JP4179970B2 - ドラム式洗濯機 - Google Patents

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Description

本発明は、洗濯物を収容する回転ドラムを回転駆動するドラム式洗濯機に関する。
例えば、ドラム式洗濯機は、ドラムの回転軸が略水平方向に配置される構成であるため、ドラムに対して洗濯物を出し入れするための開口部も専ら筐体の側面側に設けられるものが主流であった。しかし、そのような構成では、ユーザが洗濯物の出し入れをかがみこんで行わねばならない。そこで、筐体の上面側に開口部を設けた洗濯機が市場に出てきている。
ところで、開口部をドラム式洗濯機の筐体上面側に設ける場合は、ドラムの側面に開口部を設けて、ドラムの回転を停止させる際に、その開口部を筐体側の開口部の位置に合わせるように位置決めした上で停止させる必要がある。例えば、特許文献1には、位置検出器によってロータの回転位置を検出して固定すべき位置に達したと判断すると、モータの回転を停止させると共にロータ側に設けた凹部にストッパを嵌合させることで位置決め停止させる構成が開示されている。
特開2003−111486
しかしながら、斯様な構成の固定機構では、ロータの回転位置を検出しているとはいえ、ストッパを突出させるタイミングを正確に制御しなければストッパが凹部に嵌合せず、固定を失敗してしまう可能性がないとはいえない。しかしながら、特許文献1においては、そのようなケースを考慮した対策は何等施されていない。そして、筐体の上面側に開口部を設けたドラム式洗濯機において上記のようなケースが発生すると、ユーザは、回転ドラムに対して洗濯物の出し入れができなくなってしまう。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、回転ドラムの固定動作をより確実に保障することができるドラム式洗濯機を提供することにある。
本発明のドラム式洗濯機は、洗濯物を収容する回転ドラムと、
この回転ドラムを回転駆動するモータと、
このモータの回転動作を検知する回転動作検知手段と、
前記回転ドラムを所定の回転位置に固定するための固定手段と、
前記回転ドラムが固定された状態で前記モータを回転させた際に前記回転動作検知手段によって検知される前記モータの回転動作に基づき、前記固定手段による固定動作が正常に行われていないと判定すると、前記固定動作を再実行させる固定動作制御手段とを備え
前記固定動作制御手段は、前記固定手段に固定動作を行なわせる場合と、その固定動作結果を判定する場合とで、前記モータの回転方向を逆にすることを特徴とする。
斯様に構成すれば、回転ドラムの固定動作が正常に行われなかったとしても、固定動作制御手段はその状態を回転動作検知手段に基づき検知して固定動作を再実行させるので、回転ドラムは確実に固定されるようになる。また、固定動作結果を判定するために行なうモータの逆転動作が、より少ない電流消費で実行される。
本発明によれば、回転ドラムをより確実に固定させることができるので、信頼性が良好なドラム式洗濯機を提供することができる。
(第1実施例)
以下、本発明の第1実施例について図1乃至図9を参照して説明する。図5は、ドラム式洗濯機の構成を概略的に示す斜視図である。ドラム式洗濯機は、外箱1の内部に図示しない水槽を備えており、その水槽内に回転ドラム2が配置されている。回転ドラム2の回転軸は水平方向となるように配置され、回転ドラム2の一側方に配置されているアウタロータ型のブラシレスDCモータ3の回転軸に連結されている。そして、回転ドラム2は、図5中前後方向に回転駆動されるようになっている。
そして、外箱1の上方には洗濯物出入口4が形成されており、その位置に合わせて、図示しない水槽にも出入口が形成され、その水槽側出入口を開閉するための扉も設けられている。更に、回転ドラム2にもドラム側出入口5が形成されており、そのドラム側出入口5を開閉するためのドラム側扉6が設けられている。
