ドラム式洗濯機
【課題】インバータ回路に供給する直流電圧を、ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じた適切な条件で昇圧制御することが可能なモータ駆動装置を備える。
【解決手段】ドラムモータ７を駆動制御する第１インバータ回路２５には、整流回路３６から平滑用コンデンサ３７、３８を介して出力される直流電圧Ｖｄが印加される。第１インバータ回路を駆動する制御部３０は、少なくとも脱水工程の一部期間において、短絡制御素子を導通させる短絡信号を交流電源電圧のゼロクロス検出点を起点として生成し、短絡信号のパルス幅Ｔｗを、ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて設定された直流電圧Ｖｄの目標電圧Ｖｔ、及び直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定する。
【解決手段】ドラムモータ７を駆動制御する第１インバータ回路２５には、整流回路３６から平滑用コンデンサ３７、３８を介して出力される直流電圧Ｖｄが印加される。第１インバータ回路を駆動する制御部３０は、少なくとも脱水工程の一部期間において、短絡制御素子を導通させる短絡信号を交流電源電圧のゼロクロス検出点を起点として生成し、短絡信号のパルス幅Ｔｗを、ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて設定された直流電圧Ｖｄの目標電圧Ｖｔ、及び直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗濯物を収容した回転ドラムを洗濯、脱水等の各工程に応じた回転数で駆動するために、インバータ回路によりドラムモータを駆動するドラム式洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプによる除湿乾燥方式を用いたドラム式洗濯乾燥機の構造の一例を、図８及び図９に示す。図８は、ドラム式洗濯機の要部構成を示す断面図、図９は、その内部背面図である。
【０００３】
この洗濯機では、洗濯機本体１内に、図示しないサスペンション構造によって水槽２が宙吊り状態に支持されている。水槽２内には、有底円筒形に形成された回転ドラム３が、その軸心方向を正面側から背面側に向けて下向きに傾斜させて支持されている。水槽２の正面側には回転ドラム３の開口端に通じる衣類出入口４が形成され、洗濯機本体１の正面側の上向き傾斜面に設けられた開口部を開閉可能に閉じる扉５を開くことにより、衣類出入口４を通じて回転ドラム３内に対して洗濯物を出し入れすることができる。
【０００４】
回転ドラム３には、その周面に水槽２内に通じる多数の透孔６が形成され、内周面の複数位置に攪拌突起（図示せず）が設けられている。この回転ドラム３は、水槽２の背面側に取り付けられたドラムモータ７によって正転及び逆転方向に回転駆動される。また、水槽２には、注水管路８及び排水管路９が配管接続され、図示しない注水弁及び排水弁の制御によって水槽２内への注水及び排水がなされる。
【０００５】
扉５を開き回転ドラム３内に洗濯物及び洗剤を投入して、洗濯乾本体１の例えば前面上部に設けられた操作パネル１０での操作により運転を開始させると、水槽２内には注水管路８から所定量の注水がなされ、ドラムモータ７により回転ドラム３が回転駆動されて洗濯工程が開始される。回転ドラム３の回転により、回転ドラム３内に収容された洗濯物は回転ドラム３の内周壁に設けられた攪拌突起によって回転方向に持ち上げられ、持ち上げられた適当な高さ位置から落下する攪拌動作が繰り返されるので、洗濯物には叩き洗いの作用が及んで洗濯がなされる。
【０００６】
所要の洗濯時間の後、汚れた洗濯液は排水管路９から排出され、回転ドラム３を高速回転させる脱水動作により洗濯物に含まれた洗濯液を脱水し、その後、水槽２内に注水管路８から注水してすすぎ工程が実施される。このすすぎ工程においても、回転ドラム３内に収容された洗濯物は、回転ドラム３の回転により攪拌突起により持ち上げられて落下する攪拌動作が繰り返されてすすぎ洗いが実施される。
【０００７】
このドラム式洗濯乾燥機には、回転ドラム３内に収容した洗濯物を乾燥する機能が設けられ、循環送風経路１１により、水槽２内の空気を排気して除湿し、加熱して乾燥させた空気を再び水槽２内に送風する。この循環送風経路１１の途中には蒸発器１２などの除湿手段、凝縮器１３などの加熱手段からなるヒートポンプ、及び送風手段である循環ファン１４が設けられている。蒸発器１２と凝縮器１３は図８に示すように、循環空気との熱交換部１５をなして循環送風経路１１の最低位部に配置されている。
【０００８】
この循環ファン１４を回転駆動することにより、循環送風経路１１に空気の流れが発生して洗濯物を収容した回転ドラム３内の空気は透孔６を通じて水槽２から循環ファン１４側への循環空気導入管路１６に排気され、循環ファン１４の上流に位置する蒸発器１２に水分を結露させて除湿することと、凝縮器１３との熱交換により加熱することとで常に乾燥した高温の空気とされる。
【０００９】
この乾燥した高温の空気は循環ファン１４から水槽２への送風管路１７に送り出されて水槽２内に送風される。水槽２内に送風された高温の乾燥空気は透孔６を通じて回転ドラム３内に入って衣類などの洗濯物に曝されながら水槽２へと抜け、再度循環空気導入管路１６へと導入され、以上の循環送風経路１１での空気の循環の繰り返しにより乾燥工程が実施される。
【００１０】
この循環送風経路１１を利用した乾燥工程では、循環送風経路１１を循環される空気中に主として衣類などの洗濯物から発生する糸くずなどの異物が混じって循環し、蒸発器や凝縮器の目詰まり、循環ファン１４の回転部への噛み込み、循環ファン１４の内面への堆積といった乾燥工程を実施するのに支障を来し易いので、循環送風経路１１の途中に、循環空気中の異物を除去するフィルタ１８が設けられている。
【００１１】
以上のような構成のドラム式洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、回転ドラム３を回転駆動するドラムモータ７用のインバータ回路と、ヒートポンプ用の圧縮機モータを駆動するインバータ回路の直流電圧の供給源を共用している。そのため、圧縮機モータの運転状態、あるいは、脱水運転とヒートポンプ乾燥運転を同時に行う脱水乾燥運転工程においては、交流電源電流が増加してコンセント容量をオーバーするおそれがある。
【００１２】
そのため、例えば特許文献１には、洗濯乾燥機の最大消費電力となる脱水乾燥運転時におけるドラムモータと圧縮機モータのそれぞれの入力、あるいは出力電力をそれぞれのモータ電流より推定演算することにより、交流電源電流がコンセント容量上限値以上にならないように制御することが開示されている。それにより、インバータ回路の直流電圧を安定して供給することができる。
【００１３】
また、特許文献２には、モータ駆動用のインバータ回路に直流電圧Ｖｄを供給するための整流回路と交流電源の間に、交流電源に直列に接続したリアクタを介して交流電源を短絡する手段を設けたモータ駆動回路が開示されている。短絡手段は、交流電源のゼロクロス時から所定のディレイ時間Ｔｄを起点として、制御信号のパルス幅Ｔｗによって設定される期間に短絡動作を行う。電源電圧Ｖｓの半周期に一回もしくは複数回、電源を短絡して力率を改善することにより、電源電圧変動が生じても電源装置の力率を最大値に保ちながら、インバータ回路に供給される直流電圧Ｖｄを一定に制御できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−５４８１１号公報
【特許文献２】特開２００４−７２８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
洗濯乾燥機の機能向上を実現するために、例えば、脱水工程におけるドラムモータの回転をより高速化して、例えば、最高回転数を従来の１２００ｍｉｎ-1から１６００ｍｉｎ-1へ向上させることが要望されている。但し、コストの増大や、省エネルギーを考慮すると、モータを大型化することなく高速回転を可能にすることが望まれる。
