JP4666662B2 - 洗濯機 - Google Patents

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。

ドラム式洗濯機の構造の一例を図１３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。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。

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。

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する。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。

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。

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ている。すなわち、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。

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）。ここで、特許文献１に開示された、布量を検出する方法の一例について、図１３および図１４を参照して、以下に説明する。

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。

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。

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１４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数に変換して出力する。

図１４における横軸は時間、縦軸は駆動電動機（モータ）の分回転数を示すもので、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。

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、回転角速度をωとすると、布にかかる遠心力Ｆは、Ｆ＝ｍｒω²で求められる。モータ７の通電を停止した時、遠心力Ｆは、ドラム３の初期惰性回転力となる。従ってドラム３が停止するまでの時間はＦに、即ち布量に比例するという理論から布量を検知できる。

しかし、モータ７や、ドラム３の構成は、個々の製品により異なるのが通常であり、従来構成をもう少し詳細に分析してみる。

ここで、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。

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。

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。従って、布の平均半径ｒが一定であれば、式（４）で表されるように、布の重量ｍに応じて、回転数すなわち角速度ωが変化する。

α＝ｄω／ｄｔ （３）
ｄω／ｄｔ＝（Ｔ−Ｔｂ）／（Ｊｄ＋ｍｒ²） （４）
式（４）から、ｄω／ｄｔつまり回転数の変化は、布量ｍに反比例することが判る。

つまり、モータ７の通電を停止してドラム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数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。
特開平５−１６８７８６号公報

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。

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。

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、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を提供することを目的とする。さらに、モータの発生トルクの温度特性による影響を抑制して、精度よく布量を検知することが可能な洗濯機を提供することを目的とする。

本発明の第１の構成の洗濯機は、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洗濯モータと、前記洗濯モータの回転数を検知する回転数検知装置と、前記洗濯モータの周囲の環境温度を検知するように設けられた温度検知素子と、前記回転数検知装置の検知出力に基づき前記洗濯モータの回転を制御する制御部とを備える。

上記課題を解決するために、前記制御部は、前記洗濯物の量である布量を検知するための布量検知部と、前記洗濯モータの巻線に流れる電流値を検知する電流検知部と、前記洗濯モータが発生するトルクの温度特性に対して前記布量検知動作を補正するための温度特性補正部と、前記温度検知素子の出力に基づき前記環境温度を検知する環境温度検知部とを備える。そして、布量検知動作の際に、前記洗濯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、所定の回転数差ΔＮｒだけ上昇する間の加速時間ｔ１を測定する第１の検知工程と、前記第１の検知工程の後に、前記洗濯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、所定の回転数差ΔＮｄだけ低下する間の減速時間ｔ２を計測する第２の検知工程を行って、前記布量検知部により、前記加速時間ｔ１と前記減速時間ｔ２に基づき、前記布量を検知する。

さらに、温度特性を補正するために、前記布量検知動作の開始前に、前記巻線に所定の温度検知用電圧が印加されるように制御し、そのとき前記電流検知部が検知する電流値を用いて、前記巻線の抵抗値の温度特性に基づき前記巻線の温度を検知する構成において、前記電流値と前記温度検知用電圧とから前記巻線の基準抵抗値を算出し、前記環境温度と前記基準抵抗値の対応関係に基づき、前記洗濯モータのロータの磁石から発生する磁束の温度特性を補正し、この補正された温度特性に基づき、前記温度特性補正部により、前記加速トルク及び前記減速トルクを発生させるための前記巻線に流す駆動電流の設定値を補正する。

本発明の第２の構成の洗濯機は、温度特性を補正するために、前記電流値と前記温度検知用電圧とから前記巻線の基準抵抗値を算出し、前記環境温度と前記基準抵抗値の対応関係に基づき、前記洗濯モータのロータの磁石から発生する磁束の温度特性を補正し、この補正された温度特性に基づき、前記温度特性補正部により、前記加速時間ｔ１及び前記減速時間ｔ２と前記布量との対応関係を補正する補正データを生成し、前記布量検知部は、前記補正データに基づき前記布量を検知する。

