JP4943772B2

JP4943772B2 - 洗濯機及び布量算出方法

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Publication number: JP4943772B2
Application number: JP2006224117A
Authority: JP
Inventors: 直樹金澤; 成一郎鈴木; 正一松井; 貞之佐藤
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-08-21
Also published as: KR20080017225A; KR101085496B1; CN101130921B; US20080041115A1; JP2008043638A; CN101130921A

Description

本発明は、スピンバスケットの内部空間に収容された洗濯物の重量、いわゆる布量を算出する布量算出手段を備えた洗濯機及び布量算出方法に関する。

従来、スピンバスケットの内部空間に収容された洗濯物の重量を測定する布量算出手段を備えた洗濯機が広く提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
これらの洗濯機では、モータに一定時間トルクを与えて、スピンバスケットの慣性量を直接的あるいは間接的に計測し、運動の第二法則（トルク＝慣性×加速度）を利用して布量を算出している。そして、算出した布量に応じて洗濯工程における水量等を設定している。

ところで、前述の洗濯機においては、スピンバスケットの内部空間に洗濯物が偏在してアンバランスが発生することがある。アンバランスが発生すると、アンバランスの周方向位置の変動に伴いスピンバスケットの回転速度は周期的に変動するため、短時間で慣性量を測定した場合には誤差が大きくなってしまう。このため、従来は、慣性量を長時間測定してアンバランスの影響を抑えている。
特開２００２−３３６５９３号公報特開２００４−２６７３３４号公報特公平０７−９００７７号公報

しかしながら、モータにトルクを与えて慣性量を長時間測定した場合には、モータの回転速度（スピンバスケットの回転速度）が大きく変化するので、例えば、高速回転時の風損、軸受部の摩擦抵抗、布の接触摩擦、機械振動等の物理的影響及び回転速度検出誤差、電源電圧変動等の電気的影響を受けることになる。このため、布量の算出を精度良く行うことができない。
従来は、これらの影響を抑えるために長時間の測定を複数回行ってその平均値から布量を算出しており、布量の算出にさらに多くの時間を費やすことになり、タイミング良く布量を算出することはできなかった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、スピンバスケットの内部空間に収容された布量を極めて短時間で精度良く測定することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、洗濯物を収容するための内部空間を有し、かつ回転軸を中心に回転自在に取り付けられたスピンバスケットを、モータの駆動に応じて前記回転軸回りに回転させるようになされた洗濯機において、前記スピンバスケットが１回転する時間を算出する回転時間算出手段と、前記スピンバスケットが１回転する時間だけ前記モータに所定の電流又は電圧を供給して、当該モータから出力軸を介してパルストルクを発生させるパルストルク発生手段と、前記モータから発生する前記パルストルクに応じて当該モータの出力軸の回転加速度を測定する加速度測定手段と、前記回転加速度に基づき前記スピンバスケットの内部空間に収容されている前記洗濯物の重量を算出する重量算出手段とを備えることを特徴としている。

この構成の洗濯機においては、回転時間算出手段によってスピンバスケットが１回転する時間を算出し、パルストルク発生手段によってスピンバスケットが１回転する時間だけ前記モータに所定の電流又は電圧を供給して当該モータから出力軸を介してパルストルクを発生させる。そして、加速度測定手段によって前記パルストルクに応じた当該モータの出力軸の回転加速度を測定し、重量算出手段によって回転加速度に基づいて慣性量を測定して布量を算出する。

ここで、スピンバスケットにアンバランスが発生したときの速度変動の周期は、スピンバスケットの１回転する時間と一致する。したがって、スピンバスケットが１回転する時間だけ慣性量を測定することでアンバランスの影響を排除することができる。
また、スピンバスケットが１回転する極めて短時間で慣性量を測定して布量を判定しているので、高速回転時の風損、軸受部の摩擦抵抗、布の接触摩擦、機械振動等の物理的影響及び回転速度検出誤差、電源電圧変動等の電気的影響等を受けることがなく、布量を精度良く測定することができる。