【００１６】
しかし、モータを大型化することなく回転をより高速化させるためには、モータに対する供給電力を増大させる必要がある。一方、供給電力を増大させるとインバータ回路に供給する直流電圧の低下が伴う。特に、脱水工程と乾燥工程とを含む運転時における脱水工程において、ドラムモータ及び圧縮機モータを同時に駆動する並行駆動期間には、直流電源電圧の低下は非常に大きくなる。
【００１７】
このような直流電圧の低下を回避して十分なレベルの直流電圧を維持し、ドラムモータ等に十分な電力を供給するために、昇圧回路により直流電圧を昇圧制御することを検討した。しかし不必要に昇圧回路を動作させると、スイッチング素子のロスが増大するため、ドラムモータの回転に応じて昇圧回路を動作させる必要がある。特許文献１及び２に開示された技術は、このような要求に応じるものではない。
【００１８】
従って、本発明は、インバータ回路に供給する直流電圧を、ドラム回転数の状況に応じた適切な条件で昇圧制御することが可能なモータ駆動装置を備えたドラム式洗濯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明のドラム式洗濯機は、水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有する回転ドラムと、前記回転ドラムを回転可能に保持している水槽と、前記回転ドラムを回転駆動するドラムモータと、交流電源からの交流を整流する整流回路と、前記整流回路の出力端子に接続された平滑用コンデンサと、前記平滑用コンデンサに並列に接続され、前記ドラムモータを駆動制御する第１インバータ回路と、前記交流電源の一端と前記整流回路の一端に直列に接続されたリアクタ、及び前記リアクタの一端と前記整流回路入力側の一端との間に一端が接続され、他端が前記交流電源の他端に接続された短絡制御素子を有する短絡回路と、前記第１インバータ回路を駆動するとともに、一連の洗濯動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路と、前記ドラムモータの回転数を検知する回転数検知部と、前記平滑用コンデンサの両端に出力される直流電圧Ｖｄを検知する直流電圧検知部と、前記短絡制御素子を導通させる短絡信号を生成する短絡信号生成部を具備し、前記短絡信号生成部は、少なくとも脱水工程の一部期間において、前記短絡信号を前記交流電源電圧のゼロクロス検出点を起点として生成し、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを、前記ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて設定された前記直流電圧Ｖｄの目標電圧Ｖｔ、及び前記直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のドラム式洗濯機によれば、短絡信号が交流電源のゼロクロス検出点を起点として生成され、短絡信号のパルス幅Ｔｗが、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数Ｎｐに応じて設定された目標電圧Ｖｔ、及び直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定されるので、インバータ回路に供給する直流電圧を、ドラム回転数に応じた適切な条件で昇圧制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態におけるドラム式洗濯乾燥機のモータ駆動装置を示すブロック図
【図２】同モータ駆動装置の短絡回路による短絡時の動作を示す図
【図３】（Ａ）同モータ駆動装置の短絡回路の動作による全波整流回路への入力電流の変化を示す図（Ｂ）短絡回路の無い従来例のモータ駆動装置における全波整流回路への入力電流を示す図
【図４】同モータ駆動装置において出力される直流電圧が異なるときの、入力電力に対する全波整流回路への入力電流を示す図
【図５】同モータ駆動装置においてドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じた昇圧制御のフローチャートを示す図
【図６】脱水工程の各段階における目標回転数を説明するための図
【図７】同モータ駆動装置においてドラムモータが定常回転に到達後の昇圧制御のフローチャートを示す図
【図８】従来例のヒートポンプによる除湿乾燥方式を用いたドラム式洗濯乾燥機の構造を示す断面図
【図９】同ドラム式洗濯乾燥機の内部背面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明のドラム式洗濯機は、上記構成を基本として以下のような態様をとることができる。
【００２３】
上記構成において、少なくとも圧縮機を具備し、前記水槽内の空気を循環経路を通じて導入して除湿及び加熱する乾燥手段と、前記圧縮機を駆動する圧縮機モータと、前記平滑用コンデンサに並列に接続され、前記圧縮機モータを駆動制御する第２インバータ回路とを更に備え、前記制御部は、前記第１インバータ回路とともに前記第２インバータ回路を駆動するように構成され、前記制御部は、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際及び、脱水工程では、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数Ｎｐを比較し、Ｎｔ−Ｎｐ≦０の期間は前記短絡回路による前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行わず、Ｎｔ−Ｎｐ＞０の期間は前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行うことにより、昇圧制御の回数を減らし、昇圧制御部品のロスを低減することができる。
【００２４】
また、前記制御部は、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際、前記短絡回路を動作させて前記直流電圧Ｖｄを昇圧させるように制御を行うことができ、前記制御部は、前記直流電圧Ｖｄが、前記ドラムモータの目標回転数Ｎｔを得るために必要な一定の大きさになるように、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを制御することができる。
【００２５】
さらに上記構成において、前記ドラムモータが定常回転になり、昇圧制御を行っていた際、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数ＮｐがＮｔ＝Ｎｐを維持できる、前記直流電圧Ｖｄまで低下させる制御を行うことにより、定常回転に必要な分だけの電圧を供給することにより、部品のロスを低減することができる。
【００２６】
さらに上記構成において、全てのインバータ回路の停止時に、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを徐々に大きくし、前記直流電圧Ｖｄの電圧が前記短絡信号生成前の前記直流電圧Ｖｄより大きくなった際の前記パルス幅Ｔｗの大きさＴｗｓを記憶することにより、Ｔｗｓのパルス幅からの昇圧を可能とし、素早く目標電圧Ｖｔに到達することができる。
【００２７】
さらに上記構成において、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際及び、脱水工程において、昇圧制御が必要な前記ドラムモータの回転数になった場合、前記パルス幅Ｔｗｓから昇圧制御を行うことにより、ドラムモータの回転数が低下する時間を少なくすることで、ドラムモータの回転数を早く目標回転数に到達することができる。
【００２８】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるドラム式洗濯乾燥機のモータ駆動装置を示すブロック図である。なお、本実施の形態におけるドラム式洗濯乾燥機の全体構造は、図８及び図９に示したものと同様である。
