JPH0728978B2 - 洗濯機のバランスのずれ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は洗濯機等のためのバランスのずれ制御における
改良に関するものである。

［従来の技術］ 回転可能な、穴のあいたシリンダ、あるいはドラムを具
備する洗濯機は業務用および家庭で使用され易く知られ
ているものである。このドラムはハウジング内に取付け
られ、垂直または水平軸上に取付けられても良く、水平
軸のものはより一般的なタイプの業務用洗濯機である。

布等がドラム内へ入れられた後で、メイン制御装置が付
勢される。このような制御装置は洗濯機を構成する様々
な機械の動作をプログラムする。多くのバリエーション
があるけれども、一般的には洗濯サイクル、遠心力によ
る水分抽出のためのドラムの回転を含むスピンサイク
ル、すすぎサイクルおよび更なるスピンサイクルがあ
る。

ドラムが垂直軸を中心に回転する機械において、撹拌器
が一般に備えられ、典型的に洗濯動作を容易にするよう
に振動する。ドラムが水平軸を中心に回転する機械にお
いて、一般にドラムは比較的低速度で回転し、そのため
洗濯物は洗濯動作を容易にするため撹拌を行なうように
掻きまぜられる。

もし湿った洗濯物が、スピンサイクルにおいて使用され
る高速度へ加速されるときドラムの軸について均等に配
分されないならこれらの機械の極度な振動が発生すると
いう問題が知られている。このような負荷のアンバラン
ス状態はバランスのずれを生じ、その遠心力は最悪の状
況下ではドラムを取付けから引き剥がす。適度にバラン
スのずれた負荷でさえベアリングおよび機械のその他の
部品の動作寿命を著しく減少する振動を引起こす。

これらの問題は業務用洗濯機において激化しているが、
それではドラムは水平軸を中心に回転するように取付け
られている。ドラム直径は44インチ以上であり、洗濯負
荷重量は125ポンド程度である。洗濯サイクルにおいて
は、比較的低速度の回転が使用される。水分抽出のため
のドラムの最終スピン速度は重力の数倍の遠心力を発生
する。これらの極端な速度によって負荷アンバランスの
臨界は更に深刻になる。この事実の認識において、最初
に、負荷によって発生した遠心力が２“g"に近いような
分配速度へドラムを加速することは実際に生じることで
ある。ドラムはその後、300“g"に近い遠心力が発生す
るような高い水分抽出速度へ加速される。

多くの解決案がこの問題のため提案された。第１にこれ
らの解決は、アンバランスな負荷のためのバスケットの
移動を感知するようにドラムの移動を検出するための機
械的手段の使用に基づいている。通常、これはドラムの
回転速度を減少するための手段を付勢するスイッチの使
用を包含する。ある場合においては、モータは負荷を手
作業で再分配させるために止められる。その他の場合で
は、制御装置は負荷が再分配されるようにドラム速度を
減少し、それからドラムを自動的に再加速し、平衡が達
成されることが期待される。

スイッチの使用における問題の１つは感知性の欠乏であ
る。即ち、非常に大きなドラム移動がスイッチを付勢す
るのに必要とされる。比較的強い力が従ってローターの
ベアリングおよび機械のその他の部品上の圧力を除去す
るように速度減少が行われる前に発生する。これはスイ
ッチが振動の結果としての故障に対して弱いという事実
によって更に面倒なものとなる。それらは従って所望さ
れるようには信頼できない。

また感知性に関する別の問題は、感知手段が、ドラムが
その比較的高いスピン速度に達するまで負荷アンバラン
ス状態に反応しないということであり、結果的に遠心力
はダメージを引起こすレベルに達する。

付加的に、米国特許第2,917,175号明細書において見出
だされるように、アンバランスな付加状態を検出するた
めの電気的手段の使用の制限された教示がある。本発明
者の知る限りでは、“機械的”検出手段以外には商業的
に実用されていたものはなかった。

参照された特許明細書において、モータ電流がドラム上
の所望されない遠心力を生じる負荷アンバランスから生
じるトルク変化の関数として変化することが認められ
る。しかしながら、ドラムを回転するために必要とされ
るトルクにおける変化を引起こす負荷アンバランス遠心
力を検出するための手段としてモータによって引出され
る電流の位相シフトと検出することが提案されている。

