JP4682881B2 - 洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、洗い、濯ぎ、脱水および乾燥を行うために、洗濯槽を回転させる回転駆動力を発生させるモータを有する洗濯機に関するもので、特に高速回転で脱水を行う脱水制御装置に関するものである。

従来、ドラム式洗濯機（従来例１）として、遠心脱水を行うためにモータを高速回転させるモータ回転装置と、洗濯物がドラム内で転動する程度に低速運転させたときの振動振幅検知装置を備え、この振動振幅検知装置で低速でのドラム回転周期の少なくとも１周期以上継続して許容値以上の振幅を検出しない場合、モータ回転装置がドラムの回転速度を低速から高速に切り換えているものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、洗濯乾燥機（従来例２）としては、脱水起動時、洗濯物のアンバランスに起因するドラムの振動過大を検出した場合、その洗濯物のアンバランスをドラムの回転制御によって能動的に解消して、ドラム駆動の脱水工程に早く入ることができるようにモータを回転制御しているものがある（例えば、特許文献２参照）。

図１８（ａ）は、上記特許文献２の洗濯機の内部構造を示す断面図、図１８（ｂ）は、同洗濯機の制御回路のブロック図である。以下、第２の従来例について説明する。

ドラム５および外槽２の振幅が許容値以上になると、外槽２の上部に設けられた突起１４が振幅検知スイッチ１５を押す。振幅検知スイッチがＯＮすると、振幅検出回路２１でその信号が検知され、バランス駆動制御装置２４に入力されている。バランス駆動制御装置２４は、振幅検知スイッチ２１がＯＮの場合、ドラム回転を停止させる制御信号をドラム駆動切換制御装置２５に送信してモータを停止させている。

次に、ドラム５を数秒間正回転させ、続いて数秒間逆回転させる制御信号をドラム駆動切換制御装置２５に送信して、モータ７を正転、逆転させている。さらに、ドラム５を低速回転させる制御信号をドラム駆動切換制御装置２５に送信してモータ７を低速回転させ、その後再びドラム駆動切換制御装置２５の切換によって、洗濯脱水制御装置２２からの脱水制御信号に基づき、モータ７を高速回転させて脱水工程に入っている。

また、従来の他のドラム式洗濯機（従来例３）としては、脱水起動工程において、モータ回転数が共振点を通過する場合に、出力トルクを低下させることによって振動を抑制しながら脱水の回転数を仕様回転数まで上げているものがある（例えば、特許文献３参照）。

図１９は、上記特許文献３のドラム式洗濯機の脱水工程におけるドラム回転速度の速度プロファイルである。以下、第３の従来例について説明する。

ドラムの回転速度を脱水回転速度まで上昇させる脱水起動時において、回転各速度ωが洗い回転速度ω０を超えたω１に達した時間から、共振振動数に対応する共振角速度ωｎに達するまでの期間、ドラムの回転速度上昇をゆるやかに、すなわち加速度を小さくしてモータ制御を行うバランス脱水工程が設けられている。これにより、脱水起動時の共振起因の振動を小さくして、脱水工程の低振動、低騒音を実現している。

また、他のドラム式洗濯機（従来例４）としては、外槽の振動を検出して、その出力値をもとにモータとドラムの回転を制御しているものがある（例えば、特許文献４参照）。

図２０（ａ）は、上記特許文献４のドラム式洗濯機のモータ制御のブロック図、図２０（ｂ）は、同ドラム式洗濯機の構成図である。以下、第４の従来例について説明する。

ドラムが収容される受け筒の振動を検出する振動検知部１と、ドラムを回転させるモータ３と、脱水工程中に振動検知部によってドラムの振動レベルに応じてモータ３の回転数を制御する脱水工程制御部２が設けられている。

脱水工程に入って脱水が開始され、ドラム５が回転を開始すると、受け筒４の表面に設けた振動検知ブロック１３に収容している振動検知部２１は、ドラム５内の布のバランス状態に応じた受け筒４の振動を検知している。振動検知部１はこの振動レベルに応じた電気信号を出力し、脱水工程制御部２２はこの出力信号に応じてモータ３の動作を制御している。高速脱水時の振動レベルが非常に大きくなると予測される場合、高速脱水時の設定回転数を自動的に低くして、振動、騒音の発生を防止している。

また、他の洗濯機の遠心脱液装置（従来例５）としては、洗濯物をドラム内周壁に均等に分散させて、脱水振動を低減しているものがある（例えば、特許文献５参照）。

図２１（ａ）は、上記特許文献５の洗濯機の構成図、図２１（ｂ）は、同洗濯機の制御装置のブロック図である。以下、第５の従来例について説明する。

ドラム内の洗濯物に作用する遠心力が重力よりも若干大きい回転速度でドラムを回転させている間に、偏荷重判定部１６は、モータ電流検出回路２６にて検出されるモータ電流の変動の振幅値から偏荷重の大きさを判断している。

