JP2013132340A

JP2013132340A - 洗濯機

Info

Publication number: JP2013132340A
Application number: JP2011283168A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Kouji; 幸久糀
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-07-08

Abstract

【課題】安価なマイクロコンピュータと安価な加速度センサで脱水槽を収容した受け筒の衝突を検出する洗濯機を提供すること。
【解決手段】洗濯機本体内部に複数のサスペンション２で支持された受け筒３と、受け筒３に回転自在に支持された脱水槽５と、脱水槽５の底部に設けたパルセータ７と、パルセータ７を固定する洗濯・脱水軸４と連動し受け筒３に固定されたモータ９と、受け筒３に取り付けられた加速度センサ１０を備え、加速度センサ１０から得られた加速度データについて、少なくとも一回以上、一定以上の加速度変化が起こった場合、衝突が発生したと検知してモータ９の回転を停止させる制御装置を有することで、安価なマイクロコンピュータと安価な加速度センサで脱水槽を収容した受け筒の衝突を検出する洗濯機を提供することができるようになる。
【選択図】図５

Description

本発明は洗濯機に関するものである。

全自動洗濯機では、受け筒が外箱から吊り棒とサスペンションによって懸垂防振支持されている。受け筒の内側に脱水槽が回転自在に設けられている。前記受け筒底部には、モータやモータの動力を脱水槽に伝える伝達機構が取り付けられている。

このような全自動洗濯機では、脱水動作時に脱水槽を高速回転させようとすると、衣類が槽内で偏っている場合には、偏荷重によって脱水槽が大きく揺れ、大きな振動と騒音を発生させる原因となる。このような大きな振動が発生した場合に対しては、振動を速やかに検知して、脱水槽の回転を一時停止させた後に再回転させる駆動制御や脱水槽の回転数を減少させる駆動制御などによって、洗濯物の偏りを解消させる制御動作が必要となる。

この振動検知の手段として、従来から、槽を回転駆動するモータをインバータ制御するインバータ回路の出力電流から振動発生を検知し、過振動警告を出力する洗濯機の異常振動検出方法が知られている（特許文献１参照）。

また、水槽の振れを検知するセンサを設け、このセンサによって検知される振動検知出力に基づいて洗濯工程から脱水工程への移行制御を行い、脱水工程中の異常振動検知により脱水動作を停止する制御を行う洗濯機の運転方法が知られている（特許文献２参照）。

洗濯機の振動は、主に、受け筒内の脱水槽の回転軸から、衣類の入った脱水槽の重心がずれることによって引き起こされる。受け筒がサスペンションによって吊られているために、脱水槽を回転させると、洗濯機の受け筒は脱水槽の重心を移動させることの反作用によって移動するのである。ゆえに、受け筒で観測される水平軸方向の変位は１回転を１周期とした正弦波状となる。このことから、水平軸方向に加速度センサを取り付けた場合、回転軸からの重心ずれと回転速度に応じた振幅を持つ正弦波状の加速度変動が観測できるため、加速度変化の振幅を検出することにより、振動による変位の大きさが算出できるのである。

特開平０６−１７００８０号公報特開昭６１−０９８２８６号公報

しかしながら、このような従来のインバータ回路の出力電流の変化から振動を検知する方式では、異常振動を間接的に推定することしかできず、精度を上げることが難しかった。

回転数制御のかかった状態においては、洗濯物の偏りに応じて、一定回転数を保つ為に必要なトルクが大きくなる。このトルクの増大に応じて、モータの電流実効値が上がることから、その洗濯物の偏りと電流実効値が相関するという前提において成り立っている。

