JP4141738B2 - Washing machine - Google Patents
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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】
外槽に溜っている水の水位および該外槽の振動を検出する手段と、その検出結果に基づいて洗濯動作の制御を行う洗濯機の例として、以下のものがある。
【0003】
第1の従来例として、特開平9−294892号公報に記載された脱水兼用洗濯機は、外槽内の水位に応じてコイルへの鉄芯挿入量が変化する水位検出手段を外槽の上部に取り付け、外槽の振動により鉄芯が振動して挿入量が変動する構成の水位兼振動検出手段を備え、この水位兼振動検出手段により、外槽内の水位および外槽の振動の検出を行い、その検出結果に基づいて脱水時における内槽の回転制御等の洗濯および脱水動作の制御を行う構成である。
【0004】
第2の従来例として、特開平9−94380号公報に記載された洗濯機は、1個の水位センサによって外槽内の水位および該外槽の振動の検出を行う構成である。具体的には、水位センサのコイルに挿入される2個の磁性体を設け、第1の磁性体は外槽内の水位に応じて挿入量が変化し、第2の磁性体は外槽を支持するサスペンション上端部の振動に応じて挿入量が変化する構成である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
第1の従来例は、鉄芯の挿入方向、つまりコイルの縦方向の振動成分は検出することができるが、これと垂直方向の振動成分は検出することができない。従って、外槽の上下方向の振動は検出することができても、前後左右方向の振動は検出することができないという問題が生じる。
【0006】
第2の従来例は、サスペンション上端部、つまり外枠への取付け部の振動を検出する構成であるが、この振動は、外槽自体の振動と必ずしも比例しない。従って、外槽全体の振動状態を正しく検出することが困難である。また、第1の従来例と同様に、磁性体の挿入方向、つまりコイルの縦方向の振動成分は検出することができるが、これと垂直方向の振動成分は検出することができない。
【0007】
更に、前記2つの従来例は、コイルのインダクタンス値の変化で水位と振動を検出するために、水位と振動を同時に検出することができない。例えば、外槽に少量の水を残存させて質量効果で振動を抑制することができる状態で脱水した場合は、その検出結果は、回転による水位の変化なのか振動なのかを識別することが困難である。
【0008】
従って、従来の検出手段から出力される検出信号(検出結果)に基づいて洗濯や脱水の起動や脱水中の振動騒音を低減するのに好適な制御を実行することが困難である。
【0009】
本発明の1つの目的は、簡単な構成の水位検出手段および振動検出手段によって洗濯や脱水の起動や脱水中の振動騒音を低減することができる洗濯機を提供することにある。
【0010】
本発明の他の目的は、洗濯や脱水の起動や脱水中の振動騒音を低減するのに好適な制御を実行することができる水位検出手段および振動検出手段を簡単な構成且つ低コストで実現することにある。
【0011】
本発明の更に他の目的は、前記水位検出手段および振動検出手段を実現する水位兼振動センサを簡単な構造且つ低コストで実現することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明における洗濯機の特徴は、水位兼振動センサを使用して構成した水位検出手段と振動検出手段の出力信号と、回転数検出手段から出力する洗濯兼脱水槽の回転数信号に基づいて、制御手段によって回転翼あるいは洗濯兼脱水槽(内槽)の最適な回転数制御を行うことにより、洗濯や脱水の起動や脱水中の振動騒音を低減することにある。
【0013】
水位兼振動センサは、コイルへの挿入量を水受け槽(外槽)内の水位に比例させた磁性体と、バネによって支持した磁石を前記コイルの外周の近傍に配置して前記磁石から発生した磁束が前記コイルに鎖交するように構成した振動子とを備え、この水位兼振動センサのコイルのインダクタンスを利用して発振回路を構成する水位センサ回路によって水位検出手段を構成し、前記磁石の振動によって前記コイルへの鎖交磁束量が変化することによる該コイルの誘導電圧を処理する振動センサ回路によって振動検出手段を構成する。
【0014】
そして、前記制御手段は、前記水位検出手段および振動検出手段の出力信号を参照しながら、脱水工程では、洗濯槽に一定の洗濯用水を残して遠心脱水を開始し、洗濯用水の質量効果で脱水起動における外槽振動を抑える。具体的には、水位検出手段で水位を監視しながら排水電磁弁を開放して洗濯用水を排出する。そして、一定水位に達したならば、排水電磁弁を閉じ、内槽の回転を開始させる。回転開始から所定時間内に洗濯物の片寄りが大きく、外槽が外枠に衝突すると、前記振動検出手段からの出力信号に基づいて衝突による外枠振動を検出して脱水起動を停止する(加振源である内槽の回転を停止する)。衝突を検出しない場合には、所定時間後に排水電磁弁を再開して、脱水を継続する。
【0015】
また、脱水工程では、内槽が洗濯物の片寄りなどから生ずる偏加重を受けて回転振動し、これを内蔵する外槽も振動する。この偏加重は、内槽の回転軸にモーメント力を生じ、内槽と回転軸の連結部に大きなモーメント加重をかけることになる。このために、洗濯物の片寄りが大きい、すなわち内槽の回転振動が大きく、それに伴う外槽の振動が大きい時には、モーメント加重により連結部が破損して危険な状態となる可能性ある。モーメント力は、脱水回転数の2乗に比例するために、脱水回転数に制限をかける。
【0016】
脱水起動を開始してから、回転数検出手段で脱水回転数を監視しながら、脱水回転数が所定の値、例えば600rpmに到達したならば、前記振動検出手段の出力信号に基づいて外枠の振動を検出し、所定のしきい値と比較判断し、連結部が破損に至らない最終脱水回転数を設定し、その後、設定した最終脱水回転数まで加速し、最終脱水回転数に達した後に所定時間の脱水を行う。これにより、洗濯物の片寄りなどから生ずる締結部破損を回避することが可能となり、安全な洗濯機を提供することができる。
【0017】
更に、最終脱水回転数に到達してからの脱水定常時において外槽が振動すると、前記振動検出手段の出力信号に基づいて外枠の振動振幅を検出する。脱水定常時においては、外槽、すなわち外枠の振動と騒音との相関が高い。このために、前記制御手段は、外槽の振動振幅に基づいて、加振源である内槽の回転数制御を行う。具体的な制御方法は、振動の大きさに応じて、内槽の回転数に上限値を設定し、回転数検出手段により内槽の回転数を監視し、この回転数を前記上限値以下に保持する制御を行う。振動が大きいことから上限値以下の回転数に設定した場合には、脱水時間を回転数に応じて長くする。
【0018】
洗濯工程では、水位兼振動センサを利用して水位(水量)と外槽の振動を同時に検出して回転翼の回転数あるいは回転反転周期を制御する。これは、水が溜められた外槽とこれを懸架する系の一次共振周波数が加振源である回転翼の回転数あるいは回転反転周期の周波数と一致して、外槽が大きく揺れて外枠に衝突するのを防止するためである。振動検出手段の出力信号がしきい値を超えた場合には、前述した系の一次共振周波数を加振源周波数からずらすために、水位検出手段の出力信号を参照して水位を監視し、振動検出手段の出力信号を参照して振動を監視しながら洗濯用水を給水あるいは排水する。あるいは振動検出手段の出力信号を参照して振動を監視しながら加振源周波数を系の一次共振周波数からずらすために回転翼の回転数あるいは回転反転周期を変更する。
【0019】
このような本発明によれば、簡略且つ安価な水位兼振動センサを利用して水受け槽である外槽内の水位と振動を独立且つ同時に検出することができる。また、脱水起動時の外槽と外枠の衝突を検出して、起動を停止することで安全性を高めることができる。
【0020】
また、洗濯物の片寄りなどから生ずるモーメント加重による内槽と回転軸の連結部破損を回避することが可能となり安全な洗濯機を提供することができる。
【0021】
また、脱水性能を維持して、騒音を一定以下に抑制し、脱水時の過大な騒音を防止することができる。
【0022】
更に、洗濯性能を維持して、外槽と外枠の衝突を防止し、洗濯時の過大な騒音を防止でき、安全性を高めることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態である全自動洗濯機の外観図であり、図2は、図1におけるA−A線で示す縦断側面図である。
