JP2022172595A - 洗濯機 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、防振支持機構の異常検知の精度を向上することができる洗濯機を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、外槽37と、外槽37を防振支持するリニアアクチュエータ10を備えた防振支持機構13と、外槽37の振動を検知する加速度センサ40と、リニアアクチュエータ10を制御する制御装置52と、リニアアクチュエータ10に流れる電流を検知する電流検出手段CTと、防振支持機構13の異常を検知する異常検知部54を備える。制御装置52は、リニアアクチュエータ10にテスト電流を出力する。異常検知部54は、電流検出手段CTにより検出された電流iと、加速度センサ40により検出された加速度センサ信号Accに基づいて、防振支持機構13の異常を検知する。【選択図】 図5
Description
本発明は、洗濯機の異常検知、特にリニアアクチュエータを用いた防振支持機構の異常検知に関する。
従来から洗濯機は、筐体の内部に水をためる外槽が位置し、この外槽の内部に回転する洗濯槽が設けられている。この洗濯槽は、外槽の外側に配置されたモータにより回転力を得る。ここで、外槽は筐体内側の上部や下部に間に設けられたサスペンションにより防振支持される。この防振支持機構(サスペンション)は静的に洗濯槽を支持するだけでなく、洗濯槽の回転に伴い生じる外槽の振動を抑制する役割を備えている。
また衣類の脱水を行う脱水工程は、洗濯槽を高速で回転させて行う。そのため、洗濯槽内の衣類分布に偏りが生じていると、大きな遠心力が洗濯槽に生じ振動が外槽に伝達する。この振動は、外槽から防振支持機構を介して筐体、床へと伝達する。外槽に接続された防振支持機構の減衰力が大きい程外槽の振動は低減できるが、筐体や床への伝達力が増加する。
こうした背景から、近年、減衰力特性が可変可能な防振支持機構として、磁気粘性流体やリニアアクチュエータを用いた電動サスペンションが使用されている。
例えば、特許文献1及び2には、磁石とコイル備え、コイルに通電を行うことで磁石の吸引・反発による推力を発生さえサスペンション特性を可変する技術が開示されている。特許文献1及び2では、サスペンションの故障については考慮されていなかった。
そこで、例えば、特許文献3のように、磁気粘性流体に磁界与えることで粘度を変化させ、サスペンションの減衰力を変化させる技術が提案されている。
このようなリニアアクチュエータを用いた防振支持機構は、磁石とコイルの間に空間(エアギャップ)が設けられていることから、その空間に異物が噛み込み、防振支持機構が固着し適切な防振ができなくなる可能性がある。
そこで、特許文献3においては、洗い工程において、コイルへの通電時と非通電時の外槽の振動値を比較し、故障の検知を行うようにしている。
特許文献3に記載の技術においては、洗濯運転中に故障判定を行うことから、衣類回転により偏り方(アンバランス)が変化する。その結果、特許文献3では、外槽に発生する振動も動的に変化するため、通電の有無によらず、振動の大小関係が時々刻々と変化する。
したがって、特許文献3に記載の技術においては、電動サスペンションの異常の検知精度が悪化するといった課題がある。また、コイルの断線や短絡等、電気部品の異常の検知を目的としていることから、ロッドやばねといった機械部品の異常を検知することが難しい。加えて異常検知した際には、洗濯物が濡れている状態で停止するため、ユーザの利便性を大きく損ねるといった課題がある。
本発明の目的は、上記課題を解決し、防振支持機構の異常検知の精度を向上することができる洗濯機を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、外槽と、前記外槽を防振支持するリニアアクチュエータを備えた防振支持機構と、前記外槽の振動を検知する振動検出手段と、前記リニアアクチュエータを制御する制御装置と、前記リニアアクチュエータに流れる電流を検知する電流検出手段と、前記防振支持機構の異常を検知する異常検知手段を備えた洗濯機において、前記制御装置は、前記リニアアクチュエータにテスト電流を出力し、異常検知手段は、前記電流検出手段により検出された電流と、前記振動検出手段により検出された振動情報に基づいて、前記防振支持機構の異常を検知することを特徴とする。