このため、モータの電流実効値の差は、洗濯物の偏りの差が原因となっている場合以外に、洗濯物の重量や含水率、モータそのものの特性の電気的、機械的特性の違いや、モータの動力を脱水槽に伝える機械的要素の違いの影響を受ける。仕様決定に際しては、これらの違いの影響を踏まえた上でモータの回転を止める閾値を決定しているので、閾値に達した際の振動の状況は、条件によって大きく違う可能性があった。即ち、決め方によっては、必要以上に振動を検出して槽回転を停止する、あるいは、止める必要があっても閾値に達しないため槽回転を停止しないという課題がでるため、閾値の決定には非常な困難があった。

そこで、上記のような違いの要素を排除するため、加速度センサによって水槽の振動を直接検出する方法が提案されてきたのであるが、しかしながら、この方法にも、２点の課題が存在する。

第一の課題は、実際の検出の為の処理の為には、振動に応じた速度が必要になることである。上記のように、１周で１周期の正弦波状の加速度変動が観測されるため、必要な処理の周期は、次のように求められる。例えば、脱水時の最高回転数が１０００回転／ｍｉｎであれば、加速度は周期６０ｍｓｅｃの正弦波状に変化をする。したがって、３０ｍｓｅｃより十分短い周期でサンプリングおよび処理が可能であれば、加速度の変動をとらえることが可能である。この程度の速度要求であれば、洗濯機に搭載されるような安価且つ低速のＡ／Ｄ変換器やマイクロコンピュータであっても、サンプリングした加速度からその加速度変動の振幅を求め、さらに変位の振幅を算出することができるのである。

ところが、洗濯機の構造や衣類の状態によっては、回転の１周期以内に大きな変動が起こる場合がある。例えば、受け筒が洗濯機の筐体に衝突することを考えると、これは、ｍｓｅｃ以内での加速度の大きな変動であり、かつ、以降の変動は、１周を１周期とする正弦波から大きく外れるので、その衝突を観測するために必要なサンプリング周期は長くても０．１ｍｓｅｃ以内が必要となる。この場合、それに応じて、高速のＡ／Ｄ変換器やマイクロコンピュータを用意しなければならないという課題がある。

第二の課題は、センサとの通信にある。加速度センサからマイコンのＡ／Ｄ変換器までアナログ信号で送られてくる場合、高速時には使用する領域が±５０ｍ／ｓ２と広範囲におよび、且つ、低速時には少なくとも０．０１ｍ／ｓ２の精度が必要となるため、洗濯機に搭載されるマイクロコンピュータに搭載されたＡ／Ｄ変換器を使用すると精度が不足する場合がある。そこで３Ｄセンサの加速度センサユニット側に必要な性能を持ったＡ／Ｄ変換器をおいて、シリアル通信によって必要なデータをマイコンに送信する方が有利である。このとき、このタイプの市販の加速度センサの通信には、パリティビットなどのエラー検出機能がついていない場合が多く、そうした場合、ノイズによって通信中にクロック飛びやビット反転が発生したとしても、そのまま正しい値として取り込むために、振動していなくても振動していると検知してしまう課題があった。

上記の２つの課題は、マイクロコンピュータの性能や加速度センサの機能を追加することによって解決する問題ではあるが、どちらも、一般品に対して特殊な機能を追加することになり、対策には相応の費用がかかる。この様な部品単価を上げるような対策は、特に単価の低さが要求されるパルセータ型の洗濯機において現実的ではない。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、安価なマイクロコンピュータと安価な加速度センサで脱水槽を収容した受け筒の衝突を検出する洗濯機を提供することを目的としている。

本発明は上記目的を達成するために、加速度センサから得られた、ある一定以上の加速度データの変化の数を利用した洗濯機である。

これにより、単純な仕組みで、衝突を検知することができる。

本発明の洗濯機は、加速度センサの出力を監視することで安価に衝突の程度を検出することができる。

本発明の実施の形態１における洗濯機の側断面図本発明の実施の形態１における洗濯機のアンバランスが大きいときの加速度波形の一例を示す図同、アンバランスが小さいときの加速度波形の一例を示す図本発明の実施の形態１における洗濯機の加速度センサの構成を示すブロック図同、加速度センサの振動検知部の構成を示すブロック図

