JP5859948B2 - Electric washing machine - Google Patents
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Description
本発明は、電気洗濯機に係り、特に、洗濯槽を回転駆動する電動モータのブレーキ制御手段に関する。 The present invention relates to an electric washing machine, and more particularly to a brake control means for an electric motor that rotationally drives a washing tub.
特許文献1に記載されているように、商用電源から入力した交流電圧を全波整流回路で整流した後、平滑コンデンサで平滑化することにより、洗濯槽を回転駆動するブラシレスモータの直流電源を形成する直流電源形成手段を備えた電気洗濯機が従来知られている。直流電源形成手段にて形成された直流電源は、駆動制御回路(マイクロコンピュータ)からの指令信号によって駆動制御されるインバータ主回路を介して、ブラシレスモータの各巻線に供給される。
As described in
また同じく特許文献1に記載されているように、脱水運転終了後のブレーキ制御時に、ブラシレスモータが発生する回生電力による平滑コンデンサの破損を防止するため、直流電源形成手段の出力側の直流電圧を検出する電圧検出手段と、ブレーキ制御時にブラシレスモータが発生する回生電力を調整する回生電力調整手段と、この回生電力の調整により直流電源形成手段の出力側の直流電圧を所定範囲内に制御する手段を含むブレーキ制御手段を備えてなる洗濯機が従来知られている。駆動制御回路は、電圧検出手段の電圧検出結果に基づいて回生電力が過大となったか否かを繰り返し判定する。そして、その電圧検出結果が基準電圧を超えたと判定したときには、回生電力調整手段によりブラシレスモータが発生する回生電力を調整する。よって、回生電力を常に一定に保つことができ、直流電源側の電気部品の破損を防止することができる(特許文献1の請求項1、段落0055〜0057、段落0065〜0067、図1参照。)。
Similarly, as described in
ところで、電気洗濯機の直流電源形成手段としては、特許文献1にも記載されているように、倍電圧整流平滑回路が用いられる。これは、ブラシレスモータへの給電を制御するインバータ主回路を構成する各スイッチング素子に流れる電流値を約半分に抑え、各スイッチング素子の電力損失を低減するためである。この倍電圧整流平滑回路からなる電気洗濯機の直流電源形成手段においては、直流電源側の電気部品の破損を防止するための基準電圧が、概ね350Vに設定される。この基準電圧値は、ブラシレスモータの起動を確保すると共に、商用電源電圧の変動及び電圧検出手段による検出電圧のばらつきを考慮して決められるものである。
By the way, as described in
図3に示すように、直流電源形成手段の出力側の直流電圧は、モータブレーキモード以外の通常運転モードでは常に商用電源電圧の2×√2倍で安定している。しかしながら、モータブレーキモードでは、モータ逆起電力により発生する回生電力を抑制しながらモータのブレーキ制御を行うため、図3に示すように、直流電源形成手段の出力側の直流電圧が基準電圧値である350Vまで上昇する。このとき、倍電圧整流平滑回路に備えられた2つの平滑コンデンサの両端にかかる電圧は、それぞれ基準電圧値(350V)の半分である175V程度となる。この状態になると、モータブレーキ中に一方の平滑コンデンサ(図2の平滑コンデンサ18b参照)の両端電圧が、直流電源形成手段の入力側の直流電圧(商用電源電圧の√2倍、商用電源電圧が100Vである場合には141V)より高くなるため、他方の平滑コンデンサ(図2の平滑コンデンサ18c参照)より放電が行われる。その放電は、当該他方の平滑コンデンサの両端に係る電圧が、商用電源電圧の直流整流電圧値(商用電源電圧の√2倍)になるまで行われる。
As shown in FIG. 3, the DC voltage on the output side of the DC power supply forming means is always stable at 2 × √2 times the commercial power supply voltage in the normal operation mode other than the motor brake mode. However, in the motor brake mode, since the brake control of the motor is performed while suppressing the regenerative power generated by the motor back electromotive force, the DC voltage on the output side of the DC power supply forming means is a reference voltage value as shown in FIG. It rises to a certain 350V. At this time, the voltage applied to both ends of the two smoothing capacitors provided in the voltage doubler rectifying and smoothing circuit is about 175 V, which is half of the reference voltage value (350 V). In this state, during motor braking, the voltage across one smoothing capacitor (see
このため、一方の平滑コンデンサの両端にかかる電圧は、図5に示すように、基準電圧値である350Vから商用電源電圧の直流整流電圧値(商用電源電圧の√2倍)を引いた電圧値になる。特に、商用電源電圧が低い時には、前記一方の平滑コンデンサの両端にかかる電圧がさらに高くなる。したがって、少なくとも前記一方の平滑コンデンサについては、部品寿命を確保するため及び直流電源形成手段の安全性を考慮して、定格電圧の高いものを採用せざるを得ず、洗濯機がコスト高になったり、制御基板の実装面積が増加して制御基板の設定が困難になるなどの問題を生じる。 For this reason, as shown in FIG. 5, the voltage applied to both ends of one smoothing capacitor is a voltage value obtained by subtracting the DC rectified voltage value of the commercial power supply voltage (√2 times the commercial power supply voltage) from the reference voltage value of 350V. become. In particular, when the commercial power supply voltage is low, the voltage applied to both ends of the one smoothing capacitor is further increased. Therefore, for at least one of the smoothing capacitors, in order to ensure the life of the parts and considering the safety of the DC power source forming means, it is unavoidable to use one having a high rated voltage, which increases the cost of the washing machine. Or the mounting area of the control board increases, making it difficult to set the control board.