本発明によれば、スピンバスケットの内部空間に収容された布量を極めて短時間で精度良く測定することができる。

以下に、本発明の一実施形態である洗濯機について添付した図面を参照しながら説明する。
本実施形態における洗濯機１０は、洗濯工程、脱水工程を行うことが可能なドラム式洗濯機１０である。この洗濯機１０は、図１から図３に示すように、筐体１１と、筐体１１の内部に配置されたタブ１２と、タブ１２の内部に回転自在に設けられたスピンバスケット２０と、このスピンバスケット２０に対する注排水を行う注排水手段３０と、スピンバスケット２０を回転軸Ｌ回りに回転させるモータ４０と、スピンバスケット２０内に収容された洗濯物Ｗの重量、すなわち布量を算出する布量算出手段５０と、脱水工程におけるスピンバスケット２０の回転を制御する脱水工程制御手段６０とを備えている。

タブ１２は、有底円筒状をなしており、その中心軸が前方側（図１において右側）に向かうにしたがい漸次上方に向かうように水平面に対して僅かに傾斜して配置されている。このタブ１２は、筐体１１内部において複数のバネ１３やダンパ１４によって吊下げ支持されている。そして、タブ１２の開口部は、筐体１１の前面に設けられた扉１５によって開閉可能とされている。
また、タブ１２の後方側（図１において左側）には、後述するスピンバスケット２０の主軸部２１を回転可能に支持する軸受１６が設けられている。

このタブ１２の内部に配置されたスピンバスケット２０は、有底筒状をなしており、その開口部がタブ１２の開口部側を向くように配置されている。また、スピンバスケット２０の後方端にはスピンバスケット２０を回転軸Ｌ回りに回転可能とする主軸部２１が設けられており、この主軸部２１がタブ１２の軸受１６に軸支されている。これにより、スピンバスケット２０の中心軸である回転軸Ｌが前記タブ１２の中心軸と略一致するように配置される。

また、スピンバスケット２０の内周面には、内周側に向けて突出したリフタ２２が、周方向に等間隔で複数形成されている。このリフタ２２はスピンバスケット２０の回転に伴って内部の洗濯物Ｗをかき上げるものである。
さらに、スピンバスケット２０には、スピンバスケット２０の内部とタブ１２とを連通する多数の通水孔２３が穿設されており、洗濯時にはタブ１２に注水された水をこの通水孔２３を通じてスピンバスケット２０内に供給し、脱水時には洗濯物Ｗから脱水された水をタブ１２へと排出する構成とされている。

注排水手段３０は、タブ１２内に注水する注水管３１と、注水管３１に設けられた注水用バルブ３２と、タブ１２から排水する排水管３３と、排水管３３に設けられた排水用バルブ３４とを備えている。
注水管３１は、洗濯機１０の外部に設けられている水道管とタブ１２の後端とを接続しており、タブ１２内に注水し、通水孔２３を介してスピンバスケット２０内に水を供給するように構成されている。
排水管３３は、一端がタブ１２の下部に接続されており、通水孔２３を介してスピンバスケット２０からタブ１２へと排出された水を外部に排水するように構成されている。

モータ４０は、例えばＤＣモータ４０であって、主軸部２１をその回転軸Ｌ回りに回転させる構成とされている。なお、本実施形態においては、モータ４０が１回転することでスピンバスケット２０も１回転するように構成されている。
そして、このモータ４０には、モータ４０の回転速度を測定するためのＨａｌｌ−ＩＣセンサ４１が備えられている。また、モータ４０の動作は、モータ回転制御部４２によって制御されている。

布量算出手段５０は、図２に示すように、スピンバスケット２０が１回転する時間を算出する回転時間算出部５１と、このスピンバスケット１回転時間ｔだけモータ４０に所定の電圧を供給してモータ４０から出力軸を介してパルストルクを発生させるパルストルク発生部５２と、このパルストルクに応じたモータ４０の出力軸の回転加速度を測定する加速度測定部５３と、この回転加速度からスピンバスケット２０の内部に収容された洗濯物Ｗの重量を算出する重量算出部５４とを備えている。

