(57)【要約】【課題】脱水起動時の支持系共振による受筒の振動とそれに伴う騒音を低減する。【解決手段】洗濯物を回転させる洗濯槽１１と、洗濯槽１１を回転駆動するモータ１２と、前記洗濯槽１１を収容して筐体に対して支持手段で支持される受筒１３と、前記受筒１３の振動を検出する振動検出手段２１と、前記受筒１３の振動を抑制するアクチュエータ１と、前記振動検出手段２１の出力をもとに前記アクチュエータ１を制御する制御手段を有し、前記アクチュエータ１をマッキベン型のラバーアクチュエータとしたものである。【選択図】図１
2008000502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、前記洗濯槽を収容し筐体に対して支持手段により支持される受筒と、前記受筒の振動を検出する振動検出手段と、前記受筒の振動を抑制するアクチュエータと、前記振動検出手段の出力をもとに前記アクチュエータを制御する制御手段とを備え、前記アクチュエータは、マッキベン型のラバーアクチュエータであることを特徴とする洗濯機。
【請求項２】
制御手段は、受筒の振動量に対して、ラバーアクチュエータ内の圧力を制御する圧力制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
【請求項３】
制御手段は、ラバーアクチュエータ内の圧力に対するラバーアクチュエータの変位量を記憶した第１のテーブルを有し、前記第１のテーブルを洗濯物の量に応じて修正する第１テーブル修正手段を有することを特徴とする請求項２記載の洗濯機。
【請求項４】
制御手段は、受筒の振動量に対して、ラバーアクチュエータに加える流体の流量を制御する流体制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
【請求項５】
制御手段は、ラバーアクチュエータ内への流量に対するラバーアクチュエータの変位量を記憶した第２のテーブルを有し、前記第２のテーブルを洗濯物の量に応じて修正する第２テーブル修正手段を有することを特徴とする請求項４記載の洗濯機。
【請求項６】
ラバーアクチュエータは、伸縮自在なゴム弾性体と、前記ゴム弾性体内の圧力を検出する圧力センサと、圧力源とを有し、制御手段は、前記ゴム弾性体への流量あるいは前記ゴム弾性体内の圧力を調整する流量制御弁を有することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
【請求項７】
圧力源は、空気圧であることを特徴とする請求項６記載の洗濯機。
【請求項８】
圧力源は、水道圧であることを特徴とする請求項６記載の洗濯機。
【請求項９】
流量制御弁は、弾性体内の流体を排気もしくは排水する場合、排気もしくは排水する流体は洗濯槽に排出することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の洗濯機。
【請求項１０】
流量制御弁は３方向切換弁であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の洗濯機。
【請求項１１】
制御手段は、流量制御弁をＰＣＭ駆動することを特徴とする請求項６記載の洗濯機。
【請求項１２】
制御手段は、流量制御弁をパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動することを特徴とする請求項６記載の洗濯機。
【請求項１３】
振動検出手段は、第１のテーブルあるいは第２のテーブルより、ラバーアクチュエータの変位量を計測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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、洗濯機における脱水時の洗濯槽の振動低減のために、エアダンパとスプリングを一体化したスプリングダンパで、支持系の振動を減衰させているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１６は、第１の従来例の洗濯機の洗濯槽を支持するためのスプリングの構成図である。洗濯槽はエアダンパ１０１を備えた弾性支持機構１０２により支持されていて、エアダンパ１０１内の空気圧を圧力センサ１０３により検出し、その検出結果より洗濯槽内の洗濯物の量や水量および洗濯槽の振動など洗濯槽に沈みこみを与えるもののいずれか１つを判定している。ここで、エアダンパ１０１には開口部１０４を設け、そこに圧力センサ１０３を装着して振動を検出している。
【０００４】
また、他の洗濯機防振装置としては、摩擦減衰と粘性減衰機構を付加した支持棒で洗濯槽を支持して、防振しているものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
