CN1916267A - 洗衣机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种洗衣机，其可以更加高精度地检测到立式洗衣机的水槽旋转时的不平衡量。构成洗衣机的控制装置的微型计算机，对于通过对使洗衣槽旋转的马达进行矢量控制而检出的q轴电流，求出每个规定时间的平均值，并基于该平均值的差检测在洗衣槽旋转的状态下的水槽的不平衡量。

Description

洗衣机

技术领域

本发明涉及一种洗衣机，该洗衣机具有经由多个弹性支撑机构支撑在框体(壳体)内的水槽和配置在该水槽内、在内部具备搅拌翼的洗衣槽，通过使上述洗衣槽旋转而使收纳在该洗衣槽内的衣物脱水。

背景技术

所谓立式的全自动洗衣机，具有经由多个弹性支撑机构支撑在框体内的水槽和配置在该水槽内、在内部具备搅拌翼的洗衣槽，使搅拌翼旋转进行洗涤，进行漂洗(冲洗)运转，并通过使洗衣槽高速旋转而进行脱水运转。在这样的结构的洗衣机中，如果在洗衣槽内的衣物的分布状态相对于旋转轴不平衡(unbalance)时使洗衣槽高速旋转，则会有衣物由于离心力而贴在内周壁上从而变为不平衡状态，振动、噪音变大的问题。

以往，在产生这样的不平衡状态下的旋转时，通过使水槽接触设置在水槽的外侧的杠杆开关(lever switch)的驱动杠杆(lever)，使该杠杆开关接通(on)，从而使旋转停止来进行应对。但是，洗衣槽旋转时水槽振动的状态有时根据衣物在洗衣槽内的分布状态而不同。在图10(a)～图10(d)中，用洗衣槽的纵剖图表示衣物的分布状态的典型例子。

在图10中，用剖面线(hatching)不同的圆表示衣物不均匀(偏在)分布的部分。图10(a)为衣物从洗衣槽的底部某种程度均匀地分布、而在上方的一部分上衣物不均匀的情况(上不平衡状态)，图10(b)为衣物偏在洗衣槽底部的一边的情况(下不平衡状态)，图10(c)为衣物偏在洗衣槽的一侧(上下)的情况(并进不平衡状态)。当在这些不平衡状态下洗衣槽高速旋转时，在水槽上产生横摇(横倾)振动。而且，图10(d)为衣物以在洗衣槽的上下相对向的状态不均匀分布的情况(对向不平衡状态)。当在该不平衡状态下洗衣槽高速旋转时，在水槽上产生纵摆(俯仰)振动。

其中，当在图10(a)～图10(c)的状态下产生横摇振动时，水槽的横方向的变位量(不平衡量，偏心量)较大，因此水槽容易触碰到杠杆开关，比较容易检测到。但是，当在图10(d)的状态下产生纵摆振动时，水槽的横方向的变位量较小，水槽难以触碰到杠杆开关，因此比较难以检测到。

但是，近年来为了驱动洗衣机中所使用的马达(motor)，应用矢量控制(vector control)的技术逐渐得到推广(例如参照专利文献1、2)。在矢量控制中，由于可以根据扭矩(torque)电流分量(q轴电流)高精度地控制马达的输出扭矩，因此可以很容易地检测到图10(d)的状态的纵摆振动。例如，在虽然施加了将扭矩电流分量设为目标值的指令，但仍无法得到所希望的马达的转速时，可以推定为马达的输出的一部分被水槽的振动所消耗的结果，因此可以判定为旋转状态的不平衡量(振动)较大。

专利文献1：特开2001-276468号公报

专利文献2：特开2004-49631号公报

另外，作为提高洗衣机的运转效率的方法，有使用输出扭矩更高的马达的方法。作为该方法，以往使用例如用磁力极强的钕磁石(neodymiummagnet)等构成转子(rotor)的无刷直流电动机(brushless DC motor)那样的高输出的马达。此时，即使马达的输出的一部分由于产生振动而被消耗也可以维持较高的转速，因此在上述方式中，具有难以检测到不平衡量的问题。

这里，在专利文献1的滚筒式洗衣机(drum-type washer)中，检出滚筒的1转(周期)中的扭矩电流分量的变动幅度α，从而检测到滚筒的不平衡量。但是，通过这样的方式，无法检测到图10(d)所示那样的、立式洗衣机独特的构造所引起的振动模式(pattern)。另外，专利文献2也是滚筒式洗衣机，由低通滤波器(low pass filter)对q轴电流进行积分而进行平方运算，进而根据通过低通滤波器的结果而得到的变动幅度H，判定滚筒旋转时的平衡(balance)是否适当。但是，通过该方法与专利文献1相同，也无法检测到立式洗衣机中独特的振动模式。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于更加高精度地检测到在所谓立式洗衣机中在洗衣槽旋转时所产生的水槽的不平衡量。

