JPH02291898A - 家庭電気機械の駆動システム及び作動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電動機と共に使用するための駆動システム、
−１’？Ｆｔ詳細には、家庭電気機械のなかに利用され
る可変速度電動機と共に使用するための駆動システムに
係る。

従来の技術 電りＪ典は例えば６Ｌ濯典を含む種々の家庭電気機械の
なかに広く使用されている。洗濯機のような多くの人形
の家庭電気機械は主電動機及び種々のシステム及びイン
クフェース１！，リ御機能の双方を有することにより待
ｉ攻伺＆Ｊられている。洗濯機では、例えば、システム
制御隠能は洗濯作用のタイミング、主ドライブの速度の
設定及び洗剤投入の制御を含んでいる。これらの機能は
すべ゜ζ、各洗濯ザイクルにタ・１して、家庭電気機械
制御パネル」二で：ｒ、一ザーにより行われる選択に関
係する。

洗｝Ｖ機に対する電動機ドライブは非雷に低い騒音で広
い速度範囲にわたりＱＪ率的かつ有ｔ，Ｊ１に機能しな
ければならない。寿命が長いこと、繰り返して始動及び
停止が可能であること、また運動方向の反転が可能であ
ることもしばしば洗濯機電動機１′ライブの必要条件で
ある．多年にわたり、これらの機械のｆｆｌ　ｉ’ｔ機
及びスピンバスケットを駆動するのに使用される駆動シ
ステムを簡単化する試みがなされてきた。種々の構造の
誘導電動機及び直流電動機の双方を含む多くの電動｝幾
形式がこの目的に使用され゜ζきた。最近、ゾラシレス
永久磁石電動機及び通常でない巻線構造を有する電子式
に制御される電動Ｉ幾かごのよ・）な家庭電気機械に使
用するために示唆され′Ｃきた。概して、この形式の電
動機は製造コストが高く、また制御が困５Ｋである。典
型的にそれらは高価で複雑な電子式制御回路を必要とす
る． 複雑な電ｆｌ３機をこれらの形式の家庭電気機械のなか
へ組み入れる試みには問題が生ずる。弁の開閉及びポン
プの制御などのようなたいていの作勤は高ｉ１　ｉＤＩ
Ｊ　ｉｍ１回路を必要としない。他方、電動機；νｊ御
は、少なくとも部分的に、はるかに速い速度で行われな
ければならない。その結果、電動機駆動と組み合わされ
る電子式システムは低速及び高速の双方の作勤制御に順
応しなければならない．低速及び高速の双方の制御機能
を実行し得るＵ路は設１１され得るが、それらのコスト
は、複雑な電動機のコス１・と共に、たいていの購入者
が支払う気ｔ．Ｙになる範囲を越えて家庭電気機械のコ
ストを急速に高める。

望ましい速度；ｂリ御技術は誘導電動機と共に可変周波
数インバークを使用することである。このような駆動シ
ステムはよく検査され゛ζきた電動機の思想を与え、非
常に信頼性が高く、また低コストである。さらに、誘導
電動機は実際上あらゆる家庭電気機械により必要とされ
るパフォーマンスを有しｉクる。この解決策は魅力的で
あるが、誘導電動機に対する電気的制御が複維であると
いうデメリッ［・がある。複堆さは一般により高い設計
コストに通ずる．ｆｉｌ！動機の速度制御、電動機磁束
及びすべり計算、加速及び減速ランプ及び保護限界のａ
ｉ算、電動機駆動制御に対する電圧及び周波数の遭切な
値の合成、・インバータの出力周波数の制御及びインバ
ータの出力電圧又は電流の制御を含むインハータドライ
ブにより実行される機能は変更される。

これらの・インバータ制御ｔａ能の多くは比較的低い速
度で実行され得るが、インバータから電動機への出力電
圧及び（又は）電流の制御は低い速度では実行され得な
い。その機能は非ｔ９；に速い速度で成就されな番』れ
ばなさない．マイクロプＩＩセッサを利用ずるシステム
では、出力電圧及び（又は）電流を：ＩＩＩ　ｉ…１ず
るインバータ制御機（支）は通常不釣り合いな大きさの
マ・イク口プロセッサ容量を必要とする。特に低コスト
のマイクロコントローラの場合には、これらの高い周波
数に於ける駆動制御は他のインバータｉｔ．ＩＪ御機能
に対して、又は上記のシステム及びインタフェース制御
機能に対してほとんど空間スペースを残していない。

