JP2010088767A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】脱水時の支持系共振、受け筒共振、きょう体カバー共振による振動とそれに伴う騒音の低減を図ること。
【解決手段】洗濯物を回転させる洗濯槽１１と、洗濯槽を回転駆動するモータ１２と、モータを制御する制御手段２１と、洗濯槽を収容してきょう体に対して支持される受け筒１３と、受け筒の姿勢を保って支持する支持手段１５、１６と、衣類のアンバランスと前記アンバランスによるモータトルクの変動を検知するアンバランス検出手段２２と、前記アンバランス検出手段で検知したモータトルク変動を補正するための信号をモータ制御信号に加算するアンバランス振動制御手段２３を有することにより、衣類のアンバランスとそれによるトルク変動を検出し、モータ制御でトルク変動を補正することによって、脱水工程におけるアンバランス振動、騒音の低減と脱水時間短縮を実現することができる。
【選択図】図１

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ある。

一般に、洗濯機は回流する水流を利用して洗濯衣類を洗浄するパルセータ式と、洗濯衣類の落下を利用して洗濯衣類を洗浄する（たたき洗いする）ドラム式に大別される。

パルセータ式は、洗濯衣類の出し入りは上側から行い、洗濯槽の向きが縦で縦型と呼ばれる。それに対してドラム式は、洗濯槽の向きが横で横型と呼ばれる。また、一般に乾燥機も横型である。

これに対して、最近のドラム式洗濯機においては、ユニバーサルデザインの観点からドラムである洗濯槽をななめに配置して、洗濯衣類の取り出し易さとともに、たたき洗いによる洗浄性能向上と、縦型と比較して乾燥時間の短縮を実現している。

また、ドラム式は脱水工程において、洗濯物のアンバランスによる振動騒音が発生しやすく、ダンパなどで振動低減を図っているものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、他の洗濯機としては、洗濯槽の振動を洗濯槽上部に取り付けた振動センサ１３で検出して、その検出信号をもとにモータの回転数制御を脱水工程制御部２で行っているものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６−１３６６０２号公報 特開平５−１５４２７５号公報

しかしながら、従来の縦型のパルセータ式洗濯機は、洗濯物の出し入れが上側からで、重い洗濯物を担ぎ上げる、あるいは引っ張り出すといった不便な作業が必要であった。

前記特許文献１の構成では、ドラムをななめにして洗濯物投入口を低くする工夫がなされている。しかしながら、ドラムがななめであるため、脱水時に洗濯物のアンバランスが発生しやすく、洗濯槽が大きく振動するという課題を有していた。

また、前記特許文献２の構成では、洗濯槽の振動を洗濯槽上部に取り付けた振動センサ１３で検出して、その検出信号をもとにモータの回転数制御を脱水工程制御部２で行っている。しかしながら、振動を検出してそのレベルに応じて回転数を制御しているのみで、モータ制御で積極的に振動を低減することは行っておらず、振動低減は受け筒下側に配置されたダンパ１２で行っているのみであり、安定に洗濯機の振動を低減することができない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、洗濯槽を含む受け筒の振動状態検出し、その振動が小さくなるように、振動センサ信号をモータ電流制御信号に加算してモータ制御を行うことにより、共振振動やアンバランス振動を補償しながらモータの回転制御を行うことが可能となり、脱水時振動・騒音を制御的に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、洗濯槽を回転駆動するモータと、モータを制御する制御手段と、洗濯槽を収容してきょう体に対して支持される受け筒と、受け筒の姿勢を保って支持する支持手段と、衣類のアンバランスと前記アンバランスによるモータトルクの変動を検知するアンバランス検出手段と、前記アンバランス検出手段で検知したモータトルク変動を補正するための信号をモータ制御信号に加算するアンバランス振動制御手段を備えたものである。

これにより、受け筒の振動制御を行うことが可能なため、脱水時の振動の低減や、それに伴う騒音の低減、脱水時間の短縮を実現することができる。

本発明の洗濯機は、衣類のアンバランスとそれによるトルク変動を検出し、モータ制御でトルク変動を補正することによって、脱水工程におけるアンバランス振動の低減と、それに伴う騒音の低減、脱水回転数向上と脱水時間短縮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、洗濯槽を回転駆動するモータと、モータを制御する制御手段と、洗濯槽を収容してきょう体に対して支持される受け筒と、受け筒の姿勢を保って支持する支持手段と、衣類のアンバランスと前記アンバランスによるモータトルクの変動を検知するアンバランス検出手段と、前記アンバランス検出手段で検知したモータトルク変動を補正するための信号をモータ制御信号に加算するアンバランス振動制御手段を有することで、受け筒の振動制御を行うことが可能なため、脱水時の振動の低減や、それに伴う騒音の低減、脱水時間の短縮を実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のアンバランス振動制御手段が、モータトルク変動がゼロになるように、モータトルク変動と反対位相かつ同振幅の信号を生成するトルク変動補正手段を有するため、衣類アンバランスによるトルク変動を高精度に補正することが可能であり、脱水時のアンバランス振動の低減とそれに伴う騒音の低減を実現することができる。

