JP2013027448A - 洗濯機および洗濯乾燥機 - Google Patents

Abstract

【課題】ドラム内の布量を、精度よく検知可能な布量検知手段を有する洗濯機および洗濯乾燥機を提供する。
【解決手段】モータ７により、ドラム３を静止から第１の所定の回転角速度Ｎ１を上回る回転角速度まで加速する加速工程と、加速工程の後に、前記ドラムを第１の所定の回転角速度Ｎ１にて所定の時間ｔ１の間等速回転を行い摩擦トルクＴａを測定する第１の検知工程と、第１の検知工程の後に、前記モータに減速トルクＴｂを発生させることで前記ドラムの回転を減速して、第２の所定の回転角速度Ｎ２から第３の所定の回転角速度Ｎ３まで回転角速度が低下する間の減速時角加速度αを計測する第２の検知工程を有し、前記第１の検知工程で測定した摩擦トルクＴａと前記第２の検知工程で測定した前記角加速度αに基づき布量を検知することにより、衣類がドラム３の内壁に安定的に張り付いた状態で布量を検知することとなり、より精度の高い検知が可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ドラムに投入された洗濯物の量である布量を検知するための布量センサを有する洗濯機に関する。

ドラム式洗濯機の構造の一例を図１１に示す。洗濯機本体１０１内には、防振構造を有するサスペンション構造（図示せず）によって水槽１０２が宙吊り状態に支持されている。前記水槽１０２内には、有底円筒形に形成されたドラム１０３が、その軸心方向を正面側から背面側に向けて下向きに傾斜させて回転自在に支持されている。水槽２の正面側にはドラム３の開口端に通じる衣類出入口１０４が形成され、洗濯機本体１０１の正面側の上向き傾斜面に設けられた開口部を開閉可能に閉じる扉１０５を開閉することにより、衣類出入口１０４を介してドラム１０３内に対して洗濯物を出し入れすることができる。

ドラム３には、その周面に水槽１０２内に通じる多数の透孔１０６が形成され、内周面の複数位置に衣類攪拌用の攪拌突起（図示せず）が設けられている。このドラム１０３は、水槽１０２の背面側に取り付けられたモータ１０７によって正転及び逆転方向に回転駆動される。また、水槽１０２には、注水管路１０８及び排水管路１０９が配管接続され、図示しない注水弁及び排水弁の制御によって水槽１０２内への注水及び排水がなされる。

扉１０５を開きドラム１０３内に洗濯物及び洗剤を投入して、洗濯機本体１０１の例えば前面上部に設けられた操作パネル１１０での操作により運転を開始させると、水槽１０２内には注水管路１０８から所定量の注水がなされ、モータ１０７によりドラム１０３が回転駆動されて洗濯工程が開始される。ドラム１０３の回転により、ドラム１０３内に収容された洗濯物はドラム１０３の内周壁に設けられた攪拌突起によって回転方向に持ち上げられ、持ち上げられた適当な高さ位置から落下する攪拌動作が繰り返されるので、洗濯物には叩き洗いの作用が及んで洗濯がなされる。所要の洗濯時間の後、汚れた洗濯液は排水管路１０９から排出され、ドラム１０３を高速回転させる脱水動作により洗濯物に含まれた洗濯液を脱水し、その後、水槽１０２内に注水管路８から注水してすすぎ工程が実施される。このすすぎ工程においてもドラム１０３内に収容された洗濯物はドラム１０３の回転により図示しない攪拌突起により持ち上げられて落下する攪拌動作が繰り返されてすすぎ洗いが実施される。

また、モータ１０７の背面には、その回転状態を検知するために、モータ１０７の回転子（ロータ）の位置を検出する位置検出素子等で構成された回転検知部１１４が設けられている。

また、このドラム式洗濯機には、ドラム１０３内に収容した洗濯物を乾燥する機能が設けられ、循環送風経路１１１により、水槽１０２内の空気を排気して除湿し、加熱して乾燥させた空気を再び水槽１０２内に送風ファン１１２にて送風するものである。

以上のような構成のドラム式洗濯機においては、ドラム１０３に投入された衣類等洗濯物の布量を検出し、布量に応じて洗濯時間等を自動的に決定する機能が付加されているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。布量を検出する方法の一例について、図１１および、図１２を参照して、以下に説明する。

布量の検出は、ドラム１０３を回転駆動するためのモータ１０７を制御する機能を有する制御回路（図示せず）により行われる。

洗濯を開始すると、まず、制御回路は、モータ１０７を始動し、回転検知部１１４からは検知出力が入力される。制御回路は、高性能可変速制御方式であるベクトル制御を利用して、モータ１０７に対して安定した駆動トルク／制動トルクを供給する。

布量検知工程では、制御回路にてトルク寄与電流成分Ｉｑを一定に制御することによりモータ１０７に対して所定の駆動トルクＴ１を供給して加速させ、第１の所定の速度間ΔＮ１の角加速度α１を測定する。その後、制御回路はモータ１０７に対して所定の制動トルクＴ２を供給することにより減速させ、第２の所定の速度間ΔＮ２の角加速度α２を測定する。

ここで布の重量をｍ、ドラム１０３の内周に分布する布の平均半径をｒ、ドラム１０３やモータ１０７の慣性モーメントをＪｄとすると、布を含めた回転系の慣性モーメントＪは数式１で求められる。

また、ドラム１０３の加速時の回転系のトルク運動方程式は、ドラム１０３や回転軸などが有する摩擦トルクをＴａ、布を含めた回転系の慣性モーメントをＪとすると、数式２のように表される。

同様に、ドラム１０３の減速時の回転系のトルク運動方程式は数式３のように表される。

数式１〜数式３から、数式４のように、布の平均半径ｒが一定であれば、布の重量ｍに応じて、加速度α１と加速度α２の関係が変化する。

数式４から、角加速度α１と角加速度α２の差は、摩擦トルクＴａには依存せず、布量ｍに反比例することがわかる。

これにより、モータ１０７を所定の加速トルクＴ１で加速したときの角加速度α１を測定し、その後モータ１０７を所定の制動トルクＴ２で減速したときの角加速度α２を測定し、その差を求めることによって、摩擦トルクＴａの値に関係なく布量を知ることができる。

