JP5151822B2 - Washing machine - Google Patents
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Description
本発明は、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。 The present invention relates to a washing machine having a cloth amount sensor for detecting a cloth amount that is the amount of laundry put in a drum.
ドラム式洗濯機の構造の一例を図7に示す。洗濯機本体1内には、防振構造を有する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。 An example of the structure of the drum type washing machine is shown in FIG. In the washing machine main body 1, a water tank 2 is supported in a suspended state by a suspension structure (not shown) having a vibration isolation structure. In the water tank 2, a drum 3 formed in a bottomed cylindrical shape is rotatably supported with its axial direction inclined downward from the front side to the back side. On the front side of the aquarium 2 is formed a clothing doorway 4 leading to the opening end of the drum 3, and by opening and closing the door 5 that closes the opening provided in the upward inclined surface on the front side of the washing machine body 1 so as to be openable and closable. The laundry can be taken in and out of the drum 3 through the clothing entrance 4.
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。 The drum 3 has a large number of through holes 6 formed in the peripheral surface thereof that communicate with the water tank 2, and is provided with stirring protrusions 15 for stirring clothes at a plurality of positions on the inner peripheral surface. The drum 3 is rotationally driven in the forward and reverse directions by a motor 7 attached to the back side of the water tank 2. In addition, a water injection pipe 8 and a drain pipe 9 are connected to the water tank 2 to perform water injection and drainage into the water tank 2 by controlling a water injection valve and a water discharge valve (not shown).
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、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。 When the door 5 is opened, laundry and detergent are put into the drum 3, and the operation is started by an operation on the operation panel 10 provided on the front surface of the washing machine body 1, for example, a water injection conduit is provided in the water tank 2. A predetermined amount of water is injected from 8 and the drum 3 is rotationally driven by the motor 7 to start the washing process. By the rotation of the drum 3, the laundry accommodated in the drum 3 is lifted in the rotation direction by the stirring protrusion 15 provided on the inner peripheral wall of the drum 3, and the stirring operation of dropping from the lifted appropriate height position is repeated. As a result, the laundry has the effect of tapping and washing. After the required washing time, the dirty washing liquid is discharged from the drain pipe 9 and the washing liquid contained in the laundry is dehydrated by a dehydrating operation of rotating the drum 3 at a high speed. The rinsing process is performed by pouring water from 8. Also in this rinsing step, the laundry stored in the drum 3 is rinsed by repeating a stirring operation in which the laundry is lifted and dropped by the stirring protrusion 15 by the rotation of the drum 3.
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。 In addition, on the back surface of the motor 7, a rotation detection unit 14 including a position detection element that detects the position of the rotor (rotor) of the motor is provided in order to detect the rotation state.
また、このドラム式洗濯機には、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内に送風ファン12にて送風するものである。 The drum-type washing machine has a function of drying laundry stored in the drum 3, and the air in the water tank 2 is exhausted and dehumidified by the circulation air passage 11 to be dried by heating. Air is blown again into the water tank 2 by the blower fan 12.
以上のような構成のドラム式洗濯機においては、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自動的に決定する機能が付加されているのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。布量を検出する方法の一例について、図7および、図8を参照して、以下に説明する。 In the drum-type washing machine having the above-described configuration, a function of detecting the amount of clothes such as clothes put in the drum 3 and automatically determining the washing time according to the amount of cloth is added. Is generally (see, for example, Patent Document 1). An example of a method for detecting the amount of cloth will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.
布量の検出は、ドラム3を回転駆動するためのモータ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。 The cloth amount is detected by a control circuit (not shown) having a function of controlling the motor 7 for driving the drum 3 to rotate.
洗濯を開始すると、まず、制御回路は、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、モータ7の回転により比例して直線的に変化する。即ち、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。 When washing is started, first, the control circuit starts the motor 7 and a detection output is input from the rotation detection unit 14. The detection frequency of the rotation detector 14 changes linearly in proportion to the rotation of the motor 7. That is, the control circuit increases the average voltage of the power supply voltage of the motor 7 by means of phase control when the input frequency from the rotation detector 14 is small, and decreases the average voltage when the frequency increases.
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、モータ7の通電を停止する。それにより、ドラム3の惰性回転が、逆にモータ7を回転させる状態になる。このとき回転検知部14は、図8の図に示すように、ドラム3の惰性回転力が摩擦トルク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。 In the cloth amount detection process, while performing rotation control, the average voltage applied to the motor 7 is gradually increased inside the control circuit to shift to high speed rotation so that the clothes are uniformly attached to the inner wall of the drum 3 by centrifugal force. To. In this state, the rotation of the motor 7 is stopped after continuing the rotation for a predetermined time. Thereby, the inertial rotation of the drum 3 is in a state where the motor 7 is rotated. At this time, as shown in FIG. 8, the rotation detection unit 14 converts the inertial rotational force of the drum 3 to gradually decrease due to the friction torque and stops the rotation, and outputs the converted value.
