(57)【要約】【課題】上部に洗濯物を投入するための開閉蓋を設けたドラム式洗濯機において、廉価で精度よく、ドラムの回動を洗濯物を出し入れする位置に固定する。【解決手段】ブラシレスモータのステータに２または３個の位置検出装置を等間隔で設け、ロータに位置検出用マグネットを設け、位置検出用マグネットを検出する位置決め用極検出装置を位置検出装置の中間付近のステータに設け、位置検出装置と位置決め用極検出装置からの情報をもとにドラムの位置を精度よく検出し、電磁ブレーキによりドラムを固定する。【選択図】図２
2005006787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に開口部を有する外枠と、
前記外枠に内設された外槽と、
前記外槽内に、略水平方向の軸を中心として回動可能に設置された略円筒形のドラムと、
前記ドラムの略円筒形の側面に開閉自在に設けられたドラム蓋と、
前記ドラムを回動駆動させるブラシレスモ−タを有するドラム式洗濯機であって、
前記ブラシレスモ−タは、
前記外槽に固定され、複数のコイルを備えたステ−タと、
前記ドラムと接続され、複数のマグネットを備えたロ−タと、
前記ステータに角度θ３を隔ててそれぞれ設けられ、前記ロータの磁極を検出する複数の磁極検出素子と、
前記ロ−タの外周に設けられた位置検出用マグネットと、
前記外槽に設けられ、前記位置検出用マグネットの磁極を検出する位置決め用極検出器を有し、前記位置決め用極検出器は、前記複数の磁極検出素子それぞれからの角度がθ３×（ｎ＋１／２）（ｎは整数）である位置に設けられたことを特徴とするドラム式洗濯機。
【請求項２】
請求項１において、
前記θ３は電気角で６０°であることを特徴とするドラム式洗濯機。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかにおいて、
二相通電による電磁ブレーキをかけ、ドラムの回動を固定することを特徴とするドラム式洗濯機。
【請求項４】
請求項３において、
前記外枠上部の開口部を覆う上蓋、または前記外槽に設けられた外枠蓋が閉じられたときにまたはその後に、前記電磁ブレーキを解除することを特徴とするドラム式洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドラム式洗濯機に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上部から洗濯物を投入するいわゆるトップオープン方式のドラム式洗濯機においては、洗濯物の投入又は取り出しを行うときには、ドラムの外周に設けられている開閉蓋を上部の位置に外枠の開口部と合致する位置で固定しておかなければならない。その方法としては、ドラムの回動を機械的な操作で固定する方法がとられている（例えば、特許文献１参考）。
【０００３】
また、ドラム外周の開閉蓋と外枠の開口部の位置を一致させるためのＤＣブラシレスモータの位置決めを行う手段としては、回転角度及び位置を検出するためにエンコーダを利用し開閉蓋の位置決めをする手段もある。
【特許文献１】
特開２００３−１０３０９５号公報（８頁、図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、機械的な操作で固定する方法では、新たにドラム位置決めおよび回り止めのための装置が必要になり、機構的に複雑で価格的にも高価となり、またドラムの固定時における開閉蓋の位置設定制御も複雑化する。
【０００５】
また、エンコーダーを用いる方法では、エンコーダの取付及びエンコーダ自身の価格が高価であり、コストがかかってしまう。
【０００６】
本発明に課せられた課題は、ドラム式洗濯機において、洗濯物の出し入れをする際にドラムの開閉蓋の所定位置への位置合わせ及び固定を廉価で精度よく行うことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は上記の課題を解決するために、上部に開口部を有する外枠と、前記外枠に内設された外槽と、前記外槽内に、略水平方向の軸を中心として回動可能に設置された略円筒形のドラムと、前記ドラムの略円筒形の側面に開閉自在に設けられたドラム蓋と、前記ドラムを回動駆動させるブラシレスモ−タを有するドラム式洗濯機であって、前記ブラシレスモ−タは、前記外槽に固定され、複数のコイルを備えたステ−タと、前記ドラムと接続され、複数のマグネットを備えたロ−タと、前記ステータに角度θ３を隔ててそれぞれ設けられ、前記ロータの磁極を検出する複数の磁極検出素子と、前記ロ−タの外周に設けられた位置検出用マグネットと、前記外槽に設けられ、前記位置検出用マグネットの磁極を検出する位置決め用極検出器を有し、前記位置決め用極検出器は、前記複数の磁極検出素子それぞれからの角度がθ３×（ｎ＋１／２）（ｎは整数）である位置に設けられたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を説明する。図１は、トップオープン（洗濯物の出し入れが洗濯機本体の上部から行う形態のもの）のドラム式洗濯機の縦断面図を示している。
