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技術 洗濯機

出願人 三星電子株式会社
発明者 船越秀一秋田裕二久保康則勝本紘至
出願日 2013年11月6日 (6年0ヶ月経過) 出願番号 2013-230093
公開日 2015年5月11日 (4年6ヶ月経過) 公開番号 2015-089435
状態 特許登録済
技術分野 洗濯一般
主要キーワード 最大振動 一定期間待機 機械損 加速度応答 回転速度一定 重量計測 洗濯機モータ アンバランス量
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年5月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

洗濯物重量計測のばらつきを低減して正確に計測できるようにする。

解決手段

洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、洗濯機モータトルク定数と、洗濯機モータ及び洗濯機モータにより回転される回転体を含む回転機構に生じる機械損と、回転機構に作用する粘性抵抗とを毎回算出して、それによって得られたトルク定数、機械損及び粘性抵抗を用いて、洗濯物の重量を算出する。

概要

背景

洗濯機において、洗濯物の重量を正確に把握することで、適切な水量で洗濯することが可能となり、節水に繋がる。

また、洗濯物のアンバランス偏り)が大きい場合に振動が大きくなるが、このアンバランスと振動との関係は、洗濯物の重量によって変化する。したがって、洗濯物の重量に応じて、アンバランス量閾値を設けることが通例である。このとき、計測した重量のずれが大きいと、閾値を過大に設定することになるため、大きなアンバランス量が有する洗濯物が回転して共振点で大きな振動を発生することがある。

このため、洗濯物の重量計測を正確に把握するために、例えば特許文献1に示すように、洗濯機モータ電流指令を与えて、回転数が所定の値に達するための時間を計測することで重量を計測するものがある。

しかしながら、洗濯機モータに電流指令を与えることで、重量計測を行っているため、実際に発生するトルクは使用する洗濯機モータによってばらつきが発生する。また、洗濯機モータにより回転される回転体それぞれに生じる機械損及びそれらに作用する粘性抵抗の影響により、同一のトルクであっても、回転角速度にばらつきが発生する。したがって、従来の手法では、洗濯物の重量を正確に計測することは難しい。

概要

洗濯物の重量計測のばらつきを低減して正確に計測できるようにする。洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、洗濯機モータのトルク定数と、洗濯機モータ及び洗濯機モータにより回転される回転体を含む回転機構に生じる機械損と、回転機構に作用する粘性抵抗とを毎回算出して、それによって得られたトルク定数、機械損及び粘性抵抗を用いて、洗濯物の重量を算出する。

目的

本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、洗濯物の重量計測のばらつきを低減して正確に計測できるようにすることを主たる課題とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

洗濯機モータを制御して、洗濯工程又は脱水工程を実行させる制御部を有する洗濯機であって、前記制御部が、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、前記洗濯機モータのトルク定数と、前記洗濯機モータ及び当該洗濯機モータにより回転される回転体を含む回転機構に生じる機械損と、前記回転機構に作用する粘性抵抗とを毎回算出して、それによって得られたトルク定数、機械損及び粘性抵抗を用いて、洗濯物の重量を算出することを特徴とする洗濯機。

請求項2

前記制御部が、前記トルク定数を、以下の式1により算出するものであり、一定速度で回転している所定区間に得られた複数の算出値平均値演算し、又は、複数の速度域それぞれにおいて得られた算出値の平均値を演算して、それにより得られた平均値を前記洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とする請求項1記載の洗濯機。この式において、Vq_refは、洗濯機モータに印加されるq軸電圧指令値であり、pfは、洗濯機モータの極対数であり、Rは、洗濯機モータの巻き線抵抗であり、iqは、電流センサにより検出されたq軸電流値であり、ωは、速度センサにより得られた回転速度である。

請求項3

前記回転機構が、水平軸周りに回転する回転ドラムを有しており、前記制御部が、一定速度で回転している回転ドラムが一回転する間に得られた複数の算出値の平均値を演算し、それにより得られた平均値を前記洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とする請求項2記載の洗濯機。

請求項4

前記制御部が、一定速度で回転する2以上の速度域において、各速度で検出されたq軸電流値を用いて、前記電性抵抗Dを、以下の式により算出する請求項1乃至3の何れか一項に記載の洗濯機。

