JP2010207392A - 洗濯乾燥機 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプを用いた予備乾燥運転時のドラムの惰性回転による起電力を、低コストで有効に用い、安定した運転を確保する。
【解決手段】ドラムモーター７と、ドラム３内に送風するためのファンモーター２７と、ファンによる送風空気を加熱するヒートポンプのコンプレッサ２８に、インバータ回路２４、２５、２６により、整流平滑回路２２、２３の直流電源に基づく交流電力を供給する。交流電源２１に直列にリレー３４が接続される。制御部２９は、予備乾燥運転時に、ドラムモーターを駆動すると脱水と同時に、ファンモータとコンプレッサとを駆動して温風を送る制御を行う。その際、所定時間の脱水を行った後にドラムモーター用インバータ回路を停止し、同時に、リレーを開状態にして整流平滑回路への電力供給を遮断する。一方、ドラムの惰性回転による起電力が所定の大きさよりも低下したときには、リレーを閉状態に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプによる除湿乾燥方式を用いた洗濯乾燥機に関する。

ヒートポンプによる除湿乾燥方式を用いたドラム式洗濯乾燥機の構造の一例を、図４に示す。図４は、ドラム式洗濯乾燥機の要部構成を示す断面図である。

この洗濯機では、洗濯機本体１内に、サスペンション構造（図示せず）によって水槽２が宙吊り状態に支持されている。水槽２内には、有底円筒形に形成されたドラム３が、その軸心方向を正面側から背面側に向けて下向きに傾斜させて支持されている。水槽２の正面側にはドラム３の開口端に通じる衣類出入口４が形成され、洗濯機本体１の正面側の上向き傾斜面に設けられた開口部を開閉可能に閉じる扉５を開くことにより、衣類出入口４を通じてドラム３内に対して洗濯物を出し入れすることができる。

ドラム３には、その周面に水槽２内に通じる多数の透孔６が形成され、内周面の複数位置に衣類攪拌用の攪拌突起３ａが設けられている。このドラム３は、水槽２の背面側に取り付けられたドラムモータ７によって正転及び逆転方向に回転駆動される。また、水槽２には、注水管路８及び排水管路９が配管接続され、図示しない注水弁及び排水弁の制御によって水槽２内への注水及び排水がなされる。

扉５を開きドラム３内に洗濯物及び洗剤を投入して、洗濯乾本体１の例えば前面上部に設けられた操作パネル１０での操作により運転を開始させると、水槽２内には注水管路８から所定量の注水がなされ、ドラムモータ７によりドラム３が回転駆動されて洗濯工程が開始される。ドラム３の回転により、ドラム３内に収容された洗濯物はドラム３の内周壁に設けられた攪拌突起３ａによって回転方向に持ち上げられ、持ち上げられた適当な高さ位置から落下する攪拌動作が繰り返されるので、洗濯物には叩き洗いの作用が及んで洗濯がなされる。

所要の洗濯時間の後、汚れた洗濯液は排水管路９から排出され、ドラム３を高速回転させる脱水動作により洗濯物に含まれた洗濯液を脱水し、その後、水槽２内に注水管路８から注水してすすぎ工程が実施される。このすすぎ工程においても、ドラム３内に収容された洗濯物は、ドラム３の回転により攪拌突起３ａにより持ち上げられて落下する攪拌動作が繰り返されてすすぎ洗いが実施される。

このドラム式洗濯乾燥機には、ドラム３内に収容した洗濯物を乾燥する機能が設けられ、循環送風経路１１により、水槽２内の空気を排気して除湿し、加熱して乾燥させた空気を再び水槽２内に送風する。この循環送風経路１１の途中には、蒸発器１２などの除湿手段と凝縮器１３などの加熱手段からなるヒートポンプユニット、及び送風手段である循環ファン１４が設けられている。蒸発器１２と凝縮器１３は、循環空気との熱交換部をなして循環送風経路１１の最低位部に配置されている。

