JP2008512692A - 光センサ装置を持つ測定装置及び測定装置による測定方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、回転軸線（５ａ）の周りに少なくとも揺動可能に洗濯機（２６）内に支持されるドラム（２７）の位置変化を検出する光センサ装置を有する測定装置（１，１６）に関し、センサ装置が少なくとも１つの光センサ（３，２１）、少なくとも１つの可変な光通路（４，１９）及び少なくとも１つの光源（２，２０）を持ち、光センサ（３，２１）が光源（２，２０）から出て光通路（４，１９）の変化に関係して光センサ（３，２１）に当たる光の部分へ向けられている。

Description

本発明は、回転軸線の周りに少なくとも揺動可能に洗濯機内に支持されるドラムの位置変化を検出する光センサ装置を有する測定装置、及び測定装置による測定方法に関する。

洗濯機の重心又は重心軸線は、洗濯物の不均一な分布により回転軸線（理想的な初期位置における回転中心）から移動し、従って回転軸線から離れている。回転中心から離れている重心の回転は、ドラムに作用する遠心力を生じ、洗濯機にある軸受によってこのドラムを支持せねばならない。初期位置から重心軸線が強くずれるほど、いわゆる不平衡が大きくなる。この不平衡は、一般に弾性的に懸架される洗濯ドラムの望ましくない振動を生じる。洗濯機とドラムとの接触が起こるまで、ドラムが理想的回転軸線から振れることがある。更にドラム内における洗濯物の不均一な分布により、ドラムの回転軸線がドラムの主慣性軸線と一致しないことがあり、即ち回転軸線が重心において傾く。このような動的不平衡は、洗濯機の作動中に、ドラムを洗濯機内に回転可能に支持するジャーナルに曲げモーメントを生じ、その結果望ましくない振動又は不必要な軸受荷重を生じる。

不平衡の結果生じる大きい軸受力及び振動は、軸受の早期の摩耗の原因となる。

洗濯物をドラムへ充填しすぎると、洗濯物の動き及び流れが充分でなくなる。洗浄作用は不充分である。他方洗濯物が充分充填されないと、不必要なエネルギ及び水の消費の原因となる。最近の洗濯機では、充填状態従ってドラム容積に対する乾いた洗濯物の量が、消費及び結果にとって最適な洗濯過程を予測するための特性量である。洗濯機内の量は、装置により乾燥重量に基いて求められる。続いて作動基準が、これから計算される充填状態に関係して自動的に規定される。

従って位置変化とは、荷重をかけられずかつ回転しないドラムの回転軸線の初期位置に対する、ドラムの重心又は重心軸線従ってドラム用の少なくとも１つの軸受の位置のすべての変化を意味している。ドラム自体の不均一な材料分布による不平衡も考慮されている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３１１７１０６号明細書には、最初にあげた種類の測定装置が記載されており、有害な振動の結果生じる振動の振幅、従って回転軸線に対するドラムの位置変化が測定される。測定装置の光センサ装置はドラムと洗濯槽との間に設けられ、ドラムと洗濯槽との接近が限界値を越えると、信号を発生する。この信号によりドラムの変化及び制御が行われて、不平衡を少なくする。測定装置は、ドラムの重量によるドラムの位置変化の検出及び連続的な測定過程には適していない。

本発明の課題は、洗濯物の重量による位置変化及びドラムの不平衡の結果生じる位置変化も検出できる測定装置を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴従って、センサ装置が少なくとも１つの光センサ、少なくとも１つの可変な光通路及び少なくとも１つの光源を持ち、光センサが光源から出て光通路の変化に関係して光センサに当たる光の部分へ向けられていることによって解決される。測定装置により、有害な振動の結果生じる振動振幅、従って回転軸線に対するドラムの位置変化が測定される。センサから出る信号は、測定状態に応じて、重量により静的荷重に対して一定の測定値（直流成分）を生じ、不平衡による動的荷重に対して交番信号（正弦波又は方形波）を生じる。

