JP4375447B2 - Washing machine - Google Patents
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Description
本発明は、ドラムに投入された洗濯物の量である布量を検知するための布量センサを有する洗濯機に関する。 The present invention relates to a washing machine having a cloth amount sensor for detecting a cloth amount that is the amount of laundry put in a drum.
ドラム式洗濯機の構造の一例を図7に示す。洗濯機本体1内には、防振構造を有するサスペンション構造(図示せず)によって水槽2が宙吊り状態に支持されている。前記水槽2内には、有底円筒形に形成されたドラム3が、その軸心方向を正面側から背面側に向けて下向きに傾斜させて回転自在に支持されている。水槽2の正面側にはドラム3の開口端に通じる衣類出入口4が形成され、洗濯機本体1の正面側の上向き傾斜面に設けられた開口部を開閉可能に閉じる扉5を開閉することにより、衣類出入口4を介してドラム3内に対して洗濯物を出し入れすることができる。
An example of the structure of the drum type washing machine is shown in FIG. In the washing machine
ドラム3には、その周面に水槽2内に通じる多数の透孔6が形成され、内周面の複数位置に衣類攪拌用の攪拌突起15が設けられている。このドラム3は、水槽2の背面側に取り付けられたモータ7によって正転及び逆転方向に回転駆動される。また、水槽2には、注水管路8及び排水管路9が配管接続され、図示しない注水弁及び排水弁の制御によって水槽2内への注水及び排水がなされる。
The
扉5を開きドラム3内に洗濯物及び洗剤を投入して、洗濯機本体1の例えば前面上部に設けられた操作パネル10での操作により運転を開始させると、水槽2内には注水管路8から所定量の注水がなされ、モータ7によりドラム3が回転駆動されて洗濯工程が開始される。ドラム3の回転により、ドラム3内に収容された洗濯物はドラム3の内周壁に設けられた攪拌突起15によって回転方向に持ち上げられ、持ち上げられた適当な高さ位置から落下する攪拌動作が繰り返されるので、洗濯物には叩き洗いの作用が及んで洗濯がなされる。所要の洗濯時間の後、汚れた洗濯液は排水管路9から排出され、ドラム3を高速回転させる脱水動作により洗濯物に含まれた洗濯液を脱水し、その後、水槽2内に注水管路8から注水してすすぎ工程が実施される。このすすぎ工程においてもドラム3内に収容された洗濯物はドラム3の回転により攪拌突起15により持ち上げられて落下する攪拌動作が繰り返されてすすぎ洗いが実施される。
When the door 5 is opened, laundry and detergent are put into the
また、モータ7の背面には、その回転状態を検知するために、モータの回転子(ロータ)の位置を検出する位置検出素子等で構成された回転検知部14が設けられている。
In addition, on the back surface of the
また、このドラム式洗濯機には、ドラム3内に収容した洗濯物を乾燥する機能が設けられ、循環送風経路11により、水槽2内の空気を排気して除湿し、加熱して乾燥させた空気を再び水槽2内に送風ファン12にて送風するものである。
The drum-type washing machine has a function of drying laundry stored in the
以上のような構成のドラム式洗濯機においては、ドラム3に投入された衣類等洗濯物の布量を検出し、布量に応じて洗濯時間等を自動的に決定する機能が付加されているのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。布量を検出する方法の一例について、図7および、図8を参照して、以下に説明する。
In the drum-type washing machine having the above-described configuration, a function of detecting the amount of clothes such as clothes put in the
布量の検出は、ドラム3を回転駆動するためのモータ7を制御する機能を有する制御回
路(図示せず)により行われる。
The cloth amount is detected by a control circuit (not shown) having a function of controlling the
洗濯を開始すると、まず、制御回路は、モータ7を始動し、回転検知部14からは検知出力が入力される。回転検知部14の検出周波数は、モータ7の回転により比例して直線的に変化する。即ち、制御回路は、回転検知部14からの入力周波数が小さいときは、位相制御の手段によりモータ7の電源電圧の平均電圧を大きくし、また、周波数が大きくなると平均電圧を小さくする。
When washing is started, first, the control circuit starts the
布量検知工程では、回転制御を行ないながら、制御回路内部で徐々にモータ7に印加する平均電圧を上昇させて高速回転に移行し、衣類がドラム3の内壁に遠心力により均一に貼り付くようにする。その状態で、所定時間回転を持続した後、モータ7の通電を停止する。それにより、ドラム3の惰性回転が、逆にモータ7を回転させる状態になる。このとき回転検知部14は、図8の図に示すように、ドラム3の惰性回転力が摩擦トルクにより、しだいに低下して停止する様子を分回転速度に返還して出力する。
