JP3914514B2 - Washing machine - Google Patents
Washing machine Download PDFInfo
- Publication number
- JP3914514B2 JP3914514B2 JP2003143833A JP2003143833A JP3914514B2 JP 3914514 B2 JP3914514 B2 JP 3914514B2 JP 2003143833 A JP2003143833 A JP 2003143833A JP 2003143833 A JP2003143833 A JP 2003143833A JP 3914514 B2 JP3914514 B2 JP 3914514B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- vibration sensor
- washing machine
- piezoelectric
- outer tub
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Control Of Washing Machine And Dryer (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗濯機の外槽の振動及び筐体と外槽との衝突(異常振動)及び洗濯機を構成する各種アクチュエータの発する音を検知するようにすると共にこれらの検知した情報に基づいて制御するようにした洗濯機、特に検出手段として圧電素子を用いた振動センサを搭載する洗濯機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
縦形全自動洗濯機は、洗濯槽兼脱水槽を内包した水槽(外槽)を洗濯機筐体内に弾性支持し、外槽に取り付けられたモータにより、外槽内に回転可能に設けられた洗濯槽兼脱水槽(内槽)を回転させる構造となっており、洗濯槽兼脱水槽(以下内槽と呼ぶ)内に布片寄りによるアンバランスが生じると、モータの回転に伴って外槽が振れまわる。外槽の振れまわりが大きくなると、外部環境へ与える振動や騒音が問題となるため、これらを監視し、適切な処置を施すことは、洗濯機の設計上重要なことである。
【0003】
洗濯機における振動検出手段、及び筐体と外槽との衝突(異常振動)の検出手段は、圧電型、歪み型、共振型、光電型など様々な手法が提案されている。
【0004】
たとえば特許文献1に記載のものは、ユニモルフ型圧電素子、突起部を持った錘、圧電素子と錘を制止するバネ、及びそれらを収納するケースから構成されており、錘の突起部を圧電素子の金属振動板面に接触させることにより、錘に生じる加速度に応じた力を金属振動板に与え、振動の検出を行うものである。
【0005】
また、特許文献2に記載のものは、コイル、コア、コンデンサ、ダイヤフラムから構成される水位検出装置兼振動検出装置において、該ダイヤフラムの下面中央部にコイルバネを設けことを特徴とする振動センサであり、洗濯機の外枠上部に配置し、振動を検出するものである。
【0006】
さらに、特許文献3に記載のドラム式洗濯機は、大きく反射率の異なる少なくとも2種類以上の部分が交互に縞状に配列された反射板と、その反射板に対面する位置に発光素子と受光素子からなる光検知器を配置し、このどちらか一方を回転ドラムの振動に同期して動かし、他方を静止させておくことにより振動を検出するものである。
【0007】
家庭用洗濯機では、洗濯の手順をすべて自動的に行う全自動洗濯機が主流で、使用者がスタートボタンを押せば、投入された洗濯物量を洗濯機が判断して、必要な水を給水し、予め洗濯機に用意されている標準的な条件で洗濯、脱水を行う。これは洗濯の各行程で必要なアクチュエータをマイクロコンピュータ等で構成される制御装置が制御しながら行われる。
【0008】
洗濯機に多くの機能が追加されるのに伴って、洗濯機に搭載されるアクチュエータの数は増え、これらの組み合わせで複雑な各洗濯行程処理が行われるようになった。このため故障の機会は増え続けている。また、一つの故障現象には複数のアクチュエータが絡み、どのアクチュエータが故障しても同じ現象を呈することが多くなっている。このため販売店あるいは修理サービス員が、使用者からの故障通報では、どの故障部品を交換したらよいか迷う場合も多くなっている。
【0009】
この問題を解決する従来技術として、製造者の多くは、操作パネルの表示を用い、ここにエラーコードを表示することで、ある程度故障品を特定するようになっている。しかしこの故障部位の特定は、電気的な検出手段で行われている。つまり、各種アクチュエータの電気的故障は検出できるが、機械的な故障たとえば嵌合不良、摩耗による摺動面での鳴き等の故障は検出できない。
【0010】
【特許文献1】
特開平11−14445号公報
【特許文献2】
特開2002−273096号公報
【特許文献3】
特開平10−235070号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に記載のような圧電素子を用いた振動検出装置は、構成が簡単であり、加速度を検出するためのセンサとしては比較的安価である。しかし質量の小さな圧電素子自身を撓ませることで加速度を検出するという性格上、加速度による力が小さい低周波数域において十分な出力を得ることができない。このため、何らかの方法を用いて圧電素子に振動に同期した力Fを加える工夫が必要となる。この特許文献1に記載の例においては、圧電素子自体の質量より大きな質量mの錘を付加することにより、加速度aによって、圧電素子にF=maという力を直接与えている。しかし、この手法の欠点は、圧電素子に錘から常に重力による集中荷重が加わっているため、圧電素子である圧電セラミックを破損する危険性をはらんでいることである。
【0012】
特許文献2に記載の例においては、耐久性は申し分ないものの、センサを洗濯機の外枠上部に配置していることから、外槽の振動自体を検出するのではなく、外槽によってゆすられた外枠の振動を検出することになる。このため、洗濯機の設置の状態により、得られる出力が変化するという問題がある。
【0013】
また、特許文献3に記載の例においては、発光部及び受光部からなる光検知部と、光を反射する反射板とから構成されているため、他の手法に比較して、若干コストが高くなる。また、反射板と光検知部を密閉できないため、異物の混入や反射板や光検知部の汚染といったことが誤動作の原因となる上、光軸がずれたときには全く振動を検知できなくなるといった致命的な問題を抱えている。
【0014】
本発明の第1の目的は、より安価で信頼性の高い方法で振動を検出する振動センサを提供し、これを洗濯機に実装することにより、低振動、低騒音な洗濯機を提供することを目的とする。また従来の機械的な触れスイッチ等ではできない脱水時の一次共振、二次共振大振動の検出を確実にし、信頼性を高めることも目的とする。
【0015】
本発明の第2の目的は、機械的な故障により発生する音(可聴音)を圧電素子からなる集音手段で集音し、これを解析することにより洗濯機を構成する各アクチュエータの機械的故障を検出することを目的とする。また複数のアクチュエータが関わる故障では、この集音手段で集音した各アクチュエータの音を、各アクチュエータの駆動信号をトリガーとして複数集音し、これを解析することで、故障アクチュエータを特定することを目的とする。また電気的故障検出手段と前記集音手段で集音した音での機械的故障検出手段を組み合わせることで、故障アクチュエータ検出の確度を向上させ、故障対応を迅速、適切に行える洗濯機を提供することを目的とする。
【0016】
また集音手段で洗濯機動作の異常たとえば脱水時での布片寄りによる槽と外枠の衝突音、槽の振動音を検出することで第1の目的同様に低振動、低騒音な洗濯機を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明洗濯機は、筐体内で揺動自在に懸下されている水受け槽である外槽と、該外槽の上下方向に設けられた回転軸回りに回転可能な内槽と、該内槽を回転させるモータとを備えた洗濯機において、圧電素子と該圧電素子を接着した金属板とからなる圧電振動板と、該圧電振動板の外周を支持し、これを水封に内蔵するケースとからなる振動センサを、前記外槽の上部あるいは下部に前記圧電素子の分極方向が前記内槽の前記回転軸と平行となるように設置し、前記ケースを、前記金属板の可聴振動音を共鳴させる音響共鳴空間を持つ一端開放の円筒ケースで構成し、前記圧電素子が接続される振動センサ回路を備え、前記振動センサ回路は抵抗値の異なる2種類の抵抗器を備え、正圧電効果による発音を行う場合と逆圧電効果による振動加速度の検出を行う場合とで、発音を行う場合に振動加速度の検出を行う場合よりも抵抗値の小さい抵抗器が前記圧電素子に並列に接続されるように前記2つの抵抗器の接続を切り替えるようにしたものである。
【0018】
斯る本発明の圧電素子とこの圧電素子を接着した金属板とからなる圧電振動板と、この圧電振動板の外周を支持し、この圧電振動板を内蔵するケースとからなる振動センサは、圧電ブザー及び可聴音集音器を兼ねた構成となっている。
【0019】
本発明によれば、この振動センサを圧電素子の分極方向が内槽の回転軸と平行となるように外槽の上部あるいは下部に設置したので、この振動センサをセンサ回路に接続することにより、外槽の縦方向の振動の検出をすることができると共に可聴領域の報知音を発生することができ、また様々な可聴異常音の検出を実現できる。またこれらの検出信号を洗濯機の運転制御に反映させた洗濯機を得ることができる。
【0020】
洗濯機の内槽の回転数が低い場合には、この振動センサの可聴音出力によって水受け槽である外槽の筐体への衝突を検知し、逆に内槽の回転数が所定値より高い場合には、この振動センサの縦方向振動出力によって布のアンバランスによる外槽の振動を検出して騒音を推定し、騒音に応じて、この内槽の最高回転数及び脱水時間を決定し、この洗濯機の脱水行程を制御する。
【0021】
これによって、脱水時の騒音抑制できる。さらに振動検出及び衝突検出ができるので、衝突検知レバーの代替ともなり、製品のコストを下げることができる。
【0022】
また、脱水時、この振動センサの振動検出出力で外槽の振動を常に監視し、振動の大きさに応じて回転数を制御する如くする。これにより、洗濯機は運転を停止することなく振動や騒音を低減することができる。
【0023】
また、同様に振動振幅の変化を常に監視することにより、振幅の急な上昇等によって異常な振動、騒音が発生するのを未然に防ぐことができる。
【0024】
また、洗濯、脱水行程等で各種アクチュエータ及び機構部品が発音する可聴音をこの振動センサの可聴音検出出力で監視し、機械的故障の検出及び故障部位の特定を行うことにより洗濯機の信頼性をあげ、故障への迅速な対応ができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例について説明する。
【0032】
本発明洗濯機の実施の形態の一例について、図1〜図17を参照して説明する。
図1は本例による前面の外枠(筐体)を除いた洗濯機の概略構成図である。図2はこの洗濯機の制御部の構成図である。図3は本例の振動センサの断面図である。図4は本例の他の振動センサの断面図である。図5は本例による振動センサ回路である。
【0033】
まず、図1を用いて、本例の振動センサを実装した洗濯機についての概略を説明する。図1において、1は洗濯機の外枠(筐体)である。この外枠(筐体)1の上部に、外槽4がダンパ11を有する吊り棒10により、揺動自在に懸下されている。外槽(水槽)4の下部には、DCモータ、ギア、クラッチ等を含む駆動部8及び駆動部8を外槽4と連結するフランジ9があり、駆動部8の出力軸は、内槽(洗濯槽兼脱水槽)5及び攪拌翼7の回転軸と締結されている。
【0034】
また外槽(水槽)4は、下部の一部に孔を有しており、排水ホース13が排水弁12を介してその孔と連結している。さらに、外枠(筐体)1の上部にはトップカバー2が設置され、これに洗濯物の投入扉3や外槽4に水道水を給水する給水口及び給水弁14、振れスイッチ17等が設置されている。
【0035】
洗濯時においては、まず給水弁14から水道水が供給され、外槽(水槽)4に水が溜まる。このとき、排水弁12は閉じられている。水が所定量供給された後は、給水弁14を閉じ、駆動部8により攪拌翼7を回転させ、内槽5内の衣類を攪拌することによって汚れを落とす。このとき、攪拌翼7の回転によって外槽(水槽)4内には水流が発生し、衣類は水中で攪拌されるのみであるので、特別問題となる振動は発生しない。
【0036】
他方、脱水時においては、まず排水弁12を開き、外槽(水槽)4内の水を排出する。脱水中の残洗剤による発泡、及び衣類により発生するアンバランス等を防止するため、ある程度水が残っている時点で内槽5を回転させる。内槽5の内側及び攪拌翼7の表面には、多数の孔が設けられており、回転する内槽5の中で衣類に含んだ水分を遠心力により取り除くことができる。
【0037】
このとき、大きな質量(回転モーメント)を持った内槽5(内部に水分を含んだ衣類を有する)が高速回転することになるので、内槽5内部の衣類によって発生する過大なアンバランスが大きな振動及び騒音を生む原因となる。
【0038】
振れスイッチ17はマイクロスイッチ等で構成され、このマイクロスイッチと連動するレバー17aがトップカバー2から外槽4の周囲近傍に延びている。マイクロスイッチは通常開状態であり、外槽4が外枠に接触するように大きく振れたとき、このレバーに当り、マイクロスイッチは閉となる。
【0039】
図2に示す洗濯機制御部は、マイクロコンピュータより成るメイン制御ユニット(MCU)50を中心に、DCモータ、ギア、クラッチ等を含む駆動部8を制御する制御回路A51、給水弁14及び排水弁12を各々制御する制御回路52及び制御回路53等からなる。MCU50に予め記憶されるプログラムにより給水弁14、排水弁12、洗濯時の撹拌翼7の回転、脱水時の内槽5の回転が制御される。
【0040】
振動センサ16aは振動センサ回路55に接続され、振動センサ回路55の出力端子A56はMCU50のAD入力端子A57に接続され、出力端子B58は同じく他のAD入力端子B59に接続されている。またMCU50の出力端子60は振動センサ回路55の入力端子61に接続され、出力矩形波信号で振動センサ回路55に接続される振動センサ16aを圧電ブザーとして発音させる。振れスイッチ17はMCU50の1入力端子に接続され、外槽4がレバー17aに接触したことをMCUに知らせる。
【0041】
次に図3A,Bを用いて振動センサ16aの構成を説明する。図3A,Bにおいて、21は圧電素子(圧電セラミックス)であり、1端面には銀などの金属を蒸着し、金属薄膜21aを形成し、他端面は金属円板22に接着してある。圧電素子(圧電セラミックス)21を接着した金属円板22のことを、特に圧電振動板Bz1と呼ぶことにする。この圧電素子(圧電セラミックス)21は、厚み方向に分極されている。圧電素子(圧電セラミックス)21には、分極方向と同一方向の電圧を印加すると縮み、逆方向電圧を印加すると伸びる性質がある。これを正圧電効果と呼ぶ。
【0042】
また逆に、分極方向に力Fを加えると、力Fによる歪みに応じた電圧が出力される。これを逆圧電効果と呼ぶが、この振動センサ16aはこの性質を利用したものである。この金属円板22の外周を圧電振動板ケース23に、シリコンゴム等で支持する(周辺支持)。一般的な支持方法としては、この他に圧電素子(圧電セラミックス)の周囲の部分を支持する手法もある(節円支持)。