従って、洗濯機の運転が停止される場合、回転ドラム2は、ドラム側扉6の位置が洗濯物出入口4の位置に一致するように位置決めされた上で回転が停止されるように構成されている。そのために、モータ3のロータ7には係止部8が形成されており、また、モータ3が配置されている側の水槽外部には、変位装置(挿入部材変位手段)9が配置されている。
図6は、モータ3のロータ7部分と、変位装置9とを中心として示す斜視図である。係止部8は、ロータ7を覆う樹脂モールド10の一部として形成されている。即ち、係止部8は、ロータ7の外周面から突出するようになだらかに立ち上がる斜面11,12を両側に備え、それらの斜面11,12の間に凹部13が形成されることで構成されている。
一方、変位装置9は、本体14と、その本体14よりロータ7側に突出する棒状の挿入部材15とを備えており、本体14内部の機構によって挿入部材15をモータ3の径方向に対して変位可能に構成されている。
図7は、変位装置9の内部構成を示すものであり、(a)は内部を透視して示す正面図、(b)は縦断側面図、(c)は挿入部材15部分を取り出して示す図である。本体14にはロックモータ16が内蔵されており、ロックモータ16の回転軸17には、外周側に突起部18aを有する円板18が固定されている。従って、ロックモータ16が回転すると円板18の突起部18aが円運動することで突起部18aは上下方向に変位する。
挿入部材15は、先端部15aが係止部8の凹部13に対して緩く嵌合するような形状を成している。また、挿入部材15は、一端が本体14側に固定されたばね19によって、常には上方に対する付勢力が作用するようになっている。そして、挿入部材15の本体14側には矩形状の凹部をなす駆動用係止部15bが形成されており、その駆動用係止部15bの内底側が円板18の突起部18aによって係止されている。
即ち、ロックモータ16が回転して突起部18aが上方に変位する場合、挿入部材15はばね19の付勢力によって上方に変位し、突起部18aが下方に変位する場合、挿入部材15はばね19の付勢力に抗して下方に変位する。尚、挿入部材15が最大位置まで変位した場合でも、その先端は係止部8を除くロータ7の表面に接することは無く、両者間には例えば1mm程度の空隙が生じるように調整されている。
挿入部材15の先端部15aと駆動用係止部15bとの間には、最大変位位置検出用の凹部15cが形成されている。本体14の上方には、マイクロスイッチ20(SW2,最大変位位置検出手段)が配置されている。そして、図7(b)に示すように、円板18の突起部18aが最上点に位置することで挿入部材15の変位位置が最大になると、操作子20aが凹部15cに落ち込むことでマイクロスイッチ20はOFFするようになっている。
また、図7(c)に示すように、挿入部材15の図7中右側面側で且つ下方側にも、マイクロスイッチ21(SW1,最小変位位置検出手段)が配置されている。挿入部材15右側面下方には、緩斜面で繋がる段部15dが形成されており、マイクロスイッチ21は、図3(c)に示すように、円板18の突起部18aが最下点に位置することで挿入部材15の変位位置が最小になると、操作子21aが挿入部材15の右側面に押されてOFFするようになっている。ここで、係止部8と変位装置9とは、固定手段60を構成している。
次に、図5を参照して電気的構成について説明する。直流電源回路部29は、整流回路30及び平滑コンデンサ31a,31bからなる倍電圧回路と定電圧回路32とから構成される。整流回路30の入力端子には、リアクトル33を直列に介して交流電源34が接続される。
整流回路30の出力端子には2本の直流電源線35a,35bが接続され、これらの間には平滑コンデンサ31a,31bが直列に接続されている。これら平滑コンデンサ31a,31bの共通接続点が、整流回路30の入力端子の一方に接続されている。定電圧回路32は、整流回路30の出力端子間に接続され、後述する制御回路(固定制御手段,駆動制御手段,回転動作検知手段,電流検知手段)36などの制御用の各回路に所定の直流電圧を生成して与える。
2本の直流電源線35a,35b間には、インバータ主回路37が接続されている。インバータ主回路37は、三相ブリッジ接続された6個のIGBT38a〜38fと、それぞれに並列に接続されたフリーホイールダイオード39とから構成される。インバータ主回路37の3つの出力端子40a〜40cは、前記モータ3のステータを構成する三相のコイル41a〜41cの各端子に接続されている。