図8における横軸は時間、縦軸は駆動電動機(モータ)の分回転数を示すもので、通電停止E点からドラム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ものである。 The horizontal axis in FIG. 8 indicates time, and the vertical axis indicates the number of rotations of the drive motor (motor). The time from the energization stop point E to the stop of the drum 3 is long when the amount of fabric is large, and the amount of fabric is When there are few, it is short. The cloth amount is detected by utilizing the fact that the difference in time required for the stop is proportional to the cloth amount.
ここで布の重量をm、ドラム3の内周に分布する布の平均半径をr、ドラム3やモータ7の慣性モーメントをJdとすると、布を含めた回転系の慣性モーメントJは式(1)で求められる。 Here, when the weight of the cloth is m, the average radius of the cloth distributed on the inner periphery of the drum 3 is r, and the inertia moment of the drum 3 or the motor 7 is Jd, the inertia moment J of the rotating system including the cloth is expressed by the equation (1 ).
J=Jd+mr2 (1)
また、モータ7の発生トルクをT、ドラムや回転軸などが有する摩擦トルクをTb、ドラム3の角加速度をαとおくと、これらの関係は式(2)で表される。
J = Jd + mr2 (1)
Further, assuming that the generated torque of the motor 7 is T, the friction torque of the drum and the rotating shaft is Tb, and the angular acceleration of the drum 3 is α, these relationships are expressed by Expression (2).
T=Jα+Tb (2)
角加速度αは角速度ωと時間tの関数として式(3)で表されるから、式(4)のように、布の平均半径rが一定であれば、布の重量mに応じて、回転数すなわち角速度ωが変化する。
T = Jα + Tb (2)
Since the angular acceleration α is expressed by the equation (3) as a function of the angular velocity ω and the time t, as shown in the equation (4), if the average radius r of the cloth is constant, the rotation depends on the weight m of the cloth. The number or angular velocity ω changes.
α=dω/dt (3)
dω/dt=(T−Tb)/(Jd+mr2) (4)
上式(4)から、dω/dtつまり回転数の変化は、布量mに反比例することがわかる。
α = dω / dt (3)
dω / dt = (T−Tb) / (Jd + mr2) (4)
From the above equation (4), it can be seen that dω / dt, that is, the change in the rotational speed, is inversely proportional to the cloth amount m.
つまり、モータ7の通電を停止ししてドラム3を惰性回転させ、ドラム3が停止するまでのある時間区間における回転数の変化を測定することによって、布量を知ることができる。
上記従来の布量検知方法を用いる場合には、ドラムの惰性回転力が摩擦トルクによりしだいに低下して、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き、その求めた測定値を、同一機種の全ての洗濯機に適用することになる。 When using the above conventional cloth amount detection method, the inertial rotational force of the drum gradually decreases due to the friction torque, and the proportional relationship between the time until the drum stops and the cloth amount is obtained in advance by experiments, The obtained measurement value is applied to all washing machines of the same model.
しかしながら、式(4)から判るように、ドラム回転軸の摩擦トルクTbのバラツキの影響により、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、個々の洗濯
機によって相違する数値を有する。そのため、上記従来の布量検知方法にはバラツキがあり検知精度には限界があるという課題があった。
However, as can be seen from Equation (4), the proportional relationship between the time until the drum stops and the amount of cloth is not constant due to the variation in the friction torque Tb of the drum rotation shaft, and the numerical value varies depending on each washing machine. Have For this reason, there is a problem that the conventional cloth amount detection method has variations and the detection accuracy is limited.
また、従来の布量検知方法においては、衣類の状態に係らずドラムの回転を一旦上昇させてしまうので、ドラム3内に収容された洗濯物が偏り(アンバランス分布)の影響で、洗濯槽が大きく振動し、洗濯槽が洗濯機本体に衝突して異常音を発するなど、検出精度を大きく損ねることがあった。 Further, in the conventional cloth amount detection method, the rotation of the drum is temporarily raised regardless of the state of the clothes, so that the laundry stored in the drum 3 is affected by the bias (unbalance distribution), and the washing tub. Vibrates greatly, and the washing tub collides with the washing machine main body and makes an abnormal sound.
従って本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ドラムに投入された布量を、ドラム回転軸の摩擦トルク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、および衣類の偏り等の影響を排除し安定した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。 Accordingly, the present invention solves the above-described conventional problems, and the amount of cloth fed into the drum can be accurately detected with a simple configuration while suppressing the influence of variation in friction torque of the drum rotation shaft. It is an object of the present invention to provide a washing machine having a detection means and a washing machine having a stable cloth amount detection means that eliminates the influence of clothing bias and the like.
