洗濯機
【課題】脱水起動時の支持系共振による受け筒の振動とそれに伴う騒音を低減する。
【解決手段】洗濯槽１１を回転駆動するモータ１２と、前記洗濯槽１１を収容し筐体に対して支持手段で支持される受け筒１３と、前記受け筒１３の振動を検出する振動検出手段２１と、前記受け筒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、アクチュエータ１はラバーアクチュエータで構成し、前記振動検出手段２１は、前記モータ１２の回転数と前記ラバーアクチュエータの変位量をもとに共振振動を検知する共振検知手段を有し、前記制御手段は、前記共振検知手段の共振検知信号を受信したときに、前記受け筒の振動を小さくするように前記ラバーアクチュエータを制御するようにしたものである。
【解決手段】洗濯槽１１を回転駆動するモータ１２と、前記洗濯槽１１を収容し筐体に対して支持手段で支持される受け筒１３と、前記受け筒１３の振動を検出する振動検出手段２１と、前記受け筒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、アクチュエータ１はラバーアクチュエータで構成し、前記振動検出手段２１は、前記モータ１２の回転数と前記ラバーアクチュエータの変位量をもとに共振振動を検知する共振検知手段を有し、前記制御手段は、前記共振検知手段の共振検知信号を受信したときに、前記受け筒の振動を小さくするように前記ラバーアクチュエータを制御するようにしたものである。
【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１２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１３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１４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３０２、３０３の出力信号に基づいて、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、洗濯槽の支持機構の共振、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１２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１３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１４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、前記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で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記受け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、ラバーアクチュエータにより構成し、前記振動検出手段は、前記モータの回転数と前記ラバーアクチュエータの変位量をもとに共振振動を検知する共振検知手段を有し、前記制御手段は、前記共振検知手段の共振検知信号を受信したときに、前記受け筒の振動を小さくするように前記ラバーアクチュエータを制御するようにしたものである。
【００１８】
これによって、ラバーアクチュエータの内部圧力をセンシングするとともに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、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、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。
【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、前記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で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記受け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、ラバーアクチュエータにより構成し、前記振動検出手段は、前記モータの回転数と前記ラバーアクチュエータの変位量をもとに共振振動を検知する共振検知手段を有し、前記制御手段は、前記共振検知手段の共振検知信号を受信したときに、前記受け筒の振動を小さくするように前記ラバーアクチュエータを制御するようにしたことにより、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、振動検出手段の共振検知手段の共振検知信号を受信しないとき、流量制御弁をオフにしてラバーアクチュエータ内の圧力を一定にすることにより、制御電流なしでラバーアクチュエータのバネ定数を所定の一定値に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。
【００２２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明のラバーアクチュエータは、内部の圧力増加に伴い変位量が小さくなり、引張の力が加わる部分に配置されることにより、引張力につりあう圧縮力で洗濯槽の振動を抑制することになり、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または第２の発明のラバーアクチュエータは、内部の圧力増加に伴い変位量が大きくなり、圧縮の力が加わる部分に配置されることにより、圧縮力につりあう引張力で洗濯槽の振動を抑制することになり、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１〜第４のいずれか１つの発明の制御手段は、ラバーアクチュエータのフィードバック制御パラメータ及びそれによる制御帯域をモータ回転数に応じて変更する振動制御係数調整手段を有することにより、モータ回転数ごとにラバーアクチュエータのバネ定数を調整することが可能になり、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５の発明の制御手段は、モータが支持機構共振周波数以下の回転数の場合のカットオフ周波数Ｆ１と、支持機構共振周波数以上の回転数の場合のカットオフ周波数Ｆ２が、Ｆ１＞Ｆ２となるように調整することにより、共振時はラバーアクチュエータのばね定数を大きくして、ばねの弾性エネルギで振動力を吸収するとともに、共振以上の回転数では、ばね定数を小さくして高次の振動が筐体に伝達しないように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５の発明の制御手段は、モータが支持機構共振周波数以下の回転数の場合の粘性係数ｂ１と、支持機構共振周波数以上の回転数の場合の粘性係数ｂ２が、ｂ１＞ｂ２となるように調整することにより、速度に比例する減衰力特性を共振周波数以下でも大きくすることが可能となるため、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】
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。
【００２８】
（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け筒、１８は洗濯物投入口を有するカバー、１４は受け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、１９は洗濯機を床に設置する防振ゴムである。
【００２９】
また、１はアクチュエータで、伸縮自在な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１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。
【００３０】
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。
【００３１】
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２１の出力をもとにラバーアクチュエータ１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１２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２３の出力をもとに速度制御量を演算してモータ１２を制御駆動する速度制御手段、２７はモータ１２の回転数と振動量によって共振を検知する共振検知手段である。
【００３２】
