JP7449847B2 - 洗濯機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転槽内に投入された洗濯物の布量を検知する洗濯機に関する。

回転槽の内底部にパルセータを備えている所謂縦型の洗濯機では、回転槽内に投入された洗濯物の布量を検知する際にパルセータを回転させて、その回転状態に基づき検知を行うものがある。例えば特許文献１には、パルセータを回転駆動させるモータに駆動電圧を印加し、この駆動モータの回転数が洗濯物の負荷量に拘らず予め定められた一定の回転数になる印加電圧に基づき、洗濯槽に収容された負荷量，つまり布量を検知する洗濯機が開示されている。

特開２００３－３１１０７７号公報

しかしながら、モータに駆動電圧を印加する制御では、モータの出力トルクが一定にならないため、布量を検知する精度が低下してしまう。
そこで、パルセータを回転させて布量を検知する精度をより高めることができる洗濯機を提供する。

実施形態の洗濯機は、回転槽と、
この回転槽の内底部に配置されるパルセータと、
このパルセータを回転させるモータと、
このモータをトルク電流により駆動して、前記パルセータを回転させることで前記回転槽内の布量検知を行う制御部とを備え、
前記制御部は、布量検知を行う際に、前記パルセータを正転方向に回転させてから空走させ、続いて前記パルセータを反転方向に回転させてから空走させた期間内において前記モータの回転数を計測し、
前記パルセータを回転させる期間におけるトルク電流を、最初は相対的に大きい第１電流とし、その後は相対的に小さい第２電流に切り替える。

一実施形態に係る洗濯機の構成を模式的に示す一部の縦断側面図 洗濯機の電気的構成を示す回路図 洗濯機の電気的構成を示すブロック図 正転時における重量検知制御の処理内容を示すフローチャート 逆転時における重量検知制御の処理内容を示すフローチャート 無負荷の場合の回転数の変化を波形で示す図 負荷量が４．５ｋｇの場合の回転数の変化を波形で示す図 ｑ軸電流を当初から０．８Ａで一定として、本実施形態と同様の制御を行った場合に、重量に応じて計測されたパルス数の変化を示す図 本実施形態の制御を行った場合に、重量に応じて計測されたパルス数の変化を示す図

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の洗濯機１００は、その外郭を構成する外箱１０１の内部に、上面が開放した有底円筒状の水槽１０２が弾性吊持機構１０３によって弾性的に支持されている。水槽１０２の内部には、上面が開放した有底円筒状の回転槽１０４が回転可能に設けられている。回転槽１０４は、その内部に洗濯物となる衣類が出し入れ可能に収容されるものである。

回転槽１０４の底部には、当該回転槽１０４の底部を補強するための補強部材１０５が設けられている。回転槽１０４は、垂直な軸線を中心に回転するように構成されており、洗濯物を洗う洗い運転が行われる洗い行程および洗濯物をすすぐすすぎ運転が行われるすすぎ行程における洗濯槽、および、洗濯物を脱水する脱水運転が行われる脱水行程における脱水槽として兼用される。つまり、洗濯機１００は、回転槽１０４の回転中心軸が垂直方向に延びるいわゆる縦軸型洗濯機である。

回転槽１０４は、その周壁部に多数の孔１０６を有している。これらの孔１０６は貫通しており、通水および通気が可能である。なお、図１には多数の孔１０６のうち一部だけを示している。回転槽１０４の上部には、例えば塩水などの液体が封入された合成樹脂製のバランスリング１０７が取り付けられている。回転槽１０４の内部、具体的には内底部には、撹拌体として例えば合成樹脂で形成されたパルセータ１０８が回転可能に設けられている。水槽１０２の下部には排水経路１０９が設けられている。排水経路１０９には排水弁１１０が設けられており、排水弁１１０が開放されることにより、水槽１０２内の水が機外に排出される。また、水槽１０２の底部には、水位検知用のエアトラップ１１１が設けられている。

水槽１０２の下部の中央部には駆動機構部１１２が設けられている。駆動機構部１１２は、回転槽１０４を回転駆動するモータ１１３およびクラッチ兼減速ギアが含まれたクラッチ機構部１１２ａなどを備えている。駆動機構部１１２は、洗い行程時またはすすぎ行程時においては、クラッチ機構部１１２ａにより回転力をパルセータ１０８に伝達する。このため、洗い行程時またはすすぎ行程時に回転槽１０４は回転駆動されず、パルセータ１０８だけが回転駆動される。このとき、パルセータ１０８は、１／５に減速されて回転駆動される。また、駆動機構部１１２は、脱水行程時においては、モータ１１３の回転力をクラッチ機構部１１２ａによりパルセータ１０８および回転槽１０４に伝達する。このため、脱水行程時にパルセータ１０８は、回転槽１０４と一体に回転駆動される。このとき、回転槽１０４は減速無しで回転駆動される。

