(57)【要約】【課題】洗濯機の撹拌翼または洗濯兼脱水槽を駆動するモータの回転数を制御する洗濯機の回転数制御装置において、低速回転数領域におけるモータ回転数の検知精度を高め、安価な構成でモータの低速回転数制御ができるようにし、低速から高速領域まで広範囲の回転数制御可能な洗濯機の回転数制御装置を実現する。【解決手段】交流電源１に接続されたパワースイッチング手段２に直列にモータ３を接続して撹拌翼または洗濯兼脱水槽を駆動し、回転数検知手段４によりモータ３の回転数を検知し、回転数検知手段４の出力信号によりパワースイッチング手段２を制御する回転数制御手段５によりモータ３の回転数を制御する。回転数検知手段４は、パワースイッチング手段２の全波通電時にモータ３の電流位相より回転数を検知するように構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源に接続されたパワースイッチング手段と、前記パワースイッチング手段に直列に接続し撹拌翼または洗濯兼脱水槽を駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記回転数検知手段の出力信号により前記パワースイッチング手段を制御し前記モータの回転数を制御する回転数制御手段とを備え、前記回転数検知手段は、前記パワースイッチング手段の全波通電時に前記モータの電流位相より回転数を検知するようにした洗濯機の回転数制御装置。
【請求項２】
回転数検知手段は、モータの電流位相に代えて、交流電源とモータの進相コンデンサの電圧の位相差より回転数を検知するようにした請求項１記載の洗濯機の回転数制御装置。
【請求項３】
回転数制御手段は、パワースイッチング手段の全波通電時に回転数信号が設定値に達すると所定時間モータを位相制御、または所定時間オフするようにした請求項１または２記載の洗濯機の回転数制御装置。
【請求項４】
交流電源と、前記交流電源に接続されたパワースイッチング手段と、前記パワースイッチング手段と直列に接続し撹拌翼または洗濯兼脱水槽を駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記モータの回転数が設定値となるように前記パワースイッチング手段を制御する回転数制御手段とを備え、前記回転数検知手段は、前記パワースイッチング手段の全波導通時における進相コンデンサ電圧位相と、前記パワースイッチング手段をターンオフした直後の誘起電圧パルス幅より前記モータの回転数を検知するようにした洗濯機の回転数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗濯機の撹拌翼または洗濯兼脱水槽を駆動するモータの回転数を制御する洗濯機の回転数制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の洗濯機は、モータオフ時に発生する進相コンデンサの両端の誘起電圧波形を波形整形し、出力パルスの周期を測定することにより回転数を検知し、脱水回転数を制御したり、あるいは異常を検知するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−８９６８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の構成では、モータを低速回転制御した場合、モータオフ時に発生する誘起電圧が低くなり、回転数が正確に測定できなくなるので、低速回転制御ができなくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記従来課題を解決するもので、低速回転数領域におけるモータ回転数の検知精度を高め、安価な構成でモータの低速回転数制御ができるようにし、低速から高速領域まで広範囲の回転数制御可能な洗濯機の回転数制御装置を実現することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、交流電源に接続されたパワースイッチング手段に直列にモータを接続して撹拌翼または洗濯兼脱水槽を駆動し、回転数検知手段によりモータの回転数を検知し、回転数検知手段の出力信号によりパワースイッチング手段を制御する回転数制御手段によりモータの回転数を制御するよう構成し、回転数検知手段は、パワースイッチング手段の全波通電時にモータの電流位相より回転数を検知するようにしたものである。
