濯液を洗濯兼脱水槽１と水受け槽カバー１４の間から洗濯兼脱水槽１の略回転中心に向けて吐出させる構成としている。
【０００８】
駆動手段４の回路図を、図１４に示している。
【０００９】
図１４においては、電動機２０は、巻線２１、２２、２３を三相として、可動自在に設けられた永久磁石２４、２５を有している。
【００１０】
直流電源２６は、１００Ｖ６０Ｈｚの交流電源２７、チョークコイル２８、整流回路２９から成り立っており、整流回路２９は、４本のダイオード３０、３１、３２、３３をブリッジ接続した全波整流のものを使用している。
【００１１】
直流電源２６の出力には、３相６石のインバータ回路３４が接続され、インバータ回路３４の入力端子間には電解式のコンデンサ３５が接続されている。
【００１２】
インバータ回路３４は、３相に対応し、３つのハーフブリッジインバータ回路３６、３７、３８が設けられており、それぞれのハーフブリッジインバータ回路は、いずれも２個のスイッチング素子を直列に接続して構成している。
【００１３】
すなわち、ハーフブリッジインバータ回路３６は、スイッチング素子４０、４１の直列回路により構成し、ハーフブリッジインバータ回路３７は、スイッチング素子４２、４３の直列回路により構成し、ハーフブリッジインバータ回路３８は、スイッチング素子４４、４５の直列回路により構成している。
【００１４】
なお、スイッチング素子４０、４１、４２、４３、４４、４５は、いずれもＩＧＢＴおよび、これと逆並列に接続したダイオードにより構成しているものとなっている。
【００１５】
それらのダイオードは、すべてスイッチング素子４０、４１、４２、４３、４４、４５の切り換え直後に逆方向の電流を通過させるものとなっている。
【００１６】
電動機１の巻線２１、２２、２３は、スター結線と呼ばれる接続となっており、各巻線の一端子は、入力端子４６、４７、４８となり、それぞれハーフブリッジインバータ回路３６、３７、３８の出力、すなわち直列に接続されたスイッチング素子同士の接続点に接続されている。
【００１７】
制御回路４９は、スイッチング素子４０、４１、４２、４３、４４、４５の各ゲート端子に接続されており、それぞれのスイッチング素子のオンオフを制御するものとなっている。
【００１８】
また、電動機２０内に設けたホールＩＣ５０、５１、５２は位置検知手段を構成しており、永久磁石２４、２５の回転により、対抗する磁極がＮ極かＳ極かを検知して、それによってハイとローの論理信号を制御回路４９に出力するものである。
【００１９】
以上の構成において、図１５〜図１７を参照しながら駆動手段の部分の動作の説明を行う。
【００２０】
図１５において、（ア）はホールＩＣ５０の出力電圧波形、（イ）はホールＩＣ５１の出力電圧波形、（ウ）はホールＩＣ５２の出力電圧波形である。
【００２１】
図１６において、（ア）はスイッチング素子４０のゲート電圧波形、（イ）はスイッチング素子４１のゲート電圧波形、（ウ）はスイッチング素子４２のゲート電圧波形、（エ）はスイッチング素子４３のゲート電圧波形、（オ）はスイッチング素子４４のゲート電圧波形、（カ）はスイッチング素子４５のゲート電圧波形である。
【００２２】
図１７において、（ア）は巻線２１に流れる電流波形、（イ）は巻線２２に流れる電流波形、（ウ）は巻線２３に流れる電流波形である。
【００２３】
これらの動作波形図に示されている動作は、一般によく知られている１２０度通電と呼ばれるものであり、ホールＩＣ３２、３３、３４から信号が制御回路４９に入力されると、スイッチング素子４０、４１、４２、４３、４４、４５が制御回路４９からの信号により、所定電気角（６０度）毎に順序よくオンオフして、巻線２１、２２、２３に電流が供給され、その結果永久磁石２４、２５にフレミングの左手の法則による力（トルク）が作用し、電動機として動作するものとなるものである。
【００２４】
洗濯機としての動作を説明すると、洗濯兼脱水槽内１に洗濯物を入れ、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽１を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽３の内面を洗濯液が整流リブ５３により整流される。
【００２５】
図１８は、水受け槽３の底部内面の詳細構成を示す図であり、整流リブ５３の一例が示されている。
【００２６】
整流リブ５３による整流作用により、より多くせり上がる動きが発生し、回転する洗濯兼脱水槽１に連動して回転する洗濯液の液層から、整流部材１５によって分離して洗濯兼脱水槽１と水受け槽カバー１４の間から洗濯兼脱水槽内１の略回転中心に向けて吐出させることができる。
【００２７】
したがって、洗濯兼脱水槽１内の洗濯物の質あるいは量に関係なく、洗濯液を安定して、なおかつバランスよく、洗濯兼脱水槽１の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができ、洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の技術においては、特に駆動手段４の動作に関して、例えばｔ１において、スイッチング素子４４がオンしても、巻線２３のインダクタンスがあり、また一定の導通比でスイッチング素子４４がオンされるため、巻線２３に流れる電流は、すぐには大きくならず、徐々に増加していくものとなる。
【００２９】
また、ｔ３において、スイッチング素子４４がオフしても、やはり巻線２３のインダクタンスの作用により、電流はすぐには零とならず、徐々に減少してものとなり、その間にはスイッチング素子４５の内部にある逆導通のダイオードを通ることになる。
【００３０】
従って、各スイッチング素子４０、４１、４２、４３、４４、４５は、制御回路４９によってホールＩＣ５０、５１、５２からの信号のエッジが生じた直後にオンオフが切り換えられるが、電動機２０の巻線２１、２２、２３は、一般にインダクタンスを有していることから、各巻線に流れる電流は、スイッチング素子の切り換えタイミングに対して遅れた位相となる。
【００３１】
このように、従来の技術の洗濯機は、電動機２０内の各巻線の電流の立ち上がりおよび立ち下がりが遅いことから、各巻線電流の位相が遅れる傾向があった。
【００３２】
しかるに、一般に永久磁石を用いた非突極機においては、ベクトル的には永久磁石の磁束（界磁）と巻線電流が直交している状態において、最も巻線電流に対する発生トルクが大きくなるものであることから、上記のような電流位相の遅れが有る場合には、その分だけ電流当たりのトルク発生が減少してしまい、同一損失では出力の減少、同一出力では銅損の増加となるものであった。
【００３３】
また、同一出力においては、巻線電流の増加によって、電動機内の磁路の磁束密度も大きくなる傾向もあった。
【００３４】
従来の技術においては、加えてさらに、例えばｔ２においては、スイッチング素子４３がオフとなり、代わりにスイッチング素子４１がオンされるが、その直後の巻線２１の電流についても、巻線２１のインダクタンスの作用と、スイッチング素子４４の導通比が一定であることから、増加速度が小となり、その結果巻線２３に流れる電流の波形は、ｔ２の直後にてかなりの凹となるものとなる。
【００３５】
この様な電流波形の凹の期間においては、永久磁石との間で電磁力を発生する作用が減少することから、やはり効果的なトルクの発生ができないものとなっていた。
【００３６】
以上のような、電流の位相遅れと、凹の期間の存在により、従来の技術の駆動手段は、効率が低いため、洗濯機としても消費される電気エネルギーが大となるという課題を有しているものとなっていた。
【００３７】
本発明は、上記課題を解決するためのものであって、電流位相の遅れを小とし、また電流波形の凹も小とすることにより、巻線電流を能率よくトルクに変換し、効率の高い駆動手段とすることにより、消費される電気エネルギーを小とすることを実現するものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、水受け槽内に回転自在に配設した洗濯兼脱水槽と、前記洗濯兼脱水槽を駆動する駆動手段と、前記水受け槽の上方を覆う水受け槽カバーとを備え、前記洗濯兼脱水槽を回転駆動することによるポンプ作用によって、前記洗濯兼脱水槽と水受け槽の間の洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽の略回転中心に向けて吐出させる構成とし、前記駆動手段は、電動機と前記電動機に電流を供給するインバータ回路を有し、前記電動機は永久磁石と巻線を有し、前記インバータ回路は直流電源と、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子と制御回路を有し、前記高電位側スイッチング素子は、前記直流電源のプラス端子と前記電動機の入力端子の間に接続し、前記低電位側スイッチング素子は、前記直流電源のマイナス端子と前記電動機の入力端子の間に接続し、前記電動機は可動に設けた永久磁石の位置を検知する位置検知手段を有し、前記電動機は３相であり、前記制御回路は導通比制御手段を有し、前記制御回路は前記位置検知手段からの信号を入力し、前記各スイッチング素子を順次電気角１２０度ずつ通電期間とし、前記通電期間中には低電位側スイッチング素子はオン状態とし、高電位側スイッチング素子は、前記導通比制御手段から出力される導通比率でオンオフ動作を行い、前記導通比制御手段は導通比率を電気角６０度より短い期間で変化させるものとしたものであり、洗濯兼脱水槽内に洗濯物を入れ、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面をせり上がる動きが発生し、洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができ、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができ、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【００３９】
また請求項２は、請求項１記載の洗濯機を、１２０度の通電期間の内の前半の電気角６０度は導通比制御手段から出力される導通比率でオンオフ動作を行い、後半の電気角６０度は各スイッチング素子はオン状態に保ち、前記導通比制御手段は導通比率を前半の電気角６０度内で変化させる構成としたものであり、洗濯兼脱水槽内に洗濯物を入れ、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面をせり上がる動きが発生し、洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができ、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができ、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、騒音が低く、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【００４０】
また請求項３は、請求項１あるいは請求項２のいずれか１項記載の洗濯機の制御回路を、各スイッチング素子の通電期間を、位置検知手段から入力される信号に対して、所定の位相角進めて動作する構成としたものであり、洗濯兼脱水槽内に洗濯物を入れ、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面をせり上がる動きが発生し、洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができ、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができ、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【００４１】
【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。
【００４２】
（実施例１）
図１は、実施例１の洗濯機における断面図である。
【００４３】
図１に示すように、洗濯兼脱水槽６０は、内壁面に多数の小穴を有し、底面に撹拌翼６１を回転自在に配置し、この洗濯兼脱水槽６０の外側に水受け槽６２を設けている。水受け槽６２の底面には、洗濯兼脱水槽６０と撹拌翼６１を駆動する駆動手段６３を取り付け、駆動部６３の切り替えを行うクラッチ装置６４を介して、洗濯兼脱水槽６０または撹拌翼６１を駆動するよう構成している。
【００４４】
また、水受け槽６２は外枠６５にサスペンション６６を介して防振支持している。洗濯兼脱水槽６０の内壁に水路カバー６７を固定して循環水路６８を形成し、この循環水路６８は撹拌翼６１の裏面に一体に設けた下側羽根６９外周に形成したポンプ室７０と洗濯兼脱水槽２０の上部のリントフィルター７１との間を連結している。
【００４５】
洗濯兼脱水槽１の上部には、液体を内封した流体バランサー７２を固定している。水受け槽６２の上面は水受け槽カバー７３によって覆われている。ここで、水受け槽６２と水受け槽カバー７３との間は、パッキング（図示せず）を介在させて、水密性を確保している。この水受け槽カバー７３の下面に、洗濯兼脱水槽６０の略回転中心に向けて、整流部材７４を設けている。
【００４６】
排水弁７６は水受け槽６２内の洗濯水を排水するものであり、給水弁７７は水受け槽６２内に給水するものである。制御装置７８は駆動手段、排水弁７６、給水弁７７などの動作を制御し、洗い、すすぎ、脱水の一連の行程を逐次制御する。
