JP2018126337A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ温度の過剰な上昇を抑えるとともに高い洗浄性能を得ることができる洗濯機を提供する。【解決手段】モータ１４と、モータ１４の温度を測定するモータ温度測定部と、モータ１４を駆動制御することにより洗濯水とともに洗濯物を撹拌して洗濯運転を実行する制御部５４とを備えた洗濯機において、制御部５４は、モータ温度測定部が時間をあけて複数回測定したモータ１４の温度から到達温度Ｔｅを推定する推定部と、推定部が推定した到達温度Ｔｅに応じてモータ１４の回転により生成される水流を変更する水流設定部とを備える。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は洗濯機に関する。

洗濯機は、モータが回転槽や撹拌体を回転駆動することで、回転槽内に収容した洗濯物を洗濯水とともに撹拌することで洗濯運転を実行する。このモータは、ロータに設けられた冷却用ファンによってモータを冷却するようになっている。しかし、低速回転する洗濯運転では、ロータに設けられた冷却用ファンも低速回転するため、モータが冷却されにくく、モータ温度が上昇しやすい。そのため、洗濯運転が長時間連続したり、想定以上の洗濯物が回転槽に投入され状態で洗濯運転を実行したりすると、モータ温度が過度に上昇してモータを破損するおそれがある。

そこで、洗濯運転中にモータに供給された電流が所定の閾値を上回るとモータを停止させてモータの温度上昇を抑制することがあるが、このような場合であると洗濯運転が中断されてしまい洗浄性能が著しく低下する。

また、下記特許文献１では、モータの巻線の温度を測定し、その測定温度に基づいて回転槽の回転速度の切り替えることでモータの温度上昇を抑制することが提案されている。しかしながら、下記特許文献１では、測定温度を予め決められた設定温度と比較して回転槽の回転速度の切り替えを制御するため、温度変化率によって適切な温度制御が困難となる。つまり、温度変化が急峻な場合であると回転速度の切り替えが遅れて過剰に温度上昇するおそれがあり、温度変化が緩やか場合であると回転速度の切り替えが早くなり、不必要に回転速度を低下させて洗浄性能が低下するおそれがある。

特開平１１−１３７８８４号公報

そこで、モータ温度の過剰な上昇を抑えるとともに高い洗浄性能を得ることができる洗濯機を提供することを目的とする。

実施形態の洗濯機は、モータと、前記モータを制御する制御部と、前記モータの温度を測定するモータ温度測定部と、前記モータを駆動制御することにより洗濯水とともに洗濯物を撹拌して洗濯運転を実行する制御部とを備えた洗濯機において、前記制御部は、前記モータ温度測定部が時間をあけて複数回測定した前記モータの温度から洗濯運転の実行中に前記モータが到達する到達温度を推定する推定部と、前記推定部が推定した前記到達温度に応じて前記モータの回転により生成される水流を変更する水流設定部とを備える。

第一実施形態にかかる洗濯機に設けられたモータの電気的構成を示すブロック図。 第一実施形態にかかる洗濯機の縦断側面図。 洗濯運転の制御内容を示すフローチャート。 洗濯運転において設定可能な水流の一例を示す図。

以下、本発明の一実施形態につき図１〜図４を参照して説明する。

本実施形態の洗濯機は、図２に示すような回転槽として前上がりの傾斜状態で配置されドラムを備えたドラム式洗濯機である。なお、本実施形態では、洗濯機としてドラム式の洗濯機を例示して説明するが、縦軸型の回転槽を備えた洗濯機であってもよい。

この洗濯機は、外殻をなす外箱１の前面部には、中央部に扉２が設けられ、上部に操作パネル３が設けられている。扉２は、外箱１の前面部中央部に形成された洗濯物出入れ口４を開閉するものである。

外箱１の内部には、円筒状をなす水槽５が配設されている。この水槽５は、その軸方向が前後方向（図２では左右方向）となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状に配設され、弾性支持装置６により弾性的に支持されている。水槽５の内部には、円筒状をなす回転槽（ドラム）７が水槽５と同軸状に配設されている。このドラム７は、洗濯の他、脱水及び乾燥に共用の槽として機能するもので、胴部のほぼ全域に小孔８が多数形成され、胴部の内周部にはバッフル９が複数設けられている。

水槽５及びドラム７は、それぞれの前面部に洗濯物出入れ用の開口部１０，１１を有し、水槽５の開口部１０は前記洗濯物出入れ口４にベローズ１２により水密に連ねられ、ドラム７の開口部１１はその水槽５の開口部１０に臨んでいる。

