JP2017035202A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導モータを用いながらインバータを用いた場合のような効率の良い運転を可能にする。
【解決手段】洗濯物を回転させる回転部に回転動力を入力する入力軸と、正逆方向に回転して回転部の動力源となる誘導モータ７２と、この誘導モータ７２の出力軸７２ｍと回転部への入力軸との間に介在され立ち上げに伴って減速比を小さくする方向に変速する変速機とを備え、誘導モータ７２の効率の悪い低回転域で従動側のトルクを倍増させつつ、低回転域をいち速く通過して高回転域に移行するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導モータを効率よく活用できるようにした洗濯機に関するものである。

洗濯機には、従来より価格が安価な誘導モータが多く用いられている。誘導モータはＡＣモータの一種であり、交流を流したコイルが作り出す回転磁界でロータ側に誘導電流をつくり、それが発生する磁界と回転磁界との相互作用によって駆動するモータである。一般にこの種のモータの出力軸に現われる回転動力は、一対のプーリおよびベルトを介し、さらに減速機を介して撹拌翼や脱水槽等の回転部の入力軸に伝達されるように構成される（特許文献１）。

一方、洗濯機にはインバータ方式を採用したものも利用に供されている。インバータ制御は、交流電力を直流に変換後、任意の周波数の交流に変換してモータを駆動することができるようにしたものである（特許文献２）。

特開２００２−１６６０８９号公報 特開平０４−３２２６９６号公報

しかしながら、誘導モータ方式では、プーリ比が固定であるため、モータの立ち上がりが遅く、効率の悪い低回転域での動作が多くなるうえに、特に正逆方向に回転を切り替えながら洗い工程や濯ぎ工程を実施する洗濯機においては、立ち上がり特性が大きく影響してくるため、効率の悪さが拭えないという難点がある。

一方、インバータ制御方式のものは、運転効率の良い周波数に設定することができる反面、制御系が複雑となることから、全体として高価になるという難点がある。

本発明は、このような課題に着目し、誘導モータを用いながらインバータを用いた場合のような効率の良い運転を可能にした、新たな構成からなる洗濯機を提供することを目的としている。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明の洗濯機は、洗濯物を回転させる回転部に回転動力を入力する入力軸と、正逆方向に回転して前記回転部の動力源となる誘導モータと、この誘導モータの出力軸と前記回転部への入力軸との間に介在され立ち上げに伴って減速比を小さくする方向に変速する変速機とを備えることを特徴とする。

変速機の好ましい実施の態様としては、前記出力軸側に設けた可変型の駆動側プーリユニットと、前記入力軸側に設けた可変型の従動側プーリユニットと、両プーリユニット間で動力を伝えるベルトとを備え、前記出力軸又は前記入力軸の回転数に応じてプーリ比を変化させるものが挙げられる。

このように慣性重量が大きくなることを積極的に利用するためには、前記誘導モータをドライバを介して駆動する制御手段に、予め設定された前記回転部に対する所定の駆動時間と、当該回転部が停止するまでの所定の慣性回転時間とを動作単位として、この動作単位毎に前記回転部への反転駆動を繰り返す制御を行わせることが好ましい。

この場合の所定の駆動時間は、前記変速機の変速比を最大から最小まで変化させるに足る時間以上に設定されていることがより好ましい。

以上説明した本発明によると、誘導モータの立ち上げ特性は一定でも、変速機を介在させることによって、誘導モータの効率の悪い低回転域で従動側のトルクを倍増させつつ、当該低回転域をいち速く通過させる。そして、これに伴ってトルク倍増により起動直後から洗濯物に対する洗浄力が向上し、その後いち速くモータ効率の良い高回転域側に移行することで消費電力の低減が図られる。洗濯機は、短い時間で正転・逆転が繰り返されるという特有の動作を行うため、上記の効果は繰り返し現われる。したがって、本発明によれば、誘導モータを用いた安価な構成であっても、インバータを用いた場合のような効率の良い運転を実現することが可能となる。

変速機を可変型のプーリユニットとベルトから構成した本発明によれば、固定型のプーリを用いた構成と比較して、可変構造に必要な要素部品を含む分だけ慣性重量が増加する。このため、洗濯物を引き連れて回転する際の慣性トルクも増大し、洗浄効果をより高めることができる。

この場合、同じ駆動時間であれば、慣性重量が増えた分、停止までの時間も長くなる。回転部が固定型のプーリと同じ慣性停止時間で反転すると惰性回転中に回転を切り返すことになるが、本発明の制御手段により回転部が停止するのを待って反転させれば、慣性重量による惰性回転を洗浄のために有効活用することができる。しかも、このような設定をすれば、誘導モータに毎回速度０が現われるため、その都度起動時のトルク倍増効果を利用することができる。