外箱１０１の上部には、トップカバー１１４が設けられている。トップカバー１１４には、洗濯物出入口を開閉する例えば二つ折り式の蓋１１５が開閉可能に設けられている。なお、水槽１０２の上部には、図示しない槽カバーが開閉可能に取り付けられている。トップカバー１１４の前部には、操作パネル１１６が設けられている。操作パネル１１６の裏側には、洗濯機１００の動作全般を制御する制御ユニット１１７が配置されている。トップカバー１１４内の後部には、水源からの水を水槽１０２内に供給する給水機構部１１８が設けられている。給水機構部１１８は、図示しない給水弁や水槽１０２に連通する図示しない給水経路などを備えており、制御ユニット１１７が給水弁の開閉を制御することにより、水槽１０２内への給水が制御される。

図２は、モータ１１３の駆動制御系を示す機能ブロック図である。この場合、制御ユニット１１７は、ＰＷＭ制御方式インバータであるインバータ回路１を備えている。なお、ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略称である。インバータ回路１は、半導体スイッチング素子である６個のＩＧＢＴ２ａ～２ｆを三相ブリッジ接続して構成されており、各ＩＧＢＴ２ａ～２ｆのコレクタ－エミッタ間には、フライホイールダイオード３ａ～３ｆが接続されている。インバータ回路１の各相出力端子は、モータ１１３の各モータ巻線１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗにそれぞれ接続されている。本実施形態では、モータ１１３として、例えばアウタロータ型の三相ブラシレスＤＣモータを採用している。

下アーム側のＩＧＢＴ２ｄ、２ｅ、２ｆのエミッタは、電流検出素子であるシャント抵抗４を介してグランドに接続されている。また、ＩＧＢＴ２ｄ、２ｅ、２ｆのエミッタとシャント抵抗４との共通接続点は、抵抗素子５およびコンデンサ６を介してグランドに接続されている。抵抗素子５およびコンデンサ６の共通接続点は、制御回路７のＡ／Ｄ入力２端子に接続されているとともに、過電流判定回路８の入力端子に接続されている。過電流判定回路８は、コンパレータなどを用いて構成されている。過電流判定回路８の出力信号は過電流検出に基づく緊急停止信号となり、制御回路７は、緊急停止信号の入力があるとインバータ回路１に対するＰＷＭ信号の出力を停止する。

モータ１１３には、ロータの回転数を検出する回転数センサ９が配置されている。回転数センサ９は磁気センサであり、例えばホールＩＣで構成され、回転数を検出するためのセンサ信号を出力する。回転数センサ９から出力されるセンサ信号は、ＮＯＴゲート１０を介して制御回路７に入力される。ＮＯＴゲート１０の出力端子は、コンデンサ１１を介してグランドに接続されている。尚、回転数センサ９については、少なくとも一箇所に設ければ本実施形態で行う制御の実行が可能である。

インバータ回路１の入力側には駆動用電源回路１２が接続されている。駆動用電源回路１２は、１００Ｖの交流電源１３を、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路１４および直列接続された２個のコンデンサ１５ａ、１５ｂにより倍電圧全波整流し、約２８０Ｖの直流電圧をインバータ回路１に供給する。インバータ回路１の各相出力端子は、モータ１１３の各相巻線１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗに接続されている。第１電源回路１６は、インバータ回路１に供給される約２８０Ｖの駆動用電源を降圧して１５Ｖ電源を生成すると、駆動回路１７および高圧ドライバ回路１９に供給する。第２電源回路１８は、上記駆動用電源を降圧して５Ｖの制御用電源を生成し、制御回路７、回転数センサ９および第３電源回路２０などに供給する三端子レギュレータである。

高圧ドライバ回路１９は、インバータ回路１における上アーム側のＩＧＢＴ２ａ～２ｃを駆動するために配置されている。第３電源回路２０は、上記の５Ｖより３．３Ｖ電源を生成し、その電源を過電流判定回路８に供給する。制御回路７のＡ／Ｄ入力２端子は、抵抗素子２１により３．３Ｖ電源にプルアップされている。駆動用電源回路１２の出力端子、インバータ回路１の正側直流母線とグランドとの間には、抵抗素子２２ａ、２２ｂの直列回路が接続されており、両者の共通接続点は、制御回路７のＡ／Ｄ入力１端子に接続されている。

