JP2011115430A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】洗濯物の質量、アンバランスの量と位相に応じたアンバランス補正を行い、振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮する。
【解決手段】受け筒１３の振動を検出する振動検出手段１７と、アンバランスの大きさと位置を推定するアンバランス推定手段２１と、モータ１２を制御する制御手段２２を有し、制御手段２２は、アンバランス推定手段２１の出力である推定されたアンバランスの大きさが予め設定した閾値以上で、かつ、アンバランスの位置が予め設定した位置のときに、洗濯物に加わる重力より遠心力が大きくなる回転数に加速するアンバランス補正起動手段２４を具備したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、衣類等の洗濯物を投入したドラムを回転させて、洗い、濯ぎ、脱水を行う洗濯機に関するものである。

従来、この種の洗濯機は、遠心脱水を行うためにモータを高速回転させるモータ回転装置と、洗濯物がドラム内で転動する程度に低速運転させたときの振動振幅検知装置を備え、この振動振幅検知装置で低速でのドラム回転周期の少なくとも１周期以上継続して許容値以上の振幅を検出しない場合、モータ回転装置がドラムの回転速度を低速から高速に切り換えているものがある。

また、脱水起動時に洗濯物のアンバランスに起因するドラムの振動過大を検出した場合、その洗濯物のアンバランスをドラムの回転制御によって能動的に解消して、ドラム駆動の脱水工程に早く入ることができるようにモータの回転を制御することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３１１８８５号公報

しかしながら、ドラムの回転軸が前上がりに傾斜したドラム式洗濯機においては、脱水時において、濯物のアンバランスが遠心力となって振動の発生源となる。また、そのアンバランスがドラム内のどの位置に存在するかによって、振動のモードが異なる。例えば、前側にアンバランスがある場合は、ドラムは左右、前後の振れが大きくなり、後ろ側にアンバランスがある場合は、ドラムは上下の振れが大きくなるという課題がある。共通するのは、アンバランス位置の部分が振れの大きな部分となり、ドラムの振れを検出することで、円周方向のアンバランスの位置が特定できることである。

また、脱水工程において、ドラム内の洗濯物のアンバランスに起因して振動が発生し、ドラムを高速回転させるために回転数を上昇させていく工程で、ドラムの支持機構系の共振周波数と回転数（回転周波数）が合致した場合、大きな振動と騒音が発生するという問題があった。

また、振動によるトルク変動によって、脱水回転数まで回転数を上昇できない、ひいては脱水時間が長くなるという問題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、洗濯物のねじれなどによるアンバランスを高精度に定量的に検出して、洗濯物の質量、アンバランスの量と位相に応じたアンバランス補正を行うことで、アンバランス量の低減、アンバランスによるリトライ処理の削減、補正動作の高速化と、脱水起動時の共振による振動、騒音を低減できるようにした洗濯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の洗濯機は、洗濯物を回転させる洗濯槽と、前記洗濯槽を回転駆動するモータと、前記洗濯槽を収容し筐体に対して支持手段で支持さ
れる受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段の出力に応じてアンバランスの大きさと位置を推定するアンバランス推定手段と、前記モータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記アンバランス推定手段の出力である推定されたアンバランスの大きさが予め設定した閾値以上で、かつ、アンバランスの位置が予め設定した位置のときに、洗濯物に加わる重力より遠心力が大きくなる回転数に加速するアンバランス補正起動手段を具備したものである。

これによって、脱水時のアンバランス量を低減することができるとともに、脱水起動時及び定常時の振動、騒音を低減することが可能となる。

本発明の洗濯機は、脱水工程において、洗濯物の偏りであるアンバランスの大きさと位置を検出して、その大きさと位置に応じてモータの加速減速を制御することができるとともに、そのアンバランス量を低減することが可能であり、アンバランスと共振に伴う振動、騒音を低減することができるため、低振動、低騒音の高速脱水を実現することができる。

本発明の実施の形態１における洗濯機の制御装置のブロック図 同洗濯機の制御装置の動作シーケンスのフローチャート （ａ）同洗濯機のアンバランス補正手段のフローチャート（ｂ）同速度プロファイル図 同洗濯機の６０ｒ／ｍｉｎでのセンサ出力図 同洗濯機のセンサ出力値とアンバランス量の関係図 同洗濯機のセンサ出力値と回転数の関係図 （ａ）（ｂ）同洗濯機のアンバランスの差によるセンサ出力図