水槽５は、給水弁２０を介して水槽５の上部に設けられた給水口２１より水道水等の水が機外から供給され、水槽５の底部に設けられた排水口２２より排水弁２３を介して水槽５内の水を機外へ排水できるように構成されている。

水槽５の背面部には、ドラム７を回転駆動するモータ１４が配設されている。モータ１４はアウタロータ形のＤＣブラシレスモータであり、そのステータ１５が、水槽５の背部中央部に取り付けられた軸受ハウジング１６の外周部に取り付けられている。ロータ１７は、ステータ１５を外側から覆うように配置され、中心部に取り付けられた回転軸１８が上記軸受ハウジング１６に軸受１９を介して回転可能に支承されている。軸受ハウジング１６から突出した回転軸１８の前端部はドラム７の背部の中央部に連結されている。即ち、モータ１４のロータ１７が回転すると、ロータ１７と一体にドラム７も回転する構成となっている。

外箱１の前面上部に設けられた操作パネル３は、スタートスイッチやコース選択キーを含む各種の操作ボタンや、設定したコース内容や洗濯機の運転状況など必要な表示を行う表示部を備える。

操作パネル３の裏面には、制御装置３０が設けられている。制御装置３０は、マイクロコンピュータ及びメモリで構成された制御部５４を備え、操作パネル３の操作スイッチの操作に応じて給水弁２０、モータ１４及び排水弁２３を制御し、洗い、すすぎ及び脱水の洗濯運転を実行する。

図１は、制御装置３０の構成を示すブロック図である。なお、図１において、（α，β）は、モータ１４を構成する三相ブラシレス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１７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。

図１に示す減算器３３には、目標速度指令ωｒｅｆが被減算値として、エスティメータ（Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）３４によって検出されたモータ１４の回転速度である検出速度ωが減算値として与えられている。目標速度指令ωｒｅｆは、洗濯機の運転全般を制御する制御部５４より出力されるものである。そして、減算器３３の減算結果は、速度ＰＩ制御部（速度制御手段）３５に与えられている。

速度ＰＩ制御部３５は、目標速度指令ωｒｅｆと検出速度ωとの差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとを生成する。減算器３６，３７は、速度ＰＩ制御部３５において生成した指令値Ｉｑｒｅｆ，Ｉｄｒｅｆとαβ／ｄｑ変換部３８より出力されるｑ軸電流値Ｉｑ，ｄ軸電流値Ｉｄとの減算結果を電流ＰＩ制御部３９ｑ，３９ｄに出力する。ｑ軸電流値Ｉｑ及びｄ軸電流値Ｉｄは制御部５４にも与えられる。

電流ＰＩ制御部３９ｑ，３９ｄは、ｑ軸電流指令値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を生成して出力する。ｄｑ／αβ変換部４０は、エスティメータ３４により検出されたモータ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。

αβ／ＵＶＷ変換部４１は、電圧指令値Ｖα，Ｖβを三相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換して出力する。切換えスイッチ４２ｕ，４２ｖ，４２ｗは、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、初期パターン出力部４３により出力される起動用の電圧指令値Ｖｕｓ，Ｖｖｓ，Ｖｗｓとを切り換えて出力する。

ＰＷＭ形成部４４は、電圧指令値Ｖｕｓ，Ｖｖｓ，Ｖｗｓに基づき１６ｋＨｚの搬送波を変調した各相ＰＷＭ信号Ｖｕｐ（＋，−），Ｖｖｐ（＋，−），Ｖｗｐ（＋，−）を電源モジュール５０に出力する。

電源モジュール５０は、インバータ回路４５、駆動回路５１を備え、ＰＷＭ形成部４４から出力されたＰＷＭ信号が駆動回路５１を介してインバータ回路４５に入力される。電源モジュール５０を構成するインバータ回路４５は、６個のＩＧＢＴ４６を三相ブリッジ接続して構成され、下アーム側Ｕ，Ｖ相のＩＧＢＴ４６のエミッタは、それぞれ電流検出用のシャント抵抗（電流検出手段）４７（ｕ，ｖ）を介してグランドに接続されている。また、両者の共通接続点は、図示しない増幅・バイアス回路を介してＡ／Ｄ変換部４９に接続されている。また、インバータ回路４５には、１００Ｖの交流電源を倍電圧全波整流した約２８０Ｖの直流電圧が印加される。増幅・バイアス回路はシャント抵抗４７の端子電圧を増幅し、その増幅信号の出力範囲が正側に収まるようにバイアスを与える。