In the cloth amount detection process, while performing rotation control, the average voltage applied to the
図8における横軸は時間、縦軸は駆動電動機(モータ)の分回転速度を示すもので、通電停止E点からドラム3の停止までの時間は、布量が多いときは長く、布量が少ないときは短い。この停止に要する時間の違いが布量に比例することを利用して布量を検知するものである。
In FIG. 8, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the rotational speed of the drive motor (motor). The time from the energization stop point E to the stop of the
ここで布の重量をm、ドラム3の内周に分布する布の平均半径をr、ドラム3やモータ7の慣性モーメントをJdとすると、布を含めた回転系の慣性モーメントJは式(1)で求められる。
Here, when the weight of the cloth is m, the average radius of the cloth distributed on the inner periphery of the
J=Jd+mr2 (1)
また、モータ7の発生トルクをT、ドラムや回転軸などが有する摩擦トルクをTb、ドラム3の角加速度をαとおくと、これらの関係は式(2)で表される。
J = Jd + mr 2 (1)
Further, assuming that the generated torque of the
T=Jα+Tb (2)
角加速度αは角速度ωと時間tの関数として式(3)で表されるから、式(4)のように、布の平均半径rが一定であれば、布の重量mに応じて、回転速度すなわち角速度ωが変化する。
T = Jα + Tb (2)
Since the angular acceleration α is expressed by the equation (3) as a function of the angular velocity ω and the time t, as shown in the equation (4), if the average radius r of the cloth is constant, the rotation depends on the weight m of the cloth. The speed, that is, the angular speed ω changes.
α=dω/dt (3)
dω/dt=(T−Tb)/(Jd+mr2) (4)
上式(4)から、dω/dtつまり回転速度の変化は、布量mに反比例することがわかる。
α = dω / dt (3)
dω / dt = (T−Tb) / (Jd + mr 2 ) (4)
From the above equation (4), it can be seen that dω / dt, that is, the change in the rotational speed, is inversely proportional to the fabric amount m.
つまり、モータ7の通電を停止ししてドラム3を惰性回転させ、ドラム3が停止するまでのある時間区間における回転速度の変化を測定することによって、布量を知ることができる。
上記従来の布量検知方法を用いる場合には、ドラムの惰性回転力が摩擦トルクによりしだいに低下して、ドラムが停止するまでの時間と布量の比例関係を、予め実験により求めておき、その求めた測定値を、同一機種の全ての洗濯機に適用することになる。 When using the above conventional cloth amount detection method, the inertial rotational force of the drum gradually decreases due to the friction torque, and the proportional relationship between the time until the drum stops and the cloth amount is obtained in advance by experiments, The obtained measurement value is applied to all washing machines of the same model.
しかしながら、式(4)から判るように、ドラム回転軸の摩擦トルクTbのバラツキの
影響により、ドラムが停止するまでの時間と布量の比例関係は一定ではなく、個々の洗濯機によって相違する数値を有する。そのため、上記従来の布量検知方法にはバラツキがあり検知精度には限界があるという課題があった。
However, as can be seen from Equation (4), the proportional relationship between the time until the drum stops and the amount of cloth is not constant due to the variation in the friction torque Tb of the drum rotation shaft, and the numerical value varies depending on each washing machine. Have For this reason, there is a problem that the conventional cloth amount detection method has variations and the detection accuracy is limited.