回転速度制御部１４は、偏荷重が所定値より大きい場合にはバランス調整運転を実行する。すなわち、偏荷重がドラムの最高位置より手前にきたときにパルス信号が減速位置指示部１６２から入力されるので、これに元基づいてドラムを瞬間的に急激に減速させている。このとき遠心力は重力よりも小さくなり、重なり合っていた洗濯物は落下して、ドラム内の洗濯物がほぼ均等に分散することになる。
特公昭５０−１６０９９号公報 特開平３−２８９９９８号公報 特開平４−２８２１９６号公報 特開平５−１５４２７５号公報 特開平９−２９００８９号公報

しかしながら、洗濯機の脱水工程において、ドラム内の洗濯物のアンバランスに起因して振動が発生し、ドラムを高速回転させるために回転数を上昇させていく工程でドラムの支持機構系の共振周波数と回転数（回転周波数）が合致した場合、大きな振動と騒音が発生するという課題がある。

また、振動によるトルク変動によって、脱水回転数まで回転数を上昇できない、ひいては脱水時間が長くなってしまうという課題がある。

前記第１の従来の構成では、洗濯物がドラム内で転動する状態でドラムの振動振幅を検出して、脱水工程の高速回転動作の開始を判断している。

しかしながら、ドラム内の洗濯物のアンバランスは、洗濯物がドラム内周壁にはりつく時に発生する。そのため、従来例のように洗濯物が転動するような低速回転で振動振幅を検出してアンバランスを予測しても、高速回転移行時に洗濯物がはりついた場合に洗濯物の偏りが変化するため、アンバランスを高精度に検知することができない。すなわち、低
速でのアンバランス検知精度が低いため、脱水の高速回転起動時および定常時に大きな振動、騒音が発生するという課題と、回転数を仕様まで上げることができず脱水時間が長くなるという課題を有していた。

また、前記第２の従来の構成では、脱水起動時の振動振幅を受け筒上部のスイッチで、許容値に対する上下振動をＯＮ／ＯＦＦで検知している。また、過大振動を検知した場合、回転を停止して、正逆回転動作によるアンバラ補正動作を行っている。

しかしながら、アンバランス補正動作は振動閾値でＯＮ／ＯＦＦで決まってしまい、アンバランス量が異なっても、補正動作は同じである。そのため、アンバランスに最適な補正とはならず、アンバランス補正に時間を要するという課題を有していた。

また、アンバランス補正では、１回の補正動作完了後、駆動電流を検知して再度補正動作を行うか否かを判断して、回転時間、回転速度を変化させているが、アンバランス量に応じていかに調整するかが言及されていない。すなわち、振動量だけの検出であるため、アンバランス補正に時間を要するという課題を有していた。

さらに、前記第３の従来の構成では、共振周波数に応じた回転速度上昇プロファイルを用いて脱水時の起動を行っている。図１９のように、ドラムおよび受け筒を支持する支持機構系の共振周波数に相当する回転数の区間のみ加速度を低く、すなわち加える力を小さくすることによって、振動の低減を図っている。

しかしながら、共振による振動が大きくなる回転数はある幅を持つため、回転数の変化が緩やかな場合、振動が長く継続してしまう。また、脱水起動時、共振は３つのモードが存在していて、その区間すべてを低加速駆動すると、脱水時間が長くなってしまうという課題を有していた。

また、前記第４の従来の構成では、図２０のように、受け筒の筐体に対する振動を検出して、振動が大きい場合アンバランスが大きいと判断して脱水回転数を低く調整している。実施の形態では、６００ｒｐｍで振動を検知している。

しかしながら、アンバランス量が大きい場合、起動時の支持機構系の共振周波数に相当する回転数で大きい振動と騒音が発生してしまい、アンバランスによる共振振動増大を防止できないという課題を有していた。

また、前記第５の従来の構成では、図２１のように、洗濯物に作用する遠心力が重力より若干大きくなる回転速度で、振動を検出してアンバランスを検知している。そしてアンバランス検知した場合に、アンバランス位置を検知しながら急減速動作を行って、重なり合った洗濯物を落下させて洗濯物がドラム内にほぼ均等に分散させている。

