JP4851913B2 - 保護機能付負荷駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、洗濯機、乾燥機を含む家庭用電気機器等の電源回りである保護機能付負荷駆動装置に関する。

保護機能付負荷駆動装置は、例えば、特開昭６２−８８４２４号公報（特許文献１）に示すように負荷用リレーの接点磨耗の保護が講じられている。また、特開２００１−３００１８７号公報（特許文献２）には、マイクロコンピュータ、半導体スイッチング素子、電源リレーを備えた電気洗濯機が記載されている。

特開昭６２−８８４２４号公報 特開２００１−３００１８７号公報

上記特許文献１は、負荷用リレーの接点の開放を遅延させ、先に半導体スイッチング素子をオフさせることにより、接点がアークによって磨耗するのを防止している。

半導体スイッチング素子のサージ電圧対策については、何ら考慮されていない。制御部のＣＰＵに機能不良が生じたときは、半導体スイッチング素子（ＦＬＳ）や負荷用リレーの通電を同時にオフするようになっている。

ＦＬＳは、ゼロクロスで通電がゼロになるので、電流が切れるまでに最大１０ｍｓの時間がかかる。この間にＦＬＳの耐電圧を超える高いサージ電圧がＦＬＳに印加してＦＬＳが破損する恐れがある。

本発明は、上記の問題に鑑み、高いサージ電圧の発生を抑えて半導体スイッチング素子（ＦＬＳ）の破損防止を図った保護機能付負荷駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、交流を含む電源と、前記電源にリレーの開閉接点を介して接続される負荷と、前記リレーの開閉接点、および負荷に直列接続される半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子、および前記リレーのコイルに流す通電を制御するＣＰＵを備えた制御部と、前記リレーのコイルに接続され、コイルの通電をオン・オフするリレー用スイッチングトランジスターとを有し、前記リレー用スイッチングトランジスターのベース、および前記半導体スイッチング素子のゲートは、それぞれが前記制御部の出力ポートに接続されている保護機能付負荷駆動装置において、前記制御部は、前記ＣＰＵに機能不良が生じたときは、前記半導体スイッチング素子、および前記前記リレーの通電を同時に停止させるオフ信号を出力する機能を有し、前記ベースと前記出力ポートとの間に遅延回路を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、半導体スイッチング素子（ＦＬＳ）の破損防止を図ることができる。

本発明の保護機能付負荷駆動装置をドラム式洗濯機に採用した実施例について、図を引用して以下に説明する。

図１に示すドラム式洗濯機の概要から述べる。

図１に示すように、ドラム式の洗濯乾燥機は、外枠筐体１の内側に有底円筒形状の外槽２が置かれる。

外枠筐体１の外形寸法は、丈Ｈが１１００ｍｍ、前側の幅Ｗが６５０ｍｍ、奥行きＤが
６１０ｍｍである。この外形寸法は、洗濯容量が８〜１０ｋｇ、乾燥容量が６〜８ｋｇの
場合である。洗濯容量、乾燥容量が変わると、洗濯ドラム槽の大きさも変わるため外形寸
法は変わる。

外槽２は、中央より後寄りが複数個のサスペンション３により下方から支持される。ま
た外槽２は、その上部から引きバネ４により吊り下げ支持される。

サスペンション３は、外槽２を含む全重量を支持するものであり、強固な弾性支持構成
を有し、外枠筐体１の外枠ベース２０に固定されている。特に脱水運転時に生じる外槽２
の強い上下振動を吸収し、脱水起動時に発生する外槽２の異常振動を防止するための減衰
機構などが設けられている。

サスペンション３の取付け位置は、外槽２のほぼ重心位置に設けられる。外槽２は、後端側が下になるように傾斜するように設けられているので、サスペンション３を後側に位置させるサスペンション３の高さが低くなる。サスペンション３のストロークが少なくなる。このため、サスペンションの減衰機能を維持する上で、サスペンション３の取付け位置は外槽２のほぼ中心側に位置した方が、後方に位置するよりも望ましい。また、外槽２の上部から吊り下げ支持する引きバネ４は、外槽２の倒れ防止を兼ねた支持や脱水時の上下・左右振動を低減するために設けられている。

