JP2002355488A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造かつ低コストで外槽の水位と振動の
検出を行い、これに基づき洗濯および脱水時の騒音を低
減する洗濯機を提供する。 【解決手段】コイルと外槽に溜められた水の水圧に比例
して前記コイルに挿入される磁性体を有する水位検出手
段と、前記コイルの近傍に固定されバネと磁石からなる
可動子が前記コイルに対して相対振動することでコイル
に誘起される電圧から外槽の振動を検出する振動検出手
段とで構成される水位兼振動検出手段を洗濯機外枠に備
える。 これに基づき外槽内の水位と外槽の振動を同
時、独立に検出して、洗濯動作の制御を行う洗濯工程制
御部より構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は洗濯機に係り、水受
け槽に溜められる水の水位を検出するとともに水受け槽
の振動を検出する水位兼振動検出手段とこれを利用する
洗濯工程の制御法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水受け槽である外槽に溜められる水の水
位および外槽の振動を検出する手段、これにもとづき洗
濯動作の制御を行う洗濯機の例として、以下のものがあ
る。第１例として、特開平９−２９４８９２号公報に記
載の脱水兼用洗濯機があげられる。これは外槽内の水位
に応じて、コイルへの鉄芯挿入量が変化する水位検出手
段を外槽の上部に取付け、外槽の振動により鉄芯が振動
して、挿入量が変動する構成とする。この水位検出手段
により、水位及び外槽の振動の検出を行い、検出結果に
基づいて、脱水時における内槽の回転制御等の、洗濯動
作の制御を行うものである。第２例として、特開平９−
９４３８０号公報に記載の洗濯機があげられる。これは
１個の水位センサにより、外槽内の水位、及び外槽の振
動の検出を行うものである。具体的には水位センサのコ
イルに挿入される、２個の磁性体を設ける。第１の磁性
体は外槽内の水位に応じて挿入量が変化し、第２の磁性
体は、外槽を支持するサスペンション上端部の振動に応
じて挿入量が変化する構造とする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来例は、前記
鉄芯の挿入方向、つまりコイルの縦方向の振動成分は検
出できるが、これと垂直方向の振動成分は検出できな
い。従って、外槽の上下方向の振動は検出できても、前
後左右方向の振動は検出できないという問題が生じる。
第２の従来例は、サスペンション上端部、つまり外枠へ
の取付け部の振動を検出する構成であるが、該振動は外
槽自体の振動と必ずしも比例しない。したがって外槽全
体の振動状態を正しく検出できない。また第１の従来例
と同様に磁性体の挿入方向、つまりコイルの縦方向の振
動成分は検出できるが、これと垂直方向の振動成分は検
出できない。さらに、上記従来例はともに、コイルのイ
ンダクタンス値の変化で水位と振動を検出するため、水
位と振動を同時に検出できない。例えば、外槽に少量の
水を残存させ質量効果で振動を抑制できる状態で脱水し
た場合、検出結果は回転による水位の変化なのか振動な
のかの判断ができない。本発明の目的は、簡単な構造で
かつ低コストに水位および外槽の振動状態の検出を独立
に行える水位兼振動検出手段を提供し、これらの検出情
報に基づいて、脱水の起動や脱水中の騒音を低減する制
御を行う洗濯機を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における洗濯機の特徴とするところは、下記
の水位兼振動検出手段と、回転数検出手段が出力する洗
濯兼脱水槽の回転数信号と、水位兼振動検出手段が出力
する外槽の振動信号とに基づいて、制御手段により回転
翼あるいは洗濯兼脱水槽の回転制御を行うことにある。
本発明による洗濯機は、外槽を吊り下げる外枠の上部に
水位兼振動検出手段を設ける。前記水位兼振動検出手段
は、コイルと外槽に溜められた水の水圧に比例して前
記コイルに挿入される磁性体を有する水位検出手段と、
前記コイルの近傍に固定されバネと磁石からなる可動
子が前記コイルに対して相対振動することでコイルに誘
起される電圧から外槽の振動を検出する振動検出手段と
で構成される。前記コイルへの磁性体の挿入量でコイル
のインダクタンス値が変化し、このインダクタンス値の
変化から外槽に溜められた水の水位（水量）を検出す
る。また外槽の振動に起因する外枠の振動から、前記磁
石が前記コイルに対して相対振動することで発生する誘
導電圧から、外槽の振動を検出する。このように本発明
の水位兼振動検出手段は、インダクタンス値変化で水位
を検出し、磁束変化による誘導電圧で振動を検出するた
め、一つの検出手段で水位と振動を同時かつ独立して得
ることができる。そして洗い、すすぎ、脱水等の一連の
洗濯動作の制御を行う制御手段は、前記振動検出手段の
出力信号に基づいて回転翼や洗濯兼脱水槽の回転を制御
する。洗濯工程では、水位兼振動検出手段で、水位（水
量）と外槽の振動を同時に検出して回転翼の回転数ある
いは回転反転周期を制御する。これは水が溜められた外
槽とこれを懸架する系の一次共振周波数が加振源である
回転翼の回転数あるいは回転反転周期の周波数と一致し
て、外槽が大きく揺れ外枠に衝突するのを防止するため
である。振動検出手段で外槽の振動を検出し、しきい値
を超えた場合には、系の一次共振周波数を加振源周波数
からずらすために、水位検出手段で水位を、振動検出手
段で振動を監視しながら水を給水あるいは排水する。あ
るいは振動検出手段で振動を監視しながら加振源周波数
を系の一次共振周波数からずらすために回転翼の回転数
あるいは回転反転周期を変更する。脱水工程では洗濯槽
に一定の水を残して遠心脱水を開始する。これは質量効
果で脱水起動での振動を抑えるためである。残す一定量
の洗濯用水は前記水位検出手段で検出する。具体的には
水位検出手段で水位を監視しながら排水バルブを開放し
て洗濯用水を排出する。そして一定水位に達したら、排
水バルブを閉じ、洗濯兼脱水槽の回転を開始する。回転
開始から所定時間内に洗濯物の片寄りが大きく、外槽が
外枠に衝突すると、前記振動検出手段により、この衝突
による外枠振動を検出して、脱水起動を停止する（加振
源である洗濯兼脱水槽の回転を停止する）。衝突を検出
しない場合には所定時間後排水バルブを再開して、脱水
を継続する。従来では水位と振動が独立かつ同時に検出
できないため前述制御が不可能であった。脱水定常時に
おいて外槽が振動すると、前記振動検出手段により、外
槽の振動振幅を検出する。脱水定常時においては外槽の
振動と騒音との相関が高い。このため前記制御手段は、
外槽の振動振幅に基づいて、加振源である洗濯兼脱水槽
の回転制御を行う。具体的な制御方法は、振動の大きさ
に応じて、洗濯兼脱水槽の回転数に上限値を設定し、回
転数検出手段により洗濯兼脱水槽の回転数を監視して、
前記回転数を、前記上限値以下に保持する制御を行う。
振動が大きく上限値以下の回転数に設定した場合には、
脱水時間を回転数に応じて長くする。以上本発明によれ
ば、簡略かつ安価な水位兼振動検出手段で水受け槽であ
る外槽の水位と振動を独立かつ同時に検出できる。ま
た、洗濯性能を維持して、外槽と外枠の衝突を防止し、
洗濯時の過大な騒音を防止でき、安全性を高めることが
できる。また、脱水起動時の外槽と外枠の衝突を検出し
て、起動を停止することで安全性を高めることができ
る。さらに脱水性能を維持して、騒音を一定以下に抑制
し、脱水時の過大な騒音を防止できる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照し説明する。図１は本発明による全自動洗濯機の外観
図であり、図２は図１ＡＡ線に沿う縦断面図である。外
装は、鋼鈑製の外枠１とその上部に取り付けられたトッ
プカバー２、操作パネル３により構成される。