特に、変速比を最大から最小までフル活用するようにすれば、誘導モータが効率良く立ち上がった後は、変速比を変えて回転部に必要な回転数に達するので、モータ効率の良い高回転域の時間割合を長くして消費電力の低減を実効あらしめることができる。

本発明の一実施形態に係る洗濯機の要部を、変速機の起動時の状態において示す部分縦断面図。 同実施形態と対比して変速機を搭載しない洗濯機の概略構成を示す全体断面図。 同実施形態におけるモータの制御系を示す説明図。 同実施形態で用いる変速機の起動後の状態を示す図。 同実施形態に用いた誘導モータの特性を示すグラフ。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る変速機８を採用した洗濯機を示す部分縦断面図であり、図２はこのような変速機を採用していない洗濯機１を示す全体縦断面図である。

先ず、図２の洗濯機１の基本構成について説明し、そのうえで本実施形態に係る変速機を取り付けた洗濯機の説明を行う。

洗濯機１は、いわゆる縦型洗濯機として構成され、筐体２と、その内部で吊棒３により吊支される洗濯槽ユニット４とを備える。洗濯槽ユニット４は、有底略円筒状の外槽５と、その内部で同軸に配される有底略円筒状の内槽６と、外槽５の底部に設けられた駆動機構７とを備える。

筐体２は、略矩形状の底面２１とこの底面２１より立ち上がる４つの壁面２２とにより構成され、上方を開口された内部空間Ｓｐを備える箱形をなす。筐体２の上端２４近傍の四隅にはフック状の掛止部２５が設けられ、この掛止部２５は、吊棒３の基端３Ａ側を掛止させることで吊棒３を吊り下げるための支点として機能する。

筐体２の上部には、操作パネルと一体化されたカバー２６が設けられるとともに、このカバー２６の一部は開閉蓋２６ａとされ、折り戸式に操作することで内部空間Ｓｐを開閉することができる。

洗濯槽ユニット４を構成する外槽５は、底部をなす平面視略円形の底板５１と、底板５１の縁部より立ち上がる周壁５２とを有する有底略円筒状の部材である。周壁５２の下部には、平面視４箇所にほぼ等配してフック状の被吊支部５３が一体的に設けられている。被吊支部５３は、吊棒３の先端３Ｂ側を取り付けることができる。

内槽６は、いわゆる洗濯脱水槽として構成され、底部をなす平面視略円形の底板６１と、底板６１の縁部より立ち上がる周壁６２とを有する有底略円筒状をなす。内槽６は、外槽５の内部でこの外槽５と同軸に配されるとともに、駆動機構７を介して外槽５により回転可能に支持される。底板６１及び周壁６２には図示しない多数の通水孔が設けられ、この通水孔を通じて内槽６内の水を排出することができる。また、内槽６の底板６１の直ぐ上には、一般にパルセータと称する撹拌翼６３が同軸状に設けられる。

駆動機構７は、外槽５の底板５１の下面に取り付けられたベース部材７１と、このベース部材７１に取り付けた誘導モータ７２と、クラッチを含む動力分配手段７３とを含む。誘導モータ７２の出力軸７２ｍと動力分配手段７３の入力軸７３ｍは、固定プーリ７２ａ、７３ａをそれぞれ備えており、これらの固定プーリ７２ａ，７３ａの周囲に平ベルト７４が巻回されることで、相互に動力の伝達を行うことができる。

動力分配手段７３は、入力軸７３ａに入力される回転動力をクラッチを介して同軸に配された２つの入力軸７５，７６に分配するもので、内側の第１入力軸７５を上記撹拌翼６３の中心に接続され、外側の第２入力軸７６を内槽６の底板６１に接続される。動力分配手段７３は、制御手段からの指令に基づき、固定プーリ７２ａ、ベルト７４、固定プーリ７３ａを通じて誘導モータ７２の回転動力を入力軸７３ａに入力し、この回転動力を、第１入力軸７５のみ、あるいは第１入力軸７５と第２入力軸７６の双方に選択的に切り換える。これにより洗濯機１は、洗濯時には主として撹拌翼６３のみを回転させ、脱水時には内槽６と撹拌翼６３とを一体的に回転させる。本発明の回転部８０は、洗い工程および濯ぎ工程においては撹拌翼６３がこれに相当し、脱水工程においては撹拌翼６３および内槽６がこれに該当する。