本发明的洗衣机，其特征在于：其具有经由多个弹性支撑机构支撑在框体内的水槽和配置在该水槽内、在内部具备搅拌翼的洗衣槽，通过使上述洗衣槽旋转而使收纳在该洗衣槽内的衣物脱水，

该洗衣机具备不平衡量检测装置，该不平衡量检测装置，对于通过对使上述洗衣槽旋转的马达进行矢量控制而检出的扭矩电流分量，求出每个规定期间的平均值，并基于该平均值的变动检测在上述洗衣槽旋转的状态下的不平衡量。

即，本发明的发明人，对于洗衣槽旋转而产生水槽的纵摆振动的情况，观察了所检出的扭矩电流分量的状态。其结果发现，如果只观察扭矩电流分量，无法观察到可明确检测到的变动，但如果观察扭矩电流分量的每个规定时间的平均值的变动，则在产生纵摆振动时，该变动明确地变大。因此，不平衡量检测装置，根据上述的检测方法，可以抑制水槽纵摆振动时所产生的不平衡量的增大。

根据本发明，在使用高输出的马达时，可以可靠地检测到通过以往的方式难以检测到的、由立式洗衣机的构造引起的独特的现象—水槽的纵摆振动的产生。

附图说明

图1为本发明的一个实施例、表示马达的转速从N1rpm上升到N3rpm～的过程中的水槽的振动状态的波形和表示该情况下的q轴电流波形的图；

图2(a)是表示产生横摇振动时、不产生横摇振动时的q轴电流波形的图，图2(b)是表示求出q轴电流波形振幅的有效值的过程的图；

图3是表示水槽与框体相接触时的电流波形的图，图3(a)是表示与图6相当的转速实测值的图，图3(b)是表示q轴电流波形的图，图3(c)是表示q轴电流的有效值的图；

图4是剖开立式全自动洗衣机的一部分进行表示的纵剖侧视图；

图5是表示以控制装置为中心的控制-驱动系统的结构的功能框图；

图6表示脱水运转时的马达的转速的控制状态；

图7是表示水槽的横摇检测处理的内容的流程图；

图8是表示其纵摆检测处理的内容的流程图；

图9是表示水槽的相对于框体的接触检测处理的内容的流程图；

图10是表示衣物的不平衡分布状态的典型例的图，图10(a)表示上不平衡状态，图10(b)表示下不平衡状态，图10(c)表示并进不平衡状态，图10(d)表示相对不平衡状态。

标号说明

在附图中，2表示框体，4表示水槽，5表示弹性支撑机构，6表示洗衣槽，8表示搅拌翼，10表示马达，20表示微型计算机(不平衡量检测装置)。

具体实施方式

下面，参照图1～图9对本发明的一个实施方式进行说明。图4是剖开立式全自动洗衣机的一部分进行表示的纵剖侧视图。洗衣机本体1由矩形箱状的框体2和设置在框体2的上面的中空状的顶盖(top cover)3构成。在上述框体2的内部，通过由支撑轴5a以及弹簧5b构成的弹性支撑机构5(实际上为多个，但图中仅表示出1个)弹性支撑有水槽4，在上述水槽4的内部可旋转地配设有兼用作脱水槽的洗衣槽6。在上述洗衣槽6的周壁部上形成有多个脱水孔6a。另外，在上述洗衣槽6的上端部上设有平衡环(baIance ring)。进而，在上述洗衣槽6的内底部上可旋转地配设有搅拌翼8。

在上述框体2中的上述水槽4的外底部上，配设有具有槽轴9a以及搅拌轴9b的机构部9，在槽轴9a上连结有上述洗衣槽6，在搅拌轴9b的上端部上连结有上述搅拌翼8。另外在搅拌轴9b的下端部上连结有由无刷直流电动机构成的洗衣机马达10的外转子(outer-rotor)10a。而且，在洗涤行程以及漂洗行程中，通过该洗衣机马达10仅使上述搅拌翼8正反旋转，在脱水行程中，使搅拌翼8以及洗衣槽6同步高速旋转。另外，如上所述，洗衣机马达10为在转子10a的内周侧配置钕磁石(图未示)而构成的高输出扭矩的马达。