【００３０】
図１のモータ駆動装置は、ドラムモータ７、循環ファン１４（図８参照）駆動用のファンモータ、及び熱交換部１５（図９参照）用の圧縮機モータの駆動を制御する機能を有するが、図には、ドラムモータ７及び圧縮機モータ２０の駆動に関与する部分のみを示す。ドラムモータ７及び圧縮機モータ２０はそれぞれ、３相巻線を有するステータと、２極の永久磁石を有するロータとを備えた永久磁石同期モータである。
【００３１】
ドラムモータ７には、ロータ位置を検出する３つのロータ位置検出素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃが設けられている。ロータ位置検出素子２１ａ〜２１ｃは、ロータ磁極位置に対応して電気角６０度毎のロータ位置信号を出力する。ドラムモータ７は、第１インバータ回路２２により回転駆動される。第１インバータ回路２２は、６個のスイッチング素子２３を３相ブリッジ接続して構成され、各スイッチング素子２３に並列にフライホイールダイオード２４が接続されている。各スイッチング素子２３のオン／オフ状態は、第１駆動回路２５によりＰＷＭ制御される。
【００３２】
一方、圧縮機モータ２０は、第２インバータ回路２６により回転駆動される。圧縮機モータ２０にはロータ位置検出素子はなく、例えば、電流検出手段からの信号に基づいて位置センサレス正弦波駆動制御される。第２インバータ回路２６は、第１インバータ回路２２と同様、６個のスイッチング素子２７を３相ブリッジ接続して構成され、各スイッチング素子２７に並列にフライホイールダイオード２８が接続されている。各スイッチング素子２７のオン／オフ状態は、第２駆動回路２９によりＰＷＭ制御される。
【００３３】
なお、実際にはこのモータ駆動装置には、循環ファン１４用のファンモータを駆動するための第３インバータ回路及び第３駆動回路も設けられているが、その構成および動作は、第２インバータ回路２６及び第２駆動回路と同様であるため、図示及び説明は省略する。
【００３４】
第１駆動回路２５及び第２駆動回路２９は、制御部３０による制御を受けて動作する。制御部３０には、ドラムモータ７のロータ位置検出素子２１ａ〜２１ｃが出力するロータ位置信号が入力される。このロータ位置信号に基づき、第１駆動回路２５が各スイッチング素子２３のオン／オフ状態をＰＷＭ制御することにより、ドラムモータ７のステータの３相巻線に対する通電が制御され、ロータが同期回転駆動される。制御部３０はさらに、図示しないが、３つのロータ位置検出素子２１ａ〜２１ｃからのロータ位置信号に基づき、ロータの回転数、すなわちドラムモータ７の回転数Ｎｄを検出する回転数検知部を有する。回転数検知部は、３つのロータ位置信号の状態が変わるたびにその周期を検出し、その周期からドラムモータ７の回転数Ｎｄを算出する。
【００３５】
第１及び第２インバータ回路２２、２６に対する電力の供給は、交流電源３１、短絡回路３２及び整流部３３により行なわれる。すなわち、交流電源３１から供給される交流電圧Ｖｓから、短絡回路３２及び整流部３３により直流電圧Ｖｄが生成されて、第１及び第２インバータ回路２２、２６に印加される。
【００３６】
短絡回路３２は、交流電源３１と整流部３３の間に直列に接続されたリアクタ３４と、リアクタ３４を介して交流電源３１に並列に接続された短絡制御素子３５により構成される。短絡制御素子３５は、例えば、ダイオードブリッジとＩＧＢＴもしくは、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなどの電力半導体スイッチング素子で構成することができる。
【００３７】
整流部３３は、全波整流回路３６を備え、全波整流回路３６には、平滑コンデンサ３７、３８の直列回路が並列に接続されている。平滑コンデンサ３７、３８の両端の直流電圧Ｖｄが、第１インバータ回路２２及び第２インバータ回路２６に印加され、直流電力が３相交流電力に変換されて、ドラムモータ７及び圧縮機モータ２０に供給される。
【００３８】
また、ゼロクロス検出回路３９が設けられ、交流電源３１の両端の交流電圧Ｖｓが入力される。ゼロクロス検出回路３９は、交流電圧Ｖｓがゼロクロス点を通過し極性が変わるタイミングで、Ｈｉｇｈ信号からＬｏｗ信号に、もしくはＬｏｗ信号からＨｉｇｈ信号に切り替わるゼロクロス検出信号を出力し、制御部３０に供給する。
【００３９】
制御部３０はまた、平滑コンデンサ３７、３８の両端の直流電圧Ｖｄ、従って、第１及び第２インバータ回路２２、２６に印加される直流電圧Ｖｄを検出する直流電圧検知部を備えている。さらに制御部３０は短絡信号生成部を備え、少なくとも脱水工程の一部期間において、短絡回路３２の短絡制御素子３５を導通させるための短絡信号Ｐｓを生成する。
【００４０】
以上の構成を有するモータ駆動装置は、短絡回路３２の動作に特徴を有する。短絡回路３２は、短絡制御素子３５が導通することにより、リアクタ３４を介して交流電圧Ｖｓを短絡させる。その短絡状態では交流電圧Ｖｓの電力がリアクタ３４に蓄積され、短絡制御素子３５がオフとなったときに、蓄積された電力が整流部３３に供給される。供給された電力は全波整流回路３６により直流に変換され平滑コンデンサ３７、３８を充電して、出力直流電圧Ｖｄを上昇させる。
【００４１】
このような、昇圧動作を効果的に行うために、制御部３０の短絡信号生成部は、ゼロクロス検出回路３９が検出するゼロクロス検出点を起点として、電源電圧Ｖｓの半周期毎に短絡信号Ｐｓを生成する。また、ドラムモータ７の目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて、直流電圧Ｖｄに対する目標電圧Ｖｔが設定され、短絡信号Ｐｓのパルス幅Ｔｗは、目標電圧Ｖｔ、及び直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定される。例えば、直流電圧Ｖｄが、ドラムモータ７の目標回転数Ｎｔを得るために必要な一定の大きさになるように、パルス幅Ｔｗを制御する。
【００４２】
短絡回路３２の動作の例を、図２に示す。交流電源３１の電圧Ｖｓのゼロクロス検出点を起点として半周期毎に、パルス幅Ｔｗの短絡信号Ｐｓが生成される。短絡信号ＰｓのＨｉｇｈ期間に短絡制御素子３５が導通して交流電圧Ｖｓによる短絡電流が流れ、リアクタ３４に電力が蓄積される。短絡信号ＰｓがＬｏｗになると、リアクタ３４に蓄積された電力に基づく補助入力電流Ｉａが、全波整流回路３６に流される。交流電圧Ｖｓによる電流に補助入力電流Ｉａが重畳されて全波整流回路３６への入力電流が形成される。補助入力電流Ｉａを重畳させることにより、平滑用コンデンサ３７、３８の両端の直流電圧Ｖｄを上昇させることができる。
【００４３】
図３（Ａ）には、補助入力電流Ｉａにより、全波整流回路３６への入力電流Ｉｂが増大する様子を示す。図３（Ｂ）には比較のため、短絡回路３２を動作させない場合の全波整流回路３６への入力電流Ｉｂを示す。
【００４４】
図４には、整流部３３からの出力電圧である直流電圧Ｖｄが２６０Ｖ、２８０Ｖ、３００Ｖの場合の各々の場合について、交流電源３１からの入力電力に対する整流部３３の入力電流Ｉｂの大きさを示す。同じ入力電力でも、直流電圧Ｖｄが高い程、入力電流Ｉｂが大きくなる。例えば、入力電力６００Ｗ時において、直流電圧Ｖｄを３００Ｖに昇圧するよりも、２６０Ｖに昇圧する方が電流が減少する。
【００４５】
従って、必要以上に直流電圧Ｖｄを昇圧させるのではなく、最適な電圧に設定することで、同じ入力電力でも入力電流Ｉｂを減少させて、スイッチング素子やリアクタのロスを減少させることができる。すなわち、脱水工程で目標電圧Ｖｔを一律に設定するのではなく、モータの回転に必要な目標電圧Ｖｔに設定することが望ましい。
【００４６】
