JP2013118897A - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの増大、及びドラム式洗濯機全体の信頼性の低下を招くことなく、ドラムの回転軸方向の洗濯物のアンバランス位置を特定する。
【解決手段】横方向に延びる回転軸を中心に回転可能なドラム１９と、ドラム１９が内装された水槽と、ドラム１９を指令電圧に応じて回転させる回転モータと、回転モータの回転速度を検出する回転検出部とを備えたドラム式洗濯機において、ドラム１９に洗濯物３１を収容した状態で、回転モータの指令電圧を、回転モータの回転速度が共振を起こす速度よりも遅くなり、かつ洗濯物３１をドラム１９に張り付かせる速度となる電圧範囲で複数種類の電圧に変化させる速度変化制御を実行し、速度変化制御中に回転検出部により検出された回転速度に基づいて、電圧範囲でエネルギー吸収値が最大となるときのピーク回転速度を特定し、ピーク回転速度に基づいてドラム１９の回転軸方向における洗濯物３１のアンバランス位置を特定する制御部を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、ドラムと、該ドラムを回転させる回転モータとを備えたドラム式洗濯機に関するものである。

特許文献１に開示されたドラム式洗濯機は、回転モータへの指令電圧を固定した状態で回転速度の変動を測定し、回転速度の変動が所定値よりも大きいか否かに応じて、洗濯物のバランス状態の良し悪しを判定する。

特許文献２に開示されたドラム式洗濯機は、水槽に取り付けた２軸加速度センサの出力に基づいて、ドラムの回転軸に沿った前後方向における洗濯物のアンバランス位置を特定する。

特開２００６−７５４７７号公報 特開２００６−３１１８８４号公報

しかし、上記特許文献１のように回転速度の変動が所定値よりも大きいか否かを判定するだけでは、ドラム内の洗濯物が回転軸方向のどの位置に片寄っているか、すなわちドラムの回転軸方向における洗濯物のアンバランス位置を特定できない。

一方、上記特許文献２では、２軸加速度センサを設ける必要があるので、部品が増加する分、コストの増大を招くとともに、故障の確率が増え、ドラム式洗濯機全体の信頼性が低下する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、コストの増大、及びドラム式洗濯機全体の信頼性の低下を招くことなく、ドラムの回転軸方向の洗濯物のアンバランス位置を特定することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、エネルギー吸収値が最大となるときのピーク回転速度に基づいてドラムの回転軸方向の洗濯物のアンバランス位置を特定するようにしたことを特徴とする。

具体的には、本発明は、次のような解決手段を講じた。

すなわち、請求項１に記載の発明は、横方向に延びる回転軸を中心に回転可能なドラムと、該ドラムが内装された水槽と、前記ドラムを指令電圧に応じて回転させる回転モータと、前記回転モータの回転速度を検出する回転検出部と、前記ドラムに洗濯物を収容した状態で、前記回転モータの指令電圧を、前記回転モータの回転速度が共振を起こす速度よりも遅くなり、かつ洗濯物をドラムに張り付かせる速度となる電圧範囲で複数種類の電圧に変化させる速度変化制御を実行し、該速度変化制御中に前記回転検出部により検出された回転速度に基づいて、前記電圧範囲でエネルギー吸収値が最大となるときのピーク回転速度を特定し、当該ピーク回転速度に基づいて前記ドラムの回転軸方向における洗濯物のアンバランス位置を特定する制御部とを備えたことを特徴とする。

これにより、エネルギー吸収値が最大となるピーク回転速度に基づいて、洗濯物のアンバランス位置を特定できる。

また、アンバランス位置を、回転モータに通常設けられる回転検出部の出力に基づいて特定できるので、２軸加速度センサ等の別のセンサを設ける必要がない。したがって、部品点数を減らしてコストを削減し、かつ故障の確率を減らして信頼性を高めることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のドラム式洗濯機において、前記速度変化制御は、前記回転モータの指令電圧を一定速度で上昇させるものであり、前記制御部は、前記速度変化制御の実行後、前記回転モータの回転速度を脱水工程時の速度まで上昇させる脱水初期制御に移行することを特徴とする。