本発明によれば、防振支持機構の異常検知の精度を向上することができる洗濯機を提供することができる。
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。
本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。
図1は、本発明の実施例1に係るドラム式洗濯乾燥機(以下、洗濯機W)の斜視図であり、図2は、本発明の実施例1に係る洗濯機Wの縦断面図である。洗濯機Wは、ベース31と、筐体32と、ドア33と、操作・表示パネル34と、排水ホースHと、を備えている。
ベース31は、ベース31の上方に配置した筐体32を支持するものである。筐体32は、左右の側板32a,32aと、前面カバー32bと、背面カバー32c(図2参照)と、上面カバー32dと、を備えている。前面カバー32bの中央付近には、衣類を出し入れするための円形の投入口h1(図2参照)が形成されている。ドア33は、前記した投入口h1に設けられる開閉可能な蓋である。
操作・表示パネル34は、電源スイッチ・操作スイッチ・表示器等が設けられたパネルであり、上面カバー32dに設置されている。排水ホースHは、外槽37(図2参照)の洗濯水を排出するためのホースであり、外槽37に接続されている。
洗濯機Wは、前記した構成の他に、図2に示すように、洗濯槽35と、リフタ36と、駆動機構38(電動機M(モータ))と、送風ユニット39と、洗濯機Wを制御する洗濯機制御器41(マイコン)を備えている。
洗濯槽35は、衣類を収容するものであり、有底円筒状を呈している。洗濯槽35は、外槽37に内包され、この外槽37と同軸上で回転可能に軸支されている。洗濯槽35の周壁及び底壁には、通水・通風のための貫通孔(図示せず)が多数設けられている。また、洗濯槽35の開口h2は、外槽37の開口h3と共に、閉状態のドア33に臨んでいる。リフタ36は、洗濯中・乾燥中に衣類を持ち上げて落下させるものであり、洗濯槽35の内周壁に設置されている。外槽37は、洗濯水の貯留等を行うものであり、有底円筒状を呈している。
図2に示すように、外槽37は、洗濯槽35を内包している。外槽37の左右には、支持と制振を行う防振支持機構13が設置されており、防振支持機構13はリニアアクチュエータ10及びスプリング20で構成されている。リニアアクチュエータ10の駆動システム51は、図示はしないが制御装置(マイコンおよびメモリ)と電源回路(インバータ)、電流検出手段CTを備えており、リニアアクチュエータ10への通電と制御を行う。
なお、図2では、左右のリニアアクチュエータ10の一方を図示しているが、図2に示すように、xyz軸を定める。また、x軸が正の方向を左、負の方向を右と定義する。
左右のリニアアクチュエータ10を区別する場合、左方向にあるリニアアクチュエータを10L、右方向にあるリニアアクチュエータを10Rとする。また、外槽37の底壁の最下部には排水孔(図示せず)が設けられ、この排水孔に排水ホースHが接続されている。
駆動機構38は、洗濯槽35を回転させる機構であり、外槽37の底壁の外側に設置されている。駆動機構38は永久磁石モータ(電動機M)であり、回転軸は、外槽37の底壁を貫通して、洗濯槽35の底壁に連結されている。また、駆動機構38には、洗濯槽35の回転速度を検知する位置センサ42が設置されている。送風ユニット39は、洗濯槽35に温風を送り込むものであり、洗濯槽35の上側に配置されている。
また、外槽37の振動量を検知して加速度振動を電気的情報に変換して出力する加速度センサ40(振動検出手段)は、外槽37の任意の場所に設置されている。
洗濯機Wを制御する洗濯機制御器41は、配線は図示しないが、操作・表示パネル34への入力情報に基づき洗濯工程を選択し、駆動機構38の制御を行う。
図3を用いてリニアモータを用いたリニアアクチュエータ10を説明する。なおリニアアクチュエータ10は単相構造である。