【0024】
この全自動洗濯機の外装は、鋼鈑製の外枠1と、その上部に取り付けたトップカバー2および操作パネル3により構成する。
【0025】
トップカバー2は、蓋2aと、洗濯物を投入する投入口2bと、主に給水に関連する部品を収納する後部収納箱2cと、主に電気部品を収納する前部操作箱2dで構成する。操作パネル3は、前部操作箱2dの上面を覆う形に固定する。
【0026】
水受け槽である外槽4は、外枠1の上部四隅から吊り棒5aおよびコイルバネや摺動リング等からなる防振装置5bによって該外枠1内に吊り下げ状態に支持し、洗い工程での洗い水および濯ぎ工程での濯ぎ水(以下、洗濯水と言う)を溜める。この外槽4内には、ステンレス製の洗濯兼脱水槽6(以下、洗濯槽あるいは内槽と言う)を回転自在に設ける。洗濯槽6の側面には多数の脱水孔6aを設け、上縁部にはバランサー6bを設ける。また、洗濯槽6の中央底部には、回転翼7を回転可能に設ける。外槽4の底面外側には、支持板8を取り付け、この支持板8に駆動装置9を固定する。
【0027】
駆動装置9は、インナロータ形のDCブラシレスモータ9aと、歯車減速機構とクラッチ機構を組み込んだ伝動装置9bを備える。伝動装置9bの下側にDCブラシレスモータ9aを配置し、伝動装置9bの入力軸をDCブラシレスモータ9aの回転軸(ロータ)に締結する。伝動装置9bは、同軸の2つの出力軸9dを備え、装置内のクラッチ機構(図示省略)により、DCブラシレスモータ9aの回転を前記2つの出力軸9dに選択的に伝達する。伝動装置9bの2つ出力軸9dは、外槽4の底壁を水密状態に貫通して外槽4内に突出させ、回転翼7および洗濯槽6に連結する。
【0028】
駆動装置9は、洗い工程および濯ぎ工程では、伝動装置9bによって、洗濯槽6を静止させ、伝動装置9bの歯車減速機構によりDCブラシレスモータ9aの回転を減速して回転翼7に伝達して該回転翼7を時計方向(正)および反時計方向(逆)に回転させる。また、脱水工程においては、歯車減速機構で減速することなくDCブラシレスモータ9aの回転を洗濯槽6および回転翼7に伝達し、これらを一方向に高速回転させる。
【0029】
外槽4の底面には、洗濯用水の排水を行う排水電磁弁10を設け、この排水電磁弁10に接続した排水ホース11を介して洗濯用水を洗濯機外に排出する。
【0030】
図3は、前部操作箱2d内の各電気部品の配置状態を示すもので、前部操作箱2d上の操作パネル3を外した状態における該前部操作箱2dの平面図(図1におけるB−B線で示す横断平面図)である。
【0031】
前部操作箱2d内には、外槽4内の水圧を検出すると共に外槽4の振動を検出する水位兼振動センサ12と、蓋開閉センサ13と、蓋ロック機構14と、槽振れセンサ15を設ける。なお、図中破線で示す部品は、後述する制御手段としての洗濯および脱水工程制御部20の基板であり、一点鎖線で示す部品は外槽4の外周である。
【0032】
因に、外槽4への給水に係わる給水電磁弁27と、この給水電磁弁27に繋がる給水栓27aと、風呂水ポンプ28と、この風呂水ポンプ28に繋がる風呂水給水栓28a等は後部収納箱2cに収納する。
【0033】
図4は、水位兼振動センサ12を示すもので、(a)は、水位兼振動センサ12の上面図、(b)は、(a)におけるD−D線で示す縦断側面図である。
【0034】
水位兼振動センサ12の筐体内は、ダイヤフラムとしてのゴム膜12aで2つの部屋に分離する。ゴム膜12aの上部屋12b側には該ゴム膜12aと共に移動する円柱形の磁性体であるフェライトコア12cを取り付け、筐体からバネA12dで下向きに押さえ付ける。このフェライトコア12cの周囲には、コイル12eを配置する。2つの端子12f間には、前記コイル12eとコンデンサ12gを並列接続する。なお、上部屋12bは、空気孔12hを通して大気に開放する。
【0035】
筐体外側のコイル12eの上方の近傍には、板バネ12iとその先端に固定した磁石12jによって構成した振動子12kを設ける。この振動子12kは、板バネ12iの他端を水位兼振動センサ筐体に固定し、磁石12jをコイル12eの近傍に位置させ、水位兼振動センサ筐体がD−D線方向に加振されると、磁石12jが図中矢印の水平方向に振動するように構成し、この磁石12jから発生してコイル12eに鎖交する磁束が該磁石12jの振動に伴って変化し、ファラディの電磁誘導の法則に従ってコイル12eの両端、すなわち端子12f間に誘導電圧が発生するように構成する。
【0036】
ゴム膜12aの下側の下部屋12mには、接続口12nを形成し、ここに水位センサチューブ12pの一端を接続する。この水位センサチューブ12pの他端は、図2に示すように、外槽4の下部で該外槽4内に連通する空気室12qに接続し、外槽4に溜った水の水圧で水位兼振動センサ12内のゴム膜12aに圧力を加えて該ゴム膜12aを上方に押し上げ、フェライトコア12cがコイル12e内に挿入(進入)して該コイル12eのインダクタンス値が変化するように構成する。
【0037】
蓋開閉センサ13は、ホール素子13aと磁石13bで構成する。磁石13bは、ホール素子13aに相対する蓋2aのE位置に嵌め込み、ホール電圧の有無によって蓋2aの開閉状態を検出するように構成する。
【0038】
蓋ロック機構14は、相対する蓋2aのD位置に開けた嵌合穴14aにソレノイド(図示せず)で駆動するフック14bを掛け、蓋2aの開放をロックする構成である。
【0039】
槽振れセンサ15は、外槽4の振れ回りによって動作するレバースイッチである。マイクロスイッチ(図示せず)と該マイクロスイッチを押すレバー15aによって構成し、図2に示すように、レバー15aの一端が前部操作箱2dを下に貫通して外槽4の上部の近傍に延びて該外槽4が大幅に振れ回ったときに該レバー15aに触れるように設置する。
【0040】
前部操作箱2dの上面には、上蓋として操作パネル3が取り付け、その下にはマイクロコンピュータ等から構成する洗濯および脱水工程制御部20の基板を設ける。
【0041】
この操作パネル3には、電源スイッチ60と、7セグメントLED表示器61と、LED表示器62と、各種操作スイッチ63を設置し、使用者が操作スイッチ63で洗濯機を操作し、また、その動作状態を表示器61,62による表示とブザー64からの電子音で確認することができるように構成する。
【0042】
図5は、マイクロコンピュータ35を中心に構成した洗濯および脱水工程制御部20の電気ブロック図である。
【0043】
この制御部20は、電源スイッチ60を介して商用交流電源に接続する。
【0044】
そして、マイクロコンピュータ35の出力端子は、駆動回路36a〜36eに接続し、給水電磁弁27,風呂水ポンプ28,蓋ロック機構(蓋ロックソレノイド)14,排水電磁弁10,伝動装置(クラッチソレノイド)9b等への商用電源の供給を制御して、これらの開閉あるいは回転等を制御する。
【0045】
電源回路37は、商用交流電源を降圧,整流,平滑してマイクロコンピュータ35やその他の回路に必要な直流電圧を生成する。
【0046】
商用交流電源に接続した倍電圧整流回路38は、商用交流電源を倍電圧整流して約280Vの直流電圧を生成し、PWMインバータ回路39に供給する。PWMインバータ回路39は、IGBTモジュールとドライブ回路とからなり、IGBTのゲート端子にPWM信号を印加することにより、倍電圧整流回路38から出力する直流電圧をチョッピングしてDCブラシレスモータ9aの各UVW相界磁巻線に3相交流電流を供給する。IGBTモジュールは、3アームの三相ブリッジインバータ回路であり、各アームは一組のIGBTとそれぞれに逆並列に接続したフライホイールダイオードによって構成する。IGBTの各ゲート端子は、ドライブ回路のPWM信号で駆動する。
【0047】
DCブラスレスモータ9aにはロータの位置検出手段として3組のホール素子9cを内蔵し、各ホール素子9cは電気角120度毎に配置する。ロータの位置は、このホール素子9cで検出してマイクロコンピュータ35に伝える。そして、マイクロコンピュータ35は、このロータの位置および回転速度の情報に基づいて各IGBTを通流するPWM信号を演算処理して出力し、ドライブ回路を制御して、ステータのUVW各相の界磁巻線に波高値が凡そ入力直流電圧のPWM矩形波電圧を印加する制御を行う。このとき、モータ巻線のインダクタンスおよび容量により各界磁巻線に流れる電流は正弦波となる。つまり、各界磁巻線には、三相正弦波電流が供給されることになる。UVW相の電流がこの順に120度の位相関係であれば、DCブラスレスモータ9aは時計方向に回転し、UV相を逆にする位相関係では半時計方向に逆転する。DCブラシレスモータ9aの回転数は、PWM信号のデューティ、すなわち通流率で制御する。
