JP2009082534A - Drum-type washing machine - Google Patents

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Naoki Kanazawa
直樹 金澤
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Samsung Electronics Co Ltd
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  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a rotation speed sensor to be eliminated, to reduce costs and to increase reliability while maintaining the rotation speed controlling performance in a drum-type washing machine. <P>SOLUTION: A separate excitation direct current motor 4 is used for the motor, and at the same time, this drum-type washing machine is equipped with an armature resistance calculating section 71, a rotation speed calculating section 72, and an applying voltage setting section 73 as a controlling mechanism 7 for controlling the separate excitation direct current motor 4. In this case, the armature resistance calculating section 71 calculates an armature resistance from an armature current being measured for a specified period and an inter-terminal voltage being applied at that time in the middle of a deceleration until the motor 4 stops after a field current is zeroized in the step of repeating the start/stoppage of the motor 4 by turning on/off of the field current. The rotation speed calculating section 72 calculates the rotation speed of the motor 4 with the armature resistance, the armature current and inter-terminal voltage as parameters. The applying voltage setting section 73 calculates the inter-terminal voltage which should be applied at least based on a deviation between an estimated rotation speed being the rotation speed which has been calculated by the rotation speed calculating section 72, and a target rotation speed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転速度センサを用いることなく好適に速度制御を行うことのできるドラム式洗濯機に関するものである。   The present invention relates to a drum-type washing machine capable of suitably controlling speed without using a rotational speed sensor.

他励直流電動機とは、周知のように界磁回路と電機子回路とを独立に有するDCモータのことであり、高性能の回転速度センサ及びフィードバック制御機構と一体的に組み合わせることで、いわゆるサーボドライブモータを構成することができる。このサーボドライブモータは、高い応答性、高い位置決め精度、高い速度制御性等が要求される用途に利用され、かかる用途においては、センサレス化によって性能や特性が大きく劣化してしまうことから、回転速度センサは必須であると考えられている。
なお、フィードバック制御を行わず、負荷とバランスする適当な速度で回転すればよい用途、例えば電動工具や掃除機、ミキサーなどに他励直流電動機を用いる場合には、そもそも制御しないのだから、回転速度センサは取り付けられていない。
The separately excited DC motor is a DC motor having a field circuit and an armature circuit independently as is well known, and is a so-called servo by combining it with a high-performance rotation speed sensor and a feedback control mechanism. A drive motor can be configured. This servo drive motor is used in applications that require high responsiveness, high positioning accuracy, high speed controllability, etc., and in such applications, performance and characteristics are greatly degraded due to sensorlessness. Sensors are considered essential.
In applications where it is only necessary to rotate at an appropriate speed that balances the load without feedback control, such as when using a separately excited DC electric motor for a power tool, vacuum cleaner, mixer, etc., the rotational speed is not controlled in the first place. The sensor is not attached.

ところで、ドラム式洗濯機においても、従来、回転速度センサを利用したドラム回転速度の制御が行われている(特許文献1参照)。ドラム式洗濯機は、洗い工程においては低回転速度、脱水工程においては高回転速度となって、速度制御範囲が非線形性を無視できなくなるほど広いうえに、洗いでは高い外乱応答性が、脱水ではある程度の速度制御精度が必要とされることなどから、オープンループ制御が難しく、回転速度センサを用いたフィードバック制御がやはり必要であると考えられている。
特開2006−288706号公報
By the way, also in the drum type washing machine, conventionally, control of the drum rotation speed using a rotation speed sensor has been performed (see Patent Document 1). The drum-type washing machine has a low rotational speed in the washing process and a high rotational speed in the dewatering process, and the speed control range is so wide that the nonlinearity cannot be ignored. Since a certain degree of speed control accuracy is required, open loop control is difficult, and it is considered that feedback control using a rotational speed sensor is still necessary.
JP 2006-288706 A

しかしながら、回転速度センサは、故障や動作不良の原因となって製品の信頼性を低下させるうえ、高コストの原因にもなる。この問題を解決すべく従来は、高い応答性が不要であるという洗濯機の仕様特性から、回転速度センサとして分解能の低いTG(Tacho Generator)やHall ICなどを利用するようにしているが、それでも抜本的な解決には、至っていない。   However, the rotation speed sensor causes a failure or malfunction, lowers the reliability of the product, and causes a high cost. Conventionally, in order to solve this problem, TG (Tacho Generator) and Hall IC with low resolution are used as the rotation speed sensor because of the specification characteristics of the washing machine that high responsiveness is unnecessary. No drastic solution has been reached.

そこで、本発明は、洗濯機独特の間欠的な動作、すなわち電動機の起動・停止を頻繁に繰り返すという動作と、界磁回路及び電機子回路を独立に制御できるという他励直流電動機独特の構成とに着目して初めてなされたものであって、単独ではそれぞれ回転速度センサが必須と考えられていたそれらを組み合わせることにより、センサレス化による低コスト化や信頼性向上が可能となるだけでなく、精度の高い速度制御が可能なドラム式洗濯機を提供することをその主たる所期課題としたものである。   Therefore, the present invention has an intermittent operation unique to a washing machine, that is, an operation of frequently repeating start and stop of the motor, and a configuration unique to a separately excited DC motor that can independently control the field circuit and the armature circuit. It was made for the first time by paying attention to the above, and by combining them, each of which was considered to be essential for a rotational speed sensor alone, not only cost reduction and reliability improvement due to sensorlessness became possible, but also accuracy The main objective of the present invention is to provide a drum type washing machine capable of high speed control.

