(57)【要約】【課題】撹拌体を回転駆動するモータの回転速度制御において回転速度と回転速度指令との間にずれが生じても、最適な水流で洗い及びすすぎを行う。【解決手段】重量測定（Ｓ１）を行い、洗濯物の量に応じてオン時限の定速運転時におけるｑ軸の基準電流Ｉqsと、オン時限からオフ時限への減速時における回転速度ωの基準変化率Ｒｓを設定する（Ｓ２）。給水撹拌行程におけるｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉqsとの比較および回転速度ωの変化率Ｒと基準変化率Ｒｓとの比較に基づいて、指令回転速度ωrefにおけるオン時限、オフ時限およびオン時限における回転速度を設定し（Ｓ５〜Ｓ１９）、以降の洗い行程、すすぎ行程の水流を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯槽内にモータにより回転駆動される撹拌体を備え、前記撹拌体を回転駆動することにより前記洗濯槽内に水流を形成して洗い及びすすぎを行う洗濯機において、
前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
回転速度指令および前記回転速度検出手段により検出された回転速度に基づいて前記モータの回転速度を制御する回転速度制御手段と、
前記水流を減少させるために前記モータの減速指令が与えられた時、前記回転速度検出手段により検出された回転速度の変化率を求め、その回転速度の変化率に基づいて、前記水流を形成させる前記モータの回転速度指令を生成する水流制御手段とを備えたことを特徴とする洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗濯槽内にモータにより回転駆動される撹拌体を備え、その撹拌体を回転駆動することにより洗濯槽内に水流を形成して洗い及びすすぎを行う洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータを用いることなく商用電源により直接誘導モータを駆動し、その回転駆動力によりパルセータを回転させる洗濯機がある。この洗濯機は、誘導モータの通電期間の長さ（オン時限）と断電期間の長さ（オフ時限）を調整することにより洗い運転及びすすぎ運転における水流を制御している。また、最近では、モータに流れる電流を検出し、この検出電流に基づいてモータの回転速度を制御することにより、モータの発生トルクが洗い運転と脱水運転のそれぞれについて最適となるように制御する洗濯機が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−５３０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
パルセータの回転により作り出される水流は、洗濯物の布質、洗濯槽内の布量と水量との比率などによって変化する。商用電源により誘導モータを直接駆動する場合には、負荷の増大に伴ってすべりが増加して回転速度が低下する。すなわち、洗濯物の布質が柔らかく軽負荷となる場合には、洗濯槽内での布の動きが大きくなり水はね（スプラッシュ）が生じ易くなる。一方、洗濯物の布質がかたい（ごわごわしている）場合には、負荷の増大により洗濯槽内での布の動きが小さくなる。
【０００４】
これに対し、回転速度のフィードバック制御を行うと、モータ（パルセータ）の回転速度を回転速度指令に追従させることができ、洗濯物の布質、洗濯槽内の布量と水量との比率などに対する回転速度（水流）の変動（回転速度指令からのずれ）を抑えることができる。しかしながら、モータの出力トルクは、モータ自体の出力能力および制御回路の構成により制限を受ける。このため、この制限を超える過負荷状態になると、制御プログラムに基づいて指令された通りの回転速度で駆動することができず、水流の過不足を生じてしまう。