特開２００３−２１０８８８号公報

上記従来の布量検知方法を用いる場合には、加速時、減速時共に、回転系の慣性モーメントＪが一定であることが前提となっている。しかしながら、ドラム１０３の内周に分布する布の平均半径ｒは、布が静止時にドラム１０３の下部に静置されている状態から回転運動の開始によりドラム１０３の内周に沿って平均的に分布する第１の加速過程と、その後の回転角速度の二乗に比例する遠心力によりドラム１０３の内壁に押しつけられる第２の加速過程を経るため、角加速度α１の測定中に変化する特性がある。

また、遠心力に対する布の平均半径ｒの時間的特性は布が持つバネ性に依存するが、布が持つバネ性は加圧時と減圧時に正反対の振る舞いをするものではない。すなわち、布は加圧された場合にはその力に従い厚さを減らすが、その後に減圧されても即座に元の状態には戻らず、時には、加圧された状態で固定され減圧してもその状態を維持してしまう場合もある。このため、角加速度α１を測定する場合におけるＪと角加速度α２を測定する場合におけるＪが一定でない場合がある。その場合には布量の検知精度が低くなるという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ドラムに投入された布量を、布を安定してドラムに張り付かせた後に等速運転を行うことにより安定した状態で摩擦トルクを測定し、その後の減速運転において慣性モーメントを測定し、等速運転中に測定した摩擦トルクの影響分を除外することによって、布の偏りによる慣性モーメントの変化の影響を低減し、簡単な構成で精度よく検知可能な布量検知手段を有する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、本発明の洗濯機は、水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有し、洗濯物を収容して回転運動を行うドラムと、前記ドラムを回転自在に内包し洗濯機本体内に弾性的に支持された水槽と、前記ドラムを駆動するモータと、前記モータの回転角速度を検知する回転角速度検知装置と、前記回転角速度検知装置の検知出力に基づき前記モータの回転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記モータを駆動して前記ドラムを第１の所定の回転角速度Ｎ１を上回る回転角速度まで加速する加速工程と、前記加速工程の後に、前記ドラムを前記第１の所定の回転角速度Ｎ１にて所定の時間ｔ１の間、等速回転を行い、摩擦トルクＴａを測定する第１の検知工程と、前記第１の検知工程の後に、前記モータに減速トルクＴｂを発生させることで前記ドラムの回転を減速して、第２の所定の回転角速度Ｎ２から第３の所定の回転角速度Ｎ３まで回転角速度が低下する間の減速時の角加速度αを計測する第２の検知工程を有し、前記第１の検知工程で測定した前記摩擦トルクＴａと、前記第２の検知工程で測定した前記角加速度αとに基づき布量を検知する布量検知工程を実行するものである。

これによって、布を安定してドラムに張り付かせた後に等速運転を行うことにより安定した状態で摩擦トルクを測定し、その後の減速運転において慣性モーメントを測定し、等速運転中に測定した摩擦トルクの影響分を除外することによって、簡単な構成で精度よく布量を検知することができる。

本発明の洗濯機は、衣類がドラムの内壁に安定的に張り付いた状態で布量を検知することとなり、精度よく布量を検知する事ができる。

本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の概略構成を示す断面図 同ドラム式洗濯機の制御装置を示す回路図 同ドラム式洗濯機に用いられる布量検知の動作を示す図 同ドラム式洗濯機のドラム３の正面図 同布量検知におけるベクトル制御を示すブロック図 同布量検知の布量と加速度の関係を示す図 同布量検知方法を示すフローチャート 本発明の実施の形態２におけるドラム式洗濯機の制御方法を示す図 本発明の実施の形態３におけるドラム式洗濯機の制御方法を示す図 本発明の実施の形態４におけるドラム式洗濯乾燥機の制御方法を示す図 従来例のドラム式洗濯機の概略構成を示す断面図 従来例のドラム式洗濯機の布量検知方法を示す図

第１の発明の洗濯機は、水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有し、洗濯物を収容して回転運動を行うドラムと、前記ドラムを回転自在に内包し洗濯機本体内に弾性的に支持された水槽と、前記ドラムを駆動するモータと、前記モータの回転角速度を検知する回転角速度検知装置と、前記回転角速度検知装置の検知出力に基づき前記モータの回転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記モータを駆動して前記ドラムを第１の所定の回転角速度Ｎ１を上回る回転角速度まで加速する加速工程と、前記加速工程の後に、前記ドラムを前記第１の所定の回転角速度Ｎ１にて所定の時間ｔ１の間、等速回転を行い、摩擦トルクＴａを測定する第１の検知工程と、前記第１の検知工程の後に、前記モータに減速トルクＴｂを発生させることで前記ドラムの回転を減速して、第２の所定の回転角速度Ｎ２から第３の所定の回転角速度Ｎ３まで回転角速度が低下する間の減速時の角加速度αを計測する第２の検知工程を有し、前記第１の検知工程で測定した前記摩擦トルクＴａと、前記第２の検知工程で測定した前記角加速度αとに基づき布量を検知する布量検知工程を実行するものである。

このため、第１の所定の回転角速度Ｎ１を上回る回転角速度まで加速してから、第１の所定の回転角速度Ｎ１に減速するので、布を加圧してから減圧してドラムに張り付かせることができる。このため、精度よく布量を検知することができる。また、安定してドラムに張り付かせた後に等速運転を行うことにより、安定した状態で摩擦トルクＴａを測定し、その後の減速運転において慣性モーメントを測定し、等速運転中に測定した摩擦トルクＴａの影響分を除外することによって布量を検知することとなり、簡単な構成で精度よく布量を検知することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の洗濯機の制御部は、第１の検知工程において、モータに通電されるｑ軸電流を制御し、摩擦トルクと絶対値が等しく、符号が逆の加速トルクＴｃを発生させることによりドラムを等速回転させるようにすることにより、布を安定してドラムに張り付かせた状態で摩擦トルクを測定することとなり、精度良く布量を検知することが可能となる。