IGBT38a〜38fの各ゲートは、フォトカプラを介して駆動信号を与える駆動回路42に接続されている。駆動回路42は、前記制御回路36が有するPWM回路36aに接続され、そのPWM回路36aからPWM信号が与えられる。制御回路36は、マイクロコンピュータを主体として、必要に応じてDSP(Digital Signal Processor)を用いて構成されるもので、ROM、RAMなどを備えている。
インバータ主回路37における下アーム側のIGBT38b,38d,38fのエミッタと直流電源線35bとの間には、相電流Iu,Iv,Iw検出用のシャント抵抗(電流検知手段)43u,43v,43wが配置されている。そして、相電流Iu,Iv,Iwは電圧信号として制御回路36に与えられ、制御回路36は、その電圧信号をA/D変換して読み込むことで、センサレス方式でモータ3をベクトル制御により駆動する。
また、上記直流電源線35a,35b間には、線間電圧をモニタする分圧回路44が接続されている。分圧回路44は、2個の抵抗44a,44bを直列に接続した構成で、それらの共通接続点が出力端子として制御回路36に接続されている。制御回路36には、この他に、操作スイッチ45、表示部46、排水弁モータ47、給水弁48が接続されていると共に、温風生成用のヒータ49、停電検出回路50、水位センサ51、蓋スイッチ52などが接続されている。
更に、制御回路36には、変位装置9に配置されているマイクロスイッチ20,21によって出力されるON/OFF信号が与えられており、制御回路36は、そのON/OFF信号に基づいて変位装置9のロックモータ16を制御するようになっている。また、制御回路36は、内蔵されているEEPROM36bに必要な情報を書き込んで記憶させるようになっている。
加えて、モータ3にはロータ7の回転位置を検出するための位置センサ53u,53v,53wが配置されている。これらの位置センサ53u,53v,53wはホールICによって構成されており、各センサ信号は制御回路36に出力されている。尚、モータ7は三相12極構成となっており、電気角360度は機械角30度に対応する。そして、位置センサ53u,53v,53wより出力されるセンサ信号は位相が電気角で120度ずつ異なるため、制御回路36は、これらの信号出力パターンによってロータ7の回転方向及び回転位置を判定することが可能となっている。また、制御回路36によるベクトル制御の詳細については、例えば、特願2002−27691などに記載されている。
次に、本実施例の作用について図1乃至図4,図8及び図9をも参照して説明する。先ず、変位装置9によるロック動作について説明する。変位装置9の挿入部材15が最小変位位置にある場合、ロータ7が回転して係止部8が位置した場合でも、その先端は係止部8に接触しない位置関係にある。そして、制御回路36は、ロータ7を固定する際には、ロックモータ16を駆動させ、挿入部材15を最大位置まで変位させる。
それから、制御回路36は、モータ3を10rpmで低速運転させる。この場合、ロータ7は図8(a)に示す状態にある。それから、スイッチ20がONしたこと、つまり、挿入部材15の先端が係止部8に当接したことを確認すると(図8(b))、モータ3を更に低速で運転する。その後、スイッチ20がOFFしたことが確認されれば、図8(c)に示すように、挿入部材15は凹部13に挿入され、ロータ7はロックされた状態にあると想定される。尚、以上の構成並びに作用についての詳細は、例えば、特願2003−124288などに詳細に記載されている。
図2は、洗濯機に電源が投入された場合に制御回路36によって行われる処理の概要を示すフローチャートである。制御回路36は、先ず、その時点でロータ7がロック(固定)された状態にあるか否かを示すフラグデータをEEPROM36bより読み出し(ステップA1)、そのフラグデータに基づいてロータ7即ち回転ドラム2がロックされているか否かを判断する(ステップA2)。そして、ロックされていなければ(「NO」)変位装置9によるロック動作を行わせ(ステップA8)、その動作が終了すると(ステップA9,「YES」)、EEPROM36bにロック済みであることを示すフラグデータを書き込んで記憶させる(ステップA10)。それから、ステップA3に移行する。