［発明の解決すべき課題］ 従って、本発明の第１の目的は洗濯機等のための改良さ
れたバランスのずれ制御装置を提供することである。

本発明のもう１つの目的はバランスのずれ状態を検出す
ることにおいて改善された感度を提供することであり、
それによって機械が受ける遠心負荷、および振動を最少
にする。

本発明の別の目的は比較機遅いドラム速度でバランスの
ずれ状態を感知することであり、手動的な介在の必要が
なく適切に再分配する能力を有することの可能性を増加
すると同様に機械における負荷のバランスのずれを減少
することである。

［課題解決のための手段および作用］ これらの目的は洗濯物が洗われるために置かれている穴
の開いたドラムを含む洗濯機等において広く達成され
る。電気モータ駆動手段がドラムを回転するために設け
られる。メイン制御手段は電気モータ駆動手段を制御す
るための手段を含む。これらの手段は洗濯サイクル中比
較的遅い速度でドラムを回転し、分配速度へドラムを加
速し、それからドラムの回転をドラム中の洗濯物から水
分を抽出するようにスピンサイクルにおいて比較的速い
速度へ加速するためのドラムの回転を加速する手段を含
む。

バランスのずれ制御装置は、ドラムが抽出速度で回転し
ているとき、アンバランスな負荷から生じる遠心力によ
る機械へのタメージを防ぐため備えられる。

バランスのずれ制御装置は電気モータ駆動手段から、モ
ータによって引出された電流に比例する“実時間”信号
を得るための手段を含む。この電流はドラムの回転のた
め必要とされるトルクに比例する。このトルク要求は、
回転ドラム中の負荷におけるアンバランスの割合い、お
よびそれによって発生した遠心力に比例して、その大き
さが循環的に変化する。

それからこの“実時間”信号を平均する手段が設けられ
る。平均手段は比較的少ない数の回転運動中モータによ
って引出された電流に比例して“平均”信号を供給する
次定数を有する。

それから交互の極性の“アンバランストルク”信号を供
給するため“平均”信号と“実時間”信号との差をとる
手段が使用される。“アンバランストルク”信号の振幅
は負荷アンバランスによって発生した遠心力から生じる
モータトルクにおける変化に比例している。

最終的に、（最大許容可能なアンバランス遠心力を表わ
す）予め設定された大きさを超える“アンバランストル
ク”信号の振幅に反応する手段が設けられて“アンバラ
ンス制御”信号を発生する。次に使用されるメイン制御
装置および電気モータを経るこの信号はドラムの回転速
度を減少するための手段を駆動する。

［実施例］ 本発明の上記およびその他の関連する目的および特徴は
以下の本発明の好ましい実施例の説明および添付された
特許請求の範囲の検討によって明らかとなるであろう。

本発明のバランスのずれ制御装置は洗濯機、特に布のよ
うな洗濯物が置かれる穴の開いたドラム10（第１図）を
具備するタイプの洗濯機（ワッシャー）における使用に
適合される。このドラムは水が洗濯サイクルのため導入
される閉じられた容器内に置かれ、洗濯物の撹拌を含ん
でいる。それから水が排出される。次にドラムはすすぎ
サイクルになり、それからドラムが遠心動作によって洗
濯物からほとんどの水を抽出するため高速で回転される
スピンサイクルになる。

任意の個々のサイクルの広い範囲の時間間隔と同様に、
洗濯物において使用される様々なサイクルシーケンスが
ある。本発明はドラムが水平軸を中心に回転するように
取付けられている業務用洗濯機において特に効用を見出
だす。参照番号12で示された洗濯機メイン制御装置は、
洗濯サイクルのような与えられたシーケンスのための時
間ならびに、所望されるサイクルシーケンスを洗濯する
ため手動的に操作されるスイッチを含む。制御装置12は
アナログ信号を発生するためインターフェース板14へ伝
達されるデジタル信号を発生するマイクロプロセッサ回
路を用いても良い。アナログ信号は可変周波数駆動装置
16へ制御入力を供給し、それはドラム10のための駆動モ
ータ18を制御する。