すなわち、本発明に係るドラム式洗濯機は、洗濯物が投入されるドラムと、前記ドラムを回転駆動する他励直流電動機と、前記電動機の電機子に印加する電圧を調整して当該電動機の回転速度を予め定めた目標回転速度に近づける制御を行う制御機構とを備えている。
そして、前記制御機構が、界磁電流のON/OFFにより電動機の起動停止を繰り返す例えば洗い工程での、界磁電流を0とした後の電動機が停止するまでの減速途中において、一定期間測定された電機子電流とそのときに印加されている端子間電圧とから電機子抵抗を算出する電機子抵抗算出部と、前記電機子抵抗、電機子電流及び端子間電圧をパラメータとして、電動機の回転速度を算出する回転速度算出部と、前記回転速度算出部で算出した回転速度である推定回転速度及び前記目標回転速度の偏差に少なくとも基づいて、印加すべき端子間電圧を算出する印加電圧設定部とを具備していることを特徴とする。
That is, the drum type washing machine according to the present invention adjusts the voltage applied to the armature of the motor, the drum to which the laundry is put, the separately excited DC motor that rotationally drives the drum, and the rotation of the motor. And a control mechanism that performs control to bring the speed close to a predetermined target rotational speed.
The control mechanism repeats starting and stopping of the motor by turning on / off the field current. For example, in the washing process, during the deceleration until the motor stops after the field current is set to 0, the control mechanism is measured for a certain period. An armature resistance calculation unit for calculating an armature resistance from the armature current and the voltage between terminals applied at that time, and the rotation speed of the motor using the armature resistance, the armature current and the voltage between terminals as parameters A rotation speed calculation unit that calculates the voltage, and an application voltage setting unit that calculates a voltage between terminals to be applied based at least on the estimated rotation speed calculated by the rotation speed calculation unit and a deviation of the target rotation speed; It is characterized by comprising.

他励直流電動機を用いてセンサレス化を図る場合、回転速度を推定算出するための一手法として電機子抵抗を測定しておくことが必要となる。しかしながら、電機子抵抗は、整流子とブラシとの接触面積や接触圧力等により細かく変動し、静止状態では正確な値を測定することができないため、その不正確な抵抗値から算出された回転速度も不正確なものとなる。   When using a separately excited DC motor to achieve sensorlessness, it is necessary to measure the armature resistance as one method for estimating and calculating the rotational speed. However, the armature resistance varies finely depending on the contact area between the commutator and the brush, contact pressure, etc., and an accurate value cannot be measured in a stationary state, so the rotational speed calculated from the inaccurate resistance value. Will also be inaccurate.

これに対し、上述した構成であれば、電機子抵抗を、静止状態ではなく、電動機の回転中の一定期間に亘って測定するため、ブラシと整流子との接触面積や接触圧力に係る状態の相違がキャンセル(平均化)され、より真値に近く、精度の高い値となる。そして、このように高い精度で算出された電機子抵抗の値を用いて回転速度を算出し、その値に基づいてフィードバック制御するため、より正確な回転速度制御を行うことが可能になる。
また、界磁電流が0の状態で測定することから、界磁電流の電機子への影響を考慮せずとも良く、電機子の端子間電圧を電機子電流で除算すると言う簡単な計算で電機子抵抗を算出することが可能となる。
On the other hand, with the configuration described above, the armature resistance is measured not over a stationary state but over a certain period during rotation of the electric motor. The difference is canceled (averaged), closer to the true value, and becomes a highly accurate value. Since the rotation speed is calculated using the armature resistance value calculated with high accuracy and feedback control is performed based on the calculated value, more accurate rotation speed control can be performed.
In addition, since the field current is measured in a state of 0, it is not necessary to consider the influence of the field current on the armature, and a simple calculation that divides the terminal voltage of the armature by the armature current. The child resistance can be calculated.

ほぼリアルタイムで電機子抵抗を算出し、電動機の運転による巻線の温度上昇などに起因した抵抗値の動的な変化をも補償できるようにするには、前記電機子抵抗算出部が、電動機の停止毎に電機子抵抗を算出するものであることが望ましい。   In order to calculate the armature resistance almost in real time and to compensate for the dynamic change of the resistance value caused by the temperature rise of the winding due to the operation of the motor, the armature resistance calculation unit It is desirable to calculate the armature resistance at each stop.

電機子電流の外乱推定効果を利用して、洗い工程での洗濯物の落下などに起因する外乱応答補償を可能ならしめるには、前記回転速度算出部が、測定された前記電機子電流及び電機子抵抗に基づいて、端子間電圧から逆起電力を差し引いた差分電圧を推定算出するとともに、印加されている端子間電圧から前記差分電圧を差し引いた値に基づいて、電動機の回転速度を算出するものであることが好ましい。   In order to enable disturbance response compensation caused by the fall of the laundry in the washing process using the disturbance estimation effect of the armature current, the rotation speed calculation unit is configured to use the measured armature current and the electric machine Based on the child resistance, the difference voltage obtained by subtracting the back electromotive force from the terminal voltage is estimated and calculated, and the rotation speed of the motor is calculated based on the value obtained by subtracting the difference voltage from the applied terminal voltage. It is preferable.

