CN101397738B - 洗衣机及转动滚筒控制电气设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种洗衣机及转动滚筒控制电气设备，该洗衣机具备：马达(7)，其对容纳洗涤物的滚筒(3)进行转动驱动；转速检测部(14)，其检测马达(7)的转速；以及控制部(31)，其根据转速检测部(14)的检测输出来控制马达(7)的转动，其中，控制部(31)测量滚筒(3)的转速在从预先决定的规定转速N1上升到预先决定的规定转速N2为止的转速上升期间的累积加速转矩，并根据累积加速转矩来控制马达的转动。由此，能够高精度地检测滚筒(3)内部衣物的不平衡状态，以低振动驱动马达(7)。

Description

洗衣机及转动滚筒控制电气设备

技术领域

本发明涉及一种通过转动驱动配设在水槽内的转动滚筒来洗涤容纳在转动滚筒内的洗涤物的洗衣机及转动滚筒控制电气设备。

背景技术

在日本特开2007-68813号公报中公开的以往的这种滚筒式洗衣机具备：滚筒，其容纳洗涤物并进行转动运动；及水槽，在其内部可自由转动地装有滚筒并被弹性地支承在洗衣机主体内。另外，具备转动驱动滚筒的马达，以及检测马达的转速的转速检测装置。还具备控制部，该控制部根据转速检测装置的检测输出来控制马达的转动。控制部在洗涤工序、脱水工序、漂洗工序中的各个工序中控制马达的转速来完成全部工序。

另外，在脱水工序中，当滚筒进行脱水运转时，滚筒转速为高速运转(例如，1000r/min)，因此由于滚筒内衣物偏置(不平衡分布)而引起的水槽振动变强。其结果是存在如下情况：脱水工序时的洗衣机主体振动变强，使使用者感到不安，或使洗衣机本身受到损坏。

因此，在脱水运转时，首先，在较低速转动(例如，100r/min)中，将由控制部提供给马达的转矩设为固定，检测这种情况下的滚筒的转速变化等，由此来检测衣物的不平衡分布。其后，对滚筒的转速与其变化幅度进行比较来进行判断能否过渡到脱水工序，抑制高速运转中的水槽的振动。

然而，上述那样的以往的洗衣机在检测脱水工序时的衣物的不平衡时，在脱水工序时的低速转动中检测衣物分布的不平衡。因此，存在以下问题：衣物中所包含的水分没有完全脱离而容易受到易含水的纤维或衣物、不易含水的纤维或衣物等、纤维的材质、衣物的种类、数量的影响，而使在高速脱水转动时振动的预测精度较低。

另外，以往的洗衣机在较低速转动中检测衣物的不平衡，因此在衣物的不平衡分布中，无法检测对滚筒重心赋予转动运动的动态不平衡，因此，将作为与转动轴方向垂直的不平衡的静态平衡检测作为主体而过渡到高速脱水转动。因此，降低脱水转速的过渡的判断基准，用静态平衡预测动态平衡来进行对应。但是，在中速以上的转动区域中，在低速转动中无法检测的动态不平衡的影响变大，通过该动态不平衡而滚筒相对于重心进行转动运动，由此振动变强。因此，存在如下问题：也可以降低高速脱水转动过渡的判断基准，但是当这样降低判断基准时，判断为不可脱水的情况增多，难以进行能否向脱水运转的过渡的判断。

另外，其它的以往的洗衣机中还存在通过在水槽中安装加速度传感器等物理性不平衡检测单元来检测脱水时的振动的方法。但是，加速度传感器本身价格昂贵，由此存在会带来设备成本增高的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述现有的问题而提出的，本发明提供一种洗衣机及转动滚筒控制电气设备，该洗衣机及转动滚筒控制电气设备在从低速到高速的脱水转动时进行高精度的振动检测，不会令使用者感到不安、或使设备本身受到损坏。

本发明的一个侧面具备：滚筒，其容纳洗涤物并进行转动运动；水槽，其内部可自由转动地装有滚筒，并被弹性地支承在洗衣机主体中；马达，其转动驱动滚筒；转速检测部，其检测马达的转速；以及控制部，其根据转速检测部的检测输出来控制马达的转动，其中，控制部测量滚筒的转速在从预先决定的规定转速N1上升到预先决定的规定转速N2为止的转速上升期间的累积加速转矩，并根据累积加速转矩来控制马达的转动。

