JP4179924B2 - ドラム式洗濯機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸が横軸方向に配置されたドラムを備えたドラム式洗濯機に関する。
【0002】
【従来の技術】
図11には、洗い運転及び乾燥運転が可能な一般的なドラム式洗濯機の構造を模式的に示している。この図11において、外箱101内には、弾性支持装置102により横軸方向に支持された円筒状の水槽103が設けられ、この水槽103内には、回転軸を横軸方向に配置して成る円筒状ドラム104が軸回りに回転自在に設けられている。水槽103の下側には駆動モータ105が取り付けられており、この駆動モータ105の回転が図示しないベルト伝達機構を介してドラム104に伝達される構成となっている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平3−202097号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ドラム104は、洗い運転時及び乾燥運転時において、内部に収納された布が当該ドラム104内でタンブリング状態となる速度で回転されるものであるが、図12に模式的に示すように、ドラム104がある程度以上の速度で回転された場合、内部の布Cは、その内周面に張り付いた状態となる。この状態では、布Cに対して、ドラム104の回転速度に応じた遠心力mRω2 と重力mgが作用しており、Rω2 >gの関係が成立している。但し、ωはドラム104の角速度、Rは布Cの回転半径(ドラム104の中心点から布Cの重心位置までの距離)、mは布Cの質量、gは重力加速度である。
【0005】
この状態からドラム回転数(=ドラム104の回転速度)を徐々に下げていくと、これに伴いRω2 <gの関係となったときに、布Cがドラム104の内周面から剥がれて落下することになる。洗い運転時の洗浄効率や乾燥運転時の乾燥効率は、上記のような落下距離が大きいほど向上するものであり、当該落下距離が最大となる状態が最適なドラム回転数ということになる。
【0006】
この場合、布Cの回転半径Rは、その量に応じて変化するため、これに伴い最適なドラム回転数も変化することになる。従って、図11に示したドラム式洗濯機において、その洗浄効率や乾燥効率を高めようとする場合には、ドラム104内に収納される布量に応じてドラム回転数を調整することが望ましい。しかしながら、従来では、ドラム回転数が固定された状態となっているため、洗浄効率や乾燥効率を十分に高めた状態にあるとは言えなかった。また、従来では、ドラム回転数を複数段階に変更設定できる構成も採用されているが、その設定回転数は、ドラム内の布の落下距離が最大となる最適な回転数を含むものではなかった。さらに、従来では、ドラム内に収納された布の量を検出する手段を設けることも行われているが、そのような布量の検出だけでは、ドラム内の布の落下距離が最大となる最適回転数について正しい評価を行うことができないという事情があった。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドラム回転数を、内部の布の落下量が最大となる最適回転数に常時において維持可能になるドラム式洗濯機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載のドラム式洗濯機は、回転軸が横軸方向に配置されたドラムと、このドラムを回転させるモータとを備えたドラム式洗濯機において、
モータ電流を検出する電流検出手段と、
洗い運転時及び/または乾燥運転時における定常状態でのドラム回転数を、当該ドラムの振動または前記モータの負荷トルク変動が最大となる領域の回転数に制御する運転制御手段とを設け、
前記運転制御手段は、前記電流検出手段により検出されたモータ電流の変動幅が最大となる領域を、前記ドラムの振動または前記モータの負荷トルク変動が最大となる領域として判定する構成としたものである。
【0009】
すなわち、ドラム式洗濯機において、ドラム内に収納された布は、ドラムの回転に応じてタンブリングされる。この場合、布が重力の作用によりドラムの内周面から落下した場合には、これに伴いドラムが振動するようになる。また、布が落下する瞬間(布がドラムの内周面から離れた瞬間)にはモータの負荷が軽くなると共に、落下した布がドラムの内周面に到達した瞬間にはモータの負荷が重くなるため、モータの負荷トルクが変動するようになる。このようなドラムの振動やモータの負荷トルク変動は、布の重量が同一の場合、その落下距離が大きくなるほど増大することになる。請求項1記載のドラム式洗濯機では、運転制御手段が、洗い運転時及び/または乾燥運転時における定常状態でのドラム回転数を、当該ドラムの振動またはモータの負荷トルク変動が最大となる領域の回転数に制御する構成となっているから、結果的に、ドラム回転数は、布の落下距離が最大となる状態に制御されることになる。このような制御は、ドラムの回転期間中を通じて行い得るから、ドラム内の布の落下量が最大となる最適なドラム回転数を常時において維持可能になるものであり、以て洗浄効率や乾燥効率を十分に高め得るようになる。