本発明の洗濯機は、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、ドラム回転軸の摩擦トルクの個々のバラツキが相殺され、そ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。さらに、巻線の抵抗値の温度特性に基づいて巻線の温度を検知し、巻線の基準抵抗値を算出し、環境温度と基準抵抗値の対応関係に基づき、洗濯モータのロータの磁石から発生する磁束の温度特性を補正し、この補正された温度特性に基づき、布量検知動作に補正を加えるので、巻線の抵抗値の製造ばらつきに影響されることなく、モータの発生トルクの温度特性による影響を抑制して、精度よく布量を検知することができる。

本発明の洗濯機は、上記構成を基本として以下のような態様をとることができる。

すなわち、前記洗濯モータの巻線に駆動電圧を印加するためのインバータ回路に供給される電圧を検知する電圧検知部を備え、前記制御部は、前記巻線に前記温度検知用電圧を印加する際、前記電圧検知部により検知された電圧に応じて、前記温度検知用電圧が所定電圧となるように前記インバータ回路を制御することが好ましい。

さらに、前記環境温度と前記基準抵抗値の対応関係に基づき、前記磁束の温度特性における前記基準抵抗値に対応する磁束の値を記憶する基準値記憶部を有し、前記基準磁束値記憶部に記憶された磁束の値を基準として、前記磁束の温度特性を決定して用いることが好ましい。

以下、本発明の実施の形態について、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、本発明の実施の形態１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。同洗濯機の概略構造は、図１３に示した従来例のものと同様である。

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により整流し、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（洗濯モータ）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。

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（図示せず）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数で回転させる。

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数検知部３３を有する。回転数検知部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ことに応じてその周期を検出し、その周期よりロータの回転数を算出する。回転数検知部３３の検知出力は布量検知部３４に供給され、検出された回転数に基づき、後述するように布量が検知される。なお、回転数検知部３３の検知出力はドラム３の回転数に対応するので、以下の説明においてドラム３の回転数は、回転数検知部３３の検知出力により得られるものである。

制御部３１はまた、温度特性補正部３５、電流検知部３６、及び電圧検知部３７を有する。スイッチング素子２４ｂ、２４ｄ、２４ｆの負側には、シャント抵抗２４ｇ、２４ｈ、２４ｉが挿入されている。スイッチング素子２４ｂ、２４ｄ、２４ｆとシャント抵抗２４ｇ、２４ｈ、２４ｉの間が各々、電流検知部３６に接続されている。電圧検知部３７は、平滑コンデンサ２３の正側とインバータ回路２４の間に接続され、インバータ回路２４に供給される電圧を検知する。これらの要素は、モータ７が発生するトルクの温度特性を補正するために、布量検知動作に補正を加える機能を有する。

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。

図２は、布量検知動作を示す図であり、ドラム３の回転数上昇に要する時間、および回転数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、縦軸は回転数である。

布量検知を開始すると、所定の時間経過あるいは所定の回転数Ｎ１に到達の後に、モータ７によって加速トルクＴ１を発生させる。それにより、ΔＮｒだけ回転数を上昇させ、所定の回転数Ｎ２に到達する時間ｔ１を検知する（第１の検知工程）。この第１の検知工程が終了した後に、ドラム３の回転数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を発生させる。それにより、回転数Ｎ３からΔＮｄだけ回転数を降下させ、所定の回転数Ｎ４に至る時間ｔ２を検知する（第２の検知工程）。

ここで、第１の検知工程の動作状態について考察する。

式（３）より、第１の検知工程における角加速度α１は、次式（５）で表される。

α１＝ΔＮｒ／ｔ１ （５）
また、式（１）および式（２）より、
Ｔ１＝（Ｊｄ＋ｍｒ²）α１＋Ｔｂであるから、上式（５）を代入して次式（６）が成立する。

Ｔ１＝（Ｊｄ＋ｍｒ²）ΔＮｒ／ｔ１＋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。

α２＝ΔＮｄ／ｔ２ （７）
Ｔ２＝（Ｊｄ＋ｍｒ²）ΔＮｄ／ｔ２＋Ｔｂ （８）
式（６）および式（８）から、摩擦トルクＴｂの成分を（６）−（８）により消去すると、
Ｔ１−Ｔ２＝（Ｊｄ＋ｍｒ²）（ΔＮｒ／ｔ１−ΔＮｄ／ｔ２）となる。判りやすくする為、両辺を（Ｊｄ＋ｍｒ²）で除すると、
（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｊｄ＋ｍｒ²）＝（ΔＮｒ／ｔ１−ΔＮｄ／ｔ２）
となり、更に右辺の分母を整理すると、式（９）が得られる。