メイン制御装置12は様々なバルブ、ポンプ、および洗濯
機に用いられたその他の補助的な部品を付勢し、順番に
配列するために必要な信号を発生する。本発明のために
は、この制御装置が駆動モータ18のための可変周波数駆
動装置を制御するため入力を供給することは理解すれば
それで十分である。可変周波数駆動装置は同様に電気モ
ータのための可変速度駆動手段として知られており、そ
れは比較的最近に洗濯機のドラムを駆動するための更に
扱いにくい機械的手段の排除を可能にした。

ここで使用されるメイン制御装置12は、洗濯サイクル中
比較的遅い速度でドラム10を回転させる既知のタイプの
ものが好ましい。関連する値のため、この速度は35r.p.
mである。44インチの直径のドラムに対して、この速度
は約.7“g"の遠心力を発生し、洗濯動作を容易にするよ
うに負荷のタンブリング動作を生じる。このサイクルが
終了した（そして水が排出された）とき、ドラムは60r.
p.mの速度で約２“g"の遠心力が発生される分配速度へ
加速される。負荷が分配速度で安定させられるとき、ド
ラムは水分抽出のため必要とされる高速度へ加速され
る。これはスピンサイクル速度が350r.p.mで示されるス
テップにおいてなされ、それから700r.p.mのステップで
なされる。

とにかく、ドラム10がこれらのスピン速度へ加速される
とき、ドラム10内の洗濯物のアンバランスが問題とな
る。この問題を避け、洗濯機の様々な部品の有効な寿命
を減少する遠心力を発生する速度でのアンバランスな負
荷の回転を妨げるため、入力信号が可変周波数駆動装置
16からバランスのずれ制御装置20へ供給される。以下詳
細に説明されるように、バランスのずれ制御装置20はメ
イン制御装置12への信号入力を発生させ、それは次に可
変周波数駆動装置への信号入力を発生し、モータ速度の
減少を引起こす。

可変周波数駆動装置16は連続的に入力信号をバランスの
ずれ制御装置20へ供給する。この入力信号は“実時間”
電流信号であり、ドラム10の回転中にモータ18によって
引出された電力に比例する。それは第２図の左下部分に
図示されている。

第２図は更にブロック図形式でバランスのずれ制御装置
の素子を示す。これらの素子によって生成された信号形
状は制御装置の各素子の下に図示されている。

関数的に、制御装置20への“実時間”入力信号が可変d.
c.信号であることが示される。この信号の強度の変化は
ドラムを回転するため必要なトルクにおける変化に比例
する。負荷がアンバランスであるとき、ドラムを回転す
るのに必要なトルクの対応した変化を生じさせる変化し
た大きさの放射方向の力が存在する。電流（電力）信号
の最少レベルと最大レベルとの間の差の大きさはバラン
スのずれ、即ちドラム上の遠心力に比例する。この信号
強度における変化の周波数はドラム10の回転速度に直接
的に比例する。入力信号の平均強度はドラムを回転させ
るのに必要な電力に比例する。即ち、全ての物が等しい
なら、ドラム内の負荷が重くなるに従って与えられた速
度でそれを回転させるのに必要な電力は大きくなる。

これらの要因を考慮して、“実時間”入力信号は平均増
幅器22へ供給されるが、その出力は比較的少ない回転で
ドラム10を駆動するため平均トルクを示す強度を有する
“平均”信号である。

“平均”信号は差動増幅器24への一方の入力となり、
“実時間”である他方の入力は可変周波数駆動装置16か
らの入力信号となる。差動増幅器24からの出力信号は交
互の極性の“アンバランストルク”信号であり、その大
きさはアンバランスな負荷から生じるトルクの必要性に
おける変化に比例する。これは、次に、ドラムベアリン
グおよび機械のその他の部品が受ける結果的な所望され
ない力を示す。

後続する手段は負荷のアンバランスが予め設定された制
限を超えるとき、“アンバランス制御”信号を発生する
ため用いられる。この“アンバランス制御”信号は以下
更に詳細に説明されるようにドラム速度を減少するため
使用される。

差動増幅器の出力は外からの“雑音”、あるいは無線
（高）周波数をフィルタによって除去する別の機能を備
える増幅器26へ供給され、付加的に“アンバランストル
ク”信号を増幅する。