図１７は、第２の従来例の洗濯機の防振装置の防振ばねの構成図である。洗濯槽と外装を本体上部から支持する支持棒２０１と、支持棒を貫通する摺動筒２０２と、支持棒の下端に防振ばね２０３を介して摺動筒の内部に接触し上下に振動する摺動子２０４をもつ防振装置である。防振ばねの外周に接触する防振管２０５と、摺動子の下部内周に付加した輪ばね２０６とを備え、摺動子には摺動筒内に貫通している空気穴２０７、２０８が設けられている。洗濯槽の回転数が共振点を通過するまでは減衰比を大きくして摩擦減衰を多く効かせ、通過後は減衰比を小さくして空気減衰を小さくしている。共振通過時の減衰要素の割合は空気減衰２未満、摩擦・粘性減衰８以上としている。
【０００６】
また、他のドラム式洗濯機としては、外槽の振動を検出して、その出力値をもとにモータとドラムの回転を制御しているものがある（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
図１８は、第３の従来例のドラム式洗濯機の構成図である。外槽３０１の共振時の振幅と定常回転時の振幅をそれぞれ検出する加速度検出装置Ａ３０２と加速度検出装置Ｂ３０３とを備えて、２つの加速度検出装置の出力信号に基いて、ドラムを回転駆動させるモータ３０４の回転を制御している。
【０００８】
加速度検出装置Ａ３０２は、防振支持されたドラム３０５とそれを囲う外槽３０１などの振動体の共振点（脱水回転数１７０ｒ／ｍｉｎ）近傍に最大の検出感度となるように設定されている。また、加速度検出装置Ｂ３０３は、その共振点が定格脱水回転数（７００ｒ／ｍｉｎ以上）よりも高い値に設定されている。
【０００９】
脱水工程は、脱水運転開始時、共振点を超えた２００ｒ／ｍｉｎ程度で一定時間回転させたあと、回転数を定格脱水回転数まで上昇させている。そこで、起動時に布片より量によって加速度検出装置Ａ３０２の出力が許容値を超える場合、上記低速回転させることを中断して、ドラムを低速で正逆運転させて再度、回転数を上昇させている。
【００１０】
また、定格回転数まで回転数を上昇させたところでも、加速度検出装置Ｂ３０３の出力が許容値を超えた場合、モータへの通電をＯＦＦにして惰性回転させたあと、再起動動作をさせて、布片よりと共振の影響を小さくしながら脱水を行っている。
【特許文献１】特開平５−３００９９２号公報
【特許文献２】特開２００２−２００３９２号公報
【特許文献３】特開平１１−１６９５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、洗濯機のモータと洗濯槽、支持機構で構成される回転制御機構系では、洗濯槽支持機構の共振、洗濯槽とモータを連結する軸の共振、さらには洗濯槽自体の共振のため、脱水工程において、振動、騒音が発生し、しかも洗濯物の量、偏りによって振動、騒音はさらに大きくなるという課題がある。
【００１２】
前記第１の従来の構成では、図１６のようにエアダンパとスプリングで構成された弾性支持機構で洗濯槽の振動を低減するとともに、弾性支持機構内の空気圧をセンシングすることによって洗濯物アンバランス、振動量などを検出している。そしてその検出値をもとに洗濯機の動作制御を行っている。
【００１３】
しかしながら、高速脱水を行うには、モータ起動時間の短縮とモータの１０００ｒ／ｍｉｎ以上の高速回転が必要となり、起動時の支持機構共振による振動と、高速定常回転時のモータ振動、洗濯槽振動の筐体への伝達を防振することが必要であるが、従来例１の構成では、エアダンパでの減衰のみで粘性が小さく十分な振動減衰ができない。また弾性支持機構のばねダンパ特性は固定で、弾性支持機構の共振特性を下げすぎると、起動時の振動で洗濯槽が筐体に衝突する危険があるとともに、共振特性を上げすぎると定常回転時に高調波振動が低減できないという課題があり、二律背反する課題に対して、中間の特性になるような設計がなされていて、起動時、定常時ともに振動低減が不十分で、起動時と定常時両方において、共振による振動と騒音を低減できないとい課題を有していた。
【００１４】
また、前記第２の従来の構成では、図１７のようにばねと空気穴が設けられた摺動子を有する支持棒で脱水時の振動を低減しようとしている。回転数が共振点を通過するまでは摩擦減衰を多く効かせて共振による洗濯槽の振動を低減しようとしているが、空気の圧縮性を利用したもので、粘性特性が小さいため、洗濯物のアンバランスによる振動などを低減するには、粘性力が小さいという課題を有していた。さらに、摩擦減衰を調整できる構成であるが受動的調整であるため、洗濯動作および洗濯槽の振動状態に最適な振動低減を行うことができないという課題を有していた。また、ばねとエアシリンダの一体構成であるため構造が複雑で製造が難しいという観点でも課題であった。
【００１５】
また、前記第３の従来の構成では、図１８のように共振の発生を検出して、そのときの振動振幅を測定、その値に応じて、振動を大きくする要因の布偏りを小さくする工程をいれて、振動と騒音の低減を図っている。しかしながら、偏りが大きいとほぐし動作を行うなど、脱水時間が長くなるという課題があるとともに、速度制御系は洗濯槽の支持機構、連結軸の共振の影響を補償して安定に速度制御する構成がないため、回転機構系の振動とそれによる騒音が発生してもそれを補償、低減することができないという課題を有していた。
