JP6437188B2 - 洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、洗濯機に関するものである。

洗濯機において、洗濯物の重量を正確に把握することで、適切な水量で洗濯することが可能となり、節水に繋がる。

また、洗濯物のアンバランス（偏り）が大きい場合に振動が大きくなるが、このアンバランスと振動との関係は、洗濯物の重量によって変化する。したがって、洗濯物の重量に応じて、アンバランス量に閾値を設けることが通例である。このとき、計測した重量のずれが大きいと、閾値を過大に設定することになるため、大きなアンバランス量が有する洗濯物が回転して共振点で大きな振動を発生することがある。

このため、洗濯物の重量計測を正確に把握するために、例えば特許文献１に示すように、洗濯機モータに電流指令を与えて、回転数が所定の値に達するための時間を計測することで重量を計測するものがある。

しかしながら、洗濯機モータに電流指令を与えることで、重量計測を行っているため、実際に発生するトルクは使用する洗濯機モータによってばらつきが発生する。また、洗濯機モータにより回転される回転体それぞれに生じる機械損及びそれらに作用する粘性抵抗の影響により、同一のトルクであっても、回転角速度にばらつきが発生する。したがって、従来の手法では、洗濯物の重量を正確に計測することは難しい。

特開２００８−４３６３８号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、洗濯物の重量計測のばらつきを低減して正確に計測できるようにすることを主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る洗濯機は、洗濯機モータを制御して、洗濯工程又は脱水工程を実行させる制御部を有する洗濯機であって、前記制御部が、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、前記洗濯機モータのトルク定数と、前記洗濯機モータ及び当該洗濯機モータにより回転される回転体を含む回転機構に生じる機械損と、前記回転機構に作用する粘性抵抗とを毎回算出して、それによって得られたトルク定数、機械損及び粘性抵抗を用いて、洗濯物の重量を算出することを特徴とする。

このように構成した洗濯機によれば、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、洗濯機モータのトルク定数、回転機構の機械損及び粘性抵抗を毎回算出して、それらを用いて洗濯物の重量を算出するので、洗濯物の重量計測のばらつきを低減して正確に計測することができる。これにより、適切な水量で洗濯することが可能となり、より一層節水することができる。また、洗濯機の振動を低減することができる。

前記制御部が、前記トルク定数を、以下の式により算出するものであり、一定速度で回転している所定区間に得られた複数の算出値の平均値を演算し、又は、複数の速度域それぞれにおいて得られた算出値の平均値を演算して、それにより得られた平均値を前記洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とすることが望ましい。これならば、洗濯機モータの算出したトルク定数に含まれるノイズを除去することができる。

この式において、Ｖ_{ｑ_ｒｅｆ}は、洗濯機モータに印加されるｑ軸電圧の指令値であり、ｐ_ｆは、洗濯機モータの極対数であり、Ｒは、洗濯機モータの巻き線の抵抗であり、ｉｑは電流センサにより検出されたｑ軸電流値であり、ωは速度センサにより得られた速度である。

前記回転機構が、水平軸周りに回転する回転ドラムを有しており、前記制御部が、一定速度で回転している回転ドラムが一回転する間に得られた複数の算出値の平均値を演算し、それにより得られた平均値を前記洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とすることが望ましい。つまり、一定速度で回転している所定区間を、回転ドラムの１回転とすることが望ましい。水平軸周りに回転する回転ドラムでは、重力の影響で、電流や速度等に一回転を１周期とするノイズが乗るため、一回転する間に得られた複数の算出値の平均値を演算することで、ノイズを好適に除去することができる。

前記制御部が、一定速度で回転する２以上の速度域において、各速度で検出されたｑ軸電流値を用いて、前記粘性抵抗Ｄを、以下の式により算出することが望ましい。

前記制御部が、一定速度で回転する２以上の速度域において、各速度で検出されたｑ軸電流値を用いて、前記機械損τ_ｍを、以下の式により算出することが望ましい。

前記制御部が、以下の式により、洗濯物の重量を算出することが望ましい。

この式において、ｉｑ_０は、加速前のｑ軸電流値であり、ｉｑ_１は、加速後のｑ軸電流値であり、ω_０は、加速前の速度であり、ω_１は、加速後の速度であり、ΔＴは、１回転に要した時間である。

このように構成した本発明によれば、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、洗濯機モータのトルク定数、回転機構の機械損及び粘性抵抗を毎回算出して、それらを用いて洗濯物の重量を算出するので、洗濯物の重量計測のばらつきを低減して正確に計測することができる。

本実施形態における洗濯機の構成を示す模式図。 脱水工程開始前の重量計測までの動作を時系列の回転速度で示す図。 粘性抵抗と機械損の算出方法を模式的に示す図。 重量算出方法を模式的に示す図。 本発明の手法を用いた重量計測と、従来の手法を用いた重量計測との計測結果を示す図。 重量計測の精度向上によりもたらされる最大振動の低減効果を示す図。

