| 【発明の名称】 |
洗濯機 |
| 【発明者】 |
【氏名】松浦 貞裕
【氏名】田澤 徹
【氏名】五十嵐 祥晃
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| 【要約】 |
【課題】洗濯脱水槽の洗濯物の量や、洗濯物の偏在によって生ずるアンバランス量を精度よく推定する洗濯機を提供する。
【解決手段】洗濯脱水槽１０４を回転させる電動機１００と、前記電動機の回転角速度を制御する角速度制御部１５０と、前記電動機の角加速度が一定となる指令角速度を与えて試験運転する指令角速度値生成器１０２を有しており、前記試験運転中の前記電動機の出力トルクに応じて洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器２５２を有することで、容易にかつ正確に洗濯物の量を推定可能な洗濯機を実現することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記電動機の回転角加速度を一定とする指令角速度を与えて前記電動機を回転させる角速度制御部と、回転中の前記電動機の出力トルクに応じて洗濯脱水槽内の洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と、を有することを特徴とする洗濯機。
【請求項２】 洗濯脱水槽を駆動する電動機と、三角波形状の時間的変化をする指令回転角速度を生成する指令角速度生成手段と、前記電動機の回転角速度を前記指令回転角速度に追従するように制御する角速度制御部と、回転中の前記電動機の出力トルクに基づいて、洗濯脱水漕内の洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と、を有することを特徴とする洗濯機。
【請求項３】 洗濯脱水槽を駆動する電動機と、三角波形状の時間的変化をする指令回転角速度を生成する指令角速度生成手段と、前記電動機の回転角速度を前記指令回転角速度に追従するように制御する角速度制御部と、回転加速時における前記電動機の出力トルクと回転減速時における前記電動機の出力トルクとの差に基づいて、洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と、を有することを特徴とする洗濯機。
【請求項４】 前記指令角速度生成手段は、指令回転角速度の最低回転角速度を、洗濯脱水槽の回転により生ずる遠心力により洗濯物が前記洗濯脱水槽の内面に密着する回転角速度とすることを特徴とする請求項１、２又は３記載の洗濯機。
【請求項５】 洗濯脱水槽を駆動する電動機は三相誘導電動機であって、前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分に対して独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を変化させ前記三相誘導電動機の回転角速度を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の洗濯機。
【請求項６】 洗濯脱水槽を駆動する電動機が三相誘導電動機であって、前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分に対して独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を変化させ前記三相誘導電動機の回転角速度を制御する制御装置と、回転中の電動機の前記トルク電流成分に基づいて洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器とを有することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の洗濯機。
【請求項７】 洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記電動機の出力トルクが一定となるように制御する一定運転制御器と、前記電動機の回転角速度の変化に基づいて洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と、を有することを特徴とする洗濯機。
【請求項８】 洗濯脱水槽を駆動する電動機が三相誘導電動機であって、前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を変化させて前記三相誘導電動機の回転角速度を制御する制御装置と、前記トルク電流成分を一定値として指令して回転を行うトルク一定運転制御器を有することを特徴とする請求項７記載の洗濯機。
【請求項９】 洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記電動機の回転角速度が予め定めた一定の回転角速度となるように制御する制御器部と、前記電動機の出力トルクに基づいて、前記洗濯脱水槽の内面に密着した洗濯物の偏在によるアンバランス量を推定するアンバランス量推定器と、を有することを特徴とする洗濯機。
【請求項１０】 洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記電動機の回転角速度が予め定めた一定の回転角速度となるように制御する制御器部と、前記電動機の出力トルクの変動幅に基づいて、前記洗濯脱水槽の内面に密着した洗濯物の偏りによるアンバランス量を推定するアンバランス量推定器と、を有することを特徴とする洗濯機。
【請求項１１】 洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記電動機の回転角速度を予め定めた一定の回転角速度となるように制御する制御器部と、前記電動機の出力トルク変動に基づいて、前記洗濯脱水槽の内面に偏って密着した洗濯物の位置を推定するアンバランス位置推定器と、を有することを特徴とする洗濯機。
【請求項１２】 洗濯脱水槽を駆動する電動機が三相誘導電動機であって、前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を変化させて前記三相誘導電動機の回転角速度を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項９、１０又は１１記載の洗濯機。