第３の発明は、特に第２の発明の洗濯機の制御部は、第１の検知工程において、第１の所定の時間ｔ１内のｑ軸電流の平均値を算出することにより、摩擦トルクＴａを測定することにより、布の分布状態の影響等によりドラムの回転角速度が周期的に変動した場合でも安定して摩擦トルクＴａを測定することとなり、精度良く布量を検知することが可能となる。

第４の発明は、特に第３の発明の洗濯機の制御部は、第１の検知工程において、第１の所定の回転角速度Ｎ１にてドラムが１回転する時間のｑ軸電流の平均値を算出することに
より、布の分布状態の影響により重心が偏ることから生じる回転方向のトルク変動を平均化することとなり、精度良く布量を検知することが可能となる。

第５の発明は、特に第４の発明の洗濯機において、所定の時間ｔ１は、第１の所定の回転角速度Ｎ１にてドラムが２回転する時間よりも長いことにより、第１の所定の回転角速度Ｎ１にてドラムが１回転する時間のｑ軸電流の平均値を複数算出して比較することにより値の妥当性を検証できることとなり、精度良く布量を検知することが可能となる。

第６の発明は、特に第４または第５の発明の洗濯機の制御部は、第１の検知工程において、第１の所定の回転角速度Ｎ１にてドラムが１回転する時間のｑ軸電流の平均値を複数算出し、最後に算出した平均値と、直前に算出した平均値との差Ｉｑｄｉｆが、所定の値を超えていた場合は、前記平均値の差Ｉｑｄｉｆが所定の値を下回るまで、前記第１の検知工程の実施時間を延長して新たに前記平均値を算出し、新たな平均値とその直前の平均値との差Ｉｑｄｉｆを所定の値と比較する動作を繰り返すことにより、安定した等速回転を実現するまで第１の検知工程を続けることとなり、精度良く布量を検知することが可能となる。

第７の発明は、特に第１〜６の発明の洗濯機の制御部は、第２の検知工程においては、モータに通電されるｑ軸電流を所定の一定値となるよう制御することによって、減速トルクＴｂを制御することにより、モータにおけるトルクの主成分であるマグネットトルクに関係するｑ軸電流が一定となるようにすることで、前記減速トルクＴｂをほぼ一定に制御できるため、加速度αの検知精度を高めることができる。このため、精度良く布量を検知することが可能となる。

第８の発明は、特に第１〜７の洗濯機の制御部は、第１の検知工程および第２の検知工程においては、モータに通電されるｄ軸電流がほぼゼロとなるように制御したことにより、モータにおける発生トルクがマグネットトルクのみとなることから、ｑ軸電流だけで前記加速トルクＴｃおよび前記減速トルクＴｂが制御されて、制御を行いやすくなることから、精度良く布量を検知することが可能となる。

第９の発明は、特に第１〜８の発明の洗濯機の第１の検知工程および第２の検知工程は、水槽を含む振動系の共振周波数以下で実施されることにより、加速トルクＴｃおよび減速トルクＴｂのほとんどが振動成分とならずに回転方向成分となるため、精度良く布量を検知することが可能となる。また、共振周波数でドラムを回転させないので、振動による騒音の発生を抑えることができる。

第１０の発明は、特に第１〜９の発明の洗濯機の制御部は、加速工程における、所定の回転角区間におけるドラムの最大回転角速度と最小回転角速度を計測し、前記最大回転角速度と前記最小回転角速度の差が所定値以上である場合は、前記ドラムの回転駆動を停止することにより、布の前記ドラム内における分布が不均一となって、前記ドラムの振動が所定の値よりも大きくなった場合であっても、前記ドラムを停止することにより騒音の発生を抑えることができる。

第１１の発明は、特に第１〜１０の発明の洗濯機の制御部は、ドラムの回転開始から経過時間を測定し、第１の所定の制限時間ｔｅｎｄ１が経過しても加速工程を終了しない場合は、前記ドラムの回転駆動を停止することにより、過大な衣類が投入された場合等、加速時間が第１の所定の制限時間ｔｅｎｄ１よりも長くなった場合については、前記ドラムの回転駆動を停止し次工程に移ることができる。これによって、洗濯時間を不要に長引かせず、無駄な動作、電力を消費することを抑制できる。

第１２の発明は、特に第１〜１１の発明の洗濯機の制御部は、ドラムの回転開始から経過時間を測定し、第２の所定の制限時間ｔｅｎｄ２が経過しても第１の検知工程を終了しない場合は、前記ドラムの回転駆動を停止することにより、衣類の片寄り度合いが大きく、等速回転が実施できない場合等、ドラムの回転開始から第１の検知工程終了までの時間が第２の所定の制限時間ｔｅｎｄ２よりも長くなった場合については、前記ドラムの回転駆動を停止し次工程に移ることができる。これによって、洗濯時間を不要に長引かせず、無駄な動作、電力を消費することを抑制できる。

第１３の発明は、特に第１〜１２の発明の洗濯機の制御部は、ドラムの回転開始から経過時間を測定し、第３の所定の制限時間ｔｅｎｄ３が経過しても第２の検知工程を終了しない場合は、前記ドラムの回転駆動を停止することにより、過大な衣類が投入された場合等、ドラムの回転開始から第２の検知工程終了までの時間が第３の所定の制限時間ｔｅｎｄ３よりも長くなった場合については、前記ドラムの回転駆動を停止し次工程に移ることができる。これによって、洗濯時間を不要に長引かせず、無駄な動作、電力を消費することを抑制できる。

