JPH11276781A - インバータ洗濯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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を無駄に消費し
ていた。 【解決手段】 平滑コンデンサ３２と並列に蓄電手段３
３と充放電手段３４（スイッチング素子など）を接続
し、制御部４３から充放電手段３４を介して任意のタイ
ミングで充放電を制御することにより、例えば「洗いモ
ード」においては、モータの停止時直後の惰性回転によ
る電力を充電し、運転時に放電するなどし、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機の回転速度
を可変するインバータ手段を備えたインバータ洗濯機に
関し、特に交流を整流した平滑整流電圧をスイッチング
し、出力電圧を変化させ、回転速度を制御するインバー
タ洗濯機の省エネルギー技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な洗濯機は、単相誘導モー
タを用いており、商用電源周波数で決まる回転数で、パ
ルセータまたは脱水槽を回転させていた。所望する回転
数・トルクに合わせ込むために減速ギヤとプーリとベル
トにより対応しており、パルセータと脱水槽の回転数変
更については、クラッチを用いて切り替えて、２種類の
回転数を作っていた。

【０００３】また、回転数を可変させるものとして、Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ方式、位相制御方式などが提案されている
が、騒音・振動などが大きく、可変幅も狭いといった欠
点があり、この欠点をなくすため最近では、３相モータ
を用いたインバータ制御方式の洗濯機が提案されてい
る。

【０００４】図２に、従来のインバータ洗濯機の概略構
成を示す。洗濯機１は、一槽式の全自動洗濯機であり、
本体の内部に洗濯槽を兼ねた脱水槽２及び水槽３を備え
ている。水槽３はサスペンション部４によって本体に吊
り持されており、脱水槽２は水槽の内側に回転可能に設
置されている。また脱水槽２の底部にはパルセータ５が
設けられている。蓋６は洗濯物を出し入れするために開
閉自在に設けられている。

【０００５】水槽３の下部にはモータ７と回転軸を有す
る伝達機構８が固定されている。モータ７の回転は、そ
の回転軸に設けられたモータプーリー９と伝達回転軸に
設けられたギアプーリー１０の間に掛けられたベルト１
１を介して、伝達機構８に伝えられる。伝達機構８は減
速ギア及びクラッチを内蔵しており、モータの回転数を
減速して、脱水槽２及びパルセータ５に伝達する。

【０００６】本体１の上部には、操作部１２、表示部１
３、ブザー１４、及び蓋６の開閉を検知する蓋センサ１
５が備えられており、水槽３の測方には水槽内の水位を
検出する水位センサ１６が備えられている。また、操作
部１２の下部には、洗濯機の動作全体を制御するため
の、マイクロコンピュータより成る主制御部１７が設け
られ、主制御部１７とは別に上面版にモータの回転駆動
を制御するための駆動手段、及びこの駆動手段を介して
モータの回転を制御するマイクロコンピュータからなる
副制御部１８が設けられている。

【０００７】洗濯機の動作に関する構成の概略を図３に
示す。主制御部１７は、洗い、すすぎ、脱水等の各工程
の動作の内容や、工程の実行順序すなわち処理コースを
記したプログラムを記憶しており、このプログラムに従
い、給水弁１９や排水弁２０の開閉、及び伝達機構にお
けるモータの回転の伝達先の切り替え制御を行い、副制
御部１８を介してモータ７の回転を制御する。

【０００８】モータ７として３相４極直流ブラシレスモ
ータを使用し図４に示すように、６個のスイッチング手
段３６ａ〜３６ｃ，３７ａ〜３７ｃ（以下３６、３７と
略す）を３相全波ブリッジ構成にしたインバータ手段３
５からモータ７に駆動電力を供給するようにしている。
主制御部１７はモータ７の回転を制御するために必要な
制御データを同期用クロック２１と共に、副制御部に送
信２２する。また副制御部は、信号を読みとった後クロ
ックに同期し信号２３を送信する。

【０００９】次に図４を用いて、副制御部１８の構成を
説明する。商用電源３０は整流手段３１で脈流状の直流
に変換される。整流手段３１にはダイオードブリッジが
使用される。整流手段３１で整流された直流電圧は平滑
用のコンデンサ３２で平滑される。そして、この直流電
源がインバータ手段３５に供給され、スイッチング手段
３６、３７で３相交流に変換される。この３相交流の駆
動電流が直流ブラシレスモータ７に供給されることによ
り、直流ブラシレスモータ７は回転する。

【００１０】インバータ手段３５には、スイッチング手
段３６、３７として３相に対応した対のアームが形成さ
れ、スイッチング素子として６個のトランジスタが設け
られている。前記平滑コンデンサ３２の（＋）側に接続
されている３個のトランジスタを上アーム３６と呼び、
（−）側に接続されている３個のトランジスタを下アー
ム３７という。