本发明的另一个侧面具备：滚筒，其容纳内容物并进行转动运动；马达，其对滚筒进行转动驱动；转速检测装置，其检测马达的转速；以及控制部，其根据转速检测装置的检测输出来控制马达的转动，其中，控制部测量滚筒转速在从预先决定的规定转速N1上升到预先决定的规定转速N2为止转速上升期间的累积加速转矩，并根据测量出的累积加速转矩来控制马达的转动。

根据该结构，可以在从低速到高速的脱水转动时进行高精度的振动检测，进行低振动的脱水运转。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式中的滚筒式洗衣机的概要结构的截面图。

图2是表示相同滚筒式洗衣机的控制部的结构图。

图3是表示相同滚筒式洗衣机中的振动检测的说明图。

图4是表示相同滚筒式洗衣机的滚筒的运动量测量值W与水槽的振动值的相关关系的一例的图。

图5是表示相同滚筒式洗衣机的马达的转动控制动作的流程图。

具体实施方式

(实施方式)

下面，参照附图说明本发明的一个实施方式。此外，本发明并不限于该实施方式。

图1是表示作为本发明的一个实施方式的滚筒式洗衣机的概要结构的截面图。在图1中，在洗衣机主体1内水槽2通过悬置结构(未图示)而被支承为悬吊状态。形成为有底圆筒形的滚筒3被可自由转动地支承在水槽2内，使该滚筒3的轴心方向从正面侧向背面侧向下倾斜。在水槽2的正面侧形成有连通到滚筒3的开口端的衣物出入口4。通过对门5进行开闭能够通过衣物出入口4对滚筒3内能够取出放入洗涤物，其中，该门5可开闭地封闭设置在洗衣机主体1的正面侧的向上倾斜面的开口部。

在滚筒3中，在其圆周面形成有连通到水槽2内的多个贯通孔6，在内周面的多个位置设置有搅拌衣物用的搅拌齿15。通过安装在水槽2的背面侧的马达7向正转和反转方向对滚筒3进行转动驱动。在水槽2上管道连接有注水管道8和排水管道9，通过控制未图示的注水阀和排水阀来向水槽2内进行注水和排水。

打开门5将洗涤物和洗涤剂放入滚筒3内，通过对设置在洗衣机主体1的例如前面上部的操作面板10进行操作来开始运转。由此，从注水管道8对水槽2内注入规定量的水，由马达7对滚筒3进行转动驱动来开始洗涤工序。通过滚筒3的转动来重复进行搅拌动作，该搅拌动作使容纳在滚筒3内的洗涤物通过设置在滚筒3内周壁上的搅拌齿15向转动方向抬升，并从抬升到的适当高度的位置下落。由此，通过打洗的作用来对洗涤物进行洗涤。在所需的洗涤时间之后，将脏洗涤液从排水管道9排出，并过渡到使滚筒3高速转动的脱水工序。通过该脱水动作来对洗涤物所含的洗涤液进行脱水，其后，从注水管道8对水槽2内注水来实施漂洗工序。在该漂洗工序中，也通过滚筒3的转动来重复进行搅拌动作而实施漂洗，该搅拌动作使容纳在滚筒3内的洗涤物通过搅拌齿15抬升、下落。在规定的漂洗工序之后，从排水管道9排出漂洗液，过渡到使滚筒3高速转动的脱水工序，在固定时间的脱水运转后，完成全部工序。

另外，为了检测马达7的转动状态而在马达7的背面设置有由检测马达转子(rotor)的位置的位置检测元件等构成的转动检测部14。由包含转动检测部14的图2所示的控制装置来控制马达的转动控制等洗衣机的动作控制。

图2是表示控制本实施方式中的滚筒式洗衣机的动作的控制装置的概要结构的图。该控制装置被设置在洗衣机主体1内部的空间部中。在图2所示的控制装置中，从整流器21对商用电源20的交流电进行整流，将通过由扼流线圈22和平滑电容器23构成的平滑电路进行平滑化所得到的直流电作为驱动电力，通过逆变电路24对马达7进行转动驱动。另外，根据从输入设定部25输入的运转指示、及通过各检测单元(未图示)进行检测的运转状态的监视信息，控制部31通过驱动电路32对马达7的转动进行控制。另外，根据运转状态的监视信息，控制部31通过负荷驱动部26对供水阀27、排水阀28、送风风扇12、加热器29的动作进行控制。

马达7是直流无刷马达，具备具有三相线圈7a、7b、7c的定子、以及具有永久两极磁铁的转子，并设置有3个位置检测元件30a、30b、30c。3个位置检测元件30a、30b、30c构成转动检测部14。通过由开关元件24a～24f构成的PWM(脉宽调制)控制逆变电路24对马达7进行转动控制。位置检测元件30a、30b、30c所检测的转子位置检测信号被输入到由微型计算机构成的控制部31。根据转子位置检测信号，由驱动电路32对开关元件24a～24f的接通/断开状态进行PWM控制，由此控制对定子的三相线圈7a、7b、7c的通电而使转子以所需转速转动。

