JP4935764B2 - ドラム式洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、洗濯物を収容した回転ドラムを回転駆動することにより洗濯、すすぎ、脱水するドラム式洗濯機に関するものである。

従来、この種のドラム式洗濯機は、脱水運転時、ドラム内に衣類の偏り（アンバランス分布）による水槽等の振動系の共振振動等による異常振動を避けるため、モータの回転数変動幅からアンバランス分布を検知して脱水工程への移行を判断する制御をしている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来のドラム式洗濯機の縦断面図であり、図７は、同ドラム式洗濯機の制御装置の構成を示す図であり、以下図６、図７に従ってその内容を説明する。

図６において、洗濯機本体９内には、サスペンション構造（図示せず）によって水槽３が宙吊り状態に防振支持されている。水槽３内には、有底円筒形に形成されたドラム１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３の正面側にはドラム１の開口端に通じる衣類出入口１５が形成され、洗濯機本体９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８を開閉することにより、衣類出入口１５を介してドラム１内に対して洗濯物を出し入れすることができる。ドラム１には、その周面に水槽３内に通じる多数の透孔２が形成され、脱水運転時の水抜き穴とし、このドラム１は、水槽２の外底部に取り付けられたモータ６によって、駆動プーリ１３およびＶベルト７、従動プーリ５を介して正転及び逆転方向に回転駆動される。

制御装置１１は、モータ６などの動作を制御し、洗濯、すすぎ、脱水などの一連の工程を逐次制御する。

ドラム１内に洗濯物及び洗剤を投入して、洗濯機本体９の前面上部に設けられた操作パネル１０での操作により制御装置１１を介して運転を開始すると、水槽３内には所定量の注水がなされ、モータ６によりドラム１が低速回転駆動されて洗濯工程が開始され、ドラム１内に収容された洗濯物はドラム１の内周壁に設けた攪拌突起１４によって回転方向に持ち上げられ、適当な高さ位置から落下する叩き洗いの作用により洗濯がなされる。

所要の洗濯時間の後、すすぎ工程においても洗濯行程と同様の攪拌動作が繰り返されてすすぎ洗いが実施され、所定のすすぎ工程の後、ドラム１を高速回転させる脱水工程に移行する。

図７の制御装置ブロック図に示すように、モータ６はインダクションモータで構成し、複数の極数を有し、洗濯やすすぎ時はドラム１を第１の回転数（例えば４５ｒｐｍ）で回転させるため１６極運転とし低速回転でトルクが出るようにし、脱水では、高速回転（例えば、９００ｒｐｍ）で遠心脱水する為にモータの極数を２極に切り替える。

この前記制御は、パワースイッチング手段１２を介してモータ６に加える電圧の導通角を変化させて、モータ６回転数を制御する。回転数検知手段２０は、モータ６の回転数を検知することでドラム１の回転数を検知し検知結果を制御手段２４へ出力する。

ここで、脱水運転時にドラム内の衣類の偏り（アンバランスの分布）によりドラムの重心に回りの回転モーメントと並進推進力が発生する。

たとえば、水槽３およびドラム１およびモータ６を含めた振動系の重心周りの慣性モーメントをＩ、この回転運動に抵抗するダンパー（図示せず）やゴムパッキン部（図示せず）を含めたバネ定数をＫとすると、図６に垂直な軸に対して振動が大きくなる代表的なピッチングの共振回転数Ｎｃ（ｒ／ｍｉｎ）は、
Ｎｃ＝６０／２π√（Ｋ／Ｉ）
となり、この回転数は約１５０〜２５０ｒ／ｍｉｎ付近に存在し、脱水運転時に低速から前記共振回転数を通過する際にドラム重心を中心としたピッチング（上下運動）による共振振動を発生し、水槽３の振動が大きくなり、結果として脱水工程時における機器の振動が大きくなり、使用者に不安を与えたり、また機器自体に損傷を及ぼす場合がある。