【００４７】
そして、傷みやすい洗濯物を洗濯するときは、洗い、すすぎの各行程で、洗濯兼脱水槽６０を、１５０ｒｐｍで回転駆動し、この洗濯兼脱水槽６０を回転駆動することによるポンプ作用で、洗濯兼脱水槽６０と水受け槽６２の間の洗濯液を洗濯兼脱水槽６０と水受け槽カバー７３の間から洗濯兼脱水槽６０の略回転中心に向けて吐出させる構成としている。
【００４８】
上記構成において動作を説明すると、洗濯兼脱水槽内６０に洗濯物を入れ、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽６０を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽６２の内面を洗濯液が整流リブ７５（従来の技術に示した図１８と同等の構成）により整流され、より多くせり上がる動きが発生し、回転する洗濯兼脱水槽６０に連動して回転する洗濯液の液層から、整流部材７４によって分離して洗濯兼脱水槽６０と水受け槽カバー７３の間から洗濯兼脱水槽内６０の略回転中心に向けて吐出させることができる。
【００４９】
したがって、洗濯兼脱水槽６０内の洗濯物の質あるいは量に関係なく、また製造時に洗濯兼脱水槽６０の回転中心が水受け槽６２に対して偏芯、あるいは軸ずれが発生し、水受け槽カバー７３と流体バランサー７２の間隔が不均一になっても、洗濯液を安定して、なおかつバランスよく、洗濯兼脱水槽６０の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができる。そして、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【００５０】
図２は実施例１における駆動手段６３の回路図である。
【００５１】
図２においては、電動機８０は、永久磁石８１、８２と、三相の巻線８３、８４、８５を有し、入力端子８６、８７、８８を有している。
【００５２】
永久磁石８１は外側にＮ極、永久磁石８２は外側にＳ極が出るようにして、回転自在に設けられている。
【００５３】
またホールＩＣ８９、９０、９１は、永久磁石８１、８２の極性を検知することによって、位置を検知するために設けられたもので、位置検知手段を構成しているものとなっている。
【００５４】
インバータ回路９２は、直流電源９３、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９、各スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路１００により構成され、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９はいずれも絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）と、そのコレクタ・エミッタ間に接続された逆導通ダイオードによって実現したものを使用している。
【００５５】
直流電源９３は、交流電源１０１、チョークコイル１０２、ダイオード１０３、１０４、１０５、１０６、電解式のコンデンサ１０７で構成している。
【００５６】
制御回路１００は、論理回路１０８、１５．６２５キロヘルツの三角波の電圧波形を発生する三角波発生回路１０９、基準電圧発生回路１１０、コンパレータ１１１、ＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４によって構成された導通比制御手段１１５を有している。
【００５７】
論理回路１０８は、ホールＩＣ８９、９０、９１の出力信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の論理の組み合わせに応じて、各スイッチング素子へ順次電気角１２０度の通電期間のハイ信号を出力するものである。
【００５８】
基準電圧発生回路１１０は、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の論理の組み合わせが変化するタイミング、すなわちエッジの周期に同期したアナログ電圧信号を出力するもので、コンパレータ１１１の出力は、キャリア周波数１５．６２５キロヘルツで、基準電圧発生回路１１０の出力電圧の瞬時値に応じたデューティレシオを持った信号が出力されるものとなっている。
【００５９】
低電位側スイッチング素子９４、９５、９６については、論理回路１０８出力が、そのままゲート信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮとして出力されるため、電気角１２０度期間ずっとオンとされるが、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６については、オン信号期間中にＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４によって導通比に応じたパルス幅変調（ＰＷＭ）が施された信号がゲート信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰとしてオンオフ制御に反映されるものとなる。
【００６０】
かつ、基準電圧発生回路１１０の出力電圧が電気角１２０度内で変化されることにより、前記導通比制御手段は導通比率を電気角１２０度内で変化させるという動作が行われるものとなっているものである。
【００６１】
図３は、実施例１における駆動手段６３のホールＩＣ８９、９０、９１の出力信号の波形図で、（ア）はホールＩＣ８９の出力Ｓ１、（イ）はホールＩＣ９０の出力Ｓ２、（ウ）はホールＩＣ９１の出力Ｓ３の出力電圧波形を示しているものである。
【００６２】
本実施例では、例に示した回転方向に対する、３相の相順をＳ３、Ｓ２、Ｓ１としており、Ｓ２はＳ１に対して電気角１２０度進んだ波形、Ｓ３はＳ２に対して電気角１２０度進んだ波形となっている。
【００６３】
そして、電気角６０度毎にＳ１、Ｓ２、Ｓ３の内のいずれか一つの信号の論理が変化していることから、ホールＩＣ８９、９０、９１の出力論理は、電気角６０度毎に順次変化するものとなっている。
【００６４】
図４は、実施例１のインバータ装置の制御回路１００の各出力信号の電圧波形と、基準電圧発生回路１１０の出力電圧波形を示したもので、（ア）はＵＰ、（イ）はＶＰ、（ウ）はＷＰ、（エ）はＵＮ、（オ）はＶＮ、（カ）はＷＮ、（キ）は基準電圧発生回路１１０の出力電圧波形を示している。
【００６５】
実施例１では、ＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４の作用によって、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６のゲート信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰにはパルス幅変調がかかり、しかも（キ）に示しているように、本実施例においては、基準電圧発生回路１１０は電気角６０度毎に発生するホールＩＣ８９、９０、９１の出力論理の組み合わせが変化するタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・から電気角２０度に相当する期間は、導通比１００％とし、それ以降は導通比５５％とする信号を出力している。
【００６６】
したがって、（ア）、（イ）、（ウ）に示されているように、高電位側スイッチング素子５０、５１、５２のゲート波形は、ｔ１からｔ５の電気角２４０度の期間は論理回路１０８のオフ信号によってオフされ、ｔ５からｔ７の電気角１２０度の期間は論理回路１０８の主力はオン信号であるが、導通比制御手段１１５の作用によって、ｔ５からの電気角２０度の期間とｔ６からの電気角２０度の期間については、導通比率が１００％となり、その他の期間は５５％の導通比率となる。
【００６７】
図５は、実施例１のインバータ装置の巻線８３に流れる電流波形を示しているものである。
【００６８】
Ｕ相の巻線８３の電流は、ｔ５にて高電位側スイッチング素子９４がオン期間になった時点で正方向に流れ始めるが、特に実施例１においては、ｔ５から電気角２０度に相当する期間の導通比率が１００％となっていることから、電流の立ち上がりの傾斜が大となり、電気角２０度以降においては導通比率が低下するため傾斜は小となる。
【００６９】
また、ｔ６においては、低電位側スイッチング素子９９から低電位側スイッチング素子９８への切り換えが行われるが、やはりその直後においては、Ｖ相の巻線８４の電流の増加が実施例１のように最初の電気角２０度の期間にて大となることから、速やかに当該巻線の電流の立ち上がりがなされ、結果として、ｔ６直後の電流波形の凹が従来の技術に比較して少なくてすむものとなる。
【００７０】
なお、これらの導通比率の設定に関しては、電流波形の改善効果が十分得られる範囲で自由に設定されるものである。
【００７１】
従って、同一のピーク電流の条件下で、実施例１では従来の技術に比して、平均電流を大きく供給することができ、また電流波形は巻線の誘導起電力波形に近づけることができるものとなることから、巻線のインダクタンスによる電流の位相遅れと、凹の改善がなされ、効率的にも改善が図られたものとすることができる。
【００７２】
（実施例２）
図６は、実施例１に対して、電動機８０をより高性能とした実施例２における電動機１２０の構成図を示している。
【００７３】
図６において、駆動手段１２０は、固定子１３０と回転子１３１によって構成されており、固定子１３０は珪素鋼板を２０ｍｍの厚さに積層して構成した鉄心１３２のティース（歯）部分にコイル１３３ａ〜ｌを設けて構成しており、直径は１８０ｍｍである。
【００７４】
回転子１３１は、磁路の一部であるバックヨークとして動作する鉄板をプレスして形成したカップ状の鉄心１３５と鉄心１３５の表面に接着したパラレル配向のフェライト磁石を使用した永久磁石１３４ａ〜ｈ、出力軸１３６を有していて直径は１０８ｍｍである。
【００７５】
本実施例においては、永久磁石１３４ａ、１３４ｃ、１３４ｅ、１３４ｇについては、外側にＮ極がくるように着磁がなされており、永久磁石１３４ｂ、１３４ｄ、１３４ｆ、１３４ｈについては、外側にＳ極がくるように着磁がなされている。
【００７６】
またホールＩＣ１３７、１３８、１３９を設けている。
【００７７】
本実施例では、ホールＩＣ１３７、１３８、１３９は、いずれも対向する永久磁石の表面がＳ極である場合にはハイの出力を、Ｎ極である場合にはローを出力するように構成している。
【００７８】
なお、必要であれば、遠心力により永久磁石１３４ａ〜ｈが飛び散ることを防ぐために、例えば熱収縮性のある樹脂チューブなどを回転子７９に付加してもよく、また非磁性ステンレスの管を最外部に設け、堅牢な構成を実現したものであってもよい。
【００７９】
また、本実施例においては、固定子１３０を外側に、回転子１３１を内側に配したインナーロータ構成としているが、特にこのような構成にこだわるものではなく、反対に回転子を固定子の外側に設けたアウターロータ構成としてもよい。
【００８０】
また、本実施例においては、固定子１３０と回転子１３１とのギャップは均一になるように、各永久磁石の表面と裏面は同心円筒の一部となる形状としているが、これを磁極の端部でギャップが大となるように各永久磁石の形状を変え、コギングを小とすると、運転中の騒音が低減できるものとなり、電気洗濯機として例えば早朝や深夜などにも洗濯ができるという高品位なものが得られる。
【００８１】
図７は、コイル１３３ａ〜ｌの結線を示したものであり、図９に示すように、４つずつの巻線を直列に接続することにより、巻線１４０、１４１、１４２が構成されている。図９において、各巻線の黒丸印は極性を示すものであり、各巻線の黒丸印がついている方から電流を流した場合に、各ティースの内側（回転子側）の面にＮ極が発生するように巻いて設けられている。
【００８２】
以上のようにして、本実施例の電動機１２０は、８極１２スロットの構成としているが、特にこの構成に限定されるものではなく、他の極数、スロット数であってもよい。
【００８３】
この電動機１２０は、コイル１３３ａ〜ｌの巻き数をすべて３００ターンとすることにより、インバータ回路９２の入力の直流電圧が、無負荷状態で２８０ボルトである場合に、出力軸１３６に直結された洗濯兼脱水槽１を、毎分８８０回転の速度で駆動して８ｋｇの衣類を脱水することができるものとしている。
【００８４】
これに対して、洗濯兼脱水槽６０を回転させる洗濯時においては、やはり出力軸１３６に直結された洗濯兼脱水槽６０を毎分１５０回転で回転駆動させるものとなっており、この時の必要トルクは、４．７５Ｎｍという大きな値となる。
【００８５】
ちなみに、撹拌翼６１を回転駆動する場合には、クラッチ６４の内部での機構的な切換動作が行われて、減速作用が付加されることから、電動機１２０の速度は、撹拌翼６１の速度の６倍となり、同時に電動機１２０の出力トルクは撹拌翼６１の１／６となる。
【００８６】
よって、撹拌翼６１は毎分１５０回転で駆動される物であることから、電動機１２０は毎分９００回転で駆動されることになる。
【００８７】
以上の構成をとっていることにより、撹拌翼６１に大きな負荷がかかっても、電動機１２０が出力するトルクは、せいぜい５Ｎｍ以下で収まるものとなり、電動機１２０の必要となるトルクが最大でも５Ｎｍ程度にて十分なものとなる。
【００８８】
よって、電動機１２０が小型のものであっても、十分実用となり、小型で低コストの洗濯機が実現できるものとなっている。
【００８９】