【0011】
そして、上記構成によれば、モータ電流は、モータの負荷トルクの変動に追随して変化するという一般的特性があるから、ドラムの振動またはモータの負荷トルク変動が最大となる領域の判定、ひいては最適なドラム回転数の判定を、電流検出手段による検出出力に基づいて簡易に行い得ることになる。
【0012】
また、請求項2に記載したように、前記運転制御手段により前記モータをベクトル制御する構成とし、前記電流検出手段を、ベクトル制御におけるq軸電流の実効値をモータ電流として検出する構成とすることができる。
一般的に、ベクトル制御におけるq軸電流の実効値には、モータの負荷トルクの変動が直接的に現われるという特性があるから、請求項2記載の構成によれば、ドラムの振動またはモータの負荷トルク変動が最大となる領域の判定を、電流検出手段により検出したq軸電流の実効値に基づいて正確に行い得るようになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施例について図1ないし図9を参照しながら説明する。 まず、乾燥機能を備えたドラム式洗濯機の全体構成を示す図2において、ドラム式洗濯機の外殻をなす外箱1の前面部には、中央部に扉2が設けられ、上部に、多数のスイッチや表示部(何れも図示せず)を備えた操作パネル3が設けられている。扉2は、外箱1の前面部中央部に形成された洗濯物出し入れ口4を開閉するものである。
【0019】
外箱1の内部には、円筒状の水槽5が配設されている。この水槽5は、その軸方向が前後方向(図2では左右方向)となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状に配置され、弾性支持装置6により弾性的に支持されている。水槽5の内部には、円筒状のドラム7が水槽5と同軸状に配設されている。このドラム7は、洗濯の他、脱水及び乾燥に共用の槽として機能するもので、胴部のほぼ全域に多数個の小孔8が形成され(一部のみ図示)、胴部の内周部には複数個(例えば3個)のバッフル9が設けられている(一個のみ図示)。
尚、ドラム7は、洗い運転時(すすぎ運転も含む概念である)に比較的短い周期で正逆回転され、乾燥運転時に比較的長い周期で正逆回転されるものである。
【0020】
水槽5及びドラム7は、各々の前面部に洗濯物出し入れ用の開口部10、11を有し、ドラム7の開口部11が水槽5の開口部10に内側から臨んだ形態とされている。水槽5の開口部10は、洗濯物出し入れ口4に円筒形ベローズ12により水密に連ねられ、ドラム7の開口部11の周囲部にはバランスリング13が設けられている。
【0021】
水槽5の背面部には、ドラム7を回転駆動するモータ14が配設されている。モータ14はアウタロータ形のDCブラシレスモータであり、そのステータ15が、水槽5の背部中央部に支持された軸受ハウジング16の外周部に取り付けられている。アウタ形式のロータ17は、中心部に固定された回転軸18が軸受ハウジング16に軸受19を介して回転可能に支持されている。軸受ハウジング16から突出した回転軸18の前端部はドラム7の背部の中央部に連結されている。即ち、モータ14が駆動されると、ロータ17の回転軸18に連結されたドラム7が回転される構成となっている。
【0022】
水槽5の下部には水溜部20が設けられており、この水溜部20の内部に洗濯水加熱用のヒータ21が配設され、水溜部20の後部に、排水弁22を介して排水ホース23が接続されている。
【0023】
水槽5の上部には乾燥機能用の温風生成装置24が設けられ、水槽5の背部には熱交換器25が設けられている。温風生成装置24は、ケーシング26内に配設された温風用ヒータ27、ケーシング28内に配設されたファン29、このファン29をベルト伝動機構30を介して回転駆動するファンモータ31で構成され、ケーシング26とケーシング28とは連通されている。ケーシング26の前部にはダクト32が接続され、ダクト32の先端部は、水槽5内に突出されてドラム7の開口部12に臨んだ配置とされている。
【0024】
ここで、温風生成装置24内の温風用ヒータ27とファン29とを同時駆動することにより温風が生成されるものであり、その温風はダクト32を通してドラム7内に供給される。ドラム7内に供給された温風はドラム7内の洗濯物を加熱する共に水分を奪い、熱交換器25側へ排出される。
【0025】
熱交換器25は、上部がケーシング28内と連通し、下部が水槽5内と連通しており、上部から水が注ぎ入れられて流下することで、内部を通る空気中の水蒸気を冷却し凝縮させて除湿する水冷式である。この熱交換器25を通った空気は再び温風生成装置24に戻され、温風化されて循環する。