以下に本発明に係る洗濯機の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る洗濯機１００は、図１に示すように、水平方向に回転可能に設けられて、洗濯物が収容される回転ドラム２と、当該回転ドラム２を回転させる洗濯機モータ３と、当該洗濯機モータ３を制御して、洗濯（洗い）工程、すすぎ工程及び脱水工程等を実行させる制御部４とを備えるドラム式洗濯機である。

そして、制御部４は、洗濯工程開始前及び脱水工程開始前に、洗濯機モータ３のトルク定数Ｋｔと、洗濯機モータ３及び当該洗濯機モータ３により回転される回転ドラム２を含む回転機構に生じる機械損τ_ｍと、回転機構に作用する粘性抵抗Ｄとを毎回算出して、それによって得られたトルク定数Ｋｔ、機械損τ_ｍ及び粘性抵抗Ｄを用いて、洗濯物の重量（慣性モーメントＪ）を算出する。

以下、制御部４による具体的な各種パラメータＫｔ、τ_ｍ、Ｄ及び重量（慣性モーメントＪ）の算出方法を図２〜図４を参照して説明する。

図２は、脱水工程開始前の重量計測までの動作を時系列の回転速度で示す図である。図２におけるＡ区間が、各種パラメータ（トルク定数Ｋｔ、機械損τ_ｍ、粘性抵抗Ｄ）を算出する区間であり、Ｂ区間が、洗濯物の重量（慣性モーメントＪ）を測定する区間である。

Ａ区間における回転速度は、洗濯機モータ３の誘起電圧を測定できる回転速度（ここでは１１０ｒｐｍ）以上であり、共振点（約１７０〜２００ｒｐｍ）より十分低い回転数（ここでは１３０ｒｐｍ）以下であり、一定速度で回転する２以上の速度域を有している。具体的にＡ区間は、回転速度が１１０ｒｐｍで一定の速度域（速度域Ａ１）と、回転速度が１２０ｒｐｍで一定の速度域（速度域Ａ２）と、回転速度が１３０ｒｐｍで一定の速度域（速度域Ａ３）とからなる。

まず、制御部４によるトルク定数Ｋｔの算出方法について説明する。
制御部４は、Ａ区間において、洗濯機モータ３のトルク定数Ｋｔを、以下の式１により算出する。

上記の式１において、Ｖ_{ｑ_ｒｅｆ}は、洗濯機モータ３に印加されるｑ軸電圧の指令値であり、この指令値は、制御部によって演算される。ｐ_ｆは、洗濯機モータ３の極対数である。Ｒは、洗濯機モータ３の巻き線の抵抗である。ｉｑは、電流センサ（不図示）により検出されたｑ軸電流値である。ωは、速度センサ（不図示）により得られた回転ドラムの回転速度である。

より具体的に制御部４は、算出したトルク定数Ｋｔのノイズを除去するために、以下の（１）、（２）の少なくとも一方を用いて算出する。
（１）制御部４は、Ａ区間において、一定速度で回転している所定区間（前記速度域Ａ１〜Ａ３の何れか）に得られた複数のトルク定数算出値の平均値を演算することによって、洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とする。ここで、一定速度で回転している所定区間は、洗濯物に加わる重力の影響を考慮して、回転ドラム２の１回転とすることが考えられる。水平軸周りに回転する回転ドラム２では、重力の影響で、電流や速度等に一回転を１周期とするノイズが乗るため、一回転する間に得られた複数の算出値の平均値を演算することで、ノイズを好適に除去することができる。
（２）制御部４は、Ａ区間において、複数の速度域（前記速度域Ａ１〜Ａ３の２つ以上）それぞれにおいて得られた複数のトルク定数算出値の平均値を演算することによって、洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とする。

次に、制御部４による粘性抵抗Ｄ及び機械損τ_ｍの算出方法について説明する。

ここで、洗濯物の重量算出に用いる回転方向の運動方程式は、以下の式２になる。

そして、この式２において、回転速度一定とすると、ｄω／ｄｔ＝０となり、以下の式３となる。

したがって、洗濯機モータ３のトルクは、粘性抵抗Ｄを傾き、機械損τ_ｍを切片とする速度の一次関数で表わされる。つまり、速度とそのときのモータトルクを２点以上測定することにより、粘性抵抗Ｄ及び機械損τ_ｍを算出することができる。

区間Ａの複数の速度域（前記速度域Ａ１〜Ａ３の２つ以上）において、各速度のトルク（τ＝Ｋｔ×ｉｑで算出）を計測し、ｘ軸に速度、ｙ軸にトルクをプロットすると、図３に示すようになり、切片を機械損τ_ｍ、傾きを粘性抵抗として算出することができる。なお、速度一定の仮定の下で成立する考え方であり、各速度域において速度が安定するまで一定期間待機する必要がある。