第１の発明は、洗濯物を回転させる洗濯槽と、前記洗濯槽を回転駆動するモータと、前記洗濯槽を収容し筐体に対して支持手段で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段の出力に応じてアンバランスの大きさと位置を推定するアンバランス推定手段と、前記モータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記アンバランス推定手段の出力である推定されたアンバランスの大きさが予め設定した閾値以上で、かつ、アンバランスの位置が予め設定した位置のときに、洗濯物に加わる重力より遠心力が大きくなる回転数に加速するアンバランス補正起動手段を具備したことにより、脱水時に高精度でアンバランス量を推定することができ、そのアンバランスの大きさと位置を検出して加速タイミングを決定してモータを起動するため、起動でのアンバランス発生を低減することが可能となり、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のアンバランス補正起動手段は、アンバランスがドラムの下側にあると判断したときに加速することにより、静止摩擦力を受けることなく、アンバランスを有する洗濯槽の回転数を加速することができ、そのアンバランス量をモータ回転動作で起動でのアンバランス発生を低減することが可能となり、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明のアンバランス補正起動手段は、アンバランスがドラムの上側にあると判断したときに加速することにより、加えた加速度に重力が加わり、より大きな加速度でアンバランスを有する洗濯槽の回転数を加速することができ、そのアンバランス量をモータ回転動作で起動でのアンバランス発生を低減することが可能となり、
アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

第４の発明は、特に、第１の発明のアンバランス起動補正手段は、アンバランス量もしくは洗濯物量で加速度を切り換える加速度切換手段を有することにより、洗濯物量に応じた加速度、すなわち、洗濯物に応じた起動時の布張り付けができ、起動でのアンバランス発生を低減することが可能となり、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

第５の発明は、特に、第１の発明のアンバランス起動補正手段は、アンバランス量もしくは洗濯物量で加速度曲線を切り換える加速度曲線切換手段を有することにより、洗濯物量に応じた加速変化、すなわち、洗濯物量に応じた起動時の布張り付けができ、起動でのアンバランス発生を低減することが可能となり、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

第６の発明は、特に、第１の発明のアンバランス起動補正手段は、アンバランス量もしくは洗濯物量で初期回転数を切り換える初期回転数切換手段を有することにより、洗濯物量に応じた初期回転からの加速、すなわち、洗濯物に応じた起動時の布張り付けができ、起動でのアンバランス発生を低減することが可能となり、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

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洗濯物のアンバランスによる振動を抑制させる制御装置のブロック図である。図１において、１０は筐体、１１は洗濯物を収容し回転させる洗濯槽としての回転ドラム、１２は回転ドラム１１を速度制御しながら回転させるモータで、ブラシレスモータにより構成している。１３は洗濯物と水が入る受け筒、１８は洗濯物投入口を有するカバー、１４は受け筒１３と洗濯物投入口のあるカバー１８との隙間をなくして接続するためのシールパッキンである。

１５は受け筒１３の姿勢を保持するための支持ばね、１６は洗濯時（モータ回転時）に発生する振動を低減して、筐体１０や床への振動伝達を小さくするためのばねを含むダンパ装置、１７は振動検出手段としての変位センサ兼振動センサで、センサ信号より質量と振動量をセンシングしている。また、１９は洗濯機を床に設置する防振ゴムで、支持ばね１５とダンパ装置１６とで支持手段を構成している。２１は振動センサ１７信号よりアンバランス量を推定するアンバランス推定手段、２２はモータ１２を回転制御する制御手段である。

制御手段２２は、モータ１２の回転速度を検出する速度検出手段２５と、モータ１２の回転速度指令値Ｖｒｅｆと検出した実際の回転速度Ｖｍとの差分により、速度偏差ＶＥを演算し、その速度偏差ＶＥに基づいて制御量Ｕを演算して出力するとともに、アンバランス補正手段２３の指令に応じて制御量を出力する制御量演算手段２６と、制御量Ｕに基づいて３相のＰＷＭ駆動電流を出力する駆動手段２７と、アンバランスをなくすためにアンバランス量に応じて洗濯物の布ほぐし動作を制御量演算手段２６に指令するアンバランス補正手段２３と、布ほぐし後、脱水のため回転数を上昇させる工程において、初期回転数での動作指令と、その初期回転数から洗濯物にかかる重力より遠心力が大きくなる回転数に加速するタイミング指令を制御量演算手段２６に指令するアンバランス補正起動手段２４で構成されている。

図２は、本発明の第１の実施の形態における洗濯機の制御装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。脱水工程において、はじめに回転数４５ｒ／ｍｉｎで攪拌排水する。次に、アンバランス補正手段２３で布ほぐし動作を行う。