脱水工程制御手段６０は、図３に示すように、スピンバスケット２０の回転数を判断する回転数判断部６１と、スピンバスケット２０の内部空間に収容された布量を算出する前述の布量算出手段５０と、布量算出手段５０によって算出された布量を記憶する布量記憶部６２と、布量の変化を算出する布量変化算出部６３と、布量の変化から布材質を判定する布材質判定部６４と、この布材質判定部６４の判定結果に応じて、複数種類の脱水条件の中から最適な脱水条件を選択する脱水条件選択部６５とを備えている。

次に、この構成の洗濯機１０による洗濯方法について説明する。
扉１５を開けてスピンバスケット２０内に洗濯物Ｗを投入する。扉１５を閉じて操作パネルで所定の操作を行う。すると、布量算出手段５０によって乾布状態での布量Ｍを算出し、この布量Ｍに応じた水量を決定して洗濯工程が開始される。

洗濯工程では、注水用バルブ３２を開状態として注水管３１からスピンバスケット２０内に水を供給し、布量Ｍに応じた水量となった時点で注水用バルブ３２を閉状態として水の供給を停止する。そして、モータ回転制御部４２により制御されたモータ４０がスピンバスケット２０を回転軸Ｌ回りに回転させる。このとき、リフタ２２がスピンバスケット２０の回転に伴って洗濯物Ｗをかき上げ、かき上げられた洗濯物Ｗがスピンバスケット２０の上部において落下してスピンバスケット２０の下部に衝突する。これにより、洗濯物Ｗがたたき洗いされることになる。なお、スピンバスケット２０内には洗剤が適宜供給さる。

洗濯工程終了後、すすぎ工程に移行する。すすぎ工程では、排水用バルブ３４を開状態として排水管３３からスピンバスケット２０内の水を排水した後、排水用バルブ３４を閉状態とする。そして、再び、注水管３１からスピンバスケット２０内に水を供給した状態でスピンバスケット２０を回転させた後に、排水管３３からスピンバスケット２０内の水を排水する。

続いて、洗濯物Ｗに含まれる水分を除去する脱水工程を行う。排水用バルブ３４を開状態にして排水管３３からスピンバスケット２０内の水を排水した状態において、スピンバスケット２０を回転軸Ｌ回りに高速回転させる。すると、洗濯物Ｗに含まれる水分が、スピンバスケット２０の回転により生じる遠心力によって飛散され、通水孔２３を介してスピンバスケット２０の外部へと排出される。
以上のようにして、洗濯機１０により洗濯物Ｗの洗濯を行う。

ここで、脱水工程等においてスピンバスケット２０の内部に洗濯物Ｗが偏在してアンバランスが発生した場合には、図４に示すように、洗濯物Ｗの周方向位置によってスピンバスケット２０（モータ４０）の回転速度が周期的に変動することになる。つまり、洗濯物Ｗがスピンバスケット２０の上部に位置している場合には、モータ４０の動力に重力が加算されてスピンバスケット２０（モータ４０）の回転速度が大きくなり、洗濯物Ｗがスピンバスケット２０の下部に位置している場合には、モータ４０の動力に反するように重力が作用しスピンバスケット２０（モータ４０）の回転速度が小さくなる。

次に、この構成の洗濯機１０における布量の算出方法について、図５のフロー図を参照にしながら説明する。
まず、スピンバスケット２０がモータ４０によって一定速で回転される。この状態で回転時間算出部５１により、このモータ４０の回転速度を測定するＨａｌｌ−ＩＣセンサ４１の信号からスピンバスケット２０が１回転する時間ｔを算出する（第１のステップＳ１）。本実施形態では、１２パルス／回転のＨａｌｌ−ＩＣセンサ４１を使用しており、１２パルス分をカウントすることでモータ４０（スピンバスケット２０）の１回転時間ｔを算出することができる。

パルストルク発生部５２によってスピンバスケット１回転時間ｔだけモータ４０に所定の電圧を供給してモータ４０から出力軸を介してパルストルクを発生させる（第２のステップＳ２）。ここで、パルストルクは、モータ４０等に大きなストレスが負荷されないように、例えば５０回転／秒以下とする。このようにパルストルクを発生させることで、図６に示すように、モータ４０がステップ応答して加速する。