【０００７】
これにより、低速回転数領域におけるモータ回転数の検知精度を高めることができ、安価な構成でモータの低速回転数制御をすることができ、低速から高速領域まで広範囲の回転数制御可能な洗濯機の回転数制御装置を実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続されたパワースイッチング手段と、前記パワースイッチング手段に直列に接続し撹拌翼または洗濯兼脱水槽を駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記回転数検知手段の出力信号により前記パワースイッチング手段を制御し前記モータの回転数を制御する回転数制御手段とを備え、前記回転数検知手段は、前記パワースイッチング手段の全波通電時に前記モータの電流位相より回転数を検知するようにしたものであり、モータ通電期間中のモータ電流位相の変化より回転数を検知することで、低速回転数領域におけるモータ回転数の検知精度を高めることができ、安価な構成でモータの低速回転数制御をすることができ、低速から高速領域まで広範囲の回転数制御可能な洗濯機の回転数制御装置を実現することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、回転数検知手段は、モータの電流位相に代えて、交流電源とモータの進相コンデンサの電圧の位相差より回転数を検知するようにしたものであり、進相コンデンサの端子電圧の位相変化より回転数を検知することができ、安価で信頼性の高い回転数制御装置を実現できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２に記載の発明において、回転数制御手段は、パワースイッチング手段の全波通電時に回転数信号が設定値に達すると所定時間モータを位相制御、または所定時間オフするようにしたものであり、モータ駆動中に回転数が検知できるので設定回転数以上にはならない制御が可能となり、簡単なアルゴリズムにより回転数制御をすることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続されたパワースイッチング手段と、前記パワースイッチング手段と直列に接続し撹拌翼または洗濯兼脱水槽を駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記モータの回転数が設定値となるように前記パワースイッチング手段を制御する回転数制御手段とを備え、前記回転数検知手段は、前記パワースイッチング手段の全波導通時における進相コンデンサ電圧位相と、前記パワースイッチング手段をターンオフした直後の誘起電圧パルス幅より前記モータの回転数を検知するようにしたものであり、全波通電時における進相コンデンサ電圧位相と、パワースイッチング手段をターンオフした直後の誘起電圧パルス幅の２つの信号により回転数を検知することで、負荷条件や温度変化による回転数の検知誤差を低減させることができ、精度の高い回転数制御をすることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１に示すように、交流電源１は、片方のラインにパワースイッチング手段２を直列に接続し、パワースイッチング手段２と直列にモータ３を接続する。パワースイッチング手段２は、３端子双方向性サイリスタ（以下、単にサイリスタという）により構成し、交流電源１に同期してオンオフ制御や位相制御ができる。モータ３は、洗濯機の撹拌翼、または洗濯兼脱水槽（いずれも図示せず）を駆動するもので、通常、コンデンサラン誘導モータよりなり、主巻線３ａと補助巻線３ｂ間に進相コンデンサ３０を接続する。
【００１４】
主巻線３０ａと直列にパワースイッチング手段２０ａを接続し、補助巻線３０ｂと直列にパワースイッチング手段２０ｂを接続することにより、モータ３の正反転制御が可能となる。また、パワースイッチング手段２０ａを位相制御して回転数制御する場合には、主巻線３ａとパワースイッチング手段２０ａ間にチョークコイル３１を接続してラジオ雑音を低減させる。