このような構成において、本実施形態では、誘導モータ７２の出力軸７２ｍと、回転部８０の入力軸８０ｍ（動力分配手段７３の入力軸７３ｍ）との間の動力伝達部に図１に示す変速機８を介在させている。図1において図２と共通する部分には同一符号が付してある。

変速機８を採用した目的は、誘導モータ７２の特性改善のためである。誘導モータ７２では、固定プーリ７２ａと７３ａのプーリ比が常に一定であって高回転域で初めて有効なトルクが出るため、立ち上がりが遅く、突入電流の大きい低回転域での動作が多い。そのうえに、特に正逆方向に回転を切り替えながら洗い工程や濯ぎ工程を実行する洗濯機１においては、立ち上がり特性の悪さが全体に与える影響が大きい。

そこで、変速機８を介在させ、立ち上げに伴って減速比を後述するごとく１：３．４から１：１．７へと小さくする方向に変速する。そして、誘導モータ７２の立ち上げ特性は一定でも、当該誘導モータ７２の効率の悪い低回転域で従動側の入力軸７３ｍに入力するトルクを倍増させつつ、当該低回転域をいち速く通過させる。その結果、トルク倍増により起動直後から洗濯物に対する洗浄力が向上し、その後いち速くモータ効率の良い高回転域側に移行することで、誘導モータ７２における消費電力の低減が図られる。洗濯機１は、短い時間で正転・逆転が繰り返されるという特有の動作を行うため、上記の効果が反復して得られ、誘導モータ７２を用いた安価な構成であっても、インバータを用いた場合のような効率の良い運転を実現することができる。

この変速機８は、誘導モータ７２の出力軸７２ｍの回転数に応じて変速比を可変とする自動変速機である。具体的には、出力軸７２ｍ側に設けた可変型の駆動側プーリユニット８１と、入力軸７３ｍ側に設けた可変型の従動側プーリユニット８２と、両プーリユニット８１、８２間で動力を伝えるＶベルト８３とを備え、出力軸７２ｍの回転数に応じて減速比が小さくなる方向にプーリ比を変化させる。簡単に構成を対比させれば、この動力伝達部は、図２の構成から固定プーリ７２ａ、平ベルト７４、固定プーリ７３ａを取り除き、代わりに駆動側プーリユニット８１、従動側プーリユニット８２、Ｖベルト８３を取り付けたものである。

このような所謂Ｖベルト式変速機の構造を図２に示した固定型のプーリ構造と比較すれば、可変型の両プーリユニット８１、８２は可変構造に必要な要素部品の分だけ慣性重量が増加する。このため、洗濯物を引き連れて回転する際の慣性トルクが増大し、洗浄効果の向上に寄与することができる。

駆動側プーリユニット８１は、誘導モータ７２の出力軸７２ｍに一体回転可能かつ軸方向に移動可能に接続される駆動側可動プーリ８１ａと、前記出力軸７２ｍに一体回転可能に固定されて前記駆動側可動プーリ８１ａに対向される駆動側固定プーリ８１ｂと、駆動側可動プーリ８１ａに出力軸７２ｍの回転数に応じた軸方向の変位を与える回転数感応部８１ｃとを備える。

駆動側可動プーリ８１ａおよび駆動側固定プーリ８１ｂの対向面は、中心から径方向に遠ざかるに従って対向距離が大きくなる逆皿状をなしている。

回転数感応部８１ｃは、駆動側可動プーリ８１ａと対向する位置に設けられて出力軸７２ｍと略直交する支持面を有する変速板８１ｃ１と、この変速板８１ｃ１と駆動側可動プーリ８１ａとの間にあってこれらと一体回転するように配されかつラジアル方向に向かって転動可能なウェイトローラ８１ｃ２と、駆動側可動プーリ８１ａ側にあり且つウェイトローラ８１ｃ２に添設する位置にあって当該ウェイトローラ８１ｃ２が中心から遠ざかるにつれてウェイトローラ８１ｃ２により駆動側固定プーリ８１ｂ側に付勢されるテーパ状のガイド面８１ｃ３とからなる。

一方、従動側プーリユニット８２は、回転部８０の入力軸８０ｍすなわち動力分配手段７３の入力軸７３ｍに一体回転可能かつ軸方向に移動可能に接続される従動側可動プーリ８２ａと、前記入力軸７３ｍに一体回転可能に固定されて前記従動側可動プーリ８２ａに対向される従動側固定プーリ８２ｂと、従動側可動プーリ８２ａを従動側固定プーリ８２ｂに向けて弾性付勢するスプリング８２ｃとを備える。