この循環ファン１４を回転駆動することにより、循環送風経路１１に空気の流れが発生して洗濯物を収容したドラム３内の空気は透孔６を通じて水槽２から循環ファン１４側への循環空気導入管路１５に排気され、循環ファン１４の上流に位置する蒸発器１２に水分を結露させて除湿することと、凝縮器１３との熱交換により加熱することとで常に乾燥した高温の空気とされる。

この乾燥した高温の空気は循環ファン１４から水槽２への送風管路１６に送り出されて水槽２内に送風される。水槽２内に送風された高温の乾燥空気は透孔６を通じてドラム３内に入って衣類などの洗濯物に曝されながら水槽２へと抜け、再度循環空気導入管路１５へと導入され、以上の循環送風経路１１での空気の循環の繰り返しにより乾燥工程が実施される。

図５は、上記構成のドラム式洗濯乾燥機の動作を制御する制御装置の概略構成を示すブロック図である。但し、ドラムモータ７の駆動に関与する部分以外の制御部は、図示が簡略化されている。

この制御装置では、商用電源２１の交流電力を、整流器２２及び平滑コンデンサ２３からなる整流平滑回路により平滑化し、その直流電力を、ドラムモーター用インバータ回路２４、ファンモーター用インバータ回路２５、およびコンプレッサ用インバータ回路２６に供給する。

ドラムモーター用インバータ回路２４により直流電力が３相交流電力に変換され、ドラムモータ７の駆動電力として供給される。同様に、ファンモーター用インバータ回路２５により変換された３相交流電力が循環ファン１４用のファンモーター２７に供給され、コンプレッサ用インバータ回路により変換された３相交流電力が凝縮器１３のコンプレッサ２８に供給される。

マイコンにより構成された制御部２９は、入力設定部３０から入力される運転指示、及び各検知手段により検知される運転状態の監視情報に基づいて、各インバータ回路２４、２５、２６を制御し、また、図示を省略するが、給水弁、排水弁等の動作を制御する。

図には、ドラムモーター用インバータ回路２４についてのみ、回路を具体的に示したが、他のインバータ回路２５、２６も同様の構成を有する。ドラムモータ７は、３相巻線７ａ、７ｂ、７ｃを有するステータと、２極の永久磁石を有するロータ（図示せず）とを備え、３つの位置検出素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが設けられた直流ブラシレスモータである。位置検出素子３１ａ〜３１ｃは、ロータ磁極位置に対応して電気角６０度毎のロータ位置信号を出力する。

ドラムモータ７を回転制御するインバータ回路２４は、６個のスイッチング素子２４ａ〜２４ｆを３相ブリッジ接続して構成され、各スイッチング素子２４ａ〜２４ｆに並列にフライホイールダイオードが接続されている。位置検出素子３１ａ〜３１ｃが検出するロータ位置検出信号は、制御部２９に入力される。このロータ位置検出信号に基づいて、駆動回路３２によりスイッチング素子２４ａ〜２４ｆのオン／オフ状態をＰＷＭ制御する。それにより、ステータの３相巻線７ａ、７ｂ、７ｃに対する通電を制御して、ロータを所要回転数で回転させる。

制御部２９はまた、３つの位置検出素子３１ａ〜３１ｃの検出出力が入力される回転数検知部３３を有する。回転数検知部３３は、３つの位置検出素子３１ａ〜３１ｃのいずれかの位置検出信号の状態が変わるたびにその周期を検出し、その周期よりロータの回転数Ｎｄを算出する。回転数Ｎｄを用いて、布量検知等の処理が行なわれる。

以上のような構成を有する洗濯乾燥機において、ドラムモータ７を駆動してドラム３を高速回転させた後、ドラムモーター用インバータ回路２４を停止し、ドラム３が惰性回転を続ける場合がある。その際、ドラム３の惰性回転によりドラムモータ７は起電力を発生する。この起電力を無駄にせず有効利用することは、省エネギー化を図る上で重要である。