より詳細には制御部４は、Ａ区間において、粘性抵抗Ｄを、以下の式４により算出する。

さらに、制御部４は、Ａ区間において、機械損τ_ｍを、以下の式５により算出する。

以上により算出したトルク定数Ｋｔ、粘性抵抗Ｄ及び機械損τ_ｍを用いて、制御部４は、上記の式２を用いて、洗濯物の重量（慣性モーメントＪ）を算出する。より詳細に、制御部４は、以下の式６により、洗濯物の重量を算出する（図４参照）。

上記の式６において、ｉｑ_０は、加速前のｑ軸電流値であり、ｉｑ_１は、加速後のｑ軸電流値であり、ω_１は、加速前の速度であり、ω_２は、加速後の速度であり、ΔＴは、１回転に要した時間である。

次に、本発明の手法を用いた重量計測と、従来の手法を用いた重量計測との計測結果を図５に示す。この図５には、洗濯機３台を用いて、重量計測を行った結果を示している。なお、従来の手法は、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、トルク定数、粘性抵抗及び機械損を計測せずに、図４に示すように、洗濯機モータにステップ電流を入力して、その加速度応答の大きさで洗濯物の重量を計測するものである。

図５から分かるように、従来の手法によると、重量計測のばらつきが２０００ｇであったのに対して、本発明の手法では、重量計測のばらつきが４００ｇとなっており、ばらつきが１／５倍に減少している。

次に、重量計測の精度向上によりもたらされる最大振動の低減効果について説明する。図６にアンバランス量と最大振動との関係を示す。

従来手法では、１０００ｇ以上のアンバランス量を有する洗濯物が回転していたが、本発明の手法を用いることで、アンバランス量を９５０ｇ以下に制限することができ、最大振動を３．８ｍｍ低減させることができる。これは、重量計測の精度が向上したことにより、重量の関数であるアンバランス量の閾値を適切な値に設定できるため、従来許容されていた過大なアンバランス量を制限することができるからである。

このように構成した洗濯機１００によれば、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、洗濯機モータ３のトルク定数、回転機構の機械損及び粘性抵抗を毎回算出して、それらを用いて洗濯物の重量を算出するので、洗濯物の重量計測のばらつきを低減して正確に計測することができる。これにより、適切な水量で洗濯することが可能となり、より一層節水することができる。また、洗濯機１００の振動を低減することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、回転ドラムが水平軸周りに回転するものであったが、鉛直軸周りに回転するものであっても良い。

また、前記実施形態の洗濯機は、ドラム式洗濯機であったが、洗濯槽内の底部に回転自在に設けた回転翼（パルセータ）により洗濯を行うものであっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・洗濯機
２・・・回転ドラム
３・・・洗濯機モータ
４・・・制御部

Claims (6)

1. 洗濯機モータを制御して、洗濯工程又は脱水工程を実行させる制御部を有する洗濯機であって、
   前記制御部が、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、前記洗濯機モータのトルク定数と、前記洗濯機モータ及び当該洗濯機モータにより回転される回転体を含む回転機構に生じる機械損と、前記回転機構に作用する粘性抵抗とを毎回算出して、それによって得られたトルク定数、機械損及び粘性抵抗を用いて、洗濯物の重量を算出することを特徴とする洗濯機。
2. 前記制御部が、前記トルク定数を、以下の式１により算出するものであり、一定速度で回転している所定区間に得られた複数の算出値の平均値を演算し、又は、複数の速度域それぞれにおいて得られた算出値の平均値を演算して、それにより得られた平均値を前記洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とする請求項１記載の洗濯機。
   この式において、Ｖ_{ｑ_ｒｅｆ}は、洗濯機モータに印加されるｑ軸電圧の指令値であり、ｐ_ｆは、洗濯機モータの極対数であり、Ｒは、洗濯機モータの巻き線の抵抗であり、ｉｑは、電流センサにより検出されたｑ軸電流値であり、ωは、速度センサにより得られた回転速度である。
3. 前記回転機構が、水平軸周りに回転する回転ドラムを有しており、
   前記制御部が、一定速度で回転している回転ドラムが一回転する間に得られた複数の算出値の平均値を演算し、それにより得られた平均値を前記洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とする請求項２記載の洗濯機。
4. 前記制御部が、一定速度で回転する２以上の速度域において、各速度で検出されたｑ軸電流値を用いて、前記粘性抵抗Ｄを、以下の式により算出する請求項１乃至３の何れか一項に記載の洗濯機。
   
5. 前記制御部が、一定速度で回転する２以上の速度域において、各速度で検出されたｑ軸電流値を用いて、前記機械損τ_ｍを、以下の式により算出する請求項１乃至４の何れか一項に記載の洗濯機。
   
6. 前記制御部が、以下の式により、洗濯物の重量を算出する請求項１乃至５の何れか一項に記載の洗濯機。
   この式において、ｉｑ_０は、加速前のｑ軸電流値であり、ｉｑ_１は、加速後のｑ軸電流値であり、ω_１は、加速前の速度であり、ω_２は、加速後の速度であり、ΔＴは、１回転に要した時間である。