JP3142863B2 - 全自動洗濯機及び全自動洗濯乾燥機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は全自動洗濯機及び全自動洗濯乾燥機に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭58−155894号公報及び特公昭64
−9040号公報のように、前者は無刷子交流電動機により
駆動される洗濯機、後者は三相交流モータを周波数変換
装置を介して任意の回転数に設定できる可変速制御を特
徴とした洗濯機の駆動方式であり、いずれもインバータ
等の周波数可変装置でモータ回転数を制御するために、
駆動モータのギヤー切換えを不要としている。

しかし、少なくとも洗濯，脱水の工程は勿論である
が、洗濯，脱水さらに乾燥等の工程を１台の洗濯機で行
う場合には駆動用モータの回転数範囲が広いので、従来
のV/F（電圧／周波数）一定制御ではインバータの周波
数制御範囲が広くなる。この結果、各工程におけるモー
タの電圧と電流の関係に差異が生じる。すなわち、モー
タの回転数は乾燥工程が最も低く、次いで洗濯工程、最
も回転速度の大きいのが脱水工程である。このため、洗
濯工程時のモータ回転数に対して脱水工程時の回転数は
４〜６倍大きく、乾燥工程時のモータ回転数と脱水工程
時の回転数ではさらに回転数差が大きく、14〜16倍の差
異がある。

このため、１台のモータでギヤー切換を行なわない場
合には各工程でモータの印加電圧及び電流の値に大きな
差異が生じ、駆動モータが大きくなり問題となる。すな
わち、V/F一定制御インバータでは高速回転では周波数
が高くなると同時に電圧も高くなり、低速回転では周波
数が低くなると同時に電圧も低くなるから、回転数範囲
が広いとモータ電流に差異が生じ易い欠点があつた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術はブラシレスモータを駆動モータもしく
は三相誘導電動機をV/F一定制御インバータで駆動する
場合に洗濯，脱水あるいは乾燥等におけるパルセータや
バスケツトの回転をギヤーあるいはプーリ等の減速比を
変えられる減速機を用いないこと及び回転数範囲が広い
ために、各工程における所要入力の電圧と電流値の差異
が大きくなり、モータの小形化が困難であつた。

本発明の目的は、性能の良い全自動洗濯機及び全自動
洗濯乾燥機を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、洗い，脱水を
行い、ベクトル制御機能を有する可変周波数制御装置に
よりモータを駆動する全自動洗濯機であって、前記可変
周波数制御装置により、洗い時はモータ電圧を可変して
前記モータの回転数を制御し、脱水時は洗い時より弱め
界磁制御を行って前記モータの回転数を制御するように
したことを特徴とする。

〔作用〕

洗い，脱水を行い、ベクトル制御機能を有する可変周
波数制御装置によりモータを駆動する全自動洗濯機であ
って、前記可変周波数制御装置により、洗い時はモータ
電圧を可変して前記モータの回転数を制御し、脱水時は
洗い時より弱め界磁制御を行って前記モータの回転数を
制御することで、性能の良い全自動洗濯機及び全自動洗
濯乾燥機を提供することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面の一実施例にもとづいて説明す
る。第１図〜第４図は全自動洗濯乾燥機への実施例で、
第１図は、右側面から見た状態の内部構造説明図、第２
図はベクトル制御インバータで駆動する場合の基本構成
図、第３図は背面から見た状態の内部構造説明図、第４
図は第１図と異なる部分を右側面から見た状態の内部構
造説明図である。

図において、鋼板製で箱形の外枠１内には、吊棒２お
よび防振ばね３によつて回動ベース４が防振支持されて
いる。回動ベース４は、外槽６に可回転的に取り付けら
れている。回動ビーム５は、回動ベース４と同様、その
一端が外槽６に可回転的に取り付けられており、回動ビ
ーム５の他端は、後述する回動モータ機構に取り付けら
れている。外槽６内には、横断面形状がほぼ円形でしか
も、洗い槽，脱水槽，乾燥用ドラムを兼ねるバスケツト
７が設けられている。バスケツト７の上端には、バラン
スリング８が、超音波溶着等の手段により取り付けられ
ている。バスケツト７の内側壁には、バスケツト７を傾
けて乾燥をおこなう場合に布をかき上げる縦リブ状のリ
フター7aが複数個設けられており、また多数の縦溝7bが
設けられている。縦溝7bには、多数の脱水孔7cが設けら
れている。バスケツト７の内底中央には、パルセータ９
を回転自在に装着する凹部7dが設けられている。外槽６
の上端には、外槽６とバスケツト７との間に洗濯物が落
下するのを防止するために槽カバー10を固定する。外槽
６の外底部には、排水バルブ11が取り付けられている。