しかしながら、重なり合った洗濯物は落下動作でばらけさせることが可能であるが、いったん洗濯時の正回転動作でねじれた洗濯物は落下だけではほぐすことができず、逆回転動作が必要である。すなわち、ねじれた洗濯物のアンバランス補正が不完全、あるいは補正動作に時間が必要で脱水時間が長くなってしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、洗濯物のねじれなどによるアンバランスを高精度に定量的に検出して、洗濯物質量、アンバランス量に応じたアンバランス補正を行うことで、補正動作の高速化と、脱水起動時の共振による振動、騒音を低減できるようにした洗濯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の洗濯機は、洗濯物を回転させる洗濯槽と、前記洗濯槽を回転駆動するモータと、前記洗濯槽を収容し筐体に対して支持手段で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記支持手段の共振特性が検出できる状態で前記振動検出手段の出力に応じてアンバランス量を推定するアンバランス量推定手段と、前記モータの駆動を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記振動検出手段とアンバランス量推定手段の出力をもとに制御量を出力するようにし、洗濯物にかかる遠心力が重力とほぼ等しい回転数で前記振動検出手段により前記受け筒の振動を検出し、検出した振動があらかじめ設定した起動閾値以下の場合、回転数をゆるやかに上昇させ、洗濯物にかかる遠心力が重力より大きい回転数で、かつ共振特性を検出できる回転数で回転数の上昇を停止し、再度、前記振動検出手段により前記受け筒の振動を検出し、あらかじめ設定した脱水切換閾値以下の場合、加速度を上げて回転数を上昇させ、その際、回転数に応じて前記モータのフィードバック制御帯域を調整するようにし、脱水時のフィードバック制御帯域を、回転周波数よりも高く、かつ回転に伴う振動を制御することのできる回転周波数に設定するものである。

これにより、脱水時のアンバランス量を低減することができるとともに、脱水起動時及び定常時の振動、騒音を低減することが可能となる。

本発明の洗濯機は、脱水工程において洗濯物の偏りであるアンバランス量を高精度に検出することができるとともに、そのアンバランス量を低減することが可能であり、また加えて支持機構系の共振特性を調整することが可能であり、アンバランスと共振に伴う振動、騒音を低減することができるため、低振動、低騒音の高速脱水を実現することができる。

第１の発明は、洗濯物を回転させる洗濯槽と、前記洗濯槽を回転駆動するモータと、前記洗濯槽を収容し筐体に対して支持手段で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記支持手段の共振特性が検出できる状態で前記振動検出手段の出力に応じてアンバランス量を推定するアンバランス量推定手段と、前記モータの駆動を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記振動検出手段とアンバランス量推定手段の出力をもとに制御量を出力するようにし、洗濯物にかかる遠心力が重力とほぼ等しい回転数で前記振動検出手段により前記受け筒の振動を検出し、検出した振動があらかじめ設定した起動閾値以下の場合、回転数をゆるやかに上昇させ、洗濯物にかかる遠心力が重力より大きい回転数で、かつ共振特性を検出できる回転数で回転数の上昇を停止し、再度、前記振動検出手段により前記受け筒の振動を検出し、あらかじめ設定した脱水切換閾値以下の場合、加速度を上げて回転数を上昇させ、その際、回転数に応じて前記モータのフィードバック制御帯域を調整するようにし、脱水時のフィードバック制御帯域を、回転周波数よりも高く、かつ回転に伴う振動を制御することのできる回転周波数に設定することにより、脱水時に高精度でアンバランス量を推定することができ、そのアンバランス量をモータ回転動作で低減することができるため、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができ、かつ、振動検出およびアンバランス推定を複数回数行うことになり、高精度にアンバランスを推定することができるため、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができ、さらに、脱水時の回転による振動が制御器で増幅されることがないため、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

第２の発明は、第１の発明の制御手段は、洗濯動作に応じてモータのフィードバック制御帯域を調整するようにし、洗濯および乾燥時のフィードバック制御帯域を、支持手段の
共振周波数よりも低く、かつ機構共振振動が制御系で増幅される周波数以下に設定することにより、洗濯および乾燥時の回転による振動が制御器で増幅されることがないため、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

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、本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洗濯機の洗濯物のアンバランスによる振動を抑制させる制御装置のブロック図である。

図１において、１０は筐体、１１は洗濯物を収容し回転させる洗濯槽としての回転ドラム、１２は回転ドラムを速度制御しながら回転させるモータで、ブラシレスモータにより構成している。１３は洗濯物と水が入る受け筒、１８は洗濯物投入口を有するカバー、１４は受け筒と洗濯物投入口のあるカバー１８との隙間をなくして接続するためのシールパッキン、１５は洗濯槽の姿勢を保持するための支持ばね、１６は洗濯時（モータ回転時）に発生する振動を低減して、筐体や床への振動伝達を小さくするためのばねとダンパ、１７は変位センサ兼振動センサで、センサ信号より質量と振動量をセンシングしている。また、１９は洗濯機を床に設置する防振ゴムで、１５と１７があわせて支持手段である。