【0043】
周辺支持では、圧電振動板Bz1周辺の振動を制御して圧電振動板Bz1のもつ共振周波数を下げることが可能となる。圧電振動板ケース23には、圧電振動板Bz1の振動によって発生する可聴周波数音を共鳴させるように、適切な共鳴空間26及び共鳴空間上部に孔27が設けられている。
【0044】
これは、圧電振動板Bz1を圧電ブザーとして用いる際には、節円支持及び周辺支持しただけでは、あまり大きな音は得られないため、大きな音圧を得るに、圧電振動板上に共鳴空間26を設け、さらにこの共鳴空間上部の孔27で空気との音響インピーダンスを整合させる必要があるためである。
【0045】
上述の共鳴空間26及び共鳴空間26上部の孔27を適切に設計し、最適な共鳴器を構成することで、このインピーダンス整合を行う。このとき、圧電振動板Bz1の共振周波数を可聴周波数(例えば、2[kHz]程度)となるように設計しておき、共鳴器もこの共振周波数に合わせて設計する。圧電振動板Bz1の共振周波数の調節は、圧電振動板Bz1の金属板の厚みや材質、形状等を調整することにより行うことが可能である。
【0046】
圧電ブザー(サウンダ)としての機能を有するということは、逆に言えば、集音器(マイク)としての役割も持つと言える。集音器によって、顧客のクレームとして大きな要素を占める、「異音」を監視し、その原因の特定をするということは、顧客満足度の向上につながる。
【0047】
図3において、25は圧電振動板Bz1のリード線であり、圧電素子21にオーミック接続される金属薄膜21a及び金属円盤22に直接半田付けされる。このリード線25を、振動センサ16aの振動によって断裂したり、振動を阻害したりしないよう注意して外部に出し、これを振動センサ回路55に接続する。このとき、リード線の取り出し部等から水が入らないようにパッキン等水封の処理を施した後、センサケースカバー24で全体を密閉する。
【0048】
ここで、振動センサ16aの圧電素子21部にシリコン等による防水加工を施すことが可能ならば、センサケースカバー24は不要である。センサケースカバー24がない方が、前述の集音器としての機能は大きくなる。
【0049】
センサケースカバーのない振動センサ16aを図4に示す。図4において図3に対応する部分には同一符号を付して示す。21bが防水材による被膜(防水コート)である。圧電素子(圧電セラミック)21全体を覆うように防水コートしている。圧電セラミックは周知のように水分を含み易い。圧電セラミックが水分を含むと逆圧電効果が低下し、振動による逆圧電電圧が減少する。このため湿度の高い洗濯機内部に設置する場合には圧電セラミックへの防水コートが必要となる。
【0050】
次に、この振動センサ16aを接続する振動センサ回路55について、図5を用いて説明する。振動センサ16aを圧電ブザーとして機能させるか、振動センサ16a及び可聴音集音器として機能させるかを切り替える切替回路、圧電ブザーの駆動回路、振動センサの振動検出(逆圧電電圧)信号を増幅する増幅回路、積分回路、フィルタ回路を図5に示す。
【0051】
図5の回路において、洗濯機のMCU50から矩形波信号が入力された際には、圧電振動板Bz1は圧電ブザーとして働き、それ以外では振動センサ及び集音器として働く。圧電振動板Bz1を振動センサ及び集音器として機能させる場合、圧電振動板Bz1の信号を適切に増幅し、積分やフィルタ等をかけ、出力する必要がある。以下ではこれらについて説明する。
【0052】
圧電振動板Bz1を、振動センサ及び圧電ブザーおよび集音器として用いる際、問題となるのは、圧電振動板Bz1に接続する並列抵抗である。圧電素子21は、セラミクスでできていることから、容量の小さい(数千pFの)コンデンサとみなすことができる。この内部抵抗は、数[MΩ]ある。
【0053】
従って、圧電ブザーとして使用する際には、数[MΩ]よりもある程度低い抵抗器(例えば、1.5[kΩ])を並列に挿入し、この抵抗器に電流を流し発生する電圧を圧電振動板Bz1に印加しなければ、十分な音圧で鳴らすことができない。また、振動センサとして用いる際には、十分に大きい抵抗器(例えば、1[MΩ])を並列に挿入しなければ、増幅する際に電位が浮いてしまったり、信号(歪に応じた逆圧電電圧)が減衰してしまうといったことにつながる。
【0054】
図5中の、トランジスタQ1、Q3は、圧電振動板Bz1に電圧を印加して発音させる(圧電ブザーとして働かせる)駆動回路である。トランジスタQ2は、圧電振動板Bz1を圧電ブザーとして機能させるか、振動センサとして機能させるかを切り替えるためのスイッチとして働く。前述の2種類の並列抵抗器を切り替えることで、この圧電振動板Bz1をそれぞれの用途として用いる際に、最大限の性能を発揮できるように工夫したものである。
【0055】
MCU50からの入力信号がない場合には、トランジスタQ1、Q2、Q3はオフ状態であり、圧電振動板Bz1はR10という並列抵抗器を持つ。この圧電振動板Bz1は、一端は電源Vcc2の電源を分圧する抵抗器R8とR9の接続点及びオペアンプOp1−Aの反転入力端子−に接続され、他端はオペアンプOp1−Aの非反転入力端子+と接続されている。つまり、圧電振動板Bz1の並列抵抗としては、抵抗器R10が有効となる。前述の説明より、抵抗器R10は十分に大きい抵抗値例えば、1[MΩ]程度とする。
【0056】
洗濯機のメインMCU50からブザーを動作させるための、可聴音周波数の矩形波(例えば、2[kHz])が入力されると、NPNトランジスタQ1は入力波形と同じ周波数でスイッチングする。トランジスタQ1がONすると、PNPトランジスタQ3のエッミタ―ベース間に電位差が生じるので、トランジスタQ3がONとなる。Q1がOFFすると、同様にトランジスタQ3もOFFとなる。従って、トランジスタQ3は、トランジスタQ1と同様に入力波形と同じ周波数でスイッチングする。
【0057】
NPNトランジスタQ2のベース―グランド間にはコンデンサC1があり、抵抗器R5とコンデンサC1、もしくは抵抗器R6とコンデンサC1によって低域通過フィルタ(ローパスフィルタ)を構成している。このローパスフィルタの時定数を適切に選択し、入力に矩形波が入力すると、常にトランジスタQ2がON状態になるようにする。ここで、抵抗器R7が抵抗器R10及び圧電振動板Bz1の内部抵抗に比して十分に小さいので、ブザーを鳴らすときには、圧電振動板Bz1の並列抵抗器として、常に抵抗器R7が有効になる。このとき、前述の説明より、圧電振動板Bz1の内部抵抗よりもある程度低い抵抗値例えば、1.5[kΩ]とする。
【0058】
また、図5において、オペアンプOp1−A及びOp1−Bは圧電振動板Bz1を振動センサあるいは集音器として用いる際の信号の差動増幅を行っている。Op1のオペアンプとしては、片電源(Vcc2)のものを用いている。これは、洗濯機の回路上に新たにマイナス電源を作る手間を省くためである。
【0059】
片電源のオペアンプを用いるので、信号増幅時には抵抗器R8及びR9で電源Vcc2の電圧を分圧してVcc2/2という基準電圧を作り、オペアンプにバイアス電圧として入力することで、電圧Vcc2/2を中心に電圧0〜Vcc2の出力を得るようにしている。
【0060】
このVcc2/2という電圧は、前述のとおり、圧電振動板Bz1にも入力されている。これは、片電源のオペアンプの入力に電圧Vcc2/2というバイアスが常にかかっているため、圧電振動板Bz1にVcc2/2のDC電圧が常にかかってしまうことを防止するためである。圧電素子21にDC電圧をかけると、圧電素子21の表面に蒸着した銀等の薄膜がマイグレーションをおこす可能性があり、これを防止する。
【0061】
信号の増幅には、高入力インピーダンスの差動増幅器を構成した。圧電素子21のような微少信号の信号増幅においては、ノイズ対策に関しては十分に注意を払う必要がある。洗濯機においては、AC電源のノイズやモータの駆動回路であるインバータのスイッチングノイズ等、様々なノイズが多く存在する。振動センサ16aの布線は、比較的長く引き回す必要があるので、これらのノイズへの対策は避けて通れない問題となってくる。差動増幅器はコモンモードノイズを除去可能であるという利点を持つことから、微少信号を取り扱うセンサ回路に多用されている。しかし、オペアンプを1つだけ用いて構成される、通常の差動増幅器においては、オペアンプの入力端子と信号源に接続される抵抗器によって入力インピーダンスが決まってくる。圧電振動板Bz1の内部抵抗が数[MΩ]と大きな抵抗であるため、入力インピーダンスを高くしなければ、入力信号が目減りし、ノイズに埋もれてしまう可能性がある。
【0062】
また、フィードバック抵抗を大きくして増幅度を上げすぎると、誘導ノイズによる影響を受けやすくなる。従って、入力インピーダンス・増幅率という2重の面で不利となる。
【0063】
これを解決するために、オペアンプOp1−A及びOp1−Bという2つのオペアンプを用いて差動増幅器を構成した。差動入力はいずれもオペアンプの非反転入力端子となっており、入力インピーダンスはオペアンプの入力インピーダンスそのものとなる。また、発音動作を行う際、トランジスタQ3がオンオフするため、この非反転入力端子には電源Vcc1の電圧が印加されるため、保護のためこの非反転入力端子に適当な抵抗器R12、R15を挿入してある。
【0064】
また、差動増幅器でも取りきれない、AC電源による50[Hz]、60[Hz]の誘導ノイズを取り除くために、オペアンプOp1−Cではノッチフィルタ(バンドリジェクトフィルタ)を構成している。
【0065】
さらに、オペアンプOp1−Dで、洗濯機のMCU50のA/Dコンバータ端子のレベルに合わせるよう、反転増幅器を付加している。このオペアンプOp1−Dの入力はコンデンサC11で直流をカットしている。
【0066】
これは温度によって振動センサ16aのケースが変形した場合、圧電振動板Bz1に静的な応力が加わり圧電素子21にDC電位が発生し、反転増幅器の出力電位が変動して、振動成分(交流成分)がクリップするのを防止するためである。またオペアンプのオフセット電圧あるいは抵抗器のバラツキにより反転増幅器の出力電位が変動して、振動成分(交流成分)がクリップするのを防止するためでもある。
【0067】
圧電振動板Bz1から得られる信号は、加速度の信号であるため、周波数依存性があり、周波数が大きいほど出力が大きくなる。これを取り除くには、積分をかけることが必要となる。圧電振動板Bz1から得られる信号は、1回の積分で速度に比例する信号、2回の積分で振動に比例する信号となる。積分は、図5における増幅回路中のコンデンサC3及びC8を付加することで行っている。図5では、積分を2重にかけており、理想的には振動の加速度情報は振幅情報となる。
【0068】
このとき、積分をかける周波数範囲を約5[Hz]以上とした。これは、洗濯機における一次共振周波数及び二次共振周波数における外槽4の振動あるいは外槽4と洗濯機筐体1との衝突は、加速度信号のまま取り出すことで、衝撃の大きさとして検知しようとしたためである。つまり、脱水回転数が5[Hz]以下の場合、外槽4と洗濯機筐体1との衝突検知を行い、脱水を起動した後は、振動の振幅を検出する。これは以下の理由による。
【0069】
洗濯機外槽4の振動を監視する振動センサ16a及び振動センサ回路55の周波数帯域としては、洗濯機外槽4の一次共振周波数が1〜2[Hz]程度、また二次共振周波数が3〜4[Hz]程度であり、最高脱水回転周波数が約20[Hz]程度であることを考えれば、1[Hz]から20[Hz]もあればよい。
【0070】
しかし、圧電振動板Bz1は加速度を検出するもので、1〜4[Hz]という周波数では、振動振幅が大きくても加速度は小さいため、圧電振動板Bz1の電圧出力は小さい。このため、回路増幅度は大きくする必要がある。(積分をかけるとはそのコーナー周波数以上で増幅度を下げることになる。)
【0071】
従来、洗濯機の異常振動検出装置としてよく用いられている、振れスイッチ17は、加速度値検出では困難な極低周波の1次共振、2次共振の振動振幅(振れ量)を検知し、脱水行程の起動許可/不許可を判断していた。
【0072】
二重積分をかけないで、振動加速度を出力する場合には、コンデンサC3、C8は不要である。ただし振動加速度出力は上述のように脱水周波数(回転数)に依存するため、この値を制御等に用いる場合は周波数(回転数)で補正する等の注意が必要になる。本例では二重積分をかけた振動振幅出力として以降取り扱う。
【0073】
さらに、差動増幅回路に接続されるOp2−A、Bのオペアンプは、バンドパスフィルタを構成している。この段では、高入力インピーダンス差動増幅器で増幅した信号の可聴音領域の周波数をもつ信号のみを取り出している。ここで、バンドパスフィルタの通過帯域周波数は、可聴音領域(約300〜3[kHz])に設定しておく。これは、前述の集音器を実現するための回路である。
【0074】
以上述べてきた振動センサ回路55によって、振動センサ、圧電ブザー及び集音器を駆動あるいは振動検出出力を増幅することが可能となる。
【0075】
振動センサ16a及び振動センサ回路55を図1の洗濯機に搭載する。振動センサ16aは、外槽4の振動を直接測定するため、外槽4に設置する。
【0076】
洗濯機では洗濯中に布が絡み、脱水するために洗濯水を排水した状態では、布が内槽(洗濯兼脱水槽)5の底面に均等に沈降することはない。そして脱水では、内槽(脱水槽)5周辺に布が片寄った状態で張り付きながら、遠心脱水されることになる。この布の片寄りによって、内槽5はアンバランスな状態で高速回転し、振動する。この振動は反作用として、外槽4を振動させる。この外槽4の振動を振動センサ16aで検出する。
【0077】
図6A,B,C,Dは、図1に示す洗濯機に発生する前述アンバランスの代表例を示す模式図である。実際のアンバランスはある広がりを持っているが、ここでは簡単のために、等価的な質点で表している。
【0078】
図1のような洗濯機においては、布片寄りによるアンバランスは、図6Aに示す如く▲1▼内槽の上部のみに発生する場合、図6Bに示す如く▲2▼内槽の下部のみに発生する場合、図6Cに示す如く▲3▼内槽の上下同位置に発生する場合(同相)、図6Dに示す如く▲4▼内槽の上下対向の位置に発生する場合(逆相)、の代表的な4種類が考えられる。図6中の18がアンバランス質量である。
【0079】
▲1▼の場合は、外槽の上部が激しく振動し、下部は上部に比較すると、振動が少ない。▲2▼の場合は、下部が特に激しく振動するが、上部も下部には及ばないが、振動する。▲3▼の場合は、上部も下部も同相で振れ、大きな振動が発生する。特に一次モードの振動が大きい(図7B参照)。▲4▼の場合は、上下が逆相に振れ、中心に節ができ、上下が大きく振動する(図7C参照)。
したがって外槽4に振動センサ16aを設置するには、節のできる外槽4の上下の中心付近はさけるのが良い。
【0080】
図7Aは、これらアンバランスに起因する洗濯機外槽4の脱水時における典型的な振動特性の図である。図7Bは、1次モード(共振)時(約1[Hz]〜2[Hz])の内槽5と外槽4の振動状態を示し、図7Cは、2次モード(共振)時(約3[Hz]〜4[Hz])の内槽5と外槽4の振動状態を示し、図7Dは、3次モード(共振)時近傍(約12[Hz]〜15[Hz])の内槽5と外槽4の振動状態を示す。