回転駆動装置12は、鋼板製のベース13に取り付けられ
ている。ベース13は、ほぼ箱形に形成されており、ねじ
等の手段により外槽７に固定されている。

内部排水ホース15の一端は、排水バルブ11に接続さ
れ、他端は、外枠１の下部に設けたベース16上に開放さ
れている。ベース16は、その下部に複数個の足16a,外枠
１の保持部16b,水受部16c、および排水口部16dを有す
る。水受部16cは、中央に向けて傾斜させた構成とし、
排水ホース15から放出された水は、前記排水口部16dか
ら排出される。なお、排水口部16dからの水は、外部排
水ホース20を介して外部に排出される。

全自動洗濯機の場合は洗濯と脱水、また、全自動洗濯
乾燥機の場合は洗濯，脱水，乾燥工程があり、その駆動
システムの基本構成を第２図で説明する。洗いはパルセ
ータ９を回転させ、脱水及び乾燥はバスケツト７を回転
させる。バスケツト７とパルセータ９の駆動はモータ出
力軸からプーリもしくはギヤー等からなる一定の減速比
の減速装置19aを介しバスケツト７あるいはパルセータ
９のいずれかを駆動するのをクラツチ装置19bで切換え
る構成になつており、これらを回転駆動装置12としてい
る。

モータ17は三相誘導モータで構成し、巻線形もしくは
かご形誘導モータを用いるが、構成の堅固なかご形誘導
モータが望ましい。

モータ17を駆動する可変周波数制御装置18はベクトル
制御インバータで構成し、モータ17に速度センサを設け
る方式と速度センサを設けない方式があるが、洗濯機で
は速度センサを設けない方式が望ましいことから、第２
図は速度センサレスベクトル制御インバータを示してい
る。

本構成では洗い工程ではクラツチ19bはパルセータ９
側が直結され、脱水工程と乾燥工程はバスケツト７側が
直結されて、減速装置19aを介してモータ17にベクトル
制御インバータからなる可変周波数制御装置18から電力
を供給されて、各工程に適した回転速度になるように周
波数が設定される。

なお、モータ17,減速装置19aとクラツチ19bからなる
回転駆動装置12は外槽６の底部にベース13を介して取り
付けられている。

回動モータ21の出力軸には、回動アーム22が取り付け
られており、回動アーム22には、回動ビーム５の一端が
可回転的に取り付けられている。外槽６には、軸ベース
23が、ねじ等の手段により設けられており、軸ベース23
の一部を延出してビーム受け24が形成されている。回動
ビーム５の他端は、ビーム受け24の係止部25に可回転的
に支持されている。外槽軸26は、軸ベース23に取り付け
られており、また外槽軸26は、回動ベース４の軸受部27
で可回転的に支持されている。スイツチレバー40は、外
槽軸26に一体的に設けられており、またスイツチレバー
40は、マイクロスイツチ（Ｈ）41,マイクロスイツチ
（Ｖ）42に係合するように取り付けられている。

ダクト44は、乾燥工程中に熱風を循環するためのもの
であり、その一端は、外槽６の排気部6bに、他端は、送
風機45の吸気口45aに気密的に接続されている。ダクト4
4の中央内径部44aは、外槽６に一体的に設けられた溢水
すすぎ用の溢水口46の上端部47よりＨ寸法だけ高くし
て、洗濯水が送風機45の内部に侵入しないよう構成され
ている。

ダクト44の内部には、ノズル50が設置されており、ホ
ース49を介して導入された水がダクト44内に噴霧され
る。すなわち、乾燥工程中、衣類からの湿気を含んだ空
気が循環するのを防止すべく、バスケツト７内の熱風を
ダクト44内に導びき、このダクト44内を通過する熱風に
水を噴射して、当該熱風中の湿気を凝縮捕集する。送風
ガイド52の一端は、送風機45の排気側に取り付けられ、
他端は、加熱ユニツト51に接続されている。さらに、加
熱ユニツト51は、槽内排気口53を有している。

以上の構成において、洗い−すすぎ−脱水の洗濯工程
は、外槽6,バスケツト７を直立させた状態でおこなう。
なお、この位置検出は、スイツチレバー40がマイクロス
イツチ（Ｖ）42と係合することによりおこなわれる。

