JP3789703B2

JP3789703B2 - 洗濯機

Info

Publication number: JP3789703B2
Application number: JP35544699A
Authority: JP
Inventors: 広行星野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JP2001170391A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、洗濯兼脱水槽を駆動するモータとしてＤＣブラシレス型のモータを採用し、ＰＷＭ制御によってこのモータに印加する電圧を調整し、モータの回転速度を制御するようにした洗濯機が実用化されている。また、設定回転速度に到達させ、この設定回転速度を維持するためにどのくらいの電圧を印加するか、即ち、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を決定する制御手法として、与えられた偏差（回転速度制御では、設定回転速度と実回転速度との差）に、比例動作（Ｐ動作）、積分動作（Ｉ動作）、微分動作（Ｄ動作）の演算を加えて出力値を決定する、ＰＩＤ制御（狭義）、ＰＩ制御、ＩＰ制御等のいわゆるＰＩＤ制御（広義）が採用されている。
【０００３】
図７に上記ＰＩＤ制御（広義）の１つである速度型ＩＰ制御のブロック線図を示す。そして、これを計算式で表すと下記数１の式１、式２ようになる。
【０００４】
【数１】

【０００５】
上記の計算を、サンプリング時間（例えば８ｍｓ）毎に繰り返し、操作量Ｍｎ、即ちデューティ比を増減させる。
【０００６】
なお、１回当たりのデューティ比の増減は、制御ゲイン、即ち上記計算式の場合、主として積分ゲインａ０及び比例ゲインａ１に依存する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
洗濯兼脱水槽を回転させる場合、洗濯兼脱水槽内に投入される洗濯物の量（負荷量）によってモータにかかる負荷が大きく異なってくる。特にモータの起動時、その差は大きい。
【０００８】
ところで、ＰＩＤ制御においては、上記数１に示す計算式にも表れているように、起動時、即ちモータが回転するまでは、デューティ比の増減は積分ゲインのみに依存する。
【０００９】
このため、洗濯兼脱水槽を駆動するモータにおけるＰＩＤ制御では、積分ゲインをうまく調整しないと、モータの回転速度制御を適切に行うことができない。即ち、図８のＢのように、モータが素早く起動し且つ目標とする回転速度を変動少なく維持できることが理想であるが、積分ゲインを小さく設定すると、負荷量が大きい場合、図８のＡに示すように、モータが回転し始めるまでに長い時間がかかってしまう。だからかといって、積分ゲインを大きく設定すると、負荷量が小さい場合、図８のＣに示すように、目標回転速度に対してオーバーシュートを起こしたり、Ｄに示すように振動（速度が大きく上下に変動を繰り返す状態）を起こしたりする虞がある。なお、脱水すすぎにおける給水時など、洗濯兼脱水槽を極めて低速で回転させることがあり、この場合、オーバーシュートや振動が特に起こりやすくなる。
【００１０】
本発明は、洗濯機に関し、このような課題を解消するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の洗濯機の請求項１に係る構成は、外槽内に回転自在に配置された洗濯兼脱水槽と、この洗濯兼脱水槽を駆動するＤＣブラシレス型のモータと、このモータの回転速度を検出する速度センサと、この速度センサが検出した回転速度に基づいて、ＰＷＭ制御により前記モータに印加する電圧を調整するとともに、サンプリング時間毎に、予め定められた前記モータの設定回転速度と前記速度センサにより検出された実回転速度との偏差に、比例動作、積分動作、微分動作の演算のうち少なくとも積分動作の演算を加えて、ＰＷＭ制御におけるデューティ比の増減分を算出し、この増減分を前回のデューティ比に加えて今回出力するデューティ比を決定する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記モータを停止状態から起動させる際、前記モータが回転を開始するまで、前記積分動作における積分ゲインを、前記モータへの通電開始からの時間経過に伴って大きくすることを特徴とするものである。
