(57)【要約】【課題】ドラム内の布量を精度よく検知可能な布量検知手段を有する洗濯機を提供する。【解決手段】モータ７により、ドラム３を静止から所定の時間加速度αａ（ｔ）で回転を上昇させる起動工程と、前記起動工程の後に、加速トルクα１で加速し、回転速度がΔＮ１だけ上昇する時間ｔ１を測定する第１の検知工程と、第１の検知工程の後に、モータにより減速トルクα２でドラムの回転を減速して、回転速度がΔＮ２だけ硬化する時間ｔ２を測定する第２の検知工程とを有し、起動工程中のある時間ｔｘにおいて、αａ（ｔｘ）＞α１と設定し、衣類の張り付きが安定し、次工程の第１の検知工程の角加速度α１、および第２の検知工程の角加速度α２の双方の角加速度を用いて布量を測定したことにより、ドラム回転軸の摩擦トルクのバラツキが相殺され、その影響を抑制することになり、より精度の高い検知が可能となる。【選択図】図３
2011110132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向または傾斜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、前記ドラムを駆動するモータと、前記モータの回転速度を検知する回転速度検知装置と、前記回転速度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を備え、前記制御部は、布量を検知するための動作を開始してから第１の所定の時間ｔａの間前記モータに加速トルクＴａを発生させることで起動時角加速度αａ（ｔ）で前記ドラムの回転速度を上昇させる起動工程と、前記起動工程の後に前記モータに所定の加速トルクＴ１を発生させることで前記ドラムの回転を加速して、第１の所定の回転速度Ｎ１または起動工程終了時の回転速度Ｎａのいずれか大きい方から第２の所定の回転速度Ｎ２まで回転速度が上昇する間の加速時角加速度α１を測定する第１の検知工程と、前記第１の検知工程の後に、前記モータに減速トルクＴ２を発生させることで前記ドラムの回転を減速して、第３の所定の回転速度Ｎ３から第４の所定の回転速度Ｎ４まで回転速度が低下する間の減速時角加速度α２を計測する第２の検知工程を有し、前記起動工程中のある時間ｔｘにおいて、αａ（ｔｘ）＞α１となる前記起動時角加速度が存在すると共に、前記加速時角加速度α１と前記減速時角加速度α２に基づき、布量を検知することを特徴とする洗濯機。
【請求項２】
制御部は、前記モータに印加する電圧と指令周波数を制御する、あるいはモータに印加する電圧または通電電流を制御することによって、起動時加速トルクＴａ（ｔ）を連続的に変化させ、起動工程の終了時にＴａ＝Ｔ１となるように制御した請求項１記載の洗濯機。
【請求項３】
制御部は、前記モータに所定の電圧を印加し所定の指令周波数にて駆動する、あるいはモータに印加する電圧または通電電流を制御することによって、少なくとも、第１の検知工程においては、加速トルクＴ１が所定の範囲で推移するように制御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。
【請求項４】
制御部は、前記モータに所定の電圧を印加することによって、あるいは通電電流を制御することによって、少なくとも、第２の検知工程においては、減速トルクＴ２が所定の範囲で推移するように制御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。
【請求項５】
第１の検知工程および第２の検知工程は、前記水槽を含む振動系の共振周波数以下で実施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。
【請求項６】
モータの温度を検知する温度検知手段を備え、制御部は、前記温度検知手段により前記モータの巻線温度を検知し、基準温度との差に応じて布量の検知結果を補正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。
【請求項７】
モータに所定の電圧を印加した際に流れる電流量を計測することによりモータ巻線の抵抗値を算出し、前記抵抗値から巻線温度を推定する巻線温度推定部を備え、制御部は、前記巻線温度推定部により推定した前記モータの巻線温度と基準温度との差に応じて布量の検知結果を補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の洗濯機。
【請求項８】
制御部は、第１の検知工程において、所定の回転角区間におけるドラムの最大回転速度と最小回転速度を計測し、最大回転速度と最小回転速度の差が所定値以上である場合は、前記ドラムの回転駆動を停止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。
【請求項９】
制御部は、ドラムの回転開始から経過時間を測定し、第２の所定の時間ｔｂが経過しても
第１の検知工程を終了しない場合は、前記ドラムの回転駆動を停止することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の洗濯機。
【請求項１０】
