专利名称：洗衣机的逆变器装置和洗衣烘干机的逆变器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种洗衣机逆变器装置，该装置对连续进行洗涤、漂洗和甩干各过程的全自动洗衣机进行提供分别运转洗涤、漂洗和甩干用的旋转驱动力的电机的驱动控制；本发明还涉及一种洗衣烘干机逆变器装置，该装置对连续进行洗涤、漂洗、甩干和烘干各过程的全自动洗衣烘干机进行提供分别运转洗涤、漂洗、甩干烘干用的旋转驱动力的电机的驱动控制。
背景技术：
以往，全自动洗衣机中广泛采用的方式是进行洗涤、漂洗和甩干运转时使搅拌翼(振动器)或旋转槽旋转的电机使用无刷DC电机，并且用逆变器电路驱动该无刷DC电机。于是，根据电机驱动条件控制转矩时，使电机的外加电压增减。然而，虽然电机的旋转速度与输出转矩成正比，但由外加电压控制的输出转矩与电压不成正比，因而目标速度指令与电机的检测速度容易产生差异，使控制时常不稳定。存在问题。
因此，本发明的发明人为了用较高的精度对洗衣机等使用的电机进行驱动控制，在日本专利申请2001-171185中提出一种技术，应用矢量控制，并且利用q(quadrature)轴(正交轴)电流控制转矩。即，无刷DC电机的输出转矩与矢量控制所得的q(quardrature)轴电流成正比，因而能以高精度进行电机的转矩控制，进而高精度地进行旋转速度控制。
可是，对洗衣机或洗衣烘干机使用的电机进行驱动控制，使洗涤运转中用低速进行旋转，而甩干运转中用高速旋转。电机的线圈中产生的感应电压在高速旋转时变高，因而随之需要供给较高的驱动电压。然而，在一般用逆变器对电机进行驱动控制的情况下，可供给的驱动电压有限，因而实施高速旋转时进行弱磁场运转，以便一面抑制电机产生的感应电压，一面提高转速。
于是，日本专利申请2001-171185中提出的矢量控制技术根据提供的速度指令值和检测出的电机电流值进行运算，从而决定供给逆变器电路的驱动电压，即PWM信号的负载。也就是说，如果给不出矢量控制的运算结果，就不知道实际驱动电压为何种程度的大小。
因此，又进行矢量控制，又进行弱磁场运转时，在判断为PWM负载超过90％(即驱动电压的90％)的情况下，进行切换，使d(direct)轴(正向轴)电流根据等于0的全磁场状态设定为负方向的值。
即，不能把逆变器电路的输出电压设定成进行弱磁场运转时的100％。因此，必须多减弱电压降低部分的磁场，使电机的效率降低，同时还不得不增加电源电流，从而逆变器电路和电机体积变大。存在问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种逆变器装置，即使在洗衣机或洗衣烘干机使用的电机的驱动控制中导入矢量控制时，也能进一步提高进行弱磁场运转时的输出电压。
发明内容
本发明的洗衣机逆变器装置，对连续进行洗涤、漂洗和甩干的全自动洗衣机进行提供用于分别运转洗涤、漂洗和甩干的旋转驱动力的电机的驱动控制，在这种洗衣机逆变器装置中，具有一种控制装置，该控制装置控制成在洗涤、漂洗运转和甩干运转的低速旋转区用全磁场运转所述电机，在甩干的高速旋转区用弱磁场运转所述电机，同时在进行所述全磁场运转时，对所述电机的输出转矩进行矢量控制，在进行所述弱磁场运转时，对所述电机进行电压、相位控制。
本发明的洗衣烘干机逆变器装置，对连续进行洗涤、漂洗、甩干和烘干的全自动洗衣烘干机进行提供用于分别运转洗涤、漂洗、甩干和烘干的旋转驱动力的电机的驱动控制，在这种洗衣机逆变器装置中，具有一种控制装置，该控制装置控制成在洗涤、漂洗、烘干各运转和甩干运转的低速旋转区用全磁场运转所述电机，在甩干的高速旋转区用弱磁场运转所述电机，同时在进行所述全磁场运转时，对所述电机的输出转矩进行矢量控制，在进行所述弱磁场运转时，对所述电机进行电压、相位控制。
也就是说，在需要进行弱磁场运转的甩干运转的高速旋转区，控制装置切换成电压与相位控制，不进行矢量控制，因而逆变器电路的输出电压不超过作为指令值提供的电压。因此，甩干运转的高速旋转区中，能把供给电机的电压设定得较高，并且能进行弱磁场运转。
图1是本发明用于洗衣机时的实施例1，所示功能框图为以微计算机为中心的控制系统的组成。
图2是洗衣机的纵截面图，图3是示出微计算机在电机驱动控制初始时的控制内容的流程图。
图4是甩干运转时与图3相当的图，图5是示出(a)PWM载波波形和(b)上臂侧、(c)下臂侧的选通信号波形的图。
图6是示出(a)电机的翻转相电流I MINV与(b)分路电阻中流通的电流I SR和(c)相电压的关系的波形图。
图7(a)是示出洗涤或漂洗运转时搅拌翼(电机)的转速控制模式的图，图7(b)是示出速度PI控制部根据(a)中所示的转速控制模式输出q轴电流指令值Iqref的输出模式的图。
图8是甩干运转时与图7相当的图。