【００１１】そして、６個のトランジスタにはそれぞれ
並列にダイオード３８ａ〜３８ｃ、３９ａ〜３９ｃ（以
下、３８、３９と略す）が接続されている。上アーム３
６と下アーム３７の接続点が直流ブラシレスモータの電
機子巻線の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）にそれぞれ接続さ
れる。トランジスタのベースにはそれぞれドライブ回路
４１が接続されており、制御部４３のマイクロコンピュ
ータの信号により、トランジスタを駆動する。

【００１２】このインバータ制御方式では、従来使用さ
れていた単相誘導モータではなく３相モータ（誘導モー
タまたは直流ブラシレスモータ）を用いているため、モ
ータに１２０°ずつ位相がずれた３相交流を印加する必
要があった。この３相交流波形を出力するため、インバ
ータ手段３５にパワートランジスタやＩＧＢＴなどのス
イッチング手段３６、３７を６個用いて、２個を直列接
続したハーフブリッジ構成にしたものを３組設けた３相
全波ブリッジ構成にしている。

【００１３】また、前記３相インバータ方式の洗濯機の
モータとして、静音・低振動化を図るため、直流ブラシ
レスモータを用いたものもあるが、この直流ブラシレス
モータは、一般に３相の電機子巻線を備え、これに永久
磁石で形成されたロータと、ロータの回転位置を検出す
るホール素子とが備えられている。誘導モータとは異な
り、直流ブラシレスモータでは、前記ホール素子で検出
されたロータ位置に同期した信号４２に基づき３相交流
に変換し、これを３相の電機子巻線に供給して直流ブラ
シレスモータを回転させるようになっている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来、このような洗濯
機の「洗いモード」においては、パルセータ５を正転、
停止、逆転、停止を繰り返しながら、断続的に回転する
ように運転している。その際、モータ７を停止する時
に、図４に示すモータドライブ用のスイッチング手段３
６、３７を全てＯＦＦした場合にモータはフリーの状態
となり、直流ブラシレスモータ７は惰性回転により発電
し、上記スイッチング手段３６、３７に並列に接続され
ているダイオード３８、３９を介して電力を平滑コンデ
ンサ３２に返してしまうために、平滑コンデンサ３２の
チャージ電圧が上昇してしまう。そのため、平滑コンデ
ンサ３２の容量もリップル電圧を考慮した容量にする必
要がある。

【００１５】また、上記スイッチング手段の上アーム３
６のみＯＦＦし、下アーム３７を全てＯＮなどして、回
生電流を消費してしまう。この場合は、発電機として動
作する直流ブラシレスモータの電力を無駄に消費してい
る。

【００１６】「脱水モード」の間欠運転においても、運
転、停止、運転、停止を繰り返し断続的に行なうため、
上記「洗いモード」における運転同様、モータ停止時に
平滑コンデンサに電力を返してしまい、発電機として動
作する直流ブラシレスモータの発電を無駄に消費してい
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１の副制御のブロック
図で説明する。上記平滑コンデンサ３２と並列に蓄電手
段３３と充放電手段３４（スイッチング素子など）を接
続し、制御部４３から充放電手段３４を介して任意のタ
イミングで充放電を制御することにより、例えば「洗い
モード」においては、モータの停止時直後の惰性回転に
よる電力を充電し、運転時に放電するなどし、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。

【００１８】また、平滑コンデンサ３２とインバータ手
段３５の間にダイオード４０を入れることにより、平滑
コンデンサ３２に電力を返さないために、電圧の跳ね上
がりを防ぐことができ、平滑コンデンサ３２のリップル
電圧を抑制する事ができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した洗濯機の
実施形態について図１を参照して説明するが、図４と同
一部分は同一符号を付して説明を省略する。図１の特徴
は点線で囲った構成を付した点にある。

【００２０】すなわち、直流電源がインバータ手段３５
に供給されるが、本発明では、平滑コンデンサ３２と並
列に蓄電手段３３を設け、充放電手段３４を介して、イ
ンバータ手段３５に直流電源を供給し、その後、スイッ
チング手段３６、３７で３相交流に変換される。この３
相交流の駆動電流が直流ブラシレスモータに供給される
ことにより、直流ブラシレスモータは回転する。

【００２１】前記充放電手段３４があり、制御部４３の
マイクロコンピュータの信号により充電タイミング、放
電タイミングを任意に行う構成とし、更に充放電手段３
４ａと３４ｂの間にダイオード４０があり、平滑コンデ
ンサにモータの発電電力を返さない回路となっている。
前記充放電手段のスイッチングタイミングの例を以下に
説明する。

【００２２】まず、洗いやすすぎ工程において、パルセ
ータ５を正転、停止、逆転、停止を断続的に繰り返し制
御している際、正転から停止モードに移行した直後、上
アーム３６、下アーム３７共にすべてオフすると共に、
副制御部４４のマイクロコンピュータは、充放電手段の
片側３４ｂをＯＮする。その際、モータはパルセータ５
の惰性回転により発電機となり、平滑コンデンサ３２側
に上記トランジスタと並列に接続されたダイオードを通
して、電力を供給するため、上記蓄電手段３３に充電可
能となる。