なお、上記例ではピッチング（上下運動）における共振について記述したが、実際の脱水運転時には、重心周りの水平垂直の３軸方向と各軸周り等に複数の共振回転数を生じるのが一般的である。

前記共振回転数での振動対策として、比較的低速回転（たとえば１００ｒ／ｍｉｎ）において、制御装置１１によりモータ６に与えるトルクを一定とし、その場合のドラム１の回転数の変動等を検出することにより、衣類のアンバランス分布を検出したのち、脱水工程への移行の可否判断を行い、アンバランス分布が大の場合には、布ほぐしの為のすすぎ工程のやり直し等の制御をして、水槽の共振振動が起こりにくいようにし、脱水運転中の水槽の振動を抑えるようにしている。
特開２００７−０６８８１３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、衣類の種類や量によっては回転ドラム内にアンバランス分布しやすい場合があり、その都度、脱水工程に移行せずに布ほぐしの為の再すすぎ工程に移行していたのでは運転時間が長くなりすぎるので、若干のアンバランス分布の場合には、脱水工程に移行させなければドラム式洗濯機として機能しない。

その為、脱水起動時の運転における共振回転数Ｎｃ近傍でのドラムの回転加速の加速トルクを大きくするために、モータ自体の発生トルクに余裕を持たせねばならない。その為には、出力の大きなモータを用意する必要があり、結果として、機器自体のコストアップにつなが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、水槽の振動を検出し、脱水起動時のドラム回転数の加速方法を調整することで、脱水運転時における水槽の共振回転数Ｎｃを通過するときの振動を抑え、モータの必要トルクを最小とし、安価で低振動なドラム式洗濯機を提供することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明のドラム式洗濯機は、洗濯物を収容する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、前記ドラムの駆動モータと、前記モータの回転数検知装置と、前記回転数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、前記水槽の振動に応じた出力を発生する振動センサとを備え、前記制御部は、前記モータに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、ドラム、モータ、水槽などの振動系の共振回転数Ｎｃより小さい所定の回転数Ｎ１から前記Ｎｃより大きい所定の回転数Ｎ２まで回転数を上昇させる際に、前記回転数Ｎ１から回転数を上昇させ、前記振動センサの出力が極小値となる回転数を検出した時に前記回転数Ｎ２まで加速し続けるようにしたものである。

これにより、脱水運転時におけるドラムの回転加速で、共振回転数Ｎｃを超えるための必要加速トルクを最小とするようにした必要最低限の出力トルクをもったモータを選出でき、安価で低振動なドラム式洗濯機を提供することが可能となる。

本発明のドラム式洗濯機は、脱水起動時におけるモータの必要加速トルクを最小とする手段をもつことで、出力の大きなモータを使用することなく、必要最小限のモータを選択でき、これにより安価で低振動なドラム式洗濯機を提供することが可能となる。