さらに、２１は振動センサ信号よりアンバランス量を推定するアンバランス推定手段、２２はモータを回転制御する制御手段である。

また、制御手段は、２４がアンバランスをなくすためにアンバランス量に応じて洗濯物ほぐし動作を指令するアンバランス補正手段、２５がモータ１２の回転速度を検出する速度検出手段、２６がモータの回転速度指令値Ｖｒｅｆと検出した実際の回転速度Ｖｍとの差分をより、速度偏差ＶＥを演算し、その速度偏差ＶＥに基づいて制御量Ｕを演算して出力するとともに、アンバランス補正手段の指令に応じて制御量を出力する制御量演算手段、２７が制御量Ｕに基づいて３相のＰＷＭ駆動電流を出力する駆動手段で構成されている。

図２は、本発明の第１の実施の形態における洗濯機の制御装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。

図２において、はじめに変位センサ１７で洗濯物質量を測定する。次に回転数を８０ｒ／ｍｉｎまで上昇させ、洗濯物にかかる遠心力が重力とほぼ等しいかそれよりも少し大きくなる状態にする。ここで、大きな振動がないか、大幅なアンバランスがないかを確認して、回転数を１５０ｒ／ｍｉｎまで上昇させる。振動が大きくアンバランスが大きいと判断した場合は、回転を一度停止した後、再度８０ｒ／ｍｉｎまで回転数を上昇させる。

回転数を１５０ｒ／ｍｉｎまで上昇させた後、変位センサ信号の振動振幅を再計測する。あらかじめ、センサ出力とアンバランスの関係をテーブルとして有している。

図３は、センサ出力とアンバランス量の関係を示したグラフである。横軸がアンバランス量、縦軸が振動センサ１７の出力電圧である。図において、回転数が１００ｒ／ｍｉｎ、１５０ｒ／ｍｉｎ、１７０ｒ／ｍｉｎの３つのグラフがあるが、ここでは、感度が高く、かつ、リニアリティのよい１５０ｒ／ｍｉｎでアンバランス量を推定している。

図３のアンバランス量と変位センサ出力の関係を示す実測図より、１００ｒ／ｍｉｎと１５０ｒ／ｍｉｎを比較した場合、５倍以上の感度で計測が可能になる。また、１７０ｒ
／ｍｉｎまで回転数を上げると、アンバランス量が６００ｇ以上で急激に振動が大きくなり、性能劣化、安全性で問題となる可能性がある。よって、本実施の形態ではアンバランス計測速度を１５０ｒ／ｍｉｎとしている。

ここで、アンバランス量が６００ｇ以上と推定された場合、ほぐし動作を開始し、６００ｇ未満の場合、回転数を再度上昇させ、脱水の目標回転数まで上昇させる。

図４は回転数と共振による変位センサ出力の変化を示した図である。本実施の形態の場合、２００ｒ／ｍｉｎと３００ｒ／ｍｉｎで共振が発生し、大きな振動が検出される。そのため、ここでは、振動による性能劣化や利用者の不満が発生しない程度で、できるだけ検出感度の高い状態でアンバランス量を推定したいため、この点においても１つ目の大きな共振周波数より少し小さい１５０ｒ／ｍｉｎで振動を検出している。

実際には、この共振特性のある回転数でアンバランス量を推定する場合、共振周波数よりも小さい範囲でかつ共振周波数の７０％から９５％の範囲で行うとよい。

次に、アンバランスがあった場合の、アンバランス補正手段による洗濯物ほぐし動作について説明する。

図５は、本発明の第１の実施の形態における洗濯機のアンバランス補正手段の動作シーケンスを示すフローチャートと速度プロファイルである。

アンバランスが６００ｇ以上であると推定された場合、アンバランス補正手段は、制御量演算手段対してほぐし動作のための回転速度指令を与える。

以下、図５（ａ）のフローチャートを用いて説明する。はじめに、水を１０ｓｅｃ間加える。これは、絡まっている洗濯物の間に水が入り、回転によるほぐしやすさが増すためである。

そして次に、通常洗濯時と逆回転で、回転速度７０ｒ／ｍｉｎで９ｓｅｃ間回転させ、その後正転で、回転速度６０ｒ／ｍｉｎで９ｓｅｃ間回転させる。さらに、一旦停止後逆回転で６０ｒ／ｍｉｎで１２ｓｅｃ間回転させ、その後正転で、回転速度６０ｒ／ｍｉｎで９ｓｅｃ間回転させる。