これにより、アンバランス位置の特定に用いる回転速度の検出を、回転モータを加速させながら行うので、回転モータの回転速度を固定して行う場合に比べ、回転モータの回転速度を脱水工程時の速度まで早く到達させることができる。したがって、回転モータの起動から脱水終了までにかかる時間を短縮できるとともに消費電力を削減できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のドラム式洗濯機において、前記制御部は、前記ピーク回転速度が所定の第１の速度範囲にある場合には、前記アンバランス位置が前記回転軸方向後ろ寄りであると判定する一方、前記ピーク回転速度が前記第１の速度範囲よりも高い第２の速度範囲にある場合には、前記アンバランス位置が前記回転軸方向前寄りであると判定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のドラム式洗濯機において、前記制御部は、前記ピーク回転速度に対応するエネルギー吸収値が所定の閾値以上である場合には、前記回転モータの回転速度を、洗濯物に作用する重力が遠心力を上回る速度以下に下げる布ほぐし制御を実行する一方、前記ピーク回転速度に対応するエネルギー吸収値が前記所定の閾値未満である場合には、前記回転モータの回転速度を脱水工程時の速度まで上昇させる脱水初期制御に移行するものであり、前記所定の閾値は、前記アンバランス位置が前記回転軸方向前寄りであると判定したときに、前記アンバランス位置が前記回転軸方向後ろ寄りであると判定したときに比べて低く設定されることを特徴とする。

アンバランス位置が回転軸方向前寄りのとき、すなわち洗濯物が回転モータから回転軸方向に離れた側に片寄っているとき、振動及び当該振動による騒音が、アンバランス位置が回転軸方向後ろ寄りであるときに比べて大きくなる傾向がある。しかし、請求項４に係る発明により、アンバランス位置が回転軸方向前寄りであるときに、アンバランス位置が回転軸方向後ろ寄りであるときに比べて幅広いエネルギー吸収値で布ほぐし制御を実行するので、大きい振動及び騒音をより確実に防止できる。また、アンバランス位置が回転軸方向後ろ寄りであるときには、不必要な布ほぐし制御の回数を減らすことにより、洗濯開始から脱水終了までにかかる時間を削減できる。

エネルギー吸収値が最大となるピーク回転速度に基づいて、洗濯物のアンバランス位置を特定できる。

また、アンバランス位置を、回転モータに通常設けられる回転検出部の出力に基づいて特定できるので、２軸加速度センサ等の別のセンサを設ける必要がない。したがって、部品点数を減らしてコストを削減し、かつ故障の確率を減らして信頼性を高めることができる。

本発明の実施形態に係るドラム式洗濯機を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係るドラム式洗濯機の制御系統を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るドラム式洗濯機が洗濯、すすぎ工程を終了してから、脱水工程に至るまでの制御部の動作を示すフローチャートである。 （ａ）は、回転軸方向後ろ寄りに洗濯物が片寄っている場合のドラムの動きを例示する概略斜視図である。（ｂ）は、回転軸方向後ろ寄りに洗濯物が片寄っている場合の回転モータの回転速度とエネルギー吸収値との関係を例示するグラフである。（ｃ）は、回転軸方向後ろ寄りに洗濯物が片寄っている場合の回転モータの回転速度とドラム前部の回転軸に対して垂直な方向への振動との関係を例示するグラフである。（ｄ）は、回転軸方向後ろ寄りに洗濯物が片寄っている場合の回転モータの回転速度とドラム後部の回転軸に対して垂直な方向への振動との関係を例示するグラフである。 （ａ）は、回転軸方向前寄りに洗濯物が片寄っている場合のドラムの動きを例示する概略斜視図である。（ｂ）は、回転軸方向前寄りに洗濯物が片寄っている場合の回転モータの回転速度とエネルギー吸収値との関係を例示するグラフである。（ｃ）は、回転軸方向前寄りに洗濯物が片寄っている場合の回転モータの回転速度とドラム前部の回転軸に対して垂直な方向への振動との関係を例示するグラフである。（ｄ）は、回転軸方向前寄りに洗濯物が片寄っている場合の回転モータの回転速度とドラム後部の回転軸に対して垂直な方向への振動との関係を例示するグラフである。 ドラム式洗濯機のモデルを示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るドラム式洗濯機１を示し、図２は、ドラム式洗濯機１の制御系統を示す。ドラム式洗濯機１は、箱状の外枠３を備え、該外枠３の正面には、洗濯物３１（図４（ａ）参照）を出し入れするためのドア５が設けられている一方、該外枠３の正面上部には、操作入力部７及び表示部９（図１には示さず）を備えた操作・表示パネル１１が設けられている。上記外枠３内には、水槽１３が、コイルバネからなる弾性体１５により上から吊り下げられ、かつダンパ１７により下から支えられた状態で設けられている。上記水槽１３には、ドラム１９が、回転軸２３を中心に回転可能に内装されている。回転軸２３は、正面側から背面側に向けて下向きに傾斜して横方向に延びている。図１中、Ａは回転軸２３方向を示す。ドラム１９の周壁１９ａには、洗濯水をドラム１９内に供給又はドラム１９外に排出するための多数の通水孔１９ｂが形成されている。また、上記ドラム１９の背面には、ドラム１９を指令電圧に応じて回転させる回転モータ２１が上記回転軸２３を介して取り付けられている。回転モータ２１には、図１には示していないが、その回転速度（データ）を検出する回転検出部２５が配設されている。