第１４の発明は、特に第１〜１３の発明の洗濯機の制御部は、モータの回転を制御してドラムを駆動することにより、洗い工程、濯ぎ工程、脱水肯定の各工程を順次実行するようにし、布量検知工程を前記洗い工程の前に実行するようにしたことにより、布量を確定した後に各工程を実施することとなり、布量に応じて最適に運転する洗濯機を実現することができる。

第１５の発明は、特に第１〜９の発明の洗濯機の制御部は、モータの回転を制御してドラムを駆動することにより、洗い工程、濯ぎ工程、脱水工程の各工程を順次実行するようにし、布量検知工程を前記濯ぎ工程時における脱水動作終了時に実行するようにしたことにより、前記濯ぎ工程時における脱水動作終了時の布量を短い時間で検知することとなり、検知した布量に応じた最適な脱水工程を実施することができる。

第１６の発明は、特に第１〜９の発明の洗濯機の制御部は、モータの回転を制御してドラムを駆動することにより、洗い工程、濯ぎ工程、脱水工程、乾燥工程の各工程を順次実行するようにし、布量検知工程を前記脱水工程の終了時に実行するようにしたことにより、前記脱水工程終了時の布量を短い時間で検知することとなり、検知した布量に応じた最適な乾燥工程を実施することができる。

以下、本発明の実施の形態１〜４について、図面を参照しながら説明する。なお、この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ドラム式洗濯機の概略構造を示す断面図である。また、図２は、同ドラム式洗濯機の動作を制御する制御装置の概略構成を示す断面図である。

図１において、モータ７の回転は、ベルト１６を介してドラム３の回転中心軸１７に固定されたプーリ１８に伝達される。洗濯機としての基本的な動作は従来例と同様である。

図２に示す制御装置においては、商用電源２０の交流電力を整流器２１より整流し、チョークコイル２２及び平滑コンデンサ２３からなる平滑回路により平滑化された直流電力を駆動電力として、インバータ回路２４によりモータ７を回転駆動する。また、入力設定部２５から入力される運転指示、及び各検知手段（図示せず）により検知される運転状態の監視情報に基づいてモータ７の回転を制御し、負荷駆動部２６により給水弁２７、排水
弁２８、送風ファン１２、ヒータ２９の動作を制御する。

モータ７は、３相巻線７ａ、７ｂ、７ｃを有するステータと、２極の永久磁石を有するロータとを備え、モータ回転角速度検出手段３０を設けた３相誘導モータとして構成され、スイッチング素子２４ａ〜２４ｆにより構成されたＰＷＭ制御インバータ回路２４により回転制御される。モータ回転角速度検出手段３０が検出する速度信号は、マイコンにより構成された制御部３１に入力される。この速度信号に基づいて、駆動回路３２によりスイッチング素子２４ａ〜２４ｆのオン／オフ状態をＰＷＭ制御することにより、ステータの３相巻線７ａ、７ｂ、７ｃに対する通電を制御してロータを所要回転角速度で回転させる。

制御部３１は、モータ回転角速度検出手段３０の検出出力が入力されるドラム回転角速度検知部３３を有する。前記ドラム回転角速度検知部３３は、モータ回転角速度検出手段３０から出力される速度信号と、モータ７の軸とプーリ１８の半径の比に基づき、ドラム３の回転角速度を算出する。ドラム回転角速度検知部３３の検知出力は布量検知部３４に供給され、検出された回転角速度に基づき、以下に説明するように布量が検知される。

本実施の形態における布量検知方法の特徴について、以下、図３を参照して説明する。

図３は、本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機に用いられる布量検知の動作を示す図であり、ドラム３の回転角速度上昇に要する時間、および回転角速度降下に要する時間との関係を示すもので、横軸は布量検知開始からの経過時間、縦軸は回転角速度である。

衣類がドラム３に投入され、図示しない入力手段により洗濯運転の開始指令が入力されると、制御部３１はまず加速工程を行い、続いて布量検知工程を行う。加速工程においては、モータ７に加速トルクを発生させることでドラム３を静止状態から起動して第１の所定の回転角速度Ｎ１を上回る回転角速度まで加速する。次に前記加速工程に引き続いて布量検知工程を行う。布量検知工程は第１の検知工程と第２の検知工程からなり、まずモータ７に発生させるトルクを制御し、第１の所定の回転角速度Ｎ１にて安定したと判断すると、所定の時間ｔ１の間等速回転を行い摩擦トルクＴａを測定する第１の検知工程を開始する。

図４は、本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機のドラム３の正面図であり、第１の検知工程における回転角速度とトルクの関係を示している。第１の検知工程において、ドラム３は第１の所定の回転角速度Ｎ１で回転運動をしている。この時、ドラム３の回転中心軸１７は、図示しない軸受けなどから回転運動を妨げる方向に摩擦トルクＴａを受ける。この状態で等速運動を継続するためには、モータ７に摩擦トルクを打ち消すためのトルク、すなわち摩擦トルクと絶対値が等しく符号が逆の加速トルクＴｃを発生させればよい。

ここで、モータ７の加速トルクＴｃを制御する必要が生じる。このような制御は、モータ７に印加する電圧を制御することでも実現可能ではあるが、一般的には、以下に述べるような、ベクトル制御によってモータのトルク制御を行うことができる。

図５は、本発明の実施の形態１における布量検知におけるベクトル制御を示すブロック図である。

図５の制御ブロック図において、モータ７に通電される電流のうち、すくなくとも２相の電流と、ホールＩＣなどによって得られるモータの回転位置信号を検知する。これらの
信号を用いて、モータ７の電流を、トルク成分であるＩｑ（ｑ軸電流）と磁束成分であるＩｄ（ｄ軸電流）という直交する２つの電流に換算する。その後、換算されたＩｑおよびＩｄと、指令されているＩｑ＊およびＩｄ＊を比較したうえで、適切な制御ゲインＰ、Ｉなどを用いることによって、モータ７のＩｑ、Ｉｄを制御することができる。

