JP2003181187A - 洗濯機のインバータ装置及び洗濯乾燥機のインバータ装置 - Google Patents
洗濯機のインバータ装置及び洗濯乾燥機のインバータ装置Info
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Abstract
の駆動制御にベクトル制御を導入した場合でも、弱界磁
運転を行う場合の出力電圧をより高めることができるイ
ンバータ装置を提供する。 【解決手段】 洗い,濯ぎ運転と脱水運転の低速回転領
域においてはモータ14を全界磁で運転し、脱水運転の
高速回転領域においてはモータ14を弱界磁で運転する
ように制御して、全界磁運転を行う場合はモータ14の
出力トルクをベクトル制御し、弱界磁運転を行う場合は
モータ14を電圧・位相制御する。
Description
水の各行程を連続して行う全自動洗濯機について、洗
い,濯ぎ及び脱水の各運転を行うための回転駆動力を与
えるモータを駆動制御する洗濯機のインバータ装置,及
び洗い,濯ぎ,脱水及び乾燥の各行程を連続して行う全
自動洗濯乾燥機について、洗い,濯ぎ,脱水及び乾燥の
各運転を行うための回転駆動力を与えるモータを駆動制
御する洗濯乾燥機のインバータ装置に関する。
濯ぎ運転や脱水運転を行う場合に撹拌翼(パルセータ)
或いは回転槽を回転させるモータにはブラシレスDCモ
ータを使用し、そのブラシレスDCモータをインバータ
回路によって駆動する方式が広く採用されている。そし
て、モータの駆動条件に応じてトルクを制御する場合
は、モータの印加電圧を増減させるようにしている。し
かし、モータの回転速度は出力トルクに比例するが、印
加電圧によって制御される出力トルクは電圧に比例しな
いため、目標速度指令とモータの検出速度とに差が生じ
やすく制御が不安定になりがちであるという問題があ
る。
用されるモータをより高い精度で駆動制御するためにベ
クトル制御を適用して、q(quadrature)軸電流によって
出力トルクを制御する技術を特願2001−17118
5で提案した。即ち、ブラシレスDCモータの出力トル
クは、ベクトル制御によって得られるq(quadrature)軸
電流に比例することから、モータのトルク制御、ひいて
は回転速度制御を高精度で行うことが可能となる。
用されるモータは、洗い運転では低速で回転されるが、
脱水運転では高速で回転されるように駆動制御される。
高速回転時には、モータの巻線に発生する誘起電圧が高
くなるため、それに伴なってより高い駆動電圧を供給す
る必要がある。しかし、一般にモータをインバータ装置
で駆動制御する場合には供給可能な駆動電圧に限界があ
ることから、モータに発生する誘起電圧を抑制しつつ回
転数を高めるために、高速回転時には弱界磁運転を行う
ことが行われている。
案したベクトル制御技術では、与えられた速度指令値
と、検出されたモータの電流値とに応じて演算が行わ
れ、その結果としてインバータ回路に与える駆動電圧、
即ち、PWM信号のデューティが決定される。即ち、ベ
クトル制御の演算結果が出なければ、実際の駆動電圧が
どのくらいのレベルになるかは分からない。
運転を行うことを想定すると、PWMデューティが90
%(即ち、駆動電圧の90%)を超えると判断すると、
d(direct)軸電流を(=0)の全界磁状態からマイナス
方向の値に設定するように切り換えを行うようにしてい
る。
う場合は、インバータ回路の出力電圧を100%近くに
設定することができなくなる。そのため、電圧が低くな
る分だけ界磁を余計に弱めなければならずモータの効率
が低下すると共に、電源電流も増加せざるを得ず、イン
バータ回路やモータが大型化してしまうという問題があ
った。
あり、その目的は、洗濯機または洗濯乾燥機に使用され
るモータの駆動制御にベクトル制御を導入した場合で
も、弱界磁運転を行う場合の出力電圧をより高めること
ができるインバータ装置を提供することにある。
め、請求項1記載の洗濯機のインバータ装置は、洗い,
濯ぎ及び脱水の各行程を連続して行う全自動洗濯機につ
いて、洗い,濯ぎ及び脱水の各運転を行うための回転駆
動力を与えるモータを駆動制御するものにおいて、洗
い,濯ぎ運転と脱水運転の低速回転領域においては前記
モータを全界磁で運転し、脱水運転の高速回転領域にお
いては前記モータを弱界磁で運転するように制御すると
共に、前記全界磁運転を行う場合は前記モータの出力ト
ルクをベクトル制御し、前記弱界磁運転を行う場合は前
記モータを電圧・位相制御する制御手段を備えたことを
特徴とする。
ータ装置は、洗い,濯ぎ,脱水及び乾燥の各行程を連続
して行う全自動洗濯乾燥機について、洗い,濯ぎ,脱水
及び乾燥の各運転を行うための回転駆動力を与えるモー
タを駆動制御するものにおいて、洗い,濯ぎ,乾燥の各
運転と脱水運転の低速回転領域においては前記モータを
全界磁で運転し、脱水運転の高速回転領域においては前
記モータを弱界磁で運転するように制御すると共に、前
記全界磁運転を行う場合は前記モータの出力トルクをベ
クトル制御し、前記弱界磁運転を行う場合は前記モータ
を電圧・位相制御する制御手段を備えたことを特徴とす
る。
転の高速回転領域では、制御手段はベクトル制御を行う
ことなく電圧・位相制御に切り換えるので、インバータ
回路の出力電圧は、指令値として与えられる電圧を超え
ることはない。従って、脱水運転の高速回転領域におい
てモータに供給する電圧をより高く設定した上で、弱界
磁運転を行うことができるようになる。
濯機に適用した第1の実施例につき、図1ないし図10
を参照して説明する。まず、図2は、全自動洗濯機1の
全体構成を示す縦断面図である。すなわち、全体として
矩形状をなす外箱2内には、水受槽3が、4組(1組の
