(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それを正逆交互に回転させることによって、その内部で洗濯から乾燥までを行うドラムを有し、このドラムを正逆交互に回転させる電動機をインバータ装置により駆動するドラム式洗濯機において、
前記インバータ装置は直流電源電圧間に一方がＯＮのとき他方がＯＦＦになる関係で駆動され、それらの接続中点から電動機駆動出力を発生する第１、第２のスイッチングトランジスタを直列に接続してなるトランジスタ対を前記電動機の各相に対応して設けて成り、前記電動機の回転中に前記各トランジスタのＯＮ、ＯＦＦ期間を長くして前記インバータ装置の出力周波数を低下させることによって前記電動機の回転に制動力をかけるとともに、
低下する出力周波数に対応する前記電動機本来の回転数と実際の回転数との差が一定となるように前記インバータ装置の出力周波数を低下させる制御を行うことで、前記電動機本来の回転数と実際の回転数との一定の回転差から生じるドラムの慣性エネルギーを電気エネルギーとして電源回路で吸収することを特徴とするドラム式洗濯機。
【請求項２】
前記電動機の回転数を検出する手段を有し、前記電動機の回転が停止するまでの間に前記電動機の回転数に応じてインバータ装置の出力周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載のドラム式洗濯機。
【請求項３】
前記電動機の回転数を検出する手段を有し、前記電動機の回転数に応じてインバータ装置の出力周波数を低下させることによって、前記電動機の回転にかかる初期制動力を、前記電動機の回転数が高いほど小さくし、一方、前記電動機の回転数が低いほど大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載のドラム式洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドラムを正逆交互に回転させることによってドラム内にて洗濯から乾燥までを行うドラム式洗濯機であって、特に、ドラムを回転させる電動機をインバータ装置を用いて駆動するものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ドラム式洗濯機は、ドラムが水槽内で水平軸を中心に回転する構造となっており、ドラムを回転させることによって、ドラム内にて洗濯から乾燥までの行程を行い、洗濯・濯ぎ・脱水・乾燥の一連の洗濯機能を兼ね備えた洗濯機の代表的のものとなっている。
【０００３】
一般に、ドラム式洗濯機では、洗浄性能を向上させるために、正回転→逆回転→正回転→逆回転→…というように、所定の周期でドラムの回転を反転させるようになっている。これは、ドラムを回転させる電動機として正逆回転可能なものを用い、電動機が正回転するように電動機に所定時間に渡って通電し、電動機の正回転が停止した後、電動機が逆回転するように電動機に所定時間に渡って通電し、電動機の逆回転が停止した後、電動機か正回転するように所定時間に渡って通電するというサイクルを繰り返すことによって行われている。そして、電動機の回転が停止するまでの時間が短いほど、ドラムの反転が短時間で行われ、洗浄能力が向上するので、洗濯時間が短縮される。
【０００４】
尚、電動機の回転を反転させるに際して電動機を停止させるのは、電動機が回転している間に、その回転方向と逆向きのトルクを発生させると、電動機に過大な負荷がかかったり、あるいは、電動機や駆動機構に衝撃力が及んだりして、これらの部品の寿命を縮めることになり、また、騒音が発生することになるためである。
【０００５】
そして、通常は、図８に示すように、断電期間を設けることによって電動機の回転を停止させている、つまり、電動機を惰性停止させているが、これでは電動機の回転が停止するまでの時間が長く、また、電動機の回転の停止に関してはいわば無制御状態にあるので、一方向に回転するように通電するのを終えてから他方向に回転するように通電するのを開始するまでの時間を、惰性停止により回転が停止するまでにこれだけ必要であると予想される時間よりも余裕をもって長めに設定しておく必要があるため、ドラムの反転を短時間で行うことができていない。そこで、この問題を解決し、ドラムの反転をより短時間で行い、洗浄能力を向上させることによって、洗濯時間の短縮を実現すべく、以下に述べるようなドラム式洗濯機が提案されている。