図３は、本発明の第１の実施の形態における洗濯機のアンバランス補正手段２３の動作シーケンスを示すフローチャートと速度プロファイルである。アンバランスが６００ｇ以上であると推定された場合、アンバランス補正手段２３は、制御量演算手段２６に対してほぐし動作のための回転速度指令を与える。

以下、図３（ａ）のフローチャートを用いて説明する。はじめに、水を１０ｓｅｃ間加える。これは、絡まっている洗濯物の間に水が入り、回転によるほぐしやすさが増すためである。次に、通常洗濯時と逆回転で、回転速度７０ｒ／ｍｉｎで９ｓｅｃ間回転させ、その後正転で、回転速度６０ｒ／ｍｉｎで９ｓｅｃ間回転させる。さらに、一旦停止後逆回転で６０ｒ／ｍｉｎで１２ｓｅｃ間回転させ、その後正転で、回転速度６０ｒ／ｍｉｎで９ｓｅｃ間回転させる。

図３（ｂ）は、アンバランス補正手段２３が出力する速度プロファイルで、上記のような逆回転動作と起動停止によって、固まった洗濯物がバラけるとともに、あいだに空間が入り、ほぐされることとになる。指令時間は、短すぎると洗濯物が多い場合、回転起動できない。また、長すぎると、ほぐされた洗濯物が再度、ねじれてアンバランス要因になってしまうため、ここでは９ｓｅｃと１２ｓｅｃとした。また、回転速度も８０ｒ／ｍｉｎ以上であると洗濯物が張り付いてほぐされないため、７０ｒ／ｍｉｎと６０ｒ／ｍｉｎとした。３番目として、アンバランス補正起動手段２４で布張り付け動作を行う。はじめに初期回転として、ほぐされた洗濯物を６０ｒ／ｍｉｎで５ｓｅｃ回転させる。ここでは、重力が遠心力より少し大きいため、洗濯物は洗濯槽１１内をころがるように回転することになる。

図４は、６０ｒ／ｍｉｎで回転させた場合の振動センサ１７出力の時間の応答である。布によるアンバランスが下にあるとき、センサ出力は大きくなる。このセンサ信号を用い、閾値０．５Ｖでセンサ信号が０．５Ｖ以下になったタイミング、ここでは０．２５ｓｅｃの時点で回転数を８０ｒ／ｍｉｎに上昇させる。なお、加速度は８ｒ／ｍｉｎ／ｓｅｃとする。

すなわち、洗濯物が上に持ち上げられたタイミングで加速を行って、より速く重力より遠心力が大きくなる回転数８０ｒ／ｍｉｎに上昇させている。４番目として、８０ｒ／ｍｉｎで回転させながらアンバランスの検知を行う。アンバランス検知は、あらかじめ、センサ出力とアンバランスの関係をテーブルとして有していて、センサ信号の振動振幅を計測することによって行う。

図５は、センサ出力とアンバランス量の関係を示したグラフである。横軸がアンバランス量、縦軸が振動センサ１７の出力電圧である。図において、回転数が８０ｒ／ｍｉｎ、１５０ｒ／ｍｉｎ、１７０ｒ／ｍｉｎの３つのグラフがある。

図５のアンバランス量と変位センサ出力の関係を示す実測図より、８０ｒ／ｍｉｎと１５０ｒ／ｍｉｎを比較した場合、５倍以上の感度で計測が可能になる。また、１７０ｒ／ｍｉｎまで回転数を上げると、アンバランス量が６００ｇ以上で急激に振動が大きくなり、性能劣化、安全性で問題となる可能性がある。よって、本実施の形態では、１次アンバランス計測速度を８０ｒ／ｍｉｎ、２次アンバランス計測速度を１５０ｒ／ｍｉｎとしている。

ここで、アンバランス量が、６００ｇ未満の場合、回転数を再度上昇させ、脱水の目標回転数まで上昇させる。また、回転数８０ｒ／ｍｉｎと１５０ｒ／ｍｉｎでアンバランス検知を行っている。８０ｒ／ｍｉｎでアンバランスが６００ｇ以上と検出された場合、アンバランス補正手段２３による布ほぐしを再度行い、１５０ｒ／ｍｉｎでアンバランスが６００ｇ以上と検出された場合、アンバランス補正起動手段２４による布張り付けを再度行う。

図６は回転数と共振による変位センサ出力の変化を示した図である。本実施の形態の場合、２００ｒ／ｍｉｎと３００ｒ／ｍｉｎで共振が発生し、大きな振動が検出される。そのため、ここでは、振動による性能劣化や利用者の不満が発生しない程度で、できるだけ検出感度の高い状態でアンバランス量を推定したいため、この点においても１つ目の大きな共振周波数より少し小さい１５０ｒ／ｍｉｎで振動を検出している。実際には、この共振特性のある回転数でアンバランス量を推定する場合、共振周波数よりも小さい範囲で、かつ、共振周波数の７０％から９５％の範囲で行うとよい。