“アンバランストルク”交流信号は次に全波整流器26お
よびローパスフィルタ30によって平均された単一極性の
直流信号へ変換される。

基準信号発生器32は比較器34への一方の入力を供給す
る。比較器34への他方の入力は平均された“アンバラン
ストルク”信号である。“基準”信号の強度は機械につ
いて最大の許容可能な負荷のアンバランスな遠心力を表
わす。平均された“アンバランストルク”信号の強度が
“基準”信号の強度を超えるとき、“アンバランス制
御”信号が生成され、比較器34からメイン制御装置12へ
伝送される。“アンバランス制御”信号に応答して、メ
イン制御装置12は適切な信号入力をインターフェース板
14および可変周波数装置16を経て、モータ18およびドラ
ム10の速度を減少するため供給する。

“基準”信号のレベルが比較的遅いドラムの分配速度
で、最大負荷アンバランスに応答するように設定され、
それがスピンサイクルにおいて水分抽出のため用いられ
た非常に速い速度へ更に加速されるとき、ドラム上の許
容できないアンバランスな負荷の力を発生させないこと
に注目すべきである。

別の図において、“実時間”信号（第２図、左下）は次
第に増加する振幅によって示され、ドラムがその分配速
度へ加速されるとき負荷のアンバランスによって発生す
る増加する遠心力を示す。“平均”信号は一定の強度の
まま維持され、負荷の重量の関数である。“アンバラン
ストルク”信号は次第に振幅を増加し、再び負荷アンバ
ランスから生じる遠心力における増加を示す。時間イン
クレメントは回転速度が増加するとき、“平均”トルク
における増加を示すのには不十分であることに注目しな
ければならない。

“トルクのアンバランス”信号を更に増幅し、および整
流し、その平均は比較器34へ入力する次第に増加する信
号強度を生じる。このd.c.“アンバランストルク”信号
の強度が“基準”信号の強度を超えるとき、“アンバラ
ンス制御”信号が生成されメイン制御装置12へ供給さ
れ、ドラムの速度は負荷の再分配のためそのタンブリン
グ速度へ減少される。メイン制御装置はドラム10をその
分配速度へ再加速するようにプログラムされ、負荷がそ
の水分抽出、即ちスピンサイクル速度へのドラムの加速
のため適切にバランスをとられることが期待される。

バランスのずれ制御装置20の部品について更に詳細に説
明する。平均増幅器回路24は“実時間”電流信号が印加
される入力抵抗36,38を含む。このように生成された電
圧信号は高利得増幅器40への１入力を供給する。抵抗4
2,44およびキャパシタ46を含むフィードバック回路は電
力信号の脈動部分をフィルタして除去し、モータ18によ
って引出された平均電力を示す信号を供給する。このフ
ィードバックによって与えられた時定数はその分配速度
でおよそドラム10の３−４回転の間の時間である。

差動増幅器回路24は“平均”信号が増幅器50へ供給され
る入力抵抗48を含む。“実時間”信号は入力抵抗52,54
を経て増幅器50への第２の入力を供給するため供給され
る。フィードバック抵抗56は差動増幅器回路24を完成さ
せている。抵抗52,54は調整抵抗として機能し、差動増
幅回路24の出力は“平均”信号から“実時間”信号を減
算したものである。出力“アンバランストルク”信号は
負荷アンバランスによって引起こされた電力要求におけ
る変化を示す。

RFフィルタ／増幅器回路26は増幅器60の一方の入力へ接
続される入力抵抗58を含み、その他方の入力は接地され
る。フィルタ機能は抵抗62およびキャパシタ64を含むヒ
ードバック回路によって与えられる。フィードバック回
路の値は実質的にドラムの分配速度に比例する信号強度
における60サイクル／分の変化より大きい周波数、特に
“雑音”即ち高利得増幅における１次信号にしばしば与
えられるような比較的高い周波数をフィルタによって除
去するように選択される。

全波整流器回路28は入力抵抗66,68を含み、増幅器70の
一方の入力を構成し、増幅器70の他方の入力は接地され
る。フィードバック回路はダイオード72および抵抗74に
よって構成される。出力抵抗78によってこの回路は完成
される。

ローパスフィルタ回路30は増幅器78を含み、その一方の
入力へ接続された整流器28から脈動するd.c.出力を与え
られ、他方の入力は接地されている。抵抗77およびキャ
パシタ79からなるフィードバック回路は所望されたフィ
ルタ動作を行なう。

