JP2010075217A

JP2010075217A - ドラム式洗濯機

Info

Publication number: JP2010075217A
Application number: JP2008243531A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Yoshino; 知也吉野; Yasuhiro Matsui; 康博松井; Toru Niki; 亨仁木; Mitsuhisa Kawamata; 光久川又
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: JP4961409B2

Abstract

【課題】
大きな振動と騒音の発生を事前に防止する安全性の高いドラム式洗濯機を提供する。
【解決手段】
電流指令に可変オフセット値を加算することで、第２電流指令を出力するオフセット加算手段と、ドラムに取り付けられたリフタの数と、回転数検出手段により検出した回転数より決定される所定の周波数成分を前記第２電流指令から抽出した後、前記周波数成分を所定の振幅ゲインで増幅した第３電流指令を出力する周波数成分抽出手段と、前記第２電流指令における信号の位相を所定分ずらした補正第２電流指令と、前記補正第２電流指令と前記第３電流指令との差により得られる差分信号を出力する差分信号生成手段と、前記第３電流指令の最大値と最小値との差より得る第３電流指令変動値と、前記差分信号の最大値と最小値との差より得る差分信号変動値に応じて、前記ドラムのアンバランス状態を検知するアンバランス検出手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はドラム式洗濯機に関する。

従来のドラム式洗濯機においては、ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きくなる回転数でドラムを回転駆動している間、モータ電流検出回路にて検出されるモータ電流の振幅変動値から、ドラムに張り付いた洗濯物のアンバランス度合いを判断するものが提供されている（特許文献１参照）。

特許第３３３２７６９号公報

しかし、上記従来技術の方法では洗濯物がドラムに偏って張り付くことでアンバランスとなる状態を検出することは可能であっても、団子状に絡んだ洗濯物がドラムに張り付かず、転がっている状態を検出する方法については述べられていない。

もしこの状態を検出せずにドラムの回転数を増加した場合、洗濯物に働く遠心力が大きくなったときに団子状の洗濯物がドラムに突然張り付き、大きな振動と騒音が発生するおそれがある。

そこで本発明はこの問題を解決するため、洗濯物が団子状になっていることに起因するアンバランス状態を検出し、大きな振動と騒音の発生を事前に防止する安全性の高いドラム式洗濯機を提供することを目的とする。

本発明のドラム式洗濯機は、外槽内に回転可能に設置されたドラムと、前記ドラムを駆動するモータと、前記モータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段により検出した回転数より前記モータの電流を制御するための電流指令を出力するモータ制御指令生成手段と、前記磁極位置検出手段により検出した磁極位置と前記電流指令をもとにモータを制御するモータ制御手段と、前記電流指令に可変オフセット値を加算することで、第２電流指令を出力するオフセット加算手段と、前記ドラムに取り付けられたリフタの数と、前記回転数検出手段により検出した回転数より決定される所定の周波数成分を前記第２電流指令から抽出した後、前記周波数成分を所定の振幅ゲインで増幅した第３電流指令を出力する周波数成分抽出手段と、前記第２電流指令における信号の位相を所定分ずらした補正第２電流指令と、前記補正第２電流指令と前記第３電流指令との差により得られる差分信号を出力する差分信号生成手段と、前記第３電流指令の最大値と最小値との差より得る第３電流指令変動値と、前記差分信号の最大値と最小値との差より得る差分信号変動値に応じて、前記ドラムのアンバランス状態を検知するアンバランス検出手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のドラム式洗濯機は、ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きくなる回転数において、団子状になった洗濯物がドラムに張り付かずに転がっている状態となった場合、これを検出することが可能であり、大きな振動と騒音の発生を事前に防止することが可能になるため、安全性の高いドラム式洗濯機を実現することができる。

以下に、本発明に係る実施例を説明する。

以下、本発明の１実施例を図面に基づいて説明する。

図２は本実施例のモータ駆動装置の構成図、図３は本実施例のドラム式洗濯機の外観図、図４は本実施例のドラムの外観図である。

図３，図４は、本実施例のドラム式洗濯機の構造およびドラムの構造を示したものであり、洗濯物を入れる回転可能なドラム３１と、ドラム３１を包括する外槽３２と、外槽３２を包括する筐体３２を備え、ドラム３１は、洗濯時に洗濯物を持ち上げるための３つのリフタ４１〜４３が、１２０度毎に等間隔に取り付けられた構造となっている。