一方、ステップA2において、回転ドラム2がロック済みであれば(「YES」)、制御回路36は、ユーザの操作により洗濯機の運転がスタートされるまで待機する(ステップA3)。そして、運転がスタートされると(「YES」)、EEPROM36bに回転ドラム2のロックが解除状態であることを示すフラグデータを書き込んで記憶させ、若しくは、ロック済みであることを示すフラグデータをリセットして(ステップA4)、変位装置9によるロック動作の解除を行わせる(ステップA5)。
ロック解除動作が終了すると(ステップA6,「YES」)、制御回路36は、モータ3を駆動制御するなどして洗い・濯ぎ・脱水・乾燥の一連の運転を行った後(ステップA7)処理を終了する。
図1は、図2に示すステップA8のロック動作、及びそのロック動作に伴う判定処理内容を示すフローチャートである。制御回路36は、回転ドラム2を正転方向(例えば、CCW方向)に回転させてロータ7のロック動作を行なう(ステップB1)。この場合、モータ3は強制転流によって駆動されるが、コイル41への通電電流は7A程度である。そして、上述したようなシーケンスで変位装置9によるロック動作を完了させると、制御回路36は、モータ3を電圧制御し(即ち、インバータ主回路37による出力電圧が所定値になるように制御)、強制転流により逆転方向に回転させてロック状態の判定(異常判定)処理を開始させる(ステップB2)。この場合、モータ3の巻線41への通電電流は2A程度で、回転速度は5rpm程度に設定する。
それから、制御回路36は、1電気周期に相当する機械角30度分の逆転動作を行なうと、モータ3の回転を停止させ、その間に得られたデータに基づいて異常判定処理を行なう(ステップB4)。尚、ロータ7をロックさせる場合とそのロック状態を判定する場合とで、モータ3の回転方向を逆にするのは以下の理由による。即ち、回転ドラム2を正転させてロックさせると、ドラム2内の洗濯物は、図9(b)に示すように中心より右方向に偏在する確率が高くなる。そして、その状態からロックを解除しようとする場合、洗濯物が偏在していることで位置エネルギーが存在しており、回転ドラム2は逆転方向に回転し易い状態にある(図9(c)参照)。従って、モータ3を逆転させるのに、より少ない駆動電流で回転させることが可能となるからである。
異常判定処理は、以下のようにして行う。即ち、制御回路36は、ステップB3においてモータ3を機械角30度分だけ逆転動作を行なう間、ベクトル制御において得られるq(quadrature)軸電流Iq,d(direct)軸電流Idを0.1m秒間隔でサンプリングしており、それらのサンプリング電流について2乗和の平方根(Iq2+Id21/2、即ち実効値を演算する。そして、その実効値と判定値とを比較し、前者が後者を5回以上超えることがなかった場合は異常と判定する。
即ち、変位装置9の挿入部材15が凹部13に挿入されており、ロータ7がロックされた状態でモータ3を駆動しようとすれば、モータ3は回転することができず、図4に示すように、検出される電流値に変動が生じて判定値を上回る場合が発生する。即ち、電気角を少しずつ進めて行く過程において、固定されているロータ7の位置に対して電気角が大幅にずれた時点で駆動トルクがなくなり、モータ3にガタツキが発生する。そのガタツキが電流値の変動として検出される。
一方、ロータ7が正常にロックされていない状態でモータ3を駆動しようとすれば、ロータ7はそのまま回転することになるので、電流値に顕著な変動が発生することはない。従って、電流の実効値と判定値とを比較してその変動の発生状態を検出し、ロータ7のロック状態を判定する。
