JP4501980B2

JP4501980B2 - 洗濯機

Info

Publication number: JP4501980B2
Application number: JP2007247050A
Authority: JP
Inventors: 豊井上; 弘幸齊藤; 秀晃牛島
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: CN101397738A; CN101397738B; JP2009077748A

Description

本発明は、本発明は、水槽内に配設した回転ドラムを回転駆動することにより、回転ドラム内に収容した洗濯物を洗浄する洗濯機に関するものである。

従来のこの種のドラム式洗濯機について図５の縦断面図を用いて説明する。洗濯機本体１内には、サスペンション構造（図示せず）によって水槽２が宙吊り状態に支持されている。前記水槽２内には、有底円筒形に形成されたドラム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回転自在に支持されている。水槽２の正面側にはドラム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を開閉することにより、衣類出入口４を介して
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。

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衣類攪拌用の攪拌突起１５が設けられている。このドラム３は、水槽２の背面側に取り付けられたモータ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、モータ７によりドラム３が回転駆動されて洗濯工程が開始される。ドラム３の回転により、ドラム３内に収容された洗濯物はドラム３の内周壁に設けられた攪拌突起１５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により洗濯がなされる。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、ドラム３を高速回転させる脱水工程に移行する。この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ドラム３内に収容された洗濯物はドラム３の回転により攪拌突起１５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。所定のすすぎ工程の後、同様にすすぎ駅は排水管路９より排出され、ドラム３を高速回転させる脱水工程に移行し、一定時間の脱水運転の後、すべての工程を終了する。

また、モータ７の背面には、その回転状態を検知するために、モータの回転子（ロータ）の位置を検出する位置検出素子等で構成された回転検知部１４が設けられている。

脱水運転時は、ドラム回転数が高速運転（例えば１０００ｒ／ｍｉｎ）となるため、ドラム内の衣類の偏り（アンバランス分布）による水槽２の振動が大きくなり、結果として脱水工程時における機器の振動が大きくなり、使用者に不安を与えたり、また機器自体の破壊を及ぼす場合がある。

そのため、脱水運転時において、比較的低速回転（例えば１００ｒ／ｍｉｎ）において、制御部によりモータに与えるトルクを一定とし、その場合のドラムの回転数の変動等を検出することにより、衣類のアンバランス分布を検出したのち、脱水工程への移行の可否判断を行い（図示せず）、高速運転中の水槽の振動を抑えるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−０６８８１３号公報

上記従来の脱水工程時の衣類のアンバランスの検出方法においては、低速回転において衣類のアンバランスの分布を検出するため、衣類に含まれる水分が十分抜けておらず、水を含み易いか、含みにくいかなど、繊維の質や衣類の種類や量の影響を受けやすくなり、高速脱水回転時の振動の予測精度が低いという課題があった。

また、比較的低速での衣類のアンバランス検出方法では、静バランスの検出が主体となるため、例えば、衣類のアンバランスの分布が、ドラムの重心に対して回転運動を与えるような、動アンバランスの検出は困難であるため、脱水移行の判断基準を小さくして対応する等を行っているため、脱水運転への移行の可否判断が行いにくくなるという課題があった。

また、加速度センサー等の物理的アンバランス検出手段を水槽に取り付けることにより、脱水時における振動を検出する方法も存在するが、加速度センサー自体が高価であり、機器のコストＵＰにつながるという課題を有している。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、脱水運転中の回転上昇区間におけるモータの加速トルクを測定することにより、ドラムの振動を検出し、低コストで、精度の高い振動検出手段を備えたドラム式洗濯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のドラム式洗濯機は、脱水時のドラムの回転数を、所定の回転数Ｎ１からＮ２まで上昇する間の積算加速トルクを測定し、所定の回転数Ｎ１およびＮ２の値は、脱水起動中の回転数の変極点からずらした回転数の値、かつ回転数の上昇途中においてモータに与えるトルクが極小値をとる近傍での回転数の値とし、測定した積算加速トルクに応じて振動を検知して、検知した振動により脱水運転時のドラムの回転数を設定するようにしたものである。

これによって、脱水運転時の水槽の振動を、加速度センサー等の物理的アンバランス検出手段を別に設けることなく、安価で精度よく検出することが可能となる。

また、本発明のドラム式洗濯機は、その検出した振動に基づき脱水回転時の回転数の上昇の可否判断を行うことにより、低振動な脱水運転を行うことが可能となる。

本発明のドラム式洗濯機は、加速度センサーなどの物理的振動センサーを特別設けることなく、安価で精度の高い振動検出手段をもつドラム式洗濯機を提供することが可能となる。