【０００６】トップカバー２は、蓋２ａと、洗濯物を投
入する投入口２ｂと、主に給水に関連する部品を収納す
る後部収納箱２ｃと、主に電気部品を収納する前部操作
箱２ｄで構成される。操作パネル３は前部操作箱２ｄの
上面を覆う形で固定されている。

【０００７】水受け槽である外槽４は、外枠１の上部四
隅から吊り棒５ａ及びコイルバネや摺動リングからなる
防振装置５ｂによって外枠１内に吊り下げ状態に支持さ
れ、洗い工程での洗い水及びすすぎ工程でのすすぎ水
（以下、洗濯水と呼ぶ）を溜める。外槽４内には、ステ
ンレス製の洗濯兼脱水槽６（以下、洗濯槽と呼ぶ）を回
転自在に設ける。洗濯槽６側面には多数の脱水孔６ａを
設け、上縁部にはバランサー６ｂを設ける。また洗濯槽
６の中央底部には回転翼７を回転可能に設ける。外槽４
の底面外側には支持板８が取り付けられており、支持板
８には駆動装置９が固定されている。

【０００８】駆動装置９は、インナロータ形のＤＣブラ
シレスモータ９ａと、歯車減速機構とクラッチ機構が組
込まれた伝動装置９ｂから構成される。伝動装置９ｂの
下側にはＤＣブラシレスモータ９ａが配置され、伝動装
置９ｂの入力軸は、ＤＣブラシレスモータ９ａの回転軸
（ロータ）に締結される。伝動装置９ｂは同軸の二つの
出力軸を持ち、装置内のクラッチ機構（図示せず）によ
り、その一方にのみＤＣブラシレスモータ９ａの回転が
伝達される。伝動装置９ｂの二つ出力軸は外槽４の底壁
を水密状態に貫通して外槽４内に突出し、夫々回転翼７
及び洗濯槽６と連結されている。駆動装置９は、洗い工
程及びすすぎ工程時には洗濯槽６を静止させ、伝動装置
９ｂの歯車減速機構によりＤＣブラシレスモータ９ａの
回転を減速させて回転翼７を時計方向（正）及び反時計
方向（逆）に回転させる。また脱水工程時には歯車減速
機構で減速することなくＤＣブラシレスモータ９ａの回
転を洗濯槽６に伝達し、これを一方向に回転させる。

【０００９】外槽４底面には洗濯用水の排水を行う排水
弁１０が設けてあり、排水弁に接続した排水ホース１１
で洗濯用水を洗濯機外に排出する。

【００１０】図３に前部操作箱２ｄ内の各電気部品の配
置を示す。図３は前部操作箱２ｄ上の操作パネル３をは
ずした時の前面部分の平面図（図１中にＢＢ線で示す断
面）である。前部操作箱２ｄ内には、外槽４内の水圧を
検出するとともに外槽４の振動を検出する水位兼振動セ
ンサ１２、蓋開閉センサ１３、蓋ロック機構１４、槽振
れセンサ１５が設けてある。なお図中破線で示すのは後
述する洗濯工程制御部２０の基板であり、一点鎖線で示
すのは外槽４の外周である。外槽４への給水に係わる給
水弁２７、給水弁２７に繋がる給水栓２７ａ、風呂水ポ
ンプ２８、風呂水ポンプ２８に繋がる風呂水給水栓２８
ａ等は後部収納箱２ｃに収納される。

