JP2009165682A - 洗濯機、ドラム回転速度制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】洗濯時のドラム回転速度を適切に制御することによって、洗濯機の洗浄能力を向上させること。
【解決手段】受け筒３に振動検出部６を取付け振動を検出する。周波数成分計算部１０は、検出された振動データに対してフーリエ変換を行い、ドラム１の回転に起因する振動（回転振動成分）と、バッフル７が洗濯物を攪拌することによって発生する振動（バッフル振動成分）を抽出する。回転速度制御部１２は、これらの周波数成分に応じて、ドラム１（モータ２）の回転速度を変化させる。これにより、洗濯物を常にたたき洗い状態に保持でき、結果的に洗浄能力を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭で使用するドラム式の洗濯機もしくは洗濯乾燥機に関するものである。

従来、洗濯時において、ドラムの挙動やドラム内での洗濯物の挙動を計測・推定し、ドラムの回転速度を変化させることが行われている。例えば、特許文献１では、ドラムの受け筒に加速度センサーを取り付け、図１２に示すように、加速度センサー出力の変化量とモータのトルク電流成分の変化量から衣類の挙動を推定して、ドラムを回転させるモータの速度を変化させる制御手段を備えている。
特開２００６−３４６２７０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、下記の（１）（２）の理由により、洗濯物の挙動を精度良く把握することができないため、ドラムの回転速度を適切に制御できない。

（１）受け筒には様々な種類の振動が加わっており、加速度センサーの単純な出力変化では、洗濯物の挙動を精度良く把握できない。

例えば、受け筒には、衣類の動きによる振動だけでなく、ドラム内の水や泡の動きによる振動や、モータや筐体の振動が加わる。また、洗濯物の量・重さ・布質などによっても振動は異なるため、加速度センサーからの出力値の単純な変化だけでは、洗濯物の挙動を精度良く判定できない。

（２）モータのトルク成分を示す電流値についても同様であり、例えば、洗濯時に水量が多く、衣類が化繊である場合は、ドラム内で衣類が浮いてしまう場合があり、この場合、衣類の挙動とモータトルクには相関は見られない。つまり、モータのトルク成分では、洗濯物の挙動を精度良く判定できない場合がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ドラム内部の洗濯物の状況を判断し、ドラム（モータ）の回転速度を変えることにより、洗濯機の洗浄能力を向上させることを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明では、受け筒の振動そのものの値では無く、受け筒の振動から、ドラムの回転による振動（回転振動成分）、バッフルが洗濯物を攪拌することによって発生する振動（バッフル振動成分）を抽出して、それらの振動成分の大きさに応じてドラムの回転速度を制御するものである。

具体的には、受け筒の振動を検出する振動検出部と、振動検出部で検出した信号に対してフーリエ変換処理を行い、回転振動成分とバッフル振動成分を計算する周波数成分計算部と、回転振動成分とバッフル振動成分の大きさにしたがってモータの回転速度を変化させる回転速度制御部を備える。

この構成により、ドラム内部の洗濯物の状況を判断し、ドラム（モータ）の回転速度を変えることができる。これにより洗濯機の洗浄能力を向上させることができる。

本発明の洗濯機、ドラム回転速度制御方法およびプログラムを用いることにより、洗濯機の洗浄能力を向上させることができる。

具体的には、受け筒の振動から、ドラムの回転による振動（回転振動成分）、バッフルが洗濯物を攪拌することによって発生する振動（バッフル振動成分）を抽出して、それらの振動成分の大きさに応じてドラムの回転速度を制御する。これにより、ドラム内に洗濯物が張り付いてしまう貼りつき状態や、ドラム下部で洗濯物が回転しているだけのゴロゴロ状態を回避でき、洗濯物をたたき洗い状態に維持できる。

一般に、ドラム型の洗濯機では、たたき洗い状態が最も洗浄度を高くできると言われており、本発明を用いることで、結果的に洗濯機の洗浄能力を向上させることができる。なお、洗浄能力向上により、洗濯時間が短くなるという効果もある。

第１の発明は、洗濯物を収容して回転するドラムと、前記ドラム中に配置され洗濯物を攪拌する少なくとも１つ以上のバッフルと、前記ドラムを収容し、かつ筐体から弾性支持機構により支持された受け筒と、前記ドラムを回転させるモータと、前記受け筒の振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部で検出した信号に対してフーリエ変換処理を行い、前記ドラムもしくは前記モータの回転速度に対応する周波数における振動成分（回転振動成分）と、その周波数にバッフルの数を乗じた周波数における振動成分（バッフル振動成分）を計算する周波数成分計算部と、前記回転振動成分および前記バッフル振動成分の大きさにしたがって前記モータの回転速度を変化させる回転速度制御部を備えた洗濯機である。