另外，在上述水槽4的底部形成有排水口11，在该排水口11上经由排水阀12连接有排水管(drain hose)13。另外，在上述顶盖3上，设有盖17。另外，在该顶盖3的前部上面上，设有操作面板18，在其内面侧配置有控制装置19。

图5是表示以控制装置19为中心的控制-驱动系统的结构的功能框图(functional block diagram)。目标速度指令ωref，由控制洗衣机的运转全部的控制用微型计算机(microcomputer)20输出，减法器33输出该目标速度指令ωref与由估算器(estimator)34检测出的马达10的转速ω的减法结果。速度PI控制部35基于目标速度指令ωref与检测出的速度ω的减法结果进行PI控制，生成q轴电流指令值Iqref与d轴电流指令值Idref。减法器36、37将上述指令值Iqref、Idref与由αβ/dq转换部38输出的q轴电流值Iq(扭矩电流分量)、d轴电流值Id的减法结果输出给电流PI控制部39q、39d。q轴电流值Iq也供给微型计算机20。

电流PI控制部39q、39d，基于q轴电流指令值Iqref与d轴电流指令值Idref的差值进行PI控制，生成q轴电压指令值Vq以及d轴电压指令值Vd并输出。dq/αβ转换部40，基于由估算器34检测出的马达10的二次磁通(2次磁束)的旋转相位角(转子位置角)θ，将电压指令值Vd、Vq转换为电压指令值Vα、Vβ。

αβ/UVW转换部41，将电压指令值Vα、Vβ转换为三相电压指令值Vu、Vv、Vw并输出。切换开关(switch)42u、42v、42w在电压指令值Vu、Vv、Vw和由初始模式输出部43输出的起动用的电压指令值Vus、Vvs、Vws之间切换并输出。

PWM形成部44将基于电压指令值Vus、Vvs、Vws、调制16kHz的载波而成的各相PWM信号Vup(+，-)、Vvp(+，-)、Vwp(+，-)输出给逆变器(inverter)电路45。逆变器电路45是将6个IGBT46三相桥式(three-phase bridge)连接而构成的，下臂(arm)侧U相、V相的IGBT46的发射极(emitter)，分别经由电流检测用的分流电阻47(u、v)接地。另外，两者的公共连接点经由图未示的增幅·偏压(bias)电路与A/D转换部49相连接。另外，在逆变器电路45上，加载有对100V的交流电源进行倍压全波整流而成的大约280V的直流电压。增幅·偏压电路对分流电阻47的端子电压进行增幅，并以使该增幅信号的输出范围收敛在正侧的方式加偏压。

A/D转换部49输出对增幅·偏压电路的输出信号进行A/D转换后的电流数据(data)Iu、Iv。UVW/αβ转换部52，从电流数据Iu、Iv推定W相的电流数据Iw，并将三相电流数据Iu、Iv、Iw转换为直角坐标系的2轴电流数据Iα、Iβ。

αβ/dq转换部38，在矢量控制时通过估算器34得到马达10的转子位置角θ，并将2轴电流数据Iα、Iβ转换为d轴电流值Id和q轴电流值Iq，并每隔例如128μ秒进行一次输出。估算器34基于电压指令值Vd以及Vq、d轴电流值Id、q轴电流值Iq推定转子10b的位置角θ以及转速ω，并向各部输出。另外，在上面的结构中，除去逆变器电路45的结构，主要通过DSP(数字信号处理器，Digital Signal Processor)53的软件(software)实现功能。

接下来，参照图1～图3以及图6～图9对本实施例的作用进行说明。图6表示脱水运转时的马达10的转速的控制状态。微型计算机20，在转速上升到N1rpm时，在维持该状态的情况下进行水槽4的横摇检测(上下、并进不平衡检测)(1)。然后，在转速上升到N3rpm之前的期间，进行水槽4的纵摆检测(相对不平衡检测)(2)。然后，最后在上升到脱水运转的额定转速范围即例如700～800rpm之间的转速之前的期间，进行水槽4的相对于框体2的接触检测(3)。

图7～图9分别是与在上述(1)～(3)的情况下微型计算机20所进行的处理相对应的流程图(flowchart)。

<(1)水槽4的横摇检测>

在图7中，微型计算机20使马达10、即洗衣槽6的转速加速以到达N1rpm(步骤(step)S1、S2)。然后，在转速到达N1rpm时(步骤S2为“是”)，将转速维持(固定)在该状态(步骤S3)。

