(57)【要約】【課題】  電気洗濯機において、インバータ回路等の主回路用直流電源電圧を生成する、整流平滑回路である倍電圧整流回路について、低耐圧の電子部品の採用を可能とし、より安全で且つコスト抑制を実現する。【解決手段】  モータ減速やブレーキモードにおいて、モータ逆起電力による主回路用直流電源電圧上昇を抑制するため、設定した制限電圧値を超えないようにブレーキ制御を行う。そして、制限電圧閾値を２段階に分けることで、減速やブレーキ時の回生電圧上昇、特に最初の回生跳ね上がりを抑制することができると共に、整流平滑用電解コンデンサ及び主回路部品を低い耐圧のものに採用することが可能である。【選択図】図１
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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ためのモータを備えた駆動装置と、商用電源から入力した交流電圧を整流して電解コンデンサで平滑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電圧を電源として前記モータへの給電を制御するインバータ回路と、商用電源から入力した交流電圧を整流した後に電解コンデンサで平滑して得た直流電圧を入力とする制御回路用直流電源発生回路を備えた電気洗濯機において、
ブレーキ制限電圧閾値を少なくとも２段階以上に分けた上で、ブレーキ制御を行うことで、モータ回生電圧による主回路用直流電源発生回路の電圧上昇を抑制することを特徴とした電気洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電気洗濯機に係り、特にモータへの給電を制御するインバータ回路およびモータブレーキ制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気洗濯機において、図３に示したように商用電源２１から入力した交流電圧を整流した後に平滑コンデンサで平滑することにより生成する主回路用直流電源発生回路１８は、倍電圧整流平滑回路の回路方式とし、モータへの給電を制御するインバータ回路の各スイッチング素子に流れる電流値を約半分に抑えることができるため、各スイッチング素子の電力損失を低減することができる。一方、モータブレーキ時のモータ逆起電力で発生する回生電圧による前記主回路用直流電源電圧上昇を抑制するため、モータ駆動用直流電源電圧を監視する回路を設け、主回路用直流電源発生回路素子およびモータへの給電を制御するインバータ素子の定格電圧より超過しないように制限電圧閾値を設定している。制限電圧閾値は前記主回路直流電源電圧より低く設定すると、モータ起動できなくなるため、商用電源電圧の変動および検知電圧ばらつきを考慮して、前記主回路用直流電源電圧より高く余裕をもって、且つ一定の電圧値に設定している。
【０００３】
ブレーキを制御しながら直流電圧の上昇を抑制した状態でモータを減速や停止させる手法は特許文献１（特開2007-135400）により開示されている。モータが減速やブレーキ中かつ回生エネルギー検出値もしくは直流電圧値が所定値に達したときに、d軸電流指令値を算出し、そのd軸電流を制御することにより回生エネルギーを抑制する構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３５４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、モータ減速やブレーキ制御時に、回生電圧又は直流電圧を検出してからd軸電流制御を開始するため、如何に素早く抑制しても、回生電圧が瞬時的に跳ね上がり、減速やブレーキ時の回転数等にもよるが、図１に示したように、回生電圧が概ね設定した電圧抑制閾値より20〜30Ｖ近く一瞬(数百ms)高く発生してしまう。そのため、回路部品をこのサージ電圧から守るべく、耐圧の高い部品を選定して対応している。
【０００６】
また、前記回生エネルギー検出値又は直流電圧所定値を低く設定すれば、サージ電圧を低い値まで抑制することは可能となるが、d軸電流も比例に低下するので、これに伴うモータ停止時間の増加及びその増加した時間で発生する電力消費が不利な点である。
【０００７】
モータ減速やブレーキ制御時の瞬時的なサージ電圧を低減すれば、高耐圧部品を選ばなくても良いため、安価で小型の低耐圧部品を使用し、コスト及基板実装面積低減が可能となる。