この構成により、受け筒の振動データから、ドラムの回転が洗濯物にあたえる振動と、バッフルが洗濯物にあたることによる振動を抽出することができる。これらの振動値に基づき、ドラムの回転速度を変えることにより、洗濯機の洗浄能力を高めることができる。

第２の発明は、第１の発明において、回転振動成分からバッフル振動成分を引いた差分値を計算する差分計算部を備え、回転速度制御部は、差分値が正の所定値より大きい場合は、洗濯物がドラム内部に張り付いていると判断して、モータの回転速度を減少させ、差分値が負の所定値より小さい場合は、洗濯物が前記ドラム内下部で転がっていると判断して、前記モータの回転速度を増加させる。

これにより、ドラム内に洗濯物が張り付いてしまう貼りつき状態や、ドラム下部で洗濯物が回転しているだけのゴロゴロ状態を回避でき、洗濯物をたたき洗い状態に維持する。これにより、洗濯機の洗浄能力を高めることができる。

第３の発明は、第１の発明もしくは第２の発明において、ドラムの回転速度をＶ［ｒｐｍ］、バッフルの数をｎとしたとき、周波数成分計算部は、振動検出部で検出した信号に対してフーリエ変換処理を行い、周波数Ｖ／６０［Ｈｚ］を含む所定の周波数範囲における振動成分の大きさ抽出し、それらの値の合計値、平均値、最大値のいずれかを回転数振動成分とし、周波数Ｖ／６０×ｎ［Ｈｚ］を含む所定の周波数範囲における振動成分の大きさを抽出し、それらの値の合計値、平均値、最大値のいずれかをバッフル振動成分とする。

これにより、ドラムの回転速度にムラがあった場合でも、回転数振動成分およびバッフル振動成分を正確に計算でき、精度良くモータ（ドラム）の回転速度を制御できる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、回転速度制御部は、モータを制御して、ドラムの回転速度を所定の範囲で上限値から下限値あるいは下限値から上限値へ変化させ、周波数成分計算部は、変化する回転速度のそれぞれにおいて、振動検出部の出力信号から回転振動成分とバッフル振動成分を計算し、差分計算部は前記回転振動成分と前記バッフル振動成分の差分値を計算し、前記回転速度制御部は、差分値が所定の範囲の値になった時の回転速度でモータを駆動する。

これにより、回転振動成分とバッフル振動成分の大小関係が所定の値になったときの速度でモータ（ドラム）を回転させることができる。これにより、洗濯機の洗浄能力を向上させることができる。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、振動検出部は、少なくともひとつ以上の加速度センサーから構成され、受け筒の上下、左右、前後の方向の少なくともひとつの振動成分を検出し、方向毎の加速度、もしくは方向毎の加速度の和を出力する。

複数の方向毎の加速度信号の和を用いた場合は、受け筒の振動を精度良く取得することができ、バッフル周波数成分計算部の計算精度を上げることができる。これも、結果的に、洗濯機の洗浄能力を上げることにつながる。

第６の発明は、ドラムの回転速度をＶ［ｒｐｍ］、バッフルの数をｎとしたとき、受け筒の振動を検出するステップと、振動に対してフーリエ変換処理を行い、周波数Ｖ／６０［Ｈｚ］の振動成分（回転振動成分）と、周波数Ｖ／６０×ｎ［Ｈｚ］における振動成分（バッフル振動成分）の大きさを計算するステップと、回転振動成分とバッフル振動成分の大きさに応じて、モータの回転速度を変化させるステップを備えた洗濯機のドラム回転速度制御方法である。

受け筒の振動データから、特定の周波数成分を取り出すことにより、ドラムの回転が洗濯物に与える振動の大きさや、バッフルが洗濯物を攪拌することによって発生する振動の大きさを知ることができる。この周波数成分にしたがって、ドラムの回転速度を制御することにより、洗濯機の洗浄能力を向上させることができる。

第７の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明に記載の洗濯機の機能の少なくとも一部をコンピュータに実現させるためのプログラムである。プログラムであるので電気・情報機器、コンピュータ等のハードリソースを協働させて用いて本発明の機能の一部あるいは全部を容易に実現することができる。また、記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布やインストール作業が簡単にできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における洗濯機の構成図を示すものである。図中に記載した本発明の主要な構成を順に説明する。

（１）衣類などの洗濯物を収容し回転する洗濯槽としてのドラム１は、モータ２と図のように結合しており、回転して洗濯物を洗浄する。ドラム１の内部に、洗濯物を攪拌するためのバッフル７を備える（本実施の形態では、バッフル数は３とする）。