第１の発明は、略水平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、前記モータの回転数を検知する回転数検知装置と、前記回転数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、前記水槽に取り付けられ、前記水槽の振動に応じた出力を発生する振動センサとを備え、前記制御部は、前記モータに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、ドラム、モータ、水槽などの振動系の共振回転数Ｎｃより小さい所定の回転数Ｎ１から前記共振回転数Ｎｃより大きい所定の回転数Ｎ２まで回転数を上昇させる際に、前記回転数Ｎ１から回転数を上昇させ、前記振動センサの出力が極小値となる回転数を検出した時に前記回転数Ｎ２まで加速し続けるようにしたことにより、ドラムの回転数Ｎ１から回転数Ｎ２の間に現れる水槽の共振回転数Ｎｃを超えるときの水槽の振動を小さくし、また、モータに必要となる必要加速トルクを最小限にし、最小限の出力トルクを持ったモータを選定することができ、安価で低振動なドラム式洗濯機を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の制御部を、前記回転数Ｎ１を１２０〜２００ｒ／ｍｉｎの区間で、運転状況に応じて可変となるように設定したことにより、モータのトルクが極小値をもつ区間として、１２０〜２００ｒ／ｍｉｎの区間で設定し、この区間の間においてのみ、モータトルクが極小値となる回転数を検出するように設定しておくことで、回転数Ｎ１を検出中に、不用意に共振回転数Ｎｃにて運転を行ったり、低い回転数からのドラム回転数の加速より必要トルクが大きくなったりすることなく、水槽の振動を抑え、脱水運転を行うことが可能となる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の制御部を、前記回転数Ｎ２を２５０〜３５０ｒ／ｍｉｎの区間となるように設定したことにより、共振回転数Ｎｃに近接しない回転数まで、ドラム回転数を加速することで、水槽の振動を抑えて、脱水運転を行うことが可能となる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の制御部を、前記回転数Ｎ１から前記回転数Ｎ２にいたる区間の振動値が、所定の値を超えた場合に、回転数の上昇を停止するようにしたことにより、加速時の必要トルクが大きい場合には、衣類の偏り（アンバランス分布）により発生する振動が大きいと判断し、事前に脱水運転を停止するようにしたものであり、これにより水槽の振動を抑えることにより、機器の異常振動を抑止し、低振動なドラム式洗濯機を提供することが可能となる。

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、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概略構造を、図２は、同ドラム式洗濯機の制御装置の回路構成を示すものである。

図１の概略構造図において、周面に水抜き用の多数の透孔４３を形成したドラム４４は水槽４２内部にモータ４０の回転中心軸４７にて回転自在に軸支される。水槽４２の右外壁面に固着したモータ４０には、回転速度検出装置３３を有してドラム４４及びモータ４０の回転数を検知し、水槽４２上方外壁には、半導体加速度センサ等で構成された振動センサ４８を配し、水槽４２の振動を検知する。

水槽４２、ドラム４４、モータ４０等の振動系は、水槽４２と洗濯機本体４１の間に構成したサスペンション４５、防振ダンパ４６等にて揺動自在に防振支持される。

図２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４０を回転駆動する。

モータ４０は、３相巻線４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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。

回転数検知装置３３は、位置検出素子３０ａ、３０ｂ、３０ｃで構成し、ロータ位置を検出した信号は、マイコンにより構成された制御部３１に入力され、この信号に基づき、ステータの３相巻線４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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。また、振動センサ４８からは、水槽４２の動きからの加速度の変化に基づく信号を入力し水槽４２の振幅を検知する。

制御部３１は、回転数検知装置３３、振動センサ４８、入力設定部２５、等からの信号に基づき駆動回路３２にてモータ４０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の動作を制御し、洗濯、すすぎ、脱水等の一連の工程を制御する。

本実施の形態１における脱水起動方式の特徴について、以下図３、図４、を参照して説明する。

図３は、ドラム式洗濯機の振動モードの１例を示すグラフであり、横軸に回転数、縦軸に水槽の振動振幅を示し、図４は、同ドラム式洗濯機の回転数Ｎ１検出のフローチャートである。

図３に示すように、水槽４２の振動が大となる共振回転数は、方向に応じて数種類の回転数に存在し（これを振動モードと呼ぶ）、上下方向（ピッチング）では、約１１０ｒ／ｍｉｎに第１の小さな振動振幅のピーク、１５０ｒ／ｍｉｎに第２の大きな振動振幅のピークがあり、左右方向（ヨーイング）では第１のピークが約１３０ｒ／ｍｉｎ、第２のピークが約１６０ｒ／ｍｉｎにある。

従って、たとえばドラムの回転数Ｎ１を１００ｒ／ｍｉｎ、Ｎ２を２５０ｒ／ｍｉｎとした場合に、Ｎ１からＮ２まで加速をするためには、このそれぞれの共振回転数付近での振動振幅の増加を抑えるために、加速回転数を大きくする必要があり、そのために、モータは出力トルクの大きなモータが必要となる。

