(57)【要約】【課題】減速比を可変するプーリによりモータを１個とするとともに、ベルトやモータのロスを最小化する。【解決手段】モータ２６と洗濯脱水槽２２の回転動力を伝達する減速比を切替える切替手段１０９と、モータ２６の回転数を検知する第１回転検知手段１０３と、洗濯脱水槽２２の回転数を検知する第２回転検知手段１０２と、モータ２６の入力電力を検知する入力検知手段１０４と、モータ２６を駆動する駆動手段３００と、切替手段１０９を制御する制御手段１０１とを備え、制御手段１０１は、モータ２６の電力を最小とする減速比およびモータ２６の回転数とするように、切替手段１０９および駆動手段３００を制御するようにしたものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、前記筐体内に弾性的に支持した受筒槽と、前記受筒槽内に回転自在に配置した洗濯脱水槽と、前記洗濯脱水槽を回転するモータと、前記モータの回転動力を前記洗濯脱水槽に伝達するベルトと、前記モータと前記洗濯脱水槽の回転動力を伝達する減速比を切替える切替手段と、前記モータの回転数を検知する第１回転検知手段と、前記洗濯脱水槽の回転数を検知する第２回転検知手段と、前記モータの入力電力を検知する入力検知手段と、前記モータを駆動する駆動手段と、前記切替手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第２回転検知手段が目標回転数を検知した場合、前記入力検知手段のモータ電力を最小とする減速比およびモータ回転数とするように、前記切替手段および前記駆動手段を制御するようにした洗濯機。
【請求項２】
切替手段は、前記モータの回転軸にあるプーリが可変径プーリであり、前記可変径プーリは、前記制御手段からの制御指令によりプーリ径を切替えて減速比を変化させるようにした請求項１記載の洗濯機。
【請求項３】
制御手段は、モータ電力を最小とする減速比に無段変速でおこなう場合、減速比の算出を前記第１回転検知手段と第２回転検知手段からおこなう減速比検知手段を備え、負荷の変化および回転数変化を補正する場合、前記制御手段が減速比の初期条件を前記減速比検知手段の値を用いるようにした請求項２記載の洗濯機。
【請求項４】
切替手段は、洗濯量を検知する洗濯量検知手段と、前記洗濯量検知手段の洗濯量から回転数を設定する設定手段を備え、前記設定手段の設定回転数で、入力検知手段のモータ電力が最小となるように可変径プーリを切替えるようにした請求項３記載の洗濯機。
【請求項５】
制御手段は、前記第１回転検知手段の回転数が一定回転数を超過しない条件で前記切替手段を制御するようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗濯機。
【請求項６】
入力検知手段は、モータ入力電流を検知する電流検知手段とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動により洗濯槽を回転する洗濯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の洗濯機は、図５に示すように、洗濯機本体１内に支持バネ２で弾性的に支持した水受け槽３と、前記水受け槽３内に回転自在に配設した洗濯兼脱水槽４と、前記洗濯兼脱水槽４を低速で回転させる第１のモータ５と、前記洗濯兼脱水槽４を高速で回転させる第２のモータ６とを有し、洗濯兼脱水槽４の回転数ごとに第１のモータ５および第２のモータ６で駆動することで、それぞれのモータ５、６の大きさを小さくすることができ、洗濯機本体１を大きくすることなく洗濯兼脱水槽４を大きくでき、使い勝手を向上することができる。また、脱水行程などの高速回転時での洗濯兼脱水槽４の回転数立ち上げを、第１のモータ５と第２のモータ６を利用することで、容易にできるようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２１５８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、モータを２個搭載する必要があり、そのために回転動力を伝達するベルト７、８を２本使用する必要があり、コスト、組立、小型化に課題があった。また、２個のモータ５、６と２種類のプーリ９、１０を用いているため、減速比の切り替えが２段階でしかおこなえないため、細かな回転数の制御や、洗濯物量変化による負荷トルクの変化に追従できないために消費電力の最小化ができない。