請求項5

前記制御部が、一定速度で回転する2以上の速度域において、各速度で検出されたq軸電流値を用いて、前記機械損τmを、以下の式により算出する請求項1乃至4の何れか一項に記載の洗濯機。

請求項6

前記制御部が、以下の式により、洗濯物の重量を算出する請求項1乃至5の何れか一項に記載の洗濯機。この式において、iq0は、加速前のq軸電流値であり、iq1は、加速後のq軸電流値であり、ω1は、加速前の速度であり、ω2は、加速後の速度であり、ΔTは、1回転に要した時間である。

技術分野

0001

本発明は、洗濯機に関するものである。

背景技術

0002

洗濯機において、洗濯物の重量を正確に把握することで、適切な水量で洗濯することが可能となり、節水に繋がる。

0003

また、洗濯物のアンバランス偏り)が大きい場合に振動が大きくなるが、このアンバランスと振動との関係は、洗濯物の重量によって変化する。したがって、洗濯物の重量に応じて、アンバランス量閾値を設けることが通例である。このとき、計測した重量のずれが大きいと、閾値を過大に設定することになるため、大きなアンバランス量が有する洗濯物が回転して共振点で大きな振動を発生することがある。

0004

このため、洗濯物の重量計測を正確に把握するために、例えば特許文献1に示すように、洗濯機モータ電流指令を与えて、回転数が所定の値に達するための時間を計測することで重量を計測するものがある。

0005

しかしながら、洗濯機モータに電流指令を与えることで、重量計測を行っているため、実際に発生するトルクは使用する洗濯機モータによってばらつきが発生する。また、洗濯機モータにより回転される回転体それぞれに生じる機械損及びそれらに作用する粘性抵抗の影響により、同一のトルクであっても、回転角速度にばらつきが発生する。したがって、従来の手法では、洗濯物の重量を正確に計測することは難しい。

先行技術

0006

特開2008−43638号公報

発明が解決しようとする課題

0007

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、洗濯物の重量計測のばらつきを低減して正確に計測できるようにすることを主たる課題とするものである。

課題を解決するための手段

0008

すなわち本発明に係る洗濯機は、洗濯機モータを制御して、洗濯工程又は脱水工程を実行させる制御部を有する洗濯機であって、前記制御部が、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、前記洗濯機モータのトルク定数と、前記洗濯機モータ及び当該洗濯機モータにより回転される回転体を含む回転機構に生じる機械損と、前記回転機構に作用する粘性抵抗とを毎回算出して、それによって得られたトルク定数、機械損及び粘性抵抗を用いて、洗濯物の重量を算出することを特徴とする。

0009

このように構成した洗濯機によれば、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、洗濯機モータのトルク定数、回転機構の機械損及び粘性抵抗を毎回算出して、それらを用いて洗濯物の重量を算出するので、洗濯物の重量計測のばらつきを低減して正確に計測することができる。これにより、適切な水量で洗濯することが可能となり、より一層節水することができる。また、洗濯機の振動を低減することができる。

0010

前記制御部が、前記トルク定数を、以下の式により算出するものであり、一定速度で回転している所定区間に得られた複数の算出値平均値演算し、又は、複数の速度域それぞれにおいて得られた算出値の平均値を演算して、それにより得られた平均値を前記洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とすることが望ましい。これならば、洗濯機モータの算出したトルク定数に含まれるノイズを除去することができる。

0011

0012

この式において、Vq_refは、洗濯機モータに印加されるq軸電圧指令値であり、pfは、洗濯機モータの極対数であり、Rは、洗濯機モータの巻き線抵抗であり、iqは電流センサにより検出されたq軸電流値であり、ωは速度センサにより得られた速度である。

0013

前記回転機構が、水平軸周りに回転する回転ドラムを有しており、前記制御部が、一定速度で回転している回転ドラムが一回転する間に得られた複数の算出値の平均値を演算し、それにより得られた平均値を前記洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とすることが望ましい。つまり、一定速度で回転している所定区間を、回転ドラムの1回転とすることが望ましい。水平軸周りに回転する回転ドラムでは、重力の影響で、電流や速度等に一回転を1周期とするノイズが乗るため、一回転する間に得られた複数の算出値の平均値を演算することで、ノイズを好適に除去することができる。