【０００９】
ドラム式洗濯機は、上部に開口部を有する洗濯機外枠１の内側に外槽２を備え、外槽２の内部に略円筒形のドラム３を略水平方向の回動軸を中心に回動可能に備えている。このドラム３内に洗濯物４を投入し、駆動源であるＤＣブラシレスモータ２６の回転力により、ドラム３を正転、逆転又は正逆転をさせながら洗濯物４を洗濯、すすぎ、脱水、また機種によっては乾燥までする。
【００１０】
図３に、洗濯機の工程の一例を示す。洗濯機外枠１の最上部に設けられているトップカバー５の上部平面部５ａに上蓋６が設けられており、上蓋６を開けた際に現れる開口部（図示せず）から洗濯物４をドラム３に投入する。このとき、ドラム３は、図１のようにドラム３の円筒形の側面に設けられたドラム蓋８が開口部（図示せず）の真下に来るように回転位置を固定されており、使用者は上蓋６、外槽上蓋７、開閉蓋８を順次開放し、洗濯物４をドラム３内に投入する。ドラム３は、円筒状で形成され、その胴部に複数の脱水穴９（φ３〜５）が設けられている。洗濯物４投入後、各蓋を前述した蓋開の状態から逆方向に順次操作して閉めていく。
【００１１】
各蓋を閉じてから、トップカバー５の前面部に配設されているコントロールパネル１０のスタート・ストップスイッチ３６を押すことにより、洗濯の運転を開始する。洗濯は、まずトップカバー５に配設されている洗剤投入箱１２内に投入された洗剤を給水される水で溶かしながら、洗剤投入箱１２と外槽２を接続しているフレキシブルホース１３を介して、規定量の洗濯に必要な水を外槽２内へ洗剤と共に供給する。
【００１２】
外槽２内に規定量の洗剤分を含んだ洗濯水が供給されると、水位検知手段（図示せず）からの指令により、ドラム３を回動させるＤＣブラシレスモータ２６に通電し、ドラム３の回動が開始され、洗濯やすすぎ運転を行う。このＤＣブラシレスモータ２６はアウターロータ式のものであり、アウターロータ１４と、その内部に位置し複数のコイル１６が巻かれ外槽２に固定されているステータ４１から構成されている。アウターロータ１４はドラム３の主軸１５と接続されており、アウターロータ１４の回転と共にドラム３が回動する。洗濯およびすすぎ時に、ドラム３の内側に突出している複数個のリフター１７によりドラム３の回動につれて洗濯物４をかきあげ、ドラム３の内径の高さでほぼ最高位置付近に到達すると洗濯物４はドラム３の底部に向って自然落下し、たたき洗いにより洗濯する。
【００１３】
この洗濯機では、すすぎ時も同じ回動で行うが、すすぎ時においては洗濯終了後、洗濯水を排水バルブ１８の開操作により排水ホース１９から洗濯外枠１の外へ排水し、排水終了後、排水バルブ１８を閉じ、すすぎ水を洗濯時の給水方法と同じ制御で外槽２内へ給水する。すすぎ時のドラム３の回動方法は洗濯時と同様であるが、洗濯時より少し多めに給水し洗濯物４内に含まれる洗剤分のすすぎを効率良く行うようになっている。また、ドラム３の回動は正回転をした後休止をおいて逆回転を行うが、すすぎは洗濯物４に付着した汚れを落す工程でないため、ドラム３の回転は正回転、逆回転を洗濯時より短い時間で交互に回動させ、その間にある休止は少し長めとしている。洗濯物４の傷み防止を図るためである。
【００１４】
すすぎが終了すると、排水バルブ１８を開放し、すすぎ水を排水ホース１９を経て洗濯機外枠１外へ排水する。排水が終了すると、洗濯物４に含まれている水分を脱水する工程へ移行する。脱水工程では、ＤＣブラシレスモータ２６のアウターロータ１４が一方向に回転することによりドラム３が高速回転し、洗濯物４の水分が遠心力によりドラム３の内壁に複数個設けられた脱水穴９から外槽２に脱水される。脱水された水分は排水バルブ１８から排水ホース１９を介して洗濯機外へ排水される。
【００１５】
脱水時、ドラム３が高速で回転することにより洗濯物４がドラム３の内周壁に均一に位置されていない状態にある場合には、偏荷重となり脱水中外槽２が上下振動をして正常な脱水運転が出来なくなる。また、この上下振動により洗濯機外枠の振動が大きくなり床面への伝達振動が大きくなり、騒音も大きくなる。これらの脱水時の障害を無くするために、外槽２の底部の４本の防振機構２０で外槽２を支持し、脱水時洗濯物４の偏荷重状態で脱水運転するときの外槽２の上下振動を吸収して振動騒音の低減化を図る構成となっている。４本の防振機構２０は、油圧ダンパー減衰方式や摩擦減衰方式、エアーダンパー減衰方式などのいずれかにより構成されている。