接下来，在通过检出例如外界气温、框体2内部的温度或水槽4的温度的温度传感器(sensor)(图未示)测定温度时，微型计算机20根据该温度对用于在步骤S7的判断中所使用的阈值进行确定(步骤S5)，然后转移到步骤S6。这里的不平衡量(偏心量)测定通过图2所示的处理进行。如图2(a)所示，可以确认，在没有因为洗衣槽4的旋转而产生不平衡时，q轴电流波形的交流分量的振幅较小，在产生图10(a)～(c)所示的水槽4的横摇振动时，q轴电流波形的交流分量的振幅变大。因此，如图2(b)所示，切掉q轴电流的直流分量，并对交流分量求出有效值(即，不平衡量＝q轴电流交流分量的有效值)。

然后，在接下来的步骤S7中，判定该有效值是否小于在步骤S5所确定的阈值。如果不平衡量＜阈值(偏心量＜阈值，“是”)，则判断为没有产生水槽4的横摇振动，保持原样继续脱水运转(步骤S8)。另一方面，如果不平衡量≥阈值(“否”)，则推定为产生了水槽4的横摇振动，因此例如暂时停止洗衣槽6的旋转而向洗衣槽内加水，使搅拌翼8进行搅拌等以调整衣物的分布平衡，进行用于消除不平衡状态的处理(修正行程)(步骤S9)。另外，横摇振动的共振点为100rpm左右，该共振点由弹性支撑机构5的支撑棒5a的长度支配而确定。

<(2)水槽4的纵摆检测>

图8所示的处理接着图7所示的处理而执行。微型计算机20，在使洗衣槽6的转速从N1rpm加速到N2rpm时，与步骤S4、S5同样地，基于测定的温度确定在步骤S17的判断中所使用的阈值(步骤S11、S12)。然后，以使转速每秒上升10rpm的比例的方式控制加速(步骤S13)，在转速到达N3rpm之前的期间，进行不平衡量的测定以及与阈值的比较(步骤S16、S17)。

这里，参照图1对步骤S16中的不平衡量的测定进行说明。图1示出：表示马达10的转速从N1rpm上升到N3rpm～的过程中的水槽4的振动状态的波形的包络线(图中用双点划线表示)、和此时的q轴电流波形。另外，q轴电流波形表示了产生水槽4的纵摆振动和没有产生水槽4的纵摆振动两种情况。

在没有产生水槽4的纵摆振动时，q轴电流没有太大变化，在产生纵摆振动时，q轴电流缓慢变化。以往，如果是一般所使用的输出的马达，在产生同样的振动时，马达的转速下降，但在高输出扭矩的马达10中，可以在产生振动的状态下使转速上升，因此会消耗更多的能量(energy)，q轴电流增大。

另外，此时，纵摆振动的共振点为200rpm左右(其中，周围温度为25度～35度时)，该共振点由弹性支撑机构5的弹簧5b所具有的弹性支配并确定。而且，q轴电流的峰值(peak)也与纵摆振动的共振点大致一致。

在步骤S16中，间隔剔除每128μs取样(sampling)的q轴电流数据，然后对于每1秒钟期间(即，转速上升10rpm的时间)的1000个每1ms所得到的数据求其平均值，并计算与上一次所求出的平均值的差。即，这里不平衡量＝平均值的差。然后，在步骤S17中，判定该平均值的差是否小于在步骤S12所设定的阈值。如果平均值的差＜阈值(“是”)，则判断为没有产生水槽4的纵摆振动，因此返回步骤S14。另一方面，如果平均值的差≥阈值(“否”)，则判断为产生了水槽4的纵摆振动，因此执行与步骤S9同样的修正行程(步骤S18)。

这里，图1中阶梯状变化的曲线，表示每1秒所运算出的q轴电流平均值的变动。水槽4的振动到达峰值之后的变动最大。因此，通过以检测到该变动达到最大的情况的方式设定阈值，可以检测到水槽4的纵摆振动。

如上所述，在通过步骤S14→S16→S17→S14的循环的例程，转速到达N3rpm时(步骤S14为“是”)，没有纵摆振动的产生的可能性，因此继续进行脱水运转(步骤S15)。另外，纵摆振动的检测在转速范围为N2rpm～N3rpm的时候进行，这是因为与洗衣机所设置的环境的温度变化相对应，弹性支撑机构5的弹簧5b所具有的弹性产生变化等，从而共振频率有可能在上述的范围内变化。