【0081】
脱水が開始されると、まず毎分100回転付近で1次モード(共振)の振動を起こす。1次モード(共振)時は、上下が同相に(並進して)振動する。これは外槽4を垂下する吊り棒10の振り子運動による並進振動である。さらに回転が上がると毎分200回転付近で2次モード(共振)の振動を起こす。2次モード(共振)時は、上下が逆相に(コニカルに)振動する。これは外槽4下部重心を吊り棒10で支持しているために起こるコニカルな振動である。
【0082】
これを過ぎると振動が一旦小さくなる。そして回転が毎分1000回転を超える3次モード(共振)近傍では、上下が逆相に(コニカルに)振動しながら、内槽5と外槽4が逆位相で振動する。この回転数では、一般的な洗濯機の外槽4、内槽5は剛体として運動しなくなり内槽5と外槽4が逆位相で振動するようになる。このため内槽5と外槽4が接触して異音を発生する場合がある。
【0083】
さらに回転数があがると外槽4の固有振動数での大きな共振を引き起こす。これを3次モード(共振)と呼ぶ。普通脱水回転数はこの3次モードより低い回転数に制限しておく。
【0084】
図1では、振動センサ16aを洗濯機外槽4の上部に1つだけ配置している。これは、以下のような理由による。
【0085】
図1の洗濯機の重心は、外槽4の中心から下部に位置していて、その近傍を吊り棒10によって支持し、外枠(筐体)1に吊っている。従って、下部の振動はダンパ11によって比較的良く抑えられるのに対し、重心及び支持点から遠い位置にある水槽上部の振動は、大きく出てしまうということが言える。ただし、下部のみに大きなアンバランスが発生した場合、上部の振幅に対して下部の振幅が大きくなる。
【0086】
しかし、実際の洗濯行程での脱水時に発生するアンバランスは、洗濯物の容量が少ない場合を除いては、上下に同相もしくは逆相で発生することがほとんどである。容量が少ないときは、発生するアンバランスも少ない。異音が発生するような危険な振動では、下部よりも上部の方が大きく揺れる。また同様の理由で、外槽4が外枠(筐体)と始めに衝突する際にも、外槽4上部が当たることが多い。従って、振動センサの外槽上下方向での配置位置としては、上部に配置することが望ましい。
【0087】
図8A、B、C、Dに、実験により求めた、種々の布片寄りアンバランス状態における外槽4上部及び下部の振動と騒音の関係を示す。振動については、縦方向(上下方向、内槽5の回転軸に並行な方向)と横方向(左右方向、外槽4の径方向)を別別に示している。図8Aは上部横方向振動と騒音の関係、図8Bは上部縦方向振動と騒音の関係、図8Cは下部横方向振動と騒音の関係、図8Dは下部縦方向振動と騒音の関係を示す。これから布片寄りアンバランスにより発生する振動に起因する騒音は、横方向振動との相関はなく、縦方向振動と相関することがわかる。
【0088】
図9Aに、実験により求めた、4種類のアンバランス状態における脱水回転数と騒音の関係を示す。同図9Bには回転数600、750,850rpmでの外槽4上部縦方向振動振幅と騒音の関係を示す。実線は各回転数におけるデータの直線近似を示す。さらに同図中の矢印線はデータの回転数増による遷移を示す。
【0089】
図9Aから、騒音は脱水回転数に比例し、各アンバランス状態でこの比例係数はほぼ同一である(4本の線が平行している)ことがわかる。脱水回転数が100rpm増加すると、約3dB騒音は増加する。この増加は振動振幅が増加することによる。
【0090】
図9Bから外槽4上部縦方向振動振幅と騒音もほぼ比例関係にあり、回転数が増加すると振動振幅も増加し、これによって騒音も増加することがわかる。600から850rpmの範囲では、回転数が100rpm増加すると、振動振幅は1mmp−p増加し、騒音は3dB増加する。(図中には後述の脱水行程制御の説明にもちいる閾値A1、A2、B1、B2等も示してある。)
【0091】
以上より、騒音の抑制を目的に振動センサ16aを用いて脱水回転数を制御するには、振動センサ16aは圧電素子21の分極方向が内槽5回転軸方向と平行つまり縦方向の振動を検出するように設置するのが良い。この場合には、振動センサ16aは外槽4上下いずれかに一つ設置すればよい。そしてこの縦方向振動を基に、図9A、Bの脱水回転数と騒音の関係、縦方向振動と騒音の関係から制御すれば良いことがわかる。実際の制御例は後述する。
【0092】
図10に、図1における振動センサ16aの外槽4への設置詳細を示す。振動センサ16aは圧電素子21の分極方向(図中ab線)が内槽5の回転軸方向と平行つまり縦方向の振動を検出するように外槽4上部の外側に設置している。上部に設置するのは、圧電ブザーとして機能させる場合、使用者が聴取する音圧の面でも有利である。
【0093】
図11に、他の振動センサ設置例を示す。これは振動センサ16aを外槽4上部の上側に設置した場合である。図10と同様に振動センサ16aは圧電素子の分極方向(図中ab線)が内槽5の回転軸方向と平行つまり縦方向の振動を検出するよう設置される。なおこの場合、振動センサ16aはなるべく振動レベルが大きい外槽4上部円周周辺に設置するのが良い。
【0094】
図12に、他の振動センサ設置例を示す。これは振動センサ16aを外槽4下部の底面に設置した場合である。図10と同様に振動センサ16aは圧電素子21の分極方向(図中ab線)が内槽5の回転軸方向と平行つまり縦方向の振動を検出するよう設置される。なおこの場合、振動センサ16aは振動レベルが大きい外槽4の底面の円周周辺(内槽回転軸から離れた)に設置するのが良い。
【0095】
なお図10から図12の振動センサ16aは図3に示すものであるが、図4に示す振動センサあるいは後述図13の振動センサモジュールの場合も、圧電素子の分極方向(図中ab線)が内槽回転軸方向と平行つまり縦方向の振動を検出するよう設置すれば良い。
【0096】
図13に、図3、4の構造とは異なる振動センサ16aの構造を示す。図3、4と対応する部分には同一符号を付して示す。本振動センサは、図3、4の圧電振動板Bz1に接続される引出し線25を電極兼支持脚31、32となる板バネ状の金属板としたものである。図13Aは振動センサ概観、図13Bは電極兼支持脚の取付詳細、図13Cは振動センサを振動センサ回路とともにケース内に固定しモジュール化した振動センサモジュールを示す。
【0097】
電極兼支持脚31、32となる板バネ状の金属板が圧電振動板ケース23を介して取り付けられている。この金属板は、一枚の板バネから電極部31a、32aと支持脚部31b、32bを切り出して作成する。ただしこれは、2つを完全に切り離すことなく、切り込みを入れることで実現する。電極部31a、32aは支持脚部に比較して十分に細くする。これらは、根元で一体となっているが、この一体となった部分を利用して圧電振動板ケース23へ固定する。
【0098】
従って、圧電振動板ケース23の金属板取り付け部及び金属板根元部の各々にかん合するための構造を設けておく。電極兼支持脚31、32と圧電振動板ケース23をかん合させた後、電極部31a、32aの先端を圧電振動板Bz1に半田付けする。
【0099】
この電極兼支持脚31、32は、この2本の電極兼支持脚31、32の支持脚部31b、32b先端を回路基板33の所定位置にはんだ付けし、この回路基板33に図5の振動センサ回路55を実装している。そして、これらを収納ケース34内にいれモジュール化したものである。
【0100】
収納ケース34には、振動センサ16aを固定する円形リブ35が上面内側にあり、この中に圧電振動板ケース23が収まる。これは振動センサ16aが左右に振れて、電極兼支持脚31、32に過大な繰り返し応力が掛かるのを防止する。回路基板33の上面及び下面には電子部品、配線パターンを覆うように防水性の樹脂36がコートされている。回路基板33にはコネクタ37が実装され、振動センサ回路55への電源および信号線38が収納ケース34から引き出されている。そして収納ケース34にはこれをねじ等で設置するためのねじ孔39が設けてある。
【0101】
このように、振動センサ16aと振動センサ回路55を収納ケース34に一体化したことで、振動センサ16aと振動センサ回路55の接続は最短で行われ、かつ振動センサ16aの出力信号は増幅された低出力インピーダンス信号となる。結果この出力線を長く伸ばし引き回した場合でも、メインMCU50のAD入力端子へのノイズ混入が抑えられる。つまり洗濯機への実装設計を容易にすることができる。
【0102】
図14は図1例の上面から見た概略図である。振動センサ16aは外枠(筐体)1の4隅から外槽4を吊っている吊り棒10のいずれか一つの近傍配置される。
【0103】
外槽4は外枠(筐体)との干渉がなければ、外枠(筐体)1の中で上方からみて楕円もしくは円を描くように回転する。外槽4が、外枠(筐体)1と干渉(もしくは、外枠1へ取り付けたダンパ11等との干渉)している場合は、洗濯機の前後方向や左右方向へ偏った振動が発生し、振動センサ16aの設置位置によっては、外枠1と干渉によって振動の大きさを正しく観測できない恐れがある。これに対しては、図14に示すように、外槽を吊っている四隅のいずれか、もしくはその周辺に振動センサを配置する(洗濯機の対角線上に配置する)ことで回避できる。また、この配置方法は、振動センサ16aと外枠との衝突の危険性を減らしてくれるというメリットも有している。
【0104】
また、外槽4と外枠1との衝突検出に関しても、従来の振れスイッチ17のレバー17aでは、外槽4が洗濯機の前後方向もしくは左右方向に振れた場合、レバー17aに外槽4が接触せず、衝突の検出ができないという問題が発生していたが、本例では振動センサ16aを用いることで外槽振動そのものを検出するため、上述問題を回避することが可能となる。
【0105】
次に本例による騒音を抑制する脱水行程制御例について、図15を用いて説明する。
図15のフローチャートは、洗濯機の脱水行程を制御するためのフローチャートである。前述した振動を検出するための手段つまり振動センサ16aと振動センサ回路55を有することを前提条件とする。このような洗濯の脱水行程はMCU50に予め記憶されたプログラムによって、洗濯機制御部で実行される。この脱水行程において、振動センサ16aによる情報をもとに、脱水初期は外槽と外枠の衝突を監視し、脱水後期は外槽の振動を監視する。
【0106】
図15において、ステップS6はタイマ割り込み等によって周期的に発生する割り込み処理であり、ステップS1から始まるフローとは別に、脱水行程制御のバックグラウンドで、モータ回転数や振動センサ16aからの外槽振動情報の取得、経過時間等のチェックの他、モータを制御する制御回路51への司令を行っている。振動センサ16aからの情報取得とは振動センサ16aが接続される振動センサ回路55の出力端子A56からの信号をMCU50のAD入力端子A57で読み込み、信号の極大、極小値から信号振幅を得ることである。この信号振幅が外槽の縦方向振動振幅に相当する。
【0107】
ステップS1で脱水が開始されると、所定の脱水回転数N1まで回転数を上げる(ステップS2、S3)。これは、一次共振周波数、もしくは二次共振周波数に近い回転数とする。回転数がN1に至ったら、そのときまでの外槽4と外枠1の衝突回数が所定数Cnより多かったら(ステップS4)、布片寄りによるアンバランスが大きいと判断して、脱水の起動を断念し(内槽5の回転を停止)(ステップS5)、回転翼を回転させ、内槽5中の衣類をほぐしてアンバランスを低減する(リバランスと呼ぶ)(ステップS6)。
【0108】
ここで外槽4と外枠1の衝突回数は振れスイッチ17からの情報すなわちマイクロスイッチの開閉回数から得る。あるいは、集音器で外槽4と外枠1の衝突音を検出してもよい。具体的には、振動センサ回路55の出力端子B58からの信号をMCU50のAD入力端子B59で読み込み、信号の極大、極小値から信号振幅を得、これを所定の閾値と比較し、閾値を越えた場合に衝突と判断してこの回数を数えることで行う。
【0109】
また二次共振周波数近傍(縦方向振動成分が大)では、この振動センサ16aの振動検出出力でも外槽4と接触するような異常に大きな縦方向振動を検出することができる。衝突音によるのと同様、振動センサ回路55の出力端子A56からの信号をMCU50のAD入力端子A57で読み込み、所定の閾値と比較して二次共振での衝突を検出してもよい。
【0110】
ここで、何度リトライしてもアンバランスが小さくならない場合は(トライ数が所定数X以上)、脱水エラーとして脱水行程を停止する(ステップS8、ステップS18)。
【0111】
アンバランスが、過大でないと判断したら、再びある回転数N2まで回転を上げる(ステップS7、ステップS9)。ここで、現在の振動センサ16aからの振動振幅を予め定めた閾値A1、A2と比較し(ステップS10、ステップS11)、発生アンバランスによる騒音を推定し、最高脱水回転数Nm、脱水時間Tdを決める(ステップS12、ステップS13、ステップS14)。次のこの閾値の定め方を説明する。
【0112】
今、N2=600rpmとし、二つの閾値A1、A2で、脱水行程の最高脱水回転数をNm0=610rpm、Nm1=750rpm及びNm2=850rpmに振り分ける処理を前述図9(b)を用いて説明する。
【0113】
図9Bにデータの遷移(実線矢印)と平行な一点鎖線を、850rpmデータの近似直線と騒音50dB線の交点を通るように引く。同様に750rpmデータの近似直線と騒音50dB線の交点を通るような一点鎖線を引く。これら交点から垂直に振動振幅軸に矢印をおろし、この矢印が示す振動振幅値をB1、B2とする。
【0114】
またこれらの一点鎖線が600rpmデータの近似直線と交わる点から垂直に振動振幅軸に実線矢印をおろし、この矢印が示す振動振幅値が閾値となる。図中A1、A2で示す。
【0115】
これは次のことを意味する。600rpmでA1の振動振幅値をもつデータは850rpmに回転数が増加すると、振動振幅もA1からB1に増加、これに伴い騒音42dBから50dBに増加する。
【0116】
最高脱水回転数Nm(=Nm0orNm1orNm2)での騒音を50dB以下に抑えるためには、図から検出振動振幅がA1=1.1mmp−pより小さい場合は、最高脱水回転数をNm2=850rpm、1.1mmp−p以上3.3mmp−pまでは最高脱水回転数をNm1=750rpm、3.3mmp−p以上では最高脱水回転数をNm0=610rpmに設定すれば、騒音を50dB以下にすることが可能となる。
【0117】
なお脱水時間Tdについては脱水率を同じにするため、Nm0ではTd0、Nm1ではTd1、Nm2ではTd2、(Td0>Td1>Td2)とする。例えばTd0=12分、Td1=10分、Td2=8分とする。
【0118】
以上の処理すなわち振動センサ16aからの振動振幅値を閾値A1、A2で分類し、それぞれに最高脱水回転数Nm、脱水時間Tdを割り当てる処理がstep10からstep14である。
【0119】
次にモータへの電圧を最高脱水回転数がNm0、Nm1、Nm2となるように設定し、脱水回転数を増加させる(ステップS15)。時間がたてば、回転数は最高脱水回転数に到達する。ここで、経過時間を監視し(ステップS16)、脱水時間が設定した時間(Td0、Td1、Td2)に達したらモータの回転を停止して(ステップS17)、脱水を終了する(ステップS18)。
【0120】