外枠筐体１の上側内部には、給水電磁弁６、洗剤投入ケース８が設けられる。洗剤投入ケース８は、注水ホース７により給水電磁弁６と連通接続される。給水電磁弁６には、給水ホース５が接続される。給水ホース５の先端は水道の蛇口（図示せず）に接続される。洗濯やすすぎ時には、給水電磁弁６が開放操作され、注水ホース７から洗剤投入ケース８に洗濯やすすぎに必要な水が供給される。

洗剤投入ケース８には、洗濯に必要な洗剤が投入される。また、すすぎ時に、洗濯物の仕上がりを良くするための柔軟仕上げ剤が洗剤投入ケース８に設けられた仕上げ剤を溜めるケース部に投入され、必要な時に外槽２に自動的に投入される。すなわち、洗濯時に、注水ホース７から供給された水により、洗剤投入ケース８内で洗剤が溶かされ、フレキシブルホース１０を流れて外槽２の上部から内部に投入される。

洗濯ドラム槽１１は、外槽２に回動自在に内置される。前側に投入口が設けられた有底円筒形を有する洗濯ドラム槽１１は、前端を外枠筐体１の前側に向け、後端を外枠筐体１の後側に向けるように配置される。洗濯ドラム槽１１が内置される外槽２も外枠筐体１の前側に向け、後端を外枠筐体１の後側に向けるように配置される。

外槽２と洗濯ドラム槽１１は、円筒形の軸心線が同心になるように置かれ、かつ洗濯ドラム槽１１の投入口１１ａと外槽２の投入口１１ｂが外枠筐体１の前側に設けられている投入口１１ｃに臨むように配置される。外槽２と洗濯ドラム槽１１は、投入口が設けられている前端側の方を上に、後端側の方を下になるように傾斜させて配置される。この傾き角度（水平線に対する軸心線の角度）θは、１５度である。洗濯物の取り出しなどから１５度程度の傾き角度が望ましいが、（５〜３０）度程度の範囲内で傾き角度θを選択できる。

外枠筐体１は、投入口１１ｃを開閉される外蓋１２が備えられる。洗濯ドラム槽１１に
洗濯物の出し入れする際に外蓋１２の開閉が行なわれる。

ベローズ２１は、外枠筐体１の投入口１１ｃの口縁部と、外槽２の投入口１１ｂの内縁
部に水密的に取付けられる。このゴム（弾性体）で出来ているベローズ２１により、外枠
筐体１と外槽２の間の水密は保たれる。外蓋１２は、内側がベローズ２１に密着するので
、外枠筐体１の投入口１１ｃから外部への漏水は生じない。

洗濯ドラム槽１１は、バランサー１３を有する。バランサー１３の内周側が前述した投入口１１ａになっている。このバランサー１３により、脱水時の振動は低減される。また、洗濯ドラム槽１１は、円筒部に複数の脱水穴１４を有する。脱水時に、洗濯物に含まれている水分が脱水穴１４により遠心力で外槽２内に脱水される。

洗濯ドラム槽１１の円筒部には、内周に複数１６が設（３本）のリフターけられる。このリフター１６は、軸心線（回転軸心線）の方向に沿って延在する。リフター１６の高さは、通常は長手方向に亘ってほぼ同じ高さである。奥側に位置する洗濯物の動きを良くするため、リフター１６は洗濯ドラム槽１１の回転軸心に対してほぼ水平（下側に位置した際での水平）とすることも可能である。複数のリフター１６は、例えば３本の場合、１２０度の等間隔で配置される。

ＤＣブラシレスモータ１９は、外槽２の後部外面に取り付け固定される。このＤＣブラ
シレスモータ１９は、洗濯ドラム槽１１を回転駆動する駆動源である。

洗濯ドラム槽１１は、円筒部の底側である後端にフランジ１７を有する。フランジ１７
に設けた主軸１８は１９の、ＤＣブラシレスモータロータ側に結合される。こうして、洗
濯ドラム槽１１は、駆動源のＤＣブラシレスモータ１９を介して外槽２に回転自在に支持
される。