【００２３】その後、停止モードから逆転モードに移行
した直後、充放電手段の片側３４ａをＯＮし、インバー
タ手段３５に電力を供給することでモータ起動の電源と
して使用できる。逆転モードから停止モードに移行した
直後にも同様のシーケンス動作を行うことで、モータが
発電機として動作して平滑コンデンサ３２側に送るエネ
ルギーを無駄なく使用でき、結果として洗濯機のトータ
ルとしての消費電力の低減ができる。

【００２４】また、脱水工程の間欠運転において、脱水
槽２を運転、停止を断続的に繰り返し、制御している際
も、上記「洗いモード」同様に停止モードに移行した直
後、副制御部４４のマイクロコンピュータは、上アーム
３６と下アーム３７すべてＯＦＦする、副制御部４４の
マイクロコンピュータは、充放電手段の片側３４ｂをＯ
Ｎする。その際、モータは脱水槽２の惰性回転により、
発電機となり、平滑コンデンサ３２側に上記トランジス
タと並列に接続されたダイオード３６を通して、電力を
供給するため、上記蓄電手段３３に充電可能となる。

【００２５】その後、停止モードから次の回転に移行し
た直後、充放電手段の片側３４ａをＯＮし、インバータ
手段３５に電力を供給することでモータ起動の電源とし
て使用できる。これにより、発電機としてモータが動作
した場合に平滑コンデンサ３２に送られるエネルギーを
無駄なく使用でき、消費電力の低減ができる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１の発明のインバータ洗濯機によ
れば、モータ停止時に惰性回転によるモータから電力を
充電し、回転時に放電できることから、電力を無駄なく
使用でき、消費電力の低減を図ることができる。請求項
２の発明によれば、充放電手段３４ａと３４ｂの間にダ
イオードを持っているため、モータが発電している時は
平滑コンデンサには電力が返されないため、リップルを
軽減することができ、平滑コンデンサの容量を小さく、
低コスト化が図れる。

【００２７】モータ停止時直後の回生電流をスイッチン
グ素子により、充放電できることから、使用したい時に
自由に制御でき、例えばフルパワーでモータを運転させ
る時に放電するなど、電流を必要とする時の運転の際、
電圧の落ち込みが低減でき、電力を無駄なく使用でき、
消費電力の低減ができる。

【００２８】請求項３の発明のインバータ洗濯機によれ
ば、「洗濯モード」のモータ起動時に充電された電力を
使用するため、起動がスムーズになり、消費電力も低減
できる。請求項４の発明のインバータ洗濯機によれば、
「脱水モード」の間欠運転起動時に充電された電力を使
用するため、起動がスムーズになり、消費電力も低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の副制御のブロック図であ
る。

【図２】従来の洗濯機全体の概略構成図である。

【図３】従来の洗濯機のブロック図である。

【図４】従来の副制御部のブロック図である。

【符号の説明】

７ モータ ３１ 整流手段 ３２ 平滑コンデンサ ３３ 蓄電手段 ３４ａ，３４ｂ 充放電手段 ３５ インバータ手段 ４０ ダイオード ４３ 制御部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源からの交流電圧を整流する整流
   手段と、この整流手段で整流された電圧を平滑する平滑
   コンデンサと、平滑された電圧を入力とするスイッチン
   グ手段からなるフルブリッジ型のインバータ手段と、こ
   のインバータ手段の出力により回転を制御されるモータ
   と、このインバータ手段の動作を制御する制御部とを具
   備するインバータ洗濯機において、 上記モータの回転制御に伴ってインバータ手段に生じる
   回生電流を蓄電する蓄電手段を設けたことを特徴とする
   インバータ洗濯機。
2. 【請求項２】 前記平滑コンデンサとフルブリッジ型の
   インバータ手段との間に電流制御用ダイオードを設け、
   前記ダイオードのアノード側及びカソード側の２ヶ所に
   設けたスイッチング素子を介して、前記蓄電手段を充放
   電するようにしたことを特徴とする請求項１記載のイン
   バータ洗濯機。
3. 【請求項３】 洗いモードにおける、モータの正転、逆
   転の繰り返し回転中に、一方向の回転駆動をＯＦＦした
   時の惰性回転時の電力を前記蓄電手段に充電し、充電さ
   れた電力を次の回転駆動時に放電するように制御するこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２記載のインバータ
   洗濯機。
4. 【請求項４】 脱水モードにおいて、モータを間欠運転
   させる場合に、回転駆動をＯＦＦした時の惰性回転時の
   電力を前記蓄電手段に充電し、充電された電力を次の回
   転駆動時に放電することを特徴とする請求項１又は請求
   項２記載のインバータ洗濯機。