また、洗濯兼脱水槽６０を回転駆動して洗濯を行う動作は、脱水の動作とクラッチ６４が同等の状態となるので、排水弁３６に設けたアクチュエータの開閉状態を変えるだけで実現することができ、したがってクラッチ６４の構成も比較的簡単なもので済ませられるという利点がある。
【００９０】
そして、電動機１２０によって洗濯兼脱水槽６０が、直結にて回転されて行われる洗濯動作では、速度が毎分１５０回転とかなり低い上にトルクが４．７５Ｎｍとかなり大きいことから、電動機１２０の銅損が取り分け大きくなり、電動機１２０の効率が低くなるという傾向があるが、それに対して本発明の特徴である電動機に供給される電流の波形が改善され、同一動作条件でも電流の実効値が小さくて済むものとなり、効率が維持できるものとなる。
【００９１】
発明者らによる実験によれば、毎分１５０回転、トルク４．７５Ｎｍの条件で洗濯兼脱水槽６０が回転して洗濯が行われる状態において、従来の技術では電動機２３の効率は３９．５％であったが、本実施例では導通比制御手段１１５の作用により、電動機８０に供給される電流の波形改善がなされ、同一負荷条件での電流の実効値が低下し、その結果効率が４０．２％に向上し、洗濯機の入力電力は、２１１Ｗから４Ｗ低減されて、２０７Ｗとなった。
【００９２】
すなわち、上記負荷条件において電動機８０の損失の９割以上を占める銅損について、電流の実効値の低減による損失低減がなされて、省エネルギーが図られるようになったものであり、さらにピーク電流値も８％低減されたことから、各スイッチング素子に流れる電流値のピーク値が減少するものとなった。
【００９３】
したがって、それによるコスト低減、小形化、軽量化、あるいは信頼性の向上なども図られるものとなる。
【００９４】
実施例２の電動機１５０は、各コイルがティース部分に集中して巻かれていることから、コイル間の相互の重なり（オーバーラップ）がない構成となっているため、コイルを構成するためのエナメル線などは、絶縁しやすくなり、絶縁構造の簡略化によるコスト低減ができるほか、固定子１３０をティース毎に分割して各コイルを巻いた後に、円形に組み合わせて完成させることもでき、スロット内の銅量の比率（銅の占積率）を高めることも可能となり、必要となる線の長さも削減できることとの相乗効果により、高効率化が可能となる。
【００９５】
ただし、実施例２に示した８極１２スロット（１２コイル）の様に、極数とスロット数（コイル数）の比が２対３となり、一つのコイルの電気角は１２０度となる。
【００９６】
したがって、もし使用される永久磁石１３４ａ〜ｈが一様に着磁されている場合には、各巻線に発生する誘導起電力は波形は、１２０度期間の一定値の誘導起電力が発生した後、６０度期間はほぼ零となることになる。
【００９７】
一般に、電動機が発生する動力出力（トルク）は、各巻線に発生する誘導起電力と流れる電流値の積を合計したものとなり、巻線電流の実効値に対する動力出力を最大とするためには、電流波形は誘導起電力波形と等しくなる。
【００９８】
したがって、実施例２のような構造として、極数とコイル数の比を２対３とした場合、電気角１２０度の通電期間を用い、その通電期間に供給される電流を、なるべく誘導起電力のタイミングに合わせるということが有効であり、各巻線のインダクタンスによる電流の遅れを補正して、同相とし、また電流波形も誘導電力波形に近づけることが、電動機の効率向上に大きな効果をもたらすものとなる。
【００９９】
（実施例３）
図８は、実施例３における駆動手段６３の回路図を示している。
【０１００】
図８においては、電動機８０の構成については実施例１と全くの同様であり、インバータ回路１５０の構成においては、実施例１において用いられていたＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４が排除されている代わりとして、ＡＮＤ回路１５１、１５２、１５３が設けられていて、かつそれらが低電位側スイッチング素子９７、９８、９９のゲート側となっている点が実施例１の場合とは異なり、他の部分においては同等の構成を施されたものとなっているものである。
【０１０１】
図９は、実施例２の駆動手段６３の制御回路１００の各出力信号の電圧波形と、基準電圧発生回路の出力電圧波形を示したもので、（ア）はＵＰ、（イ）はＶＰ、（ウ）はＷＰ、（エ）はＵＮ、（オ）はＶＮ、（カ）はＷＮ、（キ）は基準電圧発生回路６７の出力電圧波形を示している。
【０１０２】
実施例３では、ＡＮＤ回路１５１、１５２、１５３の作用によって、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９のゲート信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮにはパルス幅変調がかかり、しかも（キ）に示しているように、本実施例においては、基準電圧発生回路１１０は電気角６０度毎に発生するホールＩＣ８９、９０、９１の出力論理の組み合わせが変化するタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・から電気角１４度に相当する期間は、導通比５０％とし、それ以降は導通比３５％とする信号を出力している。
【０１０３】
したがって、（ア）、（イ）、（ウ）に示されているように、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９のゲート波形は、ｔ１からｔ５の電気角２４０度の期間は論理回路１０８のオフ信号によってオフされ、ｔ５からｔ７の電気角１２０度の期間は論理回路１０８の主力はオン信号であるが、導通比制御手段１１５の作用によって、ｔ５からの電気角１４度の期間とｔ６からの電気角１４度の期間については、導通比率が５０％となり、その他の期間は３５％の導通比率となる。
【０１０４】
（実施例４）
図１０は、実施例３における駆動手段６３の回路図を示している。
【０１０５】
図１０においては、電動機８０の構成については、実施例１とやはり全くの同様でありながら、インバータ回路１６０の構成においては、まずＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４が実施例１と同様に設けられた状態であるのに加えて、ＡＮＤ回路１５１、１５２、１５３が追加して設けられているものとなっている。
【０１０６】
ＮＡＮＤ回路１６１、１６２およびＮＯＴ回路１６３は、いずれもロジック回路であり、ＰＮ端子の出力がハイである場合には、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９をＰＷＭし、ＰＮ端子の出力がローである場合には、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６をＰＷＭする作用が行われる。
【０１０７】
またＰＮ端子は、各ＡＮＤ回路への信号と同期して、電気角６０度毎にハイとローが交代されて出力されるものとなっている。
【０１０８】
また、論理回路１６４は、実施例１および実施例２よりも、ホールＩＣ８９、９０、９１の信号から、電気角１１度進んだ位相での出力がなされるものとなっており、現実にはタイマーによる前の信号からの遅延時間を、所定電気角に相当する値として設定する構成とした上、前記タイマーが設定時間に達した瞬間に、次にくる信号の論理に対応させた出力を先行して行わせているものとなっている。
【０１０９】
図１１は、実施例４のホールＩＣ８９、９０、９１の出力論理、および制御回路１６５の各出力信号の電圧波形と、基準電圧発生回路１１０の出力電圧波形を示したもので、（エ）はＵＰ、（オ）はＶＰ、（カ）はＷＰ、（キ）はＵＮ、（ク）はＶＮ、（ケ）はＷＮ、（コ）は基準電圧発生回路１１０の出力電圧波形を示している。
【０１１０】
実施例４では、ＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４、１５１、１５２、１５３の作用によって、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６のゲート信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰと、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９のゲート信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮにはすべて通電期間１２０度の内の前半の電気角６０度の期間にパルス幅変調がかかり、しかも（コ）に示しているように、本実施例においては、基準電圧発生回路１１０は電気角６０度毎に発生するホールＩＣ８９、９０、９１の出力論理の組み合わせが変化するタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・から電気角１２度に相当する期間は、導通比５０％から３５％へと時間と共に減少させ、電気角１２度以降は導通比３５％の一定とする信号を出力している。
【０１１１】
したがって、（エ）〜（ケ）に示されている各スイッチング素子９７、９８、９９のゲート波形は、電気角２４０度の期間は論理回路１６４のオフ信号によってオフされ、電気角１２０度の通電期間は論理回路１６４の主力はオン信号であるが、導通比制御手段１１５の作用によって、通電期間の開始から電気角１２度までの期間については、導通比率が５０％から３５％にまで時間とともに減少し、その後電気角６０度までの期間は３５％の一定の導通比率となり、電気角６０度から１２０度の期間には完全にオンの期間となる。
【０１１２】
図１２（ア）は、実施例４のインバータ装置の巻線８３に流れる電流波形を実線にて示し、従来の技術の電流波形を破線で示し、比較しているものである。
【０１１３】
Ｕ相の巻線８３の電流は、ｔ５に対して電気角２２度先んじて、高電位側スイッチング素子９４がオン期間になって正方向に流れ始めるものとなり、それ以降も実施例１よりも電気角２２度進んだタイミングで波形が発生するようになることから、インダクタンスによる遅れについては、その影響をほぼ完全になくすことができる。
【０１１４】
特に本実施例においては、各スイッチング素子は、１２０度の通電期間の前半６０度を導通比率でオンオフし、その後の６０度についてはオン状態を保つ制御を行っていることから、各スイッチング素子の切り替わり時に、巻線８４、８５、８６に蓄えられた磁気エネルギーによって生ずる直流電源１０７への回生電流を抑えることができ、これによって電動機８０の各相の電圧の跳ね上がりおよび電流波形の時間的変化率（ｄＩ／ｄｔ）を抑えることができ、それによって装置の騒音低減が可能となる。
【０１１５】
また、（イ）は、本実施例の電動機８０の永久磁石８１、８２によって巻線８３に発生する誘導起電力を示しているが、（ア）と（イ）を比較してわかるように、本実施例では進んだ位相でオンオフ信号を出していることによって、誘導起電力波形にかなり近い電流波形が供給されているものとなる。
【０１１６】
このことは、高い誘導起電力が生じている期間により大きな電流が供給されていることとなり、これによって能率的にトルク、もしくは機械出力が発生できるものであることがわかる。
【０１１７】
なお、本実施例では電動機８０は２極としているが、実施例２に示した８極の構成としてもよい。
【０１１８】
実施例４において、電動機８０の代わりに実施例２の電動機１２０を使用した場合、発明者らによる実験では、毎分１５０回転、トルク４．７５Ｎｍの条件で洗濯兼脱水槽６０が回転して洗濯が行われる状態において、従来の技術では電動機２３の効率は３９．５％であったが、本実施例では導通比制御手段１１５の作用により、電動機８０に供給される電流の波形改善がなされ、同一負荷条件での電流の実効値が低下し、その結果効率が４４．２％に向上し、洗濯機の入力電力は、２１１Ｗから２２Ｗ低減されて、１８９Ｗとなった。
【０１１９】
すなわち、上記負荷条件において電動機８０の損失の９割以上を占める銅損について、電流の実効値の低減による損失低減がなされて、省エネルギーが図られるようになったものであり、さらにピーク電流値も１９％低減されたことから、各スイッチング素子に流れる電流値のピーク値が減少するものとなった。
【０１２０】
したがって、それによるコスト低減、小形化、軽量化、あるいは信頼性の向上なども図られるものとなる。
【０１２１】
なお、実施例１〜実施例４では、位置検知手段としてホールＩＣを使用しているが、特にこのような磁気検知による位置検知を行うものとすることに限定がなされる訳ではなく、例えばスリットを設けた回転板に光を当てて、その透過や反射を受光素子によって検知する光学式のものや、電動機の端子電圧から誘導起電力波形を検知し、電圧比較器などによって永久磁石の極の位置を検知するいわゆるセンサレスと呼ばれるようなものなどあってもよい。
【０１２２】