例如，如果洗衣机带干燥功能，由于在脱水运转中有时也向洗衣槽6的内部输送暖风(所谓预热(preheat)脱水)，因此有时框体2的内部温度上升到例如40度或以上。

<(3)水槽4的相对于框体2的接触的检测>

图9所示的处理接着图8所示的处理而执行。微型计算机20，与步骤S12同样地，确定在步骤S22的判断中所使用的阈值(步骤S20)。但是，这里，由于在水槽4与框体2相接触时，q轴电流的变化变得很大，因此不必基于如(1)、(2)中的检测那样所测定的温度来改变阈值的设定。

然后，在与图7所示的步骤S6同样地运算q轴电流的有效值(步骤S21)后，则在接下来的步骤S22中，判定该有效值是否小于在步骤S20所确定的阈值。如果有效值＜阈值(“是”)，则判断为没有产生水槽4的相对于框体2的接触(接触框体)，因此如果脱水运转没有结束(步骤S23为“否”)，则返回到步骤S21。即在这里，不平衡量＝有效值。另一方面，如果有效值≥阈值(“否”)，则推定为产生了水槽4的相对于框体2的接触，因此停止脱水运转，执行与步骤S18同样的修正行程(步骤S24)。

这里，在图3中，表示水槽4与框体2相接触时的电流波形。图3(a)是相当于图6的图，是表示转速的实测值的图。在洗衣槽6的转速到达脱水运转的额定转速附近即700rpm或以上的时刻，水槽4与框体2相接触。图3(b)表示此时的q轴电流波形，q轴电流的振幅变大。图3(c)表示此时的q轴电流的有效值，有效值显示出更明确的增大倾向。因此，通过以这样地检测有效值增大的情况的方式设定阈值，可以检测到水槽4与框体2相接触。

另外，在图3(b)、图3(c)中，申请人出于方便，对产生接触框体之前的电流波形省略掉图示。

如上所述，根据本实施例，控制装置19的微型计算机20，通过对使洗衣槽6旋转的马达10进行矢量控制而检出的q轴电流振幅的有效值超过规定的阈值，检测到在洗衣槽6旋转时在水槽4上产生了横摇振动，另外，对于q轴电流求出每个规定时间的平均值，并基于该平均值的差，检测到在洗衣槽6旋转的状态下在水槽4上产生纵摆振动时的不平衡量。因此，在使用高输出的马达10时，可以可靠地检测到通过以往的方式难以检测到的、由立式洗衣机的构造引起的独特的现象、即水槽4的纵摆振动的产生，可以提供能够以更低的振动且更低的噪音进行运转的洗衣机。

而且，微型计算机20，在水槽4纵摆振动时的共振点附近即N2rpm～N3rpm检测不平衡量，因此即使在共振点与周围温度相对应地产生变化时，也可以可靠地检测到纵摆振动。另外，微型计算机20，通过q轴电流振幅的有效值超过规定的阈值(比上述的阈值还要大)，检测到在洗衣槽6旋转时水槽4与框体2相接触的状态，并在检测到该接触时使洗衣槽6的旋转停止，因此可以保护洗衣机的机构。

本发明不仅局限于上述的附图所记载的实施例，可以进行下述那样的变形。

与水槽振动时的共振点相对应的洗衣槽的转速只是一例，只要根据各自的设计而分别设定为适当的值即可。

q轴电流的取样间隔、求取平均值时的规定期间和取样(sample)数等，也可以进行适当变更后实施。

Claims (3)

1.一种洗衣机，其特征在于：其具有经由多个弹性支撑机构支撑在框体内的水槽和配置在该水槽内、在内部具备搅拌翼的洗衣槽，通过使上述洗衣槽旋转而使收纳在该洗衣槽内的衣物脱水，

该洗衣机具备不平衡量检测装置，该不平衡量检测装置，对于通过对使上述洗衣槽旋转的马达进行矢量控制而检出的扭矩电流分量，求出每个规定期间的平均值，并基于该平均值的差异检测在上述洗衣槽旋转的状态下的不平衡量。

2.如权利要求1所述的洗衣机，其特征在于：不平衡量检测装置在水槽的纵摆振动的共振点附近检测不平衡量。

3.如权利要求1或2所述的洗衣机，其特征在于：不平衡量检测装置根据扭矩电流分量的振幅的有效值超过规定的阈值来检测在洗衣槽旋转时水槽与框体侧相接触的状态，

在检测到上述接触时，以使上述洗衣槽的旋转停止的方式进行控制。

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