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、直流電源形成手段に備えられる平滑コンデンサの両端にかかる電圧を抑制し、定格電圧の低い平滑コンデンサの採用を可能にすることを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and its purpose is to suppress the voltage applied to both ends of the smoothing capacitor provided in the DC power supply forming means and to employ a smoothing capacitor having a low rated voltage. The challenge is to make this possible.
本発明は、前記課題を解決するため、洗濯物を入れる洗濯槽と、前記洗濯槽を回転駆動する電動モータと、商用電源から入力した交流電圧を整流して平滑コンデンサで平滑化することにより主回路用直流電源電圧を生成する主回路用直流電源発生回路と、前記主回路用直流電源発生回路の出力側の直流電圧値を監視する直流電源電圧監視回路と、前記主回路用直流電源発生回路の出力電圧を電源として前記電動モータへの給電を制御するインバータ回路と、前記インバータ回路を介して前記電動モータの駆動制御及びブレーキ制御を行う制御装置とを備えた電気洗濯機において、前記制御装置は、前記電動モータのブレーキ制御に先立ち、前記商用電源の電圧値に応じた制限電圧閾値の設定を行い、前記直流電源電圧監視回路により検出される直流電圧値が先に設定された制限電圧閾値を超えないように、前記インバータ回路を介して前記電動モータのブレーキ制御を行うことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention mainly provides a washing tub for putting laundry, an electric motor for rotationally driving the washing tub, and an AC voltage input from a commercial power source and rectified and smoothed by a smoothing capacitor. DC power supply generation circuit for main circuit for generating DC power supply voltage for circuit, DC power supply voltage monitoring circuit for monitoring the DC voltage value on the output side of DC power supply generation circuit for main circuit, and DC power supply generation circuit for main circuit An electric washing machine comprising: an inverter circuit that controls power feeding to the electric motor using the output voltage of the power supply; and a control device that performs drive control and brake control of the electric motor via the inverter circuit. Prior to brake control of the electric motor, a limit voltage threshold is set according to the voltage value of the commercial power supply, and is detected by the DC power supply voltage monitoring circuit. As the DC voltage value does not exceed the limit voltage threshold set previously, and performs brake control of the electric motor via the inverter circuit.
制限電圧閾値を一定値に設定するのではなく、商用電源電圧に合わせた電圧値に設定することで、主回路用直流電源発生回路電圧と、倍電圧整流平滑用のコンデンサの両端にかかる電圧を抑えることができる。よって、倍電圧整流平滑用のコンデンサとして、従来よりも定格電圧の低い電解コンデンサを採用することが可能となり、電気洗濯機の原価低減と制御基板実装面積の削減を実現できる。 Rather than setting the limit voltage threshold to a constant value, the voltage applied to both ends of the DC power supply circuit voltage for main circuit and the voltage doubler rectifying and smoothing capacitor is set by setting the voltage value to match the commercial power supply voltage. Can be suppressed. Therefore, it is possible to employ an electrolytic capacitor having a lower rated voltage than the conventional capacitor for voltage doubler rectification smoothing, and it is possible to reduce the cost of the electric washing machine and the control board mounting area.