【0048】
電気的に書き換え可能なROMであるEEPROM40には、主として、以前に行った洗濯および脱水工程における動作状態を記憶する。マイクロコンピュータ35は、洗濯および脱水工程の実行中に各種センサの出力値に基づいて洗濯機の動作状態あるいは使用者の設定値を知ることができる。例えば、今まで行った洗濯回数、風呂水ポンプの断線などの搭載電気部品の発生不具合、使用者が行った洗濯および脱水での設定値(洗濯コース名、風呂水給水の有無、洗濯時間、濯ぎ回数、脱水時間等)などの情報をその都度EEPROM40に記憶することで、次回の洗濯および脱水工程での利便性を高めることができる。これらの設定は、操作パネル3での初期表示に反映することも可能である。
【0049】
マイクロコンピュータ35の内部ROMには、洗濯および脱水工程を制御するシーケンスプログラムと、ブラシレスモータ9aを駆動するプログラムと、シーケンスデータ等を記憶する。
【0050】
水位センサ回路16と振動センサ回路17の入力端子は、水位兼振動センサ12の端子12fに接続し、出力端子はそれぞれマイクロコンピュータ35に入力端子に接続する。
【0051】
更に、マイクロコンピュータ35の入力端子には、蓋開閉センサ13と、槽振れセンサ15と、操作スイッチ入力回路51を介して操作スイッチ63を接続し、出力端子には、7セグメントLED表示器61とLED表示器62とブザー64を接続する。
【0052】
図6は、前記水位センサ回路16と振動センサ回路17の内部構成を示す回路図である。水位兼振動センサ12と水位センサ回路16は、水位検出手段を構成し、水位兼振動センサ12と振動センサ回路17は、振動検出手段を構成する。
【0053】
先ず、水位兼振動センサ12と水位センサ回路16によって構成する水位検出手段について説明する。
【0054】
水位センサ回路16は、インバータ2段直列回路の閉ループ回路16aであって、水位兼振動センサ12のコイル12eおよびコンデンサ12gの並列共振回路を接続することによって矩形波自励発振回路を構成し、コイル12eとコンデンサ12gの並列共振周波数(約20kHz)附近の矩形波信号を発振して出力する。
【0055】
外槽4に溜った水の水位(水圧)は、空気室12qにおいて空気圧に変換されて水位センサチューブ12pを介して水位兼振動センサ12内のゴム膜12aに圧力を加える。この圧力によりゴム膜12aが上方に押し上げられ、フェライトコア12cがコイル12e内に挿入されることになる。このためコイル12eのインダクタンス値が水位に応じて変化する。
【0056】
コイル12eはコンデンサ12gと並列共振回路を構成して水位センサ回路16の自励発振周波数を決めていることから、コイル12eのインピーダンス値が水位に応じて変化すると発振周波数も水位に応じて変化する。即ち、水位センサ回路16の自励発振周波数は、周知のようにコイル12eのインダクタンス値とコンデンサ12gの容量値で決まり、この実施の形態では、コンデンサ12gの容量は固定していることから、コイル12eのインダクタンス値に比例することになる。このインダクタンス値は、フェライトコア12cのコイル12eへの挿入量xに比例し、この挿入量xはバネA12dのバネ定数kとゴム膜12aへの圧力pからx=β・p/k(βは定数)で与えられる。圧力pは、外槽4に溜った水の水位(水柱の高さ)に比例する。この結果、水位の変化は周波数の変化となり、従って、マイクロコンピュータ35は、水位センサ回路16の発振出力信号を入力してその周波数を計測することにより水位を検出することができる。
【0057】
図7は、外槽4内の水位と水位センサ回路16の発振周波数の関係を示す特性図である。外槽4の外径は、既知であることから、水位から水量を求めることもできる。マイクロコンピュータ35は、水位センサ回路16の自励発振周波数と水量の関係をテーブルデータとして予め記憶しておき、給水量などを操作パネル3の表示器61により表示する。
【0058】
次に、水位兼振動センサ12と振動センサ回路17によって構成する振動検出手段について説明する。この実施の形態における振動の検出とは、振動振幅の測定であり、以後、振動振幅のことを単に振幅という。
【0059】
外槽4の振動は、吊り棒5aから外枠1に伝わる。これに伴って、外枠1上の前部操作箱内2dに固定されている水位兼振動センサ12が振動する。このために、水位兼振動センサ12の振動子12kの先端にある磁石12jは、外枠1の振動でコイル12eに対して相対的に振動する。磁石12jは、その磁束がコイル12eに鎖交する位置に取り付けられていることから、振動による磁束変化でコイル12eにはファラディの法則による誘導電圧が生ずる。コイル12eに発生する誘導電圧は、コイル12eに鎖交する磁束密度の時間的変化率に比例する。磁石12jが振動すれば、磁石12jとコイル12eとの相対距離が変動するので、磁束密度も変動し、コイル12eに誘導電圧が発生する。振動振幅が大きいほど、相対距離の変動幅も大きいので、磁束密度の変動幅も大きくなり、誘導電圧が高くなる。また、振動周波数が高いほど誘導電圧が高くなる。
【0060】
外槽4の振動は、一般に、前後、左右、上下方向の振動成分の組み合わせとなる。この振動は、吊り棒5aから水平に据え付けられた外枠1に伝播し、外枠1上のトップカバー2の前部操作箱2dを振動させる。このために、外枠1とこれに固定された前部操作箱2dの振動方向は、前後、左右という水平方向が主になる。従って、この水平方向の加振力で、前部操作箱2d内に設置された水位兼振動センサ12の振動子12kの振動方向も水平方向が主となる。このことから、図4に示すように、板バネ12iの厚さ方向、つまり振動し易い方向が水平になるように振動子12kを水位兼振動センサ12の筐体に取り付ける。つまり、外枠振動の水平方向成分に対して感度を高くしている。
【0061】
一方、外枠1にも固有振動周波数がある。一般的な洗濯機の場合には、洗濯容量で外枠容積が略決められ、例えば洗濯容量8kgの洗濯機では、固有振動周波数は10〜11Hzとなる。また、外枠1には、トップカバー2あるいは吊り棒5aで懸架される外槽4および内槽4等の質量が付加されるために、この固有振動周波数での共振特性はブロードである。この結果、加振源である外槽4の振動周波数が外枠1の固有振動周波数に一致するとき外枠1の振動は、他の周波数の時に比べ大きくなる。
【0062】
前述したように、外枠1の振動による振動子12kの振動に起因してコイル12eに発生する誘導電圧は、磁束密度の時間的変化率に比例するので、磁石12jの振動振幅が同じ場合には、振動周波数に比例して高くなる微分特性を有する。従って、加振源である洗濯槽6の回転数が高いほど、外槽4の振動周波数が高くなり、誘導電圧も高くなる。洗濯槽6の回転数によらずに、外槽4の振動振幅に比例する電圧を得るためには、積分回路を用いて前記微分特性を補正することが必要になる。前述したように、磁束変化による誘導電圧は、この磁束変化が外槽4の位置変化、すなわち振動速度に比例するために、振動振幅はこれを積分した値になる。このために振動センサ回路17には、積分回路を設ける。これにより、外槽4の振動振幅を広い振動周波数において正確に検出することができるようになる。
【0063】
なお、コイル12eにはコンデンサ12gが並列に接続されていることから誘導電圧がこれにより減衰されるが、その影響は無視することができる。前述したようにコイル12eとコンデンサ12gの共振周波数を20kHzに設定すると、コンデンサ容量は数nF程度である。一方、誘導電圧の周波数、即ち内槽6の回転周波数は20Hz以下で、この周波数ではコイル12eに並列接続されるコンデンサ12gのインピーダンスは高く誘導電圧の減衰は無視することができる。また、水位兼振動検出手段12のコイル12eは、同時に、水位検出回路16にも接続されるが、この回路での発振周波数は20kHzと高く、振動で誘起される電圧の周波数は20Hz以下(洗濯槽6の回転数1200rpm以下)であるため、相互に影響することはない(振動センサ回路17内の積分回路で20kHz成分は減衰し、後続回路に影響することはない。また、鎖交する磁束は、コイル12eのインダクタンス値には影響しない)。このことから、水位の検出と振動の検出を同時に行うことが可能である。
【0064】