【００１１】図４（ａ）に水位兼振動センサ１２の上面
図、図４（ｂ）に水位兼振動センサ１２の図４（ａ）Ｄ
Ｄ線での断面図を示す。水位兼振動センサ１２の筐体
は、ダイヤフラムとしてのゴム膜１２ａで二つの部屋に
分離されている。上部屋１２ｂ側のゴム膜１２ａ上に可
動可能な円柱形の磁性体であるフェライトコア１２ｃが
配され、これは筐体からバネＡ１２ｄで下に押さえられ
ている。このフェライトコア１２ｃの周囲にはコイル１
２ｅが配置される。二つの端子１２ｆにはこのコイル１
２ｅとコンデンサ１２ｇが接続されている。なお上部屋
１２ｂは空気孔１２ｈで大気に開放されている。また筐
体外側のコイル１２ｅ上方には、バネＢ１２ｉとその先
端に固定される磁石１２ｊからなる振動子１２ｋが固定
される。磁石１２ｊの磁束がコイル１２ｅに錯交する位
置である。

【００１２】ゴム膜１２ａ下側の下部屋１２ｍには接続
口１２ｎが形成され、ここに水位センサチューブ１２ｐ
が嵌められる。この水位センサチューブ１２ｐの他端
は、図２に示すように外槽の下方部で外槽４に連通する
空気室１２ｑに接続される。このため外槽４に溜められ
た水の水圧で水位兼振動センサ１２内のゴム膜１２ａに
圧力が加えられる。この圧力によりゴム膜１２ａが上方
に押し上げられ、フェライトコア１２ｃがコイル１２ｅ
内に挿入されることになる。

【００１３】蓋開閉センサ１３は、ホール素子１３ａと
磁石１３ｂで構成される。磁石１３ｂはホール素子１３
ａに相対する蓋２ａのＥ位置にはめ込まれ、ホール電圧
の有無で蓋２ａの開閉を検出する。

【００１４】蓋ロック機構１４は相対する蓋２ａのＤ位
置に開けられた嵌合穴１４ａにソレノイド（図示せず）
で駆動されるフック１４ｂを掛け、蓋２ａの開放をロッ
クするものである。

【００１５】槽振れセンサ１５は外槽４の振れ回りによ
って動作するレバースイッチである。マイクロスイッチ
（図示せず）とこれを押すレバー１５ａから構成され、
図２に示すようにレバー１５ａの一端は、前部操作箱２
ｄを下に抜け、外槽４上部近傍に延びている。

【００１６】前部操作箱２ｄの上面には上蓋として操作
パネル３が取りつけてあり、その下にはマイクロコンピ
ュータ等から構成される洗濯工程制御部２０の基板が設
けてある。

【００１７】操作パネル３には、電源スイッチ６０、７
セグメント表示器６１、ＬＥＤ表示器６２、各種操作ス
イッチ６３が配置されており、使用者が操作スイッチで
洗濯機を操作し、またその動作状態を表示器、ブザー６
４からの電子音で確認できるようになっている。

【００１８】図５はマイクロコンピュータ３５を中心に
構成される洗濯工程制御部の電気ブロック図である。マ
イクロコンピュータ３５からの出力は、駆動回路３６に
接続され、給水電磁弁２７、風呂水ポンプ２８、排水弁
１０、蓋ロック機構１４等に商用電源を供給して、これ
らの開閉あるいは回転を制御する。電源回路３７は商用
電源を整流平滑してマイクロコンピュータ３５やその他
回路に必要な直流電源を作る。

【００１９】商用電源に接続される倍電圧整流回路３８
は商用電源を倍電圧整流して、約２８０Ｖの直流電圧を
生成しＰＷＭインバータ回路３９に供給する。ＰＷＭイ
ンバータ回路３９はＩＧＢＴモジュールとドライブ回路
とからなり、ＩＧＢＴのゲート端子にＰＷＭ信号を印加
して倍電圧整流回路３８の出力である直流電圧をチョッ
ピングしてＤＣブラシレスモータ９ａの各ＵＶＷ相界磁
巻き線に３相交流電流を供給する。ＩＧＢＴモジュール
は３アームの三相ブリッジインバータ回路であり、各ア
ームは一組のＩＧＢＴとそれぞれに逆並列に接続された
フライホイールダイオードから構成される。ＩＧＢＴの
各ゲート端子はドライブ回路のＰＷＭ信号で駆動され
る。

【００２０】ＤＣブラスレスモータ９ａにはロータの位
置検出手段として３組のホール素子９ｃが内臓され、各
ホール素子９ｃは電気角１２０度毎に配置される。ロー
タの位置はこのホール素子９ｃで検出されてマイクロコ
ンピュータ３５に伝えられる。そしてこのロータの位
置、回転速度の情報からマイクロコンピュータは各ＩＧ
ＢＴを通流するＰＷＭ信号を演算処理して出力し、ドラ
イブ回路を制御して、ステータのＵＶＷ各相の界磁巻線
に、波高値がおよそ入力直流電圧のＰＷＭ矩形波電圧を
印加する。この時モータ巻線のインダクタンス、容量に
より各巻線に流れる電流は正弦波となる。つまり各巻き
線には三相正弦波電流が供給される。ＵＶＷ相の電流が
この順に１２０度の位相関係であれば、ＤＣブラスレス
モータ９ａは時計方向に回転し、たとえば先述のＵＶ相
を逆にする位相関係では半時計方向に逆転する。ＤＣブ
ラシレスモータ９ａの回転数は、ＰＷＭ信号のデューテ
ィすなわち通流率で制御される。