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、撹拌体を回転駆動するモータの回転速度制御において回転速度と回転速度指令との間にずれが生じても、最適な水流で洗い及びすすぎを行うことができる洗濯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の洗濯機は、洗濯槽内にモータにより回転駆動される撹拌体を備え、前記撹拌体を回転駆動することにより前記洗濯槽内に水流を形成して洗い及びすすぎを行う洗濯機において、前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度指令および前記回転速度検出手段により検出された回転速度に基づいて前記モータの回転速度を制御する回転速度制御手段と、前記水流を減少させるために前記モータの減速指令が与えられた時、前記回転速度検出手段により検出された回転速度の変化率を求め、その回転速度の変化率に基づいて、前記水流を形成させる前記モータの回転速度指令を生成する水流制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、過負荷等によりモータの回転速度が回転速度指令からずれる状態が生じても、減速指令時の回転速度の変化率に基づいて回転速度指令を調整することにより、洗濯層内における洗濯物の状態に適した水流を作り出せる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図２は、縦型全自動洗濯機の一部を破断して示す縦断側面図である。洗濯機本体１は、矩形箱状の外箱２と、外箱２の上面に設けられたトップカバー３とから構成されている。外箱２の内部には、支持軸５ａ及びばね５ｂよりなる弾性吊持機構５（実際は複数であるが１つのみ図示）により水槽４が弾性吊持されており、水槽４の内部には洗濯槽兼脱水槽である洗濯槽６が回転可能に配設されている。洗濯槽６の周壁部には多数の脱水孔６ａが形成されている。また、洗濯槽６の上端部にはバランスリング７が設けられている。さらに、洗濯槽６の内底部にはパルセータ８（撹拌体）が回転可能に配設されている。
【０００９】
外箱２のうち水槽４の外底部には、槽軸９ａ及び撹拌軸９ｂを有する機構部９が配設されており、槽軸９ａには洗濯槽６が連結され、撹拌軸９ｂの上端部にはパルセータ８が連結されている。また撹拌軸９ｂの下端部はブラシレスＤＣモータからなる洗濯機モータ１０のアウタロータ１０ａが連結されている。そして、洗い行程及びすすぎ行程では、このモータ１０によりパルセータ８のみが直接正逆回転され、脱水行程ではパルセータ８及び洗濯槽６が同期して高速回転されるようになっている。
【００１０】
水槽４の底部には排水口１１が形成されており、その排水口１１には、排水弁１２を介して排水ホース１３が接続されている。なお、上記トップカバー３には、蓋１４が設けられている。また、このトップカバー３の前部上面には、操作パネル１５が設けられ、これの裏面側に制御装置１６が配置されている。
【００１１】
図３は、制御装置１６の電気的構成を示すブロック図である。制御回路１７は、洗濯機の運転全般を制御する制御用のマイクロコンピュータ１８（図４参照）、モータ１０のベクトル制御の演算を実行するＤＳＰ（Digital Signal Processor）１９（図４参照）、これらマイコン１８とＤＳＰ１９が実行する制御プログラムが格納された不揮発性メモリ等から構成されている。制御プログラムを実行することにより、マイコン１８は水流制御手段として機能し、ＤＳＰ１９は回転速度検出手段および回転速度制御手段として機能する。
【００１２】
制御回路１７は、操作パネル１５に設けられた各種の操作スイッチ２０からスイッチ操作信号を入力し、水位センサ２１から水位検知信号を入力するように構成されている。また、制御回路１７は、操作パネル１５に設けられた各種の表示器を有してなる表示部２２、報知手段としてのブザー２３、給水弁２４、排水弁１２及びモータ１０を駆動回路２５を介して駆動するように構成されている。駆動回路２５のうちインバータ２６は、モータ１０に三相交流電圧を印加するものである。