图9说明超前角通电的弱磁场控制，(a)～(g)是示出电机为转速时定子线圈与转子磁铁的位置关系的图，(h)～(j)是示出全磁场控制的图，(k)～(m)是示出弱磁场控制的图。
图10是示出以甩干运转的最高转速进行驱动时电机的外加电压(V)与输入功率(W)的关系的图。
图11是本发明用于全自动洗衣烘干机时的实施例2，是滚筒式洗衣烘干机的纵截面图。
图12是示出微计算机及其外围形成的电结构的功能图，图13是示出洗衣烘干机的一系列过程的图。
图14是示出洗涤或漂洗运转时电机的转速控制模式的图，图15是甩干运转时与图14相当的图，图16是烘干运转时与图14相当的图。
图17是示出本发明用于立式洗衣烘干机时的实施例3的与图2相当的图，图18是与图14相当的图，图19是与图15相当的图。
图20(a)是与图16相当的图，图20(b)是示出烘干运转时振动器旋转方向的图。
最佳实施方式下面，参照图1至图10说明将本发明用于立轴式全自动洗衣机时的实施例1。首先，图2是示出全自动洗衣机1的总体组成的纵截面图。外箱2整体形成矩形，其内部通过4组(图中仅示出1组)防振机构4弹性支撑盛水槽3。防振机构4包含上端在外箱2内固定于上方的吊杆4a和装在该吊杆4a的另一端的用于使振动衰减的减震器4b，并由这两部分组成。通过这些防振机构4弹性支撑盛水槽3，极力防止洗涤运转时产生的振动被传到外箱2。
在上述盛水槽3内配置洗涤槽和甩干槽兼用的旋转槽5，旋转槽5的内底部配置搅拌体(振动器)6。上述旋转槽5由槽主体5a、设置在该槽主体5a的内侧的内筒5b和设置在这两部分的上端部的平衡环5c组成。于是，旋转该旋转槽5时，内部的水因旋转离心力而扬洒，从槽主体5a的上部的脱水孔5d排放导盛水槽3中。
在旋转槽5的底部形成通水口7，通过排水通路7a连通排水口8。而且，具有排水阀9的排水道10连接排水口8。因此，关闭排水阀9的状态下在旋转槽5中进行给水时，把水积存在旋转槽5内；开放排水阀9，则通过排水通路7a、排水口8和排水道10排出旋转槽5内的水。
在盛水槽3的底部形成辅助排水口8a，通过图中未示出的连接软管把排水阀9旁路后，将其连接道排水道10。于是，辅助排水口8a在旋转槽5旋转时，从其上部排出被排放到盛水槽3中的水。
把机构部壳体11装在盛水槽3的外底部。设置中空的槽轴12，使其对机构部壳体11旋转自如，并且连接旋转槽5。把搅拌轴13旋转自如地设置在槽轴12的内部，搅拌轴13的上端部连接搅拌体6。搅拌轴13的下端部连接外转子式的无刷电机14的转子14a。此无刷电机14在洗涤时直接对搅拌体6进行正反旋转驱动。
甩干时，无刷电机14在利用离合器(图中未示出)连接槽轴2和搅拌轴13的状态下，直接对旋转槽5和搅拌体6往一个方向进行旋转驱动。因此，本实施例中采用“直接驱动”方式，即无刷电机14的旋转速度在洗涤时与搅拌体6的旋转速度相同，在甩干时与旋转槽5和搅拌体6的旋转速度相同。
图1是示出电机14的驱动控制系统的功能框图。图1中，(α、β)表示将三相无刷电机14的各相所对应的间隔120度电角的三相(UVW)座标系加以正交变换后的正交座标系，(d、q)表示随无刷电机14的转子14a的旋转而旋转的副磁通座标系。
速度指令输出部15将目标速度指令ωref作为被减值输出到减法器16。由估计器(Estimator)17检测出无刷电机14的检测速度ω，通过切换开关50的活动接点50c、固定接点50a供给减法器16作为减去的值。然后，把减法器10的相减结果供给速度PI(Proportional-Integral比例积分)控制部18。
速度PI控制部18根据目标速度指令ωref与检测速度ω的相差量进行PI控制，以产生q轴电流指令值Iqref和d(direct)轴电流指令值Idref，分别输出到减法器19、20，作为被减值。进行矢量控制时，将d轴电流指令值Idref设定为“0”，用全磁场控制驱动电机14。由αβ/dq变换部21输出q轴电流值、d轴电流值，分别供给减法器19、20。减法器19、20的相减结果分别供给电流PI控制部22q、22d。将速度PI变换部18的控制周期设定为1毫秒。
电流PI控制部22q、22d根据q轴电流指令值Iqref与d轴电流指令值Idref的相差量进行PI控制，以产生q轴电压指令值Vq和d轴电压指令值Vd，输出到dq/αβ变换部23。供给dq/αβ变换部23由估计器17检测出的无刷电机14的副磁通旋转相位角(转子位置角)θ。然后，dq/αβ变换部23根据该旋转相位角θ将电压指令值Vd、Vq变换成电压指令值Vα、Vβ。
将dq/αβ变换部23输出的电压指令值Vα、Vβ供给αβ/UVW变换部24。αβ/UVW变换部24把电压指令值Vα、Vβ变换成三相电压指令值Vu、Vv、Vw并进行输出。将电压指令值Vu、Vv、Vw供给切换开关25u、25v、25w的一个固定接点25ua、25va、25wa，并对另一个固定接点25ub、25vb、25wb提供电压与相位控制部26输出的电压指令值Vus、Vvs、Vws。而且，切换开关25u、25v、25w的活动接点25uc、25vc、25wc连接PWM形成部27的输入端子。