一方、例えば脱水工程において、回転数センサなしでの好適な速度制御を行うには、制御機構が、洗濯物の重量を算出する重量算出部と、電機子の端子間に印加されている端子間電圧及び前記洗濯物重量をパラメータとして、電動機の回転速度を算出する回転速度算出部と、前記回転速度算出部で算出した回転速度である推定回転速度と前記目標回転速度との偏差に少なくとも基づいて、印加すべき端子間電圧を算出する印加電圧設定部と、を具備したものであることが望ましい。脱水工程では、広い範囲に亘っての速度制御が必要とされるところ、このような場合に電機子の端子間電圧、電流及び抵抗だけから回転速度を推定算出したのでは、非線形効果による誤差が著しくなるからである。   On the other hand, in order to perform suitable speed control without a rotation speed sensor, for example, in the dehydration process, the control mechanism is connected between the weight calculation unit that calculates the weight of the laundry and the terminal that is applied between the terminals of the armature. Based on at least a deviation between the target rotational speed and a rotational speed calculation unit that calculates the rotational speed of the electric motor using the voltage and the laundry weight as parameters, and the estimated rotational speed that is the rotational speed calculated by the rotational speed calculation unit And an applied voltage setting unit for calculating a voltage between terminals to be applied. In the dehydration process, speed control over a wide range is required.In such a case, if the rotational speed is estimated and calculated only from the voltage, current, and resistance between the terminals of the armature, errors due to nonlinear effects will occur. It is because it becomes remarkable.

本発明者が鋭意検討の結果見出した具体的な回転速度算出式は、以下のようなものである。
ここで、ωrは推定回転速度、Vaは端子間電圧であり、α、Vo、qは、それぞれ洗濯物重量の一次関数で定まる係数である。
A specific rotational speed calculation formula found by the present inventors as a result of intensive studies is as follows.
Here, ω r is an estimated rotational speed, Va is a voltage between terminals, and α, V o , and q are coefficients determined by linear functions of the laundry weight.

このように本発明によれば、高度な信号処理技術を必要とせず、従来の洗濯機でも行うことの可能な洗濯物の布量や停止ごとの抵抗値計測により、回転速度センサを使うことなく、高い精度での回転速度の算出とそれに伴う高い速度制御性の実現が可能となる。そして、センサレス化による低コスト化や信頼性向上を図ることができるようになる。   As described above, according to the present invention, an advanced signal processing technique is not required, and the amount of laundry that can be performed by a conventional washing machine and the resistance value measurement at each stop can be measured without using a rotation speed sensor. Thus, it is possible to calculate the rotational speed with high accuracy and realize high speed controllability. And it becomes possible to achieve cost reduction and reliability improvement by sensorless.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係るドラム式洗濯機100の概略内部構造を示した縦断面図である。同図中、符号1は中空のボディであり、このボディ1の使用端側(以下、前側とも言う)には、洗濯物を投入するための投入口11と、前記投入口11を閉じるための開閉可能な蓋12とが設けてある。また、ボディ1の内部には、水槽2が配設されており、当該水槽2のさらに内部にはドラム3が設けられている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic internal structure of a drum type washing machine 100 according to the present embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes a hollow body. On the use end side (hereinafter also referred to as the front side) of the body 1, there are an input port 11 for inputting laundry, and an input port 11 for closing the input port 11. A lid 12 that can be opened and closed is provided. Further, a water tank 2 is disposed inside the body 1, and a drum 3 is provided further inside the water tank 2.

水槽2は、後端面が底板21によって閉塞され、前端面に開口部22が設けられた概略円筒状をなすものであり、その中心軸Cを水平又は水平から傾斜させ、前側が後側よりも若干高くなる姿勢で、ダンパDや弾性体Sによって揺動可能に支持されている。また、前記開口部22は、可撓性を有した筒状体23を介してボディ1の投入口11に接続されている。   The water tank 2 has a substantially cylindrical shape in which a rear end face is closed by a bottom plate 21 and an opening 22 is provided in a front end face, and the center axis C is inclined from horizontal or horizontal, and the front side is more than the rear side. It is supported by the damper D and the elastic body S so as to be able to swing in a slightly higher posture. The opening 22 is connected to the insertion port 11 of the body 1 via a flexible cylindrical body 23.

ドラム3は、水槽2よりも一回り小さい円筒状をなすもので、水槽2と同様、その後端面が底板31によって閉塞され、その前端面には開口部32が設けられている。このドラム3には、厚み方向に貫通する多数の孔33が設けられていて、この孔33を介して水槽2からドラム3内に水が浸入自在に構成されている。また、このドラム内周面の複数箇所(3箇所)には、洗濯物を引っ掛けて持ち上げるための突条形状をなすリフタ34が設けられている。   The drum 3 has a cylindrical shape that is slightly smaller than the water tank 2. Like the water tank 2, the rear end surface is closed by the bottom plate 31, and an opening 32 is provided on the front end surface. The drum 3 is provided with a large number of holes 33 penetrating in the thickness direction, so that water can enter the drum 3 from the water tank 2 through the holes 33. Also, lifters 34 having a ridge shape for hooking and lifting the laundry are provided at a plurality of locations (three locations) on the inner peripheral surface of the drum.