【００２１】電気的に書き換え可能なＲＯＭであるＥＥ
ＰＲＯＭ４０には、主に以前に行った洗濯での動作状態
が記憶される。マイクロコンピュータ３５は、洗濯工程
の実行中に各種センサ出力値から洗濯機の動作状態ある
いは使用者の設定値を知ることができる。たとえば、今
まで行った洗濯回数、風呂水ポンプの断線などの搭載電
気部品の発生不具合、使用者が行った洗濯での設定値
（洗濯コース名、風呂水給水の有無、洗濯時間、すすぎ
回数、脱水時間等）などの情報をその都度ＥＥＰＲＯＭ
４０に記憶することで、次回の洗濯工程での利便性を高
めることができる。これらの設定は操作パネルでの初期
表示に反映することも可能である。

【００２２】マイクロコンピュータ３５の内部ＲＯＭに
は、洗濯工程を制御するシーケンスプログラム、ブラシ
レスモータ９ａを駆動するプログラム、シーケンスデー
タ等が記憶されている。

【００２３】水位センサ回路１６と振動センサ回路１７
の入力は水位兼振動センサ１２の端子１２ｆに接続さ
れ、出力はマイクロコンピュータ３５に接続される。図
６にこの水位検センサ回路１６と振動センサ回路１７の
詳細を示す。

【００２４】ここで、水位兼振動センサ１２と水位セン
サ回路１６の動作すなわち水位（水量）検出動作を説明
する。外槽４に溜められた水の水圧は水位センサチュー
ブ１２ｐを介して水位兼振動センサ１２内のゴム膜１２
ａに圧力を加える。この圧力によりゴム膜１２ａが上方
に押し上げられ、フェライトコア１２ｃがコイル内に挿
入されることになる。このためコイル１２ｅのインダク
タンス値が変化する。コイル１２ｅはコンデンサ１２ｇ
と並列共振回路を構成しており、水位センサ回路１６内
のインバータ２段直列回路の閉ループに前記コイル１２
ｅおよびコンデンサ１２ｇの並列共振回路を接続するこ
とで矩形波自励発振回路を構成している。このためコイ
ル１２ｅとコンデンサ１２ｇの並列共振周波数附近の矩
形波信号が回路から出力される。この信号をマイクロコ
ンピュータ３５が読み込み、周波数を測定する。前述の
共振周波数は周知のようにコイル１２ｅのインダクタン
ス値とコンデンサ１２ｇの容量値で決まり、この場合容
量は固定されているため、コイル１２ｅのインダクタン
ス値に比例することになる。このインダクタンス値はフ
ェライトコア１２ｃのコイル１２ｅへの挿入量ｘに比例
し、この挿入量ｘはバネＡ１２ｄのバネ定数ｋとゴム膜
１２ａへの圧力ｐからｘ＝β・ｐ／ｋ（βは定数）で与
えられる。圧力ｐは外槽４に溜められた水の水位（水柱
の高さ）に比例する。この結果、水位の変化は周波数の
変化としてマイクロコンピュータ３５が知ることとな
る。図７に外槽の水位と発振周波数の関係を示す。外槽
４の外径が既知であるため、水位から水量を求めること
もできる。マイクロコンピュータ３５は周波数と水量の
関係をテーブルデータとして予め記憶しておき、給水量
などを操作パネル３の表示器６１表示する。

【００２５】続いて、水位兼振動センサ１２と振動セン
サ回路１７の動作すなわち振動検出動作を説明する。本
実施例における振動の検出とは、振動振幅の測定であ
り、以後、振動振幅のことを単に振幅と呼ぶ。外槽４の
振動は吊り棒５ａから外枠１に伝わる。これにともない
外枠１上の前部操作箱内２ｄに固定される水位兼振動セ
ンサ１２自身も振動する。このため水位兼振動センサ１
２の振動子１２ｋの先端にある磁石１２ｊは、外枠１の
振動でコイル１２ｅに対して相対的に振動する。磁石１
２ｊはその磁束がコイル１２ｅに錯交する位置に取り付
けられる。振動による磁束変化でコイル１２ｅにはファ
ラディ法則による誘導電圧が生ずる。コイル１２ｅに発
生する誘導電圧は、コイル内部の磁束密度の時間的変化
率に比例する。磁石１２ｊが振動すれば、磁石１２ｊと
コイル１２ｅとの相対距離が変動するので、磁束密度も
変動し、コイルに誘導電圧が発生する。振動振幅が大き
いほど、相対距離の変動幅も大きいので、磁束密度の変
動幅も大きくなり、誘導電圧が高くなる。

【００２６】脱水時における外槽４の振動は一般に、前
後、左右、上下方向の振動成分の組み合わせとなる。し
かしこの振動は吊り棒５ａから水平に据え付けられた外
枠４に伝播し、外枠上のトップカバー２の前部操作箱２
ｄも振動する。このため前部操作箱２ｄの振動方向は水
平方向が主になる。したがって前部操作箱２ｄ内に設置
される水位兼振動センサ１２の振動方向も水平方向が主
となる。つまり、外槽振動の水平方向成分に対して感度
が高いものとなる。しかしセンサ自体は振動方向がいず
れの場合にもコイル１２ｅと磁石１２ｊの相対距離変動
で誘導電圧を発生する。

