1317393 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於具有經由複數個彈性支承機構被支承於 框體內之水槽；及配置於此水槽內，在內部具備攪拌翼之 洗滌槽，藉由使前述洗滌槽旋轉，來將被收容於該洗滌槽 內的洗滌物進行脫水之洗衣機。 【先前技術】 所謂縱型全自動洗衣機，是具有經由複數個彈性支承 機構被支承於框體內之水槽；及配置於此水槽內，在內部 具備攪拌翼之洗滌槽，使攪拌翼旋轉進行清洗，在進行洗 淨運轉，藉由使洗滌槽高速旋轉，來進行脫水運轉。在這 種結構之洗衣機，會有在洗滌槽內之洗滌物的分佈狀態對 於旋轉軸呈不平衡（unbalance)之情況，當使洗滌槽高速 旋轉時，則受到離心力所影響，使得洗滌物黏附於內周壁 成爲不平衡狀態，造成振動或噪音變大之問題產生。 以往，當產生在這樣的不平衡狀態下之旋轉時，藉由 水槽會接觸於設置在水槽的外側之槓桿開關（lever switch )的作動桿使該槓桿開關導通（ON)，來使旋轉停止地 加以因應。但，當洗滌槽旋轉時水槽振動之狀態，會有因 應洗滌槽內之洗滌物的分佈狀態而不同之情況。在圖10 ( a)〜圖10(d)，以洗滌槽的縱斷側面圖顯示洗滌物的分 佈狀態之典型例。 在圖1〇，以剖面線（Hatching)不同之圓顯示洗滌物 (2) 1317393 '偏移存在之部分。圖10(a)是在洗滌物由洗滌槽的底部 起某種程度均等地分佈之上方的一部分，洗滌物偏移存在 之情況（上不平衡狀態），圖1 〇 ( b )是洗滌物偏移存在 於洗滌槽的底部一方之情況（下不平衡狀態），圖1 〇 ( c )是洗滌物偏移存在於洗滌槽的一側（上下）之情況（並 進不平衡狀態）。當在這些不平衡狀態下洗滌槽高速旋轉 時，則在水槽會產生橫擺振動。又，圖10(d)是洗滌物 • 在與洗滌槽的上下相對向之狀態下偏移存在的情況（對向 不平衡狀態）。當在此不平衡狀態下，洗滌槽高速旋轉時 ，則在水槽會產生縱擺振動。 在這些之中，當在圖10(a)〜圖10(c)的狀態下 產生橫擺振動時，由於水槽的橫向移位量（不平衡量）大 ，故水槽容易接觸槓桿開關，而容易進行檢測。但，當在 圖10(d)的狀態下產生縱擺振動時，則由於水槽的橫向 移位量小，水槽不易接觸槓桿開關，故不易進行檢測。 # 然而，近年，爲了驅動使用於洗衣機之馬達（motor )，逐漸擴大適用向量控制（vector control)的技術（參 照例如專利文獻1、2 )。在向量控制，由於根據轉矩（ Torque )成分電流（q軸電流），能以高精度控制馬達的 輸出轉矩，故能容易檢測到圖1 〇 ( d )的狀態之縱擺振動 。例如，在即使發出將轉矩分量電流（torque component current )做成目標値之指令，也無法獲得期望的馬達之旋 轉數的情況時，由於能夠推測馬達的輸出之一部分被水槽 的振動所消耗之結果，故能夠判定旋轉狀態之不平衡量（ -6- (3) 1317393 振動）爲大。 〔專利文獻1〕日本特開2001-276468號公報 〔專利文獻2〕日本特開2004-49631號公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 又’做爲提昇洗衣機的運轉效率之方法，具有使用輸 出轉矩更高之馬達的方法。做爲此對策，以往是使用例如 磁力極強之銳磁鐵（Neodymium magnet)等構成轉子（ rotor)之無電刷DC馬達（brushless DC motor)般的高輸 出馬達。