JP2013180028A - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】無負荷から定格容量の広範囲で布量検知を精度よく検知すること。
【解決手段】モータ７に所定の加速トルクを発生させることでドラムの回転を加速し、所定の回転数Ｎ１からＮ２まで回転数が上昇する間の加速時角加速度α１を計測する第一の検知工程と、モータ７に所定の減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速し、所定の回転数Ｎ３からＮ４まで回転数が低下する間の減速時角加速度α２を計測する第二の検知工程と、モータ７に前記所定の加速トルクとは異なる所定値に再設定した加速トルクで加速時角加速度α３を計測する第三の検知工程と、モータ７に前記所定の減速トルクとは異なる所定値に再設定した減速トルクで減速時角加速度α４を計測する第四の検知工程とを有し、制御部３１は、加速時角加速度α１と減速時角加速度α２に基づき布量を検知し、検知した布量が所定値以上の場合に第三の検知工程または第四の検知工程を行なう。
【選択図】図４

Description

本発明は、ドラム内の布量を検知して行程を制御するドラム式洗濯機に関するものである。

従来、この種のドラム式洗濯機では、洗濯物が投入されたドラムを一定の回転数で回転させた後、モータの通電を停止した時の、ドラムの惰性回転時間を検知して布量を検知する構成が提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載されたドラム式洗濯機の縦断面図、図７は、同ドラム式洗濯機の布量検知の動作を示す図である。

図６において、洗濯機本体１内には、図示しないサスペンション構造によって水槽２が宙吊り状態に支持されている。水槽２内には、有底円筒形に形成されたドラム３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４が形成され、洗濯機本体１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５を開くことにより、衣類出入口４を通じてドラム３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２内に通じる多数の透孔６が形成され、内周面の複数位置に攪拌突起（図示せず）が設けられている。このドラム３は、水槽２の背面側に取り付けられたモータ７によって、正転及び逆転方向に回転駆動される。また、水槽２には、注水管路８及び排水管路９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２内への注水及び排水がなされる。

扉５を開き、ドラム３内に洗濯物及び洗剤を投入して、洗濯機本体１の、例えば前面上部に設けられた操作パネル１０での操作により運転を開始させると、水槽２内には注水管路８から所定量の注水がなされ、モータ７によりドラム３が回転駆動されて、洗濯工程が開始される。ドラム３の回転により、ドラム３内に収容された洗濯物はドラム３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９から排出され、ドラム３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２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３内に収容された洗濯物は、ドラム３の回転により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、このドラム式洗濯機には、ドラム３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１１により、水槽２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２内に送風する。この循環送風経路１１の途中には、蒸発器などの除湿手段、凝縮器などの加熱手段及び送風手段である送風ファン１２が設けられている。この循環送風経路１１を利用した乾燥工程では、循環送風経路１１を循環される空気中に、主として衣類などの洗濯物から発生する糸くずなどの異物が混じって循環し、蒸発器や凝縮器の目詰まり、送風ファン１２の回転部への噛み込み、送風ファン１２の内面への堆積といった乾燥工程を実施するのに支障を来し易いので、循環送風経路１１の途中に、循環空気中
の異物を除去するフィルタ１３が設けられている。

また、モータ７の背面には、モータ７の回転を検知するための回転検知部１４が設けられており、モータ７の回転数検知を行なうことにより、布量検知制御やドラム３の回転数制御を行なっている。また、洗濯機本体１の前部内面には、ドラム式洗濯機の動作を制御する制御部（図示せず）を有する制御装置１５が設けられている。

図７において、横軸は布量検知開始からの経過時間、縦軸はドラム３の回転数であるが、布量検知を開始すると、制御装置１５は、モータ７を駆動して所定の回転数Ｎ１から、所定の加速トルクＴ１によりドラム３の回転数を上昇させて、回転数がΔＮ１だけ上昇した所定の回転数Ｎ２に到達させるように制御する。ドラム３がＮ２に達した時点で、回転数がΔＮ１上昇するのに要した所要時間ｔ１を算出する。これが、第一の検知工程である。

次に、所定の回転数Ｎｍａｘに到達した後、モータ７の回転数の降下を開始させる。モータ７によって、減速トルクＴ２を発生させ、ドラム３が所定の回転数Ｎ３からΔＮ２だけ回転数が降下した所定の回転数Ｎ４に到達した時点で、回転数がΔＮ２だけ降下するのに要した所要時間ｔ２を算出する。これが、第二の検知工程である。