ここで、モータ７のトルクＴは数式５で表されることから、Ｉｑ（ｑ軸電流）とＩｄ（ｄ軸電流）を制御すれば、モータ７のトルクＴを制御可能である。

なお、Ｐはモータ７の極対数、ψａは磁石による鎖交磁束、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンスを示す。

特に、数式５におけるψａ・Ｉｑはマグネットトルクを表しており、モータが発生するトルクの主成分である。したがって、モータ７のトルクはＩｑ（ｑ軸電流）によって主体的に制御することが可能である。また、Ｉｄ（ｄ軸電流）がゼロではない場合、回転状態によってＬｄやＬｑが変化すると、トルクＴの変動、あるいは布量の計算を行う時にトルクＴを演算する場合に誤差を生じやすくなる。つまり、Ｉｑ（ｑ軸電流）とＩｄ（ｄ軸電流）を一定に制御してもトルクＴが一定にならない場合が存在することから、Ｉｄ（ｄ軸電流）をゼロとし、Ｉｑ（ｑ軸電流）を制御してモータ７のトルクを制御することによって、布量の検知計算誤差を小さくすることが可能となる。

第１の検知工程の目的は摩擦トルクＴａを測定することであるが、モータ７に加速トルクＴｃを発生させて等速回転を行った場合、加速トルクＴｃを測定して符号を逆転させれば摩擦トルクＴａを測定したことと同等となる。加えて、前記ベクトル制御を用いればＩｄをゼロとした上でＩｑを制御すれば加速トルクＴｃを制御できるので、制御部３１にて第１の検知工程におけるＩｑを記憶することにより、摩擦トルクＴａを測定したことと同等となる。

ここで、等速運動中のドラム３の第１の所定の回転角速度Ｎ１の変動要因として、ドラム３内の布の分布状態の影響による重心の偏りが挙げられる。すなわち、回転中心軸１７から重心がずれた場合、重心が鉛直方向下向きに移動する場合はドラム３は加速され、鉛直方向上向きに移動する場合はドラム３は減速される。

この影響を打ち消すためには、前記ベクトル制御によりＩｑを制御し、加速中は加速トルクＴｃを小さく、減速中は加速トルクＴｃを大きくすればよい。重心はドラム３が１回転すると元の場所に戻るので、結果的にＩｑの増減はドラムの回転に従って周期的に制御されることとなる。

このような条件の中では、第１の所定の回転角速度Ｎ１にてドラム３が１回転する間のＩｑの平均値を算出することにより、重心の偏りの影響を排除することができ、摩擦トルクＴａを精度良く測定することができる。

また、より精度良く摩擦トルクＴａを測定するためには、所定の時間ｔ１を第１の所定の回転角速度Ｎ１にてドラム３が２回転する時間より長く設定し、Ｉｑの平均値を複数回算出することにより測定バラツキを抑えることができる。

また、複数算出したＩｑの平均値のバラツキが大きく、ドラム３が安定した等速回転を
していないと推定された場合は、Ｉｑの平均値のバラツキが所定の範囲に収まるまで第１の検知工程を延長すれば、より精度良く摩擦トルクＴａを測定することができる。

この第１の検知工程が終了した後に、加速トルクＴｃを制御し、ドラム３の回転角速度を減速に転じさせた後に、減速トルクＴｂを発生させ、第２の所定の回転角速度Ｎ２からΔＮだけ回転角速度を降下させ、第３の所定の回転角速度Ｎ３に至る時間ｔ２を測定することにより加速度αを算出する第２の検知工程が行われる。

この時、前記ベクトル制御によりモータ７に通電するＩｄをゼロとし、Ｉｑを所定の一定値となるよう制御することにより、減速トルクＴｂを一定に制御することにより、加速度αの検知精度を高めることができる。

第２の検知工程を終え、布量検知工程が終了すると、引き続き、洗い、濯ぎ、脱水などの各工程の内、入力手段により設定された工程が実施される。

ここで、第１の検知工程の動作状態について考察する。 第１の検知工程において、摩擦トルクＴａと加速トルクＴｃの関係は数式６で表される。

また、加速トルクＴｃは、数式５でＩｄ＝ゼロ、Ｉｑの平均値をＩｑａｖｅとすればよいので、数式７で表される。

一方、第２の検知工程について考察すると、第２の検知工程における角加速度をαと置き、ｑ軸電流の所定の一定値をＩｑ２と置いた場合に、数式８、数式９、数式１０となる。

数式６〜数式１０から、摩擦トルクＴａの成分を消去すると、数式１１となる。

図６は、本発明の実施の形態１における布量と加速度の関係を示す図であり、横軸は布量、縦軸は加速度を示す図であり、数式１１を判りやすく示すものである。

数式１１は、布のドラム内周における平均半径ｒ、第１の検知工程におけるｑ軸電流平均値Ｉｑａｖｅ、第２の検知工程におけるｑ軸電流の所定の一定値Ｉｑ２がある一定の値である場合に、図６に示すように、布の重量ｍに応じてαが変化することを示している。

ここで、αは数式８に示すとおり、ドラム３の回転角速度と時間の関係を測定することによって容易に得ることが可能である。したがって、布の重量ｍと角加速度の変化αの関係のみ把握し、図２の制御部３１の布量検知部３４に演算用テーブルとして保存しておけば、容易に精度良く布量を検知することができる。

図７は、本発明の実施の形態１における布量検知方法を示すフローチャートである。

図７において、布量検知がスタートすると（ステップＳ１）、制御部３１は、モータ７を加速して（ステップＳ２）、ドラム３の回転角速度を上昇させる（ステップＳ３）。回転角速度が第１の所定の回転角速度Ｎ１に到達すると加速工程を終了する（ステップＳ４のＹＥＳ）。次に、制御部３１は、モータ７に通電するＩｄをゼロとした上で、Ｉｑを制御してトルクＴｃを制御することによりドラム３が第１の所定の回転角速度Ｎ１で一定に回転するよう制御する（ステップＳ５）。第１の所定の回転角速度Ｎ１で安定したと判断すれば（ステップＳ６のＹＥＳ）、第１の検知工程へと進む。