【請求項１３】 洗濯脱水槽を駆動する電動機が三相誘導電動機であって、前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を変化させて前記三相誘導電動機の回転角速度を制御する制御装置と、前記トルク電流成分に基づいて洗濯物の量を推定するアンバランス量推定器を有することを特徴とする請求項９、１０又は１１記載の洗濯機。
【請求項１４】 前記制御器は、電動機の回転角速度を、洗濯脱水槽が回転することにより生ずる遠心力により洗濯物が前記洗濯脱水槽の内面に十分に密着する回転角速度に制御することを特徴とする請求項９、１０又は１１記載の洗濯機。
【請求項１５】 洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記洗濯脱水槽の内面に偏って密着した洗濯物の位置を推定するアンバランス位置推定器と、前記アンバランス位置推定器の出力に応じて前記洗濯脱水槽の回転角速度を変動させることにより前記洗濯物の位置をずらしてアンバランスを解消する回転角速度変動器と、を有することを特徴とする洗濯機。
【請求項１６】 洗濯脱水槽を駆動する電動機と、洗濯動作時と脱水動作時とでは前記洗濯脱水槽の回転方向を逆に指令する指令角速度生成器と、前記洗濯脱水槽の内部に取り付けらた複数の突起物であって、前記洗濯動作時の回転方向では洗濯物が前記突起物群に引っかかりやすく、前記脱水動作時の回転方向では洗濯物が前記突起物群に引っかかりにくい突起を有する洗濯脱水槽と、を備えたことを特徴とする洗濯機。
【請求項１７】 洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記洗濯脱水槽に設けられ、水を貯蔵可能な複数のタンクと、前記洗濯脱水槽の内面に密着した洗濯物の偏りによるアンバランス量を推定するアンバランス量推定器と、前記洗濯脱水槽の内面に偏って密着した洗濯物の位置を推定するアンバランス位置推定器と、前記アンバランス量推定器と前記アンバランス位置推定器の出力に基づいて定まる前記タンクの予め貯蔵された水を除くことによりアンバランス量を減らすアンバランス量補正器と、を有することを特徴とする洗濯機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、洗濯脱水槽内の洗濯物の量の推定や洗濯物の偏りによって生ずるアンバランス量の検出をする洗濯機で、特に洗濯脱水槽を駆動するドラム式洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の洗濯機で洗濯脱水槽内の洗濯物の量を推定するものとして、例えば、特開昭６１−８０９４公報には、洗濯脱水槽を駆動するモータへ通電してモータの回転数が所定回転数に達した時点で通電を止め、その時点から惰性で回転するモータが自然に停止するまでの時間で洗濯物の量の推定を行う方式が開示されている。また、特開平６−７１０８５には、モータに印加する電圧を一定にし、モータに取り付けた角速度センサにより検出される角速度情報の変化から洗濯物の量を推定する方式が開示されている。更に特開平５−３９９０には、モータへの通電電流から洗濯物の量を推定する方式が開示されている。
【０００３】一方、従来の洗濯機で洗濯脱水槽内の洗濯物の偏りによるアンバランス量を検知するものとして、特開平３−７０５９６には、洗濯脱水槽に振動を検知するセンサを取り付けてアンバランス状態を検出する方式が開示されている。また、特開平５−１０３８９５には、モータに取り付けた角速度センサにより検出される角速度情報からアンバランス状態を検出する方式が開示されている。さらに特開平９−２９００８９には、モータを流れる電流の変動から洗濯脱水槽のアンバランス状態を検出するとともにその偏りの位置を測定する位置センサを用いる方式が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】洗濯物の重量など洗濯脱水槽内の洗濯物の量を推定する方法では、前記のモータが惰性で回転する時間で推定する方法、一定の電圧を印加した場合のモータの回転角速度の変化から推定する方法、モータの通電電流から推定する方法のいずれも推定精度が悪いといった問題点を有していた。
【０００５】また、洗濯脱水槽のアンバランス量を検知する方法では、振動を検知するセンサを取り付ける必要がある。また回転角速度の変化からこのアンバランス量を精度よく検知するには高精度の角速度センサが必要であるためコストが高くなるという問題点を有していた。さらにモータに流す電流の変動からこのアンバランス量を検知する方法は、特に誘導電動機の場合には検知精度が低いといった問題点を有していた。
【０００６】本発明は、洗濯機、特にドラム式の洗濯機において、洗濯脱水槽内の洗濯物の量を精度よく推定するとともに、洗濯脱水槽内における洗濯物の偏在によって生じるアンバランス状態を精度よく検知できる洗濯機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するために本発明の洗濯機は、洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記電動機の回転角速度を制御する制御装置と、前記電動機の回転加角速度が一定となるような指令角速度を与えて前記電動機を試験運転させる試験運転制御器と、前記試験運転中の前記電動機の出力トルクに基づいて洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器とを有することを特徴とするものである。
【０００８】回転加角速度が一定となるような指令角速度を与えて電動機を運転させると、電動機の出力トルクは負荷に応じて変化する。例えば負荷が大きいときは出力トルクは大きくなる。従って出力トルクを求めることによって洗濯脱水槽内の洗濯物の量を推定することができる。