在該情況，由於即使馬達的輸出之一部分受到振 動產生而被消耗，也能夠維持高度的旋轉數，故在上述的 方式，會有不易檢測不平衡量之問題產生》 在此，專利文獻1是針對滾筒式洗衣機（ drum-type washer )’檢測滾筒的1次旋轉中之轉矩分量電流的變動 幅度q，來檢測滾筒的不平衡量。但，在這樣的方式，無 法檢測如圖1 0 ( d )所示般的縱型洗衣機獨特之構造所引 起的振動模式（pattern)。又，專利文獻2也爲滾筒式洗 衣機，藉由將低通濾波器（low pass filter)將q軸電流積 分進行平方運算，進一步根據通過低通濾波器的結果所獲 得之變動幅度Η，判定滾筒旋轉時之平衡（balance)是否 正確。但’在此方法，也與專利文獻1同樣地，在縱型洗 衣機，無法檢測出獨特的振動模式。 本發明是有鑒於上述情事而開發完成的發明，其目的 -7- (4) 1317393 在於針對所謂的縱型洗衣機，能夠更高精度地檢測出當洗 滌槽旋轉時所產生的水槽之不平衡量。 〔用以解決課題之手段〕 本發明的洗衣機，是具有經由複數個彈性支承機構被 支承於框體內之水槽；及配置於此水槽內，在內部具備攪 拌翼之洗滌槽，藉由使前述洗滌槽旋轉，來將被收容於該 洗滌槽內的洗滌物進行脫水之洗衣機，其特徵爲： 具備：不平衡量檢測手段，該檢測手段是針對藉由對 使前述洗滌槽旋轉的馬達進行向量控制所檢測出的轉矩分 量電流，求取每個預定期間的平均値，由該平均値的變動 ，檢測在前述洗滌槽旋轉的狀態下之不平衡量。 即’本發明之發明者們，針對洗滌槽旋轉，而產生水 槽的縱擺振動之情況，觀察所檢測的轉矩分量電流之狀態 。其結果，即使僅觀察轉矩分量電流，也無法觀察到可明 確地檢測的變動，但當觀察轉矩分量電流的每個預定期間 之平均値時，則可發現當產生縱擺振動時，該變動明確變 大。因此，不平衡量檢測手段是根據上述檢測方法，能夠 抑制當水槽縱擺振動時所產生的不平衡量之增大。 〔發明效果〕 若根據·本發明的話，在使用高輸出的馬達之情況，能 夠確實地檢測出：以以往的方式不易檢測之因所謂縱型洗 衣機的獨特構造所引起的現象之水槽的縱擺振動的產生^ -8- 1317393
【實施方式】 以下，參照圖1至圖9，說明關於本發明的— 態。圖4是將縱型全自動洗衣機的一部分切斷顯示 側面圖。洗衣機本體1是由矩形箱狀的框體2 ;及 框體2的上面之中空狀頂蓋（top C〇ver ) 3所構成 前述框體2的內部，水槽4受到由支承軸5a及彈養 φ 構成的彈性支承機構5 (實際爲複數個，但在圖式 示一個）所彈性支承著，在水槽4的內部，兼作脫 洗滌槽6可旋轉地被配設著。在前述洗滌槽6的周 成有多數個脫水孔6a。又，在前述洗滌槽6的上部 衡環（balance ring) 7。且，在前述洗滌槽6的內 攪拌翼8可旋轉地被配設著。 在前述框體2中之前述水槽4的外底部，配設 軸9a及攪拌軸9b之機構部9，在槽軸9a，連結著 • 滌槽6,在攪拌軸9b的上端部連結著前述攪拌翼ί 攪拌軸9b的下端部連結有由直流無電刷DC馬達所 洗衣機馬達10之外轉子（outer-rotor) 10a。在進 行程及洗淨行程時，藉由此洗衣機馬達10僅使前 翼8正反徐轉，在進行脫水行程時，攪拌翼8及秩 同步高速旋轉。再者，洗衣機馬達如前所述， 轉子l〇a的內周側配置銨磁鐵（未圖示）而構成之 轉矩馬達。 