(57)【要約】【課題】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。【解決手段】電気洗濯機は、洗濯槽を回転駆動する直流ブラシレスモータ６ａと、モータ６ａに給電される主回路用直流電源を発生す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、モータへの給電を制御するインバータ回路１７と、インバータ回路を介してモータの駆動制御及びブレーキ制御を行うマイクロコンピュータ２０を備える。マイクロコンピュータ２０は、モータ６ａのブレーキ制御に先立って商用電源の電圧値に応じた制限電圧閾値Ｖｓの設定を行い、直流電源電圧監視回路１９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Ｖｓを超えないように、直流ブラシレスモータ６ａをブレーキ制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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電気洗濯機。
【請求項２】
請求項１又は２に記載の電気洗濯機において、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２５４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る電気洗濯機の縦断面図である。
【図２】実施形態に係る電気洗濯機のモータ駆動回路を示す回路図である。
【図３】実施形態に係る電気洗濯機の運転モードの変化に伴う主回路用直流電源発生回路の出力側の電圧変化を示すグラフ図である。
【図４】実施形態に係る電気洗濯機の効果を示すグラフ図である。
【図５】従来例に係る電気洗濯機の問題点を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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）。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【符号の説明】
【００３４】
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
【図１】
2014094165.tif 000003
【図２】
2014094165.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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