振動センサ回路17は、コイル12eの誘導電圧を入力して増幅および積分する増幅・積分回路17aと、この増幅・積分回路17aの出力信号を増幅および半波整流する増幅・整流回路17bと、この増幅・整流回路17bの出力信号を平滑して直流電圧に変換する平滑回路17cを備える。ただ、特定の内槽(洗濯槽)回転数での外槽振動あるいはアンバランス量による振動の違いのみを検出するためには、積分回路はなくても良い。また、整流および平滑回路を省略して、増幅後の信号をマイクロコンピュータ35のAD変換入力端子で取り込み、ソフト処理で整流および平滑を行うように構成しても良い。この場合には、振動センサ回路17は、図8に示すように、入力に水位センサ回路16の矩形波信号(約20kHz)を除去する簡単なローパスフィルタ17dを接続した単なる増幅器17eに変形することができる。
【0065】
振動子12kは、バネ12iのバネ定数kと磁石12jの質量mで決まる固有振動数を持ち、その周波数fは、f=1/2π・(k/m)1/2となる。前述したように、脱水回転周波数は、凡そ20Hz以下である。このため、振動子12kの固有周波数を20Hz以上に設定しないと、磁石振動による誘導電圧周波数特性において、脱水回転範囲内で共振して誘導電圧(センサ出力)にピークが発生し、正確な外槽振動検出に支障をきたすことになる。つまり、振動子12kは、脱水回転周波数範囲で固有振動を持たないように設計することが必要である。
【0066】
図9は、図4に示した水位兼振動センサ12を単独で水平方向に0.4mmの正弦波で加振したときに発生する誘導電圧を図8に示した振動センサ回路17で処理するときの周波数出力特性図である。ここで、振動子12kの固有振動周波数は、20Hzに設計してある。20Hzの固有周波数で鋭いピークを持つと共に1/2,1/3,1/4…の周波数でもピークを持っている。図10は、1/2周波数である10Hzとピークから外れた13Hzでの加振振幅と出力特性を示している。1/n共振、その他の周波数でも出力は加振振幅に比例していることがわかる。
【0067】
一般に、実際の振動子12kは、構成部品あるいは加工、取り付け方で非線型性を持ち、固有周波数のN倍あるいは1/N(Nは2以上の整数)倍の周波数でも多少の共振特性(他の周波数に対してより振動し易い)を持つ。図9における10Hz(1/2)、およそ7Hz(1/3)、5Hz(1/4)がこれに相当する。
【0068】
次に、このような水位兼振動センサ12と水位センサ回路16および振動センサ回路17を組み合わせて構成した水位検出手段および振動検出手段を利用して実行する脱水工程の制御を詳細に説明する。
【0069】
図11は、布片寄りがある場合の脱水起動から定常時に至るまでの外槽4と外枠1の振動振幅と脱水回転周波数(洗濯槽6の回転数)の関係の概略を示す特性図である。図中、曲線(a)は外槽4の振動特性を示し、曲線(b)は外枠1の水平方向の振動特性を示し、(c)は水位兼振動センサ12の出力を示す。
【0070】
吊り棒5aと、支持装置5bと、洗濯槽6を内蔵する外槽4からなる支持系は、DCブラシレスモータ9aによる洗濯槽6の回転駆動により、曲線(a)に示す洗濯槽回転数−外槽振動特性を持つ。脱水起動時の回転数50rpm付近での並進運動による一次共振の振れ回り、続いて150rpm付近でのコニカル運動による二次共振の揺れ、そして脱水定常時(約900rpm)の振動が続く。
【0071】
この振動が吊り棒5aを介して外枠1および水位兼振動センサ12に伝えられる。
【0072】
外槽振動の一次および2次共振の振動は、周波数が低いために外槽振動は外枠に伝達しずらく、外枠振動およびセンサ出力は小さい。洗濯槽6の回転周波数が外枠1の共振(固有振動)周波数(10Hz付近)に近づくと、外枠1の振動も大きくなり、振動子12kへの加振も大きくなり、振動子12kの1/4,1/3,1/2共振(固有振動)周波数で大きく振動し、その後は、外槽4の振動周波数(回転数)に比例して増加する。外枠1の振動は、外槽4の振動に比較して1/10程度であり、外枠1に設置する水位兼振動センサ12は感度の高いものが要求される。このため、振動検出の周波数(脱水回転数)としては、前述した1/n共振周波数が有利となる。更に、これが外枠1の共振周波数の近傍であれば更に有利であることは明らかである。
【0073】
水位兼振動センサ12の設置位置は、水位検出のためには、外槽4に溜められる水の水面よりも上であれば良い。一方、外槽4の振動検出のためには、水位兼振動センサ12を外槽4に直接固定した方が感度の点で望ましい。そこで、外槽4の振動を検出するために、水位兼振動センサ12を外槽4に取り付けることが考えられる。しかし、外槽4の加振力は大きく、水位兼振動センサ12を構成する部材に大きな加速度が加わることになり、その信頼性を低下させる恐れがある。例えば、コイル12eの端子12fと振動センサ回路17を結ぶ配線の断線によって動作不良になる可能性がある。この意味で、この実施の形態のように、外枠1に固定される前部操作箱2d内に設置した方が良い。この場合には、水位兼振動センサ12に加わる振動は小さく、前述したような振動子12kを水平方向に振動し易い構成としたり、あるいは振動子12kの固有振動周波数を外枠固有振動周波数とするなどの検出感度を上げる工夫が工夫が必要になる。
【0074】
衝突検出
この水位兼振動センサ12を用いて、脱水起動時布片寄りによって外槽4が大きく振れまわり、外枠1に衝突したことを検出する動作を説明する。
【0075】
外枠1への外槽衝突を検出するものとして、従来は、槽振れセンサ15を用いていた。図11に示したように、脱水起動時、すなわち起動から定常回転に達するまでの数十秒で大きな振動振幅を示すのは一次および二次共振時である。槽振れセンサ15は、一次あるいは二次共振時の振動を検出することを主な目的としている。しかし、振動検出位置がスイッチレバー15aのある一個所であるために、外槽4の振れを確実に検出することができるとは限らない。外槽4がレバー15aの位置以外で外枠1に衝突するように振れたときには、外槽4がレバー15aを押す保証がない。
【0076】
図12の(a)は、布片寄りが大きいために外槽4が大きく振れまわり、外枠1に衝突した場合の外槽振動振幅,外枠振動振幅およびコイル12eの誘導電圧出力(振動センサ回路17の出力)の時間変化特性を示している。(b)は、参考として、衝突しなかった場合を示している。
【0077】
外槽4の振動振幅値が衝突のため飽和しているところで、外枠1が衝突によって大きく衝撃振動し、この振動加振によりコイル12eの誘導電圧の出力が跳ね上がっている。これは、バネ12iと磁石12jからなる振動子12kが衝突の衝撃で固有振動周波数で振動し、この振動で誘導電圧が発生することによる。
【0078】
脱水工程では、洗濯槽6に一定の洗濯用水を残した状態で遠心脱水を開始する。これは、脱水起動における外槽振動を洗濯用水の質量効果で抑えるためである。残す洗濯用水の量は、前記水位兼振動センサ12と水位センサ回路16によって構成する水位検出手段によって検出する。具体的には、水位センサ回路16の出力信号と水位の関係(図7参照)に基づいて水位を監視しながら排水電磁弁10を開放して洗濯用水を排出する。そして、一定水位に達したならば、排水電磁弁10を閉じ、洗濯兼脱水槽6の回転を開始させる。
【0079】
脱水起動すると同時に、マイクロコンピュータ35は、積分回路を持たない振動センサ回路17の出力信号を一定時間標本化して監視する。例えば、3秒間の間、10ms毎に監視する。そして、コイル12eを単なる増幅回路に接続した出力信号が図12に鎖線で示すしきい値を超えたならば、直ちにDCブラシレスモータ9aへの給電を停止する。また、洗濯槽6が回転を停止したのを確認して、蓋ロック機構14を解除する。そして、7セグメントLED表示器61に英数字「C4」等をエラーコードとして点滅表示し、且つ、短時間のブザー64の電子音で使用者に警告する。
【0080】
衝突を検出しない場合(しきい値を超えない場合)には、所定時間後に排水電磁弁10を再開して、洗濯用水を排水しながら脱水を継続する。従来装置では、水位と振動が独立且つ同時に検出することができないために、このような制御を行うことが不可能である。
【0081】
この実施の形態では、外槽4が何れの位置で外枠1に衝突してもその衝突による外枠1の振動が水位兼振動センサ12に伝わるのでこれを検出することができる。そして、槽振れセンサ15による検出のような死角がないために確実な衝突検出が可能である。そして、槽振れセンサ15を省略することもできる。また、槽振れセンサ15と水位兼振動センサ12とを併用すれば、より確実に衝突を検出して安全性を高めることができる。