このフローチャートの脱水行程で、最高脱水回転数を振動センサが検出する振動振幅で調整することにより目的である騒音を50dBに抑制することが可能となる。
【0121】
また図16のフローチャートは、洗濯機の他の脱水行程を制御するためのフローチャートである。図16で図15と対応する処理部には同一符号を付して示す。
図15と違う点は、最高脱水回転数に到達した後、振動振幅によって脱水回転数を再調整する点である。
【0122】
脱水中の洗濯物によるアンバランスは、洗濯物の含水量変化(綿繊維は水分が抜け難いが、合成繊維は抜け易い。)や洗濯物の移動によって変化する場合がある。従って、このような手法を用いて、アンバランス状態の変化により振動振幅が推定より増加し結果騒音も増加するのを防止する必要がある。よりロバストな制御を行うことは重要である。
【0123】
図15と同一符号の対応する処理の説明は省略する。設定最高脱水回転数により、現在回転数での振動振幅を閾値B1、B2と比較し現在脱水回転数を減少させる処理(ステップS19〜ステップS23)を導入している。
【0124】
設定最高脱水回転数を判別し(ステップS19〜ステップS20)、Nm=Nm2の時、振動振幅が閾値B1より大であれば(ステップS21)、回転数を所定量Δ例えば20rpmだけ減少させる(ステップS23)。以下であればなにもしない。回転数の減少はモータへの印加電圧を減少させることで行う。
【0125】
慣性のためモータ回転数が減少するのに時間がかかるため、所定のなにもしない待機時間Tを挿入している。閾値B1は前述したように、回転数がNm2の時、騒音が50dBである振動振幅値である。これを越えることは騒音が50dBを越えることを意味する。
【0126】
同様にNm=Nm1の時、振動振幅が閾値B2より大であれば(ステップS22)、回転数を所定量Δ例えば20rpmだけ減少させる(ステップS23)。以下であればなにもしない。Nm=Nm0の時はなにもしない。
以上説明のフローチャートでは、脱水行程中にアンバランス状態が変化しても騒音を50dB以下に抑えることが可能となる。
【0127】
また、図17は洗濯機の他の脱水行程を制御するためのフローチャートである。図17で図15、16と対応する処理部分には同一符号を付して示し、その説明は省略する。
【0128】
図17が図15、図16と異なるのは、回転数がN1を越えてから、常に振動振幅を監視し、振動振幅により脱水回転数を最高脱水回転数以下で増減する点である。
【0129】
今最高脱水回転数Nmaxを850rpmとし、この回転数で騒音50dBを越える振動振幅値B1(図9B参照)を閾値とする制御を考える。
【0130】
N2を越えたら、更に脱水回転数を増加してゆく(ステップS7)。振動センサからの振動振幅を監視しながら、閾値B1と比較判断する(ステップS30)。閾値B1より小さければ回転数を所定量Δ増加させる(ステップS31)。閾値B1以上であれば回転数をΔ減少させる(ステップS32)。そして現在の脱水回転数が最高脱水回転数Nmaxを越えたかを判断する(ステップS33)。越えたならば回転数をΔ減少させる(ステップS32)。脱水時間を監視しながら(ステップS16)、以上を繰り返す。
【0131】
これによって、脱水回転数は最高脱水回転数Nmax=850rpmに制限されながら、騒音50dB以下の定常回転数になる。この時、定常時の脱水回転数は振動振幅すなわち布片寄りによるアンバランス状態、量で種々の値をとる。
【0132】
図17に振動振幅の変化量を制御に加えてもよい。これは、以下の理由による。
【0133】
脱水回転数をどんどん上げていくと、洗濯機の振動はやがて3次モードの共振点に近づく。これは、洗濯機の内槽5と外槽4が逆相に振れるれる振動であり、振動が大きくなると内槽5と外槽4が衝突し、内槽5の回転軸中心がずれ、洗濯物を投入しなくともアンバランスを持ってしまう。このとき、過大な振動と騒音が発生するため、このような振動モードは防ぐ必要がある。3次モードの共振点に近づくと、外槽の振動は急激に増加するという特徴を見せる。
【0134】
従って、振動の変化を監視し、急激な増加に至るような現象が起こった場合、回転数を抑えるという制御を図17に示した制御に加える。
【0135】
また、最高脱水回転数Nmaxは上述のように一定の値にしても良いし、洗濯開始時に洗濯物の布量のセンシングをし、その布量に応じた値にしても良い。
【0136】
次に、振動センサ16aの集音機能を用いて機械部品の故障を判断する制御を説明する。
【0137】
図1の洗濯機においても様々なアクチュエータを搭載しているが、実際の洗濯機や洗濯乾燥機においては、さらに多くのアクチュエータを有している。それらは独立して動作することが可能となっており、MCU50により全てが制御されている。
【0138】
洗濯機において、運転開始時のコース選択・入力作業時や、一時停止時・運転終了時などには、それを伝えるための報知音を振動センサ16aを圧電ブザーとして使用することにより発生させる。また、脱水時においては、外槽4の振動を検出し、前述した振動・騒音を抑える制御を行う。
【0139】
さらに、洗濯機の運転中には、集音器としての機能を発揮させ、各種アクチュエータ例えば給水弁、排水弁、クラッチ、ギヤなどの異常な音を検知する。このとき、周囲の騒音等に紛らわされたりすることなく、洗濯機から発生する異常音のみを検知することが必要となる。これに対しては、MCU50が各アクチュエータを制御するため、自身がこれらを動かすタイミングに合わせて、集音することにより対応する。
【0140】
この集音器を用いれば、洗濯機の各アクチュエータが発生する様々な音の収集が可能である。つまりこれは、騒音を検知することの出来るセンサと言え、この騒音レベルこれによって各アクチュエータの動作異常音を検知しこれらの故障を推定することも可能となる。
【0141】
また、MCU50がその動作を制御する各アクチュエータからの異音をその制御タイミングで得ていることから、異音の発生源の特定が可能となる。MCU50はアクチュエータのオン信号を発するとともに、集音器のデータ取りこみをスタートし、アクチュエータの動作音を取りこむ。続いて、アクチュエータのオフ信号を発するとともに、上記集音器のデータ取りこみを停止する。さらに、前述のようにして得た洗濯機の様々な異音に対して、MCU50のソフト上でFFTやウェーブレット変換をかければ、様々な音をスペクトルに分解することができる。
【0142】
このとき、洗濯機の各アクチュエータの発生する音の固有振動数・正常動作における音圧レベル等が予めわかっているならば、それらと比較することにより洗濯機の各アクチュエータの故障をさらに詳しく判定することが可能となる。
【0143】
従来より故障診断においては、電気的な検出手段を講じるのが一般的である。これは、コストの面からも好ましい手法であると思われる。しかし、このような手法においては、電気の介在する要素の故障診断しかできないということになる。例えば、ギアやクラッチのかん合不良や軸受けの異常音、摩擦音などといった洗濯機運転時の不快な音に関する不良(クレーム)は多い。本故障診断を用いれば、上述の不良をサービスマンが細部に渡り点検を行うことなく、洗濯機自身で自動的に診断でき、非常に有効である。
【0144】
次に、2個の振動センサ16a、16bを外槽4に設置する場合を説明する。外槽4は外枠(筐体)1との干渉がなければ、外枠1の中で上方からみて楕円もしくは円を描くように回転する。従ってこの横方向振動は、振動センサ16aを、その圧電振動板の厚み方向(分極方向)が外槽4の中心部を向く方向と一致するように、外槽4に取り付けて検出することができる。
【0145】
前述したように上下対向の位置にアンバランスが発生したとき、外槽4のどこか一点に必ず振動の節となる点が存在する。このような節で振動を測定した場合、この点での振幅がほとんどないにも関わらず、上下が激しく振動することがある。従って、二つの振動センサ16a、16bを設置する場合にも、このような節の影響が出ない外槽4上部と外槽4下部に一つずつ取り付けることが有効である。
【0146】
図18に、2個の振動センサ16a、16bの外槽4設置例を示す。外槽4横方向振動を検出するように振動センサ16a及び16bを外槽4上部及び下部に各1個、同一鉛直線上に設置する。これら振動センサ16a、16bは図3に示すものであるが、図4、図13に示すものであってもよい。
【0147】
図19は本例の洗濯機制御部の構成図である。図19において、図2と対応する部分には同一符号を付して示し、新たに振動センサ回路62を付加している。振動センサ回路62には、圧電センサ16bが接続され、回路の信号出力端子C63はMCU50のAD入力端子C64に接続される。
【0148】
図20に振動センサ回路62の詳細を示す。図20において、図4と同一符号は同一物をしめす。振動センサ回路62は、図4の振動センサ回路55から、圧電ブザーの駆動回路、切替回路、可聴音のバンドパスフィルタを除いたものである。単に圧電振動板Bz1に発生する電圧信号を増幅する差動増幅器、ノッチフィルタ、二重積分を有する反転増幅器で構成されている。
【0149】
次にこの例の動作を図18、図19、図20を用いて説明する。
【0150】
前述の通り、洗濯機は様々なモードで振動する。圧電素子は厚み方向に分極されていることから、このような設置方法では、外槽4の振動の横方向成分(左右方向の振動)をピックアップしていることに他ならない。
【0151】
前述したように、一つの振動センサ16aを外槽4上部あるいは下部に縦方向振動を検出するように設置した場合には次の問題点が考えられる。外槽4がコニカルな振動成分を強く発生させた場合(多くの場合、2次モード)、振動センサ16aの縦方向検出値は小さいのに、実際は横方向で非常に危険な振動状態であるという可能性が考えられる。
【0152】
一般に縦方向と横方向の振動振幅のレベル比は1対3以上となる。また、下部のみにアンバランスが発生している場合、外槽4下部の振動振幅に比して外槽4上部の振動振幅は約1/3程度になることが経験的にわかっている。これは、上部のみにアンバランスが発生したときも同様である。
【0153】
つまり、振動センサをただ1つつけた場合においては、横方向の振動が外枠1と外槽4の衝突あるいは外槽4と内槽5の衝突といった危険なレベルであるにも関わらず、検出できない振動モード(アンバランス状態)が存在したり、危険な振動レベルの閾値が一意に求められない(振動モード毎に前記閾値が異なる)ということが起こる可能性がある。
【0154】
また、洗濯機においては、脱水回転時の振動にいくつかの共振(モード)点がある。1次共振は、上下が同相に振動するモード(並進運動)、2次共振は上下が逆相に振動するモード(コニカル運動)であるので、外槽4の径方向振動を検出するように2個の振動センサ16a、16bを配置し、振動の位相も考慮すれば、これを容易に検出できる。
【0155】
これら問題点を解決するのが図18の外槽4上部及び下部に設置した2個の振動センサ16a及び16bであり、図19の制御部、図20の振動センサ回路62で構成される例である。
【0156】
図21に、図5に示す代表的な布片寄りアンバランスに起因する振動モードにおける、外槽4上部、下部での横方向振動振幅と脱水回転数の関係を示す。図21Aは上部アンバランス、図21Bは下部アンバランス、図21Cは上下同相アンバランス、図21Dは上下逆相アンバランスの場合を示す。
【0157】
各振動モードで上部、下部の振動振幅レベルが異なる。また同相及び逆相(対向)アンバランス時の上部、下部での振動振幅の位相関係は図22A、Bに示すように、同相では上下同相に振れる(並進運動)が、逆相モードでは上下が逆相に振れる(コニカル、すりこぎ運動)。図中+は外槽4の外枠方向への振れ、−はこの逆方向への振れを示している。以上図21及び図22から上部横振動と下部横振動のレベルと位相関係を用いれば、各振動モードを区別することができる。具体的には、図23に示すフローチャートで示す如くである。
【0158】
図24に各振動モードでの外槽4上部横方向振動と騒音の関係を示す。図24Aは上部アンバランス、図24Bは下部アンバランス、図24Cは上下同相アンバランス、図24Dは上下逆相アンバランスの場合を示す。振動モード内では、振動振幅と騒音の相関があることがわかる。しかし各振動モードで振動振幅と騒音の関係が大きく異なっている。
【0159】
前述例で示した図8Aの上部横方向振動と騒音の関係は、図24A、B、C、Dを全て含んだものである。このように各振動モードを一緒にする、すなわち1つの振動センサのみで横方向の振動を検出したのでは、騒音との相関はない。しかし、図24A、B、C、Dに示すように、これを各振動モード毎にみると相関がある。
【0160】
このように、上下2つの振動センサ16a、16bで横方向の振動を検出し、これをもとに、振動モードつまり布片寄りアンバランスがどのような状態かを判別した上で、図24A、B、C、Dから騒音の関係を各振動モード毎に把握し、各振動モードでの振動振幅に基ずいて、脱水回転数を制御すれば、騒音を低減することができる。
【0161】
図25に、上例の図15に示す制御に本例を適用したフローチャートを示す。図15と異なるのは、図23に示す振動モード判定処理を加えたことと、各振動モード毎に最高脱水回転、制御の閾値をテーブルの形で持たせたことである。基本的な動作は図15と同様なため説明を省略する。
【0162】
N2回転数で振動モード判定処理(ステップS50)を行い、これにもとづいて、前述のテーブルデータを読み込み(ステップS51)、図15と同様に制御する。
他の脱水制御するためのフローチャートは例えば図16、17についても同様であり、図23に示す振動モード判定処理と、読み込んだテーブル値から各振動モード毎に回転数制御の閾値を持たせればよい。
【0163】
また、これらの2つの振動センサ16a、16bの設置位置は、位相を90[deg]ずらしておいても良い。これは、外槽4の触れ回りが円運動でないときを想定している。つまり、ある一方向のみの振動は小さいのに、それと90[deg]ずれた位置での振動は非常に大きいといった場合に対応するためである。
【0164】
次に一つの振動センサ16aにて、外槽4の横方向及び縦方向振動の合成値を検出する場合について説明する。
図26は、図3の振動センサ16aを外槽4上部に傾けて設置する設置例を示す。
【0165】
図26も図11同様の図であるが、図11と異なる点は、振動センサ16aを取り付ける際に、圧電素子21と外槽4側面とに0[deg]〜90[deg]の間のある角度を持たせるように設置する点である。このように配置すれば、外槽4の径方向(左右方向)の振動と縦方向の振動の両方をピックアップすることが可能となる。このようにすることで、縦方向振動と横方向振動を同時に検出することができ、上述例の横方向の振動を検出しないがための不具合を解消することができる。
【0166】
図27に他の振動センサ内部の断面図を示す。前述のように振動センサ自体の取り付けを傾けるよりも、図27に示す圧電振動板を予め傾けて固定して振動センサ16aとしたほうが設置に必要な空間や安定度の面で有利である。
【0167】
図27の振動センサは、図3、図4等で述べてきた圧電振動板を有する。ただし、図27においては、圧電振動板のリード線25は、薄膜21a、および金属板22に直接半田付けされる。この圧電振動板を下ケース41、及び上ケース42によって支持され、封入される。この振動センサは図中の右端(下ケース41)にて振動測定の対象物に取り付けられる。