この、ΔＮ１、ｔ１、ΔＮ２、ｔ２から、第一の検知工程の角加速度α１および第二の検知工程の角加速度α２を算出し、予め測定しておいた測定値と布量の関係から、布量を求める。なお、この布量検知方式においては、モータ７の加速トルクＴ１と減速トルクＴ２はそれぞれ一定となるように制御されている。

特開２００９−００５７２２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、モータ７の加速トルクＴ１と減速トルクＴ２が一定であるために、布量が少ないほどＮ１からＮ２までに必要な時間は短く、ドラムの加速時の角加速度は大きくなる。逆に布量が多くなればＮ１からＮ２までの時間が長く、加速時の角加速度は小さくなる。このために、ある範囲、例えば定格布量の半分程度までは、的確に布量検知ができるが、無負荷から定格容量までの広範囲において的確に布量検知を行なう時の検知精度に課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、無負荷から定格容量までの広範囲の布量を精度良く検知することができるドラム式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、本発明のドラム式洗濯機は、有底円筒状に形成されたドラムと、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、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転検知部と、前記モータ等を制御して、洗い、すすぎ、脱水等の各行程を制御する制御部とを備え、前記モータに所定の加速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を加速し、所定の回転数Ｎ１からＮ２まで回転数が上昇する間の加速時角加速度α１を計測する第一の検知工程と、第一の検知工程の後、前記モータに所定の減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速し、所定の回転数Ｎ３からＮ４まで回転数が低下する間の減速時角加速度α２を計測する第二の検知工程と、第二の検知工程の後、前記モータに前記所定の加速トルクと
は異なる所定値に再設定した加速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を加速し、所定の回転数Ｎ１からＮ２まで回転数が上昇する間の加速時角加速度α３を計測する第三の検知工程と、第三の検知工程の後、前記モータに前記所定の減速トルクとは異なる所定値に再設定した減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速し、所定の回転数Ｎ３からＮ４まで回転数が低下する間の減速時角加速度α４を計測する第四の検知工程とを有し、前記制御部は、前記加速時角加速度α１と前記減速時角加速度α２に基づき布量を検知し、検知した布量が所定値以上の場合に第三の検知工程または第四の検知工程を行なうものである。これによって、無負荷から定格容量までの広範囲の布量を精度良く検知することができる。

本発明のドラム式洗濯機は、布量検知方式により、無負荷から定格容量までの精度の高い布量検知を実現することができる。

本発明の実施の形態におけるドラム式洗濯機の縦断面図 同ドラム式洗濯機のブロック回路図 同ドラム式洗濯機の布量検知工程のフロ−チャ−ト図 同ドラム式洗濯機の布量検知工程の動作を示すグラフ 同ドラム式洗濯機の布量判定時の、判定値と布量の関係を表すグラフ 従来のドラム式洗濯機の縦断面図 同ドラム式洗濯機の布量検知の動作を示すグラフ

第１の発明は、有底円筒状に形成されたドラムと、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、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転検知部と、前記モータ等を制御して、洗い、すすぎ、脱水等の各行程を制御する制御部とを備え、前記モータに所定の加速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を加速し、所定の回転数Ｎ１からＮ２まで回転数が上昇する間の加速時角加速度α１を計測する第一の検知工程と、第一の検知工程の後、前記モータに所定の減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速し、所定の回転数Ｎ３からＮ４まで回転数が低下する間の減速時角加速度α２を計測する第二の検知工程と、第二の検知工程の後、前記モータに前記所定の加速トルクとは異なる所定値に再設定した加速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を加速し、所定の回転数Ｎ１からＮ２まで回転数が上昇する間の加速時角加速度α３を計測する第三の検知工程と、第三の検知工程の後、前記モータに前記所定の減速トルクとは異なる所定値に再設定した減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速し、所定の回転数Ｎ３からＮ４まで回転数が低下する間の減速時角加速度α４を計測する第四の検知工程とを有し、前記制御部は、前記加速時角加速度α１と前記減速時角加速度α２に基づき布量を検知し、検知した布量が所定値以上の場合に第三の検知工程または第四の検知工程を行なうことにより、加速時角加速度α１と減速時角加速度α２だけからでは精度良く布量を検知できない場合に、異なる設定トルクで加速時角加速度α３と減速時角加速度α４を検知するようにしたので、無負荷から定格負荷までの広範囲の布量を精度良く検知することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の制御部は、前記加速時角加速度α３と前記減速時角加速度α２に基づき布量を検知する構成としたことにより、検知行程を最小限増やすことで、無負荷から定格負荷までの広範囲の布量を短時間で精度良く検知することができる。