図５（ｂ）は、アンバランス補正手段が出力する速度プロファイルで、上記のような逆回転動作と起動停止によって、固まった洗濯物がバラけるとともに、間に空間が入り、ほぐされることとになる。指令時間は、短すぎると洗濯物が多い場合、回転起動できない。また、長すぎると、ほぐされた洗濯物が再度、ねじれてアンバランス要因になってしまうため、ここでは９ｓｅｃと１２ｓｅｃとした。また、回転速度も８０ｒ／ｍｉｎ以上であると洗濯物が張り付いてほぐされないため、７０ｒ／ｍｉｎと６０ｒ／ｍｉｎとした。

図６は洗濯動作直後のアンバランスがある場合と、ほぐし動作後のアンバランスを低減した場合の水受け筒の振動量の測定結果である。洗濯動作後、約１ｋｇのアンバランスがあった状態が、ほぐし動作後約３００ｇのアンバランスに低減されている。

以上より、変位センサもしくは振動センサとアンバランス推定手段によって高精度にアンバランス量を推定することができるとともに、そのアンバランスに大きさに応じて、アンバランス補正手段もよって、洗濯物ほぐし動作を実行することができる。

よって、脱水時に高精度でアンバランス量を推定することができ、そのアンバランス量
をモータ回転動作で低減することができるため、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

なお、ここでは正逆の回転を交互に２回行っているが、１回あるいは４回などであっても同様の効果が得られる。

また、逆転の回転数を７０ｒ／ｍｉｎと６０ｒ／ｍｉｎとしたが、洗濯物が遠心力で張り付かない回転数であれば、同様の効果が得られる。

さらに、加速時間は３ｓｅｃないし４ｓｅｃ、ほぐし定常回転時間は４ｓｅｃから８ｓｅｃとしたが、この回転時間に限定されるものではない。

また、アンバラ検出は８０ｒ／ｍｉｎと１５０ｒ／ｍｉｎで行っているが、遠心力の方が重力よりも大きくなっている回転数であればよい。

さらに、共振特性でのアンバラ検出は１５０ｒ／ｍｉｎで行っているが、支持手段による共振周波数によって、アンバランス検知感度が大きくなっている場合であれば、他の回転数でもよい。

（実施の形態２）
図７は、本発明の第２の実施の形態である洗濯機の制御装置のブロック構成図である。制御装置の基本的な構成については、第１の実施の形態と同様のため、ここでは、基本的な説明は省略する。また、第１の実施の形態と同一の構成要素については、図１と同一の符号を付している。

図１と異なるところは、動作切換手段２７を有していて、動作切換手段２７が、脱水工程において、アンバランス推定量に応じて、そのまま脱水回転数まで回転数を上昇させる動作モードと、目標とする設定脱水回転数を下げて回転させる動作モードと、アンバランス補正手段による布ほぐし動作を実行してから回転数を目標の回転数まで上昇させる動作モードの３つの動作を切り換えているところである。

図８は、動作切換手段の動作シーケンスを示すフローチャートである。図２と異なるのは、回転数１５０ｒ／ｍｉｎで、アンバランス検知５の判断において、アンバランス量が６００ｇ以上と判断された場合、ほぐし動作を開始し、６００ｇ未満の場合、回転数を再度上昇させ、脱水の目標回転数まで上昇させるとともに、アンバランス閾値６の判断において、アンバランスが４００ｇ以下の場合、脱水の初期設定回転数９００ｒ／ｍｉｎまで上昇させ、そうでない場合、脱水回転数を７５０ｒ／ｍｉｎに再設定して回転数を上昇させている。この３つの動作切換を動作切換手段２７が行っている。

さらに、図９は図７の制御装置に制御パラメータ調整手段２８が追加された場合のブロック図である。制御パラメータ調整手段は、変位センサによる洗濯物質量とアンバランス量推定手段の出力であるアンバランス量から慣性モーメントを再計算している。そして制御パラメータ調整手段は、その新たな慣性モーメントを元に制御パラメータ（制御ゲイン）を再計算して、制御量演算手段の制御パラメータを書き換えている。

図１０は制御量演算手段の詳細ブロック図である。速度検出手段の出力Ｖｍと動作切換手段によって調整される目標回転速度Ｖｒｅｆより速度偏差を導出し、変更された制御パラメータを用いて制御量Ｕを演算、出力している。

ここで、２６２のＫｖは速度フィードバックゲイン、２６３のＫｉは積分フィードバッ
クゲイン、２６６は１サンプリング前の速度誤差をあらわすための遅延子、２６５は速度誤差を加算する積分器である。そして、再計算される制御ゲインはＫｖ、Ｋｉである。