図２において、本実施例のモータ駆動装置を説明する。交流電力を直流電力に変換するダイオード２１と、直流電力からリップルを除去する平滑コンデンサ２２と、ドラム３１を回転駆動するモータ２５と、直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ２５に供給するインバータ回路２４と、インバータ回路２４にモータ２５を駆動するためのＰＷＭ制御信号２８を与えるマイクロコンピュータ２６と、マイクロコンピュータ２６を駆動するための直流電源２３と、モータ２５の磁極位置を検出する磁極位置検出手段２７を備えている。

マイクロコンピュータ２６は、磁極位置検出手段２７の出力信号をもとに、予め定められたプログラムに従い、モータ２５を目標回転数に制御する。

次に、本発明に関わるマイクロコンピュータ２６に内蔵されたプログラムの処理内容を説明する。

図１はマイクロコンピュータ２６に内蔵されたプログラムのブロック図である。

まず、モータ２５の回転数を目標回転数に制御する手順について説明する。

回転数検出手段１１は、磁極位置検出手段２７から検出される磁極位置を入力とし、単位時間当たりの磁極位置の移動量を算出することで、モータ２５の回転数を検出する。

モータ制御指令生成手段１２は、ＰＩ制御器を用いて実現しており、回転数検出手段１１から検出されるモータ２５の回転数と目標回転数の差分より、電流指令を生成する。本実施例においては、電流指令はモータ電流指令のトルク電流成分Ｉｑ＊にあたる。

なお、本実施例では、ＰＩ制御器を用いてモータ制御指令生成手段１２を構成しているが、モータ２５の回転数に対するＩｑ＊の出力値を記憶したテーブルを参照するなど、ＰＩ制御器以外のアルゴリズムを用いても実現可能である。

モータ制御手段１３は、磁極位置と電流指令をもとに、インバータ回路２４にＰＷＭ制御信号２８を与えることで、モータ２５を目標回転数に制御する。

次に、洗濯物を入れてモータ２５を駆動させたときの回転数変動について、図５〜図７を用いて説明する。

図５は、洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きくなる回転数で回転し、洗濯物５１がアンバランス無くドラム３１に張り付いている状態における、ドラム３１内の洗濯物５１の状態とモータ２５の回転数５２を示している。この条件では回転数変動が無く、一定値となる。

図６は、洗濯物５１が偏ってドラム３１に張り付いて回転している場合の回転数を示しており、ドラム１回転相当の周波数成分が、回転数変動６１となって発生する。

図７は、洗濯物５１が団子状となってドラム内を転がっている場合を示しており、ドラム３１に取り付けられたリフタ４１〜４３に引っ掛かるタイミングと同期した周波数成分が、回転数変動７１となって発生する。

Ｎ個のリフタがドラムに等間隔に取り付けられている場合、ドラムＮ回転相当の周波数成分を含んだ回転数変動が発生する。本実施例のドラム３１には、３つのリフタ４１〜４３が１２０度毎に等間隔に取り付けられている。そのため、ドラム３回転相当の周波数成分を含んだ回転数変動７１が発生する。

これらの周波数成分は電流指令にも同様に出現する。そこで本実施例では、電流指令からこれらの周波数成分を抽出し、その振幅を比較することで、アンバランス状態を検知する。以降、図８に示すように、電流指令８４には、一定値成分８１と、ドラム１回転相当の周波数成分８２と、ドラム３回転相当の周波数成分８３が含まれているものとして説明する。

続いて、電流指令から、一定値成分，ドラム１回転相当の周波数成分，ドラム３回転相当の周波数成分を抽出する手順を説明する。

まず、電流指令より一定値成分を除去する方法について説明する。

オフセット加算手段１４では、前処理としてドラム１回転周期時間内の電流指令平均値を算出する。具体的には、ドラム１回転周期時間における電流指令の総和をドラム１回転周期時間で除することで算出する。この電流指令平均値は、図９に示すようにオフセット値９１として現れる。そこで後処理として、電流指令８４よりオフセット値９１を差し引くことで、一定値成分を除去した第２電流指令９２を得る。