【０００６】
例えば、ドラムを回転させる電動機の電気子巻線に直流電流を流すことによって、電動機の回転に制動をかける（以下、「直流制動を行う」と呼ぶ）ようにしたもの（特開昭６３−２４９８７号公報参照）や、図９に示すように、ドラムを回転させる電動機を洗濯用と脱水用とで別々に設け、洗濯用に設けられた洗濯電動機１００を脱水用に設けられた脱水電動機２００よりも減速比（電動機の回転数／ドラムの回転数）を大きく設定しておき、減速比の大きな洗濯電動機１００を用いて直流制動を行うことによって、より大きな制動力を得るようにしたもの（特開平２−２５２４９３号公報参照）が挙げられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、電動機の電気子巻線に直流電流を流すことにより、静止磁界が生じ、その磁束を回転子が切ることによって回転子内に過電流が発生する。つまり、直流制動では、電動機の回転による慣性エネルギーが熱として消費されることになり、制動力を大きくするほど温度上昇が大きくなるのである。
【０００８】
したがって、直流制動を行う上記従来のドラム式洗濯機では、制動力をそれほど大きく設定することができないので、電動機の回転が停止するまでの時間はそれほど短縮されなかった。この結果、洗浄能力を大きく向上させるには至らず、洗浄時間の短縮を有効的なものとすることはできなかった。また、温度上昇により巻線の絶縁劣化などが発生し、電動機の寿命を縮めるという不具合が懸念される。その他には、電気子巻線に直流電流を流すことから、消費電力が大きいという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、洗濯時間をより一層短縮したドラム式洗濯機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載のドラム式洗濯機では、それを正逆交互に回転させることによって、その内部で洗濯から乾燥までを行うドラムを有し、このドラムを正逆交互に回転させる電動機をインバータ装置により駆動するドラム式洗濯機において、
前記インバータ装置は直流電源電圧間に一方がＯＮのとき他方がＯＦＦになる関係で駆動され、それらの接続中点から電動機駆動出力を発生する第１、第２のスイッチングトランジスタを直列に接続してなるトランジスタ対を前記電動機の各相に対応して設けて成り、前記電動機の回転中に前記各トランジスタのＯＮ、ＯＦＦ期間を長くして前記インバータ装置の出力周波数を低下させることによって前記電動機の回転に制動力をかけるとともに、低下する出力周波数に対応する前記電動機本来の回転数と実際の回転数との差が一定となるように前記インバータ装置の出力周波数を低下させる制御を行うことで、前記電動機本来の回転数と実際の回転数との一定の回転差から生じるドラムの慣性エネルギーを電気エネルギーとして電源回路で吸収する。
【００１１】
ここで、電動機をインバータ装置により駆動する場合、電動機の回転中にインバータ装置の出力周波数を低下させることにより、電動機には負のすべりが発生する、すなわち、電動機としての本来の回転数（以下、「同期回転数」と呼ぶ）よりも高い回転数になり、電気子巻線の逆起電圧が端子電圧よりも高くなって発電機として作用する。
【００１２】
したがって、上記本発明の構成により、電動機の回転差による慣性エネルギーは電気エネルギーとして電源回路に吸収され、電動機の回転に制動がかかる。そして、電動機の回転による慣性エネルギーは電気エネルギーとして吸収されることから、直流制動のように温度上昇を伴うことはないので、制動力を大きく設定することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載のドラム式洗濯機では、請求項１に記載のドラム式洗濯機において、前記電動機の回転数を検出する手段を有し、前記電動機の回転が停止するまでの間に前記電動機の回転数に応じてインバータ装置の出力周波数を制御する。
【００１４】
以上の構成により、インバータ装置の出力周波数を適切に制御すれば、例えば、前記電動機が停止するまでの間に電動機の回転に一定の制動力をかけることができる。
