JP2008099979A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転ドラム内の布量を、ドラム回転軸の摩擦抵抗のバラツキの影響を抑制して、簡単な構成で精度よく検知可能な布量検知手段を有する洗濯機を提供する。
【解決手段】洗濯物を収容する回転ドラムと、回転ドラムを内包し洗濯機本体内に弾性的に支持された水槽と、ドラムを回転駆動するドラム駆動モータ７と、ドラム駆動モータの回転速度を検知する回転速度検知装置３３と、回転速度検知装置の検知出力に基づきドラム駆動モータの回転を制御する制御部３１とを備える。制御部は、布量を検知するために、ドラム駆動モータにより所定のトルクで回転ドラムの回転を加速して、回転速度Ａから回転速度Ｂに到達するまでの上昇時間Ｔを測定し、かつドラム駆動モータによる駆動を停止して回転ドラムを惰性回転させたときに、回転速度Ｃから回転速度Ｄに到達するまでの降下時間ｔを測定し、上昇時間Ｔと降下時間ｔに基づき、布量を検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転ドラムに投入された洗濯物の量である布量を検知するための布量センサを有する洗濯機に関する。

ドラム式洗濯機の構造の一例を図５に示す。この洗濯機本体１内には、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。

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駆動モータ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。

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、洗濯機本体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、ドラム駆動モータ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。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。

このドラム式洗濯機には、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の途中には蒸発器などの除湿手段、凝縮器などの加熱手段及び送風手段である送風ファン１２が設けられている。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、送風ファン１２の回転部への噛み込み、送風ファン１２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１３が設けられている。また、ドラム駆動モータ７の回転を検知するための回転検知部１４が設けられている。

以上のような構成のドラム式洗濯機においては、回転ドラム３に投入された衣類等洗濯物の布量を検出し、布量に応じて洗濯時間等を決定している。特許文献１に開示された、布量を検出する方法の一例について、図６を参照して、以下に説明する。

布量の検出は、回転ドラム３を回転駆動するためのドラム駆動モータ７を制御する機能を有する制御回路（図示せず）により行われる。

洗濯を開始すると、まず、制御回路は、ドラム駆動モータ７を始動し、回転検知部１４からは検知出力が入力される。回転検知部１４の検出周波数は、ドラム駆動モータ７の回転によりリニアに変化する。制御回路は、回転検知部１４からの入力周波数が小さいときは、位相制御の手段によりドラム駆動モータ７の電源電圧の平均電圧を大きくし、また、周波数が大きくなると平均電圧を小さくする。

布量検知工程では、回転制御を行ないながら、制御回路内部で徐々にドラム駆動モータ７に印加する平均電圧を上昇させて高速回転に移行し、衣類が回転ドラム３の内壁に遠心力により均一に貼り付くようにする。その状態で、所定時間回転を持続した後、ドラム駆動モータ７の通電を停止する。それにより、回転ドラム３の惰性回転が、逆にドラム駆動モータ７を回転させる状態になる。

このとき回転検知部１４は、図６に示すように、回転ドラム３の惰性回転力が機械損によりしだいに低下して停止する様子を分回転数に変換して出力する。図６における横軸は時間、縦軸は駆動電動機（ドラム駆動モータ）の分回転数を示す。通電停止から回転ドラム３の停止までの時間は、布量が多いときは長く、布量が少ないときは短い。この停止に要する時間の違いが布量に比例することを利用して布量を検知する。

すなわち、布にかかる遠心力Ｆは、単位体積当たりの布の重量をｍ、回転ドラム３の半径をｒ、回転角速度をωとすると、次式で求められる。

Ｆ＝ｍｒω²
分回転数が一定であれば、回転角速度ωおよび回転ドラムの半径ｒが一定なので、布の遠心力Ｆは、重量ｍに比例する。

ドラム駆動モータ７の通電を停止したとき、遠心力Ｆは、回転ドラム３の初期惰性回転力となる。従って、回転ドラム３が停止するまでの時間は遠心力Ｆに、すなわち、布量に比例する。
特開平５−１６８７８６号公報