み図示)の防振機構4を介して弾性支持されている。こ
の場合、防振機構4は、上端が外箱2内において上方に
係止された吊り棒4aと、その吊り棒4aの他端側に取
り付けられた振動減衰用のダンパー4bとを含んで構成
されている。これらの防振機構4を介して水受槽3が弾
性支持されることにより、洗濯運転時に発生する振動が
外箱2に極力伝達されないようにしている。
回転槽5が配設されており、この回転槽5の内底部に
は、撹拌体(パルセータ)6が配設されている。上記回
転槽5は、槽本体5aと、この槽本体5aの内側に設け
られた内筒5bと、これらの上端部に設けられたバラン
スリング5cとから構成されている。そして、この回転
槽5が回転されると、内部の水を回転遠心力により揚水
して槽本体5aの上部の脱水孔5dから水受槽3内に放
出するようになっている。
成されており、この通水口7は、排水通路7aを通して
排水口8に連通されている。そして、排水口8には、排
水弁9を備えた排水路10が接続されている。従って、
排水弁9を閉塞した状態で回転槽5内に給水すると、回
転槽5内に水が貯溜され、排水弁9を開放すると、回転
槽5内の水は排水通路7a、排水口8および排水路10
を通じて排出されるようになっている。
成されており、この補助排水口8aは、図示しない連結
ホースを介し前記排水弁9をバイパスして前記排水路1
0に接続され、前記回転槽5が回転したときに、その上
部から水受槽3内に放出された水を排出するようになっ
ている。
ハウジング11が取付けられており、この機構部ハウジ
ング11には、中空の槽軸12が回転自在に設けられ、
この槽軸12には、回転槽5が連結されている。また、
槽軸12の内部には、撹拌軸13が回転自在に設けられ
ており、この撹拌軸13の上端部には、撹拌体6が連結
されている。そして、撹拌軸13の下端部は、アウタロ
ータ形のブラシレスモータ14のロータ14aに連結さ
れている。このブラシレスモータ14は、洗い時には、
撹拌体6を直接正逆回転駆動するようになっている。
は、図示しないクラッチにより槽軸2と撹拌軸13とが
連結された状態で、回転槽5および撹拌体6を一方向に
直接回転駆動するようになっている。従って、本実施例
では、ブラシレスモータ14の回転速度は、洗い時には
撹拌体6のそれと同一になり、脱水時には回転槽5およ
び撹拌体6のそれと同一になる、いわゆる、ダイレクト
ドライブ方式が採用されている。
能ブロック図である。尚、図1において、(α,β)
は、三相ブラシレスモータ14の各相に対応する電機角
120度間隔の三相(UVW)座標系を直交変換した直
交座標径を示し、(d,q)は、ブラシレスモータ14
のロータ14aの回転に伴って回転している2次磁束の
座標系を示すものである。
f を、減算器16に被減算値として出力する。また、減
算器16には、エスティメータ(Estimator) 17によっ
て検出されたブラシレスモータ14の検出速度ωが、切
替えスイッチ50の可動接点50c,固定接点50aを
介して減算値として与えられるようになっている。そし
て、減算器16の減算結果は、速度PI(Proportional-
Integral) 制御部18に与えられている。
f と検出速度ωとの差分量に基づいてPI(比例積分)
制御を行い、q軸電流指令値Iqrefとd(direct)軸電流
指令値Idrefとを生成して減算器19,20に被減算値
として夫々出力する。尚、ベクトル制御を行なう場合、
d軸電流指令値Idrefは“0”に設定され全界磁制御に
よってモータ14を駆動する。減算器19,20には、
αβ/dq変換部21より出力されるq軸電流値Iq,
d軸電流値Idが減算値として夫々与えられており、減
算結果は、電流PI制御部22q,22dに夫々与えら
れている。尚、速度PI制御部18における制御周期は
1m秒に設定されている。
流指令値Iqrefとd軸電流指令値Idrefとの差分量に基
づいてPI制御を行い、q軸電圧指令値Vq及びd軸電
圧指令値Vdを生成してdq/αβ変換部23に出力す
る。dq/αβ変換部23には、エスティメータ17に
よって検出されたブラシレスモータ14における2次磁
束の回転位相角(ロータ位置角)θが与えられており、
その回転位相角θに基づいて電圧指令値Vd,Vqを電
圧指令値Vα,Vβに変換するようになっている。
値Vα,Vβは、αβ/UVW変換部24に与えられて
いる。αβ/UVW変換部24は、電圧指令値Vα,V
βを三相の電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換して出力
する。電圧指令値Vu,Vv,Vwは、切替えスイッチ
25u,25v,25wの一方の固定接点25ua,2
5va,25waに与えられており、他方の固定接点2
5ub,25vb,25wbには、電圧・位相制御部2
6によって出力される電圧指令値Vus,Vvs,Vwsが与
えられている。そして、切替えスイッチ25u,25
v,25wの可動接点25uc,25vc,25wc
は、PWM形成部27の入力端子に接続されている。
vs,Vwsに基づいて16kHzの搬送波(三角波)を変
調した各相のPWM信号Vup(+,-) ,Vvp(+,-) ,Vwp
(+,-) をインバータ回路28に出力するようになってい
る。PWM信号Vup〜Vwpは、例えばモータ14の各相
巻線14u,14v,14w(図2参照)に正弦波状の
電流が通電されるように正弦波に基づいた電圧振幅に対
応するパルス幅の信号として出力される。
9(a〜f)を三相ブリッジ接続して構成されている
(図1では、一相分のみを示す)。これらの内、下アー
ム側のIGBT29c,29dのエミッタは、シャント
抵抗30(u,v)を介してグランドに接続されている