Ａ／Ｄ変換部４９は、増幅・バイアス回路の出力信号をＡ／Ｄ変換した電流データＩｕ，Ｉｖを出力する。ＵＶＷ／αβ変換部５２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を直交座標系の２軸電流データＩα，Ｉβに変換する。

αβ／ｄｑ変換部３８は、ベクトル制御時にはエスティメータ３４よりモータ１４のロータ位置角θを得て２軸電流データＩα，Ｉβをｄ軸電流値Ｉｄ，ｑ軸電流値Ｉｑに変換し、変換結果を所定時間毎（例えば１２８μ秒毎）に出力する。エスティメータ３４は、ｄ軸電流値Ｉｄ，ｑ軸電流値Ｉｑに基づいてロータ１７の位置角θ及び回転速度ωを推定し、減算器３３及び制御部５４に出力する。

制御部５４は、給水弁２０や排水弁２３やモータ１４等の動作を制御する。加えて、制御部５４は、モータ１４の温度（以下、モータ温度ということがある）を測定するモータ温度測定部や、測定したモータ１４の温度から洗濯運転の実行時間内に到達するモータ１４の温度（以下、到達温度ということがある）を推定する推定部や、推定した到達温度に基づいて洗濯運転における水流を設定変更する水流設定部としても機能する。

なお、以上の構成において、電源モジュール５０を除く構成は、主にＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）５３のソフトウエアで実現されている。

次に、本実施形態の洗濯機の洗濯運転について説明する。図３は、ドラム７内に投入された洗濯物の洗濯運転時の制御内容を示すフロー図であり、制御装置３０に設けられた制御部５４により実行される。

使用者が操作パネル３に設けられた操作ボタンから洗濯コースが設定され、運転開始が指示されると、洗濯機は、設定された洗濯コースに応じた洗濯運転を開始する。

洗濯運転を開始すると、制御部５４は、ステップＳ１において、モータ１４を駆動してドラム７を回転させて収容された洗濯物の重量を検知し、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、制御部５４は、ステップＳ１において検知した衣類の重量に基づいて、水位や洗濯時間等の洗濯条件を設定し、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、制御部５４は、排水弁２３を閉状態としつつ給水弁２０を開放してステップＳ２で設定した水位に達するまで洗濯水を水槽５内に供給する。

水槽５への洗濯水の給水が完了するとステップＳ４へ進み、制御部５４は、モータ１４を駆動させることにより、ドラム７を低速で正逆両方向に交互に回転させ、ステップＳ２で設定した洗濯時間が経過するまでドラム７内で洗濯水とともに洗濯物を撹拌して洗濯運転（洗い行程）を実行する。

制御部５４は、洗濯運転を開始すると所定時間毎にモータ温度を複数回測定する初期温度測定を実行する（ステップＳ５）。例えば、初期温度測定において、制御部５４は、洗濯運転を開始直後にモータ温度を測定し、その後、３０秒間経過する毎にモータ温度を２回測定し、初期温度測定においてモータ温度を合計３回測定する。

制御部５４が、モータ温度を測定する方法としては、例えば、αβ／ｄｑ変換部３８より出力されるｄ軸電流値Ｉｄに基づいてモータ１４のステータ１５の巻線温度を測定したり、ステータ１５の巻線などのモータ１４の所定箇所に温度センサを設けてモータ１４の温度を測定したり、制御装置３０に設けられた電源モジュール５０の温度を温度センサで測定し、その測定温度をモータ温度することができる。

そして、初期温度測定が終了すると、ステップＳ６へ進み、制御部５４は、初期温度測定において測定したモータ温度に基づいて、洗濯運転中にモータ１４が到達する到達温度を推定する。

到達温度の推定方法として、一例を挙げると、洗濯運転開始からの経過時間をＸ、測定されたモータ温度をＴとした場合に、経過時間Ｘに対するモータ温度Ｔが下記式（１）の推定関数で表されると仮定し、ステップＳ５の初期温度測定において得られた経過時間Ｘとモータ温度Ｔのデータ列から多次元最小二乗法を用いて下記式（１）の係数（ａ、ｂ）を求め、モータ温度Ｔを推定する推定関数を得る。
Ｔ＝ａ・ｌｎ（Ｘ）＋ｂ 式（１）
そして、制御部５４は、得られたモータ温度Ｔを推定する推定関数にステップＳ２で設定した洗濯時間を代入することで、推定関数に基づいて洗濯運転の実行中にモータ１４が到達する到達温度Ｔｅを算出する（ステップＳ６）。