【0168】
図より明らかなように、圧電振動板は取り付け面に対して傾いて下ケース41にシリコンゴム等で弾性支持されている。圧電素子21は厚み方向に分極されているため、主に厚み方向の撓みに比例した電圧を発生する。例えば、取り付け面に対して圧電振動板を水平に設置すれば、取り付け面に対して垂直な方向に働く加速度しか測定することができない。
【0169】
しかし、本例のように圧電振動板を取り付け面に対して傾けて設置することで、取り付け面と垂直な方向のみならず、水平方向の加速度も測定することが可能となる。縦形全自動洗濯機においては、1次共振では、上下が同相で振動し、外槽全体が並進運動(横方向の振動)するのに対して、2次共振では上下が逆相に振動し、外槽4がコニカルな振動(上下振動)を起こす。本例に示した構造は、このような上下及び横方向振動の検知にも対応するための工夫である。
【0170】
以上の例では、左右方向と上下方向の加速度による合力が圧電振動板に作用することになるので、そのままで様々な振動の検出を行うことができる。このとき、設置する圧電素子21の角度を変えることによって、左右方向、上下方向各々の振動に対する感度を調節することができる。どのような振動成分を多く得たいかということに十分留意して、設置角度を決める。
【0171】
尚、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることはもちろんである。
【0172】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、安価な圧電振動板を核とする構成の振動センサとすることで、センサ導入時のコストを低く抑えることが可能となる。そしてこの振動センサを用いて振動・騒音を抑制する制御を行い、低振動・低騒音の洗濯機を提供できる。
さらに外槽と内槽の接触を防止して信頼性を高めることもできる。
【0173】
また、本発明によれば、振動センサ回路で圧電素子の並列抵抗を切り替える機構を持たせ、圧電振動板ケースを共鳴器として設計することにより、従来の報知用圧電ブザーを用い、圧電ブザーと振動検出装置と可聴音の集音器を兼用とすることが可能となる。これにより、新たにセンサとなる圧電振動板や圧電振動板を封入するケース等を追加しなくとも、振動検出が可能であり、コストを抑えることができる。
【0174】
さらに、本発明によれば集音機能を利用して、各アクチュエータの故障診断を行うことができる。これは、従来の電気的な手法では診断不可能だった部品の故障診断を行うことができ、電気的な手法と併せて使うことで、より効果的な故障診断のシステムになる。
【0175】
本発明のように振動センサを利用して振動を監視し、内槽中に発生するアンバランス量を推定することにより、最高脱水回転数及び脱水時間を決定し、これに従い脱水運転をする。これにより、脱水時の過大な振動や騒音を抑えながら、脱水率を悪化させない脱水運転を提供することが可能となる。
【0176】
また、本発明によれば振動レベルを常に監視することで、急激な回転数の変動(異常振動)が発生した際に停止させる。これは、製品のフェイルセーフ機能として有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明洗濯機の実施の形態の例を示す縦型全自動洗濯機内部の概略構成図である。
【図2】縦型全自動洗濯機の制御装置の例を示す構成図である。
【図3】振動センサ兼圧電ブザー兼可聴音集音器の例を示し、Aは上面図、BはB−B線断面図である。
【図4】振動センサ兼圧電ブザー兼可聴音集音器の例を示し、Aは上面図、BはB−B線断面図である。
【図5】振動センサ回路の例を示す結線図である。
【図6】洗濯機におけるアンバランスの発生位置の説明に供する線図である。
【図7】洗濯機外槽の振動特性の説明に供する線図である。
【図8】洗濯機外槽の振動と騒音の関係を表す線図である。
【図9】洗濯機脱水回転数と騒音の関係を表す線図である。
【図10】外槽上部側面への振動センサ配置の例を示す切欠断面図である。
【図11】外槽上部上面への振動センサ配置の例を示す切欠断面図である。
【図12】外槽下部底面への振動センサ配置の例を示す切欠断面図である。
【図13】振動センサと振動センサモジュールとの例を示し、Aは振動センサの斜視図、BはA図の要部の断面図、Cは振動センサモジュールの断面図である。
【図14】図1の横断面図である。
【図15】脱水行程制御の例を示すフローチャートである。
【図16】脱水行程制御の他の例を示すフローチャートである。
【図17】脱水行程制御の他の例を示すフローチャートである。
【図18】外槽上部及び下部側面への振動センサ配置例を示す切欠断面図である。
【図19】本発明の他の例の縦型全自動洗濯機の制御装置を示す構成図である。
【図20】振動センサ回路の他の例を示す結線図である。
【図21】代表的な布片寄りアンバランスでの外槽上下横方向振動の説明に供する線図である。
【図22】外槽上部及び下部の横方向振動信号の説明に供する線図である。
【図23】振動モード判断の例を示すフローチャートである。
【図24】各アンバランスでの洗濯機外槽の振動と騒音の関係の説明に供する線図である。
【図25】脱水行程制御の他の例を示すフローチャートである。
【図26】外槽上部上面への振動センサ配置例を示す切欠断面図である。
【図27】振動センサの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・外枠(筐体)、4・・・外槽(水槽)、5・・・内槽(洗濯槽)、16a、16b・・・振動センサ、21・・・圧電素子、21b・・・防水材、22・・・金属円盤、23・・・圧電振動板ケース、24・・・センサケースカバー、25・・・リード線、Bz1・・・圧電振動板、31、32・・・圧電振動板の電極兼支持脚、55・・・振動センサ回路A、62・・・振動センサ回路B[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention detects vibration of the outer tub of the washing machine, collision between the casing and the outer tub (abnormal vibration), and sounds generated by various actuators constituting the washing machine, and based on the detected information. More particularly, the present invention relates to a washing machine equipped with a vibration sensor using a piezoelectric element as a detection means.
[0002]
[Prior art]
The vertical fully automatic washing machine has a washing tub (outer tub) containing a washing tub and dewatering tub elastically supported in the washing machine casing, and a washing machine provided rotatably in the outer tub by a motor attached to the outer tub. It has a structure that rotates the tank and dewatering tank (inner tank), and if an imbalance occurs due to the cloth pieces in the washing tank and dewatering tank (hereinafter referred to as the inner tank), the outer tank is moved along with the rotation of the motor. Swing around. When the outer sway of the outer tub increases, vibration and noise given to the external environment become a problem. Therefore, monitoring these and taking appropriate measures is important in designing the washing machine.
[0003]
Various methods, such as a piezoelectric type, a distortion type, a resonance type, and a photoelectric type, have been proposed as a vibration detection unit and a collision (abnormal vibration) detection unit between a casing and an outer tub in a washing machine.
[0004]
For example, the device described in
[0005]
In addition, what is described in
[0006]
Furthermore, the drum-type washing machine described in
[0007]
In a home washing machine, a fully automatic washing machine that performs all washing procedures automatically is the mainstream. When the user presses the start button, the washing machine determines the amount of laundry that has been put in and supplies the necessary water. Then, washing and dehydration are performed under standard conditions prepared in advance in the washing machine. This is performed while controlling the actuator necessary for each washing process by a control device constituted by a microcomputer or the like.
[0008]
As more functions are added to the washing machine, the number of actuators installed in the washing machine has increased, and a complex washing process is performed by combining these functions. For this reason, the chance of failure continues to increase. In addition, a single failure phenomenon involves a plurality of actuators, and the same phenomenon is often exhibited regardless of which actuator fails. For this reason, there are many cases where a dealer or a repair service person is at a loss about which faulty part should be replaced in a failure report from a user.
[0009]
As a prior art for solving this problem, many manufacturers use a display on an operation panel and display an error code here to identify a defective product to some extent. However, the failure part is specified by an electrical detection means. That is, electrical failures of various actuators can be detected, but failures such as mechanical failures such as poor fitting and noise on the sliding surface due to wear cannot be detected.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-14445
[Patent Document 2]
JP 2002-273096 A
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-2335070
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
A vibration detection apparatus using a piezoelectric element as described in
[0012]
In the example described in
[0013]
In addition, in the example described in
[0014]
A first object of the present invention is to provide a vibration sensor that detects vibration in a cheaper and more reliable manner, and to provide a washing machine with low vibration and low noise by mounting the vibration sensor on the washing machine. With the goal. Another object of the present invention is to reliably detect primary resonance and secondary resonance large vibration during dehydration, which cannot be performed by a conventional mechanical touch switch, and to improve reliability.