第１の発明は、略水平方向に回転中心軸を有し、洗濯物を収容して回転運動を行うドラムと、前記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モータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知装置と、前記回転数検知装置の検知出力に基づき前記モータの回転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記モータに所定の加速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を加速して、所定の回転数Ｎ１からＮ２まで回転数が上昇する間の積算加速トルクを測定し、所定の回転数Ｎ１およびＮ２の値は、脱水起動中の回転数の変極点からずらした回転数の値、かつ回転数の上昇途中において前記モータに与えるトルクが極小値をとる近傍での回転数の値とし、測定した積算加速トルクに応じて振動を検知して、検知した振動により脱水運転時の前記ドラムの回転数を設定するようにしたことにより、脱水運転中において、比較的高速運転時における水槽の振動を検出し、ドラム内の衣類のアンバランス分布により発生した動アンバランスを精度よく検出することが可能となる。

また、回転数Ｎ１での加速トルクのオーバーシュートや、回転数Ｎ２での加速トルクのアンダーシュートが、回転数Ｎ１からＮ２までのモータ加速トルクの積算時に影響しないようにしたものである。これにより、積算加速トルクの数値の精度が上がり、精度よく振動が検出可能となる。

また、特に脱水起動当初に衣類に含まれる残水の影響を受けにくくし、精度よく振動レベルを検知することが可能となる。

また、振動が大きい（アンバランスが大きい）と判断されたときには、回転数を高める
ことなく、振動が小さい（アンバランスが小さい）と判断した場合には、所定の高速回転数まで上昇するようにし、機器自体の振動を抑えることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の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の概略構成を示すものである。また、同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。

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。

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、即ちパルス幅変調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数検知部３３を有する。前記回転数検知部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数を算出する。なお、回転数検知部３３の検知出力はドラム３の回転数に対応するので、以下の説明においてドラム３の回転数は、回転数検知部３３の検知出力により得られるもので、得られた数値に対し、脱水起動中、及び脱水定常回転中のいずれも各目標回転数に対してフィードバックを行い回転数制御している。

本実施の形態における振動検出方法の特徴について、以下図２を参照して説明する。

図２は、振動検出の動作を示す図であり、横軸に脱水運転の起動時における時間経過を、縦軸にドラム３の脱水回転数の上昇テーブルと、モータにかかるトルクＴを示したものであり、この実施の形態においては、回転数加速度は、毎秒１０ｒ／ｍｉｎとしている。

図２に示すように、時間経過と共にドラム回転数は曲線Ｓのように高速回転に移行してゆくが、一方、モータかかるトルクは、曲線Ｔに示すように徐々に減少傾向をしめす。

これは、起動当初は衣類に含まれる多量の水分が大きい慣性モーメントとして作用するが、徐々に水分は遠心力にて除去されて、その数値が減少してゆくので、モータにかかるトルクも減少してくることを示す。

また、低速回転から高速回転に移行させる回転数の変化の大きい第１の変極点（Ｋ）の回転数Ｎ３は約４００ｒ／ｍｉｎであり、一方所定の脱水回転数Ｎ４の約７００ｒ／ｍｉ
ｎに到達する直前には、第２の変極点（Ｐ）が存在し、いずれの変極点もモータのトルクが大きく変化する。

図２において、積算加速トルクを測定する所定の回転数Ｎ１は、６００ｒ／ｍｉｎ、また所定の回転数Ｎ２は６２０ｒ／ｍｉｎに設定し、前記第１の変極点（Ｋ）のＮ３＝４００ｒ／ｍｉｎ、および第２の変極点（Ｐ）のＮ４＝７００ｒ／ｍｉｎから、ずらした回転数に設定している。

これは、モータ回転制御により、回転数の変化の大きい低速時での約４００ｒ／ｍｉｎ変極点（Ｋ）点で、モータへの印加トルクをオーバーシュートさせることより必要以上にモータの入力が上昇するおそれがあり、トルク検知を正常な数値を得られなくなることを防止する為である。

また、第２の変極点（Ｐ）では定常回転に移行する際のモータへの印加トルクをアンダーシュートさせる事により必要以上にトルクを低下させてしまい、トルク検知を正常な数値を得られなくなることを防止する為である。