【００１６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、洗濯槽、モータを含む回転制御機構系の共振による振動、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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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、前記洗濯槽を収容し筐体に対して支持手段により支持される受筒と、前記受筒の振動を検出する振動検出手段と、前記受筒の振動を抑制するアクチュエータと、前記振動検出手段の出力をもとに前記アクチュエータを制御する制御手段とを備え、前記アクチュエータは、マッキベン型のラバーアクチュエータで構成したものである。
【００１８】
これにより、洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の洗濯機は、脱水工程における回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動による騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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、前記洗濯槽を収容し筐体に対して支持手段により支持される受筒と、前記受筒の振動を検出する振動検出手段と、前記受筒の振動を抑制するアクチュエータと、前記振動検出手段の出力をもとに前記アクチュエータを制御する制御手段とを備え、前記アクチュエータは、マッキベン型のラバーアクチュエータとしたことにより、洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００２１】
第２の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、受筒の振動量に対して、ラバーアクチュエータ内の圧力を制御する圧力制御手段を有することにより、ラバーアクチュエータ内部の圧力制御によるラバーアクチュエータの変位量制御が可能となり、洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００２２】
第３の発明は、特に、第２の発明の制御手段は、ラバーアクチュエータ内の圧力に対するラバーアクチュエータの変位量を記憶した第１のテーブルを有し、前記第１のテーブルを洗濯物の量に応じて修正する第１テーブル修正手段を有することにより、アクチュエータの圧力変位特性の非線形特性を補正することができるため、ラバーアクチュエータの変位量制御を高速高精度に実現することが可能となり、洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００２３】
第４の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、受筒の振動量に対して、ラバーアクチュエータに加える流体の流量を制御する流体制御手段を有することにより、ラバーアクチュエータ内部への流量制御によるラバーアクチュエータの変位量制御が可能となり、洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００２４】
第５の発明は、特に、第４の発明の制御手段は、ラバーアクチュエータ内への流量に対するラバーアクチュエータの変位量を記憶した第２のテーブルを有し、前記第２のテーブルを洗濯物の量に応じて修正する第２テーブル修正手段を有することにより、アクチュエータの流量変位特性の非線形特性を補正することができるため、ラバーアクチュエータの変位量制御を高速高精度に実現することが可能となり、洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００２５】
第６の発明は、特に、第１の発明のラバーアクチュエータは、伸縮自在なゴム弾性体と、前記ゴム弾性体内の圧力を検出する圧力センサと、圧力源とを有し、制御手段は、前記ゴム弾性体への流量あるいは前記ゴム弾性体内の圧力を調整する流量制御弁を有することにより、制御弁への電圧指令１つでラバーアクチュエータへの流量あるいは内部の圧力を制御することが可能となり、洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００２６】
第７の発明は、特に、第６の発明の圧力源は、空気圧であることにより、一般に使用されている空気圧機器にラバーアクチュエータの変位量制御が可能となり、安価に洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００２７】
第８の発明は、特に、第６の発明の圧力源は、水道圧であることにより、一般に使用されている水圧機器にラバーアクチュエータの変位量制御が可能となり、安価に洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００２８】
