(57)【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整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され、撹拌翼または洗濯槽を駆動するモータと、前記洗濯槽に給水する給水弁と、前記洗濯槽の洗濯液を排水する排水弁と、前記給水弁および前記排水弁の開閉を制御するスイッチング手段と、前記インバータ回路と前記スイッチング手段を制御するマイクロコンピュータよりなる制御手段と、前記洗濯槽の水位を検知する水位検知手段とを備え、前記水位検知手段は、単一のコイルと単一のコンデンサより構成され水位による圧力変化で共振周波数が変化するＬＣ共振回路と正帰還増幅器よりなるＬＣ発振回路より構成し、前記ＬＣ共振回路と、前記正帰還増幅回路の間に低域フィルター回路を接続した洗濯機の制御装置。
【請求項２】
ＬＣ発振回路より構成した水位検知手段は、ＬＣ共振回路と、正帰還増幅回路の間に低域フィルター回路とダイオードクランプ回路とを接続した請求項１記載の洗濯機の制御装置。
【請求項３】
低域フィルター回路はＲＣフィルター回路よりなり、前記ＲＣフィルター回路の時定数は、０．１マイクロ秒から１マイクロ秒に設定した請求項１または２記載の洗濯機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路により洗濯モータを駆動させる洗濯機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用の洗濯機は、インバータ装置によりモータの周波数を変えてモータの回転数を大幅に変えることにより、洗浄性能、または脱水性能を向上させるものが提案されている。
【０００３】
従来、この種の洗濯機は、特開平９−１０４６９号公報に示すように構成していた。すなわち、モータを駆動するインバータ回路とそのインバータ制御回路、および水位センサからの信号を検知して、給水弁または排水弁を制御し、洗濯運転を制御する制御回路から構成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の洗濯機では、モータ駆動用のインバータ回路の基板と、洗濯運転制御のための制御回路の基板が分かれていたので、インバータ制御用のマイクロコンピュータと洗濯制御用のマイクロコンピュータの２種類のマイクロコンピュータが必要となったり、または１つのマイクロコンピュータを使うと配線が複雑となり、信頼性が低下し、インバータ回路のスイッチングノイズが洗濯制御回路に侵入し、ノイズにより誤動作するなどの問題があった。
【０００５】
特に、共振回路の発振周波数変化より水位を検知する水位検知手段の場合には、インバータ回路のスイッチング周波数と水位検知手段の発振周波数が非常に近く、インバータ回路のスイッチングノイズにより水位検知手段が誤動作し、水位が検知できないという問題があった。
【０００６】
また、モータ制御の３相フルブリッジインバータ回路のモータ出力電線に発生するｄｖ／ｄｔノイズは特に大きく、モータへ接続される電線と水位検知手段のリード線が接近すると、静電結合ノイズにより水位検知手段が誤動作し易いという問題があった。
【０００７】
本発明は上記従来課題を解決するもので、インバータ回路のスイッチングノイズや強電界による水位検知手段の誤動作を防ぎ、インバータ制御基板上に水位検知手段の発振回路を実装できるようにし、低価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現することを目的としている。
【０００８】
【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整流回路の直流電力をインバータ回路により交流電力に変換し、このインバータ回路により撹拌翼または洗濯槽を駆動するモータを駆動し、マイクロコンピュータよりなる制御手段によりインバータ回路と、給水弁、排水弁の開閉を制御するスイッチング手段を制御するよう構成し、洗濯槽の水位を検知する水位検知手段は、単一のコイルと単一のコンデンサより構成され水位による圧力変化で共振周波数が変化するＬＣ共振回路と正帰還増幅器よりなるＬＣ発振回路より構成し、ＬＣ共振回路と正帰還増幅回路の間に低域フィルター回路を接続したものである。