と共に、図示しない増幅・バイアス回路を介してA/D
変換部32に接続されている。増幅・バイアス回路はオ
ペアンプなどを含んで構成されるもので、シャント抵抗
30の端子電圧を増幅すると共にその増幅信号の出力範
囲が正側に収まるように(例えば、0〜+5V)バイア
スを与えるようになっている。
9dのエミッタに現れる電圧信号をA/D変換した電流
データIu,IvをUVW/αβ変換部33に出力す
る。UVW/αβ変換部33は、電流データIu,Iv
からW相の電流データIwを推定し、三相の電流データ
Iu,Iv,Iwを(1)式に従って直交座標系の2軸
電流データIα,Iβに変換する。
21に出力する。
にはエスティメータ17よりモータ14のロータ位置角
θを得ることで、(2)式に従って2軸電流データI
α,Iβを回転座標系(d,q)上のd軸電流値Id,
q軸電流値Iqに変換する。
うにエスティメータ17及び減算器19,20に出力す
るようになっている。
q軸電流値Iqに基づいてロータ14aの位置角θ及び
回転速度ωを推定し、各部に出力する。ここで、モータ
14は、起動時には電圧・位相制御部26の内部に配置
される初期パターン出力部31によって直流励磁が行わ
れてロータ14aの回転位置が初期化された後、起動パ
ターンが印加され強制転流が行われる。この起動パター
ンの印加による強制転流時においては、位置角θは推定
するまでもなく明らかである。そして、αβ/dq変換
部21は、ベクトル制御が開始される直前において初期
パターン出力部31より得られる位置角θinitを初期値
として、電流値Id,Iqを演算して出力する。
タ17が起動されてロータ14aの位置角θ及び回転速
度ωが推定される。この場合、エスティメータ17がα
β/dq変換部21に出力するロータ位置角θn とする
と、エスティメータ17は、電流値Id,Iqに基づい
てベクトル演算により推定したロータ位置角θn-1 とそ
の一周期前に推定したロータ位置角θn-2 との相関に基
づいてロータ位置角θn を推定するようになっている。
I制御部34とUVW変換部35とで構成されている。
速度PI制御部34には、速度指令出力部15より出力
される速度指令ωref と、エスティメータ17が出力す
る推定速度ωとの減算結果が減算器51を介して与えら
れている。そして、その減算結果に基づいて電圧指令(D
UTY)及び位相指令(PHASE) を生成しUVW変換部35に
出力する。また、速度PI制御部34には、後述する弱
め界磁制御を行うためエスティメータ17が出力する位
相角θが与えられている。尚、推定速度ωは、切替えス
イッチ50の可動接点50c,固定接点50bを介して
減算器51に与えられるようになっている。
が出力する指令値をU,V,Wの三相の電圧指令値に変
換して切替えスイッチ25に出力するようになってい
る。即ち、電圧・位相制御部26は、洗濯機において従
来一般に行われてきた電圧・位相制御方式と同様の制御
を行う構成である。尚、前述した初期パターン出力部3
1はUVW変換部35の内部に配置されている。
切替え制御部52によって行われるようになっている。
切替え制御部52は、PWM形成部27より与えられる
PMW信号のデューティ情報に基づいて切替えスイッチ
25及び50の切替えを制御する。また、切替え制御部
52は、後述するように脱水運転の高速回転領域におい
て弱め界磁制御を行うための指令を電圧・位相制御部2
6に出力するようになっている。
28を除く構成は、マイクロコンピュータ(制御手段)
36のソフトウエアによって実現されている機能をブロ
ック化したものである。そして、ベクトル制御における
電流制御周期は、PWM搬送波周波数の逆数である6
2.5μ秒に設定されている。
13をも参照して説明する。図3は、主にマイコン36
による概略的な制御内容を示すフローチャートである。
マイコン36は、例えば洗い運転を開始させる場合に前
述した起動処理を行う(ステップS1)。即ち、切替え
スイッチ25u〜25wの可動接点25uc〜25wc
を切替え制御部52により電圧・位相制御部26側(固
定接点25ub〜25wb側)に切り換えると共に、切
替えスイッチ50の可動接点50cを固定接点50b側
に切り換える。そして、初期パターン出力部31により
直流励磁を行わせ、ロータ14aの回転位置を初期化さ
せてから電圧指令値Vus〜Vwsをインバータ回路28に
与えてモータ14を強制転流させる(ステップS2)。
すると、モータ14は回転を開始し、回転速度は徐々に
上昇して行く。
パターン出力部によって与えられる検知信号によりモー
タ14の回転数が20rpmに達したと判断すると(ス
テップS3,「YES」)、切替えスイッチ25u〜2
5wの可動接点25uc〜25wcを固定接点25ua
〜25waに接続するように切り替えると共に、切替え
スイッチ50の可動接点50cを固定接点50a側に切
り換える。そして、目標速度指令ωref の出力を開始し
電圧・位相制御(PI制御)を行う(ステップS4)。
即ち、回転速度が比較的低い領域では、ベクトル制御を
高精度で行うことが困難となるからである。
17より与えられる回転速度ωを参照してモータ14の
回転数が60rpmに達したと判断すると(ステップS
5,「YES」)、ベクトル制御(及び速度PI制御)
を開始させる(ステップS6)。その後は、運転停止の
指示があるまで運転を継続する(ステップS7)。その
間、洗いまたは濯ぎ運転を行う場合は、モータ14を最
大回転数が150rpmに達するように正逆転させる。
制御(及び速度PI制御)について処理の流れを説明す
る。PWM形成部27は、内部のアップダウンカウンタ
(図示せず)のカウンタ出力によって16kHzのPW
M搬送波を生成しており、そのカウンタ値が“0”,即