制御部は、ドラムの回転開始から経過時間を測定し、第３の所定の時間ｔｃが経過しても第２の検知工程を終了しない場合は、前記ドラムの回転駆動を停止することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドラムに投入された洗濯物の量である布量を検知するための布量センサを有する洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の洗濯機は、モータの回転を一旦立ち上げた後、モータの通電を停止してドラムを惰性回転させ、ドラムが停止するまでのある時間区間における回転速度の変化を測定して洗濯物の量である布量を検知し、布量に応じて洗濯時間等を自動的に決定する機能が付加されているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、従来の洗濯機の一種であるドラム式洗濯機の概略構成を示す断面図、図１０は、同ドラム式洗濯機の布量検知方法を示す図である。
【０００４】
図９において、洗濯機本体１内には、防振構造を有するサスペンション構造（図示せず）によって水槽２が宙吊り状態に支持されている。前記水槽２内には、有底円筒形に形成されたドラム３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２の正面側にはドラム３の開口端に通じる衣類出入口４が形成され、洗濯機本体１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５を開閉することにより、衣類出入口４を介してドラム３内に対して洗濯物を出し入れすることができる。
【０００５】
ドラム３には、その周面に水槽２内に通じる多数の透孔６が形成され、内周面の複数位置に衣類撹拌用の撹拌突起１５が設けられている。このドラム３は、水槽２の背面側に取り付けられたモータ７によって正転および逆転方向に回転駆動される。また、水槽２には、注水管路８および排水管路９が配管接続され、図示しない注水弁および排水弁の制御によって水槽２内への注水および排水がなされる。
【０００６】
扉５を開きドラム３内に洗濯物および洗剤を投入して、洗濯機本体１の例えば前面上部に設けられた操作パネル１０での操作により運転を開始させると、水槽２内には注水管路８から所定量の注水がなされ、モータ７によりドラム３が回転駆動されて洗濯工程が開始される。ドラム３の回転により、ドラム３内に収容された洗濯物はドラム３の内周壁に設けられた撹拌突起１５によって回転方向に持ち上げられ、持ち上げられた適当な高さ位置から落下する撹拌動作が繰り返されるので、洗濯物には叩き洗いの作用が及んで洗濯がなされる。
【０００７】
所要の洗濯時間の後、汚れた洗濯液は排水管路９から排出され、ドラム３を高速回転させる脱水動作により洗濯物に含まれた洗濯液を脱水し、その後、水槽２内に注水管路８から注水してすすぎ工程が実施される。このすすぎ工程においてもドラム３内に収容された洗濯物はドラム３の回転により図示しない撹拌突起により持ち上げられて落下する撹拌動作が繰り返されてすすぎ洗いが実施される。
【０００８】
また、モータ７の背面には、その回転状態を検知するために、モータの回転子（ロータ）の位置を検出する位置検出素子等で構成された回転検知部１４が設けられている。
【０００９】
さらに、このドラム式洗濯機には、ドラム３内に収容した洗濯物を乾燥する機能が設けられ、循環送風経路１１により、水槽２内の空気を排気して除湿し、加熱して乾燥させた空気を再び水槽２内に送風ファン１２にて送風するものである。
【００１０】
布量の検出は、ドラム３を回転駆動するためのモータ７を制御する機能を有する制御回路（図示せず）により行われる。
【００１１】
洗濯を開始すると、まず、制御回路は、モータ７を始動し、回転検知部１４からは検知出力が入力される。回転検知部１４の検出周波数は、モータ７の回転により比例して直線的に変化する。即ち、制御回路は、回転検知部１４からの入力周波数が小さいときは、位相制御の手段によりモータ７の電源電圧の平均電圧を大きくし、また、周波数が大きくなると平均電圧を小さくする。
【００１２】
布量検知工程では、回転制御を行ないながら、制御回路内部で徐々にモータ７に印加する平均電圧を上昇させて高速回転に移行し、衣類がドラム３の内壁に遠心力により均一に張り付くようにする。その状態で、所定時間回転を持続した後、モータ７の通電を停止する。それにより、ドラム３の惰性回転が、逆にモータ７を回転させる状態になる。このとき回転検知部１４は、図１０に示すように、ドラム３の惰性回転力が摩擦トルクによりしだいに低下して停止する様子を分回転速度に変換して出力する。
【００１３】
図１０における横軸は時間、縦軸は駆動電動機（モータ）の分回転速度を示すもので、通電停止Ｅ点からドラム３の停止までの時間は、布量が多いときは長く、布量が少ないときは短い。この停止に要する時間の違いが布量に比例することを利用して布量を検知するものである。
【００１４】
ここで布の重量をｍ、ドラム３の内周に分布する布の平均半径をｒ、ドラム３やモータ７の慣性モーメントをＪｄとすると、布を含めた回転系の慣性モーメントＪは数式１で求められる。
【００１５】
【数１】
2011110132.tif 000003
【００１６】
また、モータ７の発生トルクをＴ、ドラムや回転軸などが有する摩擦トルクをＴｂ、ドラム３の角加速度をαとおくと、これらの関係は数式２で表される。
【００１７】
【数２】
2011110132.tif 000004
【００１８】