また、式(1)は、布の重量に応じて布の平均半径rが一意に決定される場合には、布の重量mと慣性モーメントJが一対一の関係となって、式(4)によって、布の重量mを検知可能となる。しかしながら、布の重量が一定であっても、布の偏りなどが発生した場合、ドラム3の中における布の分布が変化し、平均半径rが布の重量だけでは決定されず、更に検知精度の悪化を生じることになる。
When the average radius r of the cloth is uniquely determined according to the weight of the cloth, the weight m of the cloth and the moment of inertia J are in a one-to-one relationship. Thus, the weight m of the cloth can be detected. However, even when the weight of the cloth is constant, if cloth unevenness occurs, the cloth distribution in the
また、従来の布量検知方法においては、衣類の状態に係らずドラムの回転を一旦上昇させてしまうので、ドラム3内に収容された洗濯物が極端な偏り(アンバランス分布)のある場合、洗濯槽が大きく振動し、洗濯槽が洗濯機本体に衝突して異常音を発するなど、検出精度を大きく損ねることがあった。
Further, in the conventional cloth amount detection method, the rotation of the drum is temporarily raised regardless of the state of the clothing, so when the laundry accommodated in the
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ドラムに投入された布量を、安定してドラムに張り付かせることによって、布の偏りによる慣性モーメントの変化を低減した上で、ドラム回転軸の摩擦トルクのバラツキの影響を抑制して、簡単な構成で精度よく検知可能な布量検知手段を有する洗濯機および衣類の偏り等の影響を排除し安定した布量検知手段を有する洗濯機を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems. The amount of cloth put in the drum is stably attached to the drum, thereby reducing the change in the moment of inertia due to the cloth bias and rotating the drum. Washing machine having cloth amount detecting means capable of accurately detecting with a simple configuration while suppressing the influence of variation in frictional torque of the shaft, and washing machine having stable cloth amount detecting means that eliminates the influence of clothes bias and the like The purpose is to provide.
上記従来の課題を解決するため、本発明の洗濯機は、ドラムを回転駆動するモータと、前記モータの回転速度を検知する回転速度検知装置と、前記回転速度検知装置の検知出力に基づき前記モータの回転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、布量の検知工程を検知するための動作を開始してからの経過時間tの間に、モータに加速トルクを発生させることでドラムを静止状態から起動して所定の回転速度Naまで起動時角加速度αa(t)で回転速度を上昇させる起動工程と、前記起動工程の後に前記モータに印加する電圧、あるいは通電電流を制御することによって、所定値で一定となる加速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を加速して、所定の回転速度N1からN2まで回転速度が上昇する間の加速時角加速度α1を測定する第1の検知工程と、第1の検知工程の後に、前記モータに印加する電圧、あるいは通電電流を制御することによって、所定値で一定となる減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速して、所定の回転速度N3からN4まで回転速度が低下する間の減速時角加速度α2を計測する第2の検知工程を有し、前記起動工程中のある時間t1において、αa(t1)>α1となる前記起動時角加速度が存在すると共に、前記加速時角加速度α1と前記減速時角加速度α2に基づき、前記布量を検知し、前記第1の検知工程においては、所定回転角区間における前記ドラムの最大回転速度と最小回転速度を計測し、前記最大回転速度と最小回転速度の差が所定値以上である場合は、前記ドラムの回転駆動を停止するようにしたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the washing machine of the present invention includes a motor that rotationally drives a drum, a rotation speed detection device that detects the rotation speed of the motor, and a motor that is based on a detection output of the rotation speed detection device. A controller that controls the rotation of the drum, and the controller generates an acceleration torque by causing the motor to generate an acceleration torque during an elapsed time t from the start of the operation for detecting the cloth amount detection process. Starting from a stationary state and increasing the rotational speed at a starting angular acceleration αa (t) to a predetermined rotational speed Na, and controlling the voltage or current applied to the motor after the starting process The acceleration of the drum is accelerated by generating an acceleration torque that is constant at a predetermined value, and the acceleration angular acceleration α1 is measured while the rotational speed increases from a predetermined rotational speed N1 to N2. After the first detection step and the first detection step, the voltage applied to the motor or the energizing current is controlled to generate a deceleration torque that is constant at a predetermined value, thereby rotating the drum. It has a second detection step of measuring the deceleration angular acceleration α2 while decelerating and decreasing the rotational speed from the predetermined rotational speed N3 to N4, and at a certain time t1 during the starting process, αa (t1) The startup angular acceleration that is> α1 exists, and the cloth amount is detected based on the acceleration angular acceleration α1 and the deceleration angular acceleration α2, and in the first detection step, a predetermined rotation angle interval is detected. The maximum rotation speed and the minimum rotation speed of the drum in the above are measured, and when the difference between the maximum rotation speed and the minimum rotation speed is a predetermined value or more, the rotation driving of the drum is stopped. To do.