【０００９】
これにより、インバータ回路のスイッチングノイズや強電界による水位検知手段の誤動作を防ぐことができ、インバータ制御基板上に水位検知手段の発振回路を実装することが可能となり、さらに、モータへ接続されるインバータ回路の出力電線のｄｖ／ｄｔノイズや誘導ノイズによる水位検知手段の誤動作を防ぐことができるので、モータ接続電線と水位検知手段の信号リード線の配線を簡略化でき、低価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現するができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され、撹拌翼または洗濯槽を駆動するモータと、前記洗濯槽に給水する給水弁と、前記洗濯槽の洗濯液を排水する排水弁と、前記給水弁および前記排水弁の開閉を制御するスイッチング手段と、前記インバータ回路と前記スイッチング手段を制御するマイクロコンピュータよりなる制御手段と、前記洗濯槽の水位を検知する水位検知手段とを備え、前記水位検知手段は、単一のコイルと単一のコンデンサより構成され水位による圧力変化で共振周波数が変化するＬＣ共振回路と正帰還増幅器よりなるＬＣ発振回路より構成し、前記ＬＣ共振回路と、前記正帰還増幅回路の間に低域フィルター回路を接続したものであり、インバータ回路のスイッチングノイズや強電界による水位センサの誤動作を防ぐことができ、インバータ制御基板上に水位センサ発振回路を実装することが可能となり、さらに、モータへ接続されるインバータ回路の出力電線のｄｖ／ｄｔノイズや誘導ノイズによる水位検知手段の誤動作を防ぐことができるので、モータ接続電線と水位検知手段の信号リード線の配線を簡略化でき、低価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現できる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、ＬＣ発振回路より構成した水位検知手段は、ＬＣ共振回路と、正帰還増幅回路の間に低域フィルター回路とダイオードクランプ回路とを接続したものであり、ダイオードクランプ回路を付加することにより、帰還増幅回路を構成する半導体集積回路のノイズによる破壊、誤動作を防ぐことができ、水位検知手段の誤動作と帰還増幅回路の破壊を防止できる。
【００１２】
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、低域フィルター回路はＲＣフィルター回路よりなり、ＲＣフィルター回路の時定数は、０．１マイクロ秒から１マイクロ秒に設定したものであり、ＬＣ発振回路の発振安定度を損なうことなくインバータ回路のスイッチングノイズによる水位検知手段の誤動作を防ぐことができる。
【００１３】
【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。
【００１４】
（実施例１）
図１に示すように、交流電源１は、ラインフィルター２を介して整流回路３に交流電力を加え、直流電力に変換する。整流回路３は倍電圧整流回路を構成し、交流電源１が正電圧のとき、ダイオード３０ａによりコンデンサ３１ａを充電し、交流電源１が負電圧のとき、ダイオード３０ｂによりコンデンサ３１ｂを充電し、直列接続されたコンデンサ３１ａ、３１ｂの両端には倍電圧直流電圧が発生し、インバータ回路４に倍電圧直流電圧を加える。
【００１５】
インバータ回路４は、６個のパワートランジスタと逆並列ダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、パワートランジスタと逆並列ダイオード、およびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）で構成している。インバータ回路４の出力端子にはモータ５を接続する。
【００１６】
図２は、洗濯機の実施例を示す断面図で、撹拌翼６または洗濯槽７をモータ５により駆動する。ここで、モータ５はブラシレス直流モータ５により構成している。位置検知手段５０は、モータ５の回転子５１に取り付けた永久磁石５２と固定子５３の相対位置を検出して、固定子５３に巻かれた３相巻線の通電切り替えを行う、いわゆる、転流検知信号（以下、ＣＳ信号という）を検出するもので、通常、ホールＩＣより構成している。
