荷重バランスとりシステムを備えたランドリー装置
【課題】ドラムに質量を付加することによって、回転中のアンバランスを補償することができるランドリー装置の提供。
【解決手段】本発明のランドリー装置は、洗濯物を保持するパーフォレーション付きドラム１１と、スピン軸を中心にドラムを回転させ洗濯物を脱水するように構成された駆動手段３９、４０と、ドラムの回転中にアンバランスを補償するシステムとを備えているランドリー装置であって、洗濯物の回転アンバランスを検出し、アンバランスを表す出力信号を出力する一対の検出手段と、検出された回転アンバランスを補正するためにドラムに付加することが必要な１又は２以上の質量の大きさ及び位置を頻繁に計算するようにプログラミングされているデジタルプロセッサと、計算された前記１又は２以上の質量の大きさ及び位置にしたがって前記ドラムに１又は２以上の質量を付加する補正手段とを備えている。
【解決手段】本発明のランドリー装置は、洗濯物を保持するパーフォレーション付きドラム１１と、スピン軸を中心にドラムを回転させ洗濯物を脱水するように構成された駆動手段３９、４０と、ドラムの回転中にアンバランスを補償するシステムとを備えているランドリー装置であって、洗濯物の回転アンバランスを検出し、アンバランスを表す出力信号を出力する一対の検出手段と、検出された回転アンバランスを補正するためにドラムに付加することが必要な１又は２以上の質量の大きさ及び位置を頻繁に計算するようにプログラミングされているデジタルプロセッサと、計算された前記１又は２以上の質量の大きさ及び位置にしたがって前記ドラムに１又は２以上の質量を付加する補正手段とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランドリー装置内の荷重ないし洗濯物ないし充填物をバランス取りするためのシステム、特に、これだけではないが、水平軸線型洗濯機内の荷重をバランス取りするためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な水平軸線型洗濯機は、乾燥時間を短縮するためにできるだけ多量の水分を洗濯物から抜き取るための最終脱水ないしスピンサイクルを含んでいる。しかしながら、高速スピンの必要性は、静かな運転とは相反するものである。脱水サイクル開始時には洗濯物は著しくアンバランスになる恐れがあるので、機械が加速しようとすると，ノイズと、大きな応力を有する振動とが結果として生じる。
【０００３】
洗濯機設計者が荷重のアンバランスを考慮してこれまで採用してきた手段は、典型的には、内部組立体をバネ及び減衰器に懸架して振動を絶縁することにある。困難なのは、これらの懸架組立体が決して振動を完全に絶縁することはない点であり、機械の加齢に伴って懸架組立体が劣化し、問題は更に悪化する。しかも、これらの懸架組立体は大きな内部空隙を必要とし、従って機械を標準的な外寸に設計すると、貴重な洗濯物用容量が失われてしまう。更に、内部組立体はアンバランスによる力になおも耐えなければならないので、かなりの余分なコストが生じる。
【０００４】
理想的なアプローチは、この問題を根源から排除することにある。このためには種々の解決策がある。一つ目の可能性は、洗濯物が脱水前に均一に分散されるのを保証することにある。これは効果的な手段であるが、これを現実に達成するのは極めて難しい。従って、考慮しなければならないアンバランスの度合いを減じるためにいくつかの行程をとることはできるものの、このアンバランスをその後に十分に無視できるほど排除することは不可能である。別のアプローチは、アンバランスの大きさ及び特性を決定し、正確にアンバランスに反作用を及ぼすアンバランスを付加することにある。
【０００５】
水平軸線型洗濯機におけるアンバランスを補償する方法は、米国特許第５２８０６６０号明細書（Ｐｅｌｌｅｒｉｎ他）及び欧州特許第８５６６０４号明細書（Ｆａｇｏｒ，Ｓ．Ｃｏｏｐ）に開示されている。これらの開示内容は、ドラムの周面周りに均一にずらされながらドラムの長さ方向に延びている、軸線方向に方向付けされた三つの室を使用することに関する。これらの室は、適量の水で個別に充填されると、回転軸線におけるアンバランスを概ね補正するのに使用できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらのシステムの欠点は、アンバランスが回転軸線に沿って中心に存在しないかもしれず、回転軸線に沿った制御が利用できないのでこのような形態のバランス取り作用が部分的にしか成功しないことにある。このことは、懸架システムが、コストが嵩む振動絶縁をなお必要とし、装置の耐用寿命を短くする恐れもあるということを意味することもある。
【０００７】
［静的アンバランス］
何かの形状を有する物体が特定の軸線を中心にしてスピンされると、静的アンバランス及び動的アンバランスで表されうる二つのタイプのアンバランスが生ずる。静的アンバランスは、回転軸線が物体の重心（ＣｏＧ）を通過しないところにある。このことは、物体が加速し続けるように、物体に回転軸線に向かう（ＣｏＧを通って作用する）力Ｆを加えられなければならないことを意味する。この力は周囲の構造から作用するものでなければならず、もちろんその力の方向は図１に示すように、物体と一緒に回転する。静的アンバランス３を画定にするために必要とされる情報部分は二つある。これらの情報部分は、アンバランス１の大きさ（スピン軸線を中心としたＣｏＧのモーメントであり、ＳＩ単位では大きさｋｇｍを有する）と、ＣｏＧのオフセット方向と物体４内の或る基準方向との間の或る角度２とである。
【０００８】
静的アンバランスを有する物体は、水平方向の回転軸線に取り付けられかつ重力の影響下にある場合、そのＣｏＧが鉛直方向で回転軸線の下方に位置するまで回転する。このことは、懸架手段における共振よりも低速でかつ一定の給電で作動する水平軸線型機械が、ＣｏＧが一側に上昇し他側に下降したときに、僅かな回転速度変動を生ぜしめる結果ともなる。残念なことに、これは、低速以外の静的アンバランスを決定するのに実現可能な技術ではない。
【０００９】
［動的アンバランス］
動的アンバランスはもう少し複雑である。図２において回転軸線５は物体の主軸線のうちの一つの軸線６と平行でない。物体の主軸線は、物体がそれ回りに自然にスピンする軸線である。
例えば、その押し出し軸線回りにスピンするように設定され、従って静的にも動的にもバランスが保たれている一様な筒体の短い長さ部分を想定する。このとき、筒体の内部に二つの重りが取り付けられ、一方の重り８は一端に、他方の重り９は一方の重り８と反対側の他端に取り付けられる。物体の重心１０は移動されておらず、従って物体は未だ静的にバランスが取られている。しかし、ここで筒体をスピンさせると振動が生じる。筒体は動的アンバランスを有することになる。静的アンバランスは、どちらの方向に物体が転がって係止するかを見ることによって、静的に検出することができる。動的アンバランスは、筒体のスピンでもってのみ、即ち動的にのみ検出することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、
洗濯物を保持するパーフォレーション付きドラムと、スピン軸を中心に前記ドラムを回転させ前記洗濯物を脱水するように構成された駆動手段と、前記ドラムの回転中にドラム内に保持された前記洗濯物の分布によって生じたアンバランスを補償するシステムとを備えているランドリー装置であって、
前記ドラムのスピン軸に沿って離れ、前記洗濯物の回転アンバランスを検出する一対の検出手段であって、各検出手段が検出したアンバランスを表す出力信号を出力する一対の検出手段と、
該一対の検出手段からの前記出力信号を受け、前記検出された回転アンバランスを補正するためにドラムに付加することが必要な１又は２以上の質量の大きさ及び位置を頻繁に計算するようにプログラミングされているデジタルプロセッサと、
計算された前記１又は２以上の質量の大きさ及び位置にしたがって前記ドラムに１又は２以上の質量を付加する補正手段とを備え、該補正手段による質量付加の開始と前記検出手段の一方または両方によって示される質量付加の効果との間に時間的遅れがあり、
前記プロセッサは、付加する前記１又は２以上の質量の大きさ及び位置を計算するときは、前記補正手段が以前に加えた質量の予期される効果を考慮して計算値を減少させ、この前記以前に加えられた質量の全ての効果は、まだ検出手段によって示されない、
ことを特徴とするランドリー装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、
洗濯物を保持するパーフォレーション付きドラムと、スピン軸を中心に前記ドラムを回転させ前記洗濯物を脱水するように構成された駆動手段と、前記ドラムの回転中にドラム内に保持された前記洗濯物の分布によって生じたアンバランスを補償するシステムとを備えているランドリー装置であって、
前記ドラムのスピン軸に沿って離れ、前記洗濯物の回転アンバランスを検出する一対の検出手段であって、各検出手段が検出したアンバランスを表す出力信号を出力する一対の検出手段と、
該一対の検出手段からの前記出力信号を受け、前記検出された回転アンバランスを補正するためにドラムに付加することが必要な１又は２以上の質量の大きさ及び位置を時おり計算するようにプログラミングされているデジタルプロセッサと、
前記ドラムに前記計算された大きさの１又は２以上の質量を付加する補正手段と、を備え、
前記プロセッサが、
ｉ）前記ドラムを初期低速で回転させるように前記駆動手段を作動させるステップと、
ii）前記一対の検出手段の出力信号に基づいて回転アンバランスをモニタし初期検出アンバランスを決定するステップと、
iii）前記初期検出アンバランスが所定の初期しきい値以上のときには、前記ドラムを回転させて該ドラム内の前記洗濯物を分配するように前記駆動手段を作動させるステップと、
iv）前記初期検出アンバランスが所定の初期しきい値より小さいときには、
ａ）前記ドラムの回転速度を増加させるように前記駆動手段を作動させ、
ｂ）前記一対の検出手段の出力信号に基づいて回転アンバランスをモニタし、
ｃ）前記デジタルプロセッサを使用して、前記検出されたアンバランスを補正するために前記ドラムに付加することが必要な１または２以上の質量の大きさ及び位置を決定し、
ｄ）前記補正手段に、前記計算された大きさの１または２以上の質量を付加させて前記アンバランスを補正し、
ｅ）前記洗濯物を効率的に脱水するように、より高速回転で前記ドラムを回転させるように前記駆動手段を作動させるステップとを前記プロセッサに実行させるソフトウエアでプログラミングされている、
ことを特徴とするランドリー装置が提供される。
【００１２】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ステップiv）のａ）からｅ）を繰り返し、
検出回転アンバランスが所定の上側しきい値を越えたときには、検出された回転アンバランスが所定の下側しきい値より小さくなるときに前記ドラムの回転速度を前記ｅ）だけで上昇させる。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記補正手段が、円周方向に離れた複数のチャンバの組を２組、備え、前記チャンバの各組が、前記ドラムの各端で前記スピン軸に直交する面内に設けられ、前記補正手段は、前記プロセッサの制御によって、選択されたチャンバに水を注入する手段を、更に備えている。
【００１３】
本発明の他の好ましい態様によれば、１つのセンサ手段と一組のチャンバが、前記ドラムの軸の各端に設けられている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記選択されたチャンバに水を注入する手段が、高流量弁および低流量弁を備え、前記検出されたアンバランスに応じて前記高流量弁または低流量弁の一方が選択される。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、各検出手段が、前記ドラムの各端に設けられた少なくとも１つの圧電式力トランスデューサを備え、該圧電式力トランスデューサが前記ドラムの回転によって該ドラムに作用する線形力を検出するように構成されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記検出手段が、前記ドラムの各端に設けられた少なくとも１つの加速度トランスデューサを備え、該加速度トランスデューサが前記ドラムの回転によって該ドラムに作用する線形加速度を検出するように構成されている。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記プロセッサは、計算された質量の値から、以前に付加された多くの質量の重みづけられた値の合計の値を減算することによって、以前に付加された質量の予測される効果を考慮し、以前に付加された質量の値は、直近に付加された質量が合計に関してより大きな効果を有するように重みづけられる。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ドラムの両端から突出するシャフト手段を支持するそれぞれのベアリングを備え、各ベアリングマウントに検出手段が設けられている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記パーフォレーション付きドラムがキャビネット内で支持され、該キャビネットとパーフォレーション付きドラムとの間にサスペンションが設けられていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は前述のものからなっており、また、以下に例を挙げる構成を有している。
次に、本発明の好ましい一形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明は特に洗濯機に適した、ランドリー装置内の荷重をバランス取りする新しい方法を提供する。このようなシステムは懸架を不要にし、これにより機械構造が著しく簡素化される。
以下の説明は水平軸線型洗濯機についてのものである。しかしながら、本発明を水平でない及び垂直型の機械、並びに、回転式ランドリー装置一般的に適用可能であることが理解されよう。
【００１８】
［一般的な装置構造］
本発明を、主としてランドリー洗濯機に関連して説明する。ただし、その原理の多くはランドリー乾燥機にも同様に適用可能である。図３及び図４は孔ないしパーフォレーションを備えたドラム１１を有する水平軸線型の洗濯機を示している。このドラム１１はその軸線がキャビネット１２内でほぼ水平方向に一側から他側に指向されつつ支持されている。キャビネット１２は水密な閉じ込め空間内の、ドラムから出た洗浄液又はすすぎ液を閉じ込める閉じ込め面を有している。キャビネット構造１２のいくつかの部分を例えば二重シート熱成形によって、液体を閉じ込め面と一緒に形成してもよい。特に洗濯機の後壁及び側壁はこのように形成されうる。
【００１９】
ドラムと他の多くの構成部分とを含む洗濯物取り扱いシステムは、好ましくは頂部充填構造内に含まれている。図３において、水平軸線を有するスピンドラム１１が概ね方形のキャビネット１２内に含まれている。ドラムへのアクセスは、洗濯機頂部に設けられたヒンジ付き蓋１４を介して可能となる。他の水平軸線構造を採用することもできる。
【００２０】