PWM形成部27根据电压指令值Vus、Vvs、Vws把调制16kHz的载波(三角波)的各相PWM信号Vup(+，-)、Vvp(+，-)、Vwp(+，-)输出到逆变器电路28。把PWM信号Vup～Vwp例如作为与基于正弦波的电压振幅对应的脉宽信号输出，使电机14的各相线圈14u、14v、14w(参考图2)流通正弦波状的电流。
三相桥接6个IGBT29(a～f)，从而构成逆变器电路28(图1中仅示出一相的部分)。其中，下臂侧的IGBT29c、29d的发射极通过分流电阻30(u，v)接地，同时通过未示出的放大偏置电路连接A/D变换部32。放大偏置电路以包含运算放大器等的方式组成，放大分流电阻30的端电压，同时提供偏置，使其放大信号的输出范围纳入正侧(例如0～+5V)。)
A/D变换部32把对IGBT29c、29d的发射极上出现的电压信号进行A/D变换所得的电流数据Iu、Iv输出到UVW/αβ变换部33。UVW/αβ变换部33根据电流数据Iu、Iv推断W相的电流数据Iw，并按照式(1)将三相电流数据变换成正交座标系的2轴电流Iα、Iβ。
IαIβ=cos(0)cos(2π/3)cos(4π/3)sin(0)sin(2π/3)sin(4π/3)IuIvIw···(1)]]>然后，αβ变换部33将2轴电流Iα、Iβ输出到αβ/dq变换部21。
αβ/dq变换部21在矢量控制时由估计器17取得电机14的转子位置角θ，从而按照式(2)将2轴电流Iα、Iβ变换成旋转座标系(d，q)上的d轴电流值Id、q轴电流值Iq。
IdIq=cosθsinθ-sinθcosθIαIβ···(2)]]>然后，如上所述，把d轴电流值Id、q轴电流值Iq输出到估计器17和减法器19、20。
估计器17根据d轴电流值Id、q轴电流值Iq推断转子14a的位置角θ和旋转速度ω，输出到各部。这里，电机14在起动时，由配置在电压与相位控制部26内部的初始模式输出部31进行直流励磁，使转子14a的旋转位置初始化后，施加起动模式，进行强制换流。在该施加起动模式的强制换流时，显然无需推断位置角θ。然后，αβ/dq变换部21在起动矢量控制前，将从初始模式输出部31得到的位置角θinit作为初始值，运算并输出电流值Id、Iq。
矢量控制开始以后，起动估计器17，估计转子14a的位置角θ和旋转速度ω。这时，设估计器17输出到αβ/dq变换部21的转子位置角为θn，则估计器17根据由矢量运算依据电流值Id、Iq推断的转子位置角θn-1及其1周期前推断的转子位置角θn-2的相关性，估计转子位置角θn。
由速度PI控制部34和UVW变换部35组成电压与相位控制部26。减法器51把从速度指令输出部15输出的速度指令ωref与估计器17输出的估计速度ω相减的结果输出到速度PI控制部34。速度PI控制部34根据该相减结果产生电压指令(DUTY)和相位指令(PHASE)，输出到UVW变换部35。为了进行后文说明的弱磁场控制，将估计器17输出的相位角θ供给速度PI控制部34。又通过切换开关50的活动接点50c、固定接点50b，将估计速度ω供给减法器51。
UVW变换部35把速度PI控制部34输出的指令值变换成U、V、W的三相电压指令值，输出到切换开关25。即，电压与相位控制部26的结构在洗衣机中进行与以往一般进行的电压与相位控制方式相同的控制。还在UVW变换部35的内部配置上述初始模式输出部31。
切换开关25和50的切换由切换控制部52控制。切换控制部52根据PWM宣传部27提供的PWM信号的负载信息，控制切换开关25和50的切换。如后文所述，切换控制部52还对电压与相位控制部26输出在甩干运转的高速旋转区进行弱磁场运转用的指令。
以上的结构中，除逆变器电路28以外的结构，其微计算机(控制装置)36的软件实现的功能形成功能块。而且，将矢量控制中的电流控制周期设定为PWM载波频率的倒数，即62.5微妙。
接着，参照图3至图13说明本实施例的作用。图3是示出主要由微计算机36进行的大致控制内容的流程图。微计算机36例如在起动洗涤运转时，进行上述起动处理(步骤S1)。即，由切换控制部52把切换开关25u～25w的活动接点25uc～25wc切换到电压与相位控制部26侧(固定接点25ub～25wb侧)，同时把切换开关50的活动接点50c切换到固定接点50b侧。然后，微计算机36在初始模式输出部31进行直流励磁，并使转子14a的旋转位置初始化后，把电压指令值Vus～Vws供给逆变器电路28，强制使电机14换流(步骤S2)。于是，电机14开始旋转，旋转速度渐渐升高。