【００２７】誘導電圧は磁束密度の時間的変化率に比例
するので、磁石１２ｊの振動振幅が同じ場合、振動周波
数に比例して高くなる微分特性を有する。したがって加
振源である洗濯槽６の回転数が高いほど、外槽４の振動
周波数が高くなり、誘導電圧も高くなる。洗濯槽６の回
転数によらずに、外槽４の振動振幅に比例する電圧を得
るためには、積分回路を用いて、この微分特性を補正す
る。前述のように磁束変化による誘導電圧は、この磁束
変化が外槽４の位置変化すなわち振動速度に比例するた
め、振動振幅はこれを積分した値になる。このために振
動センサ回路１７は積分回路を有する。これで外槽４の
振動振幅を検出することができる。

【００２８】誘導電圧は振動センサ回路１７に入力さ
れ、オペアンプによる増幅・積分、半波整流・平滑回路
で増幅および整流され直流電圧に変換される。

【００２９】ただ、特定の洗濯槽回転数での振動を検出
するには、積分回路はなくても良い。また整流・平滑回
路を削除して、増幅後の信号を直接マイクロコンピュー
タ３５のＡＤ変換入力で取り込み、ソフト処理で整流・
平滑を行っても良い。

【００３０】図８に脱水時の外槽４の振動振幅と脱水回
転数の関係を示す。図中（ａ）は布片寄りが少の時、
（ｂ）は大の時を示す。吊り棒５ａ、支持装置５ｂ、外
槽４からなる支持系は、ＤＣブラシレスモータ９ａの洗
濯槽回転駆動により図８に示す洗濯槽回転数−振動特性
を持つ。脱水起動時の回転数５０ｒｐｍ付近での並進運
動による一次共振の振れ回り、続いて１５０ｒｐｍ付近
でのコニカル運動による二次共振の揺れ、そして脱水定
常時（約９００ｒｐｍ）の振動が続く。この振動が吊り
棒５ａを介して水位兼振動センサ１２に伝えられる。

【００３１】図９は水位兼振動センサ１２の固定位置を
外槽４の上部にした実施例である。水位検出のためには
原理的に水位兼振動検出センサ１２が外槽４に溜められ
る水の水面よりも上であることが必要になる。外槽４の
振動検出のためには、水位兼振動検出センサ１２は図２
実施例のように吊り棒５ａを介しての間接的な振動を検
出する設置位置（前部操作箱２ｄ内）よりも、図９実施
例のごとく、外槽４に直接固定した方が感度の点で望ま
しい。この場合には、外槽４の前後、左右、上下方向の
振動成分をすべて検出できるようになる効果もある。

【００３２】図１０に外槽４の上部振幅および振動セン
サ回路１７出力と上部アンバランス量の関係をしめす。
これは図２および図９実施例の水位兼振動センサ１２設
置位置における、脱水定常時（洗濯槽回転数９００ｒｐ
ｍ）での実験結果である。上部アンバランス量とは布片
寄り量を洗濯槽上部に設置した等価的な質量アンバラン
ス（グラム）に置き換えものである。外槽４に直接設置
した場合（図９実施例）の方が前部操作箱に設置した場
合（図２実施例）よりセンサ感度が高いことがわかる。
また振動振幅とセンサ出力は比例関係にあり、センサ出
力から振動振幅を検出できることがわかる。

【００３３】なお水位兼振動検出手段１２のコイル１２
ｅは同時に水位検出回路１６にも接続されるが、この回
路での発振周波数は２０ｋＨｚと高く、振動で誘起され
る電圧の周波数は２０Ｈｚ以下（洗濯槽６の回転数１２
００ｒｐｍ以下）であるため、相互に影響することはな
い。（振動検出回路１９ｂ内の積分回路で２０ｋＨｚ成
分は減衰し、後続回路に影響することはない。また錯交
する磁束はコイルインダクタンス値には影響しない）こ
のため水位の検出と振動の検出を同時に行うことが可能
である。

【００３４】次にこの水位兼振動センサ１２を用いて、
脱水起動時布片寄りによって、外槽４が大きく振れまわ
り、外枠１に衝突したことを検出する動作を説明する。
外枠への外槽衝突を検出するものとして従来は槽振れセ
ンサ１５を用いていた。図８に示したように、脱水起動
時すなわち定常時に達するまでの数十秒で大きな振動振
幅を示すのは一次および二次共振時である。

【００３５】槽振れセンサ１５は一次あるいは二次共振
時の振動を検出することを主な目的としている。しか
し、振動検出位置がレバースイッチ１５ａのある一個所
であるため、外槽４の振れを確実に検出できるとは限ら
ない。レバーの位置以外で外枠に衝突した時、外槽がレ
バーを押している保証はない。水位兼振動センサ１２
は、前述したように直接振動振幅を検出する。振動セン
サ回路１７が出力する電圧値は外槽４の振動振幅値に比
例する。つまりマイクロコンピュータ３５は振動センサ
回路１７の出力を標本化して監視すれば、図８に示す外
槽の振動振幅と脱水回転数の関係を得ることができる。
脱水回転数はホールセンサ９ｃから読み取ることができ
る。前述した槽振れセンサ１５による外槽振れ回り検出
の代わりに、振動センサ１２での外槽振れ回り検出動作
を説明する。