これはドラムの回転数が１００ｒ／ｍｉｎから上昇するときに、上下方向の第１の共振回転数である１１０ｒ／ｍｉｎ付近において、水槽の振動が増加し、その後、左右方向の第１の共振回転数１３０ｒ／ｍｉｎ、上下方向の第２の共振回転数１５０ｒ／ｍｉｎ、左右方向の第２の共振回転数１６０ｒ／ｍｉｎと、順に各振動モードを誘起しながら加速していくために、非常に大きな加速トルクが必要となるためである。

図４は、回転数の上昇時に必要となる必要トルクと加速回転数を模式的に示したものである。

本実施の形態では、上下方向の第１の共振回転数を超えた１２０〜２００ｒ／ｍｉｎの区間において、水槽の振動値が極小値となる回転数Ｎ１を検出し、回転数Ｎ１から、代表的な共振回転数を超えた２５０〜３５０ｒ／ｍｉｎの区間に設定した回転数Ｎ２までを加速することで、必要加速トルクを最小限にするように設定している。

以下、Ｎ１を検出するための方法を図４のフローチャートに基づき説明する。

図４に示すように、脱水開始（Ｓ１００）以降回転数を順に上昇させ（Ｓ１０１）、１２０ｒ／ｍｉｎでの時点の振動値を測定し（Ｓ１０３）、基準値Ｖ０として設定する（Ｓ１０４）。

その後、順に△Ｎ（ｒ／ｍｉｎ）毎に回転数を上昇させ（Ｓ１０５）、一定△ｔ時間後の水槽の振動値Ｖ（Ｎ）を検出する（Ｓ１０６、Ｓ１０７）。

ここで検出した振動値Ｖ（Ｎ）を基準値Ｖ０と比較して、Ｖ（Ｎ）＜Ｖ０の場合には（Ｓ１０５）のステップにもどり、さらに回転数を△Ｎだけ上昇させ（Ｓ１０５）、Ｖ（Ｎ）＞Ｖ０の条件を満たすまで繰り返す。

また、反対にＶ（Ｎ）＞Ｖ０となった場合には（Ｓ１０８）、その回転数ＮをＮ１＝Ｎとして検出する（Ｓ１０９）。

この回転数Ｎ１は、モータの必要加速トルクが小さい、すなわち水槽の振動が小さい状態を検出している。このように一度水槽の振動が小さい状態にしておき、回転数Ｎ１から回転数Ｎ２まで急加速することにより（Ｓ１１０）、脱水起動中の各振動モードの誘起を最小限に抑え、必要トルクを小さくすることにより共振回転数域を通過せしめ、定常脱水回転数まで上昇させる（Ｓ１１１）ことで、出力トルクを最小限に抑えたモータを選定でき、安価なドラム式洗濯機を提供することが可能となる。

上記振動値の検出においては、△ｔ時間後の振動値Ｖの測定としたが、△ｔ時間後の振動値Ｖの検出は、その時間区間の平均値や積算値のいずれにおいても、その回転数での振動が測定できる値であればよい。

以上のように、本実施の形態１においては、水槽の振動値が極小値となる回転数Ｎ１を検出し、回転数Ｎ１を、各振動状態に応じて設定するようにしたことで、衣類の量が多い場合や少ない場合に変化する各振動モードにも対応することが可能となり、出力トルクを最小限に抑えたモータを選定できる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態の、回転数Ｎ１からＮ２までの加速時の可否判定フローチャートである。

ドラム式洗濯機の構成、制御装置の構成、振動検出方法は、基本的には、実施の形態１に記載のものと同様であり、かつ、図４における（Ｓ１０９）の水槽の振動値が極小値となる回転数Ｎ１を検出するまでのステップは同一である。