特許文献１には、インバータ洗濯機において、モータ制御時のモータの惰性回転により発生する起電力が、無駄に消費されることを回避する技術が記載されている。すなわち、平滑コンデンサと並列に、蓄電手段とスイッチング素子からなる充放電手段を接続し、充放電手段を介して充放電を制御する。それにより、モータの停止時直後の惰性回転による電力を蓄電手段に充電し、運転時に放電するなどして、モータの起動をよりスムーズに行ない、モータの発電電力を無駄なく使用する。
特開平１１−２７６７８１号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、蓄電手段が必要であり、コストアップの原因となる。

ところで、ヒートポンプを用いた洗濯乾燥機においては、予備乾燥運転のモードが設定される場合がある。予備乾燥運転とは、ドラムモータ７を駆動してドラム３を高速回転させ、洗濯物を脱水すると同時に、ファンモータ２７とコンプレッサ２８とを駆動して、温風をドラム３に送ることによりドラム３内の洗濯物を温めるモードである。

この予備乾燥運転時に、脱水回転時のドラムモータ７の停止後の惰性回転によるドラム３の回転エネルギーを、コンプレッサ２８やファンモーター２７の駆動に利用して、省エネギー化を図ることが考えられる。しかし、ドラムモータ７からの回生電力を単純にコンプレッサ２８やファンモーター２７に供給するだけでなく、予備乾燥運転時の安定した運転を確保することが必要である。

そこで本発明は、ヒートポンプを用いた予備乾燥運転時のドラムの惰性回転による起電力を、低コストで有効に用い、安定した運転を確保することが可能な洗濯乾燥機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の洗濯乾燥機は、洗濯物を収容して回転運動を行うドラムと、前記ドラムを回転自在に内包し洗濯機本体内に弾性的に支持された水槽と、前記ドラムを回転駆動するドラムモーターと、前記ドラム内に空気を送風するファンを回転駆動するファンモーターと、前記ファンによる送風空気を冷却除湿したのちに加熱するヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプユニットの冷媒を輸送するコンプレッサと、交流電源を直流電源に変換する整流平滑回路と、前記直流電源の電圧を検知する電圧検知回路と、前記整流平滑回路の直流電源に基づき前記ドラムモーター、ファンモーター、およびコンプレッサにそれぞれ交流電力を供給するドラムモーター用インバータ回路、ファンモーター用インバータ回路、およびコンプレッサ用インバータ回路と、前記交流電源に直列に接続されたリレーと、各々の前記インバータ回路および前記リレーの駆動制御を行う制御部とを備える。

前記制御部は、前記ドラムモーターを駆動して前記ドラムを高速回転し、洗濯物を脱水すると同時に、前記ファンモータと前記コンプレッサとを駆動して、温風を前記ドラムに送ることにより前記ドラム内の洗濯物を温める予備乾燥運転を制御する機能を有し、前記予備乾燥運転に際して前記制御部は、所定時間の脱水を行った後に前記ドラムモーター用インバータ回路を停止すると同時に、前記リレーを開状態にして前記交流電源から前記整流平滑回路への電力供給を遮断し、前記ドラムの惰性回転による起電力が所定の大きさよりも低下したときに、前記リレーを閉状態に戻すことを特徴とする。

上記構成によれば、リレーを設けるだけの低コストで、ヒートポンプを用いた予備乾燥運転時のドラムの惰性回転による起電力を有効に用い、しかも、起電力の低下に応じて交流電源による電力供給に復帰することにより、安定した運転を確保することが可能である。

本発明の洗濯乾燥機は、上記構成を基本として以下のような態様をとることができる。

すなわち、前記電圧検知回路が検知する直流電圧が切替閾値よりも低下したとき、前記起電力が前記所定の大きさよりも低下したものと判定する構成とすることができる。

あるいは、前記ドラムモーターの回転数を検知する回転センサを備え、前記回転センサが検知する回転数が所定値よりも低下したとき、前記起電力が前記所定の大きさよりも低下したものと判定する構成とすることができる。

