JP4331717B2 - 振動制御装置及びこれを備える洗濯機 - Google Patents
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Description
すなわち、回転体が第1回転軸の軸回り(ロール軸)で回転すると、不均一質量によりピッチ軸回りにモーメントが発生する。このときに、第1回転軸及び振動軸と直交する軸回り(ヨー軸)で回転体によるジャイロモーメントが発生する。一方、補助回転体が第1回転軸とは別に設けられた第2回転軸の軸回りでの回転している際に上記回転体によるヨー軸回りのジャイロモーメントによって、補助回転体によるジャイロモーメントがピッチ軸回りに逆方向に発生する。この補助回転体によるジャイロモーメントは、回転体によるモーメントの方向と逆方向となるために打消しが発生して結局はモーメントを理想的に0とすることができる。これにより、振動も低減できることになる。
このように、回転体で発生するジャイロモーメントを利用して振動を低減しているので、高い振動制御性能を得ることができる。
本実施形態における洗濯機1は、洗濯工程、脱水工程及び乾燥工程を行うことが可能なドラム式洗濯機である。そして、洗濯機1は、図1及び図2に示すように、筐体2と、筐体2の内部に配置されたタブ(支持体)3と、タブ3の内部に配置されたスピンバスケット(回転体)4と、スピンバスケット4を回転軸(第1回転軸)Aの軸回りで回転させるバスケット回転用モータ5と、スピンバスケット4内に温風を供給する乾燥手段6と、スピンバスケット4に対する注排水を行う注排水手段7と、これらを制御する制御部(制御手段)8とを備えている。
また、タブ3の後端には、スピンバスケット4の後述する主軸21を回転可能に片持ち状態で支持する軸受14が設けられている。
さらに、タブ3の上部における開口端の近傍には、スピンバスケット4の回転軸Aと直交する振動軸Bの軸回りにおけるタブ3の変位を検出するセンサ(検出手段)15が設けられている。このセンサ15は、例えば変位計や加速度計によって構成されており、タブ3の変位情報を制御部8の後述するファン回転制御部(振動抑制制御手段)52に出力する構成となっている。
そして、スピンバスケット4は、この主軸21がタブ3の軸受14によって軸支されている。このため、スピンバスケット4を回転させた際にスピンバスケット4に生ずる振動は、主軸21及び軸受14を介してタブ3にも及ぶことになる。したがって、タブ3の上部に設けられたセンサ15でタブ3の変位を検出することで、センサ15がスピンバスケット4の上記振動軸B回りにおける変位などを検出可能となっている。
さらに、スピンバスケット4には、スピンバスケット4の内部とタブ3とを連通する貫通孔である通水孔23が複数形成されている。そして、スピンバスケット4は、洗濯時にはこの通水孔23を介して、タブ3に注水された水をスピンバスケット4内に供給し、一方、脱水時には洗濯物から脱水された水をスピンバスケット4からタブ3に飛散させる構成となっている。
また、ファン32は、図3に示すように、回転基材35と、回転基材35から周方向等間隔で3箇所に突出して設けられた羽根36と、径方向の先端において羽根36を連結する慣性リング(慣性モーメント増大部材)37とを備えている。ファン32は、この慣性リング37により、慣性リング37を設けない場合と比較して、ファン32の径方向の先端部の質量が大きくなっている。このため、ファン32を回転させた際、慣性リング37を設けない場合と比較してファン32の慣性モーメントが増大する。
注水管41は、洗濯機1の外部に設けられている水道管とタブ3の後端とを接続しており、タブ3及びスピンバスケット4に形成された通水孔23を介してスピンバスケット4内に水を供給するように構成されている。
また、排水管43は、一端がタブ3の下部に接続されており、タブ3及び通水孔23を介してスピンバスケット4内の水を排水するように構成されている。
また、筐体2の上部には、操作パネル56が設けられており、洗濯物の材質や量などに応じた洗濯工程や脱水工程、乾燥工程の選択などを行うことができるように構成されている。
まず、扉13を開状態としてスピンバスケット4内に洗濯物を投入し、扉13を閉状態とする。そして、操作パネル56で所定の操作を行うことにより洗濯工程を開始する。
これは、注排水制御部53が、注水用バルブ42を開状態として注水管41からスピンバスケット4内に水を供給し、所定量の注水後に注水用バルブ42を閉状態として水の供給を停止する。そして、バスケット回転制御部51が、スピンバスケット4を回転軸Aの軸回りで所定の回転運動となるように回転させる。このとき、リフタ22がスピンバスケット4の回転に伴って洗濯物をかき上げる。なお、スピンバスケット4内には洗剤が適宜供給されている。所定の回転運動の終了後、注排水制御部53が、排水用バルブ44を開状態として排水管43からスピンバスケット4内の水を排水した後、排水用バルブ44を閉状態とする。そして、再びスピンバスケット4内に水を供給した状態で回転運動を行った後、スピンバスケット4内の水を排水することで、すすぎ処理を行う。