この加速初期における平均回転加速度Ａ_ａｖｅを、スピンバスケット２０が１回転する時間ｔ分だけ、加速度測定部５３によって測定する（第３のステップＳ３）。この平均回転加速度Ａ_ａｖｅはＨａｌｌ−ＩＣセンサ４１のパルス信号をスピンバスケット１回転時間ｔ分だけカウントした時間Δｔを測定することで以下の式を用いて算出される。
Ａ_ａｖｅ＝１／（Δｔ）^２
本実施形態では、Ｈａｌｌ−ＩＣセンサ４１のパルス信号を１２パルス分だけカウントした時間を測定すればよい。

重量算出部５４では、この回転加速度Ａ_ａｖｅからスピンバスケット２０の慣性量を求めて、運動の第二法則（トルク＝慣性×加速度）を利用して重量（布量）を算出する（第４のステップＳ４）。

次に、脱水工程における布材質の判定方法について、図３、図７及び図８を参照にしながら説明する。
洗濯物Ｗをスピンバスケット２０に投入して扉１５を閉めた際に算出した乾布状態での布量Ｍを布量記憶部６２に記憶しておく。
脱水工程において、まず、スピンバスケット２０の回転数をＮ１とし、回転数がＮ１で一定であることを回転数判断部６１で判断した後に布量算出手段５０によって布量Ｂ１を算出する。この布量Ｂ１を布量記憶部６２に記憶する。

次に、スピンバスケット２０の回転数をＮ２とし、回転数がＮ２で一定であることを回転数判断部６１で判断した後に布量算出手段５０によって布量Ｂ２を算出する。この布量Ｂ２を布量記憶部６２に記憶する。
さらに、スピンバスケット２０の回転数をＮ３とし、回転数がＮ３で一定であることを回転数判断部６１で判断した後に布量算出手段５０によって布量Ｂ３を算出する。この布量Ｂ３を布量記憶部６２に記憶する。

これらのデータを元に布量変化算出部６３で布量の変化Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を以下の式によって算出する（第５のステップＳ５）。
Ｘ１＝（Ｂ１− Ｍ）／Ｍ×１００
Ｘ２＝（Ｂ１−Ｂ２）／Ｍ×１００
Ｘ３＝（Ｂ２−Ｂ３）／Ｍ×１００
これらの布量の変化は洗濯物Ｗの水分量の変化によるものである。したがって、Ｘ１は洗濯物Ｗの含水量、Ｘ２、Ｘ３はその時点での脱水割合となる。

洗濯物Ｗの含水量Ｘ１、脱水割合Ｘ２、Ｘ３は、布の材質によって異なる。例えば、化繊であれば含水量Ｘ１は少なく、綿であれば含水量Ｘ１は多くなる。布材質判定部６４で、これら洗濯物Ｗの含水量Ｘ１、脱水割合Ｘ２、Ｘ３を元にして布材質を判定する（第６のステップＳ６）。
この判定結果に基づいて脱水条件選択部６５で脱水時間、脱脂速度を決定し（第７のステップＳ７）、脱水処理を継続する。

本実施形態である洗濯機１０においては、回転時間算出部５１によってスピンバスケット２０が１回転する時間ｔを算出し、パルストルク発生部５２によってスピンバスケット２０が１回転する時間ｔだけモータ４０に所定の電圧を供給してモータ４０から出力軸を介してパルストルクを発生させ、加速度測定部５３においてこのパルストルクに応じたモータ４０の出力軸の回転加速度Ａ_ａｖｅを測定し、この加速度データに基づいて重量算出部５４で重量を算出するので、極めて短い時間で布量を算出することができる。
したがって、高速回転時の風損、軸受１６と主軸部２１との摩擦抵抗、布の接触摩擦、機械振動等の物理的影響及び回転速度検出誤差、電源電圧変動等の電気的影響を受けることがなくなり、布量を精度良く算出することができる。