第３の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明のアンバランス検出手段が、受け筒の振れまわり軌跡を検出する振動軌跡検出手段を有するため、受け筒の振れまわりを小さくするように、アンバランス振動制御手段でモータ制御することで、脱水時の受け筒振動の低減とそれに伴う騒音の低減を実現することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明のアンバランス振動制御手段が、加算するモータのトルク変動と同振幅の信号の位相を調整して、振動軌跡検出手段の出力が楕円形である状態を円形に近づける信号位相調整手段を有することで、脱水時の受け筒振動の低減とそれに伴う騒音の低減を実現することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明のアンバランス検出手段が、衣類のアンバランスを受け筒振動として振動センサで検知することするため、安価、小型、高精度に受け筒振動を検出することで、安価に脱水時の受け筒振動の低減とそれに伴う騒音の低減を実現することができる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の振動センサが、受け筒前側の振動を検出するため、前側の衣類アンバランスによる受け筒振動検出とその低減とそれに伴う騒音の低減を実現することができる。

第７の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の振動センサが、受け筒底側の振動を検出するため、底側の衣類アンバランスによる受け筒振動検出とその低減とそれに伴う騒音の低減を実現することができる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の振動センサは、直行する３方向の振動を検出するため、受け筒の振れまわり軌跡を検出することができ、受け筒の振れまわりを小さくするように、アンバランス振動制御手段でモータ制御することで、脱水時の受け筒振動の低減とそれに伴う騒音の低減を実現することができる。

第９の発明は、特に、第３の発明の振動軌跡検出手段が、振動センサの３つの信号のすくなくとも２つの信号より、受け筒の振れまわり軌跡を検出することができ、受け筒の振れまわりを小さくするように、アンバランス振動制御手段でモータ制御することで、脱水時の受け筒振動の低減とそれに伴う騒音の低減を実現することができる。

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振動制御装置のブロック図である。図１において、１０は洗濯機機構部で、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、１７は投入口を有するきょう体カバー、１４は受け筒と洗濯物投入口のあるきょう体カバー１７との隙間をなくして接続するためのシールパッキン、１５は洗濯槽の姿勢を支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きょう体カバー１７や床への振動伝達を小さくするためのばね要素とダンパ要素で構成されるダンパ機構、１９は洗濯機を床に設置する防振ゴムで、２０は受け筒１３の振動状態を検出する３軸加速度センサである。

また、２１はモータ１２の制御手段、２４はモータの回転速度を検出するホールＩＣの速度検出手段で、２５は速度検出手段２４の出力であるモータ回転速度をもとに目標回転速度との誤差を演算して制御量を演算する制御マイコンの制御量演算手段で、２６はモータ１２へ駆動電流を印加するインバータ回路の駆動手段である。

さらに、２２は３軸加速度センサ２０の出力より振動量（変位）と衣類のアンバランスを演算するアンバランス検出手段、２３はアンバランス検出手段の出力をもとに、トルク変動を推定してトルク変動を補正するための信号を制御手段へ出力するするアンバランス振動制御手段、２７は制御量演算手段２５の出力とアンバランス振動制御手段２３の出力を加算して駆動手段へ出力する加算手段である。

はじめに、モータ制御について説明する。制御手段２１は、洗濯機コントローラより洗濯モードの信号を受け取り、洗濯、脱水、乾燥の動作モードを検知して、動作モードに応じたモータ回転速度を目標回転速度とする。ここで、モータはホール素子内蔵の８極１２スロットのＤＣブラシレスモータである。速度検出手段２４は、ホールＩＣの信号をもとにモータの回転速度を検出する。そして、制御量演算手段が目標回転数と検出したモータの回転速度との誤差を計算して、その誤差がゼロになうように制御量を演算している。