0014

前記制御部が、一定速度で回転する2以上の速度域において、各速度で検出されたq軸電流値を用いて、前記粘性抵抗Dを、以下の式により算出することが望ましい。

0015

0016

前記制御部が、一定速度で回転する2以上の速度域において、各速度で検出されたq軸電流値を用いて、前記機械損τmを、以下の式により算出することが望ましい。

0017

0018

前記制御部が、以下の式により、洗濯物の重量を算出することが望ましい。

0019

0020

この式において、iq0は、加速前のq軸電流値であり、iq1は、加速後のq軸電流値であり、ω0は、加速前の速度であり、ω1は、加速後の速度であり、ΔTは、1回転に要した時間である。

発明の効果

0021

このように構成した本発明によれば、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、洗濯機モータのトルク定数、回転機構の機械損及び粘性抵抗を毎回算出して、それらを用いて洗濯物の重量を算出するので、洗濯物の重量計測のばらつきを低減して正確に計測することができる。

図面の簡単な説明

0022

本実施形態における洗濯機の構成を示す模式図。
脱水工程開始前の重量計測までの動作を時系列の回転速度で示す図。
粘性抵抗と機械損の算出方法を模式的に示す図。
量算出方法を模式的に示す図。
本発明の手法を用いた重量計測と、従来の手法を用いた重量計測との計測結果を示す図。
重量計測の精度向上によりもたらされる最大振動低減効果を示す図。

実施例

0023

以下に本発明に係る洗濯機の一実施形態について図面を参照して説明する。

0024

本実施形態に係る洗濯機100は、図1に示すように、水平方向に回転可能に設けられて、洗濯物が収容される回転ドラム2と、当該回転ドラム2を回転させる洗濯機モータ3と、当該洗濯機モータ3を制御して、洗濯(洗い)工程、すすぎ工程及び脱水工程等を実行させる制御部4とを備えるドラム式洗濯機である。

0025

そして、制御部4は、洗濯工程開始前及び脱水工程開始前に、洗濯機モータ3のトルク定数Ktと、洗濯機モータ3及び当該洗濯機モータ3により回転される回転ドラム2を含む回転機構に生じる機械損τmと、回転機構に作用する粘性抵抗Dとを毎回算出して、それによって得られたトルク定数Kt、機械損τm及び粘性抵抗Dを用いて、洗濯物の重量(慣性モーメントJ)を算出する。

0026

以下、制御部4による具体的な各種パラメータKt、τm、D及び重量(慣性モーメントJ)の算出方法を図2図4を参照して説明する。

0027

図2は、脱水工程開始前の重量計測までの動作を時系列の回転速度で示す図である。図2におけるA区間が、各種パラメータ(トルク定数Kt、機械損τm、粘性抵抗D)を算出する区間であり、B区間が、洗濯物の重量(慣性モーメントJ)を測定する区間である。

0028

A区間における回転速度は、洗濯機モータ3の誘起電圧を測定できる回転速度(ここでは110rpm)以上であり、共振点(約170〜200rpm)より十分低い回転数(ここでは130rpm)以下であり、一定速度で回転する2以上の速度域を有している。具体的にA区間は、回転速度が110rpmで一定の速度域(速度域A1)と、回転速度が120rpmで一定の速度域(速度域A2)と、回転速度が130rpmで一定の速度域(速度域A3)とからなる。

0029

まず、制御部4によるトルク定数Ktの算出方法について説明する。
制御部4は、A区間において、洗濯機モータ3のトルク定数Ktを、以下の式1により算出する。

0030

0031

上記の式1において、Vq_refは、洗濯機モータ3に印加されるq軸電圧の指令値であり、この指令値は、制御部によって演算される。pfは、洗濯機モータ3の極対数である。Rは、洗濯機モータ3の巻き線の抵抗である。iqは、電流センサ(不図示)により検出されたq軸電流値である。ωは、速度センサ(不図示)により得られた回転ドラムの回転速度である。