なお、洗い，すすぎの洗濯工程は減速装置19aを介し
てクラツチ19bでパルセータ９が直結されて基底回転速
度で励磁電流成分の大きい状態で運転される。また、乾
燥工程は洗濯工程の基底回転速度より低い回転速度で運
転されるが、洗濯工程と同様にベクトル制御により励磁
電流成分の大きい状態で運転される。但し乾燥工程はク
ラツチ19bの動作でバスケツト７が直結される。

次に、乾燥工程に入るが、この乾燥工程に際しては、
通常のドラム式乾燥機と同じように、バスケツト７をほ
ぼ水平の位置まで傾斜させる。すなわち、この動作は、
回動モータ21により回動アーム22を回転させ、いわゆる
リンク機構の一要素をなす回動ビーム５を移動させるこ
とによりおこなわれる。なお、回動角度の検出は、スイ
ツチレバー40がマイクロスイツチ（Ｈ）41と係合するこ
とによりおこなわれる。そして、所定の乾燥工程が実施
されると、前記と逆の動作で外槽6,バスケツト７が直立
の位置まで戻される。

ここで、洗い，脱水及び乾燥工程に必要なパルセータ
９とバスケツト７を回転させるモータ17の所要トルクと
回転数の関係について詳述する。

まず、洗い時あるいはすすぎ時には、パルセータ９を
約120rpmで短周期反転させる。なお、実験によれば、こ
の場合のパルセータ９を回転させるのに必要なトルク
は、衣類の種類にもよるが、最大約200kg cmである。脱
水時には、バスケツト７を約900rpmで高速一方向回転さ
せる。

なお、同じく実験によれば、この場合のバスケツト７
の定常回転を維持させるのに必要なトルクは、最大約15
kg cmと小さな値となる。その理由を述べると、バスケ
ツト７の回転を阻害させようとする力は、駆動装置12の
伝達損失でありしかも、主として軸心の狂い、軸受部の
回転損失であるため、前記のごとく小さな値となる。

乾燥時には、バスケツト７を約55rpmで回転させる。
なお、乾燥工程が進むにしたがつて負荷は減少するが、
実験によれば、この場合のバスケツト７の定常回転を維
持させるのに必要なトルクは、最大約100kg cmである。

以上を整理すると、この乾燥機に要求される回転動力
は、表１に示すようになる。

しかして、このように種々変化する回転数，トルクに
対して好適な動力として、近年急速に普及してきた交流
式のインバータモータがある。

従来、インバータでモータを駆動する場合は、可変周
波数にできることから任意の回転数に設定できるので減
速装置の減速比を変えないで、モータ軸出力を負荷に直
接直結する方式と一定の減速比で洗濯，脱水及び乾燥を
行う方式が適用されていた。しかし、この減速装置の減
速比が一定（例えば、ギヤー比ε＝1/10）とすると表２
に示すモータの所要特性となる。表２中のモータの所要
出力Ｐ（Ｗ）は表１の回転数Ｎ（rpm），必要トルクτ
（kg−ｍ）とすると次式から求められる。

Ｐ＝1.027・τ・Ｎ なお、表２はブラシレスモータあるいはV/F一定制御
インバータで誘導モータを駆動する場合の所要回転数に
対するトルク及びその時の出力とその出力を出すための
モータ電圧と電流の関係を示す。モータ電圧，電流はモ
ータ効率100％と仮定した概略計算値で示している。

表２より、減速比が一定の場合に、V/F一定制御イン
バータで回転数が最も高い脱水工程のモータ電圧を最大
の200Vに設定すると洗い工程では26.6Vで、電流が9.3A
と大きくなる。また、乾燥工程はモータ電圧が12.2Vと
最少となるが、電流は4.6Aと比較的大きい値となる。す
なわち、モータ電流が各工程で大幅な差異を生じ、モー
タの設計上からは洗い工程のモータ電流9.3Aにモータが
耐えられるように設計しなければならなくなり、モータ
が大きくなる。

これに対し、本発明では洗い工程のモータ所要回転数
1200rpmを基底回転速度に設定した場合の例を表３に示
す。なお、本表では減速装置19aの減速比を1/10に設定
した場合を仮定している。

表３より、洗いのモータ回転数を基底回転数とすると
1200rpmで定格電圧となり、この時の電圧が200Vとなる
ので電流は1.23Aとなる。脱水の時は9000rpmなので弱め
界磁制御となるので電圧は定格電圧の200Vに維持する。

このため、界磁電流成分は回転数を増加させるための
周波数増加に対して減少させる制御を行う。実際には12
00rpmを基底回転数にして最高回転数を9000rpmにするの
は界磁制御範囲が広いので、実際には基底回転数をもう
少し高い回転数に設定することになると考えられる。