（Ｔ１―Ｔ２）／（Ｊｄ＋ｍｒ²）
＝（ｔ２ΔＮｒ−ｔ１ΔＮｄ）／（ｔ１・ｔ２） （９）
図３は、布量と、速度および時間の関係を示す図であり、横軸は布量、縦軸は速度の差を示す図であり、上式（９）を判りやすく示すものである。

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ΔＮｒ、ΔＮｄ、ｔ１、ｔ２が変化することを示している。

ここで、式（９）に示す右辺の値は、ドラム３の回転数と時間の関係を測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、ΔＮｒ、ΔＮｄはあらかじめ設定するため、布の重量ｍと加速時間ｔ１と減速時間ｔ２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判る。

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、各々一定となるように制御することが望ましい。

上記のような制御は、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知られている。

図４は、布量検知におけるベクトル制御を示す回路制御のブロック図である。

図４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。

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。

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。

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によって主体的に制御することが可能である。また、Ｉｄ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とＩｄ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をゼロとし、Ｉｑ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になる。

ところで、鎖交磁束ψａの大きさは、図５に示すように、モータ７のロータの磁石の温度に逆比例するような温度特性を持つ。そのため、式（１０）から判るように、モータ７が発生するトルクは温度特性を持ち、モータ７に通電する電流を所定値に制御しても、温度に応じて発生するトルクが変動する。その結果、式（９）に基づいて検知される布量の精度に影響が与えられる。本実施の形態のドラム式洗濯機では、この温度特性を補正することにより、布量の検知精度の低減を抑制する。

図１に示される温度特性補正部３５、電流検知部３６、及び電圧検知部３７は、モータ７が発生するトルクの温度特性を補正するために機能する。すなわち、ロータの磁石に隣接する巻線７ａ、７ｂ、７ｃの温度を検知して、実質的にロータの磁石の温度を検知し、それに応じた補正が行われる。巻線７ａ、７ｂ、７ｃの温度は、布量検知動作の開始直前に検知される。ロータの磁石が発生する磁束の温度特性に基づき、検知された温度に応じて、加速トルクＴ１及び減速トルクＴ２を発生させるための巻線７ａ、７ｂ、７ｃに流す駆動電流の設定値が補正される。

すなわち、検知温度からψａの変化率を演算し、Ｉｑにその変化率を掛け合わせた値を補正後Ｉｑ値として、式（１０）に基づき、加速トルクＴ１及び減速トルクＴ２を発生させるための制御が行われる。

巻線７ａ、７ｂ、７ｃの温度を検知するために、温度特性補正部３５は駆動回路３２を制御して、例えば、スイッチング素子２４ａ、２４ｄをオンとし、他のスイッチング素子はオフとして、巻線７ａ、７ｂに所定の温度検知用電圧を印加する。具体的には、スイッチング素子２４ａをオンとし、スイッチング素子２４ｄをＰＷＭ制御する。例えば、インバータ回路２４に供給される電圧を２８０Ｖとすると、スイッチング素子２４ｄをデューティ比１０％でオンさせれば、モータ７のＵ−Ｖ間に温度検知用電圧として約２８Ｖが印加される。温度検知用電圧の印加により巻線７ａ、７ｂを流れる電流が、電流検知部３６により検知される。実際には電流検知部３６は、シャント抵抗２４ｈの両端の電圧を検知し、検知電圧とシャント抵抗２４ｈの抵抗値との関係から電流値を算出する。

なお、シャント抵抗２４ｇ、２４ｈ、２４ｉは、上述のベクトル制御のために、モ−タ７の３相の電流検知用に用いられるものである。従って、この温度補正モ−ドの時も、既存の要素を用いることにより、構成要素の増大を回避することができる。電流を流すのはＵ−Ｖ間に限らず、Ｕ-Ｗ間、あるいはＷ-Ｕ間に電圧を印加して、シャント抵抗２４ｉ、２４ｇにより電流検知を行っても良い。

温度特性補正部３５は、電流検知部３６により検知された巻線７ａ、７ｂに流れる電流値と、巻線７ａ、７ｂに印加された温度検知用電圧の値とを用い、巻線の抵抗の温度特性に基づいて巻線７ａ、７ｂの温度を検知する。更に温度特性補正部３５は、検知した温度に応じて、モータ７が発生するトルクの温度特性に基づき、加速トルクＴ１及び減速トルクＴ２を発生させるための巻線７ａ、７ｂ、７ｃに流す駆動電流の設定値を補正する。それにより、モータ７が発生するトルクを精度よく制御することができる。