制御部５４は、ステップＳ７において、ステップＳ６で算出した到達温度Ｔｅに基づいて洗濯運転における水流の設定を変更する。具体的には、本実施形態では、ステップＳ６で算出した到達温度Ｔｅが高くなるにつれて洗濯運転における水流の強度が弱くなるように制御部５４が水流条件を設定する。

一例を挙げると、制御部５４には、図４に示すような複数種類の水流条件が到達温度Ｔｅと対応付けて記憶されており、ステップＳ６で算出した到達温度Ｔｅに対応する水流条件を選択し、選択した条件に応じてモータ１４の回転を制御することで、到達温度Ｔｅが高くなるにつれて段階的に強度が弱くなるように水流条件を設定する。

図４の場合、ステップＳ６で算出された到達温度Ｔｅが８０℃未満であると、制御部５４は、ドラム７を回転させるＯＮ時間を５秒間、ドラム７の回転方向を反転させる時にドラム７を一時停止させるＯＦＦ時間を０秒間に設定する。また、制御部５４は、到達温度Ｔｅが８０℃以上１００℃未満であるとＯＮ時間及びＯＦＦ時間を５秒間及び１秒間に設定し、到達温度Ｔｅが１００℃以上１２０℃未満であるとＯＮ時間及びＯＦＦ時間を５秒間及び３秒間に設定し、到達温度Ｔｅが１２０℃以上であるとＯＮ時間及びＯＦＦ時間を５秒間及び５秒間に設定する。なお、ドラム７の最大回転数は、いずれの到達温度Ｔｅにおいても５０ｒｐｍに設定する。

なお、水流条件の変更は、上記のようにＯＦＦ時間を変化させる以外にも、例えば、最大回転数を小さくして水流の強度を弱めたり、ＯＮ時間を短くして水流の強度を弱めたり、これらを組み合わせて水流の強度を弱めるように変更してもよい。

ステップＳ８において、制御部５４は、洗い行程をステップＳ２で設定した洗濯時間が経過した否か判断し、経過していれば洗濯運転を終了し、洗濯時間を経過していなければステップＳ９へ進む。

ステップＳ９において、制御部５４は、モータ温度を前回測定してから所定時間（以下、測定時間ということもある）経過しているか否か判断し、測定時間経過しているとステップＳ１０へ進んでモータ温度を測定する。なお、測定時間は、例えば、３０秒間に設定することができる。

制御部５４は、ステップＳ１０においてモータ温度の測定が完了すると、ステップＳ１１へ進み、洗濯運転を開始してから得た経過時間Ｘとモータ温度Ｔのデータ列にステップＳ１１で得たデータを加えたデータ列から多次元最小二乗法を用いて上記式（１）の係数（ａ、ｂ）を求め、モータ温度Ｔを推定する推定関数を更新する。そして、制御部５４は、更新した関数に基づいてステップＳ２で設定した洗濯時間内に到達するモータ１４の到達温度Ｔｅを再度算出し、到達温度Ｔｅを更新する（ステップＳ１１）。

そして、制御部５４は、到達温度Ｔｅを更新すると、ステップＳ７に戻って更新した到達温度Ｔｅに基づいて洗濯運転における水流の設定を変更する。

以下、制御部５４は、ステップＳ２で設定した洗濯時間が経過するまで、測定時間が経過する毎に（ステップＳ９）、モータ温度を測定し（ステップＳ１０）、測定する毎に得られたデータを洗濯運転の開始から取得した経過時間Ｘとモータ温度Ｔのデータ列に加え、加えたデータ列に基づいてモータ温度Ｔを推定する推定関数と到達温度Ｔｅを更新し（ステップＳ１１）、更新した到達温度Ｔｅに基づいて水流の設定を変更する（ステップＳ７）ことを繰り返す。

そして、ステップＳ２で設定した洗濯時間が経過すると（ステップＳ８のＹｅｓ）、制御部５４は、洗濯運転を終了し、脱水運転へ移行する。

本実施形態の洗濯機では、時間をあけて複数回測定したモータ温度から到達温度Ｔｅを推定し、推定した到達温度Ｔｅに応じて水流を変更するようにモータ１４の回転を制御するため、モータ温度の変化に応じた適切な回転制御が可能となり、モータ１４の動作を過度に抑制して洗浄性能を必要以上に低下させることなく、モータ１４の過剰な温度上昇を抑えモータ１４の破損を防ぐことができる。