【００１５】
回転数検知手段４は、モータ３の電流位相を検出してモータ３の回転数を検知するものであり、モータ巻線電流位相を検出する電流トランス４０と、電流トランス４０の出力信号の電流零クロスを検出する電流零クロス検出回路４１と、交流電源１の零電圧を検出する交流零電圧検出回路４２と、電流零クロス検出回路４１の出力信号と交流零電圧検出回路４２の出力信号位相差、あるいは時間差より回転数を検知する回転数検知回路４３とで構成している。
【００１６】
電流トランス４０は、モータ３の電流、すなわちパワースイッチング手段２に流れる電流を検出してもよく、図１に示すように、進相コンデンサ３０の電流を検出してもよいが、回転数変化に対して進相コンデンサ３０の電流位相変化の方が大きく、回転数検知には優れている。
【００１７】
図２は、交流電源１の電圧Ｖと進相コンデンサ電流Ｉ、および交流零電圧検出回路４２の出力信号である電源位相信号ｖａと、電流零クロス検出回路４１の出力信号である電流位相信号ｉｍの波形関係を示すものであり、モータ電流位相φは、電源位相信号ｖａと電流位相信号ｉｍの時間差より検出できることを示している。モータ３の回転数が零の場合には、位相φはほぼ零となるが、回転数が増加すると（滑りが小さくなると）ロータの２次側電流により巻線インピーダンスと見かけの２次抵抗が変化して電流位相φが大きくなるので、電流位相φより回転数を検知することが可能となる。
【００１８】
ここで、モータ回転数Ｎとモータ電流位相角φとの関係は、図３に示すように、回転数が低い場合には、電流位相φの変化は大きいが、回転数が高くなると位相φの変化が少なくなる特性を示している。よって、電流位相φによる回転数検知は、低回転領域でより優れていることがわかる。
【００１９】
また、曲線Ａは運転初期の回転数−位相特性で、曲線Ｂはモータを低速回転数制御して数１０分後経過してモータが温度上昇したときの回転数−位相特性であり、温度により特性が変化する様子を示している。
【００２０】
回転数制御手段５は、パワースイッチング手段２のオンオフ制御、あるいは位相制御を行うもので、交流零電圧検出回路４２の出力信号に同期してパワースイッチング手段２の導通を制御する。給水弁６および排水弁７も同様にパワースイッチング手段２によりオンオフ制御される。
【００２１】
上記構成において図４に示す回転数制御のフローチャートを参照しながら動作を説明する。ステップ１００より回転数制御サブルーチンが開始し、ステップ１０１にて回転数設定、あるいはタイマークリヤ等の初期設定を実行し、つぎに、ステップ１０２にて運転時間Ｔのカウントを実行した後、ステップ１０３に進んで運転時間Ｔが設定時間Ｔｍａｘに達したかどうか判定する。設定時間Ｔｍａｘ以上ならばステップ１０４に進んでサイリスタをオフして回転数制御サブルーチンを終了し、ステップ１０５に進んでサブルーチンをリターンする。
【００２２】
運転時間Ｔが設定時間Ｔｍａｘ未満ならばステップ１０６に進んでサイリスタを全波導通させ、つぎにステップ１０７に進んでモータ電流位相φの検出を行う。つぎにステップ１０８に進んで位相φが設定位相φｓ以上かどうか判定し、設定値φｓ以上ならばステップ１０９に進んで所定期間位相制御してモータ電流を減らし、モータ駆動トルクを減らして回転数を減らし、ステップ１０２に移行する。ステップ１０８にて位相φが設定位相φｓに達しなければステップ１０２に進んでサイリスタフル通電を続行する。
【００２３】
このときの回転数制御の制御特性は、図５に示すように、オン区間（フル通電区間Ｔ１）と位相制御区間（区間Ｔ２）を交互に繰り返し、回転数Ｎが設定値Ｎｓ（すなわち、位相φｓ）に達すると位相制御に移行するので、回転数設定値Ｎｓ以上にはならない制御特性が得られる。
【００２４】
なお、ステップ１０９において位相制御する場合を示したが、サイリスタを完全にオフさせても回転数制御は可能である。所定位相にて位相制御してもよいし、サイリスタフル通電時間を測定し、フル通電時間に応じて位相制御の位相角を変えてもよい。
【００２５】