特に、３相のそれぞれの電動機端子について、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子が共にオフとなる期間が、電気角で６０度存在することから、その期間において上記誘導起電力波形を良好に検知することができることから、位置検知の性能も良好なものが確保できるという効果もある。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の発明によれば、水受け槽内に回転自在に配設した洗濯兼脱水槽と、前記洗濯兼脱水槽を駆動する駆動手段と、前記水受け槽の上方を覆う水受け槽カバーとを備え、前記洗濯兼脱水槽を回転駆動することによるポンプ作用によって、前記洗濯兼脱水槽と水受け槽の間の洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽の略回転中心に向けて吐出させる構成とし、前記駆動手段は、電動機と前記電動機に電流を供給するインバータ回路を有し、前記電動機は永久磁石と巻線を有し、前記インバータ回路は直流電源と、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子と制御回路を有し、前記高電位側スイッチング素子は、前記直流電源のプラス端子と前記電動機の入力端子の間に接続し、前記低電位側スイッチング素子は、前記直流電源のマイナス端子と前記電動機の入力端子の間に接続し、前記電動機は可動に設けた永久磁石の位置を検知する位置検知手段を有し、前記電動機は３相であり、前記制御回路は導通比制御手段を有し、前記制御回路は前記位置検知手段からの信号を入力し、前記各スイッチング素子を順次電気角１２０度ずつ通電期間とし、前記通電期間中には低電位側スイッチング素子はオン状態とし、高電位側スイッチング素子は、前記導通比制御手段から出力される導通比率でオンオフ動作を行い、前記導通比制御手段は導通比率を電気角６０度より短い期間で変化させることにより、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面を洗濯液がせり上がる動きが発生し、回転する洗濯兼脱水槽に連動して洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができる。したがって、洗濯兼脱水槽内の洗濯物の質あるいは量に関係なく、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができる。
【０１２４】
そして、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【０１２５】
また請求項２に記載の発明は、特に請求項１記載の洗濯機を、１２０度の通電期間の内の前半の電気角６０度は導通比制御手段から出力される導通比率でオンオフ動作を行い、後半の電気角６０度は各スイッチング素子はオン状態に保ち、前記導通比制御手段は導通比率を前半の電気角６０度内で変化させる構成とすることにより、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面を洗濯液がせり上がる動きが発生し、回転する洗濯兼脱水槽に連動して洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができる。したがって、洗濯兼脱水槽内の洗濯物の質あるいは量に関係なく、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができる。
【０１２６】
そして、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また騒音が低く、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【０１２７】
また請求項３に記載の発明は、特に請求項１あるいは請求項２のいずれか１項記載の洗濯機の制御回路を、各スイッチング素子の通電期間を、位置検知手段から入力される信号に対して、所定の位相角進めて動作する構成とすることにより、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面を洗濯液がせり上がる動きが発生し、回転する洗濯兼脱水槽に連動して洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができる。したがって、洗濯兼脱水槽内の洗濯物の質あるいは量に関係なく、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができる。
【０１２８】
そして、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【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縦断面図
【図２】同、駆動手段の回路図
【図３】同、ホールＩＣ（位置検知手段）の動作波形図
【図４】同、制御回路の動作波形図
【図５】同、電動機の電流波形図
【図６】同、電動機の構成図
【図７】同、電動機の巻線の結線図
【図８】実施例３における駆動手段の回路図
【図９】同、制御回路の動作波形図
【図１０】実施例４における駆動手段の回路図
【図１１】同、制御回路の動作波形図
【図１２】同、電動機の電流波形図
【図１３】従来の洗濯機の縦断面図
【図１４】同、駆動手段の回路図
【図１５】同、ホールＩＣの出力波形図
【図１６】同、各スイッチング素子従来の駆動波形図
【図１７】同、電動機の電流波形図
【図１８】従来の洗濯機の要部拡大図
【符号の説明】
６０水受け槽内
６１洗濯兼脱水槽
６３駆動手段
７３水受け槽カバー
８０、１２０電動機
９２、１５０、１６０インバータ回路
８１、８２、１３４ａ〜１３４ｈ永久磁石
８３、８４、８５、１４０、１４１、１４２巻線
９３直流電源
９４、９５、９６高電位側スイッチング素子
９７、９８、９９低電位側スイッチング素子
１００、１６５制御回路
８９、９０、９１ホールＩＣ（位置検知手段）
１１５導通比制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a washing machine used in general households.
[0002]
[Prior art]
  A block diagram of this type of washing machine in the prior art is shown in FIG.
[0003]
  As shown in FIG. 13, the washing and dewatering tub 1 has a large number of small holes on the inner wall surface, the stirring blade 2 is rotatably arranged on the bottom surface, and the water receiving tub 3 is provided outside the washing and dewatering tub 1. ing. A driving means 4 for driving the washing / dehydrating tank 1 and the stirring blade 2 is attached to the bottom surface of the water receiving tank 3, and the washing / dehydrating tank 1 or the stirring blade 2 is connected via a clutch device 5 for switching the driving means 4. Is configured to drive.
[0004]
  Further, the water receiving tank 3 is supported by the outer frame 6 via a suspension 7 for vibration isolation. A water channel cover 8 is fixed to the inner wall of the washing and dewatering tub 1 to form a circulation water channel 9, and this circulation water channel 9 and the pump chamber 11 formed on the outer periphery of the lower blade 10 integrally provided on the back surface of the stirring blade 2 and the washing The upper part of the cum dewatering tank 1 is connected to the lint filter 12.
[0005]
  A fluid balancer 13 enclosing a liquid is fixed to the upper part of the washing and dewatering tank 1. The upper surface of the water receiving tank 3 is covered with a water receiving tank cover 14. Here, a packing (not shown) or the like is interposed between the water receiving tank 3 and the water receiving tank cover 14 to ensure water tightness. A rectifying member 15 is provided on the lower surface of the water receiving tank cover 14 so as to face the rotation center of the washing / dehydrating tank 1.
[0006]
  The drain valve 16 drains washing water in the water receiving tank 3, and the water supply valve 17 supplies water into the water receiving tank 3. The control device 18 controls operations of the driving means 4, the drain valve 16, the water supply valve 17, and the like, and sequentially controls a series of steps of washing, rinsing, and dewatering.
[0007]
  When washing perishable laundry, the washing / dehydrating tub 1 is driven to rotate at, for example, 150 rpm in each of the washing and rinsing steps, and the washing / dehydrating tub 1 is driven to rotate by a pump action. The washing liquid between the washing / dehydrating tub 1 and the water receiving tub 3 is discharged from between the washing / dehydrating tub 1 and the water receiving tub cover 14 toward the substantial rotation center of the washing / dehydrating tub 1.
[0008]
  A circuit diagram of the driving means 4 is shown in FIG.
[0009]
  In FIG. 14, the electric motor 20 includes permanent magnets 24 and 25 that are movably provided with three windings 21, 22, and 23.
[0010]
  The DC power supply 26 includes a 100 V 60 Hz AC power supply 27, a choke coil 28, and a rectifier circuit 29. The rectifier circuit 29 uses a full-wave rectifier in which four diodes 30, 31, 32, and 33 are bridge-connected. is doing.
[0011]
  A three-phase six-stone inverter circuit 34 is connected to the output of the DC power supply 26, and an electrolytic capacitor 35 is connected between the input terminals of the inverter circuit 34.
[0012]
  The inverter circuit 34 corresponds to three phases and is provided with three half-bridge inverter circuits 36, 37, and 38. Each half-bridge inverter circuit is configured by connecting two switching elements in series. is doing.