（２）ドラム１を回転させるためのモータ２は、ブラシレスモータやその制御回路で構成する。回転速度は可変であり、洗濯工程では正転・反転を繰り返す。なお、モータ２はブラシレスモータでなく、他の構成でも良い。

（３）ドラム１と水を収容する受け筒３は、図１に示すように、ばね４ａやダンパー４ｂなどの弾性支持機構４を介して筐体５に固定する。

（４）受け筒３の振動を検出する振動検出部６は、加速度センサーから構成されており、本実施の形態では、例としてドラムの正面に対して左右方向の振動（加速度）を検出するものとする。なお、加速度センサーとしては、半導体加速度センサー、圧電型加速度センサーなどのいずれでも良く、さらに多軸（２軸もしくは３軸）方向の加速度センサーでも良い。実際の受け筒の振動は、必ずしも一方向に限定できないので、３軸の加速度センサーを用いて、３軸の加速度成分を加算して合計したものを利用するのが良い。

（５）周波数成分計算部１０は、振動検出部６で検出した振動（加速度データ）から、ドラムの回転に起因する振動（回転振動成分）、バッフルが洗濯物を攪拌することによって発生する振動（バッフル振動成分）を計算して求める。周波数成分計算部１０は、マイコンで構成されており、振動検出部６で得た信号に対して離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）もしくは高速フーリエ変換（ＦＦＴ： Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行い、所定の周波数における振動成分の大きさ（フーリエ振幅スペクトラム、パワースペクトラムなど）を計算する。

具体的には、ドラム１（モータ２）の回転速度をＶ［ｒｐｍ］、バッフル数をｎとしたとき、振動検出部６から得たデータから、Ｖ／６０［Ｈｚ］における周波数成分、および、Ｖ／６０×ｎ［Ｈｚ］における周波数成分を計算する処理を行う。前者が回転振動成分であり、後者がバッフル振動成分である。なお、回転速度Ｖは、回転速度制御部１２から取得する。

（６）差分計算部１１は、周波数成分計算部１０で計算した回転振動成分とバッフル振動成分の大きさの差（大小関係）を計算する。

（７）回転速度制御部１２は、差分計算部１１で計算した振動の周波数成分の差分に応じて、モータ２の回転速度の増減を行う。

以上のように構成された洗濯機について、以下、その動作・作用を、図２〜図１１を用いて説明する。

図２〜図４は、本発明の動作原理を示した図である。図２〜図４中の（ａ）は、ドラム１中における洗濯物の状態を示した例である。ドラム１内に丸く記載しているのが洗濯物であり、ドラムの内側に三角形で示しているのがバッフル７である。バッフル７は、洗濯物をひっかけて持ち上げたり、攪拌したりする役割を持つ。本実施の形態では、図に示すように、ドラム１内部に３つのバッフル７を備えている（バッフル数ｎ＝３）。

図２（ａ）は、ドラム１の回転速度が低い場合（図２の例では４１ｒｐｍ）である。回転速度が低いために、洗濯物に大きな遠心力が働かず、洗濯物がドラム１の下部で、その場でゴロゴロ回転している状態を示している。この場合は、ドラム１の回転速度が低いため、洗濯物がバッフル７で持ち上げられる量はわずかであり、あまり攪拌されない。本明細書では、この状態を「ゴロゴロ状態」と呼ぶ。

図４（ａ）は、ドラム１の回転速度が高い場合（図４の例では４９ｒｐｍ）である。回転速度が大きいため、大きな遠心力が洗濯物に働き、洗濯物がドラム１の内側に貼りついている状態を示している。洗濯物は貼りついているため、ドラム１と一緒に回転する。本明細書では、この状態を「貼りつき状態」と呼ぶ。

図３（ａ）は、図２（ａ）と図４（ａ）の中間の回転速度（図３の例では４５ｒｐｍ）である。洗濯物の挙動も中間的であり、洗濯物はバッフル７によって上部へ持ち上げられるが、遠心力が十分に強くないため、途中でドラム１の内側からはがれ、重力によってドラム１の下部に落ちる（速度があるので、たたきつけられる）。本明細書では、この状態を「たたき洗い状態」と呼ぶ。

図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）の場合で、洗浄能力を比較すると、一般には図３（ａ）のたたき洗い状態が最も良いとされている。図４（ａ）の貼りつき状態では、洗濯物がドラム壁面から全く動かないため、バッフルによる攪拌効果が極めて小さく、洗浄能力が落ちる。また、図２（ａ）のゴロゴロ状態では、バッフルにより洗濯物が持ち上げられる量が小さいため、十分に攪拌されない。この場合も洗浄能力が落ちる。図３（ａ）の場合は、洗濯物がバッフルにより十分持ち上げられ、攪拌されるとともに、洗濯物をドラム下部へたたきつけるような動作になるため、総合的に洗浄能力が高くなる。