図3は、図2のリニアアクチュエータ10の断面図である。リニアアクチュエータ10において、固定子11がベース31に接続されており、可動子12が外槽37に接続されている。図3では、x方向においてリニアアクチュエータ10の半分を図示している。
リニアアクチュエータ10は、電機子である固定子11と、z方向に延びる板状の可動子12との間のz軸方向への磁気的な吸引力・反発力(つまり、推力)によって、固定子11と可動子12との相対位置をz方向で直線的に変化させるモータである。
固定子11のコア11aは、環状部と、磁極歯Tを備えており、磁極歯Tに巻線11bが巻回されている。この巻線11bに通電することによって、固定子11が電磁石として機能するようになっている。
可動子12は、z方向に延びる複数の金属板12aと、z方向で所定の間隔を設けて金属板12aに設置される永久磁石121b,122b,123bと、を備えている。なお、金属板に複数の永久磁石を貼り付けてもよいし、また、金属板に複数の永久磁石を埋設してもよい。
可動子12と磁極歯Tの間には空間(ギャップ)が設けられており、接触しない構成となっている。
図4は、防振支持機構13及びリニアアクチュエータ10の模式図である。図4において、スプリング20(弾性体)は、可動子12に弾性力を付与するバネであり、可動子12と固定治具Jとの間に介在している。また、可動子12は、固定子11を貫通している。可動子12は外槽37に接続されており、固定子は固定治具Jとともにベース31に固定されている。
次に図5を用いてリニアアクチュエータの駆動システム51および異常検知部54(異常検出手段)、発報装置55を示す。図5は、本発明の実施例1に係る洗濯機の制御ブロック図である。
駆動システム51は、リニアアクチュエータ10へ印加する電圧指令を演算処理する制御装置52(マイコンおよびメモリ)と、リニアアクチュエータ10に電圧を印加する電源回路53と、電流検出手段CTとを備えている。
制御装置52は、洗濯機Wの振動が低減するよう電流の指令値を作成し、電流検出手段CTより検出した電流iが指令値に追従するようPID制御等を行い、リニアアクチュエータ10を制御する。
電源回路53は、図示はしないがインバータ回路であり、直流電圧整流回路と半導体素子であるIGBTを備えている。制御装置52より送信されたPWM信号に基づき、IGBTをオン・オフさせ、直流電圧をPWM変調し、リニアアクチュエータ10へ電圧を与える。
異常検知部54は、リニアアクチュエータ10への電流と加速度センサ40から得られる加速度信号に基づき異常を検知する。なお、異常検知部54は制御装置52や洗濯機制御器41内に設けて計算してもよい。
発報装置55は、異常検知部54が検知した異常を音・音声・発光等によって報知するものである。また、発報装置55は操作・表示パネル34等で代用してもよい。さらに、図示はしないが、無線や有線通信にて洗濯機W以外の外部端末(スマートフォンや診断用PC等)に異常を表示してもよい。
さらにまた、制御装置52は異常検知部54が異常を検知した際、発報装置55を動作させて報知すると共に、洗濯機の動作を停止させる。
次に本発明の特徴である、異常検知部54の詳細動作について可動子と固定子の固着異常を例に図6を用いて説明する。図6は、リニアアクチュエータ10への通電電流と加速度センサ信号との関係を示す図である。
図6において、(a)はリニアアクチュエータ10への通電電流Iを示しており、(b)は加速度センサ信号Acc(振動情報)を示している。実施例1では、リニアアクチュエータ10に固着判定用のテスト電流を与え、その際に得られる加速度センサ信号Accから固着を判定する。リニアアクチュエータ10が固着していない場合には、電流を通電させることで外槽37が移動し、加速度が生じる。したがって加速度センサ信号Accに応答信号が得られる(図6の「A.正常」を参照)。制御装置52は電源回路53を介してリニアアクチュエータ10にテスト電流を出力する。
一方、リニアアクチュエータ10に固着が発生している場合は、リニアアクチュエータ10が伸縮しないため外槽37が移動せず、加速度センサ信号Accに変化が生じない(図6の「B.固着」を参照)。