第９の発明は、特に、第６〜第８のいずれか１つの発明の流量制御弁は、弾性体内の流体を排気もしくは排水する場合、排気もしくは排水する流体は洗濯槽に排出することにより、排気および排水音の低減ができるとともに排水の場合は水の有効利用が可能となり、安価に洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００２９】
第１０の発明は、特に、第６〜第９のいずれか１つの発明の流量制御弁は、３方向切換弁であることにより、制御弁の個数を少なくすること可能となり、コンパクトかつ安価に洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００３０】
第１１の発明は、特に、第６の発明の制御手段は、流量制御弁をＰＣＭ駆動することにより、安価なオンオフ弁を使用しても高速高精度にラバーアクチュエータを制御駆動することが可能となり、洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００３１】
第１２の発明は、特に、第６の発明の制御手段は、流量制御弁をパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動することにより、安価なオンオフ弁を使用しても高速高精度にラバーアクチュエータを制御駆動することが可能となり、洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００３２】
第１３の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明の振動検出手段は、第１のテーブルあるいは第２のテーブルより、ラバーアクチュエータの変位量を計測することにより、変位量を目標値として制御することにより、圧力センサや流量センサなしで洗濯機の脱水工程における、回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽の共振振動による支持機構振動とそれによる騒音を、ラバーアクチュエータの振動制御で低減、防止することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
（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モータ制御装置と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筒、１８は洗濯物投入口を有するカバー、１４は受筒と洗濯物投入口のあるカバー１８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カバー１８や床への振動伝達を小さくするためのダンパ、１７は洗濯物投入口の蓋、１９は洗濯機を床に設置する防振ゴムである。
【００３５】
また、１はアクチュエータで、伸縮するゴム弾性体で構成されるマッキベン型のラバーアクチュエータである。３は空気圧よりなる圧力源、４は前記ラバーアクチュエータ内の圧力を測定する圧力センサ、２は前記ラバーアクチュエータへ圧縮空気を流入、あるいはラバーアクチュエータから圧縮空気を流出させる流量制御弁である。
【００３６】
ここで使用するゴム弾性体で構成されるマッキベン型のラバーアクチュエータは、図２に示す（イ）のように、ゴム弾性体内部の圧力を高くすることによってゴム弾性体は収縮し、アクチュエータの長さが短くなる。
【００３７】
さらに、２０は洗濯機電気部で、２１は圧力センサ４からの信号をもとに第１テーブルより変位量及び振動量を検出する振動検出手段、２２は前記振動検出手段の出力をもとにラバーアクチュエータの圧力制御量を演算して前記流量制御弁２を制御駆動する圧力制御手段、２３はモータのホールＩＣの信号をもとに回転速度を検出する速度検出手段、２４は前記速度検出手段の出力をもとに速度制御量を演算してモータを制御駆動する速度制御手段である。
【００３８】
なおここで、洗濯機電気部２０における速度制御手段２４と流量制御手段２６を制御手段と称する。
【００３９】
次に、モータ制御について説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態における洗濯機のモータ制御装置である速度制御装置のブロック図である。以下、速度制御方法について説明する。洗濯機コントローラより、モータ１２の目標回転速度Ｖｒｅｆが指令される。また、ここで使用するモータとしてはブラシレスＤＣモータで、その中でもリラクタンストルクを使用して回転させるリラクタンスモータである。１２はブラシレスモータで、１２−１はマグネットとコイルで構成されるモータ部、１２−２はロータ位相を検出できるホール素子である。
【００４０】