これによって、起動工程において角加速度を高くすることによって安定して布をドラムに張り付かせた上で、ドラムの回転の上昇および降下の速度の双方を用いて布量を測定するため、慣性モーメントの安定化とドラム回転軸の摩擦トルクの相殺によって、布量の検知バラツキの影響を抑制することが可能であり、簡単な構成で精度よく布量を検知することができるとともに、布の前記ドラム内における分布が不均一となって、ドラムの振動が所定の値よりも大きくなった場合であっても、安全にドラムを停止することができる。 As a result, the moment of inertia is used to measure the amount of cloth using both the rising and falling speeds of the drum after the cloth is stably attached to the drum by increasing the angular acceleration in the starting process. It is possible to suppress the influence of the variation in the detection of the amount of cloth by stabilizing the friction and the friction torque of the drum rotating shaft, and it is possible to accurately detect the amount of cloth with a simple configuration, and the drum of the cloth Even if the distribution in the interior becomes uneven and the vibration of the drum becomes larger than a predetermined value, the drum can be safely stopped .
本発明の洗濯機は、慣性モーメントの安定化とドラム回転軸の摩擦トルクの影響を相殺することによって、布量の検知バラツキの影響を抑制し、加速トルクおよび減速トルクの
変動による影響を複雑に考慮する必要なく、簡単な構成で精度よく布量を検知することができるとともに、布の前記ドラム内における分布が不均一となって、ドラムの振動が所定の値よりも大きくなった場合であっても、安全にドラムを停止することができる。
The washing machine of the present invention suppresses the influence of the variation in the detection of the amount of cloth by stabilizing the moment of inertia and canceling out the influence of the friction torque of the drum rotation shaft .
The amount of cloth can be accurately detected with a simple configuration without complicated consideration of the effects of fluctuations , and the distribution of cloth in the drum becomes non-uniform so that the vibration of the drum exceeds a predetermined value. Even if it becomes larger, the drum can be safely stopped .
第1の発明は、水平方向または傾斜方向に回転中心軸を有し、洗濯物を収容して回転運動を行うドラムと、前記ドラムを回転自在に内包し洗濯機本体内に弾性的に支持された水槽と、前記ドラムを回転駆動するモータと、前記モータの回転速度を検知する回転速度検知装置と、前記回転速度検知装置の検知出力に基づき前記モータの回転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、布量を検知するための動作を開始してからの経過時間tの間に、前記モータに加速トルクを発生させることでドラムを静止状態から起動して所定の回転速度Naまで起動時角加速度αa(t)で回転速度を上昇させる起動工程と、前記起動工程の後に前記モータに所定の加速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を加速して、所定の回転速度N1からN2まで回転速度が上昇する間の加速時角加速度α1を測定する第1の検知工程と、第1の検知工程の後に、前記モータに所定の減速トルクを発生させることで前記ドラムの回転を減速して、所定の回転速度N3からN4まで回転速度が低下する間の減速時角加速度α2を計測する第2の検知工程を有し、前記起動工程中のある時間taにおいて、αa(ta)>α1となる前記起動時角加速度が存在すると共に、前記加速時角加速度α1と前記減速時角加速度α2に基づき、前記布量を検知することにより、起動工程において角加速度を高くすることによって安定して布をドラムに張り付かせた上で、ドラムの回転の上昇および降下の速度の双方を用いて布量を測定するため、慣性モーメントの安定化とドラム回転軸の摩擦トルクの相殺によって、布量の検知バラツキの影響を抑制することが可能であり、かつ、加速トルクおよび減速トルクが一定とすることによって、式(2)の左辺が一定となり、加速トルクおよび減速トルクの変動による影響を複雑に考慮する必要なく、簡単な構成で精度よく布量を検知することができるとともに、布の前記ドラム内における分布が不均一となって、ドラムの振動が所定の値よりも大きくなった場合であっても、安全にドラムを停止することができる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a drum having a central axis of rotation in a horizontal direction or an inclination direction, accommodating a laundry and performing a rotational movement, and rotatably enclosing the drum in a washing machine body. A water tank, a motor for rotationally driving the drum, a rotational speed detection device for detecting the rotational speed of the motor, and a control unit for controlling the rotation of the motor based on a detection output of the rotational speed detection device, The controller activates the drum from a stationary state to generate a predetermined rotational speed Na by causing the motor to generate an acceleration torque during an elapsed time t after starting an operation for detecting the amount of cloth. The starting step of increasing the rotational speed at the starting angular acceleration αa (t), and the rotation of the drum is accelerated by generating a predetermined acceleration torque in the motor after the starting step, and from the predetermined rotational speed N1 N2 After the first detection step of measuring the acceleration angular acceleration α1 while the rotation speed is increased in
第2の発明は、特に第1の発明の制御部を、第1の検知工程および第2の検知工程中においては、モータに通電されるq軸電流が、前記第1の検知工程および第2の検知工程それぞれにおける所定の一定値となるように制御して、前記モータの加速トルクおよび減速トルクを制御したことにより、モータにおけるトルクの主成分であるマグネットトルクに関係するq軸電流が一定となるようにすることで、前記加速トルクおよび前記減速トルクをほぼ一定に制御できるため、精度良く布量を検知することが可能となる。 According to a second aspect of the invention, in particular, in the control unit of the first aspect of the invention, during the first detection step and the second detection step, the q-axis current supplied to the motor is the first detection step and the second detection step. By controlling the acceleration torque and the deceleration torque of the motor so as to be a predetermined constant value in each of the detection steps, the q-axis current related to the magnet torque that is the main component of the torque in the motor is constant. By doing so, since the acceleration torque and the deceleration torque can be controlled to be substantially constant, the amount of cloth can be detected with high accuracy.