第３の発明は、特に第１の発明の制御部は、前記加速時角加速度α１と前記減速時角加速度α４に基づき布量を検知する構成としたことにより、１つの加速時角加速度に対して
２つの減速時角加速度を適用して布量検知を行うことになるので、無負荷から定格負荷までの広範囲の布量を精度良く検知することができる。

第４の発明は、特に第１の発明の制御部は、前記加速時角加速度α１と前記減速時角加速度α２に基づき布量を検知し、検知した布量が所定値以上の場合に第三の検知工程および第四の検知工程を行なうとともに、前記加速時角加速度α３と前記減速時角加速度α４に基づき布量を検知する構成としたことにより、加速時角加速度と減速時角加速度を異なるトルクで２回検知することにより、無負荷から定格負荷までの広範囲の布量を精度良く検知することができる。

以下、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、従来例と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。また、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、本発明の実施の形態におけるドラム式洗濯機の縦断面図、図２は、同ドラム式洗濯機のブロック回路図である。

図１において、洗濯機本体６１の前面内部には、一連の行程の動作を制御する制御部３１（図２参照）を有する制御装置６５が設けられている。

図２において、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、３つの位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃを設けた直流ブラシレス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制御によるインバータ回路２４により回転制御される。位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃが検出するロータ位置検出信号は、マイコンにより構成された制御部３１に入力される。このロータ位置検出信号に基づいて、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数で回転させる。

制御部３１は、モータ７のロータ位置を３つの位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃで検出し、回転検知部３３は、３つの位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃのいずれかの信号の状態が変わるたびにその周期を検出し、その周期よりロータの回転数からドラム３の回転数を演算する。

布量検知部３８は、モータ７を駆動制御し、ドラム３の回転の加速時の加速トルクを所定の加速トルクに設定する加速トルク設定部３９と、減速時の減速トルクを設定する減速トルク設定部３４と、布量検知時（布量検知については後述）のドラム３回転の加速時の加速度と減速時の減速加速度を演算する加速時角加速度演算・減速時角加速度演算部３５と、加速時角加速度演算・減速時角加速度演算部３５の演算結果から布量判定する布量演算部３６と、布量検知工程で最初に布量判定した判定値が所定の値以上かどうかを判断する布量比較判定部３７から構成されている。

図３は、本発明の実施の形態におけるドラム式洗濯機の布量検知工程のフローチャートを示し、図４は、布量検知工程の動作を示すグラフで、横軸は布量検知開始からの経過時間、縦軸はドラム３の回転数である。

図３、図４において、布量検知工程がスタートすると、布量検知部３８の加速トルク設定部３９と減速トルク設定部３４にて、加速トルクＴ１、減速トルクＴ２を設定する（ステップＳ３０）。制御装置６５の制御部３１は、モータ７を駆動して（ステップＳ３１）、布がドラム３の内側に張り付く所定の回転数Ｎ１まで上昇させ（ステップＳ３２）、設定した加速トルクＴ１によりドラム３の回転数を上昇させて（ステップＳ３３）、回転数がΔＮ１だけ上昇した所定の回転数Ｎ２に到達させるように制御する（ステップＳ３４）。ドラム３が回転数Ｎ２に到達した時点で、回転数がΔＮ１上昇するのに要した所要時間ｔ１を算出する（ステップＳ３５）。これが、第一の検知工程である。

そして、回転数Ｎ２（ステップＳ３６）で、ｔｓ秒間速度制御する（ステップＳ３７）。

次に、惰性回転を行い、モータ７の回転数の降下を開始させる（ステップＳ３８）。惰性回転開始後、ドラム３が所定の回転数Ｎ３（ステップＳ３９）に達した時点から、設定した減速トルクＴ２で減速を開始する（ステップＳ４０）。