【0082】
この外槽4と外枠1の衝突の検出は、図12に示した振動センサ回路17の出力信号をマイクロコンピュータ35に入力して、所定のしきい値と比較することによって行うことができる。
【0083】
次に、脱水工程の途中で外槽4の振動を検出して最終脱水回転数に制限をかける制御について説明する。
【0084】
図13は、外槽4および外枠1の上部の振動振幅と上部アンバランス量の関係を示す特性図である。上部アンバランス量とは、布片寄り量を洗濯槽上部に設置した等価的な質量アンバランス(グラム)に置き換えたものである。アンバランス量と外槽4および外枠1の振動振幅は比例関係にある。
【0085】
図14は、振動センサ回路17の出力信号(誘導電圧)と外槽4の上部振動振幅の関係を示す特性図であり、図15は、振動センサ回路17の出力信号と上部アンバランス量の関係を示す特性図である。これらは、この実施の形態における脱水定常時(洗濯槽回転数900rpm)での実験結果である。
【0086】
外槽4の振動振幅と外枠1に設置した水位兼振動センサ12の出力信号は比例関係にあり、この水位兼振動センサ12の出力信号に基づいて外槽4の振動振幅を間接的に検出することができることがわかる。なお、図14は、脱水定常時900rpm(脱水回転周波数約16Hz)のデータであるが、前述したように、600rpm(10Hz:振動子の1/2固有周波数)では、図10に示すように、水位兼振動センサ12の出力信号が更に大となる。
【0087】
脱水回転数の制限
脱水工程では、洗濯兼脱水槽である内槽6が洗濯物の片寄りなどから生ずる偏加重を受けて回転振動し、これを内蔵する外槽4も振動する。この偏加重は、内槽6の回転軸(駆動装置9の出力軸9d)にモーメント力を生じ、内槽6と回転軸の連結部に大きなモーメント加重をかけることになる。このために、洗濯物の片寄りが大きい、即ち、内槽6の回転振動が大きく、それに伴う外槽4の振動が大きい時には、モーメント加重により内槽6と回転軸の連結部が破損して危険となる可能性がある。このモーメント力は、脱水回転数の2乗に比例することから、振動が大きいときには、脱水回転数に制限をかける(抑制する)ことが望ましい。布片寄りが殆どない場合に許容される最大脱水回転数は、内槽6と回転軸連結部の安全設計値で規定されるものである。
【0088】
脱水起動と同時に、マイクロコンピュータ35は、ホールセンサ9cの出力信号に基づいて脱水回転数を一定時間毎、例えば500ms毎に監視する。そして、脱水回転数が所定の値、例えば600rpm(10Hz:振動子の1/2固有周波数)の直前の値580rpmに到達したならば、積分回路を持たない振動センサ回路17の出力信号を一定時間毎、例えば10ms毎に監視し、620rpmに達したならば監視を終了し、10ms標本値からそのピーク値を算出する。この値から、外槽4の振動、つまり、この振動の原因であるアンバランス量を検出する(図14,図15の関係を参照)。
【0089】
600rpmの回転数は、周波数で10Hzであり、前述した外枠1の固有振動周波数に近い。この結果、加振源である外槽4の振動周波数(10Hz)が外枠1の固有振動周波数に一致し、他の周波数(回転数)の時に比べて外枠1の振動は大きくなる。即ち、高い感度で振動を検出することができる。また、水位兼振動センサ12の振動子12kの固有周波数を最大脱水回転周波数以上、且つ、その1/N(Nは2以上の整数)周波数が外枠1の固有振動数に一致するように調整すれば、更に感度を高めることができる。これは、前述したように、一般に、実際の振動子12kは構成部品あるいは加工,取り付け方で非線型性を持ち、固有周波数のN倍あるいは1/N(Nは2以上の整数)倍の周波数でも多少の共振特性(他の周波数に対してより振動し易い)を持つからである。具体的には、振動子12kの固有周波数を20Hz(回転数1200rpm)で設計すれば、1/2周波数は10Hzとなり、外枠1の固有振動周波数に一致させることができ、感度をより高めることができる。
【0090】
予め布片寄りによる等価アンバランス量とセンサ出力電圧との関係(図15)を近似直線で近似し、この直線の傾き、切片等をマイクロプロコンピュータ35に記憶しておく。テーブルデータとして記憶しておいても良い。また、等価アンバランス量と安全最終脱水回転数、つまり、これ以下に脱水回転数を抑制したいという値をテーブル値として記憶しておく。600rpmでの水位兼振動センサ12の出力信号を読み、このテーブルから安全最終脱水回転数を設定する。
【0091】
その後、設定した安全最終脱水回転数まで加速し、安全最終脱水回転数(定常脱水)に達した後に所定時間脱水を行う。これにより、洗濯物の片寄りなどから生ずる締結部破損を回避することが可能となり、安全な洗濯機を実現することができる。当然、次に説明するように、脱水回転数が低いと脱水性能が低下するが、こりは脱水時間を調整(長く)することで性能維持をはかれば良い。
【0092】
騒音低減
更に、この水位兼振動センサ12では、図11に示したように、脱水定常時での振動振幅値も検出することができ、この値が大きい、即ち、布片寄りが大きい場合には、定常時回転数を下げて騒音を抑えるような運転制御を行うこともできる。以下、脱水時において、騒音レベルを一定以下に抑制するための洗濯槽6の回転制御を説明する。
【0093】
図16は、定格容量7kgの洗濯機で、5kgのJIS試験布を多数回洗濯した場合の脱水定常時(約900rpm)における騒音レベルの平均値と、振動センサ回路17の出力電圧との関係を示す特性図である。騒音レベルと出力電圧との相互相関係数は、0.91と高い。
【0094】
図17は、洗濯槽6の回転数と騒音レベルとの関係を示す特性図であり、JIS試験布5kgの場合である。脱水定常時における洗濯槽6の回転数は、700rpm以上であり、この回転数範囲では、回転数を100rpm下げる毎に騒音レベルが約3dB低下する。
【0095】
図18は、脱水回転数と脱水性能の指標である脱水率の関係を示す特性図である。
【0096】
図16を観察すると、振動センサ回路17の出力信号と騒音レベルが比例することがわかる。図17を参照すると、騒音を低減するためには、脱水回転数を減少させれば良いことがわかる。但し、図18を参照すると、脱水回転数を減少させれば脱水性能が低下することがわかる。従って、布片寄りが大きく、この布片よりによる振動のために騒音が大きい場合には、脱水回転数を落とし、且つ、脱水時間を伸ばせば、脱水性能を維持しつつ騒音を低減することができる。
【0097】
予め騒音レベルと出力電圧との関係(図16参照)を近似直線で近似し、直線の傾き、切片等をマイクロプロコンピュータ35に記憶しておく。また、脱水時の騒音レベルをこれ以下に抑制したいという値を、騒音レベルの上限しきい値とする。例えば、しきい値L1=47dBとする。そして、近似直線上でL1に対応する出力電圧を求め、これらを出力電圧のしきい値V1とする。
【0098】
次に、脱水時における洗濯槽6の回転制御方法について、具体的に説明する。マイクロコンピュータ35は、上限回転数r1=最高回転数rmax(例えば1000rpm)で洗濯槽6が回転させるように、PWMインバータ回路39を制御してDCブラシレスモータ9aを駆動する。そして、振動センサ回路17の出力電圧Vuを例えば500ms毎に取得して、前記しきい値V1と比較する。その結果に基づいて洗濯槽6の上限回転数r1を設定する。但し、脱水開始直後の低速回転時には、共振現象により外槽4が大振幅に振れるためにVuは大きな値となる。このため、洗濯槽6の回転数が一定値を超えた後に、マイクロコンピュータ35に前記比較を行わせる。これは、前述した衝突検出で説明した方法と同じで、一次および二次共振の回転数を超えて一定時間後、つまり、図11において振動振幅が略一定になる時間後である。この時間にマイクロコンピュータ35は、VuとV1を比較し、Vu>V1ならば、ΔVu=Vu−V1に応じて上限回転数r1を設定する。Vu≦V1ならば、r1=最高回転数rmax(例えば1000rpm)とする。つまり、そのまま駆動を継続する。そして、最終的には最高回転数rmaxで脱水工程を一定時間T行う。
【0099】