はじめに、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手段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。
【００３３】
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。
【００３４】
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軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）電流指令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軸（ｄｉｒｅｃｔ）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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
ｄｑ／３相変換器２４６−１とロータ位相角演算器２４６−４の関係を示すブロック図を示す。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【数１】
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
【数２】
【００４９】
【数３】
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
【数４】
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
【数５】
【００５６】
【数６】
【００５７】
【数７】
【００５８】
【数８】
【００５９】
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。
【００６０】
【数９】
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
【数１０】
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
【数１１】
【００６９】
【数１２】
【００７０】
【数１３】
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
この状態で、共振検知手段２７がモータ回転数と振動量の大きさから支持系の共振振動を検出するとともに、共振検出時に振動制御手段である圧力制御手段に流量制御弁の制御を指令しているところと、共振未検出時に流量制御弁の動作を停止してラバーアクチュエータのゴム弾性体内の空気を密封する指令を行っている。
【００７５】
共振検知手段２７は、あらかじめ支持系の共振周波数を略記憶していて、その周波数近傍で振動量があらかじめ設定していた閾値を超えた場合、共振と判断する。
【００７６】
本実施の形態では、支持系は２００Ｈｚと２８０Ｈｚに共振を有し、振動量は５ｍｍ以上で共振と判断している。
【００７７】
ここでは、共振で洗濯槽の振動が大きくなる場合のみラバーアクチュエータによる振動制御を行い、省エネおよび排気吸気による騒音発生を抑制している。
【００７８】
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。
【００７９】
（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１と同一の符号を付している。
【００８０】
図１と異なるところは、共振検知手段２７がなく、振動制御係数調整手段２８がモータの回転数に応じて図５におけるＫｐ２３１、Ｋｖ２３２を変更して、ラバーアクチュエータによる受け筒の振動制御を行っているところである。
【００８１】
ここでは、３００ｒ／ｍｉｎで制御系の係数を変更、調整している。３００ｒ／ｍｉｎ未満の場合、制御帯域を３０Ｈｚ、ダンピング比を０．９になるように上記２つのフィードバックゲインを調整する。また、３００ｒ／ｍｉｎ以上では、制御帯域を２Ｈｚ、ダンピング比を０．７になるように上記２つのフィードバックゲインを調整する。
【００８２】
以上より、洗濯機にラバーアクチュエータを搭載して、振動制御係数調整手段２８によって、フィードバックゲインを変更し、制御特性を調整して、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、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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
また、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。
【００８６】
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。
【００８７】
また、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。
【００８８】
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４のようにしたが他の特性でもよい。
【００８９】
また、第２の実施の形態では、３００ｒ／ｍｉｎで制御系の係数を変更、調整して、３００ｒ／ｍｉｎ未満の場合、制御帯域を３０Ｈｚ、ダンピング比を０．９になるように上記２つのフィードバックゲインを調整し、また、３００ｒ／ｍｉｎ以上では、制御帯域を２Ｈｚ、ダンピング比を０．７になるように上記２つのフィードバックゲインを調整しているが、しきい値回転数、制御帯域、ダンピング比とも他の値であっても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明にかかる洗濯機は、ラバーアクチュエータを搭載して、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、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】
【００９１】
【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相変換器を示す図
【図５】同洗濯機のベクトル制御演算の非干渉制御器を示す図
【図６】同洗濯機のベクトル制御演算の２相／３相変換器を示す図
【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】従来の洗濯機におけるスプリングの構成図
【図１３】従来の他の洗濯機における防振ばねの構成図
【図１４】従来のドラム式洗濯機の構成図
【符号の説明】
【００９２】
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 受け筒
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
２７ 共振検知手段
【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１２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１３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１４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３０２、３０３の出力信号に基づいて、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、洗濯槽の支持機構の共振、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１２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１３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１４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、前記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で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記受け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、ラバーアクチュエータにより構成し、前記振動検出手段は、前記モータの回転数と前記ラバーアクチュエータの変位量をもとに共振振動を検知する共振検知手段を有し、前記制御手段は、前記共振検知手段の共振検知信号を受信したときに、前記受け筒の振動を小さくするように前記ラバーアクチュエータを制御するようにしたものである。
【００１８】