制御回路７は、シャント抵抗４の端子電圧に基づきモータ１１３に通電される３相電流を検出し、ベクトル制御を行うことで電圧率が正弦波状に変化する三相上下分のＰＷＭ信号を生成する。制御回路７は、ＰＷＷ信号を、駆動回路１７および上側については高圧ドライバ回路１９をも介して、インバータ回路１を構成する各ＩＧＢＴ２ａ～２ｆのゲートに出力する。駆動回路１７において各ＰＷＭ信号を入力するための各入力端子は、抵抗２３によりグランドにプルダウンされている。

上記構成において、下アーム側のＩＧＢＴ２ｄ、２ｅ、２ｆの各エミッタと、高圧ドライバ回路１９との間には、ブートストラップコンデンサ２４ｄ、２４ｅ、２４ｆがそれぞれ接続されている。上記構成では、ＩＧＢＴ２ａ～２ｆのスイッチング動作に伴ってブートストラップコンデンサ２４ｄ～２４ｆが充電されることで、高圧ドライバ回路１９が上アーム側のＩＧＢＴ２ａ～２ｃのゲートを駆動するための電源電圧が生成されるようになっている。

インバータ回路１のＷ相出力端子とグランドとの間には、抵抗素子２５ａ及び２５ｂの直列回路が接続されており、抵抗素子２５ａ及び２５ｂの共通接続点は、制御回路７の漏電検知入力ポートに接続されている。制御回路７は、上記共通接続点に発生する電圧によって漏電の発生を検知する。

本実施形態において、制御回路７は、モータ１１３に流れる電流を検出する電流検出部として機能するとともに、その電流検出部により検出される電流に基づいてモータ１１３をベクトル制御する制御部として機能する。この場合、制御回路７は、モータ１１３の回転速度が所望の目標速度に追従するようにモータ１１３を制御する。制御回路７は、センサ信号に基づいて所定の検知制御を実行する。具体的には、制御回路７は、所定の検知制御として、異常検知制御や重量検知制御を実行する。

異常検知制御は、例えば漏電や過電流等の異常を検知する制御である。布量の検知に相当する重量検知制御は、回転槽１０４に衣類が投入された後、パルセータ１０８を回転させたときにおけるセンサ信号に基づいて回転槽１０４の回転数を算出し、その算出した回転数に基づいて衣類の量を判定する制御である。

図３は、洗濯機１の電気的構成を、制御回路７を中心として概略的に示したブロック図である。制御回路７は、例えばマイクロコンピュータを主体に構成されたもので、洗濯機の動作全般を制御する機能を備えている。この制御回路７には、操作入力部３３、水位センサ３４、安全スイッチ３０、回転数センサ９などから信号が入力される。制御回路７は、これらの入力信号と、予め備えた制御プログラムに基づき、表示部３２、給水弁１１８、モータ１１３、クラッチ機構１１２ａ又は排水弁１１０を切替えるためのモータ３５などを制御する。

次に、本実施形態の作用について図４から図９を参照して説明する。図４及び図５は、制御回路７が行う重量検知制御の処理内容を示すフローチャートである。図４に示すパルセータ１０８を正転させる処理において、制御回路７は、先ずロータの位置決めを例えば０．２秒間行うと（Ｆ１）、ベクトル制御におけるｄ軸電流Ｉｄを例えば４Ａに設定し、強制転流によってモータ１１３の正転を開始させる（Ｆ２）。それから、回転数センサ９のセンサ信号を参照して、回転数の計測を開始する（Ｆ３）。具体的には、パルス状に出力されるセンサ信号のパルス数を計測する。

モータ１１３の回転数が３００ｒｐｍ以上になると（Ｆ４；ＹＥＳ）、トルク電流であるｑ軸電流Ｉｑを第１電流として例えば２Ａに設定し、モータ１１３の電流駆動を継続する（Ｆ５）。そして、モータ１１３の回転数が閾値である７００ｒｐｍ以上になると（Ｆ６；ＹＥＳ）、ｑ軸電流Ｉｑを第２電流として例えば０．８Ａに変更する。この状態を０．６秒間継続すると、パルセータ１０８の正転を終了し（Ｆ８；ＹＥＳ）、インバータ回路１によるモータ１１３への通電を停止させる（Ｆ９）。その後、モータ１１３の回転が停止すると（Ｆ１０；ＹＥＳ）、その時点までに回転数センサ９が出力したセンサ信号のパルス数を記憶する（Ｆ１１）。以上で正転時の処理が終了し、図５に示す反転時の処理に移行する。