第１の検知工程では、Ｉｑの瞬時値を逐次記憶し（ステップＳ７）、ドラム３が１回転する間のＩｑの瞬時値を記憶し終えれば（ステップＳ８のＹＥＳ）、その間のＩｑの平均値（Ｉｑａｖｅ）を算出し、メモリに格納する（ステップＳ９）。Ｉｑａｖｅの算出が１回目の場合は無条件でステップＳ７〜ステップＳ９を繰り返す（ステップＳ１０のＹＥＳ）。２回目以降は（ステップＳ１０のＮＯ）、ステップ７〜９を繰り返し、最後に算出した平均値Ｉｑａｖｅと、直前に算出した平均値Ｉｑａｖｅとの差Ｉｑｄｉｆが、所定の値を超えていた場合は、平均値の差Ｉｑｄｉｆが所定の値を下回るまで、第１の検知工程の実施時間ｔ１を延長して新たに平均値Ｉｑａｖｅを算出する。制御部３１は、算出された新たな平均値Ｉｑａｖｅと、その直前の平均値Ｉｑａｖｅとの差Ｉｑｄｉｆを所定の値と比較する動作を繰り返す（ステップＳ１１のＹＥＳ）。最新の２つの平均値Ｉｑａｖｅの値の差Ｉｑｄｉｆが所定の値を超えていなければ、第１の検知行程を終える（ステップＳ１１のＮＯ）。

次に、モータ７を減速トルクＴｂで駆動させ、回転角速度の降下を開始させる（ステップＳ１２）。ドラム３が、第２の所定の回転角速度Ｎ２に到達した時点で（ステップＳ１３のＹＥＳ）時間ｔ２の測定を開始し（ステップＳ１４）、回転角速度がΔＮだけ降下した第３の所定の回転角速度Ｎ３に到達した時点で（ステップＳ１５のＹＥＳ）、回転角速度がΔＮだけ降下するのに要した所要時間ｔ２を算出する（ステップＳ１６）。

次にΔＮとｔ２から数式８に基づいて第２の検知工程の角加速度αを算出し（ステップＳ１７）、第１の検知工程にて求めたＩｑａｖｅの最終値と第２の検知工程にて求めた角加速度αから数式１１に基づいて布量を求め（ステップＳ１８）、布量検知を終了する（ステップＳ１９）。

以上のように構成された洗濯機の布量検知では、第１の検知工程で測定した摩擦トルクＴａと第２の検知工程で測定した角加速度αに基づき布量を検知するため、布を安定してドラムに張り付かせた後に等速運転を行うことにより安定した状態で摩擦トルクを測定し、その後の減速運転において慣性モーメントを測定し、等速運転中に測定した摩擦トルク
の影響分を除外することによって布量を検知することになり、精度の高い検知が可能となる。

なお、本実施の形態では、モータ７の回転は、ベルト１６を介してドラム３の回転中心軸１７に固定されたプーリ１８に伝達されるものとしているが、モータ７をドラム３の回転中心軸１７に直接接続して駆動する構成としても同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２におけるドラム式洗濯機の制御方法を示す図である。

本実施の形態におけるドラム式洗濯機の構成、制御装置の構成、布量検知方法は、基本的には、実施の形態１に記載のものと同様である。本実施の形態における相違点は、ドラム３の回転角速度を上昇させる加速工程において、回転角速度の上昇に伴う回転角速度の変化に応じて、ドラム３の回転駆動を停止させる制御を設けた点である。

図８（ａ）は、ドラム３の回転角速度が時間とともに上昇する様子を示す。横軸は、モータ７を駆動して、ドラム３の回転角速度を上昇させたときの経過時間、縦軸はドラム３の回転角速度である。図示のとおり、ドラム３の回転角速度は一様に上昇するのではなく、上下動を繰り返しながら上昇してゆく。これは、ドラム３内に収容された洗濯物のバランスの影響で、水槽２が振動することに起因する。振動が大きくなり過ぎると、水槽２が洗濯機本体に衝突して異常音を発することになる。

本実施の形態では、そのような事態の発生を回避するための制御を行う。すなわち、ドラム３の回転を加速している途中における、所定回転角区間におけるドラム３の回転角速度について、最大回転角速度と最小回転角速度の差を検知する。その差が所定値以上である場合は、ドラム３の回転を停止するように制御する。所定回転角区間におけるドラム３の最大回転角速度と最小回転角速度としては、例えば１回転中に４回、回転角速度を測定し、その最大回転角速度と最小回転角速度を求める。

図８（ｂ）は、ドラムの回転角速度の最大と最小の差の上限値の関連を示す図である。

図８（ｂ）に示すように、ドラム３の回転角速度に対応させて、最大回転角速度と最小回転角速度の差の上限値を実験に基づいて設定し、制御部３１にテーブルとして備えておく。図８（ｂ）に示すような最大回転角速度と最小回転角速度の差の上限値は、ドラム３の各回転角速度における、実験的に求めた振動の許容範囲に基づいて設定すればよい。

また、水槽２の振動は、水槽２を含む振動系が固有に持つ共振周波数において最も大きくなる。洗濯物のバランスが悪い事に起因する振動も、この共振周波数において最も大きくなるため、設計時にこの共振周波数を把握しておき、第１の検知工程及び第２の検知工程を共振周波数以下で実施することにより、振動が大きくなることを避けることができる。加速トルクＴｃおよび減速トルクＴｂのほとんどが振動成分とならずに回転方向成分となるため、精度良く布量を検知することが可能となる。