ドラム１１は軸受け１５によってそれぞれの端部で回転可能に支持されている。これら軸受けはドラム支持部１６によってそれぞれ支持されている。図示の実施例において、軸受けは軸線方向で外部に、ドラム端部２１，２２のハブ領域２０から突出しているシャフト手段１９上に配置される。他の軸線方向の構成、即ち例えばドラム支持部から突出するシャフト上に位置するよう軸受けを内部に、ドラムのハブ領域の外面に設けられた凹部内に配置することも同様に可能である。ドラム支持部１６はそれぞれ、基部に支持されたユニットとして示されると共に、一体的に組み合わされた形状を有している。この形状も理想的には、二重シート熱成形、ブロー成形などによって製造するのに適している。各ドラム支持部は強化リブ領域２３と、ドラム１１の対応する端部２１，２２を受容する図示したような受容用凹部領域２５とを有しているのが好ましい。ドラム支持部１６は、側壁２７，２８に設けられた補完的な表面内に固定されることにより、下位構造に係合する。個別の部材又は機械的な懸架システムから形成される機枠のような、さほど好ましくない他の構造も可能である。
【００２１】
各ドラム支持部１６は凹部領域２５の中心に軸受け支持用凹部を有している。軸受け支持用凹部内には軸受け台２９が配置され、軸受け１５は軸受け台２９のボス内に取り付けられている。
図３及び図４に更に詳細に示すように、本発明の好ましい実施例において、ドラム１１は、パーフォレーションを有する金属製フープ３０と、概ね筒形ないし円筒形の室を形成するためにフープ３０の端部を包囲する一対の端部２１，２２と、ドラム端部２１，２２の間に延びる一対のベーン３１とを具備する。
【００２２】
本発明の好ましい形態では、ドラムは一方の端部２１からのみ駆動され、従ってベーン３１の一つの目的は、駆動されないドラム端部２２に回転トルクを伝達することにある。更に、ベーンはドラム組立体１１に長手方向の剛性を提供する。この目的のために、ベーン３０は、アンバランスな動的荷重による歪みに対して要求されるあらゆる抵抗を達成するのに十分な奥行きと内部補強作用を有しているものの、幅広で浅い。好ましくは、ベーン３０は、洗濯物のタンブリングないし反転を助成するための先行縁及び後続縁を備えた明確な形状を有している。好ましい実施例において、これらベーン３０は回転方向に関し対向するよう方向付けされているので、各方向での回転時に一方のベーンが前進し、他方のベーンが後退することになる。更に、以下に説明するように、このベーン形状によって、洗濯室の開放作用が使い勝手がよくなる。
【００２３】
本発明を組み入れた洗濯機の好ましい実施例において、ドラム１１は一対のドラム支持部１６の間で、各ドラム支持部１６の端部において支持されている。ドラム１１内部へのアクセスは、ドラムの円筒形壁３０のハッチ区分３３を摺動させて開けることにより可能となる。このハッチ区分は、作動時に連続ループの形に結合されるようにラッチ機構３４，３５，３６，３７，３８を介して結合される。従って、洗濯機のキャビネット１２は、水平軸線型洗濯機ではより一般的な伝統的なフロントローディング形式とは異なり、実質的にトップローディング形式でもってドラム１１にアクセスできるように形成されている。
【００２４】
洗濯機は、全操作段階（洗浄、すすぎ、及び脱水）にわたってドラムを回転させるための電動モータ（図４においてロータ３９及びステータ４０が見える）を有している。本発明を組み込んだ洗濯機の好ましい形態において、モータは直接駆動インサイドアウト式の電子整流ブラシレス直流モータであり、このモータは、ドラム１１の一方の端部２１に結合された永久磁石ロータ３９と、ドラム支持部１６に結合されたステータ４０とを有している。モータの適切な形態は欧州特許第０３６１７７５号明細書に記載されている。
使用者が洗濯機の機能及び操作を制御できるようにするために、ユーザインタフェイス２４が設けられている。制御用電子部品は、インタフェイスモジュール内に一体的に含まれており、洗濯機の操作に関する電子制御を提供する。
【００２５】
［バランス取りシステム］
本発明において、脱水を行うためにドラム１１が高速回転される間に、バランスを崩した荷重により生ずる力が、動的に制御されるバランス取りシステムにより最小化される。バランス取りシステムは、シャフト１９の各端部で軸受け台２９に設けられたロードセルが変形することにより発生する電気信号を用い、それにより、ドラム１１を動的に再びバランス取りするために必要とされる重量分散補正が評価される。各軸受け台２９は、一対の曲げブリッジ４０，４１を有するように形成されており、各曲げブリッジには、図５に示すようなロードセル４２が取り付けられている。ロードセル４２の出力はランドリー機械の制御プロセッサに供給され、これによりバランス取り作用ないしタスクが実行される。このバランス取りタスクは、図６に示すようにドラム内に配置されている六つのバランス取り室４３，４６，４７，８０，８１，８２のうちの一つ又はそれ以上に水を付加することにより達成される。このような室の三つは、各端部で１２０°だけ離されて、ドラム端部２１，２２の末端に位置決めされている。
【００２６】
このバランス取りシステムは図７に更に詳しく示されている。ロードセル４２からの出力は先ずフィルタ５０を通過し、次いでマイクロプロセッサ５１の入力側に接続される。このマイクロプロセッサはランドリー機械用の特定のタスクのためのプロセッサ又は主制御プロセッサでありうる。マイクロプロセッサ５１内にプログラミングされた種々のアルゴリズム（詳細は後で述べる）は、モータ制御器５２にスピン指令（例えば加速／減速）を与え、弁駆動装置５３にバランス取り補正（例えば弁５４の開／閉）を命ずる。次いでモータ制御器５２は、スピン指令を達成するためにモータ巻線への給電状態を変化させる。弁駆動装置５３は適切なバランス取り弁ないしバランシング弁５４を開くか又は閉じる。このバランス取り弁は、関連するスロットないし流路４５内に注入器４４を介し水が流入できるようにし、このスロットは適切な室に連通している。弁駆動装置５３は更に、高流量弁５５及び低流量弁５６を通じて水流を切り換えることにより、粗調整モードと微調整モードとの間の切り換えを可能にする。
【００２７】
アンバランスを補正するためには、等しく逆向きの静的及び動的アンバランスを人為的に加えることが必要である。静的アンバランスを加えるには、所定量の質量を或る半径及び回転角（又は「位相」角）で、スピン軸線に沿うＣｏＧと同じ位置に加えるだけでよい。しかしながら、動的アンバランスを加えるためには、等しく逆向きの二つのアンバランスを、ＣｏＧの各側に同じ距離だけ離間した、スピン軸線に沿う二つの位置に加えなければならない。その結果、静的及び動的アンバランス双方は、スピン軸線に沿って離間した二つの位置に、二つの別個の質量（両方とも同じ半径でもよい）を別個の二つの位相角で加えることにより、補正できることになる。求められるべき四つの変数があり、従ってアンバランスの性質に関する有益な四つの情報部分を得なければならない。
【００２８】
これらの情報部分は典型的には、振動系の二つの別個の位置における加速度、速度、力、又は変位を測定することにより得られる。二つのセンサ位置だけが必要とされ、四つのセンサ位置が必要とされないのは、関連する信号がちょうど正弦波形であり、従って二つの情報部分を含むからである。一方の情報部分は信号の大きさないし振幅であり、他方の情報部分はスピンシステムにおける或る基準点に対する「位相」角である。
【００２９】
別個の二つの位置における信号振幅及び位相角がひとたび得られると、二つの質量及びそれらの位相角を計算してアンバランスを補正するための方法が必要となる。これは、信号データ及び質量データを二つの複素数ベクトルとして表し、これらの関係を四つの複素数の正方行列として表すことにより、行われる。この行列は、質量ベクトルを信号ベクトルに対してマップ化するのに用いられる場合、応答行列と呼ばれ、反対の場合には、アンバランスを表す質量ベクトルに戻る信号ベクトルをマップ化するのはその逆行列である。
【００３０】
アンバランスのデータを獲得するための技術を実際に実行するのは困難である。というのは、或るタイプの信号を測定するのが他の信号よりも一層困難であり、もし良好な信号が得られるとしても、応答行列は、信号がどこで測定されるかによって、知る（習得する）のが予測不能な難しいものになってしまう恐れがあるからである。本発明の好ましい実施例において、アンバランスは力又は応力の測定値を用いて特徴付けられる。利用可能な代替例のうち、力は測定し易く、低速での信号レベルが全く十分なものである。
【００３１】
機械が懸架装置を有していないので、キャビネットはドラムのスピン軸線に効果的に強固に結合されている。このことは、アンバランスを軸受け組立体での力に関連付ける応答行列がほぼ対角線関係にあり、装置が剛直な床上に支持されている場合には、速度が変化したときに複雑かつ／又は予測不能に変化しないことを意味する。従って、ドラムの各端部の軸受け組立体における（例えば鉛直方向の）力の半径方向成分は、剛直な床の場合に、バランス取り作用を目的として測定するための最も有効な信号である。装置を支持する床が可撓性を備えている場合には、後述する別の関係が適用される。
【００３２】
［センサ］
静的及び動的な完全なバランス取り作用を行うために、アンバランスの性質について知るための有益な情報部分が必要となる。すでに示唆したように、バランス取り作用を目的とした所望の信号は、ドラムを支持する各軸受け組立体における力の半径方向成分であり、従って或る種類の二つのロードセルが必要となる。好ましい実施例において、一対のセンサ４２が図４に示すように、シャフト１９の各端部に配置される。
【００３３】
この用途に適した歪みセンサは圧電ディスクである。このタイプのセンサは大きな信号出力を生ぜしめ、従ってＲＦＩ（無線周波数妨害）によって著しく影響を受けることはない。しかしながら圧電歪みセンサは、ディスクを横切る電荷漏れに基づく荷重の変動しか測定することができない。
圧電ディスクは、加えられた力に関する特定の応答を有する。力は周波数の２乗に比例し、かつ応答の大きさは力の周波数に比例するので、センサ出力とドラムの回転数ｒｐｍとの関係は３次的である。
【００３４】
更に詳細には、軸受け台は図５に示すように、同心的な二つの筒状リング４６，４７のように見える。既に述べた荷重ブリッジ４０，４１は内側リング４７のそれぞれ頂部と底部とに、また、外側リング４６の上側の周囲部の対向する部分に結合されている。荷重ブリッジの、外側リングに面する側には、圧電ディスク４２が付着されている。ドラムからの荷重は内側リング４７に取り付けられた軸受け１５と、荷重ブリッジ４８と、ロードセル４２とを介して外側リング４６に伝えられ、更に外側で外部構造内に伝えられる。この形式において、荷重ブリッジがドラムのスピン作用からのいかなる鉛直方向の力にも従うよう撓み、従って圧電ディスクを変形させ、アンバランス力を表す信号を供給するようになっていることが理解されよう。
【００３５】
［動的制御］
本発明の好ましい実施例において、動的な制御法が用いられる。これは、先に説明したような動的及び静的アンバランスと混同されるものでは決してなく、制御方法論の性質について言及するに過ぎない。代替的な制御方法論は「静的」なものである。静的制御法は、時間に応じたその目標システムの挙動に関するデータを使用又は保持するのではない。結果としてこの方法は、平衡状態を復帰しようとする「シングルショットないし単発」として実行され、システムが次の実行の前に定常状態に戻るように、実行する毎にその実行後に十分な時間が経過することが許されなければならない。これに対して、動的な制御法は、時間に応じたシステムの挙動を予測することができ、最新の過去の動作を記憶することにより、システムが過渡応答状態にあっても、システムを連続的に補正することができる。
【００３６】
この好ましい動的制御の主な利点は、次の実行時間が来るのを待つことなしにずれが現れるとすぐに、制御ループがこれらのずれを調整することができることにある。時間応答が遅いシステムにとって、このことはかなりの利点である。効率的に作動させるために、制御器は目標システムの、時間依存応答の推定に従ってプログラミングされなければならない。しかしながら、この計算値が顕著な変動を有しない限り、概算にはこれで足り、このアプローチで十分に作動する。また、動的な制御器が迅速な決定ループで動作するので、入力パラメータに伴うあらゆるノイズが生ずると、多くのわずかな補正がなされるが、これは完全には必要でないものである。このような理由から、設定すべきしきい値補正レベルは最小でしかなく、補正を行うのにいかなるコストも困難も伴わない。
【００３７】
時間依存挙動の主な源を列挙すると次のようになる。
・機械のバランス状態に瞬時の変化がもたらされると、振動の定常状態に達するために数回の回転が行われる。
・ロードセルデータ取得において忘却係数を平均化するということは、新しい振動状態に応答するために平均化データも多数回の回転を行わせるということを意味する。
・機械のバランス状態の変化は決して瞬時のものではなく、水の付加には約０．１〜６０秒が必要である。
・洗濯物からの水の抜き取りは、機械のスピン速度が上昇するにつれて機械のバランス状態が著しく急速に変化しうることを意味する。
【００３８】
もし、脱水サイクルにおいて、機械が約３分間で１００ｒｐｍから１０００ｒｐｍに上昇しなければならない場合には、機械は、この期間の継続中にほぼ確実に過渡応答の状態になる。その結果、制御器は、機械が定常状態になることなしに機械のバランス状態の変化に応答可能でなければならない。
前に述べたように動的な制御を実施するためには、この制御器は、機械の時間依存挙動の概算に従ってプログラミングされなければならない。更に正確には、もし実施されるべき補正があるならばいかなる補正が実施されるべきかを決定するときに、制御器は（機能がどのくらい以前に行われたかに応じて）その過去の動作にどのくらいの重み付けをするかを知らなければならない。このような用途において、各水室に対し、適切に重み付けされた水付加の過去の履歴の総和は、「待機効果」であると考えることができる。即ち、制御器は所定量の効果が信号になおも供給されると未だ予測しており、従って、現時点でどの弁をオンにしどの弁をオフにすべきであるかを決定するときに、現在計算されている必要水量からこの「待機効果」を減算しなければならない。
【００３９】
これを正確に行うためには、思い出すのに必要なだけ多くの箇所ないしポイントについての制御器の過去の動作の完全な記録と、同数のポイントのための重み付け値テーブルとが必要となる。これらのポイントは、この用途において少なくとも１０個である。もしポイント数をＮ個とすると、それぞれＮ個のポイントを有する六つの制御出力チャネルの履歴を記憶するには６Ｎ個のデータポイントが必要となる。更に、次いでこの履歴の効果を計算するには６Ｎ回の掛け算が必要となる。一つの単純化は、図９に示すような「テーブルトップ」曲線６１で正確な重み付け曲線６０に近づけることである。このようにすると、重み付け値の記憶されたテーブルが必要でなくなり、６Ｎ回の掛け算が６Ｎ回の足し算に減じられるが、しかしこれでもまだ複雑である。正確な重み付け曲線の極めて粗い近似は図９にも示されるような負の指数関数６２である。このことは複雑に聞こえるが、実際には極めて容易に達成でき、単なる忘却係数タイプの平均値である。これをなすのに必要なことは、各水制御チャネル毎に待機変数の効果を作成し、制御ループの各実施時間毎にこれに所定の係数（ゼロから１まで）を掛け算し、これに、このチャネルのための水制御弁が最新のループ中にオンになっている場合には或る増分値を足し算することだけである。計算上必要なのは、制御ループの実施毎に、６回の掛け算及び６回の足し算だけである。これはコストの著しい節減になる。速度に応じた異なる忘却係数を有さなくてもよいように、制御ループは１回転を基礎にして実施されなければならない。このことは、データ取得変換コードの直後に、各回転センサにつき１回だけバランス制御コードを実施することにより、簡単に達成される。もちろん、全水量を、時間ではなく現在の速度における回転数でもって計算されなければならない。しかしこのことは、大きさ較正係数が回転数ないしｒｐｍの２乗ではなくｒｐｍと同じように変化するという簡単なことである。
