(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水受け槽内に回転自在に配設した洗濯兼脱水槽と、前記洗濯兼脱水槽を駆動する駆動手段と、前記水受け槽の上方を覆う水受け槽カバーとを備え、前記洗濯兼脱水槽を回転駆動することによるポンプ作用によって、前記洗濯兼脱水槽と水受け槽の間の洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽の略回転中心に向けて吐出させる構成とし、前記駆動手段は、電動機と前記電動機に電流を供給するインバータ回路を有し、前記電動機は永久磁石と巻線を有し、前記インバータ回路は直流電源と、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子と制御回路を有し、前記高電位側スイッチング素子は、前記直流電源のプラス端子と前記電動機の入力端子の間に接続し、前記低電位側スイッチング素子は、前記直流電源のマイナス端子と前記電動機の入力端子の間に接続し、前記電動機は可動に設けた永久磁石の位置を検知する位置検知手段を有し、前記電動機は３相であり、前記制御回路は導通比制御手段を有し、前記制御回路は前記位置検知手段からの信号を入力し、前記各スイッチング素子を順次電気角１２０度ずつ通電期間とし、前記通電期間中には低電位側スイッチング素子はオン状態とし、高電位側スイッチング素子は、前記導通比制御手段から出力される導通比率でオンオフ動作を行い、前記導通比制御手段は導通比率を電気角６０度より短い期間で変化させる洗濯機。
【請求項２】
１２０度の通電期間の内の前半の電気角６０度は導通比制御手段から出力される導通比率でオンオフ動作を行い、後半の電気角６０度は各スイッチング素子はオン状態に保ち、前記導通比制御手段は導通比率を前半の電気角６０度内で変化させる請求項１に記載の洗濯機。
【請求項３】
制御回路は、各スイッチング素子の通電期間を、位置検知手段から入力される信号に対して、所定の位相角進めて動作する請求項１または２に記載の洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭などにおいて使用される洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術におけるこの種の洗濯機の構成図を図１３に示す。
【０００３】
図１３に示すように、洗濯兼脱水槽１は、内壁面に多数の小穴を有し、底面に撹拌翼２を回転自在に配置し、洗濯兼脱水槽１の外側に水受け槽３を設けている。水受け槽３の底面には、洗濯兼脱水槽１と撹拌翼２を駆動する駆動手段４を取り付け、駆動手段４の切り替えを行うクラッチ装置５を介して、洗濯兼脱水槽１または撹拌翼２を駆動するよう構成している。
【０００４】
また、水受け槽３は外枠６にサスペンション７を介して防振支持している。洗濯兼脱水槽１の内壁に水路カバー８を固定して循環水路９を形成し、この循環水路９は撹拌翼２の裏面に一体に設けた下側羽根１０外周に形成したポンプ室１１と洗濯兼脱水槽１の上部のリントフィルター１２との間を連結している。
【０００５】
洗濯兼脱水槽１の上部には、液体を内封した流体バランサー１３を固定している。水受け槽３の上面は水受け槽カバー１４によって覆われている。ここで、水受け槽３と水受け槽カバー１４との間は、パッキング（図示せず）等を介在させて、水密性を確保している。この水受け槽カバー１４の下面に、洗濯兼脱水槽１の略回転中心に向けて、整流部材１５を設けている。
【０００６】
排水弁１６は水受け槽３内の洗濯水を排水するものであり、給水弁１７は水受け槽３内に給水するものである。制御装置１８は駆動手段４、排水弁１６、給水弁１７などの動作を制御し、洗い、すすぎ、脱水の一連の行程を逐次制御する。
【０００７】
そして、傷みやすい洗濯物を洗濯するときは、洗い、すすぎの各行程で、洗濯兼脱水槽１を、たとえば、１５０ｒｐｍで回転駆動し、この洗濯兼脱水槽１を回転駆動することによるポンプ作用で、洗濯兼脱水槽１と水受け槽３の間の洗濯液を洗濯兼脱水槽１と水受け槽カバー１４の間から洗濯兼脱水槽１の略回転中心に向けて吐出させる構成としている。
【０００８】
駆動手段４の回路図を、図１４に示している。
【０００９】
図１４においては、電動機２０は、巻線２１、２２、２３を三相として、可動自在に設けられた永久磁石２４、２５を有している。
【００１０】
直流電源２６は、１００Ｖ６０Ｈｚの交流電源２７、チョークコイル２８、整流回路２９から成り立っており、整流回路２９は、４本のダイオード３０、３１、３２、３３をブリッジ接続した全波整流のものを使用している。
【００１１】
直流電源２６の出力には、３相６石のインバータ回路３４が接続され、インバータ回路３４の入力端子間には電解式のコンデンサ３５が接続されている。
【００１２】
インバータ回路３４は、３相に対応し、３つのハーフブリッジインバータ回路３６、３７、３８が設けられており、それぞれのハーフブリッジインバータ回路は、いずれも２個のスイッチング素子を直列に接続して構成している。
【００１３】
すなわち、ハーフブリッジインバータ回路３６は、スイッチング素子４０、４１の直列回路により構成し、ハーフブリッジインバータ回路３７は、スイッチング素子４２、４３の直列回路により構成し、ハーフブリッジインバータ回路３８は、スイッチング素子４４、４５の直列回路により構成している。
【００１４】
なお、スイッチング素子４０、４１、４２、４３、４４、４５は、いずれもＩＧＢＴおよび、これと逆並列に接続したダイオードにより構成しているものとなっている。
【００１５】
それらのダイオードは、すべてスイッチング素子４０、４１、４２、４３、４４、４５の切り換え直後に逆方向の電流を通過させるものとなっている。
【００１６】
電動機１の巻線２１、２２、２３は、スター結線と呼ばれる接続となっており、各巻線の一端子は、入力端子４６、４７、４８となり、それぞれハーフブリッジインバータ回路３６、３７、３８の出力、すなわち直列に接続されたスイッチング素子同士の接続点に接続されている。
【００１７】
制御回路４９は、スイッチング素子４０、４１、４２、４３、４４、４５の各ゲート端子に接続されており、それぞれのスイッチング素子のオンオフを制御するものとなっている。
【００１８】
