JP4379464B2

JP4379464B2 - 電気洗濯機

Info

Publication number: JP4379464B2
Application number: JP2006302367A
Authority: JP
Inventors: 和彦麻田; 光幸木内; 英樹両角
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: JP2007069015A

Description

本発明は、交流電源を整流する整流器の出力に接続したインバータ回路を有する電気洗濯機に関するものである。

従来、電気洗濯機は、特開平８−２２８４９７号に開示されているものがあり、この電気洗濯機は、３相の巻線を有するモータのステータに、３相６石で構成した電子整流回路
、すなわちインバータ回路を接続し、その出力電圧から電圧デジタル化回路を接続し、その出力を整流制御信号発生器に入力し、パルス幅変調制御手段と、モータ制御用マイクロコンピュータを設け、コンソールマイクロコンピュータ、すなわち操作表示回路によってユーザが選択した洗濯条件をモータ制御用マイクロコンピュータに命令する電子的電動機制御用の装置が示されている。
特開平８−２２８４９７号公報

しかしながら、上記従来の構成では、インバータ回路と、モータ制御用マイクロコンピュータ、および操作表示回路などの各構成要素を働かせるための電源については、一切記載がなく、したがって、例えば直流電圧を出力する同一の電源回路から各構成要素に対して、電源の供給がなされるものと考えられる。

また、インバータ回路は高周波のＰＷＭ（パルス幅変調）がなされることなどから、ノイズの発生源となるものであり、操作表示回路を同一の電源によって動作させた場合には、インバータ回路からのノイズが操作表示回路に接続した配線に回り込み、操作表示回路や配線からの輻射ノイズや交流電源入力ラインに乗り移り、伝導ノイズなどを交流電源に放出し、他の電気機器に障害を与える可能性があり、逆に例えばインパルスノイズや雷サージなどの外来ノイズにより、インバータ回路などの誤動作が起こりやすくなるという問題を有するものであった。

ここで、操作表示回路は、使用者がボタン等を操作する部分であることから、万一、操作部分に破損が生じた場合、交流電源に接続されているインバータ回路と同一電源に接続される操作表示回路が充電部となり、感電の心配があるという問題を有していた。

また、電源回路は、交流電源からの電力供給を受け、制御回路に電源を供給するものであるが、構成が複雑であり、またインバータ回路の入力電流を検知するための構成も複雑になるという問題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、電源回路を比較的簡単な構成で実現し、またインバータ回路の入力電流の検知も電流検知抵抗により比較的簡単な構成で実現できるようにすることを目的としている。

上記目的を達成するために本発明に係る電気洗濯機は、交流電源を整流する整流器の出力にコンデンサを接続し、整流器の出力に接続したインバータ回路を制御回路により制御し、制御回路に電源回路より電源を供給し、インバータ回路のマイナス入力端子と制御回路のマイナス端子と電源回路のＧＮＤ端子となる第１の端子を共通端子として接続するとともに、共通端子とコンデンサのマイナス端子の間に接続した電流検知抵抗を有し、電源回路は、直流電圧の入力端子である第２の端子と前記第１の端子との間の電圧を入力とするスイッチング電源とし、電源回路の第２の端子はコンデンサのプラス端子に接続し、電源回路の直流電圧の出力端子である第３の端子は制御回路に接続し、制御回路は、電源回路の前記第１の端子と前記第３の端子間に出力される直流電圧を供給されて動作するよう構成したものである。

これにより、電源回路を比較的簡単な構成で実現でき、またインバータ回路の入力電流の検知も電流検知抵抗により比較的簡単な構成で実現することができる。

本発明の電気洗濯機は、電源回路のＧＮＤ端子となる第１の端子を入力と出力の共通端子とした比較的簡単な構成とすることができ、また電流検知抵抗により、インバータの入力電流の検知を行うこともでき、比較的簡単な構成で実現することができる。