【０００８】
従って、本発明が解決しようとする課題は、モータ減速やブレーキ制御時の瞬時的なサージ電圧を如何に低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、少なくとも２段階以上の回生電圧抑制閾値を設けて、モータ減速やブレーキ制御の最初に低い閾値で抑制制御を行い、サージ電圧発生のタイミングを過ぎてから、従来の電圧抑制閾値に戻して制御することで、制御開始の瞬時に発生するサージ電圧を低減する。
【発明の効果】
【００１０】
前記のように、回生電圧抑制閾値を少なくとも２段階に設定し、制御開始の瞬時的なサージ電圧を低減することが可能となるため、安価で小型の低耐圧部品も使用可能になると共に、コスト及基板実装面積低減を図る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る回生電圧波形。
【図２】本発明の実施形態に係る電気洗濯機の縦断側面図。
【図３】制御装置の電気回路図。
【図４】本発明の実施形態に係る回生電圧波形。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施例１の電気洗濯機の図面を参照して説明する。図２は、この実施例の電気洗濯機の縦断側面図であり、図３は、その制御装置の電気回路図である。
【００１３】
電気洗濯機の外枠１の内部に複数のサスペンション２で支持して外槽３を設置し、この外槽３内に洗濯兼脱水槽である洗濯槽４を回転可能に設置し、この洗濯槽４内の底部に撹拌翼５を回転可能に設置する。洗濯槽４と撹拌翼５は、外槽３を貫通させた同心２重軸の内端に結合して設置し、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するように構成する。
【００１４】
主駆動装置６は、図示説明は省略するが、直流ブラシレスモータとクラッチ機構と減速歯車機構を内蔵し、洗濯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駆動系を形成ように構成する。
【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を固着し、衣類投入口７ａは外蓋８によって開閉可能に覆う。このトップカバー７内の前部には指示入力スイッチ群および表示素子群を備えた操作基板９や制御基板１０や水位センサ１１を収納し、後部には給水電磁弁１２や風呂水給水ポンプ（図示省略）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を介して前記水位センサ１１に接続し、排水口３ｂは排水電磁弁１４を介して排水ホース１５に接続する。また、乾燥機能付きの電気洗濯機とするときには、外槽３の底部側壁に排気口を形成し、外槽内の空気を空気循環ファンによって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）を構成する。
【００１７】
図２を参照して制御装置の回路を具体的に説明する。この制御装置は、主として、主制御基板１０に実装して構成する。
【００１８】
制御装置は、主駆動装置６のモータである直流ブラシレスモータ６ａに給電するインバータ回路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を備える。
【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と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に接続する。
【００２０】
直流電源電圧監視回路１９は、直接マイクロコンピュータ２０に取り込める電圧を生成する前記倍電圧整流平滑して得た直流電圧を分圧する抵抗１９ａと１９ｂを備える。その電圧アナログ値をマイクロコンピュータ２０が読み取り、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、主回路用直流電源発生回路から整流ダオード２２ａと、整流ダイオード２２ａを通して出力する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およびＤＣ−ＤＣコンバータ回路２２ｄを備える。
【００２２】