0032

より具体的に制御部4は、算出したトルク定数Ktのノイズを除去するために、以下の(1)、(2)の少なくとも一方を用いて算出する。
(1)制御部4は、A区間において、一定速度で回転している所定区間(前記速度域A1〜A3の何れか)に得られた複数のトルク定数算出値の平均値を演算することによって、洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とする。ここで、一定速度で回転している所定区間は、洗濯物に加わる重力の影響を考慮して、回転ドラム2の1回転とすることが考えられる。水平軸周りに回転する回転ドラム2では、重力の影響で、電流や速度等に一回転を1周期とするノイズが乗るため、一回転する間に得られた複数の算出値の平均値を演算することで、ノイズを好適に除去することができる。
(2)制御部4は、A区間において、複数の速度域(前記速度域A1〜A3の2つ以上)それぞれにおいて得られた複数のトルク定数算出値の平均値を演算することによって、洗濯物の重量の算出に用いるトルク定数とする。

0033

次に、制御部4による粘性抵抗D及び機械損τmの算出方法について説明する。

0034

ここで、洗濯物の重量算出に用いる回転方向運動方程式は、以下の式2になる。

0035

0036

そして、この式2において、回転速度一定とすると、dω/dt=0となり、以下の式3となる。

0037

0038

したがって、洗濯機モータ3のトルクは、粘性抵抗Dを傾き、機械損τmを切片とする速度の一次関数で表わされる。つまり、速度とそのときのモータトルクを2点以上測定することにより、粘性抵抗D及び機械損τmを算出することができる。

0039

区間Aの複数の速度域(前記速度域A1〜A3の2つ以上)において、各速度のトルク(τ=Kt×iqで算出)を計測し、x軸に速度、y軸にトルクをプロットすると、図3に示すようになり、切片を機械損τm、傾きを粘性抵抗として算出することができる。なお、速度一定の仮定の下で成立する考え方であり、各速度域において速度が安定するまで一定期間待機する必要がある。

0040

より詳細には制御部4は、A区間において、粘性抵抗Dを、以下の式4により算出する。

0041

0042

さらに、制御部4は、A区間において、機械損τmを、以下の式5により算出する。

0043

0044

以上により算出したトルク定数Kt、粘性抵抗D及び機械損τmを用いて、制御部4は、上記の式2を用いて、洗濯物の重量(慣性モーメントJ)を算出する。より詳細に、制御部4は、以下の式6により、洗濯物の重量を算出する(図4参照)。

0045

0046

上記の式6において、iq0は、加速前のq軸電流値であり、iq1は、加速後のq軸電流値であり、ω1は、加速前の速度であり、ω2は、加速後の速度であり、ΔTは、1回転に要した時間である。

0047

次に、本発明の手法を用いた重量計測と、従来の手法を用いた重量計測との計測結果を図5に示す。この図5には、洗濯機3台を用いて、重量計測を行った結果を示している。なお、従来の手法は、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、トルク定数、粘性抵抗及び機械損を計測せずに、図4に示すように、洗濯機モータにステップ電流を入力して、その加速度応答の大きさで洗濯物の重量を計測するものである。

0048

図5から分かるように、従来の手法によると、重量計測のばらつきが2000gであったのに対して、本発明の手法では、重量計測のばらつきが400gとなっており、ばらつきが1/5倍に減少している。

0049

次に、重量計測の精度向上によりもたらされる最大振動の低減効果について説明する。図6にアンバランス量と最大振動との関係を示す。

0050

従来手法では、1000g以上のアンバランス量を有する洗濯物が回転していたが、本発明の手法を用いることで、アンバランス量を950g以下に制限することができ、最大振動を3.8mm低減させることができる。これは、重量計測の精度が向上したことにより、重量の関数であるアンバランス量の閾値を適切な値に設定できるため、従来許容されていた過大なアンバランス量を制限することができるからである。

0051

このように構成した洗濯機100によれば、洗濯工程開始前又は脱水工程開始前に、洗濯機モータ3のトルク定数、回転機構の機械損及び粘性抵抗を毎回算出して、それらを用いて洗濯物の重量を算出するので、洗濯物の重量計測のばらつきを低減して正確に計測することができる。これにより、適切な水量で洗濯することが可能となり、より一層節水することができる。また、洗濯機100の振動を低減することができる。

0052

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、回転ドラムが水平軸周りに回転するものであったが、鉛直軸周りに回転するものであっても良い。

0053

また、前記実施形態の洗濯機は、ドラム式洗濯機であったが、洗濯槽内の底部に回転自在に設けた回転翼パルセータ)により洗濯を行うものであっても良い。

0054

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

0055

100・・・洗濯機
2・・・回転ドラム
3・・・洗濯機モータ
4・・・制御部

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