振動制御系は、３軸加速度センサ２０の加速度信号をもとにアンバランス検出手段２２は振動の検出および衣類アンバランスを推定し、アンバランス制御手段２３はアンバランス振動によるトルク変動を検出して、トルク変動がゼロとなるように制御量を演算して制
御を行っている。とくに、本実施の形態ではトルク変動補正の制御量をモータ回転速度制御系の制御量に加算手段２７で加えてモータを制御駆動している。

すなわち、振動量というモータ振動系における状態量をモータ制御量のトルク変動として、モータの速度制御量に加算することでトルク変動を引き起こす振動を低減するようにモータを制御駆動している。

以上より、洗濯機に３軸加速度センサを搭載して、受け筒の振動をセンシングして振動によるトルク変動の制御による振動制御とモータの速度制御を行うことによって、モータによる受け筒の振動制御を実現し、洗濯機の洗濯・脱水・乾燥工程における起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の受け筒の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を低減、防止することができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態である洗濯機の振動制御装置のブロック図である。振動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、アンバランス制御手段２３が、アンバランス検出手段の出力と駆動手段の出力をもとに、トルク変動を推定してトルク変動を補正するため、トルク変動と逆位相でかつ同振幅の信号を制御手段へ出力するするトルク変動補正手段２８を有しているところである。

トルク変動補正手段は、加速度センサによる受け筒振動とモータ制御信号のトルク変動を比較して、トルク変動のうち、回転数に同期した受け筒振動の周波数と同じ周波数成分を抽出して、その成分と同振幅で、トルク変動と逆相の信号を生成して制御手段に出力して、加算手段でモータ制御手段に加算されてモータ制御を行っている。

以上より、洗濯機に３軸加速度センサを搭載して、受け筒の振動をセンシングして振動によるトルク変動の制御による振動制御とモータの速度制御を行うことによって、モータによる受け筒の振動制御を実現し、洗濯機の洗濯・脱水・乾燥工程における起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の受け筒の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を低減、防止することができる。

（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態である洗濯機の振動制御装置のブロック図である。振動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、アンバランス検出手段が、受け筒の振れまわり軌跡を検出する振動軌跡検出手段を有するところと、アンバランス振動制御手段が、加算するモータのトルク変動と同振幅の信号の位相を調整して、振動軌跡検出手段の出力が楕円形である状態を円形に近づける信号位相調整手段を有するところである。

図４は洗濯槽に衣類によるアンバランスが発生した場合の受け筒振動系のモデルである。振動の要因は遠心力として、

また、トルク変動として、

がある。また、トルク変動は

のように、衣類のアンバランスとその重力によって発生する成分と振動により軸受け摩擦などが変動して生じる成分がある。

ここでｒｘ（ｔ）はアンバランスまでの距離のｘ軸成分、Ｔｌｏｓｓ（ｔ）は振動により軸受け摩擦などが変動し生じるトルク変動分であり、また、モータによる洗濯槽の回転運動は

のように等角速度運動と仮定する。

ばねとダンパの支持機構で支持される受け筒において、モータ回転によって衣類のアンバランスを含む洗濯槽が回転する振動系を考える。

このような振動系は一般に一般座標系では、

のように表現される。この式を６自由度直交座標系で表すと、

のように表現される。ここで、数６において、Ｍは受け筒と洗濯槽のドラムと衣類の質量
、Ｊは受け筒の各軸まわりの慣性モーメント、ｃは粘性係数、ｋはバネ定数、Ｆｘ（ｔ）、Ｆｙ（ｔ）、Ｆｚ（ｔ）は遠心力の各軸成分、Ｔｘ（ｔ）、Ｔｙ（ｔ）、Ｔｚ（ｔ）はトルク変動の各軸成分、ｘ（ｔ）は原点のｘ軸振動、ｙ（ｔ）は原点のｙ軸方向振動、ｚ（ｔ）は原点のｚ軸方向振動、θｘ（ｔ）はｘ軸まわりの回転振動、θｙはｙ軸まわりの回転振動、θｚはｚまわりの回転振動である。

いま、非連性系として外力の働くｘ座標、ｙ座標、ｚ軸周りの回転座標についてのみ考え、外力は調和振動すると仮定すると、運動方程式は

のようになる。ここで、係数ｋとｃを

のようにとると、受け筒外周における角度φでの点（ｘ，ｙ）の振動は、

のようになる。

数７、数９において、衣類による７００ｇのアンバラスを想定した時のトルク変動２．７Ｎｍの場合、図５（Ａ）のように受け筒の振れまわりが楕円形となっているが、制御でトルク変動を０に近づけると図５（Ｂ）のように受け筒の振れまわりが真円に近づき、振れまわりを小さくすることできている。