Vu>V1ならば、ΔVu=Vu−V1に応じて上限回転数r1を低減する。上限回転数r1とΔVuとは直線的関係とし、r1=rmax−c1・ΔVuとする。係数c1は、騒音レベルと振動センサ回路17の出力電圧との関係の近似式および騒音レベルと回転数との関係式から決定する。上限回転数r1を決定した後、マイクロコンピュータ35は、PWMインバータ回路39を制御してDCブラシレスモータ9aを前記上限回転数r1で回転させるように設定し直す。この結果、上限回転数r1(例えば800rpm)で回転するように制御することになる。この場合には、脱水時間を前述一定時間Tよりも延長する。この延長時間は、図18に示す脱水率と時間の関係を脱水回転数をパラメータにして予めテーブルデータとして予め記憶しておくことで行う。
【0100】
洗濯工程における衝突防止
洗濯工程においても外槽4は振動する。ただ、回転翼7の回転数は、脱水時の洗濯槽回転数に比べ約1/10と小さく、大量の洗濯用水(約60L)が入っているために振動は起き難い。しかし、皆無ではない。特に、図8に示したように、一次共振周波数附近の反転繰り返し周期、例えば0.2秒150rpmで正転、0.2秒回転休止、0.2秒150rpmで逆転、0.2秒回転休止…の洗濯運転を行い、洗濯物がだんご状に絡らまって加振力が強まり、一次共振周波数に近い周期運転をした場合には、外槽4が振動して外枠1に衝突する場合がある。これを防止する運転制御を説明する。
【0101】
洗濯工程では、水位兼振動センサ12を利用して水位(水量)と外槽4の振動を同時に検出して回転翼7の回転数あるいは回転反転周期を制御する。
【0102】
マイクロコンピュータ35は、振動センサ回路17の出力信号に基づいて外槽4の振動を検出し、所定のしきい値を超えた場合には、系の一次共振周波数を加振源周波数からずらすために、水位センサ回路16の出力信号を参照して水位を監視し、振動センサ回路17の出力信号を参照して振動を監視しながら給水電磁弁27を制御して洗濯用水を給水し、あるいは排水電磁弁弁10を制御して洗濯用水を排水して外槽4内の水量(質量)を調整する。あるいは、振動センサ回路17に出力信号を参照して振動を監視しながら加振源周波数を系の一次共振周波数からずらすために回転翼7の回転数あるいは回転反転周期を変更する。
【0103】
以上、本発明を通常の洗濯兼脱水槽の回転軸が垂直な所謂縦形全自動洗濯機を例に説明したが、これに限ることはない。洗濯兼脱水槽の回転軸が水平である所謂ドラム式洗濯機に適用できることは明らかである。
【0104】
また、本発明の水位兼振動センサを利用して検出した工程異常(脱水時の振動大、衝突等)は、EEPROM40に記憶し、これを後で洗濯機外部へ送信してサービス業務に利用することもできる。例えば、前述工程異常の内容と回数を記憶し、これを洗濯機が自動的且つ定期的にインターネット等を介して販売店あるいは製造会社のサービスセンタ等に送信し、センタ等ではこれを顧客情報と共に記憶して蓄積する。そして、工程異常が所定回数以上に達した顧客に対しては、販売店から様子伺いを行う等の事前故障予防診断(洗濯機設置方法等に不具合がないか等)のサービス業務を行うことができる。
【0105】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成で水位と振動を独立に且つ同時に検出するのに好適な水位兼振動センサを実現することができ、その検出信号に基づいて外槽の振動およびこれが外枠に衝突したことを検出して最適制御を行うことにより、洗濯や脱水時の振動騒音の発生を低減することができる。具体的には、前記水位兼振動センサは、1つのコイルを水位検出手段と振動検出手段に共用し、水位検出は前記コイルのインダクタンス値変化に基づいて行い、振動検出は前記コイルの誘導電圧に基づいて行うようにすることによって簡単な構成を実現している。
【0106】
また、洗濯機の信頼性を高めて高脱水性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す全自動洗濯機の外観図である。
【図2】図1に示した全自動洗濯機の縦断側面図である。
【図3】図1に示した全自動洗濯機における前部操作箱への部品配置状態を示す平面図である。
【図4】図1に示した全自動洗濯機における水位兼振動センサを示すもので、(a)は上面図、(b)は縦断側面図である。
【図5】図1に示した全自動洗濯機の制御部の電気ブロック図である。
【図6】図5に示した制御部における水位センサ回路および振動センサ回路の内部構成を示す回路図である。
【図7】図6に示した水位センサ回路の発振周波数と水位の関係を示す特性図である。
【図8】図6に示した振動センサ回路の変形例を示す回路図である。
【図9】本発明の実施の形態における水位兼振動センサの周波数出力特性図である。
【図10】本発明の実施の形態における水位兼振動センサの加振出力特性図である。
【図11】本発明の実施の形態における外槽,外枠の振動振幅および水位兼振動センサの出力信号と脱水回転周波数の関係を示す特性図である。
【図12】本発明の実施の形態における脱水起動時の外槽,外枠の振動および水位兼振動センサの出力信号を示す特性図である。
【図13】本発明の実施の形態における外槽および外枠の振動振幅と外槽の上部アンバランス量の関係を示す特性図である。
【図14】本発明の実施の形態における水位兼振動センサの出力信号と外槽の上部振動振幅の関係を示す特性図である。
【図15】本発明の実施の形態における水位兼振動センサの出力信号と外槽の上部アンバランス量の関係を示す特性図である。
【図16】本発明の実施の形態における振動センサ回路の出力電圧と騒音レベルの関係を示す特性図である。
【図17】本発明の実施の形態における相対騒音レベルと脱水回転数の関係を示す特性図である。
【図18】本発明の実施の形態における脱水率と脱水時間の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1…外枠、2…トップカバー、2d…前部操作箱、4…外槽、5a…吊り棒、6…洗濯兼脱水槽(洗濯槽,内槽)、12…水位兼振動センサ、12a…ゴム膜、12c…フェライトコア、12e…コイル、12g…コンデンサ、12i…板バネ、12j…磁石、12k…振動子、16…水位センサ回路、17…振動センサ回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a washing machine.
[0002]
[Prior art]
Examples of means for detecting the level of water accumulated in the outer tub and the vibration of the outer tub and a washing machine that controls the washing operation based on the detection result include the following.
[0003]
As a first conventional example, a dehydrating combined washing machine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-294899 is provided with a water level detecting means for changing the amount of iron core inserted into the coil according to the water level in the outer tub. The water level / vibration detecting means is configured to change the insertion amount due to the iron core vibrating due to the vibration of the outer tub, and the water level / vibration detecting means detects the water level in the outer tub and the vibration of the outer tub. It is the structure which performs washing | cleaning and control of spin-drying | dehydration operations, such as rotation control of the inner tank at the time of spin-drying | dehydration based on the detection result.