また、モータが２個あることで消費電力は１個のモータよりもロスが増加する上に、ベルトを２本使用することで、ベルトによるロスは増加するという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、減速比を可変するプーリによりモータを１個とするとともに、ベルトやモータのロスを最小化することができる洗濯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の洗濯機は、洗濯脱水槽を回転するモータと、前記モータの回転動力を前記洗濯脱水槽に伝達するベルトと、前記モータと前記洗濯脱水槽の回転動力を伝達する減速比を切替える切替手段と、前記モータの回転数を検知する第１回転検知手段と、前記洗濯脱水槽の回転数を検知する第２回転検知手段と、前記モータの入力電力を検知する入力検知手段と、前記モータを駆動する駆動手段と、前記切替手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第２回転検知手段が目標回転数を検知した場合、前記入力検知手段のモータ電力を最小とする減速比およびモータ回転数とするように、前記切替手段および前記駆動手段を制御するようにしたものである。
【０００７】
これによって、簡単な構造で、かつ、１個のモータで洗濯脱水槽の必要回転数時に最小の消費電力を実現する洗濯機を提供することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の洗濯機は、ベルトやモータロスが少なく、１個のモータで洗濯脱水槽の必要回
転数時に最小の消費電力を実現することができ、省エネ性の高い洗濯機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における洗濯機の内部の背面図
【図２】同洗濯機の側断面図
【図３】同洗濯機のブロック構成図
【図４】同洗濯機のプーリ比変更でのモータ入力電力比較図
【図５】従来の洗濯機の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の発明は、筐体と、前記筐体内に弾性的に支持した受筒槽と、前記受筒槽内に回転自在に配置した洗濯脱水槽と、前記洗濯脱水槽を回転するモータと、前記モータの回転動力を前記洗濯脱水槽に伝達するベルトと、前記モータと前記洗濯脱水槽の回転動力を伝達する減速比を切替える切替手段と、前記モータの回転数を検知する第１回転検知手段と、前記洗濯脱水槽の回転数を検知する第２回転検知手段と、前記モータの入力電力を検知する入力検知手段と、前記モータを駆動する駆動手段と、前記切替手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第２回転検知手段が目標回転数を検知した場合、前記入力検知手段のモータ電力を最小とする減速比およびモータ回転数とするように、前記切替手段および前記駆動手段を制御するようにしたことにより、切替手段と１個のモータによりモータロスおよびベルトロスを最小化することができ、省エネ性の高い経済性に優れた洗濯機を提供することができる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明の切替手段は、前記モータの回転軸にあるプーリが可変径プーリであり、前記可変径プーリは、前記制御手段からの制御指令によりプーリ径を切替えて減速比を変化させるようにしたことにより、無段階で減速比の調整をすることができるとともに、消費電力の最小化精度を向上することができる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第２の発明の制御手段は、モータ電力を最小とする減速比に無段変速でおこなう場合、減速比の算出を前記第１回転検知手段と第２回転検知手段からおこなう減速比検知手段を備え、負荷の変化および回転数変化を補正する場合、前記制御手段が減速比の初期条件を前記減速比検知手段の値を用いるようにしたことにより、前回の動作時における減速比を利用して動作を開始することで、減速比切替およびモータ回転数の制御をおこなう制御手段の応答性を向上することができ、動作時間の短縮化を図ることで省エネ性をさらに向上することができる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第３の発明の切替手段は、洗濯量を検知する洗濯量検知手段と、前記洗濯量検知手段の洗濯量から回転数を設定する設定手段を備え、前記設定手段の設定回転数で、入力検知手段のモータ電力が最小となるように可変径プーリを切替えるようにしたことにより、洗濯量を検知した後、最適なモータ回転数および減速比を即座に判定するとともに、前回動作時の動作条件を利用することができ、制御の簡素化、応答性を向上することができる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明の制御手段は、前記第１回転数検知手段の回転数が一定回転数を超過しない条件で前記切替手段を制御するようにしたことにより、モータの回転数を一定回転数以下にすることができ、機械的ロス、ベルトロスおよびモータ寿命を延ばすことができる。