脱水工程では、図５に示すように、ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じた昇圧制御が行われる。脱水回転が開始すると、ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて前記直流電圧Ｖｄの目標電圧Ｖｔ、及び前記直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定する。例えば、Ｎｔ−Ｎｐ≦０の期間は前記短絡回路による前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行わず、Ｎｔ−Ｎｐ＞０の期間は目標電圧Ｖｔを現在の直流電圧Ｖｄ＋１Ｖ（増加分は例である）に設定し、前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行う。Ｎｔ−Ｎｐ＞０の場合、昇圧制御を行い、目標電圧Ｖｔと直流電圧Ｖｄが等しくなれば、再度ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差を検知し、昇圧制御を続けるかを判断する。
【００４７】
また図６は、脱水工程の各段階における目標回転数Ｎｔを示す。横軸が工程の各段階を示し、予備脱水、布はがし、本脱水の順に処理が行なわれる。
【００４８】
本脱水の段階では、漸次回転数を上昇させる制御が行われ、最終的に一定回転となる定常回転に達する。定常回転に達し、昇圧制御を行っていると、図７に示すように、目標電圧Ｖｔを減少させ、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数ＮｐがＮｔ＝Ｎｐであれば、さらに目標電圧Ｖｔを減少させ、Ｎｔ＝Ｎｐを維持できる目標電圧Ｖｔまで減少させる。前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数ＮｐがＮｔ＜Ｎｐならば、目標電圧Ｖｔを増加させ、それらを繰り返し、フィードバック制御を行うことが望ましい。
【００４９】
また、図６に示す本脱水開始前や、布はがし開始前などの、インバータ回路の停止時に、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを徐々に大きくし、前記直流電圧Ｖｄの電圧が前記短絡信号生成前の前記直流電圧Ｖｄより大きくなった際の前記パルス幅Ｔｗの大きさＴｗｓを記憶し、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際及び、脱水工程において、昇圧制御が必要な前記ドラムモータの回転数になった場合、前記パルス幅Ｔｗｓから昇圧制御を行うことが望ましい。
【００５０】
以上のように、本実施の形態のドラム式洗濯乾燥機は、リアクタ３４と短絡制御素子３５からなる短絡回路３２を備え、短絡制御素子３５を導通させる短絡信号を、交流電源３１の電圧のゼロクロス検出点を起点として生成する。そして、短絡信号のパルス幅Ｔｗは、ドラムモータ７の目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて設定された直流電圧Ｖｄの目標電圧Ｖｔ、及び直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定される。これにより、インバータ回路２２、２９に供給する直流電圧Ｖｄを、状況に応じた適切な条件で昇圧制御することが可能であり、ドラムモータ７、循環ファン１４駆動用のファンモータ、及び熱交換部用の圧縮機モータ２０の駆動を、低消費電力でかつ安定して制御することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のドラム式洗濯機によれば、インバータ回路に対して直流電圧を安定して供給することが可能であり、ヒートポンプによる除湿乾燥方式を用いた洗濯乾燥機に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 洗濯機本体
２ 水槽
３ 回転ドラム
４ 衣類出入口
５ 扉
６ 透孔
７ ドラムモータ
８ 注水管路
９ 排水管路
１０ 操作パネル
１１ 循環送風経路
１２ 蒸発器
１３ 凝縮器
１４ 循環ファン
１５ 熱交換部
１６ 循環空気導入管路
１７ 送風管路
１８ フィルタ
２０ 圧縮機モータ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ ロータ位置検出素子
２２ 第１インバータ回路
２３、２７ スイッチング素子
２４、２８ フライホイールダイオード
２５ 第１駆動回路
２６ 第２インバータ回路
２９ 第２駆動回路
３０ 制御部
３１ 交流電源
３２ 短絡回路
３３ 整流部
３４ リアクタ
３５ 短絡制御素子
３６ 全波整流回路
３７、３８ 平滑コンデンサ
３９ ゼロクロス検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗濯物を収容した回転ドラムを洗濯、脱水等の各工程に応じた回転数で駆動するために、インバータ回路によりドラムモータを駆動するドラム式洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプによる除湿乾燥方式を用いたドラム式洗濯乾燥機の構造の一例を、図８及び図９に示す。図８は、ドラム式洗濯機の要部構成を示す断面図、図９は、その内部背面図である。
【０００３】
この洗濯機では、洗濯機本体１内に、図示しないサスペンション構造によって水槽２が宙吊り状態に支持されている。水槽２内には、有底円筒形に形成された回転ドラム３が、その軸心方向を正面側から背面側に向けて下向きに傾斜させて支持されている。水槽２の正面側には回転ドラム３の開口端に通じる衣類出入口４が形成され、洗濯機本体１の正面側の上向き傾斜面に設けられた開口部を開閉可能に閉じる扉５を開くことにより、衣類出入口４を通じて回転ドラム３内に対して洗濯物を出し入れすることができる。
【０００４】
回転ドラム３には、その周面に水槽２内に通じる多数の透孔６が形成され、内周面の複数位置に攪拌突起（図示せず）が設けられている。この回転ドラム３は、水槽２の背面側に取り付けられたドラムモータ７によって正転及び逆転方向に回転駆動される。また、水槽２には、注水管路８及び排水管路９が配管接続され、図示しない注水弁及び排水弁の制御によって水槽２内への注水及び排水がなされる。
【０００５】
扉５を開き回転ドラム３内に洗濯物及び洗剤を投入して、洗濯乾本体１の例えば前面上部に設けられた操作パネル１０での操作により運転を開始させると、水槽２内には注水管路８から所定量の注水がなされ、ドラムモータ７により回転ドラム３が回転駆動されて洗濯工程が開始される。回転ドラム３の回転により、回転ドラム３内に収容された洗濯物は回転ドラム３の内周壁に設けられた攪拌突起によって回転方向に持ち上げられ、持ち上げられた適当な高さ位置から落下する攪拌動作が繰り返されるので、洗濯物には叩き洗いの作用が及んで洗濯がなされる。
【０００６】
所要の洗濯時間の後、汚れた洗濯液は排水管路９から排出され、回転ドラム３を高速回転させる脱水動作により洗濯物に含まれた洗濯液を脱水し、その後、水槽２内に注水管路８から注水してすすぎ工程が実施される。このすすぎ工程においても、回転ドラム３内に収容された洗濯物は、回転ドラム３の回転により攪拌突起により持ち上げられて落下する攪拌動作が繰り返されてすすぎ洗いが実施される。
【０００７】
このドラム式洗濯乾燥機には、回転ドラム３内に収容した洗濯物を乾燥する機能が設けられ、循環送風経路１１により、水槽２内の空気を排気して除湿し、加熱して乾燥させた空気を再び水槽２内に送風する。この循環送風経路１１の途中には蒸発器１２などの除湿手段、凝縮器１３などの加熱手段からなるヒートポンプ、及び送風手段である循環ファン１４が設けられている。蒸発器１２と凝縮器１３は図８に示すように、循環空気との熱交換部１５をなして循環送風経路１１の最低位部に配置されている。
【０００８】
この循環ファン１４を回転駆動することにより、循環送風経路１１に空気の流れが発生して洗濯物を収容した回転ドラム３内の空気は透孔６を通じて水槽２から循環ファン１４側への循環空気導入管路１６に排気され、循環ファン１４の上流に位置する蒸発器１２に水分を結露させて除湿することと、凝縮器１３との熱交換により加熱することとで常に乾燥した高温の空気とされる。