また、図１１は図７の制御装置にアンバランス補正パラメータ調整手段２９が追加された場合のブロック図である。アンバランス補正パラメータ調整手段は、アンバランス推定手段の推定したアンバランス量に応じて、布ほぐし動作を行う場合のパラメータを調整している。

布ほぐし動作は、洗濯物の質量とアンバランス量に応じて、回転速度、加速度と回転時間、動作回数、正逆のタイミングが決定される。たとえば、洗濯物４．５ｋｇ、アンバランス１ｋｇの場合、正逆交互に２回、回転数６０ｒ／ｍｉｎ、回転時間それぞれ９ｓｅｃでほぐし動作が実行される。

また、洗濯物６．０ｋｇ、アンバランス１ｋｇの場合、正逆交互に３回、回転数４５ｒ／ｍｉｎ、回転時間それぞれ１５ｓｅｃでほぐし動作が実行される。

アンバランス補正パラメータ調整手段は、各パラメータのテーブルをメモリに有していて、条件に応じて、アンバランス補正手段のパラメータを書き換える。

以上より、変位センサもしくは振動センサとアンバランス推定手段によって高精度にアンバランス量を推定することができるとともに、そのアンバランスに大きさに応じて、アンバランス補正手段もよって、洗濯物ほぐし動作を実行することができる。

よって、脱水時に高精度でアンバランス量を推定することができ、そのアンバランス量をモータ回転動作で低減することができるため、アンバランスによる振動、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

なお、ここでは比例積分制御であるため、速度ゲイン（比例ゲイン）と積分ゲインを調整しているが、摩擦などのフィードフォーワード制御を行う場合のゲインや、加速度をフィードバックするようなゲインを調整しても同様の効果が得られる。

また、回転数、正逆の回数、正逆の方向と順番、回転時間などは、ここで記載した値のみに言及されるものではなく、他の値でも同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
図１２は、本発明の第３の実施の形態である洗濯機の速度制御装置のブロック構成図である。速度制御装置の基本的な構成については、第１の実施の形態と同様のため、ここでは、基本的な説明は省略する。また、第１の実施の形態と同一の構成要素については、図１と同一の符号を付している。

図１と異なるところは、洗濯物にかかる遠心力が重力とほぼ等しくなる回転数で振動検出して、その値に応じて回転数の上昇とその加速度を決定して、制御量演算手段に速度指令を出力する速度制御調整手段３０を有するところである。

図１３は図１２の速度制御装置の速度プロファイルと加速度プロファイルに相当するフローチャートである。

速度制御調整手段は、脱水工程に入り、脱水回転数まで回転数を上昇させるために速度検出手段の測定した回転速度をもとに制御量を演算して回転数を上昇させるように加速信号を出力する。ここで加速度は２０ｒ／ｍｉｎ／ｓｅｃとしている。

次に、回転数が上昇して、洗濯ものにかかる遠心力が重力とほぼ等しくなる回転数、たとえば８０ｒ／ｍｉｎで１回目の振動検出を行う。ここで、あらかじめ決定していた閾値以上の場合、回転を一旦停止して、再起動後同じ条件で振動量を再検出する。たとえば、振動センサ出力電圧１００ｍＶ以下とする。

また、振動検出した値が閾値未満の場合、加速度を減らして、たとえば５ｒ／ｍｉｎ／ｓｅｃで２回目の振動検出回転数１５０ｒ／ｍｉｎまで回転数を上昇させる。緩やかな加速にすることで、駆動電流の高調波成分を抑えることができるため、高周波振動を低減することができるため、低騒音化が可能となる。

さらに、制御手段は、１６０ｒ／ｍｉｎから２００ｒ／ｍｉｎまでの間は、逆に加速度を一時的に上げて４０ｒ／ｍｉｎ／ｓｅｃとする。ここで共振周波数に相当する回転数は１８０ｒ／ｍｉｎで、共振による影響のみを除外させるため、その範囲のみ約１ｓｅｃ間のみ、高調波振動の影響を受けることになる。

また、制御手段は、モータの回転数に応じて制御帯域を調整する機能を有する。脱水工程において、振動検出工程の１５０ｒ／ｍｉｎの回転数までは、制御帯域を回転数の２０倍の５０Ｈｚで速度制御を行っている。

その後、脱水回転数９００ｒ／ｍｉｎでは制御帯域を回転数の１０倍の１５０Ｈｚで速度制御を行っている。回転数９００ｒ／ｍｉｎを制御帯域５０Ｈｚで制御した場合、制御系の位相余裕が小さくなり、制御帯域近傍の周波数、この場合回転周波数も含まれる範囲で振動抑制特性が劣化、振動を増幅してしまう場合が生じることになる。