【0026】
図1は、ドラム式洗濯機の制御系の構成を示す機能ブロック図である。尚、この構成は、例えば特願2002−212788の明細書及び図面に開示されているものと同様であるから、以下では概略的に説明する。洗濯機11の運転全般を制御する制御用マイコン54(運転制御手段に相当)は、目標速度指令ωref を出力する。減算器33は、その目標速度指令ωref からエスティメータ(Estimator) 34により検出されたモータ14の回転速度ωを減算する。
【0027】
速度PI制御部35は、減算器33からの出力(目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量)に基づいてPI制御を行い、q軸電流指令値Iqrefとd軸電流指令値Idrefとを生成する。減算器36は、指令値Iqrefから、αβ/dq変換部38が出力するq軸電流値Iqを減算し、その減算結果を電流PI制御部39qに与える。減算器37は、指令値Idrefから、αβ/dq変換部38が出力するd軸電流値Idを減算し、その減算結果を電流PI制御部39dに与える。尚、q軸電流値Iqは制御用マイコン54にも与えられる。
【0028】
電流PI制御部39qは、減算器36からの出力(q軸電流指令値Iqrefとq軸電流値Iqとの差分量)に基づいてPI制御を行い、q軸電圧指令値Vqを生成する。電流PI制御部39dは、減算器37からの出力(d軸電流指令値Idrefとd軸電流値Idとの差分量)に基づいてPI制御を行い、d軸電圧指令値Vdを生成する。
【0029】
dq/αβ変換部40は、エスティメータ34により検出されたモータ14における2次磁束の回転位相角(ロータ位置角)θに基づいて、電流PI制御部39q、39dからの電圧指令値Vd、Vqを電圧指令値Vα、Vβに変換する。
【0030】
αβ/UVW変換部41は、電圧指令値Vα、Vβを三相の電圧指令値Vu、Vv、Vwに変換して出力する。切換スイッチ42u、42v、42wは、電圧指令値Vu、Vv、Vw及び初期パターン出力部43から出力される起動用の電圧指令値Vus、Vvs、Vwsの何れかの指令値をPWM形成部44に選択的に与える。
【0031】
PWM形成部44は、電圧指令値Vus、Vvs、Vwsに基づき所定周波数(例えば16kHz)の搬送波を変調した各相PWM信号Vup、Vvp、Vwpをインバータ回路45に出力する。インバータ回路45は、6個のIGBT46(2個のみ図示)を三相ブリッジ接続して構成されたものであり、上記各相PWM信号Vup、Vvp、Vwpは、三相ブリッジ回路の上アーム側及び下アーム側のIGBT46を個別に駆動できる信号となっている。三相ブリッジ回路の下アーム側U、V相のIGBT46のエミッタは、それぞれ電流検出用のシャント抵抗47(u、v)を介してグランドに接続されている。また、両者の共通接続点は、図示しない増幅・バイアス回路を介してA/D変換部49に接続されている。この場合、インバータ回路45には、100Vの交流電源を倍電圧全波整流した約280Vの直流電圧が印加される。増幅・バイアス回路はシャント抵抗47の端子電圧を増幅し、その増幅信号の出力範囲が正側に収まるようにバイアスを与える。
【0032】
A/D変換部49は、増幅・バイアス回路の出力信号をA/D変換した電流データIu、Ivを出力する。UVW/αβ変換部52は、電流データIu、IvからW相の電流データIwを推定し、三相の電流データIu、Iv、Iwを直交座標系の2軸電流データIα、Iβに変換する。
【0033】
αβ/dq変換部38は、モータ14のベクトル制御時にはエスティメータ34よりモータ14のロータ位置角θを得て2軸電流データIα、Iβをd軸電流値Id、q軸電流値Iqに変換し、例えば128μ秒毎に出力する。尚、これらd軸電流値Id、q軸電流値Iqは、電圧信号に変換された状態で出力されるものである。そして、エスティメータ34は、d軸電流値Id、q軸電流値Iqに基づいてロータ17の位置角θ及び回転速度ωを推定し、各部に出力する。
尚、以上の構成において、インバータ回路45を除く構成は、主にDSP(Digital Signal Processor)53のソフトウエアで実現されている機能である。また、シャント抵抗47、A/D変換部49、UVW/αβ変換部52、αβ/dq変換部38によって本発明でいう電流検出手段55が構成されている。
【0034】
ここで、図8には、ドラム7内に布Cを収納して行われる洗い運転時における布Cの動きが模式的に示されている(図8中の矢印は、布Cの落下方向を示す)。すなわち、ドラム7の回転数を徐々に上昇させていった場合、ある程度以上の回転数となった時点から図8(a)に示すようにドラム7内で布Cのタンブリングが開始されるようになる。また、この後にドラム7の回転数が上昇されるのに応じて布Cの落下距離が次第に大きくなり、図8(b)に示すように、その落下距離が最大となる状態が最適なドラム回転数ということになる。この状態から、ドラム回転数がさらに上昇されて布Cに作用する遠心力と重力との関係が遠心力>重力となった時点からは、図8(c)に示すように、当該布Cがドラム7の内周面に張り付いた状態となり、洗い効率が大きく低下することになる。