また、電動機２０内に設けたホールＩＣ５０、５１、５２は位置検知手段を構成しており、永久磁石２４、２５の回転により、対抗する磁極がＮ極かＳ極かを検知して、それによってハイとローの論理信号を制御回路４９に出力するものである。
【００１９】
以上の構成において、図１５〜図１７を参照しながら駆動手段の部分の動作の説明を行う。
【００２０】
図１５において、（ア）はホールＩＣ５０の出力電圧波形、（イ）はホールＩＣ５１の出力電圧波形、（ウ）はホールＩＣ５２の出力電圧波形である。
【００２１】
図１６において、（ア）はスイッチング素子４０のゲート電圧波形、（イ）はスイッチング素子４１のゲート電圧波形、（ウ）はスイッチング素子４２のゲート電圧波形、（エ）はスイッチング素子４３のゲート電圧波形、（オ）はスイッチング素子４４のゲート電圧波形、（カ）はスイッチング素子４５のゲート電圧波形である。
【００２２】
図１７において、（ア）は巻線２１に流れる電流波形、（イ）は巻線２２に流れる電流波形、（ウ）は巻線２３に流れる電流波形である。
【００２３】
これらの動作波形図に示されている動作は、一般によく知られている１２０度通電と呼ばれるものであり、ホールＩＣ３２、３３、３４から信号が制御回路４９に入力されると、スイッチング素子４０、４１、４２、４３、４４、４５が制御回路４９からの信号により、所定電気角（６０度）毎に順序よくオンオフして、巻線２１、２２、２３に電流が供給され、その結果永久磁石２４、２５にフレミングの左手の法則による力（トルク）が作用し、電動機として動作するものとなるものである。
【００２４】
洗濯機としての動作を説明すると、洗濯兼脱水槽内１に洗濯物を入れ、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽１を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽３の内面を洗濯液が整流リブ５３により整流される。
【００２５】
図１８は、水受け槽３の底部内面の詳細構成を示す図であり、整流リブ５３の一例が示されている。
【００２６】
整流リブ５３による整流作用により、より多くせり上がる動きが発生し、回転する洗濯兼脱水槽１に連動して回転する洗濯液の液層から、整流部材１５によって分離して洗濯兼脱水槽１と水受け槽カバー１４の間から洗濯兼脱水槽内１の略回転中心に向けて吐出させることができる。
【００２７】
したがって、洗濯兼脱水槽１内の洗濯物の質あるいは量に関係なく、洗濯液を安定して、なおかつバランスよく、洗濯兼脱水槽１の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができ、洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の技術においては、特に駆動手段４の動作に関して、例えばｔ１において、スイッチング素子４４がオンしても、巻線２３のインダクタンスがあり、また一定の導通比でスイッチング素子４４がオンされるため、巻線２３に流れる電流は、すぐには大きくならず、徐々に増加していくものとなる。
【００２９】
また、ｔ３において、スイッチング素子４４がオフしても、やはり巻線２３のインダクタンスの作用により、電流はすぐには零とならず、徐々に減少してものとなり、その間にはスイッチング素子４５の内部にある逆導通のダイオードを通ることになる。
【００３０】
従って、各スイッチング素子４０、４１、４２、４３、４４、４５は、制御回路４９によってホールＩＣ５０、５１、５２からの信号のエッジが生じた直後にオンオフが切り換えられるが、電動機２０の巻線２１、２２、２３は、一般にインダクタンスを有していることから、各巻線に流れる電流は、スイッチング素子の切り換えタイミングに対して遅れた位相となる。
【００３１】
このように、従来の技術の洗濯機は、電動機２０内の各巻線の電流の立ち上がりおよび立ち下がりが遅いことから、各巻線電流の位相が遅れる傾向があった。
【００３２】
しかるに、一般に永久磁石を用いた非突極機においては、ベクトル的には永久磁石の磁束（界磁）と巻線電流が直交している状態において、最も巻線電流に対する発生トルクが大きくなるものであることから、上記のような電流位相の遅れが有る場合には、その分だけ電流当たりのトルク発生が減少してしまい、同一損失では出力の減少、同一出力では銅損の増加となるものであった。
【００３３】
また、同一出力においては、巻線電流の増加によって、電動機内の磁路の磁束密度も大きくなる傾向もあった。
【００３４】
従来の技術においては、加えてさらに、例えばｔ２においては、スイッチング素子４３がオフとなり、代わりにスイッチング素子４１がオンされるが、その直後の巻線２１の電流についても、巻線２１のインダクタンスの作用と、スイッチング素子４４の導通比が一定であることから、増加速度が小となり、その結果巻線２３に流れる電流の波形は、ｔ２の直後にてかなりの凹となるものとなる。
【００３５】
この様な電流波形の凹の期間においては、永久磁石との間で電磁力を発生する作用が減少することから、やはり効果的なトルクの発生ができないものとなっていた。
【００３６】
以上のような、電流の位相遅れと、凹の期間の存在により、従来の技術の駆動手段は、効率が低いため、洗濯機としても消費される電気エネルギーが大となるという課題を有しているものとなっていた。
【００３７】