【００３６】脱水起動と同時にマイクロコンピュータ３
５は振動センサ回路１７の出力を一定時間毎例えば５０
０ｍｓ毎に監視する。この一定時間とは回転速度が、一
次および二次共振点を通過するまでの時間で、マイクロ
コンピュータ３５は、脱水回転数をホールセンサ９ｃか
ら読み取り監視することでこの時間を定める。そして時
間内に振動センサ回路１７の出力が図８に一点鎖線で示
す衝突検出しきい値を超えたならば、ただちにＤＣブラ
シレスモータ９ａへの給電を停止する。また洗濯槽が回
転を停止したのを確認して、蓋ロック機構１４を解除す
る。そして７セグメントＬＥＤ表示器６１に英数字「Ｃ
４」等をエラーコードとして点滅表示し、かつ短時間の
ブザー６４の電子音で使用者に警告する。本実施例では
槽振れセンサ１５による検出のような死角がないため確
実な槽振れ回りの検出が可能となる。そして、槽振れセ
ンサ１５を削除することもできる。また槽振れセンサ１
５と水位兼振動検出手段１２とを併用すれば、より確実
に安全性を高めることができる。なお図８に一点鎖線で
示す衝突検出しきい値は実際に外槽が外枠に衝突する直
前の値に設定するのが騒音発生の点で望ましい。つまり
衝突させずに騒音を抑えるのが望ましい。

【００３７】前述したように振動センサ回路１７が積分
回路を持たない場合には、脱水起動時の出力電圧が定常
時に比べて約１／１０と小さく、衝突検出のしきい値設
定が困難となる場合がある。この場合の水位兼振動検出
手段１２を利用しての衝突検出法を次に説明する。

【００３８】図１１は、外槽４が外枠１に衝突した場合
の振動振幅とコイル１２ｅの誘導電圧出力の時間変化を
しめす。図１１（ａ）は水位兼振動検出手段１２を前部
操作箱２ｄ内に設置した場合、図１１（ｂ）は外槽に設
置した場合である。外槽の振動振幅値が衝突のため飽和
している所で、コイル１２ｅの誘導電圧の出力が跳ね上
がっている。これはバネＢ１２ｉと磁石１２ｊからなる
振動子１２ｋが、衝突の衝撃で固有振動周波数で振動
し、この振動で誘導電圧が発生したからである。周知の
ように振動子１２ｋはバネＢ１２ｉのバネ定数ｋと磁石
１２ｊの質量ｍで決まる固有振動数を持ちその周波数ｆ
はｆ＝１／２π・（ｋ／ｍ）^１／２となる。前述したよ
うに脱水回転周波数はおよそ２０Ｈｚ以下である。この
ため振動子１２ｋの固有周波数は２０Ｈｚ以上に設定し
ないと磁石振動による誘導電圧周波数特性において、脱
水回転範囲で共振によるピークを持ち正確な外槽振動検
出に支障をきたすことになる。つまり振動子１２ｋは脱
水回転周波数範囲で固有振動を持たないように設計する
必要がある。図１０、１１の実験では振動子の固有振動
周波数は３０Ｈｚに設計している。

【００３９】図１１の誘導電圧を増幅してマイクロコン
ピュータ３５に入力して、所定のしきい値と比較するこ
とで外槽と外枠の衝突を検出することができる。

【００４０】脱水起動と同時にマイクロコンピュータ３
５は積分回路を持たない振動センサ回路１７の出力を一
定時間毎例えば５００ｍｓ毎に監視する。そしてコイル
１２ｅを単なる増幅回路に接続した出力が図１１に一点
鎖線で示すしきい値を超えたならば、ただちにＤＣブラ
シレスモータ９ａへの給電を停止する。また洗濯槽が回
転を停止したのを確認して、蓋ロック機構１４を解除す
る。そして７セグメントＬＥＤ表示器６１に英数字「Ｃ
４」等をエラーコードとして点滅表示し、かつ短時間の
ブザー６４の電子音で使用者に警告する。本実施例では
外槽４がどの位置で外枠１に衝突してもその衝突を検出
できる。槽振れセンサ１５による検出のような死角がな
いため確実な衝突検出が可能である。そして、槽振れセ
ンサ１５を削除することもできる。また槽振れセンサ１
５と水位兼振動検出手段１２とを併用すれば、より確実
に安全性を高めることができる。

【００４１】さらにこの水位兼振動センサ１２では図１
０に示したように脱水定常時での振動振幅値も検出で
き、この値が大きいすなわち布片寄りが大きい場合には
定常時回転数を下げて騒音を抑えるような運転制御を行
うこともできる。以下、脱水時において、騒音レベルを
一定以下に抑制するための、洗濯槽６の回転制御方法を
説明する。

【００４２】図１２は、定格容量７kgの洗濯機で、５ｋ
ｇのＪＩＳ試験布を多数回洗濯した場合の、脱水定常時
における、騒音レベルの平均値と、振動センサ回路出力
電圧との関係の一例である。騒音レベルと、出力電圧と
の相互相関係数は０．９１と高い。 図１３は、洗濯槽
６の回転数と騒音レベルとの関係の一例であり、ＪＩＳ
試験布５kgの場合である。脱水定常時における洗濯槽６
の回転数は７００rpm以上であり、この回転数範囲で
は、該回転数を１００rpm下げる毎に、騒音レベルは約
３dB低下する。図１４は、脱水回転数と脱水性能の指標
である脱水率の関係の一例を示す。

【００４３】図１２から、振動センサ回路１７の出力と
騒音レベルが比例することがわかる。図１３から騒音を
低減するには脱水回転数を減少させればよいことがわか
る。ただし図１４から脱水回転数を減少させれば、脱水
性能が低下する。したがって布片寄りが大きく、この振
動のために騒音が大きい場合には、脱水回転数を落と
し、かつ脱水時間を伸ばせば、脱水性能を維持して騒音
を低減することができる。