以上のように、本実施の形態では、ドラム３の所定回転角速度区間における最大回転角速度と最小回転角速度の差が上限値を超えないように制御することにより、洗濯物のバランスが悪いことに起因して、水槽２が大きく振動し洗濯機本体に衝突するような事態を回避する。これにより、騒音の発生を抑えることができる。また、共振周波数以下でドラム３を回転させることで、騒音の発生を抑えることができる。また、一旦停止した後、再度起動させて検知することで、や、あらかじめ決められた布量と判定して次工程へ進むことが可能となる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３のドラム式洗濯機の制御方法を示す図である。

本実施の形態におけるドラム式洗濯機の構成、制御装置の構成、布量検知方法は、基本的には、実施の形態１に記載のものと同様である。本実施の形態における相違点は、布量を検知するためにドラム３の回転角速度を上昇、下降させる際に、時間による制限を設け、所定の時間を経過すると、ドラム３の回転駆動を停止させる制御を設けた点である。

図９（ａ）は、ドラム３の回転角速度が時間とともに上昇する様子を示す。横軸は、モータ７を駆動して、ドラム３の回転角速度を上昇させたときの経過時間、縦軸はドラム３の回転角速度である。

例えば、水に濡れた衣類など、ドラム３に重い負荷が投入された場合、加速工程において、モータ７の出力トルクが不足して、第１の所定の回転角速度Ｎ１を超えるまで回転角速度を上昇させられない場合がある。

ドラム３の回転開始から、あらかじめ定めた第１の所定の制限時間Ｔｅｎｄ１が経過しても加速工程を終了しない場合は、ドラム３の回転駆動を停止し、次工程へと進む。

また、図９（ｂ）のように、布の偏りが発生し、第１の検知工程において算出したＩｑａｖｅの値が安定しない場合、第１の検知工程の終了までの時間が長くなる場合がある。

ドラム３の回転開始から、あらかじめ定めた第２の所定の制限時間Ｔｅｎｄ２が経過しても第１の検知工程を終了しない場合は、ドラム３の回転駆動を停止し、次工程へと進む。

また、図９（ｃ）のように、重い負荷が投入され、第２の所定の回転角速度Ｎ２まで回転角速度を上昇させられた場合でも、摩擦トルクＴａと減速トルクＴｂの和が小さい場合、第２の検知工程の終了である第３の所定の回転角速度Ｎ３までに到達する時間が長くなる場合がある。

ドラム３の回転開始から、あらかじめ定めた第３の所定の制限時間Ｔｅｎｄ３が経過しても第２の検知工程を終了しない場合は、ドラム３の回転駆動を停止し、次工程へと進む。

以上のように、本実施の形態では、加速工程、第１の検知工程、第２の検知工程のそれぞれに回転開始からの制限時間を設け、それぞれの制限時間が経過しても各工程が終了していない場合にドラムの回転を停止するよう制御することにより、布量検知工程に必要以上に時間をかけることなく、一旦停止した後、再度起動させて検知することや、あらかじめ決められた布量と判定して次工程へ進むことが可能となる。これによって、洗濯時間を不要に長引かせず、無駄な動作、電力を消費することを抑制できる。

（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４のドラム式洗濯乾燥機の制御方法を示す図である。

本実施の形態の洗濯乾燥機は、図１に示す洗濯機の構成に加え、乾燥機能を実現するために、図示しない送風手段と送風経路ならびに除湿手段を備えている。洗濯機能を実現するための構成、制御装置の構成は、基本的に実施の形態１に記載のものと同様である。本実施の形態における相違点は、布量検知工程を脱水工程終了時に実行するようにした点で
ある。

脱水工程では、ドラム３は布量検知工程における第１の所定の回転角速度Ｎ１よりも速い脱水回転角速度Ｎｄまで加速されることにより内部の衣類に含まれる水を絞り出す。その後、ドラム３が減速され、第１の所定の回転角速度Ｎ１に到達した時点で所定の時間ｔ１の間、等速回転を行い第１の検知工程を実行する。引き続き前記第２の検知工程を実行する。

この動作により、脱水終了時に実行される減速動作の中で布量検知工程を実行することにより、布量検知に長時間を要することなく、脱水終了時の布量を検知することができる。その値を基に、引き続き実行される乾燥工程を制御することにより、最適な乾燥工程が実施されることとなる。この場合、脱水工程において第１の所定の回転角速度Ｎ１より速い回転角速度まで加速されているため、布量検知工程を実施するための加速工程は不要となり、短い時間で布量検知を実行することができる。

なお、本実施の形態では、脱水工程の終了時に布量検知工程を実行するものとしているが、ドラム３が第１の所定の回転角速度Ｎ１を上回る回転角速度から、第３の所定の回転角速度Ｎ３を下回る角速度へと遷移する動作中に実行することも可能である。例えば、濯ぎ工程中に洗剤成分を絞り出すために一時的に高速回転をし、その後、減速して停止した後に注水を行うような一連の動作の中で実行し、検知した値を基に脱水工程を制御するといったことも可能である。この場合、乾燥機能は関係しないので、ドラム式洗濯機であっても、ドラム式洗濯乾燥機であっても、どちらでも可能である。

また、第１の検知工程を、第１の所定の回転角速度Ｎ１に到達した時点で実行することとしているが、脱水工程や濯ぎ工程の中で第１の所定の回転角速度Ｎ１を上回る速度で等速回転する工程が存在すれば、その間に第１の検知工程を実施することにより、布量検知工程を実施するための時間を全く追加することなく布量検知を実行することができる。

本発明によれば、ドラムに投入された布量を、簡単な構成で精度よく検知して、適切な洗濯時間の設定や洗剤量の表示及び、適切な時間設定の脱水工程や乾燥工程を行うことが可能であり、家庭用、業務用の洗濯機および洗濯乾燥機に有用である。