基準信号発生器32は調整されたd.c.電源を横切って接地
され調節可能な出力（outlet）タップ82を有するポテン
シオメータ80を具備する。出力タップは、ドラム10がそ
の水分抽出速度であるとき許容される最大アンバランス
力を示すように“基準”信号の強度を設定するように調
節される。

比較器回路34は増幅器84、出力抵抗86およびダイオード
88を含む。

バランスのずれ制御装置20のいくつかの部品の選択は当
業者の能力内にあり、比較的低い電圧電位が使用される
ことが認められ、既知の安全な実施と一致する。

更に明確な意味において、ドラム10が水平軸を中心に回
転することが予期される。洗濯機メイン制御装置12は、
インターフェース14および可変周波数駆動装置16を経て
洗濯される布における１“g"の力以下を発生する速度で
ドラムを回転するようにモータに電力を供給する信号を
発生するための手段を具備する。この材料はドラム上に
一部保たれ、それから選択動作を向上する撹拌を与える
ように下へ向けて掻きまぜられる。説明のため、44イン
チのドラムの直径によって、約.7“g"を発生する35r.p.
mの速度が満足すべきものである。

予め設定された時間の後、選択水は自動的にポンプによ
って排出される。メイン制御装置の出力信号はドラム10
を比較的ゆっくり（８−10秒）と約２“g"を発生する60
r.p.m.の分配速度へ加速させる。

この分配サクルにおいて、一般的な規則として選択され
た様々な種類の洗濯物はドラムの内部表面について等し
く分配され、最少遠心力のみが限定された期間中に最初
に350rpmへ、次に700rpmへと迅速に加速されたその軸か
らドラムを移動し、各々70および280の“g"力を発生す
る。明らかに負荷のバランスのずれは、これらのより速
い速度で破壊的な“g"力を生じる。

本発明のバランスのずれ制御装置は分配サイクル中アン
バランスな負荷の状態を検出することによって破壊的な
遠心力を本質的に除去するように構成されている。この
ような状態が検出されるとき、メイン制御装置はドラム
の回転を限られた時間内で洗濯または掻きまぜ（タンブ
リング）速度へ減少し、それからドラムの速度を分配速
度へ再び加速する。分配サイクルを経るこのリサイクル
が繰返され、所望されるなら、もしアンバランスな状態
が持続されるなら、機械は負荷の手動調整のため止めら
れる。

メイン制御装置12は、インターフェース14および可変周
波数駆動装置16と関連して説明された機能を実施するた
めの手段の構成は当業者にとって全て可能であるので明
確な説明は必要ではない。

本発明の説明された実施例のバリエーションが本発明の
技術的範囲内で当業者にとって生じることが明らかであ
るであろう。従って、本発明の技術的範囲は特許請求の
範囲によって定められる。