【００１６】
脱水が終了すると、乾燥機能がついている機種では乾燥運転を行うが、乾燥運転の説明は省略する。
【００１７】
脱水工程または乾燥運転のあと、ＤＣブラシレスモータ２６の駆動により開閉蓋８は外槽蓋７及び上蓋６の下部に位置するように固定される。このときの回動、位置決め、固定の制御については、後で詳述する。その後、使用者は上蓋６、外槽上蓋７、開閉蓋８を順次開放し、洗濯物４を取り出して洗濯が終了する。
【００１８】
図４は、ドラム式洗濯機をマイクロコンピュータの制御により運転する制御手段の説明図である。マイクロコンピュータ２７は、タイマー２８とＣＰＵ（中央演算装置）２９及びメモリ３０、入力ポート３１、出力ポート３２から構成されている。このマイクロコンピュータ２７での処理は、ＣＰＵ２９とタイマー２８、およびメモリ３０をデータバスにより、データをやり取りし、制御しているものである。
【００１９】
これらの制御動作は、基本的には周知の如くタイマー２８、ＣＰＵ２９、メモリ３０、入力ポート３１、出力ポート３２から成り立っており、洗濯時の制御指令は、ＣＰＵ２９で行う。ＣＰＵ２９には演算部や制御部があり、システムの中心となるものである。ＣＰＵ２９は、基本的に命令の取り出しと解読、実行指令を行うものであり、制御演算、論理演算、メモリの指定アドレスの内容の読み出しと書き込み制御、入出力装置への指定アドレスへの入出力制御やプログラムの流れの制御なども行う。
【００２０】
メモリ３０は、プログラムとデータを記憶するもので、読み出しと書き込みの両機能を持つＲＡＭと、読み出し機能だけを持つＲＯＭの二種類を備えており、ＲＡＭはデータを記憶させたり、プログラムを組む上での作業エリアとして用い、ＲＯＭは、決まったプログラムや固定データを入れ、いつでも同じ処理をする場合に使用する。
【００２１】
入力ポート３１と出力ポート３２は、ＣＰＵと入力装置、出力装置との間でデータの受け渡しを行う場合の仲介をする回路で、合わせて一般的にＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）ポートと呼んでいる。
【００２２】
入力ポート３１には、電源スイッチ１１、水位センサ３３、蓋スイッチ３４、プログラム選択スイッチ３５、スタート・ストップスイッチ３６、洗剤目安・布量センサ３７など、ドラム式洗濯機からの電気的指令信号が入力される。また、出力ポート３２には、洗たく機モータ２６、給水弁３８、排水弁１８、報知器３９、コントロールパネル１０にある表示パネル進行表示４０などが接続されており、ＣＰＵ２９の指令により運転制御される。
【００２３】
次に、脱水終了後のドラム回転位置の位置合わせについて説明する。図２はＤＣブラシレスモータ２６の部分断面図である。本実施例ではアウターロータ方式のＤＣブラシレスモータ２６を用いている。アウターロータ方式は、洗濯兼脱水槽と直結し回動するアウターロータ１４の内側に複数個のマグネット２１が設けられ、固定ネジ２５により外槽２に固定されるステータ４１は、複数個のコイル１６を有し、アウターロータ１４の内側に位置している。
【００２４】
アウターロータ１４の内周部に配設されているマグネット２１は、均等に配置され、ステータ４１側の磁極はＮ極とＳ極が交互に配置されている。このマグネット２１の個数は、ＤＣブラシレスモータ２６の極数Ｐになる。ＤＣブラシレスモータ２６に正弦波を１８０°通電すると、マグネット２１一個分ローターが回動する。そのため、モータ軸を中心としてマグネット２１から隣のマグネット２１までの角度θ１は、電気角で１８０°となる。極数Ｐを増すことにより、トルクは大きくなり、回動量は小さくなるが回転精度を増し、回動制御がし易くなる。一般的にドラムを直接駆動する方式の洗濯機に使用されているマグネット２１の数は、およそ２４個である。本実施例では、図面では説明の都合のより１２極となっているが、計算では一般的な２４極として説明する。
【００２５】