【００１３】
コース設定スイッチにより例えば「標準」コースが選択されて運転が開始されると、制御回路１７は、給水、洗い、排水、脱水、給水、すすぎ、排水、脱水の各行程の実行を制御する。洗い、すすぎの各行程においては、パルセータ８を回転駆動して洗濯槽６内の洗濯水及び洗濯物を撹拌するようになっている。また、脱水行程においては、高速の回転速度で洗濯槽６を回転させるようになっている。
【００１４】
図４は、制御回路１７のうちＤＳＰ１９により実行される制御系と、駆動回路２５の一部としてモータ１０を駆動するインバータ回路２６の構成を示す機能ブロック図である。制御用のマイコン１８は、洗い、すすぎ、脱水の各行程において指令回転速度ωrefを出力するようになっている。減算器２７は、その指令回転速度ωrefとエスティメータ(Estimator)２８から出力されたモータ１０の回転速度ωとから速度偏差を求める。
【００１５】
速度ＰＩ制御部２９は、上記速度偏差を入力してＰＩ演算を行い、ｑ軸指令電流Ｉqrefとｄ軸指令電流Ｉdrefとを生成する。減算器３０、３１は、指令電流Ｉqref、Ｉdrefとαβ／ｄｑ変換部３２から出力されるｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電流Ｉｄとからそれぞれｑ軸、ｄ軸の電流偏差を求め、電流ＰＩ制御部３３ｑ、３３ｄに出力する。ｑ軸電流Ｉｑはマイコン１８にも与えられる。
【００１６】
電流ＰＩ制御部３３ｑ、３３ｄは、それぞれ上記電流偏差を入力としてＰＩ演算を行いｑ軸指令電圧Ｖｑ、ｄ軸指令電圧Ｖｄを生成して出力する。ｄｑ／αβ変換部３４は、エスティメータ２８から出力されたモータ１０の二次磁束の回転位相角（ロータ位置角）θに基づいて、指令電圧Ｖｄ、Ｖｑを指令電圧Ｖα、Ｖβに変換する。
【００１７】
αβ／ＵＶＷ変換部３５は、二相の指令電圧Ｖα、Ｖβを三相の指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して出力する。切換スイッチ３６ｕ、３６ｖ、３６ｗは、指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと、初期パターン出力部３７から出力される起動用の指令電圧Ｖus、Ｖvs、Ｖwsとを切り換えて出力する。
【００１８】
ＰＷＭ形成部３８は、指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗまたは指令電圧Ｖus、Ｖvs、Ｖwsを搬送波によりＰＷＭ変調したＰＷＭ信号Ｖup(+,-)、Ｖvp(+,-)、Ｖwp(+,-)をインバータ回路２６に出力する。インバータ回路２６は６個のＩＧＢＴ３９を三相ブリッジ接続して構成され、下アーム側Ｕ相、Ｖ相の各ＩＧＢＴ３９のエミッタは、それぞれ電流検出用のシャント抵抗４０（ｕ，ｖ）を介してグランドに接続されている。また、両者の共通接続点は、図示しない増幅・バイアス回路を介してＡ／Ｄ変換部４１に接続されている。インバータ回路２６には、１００Ｖの交流電源を倍電圧全波整流した約２８０Ｖの直流電圧が印加される。増幅・バイアス回路はシャント抵抗４０の端子電圧を増幅し、その増幅信号の出力範囲が正側に収まるようにバイアスが与えられている。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換部４１は、増幅・バイアス回路の出力信号をＡ／Ｄ変換した電流データＩｕ、Ｉｖを出力する。ＵＶＷ／αβ変換部４２は、電流データＩｕ、ＩｖからＷ相の電流データＩｗを算出し、三相の電流データＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗを二相の電流データＩα、Ｉβに変換する。
【００２０】