【００１５】
第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明の入力検知手段は、モータ入力電流を検知する電流検知手段としたことにより、電流値のみの計測で回路構成を簡素化す
ることができる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における洗濯機の内部の背面図、図２は、同洗濯機の側断面図、図３は、同洗濯機のブロック構成図である。
【００１８】
図１〜図３において、洗濯機の筐体２１は、内部に洗濯物を入れる洗濯脱水槽２２を受ける受筒槽２３を内装している。受筒槽２３は支持バネ２４により筐体２１内に弾性支持されている。洗濯脱水槽２２は、回転軸２４に槽プーリ２５が設けられており、受筒槽２３の外側にモータ２６を設ける構造とし、モータ２６の軸２７にはプーリ径が可変可能な可変プーリ２８を設けている。モータ２６と槽プーリ２５は、ベルト２９によりモータ２６の回転機能を伝達する構成としている。
【００１９】
制御手段１０１は、モータ２６を制御するための駆動手段であるインバータ３００と接続され、そのインバータ３００に設定をおこなう設定手段１１２を設ける構成としている。設定手段１１２は、モータ２６と洗濯脱水槽２２との減速比を決めている減速機１０８に対して減速比を設定し、その設定値となるように減速機１０８を切替える切替手段１０９を備えている。
【００２０】
切替手段１０９は、減速機１０８である図１、図２に示す槽プーリ２５および可変径プーリ２８を切替制御し、モータ２６の回転動力をベルト２９で洗濯脱水槽２２に伝達する構成である。洗濯脱水槽２２は、洗濯物が収納されて洗濯量を検出する洗濯量検知手段１１１により洗濯量を正確に計測し、その値を制御手段１０１へ入力する。
【００２１】
制御手段１０１は、動作時の減速比を検知する減速比検知手段１１０を有し、この減速比検知手段１１０は、モータ２６の入力電力や電流、電圧を検知する入力検知手段１０４と、モータ２６の回転数を検知する第１回転検知手段１０３と、洗濯脱水槽２２の回転数を検知する第２回転検知手段１０２からの入力により減速比を検知する構成としている。
【００２２】
図４は、洗濯機の切替手段１０９が制御する減速機１０８である可変径プーリ２８を、例えば、プーリ比１０とプーリ比６の場合で、洗濯機の動作モードでのモータ入力電力の比較を示した図である。
【００２３】
動作モードは、低速低トルク（乾燥時の洗濯脱水槽側５０ｒ／ｍｉｎ、３Ｎｍ程度）、低速高トルク（洗濯時の洗濯脱水槽側５０ｒ／ｍｉｎ、１５Ｎｍ程度）、高速低トルク（脱水時の洗濯脱水槽側１６００ｒ／ｍｉｎ、３Ｎｍ程度）とした場合の実験値を示している。
【００２４】
図４において、低速低トルクの場合、プーリ比１０の洗濯脱水槽２２が５０ｒ／ｍｉｎ、３Ｎｍでは、ほぼモータ２６側では、５００ｒ／ｍｉｎ、０．３Ｎｍ以上、モータ入力電力４０１であり、プーリ比６では、ほぼモータ２６側では、３００ｒ／ｍｉｎ、０．５Ｎｍ以上、モータ入力電力４０４となる。この時のモータ出力（４０１ｃと４０４ｃ）と減速機構損失（４０１ａと４０４ａ）は同じであるが、モータ損失（４０１ｂと４０４ｂ）のみ増加する。
【００２５】
また、低速高トルクの場合、プーリ比１０の洗濯脱水槽２２が５０ｒ／ｍｉｎ、１５Ｎｍでは、ほぼモータ２６側では、５００ｒ／ｍｉｎ、１．５Ｎｍ以上モータ入力電力４０
２であり、プーリ比６では、ほぼモータ２６側では、３００ｒ／ｍｉｎ、２．５Ｎｍ以上、モータ入力電力４０５となる。この時のモータ出力（４０２ｃと４０５ｃ）と減速機構損失（４０２ａと４０５ａ）は同じであるが、モータ損失（４０２ｂと４０５ｂ）のみ増加する。
【００２６】
従って、低速側では、減速機１０８の可変径プーリ２８やベルト２９での損失は小さいため影響しないが、プーリ比を小さくすることでモータ２６のトルクが大きくなるためモータ２６の損失が大きくなり、モータ入力電力を増加させる。従って、低速側では減速比大が有利である。
【００２７】
さらに、同じ低速回転で低トルクの場合（４０１）と高トルクの場合（４０２）では、モータ損失（４０１ｂと４０２ｂ）が増加し、当然ながらトルクが増加するためにモータ出力（４０１ｃと４０２ｃ）も増加することが分かっている。従って、同じ回転数であってもその時の洗濯物や水量によりトルクが増加方向に変化する場合にも、プーリ比を大とする方向に制御する方が有利である。