一方、電圧検知部３７は、電源２０の電圧の変動に起因して、巻線７ａ、７ｂに印加される温度検知用電圧が変動することを抑制するために用いられる。図６に示すように、電圧検知部３７により検知される電圧、すなわちインバータ回路２４に供給される電圧は、電源２０の電圧の変動に応じて変動する。従って、例えばスイッチング素子２４ｄをＰＷＭ制御する場合のデューティ比を一定にしても、電源２０の電圧の変動によって温度検知用電圧が変動するため、検知される温度に誤差を生じることになる。

そのため、電圧検知部３７によりインバータ回路２４に供給される電圧を検知し、検知された電圧に応じて、スイッチング素子を駆動するＰＷＭ制御のデューティ比を調整する。すなわち、電源２０の電圧が低くなればデューティ比を大きくし、電源２０の電圧が高くなればデューティ比を小さくする。

図７は、本実施の形態における布量検知方法を示すフローチャートである。

図７において、布量検知がスタートすると（ステップＳ１）、まず、温度特性補正部３５、電流検知部３６、及び電圧検知部３７により、モータ温度の検知、すなわち巻線７ａ、７ｂの温度の検知が行われる（ステップＳ２ａ）。次に検知された温度、及びモータ７が発生するトルクの温度特性に基づき、巻線７ａ、７ｂ、７ｃの駆動電流の補正データが設定される（ステップＳ２ｂ）。次に制御部３１は、補正後の設定条件によりモータ７を駆動し、所定の回転数Ｎ１から、所定のトルクによりドラム３の回転数を上昇させる（ステップＳ３）。回転数がΔＮｒだけ上昇した所定の回転数Ｎ２に到達した時点で（ステップＳ４）、回転数がΔＮｒ上昇するのに要した所要時間ｔ１を算出する（ステップＳ５）。

次にモータ７の回転数の降下を開始させる（ステップＳ６）。ドラム３が所定の回転数Ｎ３からΔＮｄだけ回転数が降下した所定の回転数Ｎ４に到達した時点で（ステップＳ７）、回転数がΔＮｄ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Ｓ８）。次にΔＮｒ、ｔ１、ΔＮｄ、ｔ２の値から（９）式の右辺の値（＝（α１−α２））を算出し（ステップＳ９）、予め測定しておいた布量の関係から、式（９）に基づいて布量を求める（ステップＳ１０）。

次に図８のフローチャートを参照して、ステップＳ２ａにより、巻線７ａ、７ｂの温度を検知する手順について説明する。

巻線温度検知がスタートすると（ステップＳ２１）、まず、電圧検知部３７により、インバータ回路２４に供給される電圧が検知される（ステップＳ２２）。次に検知された電圧に基づき、巻線７ａ、７ｂに印加される電圧が所定の温度検知用電圧になるように、ＰＷＭ制御のデューティ比を演算する（ステップＳ２３）。算出されたデューティ比になるように駆動回路３２によりスイッチング素子を駆動して、巻線７ａ、７ｂに温度検知用電圧を印加する（ステップＳ２４）。

所定時間経過後（ステップＳ２５）、電流検知部３６により巻線７ａ、７ｂを流れる電流を検知する（ステップＳ２６）。次に、検知された電流値及び温度検知用電圧を用いて、巻線の温度を算出する（ステップＳ２７）。

ステップＳ２５において所定時間経過後とするのは、以下の理由による。すなわち、Ｕ-Ｖ間に電圧を印加するとステータに電流が流れ、フレミングの左手の法則により、ロータが磁気バランスする位置まで回転する。回転途中では、磁界中にロータが回転するため逆起電力で巻線７ａ、７ｂにに電流が流れる。検知精度を上げるためには、完全にロータがバランスして停止した状態で電流を検知することが望ましい。そのため、ロータが停止した状態になるまでの所定時間経過後、電流の検知を行う。