一方、乾燥工程は基底回転数以下の回転数なので電圧
も基底回転数との比で減少して92Vとなり、電流が0.61A
となる。表２に対して、表３のように可変周波数制御装
置18に強め界磁及び弱め界磁制御が可能なベクトル制御
インバータとすることにより、各工程におけるモータ電
流の電流値の差が小さくできる結果、モータ体格を小さ
くすることになり、モータの小形軽量化を図ることがで
きる。

なお、ベクトル制御インバータとした可変周波数制御
装置18とモータ17を三相誘導モータとした時の構成を第
５図に示す。家庭用の単相100V電源100の場合は力率改
善回路101を介して倍電圧整流ダイオード102a,102bを介
して平滑コンデンサ103a,103bを充電する。平滑コンデ
ンサの出力は高周波スイツチング素子としてのIGBT（In
sulated Gate Bipolar Transister）106a〜106c′から
なるインバータ回路を介してモータ17に電力を供給す
る。

また、電源は単相100Vでなくて200Vでも良いことは勿
論で、この場合には倍電圧整流回路とする必要はない。

半導体スイツチング素子106a〜106c′としてIGBTを適
用しているが、これは誘導モータの場合はエアーギヤツ
プが小さいために、インバータのPWMチヨツパ周波数を1
6kHz以上に上げて可聴周波数内での騒音が発生しないよ
うにするためである。

特に洗濯機及び洗濯乾燥機は外槽がスピーカのような
形状のために騒音発生源を極力小さくしなければならな
い。

また、単相電源を整流した場合の平滑コンデンサ103
a,103bに印加される電圧はコンデンサ容量の大小で影響
されるが直流電圧が脈動する。

しかし、直流電圧の脈動はベクトル制御インバータで
は問題となるので、直流脈動電圧を検出しPWMインバー
タのパルス幅変調信号のパルス幅を直流電圧が高い場合
はインバータ出力電圧が絞られる側にし、逆の場合は逆
に変化させて、直流脈動電圧を補償するための信号を出
力する直流脈動電圧補償回路105を設け、その出力信号
をベクトル制御の駆動制御回路110に入力する。ベクト
ル制御の駆動制御回路は洗濯工程を順次指令する速度指
令回路111からの信号と直流電流検出回路104の信号及び
ベクトル制御による二つの相の電流検出回路107からの
信号により、インバータを構成するIGBT106a〜106c′を
駆動するゲート信号を出す構成としている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、性能の良い全自動洗濯機及び全自動
洗濯乾燥機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はベクトル制御インバータの可変周波数制御装置
でモータを駆動する本発明の全自動洗濯乾燥機の一実施
例の右側面から見た状態の内部構造説明図、第２図は駆
動システムの基本構成図、第３図は背面から見た状態の
内部構造説明図、第４図は第１図と異なる部位を右側面
から見た状態の内部構造説明図、第５図はベクトル制御
インバータの可変周波数制御装置とモータの回路構成
図、である。 １……外枠、６……外槽、７……バスケツト、９……パ
ルセータ、12……回転駆動装置、17……モータ、18……
ベクトル制御の可変周波数制御装置、19a……減速装
置、19b……クラツチ、105……直流脈動電圧補償回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 俊昭 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 遠藤 常博 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 藤本 登 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 宮下 邦夫 茨城県日立市東多賀町１丁目１番１号 株式会社日立製作所多賀工場内 (72)発明者 広瀬 悦朗 茨城県日立市東多賀町１丁目１番１号 株式会社日立製作所多賀工場内 (56)参考文献 特開 昭57−148589（ＪＰ，Ａ) 特公 昭64−9040（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D06F 33/02 D06F 37/40

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】洗い，脱水を行い、ベクトル制御機能を有
   する可変周波数制御装置によりモータを駆動する全自動
   洗濯機であって、 前記可変周波数制御装置により、洗い時はモータ電圧を
   可変して前記モータの回転数を制御し、脱水時は洗い時
   より弱め界磁制御を行って前記モータの回転数を制御す
   るようにしたことを特徴とする全自動洗濯機。
2. 【請求項２】洗い，脱水，乾燥を行い、ベクトル制御機
   能を有する可変周波数制御装置によりモータを駆動する
   全自動洗濯乾燥機であって、 前記可変周波数制御装置により、洗い，乾燥時はモータ
   電圧を可変して前記モータの回転数を制御し、脱水時は
   洗い，乾燥時より弱め界磁制御を行って前記モータの回
   転数を制御するようにしたことを特徴とする全自動洗濯
   乾燥機。