１ 洗濯機本体
２ 水槽
３ ドラム
７ モータ
７ａ 相巻線
８ 注水管路
１２ 送風ファン
１６ ベルト
１７ 回転中心軸
１８ プーリ
２０ 商用電源
２１ 整流器
２３ 平滑コンデンサ
２４ インバータ回路
２４ａ スイッチング素子
２５ 入力設定部
２６ 負荷駆動部
２７ 給水弁
２８ 排水弁
２９ ヒータ
３０ モータ回転角速度検出手段
３１ 制御部
３２ 駆動回路
３３ ドラム回転角速度検知部
３４ 布量検知部
Ｎ１ 第１の所定の回転角速度
Ｎ２ 第２の所定の回転角速度
Ｎ３ 第３の所定の回転角速度
Ｔａ 摩擦トルク
Ｔｂ 減速トルク
Ｔｃ 加速トルク
α 角加速度
ｔｅｎｄ１ 第１の所定の制限時間
ｔｅｎｄ２ 第２の所定の制限時間
ｔｅｎｄ３ 第３の所定の制限時間

Claims (16)

1. 水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有し、洗濯物を収容して回転運動を行うドラムと、
   前記ドラムを回転自在に内包し洗濯機本体内に弾性的に支持された水槽と、
   前記ドラムを駆動するモータと、
   前記モータの回転角速度を検知する回転角速度検知装置と、
   前記回転角速度検知装置の検知出力に基づき前記モータの回転を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記モータを駆動して前記ドラムを第１の所定の回転角速度Ｎ１を上回る回転角速度まで加速する加速工程と、
   前記加速工程の後に、前記ドラムを前記第１の所定の回転角速度Ｎ１にて所定の時間ｔ１の間、等速回転を行い、摩擦トルクＴａを測定する第１の検知工程と、前記第１の検知工程の後に、前記モータに減速トルクＴｂを発生させることで前記ドラムの回転を減速して、第２の所定の回転角速度Ｎ２から第３の所定の回転角速度Ｎ３まで回転角速度が低下する間の減速時の角加速度αを計測する第２の検知工程を有し、
   前記第１の検知工程で測定した前記摩擦トルクＴａと、前記第２の検知工程で測定した前記角加速度αとに基づき布量を検知する布量検知工程を実行する洗濯機。
2. 制御部は、第１の検知工程において、モータに通電されるｑ軸電流を制御し、摩擦トルクと絶対値が等しく、符号が逆の加速トルクＴｃを発生させることによりドラムを等速回転させる請求項１に記載の洗濯機。
3. 制御部は、第１の検知工程において、第１の所定の時間ｔ１内のｑ軸電流の平均値を算出することにより、摩擦トルクＴａを測定する請求項２に記載の洗濯機。
4. 制御部は、第１の検知工程において、第１の所定の回転角速度Ｎ１にてドラムが１回転する時間のｑ軸電流の平均値を算出する請求項３に記載の洗濯機。
5. 所定の時間ｔ１は、第１の所定の回転角速度Ｎ１にてドラムが２回転する時間よりも長い請求項４に記載の洗濯機。
6. 制御部は、第１の検知工程において、第１の所定の回転角速度Ｎ１にてドラムが１回転する時間のｑ軸電流の平均値を複数算出し、最後に算出した平均値と、直前に算出した平均値との差Ｉｑｄｉｆが、所定の値を超えていた場合は、前記平均値の差Ｉｑｄｉｆが所定の値を下回るまで、前記第１の検知工程の実施時間を延長して新たに前記平均値を算出し、新たな平均値とその直前の平均値との差Ｉｑｄｉｆを所定の値と比較する動作を繰り返す請求項４または５に記載の洗濯機。
7. 制御部は、第２の検知工程においては、モータに通電されるｑ軸電流を所定の一定値となるよう制御することによって、減速トルクＴｂを制御する請求項１〜６のいずれか１項に記載の洗濯機。
8. 制御部は、第１の検知工程および第２の検知工程においては、モータに通電されるｄ軸電流がほぼゼロとなるように制御した請求項１〜７のいずれか１項に記載の洗濯機。
9. 第１の検知工程および第２の検知工程は、水槽を含む振動系の共振周波数以下で実施される請求項１〜８のいずれか１項に記載の洗濯機。
10. 制御部は、加速工程における、所定の回転角区間におけるドラムの最大回転角速度と最小回転角速度を計測し、前記最大回転角速度と前記最小回転角速度の差が所定値以上である場合は、前記ドラムの回転駆動を停止する請求項１〜９のいずれか１項に記載の洗濯機。
11. 制御部は、ドラムの回転開始から経過時間を測定し、第１の所定の制限時間ｔｅｎｄ１が経過しても加速工程を終了しない場合は、前記ドラムの回転駆動を停止する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の洗濯機。
12. 制御部は、ドラムの回転開始から経過時間を測定し、第２の所定の制限時間ｔｅｎｄ２が経過しても第１の検知工程を終了しない場合は、前記ドラムの回転駆動を停止する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の洗濯機。
13. 制御部は、ドラムの回転開始から経過時間を測定し、第３の所定の制限時間ｔｅｎｄ３が経過しても第２の検知工程を終了しない場合は、前記ドラムの回転駆動を停止する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の洗濯機。
14. 制御部は、モータの回転を制御してドラムを駆動することにより、洗い工程、濯ぎ工程、脱水肯定の各工程を順次実行するようにし、布量検知工程を前記洗い工程の前に実行するようにした請求項１〜１３のいずれか１項に記載の洗濯機。
15. 制御部は、モータの回転を制御してドラムを駆動することにより、洗い工程、濯ぎ工程、脱水工程の各工程を順次実行するようにし、布量検知工程を前記濯ぎ工程時における脱水動作終了時に実行するようにした請求項１〜９のいずれか１項に記載の洗濯機。
16. 制御部は、モータの回転を制御してドラムを駆動することにより、洗い工程、濯ぎ工程、脱水工程、乾燥工程の各工程を順次実行するようにし、布量検知工程を前記脱水工程の終了時に実行するようにした請求項１〜９のいずれか１項に記載の洗濯乾燥機。