前記水槽2における底板21の外側には、例えばドラム3を回転駆動するための電動機4が取り付けられており、前記電動機4の回転軸41が軸受42を介して当該底板21を貫通し、ドラム3の底板32に固定されている。
この電動機4は、他励直流電動機と称されるもので、図2に示すように、界磁回路4fと電機子回路4aとを有し、それら各回路4f、4aに印加する電圧Vf、Vaを独立に制御できるように構成されている。
On the outside of the bottom plate 21 in the water tank 2, for example, an electric motor 4 for rotationally driving the drum 3 is attached. A rotating shaft 41 of the electric motor 4 passes through the bottom plate 21 through a bearing 42, and the drum 3 The bottom plate 32 is fixed.
This motor 4 is called a separately excited DC motor, and as shown in FIG. 2, has a field circuit 4f and an armature circuit 4a, and a voltage V f applied to each of the circuits 4f and 4a, V a can be controlled independently.

符号5は、洗濯水を供給する給水機構5である。この給水機構5は、外部の水道管に接続された給水管51と、前記給水管51の途中に設けられた電磁開閉弁52とから構成されている。この給水管51の先端噴射口51aは、前記ドラム3の開口部32に臨ませて配置されており、この噴射口51aからドラム3内部の洗濯物に直接水を掛けることができるように構成されている。   Reference numeral 5 denotes a water supply mechanism 5 for supplying washing water. The water supply mechanism 5 includes a water supply pipe 51 connected to an external water pipe and an electromagnetic opening / closing valve 52 provided in the middle of the water supply pipe 51. The tip injection port 51a of the water supply pipe 51 is disposed so as to face the opening 32 of the drum 3, and is configured so that water can be directly poured onto the laundry inside the drum 3 from the injection port 51a. ing.

符号6は、水槽2及びドラム3内の洗濯水を外部に排出するための排水機構である。この排水機構6は、水槽2の最下部、すなわち水槽2の後端下部に接続された排水管61と、前記排水管61の途中に設けられた電磁開閉弁62とから構成されている。   Reference numeral 6 denotes a drainage mechanism for discharging the washing water in the water tank 2 and the drum 3 to the outside. The drainage mechanism 6 includes a drain pipe 61 connected to the lowermost part of the water tank 2, that is, a rear end lower part of the water tank 2, and an electromagnetic opening / closing valve 62 provided in the middle of the drain pipe 61.

これらの構成に加えて、この洗濯機100は、前記各電磁開閉弁52、62や電動機4等を制御して、洗い工程や脱水工程を自動で行う制御機構7(図1には図示していない)を、ボディ1の内部に備えている。
この制御機構7は、ハードウェア構成としては、図3に示すように、CPU、メモリ、各種ドライバ回路などを具備したものであり、前記メモリに記憶させたプログラムに従って、前記CPUや周辺機器が協動することで種々の機能を発揮する。
In addition to these configurations, the washing machine 100 controls the electromagnetic open / close valves 52 and 62, the electric motor 4, and the like to automatically perform a washing process and a dehydrating process (not shown in FIG. 1). Is not provided in the body 1.
As shown in FIG. 3, the control mechanism 7 includes a CPU, a memory, various driver circuits, etc., as shown in FIG. 3, and the CPU and peripheral devices cooperate in accordance with a program stored in the memory. Various functions are demonstrated by moving.

そして、洗い工程においては、図4に機能ブロック図を示すように、この制御機構7が、少なくとも、電機子抵抗算出部71、回転速度算出部72、印加電圧設定部73としての機能を発揮するようにプログラムを構成し、図5に示す制御ブロックが形成されるようにしている。
そこでまず、前記制御機構7の機能説明を兼ねて、本ドラム式洗濯機100の洗い工程における動作を説明する。
In the washing step, as shown in the functional block diagram of FIG. 4, the control mechanism 7 exhibits at least functions as an armature resistance calculation unit 71, a rotation speed calculation unit 72, and an applied voltage setting unit 73. Thus, the program is configured so that the control block shown in FIG. 5 is formed.
Therefore, first, the operation of the drum-type washing machine 100 in the washing process will be described together with the function explanation of the control mechanism 7.

<<洗い工程>>
最初にオペレータが洗濯物をドラム3内に投入し、蓋12を閉めて、図示しないコントロールパネルのスタートボタンを押すと洗い工程が開始される。このとき、図6に示すように、界磁電流のON・OFF制御による間欠的な運転、すなわち起動・停止が繰り返される。
<< Washing process >>
First, when the operator puts the laundry into the drum 3, closes the lid 12, and presses a start button on a control panel (not shown), the washing process is started. At this time, as shown in FIG. 6, intermittent operation by ON / OFF control of the field current, that is, start / stop is repeated.

そして、界磁電流がOFFにされた後、電動機4が回転を停止するまでの減速途中において、制御機構7における電機子抵抗算出部71が、電機子電流を測定するとともに、前記電機子電流及び印加されている端子間電圧から電機子抵抗を算出する。   Then, after the field current is turned off, the armature resistance calculation unit 71 in the control mechanism 7 measures the armature current and decelerates until the motor 4 stops rotating. The armature resistance is calculated from the applied inter-terminal voltage.

より具体的に説明すると、前記電機子抵抗算出部71は、界磁電流(又は界磁電圧)のOFF期間であって電動機4がまだ回転を続けているときに、電機子電流を、例えば低抵抗などからなる電流測定回路75を利用して測定するとともに、そのときに印加している端子間電圧を測定電流値で除算することによって電機子抵抗を算出する(式(数5)参照)。   More specifically, the armature resistance calculation unit 71 reduces the armature current when, for example, the motor 4 is still rotating in the OFF period of the field current (or field voltage). The armature resistance is calculated by measuring using the current measuring circuit 75 composed of resistance and the like, and dividing the voltage between the terminals applied at that time by the measured current value (see Expression (5)).