接着，微计算机36例如根据初始模式输出部提供的检测信号判断为电机14的转速达到20rpm(步骤S3的“是”)，则切换开关25u～25w的活动接点25uc～25wc切换成连接固定接点25ua～25wa，同时把切换开关50的活动接点50c切换到固定接点50a侧。然后，开始输出目标速度指令ωref，进行电压与相位控制(PI控制)(步骤S4)。也就是说，这是因为旋转速度较低的区域难以高精度进行矢量控制。
接着，微计算机36参照从估计器17提供的旋转速度ω，判断为电机14的转速达到60rpm(步骤S5的“是”)，则起动矢量控制(和速度PI控制)(步骤S6)。然后，连续运转，直到有运转停止指示(步骤S7)。这期间，进行洗涤后漂洗运转时，使电机14正反转，以达到最大转速150rpm。
下面，对步骤S6以后的矢量控制(和速度PI控制)说明处理流程。PWM宣传部27根据内部的升降计数器(未示出)的计数输出，产生10kHz的PWM载波，在该计数值为“0”，即到达三角波的谷的时刻，将变换定时信号输出到A/D变换部32(参考图5(a))。
如图5(b)、(c)所示，PWM形成部27对αβ/UVW变换部24输出的电压指令值Vu～Vw和PWM载波的电平进行比较，并且在后者的电平大于前者的期间，输出PWM信号Vup(+)～Vwp(+)，使上臂侧的IGBT29a～29c导通。然后，下臂侧的IGBT29d～29f在上臂侧IGBT29a～29c阻断的期间中隔开死区时间导通。
图6(a)～(c)是示出电机14的翻转相电流I MINV与分流电阻30中流通的电流I SR和相电压的关系的波形图。即，电流I SR流通的期间，下臂侧的IGBT29导通，有时相电压呈现0V。因此，三角波的谷呈现下臂侧IGBT29d～29f导通期间的中间相位。即，A/D变换部32如果在PWM形成部27的内部计数值为“0”的时刻进行A/D变换，则能可靠地对逆变器电路28的下臂侧中流通的相电流取样。
由A/D变换部32加以A/D变换后的2相电流值与所推断的剩下的1相电流值一起，通过UVW/αβ变换部33、αβ/dq变换部21，把2轴电流数据Iα、Iβ变换成Id、Iq，输出到估计器17和减法器19、20，由估计器17估计位置角θ和旋转速度ω。电流Iq是往对电机14的副磁通的方向垂直的方向流的电流，是有助于产生转矩的电流分量。反之，电流Id是往对副磁通的方向平行的方向流的电流，是无助于产生转矩的电流分量。
然后，速度PI控制部18根据速度指令值输出部15提供的目标速度指令ωref与检测速度ω的相差量，输出q轴、d轴电流指令值Iqref、Idref；电流PI控制部22q。22d根据指令值Iqref、Idref与检测的电流值Iq、Id的差，输出电压指令值Vq、Vd。电压指令值Vq、Vd通过dq/αβ变换部23、αβ/UVW变换部21变换成电压指令值Vu、Vv、Vw，输出到PWM形成部27，使PWM形成部27对逆变器电路28输出PWM信号Vup～Vwp。于是，对电机14的各相线圈进行通电。
图7(a)示出洗涤或漂洗运转时搅拌体6(电机14)的转速控制模式。使转速在0.3秒期间从0rpm升高至150rpm时，将该状态维持0.5秒，接着使其在0.3秒期间从150rpm降低到0rpm。然后，经过0.7秒的停止时间后，使旋转方向翻转。
图7(b)示出速度PI控制部18根据图7(a)所示的转速控制模式输出的q轴电流指令值Iqref的输出模式。如上文所述。这时，将d轴电流指令值Idref设定为“0”，以全磁场状态驱动电机14。
图4是示出甩干运转时电机14的控制内容的流程图。图4中的步骤A1的起动处理相当于图3所示的步骤S1～S5。成为图3的步骤S5中判断为“是”的状态时，切换控制部52把切换开关50和25切换到矢量控制侧(即固定接点50a、25a侧)(步骤A2)。
图8示出与甩干运转时的图7相当的图。如图8(a)所示，甩干时，在90秒期间使转速从0rpm升高到900rpm，则将该状态维持4分钟，接着在15秒期间使其从900rpm降低到0rpm。
因此，图4中，在步骤A2转移到矢量控制，则使目标转速逐渐向转速900rpm升高(步骤A3、A4)。此初始阶段中，如图8(b)所示，与洗涤或漂洗运转时相同，通过提供q轴电流指令值Iqref，使电机14的转矩加大，但d轴电流指令值Iqref设定为“0”，仍旧以全磁场状态驱动电机14。
接着，切换控制部52参照PWM形成部27提供的PWM信号的负载信息，判断是否应进行从矢量控制切换到电压与相位控制的定时(步骤A5)。这里的切换定时根据PWM信号的负载是否超过90％实施。然后，在负载未超过90％时(“否”)，返回步骤A2，超过90％时(“是”)，将切换开关50、25切换到电压与相位控制侧(固定接点50b、25b侧)(步骤A6)，由速度PI控制部34进行电压与相位控制(PI控制)。在图8的例子中，PWM信号的负载到达90％为电机14的转速达到100rpm左右的情况。