以下、本発明に係る電気洗濯機の実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an electric washing machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、実施形態に係る電気洗濯機は、外枠1の内部に複数のサスペンション2を介して、外槽3が設置されている。また、この外槽3内には、洗濯兼脱水槽である洗濯槽4が回転可能に設置されており、この洗濯槽4内の底部には、撹拌翼5が回転可能に設置されている。洗濯槽4と撹拌翼5は、外槽3を貫通させた同心の2重軸の内端に結合されており、外槽3の外側に取り付けた主駆動装置6のモータによって回転される。
As shown in FIG. 1, in the electric washing machine according to the embodiment, an
主駆動装置6は、直流ブラシレスモータ(電動モータ)とクラッチ機構と減速歯車機構を備えており、洗濯工程および乾燥工程では、洗濯槽4を静止させた状態で撹拌翼5を緩速回転駆動し、脱水工程では、洗濯槽4と撹拌翼5を一体的に高速回転駆動する。
The
外枠1の上端には、衣類投入口7aを有するトップカバー7を固着されており、衣類投入口7aは、外蓋8によって開閉自在に覆われている。トップカバー7内の前部には、指示入力スイッチ群及び表示素子群を備えた操作基板9、制御基板10及び水位センサ11等を収納し、トップカバー7内の後部には、給水電磁弁12や図示しない風呂水給水ポンプ等を収納する。
A
外槽3の下部に設けたエアトラップ3aは、エアチューブ13を介して水位センサ11に接続されており、排水口3bは、排水電磁弁14を介して排水ホース15に接続されている。なお、乾燥機能付きの電気洗濯機については、外槽3の底部側壁に排気口を形成し、外槽3内の空気を空気循環ファンにより吸い出して、冷却除湿した後に加熱して洗濯槽4の上方から該洗濯槽4内に吹き込む乾燥空気循環系(図示省略)が備えられる。
The
次に、図2を用いて、主駆動装置6に備えられた直流ブラシレスモータの駆動回路について説明する。このモータ駆動回路は、主として主制御基板10に実装される。
Next, a drive circuit for a DC brushless motor provided in the
図2に示すように、本例のモータ駆動回路は、主駆動装置6に備えられた直流ブラシレスモータ6aに給電するインバータ回路17と、インバータ回路17の直流電源となる主回路用直流電源発生回路18と、主回路用直流電源発生回路18の出力側の直流電圧値を監視する直流電源電圧監視回路19と、給水電磁弁等の電気負荷を制御する回路(図示省略)に給電する制御回路用直流源発生回路22と、商用電源21の交流電圧値及び直流電源電圧監視回路19から出力される直流監視電圧値に基づいて直流ブラシレスモータ6aの駆動制御を行うマイクロコンピュータ(制御装置)20を備えている。
As shown in FIG. 2, the motor drive circuit of this example includes an
主回路用直流電源発生回路18は、倍電圧整流平滑回路を構成するように接続した整流ダイオードブリッジ回路18aと、該整流ダイオードブリッジ回路18aの直流端子から出力する整流脈動電圧を平滑して得た直流電圧にする平滑コンデンサ18b、18cを備える。整流ダイオードブリッジ回路18aの交流端子は、常開の電源リレー接点(図示省略)を介して商用交流電源21に接続されている。
The DC power generation circuit for
直流電源電圧監視回路19は、主回路用直流電源発生回路18の出力側の直流電圧を分圧する2つの抵抗器19a、19bを備える。マイクロコンピュータ20は、この直流電源電圧監視回路19から出力される電圧アナログ値を読み取り、常にモータ駆動用主回路直流電源電圧を監視する。
The DC power supply
制御回路用直流電源発生回路22は、商用電源21を半波整流する半波整流ダオード22aと、半波整流ダイオード22aを通して出力する半波整流の脈動電圧を平滑して直流電圧にする平滑用電解コンデンサ22bと、電圧変換回路であるスイッチング電源回路22cと、DC−DCコンバータ回路22dとを備える。
The control circuit DC power
本構成のモータ駆動回路は、商用電源21から主回路用直流電源発生回路18の整流ダイオードブリッジ18aに商用交流電圧を供給し、整流ダイオードブリッジ18aは交流電圧を整流して平滑コンデンサ18bと18cをそれぞれ充電するため、商用電源電圧のほぼ2倍になる直流電圧を生成する。そして、インバータ回路17に安定した所定の直流電圧を供給する状態となり、洗濯,脱水,乾燥の工程制御が可能な状態となる。
The motor drive circuit of this configuration supplies a commercial AC voltage from the
先に説明したように、モータブレーキモード以外の洗濯、乾燥及び脱水回転等の通常運転モードにおいては、主回路用直流電源発生回路18に備えられた倍電圧整流平滑用の電解コンデンサ18b及び18cと、制御回路用直流源発生回路22に備えられた平滑用の電解コンデンサ22bとは、商用電源21より電圧を供給され、モータや制御回路の負荷電流の増加により多少電圧低下しても、それぞれの端子電圧がほぼ商用電源電圧の√2倍に安定している(図3参照)。
As described above, in the normal operation mode such as washing, drying, and spin-drying rotation other than the motor brake mode,
これに対して、モータブレーキモードにおいては、減速により直流ブラシレスモータ6aが発電機として動作するため、その回転動作エネルギーが回生電力に変換され、その回生電力が直流ブラシレスモータ6a側からインバータ回路17を介して、主回路用直流電源発生回路18に流れ込む。主回路用直流電源発生回路18に流れ込んだ回生電力は、倍電圧整流平滑用の電解コンデンサ18bと18cにチャージし、電解コンデンサ18bと18cの端子電圧が上昇する。そのため、マイクロコンピュータ20は、主回路用直流電源発生回路18に備えられた整流ダイオード18a及び電解コンデンサ18b、18cと、インバータ回路17を構成するインバータ素子を過電圧から守るため、設定した制限電圧を目標に主回路の直流電圧を抑制しながら、直流ブラシレスモータ6aの減速制御を行う。減速制御の原理は、特許文献1に記載されている通りである。