【０００９】
この乾燥した高温の空気は循環ファン１４から水槽２への送風管路１７に送り出されて水槽２内に送風される。水槽２内に送風された高温の乾燥空気は透孔６を通じて回転ドラム３内に入って衣類などの洗濯物に曝されながら水槽２へと抜け、再度循環空気導入管路１６へと導入され、以上の循環送風経路１１での空気の循環の繰り返しにより乾燥工程が実施される。
【００１０】
この循環送風経路１１を利用した乾燥工程では、循環送風経路１１を循環される空気中に主として衣類などの洗濯物から発生する糸くずなどの異物が混じって循環し、蒸発器や凝縮器の目詰まり、循環ファン１４の回転部への噛み込み、循環ファン１４の内面への堆積といった乾燥工程を実施するのに支障を来し易いので、循環送風経路１１の途中に、循環空気中の異物を除去するフィルタ１８が設けられている。
【００１１】
以上のような構成のドラム式洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、回転ドラム３を回転駆動するドラムモータ７用のインバータ回路と、ヒートポンプ用の圧縮機モータを駆動するインバータ回路の直流電圧の供給源を共用している。そのため、圧縮機モータの運転状態、あるいは、脱水運転とヒートポンプ乾燥運転を同時に行う脱水乾燥運転工程においては、交流電源電流が増加してコンセント容量をオーバーするおそれがある。
【００１２】
そのため、例えば特許文献１には、洗濯乾燥機の最大消費電力となる脱水乾燥運転時におけるドラムモータと圧縮機モータのそれぞれの入力、あるいは出力電力をそれぞれのモータ電流より推定演算することにより、交流電源電流がコンセント容量上限値以上にならないように制御することが開示されている。それにより、インバータ回路の直流電圧を安定して供給することができる。
【００１３】
また、特許文献２には、モータ駆動用のインバータ回路に直流電圧Ｖｄを供給するための整流回路と交流電源の間に、交流電源に直列に接続したリアクタを介して交流電源を短絡する手段を設けたモータ駆動回路が開示されている。短絡手段は、交流電源のゼロクロス時から所定のディレイ時間Ｔｄを起点として、制御信号のパルス幅Ｔｗによって設定される期間に短絡動作を行う。電源電圧Ｖｓの半周期に一回もしくは複数回、電源を短絡して力率を改善することにより、電源電圧変動が生じても電源装置の力率を最大値に保ちながら、インバータ回路に供給される直流電圧Ｖｄを一定に制御できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−５４８１１号公報
【特許文献２】特開２００４−７２８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
洗濯乾燥機の機能向上を実現するために、例えば、脱水工程におけるドラムモータの回転をより高速化して、例えば、最高回転数を従来の１２００ｍｉｎ-1から１６００ｍｉｎ-1へ向上させることが要望されている。但し、コストの増大や、省エネルギーを考慮すると、モータを大型化することなく高速回転を可能にすることが望まれる。
【００１６】
しかし、モータを大型化することなく回転をより高速化させるためには、モータに対する供給電力を増大させる必要がある。一方、供給電力を増大させるとインバータ回路に供給する直流電圧の低下が伴う。特に、脱水工程と乾燥工程とを含む運転時における脱水工程において、ドラムモータ及び圧縮機モータを同時に駆動する並行駆動期間には、直流電源電圧の低下は非常に大きくなる。
【００１７】
このような直流電圧の低下を回避して十分なレベルの直流電圧を維持し、ドラムモータ等に十分な電力を供給するために、昇圧回路により直流電圧を昇圧制御することを検討した。しかし不必要に昇圧回路を動作させると、スイッチング素子のロスが増大するため、ドラムモータの回転に応じて昇圧回路を動作させる必要がある。特許文献１及び２に開示された技術は、このような要求に応じるものではない。
【００１８】
従って、本発明は、インバータ回路に供給する直流電圧を、ドラム回転数の状況に応じた適切な条件で昇圧制御することが可能なモータ駆動装置を備えたドラム式洗濯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明のドラム式洗濯機は、水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有する回転ドラムと、前記回転ドラムを回転可能に保持している水槽と、前記回転ドラムを回転駆動するドラムモータと、交流電源からの交流を整流する整流回路と、前記整流回路の出力端子に接続された平滑用コンデンサと、前記平滑用コンデンサに並列に接続され、前記ドラムモータを駆動制御する第１インバータ回路と、前記交流電源の一端と前記整流回路の一端に直列に接続されたリアクタ、及び前記リアクタの一端と前記整流回路入力側の一端との間に一端が接続され、他端が前記交流電源の他端に接続された短絡制御素子を有する短絡回路と、前記第１インバータ回路を駆動するとともに、一連の洗濯動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路と、前記ドラムモータの回転数を検知する回転数検知部と、前記平滑用コンデンサの両端に出力される直流電圧Ｖｄを検知する直流電圧検知部と、前記短絡制御素子を導通させる短絡信号を生成する短絡信号生成部を具備し、前記短絡信号生成部は、少なくとも脱水工程の一部期間において、前記短絡信号を前記交流電源電圧のゼロクロス検出点を起点として生成し、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを、前記ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて設定された前記直流電圧Ｖｄの目標電圧Ｖｔ、及び前記直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のドラム式洗濯機によれば、短絡信号が交流電源のゼロクロス検出点を起点として生成され、短絡信号のパルス幅Ｔｗが、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数Ｎｐに応じて設定された目標電圧Ｖｔ、及び直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定されるので、インバータ回路に供給する直流電圧を、ドラム回転数に応じた適切な条件で昇圧制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態におけるドラム式洗濯乾燥機のモータ駆動装置を示すブロック図
【図２】同モータ駆動装置の短絡回路による短絡時の動作を示す図
【図３】（Ａ）同モータ駆動装置の短絡回路の動作による全波整流回路への入力電流の変化を示す図（Ｂ）短絡回路の無い従来例のモータ駆動装置における全波整流回路への入力電流を示す図
【図４】同モータ駆動装置において出力される直流電圧が異なるときの、入力電力に対する全波整流回路への入力電流を示す図
【図５】同モータ駆動装置においてドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じた昇圧制御のフローチャートを示す図
【図６】脱水工程の各段階における目標回転数を説明するための図
【図７】同モータ駆動装置においてドラムモータが定常回転に到達後の昇圧制御のフローチャートを示す図
【図８】従来例のヒートポンプによる除湿乾燥方式を用いたドラム式洗濯乾燥機の構造を示す断面図
【図９】同ドラム式洗濯乾燥機の内部背面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明のドラム式洗濯機は、上記構成を基本として以下のような態様をとることができる。
【００２３】