排水路の排水ホース２３は、外槽２の後下部に連通するように設けられる。この排水路には、排水弁２２が設けられる。排水電磁弁２２を開放操作することにより、外槽２に溜まっている洗濯水やすすぎ水２３を通は、排水ホース２３を通じて機外に排水される。排水路の排水ホース２３は、外枠ベース２０を貫通して下流側の先端は家屋の排水穴に挿入される。

次に本発明の保護機能付負荷駆動装置を備えたドラム式洗濯機の制御回路に関する実施例について図２を引用して説明する。

交流の電源４０は，商用電源の１００Ｖである。電源回路４１は交流を直流に変換する。電源回路４１で変換される直流電圧は１２Ｖ、５Ｖ等の各種電圧を含む。制御部４２は、マイクロコンピュータのＣＰＵを含む。

負荷４３は、前述したＤＣブラシレスモータ１９、給水電磁弁６、排水弁２２を含む。リレー４４は、開閉接点４４ａ、コイル４４ｂを有する。リレー４４のコイル４４ｂに励磁の電流が通電されると、リレー４４の開閉接点４４ａは閉成し、通電が切れると開閉接点４４ａは開く。

ＤＣブラシレスモータ１９、給水電磁弁６、排水弁２２の負荷４３は、開閉接点４４ａを介して電源４０に接続される。また、半導体スイッチング素子４５、半導体スイッチング素子４６、半導体スイッチング素子４７は、それぞれがＤＣブラシレスモータ１９、給水電磁弁６、排水弁２２、および開閉接点４４ａに直列接続される。

リレー４４の開閉接点４４ａは、ＤＣブラシレスモータ１９、給水電磁弁６、排水弁２２の負荷４３に対する共通接点でなっているので、負荷４３の開閉を一括して行なうことができる。

半導体スイッチング素子のゲート４５、４６、４７のゲートは、それぞれが制御部４２の出力ポート４８、４０、５０に接続されている。制御回路４２の出力ポート４８、４０、５０から出力されるオン信号が半導体スイッチング素子のゲート４５、４６、４７のゲートに印加されると、個々の半導体スイッチング素子がターンオンし、ＤＣブラシレスモータ１９、給水電磁弁６、排水弁２２の負荷４３に通電される。

逆に出力ポート４８、４０、５０のオン信号がオフ信号（オン信号がオフになる）になると、半導体スイッチング素子はターンオフし、ＤＣブラシレスモータ１９、給水電磁弁６、排水弁２２の負荷４３には通電されなくなる。

リレー用スイッチングトランジスター５２は、リレー４４のコイル４４ｂに流れる励磁の電流を制御する。コイル４４ｂとリレー用スイッチングトランジスター５２は、直列になって電源回路４１に接続される。

遅延回路５３はコンデンサー５４と抵抗５５のＣＲ回路を含む。この遅延回路５３を介してリレー用スイッチングトランジスター５２のベースは、制御回路４２の出力ポート５１に接続される。

出力ポート５１からオン信号が出力されると、リレー用スイッチングトランジスター５２はターンオンし、リレー４４のコイル４４ｂが励磁され、開閉接点４４ａが閉成される。

次に制御部４２の動作に機能不良が生じたときの動作について図３、図４を引用して説明する。

制御部４２は、ＣＰＵが暴走したり、フリーザしたりすることに伴う作動機能不良が生じたときに、出力ポート４８、４０、５０、５１のオン信号が挙ってオフ信号に切り替わるように構成されている。

図３に示すように、出力ポートの信号がオフになると、半導体スイッチング素子（ＦＬＳ）に印加されるゲート信号もオンからオフに替わる。ＦＬＳは、負荷電流のターンオフが直ぐには行なわれず、最大で１０ｍｓ程度遅れてゼロクロスのところでターンオフする。

ＦＬＳのターンオフの遅れを見込んで、リレー４４の開閉接点４４ａが遅延して開放するようにしたところが、本実施例の特徴である。

図４に示すように、リレー用スイッチングトランジスター５２のベースに印加されていた出力ポート５１のオン信号がオフすると、遅延回路５３のコンデンサー５４にチャージされていた電荷が抵抗５５を介して放電される。