そして、ステップB4における判定処理の結果、正常であれば処理を終了し、正常でなければ(「異常」)ステップB1に戻り、ロータ7のロック動作を再実行(リトライ)する。尚、以上のようにして判定を行うのは、以下の理由による。即ち、変位装置9における挿入部材15の変位位置については、その変位位置が最大,最小であることを検出する2つのスイッチ20,21のON/OFF状態に基づいて判定を行っている。そして、挿入部材15と凹部13との嵌合状態が正常,異常にかかわらずスイッチ20はOFF状態になるため、スイッチ20,21の情報のみによってはロック状態の正常,異常を判定することができないからである。
以上のように本実施例によれば、制御回路36は、固定手段60により回転ドラム2が固定された状態で、モータ3を電圧制御による強制転流で回転させた際に、モータ3の巻線41に流れる相電流の実効値によって検知されるモータ3の回転動作に基づき、変位装置9によるロータ7のロック動作が正常に行われているか否かを判定する。そして、ロック動作が正常に行われていないと判定すると、ロック動作を再実行させるようにした。従って、1回のロック動作では回転ドラム2が正常にロックされなかった場合でも、回転ドラム2は確実に固定されるようになり、信頼性が良好なドラム式洗濯機を提供することができる。
また、制御回路36は、固定手段60の変位装置9にロック動作を行なわせる場合と、そのロック動作結果を判定する場合とで、モータ3の回転方向を逆にするようにした。従って、ロック動作結果を判定するために行なうモータ3の逆転動作を、より少ない電流消費で実行することができる。
更に、モータ3をアウタロータ型で構成し、固定手段60を、ロータ7の外周側に配置した係止部8と、挿入部材15をモータ3の径方向について変位させて、その先端部を係止部8の表面に接触させながら凹部13に挿入させる変位装置9とで構成した。従って、ロック動作時には、位置センサ53によるロータ7の位置検出を行なわずとも、挿入部材15を凹部13に挿入させてロータ7を固定させることができる。
(第2実施例)
図10は本発明の第2実施例であり、第1実施例と異なる部分についてのみ説明する。第2実施例の構成は基本的に第1実施例と同様であり、ロック動作の判定処理の方式が若干異なるだけである。第1実施例では、判定処理を行なう際にモータ3を電圧制御して強制転流させたが、第2実施例では、モータ3を電流制御する。即ち、インバータ主回路37によってモータ3の巻線41に流れる相電流が所定値となるように制御する。
従って、制御回路36は、ステップB3においてモータ3を機械角30度分だけ逆転動作を行なう間、ベクトル制御において得られるq軸電圧Vq,d軸電圧Vdを0.1m秒間隔でサンプリングし、それらのサンプリング電圧について2乗和の平方根(Vq2+Vd21/2、即ち実効値を演算する。そして、その実効値と判定値とを比較し、前者が後者を5回以上超えることがなかった場合は異常と判定する。その他については第1実施例と同様である。
尚、ベクトル制御においては、抵抗43u,43v,43wによりモータ3の相電流を検知しているが、q軸電圧Vq,d軸電圧Vdは、q軸電流Iq,d軸電流Idに基づいて電圧電流方程式より演算して求めることが可能である。従って、制御回路36は、電圧検知手段としての機能も備えることになる。
以上のように第2実施例によれば、制御回路36は、固定手段60により回転ドラム2が固定された状態で、モータ3を電流制御による強制転流で回転させた際に、モータ3の巻線41に印加される電圧の実効値により検知されるモータ3の回転動作に基づき、変位装置9によるロータ7のロック動作が正常に行われているか否かを判定するようにした。従って、第1実施例と同様に、1回のロック動作では回転ドラム2が正常にロックされなかった場合でも、回転ドラム2は確実に固定されるようになる。
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
回転動作検知手段として、位置センサ53を用いても良い。
センサレスベクトル制御を行う場合、位置センサ53は不要である。
モータの駆動制御は、ベクトル制御に限ることはない。
ロック状態の異常判定についてモータの電流を検知する場合、シャント抵抗43u,43v,43wの端子電圧に基づいて検知しても良い。
また、第2実施例において、ロック状態の異常判定についてモータへの印加電圧を検知する場合、インバータ主回路37の出力端子とグランドとの間に分圧抵抗を配置して検出しても良い。