上記構成において、少なくとも圧縮機を具備し、前記水槽内の空気を循環経路を通じて導入して除湿及び加熱する乾燥手段と、前記圧縮機を駆動する圧縮機モータと、前記平滑用コンデンサに並列に接続され、前記圧縮機モータを駆動制御する第２インバータ回路とを更に備え、前記制御部は、前記第１インバータ回路とともに前記第２インバータ回路を駆動するように構成され、前記制御部は、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際及び、脱水工程では、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数Ｎｐを比較し、Ｎｔ−Ｎｐ≦０の期間は前記短絡回路による前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行わず、Ｎｔ−Ｎｐ＞０の期間は前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行うことにより、昇圧制御の回数を減らし、昇圧制御部品のロスを低減することができる。
【００２４】
また、前記制御部は、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際、前記短絡回路を動作させて前記直流電圧Ｖｄを昇圧させるように制御を行うことができ、前記制御部は、前記直流電圧Ｖｄが、前記ドラムモータの目標回転数Ｎｔを得るために必要な一定の大きさになるように、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを制御することができる。
【００２５】
さらに上記構成において、前記ドラムモータが定常回転になり、昇圧制御を行っていた際、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数ＮｐがＮｔ＝Ｎｐを維持できる、前記直流電圧Ｖｄまで低下させる制御を行うことにより、定常回転に必要な分だけの電圧を供給することにより、部品のロスを低減することができる。
【００２６】
さらに上記構成において、全てのインバータ回路の停止時に、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを徐々に大きくし、前記直流電圧Ｖｄの電圧が前記短絡信号生成前の前記直流電圧Ｖｄより大きくなった際の前記パルス幅Ｔｗの大きさＴｗｓを記憶することにより、Ｔｗｓのパルス幅からの昇圧を可能とし、素早く目標電圧Ｖｔに到達することができる。
【００２７】
さらに上記構成において、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際及び、脱水工程において、昇圧制御が必要な前記ドラムモータの回転数になった場合、前記パルス幅Ｔｗｓから昇圧制御を行うことにより、ドラムモータの回転数が低下する時間を少なくすることで、ドラムモータの回転数を早く目標回転数に到達することができる。
【００２８】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるドラム式洗濯乾燥機のモータ駆動装置を示すブロック図である。なお、本実施の形態におけるドラム式洗濯乾燥機の全体構造は、図８及び図９に示したものと同様である。
【００３０】
図１のモータ駆動装置は、ドラムモータ７、循環ファン１４（図８参照）駆動用のファンモータ、及び熱交換部１５（図９参照）用の圧縮機モータの駆動を制御する機能を有するが、図には、ドラムモータ７及び圧縮機モータ２０の駆動に関与する部分のみを示す。ドラムモータ７及び圧縮機モータ２０はそれぞれ、３相巻線を有するステータと、２極の永久磁石を有するロータとを備えた永久磁石同期モータである。
【００３１】
ドラムモータ７には、ロータ位置を検出する３つのロータ位置検出素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃが設けられている。ロータ位置検出素子２１ａ〜２１ｃは、ロータ磁極位置に対応して電気角６０度毎のロータ位置信号を出力する。ドラムモータ７は、第１インバータ回路２２により回転駆動される。第１インバータ回路２２は、６個のスイッチング素子２３を３相ブリッジ接続して構成され、各スイッチング素子２３に並列にフライホイールダイオード２４が接続されている。各スイッチング素子２３のオン／オフ状態は、第１駆動回路２５によりＰＷＭ制御される。
【００３２】
一方、圧縮機モータ２０は、第２インバータ回路２６により回転駆動される。圧縮機モータ２０にはロータ位置検出素子はなく、例えば、電流検出手段からの信号に基づいて位置センサレス正弦波駆動制御される。第２インバータ回路２６は、第１インバータ回路２２と同様、６個のスイッチング素子２７を３相ブリッジ接続して構成され、各スイッチング素子２７に並列にフライホイールダイオード２８が接続されている。各スイッチング素子２７のオン／オフ状態は、第２駆動回路２９によりＰＷＭ制御される。
【００３３】
なお、実際にはこのモータ駆動装置には、循環ファン１４用のファンモータを駆動するための第３インバータ回路及び第３駆動回路も設けられているが、その構成および動作は、第２インバータ回路２６及び第２駆動回路と同様であるため、図示及び説明は省略する。
【００３４】
第１駆動回路２５及び第２駆動回路２９は、制御部３０による制御を受けて動作する。制御部３０には、ドラムモータ７のロータ位置検出素子２１ａ〜２１ｃが出力するロータ位置信号が入力される。このロータ位置信号に基づき、第１駆動回路２５が各スイッチング素子２３のオン／オフ状態をＰＷＭ制御することにより、ドラムモータ７のステータの３相巻線に対する通電が制御され、ロータが同期回転駆動される。制御部３０はさらに、図示しないが、３つのロータ位置検出素子２１ａ〜２１ｃからのロータ位置信号に基づき、ロータの回転数、すなわちドラムモータ７の回転数Ｎｄを検出する回転数検知部を有する。回転数検知部は、３つのロータ位置信号の状態が変わるたびにその周期を検出し、その周期からドラムモータ７の回転数Ｎｄを算出する。
【００３５】
第１及び第２インバータ回路２２、２６に対する電力の供給は、交流電源３１、短絡回路３２及び整流部３３により行なわれる。すなわち、交流電源３１から供給される交流電圧Ｖｓから、短絡回路３２及び整流部３３により直流電圧Ｖｄが生成されて、第１及び第２インバータ回路２２、２６に印加される。
【００３６】
短絡回路３２は、交流電源３１と整流部３３の間に直列に接続されたリアクタ３４と、リアクタ３４を介して交流電源３１に並列に接続された短絡制御素子３５により構成される。短絡制御素子３５は、例えば、ダイオードブリッジとＩＧＢＴもしくは、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなどの電力半導体スイッチング素子で構成することができる。
【００３７】
整流部３３は、全波整流回路３６を備え、全波整流回路３６には、平滑コンデンサ３７、３８の直列回路が並列に接続されている。平滑コンデンサ３７、３８の両端の直流電圧Ｖｄが、第１インバータ回路２２及び第２インバータ回路２６に印加され、直流電力が３相交流電力に変換されて、ドラムモータ７及び圧縮機モータ２０に供給される。
【００３８】
また、ゼロクロス検出回路３９が設けられ、交流電源３１の両端の交流電圧Ｖｓが入力される。ゼロクロス検出回路３９は、交流電圧Ｖｓがゼロクロス点を通過し極性が変わるタイミングで、Ｈｉｇｈ信号からＬｏｗ信号に、もしくはＬｏｗ信号からＨｉｇｈ信号に切り替わるゼロクロス検出信号を出力し、制御部３０に供給する。
【００３９】
制御部３０はまた、平滑コンデンサ３７、３８の両端の直流電圧Ｖｄ、従って、第１及び第２インバータ回路２２、２６に印加される直流電圧Ｖｄを検出する直流電圧検知部を備えている。さらに制御部３０は短絡信号生成部を備え、少なくとも脱水工程の一部期間において、短絡回路３２の短絡制御素子３５を導通させるための短絡信号Ｐｓを生成する。
【００４０】