【００１２】
この構成では、モータへ通電を開始してからの時間の経過に伴って積分ゲインが大きくなり、デューティ比の増加分も大きくなる。
【００１３】
よって、洗濯兼脱水槽内の負荷量が大きい場合でも、モータが回転するまでの時間を短くできる。また、負荷量が小さい場合には、積分ゲインが小さいうちにモータが回転し始めることになるので、特に、モータを起動して低速で回転させる制御を行ったとしても、オーバーシュートや振動が起こりにくい。
【００１４】
なお、モータ起動時にはどうしても大きなトルクが必要となるため、上記のような構成とした場合、起動直後の積分ゲインは大きくなりがちであり、このままの積分ゲインでは、オーバーシュートや振動を起こす可能性がある。
【００１５】
これに対し、本発明の洗濯機の請求項２に係る構成では、前記制御装置は、前記モータが回転を開始すると、前記積分ゲインを小さくすることを特徴としている。
【００１６】
この構成では、モータが起動してモータにかかる負荷が大きく低減すると、それに合わせて、積分ゲインも小さくするので、一層、オーバーシュートや振動を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
各図面に基づいて、本発明の一実施形態の洗濯機について詳述する。図１は本実施形態の洗濯機の概要を示す、側面縦断面図である。
【００２０】
図１において、１は機枠、２はこの機枠１内に４本の吊り棒３により吊り下げ支持された、上面が開口した外槽である。４は周囲に多数の脱水孔（図示せず）を有し、前記外槽２内に配置された、同じく上面が開口した洗濯兼脱水槽で、この洗濯兼脱水槽４は底壁に設けられた回転軸５を中心として回転する。
【００２１】
６は前記洗濯兼脱水槽４内の底部に回転自在に配設されたパルセータ、７は前記洗濯兼脱水槽４及び回転翼６に動力伝達機構８を介して連結されたモータで、このモータ７は洗い及びすすぎ（ためすすぎ及び注水すすぎ）時には主にパルセータ６のみを低速回転させ、洗濯物の脱水時には洗濯兼脱水槽４を回転軸５を中心として一方向へ高速回転させる（このとき前記パルセータ６も同時に高速回転する）。ここでは、前記モータ７としてＤＣブラシレス型のモータを使用している。
【００２２】
９は前記機枠２の上面に取りつけられた上面板で、中央部に洗濯物の投入口１０とこの投入口１０を開閉自在に覆う上蓋１１とを備えている。
【００２３】
１２は前記上面板９の前部に設けられた操作ボックスで、その上面には、スタートキー等からなる操作部及び運転条件や行程を表示するための表示部を備えた操作パネル１３が設けられており、内部には、マイクロコンピュータを中心として構成され、前記モータ７などの各種負荷を駆動制御して洗濯運転を実行する制御部１４が収容されている。
【００２４】
１５は前記上面板９の後部に配置された注水口であり、洗剤等を投入するための洗剤容器１６を内部に備えている。１７は前記注水口１５に接続され、前記外槽２及び洗濯兼脱水槽４の上方から洗濯兼脱水槽４へ落下給水するための給水管であり、この給水管１７の途中には、電磁式の給水弁１８が設けられている。１９は前記外槽２の底壁に設けられた排水パイプ、２０はこの排水パイプ１９の途中に設けられた排水弁で、トルクモータ２１の動作により開閉される。
【００２５】
前記モータ７は、回転速度を可変できるよう、インバータ制御（ＰＷＭ制御）されている。図２はモータ７のインバータ制御のための制御機構を示すブロック回路図である。
【００２６】
回転速度センサ２２は、前記モータ７に配置されたホールＩＣによりモータ７の磁極位置を検出し、この磁極位置から回転速度を検出し、インバータ用のマイクロコンピュータ(以下、マイコンと略す)２３に出力する。マイコン２３には、数１(従来の技術の欄に記載)に示すの速度型ＩＰ制御の演算式（式１、式２）が記憶されており、マイコン２３は、この演算式を用い、前記回転速度センサ２２から読み込んだ回転速度に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比（オンオフ１周期におけるオン時間の割合）を算出する。ドライブ回路２４は、マイコン２３から出力されたＰＷＭ信号に応じて、２８０Ｖの直流電源２５に接続された三相ブリッジ回路２６のスイッチング素子２６ａをオン／オフし、モータ７の３相に印加する電圧を調整してモータ７のトルクを制御する。こうして、モータ７の回転速度が制御される。なお、デューティ比が大きいほどモータ７に印加される電圧が大きくなり、モータ７のトルクが大きくなる。