速度検出手段２３は、ここではタコジェネレータを使用する。ブラシレスタコジェネレータは、モータ中に組み込まれたホール素子とコンパレータ、アナログスイッチで構成される。この速度検出手段２３よりモータ１２の回転速度Ｖｍと電気角速度ωｅを検出する。減算器２４２が目標回転速度Ｖｒｅｆと検出したモータ回転速度Ｖｍの速度偏差ＶＥを計算して、２４３が速度フィードバックゲインＫｖを乗じて速度フィードバック制御量を演算するとともに、速度偏差ＶＥの積分値に積分フィードバックゲインを乗じて積分フィードバック制御量を演算し、これら２つの制御量を加算し、制御量Ｉｑａを出力している。
【００４１】
図３におけるブラシレスモータのベクトル制御におけるｑ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）軸電流指令Ｉｑａは、この制御量Ｉｑａとなる。また、図３においてリラクタンストルクに相当するｄ（ｄｉｒｅｃｔ）軸電流指令Ｉｄａは、洗濯機コントローラより目標回転速度に応じて出力される。
【００４２】
次に、電流制御器２４７について説明する。図３における３相ＵＶＷ／ｄｑ変換器２４７−８の詳細ブロック図を図４に示す。
【００４３】
図において、Ｕ相電流とＶ相電流よりｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄを検出している。前記電流値より減算器２４７−１と２４７−２がｑ軸指令電流との偏差Ｉｑａ’とｄ軸指令電流との偏差Ｉｄａ’を演算している。そして、それぞれの偏差に比例積分制御（ＰＩ制御）を行って指令電圧ＶｑａとＶｄａを出力している。
【００４４】
ここで非干渉制御器２４７−７の詳細ブロック図を図５に示す。図において、Φは相電機子鎖交磁束数、Ｌａは電機子巻線の自己インダクタンスである。演算された指令電圧ＶｑａとＶｄａは、次に非干渉制御器２４−７の出力を加算器２４７−５、２４７−６で加算して相互独立な指令電圧Ｖｑａ’とＶｄａ’となる。ブラシレスモータにはｄ、ｑ軸間で干渉しあう速度起電力がある。それらはｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電流Ｉｄに影響するが直接制御することはできない。そこで、その速度起電力を求めておいてそれらを打ち消す制御がここでの非干渉制御器２４７−７である。非線形制御器では、電機子巻線自己インダクタンスＬａと巻線鎖交磁束数Φより非線形制御量を演算している。なお、通常トルク定数ｋｔは極数ｐとΦによって決定される。
【００４５】
そして、相互独立な指令電圧Ｖｑａ’とＶｄａ’は、２４６のｄｑ／３相ＵＶＷ変換器へ出力される。ここで２相／３相変換器の詳細ブロック図を図６に示す。図において、ｄｑ／３相変換器２４６−１とロータ位相角演算器２４６−４の関係を示すブック図を示す。ｄｑ／３相変換器２４６では、指令電圧Ｖｑａ’とＶｄａ’に対してロータ位相角のサイン値、コサイン値を乗じて、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）への指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗをＰＷＭインバータ回路２４６−２に出力する。ＰＷＭインバータ回路２４６−２は、３相の正弦波指令電圧に対して、キャリア周波数１５．６ｋＨｚ、印加電圧１００Ｖのパルス波信号をブラシレスモータ１２に出力している。２４６−３は抵抗による電流検出器で、検出されたＵ相とＶ相の電流値は３相ＵＶＷ／ｄｑ変換器２４７−８へ出力されている。
【００４６】
そして、２４７−８が非干渉制御器と減算器２４７−１、２４７−２へｄ軸電流値とｑ軸電流値を出力している。
【００４７】
以上が、モータの速度制御器で、本実施の形態では、脱水時９００ｒ／ｍｉｎ（１５Ｈｚ）まで回転数を上昇させている。
【００４８】
次に、ラバーアクチュエータを用いた振動制御について説明する。図７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である圧力制御装置のブロック図である。
【００４９】
図７において、２１は振動検出手段で、２１１はラバーアクチュエータ１内の圧力センサ４の出力より内部圧力をフィードバックする圧力検出器、２１２は内部圧力よりラバーアクチュエータの変位量を推定して振動量を検出する振動変位検出器、２２は圧力制御手段で、２２１はラバーアクチュエータの初期変位量Ｘｒｅｆと、振動変位検出器２１２の出力である現在の変位量との差分を計算して、振動量に相当する変位誤差を出力する減算器、２２２は変位誤差をもとにラバーアクチュエータ内の目標圧力となる振動制御量を演算する制御器、２２４は目標圧力と圧力検出器２１１の出力である内部圧力をもとに圧力制御量を演算する圧力制御器、２２３は制御器２２２と圧力制御器２２４の２つの制御量を加算する加算器、２２５は加算器２２３の出力をもとに流量制御弁２を制御駆動する駆動回路である。また制御器２２２は、振動による変位量と振動の速度を推定する状態推定器を有している。
【００５０】
次に、制御器２２２と圧力制御器２２４について詳しく説明する。ここでは、洗濯機コントローラにおいてドラムが回転振動していると判断した場合の制御系について説明する。また、ドラムの振動は回転数により推定／検出可能とする。