On the other hand, in the motor brake mode, since the
実施形態に係る電気洗濯機の特徴は、直流ブラシレスモータ6aを減速制御する際の制限電圧(制限電圧閾値)を、商用電源21の電圧値に応じて可変に設定する点にある。即ち、モータブレーキ時に電解コンデンサ18bの両端にかかる電圧は、制限電圧閾値Vs(350V)から商用電源電圧の直流整流電圧値を引いた電圧値であることから、下記の式1により電解コンデンサ18bの両端にかかる電圧が求められる。
A feature of the electric washing machine according to the embodiment is that a limit voltage (limit voltage threshold) when the
Vc1=Vs−Vac×√2 式1
そこで、電解コンデンサ18bの両端に印加する電圧が制限電圧閾値と商用電源電圧に関係するため、電解コンデンサ18bの両端に係る電圧値Vc1を抑えるには、制限電圧閾値Vsも商用電源電圧に応じて変動させて設定することが有効である。
Vc1 = Vs−Vac × √2
Therefore, since the voltage applied to both ends of the
即ち、上述したように、モータブレーキモード以外のモータ通常回転モードでは、倍電圧整流平滑回路に備えられた電解コンデンサ18b、18cの両端にそれぞれ印加される電圧は、およそ商用電源電圧の整流した後に得た直流電圧になることから、日本国内の商用電源電圧仕様及び電解コンデンサの寿命を維持するための定格電圧に対するディレーティング率を考慮し、電解コンデンサ18b、18cの定格電圧は、200V程度とすることが妥当である。一方、モータブレーキモードにおいて、商用電源電圧が変動した場合でも、電解コンデンサ18b両端に印加する電圧を、通常運転モードと同様に、定格電圧200Vに対して電解コンデンサ18b、18cの寿命を維持するため、制限電圧閾値Vsを、ディレーティング率を考慮して、下記の式2で求められる電圧値に設定する。
That is, as described above, in the normal motor rotation mode other than the motor brake mode, the voltage applied to both ends of the
Vs=180V+Vac×√2 式2
つまり、図4に示すように、商用電源電圧が高い場合には、制限電圧閾値Vsを高く設定し、商用電源電圧が低い場合には、制限電圧閾値Vsを低く設定する。これにより、モータブレーキモードにおける直流ブラシレスモータ6aの回生電力を抑制できると共に、主回路用直流電源発生回路18に備えられる平滑用電解コンデンサ18bの両端にかかる電圧を抑えることができる。
Vs = 180V + Vac × √2 Equation 2
That is, as shown in FIG. 4, when the commercial power supply voltage is high, the limit voltage threshold Vs is set high, and when the commercial power supply voltage is low, the limit voltage threshold Vs is set low. Thereby, the regenerative power of the
なお、制限電圧閾値Vsの設定は、ノイズの影響を除外するため、直流ブラシレスモータ6aを脱水モードで回転する直前で行うことが望ましい。マイクロコンピュータ20は、このタイミングで直流電源電圧監視回路19から読み取った数値に基づいて商用電源電圧Vacを算出し、得られた商用電源電圧Vacを式2に代入して、制限電圧閾値Vsを算出する。
The limit voltage threshold Vs is preferably set immediately before the
一方、モータブレーキ時には、直流ブラシレスモータ6aが発生する回生電力が電解コンデンサ18b、18cにチャージされ、各電解コンデンサの端子電圧が上昇するため、電解コンデンサ18cの端子電圧が制御回路用直流電源発生回路22の平滑用電解コンデンサ22bよりも高くなり、ダイオード22aが開放状態になる。これにより、電解コンデンサ18cより電解コンデンサ22bに充電する経路ができるので、電解コンデンサ18cの両端電圧が、商用電源電圧の√2倍、即ち、Vac×√2で安定する。このとき、電解コンデンサ18bの両端電圧は、制限電圧閾値Vsと電解コンデンサ18cの差分である約180Vとなり、定格電圧(200V)以下となる。よって、倍電圧整流平滑用の電解コンデンサ18b、18cとして、従来よりも定格電圧の低いものを採用することが可能となり、電気洗濯機の原価低減と制御基板実装面積の削減を実現できる。
On the other hand, at the time of motor braking, the regenerative power generated by the
また仮に、ブレーキ中に商用電源電圧が(±10%)変動した場合、特に商用電源電圧が低くなった場合でも、電解コンデンサ18bの両端電圧は高くなるが、定格電圧よりオーバーすることなく、使用寿命の低下には至らない。
Also, if the commercial power supply voltage fluctuates (± 10%) during braking, even if the commercial power supply voltage is low, the voltage across the
本発明は、洗濯槽を横軸や斜め軸に設置すると共に、撹拌翼を省略したドラム式の電気洗濯機にもそのまま適用することができる。 The present invention can be directly applied to a drum-type electric washing machine in which a washing tub is installed on a horizontal axis or an oblique axis and a stirring blade is omitted.