発明が解決しようとする課題 本発明のいくつかの課題のなかで第一は、洗濯機のよう
な家庭電気機械に使用するため１１−１御システムであ
って、システム：１１１御１１Ｕｆａ及びたいていの電
動機制御機能に対して貼コストのマイクロコン１・ロー
ラを利用ずる制御システムを堤供することである。

本発明の他の課題は、通常の交流（Ａ　Ｃ）誘導電ＩＪ
Ｉ機を使用するこのようなシステムを提｝ｊ（すること
である。

本発明の第三の課題は、電動機に供給される電圧及び（
又は）電流に関係する制御機能から家庭几気機械の制御
機能が隔離されているこのようなシステムを１１供する
ことである． 本発明の第四の課題は、ＡＣ源からとられる低い入力高
調波電流を有するこのようなシステムを提供することで
ある。

本発明の第五の課題は、効率的でしかも低コス１・のこ
のようなシステム及び方法を提供することである。

本発明の第六の課題は、高｛Ｒ頼性及び低″ｔストで遅
い機能及び速い機能の双方を：１１御するこのようなシ
ステムを提供することである． 本発明の第七の課題は、比較的静穏なこのようなシステ
ムを提供することである． 他の課題は及び特徴は以下の説明のなかで一部は自ずか
ら明らかとなり、また一部は指摘されよう． 課題を解決するための丁段 要約すると、本発明の駆動システムは、電動機を組み入
れている家庭電気機械に使用するために設，＋１され゛
Ｃいる。家庭電気Ｉ現械の゛フ，−リ′一は家庭電気機
械の種々のパフォーマンス機能のなかから家庭電気機械
が実行すべき機能を選択」゛るべく選択パネルを使用す
る。家庭電気機械は選択された機能に従って少なくとも
電動機を作動させる。駆動システムは、選択された殿ｆ
ｉｌｆｌを実行する家庭電気機械内の種々の構成要素の
作動を制御するため選択パネル及び家庭電気機械の作動
状況に応答する第一の制御回路を含んでいる．第一の制
１２１１回路は電動機の機能のいくつかを制御するが、
その全てを制御するものではない．電力回路が電動機に
電力を供給し、また第一・の制御手段と相互接続され゛
Ｃいる第二の制御手段が電力回路により電動機に供給さ
れる電圧又は電流を制御する．本発明の方法は、多数の
可能な機能のなかから家庭電気機械が実行すべき機能を
手動で選択ずる３ＩＡ程を含んでいる．第一の制御回路
がユーザーにより選択されたこれらのオプションを検出
する．電力は電動機に選択的に供給され、電動機に供給
される電圧又は電流の大きさは、第一の制御手段と相互
接続されている第二の制御手段により制御される。第一
の制御手段は家庭電気機械の１１勤状況を検出し、また
電動機に供給される電圧又は電流を変更するべく第二の
１，ＩＩ御手段へ制御信号を与える。第一の制御手段は
電動機に供給される電圧又は電流以外の電動機８Ｍ能を
制御する。

実施例 以下、図面により本発明を説明する．いくつかの図面を
通じて、相応する部分には相応ずる参照符号がふされて
いる。

本発明は特定の？Ｓ濯機の形式又は特定の洗濯機構造に
限定されないが、本発明をトフブローＩ゛洗＋ｒ！ｉｆ
ｆｉ　ｉ　ｏ　＜第１悶〜第３図》を例として説明する
。

第２図及び第３図中に示されているように、洗濯ＩＪ３
ｌ１０は垂直軸攪拌機形式の洗濯機である。洗濯機のフ
レームｌ２はキャビネットｌ６の側面、頂面、正面及び
背面を形成ずる複数涸のバネルｌ４を有ずる．ヒンジ結
合されたＭ１Ｂが通常の仕方で洗濯機の内部へのアクセ
スのために洗濯機の頂に設けられ゜ζいる。

制御パネル又は制ｆｉｔコンソール２０が制御１０の頂
の奥の部分に配置されている．コンソール２０には、ユ
ーザーにより選択可｛把な夕・イマ−２２及び温度選択
′Ｊ３２４を含む種々の制御手段が配置されている。制
御スイッヂのような｛ＩＩＩの制御手段が設けられてい
てよい．コンソール２０がユーザーにより選択され得る
複数のパフォーマンス機能又はオプシッンへのユーザー
のアクセスを可能にすることは理解されよう。制御は押
ボタンス・ｆフチ、接触パッド又は他のユーザーにより
操作可能なスイッチにより実行され得る。