αβ／ｄｑ変換部３２は、ベクトル制御時にはエスティメータ２８からモータ１０のロータ位置角θを得て電流データＩα、Ｉβをｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電流Ｉｄに変換する。エスティメータ２８は、ｑ軸指令電圧Ｖｑ、ｄ軸指令電圧Ｖｄ、ｑ軸電流Ｉｑおよびｄ軸電流Ｉｄに基づいてモータ１０のロータ位置角θ及び回転速度ωを推定し各部に出力する。
【００２１】
次に、本実施例の作用について図１、図５ないし図７も参照しながら説明する。
ＤＳＰ１９は、エスティメータ２８で推定したモータ１０の回転速度ωをフィードバックし、回転速度ωが指令回転速度ωrefに一致するように制御する。従って、給水撹拌行程、洗い行程、すすぎ行程などの正逆運転において、水流を低減する（更には反転させる）ために所定の変化率で低下する指令回転速度ωrefを与えると、モータ１０はその指令回転速度ωrefに従って減速する。
【００２２】
しかし、定速回転時に比べて大きいトルクを必要とする加減速時にあっては、モータ１０自体の出力能力やインバータ回路２６の電流出力能力により出力トルクが制限され、回転速度ωと指令回転速度ωrefとがずれる（速度偏差が大きくなる）場合がある。そこで、本実施形態では、減速時における回転速度ωの変化率の基準値（以下、基準変化率Ｒｓという）を設定し、減速時における回転速度ωの変化率の検出値（以下、変化率Ｒという）と基準変化率Ｒｓとの比較結果に基づいて、上記正逆運転における通電期間の長さ（オン時限）、断電期間の長さ（オフ時限）およびオン時限における回転速度を制御する。
【００２３】
基準変化率Ｒｓは、例えば指令回転速度ωrefの減速時における変化率である。さらに、一定の回転速度で回転している時のｑ軸電流Ｉｑの基準値（以下、基準電流Ｉqsという）を設定し、定速運転時のｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉqsとの比較結果に基づいて、上記正逆運転におけるオン時限、オフ時限および回転速度を制御する。基準変化率Ｒｓと基準電流Ｉqsは、発明者が実際の洗濯における水量と布量の標準的な混合比率を想定して得たものである。
【００２４】
図１は、マイコン１８が実行する水流設定処理のフローチャートである。スタートキーが操作されて運転がスタートすると、ステップＳ１において重量の測定を行い、洗濯物の量に応じた洗濯水位を決定する。洗濯物の量（重量）に応じた最適な水流を作るため、ステップＳ２において、オン時限の定速運転時におけるｑ軸電流Ｉｑの基準値（基準電流Ｉqs）と、オン時限からオフ時限への減速時における回転速度ωの変化率の基準値（基準変化率Ｒｓ）を設定する。具体的には、洗濯物の量が増える（重量が大きくなる）と、それに応じて基準電流Ｉqsを大きく設定するとともに基準変化率Ｒｓを大きく設定する。
【００２５】
マイコン１８は、ステップＳ３において給水弁２４を開放して水槽４への給水を開始し、ステップＳ４で給水撹拌を行いながら水位センサ２１からの信号を用いて所定の水位まで給水する。給水撹拌中に所定の水位まで給水した時点で、マイコン１８は、ステップＳ５に移行してオン時限において一定の指令回転速度ωrefを与えている時のｑ軸電流ＩｑをＤＳＰ１９から入力する。続いて、ステップＳ６に移行して、ＤＳＰ１９から入力した回転速度ωに基づいて、オン時限からオフ時限への減速時における回転速度ωの変化率Ｒを求める。
【００２６】
ステップＳ７以降、ｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉqsとの比較処理および変化率Ｒと基準変化率Ｒｓとの比較処理を行い、その比較結果に応じて指令回転速度ωrefにおけるオン時限、オフ時限およびオン時限における回転速度を制御する。この制御方法は、以下のようにして導かれる。
【００２７】