[0013]
  That is, the half-bridge inverter circuit 36 is configured by a series circuit of switching elements 40 and 41, the half-bridge inverter circuit 37 is configured by a series circuit of switching elements 42 and 43, and the half-bridge inverter circuit 38 is configured by a switching element 44. , 45 series circuits.
[0014]
  Note that each of the switching elements 40, 41, 42, 43, 44, and 45 is configured by an IGBT and a diode connected in reverse parallel thereto.
[0015]
  All of these diodes pass reverse current immediately after switching of the switching elements 40, 41, 42, 43, 44, 45.
[0016]
  The windings 21, 22, and 23 of the electric motor 1 are connected as a star connection, and one terminal of each winding is an input terminal 46, 47, and 48, and outputs of the half-bridge inverter circuits 36, 37, and 38, respectively. That is, it is connected to the connection point between the switching elements connected in series.
[0017]
  The control circuit 49 is connected to each gate terminal of the switching elements 40, 41, 42, 43, 44, and 45, and controls on / off of each switching element.
[0018]
  Further, the Hall ICs 50, 51, 52 provided in the electric motor 20 constitute position detecting means, and by detecting the rotation of the permanent magnets 24, 25, it is detected whether the opposing magnetic pole is N pole or S pole. High and low logic signals are output to the control circuit 49.
[0019]
  In the above configuration, the operation of the drive means will be described with reference to FIGS.
[0020]
  15A shows the output voltage waveform of the Hall IC 50, FIG. 15B shows the output voltage waveform of the Hall IC 51, and FIG. 15C shows the output voltage waveform of the Hall IC 52.
[0021]
  16, (a) is the gate voltage waveform of the switching element 40, (A) is the gate voltage waveform of the switching element 41, (C) is the gate voltage waveform of the switching element 42, and (D) is the gate voltage of the switching element 43. The waveform, (e) is the gate voltage waveform of the switching element 44, and (f) is the gate voltage waveform of the switching element 45.
[0022]
  In FIG. 17, (A) is a current waveform flowing through the winding 21, (A) is a current waveform flowing through the winding 22, and (C) is a current waveform flowing through the winding 23.
[0023]
  The operation shown in these operation waveform diagrams is generally called 120-degree energization, and when a signal is input from the Hall ICs 32, 33, 34 to the control circuit 49, the switching element 40, 41, 42, 43, 44, and 45 are turned on and off in order at predetermined electrical angles (60 degrees) according to a signal from the control circuit 49, and current is supplied to the windings 21, 22, and 23. As a result, the permanent magnet 24 25, a force (torque) according to Fleming's left-hand rule acts, and the motor operates as an electric motor.
[0024]
  The operation as a washing machine will be described. When the laundry is put into the washing / dehydrating tub 1 and the washing / dehydrating tub 1 is rotated in the washing liquid, the inner surface of the water receiving tub 3 is washed by the centrifugal force generated by the rotation. The liquid is rectified by the rectifying rib 53.
[0025]
  FIG. 18 is a diagram showing a detailed configuration of the inner surface of the bottom of the water receiving tank 3, and an example of the rectifying rib 53 is shown.
[0026]
  Due to the rectifying action of the rectifying ribs 53, a more upward movement occurs, and the washing and dehydrating tub 1 is separated from the liquid layer of the washing liquid rotating in conjunction with the rotating washing and dehydrating tub 1 by the rectifying member 15. The water can be discharged from between the water receiving tank covers 14 toward the substantial rotation center of the washing / dehydrating tank 1.
[0027]
  Therefore, regardless of the quality or quantity of the laundry in the washing / dehydrating tub 1, the washing liquid is stably and well balanced and discharged to the substantially rotational center of the washing / dehydrating tub 1. It can be circulated and can be washed without damaging or tangling the laundry and without uneven washing.
[0028]
[Problems to be solved by the invention]
  In the conventional technique as described above, particularly with respect to the operation of the driving unit 4, even when the switching element 44 is turned on, for example, at t1, there is an inductance of the winding 23, and the switching element 44 is turned on with a certain conduction ratio. Therefore, the current flowing through the winding 23 does not increase immediately but gradually increases.
[0029]
  Further, even when the switching element 44 is turned off at t3, the current does not immediately become zero due to the action of the inductance of the winding 23, but gradually decreases. Through the reverse conducting diode.
[0030]
  Accordingly, each switching element 40, 41, 42, 43, 44, 45 is turned on / off immediately after the signal edge from the Hall ICs 50, 51, 52 is generated by the control circuit 49, but the winding 21 of the electric motor 20 is switched. , 22, 23 generally have inductanceHaveTherefore, the current flowing through each winding has a phase delayed from the switching timing of the switching element.
[0031]
  As described above, the conventional washing machine has a tendency that the phase of each winding current is delayed because the current rise and fall of each winding in the electric motor 20 is slow.
[0032]
  However, in general, in a non-salient pole machine using a permanent magnet, the torque generated with respect to the winding current is the largest when the magnetic flux (field) of the permanent magnet and the winding current are orthogonal in terms of vector. Therefore, when there is a delay in the current phase as described above, torque generation per current is reduced by that amount, resulting in a decrease in output at the same loss and an increase in copper loss at the same output. Met.
[0033]
  In addition, at the same output, the magnetic flux density of the magnetic path in the motor also tends to increase with an increase in the winding current.
[0034]
  In the prior art, in addition, for example, at t2, for example, the switching element 43 is turned off and the switching element 41 is turned on instead. Since the operation and the conduction ratio of the switching element 44 are constant, the speed of increase is small, and as a result, the waveform of the current flowing in the winding 23 becomes considerably concave immediately after t2.
[0035]
  In such a concave period of the current waveform, the action of generating electromagnetic force with the permanent magnet is reduced, so that effective torque cannot be generated.
[0036]
  Due to the current phase delay and the presence of the concave period as described above, the driving means of the conventional technique has a problem that the electric energy consumed as a washing machine becomes large because the efficiency is low. It was supposed to be.
[0037]
  The present invention is for solving the above-mentioned problems, and by reducing the delay of the current phase and also reducing the recess of the current waveform, the winding current is efficiently converted into torque, and the efficiency is high. By using the driving means, it is possible to reduce the electric energy consumed.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The invention according to claim 1 of the present invention is,waterA washing / dehydrating tub rotatably disposed in the receiving tub; drive means for driving the washing / dehydrating tub; and a water receiving tub cover covering the water receiving tub. A structure in which the washing liquid between the washing / dehydrating tub and the water receiving tub is discharged from between the washing / dehydrating tub and the water receiving tub cover toward the substantial rotation center of the washing / dehydrating tub by a pumping action caused by rotation. And the driving means includes an electric motor and an inverter circuit for supplying current to the electric motor, the electric motor includes a permanent magnet and a winding, and the inverter circuit includes a DC power source, a high potential side switching element, and a low potential. Side switching element and a control circuit, the high potential side switching element is connected between a positive terminal of the DC power source and an input terminal of the motor, and the low potential side switching element is a micro power source of the DC power source. The motor has a position detecting means for detecting the position of a movably provided permanent magnet, the motor has three phases, and the control circuit has a conduction ratio control. The control circuit receives a signal from the position detection means, and sequentially sets each of the switching elements to an energization period of 120 electrical degrees, and the low potential side switching element is turned on during the energization period. The high potential side switching element performs an on / off operation at a conduction ratio output from the conduction ratio control means, and the conduction ratio control means converts the conduction ratio to an electrical angle.Period shorter than 60 degreesWhen the laundry is put in the washing / dehydrating tub and the washing / dehydrating tub is rotated in the washing liquid, the centrifugal force generated by this rotation raises the inner surface of the water receiving tub. The washing liquid can be discharged from between the washing / dehydrating tub and the water receiving tub cover toward the rotation center of the washing / dehydration tub, and is discharged to the rotation center of the washing / dehydration tub. The washing liquid can be circulated through the entire item, and since the electric motor of the driving means can be operated efficiently, less electric energy is consumed and the laundry is not damaged or entangled. Thus, the laundry can be washed without unevenness.
[0039]
  And claims2Claims1In the washing machine described above, the electrical angle 60 degrees in the first half of the energization period of 120 degrees is turned on and off at the conduction ratio output from the conduction ratio control means, and each switching element is turned on in the latter half of the electrical angle 60 degrees. The continuity ratio control means is configured to change the continuity ratio within an electrical angle of 60 degrees in the first half. The laundry is put in the washing and dehydrating tub, and the washing and dehydrating tub is placed in the washing liquid. When rotating, the centrifugal force generated by this rotation causes the water tank to move up, causing the washing liquid to move from between the washing / dehydrating tank and the water receiving tank cover toward the approximate rotation center in the washing / dehydrating tank. It can be discharged, discharged to the approximate rotation center of the washing and dewatering tub, and the washing liquid can be circulated throughout the entire laundry. In particular, since the electric motor of the driving means operates efficiently, it is consumed. Low electric energy and washing Or damage to, without having to or twine, also, and what can be noise is low, the washing unevenness laundry without.
[0040]
  And claims3Claims1Or claims2The washing machine control circuit according to any one of the above, wherein the energizing period of each switching element is configured to operate by a predetermined phase angle with respect to the signal input from the position detecting means. When the laundry is put into the cum dewatering tub and the washing and dewatering tub is rotated in the washing liquid, the centrifugal force generated by this rotation causes the inner surface of the water receiving tub to move up, and the washing liquid is washed into the washing and dehydrating tub. Can be discharged from between the water receiving tank cover and the rotation center of the washing / dehydration tank, and can be discharged to the rotation center of the washing / dehydration tank to circulate the washing liquid throughout the laundry. Especially, since the electric motor of the driving means operates efficiently, less electric energy is consumed, and the laundry can be washed without damaging or entwining the laundry and without uneven washing It becomes.
[0041]
【Example】
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0042]
  Example 1
  Figure 1, Real3 is a cross-sectional view of the washing machine of Example 1. FIG.
[0043]
  As shown in FIG. 1, the washing and dewatering tub 60 has a large number of small holes on the inner wall surface, and a stirring blade 61 is rotatably disposed on the bottom surface. A water receiving tub 62 is provided outside the washing and dewatering tub 60. Provided. A driving means 63 for driving the washing / dehydrating tub 60 and the stirring blade 61 is attached to the bottom surface of the water receiving tub 62, and the washing / dehydrating tub 60 or the stirring wing 61 is connected via a clutch device 64 for switching the driving unit 63. Is configured to drive.