这时，切换控制部52也将切换控制信号输出到速度PI控制部34，从而使电机14的目标转速(速度指令值ωref)进一步升高(步骤A7)。利用超前角通电进行弱磁场控制。
即，如图9所示，在(h)～(j)为估计器17估计的对每60度相位P0~P5电机14的效率为最大的通电定时(全磁场)的情况下，如(k)~(m)所示，根据相位指令PHASE将通电定时移到超前相位侧，从而把对电机14施加的电压原样维持在基于速度PI控制部34输出的电压指令(DUTY)的电平，使磁场减弱。(a)~(g)示出电机14旋转时定子线圈与转子磁铁的位置关系(相位P0~P5)。而且，设定成通电超前角随速度指令值ωref的升高而变大，以抑制电机14产生的感应电压。
后续于步骤A7的步骤A8中，切换控制部52判断电机14的转速设定达到900rpm，如果未达到(“否”)，返回步骤A7。达到900rpm时(“是”)，进行原规定时间(本情况下为4分钟)的升高运转(步骤A9)然后，停止对电机14通电，并使未示出的制动机构动作，以便让转子停止旋转，从而使旋转槽5停止(步骤A10)，结束处理。
图10示出用升高运转的最高转速900rpm进行起动时电机14的外加电压(V)于输入功率(W)的关系。图中的点A为对电机14进行矢量控制、同时也对其进行弱磁场控制的情况，外加电压为约200V，输入功率为约208W。与此相对应，B点是对电机14进行电压与相位控制、同时也对其进行弱磁场控制的情况。外加电压升高到约220V，输入功率降低到约185W。即表明通过在高速旋转区把控制方式从矢量控制切换到电压与相位控制，可进一步提高对电机14施加的电压，从而能使输入功率降低10％左右。
综上所述，根据本实施例，控制成洗涤、漂洗和甩干运转的低速旋转区中用全磁场运转电机14，甩干运转的高速旋转区中用弱磁场运转电机14，并且进行全磁场运转时对电机14的输出转矩进行矢量控制，进行弱磁场运转时对电机14进行电压与相位控制。因此，进行甩干时的高速旋转区中，可将供给电机14的电压设定得较高，并且可进行弱磁场运转，从而能降低耗电，提高效率。
这样，进行弱磁场运转的高速旋转区中，结束将控制方式从矢量控制切换到电压与相位控制，也不产生缺陷。其原因是通过利用矢量控制对电机14的输出转矩进行控制，对转速目标值的控制响应快速且正确，因而具有减震等优点，但主要在低速旋转区获得此效果。这是因为高速旋转区中，由于输出电压饱和，矢量控制的控制性能降低，加上洗衣机固有的谐振频率在低速旋转区等。
因此，高速旋转区中，即使把控制方式切换到电压与相位控制，如果原来是矢量控制，也不会失去所得的效果，能获得可将供给电机14的电压设定得较高并且进行弱磁场运转的优点。
图11至图16示出本发明用于全自动洗衣烘干机时的实施例2，与实施例1相同的部分标注相同的符号，省略说明，下面仅说明不同的部分。
图11示出滚筒式洗衣烘干机的纵截面图。在构成整个滚筒式洗衣烘干机的外壳的外箱61的正面部，将门62设置在中央部，上部则设置操作面板63和未示出的洗涤剂投放盒。门62对形成在外箱61的正面中央部的洗涤物入口65进行开关。在外箱61的正面部背侧的上部(操作面板63的背侧)设置操作电路单元66，下部则设置控制电路单元67。
将水槽68配置在外箱61的内部。水槽68形成圆筒状，其轴向为前后(图11中为左右)的横轴状，并且配置成前端上仰的倾斜状，用左右一对(图11仅示出一个)的弹性支撑装置69支撑。
将滚筒(甩干槽)70按同轴状配置在水槽68的内部。此滚筒70作为漂洗、甩干和烘干共用的槽起作用，在槽体部的大致整个区有多个小孔(体11中仅示出一部分)。槽体部的内周侧有多个在滚筒70旋转时拢起内部洗涤物用的挡板72(图11中仅示出一个)。
水槽68和滚筒70都在正面部具有洗涤物出入用的开口部73、74。水槽68的开口部73由波纹管75(对水密封地)连接到外箱61的洗涤物出入口65。而且，使滚筒70的开口部74面对水槽68的开口部73，从而洗涤物出入口65通到滚筒70的内部。
在水槽68的背面部配置对滚筒70进行旋转起动的电机76。电机76与电机14相同，也使外转子式的DC无刷电机，其转子76a装在水槽68的背面部。把旋转轴配置在转子76b的中心部，穿通到水槽68中，并且其前端部装在滚筒70的背部的中心部。
将储水器77装在水槽68的底面部，在其内部配置洗涤水加热用的热源78。排水软管80通过排水阀79连接到储水器77的后部，排水阀79是用电磁铁和电机等打开的电动式的。
在水槽68的上方，将鼓风机81配置在后方侧，将加热器82配置在前方侧。鼓风机81做成在壳体83的内部设置鼓风叶片84，对此鼓风叶片84进行旋转驱动的电机85(参考通12)则设置在壳体83的外部，并且它们之间由未示出的带传动机构连接。另一方面，在盒体87的内部设置产生温风用的热源88，从而构成加热器82。盒体87的入口部连通鼓风机81的课题83的出口部。