【００４４】予め騒音レベルと出力電圧との関係（図１
２）を、近似直線で近似し、直線の傾き、切片等をマイ
クロプロセッサに記憶しておく。また脱水時の騒音レベ
ルをこれ以下に抑制したいという値を、騒音レベルの上
限しきい値とする。例えばしきい値Ｌ1＝４７dBとす
る。そして、近似直線上で、Ｌ1に対応する出力電圧を
求め、これらを出力電圧のしきい値Ｖ1とする。

【００４５】次に、脱水時における洗濯槽６の回転制御
方法について、具体的に説明する。マイクロプロセッサ
３５は上限回転数ｒ１＝最高回転数ｒmax（例えば１０
００rpm）で洗濯槽が回転するように、ＰＷＭインバー
タ回路３９を制御してＤＣブラシレスモータ９ａを駆動
する。そして、振動センサ回路１７の出力電圧Ｖuを例
えば５００ｍｓ毎に取得して、前記しきい値Ｖ1と比較
する。その結果に基づいて洗濯槽６の上限回転数ｒ1を
設定する。ただし脱水開始直後の低速回転時には、共振
現象により外槽４が大振幅にふれるためＶuは大きな値
となる。このため洗濯槽６の回転数が一定値を超えた後
に、マイクロプロセッサ３５は前述比較を行う。これは
前述の衝突検出で説明した方法と同じで一次および二次
共振の回転数を超えて一定時間後つまり図８で振動振幅
がほぼ一定になる時間後である。この時間にマイクロコ
ンピュータ３５はＶuとＶ1を比較し、Ｖu＞Ｖ1ならば、
ΔＶu＝Ｖu−Ｖ1に応じてｒ1を設定する。Ｖu≦Ｖ1なら
ば、ｒ1＝最高回転数ｒmax（例えば１０００rpm）とす
る。つまりそのまま駆動を継続する。そして最終的には
最高回転数ｒｍａｘで脱水工程を一定時間Ｔ行う。Ｖu
＞Ｖ1ならば、ΔＶu＝Ｖｕ−Ｖ１に応じてｒ1を低減す
る。上限回転数ｒ1とΔＶuとは直線的関係とし、ｒ1＝
ｒmax−ｃ1・ΔＶuとする。係数ｃ1は、騒音レベルと振
動センサ回路出力電圧との関係の近似式、及び騒音レベ
ルと回転数との関係式から決定する。ｒ１を決定後、マ
イクロコンピュータ３５はＰＷＭインバータ回路３９を
制御してＤＣブラシレスモータ９ａをｒ１で回転するよ
うに制御し直す。この結果、ｒ１（例えば８００ｒｐ
ｍ）で回転するように制御する。この場合脱水時間を前
述一定時間Ｔよりも延長する。この延長時間は、図１４
に示す脱水率と時間の関係を脱水回転数をパラメータに
して予めテーブルデータとして予め記憶しておくことで
行う。

【００４６】以上説明は脱水工程で行ったが、洗濯工程
でも外槽４は振動する。ただ、回転翼７の回転数は脱水
時の洗濯槽回転数に比べ約１／１０と小さく、大量の水
（約６０Ｌ）があるため振動は起き難い。しかし皆無で
はない。特に図８に示したように一次共振周波数附近の
反転繰り返し周期、例えば０．２秒１５０ｒｐｍで正
転、０．２秒回転休止、０．２秒１５０ｒｐｍで逆転、
０．２秒回転休止、の洗濯運転を行い、洗濯物がだんご
状に絡らまって加振力が強まり一次共振周波数に近い周
期運転をした場合に外槽が外枠に衝突する場合がある。
これを防止する運転制御を説明する。

【００４７】洗濯工程では、水位兼振動センサ１２で、
水位（水量）と外槽４の振動を同時に検出して回転翼７
の回転数あるいは回転反転周期を制御する。マイクロコ
ンピュータ３５は振動センサ回路１７の出力で外槽４の
振動を検出し、所定のしきい値を超えた場合には、系の
一次共振周波数を加振源周波数からずらすために、水位
センサ回路１６の出力で水位を、振動センサ回路１７で
振動を監視しながら給水電磁弁２７を制御して水を給
水、あるいは排水弁１０を制御して水を排水するなどし
て外槽内の水量（質量）を調整する。あるいは振動セン
サ回路１７で振動を監視しながら加振源周波数を系の一
次共振周波数からずらすために回転翼７の回転数あるい
は回転反転周期を変更する。

【００４８】図１５に水位兼振動センサ１２の他の実施
例をしめす。図４実施例では、バネＢ１２ｉと磁石１２
ｊからなる振動子１２ｋをコイル１２ｅ上方に取り付け
たが、この場合にはセンサ自身の高さが高くなり、前部
操作箱２ｄに設置することが困難になりうる。図１５は
これを回避するため振動子１２ｋをコイル１２ｅの横に
設置したものである。この場合でも磁石１２ｊの磁束は
コイル１２ｅと錯交するため、図４実施例と同様に動作
する。なお磁石を固定するスプリングバネＢ１２ｉをピ
アノ線１２ｒに変えている。

【００４９】図１６に水位兼振動センサ１２の他の実施
例をしめす。鉄板等の磁性体１２ｓでコイル１２ｅに錯
交する磁気回路を形成する。この磁気回路他端で振動子
１２ｋが振動する構成である。振動による磁束変化は、
磁気回路を介してコイル１２ｅに伝わる。この磁気回路
は鉄板等を長く伸ばし、この先に振動子１２ｋを取り付
ければ良く、コイル１２ｅと振動子１２ｋの距離を大き
くとることが可能になり、設置位置の自由度が増す。こ
の場合でも磁石１２ｊの磁束はコイル１２ｅと錯交する
ため、図４実施例と同様に動作する。