この振れまわりの軌跡を振動軌跡検出手段で検知し、アンバランス振動制御手段の信号位相調整手段によって、トルク変動を低減することによって、図５のように受け筒の振れまわりを小さくすることが可能となる。

以上より、洗濯機に３軸加速度センサを搭載して、受け筒の振動をセンシングして振動によるトルク変動の制御による振動制御とモータの速度制御を行うことによって、モータによる受け筒の振動制御を実現し、洗濯機の洗濯・脱水・乾燥工程における起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の受け筒の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を低減、防止することができる。

なお、本実施の形態１において、振動センサを受け筒側面上側に配置したが、きょう体カバー上側に配置しても同様の効果が可能である。

また、本実施の形態１において、振動センサを受け筒側面上側に配置したが、きょう体カバー側面に配置しても同様の効果が可能である。

また、本実施の形態１において、振動センサを受け筒側面上側に配置したが、きょう体カバー底面の脚部に配置しても同様の効果が可能である。

また、本実施の形態１において、振動センサを受け筒側面上側に配置したが、受け筒底面に配置しても同様の効果が可能である。

また、本実施の形態では、加速度センサ信号をそのままフィードバックして振動制御を行っているが、加速度センサ信号とモータ電流などを用いてオブザーバを構成して、その状態量をフィードバックして振動制御してもよい。

さらに本実施の形態では、受け筒ときょう体カバーに３軸加速度センサを配置したが、他の機構要素に配置してもよい。

また、本実施の形態では、加速度センサを使用したが、角速度センサであるジャイロセンサを使用しても同様の効果がある。

以上のように、本発明にかかる洗濯機は、衣類のアンバランスとそれによるトルク変動を検出し、モータ制御でトルク変動を補正することによって、脱水工程におけるアンバランス振動の低減と、それに伴う騒音の低減、脱水回転数向上と脱水時間短縮を実現することができるため、特にドラム式洗濯機に有用である。

本発明の第１の実施の形態における洗濯機の振動制御装置のブロック図 本発明の第２の実施の形態における洗濯機の振動制御装置のブロック図 本発明の第３の実施の形態における洗濯機の振動制御装置のブロック図 本発明の第３の実施の形態における洗濯機の振動系の説明図 本発明の第３の実施の形態における洗濯機の振動軌跡の説明図

符号の説明

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（支持手段）
１６ ダンパ機構（支持手段）
１７ きょう体カバー
１８ 取り出し口
２０ ３軸加速度センサ（振動センサ）
２１ 制御手段
２２ アンバランス検出手段
２３ アンバランス振動制御手段
２４ 速度検出手段
２５ 制御量演算手段
２６ 駆動手段
２７ 加算手段
２８ トルク変動補正手段
２９ 信号位相調整手段
３０ 振動軌跡検出手段

Claims (9)

1. 洗濯物を回転させる洗濯槽と、洗濯槽を回転駆動するモータと、モータを制御する制御手段と、洗濯槽を収容してきょう体に対して支持される受け筒と、受け筒の姿勢を保って支持する支持手段と、衣類のアンバランスと前記アンバランスによるモータトルクの変動を検知するアンバランス検出手段と、前記アンバランス検出手段で検知したモータトルク変動を補正するための信号をモータ制御信号に加算するアンバランス振動制御手段を有することを特徴とする洗濯機。
2. アンバランス振動制御手段は、モータトルク変動がゼロになるように、モータトルク変動と反対位相かつ同振幅の信号を生成するトルク変動補正手段を有することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
3. アンバランス検出手段は、受け筒の振れまわり軌跡を検出する振動軌跡検出手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の洗濯機。
4. アンバランス振動制御手段は、加算するモータのトルク変動と同振幅の信号の位相を調整して、振動軌跡検出手段の出力が楕円形である状態を円形に近づける信号位相調整手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯機。
5. アンバランス検出手段は、衣類のアンバランスを受け筒振動として振動センサで検知することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗濯機。
6. 振動センサは、受け筒前側の振動を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。
7. 振動センサは、受け筒底側の振動を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。
8. 振動センサは、直行する３方向の振動を検出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の洗濯機。
9. 振動センサは、直行する３方向の振動を検出可能とするとともに、振動軌跡検出手段は、振動センサの３つの信号のすくなくとも２つの信号より、受け筒の振れまわり軌跡を検出することを特徴とする請求項３記載の洗濯機。