この放電により、リレー用スイッチングトランジスター５２のベースの電位が１２Ｖから０Ｖに降下してリレー用スイッチングトランジスター５２はターンオフする。

リレー用スイッチングトランジスター５２のターンオフにより、コイル４４ｂの励磁が失われてリレー４４の開閉接点４４ａが遅延開放する。

リレー４４の開閉接点４４ａは、ＦＬＳの負荷電流がターンオフしてから開かれるので、負荷を含む回路でのサージ電圧発生を抑えることができる。サージ電圧の発生が抑えられるので、ＦＬＳの破損を防ぐことができる。

サージ電圧は、ＦＬＳの耐圧電圧６００Ｖを超える１０００Ｖに達する。遅延回路５３の遅延時間を１秒程度にすることにより、ＦＬＳのターンオフ遅れやＬ（インダクタンス）分の負荷による過度現象等の振動が収まってからリレー４４の開閉接点４４ａが開かれる。このため、サージ電圧に対するＦＬＳの保護対策は十分に行なわれる。

これまでは、遅延回路５３を設ける代わりに、負荷にサージ電圧を吸収する保護用コンデンサーを備えたり、ＦＬＳにサージ電圧より保護する保護回路を設けたりして対策していた。

この保護対策は、負荷毎、ＦＬＳ毎に設けなければならなかった。また、サージ電圧のピーク電圧は、負荷容量に応じて異なるので対応が複雑で容易でなかった。

これに対し、リレー用スイッチングトランジスター５２のベースに遅延回路５３を設けることにより、極めて簡単に、かつ確実にＦＬＳのサージ電圧対策を実現できた。

上記実施例は、ドラム式洗濯機を実施例として挙げたが、本発明の保護機能付負荷駆動装置は、種々の家庭用電気機器に適用できる。

本発明の実施例に係るもので、ドラム式洗濯機の概略図である。 本発明の実施例に係るもので、保護機能付負荷駆動装置を備えたドラム式洗濯機の制御回路を示す図である。 本発明の実施例に係るもので、ＦＬＳの動作を説明するための図である。 本発明の実施例に係るもので、遅延回路の動作を説明するための図である。

符号の説明

４０…電源、４４…リレー、４４ａ…開閉接点、４３…負荷、４５〜４７…半導体スイッチング素子、４４ｂ…コイル、４１…制御部、５２…リレー用スイッチングトランジスター、４８〜５１…出力ポート、５３…遅延回路。

Claims (3)

1. 交流を含む電源と、前記電源にリレーの開閉接点を介して接続される負荷と、前記リレーの開閉接点、および負荷に直列接続される半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子、および前記リレーのコイルに流す通電を制御するＣＰＵを備えた制御部と、前記リレーのコイルに接続され、コイルの通電をオン・オフするリレー用スイッチングトランジスターとを有し、
   前記リレーの開閉接点、前記負荷、および前記半導体スイッチング素子が直列になって前記電源に接続され、
   前記リレー用スイッチングトランジスターのベース、および前記半導体スイッチング素子のゲートは、それぞれが前記制御部の出力ポートに接続されている保護機能付負荷駆動装置において、
   前記制御部は、前記ＣＰＵに機能不良が生じたときは、前記半導体スイッチング素子、および前記リレーの通電を同時に停止させるオフ信号を出力する機能を有し、
   前記ベースと前記出力ポートとの間に遅延回路を設け、前記ＣＰＵに機能不良が生じてオフ信号が出力されたときに前記遅延回路の遅延により前記半導体スイッチング素子のターンオフ遅れや負荷による過度現象の振動が収まってから前記リレー用スイッチングトランジスターがオフ作動することを特徴とする保護機能付負荷駆動装置。
2. 請求項１記載の保護機能付負荷駆動装置において、
   前記遅延回路は、コンデンサと抵抗よりなるＣＲ回路であることを特徴とする保護機能付負荷駆動装置。
3. 請求項１記載の保護機能付負荷駆動装置において、
   Ｌ分の前記負荷と前記半導体スイッチング素子が直列になっている負荷の回路を複数並列に備え、この複数並列になっている前記負荷の回路が前記リレーを介して前記電源に接続されていることを特徴とする保護機能付負荷駆動装置。

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