在水槽68上的前部配置管道89，其一个端部连通上述加热器82的盒体87的出口部，另一个端部面对水槽68内部。
在水槽68的背面部配置热交换器90。热交换器90是水冷式的，通过从上部注入水，利用水对从下方通到内部的空气中的水份进行热交换，使其冷却并凝结以除湿，而且整个热交换器形成中空状。此热交换器90构成的形状对作为滚筒70的旋转中心的上述电机76的旋转轴76c弯曲成同心圆状，并配置得避开电机76。
热交换器90在下部具有连通口，即兼作排水口的空气入口91。该空气入口91连通水槽68内的下部。热交换器90的上部还利用管道92与鼓风机81的壳体83连通。由以上的热交换器90、管道92、鼓风机81以及上述加热器82和管道89构成烘干单元93。
在热交换器90内部的上方横架注水管94。此注水管94在面对热交换器90内的下方部分的下表面部具有例如横向一列状的多个喷水口(未示出)，其一个端部位于热交换器90外。而且，该注水管94的一个端部连接注水管95的一个端部，该注水管95的另一个端部连接配置在上述外箱61内的最上部的给水阀96。
在外箱61内的最上部配置水位传感器97(参考图12)。此水位传感器97通过气管根据气压从装在水槽68底部的阻气盒(未示出)检测水槽68内的水位。这里，水槽68内部通过上述小孔71与滚筒70内部连通，如果水槽68中储水，通过小孔71，也在滚筒70中储水。因此，水位传感器97以及未示出的阻气盒和气管也检测滚筒70中的水位。
在外箱61能的最上部配置给水泵99。此给水泵99通过未示出的吸水软管吸入、排出诸如锅炉水等自来水以外的水。将注水盒100配置在外箱61内最上部的前方，通过连接软管101接纳给水泵99排出的自来水以外的水。注水盒100还通过连接软管103接纳从未示出的自来水管的水龙头经给水阀102(参考图12)供给的自来水。把上述洗涤剂投放盒收装在注水盒100的内部，注水盒100的前底部通过注水管94连通上述水槽68的内部。
此结构中，自来水由给水阀96通过连接软管103供给注水盒100内部时，经洗涤剂投放盒内部，通过注水管94供给水槽68内部，进而通过滚筒70的上述小孔71供给滚筒70内部。因此，这时将洗涤剂投入洗涤剂投放盒中，该洗涤剂就与水一起投入滚筒70内。由给水泵99通过连接软管101供给注水盒100内部的自来水以外的水直接(不经洗涤剂投放盒)通过注水管94供给水槽68内部(滚筒70内部)。
给水阀102和上述给水阀96都是与上述排水阀79相同的电动式的。
图12示出微计算机(控制装置)105及其外围的电结构。此微计算机105被包含在上述控制电路单元67中，控制整个滚筒式洗衣烘干机的运转。把例子上述操作面板63的各种开关组成的操作输入部106的各种操作信号输入到该微计算机105。操作输入部106被包含在上述操作电路单元66中，输出用户对操作面板63的操作所对应的各种操作信号。
此外，该微计算机105还从水位传感器97输入水位检测信号，同时从为检测水槽68内的洗涤水污染而设置的污染传感器107输入污染检测信号。微计算机105又从检测滚筒70内的温度用的温度传感器(例如热敏电阻)108输入温度检测信号，同时从检测水槽68内的水温用的水温传感器112输入水温检测信号。
然后，微计算机105根据供给A/D变换部32的电流检测信号和预先存储的控制程序，对驱动上述电机76的逆变器电路109提供驱动控制信号。关于微计算机105通过逆变器电路109对电机76进行驱动控制的结构，与实施例1的图1中所示的完全相同。
微计算机105对驱动由操作面板63的各种显示部组成的显示单元110、加热洗涤水用的温水用热源78、排水阀79、鼓风机的鼓风用电机85、温风产生用热源88、给水泵99、给水阀96和102用的驱动电路111提供驱动控制信号。
接着，参照图13至图16说明本实施例的作用。图13示出洗衣烘干机的一系列过程。首先，进行用于估计用户投入滚筒70的洗涤物的量的衣量检测，从而在显示单元60显示应投入的洗涤剂的量。用户看该显示，并将洗涤剂投放到洗涤剂投放盒内。同时，对水槽68内部进行给水，直到水位符合洗涤物的量，从而完成给水时，由电机76对滚筒70进行正反转驱动，上述洗涤过程。这时，在用户选择“加热洗涤”的情况下，对热源78进行通电。
在洗涤过程的最后，进行“排水”、“甩干”，接着转移到漂洗过程，进行“给水”后，起动第1次的“漂洗1”。“漂洗1”后，重复进行2次“排水”、“甩干”、“排水”和“漂洗”组成的过程，共进行3次漂洗。然后，转移到甩干过程，进行“排水”、“甩干”后，转移到烘干过程，使滚筒70旋转，同时对热源88通电，并转动电机85，使热风在滚筒70内循环。