商用電源２１から主回路用直流電源発生回路１８における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，すすぎ，脱水，乾燥の工程制御が可能な状態となる。
【００２３】
すすぎや脱水、乾燥工程等において、モータが高速回転の状態から減速、又は停止状態に移す手段として、ブレーキ制御を行うようになっている。その制御手法は文献「特開2007-135400」により開示されているため、詳細を省略し、回生電圧閾値の設定及びその効果のみ記述する。
【００２４】
通常商用電源電圧が１００Ｖの場合、主回路用直流電源発生回路１８により生成した直流電源電圧が２８０Ｖぐらいとなる。電源電圧の変動やばらつきや電圧検知回路１９とマイクロコンピュータ２０の検知精度を考えた場合、主回路用直流電源電圧が最悪３５０Ｖぐらいになるため、回生電圧抑制閾値はそれより上回る値にする必要が有る。
【００２５】
また、回生電圧抑制閾値と、ブレーキ時間(ブレーキ開始からモータ停止までの時間)及びブレーキ時のモータ巻線温度上昇と、以下のような関係が有る。
【００２６】
回生電圧抑制閾値を高く設定すれば、d軸電流が多く流れ、ブレーキ時間が短縮できる、但し、モータ巻線の温度上昇が高くなる傾向に有る。一方で、回生電圧抑制閾値を低く設定すると、ｄ軸電流が少なくなり、モータ巻線の温度上昇を抑えられるが、ブレーキ時間が長くなる。これらお互いの影響を加味して、回生電圧抑制閾値を４００Ｖに設定するのが多いである。
【００２７】
しかしながら、回生電圧抑制閾値を４００Ｖに設定した状態でブレーキ制御を行う場合、回生電圧が瞬時的に４３０Ｖまで跳ね上がり、インバータ回路１７と、整流ダイオードブリッジ回路１８ａと、平滑用電解コンデンサ１８ｂと１８ｃと、直流電源電圧監視回路１９にこの電圧が印加される。
【００２８】
以下、平滑用電解コンデンサ１８ｂと１８ｃを例にして説明する。平滑用電解コンデンサ１８ｂと１８ｃにかかる電圧が、瞬時に跳ね上がった回生電圧の半分の２１５Ｖになるため、ディレーティング等を考慮すれば、耐圧２５０Ｖの電解コンデンサを選定しなければならない。すると、部品自体が大型となりコスト及び基板実装面積においても不利になってしまう。
【００２９】
本実施例は、２段階以上に分けてブレーキ制御を行う。尚、本実施例については、２段階に分けた場合の制御手法を説明する。図４に示したように、ブレーキ制御の始めは、回生電圧抑制閾値を３７０Ｖに設定した状態、ｔ秒後に設定値を４００Ｖに変更した状態でブレーキ制御を行う。その場合、回生電圧が一瞬４００Ｖ近くまで跳ね上がり、その後モータ停止まで、ほぼそのレベルを維持するようになる。従って、平滑用電解コンデンサ１８ｂと１８ｃにかかる電圧がその半分の２００Ｖになり、ディレーティングを考慮すれば、比較的にサイズが小さく低価格の耐圧２２０Ｖのものでも問題ない。
【００３０】
前文記述の通り、ブレーキ制御始めの回生電圧抑制閾値を低く設定したため、モータブレーキ時間の増加が懸念されるが、時間ｔが数百msであり、その後ただちに４００Ｖに切り替わるので、ブレーキ時間が数十msしか増加しない。従って、モータブレーキ動作には影響を及ぼすほどの問題にはならない。
【００３１】
本発明の実施例２は、前記実施例１における洗濯槽４を横軸や斜め軸に設置するドラム式に変形すると共に撹拌翼５を省略した構成のドラム式の電気洗濯機である。主駆動装置６は、クラッチ機構を省略して可変速モータによって構成して洗濯槽を低速または高速で回転駆動することができるように構成し、制御装置は、洗濯および乾燥工程では前記洗濯槽を低速回転させて洗濯物を撹拌し、脱水工程では前記洗濯槽を高速回転させて洗濯物を遠心脱水するように主駆動装置（モータ）６を制御するように構成する。その他の構成は実施例１の電気洗濯機と同様である。
【００３２】
前記実施例で説明した通り、モータブレーキ時の制限電圧閾値を２段階に分けて設定することで、主回路用直流電源発生回路の直流電圧と、倍電圧整流平滑用電解コンデンサ１８ｂ両端にかかる電圧を抑えることが可能となり、部品と回路の安全性を確保と共に、定格電圧の低い電子部品（電解コンデンサ）を採用することができ、部品サイズダウンによる制御基板実装面積削減および原価低減を実現することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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