ち三角波の谷に達した時点で変換タイミング信号をA/
D変換部32に出力するようになっている(図5参
照)。
αβ/UVW変換部24が出力する電圧指令値Vu〜V
wとPWM搬送波とのレベルを比較して、後者のレベル
が前者を上回っている期間に上アーム側のIGBT29
a〜29cがオンするようにPWM信号Vup(+) 〜Vwp
(+) を出力する。そして、下アーム側のIGBT29d
〜29fは、上アーム側のIGBT29a〜29cがオ
フしている期間にデッドタイムを挟んでオンされるよう
になっている。
転IMINVとシャント抵抗30に流れる電流ISR及び相電
圧との関係を示す波形図である。即ち、電流ISRが流れ
る期間は、下アーム側のIGBT29がオンして相電圧
が0Vを示す場合である。従って、三角波の谷は、下ア
ーム側のIGBT29d〜29fがオンしている期間の
中間位相を示すことになる。つまり、A/D変換部32
が、PWM形成部27内部のカウンタ値“0”の時点で
A/D変換を行うようにすれば、インバータ回路28の
下アーム側に流れる相電流を確実にサンプリングするこ
とができる。
2相の電流値は、推定された残り1相の電流値と共にU
VW/αβ変換部33,αβ/dq変換部21を介すこ
とで2軸電流データIα,Iβ,→Id,Iqに変換さ
れ、エスティメータ17及び減算器19,20に出力さ
れ、エスティメータ17によって位置角θ及び回転速度
ωが推定される。尚、電流Iqは、モータ14の2次磁
束の方向に対して垂直となる方向に流れる電流であり、
トルクの発生に寄与する電流成分である。一方、電流I
dは、2次磁束の方向に対して平行となる方向に流れる
電流であり、トルクの発生には寄与しない電流成分であ
る。
値出力部15より与えられる目標速度指令ωref と検出
速度ωとの差分量に基づいてq軸,d軸電流指令値Iqr
ef,Idrefを出力し、電流PI制御部22q,22d
は、指令値Iqref,Idrefと検出された電流値Iq,I
dとの差分に基づいて電圧指令値Vq,Vdを出力す
る。電圧指令値Vq,Vdは、dq/αβ変換部23,
αβ/UVW変換部21を介して電圧指令値Vu,V
v,Vwに変換されてPWM形成部27に出力され、P
WM形成部27がインバータ回路28にPWM信号Vup
〜Vwpを出力する。すると、モータ14の各相巻線に通
電が行われる。
ける撹拌翼6(モータ14)の回転数制御パターンを示
すものである。回転数は0rpmから150rpmまで
0.3秒間で上昇させるとその状態を0.5秒間維持
し、続いて150rpmから0rpmまで0.3秒間で
下降させる。それから、0.7秒間の停止期間を経て回
転方向を反転させる。このパターンを繰り返し行う。
回転数制御パターンに応じて速度PI制御部18が出力
するq軸電流指令値Iqref の出力パターンを示す。
尚、前述したように、この場合、d軸電流指令値Idre
f は“0”に設定され、モータ14は全界磁状態で駆動
される。
14の制御内容を示すフローチャートである。図4にお
けるステップA1の起動処理は、図3に示すステップS
1〜S5に相当するものである。そして、図3のステッ
プS5において「YES」と判断される状態になると、
切替え制御部52は、切替えスイッチ50及び25をベ
クトル制御側(即ち、固定接点50a,25a側)に切
り換える(ステップA2)。
7相当図を示す。図8(a)に示すように、脱水時は、
回転数を0rpmから900rpmまで90秒間で上昇
させるとその状態を4分間維持し、続いて900rpm
から0rpmまで15秒間で下降させる。
ル制御に移行すると、回転数900rpmに向かって目
標回転数を次第に上昇させる(ステップA3,A4)。
この初期段階では、図8(b)に示すように、洗いまた
は濯ぎ運転時と同様に、q軸電流指令値Iqref を与え
ることでモータ14のトルクを上昇させるが、d軸電流
指令値Idref は“0”に設定され、モータ14はやは
り全界磁状態で駆動される。
部27より与えられるPMW信号のデューティ情報を参
照し、ベクトル制御から電圧・位相制御に切替えを行う
べきタイミングであるか否かを判断する(ステップA
5)。ここでの切替えのタイミングは、PMW信号のデ
ューティが90%を超えたか否かによって行う。そし
て、デューティが90%を超えない場合は(「NO」)
ステップA2に戻り、90%を超える場合は(「YE
S」)切替えスイッチ50,25を電圧・位相制御側
(固定接点50b,25b側)に切り換えて(ステップ
A6)、速度PI制御部34により電圧・位相制御(P
I制御)を行う。PMW信号のデューティが90%に達
するのは、図8の例では、モータ14の回転数が400
rpm程度に達した場合となる。
I制御部34にも切り換え制御信号を出力して弱め界磁
制御を行わせることで、モータ14の目標回転数(速度
指令値ωref )を更に上昇させる(ステップA7)。弱
め界磁制御は進み角通電によって行う。
ィメータ17により推定された60度毎の位相P0〜P
5に対してモータ14の効率が最大となる通電タイミン
グ(全界磁)である場合に、(c)に示すように位相指
令PHASE によって通電タイミングを進み位相側にシフト
することで、モータ14に対する印加電圧を速度PI制
御部34が出力する電圧指令(DUTY)に基づくレベルに維
持したまま界磁を弱める。尚、(a)はモータ14が回
転する場合のステータ巻線とロータマグネットとの位置
関係(位相P0〜P5)を示す。そして、速度指令値ω
ref が上昇するのに応じて通電進み角が大きくなるよう
に設定し、モータ14に発生する誘起電圧を抑制する。
替え制御部52は、モータ14の回転数が900rpm
に到達したか否かを判断し、到達していなければ(「N