上記従来の布量検知方法を用いる場合には、回転ドラムの惰性回転力が機械損によりしだいに低下して、回転ドラムが停止するまでの時間と布量の比例関係を、予め実験により求めておくことになる。そして求めた測定値を、同一機種の全ての洗濯機に適用することになる。しかしながら、ドラム回転軸の摩擦抵抗のバラツキの影響により、回転ドラムが停止するまでの時間と布量の比例関係は一定ではなく、洗濯機によって相違する。そのため、上記従来の布量検知方法の検知精度には限界があった。

従って本発明は、回転ドラムに投入された布量を、ドラム回転軸の摩擦抵抗のバラツキの影響を抑制して、簡単な構成で精度よく検知可能な布量検知手段を有する洗濯機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の洗濯機は、水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有し、洗濯物を収容する回転ドラムと、前記回転ドラムを回転自在に内包し洗濯機本体内に弾性的に支持された水槽と、前記ドラムを回転駆動するドラム駆動モータと、前記ドラム駆動モータの回転速度を検知する回転速度検知装置と、前記回転速度検知装置の検知出力に基づき前記ドラム駆動モータの回転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記布量を検知するために、前記ドラム駆動モータにより所定のトルクで前記回転ドラムの回転を加速して、回転速度Ａから回転速度Ｂに到達するまでの上昇時間Ｔを測定し、かつ前記ドラム駆動モータによる駆動を停止して前記回転ドラムを惰性回転させたときに、回転速度Ｃから回転速度Ｄに到達するまでの降下時間ｔを測定し、前記上昇時間Ｔと前記降下時間ｔに基づき、前記布量を検知する。

上記構成の洗濯機によれば、回転ドラムの回転の上昇および降下の速度の双方を用いて布量を測定するため、ドラム回転軸の摩擦抵抗のバラツキが相殺され、そのバラツキの影響を抑制することが可能であり、簡単な構成で精度よく布量を検知することができる。

上記構成の本発明の洗濯機において、前記回転制御部は、前記布量を検知する工程で前記回転ドラムの回転を加速している途中における、所定回転角区間における前記回転ドラムの最大回転速度と最小回転速度を計測し、最大回転速度と最小回転速度の差が所定値以上である場合は、前記回転ドラムの回転駆動を停止する構成とすることが好ましい。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の概略構造は、図５に示した従来例のものと同様である。本実施の形態におけるドラム式洗濯機の動作を制御する制御装置は、図１に示すような概略構成を有する。

図１に示す制御装置においては、商用電源２０の交流電力を整流器２１より整流し、チョークコイル２２及び平滑コンデンサ２３からなる平滑回路により平滑化された直流電力を駆動電力として、インバータ回路２４によりドラム駆動モータ７を回転駆動する。また、入力設定部２５から入力される運転指示、及び各検知手段（図示せず）により検知される運転状態の監視情報に基づいてドラム駆動モータ７の回転を制御し、負荷駆動部２６により給水弁２７、排水弁２８、送風ファン１２、ヒータ２９の動作を制御する。

ドラム駆動モータ７は、３相巻線７ａ、７ｂ、７ｃ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、３つの位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃを設けた直流ブラシレスモータとして構成され、スイッチング素子２４ａ〜２４ｆにより構成されたＰＷＭ制御インバータ回路２４により回転制御される。位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃが検出するロータ位置検出信号は、マイコンにより構成された制御部３１に入力される。このロータ位置検出信号に基づいて、駆動回路３２によりスイッチング素子２４ａ〜２４ｆのオン／オフ状態をＰＷＭ制御することにより、ステータの３相巻線７ａ、７ｂ、７ｃに対する通電を制御してロータを所要回転数で回転させる。

制御部３１は、３つの位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃの検出出力が入力される回転速度検知部３３を有する。回転速度検知部３３は、３つの位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃのいずれかの信号の状態が変わるたびにその周期を検出し、その周期よりロータの回転速度を算出する。回転速度検知部３３の検知出力は布量検知部３４に供給され、検出された回転速度に基づき、以下に説明するように布量が検知される。なお、回転速度検知部３３の検知出力は回転ドラム３の回転速度に対応するので、以下の説明において回転ドラム３の回転速度は、回転速度検知部３３の検知出力により得られるものである。