ドラム３が、所定の回転数Ｎ３からΔＮ２だけ回転数が降下した所定の回転数Ｎ４に到達した時点で（ステップＳ４１）、回転数がΔＮ２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Ｓ４２）。これが、第二の検知工程である。

そして、ΔＮ１、ｔ１、ΔＮ２、ｔ２から、後述する式（５）および式（７）に基づいて算出された加速時の角加速度α１と減速時の角加速度α２から、判定値（α１−α２）を演算し、予め測定しておいた判定値Ｓと布量の関係から、布量の判定をする（ステップＳ４３）。 布量判定値が所定値以下かどうか、本実施の形態では定格容量の約１／２以下であるかどうかをステップＳ４４で判定し、布量判定の結果が定格容量の約１／２以下の場合は、布量判定値を確定させる（ステップＳ４５）。なお、布量を判定する判定値の算出方法詳細については、後述する。

ステップＳ４４にて、布量判定の結果が所定値以上、つまり、定格の約１／２以上の場合は、布量をさらに精度良く検知し判定するために、ステップＳ４６以降へと移行する。

まず、制御装置６５の制御部３１は、布量検知部３８の加速トルク設定部３９と減速トルク設定部３４にて、加速トルクＴ３、減速トルクＴ４を設定する（ステップＳ４６）。そして、制御部３１は、モータ７を駆動して（ステップＳ４７）、布がドラム３の内側に張り付く所定の回転数Ｎ１まで上昇させ（ステップＳ４８）、設定した加速トルクＴ３によりドラム３の回転数を上昇させて（ステップＳ４９）、回転数がΔＮ１だけ上昇した所定の回転数Ｎ２に到達させるように制御する（ステップＳ５０）。ドラム３が回転数Ｎ２に到達した時点で、回転数がΔＮ１上昇するのに要した所要時間ｔ３を算出する（ステップＳ５１）。これが、第三の検知工程である。

そして、回転数Ｎ２（ステップＳ５２）で、ｔｓ秒間速度制御する（ステップＳ５３）。

次に、惰性回転を行い、モータ７の回転数の降下を開始させる（ステップＳ５４）。惰性回転開始後、ドラム３が所定の回転数Ｎ３（ステップＳ５５）に達した時点から、設定した減速トルクＴ４で減速を開始する（ステップＳ５６）。

ドラム３が、所定の回転数Ｎ３からΔＮ２だけ回転数が降下した所定の回転数Ｎ４に到達した時点で（ステップＳ５７）、回転数がΔＮ２だけ降下するのに要した所要時間ｔ４を算出する（ステップＳ５８）。これが、第四の検知工程である。

そして、ΔＮ１、ｔ３、ΔＮ２、ｔ４から、後述する式（５）および式（７）に基づいて算出された加速時の角加速度α３と減速時の角加速度α４から、判定値（α３−α４）を演算し、予め測定しておいた判定値Ｓと布量の関係から、布量の判定をし（ステップＳ５９）、ステップＳ６０で判定を確定する。

図５は、布量判定した時の、判定値（α１−α２）、または（α３−α４）と布量の関係を表すグラフである。

図５において、縦軸が判定値（α１−α２）、または（α３−α４）で、横軸が布量であるが、勾配のあるグラフとなっており、精度ある布量検知ができている。

なお、上記では、布量判定の結果が定格容量の約１／２以上の場合に、加速トルク、減速トルクとも再設定して行なう布量検知制御を述べたが、加速トルクのみ再設定、あるいは、減速トルクのみ再設定して布量検知を行なって、得られた加速時の角加速度と減速時の角加速度、つまり、加速トルクのみ再設定した時の加速時角加速度α３とα２（加速トルクのみ再設定時の減速時角加速度）、減速トルクのみ再設定した時の減速時角加速度α４とα１（減速トルクのみ再設定時の加速時角加速度）に基づいて布量を判定しても、精度の高い布量検知を行なうことができる。

ここで、第一の検知工程の動作状態について数式面から説明する。
ここで布の重量をｍ、ドラム３の内周に分布する布の平均半径をｒ、ドラム３やモータ７の慣性モーメントをＪｄとすると、布の慣性モーメントＪは式（１）で求められる。

Ｊ＝Ｊｄ＋ｍｒ^２ （１）
また、モータ７の発生トルクをＴ、ドラム回転軸などが有する摩擦トルクをＴｂ、ドラム３の角加速度をαとおくと、これらの関係は式（２）で表される。