また、前記制御部は、前記リレーを開状態にしている期間には、前記電圧検知回路が検知する直流電圧が所定の制御基準値より低下しないように、前記ファンモーターおよび前記コンプレッサの消費電力を制御し、前記ファンモーターおよび前記コンプレッサの消費電力の制御により前記直流電圧基準値を維持することが不能になるときの前記起電力が前記起電力の所定の大きさとして設定されることが好ましい。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
本発明の実施の形態におけるドラム式洗濯乾燥機のモータ駆動装置のブロック図を、図１に示す。本実施の形態におけるドラム式洗濯乾燥機の全体構造は、図４に示したものと同様である。また、図１に示すモータ駆動装置の基本的な構成は、図５に示した従来例のものと同様である。従って、同様の要素については同一の参照符号を付して、重複する説明を簡略化する。

本実施の形態においても、図１に示すモータ駆動装置では、商用電源２１の交流電力を、整流器２２及び平滑コンデンサ２３により平滑化し、その直流電源は、ドラムモーター用インバータ回路２４、ファンモーター用インバータ回路２５およびコンプレッサ用インバータ回路２６に供給される。制御部２９は予備乾燥運転を制御する機能を有し、ドラムモータ７を駆動してドラム３を高速回転させ、洗濯物を脱水すると同時に、ファンモータ２７とコンプレッサ２８とを駆動して、温風をドラム３に送ることによりドラム３内の洗濯物を温める動作が行なわれる。

このような予備乾燥運転に際しての、ドラム３の惰性回転により発生する起電力を有効利用するために、商用電源２１と整流器２２の間に直列に接続されたリレー３４が設けられている。また、リレー３４の制御のために、整流器２２及び平滑コンデンサ２３からなる整流平滑回路の直流電源の電圧を検知する電圧検知回路３５が用いられる。電圧検知回路３５は、平滑コンデンサ２３と並列に接続された抵抗３５ａ、３５ｂからなり、抵抗３５ａと抵抗３５ｂの接続ノードが、制御部２９に接続されている。リレー３４は、通常運転時には閉じており、予備乾燥運転のモードでは、制御部２９によりオン（閉）・オフ（開）が制御される。

回生電力の有効利用のためのリレー３４に対する制御は、予備乾燥運転で所定時間の脱水を行った後に、ドラムモーター用インバータ回路２４が停止されて、ドラム３が惰性回転を開始した時点から行われる。その動作について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、本実施の形態のモータ駆動装置による予備乾燥運転時の動作を示すフロー図である。

図２に示すように、制御部２９は、予備乾燥運転がスタートすると（ステップＳ１０）、ドラムモーター用インバータ回路２４、ファンモーター用インバータ回路２５、およびコンプレッサ用インバータ回路２６を制御して、ドラムモータ７、ファンモーター２７及びコンプレッサ２８の駆動を開始する（ステップＳ２０）。その後、脱水を開始してから所定時間が経過したか否かが判定され（ステップＳ３０）、所定時間の脱水が行なわれた後に、次の動作に移る。すなわち、所定時間が経過したときには、ドラムモーター用インバータ回路２４を停止する（ステップＳ４０）。それにより、ドラム３は惰性回転に移行する。

ドラムモーター用インバータ回路２４を停止すると同時に、リレー３４を開状態にして（ステップＳ５０）、商用電源２１から整流器２２への電力供給を遮断する。この状態では、惰性回転によるドラム３の回転エネルギーにより、ドラムモータ７は起電力を発生する。その電力は、ドラムモーター用インバータ回路２４を経由して、ファンモーター用インバータ回路２５、およびコンプレッサ用インバータ回路２６に供給される。

このように、リレー３４が開状態にある間は、商用電源２１を整流平滑した直流電圧に代えて、ドラムモータ７による回生電力が、ファンモーター用インバータ回路２５、およびコンプレッサ用インバータ回路２６に供給される。従って、惰性回転によるドラム３の回転エネルギーを、有功に利用することができる。また、図示しないが、リレー３４が開状態にある間、制御部２９は、電圧検知回路３５が検知する直流電圧が所定の制御基準値より低下しないように、ファンモーター２７およびコンプレッサ２８の消費電力を制御する。それにより、予備乾燥運転を安定した状態に維持することができる。但し、そのような消費電力の制御は、本実施の形態により電力回生の効果を得るためには必須ではない。