【００４０】
考慮すべき別の点は、一つの端部について一度に考えれば、荷重のバランス崩れが、室のうちの一つ（例えば室４３）のちょうど対向側で生ずると、データ取得ルーチンはこの室を、水を必要とする一次的な室として識別するが、信号に基づくノイズにより、他の室のうちの一つも同様に少量の水を必要としていることがほぼ確実であると言える。この第２の必要水量は、他方の室よりも極めて少なく、ちょうど最新の数回転中におけるノイズがいかなるものかに応じて、室４６に生ずる場合もあれば、室４７に生ずる場合もある。バランス制御ルーチンがこれらの二次的な小さな必要水量をアドレスにより参照すると、室４３をアドレス参照する比較的長い期間にわたって、ルーチンは水需要は室４６及び４７をも徐々に満たし、こうして室４３内へ進入する水のいくらかを無効にし、次いで更にバランス取り補正を行うための僅かな空き高を残す。バランス制御器は、両室のいずれもがノイズによる影響を受けていないことが明らかでない限り、即ち両室が同様の水量を必要としていることが明らかでない限り、一つの端部で同時に二つの室をアドレスにより参照する必要がないことは明らかである。同様に、機械の両端部は真に独立したシステムではなく（後で説明するように）弱く結合されているので、一方の端部での大きなバランス崩れ力により、他方で「ゴーストイメージ」が生じる。従って、バランス制御器は二つの端部を、これらのいずれもがゴーストイメージでないことが明らかでない限り、即ち両端部が同様の水量を必要としているのではない限り、同時にアドレスにより参照する必要はない。これらの両問題を解決するための最も簡単な方法は、（図１０に示すように）六つの室からの最大必要水量を識別して動的な「ノイズ」しきい値をこの水量値の半分に設定することである。次いで、現在の必要水量７０のからその現在の待機効果７１を差し引き、更にノイズ値を差し引いた結果７２が上述した増分値より大きいときにのみ、水弁（例えば５）がオンにされる。ここで、この増分値を調整することにより、大きさ較正を行う。
【００４１】
最後に、短い弁動作が繰り返されるのを阻止するために、少量のヒステリシスが必要である。これは、いつ弁をオンにするべきかを決定するための上記基準を用いることによって、しかし、いつ弁を再びオフにするべきかを決定するときには異なる基準を用いることによって、簡単に達成される。このオフ基準は更に簡単である。即ち水弁は、その現在の必要水量がひとたび現在の待機効果よりも少なくなったときにだけオフにされる。換言すれば、いったん弁がオンになると、その室の必要水量がアドレスにより参照されるまでオフにされない。
【００４２】
［制御アルゴリズム］
能動的なバランス取り作用中のスピンタスクは更に、次の三つの副次的なタスク又はアルゴリズムに分けることができる。
アンバランス検出アルゴリズム（ＩＤＡ）
バランス補正アルゴリズム（ＢＣＡ）
スピンアルゴリズム（ＳＡ）
【００４３】
（図１１に示される）アンバランス検出アルゴリズム（ＩＤＡ）は単に、アンバランスに関連するデータの取得に係わっているだけであり、モータ制御ルーチン内に組み込まれている。ＩＤＡはモータが回転しているときはいつでも作用しており、その結果をバランス補正アルゴリズム（ＢＣＡ）が参照して利用できるようにしている。
【００４４】
（図１３に示される）スピンアルゴリズム（ＳＡ）は単に、要求されたスピンプロフィールを実行することに係わっているだけである。ＳＡは、ＩＤＡによって必要とされるプロフィールとＩＤＡによって決定される振動レベルとに従って機械の速度を変更する。
【００４５】
（図１２に示される）ＢＣＡは単に、ＩＤＡがアンバランスを検出するといつでも、それを補正することに係わっているだけである。ＢＣＡは、機械とＩＤＡ双方の時間依存挙動を考慮する、進歩した制御アルゴリズムである。ＢＣＡは、機械の回転速度が約１５０ｒｐｍよりも速いときにはいつでも作用する。
【００４６】
［信号解析−ＩＤＡ処理］
荷重のアンバランスを決定するためには、１回転につき一回現れる各信号の正弦波成分の大きさ及び位相角が必要となる。残念なことに、この信号は明確な正弦波のようには見えず、機械の構造的な非線形性及びＲＦＩ（無線周波妨害）により複雑である。１回転につき一回現れる成分ないし「基本成分」はこのような信号から何とかして獲得されなければならない。
【００４７】
これは、信号をデジタル式にサンプリングし、離散フーリエ変換技術を用いることにより行われる。変換全体を算出する必要はない。この変換全体は、１回転中の信号サンプルの半数の周波数成分をもたらす（この変換全体は８ビットマイクロプロセッサで長い時間を要する）。必要なのはただ基本成分だけである。これをなすためには、獲得された各信号データポイントを、回転基準マークの後の等価の位相角遅れにおいて１回転につき一回現れる余弦波の値によって乗算し、これらのそれぞれの結果を１回転全体にわたって合計し、次いでこれを結果数によって割り算する。これによって、複素数結果の実数（又はｘ）成分が得られる。虚数（又はｙ）成分は同じ技術を用い、しかし余弦波の代わりに正弦波を用いて得られる。結果として生じる複素数を次いで極形式に変換して、信号の基礎成分の大きさと位相角とが与えられるようにすることができる。また、エイリアシングを防止するために、入力信号は、サンプリング周波数の半分よりも高い周波数成分を先ず除去するためのアナログフィルタを通過させられる。
【００４８】
サンプリングを固定周波数ではなく、１回転当たりのサンプルの固定数を利用して行うと、離散フーリエ解析をかなり簡単にすることができる。これにはもちろん回転エンコーダが必要である。この回転エンコーダはこの用途において既に直流ブラシレスモータの形で設けられている。従って、１回転当たりに多数のポイントを使用することが必要となる。これらのポイントは、モータによる１回転当たりの転流の回数に正確に分かれる。このことによって、テーブル（「正弦テーブル」と呼ぶ）として予めプログラミングされることが必要となる正弦値も可能になる。この正弦テーブルから、１期間当たりのサンプル数の４分の１だけ前方にオフセットすることによって余弦値を得ることもできる。基本成分にエイリアシングされた調波のオーダがローパスフィルタの遮断周波数を良好に越えるように、１回転当たりの適切なサンプリングポイント数を有することが必要である。これは、２００ｒｐｍを上回る速度で信頼性のあるサンプリングを得るためには、サンプリングポイントの数が少なくとも１２個なくてはならないことを意味している。サンプリングのための１回転当たりのポイントは偶数個使用されるべきであり、これにより正弦テーブルは完全に対称的になる。即ち、正のシーケンスと負のシーケンスとがそれらの符号を別にすると同一になる。これにより、入力信号における直流オフセットが基本成分に影響を与えないことが確保される。図８はフィルタリング後の信号５７と、抽出された基本成分５８とを示す。
【００４９】
代替的には、一層高性能なマイクロプロセッサが採用されると、そのデータ取得能力を最大化することにより、ノイズの問題が更に軽減される。このことは、１回転当たりを基礎とする固定サンプリングのかわりに、より高速での固定周波数を基礎とすることを意味する。更に、正弦値及び余弦値を、計算の多くを単純化するテーブルから計算し又は補間することができる。
【００５０】
源信号の基本成分がひとたび得られると、この成分は必然的にいくらかのノイズ成分を含むことになる（即ち、連続的な測定値はいくらかの分散を有する）。これを排除する最もよい方法は、信号源が正確でかつ清潔でかつ線形応答を有するのを確保することである。いったん源端部がアドレスにより参照されると、ノイズの残余をアドレスにより参照するために平均技術を使用することができる。
【００５１】
このような技術の一つは、「忘却係数」を実施することである。これによれば、新しい平均値は、新しい測定値が獲得される毎に、古い平均値の例えば７０％にこの場合新しい測定値の３０％（＝１００％−７０％）を加えたものに等しくされる。ここで、使用される忘却係数は０．３である。というのは、古い平均値の０．３は忘却され、新しい測定値の０．３に置換されるからである。この平均の形式はマイクロプロセッサを基礎とする用途に適している。というのは、この形式はメモリ空間と処理時間とに関連して低廉であるからである。
【００５２】
測定値を平均化することに伴う主な欠点は、アンバランス検出の応答時間が低下することである。このことは単に、ノイズを減じるために、平均結果が数個の測定値を組み込まなければならないという事実の結果にすぎない。平均結果はもちろん過去の測定値のみから得ることができ、未来の測定値からは得られない。忘却係数が低くなればなるほど、平均値は過去の測定値からより多くを記憶し、従って平均値は機械振動の変化に対してよりゆっくりと応答する。
【００５３】
バランス取り作用は（洗濯物からの脱水作用による）多くの繰り返しにわたって実施できるにすぎないので、「一発」で完全なバランスを得ることを可能にする必要はない。この観点から、いくつかの「近似計算」を行うことを容認することができる。これらの近似計算のうち最も大きなものは、機械を、各信号源と関連する二つの別個の単一自由度（ＳＤＯＦ）システムとして扱うことができる。これを行う主な利点は、マイクロプロセッサが２×２応答行列を計算して換算する必要がなく、ただ各端部毎に二つのＳＤＯＦ応答を推定すればよいことにある。
【００５４】
測定データはデカルトフォーマット（ｘ及びｙ）における複素数であるのに対して、応答は極フォーマット（大きさ及び位相）にあるので、水補正ベクトルを得るために、フォーマット変換と複素除算とが各端部で必要となる。これは従来通りに実施することも不可能ではないが、より簡単なアプローチがある。即ち、応答の位相を取り出し、正弦値テーブルを参照するときに整数個のポイントのそれぞれをオフセットするような離散フーリエ技術に、これらの位相を直接に組み込むことである。これらのオフセットは、位相角較正のために機械が速度を変えるにつれて調整されてもよい。これに代えて、正弦テーブルに対しいかなるオフセットをも適用せずに計算されるときに、ベクトルに作用する回転行列を使用して、位相較正を行ってもよい。しかしながら、大きさ較正は後で動的制御ルーチン内で行われる。
【００５５】
ドラムの各端部でのアンバランスのｘ及びｙ成分をいったん得ると、それぞれの端部で各室がどれだけの水量を必要としているかを計算する必要がある。というのは、室同士が１２０°だけ離れているからである。室同士が９０°だけ（即ち、ｘ軸及びｙ軸のように直交して）離れているのであれば、問題は小さい。しかし、この場合には、各端部毎に四つの室が必要となり、従って更に二つの水制御弁と、関連する駆動装置が余計に必要となってしまう。更に簡単なアプローチは、室と同じように、１２０°だけ離れた軸線上への信号ベクトルの投影を計算することである。
【００５６】
これを実施する方法は極めて簡単である。フーリエ技術は、直交するｘ及びｙの投影を抽出するために正弦波及び余弦波の形状を使用する。このことは、余弦波が、正弦波を９０°だけ左側にシフトしたものであるという事実から容易に判る。従って、１２０°だけ離れた投影に信号ベクトルを分割するためには、余弦波を、１２０°だけ左側にシフトされた、つまり３分の１だけ回転させられた正弦波に代えるだけでよい。
【００５７】
位相較正された信号は今や、第１の二つの室へのアンバランスの投影を表している。第３の室へのアンバランスの投影を得るために、等しい大きさで全て１２０°だけ離された三つのベクトルの総和がゼロにならなければならないというベクトル特性を用いることができる。従って、全ての三つの投影の総和がゼロにならなければならない。即ち、第３の室への投影は、第１の二つの室への投影の総和の負値である。応答位相角度に半回転を加えることによって得られる三つの値は、必要とされる、復帰する水バランスの各バランス取り室への投影を表すことになる。
【００５８】
最後に、これらの三つの投影のうち少なくとも一つの投影は負であり、室から除去されるべき水量を表す。これは実施できないので、単に全ての三つの数に定数を加えることにより、最小の負値がゼロになり、他の二つの数が正になることが保証される。
【００５９】
［包括的な制御戦略−ＳＡ］
スピンプロセスの包括的な制御がスピンアルゴリズムＳＡに割り当てられる。このスピンアルゴリズムＳＡはボウル速度がゼロの状態で始まり、ＢＣＡが作動できないようにする。ＳＡの最初のタスクはスピンが開始できるようにするために、洗濯物をよりよく分散させることである。極めて低いスピン速度において振動が最初のしきい値を下回るときには、ＢＣＡが作動可能化される最小のＢＣＡ速度にまでスピンすることが許可される。振動がしきい値を下回らなければ、停止してエラーメッセージを表示する前に、何度も再分散が再試行される。いったんＢＣＡがスピン速度の目標レベルに達すると、スピンが所望の期間続くことが許され、この期間後ボウルが停止させられ、弁が閉じられ、ＢＣＡが作動不可能にされる。
【００６０】
［動的なバランス取り作用−ＢＣＡ］
更に詳しく述べると、図１２に示すバランス補正アルゴリズムは、ＩＤＡからの位相情報の較正で始まる。ベクトル回転のステップは使用される方法に応じたオプションである（代替例は、オフセットにおいて正弦テーブルを適用する）。これに続いて、ベクトルが標準化され、振動レベルが計算される。可能化フラグが真であり、かつ振動レベルが予め規定された臨界リミットを下回ると、決定プロセスが始まる。先ず、振動レベルが多数のしきい値と比較され、ボウル速度の増大が可能であるかが評価される。次いで、振動レベルの精粗（弁への流量の高低）に応じて、補正が可能化される。次いで、過去の動作の待機効果が、現時点のベクトル情報と各弁の状態と一緒に更新され、各弁を開けるか又は閉めるかが決定される。ボウル速度を一定に維持できない、即ち加速が許可されて速度が現在、所望の目標レベルにはないときには、ボウル速度が、目標レベルにまで増大することが許可される。この時点でスタートに戻り、新たに繰り返しを開始し、目標速度に達するまで効果的に連続的に補正及び加速を行う。
【００６１】
［更なる改善］
前述の実施例において、洗濯機はコンクリート床のような剛性を有する表面上に支持されていると仮定することが理解されるであろう。これが当てはまらない場所、例えば木製の床において、洗濯機全体が脱水サイクル中に実質的に変位する恐れがある場合、先に述べた技術は全体的には成功しない。従って、更なる改良形において、本発明は更に、洗濯機が剛性のない支持表面上に支持されている場合のスピンアンバランスを補正するための方法及び装置をも提供する。
【００６２】
スピンドラム１００と、機枠１０２と、基準表面とを備えた等価のばねシステムが図１４に示されている。スピンドラム１００と機枠１０２との間に位置する第１のばね１０６は、軸受け台をドラム支持部又は洗濯機の機枠に結合している荷重ブリッジの弾性を効果的に表している。このブリッジは更に、ドラムと洗濯機の機枠との間の力を測定するロードセルの基部を形成している。第２のばね部分１０８はこの場合、支持表面、例えば可撓性のある木製床ボードの弾性を表している。第２のばね１０８は複合的であり、減衰部材１１０を有している。基準表面１０４、即ち静止基準点に対する相対的な加速度又は変位を測定するために、軸受けそれ自体の非回転部分又はロードセルブリッジの近接部分に、加速度計１１２が結合されている。
【００６３】