測定装置は少なくとも１つの光源を持っている。例えばホトダイオード、レーザ光源、赤外光源、電灯等のようなすべての工学的光源が考えられる。光の種類一般に光束は択一的に選択可能であり、選択される光源に関係している。

少なくとも１つの光通路が、ドラムと洗濯機との間の弾性的に撓む材料に形成され、この材料が、少なくとも光通路の所で、ドラムの位置変化により弾性変形可能である。材料例えば軸受用支持環の材料は、ドラムのジャーナルと軸受の内レースとの間、又はなるべくドラム用軸受と洗濯機のハウジングとの間に半径方向にはまっている。前後の場合、ドラムによる荷重はまず支持環に導入され、それから弾性材料を介して軸受へ伝達される。後者の場合、荷重がドラムからまず軸受へ伝達され、それからなるべく支持環を介して伝達される。その場合支持環は、例えば軸受フランジ又は洗濯機のハウジングにあって洗濯機に対して固定した軸受支持体に支持されえている。

測定装置は、ドラムの軸受装置の近くでドラムの一方又は両方の軸受に有利に設けられる少なくとも１つ又は複数の光通路を持っている。本発明の構成によれば、光通路が、半径方向に回転軸線と洗濯機側のなるべく回転軸受、選択的にドラム用滑り軸受又は転がり軸受との間に設けられ、ドラムが軸受により回転軸線の周りに少なくとも揺動可能に洗濯機内に支持されている。軸受の外レースは、少なくとも一部弾性的に撓む材料から形成される支持環により包囲され、この支持環に光通路が形成されている。支持環はプラスチック又は他の適当な材料又はこれらの組合わせから任意に製造され、光通路を備えている。少なくとも洗濯物の重量を検出するため、光通路の１つが重力の方向になるべく軸受に追従する。

支持環が、軸受から半径方向に延びる少なくとも１つの橋絡片を持ち、この橋絡片が少なくとも１つの光通路を持っている。その際少なくとも橋絡片が弾性的に撓む材料から形成されている。

光通路は例えば間隙、スリット、穴又は異なるように形成される光用の通路である。光通路の縁において光の一部が阻止される。光の他の部分は通路を通って、光センサ又は反射鏡に当たる。光通路の通路断面は、光通路を区画する物体縁における弾性変形可能な材料の変形によって可変である。縁が変形することなく初期位置に対して移動し、それにより光通路を変化する。洗濯物の重量及び／又は不平衡による軸受の前述した荷重は、少なくとも光通路を形成する範囲における弾性の弾性変形を生じる。その結果互いに対向して光通路を区画する縁が互いに近づくか、又は離れる。それにより光通路又は間隙は絞りとして作用する。絞りの自由開口は、軸受に及ぼされる荷重の大きさに従って変化する。光センサに当たる光の部分は、互いに近づくか又は離れるように動く物体縁に関係して大きさを変化可能である。

荷重は、更に回転運動又は直線運動する部材の支持の結果生じて軸受に作用するすべての作用力及び反作用力である。

センサは、光源に関係して、感光抵抗、ホトダイオード、ホトトランジスタのようなすべての適当な光変換器である。

本発明の別の構成では、少なくとも光センサ、光源、接続素子及びそれ以外のモジュールから成るセンサ装置又は測定装置が選択的に構造単位体として例えば基板上に予め組立てられている。構造単位体は、測定装置の組立ての際支持環へ差込まれる。

光源と少なくとも１つの光センサが、支持環により分離されて互いに対向して、光の少なくとも一部が光通路を通って光センサへ向けられるようにしている。その代わりに、光源及び少なくとも１つの光センサが反射鏡に対向して、光が反射鏡により少なくとも一部光センサの方へ光通路を通って又は直接反射可能である。

光の変化する輝度、光源又は光センサの老化、電流供給の変動、及び温度及び空気湿度等のような周囲の影響は、測定結果に影響し、場合によっては測定結果を誤らせる。従って測定装置は一般に光センサに対する別の比較センサを持ち、かつ／又は更に光源に対する比較光源を備えているので、実際値と目標値との比較を永続的に行うことができる。

