JP3357657B2 - 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】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は全自動洗濯機及び全
自動洗濯乾燥機に関する。

【０００２】

【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。

【０００３】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、１
４〜１６倍の差異がある。

【０００４】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。

【０００５】

【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。

【０００６】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。

【０００７】

【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、脱
水工程は洗い工程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。上記
構成によれば、洗濯，脱水を行うモータにベクトル制御
機能を有する可変周波数制御装置により電力供給され
て、洗濯，脱水などの各工程に適した回転速度になるよ
うにモータ制御される。特に、脱水工程は、弱め界磁制
御を行うことで、モータ電圧が最大（定格電圧）に至り
それ以上電圧を上げられない場合であっても、回転数増
加のための周波数増加に対応した高速回転を可能にす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面の一実施例に
もとづいて説明する。図１〜図４は全自動洗濯乾燥機へ
の実施例で、図１は右側面から見た状態の内部構造説明
図、図２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、図３は背面から見た状態の内部構造説明図、
図４は図１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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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１６
ｃ、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。水受部１６ｃの外周には、
水が溢水しないようにリブ１６ｅが設けられている。

【００１２】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図２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。

【００１３】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。

【００１４】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、図２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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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４４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。

【００１９】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４
４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。

【００２０】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４
０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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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２００
kgcm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。

【００２５】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１５kgcm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。

【００２６】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って負荷は
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１０
０kgcmである。

【００２７】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。

【００２８】

【表１】

【００２９】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。

【００３０】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＝１／１
０）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(rp
m），必要トルクτ（kg−ｍ）とすると次式から求めら
れる。

【００３１】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。

【００３２】

【表２】

【００３３】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２
６.６Ｖ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。

【００３４】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。

【００３５】

【表３】

【００３６】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。

【００３７】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１２００rpm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。

【００３８】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ができることにな
り、モータの小形軽量化を図ることができる。

【００３９】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
た時の構成を図５に示す。家庭用の単相１００Ｖ電源１
００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１
０３ａ，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(Insulated G
ate 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。

【００４０】また、電源は単相１００Ｖでなくて２００
Ｖ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。

【００４１】半導体スイツチング素子１０６ａ〜１０６
ｃ′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１６ｋＨｚ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。

【００４２】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。

【００４３】また、単相電源を整流した場合の平滑コン
デンサ１０３ａ，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。

【００４４】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Ｐ
ＷＭ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。

【００４５】以上は洗濯，脱水，乾燥を１台のモータで
行う一実施例を述べたが、次に２台のモータを駆動する
場合の一実施例について、図６，図７を用いて説明す
る。図６は洗い，乾燥を１台のモータ１７とし、脱水用
のモータを１７′とする。ベクトル制御インバータであ
る可変周波数制御装置１８は誘導モータ１７を駆動し、
また、他のモータ１７′は可変周波数制御装置１８の出
力を図７に示すごとくモータ１７と１７′を切換器１２
０で切換えても良い。また、切換えない場合にはモータ
１７のみを可変周波数制御装置１８で運転し、他のモー
タ１７′は従来のコンデンサモータによる運転方式とす
ることもできる。また、減速装置１４，１４ａは異なる
減速比の減速装置とする。

【００４６】なお、ここでは一方のモータで洗い，乾燥
用とし、他のモータを脱水用としたが、洗いを一方のモ
ータで、他のモータを脱水，乾燥用としても良い。ま
た、洗いと脱水を一方のモータで行い、他のモータを乾
燥用とすることも可能であることはいうまでもない。い
ずれにおいてもベクトル制御インバータである可変周波
数制御装置１８でモータを駆動し、連続的に必要な回転
数で運転することができる。

【００４７】また、可変周波数制御装置１８でモータを
駆動する場合は共振点の通過を急加速運転により共振に
いたる前に通過させることができると同時に、洗濯，乾
燥時には連続的に回転速度を変えることができるので、
ゆつくりした洗いも可能となる。

【００４８】なお、上記一実施例では、洗濯工程の一例
として必要トルクが最大で基底回転数による制御を例示
したが、ベクトル制御インバータにより、洗いもしくは
洗い，乾燥をベクトル制御で基底回転数以下で運転し、
脱水工程のみを最高回転数にして弱め界磁運転するよう
にしてもよい。

【００４９】例えば、１つのプーリあるいはギヤーによ
る一定の減速機で運転される駆動システムとして、モー
タに三相誘導電動機を用いて基底回転数以下に洗いと乾
燥工程を設定し、脱水工程を最高回転数にして、基底回
転数までは強め界磁、最高回転数では弱め界磁制御を行
えるようなベクトル制御インバータで運転する。

【００５０】このため、三相誘導電動機をＶ／Ｆ一定制
御インバータでなく、ベクトル制御インバータで駆動し
て、洗いと乾燥工程は励磁電流成分を大きくし、脱水工
程は励磁電流成分を小さくするように制御して、モータ
電流が各工程で大きな差異とならないようにすることが
でき、モータの小形化が可能となる。

【００５１】

【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】

【図１】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である。

【図２】駆動システムの基本構成図である。

【図３】背面から見た状態の内部構造説明図である。

【図４】図１と異なる部位を右側面から見た状態の内部
構造説明図である。

【図５】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。

【図６】可変周波数制御装置により２台のモータを駆動
する他の実施例の全自動洗濯乾燥機の右側面から見た状
態の内部構造説明図である。

【図７】１台の可変周波数制御装置で２台のモータを駆
動する場合の回路構成説明図である。

【符号の説明】

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、１９
ｂ…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四丁目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 一丁目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 一丁目１番１号 株式会社 日立製作所 多賀工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D06F 33/02 D06F 25/00 D06F 37/40 H02P 21/00

Claims (3)

(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、脱水工程は洗い工程よ
   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、脱水工程は洗い及び乾
   燥工程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。
3. 【請求項３】 乾燥工程における熱風を循環させるダク
   トを有し、該ダクト内を通過する熱風に含まれる湿気を
   水冷式により凝縮捕集する請求項２記載の全自動洗濯乾
   燥機。