図５（ａ）は、オン時限の定速運転時におけるｑ軸電流Ｉｑとパルセータ８の動き易さとの関係を示している。ｑ軸電流Ｉｑは、設定された水流をどの程度の回転力で作り出すことができるかを表しており、負荷により必要な回転力が定まる。ｑ軸電流Ｉｑが適正値すなわち基準電流Ｉqsにほぼ等しい場合は、水量に対し布量が適正である。これに対し、ｑ軸電流Ｉｑが基準電流Ｉqsよりも小さい場合は、水量に対し布量が少なくパルセータ８が動き易く、逆にｑ軸電流Ｉｑが基準電流Ｉqsよりも大きい場合は、水量に対し布量が多くまたは布質がかたく（ごわごわしており）パルセータ８が動きにくい。
【００２８】
図５（ｂ）は、オン時限からオフ時限への減速時における回転速度ωの変化率Ｒとパルセータ８の停止し易さとの関係を示している。変化率Ｒは、設定された水流で動かした状態から停止するまでにどの程度の時間がかかるかを表しており、負荷により必要な時間が定まる。変化率Ｒが適正値すなわち基準変化率Ｒｓにほぼ等しい場合は、水量に対し布量が適正である。これに対し、変化率Ｒが基準変化率Ｒｓよりも小さい場合は、水量に対し布量が少なくまたは布質がしなやかでパルセータ８が停止しにくく、逆に変化率Ｒが基準変化率Ｒｓよりも大きい場合は水量に対し布量が多くまたは布質がかたく（ごわごわしており）パルセータ８が停止し易い。
【００２９】
図６は、これらの関係を表形式により示している。変化率Ｒが基準変化率Ｒｓにほぼ等しい場合であっても、ｑ軸電流Ｉｑが基準電流Ｉqsよりも小さい場合は水量に対し布量がやや少なく、ｑ軸電流Ｉｑが基準電流Ｉqsよりも大きい場合は水量に対し布量がやや多い。変化率Ｒが基準変化率Ｒｓよりも大きい場合には、ｑ軸電流Ｉｑが基準電流Ｉqsにほぼ等しい場合は水量に対し布量がやや多く、ｑ軸電流Ｉｑが基準電流Ｉqsよりも大きい場合は水量に対し布量が多い。変化率Ｒが基準変化率Ｒｓよりも小さい場合には、ｑ軸電流Ｉｑが基準電流Ｉqsにほぼ等しい場合は水量に対し布量がやや少なく、ｑ軸電流Ｉｑが基準電流Ｉqsよりも小さい場合は水量に対し布量が少ない。
【００３０】
以上の関係から、変化率Ｒ＝基準変化率Ｒｓ且つｑ軸電流Ｉｑ＝基準電流Ｉqsの適正状態での指令回転速度ωrefの標準的なオン時限とオフ時限を０．５ｓ、オン時限における回転速度を１２０ｒｐｍとした場合、指令回転速度ωrefにおけるオン時限、オフ時限およびオン時限における回転速度を図１および図７に示すように制御する。
【００３１】
［ｑ軸電流Ｉｑ＝基準電流Ｉqs、変化率Ｒ＞基準変化率Ｒｓの場合］
布を動かす力は適正であるが、やや停止し易いため、オフ時限を０．１ｓ短くして布の動きをやや速める。図１では、ステップＳ８の処理でＹＥＳと判断した後のステップＳ９の処理に対応する。
【００３２】
［ｑ軸電流Ｉｑ＝基準電流Ｉqs、変化率Ｒ＜基準変化率Ｒｓの場合］
布を動かす力は適正であるが、やや停止しにくいため、オフ時限を０．１ｓ長くして布の動きをやや緩やかにする。図１では、ステップＳ１０の処理でＹＥＳと判断した後のステップＳ１１の処理に対応する。
【００３３】
［ｑ軸電流Ｉｑ＜基準電流Ｉqs、変化率Ｒ＝基準変化率Ｒｓの場合］
布を動かす力がやや過剰であるため、オン時限を０．１ｓ短くし且つ回転速度を１０ｒｐｍ下げて水流をやや弱める。図１では、ステップＳ１２の処理でＹＥＳと判断した後のステップＳ１３の処理に対応する。
【００３４】
［ｑ軸電流Ｉｑ＞基準電流Ｉqs、変化率Ｒ＝基準変化率Ｒｓの場合］
布を動かす力がやや不足しているため、オン時限を０．２ｓ長くし且つ回転速度を１０ｒｐｍ上げて水流をやや強める。図１では、ステップＳ１４の処理でＹＥＳと判断した後のステップＳ１５の処理に対応する。
【００３５】
［ｑ軸電流Ｉｑ＞基準電流Ｉqs、変化率Ｒ＞基準変化率Ｒｓの場合］
布を動かす力が不足しているため、オン時限を０．４ｓ長くし、オフ時限を０．１ｓ短くし且つ回転速度を２０ｒｐｍ上げて水流を強める。図１では、ステップＳ１６の処理でＹＥＳと判断した後のステップＳ１７の処理に対応する。
【００３６】
［ｑ軸電流Ｉｑ＜基準電流Ｉqs、変化率Ｒ＜基準変化率Ｒｓの場合］