【0035】
布Cのタンブリング時において、その布Cが重力の作用によりドラム7の内周面から落下した場合には、これに伴いドラム7が振動するようになる。また、布Cが落下する瞬間(布Cがドラム7の内周面から離れた瞬間)にはモータ14の負荷が軽くなると共に、落下した布Cがドラム7の内周面に到達した瞬間にはモータ14の負荷が重くなるため、モータ14の負荷トルクが変動するようになる。このようなドラム7の振動やモータ14の負荷トルク変動は、布Cの重量が同一の場合、その落下距離が大きくなるほど増大する。この場合、ドラム7の振動変位の大きさとモータ14の負荷トルク変動量との間には一定の相関関係があり、また、モータ14の負荷トルクが変動した場合、その変動がベクトル制御におけるq軸電流の実効値の変動として直接的に現れるという特性がある。従って、このq軸電流(実効値)の変動幅を判定値とすることによって、モータ14の負荷トルク変動量(ひいてはドラム7の振動変位の大きさ)を判定できるから、その判定結果に基づいて布Cの落下距離を正確に推測することができ、以てドラム回転数を最適な状態に制御可能になる。
【0036】
図9には、ドラム7の回転数を徐々に上昇させたときのドラム7の振動変位及び判定値(q軸電流変動幅)の実測値が示されている。この場合、図9(a)、(b)に示す判定値や振動変位には、ドラム回転数が比較的低い期間に布Cのアンバランスなどに起因した成分が含まれることになるが、布Cのタンブリングが行われる回転数領域(図9の例では50〜70rpm程度の領域)では、所定の回転数領域で判定値が大きくなるものであり、当該回転数領域が布Cの落下距離が最大となるドラム回転数と判定できることになる。
【0037】
本実施例では、このような判定原理に基づいて、洗い運転時においてドラム回転数を最適な状態(洗い効率が最も高くなる状態)に制御するための回転数調整制御を行うようにしている。以下においては、この回転数調整制御の具体例について図3ないし図7を参照して説明する。
尚、図3は、回転数調整制御の処理内容を示すフローチャート、図4は、図3は回転数調整制御処理中に組み込まれたリミッタ処理ルーチンの内容を示すフローチャート、図5は、モータ14をベクトル制御するときのq軸電流値Iqの変動幅の検出処理内容を示すフローチャートであり、これらの処理は制御用マイコン54により実行される。また、図6及び図7はドラム回転数の制御例を説明するためのタイミングチャートである。
【0038】
図3において、制御用マイコン54は、モータ14をベクトル制御にて駆動開始することによりドラム7を正転方向に回転開始させ、そのドラム回転数を初期基準回転数となる55rpmまで上昇させる(ステップS1)。次いで、q軸電流値Iqのデジタルフィルタリングを開始し(ステップS2)、これに基づいて前述した「判定値」として利用されるq軸電流変動幅を算出して記憶する(ステップS3)。
【0039】
q軸電流変動幅は、図5のような処理を実行することにより算出される。すなわち、図5において、まず、電流検出手段55により検出されたq軸電流値を、デジタル演算によりローパスフィルタリングして高周波成分をカットすると共に、所定間引き率で検出数をデシメーションする(ステップA1)。次に、ハイパスフィルタリングにより変動分を抽出し(ステップA2)、その結果を二乗演算する(ステップA3)。さらに、ローパスフィルタリングにより二乗演算結果の高周波成分を除去し(ステップA4)、これにより得られたデータをq軸電流変動幅とする。
【0040】
再び図3において、ドラム回転数が55rpmのときのq軸電流変動幅を記憶した後には、ドラム7の正回転が所定時間継続された時点でその回転を終了(停止)する(ステップS4)。この後には、次の回転周期におけるドラム7の回転方向が反転であるか否かを判断する(ステップS5)。尚、このステップS5が回転数調整制御処理の開始後に始めて実行されたときには、当該ステップS5では「YES」と判断されることになる。
【0041】
ステップS5で「YES」と判断したときには、ドラム7を反転方向に回転開始させ、その回転速度をそれまでの状態から2rpmだけ加速する(ステップS6)。また、ステップS5で「NO」と判断したときには、ドラム7を正転方向に回転開始させ、その回転速度をそれまでの状態から2rpmだけ加速する(ステップS7)。
【0042】