【０００９】本発明の他の観点の洗濯機は、洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記電動機の回転角速度を制御する制御装置と、前記電動機を予め定めた一定の回転角速度で回転させて試験運転させる試験運転制御器と、前記試験運転中の前記電動機の出力トルクに基づいて、前記洗濯脱水槽の内壁に付着した洗濯物の偏在による洗濯脱水槽のアンバランス量を推定するアンバランス量推定器を有することを特徴とするものである。
【００１０】洗濯脱水漕内で洗濯物が偏在した状態で、電動機を一定の回転角速度で回転させて洗濯脱水漕を一定の回転角速度で回転させると、回転に同期して電動機の出力トルクが変動する。従って出力トルクの変動量を求めることによって洗濯脱水漕のアンバランス量を推定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下本発明の洗濯機の好適な実施例について、図１ないし図１１を参照しながら説明する。
【００１２】《第１実施例》図１は本発明の第１の実施例における三相誘導電動機を用いた洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００１３】図１において、三相誘導電動機１００は、伝達機構１０６を介して、洗濯と脱水さらには乾燥まで行う洗濯脱水槽１０４に連結されている。三相誘導電動機の回転角速度を指令する指令回転角速度ωm*を出力する指令角速度生成器１０２の出力端は、角速度制御器１１０の入力端に接続されている。角速度制御器１１０の出力端は、すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には指令励磁電流Ｉ1d* が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は二相／三相変換器１２０の２つの入力端にそれぞれ接続され、二相／三相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介してＡＣ電源に接続されている。
【００１４】ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃが設けられており、これらの出力端は電流制御器１２２にそれぞれ接続されている。電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃの出力端は三相／二相変換器２２０の３つの入力端にも接続されている。三相／二相変換器２２０の２つの出力端は二次磁束推定器２２４に接続され、さらに、角速度推定器２２６及び出力トルク推定器２５０にも接続されている。一方、電流制御器１２２の３つの出力端は三相／二相変換器２２２の入力端にもそれぞれ接続されており、三相／二相変換器２２２の２つの出力端は二次磁束推定器２２４に接続されている。二次磁束推定器２２４の出力端は角速度推定器２２６及び出力トルク推定器２５０にも接続されている。角速度推定器２２６の出力端は増幅器１１５と角速度制御器１１０の入力端に接続されている。出力トルク推定器２５０の出力端は洗濯物量推定器２５２の入力端に接続されている。
【００１５】増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続され、加算機１１４の他方の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続されている。加算機１１４の出力端には積分器１１６の入力端が接続され、積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の入力端に接続されている。
【００１６】以上のように構成された洗濯機について、以下図１を用いて、まず基本動作を説明する。洗濯脱水槽１０４を三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯脱水槽１０４内の洗濯物を洗濯する。一般に、三相誘導電動機は三相／二相変換を行うことで、二相誘導電動機として考察することができる。二相誘導電動機における誘導電動機の基礎式を（数１）に示す。
【００１７】
【数１】
【００１８】ここで，ｉ1d，ｉ1qはそれぞれ固定子側に流れる一次側のｄ軸電流及びｄ軸と位相差が９０度であるｑ軸電流を表す。またｖ1d，ｖ1qはそれぞれｄ軸電圧及びｑ軸電圧を表す。ψ2d，ψ2qはそれぞれ回転子側であるｄ軸二次磁束及びｑ軸二次磁束を表す。また，Ｒj，Ｌjはそれぞれｊ次側の抵抗及びインダクタンスを表し、Ｍは相互インダクタンスを表す。θはモータの回転角度を表し、ｐは極対数を表す。実際の回転角速度をωmとする。
【００１９】三相誘導電動機の角速度制御を行う場合、三相誘導電動機の回転角速度を検出する角速度検出器を用いてもよいが、本実施例では三相誘導電動機の回転角速度を推定して、この推定角速度で角速度制御を行う。
【００２０】まず、角速度制御を行う角速度制御部１５０の動作について説明する。前記のように、角速度制御部１５０は、角速度制御器１１０、すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、及び二相／三相変換器１２０から構成されている。角速度制御器１１０は、直流モータの角速度制御と同様に、指令角速度生成器１０２から出力される三相誘導電動機の指令回転角速度ωm*と、後述する三相誘導電動機の回転角速度を推定する角速度推定部２００からの推定回転角速度ωme から、指令トルク電流Ｉ1q*を、例えば次の（数２）に示すように与える。
【００２１】
【数２】
【００２２】ここで、Ｋps、Ｋisは角速度制御ゲインを表し、望みの応答特性になるように設定する定数である。回転角速度の推定が正しく行われれば、直流電動機と同等の制御性を実現することができる。誘導電動機は永久磁石を有しないので、永久磁石で作る磁界に相当する磁界を作るための予め定めた励磁電流を指令励磁電流Ｉ1d* に基づいて励磁コイルに与える。そして、すべり周波数演算器１１２は、指令励磁電流Ｉ1d*と指令トルク電流Ｉ1q*とを用いて、すべり角速度ωs を（数３）で計算する。
【００２３】
【数３】
【００２４】増幅器１１５で得た三相誘導電動機実際の回転角速度ωm と極対数ｐの積と、このすべり角速度ωs とを加算器１１４で加算し、加算結果を積分器１１６で積分することにより、次の（数４）に示す電気的位相角θ0 が求められる。