图14至图16示出洗涤或漂洗时、甩干时和烘干时滚筒70(电机76)的转速控制模式。在图14所示的洗涤或漂洗时，1秒期间使转速从0rpm升高到50rpm，则将该状态维持3秒，接着在1秒期间使其从50rpm降低到0rpm。然后，经过3秒的停止期间后，使旋转方向翻转。重复进行此模式。这时与实施例1相同，根据q轴电流指令值Iqref对电机76的输出转矩进行矢量控制，同时，对旋转速度进行PI控制，以d轴电流指令值Idref＝0的方式进行全磁场控制。
在图15所示的甩干时，3分钟期间使转速从0rpm升高到1000rpm，则将该状态维持7分钟，接着在1分钟期间使其从1000rpm降低到0rpm。这时，与实施例1相同，通过按照图4所示的流程图进行控制，PWM信号的负载超过90％(例如转速为500rpm)，就从矢量控制切换到电压与相位控制，同时如图9所示，利用超前角通电，进行弱磁场控制。
在图16所示的烘干时，使转速升高到60rpm，则维持该状态，接着使其从60rpm降低到0rpm。此时间为1分钟。然后，经过短短的停止期间后，使旋转方向翻转。重复进行此模式。这时，与洗涤或漂洗运转相同，对转矩进行矢量控制，同时对速度进行PI控制，从而进行全磁场控制。
综上所述，根据实施例2，控制成洗涤、漂洗、甩干运转和甩干运转的低速旋转区中用全磁场运转电机76，甩干运转的高速旋转区中用弱磁场运转电机76，并且进行全磁场运转时对电机76的输出转矩进行矢量控制，进行弱磁场运转时对电机76进行电压与相位控制。因此，洗衣烘干机中，也取得与实施例1相同的效果。
图17至图20示出将本发明用于立式洗衣烘干机时的实施例3。图17是局部展开地示出洗衣烘干机总体结构的纵截面图。在形成外壳的主体121的上表面中央部具有开关洗涤物出入口的盖122，并且将具有各种选择开关的操作面板123配置在主体121的前方。控制装置(控制装置)124全面控制洗涤和烘干运转，由以微计算机为主体的电路组成，设置在配置操作面板123的部位的主体121的内方。
水槽125形成上面开口、可储水的有底筒状，通过多个弹性支撑装置126(图中仅示出1个)设置在主体121的内部。排水口125a位于水槽125的最低部位。排水口125a连通排水阀127，而且一端连接导出到机外的排水软管128。上述水槽125是合成树脂制的，例如用以聚丙烯为基材并添加15wt％以上的玻璃纤维的复合材料进行成形，并施加耐热增强，以便能将该水槽125作为烘干室使用。
旋转槽129收装洗涤物，兼作洗涤槽和甩干槽使用，可旋转地配置在水槽125的内部。此旋转槽129是金属制的，或者由以金属为主体的材料舰队坚固地构成，并且与水槽125大致相同地在上表面开口，形成包含底部且整个周壁具有许多通孔129a的立式圆筒状。在旋转槽129的内底部的中心，可旋转地设置搅拌体130，并且将平衡环129b固定在旋转槽129的上端部。
由装在水槽125的外底部的起动电机131，对旋转槽129和搅拌体130进行旋转驱动。然后，通过未示出的离合器机构，在洗涤运转中仅驱动搅拌体130，而在甩干运转和烘干运转时，对搅拌体130和水槽125都进行旋转驱动。但是，将水槽125控制成烘干运转时比甩干运转时转速低。电机131与实施例1或2相同，也由外转子式无刷电机构成。
温风循环通路132对水槽125内部循环供给温风，在主体121深度方向的角部且上述结构的水槽125的侧方，从下端部敷设到上端部，并形成包围水槽125。温风循环通路132的下端部通过管道133a，在水槽125下部的排水口125a附近开口并连通。温风循环通路的上端部通过管道133b在面对水槽125上表面的开口的位置进行开口。而且，在管道133a、133b之间形成除湿单元134。
在除湿单元134的下行侧依次配置鼓风机135和烘干用热源136，从而设置温风产生装置。由管道133、除湿单元134和温风产生装置使水槽125介于其一部分的中间，从而形成温风循环通路132。
构成除湿单元134的热交换部137形成内外周面构成褶皱的管状，并配置的连接管道133a、133b。冷却风扇装置138对热交换部137的周侧供给作为冷风的外部空气。设置短筒状的风洞139，使其包围热交换部137的上方部位，形成将该冷风往下方向引导的风路。
通过驱动冷却风扇139而输入的外部空气作为冷风被引导到风洞139时，该冷风在下方流过热交换部137的外侧面。于是，在图中所示向视方向的上方流过热交换部1 37内部的空气(排气温风)得到冷却，凝结的水份滴落，从而从空气中去除湿气。以上的机构组成空冷式除湿器140。
流过风洞139的部分冷风沿水槽125的外周壁往下流，对该水槽125的下半部进行冷却。借此，将水槽125介于中间，与内部的排气温风之间进行部分热交换，促进水份冷却凝结带来的除湿作用。
在热交换部137上部的内方设置注入冷却水用的给水装置。该给水装置由连接自来水管的给水切换阀41、从该给水阀141至少分支2路的水通道142和143构成。水通道142是连通热交换部137上部的内方，以流通水量少的冷却水的水道；水通道143是面对水槽125内部供给大量水作为洗涤水用的水道。因此，从水通道142对热交换部137内部供给少量冷却水，该水接触热交换部137内正在往上方移动的空气，因而使空气中的水份凝结，以除湿。