図７は洗濯動作直後のアンバランスがある場合と、布ほぐし及びアンバランス補正起動手段２４による布張り付け動作後のアンバランスを低減した場合の、受け筒１３の振動量の測定結果である。洗濯動作後、約１ｋｇのアンバランスがあった状態が、ほぐし動作後約３００ｇのアンバランスに低減されている。

以上のように、変位センサもしくは振動センサ１７とアンバランス推定手段２１によって、高精度にアンバランス量を推定することができるとともに、そのアンバランスの大きさに応じて、アンバランス補正手段２３によって、洗濯物のほぐし動作を行い、アンバランス補正起動手段２４によって、洗濯物の重心ずれを小さく洗濯槽１１に張り付けることができる。

よって、脱水時に高精度でアンバランス量を推定することができ、そのアンバランス量をモータ回転動作で低減することができるため、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに、脱水時間を短縮することができる。なお、ここでは正逆の回転を交互に２回行っているが、１回あるいは４回などであっても同様の効果が得られる。また、逆転の回転数を７０ｒ／ｍｉｎと６０ｒ／ｍｉｎとしたが、洗濯物が遠心力で張り付かない回転数であれば、同様の効果が得られる。

さらに、加速時間は３ｓｅｃないし４ｓｅｃ、ほぐし定常回転時間は４ｓｅｃから８ｓｅｃとしたが、この回転時間に限定されるものではない。また、アンバランス検出は８０ｒ／ｍｉｎと１５０ｒ／ｍｉｎで行っているが、遠心力の方が重力よりも大きくなっている回転数であればよい。さらに、共振特性でのアンバラ検出は１５０ｒ／ｍｉｎで行っているが、支持手段による共振周波数によって、アンバランス検知感度が大きくなっている場合であれば、他の回転数でもよい。

また、アンバランス補正起動手段２４での布張り付けにおいて、初期回転数を６０ｒ／ｍｉｎとしたが、洗濯物にかかる重力が遠心力より大きくなる回転数であれば、他の回転数でもよい。さらに、起動の加速タイミングを閾値０．５Ｖ、センサ値がこの閾値に対して上から下に変化する場合としたが、閾値１．５Ｖ、センサ値がこの閾値に対して下から上に変化する場合で、洗濯物が上から落とされたタイミングで加速してもよい。

以上のように、本発明にかかる洗濯機は、脱水工程において洗濯物の偏りであるアンバランス量を高精度に検出することができるとともに、そのアンバランス量を布ほぐし動作と回転起動時の布張り付け動作によって低減することが可能であり、また加えて支持機構
系の共振特性を調整することが可能であり、アンバランスと共振に伴う振動、騒音を低減することができるため、低振動、低騒音の高速脱水を実現することができるので、洗濯機として有用である。

１０ 筐体
１１ 回転ドラム（洗濯槽）
１２ モータ
１３ 受け筒
１７ 変位センサ（振動検出手段）
２１ アンバランス推定手段
２２ 制御手段
２３ アンバランス補正手段
２４ アンバランス補正起動手段
２５ 速度検出手段
２６ 制御量演算手段
２７ 駆動手段

Claims (6)

1. 洗濯物を回転させる洗濯槽と、前記洗濯槽を回転駆動するモータと、前記洗濯槽を収容し筐体に対して支持手段で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段の出力に応じてアンバランスの大きさと位置を推定するアンバランス推定手段と、前記モータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記アンバランス推定手段の出力である推定されたアンバランスの大きさが予め設定した閾値以上で、かつ、アンバランスの位置が予め設定した位置のときに、洗濯物に加わる重力より遠心力が大きくなる回転数に加速するアンバランス補正起動手段を具備したことを特徴とする洗濯機。
2. アンバランス補正起動手段は、アンバランスがドラムの下側にあると判断したときに加速することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
3. アンバランス補正起動手段は、アンバランスがドラムの上側にあると判断したときに加速することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
4. アンバランス起動補正手段は、アンバランス量もしくは洗濯物量で加速度を切り換える加速度切換手段を有することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
5. アンバランス起動補正手段は、アンバランス量もしくは洗濯物量で加速度曲線を切り換える加速度曲線切換手段を有することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
6. アンバランス起動補正手段は、アンバランス量もしくは洗濯物量で初期回転数を切り換える初期回転数切換手段を有することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。