角加速度αは角速度ωと時間ｔの関数として数式３で表されるから、数式４のように、布の平均半径ｒが一定であれば、布の重量ｍに応じて、回転速度すなわち角速度ωが変化する。
【００１９】
【数３】
2011110132.tif 000005
【００２０】
【数４】
2011110132.tif 000006
【００２１】
数式４から、ｄω／ｄｔつまり回転速度の変化は、布量ｍに反比例することがわかる。
【００２２】
つまり、モータ７の通電を停止ししてドラム３を惰性回転させ、ドラム３が停止するまでのある時間区間における回転速度の変化を測定することによって、布量を知ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開平５−１６８７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上記従来の布量検知方法を用いる場合には、ドラムの惰性回転力が摩擦トルクによりしだいに低下して、ドラムが停止するまでの時間と布量の比例関係を、予め実験により求めておき、その求めた測定値を、同一機種の全ての洗濯機に適用することになる。
【００２５】
しかしながら、数式４から判るように、ドラム回転軸の摩擦トルクＴｂのバラツキの影響により、ドラムが停止するまでの時間と布量の比例関係は一定ではなく、個々の洗濯機によって相違する数値を有する。そのため、上記従来の布量検知方法にはバラツキがあり検知精度には限界があるという課題があった。
【００２６】
また、数式１は、布の重量に応じて布の平均半径ｒが一意に決定される場合には、布の重量ｍと慣性モーメントＪが一対一の関係となって、数式４によって、布の重量ｍを検知可能となる。しかしながら、布の重量が一定であっても、布の偏りなどが発生した場合、ドラム３の中における布の分布が変化し、平均半径ｒが布の重量だけでは決定されず、更に検知精度の悪化を生じることになる。
【００２７】
また、モータの発生トルクには温度依存性があるが、上記従来の布量検知方法では温度にかかわらず一定のパターンで電圧を印加するため、モータの温度により検知結果が異なってくるという課題があった。
【００２８】
また、従来の布量検知方法においては、衣類の状態に係らずドラムの回転を一旦上昇させてしまうので、ドラム３内に収容された洗濯物が偏り（アンバランス分布）の影響で、洗濯槽が大きく振動し、洗濯槽が洗濯機本体に衝突して異常音を発するなど、検出精度を大きく損ねることがあった。
【００２９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ドラムに投入された布量を、布を安定してドラムに張り付かせることによって、布の偏りによる慣性モーメントの変化を低減した上で、ドラム回転軸の摩擦トルクのバラツキやモータ温度の影響を抑制して、簡単な構成で精度よく検知可能な布量検知手段を有する洗濯機および衣類の偏り等の影響を排除し安定した布量検知手段を有する洗濯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
前記従来の課題を解決するため、本発明の洗濯機は、水平方向または傾斜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、前記ドラムを駆動するモータと、前記モータの回転速度を検知する回転速度検知装置と、前記回転速度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を備え、前記制御部は、布量を検知するための動作を開始してから第１の所定の時間ｔａの間前記モータに加速トルクＴａを発生させることで起動時角加速度αａ（ｔ）で前記ドラムの回転速度を上昇させる起動工程と、前記起動工程の後に前記モータに所定の加速トルクＴ１を発生させることで前記ドラムの回転を加速して、第１の所定の回転速度Ｎ１または起動工程終了時の回転速度Ｎａのいずれか大きい方から第２の所定の回転速度Ｎ２まで回転速度が上昇する間の加速時角加速度α１を測定する第１の検知工程と、前記第１の検知工程の後に、前記モータに減速トルクＴ２を発生させることで前記ドラムの回転を減速して、第３の所定の回転速度Ｎ３から第４の所定の回転速度Ｎ４まで回転速度が低下する間の減速時角加速度α２を計測する第２の検知工程を有し、前記起動工程中のある時間ｔｘにおいて、αａ（ｔｘ）＞α１となる前記起動時角加速度が存在すると共に、前記加速時角加速度α１と前記減速時角加速度α２に基づき、布量を検知することを特徴とするものである。
【００３１】
これによって、起動工程において角加速度を高くすることによって安定して布をドラムに張り付かせた上で、ドラムの回転の上昇および降下の速度の双方を用いて布量を測定するため、慣性モーメントの安定化とドラム回転軸の摩擦トルクの相殺によって、布量の検知バラツキの影響を抑制することが可能であり、簡単な構成で精度よく布量を検知することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の洗濯機は、慣性モーメントの安定化とドラム回転軸の摩擦トルクの個々の機器のバラツキやモータ温度の影響を抑制して、簡単な構成で精度よく布量を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１における洗濯機の一種であるドラム式洗濯機の概略構成を示す断面図