O」)ステップA7に戻る。900rpmに到達した場
合は(「YES」)そのまま定められた所定時間(この
場合、4分間)脱水運転を行う(ステップA9)。その
後、モータ14に対する通電を停止して、ロータの回転
を停止させるために図示しないブレーキ機構を動作さ
せ、回転槽5を停止させると(ステップA10)処理を
終了する。
900rpmで駆動した場合におけるモータ14の印加
電圧(V)と入力電力(W)との関係を示すものであ
る。図中の点Aは、モータ14をベクトル制御すると同
時に弱め界磁制御を行った場合であり、印加電圧は約2
00V,入力電力は約208Wである。これに対して、
点Bはモータ14を電圧・位相制御すると同時に弱め界
磁制御を行った場合であり、印加電圧は約220Vに上
昇し、入力電力は約185Wまで低下している。即ち、
高速回転領域において電圧・位相制御に切り替えたこと
により、モータ14に対する印加電圧をより高めること
が可能となり、その結果、入力電力を10%程度低下さ
せることができたことを示している。
ぎ運転と脱水運転の低速回転領域においてはモータ14
を全界磁で運転し、脱水運転の高速回転領域においては
モータ14を弱界磁で運転するように制御して、全界磁
運転を行う場合はモータ14の出力トルクをベクトル制
御し、弱界磁運転を行う場合はモータ14を電圧・位相
制御するようにした。従って、脱水運転を行う場合の高
速回転領域においてモータ14に供給する電圧をより高
く設定した上で弱界磁運転を行うことが可能となり、消
費電力を低下させて効率を高めることができる。
燥機に適用した場合の第2実施例を示すものであり、第
1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略
し、以下異なる部分についてのみ説明する。
を示すものである。ドラム式洗濯乾燥機全体の外殻を成
す外箱61の前面部には、中央部にドア62が設けら
れ、上部に、操作パネル63及び図示しない洗剤投入用
ケースが設けられている。ドア62は、外箱61の前面
部の中央部に形成した洗濯物出入口65を開閉するもの
で、外箱61の前面部裏側の上部(操作パネル63の裏
側)には操作回路ユニット66が設けられ、下部には制
御回路ユニット67が設けられている。
いる。この水槽68は円筒状を成すものであり、その軸
方向が前後(図11中、左右)となる横軸状で、且つ、
前上がりの傾斜状に配設され、左右一対(図11では一
方のみを示す)の弾性支持装置69によって支持されて
いる。
0を水槽68と同軸状に配設している。このドラム70
は、洗濯、脱水及び乾燥に共用の槽として機能するもの
であり、胴部のほぼ全域に小孔71を多数有している
(図11では一部のみ図示)。また、胴部の内周側に
は、ドラム70が回転した時に内部の洗濯物を掻き上げ
るためのバッフル72を複数有している(図11では1
つのみ図示)。
部に洗濯物出し入れ用の開口部73,74を有してお
り、そのうちの水槽68の開口部73を、ベロー75に
よって前記外箱61の洗濯物出入口65に水密に連ね、
ドラム70の開口部74を水槽68の開口部73に臨ま
せることにより、ドラム70の内部に洗濯物出入口65
が通じるようにしている。
駆動する駆動装置としてモータ76が配設されている。
このモータ76は、モータ14と同様に、アウターロー
タ形のDCブラシレスモータであり、そのステータ76
aは水槽68の背面部に取付けられ、ロータ76bの中
心部に配置された回転軸76cが水槽68内に挿通され
て、その前端部にドラム70の背部の中心部が取付けら
れている。
られており、この水溜器77の内部に洗濯水加熱用のヒ
ータ78が配設され、水溜器77の後部には排水弁79
を介して排水ホース80が接続されている。この場合、
排水弁79は電磁石やモータ等の駆動力で開放される電
動式のものである。
81が後方側に配設され、加熱器82が前方側に配設さ
れている。このうち、送風機81は、ケーシング83の
内部に送風羽根84を設け、この送風羽根84を回転駆
動するモータ85(図12参照)をケーシング83の外
部に設けて成るものであり、それらの間は図示しないベ
ルト伝動機構により連結されている。一方、加熱器82
は、ケース87の内部に温風生成用ヒータ88を設けて
成るもので、ケース87の入口部が送風機81のケーシ
ング83の出口部に連通している。
配設されている。このダクト89は、一端部が上記加熱
器82のケース87の出口部に連通しており、他端部が
水槽68内に臨んでいる。
配設されている。この熱交換器90は、上部から水が注
ぎ入れられることによって、内部を下方から通る空気の
水分を水により熱交換して冷却し凝縮させて除湿する水
冷式であり、全体に中空状を成している。又、この熱交
換器90は、ドラム70の回転中心たる前記モータ76
の回転軸76cに対して同心円状に湾曲する形状を成し
ており、モータ76を避けて配設されている。
ある水出口兼用の空気入口91を有しており、その空気
入口91を水槽68の内下部に連通させている。又、熱
交換器90は、上部をダクト92により前記送風機81
のケーシング83に連通しており、以上の熱交換器9
0、ダクト92、送風機81、並びに前記加熱器82、
及びダクト89によって乾燥ユニット93が構成されて
いる。
4を横架して設けている。この注水管94は、熱交換器
90内の下方部を臨む下面部に例えば横一列状に多数の
噴水口(図示せず)を有しており、一端部を熱交換器9
0外に位置させている。そして、その注水管94の一端
部には注水チューブ95の一端部が接続され、該注水チ
ューブ95の他端部は、前記外箱61内の最上部に配設
された給水弁96に接続されている。
が配設されている(図12参照)。この水位センサ97