第3の発明は、特に第1または2の制御部を、第1の検知工程および第2の検知工程中においては、モータに通電されるd軸電流がほぼゼロとなるようにした制御したことにより、モータにおける発生トルクがマグネットトルクのみとなることから、q軸電流だけで前記加速トルクおよび前記減速トルクが制御されて、制御を行いやすくなることから、精度良く布量を検知することが可能となる。 In the third invention, particularly, the first or second control unit is controlled so that the d-axis current supplied to the motor becomes substantially zero during the first detection step and the second detection step. Because the generated torque in the motor is only the magnet torque, the acceleration torque and the deceleration torque are controlled only by the q-axis current, making it easy to control, so the cloth amount can be detected with high accuracy. It becomes .
以下、本発明の実施の形態1について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるドラム式洗濯機の動作を制御する制御装置の概略構成を示すものである。また、同ドラム式洗濯機の概略構造は、図7に示した従来例のものと同様である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a control device for controlling the operation of the drum type washing machine in the first embodiment of the present invention. The schematic structure of the drum type washing machine is the same as that of the conventional example shown in FIG.
図1に示す制御装置においては、商用電源20の交流電力を整流器21より整流し、チ
ョークコイル22及び平滑コンデンサ23からなる平滑回路により平滑化された直流電力を駆動電力として、インバータ回路24によりモータ7を回転駆動する。また、入力設定部25から入力される運転指示、及び各検知手段(図示せず)により検知される運転状態の監視情報に基づいてモータ7の回転を制御し、負荷駆動部26により給水弁27、排水弁28、送風ファン12、ヒータ29の動作を制御する。
In the control device shown in FIG. 1, AC power from a
モータ7は、3相巻線7a、7b、7cを有するステータと、2極の永久磁石を有するロータとを備え、3つの位置検出素子30a、30b、30cを設けた直流ブラシレスモータとして構成され、スイッチング素子24a〜24fにより構成されたPWM制御インバータ回路24により回転制御される。位置検出素子30a、30b、30cが検出するロータ位置検出信号は、マイコンにより構成された制御部31に入力される。このロータ位置検出信号に基づいて、駆動回路32によりスイッチング素子24a〜24fのオン/オフ状態をPWM制御することにより、ステータの3相巻線7a、7b、7cに対する通電を制御してロータを所要回転速度で回転させる。
The
制御部31は、3つの位置検出素子30a、30b、30cの検出出力が入力される回転速度検知部33を有する。前記回転速度検知部33は、3つの位置検出素子30a、30b、30cのいずれかの信号の状態が変わるたびにその周期を検出し、その周期よりロータの回転速度を算出する。回転速度検知部33の検知出力は布量検知部34に供給され、検出された回転速度に基づき、以下に説明するように布量が検知される。
The
なお、回転速度検知部33の検知出力はドラム3の回転速度に対応するので、以下の説明においてドラム3の回転速度は、回転速度検知部33の検知出力により得られるものである。
Since the detection output of the
本実施の形態における布量検知方法の特徴について、以下図2を参照して説明する。 The characteristics of the cloth amount detection method in the present embodiment will be described below with reference to FIG.