又，在前述水槽4的底部形成有排水口 1 1，在 實施形 的縱斷 設置於 的。在 ! 5b所 中僅顯 水槽之 壁部形 設有平 底部， 具有槽 前述洗 ;。又， 構成的 行洗滌 述攪拌 ;淌槽6 爲在外 骨輸出 該排水 (6) 1317393 口 1 1，經由排水閥12連接有排水軟管（drain hose ) 13。 再者，在前述頂蓋3，設有蓋17。又，在此頂蓋3的前部 上面，設有操作面板1 8，在其之裏面側配置著控制裝置 19° 圖5是顯示以控制裝置19爲中心的控制-驅動系統的 結構之功能方塊圖（functional block diagram)。目標速 度紙令ω ref是由控制洗衣機運轉全體的控制用微電腦20 0 所輸出，減法器33是輸出該目的速度指令〇ref、與藉由 估計器（estimator ) 34所檢測到的馬達10的旋轉速度ω 之減法結果。速度PI控制部35是根據目的速度指令ω ref 與檢測速度ω之差分量，進行PI控制，以產生q軸電流 指令値Iqref與d軸電流指令値Idref。減法器36、37是 將前述指令値Iqref、Idref與由a yS /dq變換部38所輸出 的q軸電流値Iq(轉矩分量電流）、d軸電流値Id之減法 結果輸出至電流PI控制部39q、39d。q軸電流値Iq亦賦 # 予微電腦2〇。 電流PI控制部39q、39d是根據q軸電流指令値 Iqref與d軸電流指令値Idref之差分量進行pi控制，以 產生q軸電壓指令値Vq與d軸電壓指令値Vd後予以輸 出。/3 /dq變換部40是根據以估計器34所檢測到的馬 達10之2次磁通的旋轉位相角（轉子位置角）0 ，將電 壓指令値Vq、Vd變換成電壓指令値V α、V /3。 α万/UV W變換部41是將電壓指令値、V/g變換 成三相的電壓指令値Vu、Vv、Vw後予以輸出。切換開關 -10- (7) 1317393 42u、42v、42w是切換電壓指令値Vu、Vv、Vw與由初期 模式輸出部43所輸出的起動用電壓指令値Vus、Vvs、 V w s後予以輸出。 PWM形成部44是將根據電壓指令値Vus、Vvs、Vws 調變之16kHz搬送波之各相PWM訊號Vup (+,-) 、Vvp (+，-)、Vwp (+，-)輸出至反相（inverter)電路 45。反 相電路45是將6個IGBT46進行三相橋接（three-phase # bridge )而構成的，下臂側U相、V相的IGBT46之射極 (emitter )，分別經由電流檢測用分流（shunt )阻抗47 (u，v )連接於地線（GRAND )。又，兩者的共通連接點 是經由未圖示的放大·偏流（bias )電路連接於A/D變換 部49。又，在反相電路45，施加有將100V的交流電源進 行倍電壓全波整流後之大約280V的直流電壓。放大·偏 流電路是將分流阻抗的端子電壓放大，以該放大訊號的輸 出範圍不會超出正側的方式賦予分流。 # A/D變換部49是用來輸出將放大·偏流電路的輸出 訊號進行A/D變換後之電流數據（data ) Iu、Iv。UVW/ /5變換部52是由電流數據Iu、Iv推測W相的電流數據 Iw，將三相的電流數據IU、Iv、Iw變換成正交座標系的2 軸電流數據I α、I冷。 αβ/dq變換部38是進行向量控制時’由估計器34獲 得馬達10的轉子位置角0後將2軸電流數據Ια、1点變 換成d軸電流値Id、q軸電流値Iq後’例如每1 2 8 #秒予 以輸出。