ステータ４１には、等しい電気角θ３を隔てて磁極検出素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃがそれぞれ均等に配設されている。このθ３は６０°または１２０°が一般的であり、本実施例では６０°としてある。この角度は機械角では５°となる。なお、磁極検出素子２２の間隔を電気角で９０°として２個配置してもよい。磁極検出素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、アウターローター１４のマグネット２１の磁界を検知することにより、アウターローター１４の回転数を検出する。また、アウターローター１４の位置を検出することもでき、このときの測定誤差は６０°（θ３）となる。
【００２６】
アウターロータ１４の外周部には周方向にＮ極とＳ極が並ぶ位置検知用マグネット２３が設けられている。また、位置決め用極検出器２４は外槽２から支持されており、位置決め用極検出器２４はアウターロータ１４の回転を、一回転ごとに位置検出用マグネット２３からの磁気を受けて処理する。
【００２７】
洗濯、すすぎ、脱水終了後、ドラム３内の洗濯物４を取り出す場合には、ドラム３の胴体外周上に設けられているドラム蓋８が、外槽２の上部に設けられている外槽上部蓋７及びトップカバー５の上部平面部に設けられている上蓋６の真下の位置になければドラム３内の洗濯物４が取り出せなくなるため、アウターロータ１４の外周部に設けられた位置検出用マグネット２３の状態を位置決め用検出器２４で検出する必要がある。位置検出用マグネット２３が位置決め用極検出器２４のちょうど対向する位置にあるときが、ドラム蓋８が上蓋６の真下にあり、ドラム蓋８を開けて洗濯物を取り出せるようになる。
【００２８】
ドラム３は、前述した位置検出用マグネット２３を位置決め用極検出器２４でドラム３の停止位置を決定した後、ＤＣブラシレスモータ２６の回転を停止位置で停止する。このとき、ドラム３内の洗濯物４が偏荷重の場合、ドラム３はアンバランスな状態となり、自然回動してドラム蓋８の位置がずれてしまい洗濯物４が取り出せなくなる。このため、各蓋の位置が合致した状態でドラム３を固定しなければならない。ドラム３を各開閉蓋が同一の位置で固定しておく方法として、外部から機械的に固定することもできるが、新たに複雑な装置を追加しなければならない。
【００２９】
そこで本願発明では、電磁ブレーキ制動により電気的にドラム３を減速し固定する手段を用いる。電磁ブレーキを印加する方法には、ＤＣブラシレスモータ２６に対して一般的に行われている逆相制動方式もしくは三相短絡方式を用いる。逆相制動方式は、制御ソフト上ベクトル制御を行う必要があり複雑化するがブレーキトルクを大きくすることができ、短い時間でドラム３の回動を制動することができる。三相短絡制動方式は、ブレーキトルクは弱くドラム３の回動を制動するには多少の時間を要し停止時間が長くなるが、最も簡単に制御できる利点を持っている。これらの方式により、負荷量を検知する手段と連動して、負荷が大きいときは逆相制動とし、負荷が小さい時は三相短絡方式とすると、効果的に電磁ブレーキをかけることができ、ドラム３の回転速度を減速させることができる。
【００３０】
脱水によるドラム３の回動を減速させた後、ドラム３内から洗濯物４を取り出すためにドラム蓋８の位置から停止位置を決定しドラム３を停止させる。ドラム３内の洗濯物４を取り出すには、精度良く各開閉蓋の位置を合致させた状態でドラム３が自由に回動しないように固定する必要がある。このために本願発明で用いる図２に示す３個の磁極検出素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃとアウターロータ１４の外周部に設けられた位置検出用マグネット２３および外槽２から支持されている位置決め用極検出装置２４の関係を説明する。
【００３１】
ドラム３の回転速度が１分間に３〜５回転位になったことを磁極検出素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃで回転数を検出後、位置決め用極検出器２４により、ドラム３と外槽２およびトップカバー５の上部平面５ａの各部分に位置している蓋が同一になる所で停止させる。各蓋６、７、８の位置が同一上になった所でドラム３を停止した後も、ＤＣブラシレスモータ２６は引き続き電磁ブレーキのための電圧を二相通電で印加した状態としておく。この時、ＤＣブラシレスモータ２６のアウターロータ１４は、電磁ブレーキを超える外力が加えられた場合には位置がずれるので、位置制御を行う必要がある。位置制御範囲は磁極検出素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃの検知範囲である電気角θ３（６０°）の範囲となる。この範囲でアウターローター１４が微少に回動し、ドラム３も同じく右回転と左回転の微少な回動を繰り返す動きをする状態で停止しているからである。この微少な動きの量（α）は、二相通電でＤＣブラシレスモータ２６の極数（Ｐ）が２４極、ドラム３の外形（Ｄ）が５１０ｍｍの場合、移動量は電気角６０°となるので、回動量はα＝６０×π×Ｄ／（１８０×Ｐ）＝２２．２４ｍｍとなる。つまり、二相通電でドラムの回動にブレーキをかけている場合には、ドラム３の口が最大２２．２４ｍｍ周方向に動くのである。