ステップS6或いはS7の実行後には、回転数リミッタ処理ルーチンS8を実行する。この処理ルーチンS8では、図4に示すように、ドラム回転数が予め設定された上限回転数である例えば70rpmを超えているか否かを判断する(ステップS31)。尚、この上限回転数は、ドラム7内の布が遠心力の作用により当該ドラム7内周面の最上点において張り付き始める回転数である。ドラム回転数が70rpmを超えた状態にあったときには、ドラム回転数を70rpmに固定し(ステップS32)、この後にリターンする。これに対して、ドラム回転数が70rpm以下の状態にあったときには、ドラム回転数が前記初期基準回転数である55rpm未満であるか否かを判断する(ステップS33)。ドラム回転数が55rpm未満の状態にあったときには、ドラム回転数を55rpmに固定し(ステップS34)、この後にリターンする。また、ドラム回転数が55rpm以上で尚且つ70rpm未満であった場合には、そのままリターンする。
【0043】
再び図3において、回転数リミッタ処理ルーチンS8の実行後には、加速後のドラム回転数でのq軸電流変動幅を算出して記憶する(ステップS9)。次いで、今回記憶したq軸電流変動幅(=hn)と前回記憶したq軸電流変動幅(=hn − 1)との差(hn−hn − 1)、つまり、ドラム7の前回の回転期間と今回の回転期間との間のq軸電流変動幅の変化量が予め設定されたしきい値Vth(例えば0.001V)以上あるか否かを判断する(ステップS10)。
【0044】
q軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth以上ある場合には、ステップS4へ戻る。従って、2rpmだけ加速された状態でのドラム7の回転が所定時間継続された時点でその回転が終了され(ステップS4)、この後に、ステップS6またはS7において、ドラム7がそれまでと反対方向に2rpmだけさらに加速された状態で回転されると共に、ステップS9において、新たなq軸電流変動幅が記憶されることになる。
尚、ステップS4〜S10の制御が、請求項4記載の発明でいう回転数上昇制御に相当することになる。
【0045】
これに対して、ドラム7の前回の回転期間と今回の回転期間との間のq軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth未満であった場合(ステップS10で「NO」)には、ドラム7の回転が所定時間継続された時点でその回転を終了する(ステップS11)。この後には、次の回転周期におけるドラム7の回転方向が反転であるか否かを判断する(ステップS12)。このステップS12で「YES」と判断したときには、ドラム7を反転方向に回転開始させ、その回転速度をそれまでの状態から1rpmだけ減速する(ステップ13)。また、ステップS12で「NO」と判断したときには、ドラム7を正転方向に回転開始させ、その回転速度をそれまでの状態から1rpmだけ減速する(ステップS14)。
【0046】
ステップS13或いはS14の実行後には、図4に示した内容の回転数リミッタ処理ルーチンS15を実行する。この後には、減速後のドラム回転数でのq軸電流変動幅を算出して記憶し(ステップS16)、ドラム7の前回の回転期間と今回の回転期間との間のq軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth以上あるか否かを判断する(ステップS17)。
【0047】
q軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth以上ある場合には、ステップS11へ戻る。従って、1rpmだけ減速された状態でのドラム7の回転が所定時間継続された時点でその回転が終了され(ステップS11)、この後に、ステップS13またはS14において、ドラム7がそれまでと反対方向に1rpmだけさらに減速された状態で回転されると共に、ステップS16において、新たなq軸電流変動幅が記憶されることになる。
【0048】
これに対して、ドラム7の前回の回転期間と今回の回転期間との間のq軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth未満であった場合(ステップS17で「NO」)には、ドラム7の回転が所定時間継続された時点でその回転を終了する(ステップS18)。この後には、次の回転周期におけるドラム7の回転方向が反転であるか否かを判断する(ステップS19)。このステップS19で「YES」と判断したときには、ドラム7を反転方向に回転開始させ、その回転速度をそれまでの状態から1rpmだけ加速する(ステップ20)。また、ステップS18で「NO」と判断したときには、ドラム7を正転方向に回転開始させ、その回転速度をそれまでの状態から1rpmだけ加速する(ステップS21)。
【0049】
ステップS20或いはS21の実行後には、図4に示した内容の回転数リミッタ処理ルーチンS22を実行する。この後には、加速後のドラム回転数でのq軸電流変動幅を算出して記憶し(ステップS23)、ドラム7の前回の回転期間と今回の回転期間との間のq軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth以上あるか否かを判断する(ステップS24)。