ここで、機械が特定の速度でスピンしており、完全にバランスの取れた状態にあると考える。（バランス室のうちの一つにいくらかの水を注入することによって）一方の端部に小さな「バランス崩れ」（ＦO/B）荷重を加えることを想定する。機械の両端部が全体的に個別の機械的なシステムとして挙動するならば、水を加えた方の端部における力ベクトルを測定し、他方の端部では何も変化が生じない、即ち他方の端部は完全にバランスの取れた状態のままであると予測される。しかしながら、機械の両端部は別個のシステムではなく、実際には、機械の両端部で力ベクトルを測定することになる。二つの端部は互いに「結合」されていると言うことができる。この結合作用の結果、機械の一方の端部において観察される力ベクトルは、同じ端部における「バランス崩れ」ＦO/Bベクトルに関連するだけでなく、機械の他方の端部におけるＦO/Bベクトルにも関連する。従って、次のようになる。
Ｆ1＝Ｒ11＊ＦO/B1＋Ｒ12＊ＦO/B2
ここで、Ｆ1は、機械の一方の端部１で測定される力ベクトル、ＦO/B1及びＦO/B2はそれぞれ端部１及び端部２におけるＦO/Bベクトル、Ｒ11及びＲ12は、ＦO/B1及びＦO/B2が端部１に有している個々の応答係数である。
（なお、Ｒ11及びＲ12もベクトルであり、それぞれ大きさと応答の位相ずれとを有している。）
【００６４】
同様に端部２においても次のように書くことができる。
Ｆ2＝Ｒ21＊ＦO/B1＋Ｒ22＊ＦO/B2
ここで、Ｆ2は、端部２で測定される力ベクトル、Ｒ21及びＲ22は、ＦO/B1及びＦO/B2が端部２に有している個々の応答係数である。
これらの二つの等式は行列等式として数学的に結びつけることができる。
Ｆ＝Ｒ＊ＦO/B
【００６５】
【００６６】
ここで、機械がスピン中にボウルを絶対的に強固に保持するとすると、力トランスデューサはＦO/B荷重ベクトルの求心加速度に必要となる力ベクトルを正確に測定するものと予想される。しかし、このことは当てはまらない。機械の外部構造は無限に剛性を有しているわけではなく、これに関しては、床も、家屋も、家屋の下の地面についても同様のことが言える。その結果、力トランスデューサは、上記の全て（機械構造、床、家屋．．．）及びボウル回転速度の関数である機械の機械的な応答による成分をも測定する。なお、行列（Ｒ12及びＲ21）の結合項を有意にし、かつ一般に行列全体を予め較正するのを不可能にするのは機械応答のこの特別な成分である。
【００６７】
ここに二つの可能な技術が生じる。
１）各端部で加速ベクトルを測定することによって、機械の機械的な応答を決定することができ、次いで各端部の力ベクトルと加速ベクトルとを適切に組み合わせることによって、新しいベクトル量を形成することができる。この新しいベクトル量において応答行列は結合解除される（即ちＲ11及びＲ22だけが有意項である）。更に、行列は未知のパラメータの関数でないので、工場で較正することができる。
２）又は、小さなしかし既知の変更をＦO/Bに対して行い、力ベクトルに結果として生じた変化を測定することによって、脱水サイクル中の応答行列「Ｒ」を知ることができる。
【００６８】
第１の技術は極めて確固なものであるが、しかし、ドラムの鉛直方向の絶対加速度を測定するための加速度センサの付加を必要とする。
第２の技術は極めて賢明なものであるが、しかし、後で略述するいくつかの困難を伴う。
【００６９】
［第１の方法−加速度測定］
上記システムから、ロードセルによって測定される力が、アンバランスの正確な測定値とはならないことは明らかである。補正のためにアンバランスを決定するためには、制御器は洗濯機の効果に対する外部の複合システムの効果を考慮に入れなければならない。従って、スピンボウルに作用する絶対力Ｆaを次のように表すことができる。
Ｆa＝ｍ1×ａa
ここで、ｍ1はスピンドラムの質量であり、ａaは加速度メータによって測定されるような、ドラムの絶対加速度である。この力は次のように形成されている。
Ｆa＝Ｆo/b＋Ｆ1
ここで、Ｆo/bはバランス崩れ力であり、Ｆ1はロードセルによって測定される力である。整理すると、バランス崩れ力Ｆo/bを既知の変数の形
Ｆo/b＝（ｍ1×ａa）‐Ｆ1
で表現でき、制御器によって計算できる。Ｆ1が前述のようにＩＤＡから得られるのに対し、加速度メータの出力は、有益な信号を供給するために、ＩＤＡまでに同様のフィルタリング処理を通過する必要がある。ドラム質量ｍ1はドラムの既知の重量と、荷重に付加された水量と、荷重の「タイプ」に基づく既知の荷重特性とに基づいて推定される。荷重の「タイプ」は、本願出願人の米国特許第４８５７８１４号明細書に開示されるような、周知の多数の布帛検知技術のうちのいずれか一つを使用して検出することができる。
【００７０】
上に述べたことは、ドラムの各端部を別個に取り扱うことができることを仮定している。本願出願人は、この方法を用いることによって、この仮定が満足のいくものであることを確認している。しかしながらいくつかの場合には、この仮定は十分なものではなく、従って更に正確なシステムが必要となる。この場合、ドラムの各端部間の結合を考慮に入れる必要がある。この目的のために、システム上での継続的なテストによって、結合行列γを決定してもよい。ここで、ξはドラムの長さに対する重心の位置の割合であり、αは慣性係数である。
【００７１】
【００７２】
［第２の方法−システム応答の決定］
先程は、
Ｆ＝Ｒ＊ＦO/B
であったのに対し、
機械の応答が比較的線形であるならば、次式のようになる。
ｄＦ＝Ｒ＊ｄＦO/B
ここで、ｄＦ及びｄＦO/Bはまだ２＊１の列ベクトル、Ｒは２＊２応答行列である。ｄＦは、ＦO/BベクトルをｄＦO/Bに加えた結果として、力ベクトルの変化を表す。しかしながら、現実には、測定されるＦベクトルを取り除くのに必要なＦO/Bベクトルを見出すことが望まれる。これを行うには、各辺にＲの逆行列を乗算することにより整理する必要がある。
ｉｎｖ（Ｒ）＊ｄＦ＝ｉｎｖ（Ｒ）＊Ｒ＊ｄＦO/B
これにより、次のようになる。
ｄＦO/B＝ｉｎｖ（Ｒ）＊ｄＦ
【００７３】
というのは、どんな行列でもその逆行列を乗算すると、一致行列となるからである。Ｒの逆行列を「Ａ」と呼ぶ。というのは、この行列は実際に、何をすべきか何を測定するかを教える「動作」行列であるからである。従って、
ｄＦO/B＝Ａ＊ｄＦ
この場合、Ａ＝ｉｎｖ（Ｒ）である。
【００７４】
問題はＡを見出すことが望まれることである。これを行う方法は、小さなしかし既知の付加的なアンバランスを一方の端部に加え、他方の端部には何も加えないことである。この付加をｄＦO/Bで表し、力ベクトルにおける対応する変化をｄＦaで表すことにする。ｄＦO/B及びｄＦaは共に（ベクトルの）列ベクトルである。演習を繰り返し、しかも今回は、別の小さな付加を他方の端部に加える。今回は、この付加をｄＦO/Bbで表し、同様に力ベクトルにおける対応する変化をｄＦbで表す。ここで、これら二つの実験値を組み合わせて次のように記すことができる。
（ｄＦO/BaｄＦO/Bb）＝Ａ＊（ｄＦaｄＦb）
【００７５】
又は
ＤＦO/B＝Ａ＊ＤＦ
ここで、ＤＦO/B及びＤＦは、二つの２＊１列ベクトルを並べて形成される２＊２行列である。等式の各辺にＤＦの逆行列を乗算する。
ＤＦO/B＊ｉｎｖ（ＤＦ）＝Ａ＊ＤＦ＊ｉｎｖ（ＤＦ）
これにより、次式が与えられる。
Ａ＝ＤＦO/B＊ｉｎｖ（ＤＦ）
従って、今や動作行列がわかり、この動作行列は、測定されるＦベクトルを排除するのに必要な補正値を計算するのに使用することができる。ここに示すものは一つの作業例にすぎない。機械が或る一定の速度で現在スピンしているとすると、各端部で測定される力ベクトルは次の通りである。
【００７６】
【００７７】
今やＡが計算され、荷重ブリッジによって測定されるＦを知った状態で、アンバランスに反作用するのに必要な補正値を計算することができる。最初は動作行列は完全に未知であったので、初期のＦO/Bベクトルをランダムに推測しなければならない。行列についていくらかわかった後では、初期のＦO/Bベクトルをよりよく推測することができる。
【００７８】
［システム全体の利点］
採用した洗濯機及び能動的なバランス取りシステムの利点は次の通りである。
・アンバランスによる力が軸受け組立体に達する前に除去される。従って、構造上の要求が軽減され、より少なくかつ／又はより低廉な材料を採用することができる。
・摩耗しかつ劣化する懸架装置が排除される。
・洗浄シリンダ間隙が低減されることにより、標準サイズの機械内で、十分な洗濯物容量が可能になる。
・もはや懸架装置の高さの変化に対処する必要がないので、ドア開放機構の複雑さが低減する。
・いつでも静かで滑らかなスピンが行われる。
・変動しうる外的条件に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、静的アンバランスの概念を示す図である。
【図２】図２は、動的アンバランスの概念を示す図である。
【図３】図３は、本発明による洗濯機を、洗濯機の概ね横断面を示すために破断した破断斜視図である。
【図４】図４は、互いに組み合わされて洗濯機を形成する種々の主要部分を示す、図３の洗濯機の組み立て斜視図である。
【図５】図５は、ドラムの軸受け台を示す図である。
【図６】図６は、バランス取り室及びセンサを示すドラムの図である。
【図７】図７は、図３の洗濯機の液体供給及び電気システムを示す線図である。
【図８】図８は、振動センサからの出力波形の例を示す波形線図である。
【図９】図９は、重み付け曲線を示すグラフである。
【図１０】図１０は、バランス取り室の充填に関連した決定を行うプロセスについて示す図である。
【図１１】図１１は、アンバランス検出アルゴリズムを示す流れ線図である。
【図１２】図１２は、バランス補正アルゴリズムを示す流れ線図である。
【図１３】図１３は、スピンアルゴリズムを示す流れ線図である。
【図１４】図１４は、ランドリー装置を可撓性のある床上に支持したときの、等価のばねシステムを示すブロック線図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランドリー装置内の荷重ないし洗濯物ないし充填物をバランス取りするためのシステム、特に、これだけではないが、水平軸線型洗濯機内の荷重をバランス取りするためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な水平軸線型洗濯機は、乾燥時間を短縮するためにできるだけ多量の水分を洗濯物から抜き取るための最終脱水ないしスピンサイクルを含んでいる。しかしながら、高速スピンの必要性は、静かな運転とは相反するものである。脱水サイクル開始時には洗濯物は著しくアンバランスになる恐れがあるので、機械が加速しようとすると，ノイズと、大きな応力を有する振動とが結果として生じる。
【０００３】
洗濯機設計者が荷重のアンバランスを考慮してこれまで採用してきた手段は、典型的には、内部組立体をバネ及び減衰器に懸架して振動を絶縁することにある。困難なのは、これらの懸架組立体が決して振動を完全に絶縁することはない点であり、機械の加齢に伴って懸架組立体が劣化し、問題は更に悪化する。しかも、これらの懸架組立体は大きな内部空隙を必要とし、従って機械を標準的な外寸に設計すると、貴重な洗濯物用容量が失われてしまう。更に、内部組立体はアンバランスによる力になおも耐えなければならないので、かなりの余分なコストが生じる。
【０００４】
理想的なアプローチは、この問題を根源から排除することにある。このためには種々の解決策がある。一つ目の可能性は、洗濯物が脱水前に均一に分散されるのを保証することにある。これは効果的な手段であるが、これを現実に達成するのは極めて難しい。従って、考慮しなければならないアンバランスの度合いを減じるためにいくつかの行程をとることはできるものの、このアンバランスをその後に十分に無視できるほど排除することは不可能である。別のアプローチは、アンバランスの大きさ及び特性を決定し、正確にアンバランスに反作用を及ぼすアンバランスを付加することにある。
【０００５】
水平軸線型洗濯機におけるアンバランスを補償する方法は、米国特許第５２８０６６０号明細書（Ｐｅｌｌｅｒｉｎ他）及び欧州特許第８５６６０４号明細書（Ｆａｇｏｒ，Ｓ．Ｃｏｏｐ）に開示されている。これらの開示内容は、ドラムの周面周りに均一にずらされながらドラムの長さ方向に延びている、軸線方向に方向付けされた三つの室を使用することに関する。これらの室は、適量の水で個別に充填されると、回転軸線におけるアンバランスを概ね補正するのに使用できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらのシステムの欠点は、アンバランスが回転軸線に沿って中心に存在しないかもしれず、回転軸線に沿った制御が利用できないのでこのような形態のバランス取り作用が部分的にしか成功しないことにある。このことは、懸架システムが、コストが嵩む振動絶縁をなお必要とし、装置の耐用寿命を短くする恐れもあるということを意味することもある。
【０００７】
［静的アンバランス］
何かの形状を有する物体が特定の軸線を中心にしてスピンされると、静的アンバランス及び動的アンバランスで表されうる二つのタイプのアンバランスが生ずる。静的アンバランスは、回転軸線が物体の重心（ＣｏＧ）を通過しないところにある。このことは、物体が加速し続けるように、物体に回転軸線に向かう（ＣｏＧを通って作用する）力Ｆを加えられなければならないことを意味する。この力は周囲の構造から作用するものでなければならず、もちろんその力の方向は図１に示すように、物体と一緒に回転する。静的アンバランス３を画定にするために必要とされる情報部分は二つある。これらの情報部分は、アンバランス１の大きさ（スピン軸線を中心としたＣｏＧのモーメントであり、ＳＩ単位では大きさｋｇｍを有する）と、ＣｏＧのオフセット方向と物体４内の或る基準方向との間の或る角度２とである。
【０００８】
静的アンバランスを有する物体は、水平方向の回転軸線に取り付けられかつ重力の影響下にある場合、そのＣｏＧが鉛直方向で回転軸線の下方に位置するまで回転する。このことは、懸架手段における共振よりも低速でかつ一定の給電で作動する水平軸線型機械が、ＣｏＧが一側に上昇し他側に下降したときに、僅かな回転速度変動を生ぜしめる結果ともなる。残念なことに、これは、低速以外の静的アンバランスを決定するのに実現可能な技術ではない。
【０００９】
［動的アンバランス］
動的アンバランスはもう少し複雑である。図２において回転軸線５は物体の主軸線のうちの一つの軸線６と平行でない。物体の主軸線は、物体がそれ回りに自然にスピンする軸線である。
例えば、その押し出し軸線回りにスピンするように設定され、従って静的にも動的にもバランスが保たれている一様な筒体の短い長さ部分を想定する。このとき、筒体の内部に二つの重りが取り付けられ、一方の重り８は一端に、他方の重り９は一方の重り８と反対側の他端に取り付けられる。物体の重心１０は移動されておらず、従って物体は未だ静的にバランスが取られている。しかし、ここで筒体をスピンさせると振動が生じる。筒体は動的アンバランスを有することになる。静的アンバランスは、どちらの方向に物体が転がって係止するかを見ることによって、静的に検出することができる。動的アンバランスは、筒体のスピンでもってのみ、即ち動的にのみ検出することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、
洗濯物を保持するパーフォレーション付きドラムと、スピン軸を中心に前記ドラムを回転させ前記洗濯物を脱水するように構成された駆動手段と、前記ドラムの回転中にドラム内に保持された前記洗濯物の分布によって生じたアンバランスを補償するシステムとを備えているランドリー装置であって、