【００５０】以上本発明を通常の洗濯兼脱水槽の回転軸
が垂直ないわゆる縦形全自動洗濯機を例に説明したがこ
れに限ることはない。洗濯兼脱水槽の回転軸が水平であ
るいわゆるドラム式洗濯機に適用できることは明らかで
ある。

【００５１】また、本発明の水位兼振動センサで検出し
た工程異常（脱水時の振動大、衝突等）はＥＥＰＲＯＭ
４０に記憶し、これを後に洗濯機外部へ送信してサービ
ス業務に利用することもできる。例えば、前述工程異常
の内容と回数を記憶し、これを洗濯機が自動的かつ定期
的にインターネット等を介して販売店あるいは製造会社
のサービスセンタ等に送信し、センタ等ではこれを顧客
情報とともに記憶蓄積する。そして工程異常が所定回数
以上に達した顧客に対しては販売店から様子伺いを行う
等の事前故障予防診断（洗濯機設置方法等に不具合がな
いか等）のサービス業務を行うことができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
位と振動を独立にかつ同時に検出できる水位兼振動検出
手段を設けて、外槽の振動を検出するので、脱水時の騒
音の原因となる振動をもれなく検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による全自動洗濯機の外観図。

【図２】 本発明による全自動洗濯機の縦断面図。

【図３】 前部操作箱への部品配置を示す平面図。

【図４】 本発明による水位兼振動センサを示す図。

【図５】 洗濯工程制御部の電気ブロック図。

【図６】 水位センサ回路および振動センサ回路の詳細
図。

【図７】 水位と発振周波数の関係を示す図。

【図８】 振動振幅と脱水回転数の関係を示す図。

【図９】 本発明による他実施例の全自動洗濯機の断面
図。

【図１０】 本発明による振動センサ回路出力および外
槽振動振幅と外槽上部アンバランス量の関係を示す図。

【図１１】 本発明による水位兼振動センサ出力と外槽
振動振幅の時間関係を示す図。

【図１２】 振動センサ回路出力と騒音レベルの関係を
示す図。

【図１３】 相対騒音レベルと脱水回転数の関係を示す
図。

【図１４】 脱水率と脱水時間の関係を示す図。

【図１５】 本発明による他の実施例の水位兼振動セン
サを示す図。

【図１６】 本発明による他の実施例の水位兼振動セン
サを示す図。

【符号の説明】

１… 外枠、２… トップカバー、２ｄ… 前部操作箱、
４… 外槽、５ａ… 吊り棒、６… 洗濯兼脱水槽、１２
… 水位兼振動センサ、１２ａ… ゴム膜、１２ｃ… フ
ェライトコア、１２ｅ… コイル、１２ｇ… コンデン
サ、１２ｉ… スプリングバネ、１２ｊ… 磁石、１２ｐ
… 水位センサチューブ、１２ｒ… ピアノ線、１２ｓ…
鉄板、１６… 水位センサ回路、１７… 振動センサ回
路。

フロントページの続き (72)発明者 大林 史朗 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 釜野 年恭 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立多賀エレクトロニクス内 (72)発明者 松井 康博 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 3B155 AA06 AA17 BA03 BA04 BA16 CB06 KA19 KA35 KB10 KB11 KB21 LB17 LB31 LC15 LC28 LC48 MA01 MA02 MA05 MA07 MA08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイルのインダクタンス値変化で水受け槽
   に溜められた水の水位を検出する水位検出手段と、前記
   コイルに磁束変化より誘起される誘導電圧で前記水受け
   槽の振動を検出する振動検出手段とで構成される水位兼
   振動検出手段を有することを特徴とする洗濯機。
2. 【請求項２】コイルと水受け槽に溜められた水の水圧に
   比例して前記コイルに挿入される磁性体とを備える水位
   検出手段と、前記コイルの近傍に固定され、バネと磁石
   からなり、前記水受け槽の振動により振動する振動子を
   備える振動検出手段とで構成される水位兼振動検出手段
   を有することを特徴とする洗濯機。
3. 【請求項３】コイルと水受け槽に溜められた水の水圧に
   比例して前記コイルに挿入される磁性体とを備え、前記
   コイルのインダクタンス値変化より水受け槽内の水位を
   検出する水位検出手段と、前記コイルの近傍に固定さ
   れ、バネと磁石からなり、前記水受け槽の振動により振
   動する振動子とを備え、前記コイルに誘起される誘導電
   圧で前記水受け槽の振動を検出する振動検出手段とで構
   成される水位兼振動検出手段を有することを特徴とする
   洗濯機。
4. 【請求項４】請求項１記載の洗濯機において、前記水位
   兼振動検出手段の出力で洗濯工程を制御することを特徴
   とする洗濯機。
5. 【請求項５】請求項１記載の洗濯機において、前記水位
   兼振動検出手段の出力で脱水工程を制御することを特徴
   とする洗濯機。
6. 【請求項６】請求項１記載の洗濯機において、前記水位
   兼振動検出手段を前記水受け槽に固定したことを特徴と
   する洗濯機。
7. 【請求項７】請求項１記載の洗濯機において、前記水受
   け槽を内部に懸架する外枠を備え、前記外枠に前記水位
   兼振動検出手段を固定したことを特徴とする洗濯機。