前記従来の課題を解決するため、本発明の洗濯機は、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、前記モータを所定の回転数N1まで加速する加速工程と、加速工程の後に、前記モータに所定の減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速して、所定の回転数N2からN3まで回転数が低下する間の減速時加速度α1を計測する第1の検知工程と、第1の検知工程の後に、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N4からN5まで回転数が上昇する間の加速時加速度α2を測定する第2の検知工程を有し、前記減速時加速度α1と前記加速時加速度α2に基づき、前記布量を検知することを特徴とするものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the washing machine of the present invention includes a motor that rotationally drives a drum, a rotation speed detection device that detects the rotation speed of the motor, and the motor based on a detection output of the rotation speed detection device. A control unit that controls the rotation of the drum, and the control unit accelerates the motor to a predetermined rotational speed N1, and after the acceleration step, generates a predetermined deceleration torque in the motor to generate the drum. The first detection step of measuring the acceleration during deceleration α1 while the rotation speed decreases from the predetermined rotation speed N2 to N3, and after the first detection process, a predetermined acceleration is applied to the motor. A second detecting step of accelerating the rotation of the drum by generating torque and measuring acceleration acceleration α2 while the rotation speed increases from a predetermined rotation speed N4 to N5; α1 and the Based on the acceleration α2 when fast is characterized in that for detecting the laundry weight.
これによって、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トルク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、加えて、加速工程を設けることによりドラムの内壁に衣類を十分に均一に貼り付かせた後に第1の検知工程を開始するため、安定して布が貼り付いた状態で検知することが可能となり、簡単な構成で精度よく布量を検知することができる。 As a result, since the amount of cloth is measured using both the rising and lowering speeds of the drum rotation, it is possible to offset the variation in the friction torque of the drum rotation shaft, and to suppress the influence of the variation. By providing an acceleration step, the first detection step is started after the garment is sufficiently evenly attached to the inner wall of the drum, so that it is possible to detect the state in which the cloth is stably attached, The amount of cloth can be accurately detected with a simple configuration.
また、本発明の洗濯機は、第1の検知工程における、所定回転角区間におけるドラムの最大回転数と最小回転数を計測し、最大回転数と最小回転数の差が所定値以上である場合は、前記ドラムの回転駆動を停止するように制御したものである。 The washing machine of the present invention measures the maximum rotation speed and the minimum rotation speed of the drum in the predetermined rotation angle section in the first detection step, and the difference between the maximum rotation speed and the minimum rotation speed is a predetermined value or more. Is controlled so as to stop the rotational driving of the drum.
これによって、布の前記ドラム内における分布が不均一となって、前記ドラムの振動が所定の値よりも大きくなった場合であっても、安全に前記ドラムを停止することができる。 Thereby, even when the distribution of the cloth in the drum becomes non-uniform and the vibration of the drum becomes larger than a predetermined value, the drum can be stopped safely.
本発明の洗濯機は、ドラム回転軸の摩擦トルクの個々の機器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得る事ができる。 The washing machine of the present invention can obtain the cloth amount detecting means that can accurately detect the friction torque of the drum rotating shaft with a simple configuration while suppressing the influence of variations of individual devices.
第1の発明は、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、前記モータを所定の回転数N1まで加速する加速工程と、加速工程の後に、前記モータに所定の減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速して、
所定の回転数N2からN3まで回転数が低下する間の減速時加速度α1を計測する第1の検知工程と、第1の検知工程の後に、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N4からN5まで回転数が上昇する間の加速時加速度α2を測定する第2の検知工程を有し、前記減速時加速度α1と前記加速時加速度α2に基づき、前記布量を検知したことにより、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トルク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、加えて、加速工程を設けることによりドラムの内壁に衣類を十分に均一に貼り付かせた後に第1の検知工程を開始するため、安定して布が貼り付いた状態で検知することが可能となり、簡単な構成で精度よく布量を検知することができる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a drum having a central axis of rotation in a horizontal direction or an inclination direction, accommodating a laundry and performing a rotational movement, and rotatably enclosing the drum in a washing machine body. A water tank, a motor for rotationally driving the drum, a rotational speed detection device for detecting the rotational speed of the motor, and a control unit for controlling the rotation of the motor based on a detection output of the rotational speed detection device, The control unit decelerates the rotation of the drum by generating a predetermined deceleration torque in the motor after the acceleration step of accelerating the motor to a predetermined rotation speed N1, and the acceleration step,
The first detection step of measuring the deceleration acceleration α1 while the rotation speed decreases from the predetermined rotation speed N2 to N3, and after the first detection process, by generating a predetermined acceleration torque in the motor A second detection step of accelerating the rotation of the drum and measuring acceleration acceleration α2 while the rotation speed increases from a predetermined rotation speed N4 to N5 includes the deceleration acceleration α1 and the acceleration acceleration α2. Based on the above, since the cloth amount is measured by using both the rising and falling speeds of the rotation of the drum, the variation in the friction torque of the drum rotation shaft is offset and the influence of the variation is affected. In addition, since the first detection process is started after the clothes are adhered to the inner wall of the drum sufficiently uniformly by providing an acceleration process, the cloth is stably adhered. Check by condition It becomes possible to, can be detected accurately Nunoryou with a simple configuration.