本発明は、上記課題を解決するためのものであって、電流位相の遅れを小とし、また電流波形の凹も小とすることにより、巻線電流を能率よくトルクに変換し、効率の高い駆動手段とすることにより、消費される電気エネルギーを小とすることを実現するものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、水受け槽内に回転自在に配設した洗濯兼脱水槽と、前記洗濯兼脱水槽を駆動する駆動手段と、前記水受け槽の上方を覆う水受け槽カバーとを備え、前記洗濯兼脱水槽を回転駆動することによるポンプ作用によって、前記洗濯兼脱水槽と水受け槽の間の洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽の略回転中心に向けて吐出させる構成とし、前記駆動手段は、電動機と前記電動機に電流を供給するインバータ回路を有し、前記電動機は永久磁石と巻線を有し、前記インバータ回路は直流電源と、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子と制御回路を有し、前記高電位側スイッチング素子は、前記直流電源のプラス端子と前記電動機の入力端子の間に接続し、前記低電位側スイッチング素子は、前記直流電源のマイナス端子と前記電動機の入力端子の間に接続し、前記電動機は可動に設けた永久磁石の位置を検知する位置検知手段を有し、前記電動機は３相であり、前記制御回路は導通比制御手段を有し、前記制御回路は前記位置検知手段からの信号を入力し、前記各スイッチング素子を順次電気角１２０度ずつ通電期間とし、前記通電期間中には低電位側スイッチング素子はオン状態とし、高電位側スイッチング素子は、前記導通比制御手段から出力される導通比率でオンオフ動作を行い、前記導通比制御手段は導通比率を電気角６０度より短い期間で変化させるものとしたものであり、洗濯兼脱水槽内に洗濯物を入れ、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面をせり上がる動きが発生し、洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができ、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができ、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【００３９】
また請求項２は、請求項１記載の洗濯機を、１２０度の通電期間の内の前半の電気角６０度は導通比制御手段から出力される導通比率でオンオフ動作を行い、後半の電気角６０度は各スイッチング素子はオン状態に保ち、前記導通比制御手段は導通比率を前半の電気角６０度内で変化させる構成としたものであり、洗濯兼脱水槽内に洗濯物を入れ、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面をせり上がる動きが発生し、洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができ、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができ、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、騒音が低く、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【００４０】
また請求項３は、請求項１あるいは請求項２のいずれか１項記載の洗濯機の制御回路を、各スイッチング素子の通電期間を、位置検知手段から入力される信号に対して、所定の位相角進めて動作する構成としたものであり、洗濯兼脱水槽内に洗濯物を入れ、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面をせり上がる動きが発生し、洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができ、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができ、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【００４１】
【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。
【００４２】
（実施例１）
図１は、実施例１の洗濯機における断面図である。
【００４３】
図１に示すように、洗濯兼脱水槽６０は、内壁面に多数の小穴を有し、底面に撹拌翼６１を回転自在に配置し、この洗濯兼脱水槽６０の外側に水受け槽６２を設けている。水受け槽６２の底面には、洗濯兼脱水槽６０と撹拌翼６１を駆動する駆動手段６３を取り付け、駆動部６３の切り替えを行うクラッチ装置６４を介して、洗濯兼脱水槽６０または撹拌翼６１を駆動するよう構成している。
【００４４】
また、水受け槽６２は外枠６５にサスペンション６６を介して防振支持している。洗濯兼脱水槽６０の内壁に水路カバー６７を固定して循環水路６８を形成し、この循環水路６８は撹拌翼６１の裏面に一体に設けた下側羽根６９外周に形成したポンプ室７０と洗濯兼脱水槽２０の上部のリントフィルター７１との間を連結している。
【００４５】
洗濯兼脱水槽１の上部には、液体を内封した流体バランサー７２を固定している。水受け槽６２の上面は水受け槽カバー７３によって覆われている。ここで、水受け槽６２と水受け槽カバー７３との間は、パッキング（図示せず）を介在させて、水密性を確保している。この水受け槽カバー７３の下面に、洗濯兼脱水槽６０の略回転中心に向けて、整流部材７４を設けている。
【００４６】
排水弁７６は水受け槽６２内の洗濯水を排水するものであり、給水弁７７は水受け槽６２内に給水するものである。制御装置７８は駆動手段、排水弁７６、給水弁７７などの動作を制御し、洗い、すすぎ、脱水の一連の行程を逐次制御する。
【００４７】
そして、傷みやすい洗濯物を洗濯するときは、洗い、すすぎの各行程で、洗濯兼脱水槽６０を、１５０ｒｐｍで回転駆動し、この洗濯兼脱水槽６０を回転駆動することによるポンプ作用で、洗濯兼脱水槽６０と水受け槽６２の間の洗濯液を洗濯兼脱水槽６０と水受け槽カバー７３の間から洗濯兼脱水槽６０の略回転中心に向けて吐出させる構成としている。
【００４８】
上記構成において動作を説明すると、洗濯兼脱水槽内６０に洗濯物を入れ、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽６０を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽６２の内面を洗濯液が整流リブ７５（従来の技術に示した図１８と同等の構成）により整流され、より多くせり上がる動きが発生し、回転する洗濯兼脱水槽６０に連動して回転する洗濯液の液層から、整流部材７４によって分離して洗濯兼脱水槽６０と水受け槽カバー７３の間から洗濯兼脱水槽内６０の略回転中心に向けて吐出させることができる。
【００４９】