第１の発明は、交流電源と、前記交流電源を整流する整流器と、前記整流器の出力に接続したコンデンサと、前記整流器の出力に接続したインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路と、前記制御回路に電源を供給する電源回路とを備え、前記インバータ回路のマイナス入力端子と前記制御回路のマイナス端子と前記電源回路のＧＮＤ端子となる第１の端子を共通端子として接続するとともに、前記共通端子と前記コンデンサのマイナス端子の間に接続した電流検知抵抗を有し、前記電源回路は、直流電圧の入力端子である第２の端子と前記第１の端子との間の電圧を入力とするスイッチング電源とし、前記電源回路の前記第２の端子は前記コンデンサのプラス端子に接続し、前記電源回路の直流電圧の出力端子である第３の端子は前記制御回路に接続し、前記制御回路は、前記電源回路の前記第１の端子と前記第３の端子間に出力される直流電圧を供給されて動作するよう構成したものであり、電源回路の第１の端子を入力と出力の共通端子とした比較的簡単な構成とすることができ、また電流検知抵抗により、インバータの入力電流の検知を行うこともでき、比較的簡単な構成で実現することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、電源回路は、第１の端子と第２の端子との間にデカップリングコンデンサを有するものであり、電流検知抵抗により、インバータの入力電流の検知を行うこともできる電気洗濯機を実現することができ、加えて、電源回路に入力される電圧を安定とし、かつデカップリングコンデンサから電源回路に流れる高周波リプル電流が供給されるようになるため、電流検知抵抗に流れる高周波リプル電流を低減させて、精度の高い電流検知が可能となる。

以下、本発明の実施の形態に付いて、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、交流電源１は、１００Ｖ６０Ｈｚの商用電源であり、この交流電源１を整流器２により整流する。整流器２の出力にそれぞれ５６０μＦの静電容量を有し、２５０Ｖの耐圧を有する電解コンデンサ３、４を接続し、整流器２の出力にトランスファーモールドされたＤＩＰ形のインテリジェントパワーモジュールを用いて構成したインバータ回路５を接続している。

制御回路６はインバータ回路５を制御するものであり、この制御回路６と操作表示回路７に電源回路８より電源を供給している。インバータ回路５の出力には、３相の電機子巻線９、１０、１１を有する直流ブラシレスモータで構成した電動機１２を接続している。

ここで、電源回路８は、後述するように、２本の２次巻線を有するトランス１３、整流用のダイオード１４、１５、１６、電解コンデンサ１７、１８、１９を有する構成としており、制御回路６と操作表示回路７には別々の２次巻線２０、２１から電源を供給し、操作表示回路７は電気的に絶縁された状態としている。

操作表示回路７は、表示用として例えば発光ダイオードおよび７セグメント表示器、または液晶表示器などと、操作用にメンプレン樹脂の下方に設けたモーメンタリスイッチを有し、使用者が洗濯のコースや時間などの設定を行い、また運転状態の表示、残り時間の表示などを行うものである。

通信回路２２は、例えばフォトカプラを用いることにより、制御回路６と操作表示回路
７の間の通信を行うものであり、電気的な絶縁を確保しながら、３本のデジタル信号を送受信する構成となっている。なお、フォトカプラ以外にも、例えばパルストランスを用いたものであってもよく、また光ファイバーを用いてデータの伝送を行うものなどについても、本実施の形態と同様に、電気的な絶縁を確保しつつ、データのやり取りがなされるものである。

ブートストラップ回路２３、２４、２５は、インバータ回路５内の高電位側スイッチング素子の駆動電源を供給するもので、インバータ回路５内の低電位側スイッチング素子がオン状態となっている期間に、コンデンサ１８からの電流供給により、ＶＵＦＢ−ＶＵＦＳ間に約１５Ｖの直流電圧が供給され、これが高電位側スイッチング素子であるＩＧＢＴのゲート、エミッタ間に印加されてオンさせることができる。Ｖ相とＷ相に関しても同様である。