測定装置は、過負荷による破壊に対して保護されている。このような場合例えば光通路を持つ弾性範囲は、支持体の剛性部分と直列又は並列に接続されている。剛性支持体は過負荷を保護するように過負荷を吸収する。光通路の大きさ即ち間隙自体の高さによってこのような過負荷防止を規定することも考えられる。その場合特定の荷重を超過すると、例えば間隙の所で互いに対向する物体縁が互いに当たるので、光通路の間隙寸法が少なくとも所々で零となる。

装置は簡単かつ頑丈に形成され、かつ安価に製造される。光源、センサ及びすべての必要なそれ以外の電気及び電子部材から成るセンサ装置は、支持環から分離して設けられるか、又は支持環に統合されている。

本発明による装置を持つ軸受の使用のため軸受の費用のかかる準備は必要でない。すべての任意のラジアル軸受又はスラスト軸受又はこれらの組合わせの使用が考えられる。測定装置の主要な構成部分はアダプタ環又は支持環に統合可能である。アダプタ環又は支持環は、既に存在する周囲構造に多くの費用なしに合わせることができる。光通路と荷重を受ける軸受との空間的距離のため、軸受個所の荷重は、レースにおける弾性変形が測定値に及ぼす影響なしに、測定可能である。しかし軸受への適当な近さ及び光通路の範囲における支持体の充分な可撓性において、レースの変形による影響も測定装置で一緒に検出可能である。

測定装置は、小さい荷重から大きすぎる荷重までの範囲における軸受荷重の検出を可能にする。それにより一般に大きい力によって特徴づけられる不平衡の検出、及び洗濯機内の１つ又は複数の測定装置により、洗濯物の比較的小さい乾燥重量の検出が可能である。

１つの場合、洗濯物重量を求めるセンサは、小さい荷重の範囲に合わされている。その際時間、回転数及び回転軸線の周りの回転方向に無関係な信号が、静的荷重によるドラムの位置変化から評価可能である。測定範囲は、例えばドラム内にある０〜１０ｋｇの全重量によって決定されている。同時に時間に関係して変化する信号によって、不平衡による位置変化を評価することも可能で、信号は洗濯物の重量を検出する光センサから出る。この場合重量により作用する力と不平衡による力との大きさの相違に基いて、不平衡の存在及びその位置が検出されるが、一般にその絶対値（例えば作用する遠心力の大きさ）は検出されない。

他の場合１つ又は複数のセンサが、最大許容荷重における光の部分に校正される。そのためドラムの最大許容位置変化の際光通路を通過する光の部分を検出する光センサの時間に関係して変化する信号が評価される。最大許容の限界は、例えばドラムに作用する遠心力による最大許容荷重、例えば４０００Ｎの限界によって決定されている。

測定装置の測定範囲は、光通路の設計及び弾性材料の剛性に関係している。光通路が剛性的に設計されていると、不平衡はその大きさの絶対値として求められる。光通路が撓むように軟らかく設計されていると、光通路は特に洗濯物の重量を求めるのに適している。後者の場合、同じセンサ装置により、不平衡もその絶対値の測定なしに検出可能である。

本発明の実施例が、図１〜５ｂにより以下に説明される。

洗濯機２６は、ドラム２７、洗濯槽２８及び概略的に示すハウジング２９を持っている。ドラム２７の支持装置は、軸受５を有する測定装置１の少なくとも１つの実施例又は軸受１７を有する測定装置１６を持っている。ドラム２７は揺動及び回転可能にハウジング２９内に支持され、電動機３０によりベルト伝動装置３１等を介して駆動される。ドラム２７内の洗濯物３２は、洗濯槽２８内の水３３により覆われている。