【００１７】
給水弁８は、洗濯槽７へ水道水を給水制御するもので、排水弁９は洗濯槽７内の洗濯液を排水制御する。給水弁８、排水弁９の電気的制御は、スイッチング手段１０により交流電圧の入り切りにより行うことができ、スイッチング手段１０は、双方向性サイリスタまたはソリッドステートリレーで構成している。
【００１８】
制御手段１１は、主としてマイクロコンピュータとその周辺回路より構成し、位置検知手段５０のＣＳ信号によりインバータ回路４を制御してモータ５を駆動する。また、スイッチング手段１０を制御して給水弁８、排水弁９を制御する。
【００１９】
水位検知手段１２は、洗濯槽７の水位を検出するもので、受水槽１３の下部にエアトラップを設けて、エアーパイプにより受水槽１３の上部に設けた水位検知手段１２の圧力検知部に接続する。
【００２０】
モータ５の出力軸５４からの回転トルクは、減速機構１５を介して撹拌翼６、または洗濯槽７の駆動出力軸１６に伝達される。撹拌翼６を駆動する場合には、減速機構１５の減速比率により回転数を下げる。洗濯槽７を回転駆動する場合には、クラッチ機構（図示せず）によりモータ５の回転が直接伝達される。
【００２１】
水位検知手段１２は、図３に示すように回路部を構成しており、コイル１２０ａとコンデンサ１２０ｂで共振回路１２０を構成し、帰還増幅回路１２１と共振回路１２０の間に低域フィルター回路１２２を接続している。
【００２２】
帰還増幅回路１２１は、ＣＭＯＳインバータ１２１ａ、１２１ｂを直列接続して正帰還増幅器を構成し、前段のＣＭＯＳインバータ１２１ａの入出力間に自己バイアス抵抗を接続し、ＣＭＯＳインバータ１２１ｂの出力端子と前段のＣＭＯＳインバータ１２１ａの入力端子間に帰還抵抗１２１ｄとコンデンサ１２１ｅの直列回路を接続する。
【００２３】
このインバータロジックよりなる正帰還増幅回路１２１は、共振回路１２０がなければ、ＲＣ発振回路として動作し、ＲＣ発振回路の発振周波数は、ＬＣ共振回路の発振周波数の約１／１０程度に設定する。発振起動時にはＲＣ発振回路として起動し、発振途中に共振回路１２０の共振周波数に引っ張り込まれ、コンデンサ１２１ｅは単なる入力コンデンサとなり、帰還抵抗１２１ｄは、正帰還抵抗として動作する。
【００２４】
低域フィルター回路１２２は、抵抗１２２ａとコンデンサ１２２ｂよりなる低域通過Ｌ型フィルターである。
【００２５】
コイル１２０ａとコンデンサ１２０ｂは、圧力検知部に配設され、帰還増幅回路１２１はマイクロコンピュータよりなる制御手段１１に実装されるので、距離的に長くなってインバータ回路４のスイッチングノイズが水位検知手段１２のリード線にのりやすくなる。また、インバータ回路４と制御手段１１を同一の基板に実装すると、さらにノイズが帰還増幅回路１２１に侵入し、誤動作し易くなる。帰還増幅回路１２１の入力側に低域フィルター回路１２２を接続し、共振回路１２０からの信号に加わったスイッチングノイズを下げることにより、ＬＣ共振回路の誤動作をなくすことができる。
【００２６】
水位検知手段１２の圧力検知部は、図４に示すように構成しており、ダイヤフラム１２３上のフェライトコア１２４が圧力により上下移動すると、コイル１２０ａのインダクタンスが変化し、共振回路１２０の共振周波数が変化するよう構成している。
【００２７】
図４において、Ａ部はエアホース側であり、ダイヤフラム１２３の下部（Ｐ部）の圧力が上昇すると、ダイヤフラム１２３上のフェライトコア１２４は、スプリング１２５のため圧力に比例してコイル１２０ａの中心方向に移動し、コイル１２０ａのインダクタンスが増加して、並列共振周波数ｆ０は低くなる。通常、共振周波数ｆ０は２０〜４０ｋＨｚの超音波周波数に設定される。
【００２８】
このように、本実施例によれば、ＬＣ発振回路よりなる水位検知手段１２において、共振回路１２０と帰還増幅回路１２１の間に低域フィルター回路１２２を接続し、帰還増幅回路１２１に侵入するインバータスイッチングノイズを低下させるようにしたので、インバータスイッチングノイズによる水位検知手段１２の誤動作がなくなり、ＬＣ発振回路の発振を安定化させることができ、１枚の制御基板に、インバータ回路４と、給水弁８、排水弁９のスイッチング手段１０と、水位検知手段１２の発振回路と、インバータ回路４とスイッチング手段１０の制御手段１１を実装することができ、さらに、水位検知手段１２の圧力検知部に接続するリード線を長くし、モータ出力電線に接近しても誤動作、誤検知をなくすことができる。