前記ドラムのスピン軸に沿って離れ、前記洗濯物の回転アンバランスを検出する一対の検出手段であって、各検出手段が検出したアンバランスを表す出力信号を出力する一対の検出手段と、
該一対の検出手段からの前記出力信号を受け、前記検出された回転アンバランスを補正するためにドラムに付加することが必要な１又は２以上の質量の大きさ及び位置を頻繁に計算するようにプログラミングされているデジタルプロセッサと、
計算された前記１又は２以上の質量の大きさ及び位置にしたがって前記ドラムに１又は２以上の質量を付加する補正手段とを備え、該補正手段による質量付加の開始と前記検出手段の一方または両方によって示される質量付加の効果との間に時間的遅れがあり、
前記プロセッサは、付加する前記１又は２以上の質量の大きさ及び位置を計算するときは、前記補正手段が以前に加えた質量の予期される効果を考慮して計算値を減少させ、この前記以前に加えられた質量の全ての効果は、まだ検出手段によって示されない、
ことを特徴とするランドリー装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、
洗濯物を保持するパーフォレーション付きドラムと、スピン軸を中心に前記ドラムを回転させ前記洗濯物を脱水するように構成された駆動手段と、前記ドラムの回転中にドラム内に保持された前記洗濯物の分布によって生じたアンバランスを補償するシステムとを備えているランドリー装置であって、
前記ドラムのスピン軸に沿って離れ、前記洗濯物の回転アンバランスを検出する一対の検出手段であって、各検出手段が検出したアンバランスを表す出力信号を出力する一対の検出手段と、
該一対の検出手段からの前記出力信号を受け、前記検出された回転アンバランスを補正するためにドラムに付加することが必要な１又は２以上の質量の大きさ及び位置を時おり計算するようにプログラミングされているデジタルプロセッサと、
前記ドラムに前記計算された大きさの１又は２以上の質量を付加する補正手段と、を備え、
前記プロセッサが、
ｉ）前記ドラムを初期低速で回転させるように前記駆動手段を作動させるステップと、
ii）前記一対の検出手段の出力信号に基づいて回転アンバランスをモニタし初期検出アンバランスを決定するステップと、
iii）前記初期検出アンバランスが所定の初期しきい値以上のときには、前記ドラムを回転させて該ドラム内の前記洗濯物を分配するように前記駆動手段を作動させるステップと、
iv）前記初期検出アンバランスが所定の初期しきい値より小さいときには、
ａ）前記ドラムの回転速度を増加させるように前記駆動手段を作動させ、
ｂ）前記一対の検出手段の出力信号に基づいて回転アンバランスをモニタし、
ｃ）前記デジタルプロセッサを使用して、前記検出されたアンバランスを補正するために前記ドラムに付加することが必要な１または２以上の質量の大きさ及び位置を決定し、
ｄ）前記補正手段に、前記計算された大きさの１または２以上の質量を付加させて前記アンバランスを補正し、
ｅ）前記洗濯物を効率的に脱水するように、より高速回転で前記ドラムを回転させるように前記駆動手段を作動させるステップとを前記プロセッサに実行させるソフトウエアでプログラミングされている、
ことを特徴とするランドリー装置が提供される。
【００１２】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ステップiv）のａ）からｅ）を繰り返し、
検出回転アンバランスが所定の上側しきい値を越えたときには、検出された回転アンバランスが所定の下側しきい値より小さくなるときに前記ドラムの回転速度を前記ｅ）だけで上昇させる。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記補正手段が、円周方向に離れた複数のチャンバの組を２組、備え、前記チャンバの各組が、前記ドラムの各端で前記スピン軸に直交する面内に設けられ、前記補正手段は、前記プロセッサの制御によって、選択されたチャンバに水を注入する手段を、更に備えている。
【００１３】
本発明の他の好ましい態様によれば、１つのセンサ手段と一組のチャンバが、前記ドラムの軸の各端に設けられている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記選択されたチャンバに水を注入する手段が、高流量弁および低流量弁を備え、前記検出されたアンバランスに応じて前記高流量弁または低流量弁の一方が選択される。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、各検出手段が、前記ドラムの各端に設けられた少なくとも１つの圧電式力トランスデューサを備え、該圧電式力トランスデューサが前記ドラムの回転によって該ドラムに作用する線形力を検出するように構成されている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記検出手段が、前記ドラムの各端に設けられた少なくとも１つの加速度トランスデューサを備え、該加速度トランスデューサが前記ドラムの回転によって該ドラムに作用する線形加速度を検出するように構成されている。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記プロセッサは、計算された質量の値から、以前に付加された多くの質量の重みづけられた値の合計の値を減算することによって、以前に付加された質量の予測される効果を考慮し、以前に付加された質量の値は、直近に付加された質量が合計に関してより大きな効果を有するように重みづけられる。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ドラムの両端から突出するシャフト手段を支持するそれぞれのベアリングを備え、各ベアリングマウントに検出手段が設けられている。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記パーフォレーション付きドラムがキャビネット内で支持され、該キャビネットとパーフォレーション付きドラムとの間にサスペンションが設けられていない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は前述のものからなっており、また、以下に例を挙げる構成を有している。
次に、本発明の好ましい一形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明は特に洗濯機に適した、ランドリー装置内の荷重をバランス取りする新しい方法を提供する。このようなシステムは懸架を不要にし、これにより機械構造が著しく簡素化される。
以下の説明は水平軸線型洗濯機についてのものである。しかしながら、本発明を水平でない及び垂直型の機械、並びに、回転式ランドリー装置一般的に適用可能であることが理解されよう。
【００１８】
［一般的な装置構造］
本発明を、主としてランドリー洗濯機に関連して説明する。ただし、その原理の多くはランドリー乾燥機にも同様に適用可能である。図３及び図４は孔ないしパーフォレーションを備えたドラム１１を有する水平軸線型の洗濯機を示している。このドラム１１はその軸線がキャビネット１２内でほぼ水平方向に一側から他側に指向されつつ支持されている。キャビネット１２は水密な閉じ込め空間内の、ドラムから出た洗浄液又はすすぎ液を閉じ込める閉じ込め面を有している。キャビネット構造１２のいくつかの部分を例えば二重シート熱成形によって、液体を閉じ込め面と一緒に形成してもよい。特に洗濯機の後壁及び側壁はこのように形成されうる。
【００１９】
ドラムと他の多くの構成部分とを含む洗濯物取り扱いシステムは、好ましくは頂部充填構造内に含まれている。図３において、水平軸線を有するスピンドラム１１が概ね方形のキャビネット１２内に含まれている。ドラムへのアクセスは、洗濯機頂部に設けられたヒンジ付き蓋１４を介して可能となる。他の水平軸線構造を採用することもできる。
【００２０】
ドラム１１は軸受け１５によってそれぞれの端部で回転可能に支持されている。これら軸受けはドラム支持部１６によってそれぞれ支持されている。図示の実施例において、軸受けは軸線方向で外部に、ドラム端部２１，２２のハブ領域２０から突出しているシャフト手段１９上に配置される。他の軸線方向の構成、即ち例えばドラム支持部から突出するシャフト上に位置するよう軸受けを内部に、ドラムのハブ領域の外面に設けられた凹部内に配置することも同様に可能である。ドラム支持部１６はそれぞれ、基部に支持されたユニットとして示されると共に、一体的に組み合わされた形状を有している。この形状も理想的には、二重シート熱成形、ブロー成形などによって製造するのに適している。各ドラム支持部は強化リブ領域２３と、ドラム１１の対応する端部２１，２２を受容する図示したような受容用凹部領域２５とを有しているのが好ましい。ドラム支持部１６は、側壁２７，２８に設けられた補完的な表面内に固定されることにより、下位構造に係合する。個別の部材又は機械的な懸架システムから形成される機枠のような、さほど好ましくない他の構造も可能である。
【００２１】
各ドラム支持部１６は凹部領域２５の中心に軸受け支持用凹部を有している。軸受け支持用凹部内には軸受け台２９が配置され、軸受け１５は軸受け台２９のボス内に取り付けられている。
図３及び図４に更に詳細に示すように、本発明の好ましい実施例において、ドラム１１は、パーフォレーションを有する金属製フープ３０と、概ね筒形ないし円筒形の室を形成するためにフープ３０の端部を包囲する一対の端部２１，２２と、ドラム端部２１，２２の間に延びる一対のベーン３１とを具備する。
【００２２】
本発明の好ましい形態では、ドラムは一方の端部２１からのみ駆動され、従ってベーン３１の一つの目的は、駆動されないドラム端部２２に回転トルクを伝達することにある。更に、ベーンはドラム組立体１１に長手方向の剛性を提供する。この目的のために、ベーン３０は、アンバランスな動的荷重による歪みに対して要求されるあらゆる抵抗を達成するのに十分な奥行きと内部補強作用を有しているものの、幅広で浅い。好ましくは、ベーン３０は、洗濯物のタンブリングないし反転を助成するための先行縁及び後続縁を備えた明確な形状を有している。好ましい実施例において、これらベーン３０は回転方向に関し対向するよう方向付けされているので、各方向での回転時に一方のベーンが前進し、他方のベーンが後退することになる。更に、以下に説明するように、このベーン形状によって、洗濯室の開放作用が使い勝手がよくなる。
【００２３】
本発明を組み入れた洗濯機の好ましい実施例において、ドラム１１は一対のドラム支持部１６の間で、各ドラム支持部１６の端部において支持されている。ドラム１１内部へのアクセスは、ドラムの円筒形壁３０のハッチ区分３３を摺動させて開けることにより可能となる。このハッチ区分は、作動時に連続ループの形に結合されるようにラッチ機構３４，３５，３６，３７，３８を介して結合される。従って、洗濯機のキャビネット１２は、水平軸線型洗濯機ではより一般的な伝統的なフロントローディング形式とは異なり、実質的にトップローディング形式でもってドラム１１にアクセスできるように形成されている。
【００２４】
洗濯機は、全操作段階（洗浄、すすぎ、及び脱水）にわたってドラムを回転させるための電動モータ（図４においてロータ３９及びステータ４０が見える）を有している。本発明を組み込んだ洗濯機の好ましい形態において、モータは直接駆動インサイドアウト式の電子整流ブラシレス直流モータであり、このモータは、ドラム１１の一方の端部２１に結合された永久磁石ロータ３９と、ドラム支持部１６に結合されたステータ４０とを有している。モータの適切な形態は欧州特許第０３６１７７５号明細書に記載されている。
使用者が洗濯機の機能及び操作を制御できるようにするために、ユーザインタフェイス２４が設けられている。制御用電子部品は、インタフェイスモジュール内に一体的に含まれており、洗濯機の操作に関する電子制御を提供する。
【００２５】
［バランス取りシステム］
本発明において、脱水を行うためにドラム１１が高速回転される間に、バランスを崩した荷重により生ずる力が、動的に制御されるバランス取りシステムにより最小化される。バランス取りシステムは、シャフト１９の各端部で軸受け台２９に設けられたロードセルが変形することにより発生する電気信号を用い、それにより、ドラム１１を動的に再びバランス取りするために必要とされる重量分散補正が評価される。各軸受け台２９は、一対の曲げブリッジ４０，４１を有するように形成されており、各曲げブリッジには、図５に示すようなロードセル４２が取り付けられている。ロードセル４２の出力はランドリー機械の制御プロセッサに供給され、これによりバランス取り作用ないしタスクが実行される。このバランス取りタスクは、図６に示すようにドラム内に配置されている六つのバランス取り室４３，４６，４７，８０，８１，８２のうちの一つ又はそれ以上に水を付加することにより達成される。このような室の三つは、各端部で１２０°だけ離されて、ドラム端部２１，２２の末端に位置決めされている。
【００２６】
このバランス取りシステムは図７に更に詳しく示されている。ロードセル４２からの出力は先ずフィルタ５０を通過し、次いでマイクロプロセッサ５１の入力側に接続される。このマイクロプロセッサはランドリー機械用の特定のタスクのためのプロセッサ又は主制御プロセッサでありうる。マイクロプロセッサ５１内にプログラミングされた種々のアルゴリズム（詳細は後で述べる）は、モータ制御器５２にスピン指令（例えば加速／減速）を与え、弁駆動装置５３にバランス取り補正（例えば弁５４の開／閉）を命ずる。次いでモータ制御器５２は、スピン指令を達成するためにモータ巻線への給電状態を変化させる。弁駆動装置５３は適切なバランス取り弁ないしバランシング弁５４を開くか又は閉じる。このバランス取り弁は、関連するスロットないし流路４５内に注入器４４を介し水が流入できるようにし、このスロットは適切な室に連通している。弁駆動装置５３は更に、高流量弁５５及び低流量弁５６を通じて水流を切り換えることにより、粗調整モードと微調整モードとの間の切り換えを可能にする。
【００２７】
アンバランスを補正するためには、等しく逆向きの静的及び動的アンバランスを人為的に加えることが必要である。静的アンバランスを加えるには、所定量の質量を或る半径及び回転角（又は「位相」角）で、スピン軸線に沿うＣｏＧと同じ位置に加えるだけでよい。しかしながら、動的アンバランスを加えるためには、等しく逆向きの二つのアンバランスを、ＣｏＧの各側に同じ距離だけ離間した、スピン軸線に沿う二つの位置に加えなければならない。その結果、静的及び動的アンバランス双方は、スピン軸線に沿って離間した二つの位置に、二つの別個の質量（両方とも同じ半径でもよい）を別個の二つの位相角で加えることにより、補正できることになる。求められるべき四つの変数があり、従ってアンバランスの性質に関する有益な四つの情報部分を得なければならない。
【００２８】
これらの情報部分は典型的には、振動系の二つの別個の位置における加速度、速度、力、又は変位を測定することにより得られる。二つのセンサ位置だけが必要とされ、四つのセンサ位置が必要とされないのは、関連する信号がちょうど正弦波形であり、従って二つの情報部分を含むからである。一方の情報部分は信号の大きさないし振幅であり、他方の情報部分はスピンシステムにおける或る基準点に対する「位相」角である。
【００２９】
別個の二つの位置における信号振幅及び位相角がひとたび得られると、二つの質量及びそれらの位相角を計算してアンバランスを補正するための方法が必要となる。これは、信号データ及び質量データを二つの複素数ベクトルとして表し、これらの関係を四つの複素数の正方行列として表すことにより、行われる。この行列は、質量ベクトルを信号ベクトルに対してマップ化するのに用いられる場合、応答行列と呼ばれ、反対の場合には、アンバランスを表す質量ベクトルに戻る信号ベクトルをマップ化するのはその逆行列である。