布を動かす力が過剰であるため、オン時限を０．２ｓ短くし、オフ時限を０．１ｓ長くし且つ回転速度を２０ｒｐｍ下げて水流を弱める。図１では、ステップＳ１８の処理でＹＥＳと判断した後のステップＳ１９の処理に対応する。
【００３７】
ｑ軸電流Ｉｑ＜基準電流Ｉqs、変化率Ｒ＞基準変化率Ｒｓの場合およびｑ軸電流Ｉｑ＞基準電流Ｉqs、変化率Ｒ＜基準変化率Ｒｓの場合には、標準的なオン時限、オフ時限、オン時限における回転速度を用いる。以上の水流設定処理を、図１のステップＳ７でＹＥＳと判断するまで、すなわち変化率Ｒ＝基準変化率Ｒｓ且つｑ軸電流Ｉｑ＝基準電流Ｉqsとなるまで繰り返し実行する。ステップＳ７でＹＥＳと判断すると、そのときのオン時限、オフ時限およびオン時限における回転速度を有する指令回転速度ωrefにより以降の洗い行程とすすぎ行程の水流を制御する。
【００３８】
以上述べた本実施形態によれば、モータ１０（パルセータ８）の回転速度ωをフィードバック制御するので、オープンループ制御の場合に比べて制御性能が向上する。さらに、水流を減少させるためのモータ１０の減速時における回転速度ωの変化率Ｒと基準変化率Ｒｓとの比較および定速運転時のｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉqsとの比較に基づいて、水量に対して布量が適正かどうかすなわち洗濯槽６内で洗濯物を動かす力が適正かどうかを判断し、この判断により指令回転速度ωrefにおけるオン時限、オフ時限およびオン時限における回転速度を標準値に対し調整する。
【００３９】
この調整した指令回転速度ωrefを用いた水流制御により、回転速度ωと指令回転速度ωrefとのずれ（速度偏差）を補償でき、洗濯槽６内で布に適正な動きを与えて、洗い行程、すすぎ行程で適切な水流を作り出すことができる。また、洗濯槽６内での布の動きが適正化されることにより水はね（スプラッシュ）も低減する。さらに、水流を制御することにより、布の絡みを防止する効果も期待できる。
【００４０】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
給水撹拌行程のみならず洗い行程または／およびすすぎ行程においても継続的にまたは断続的に水流設定処理を実行するように構成してもよい。
指令回転速度ωrefにおけるオン時限、オフ時限およびオン時限における回転速度のうち一部の要素だけを設定するように構成してもよい。
ｑ軸電流Ｉｑと基準電流Ｉqsとの比較を省き、モータ１０の減速時における回転速度ωの変化率Ｒと基準変化率Ｒｓとの比較に基づいて、指令回転速度ωrefにおけるオン時限、オフ時限およびオン時限における回転速度を設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態を示す水流設定処理のフローチャート
【図２】洗濯機の一部を破断して示す縦断側面図
【図３】制御装置の電気的構成を示すブロック図
【図４】制御系とインバータ回路の構成を示す機能ブロック図
【図５】（ａ）はｑ軸電流Ｉｑとパルセータの動き易さとの関係を示し、（ｂ）は回転速度ωの変化率Ｒとパルセータの停止し易さとの関係を示す図
【図６】図５に示す関係を表形式により示す図
【図７】ｑ軸電流Ｉｑと変化率Ｒに応じた指令回転速度ωrefのオン時限、オフ時限およびオン時限における回転速度を示す図
【符号の説明】
【００４２】
図面中、６は洗濯槽、８はパルセータ（撹拌体）、１０はモータ、１８はマイクロコンピュータ（水流制御手段）、１９はＤＳＰ（回転速度検出手段、回転速度制御手段）を示す。
【図１】
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【図２】
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【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】
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