以上の構成によって、本実施の形態では、交流電源１の出力電圧が、整流器２とコンデンサ３、４によって倍電圧整流され、インバータ回路５のＰ−Ｎ端子間に約２８０Ｖの直流電圧が供給され、制御回路６からインバータ回路５に順序よく信号が出力されることにより、洗濯、すすぎ、脱水が順次行われ、それによって全自動の電気洗濯機として動作するものとなる。

ここで、本実施の形態においては、インバータ回路５とは電気的に絶縁されたものとなることから、この間の配線に外来ノイズが乗った場合のインバータ回路５の誤動作などが防止できる。また、インバータ回路５と操作表示回路７の間の配線が１メートル程度になることがあるが、そのような場合においても、その配線にインバータ回路５からの雑音が乗り、ちょうどアンテナとして動作することにより、装置内および装置外への輻射ノイズの発生の低下を実現することも可能となり、また装置内に輻射されたノイズが再度交流電源１に接続される電源コードなどに静電結合や電磁結合などで漏れ出すことにより、伝導ノイズ（雑音端子電圧）が大きくなるということも効果的に防止することができる構成となっている。

また、インバータ回路５と操作表示回路７の間の配線の絶縁が万一破られた場合などについても、その配線部分が交流電源１とは、電気的に絶縁した状態になっていることから、感電等の心配がないものとなり、安全性の高い電気洗濯機が実現される。

（実施の形態２）
図２に示すように、電源回路２６は、フライバックコンバータとして動作するスイッチング電源２７を設けており、１次巻線２８、２次巻線２９、３０、３１を備え、約１００ｋＨｚで動作する高周波のトランス３２を設け、１次巻線２８と直列には、ＭＯＳＦＥＴを使用したスイッチング素子３３を接続し、コンデンサ４の両端から約１４０Ｖの直流電圧を受けて動作するよう構成している。

ダイオード３４、３５、３６は、各２次巻線の出力を整流するもので、さらにその出力には電解コンデンサ３７、３８、３９によりリプル電圧を低減している。

本実施の形態は、フライバック方式をとっていることから、スイッチング素子３３がオフの期間中に、ダイオード３４、３５、３６を通じて、コンデンサ３７、３８、３９の充電が行われる。

ここで、２次巻線２９、３０は直列に接続されているが、２次巻線３１は、２次巻線２９、３０とは電気的な接触がなく、したがって制御回路６とは電気的に絶縁された電源出力を操作表示回路７に出力する構成としてもよい。

また、インバータ回路５のマイナス入力端子Ｎを共通端子、すなわちＧＮＤ端子とし、ここに制御回路６のマイナス端子、すなわちＧＮＤ端子を接続し、さらに電源回路２６の第１の端子ｄを共通端子として接続している。

また、共通端子とコンデンサ４のマイナス端子の間には、０．２２Ωの抵抗値を持った金属皮膜形の電流検知抵抗４０を接続し、電源回路２６を構成するスイッチング電源２７は、第２の端子と第１の端子ｄとの間に約１４０Ｖの直流電圧を入力している。

そして、電源回路２６の第２の端子ａはコンデンサ４のプラス端子に接続し、制御回路６は、電源回路２６の第１の端子ｄと第３の端子ｃの間に出力される５Ｖの直流電圧を供給されて動作する。

また、制御回路６と操作表示回路７の間に電気的な絶縁を確保しつつデジタルのデータ通信を行う通信回路２２を設けている。電動機１２は、上記実施の形態１と同様に、インバータ回路５の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されており、３相とした電機子巻線９、１０、１１を設けている。

電流検知回路４１は、電流検知抵抗４０の左側の端子から、電流に応じて発生する電圧値をＲ端子から入力するものであり、これをピークホールドすることにより、電動機１２に流れる電流のピーク値に比例したアナログの電圧出力をＡＤ端子から制御回路６へと出力するよう構成している。他の構成は上記実施の形態１と同じである。