第2の発明は、特に第1の発明の制御部を、モータに印加する電圧を制御する、あるいは通電電流を制御することによって、少なくとも、第1の検知工程および第2の検知工程中においては、加速トルクおよび減速トルクが、それぞれの所定値で一定となるように制御したことにより、前記加速トルクおよび前記減速トルクが一定とすることによって、式(2)の左辺が一定となり、前記加速トルクおよび前記減速トルクの変動による影響を複雑に考慮する必要なく、精度良く布量を検知することが可能となる。 In the second aspect of the invention, in particular, at least during the first detection step and the second detection step, the control unit of the first aspect of the invention controls the voltage applied to the motor or the energization current. Since the acceleration torque and the deceleration torque are controlled to be constant at respective predetermined values, the acceleration torque and the deceleration torque are made constant, whereby the left side of equation (2) becomes constant, and the acceleration torque In addition, it is possible to detect the cloth amount with high accuracy without complicatedly considering the influence of the fluctuation of the deceleration torque.
第3の発明は、特に第1または第2の発明の制御部を、第1の検知工程および第2の検知工程中においては、モータに通電されるq軸電流が、前記第1の検知工程および第2の検知工程それぞれにおける所定の一定値となるように制御して、前記モータの加速トルクおよび減速トルクを制御したことにより、モータにおけるトルクの主成分であるマグネットトルクに関係するq軸電流が一定となるようにすることで、前記加速トルクおよび前記減速トルクをほぼ一定に制御できるため、精度良く布量を検知することが可能となる。 According to a third aspect of the present invention, in particular, in the control unit of the first or second aspect, during the first detection step and the second detection step, the q-axis current supplied to the motor is the first detection step. And the q-axis current related to the magnet torque that is the main component of the torque in the motor by controlling the acceleration torque and the deceleration torque of the motor by controlling to be a predetermined constant value in each of the second detection steps. Since the acceleration torque and the deceleration torque can be controlled to be substantially constant by making the pressure constant, the cloth amount can be detected with high accuracy.
第4の発明は、特に第1〜3の発明の制御部を、第1の検知工程および第2の検知工程中においては、モータに通電されるd軸電流がほぼゼロとなるようにした制御したことにより、モータにおける発生トルクがマグネットトルクのみとなることから、q軸電流だけで前記加速トルクおよび前記減速トルクが制御されて、制御を行いやすくなることから、精度良く布量を検知することが可能となる。 According to a fourth aspect of the invention, in particular, the control unit according to the first to third aspects of the invention is configured such that the d-axis current supplied to the motor is substantially zero during the first detection step and the second detection step. As a result, the generated torque in the motor is only the magnet torque, and the acceleration torque and the deceleration torque are controlled only by the q-axis current, making it easy to control. Is possible.
第5の発明は、特に第1〜4の発明の制御部を、第1の検知工程における、所定回転角区間におけるドラムの最大回転数と最小回転数を計測し、最大回転数と最小回転数の差が所定値以上である場合は、前記ドラムの回転駆動を停止するように制御したことにより、布の前記ドラム内における分布が不均一となって、前記ドラムの振動が所定の値よりも大きくなった場合であっても、安全に前記ドラムを停止することができる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the controller of the first to fourth aspects of the invention measures the maximum and minimum rotation speeds of the drum in the predetermined rotation angle section in the first detection step, and the maximum and minimum rotation speeds. If the difference is equal to or larger than a predetermined value, the rotation of the drum is controlled to stop, so that the distribution of the cloth in the drum becomes uneven, and the vibration of the drum is lower than the predetermined value. Even when it becomes larger, the drum can be safely stopped.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(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7に示した従来例のものと同様である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a control device for controlling the operation of the drum type washing machine in the first embodiment of the present invention. The schematic structure of the drum type washing machine is the same as that of the conventional example shown in FIG.