【0050】
q軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth以上ある場合には、ステップS18へ戻る。従って、1rpmだけ加速された状態でのドラム7の回転が所定時間継続された時点でその回転が終了され(ステップS18)、この後に、ステップS20またはS21において、ドラム7がそれまでと反対方向に1rpmだけさらに加速された状態で回転されると共に、ステップS23において、新たなq軸電流変動幅が記憶されることになる。
【0051】
これに対して、ドラム7の前回の回転期間と今回の回転期間との間のq軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth未満であった場合(ステップS23で「NO」)には、ステップS11へ戻る。従って、ドラム7の回転が所定時間継続された時点でその回転が終了され(ステップS11)、この後に、ステップS13またはS14において、ドラム7がそれまでと反対方向に1rpmだけ減速された状態で回転されると共に、ステップS16において、新たなq軸電流変動幅が記憶されることになる。
尚、ステップS11〜S24の制御が、請求項4記載の発明でいう回転数調整制御に相当することになる。
【0052】
以上のように、回転数上昇制御では、以下▲1▼のような制御が行われ、回転数調整制御では、以下▲2▼〜▲6▼のような制御が行われる。
▲1▼ ドラム7を初期基準回転数(55rpm)で正転方向へ回転開始させた後には、ステップS4〜S10のループを回っている間において、ドラム7の回転方向を所定時間毎に反転させる共に、ドラム7の前回の回転期間と今回の回転期間との間のq軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)が予め設定されたしきい値Vth未満となるまでの所定期間だけ各回転周期のドラム回転数を2rpmずつ上昇させるという加速制御を行う。
【0053】
▲2▼ この加速制御に応じて、q軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth未満となったときには、その次の回転周期でのドラム回転数を1rpmだけ低下させる(ステップS13またはS14)。
【0054】
▲3▼ このようにドラム回転数を低下させた後には、ステップS11〜S17のループを回っている間において、ドラム7の回転方向を所定時間毎に反転させる共に、q軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)が予め設定されたしきい値Vth未満となるまでの所定期間だけ各回転周期のドラム回転数を1rpmずつ低下させるという減速制御を行う。
【0055】
▲4▼ この減速制御に応じて、q軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth未満となったときには、その次の回転周期でのドラム回転数を1rpmだけ再上昇させる(ステップS20またはS21)。
【0056】
▲5▼ このようにドラム回転数を再上昇させた後には、ステップS18〜S24のループを回っている間において、ドラム7の回転方向を所定時間毎に反転させる共に、q軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)が予め設定されたしきい値Vth未満となるまでの所定期間だけ各回転周期のドラム回転数を1rpmずつ上昇させるという再加速制御を行う。
【0057】
▲6▼ この後には、ドラム7の加速制御に応じてq軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth未満となったときに、ステップS11〜S17のループを実行してドラム回転数を低下させる減速制御を行い、このようなドラム7の減速制御に応じてq軸電流変動幅の変化量(hn−hn − 1)がしきい値Vth未満となったときに、ステップS18〜S24のループを実行してドラム回転数を低下させる減速制御を行う。
【0058】
以下においては、図3に示した回転数調整制御による作用について、図6及び図7のタイミングチャートを参照して具体的に説明する。尚、図6は、上述した制御によってドラム7が正逆回転される各期間でのドラム回転数の変化例を示し、図7は、判定値(q軸電流変動幅)の変化状態とドラム回転数との関係を示すものである。但し、図6及び図7は、説明の便宜上、簡略化して示すものであり、図9に実測値として示した判定値(q軸電流変動幅)の例と直接的な因果関係を有するものではない。
【0059】