は、水槽68の底部に取付けた図示しないエアトラップ
からエアチューブを介して水槽68内の水位を空気圧に
より検知するようになっている。ここで、水槽68内は
前記小孔71を介してドラム70内と連通しており、水
槽68内に貯水すれば、小孔71を通じてドラム70内
にも貯水される。従って、水位センサ97及び図示しな
いエアトラップとエアチューブは、ドラム70内の水位
をも検知する。
プ99が配設されている。この給水ポンプ99は、風呂
水など水道水以外の水を図示しない吸水ホースを介し吸
入して吐出するもので、その吐出先である外箱61内最
上部の前方には注水ケース100が配設されている。
から吐出される水道水以外の水を接続ホース101を介
して受容すると共に、図示しない水道の蛇口から給水弁
102(図12参照)を通じて供給される水道水を接続
ホース103を介して受容するようになっている。そし
て、注水ケース100の内部には前記洗剤投入用ケース
が収容されており、注水ケース100の前底部は給水管
94を介して前記水槽68内に連通するようになってい
る。
93を通じて注水ケース100内に供給された水道水
は、洗剤投入用ケース内を経て給水管94を通じ水槽6
8内に、ひいてはドラム70の前記小孔71を通じてド
ラム70内に供給されるようになっている。従って、こ
のとき、洗剤投入用ケース内に洗剤を投入すれば、その
洗剤は水と共にドラム70内に投入される。一方、給水
ポンプ99により接続ホース101を通じて注水ケース
100内に供給された水道水以外の水は、直接(洗剤投
入用ケースを経ずに)給水管94を通じ水槽68内(ド
ラム70内)に供給されるようになっている。なお、給
水弁102と前記給水弁96も、前記排水弁79と同様
の電動式のものである。
5及びその周辺よりなる電気的構成を示している。この
マイコン105は、前記制御回路ユニット67に含ま
れ、ドラム式洗濯乾燥機の運転全般を制御するようにな
っている。このマイコン105には、前記操作パネル6
3の各種スイッチから成る操作入力部106から各種操
作信号が入力されるようになっている。操作入力部10
6は前記操作回路ユニット66に含まれており、操作パ
ネル63に対する使用者の操作に応じた各種操作信号を
出力するようになっている。
サ97から水位検知信号が入力されると共に、水槽68
内の洗濯水の汚れを検知するように設けた汚れセンサ1
07から汚れ検知信号が入力される。また、ドラム70
内の気温を検知するための気温センサ(例えば、サーミ
スタ)108から気温検知信号が入力されると共に、水
槽68内の水温を検知するための水温センサ112から
水温検知信号が入力されるようになっている。
32に与えられる電流検出信号並びに予め記憶された制
御プログラムに基づいて、前記モータ76を駆動するイ
ンバータ回路109に駆動制御信号を与えるようになっ
ている。尚、マイコン105がインバータ回路109を
介してモータ76を駆動制御する構成については、第1
実施例における図1に示すものと全く同様である。
の各種表示部から成る表示ユニット110、洗濯水を加
熱するための温水用ヒータ78、排水弁79、送風機8
1の送風用モータ85、乾燥用ヒータ88、給水ポンプ
99、給水弁96,102を駆動するための駆動回路1
11に駆動制御信号を与えるようになっている。
図16をも参照して説明する。図13は、洗濯乾燥機の
一連の行程を示すものである。先ず、ユーザがドラム7
0に投入した洗濯物の量を推定するため布量検知が行わ
れ、その結果、投入すべき洗剤の量が表示ユニット60
に表示される。ユーザは、その表示を見て洗剤投入ケー
ス内に洗剤を投入する。同時に、水槽68内に洗濯物の
量に応じた水位までの給水が行われ、給水が完了する
と、モータ76によってドラム70が正反転駆動され、
洗い行程が実施される。この時、ユーザによって「煮洗
い」が選択された場合はヒータ78に通電が行われる。
われると続いて濯ぎ行程に移行し、「給水」が行われた
後一回目の「濯ぎ1」が開始される。「濯ぎ1」の後
は、「排水」,「脱水」,「排水」,「濯ぎ」のセット
を2回繰り返し、計3回の濯ぎを行う。それから、脱水
行程に移行して「排水」,「脱水」が行われると、乾燥
行程に移行し、ドラム70が回転されると共にヒータ8
8が通電され、モータ85が回転されることでドラム7
0内に熱風が循環される。
脱水時,乾燥時におけるドラム70(モータ76)の回
転数制御パターンを示すものである。図14に示す洗い
または濯ぎ時は、回転数を0rpmから50rpmまで
1秒間で上昇させるとその状態を3秒間維持し、続いて
50rpmから0rpmまで1秒間で下降させる。それ
から、3秒間の停止期間を経て回転方向を反転させる。
このパターンを繰り返し行う。この場合、第1実施例と
同様に、モータ76の出力トルクはq軸電流指令値Iq
ref によりベクトル制御すると共に回転速度については
PI制御し、d軸電流指令値Idref =0として全界磁
制御する。
から1000rpmまで3分間で上昇させるとその状態
を7分間維持し、続いて1000rpmから0rpmま
で1分間で下降させる。この場合も、第1実施例と同様
に図4に示すフローチャートに従って制御することで、
PWM信号のデューティが90%を超えると(例えば回
転数500rpm)、ベクトル制御から電圧・位相制御
に切替えを行うと共に、図9に示したように進み角通電
により弱め界磁制御を行うようにする。
まで上昇させるとその状態を維持し、続いて60rpm
から0rpmまで下降させる。この期間を1分間とす
る。それから、僅かな停止期間を経て回転方向を反転さ
せる。このパターンを繰り返し行う。この場合は、洗い
または濯ぎ運転と同様にトルクをベクトル制御すると共