【図面の簡単な説明】

第１図はバランスのずれ制御装置を組込んでいる洗濯機
のブロック図である。 第２図はこのバランスのずれ制御装置の概略図であり、
そのブロック図は部品に分解されその中に発生する制御
信号が図示されている。 10…ドラム、12…メイン制御装置、14…インターフェー
ス、16…可変周波数制御装置、18…モータ、20…バラン
スのずれ制御装置。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】洗濯物が洗われるために置かれる穴の開い
   たドラムと、 前記ドラムを回転させるための電気モータ駆動手段と、 前記電気モータ駆動手段および前記ドラムの回転を制御
   するための手段を有し、遠心力によって前記ドラムの回
   転をその中の洗濯物から水分を抽出するように比較的速
   い速度へ加速するための手段とを包含するメイン制御手
   段とを具備する、洗濯機用のバランスのずれ制御装置に
   おいて、 前記電気モータ駆動手段から、前記ドラムの回転のため
   に必要とされるトルクに比例する前記電気モータによっ
   て引出された電流に比例する“実時間”信号を得るため
   の手段と、 その時定数が“平均”信号出力が比較的少ない回転中に
   モータによって引出された平均電流に比例するものであ
   る前記“実時間”信号を平均するための手段と、 その振幅が負荷アンバランスによって発生した遠心力か
   ら生じるモータトルクにおける変化に比例しているよう
   な交互の極性の“アンバランストルク”出力信号を供給
   するために、前記“平均”信号と前記“実時間”信号と
   の差をとる手段と、 予め設定された大きさを超える“アンバランストルク”
   出力信号の振幅に応答して、“アンバランス制御”出力
   信号を発生する手段と、 前記ドラムの回転速度を減少するために、前記“アンバ
   ランス制御”出力信号に応答し、前記ドラムが抽出速度
   で回転しているときアンバランスな負荷から発生する遠
   心力による機械のダメージを防ぐための手段とを具備
   し、 前記電気モータに必要なトルクは、前記ドラム中の負荷
   におけるアンバランスに比例して循環的に変化し、遠心
   力がそれによって生成されるものであることを特徴とす
   るバランスのずれ制御装置。
2. 【請求項２】前記“アンバランス制御”出力信号を発生
   するための手段が、前記“アンバランストルク”出力信
   号を単一極性信号へ整流し、前記ドラムの比較的少ない
   回転にわたるアンバランストルク電流を整流した平均さ
   れた“アンバランストルク”信号を与える時定数によっ
   て前記“アンバランストルク”出力信号をフィルタする
   ための手段と、その大きさが許容される最大アンバラン
   ストルク負荷を表わす“基準”信号を発生する手段と、
   前記平均された“アンバランストルク”出力信号および
   前記“基準”信号を比較し、前記平均された“アンバラ
   ンストルク”出力信号が前記“基準”信号を超えるとき
   前記“アンバランス制御”出力信号を発生させる手段と
   から構成されていることを特徴とする請求項１記載のバ
   ランスのずれ制御装置。
3. 【請求項３】前記“実時間”信号を平均するための手段
   が、演算増幅器を含み、前記差をとる手段が、前記“実
   時間”信号がそれへの一方の入力であり、前記“平均”
   信号が他方の入力である差動増幅器を含み、前記“アン
   バランス制御”出力信号を発生させるための手段が、ド
   ラムの比較的少ない回転数にわたって平均される直流
   “アンバランストルク”出力信号を出力するために、交
   互の極性の“アンバランストルク”出力信号が供給され
   る全波整流器およびローパスフィルタを含み、前記電気
   モータの最大アンバランストルク負荷を表わす大きさを
   有する直流“基準”信号を発生させるための手段が設け
   られ、前記“基準”信号と前記平均された“アンバラン
   ストルク”出力信号を比較し、前記平均された“アンバ
   ランストルク”出力信号が前記“基準”信号を超えると
   き前記“アンバランス制御”出力信号を発生させる手段
   を備えていることを特徴とする請求項１記載のバランス
   のずれ制御装置。
4. 【請求項４】前記“基準”信号を発生させるための手段
   が、固定された電源へ接続されたポテンシオメータを具
   備し、前記ポテンシオメータの可変タップの出力が、所
   望される強さの“基準”信号を供給するように調整され
   ることを特徴とする請求項３記載のバランスのずれ制御
   装置。
5. 【請求項５】前記差動増幅器と前記全波整流器との間に
   置かれた第２の演算増幅器を具備して“アンバランスト
   ルク”出力信号を増幅し、前記第２の演算増幅器は、実
   質的に分配速度の周波数より大きい周波数の信号を前記
   “アンバランストルク”出力信号から除去するためのフ
   ィールドバックフィルタを具備することを特徴とする請
   求項３記載のバランスのずれ制御装置。
6. 【請求項６】洗濯サイクル中、前記ドラムが水平軸を中
   心に回転し、前記メイン制御装置および前記電気モータ
   駆動手段がその負荷上に約0.7“g"を発生する速度で前
   記ドラムを回転させ、負荷が洗濯動作を容易にするよう
   に掻きまぜられ、それから自動的に前記ドラムを制限さ
   れた時間中に約２“g"の負荷を生じる分配速度へ加速さ
   れ、更に前記ドラムの回転を前記負荷から大部分の水分
   を抽出するため数“g"の負荷を生じる速度へ加速するこ
   とを特徴とし、更に前記“基準”信号が前記ドラムの初
   期の加速期間中検出可能なレベルに対して許容可能なア
   ンバランストルクを制限するように設定されていること
   を特徴とする請求項３記載のバランスのずれ制御装置。