Ｔ＝Ｊα＋Ｔｂ （２）
角加速度αは角速度ωと時間ｔの関数として式（３）で表されるから、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、回転数すなわち角速度ωが変化する。

α＝ｄω／ｄｔ （３）
ｄω／ｄｔ＝（Ｔ−Ｔｂ）／（Ｊｄ＋ｍｒ^２） （４）
式（３）から、第一の検知工程における角加速度α１は式（５）で表される。

α１＝ΔＮ１／ｔ１ （５）
また、式（３）より、式（６）が成立する。

Ｔ１＝α１（Ｊｄ＋ｍｒ^２）＋Ｔｂ （６）
同様に、第二の検知工程について考察すると、第二の検知工程における角加速度をα２と置いた場合に、式（７）、式（８）となる。

α２＝ΔＮ２／ｔ２ （７）
Ｔ２＝α２（Ｊｄ＋ｍｒ^２）＋Ｔｂ （８）
式（６）および式（８）から、摩擦トルクＴｂの成分を消去すると、式（９）となる。

α１−α２＝（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｊｄ＋ｍｒ^２） （９）
式（９）は、布のドラム内周における平均半径ｒ、加速トルクＴ１、減速トルクＴ２がある一定の値である場合に、図４に示すように、布の重量ｍに応じて（α１−α２）が変化することを示している。

ここで、α１とα２は、式（５）および式（７）に示すとおり、ドラム３の回転数と時間の関係を測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、理論的には布の重量ｍと角加速度の変化（α１−α２）の関係のみ把握し、摩擦トルクＴｂの変化に関係無く、容易に精度良く、布量を検知することができる。

以上のように、布量検知工程の第一の検知工程、第二の検知工程において、検知した布量が所定値以上の場合に、再度、加速トルクと減速トルクを予め規定した値に再設定して、第三の検知工程、第四の検知工程を行なって、布量検知を行なうことにより、無負荷から定格負荷までの広範囲の布量を精度良く検知することができる。

以上のように、本発明にかかる洗濯機は、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、工程制御を行うことが可能となるので、縦型洗濯機や乾燥機能付きの洗濯機、他の業務用の洗濯機の用途に適用できる。

２ 水槽
３ ドラム
７ モータ
３１ 制御部
３３ 回転検知部
６１ 洗濯機本体

Claims (4)

1. 有底円筒状に形成されたドラムと、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、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転検知部と、前記モータ等を制御して、洗い、すすぎ、脱水等の各行程を制御する制御部とを備え、前記モータに所定の加速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を加速し、所定の回転数Ｎ１からＮ２まで回転数が上昇する間の加速時角加速度α１を計測する第一の検知工程と、第一の検知工程の後、前記モータに所定の減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速し、所定の回転数Ｎ３からＮ４まで回転数が低下する間の減速時角加速度α２を計測する第二の検知工程と、第二の検知工程の後、前記モータに前記所定の加速トルクとは異なる所定値に再設定した加速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を加速し、所定の回転数Ｎ１からＮ２まで回転数が上昇する間の加速時角加速度α３を計測する第三の検知工程と、第三の検知工程の後、前記モータに前記所定の減速トルクとは異なる所定値に再設定した減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速し、所定の回転数Ｎ３からＮ４まで回転数が低下する間の減速時角加速度α４を計測する第四の検知工程とを有し、前記制御部は、前記加速時角加速度α１と前記減速時角加速度α２に基づき布量を検知し、検知した布量が所定値以上の場合に第三の検知工程または第四の検知工程を行なうことを特徴とするドラム式洗濯機。
2. 前記制御部は、前記加速時角加速度α３と前記減速時角加速度α２に基づき布量を検知する請求項１に記載のドラム式洗濯機。
3. 前記制御部は、前記加速時角加速度α１と前記減速時角加速度α４に基づき布量を検知する請求項１に記載のドラム式洗濯機。
4. 前記制御部は、前記加速時角加速度α１と前記減速時角加速度α２に基づき布量を検知し、検知した布量が所定値以上の場合に第三の検知工程および第四の検知工程を行なうとともに、前記加速時角加速度α３と前記減速時角加速度α４に基づき布量を検知する請求項１に記載のドラム式洗濯機。