また、同回転数Ｎ１とＮ２の設定は、脱水起動当初衣類に含まれる多量の水分の慣性モーメントが大きく影響してトルク増大する区間（Ａ）ではなく、脱水起動運転中トルクが略極小値になる区間（Ｂ）近傍に設定して、検出数値の安定を図っている。

衣類のアンバランスにより発生する仕事量の検出は以下の記述により行う。

所定の回転数Ｎ１（６００ｒ／ｍｉｎ）と所定の回転数Ｎ２（６２０ｒ／ｍｉｎ）との区間においてモータに与えられる加速トルクＴは、以下の式で与えられる。

Ｔ＝Ｊ×△ω＋Ｔ‘ （１）式
この（１）式において、Ｊは、ドラムと衣類を含めた回転軸周りの慣性モーメントであり、△ω（ｒａｄ／ｓ^２）は、現時点の回転数Ｎ_０と目標回転数Ｎ_Ｔとの差をフィードバックまでの離散時間△ｔで除したものであり、次式で表せる。

△ω＝２π×（Ｎ_Ｔ−Ｎ_０）／△ｔ（２）式
また、Ｔ‘は、衣類のアンバランスにより発生する遠心力や、水槽の重心周りに発生する回転モーメントによる加振力に抵抗し加速するためのトルクであり、余分にモータに必要となる加速トルクである。

回転体の運動エネルギーは、（１／２）×（慣性モーメント）×（角速度）^２で表せるので、回転数Ｎ１からＮ２の区間における加速トルクＴの運動エネルギーでもある積算値Ｅは、ドラムの持つ運動エネルギーと、衣類のアンバランスにより発生した振動により必要となる仕事量Ｗとの和となり、以下の式で示される。

Ｅ＝（１／２）×Ｊ（Ｎ_２ ^２―Ｎ_１ ^２）×（２π／６０）＋Ｗ（３）式
この（３）式において、回転数Ｎ１をＮ２に比較的近傍に設定すれば、（３）式における第１項の衣類の量などの影響は小さくなり、衣類のアンバランスにより発生する仕事量Ｗは、左辺の加速トルクＴの積算値Ｅより、検出可能となる。

さらに、振動を検出する回転数Ｎ１とＮ２は、モータにかかるトルクが極小値を取る区間（Ｂ）近傍に設定している。モータにかかるトルクが上昇中の区間（Ａ）は、衣類に含まれている水分の影響が大きくなるため、この区間を避けることで精度よく振動を検知することが可能となる。

次に、実際の衣類の種類を変えて脱水起動運転し、所定回転数回転数Ｎ１とＮ２の間で測定した衣類のアンバランスによる運動エネルギーＷと、水槽振幅値の相関を見てみる。

図３は、横軸に（２）式により検出した測定値Ｗと、縦軸に水槽の振動の振幅値を、衣類の種類を変化させながらプロットしたものであり、衣類の種類にかかわり無く、振幅値と仕事量の測定値Ｗとが略比例の関係にあることがしめされており、測定値Ｗが大きければ、振動が大きいことが判り、このことより精度よく脱水運転中の振動、即ち衣類のアンバランス状態を検出でることができる。

図４は、振動検出と脱水回転数の設定を表すフローチャート、表１は、ドラムの許容回転数と振動値のテーブルである。

以下、図４および表１に基づき脱水回転数設定の制御を説明する。

図４に示すように、ステップ１００｛以下（Ｓ１００）のように表示｝で脱水運転が開始し、（Ｓ１０１）でドラム回転数が上昇し、（Ｓ１０２）の所定の回転数ＮＩに到達すると、（Ｓ１０３）で仕事量Ｗの数値をリセットして、Ｗ（０）＝０と設定する。

回転数を更に上昇させ（Ｓ１０４）、モータの加速トルクＴを検知しつつ（Ｓ１０５）、所定回転数Ｎ２に高まるまでのΔｔ時間における仕事量Ｗを検知する（Ｓ１０６）。

所定回転数Ｎ２に到達すれば（Ｓ１０７）、検知した仕事量Ｗと予め設定した表１で示したテーブルで、しきい値の比較を行う（Ｓ１０８）。

本実施の形態では表１のように、しきい値は４段階設け、それぞれの仕事量Ｗの範囲を設定し、例えば仕事量Ｗが１〜８０の範囲であれば、しきい値１と設定しアンバランスは極めて少ないとして脱水回転数は高速の９００ｒ／ｍｉｎ以上の脱水回転を行う（Ｓ１０９）。