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、制御インバータ回路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。
In the control device shown in FIG. 1, the AC power of the commercial power supply 20 is rectified by the rectifier 21, and the control inverter circuit 24 uses the DC power smoothed by the smoothing circuit including the choke coil 22 and the smoothing capacitor 23 as the driving power. The motor 7 is rotationally driven. Further, the rotation of the motor 7 is controlled based on the driving instruction input from the input setting unit 25 and the monitoring information of the driving state detected by each detecting means (not shown), and the water supply valve 27 is controlled by the load driving unit 26. ,
The operations of the drain valve 28, the blower fan 12, and the heater 29 are controlled.
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。 The motor 7 includes a stator having three-phase windings 7a, 7b, and 7c and a rotor having a two-pole permanent magnet, and is configured as a DC brushless motor provided with three position detection elements 30a, 30b, and 30c. The rotation is controlled by a PWM control inverter circuit 24 configured by the switching elements 24a to 24f. The rotor position detection signals detected by the position detection elements 30a, 30b, and 30c are input to the control unit 31 configured by a microcomputer. Based on this rotor position detection signal, the drive circuit 32 performs PWM control of the on / off states of the switching elements 24a to 24f, thereby controlling the energization of the three-phase windings 7a, 7b, and 7c of the stator, thereby requiring the rotor. Rotate at the number of revolutions.
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。回転数検知部33の検知出力は布量検知部34に供給され、検出された回転数に基づき、以下に説明するように布量が検知される。 The control unit 31 includes a rotation speed detection unit 33 to which detection outputs of the three position detection elements 30a, 30b, and 30c are input. The rotation speed detection unit 33 detects the cycle whenever the signal state of any of the three position detection elements 30a, 30b, and 30c changes, and calculates the rotation speed of the rotor from the cycle. The detection output of the rotation speed detector 33 is supplied to the cloth amount detector 34, and the cloth amount is detected as described below based on the detected rotation speed.
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ある。 Since the detection output of the rotation speed detector 33 corresponds to the rotation speed of the drum 3, the rotation speed of the drum 3 is obtained from the detection output of the rotation speed detector 33 in the following description.
本実施の形態における布量検知方法の特徴について、以下図2を参照して説明する。 The characteristics of the cloth amount detection method in the present embodiment will be described below with reference to FIG.
図2は、布量検知の動作を示す図であり、ドラム3の回転数上昇に要する時間、および回転数降下に要する時間との関係を示すもので、横軸は布量検知開始からの経過時間、縦軸は回転数である。 FIG. 2 is a diagram showing the operation of detecting the amount of cloth, showing the relationship between the time required for increasing the number of revolutions of the drum 3 and the time required for decreasing the number of revolutions. Time and the vertical axis represent the number of rotations.
布量検知を開始すると、ドラム3の回転を起動し、所定の回転数N1まで加速する加速工程が行われる。ここで、N1はドラム3内に投入された衣類がドラム3内壁に貼り付く回転数、すなわちドラム3の回転による遠心力と重力が釣り合う回転数Nbよりも充分大きいものとする。加速工程が終了した後に、モータ7に所定の減速トルクT1を発生させることでドラム3の回転を減速して、所定の回転数N2からN3まで回転数がΔN1だけ低下する間の時間t1を計測する第1の検知工程が行われる。ここで、N2はN1より小さく、N3はNbよりも大きいものとする。第1の検知工程終了後、再び加速に転じ、所定の回転数N4に到達の後に、モータ7によって加速トルクT2を発生させ、ΔN2だけ回転数を上昇させ所定の回転数N5に到達する時間t2を検知する第1の検知工程が行われる。ここで、第1の検知工程の動作状態について考察する。 When the cloth amount detection is started, an acceleration process of starting the rotation of the drum 3 and accelerating to a predetermined rotation speed N1 is performed. Here, N1 is assumed to be sufficiently larger than the number of rotations Nb at which clothes put in the drum 3 stick to the inner wall of the drum 3, that is, the number of rotations Nb in which the centrifugal force and gravity due to the rotation of the drum 3 are balanced. After the acceleration process is completed, the rotation of the drum 3 is decelerated by causing the motor 7 to generate a predetermined deceleration torque T1, and the time t1 during which the rotation speed decreases by ΔN1 from the predetermined rotation speed N2 to N3 is measured. A first detection step is performed. Here, N2 is smaller than N1, and N3 is larger than Nb. After completion of the first detection step, acceleration is resumed, and after reaching the predetermined rotational speed N4, the acceleration torque T2 is generated by the motor 7, and the rotational speed is increased by ΔN2 to reach the predetermined rotational speed N5 t2. The 1st detection process of detecting is performed. Here, the operation state of the first detection process will be considered.
式(3)から、第1の検知工程における角加速度α1は式(5)で表される。 From equation (3), the angular acceleration α1 in the first detection step is represented by equation (5).
α1=ΔN1/t1 (5)
また、式(1)および(2)より、式(6)が成立する。
α1 = ΔN1 / t1 (5)
Moreover, Formula (6) is materialized from Formula (1) and (2).