まず、所定周期で交互に正逆回転されるドラム7は、最初の正回転期間の回転数N1が55rpmとなるように制御され、次の逆回転期間の回転数N2が2rpmだけ加速された57rpmとなるように制御される。各回転期間では、判定値となるq軸電流変動幅h1、h2がそれぞれ算出されて記憶される。図7の例では、q軸電流変動幅h1、h2の変化量(h2−h1)がしきい値Vth(=0.001V)以上あるため(ステップS10で「YES」)、次の正回転期間のドラム回転数N3は、さらに2rpmだけ加速された59rpmとなるように制御される。
【0060】
この正回転期間に記憶されたq軸電流変動幅h3と前回の逆回転期間のq軸電流変動幅h2の変化量(h3−h2)は、しきい値Vth以上あるため(ステップS10で「YES」)、次の逆回転期間のドラム回転数N4は、さらに2rpmだけ加速された61rpmとなるように制御される。図7の例では、この逆回転期間に記憶されたq軸電流変動幅h4と前回の正回転期間のq軸電流変動幅h3の変化量(h4−h3)が、しきい値Vth未満となるものであり(ステップS10で「NO」)、この場合には、次の正回転期間のドラム回転数N5は、1rpmだけ減速された60rpmとなるように制御される。
【0061】
この正回転期間に記憶されたq軸電流変動幅h5と前回の逆回転期間のq軸電流変動幅h4の変化量(h5−h4)は、しきい値Vth未満となるため(ステップS17で「NO」)、この場合には、次の逆回転期間のドラム回転数N6は、1rpmだけ加速された61rpmとなるように制御される。図7の例では、この逆回転期間に記憶されたq軸電流変動幅h6と前回の正回転期間のq軸電流変動幅h5の変化量(h6−h5)が、しきい値Vth以上あるため(ステップS24で「YES」)、次の正回転期間のドラム回転数N7は、1rpmだけ加速された62rpmとなるように制御される。
【0062】
この正回転期間に記憶されたq軸電流変動幅h7と前回の逆回転期間のq軸電流変動幅h6の変化量(h7−h6)は、しきい値Vth未満となるため(ステップS24で「NO」)、この場合には、次の逆回転期間のドラム回転数N8は、1rpmだけ減速された61rpmとなるように制御される。
これ以降においては、ステップS11〜S24のループ(回転数調整制御)が実行されるのに応じて、ドラム回転数が1rpmずつ加速或いは減速される制御が反復されるものであり、これに応じてドラム7は、定常状態での回転数が最適回転数(図7の例では、61rpm)前後の領域となるように制御されることになる。
【0063】
要するに、本実施例によれば、洗い運転時における定常状態でのドラム回転数を、モータ14の負荷トルク変動量(ひいてはドラム7の振動変位の大きさ)が最大となる領域の回転数に制御する構成となっているから、そのドラム回転数を、ドラム7内の布の落下距離が最大となる状態に制御できるものである。このような制御は、ドラム7の回転期間中を通じて行い得るから、ドラム7内の布の落下量が最大となる最適なドラム回転数を常時において維持可能になるものであり、以て洗い運転時の洗浄効率を十分に高め得るようになる。
【0064】
この場合、負荷トルク変動量の判定のために、ベクトル制御されるモータ14の負荷トルクの変動が直接的に現われるという特性があるq軸電流の実効値を利用する構成となっているから、その判定を正確に行い得るようになる。
また、上述したような制御に必要となる電流検出手段55は、モータ14のベクトル制御のために元々設けられているシャント抵抗47、A/D変換部49、UVW/αβ変換部52、αβ/dq変換部38によって構成されたものであるから、ドラム7の振動変位量を検出するための振動センサを設けるといった構成が不要となり、最適なドラム回転数の判定を簡易に行い得るようになる。
【0065】
本実施例においては、洗い運転開始後の所定期間においてドラム回転数を加速する回転数上昇制御を実行すると共に、ドラム7の各正逆回転期間にわたるq軸電流変動幅の変化量を監視し、その監視変化量が予め設定されたしきい値Vthに近づくように各回転期間におけるドラム回転数を所定ステップずつ上昇または下降させることにより、ドラム回転数をq軸電流変動幅が最大となる領域に収束させるという回転数調整制御を実行する構成となっている。このように、ドラム回転数が、最終的にq軸電流変動幅が最大となる領域に収束する結果、ドラム7内の布の落下量が最大となる最適なドラム回転数を確実に維持できるようになる。
【0066】
また、本実施例では、上述のような回転数調整制御時には、ドラム回転数を所定ステップずつ増減させるときの回転数変動幅を、回転数上昇制御時においてドラム回転数を所定ステップだけ加速させるときの回転数変動幅より小さくなるように制御する構成となっている。このため、ドラム回転数が、回転数調整制御に応じてq軸電流変動幅が最大となる領域に近づいた場合に、そのドラム回転数の変動幅が小さく抑制されることになるから、ドラム回転数の調整を正確に行い得るようになる。
【0067】
(第2実施例)