第１の発明は、洗濯機本体内部に複数のサスペンションで支持された受け筒と、前記受け筒に回転自在に支持された脱水槽と、前記脱水槽の底部に設けたパルセータと、前記パルセータを固定する洗濯・脱水軸と連動し前記受け筒に固定されたモータと、前記受け筒に取り付けられた加速度センサを備え、前記加速度センサから得られた加速度データについて、少なくとも一回以上、一定以上の加速度変化が起こった場合、衝突が発生したと検知して前記モータの回転を停止させる制御装置を有するので、受け筒と洗濯機本体の衝突を簡単な構成で検知し、モータの回転を停止することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の制御手段を、所定期間内でサンプリングした加速度データについて検知を行うようにしたことにより、より精度よく受け筒と洗濯機本体の衝突を検知することができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明の制御手段を、前記脱水槽の回転検知装置を有し、前記脱水槽が一定の回転をする期間内でサンプリングした加速度データについて検知を行うようにしたことにより、より一層精度よく受け筒と洗濯機本体の衝突を検知することができる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における洗濯機の側断面図である。図１において、洗濯機の本体１は、サスペンション２により受け筒３をその内部に懸垂防振支持している。洗濯・脱水軸４は中空で２軸構造としている。脱水槽５は側壁に多数の脱水孔（図示せず）を有するとともに、内周の上部に流体バランサ６を有し、中央底部には外周を傾斜面としたナベ型の形状に形成したパルセータ７が配設されている。伝達機構部８は内部に洗濯時の減速ギア（図示せず）および洗濯・脱水軸の切り換えクラッチ（図示せず）を内蔵している。モータ９は受け筒３の底部に取り付けられ、伝達機構部８を介し、パルセータ７、および、脱水槽５を回転させる。受け筒３の外側面には、回転軸方向、回転軸に垂直な方向、受け筒接線方向の、直交する３軸の加速度を測定する加速度センサ１０が取り付けられている。

図４は３軸加速度センサを用いた加速度センサの構成を示すブロック図である。加速度センサユニットには、加速度センサ、Ａ／Ｄ変換器、シリアル通信機能を搭載している。マイクロコンピュータは内部のシリアル通信機能を用いて、加速度センサユニットと通信し、３軸の加速度データを一定周期で収得し、振動検知部に引き渡す。

図５は３Ｄセンサの振動検知部の構成を示すブロック図である。振動検知部は、振動と回転数精度の異なる低速側と高速側の大きく二つの部分から成り立ち、それぞれ、ノイズフィルタ部を持っている。衝突検知部は、高速用と低速用の、それぞれのフィルタからフィルタリングを行ったかどうかのデータを受け取り、衝突を判定する。

以上のように構成した洗濯機について、その動作、作用を説明する。

振動は、脱水槽内の衣類の偏りによって、回転軸から受け筒重心がずれることによって発生する。従って、何らかの共振現象が起こらない限り、振動による加速度は、脱水槽１回転に対して、なめらかな１周期の波となり次の（１）式として表すことができる。

ｙ＝Ａ（ω，ｔ）・ｓｉｎ（ω（ｔ）・ｔ＋φ）・・・（１）
ここで、Ａ（ω，ｔ）：振幅（速度が上がるほど大きくなる）、ω（ｔ）：角速度、φ：位相を表すものとする。

シリアル通信がノイズによって乱された場合、例えば、ビットが反転するとそのビットに対応する値（０．０３８〜１９．６ｍ／ｓ２）分、（１）式の本来の理想的な曲線から外れることになる。ノイズフィルタは、このことを利用して加速度の正弦波から測定値が外れたことを検出して、そのときの値を除去する。