【００２９】
なお、本実施例では、低域フィルター回路１２２は、低域通過型のＲＣフィルターを示しているが、抵抗をインダクターに変えても効果は同じである。ただし、発振回路の発振周波数が変動し、発振が不安定となるので、インダクターのインダクタンスを大きくできない欠点がある。
【００３０】
また、ＣＭＯＳインバータをＴＴＬインバータに変えても特に問題はないが、ロジック回路による発振回路の方が、入力が高インピーダンスの増幅器を使った帰還発振回路よりもノイズ誤動作しにくいことは、実験で確認されている。
【００３１】
（実施例２）
図５に示すように、水位検知手段１２を構成する共振回路１２０と帰還増幅回路１２１の間に、低域フィルター回路１２２を接続し、さらにダイオードクランプ回路１２７を接続している。ダイオードクランプ回路１２７は、帰還増幅回路１２１を構成するＣＭＯＳインバータ１２１ａ、１２１ｂの直流電源電圧のプラス側にクランプするダイオード１２７ａとマイナス側にクランプするダイオード１２７ｂよりなる。
【００３２】
ダイオードクランプ回路１２７は、ＣＭＯＳインバータ１２１ｂの出力保護になるが、さらに、ＣＭＯＳインバータ１２１ａの入力側の保護のために、ダイオードクランプ回路１２８を接続すると効果は更に大となる。プラス側のクランプダイオード１２７ａ、１２８ａは、入力信号電圧がダイオードカソード電圧、すなわち、直流電源電圧よりも高くなると導通して、入力電圧が直流電源電圧Ｖａよりも高くなることを防ぎ、ノイズ電圧を電源側に逃がす役目をする。
【００３３】
マイナス側のクランプダイオード１２７ｂ、１２８ｂは、入力信号が直流電源のマイナス側より低い場合に、マイナス電圧以下にならないようにし、帰還増幅回路１２１の誤動作とサージ電圧破壊を防止する。
【００３４】
共振回路１２０は、水位検知手段１２の圧力検知部に実装され、図２の水位検知手段１２の位置、すなわち、洗濯槽７の上部に配設され、帰還増幅回路１２１は、制御手段１１と同じ基板内に実装されるので、信号線を長くすると誘導結合または静電結合によるノイズが誘起するが、低域フィルター回路１２２とダイオードクランプ回路１２７、１２８により誤動作やサージ破壊を防ぐことができる。
【００３５】
このように本実施例によれば、共振回路１２０と帰還増幅回路１２１の間に、低域フィルター回路１２２とダイオードクランプ回路１２７、１２８を接続するので、周波数成分の高いノイズは低域フィルター回路１２２で減衰させ、周波数成分が低くてノイズエネルギーが大きいものはダイオードクランプ回路１２７、１２８で吸収できるので、誤動作や破壊がなく信頼性の高い水位検知手段を実現することができる。
【００３６】
圧力検知部は、安全性を高めるために洗濯槽上部に配設する必要があるが、帰還増幅回路１２１は、制御手段１１と同一の基板に実装できるので、制御手段１１の実装基板を洗濯槽７の下部に配設してリード線を長くしても誤動作しないので、設計自由度が大きくなり、かつ、共振回路信号リード線とモータ接続電線を近づけても誤動作はないので、配線を簡略化できる。
【００３７】
（実施例３）
図３または図５における低域フィルター回路１２２は、信号と直列に抵抗１２２ａを接続し、抵抗１２２ａとグラウンド（−電位）との間にコンデンサ１２２ｂを接続したＲＣフィルターよりなるもので、安価でかつノイズ除去効果の高い構成である。
【００３８】
インバータ回路４に使用されるＩＰＭは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をメインスイッチング半導体素子として使用するものが多いので、スイッチングタイムは、０．１マイクロ秒から０．５マイクロ秒となる。
【００３９】
このため、ＲＣフィルターのＲＣ時定数は、インバータ回路４のメインスイッチング半導体のスイッチングタイム相当もしくはそれ以上に設定すれば十分な効果を得ることができる。また、これ以上の時定数に設定すると共振回路１２０のＱが低くなり、ＬＣ発振回路の発振が不安定となり、逆に誤動作し易くなる。
【００４０】