誘導モータにより回転駆動される一般的な全自動洗濯機においては、洗濯兼脱水槽を回転駆動させる場合には、クラッチ機構を必要とし、クラッチスプリングによりモータ駆動軸と洗濯兼脱水槽への回転伝達軸を締め付けているので、洗濯兼脱水槽を回転駆動させる場合に、モータをオンオフ制御するとクラッチスプリングの振動音が発生し、かつ、クラッチスプリングのばね寿命がもたなくなる。このため、洗濯兼脱水槽を回転駆動させる場合にフル通電と位相制御を交互に行うことによりクラッチスプリングの戻りと異状音を減らし、ばね寿命を長くすることができる。
【００２６】
ここで、サイリスタをフル通電と位相制御により回転数制御した場合のモータ電流波形は、図６に示すように、区間Ｔ１がフル通電で、区間Ｔ２が位相制御となり、Ｔφは位相制御の制御位相角を示している。制御位相角Ｔφはクラッチスプリングが戻らない程度に調整される。また、期間Ｔ２と制御位相角Ｔφを適当に調整すれば回転数制御における回転数変動を少なくすることができる。
【００２７】
このように本実施例によれば、回転数検知手段４の出力信号によりパワースイッチング手段２を制御する回転数制御手段４によりモータ３の回転数を制御するよう構成し、回転数検知手段４は、パワースイッチング手段２の全波通電時にモータ３の電流位相より回転数を検知するようにしたので、低速回転数領域におけるモータ回転数の検知精度を高めることができ、安価な構成でモータの低速回転数制御をすることができ、低速から高速領域まで広範囲の回転数制御可能な洗濯機の回転数制御装置を実現することができる。
【００２８】
また、回転数制御手段５は、パワースイッチング手段２の全波通電時に回転数信号が設定値に達すると所定時間モータを位相制御、または所定時間オフするようにしたので、モータ３の駆動中に回転数が検知できるので設定回転数以上にはならない制御が可能となり、簡単なアルゴリズムにより回転数制御をすることができる。
【００２９】
（実施例２）
図７に示すように、回転数検知手段４’は、進相コンデンサ３０の電圧位相を検出してモータ３の回転数を検知するものであり、進相コンデンサ３０の電圧位相を検出する進相コンデンサ零電圧検出回路４１’と、交流電源１の零電圧を検出する交流零電圧検出回路４２’と、進相コンデンサ零電圧検出回路４１’の出力信号と交流零電圧検出回路４２’の出力信号位相差、あるいは時間差より回転数を検出する回転数検出回路４３’とで構成している。他の構成は上記実施例１と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。
【００３０】
コンデンサ零電圧検出回路４１’は、フォトカプラーと抵抗による簡単な回路構成により実現でき、上記実施例１に示した電流トランス方式よりも安価に構成でき、ロータ回転を永久磁石とホールＩＣ等で検出する回転センサよりも安価で、機械的取り付けが不必要で、信頼性の高い回転数検知手段を実現できる。
【００３１】
図８は、交流電源１の電圧Ｖと進相コンデンサ電圧Ｖ、および交流零電圧検出回路４２’の出力信号である電源位相信号ｖａと、進相コンデンサ零電圧検出回路４１’の出力信号である電圧位相信号ｖｃの波形関係を示すものであり、コンデンサ電圧はコンデンサ電流に対して９０度位相が遅れるので、上記実施例１と同様に、交流電源１との位相差φ’を検出することにより回転数を検知することができる。
【００３２】
また、上記実施例１と同様に、モータ回転数Ｎとコンデンサ電圧位相φ’（コンデンサ電圧と交流電源１との位相差φ’）との関係は、回転数が低い場合には、コンデンサ電圧位相φ’の変化は大きいが、回転数が高くなるとコンデンサ電圧位相φ’の変化が少なくなる特性を示す。よって、コンデンサ電圧位相φ’による回転数検知は、低回転領域でより優れている。
【００３３】
なお、回転数検知手段４’の出力信号により、パワースイッチング手段を回転数制御手段５により制御して、モータ３の回転数を制御するときの動作は、上記実施例１と同じであるので、説明を省略する。
【００３４】
このように本実施例によれば、回転数検知手段４’は、交流電源１とモータ３の進相コンデンサ３０の電圧の位相差より回転数を検知するようにしたので、進相コンデンサ３０の端子電圧の位相変化より回転数を検知することができ、安価で信頼性の高い回転数制御装置を実現することができる。