図2は、布量検知の動作を示す図であり、ドラム3の回転速度上昇に要する時間、および回転速度降下に要する時間との関係を示すもので、横軸は布量検知開始からの経過時間、縦軸は回転速度である。
FIG. 2 is a diagram showing the operation of detecting the cloth amount, showing the relationship between the time required for increasing the rotational speed of the
布量検知を開始すると、経過時間tの間に、モータ7に加速トルクTaを発生させることでドラム3を静止状態から起動して所定の回転速度Naまで起動時角加速度αa(t)で回転速度を上昇させる起動工程を行なう。次に前記起動工程に引き続いてモータ7によって加速トルクT1を発生させ、時間t1の間にΔN1だけ回転速度を上昇させ所定の回転速度N2に到達する第1の検知工程が行われる。この第1の検知工程が終了した後に、ドラム3の回転速度を加速から減速に転じさせた上で、惰性回転したモータ7によって減速トルクT2を発生させ、時間t2の間に回転速度N3からΔN2だけ回転速度を降下させ、所定の回転速度N4に至る第2の検知工程が行われる。
When the cloth amount detection is started, the
上記の起動工程においては、静止状態からドラム3を起動するために、経過時間によって角加速度が変化することがあり得るが、少なくとも、起動工程中のある時間taの時点において、その角加速度αa(ta)は、第1の検知工程における角加速度α1にたいして、αa(ta)>α1となるように、つまり第1の検知工程よりも大きい角加速度を有することによって、ドラム3の加速を早くなるように制御する。
In the starting process, the angular acceleration may change depending on the elapsed time in order to start the
特に起動時においては、角加速度が低いと布がドラム3の底部付近で自転することによってドラム3に張り付かなかったり、また、このような状態のまま回転速度を上げると、布が偏った状態のままで第1の検知工程を行ってしまい、布量検知の精度悪化を生じる。このように布の状態が不安定になることを抑制するために、ある時間taにおける起動時
角加速度αa(ta)を第1の検知工程における角加速度α1よりも大きくして、布の重量と慣性モーメントとの関係を安定化させている。
In particular, at the time of start-up, if the angular acceleration is low, the cloth does not stick to the
次に、第1の検知工程の動作状態について考察する。 Next, the operation state of the first detection process will be considered.
式(3)から、第1の検知工程における角加速度α1は式(5)で表される。 From equation (3), the angular acceleration α1 in the first detection step is represented by equation (5).
α1=ΔN1/t1 (5)
また、式(1)および(2)より、式(6)が成立する。
α1 = ΔN1 / t1 (5)
Moreover, Formula (6) is materialized from Formula (1) and (2).
T1=α1(Jd+mr2)+Tb (6)
同様に、第2の検知工程について考察すると、第2の検知工程における角加速度をα2と置いた場合に、式(7)、式(8)となる。
T1 = α1 (Jd + mr 2 ) + Tb (6)
Similarly, considering the second detection step, Equation (7) and Equation (8) are obtained when the angular acceleration in the second detection step is α2.
α2=ΔN2/t2 (7)
T2=α2(Jd+mr2)+Tb (8)
式(6)および式(8)から、摩擦トルクTbの成分を消去すると、式(9)となる。
α2 = ΔN2 / t2 (7)
T2 = α2 (Jd + mr 2 ) + Tb (8)
If the component of the friction torque Tb is eliminated from the equations (6) and (8), the equation (9) is obtained.
α1−α2=(T1―T2)/(Jd+mr2) (9)
図3は、布量と加速度差の関係を示す図であり、横軸は布量、縦軸は加速度差を示す図であり、上記式(9)を判りやすく示すものである。
α1-α2 = (T1-T2) / (Jd + mr 2 ) (9)
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of cloth and the acceleration difference, the horizontal axis is the cloth amount, and the vertical axis is the acceleration difference. The above equation (9) is easily understood.
式(9)は、布のドラム内周における平均半径r、加速トルクT1、減速トルクT2がある一定の値である場合に、図3に示すように、布の重量mに応じて(α1−α2)が変化することを示している。 When the average radius r, acceleration torque T1, and deceleration torque T2 in the drum inner periphery of the cloth are constant values, the equation (9) is expressed as (α1−) according to the weight m of the cloth as shown in FIG. It shows that α2) changes.
ここで、α1とα2は式(5)および式(7)に示すとおり、ドラム3の回転速度と時間の関係を測定することによって容易に得ることが可能である。したがって、布の重量mと角加速度の変化(α1−α2)の関係のみ把握し、図1の制御部の布量検知部34に演算用テーブルなどとして保存しておけば、摩擦トルクTbの変化に関係無く、容易に精度良く、布量を検知することができることが分かる。
Here, α1 and α2 can be easily obtained by measuring the relationship between the rotational speed of the
図4は、布量検知工程を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing the cloth amount detection step.