[0044]
  Further, the water receiving tank 62 is supported by the outer frame 65 via a suspension 66 for vibration isolation. A water channel cover 67 is fixed to the inner wall of the washing and dewatering tank 60 to form a circulation water channel 68. The circulation water channel 68 and the pump chamber 70 formed on the outer periphery of the lower blade 69 integrally provided on the back surface of the stirring blade 61 and washing The upper part of the cum dewatering tank 20 is connected to the lint filter 71.
[0045]
  A fluid balancer 72 enclosing a liquid is fixed to the upper part of the washing and dewatering tank 1. The upper surface of the water receiving tank 62 is covered with a water receiving tank cover 73. Here, a packing (not shown) is interposed between the water receiving tank 62 and the water receiving tank cover 73 to ensure water tightness. A rectifying member 74 is provided on the lower surface of the water receiving tank cover 73 toward the substantial rotation center of the washing / dehydrating tank 60.
[0046]
  The drain valve 76 drains the washing water in the water receiving tank 62, and the water supply valve 77 supplies water into the water receiving tank 62. The control device 78 controls the operation of the driving means, the drain valve 76, the water supply valve 77 and the like, and sequentially controls a series of steps of washing, rinsing and dehydration.
[0047]
  When washing perishable laundry, the washing / dehydrating tub 60 is driven to rotate at 150 rpm in each of the washing and rinsing steps, and the washing / dehydrating tub 60 is driven to rotate by the pump action. The washing liquid between the washing / dehydrating tub 60 and the water receiving tub 62 is discharged from between the washing / dehydrating tub 60 and the water receiving tub cover 73 toward the substantial rotation center of the washing / dehydrating tub 60.
[0048]
  The operation in the above configuration will be described. When the laundry is put in the washing / dehydrating tub 60 and the washing / dehydrating tub 60 is rotated in the washing liquid, the inner surface of the water receiving tub 62 is applied to the washing liquid by the centrifugal force generated by the rotation. Is rectified by a rectifying rib 75 (a structure equivalent to that of FIG. 18 shown in the prior art), and a movement that rises more is generated, and from the liquid layer of the washing liquid that rotates in conjunction with the rotating washing and dehydrating tub 60 Then, it can be separated by the flow regulating member 74 and discharged from between the washing / dehydrating tub 60 and the water receiving tub cover 73 toward the substantial rotation center in the washing / dehydrating tub 60.
[0049]
  Therefore, regardless of the quality or quantity of the laundry in the washing / dehydrating tub 60, the rotation center of the washing / dehydrating tub 60 is eccentric or misaligned with respect to the water receiving tub 62 at the time of manufacture. Tank cover 73 and fluid balancer-Even if the intervals of 72 become non-uniform, the washing liquid can be stably and balancedly discharged to the substantially rotational center of the washing and dewatering tub 60, and the washing liquid can be circulated throughout the laundry. In particular, since the electric motor of the driving means operates efficiently, less electric energy is consumed, and the laundry can be washed without being damaged or entangled and without uneven washing. It will be a thing.
[0050]
  FIG. 2 is a circuit diagram of the driving means 63 in the first embodiment.
[0051]
  In FIG. 2, the electric motor 80 has permanent magnets 81 and 82, three-phase windings 83, 84 and 85, and input terminals 86, 87 and 88.
[0052]
  The permanent magnet 81 is rotatably provided with an N pole on the outside and a permanent magnet 82 with an S pole on the outside.
[0053]
  The Hall ICs 89, 90, 91 are provided for detecting the position by detecting the polarities of the permanent magnets 81, 82, and constitute position detecting means.
[0054]
  The inverter circuit 92 includes a DC power supply 93, high potential side switching elements 94, 95, and 96, low potential side switching elements 97, 98, and 99, and a control circuit 100 that controls on / off of each switching element. The elements 94, 95, 96 and the low potential side switching elements 97, 98, 99 are all realized by using an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a reverse conducting diode connected between its collector and emitter. Yes.
[0055]
  The DC power supply 93 includes an AC power supply 101, a choke coil 102, diodes 103, 104, 105 and 106, and an electrolytic capacitor 107.
[0056]
  The control circuit 100 is a conduction ratio control means constituted by a logic circuit 108, a triangular wave generation circuit 109 for generating a voltage waveform of a triangular wave of 15.625 kilohertz, a reference voltage generation circuit 110, a comparator 111, and AND circuits 112, 113, 114. 115.
[0057]
  The logic circuit 108 sequentially outputs a high signal during an energization period of 120 degrees in electrical angle to each switching element in accordance with the logic combination of the output signals S1, S2, and S3 of the Hall ICs 89, 90, and 91.
[0058]
  The reference voltage generation circuit 110 outputs an analog voltage signal synchronized with the timing at which the logical combination of S1, S2, and S3 changes, that is, the edge period. The output of the comparator 111 is at a carrier frequency of 15.625 kilohertz. A signal having a duty ratio corresponding to the instantaneous value of the output voltage of the reference voltage generation circuit 110 is output.
[0059]
  As for the low potential side switching elements 94, 95, 96, the output of the logic circuit 108 is output as it is as the gate signals UN, VN, WN. For 94, 95, and 96, the signals subjected to pulse width modulation (PWM) according to the conduction ratio by the AND circuits 112, 113, and 114 during the ON signal period are reflected in the ON / OFF control as the gate signals UP, VP, and WP. Will be.
[0060]
  In addition, when the output voltage of the reference voltage generating circuit 110 is changed within an electrical angle of 120 degrees, the conduction ratio control means performs an operation of changing the conduction ratio within an electrical angle of 120 degrees. Is.
[0061]
  3A and 3B are waveform diagrams of output signals of the Hall ICs 89, 90, and 91 of the driving unit 63 according to the first embodiment. FIG. 3A shows the output S1 of the Hall IC 89, FIG. 3B shows the output S2 of the Hall IC 90, and FIG. The output voltage waveform of the output S3 of the Hall IC 91 is shown.
[0062]
  In this embodiment, the phase order of the three phases with respect to the rotation direction shown in the example is S3, S2, and S1, S2 is a waveform advanced by 120 electrical angles with respect to S1, and S3 has an electrical angle of 120 with respect to S2. The waveform is advanced.
[0063]
  Since the logic of any one of S1, S2, and S3 changes every 60 electrical angles, the output logic of the Hall ICs 89, 90, and 91 changes sequentially every 60 electrical angles. It is supposed to be.
[0064]
  FIG. 4 shows the voltage waveform of each output signal of the control circuit 100 of the inverter device of the first embodiment and the output voltage waveform of the reference voltage generation circuit 110, where (A) is UP, (A) is VP, (C) shows WP, (D) shows UN, (E) shows VN, (F) shows WN, and (G) shows an output voltage waveform of the reference voltage generation circuit 110.
[0065]
  In the first embodiment, the gate signals UP, VP, and WP of the high potential side switching elements 94, 95, and 96 are subjected to pulse width modulation by the action of the AND circuits 112, 113, and 114, and are shown in FIG. As described above, in this embodiment, the reference voltage generation circuit 110 has the timings t1, t2, and t3 at which the combination of output logics of the Hall ICs 89, 90, and 91 generated every 60 degrees of electrical angle changes....A signal corresponding to a conduction ratio of 100% is output during a period corresponding to an electrical angle of 20 degrees, and thereafter, a conduction ratio of 55% is output.
[0066]
  Therefore, as shown in (a), (b), and (c), the gate waveforms of the high potential side switching elements 50, 51, and 52 are the logic circuit 108 during the period of electrical angle of 240 degrees from t1 to t5. In the period of 120 degrees electrical angle from t5 to t7, the main power of the logic circuit 108 is the on signal during the period from t5 to t7, but due to the action of the conduction ratio control means 115, the period of 20 degrees electrical angle from t5 and t6 The electrical conduction ratio is 100% for the electrical angle period of 20 degrees and the electrical conduction ratio is 55% for the other periods.
[0067]
  FIG. 5 shows a waveform of a current flowing through the winding 83 of the inverter device according to the first embodiment.
[0068]
  The current of the U-phase winding 83 starts to flow in the positive direction when the high-potential side switching element 94 enters the ON period at t5. In particular, in Example 1, the current corresponds to an electrical angle of 20 degrees from t5. Since the conduction ratio during the period is 100%, the slope of rising of the current becomes large, and after 20 degrees of electrical angle, the conduction ratio decreases and the slope becomes small.
[0069]
  At t6, switching from the low-potential side switching element 99 to the low-potential side switching element 98 is performed. Immediately after that, the current in the V-phase winding 84 increases as in the first embodiment. Since it becomes large in the period of the first electrical angle of 20 degrees, the current of the winding rapidly rises, and as a result, the concave of the current waveform immediately after t6 can be reduced as compared with the prior art. It becomes.
[0070]
  Note that these conduction ratios are set freely within a range where the effect of improving the current waveform is sufficiently obtained.
[0071]
  Therefore, under the conditions of the same peak current, the first embodiment can supply a larger average current than the conventional technique, and the current waveform can be close to the induced electromotive force waveform of the winding. Therefore, the phase lag of the current due to the inductance of the winding and the concave are improved, and the improvement can also be achieved efficiently.
[0072]
  (Example 2)
  FIG. 6 shows a configuration diagram of the electric motor 120 in the second embodiment in which the electric motor 80 has higher performance than the first embodiment..
[0073]
  In FIG. 6, the driving means 120 is constituted by a stator 130 and a rotor 131. The stator 130 has a coil 133a on a tooth (tooth) portion of an iron core 132 formed by laminating silicon steel plates to a thickness of 20 mm. ˜l are provided, and the diameter is 180 mm.
[0074]
  The rotor 131 includes a cup-shaped iron core 135 formed by pressing an iron plate that operates as a back yoke that is a part of a magnetic path, and permanent magnets 134a to 134h using parallel-oriented ferrite magnets bonded to the surface of the iron core 135. The output shaft 136 has a diameter of 108 mm.
[0075]
  In the present embodiment, the permanent magnets 134a, 134c, 134e, and 134g are magnetized so that the N pole is on the outside, and the permanent magnets 134b, 134d, 134f, and 134h have the S pole on the outside. It is magnetized so that it comes out.
[0076]
  Hall ICs 137, 138, and 139 are also provided.
[0077]
  In the present embodiment, the Hall ICs 137, 138, and 139 are configured to output a high output when the surface of the opposing permanent magnet is the S pole, and output a low when the surface is the N pole. Yes.
[0078]
  If necessary, a heat-shrinkable resin tube or the like may be added to the rotor 79 in order to prevent the permanent magnets 134a to 134h from being scattered by centrifugal force. It may be provided outside and realize a robust configuration.