【００３０】
アンバランスのデータを獲得するための技術を実際に実行するのは困難である。というのは、或るタイプの信号を測定するのが他の信号よりも一層困難であり、もし良好な信号が得られるとしても、応答行列は、信号がどこで測定されるかによって、知る（習得する）のが予測不能な難しいものになってしまう恐れがあるからである。本発明の好ましい実施例において、アンバランスは力又は応力の測定値を用いて特徴付けられる。利用可能な代替例のうち、力は測定し易く、低速での信号レベルが全く十分なものである。
【００３１】
機械が懸架装置を有していないので、キャビネットはドラムのスピン軸線に効果的に強固に結合されている。このことは、アンバランスを軸受け組立体での力に関連付ける応答行列がほぼ対角線関係にあり、装置が剛直な床上に支持されている場合には、速度が変化したときに複雑かつ／又は予測不能に変化しないことを意味する。従って、ドラムの各端部の軸受け組立体における（例えば鉛直方向の）力の半径方向成分は、剛直な床の場合に、バランス取り作用を目的として測定するための最も有効な信号である。装置を支持する床が可撓性を備えている場合には、後述する別の関係が適用される。
【００３２】
［センサ］
静的及び動的な完全なバランス取り作用を行うために、アンバランスの性質について知るための有益な情報部分が必要となる。すでに示唆したように、バランス取り作用を目的とした所望の信号は、ドラムを支持する各軸受け組立体における力の半径方向成分であり、従って或る種類の二つのロードセルが必要となる。好ましい実施例において、一対のセンサ４２が図４に示すように、シャフト１９の各端部に配置される。
【００３３】
この用途に適した歪みセンサは圧電ディスクである。このタイプのセンサは大きな信号出力を生ぜしめ、従ってＲＦＩ（無線周波数妨害）によって著しく影響を受けることはない。しかしながら圧電歪みセンサは、ディスクを横切る電荷漏れに基づく荷重の変動しか測定することができない。
圧電ディスクは、加えられた力に関する特定の応答を有する。力は周波数の２乗に比例し、かつ応答の大きさは力の周波数に比例するので、センサ出力とドラムの回転数ｒｐｍとの関係は３次的である。
【００３４】
更に詳細には、軸受け台は図５に示すように、同心的な二つの筒状リング４６，４７のように見える。既に述べた荷重ブリッジ４０，４１は内側リング４７のそれぞれ頂部と底部とに、また、外側リング４６の上側の周囲部の対向する部分に結合されている。荷重ブリッジの、外側リングに面する側には、圧電ディスク４２が付着されている。ドラムからの荷重は内側リング４７に取り付けられた軸受け１５と、荷重ブリッジ４８と、ロードセル４２とを介して外側リング４６に伝えられ、更に外側で外部構造内に伝えられる。この形式において、荷重ブリッジがドラムのスピン作用からのいかなる鉛直方向の力にも従うよう撓み、従って圧電ディスクを変形させ、アンバランス力を表す信号を供給するようになっていることが理解されよう。
【００３５】
［動的制御］
本発明の好ましい実施例において、動的な制御法が用いられる。これは、先に説明したような動的及び静的アンバランスと混同されるものでは決してなく、制御方法論の性質について言及するに過ぎない。代替的な制御方法論は「静的」なものである。静的制御法は、時間に応じたその目標システムの挙動に関するデータを使用又は保持するのではない。結果としてこの方法は、平衡状態を復帰しようとする「シングルショットないし単発」として実行され、システムが次の実行の前に定常状態に戻るように、実行する毎にその実行後に十分な時間が経過することが許されなければならない。これに対して、動的な制御法は、時間に応じたシステムの挙動を予測することができ、最新の過去の動作を記憶することにより、システムが過渡応答状態にあっても、システムを連続的に補正することができる。
【００３６】
この好ましい動的制御の主な利点は、次の実行時間が来るのを待つことなしにずれが現れるとすぐに、制御ループがこれらのずれを調整することができることにある。時間応答が遅いシステムにとって、このことはかなりの利点である。効率的に作動させるために、制御器は目標システムの、時間依存応答の推定に従ってプログラミングされなければならない。しかしながら、この計算値が顕著な変動を有しない限り、概算にはこれで足り、このアプローチで十分に作動する。また、動的な制御器が迅速な決定ループで動作するので、入力パラメータに伴うあらゆるノイズが生ずると、多くのわずかな補正がなされるが、これは完全には必要でないものである。このような理由から、設定すべきしきい値補正レベルは最小でしかなく、補正を行うのにいかなるコストも困難も伴わない。
【００３７】
時間依存挙動の主な源を列挙すると次のようになる。
・機械のバランス状態に瞬時の変化がもたらされると、振動の定常状態に達するために数回の回転が行われる。
・ロードセルデータ取得において忘却係数を平均化するということは、新しい振動状態に応答するために平均化データも多数回の回転を行わせるということを意味する。
・機械のバランス状態の変化は決して瞬時のものではなく、水の付加には約０．１〜６０秒が必要である。
・洗濯物からの水の抜き取りは、機械のスピン速度が上昇するにつれて機械のバランス状態が著しく急速に変化しうることを意味する。
【００３８】
もし、脱水サイクルにおいて、機械が約３分間で１００ｒｐｍから１０００ｒｐｍに上昇しなければならない場合には、機械は、この期間の継続中にほぼ確実に過渡応答の状態になる。その結果、制御器は、機械が定常状態になることなしに機械のバランス状態の変化に応答可能でなければならない。
前に述べたように動的な制御を実施するためには、この制御器は、機械の時間依存挙動の概算に従ってプログラミングされなければならない。更に正確には、もし実施されるべき補正があるならばいかなる補正が実施されるべきかを決定するときに、制御器は（機能がどのくらい以前に行われたかに応じて）その過去の動作にどのくらいの重み付けをするかを知らなければならない。このような用途において、各水室に対し、適切に重み付けされた水付加の過去の履歴の総和は、「待機効果」であると考えることができる。即ち、制御器は所定量の効果が信号になおも供給されると未だ予測しており、従って、現時点でどの弁をオンにしどの弁をオフにすべきであるかを決定するときに、現在計算されている必要水量からこの「待機効果」を減算しなければならない。
【００３９】
これを正確に行うためには、思い出すのに必要なだけ多くの箇所ないしポイントについての制御器の過去の動作の完全な記録と、同数のポイントのための重み付け値テーブルとが必要となる。これらのポイントは、この用途において少なくとも１０個である。もしポイント数をＮ個とすると、それぞれＮ個のポイントを有する六つの制御出力チャネルの履歴を記憶するには６Ｎ個のデータポイントが必要となる。更に、次いでこの履歴の効果を計算するには６Ｎ回の掛け算が必要となる。一つの単純化は、図９に示すような「テーブルトップ」曲線６１で正確な重み付け曲線６０に近づけることである。このようにすると、重み付け値の記憶されたテーブルが必要でなくなり、６Ｎ回の掛け算が６Ｎ回の足し算に減じられるが、しかしこれでもまだ複雑である。正確な重み付け曲線の極めて粗い近似は図９にも示されるような負の指数関数６２である。このことは複雑に聞こえるが、実際には極めて容易に達成でき、単なる忘却係数タイプの平均値である。これをなすのに必要なことは、各水制御チャネル毎に待機変数の効果を作成し、制御ループの各実施時間毎にこれに所定の係数（ゼロから１まで）を掛け算し、これに、このチャネルのための水制御弁が最新のループ中にオンになっている場合には或る増分値を足し算することだけである。計算上必要なのは、制御ループの実施毎に、６回の掛け算及び６回の足し算だけである。これはコストの著しい節減になる。速度に応じた異なる忘却係数を有さなくてもよいように、制御ループは１回転を基礎にして実施されなければならない。このことは、データ取得変換コードの直後に、各回転センサにつき１回だけバランス制御コードを実施することにより、簡単に達成される。もちろん、全水量を、時間ではなく現在の速度における回転数でもって計算されなければならない。しかしこのことは、大きさ較正係数が回転数ないしｒｐｍの２乗ではなくｒｐｍと同じように変化するという簡単なことである。
【００４０】
考慮すべき別の点は、一つの端部について一度に考えれば、荷重のバランス崩れが、室のうちの一つ（例えば室４３）のちょうど対向側で生ずると、データ取得ルーチンはこの室を、水を必要とする一次的な室として識別するが、信号に基づくノイズにより、他の室のうちの一つも同様に少量の水を必要としていることがほぼ確実であると言える。この第２の必要水量は、他方の室よりも極めて少なく、ちょうど最新の数回転中におけるノイズがいかなるものかに応じて、室４６に生ずる場合もあれば、室４７に生ずる場合もある。バランス制御ルーチンがこれらの二次的な小さな必要水量をアドレスにより参照すると、室４３をアドレス参照する比較的長い期間にわたって、ルーチンは水需要は室４６及び４７をも徐々に満たし、こうして室４３内へ進入する水のいくらかを無効にし、次いで更にバランス取り補正を行うための僅かな空き高を残す。バランス制御器は、両室のいずれもがノイズによる影響を受けていないことが明らかでない限り、即ち両室が同様の水量を必要としていることが明らかでない限り、一つの端部で同時に二つの室をアドレスにより参照する必要がないことは明らかである。同様に、機械の両端部は真に独立したシステムではなく（後で説明するように）弱く結合されているので、一方の端部での大きなバランス崩れ力により、他方で「ゴーストイメージ」が生じる。従って、バランス制御器は二つの端部を、これらのいずれもがゴーストイメージでないことが明らかでない限り、即ち両端部が同様の水量を必要としているのではない限り、同時にアドレスにより参照する必要はない。これらの両問題を解決するための最も簡単な方法は、（図１０に示すように）六つの室からの最大必要水量を識別して動的な「ノイズ」しきい値をこの水量値の半分に設定することである。次いで、現在の必要水量７０のからその現在の待機効果７１を差し引き、更にノイズ値を差し引いた結果７２が上述した増分値より大きいときにのみ、水弁（例えば５）がオンにされる。ここで、この増分値を調整することにより、大きさ較正を行う。
【００４１】
最後に、短い弁動作が繰り返されるのを阻止するために、少量のヒステリシスが必要である。これは、いつ弁をオンにするべきかを決定するための上記基準を用いることによって、しかし、いつ弁を再びオフにするべきかを決定するときには異なる基準を用いることによって、簡単に達成される。このオフ基準は更に簡単である。即ち水弁は、その現在の必要水量がひとたび現在の待機効果よりも少なくなったときにだけオフにされる。換言すれば、いったん弁がオンになると、その室の必要水量がアドレスにより参照されるまでオフにされない。
【００４２】
［制御アルゴリズム］
能動的なバランス取り作用中のスピンタスクは更に、次の三つの副次的なタスク又はアルゴリズムに分けることができる。
アンバランス検出アルゴリズム（ＩＤＡ）
バランス補正アルゴリズム（ＢＣＡ）
スピンアルゴリズム（ＳＡ）
【００４３】
（図１１に示される）アンバランス検出アルゴリズム（ＩＤＡ）は単に、アンバランスに関連するデータの取得に係わっているだけであり、モータ制御ルーチン内に組み込まれている。ＩＤＡはモータが回転しているときはいつでも作用しており、その結果をバランス補正アルゴリズム（ＢＣＡ）が参照して利用できるようにしている。
【００４４】
（図１３に示される）スピンアルゴリズム（ＳＡ）は単に、要求されたスピンプロフィールを実行することに係わっているだけである。ＳＡは、ＩＤＡによって必要とされるプロフィールとＩＤＡによって決定される振動レベルとに従って機械の速度を変更する。
【００４５】
（図１２に示される）ＢＣＡは単に、ＩＤＡがアンバランスを検出するといつでも、それを補正することに係わっているだけである。ＢＣＡは、機械とＩＤＡ双方の時間依存挙動を考慮する、進歩した制御アルゴリズムである。ＢＣＡは、機械の回転速度が約１５０ｒｐｍよりも速いときにはいつでも作用する。
【００４６】
［信号解析−ＩＤＡ処理］
荷重のアンバランスを決定するためには、１回転につき一回現れる各信号の正弦波成分の大きさ及び位相角が必要となる。残念なことに、この信号は明確な正弦波のようには見えず、機械の構造的な非線形性及びＲＦＩ（無線周波妨害）により複雑である。１回転につき一回現れる成分ないし「基本成分」はこのような信号から何とかして獲得されなければならない。
【００４７】
これは、信号をデジタル式にサンプリングし、離散フーリエ変換技術を用いることにより行われる。変換全体を算出する必要はない。この変換全体は、１回転中の信号サンプルの半数の周波数成分をもたらす（この変換全体は８ビットマイクロプロセッサで長い時間を要する）。必要なのはただ基本成分だけである。これをなすためには、獲得された各信号データポイントを、回転基準マークの後の等価の位相角遅れにおいて１回転につき一回現れる余弦波の値によって乗算し、これらのそれぞれの結果を１回転全体にわたって合計し、次いでこれを結果数によって割り算する。これによって、複素数結果の実数（又はｘ）成分が得られる。虚数（又はｙ）成分は同じ技術を用い、しかし余弦波の代わりに正弦波を用いて得られる。結果として生じる複素数を次いで極形式に変換して、信号の基礎成分の大きさと位相角とが与えられるようにすることができる。また、エイリアシングを防止するために、入力信号は、サンプリング周波数の半分よりも高い周波数成分を先ず除去するためのアナログフィルタを通過させられる。
【００４８】
サンプリングを固定周波数ではなく、１回転当たりのサンプルの固定数を利用して行うと、離散フーリエ解析をかなり簡単にすることができる。これにはもちろん回転エンコーダが必要である。この回転エンコーダはこの用途において既に直流ブラシレスモータの形で設けられている。従って、１回転当たりに多数のポイントを使用することが必要となる。これらのポイントは、モータによる１回転当たりの転流の回数に正確に分かれる。このことによって、テーブル（「正弦テーブル」と呼ぶ）として予めプログラミングされることが必要となる正弦値も可能になる。この正弦テーブルから、１期間当たりのサンプル数の４分の１だけ前方にオフセットすることによって余弦値を得ることもできる。基本成分にエイリアシングされた調波のオーダがローパスフィルタの遮断周波数を良好に越えるように、１回転当たりの適切なサンプリングポイント数を有することが必要である。これは、２００ｒｐｍを上回る速度で信頼性のあるサンプリングを得るためには、サンプリングポイントの数が少なくとも１２個なくてはならないことを意味している。サンプリングのための１回転当たりのポイントは偶数個使用されるべきであり、これにより正弦テーブルは完全に対称的になる。即ち、正のシーケンスと負のシーケンスとがそれらの符号を別にすると同一になる。これにより、入力信号における直流オフセットが基本成分に影響を与えないことが確保される。図８はフィルタリング後の信号５７と、抽出された基本成分５８とを示す。
【００４９】
代替的には、一層高性能なマイクロプロセッサが採用されると、そのデータ取得能力を最大化することにより、ノイズの問題が更に軽減される。このことは、１回転当たりを基礎とする固定サンプリングのかわりに、より高速での固定周波数を基礎とすることを意味する。更に、正弦値及び余弦値を、計算の多くを単純化するテーブルから計算し又は補間することができる。