に速度をPI制御し、全界磁制御する。
濯ぎ,脱水運転と脱水運転の低速回転領域においてはモ
ータ76を全界磁で運転し、脱水運転の高速回転領域に
おいてはモータ76を弱界磁で運転するように制御し
て、全界磁運転を行う場合はモータ76の出力トルクを
ベクトル制御し、弱界磁運転を行う場合はモータ76を
電圧・位相制御するようにした。従って、洗濯乾燥機に
おいても、第1実施例と同様の効果が得られる。
燥機に適用した場合の第3実施例を示すものである。図
17は洗濯乾燥機全体の構成を一部展開して示す縦断側
面図である。外郭を形成する本体121の上面中央部に
は、洗濯物の出し入れ口を開閉する蓋122を備え、そ
の前方には詳細は後述する各種の選択スイッチを有する
操作パネル123が配設されるとともに、その内方には
洗濯および乾燥運転の全般を制御すべくマイクロコンピ
ュータを主体とする回路構成からなる制御装置(制御手
段)124が設けられている。
た貯水可能な有底筒状の水槽125が、複数の弾性支持
装置126(1個のみ図示)を介して設けられており、
その最低部位の排水口125aには排水弁127が連通
接続され、更に排水ホース128を経て機外に導出され
ている。尚、上記水槽125は合成樹脂製であり、例え
ばポリプロピレンを基材にガラス繊維を15wt%以上加
えた複合材料にて成形し、該水槽125を乾燥室として
使用できるように耐熱補強が施されている。
物を収容し洗濯槽と脱水槽を兼用した回転槽129が回
転可能に配設されている。この回転槽129は、金属製
若しくは金属を主体とする堅固な構成からなり、水槽1
25と略同様の上面を開口し、底部を含む全周壁に多数
の透孔129aを有する縦形円筒状をなすとともに、内
底部の中心には撹拌体130を回転可能に設け、上端部
にはバランスリング129bを固着している。
125の外底部に装着された駆動モータ131により回
転駆動されるように、図示しないクラッチ機構を介して
洗い運転では撹拌体130のみが駆動され、脱水運転や
乾燥運転時には撹拌体130と回転槽125とが共に回
転駆動される。但し、乾燥運転時では脱水運転に比して
回転槽125は低速回転に制御される。モータ131
は、第1または第2実施例と同様にアウタロータ型のブ
ラシレスモータで構成されている。
構成の水槽125の側方において、下端部から上端部に
かけて取り巻くように、水槽125内に温風を循環供給
する温風循環路132が形成されている。即ち、この温
風循環路132は、一端の下端部が水槽125の下部の
排水口125a近傍に開口連通し、また他端たる上端部
が水槽125の上面開口を臨む位置に開口した各ダクト
133a,133bと、その途中位置に設けられた除湿
ユニット134を介して形成され、以って、回転槽13
0を内蔵する水槽125と、その外測にあって、ダクト
133および除湿ユニット134を介して連通した通路
が形成される。
送風機135および乾燥用ヒータ136を順次配設して
なる所謂温風発生装置が設けられている。そして、水槽
125を介してダクト133、除湿ユニット134およ
び温風発生装置により温風循環路132が形成されてい
る。
内外面が蛇腹状に形成された熱交換部137が設けられ
ている。冷却ファン装置138は、熱交換部137の周
側に冷風としての外気を供給するもので、その冷風を下
方向へ案内する風路を形成する短筒状の風洞139が、
熱交換部137の上方部位を包囲するように設けられて
いる。そして、冷却ファン装置138が駆動されること
で取り込まれた外気は、冷風として風洞139に案内さ
れる。すると、その冷風が熱交換部137の外側面を下
方に流れることで、熱交換部137の内部を図示矢視方
向の上方に流れる空気(排気温風)は冷やされ、凝縮さ
れた水分が滴下することで空気中から湿気が取り除かれ
る。以上の機構が空冷式除湿器140を構成している。
を覆うように短円筒状をなすと共に下方が開放された形
状をなしており、水槽125の上方部位に隣接して配設
されている。風洞139を流れる冷風の一部は水槽12
5の外周壁面に沿って流下し、該水槽125の下半部を
冷却する。これにより、水槽125を介して内部の排気
温風との間で一部熱交換が行なわれ、水分の冷却凝縮に
よる除湿作用が促進される。
注入するための給水手段が設けられている。この給水手
段は、水道等の給水源に接続された給水切替弁141
と、この給水切替弁141から少なくとも2分岐され、
一方は熱交換部137の上部内方に連通し少水量の冷却
水としての水を流す通水路142と、他方では水槽12
5内に臨み洗濯水として多量の水を供給するための通水
路143とから構成されている。従って、斯かる通水路
142からは冷却水として少量の水が熱交換部137内
に供給され、その水が熱交換部137内を上方に移動中
の空気に接触して冷却するため、空気中の水分が凝縮さ
れて除湿される。
適量の水を供給する給水手段を設けることで、所謂水冷
式除湿器144が構成されている。そして、除湿ユニッ
ト134は、これら空冷式および水冷式の二つの除湿手
段を具備する構成である。特に、本実施例における熱交
換部137は、蛇腹状に形成されることで熱交換面積を
大きくして効率の良い熱交換が可能である。また、該熱
交換部137の内方下部には撹拌用リブ145が突設さ
れている。この撹拌用リブ145によって、ここを流れ
る空気に乱流を派生させて冷却水とのむらのない接触を
促し、また冷却水自体も飛散することとになり更に水と
空気との接触が良好となるようにしている。
れた乾いた空気は、この下流側に配設された温風を発生
させる送風機135とヒータ136により効率良く温風
化され、ダクト133bを経て水槽125に供給され
る。尚、除湿ユニット134や温風循環路132は、詳