これによって、ラバーアクチュエータの内部圧力をセンシングするとともに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、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、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。
【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、前記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で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記受け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、ラバーアクチュエータにより構成し、前記振動検出手段は、前記モータの回転数と前記ラバーアクチュエータの変位量をもとに共振振動を検知する共振検知手段を有し、前記制御手段は、前記共振検知手段の共振検知信号を受信したときに、前記受け筒の振動を小さくするように前記ラバーアクチュエータを制御するようにしたことにより、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、振動検出手段の共振検知手段の共振検知信号を受信しないとき、流量制御弁をオフにしてラバーアクチュエータ内の圧力を一定にすることにより、制御電流なしでラバーアクチュエータのバネ定数を所定の一定値に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。
【００２２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明のラバーアクチュエータは、内部の圧力増加に伴い変位量が小さくなり、引張の力が加わる部分に配置されることにより、引張力につりあう圧縮力で洗濯槽の振動を抑制することになり、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または第２の発明のラバーアクチュエータは、内部の圧力増加に伴い変位量が大きくなり、圧縮の力が加わる部分に配置されることにより、圧縮力につりあう引張力で洗濯槽の振動を抑制することになり、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１〜第４のいずれか１つの発明の制御手段は、ラバーアクチュエータのフィードバック制御パラメータ及びそれによる制御帯域をモータ回転数に応じて変更する振動制御係数調整手段を有することにより、モータ回転数ごとにラバーアクチュエータのバネ定数を調整することが可能になり、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５の発明の制御手段は、モータが支持機構共振周波数以下の回転数の場合のカットオフ周波数Ｆ１と、支持機構共振周波数以上の回転数の場合のカットオフ周波数Ｆ２が、Ｆ１＞Ｆ２となるように調整することにより、共振時はラバーアクチュエータのばね定数を大きくして、ばねの弾性エネルギで振動力を吸収するとともに、共振以上の回転数では、ばね定数を小さくして高次の振動が筐体に伝達しないように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５の発明の制御手段は、モータが支持機構共振周波数以下の回転数の場合の粘性係数ｂ１と、支持機構共振周波数以上の回転数の場合の粘性係数ｂ２が、ｂ１＞ｂ２となるように調整することにより、速度に比例する減衰力特性を共振周波数以下でも大きくすることが可能となるため、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】
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。
【００２８】
（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け筒、１８は洗濯物投入口を有するカバー、１４は受け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、１９は洗濯機を床に設置する防振ゴムである。
【００２９】
また、１はアクチュエータで、伸縮自在な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１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。
【００３０】
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。
【００３１】
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２１の出力をもとにラバーアクチュエータ１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１２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２３の出力をもとに速度制御量を演算してモータ１２を制御駆動する速度制御手段、２７はモータ１２の回転数と振動量によって共振を検知する共振検知手段である。
【００３２】
はじめに、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手段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。
【００３３】
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。
【００３４】
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軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）電流指令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軸（ｄｉｒｅｃｔ）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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
ｄｑ／３相変換器２４６−１とロータ位相角演算器２４６−４の関係を示すブロック図を示す。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【数１】
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
【数２】
【００４９】
【数３】
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
【数４】
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
【数５】
【００５６】
【数６】
【００５７】
【数７】
【００５８】
【数８】
【００５９】
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。
【００６０】
【数９】
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
【数１０】
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
【数１１】
【００６９】
【数１２】
【００７０】
【数１３】
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
この状態で、共振検知手段２７がモータ回転数と振動量の大きさから支持系の共振振動を検出するとともに、共振検出時に振動制御手段である圧力制御手段に流量制御弁の制御を指令しているところと、共振未検出時に流量制御弁の動作を停止してラバーアクチュエータのゴム弾性体内の空気を密封する指令を行っている。
【００７５】
共振検知手段２７は、あらかじめ支持系の共振周波数を略記憶していて、その周波数近傍で振動量があらかじめ設定していた閾値を超えた場合、共振と判断する。
【００７６】
本実施の形態では、支持系は２００Ｈｚと２８０Ｈｚに共振を有し、振動量は５ｍｍ以上で共振と判断している。
【００７７】
ここでは、共振で洗濯槽の振動が大きくなる場合のみラバーアクチュエータによる振動制御を行い、省エネおよび排気吸気による騒音発生を抑制している。
【００７８】
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。
【００７９】
（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１と同一の符号を付している。
【００８０】