【００３２】
そこで本願発明では、回動停止中のドラムに位置検出に磁極検出素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃに加えて、位置検出用マグネット２３と位置決め用極検出器２４を用いる。位置決め用極検出器２４は、磁極検出素子２２ａ、２２ｂの中間位置付近の外槽に備えられている。磁極検出素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃのみで位置検出を行った場合、アウターロータ１４上のマグネット２１の中心位置は、隣り合う磁極検出素子２２の中間位置を中心に電気角６０°の範囲で揺らぎ、ドラムも同様に揺らぐ。位置検出用マグネット２３は、周方向にＮ極とＳ極が並んでいるので、位置決め用検出器２４がＮ極、Ｓ極を検出することにより、位置検出用マグネット２３が左右どちらにあるかが判別できる。即ち、磁極検出素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃと位置決め用極検出装置２４から情報を合わせて用いることにより、θ２（＝θ３／２＝３０°）の範囲で位置を検出することができる。これにより、アウターローター１４の位置は、４個の検出素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２４により、位置検出精度が電気角で３０°と、二倍の精度で位置決めをすることができ、ドラムの回動量αは、半分の１１．１２ｍｍとなる。
【００３３】
位置決め用極検出器２４の位置は、磁極検出素子２２ａ、２２ｂの中間位置付近（中間位置から電気角でプラスマイナス１０°以内が望ましい）としたが、磁極検出素子２２ａからθ３（ｎ＋１／２）（ｎは整数）の位置付近に配置することで精度良くアウターロータ１４の位置を検出することができる。
【００３４】
ドラム３固定時の電磁ブレーキ制御の方法としては、二相通電によるトルクまたは三相短絡によるトルクと位置制御を組合わせて使用することにより、より効果的に停止制御が出来る。
【００３５】
これらの制御はエンコーダを使用する方式と比較した場合、停止位置の精度は少し低下するが、各蓋の開口部が大きいため停止位置の精度をこれ以上とする必要性は求められない。なお、本方式にアウターロータのＤＣブラシレスモータを使用して説明したがインナータイプのＤＣブラシレスモータでも同様に目的を達成することが出来る。
【００３６】
洗濯物４の取り出しが終わったら、ドラムを固定する必要はないので、省電力の観点から電磁ブレーキを解除する。洗濯物４の取り出し終了は上蓋６または外槽上蓋７が閉じられたときとし、そのときまたはその数秒後にＤＣブラシレスモータ２６の通電を止める。また、再び上蓋６または外槽蓋７が開けられたときは、電磁ブレーキをかけてドラム蓋８の位置を上蓋６及び外槽上蓋７に合わせ、洗濯物投入に備える。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、洗濯物の出し入れをする際にドラムの開閉蓋の所定位置への位置合わせ及び固定を廉価で精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トップオープンのドラム式洗濯機の縦断面図である。
【図２】ＤＣブラシレスモータの部分断面図である。
【図３】洗濯機の工程の一例を示した図である。
【図４】ドラム式洗濯機のマイクロコンピュータの制御により運転する制御手段の説明図である。
【符号の説明】
３・・・ドラム
６・・・上蓋
７・・・外槽蓋
８・・・ドラム蓋
１４・・・アウターロータ
２１・・・マグネット
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・磁極検出素子
２３・・・位置検出用マグネット
２４・・・位置決め用極検出器
２６・・・ＤＣブラシレスモータ
４１・・・ステータ
【図１】
2005006787.tif 000003
【図２】
2005006787.tif 000004
【図３】
2005006787.tif 000005
【図４】
2005006787.tif 000006