【００２７】
本発明の実施形態の洗濯機にあっては、脱水すすぎにおける給水時など、洗濯兼脱水槽４を極めて低速回転させることがある。脱水すすぎは、洗いに続く脱水によって槽壁にへばりついた洗濯物に給水して水を染み込ませた後、洗濯兼脱水槽４を高速回転させて染み込んだ水とともに洗剤を絞り出す節水型のすすぎである。この脱水すすぎの給水時に洗濯兼脱水槽４を低速回転させるのは、槽の全周にへばりついた洗濯物に満遍なく水を当てるためである。具体的には、洗濯兼脱水槽４は約２０ｒｐｍで回転させ、このため、モータ７は約３０ｒｐｍで回転させる。(モータ‐脱水槽間の減速比が約０．６に設定されている)
本実施形態では、このようにモータを極めて低速で回転させる場合であっても、洗濯兼脱水槽４内の負荷量に影響されることなく、モータ７を素早く起動させ且つ目標回転数からのオーバーシュート等をできるだけ抑えるようにするため、例えば、モータ７の目標回転速度を３０ｒｐｍとした場合、上述の速度型ＩＰ制御における比例ゲインａ１、及び積分ゲインａ０を、図３の表のように設定している。即ち、モータ７が起動するまでは、モータ７へ通電を開始してからの時間ｔａに伴って積分ゲインａ０を大きくするようにし、モータ７が回転を開始すると、積分ゲインａ０を低減するようにしている。なお、比例ゲインａ１は、モータ７の起動時には寄与しないので、常に一定の値としている。
【００２８】
以下、前記モータ７の速度制御動作を、図４〜図６に示すＰＡＤチャートに基づいて詳述する。図４は速度制御におけるメインルーチンのＰＡＤチャート、図５は速度制御における初期設定サブルーチンのＰＡＤチャート、図６は速度制御におけるＩＰ制御サブルーチンである。
【００２９】
インバータ用のマイコン２３に接続されたメインのマイコン（図示せず）からモータ７の起動指令が出力されると、マイコン２３は、初期設定サブルーチンを実行した後、次にモータ７の停止指令が出力されるまでＩＰ制御サブルーチンを実行する。
【００３０】
即ち、初期設定サブルーチンでは、操作量（デューティ比）Ｍｎのメモリエリア、今回サンプリングした回転速度ωｎのメモリエリア、及び、前回サンプリングした回転速度ωｎ−１のメモリエリア内の値をリセットするとともに、サンプリング時間ｔｓｐｌをカウントするためのサンプリング時間カウンタ、及び、モータへ通電を開始してからの時間ｔａをカウントするための起動時間カウンタをリセットする。なお、前記メモリエリア及びカウンタは、マイコン２３内に用意されている。
【００３１】
次にＩＰ制御サブルーチンに移り、サンプリング時間ｔｓｐｌが８ｍｓになる毎に以下の動作を行う。
【００３２】
まず、サンプリング時間カウンタをリセットする。次に、積分ゲインａ０、及び比例ゲインａ１を設定する。
【００３３】
比例ゲインａ１は、常に一定の値、即ち８０００に設定される。一方、積分ゲインａ０は、モータ７が回転するまでは起動時間カウンタの時間ｔａに伴って大きな値に変更されていく。即ち、積分ゲインａ０は、モータ７へ通電を開始してから１０秒が経過するまでは９０に設定され、１０秒が経過すると１５秒が経過するまでは１３０に設定され、さらに１５秒が経過すると７００に設定される。また、積分ゲインａ０は、モータ７が回転し始めると低減され、８０に設定される。
【００３４】
積分ゲインａ０、比例ゲインａ１が設定されると、回転速度センサ２２によりモータ７の回転速度を測定し、測定した回転速度を今回サンプリングした回転速度ωｎとして記憶する。そして、回転速度ωｎ等を用いて、前述した数１の式１によりデューティ比の増減分（増減幅）Δｍｎを算出する。さらに数１の式２によりデューティ比Ｍｎを算出する。即ち、前回のデューティ比Ｍｎに増減分Δｍｎを加えて、今回出力するＰＷＭ信号のデューティ比Ｍｎを決定する。
【００３５】
こうして、マイコン２３は、決定されたデューティ比ＭｎのＰＷＭ信号を出力する。これにより、モータ７には、デューティ比Ｍｎに応じた電圧が印加される。
【００３６】