估計器34是根據電壓指令値Vd及Vq、d軸電 -11 - 1317393 ⑻ 流値Id、q軸電流値iq，推測轉子i 〇b之位置角0及旋轉 速度ω ’朝各部輸出。再者，在以上結構，除了反相電路 45之外的結構，主要是藉由 DSP ( Digital Signal Processor) 53的軟體（S0ftware )來達成之功能。 其次，參照圖1至圖3、及圖6至圖9說明本實施例 之作用。圖6是顯示進行脫水運轉時之馬達1〇的旋轉數 之控制狀態。微電腦20是當使旋轉數上升至Nlrpm時， # 則在維持該狀態下（1 )進行水槽4的橫擺檢測（上下、 並進不平衡檢測）。然後，在使旋轉數上升至N3rpm爲止 之間，（2 )進行水槽4的縱擺檢測（對向不平衡檢測） 。最後，在上升至脫水旋轉的恆定旋轉數範圍之例如700 〜8 OOrpm之間的旋轉數爲止之間，（3 )進行水槽4對框 體2之接觸檢測。 圖7〜圖9分別是對應在上述（1)〜（3)微電腦20 所進行的處理之流程（flowchart)。 <(1 )水槽4之橫擺檢測〉 在圖7，微電腦20是使馬達10加速，即洗滌槽6的 旋轉數達到Nlrpm (步驟（step ) SI、S2 )。然後’當旋 轉數Nlrpm (步驟S2' 「YES」）時，將該旋轉數持續維 持（固定）（步驟S3 )。 其次，微電腦2 0藉由檢測例如外氣溫或框體2內部 的溫度，或水槽4的溫度之溫度感測器（sensor)(未圖 示）測定溫度時’因應該溫度來決定使用於步驟S 7之判 -12- (9) 1317393 _ 斷用的閾値後（步驟S5)，移行至步驟S6。在此的不平 衡量測定是藉由圖2所示的處理來進行。確認了，如圖2 (a )所不’ q軸電流波形是當受到水槽4的旋轉而未產生 不平衡時’交流分量的振幅小，而產生如圖10(a)〜（c )所示的水槽4之橫擺振動時，交流分量的振幅變大。因 此，如圖2 ( b )所示，削減q軸電流的直流分量，針對交 流分量求取實效値（即，「不平衡量」=「q軸電流交流 φ 分量之實效値」）。 然後’在接著的步驟S7，判定該實效値是否低於在 步驟S5被決定之閾値。若「不平衡量「閾値」的話（ 「YES」）’則判斷爲未產生水槽4之橫擺振動，持續進 行脫水運轉（步驟S 8 )。又’若「不平衡量」2「閾値」 的話（「NO」），推斷爲產生水槽4之橫擺振動，因此 進行下述處理（修正行程）：例如使洗滌槽6的旋轉暫時 停止’對水槽內進行供水，使攪拌翼8攪拌等，調整洗滌 • 物的分佈平衡’解除不平衡狀態（步驟S9)。再者，橫 擺振動之共振點是在l〇〇rpm附近，此共振點是受到彈性 支承機構5之支承軸5a的長度所支配決定的。 < (2 )水槽4之縱擺檢測> 圖8所示的處理是接續圖7所示的處理加以執行。微 電腦20是當使洗滌槽6的旋轉數加速成由N〗rpill到達 N2arpm時，則與步驟S4、S5同樣地，根據所測定到的溫 度’決定使用於步驟S7之判斷用的閾値（步驟S11、S12 -13- 1317393 do) ^ )。然後，控制加速使旋轉速以每秒1 Or pm的比例上 步驟S13)，在旋轉數到達N3rpm之間，進行不平衡 測定及與閾値的比較（步驟S 1 6、S 1 7 )。 在.此，參照圖1說明關於步驟S16之不平衡量的 。圖1是顯示：表示馬達10的旋轉數由Nlrpm上 N 3 rpm的過程之水槽4的振動狀態之波形的包絡線（ 中以2點虛線顯示）與該時的q軸電流波形之圖。