本実施の形態における布量検知方法の特徴について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、ドラム回転軸の摩擦抵抗と、回転ドラム３の回転速度上昇に要する時間、および惰性回転による回転速度降下に要する時間との関係を示す。横軸はドラム回転軸の摩擦抵抗、縦軸は時間である。上昇時間Ｔ１、Ｔ２は、回転ドラム３を所定の回転速度Ａから所定の回転速度Ｂまで上昇させるための所要時間を示す。降下時間ｔ１、ｔ２は、回転ドラム３の駆動を停止して惰性回転させたときに、所定の回転速度Ｃから所定の回転速度Ｄまで降下する際の所要時間を示す。上昇時間Ｔ１と降下時間ｔ１は、同一の布量で測定した場合を示し、上昇時間Ｔ２と降下時間ｔ２は、より大きい同一の布量で測定した場合を示す。合計時間（Ｔ１＋ｔ１）、および合計時間（Ｔ２＋ｔ２）は、上昇時間と降下時間の合計時間を示す。

図２（ａ）に示されるように、回転ドラム３の回転速度を上昇させるときは、摩擦抵抗が大きくなる程、所要時間Ｔ１、Ｔ２が長くなる。回転ドラム３が惰性回転により回転速度が降下するときは、摩擦抵抗が大きくなる程、所要時間ｔ１、ｔ２が短くなる。そして、合計時間（Ｔ１＋ｔ１）、および合計時間（Ｔ２＋ｔ２）は、摩擦抵抗の影響が相殺されて、摩擦抵抗に係わりなく一定になる。合計時間（Ｔ１＋ｔ１）と合計時間（Ｔ２＋ｔ２）の差は、布量の相違に対応する。従って、合計時間（Ｔ＋ｔ）を判定値Ｓとして、図２（ｂ）に示すような布量との関係を測定しておけば、回転ドラム３を回転させて判定値Ｓを求め、図２（ｂ）の関係に基づき、ドラム回転軸の摩擦抵抗のバラツキの影響を回避して、精度よく布量を検知することができる。

図３は、本実施の形態における布量検知方法を示すフローチャートである。布量検知がスタートすると（ステップＳ１）、制御部３１は、ドラム駆動モータ７を駆動して、所定の回転速度Ａから、所定のトルクにより回転ドラム３の回転速度を上昇させて、所定の回転速度Ｂに到達させるように制御する（ステップＳ２）。回転ドラム３が回転速度Ｂに到達した時点で（ステップＳ３）、回転速度Ａから回転速度Ｂに到達するのに要した所要時間Ｔを算出する（ステップＳ４）。

次にドラム駆動モータ７を停止し、回転ドラム３の惰性回転を開始させる（ステップＳ５）。回転ドラム３が所定の回転速度Ｃから所定の回転速度Ｄに到達した時点で（ステップＳ６）、回転速度Ｃから回転速度Ｄに到達するのに要した所要時間ｔを算出する（ステップＳ７）。次に合計時間（Ｔ＋ｔ）＝判定値Ｓを求め（ステップＳ８）、予め測定しておいた判定値Ｓと布量の関係から、布量を求める（ステップＳ９）。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における洗濯機について、図４を参照して説明する。本実施の形態における洗濯機の構成、制御装置の構成、布量検知方法は、基本的には、実施の形態１
に記載のものと同様である。本実施の形態における相違点は、布量を検知するために回転ドラム３の回転速度を上昇させる際に、回転速度の上昇に伴う回転速度の変化に応じて、回転ドラム３の回転を駆動を停止させる制御を設けた点である。

図４（ａ）は、回転ドラム３の回転速度が時間とともに上昇する様子を示す。横軸は、ドラム駆動モータ７を駆動して、所定のトルクにより回転ドラム３の回転速度を上昇させたときの経過時間、縦軸は回転ドラム３の回転速度である。図示のとおり、回転ドラム３の回転速度は一様に上昇するのではなく、上下動を繰り返しながら上昇してゆく。これは、回転ドラム３内に収容された洗濯物のバランスの影響で、洗濯槽が振動することに起因する。振動が大きくなり過ぎると、洗濯槽が洗濯機本体に衝突して異常音を発することになる。