【００２５】
【数４】
【００２６】更に、回転／静止座標変換器１１８により、あたかも所定方向に着磁した永久磁石があるかのように、前記の指令励磁電流Ｉ1d*と指令トルク電流Ｉ1q*と電気的位相角θ0 とを用いて、（数５）に示す演算を行う。
【００２７】
【数５】
【００２８】その結果、指令励磁電流Ｉ1d*と指令トルク電流Ｉ1q*は、それぞれ位相差が９０度の二相の電流を指示する一次指令交流電流ｉ1d*及びｉ1q*に変換される。次に、一次指令交流電流ｉ1d*，ｉ1q*は二相／三相変換器１２０により、（数６）に従って三相の電流を指示する一次指令交流電流ｉ1a*，ｉ1b*，ｉ1c* に変換される。なお、各電流を示す記号の右肩の＊は指令値であることを示す。また各物理量の記号で＊のないものは、実際値を示す。また物理量に添字のｅを付したものは推定値を示す。
【００２９】
【数６】
【００３０】これらの指令電流通りの電流を流すことができれば、誘導電動機で直流電動機と同等の性能を実現することが可能となる。次に、電流制御器１２２の動作について説明する。電流制御器１２２では、実際の一次交流電流ｉ1a，ｉ1b，ｉ1c がそれぞれ一次指令交流電流ｉ1a*，ｉ1b*，ｉ1c*に追従する様に電流フィードバック制御を行う。例えば、実際の一次交流電流をそれぞれ電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃで検出し、（数７）に示す計算を行って指令電圧ｖ1z*（ｚ：ａ，ｂ，ｃ）を出力する。
【００３１】
【数７】
【００３２】ここで、Ｋpc、Ｋicは電流制御ゲインで、一次交流電流が一次指令交流電流に追従するように設定する定数である。そして、ＰＷＭインバータ１２４は電流制御器１２２からの制御信号である指令電圧に基づくパルス幅の信号に従い、コンバータ１３０で商用電源から作られた直流電圧をトランジスタでオンオフさせることにより、三相誘導電動機１００に所望の電圧を加えて電流を流す。なお、三相誘導電動機１００に供給された三相のそれぞれの一次交流電流ｉ1a，ｉ1b，ｉ1cを足しあわせると０、即ち、（数８）に示す関係になる。
【００３３】
【数８】
【００３４】従って、電流検出においては、三相のうちのいずれか２相の電流を検出し、残りの１相の電流は検出した２相の電流値から計算してもよい。以上により、三相誘導電動機に供給される一次交流電流が、所望の指令値に等しくなるように制御でき、三相誘導電動機の回転角速度を所望の角速度に制御することができる。
【００３５】次に、三相誘導電動機の回転角速度を推定する角速度推定部２００について説明する。角速度推定部２００は、前記のように三相／二相変換器２２０、三相／二相変換器２２２、二次磁束推定器２２４、角速度推定器２２６から構成されている。三相／二相変換器２２０で、電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃの検出出力ｉ1a，ｉ1b，ｉ1cを（数９）に示すように二相の交流電流ｉ1d，ｉ1qに変換する。
【００３６】
【数９】
【００３７】三相／二相変換器２２２で、三相の指令電圧ｖ1z*（ｚ：ａ，ｂ，ｃ）を（数１０）に示すように、二相の交流電圧ｖ1d，ｖ1qに変換する。
【００３８】
【数１０】
【００３９】これらの二相交流電流及び二相交流電圧から、二次磁束推定器２２４により、（数１１）及び（数１２）に示す演算を行うことにより、それぞれ二次磁束ψ2d，ψ2qが推定できる。
【００４０】
【数１１】
【００４１】
【数１２】
【００４２】ここで、二相モデルにおける三相誘導電動機の基礎式（数１）から、三相誘導電動機の推定回転角速度ωmeを求める次の２つの式（数１３）と（数１４）が得られる。
【００４３】
【数１３】
【００４４】
【数１４】
【００４５】これらの２つの式はいずれも、分母が０となる場合があり、その近傍では推定精度が悪い。しかし、三相誘導電動機が駆動されている場合は、（数１３）の分母である二次磁束ψ2qと（数１４）の分母である二次磁束ψ2dは、位相が９０度ずれた正弦波状になるため、両方とも同時に０になることはない。そこで、角速度推定器２２６は、二次磁束ψ2d，ψ2qの大きさを検査し、これらが０に近い値でない方、即ち、（数１３）と（数１４）の分母が０に近い値でない方の推定式を選択すれば、常に精度よく三相誘導電動機の回転角速度を推定できることになる。以上のようにして、角速度検出器を用いなくても、三相誘導電動機の角速度制御が可能となり、指令角速度通りの動作を実現することができる。
【００４６】このような動作を行う洗濯機において、洗濯脱水槽１０４内の洗濯物の量を推定する方法について以下に説明する。三相誘導電動機の出力トルクτは、二相の交流電流ｉ1d，ｉ1qと二次磁束ψ2d，ψ2qとを用いて、（数１５）の様に表すことができる。
【００４７】
【数１５】
【００４８】出力トルク推定器２５０は（数１５）にしたがって、三相誘導電動機の出力トルクτを算出することができる。また、三相誘導電動機の出力トルクと、洗濯物を洗濯脱水槽に入れた状態で洗濯脱水槽を回転させる場合の関係式は、（数１６）の様に表すことができる。
【００４９】
【数１６】
【００５０】ここで、Ｊは洗濯脱水槽の慣性モーメントを表し、ＪLは洗濯物の慣性モーメントを表す。ｄ1は摩擦等の外乱を表し、ｒは三相誘導電動機の回転軸と洗濯脱水槽の回転軸との減速比を表す。この時、三相誘導電動機の角加速度Ａが一定、即ち、（数１７）で示されるとき、洗濯物の量が一定であれば三相誘導電動機の出力トルクτが一定となる。
【００５１】
【数１７】
【００５２】（数１６）から洗濯物の量が変化すると、その量に応じて三相誘導電動機の出力トルクが変化することが分かる。そこで、指令角速度生成器１０２から出力される三相誘導電動機の指令回転角速度を図２の（ａ）に示す様に三角波で与えると、そのときの出力トルクは、図２の（ｂ）に示す様に角加速度が一定の区間は一定値で出力される。この時、三角波で示す指令回転角速度の最低回転角速度を、洗濯物が遠心力により洗濯脱水槽に密着する最低角速度より速くすれば推定精度が向上する。