図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）それぞれの状態において、振動検出部６で得た振動データ（本実施の形態では、ドラム１に対して左右方向の加速度データ）に対してフーリエ変換処理を行い、周波数分析を行った結果を図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）にそれぞれ示す。図の横軸は周波数（単位はＨｚ）であり、縦軸はフーリエ振幅スペクトラム（単位はＧ・ｓｅｃ）である。図には、それぞれに回転振動成分と、バッフル振動成分を示している。これらは、ドラム１の回転速度をＶ［ｒｐｍ］、バッフル数をｎ＝３とすると、以下のように表される。

（１）回転振動成分（ドラム１の回転により直接的に引き起こされる振動成分）＝Ｖ／６０［Ｈｚ］における振動成分（フーリエ振幅スペクトラムの大きさ）
（２）バッフル振動成分（バッフル７が洗濯物にあたることによって起こされる振動成分）＝Ｖ／６０×ｎ［Ｈｚ］＝Ｖ／６０×３［Ｈｚ］における振動成分（フーリエ振幅スペクトラムの大きさ）
回転振動成分は、図４（ｂ）の貼りつき状態でかなり大きくなり、逆に図２（ｂ）ゴロゴロ状態で小さくなっている。

図４（ｂ）の貼りつき状態では、洗濯物はドラム１の内側に貼り付いて、ドラム１と一緒に回転しているため、洗濯物はドラム１の偏心荷重となる。このため、ドラム１の回転毎に規則的に振動が発生し、結果的に、回転速度に対応する周波数での振動成分が大きくなる。図２（ｂ）のゴロゴロ状態では、洗濯物はドラム１と一緒に回転してないため、このような回転振動成分が小さくなっている。

バッフル振動成分は、逆に、図４（ｂ）の貼りつき状態ではかなり小さいが、図２（ｂ）のゴロゴロ状態ではかなり大きくなっている。これは、図４（ｂ）のような貼りつき状態では、洗濯物がドラム１壁面に貼りつき、バッフル７による攪拌効果が薄れるためである。この傾向は布種や布量が変わっても変わらず、洗濯物が貼りつき状態であれば、バッフル振動成分は小さくなる。一方、図２（ｂ）の状態では、ドラム１の下部で、洗濯物は必ずバッフル７と接触し、その影響で洗濯物がその場で回転する。したがって、バッフル７が洗濯物にあたるたびに振動が発生し、バッフル振動成分は大きくなる。

なお、図３（ｂ）のたたき洗い状態は、図２（ｂ）と図４（ｂ）の中間的な位置づけであり、回転振動成分、バッフル振動成分も同様に中間的な値となる。洗浄能力を高めるためには、図３のたたき洗い状態にする必要があるため、回転振動成分、バッフル振動成分のいずれか一方が大きくなるのでは無く、バランスをとる必要がある。

本発明では、上記した特性を利用して、受け筒３に取り付けた振動検出部６の信号を、周波数成分計算部１０によりフーリエ変換処理をすることで、上述した回転振動成分、バッフル振動成分を求める。そして、求めた２種類の振動成分の差分値が、所定の範囲の値になるような回転速度でドラム１を駆動する。これにより、たたき洗い状態を実現し、結果的に洗濯機の洗浄能力を高くできる。

図５は、上述した動作原理にしたがって、ドラム１の回転速度を制御する場合の各部の動作を示したフローチャートである。以下、ステップ毎に順に説明する。なお、このフローチャートは洗濯工程の動作手順を示しており、この工程の前に、布量判定、洗剤投入、注水などの工程は終了しているものとする。

（ステップＡ１）洗濯工程の開始後、回転速度制御部１２はドラム１（モータ２）の回転速度ＶをＶ０に初期化する。Ｖ０は前の工程で検出した布量に応じた値に設定しても良いし、固定の値でも良い。

（ステップＡ２）回転速度制御部１２は回転速度Ｖでモータ２（ドラム１）を所定時間だけ回転させる。所定時間としては、１０秒から１５秒程度の値を選んでいる。ただし、洗濯工程で前回の回転があれば、それとは逆方向に回転させる。

（ステップＡ３）周波数成分計算部１０は、ステップＡ２でのドラム１の回転中に振動検出部６で検出した加速度データ（振動データ）を、時系列データとして取得し、フーリエ変換処理を行う。そして、回転振動成分Ｆｒ（周波数Ｖ／６０［Ｈｚ］におけるフーリエ振幅スペクトラム）とバッフル振動成分Ｆｂ（周波数Ｖ／６０×３［Ｈｚ］におけるフーリエ振幅スペクトラム）を求める。