控制部31具有输入3个位置检测元件30a、30b、30c的检测输出的转速检测部33。转速检测部33每当3个位置检测元件30a、30b、30c中的任一个的信号状态发生变化时对其周期进行检测，从其周期算出转子的转速。此外，转速检测部33的检测输出与滚筒3的转速对应。因此，在下面的说明中，相对于通过转速检测部33的检测输出而得到的数值，对脱水起动中和脱水恒定转动中的所有各目标转速进行反馈，由此对滚筒3的转速进行转速控制。

参照下面的图3说明本实施方式中的振动检测方法。图3是表示振动检测的动作的图。在图3中，横轴表示脱水运转起动时的时间经过。纵轴表示滚筒3的脱水转速R(左刻度)和与马达相关的转矩T增减(右刻度)。在本实施方式中，将转速加速度设为每秒10r/min。区间A是脱水起动最初的区间，是衣物所含的大量水分的惯量造成较大影响而转矩增大的区间。区间B是在其后的脱水起动运转中转矩大致成为极小值的区间。

如图3所示，随着时间经过滚筒转速如曲线R那样过渡到高速转动。另一方面，如曲线T所示那样与马达相关的转矩呈现逐渐减小的倾向。

这表示如下情况：在起动最初，衣物所含的大量水分作为较大惯量而起作用，其后水分由于离心力而逐渐被除去，其数值开始减小，因此与马达相关的转矩也逐渐减小。

另外，从低速转动过渡到高速转动的转速变化较大的第一拐点K的转速N3大约是400r/min。另一方面，在到达规定脱水转速N4大约700r/min紧前存在第二拐点P，在两个拐点中马达的转矩都发生了较大的变化。

在本实施方式中，在图3中，如后所述，将测量累积加速转矩的规定转速N1设定为600r/min，另外，将规定转速N2设定为620r/min。将这些转速N1、N2设定为从与第一拐点K对应的N3＝400r/min、和与第二拐点P对应的N4＝700r/min偏离的转速。

这是为了防止以下情况：通过马达转动控制，在转速变化较大的低速时的拐点K(转速大约为400r/min)，对马达施加的转矩过高有可能使马达的输入上升到所需以上，得不到用于转矩检测的正常数值。

另外，为了防止以下情况：在第二拐点P(转速大约为700r/min)，在过渡到恒定转动时对马达施加的转矩过低，会使转矩减小到所需以下，仍然得不到用于转矩检测的正常的数值。

即，使转速N1的加速转矩过高、转速N2的加速转矩过低不会在从转速N1到转速N2为止的马达加速转矩的累积时造成影响。由此，累积加速转矩的数值的精度提高，能够高精度地对振动进行检测。

另外，将转速N1、N2设定在脱水起动运转中转矩大致成为极小值的区间B附近，而不是设定在脱水起动最初衣物所含的大量水分的惯量具有较大影响而转矩增大的区间A，由此实现检测数值的稳定。

即，在脱水时的转速的上升过程中，将规定转速N1和规定转速N2的数值设定成赋予马达的转矩取极小值附近的数值。由此，特别是，不易受在脱水起动最初衣物所含的余水的影响而能够高精度地检测振动水平。

另外，如下那样检测由于衣物不平衡而产生的做功量W。首先，在下面公式(1)中给出从规定的转速N1(600r/min)到规定的转速N2(620r/min)为止的区间中赋予马达的加速转矩T。

T＝J×Δω+T‘                       (1)

在该式(1)中，J是包含了滚筒和衣物的转动轴周围的惯量。Δω(rad/s²)是将当前转速N0和目标转速NT的差除以到反馈为止的离散时间Δt而得到的值，利用式(2)表示。

Δω＝2π×(NT-N0)/Δt                 (2)

另外，T‘是用于对克服由于衣物的不平衡而产生的离心力、由于在水槽的重心周围产生的转动力矩而引起的起振力来进行加速的转矩，是马达额外需要的加速转矩。

另一方面，通常将转动体的动能表示为(1/2)×(惯量)×(角速度)²。因此，从转速N1到转速N2的区间中的作为加速转矩T的动能的加速转矩T的累积值E为滚筒所具有的动能与由于衣物的不平衡而产生的振动所需的做功量W之和，利用式(3)表示。

E＝(1/2)×J(N2²-N1²)×(2π/60)+W          (3)