さらに、制御手段は、洗濯動作に応じて制御帯域を調整する機能を有する。洗濯時、回転数は５０ｒ／ｍｉｎ相当であり、制御帯域は共振周波数よりも低く、２Ｈｚに設定する。また乾燥時は、回転数が最高１２０ｒ／ｍｉｎとなるため、制御帯域は２０Ｈｚとする。そして、脱水時は、前述したように５０Ｈｚ〜１５０Ｈｚとしている。

以上より、速度制御微調整手段によって加速度や制御帯域を、動作回転数に応じて調整することができる。

よって、脱水時に高調波による振動発生を抑制することができ、かつ回転振動や支持機構系の共振による振動も低減することができるため、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

（実施の形態４）
図１４は、本発明の第４の実施の形態である洗濯機の速度制御装置のブロック構成図である。速度制御装置の基本的な構成については、第１の実施の形態と同様のため、ここでは、基本的な説明は省略する。また、第１の実施の形態と同一の構成要素については、図１と同一の符号を付している。

図１と異なるところは、支持手段のばね特性と粘性特性の両方もしくはその一方を変更して共振特性を変化させる機構特性調整手段３１を有するところである。

図１５は機構調整手段の構成図である。１６の支持手段はばねと流体シリンダソレノイド、変位センサ、粘性調整コイルで構成される。流体シリンダソレノイドは、変位センサ信号をもとに変位量が一定値になるようにソレノイドに電流を印加してシリンダを上下に制御駆動する。すなわち、受け筒の振動がなくなるよう流体シリンダを制御駆動する。ソ
レノイドは電磁駆動である。

振動検出手段３１１でアンバランスによる振動を検出し、その振動信号をもとに、制振制御手段３１２において制御量を演算して流体シリンダソレノイドを上下駆動して振動を打ち消している。

また、シリンダの制御帯域は、回転数に応じて変更され、回転数が１２０ｒ／ｍｉｎの場合、回転周波数２Ｈｚの２倍以上で、１０倍の２０Ｈｚに設定され、回転数によって共振することを防止している。また、回転数が脱水で９００ｒ／ｍｉｎの場合、制御帯域は１５０Ｈｚに上昇させている。

また、シリンダにはコイルが巻かれていて電流を印加することで流体の粘性特性を変化させている。シリンダ内の流体はＭＲ流体で、コイルに流す電流によってＭＲ流体に磁界が加えられ、粘性特性が変化する。あらかじめ、磁界と粘性との関係を記憶してあり、回転速度に応じて電流を加えている。そして、回転数が１２０ｒ／ｍｉｎ以上の場合、粘性係数が高く０．５以上になるように電流を印加している。

よって、従来の支持手段のようにばねのみの構成では、脱水工程で回転数を上昇させる場合、３つの共振周波数の影響をうけて、大きな振動、ひいては騒音を発生させるがその影響を低減することができる。

以上より、機構特性調整手段によって支持手段の共振周波数、粘性特性を、動作回転数に応じて調整することができる。

よって、脱水時に高調波による振動発生を抑制することができ、かつ回転振動や支持機構系の共振による振動も低減することができるため、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

（実施の形態５）
図１６は、本発明の第５の実施の形態である洗濯機の速度制御装置のブロック構成図である。速度制御装置の基本的な構成については、第１の実施の形態と同様のため、ここでは、基本的な説明は省略する。また、第１の実施の形態と同一の構成要素については、図１と同一の符号を付している。

図１と異なるところは、推定したアンバランス量の円周方向のアンバランス位置を検出するアンバランス位置検出手段３２と、アンバランスを補正するカウンタバランスであるバランサ３３と、バランサの円周方向の位置を検出するバランサ位置検出手段３４と、バランサを移動させてアンバランスを補正するアンバランス制御手段３５を有するところである。バランサ位置検出手段３４はフォトダイオードで構成し、アンバランス制御手段３５はリニアモータで構成している。

図１７はバランサのついたドラムの概略図である。ドラムには円周上に複数のレールがあり、ここでは４本のレールがある。バランサはこのレール上を円周方向に移動する。バランサは１本のレールに６個のバランサが配置され、バランサ１つの質量は５０ｇである。

よって、最大１２００ｇのアンバランスまで、カウンタバランスを設けて補正することが可能である。

いま、アンバランスが図６（ａ）のように約３ｋｇあった場合、ほぐし動作を行い、ア
ンバランスを１０００ｇ以下にする。アンバランスが１０００ｇの状態であった場合、図１８のように、はじめ図１８（ａ）のように４×６個のバランサが均等に配置されているが、上記アンバランスを補正するため、図１８（ｂ）のようにバランサがアンバランス位置検出手段の信号とバランサ位置検出手段の信号をもとにアンバランスを補正するようにバランサを移動制御する。