【００５３】また、摩擦等の外乱ｄ1の影響を排除して、推定精度を上げるためには、加速時と減速時のトルク差を取ればよい。即ち、三角波の指令回転角速度に基づく加速時の角加速度をＡとし、減速時の角加速度を−Ａとした場合、加速時における最大トルクτmaxと減速時における最小トルクτminの差△τを取ると、外乱ｄ1の影響を排除できる。この状態を（数１８）で示す。
【００５４】
【数１８】
【００５５】この（数１８）より、出力トルクから洗濯物の量を推定することが可能となる。実際に出力トルク差と洗濯物の量との関係は、図３の様になる。従って出力トルク推定器２５０の出力から洗濯物量推定器２５２において、洗濯物の量を容易かつ精度よく推定することが可能となる。なお、本実施例のように、三相誘導電動機を用いて、励磁電流成分とトルク電流成分とを分けて独立に指令する場合、三相誘導電動機の出力トルクを推定する出力トルク推定器２５０を用いずに、指令トルク電流Ｉ1q* などのトルク電流成分の値から洗濯物量を推定してもよい。
【００５６】更に、第１の実施例では（数１０）の演算において、実際の電圧の代わりに指令電圧ｖ1z*（ｚ：ａ，ｂ，ｃ，）を用いているが、これにより電圧を検出する電圧検出器が不要となる利点がある。この場合、ＰＷＭインバータ１２４がオンする時の時間遅れ等の影響を補正すれば、電圧の精度が向上する。第１の実施例では、三相誘導電動機の回転において角加速度を一定とする指令角速度を行い、その時の出力トルクで洗濯物の量を推定したが、出力トルクを一定とするトルク制御を行い、その時の回転角速度から洗濯物の量を推定することも可能である。
【００５７】《第２実施例》本発明の第２の実施例として、出力トルクを一定に制御して、その時の回転角速度から洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器を有する洗濯機について説明する。以下本発明の第２の実施例の洗濯機について、図４を参照しながら説明する。
【００５８】図４は本発明の第２の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。図４において、三相誘導電動機１００は、伝達機構１０６を介して、洗濯と脱水さらには乾燥まで行う洗濯脱水槽１０４に連結されている。三相誘導電動機の出力トルクを指令する指令トルクτ* を出力する指令トルク生成器３００の出力端はトルク制御器３０２の一方の入力端に接続されている。トルク制御器３０２の他方の入力端とすべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８のそれぞれ一方の入力端には指令励磁電流Ｉ1d* が入力される。トルク制御器３０２の出力端は、すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端に接続されている。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は二相／三相変換器１２０の２つの入力端にそれぞれ接続され、二相／三相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介してＡＣ電源に接続されている。
【００５９】ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃが設けられており、これらの出力端は電流制御器１２２にそれぞれ接続されている。電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃの出力端は角速度推定部２００にも接続されている。一方、電流制御器１２２の３つの出力端も角速度推定部２００に接続されており、角速度推定部２００の出力は増幅器１１５と洗濯物量推定器３０４の入力端に接続されている。
【００６０】増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続され、加算機１１４の他方の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続されている。加算機１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続され、積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の入力端に接続されている。
【００６１】以上のように構成された洗濯機について、以下図４を用いてその動作を説明する。本実施例においても前記第１の実施例と同様に、洗濯脱水槽１０４を三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０、角速度推定部２００の動作は第１の実施例と同じである。
【００６２】本実施例では、第１の実施例の指令角速度生成器１０２の代わりに指令トルク生成器３００を有し、角速度制御器１１６の代わりにトルク制御器３０２を有する。以下にトルク制御を行う場合の動作について説明する。三相誘導電動機の出力トルクτは、電流制御が行われて、実際の電流が指令電流にほぼ一致している場合、指令励磁電流Ｉ1d*と指令トルク電流Ｉ1q*を用いて（数１５）を（数１９）のように変形できる。
【００６３】
【数１９】
【００６４】指令トルク生成器３００よりトルク指令を出力し、トルク制御器３０２で（数１９）にしたがって、指令トルク電流Ｉ1q* を生成する。電流制御器１２２によりトルク指令電流Ｉ1d*通りの電流に制御することにより所望の出力トルクを出力することが可能となる。
【００６５】このような動作を行う洗濯機において、洗濯脱水機１０４内の洗濯物の量を推定する方法について以下に説明する。三相誘導電動機の出力トルクと、洗濯物を洗濯脱水槽１０４に入れた状態で洗濯脱水槽１０４を回転させる場合の関係式は、第１の実施例と同様に（数１６）の様に表すことができる。そのため、一定のトルクを与えると、三相誘導電動機は等角加速度運動を行う。そこで、指令トルク生成器３００から、予め定めた一定値の指令トルクを出力し、その時の三相誘導電動機の回転角速度を、角速度推定部２００により検出する。次に洗濯物量推定器３０４により、回転角速度の変化を調べることで、洗濯物の量が推定できる。