図4において、第1の布量検知工程がスタートすると(ステップS1)、制御部31は、モータ7を駆動してドラムの回転を高め(ステップS2)、回転角加速度がαaになるよう加速する(ステップS3)し、回転速度が所定のNaに到達するように制御する加速工程を行う(ステップ4)。
In FIG. 4, when the first cloth amount detection process starts (step S1), the
次に第1の布量検知工程に移行し、所定の回転速度N1から、所定のトルクによりドラム3の回転速度を上昇させて、回転速度がΔN1だけ上昇した所定の回転速度N2に到達させるように制御する(ステップS5)。ドラム3が回転速度N2に到達した時点で(ステップS6)、回転速度がΔN1上昇するのに要した所要時間t1を算出する(ステップS7)。
Next, the process proceeds to the first cloth amount detection step, where the rotational speed of the
次に第2の布量検知工程に移行し、モータ7の回転速度の降下を開始させる(ステップS8)。ドラム3が所定の回転速度N3からΔN2だけ回転速度が降下した所定の回転速度N4に到達した時点で(ステップS9)、回転速度がΔN2だけ降下するのに要した所要時間t2を算出する(ステップS10)。次にΔN1、t1、ΔN2、t2から式(5)および式(7)に基づいて、角加速度の差α1−α2を求め(ステップS11)、予め
測定しておいた判定値Sと布量の関係から、式(9)に基づいて布量を求める(ステップS12)。
Next, the process proceeds to the second cloth amount detection step, and a decrease in the rotational speed of the
なお、式(9)を用いて精度良く布量検知を行うためには、モータ7の加速トルクT1と減速トルクT2が一定となるように制御することが望ましい。
In order to accurately detect the amount of cloth using Expression (9), it is desirable to control the acceleration torque T1 and the deceleration torque T2 of the
このような制御は、モータ7に印加する電圧を制御することでも実現可能ではあるが、一般的には、以下に述べるような、ベクトル制御によってモータのトルク一定制御を行うことができる。
Such control can be realized by controlling the voltage applied to the
図5は、布量検知におけるベクトル制御を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram showing vector control in the cloth amount detection.
図5の制御ブロック図において、モータ7に通電される電流のうち、すくなくとも2相の電流と、ホールICなどによって得られるモータの回転位置信号を検知する。これらの信号を用いて、モータ7の電流を、トルク成分であるIqと磁束成分であるIdという直交する2つの電流に換算する。その後、換算されたIqおよびIdと、指令されているIq*およびId*を比較したうえで、適切な制御ゲインP、Iなどを用いることによって、モータ7のIq、Idを一定に制御することができる。
In the control block diagram of FIG. 5, at least a two-phase current out of the current supplied to the
ここで、モータ7のトルクTは次式(10)で表されることから、Iq(q軸電流)とId(d軸電流)を制御すれば、モータ7のトルクTを制御可能である。
Here, since the torque T of the
T=P(ψa・Iq+(Ld−Lq)IqId) (10)
なお、Pはモータ7の極対数、ψaは磁石による鎖交磁束、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンスを示す。
T = P (ψa · Iq + (Ld−Lq) IqId) (10)
Here, P is the number of pole pairs of the
特に、式(10)におけるψa・Iqはマグネットトルクを表しており、モータが発生するトルクの主成分である。したがって、モータ7のトルクはIq(q軸電流)によって主体的に制御することが可能である。また、Id(d軸電流)がゼロではない場合、回転状態によってLdやLqが変化すると、トルクTの変動、あるいは布量の計算を行う時にトルクTを演算する場合に誤差を生じやすくなる。つまり、Iq(q軸電流)とId(d軸電流)を一定に制御してもトルクTが一定にならない場合が存在することから、Id(q軸電流)をゼロとし、Iq(q軸電流)を一定に制御してモータ7のトルクを一定に制御することによって、布量の検知計算誤差を小さくすることが可能となる。
In particular, ψa · Iq in equation (10) represents a magnet torque and is the main component of the torque generated by the motor. Therefore, the torque of the
以上のように、本願の布量検知方式では、第1の検知工程の前の起動工程において角加速度を高くすることによって布をドラムに張り付かせて安定させたうえで、次工程のドラムの回転の上昇(第1の検知)および降下の速度(第2の検知)の双方の角加速度を用いて布量を測定するため、ドラム回転軸の摩擦トルクのバラツキが相殺され、そのバラツキの影響を抑制することになり、安定した精度の高い検知が可能となる。 As described above, in the cloth amount detection method of the present application, the cloth is stuck and stabilized by increasing the angular acceleration in the starting process before the first detection process, and then the drum of the next process is performed. Since the amount of cloth is measured using the angular accelerations of both the rotation rise (first detection) and the descent speed (second detection), the variation in the friction torque of the drum rotation shaft is offset, and the effect of the variation Therefore, stable and highly accurate detection is possible.