なお、ドラム１の回転速度Ｖは、周波数成分計算部１０が回転速度制御部１２から取得する。また、本実施の形態では、振動検出部６は受け筒３の一方向（左右方向）の振動を検出するとしたが、振動検出部６が３軸の加速度センサーであった場合は、周波数成分計算部１０は３軸の加速度信号（前後、上下、前後）を加算し、加算結果に対してフーリエ変換処理を行う。３軸の成分を合計することにより、振動をより正確に把握することができる。なお、フーリエ変換処理は、周波数成分計算部１０を構成するマイコンの中でソフトウェア的に離散フーリエ変換処理（ＤＦＴ）や高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）を行い、フーリエ振幅スペクトラムやパワースペクトラムを計算させてもよいし、また、ＤＳＰなどの専用の計算ハードウェアを用いて計算させても良い。

（ステップＡ４）差分計算部１１では、ステップＡ３でのフーリエ変換処理によって求めた回転振動成分Ｆｒとバッフル振動成分Ｆｂの差分値Ｆｖ＝Ｆｒ−Ｆｂを計算する。

（ステップＡ５）回転速度制御部１２は、この差分値Ｆｖと、事前に設定してある範囲Ａ（ａ０，ａ１）を比較する。（ａ０，ａ１は、洗濯物の状態を決めるためのしきい値として、あらかじめ設定しておく。なお、本実施の形態では、ａ１＞ａ０でありａ１≧０，ａ０≦０とする。）ここでは、比較結果に基づいて、次のように処理を分岐させる。

・差分値Ｆｖが範囲Ａ以下の場合（Ｆｖ≦ａ０）：ステップＡ６へ進む。

・差分値Ｆｖが範囲Ａ以上の場合（Ｆｖ≧ａ１）：ステップＡ７へ進む。

・差分値Ｆｖが範囲Ａに入る場合（ａ０＜Ｆｖ＜ａ１）：ステップＡ８へ進む。

なお、本実施の形態では、範囲Ａとしてゼロ付近の範囲を設定する。この場合、回転振動成分とバッフル振動成分がおおよそ同じぐらいの大きさのときに、差分値Ｆｖが範囲Ａに入ることになる。

（ステップＡ６）差分値Ｆｖがａ０以下なので、この場合、バッフル振動成分Ｆｂが、回転振動成分Ｆｒと比較して、大きすぎる状態にあり、回転速度制御部１２は、洗濯物が図２のようなゴロゴロ状態にあると判断して、モータ２を制御してドラム１の回転速度をｄＶだけ増加させる（なお、増加量ｄＶの値も事前に回転速度制御部１２に設定しておく）。

（ステップＡ７）差分値Ｆｖがａ１以上なので、この場合、回転振動成分Ｆｒが、バッフル振動成分Ｆｂと比較して、大きすぎる状態にあり、回転速度制御部１２は、洗濯物が図４のような貼りつき状態にあると判断して、モータ２を制御してドラム１の回転速度をｄＶだけ減少させる。

（ステップＡ８）洗濯時間が終了したかどうかを判断する。終了していない場合は、ステップＡ２へ戻り、上述した動作を繰り返す。終了した場合は、次の工程（例えば脱水工程）へ進む。なお、ステップＡ５で差分値Ｆｖが（ａ０，ａ１）に入っている場合は、このステップＡ８へ移行する。この場合、回転振動成分とバッフル振動成分がほぼ等しく、バランスが取れており、洗濯物はたたき洗い状態にあると判断して、回転速度Ｖの変更を行わず、洗濯時間の判定のみを行う。

以上のステップＡ１〜Ａ８の動作によるドラム１の回転速度の変化例を図６に示す。図６は、差分計算部１１で計算された周波数成分の差分値Ｆｖが、所定の範囲Ａに入るように、回転速度制御部１２がドラム１の回転速度を変化させるところを示している。これにより、洗濯物の状態は、図３のようなたたき洗い状態になり、洗浄能力を高くできる。また、これにより洗濯時間を短くできる効果も生まれる。

なお、図５の動作手順において、ステップＡ３で計算した回転振動成分とバッフル振動成分を回転速度制御部１２が記憶し、ステップＡ６・Ａ７で回転速度を変えて新たに振動成分値を計算した時に、記憶しておいた古い振動成分値と新しい振動成分値を比較して、変化がなければ回転速度を変化させないようにしても良い。これを行うことで、例えば、ドラム１にぎゅうぎゅうづめに洗濯物が入れられた場合など、ドラム１の振動の周波数特性が回転速度によって変わらない場合、ほぼ初期値Ｖ０の回転速度で洗濯を行わせることができる。