在式(3)中，如果将转速N1设定到转速N2较近的位置，则式(3)中的第一项的衣物量等的影响变小，可作为左边的加速转矩T的累积值E而检测出由于衣物的不平衡而产生的做功量W。

将检测振动的转速N1与转速N2设定到与马达相关的转矩取极小值的区间B附近。在与马达相关的转矩上升过程中的区间A受衣物所含的水分的影响变大，因此可以通过避开该区间A来高精度地对振动进行检测。

接着，尝试改变实际的衣物种类而进行脱水起动运转，观察在规定的转速N1与规定的转速N2之间测量的由于衣物的不平衡而产生的做功量W(加速转矩T的动能E)、与水槽振动的相关。图4是表示利用式(3)检测出的加速转矩T的动能E的测量值W与水槽的振动的振幅值之间的相关的图。横轴表示测量值W，纵轴表示水槽的振动的振幅值。在图4中，一边改变衣物的种类一边做标记。●标记表示衣物A的相关、Δ标记表示衣物B的相关、○标记表示衣物C的相关。

根据图4，可知与衣物的种类无关，如果测量值W越大，则振动变得越强，振幅值与做功量的测量值W之间具有大致成正比的关系。由此可知只要测量不平衡引起的做功量W，就能够高精度地检测脱水运转中的振动、即衣物的不平衡状态。

根据图4的结果，预先制作表示滚筒允许转速与振动值的关系的振动表，并存储到存储部。在本实施方式中，制作了表1所示的振动表。在表1中表示当测量值W为1～80时判断为不存在衣物的不平衡而将阈值设为1，并使马达高速转动至900r/min以上。相反，表示当测量值W为201以上时判断为衣物的不平衡较大而将阈值设为4，马达不进行脱水运转。阈值2、3在其中间分别表示800r/min、700r/min是滚筒的允许转速。在本实施方式中这样设定了阈值1～4，但是，也可以较多地设定阈值而进行精确的转动控制。另外，相反，也可以更少地设定阈值而进行简单的转动控制。

[表1]

 

阈值	测量值	滚筒的允许转速
			1	1～80	900r/min以上
2	81～100	800r/min
			3	101～200	700r/min
4	201以上	0

图5是表示本实施方式中的振动检测的马达的转动控制动作的流程图。下面，根据图2、图5及表1说明马达的转动控制动作。

如图5所示，首先当开始脱水运转时(S100)，滚筒转速上升(S101)，当由转速检测部33检测出的滚筒转速达到规定的转速N1时(S102的是)，使做功量W的数值复位，并设定为W(0)＝0(S103)。在S102中滚筒转速没有达到规定转速N1的情况下(S102的否)，在S101中继续进行转速上升。

其后，使转速进一步上升(S104)，通过累积加速转矩测量部34测量马达的加速转矩T(S105)，并且测量滚筒转速上升到规定转速N2为止的时间Δt中的累积加速转矩、即做功量W(S106)。即，测量离散的测量时间Δt(例如每1/4转)中的做功量W(N+1)＝W(N)+T×Δt。该测量结果是累积加速转矩。该累积加速转矩的测量是通过累积加速转矩测量部34测量流过马达7的电流、根据规定转矩常数而得到的。

如果滚筒转速达到规定转速N2(S107的是)，则通过比较判断部36对测量出的做功量W与存储在振动表存储部35中的在预先设定的表1中示出的振动表进行比较，进行阈值的判断(S108)。

在本实施方式中，如表1所示，将阈值设为4个阶段，并分别设定做功量W的范围，例如，如果做功量W在1～80的范围内，则设定为阈值1，不平衡极少。另外，如果做功量W在81～100的范围内，则设定为阈值2，不平衡的量稍大。如果做功量W在101～200的范围内，则设定为阈值3，不平衡较大。如果做功量W在201以上，则设定为阈值4，做功量较大。

因此，在图5的步骤S108中，对检测出的做功量W和阈值进行了比较，其结果如果做功量W在1～80的范围内，则设定为阈值1，判断为不平衡极少，控制部31通过驱动电路32进行脱水转速为高速900r/min以上的脱水转动(S109)。另外，如果做功量W在81～100的范围内，则判断为阈值2的不平衡的量稍大，略微降低脱水转速而设定为800r/min进行脱水转动(S110)。如果做功量W在101～200的范围内，则判断为阈值3的不平衡较大，将脱水转速进一步设定为低速700r/min进行脱水转动(S111)。如果做功量W在201以上，则判断为阈值4的不平衡非常大，判断为脱水运转危险，为了安全而省略高速转动，并结束脱水运转(S112)。