実施例1では、リニアアクチュエータ10を用いて外槽37を任意に振動させ、その際の加速度センサ40の応答から固着異常を判定するため、洗濯槽35内に衣類が入っていない状態や洗濯槽35が停止している状態、すなわち、外槽37が衣類により加振されない状態においても固着異常を判定できる。したがって、実施例1では、洗濯工程開始前に固着異常を検知することも可能となる。
また、実施例1では、電流検出手段CTが設けられ、PID制御等により電流iが制御されている。そのため、巻線11bの断線やショートした場合には、電流iが適切な値に制御できないことが分かり、巻線や駆動回路起因の異常と分離して固着異常が発生していると判断できる。なお、リニアアクチュエータ10が単相構造の場合、三相構造を持つリニアアクチュエータと異なり脱調が生じないため固着が発生しても過電流にならず、電流のみで異常を検出することはできない。そのため、テスト電流は、外槽37に加速度が発生する大きさとした方がよい。
また、実施例1では、図6に示すように、テスト電流を正負非対称の直流値をランプ形状で与えているがそれに限らない。例えばノコギリ波や正弦波状の電流を連続的に与えてもよい。そのようにすることで、連続的に外槽に加速度が発生する状態となり、固着判定の精度を上昇させることができる。また、テスト電流は洗濯槽35が停止した状態で実施した方が好ましい。そのようにすることで、衣類の偏りによる変動の影響を受けずに異常を検知することができ、異常判定の精度を向上することができる。
実施例1によれば、異常検知部54は、通電電流iと、加速度センサ40からの加速度センサ信号Accに基づき、リニアアクチュエータ10の固着異常を検知することができる。
次に図7及び図8を用いて本発明に実施例2について説明する。実施例2では、異常判定にあたり、制御装置52で演算した電圧指令Vと電流検出手段CTで検知した電流iに基づいて異常を検知する点が、実施例1と異なる。実施例1と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。実施例2では実施例1と異なる部分ついて説明する。
図7は、本発明の実施例2に係る洗濯機の制御ブロック図である。図8は電流iと加速度センサ信号Accと誘起電圧Emの関係を示す図である。実施例2においては、制御装置52で計算した電圧指令Vと、電流iを用いて固着判定を行う。具体的には、異常検知部54は、下記(1)式に基づき、リニアアクチュエータ10の速度に比例して生じる誘起電圧が発生しているか演算を行う。
(1)式において、di/dtは電流の微分値を示しており、Rはリニアアクチュエータの抵抗、Lはインダクタンス、Emは可動子と固定子の相対速度に比例して生じる誘起電圧を示している。抵抗RやインダクタンスLは設計時に既知の値であり、異常検知部54内のメモリ等に予め保存しておく。(1)式に基づいて誘起電圧Emを計算することで、リニアアクチュエータ10の固着異常を判定することができる。
図8において、(c)は誘起電圧Emを示している。実施例2では、制御装置52が電源回路53を介してリニアアクチュエータ10に固着判定用のテスト電流を与え、その際に計算して得られる誘起電圧Emから固着を判定する。リニアアクチュエータ10が固着していない場合には、電流を通電させることで外槽37が移動し、誘起電圧Emが生じる。したがって誘起電圧Emに応答信号が得られる(図8の「A.正常」を参照)。
一方、リニアアクチュエータ10に固着が発生している場合は、リニアアクチュエータ10が伸縮しないため外槽37が移動せず、誘起電圧Emに変化が生じない(図8の「B.固着」を参照)。
実施例2によれば、誘起電圧Emを求めるようにしているので、加速度センサ40が外槽37に設置されていない場合においても、リニアアクチュエータ10の固着を検知することができる。
実施例3は、実施例1と実施例2を併用し、加速度センサ40に異常が発生した場合に、固着異常と誤検知することを回避する点が、実施例1と実施例2と異なる。実施例1、実施例2と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。実施例3では、異なる部分ついて説明する。
図8の「C.センサ異常」は、リニアアクチュエータ10は正常であるが、加速度センサ40が故障した場合の例を示しており、実施例1と実施例2と併用した際の電流iに対する加速度センサ信号Accと誘起電圧Emの波形例を示している。