以上のように構成された洗濯機の布量検知では、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）の双方の回転数と時間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、精度の高い検知が可能となる。さらに、モータ７が発生するトルクの温度特性が補正されることにより、布量検知の精度が確保される。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるドラム式洗濯機について、図９を参照して説明する。図９は、本実施の形態における布量検知方法を示すフローチャートである。図７に示した実施の形態１における布量検知方法と同一のステップについては、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。なお、同ドラム式洗濯機の概略構造は、図１３に示した従来例のものと同様である。また、制御装置の概略構成は、布量検知部３４及び温度特性補正部３５の動作を除き、図１に示した実施の形態１における制御装置と同様である。従って、制御装置については、図１を参照して説明するが、布量検知部３４及び温度特性補正部３５は実施の形態１の場合とは動作が異なることに留意を要する。

実施の形態１における温度特性補正部３５が、検知した巻線の温度に応じて、加速トルク及び減速トルクを発生させるために巻線に流す駆動電流の設定値を補正するのに対して、本実施の形態における温度特性補正部３５は、検知した巻線の温度を布量検知部３４に供給する。それにより、布量検知部３４は、巻線の温度に応じて、モータ７のロータの磁石から発生する磁束の温度特性に基づき、加速時間ｔ１及び減速時間ｔ２と布量との対応関係に補正を加えて布量を検知する。

すなわち、加速トルク及び減速トルクを発生させるために巻線に流す駆動電流の設定値としては、予め設定した所定温度でのＩｑを用いて布量検知動作を行う。加速時間ｔ１及び減速時間ｔ２の測定後、検知された巻線の温度から演算したψａの変化率に基づき、式（９）におけるトルクＴ１、Ｔ２の値を補正して、布量判定の結果を得る。

図９のフローチャートを参照して、布量検知のための処理の流れを説明する。布量検知がスタートすると（ステップＳ１）、まず、温度特性補正部３５、電流検知部３６、及び電圧検知部３７により、モータ温度の検知、すなわち巻線７ａ、７ｂの温度の検知が行われる（ステップＳ２ａ）。温度検知の後、制御部３１は、所定の設定値によりモータ７を駆動し、所定の回転数Ｎ１から、所定のトルクによりドラム３の回転数を上昇させる（ステップＳ３）。

一方、ステップＳ２ａで検知された温度に基づき、（α１−α２）の値に対する補正係数ｋを求める（ステップＳ２ｃ）。補正係数ｋは、例えば、ψａの変化率に基づくトルクＴの値に基づき、テーブルを作成しておくことにより求めることができる。

ステップＳ３からステップＳ１０までは、図７に示した実施の形態１の場合と同様であり、説明の繰り返しを省略する。ステップＳ１０の次にステップＳ２ｄに進み、ステップＳ１０で算出した（α１−α２）を、ステップＳ２ｃで得られた補正係数ｋにより補正する。最後に、補正後のｋ（α１−α２）を用いて布量を求める（ステップＳ１０）。

（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３におけるドラム式洗濯機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。このドラム式洗濯機の概略構造は、図１３に示した従来例のものと同様である。

図１０の制御装置の構成は、図１に示した制御装置に、温度検出用サーミスタ３８、及び基準抵抗値記憶部３９を加えたものである。従って、基本的な動作は、実施の形態１または実施の形態２における制御装置と同様である。温度検出用サーミスタ３８及び環境温度検知部３９は、巻線７ａ、７ｂ、７ｃの抵抗値の製造ばらつきを補正して、巻線温度に基づく補正を精度よく行うために用いられる要素である。温度検出用サーミスタ３８は、モータ７の周囲の環境温度Ｅを検知するように設けられる。温度検出用サーミスタ３８の出力は環境温度検知部３９に供給され、環境温度Ｅが検知される。

基準値測定モードにおいて、制御部３１は、上述の巻線７ａ、７ｂ、７ｃの温度を検知する動作のときと同様にして、巻線に温度検知用電圧が印加されるように制御する。そのとき電流検知部３６が検知する電流値及び温度検知用電圧から、巻線の基準抵抗値Ｒｒを算出する。そして、環境温度Ｅと基準抵抗値Ｒｒの対応関係に基づき、ロータの磁石から発生する磁束の温度特性を補正する。すなわち、巻線の抵抗値の製造ばらつきによる影響を解消して、巻線抵抗の測定値に基づき、ロータの磁石から発生する磁束の温度特性を精度よく決定するために、環境温度Ｅにおける基準抵抗値Ｒｒを用いる。