【００５０】
源信号の基本成分がひとたび得られると、この成分は必然的にいくらかのノイズ成分を含むことになる（即ち、連続的な測定値はいくらかの分散を有する）。これを排除する最もよい方法は、信号源が正確でかつ清潔でかつ線形応答を有するのを確保することである。いったん源端部がアドレスにより参照されると、ノイズの残余をアドレスにより参照するために平均技術を使用することができる。
【００５１】
このような技術の一つは、「忘却係数」を実施することである。これによれば、新しい平均値は、新しい測定値が獲得される毎に、古い平均値の例えば７０％にこの場合新しい測定値の３０％（＝１００％−７０％）を加えたものに等しくされる。ここで、使用される忘却係数は０．３である。というのは、古い平均値の０．３は忘却され、新しい測定値の０．３に置換されるからである。この平均の形式はマイクロプロセッサを基礎とする用途に適している。というのは、この形式はメモリ空間と処理時間とに関連して低廉であるからである。
【００５２】
測定値を平均化することに伴う主な欠点は、アンバランス検出の応答時間が低下することである。このことは単に、ノイズを減じるために、平均結果が数個の測定値を組み込まなければならないという事実の結果にすぎない。平均結果はもちろん過去の測定値のみから得ることができ、未来の測定値からは得られない。忘却係数が低くなればなるほど、平均値は過去の測定値からより多くを記憶し、従って平均値は機械振動の変化に対してよりゆっくりと応答する。
【００５３】
バランス取り作用は（洗濯物からの脱水作用による）多くの繰り返しにわたって実施できるにすぎないので、「一発」で完全なバランスを得ることを可能にする必要はない。この観点から、いくつかの「近似計算」を行うことを容認することができる。これらの近似計算のうち最も大きなものは、機械を、各信号源と関連する二つの別個の単一自由度（ＳＤＯＦ）システムとして扱うことができる。これを行う主な利点は、マイクロプロセッサが２×２応答行列を計算して換算する必要がなく、ただ各端部毎に二つのＳＤＯＦ応答を推定すればよいことにある。
【００５４】
測定データはデカルトフォーマット（ｘ及びｙ）における複素数であるのに対して、応答は極フォーマット（大きさ及び位相）にあるので、水補正ベクトルを得るために、フォーマット変換と複素除算とが各端部で必要となる。これは従来通りに実施することも不可能ではないが、より簡単なアプローチがある。即ち、応答の位相を取り出し、正弦値テーブルを参照するときに整数個のポイントのそれぞれをオフセットするような離散フーリエ技術に、これらの位相を直接に組み込むことである。これらのオフセットは、位相角較正のために機械が速度を変えるにつれて調整されてもよい。これに代えて、正弦テーブルに対しいかなるオフセットをも適用せずに計算されるときに、ベクトルに作用する回転行列を使用して、位相較正を行ってもよい。しかしながら、大きさ較正は後で動的制御ルーチン内で行われる。
【００５５】
ドラムの各端部でのアンバランスのｘ及びｙ成分をいったん得ると、それぞれの端部で各室がどれだけの水量を必要としているかを計算する必要がある。というのは、室同士が１２０°だけ離れているからである。室同士が９０°だけ（即ち、ｘ軸及びｙ軸のように直交して）離れているのであれば、問題は小さい。しかし、この場合には、各端部毎に四つの室が必要となり、従って更に二つの水制御弁と、関連する駆動装置が余計に必要となってしまう。更に簡単なアプローチは、室と同じように、１２０°だけ離れた軸線上への信号ベクトルの投影を計算することである。
【００５６】
これを実施する方法は極めて簡単である。フーリエ技術は、直交するｘ及びｙの投影を抽出するために正弦波及び余弦波の形状を使用する。このことは、余弦波が、正弦波を９０°だけ左側にシフトしたものであるという事実から容易に判る。従って、１２０°だけ離れた投影に信号ベクトルを分割するためには、余弦波を、１２０°だけ左側にシフトされた、つまり３分の１だけ回転させられた正弦波に代えるだけでよい。
【００５７】
位相較正された信号は今や、第１の二つの室へのアンバランスの投影を表している。第３の室へのアンバランスの投影を得るために、等しい大きさで全て１２０°だけ離された三つのベクトルの総和がゼロにならなければならないというベクトル特性を用いることができる。従って、全ての三つの投影の総和がゼロにならなければならない。即ち、第３の室への投影は、第１の二つの室への投影の総和の負値である。応答位相角度に半回転を加えることによって得られる三つの値は、必要とされる、復帰する水バランスの各バランス取り室への投影を表すことになる。
【００５８】
最後に、これらの三つの投影のうち少なくとも一つの投影は負であり、室から除去されるべき水量を表す。これは実施できないので、単に全ての三つの数に定数を加えることにより、最小の負値がゼロになり、他の二つの数が正になることが保証される。
【００５９】
［包括的な制御戦略−ＳＡ］
スピンプロセスの包括的な制御がスピンアルゴリズムＳＡに割り当てられる。このスピンアルゴリズムＳＡはボウル速度がゼロの状態で始まり、ＢＣＡが作動できないようにする。ＳＡの最初のタスクはスピンが開始できるようにするために、洗濯物をよりよく分散させることである。極めて低いスピン速度において振動が最初のしきい値を下回るときには、ＢＣＡが作動可能化される最小のＢＣＡ速度にまでスピンすることが許可される。振動がしきい値を下回らなければ、停止してエラーメッセージを表示する前に、何度も再分散が再試行される。いったんＢＣＡがスピン速度の目標レベルに達すると、スピンが所望の期間続くことが許され、この期間後ボウルが停止させられ、弁が閉じられ、ＢＣＡが作動不可能にされる。
【００６０】
［動的なバランス取り作用−ＢＣＡ］
更に詳しく述べると、図１２に示すバランス補正アルゴリズムは、ＩＤＡからの位相情報の較正で始まる。ベクトル回転のステップは使用される方法に応じたオプションである（代替例は、オフセットにおいて正弦テーブルを適用する）。これに続いて、ベクトルが標準化され、振動レベルが計算される。可能化フラグが真であり、かつ振動レベルが予め規定された臨界リミットを下回ると、決定プロセスが始まる。先ず、振動レベルが多数のしきい値と比較され、ボウル速度の増大が可能であるかが評価される。次いで、振動レベルの精粗（弁への流量の高低）に応じて、補正が可能化される。次いで、過去の動作の待機効果が、現時点のベクトル情報と各弁の状態と一緒に更新され、各弁を開けるか又は閉めるかが決定される。ボウル速度を一定に維持できない、即ち加速が許可されて速度が現在、所望の目標レベルにはないときには、ボウル速度が、目標レベルにまで増大することが許可される。この時点でスタートに戻り、新たに繰り返しを開始し、目標速度に達するまで効果的に連続的に補正及び加速を行う。
【００６１】
［更なる改善］
前述の実施例において、洗濯機はコンクリート床のような剛性を有する表面上に支持されていると仮定することが理解されるであろう。これが当てはまらない場所、例えば木製の床において、洗濯機全体が脱水サイクル中に実質的に変位する恐れがある場合、先に述べた技術は全体的には成功しない。従って、更なる改良形において、本発明は更に、洗濯機が剛性のない支持表面上に支持されている場合のスピンアンバランスを補正するための方法及び装置をも提供する。
【００６２】
スピンドラム１００と、機枠１０２と、基準表面とを備えた等価のばねシステムが図１４に示されている。スピンドラム１００と機枠１０２との間に位置する第１のばね１０６は、軸受け台をドラム支持部又は洗濯機の機枠に結合している荷重ブリッジの弾性を効果的に表している。このブリッジは更に、ドラムと洗濯機の機枠との間の力を測定するロードセルの基部を形成している。第２のばね部分１０８はこの場合、支持表面、例えば可撓性のある木製床ボードの弾性を表している。第２のばね１０８は複合的であり、減衰部材１１０を有している。基準表面１０４、即ち静止基準点に対する相対的な加速度又は変位を測定するために、軸受けそれ自体の非回転部分又はロードセルブリッジの近接部分に、加速度計１１２が結合されている。
【００６３】
ここで、機械が特定の速度でスピンしており、完全にバランスの取れた状態にあると考える。（バランス室のうちの一つにいくらかの水を注入することによって）一方の端部に小さな「バランス崩れ」（ＦO/B）荷重を加えることを想定する。機械の両端部が全体的に個別の機械的なシステムとして挙動するならば、水を加えた方の端部における力ベクトルを測定し、他方の端部では何も変化が生じない、即ち他方の端部は完全にバランスの取れた状態のままであると予測される。しかしながら、機械の両端部は別個のシステムではなく、実際には、機械の両端部で力ベクトルを測定することになる。二つの端部は互いに「結合」されていると言うことができる。この結合作用の結果、機械の一方の端部において観察される力ベクトルは、同じ端部における「バランス崩れ」ＦO/Bベクトルに関連するだけでなく、機械の他方の端部におけるＦO/Bベクトルにも関連する。従って、次のようになる。
Ｆ1＝Ｒ11＊ＦO/B1＋Ｒ12＊ＦO/B2
ここで、Ｆ1は、機械の一方の端部１で測定される力ベクトル、ＦO/B1及びＦO/B2はそれぞれ端部１及び端部２におけるＦO/Bベクトル、Ｒ11及びＲ12は、ＦO/B1及びＦO/B2が端部１に有している個々の応答係数である。
（なお、Ｒ11及びＲ12もベクトルであり、それぞれ大きさと応答の位相ずれとを有している。）
【００６４】
同様に端部２においても次のように書くことができる。
Ｆ2＝Ｒ21＊ＦO/B1＋Ｒ22＊ＦO/B2
ここで、Ｆ2は、端部２で測定される力ベクトル、Ｒ21及びＲ22は、ＦO/B1及びＦO/B2が端部２に有している個々の応答係数である。
これらの二つの等式は行列等式として数学的に結びつけることができる。
Ｆ＝Ｒ＊ＦO/B
【００６５】
【００６６】
ここで、機械がスピン中にボウルを絶対的に強固に保持するとすると、力トランスデューサはＦO/B荷重ベクトルの求心加速度に必要となる力ベクトルを正確に測定するものと予想される。しかし、このことは当てはまらない。機械の外部構造は無限に剛性を有しているわけではなく、これに関しては、床も、家屋も、家屋の下の地面についても同様のことが言える。その結果、力トランスデューサは、上記の全て（機械構造、床、家屋．．．）及びボウル回転速度の関数である機械の機械的な応答による成分をも測定する。なお、行列（Ｒ12及びＲ21）の結合項を有意にし、かつ一般に行列全体を予め較正するのを不可能にするのは機械応答のこの特別な成分である。
【００６７】
ここに二つの可能な技術が生じる。
１）各端部で加速ベクトルを測定することによって、機械の機械的な応答を決定することができ、次いで各端部の力ベクトルと加速ベクトルとを適切に組み合わせることによって、新しいベクトル量を形成することができる。この新しいベクトル量において応答行列は結合解除される（即ちＲ11及びＲ22だけが有意項である）。更に、行列は未知のパラメータの関数でないので、工場で較正することができる。
２）又は、小さなしかし既知の変更をＦO/Bに対して行い、力ベクトルに結果として生じた変化を測定することによって、脱水サイクル中の応答行列「Ｒ」を知ることができる。
【００６８】
第１の技術は極めて確固なものであるが、しかし、ドラムの鉛直方向の絶対加速度を測定するための加速度センサの付加を必要とする。
第２の技術は極めて賢明なものであるが、しかし、後で略述するいくつかの困難を伴う。
【００６９】
［第１の方法−加速度測定］
上記システムから、ロードセルによって測定される力が、アンバランスの正確な測定値とはならないことは明らかである。補正のためにアンバランスを決定するためには、制御器は洗濯機の効果に対する外部の複合システムの効果を考慮に入れなければならない。従って、スピンボウルに作用する絶対力Ｆaを次のように表すことができる。
Ｆa＝ｍ1×ａa
ここで、ｍ1はスピンドラムの質量であり、ａaは加速度メータによって測定されるような、ドラムの絶対加速度である。この力は次のように形成されている。
Ｆa＝Ｆo/b＋Ｆ1
ここで、Ｆo/bはバランス崩れ力であり、Ｆ1はロードセルによって測定される力である。整理すると、バランス崩れ力Ｆo/bを既知の変数の形
Ｆo/b＝（ｍ1×ａa）‐Ｆ1
で表現でき、制御器によって計算できる。Ｆ1が前述のようにＩＤＡから得られるのに対し、加速度メータの出力は、有益な信号を供給するために、ＩＤＡまでに同様のフィルタリング処理を通過する必要がある。ドラム質量ｍ1はドラムの既知の重量と、荷重に付加された水量と、荷重の「タイプ」に基づく既知の荷重特性とに基づいて推定される。荷重の「タイプ」は、本願出願人の米国特許第４８５７８１４号明細書に開示されるような、周知の多数の布帛検知技術のうちのいずれか一つを使用して検出することができる。
【００７０】
上に述べたことは、ドラムの各端部を別個に取り扱うことができることを仮定している。本願出願人は、この方法を用いることによって、この仮定が満足のいくものであることを確認している。しかしながらいくつかの場合には、この仮定は十分なものではなく、従って更に正確なシステムが必要となる。この場合、ドラムの各端部間の結合を考慮に入れる必要がある。この目的のために、システム上での継続的なテストによって、結合行列γを決定してもよい。ここで、ξはドラムの長さに対する重心の位置の割合であり、αは慣性係数である。
【００７１】
【００７２】
［第２の方法−システム応答の決定］
先程は、
Ｆ＝Ｒ＊ＦO/B
であったのに対し、
機械の応答が比較的線形であるならば、次式のようになる。
ｄＦ＝Ｒ＊ｄＦO/B
ここで、ｄＦ及びｄＦO/Bはまだ２＊１の列ベクトル、Ｒは２＊２応答行列である。ｄＦは、ＦO/BベクトルをｄＦO/Bに加えた結果として、力ベクトルの変化を表す。しかしながら、現実には、測定されるＦベクトルを取り除くのに必要なＦO/Bベクトルを見出すことが望まれる。これを行うには、各辺にＲの逆行列を乗算することにより整理する必要がある。
ｉｎｖ（Ｒ）＊ｄＦ＝ｉｎｖ（Ｒ）＊Ｒ＊ｄＦO/B
これにより、次のようになる。
ｄＦO/B＝ｉｎｖ（Ｒ）＊ｄＦ
【００７３】
というのは、どんな行列でもその逆行列を乗算すると、一致行列となるからである。Ｒの逆行列を「Ａ」と呼ぶ。というのは、この行列は実際に、何をすべきか何を測定するかを教える「動作」行列であるからである。従って、
ｄＦO/B＝Ａ＊ｄＦ
この場合、Ａ＝ｉｎｖ（Ｒ）である。
【００７４】
問題はＡを見出すことが望まれることである。これを行う方法は、小さなしかし既知の付加的なアンバランスを一方の端部に加え、他方の端部には何も加えないことである。この付加をｄＦO/Bで表し、力ベクトルにおける対応する変化をｄＦaで表すことにする。ｄＦO/B及びｄＦaは共に（ベクトルの）列ベクトルである。演習を繰り返し、しかも今回は、別の小さな付加を他方の端部に加える。今回は、この付加をｄＦO/Bbで表し、同様に力ベクトルにおける対応する変化をｄＦbで表す。ここで、これら二つの実験値を組み合わせて次のように記すことができる。
（ｄＦO/BaｄＦO/Bb）＝Ａ＊（ｄＦaｄＦb）
【００７５】
又は
ＤＦO/B＝Ａ＊ＤＦ
ここで、ＤＦO/B及びＤＦは、二つの２＊１列ベクトルを並べて形成される２＊２行列である。等式の各辺にＤＦの逆行列を乗算する。
ＤＦO/B＊ｉｎｖ（ＤＦ）＝Ａ＊ＤＦ＊ｉｎｖ（ＤＦ）
これにより、次式が与えられる。
Ａ＝ＤＦO/B＊ｉｎｖ（ＤＦ）