【００１５】
また、請求項３に記載のドラム式洗濯機では、請求項１または２に記載のドラム式洗濯機において、前記電動機の回転数を検出する手段を有し、前記電動機の回転数に応じてインバータ装置の出力周波数を低下させることによって、前記電動機の回転にかかる初期制動力を、前記電動機の回転数が高いほど小さくし、一方、前記電動機の回転数が低いほど大きくする。
【００１６】
以上の構成により、インバータ装置に供給される電源電圧が急上昇することを防ぎ、インバータ装置の構成素子を破損するという不具合を回避することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１、２はそれぞれドラム式洗濯機の概略構成を示す正面図、側面図であって、同図に基づいて各部の構造及び機能を大まかに説明しておく。水槽３は洗濯液や脱水液を蓄えかつ排出する機能を有しており、この水槽３の内側で水平軸を中心に回転自在にドラム４が配されており、水槽３とドラム４との２重構造となっている。
【００１８】
水槽３は外箱１の内側に支持ロット２で吊り下げられており、これによって、運転中の振動が吸収される。ドラム４は、洗濯時の給水、脱水時の排水、及び、乾燥時の温風導入を行うために、その周壁全体に多数の小孔４１が設けられている。水槽３の上部には乾燥用ユニット５が設けられており、その内部では温風を循環させるための送風機及びヒーターが循環用ダクト６に接続されている。
【００１９】
本体の前面中央には洗濯物をドラム４に対して出し入れするための蓋７が設けられており、蓋７と水槽３との間はパッキン８により密閉される構造となっている。電動機９はドラム４を回転させる。排水ポンプ１０は水槽３内の洗濯液などを機外へ排出する。水槽３と排水ポンプ１０との間の配管経路には糸屑フィルタケース１１が設けられており、機外に排出される液に含まれている糸屑などのゴミが取り除かれる。
【００２０】
蓋７の上部には操作部１２が設けられており、この操作部１２には、ユーザが、そこから様々な入力を行ったり、そこに表示される情報によって洗濯状況を確認することができるように、運転コースを選択するためのスイッチ、運転を開始させるスタートスイッチ、表示手段などが備えられている。
【００２１】
操作部１２の裏側には制御部１３が取り付けられており、この制御部１３が操作部１２からのユーザの入力に基づいて電動機９、排水ポンプ１０などの被制御部品を制御し、洗濯から乾燥までの一連の行程を制御する。
【００２２】
上記構成において、洗濯行程は、洗剤ケース１４に入れられた洗剤を給水により溶かしながら上方から流し込んでドラム４内の洗濯物に含ませ、正回転と逆回転との間での反転を繰り返しながらドラム４を低速で回転させることによって行われる。尚、洗濯液の水位は水位センサ１５により検出される。
【００２３】
また、脱水行程は、ドラム４を高速で回転させることによって行われる。これにより、その遠心力で洗濯物はドラム４の周壁内面に押しつけられ、洗濯物に含まれた水分はドラム４の周壁全体に設けられた小孔からドラム４の外部に飛ばされ、水槽３の内面を伝ってその下部に導かれ、排水ポンプ１０により機外に排出される。
【００２４】
また、乾燥行程は、乾燥ユニット５により加熱されて高温となった空気をドラム４に吹き込みながら、ドラム４を低速で回転させることにより行われる。
【００２５】
尚、安全のため、運転を開始すると、洗濯機本体内に設けられた不図示の蓋ロック機構により、蓋７本体が有する勘合爪がロックされて、蓋７を開けることができないようになっている。但し、運転終了後は、蓋７本体と一体的に形成された不図示の把手を操作することにより、蓋７を簡単に開けることができるようになっている。
【００２６】
ここで、ドラム４を回転させる電動機９の駆動回路を図３に示す。同図において、９１は電源回路、９２はインバータ装置であって、電源回路９１は、例えば、整流回路と平滑用コンデンサとで構成されており、商用交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して、その直流電圧をインバータ装置９２に与える。
【００２７】