一方、しきい値４、即ち仕事量Ｗが２０１以上で大きいと検知した場合は、アンバランスは非常に大きいとして、脱水運転は危険と判定し安全のため高速回転を省略して、脱水運転を終了する（Ｓ１１３）。

なお、しきい値２の若干アンバランスの量が大きいと判定した場合は前記（Ｓ１０９）
より、やや回転数を低くして８００ｒ／ｍｉｎに（Ｓ１１０）、更にしきい値３のアンバランスが、やや大きい場合は更に低速の７００ｒ／ｍｉｎに（Ｓ１１１）設定して脱水運転を行う。

以上のように構成された洗濯機について以下その動作、作用を説明する。

脱水起動中の、所定の回転数ＮＩからＮ２にいたる通過時の運動エネルギーＷを測定して、水槽振幅値との相関関係から衣類のアンバランス状態を検知する制御であり、加速度センサーなどの物理的振動センサーを特別設けることなく、安価で精度の高い振動検出手段をもつドラム式洗濯機を提供することできる。

また、脱水起動中の、回転数の変極点（Ｋ）、（Ｐ）を避けて、所定の回転数ＮＩおよびＮ２の設定をしたので、モータからの印加トルクのオーバーシュートやアンダーシュートが生じた場合でも、その影響は受けずに積算加速トルクの数値の精度が上がり、精度よく振動検知できる。

衣類内の残水の多い区間（Ａ）を避けて、所定の回転数ＮＩおよびＮ２の設定をしたので、脱水起動当初に衣類に含まれる残水の影響の無い区間で検知するので、精度よく振動レベルを検知できる。

検出した仕事量Ｗに、しきい値を設定し、制御手段は、検出した振動（衣類のアンバランス分布状態）により、前記しきい値と比較し脱水運転時の回転数を上昇するかどうかの可否判断を行うようにしたものであり、これにより振動が大きい（アンバランスが大きい）と判断されたときには、回転数を高めることなく、また、振動が小さい（アンバランスが小さい）と判断した場合には、所定の高速回転数まで上昇するようにし、機器自体の振動を抑えることが可能となり、低振動なドラム式洗濯機を提供することができる。

以上のように本実施の形態によれば、加速度センサーなどの物理的振動検出手段を設けることなく、安価で精度のよい振動検出方式を備えたドラム式洗濯機を提供することが可能となる。

以上説明した実施の形態の構成は、回転ドラム３を傾斜配置した斜めドラム形式のドラム式洗濯機に適用した例を示したが、回転ドラム３を水平方向に配置した一般的な構成においても同様に適用することができる。

また、ドラム式洗濯機だけでなく、回転ドラムを有し、モータにかかるトルクを検出できる電気機器であれば、同等の構成とすることにより、同等の効果を得ることができることは言うまでもない。

本発明によれば、脱水運転時における水槽の振動を加速度センサーなどの物理的振動センサーを特別設けることなく、安価で精度の高い振動検出手段をもつドラム式洗濯機を提供することが可能となる。

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振動検出方式を示す図同ドラム式洗濯機の振動検出値と水槽の振動値のグラフ例を示す図同ドラム式洗濯機の振動検出と脱水回転数の設定を表すフローチャート従来のドラム式洗濯機の概略構成を示す断面図

１洗濯機本体
２水槽
３ドラム
７モータ
１４回転検知部（装置）
２０商用電源
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ位置検出素子
３１制御部
３２駆動回路
３３回転数検知部（装置）

Claims

略水平方向に回転中心軸を有し、洗濯物を収容して回転運動を行うドラムと、前記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モータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知装置と、前記回転数検知装置の検知出力に基づき前記モータの回転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記モータに所定の加速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を加速して、所定の回転数Ｎ１からＮ２まで回転数が上昇する間の積算加速トルクを測定し、所定の回転数Ｎ１およびＮ２の値は、脱水起動中の回転数の変極点からずらした回転数の値、かつ回転数の上昇途中において前記モータに与えるトルクが極小値をとる近傍での回転数の値とし、測定した積算加速トルクに応じて振動を検知して、検知した振動により脱水運転時の前記ドラムの回転数を設定するようにした洗濯機。