次に、ドラム３１の１回転相当の周波数成分を抽出する方法について説明する。

周波数成分抽出手段１５では、図１０に示すように、第２電流指令９２からローパスフィルタを用いて、ドラム３回転相当の周波数成分を減衰させ、ドラム１回転相当の周波数成分を主に含んだ抽出信号１０１を抽出する。ローパスフィルタの時定数は、ドラム３回転相当の周波数成分を減衰させるため、ドラム３回転相当の周期時間とすれば良い。１秒でモータがｒ回転する時のモータ回転数をｒとした場合、ドラム３回転相当の周期時間、すなわちローパスフィルタの時定数は、（１÷ｒ）÷３秒となる。

ここで、ローパスフィルタの減衰作用により、ドラム１回転相当の周波数成分も減衰されるため、これを補正するため、抽出信号１０１に振幅ゲインを乗じる。本実施例では、ドラム１回転相当の周波数成分の振幅が、第２電流指令９２と抽出信号１０１とで一致するように振幅ゲインの値を設定し、ローパスフィルタによる減衰分を補正した第３電流指令１０２を出力する。

なお、本実施例では、ローパスフィルタを用いて周波数成分抽出手段１５を構成しているが、移動平均処理等の計算方法を用いても実現可能である。

次に、ドラム３１の３回転周期相当の周波数を抽出する方法について説明する。

差分信号生成手段１６では、第２電流指令９２と第３電流指令１０２との差をとることで差分信号を出力する。第２電流指令９２は、ドラム３回転相当の周波数成分と、ドラム１回転相当の周波数成分を含んでおり、第３電流指令１０２は、ドラム１回転相当の周波数成分を含んでいる。このことから、差分信号はドラム３回転相当の周波数成分のみを含んだ信号となる。

ここで、周波数成分抽出手段１５で用いたローパスフィルタは信号の位相を遅らせる作用を持つため、第３電流指令における信号の位相は、第２電流指令における信号の位相より遅れる。そのため、差分信号生成手段１６においては、両信号の位相が一致するように、第２電流指令における信号の位相をずらすことで第２電流指令を補正する。図１１に示すように、補正した第２電流指令１１１と第３電流指令１０２との差により、ドラム３回転相当の周波数成分のみを含んだ差分信号１１２を出力する。

本実施例のローパスフィルタの周波数特性により、第３電流指令における信号の位相はおよそ６０度遅れる。そのため、本実施例においては、第２電流指令における信号の位相をおよそ６０度遅らせることで、両信号の位相を一致させている。

以上の手順により、ドラム１回転相当の周波数成分を含む第３電流指令１０２と、ドラム３回転相当の周波数成分を含む差分信号１１２を、電流指令から抽出することができる。

次に、第３電流指令１０２と差分信号１１２を用いて、ドラムのアンバランス状態を検出するアンバランス検出手段１７について説明する。

洗濯物が転がっている状態においては、ドラムに取り付けられたリフタの引っ掛かりにより、ドラム３回転相当の周波数成分を含んだ差分信号の振幅は大きくなる。また、洗濯物がドラムに張り付かないため、ドラム１回転相当の周波数成分を含んだ第３電流指令の振幅は小さくなる。

これらの条件を利用し、アンバランス検出手段１７は、図１２に示したフローチャートに従いアンバランス検出の判断を行う。

アンバランス検出手段１７では、ステップ１２１にて処理を開始し、ステップ１２２にてドラム１回転周期時間内における、第３電流指令１０２の最大値と最小値との差を、第３電流指令変動値として算出する。同様に、ステップ１２３にて、差分信号１１２の最大値と最小値との差を、差分信号変動値として算出する。

ステップ１２４においては、ステップ１２３で算出した差分信号変動値を所定の閾値と比較する。差分信号変動値＞所定の閾値の場合は、洗濯物が転がっている状態である可能性があるため、ステップ１２５へ移行する。それ以外の場合は、洗濯物は転がっていないと判断し、ステップ１２８へ移行することで処理を終了する。

ステップ１２５においては、ステップ１２２で算出した第３電流指令変動値を所定の閾値と比較する。第３電流指令変動値＜所定の閾値の場合は、洗濯物が転がっている状態であると判断し、ステップ１２６へ移行することで、モータを停止する。それ以外の場合は、洗濯物は転がっていないと判断し、ステップ１２８へ移行することで処理を終了する。