図２ａにおいて、測定装置１は最終組立ての前で示され、図２ｂにおいて、組立の終わった構造群として示されている。この場合軸受５はラジアル軸受例えば転がり軸受又は滑り軸受である。測定装置１は、少なくとも１つの光源２、少なくとも１つの光センサ３及び少なくとも１つの光通路４を持っている。光通路４は、軸受５から空間的に分離して、少なくとも部分的に弾性的に撓みかつ軸受５に連結される支持環６ａの形の支持体６に形成されている。ラジアル軸受は支持環６ａに収容されている。支持環６ａは、例えば軸受５の外レースとの複合部分である。図示しない外レースは、複合を行うため、支持環６ａのプラスチックを周りに射出成形されている。支持環を外レース上へ押しはめることも考えられる。

光源２及び光センサ３は、共通な基板上に、別の電子モジュール８及び導体又は接続素子９と共に、単位体１０となるように組立てられている。支持環６ａは室１１及び別の室１２を持っている。室１１及び１２は、支持環６ａの放射状橋絡片１３により互いに分離されている。橋絡片１３には光通路４が形成されている。橋絡片１３は半径方向に少なくとも弾性的に撓むように形成されて、光通路４の半径方向間隙寸法Ｓが、軸受装置５の荷重に応じて変化するようにしている。測定装置１の組立の際、単位体１０が室１１へ差込まれ、支持環６ａに取付けられる。室１１は端面を蓋１４で閉鎖され、この蓋は導体の接続のため押圧接触部を持つことができ、選択的に室１１を水密に閉鎖する。

光源２は橋絡片１３を通って室１２へ入り込んでいる。室１２内で橋絡片１３に反射鏡１５が軸線方向に対向し、光通路４へ向けられている。室１２も端面を蓋１４で閉鎖され、この蓋に反射鏡１５が取付けられるか、又は選択的に被覆により設けられる。光センサ３は、反射鏡１５により光通路４へ向けて反射されて光通路４を通過する光源２の光の部分を検出する。

図３による軸受１７は、支持環１８ａの形の定置支持体１８により包囲されている。軸受１７により、ドラム２７のジャーナル２２が回転可能に支持されている。支持環１８ａは例えばプラスチックから作られている。支持環１８ａ内に軸受１７から空間的に分離して、少なくとも１つの光通路１９が形成され、少なくとも１つの光源２０及び光センサ２１がそれぞれこの光通路に対応している。

軸受１７の荷重は、ＳからＳｘ又はその逆への光通路１９の間隙寸法の変化により検出可能である。間隙寸法Ｓは、荷重Ｆ従って光通路の範囲で支持環１８ａに生じる弾性変形に関係している。支持体１８外で光通路１９へ向けられる光源２０の光４４の一部２３が、光通路１９を通過する。間隙寸法ＳないしＳｘの大きさ従って荷重例えば力Ｆに関係する光４４の部分２３が、光源２０とは反対の側で光センサ２１により検出され、評価装置２６により読取られ、導体２４を介して転送される。センサ装置は破線で示すハウジング２５に収容されている。

不平衡を評価するための特性値は、例えば軸受が受ける振動である。装置１及び１６による測定の結果生じるセンサ信号３６は、評価装置において、例えば図４に示すように振動の振幅３４として再生される。軸受中心は、ドラム２７の１回転ごとに、回転軸線５ａから互いに逆の方向に偏位する。振幅３４及び周波数３５（周期）を持つ軸受振動が生じる。この場合偏位（振幅）は、ドラム２７の位置変化又は正常位置からの軸受中心の偏位を求めるために利用することができる。従って偏位は、同時にドラム２７の変位を時間について記述している。

図４の例では、不平衡がセンサ信号３６の飽和を生じないように、光通路が剛性的に形成され、かつ光センサ３又は２１の測定範囲が設計されている。従ってこの場合偏位（振幅）から、不平衡による遠心力の大きさも推論することができる。図４は、図示を簡単にするため、センサ信号３６により不平衡質量の推移のみを示している。しかし実際には、一般に複数の異なる質量による不平衡が重畳される。