【図２】同ドラム式洗濯機の制御装置を示す回路図
【図３】同ドラム式洗濯機に用いられる布量検知の動作を示す図
【図４】同ドラム式洗濯機に用いられる布量検知の布量と加速度差を示す図
【図５】同ドラム式洗濯機に用いられる布量検知方法を示すフローチャート図
【図６】同ドラム式洗濯機の誘導モータの出力トルク特性図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態２における洗濯機の一種であるドラム式洗濯機の時間の経過とドラムの回転速度の関係を示す図（ｂ）同ドラム式洗濯機のドラムの回転速度の最大と最小の差の上限値の関連を示す図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態３における洗濯機の一種であるドラム式洗濯機の時間の経過とドラムの回転速度の関係を示す図（ｂ）同ドラム式洗濯機の時間の経過とドラムの回転速度の別の関係を示す図
【図９】従来の洗濯機の一種であるドラム式洗濯機の概略構成を示す断面図
【図１０】同ドラム式洗濯機の布量検知方法を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
第１の発明は、水平方向または傾斜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、前記ドラムを駆動するモータと、前記モータの回転速度を検知する回転速度検知装置と、前記回転速度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を備え、前記制御部は、布量を検知するための動作を開始してから第１の所定の時間ｔａの間前記モータに加速トルクＴａを発生させることで起動時角加速度αａ（ｔ）で前記ドラ
ムの回転速度を上昇させる起動工程と、前記起動工程の後に前記モータに所定の加速トルクＴ１を発生させることで前記ドラムの回転を加速して、第１の所定の回転速度Ｎ１または起動工程終了時の回転速度Ｎａのいずれか大きい方から第２の所定の回転速度Ｎ２まで回転速度が上昇する間の加速時角加速度α１を測定する第１の検知工程と、前記第１の検知工程の後に、前記モータに減速トルクＴ２を発生させることで前記ドラムの回転を減速して、第３の所定の回転速度Ｎ３から第４の所定の回転速度Ｎ４まで回転速度が低下する間の減速時角加速度α２を計測する第２の検知工程を有し、前記起動工程中のある時間ｔｘにおいて、αａ（ｔｘ）＞α１となる前記起動時角加速度が存在すると共に、前記加速時角加速度α１と前記減速時角加速度α２に基づき、布量を検知することを特徴とする洗濯機とすることにより、慣性モーメントの安定化とドラム回転軸の摩擦トルクの相殺によって、布量の検知バラツキの影響を抑制することが可能であり、簡単な構成で精度よく布量を検知することができる。
【００３５】
第２の発明は、特に、第１の発明の制御部が、前記モータに印加する電圧と指令周波数を制御する、あるいはモータに印加する電圧または通電電流を制御することによって、起動時加速トルクＴａ（ｔ）を連続的に変化させ、起動工程の終了時にＴａ＝Ｔ１となるように制御することを特徴とする洗濯機とすることにより、加速トルクの段階的な変動による影響を考慮する必要なく、精度良く布量を検知することが可能となる。
【００３６】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の制御部が、前記モータに所定の電圧を印加し所定の指令周波数にて駆動する、あるいはモータに印加する電圧または通電電流を制御することによって、少なくとも、第１の検知工程においては、加速トルクＴ１が所定の範囲で推移するように制御することを特徴とする洗濯機とすることにより、少なくとも、第１の検知工程においては、加速トルクＴ１が所定の範囲で推移するように制御したことによって、減速トルクの変動による影響を複雑に考慮する必要なく、精度良く布量を検知することが可能となる。
【００３７】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の制御部が、前記モータに所定の電圧を印加することによって、あるいは通電電流を制御することによって、少なくとも、第２の検知工程においては、減速トルクＴ２が所定の範囲で推移するように制御することを特徴とする洗濯機とすることにより、減速トルクの変動による影響を複雑に考慮する必要なく、精度良く布量を検知することが可能となる。
【００３８】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の第１の検知工程および第２の検知工程が、前記水槽を含む振動系の共振周波数以下で実施することを特徴とする洗濯機とすることにより、共振によるドラムの振動の影響を受けずに布量を検知することとなり、精度良く布量を検知することが可能となる。
【００３９】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明において、モータの温度を検知する温度検知手段を備え、制御部は、前記温度検知手段により前記モータの巻線温度を検知し、基準温度との差に応じて布量の検知結果を補正することを特徴とする洗濯機とすることにより、モータにおける発生トルクの温度依存性を加味して布量を検知することとなり、精度良く布量を検知することが可能となる。