[0015]
The second object of the present invention is to collect sound (audible sound) generated by a mechanical failure by sound collecting means comprising a piezoelectric element, and analyze this to analyze the mechanical of each actuator constituting the washing machine. The purpose is to detect faults. In addition, in the case of a failure involving multiple actuators, it is possible to identify the failed actuator by collecting multiple sounds from each actuator collected by this sound collection means using the drive signal of each actuator as a trigger and analyzing it. Objective. In addition, by combining an electrical failure detection means and a mechanical failure detection means using the sound collected by the sound collection means, the accuracy of failure actuator detection is improved, and a washing machine capable of responding to a failure quickly and appropriately is provided. For the purpose.
[0016]
Also, a washing machine with low vibration and low noise as in the first object is detected by detecting an abnormal operation of the washing machine with the sound collecting means, for example, a collision sound between the tub and the outer frame due to a cloth piece when dewatering, and a vibration sound of the tub. The purpose is to provide.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The washing machine of the present invention includes an outer tub that is a water receiving tub that is swingably suspended in a housing, an inner tub that is rotatable about a rotation axis provided in a vertical direction of the outer tub, In a washing machine equipped with a motor for rotating a tub, a case in which a piezoelectric diaphragm comprising a piezoelectric element and a metal plate to which the piezoelectric element is bonded, and an outer periphery of the piezoelectric diaphragm are supported and incorporated in a water seal A vibration sensor comprising: an upper or lower portion of the outer tub so that the polarization direction of the piezoelectric element is parallel to the rotation axis of the inner tub, The case is constituted by a cylindrical case having an open end having an acoustic resonance space for resonating audible vibration sound of the metal plate, and includes a vibration sensor circuit to which the piezoelectric element is connected, and the vibration sensor circuit has a different resistance value. A resistor with a resistance value that has two types of resistors and has a resistance value smaller than that when detecting vibration acceleration when sounding when performing sound generation due to the normal piezoelectric effect and when detecting vibration acceleration due to the reverse piezoelectric effect. To switch the connection of the two resistors so that a capacitor is connected in parallel to the piezoelectric element It is a thing.
[0018]
A vibration sensor comprising a piezoelectric diaphragm comprising such a piezoelectric element of the present invention and a metal plate to which the piezoelectric element is bonded, and a case supporting the outer periphery of the piezoelectric diaphragm and incorporating the piezoelectric diaphragm is a piezoelectric sensor. It has a structure that doubles as a buzzer and an audible sound collector.
[0019]
According to the present invention, since this vibration sensor is installed in the upper or lower part of the outer tub so that the polarization direction of the piezoelectric element is parallel to the rotation axis of the inner tub, by connecting this vibration sensor to the sensor circuit, It is possible to detect the vibration in the vertical direction of the outer tub, generate an audible notification sound, and realize various audible abnormal sounds. Moreover, a washing machine in which these detection signals are reflected in the operation control of the washing machine can be obtained.
[0020]
When the rotation speed of the inner tub of the washing machine is low, the audible sound output of this vibration sensor detects a collision with the casing of the outer tub that is a water receiving tub, and conversely, the rotation speed of the inner tub is below a predetermined value. If it is high, the vibration of the outer tub due to the cloth imbalance is detected by the vibration output of the vibration sensor in the vertical direction, and noise is estimated, and the maximum rotation speed and dewatering time of this inner tub are determined according to the noise. Control the dehydration process of this washing machine.
[0021]
Thereby, noise during dehydration can be suppressed. Furthermore, since vibration detection and collision detection can be performed, it is an alternative to a collision detection lever, and the cost of the product can be reduced.
[0022]
During dehydration, the vibration of the outer tub is constantly monitored by the vibration detection output of the vibration sensor, and the rotation speed is controlled according to the magnitude of the vibration. Thereby, the washing machine can reduce vibration and noise without stopping the operation.
[0023]
Similarly, by constantly monitoring changes in vibration amplitude, it is possible to prevent abnormal vibration and noise from occurring due to a sudden increase in amplitude.
[0024]
In addition, the audible sound generated by various actuators and mechanism parts during washing and dehydration processes is monitored by the audible sound detection output of this vibration sensor, and mechanical failure is detected and the location of the failure is identified, thereby ensuring the reliability of the washing machine. Can respond quickly to failures.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Examples of embodiments of the present invention will be described below.
[0032]
An example of an embodiment of the washing machine of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a washing machine excluding a front outer frame (housing) according to this example. FIG. 2 is a block diagram of the control unit of the washing machine. FIG. 3 is a cross-sectional view of the vibration sensor of this example. FIG. 4 is a cross-sectional view of another vibration sensor of this example. FIG. 5 shows a vibration sensor circuit according to this example.
[0033]
First, the outline about the washing machine which mounted the vibration sensor of this example is demonstrated using FIG. In FIG. 1,
[0034]
The outer tank (water tank) 4 has a hole in a part of the lower part, and a
[0035]
At the time of washing, first, tap water is supplied from the
[0036]
On the other hand, at the time of dehydration, first, the
[0037]
At this time, since the inner tub 5 (having clothes containing moisture inside) having a large mass (rotational moment) rotates at a high speed, an excessive imbalance generated by the clothes inside the
[0038]
The
[0039]
The washing machine control unit shown in FIG. 2 has a control circuit A51 for controlling a
[0040]
The
[0041]
Next, the configuration of the
[0042]
Conversely, when a force F is applied in the polarization direction, a voltage corresponding to the strain due to the force F is output. This is called the inverse piezoelectric effect, and the
[0043]
In the peripheral support, the vibration around the piezoelectric diaphragm Bz1 can be controlled to lower the resonance frequency of the piezoelectric diaphragm Bz1. The
[0044]
This is because when the piezoelectric diaphragm Bz1 is used as a piezoelectric buzzer, it is not possible to obtain a very loud sound simply by supporting the nodal circle and the periphery, so that a large sound pressure can be obtained on the
[0045]
The impedance matching is performed by appropriately designing the above-described
[0046]
In other words, having a function as a piezoelectric buzzer (sounder) can also be said to have a role as a sound collector (microphone). Monitoring the “abnormal noise”, which is a major factor in customer complaints with a sound collector, and identifying the cause of the noise lead to improved customer satisfaction.
[0047]
In FIG. 3,
[0048]
Here, the sensor case cover 24 is not necessary if the
[0049]
A
[0050]
Next, the
[0051]
In the circuit of FIG. 5, when a rectangular wave signal is input from the
[0052]
When the piezoelectric diaphragm Bz1 is used as a vibration sensor, a piezoelectric buzzer, and a sound collector, the problem is a parallel resistance connected to the piezoelectric diaphragm Bz1. Since the
[0053]
Therefore, when used as a piezoelectric buzzer, a resistor (for example, 1.5 [kΩ]) that is somewhat lower than a few [MΩ] is inserted in parallel, and a voltage is generated by passing a current through this resistor. If it is not applied to the plate Bz1, the sound cannot be produced with sufficient sound pressure. In addition, when using as a vibration sensor, if a sufficiently large resistor (for example, 1 [MΩ]) is not inserted in parallel, the potential may float during amplification or the signal (reverse piezoelectric depending on the strain) Voltage) is attenuated.
[0054]
Transistors Q1 and Q3 in FIG. 5 are drive circuits that generate voltage by applying a voltage to the piezoelectric diaphragm Bz1 (acting as a piezoelectric buzzer). The transistor Q2 functions as a switch for switching whether the piezoelectric diaphragm Bz1 functions as a piezoelectric buzzer or a vibration sensor. By switching the above-described two types of parallel resistors, the piezoelectric diaphragm Bz1 is devised so that the maximum performance can be exhibited when used for each application.
[0055]
When there is no input signal from the
[0056]
When the audible sound frequency rectangular wave (for example, 2 [kHz]) for operating the buzzer is input from the
[0057]
A capacitor C1 is provided between the base and ground of the NPN transistor Q2, and a low-pass filter (low-pass filter) is constituted by the resistor R5 and the capacitor C1, or the resistor R6 and the capacitor C1. The time constant of this low-pass filter is appropriately selected, and when a rectangular wave is input to the input, the transistor Q2 is always turned on. Here, since the resistor R7 is sufficiently smaller than the internal resistance of the resistor R10 and the piezoelectric diaphragm Bz1, the resistor R7 is always effective as a parallel resistor of the piezoelectric diaphragm Bz1 when the buzzer is sounded. . At this time, from the above description, it is assumed that the resistance value is somewhat lower than the internal resistance of the piezoelectric diaphragm Bz1, for example, 1.5 [kΩ].
[0058]
In FIG. 5, operational amplifiers Op1-A and Op1-B perform differential amplification of signals when the piezoelectric diaphragm Bz1 is used as a vibration sensor or a sound collector. As the operational amplifier for Op1, a single power supply (Vcc2) is used. This is to save the trouble of creating a new negative power supply on the circuit of the washing machine.
[0059]
Since a single power supply operational amplifier is used, when the signal is amplified, the voltage of the power supply Vcc2 is divided by resistors R8 and R9 to create a reference voltage of Vcc2 / 2 and input to the operational amplifier as a bias voltage, so that the voltage Vcc2 / 2 is centered. Output of 0 to Vcc2 is obtained.
[0060]
As described above, the voltage Vcc2 / 2 is also input to the piezoelectric diaphragm Bz1. This is to prevent the DC voltage of Vcc2 / 2 from being constantly applied to the piezoelectric diaphragm Bz1 because the bias of the voltage Vcc2 / 2 is always applied to the input of the operational amplifier of the single power supply. When a DC voltage is applied to the
[0061]
A high input impedance differential amplifier was constructed for signal amplification. In signal amplification of minute signals such as the
[0062]
Further, if the feedback resistance is increased to increase the amplification degree too much, it is likely to be affected by induced noise. Therefore, it is disadvantageous in terms of the double of input impedance and amplification factor.
[0063]
In order to solve this, a differential amplifier is configured using two operational amplifiers, Op-amps Op1-A and Op1-B. The differential inputs are all non-inverting input terminals of the operational amplifier, and the input impedance is the input impedance itself of the operational amplifier. Further, since the transistor Q3 is turned on and off during the sound generation operation, the voltage of the power source Vcc1 is applied to the non-inverting input terminal. Therefore, appropriate resistors R12 and R15 are inserted into the non-inverting input terminal for protection. It is.
[0064]
Further, in order to remove 50 [Hz] and 60 [Hz] inductive noise caused by the AC power supply, which cannot be completely removed by the differential amplifier, the operational amplifier Op1-C constitutes a notch filter (band reject filter).
[0065]
Further, an inverting amplifier is added so as to match the level of the A / D converter terminal of the
[0066]
This is because, when the case of the
[0067]
Since the signal obtained from the piezoelectric diaphragm Bz1 is an acceleration signal, it has frequency dependence, and the output increases as the frequency increases. To remove this, it is necessary to apply integration. The signal obtained from the piezoelectric diaphragm Bz1 becomes a signal proportional to the speed by one integration, and a signal proportional to the vibration by two integrations. Integration is performed by adding capacitors C3 and C8 in the amplifier circuit in FIG. In FIG. 5, the integration is doubled, and ideally, the acceleration information of vibration is amplitude information.
[0068]
At this time, the frequency range to be integrated was set to about 5 [Hz] or more. This is because the vibration of the
[0069]
As frequency bands of the
[0070]
However, the piezoelectric diaphragm Bz1 detects acceleration, and at a frequency of 1 to 4 [Hz], since the acceleration is small even if the vibration amplitude is large, the voltage output of the piezoelectric diaphragm Bz1 is small. For this reason, it is necessary to increase the circuit amplification degree. (Integration will reduce the amplification above the corner frequency.)
[0071]
Conventionally, the
[0072]
Capacitors C3 and C8 are not required when vibration acceleration is output without applying double integration. However, since the vibration acceleration output depends on the dehydration frequency (rotation speed) as described above, when this value is used for control or the like, care must be taken such as correction with the frequency (rotation speed). In this example, it is handled as vibration amplitude output after double integration.
[0073]
Furthermore, Op2-A and B operational amplifiers connected to the differential amplifier circuit constitute a band-pass filter. At this stage, only a signal having a frequency in the audible sound region of the signal amplified by the high input impedance differential amplifier is taken out. Here, the passband frequency of the bandpass filter is set in the audible sound region (about 300 to 3 [kHz]). This is a circuit for realizing the above-described sound collector.
[0074]
The
[0075]
The
[0076]
In the washing machine, the cloth is entangled during washing and the washing water is drained for dehydration, so that the cloth does not settle evenly on the bottom surface of the inner tub (washing and dewatering tub) 5. In the dehydration, centrifugal dehydration is performed while the fabric is stuck around the inner tub (dehydration tub) 5 in a state where the cloth is offset. Due to the deviation of the cloth, the
[0077]
6A, 6B, 6C, and 6D are schematic views showing a representative example of the aforementioned unbalance that occurs in the washing machine shown in FIG. The actual imbalance has a certain extent, but for simplicity, it is represented by an equivalent mass point.
[0078]
In the washing machine as shown in FIG. 1, when the imbalance due to the cloth piece occurs only in the upper part of the inner tub as shown in FIG. 6A, it becomes only in the lower part of the inner tub as shown in FIG. 6B. When generated, as shown in FIG. 6C, when generated at the same position in the upper and lower sides of the inner tank (in phase), as shown in FIG. 6D, when generated at the position opposite to the upper position of the inner tank, as shown in FIG. There are four typical types. In FIG. 6, 18 is the unbalanced mass.