この状態において制御部２９は、電圧検知回路３５の検知出力に基づき、整流器２２及び平滑コンデンサ２３からなる整流平滑回路の直流電源の電圧が、所定の切替閾値よりも低下したか否かを判定する（ステップＳ６０）。直流電源の電圧が切替閾値よりも低下したときは、リレー３４を閉状態に制御する（ステップＳ７０）。これによりドラム３の惰性回転による回生電力の利用から、商用電源２１からの電力供給に復帰する。そして、予備乾燥運転の状態が所定時間経過した後（ステップＳ８０）、予備乾燥運転が終了する（ステップＳ９０）。

図３は、上記動作による電力回生の作用を説明するための波形図である。図３において、（ａ）はドラム３の回転数、（ｂ）は平滑コンデンサ２３の両端電圧、すなわち整流平滑回路の直流電源の電圧を示す。（ｃ）はリレー３４のオン（閉）・オフ（開）、（ｄ）はコンプレッサ２８（ファンモーター２７も同様）の消費電力を示す。

予備乾燥運転がスタートすると、ドラム回転数（ａ）が上昇し、所定の回転数に達した後はその回転数を維持して脱水回転を継続する。この段階では、リレー（ｃ）はオンであり、直流電源の電圧（ｂ）は所定の大きさを保ち、コンプレッサ２８の消費電力（ｄ）は、それに応じた一定の大きさである。

時刻ｔ１でドラムモーター用インバータ回路２４を停止すると、ドラム回転数（ａ）は惰性回転により降下する。この時点でリレー（ｃ）がオフに制御され、直流電源の電圧（ｂ）は、ドラム惰性回転の起電力により供給される電流と、ファンモーター２７およびコンプレッサ２８による消費電力のバランスで低下して行く。また、直流電圧が所定の制御基準値より低下しないように、コンプレッサ２８の消費電力（ｄ）は低い値に制御される。

時刻ｔ２で直流電源の電圧（ｂ）が切替閾地よりも低下すると、リレー（ｃ）がオンに制御され、直流電源の電圧（ｂ）は所定の値に復帰する。また、コンプレッサ２８の消費電力（ｄ）も、通常の大きさに制御される。

上記構成において、電圧検知回路３５の検知出力に基づき、直流電源の電圧が所定の切替閾値よりも低下したか否かを判定するのは、ドラム３の惰性回転による起電力が所定の大きさよりも低下したことを検知するためである。起電力が低くなると、回生電力によりファンモーター２７およびコンプレッサ２８を安定して駆動することが不可能あるいは不適当となるので、リレー３４をオンとして交流電源２１による電力供給に復帰させるためである。

このように、電圧検知回路３５の検知出力に基づき、ドラムモータ７の起電力が所定の大きさよりも低下したことを検知する構成に限らず、例えば、ドラムモーター７の回転数に基づき、起電力が所定の大きさよりも低下したことを検知する構成を用いることもできる。すなわち、回転センサとして、位置検出素子３１ａ〜３１ｃの出力に基づき回転数を検出する回転数検知部３３を用いる。その出力する検出回転数が所定値よりも低下したとき、起電力が所定の大きさよりも低下したものと判定する。ドラムモータ７の起電力は、回転数に対応しているので、この構成によれば、コスト上昇を伴わずに電力回生を行なうことができる。

ところで、上述のとおり、リレー３４が開状態にある間、制御部２９は、電圧検知回路３５が検知する直流電圧が所定の制御基準値より低下しないように、ファンモーター２７およびコンプレッサ２８の消費電力を制御する。そのような制御が不能となる程度まで起電力が低下したときには、安定運転の確保のために交流電源２１による電力供給に復帰せざるを得ない。従って、リレー３４をオンとする基準となるドラムモータ７の起電力の所定の大きさを、消費電力の制御による直流電圧基準値の維持が不能になるときの起電力として設定することができる。

本発明の洗濯乾燥機によれば、ドラムの惰性回転による起電力を、低コストで有効に用い、しかも安定した運転を確保することが可能であり、ヒートポンプを用いた予備乾燥運転のモードを有する洗濯乾燥機に有用である。