この補正について、図１１を参照して説明する。同図は、上述の図５と同様、ロータの磁石から発生する磁束の温度特性を示す。但し、巻線抵抗の製造ばらつきに起因する異なる３種の特性線が例示される。図１１において、巻線抵抗標準品の特性線は、巻線抵抗が製造の標準値を有する場合を示す。巻線抵抗上限品の特性線は、巻線抵抗が製造の上限値を有する場合、巻線抵抗下限品の特性線は、巻線抵抗が製造の下限値を有する場合を、各々を示す。

例えば、巻線抵抗標準品の基準抵抗値Ｒｒを、環境温度Ｅ＝２０℃の下でＲｘとする。特性線から求められる対応する鎖交磁束が、図１１にＸで示される。巻線温度検知動作により検知される他の抵抗値に基づいて求められる温度と、対応する鎖交磁束の関係は、特性線で示されるとおりである。

一方、巻線抵抗上限品の基準抵抗値Ｒｒを、環境温度Ｅ＝２０℃の下でＲｙとする。ＲｙはＲｘよりも大きいので、電流検知部３６が検知する電流値から、巻線抵抗標準品と同一の温度特性に基づき巻線温度を検知する場合には、図１１に示すように、同一の検知温度に対して、巻線抵抗標準品の場合に対応させる鎖交磁束よりも高い値Ｙが対応する。巻線抵抗下限品の場合は逆に、低い値Ｚが対応する。

以上のようにして図１１に示されるように、環境温度Ｅにおける基準抵抗値Ｒｒが求められれば、その巻線により測定された温度に対応させて、ロータの磁石から発生する磁束の温度特性が決定される。これにより、モータ７が発生するトルクの温度特性を補正して、巻線７ａ、７ｂ、７ｃの抵抗値の製造ばらつきに影響されることなく、巻線を利用した検知温度に応じて精度よくトルクを制御することができる。

なお、基準値記憶部を設け、環境温度Ｅにおける基準抵抗値Ｒｒとの対応関係に基づき、鎖交磁束の温度特性における、環境温度Ｅと鎖交磁束の値を求めて記憶しておけば、その記憶された磁束の値を基準として、磁束の温度特性を決定し、測定に用いることができる。

図１２は、鎖交磁束の基準値を測定する方法を示すフローチャートである。基準値測定モードがスタートすると（ステップＳ３１）、まず、温度検出用サーミスタ３８が検知するモータ７の周囲の環境温度Ｅは、環境温度検知部３９に供給される（ステップＳ３２）。次に制御部３１は、巻線に温度検知用電圧が印加されるように制御する（ステップＳ３３）。そのとき電流検知部３６が検知する電流値及び温度検知用電圧から、巻線の基準抵抗値Ｒｒを算出する。さらに環境温度Ｅにおける基準抵抗値Ｒｒに対応させて、ロータの磁石から発生する鎖交磁束を算出する。（ステップＳ３４）。この鎖交磁束の値は、温度検出用サーミスタ３８により検知された環境温度Ｅの時の基準値として記憶される（ステップＳ３５）。

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。

本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の制御装置を示すブロック図 同ドラム式洗濯機に用いられる布量検知の動作を示す図 同布量検知の布量と加速度差を示す図 同布量検知におけるベクトル制御を示すブロック図 洗濯モータの巻線により発生する磁束の大きさの温度特性を示す図 電源電圧と電圧検知部により検知される電圧の関係を示す図 実施の形態１における布量検知方法を示すフローチャート 同検知方法における巻線温度検知の方法を示すフローチャート 本発明の実施の形態２におけるドラム式洗濯機の制御方法を示す図 本発明の実施の形態３におけるドラム式洗濯機の制御装置を示すブロック図 モータの巻線の抵抗のばらつき及び温度特性を示す図 モータの巻線の抵抗の基準抵抗値を測定する方法を示すフローチャート ドラム式洗濯機の概略構成を示す断面図 従来例のドラム式洗濯機の布量検知方法を示す図

符号の説明

１ 洗濯機本体
２ 水槽
３ ドラム
７ モータ
７ａ、７ｂ、７ｃ 巻線
１４ 回転検知部
２０ 商用電源
２４ インバータ回路
２４ａ〜２４ｆ スイッチング素子
２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ シャント抵抗
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 位置検出素子
３１ 制御部
３２ 駆動回路
３３ 回転数検知部
３４ 布量検知部
３５ 温度特性補正部
３６ 電流検知部
３７ 電圧検知部
３８ 温度検出用サーミスタ
３９ 環境温度検知部

Claims (4)