【００３５】
（実施例３）
図７に示す回転数検知手段４’は、パワースイッチング手段２の全波導通時における進相コンデンサ電圧位相と、パワースイッチング手段２をターンオフした直後の誘起電圧パルス幅よりモータ３の回転数を検知するようにしている。すなわち、サイリスタのフル通電時の進相コンデンサ電圧位相φ’と、サイリスタのターンオフ直後の進相コンデンサ電圧周期（あるいはコンデンサパルス幅ｔｐｗ）を回転数検知回路４３’により検知することで、モータ３の回転数を検知するようにしている。他の構成は上記実施例２と同じである。
【００３６】
図９は、サイリスタをフル通電させて進相コンデンサ電圧位相φ’を検出した後、サイリスタをオフさせて進相コンデンサ電圧パルス幅ｔｐｗを検出してモータ巻線誘起電圧の周期を検出することにより回転数を検知する場合のタイミングチャートを示している。
【００３７】
電圧Ｖｃはコンデンサ電圧波形で、サイリスタのゲート信号ｖｇを連続して加えることにより全波通電させ、時間ｔｏｆｆにてゲート信号ｖｇを遮断すると、交流電源１のつぎの半サイクルでサイリスタはターンオフし、コンデンサ電圧Ｖｃはモータ巻線誘起電圧に応じて減衰振動する。
【００３８】
減衰振動の初期電圧周期はモータ回転数に依存するので、サイリスタのターンオフ直後のコンデンサ電圧周期、あるいは図９に示すようにコンデンサ電圧パルス幅ｔｐｗを検出することにより、モータ３の回転数を検知することができる。
【００３９】
サイリスタをフル通電した後、サイリスタをターンオフさせた直後のモータ回転数Ｎとコンデンサ電圧パルス幅ｔｐｗの関係は、図１０に示すように、回転数Ｎが高い程コンデンサパルス幅ｔｐｗの変化が大きくなり、回転数検知精度が向上する。また、回転数が同期回転数の半分以下では誘起電圧がほとんどなくなるので、回転数検知は不可能となる。よって、コンデンサパルス幅ｔｐｗ（コンデンサ電圧周期も同様）による回転数検知方法は、高回転数領域で行う必要がある。
【００４０】
上記構成において図１１に示すフローチャートを参照しながら、サイリスタのフル通電時のコンデンサ電圧位相と、サイリスタのターンオフ直後のコンデンサ電圧周期よりモータ回転数を検知して回転数制御する場合の動作を説明する。なお、ステップ２００からステップ２０８までの動作は、図４に示すステップ１００からステップ１０８の動作とほとんど同じなので説明を省略し、ステップ２０８以降について説明する。
【００４１】
ステップ２０８にて位相φ’が設定位相φｓ’（設定回転数）以上ならばステップ２０９に進み、カウンターＫがＫｍａｘと等しいかどうか判定する。カウンターＫがＫｍａｘと等しくなければステップ２１０に進んで所定期間位相制御を行う。カウンターＫがＫｍａｘと等しければ、ステップ２１１に進んでカウンターＫをクリヤし、つぎにステップ２１２に進んでサイリスタをオフし、つぎにステップ２１３に進んで図９に示すコンデンサ電圧周期、あるいはパルス幅ｔｐｗを測定する。
【００４２】
つぎに、ステップ２１４に進んでパルス幅ｔｐｗよりモータ回転数を推定し、ステップ２１５に進んで位相φｓ’（設定回転数）を補正する。つぎにステップ２１６に進んで所定期間サイリスタをオフさせた後、ステップ２１７に進んでカウンターＫをインクリメントし、ステップ２０２に戻る。
【００４３】
電流位相φ、あるいは進相コンデンサ電圧位相φ’は、モータの２次抵抗と巻き線インダクタンスと回転数（滑り）により変化し、回転数だけではなく回路インピーダンスによる影響があり、特に低速運転時にはモータ電流が増加して巻線と２次抵抗（ロータ抵抗）が温度上昇により大きくなるので、回転数と位相φの特性は、運転初期値からずれることとなる。
【００４４】
すなわち、同一滑りに対して２次抵抗が増加してモータ出力が減少し、図３の曲線Ｂに示すような特性となる。よって、温度上昇による位相変化を補正するために、サイリスタオン時に位相を測定し、サイリスタオフ時のコンデンサ電圧周期より回転数を検知して設定位相を補正することにより、温度変化による設定回転数の変動を防ぐことができる。
【００４５】