また、回転モータ２１の近傍には、該回転モータ２１を制御する制御部２７が配設されている。さらに、上記回転モータ２１の近傍には、図１には示していないが、制御部２７により出力された制御信号を上記指令電圧に変換する駆動部２８と、該駆動部２８により出力された指令電圧に応じた電流値を検知する電流検知部２９とが設けられている。

制御部２７は、以下に説明する動作が実行可能なように構成されている。以下、ドラム式洗濯機１が洗濯、すすぎ工程を終了してから、脱水工程に至るまでの制御部２７の動作について、図３を参照して説明する。

まず、ステップ（図中Ｓと示す）１０１において、制御部２７は、ドラム１９に洗濯物３１を収容した状態で、回転モータ２１の指令電圧を、その回転速度が１００ｒｐｍから２４０ｒｐｍになるまで一定速度で上昇させる速度変化制御を実行する。回転モータ２１の指令電圧の上昇範囲は、回転モータ２１の回転速度が１００ｒｐｍから２４０ｒｐｍになるまでの範囲に限らず、回転速度が共振を起こす速度よりも遅くなり、かつ洗濯物３１をドラム１９に張り付かせる速度となる電圧範囲であればよい。

このとき、制御部２７は、上記速度変化制御中に電流検知部２９により検知された電流値と、上記速度変化制御中に回転検出部２５により検出された回転速度とに基づいて、上記指令電圧の所定時間当たりの変動量と、上記回転速度（単位時間当たりの回転数）の所定時間当たりの変動量とを、所定時間毎に連続的に取得する。そして、取得した上記指令電圧の所定時間当たりの変動量と、上記回転速度（単位時間当たりの回転数）の所定時間当たりの変動量と、モータートルク(Motor Torque)定数とに基づいて、エネルギー吸収値を上記所定時間毎に連続的に算出する。ここで、指令電圧をＶ、回転モータ２１の回転数（ドラム１９の回転数）をＮ、モータートルク定数をＫとすると、エネルギー吸収値は、ｄＶ／ｄＮ−Ｋで表される。

次に、制御部２７は、ステップ１０２において、上記電圧範囲でエネルギー吸収値が最大となるときのピーク回転速度、すなわち前記１００ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍの範囲でエネルギー吸収値が最大となるときのピーク回転速度を特定する。

次いで、制御部２７は、ステップ１０３において、ステップ１０２で特定したピーク回転速度が１１５ｒｐｍ〜１５０ｒｐｍの第１の速度範囲にあるか否かを判定する。上記ピーク回転速度が上記第１の速度範囲にある場合には、洗濯物３１がドラム１９の回転軸２３方向後部に片寄っている、すなわちアンバランス位置が回転軸２３方向後ろ寄りであると判定し、ステップ１０４に進む。一方、上記ピーク回転速度が上記第１の速度範囲にない場合にはステップ１０５に進む。

ステップ１０４では、制御部２７は、ステップ１０２で特定したピーク回転速度に対応するエネルギー吸収値が所定の閾値としての０．２５Ｖ／ｒｐｍ以上である場合にはステップ１０６に進む一方、上記エネルギー吸収値が０．２５Ｖ／ｒｐｍ未満である場合にはステップ１０７に進む。

ステップ１０５では、制御部２７は、ステップ１０２で特定したピーク回転速度が上記第１の速度範囲よりも高い１７０ｒｐｍ〜２１５ｒｐｍの第２の速度範囲にあるか否かを判定する。上記ピーク回転速度が上記第２の速度範囲にある場合には、洗濯物３１がドラム１９の回転軸２３方向前部に片寄っている、すなわちアンバランス位置が回転軸２３方向前寄りであると判定し、ステップ１０８に進む。一方、上記ピーク回転速度が上記第１の速度範囲にない場合にはステップ１０５に進む。