本実施の形態２と、前記実施の形態１とにおける相違点は、脱水運転を停止するか、またはドラムの回転数を上昇させるかどうかの判定する制御を設けた点である。

水槽の振動値が極小値となる回転数Ｎ１を検出（Ｓ１０９）したあと、共振回転数を超えた２５０〜３５０ｒ／ｍｉｎの区間に設定した回転数Ｎ２まで、ドラムの回転数を上昇させていく場合における振動値Ｖを振動テーブルと比較して（Ｓ１１８）、しきい値以上であれば以降の運転は危険として脱水を停止し（Ｓ１１９）、前行程のすすぎ行程をやり直して（Ｓ１１９）衣類のアンバランス分布を解消させる。

あるいは、しきい値以下であれば定常回転まで上昇させ（Ｓ１２１）脱水運転を経て一連のサイクルを終了する（Ｓ１２２）。

特に、回転数Ｎ１からＮ２における振動モードは、ドラム内部の衣類が状態の不均一であるため、衣類の各部位に発生する回転軸まわりの遠心力により発生した重心回りの不均一な回転モーメントにより発生する動的なアンバランスに依存して発生しているので、上記のように、Ｎ１からＮ２の加速中における振動値に応じて、以降の脱水運転の状況を判断すれば、ドラム内部の衣類のアンバランス状態に応じた振動を精度良く予測することが可能である。

以上のように、本実施の形態２においては、検出した振動値に応じて機器の運転状況を判断することができ、低振動なドラム式洗濯機を提供することができる。

以上のように、本発明によれば、脱水起動時におけるモータの必要加速トルクを最小とする手段をもつことで、脱水運転中のドラムの共振回転数近傍での水槽の振動を抑え、出力の大きなモータを使用することなく、必要最小限のモータを選択でき、これにより安価で低振動なドラム式洗濯機を提供することが可能となる。

本発明にかかるドラム式洗濯機は、回転ドラムを傾斜配置した斜めドラム形式のドラム式洗濯機に適用した例を示したが、水平方向に配置した一般的な構成においても同様に適用することができる。また、ドラム式洗濯機に限らず、回転ドラムを有し、モータにかかるトルクを検出できる電気機器であれば、同等の構成とすることにより、同等の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるドラム式洗濯機の概略構造図 同ドラム式洗濯機の制御装置を示す回路構成図 同ドラム式洗濯機の回転数と振動モードのグラフ 同ドラム式洗濯機の回転数Ｎ１検出のフローチャート 本発明の実施の形態２における回転数Ｎ１からＮ２までの加速時の可否判定フローチャート 従来のドラム式洗濯機の縦断面図 同ドラム式洗濯機の制御装置の構成を示す図

２５ 入力設定部
３１ 制御部
３３ 回転数検知装置
４０ モータ
４１ 洗濯機本体
４２ 水槽
４４ ドラム
４８ 振動センサ

Claims (4)

1. 略水平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、前記モータの回転数を検知する回転数検知装置と、前記回転数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、前記水槽に取り付けられ、前記水槽の振動に応じた出力を発生する振動センサとを備え、前記制御部は、前記モータに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、ドラム、モータ、水槽などの振動系の共振回転数Ｎｃより小さい所定の回転数Ｎ１から前記共振回転数Ｎｃより大きい所定の回転数Ｎ２まで回転数を上昇させる際に、前記回転数Ｎ１から回転数を上昇させ、前記振動センサの出力が極小値となる回転数を検出した時に前記回転数Ｎ２まで加速し続けるようにしたドラム式洗濯機。
2. 前記制御部は、前記回転数Ｎ１を１２０〜２００ｒ／ｍｉｎの区間で、運転状況に応じて可変となるように設定した請求項１に記載のドラム式洗濯機。
3. 前記制御部は、前記回転数Ｎ２を２５０〜３５０ｒ／ｍｉｎの区間となるように設定した請求項１または２に記載のドラム式洗濯機。
4. 前記制御部は、前記回転数Ｎ１から前記回転数Ｎ２にいたる区間の振動値が、所定の値を超えた場合に、回転数の上昇を停止するように設定した請求項１〜３のいずれか１項に記載のドラム式洗濯機。