【００５１】
ラバーアクチュエータとドラムの運動方程式は式（１）のようになる。
【００５２】
【数１】
2008000502.tif 000003
【００５３】
ここでドラムの回転軸まわりの回転モーメントをＪ、支持系の粘性係数をｂ、ラバーアクチュエータの断面積をＡ、ラバーアクチュエータ内の圧力をそれぞれｐ１、ｐ２、初期圧力をｐ０、供給圧力源をＰｓ、ドラムの回転揺動角度をθとする。
【００５４】
また、２つのラバーアクチュエータの圧力は、式（２）、式（３）のようになる。
【００５５】
【数２】
2008000502.tif 000004
【００５６】
【数３】
2008000502.tif 000005
【００５７】
ここでｋ１、ｋ２はアクチュエータの形状、温度などに関係する定数である。
【００５８】
また、ドラムの揺動振動をラバーアクチュエータの動作方向のみで考えると、運動方程式は式（４）のようになる。
【００５９】
【数４】
2008000502.tif 000006
【００６０】
ここで、Ｍはモータを含むドラムの質量、ドラムの振動変位をｘとする。
【００６１】
いま、状態変数を式（５）のＸ、入力変数を式（６）とすると、状態変数行列Ａｃは式（７）、入力変数行列Ｂｃは式（８）のようになる。
【００６２】
【数５】
2008000502.tif 000007
【００６３】
【数６】
2008000502.tif 000008
【００６４】
【数７】
2008000502.tif 000009
【００６５】
【数８】
2008000502.tif 000010
【００６６】
また、洗濯機コントローラが、ドラムが上下方向に振動していると判断した場合、式（１）、式（４）の運動方程式は、式（９）のようになる。
【００６７】
【数９】
2008000502.tif 000011
【００６８】
図７において、センサ４と圧力検出器２１１でラバーアクチュエータ内の圧力を測定し、この圧力値をもとに振動検出手段２１で振動量を測定する。
【００６９】
図８にラバーアクチュエータの圧力―変位特性を示す。横軸が圧力で縦軸が収縮率である。例として、長さ３０ｃｍのラバーアクチュエータを使用した場合について説明すると、洗濯物が０ｋｇの状態で、初期圧力が０．０５ＭＰａとなるようにラバーアクチュエータを配置する。その状態で、振動が発生するとドラムが揺動あるいは上下動で振動するため、ラバーアクチュエータは伸び縮みすることになり、ラバーアクチュエータ内の圧力が変化する。たとえば、振動によって圧力が０．０２ＭＰａ変化した場合、ラバーアクチュエータは４％変化したことになり、振動量は１．２ｃｍと計算される。この計算を振動変位検出器２１２で行っている。
【００７０】
次に、制御量の導出について説明する。圧力検出器２１１により測定された２つのラバーアクチュエータの圧力差δｐをもとに式（１０）のｕ２を圧力制御器２２４で計算して出力する。
【００７１】
また、減算器２２１では目標変位（初期変位）と振動によるドラム変位の差を検出してその誤差（振動量に相当）を制御器２２２に出力している。
【００７２】
【数１０】
2008000502.tif 000012
【００７３】
図９に制御器２２２のブロック図を示す。図より、振動量にフィードバックゲインＫｐを乗じて制御量ｕ１１を出力するとともに、振動量を積分器２２２４に入力して誤差の積分値にフィードバックゲインＫｉを乗じて制御量ｕ１３を出力している。また、振動変位の速度成分にフィードバックゲインＫｖを乗じて制御量ｕ１２を出力している。これら３つの制御量を加算器２２２７で式（１０）の制御量ｕ１を計算して出力している。
【００７４】
図１０は状態推定器２２６のブロック図である。制御量ｕと検出した振動量を入力として、振動による変位と振動の速度成分を推定している。
【００７５】
【数１１】
2008000502.tif 000013
【００７６】
【数１２】
2008000502.tif 000014
【００７７】
【数１３】
2008000502.tif 000015
【００７８】
状態推定器２２６において２２６１が状態変数Ａｅ、２２６２が入力変数Ｂｅ、２２６３が出力変数Ｃｅで、２２６４は積分要素、２２６５は推定フィードバックゲインＫｅである。Ａｅ、Ｂｅ、Ｃｅは式（１１）、（１２）、（１３）のとおりである。
【００７９】
このような振動制御システムにおいて以下のような使用で振動制御を行う。
＜仕様＞
圧力源：５ＭＰａ（空気圧）
初期圧力：０．０５ＭＰａ
ラバーアクチュエータ長：３０ｃｍ
ラバーアクチュエータ径：４ｃｍ
ラバーアクチュエータ特性：図４
制御帯域：３０Ｈｚ
サンプリング周波数：１ｋＨｚ
モータトルク定数：０．８３Ｎｍ／Ａ
モータ回転数：０〜９００ｒ／ｍｉｎ（１５Ｈｚ）
キャリア周波数：１６ｋＨｚ
支持系の共振が１２０ｒ／ｍｉｎ（２Ｈｚ）〜３００ｒ／ｍｉｎ（５Ｈｚ）の間に存在していて、その共振振動低減のためにラバーアクチュエータを使用する。
【００８０】
また、モータ制御、バーアクチュエータ制御ともにＰＷＭ制御されている。制御信号である電圧信号と、キャリア周波数１６ｋＨｚの三角波で比較演算して、出力電圧のパルス幅を変化させて等価的に出力電圧を変化させる電圧信号で、モータ及びラバーアクチュエータを駆動している。
【００８１】
以上より、洗濯機にラバーアクチュエータを搭載して、その内部圧力をセンシングして圧力制御を行うことによって、ラバーアクチュエータによる洗濯槽の振動制御を実現し、洗濯機の脱水工程における回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽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。
【００８２】
（実施の形態２）
図１１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７と同一の符号を付している。
【００８３】
図７と異なるところは、２５が洗濯物の質量を変位センサ５の信号をもとに推定して、推定信号を２１２に出力して、２１２が推定した洗濯物質量をもとに、図８に示す圧力〜収縮率（変位）特性を修正して振動量（変位）を加算器２２１と制御器２２２に出力しているところである。
【００８４】
ここで、２５が洗濯物を６ｋｇと推定した場合は、図８中の６ｋｇの特性を使用する。また、２５が洗濯物を３ｋｇと推定した場合は、図中の洗濯物０ｋｇと６ｋｇの中間値でプロットされる特性を使用する。
【００８５】
ここには、０ｋｇと６ｋｇの特性を記述したが、その他洗濯機の仕様に応じて９ｋｇの特性を有していてもよい。
【００８６】
以上より、洗濯機にラバーアクチュエータを搭載して、洗濯物の質量に応じてラバーアクチュエータの特性を修正し、その内部圧力をセンシングして圧力制御を行うことによって、安定したラバーアクチュエータによる洗濯槽の振動制御を実現し、洗濯機の脱水工程における回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽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。
【００８７】
（実施の形態３）
図１２および図１３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また、図１４は本発明の第３の実施の形態である洗濯機に使用されるラバーアクチュエータへ入る流体流量と伸縮率（変位）の関係を示した図である。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。
【００８８】
図１および図７と異なるところは、ラバーアクチュエータへの流量をセンシングして、アクチュエータ内部へ入る流量を制御することによってアクチュエータの伸縮量、ひいては洗濯槽の振動量を制御しているところである。
【００８９】
図１２において、流量センサ６より振動量を検出して、ラバーアクチュエータへ流れ込む流量を流量制御手段２６と流量制御弁２で行っているところと、２７が洗濯物の質量を変位センサ５の信号をもとに推定して、推定信号を２１２に出力して、２１２が推定した洗濯物質量をもとに、図１３に示す流量〜収縮率（変位）特性を修正して振動量（変位）を加算器２２１と制御器２２２に出力しているところが異なっており、ラバーアクチュエータ内部への流量制御によるラバーアクチュエータの変位量制御が可能となる。
【００９０】
以上より、洗濯機にラバーアクチュエータを搭載して、洗濯物の質量に応じてラバーアクチュエータの特性を修正し、その内部への流量をセンシングして流量制御を行うことによって、安定したラバーアクチュエータによる洗濯槽の振動制御を実現し、洗濯機の脱水工程における回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽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。
【００９１】
（実施の形態４）
図１５は本発明の第４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。
【００９２】
図１と異なるところは、３方向弁の流量制御弁において、圧力源と吸気側はラバーアクチュエータのゴム弾性体内で、排気側が受筒内になっているところである。
【００９３】
圧力源が空気圧の場合、排気音が騒音となるため、受筒内に空気を排気することで排気音を低減することができる。また、圧力源が水圧の場合、排水を有効活用するために受筒内に入れ、予備脱水時など、入った水をすすぎに利用することができる。
【００９４】
以上より、洗濯機にラバーアクチュエータを搭載して、流量制御弁の排気、排水を受筒へ流しながら、その内部の圧力をセンシングして圧力制御を行うことによって、節水を行いながら、安定したラバーアクチュエータによる洗濯槽の振動制御を実現し、洗濯機の脱水工程における回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽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。
【００９５】
なお、本実施の形態において、マッキベン型ラバーアクチュエータは、内部圧力増加で縮む構成であったが、図２に示す（ロ）のように、内部圧力増加で伸びる構成であっても同様の効果が可能である。
【００９６】
また、本実施の形態ではマッキベン型ラバーアクチュエータの本数を２本としたが、１本あるいは３本以上でも同様の効果が得られる。
【００９７】
さらに、本実施の形態では、圧力源を空気圧としたが水道圧でも同様の効果が得られる。
【００９８】
また、本実施の形態では、ラバーアクチュエータの長さを３０ｃｍ、断面の直径を４ｃｍとしたが、他の寸法でもよい。
【００９９】
さらに、本実施の形態では、サンプリング周波数を１ｋＨｚ、制御帯域を３０Ｈｚとしたが、サンプリング周波数が制御帯域の５倍以上の周波数であれば、同様の効果が得られる。
【０１００】
また、本実施の形態では、ラバーアクチュエータの圧力変位特性を図８、あるいは流量変位特性が図１４のようにしたが他の特性でもよい。
【０１０１】
さらに、本発明の第２の形態では洗濯物量０ｋｇと６ｋｇの場合の特性より、３ｋｇの特性を計算しているが、０ｋｇと９ｋｇとから４ｋｇの特性を計算で導き出してもよい。
【０１０２】
また、本実施の形態では、ラバーアクチュエータで洗濯槽の上下方向振動を抑制しているが、横方向、前後方向でもよい。
【０１０３】
さらに、本発明の第４の形態では、流量制御弁の排気側をドラム内に引き込んでいるが配管や受筒、乾燥風経路などでもよい。
【０１０４】
また、本実施の形態では、電流フィードバック制御を速度制御とＰＷＭ駆動の間に行っているが、電圧制御であってもよい。また、本実施の形態では、速度制御であったが、位置決め制御であっても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
以上のように、本発明にかかる洗濯機は、脱水工程における回転起動時の支持機構の共振振動と、定常回転時の洗濯槽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ので、洗濯機における脱水起動時の振動や騒音低減のために有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施の形態１における洗濯機の振動制御装置のブロック図
【図２】同洗濯機のラバーアクチュエータの構成図
【図３】同洗濯機の速度制御装置のブロック図
【図４】同洗濯機のベクトル制御演算の３相／２相変換器のブロック図
【図５】同洗濯機のベクトル制御演算の非干渉制御器のブロック図
【図６】同洗濯機のベクトル制御演算の２相／３相変換器のブロック図
【図７】同洗濯機の圧力制御装置のブロック図
【図８】同洗濯機のラバーアクチュエータの圧力―変位特性図
【図９】同洗濯機の圧力制御装置における制御器の詳細ブロック図
【図１０】同洗濯機の制御器における状態推定器の詳細ブロック図
【図１１】本発明の実施の形態２における洗濯機の振動制御装置のブロック図
【図１２】本発明の実施の形態３における洗濯機の振動制御装置のブロック図
【図１３】同洗濯機の流量制御装置のブロック図
【図１４】同洗濯機のラバーアクチュエータの流量―変位特性図
【図１５】本発明の実施の形態４における洗濯機の振動制御装置のブロック図
【図１６】従来の洗濯機のスプリングの構成図
【図１７】従来の他の洗濯機の防振装置の構成図
【図１８】従来の他の洗濯機の構成図
【符号の説明】
【０１０７】
１  アクチュエータ
２  流量制御弁
３  圧力源
４  圧力センサ
１１  回転ドラム（洗濯槽）
１２  モータ
１３  受筒
１４  シールパッキン
１５  支持ばね
１６  ダンパ
１８  カバー
２１  振動検出手段
２２  圧力制御手段
２３  速度検出手段
２４  速度制御手段
【図１】
2008000502.tif 000016
【図２】
2008000502.tif 000017
【図３】
2008000502.tif 000018
【図４】
2008000502.tif 000019
【図５】
2008000502.tif 000020
【図６】
2008000502.tif 000021
【図７】
2008000502.tif 000022
【図８】
2008000502.tif 000023
【図９】
2008000502.tif 000024
【図１０】
2008000502.tif 000025
【図１１】
2008000502.tif 000026
【図１２】
2008000502.tif 000027
【図１３】
2008000502.tif 000028
【図１４】
2008000502.tif 000029
【図１５】
2008000502.tif 000030
【図１６】
2008000502.tif 000031
【図１７】
2008000502.tif 000032
【図１８】
2008000502.tif 000033