【００４０】
第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明において、モータに所定の電圧を印加した際に流れる電流量を計測することによりモータ巻線の抵抗値を算出し、前記抵抗値から巻線温度を推定する巻線温度推定部を備え、制御部は、前記巻線温度推定部により推定した前記モータの巻線温度と基準温度との差に応じて布量の検知結果を補正することを特徴とする洗濯機とすることにより、モータにおける発生トルクの温度依存性を加味して布量を検知することとなり、精度良く布量を検知することが可能となる。
【００４１】
第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の制御部が、第１の検知工程において、所定の回転角区間におけるドラムの最大回転速度と最小回転速度を計測し、最大回転速度と最小回転速度の差が所定値以上である場合は、前記ドラムの回転駆動を停止することを特徴とする洗濯機とすることにより、布のドラム内における分布が不均一となって、ドラムの振動が所定の値よりも大きくなった場合であっても、安全にドラムを停止することができる。
【００４２】
第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの発明の制御部が、ドラムの回転開始から経過時間を測定し、第２の所定の時間ｔｂが経過しても第１の検知工程を終了しない場合は、前記ドラムの回転駆動を停止することを特徴とする洗濯機とすることにより、過大な衣類が投入された場合等、加速時間が第２の所定の時間ｔｂよりも長くなった場合については、ドラムの回転駆動を停止し次工程に移ることができる。
【００４３】
第１０の発明は、特に、第１〜９のいずれか１つの発明の制御部は、ドラムの回転開始から経過時間を測定し、第３の所定の時間ｔｃが経過しても第２の検知工程を終了しない場合は、前記ドラムの回転駆動を停止することを特徴とする洗濯機とすることにより、過大な衣類が投入された場合等、加速時間や減速時間が第２の所定の時間ｔｃよりも長くなった場合については、前記ドラムの回転駆動を停止し次工程に移ることができる。
【００４４】
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。
【００４５】
（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一種であるドラム式洗濯機の概略構成を示す断面図、図２は、同ドラム式洗濯機の制御装置を示す回路図、図３は、同ドラム式洗濯機に用いられる布量検知の動作を示す図、図４は、同ドラム式洗濯機に用いられる布量検知の布量と加速度差を示す図、図５は、同ドラム式洗濯機に用いられる布量検知方法を示すフローチャート図、図６は、同ドラム式洗濯機の誘導モータの出力トルク特性図を示すものである。
【００４６】
図１において、モータ７の回転は、ベルト１５を介してドラム３の回転軸に固定されたプーリ１６に伝達される。洗濯機としての基本的な動作は従来例と同様である。
【００４７】
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および平滑コンデンサ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７を回転駆動する。また、入力設定部２５から入力される運転指示、および各検知手段（図示せず）により検知される運転状態の監視情報に基づいてモータ７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の動作を制御する。
【００４８】
モータ７は、３相巻線７ａ、７ｂ、７ｃを有するステータと、３相巻線８ａ、８ｂ、８ｃを有するロータとを備え、モータ回転速度検出手段３０を設けた３相誘導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。モータ回転速度検出手段３０が検出する速度信号は、マイコンにより構成された制御部３１に入力される。この速度信号に基づいて、駆動回路３２によりスイッチング素子２４ａ〜２４ｆのオン／オフ状態をＰＷＭ制御することにより、ステータの３相巻線７ａ、７ｂ、７ｃに対する通電を制御してロータを所要回転速度で回転させる。
【００４９】
制御部３１は、モータ回転速度検出手段３０の検出出力が入力されるドラム速度検知部３３を有する。ドラム回転速度検知部３３は、モータ回転速度検知手段３０から出力される速度信号と、モータ７の軸とプーリ１６の半径の比に基づき、ドラム３の回転速度を算出する。ドラム回転速度検知部３３の検知出力は布量検知部３４に供給され、検出された回転速度に基づき、以下に説明するように布量が検知される。
【００５０】
本実施の形態における布量検知方法の特徴について、以下、図３を参照して説明する。
【００５１】
図３は、ドラム３の回転速度上昇に要する時間、および回転速度降下に要する時間との関係を示すもので、横軸は布量検知開始からの経過時間、縦軸は回転速度である。
【００５２】