第２図及び第３図を参照すると、流体を入れたタブ２６
が洗濯ｔａｌｏのなかに置かれ゜ζいる。孔明きバスケ
ット２８が垂直軸線の回りに回転可能にタプ２６のなか
に取り付けられている．攪件機３０が作動のために駆動
機構３４を通じて電動機３２に結合されている。攪拌機
３０は駆動機構３４に輔３６によりリンクされ′（いる
。駆動機構３４は第３図中にブーリーを含むものとし”
ζ示され“Ｃいるが、本発明が特定の駆動機構に限定さ
れないことは理解されよう。ずなわら、種々のドライブ
配置が電動機３２とＪ（に利用され１１ることは当業゛
ｈにより理解されよう。電動１１３１３２は洗濯機の作
動を直Ｉ妾的に制御するべく洗濯機の攪拌機又はスピン
バスケソＩ・に取り付りられていてもよい。

当業Ｕにより理解されるように、ここに説明される洗：
Ｉ１ｉｔＪＩＬは例示に過ぎない。実際には洗濯機１０
は種々の商業的に入手可能な家庭電気機械のいずれかを
含んでい゛ζよい。

電動機３２は好ましくは種々の商業的に入手可１ノ旨な
誘導電動機のいずれかである。例えば、電動機３２は５
００Ｗの電力定洛で０〜５００１１ｚに対して設計され
た三和交流誘導電動機であっ゜ζよい． 本発明の駆動システムｌ００は電動機３２の機能を含む
洗濯取１０の機能を制御する．家庭電気機械のユーザー
は家庭電気機械の種々のパフォーマンスのなかからオブ
シジンを選択し、また家庭電気機械は’＞５！＝　ＩＲ
されたオプションに従っ゛ζ作動１るべく駆動システム
１００により制御される。ユーツーがバフォー゛冫ンス
のなかからオフ゜ションを選択する選択−Ｔ段は；Ｉ＋
］　ｆｉｔコンソール２０を含んでいる．前記のように
、二２ンソール２０は．−Ｔ．−り゛ーが家庭電気機械
に実行させたいバフォー・？ンスオプションを選択する
スイソチ２４及び２５のような複数個のス・ｆツチを含
んでいる。

駆動システムは、本発明ではマイクロプロセッザ１０４
である第一のｉｌｉｌ＋御手段１０２を含んでいる．゛
冫イクロフ゛１′Ｉセッサはユーリ′−により選択され
たスイッチ設定又はオプションに応答する。第４図中に
示され゜ζいるように、マイクＣＩプロセッサ１０４、
スイッチ２４及び２５により表されるオプションの選択
を示す電気的ｆｉ号と一緒に、洗濯機タイマー２２から
の出力信号を与えられる．さらに、マイクロプロセッサ
は扉位置センサ、タブ２８のなかの水位のセンサ、タブ
のなかの水温のセンサのような種々のセンサ（（！！示
せず）からの入力を通じて家庭電気機械の作動状況をモ
ニタする．これらの種々のユーザー及びセンサ入力に応
答して、マイクロプロセッザ１０４は洗濯機の作動を制
御するべ＜−ｙクチヱエー夕、バルブ、ポンプ及びヒー
ターのＪ、うな種々の洗濯機構成要素の作動を制御する
。選択されたオプションが実行されることを゜７・ｆク
ＣＩプロセッサが保証するのは、この制御Ｉａ能を通じ
てである． 誘導電動機３２に対する電力は電力手段１０６を介し゛
ζ供給される。第１図及び第４図中に示されているよう
に、手没１０６は２３０ｖ電力源に接続されているＡＣ
−ＤＣコンバータ１０８とＤＣ−ＡＣインバーク１１０
とを含んでいる．コンバーク及びインバータの双方は通
常の構造のものである。コンバータ１０Ｂは好ましくは
（第４Ｂ図中に示されているような）バッターブースト
ーコンバー夕であるが、（第４八図中に示され−Ｃいる
ような）バッターコンバータも使用され１ひる．コンバ
ータは無線周波数インタフェース（Ｉ？ＦＩ）フィルタ
入力部１１２、全波整流部！１４及び出力部１１６を含
んでいる．これらの要素は通常のものであるから、コン
バータのこれらの種々の部分の電気的設計は詳細には説
明されない。ＡＣ−１）　Ｃコンバータが２３Ｖ，Ｑｔ
相、５　０　ＩＩ　ｚ入力を２５０Ｖの電圧範囲を有す
る制御されたＤＣ出力に変喚−」ることは理解されよう
．この１〕〔冒１１力はインバータに供給される。

