CN102144060B - 洗衣机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种洗衣机。该洗衣机包括壳体、用于收容被洗涤物并使其旋转的洗涤槽、用于驱动洗涤槽使其旋转的电动机、用于控制电动机的电动机控制部、用于收容洗涤槽并被支承于壳体内的收纳筒、用于支承收纳筒并保持该收纳筒的姿态的支承装置、用于检测在洗涤槽中被洗涤物偏置而产生的失衡的失衡检测部、将用于对由被洗涤物的失衡导致电动机的转矩变动进行校正的信号和电动机控制信号相加的失衡振动控制部。

Description

洗衣机

技术领域

本发明涉及一种洗衣机，该洗衣机具有用于产生为了进行清洗、漂洗、脱水及干燥而使洗涤槽旋转的旋转驱动力的电动机。

背景技术

通常，洗衣机大致分为利用回流的水流来清洗被洗涤物的波轮式、利用被洗涤物的下落来清洗(捶洗)被洗涤物的滚筒式。

波轮式从上侧取出或放入被洗涤物，洗涤槽的朝向为纵向，被称作纵型。相对于此，滚筒式的洗涤槽朝向为横向，被称作横型。另外，通常干燥机也是横型。

相对于此，在最近的滚筒式洗衣机中，从通用设计的方面考虑，倾斜地配置作为滚筒的洗涤槽。结果，使滚筒式洗衣机易于取出被洗涤物，实现了提高捶洗的清洗性能和与纵型相比缩短干燥时间。

但是，滚筒式洗衣机在脱水工序中容易产生由被洗涤物的失衡导致的振动噪音，而利用减震器等谋求降低振动(例如参照专利文献1)。

另外，作为其他的滚筒式洗衣机，利用安装在洗涤槽上部的振动传感器检测洗涤槽的振动，根据该检测到的信号利用脱水工序控制部控制电动机的转速(例如参照专利文献2)。

但是，由于滚筒式洗衣机的滚筒倾斜，因此，在脱水时被洗涤物容易产生失衡，具有洗涤槽较大地振动这样的问题。

另外，在专利文献2的滚筒式洗衣机中，检测洗涤槽的振动，仅与振动程度相应地控制转速，没有利用电动机控制积极地降低洗涤槽的振动。这样，专利文献2的滚筒式洗衣机的洗涤槽的振动降低仅利用配置在收纳筒下侧的减震器来进行，存在无法稳定地降低洗衣机的振动这样的问题。

专利文献1：日本特开2006-136602号公报

专利文献2：日本特开平5-154275号公报

发明内容

本发明的洗衣机包括壳体、用于收容被洗涤物并使其旋转的洗涤槽、用于驱动洗涤槽使其旋转的电动机、用于控制电动机的电动机控制部、用于收容洗涤槽并被支承于壳体内的收纳筒、用于支承收纳筒并保持该收纳筒的姿态的支承装置、用于检测在洗涤槽中被洗涤物偏置而产生的失衡的失衡检测部、将用于对由被洗涤物的失衡导致电动机的转矩变动进行校正的信号和电动机控制信号相加的失衡振动控制部。

该洗衣机检测被洗涤物的失衡和由此导致的转矩变动，利用电动机控制来对转矩变动进行校正。结果，能够实现降低脱水工序中由洗涤槽的失衡导致的振动、降低随之产生的噪音、抑制提升脱水转速时的振动和缩短脱水时间。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的洗衣机振动控制装置的框图。

图2是本发明的实施方式2的洗衣机振动控制装置的框图。

图3是本发明的实施方式3的洗衣机振动控制装置的框图。

图4是在本发明的实施方式3的洗衣机的洗涤槽中被洗涤物产生失衡的情况下的收纳筒振动系统的模型图。

图5A是本发明的实施方式3的洗衣机的转矩变动为2.7Nm的情况下的振动轨迹的说明图。

图5B是本发明的实施方式3的洗衣机的转矩变动为0Nm的情况下的振动轨迹的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。另外，并不是利用本实施方式并来限定本发明。