【００６６】なお、（数１６）における摩擦等の外乱ｄ1の影響を排除して、推定精度を上げるためには、矩形波の指令トルクを出力させ、最大角速度と最低角速度の角速度差を取る。これによって外乱ｄ1の影響を排除できる。また、予め定めた基準角速度Ａから、予め定めた基準角速度Ｂまでの到達時間から洗濯物の量を推定してもよい。
【００６７】これまで述べた洗濯物の量を推定する洗濯機の例においては、脱水時に遠心力により洗濯物が洗濯脱水槽の内面に密着する。この密着した洗濯物の偏在により洗濯脱水槽１０４にアンバランスが生じ大きな振動を発生するといった問題点があった。そこで、本発明の第３の実施例として、洗濯物の偏在によるアンバランス量を推定するアンバランス量推定器を有する洗濯機について説明する。
【００６８】《第３実施例》以下本発明の第３の実施例の洗濯機について、図５ないし図８を参照しながら説明する。
【００６９】図５は本発明の第３の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００７０】図５において、三相誘導電動機１００は、伝達機構１０６を介して、洗濯と脱水さらには乾燥まで行う洗濯脱水槽１０４に連結されている。三相誘導電動機の回転角速度を指令する指令回転角速度ωm*を出力する、指令角速度生成器４００の出力端は角速度制御部１５０の一方の入力端に接続されている。角速度制御部１５０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介してＡＣ電源に接続されている。
【００７１】ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃが設けられており、これらの出力端は電流制御器１２２にそれぞれ接続されている。電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃの出力端は三相／二相変換器２２０の３つの入力端にも接続されている。三相／二相変換器２２０の２つの出力端は二次磁束推定器２２４に接続され、さらに、角速度推定器２２６及び出力トルク推定器２５０にも接続されている。一方、電流制御器１２２の３つの出力端は三相／二相変換器２２２の入力端にもそれぞれ接続されており、三相／二相変換器２２２の２つの出力端は二次磁束推定器２２４に接続されている。二次磁束推定器２２４の出力端は角速度推定器２２６及び出力トルク推定器２５０にも接続されている。角速度推定器２２６の出力端は角速度制御部１５０の他方の入力端に接続されている。出力トルク推定器２５０の出力端はアンバランス量推定器４０２の入力端に接続されている。
【００７２】以上のように構成された洗濯機について、以下図５を用いてその動作を説明する。本実施例でも、前記第１の実施例と同様に洗濯脱水槽１０４を三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。角速度制御部１５０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０、角速度推定部２００、出力トルク推定器２５０の動作は第１の実施例と同じである。
【００７３】主に脱水時には、洗濯物が遠心力により洗濯脱水槽の内面に密着するが、まず密着した洗濯物の偏りによりアンバランスが生じた状態について説明する。図６は洗濯脱水槽１０４の正面図である。図６に示したように、洗濯物１０４Ａが洗濯脱水槽１０４の内面に偏って密着すると、洗濯物１０４Ａによる遠心力と重力が洗濯脱水槽１０４に加わる。特に、遠心力は洗濯脱水槽１０４の回転角速度が速くなると非常に大きな力となり、大きな振動を発生する。そのため、脱水時等の洗濯脱水槽１０４の回転開始後その回転角速度が速くなる前に、アンバランス状態を検知する必要がある。洗濯脱水槽１０４の回転方向、即ち、三相誘導電動機の回転方向の時計回りを正として、偏在する洗濯物１０４Ａの洗濯脱水槽１０４内の位置をφとすると、運動方程式は、（数２０）で表される。
【００７４】
【数２０】
【００７５】ここで、Ｊは洗濯脱水槽１０４の慣性モーメントを表し、ＪL は洗濯物１０４Ａの慣性モーメントを表す。またｍは洗濯物１０４Ａの偏在する質量で表されるアンバランス量を表し、ｇは重力角加速度を表し、Ｒは洗濯脱水槽の半径を表す。ｄ2 は摩擦等の外乱を表し、ｒは三相誘導電動機の回転軸と洗濯脱水槽の回転軸との減速比を表す。指令角速度生成器４００が、洗濯物１０４Ａが遠心力により洗濯脱水槽１０４の内面に密着する回転角速度以上の一定指令回転角速度を与えると、三相誘導電動機の発生トルクは図７に示す様に変化する。この時、三相誘導電動機の発生トルクの最大トルクと最小トルクとの差である変動幅△τを求めると、（数２０）において、慣性モーメントの項と外乱の項が削除され、次の（数２１）となる。
【００７６】
【数２１】
【００７７】この時のアンバランス量とトルクの変動幅の関係の一例を図８に示す。図８よりトルクの変動幅から容易にアンバランス量を推定できることが分かる。このようにして、三相誘導電動機の回転角速度が、指令角速度生成器４００からの指令角速度に追従して一定の回転角速度で回転している状態で、出力トルク推定器２５０で三相誘導電動機の出力トルクを推定することができる。次にアンバランス量推定器４０２により、出力トルク推定器の出力である最大トルクと最小トルクの差を取り、図８の関係を用いることにより、アンバランス量ｍを容易にかつ正確に求めることができる。
【００７８】これにより、脱水動作を行う前に、アンバランス量を測定することができ、アンバランス量が予め定めた値よりも大きい場合は、脱水動作を中断し、やり直すことが可能となる。したがって、大きな振動を未然に防ぐことが可能である。なお、本実施例のように、三相誘導電動機を用いて、励磁電流成分とトルク電流成分とを分けて独立に指令する場合、三相誘導電動機の出力トルクを推定する出力トルク推定器を用いずに、指令トルク電流Ｉ1q* などのトルク電流成分の値から洗濯物の量を推定してもよい。