抵抗１２２ａを５６０Ω、コンデンサ１２２ｂを４７０ｐＦに設定すると、時定数は約０．２６マイクロ秒となる。ＩＧＢＴのスイッチングタイムを０．２マイクロ秒とするスイッチングノイズの基本周波数は５ＭＨｚとなり、そのときのコンデンサ１２２ｂのインピーダンスは約６６Ωなので、ノイズ成分の基本波においても１／１０の減衰効果が得られることがわかる。
【００４１】
ノイズ成分はさらに高い分布を示すので、高い周波数ほど減衰率が高くなり効果が大きくなる。コンデンサ１２２ｂの容量を大きくすると、水位検知手段１２の発振周波数でのインピーダンスが低くなって発振周波数に影響を及ぼすので、４０ｋＨｚ近傍のインピーダンスを高くするためにも、コンデンサ容量は数１００ｐＦに設定する必要がある。
【００４２】
以上述べたように、メインスイッチング半導体のスイッチングノイズを減衰させるだけではなく、短波帯またはそれ以上の強電界による誘起電圧も減衰させる効果が大きく、車載無線やアマチュア無線による強電界による誤動作も防ぐことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１記載の発明によれば、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され、撹拌翼または洗濯槽を駆動するモータと、前記洗濯槽に給水する給水弁と、前記洗濯槽の洗濯液を排水する排水弁と、前記給水弁および前記排水弁の開閉を制御するスイッチング手段と、前記インバータ回路と前記スイッチング手段を制御するマイクロコンピュータよりなる制御手段と、前記洗濯槽の水位を検知する水位検知手段とを備え、前記水位検知手段は、単一のコイルと単一のコンデンサより構成され水位による圧力変化で共振周波数が変化するＬＣ共振回路と正帰還増幅器よりなるＬＣ発振回路より構成し、前記ＬＣ共振回路と、前記正帰還増幅回路の間に低域フィルター回路を接続したから、インバータ回路のスイッチングノイズや強電界による水位センサの誤動作を防ぐことができ、インバータ制御基板上に水位センサ発振回路を実装することが可能となり、さらに、モータへ接続されるインバータ回路の出力電線のノイズによる水位検知手段の誤動作を防ぐことができるので、モータ接続電線と水位検知手段の信号リード線の配線を簡略化でき、低価格で信頼性が高い洗濯機の制御装置を実現できる。
【００４４】
また、請求項２記載の発明によれば、ＬＣ発振回路より構成した水位検知手段は、ＬＣ共振回路と、正帰還増幅回路の間に低域フィルター回路とダイオードクランプ回路とを接続したから、ダイオードクランプ回路を付加することにより、帰還増幅回路を構成する半導体集積回路のノイズによる破壊、誤動作を防ぐことができ、水位検知手段の誤動作と帰還増幅回路の破壊を防止できる。
【００４５】
また、請求項３に記載の発明によれば、低域フィルター回路はＲＣフィルター回路よりなり、ＲＣフィルター回路の時定数は、０．１マイクロ秒から１マイクロ秒に設定したから、インバータ回路のスイッチングノイズ、またはそれ以上の高周波ノイズを減衰させ、水位検知手段の発振周波数信号には影響を与えないので、インバータノイズだけではなく、ラジオ周波数の強電界でも誤動作しない信頼性の高い洗濯機の制御装置を実現できる。
【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制御装置のブロック回路図
【図２】  同洗濯機の制御装置を備えた洗濯機の断面図
【図３】  同洗濯機の制御装置に使用する水位検知手段の回路図
【図４】  同洗濯機の制御装置に使用する水位検知手段の圧力検知部の要部断面図
【図５】  本発明の第２の実施例の洗濯機の制御装置に使用する水位検知手段の回路図
【符号の説明】
１  交流電源
３  整流回路
４  インバータ回路
５  モータ
６  撹拌翼
７  洗濯槽
８  給水弁
９  排水弁
１０  スイッチング手段
１１  制御手段
１２  水位検知手段
１２０  共振回路
１２１  帰還増幅回路
１２２  低域フィルター回路
【図１】
0004103251.tif 000002
【図２】
0004103251.tif 000003
【図３】
0004103251.tif 000004
【図４】
0004103251.tif 000005
【図５】
0004103251.tif 000006