図５ａ及び５ｂの線図には光センサ３，２１の信号が示され、その測定範囲が洗濯物重量の検出従って小さい負荷の範囲に合わされている。従って光通路は非常に軟らかく、小さい負荷でも撓むように設計されている。光センサ３又は２１の測定範囲はそれに応じて調節されている。

図５ａには、ドラム２７の静止状態にある静的荷重においてドラム２７の位置変化により時間、回転数及び回転軸線の周りの回転方向に無関係なセンサ信号３７（直流成分）により、洗濯物の重量の測定結果の信号が示されている。センサ信号３７は、測定への外乱の影響により生じるけれども不平衡による前述した振動により生じるのではないセンサ信号３８を重畳されている。

同時に、図５ａに示す信号を発生する光センサ３又は２１により、時間に関係して変化する図５ｂの信号により不平衡による位置変化を評価することが可能である。この場合重量により作用する力と不平衡による力との大きさの相違のため、不平衡の存在及びその位置のみが検出され、作用する遠心力の大きさの絶対値は検出されない。センサ信号３９は近似的な方形波信号であり、ドラムの回転周波数４０で測定範囲４３の下限４１からこの測定範囲４３の上限４２へ往復変化する。

洗濯機の回転軸線に沿う縦断面の概略図を示す。 洗濯機の荷重を検出する測定装置を最終組立の前において軸受の回転軸線に沿う縦断面図で示す。 洗濯機の荷重を検出する測定装置を最終組立の後において軸受の回転軸線に沿う縦断面図で示す。 軸受の荷重を検出する測定装置の別の実施例を概略的に示す。 本発明の実施例での測定によるセンサ信号の線図を示す。 本発明の実施例での測定によるセンサ信号の線図を示す。 本発明の実施例での測定によるセンサ信号の線図を示す。

符号の説明

１ 測定装置
２ 光源
３ 光センサ
４ 光通路
５ 軸受
５ａ 回転軸線
６ 支持体
６ａ 支持環
７ 基板
８ モジュール
９ 接続素子
１０ 単位体
１１ 室
１２ 室
１３ 橋絡片
１４ 蓋
１５ 反射鏡
１６ 測定装置
１７ 軸受
１８ 支持体
１８ａ支持環
１９ 光通路
２０ 光源
２１ 光センサ
２２ ジャーナル
２３ 光の一部
２４ 導体
２５ ハウジング
２６ 洗濯機
２７ ドラム
２８ 洗濯槽
２９ ハウジング
３０ 電動機
３１ ベルト伝動装置
３２ 洗濯物
３３ 水
３４ 振幅
３５ 周波数
３６ センサ信号
３７ センサ信号
３８ センサ信号
３９ センサ信号
４０ 回転周波数
４１ 上限
４２ 下限
４３ 測定範囲
４４ 光
４５ 評価装置

Claims (16)