以上のようにして、洗濯機1により洗濯物の洗濯を行う。
脱水工程において、例えば図4に示すように、水分を含んだ洗濯物がスピンバスケット4の周方向で偏在している状態でスピンバスケット4の前方部にあり、バスケット回転用モータ5がスピンバスケット4を回転軸Aの軸回りで高速回転させると、スピンバスケット4に作用するアンバランスによりスピンバスケット4には振動軸Bの軸回りに大きな振動が発生する。
すなわち、スピンバスケット4を回転軸Aの軸回りで図4に示す矢印A1方向に回転させた場合には、不均一質量によりスピンバスケット4に回転軸Aと直交する振動軸Bの軸回りで矢印B1方向の振動による振動モーメントが発生する。このときのモーメントの方向は不均一質量の位置に従い、不均一質量がスピンバスケット4の下部にあるときは図4に示す矢印B2方向、上部にあるときは図4に示す矢印B1方向となる。
また、スピンバスケット4の回転軸Aの軸回りでの回転と振動軸Bの軸回りでの振動とによって、回転軸A及び振動軸Bに直交する軸Dの軸回りで図4に示す矢印D1方向または矢印D2方向にジャイロモーメント(以下、スピンバスケット4によるジャイロモーメントと称する)が発生する。
そして、ファン回転用モータ33が算出した回転速度でファン32を図4に示す回転軸Cの軸回りで矢印C1方向に回転させるが、ファン32にはスピンバスケット4による回転軸Dの軸回りのジャイロモーメントが付加されている。このため、ファン32の回転軸Cの軸回りでの回転とスピンバスケット4によるジャイロモーメントとによって、図4に示すように、振動軸Bの軸回りでジャイロモーメント(以下、ファン32によるジャイロモーメントと称する)が矢印B2方向に発生する。
このとき、振動軸Bの軸回りにおける振動モーメントの回転方向である矢印B1方向と、ファン32によるジャイロモーメントの回転方向である矢印B2方向とが反対となっているので、振動モーメントがファン32によるジャイロモーメントによって打ち消される。また、同様に、不均一質量によるモーメントの振動が矢印B2方向に作用するときは、ファン32によるジャイロモーメントが矢印B1方向に作用して同様の効果を得ることができる。
ここで、ファン32には慣性リング37が設けられており、ファン32の回転によるファン32の慣性モーメントが増大しているので、ファン32によるジャイロモーメントを大きくすることが可能となっている。このため、より大きな振動モーメントであっても、ファン32によるジャイロモーメントによって打ち消される。
なお、ファン回転制御部52は、所定時間ごとにスピンバスケット4の振動の検出結果からファン32の回転速度を制御している。
したがって、アンバランスを調整するためにスピンバスケット4の回転を停止する時間を短くすることができ、脱水工程の短縮化を図ることができる。
また、ファン32に慣性リング37が設けられており、ファン32の回転による慣性モーメントを増大させている。このため、ファン32の径を大きくすることなく、より大きな振動モーメントを効果的に打ち消すことができる。
また、ファン32をスピンバスケット4の底部の外方に設けているので、ファン32を回転軸Aと直交する回転軸Cの軸回りで回転させても、洗濯機1を省スペース化できる。
図5から図8は本実施例で用いたシミュレーションモデルを示しており、符号S1はスピンバスケット、符号S2はタブ、符号S3はファン、符号S4は筐体、符号S5は洗濯機が載置される台、符号S6はアンバランスをそれぞれ示している。また、スピンバスケットS1は回転軸T1によりタブS2に対して回転可能に支持されており、タブS2は回転軸T2により筐体S4に対して回転可能に支持されており、筐体S4は回転軸T3により台S5に対して回転可能に支持されている。ここで、この回転軸T1は上記実施形態における主軸を示しており、回転軸T2は上記実施形態におけるバネやダンパを示している。また、図5から図8において、スピンバスケットS1は質量が5kgであり、回転軸T1の軸回りで矢印U1方向に1500rpmの回転速度で回転する構成となっている。そして、ファンS3の質量が500g、アンバランスS6の質量が500gとなっている。
この状態で、スピンバスケットS1を回転軸T1の軸回りで回転させると、アンバランスS6により、上記実施形態と同様に、タブS2を回転軸T3の軸回りで回転させる振動モーメントがタブS2に対して発生する。
また、図5において、アンバランスS6をスピンバスケットS1の上部に配置したときを実施例1、下部に配置したときを実施例2とした。そして、図6において、アンバランスS6をスピンバスケットS1の上部に配置したときを実施例3、下部に配置したときを実施例4とした。さらに、図7において、アンバランスS6をスピンバスケットS1の上部に配置したときを実施例5、下部に配置したときを実施例6とした。また、図8においてアンバランスS6をスピンバスケットS1の上部に配置したときを比較例1とし、ファンS3を設けないときを比較例2とした。