図７に、ドラム１（モータ２）の回転速度を制御する別の動作手順を示す。図５の動作手順では、回転振動成分とバッフル振動成分の差分値が所定の範囲Ａに入るように、ドラム１の回転速度を変えていたが、図７の手順では、ドラム１の回転速度を少しずつ下げていき、差分値が所定のしきい値ａ１を下回ったときの回転速度で、その後の洗濯を行う。動作手順の詳細を図７のステップ毎に順に説明する。

（ステップＢ１）ドラム１（モータ２）の回転速度をＶと表す。ステップＢ１では、洗濯工程の開始時に、ドラム１の回転速度ＶをＶｔに初期化する。Ｖｔはドラム１（モータ２）の回転速度の上限値である。

ドラム１の回転速度は、モータ２の性能に応じて、所定の範囲［Ｖｂ，Ｖｔ］で変化できるものとする（上限値：Ｖｔ，下限値：Ｖｂ）。ここでの上限値Ｖｔとは、洗濯物を入れた状態でモータ２がドラム１を回転させることのできる最大の回転速度とする。また、一般的には回転速度を下げるほど、モータ２の消費電力は大きくなり、極端に小さな値に設定することはできない（停止時を除く）。したがって、モータ２の回転速度の下限値も存在する。これらの、上限値Ｖｔ、下限値Ｖｂは、モータの性能、消費電力、機構、耐久性、ヒートラン特性などを考慮して適切な値に設定する。

（ステップＢ２）回転速度制御部１２がドラム１（モータ２）を回転速度Ｖで所定時間回転させる。本実施の形態では１０〜１５秒程度回転させる。ただし、もし前回の回転があれば、それとは逆方向に回転させる。

（ステップＢ３）ステップＡ３と同様にして、周波数成分計算部１０は、振動検出部６で検出した時系列データに対してフーリエ変換処理を行い、回転振動成分Ｆｒとバッフル振動成分Ｆｂを計算する。

（ステップＢ４）ステップＡ４と同様にして、差分計算部１１は、回転振動成分Ｆｒとバッフル振動成分Ｆｂの差分値Ｆｖ＝Ｆｒ−Ｆｂを計算する。

（ステップＢ５）回転速度制御部１２は、差分計算部１１で計算した差分値Ｆｖを、所定のしきい値ａ１と比較する。Ｆｖがしきい値ａ１よりも大きいか等しいならば、現時点の回転速度Ｖで、洗濯物がドラム１に貼り付いており、図４のような状態になっていると判断し、ステップＢ６へ進む。

また、差分値Ｆｖがしきい値ａ１よりも小さければ、洗濯物は貼りつき状態に無く、さらにバッフル振動成分も適切に持つたたき洗い状態であると判断し、ステップＢ８へ進み、以降、この回転速度Ｖでの洗濯を、洗濯時間が終了するまで継続させる。

（ステップＢ６）回転速度制御部１２は、現在の回転速度Ｖが回転速度の下限値Ｖｂよりも大きいかどうかを調べる。洗濯物をドラム１にぎゅうぎゅう詰めに入れた場合など、回転速度を減らしても、振動成分が変化しない場合がある。その場合は、回転速度を極端に小さな値にせず、回転速度の下限値Ｖｂの近傍の値で回転させる。ここでは、回転速度Ｖが下限値Ｖｂを下回った場合や等しい場合はステップＢ８へ進み、その回転速度で以降の洗濯を行わせる。回転速度ＶがＶｂより大きい場合は、ステップＢ７へ進む。

（ステップＢ７）ステップＢ５で洗濯物が貼りつき状態にあると判断されたので、回転速度ＶをｄＶだけ減少させて、ステップＢ２へ戻り、上述した処理を繰り返す。減少値ｄＶの値は、回転速度制御部１２にあらかじめ設定しておく必要がある。

（ステップＢ８）振動成分の差分値Ｆｖが所定のしきい値ａ１より小さくなっている場合、もしくは、回転速度を上限値から下限値へ変化させても振動成分Ｆｖがしきい値ａ１より小さくならなかった場合であり、これらの場合は現時点での回転速度Ｖで、以降の洗濯を行う。

以上のステップＢ１〜Ｂ８の動作によるドラム１の回転速度の変化例を図８に示す。ドラム１の回転速度を高いほうから低いほうへ変化させ、受け筒３の振動における回転振動成分とバッフル振動成分の差分値Ｆｖが適正になった（しきい値ａ１を下回る）時点の回転速度を求め、その回転速度でその後の洗濯を行っている。この方式により、洗濯開始時に、ドラム１の適切な回転速度を回転速度制御部１２が決めることができ、図５の動作手順と同様に、洗濯物をたたき洗い状態にでき、より洗浄能力の高い洗濯が実現できる。