従って、今や動作行列がわかり、この動作行列は、測定されるＦベクトルを排除するのに必要な補正値を計算するのに使用することができる。ここに示すものは一つの作業例にすぎない。機械が或る一定の速度で現在スピンしているとすると、各端部で測定される力ベクトルは次の通りである。
【００７６】
【００７７】
今やＡが計算され、荷重ブリッジによって測定されるＦを知った状態で、アンバランスに反作用するのに必要な補正値を計算することができる。最初は動作行列は完全に未知であったので、初期のＦO/Bベクトルをランダムに推測しなければならない。行列についていくらかわかった後では、初期のＦO/Bベクトルをよりよく推測することができる。
【００７８】
［システム全体の利点］
採用した洗濯機及び能動的なバランス取りシステムの利点は次の通りである。
・アンバランスによる力が軸受け組立体に達する前に除去される。従って、構造上の要求が軽減され、より少なくかつ／又はより低廉な材料を採用することができる。
・摩耗しかつ劣化する懸架装置が排除される。
・洗浄シリンダ間隙が低減されることにより、標準サイズの機械内で、十分な洗濯物容量が可能になる。
・もはや懸架装置の高さの変化に対処する必要がないので、ドア開放機構の複雑さが低減する。
・いつでも静かで滑らかなスピンが行われる。
・変動しうる外的条件に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、静的アンバランスの概念を示す図である。
【図２】図２は、動的アンバランスの概念を示す図である。
【図３】図３は、本発明による洗濯機を、洗濯機の概ね横断面を示すために破断した破断斜視図である。
【図４】図４は、互いに組み合わされて洗濯機を形成する種々の主要部分を示す、図３の洗濯機の組み立て斜視図である。
【図５】図５は、ドラムの軸受け台を示す図である。
【図６】図６は、バランス取り室及びセンサを示すドラムの図である。
【図７】図７は、図３の洗濯機の液体供給及び電気システムを示す線図である。
【図８】図８は、振動センサからの出力波形の例を示す波形線図である。
【図９】図９は、重み付け曲線を示すグラフである。
【図１０】図１０は、バランス取り室の充填に関連した決定を行うプロセスについて示す図である。
【図１１】図１１は、アンバランス検出アルゴリズムを示す流れ線図である。
【図１２】図１２は、バランス補正アルゴリズムを示す流れ線図である。
【図１３】図１３は、スピンアルゴリズムを示す流れ線図である。
【図１４】図１４は、ランドリー装置を可撓性のある床上に支持したときの、等価のばねシステムを示すブロック線図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯物を保持するパーフォレーション付きドラムと、スピン軸を中心に前記ドラムを回転させ前記洗濯物を脱水するように構成された駆動手段と、前記ドラムの回転中にドラム内に保持された前記洗濯物の分布によって生じたアンバランスを補償するシステムとを備えているランドリー装置であって、
前記ドラムのスピン軸に沿って離れ、前記洗濯物の回転アンバランスを検出する一対の検出手段であって、各検出手段が検出したアンバランスを表す出力信号を出力する一対の検出手段と、
該一対の検出手段からの前記出力信号を受け、前記検出された回転アンバランスを補正するためにドラムに付加することが必要な１又は２以上の質量の大きさ及び位置を頻繁に計算するようにプログラミングされているデジタルプロセッサと、
計算された前記１又は２以上の質量の大きさ及び位置にしたがって前記ドラムに１又は２以上の質量を付加する補正手段とを備え、該補正手段による質量付加の開始と前記検出手段の一方または両方によって示される質量付加の効果との間に時間的遅れがあり、
前記プロセッサは、付加する前記１又は２以上の質量の大きさ及び位置を計算するときは、前記補正手段が以前に加えた質量の予期される効果を考慮して計算値を減少させ、この前記以前に加えられた質量の全ての効果は、まだ検出手段によって示されない、
ことを特徴とするランドリー装置。
【請求項２】
洗濯物を保持するパーフォレーション付きドラムと、スピン軸を中心に前記ドラムを回転させ前記洗濯物を脱水するように構成された駆動手段と、前記ドラムの回転中にドラム内に保持された前記洗濯物の分布によって生じたアンバランスを補償するシステムとを備えているランドリー装置であって、
前記ドラムのスピン軸に沿って離れ、前記洗濯物の回転アンバランスを検出する一対の検出手段であって、各検出手段が検出したアンバランスを表す出力信号を出力する一対の検出手段と、
該一対の検出手段からの前記出力信号を受け、前記検出された回転アンバランスを補正するためにドラムに付加することが必要な１又は２以上の質量の大きさ及び位置を時おり計算するようにプログラミングされているデジタルプロセッサと、
前記ドラムに前記計算された大きさの１又は２以上の質量を付加する補正手段と、を備え、
前記プロセッサが、
ｉ）前記ドラムを初期低速で回転させるように前記駆動手段を作動させるステップと、
ii）前記一対の検出手段の出力信号に基づいて回転アンバランスをモニタし初期検出アンバランスを決定するステップと、
iii）前記初期検出アンバランスが所定の初期しきい値以上のときには、前記ドラムを回転させて該ドラム内の前記洗濯物を分配するように前記駆動手段を作動させるステップと、
iv）前記初期検出アンバランスが所定の初期しきい値より小さいときには、
ａ）前記ドラムの回転速度を増加させるように前記駆動手段を作動させ、
ｂ）前記一対の検出手段の出力信号に基づいて回転アンバランスをモニタし、
ｃ）前記デジタルプロセッサを使用して、前記検出されたアンバランスを補正するために前記ドラムに付加することが必要な１または２以上の質量の大きさ及び位置を決定し、
ｄ）前記補正手段に、前記計算された大きさの１または２以上の質量を付加させて前記アンバランスを補正し、
ｅ）前記洗濯物を効率的に脱水するように、より高速回転で前記ドラムを回転させるように前記駆動手段を作動させるステップとを前記プロセッサに実行させるソフトウエアでプログラミングされている、
ことを特徴とするランドリー装置。
【請求項３】
前記ステップiv）のａ）からｅ）を繰り返し、
検出回転アンバランスが所定の上側しきい値を越えたときには、検出された回転アンバランスが所定の下側しきい値より小さくなるときに前記ドラムの回転速度を前記ｅ）だけで上昇させる、
請求項２に記載のランドリー装置。
【請求項４】
前記補正手段が、円周方向に離れた複数のチャンバの組を２組、備え、
前記チャンバの各組が、前記ドラムの各端で前記スピン軸に直交する面内に設けられ、
前記補正手段は、前記プロセッサの制御によって、選択されたチャンバに水を注入する手段を、更に備えている、
請求項１ないし３の何れか１項に記載のランドリー装置。
【請求項５】
１つのセンサ手段と一組のチャンバが、前記ドラムの軸の各端に設けられている、
請求項４に記載のランドリー装置。
【請求項６】
前記選択されたチャンバに水を注入する手段が、高流量弁および低流量弁を備え、
前記検出されたアンバランスに応じて前記高流量弁または低流量弁の一方が選択される、
請求項４または５に記載のランドリー装置。
【請求項７】
各検出手段が、前記ドラムの各端に設けられた少なくとも１つの圧電式力トランスデューサを備え、該圧電式力トランスデューサが前記ドラムの回転によって該ドラムに作用する線形力を検出するように構成されている、
請求項１ないし６の何れか１項に記載のランドリー装置。
【請求項８】
前記検出手段が、前記ドラムの各端に設けられた少なくとも１つの加速度トランスデューサを備え、該加速度トランスデューサが前記ドラムの回転によって該ドラムに作用する線形加速度を検出するように構成されている、
請求項７に記載のランドリー装置。
【請求項９】
前記プロセッサは、計算された質量の値から、以前に付加された多くの質量の重みづけられた値の合計の値を減算することによって、以前に付加された質量の予測される効果を考慮し、以前に付加された質量の値は、直近に付加された質量が合計に関してより大きな効果を有するように重みづけられる、
請求項１に記載のランドリー装置。
【請求項１０】
前記ドラムの両端から突出するシャフト手段を支持するそれぞれのベアリングを備え、
各ベアリングマウントに検出手段が設けられている、
請求項１ないし９の何れか１項に記載のランドリー装置。
【請求項１１】
前記パーフォレーション付きドラムがキャビネット内で支持され、該キャビネットとパーフォレーション付きドラムとの間にサスペンションが設けられていない、
請求項１ないし１０の何れか１項に記載のランドリー装置。
【請求項１】
洗濯物を保持するパーフォレーション付きドラムと、スピン軸を中心に前記ドラムを回転させ前記洗濯物を脱水するように構成された駆動手段と、前記ドラムの回転中にドラム内に保持された前記洗濯物の分布によって生じたアンバランスを補償するシステムとを備えているランドリー装置であって、
前記ドラムのスピン軸に沿って離れ、前記洗濯物の回転アンバランスを検出する一対の検出手段であって、各検出手段が検出したアンバランスを表す出力信号を出力する一対の検出手段と、
該一対の検出手段からの前記出力信号を受け、前記検出された回転アンバランスを補正するためにドラムに付加することが必要な１又は２以上の質量の大きさ及び位置を頻繁に計算するようにプログラミングされているデジタルプロセッサと、
計算された前記１又は２以上の質量の大きさ及び位置にしたがって前記ドラムに１又は２以上の質量を付加する補正手段とを備え、該補正手段による質量付加の開始と前記検出手段の一方または両方によって示される質量付加の効果との間に時間的遅れがあり、
前記プロセッサは、付加する前記１又は２以上の質量の大きさ及び位置を計算するときは、前記補正手段が以前に加えた質量の予期される効果を考慮して計算値を減少させ、この前記以前に加えられた質量の全ての効果は、まだ検出手段によって示されない、
ことを特徴とするランドリー装置。
【請求項２】
洗濯物を保持するパーフォレーション付きドラムと、スピン軸を中心に前記ドラムを回転させ前記洗濯物を脱水するように構成された駆動手段と、前記ドラムの回転中にドラム内に保持された前記洗濯物の分布によって生じたアンバランスを補償するシステムとを備えているランドリー装置であって、
前記ドラムのスピン軸に沿って離れ、前記洗濯物の回転アンバランスを検出する一対の検出手段であって、各検出手段が検出したアンバランスを表す出力信号を出力する一対の検出手段と、
該一対の検出手段からの前記出力信号を受け、前記検出された回転アンバランスを補正するためにドラムに付加することが必要な１又は２以上の質量の大きさ及び位置を時おり計算するようにプログラミングされているデジタルプロセッサと、
前記ドラムに前記計算された大きさの１又は２以上の質量を付加する補正手段と、を備え、
前記プロセッサが、
ｉ）前記ドラムを初期低速で回転させるように前記駆動手段を作動させるステップと、
ii）前記一対の検出手段の出力信号に基づいて回転アンバランスをモニタし初期検出アンバランスを決定するステップと、
iii）前記初期検出アンバランスが所定の初期しきい値以上のときには、前記ドラムを回転させて該ドラム内の前記洗濯物を分配するように前記駆動手段を作動させるステップと、
iv）前記初期検出アンバランスが所定の初期しきい値より小さいときには、
ａ）前記ドラムの回転速度を増加させるように前記駆動手段を作動させ、
ｂ）前記一対の検出手段の出力信号に基づいて回転アンバランスをモニタし、
ｃ）前記デジタルプロセッサを使用して、前記検出されたアンバランスを補正するために前記ドラムに付加することが必要な１または２以上の質量の大きさ及び位置を決定し、
ｄ）前記補正手段に、前記計算された大きさの１または２以上の質量を付加させて前記アンバランスを補正し、
ｅ）前記洗濯物を効率的に脱水するように、より高速回転で前記ドラムを回転させるように前記駆動手段を作動させるステップとを前記プロセッサに実行させるソフトウエアでプログラミングされている、
ことを特徴とするランドリー装置。
【請求項３】
前記ステップiv）のａ）からｅ）を繰り返し、
検出回転アンバランスが所定の上側しきい値を越えたときには、検出された回転アンバランスが所定の下側しきい値より小さくなるときに前記ドラムの回転速度を前記ｅ）だけで上昇させる、
請求項２に記載のランドリー装置。
【請求項４】
前記補正手段が、円周方向に離れた複数のチャンバの組を２組、備え、
前記チャンバの各組が、前記ドラムの各端で前記スピン軸に直交する面内に設けられ、
前記補正手段は、前記プロセッサの制御によって、選択されたチャンバに水を注入する手段を、更に備えている、
請求項１ないし３の何れか１項に記載のランドリー装置。
【請求項５】
１つのセンサ手段と一組のチャンバが、前記ドラムの軸の各端に設けられている、
請求項４に記載のランドリー装置。
【請求項６】
前記選択されたチャンバに水を注入する手段が、高流量弁および低流量弁を備え、
前記検出されたアンバランスに応じて前記高流量弁または低流量弁の一方が選択される、
請求項４または５に記載のランドリー装置。
【請求項７】
各検出手段が、前記ドラムの各端に設けられた少なくとも１つの圧電式力トランスデューサを備え、該圧電式力トランスデューサが前記ドラムの回転によって該ドラムに作用する線形力を検出するように構成されている、
請求項１ないし６の何れか１項に記載のランドリー装置。
【請求項８】
前記検出手段が、前記ドラムの各端に設けられた少なくとも１つの加速度トランスデューサを備え、該加速度トランスデューサが前記ドラムの回転によって該ドラムに作用する線形加速度を検出するように構成されている、
請求項７に記載のランドリー装置。
【請求項９】
前記プロセッサは、計算された質量の値から、以前に付加された多くの質量の重みづけられた値の合計の値を減算することによって、以前に付加された質量の予測される効果を考慮し、以前に付加された質量の値は、直近に付加された質量が合計に関してより大きな効果を有するように重みづけられる、
請求項１に記載のランドリー装置。
【請求項１０】
前記ドラムの両端から突出するシャフト手段を支持するそれぞれのベアリングを備え、
各ベアリングマウントに検出手段が設けられている、
請求項１ないし９の何れか１項に記載のランドリー装置。
【請求項１１】
前記パーフォレーション付きドラムがキャビネット内で支持され、該キャビネットとパーフォレーション付きドラムとの間にサスペンションが設けられていない、
請求項１ないし１０の何れか１項に記載のランドリー装置。
【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２００６−３２０７６２（Ｐ２００６−３２０７６２Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４１５５６（Ｐ２００６−２４１５５６）
【出願日】平成１８年９月６日（２００６．９．６）
【分割の表示】特願２０００−５９１２６３（Ｐ２０００−５９１２６３）の分割
【原出願日】平成１１年１２月２１日（１９９９．１２．２１）
【出願人】（５９２０６０３２９）フィッシャー アンド ペイケル アプライアンシーズ リミテッド (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月６日（２００６．９．６）
【分割の表示】特願２０００−５９１２６３（Ｐ２０００−５９１２６３）の分割
【原出願日】平成１１年１２月２１日（１９９９．１２．２１）
【出願人】（５９２０６０３２９）フィッシャー アンド ペイケル アプライアンシーズ リミテッド (16)
【Ｆターム（参考）】
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