[0079]
  Further, in the present embodiment, the inner rotor configuration in which the stator 130 is disposed on the outer side and the rotor 131 is disposed on the inner side is not particularly limited to such a configuration. On the contrary, the rotor is disposed on the outer side of the stator. It is good also as an outer rotor structure provided in.
[0080]
  Further, in this embodiment, the front and back surfaces of each permanent magnet are formed so that the gap between the stator 130 and the rotor 131 is uniform.IsThe shape is a part of the concentric cylinder, but if you change the shape of each permanent magnet so that the gap is large at the end of the magnetic pole and reduce the cogging, the noise during operation can be reduced, For example, a high-quality electric washing machine that can be washed early in the morning or late at night is obtained.
[0081]
  FIG. 7 shows the connections of the coils 133a to l. As shown in FIG. 9, the windings 140, 141, and 142 are configured by connecting four windings in series. . In FIG. 9, the black circles on each winding indicate the polarity, and an N pole is generated on the inner (rotor side) surface of each tooth when a current is passed from the side with the black circle on each winding. It is provided so as to wind.
[0082]
  As described above, the electric motor 120 of the present embodiment has a configuration of 8 poles and 12 slots, but is not particularly limited to this configuration, and may have other pole numbers and slot numbers.
[0083]
  In this electric motor 120, the number of turns of the coils 133a to l is set to 300 turns so that when the DC voltage of the input of the inverter circuit 92 is 280 volts in an unloaded state, the washing is directly connected to the output shaft 136. The cum dewatering tank 1 can be driven at a speed of 880 revolutions per minute to dehydrate 8 kg of clothes.
[0084]
  On the other hand, at the time of washing in which the washing / dehydrating tub 60 is rotated, the washing / dehydrating tub 60 directly connected to the output shaft 136 is also driven to rotate at 150 rotations per minute. The torque has a large value of 4.75 Nm.
[0085]
  Incidentally, when the stirring blade 61 is rotationally driven, a mechanical switching operation is performed inside the clutch 64 and a deceleration action is added. Therefore, the speed of the motor 120 is equal to the speed of the stirring blade 61. At the same time, the output torque of the electric motor 120 becomes 1/6 of the stirring blade 61.
[0086]
  Therefore, since the stirring blade 61 is driven at 150 revolutions per minute, the electric motor 120 is driven at 900 revolutions per minute.
[0087]
  By adopting the above configuration, even when a large load is applied to the stirring blade 61, the torque output by the electric motor 120 is at most 5 Nm or less, and the required torque of the electric motor 120 is about 5 Nm at the maximum. Will be sufficient.
[0088]
  Therefore, even if the electric motor 120 is small, it is sufficiently practical and a small and low-cost washing machine can be realized.
[0089]
  In addition, the operation of rotating the washing and dewatering tub 60 to perform washing can be realized only by changing the open / close state of the actuator provided in the drain valve 36 because the dehydrating operation and the clutch 64 are in the same state. Therefore, there is an advantage that the structure of the clutch 64 can be relatively simple.
[0090]
  In the washing operation in which the washing / dehydrating tub 60 is rotated by the motor 120 by direct coupling, the speed is considerably low at 150 revolutions per minute and the torque is very large at 4.75 Nm. Although the loss tends to be particularly large and the efficiency of the motor 120 tends to be low, the current waveform supplied to the motor, which is a feature of the present invention, is improved, and the effective value of the current is small even under the same operating conditions. The efficiency can be maintained.
[0091]
  According to the experiments by the inventors, the efficiency of the electric motor 23 is 39.5% according to the conventional technique in a state where the washing and dewatering tub 60 is rotated under the conditions of 150 revolutions per minute and a torque of 4.75 Nm. However, in this embodiment, the waveform of the current supplied to the motor 80 is improved by the action of the conduction ratio control means 115, the effective value of the current under the same load condition is lowered, and as a result, the efficiency is 40. The input power of the washing machine was reduced from 211W to 4W to 207W.
[0092]
  That is, with respect to the copper loss that accounts for 90% or more of the loss of the electric motor 80 under the above load conditions, the loss is reduced by reducing the effective value of the current, and energy saving is achieved, and the peak current value is also increased. Since it was reduced by 8%, the peak value of the current value flowing through each switching element was reduced.
[0093]
  Accordingly, cost reduction, downsizing, weight reduction, and improvement in reliability can be achieved.
[0094]
  The electric motor 150 according to the second embodiment has a configuration in which each coil is wound around the tooth portion so that there is no mutual overlap between the coils. Wires can be easily insulated and the cost can be reduced by simplifying the insulation structure. In addition, the stator 130 can be divided into teeth, wound around each coil, and then combined into a circular shape. It is also possible to increase the ratio of copper content (copper space factor), and it is possible to achieve high efficiency by a synergistic effect with the fact that the required wire length can be reduced.
[0095]
  However, like the 8-pole 12-slot (12 coils) shown in the second embodiment, the ratio of the number of poles to the number of slots (number of coils) is 2 to 3, and the electrical angle of one coil is 120 degrees.
[0096]
  Therefore, if the permanent magnets 134a to 134h used are uniformly magnetized, the waveform of the induced electromotive force generated in each winding is after a constant induced electromotive force is generated for a period of 120 degrees. The 60 degree period will be almost zero.
[0097]
  In general, the power output (torque) generated by the electric motor is the sum of the products of the induced electromotive force generated in each winding and the flowing current value. In order to maximize the power output with respect to the effective value of the winding current, The current waveform is equal to the induced electromotive force waveform.TheBecome.
[0098]
  Therefore, when the ratio between the number of poles and the number of coils is 2 to 3 in the structure as in the second embodiment, ElectricIt is effective to use an energizing period of 120 degrees and adjust the current supplied during the energizing period to the timing of the induced electromotive force as much as possible. Moreover, bringing the current waveform close to the induced power waveform has a great effect on improving the efficiency of the motor.
[0099]
  (Example 3)
  Figure 8, RealThe circuit diagram of the drive means 63 in Example 3 is shown.
[0100]
  In FIG. 8, the configuration of the electric motor 80 is exactly the same as that of the first embodiment. In the configuration of the inverter circuit 150, the AND circuits 112, 113, and 114 used in the first embodiment are excluded. Unlike the first embodiment, AND circuits 151, 152, and 153 are provided and they are on the gate side of the low potential side switching elements 97, 98, and 99. Are those with an equivalent configuration.
[0101]
  FIG. 9 shows the voltage waveform of each output signal of the control circuit 100 of the driving means 63 of the second embodiment and the output voltage waveform of the reference voltage generating circuit, where (A) is UP, (A) is VP, (C) shows WP, (D) shows UN, (E) shows VN, (F) shows WN, and (G) shows an output voltage waveform of the reference voltage generating circuit 67.
[0102]
  In the third embodiment, the gate signals UN, VN, and WN of the low potential side switching elements 97, 98, and 99 are subjected to pulse width modulation by the operation of the AND circuits 151, 152, and 153. As described above, in this embodiment, the reference voltage generation circuit 110 has the timings t1, t2, and t3 at which the combination of output logics of the Hall ICs 89, 90, and 91 generated every 60 degrees of electrical angle changes....A signal corresponding to a conduction ratio of 50% is output during a period corresponding to an electrical angle of 14 degrees, and thereafter a conduction ratio of 35% is output.
[0103]
  Therefore, as shown in (a), (b), and (c), the gate waveforms of the low potential side switching elements 97, 98, and 99 are the logic circuit 108 during the electrical angle of 240 degrees from t1 to t5. The main circuit of the logic circuit 108 is an on signal during a period of 120 ° electrical angle from t5 to t7, but the period of 14 ° electrical angle from t5 and t6 by the action of the conduction ratio control means 115 during the period of 120 ° electrical angle from t5 to t7. The electrical conduction ratio is 50% during the period of electrical angle 14 degrees from the other, and the electrical conduction ratio is 35% during the other periods.
[0104]
  (Example 4)
  FIG., RealThe circuit diagram of the drive means 63 in Example 3 is shown.
[0105]
  In FIG. 10, the configuration of the electric motor 80 is exactly the same as that of the first embodiment, but in the configuration of the inverter circuit 160, first, AND circuits 112, 113, and 114 are provided similarly to the first embodiment. In addition to being in a state, AND circuits 151, 152, and 153 are additionally provided.
[0106]
  The NAND circuits 161 and 162 and the NOT circuit 163 are all logic circuits. When the output of the PN terminal is high, the low potential side switching elements 97, 98, and 99 are PWMed, and the output of the PN terminal is low. In this case, the action of PWMing the high potential side switching elements 94, 95, 96 is performed.
[0107]
  Further, the PN terminal is output in such a manner that high and low are alternated at every electrical angle of 60 degrees in synchronization with a signal to each AND circuit.
[0108]
  In addition, the logic circuit 164 outputs a signal with a phase advanced by 11 electrical degrees from the signals of the Hall ICs 89, 90, and 91 than in the first and second embodiments. The delay time from the previous signal is set as a value corresponding to a predetermined electrical angle, and the output corresponding to the logic of the next signal is preceded at the moment when the timer reaches the set time. It has become what is done.
[0109]
  FIG. 11 shows the output logic of the Hall ICs 89, 90, and 91 of the fourth embodiment, the voltage waveforms of the output signals of the control circuit 165, and the output voltage waveform of the reference voltage generation circuit 110. UP, (e) is VP, (f) is WP, (g) is UN, (g) is VN, (g) is WN, and (g) is an output voltage waveform of the reference voltage generation circuit 110.
[0110]
  In the fourth embodiment, the gate signals UP, VP, WP of the high potential side switching elements 94, 95, 96 and the low potential side switching elements 97, 98 are obtained by the action of the AND circuits 112, 113, 114, 151, 152, 153. , 99 gate signals UN, VN, WN are all subjected to pulse width modulation during the first electrical angle period of 60 degrees in the energization period of 120 degrees, and as shown in FIG. Is the timing t1, t2, t3 at which the combination of the output logics of the Hall ICs 89, 90, 91 generated every 60 degrees of the electrical voltage changes....A period corresponding to an electrical angle of 12 degrees is decreased with time from the conduction ratio of 50% to 35%, and a signal with a constant conduction ratio of 35% is output after the electrical angle of 12 degrees.
[0111]
  Therefore, the gate waveforms of the switching elements 97, 98, and 99 shown in (D) to (K) are turned off by the OFF signal of the logic circuit 164 during the electrical angle of 240 degrees, and the energization of the electrical angle of 120 degrees is performed. During the period, the main force of the logic circuit 164 is an ON signal. However, due to the operation of the conduction ratio control means 115, the conduction ratio is increased from 50% to 35% over the period from the start of the conduction period to the electrical angle of 12 degrees. After that, a constant conduction ratio of 35% is obtained during the period from the electrical angle to 60 degrees, and the period from the electrical angle of 60 degrees to 120 degrees is completely turned on.