インバータ装置９２は、スイッチング素子としてのトランジスタ９２Ｕ、９２Ｖ、９２Ｗ、９２Ｘ、９２Ｙ、９２Ｚを３相全波ブリッジ接続して構成されており、その入力には電源回路９１から直流電圧が与えられ、トランジスタ９２Ｕ、９２Ｖ、９２Ｗ、９２Ｘ、９２Ｙ、９２Ｚが適切な点弧順序でＯＮ／ＯＦＦ制御されることによって、その出力には３相交流が生成され、電動機９に印加される。
【００２８】
以上の構成において、制御部１３が電動機９の回転を制御するために行う動作について説明する。インバータ装置９２のトランジスタ９２Ｕ、９２Ｖ、９２Ｗ、９２Ｘ、９２Ｙ、９２Ｚを、図４に示す点弧パターンでＯＮ／ＯＦＦさせ、次第に点弧間隔を短くしていき、所定時間に渡って所定の点弧間隔でＯＮ／ＯＦＦさせる。これにより、インバータ装置９２から出力される３相交流の周波数は所定周波数まで上昇するので、インバータ装置９２によって駆動される電動機９は正回転を始め、次第に回転数が上昇して、定常回転数での正回転を所定時間に渡って維持することになる。
【００２９】
次に、所定時間が経過して正回転期間が終了すると、点弧パターンは同じにしたまま、点弧間隔を長くして、インバータ装置９２の出力周波数を低下させる。これにより、電動機９において負のすべりが発生し、すなわち、同期回転数（電動機としての本来の回転数）が実際の回転数よりも低くなり、電動機９は発電機として作用し、ドラム４の慣性エネルギーは電気エネルギーとして電源回路９１に吸収され、電動機９の回転に制動力がかかる。例えば、図６に示すように、インバータ装置９２のある出力周波数（周波数ｆ）の負荷トルク点で回転している電動機９において、インバータ装置９２の出力周波数が低くなると（周波数ｆ’）、制動トルクが電動機９に働くわけである。
【００３０】
そして、同期回転数と実際の回転数とが一定の間隔を保つようにインバータ装置９２の出力周波数を徐々に低下させていく。これにより、電動機９において一定値の負のすべりが絶えず発生し続けるので、電動機９の正回転に対して常に一定の制動力がかかり、電動機９の正回転は急速に減速して停止に至る。
【００３１】
また、電動機９の回転数（実際の回転数）を検出する手段を設けておき、検出された実際の回転数に応じてインバータ装置の出力周波数を低下させるようにすれば、より正確に同期回転数と実際の回転数との間隔を一定に保つことができ、より確実に電動機９の回転を急速に停止に至らしめることができる。
【００３２】
このようにして、電動機の正回転を停止させると、インバータ装置９２のトランジスタ９２Ｕ、９２Ｖ、９２Ｗ、９２Ｘ、９２Ｙ、９２Ｚを、図５に示す点弧パターンでＯＮ／ＯＦＦさせ、次第に点弧間隔を短くし、所定時間に渡って所定の点弧間隔でＯＮ／ＯＦＦさせる。これにより、電動機９は逆回転を始め、次第に回転数が上昇して、定常回転数での逆回転を所定時間に渡って維持することになる。
【００３３】
次に、所定時間が経過して逆回転期間が終了すると、点弧パターンは同じにしたまま、インバータ装置９２の出力周波数を、同期回転数と実際の回転数とが一定間隔を保つように徐々に低下させていく。これにより、前述したように、電動機９の回転に常に一定の制動力がかかり、電動機９の逆回転は急速に減速して停止に至る。
【００３４】
以上の動作を繰り返すことによって、図７に示すように、ドラム４の回転を反転させていくわけであるが、上述したように、電動機９の回転による慣性エネルギーを電気エネルギーとして電源回路９１に吸収させることによって電動機９の回転に制動をかけるので、電源電圧が急上昇してインバータ装置９２を構成素子を破損しない程度に、制動力を大きく設定することができ、電動機の回転をより短時間で停止させることができるようになる。したがって、ドラム４の反転はより短時間で行われ、洗浄能力が向上するので、洗濯時間が短縮される。
【００３５】
ところで、脱水行程では、洗濯行程よりも電動機９の定常回転数が高く、慣性エネルギーが大きいので、電動機９の回転にかける初期制動力として洗濯行程と同じ初期制動力をかけると、電源電圧が急上昇しインバータ装置９２の構成素子を破損してしまう恐れがある。
【００３６】