従動側可動プーリ８２ａおよび従動側固定プーリ８２ｂの対向面も、中心から径方向に遠ざかるに従って対向距離が大きくなる逆皿状をなしている。

Ｖベルト８３は、耐熱性や耐摩耗性等に優れるガラス繊維やケプラー繊維等を用いて無限軌道状に形成され、内周面に複数の歯が列設されている。

図１は誘導モータの起動前、図４は誘導モータ起動後の状態を示している。当初従動側可動プーリ８２ａはスプリング８２ｃに付勢されて従動側固定プーリ８２ｂとの対向距離を縮めた図１の状態にあり、Ｖベルト８３の係合する従動側プーリユニット８２のプーリ径は実質的に大となっている。対する駆動側可動プーリ８１ａは遠心力が働いていないため、ウェイトローラ８１ｃ２は出力軸７２ｍに近い位置にあり、Ｖベルト８３が従動側プーリユニット８２側に引っ張られて駆動側固定プーリ８１ｂとの対向距離は広がった状態にあり、Ｖベルト８３の係合する駆動側プーリユニット８１のプーリ径は実質的に小となっている。このときのプーリ径の比は本実施形態の場合、駆動側：従動側＝１：３．４であり、後述する起動後のプーリ比と比べると、駆動側の回転数に対して従動側の回転数が低く、減速比が大きい。

この状態から誘導モータ７２が起動すると、駆動側可動プーリ８１ａが回転することによってウェイトローラ８１ｃ２が遠心力により図１→図４のように外周側に移動し、これに伴い駆動側可動プーリ８１ａはガイド面８１ｃ３を通じてウェイトローラ８１ｃ２に押し下げられて、駆動側固定プーリ８１ｂに近づく方向に移動する。その結果、駆動側固定プーリ８１ｂとの対向距離が縮まり、Ｖベルト８３に対する駆動側プーリユニット８１の実質的なプーリ径をΔｒ１だけ増大させる。これに伴って、Ｖベルト８３が駆動側プーリユニット８１側に引っ張られて従動側可動プーリ８２ａがスプリング８２ｃの弾性力に抗して図１→図４のように従動側固定プーリ８２ｂとの対向距離を増大させる方向に移動し、Ｖベルト８３に対する実質的なプーリ径をΔｒ２だけ減少させる。このときのプーリ径の比は本実施形態の場合、駆動側：従動側＝１．１．７であり、上述した起動時のプーリ比と比べると、駆動側の回転数に対して従動側の回転数が高くなり、減速比が小さくなる。この間、プーリ比すなわち減速比はリニアに変化する。

一方、図３（ａ）に示すように、誘導モータ７２は制御手段９１からモータドライバ９２を介して制御されるように構成されている。制御手段９１は例えばこの洗濯機１の洗濯工程全般の制御を司るマイクロコンピュータであり、制御の一環として誘導モータ７２への通電のＯＮ／ＯＦＦ制御を行っている。同図（ｂ）は制御手段９１に組み込まれたシーケンスの一つとして、洗い工程における誘導モータ７２への通電制御の概要を示すフローチャートである。

先ずステップＳ１で正方向への通電をＯＮにし、通電ＯＮから所定の駆動時間Ｔ１が経過したらステップＳ２で通電をＯＦＦにする。次いで、通電ＯＦＦから所定の慣性回転時間Ｔ２が経過したら、今度はステップＳ３で逆方向への通電をＯＮにし、通電ＯＮから所定の駆動時間Ｔ３が経過したらステップＳ４で通電をＯＦＦにする。その後、通電ＯＦＦから所定の慣性回転時間Ｔ４が経過したらステップＳ５に移る。このステップＳ５では、洗い工程の開始時すなわち最初のステップＳ１の通電ＯＮから洗い工程において設定した所定の工程実行時間Ｔ５が経過したか否かを判断し、ＮＯであればステップＳ１に戻り、ＹＥＳであればエンドする。

つまり、回転部８０に対する所定の駆動時間Ｔ１（Ｔ３）と、回転部８０すなわち撹拌翼６３が停止するまでの所定の回線回転時間Ｔ２（Ｔ４）とを動作単位として、この動作単位毎に回転部８０への反転駆動を繰り返す制御が行われる。