【００７９】また、この推定動作を行うときの洗濯脱水槽１０４の回転角速度は、洗濯物が遠心力により洗濯脱水槽に密着する回転角速度より速く、洗濯脱水槽などの一次共振が生じる回転角速度よりも遅い角速度がよい。この回転角速度は洗濯機の構造により変化するが通常の洗濯脱水槽１０４で毎分７０から３００回転の角速度である。
【００８０】上記の構成により、アンバランス量を推定してアンバランス量が予め定めた値よりも大きい場合は、脱水動作を中断して、操作をやり直すことで大きな振動を未然に防ぐことが可能となった。しかし操作をやり直し再度、脱水動作を実行しても、再びアンバランス状態になる可能性があるといった問題点があった。
【００８１】そこで、本発明の第４の実施例として、洗濯脱水槽をアンバランス状態になりにくくする機能を有する洗濯機について以下に説明する。
【００８２】《第４実施例》以下本発明の第４の実施例の洗濯機について、図９を参照しながら説明する。図９は本発明の第４の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００８３】図９において、三相誘導電動機１００は、伝達機構１０６を介して、洗濯と脱水さらには乾燥まで行う洗濯脱水槽１０４に連結されている。三相誘導電動機の回転角速度を指令する指令回転角速度ωm*が出力される、指令角速度生成器４００の出力端は加算器５００の一方の入力端に接続されている。加算機５００の出力端は角速度制御部１５０の一方の入力端に接続されている。角速度制御部１５０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介してＡＣ電源に接続されている。
【００８４】ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃが設けられており、これらの出力端は電流制御器１２２にそれぞれ接続されている。電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃの出力端は三相／二相変換器２２０の３つの入力端にも接続されている。三相／二相変換器２２０の２つの出力端は二次磁束推定器２２４に接続され、さらに、角速度推定器２２６及び出力トルク推定器２５０にも接続されている。一方、電流制御器１２２の３つの出力端は三相／二相変換器２２２の入力端にもそれぞれ接続されており、三相／二相変換器２２２の２つの出力端は二次磁束推定器２２４に接続されている。二次磁束推定器２２４の出力端は角速度推定器２２６及び出力トルク推定器２５０にも接続されている。角速度推定器２２６の出力端は角速度制御部１５０の他方の入力端に接続されている。出力トルク推定器２５０の出力端はアンバランス量推定器４０２及びアンバランス位置推定器５０２の入力端に接続されている。アンバランス量推定器４０２及びアンバランス位置推定器５０２の出力端は回転角速度変動器５０４の入力端に接続されており、回転角速度変動器５０４の出力端が加算器５００の他方の入力端に接続されている。
【００８５】以上のように構成された洗濯機について、以下図９を用いてその動作を説明する。本実施例でも、前記第１の実施例と同様に洗濯脱水槽１０４を三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。角速度制御部１５０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０、角速度推定部２００、出力トルク推定器２５０の動作は第１の実施例と同じであり、アンバランス量推定器４０２の動作は第３の実施例と同じである。
【００８６】第３の実施例では、アンバランス量の大きさを測定する方法について説明したが、洗濯物の偏っている位置を検出することも可能である。ここではまず、アンバランスの位置を検出するアンバランス位置推定器５０２の動作について説明する。
【００８７】図６に示したアンバランス状態の洗濯脱水槽１０４を回転させる三相誘導電動機のトルクは図中の角度φが２７０度の位置で最大となり、９０度の位置で最小となる。したがって、出力トルク推定器２５０で推定される出力トルクの最大値あるいは最小値から、洗濯物が偏って密着している洗濯脱水槽内の位置も検出可能となる。そこで、前記の検出した位置に応じて、三相誘導電動機の回転角速度を急変させ、洗濯脱水槽１０４の内面に偏って密着した洗濯物を落下させたり、位置をずらすことにより、アンバランス状態を改善することも可能である。
【００８８】一つの例として、アンバランス位置推定器５０２よりアンバランスの原因の洗濯物が洗濯脱水槽１０４の上部１０４Ｂ、即ち図６において角度φが０度近傍に来たときに、回転角速度補正器５０４によって角速度補正値を出力し、洗濯脱水槽の角速度を減速する。減速の結果、洗濯物に加わる遠心力より重力の方が大きくなれば、洗濯物は洗濯脱水槽１０４の内面からはがれ、アンバランス状態を解消することができる。
【００８９】他の方法として、洗濯脱水槽１０４の回転角速度を急加速あるいは急減速することで、生じる慣性エネルギーを利用して、洗濯物の位置をずらすことが可能である。この場合もアンバランス状態の洗濯物の位置と、重力との関係を考慮することで、より効果的に偏って密着している洗濯物の位置を洗濯脱水槽１０４の内面でずらすことができ、これによってアンバランス状態を補正できる。
【００９０】このようにしてアンバランス量が予め定めた値よりも大きい場合に、脱水動作を中断して、アンバランス状態を解消し、再び脱水動作をやり直す場合に、再びアンバランス状態になる可能性を大幅に減らすことが可能となる。なお、この補正動作は、遠心力の影響を小さくするため、洗濯物が遠心力により洗濯脱水槽１０４の内面に密着する最低の回転角速度近傍の回転角速度で行うのが望ましい。
【００９１】《第５の実施例》本発明の第５の実施例として、アンバランス状態になりにくい洗濯脱水槽を有する洗濯機について図１０を参照しながら説明する。図１０は本発明の第５の実施例における洗濯機の動作を説明するための洗濯脱水槽２０４の正面図である。図１０において、洗濯と脱水さらには乾燥まで行う洗濯脱水槽２０４の内部に、洗濯時に洗濯物のひっかかりをよくするための複数の突起物５５０が設けられている。