加速度センサ40が故障し、応答信号が得られない場合においては、加速度センサ信号Accは得られないが、(1)式に基づいて計算した誘起電圧Emは得られる。これにより、リニアアクチュエータ10の固着ではなく、加速度センサ40の異常と判定することができる。
なお、図8の「C.センサ異常」においては、加速度振動が出力されない場合を波形例として示したが、これに限らない。例えば、予め加速度センサ信号Accと誘起電圧Emの大きさの関係をテーブルデータとしてメモリ保存し、これらを比較することで、センサが適切な感度で得られない場合にも、異常を検知することができる。
実施例3によれば、加速度センサ40に異常が生じた場合においても、防振支持機能の異常と誤検知することを回避することできる。このようにすることで、故障個所を早期に発見することができ、修理作業を容易にすることができる。
また、各実施例ではリニアアクチュエータ10を2本の構成として説明したが、1本や2本以上の場合に用いるようにしてもよい。
なお、上記した各実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
さらに、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
10…リニアアクチュエータ、11…固定子、12…可動子、13…防振支持機構、20…スプリング、31…ベース、32…筐体、33…ドア、34…操作・表示パネル、35…洗濯槽、36…リフタ、37…外槽、38…駆動機構、39…送風ユニット、40…加速度センサ、41…洗濯機制御器、42…位置センサ、51…駆動システム、52…制御装置、53…電源回路、54…異常検知部、55…発報装置
Claims (9)
- 外槽と、前記外槽を防振支持するリニアアクチュエータを備えた防振支持機構と、前記外槽の振動を検知する振動検出手段と、前記リニアアクチュエータを制御する制御装置と、前記リニアアクチュエータに流れる電流を検知する電流検出手段と、前記防振支持機構の異常を検知する異常検知手段を備えた洗濯機において、
前記制御装置は、前記リニアアクチュエータにテスト電流を出力し、
異常検知手段は、前記電流検出手段により検出された電流と、前記振動検出手段により検出された振動情報に基づいて、前記防振支持機構の異常を検知することを特徴とする洗濯機。 - 請求項1において、
前記異常検知手段が異常を検知した際に、前記防振支持機構が異常であることを報知する発報装置を備えたことを特徴とする洗濯機。 - 請求項1又は2において、
前記制御装置は、前記異常検知手段が異常を検知した際に、洗濯機の動作を停止させることを特徴とする洗濯機。 - 請求項1又は2において、
前記異常検知手段が検知した異常は、前記リニアアクチュエータの固着であることを特徴とする洗濯機。 - 請求項1又は2において、
前記リニアアクチュエータは単相構造であることを特徴とする洗濯機。 - 外槽と、前記外槽を防振支持するリニアアクチュエータを備えた防振支持機構と、前記リニアアクチュエータを制御する制御装置と、前記リニアアクチュエータに流れる電流を検知する電流検出手段と、前記防振支持機構の異常を検知する異常検知手段を備えた洗濯機において、
前記制御装置は、前記リニアアクチュエータにテスト電流を出力し、
前記異常検知手段は、前記電流検出手段により検出された電流と、前記制御装置により演算された電圧指令に基づいて、前記リニアアクチュエータに生じる誘起電圧を演算し、前記誘起電圧に基づいて、前記リニアアクチュエータの異常を検知することを特徴とする洗濯機。 - 請求項6において、
前記外槽の振動を検知する振動検出手段を備え、
前記振動検出手段により検出された振動情報と、前記誘起電圧に基づいて前記振動検出手段の異常を検知することを特徴とする洗濯機。 - 請求項6又は7において、
前記制御装置は、前記異常検知手段が異常を検知した際に、洗濯機の動作を停止させることを特徴とする洗濯機。 - 請求項6又は7において、
前記リニアアクチュエータは単相構造であることを特徴とする洗濯機。
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