以上の構成を有するモータ駆動装置は、短絡回路３２の動作に特徴を有する。短絡回路３２は、短絡制御素子３５が導通することにより、リアクタ３４を介して交流電圧Ｖｓを短絡させる。その短絡状態では交流電圧Ｖｓの電力がリアクタ３４に蓄積され、短絡制御素子３５がオフとなったときに、蓄積された電力が整流部３３に供給される。供給された電力は全波整流回路３６により直流に変換され平滑コンデンサ３７、３８を充電して、出力直流電圧Ｖｄを上昇させる。
【００４１】
このような、昇圧動作を効果的に行うために、制御部３０の短絡信号生成部は、ゼロクロス検出回路３９が検出するゼロクロス検出点を起点として、電源電圧Ｖｓの半周期毎に短絡信号Ｐｓを生成する。また、ドラムモータ７の目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて、直流電圧Ｖｄに対する目標電圧Ｖｔが設定され、短絡信号Ｐｓのパルス幅Ｔｗは、目標電圧Ｖｔ、及び直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定される。例えば、直流電圧Ｖｄが、ドラムモータ７の目標回転数Ｎｔを得るために必要な一定の大きさになるように、パルス幅Ｔｗを制御する。
【００４２】
短絡回路３２の動作の例を、図２に示す。交流電源３１の電圧Ｖｓのゼロクロス検出点を起点として半周期毎に、パルス幅Ｔｗの短絡信号Ｐｓが生成される。短絡信号ＰｓのＨｉｇｈ期間に短絡制御素子３５が導通して交流電圧Ｖｓによる短絡電流が流れ、リアクタ３４に電力が蓄積される。短絡信号ＰｓがＬｏｗになると、リアクタ３４に蓄積された電力に基づく補助入力電流Ｉａが、全波整流回路３６に流される。交流電圧Ｖｓによる電流に補助入力電流Ｉａが重畳されて全波整流回路３６への入力電流が形成される。補助入力電流Ｉａを重畳させることにより、平滑用コンデンサ３７、３８の両端の直流電圧Ｖｄを上昇させることができる。
【００４３】
図３（Ａ）には、補助入力電流Ｉａにより、全波整流回路３６への入力電流Ｉｂが増大する様子を示す。図３（Ｂ）には比較のため、短絡回路３２を動作させない場合の全波整流回路３６への入力電流Ｉｂを示す。
【００４４】
図４には、整流部３３からの出力電圧である直流電圧Ｖｄが２６０Ｖ、２８０Ｖ、３００Ｖの場合の各々の場合について、交流電源３１からの入力電力に対する整流部３３の入力電流Ｉｂの大きさを示す。同じ入力電力でも、直流電圧Ｖｄが高い程、入力電流Ｉｂが大きくなる。例えば、入力電力６００Ｗ時において、直流電圧Ｖｄを３００Ｖに昇圧するよりも、２６０Ｖに昇圧する方が電流が減少する。
【００４５】
従って、必要以上に直流電圧Ｖｄを昇圧させるのではなく、最適な電圧に設定することで、同じ入力電力でも入力電流Ｉｂを減少させて、スイッチング素子やリアクタのロスを減少させることができる。すなわち、脱水工程で目標電圧Ｖｔを一律に設定するのではなく、モータの回転に必要な目標電圧Ｖｔに設定することが望ましい。
【００４６】
脱水工程では、図５に示すように、ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じた昇圧制御が行われる。脱水回転が開始すると、ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて前記直流電圧Ｖｄの目標電圧Ｖｔ、及び前記直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定する。例えば、Ｎｔ−Ｎｐ≦０の期間は前記短絡回路による前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行わず、Ｎｔ−Ｎｐ＞０の期間は目標電圧Ｖｔを現在の直流電圧Ｖｄ＋１Ｖ（増加分は例である）に設定し、前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行う。Ｎｔ−Ｎｐ＞０の場合、昇圧制御を行い、目標電圧Ｖｔと直流電圧Ｖｄが等しくなれば、再度ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差を検知し、昇圧制御を続けるかを判断する。
【００４７】
また図６は、脱水工程の各段階における目標回転数Ｎｔを示す。横軸が工程の各段階を示し、予備脱水、布はがし、本脱水の順に処理が行なわれる。
【００４８】
本脱水の段階では、漸次回転数を上昇させる制御が行われ、最終的に一定回転となる定常回転に達する。定常回転に達し、昇圧制御を行っていると、図７に示すように、目標電圧Ｖｔを減少させ、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数ＮｐがＮｔ＝Ｎｐであれば、さらに目標電圧Ｖｔを減少させ、Ｎｔ＝Ｎｐを維持できる目標電圧Ｖｔまで減少させる。前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数ＮｐがＮｔ＜Ｎｐならば、目標電圧Ｖｔを増加させ、それらを繰り返し、フィードバック制御を行うことが望ましい。
【００４９】
また、図６に示す本脱水開始前や、布はがし開始前などの、インバータ回路の停止時に、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを徐々に大きくし、前記直流電圧Ｖｄの電圧が前記短絡信号生成前の前記直流電圧Ｖｄより大きくなった際の前記パルス幅Ｔｗの大きさＴｗｓを記憶し、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際及び、脱水工程において、昇圧制御が必要な前記ドラムモータの回転数になった場合、前記パルス幅Ｔｗｓから昇圧制御を行うことが望ましい。
【００５０】
以上のように、本実施の形態のドラム式洗濯乾燥機は、リアクタ３４と短絡制御素子３５からなる短絡回路３２を備え、短絡制御素子３５を導通させる短絡信号を、交流電源３１の電圧のゼロクロス検出点を起点として生成する。そして、短絡信号のパルス幅Ｔｗは、ドラムモータ７の目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて設定された直流電圧Ｖｄの目標電圧Ｖｔ、及び直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定される。これにより、インバータ回路２２、２９に供給する直流電圧Ｖｄを、状況に応じた適切な条件で昇圧制御することが可能であり、ドラムモータ７、循環ファン１４駆動用のファンモータ、及び熱交換部用の圧縮機モータ２０の駆動を、低消費電力でかつ安定して制御することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のドラム式洗濯機によれば、インバータ回路に対して直流電圧を安定して供給することが可能であり、ヒートポンプによる除湿乾燥方式を用いた洗濯乾燥機に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 洗濯機本体
２ 水槽
３ 回転ドラム
４ 衣類出入口
５ 扉
６ 透孔
７ ドラムモータ
８ 注水管路
９ 排水管路
１０ 操作パネル
１１ 循環送風経路
１２ 蒸発器
１３ 凝縮器
１４ 循環ファン
１５ 熱交換部
１６ 循環空気導入管路
１７ 送風管路
１８ フィルタ
２０ 圧縮機モータ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ ロータ位置検出素子
２２ 第１インバータ回路
２３、２７ スイッチング素子
２４、２８ フライホイールダイオード
２５ 第１駆動回路
２６ 第２インバータ回路
２９ 第２駆動回路
３０ 制御部
３１ 交流電源
３２ 短絡回路
３３ 整流部
３４ リアクタ
３５ 短絡制御素子
３６ 全波整流回路
３７、３８ 平滑コンデンサ
３９ ゼロクロス検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有する回転ドラムと、
前記回転ドラムを回転可能に保持している水槽と、
前記回転ドラムを回転駆動するドラムモータと、