その理論的な理由は以下のとおりである。
すなわち、電機子の端子間電圧Vaと電機子電流Iaとの関係は次式(数3)で表される。
ここで、Raは電機子抵抗、Laはインダクタンス、Veは電機子の逆起電力である。
また、逆起電力Veは、電動機4の実回転速度ω及び界磁電流Ifに比例して以下の式(数4)で表される。
ここでkは逆起電力係数である。
The theoretical reason is as follows.
That is, the relationship between the armature terminal voltage V a and the armature current I a is expressed by the following equation (Equation 3).
Here, R a is the armature resistance, L a is an inductance, the V e is a counter electromotive force of the armature.
Further, the counter electromotive force V e is represented by in proportion to the actual rotational speed of the electric motor 4 omega and the field current I f the following equation (4).
Here, k is a counter electromotive force coefficient.

今、界磁電流Ifは0であり、通常Laの値は小さく無視できるので、数4は次式(数5)のようになる。
したがって、上述したように、端子間電圧を電流実測値で単純に除算することにより電機子抵抗を算出することができる。
Now, the field current I f is 0, the normal value of the L a is negligibly small, the number 4 is given by the following equation (5).
Therefore, as described above, the armature resistance can be calculated by simply dividing the inter-terminal voltage by the measured current value.

なお、この実施形態では、電機子抵抗算出部71は、図7に示すように端子間電圧を線形に変化させ、その間の複数時点でそれぞれ算出した電機子抵抗の値の平均をもって、その後の演算で利用する電機子抵抗の値としている。
また、電機子抵抗算出部71は、電動機4の停止毎に、同様にして電機子抵抗を算出し、それらを電機子抵抗データとしてメモリの所定領域に設定した抵抗値格納部D1に時系列で格納するとともに、その後の回転速度算出などに係る演算では最新のデータを利用するようにしている。
In this embodiment, the armature resistance calculation unit 71 linearly changes the voltage between the terminals as shown in FIG. 7, and calculates the average of the values of the armature resistance calculated at a plurality of points in time during the subsequent calculation. The value of the armature resistance used in
In addition, the armature resistance calculation unit 71 calculates armature resistance in the same manner every time the motor 4 is stopped, and sets the armature resistance data as armature resistance data in a predetermined area of the memory in time series. In addition to storing, the latest data is used in the calculation related to the calculation of the rotational speed thereafter.

しかして、このようにして求めた電機子抵抗は、電動機4の回転中の一定期間に亘って測定されたものであって、静止状態で求めたものではないので、ブラシと整流子との接触面積や接触圧力に係る状態の相違がキャンセル(平均化)され、より実値に近い数値となる。また、電動機4の停止毎に、いわばリアルタイムで電機子抵抗を算出していると言えるため、電動機4の運転による巻線の温度上昇などに起因した抵抗値の動的な変化をも補償できる。さらに、この実施形態では、線形に変化させた状態で電機子抵抗を算出しているため、A/Dコンバータなど、機器の分解能に起因する測定誤差を低減することができる。   Thus, the armature resistance obtained in this way is measured over a certain period during rotation of the electric motor 4 and is not obtained in a stationary state. Therefore, the contact between the brush and the commutator Differences in the state related to the area and contact pressure are canceled (averaged), and become a numerical value closer to the actual value. In addition, it can be said that the armature resistance is calculated in real time every time the motor 4 is stopped, so that it is possible to compensate for a dynamic change in the resistance value caused by the temperature rise of the winding due to the operation of the motor 4. Furthermore, in this embodiment, since the armature resistance is calculated in a linearly changed state, measurement errors caused by the resolution of the device such as an A / D converter can be reduced.

次に回転速度制御につき説明する。
電動機4の出力トルクTは、界磁電流If、電機子電流Iaに比例して以下の式(数6)で表される。
Next, rotation speed control will be described.
The output torque T of the electric motor 4 is expressed by the following equation (Equation 6) in proportion to the field current I f and the armature current I a .

界磁電流Ifが一定であるON時を考えれば、k・Ifは定数Kと見なせるので、式(数7)が成り立つ。
Considering the ON state where the field current If is constant, k · If can be regarded as a constant K, so the equation (Equation 7) holds.

そして、電動機4内では、図5に示すように、前記出力トルクTと負荷及び外乱トルクとのバランスで回転速度が定まり、前記回転速度によって逆起電力が定まり、前記逆起電力と印加されている端子間電圧から電機子電流が定まるという閉ループを構成することとなる。   In the electric motor 4, as shown in FIG. 5, the rotational speed is determined by the balance between the output torque T and the load and disturbance torque, the counter electromotive force is determined by the rotational speed, and the counter electromotive force is applied. A closed loop is formed in which the armature current is determined from the voltage between the terminals.

しかして、この実施形態では、制御機構7の一部を構成する回転速度算出部72が、測定された電機子電流Ia及び電機子抵抗Raから、そのときの電動機4の回転速度で定まる逆起電力Veを差し引いた差分電圧Vdを算出する。その算出式は、式(数3)を変形させた以下の式(数8)である。
Thus, in this embodiment, the rotational speed calculating section 72 constituting a part of the control mechanism 7, from the measured armature current I a and armature resistance R a, determined by the rotational speed of the electric motor 4 at that time A differential voltage V d obtained by subtracting the back electromotive force V e is calculated. The calculation formula is the following formula (formula 8) obtained by modifying the formula (formula 3).