反転時の処理は、正転時の処理と対称に実行される。図５に示すフローチャートでは、正転時の処理に対応するものを、ステップ番号の「Ｆ」に替えて「Ｒ」を付して示している。但し、ステップＲ８における終了待ちの時間は０．４秒となっており、正転時の町値時間よりも短く設定されている。以上の処理において、制御回路７は、反転時に出力されたセンサ信号のパルス数を計測して記憶する。そして、正転時，反転時それぞれで計測されたセンサ信号のパルス数を合計し、その合計値に基づいて洗濯物の重量を推定する。

本実施形態の洗濯機は、洗濯物の最大負荷量が７ｋｇであり、図６には無負荷の場合の回転数の変化を波形で示しており、図７には負荷量が４．５ｋｇの場合の回転数の変化を波形で示している。後者の場合、回転数は２秒が経過する以前に０ｒｐｍとなっている。

図８は、ｑ軸電流Ｉｑを当初から０．８Ａで一定として、本実施形態と同様の制御を行った結果である。図中に示す直線は、理想的な変化特性を示している。負荷として与えるさらし布の重量が２ｋｇを超えると、回転数が殆ど上がらず、回転がロックした状態になる。これに対して、図９に示す本実施形態の場合は、図８のように回転がロックした状態になることはなく、パルセータ１０８の回転によって得られるパルス数が、６ｋｇまで判別できる程度に変化していることが分かる。

以上のように本実施形態によれば、制御回路７は、回転槽１０４の内底部に配置されるパルセータ１０８を回転させるモータ１１３をトルク電流により駆動して、回転槽１０４内の布量検知を行う。具体的には、布量検知を行う際に、パルセータ１０８を正転方向に回転させてから空走させ、続いてパルセータ１０８を反転転方向に回転させてから空走させた期間内においてモータ１１３の回転数を計測する。そして、パルセータ１０８を回転させる期間におけるトルク電流を、最初は相対的に大きい第１電流とし、その後は相対的に小さい第２電流に切り替える。

このように、モータ１１３をトルク電流により駆動することで、布量に応じた回転状態の差異が明確になる。そして、最初は相対的に大きい第１電流により駆動することで、回転がロックすることを防止し、その後は相対的に小さい第２電流に切り替えることで、モータ１１３の回転が過剰に継続することも防止できる。これにより、布量の検知をより高い精度で行うことができると共に、検知に要する時間が長引くことも防止できる。

また、制御回路７は、モータ１１３の回転数が閾値である７００ｒｐｍに到達すると、トルク電流を第１電流から第２電流に切り替えるので、回転数を指標としてトルク電流の切り替えを適切に行うことができ、回転の過剰な継続を確実に防止できる。更に、制御回路７は、ＤＣブラシレスモータ１１３をベクトル制御して得られるｑ軸電流によりトルク電流を付与するので、モータ１１３をトルク制御する精度が改善されると共に、布量の検知精度を高めることができる。

（その他の実施形態）
シャント抵抗４を各相に配置して、相電流を個別に検出しても良い。
閾値は７００ｒｐｍに限ることなく、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
また、モータ１１３を強制転流からトルク電流駆動に切り替える回転数も同様に、３００ｒｐｍに限ることはない。
洗濯機の最大負荷量は、７ｋｇに限らない。
第１，第２電流の具体数値も、両者の大小関係を維持した上で適宜変更すれば良い。

回転数センサ９を使用せずに、モータ１１３の電流や誘起電圧を検知することで回転数を計測しても良い。例えば、モータ１１３の駆動中は、相電流を検出することで回転数を計測し、モータ１１３の空走中は、図２に示す漏電検知入力を参照することで誘起電圧を検出して回転数を計測すれば良い。
必ずしもベクトル制御で得られるｑ軸電流をトルク電流として制御する必要はない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、７は制御回路、９は回転数センサ、１０２は回転槽、１０８はパルセータ、１１３はモータを示す。

Claims (3)

1. 回転槽と、
   この回転槽の内底部に配置されるパルセータと、
   このパルセータを回転させるモータと、
   このモータをトルク電流により駆動して、前記パルセータを回転させることで前記回転槽内の布量検知を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、布量検知を行う際に、前記パルセータを正転方向に回転させてから空走させ、続いて前記パルセータを反転方向に回転させてから空走させた期間内において前記モータの回転数を計測し、
   前記パルセータを回転させる期間におけるトルク電流を、最初は相対的に大きい第１電流とし、その後は相対的に小さい第２電流に切り替える洗濯機。
2. 前記制御部は、前記モータの回転数が閾値に到達すると、前記トルク電流を、前記第１電流から前記第２電流に切り替える請求項１記載の洗濯機。
3. 前記モータは、ＤＣブラシレスモータであり、
   前記制御部は、前記ＤＣブラシレスモータをベクトル制御して得られるｑ軸電流により、前記トルク電流を付与する請求項１又は２記載の洗濯機。

Images