細な取付構造は略すが弾性支持された水槽125側に連
結固定されている。また、外気を取り込む冷却ファン装
置138も、本体121の外方に臨む位置にやはり弾性
的に取付支持されている。また、洗濯乾燥機の電気的構
成は、基本的に第2実施例と同様である。
脱水時,乾燥時におけるモータ131の回転数制御パタ
ーンを示すものである。図18に示す洗いまたは濯ぎ時
は、回転数を0rpmから150rpmまで0.3秒間
で上昇させるとその状態を0.5秒間維持し、続いて1
50rpmから0rpmまで0.5秒間で下降させる。
それから、0.7秒間の停止期間を経て回転方向を反転
させる。このパターンを繰り返し行う。この場合も、第
1実施例と同様に、モータ76の出力トルクはq軸電流
指令値Iqref によりベクトル制御すると共に回転速度
についてはPI制御し、d軸電流指令値Idref =0と
して全界磁制御する。
から900rpmまで3分間で上昇させるとその状態を
7分間維持し、続いて900rpmから0rpmまで1
分間で下降させる。この場合も、第1実施例と同様に図
4に示すフローチャートに従って制御することで、PW
M信号のデューティが90%を超えると(回転数400
rpm)、ベクトル制御から電圧・位相制御に切替えを
行うと共に、弱め界磁制御を行うようにする。
まで上昇させるとその状態を維持し、続いて50rpm
から0rpmまで下降させる。この期間を10分間とす
る。それから、1分間の停止期間を経て回転方向を反転
させる。また、その停止期間には、撹拌体130を10
0rpmで交互に正反転させる。このパターンを繰り返
し行う。この場合は、洗いまたは濯ぎ運転と同様にトル
クをベクトル制御すると共に速度をPI制御し、全界磁
制御する。
って具体数値例が第2実施例とは異なるが、洗濯乾燥機
としての基本的な動作は略同一である。以上のように第
3実施例によれば、本発明を縦型の洗濯乾燥機に適用し
た場合でも、第1または第2実施例と同様の効果が得ら
れる。
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。回転数や電流値などは一例であり、
個別の設計に応じて適宜変更して実施すれば良い。ま
た、脱水運転の高速回転領域においてベクトル制御から
電圧・位相制御に切り替えるタイミングも、PMW信号
のデューティ90%を基準とするものに限らず、個別の
設計に応じて最適となる基準を適宜設定すれば良い。
洗い,濯ぎ運転と脱水運転の低速回転領域においてはモ
ータを全界磁で運転し、脱水運転の高速回転領域におい
てはモータを弱界磁で運転するように制御すると共に、
全界磁運転を行う場合は前記モータの出力トルクをベク
トル制御し、弱界磁運転を行う場合はモータを電圧・位
相制御するようにした。また、本発明の洗濯乾燥機によ
れば、制御手段は、洗い,濯ぎ,乾燥の各運転と脱水運
転の低速回転領域においてはモータを全界磁で運転し、
脱水運転の高速回転領域においてはモータを弱界磁で運
転するように制御すると共に、全界磁運転を行う場合は
モータの出力トルクをベクトル制御し、弱界磁運転を行
う場合はモータを電圧・位相制御するようにした。従っ
て、脱水運転の高速回転領域においてモータに供給する
電圧をより高く設定した上で、弱界磁運転を行うことが
できるようになり、消費電力を低減してモータの効率を
向上させることができる。
あり、マイクロコンピュータを中心とする制御系の構成
を示す機能ブロック図
初期における制御内容を示すフローチャート
ト信号の波形を示す図
流れる電流ISR及び相電圧との関係を示す波形図
翼(モータ)の回転数制御パターンを示す図、(b)は
(a)に示す回転数制御パターンに応じて速度PI制御
部が出力するq軸電流指令値Iqref の出力パターンを
示す図
で、(a)はモータが回転数場合のステータ巻線とロー
タマグネットとの位置関係、(b)は全界磁制御、
(c)は弱め界磁制御を示す図
るモータの印加電圧(V)と入力電力(W)との関係を
示す図
第2実施例であり、ドラム式洗濯乾燥機の縦断側面図
電気的構成を示す機能ブロック図
数制御パターンを示す図
3実施例を示す図2相当図
段)、76はモータ、105はマイクロコンピュータ
(制御手段)、124は制御装置(制御手段)、131
はモータを示す。
Claims (2)
- 【請求項1】 洗い,濯ぎ及び脱水の各行程を連続して
行う全自動洗濯機について、洗い,濯ぎ及び脱水の各運
転を行うための回転駆動力を与えるモータを駆動制御す
るインバータ装置において、 洗い,濯ぎ運転と脱水運転の低速回転領域においては前
記モータを全界磁で運転し、脱水運転の高速回転領域に
おいては前記モータを弱界磁で運転するように制御する
と共に、前記全界磁運転を行う場合は前記モータの出力
トルクをベクトル制御し、前記弱界磁運転を行う場合は
前記モータを電圧・位相制御する制御手段を備えたこと
を特徴とする洗濯機のインバータ装置。 - 【請求項2】 洗い,濯ぎ,脱水及び乾燥の各行程を連
続して行う全自動洗濯乾燥機について、洗い,濯ぎ,脱
水及び乾燥の各運転を行うための回転駆動力を与えるモ
ータを駆動制御するインバータ装置において、 洗い,濯ぎ,乾燥の各運転と脱水運転の低速回転領域に
おいては前記モータを全界磁で運転し、脱水運転の高速
回転領域においては前記モータを弱界磁で運転するよう
に制御すると共に、前記全界磁運転を行う場合は前記モ
ータの出力トルクをベクトル制御し、前記弱界磁運転を
行う場合は前記モータを電圧・位相制御する制御手段を
備えたことを特徴とする洗濯乾燥機のインバータ装置。
Priority Applications (7)
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