図10には本発明の第2実施例が示されており、以下これについて前記第1実施例と異なる部分についてのみ説明する。この第2実施例の構成は基本的に第1実施例と同様であり、制御用マイコン54によるソフトウエア的な処理内容が異なっている。
【0068】
すなわち、図10は、洗い運転の開始に先立って最適なドラム回転数を決定するための制御処理の内容を示すフローチャートである。
この図10において、制御用マイコン54は、モータ14をベクトル制御にて駆動開始することによりドラム7を回転開始させ、その回転数を55rpmから70rpmまで比較的短い時間内に上昇させる(ステップB1)。この後には、例えば1rpm刻みの各ドラム回転数毎のq軸電流変動幅を判定値として逐次記録するステップB2を、ドラム回転数が70rpmに到達するまで反復する(ステップB3)。ドラム回転数が70rpmに到達したときには、判定値(q軸電流変動幅)の記録を停止すると共に、ドラム7の回転を停止する(ステップB4、B5)。次いで、ステップB2での記録結果に基づいて、判定値が最大となるドラム回転数を洗い回転数として設定し(ステップB6)、洗い運転のためのシーケンスをスタートさせるステップB7を実行した後に、次行程へ移行する。
【0069】
この構成によれば、洗い運転を、その開始当初から最適なドラム回転数で行い得るようになる。また、このような制御は、乾燥運転時にも同様に行い得るから、乾燥運転も、その開始当初から最適なドラム回転数で行い得るようになる。
【0070】
(他の実施の形態)
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
第1実施例で説明した回転数調整制御は、乾燥運転時にも同様に行い得るものであり、この場合には、乾燥運転時の乾燥運転の効率も十分に高め得るようになる。特に、乾燥運転時には、ドラム7の正逆転周期が比較的長くなるから、乾燥運転時における運転期間を複数の期間に分割し、各分割期間において前記回転数調整制御を行うこと構成としても良い。このような構成とした場合、回転数調整制御が、長時間にわたって行われることになる乾燥運転時においても複数回以上行われることになるから、ドラム7内の布の落下量が最大となる最適なドラム回転数を容易に維持できるようになる。また、モータ14をベクトル制御する例で説明したが、PWM制御する回路構成とされている場合でも、同様に適用可能となる。
【0071】
【発明の効果】
本発明のドラム式洗濯機によれば、回転軸が横軸方向に配置されたドラムと、このドラムを回転させるモータとを備えたドラム式洗濯機において、モータ電流の検出に基いて、洗い運転時及び/または乾燥運転時における定常状態でのドラム回転数を、当該ドラムの振動または前記モータの負荷トルク変動が最大となる領域の回転数に制御する構成としたから、ドラム回転数を、内部の布の落下量が最大となる最適回転数に常時において維持可能になるという有益な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例における制御系の電気的構成を示す機能ブロック図
【図2】 ドラム式洗濯機の縦断側面図
【図3】 制御内容を示すフローチャートその1
【図4】 制御内容を示すフローチャートその2
【図5】 q軸電流変動幅の検出処理の内容を示すフローチャート
【図6】 作用説明用のタイミングチャートその1
【図7】 作用説明用のタイミングチャートその2
【図8】 回転中のドラム内での布の動きを模式的に示す断面図
【図9】 ドラムの回転数を徐々に上昇させたときのドラムの振動変位及びq軸電流変動幅の実測値を示す図
【図10】 本発明の第2実施例における制御内容を示すフローチャート
【図11】 従来のドラム式洗濯機の構造を模式的に示す断面図
【図12】 ドラムの回転に伴う作用を説明するための模式図
【符号の説明】
7はドラム、14はモータ、53はDSP、54は制御用マイコン(運転制御手段)、55は電流制御手段を示す。
Claims (2)
- 回転軸が横軸方向に配置されたドラムと、このドラムを回転させるモータとを備えたドラム式洗濯機において、
モータ電流を検出する電流検出手段と、
洗い運転時及び/または乾燥運転時における定常状態でのドラム回転数を、当該ドラムの振動または前記モータの負荷トルク変動が最大となる領域の回転数に制御する運転制御手段とを設け、
前記運転制御手段は、前記電流検出手段により検出されたモータ電流の変動幅が最大となる領域を、前記ドラムの振動または前記モータの負荷トルク変動が最大となる領域として判定することを特徴とするドラム式洗濯機。 - 請求項1記載のドラム式洗濯機において、
前記運転制御手段は、前記モータをベクトル制御する構成とされ、
前記電流検出手段は、ベクトル制御におけるq軸電流の実効値をモータ電流として検出する構成とされていることを特徴とするドラム式洗濯機。
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