交流電源からの交流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力端子に接続された平滑用コンデンサと、
前記平滑用コンデンサに並列に接続され、前記ドラムモータを駆動制御する第１インバータ回路と、
前記交流電源の一端と前記整流回路の一端に直列に接続されたリアクタ、及び前記リアクタの一端と前記整流回路入力側の一端との間に一端が接続され、他端が前記交流電源の他端に接続された短絡制御素子を有する短絡回路と、
前記第１インバータ回路を駆動するとともに、一連の洗濯動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路と、前記ドラムモータの回転数を検知する回転数検知部と、前記平滑用コンデンサの両端に出力される直流電圧Ｖｄを検知する直流電圧検知部と、前記短絡制御素子を導通させる短絡信号を生成する短絡信号生成部を具備し、
前記短絡信号生成部は、少なくとも脱水工程の一部期間において、前記短絡信号を前記交流電源電圧のゼロクロス検出点を起点として生成し、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを、前記ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて設定された前記直流電圧Ｖｄの目標電圧Ｖｔ、及び前記直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定することを特徴とするドラム式洗濯機。
【請求項２】
少なくとも圧縮機を具備し、前記水槽内の空気を循環経路を通じて導入して除湿及び加熱する乾燥手段と、
前記圧縮機を駆動する圧縮機モータと、
前記平滑用コンデンサに並列に接続され、前記圧縮機モータを駆動制御する第２インバータ回路とを更に備え、
前記制御部は、前記第１インバータ回路とともに前記第２インバータ回路を駆動するように構成され、
前記制御部は、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際及び、脱水工程では、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数Ｎｐを比較し、Ｎｔ−Ｎｐ≦０の期間は前記短絡回路による前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行わず、Ｎｔ−Ｎｐ＞０の期間は前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行う請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項３】
前記制御部は、前記ドラムモータが定常回転になり、昇圧制御を行っていた際、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数ＮｐがＮｔ＝Ｎｐを維持できる、前記直流電圧Ｖｄまで低下させる制御を行う請求項１または２に記載のドラム式洗濯機。
【請求項４】
前記制御部は、全てのインバータ回路の停止時に、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを徐々に大きくし、前記直流電圧Ｖｄの電圧が前記短絡信号生成前の前記直流電圧Ｖｄより大きくなった際の前記パルス幅Ｔｗの大きさＴｗｓを記憶する請求項１〜３のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
【請求項５】
前記制御部は、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際及び、脱水工程において、昇圧制御が必要な前記ドラムモータの回転数になった場合、前記パルス幅Ｔｗｓから昇圧制御を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
【請求項１】
水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有する回転ドラムと、
前記回転ドラムを回転可能に保持している水槽と、
前記回転ドラムを回転駆動するドラムモータと、
交流電源からの交流を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力端子に接続された平滑用コンデンサと、
前記平滑用コンデンサに並列に接続され、前記ドラムモータを駆動制御する第１インバータ回路と、
前記交流電源の一端と前記整流回路の一端に直列に接続されたリアクタ、及び前記リアクタの一端と前記整流回路入力側の一端との間に一端が接続され、他端が前記交流電源の他端に接続された短絡制御素子を有する短絡回路と、
前記第１インバータ回路を駆動するとともに、一連の洗濯動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路と、前記ドラムモータの回転数を検知する回転数検知部と、前記平滑用コンデンサの両端に出力される直流電圧Ｖｄを検知する直流電圧検知部と、前記短絡制御素子を導通させる短絡信号を生成する短絡信号生成部を具備し、
前記短絡信号生成部は、少なくとも脱水工程の一部期間において、前記短絡信号を前記交流電源電圧のゼロクロス検出点を起点として生成し、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを、前記ドラムモータの目標回転数Ｎｔと現在回転数Ｎｐの差に応じて設定された前記直流電圧Ｖｄの目標電圧Ｖｔ、及び前記直流電圧Ｖｄの検出値に基づいて設定することを特徴とするドラム式洗濯機。
【請求項２】
少なくとも圧縮機を具備し、前記水槽内の空気を循環経路を通じて導入して除湿及び加熱する乾燥手段と、
前記圧縮機を駆動する圧縮機モータと、
前記平滑用コンデンサに並列に接続され、前記圧縮機モータを駆動制御する第２インバータ回路とを更に備え、
前記制御部は、前記第１インバータ回路とともに前記第２インバータ回路を駆動するように構成され、
前記制御部は、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際及び、脱水工程では、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数Ｎｐを比較し、Ｎｔ−Ｎｐ≦０の期間は前記短絡回路による前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行わず、Ｎｔ−Ｎｐ＞０の期間は前記直流電圧Ｖｄの昇圧制御を行う請求項１記載のドラム式洗濯機。
【請求項３】
前記制御部は、前記ドラムモータが定常回転になり、昇圧制御を行っていた際、前記目標回転数Ｎｔと前記現在回転数ＮｐがＮｔ＝Ｎｐを維持できる、前記直流電圧Ｖｄまで低下させる制御を行う請求項１または２に記載のドラム式洗濯機。
【請求項４】
前記制御部は、全てのインバータ回路の停止時に、前記短絡信号のパルス幅Ｔｗを徐々に大きくし、前記直流電圧Ｖｄの電圧が前記短絡信号生成前の前記直流電圧Ｖｄより大きくなった際の前記パルス幅Ｔｗの大きさＴｗｓを記憶する請求項１〜３のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
【請求項５】
前記制御部は、脱水工程と乾燥工程とを含む運転を行うために前記ドラムモータ及び前記圧縮機モータを同時に並行駆動する際及び、脱水工程において、昇圧制御が必要な前記ドラムモータの回転数になった場合、前記パルス幅Ｔｗｓから昇圧制御を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１９６３９８（Ｐ２０１２−１９６３９８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６３８２６（Ｐ２０１１−６３８２６）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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