また、一般的に、ドラム１の回転速度が低いときは、モータ２にトルクが必要であり、大きな消費電力が必要となる。上記したように回転速度を高いほうから変化させることで、回転速度の決定プロセスにおいて、低い回転速度になることを避けることができ、消費電力の低減に寄与できる。

なお、図７に示す動作は、洗濯工程の最初に行うとしたが、洗濯工程の途中で行っても良い。洗濯工程の途中（例えば、洗濯物が完全に吸水した時点）で、回転速度を決めるほうが、洗浄性能の向上に対して、より効率的な場合もある。

また、図７のフローチャートでは、ドラム１の回転速度を上限値Ｖｔから下限値Ｖｂへ変化させたが、逆に下限値Ｖｂから上限値Ｖｔへ変化させても良い。この場合のフローチャートと動作説明図を、それぞれ図９および図１０に示す。

図９のフローチャートは、図７のフローチャートと基本的に同一であるが、ステップＢ１’、Ｂ５’、Ｂ６’、Ｂ７’が異なる。ステップＢ１’では、回転速度の初期値として、回転速度の下限値ＶｂをＶに代入する。ステップＢ５’では、差分値Ｆｖを所定のしきい値ａ０と比較し、Ｆｖがａ０以下の場合は洗濯物はゴロゴロ状態にあると判断してステップＢ６’へ進む。Ｆｖがａ０よりも大きい場合は、ゴロゴロ状態を脱したと判断してステップＢ８へ進む。ステップＢ６’では、回転速度Ｖを上限値Ｖｔと比較して、回転速度Ｖが上限値Ｖｔよりも大きいか等しい場合は、ステップＢ７に進み、以降、その回転速度Ｖで洗濯を行う。回転速度Ｖが上限値Ｖｔよりも小さい場合は、ステップＢ７’へ進み、回転速度ＶをｄＶだけ増加させて、ステップＢ２に進む。

この図９のフローチャートに基づいて動作を行うことにより、図１０のように回転速度を変化させることができる。この場合、回転数を低いほうから高いほうへ上げていくことにより、過度に高い回転数でドラムを駆動することが無くなり、回転速度を決定するまでのプロセスにおいて、洗濯物のドラム１への貼りつきを防止できる。これにより、全体としての洗浄能力を向上できる。

以上説明してきたように、図５、図７、図９の動作手順のいずれかを用い、受け筒３の振動データに対してフーリエ変換処理を適用し、回転振動成分、バッフル振動成分を抽出し、その差分値に応じてドラム１（モータ２）の回転速度を変えることにより、ドラム１内部で洗濯物をたたき洗い状態にできる。これにより、より洗浄能力を高めることができ、結果的に洗濯時間を短縮できる。

なお、上述した実施の形態では、振動検出部６から得た振動データから、フーリエ変換処理を用いて、回転振動成分（周波数Ｖ／６０［Ｈｚ］におけるフーリエ振幅スペクトラム）、バッフル振動成分（Ｖ／６０×ｎ［Ｈｚ］におけるフーリエ振幅スペクトラム）を求めるとした。しかし、一般に、ドラム１の回転速度Ｖは、洗濯物のドラム１内での挙動変化などのために変動し、必ずしも完全に一定の回転速度にならないことが多い。モータ２の性能によっては、変動幅が回転速度の２０％以上になる場合もある。したがって、回転速度Ｖの変動を考慮して、フーリエ振幅スペクトラムを計算する必要がある。図１１に示すように、周波数成分計算部１０は、Ｖ／６０［Ｈｚ］およびＶ／６０×ｎ［Ｈｚ］を含む所定範囲の周波数に対して、振動の周波数成分をそれぞれ計算し、その所定範囲内における周波数成分の最大値や平均値、合計値などのいずれかひとつを、回転振動成分もしくはバッフル振動成分として出力しても良い。

例えば、本実施の形態では、バッフル数は３なので、例えば、回転速度が４５ｒｐｍ時点の回転ムラが±５ｒｐｍとすると、バッフル振動成分における周波数の範囲は、（４０ｒｐｍ／６０×３）から（５０ｒｐｍ／６０×３）の範囲つまり、２Ｈｚ〜２．５Ｈｚの範囲となる。この範囲における周波数成分の合計値、平均値、最大値のいずれかを用いることにより、ドラム１の回転速度にばらつきがあっても、適切にバッフル振動成分が求められる。これと同様のことは回転振動成分にも適用できる。