T1=α1(Jd+mr2)+Tb (6)
同様に、第2の検知工程について考察すると、第2の検知工程における角加速度をα2と置いた場合に、式(7)、式(8)となる。
T1 = α1 (Jd + mr2) + Tb (6)
Similarly, considering the second detection step, Equation (7) and Equation (8) are obtained when the angular acceleration in the second detection step is α2.
α2=ΔN2/t2 (7)
T2=α2(Jd+mr2)+Tb (8)
式(6)および式(8)から、摩擦トルクTbの成分を消去すると、式(9)となる。
α2 = ΔN2 / t2 (7)
T2 = α2 (Jd + mr2) + Tb (8)
If the component of the friction torque Tb is eliminated from the equations (6) and (8), the equation (9) is obtained.
α2−α1=(T2―T1)/(Jd+mr2) (9)
図3は、布量と加速度差の関係を示す図であり、横軸は布量、縦軸は加速度差を示す図であり、上記式(9)を判りやすく示すものである。
α2-α1 = (T2-T1) / (Jd + mr2) (9)
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of cloth and the acceleration difference, the horizontal axis is the cloth amount, and the vertical axis is the acceleration difference. The above equation (9) is easily understood.
式(9)は、布のドラム内周における平均半径r、減速トルクT1、加速トルクT2がある一定の値である場合に、図3に示すように、布の重量mに応じて(α2−α1)が変化することを示している。 Equation (9), when a constant value average radius r, deceleration torque T1, there is acceleration torque T2 in the drum circumference of the fabric, as shown in FIG. 3, according to the weight m of the fabric ( It shows that α2-α1) changes.
ここで、α1とα2は式(5)および式(7)に示すとおり、ドラム3の回転数と時間の関係を測定することによって容易に得ることが可能である。したがって、布の重量mと角加速度の変化(α2−α1)の関係のみ把握し、図1の制御部の布量検知部34に演算用テーブルとして保存しておけば、摩擦トルクTbの変化に関係無く、容易に精度良く、布量を検知することができることが分かる。 Here, α1 and α2 can be easily obtained by measuring the relationship between the number of rotations of the drum 3 and time as shown in the equations (5) and (7). Therefore, if only the relationship between the weight m of the cloth and the change in the angular acceleration (α2−α1) is grasped and stored as a calculation table in the cloth amount detection section 34 of the control section in FIG. It can be seen that the amount of cloth can be detected easily and accurately regardless of the relationship.
図4は、布量検知方法を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing the cloth amount detection method.
図4において、布量検知がスタートすると(ステップS1)、制御部31は、モータ7を駆動して、所定の回転数N1まで上昇させる(ステップS2)。回転数がN1に到達すると(ステップS3)、回転数を下降させる(ステップS4)。ドラム3が所定の減速トルクT1により所定の回転数N2からΔN1だけ回転数が下降した所定の回転数N3に到達した時点で(ステップS5)、回転数がΔN1下降するのに要した所要時間t1を算出する(ステップS6)。その後、回転数を上昇に転じ(ステップS7)、所定の回転数N4から、所定の加速トルクT2によりドラム3の回転数を上昇させて回転数がΔN1だけ上昇した所定の回転数N5に到達させるように制御する(ステップS8)。ドラム3が回転数N5に到達した時点で(ステップS8)、回転数がΔ2上昇するのに要した所要時間t2を算出する(ステップS9)。 In FIG. 4, when the cloth amount detection starts (step S1), the control unit 31 drives the motor 7 to increase it to a predetermined rotational speed N1 (step S2). When the rotational speed reaches N1 (step S3), the rotational speed is decreased (step S4). When the drum 3 reaches a predetermined rotational speed N3 that is decreased by ΔN1 from the predetermined rotational speed N2 by a predetermined deceleration torque T1 (step S5), a time t1 required for the rotational speed to decrease by ΔN1. Is calculated (step S6). Thereafter, the rotational speed is increased (step S7), and the rotational speed of the drum 3 is increased from the predetermined rotational speed N4 by the predetermined acceleration torque T2 to reach the predetermined rotational speed N5 where the rotational speed has increased by ΔN1. Control is performed as follows (step S8). When the drum 3 reaches the rotational speed N5 (step S8), a time t2 required for the rotational speed to increase by Δ2 is calculated (step S9).
次にΔN1、t1、ΔN2、t2から式(5)および式(7)に基づいて第1の検知工程の角加速度α1及び第2の検知工程の角加速度α2を算出し、両角加速度の差α2−α1を求め(ステップS10)、予め測定しておいた判定値Sと布量の関係から、式(9)に基づいて布量を求める(ステップS11)。 Next, the angular acceleration α1 of the first detection step and the angular acceleration α2 of the second detection step are calculated from ΔN1, t1, ΔN2, and t2 based on the equations (5) and (7), and the difference α2 between the two angular accelerations is calculated. -Α1 is obtained (step S10), and the amount of cloth is obtained based on the equation (9) from the relationship between the determination value S measured in advance and the amount of cloth (step S11).