【００２８】
従って、回転数は動作モードに応じて決められているが、トルクは負荷変化に応じて変化するため、常にプーリ比を消費電力の最小化する大きさに変化させて最適化することが必要であることが実験結果から分かっている。
【００２９】
また、高速低トルクの場合は、プーリ比１０の洗濯脱水槽２２が１６００ｒ／ｍｉｎ、３Ｎｍでは、ほぼモータ２６側では、１６０００ｒ／ｍｉｎ、０．３Ｎｍ以上、モータ入力電力４０３であり、プーリ比６では、ほぼモータ２６側では、９６００ｒ／ｍｉｎ、０．５Ｎｍ以上、モータ入力電力４０６となる。この時のモータ出力（４０３ｃと４０６ｃ）とモータ部損失（４０３ｂと４０６ｂ）は同じであるが、減速機構損失（４０３ａと４０６ａ）のみ減少する。
【００３０】
従って、高速側では、プーリ比を小さくすることでモータ２６の回転数を低下することで、減速機１０８の可変径プーリ２８やベルト２９での損失を小さくできるため、高速側では減速比小が有利である。
【００３１】
このように、モータ入力電力を最小化するためにモータ回転数および洗濯脱水槽回転数とその時の負荷トルクに応じて、最適値となるプーリ比に変化させる必要がある。
【００３２】
次に、本実施の形態の洗濯機の動作について説明する。洗濯をおこなう場合、まず、洗濯物が洗濯脱水槽２２に収納され、洗濯機の動作を開始する際に、洗濯量検知手段１１１が洗濯物の量を支持バネ２４等から質量を検知して制御手段１０１に入力する。
【００３３】
次に、制御手段１０１がモータ２６に対してインバータ３００を制御し、回転制御をおこなう。モータ２６の回転数は、洗濯脱水槽２２の決められた回転数となるように切替手段１０９を切替え、減速機１０８の減速比に合わせてモータ回転数を制御する。
【００３４】
例えば、低速低トルク（乾燥時の洗濯脱水槽側５０ｒ／ｍｉｎ、３Ｎｍ）の場合、減速比が１０：１の場合、洗濯脱水槽２２が５０ｒ／ｍｉｎで回転し、モータ２６は５００ｒ／ｍｉｎで回転制御する。
【００３５】
この時、モータ２６の回転数は、第１回転検知手段１０３により検知され、モータ２６の回転数を制御手段１０１の減速比検知手段１１０に通知される。同時に洗濯脱水槽２２の回転数は、第２回転検知手段１０２により検知され、洗濯脱水槽２２の回転数を制御手段１０１の減速比検知手段１１０に入力される。さらに、モータ２６が回転時にモータ２
６にインバータ３００から駆動される入力電力を検知する入力検知手段１０４が消費した入力電力を制御手段１０１に入力する。
【００３６】
制御手段１０１は、第２回転検知手段１０２の回転数に合わせて設定手段１１２が、インバータ３００に設定し、モータ２６を制御して回転数を調整する。このとき制御手段１０１は、第１回転検知手段１０３と第２回転検知手段１０２の回転数から実際に回転している洗濯脱水槽２２とモータ２６の減速比を減速比検知手段１１０で検知し、減速機１０８の減速比として認識する。
【００３７】
次に、入力検知手段１０４は、その時のモータ２６の入力電力を検出し、その時の電力値に応じて設定手段１１２が切替手段１０９に対して減速機１０８の減速比を電力値が最小となるように制御をおこなう。
【００３８】
例えば、洗濯脱水槽２２が低速回転（５０ｒ／ｍｉｎ、３Ｎｍ）では、減速機１０８の減速比６の時に、入力検知手段１０４は電力値４０４となっている。次に、電力値４０４を検知した制御手段１０１が、設定手段１１２が切替手段１０９に減速機１０８の減速比を現状より高く設定（例えば減速比１０）するように制御をおこない、同時に第２回転検知手段１０２の回転数が５０ｒ／ｍｉｎとなるようにインバータ３００を制御しモータ２２の回転数を制御する。
【００３９】
その結果、入力検知手段１０４で検出したモータ２６の電力値４０１により、制御切替前の電力値より低下したことを制御手段１０１が検知すると同時に減速比検知手段１１０がその時の実際の減速比を検知する。この場合は減速比を６から１０とした場合を示しているが、負荷トルクに合わせて細かな減速比の変化をおこない、その時の入力検知手段１０４の電力値が最小となるように制御する。
【００４０】
また、最初に洗濯量検知手段１１１で計量した重量および動作モード、減速比検知手段１１０の減速比、入力検知手段１０４の電力値、切替手段１０９の切替値を制御手段１０１が設定手段１１２に記憶することで、次回からこの低速回転動作モードでの制御をこれらの記録値を組合せることで容易におこなうことができる。
【００４１】