以上のように、本発明にかかる洗濯機、ドラム回転速度制御方法およびプログラムは、受け筒振動の周波数成分からドラムの回転速度を制御でき、それにより洗濯機の洗浄能力を向上させることができる。これは、家庭用の洗濯機だけでなく、洗濯乾燥機や業務用の洗濯機などに広く適用できる。

本発明の実施の形態１の洗濯機の構成図 （ａ）同洗濯機の動作原理を示すゴロゴロ状態の説明図（ｂ）同周波数特性を示すグラフ （ａ）同洗濯機の動作原理を示すたたき洗い状態の説明図（ｂ）同周波数特性を示すグラフ （ａ）同洗濯機の動作原理を示す貼りつき状態の説明図（ｂ）同周波数特性を示すグラフ 同洗濯機の動作を示すフローチャート 同洗濯機の回転速度変化の説明図 同洗濯機の動作を示す他の例のフローチャート 同洗濯機の回転速度変化の他の例の説明図 同洗濯機の動作を示す他の例のフローチャート 同洗濯機の回転速度変化の他の例の説明図 同洗濯機の回転速度ムラを考慮した場合の周波数範囲の説明図 従来の洗濯機の構成を示す図

符号の説明

１ ドラム
２ モータ
３ 受け筒
４ａ ばね（弾性支持機構）
４ｂ ダンパー（弾性支持機構）
５ 筺体
６ 振動検出部
７ バッフル
１０ 周波数成分計算部
１１ 差分計算部
１２ 回転速度制御部

Claims (7)

1. 洗濯物を収容して回転するドラムと、前記ドラム中に配置され洗濯物を攪拌する少なくとも１つ以上のバッフルと、前記ドラムを収容し、かつ筐体から弾性支持機構により支持された受け筒と、前記ドラムを回転させるモータと、前記受け筒の振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部で検出した信号に対してフーリエ変換処理を行い、前記ドラムもしくは前記モータの回転速度に対応する周波数における振動成分（回転振動成分）と前記周波数に前記バッフルの数を乗じた周波数における振動成分（バッフル振動成分）を計算する周波数成分計算部と、前記回転振動成分および前記バッフル振動成分の大きさにしたがって前記モータの回転速度を変化させる回転速度制御部とを備えた洗濯機。
2. 回転振動成分からバッフル振動成分を引いた差分値を計算する差分計算部を備え、回転速度制御部は、前記差分値が正の所定値より大きい場合は、洗濯物がドラム内部に張り付いていると判断して、モータの回転速度を減少させ、前記差分値が負の所定値より小さい場合は、洗濯物が前記ドラム内下部で転がっていると判断して、前記モータの回転速度を増加させる請求項１記載の洗濯機。
3. ドラムの回転速度をＶ［ｒｐｍ］、バッフルの数をｎとしたとき、周波数成分計算部は、振動検出部で検出した信号に対してフーリエ変換処理を行い、周波数 Ｖ／６０［Ｈｚ］を含む所定の周波数範囲における振動成分の大きさを抽出し、それらの値の合計値、平均値、最大値のいずれかを回転数振動成分とし、周波数Ｖ／６０×ｎ［Ｈｚ］を含む所定の周波数範囲における振動成分の大きさを抽出し、それらの値の合計値、平均値、最大値のいずれかをバッフル振動成分とする請求項１または２に記載の洗濯機。
4. 回転速度制御部は、モータを制御してドラムの回転速度を所定の範囲で上限値から下限値あるいは下限値から上限値へ変化させ、周波数成分計算部は、変化する前記回転速度のそれぞれにおいて、前記振動検出部の出力信号から回転振動成分とバッフル振動成分を計算し、差分計算部は前記回転振動成分と前記バッフル振動成分の差分値を計算し、前記回転速度制御部は、前記差分値が所定の範囲の値になった時の回転速度で前記モータを駆動する請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯機。
5. 振動検出部は、少なくともひとつ以上の加速度センサーから構成され、受け筒の上下、左右、前後の方向の少なくともひとつの振動成分を検出し、前記方向毎の加速度、もしくは前記方向毎の加速度の和を出力する請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗濯機。
6. ドラムの回転速度をＶ［ｒｐｍ］、バッフルの数をｎとしたとき、受け筒の振動を検出するステップと、前記振動に対してフーリエ変換処理を行い、周波数Ｖ／６０［Ｈｚ］の振動成分（回転振動成分）と、周波数Ｖ／６０×ｎ［Ｈｚ］における振動成分（バッフル振動成分）の大きさを計算するステップと、前記回転振動成分と前記バッフル振動成分の大きさに応じて、モータの回転速度を変化させるステップを備えた洗濯機のドラム回転速度制御方法。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機の少なくとも一部をコンピュータに実現させるためのプログラム。

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