如上所述，根据本实施方式，在脱水起动中进行如下控制：根据马达的累积加速转矩测量从规定转速N1到转速N2的做功量W，根据水槽振动振幅值与测量值W之间的相关关系检测衣物的不平衡状态。因此，在脱水运转中，能够检测比较高速运转时的水槽的振动，高精度地检测由于滚筒内的衣物不平衡分布而产生的动态不平衡。而且，不用特别设置加速度传感器等物理性振动传感器，从而廉价且高精度地进行振动检测。

另外，避开脱水起动中的转速的拐点K、P而设置规定转速N1和转速N2，因此在即使发生来自马达的施加转矩过高或过低的情况下，也能够不受其影响而提高累积加速转矩的数值的精度，高精度地进行振动检测。

避开衣物内的余水较多的区间A而设置了规定转速N1和转速N2，在不受脱水起动最初衣物所含的余水的影响的区间测量做功量W，因此能够高精度地检测振动水平。

根据检测出的加速转矩的做功量W来设定表示衣物的不平衡分布状态的阈值，根据该阈值来判断能否使脱水运转时的转速上升。由此，当判断为振动较大(不平衡较大)时，控制滚筒的转动使得转速不会增大。另外，在判断为振动较小(不平衡较小)的情况下，控制滚筒的转动使得上升到规定的高速转速。因此，能够抑制设备本身的振动，能得到在低振动下不会使洗衣机主体受到损坏的滚筒式洗衣机。

另外，根据本实施方式，不用设置加速度传感器等物理性振动检测部就能够得到具备了廉价且高精度的振动检测方式的滚筒式洗衣机。

本实施方式的结构示出了应用于倾斜配置了滚筒3的倾斜滚筒形式的滚筒式洗衣机的例子，但是，同样也能够应用于在水平方向上设置了滚筒3的通常的结构中。

另外，不仅是滚筒式洗衣机，如果具有转动的滚筒，能够检测与马达相关的转矩的电气设备，则能够采取相同的结构来得到相同的效果是显而易见的。

另外，不限于滚筒式洗衣机，不言而喻只要是具有转动的滚筒、能够检测与马达相关的转矩的电气设备，都能够通过相同的结构获得相同的效果。

Claims (5)

1.一种洗衣机，其特征在于，具备：

滚筒，其容纳洗涤物并进行转动运动；水槽，其内部可自由转动地装有上述滚筒，并被弹性地支承在洗衣机主体中；马达，其转动驱动上述滚筒；转速检测部，其检测上述马达的转速；以及控制部，其根据上述转速检测部的检测输出来控制上述马达的转动，其中，上述控制部测量上述滚筒的转速在从预先决定的规定转速N1上升到预先决定的规定转速N2为止的转速上升期间的累积加速转矩，并根据上述累积加速转矩来控制上述马达的转动，上述规定转速N1和上述规定转速N2的值被设定为在脱水运转时使上述滚筒的转速上升时的赋予上述马达的转矩取极小值的附近的值。

2.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述规定转速N1和上述规定转速N2的值进一步被设定为从上述脱水运转时的转速的拐点偏离的值。

3.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述控制部根据测量出的上述累积加速转矩与上述滚筒的振动之间的相关关系来对上述脱水运转时的上述马达的转动进行控制。

4.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述控制部具备：振动表存储部，其存储了表示上述累积加速转矩与上述马达的允许转速之间的对应的振动表；累积加速转矩测量部，其测量从上述预先决定的规定转速N1到上述预先决定的规定转速N2为止的上述马达的上述累积加速转矩；以及比较判断部，其将通过上述累积加速转矩测量部测量出的上述累积加速转矩与存储到上述振动表存储部的上述振动表进行比较，将与上述测量出的累积加速转矩对应的上述允许转速输出到上述马达的驱动电路。

5.一种转动滚筒控制电气设备，其特征在于，具备：

滚筒，其容纳内容物并进行转动运动；马达，其对上述滚筒进行转动驱动；转速检测装置，其检测上述马达的转速；以及控制部，其根据上述转速检测装置的检测输出来控制上述马达的转动，其中，上述控制部测量上述滚筒的转速在从预先决定的规定转速N1上升到预先决定的规定转速N2为止的转速上升期间的累积加速转矩，并根据上述累积加速转矩来控制上述马达的转动，上述规定转速N1和上述规定转速N2被设定为使上述滚筒的转速上升时的赋予上述马达的转矩取极小值的附近值，并且被设定为从上述滚筒的转速上升时的拐点偏离的转速。

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