比較的高回転数領域におけるサイリスタオフ時のコンデンサパルス幅から回転数を推定する方法の誤差は少ないので、周期的に設定位相φｓを高くし、設定回転数を高くしてサイリスタをオフさせてコンデンサ電圧周期により回転数補正をすれば、位相検知による回転数検知誤差を最小限にすることが可能となる。
【００４６】
このように本実施例によれば、回転数検知手段４’は、パワースイッチング手段２の全波導通時における進相コンデンサ電圧位相と、パワースイッチング手段２をターンオフした直後の誘起電圧パルス幅よりモータ３の回転数を検知するようにしているので、全波通電時における進相コンデンサ電圧位相と、パワースイッチング手段２をターンオフした直後の誘起電圧パルス幅の２つの信号により回転数を検知することで、負荷条件や温度変化による回転数の検知誤差を低減させることができ、精度の高い回転数制御をすることができる。
【００４７】
以上述べた如く本発明の特徴は、モータ電流位相、あるいは進相コンデンサ位相を検出してサイリスタにより回転数制御するものであり、サイリスタフル通電時に回転数検知できるので、設定回転数に達してからパワースイッチング手段を完全にオフさせても、あるいは、位相制御によりモータ電流を減らして加速を減らす方法でも、どちらでも回転数制御方法を選択できる特徴がある。
【００４８】
特に、全自動洗濯機の脱水回転数制御においては、モータ３の通電をオフさせるとクラッチスプリングが戻ることによるクラッチスプリングの異常振動が発生し、さらに、モータ３の通電オンオフを繰り返すとクラッチスプリングの摩耗とばね性が減少する問題があるので、フル通電と位相制御により回転数制御可能な本発明は、全自動洗濯機の脱水回転数制御にとって優れた方法である。
【００４９】
また、電流位相検知方式は低速回転数検知に適しているので、脱水回転数を減らして脱水しわを減らしたり、あるいは、低速脱水回転中に温風を加えて乾燥させる脱水乾燥方式にも優れた方法である。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１に記載の発明によれば、回転数検知手段の出力信号によりパワースイッチング手段を制御する回転数制御手段によりモータの回転数を制御するよう構成し、回転数検知手段は、パワースイッチング手段の全波通電時にモータの電流位相より回転数を検知するようにしたことにより、モータ通電期間中のモータ電流位相変化より回転数を検知することができて、低速回転数領域におけるモータ回転数の検知精度を高めることができ、安価な構成でモータの低速回転数制御をすることができ、低速から高速領域まで広範囲の回転数制御可能な洗濯機の回転数制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の洗濯機の回転数制御装置のブロック図
【図２】同洗濯機の回転数制御装置の要部波形図
【図３】同洗濯機の回転数制御装置の回転数とモータ電流位相の特性図
【図４】同洗濯機の回転数制御装置の回転数制御フローチャート
【図５】同洗濯機の回転数制御装置による回転数制御特性図
【図６】同洗濯機の回転数制御装置のフル通電と位相制御による回転数制御の電流波形図
【図７】本発明の第２の実施例の洗濯機の回転数制御装置のブロック図
【図８】同洗濯機の回転数制御装置の要部波形図
【図９】本発明の第３の実施例の洗濯機の回転数制御装置のタイミングチャート
【図１０】同洗濯機の回転数制御装置の回転数とサイリスタオフ時の進相コンデンサ電圧パルス幅の特性図
【図１１】同洗濯機の回転数制御装置の回転数制御フローチャート
【符号の説明】
１  交流電源
２  パワースイッチング手段
３  モータ
４  回転数検知手段
５  回転数制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004159975.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004159975.tif 000011
【図１０】
2004159975.tif 000012
【図１１】
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