[0004]
As a second conventional example, a washing machine described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-94380 is configured to detect the water level in the outer tub and the vibration of the outer tub with one water level sensor. Specifically, two magnetic bodies to be inserted into the coil of the water level sensor are provided, the amount of insertion of the first magnetic body changes according to the water level in the outer tank, and the second magnetic body has the outer tank. The amount of insertion changes according to the vibration of the upper end of the suspension to be supported.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The first conventional example can detect the vibration component in the insertion direction of the iron core, that is, the longitudinal direction of the coil, but cannot detect the vibration component in the vertical direction. Therefore, there is a problem that even if vibrations in the vertical direction of the outer tub can be detected, vibrations in the front-rear and left-right directions cannot be detected.
[0006]
The second conventional example is configured to detect the vibration of the upper end portion of the suspension, that is, the attachment portion to the outer frame, but this vibration is not necessarily proportional to the vibration of the outer tub itself. Therefore, it is difficult to correctly detect the vibration state of the entire outer tub. Further, as in the first conventional example, the vibration component in the magnetic material insertion direction, that is, the longitudinal direction of the coil can be detected, but the vibration component in the vertical direction cannot be detected.
[0007]
Further, since the two conventional examples detect the water level and the vibration by the change of the inductance value of the coil, the water level and the vibration cannot be detected at the same time. For example, if a small amount of water remains in the outer tank and dewatered in a state where vibration can be suppressed by the mass effect, it is difficult to identify whether the detection result is a change in water level due to rotation or vibration. It is.
[0008]
Therefore, it is difficult to execute control suitable for starting washing and dehydration and reducing vibration noise during dehydration based on the detection signal (detection result) output from the conventional detection means.
[0009]
One object of the present invention is to provide a washing machine capable of reducing washing and dehydration activation and vibration noise during dehydration by a water level detecting means and vibration detecting means having a simple configuration.
[0010]
Another object of the present invention is to realize a water level detection means and a vibration detection means capable of executing control suitable for starting washing and dehydration and reducing vibration noise during dehydration with a simple configuration and low cost. There is.
[0011]
Still another object of the present invention is to realize a water level / vibration sensor that realizes the water level detection means and the vibration detection means with a simple structure and at a low cost.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The features of the washing machine in the present invention are based on the output signal of the water level detecting means and the vibration detecting means configured using the water level / vibration sensor, and the rotation speed signal of the washing / dehydrating tub output from the rotation speed detection means, It is to reduce vibration noise during washing and dehydration start-up and dehydration by performing optimal rotation speed control of the rotor blades or the washing and dehydrating tub (inner tub) by the control means.
[0013]
The water level / vibration sensor has a magnetic body in which the amount of insertion into the coil is proportional to the water level in the water receiving tank (outer tank) and a magnet supported by a spring arranged in the vicinity of the outer periphery of the coil.The magnetic flux generated from the magnet is interlinked with the coil.The water level detecting means is constituted by a water level sensor circuit that constitutes an oscillation circuit using the inductance of the coil of the water level / vibration sensor.AboveThe vibration detecting means is constituted by a vibration sensor circuit that processes an induced voltage of the coil caused by a change in the amount of magnetic flux linkage to the coil.
[0014]
Then, the control means refers to the output signals of the water level detection means and the vibration detection means, and in the dehydration process, the dehydration process starts centrifugal dehydration leaving a certain amount of washing water in the washing tub, and dewatering due to the mass effect of the washing water. Suppresses external tank vibration during startup. Specifically, the water level detection means monitors the water level and opens the drain electromagnetic valve to discharge the washing water. Then, when the water level reaches a certain level, the drain electromagnetic valve is closed and the rotation of the inner tank is started. When the laundry is largely offset within a predetermined time from the start of rotation and the outer tub collides with the outer frame, the outer frame vibration due to the collision is detected based on the output signal from the vibration detecting means, and the dehydration activation is stopped ( The rotation of the inner tank that is the excitation source is stopped). If no collision is detected, the drain electromagnetic valve is restarted after a predetermined time, and dehydration is continued.
[0015]
Further, in the dehydration process, the inner tub receives a partial load caused by the side of the laundry and the like and rotates and vibrates, and the outer tub containing the same vibrates. This uneven load generates a moment force on the rotation axis of the inner tank, and applies a large moment load to the connecting portion between the inner tank and the rotation axis. For this reason, when the deviation of the laundry is large, that is, the rotational vibration of the inner tub is large and the vibration of the outer tub accompanying it is large, there is a possibility that the connecting portion is damaged due to moment load and it becomes a dangerous state. The moment force is proportional to the square of the spin speed, and thus limits the spin speed.
[0016]
After the dehydration start is started, while monitoring the dehydration rotation speed by the rotation speed detection means, if the dehydration rotation speed reaches a predetermined value, for example, 600 rpm, based on the output signal of the vibration detection means, After detecting the vibration and comparing with the predetermined threshold value, set the final dewatering rotation speed at which the connecting part does not cause breakage, and then accelerate to the set final dewatering rotation speed and after reaching the final dewatering rotation speed Perform dehydration for a predetermined time. Thereby, it becomes possible to avoid the fastening part damage which arises from the one side of a laundry, etc., and can provide a safe washing machine.
[0017]
Further, when the outer tub vibrates during the dehydration steady state after reaching the final dewatering speed, the vibration amplitude of the outer frame is detected based on the output signal of the vibration detecting means. At the time of steady dehydration, the correlation between the vibration of the outer tank, that is, the outer frame, and noise is high. For this purpose, the control means controls the number of revolutions of the inner tub as a vibration source based on the vibration amplitude of the outer tub. A specific control method is to set an upper limit value for the number of rotations of the inner tub according to the magnitude of vibration, monitor the number of rotations of the inner tub by the number of rotation detection means, and set the number of rotations to be equal to or less than the upper limit value. Control to hold. When the rotation speed is set to the upper limit value or less due to large vibration, the dehydration time is increased according to the rotation speed.
[0018]
In the washing process, the water level (water amount) and the vibration of the outer tub are simultaneously detected using a water level / vibration sensor to control the rotation speed or rotation inversion period of the rotor blades. This is because the primary resonance frequency of the outer tub in which water is stored and the system that suspends the water accords with the frequency of the rotating blade or the rotation inversion period of the excitation blade, and the outer tub shakes greatly and the outer frame This is to prevent the collision. When the output signal of the vibration detection means exceeds the threshold value, the water level is monitored with reference to the output signal of the water level detection means in order to shift the primary resonance frequency of the system described above from the excitation source frequency. Washing water is supplied or drained while monitoring vibration with reference to the output signal of the detection means. Alternatively, the rotational speed or rotation reversal period of the rotor blade is changed in order to shift the excitation source frequency from the primary resonance frequency of the system while monitoring the vibration with reference to the output signal of the vibration detecting means.
[0019]
According to the present invention as described above, it is possible to independently and simultaneously detect the water level and vibration in the outer tub which is a water receiving tub using a simple and inexpensive water level and vibration sensor. Further, safety can be improved by detecting a collision between the outer tub and the outer frame at the time of dehydration activation and stopping the activation.
[0020]
In addition, it is possible to avoid breakage of the connecting portion between the inner tub and the rotating shaft due to moment load generated from the side of the laundry, and a safe washing machine can be provided.
[0021]
Further, it is possible to maintain the dewatering performance, suppress the noise below a certain level, and prevent excessive noise during dewatering.
[0022]
Furthermore, washing performance can be maintained, collision between the outer tub and the outer frame can be prevented, excessive noise during washing can be prevented, and safety can be improved.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external view of a fully automatic washing machine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal side view taken along line AA in FIG.