本実施の形態では、そのような事態の発生を回避するための制御を行う。すなわち、回転ドラム３の回転を加速している途中における、所定回転角区間における回転ドラム３の回転速度について、最大回転速度と最小回転速度の差を検知する。その差が所定値以上である場合は、回転ドラム３の回転を停止するように制御する。所定回転角区間における回転ドラム３の最大回転速度と最小回転速度としては、例えば１回転中に４回、回転速度を測定し、その最大回転速度と最小回転速度を求める。

例えば図４（ｂ）に示すように、回転ドラム３の回転速度に対応させて、最大回転速度と最小回転速度の差の上限値を実験に基づいて設定し、制御部３１にテーブルとして備えておく。図４（ｂ）に示すような最大回転速度と最小回転速度の差の上限値は、回転ドラム３の各回転速度における、実験的に求めた振動の許容範囲に基づいて設定すればよい。

このように、回転ドラム３の所定回転角区間における最大回転速度と最小回転速度の差が上限値を超えないように制御することにより、洗濯物のバランスが悪いことに起因して、洗濯槽が大きく振動し洗濯機本体に衝突するような事態を回避することができる。

本発明によれば、回転ドラムに投入された布量を、簡単な構成で精度よく検知して、良好な脱水工程を行うことが可能であり、家庭用、業務用の洗濯機に有用である。

本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の制御装置を示す回路図 同ドラム式洗濯機に用いられる布量検知方法の原理を示す図 同布量検知方法を示すフローチャート 本発明の実施の形態２におけるドラム式洗濯機の制御方法を示す図 ドラム式洗濯機の概略構成を示す断面図 従来例のドラム式洗濯機の布量検知方法を示す図

符号の説明

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 ドラム駆動モータ
７ａ、７ｂ、７ｃ ３相巻線
８ 注水管路
９ 排水管路
１０ 操作パネル
１１ 循環送風経路
１２ 送風ファン
１３ フィルタ
１４ 回転検知部
２０ 商用電源
２１ 整流器
２２ チョークコイル
２３ 平滑コンデンサ
２４ インバータ回路
２４ａ〜２４ｆ スイッチング素子
２５ 入力設定部
２６ 負荷駆動部
２７ 給水弁
２８ 排水弁
２９ ヒータ
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 位置検出素子
３１ 制御部
３２ 駆動回路
３３ 回転速度検知部
３４ 布量検知部

Claims (2)

1. 水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有し、洗濯物を収容する回転ドラムと、
   前記回転ドラムを回転自在に内包し洗濯機本体内に弾性的に支持された水槽と、
   前記ドラムを回転駆動するドラム駆動モータと、
   前記ドラム駆動モータの回転速度を検知する回転速度検知装置と、
   前記回転速度検知装置の検知出力に基づき前記ドラム駆動モータの回転を制御する制御部とを備えた洗濯機において、
   前記制御部は、前記洗濯物の量である布量を検知するために、前記ドラム駆動モータにより所定のトルクで前記回転ドラムの回転を加速して、回転速度Ａから回転速度Ｂに到達するまでの上昇時間Ｔを測定し、かつ前記ドラム駆動モータによる駆動を停止して前記回転ドラムを惰性回転させたときに、回転速度Ｃから回転速度Ｄに到達するまでの降下時間ｔを測定し、前記上昇時間Ｔと前記降下時間ｔに基づき、前記布量を検知することを特徴とする洗濯機。
2. 前記回転制御部は、前記布量を検知する工程で前記回転ドラムの回転を加速している途中における、所定回転角区間における前記回転ドラムの最大回転速度と最小回転速度を計測し、最大回転速度と最小回転速度の差が所定値以上である場合は、前記回転ドラムの回転駆動を停止する請求項１に記載の洗濯機。

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