図9に示すように、ファンS3の回転軸が回転軸T1と平行な位置に配置されていなければ、アンバランスS6によって発生するタブS2の回転軸T2回りの回転を抑制することができる。
例えば、上記実施形態では、振動軸Bと平行な回転軸C回りで回転するファン32を有する振動制御装置55のみを備えているが、振動制御装置55とは別に他の回転軸(第3回転軸)の軸回りで回転する回転体を有する他の補助回転体(第2補助回転体)を設ける構成としてもよい。このようにすることで、より詳細に振動モーメントを打ち消すモーメントを発生させることができ、発生した振動をより確実に抑制できる。ここで、他の補助回転体を複数設ける構成としてもよい。このとき、他の補助回転体は、他の回転軸を振動軸Bと平行となるように設けてもよく、振動軸Bと直交するように設けてもよい。また、他の補助回転体を複数設ける場合には、振動軸Bと平行となるものと直交するものとを組み合わせて設ける構成としてもよい。ここで、他の補助回転体としては、ファン32と同様の構成としてもよいが、回転体であればよい。
同様に、ファン回転用モータ33も、上述のようなベルト伝達機構を介してファン32を回転させる構成としてもよい。
また、ファン32がタブ3の後端側に設けられているが、ファン32の回転軸Cとスピンバスケット4の回転軸Aとが平行であればファン32をタブ3の上方に設けるなど、他の箇所に設けてもよい。
また、ファン32に慣性リング37が設けられているが、ファン32の回転によって振動モーメントを十分に低減できれば、慣性リング37を設けない構成としてもよい。
また、洗濯機1は補助回転体を形成するファン32を構成要素とする乾燥手段6を備えており、この乾燥手段6による洗濯物の乾燥機能を有しているが、乾燥機能を持たない洗濯機であってもよい。この場合、洗濯機は、ファン回転制御部52、ファン回転用モータ33、ファン32及びセンサ15を備えていればよい。ここで、補助回転体としては、回転体であればファン32に限られない。
また、振動制御装置55は洗濯機1に組み込まれており、スピンバスケット4の振動を抑制しているが、例えば自動車などのエンジンに設けることで、このエンジンの振動を抑制するような構成としてもよい。
3 タブ(支持体)
4 スピンバスケット(回転体)
6 乾燥手段
15 センサ(検出手段)
31 ヒータ(加熱器)
32 ファン(補助回転体)
37 慣性リング(慣性モーメント増大部材)
52 ファン回転制御部(振動抑制制御手段)
55 振動制御装置
A 回転軸(第1回転軸)
B 振動軸
C 回転軸(第2回転軸)
Claims (8)
- 第1回転軸の軸回りで回転する回転体と、
該回転体を片持ち状態で支持する支持体と、
該支持体に支持されて第2回転軸の軸回りで回転する補助回転体と、
前記回転体に、前記第1回転軸と直交する振動軸回りに振動が発生したときに、該振動による振動モーメントを打ち消すモーメントを発生させるように前記補助回転体を回転させる振動抑制制御手段とを備え、
第2回転軸が、第1回転軸と平行でなく、かつ振動軸と直交しないことを特徴とする振動制御装置。 - 前記振動抑制制御手段が、前記回転体に起因する振動を検出する検出手段と、
該検出手段による検出結果から前記補助回転体の回転を制御する回転制御手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の振動制御装置。 - 請求項1または2に記載の振動制御装置を備え、
前記回転体が、内部に含水した洗濯物を入れて回転させるスピンバスケットであることを特徴とする洗濯機。 - 前記補助回転体が、ファンであることを特徴とする請求項3に記載の洗濯機。
- 前記スピンバスケット内に温風を循環させる乾燥手段を有し、
該乾燥手段が、空気を加熱する加熱器と、該加熱器で加熱された空気を前記スピンバスケット内に送り込む前記ファンとを備えることを特徴とする請求項4に記載の洗濯機。 - 前記ファンに、該ファンの回転によって発生する慣性モーメントを増大させる慣性モーメント増大部材が設けられていることを特徴とする請求項4または5に記載の洗濯機。
- 前記ファンが、前記スピンバスケットの底部の外方に配設されていることを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の洗濯機。
- 前記振動モーメントを打ち消すモーメントを発生させるように、第3回転軸の軸回りで回転する第2補助回転体を備えることを特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載の洗濯機。
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