更に、インバータ主回路37に出力するPWM信号のパルス幅を決定するための電圧指令、即ち、コンパレータにおいて搬送波の振幅レベルと比較される電圧信号のレベルは、モータへの印加電圧レベルを反映しているので、その電圧指令値に基づいて電圧を検知しても良い。
図2に示す処理は、必要に応じて実施すれば良い
本発明の第1実施例であり、図2に示すステップA8のロック動作、及びそのロック動作に伴う判定処理内容を示すフローチャート 洗濯機に電源が投入された場合に制御回路によって行われる処理の概要を示すフローチャート 電気的構成を示す図 (a)はモータのU相電流、(b)はq軸電流Iq,d軸電流Idの実効値を示す図 ドラム式洗濯機の構成を概略的に示す斜視図 モータのロータ部分と、変位装置とを中心として示す斜視図 変位装置の内部構成を示すもので、(a)は内部を透視して示す正面図、(b)は縦断側面図、(c)は挿入部材部分を取り出して示す図 ロック制御が実行される場合における係止部と挿入部材との部分を拡大して示す図 (a)はロータのロック前、(b)はロータのロック時、(c)はロータのロック解除時における回転ドラム内の洗濯物の状態を示す図 本発明の第2実施例であり、(a)はモータのU相電流、(b)はq軸電圧Vq,d軸電圧Vdの実効値を示す図
符号の説明
図面中、2は回転ドラム、3はブラシレスDCモータ、7はロータ、8は係止部、9は変位装置(挿入部材変位手段)、11,12は斜面、13は凹部、15は挿入部材、36は制御回路(固定制御手段,駆動制御手段,回転動作検知手段,電流検知手段,電圧検知手段)、43u,43v,43wはシャント抵抗(電流検知手段)、53u,53v,53wは位置センサ、60は固定手段を示す。

Claims (5)

  1. 洗濯物を収容する回転ドラムと、
    この回転ドラムを回転駆動するモータと、
    このモータの回転動作を検知する回転動作検知手段と、
    前記回転ドラムを所定の回転位置に固定するための固定手段と、
    前記回転ドラムが固定された状態で前記モータを回転させた際に前記回転動作検知手段によって検知される前記モータの回転動作に基づき、前記固定手段による固定動作が正常に行われていないと判定すると、前記固定動作を再実行させる固定動作制御手段とを備え
    前記固定動作制御手段は、前記固定手段に固定動作を行なわせる場合と、その固定動作結果を判定する場合とで、前記モータの回転方向を逆にすることを特徴とするドラム式洗濯機。
  2. 回転動作検知手段は、ロータの回転位置を検知する位置センサで構成されていることを特徴とする請求項1記載のドラム式洗濯機。
  3. モータを電流制御で駆動する駆動制御手段を備え、
    回転動作検知手段は、モータに対する印加電圧を検知する電圧検知手段で構成され、
    固定動作制御手段は、前記電圧検知手段により検知された印加電圧の変動に基づいて固定手段による固定動作結果を判定することを特徴とする請求項1記載のドラム式洗濯機。
  4. モータを電圧制御で駆動する駆動制御手段を備え、
    回転動作検知手段は、モータの相電流を検知する電流検知手段で構成され、
    固定動作制御手段は、前記電流検知手段により検知された相電流の変動に基づいて固定手段による固定動作結果を判定することを特徴とする請求項1記載のドラム式洗濯機。
  5. モータはアウタロータ型で構成され、
    固定手段は、
    前記モータを構成するロータの外周側の一部に配置され、前記ロータの外周面から突出するようになだらかに立ち上がる斜面を両側に備え、それらの斜面の間に凹部が形成されている係止部と、
    挿入部材を前記モータの径方向について変位可能に構成され、固定側に配置される挿入部材変位手段とで構成され、
    前記挿入部材の先端を前記係止部の表面に接触させ、前記挿入部材を前記係止部の凹部に挿入させることで前記ロータを固定するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のドラム式洗濯機。
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