再 # q軸電流波形是針對產生、未產生水槽4之縱擺振動 加以顯示者。 當未產生水槽4之縱擺振動時，q軸電流未大幅 變，但當產生縱擺振動時，q軸電流緩慢地改變。以 若爲一般所使用的輸出之馬達的話，當產生同樣的振 ，則馬達的旋轉數降低，但在高輸出轉矩的馬達1 0， 在產生振動之狀態下仍可使旋轉數上升，故能更消耗 的能量（energy )，使得q軸電流增大。 # 再者，在此情況，縱擺振動的共振點在20〇rpm (其中，周圍溫度25°C〜30°C之情況），此共振點是 彈性支承機構5的彈簧5b所具有之彈性支配性地決 又，q軸電流的峰値（peak )也大致與縱擺振動的共 一致。 在步驟s 1 6，將每1 28 // s進行取樣的q軸電流資 以疏化，對在每1 ms所獲得之資料，於每1秒針對 個求取平均，計算與前次所求得之平均値的差。即，
，「不平均量」=「平均値的差」。然後，在步驟S 升（ 量的 測定 升至 在圖 者， 雙方 度改 往， 動時 由於 更多 附近 受到 定。 振點 料予 1000 在此 ：17 > -14- (11) 1317393 ‘ 判定該平均値的差是否低於在步驟S 1 2所設定的閾値。若 「平均値差」> 「閾値」的話（「YES」），則判定爲未 產生水槽4之縱擺振動，返回至步驟S14。又，「平均値 的差j 2「閾値」的話（「NO」），則判定爲產生水槽4 之縱擺振動，執行與步驟S9相同的修正行程（步驟S 1 8 )0 在此，在圖1，階梯狀變化之曲線是顯示每1秒所運 • 算之q軸電流平均値的變化。在水槽4之振動剛到達峰値 後的變動最大。因此，藉由設定閾値，檢測此變動成爲最 大之情況，使得可檢測出水槽4之縱擺振動。 如上所述，在步驟S14 + S16 + S17 + S14之環狀程序， 旋轉數到達N3rpm時（步驟S14、「YES」），縱擺振動 產生之可能性消失，故持續進行脫水運轉（步驟S15)。 再者，縱擺振動的檢測是針對旋轉數範圍N2rpm〜N3rpm 進行，這是由於具有因應設置洗衣機的環境之溫度變化， # 彈性支承機構5的彈簧5b所具有的彈性等產生變化，共 振頻率在上述範圍內變化的可能性之故。 例如，若洗衣機附有乾燥功能的話，即使在脫水運轉 ，也會有將溫風送至洗滌槽6內部之情況（所謂預熱（ preheat )脫水），故會有框體2的內部溫度上升至例如 4 0 °C以上之情況* <(3 )水槽4對框體2之接觸檢測> 圖9所示的處理是接續圖8所示的處理加以執行。微 -15- (12) 1317393 • 電腦20是與步驟S12同樣地’決定使用於步驟S22的判 斷用之閾値（步驟S20)。但’在此當水槽4與框體2接 觸時，則q軸電流的變化極大’故不需要如（1 ) ( 2 )般 根據所測定到的溫度來變更閾値的設定。 然後，與圖7所示的步驟S6同樣地，運算q軸電流 的實效値（步驟S21) ’接者’在步驟S22，判定該實效 値是否低於在步驟S2〇所決定的閾値。若「實效値」<「 φ 閾値」的話（「YES」）’則判斷爲未產生水槽4對框體 2之接觸（衝擊框體），因此’若脫水運轉未結束的話（ 步驟S23，「NO」）則返回至步驟S21。即，在此也成爲 「不平衡量」=「實效値」。又，若「實效値」2「閾値 j的話（「NO」）’則可推測產生水槽4對框體2之接 觸，因此使脫水運轉停止，執行與步驟S18同樣的修正行 程（步驟S24 )。 