[0024]
The exterior of this fully automatic washing machine is constituted by an
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
In the washing process and the rinsing process, the driving
[0029]
A drain
[0030]
FIG. 3 shows an arrangement state of each electrical component in the
[0031]
In the
[0032]
Incidentally, a water supply electromagnetic valve 27 for supplying water to the
[0033]
4A and 4B show the water level /
[0034]
The inside of the casing of the water level /
[0035]
A
[0036]
A
[0037]
The lid opening /
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
An
[0041]
The
[0042]
FIG. 5 is an electric block diagram of the washing and dehydration
[0043]
The
[0044]
The output terminal of the
[0045]
The
[0046]
A voltage doubler rectifier circuit 38 connected to a commercial AC power supply rectifies the commercial AC power supply to generate a DC voltage of about 280 V and supplies it to the
[0047]
The
[0048]
The
[0049]
The internal ROM of the
[0050]
The input terminals of the water
[0051]
Further, the input / output terminal of the
[0052]
FIG. 6 is a circuit diagram showing the internal configuration of the water
[0053]
First, the water level detection means constituted by the water level /
[0054]
The water
[0055]
The water level (water pressure) accumulated in the
[0056]
Since the
[0057]
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the water level in the
[0058]
Next, a vibration detecting means constituted by the water level /
[0059]
The vibration of the
[0060]
The vibration of the
[0061]
On the other hand, the
[0062]
As described above, since the induced voltage generated in the
[0063]
In addition, since the
[0064]
The
[0065]
The
[0066]
FIG. 9 shows a case where the
[0067]
In general, the
[0068]
Next, the control of the dehydration process performed using the water level detection means and the vibration detection means configured by combining the water level /
[0069]
FIG. 11 is a characteristic diagram showing an outline of the relationship between the vibration amplitude of the
[0070]
The support system consisting of the
[0071]
This vibration is transmitted to the
[0072]
Since the vibration of the primary and secondary resonances of the outer tank vibration is low in frequency, the outer tank vibration is difficult to transmit to the outer frame, and the outer frame vibration and the sensor output are small. When the rotational frequency of the
[0073]
The installation position of the water level /
[0074]
Collision detection
An operation for detecting that the
[0075]
Conventionally, a
[0076]
FIG. 12 (a) shows that the
[0077]
When the vibration amplitude value of the
[0078]
In the dehydration step, centrifugal dehydration is started with a certain amount of washing water remaining in the
[0079]
Simultaneously with the start of dehydration, the
[0080]
When no collision is detected (when the threshold value is not exceeded), the drainage
[0081]
In this embodiment, even if the
[0082]
The collision between the
[0083]
Next, the control for detecting the vibration of the
[0084]
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the vibration amplitude of the upper part of the
[0085]
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the output signal (induced voltage) of the
[0086]
The vibration amplitude of the
[0087]
Limitation of spin speed
In the dehydration process, the
[0088]
Simultaneously with the start of dehydration, the
[0089]
The number of rotations of 600 rpm is 10 Hz in frequency, which is close to the natural vibration frequency of the
[0090]
The relationship between the equivalent unbalance amount due to the cloth piece and the sensor output voltage (FIG. 15) is approximated by an approximate line in advance, and the inclination, intercept, etc. of this line are stored in the
[0091]
Thereafter, acceleration is performed to the set safe final dewatering speed, and dehydration is performed for a predetermined time after reaching the safe final dewatering speed (steady dewatering). Thereby, it becomes possible to avoid the fastening part breakage which arises from the one side of a laundry, etc., and can implement | achieve a safe washing machine. Naturally, as will be described below, the dewatering performance decreases when the dewatering speed is low. However, it is only necessary to maintain the performance by adjusting (longening) the dewatering time.
[0092]
Noise reduction
Further, as shown in FIG. 11, the water level /
[0093]
FIG. 16 shows the relationship between the average value of the noise level and the output voltage of the
[0094]
FIG. 17 is a characteristic diagram showing the relationship between the number of rotations of the
[0095]
FIG. 18 is a characteristic diagram showing the relationship between the spin speed and the spin rate that is an indicator of the spin performance.
[0096]
Observing FIG. 16, it can be seen that the output signal of the
[0097]
The relationship between the noise level and the output voltage (see FIG. 16) is approximated by an approximate line in advance, and the inclination, intercept, etc. of the line are stored in the
[0098]
Next, the rotation control method of the
[0099]
If Vu> V1, the upper limit rotational speed r1 is reduced according to ΔVu = Vu−V1. The upper limit rotational speed r1 and ΔVu have a linear relationship, and r1 = rmax−c1 · ΔVu. The coefficient c1 is determined from an approximate expression of the relationship between the noise level and the output voltage of the
[0100]
Collision prevention in the washing process
The
[0101]
In the washing process, the water level (water amount) and the vibration of the
[0102]
The
[0103]
In the above, the present invention has been described by way of an example of a so-called vertical fully automatic washing machine in which the rotation axis of a normal washing and dewatering tub is vertical, but is not limited thereto. It is apparent that the present invention can be applied to a so-called drum type washing machine in which the rotation axis of the washing and dewatering tub is horizontal.
[0104]
In addition, process abnormalities (large vibration during dehydration, collisions, etc.) detected using the water level / vibration sensor of the present invention are stored in the
[0105]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a water level / vibration sensor suitable for detecting the water level and vibration independently and simultaneously with a simple configuration. Based on the detection signal, the vibration of the outer tub and the vibration sensor By detecting the collision and performing optimum control, it is possible to reduce the generation of vibration noise during washing and dehydration.Specifically, in the water level / vibration sensor, one coil is shared by the water level detection means and the vibration detection means, the water level detection is performed based on a change in the inductance value of the coil, and the vibration detection is performed on the induced voltage of the coil. A simple configuration is realized by performing based on this.
[0106]
Moreover, the reliability of a washing machine can be improved and high dehydration performance can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of a fully automatic washing machine showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a vertical side view of the fully automatic washing machine shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view showing a component arrangement state on a front operation box in the fully automatic washing machine shown in FIG. 1;
4 shows a water level / vibration sensor in the fully automatic washing machine shown in FIG. 1, wherein (a) is a top view and (b) is a longitudinal side view. FIG.
FIG. 5 is an electric block diagram of a control unit of the fully automatic washing machine shown in FIG. 1;
6 is a circuit diagram showing an internal configuration of a water level sensor circuit and a vibration sensor circuit in the control unit shown in FIG. 5;
7 is a characteristic diagram showing the relationship between the oscillation frequency and the water level of the water level sensor circuit shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a modification of the vibration sensor circuit shown in FIG. 6;
FIG. 9 is a frequency output characteristic diagram of a water level / vibration sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a vibration output characteristic diagram of the water level / vibration sensor according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the vibration amplitude of the outer tub and the outer frame and the output signal of the water level / vibration sensor and the dehydration rotation frequency in the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the vibration of the outer tub and the outer frame and the output signal of the water level / vibration sensor at the start of dehydration in the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the vibration amplitude of the outer tank and the outer frame and the upper unbalance amount of the outer tank in the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the output signal of the water level / vibration sensor and the upper vibration amplitude of the outer tub in the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between the output signal of the water level / vibration sensor and the upper unbalance amount of the outer tub in the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the output voltage of the vibration sensor circuit and the noise level in the embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a characteristic diagram showing the relationship between the relative noise level and the dehydration speed in the embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a characteristic diagram showing the relationship between the dehydration rate and the dehydration time in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
バネにより前記水位検出手段上に支持した磁石を前記水位検出手段の前記コイルの外周の近傍に配置して前記磁石から発生した磁束が前記コイルに鎖交するように構成した振動子を備え、この振動子の振動により前記磁石から発生して前記コイルに鎖交する磁束の変化によって前記コイルに誘起される誘導電圧に基づいて前記外槽の振動を検出する振動検出手段を設け、
前記制御手段は、前記水位検出手段および振動検出手段の出力信号を参照して洗濯および脱水工程を制御することを特徴とする洗濯機。An outer frame, an outer tub that is a water receiving tank suspended inside the outer frame, an inner tub that is a washing and dewatering tub that rotates in the outer tub, and water pressure stored in the outer tub In a washing machine comprising a water level detection means for detecting the water level in the outer tub from a change in inductance value of a coil in which a magnetic material is inserted in proportion, and a control means for controlling washing and dehydration,
A vibrator configured to place a magnet supported on the water level detection means by a spring in the vicinity of the outer periphery of the coil of the water level detection means so that a magnetic flux generated from the magnet is linked to the coil ; vibration detecting means for detecting the vibration of the outer tub based on the induction voltage induced in the coil by the change in this by the vibration of the vibrator Ri generated from the magnet interlinked to the coil magnetic flux provided,
The washing machine is characterized in that the control means controls washing and dehydrating processes with reference to output signals of the water level detecting means and the vibration detecting means.
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