【００９２】以上のように構成された洗濯機について、以下図１０を用いてその動作を説明する。洗濯脱水槽２０４がほぼ水平な軸２０４Ｃで回転する洗濯機では、洗濯動作時には、洗濯脱水槽２０４を矢印方向に回転させ、突起物５５０によって洗濯物を持ち上げた後、落として洗濯を行う。脱水動作時には、洗濯物の偏在による洗濯脱水槽２０４のアンバランス状態を避けるため、洗濯物が遠心力により均一に洗濯脱水槽２０４の内面に密着するのが望ましい。しかし、突起物の影響で均一に密着せず、アンバランス状態になりやすいといった問題点があった。
【００９３】そこで、図１０に示したように、突起物５５０を回転軸２０４Ｃと突起物５５０を結ぶ仮想面５６０に対して回転方向に関して非対称に構成した鉤状部５７０を設ける。洗濯動作時は洗濯脱水槽１０４を図１０中の矢印の方向に回転させることにより洗濯物を突起物５５０の鉤状部５７０に引っ掛けて持ち上げ、上部で落として洗濯を行う。脱水動作時には、例えば図９の指令角速度生成器４００から負の値の指令回転角速度を出力して洗濯脱水槽２０４を洗濯動作時と逆の方向に回転させる。このようにすると、脱水動作時には洗濯物が鉤状部５７０ひっかかりにくいため洗濯脱水槽２０４はアンバランス状態になりにくい。
【００９４】以上の構成により、洗濯脱水槽２０４のアンバランス状態が起こりにくい洗濯機を実現することが可能となる。
【００９５】前記のアンバランス量を推定する方法では、アンバランス量が大きい場合、脱水動作を中断し、やり直さなければならないといった問題点があった。
【００９６】そこで、本発明の第６の実施例として、アンバランス状態を補正する機能を有する洗濯機について説明する。
【００９７】《第６実施例》以下本発明の第６の実施例の洗濯機について、図１１を参照しながら説明する。図１１は本発明の第６の実施例における洗濯機の洗濯脱水槽３３４の構成を示す正面図である。図１１において、洗濯と脱水さらには乾燥まで行う洗濯脱水槽３３４の周囲に水を出し入れ可能な例えば１６個のタンク６００ないし６１５が設けられている。図１２は第６実施例の洗濯機の構成を示すブロック図である。図１２において、アンバランス量推定器４０２及びアンバランス位置推定器５０２の出力端はアンバランス量補正器６０２の入力端に接続されている。アンバランス量補正器６０２の出力端はタンク６００ないし６１５のそれぞれの開孔を開閉する扉７００ないし７１５を選択的に動作させる、例えば回転軸と平行方向に各扉の半径方向外側に配列されて設けた可動ピンを出し入れする電磁石のそれぞれの開閉スイッチ８００ないし８１５に接続されている。
【００９８】以上のように構成された洗濯機について、以下図１１及び図１２を用いてその動作を説明する。まず、洗濯脱水槽３３４の周囲に取り付けられて洗濯脱水槽３３４と一緒に回転する全てのタンク６００ないし６１５に予め水を入れておく。次に洗濯脱水槽３３４を回転させ、、アンバランス量推定器４０２により、例えば第３の実施例と同様に洗濯物の偏在による洗濯脱水槽３３４のアンバランス量を推定する。さらにアンバランス位置推定器５０２により、例えば第４の実施例と同様に洗濯脱水槽３３４内の洗濯物の偏在位置を推定する。アンバランス量補正器６０２は、アンバランス位置推定器５０２により推定された洗濯物１０４Ａの偏在位置近傍のタンク６１１の扉７１１を開くように開閉スイッチ８１１を制御する。扉７１１の開によって、アンバランス量推定器４０２により推定されたアンバランス量に応じてタンク６１１内の水が排出される。これにより洗濯物の偏在による洗濯脱水槽３３４アンバランスを補正することができ、大きな振動を起こさずに脱水動作が可能となる。
【００９９】なお、洗濯脱水槽３３４の重量を減らして慣性モーメントを減らすために、偏在する洗濯物１０４Ａの、洗濯脱水槽３３４の回転中心に対してと対称な位置のタンク６０３の水だけ残し、他のタンク６００〜６０２，６０４〜６１５の水を排水してアンバランスを補正してもよい。以上の構成により、容易に洗濯脱水槽３３４のアンバランス状態を補正することが可能となる。
【０１００】前記の各実施例では、三相誘導電動機を用いる構成で説明したが、洗濯脱水槽を駆動する電動機はこれに限らず他の方式のものでも良い。特に電動機の発生トルクが容易に推定できる直流電動機やブラシレスモータでも本発明の主旨を変えずして同様の効果を得られることは言うまでもない。
【０１０１】
【発明の効果】以上述べたように本発明による洗濯機は、洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記電動機の回転角速度を制御する制御装置と、前記電動機の角加速度が一定となる指令角速度を与えて前記電動機を試験運転させる試験運転制御器を有している。そして前記試験運転中の前記電動機の出力トルクに応じて洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器を有することで、容易にかつ正確に洗濯物の量を推定可能な洗濯機を実現することができる。
【０１０２】更に、洗濯脱水槽を駆動する電動機と、前記電動機の回転角速度を制御する制御装置と、前記電動機の回転角速度を予め定めた一定の回転角速度となるように試験運転させる試験運転制御器を有しており、前記試験運転中の前記電動機の出力トルクに応じて、前記洗濯脱水槽に密着した洗濯物の偏りによるアンバランス量を推定するアンバランス量推定器を有することで、洗濯脱水槽のアンバランス量を正確に推定できる洗濯機を実現することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）５月２０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】東島 隆治
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３１９３６７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月２４日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１３９０２２ |
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