次に、例えば、洗濯脱水槽２２が高速回転（１６００ｒ／ｍｉｎ、３Ｎｍ）では、減速機１０８の減速比１０の時に、入力検知手段１０４は電力値４０３となっている。次に電力値４０３を検知した制御手段１０１が、設定手段１１２が切替手段１０９に減速機１０８の減速比を現状より小さく設定（例えば減速比６）するように制御をおこない、同時に第２回転検知手段１０２の回転数が１６００ｒ／ｍｉｎとなるようにインバータ３００を制御しモータ２６の回転数を制御する。
【００４２】
その結果、入力検知手段１０４で検出したモータ２６の電力値４０６により、制御切替前の電力値より低下したことを制御手段１０１が検知すると同時に、減速比検知手段１１０がその時の実際の減速比を検知する。この場合は減速比を１０から６とした場合を示しているが、負荷トルクに合わせて細かな減速比の変化をおこない、その時の入力検知手段１０４の電力値が最小となるように制御する。
【００４３】
また、高速回転の場合も同様に、最初に洗濯量検知手段１１１で計量した重量および動作モード、減速比検知手段１１０の減速比、入力検知手段１０４の電力値、切替手段１０９の切替値を制御手段１０１が設定手段１１２に記憶することで、次回からの高速回転動作モードでの制御をこれらの記憶値を組合せることで容易におこなうことができる。
【００４４】
ここでは、低速回転および高速回転の２つの例を示して説明しているが、実際の洗濯機
の動作においては、脱水等の高速回転をおこなう場合には、回転数が複数段階で切替えて動作しており、さらには洗濯物のアンバランスによる振動防止のために急激に回転数を上げるのではなく、例えば３００ｒ／ｍｉｎから４００ｒ／ｍｉｎ、７００ｒ／ｍｉｎから８００ｒ／ｍｉｎなど振動状態を監視しながら回転数を上昇して運転をおこなっている。従って、実際の洗濯機動作においては、これらの回転数において最小電力となる減速比を切替手段１０９で切替えることで、より消費電力の削減効果を上げることができる。
【００４５】
また、洗濯量検知手段１１１が検知する洗濯量を毎回洗濯時に記憶することで、洗濯毎に減速機１０８の減速比を最適値に切替手段１０９で制御できるため、洗濯開始時から低消費電力の動作をおこなうことができ、最適化時間を最短で迅速な洗濯動作をおこなうことができる。
【００４６】
ここでは、減速比の切替を１回おこなうことで説明しているが、モータ２６の入力電力を最小化するために同様の制御を複数回繰り返しておこなうことでもよい。
【００４７】
この入力検知手段１０４の電力値を検出し、各動作モードにおいて最小電力となるように減速機１０８の減速比調整を制御手段１０１が切替手段１０９におこなうことで、低消費電力の洗濯機を実現することができる。
【００４８】
ここで、減速機１０８はモータ２６の軸２７に搭載されているプーリが可変径プーリ２８であり、減速比はプーリ径を可変するものであってもよい。また、Ｖベルトを使用して無段階で減速比を変更する方法であってもよい。
【００４９】
また、第１回転検知手段１０３および第２回転検知手段１０２は、タコジェネレータやエンコーダまたは回転部からの誘導起電力をパルス変換し、パルスをＣＰＵやマイコンのタイマーで計測する方法であっても同じである。
【００５０】
洗濯量検知手段１１１は、ここでは支持バネ２４にかかる質量の変化から洗濯量を検知するとしているが、モータ２６を回転させた際に洗濯脱水槽２２にかかるトルク、またはモータ２６にかかるトルクや入力電力から換算する方法でもよい。
【００５１】
なお、入力検知手段１０４は、モータ入力電力を検知する手段としたが、モータ入力電流を検知する電流検知手段として、電流値の最小となる制御方式としても効果、作用は同じである。また、モータ２６の駆動手段をインバータ３００として示しているが、モータ２６の回転数を任意に制御できる方式であれば同じ効果、作用が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる洗濯機は、ベルトやモータロスが少なく、１個のモータで洗濯脱水槽の必要回転数時に最小の消費電力を実現することができ、省エネ性の高い洗濯機を提供することができるので、ベルト駆動方式の洗濯機に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
２１  筐体
２２  洗濯脱水槽
２３  受筒槽
２６  モータ
２９  ベルト
１０１  制御手段
１０２  第２回転検知手段
１０３  第１回転検知手段
１０４  入力検知手段
１０９  切替手段
３００  インパータ（駆動手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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