インバータｌｌＯは従来からよく知られている構造の６
段階インバータである．インバータは、マイクロプロセ
ッサに電圧及び電流情報を供給ずる電流センサ１１８及
び電圧センサ１２０を含んでいる．逆に、マイクロプロ
セッサ１０４は参照信号をフロントーエンドーインタフ
ェースｌ２、１に供給し、参照信号は次いでＡＣ　−　
ＤＣコンバータ１０Ｂに供給される。

洗濯機サイクルの間、電動機３２は種々の速度で運転さ
れる．加えて、電動機は多数回の始動及び停止を必要と
され、電動機加速及び減速のレートは変動ずる。電動機
３２に対するドライブはインバークエＩＯの出力により
与えられる。インバタの制御は速度制御、電動機磁束及
びずベリのｎｉ算、加速及び減速ランプのＢ１算、電動
機に列する電圧及び周波数の適切な値の合成、インバー
タ出力周波数の制御及び電動機に与えられる電圧及び（
又は）電流レベルの制御のような因子の考察を含んでい
なければならない．これらの種々の機能の・）らで、電
動殿に与えられる電圧又は電流の制御のみが非掌に高い
（通常は超ａ波）周波数で成就される必要がある。これ
は騒音、寸法及びこの機能と結び付けられるｉｎ失を減
ずるために必要である。上記のことと結び付けられる！
ｉ１算の全ては、他の家庭電気機械制御機（自）と一緒
に、マイクロプ１コセッザ１０４を使用して成就される
。しかし、出力電圧及び（又は）電流ｉ１′ｎがなされ
る周波数のために、ごのｔＪ５．　ｆｉｇ：は不釣り合
いな大きさのマイク１１プロセッサ容量を必要とする。

従って、駆動システムｌ００はマイクロプロセッサ１０
４と相互接続されている第二の制御手段１２２を含んで
いる。手段１２２は電力手段ｌ０６の作動、またそれに
より電ＱＪ機３２の作動を制御するフロント　エンドー
コントローラ１２４を含んでいる。専用の集積回路チッ
プなどで実現され′ζいるフロン１・一エントーコント
ローラはマイクロブロセソ’Ｊｌ０　４の速度よりも比
較的速い速度で作動ずる。フロントーエンドーコントロ
ーラのｔａ能は電動機３２に５．えられる電圧及び（又
は）電流を制御し、またそれによりマイクロプロセッサ
１０４をその！ａ能から免除することである。

第４図中に示され′Ｃいるように、フロン１−エンドー
コントＵ−ラは、コンバータ１０８の制御回路に電力を
与える制御電カユニフ！−　１　２　Ｇを含んでいる．
コントローラの指令バッファ１３０はマイクロプロセッ
サ１０４から入力信号を受け、これらの入力信号はｆＪ
ｉえば２　０　０　ＩＩ　ｚの速度で供給される．パル
ス幅変調器（Ｉ）ＷＭ）１３２は１０　０　ｋ　ＩＩ　
ｚ発振器１３４によりベース周波数を供給される．ＰＷ
Ｍは、駆動制御回路１３６に供給される可変周波出力ｆ
ｉｔ号を発生ずるべ《、市令バフファ１３０からの電流
制御信号及び高調波制御回路１２８からの電流整形信号
に応答する．典型的に、Ｉ）ＷＭ１３２により発生され
るｆａｔりの周波数はマイクロプロセッザ１０４の作動
の周波数よりもはるかに大きい。