实施方式1

图1是本发明的第1实施方式的洗衣机振动控制装置的框图。在图1中，洗衣机包括洗衣机机构部10、旋转滚筒11和电动机12。在此，旋转滚筒11是收容被洗涤物并使其旋转的洗涤槽。电动机12是无刷电动机，该电动机12一边控制旋转滚筒11的速度一边驱动旋转滚筒11使其旋转。

图1中的洗衣机还包括收纳筒13、密封件14、支承弹簧15、减震机构16、壳体17、被洗涤物投入口18、防振橡胶19和3轴加速度传感器20。在此，收纳筒13收容洗涤槽并被支承于壳体17内。支承弹簧15支承洗涤槽的姿态。壳体17具有被洗涤物投入口18。密封件14将收纳筒13和壳体17无间隙地连接。减震机构16由弹簧要件和减震要件构成。该弹簧要件和减震要件降低在洗涤时(电动机旋转时)产生的振动，减小向壳体17和地面传递振动。

支承弹簧15、减震机构16是支承收纳筒13并保持该收纳筒13的姿态的支承装置。3轴加速度传感器20是振动传感器，3轴加速度传感器20配置在收纳筒13的侧面上方前侧，用于检测收纳筒13的振动状态。而且，洗衣机利用防振橡胶19与地面接触。

图1中的洗衣机还包括电动机控制部21、霍尔IC速度检测部24、控制微型计算机控制量计算部25和倒相电路驱动部26。在此，霍尔IC速度检测部24用于检测电动机12的转速。控制微型计算机控制量计算部25根据作为霍尔IC速度检测部24的输出的电动机转速，计算与目标转速的误差而计算控制量，输出电动机控制信号31。倒相电路驱动部26用于对电动机12施加驱动电流。

图1中的洗衣机还包括失衡检测部22、失衡振动控制部23和求和计算部27。在此，失衡检测部22由3轴加速度传感器20的输出计算振动量(位移)和在洗涤槽中被洗涤物偏置而产生的失衡。

失衡振动控制部23根据失衡检测部22的输出推断转矩变动，输出用于对由失衡导致的电动机12的转矩变动进行校正的信号。另外，自控制微型计算机控制量计算部25输出电动机控制信号31。求和计算部27将控制微型计算机控制量计算部25的输出和失衡振动控制部23的输出相加，并输出到倒相电路驱动部26。

首先，说明电动机控制。电动机控制部21自未图示的洗衣机控制器收到洗涤模式的信号。然后，电动机控制部21检测洗涤、脱水、干燥的动作模式，以与动作模式相应的电动机转速为目标转速。在此，电动机12是内置霍尔元件的8极12槽的DC无刷电动机。霍尔IC速度检测部24根据霍尔IC的信号检测电动机12的转速。然后，控制微型计算机控制量计算部25计算目标转速和检测出的电动机转速的误差，以使该误差为零的方式计算控制量。

在振动控制系统中，根据3轴加速度传感器20的加速度信号，由失衡检测部22检测收纳筒13的振动，并推断被洗涤物的失衡。即，失衡检测部22利用振动传感器通过收纳筒13的振动来检测被洗涤物的失衡。这样，通过廉价、小型、高精度地检测收纳筒13的振动，能够廉价地实现降低脱水时收纳筒13的振动和降低随之产生的噪音。

失衡振动控制部23检测由失衡振动导致的转矩变动，计算控制量来进行控制，使得转矩变动为零。特别是在本发明的实施方式1中，在求和计算部27中用转矩变动矫正的控制量加上电动机转速控制系统的控制量，从而控制驱动电动机12。