在此，圖3(a)是相當於圖6之圖，顯示旋轉數的實 # 測値。在洗滌槽6的旋轉數到達脫水運轉的恆常旋轉數附 近之700rpm以上的時間點，水槽4會與框體2接觸。圖 3 (b)是顯示該實的q軸電流波形，q軸電流的振幅變大 。又，圖3(c)是顯示該實的q軸電流之實效値，實效値 顯示更明確的增大傾向。因此，藉由設定閾値，檢測實效 値增大的情況，能夠檢測出水槽4對框體2之接觸。 再者，在圖3(b)、圖3(c)，省略了產生衝擊框 體前之電流波形。 如上所述，若根據本實施例的話，控制裝置1 9的微 -16- (13) 1317393 電腦20是藉由以對使洗滌槽6旋轉的馬達1 〇進行向量控 制所檢測出的q軸電流振幅之實效値超過預定的閾値，來 檢測當洗滌槽6旋轉時在水槽4產生橫擺振動，又，針對 q軸電流，求取每個預定期間之平均値，根據該平均値的 差，檢測在洗滌槽6旋轉之狀態下，於水槽4產生縱擺振 動的情況之不平衡量。因此，在使用高輸出的馬達10之 情況，能夠確實地檢測出：在以往的方式不易檢測之因縱 • 型洗衣機的構造所引起的獨特之現象的水槽4的縱擺振動 之產生，能夠提供能以更低振動且低噪音進行運轉之洗衣 機。 又，因微電腦20是在水槽4產生縱擺振動的情況時 之共振點附近的N2rpm〜N3rpm，檢測不平衡量，所以即 使在共振點因應周圍溫度而產生變化之情況，也能夠確實 地檢測出縱擺振動。又，因微電腦20是藉由q軸電流振 幅的實效値超過預定閾値（較上述閾値大），檢測當洗滌 • 槽6旋轉時水槽4與框體2接觸之狀態，當檢測到該接觸 時’使洗滌槽6停止旋轉，所以能夠保護洗衣機之機構。 本發明不限於上述圖面所記載之實施例，亦可進行以 下之變形。 對應水槽振動的情況之共振點的洗滌槽之旋轉數爲一 例’亦可因應個別的設計，分別設定適當値即可。 q軸電流之取樣間隔、求取平均値的情況之預定期間 或取樣（sample )數等，亦可適宜變更加以實施。 -17- (14) 1317393 '【圖式簡單說明】 圖1是本發明的一實施例，顯示表示馬達10的旋轉 數由Nlrpm上升至N3rpm的過程之水槽4的振動狀態之 波形的包絡線與該時的q軸電流波形之圖。 圖2(a)是顯示產生、未產生橫擺振動時之q軸電流 波形’圖2 ( b )是顯示求取q軸電流波形振幅的實效値之 程序的圖。 φ 圖3是顯示當水槽與框體接觸時之電流波形，圖3 ( a )爲顯示相當圖6之旋轉數實測値，圖3(b)爲顯示q軸 電流波形’圖3(c)爲顯示q軸電流的實效値之圖。 圖4是破斷顯示縱型全自動洗衣機的一部分之縱斷側 面圖。 圖5是顯示以控制裝置爲中心的控制-驅動系統的結 構之功能方塊圖。 圖6是顯示進行脫水運轉時之馬達的旋轉數之控制狀 φ 態的圖。 圖7是顯示水槽的橫擺檢測處理內容之流程圖。 圖8是顯示同縱擺檢測處理內容之流程圖。 圖9是顯示水槽對框體之接觸檢測處理內容的流程圖 〇 圖10是顯示洗滌物的不平衡分佈狀態之典型例，圖 10(a)爲顯示上不平衡狀態，圖10(b)爲下不平衡狀態 ，圖l〇(c)爲並進不平衡狀態，圖i〇(d)爲對向不平 衡狀態之圖。 -18- (15) (15)1317393 【主要元件符號說明】 2 :框體 4 :水槽 5 :彈性支承機構 5 a :支承軸 6 :洗滌槽 8 :攪拌翼 1 0 :馬達 20 :微電腦（不平衡量檢測手段）
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