次に、加速度センサ１０の、回転軸を通り回転軸と垂直方向の加速度を図２、３に表す。図２はアンバランスが大きいときの加速度を示す図、図３はアンバランスが小さいときの加速度を示す図である。本体内側面、あるいは、本体内側面に貼り付けられた緩衝材（図示せず）や、本体そのものに対して受け筒が当たると、それまで（１）式の本来の理想的な曲線であった加速度センサの出力波形が、図のように大きくずれた波形になる。このずれ方は、当たり方が大きい場合のほうがより大きい。

これは、サンプリング毎の単位でみれば、ノイズと同じ様に観測されるが、ノイズが単発であるのに対し、値の大きなずれは衝突した後の一定期間継続される。すなわち、サンプリングされた値が、前回サンプリングした時の値に対して１回転あたり１周期の（１）式の曲線から予想される範囲を超えたかどうかを判定し、その頻度が１周期中どの程度かを判断基準として、単発ならばノイズとして判定し、ある一定以上の数があれば、強く当たったと判断するものである。

（１）式の波の上にサンプリングを行った加速度が入っているか判定する方法については、速度に応じた一定値を超えるかどうかによって判定すればよい。より正確には、現在の加速度振幅と回転数と、回転パルスセンサ、あるいは、加速度センサの値そのものより算出した現在の位相から、（１）式で仮定する次回のサンプリングにおける予想範囲を算出し、そこに入るか否かを判定するようにする。ここで位相は、ホールＩＣやタコジェネレータのように回転角に応じてパルス、あるいは、正弦波電圧を出力するものであれば、そこから導き出される位相を用いればよい。加速度センサならば、加速度のゼロクロス間隔を算出することで周期を計算し、前回のゼロクロスからの時間との比で位相を確定させる。加速度のピークの間隔を基準に用いてもよい。

正弦波の予測については、低速回転時、低加速時ならば、回転数範囲毎に一定値を範囲判定の閾値として持つようにしてもよい。こうすることで、低回転で回転数の算出誤差が大きい場合は、より計算量を抑えた設計が可能となる。

なお、図１において、脱水槽の回転速度を計測する回転角パルスセンサ１１は、ホールＩＣを用いて、ブラシレスＤＣモータの永久磁石の磁力を検知するものである。１周中に極数分のパルス信号が検出される。これによって脱水槽の１周がわかる。衝突は、１周あたり１周期のふれによって受け筒が本体に当たるものである。したがって、衝突も１周の内に１回ないし、半周毎の２回発生する。１周の周期は速度によって異なるので、１周の中でどの程度、加速度変化が本来の正弦波から外れていたかによって判定できる。

なお、この場合、モータはインダクションモータでもよく、回転センサは槽や、洗濯・脱水軸についていてもよい。回転センサはホールＩＣ式でなくてよく、タコジェネレータからの信号や、モータ線間電圧、モータ電流から１回転を判定してもよい。

以上のように、本発明にかかる洗濯機は、簡単に、安価に衝突を検知することが可能となるので、原価を抑えて検知機能を実現することに有用である。

２サスペンション
３受け筒
４洗濯・脱水軸
５脱水槽
７パルセータ
９モータ
１０加速度センサ

Claims

洗濯機本体内部に複数のサスペンションで支持された受け筒と、前記受け筒に回転自在に支持された脱水槽と、前記脱水槽の底部に設けたパルセータと、前記パルセータを固定する洗濯・脱水軸と連動し前記受け筒に固定されたモータと、前記受け筒に取り付けられた加速度センサを備え、前記加速度センサから得られた加速度データについて、少なくとも一回以上、一定以上の加速度変化が起こった場合、衝突が発生したと検知して前記モータの回転を停止させる制御装置を有する洗濯機。
前記制御装置は、所定期間内でサンプリングした加速度データについて検知を行う請求項１記載の洗濯機。
前記制御装置は、前記脱水槽の回転検知装置を有し、前記脱水槽が一定の回転をする期間内でサンプリングした加速度データについて検知を行う請求項１または２に記載の洗濯機。