[0079]
In the case of (1), the upper part of the outer tank vibrates violently, and the lower part has less vibration than the upper part. In the case of (2), the lower part vibrates particularly vigorously, but the upper part does not reach the lower part, but vibrates. In the case of (3), the upper part and the lower part are shaken in the same phase, and a large vibration is generated. In particular, the vibration in the primary mode is large (see FIG. 7B). In the case of {circle around (4)}, the top and bottom swings in opposite phases, a node is formed at the center, and the top and bottom vibrates greatly (see FIG. 7C).
Therefore, in order to install the
[0080]
FIG. 7A is a diagram of typical vibration characteristics at the time of dewatering of the washing machine
[0081]
When dehydration is started, first-order mode (resonance) vibration is first generated around 100 revolutions per minute. In the primary mode (resonance), the top and bottom vibrate in the same phase (translate). This is a translational vibration due to the pendulum motion of the
[0082]
After this, the vibration is once reduced. In the vicinity of the third-order mode (resonance) where the rotation exceeds 1000 revolutions per minute, the
[0083]
Further increase in the number of rotations causes a large resonance at the natural frequency of the
[0084]
In FIG. 1, only one
[0085]
The center of gravity of the washing machine in FIG. 1 is located below the center of the
[0086]
However, the imbalance that occurs during dehydration in the actual washing process is mostly generated in the same or opposite phase up and down except when the laundry capacity is small. When the capacity is small, there is little unbalance generated. In a dangerous vibration where abnormal noise occurs, the upper part shakes more than the lower part. For the same reason, when the
[0087]
8A, B, C, and D show the relationship between vibration and noise in the upper and lower portions of the
[0088]
FIG. 9A shows the relationship between dehydration speed and noise in four types of unbalanced states obtained by experiments. FIG. 9B shows the relationship between the vertical vibration amplitude and noise in the upper part of the
[0089]
From FIG. 9A, it can be seen that the noise is proportional to the spin speed and the proportionality factor is almost the same in each unbalanced state (the four lines are parallel). As the spin speed increases by 100 rpm, the noise increases by about 3 dB. This increase is due to an increase in vibration amplitude.
[0090]
From FIG. 9B, it can be seen that the vertical vibration amplitude of the upper part of the
[0091]
From the above, in order to control the dehydration rotation speed using the
[0092]
FIG. 10 shows details of installation of the
[0093]
FIG. 11 shows another example of vibration sensor installation. This is a case where the
[0094]
FIG. 12 shows another example of vibration sensor installation. This is a case where the
[0095]
The
[0096]
FIG. 13 shows a structure of a
[0097]
A plate spring-like metal plate to be the electrode and support
[0098]
Therefore, a structure for mating with each of the metal plate attachment portion and the metal plate base portion of the
[0099]
The electrode /
[0100]
The
[0101]
Thus, by integrating the
[0102]
FIG. 14 is a schematic view of the example of FIG. The
[0103]
If there is no interference with the outer frame (housing), the
[0104]
In addition, regarding the collision detection between the
[0105]
Next, an example of dehydration process control for suppressing noise according to this example will be described with reference to FIG.
The flowchart of FIG. 15 is a flowchart for controlling the dehydration process of the washing machine. It is assumed that the above-described means for detecting vibration, that is, the
[0106]
In FIG. 15, step S6 is an interrupt process periodically generated by a timer interrupt or the like, and separately from the flow starting from step S1, in the background of the dehydration process control, the motor rotation speed and the outer tank vibration from the
[0107]
When dehydration is started in step S1, the rotational speed is increased to a predetermined dehydration rotational speed N1 (steps S2 and S3). This is a rotation speed close to the primary resonance frequency or the secondary resonance frequency. When the number of revolutions reaches N1, if the number of collisions between the
[0108]
Here, the number of collisions between the
[0109]
In the vicinity of the secondary resonance frequency (longitudinal vibration component is large), an abnormally large longitudinal vibration that is in contact with the
[0110]
Here, if the imbalance does not become small after many retries (the number of tries is equal to or greater than the predetermined number X), the dehydration process is stopped as a dehydration error (steps S8 and S18).
[0111]
If it is determined that the unbalance is not excessive, the rotation is increased again to a certain rotation speed N2 (steps S7 and S9). Here, the vibration amplitude from the
[0112]
Now, the process of assigning N2 = 600 rpm and distributing the maximum dehydration speed of the dehydration process to Nm0 = 610 rpm, Nm1 = 750 rpm, and Nm2 = 850 rpm with two threshold values A1 and A2 will be described with reference to FIG. 9B.
[0113]
In FIG. 9B, an alternate long and short dash line parallel to the data transition (solid arrow) is drawn so as to pass through the intersection of the approximate straight line of the 850 rpm data and the
[0114]
Also, a solid line arrow is drawn vertically on the vibration amplitude axis from the point where these alternate long and short dash lines intersect with the approximate straight line of 600 rpm data, and the vibration amplitude value indicated by this arrow is the threshold value. Indicated in the figure as A1 and A2.
[0115]
This means the following: Data having a vibration amplitude value of A1 at 600 rpm increases the vibration amplitude from A1 to B1 when the rotational speed increases to 850 rpm, and accordingly increases the noise from 42 dB to 50 dB.
[0116]
In order to suppress the noise at the maximum dewatering speed Nm (= Nm0 or Nm1 or Nm2) to 50 dB or less, when the detected vibration amplitude is smaller than A1 = 1.1 mmp-p, the maximum dewatering speed is set to Nm2 = 850 rpm, 1. From 1 mmp-p to 3.3 mmp-p, the maximum dewatering speed is set to Nm1 = 750 rpm, and at 3.3 mmp-p and higher, the maximum dewatering speed is set to Nm0 = 610 rpm, and the noise can be reduced to 50 dB or less. Become.
[0117]
In order to make the dehydration rate the same for the dehydration time Td, Td0 for Nm0, Td1 for Nm1, Td2 for Nm2, and (Td0>Td1> Td2). For example, Td0 = 12 minutes, Td1 = 10 minutes, and Td2 = 8 minutes.
[0118]
The above processing, that is, the processing of classifying the vibration amplitude value from the
[0119]
Next, the voltage to the motor is set so that the maximum dewatering speed is Nm0, Nm1, and Nm2, and the dewatering speed is increased (step S15). Over time, the rotational speed reaches the maximum dewatering rotational speed. Here, the elapsed time is monitored (step S16), and when the dehydration time reaches the set time (Td0, Td1, Td2), the rotation of the motor is stopped (step S17) and the dehydration is terminated (step S18).
[0120]
In the dehydration process of this flowchart, the target noise can be suppressed to 50 dB by adjusting the maximum dehydration rotation speed with the vibration amplitude detected by the vibration sensor.
[0121]
Further, the flowchart of FIG. 16 is a flowchart for controlling another dehydration process of the washing machine. In FIG. 16, the processing units corresponding to those in FIG.
The difference from FIG. 15 is that after reaching the maximum dewatering speed, the dewatering speed is readjusted according to the vibration amplitude.
[0122]
The imbalance due to the laundry during dehydration may change due to a change in the moisture content of the laundry (cotton fibers are difficult to remove moisture, but synthetic fibers are easily removed) and the movement of the laundry. Therefore, using such a method, it is necessary to prevent the vibration amplitude from increasing due to a change in the unbalanced state and resulting noise from increasing. It is important to perform more robust control.
[0123]
Description of corresponding processing with the same reference numerals as in FIG. 15 is omitted. A process (step S19 to step S23) for comparing the vibration amplitude at the current rotation speed with the threshold values B1 and B2 and reducing the current dewatering rotation speed by the set maximum dewatering rotation speed is introduced.
[0124]
The set maximum dewatering rotation speed is determined (steps S19 to S20). When Nm = Nm2, if the vibration amplitude is larger than the threshold value B1 (step S21), the rotation speed is decreased by a predetermined amount Δ, for example, 20 rpm (step S21). S23). Do nothing if: The number of revolutions is reduced by reducing the voltage applied to the motor.
[0125]
Since it takes time for the motor rotation speed to decrease due to inertia, a predetermined waiting time T is inserted. As described above, the threshold value B1 is a vibration amplitude value where the noise is 50 dB when the rotation speed is Nm2. Exceeding this means that the noise exceeds 50 dB.
[0126]
Similarly, when Nm = Nm1, if the vibration amplitude is larger than the threshold B2 (step S22), the rotational speed is decreased by a predetermined amount Δ, for example, 20 rpm (step S23). Do nothing if: Nothing is done when Nm = Nm0.
In the flowchart described above, noise can be suppressed to 50 dB or less even if the unbalanced state changes during the dehydration process.
[0127]
FIG. 17 is a flowchart for controlling another dehydration process of the washing machine. In FIG. 17, processing portions corresponding to those in FIGS. 15 and 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0128]
FIG. 17 differs from FIGS. 15 and 16 in that the vibration amplitude is always monitored after the rotation speed exceeds N1, and the dehydration rotation speed is increased or decreased below the maximum dehydration rotation speed by the vibration amplitude.
[0129]
Now, let us consider a control in which the maximum dewatering rotation speed Nmax is set to 850 rpm and the vibration amplitude value B1 (see FIG. 9B) exceeding the noise of 50 dB at this rotation speed is used as a threshold value.
[0130]
When N2 is exceeded, the dehydration speed is further increased (step S7). While monitoring the vibration amplitude from the vibration sensor, it is compared with the threshold value B1 (step S30). If it is smaller than the threshold value B1, the rotational speed is increased by a predetermined amount Δ (step S31). If it is greater than or equal to the threshold value B1, the rotational speed is decreased by Δ (step S32). Then, it is determined whether the current dewatering speed exceeds the maximum dewatering speed Nmax (step S33). If it exceeds, the rotational speed is decreased by Δ (step S32). The above is repeated while monitoring the dehydration time (step S16).
[0131]
As a result, the dewatering speed is limited to the maximum dewatering speed Nmax = 850 rpm, and becomes a steady speed with a noise of 50 dB or less. At this time, the dehydration rotational speed in the steady state takes various values depending on the vibration amplitude, that is, the unbalanced state and amount due to the cloth piece.
[0132]
In FIG. 17, the change amount of the vibration amplitude may be added to the control. This is due to the following reason.
[0133]
As the dehydration speed is increased further, the vibration of the washing machine eventually approaches the resonance point of the third-order mode. This is a vibration in which the
[0134]
Therefore, the change in vibration is monitored, and when a phenomenon that leads to a rapid increase occurs, control for suppressing the rotation speed is added to the control shown in FIG.
[0135]
Further, the maximum dewatering rotation speed Nmax may be set to a constant value as described above, or may be set to a value corresponding to the amount of cloth by sensing the amount of laundry at the start of washing.
[0136]
Next, a description will be given of control for determining whether a mechanical component has failed using the sound collection function of the
[0137]
Although various actuators are mounted on the washing machine of FIG. 1, the actual washing machine and the washing and drying machine have more actuators. They can operate independently and are all controlled by the
[0138]
In the washing machine, at the time of course selection / input work at the start of operation, at the time of temporary stop, at the end of operation, etc., a notification sound is transmitted by using the
[0139]
Furthermore, during the operation of the washing machine, the function as a sound collector is exhibited, and abnormal sounds of various actuators such as a water supply valve, a drain valve, a clutch, and a gear are detected. At this time, it is necessary to detect only abnormal sounds generated from the washing machine without being distracted by ambient noise or the like. This is dealt with by collecting sounds in accordance with the timing at which the
[0140]
If this sound collector is used, it is possible to collect various sounds generated by the actuators of the washing machine. In other words, this can be said to be a sensor capable of detecting noise, and this noise level can detect abnormal operation noise of each actuator and estimate these failures.
[0141]
In addition, since the
[0142]
At this time, if the natural frequency of the sound generated by each actuator of the washing machine, the sound pressure level in normal operation, etc. are known in advance, the failure of each actuator of the washing machine is determined in more detail by comparison with these. It becomes possible.
[0143]
Conventionally, in failure diagnosis, an electrical detection means is generally taken. This seems to be a preferable method from the viewpoint of cost. However, in such a method, only failure diagnosis of elements with electricity is possible. For example, there are many defects (complaints) related to unpleasant sounds during washing machine operation, such as poor engagement of gears and clutches, abnormal sound of bearings, and frictional noise. If this fault diagnosis is used, the above-mentioned failure can be automatically diagnosed by the washing machine itself without a detailed inspection by the service person, and it is very effective.
[0144]
Next, the case where two
[0145]
As described above, when an imbalance occurs in the vertically opposed position, there is always a point that becomes a vibration node at one point in the
[0146]
FIG. 18 shows an installation example of the
[0147]
FIG. 19 is a block diagram of the washing machine control unit of this example. 19, parts corresponding to those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and a
[0148]
FIG. 20 shows details of the
[0149]
Next, the operation of this example will be described with reference to FIG. 18, FIG. 19, and FIG.
[0150]
As described above, the washing machine vibrates in various modes. Since the piezoelectric element is polarized in the thickness direction, such an installation method is nothing other than picking up the lateral component of vibration of the outer tub 4 (vibration in the left-right direction).