また、本実施形態では、制御部５４が初期温度に基づいて推定した到達温度Ｔｅからモータ１４の回転制御を変更した後も、測定時間が経過する毎にモータ温度を測定し、これまで測定したモータ温度とともに到達温度Ｔｅを再度算出してこれを更新するため、より一層、モータ温度の変化に応じた適切な回転制御が可能となる。

（変更例１）
上記した実施形態では、モータ温度を推定する推定関数として１種類の関数を用いたが複数種類の関数を用いて到達温度Ｔｅを推定してもよい。
例えば、初期温度測定において洗濯運転の開始直後に測定したモータ温度に応じて、複数種類の推定関数から１の関数を選択し、選択した推定関数を用いて到達温度Ｔｅを算出することができる。また、使用者が操作パネル３の操作ボタンから設定した洗濯コースによってモータ温度を推定する関数を変更して到達温度Ｔｅを算出してもよい。

洗濯運転の開始直後に測定したモータ温度によって関数を変更することで、連続して洗濯機を運転している場合など既にモータ温度が高いことがあるが、このような場合でも精度良くモータ温度を推定することができ、モータ温度の変化に応じた適切な回転制御が可能となる。

また、洗濯運転のコースによって、洗濯物が絡みやすく負荷が大きくなりモータ温度が上昇しやすいコースと、モータ１４への負荷が少なくモータ温度が上昇しにくいコースがあっても、洗濯コースによって推定関数を変更することで、精度良くモータ温度を推定することができ、モータ温度の変化に応じた適切な回転制御が可能となる。

（変更例２）
上記した実施形態では、モータ温度測定部が測定したモータ温度の如何を問わず、制御部５４は到達温度Ｔｅを算出したが、例えば、モータ温度測定部が測定したモータ温度が所定温度以上であると、制御部５４は到達温度Ｔｅの算出や更新を行うことなくモータ１４を停止させて洗濯運転を停止してもよい。このような場合、モータ１４の回転を緊急停止させてモータ１４の破損を防ぐことができる。

（他の実施形態）
以上、本発明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を意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣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同様に、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ものである。

１…外箱、２…扉、５…水槽、７…ドラム、１４…モータ、１５…ステータ、１６…軸受ハウジング、１７…ロータ、３０…制御装置、４５…インバータ回路、５０…電源モジュール、５１…駆動回路、５４…制御部

Claims (8)

1. モータと、
   前記モータの温度を測定するモータ温度測定部と、
   前記モータを駆動制御することにより洗濯水とともに洗濯物を撹拌して洗濯運転を実行する制御部とを備えた洗濯機において、
   前記制御部は、前記モータ温度測定部が時間をあけて複数回測定した前記モータの温度から洗濯運転の実行中に前記モータが到達する到達温度を推定する推定部と、前記推定部が推定した前記到達温度に応じて前記モータの回転により生成される水流を変更する水流設定部とを備える洗濯機。
2. 前記モータ温度測定部は、前記モータの巻線温度から前記モータの温度を測定する請求項１に記載の洗濯機。
3. 前記モータ温度測定部は、前記モータを流れる電流値に基づいて前記モータの温度を測定する請求項２に記載の洗濯機。
4. 前記モータ温度測定部は、前記モータの電源モジュールの温度から前記モータの温度を測定する請求項１に記載の洗濯機。
5. 前記推定部は、前記到達温度を推定した後に、前記モータ温度測定部が測定した前記モータの温度に基づいて前記到達温度を更新し、
   前記水流設定部は、前記推定部が更新した前記到達温度に基づいて水流を変更する請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗濯機。
6. 洗濯運転開始後、前記モータ温度測定部が最初に測定した前記モータの温度によって、前記推定部は前記到達温度の推定するための推定関数を変更する請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。
7. 実行する洗濯コースによって、前記推定部は前記到達温度の推定するための推定関数を変更する請求項１〜６のいずれか１項に記載の洗濯機。
8. 前記モータ温度測定部が測定した前記モータの温度が所定温度以上であると、前記制御部は洗濯運転を停止する請求項１〜７のいずれか１項に記載の洗濯機。

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