洗濯物が転がっている状態と判断し、モータを停止した後は、ステップ１２７へ移行することで、洗濯物のほぐし工程を行い、ステップ１２８へ移行することで処理を終了する。

これより、アンバランス検出手段１７は、ドラム内で洗濯物が転がっている状態を検出し、これをアンバランス状態とみなし、モータを停止した後、洗濯物のほぐし工程を行う。

以上の処理により、洗濯物が団子状になっていることに起因するアンバランス状態を検出することで、大きな振動と騒音の発生を事前に防止する安全性の高いドラム式洗濯機が実現可能になる。

以上、本実施例によれば、ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力よりも大きくなる回転数において、団子状になった洗濯物がドラムに張り付かずに転がっている状態となった場合、これを検出することが可能であり、大きな振動と騒音の発生を事前に防止することが可能になるため、安全性の高いドラム式洗濯機を実現することができる。

また、本実施例によれば、オフセット加算手段において、電流指令の時間平均がゼロとなるように、可変オフセット値を設定することで、電流指令から変動を抽出する際、不要な成分を電流指令から予め除去することが可能となり、また、周波数成分抽出手段において、ローパスフィルタを用いることで、電流指令から所定の周波数成分を容易に抽出することが可能となるため、より精度の高い検出が可能となる。

本発明に関わるマイクロコンピュータ２６に内蔵されたプログラムのブロック図である。本発明に関わる１実施例のモータ駆動装置の構成図である。本発明に関わる１実施例のドラム式洗濯機の外観図である。本発明に関わる１実施例のドラムの外観図である。洗濯物がアンバランス無くドラムに張り付いている場合の波形図である。洗濯物が偏ってドラムに張り付いている場合の波形図である。洗濯物がドラム内を転がっている場合の波形図である。電流指令と、電流指令に含まれる周波数成分の波形図である。オフセット加算手段から出力される、第２電流指令の波形図である。周波数成分抽出手段から出力される、第３電流指令の波形図である。差分信号生成手段から出力される、差分信号の波形図である。アンバランス検出手段の処理の流れを示す図である。

符号の説明

１１回転数検出手段
１２モータ制御指令生成手段
１３モータ制御手段
１４オフセット加算手段
１５周波数成分抽出手段
１６差分信号生成手段
１７アンバランス検出手段
２１直流変換インバータ回路
２２平滑コンデンサ
２３直流電源
２４モータ駆動用インバータ回路
２５モータ
２６マイクロコンピュータ
２７磁極位置検出手段
２８ＰＷＭ制御信号
３１ドラム
３２外槽
３３筐体
４１，４２，４３リフタ

Claims

外槽内に回転可能に設置されたドラムと、前記ドラムを駆動するモータと、前記モータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段により検出した回転数より前記モータの電流を制御するための電流指令を出力するモータ制御指令生成手段と、前記磁極位置検出手段により検出した磁極位置と前記電流指令をもとにモータを制御するモータ制御手段と、前記電流指令に可変オフセット値を加算することで、第２電流指令を出力するオフセット加算手段と、前記ドラムに取り付けられたリフタの数と前記回転数検出手段により検出した回転数より決定される所定の周波数成分を前記第２電流指令から抽出した後、前記周波数成分を所定の振幅ゲインで増幅した第３電流指令を出力する周波数成分抽出手段と、前記第２電流指令における信号の位相を所定分ずらした補正第２電流指令と、前記補正第２電流指令と前記第３電流指令との差により得られる差分信号を出力する差分信号生成手段と、前記第３電流指令の最大値と最小値との差より得る第３電流指令変動値と、前記差分信号の最大値と最小値との差より得る差分信号変動値に応じて、前記ドラムのアンバランス状態を検知するアンバランス検出手段とを備えたことを特徴とするドラム式洗濯機。
前記オフセット加算手段は、前記電流指令の時間平均がゼロとなるように、前記可変オフセット値を設定することを特徴とした、請求項１に記載のドラム式洗濯機。
前記周波数成分抽出手段は、ローパスフィルタを用いて実現することを特徴とした、請求項１ないし請求項２に記載のドラム式洗濯機。