なお、式(9)を用いて精度良く布量検知を行うためには、モータ7の減速トルクT1と加速トルクT2が一定となるように制御することが望ましい。 In order to accurately detect the amount of cloth using Expression (9), it is desirable to control the deceleration torque T1 and the acceleration torque T2 of the motor 7 to be constant.
上記のような制御は、モータ7に印加する電圧を制御することでも実現可能ではあるが、一般的には、以下に述べるような、ベクトル制御によってモータのトルク一定制御を行うことができる。 Although the control as described above can be realized by controlling the voltage applied to the motor 7, generally, the constant torque control of the motor can be performed by vector control as described below.
図5は、布量検知におけるベクトル制御を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram showing vector control in the cloth amount detection.
図5の制御ブロック図において、モータ7に通電される電流のうち、すくなくとも2相の電流と、ホールICなどによって得られるモータの回転位置信号を検知する。これらの信号を用いて、モータ7の電流を、トルク成分であるIqと磁束成分であるIdという直交する2つの電流に換算する。その後、換算されたIqおよびIdと、指令されているIq*およびId*を比較したうえで、適切な制御ゲインP、Iなどを用いることによって、モータ7のIq、Idを一定に制御することができる。 In the control block diagram of FIG. 5, at least a two-phase current out of the current supplied to the motor 7 and a rotational position signal of the motor obtained by a Hall IC or the like are detected. Using these signals, the current of the motor 7 is converted into two orthogonal currents, Iq which is a torque component and Id which is a magnetic flux component. Thereafter, the converted Iq and Id are compared with the commanded Iq * and Id *, and the appropriate control gains P and I are used to control the Iq and Id of the motor 7 to be constant. Can do.
ここで、モータ7のトルクTは次式(10)で表されることから、Iq(q軸電流)とId(d軸電流)を制御すれば、モータ7のトルクTを制御可能である。 Here, since the torque T of the motor 7 is expressed by the following equation (10), the torque T of the motor 7 can be controlled by controlling Iq (q-axis current) and Id (d-axis current).
T=P(ψa・Iq+(Ld−Lq)IqId) (10)
なお、Pはモータ7の極対数、ψaは磁石による鎖交磁束、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンスを示す。
T = P (ψa · Iq + (Ld−Lq) IqId) (10)
Here, P is the number of pole pairs of the motor 7, ψa is a flux linkage by a magnet, Ld is a d-axis inductance, and Lq is a q-axis inductance.
特に、式(10)におけるψa・Iqはマグネットトルクを表しており、モータが発生するトルクの主成分である。したがって、モータ7のトルクはIq(q軸電流)によって主体的に制御することが可能である。また、Id(d軸電流)がゼロではない場合、回転状態によってLdやLqが変化すると、トルクTの変動、あるいは布量の計算を行う時にトルクTを演算する場合に誤差を生じやすくなる。 In particular, ψa · Iq in equation (10) represents a magnet torque and is the main component of the torque generated by the motor. Therefore, the torque of the motor 7 can be controlled mainly by Iq (q-axis current). In addition, when Id (d-axis current) is not zero, if Ld and Lq change depending on the rotation state, an error is likely to occur when calculating the torque T when calculating the variation of the torque T or the amount of cloth.
つまり、Iq(q軸電流)とId(d軸電流)を一定に制御してもトルクTが一定にならない場合が存在することから、Id(d軸電流)をゼロとし、Iq(q軸電流)を一定に制御してモータ7のトルクを一定に制御することによって、布量の検知計算誤差を小さくすることが可能になる。 That is, there is a case where the torque T does not become constant even if Iq (q-axis current) and Id (d-axis current) are controlled to be constant. Therefore, Id (d-axis current) is set to zero, and Iq (q-axis current) ) Is controlled to be constant, and the torque of the motor 7 is controlled to be constant, so that the cloth amount detection calculation error can be reduced.
以上のように構成された洗濯機の布量検知では、ドラムの回転の下降(第1の検知)および上昇の速度(第2の検知)の双方の角加速度を用いて布量を測定するため、ドラム回転軸の摩擦トルク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になり、精度の高い検知が可能となる。 In the cloth amount detection of the washing machine configured as described above, the cloth amount is measured using the angular accelerations of both the descending rotation of the drum (first detection) and the rising speed (second detection). Therefore, the variation in the friction torque of the drum rotation shaft is canceled out, and the influence of the variation is suppressed, so that highly accurate detection is possible.