したがって、洗濯兼脱水槽６０内の洗濯物の質あるいは量に関係なく、また製造時に洗濯兼脱水槽６０の回転中心が水受け槽６２に対して偏芯、あるいは軸ずれが発生し、水受け槽カバー７３と流体バランサー７２の間隔が不均一になっても、洗濯液を安定して、なおかつバランスよく、洗濯兼脱水槽６０の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができる。そして、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【００５０】
図２は実施例１における駆動手段６３の回路図である。
【００５１】
図２においては、電動機８０は、永久磁石８１、８２と、三相の巻線８３、８４、８５を有し、入力端子８６、８７、８８を有している。
【００５２】
永久磁石８１は外側にＮ極、永久磁石８２は外側にＳ極が出るようにして、回転自在に設けられている。
【００５３】
またホールＩＣ８９、９０、９１は、永久磁石８１、８２の極性を検知することによって、位置を検知するために設けられたもので、位置検知手段を構成しているものとなっている。
【００５４】
インバータ回路９２は、直流電源９３、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９、各スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路１００により構成され、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９はいずれも絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）と、そのコレクタ・エミッタ間に接続された逆導通ダイオードによって実現したものを使用している。
【００５５】
直流電源９３は、交流電源１０１、チョークコイル１０２、ダイオード１０３、１０４、１０５、１０６、電解式のコンデンサ１０７で構成している。
【００５６】
制御回路１００は、論理回路１０８、１５．６２５キロヘルツの三角波の電圧波形を発生する三角波発生回路１０９、基準電圧発生回路１１０、コンパレータ１１１、ＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４によって構成された導通比制御手段１１５を有している。
【００５７】
論理回路１０８は、ホールＩＣ８９、９０、９１の出力信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の論理の組み合わせに応じて、各スイッチング素子へ順次電気角１２０度の通電期間のハイ信号を出力するものである。
【００５８】
基準電圧発生回路１１０は、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の論理の組み合わせが変化するタイミング、すなわちエッジの周期に同期したアナログ電圧信号を出力するもので、コンパレータ１１１の出力は、キャリア周波数１５．６２５キロヘルツで、基準電圧発生回路１１０の出力電圧の瞬時値に応じたデューティレシオを持った信号が出力されるものとなっている。
【００５９】
低電位側スイッチング素子９４、９５、９６については、論理回路１０８出力が、そのままゲート信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮとして出力されるため、電気角１２０度期間ずっとオンとされるが、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６については、オン信号期間中にＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４によって導通比に応じたパルス幅変調（ＰＷＭ）が施された信号がゲート信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰとしてオンオフ制御に反映されるものとなる。
【００６０】
かつ、基準電圧発生回路１１０の出力電圧が電気角１２０度内で変化されることにより、前記導通比制御手段は導通比率を電気角１２０度内で変化させるという動作が行われるものとなっているものである。
【００６１】
図３は、実施例１における駆動手段６３のホールＩＣ８９、９０、９１の出力信号の波形図で、（ア）はホールＩＣ８９の出力Ｓ１、（イ）はホールＩＣ９０の出力Ｓ２、（ウ）はホールＩＣ９１の出力Ｓ３の出力電圧波形を示しているものである。
【００６２】
本実施例では、例に示した回転方向に対する、３相の相順をＳ３、Ｓ２、Ｓ１としており、Ｓ２はＳ１に対して電気角１２０度進んだ波形、Ｓ３はＳ２に対して電気角１２０度進んだ波形となっている。
【００６３】
そして、電気角６０度毎にＳ１、Ｓ２、Ｓ３の内のいずれか一つの信号の論理が変化していることから、ホールＩＣ８９、９０、９１の出力論理は、電気角６０度毎に順次変化するものとなっている。
【００６４】
図４は、実施例１のインバータ装置の制御回路１００の各出力信号の電圧波形と、基準電圧発生回路１１０の出力電圧波形を示したもので、（ア）はＵＰ、（イ）はＶＰ、（ウ）はＷＰ、（エ）はＵＮ、（オ）はＶＮ、（カ）はＷＮ、（キ）は基準電圧発生回路１１０の出力電圧波形を示している。
【００６５】
実施例１では、ＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４の作用によって、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６のゲート信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰにはパルス幅変調がかかり、しかも（キ）に示しているように、本実施例においては、基準電圧発生回路１１０は電気角６０度毎に発生するホールＩＣ８９、９０、９１の出力論理の組み合わせが変化するタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・から電気角２０度に相当する期間は、導通比１００％とし、それ以降は導通比５５％とする信号を出力している。
【００６６】