以上の構成により、上記実施の形態１と同様に、交流電源１の出力電圧が整流器２とコンデンサ３、４によって倍電圧整流され、インバータ回路５のＰ−Ｎ端子間に約２８０Ｖの直流電圧が供給され、スイッチング電源２７を用いた電源回路２６からは、制御回路６と操作表示回路７に別々の２次巻線から電気的に絶縁された電源が供給され、制御回路６からインバータ回路５に順序よく信号が出力されることにより、洗濯、すすぎ、脱水が順次行われ、全自動の電気洗濯機として動作する。

また、例えば布量が過大となった場合などでは、電流検知抵抗４０の両端間に発生する電圧のピーク値に応じた高い出力電圧が電流検知回路４１のＡＤ端子から制御回路６に出力され、制御回路６はインバータ回路５に対してＰＷＭのデューティ値を低下させるというフィードバック制御を行うことにより、インバータ回路５および電動機１２に過大な電流を流れるのを防ぎながら動作が行われる。

なお、本実施の形態においては、スイッチング電源２７を用いて電源回路２６を構成した上、高周波用のトランス３２の２次巻線を制御回路６と操作表示回路７に別々に設け、電気的に絶縁した構成としており、通信回路２２も電気的絶縁を確保しつつデジタル信号の伝送が行えるものを使用しているが、このような構成とせずに、例えば同一の巻線から制御回路６と操作表示回路７の電源を並列にして取り出した構成についても、特に電源回路２６の構成を比較的簡単なものとしながら、電流検知抵抗４０の両端からインバータ回路５の入力部分での電流検知が比較的簡単な構成で行えるという効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図３に示すように、デカップリングコンデンサ４２は、０．０３３μＦの静電容量を有するメタライズドポリエステル形コンデンサで構成し、スイッチング電源２７の第１の端子ｄと第２の端子ａの間に接続している。他の構成は上記実施の形態２と同じである。

図４は、電流検知抵抗４０に流れる電流のループについて図示した部分的な回路図である。図４に示すように、インバータ回路５は、Ｐ端子とＮ端子間にコンデンサ３、４の直列回路の両端電圧ＶＣ２が直流の約２８０Ｖで印加されており、インバータ回路５が働くことにより、破線太線で示したＩＩＮＶの電流がコンデンサ３、４、インバータ回路５、電流検知抵抗４０を通じて流れる。

一方、スイッチング電源２７により構成した電源回路２６は、第１の端子であるｄ端子（ＧＮＤ１）が入力と出力について共通端子としていることにより、スイッチング電源２７内部の回路構成が簡単、低コストのものとしながらも、出力電圧の安定性については、内部に別段の絶縁のためのフォトカプラなどを設けずとも、直接スイッチング素子３３に接続してフィートバック制御をすることが可能となり、精度の高い定電圧特性を有する電源回路２６が実現できる。

しかし、そのために、図４に示すように、１次巻線２８とスイッチング素子３３を通じて流れる１次電流は、コンデンサ４、電源回路２６を通して、電源回路２６のｄ端子から電流検知抵抗４０を流れるルートとなり、したがって、電流検知回路４１によって電流検知抵抗４０の左側端子の電圧を検知することにより、インバータ回路５に流れる電流ＩＩＮＶを検知しようとしても、電源回路２６の１次電流の分だけ誤差が生ずるものとなる。

ただし、一般にインバータ回路５に流れる電流値ＩＩＮＶの大きさに対して、電源回路２６は消費される電力（ワット値）が小さいことから、平均値的には、電源回路２６の１次電流による誤差の比率は低いものとなる。

しかし、一般のインバータ回路においては、よく使用されるＰＷＭ制御のインバータ回路５としている場合、電動機１２の電流を検知しようとして、電流検知抵抗４０の電圧のピーク値（極性上はボトム値となる）を検知すると、電源回路２６を構成しているスイッチング電源２７の動作周波数である１００ｋＨｚや、その高調波成分のピーク値が加わり、結果的に電流検知回路４１の動作上、大きな誤差を生ずるものとなる。