また、加速工程を有することにより、確実に衣類がドラム内壁に貼り付いた状態で布量検知を行うことになり、精度の高い検知が可能となる。 In addition, by including the acceleration step, the cloth amount is reliably detected in a state where the clothes are securely attached to the inner wall of the drum, so that highly accurate detection is possible.
(実施の形態2)
図6は、本発明の第2の実施の形態の洗濯機の制御方法を示す図である。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a diagram illustrating a control method of the washing machine according to the second embodiment of this invention.
本実施の形態2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ドラム3の回転数を上昇させる際に、回転数の上昇に伴う回転数の変化に応じて、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。 The configuration of the washing machine, the configuration of the control device, and the cloth amount detection method in the second embodiment are basically the same as those described in the first embodiment. The difference in the present embodiment is that when the number of rotations of the drum 3 is increased in order to detect the amount of cloth, the driving of the drum 3 is stopped according to the change in the number of rotations accompanying the increase in the number of rotations. This is the point where control is provided.
図6(a)は、ドラム3の回転数が時間とともに上昇する様子を示す。横軸は、モータ7を駆動して、所定のトルクによりドラム3の回転数を上昇させたときの経過時間、縦軸はドラム3の回転数である。図示のとおり、ドラム3の回転数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、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。 FIG. 6A shows how the rotation speed of the drum 3 increases with time. The horizontal axis represents the elapsed time when the motor 7 is driven and the rotational speed of the drum 3 is increased by a predetermined torque, and the vertical axis is the rotational speed of the drum 3. As shown in the figure, the rotational speed of the drum 3 does not increase uniformly, but increases while repeating vertical movement. This is because the laundry tub vibrates due to the balance of the laundry accommodated in the drum 3. If the vibration becomes too large, the washing tub collides with the washing machine body and generates an abnormal sound.
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、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ドラム3の回転数について、最大回転数と最小回転数の差を検知する。その差が所定値以上である場合は、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ドラム3の最大回転数と最小回転数としては、例えば1回転中に4回、回転数を測定し、その最大回転数と最小回転数を求める。 In the present embodiment, control for avoiding such a situation is performed. That is, the difference between the maximum rotation speed and the minimum rotation speed is detected for the rotation speed of the drum 3 in a predetermined rotation angle section while the rotation of the drum 3 is being accelerated. If the difference is greater than or equal to a predetermined value, the drum 3 is controlled to stop rotating. As the maximum rotation speed and the minimum rotation speed of the drum 3 in the predetermined rotation angle section, for example, the rotation speed is measured four times during one rotation, and the maximum rotation speed and the minimum rotation speed are obtained.
図6(b)は、ドラムの回転数と回転速度の最大と最小の差の上限値の関連を示す図である。 FIG. 6B is a diagram illustrating the relationship between the rotation speed of the drum and the upper limit value of the difference between the maximum and minimum rotation speeds.
図6(b)に示すように、ドラム3の回転数に対応させて、最大回転数と最小回転数の
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6(b)に示すような最大回転数と最小回転数の差の上限値は、ドラム3の各回転数における、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。
As shown in FIG. 6B, the upper limit value of the difference between the maximum rotation speed and the minimum rotation speed is set based on the experiment in correspondence with the rotation speed of the drum 3, and is provided in the control unit 31 as a table. The upper limit value of the difference between the maximum rotation speed and the minimum rotation speed as shown in FIG. 6B may be set based on the allowable range of vibration obtained experimentally at each rotation speed of the drum 3.
以上のように、本実施の形態2では、ドラム3の所定回転角区間における最大回転数と最小回転数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し、一旦停止した後再度起動させて検知することができる。 As described above, in the second embodiment, the balance of the laundry is poor by controlling the difference between the maximum rotation speed and the minimum rotation speed in the predetermined rotation angle section of the drum 3 not to exceed the upper limit value. As a result, it is possible to avoid a situation where the washing tub vibrates greatly and collides with the washing machine main body, and once it is stopped, it can be started again and detected.
本発明によれば、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、適切な洗濯時間の設定や洗剤量の表示及び、適切な時間設定の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。 According to the present invention, it is possible to accurately detect the amount of cloth put into the drum with a simple configuration, and to perform appropriate washing time setting, detergent amount display, and appropriate time setting dehydration process. It is useful for home and commercial washing machines.
1 洗濯機本体
2 水槽
3 ドラム
7 モータ
14 回転検知部
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
34 布量検知部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Washing machine main body 2 Water tank 3 Drum 7 Motor 14 Rotation detection part 20 Commercial power supply 30a, 30b, 30c Position detection element 31 Control part 32 Drive circuit 33 Rotation speed detection part 34 Cloth amount detection part
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