即，通过将振动量这样的电动机振动系统的状态量作为电动机控制量的转矩变动地与电动机12的速度控制量相加，来控制驱动电动机12，从而降低引起转矩变动的振动。

如上所述，本发明的实施方式1的洗衣机安装有3轴加速度传感器20，感测收纳筒13的振动，来进行控制由振动导致的转矩变动的振动控制和电动机的速度控制。结果，能够实现利用电动机12控制收纳筒13的振动。而且，能够降低、防止洗衣机在洗涤、脱水、干燥工序中起动时支承机构的共振振动、由定常旋转时收纳筒13的共振振动导致的支承机构振动、由支承机构振动产生的噪音。而且，在进行脱水工序时，能够降低由被洗涤物的失衡、电动机的转矩变动导致的振动，而能够减少在提升脱水转速的过程中因振动变大而停止脱水等的机会，从而能够在早期提升脱水转速，因此，能够谋求缩短脱水时间。

实施方式2

图2是本发明的实施方式2的洗衣机振动控制装置的框图。振动控制装置的基本构造与本发明的第1实施方式相同，因此省略其说明。另外，对与本发明的第1实施方式相同的构成要件标注与图1相同的附图标记。

与图1的不同点在于，失衡振动控制部23具有转矩变动校正部28。用于检测电动机12的转矩变动的失衡振动控制部23根据失衡检测部22的输出和倒相电路驱动部26的输出，推断转矩变动而对转矩变动进行校正。因此，为了使电动机12的转矩变动为零，转矩变动校正部28生成与电动机12的转矩变动相位相反且振幅相同的信号，将其输出到电动机控制部21。结果，能够高精度地校正由被洗涤物的失衡导致的转矩变动，从而能够实现降低脱水时的失衡振动和降低随之产生的噪音。

转矩变动校正部28对3轴加速度传感器20检测出的收纳筒13的振动和电动机控制信号31的转矩变动进行比较。抽出转矩变动中的与收纳筒13的同步于转速的振动的频率相同的频率成分。然后，转矩变动校正部28生成与该频率成分振幅相同、与转矩变动反相的信号，并将其输出到电动机控制部21，在求和计算部27中加法计算到电动机控制部21中来进行电动机控制。

如上所述，本发明的实施方式2的洗衣机安装有3轴加速度传感器20，感测收纳筒13的振动，来进行控制由振动导致的转矩变动的振动控制和电动机12的速度控制。结果，能够实现利用电动机12控制收纳筒13的振动。而且，能够降低、防止洗衣机的洗涤、脱水、干燥工序中的起动时支承机构的共振振动、由定常旋转时收纳筒的共振振动导致的支承机构振动、由支承机构振动产生的噪音。

实施方式3

图3是本发明的实施方式3的洗衣机振动控制装置的框图。振动控制装置的基本构造与本发明的第1实施方式相同，因此省略其说明。另外，对与本发明的第1实施方式相同的构成要件标注与图1相同的附图标记。

与图1的不同点在于，失衡检测部22具有振动轨迹检测部30和失衡振动控制部23具有信号相位调整部29。在此，振动轨迹检测部30用于检测收纳筒13的振摆回转轨迹。这样，利用失衡振动控制部23以减小收纳筒13的振摆回转的方式控制电动机12，能够实现降低脱水时收纳筒13的振动和降低随之产生的噪音。信号相位调整部29用于调整与自倒相电路驱动部26输出的电动机12的转矩变动振幅相同的信号的相位，使振动轨迹检测部30的输出的椭圆形的状态接近圆形。结果，能够实现降低脱水时收纳筒13的振动和降低随之产生的噪音。

另外，3轴加速度传感器20检测正交的3方向的振动。因此，能够检测收纳筒13的振摆回转轨迹，利用失衡振动控制部23以减小收纳筒13的振摆回转的方式控制电动机12。结果，能够实现降低脱水时收纳筒的振动和降低随之产生的噪音。

另外，失衡检测部22利用能够检测正交的3方向的振动的3轴加速度传感器20通过收纳筒13的振动来检测被洗涤物的失衡。而且，振动轨迹检测部30利用3轴加速度传感器20的3个信号中的至少两个信号检测收纳筒13的振摆回转轨迹。