以上より、機構特性調整手段によって支持手段の共振周波数、粘性特性を、動作回転数に応じて調整することができる。

よって、脱水時に高調波による振動発生を抑制することができ、かつ回転振動や支持機構系の共振による振動も低減することができるため、騒音を低減するとともに脱水時間を短縮することができる。

なお、本実施の形態では、粘性を切り替えるのにＭＲ流体を用いたが、ＥＲ流体など粘性の変化する流体であれば同様の効果が得られる。

また、流体の粘性を直接変化させるのではなく、流体がシリンダを移動するときの穴径を変化させることによっても、流体抵抗が変化するため、同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる洗濯機は、脱水工程において洗濯物の偏りであるアンバランス量を高精度に検出することができるとともに、そのアンバランス量を低減することが可能であり、また加えて支持機構系の共振特性を調整することが可能であり、アンバランスと共振に伴う振動、騒音を低減することができるため、低振動、低騒音の高速脱水を実現することができるので、洗濯機における洗濯物の偏りが原因の振動や騒音低減のために有用である。

本発明の実施の形態１における洗濯機の制御装置のブロック図 同洗濯機の制御装置の動作シーケンスのフローチャート 同洗濯機の変位センサ出力値とアンバランス量の関係図 同洗濯機の変位センサ出力値と回転数との関係図 （ａ）同洗濯機のアンバランス補正手段の動作シーケンスのフローチャート（ｂ）同洗濯機のアンバランス補正手段の速度プロファイル図 （ａ）同洗濯機の洗濯動作直後の振動量を示すグラフ（ｂ）同洗濯機のほぐし動作後の振動量を示すグラフ 本発明の実施の形態２における洗濯機の制御装置のブロック図 同洗濯機の動作切換手段の動作シーケンスのフローチャート 同洗濯機の制御パラメータ手段を含むブロック図 同洗濯機の制御量演算手段の詳細ブロック図 同洗濯機のアンバランス補正パラメータ調整手段を含むブロック図 本発明の実施の形態３における洗濯機の制御装置のブロック図 同洗濯機の制御装置の動作シーケンスのフローチャート 本発明の実施の形態４における洗濯機の制御装置のブロック図 同洗濯機の機構調整手段の構成図 本発明の実施の形態５における洗濯機の制御装置のブロック図 （ａ）同洗濯機のアンバランス制御手段によるバランサの動作説明図（ｂ）同洗濯機の構成図 （ａ）従来の洗濯機の内部構造図（ｂ）同洗濯機の制御回路のブロック図 同洗濯機の他の例の制御装置の速度プロファイル図 （ａ）同洗濯機の他の例の制御装置のブロック図（ｂ）同洗濯機の構成図 （ａ）同洗濯機の他の例の構成図（ｂ）同洗濯機の制御装置のブロック図

１０ 筐体
１１ 回転ドラム（洗濯槽）
１２ モータ
１３ 受け筒
１４ シールパッキン
１５ 支持ばね
１６ ダンパ
１７ 変位センサ
１８ カバー
１９ 防振ゴム
２１ アンバランス量推定手段
２２ 制御手段

Claims (2)

1. 洗濯物を回転させる洗濯槽と、前記洗濯槽を回転駆動するモータと、前記洗濯槽を収容し筐体に対して支持手段で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記支持手段の共振特性が検出できる状態で前記振動検出手段の出力に応じてアンバランス量を推定するアンバランス量推定手段と、前記モータの駆動を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記振動検出手段とアンバランス量推定手段の出力をもとに制御量を出力するようにし、洗濯物にかかる遠心力が重力とほぼ等しい回転数で前記振動検出手段により前記受け筒の振動を検出し、検出した振動があらかじめ設定した起動閾値以下の場合、回転数をゆるやかに上昇させ、洗濯物にかかる遠心力が重力より大きい回転数で、かつ共振特性を検出できる回転数で回転数の上昇を停止し、再度、前記振動検出手段により前記受け筒の振動を検出し、あらかじめ設定した脱水切換閾値以下の場合、加速度を上げて回転数を上昇させ、その際、回転数に応じて前記モータのフィードバック制御帯域を調整するようにし、脱水時のフィードバック制御帯域を、回転周波数よりも高く、かつ回転に伴う振動を制御することのできる回転周波数に設定することを特徴とする洗濯機。
2. 制御手段は、洗濯動作に応じてモータのフィードバック制御帯域を調整するようにし、洗濯および乾燥時のフィードバック制御帯域を、支持手段の共振周波数よりも低く、かつ機構共振振動が制御系で増幅される周波数以下に設定することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。