次に、前記差分電圧Vdを、現在印加している端子間電圧Vaから差し引く。
すると、この式(数9)から明らかなように、逆起電力Veが算出される。
Then, subtracting the differential voltage V d, the terminal voltage V a that is currently applied.
Then, as is clear from this equation (Equation 9), the back electromotive force V e is calculated.

この逆起電力Veと実回転速度ωとの関係は、式(数4)から明らかなように比例関係にあるから、回転速度算出部72は、算出された逆起電力Veを比例定数K ( = k・If )で除算して、回転速度(推定回転速度)ωrを推定算出する(下記式(数10)参照)。
Since the relationship between the counter electromotive force V e and the actual rotational speed ω is proportional to the equation (Equation 4), the rotational speed calculating unit 72 uses the calculated counter electromotive force V e as a proportional constant. By dividing by K (= k · I f ), the rotational speed (estimated rotational speed) ω r is estimated and calculated (see the following formula (Equation 10)).

次に、印加電圧設定部73が、前記推定回転速度ωrと目標回転速度ωpとの偏差に基づいて、印加すべき端子間電圧Vaを設定する。
端子間電圧の設定式は、例えば次式(数11)のようなものである。
ここでKDはフィードバック係数である。
なお、目標回転速度は、メモリの所定領域に予め設定した目標回転速度格納部に予め格納してあり、印加電圧設定部73は、目標回転速度格納部から目標回転速度に係るデータの値を取得する。
Then, the applied voltage setting unit 73, based on a deviation between the estimated rotation speed omega r and the target rotation speed omega p, to set the voltage V a across to be applied terminal.
The terminal voltage setting formula is, for example, the following formula (Formula 11).
Here the K D is a feedback coefficient.
The target rotation speed is stored in advance in a target rotation speed storage unit that is set in advance in a predetermined area of the memory, and the applied voltage setting unit 73 acquires a data value related to the target rotation speed from the target rotation speed storage unit. To do.

このようにして、本実施形態では、図5の制御ブロックに示すようなフィードバックループを構成し、速度制御を行う。   In this way, in the present embodiment, a feedback loop as shown in the control block of FIG. 5 is configured to perform speed control.

しかして、この図5からも明らかなように、電機子電流Iaは、逆起電力Veの影響を受け(数3参照)、前記逆起電力Veは実回転速度ωによって定まり(数4、数10参照)、前記実回転速度ωは、電動機4に対する負荷トルクや洗濯物の落下などによる外乱トルクの影響を受ける(式(数12)参照)。
ここでTdは外乱トルク、Bは機械摩擦や粘性などによる抵抗係数、Jはイナーシャである。
As is apparent from FIG. 5, the armature current I a is affected by the counter electromotive force V e (see Equation 3), and the counter electromotive force V e is determined by the actual rotational speed ω (several 4 and Equation 10), the actual rotational speed ω is affected by a load torque applied to the electric motor 4 and a disturbance torque caused by a fall of the laundry (see Expression (Equation 12)).
Here, Td is disturbance torque, B is a resistance coefficient due to mechanical friction and viscosity, and J is inertia.

したがって、電機子電流は、負荷トルクや外乱トルクの影響を受けていると言え、前記電機子電流に基づいて洗い工程時の回転速度を算出し、それをフィードバックしているこの本実施形態によれば、電機子電流による外乱推定効果が作用し、前記KDを適切に設定することにより、外乱を有効に抑制することが可能となる。
しかも、このような構成であれば、回転速度センサが不要となるので、低価格化と部品削減を図ることができるようになる。
Therefore, it can be said that the armature current is affected by the load torque and the disturbance torque. According to this embodiment, the rotational speed at the time of the washing process is calculated based on the armature current and fed back. if, acts disturbance estimation effect by the armature current, by appropriately setting the K D, it is possible to effectively suppress the disturbance.
In addition, such a configuration eliminates the need for a rotation speed sensor, thereby reducing costs and reducing parts.

なお、実験による具体的な効果を図8に示す。ここでは30枚のシーツ(合計重量3Kg)を14リットルの水で洗ったときの回転速度のばらつきを計測した。従来の回転速度センサを設けた場合の制御性を示す図9と比較して、ドットのばらつきが小さいことから明らかなように、本実施形態による構成の方が、速度制御性能が向上することがわかる。したがって、従来に比べて、性能向上と低価格化とを一挙に推し進めることができるようになる。   In addition, the concrete effect by experiment is shown in FIG. Here, the variation in rotational speed was measured when 30 sheets (total weight 3 kg) were washed with 14 liters of water. As apparent from the fact that the dot variation is small compared to FIG. 9 showing the controllability when the conventional rotational speed sensor is provided, the configuration according to the present embodiment can improve the speed control performance. Recognize. Therefore, it is possible to push forward the performance improvement and the price reduction as compared with the conventional case.

<<脱水工程>>
次に、同洗濯機の脱水工程における動作を説明する。なお、脱水工程では、図10に機能ブロック図を示すように、この制御機構7が、少なくとも、回転速度算出部72、印加電圧設定部73、重量算出部74としての機能を発揮するようにプログラムを構成している。
<< Dehydration process >>
Next, operation | movement in the spin-drying | dehydration process of the washing machine is demonstrated. In the dehydration process, as shown in the functional block diagram of FIG. 10, the control mechanism 7 is programmed so that it at least functions as the rotation speed calculation unit 72, the applied voltage setting unit 73, and the weight calculation unit 74. Is configured.