图4是在本发明的第3实施方式的洗衣机的洗涤槽中产生被洗涤物的失衡的情况下的收纳筒振动系统的模型图。振动的主要原因为离心力F

数学式1

F＝mrω²

还有转矩变动Tpul(t)

数学式2

T_pul(t)

另外，转矩变动如

数学式3

T_pul(t)＝mg*r_x(t)+T_loss(t)

那样，包括由被洗涤物的失衡的重力产生的转矩变动成分和由振动导致轴承摩擦等变动而产生的转矩变动成分。

在此，m是产生失衡的被洗涤物的质量，r_x(t)是距产生失衡的被洗涤物的距离的x轴成分，r₀是收纳筒半径，g是重力加速度，ω是滚筒角速度，Tloss(t)是由振动导致轴承摩擦等变动而产生的转矩变动量。另外，由电动机使洗涤槽产生的旋转运动如

数学式4

ω＝Const.

那样，假定为等角速度运动。

将利用支承弹簧15、减震机构16支承的收纳筒13看作为利用电动机12的旋转使存在被洗涤物失衡的洗涤槽旋转的振动系统。

该振动系统在一般坐标系中如

数学式5

$M\stackrel{\·\·}{q}\left(t\right)+C\stackrel{\·}{q}\left(t\right)+\mathrm{Kq}\left(t\right)=F\left(t\right)$

那样地进行表示。利用6自由度正交坐标系表示该式时，如

数学式6

所示。在这里，在数学式(6)中，M是收纳筒13、洗涤槽的滚筒和衣物的质量，J是收纳筒13的绕各轴的惯量，c是粘性系数，k是弹簧常数，Fx(t)、Fy(t)、Fz(t)是离心力的各轴成分，Tx(t)、Ty(t)、Tz(t)是转矩变动的各轴成分，x(t)是原点的x轴振动，y(t)是原点的y轴方向振动，z(t)是原点的z轴方向振动，θx(t)是绕x轴的旋转振动，θy是绕y轴的旋转振动，θz是绕z的旋转振动。

当前，作为非复合系统，仅考虑施加有外力的绕x轴、y轴、z轴的旋转坐标，当假定外力为调和振动时，运动方程式变成如

数学式7

所示。在此，当系数k和c为

数学式8

k_x＝k₁₁ k_y＝k₂₂ k_θ＝k₆₆ c_x＝c₁₁ c_y＝c₂₂ c_θ＝c₆₆时，收纳筒13外周的角度

处的点(x、y)的振动变成如

数学式9

所示那样。

接着，图5A是本发明的实施方式3的洗衣机的转矩变动为2.7Nm的情况下的振动轨迹的说明图，图5B是该洗衣机的转矩变动为0Nm的情况下的振动轨迹的说明图。

在数学式(7)、数学式(9)中，在假想被洗涤物产生700g的失衡时的转矩变动为2.7Nm的情况下，如图5A所示，收纳筒13的振摆回转为椭圆形。但是，如图5B所示，当通过控制使转矩变动接近0时，收纳筒13的振摆回转接近正圆，能够减小振摆回转。

利用振动轨迹检测部30检测该振摆回转的轨迹，利用失衡振动控制部23的信号相位调整部29降低转矩变动。由此，如图5A～图5B所示，能够减小收纳筒13的振摆回转。

如上所述，本发明的实施方式3的洗衣机安装有3轴加速度传感器20，感测收纳筒13的振动，来进行控制由振动导致的转矩变动的振动控制和电动机12的速度控制。结果，能够实现利用电动机12控制收纳筒13的振动。而且，能够降低、防止洗衣机的洗涤、脱水、干燥工序中的起动时支承机构的共振振动、由定常旋转时收纳筒13的共振振动导致的支承机构振动、由支承机构振动产生的噪音。