最後に、次回のサンプリング時間でのデューティ比Ｍｎの算出に用いるため、今回サンプリングした回転速度ωｎを、前回サンプリングした回転速度ωｎ−１に置き換え、そのメモリエリアに記憶する。
【００３７】
さて、上述の式１からも明らかなように、デューティ比Ｍｎの増減幅Δｍｎは、モータ７が回転を開始するまでは積分ゲインａ０のみに依存する。これは、ωｎ及びωｎ−１がゼロになるので、式１がΔｍｎ＝ａ０＊ωｃとなるためである。
【００３８】
本実施形態では、モータ７が回転を開始するまでは、時間の経過に伴って積分ゲインａ０が大きくなるようにしているので、デューティ比Ｍｎ、即ちモータ７に印加される電圧は一定の割合で大きくなっていくのではなく、略二次関数的に大きくなっていく。
【００３９】
よって、洗濯兼脱水槽４を回転させる際、槽内の負荷量が大きく、モータ７の起動に大きなトルクが必要となる場合であっても、比較的短時間でモータ７を起動させることができる。さらに、槽内の負荷量が小さい場合には、短い時間でモータ７が起動し、積分ゲインａ０が大きくなる前に起動するので、モータ７を低速回転で制御する場合でも、オーバーシュートや振動が起こりにくい。
【００４０】
また、モータ７が回転し始めると、モータ７にはあまり大きなトルクが必要でなくなる。よって、その後モータ７を低速回転させる場合には、デューティ比の増加幅を小さくしたり、あるいは、デューティ比を減少させる必要が出てくる。この場合、式１のωｎやωｎ−１はゼロでなくなるため、デューティ比の増加幅は起動時よりも抑えられることになるが、積分ゲインａ０が大きいままであると、デューティ比の増加幅を小さくしたり、デューティ比を減少させたりすることが素早く行えず、オーバーシュートや振動を起こしてしまう虞がある。
【００４１】
これに対し、本実施形態では、モータ７が起動すると積分ゲインａ０を小さい値に変更するようにしているので、モータ７の起動後デューティ比の調整を素早く行え、オーバーシュートや振動の発生をより防止することができる。
【００４２】
なお、上記実施形態は、一実施形態であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行えることは明らかである。例えば、本実施形態では速度型ＩＰ制御を用いているが、その他のＰＩＤ制御（広義）を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の洗濯機の概要を示す側面縦断面図である。
【図２】洗濯兼脱水槽を駆動するモータのインバータ制御のための制御機構を示すブロック回路図である。
【図３】速度型ＩＰ制御における積分ゲイン、及び比例ゲインの設定値を示す表である。
【図４】モータの速度制御におけるメインルーチンのＰＡＤチャートである。
【図５】モータの速度制御における初期設定サブルーチンのＰＡＤチャートである。
【図６】モータの速度制御におけるＩＰ制御サブルーチンである。
【図７】速度型ＩＰ制御のブロック線図である。
【図８】速度型ＩＰ制御において、積分ゲインの大小が及ぼすモータの回転速度制御への影響を示す図である。
【符号の説明】
２外槽
４洗濯兼脱水槽
７モータ
２２回転速度センサ（速度センサ）
２３マイクロコンピュータ（制御装置）

Claims

外槽内に回転自在に配置された洗濯兼脱水槽と、この洗濯兼脱水槽を駆動するＤＣブラシレス型のモータと、このモータの回転速度を検出する速度センサと、この速度センサが検出した回転速度に基づいて、ＰＷＭ制御により前記モータに印加する電圧を調整するとともに、サンプリング時間毎に、予め定められた前記モータの設定回転速度と前記速度センサにより検出された実回転速度との偏差に、比例動作、積分動作、微分動作の演算のうち少なくとも積分動作の演算を加えて、ＰＷＭ制御におけるデューティ比の増減分を算出し、この増減分を前回のデューティ比に加えて今回出力するデューティ比を決定する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記モータを停止状態から起動させる際、前記モータが回転を開始するまで、前記積分動作における積分ゲインを、前記モータへの通電開始からの時間経過に伴って大きくすることを特徴とする洗濯機。
前記制御装置は、前記モータが回転を開始すると、前記積分ゲインを小さくすることを特徴とする請求項１に記載の洗濯機。