ステップ１０６では、制御部２７は、回転モータ２１の回転速度を、洗濯物に作用する重力が遠心力を上回る速度、すなわち洗濯物３１がドラム１９に張り付かない速度である８０ｒｐｍ以下に下げる布ほぐし制御を実行し、ステップ１０１に戻る。

ステップ１０７では、制御部２７が、回転モータ２１の回転速度を２４０ｒｐｍから脱水工程時の速度まで上昇させる脱水初期制御に、回転モータ２１の回転速度を一旦下げることなく移行する。脱水工程時の回転速度は、８００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍである。

このように、ステップ１０７では、制御部２７が、アンバランス位置の特定に用いる回転速度の検出を、回転モータ２１を加速させながら行うので、回転モータ２１の回転速度を固定して行う場合に比べ、回転モータ２１の回転速度を脱水工程時の速度まで早く到達させることができる。したがって、回転モータ２１の起動から脱水終了までにかかる時間を短縮できるとともに消費電力を削減できる。

ステップ１０８では、制御部２７が、ステップ１０２で特定したピーク回転速度に対応するエネルギー吸収値が所定の閾値としての０．１６Ｖ／ｒｐｍ以上である場合にはステップ１０６に進む一方、上記エネルギー吸収値が０．１６Ｖ／ｒｐｍ未満である場合にはステップ１０７に進む。

図４（ａ）に示すように、回転軸２３方向後ろ寄りに洗濯物３１が片寄っている場合、回転モータ２１に接続された回転軸２３と水槽１３との間の軸受摩擦によるエネルギー吸収が大きくなり、エネルギー吸収値が最大となるピーク回転速度は、図４（ｂ）に示すように、１１５ｒｐｍ〜１５０ｒｐｍの第１の速度範囲に収まる。図４（ｃ）は、ドラム１９前部の上記回転軸２３に対して垂直な方向への振動を例示する。図４（ｄ）は、ドラム１９後部の上記回転軸２３に対して垂直な方向への振動を例示する。

図５（ａ）に示すように、回転軸２３方向前寄りに洗濯物３１が片寄っている場合、水槽１３の振動によるエネルギー吸収が大きくなり、ピーク回転速度は、図５（ｂ）に示すように、１７０ｒｐｍ〜２１５ｒｐｍの第２の速度範囲に収まる。図５（ｃ）は、ドラム１９前部の上記回転軸２３に対して垂直な方向への振動を例示する。図５（ｄ）は、ドラム１９後部の上記回転軸２３に対して垂直な方向への振動を例示する。

図６は、ドラム式洗濯機１のモデルを示す。このモデルは、底面からの回転軸２３方向の距離がｌ_x、回転軸２３からの半径方向の距離がｒ_oの位置に、重量ｍ_fの洗濯物３１がある場合を想定したものである。このモデルにおいて、以下のような運動方程式が満たされる。Ｍは洗濯機全体の重量、Ｃは減衰力、ｋはばね係数、Ｚ（Ｔ）はモータ巻線抵抗、ωは角速度である。

この運動方程式に基づいて、変位速度を以下のように求めることができる。

ここで、ω＝ω_nfとすると、変位速度の最大値は以下のようになる。

エネルギー吸収値は変位速度に比例し、重量Ｍは速度変化に伴って脱水により変化するので、エネルギー吸収値の最大値は以下のように表せる。

以上のように、エネルギー吸収値（ｄＶ／ｄＮ−Ｋ）にはドラム１９の形状、大きさ、及び重量が反映されるので、本実施形態の制御は、あらゆる洗濯容量のドラム式洗濯機１に適用できる。

したがって、上記実施形態によれば、エネルギー吸収値が最大となるピーク回転速度に基づいて、洗濯物３１のアンバランス位置を特定できる。

また、アンバランス位置を、回転モータ２１に通常設けられる回転検出部２５の出力に基づいて特定できるので、２軸加速度センサ等の別のセンサを設ける必要がない。したがって、部品点数を減らしてコストを削減し、かつ故障の確率を減らして信頼性を高めることができる。

また、アンバランス位置が回転軸２３方向前寄りのとき、すなわち洗濯物３１が回転モータ２１から回転軸２３方向に離れた側に片寄っているとき、振動及び当該振動による騒音が、アンバランス位置が回転軸２３方向後ろ寄りであるときに比べて大きくなる傾向がある。しかし、本実施形態では、ステップ１０８で用いる閾値がステップ１０４で用いる閾値よりも低く設定され、アンバランス位置が回転軸２３方向前寄りであるときに、アンバランス位置が回転軸２３方向後ろ寄りであるときに比べて幅広いエネルギー吸収値で布ほぐし制御を実行するので、大きい振動及び騒音をより確実に防止できる。また、アンバランス位置が回転軸２３方向後ろ寄りであるときには、不必要な布ほぐし制御の回数を減らすことにより、洗濯開始から脱水終了までにかかる時間を削減できる。