另外，在本发明的实施方式1中，将振动传感器配置在收纳筒13的侧面上侧，但配置在壳体17上侧、侧面、底面的腿部或收纳筒13的底面，也能够获得同样的效果。

另外，在本发明的实施方式1～3中，将3轴加速度传感器20的信号保持原样地反馈来进行振动控制。但是，也可以使用3轴加速度传感器20的信号和电动机电流等构成观测器，反馈该状态量来进行振动控制。

并且，在本实施方式中，将3轴加速度传感器配置在收纳筒13和壳体17上，但也可以配置在其他机构要件上。

另外，在本发明的实施方式1～3中，使用了3轴加速度传感器20，但使用作为角速度传感器的陀螺仪传感器，也能够获得同样的效果。

工业实用性

如上所述，本发明的洗衣机检测被洗涤物的失衡和由此导致的转矩变动，利用电动机控制来对转矩变动进行校正。结果，能够实现降低脱水工序中的失衡振动、降低随之产生的噪音、抑制提升脱水转速时的振动和缩短脱水时间，因此，特别适合用于滚筒式洗衣机。

附图标记说明

11、旋转滚筒(洗涤槽)；12、电动机；13、收纳筒；14、密封件；15、支承弹簧(支承装置)；16、减震机构(支承装置)；17、壳体；18、被洗涤物投入口；20、3轴加速度传感器(振动传感器)；21、电动机控制部；22、失衡检测部；23、失衡振动控制部；24、霍尔IC速度检测部；25、控制微型计算机控制量计算部；26、倒相电路驱动部；27、求和计算部；28、转矩变动校正部；29、信号相位调整部；30、振动轨迹检测部；31、电动机控制信号。

Claims (9)

1.一种洗衣机，其特征在于，

包括壳体、用于收容被洗涤物并使其旋转的洗涤槽、用于驱动上述洗涤槽使其旋转的电动机、用于控制上述电动机的电动机控制部、用于收容上述洗涤槽并被支承于上述壳体内的收纳筒、用于支承上述收纳筒并保持该收纳筒的姿态的支承装置、用于检测在上述洗涤槽中上述被洗涤物偏置而产生的失衡的失衡检测部、将用于对由上述失衡导致上述电动机的转矩变动进行校正的信号和电动机控制信号相加的失衡振动控制部；

其中，上述失衡振动控制部用于检测上述电动机的转矩变动，上述失衡检测部还包括用于检测上述收纳筒的振摆回转轨迹的振动轨迹检测部。

2.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述失衡振动控制部还包括转矩变动校正部，该转矩变动校正部为了使上述电动机的转矩变动为零而生成与上述电动机的转矩变动相位相反且振幅相同的信号。

3.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述失衡振动控制部还包括信号相位调整部，该信号相位调整部用于调整与上述电动机的转矩变动振幅相同的信号的相位，使上述振动轨迹检测部的输出的椭圆形的状态接近圆形。

4.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述失衡检测部利用振动传感器通过上述收纳筒的振动来检测上述被洗涤物的失衡。

5.根据权利要求4所述的洗衣机，其特征在于，

上述振动传感器检测上述收纳筒的前侧振动。

6.根据权利要求4所述的洗衣机，其特征在于，

上述振动传感器检测上述收纳筒的底侧振动。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的洗衣机，其特征在于，

上述振动传感器检测正交的3方向的振动。

8.根据权利要求1所述的洗衣机，其特征在于，

上述失衡检测部利用能够检测正交的3方向振动的振动传感器通过上述收纳筒的振动来检测上述被洗涤物的失衡，并且，上述振动轨迹检测部利用上述振动传感器的3个信号中的至少两个信号检测上述收纳筒的振摆回转轨迹。

9.根据权利要求3所述的洗衣机，其特征在于，

上述失衡检测部利用能够检测正交的3方向振动的振动传感器通过上述收纳筒的振动来检测上述被洗涤物的失衡，并且，上述振动轨迹检测部利用上述振动传感器的3个信号中的至少两个信号检测上述收纳筒的振摆回转轨迹。

Images