布量検知を開始すると、経過時間ｔの間に、モータ７に加速トルクＴａを発生させることでドラム３を静止状態から起動して第１の所定の時間ｔａの間起動時角加速度αａ（ｔ）で回転速度を上昇させる起動工程を行う。次に、起動工程に引き続いてモータ７によって加速トルクＴ１を発生させ、回転速度Ｎ１よりΔＮ１だけ回転速度を上昇させＮ２に到達する時間ｔ１を測定する第１の検知工程が行われる。この第１の検知工程が終了した後に、ドラム３の回転速度を加速から減速に転じさせた上で、惰性回転したモータ７によって減速トルクＴ２を発生させ、回転速度Ｎ３からΔＮ２だけ回転速度を降下させ、所定の回転速度Ｎ４に至る時間ｔ２を測定する第２の検知工程が行われる。
【００５３】
上記の起動工程においては、静止状態からドラム３を起動するために、経過時間によって角加速度が変化することがあり得るが、少なくとも、起動工程中のある時間ｔｘの時点において、その角加速度αａ（ｔｘ）は、第１の検知工程における角加速度α１に対して、αａ（ｔｘ）＞α１となるように、つまり第１の検知工程よりも大きい角加速度を有することによって、ドラム３の加速を早くなるように制御する。
【００５４】
特に起動時においては、角加速度が低いと布がドラム３の底部付近で自転することによってドラム３に張り付かなかったり、また、このような状態のまま回転速度を上げると、布が偏った状態のままで第１の検知工程を行ってしまい、布量検知の精度悪化を生じる。このように布の状態が不安定になることを抑制するために、ある時間ｔｘにおける起動時角加速度αａ（ｔｘ）を第１の検知工程における角加速度α１よりも大きくして、布の重量と慣性モーメントとの関係を安定化させている。
【００５５】
また、上記第１の検知工程における回転速度Ｎ１と、第２の検知工程における回転速度Ｎ４については、それぞれの回転速度にて布がドラム３に張り付いていることが必須条件となる。すなわち、ドラム３が回転することによって発生する遠心力の鉛直方向上向き成分と重力が等しくなる回転速度よりも大きい回転速度に設定する必要がある。これが図３に実線で示した動作である。
【００５６】
ここで、第１の検知工程の動作状態について考察する。
【００５７】
背景技術で示した数式３から、第１の検知工程における角加速度α１は、数式５で表される。
【００５８】
【数５】
2011110132.tif 000007
【００５９】
また、背景技術の数式１および数式２より、数式６が成立する。
【００６０】
【数６】
2011110132.tif 000008
【００６１】
同様に、第２の検知工程について考察すると、第２の検知工程における角加速度をα２と置いた場合に、数式７、数式８となる。
【００６２】
【数７】
2011110132.tif 000009
【００６３】
【数８】
2011110132.tif 000010
【００６４】
数式６および数式８から、摩擦トルクＴｂの成分を消去すると、数式９となる。
【００６５】
【数９】
2011110132.tif 000011
【００６６】
図４は、横軸が布量、縦軸が加速度差を示す図であり、上記数式９を判りやすく示すものである。
【００６７】
数式９は、布のドラム内周における平均半径ｒ、加速トルクＴ１、減速トルクＴ２がある一定の値である場合に、図４に示すように、布の重量ｍに応じて（α１−α２）が変化することを示している。
【００６８】
ここで、α１とα２は数式５および数式７に示す通り、ドラム３の回転速度と時間の関係を測定することによって容易に得ることが可能である。したがって、布の重量ｍと角加速度の変化（α１−α２）の関係のみ把握し、図２の制御部の布量検知部３４に演算用テーブルとして保存しておけば、摩擦トルクＴｂの変化に関係無く、容易に精度良く、布量を検知することができることが分かる。
【００６９】
起動工程終了回転数Ｎａが、第１の検知工程開始回転数Ｎ１より小さい場合は上記のような動作になる。
【００７０】
次に、図３に一点鎖線で示した動作を説明する。これは、ドラム回転軸の摩擦トルクが小さく、起動工程中にドラム回転速度がＮ１を超えてしまう場合である。
【００７１】
起動工程中におけるドラム３の角加速度は時間により変化するため、回転速度Ｎ１からＮ２に到達する時間を測定してもその間の角加速度を求めることはできない。
【００７２】
この場合、起動工程中の加速トルク起動工程終了時のドラム回転速度Ｎａ’を第１の検知工程の開始回転速度とし、回転速度Ｎａ’から回転速度Ｎ２に到達する時間ｔ１’を測
定し、測定終了後、ΔＮ１＝Ｎ２−Ｎａ’およびｔ１＝ｔ１’とした上で、前述した布量検知の演算を行えばよい。
【００７３】
図５を用いて、布量検知方法を説明する。
【００７４】
図５において、布量検知がスタートすると（ステップＳ１）、制御部３１は、モータ７を加速トルクＴａ（ｔ）にて駆動して（ステップＳ２）、ドラム３の回転速度を上昇させる（ステップＳ３）。布量検知スタートから第１の所定時間ｔａが経過すると、起動工程を終了する（ステップＳ４）。この時、加速トルクは第１の検知工程時の加速トルクＴ１となるよう制御する（ステップＳ５）。
【００７５】
ここで、起動工程終了時の回転速度Ｎａと所定の回転速度Ｎ１を比較し（ステップＳ６）、Ｎａ＜Ｎ１であれば所定の回転速度Ｎ１に到達するまで加速を続ける（ステップＳ７）。回転速度がＮ１に到達した時点で時間ｔ１の測定を開始する（ステップＳ８）。その後、加速を続けドラム３が回転速度Ｎ２に到達した時点で（ステップＳ９）、回転速度がΔＮ１上昇するのに要した所要時間ｔ１を算出する（ステップＳ１０）。
【００７６】