１′ライバ電流制御回路１３６は、コンバータ！０８の
コンバータ出力部１１Ｇの作動を制御ずるべく、ＰＷＭ
　１　３　２からの周波数信号に応答する．これは、ｌ
）ＷＭ１３２に対ずるパルス幅変凋チップを使用するこ
とにより、またその方形波出力端をΔＣ−ＤＣコンバー
タの一つの側の１・ランジスタの制御に使用するごとに
より、標準構成要素を使用して容易に行われる．パルス
幅変調チップの出力はこうして直接にＡＣ−ＤＣコンバ
ータｌ０８の出力電圧を制御する．この制御された電圧
はインバータ１１０の入力端に供給される。コンバータ
１０８によりインバータ１１０に供給される信号の変化
は、洗濯機サイクル中の任息の所与の時点で正しい機能
を実行ずるぺく電勤機３２が加速し、減速し、又は逆転
ずることを保証する。

以上の説明から本発明のいくつかの課題及び特徴が達成
され、また他の反リな結果が得られることは理解され，
Ｊ、う。

以上に於では本発明を特定の好ましい実施例について説
明してきたが、本発明はこれらの実施例に圃定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明の駆動システムを利用する自！Ｉ１洗濯
機の概要を示す図である。 第２図は本発明の駆動システムが利用され゜Ｃいる自動
洗濯機を部分的に切欠いて示す斜視図である。 第３図は線３−３に沿う第２図の洗濯機の断面図であり
、図面を明白にするため一部分は除去して示されている
。 第４図は本発明の駆動システムのブロソク図である。 第４Ａ図は、コンパータがバンターコンバー夕である場
合についての、第４図の一部に類似のブ『トノク図であ
る。 第４Ｂ図は、：１ンバータがバソクーブーストーコンバ
ー夕である場合についての、第４Ａ図に類似のブロック
図である。 」０・・・洗濯機、！２・・・フレーム、１４・・・パ
ネル、Ｉ６・・・キャビネット、Ｉ８・・・ＺＦ、２０
・・・コンソール、２２・・・ク・イマー、２４・・・
温度選ＩＲ器、２５・・・制御ス・イッチ、２６・・・
タブ、２８・・・バスケソ１・、３２・・・電動機、３
４・・・駆動機構、１００・・・駆動システム、１０２
・・・；ｌａｌ御手段、１０４・・・マイクロプロセッ
サ、１０６・・・電力手段、１０Ｂ・・・コンバータ、
１１０・・・インバ−タ、１１２・・・無線周波数イン
タフェースフィルタ入力部、ｔｌ４・・・仝波整流部、
１１６・・・コンバータ出力部、１１Ｂ・・・電流セン
サ、１２０・・・電圧センサ、１２６・・・ｉｔ，ＩＩ
御電カユニソｌ，１２Ｂ・・・高調波ｉｔＩＩｆ御回路
、！３０・・・七令パッファ、ｌ３２・・・パルス幅変
調器、１３４・・・発振器、１３６・・・駆動制御回路 持詐出願人　　エマーソン・エレクトリック・ＦＩＧ．
２． ＦＩＧ．３．

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電動機を組み入れており、種々のパフォーマンス
   のなかから機能をユーザーが選択し得る選択器を有し、
   また選択された機能に従って少なくとも電動機を作動さ
   せる家庭電気機械に使用するための駆動システムに於い
   て、 選択された機能を実行する家庭電気機械内の種々の構成
   要素の作動を制御するため選択手段及び家庭電気機械の
   作動状況に応答し、電動機の機能のいくつかを制御する
   第一の制御手段と、 電動機に電力を供給するための電力手段と、電力手段に
   にり電動機に供給される電圧又は電流の少なくとも一つ
   を制御するため第一の制御手段と相互接続されている第
   二の制御手段とを含んでいることを特徴とする家庭電気
   機械の駆動システム。
2. （２）電動機を利用する洗濯機のような家庭電気機械の
   作動方法に於いて、 多数の可能な機能のなかから家庭電気機械が実行すべき
   機能を手動で選択する過程と、 ユーザーにより選択されたこれらのオプションを第一の
   制御手段により検出する過程と、 電動機に電力を選択的に供給する過程と、 電動機に供給される電圧又は電流の大きさを、第一の制
   御手段と相互接続されている第二の制御手段により制御
   する過程と、 家庭電気機械の作動状況を第一の制御手段により検出す
   る過程と、 電動機に供給される電圧又は電流を変更するべく第一の
   制御手段から第二の制御手段へ制御信号を与える過程と
   を含んでおり、 第一の制御手段が電動機に供給される電圧又は電流以外
   の電動機機能を制御することを特徴とする家庭電気機械
   の作動方法。