(実施の形態2)
図6は、本発明の第2の実施の形態の洗濯機の制御方法を示す図である。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a diagram illustrating a control method of the washing machine according to the second embodiment of this invention.
本実施の形態2における洗濯機の構成、制御装置の構成、布量検知方法は、基本的には、実施の形態1に記載のものと同様である。本実施の形態における相違点は、布量を検知するためにドラム3の回転速度を上昇させる際に、回転速度の上昇に伴う回転速度の変化に応じて、ドラム3の回転を駆動を停止させる制御を設けた点である。
The configuration of the washing machine, the configuration of the control device, and the cloth amount detection method in the second embodiment are basically the same as those described in the first embodiment. The difference in the present embodiment is that when the rotational speed of the
図6(a)は、ドラム3の回転速度が時間とともに上昇する様子を示す。横軸は、モー
タ7を駆動して、所定のトルクによりドラム3の回転速度を上昇させたときの経過時間、縦軸はドラム3の回転速度である。図示のとおり、ドラム3の回転速度は一様に上昇するのではなく、上下動を繰り返しながら上昇してゆく。これは、ドラム3内に収容された洗濯物のバランスの影響で、洗濯槽が振動することに起因する。振動が大きくなり過ぎると、洗濯槽が洗濯機本体に衝突して異常音を発することになる。
FIG. 6A shows how the rotational speed of the
本実施の形態では、そのような事態の発生を回避するための制御を行う。すなわち、ドラム3の回転を加速している途中における、所定回転角区間におけるドラム3の回転速度について、最大回転速度と最小回転速度の差を検知する。その差が所定値以上である場合は、ドラム3の回転を停止するように制御する。所定回転角区間におけるドラム3の最大回転速度と最小回転速度としては、例えば1回転中に4回、回転速度を測定し、その最大回転速度と最小回転速度を求める。
In the present embodiment, control for avoiding such a situation is performed. That is, the difference between the maximum rotation speed and the minimum rotation speed is detected for the rotation speed of the
図6(b)は、ドラムの回転速度と、回転速度の最大と最小の差の上限値の関連を示す図である。 FIG. 6B is a diagram showing the relationship between the rotation speed of the drum and the upper limit value of the difference between the maximum and minimum rotation speeds.
図6(b)に示すように、ドラム3の回転速度に対応させて、最大回転速度と最小回転速度の差の上限値を実験に基づいて設定し、制御部31にテーブルとして備えておく。図6(b)に示すような最大回転速度と最小回転速度の差の上限値は、ドラム3の各回転速度における、実験的に求めた振動の許容範囲に基づいて設定すればよい。
As shown in FIG. 6B, the upper limit value of the difference between the maximum rotation speed and the minimum rotation speed is set based on the experiment so as to correspond to the rotation speed of the
以上のように、本実施の形態2では、ドラム3の所定回転角区間における最大回転速度と最小回転速度の差が上限値を超えないように制御することにより、洗濯物のバランスが悪いことに起因して、洗濯槽が大きく振動し洗濯機本体に衝突するような事態を回避し、一旦停止した後再度起動させて検知することができる。
As described above, in the second embodiment, the balance of the laundry is poor by controlling so that the difference between the maximum rotation speed and the minimum rotation speed in the predetermined rotation angle section of the
本発明によれば、ドラムに投入された布量を、簡単な構成で精度よく検知して、適切な洗濯時間の設定や洗剤量の表示および、適切な時間設定の脱水工程を行うことが可能であり、家庭用、業務用の洗濯機に有用である。 According to the present invention, it is possible to accurately detect the amount of cloth put on the drum with a simple configuration, and to perform an appropriate washing time setting, detergent amount display, and an appropriate time setting dehydration process. It is useful for home and commercial washing machines.
1 洗濯機本体
2 水槽
3 ドラム
4 衣類出入口
7 モータ
14 回転検知部
20 商用電源
30a、30b、30c 位置検出素子
31 制御部
32 駆動回路
33 回転速度検知部
34 布量検知部
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