ステップＳ６でＮａ＞Ｎ１であった場合は、起動工程終了回転速度Ｎａ’を記憶し（ステップ１１）、それを元にΔＮ１＝Ｎ２−Ｎａ’とし（ステップＳ１２）、時間ｔ１’の測定を開始する（ステップＳ８’）。その後、加速を続けドラム３が回転速度Ｎ２に到達した時点で（ステップＳ９’）、回転速度がΔＮ１上昇するのに要した所要時間ｔ１’を算出し、ｔ１＝ｔ１’とする（ステップＳ１０’）。
【００７７】
次に、モータ７を減速トルクＴ２で駆動させ、回転速度の降下を開始させる（ステップＳ１３）。ドラム３が所定の回転速度Ｎ３に到達した時点で（ステップＳ１４）時間ｔ２の測定を開始し（ステップＳ１５）、回転速度がΔＮ２だけ降下した所定の回転速度Ｎ４に到達した時点で（ステップＳ１６）、回転速度がΔＮ２だけ降下するのに要した所要時間ｔ２を算出する（ステップＳ１７）。
【００７８】
次に、ΔＮ１、ｔ１、ΔＮ２、ｔ２から数式５および数式７に基づいて第１の検知工程の角加速度α１および第２の検知工程の角加速度α２を算出し、両角加速度の差α１−α２を求め（ステップＳ１８）、予め測定しておいた判定値Ｓと布量の関係から、数式９に基づいて布量を求め（ステップＳ１９）、布量検知を終了する（ステップＳ２０）。
【００７９】
なお、数式９を用いて精度良く布量検知を行うためには、モータ７の加速トルクＴ１と減速トルクＴ２のバラツキが少なくなるように制御することが望ましい。
【００８０】
誘導モータにおける出力トルク特性は図６に示す通りであり、指令周波数と実際の回転速度の差（すべり）に応じて加速トルクＴ１は変化する。この場合、Ｎ１とＮ２を適切に設定することにより、検知工程内でのトルク変動は５〜１０％と狭い範囲に抑えることができるため、印加電圧一定・指令周波数一定という単純な制御で精度の高い検知結果を得ることができる。減速トルクＴ２に関しても同様である。
【００８１】
なお、モータ７の出力トルクは、モータ７を構成する巻線の温度に依存して変化する特性を持つ。具体的には、出力トルクはモータ７の巻線に流れる電流に比例して変化するが、巻線の抵抗値が下記の数式１０のように温度によって変化するため、同じ電圧を印加した場合に流れる電流の値が変化することに伴い、出力トルクも変化する。
【００８２】
【数１０】
2011110132.tif 000012
【００８３】
なお、Ｒｔは、温度ｔ℃における抵抗値、Ｒ０は、０℃における抵抗値、αは、物質により異なる温度係数であり、銅の場合は、約０．０００４である。
【００８４】
ここで、温度ｔ℃における電流Ｉｔは、温度０℃において電圧Ｅを印加した場合の電流をＩ０とすると、オームの法則より、数式１１となるため、補正係数「１＋αｔ」を検知結果に乗ずることにより、温度によるモータ７の出力トルクの変化の影響を補正することが可能である。
【００８５】
【数１１】
2011110132.tif 000013
【００８６】
巻線の温度を測定するためには、サーミスタ等で構成される温度検知手段３５を巻線に巻き込み、検知した温度情報を制御部３１にて処理することにより実現できる。また、モータ７に所定の電圧を印加した際に流れる電流量を計測することにより巻線の抵抗値を算出し、この抵抗値から巻線温度を推定する方法も可能である。
【００８７】
以上のように構成された洗濯機の布量検知では、ドラムの回転の上昇（第１の検知）および降下の速度（第２の検知）の双方の角加速度を用いて布量を測定するため、ドラム回転軸の摩擦トルクのバラツキが相殺され、そのバラツキの影響を抑制することになり、精度の高い検知が可能となる。また、モータの巻線温度の変化による出力トルクの変化を加味して判定値を補正するため、温度による影響を抑制することになり、精度の高い検知が可能となる。
【００８８】
なお、本実施の形態では、モータ７の回転は、ベルト１５を介してドラム３の回転軸に固定されたプーリ１６に伝達されるものとしているが、モータ７をドラム３の回転軸に直接接続して駆動する構成としても同様の効果が得られる。
【００８９】
また、モータ７の回転速度を検知し、それを元にドラム３の回転速度を算出しているが、ドラム３の回転速度を直接検知する構成としても同様の効果が得られる。
また、モータ７として誘導モータを用いるものとしているが、永久磁石モータ等、他のモータを用いても同様の効果が得られる。その場合、トルクのバラツキを少なくする制御方式として、モータ印加電圧や通電電流を制御する方式を挙げることができる。
【００９０】
（実施の形態２）
図７（ａ）は、本発明の実施の形態２における洗濯機の一種であるドラム式洗濯機の時間の経過とドラムの回転速度の関係を示す図、図７（ｂ）は、同ドラム式洗濯機のドラムの回転速度の最大と最小の差の上限値の関連を示す図を示すものである。
【００９１】
本実施の形態２における洗濯機の構成、制御装置の構成、布量検知方法は、基本的には、実施の形態１に記載のものと同様である。本実施の形態２における実施の形態１との相
違点は、布量を検知するためにドラム３の回転速度を上昇させる際に、回転速度の上昇に伴う回転速度の変化に応じて、ドラム３の回転駆動を停止させる制御を設けた点である。
【００９２】
図７（ａ）は、ドラム３の回転速度が時間とともに上昇する様子を示す。横軸は、モータ７を駆動して、所定の電圧を印加し、所定の指令回転速度を与えてドラム３の回転速度を上昇させたときの経過時間、縦軸はドラム３の回転速度である。図示のとおり、ドラム３の回転速度は一様に上昇するのではなく、上下動を繰り返しながら上昇してゆく。これは、ドラム３内に収容された洗濯物のバランスの影響で、洗濯槽が振動することに起因する。振動が大きくなり過ぎると、洗濯槽が洗濯機本体に衝突して異常音を発することになる。