このような不具合を防止するために、電動機９の回転数が高いほど負のすべり値を小さくし、一方、電動機９の回転数が低いほど負のすべり値を大きくするように、電動機９の回転中にインバータ装置９２の出力周波数を低下させることによって、脱水行程にように電動機９の回転数が高いときには、洗濯行程のように電動機９の回転数が低いときよりも、電動機９の回転にかかる初期制動力を小さくする。
【００３７】
尚、このように電動機９の回転にかける初期制動力を可変するわけであるが、これは、通常は行程毎に定常回転数が決まっているので、洗濯行程であるか、脱水行程であるかによって行うようにしてもよいし、あるいは、電動機９の回転数を検出する手段を設けておき、検出された回転数によって行うようにしてもよい。但し、後者の方式を採用した方が、より精度よく初期制動力を制御することができ、より確実にインバータ装置９２の構成素子の破損を防止することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載のドラム式洗濯機によれば、低下する出力周波数に対応する前記電動機本来の回転数と実際の回転数との差が常に一定となるように前記インバータ装置の出力周波数の低下を制御することで、電動機の回転差により生じる慣性エネルギーの量を安定させることができるとともに、該慣性エネルギーを電気エネルギーとして電源回路に安定して吸収させることができる。またこれによって、電動機の回転に制動をかけているので、温度上昇を伴う直流制動を行う場合よりも、制動力を大きく設定することができる。したがって、電動機の回転をより短時間で停止させることができるようになり、ドラムの反転がより短時間で行われ、洗浄能力が向上するので、洗濯時間を短縮することができる。また、電動機の寿命を縮めたり、消費電流が大きいという、直流制動を行う場合に懸念される問題も解決される。
【００３９】
また、請求項２に記載のドラム式洗濯機によれば、インバータ周波数を適切に制御することによって、電動機の回転が停止するまでの間に電動機の回転にかかる制動力を一定にすることができ、確実に電動機の回転をより短時間で停止させることができる。したがって、上記請求項１により得られる効果をより確実なものとすることができる。
【００４０】
また、請求項３に記載のドラム式洗濯機では、インバータ装置の構成素子を破損するという不具合を伴うことなく、上記請求項１または２に記載のドラム式洗濯機により得られる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるドラム式洗濯機の正面図である。
【図２】本発明の一実施形態であるドラム式洗濯機の側面図である。
【図３】電動機９の駆動回路を示す図である。
【図４】電動機９を正回転させるときのインバータ装置９２の構成素子の点弧順序を示す図である。
【図５】電動機９を逆回転させるときのインバータ装置９２の構成素子の点弧順序を示す図である。
【図６】電動機９の回転中にインバータ装置９２の出力周波数を低くすることによって、電動機９の回転に制動力がかかることを示す図である。
【図７】本発明による電動機９の正逆回転状況を示す図である。
【図８】電動機の回転を惰性停止させた場合の正逆回転状況を示す図である。
【図９】減速比を大きくした電動機を用いて直流制動を行う従来のドラム式洗濯機を示す図である。
【符号の説明】
１    外箱
２    支持ロット
３    水槽
４    ドラム
４１    小孔
５    乾燥ユニット
６    循環用ダクト
７    蓋
８    パッキン
９    電動機
１０    排水ポンプ
１１    糸屑フィルタケース
１２    操作部
１３    制御部
１４    洗剤ケース
１５    水位センサ
９１    電源回路
９２    インバータ装置
１００    洗濯電動機
２００    脱水電動機
【図１】
0003593243.tif 000002
【図２】
0003593243.tif 000003
【図３】
0003593243.tif 000004
【図４】
0003593243.tif 000005
【図５】
0003593243.tif 000006
【図６】
0003593243.tif 000007
【図７】
0003593243.tif 000008
【図８】
0003593243.tif 000009
【図９】
0003593243.tif 000010