ここでは、まず、前記洗い工程での給水が開始されるまでの初期時において、制御機構7における重量算出部74が、例えばON・OFF切替時の電機子電流の経時変化に基づいて、洗濯物の重量を算出し、その算出値を示すデータを、メモリの所定領域に設定した重量格納部D3に格納する。   Here, first, at an initial time until water supply in the washing process is started, the weight calculation unit 74 in the control mechanism 7 performs, for example, a laundry based on a time-dependent change in the armature current at the ON / OFF switching. And the data indicating the calculated value is stored in the weight storage unit D3 set in a predetermined area of the memory.

そして脱水工程になると、回転速度算出部72が、電機子の端子間に印加されている端子間電圧及び初期時に算出した前記洗濯物重量をパラメータとして、電動機4の回転速度を算出する。   In the dehydration process, the rotation speed calculation unit 72 calculates the rotation speed of the electric motor 4 using the voltage between the terminals applied between the terminals of the armature and the weight of the laundry calculated at the initial time as parameters.

具体的に回転速度算出部72は、以下の算出式(数13)に基づいて回転速度を算出する。
ここで、α、Vo、qは、それぞれ洗濯物重量Mの一次関数で表される係数であり(数14〜数16参照)、これら数14〜数16において、a、b、c、d、e、fは、それぞれ実験やシミュレーションにより適宜定めた定数である。
Specifically, the rotation speed calculation unit 72 calculates the rotation speed based on the following calculation formula (Equation 13).
Here, α, V o , and q are coefficients each represented by a linear function of the laundry weight M (see Equations 14 to 16). In these Equations 14 to 16, a, b, c, d , E, and f are constants appropriately determined by experiments and simulations.

そして、前記洗い工程と同様、印加電圧設定部73が、前記回転速度ωrと目標回転速度ωpとの偏差に基づいて、印加すべき端子間電圧Vaを設定する。 Then, similarly to the washing step, the applied voltage setting unit 73, based on a deviation between the rotational speed omega r and the target rotation speed omega p, to set the voltage V a across to be applied terminal.

しかして、かかる構成によれば、回転速度算出部72によって算出される回転速度の精度が大きく向上し、図11に実験結果を示すように、数十rpm〜数千rpmに亘って5%未満の速度誤差に抑えることができるようになる。そしてその結果、精度良い速度制御が可能となり、洗濯性能を向上させることができるようになる。   Therefore, according to such a configuration, the accuracy of the rotation speed calculated by the rotation speed calculation unit 72 is greatly improved, and as shown in the experimental results in FIG. 11, it is less than 5% over several tens of rpm to several thousand rpm. It becomes possible to suppress the speed error. As a result, the speed can be controlled with high accuracy, and the washing performance can be improved.

これに対し、従来の他励直流電動機で用いられる、端子間電圧と電機子電流をパラメータとした回転数推定式(数17)では、前述したような広い速度制御範囲では、図12に示すように約30%にも及ぶ誤差が生じ得る。
On the other hand, in the rotational speed estimation equation (Equation 17) using the inter-terminal voltage and the armature current as parameters used in the conventional separately-excited DC motor, in the wide speed control range as described above, as shown in FIG. Errors of up to about 30% can occur.

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、前記実施形態において、回転速度算出部72は、洗い工程では洗濯物重量を考慮せずに回転速度を算出し、脱水工程では電機子電流を考慮せずに回転速度を算出していたが、例えば洗い工程で、洗濯物重量をパラメータとしてさらに加えて回転速度を算出してもよいし、脱水工程で、電機子電流をパラメータとしてさらに加えて回転速度を算出しても構わない。
また、その他の工程において、上記回転数算出部を利用してもよい。
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the embodiment, the rotation speed calculation unit 72 calculates the rotation speed without considering the laundry weight in the washing process, and calculates the rotation speed without considering the armature current in the dehydration process. For example, in the washing step, the rotation speed may be calculated by further adding the laundry weight as a parameter, or in the dehydration step, the rotation speed may be calculated by further adding the armature current as a parameter.
Moreover, you may utilize the said rotation speed calculation part in another process.
In addition, it goes without saying that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

本発明の一実施形態に係る洗濯機の内部構造を示す概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view which shows the internal structure of the washing machine which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態における他励直流電動機の模式的構成図。The typical block diagram of the separately excited direct current motor in the embodiment. 同実施形態における制御機構のハードウェア構成図。The hardware block diagram of the control mechanism in the embodiment. 同実施形態における洗い工程での制御機構の機能ブロック図。The functional block diagram of the control mechanism in the washing process in the embodiment. 同実施形態における洗い工程での制御ブロック図。The control block diagram in the washing process in the embodiment. 同実施形態において電動機を間欠運転させるときの界磁電流波形図と、それに伴う電動機の回転速度の変化を示す速度変化図。FIG. 3 is a field current waveform diagram when the electric motor is intermittently operated in the same embodiment, and a speed change diagram showing a change in the rotational speed of the electric motor accompanying therewith. 同実施形態において、減速期間に与える電機子電流及び電機子電圧の波形図。FIG. 4 is a waveform diagram of an armature current and an armature voltage given during a deceleration period in the same embodiment. 同実施形態における速度制御の結果を示す実験データ。The experimental data which show the result of speed control in the same embodiment. 従来の速度制御の結果を示す実験データ。Experimental data showing the results of conventional speed control. 同実施形態における脱水工程での制御装置の機能ブロック図。The functional block diagram of the control apparatus in the spin-drying | dehydration process in the embodiment. 同実施形態における速度制御の結果を示す実験データ。The experimental data which show the result of speed control in the same embodiment. 従来の速度制御の結果を示す実験データ。Experimental data showing the results of conventional speed control.