したがって、（ア）、（イ）、（ウ）に示されているように、高電位側スイッチング素子５０、５１、５２のゲート波形は、ｔ１からｔ５の電気角２４０度の期間は論理回路１０８のオフ信号によってオフされ、ｔ５からｔ７の電気角１２０度の期間は論理回路１０８の主力はオン信号であるが、導通比制御手段１１５の作用によって、ｔ５からの電気角２０度の期間とｔ６からの電気角２０度の期間については、導通比率が１００％となり、その他の期間は５５％の導通比率となる。
【００６７】
図５は、実施例１のインバータ装置の巻線８３に流れる電流波形を示しているものである。
【００６８】
Ｕ相の巻線８３の電流は、ｔ５にて高電位側スイッチング素子９４がオン期間になった時点で正方向に流れ始めるが、特に実施例１においては、ｔ５から電気角２０度に相当する期間の導通比率が１００％となっていることから、電流の立ち上がりの傾斜が大となり、電気角２０度以降においては導通比率が低下するため傾斜は小となる。
【００６９】
また、ｔ６においては、低電位側スイッチング素子９９から低電位側スイッチング素子９８への切り換えが行われるが、やはりその直後においては、Ｖ相の巻線８４の電流の増加が実施例１のように最初の電気角２０度の期間にて大となることから、速やかに当該巻線の電流の立ち上がりがなされ、結果として、ｔ６直後の電流波形の凹が従来の技術に比較して少なくてすむものとなる。
【００７０】
なお、これらの導通比率の設定に関しては、電流波形の改善効果が十分得られる範囲で自由に設定されるものである。
【００７１】
従って、同一のピーク電流の条件下で、実施例１では従来の技術に比して、平均電流を大きく供給することができ、また電流波形は巻線の誘導起電力波形に近づけることができるものとなることから、巻線のインダクタンスによる電流の位相遅れと、凹の改善がなされ、効率的にも改善が図られたものとすることができる。
【００７２】
（実施例２）
図６は、実施例１に対して、電動機８０をより高性能とした実施例２における電動機１２０の構成図を示している。
【００７３】
図６において、駆動手段１２０は、固定子１３０と回転子１３１によって構成されており、固定子１３０は珪素鋼板を２０ｍｍの厚さに積層して構成した鉄心１３２のティース（歯）部分にコイル１３３ａ〜ｌを設けて構成しており、直径は１８０ｍｍである。
【００７４】
回転子１３１は、磁路の一部であるバックヨークとして動作する鉄板をプレスして形成したカップ状の鉄心１３５と鉄心１３５の表面に接着したパラレル配向のフェライト磁石を使用した永久磁石１３４ａ〜ｈ、出力軸１３６を有していて直径は１０８ｍｍである。
【００７５】
本実施例においては、永久磁石１３４ａ、１３４ｃ、１３４ｅ、１３４ｇについては、外側にＮ極がくるように着磁がなされており、永久磁石１３４ｂ、１３４ｄ、１３４ｆ、１３４ｈについては、外側にＳ極がくるように着磁がなされている。
【００７６】
またホールＩＣ１３７、１３８、１３９を設けている。
【００７７】
本実施例では、ホールＩＣ１３７、１３８、１３９は、いずれも対向する永久磁石の表面がＳ極である場合にはハイの出力を、Ｎ極である場合にはローを出力するように構成している。
【００７８】
なお、必要であれば、遠心力により永久磁石１３４ａ〜ｈが飛び散ることを防ぐために、例えば熱収縮性のある樹脂チューブなどを回転子７９に付加してもよく、また非磁性ステンレスの管を最外部に設け、堅牢な構成を実現したものであってもよい。
【００７９】
また、本実施例においては、固定子１３０を外側に、回転子１３１を内側に配したインナーロータ構成としているが、特にこのような構成にこだわるものではなく、反対に回転子を固定子の外側に設けたアウターロータ構成としてもよい。
【００８０】
また、本実施例においては、固定子１３０と回転子１３１とのギャップは均一になるように、各永久磁石の表面と裏面は同心円筒の一部となる形状としているが、これを磁極の端部でギャップが大となるように各永久磁石の形状を変え、コギングを小とすると、運転中の騒音が低減できるものとなり、電気洗濯機として例えば早朝や深夜などにも洗濯ができるという高品位なものが得られる。
【００８１】
図７は、コイル１３３ａ〜ｌの結線を示したものであり、図９に示すように、４つずつの巻線を直列に接続することにより、巻線１４０、１４１、１４２が構成されている。図９において、各巻線の黒丸印は極性を示すものであり、各巻線の黒丸印がついている方から電流を流した場合に、各ティースの内側（回転子側）の面にＮ極が発生するように巻いて設けられている。
【００８２】
以上のようにして、本実施例の電動機１２０は、８極１２スロットの構成としているが、特にこの構成に限定されるものではなく、他の極数、スロット数であってもよい。
【００８３】
この電動機１２０は、コイル１３３ａ〜ｌの巻き数をすべて３００ターンとすることにより、インバータ回路９２の入力の直流電圧が、無負荷状態で２８０ボルトである場合に、出力軸１３６に直結された洗濯兼脱水槽１を、毎分８８０回転の速度で駆動して８ｋｇの衣類を脱水することができるものとしている。
【００８４】
これに対して、洗濯兼脱水槽６０を回転させる洗濯時においては、やはり出力軸１３６に直結された洗濯兼脱水槽６０を毎分１５０回転で回転駆動させるものとなっており、この時の必要トルクは、４．７５Ｎｍという大きな値となる。
【００８５】
ちなみに、撹拌翼６１を回転駆動する場合には、クラッチ６４の内部での機構的な切換動作が行われて、減速作用が付加されることから、電動機１２０の速度は、撹拌翼６１の速度の６倍となり、同時に電動機１２０の出力トルクは撹拌翼６１の１／６となる。
【００８６】
よって、撹拌翼６１は毎分１５０回転で駆動される物であることから、電動機１２０は毎分９００回転で駆動されることになる。
【００８７】
以上の構成をとっていることにより、撹拌翼６１に大きな負荷がかかっても、電動機１２０が出力するトルクは、せいぜい５Ｎｍ以下で収まるものとなり、電動機１２０の必要となるトルクが最大でも５Ｎｍ程度にて十分なものとなる。
【００８８】
よって、電動機１２０が小型のものであっても、十分実用となり、小型で低コストの洗濯機が実現できるものとなっている。
【００８９】
また、洗濯兼脱水槽６０を回転駆動して洗濯を行う動作は、脱水の動作とクラッチ６４が同等の状態となるので、排水弁３６に設けたアクチュエータの開閉状態を変えるだけで実現することができ、したがってクラッチ６４の構成も比較的簡単なもので済ませられるという利点がある。