ここで、デカップリングコンデンサ４２が、特に高周波成分に対してバイパスさせる作用を持ち、それによって、電源回路２６のスイッチング動作によって発生する急峻なピーク電流が、電流検知抵抗４０に流れるのを防止するという働きが生まれ、それによって電流検知回路４１において、精度の高い電流検知が可能となり、例えば過電流が流れた場合のインバータ回路５の停止による保護動作が誤動作し、正常時に電動機１２の回転が停止してしまうというような不具合も防止することができる。

なお、本実施の形態においては、デカップリングコンデンサ４２は、０．０３３μＦの静電容量のものを使用しているが、電源回路２６の１次電流に含まれる高周波分の含有度合いや、例えば本実施の形態において、電流検知回路４１内に設けたノイズ防止用のフィルタ回路などにより、必要な応答性などを考慮した上で、最適値に決定すればよい。

また、本実施の形態においては、電源回路２６を倍電圧整流している低電位側にあるコンデンサ４のプラス端子に第２の端子が接続された構成としていることにより、約１４０Ｖの電圧を入力して動作させているが、特に倍電圧とした低電位側のコンデンサ４の電圧を電源回路２６の入力電圧とする必要があるというものではなく、例えば高電位側コンデンサ３のプラス端子に電源回路２６の第２の端子ａを接続して接続して、約２８０Ｖの直流電圧を入力させるという構成においても、同様に効果を得ることができる。

なお、上記実施の形態１〜３においては、電動機１２の構成として直流ブラシレスモータと呼ばれるロータに永久磁石を使用したものを使用しているが、特にこのような構成に
限定されるというものではなく、インダクションモータ、スイッチトリラクタンスモータ、ヒステリシスモータと呼ばれるような構成のものであってもよく、要するにインバータ回路５から駆動されるものであれば、いかなる構成の電動機であっても、効果は同じである。

また、各実施の形態においては、インバータ回路５と電動機１２は、いずれも３相の構成のものを用いているが、特に３相に限定するというものでもなく、例えばインバータ回路５を高電位側スイッチング素子２石と低電位側スイッチング素子２石の合計４石の構成として、電動機１２も単相の巻線を設けているものを使用してもよい。

以上のように、本発明にかかる電気洗濯機は、電源回路を比較的簡単な構成で実現でき、またインバータ回路の入力電流の検知も電流検知抵抗により比較的簡単な構成で実現することができる電気洗濯機として有用である。

本発明の第１の実施の形態の電気洗濯機の一部ブロック化した回路図本発明の第２の実施の形態の電気洗濯機の一部ブロック化した回路図本発明の第３の実施の形態の電気洗濯機の一部ブロック化した回路図同電気洗濯機の電流検知抵抗に流れる電流を説明する要部回路図

１交流電源
２整流器
３コンデンサ
４コンデンサ
５インバータ回路
６制御回路
７操作表示回路
８電源回路
１３トランス
２０２次巻線
２１２次巻線

Claims

交流電源と、前記交流電源を整流する整流器と、前記整流器の出力に接続したコンデンサと、前記整流器の出力に接続したインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路と、前記制御回路に電源を供給する電源回路とを備え、前記インバータ回路のマイナス入力端子と前記制御回路のマイナス端子と前記電源回路のＧＮＤ端子となる第１の端子を共通端子として接続するとともに、前記共通端子と前記コンデンサのマイナス端子の間に接続した電流検知抵抗を有し、前記電源回路は、直流電圧の入力端子である第２の端子と前記第１の端子との間の電圧を入力とするスイッチング電源とし、前記電源回路の前記第２の端子は前記コンデンサのプラス端子に接続し、前記電源回路の直流電圧の出力端子である第３の端子は前記制御回路に接続し、前記制御回路は、前記電源回路の前記第１の端子と前記第３の端子間に出力される直流電圧を供給されて動作するよう構成した電気洗濯機。
電源回路は、第１の端子と第２の端子との間にデカップリングコンデンサを有する請求項１記載の電気洗濯機。