図１と異なるところは、共振検知手段２７がなく、振動制御係数調整手段２８がモータの回転数に応じて図５におけるＫｐ２３１、Ｋｖ２３２を変更して、ラバーアクチュエータによる受け筒の振動制御を行っているところである。
【００８１】
ここでは、３００ｒ／ｍｉｎで制御系の係数を変更、調整している。３００ｒ／ｍｉｎ未満の場合、制御帯域を３０Ｈｚ、ダンピング比を０．９になるように上記２つのフィードバックゲインを調整する。また、３００ｒ／ｍｉｎ以上では、制御帯域を２Ｈｚ、ダンピング比を０．７になるように上記２つのフィードバックゲインを調整する。
【００８２】
以上より、洗濯機にラバーアクチュエータを搭載して、振動制御係数調整手段２８によって、フィードバックゲインを変更し、制御特性を調整して、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、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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
また、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。
【００８６】
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。
【００８７】
また、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。
【００８８】
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４のようにしたが他の特性でもよい。
【００８９】
また、第２の実施の形態では、３００ｒ／ｍｉｎで制御系の係数を変更、調整して、３００ｒ／ｍｉｎ未満の場合、制御帯域を３０Ｈｚ、ダンピング比を０．９になるように上記２つのフィードバックゲインを調整し、また、３００ｒ／ｍｉｎ以上では、制御帯域を２Ｈｚ、ダンピング比を０．７になるように上記２つのフィードバックゲインを調整しているが、しきい値回転数、制御帯域、ダンピング比とも他の値であっても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明にかかる洗濯機は、ラバーアクチュエータを搭載して、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、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】
【００９１】
【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相変換器を示す図
【図５】同洗濯機のベクトル制御演算の非干渉制御器を示す図
【図６】同洗濯機のベクトル制御演算の２相／３相変換器を示す図
【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】従来の洗濯機におけるスプリングの構成図
【図１３】従来の他の洗濯機における防振ばねの構成図
【図１４】従来のドラム式洗濯機の構成図
【符号の説明】
【００９２】
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 受け筒
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
２７ 共振検知手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯物を回転させる洗濯槽と、前記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で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記受け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、ラバーアクチュエータにより構成し、前記振動検出手段は、前記モータの回転数と前記ラバーアクチュエータの変位量をもとに共振振動を検知する共振検知手段を有し、前記制御手段は、前記共振検知手段の共振検知信号を受信したときに、前記受け筒の振動を小さくするように前記ラバーアクチュエータを制御するようにしたことを特徴とする洗濯機。
【請求項２】
制御手段は、振動検出手段の共振検知手段の共振検知信号を受信しないとき、流量制御弁をオフにしてラバーアクチュエータ内の圧力を一定にすることを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
【請求項３】
ラバーアクチュエータは、内部の圧力増加に伴い変位量が小さくなり、圧縮の力が加わる部分に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の洗濯機。
【請求項４】
ラバーアクチュエータは、内部の圧力増加に伴い変位量が大きくなり、引張の力が加わる部分に配置されることを特徴とする請求項１または２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のフィードバック制御パラメータ及びそれによる制御帯域をモータ回転数に応じて変更する振動制御係数調整手段を有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】
制御手段は、モータが支持機構共振周波数以下の回転数の場合のカットオフ周波数Ｆ１と、支持機構共振周波数以上の回転数の場合のカットオフ周波数Ｆ２が、Ｆ１＞Ｆ２となるように調整することを特徴とする請求項５記載の洗濯機。
【請求項７】
制御手段は、モータが支持機構共振周波数以下の回転数の場合の粘性係数ｂ１と、支持機構共振周波数以上の回転数の場合の粘性係数ｂ２が、ｂ１＞ｂ２となるように調整することを特徴とする請求項５記載の洗濯機。
【請求項１】
洗濯物を回転させる洗濯槽と、前記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で支持される受け筒と、前記受け筒の振動を検出する振動検出手段と、前記受け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、ラバーアクチュエータにより構成し、前記振動検出手段は、前記モータの回転数と前記ラバーアクチュエータの変位量をもとに共振振動を検知する共振検知手段を有し、前記制御手段は、前記共振検知手段の共振検知信号を受信したときに、前記受け筒の振動を小さくするように前記ラバーアクチュエータを制御するようにしたことを特徴とする洗濯機。
【請求項２】
制御手段は、振動検出手段の共振検知手段の共振検知信号を受信しないとき、流量制御弁をオフにしてラバーアクチュエータ内の圧力を一定にすることを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
【請求項３】
ラバーアクチュエータは、内部の圧力増加に伴い変位量が小さくなり、圧縮の力が加わる部分に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の洗濯機。
【請求項４】
ラバーアクチュエータは、内部の圧力増加に伴い変位量が大きくなり、引張の力が加わる部分に配置されることを特徴とする請求項１または２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のフィードバック制御パラメータ及びそれによる制御帯域をモータ回転数に応じて変更する振動制御係数調整手段を有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】
制御手段は、モータが支持機構共振周波数以下の回転数の場合のカットオフ周波数Ｆ１と、支持機構共振周波数以上の回転数の場合のカットオフ周波数Ｆ２が、Ｆ１＞Ｆ２となるように調整することを特徴とする請求項５記載の洗濯機。
【請求項７】
制御手段は、モータが支持機構共振周波数以下の回転数の場合の粘性係数ｂ１と、支持機構共振周波数以上の回転数の場合の粘性係数ｂ２が、ｂ１＞ｂ２となるように調整することを特徴とする請求項５記載の洗濯機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−５０４（Ｐ２００８−５０４Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７４８１８（Ｐ２００６−１７４８１８）
【出願日】平成１８年６月２６日（２００６．６．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２６日（２００６．６．２６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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