1. 回転軸線（５ａ）の周りに少なくとも揺動可能に洗濯機（２６）内に支持されるドラム（２７）の位置変化を検出する光センサ装置を有する測定装置（１，１６）において、センサ装置が少なくとも１つの光センサ（３，２１）、少なくとも１つの可変な光通路（４，１９）及び少なくとも１つの光源（２，２０）を持ち、光センサ（３，２１）が光源（２，２０）から出て光通路（４，１９）の変化に関係して光センサ（３，２１）に当たる光の部分へ向けられていることを特徴とする、測定装置。
2. 少なくとも１つの光通路（４，１９）が、ドラム（２７）と洗濯機（２６）との間の弾性的に撓む材料に形成され、この材料が、少なくとも光通路（４，１９）の所で、ドラム（２７）の位置変化により弾性変形可能であることを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
3. 光通路（４，１９）が、半径方向に軸受（５，１７）と洗濯機（２６）との間に設けられ、軸受（５，１７）が、洗濯機（２６）中にドラム（２７）を少なくとも揺動可能に支持するために設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の測定装置。
4. 測定装置が軸受（５，１７）を持ち、この軸受が回転軸受であり、軸受（５，１７）が支持環（６ａ，１８ａ）により包囲され、この支持環（６ａ，１８ａ）が少なくとも部分的に弾性的に撓む材料から形成され、支持環（６ａ，１８ａ）に少なくとも光通路（４，１９）が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の測定装置。
5. 測定装置が、支持環（６ａ，１８ａ）に差込み可能で少なくとも光源（２，２０）と光センサ（３，２１）から成る単位体（１０）を持っていることを特徴とする、請求項４に記載の測定装置。
6. 測定装置が基板（７）を持ち、この基板（７）上に、少なくとも光源（２，２０）、光センサ（３，２１）及び接続素子（９）が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の測定装置。
7. 支持環（６ａ，１８ａ）がプラスチックから成っていることを特徴とする、請求項４に記載の測定装置。
8. 支持環（６ａ，１８ａ）が、軸受（５，１７）から半径方向に延びる少なくとも１つの橋絡片（１３）を持ち、この橋絡片（１３）が少なくとも１つの光通路（４，１９）を持っていることを特徴とする、請求項４に記載の測定装置。
9. 少なくとも橋絡片（１３）が弾性的に撓む材料から形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の測定装置。
10. 光源（２，２０）と少なくとも１つの光センサ（３，２１）が、支持環（６ａ，１８ａ）により分離されて互いに対向して、光の少なくとも一部が光通路（４，１９）を通って光センサ（３，２１）へ向けられるようにしていることを特徴とする、請求項４に記載の測定装置。
11. 光源（２，２０）及び少なくとも１つの光センサ（３，２１）が反射鏡（１５）に対向して、光が反射鏡（１５）により少なくとも一部光センサ（３，２１）の方へ反射可能であることを特徴とする、請求項４に記載の測定装置。
12. 光通路（４，１９）が、互いに近づくか又は離れるように可動な物体縁により区画され、光センサ（３，２１）へ当たる光の部分が、荷重に関係して互いに近づくか又は離れるように可動な物体縁により、大きさを変化可能であることを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
13. 測定装置によりドラム（２７）の位置変化を検出する方法であって、洗濯機（２６）に対するドラム（２７）の位置変化が測定装置（１，１６）により検出されるものにおいて、
    ドラム（２７）に作用する荷重による光通路（４，１９）の弾性変形に基いて位置変化が検出され、その際光通路（４，１９）が、荷重に関係して互いに近づくか又は離れるように可動な物体縁により区画され、かつ大きさが可変であり、
    少なくとも１つの光源（２，２０）の光が少なくとも光通路（４，１９）へ向けられ、その際光が少なくとも一時的にかつ少なくとも一部光通路（４，１９）を通過し、
    大きさの可変な光通路（４，１９）を少なくとも１回通過しかつ光通路により大きさを変化される光の部分が、光センサ（３，２１）により検出され、光センサ（３，２１）によりセンサ信号（３６，３７，３９）に変換され、それからセンサ信号（３６，３７，３９）が評価装置において評価される
    ことを特徴とする方法。
14. 静的荷重からドラム（２７）の位置変化を求めるため、時間、回転数及び回転軸線（５ａ）の周りの回転方向とは無関係なセンサ信号（３７）が評価されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 不平衡から位置変化を求めるため、少なくとも時間に関係して変化するセンサ信号（３９）が評価され、その際センサ信号（３９）が、時間、回転数及び回転軸線（５ａ）の周りの回転方向には無関係なセンサ信号（３７）を静的荷重から発生する少なくとも１つの光センサ（３，２１）から出ることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 不平衡から位置変化を求めるため、少なくとも時間に関係して変化するセンサ信号（３６）が評価され、その際センサ信号（３６）が、少なくともドラム（２７）の最大許容位置変化において光通路を通過する光の部分を検出する少なくとも１つの光センサ（３，２１）から出ることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の方法。

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