本実施形態では、駆動時間Ｔ１、Ｔ３は１．３秒、慣性回転時間Ｔ２、Ｔ４は１．５秒、工程実行時間Ｔ５は６分に設定されている。これと対比させるために、変速機８を採用していない図２の構成の場合と比較すると、図２の場合の駆動時間Ｔ１、Ｔ３は１．３秒、慣性回転時間Ｔ２、Ｔ４は０．５秒、工程実行時間Ｔ５は４分に設定される。駆動時間Ｔ１、Ｔ３が同じであるのに対して、慣性回転時間Ｔ２、Ｔ４が長くとってあるのは、変速機８を導入したことに伴う慣性重量の増加に起因して誘導モータ７２が起動後にＯＦＦされてから停止するまでに要する時間が延びたことに対応する。慣性重量の増加は大きくは、駆動側では図２の駆動側プーリ７２ａの重量に対して図１の駆動側プーリユニット８１を構成するプーリ８１ａ、８１ｂ、回転感応部８１ｃの重量の差分であり、従動側では、図２の従動側プーリ７３ａの重量に対して図１の従動側プーリユニット８２を構成するプーリ８２ａ、８２ｂ、スプリング８２ｃの重量の差分である。

すなわち、図１の構成において固定型のプーリ７２ａ、７３ａと同じ慣性停止時間Ｔ２、Ｔ４＝０．５秒で反転すると惰性回転中に回転を切り返すことになり、電力ロスが大きくなるが、慣性停止時間Ｔ２、Ｔ４＝１．５秒として停止まで待って反転させることで、無駄な電力を消費しないばかりか、慣性重量による惰性回転を洗浄のために有効活用することができる。しかも、このような設定をすれば、誘導モータ７２に毎回速度０が現われるため、その都度起動時のトルク倍増効果を利用することができる。

そして、前述した立上げ時の所定時間Ｔ１、Ｔ３は、変速機の変速比を最大である１：３．４から最小である１：１．７まで変化させるに足る時間以上に設定されている。すなわち、誘導モータ７２の場合は電流値のコントロールはできないが、本実施形態の構造下に誘導モータ７２を起動すると、誘導モータ７２が効率良く立ち上がった後は、変速機８が変速比を変えて回転部８０が必要な回転数に達し、このとき誘導モータ７２も高回転域に達するので、モータ効率の良い領域の時間割合を長くして消費電力の低減を実効あらしめることができる。

図５は回転数に対する突入電流およびトルクの特性を表わしたグラフである。回転数が低い領域では突入電流が多い割には誘導モータの出力トルクが低く、効率の良い運転ができないが、回転数が高くなると突入電流が減り、代わって出力トルクが増える。本実施形態により、変速機８を介して入力軸７２ｍ側のトルクを倍増させつつ、効率の悪い低回転域をいち速く通過して効率の良い高回転域で運転することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では洗い工程を例に挙げてモータ駆動シーケンスについて説明したが、濯ぎ工程においてもこれに準じたシーケンスが実行される。

また、駆動時間や慣性回転時間、最大変速比や最小変速比等も上述した具体的な数値に限定されるものではない。

さらに、変速機を採用することで、出力トルクを倍増できるので、より小型で安価なモータの採用も可能となる。

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

８…変速機
７２…誘導モータ
７２ｍ…出力軸
７３ｍ…入力軸
８０…回転部
８０ｍ…入力軸
８１…駆動側プーリユニット
８２…従動側プーリユニット
８３…ベルト
９１…制御手段
９２…ドライバ
Ｔ１、Ｔ３…駆動時間
Ｔ２、Ｔ４…慣性回転時間

Claims (4)

1. 洗濯物を回転させる回転部に回転動力を入力する入力軸と、正逆方向に回転して前記回転部の動力源となる誘導モータと、この誘導モータの出力軸と前記回転部への入力軸との間に介在され立ち上げに伴って減速比を小さくする方向に変速する変速機とを備えることを特徴とする洗濯機。
2. 前記変速機は、前記出力軸側に設けた可変型の駆動側プーリユニットと、前記入力軸側に設けた可変型の従動側プーリユニットと、両プーリユニット間で動力を伝えるベルトとを備え、前記出力軸又は前記入力軸の回転数に応じてプーリ比を変化させるものである請求項１に記載の洗濯機。
3. 前記誘導モータをドライバを介して駆動する制御手段を備え、この制御手段は、予め設定された前記回転部に対する所定の駆動時間と、当該回転部が停止するまでの所定の慣性回転時間とを動作単位として、この動作単位毎に前記回転部への反転駆動を繰り返す請求項２に記載の洗濯機。
4. 前記所定の駆動時間は、前記変速機の変速比を最大から最小まで変化させるに足る時間以上に設定されている請求項３に記載の洗濯機。
   

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