なお、上記実施形態では、回転軸２３を正面側から背面側に向けて下向きに傾斜させているが、傾斜させず、水平にしてもよい。

なお、上記実施形態では、ピーク回転速度に基づいて、アンバランス位置が回転軸２３方向後ろ寄りか前寄りかのみを判定したが、アンバランス位置をより多種の位置に特定できるようにしてもよい。例えば、上記実施形態において、制御部２７がさらに、ピーク回転速度が１５０ｒｐｍ〜１７０ｒｐｍの範囲にある場合には、アンバランス位置が回転軸２３方向中程であると判定するようにしてもよい。また、制御部２７が、ドラム１９内を回転軸２３方向に４つ以上に分割し、アンバランス位置がいずれの分割領域に位置するかを特定できるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、速度変化制御が、回転速度が共振を起こす速度よりも遅くなり、かつ洗濯物３１をドラム１９に張り付かせる速度となる電圧範囲で回転モータ２１の指令電圧を一定速度で上昇させるものであった。しかし、速度変化制御は、上記電圧範囲におけるピーク回転速度を特定可能なように回転モータ２１の指令電圧を複数種類の電圧に変化させるものであれば、他の制御であってもよい。例えば、上記電圧範囲で指令電圧を一定速度で下降させるものであってもよい。

本発明は、ドラムと、該ドラムを回転させる回転モータとを備えたドラム式洗濯機として有用である。

１ ドラム式洗濯機
１３ 水槽
１９ ドラム
２１ 回転モータ
２３ 回転軸
２５ 回転検出部
２７ 制御部
３１ 洗濯物

Claims (4)

1. 横方向に延びる回転軸を中心に回転可能なドラムと、
   該ドラムが内装された水槽と、
   前記ドラムを指令電圧に応じて回転させる回転モータと、
   前記回転モータの回転速度を検出する回転検出部と、
   前記ドラムに洗濯物を収容した状態で、前記回転モータの指令電圧を、前記回転モータの回転速度が共振を起こす速度よりも遅くなり、かつ洗濯物をドラムに張り付かせる速度となる電圧範囲で複数種類の電圧に変化させる速度変化制御を実行し、該速度変化制御中に前記回転検出部により検出された回転速度に基づいて、前記電圧範囲でエネルギー吸収値が最大となるときのピーク回転速度を特定し、当該ピーク回転速度に基づいて前記ドラムの回転軸方向における洗濯物のアンバランス位置を特定する制御部とを備えたことを特徴とするドラム式洗濯機。
2. 請求項１に記載のドラム式洗濯機において、
   前記速度変化制御は、前記回転モータの指令電圧を一定速度で上昇させるものであり、
   前記制御部は、前記速度変化制御の実行後、前記回転モータの回転速度を脱水工程時の速度まで上昇させる脱水初期制御に移行することを特徴とするドラム式洗濯機。
3. 請求項１に記載のドラム式洗濯機において、
   前記制御部は、前記ピーク回転速度が所定の第１の速度範囲にある場合には、前記アンバランス位置が前記回転軸方向後ろ寄りであると判定する一方、前記ピーク回転速度が前記第１の速度範囲よりも高い第２の速度範囲にある場合には、前記アンバランス位置が前記回転軸方向前寄りであると判定することを特徴とするドラム式洗濯機。
4. 請求項３に記載のドラム式洗濯機において、
   前記制御部は、前記ピーク回転速度に対応するエネルギー吸収値が所定の閾値以上である場合には、前記回転モータの回転速度を、洗濯物に作用する重力が遠心力を上回る速度以下に下げる布ほぐし制御を実行する一方、前記ピーク回転速度に対応するエネルギー吸収値が前記所定の閾値未満である場合には、前記回転モータの回転速度を脱水工程時の速度まで上昇させる脱水初期制御に移行するものであり、
   前記所定の閾値は、前記アンバランス位置が前記回転軸方向前寄りであると判定したときに、前記アンバランス位置が前記回転軸方向後ろ寄りであると判定したときに比べて低く設定されることを特徴とするドラム式洗濯機。

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