【００９３】
本実施の形態２では、そのような事態の発生を回避するための制御を行う。すなわち、ドラム３の回転を加速している途中における、所定回転角区間におけるドラム３の回転速度について、最大回転速度と最小回転速度の差を検知する。その差が所定値以上である場合は、ドラム３の回転を停止するように制御する。所定回転角区間におけるドラム３の最大回転速度と最小回転速度としては、例えば１回転中に４回、回転速度を測定し、その最大回転速度と最小回転速度を求める。
【００９４】
図７（ｂ）に示すように、ドラム３の回転速度に対応させて、最大回転速度と最小回転速度の差の上限値を実験に基づいて設定し、制御部３１にテーブルとして備えておく。図７（ｂ）に示すような最大回転速度と最小回転速度の差の上限値は、ドラム３の各回転速度における、実験的に求めた振動の許容範囲に基づいて設定すればよい。
【００９５】
また、洗濯槽の振動は、洗濯槽を含む振動系が固有に持つ共振周波数において最も大きくなる。洗濯物のバランスが悪いことに起因する振動も、この共振周波数において最も大きくなるため、設計時にこの共振周波数を把握しておき、第１の検知工程および第２の検知工程を共振周波数以下で実施することにより、振動が大きくなることを避けることができる。
【００９６】
以上のように、本実施の形態２では、ドラム３の所定回転角区間における最大回転速度と最小回転速度の差が上限値を超えないように制御することにより、洗濯物のバランスが悪いことに起因して、洗濯槽が大きく振動し洗濯機本体に衝突するような事態を回避し、一旦停止した後再度起動させて検知することや、あらかじめ決められた布量と判定して次工程へ進むことが可能となる。
【００９７】
（実施の形態３）
図８（ａ）は、本発明の実施の形態３における洗濯機の一種であるドラム式洗濯機の時間の経過とドラムの回転速度の関係を示す図、図８（ｂ）は、同ドラム式洗濯機の時間の経過とドラムの回転速度の別の関係を示す図を示すものである。
【００９８】
本実施の形態３における洗濯機の構成、制御装置の構成、布量検知方法は、基本的には、実施の形態１に記載のものと同様である。本実施の形態３における実施の形態１との相違点は、布量を検知するためにドラム３の回転速度を上昇・下降させる際に、時間による制限を設け、所定の時間を経過すると、ドラム３の回転駆動を停止させる制御を設けた点である。
【００９９】
図８（ａ）は、ドラム３の回転速度が時間とともに上昇する様子を示す。横軸は、モータ７を駆動して、所定の電圧を印加し、所定の指令回転速度を与えてドラム３の回転速度を上昇させたときの経過時間、縦軸はドラム３の回転速度である。例えば水に濡れた衣類など、ドラム３に重い負荷が投入された場合、モータ７の出力トルクが不足して、第１の
検知工程の終了回転速度Ｎ２まで回転速度を上昇させられない場合がある。この場合は、ドラム３の回転開始から、あらかじめ定めた第１の所定の時間Ｔｅｎｄ１が経過するとドラム３の回転駆動を停止し、次工程へと進む。
【０１００】
また、図８（ｂ）のように、重い負荷が投入され、回転速度Ｎ２まで回転速度を上昇させられた場合でも、摩擦トルクＴｂと減速トルクの和が小さい場合、第２の検知工程の終了回転速度Ｎ４までに到達する時間が長くなる場合がある。この場合は、ドラム３の回転開始から、あらかじめ定めた第２の所定の時間Ｔｅｎｄ２が経過するとドラム３の回転駆動を停止し、次工程へと進む。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態３では、ドラムの回転開始から第１の所定の時間または第２の所定の時間が経過しても第１の検知工程または第２の検知工程が終了していない場合にドラムの回転を停止するよう制御することにより、布量検知工程に必要以上に時間をかけることなく次工程に進むことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明によれば、ドラムに投入された布量を、簡単な構成で精度よく検知して、適切な洗濯時間の設定や洗剤量の表示および、適切な時間設定の脱水工程を行うことが可能であり、家庭用、業務用の洗濯機に有用である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  洗濯機本体
２  水槽
３  ドラム
７  モータ
２０  商用電源
３０  モータ回転速度検出手段
３１  制御部
３２  駆動回路
３３  ドラム回転速度検知部
３４  布量検知部
３５  温度検知手段
３６  巻線温度推定部
【図１】
2011110132.tif 000014
【図２】
2011110132.tif 000015
【図３】
2011110132.tif 000016
【図４】
2011110132.tif 000017
【図５】
2011110132.tif 000018
【図６】
2011110132.tif 000019
【図７】
2011110132.tif 000020
【図８】
2011110132.tif 000021
【図９】
2011110132.tif 000022
【図１０】
2011110132.tif 000023