本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯乾燥機のモータ駆動装置を示すブロック図 同モータ駆動装置による予備乾燥運転時の動作を示すフロー図 同モータ駆動装置よる予備乾燥運転時の電力回生の作用を説明するための波形図 従来例のヒートポンプによる除湿乾燥方式を用いたドラム式洗濯乾燥機の構造を示す断面図 同洗濯乾燥機のモータ駆動装置を示すブロック図

１ 洗濯機本体
２ 水槽
３ ドラム
３ａ 攪拌突起
４ 衣類出入口
５ 扉
６ 透孔
７ ドラムモータ
７ａ、７ｂ、７ｃ ３相巻線
８ 注水管路
９ 排水管路
１０ 操作パネル
１１ 循環送風経路
１２ 蒸発器
１３ 凝縮器
１４ 循環ファン
１５ 循環空気導入管路
１６ 送風管路
２１ 商用電源
２２ 整流器
２３ 平滑コンデンサ
２４ ドラムモータ用インバータ回路
２４ａ〜２４ｆ スイッチング素子
２５ ファンモータ用インバータ回路
２６ コンプレッサ用インバータ回路
２７ ファンモータ
２８ コンプレッサ
２９ 制御部
３０ 入力設定部
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ ロータ位置検出素子
３２ 駆動回路
３３ 回転数検知部
３４ リレー
３５ 電圧検知回路

Claims (4)

1. 洗濯物を収容して回転運動を行うドラムと、
   前記ドラムを回転自在に内包し洗濯機本体内に弾性的に支持された水槽と、
   前記ドラムを回転駆動するドラムモーターと、
   前記ドラム内に空気を送風するファンを回転駆動するファンモーターと、
   前記ファンによる送風空気を冷却除湿したのちに加熱するヒートポンプユニットと、
   前記ヒートポンプユニットの冷媒を輸送するコンプレッサと、
   交流電源を直流電源に変換する整流平滑回路と、
   前記直流電源の電圧を検知する電圧検知回路と、
   前記整流平滑回路の直流電源に基づき前記ドラムモーター、ファンモーター、およびコンプレッサにそれぞれ交流電力を供給するドラムモーター用インバータ回路、ファンモーター用インバータ回路、およびコンプレッサ用インバータ回路と、
   前記交流電源に直列に接続されたリレーと、
   各々の前記インバータ回路および前記リレーの駆動制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、前記ドラムモーターを駆動して前記ドラムを高速回転し、洗濯物を脱水すると同時に、前記ファンモータと前記コンプレッサとを駆動して、温風を前記ドラムに送ることにより前記ドラム内の洗濯物を温める予備乾燥運転を制御する機能を有し、
   前記予備乾燥運転に際して前記制御部は、所定時間の脱水を行った後に前記ドラムモーター用インバータ回路を停止すると同時に、前記リレーを開状態にして前記交流電源から前記整流平滑回路への電力供給を遮断し、前記ドラムの惰性回転による起電力が所定の大きさよりも低下したときに、前記リレーを閉状態に戻すことを特徴とする洗濯乾燥機。
2. 前記電圧検知回路が検知する直流電圧が切替閾値よりも低下したとき、前記起電力が前記所定の大きさよりも低下したものと判定する請求項１に記載の洗濯乾燥機。
3. 前記ドラムモーターの回転数を検知する回転センサを備え、前記回転センサが検知する回転数が所定値よりも低下したとき、前記起電力が前記所定の大きさよりも低下したものと判定する請求項１に記載の洗濯乾燥機。
4. 前記制御部は、前記リレーを開状態にしている期間には、前記電圧検知回路が検知する直流電圧が所定の制御基準値より低下しないように、前記ファンモーターおよび前記コンプレッサの消費電力を制御し、
   前記ファンモーターおよび前記コンプレッサの消費電力の制御により前記直流電圧基準値を維持することが不能になるときの前記起電力が、前記起電力の所定の大きさとして設定された請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯乾燥機。

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