【００９０】
そして、電動機１２０によって洗濯兼脱水槽６０が、直結にて回転されて行われる洗濯動作では、速度が毎分１５０回転とかなり低い上にトルクが４．７５Ｎｍとかなり大きいことから、電動機１２０の銅損が取り分け大きくなり、電動機１２０の効率が低くなるという傾向があるが、それに対して本発明の特徴である電動機に供給される電流の波形が改善され、同一動作条件でも電流の実効値が小さくて済むものとなり、効率が維持できるものとなる。
【００９１】
発明者らによる実験によれば、毎分１５０回転、トルク４．７５Ｎｍの条件で洗濯兼脱水槽６０が回転して洗濯が行われる状態において、従来の技術では電動機２３の効率は３９．５％であったが、本実施例では導通比制御手段１１５の作用により、電動機８０に供給される電流の波形改善がなされ、同一負荷条件での電流の実効値が低下し、その結果効率が４０．２％に向上し、洗濯機の入力電力は、２１１Ｗから４Ｗ低減されて、２０７Ｗとなった。
【００９２】
すなわち、上記負荷条件において電動機８０の損失の９割以上を占める銅損について、電流の実効値の低減による損失低減がなされて、省エネルギーが図られるようになったものであり、さらにピーク電流値も８％低減されたことから、各スイッチング素子に流れる電流値のピーク値が減少するものとなった。
【００９３】
したがって、それによるコスト低減、小形化、軽量化、あるいは信頼性の向上なども図られるものとなる。
【００９４】
実施例２の電動機１５０は、各コイルがティース部分に集中して巻かれていることから、コイル間の相互の重なり（オーバーラップ）がない構成となっているため、コイルを構成するためのエナメル線などは、絶縁しやすくなり、絶縁構造の簡略化によるコスト低減ができるほか、固定子１３０をティース毎に分割して各コイルを巻いた後に、円形に組み合わせて完成させることもでき、スロット内の銅量の比率（銅の占積率）を高めることも可能となり、必要となる線の長さも削減できることとの相乗効果により、高効率化が可能となる。
【００９５】
ただし、実施例２に示した８極１２スロット（１２コイル）の様に、極数とスロット数（コイル数）の比が２対３となり、一つのコイルの電気角は１２０度となる。
【００９６】
したがって、もし使用される永久磁石１３４ａ〜ｈが一様に着磁されている場合には、各巻線に発生する誘導起電力は波形は、１２０度期間の一定値の誘導起電力が発生した後、６０度期間はほぼ零となることになる。
【００９７】
一般に、電動機が発生する動力出力（トルク）は、各巻線に発生する誘導起電力と流れる電流値の積を合計したものとなり、巻線電流の実効値に対する動力出力を最大とするためには、電流波形は誘導起電力波形と等しくなる。
【００９８】
したがって、実施例２のような構造として、極数とコイル数の比を２対３とした場合、電気角１２０度の通電期間を用い、その通電期間に供給される電流を、なるべく誘導起電力のタイミングに合わせるということが有効であり、各巻線のインダクタンスによる電流の遅れを補正して、同相とし、また電流波形も誘導電力波形に近づけることが、電動機の効率向上に大きな効果をもたらすものとなる。
【００９９】
（実施例３）
図８は、実施例３における駆動手段６３の回路図を示している。
【０１００】
図８においては、電動機８０の構成については実施例１と全くの同様であり、インバータ回路１５０の構成においては、実施例１において用いられていたＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４が排除されている代わりとして、ＡＮＤ回路１５１、１５２、１５３が設けられていて、かつそれらが低電位側スイッチング素子９７、９８、９９のゲート側となっている点が実施例１の場合とは異なり、他の部分においては同等の構成を施されたものとなっているものである。
【０１０１】
図９は、実施例２の駆動手段６３の制御回路１００の各出力信号の電圧波形と、基準電圧発生回路の出力電圧波形を示したもので、（ア）はＵＰ、（イ）はＶＰ、（ウ）はＷＰ、（エ）はＵＮ、（オ）はＶＮ、（カ）はＷＮ、（キ）は基準電圧発生回路６７の出力電圧波形を示している。
【０１０２】
実施例３では、ＡＮＤ回路１５１、１５２、１５３の作用によって、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９のゲート信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮにはパルス幅変調がかかり、しかも（キ）に示しているように、本実施例においては、基準電圧発生回路１１０は電気角６０度毎に発生するホールＩＣ８９、９０、９１の出力論理の組み合わせが変化するタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・から電気角１４度に相当する期間は、導通比５０％とし、それ以降は導通比３５％とする信号を出力している。
【０１０３】
したがって、（ア）、（イ）、（ウ）に示されているように、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９のゲート波形は、ｔ１からｔ５の電気角２４０度の期間は論理回路１０８のオフ信号によってオフされ、ｔ５からｔ７の電気角１２０度の期間は論理回路１０８の主力はオン信号であるが、導通比制御手段１１５の作用によって、ｔ５からの電気角１４度の期間とｔ６からの電気角１４度の期間については、導通比率が５０％となり、その他の期間は３５％の導通比率となる。
【０１０４】
（実施例４）
図１０は、実施例３における駆動手段６３の回路図を示している。
【０１０５】
図１０においては、電動機８０の構成については、実施例１とやはり全くの同様でありながら、インバータ回路１６０の構成においては、まずＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４が実施例１と同様に設けられた状態であるのに加えて、ＡＮＤ回路１５１、１５２、１５３が追加して設けられているものとなっている。
【０１０６】