这样，在热交换部137内设置供给冷却水用的给水装置，从而构成“水冷式”除湿器144。而且，除湿单元134的结构具有上述空冷式和水冷式两种除湿装置。本实施例的热交换部137通过形成褶皱状，加大热交换面积，可进行效率良好的热交换。在该热交换部137内的下部设置伸出的搅拌用肋片145。在热交换部137流的空气借助搅拌用肋片145，均匀地接触冷却水。冷却水本身也因搅拌用肋片145而飞散，使水与空气的接触更良好。
经过除湿单元135而得到除湿的干燥空气由配置在其下行侧的、产生温风的鼓风机135和热源136高效率地变成温风，并经管道133b供给水槽125。
除湿单元134和温风循环通路132的详细安装结构省略，但这两部分连接并固定在受到弹性支撑的水槽125侧。也以弹性方式将吹入外部空气的冷却风扇138安装并支撑在面对主体121的外方的位置。洗衣烘干机的电结构基本上与实施例2相同。
图18至图20示出洗涤或漂洗时、甩干时、烘干时的电机131的转速控制模式。在图18所示的洗涤或漂洗时，0.3秒期间使转速从0rpm升高到150rpm，则将该状态维持0.5秒，接着在0.5秒期间使其从150rpm降低到0rpm。然后，经过0.7秒的停止期间后，使旋转方向翻转。重复进行此模式。这时与实施例1相同，根据q轴电流指令值Iqref对电机76的输出转矩进行矢量控制，同时，对旋转速度进行PI控制，以d轴电流指令值Idref＝0的方式进行全磁场控制。
在图19所示的甩干时，3分钟期间使转速从0rpm升高到900rpm，则将该状态维持7分钟，接着在1分钟期间使其从900rpm降低到0rpm。这时，与实施例1相同，通过按照图4所示的流程图进行控制，PWM信号的负载超过90％(例如转速为400rpm)，就从矢量控制切换到电压与相位控制，同时进行弱磁场控制。
在图20所示的烘干时，使转速升高到50rpm，则维持该状态，接着使其从50rpm降低到0rpm。此时间为10分钟。然后，经过1分钟的停止期间后，使旋转方向翻转(参考(a))。在该停止期间，还使搅拌体130以100rpm交替正反向转动(参考(b))。重复进行此模式。这时，与洗涤或漂洗运转相同，对转矩进行矢量控制，同时对速度进行PI控制，从而进行全磁场控制。
也就是说，这些动作因机构上不同而具体数值例与实施例2不同，但作为洗衣烘干机的基本动作大致相同。
综上所述，根据实施例3，将本发明用于立式洗衣烘干机时，也能取得与实施例1或2相同的效果。
本发明并不仅限于以上说明且记载于附图的实施例，可变换或扩充如下。
转速和电流值是一个例子，可根据个别设计适当改变。在甩干运转的高速旋转区从矢量控制切换到电压与相位控制的定时也不限于将PWM循环的负载90％作为基准，可根据个别设计适当设定最佳基准。
工业上的实用性本发明的逆变器装置用于洗衣机或洗衣烘干机，能使耗电减少，电机效率提高。
权利要求
1.一种洗衣机逆变器装置，其特征在于，具有以下的结构所述逆变器装置对连续进行洗涤、漂洗和甩干的全自动洗衣机进行提供用于分别运转洗涤、漂洗和甩干的旋转驱动力的电机的驱动控制，并且具有一种控制装置，该控制装置控制成在洗涤、漂洗运转和甩干运转的低速旋转区用全磁场运转所述电机，在甩干的高速旋转区用弱磁场运转所述电机，同时在进行所述全磁场运转时，对所述电机的输出转矩进行矢量控制，在进行所述弱磁场运转时，对所述电机进行电压、相位控制。
2.一种洗衣烘干机逆变器装置，其特征在于，具有以下的结构所述逆变器装置对连续进行洗涤、漂洗、甩干和烘干的全自动洗衣烘干机进行提供用于分别运转洗涤、漂洗、甩干和烘干的旋转驱动力的电机的驱动控制，并且具有一种控制装置，该控制装置控制成在洗涤、漂洗、烘干各运转和甩干运转的低速旋转区用全磁场运转所述电机，在甩干的高速旋转区用弱磁场运转所述电机，同时在进行所述全磁场运转时，对所述电机的输出转矩进行矢量控制，在进行所述弱磁场运转时，对所述电机进行电压、相位控制。
全文摘要
本发明的洗衣机逆变器装置，对连续进行洗涤、漂洗和甩干的全自动洗衣机进行提供用于分别运转洗涤、漂洗和甩干的旋转驱动力的电机的驱动控制，并且具有一种控制装置，该控制装置控制成在洗涤、漂洗运转和甩干运转的低速旋转区用全磁场运转所述电机，在甩干的高速旋转区用弱磁场运转所述电机，同时在进行所述全磁场运转时，对所述电机的输出转矩进行矢量控制，在进行所述弱磁场运转时，对所述电机进行电压、相位控制。
文档编号D06F37/30GK1604976SQ0282500
公开日2005年4月6日 申请日期2002年11月7日 优先权日2001年12月13日
发明者细糸强志, 永井一信 申请人:株式会社东芝, 东芝电器营销株式会社, 东芝家电制造株式会社