符号の説明Explanation of symbols

100・・・洗濯機
4 ・・・他励直流電動機
7 ・・・制御機構
71・・・電機子抵抗算出部
72・・・回転速度算出部
73・・・印加電圧設定部
74・・・重量算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Washing machine 4 ... Separately excited DC motor 7 ... Control mechanism 71 ... Armature resistance calculation part 72 ... Rotational speed calculation part 73 ... Applied voltage setting part 74 ... Weight Calculation unit

Claims (5)

洗濯物が投入されるドラムと、前記ドラムを回転駆動する他励式直流電動機と、前記電動機の電機子に印加する電圧を調整して電動機の回転速度を予め定めた目標回転速度に近づける制御を行う制御機構とを備え、
前記制御機構が、
界磁電流のON/OFFにより電動機の起動停止を繰り返す工程での、界磁電流を0とした後の電動機が停止するまでの減速途中において、一定期間測定された電機子電流とそのときに印加されている端子間電圧とから電機子抵抗を算出する電機子抵抗算出部と、
前記電機子抵抗、電機子電流及び端子間電圧をパラメータとして、電動機の回転速度を算出する回転速度算出部と、
前記回転速度算出部で算出した回転速度である推定回転速度と前記目標回転速度との偏差に少なくとも基づいて、印加すべき端子間電圧を算出する印加電圧設定部と、を具備したものであるドラム式洗濯機。
A drum into which the laundry is thrown in, a separately excited DC motor that rotationally drives the drum, and a voltage that is applied to the armature of the motor are adjusted so that the rotational speed of the motor approaches a predetermined target rotational speed. A control mechanism,
The control mechanism is
In the process of repeatedly starting and stopping the motor by turning the field current ON / OFF, the armature current measured for a certain period and applied at that time during deceleration until the motor stops after the field current is set to 0 An armature resistance calculation unit that calculates an armature resistance from the terminal-to-terminal voltage,
A rotational speed calculation unit that calculates the rotational speed of the motor using the armature resistance, the armature current, and the voltage between the terminals as parameters;
An applied voltage setting unit that calculates an inter-terminal voltage to be applied based on at least a deviation between an estimated rotation speed that is a rotation speed calculated by the rotation speed calculation unit and the target rotation speed; Type washing machine.
前記電機子抵抗算出部が、電動機の停止毎に電機子抵抗を算出するものである請求項1記載のドラム式洗濯機。   The drum type washing machine according to claim 1, wherein the armature resistance calculation unit calculates an armature resistance each time the motor is stopped. 前記回転速度算出部が、測定された電機子電流及び電機子抵抗に基づいて、端子間電圧から逆起電力を差し引いた差分電圧を推定算出するとともに、
印加されている端子間電圧から前記差分電圧を差し引いた値に基づいて、電動機の回転速度を算出するものである請求項1又は2記載のドラム式洗濯機。
Based on the measured armature current and armature resistance, the rotational speed calculation unit estimates and calculates a differential voltage obtained by subtracting the back electromotive force from the terminal voltage,
The drum type washing machine according to claim 1 or 2, wherein the rotational speed of the electric motor is calculated based on a value obtained by subtracting the differential voltage from an applied inter-terminal voltage.
洗濯物が投入されるドラムと、前記ドラムを回転駆動する他励式直流電動機と、前記電動機の電機子に印加する電圧を調整して電動機の回転速度を予め定めた目標回転速度に近づける制御を行う制御機構とを備え、
前記制御機構が、
洗濯物の重量を算出する重量算出部と、
電機子の端子間に印加されている端子間電圧及び前記洗濯物重量をパラメータとして、電動機の回転速度を算出する回転速度算出部と、
前記回転速度算出部で算出した回転速度である推定回転速度と前記目標回転速度との偏差に少なくとも基づいて、印加すべき端子間電圧を算出する印加電圧設定部と、を具備したものであるドラム式洗濯機。
A drum into which the laundry is thrown in, a separately excited DC motor that rotationally drives the drum, and a voltage that is applied to the armature of the motor are adjusted so that the rotational speed of the motor approaches a predetermined target rotational speed. A control mechanism,
The control mechanism is
A weight calculator for calculating the weight of the laundry;
A rotation speed calculation unit that calculates the rotation speed of the electric motor using the voltage between the terminals applied between the terminals of the armature and the weight of the laundry as parameters, and
An applied voltage setting unit that calculates an inter-terminal voltage to be applied based on at least a deviation between an estimated rotation speed that is a rotation speed calculated by the rotation speed calculation unit and the target rotation speed; Type washing machine.
前記回転速度算出部が、メモリに予め格納されている回転速度算出式(数1)を用いて、電動機の回転速度を算出するものである請求項4記載のドラム式洗濯機。
ここで、ωrは推定回転速度、Vaは端子間電圧であり、α、Vo、qは、それぞれ洗濯物重量の一次関数で定まる係数である。
The drum type washing machine according to claim 4, wherein the rotation speed calculation unit calculates a rotation speed of the electric motor using a rotation speed calculation formula (Equation 1) stored in advance in a memory.
Here, ω r is an estimated rotational speed, Va is a voltage between terminals, and α, V o , and q are coefficients determined by linear functions of the laundry weight.
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