[0151]
As described above, when one
[0152]
In general, the level ratio of the vibration amplitude in the vertical direction and the horizontal direction is 1 to 3 or more. Further, it is empirically known that when an imbalance is generated only at the lower part, the vibration amplitude at the upper part of the
[0153]
That is, when only one vibration sensor is attached, the vibration in the lateral direction cannot be detected although it is at a dangerous level such as a collision between the
[0154]
Further, in a washing machine, there are several resonance (mode) points in vibration during dewatering rotation. The primary resonance is a mode in which the upper and lower sides vibrate in the same phase (translational motion), and the secondary resonance is a mode in which the upper and lower sides vibrate in the opposite phase (conical motion). If the
[0155]
These problems are solved by the two
[0156]
FIG. 21 shows the relationship between the lateral vibration amplitude at the upper and lower portions of the
[0157]
The upper and lower vibration amplitude levels are different in each vibration mode. In addition, as shown in FIGS. 22A and 22B, the phase relationship between the upper and lower vibration amplitudes during in-phase and reverse-phase (opposite) imbalances swings up and down in the same phase (translational motion), but in the reverse-phase mode Swings out of phase (conical, pestle movement). In the figure, + indicates the deflection of the
[0158]
FIG. 24 shows the relationship between the vibration in the upper lateral direction of the
[0159]
The relationship between the upper lateral vibration and the noise in FIG. 8A shown in the above example includes all of FIGS. 24A, B, C, and D. Thus, if each vibration mode is combined, that is, if vibration in the lateral direction is detected by only one vibration sensor, there is no correlation with noise. However, as shown in FIGS. 24A, B, C, and D, there is a correlation when viewed for each vibration mode.
[0160]
In this way, the vibrations in the lateral direction are detected by the upper and
[0161]
FIG. 25 shows a flowchart in which this example is applied to the control shown in FIG. The difference from FIG. 15 is that the vibration mode determination process shown in FIG. 23 is added and that the maximum dewatering rotation and control threshold values are provided in the form of a table for each vibration mode. The basic operation is the same as in FIG.
[0162]
The vibration mode determination process (step S50) is performed at the N2 rotation number, and based on this, the above-described table data is read (step S51), and control is performed in the same manner as in FIG.
The other flow charts for the dehydration control are the same for, for example, FIGS. 16 and 17, and a threshold value for the rotational speed control may be provided for each vibration mode from the vibration mode determination process shown in FIG. 23 and the read table value. .
[0163]
Further, the positions of the two
[0164]
Next, the case where the combined value of the horizontal and vertical vibrations of the
FIG. 26 shows an installation example in which the
[0165]
FIG. 26 is also similar to FIG. 11, but the point different from FIG. 11 is between 0 [deg] to 90 [deg] between the
[0166]
FIG. 27 shows a sectional view of another vibration sensor. Rather than tilting the vibration sensor itself as described above, it is more advantageous in terms of space and stability required for installation to tilt and fix the piezoelectric diaphragm shown in FIG.
[0167]
The vibration sensor of FIG. 27 has the piezoelectric diaphragm described in FIGS. However, in FIG. 27, the
[0168]
As is clear from the figure, the piezoelectric diaphragm is inclined with respect to the mounting surface and elastically supported by the
[0169]
However, by installing the piezoelectric diaphragm in an inclined manner with respect to the attachment surface as in this example, it is possible to measure not only the direction perpendicular to the attachment surface but also the horizontal acceleration. In a vertical fully automatic washing machine, in the primary resonance, the top and bottom vibrate in the same phase, and the entire outer tub vibrates in translation (transverse vibration), whereas in the secondary resonance, the top and bottom vibrate in the opposite phase, The
[0170]
In the above example, the resultant force due to the acceleration in the horizontal direction and the vertical direction acts on the piezoelectric diaphragm, so that various vibrations can be detected as they are. At this time, by changing the angle of the
[0171]
Of course, the present invention is not limited to the above-described examples, and various other configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
[0172]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to keep the cost at the time of sensor introduction low by using a vibration sensor having an inexpensive piezoelectric diaphragm as a core. The vibration sensor is used to control vibration and noise to provide a washing machine with low vibration and noise.
Furthermore, the contact between the outer tub and the inner tub can be prevented to improve the reliability.
[0173]
In addition, according to the present invention, a mechanism for switching the parallel resistance of the piezoelectric element is provided by the vibration sensor circuit, and the piezoelectric diaphragm case is designed as a resonator, so that the conventional piezoelectric buzzer for notification is used and the piezoelectric buzzer and the vibration are designed. It is possible to use both the detection device and the audible sound collector. Accordingly, vibration detection is possible without adding a piezoelectric diaphragm or a case that encloses the piezoelectric diaphragm as a new sensor, and the cost can be reduced.
[0174]
Furthermore, according to the present invention, failure diagnosis of each actuator can be performed using the sound collecting function. This makes it possible to perform failure diagnosis of parts that could not be diagnosed by a conventional electrical method, and it becomes a more effective failure diagnosis system when used together with an electrical method.
[0175]
The vibration is monitored using the vibration sensor as in the present invention, and the unbalance amount generated in the inner tank is estimated to determine the maximum dehydration rotation speed and dehydration time, and the dehydration operation is performed according to this. This makes it possible to provide a dehydration operation that does not deteriorate the dehydration rate while suppressing excessive vibration and noise during dehydration.
[0176]
In addition, according to the present invention, the vibration level is constantly monitored to stop when a sudden rotation speed fluctuation (abnormal vibration) occurs. This is effective as a product fail-safe function.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an interior of a vertical fully automatic washing machine showing an example of an embodiment of a washing machine of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a control device of a vertical fully automatic washing machine.
FIGS. 3A and 3B show examples of a vibration sensor, a piezoelectric buzzer, and an audible sound collector, wherein A is a top view and B is a cross-sectional view along line BB.
FIGS. 4A and 4B show examples of a vibration sensor, a piezoelectric buzzer, and an audible sound collector, in which A is a top view and B is a cross-sectional view along the line BB. FIG.
FIG. 5 is a connection diagram illustrating an example of a vibration sensor circuit.
FIG. 6 is a diagram for explaining an unbalance occurrence position in the washing machine.
FIG. 7 is a diagram for explaining vibration characteristics of an outer tub of a washing machine.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between vibration and noise of the washing machine outer tub.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the washing machine dewatering speed and noise.
FIG. 10 is a cutaway sectional view showing an example of vibration sensor arrangement on the upper side surface of the outer tub.
FIG. 11 is a cutaway sectional view showing an example of a vibration sensor arrangement on the upper surface of the upper part of the outer tub.
FIG. 12 is a cutaway sectional view showing an example of a vibration sensor arrangement on the bottom surface of the outer tub.
13A and 13B show examples of a vibration sensor and a vibration sensor module, in which A is a perspective view of the vibration sensor, B is a cross-sectional view of the main part of FIG. A, and C is a cross-sectional view of the vibration sensor module.
14 is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 15 is a flowchart showing an example of dehydration process control.
FIG. 16 is a flowchart showing another example of the dehydration process control.
FIG. 17 is a flowchart showing another example of dehydration process control.
FIG. 18 is a cutaway sectional view showing an example of vibration sensor arrangement on the upper and lower side surfaces of the outer tub.
FIG. 19 is a configuration diagram showing a control device of a vertical fully automatic washing machine of another example of the present invention.
FIG. 20 is a connection diagram illustrating another example of a vibration sensor circuit.
FIG. 21 is a diagram for explaining the vertical vibration of the outer tub in a typical unbalanced cloth piece.
FIG. 22 is a diagram for explaining the lateral vibration signals of the upper and lower outer tubs.
FIG. 23 is a flowchart illustrating an example of vibration mode determination.
FIG. 24 is a diagram for explaining the relationship between vibration and noise of the washing machine outer tub in each imbalance.
FIG. 25 is a flowchart showing another example of dehydration process control.
FIG. 26 is a cutaway sectional view showing an example of vibration sensor arrangement on the upper surface of the outer tub.
FIG. 27 is a cross-sectional view showing another example of a vibration sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003143833A JP3914514B2 (en) | 2003-05-21 | 2003-05-21 | Washing machine |
CNB2004100640610A CN1311121C (en) | 2003-05-21 | 2004-03-01 | Washing machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003143833A JP3914514B2 (en) | 2003-05-21 | 2003-05-21 | Washing machine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004344338A JP2004344338A (en) | 2004-12-09 |
JP3914514B2 true JP3914514B2 (en) | 2007-05-16 |
Family
ID=33531489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003143833A Expired - Fee Related JP3914514B2 (en) | 2003-05-21 | 2003-05-21 | Washing machine |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3914514B2 (en) |
CN (1) | CN1311121C (en) |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4528165B2 (en) * | 2005-03-14 | 2010-08-18 | 新日本製鐵株式会社 | Small washing machine with vibration |
JP2006296540A (en) * | 2005-04-18 | 2006-11-02 | Sharp Corp | Washing machine |
JP4822974B2 (en) * | 2006-08-02 | 2011-11-24 | 三洋電機株式会社 | Washing machine |
JP4805061B2 (en) * | 2006-08-21 | 2011-11-02 | 三星電子株式会社 | Rotating body control device and washing machine equipped with the same |
JP4756054B2 (en) * | 2008-03-13 | 2011-08-24 | パナソニック株式会社 | Drum washing machine |
JP4640476B2 (en) * | 2008-09-19 | 2011-03-02 | パナソニック株式会社 | Washing machine |
JP4859900B2 (en) * | 2008-09-26 | 2012-01-25 | 三洋電機株式会社 | Washing machine |
JP2012205781A (en) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Panasonic Corp | Spin dryer |
JP2012205778A (en) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Panasonic Corp | Spin dryer |
JP2012223489A (en) * | 2011-04-22 | 2012-11-15 | Toshiba Corp | Washing machine |
JP2013013603A (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-24 | Toshiba Corp | Washing machine |
JP2013013659A (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-24 | Toshiba Corp | Washing machine |
JP5773802B2 (en) * | 2011-08-22 | 2015-09-02 | 株式会社東芝 | Washing machine |
KR101819511B1 (en) * | 2011-10-10 | 2018-01-17 | 엘지전자 주식회사 | Method for operating multi clothes styiler system |
CN103590217B (en) * | 2013-10-17 | 2015-09-16 | 江苏海狮机械集团有限公司 | Viberation detector within the scope of washing and dehydrating integrated machine horizontal direction 360 ° |
KR102124326B1 (en) * | 2018-03-16 | 2020-06-19 | 주식회사 잼이지 | Device for detetcting musical scale of instrument which generate sound based on sensor |
CN110438741B (en) * | 2018-05-04 | 2023-03-10 | 青岛海尔洗衣机有限公司 | Vibration switch device for clothes treatment equipment |
JP2020069260A (en) * | 2018-11-01 | 2020-05-07 | 青島海爾洗衣机有限公司QingDao Haier Washing Machine Co.,Ltd. | Washing machine |
CN111188158B (en) * | 2018-11-15 | 2023-05-26 | 青岛海尔洗衣机有限公司 | Control method for washing equipment |
CN109652948B (en) * | 2018-12-24 | 2023-07-04 | 珠海格力电器股份有限公司 | Vibration reduction energy harvesting device, drum washing machine and drum vibration control method |
JP7179682B2 (en) * | 2019-05-31 | 2022-11-29 | 株式会社東芝 | vibration detector |
JP2021000212A (en) * | 2019-06-20 | 2021-01-07 | 青島海爾洗衣机有限公司QingDao Haier Washing Machine Co.,Ltd. | Washing machine |
CN110629455A (en) * | 2019-08-15 | 2019-12-31 | 长虹美菱股份有限公司 | Intelligent dehydration control method |
JP2021045435A (en) * | 2019-09-20 | 2021-03-25 | 日立グローバルライフソリューションズ株式会社 | Washing machine |
SI25920A (en) * | 2019-11-11 | 2021-05-31 | Gorenje, d.o.o. | The procedure for detecting characteristic frequencies in a drum washing machine |
CN113378322B (en) * | 2021-06-30 | 2023-03-28 | 海信冰箱有限公司 | Method, device and equipment for optimizing structural parameters of rotating piece and storage medium |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4695988A (en) * | 1984-09-12 | 1987-09-22 | Ngk Spark Plug Co. Ltd. | Underwater piezoelectric arrangement |
-
2003
- 2003-05-21 JP JP2003143833A patent/JP3914514B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-03-01 CN CNB2004100640610A patent/CN1311121C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004344338A (en) | 2004-12-09 |
CN1572963A (en) | 2005-02-02 |
CN1311121C (en) | 2007-04-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3914514B2 (en) | Washing machine | |
WO2010023912A1 (en) | Washing machine | |
CN107614882A (en) | Fan or pump arrangement and operating method | |
US7255669B2 (en) | Centrifuge with imbalance detector | |
US20090266113A1 (en) | Appliance Having A Vibration Detection Device | |
JP5297934B2 (en) | Washing machine | |
JP3448113B2 (en) | Laboratory centrifuge with unbalanced switch-off device | |
JP2021063728A (en) | Bearing abnormal detector | |
JP4141738B2 (en) | Washing machine | |
KR100762145B1 (en) | Method for controlling drum type wahing machine for dewatering the laundry and apparatus thereof | |
CN102108613A (en) | Clothes processing equipment and control method thereof | |
JP6010775B2 (en) | Washing machine | |
JPH04208199A (en) | Drum type washing machine with acceleration sensor | |
CN113237116B (en) | Self-cleaning sensing device of range hood and control method thereof | |
JP5229037B2 (en) | Vibration detection method and washing machine equipped with the method | |
JP2010042237A (en) | Washing machine | |
JP2006081637A (en) | Washing machine | |
JP3154682B2 (en) | Centrifugal dryer | |
JP4789056B2 (en) | Centrifuge | |
JP2002239323A (en) | Oil mist removing device | |
JP4163147B2 (en) | Vibration detection device for dehydration tank | |
JP4089145B2 (en) | Centrifuge | |
US20230193543A1 (en) | Clothes treatment apparatus and method of controlling the same | |
KR20020064072A (en) | A washer with a frequency sensor | |
JP2002355488A (en) | Washing machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060327 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060523 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060719 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060911 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060912 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20060911 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061024 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061219 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070104 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070123 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070202 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100209 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110209 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120209 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120209 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130209 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130209 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140209 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |