(57)【要約】【課題】  洗濯機の脱水槽の振動を検出する機構において、加速度センサからの信号から電源周波数を効果的に除去する構成を簡単な構成で実現する。【解決手段】    振動を検出する加速度センサの出力信号をフィルタリングするフィルタ回路をノッチフィルタとローパスフィルタとを組み合わせたもので構成する。この際、ノッチフィルタの減衰ピーク１５の周波数を電源周波数よりやや低い周波数に設定し、その減衰ピークの周波数を減衰させるようにローパスフィルタの特性１１を設定する。こうすることで、簡単な構成によって電源周波数を効果的に減衰させることができる。【選択図】  図１
2005331307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯物を脱水する脱水槽の振動を検出する加速度センサの出力信号を増幅する増幅回路であって、
前記増幅回路は、前記出力信号をフィルタリングするフィルタ回路を備え、
前記フィルタ回路は、商用電源の周波数未満の周波数に減衰ピークが設定されたノッチフィルタと、前記減衰ピークの周波数の信号を減衰させるローパスフィルタと
を備えることを特徴とする脱水槽の振動検出装置。
【請求項２】
前記減衰ピークの周波数は略４０Ｈｚであり、
前記ローパスフィルタの遮断周波数は、前記脱水槽の最高回転速度の周波数に略一致する周波数であることを特徴とする請求項１に記載の脱水槽の振動検出装置。
【請求項３】
前記ローパスフィルタの遮断周波数は、１５Ｈｚ〜２５Ｈｚの範囲から選択されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の脱水槽の振動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗濯機の脱水槽の振動を検出する仕組みにおいて、商用電源のノイズを低減する構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
洗濯機の脱水槽は、槽内における洗濯物の偏在や重量分布の偏りに起因して、動作時に異常振動が発生する場合がある。この脱水槽の異常振動は、騒音の発生、洗濯機の移動、洗濯機の故障といった不具合の原因となるため、異常振動が発生した初期の段階でそれを検出し、動作を停止する、回転数を下げる等の制御が行われる。この技術において、振動の検出方法としては、加速度センサによる方法が採用されている。これらの技術に関しては、例えば特許文献１〜５に記載されている。
【０００３】
たとえば、脱水槽の回転数は、通常毎分１２００回転程度以下である。毎分１２００回転というのは、約２０Ｈｚであるので、振動検出回路は、この周波数を感度良く検出しなければならない。
【０００４】
他方で、商用電源の周波数は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであるので、この商用電源からの信号を振動検出回路が検出しないようにする必要がある。
【０００５】
商用電源からの信号を振動検出回路が検出しないようにする方法としては、シールドを徹底し、商用電源信号を検出しないようする方法が挙げられる。また他の方法として、振動検出回路の入力に商用電源周波数を減衰させるフィルタ回路を配置する方法が挙げられる。
【０００６】
【特許文献１】特許第２６４５９１５号公報
【特許文献２】特許第３４４２５７６号公報
【特許文献３】特開平０６−２８２号公報
【特許文献４】特開平１１−１６９５８１号公報
【特許文献５】特開２００３−７１１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、シールドを徹底する方法は、加速度センサ、加速度センサから検出回路に至る配線、検出回路の電源周り、といった部分すべてをシールドしなくてはならず、技術的に困難であると共に、コスト的にも適当な方法ではない。
【０００８】
また、フィルタ回路を用いる方法は、検出すべき振動数と商用電源の周波数とが近いために、後述するように、商用電源の周波数を選択的に減衰させるようなフィルタ回路を許容できるコストで実現することは困難であった。
【０００９】
すなわち、２０Ｈｚ程度の信号は通過させ、商用電源周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を大きく減衰させることを考えた場合、フィルタ回路としては、ノッチフィルタが採用される。しかしながら、ノッチフィルタは、減衰のピークは急峻で鋭いが、そのノッチ周波数が電子部品の精度（特に抵抗とコンデンサの値）に敏感であり、低コストで所定の幅に減衰のピーク周波数を収めることは困難となる。
【００１０】
なお、高精度のＣＲ電子部品、さらに特性の変化が非常に小さいＣＲ電子部品もあるが、それは非常に高価であり、コスト的に採用することは困難である。
【００１１】
さらに日本では、商用電源として、５０Ｈｚと６０Ｈｚが地域別に採用されているので、除去周波数がピンポイントになるノッチフィルタを用いる場合、洗濯機の販売地域別にフィルタ回路の定数を設定しなければならない煩雑さが発生する。このことは、製造コストの上昇につながり、また使用する地域によって性能に差がでることにもつながり好ましくない。もちろん、両周波数に対応できる構成も考えられるが、コスト上昇につながるので、好ましくない。
【００１２】
本発明は、脱水槽の振動検出回路に配置されるフィルタ回路において、検出信号の周波数に近い商用電源の周波数を効果的に除去でき、しかもシンプルな構成であり、さらに部品精度のバラツキが許容され、さらに５０Ｈｚと６０Ｈｚの両方に対応できる技術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】
【００１３】
本発明の脱水槽の振動検出装置は、洗濯物を脱水する脱水槽の振動を検出する加速度センサの出力信号を増幅する増幅回路であって、前記増幅回路は、前記出力信号をフィルタリングするフィルタ回路を備え、前記フィルタ回路は、商用電源の周波数未満の周波数に減衰ピークが設定されたノッチフィルタ機能と、前記減衰ピークの周波数の信号を減衰させるローパスフィルタ機能とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記発明において、フィルタは、ローパスフィルタとノッチフィルタとで構成される。ここで、ノッチフィルタの減衰ピークの周波数は、商用電源の周波数より低い周波数に設定される。またローパスフィルタは、ノッチフィルタの減衰ピークを減衰させる特性に設定される。こうすることで、ノッチフィルタの減衰ピーク付近およびその周波数より高い側の周波数の減衰をローパスフィルタだけの場合に比較して大きくすることができ、商用電源の周波数を複雑なローパスフィルタ回路を用いなくても効果的に減衰させることができる。
【００１５】
この構成では、ノッチフィルタの減衰ピークの周波数を商用電源の周波数より低い周波数に設定しているので、減衰ピークの周波数より上側の周波数帯域の減衰をある程度の帯域にわたり確保することができる。そのため、ノッチフィルタを構成する電子部品の特性の誤差や変動により、ノッチフィルタの減衰ピークの周波数に製品毎のばらつきや時間的な変化が生じても、商用電源周波数の減衰への悪影響を小さなものとできる。
【００１６】
以下上述した原理について、図面を参照して説明を加える。図１は、本発明におけるフィルタ特性の原理を説明する線図である。図１には、ローパルフィルタの特性１１、ノッチフィルタの特性１２、総合フィルタ特性１３、商用電源周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）、および脱水槽の振動周波数の領域１４が示されている。図１の例では、脱水槽の最高回転数を毎分１２００回転として脱水槽の振動周波数の上限を決めている。
【００１７】
図１に示すように、脱水槽の振動検出においては、略２０Ｈｚ以下の周波数は、検出すべき周波数であり、減衰させては都合が悪い。他方で、商用電源周波数である５０Ｈｚと６０Ｈｚの周波数は、効果的に減衰させる必要がある。
【００１８】
本発明においては、この要求を満たすために、ローパスフィルタとノッチフィルタを組み合わせた構造とし、さらにローパスフィルタによってノッチフィルタの減衰ピークの周波数が減衰されるようにフィルタ特性１１を選択すると共にノッチフィルタの減衰ピークの周波数（図１の場合は４０Ｈｚ）を商用電源周波数より低い周波数に設定する。
【００１９】
こうすることで、ローパスフィルタを複雑なものにしなくても商用電源周波数を十分に減衰できる総合フィルタ特性１３を得ることができる。このフィルタ特性１３は、ノッチフィルタ特性１２の減衰ピーク１５の周波数が部品精度の問題から製品毎にばらつき、あるいは温度変動により変化があっても、商用電源周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）を減衰させる能力はさほど影響を受けない。したがって、低コストでありながら、２０Ｈｚ以下の脱水槽の振動周波数領域１４をあまり減衰させずに、商用電源周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）を効果的に減衰させるフィルタ特性を得ることができる。
【００２０】
すなわち、ローパスフィルタとノッチフィルタの複合作用により、ノッチフィルタ特性の減衰ピークより高域側の減衰率が確保され、そのため、ノッチフィルタ特性の減衰ピークの周波数に製品毎のバラツキがあったり、その周波数が変動したりしても、この減衰率が確保された減衰ピークの高域側に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚが存在する状態となる。したがって、部品精度に幅があったり、温度による定数の変動があったりしても、５０Ｈｚおよび６０Ｈｚに対する減衰率を確保することができる。また、５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの両方に対する減衰率を同時に確保できるので、両電源周波数に対応できる製品を提供することができる。
【００２１】
本発明の脱水槽の振動検出装置において、ノッチフィルタ機能の減衰ピークの周波数は略４０Ｈｚであり、ローパスフィルタの遮断周波数は、脱水槽の最高回転速度の周波数に略一致する周波数であることは好ましい。
【００２２】
ここで、ローパスフィルタの遮断周波数というのは、回路全体で考えた場合の総合的なローパスフィルタ特性を見た場合において、通過帯域（減衰を受けていない帯域）における信号強度に対して、信号強度が−３ｄＢに減衰した周波数のこという。また、略４０Ｈｚというのは、３５〜４５Ｈｚ、より好ましくは３７〜４３Ｈｚの範囲のことをいう。
【００２３】
すなわち、図１には、ローパスフィルタ機能の遮断周波数を２５Ｈｚ、ノッチフィルタ機能の減衰ピークの周波数を４０Ｈｚに設定したフィルタ回路のフィルタ特性が示されている。この場合、総合特性の特性曲線１３によって示されるように、ローパスフィルタ特性１１の影響により、ノッチフィルタ特性１２の４０Ｈｚ〜７０Ｈｚ程度の帯域において、減衰率がある程度の幅にわたり確保される。つまり、５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの商用電源周波数の帯域の減衰率が確保される。
【００２４】
この帯域の減衰率は、ノッチフィルタ特性の減衰ピークの周波数（４０Ｈｚ）が多少変動しても、その影響はそれ程受けない。したがって、部品精度の幅や、温度による定数の変動の影響をあまり受けず、しかも５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの両方に対する減衰率を確保することができる。
【００２５】
次に、ノッチフィルタ機能の減衰ピークの周波数を略４０Ｈｚにする意義について説明する。例えば、ノッチフィルタ機能の減衰ピークの周波数が５０Ｈｚである場合、温度変化等により、減衰ピークの周波数が５０Ｈｚを超えてしまうと、急激に５０Ｈｚに対する減衰率が低下し、商用電源周波数に対するフィルタリングの機能が著しく低下する。
【００２６】
他方で、減衰ピークの周波数が２０Ｈｚにあまり近い値であると、検出しなければならない振動の周波数帯域１４の減衰が大きくなり、検出装置として好ましくない性能となってしまう。上記の態様によれば、これらの間のバランスを確保し、商用電源周波数の除去効果と振動の検出感度の両立を図ることができる。
【００２７】
また、ローパスフィルタの遮断周波数は、脱水槽の最高回転速度の周波数に略一致する周波数とすることで、脱水槽の振動の最高周波数を最小限の減衰で通過させ、同時に商用電源の周波数をある程度減衰させることができるローパスフィルタ特性が得られる。
【００２８】
すなわち、一般的な脱水槽の最高回転数は、１２００（回転／分）程度であるから、検出の対象となる振動の上限もそれに対応した周波数（１２００÷６０＝２０Ｈｚ）程度である。したがって、検出感度を確保する意味でこの周波数は極力減衰させないようにすることが好ましい。他方、商用電源周波数である５０Ｈｚはノイズとなるから極力減衰させることが好ましい。上記態様によれば、この２つの要求事項をバランスさせることができる。
【００２９】
本発明において、ローパスフィルタの遮断周波数は、１５Ｈｚ〜２５Ｈｚの範囲から選択されることは好ましい。図１および上述した脱水槽の振動周波数の上限に関する議論からも明らかなように、フィルタ全体の特性として、２０Hｚ下の周波数帯域はあまり減衰させず、同時に５０Hｚ信号は十分に減衰させる必要がある。
【００３０】
本発明におけるローパスフィルタは、ノッチフィルタとの組み合わせによって、５０Hｚおよび６０Hｚ付近の信号をある程度の幅をもって減衰させる機能を有する。したがって、ローパスフィルタには少なくとも５０Ｈｚ付近の周波数をある程度減衰させる特性が要求される。仮に、ローパスフィルタが５０Ｈｚ付近の周波数をある程度減衰させる特性を持っていない場合、その付近の周波数の減衰をノッチフィルタの機能によって行わなくてはならず、ノッチフィルタが有する減衰ピーク周波数の不安定性の問題が顕在化する。
【００３１】
このような点を考慮すると、ローパスフィルタの遮断周波数の下限は、２０Ｈｚに対してそれ程大きな減衰率を示さない１５Ｈｚ程度とすることが適当となる。また、ローパスフィルタの遮断周波数の上限は、５０Ｈｚに対してある程度の減衰を確保できる２５Ｈｚ程度とすることが適当となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、脱水槽の振動を検出する加速度センサからの出力信号をフィルタリングする回路として、ローパスフィルタとノッチフィルタとを組み合わせたものを採用し、さらにノッチフィルタの減衰ピークの周波数を商用電源周波数（５０および６０Ｈｚ）より低い周波数に設定し、さらにローパスフィルタの特性をこのノッチフィルタの減衰ピークの周波数を減衰させる特性に設定することで、検出信号の周波数に近い商用電源の周波数を効果的に除去でき、しかもシンプルな構成であり、さらに部品精度のバラツキや変動が許容され、さらに５０Ｈｚと６０Ｈｚの両方に対応できる技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（フィルタ回路の構成）
図２は、本発明を利用したフィルタ回路の一例を示すブロック図であり、図３は、図２に示す回路の具体的な一例を示す回路図である。図２には、ローパスフィルタ３０１、ノッチフィルタ３０２およびローパスフィルタ３０３が示されている。
【００３４】
ローパスフィルタ３０１および３０３は、図３に示されるように、オペアンプを用いたアクティブフィルタである。ここでは、ローパスフィルタ３０１および３０３に増幅機能を与えることで、入力信号を増幅する機能を有するフィルタ回路としている。
【００３５】
図２および図３に示すフィルタ回路は、ローパスフィルタ３０１および３０３の特性が合成されたものを一つのローパスフィルタとして考え、ローパスフィルタ特性を設定する。これは、ローパスフィルタをさらに多段に配置する場合でも同じである。
【００３６】
本実施形態においては、図２および図３に示す回路におけるローパスフィルタ３０１および３０３の総合特性における遮断周波数を２０Ｈｚ、ノッチフィルタ３０２の減衰ピークの周波数を４０Ｈｚに設定している。こうすることで、後述するように５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの商用電源周波数を効果的に減衰させ、他方で２０Ｈｚ以下の脱水槽の振動周波数を大きく減衰させずに通過させることができる。
【００３７】
（洗濯機の構成）
図４は、洗濯機の断面構造の一例を示す断面図である。図４には、洗濯機１０１が脚部１０３を備え、適当な土台１０４上に配置された状態が示されている。なお、図４に示す洗濯機１０１は、洗濯とそれにつづく脱水とを洗濯槽兼脱水槽１０８を用いて行う１槽式の形式を有する。
【００３８】
図４に示す洗濯機１０１は、外側構造体１０２内に外槽１０５および洗濯物１１４が入れられる洗濯槽兼脱水槽１０８を備えている。外槽１０５は、吊り部材１０６によって外側構造体１０２内に吊られた構造になっている。吊り部材１０６と外槽１０５との間には、スプリング１０７が配置され、外槽１０５が弾性的に外側構造体１０２内に吊られて支持された状態となっている。
【００３９】
外槽１０５には、モータ１１１が取り付けられ、モータ１１１の回転軸１１２は、軸受け１１３によって支持され、洗濯槽兼脱水槽１０８および攪拌翼１０９に回転駆動力を伝えられるようになっている。モータ１１１は、通電が開始されると最高回転数まで回転数が上昇してゆく動作を行うモータである。
【００４０】
洗濯（例えば洗剤を用いた水洗い）時あるいはすすぎ時には、洗濯槽兼脱水槽１０８にはモータ１１１の駆動力は伝わらず、攪拌翼１０９に駆動力が伝わり、洗濯槽兼脱水槽１０８内に入れられた洗濯物と注水された水とが攪拌される。
【００４１】
脱水時には、攪拌翼１０９は、洗濯槽兼脱水槽１０８に固定され、洗濯槽兼脱水槽１０８がモータ１１１により駆動され、外側構造体１０２に対して相対的に回転運動を行う。このモータ１１１からの駆動を切替える機構は、詳細は図示省略するが回転軸１１２に備えられている。
【００４２】
また、外槽１０５には、排水バルブ１１５を介してフレキシブルホース１１６が接続され、さらに外槽１０５の振動を検出するための加速度センサ１１７が取り付けられている。この加速度センサ１１７は、外槽１０５を介して、洗濯機兼脱水槽１０８の振動を検出する。
【００４３】
加速度センサ１１７は、洗濯槽兼脱水槽１０８の回転軸方向（モータ１１１の回転軸１１２の軸方向）に略直交する軸方向（水平方向あるいはＸ軸方向）における加速度を検出する。
【００４４】
次に洗濯槽兼脱水槽１０８の振動を検出する振動検出機構の一例について説明する。図５は、洗濯機１０１の制御系の一例を示すブロック図である。図５に示す制御系は、加速度センサ１１７、フィルタ回路２０１、Ａ／Ｄコンバータ２０４、制御装置２０６、回転数検出装置２０７、各種操作スイッチ２０８、モータ制御装置２０９、モータ２１０、各種バルブ等２１１および表示装置２１２を備えている。ここで、フィルタ回路２０１は、図２および図３に示した構成を有している。
【００４５】
（実施形態の動作）
以下、図４に示す洗濯機を用いて脱水を行う場合を例に挙げ、動作の一例を説明する。脱水が開始されると、モータ１１１の作用により、洗濯槽兼脱水槽１０８が回転を初め、設定された所定の回転数まで回転数（例えば毎分１２００回転）が上昇してゆく。この際、洗濯槽兼脱水槽１０８は、回転に伴い振動し、その振動は外槽１０５に固定された加速度センサ１１７によって検出される。
【００４６】
この時、制御装置２０６（図５参照）はフィルタ回路２０１によってフィルタリングされた加速度センサ１１７の出力レベルが所定の値を超えた否かを監視する。加速度センサ１１７の出力レベルが所定の値を超えた場合、それは洗濯槽兼脱水槽１０８に問題となるレベルの振動が発生していると判断され、モータ２１０の回転を落とす、あるいはモータ２１０を停止させる、さらには警報発生処理を行う等の処理が制御装置２０６において行われる。
【００４７】
この制御装置２０６において監視される加速度センサ１１７からの信号は、フィルタ回路２０１において、電源周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を十分に減衰させているので、制御回路２０６が電源周波数のノイズを検出し、それにより誤動作をする等の不都合を防ぐことができる。
【００４８】
また、洗濯槽兼脱水槽１０８の回転数が上がり（例えば毎分１２００回転）、その振動の周波数が高くなっても（例えば２０Ｈｚ）、その信号は大きく減衰させずにフィルタ回路２０１を通過するので、高回転領域における異常振動の検出感度を確保することができる。
【００４９】
（フィルタ特性の一例）
図６は、本実施形態におけるフィルタ回路の特性の一例を示す腺図である。図６（ａ）は縦軸をデシベル表示にしたものであり、図６（ｂ）は縦軸をフィルタ回路の出力電圧としたものである。図６に示すのは、図３に示すフィルタ回路において、ローパスフィルタの総合特性における遮断周波数を２０Ｈｚ、ノッチフィルタの減衰ピークの周波数を４０Ｈｚに設定した場合におけるシミュレーションデータである。
【００５０】
図７には、図６に示すデータが得られたフィルタ回路において、基準となる特性（コンデンサの値のバラツキなし：実線）に対して、使用するコンデンサの値を２０％増にした場合と、−２０％減にした場合のデータが示されている。
【００５１】
図８には、ローパスフィルタを配置せず、ノッチフィルタのみ用いた場合の特性が示されている。また、図９には、図８に示すデータが得られる回路において、基準となる特性に対して、使用するコンデンサの値を２０％増にした場合と、２０％減にした場合のデータが示されている。
【００５２】
図９を見れば分かるように、部品定数が変化すると、ノッチフィルタの減衰ピークの周波数も変化し、しかも減衰率が大きく低下する。このことから、ノッチフィルタのみを用いて電源周波数を除去することは適当でないことが理解される。また、減衰のピーク設定が微妙であり、一つのノッチフィルタで５０Ｈｚと６０Ｈｚの両方に対応することが困難であることも分かる。
【００５３】
これに対して、図７に示されるように、本発明を利用した場合、部品定数が変動しても、減衰ピークの高域側の肩部分における減衰率の変化はさほど大きくない。本発明においては、減衰ピークの高域側の肩部分に５０Ｈｚおよび６０Ｈｚが含まれるように設定されるので、部品定数のバラツキや変動の影響をあまり受けずに、電源周波数に対する所定の減衰率を確保することができる。また、この減衰ピークの高域側の肩部分は、減衰ピークの周波数のようなピンポイントでクリチカルなものではないので、２つの電源周波数（５０Ｈｚと６０Ｈｚ）の両方に対応することができる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、加速度センサ１１７を外槽１０５の上方に取り付けたが、より商用電源ノイズの影響の出やすいモータ１１１近傍に加速度センサ１１７を取り付けた場合でも、本件発明のフィルタ回路を用いれば本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、洗濯物を脱水する脱水槽の振動の検出機構に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】発明を利用したフィルタ回路のフィルタ特性を示す腺図である。
【図２】発明を利用したフィルタ回路の一例を示すブロック図である。
【図３】発明を利用したフィルタ回路の一例を示す回路図である。
【図４】発明を利用した洗濯機の概要を示す模式図である。
【図５】発明を利用した洗濯機の概略の構成を示すブロック図である。
【図６】発明を利用したフィルタ回路の特性の一例を示す腺図である。
【図７】発明を利用したフィルタ回路の特性の一例を示す腺図である。
【図８】ノッチフィルタ回路の特性の一例を示す腺図である。
【図９】ノッチフィルタ回路の特性の一例を示す腺図である。
【符号の説明】
【００５７】
１１…ローパスフィルタの特性、１２…ノッチフィルタの特性、１３…ローパスフィルタとノッチフィルタの総合特性、１４…洗濯槽の振動周波数の帯域、３０１…ローパスフィルタ、３０２…ノッチフィルタ、３０３…ローパスフィルタ、１０１…洗濯機、１０２…外側構造体、１０３…脚部、１０４…土台、１０５…外槽、１０６…吊り部材、１０７…スプリング、１０８…洗濯槽兼脱水槽、１０９…攪拌翼、１１１…モータ、１１２…回転軸、１１３…軸受け、１１４…洗濯物、１１５…排水バルブ、１１６…フレキシブルホース、１１７…加速度センサ、２０１…フィルタ回路、２０４…Ａ／Ｄコンバータ、２０６…制御装置、２０７…回転数検出装置、２０８…各種操作スイッチ、２０９…モータ制御回路、２１０…モータ、２１１…各種バルブ等、２１２…表示装置。
【図１】
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【図２】
2005331307.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005331307.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005331307.tif 000011