ＮＡＮＤ回路１６１、１６２およびＮＯＴ回路１６３は、いずれもロジック回路であり、ＰＮ端子の出力がハイである場合には、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９をＰＷＭし、ＰＮ端子の出力がローである場合には、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６をＰＷＭする作用が行われる。
【０１０７】
またＰＮ端子は、各ＡＮＤ回路への信号と同期して、電気角６０度毎にハイとローが交代されて出力されるものとなっている。
【０１０８】
また、論理回路１６４は、実施例１および実施例２よりも、ホールＩＣ８９、９０、９１の信号から、電気角１１度進んだ位相での出力がなされるものとなっており、現実にはタイマーによる前の信号からの遅延時間を、所定電気角に相当する値として設定する構成とした上、前記タイマーが設定時間に達した瞬間に、次にくる信号の論理に対応させた出力を先行して行わせているものとなっている。
【０１０９】
図１１は、実施例４のホールＩＣ８９、９０、９１の出力論理、および制御回路１６５の各出力信号の電圧波形と、基準電圧発生回路１１０の出力電圧波形を示したもので、（エ）はＵＰ、（オ）はＶＰ、（カ）はＷＰ、（キ）はＵＮ、（ク）はＶＮ、（ケ）はＷＮ、（コ）は基準電圧発生回路１１０の出力電圧波形を示している。
【０１１０】
実施例４では、ＡＮＤ回路１１２、１１３、１１４、１５１、１５２、１５３の作用によって、高電位側スイッチング素子９４、９５、９６のゲート信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰと、低電位側スイッチング素子９７、９８、９９のゲート信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮにはすべて通電期間１２０度の内の前半の電気角６０度の期間にパルス幅変調がかかり、しかも（コ）に示しているように、本実施例においては、基準電圧発生回路１１０は電気角６０度毎に発生するホールＩＣ８９、９０、９１の出力論理の組み合わせが変化するタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３・・・・から電気角１２度に相当する期間は、導通比５０％から３５％へと時間と共に減少させ、電気角１２度以降は導通比３５％の一定とする信号を出力している。
【０１１１】
したがって、（エ）〜（ケ）に示されている各スイッチング素子９７、９８、９９のゲート波形は、電気角２４０度の期間は論理回路１６４のオフ信号によってオフされ、電気角１２０度の通電期間は論理回路１６４の主力はオン信号であるが、導通比制御手段１１５の作用によって、通電期間の開始から電気角１２度までの期間については、導通比率が５０％から３５％にまで時間とともに減少し、その後電気角６０度までの期間は３５％の一定の導通比率となり、電気角６０度から１２０度の期間には完全にオンの期間となる。
【０１１２】
図１２（ア）は、実施例４のインバータ装置の巻線８３に流れる電流波形を実線にて示し、従来の技術の電流波形を破線で示し、比較しているものである。
【０１１３】
Ｕ相の巻線８３の電流は、ｔ５に対して電気角２２度先んじて、高電位側スイッチング素子９４がオン期間になって正方向に流れ始めるものとなり、それ以降も実施例１よりも電気角２２度進んだタイミングで波形が発生するようになることから、インダクタンスによる遅れについては、その影響をほぼ完全になくすことができる。
【０１１４】
特に本実施例においては、各スイッチング素子は、１２０度の通電期間の前半６０度を導通比率でオンオフし、その後の６０度についてはオン状態を保つ制御を行っていることから、各スイッチング素子の切り替わり時に、巻線８４、８５、８６に蓄えられた磁気エネルギーによって生ずる直流電源１０７への回生電流を抑えることができ、これによって電動機８０の各相の電圧の跳ね上がりおよび電流波形の時間的変化率（ｄＩ／ｄｔ）を抑えることができ、それによって装置の騒音低減が可能となる。
【０１１５】
また、（イ）は、本実施例の電動機８０の永久磁石８１、８２によって巻線８３に発生する誘導起電力を示しているが、（ア）と（イ）を比較してわかるように、本実施例では進んだ位相でオンオフ信号を出していることによって、誘導起電力波形にかなり近い電流波形が供給されているものとなる。
【０１１６】
このことは、高い誘導起電力が生じている期間により大きな電流が供給されていることとなり、これによって能率的にトルク、もしくは機械出力が発生できるものであることがわかる。
【０１１７】
なお、本実施例では電動機８０は２極としているが、実施例２に示した８極の構成としてもよい。
【０１１８】
実施例４において、電動機８０の代わりに実施例２の電動機１２０を使用した場合、発明者らによる実験では、毎分１５０回転、トルク４．７５Ｎｍの条件で洗濯兼脱水槽６０が回転して洗濯が行われる状態において、従来の技術では電動機２３の効率は３９．５％であったが、本実施例では導通比制御手段１１５の作用により、電動機８０に供給される電流の波形改善がなされ、同一負荷条件での電流の実効値が低下し、その結果効率が４４．２％に向上し、洗濯機の入力電力は、２１１Ｗから２２Ｗ低減されて、１８９Ｗとなった。
【０１１９】
すなわち、上記負荷条件において電動機８０の損失の９割以上を占める銅損について、電流の実効値の低減による損失低減がなされて、省エネルギーが図られるようになったものであり、さらにピーク電流値も１９％低減されたことから、各スイッチング素子に流れる電流値のピーク値が減少するものとなった。
【０１２０】
したがって、それによるコスト低減、小形化、軽量化、あるいは信頼性の向上なども図られるものとなる。
【０１２１】
なお、実施例１〜実施例４では、位置検知手段としてホールＩＣを使用しているが、特にこのような磁気検知による位置検知を行うものとすることに限定がなされる訳ではなく、例えばスリットを設けた回転板に光を当てて、その透過や反射を受光素子によって検知する光学式のものや、電動機の端子電圧から誘導起電力波形を検知し、電圧比較器などによって永久磁石の極の位置を検知するいわゆるセンサレスと呼ばれるようなものなどあってもよい。
【０１２２】