本例の電気洗濯機は、モータブレーキ時の制限電圧閾値Vsを一定値ではなく、商用電源21の交流電圧値Vacに応じた電圧値に設定するので、主回路用直流電源発生回路18の直流電圧と、倍電圧整流平滑用の電解コンデンサ18b両端にかかる電圧を抑えることができる。よって、定格電圧の低い電子部品(電解コンデンサ)の採用が可能となり、電気洗濯機の原価低減と、部品サイズの小型化による制御基板実装面積の削減を実現することができる。
In the electric washing machine of this example, the limit voltage threshold Vs during motor braking is set to a voltage value corresponding to the AC voltage value Vac of the
1 外枠
2 サスペンション
3 外槽
3a エアトラップ
3b 排水口
4 洗濯槽
5 撹拌翼
6 主駆動装置
6a 直流ブラシレスモータ
7 トップカバー
7a 衣類投入口
8 外蓋
9 操作基板
10 制御基板
11 水位センサ
12 給水電磁弁
13 エアチューブ
14 排水電磁弁
15 排水ホース
17 インバータ回路
18 主回路用直流電源発生回路
18a 整流ダイオードブリッジ回路
18b、18c 平滑コンデンサ(電解コンデンサ)
19 直流電源電圧監視回路
19a、19b 抵抗器
20 マイクロコンピュータ(制御装置)
21 商用電源
22 制御回路用直流源発生回路
22a 半波整流ダオード
22b 平滑コンデンサ(電解コンデンサ)
22c スイッチング電源回路
22d DC−DCコンバータ回路
DESCRIPTION OF
19 DC power supply
21
22c switching
Claims (2)
前記制御装置は、前記電動モータのブレーキ制御に先立ち、前記商用電源の電圧値に応じた制限電圧閾値の設定を行い、前記直流電源電圧監視回路により検出される直流電圧値が先に設定された制限電圧閾値を超えないように、前記インバータ回路を介して前記電動モータのブレーキ制御を行うことを特徴とする電気洗濯機。 For a main circuit that generates a DC power supply voltage for a main circuit by rectifying an AC voltage input from a commercial power source and smoothing it with a smoothing capacitor, a washing tub for storing laundry, an electric motor for rotationally driving the laundry tub DC power supply generation circuit, DC power supply voltage monitoring circuit for monitoring the DC voltage value on the output side of the main circuit DC power supply generation circuit, and the output voltage of the main circuit DC power supply generation circuit as a power source to the electric motor In an electric washing machine comprising an inverter circuit that controls power feeding, and a control device that performs drive control and brake control of the electric motor via the inverter circuit,
Prior to brake control of the electric motor, the control device sets a limit voltage threshold corresponding to the voltage value of the commercial power supply, and the DC voltage value detected by the DC power supply voltage monitoring circuit is set first. An electric washing machine that performs brake control of the electric motor through the inverter circuit so as not to exceed a limit voltage threshold.
前記制限電圧閾値の設定は、前記制御装置からの指令により前記電動モータを脱水モードで回転駆動する直前に行うことを特徴とする電気洗濯機。 In the electric washing machine according to claim 1 ,
The limit voltage threshold is set immediately before the electric motor is rotationally driven in a dehydration mode in accordance with a command from the control device.
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