[0112]
  FIG. 12A shows the current waveform flowing in the winding 83 of the inverter device of the fourth embodiment as a solid line, and shows the current waveform of the conventional technique as a broken line for comparison.
[0113]
  The current of the U-phase winding 83 starts to flow in the positive direction when the high-potential side switching element 94 is in the ON period, 22 electrical degrees ahead of t5. Since the waveform is generated at the timing advanced by the angle of 22 degrees, the influence of the delay due to the inductance can be almost completely eliminated.
[0114]
  In particular, in this embodiment, each switching element is controlled to turn on / off the first half of the 120 degree energization period at the conduction ratio and keep the on state for the subsequent 60 degrees. At the time of switching, the regenerative current to the DC power source 107 generated by the magnetic energy stored in the windings 84, 85, 86 can be suppressed, and thereby, the voltage jump of each phase of the motor 80 and the temporal change rate of the current waveform (DI / dt) can be suppressed, and thereby the noise of the apparatus can be reduced.
[0115]
  Further, (A) shows the induced electromotive force generated in the winding 83 by the permanent magnets 81 and 82 of the electric motor 80 of the present embodiment. As can be seen by comparing (A) and (A), In the present embodiment, since the on / off signal is output at an advanced phase, a current waveform that is very close to the induced electromotive force waveform is supplied.
[0116]
  This means that a large current is supplied during a period in which a high induced electromotive force is generated, and thus it can be seen that torque or machine output can be efficiently generated.
[0117]
  In this embodiment, the electric motor 80 has two poles, but may have the eight-pole configuration shown in the second embodiment.
[0118]
  In the fourth embodiment, when the electric motor 120 of the second embodiment is used instead of the electric motor 80, in the experiment by the inventors, the washing and dewatering tub 60 rotates under the conditions of 150 rotations per minute and a torque of 4.75 Nm. In the state in which the efficiency of the electric motor 23 is 39.5% in the conventional technique, the current ratio supplied to the electric motor 80 is improved by the action of the conduction ratio control means 115 in the present embodiment. The effective value of the current under the same load condition decreased, and as a result, the efficiency increased to 44.2%, and the input power of the washing machine was reduced from 211 W to 22 W to 189 W.
[0119]
  That is, with respect to the copper loss that accounts for 90% or more of the loss of the electric motor 80 under the above load conditions, the loss is reduced by reducing the effective value of the current, and energy saving is achieved, and the peak current value is also increased. Since it was reduced by 19%, the peak value of the current value flowing through each switching element was reduced.
[0120]
  Accordingly, cost reduction, downsizing, weight reduction, and improvement in reliability can be achieved.
[0121]
  In the first to fourth embodiments, the Hall IC is used as the position detection means. However, the present invention is not particularly limited to performing position detection by such magnetic detection. The optical plate that shines light on the rotating plate and detects the transmission and reflection by a light receiving element, and the induced electromotive force waveform is detected from the terminal voltage of the motor. There may be a so-called sensorless sensor that detects the position.
[0122]
  SpecialIn addition,For each of the three-phase motor terminals, there is an electrical angle of 60 degrees during which both the high-potential side switching element and the low-potential side switching element are off. Therefore, it is possible to secure a good position detection performance.
[0123]
【The invention's effect】
  According to the first aspect of the present invention,,waterA washing / dehydrating tub rotatably disposed in the receiving tub; drive means for driving the washing / dehydrating tub; and a water receiving tub cover covering the water receiving tub. A structure in which the washing liquid between the washing / dehydrating tub and the water receiving tub is discharged from between the washing / dehydrating tub and the water receiving tub cover toward the substantial rotation center of the washing / dehydrating tub by a pumping action caused by rotation. And the driving means includes an electric motor and an inverter circuit for supplying current to the electric motor, the electric motor includes a permanent magnet and a winding, and the inverter circuit includes a DC power source, a high potential side switching element, and a low potential. Side switching element and a control circuit, the high potential side switching element is connected between a positive terminal of the DC power source and an input terminal of the motor, and the low potential side switching element is a micro power source of the DC power source. The motor has a position detecting means for detecting the position of a movably provided permanent magnet, the motor has three phases, and the control circuit has a conduction ratio control. The control circuit receives a signal from the position detection means, and sequentially sets each of the switching elements to an energization period of 120 electrical degrees, and the low potential side switching element is turned on during the energization period. The high potential side switching element performs an on / off operation at a conduction ratio output from the conduction ratio control means, and the conduction ratio control means converts the conduction ratio to an electrical angle.Period shorter than 60 degreesWhen the washing / dehydration tub is rotated in the washing liquid by changing the pressure in the washing liquid, the centrifugal force generated by this rotation causes the washing liquid to move up the inner surface of the water receiving tub, and interlocks with the rotating washing / dehydration tub. And it can be made to discharge toward the substantial rotation center in a washing and dehydrating tank from between a washing and dehydrating tank and a water receiving tank cover. Therefore, regardless of the quality or quantity of the laundry in the washing / dehydrating tub, the washing liquid can be discharged to the rotation center of the washing / dehydrating tub and circulated throughout the laundry.
[0124]
  In particular, since the electric motor of the driving means operates efficiently, less electric energy is consumed, and the laundry can be washed without being damaged or entangled and without uneven washing. It will be a thing.
[0125]
  And claims2In particular, the invention described in claim1In the washing machine described above, the electrical angle 60 degrees in the first half of the energization period of 120 degrees is turned on and off at the conduction ratio output from the conduction ratio control means, and each switching element is turned on in the latter half of the electrical angle 60 degrees. The continuity ratio control means changes the continuity ratio within an electrical angle of 60 degrees in the first half so that when the washing and dewatering tub is rotated in the washing liquid, water is received by the centrifugal force generated by this rotation. The movement of the washing liquid rises on the inner surface of the tub and is discharged from the space between the washing / dehydrating tub and the water receiving tub cover toward the rotation center in the washing / dehydrating tub in conjunction with the rotating washing / dehydrating tub. be able to. Therefore, regardless of the quality or quantity of the laundry in the washing / dehydrating tub, the washing liquid can be discharged to the rotation center of the washing / dehydrating tub and circulated throughout the laundry.
[0126]
  And since the electric motor of the driving means operates efficiently, the electric energy consumed is small, the laundry is not damaged or entangled, the noise is low, and there is no uneven washing. Will be able to.
[0127]
  And claims3In particular, the invention described in claim1Or claims2The washing machine control circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the energization period of each switching element is configured to operate by a predetermined phase angle with respect to a signal input from the position detection means, thereby When the washing / dehydrating tub is rotated, the centrifugal force generated by this rotation causes the washing liquid to move up the inner surface of the water receiving tub, and the washing / dehydrating tub and water are linked to the rotating washing / dehydrating tub. It can be made to discharge toward the substantial rotation center in the washing and dewatering tank from between the receiving tank covers. Therefore, regardless of the quality or quantity of the laundry in the washing / dehydrating tub, the washing liquid can be discharged to the rotation center of the washing / dehydrating tub and circulated throughout the laundry.
[0128]
  In particular, since the electric motor of the driving means operates efficiently, less electric energy is consumed, and the laundry can be washed without being damaged or entangled and without uneven washing. It will be a thing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a washing machine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of the driving means.
FIG. 3 is an operation waveform diagram of the Hall IC (position detection means).
FIG. 4 shows the operation waveform of the control circuit.
FIG. 5 shows the current waveform of the motor.
FIG. 6 shows the configuration of the motor.
[Fig. 7] Connection diagram of motor windings
FIG. 8 is a circuit diagram of driving means in Embodiment 3.
FIG. 9 is an operation waveform diagram of the control circuit.
FIG. 10 is a circuit diagram of drive means in Embodiment 4.
FIG. 11 is an operation waveform diagram of the control circuit.
FIG. 12 shows the current waveform of the motor.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a conventional washing machine
FIG. 14 is a circuit diagram of the driving means.
FIG. 15 shows the output waveform diagram of the Hall effect IC.
FIG. 16 shows a driving waveform diagram of each switching element in the related art.
FIG. 17 shows the current waveform of the motor.
FIG. 18 is an enlarged view of a main part of a conventional washing machine.
[Explanation of symbols]
  60 Inside the water receiving tank
  61 Washing / Dehydrating Tank
  63 Drive means
  73 Water tank cover
  80, 120 electric motor
  92, 150, 160 Inverter circuit
  81, 82, 134a-134h Permanent magnet
  83, 84, 85, 140, 141, 142 windings
  93 DC power supply
  94, 95, 96 High potential side switching element
  97, 98, 99 Low-potential side switching element
  100, 165 control circuit
  89, 90, 91 Hall IC (position detection means)
  115 Conduction ratio control means

Claims

A washing and dewatering tub rotatably disposed in the water receiving tub; drive means for driving the washing and dehydrating tub; and a water receiving tub cover for covering the water receiving tub. The washing liquid between the washing / dehydrating tub and the water receiving tub is discharged from between the washing / dehydrating tub and the water receiving tub cover toward the approximate rotation center of the washing / dehydrating tub by a pumping action by rotating and driving. The driving means includes an electric motor and an inverter circuit that supplies current to the electric motor, the electric motor includes a permanent magnet and a winding, and the inverter circuit includes a DC power source, a high-potential side switching element, and a low-voltage switching element. A potential side switching element and a control circuit, wherein the high potential side switching element is connected between a positive terminal of the DC power source and an input terminal of the motor, and the low potential side switching element is a switch of the DC power source. Connected between the eggplant terminal and the input terminal of the electric motor, the electric motor has a position detecting means for detecting the position of a movably provided permanent magnet, the electric motor has three phases, and the control circuit has a conduction ratio control. The control circuit receives a signal from the position detection means, and sequentially sets each of the switching elements to an energization period of 120 electrical degrees, and the low potential side switching element is turned on during the energization period. The high potential side switching element performs an on / off operation at a conduction ratio output from the conduction ratio control means, and the conduction ratio control means changes the conduction ratio in a period shorter than an electrical angle of 60 degrees .

The electrical angle 60 degrees in the first half of the conduction period of 120 degrees performs the on / off operation at the conduction ratio output from the conduction ratio control means, and each switching element is kept in the on state at the electrical angle 60 degrees in the second half. The washing machine according to claim 1 , wherein the control means changes the conduction ratio within an electrical angle of 60 degrees in the first half.

The washing machine according to claim 1 or 2 , wherein the control circuit operates by energizing each switching element with a predetermined phase angle with respect to a signal input from the position detection means.