特に、３相のそれぞれの電動機端子について、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子が共にオフとなる期間が、電気角で６０度存在することから、その期間において上記誘導起電力波形を良好に検知することができることから、位置検知の性能も良好なものが確保できるという効果もある。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の発明によれば、水受け槽内に回転自在に配設した洗濯兼脱水槽と、前記洗濯兼脱水槽を駆動する駆動手段と、前記水受け槽の上方を覆う水受け槽カバーとを備え、前記洗濯兼脱水槽を回転駆動することによるポンプ作用によって、前記洗濯兼脱水槽と水受け槽の間の洗濯液を洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽の略回転中心に向けて吐出させる構成とし、前記駆動手段は、電動機と前記電動機に電流を供給するインバータ回路を有し、前記電動機は永久磁石と巻線を有し、前記インバータ回路は直流電源と、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子と制御回路を有し、前記高電位側スイッチング素子は、前記直流電源のプラス端子と前記電動機の入力端子の間に接続し、前記低電位側スイッチング素子は、前記直流電源のマイナス端子と前記電動機の入力端子の間に接続し、前記電動機は可動に設けた永久磁石の位置を検知する位置検知手段を有し、前記電動機は３相であり、前記制御回路は導通比制御手段を有し、前記制御回路は前記位置検知手段からの信号を入力し、前記各スイッチング素子を順次電気角１２０度ずつ通電期間とし、前記通電期間中には低電位側スイッチング素子はオン状態とし、高電位側スイッチング素子は、前記導通比制御手段から出力される導通比率でオンオフ動作を行い、前記導通比制御手段は導通比率を電気角６０度より短い期間で変化させることにより、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面を洗濯液がせり上がる動きが発生し、回転する洗濯兼脱水槽に連動して洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができる。したがって、洗濯兼脱水槽内の洗濯物の質あるいは量に関係なく、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができる。
【０１２４】
そして、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【０１２５】
また請求項２に記載の発明は、特に請求項１記載の洗濯機を、１２０度の通電期間の内の前半の電気角６０度は導通比制御手段から出力される導通比率でオンオフ動作を行い、後半の電気角６０度は各スイッチング素子はオン状態に保ち、前記導通比制御手段は導通比率を前半の電気角６０度内で変化させる構成とすることにより、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面を洗濯液がせり上がる動きが発生し、回転する洗濯兼脱水槽に連動して洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができる。したがって、洗濯兼脱水槽内の洗濯物の質あるいは量に関係なく、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができる。
【０１２６】
そして、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また騒音が低く、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【０１２７】
また請求項３に記載の発明は、特に請求項１あるいは請求項２のいずれか１項記載の洗濯機の制御回路を、各スイッチング素子の通電期間を、位置検知手段から入力される信号に対して、所定の位相角進めて動作する構成とすることにより、洗濯液の中で洗濯兼脱水槽を回転させると、この回転による遠心力で水受け槽の内面を洗濯液がせり上がる動きが発生し、回転する洗濯兼脱水槽に連動して洗濯兼脱水槽と水受け槽カバーの間から洗濯兼脱水槽内の略回転中心に向けて吐出させることができる。したがって、洗濯兼脱水槽内の洗濯物の質あるいは量に関係なく、洗濯兼脱水槽の略回転中心に吐出し、洗濯物全体に洗濯液を循環させることができる。
【０１２８】
そして、特に駆動手段の電動機が効率良く動作するものとなることから、消費される電気エネルギーが少なく、かつ洗濯物を傷めたり、絡めたりすることなく、また、洗濯むらがなく洗濯することができるものとなる。
【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縦断面図
【図２】  同、駆動手段の回路図
【図３】  同、ホールＩＣ（位置検知手段）の動作波形図
【図４】  同、制御回路の動作波形図
【図５】  同、電動機の電流波形図
【図６】  同、電動機の構成図
【図７】  同、電動機の巻線の結線図
【図８】  実施例３における駆動手段の回路図
【図９】  同、制御回路の動作波形図
【図１０】  実施例４における駆動手段の回路図
【図１１】  同、制御回路の動作波形図
【図１２】  同、電動機の電流波形図
【図１３】  従来の洗濯機の縦断面図
【図１４】  同、駆動手段の回路図
【図１５】  同、ホールＩＣの出力波形図
【図１６】  同、各スイッチング素子従来の駆動波形図
【図１７】  同、電動機の電流波形図
【図１８】  従来の洗濯機の要部拡大図
【符号の説明】
６０  水受け槽内
６１  洗濯兼脱水槽
６３  駆動手段
７３  水受け槽カバー
８０、１２０  電動機
９２、１５０、１６０  インバータ回路
８１、８２、１３４ａ〜１３４ｈ  永久磁石
８３、８４、８５、１４０、１４１、１４２  巻線
９３  直流電源
９４、９５、９６  高電位側スイッチング素子
９７、９８、９９  低電位側スイッチング素子
１００、１６５  制御回路
８９、９０、９１  ホールＩＣ（位置検知手段）
１１５  導通比制御手段
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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