1. 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洗濯モータと、前記洗濯モータの回転数を検知する回転数検知装置と、前記洗濯モータの周囲の環境温度を検知するように設けられた温度検知素子と、前記回転数検知装置の検知出力に基づき前記洗濯モータの回転を制御する制御部とを備えた洗濯機において、
   前記制御部は、前記洗濯物の量である布量を検知するための布量検知部と、前記洗濯モータの巻線に流れる電流値を検知する電流検知部と、前記洗濯モータが発生するトルクの温度特性に対して前記布量検知動作を補正するための温度特性補正部と、前記温度検知素子の出力に基づき前記環境温度を検知する環境温度検知部とを備え、
   布量検知動作の際に、前記洗濯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、所定の回転数差ΔＮｒだけ上昇する間の加速時間ｔ１を測定する第１の検知工程と、前記第１の検知工程の後に、前記洗濯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、所定の回転数差ΔＮｄだけ低下する間の減速時間ｔ２を計測する第２の検知工程を行って、前記布量検知部により、前記加速時間ｔ１と前記減速時間ｔ２に基づき、前記布量を検知するとともに、
   前記布量検知動作の開始前に、前記巻線に所定の温度検知用電圧が印加されるように制御し、そのとき前記電流検知部が検知する電流値を用いて、前記巻線の抵抗値の温度特性に基づき前記巻線の温度を検知する構成において、
   前記電流値と前記温度検知用電圧とから前記巻線の基準抵抗値を算出し、前記環境温度と前記基準抵抗値の対応関係に基づき、前記洗濯モータのロータの磁石から発生する磁束の温度特性を補正し、この補正された温度特性に基づき、前記温度特性補正部により、前記加速トルク及び前記減速トルクを発生させるための前記巻線に流す駆動電流の設定値を補正することを特徴とする洗濯機。
2. 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洗濯モータと、前記洗濯モータの回転数を検知する回転数検知装置と、前記洗濯モータの周囲の環境温度を検知するように設けられた温度検知素子と、前記回転数検知装置の検知出力に基づき前記洗濯モータの回転を制御する制御部とを備えた洗濯機において、
   前記制御部は、前記洗濯物の量である布量を検知するための布量検知部と、前記洗濯モータの巻線に流れる電流値を検知する電流検知部と、前記洗濯モータが発生するトルクの温度特性に対して前記布量検知動作を補正するための温度特性補正部と、前記温度検知素子の出力に基づき前記環境温度を検知する環境温度検知部とを備え、
   布量検知動作の際に、前記洗濯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、所定の回転数差ΔＮｒだけ上昇する間の加速時間ｔ１を測定する第１の検知工程と、前記第１の検知工程の後に、前記洗濯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、所定の回転数差ΔＮｄだけ低下する間の減速時間ｔ２を計測する第２の検知工程を行って、前記布量検知部により、前記加速時間ｔ１と前記減速時間ｔ２に基づき、前記布量を検知するとともに、
   前記布量検知動作の開始前に、前記巻線に所定の温度検知用電圧が印加されるように制御し、そのとき前記電流検知部が検知する電流値を用いて、前記巻線の抵抗値の温度特性に基づき前記巻線の温度を検知する構成において、
   前記電流値と前記温度検知用電圧とから前記巻線の基準抵抗値を算出し、前記環境温度と前記基準抵抗値の対応関係に基づき、前記洗濯モータのロータの磁石から発生する磁束の温度特性を補正し、この補正された温度特性に基づき、前記温度特性補正部により、前記加速時間ｔ１及び前記減速時間ｔ２と前記布量との対応関係を補正する補正データを生成し、
   前記布量検知部は、前記補正データに基づき前記布量を検知することを特徴とする洗濯機。
3. 前記洗濯モータの巻線に駆動電圧を印加するためのインバータ回路に供給される電圧を検知する電圧検知部を備え、
   前記制御部は、前記巻線に前記温度検知用電圧を印加する際、前記電圧検知部により検知された電圧に応じて、前記温度検知用電圧が所定電圧となるように前記インバータ回路を制御する請求項１または２に記載の洗濯機。
4. 前記環境温度と前記基準抵抗値の対応関係に基づき、前記磁束の温度特性における前記基準抵抗値に対応する磁束の値を記憶する基準値記憶部を有し、
   前記基準磁束値記憶部に記憶された磁束の値を基準として、前記磁束の温度特性を決定して用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯機。

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