また、図４に示すように、スピンバスケット２０内にアンバランスが発生したときの速度変動の周期がスピンバスケット１回転時間ｔと一致するので、加速度を短時間で測定してもアンバランスの影響を受けることがない。
このように極めて短時間で布量を判定できるので、スピンバスケット２０の任意の回転数で布量を適宜判定することができる。したがって、例えば、工程途中の洗濯物Ｗの出し入れを検知したり、脱水工程における脱水状態の確認などを行うことが可能となる。

さらに、本実施形態では、脱水工程において布量の変化を算出する布量変化算出部６３と、この布量の変化から布材質を判定する布材質判定部６４と、布材質に応じた脱水条件を選択する脱水条件選択部６５とを備えているので、布材質に応じた脱水条件（脱水時間、脱水速度）を自動的に設定することができる。

以上、本発明の実施形態である洗濯機について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、１２パルス／回転のＨａｌｌ−ＩＣセンサを用いてスピンバスケット１回転時間ｔを算出する構成のものとして説明したが、高精度なＨａｌｌ−ＩＣセンサを使用してもよい。ただし、スピンバスケット（モータ）１回転時間を算出しておりパルスのばらつき等の影響を受けることないので、１２パルス／回転程度の安価なＨａｌｌ−ＩＣセンサを使用しても精度良く布量を測定できる。

また、布量の判定は脱水工程以外でも行うことができ、前述したように乾布状態で布量を判定して水量を決定したり、アンバランス量を推定したりすることもできる。

本発明の一実施形態である洗濯機の断面模式図である。図１の洗濯機に備えられた布量算出手段のブロック図である。図１の洗濯機に備えられた布材質判定手段のブロック図である。図１の洗濯機のモータ速度の変動を示す図である。布量判定のフロー図である。モータトルクとモータ速度との関係を示すグラフである。脱水工程におけるモータ回転数のパターンを示すグラフである。脱水工程における布材質判定のフロー図である。

符号の説明

１０洗濯機
２０スピンバスケット
４０モータ
５０布量算出手段
５１回転時間算出部（回転時間算出手段）
５２パルストルク発生部（パルストルク発生手段）
５３加速度測定部（加速度測定手段）
５４重量算出部（重量算出手段）
６３布量変化算出部（重量変化算出手段）
６４布材質判定部（布材質判定手段）
６５脱水条件選択部（条件選択手段）

Claims

洗濯物を収容するための内部空間を有し、かつ回転軸を中心に回転自在に取り付けられたスピンバスケットを、モータの駆動に応じて前記回転軸回りに回転させるようになされた洗濯機において、
前記スピンバスケットが１回転する時間を算出する回転時間算出手段と、
前記スピンバスケットが１回転する時間だけ前記モータに所定の電流又は電圧を供給して、当該モータから出力軸を介してパルストルクを発生させるパルストルク発生手段と、
前記モータから発生する前記パルストルクに応じて当該モータの出力軸の回転加速度を測定する加速度測定手段と、
前記回転加速度に基づき前記スピンバスケットの内部空間に収容されている前記洗濯物の重量を算出する重量算出手段と
を備えることを特徴とする洗濯機。
脱水工程において、前記回転時間算出手段、前記パルストルク発生手段、前記加速度測定手段及び前記重量算出手段による一連の処理を複数回実行して、前記洗濯物の重量変化を算出する重量変化算出手段と、
前記洗濯物の重量変化に基づいて、当該洗濯物の布材質を判定する布材質判定手段と、
前記洗濯物の布材質に応じて、複数種類の脱水条件の中から最適な脱水条件を選択する条件選択手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の洗濯機。
布物を収容するための内部空間を有し、かつ回転軸を中心に回転自在に取り付けられたスピンバスケットを、モータの駆動に応じて前記回転軸回りに回転させる布量算出方法において、
前記スピンバスケットが１回転する時間を算出する第１のステップと、
前記スピンバスケットが１回転する時間だけ前記モータに所定の電流又は電圧を供給して、当該モータから出力軸を介してパルストルクを発生させる第２のステップと、
前記モータから発生する前記パルストルクに応じて当該モータの出力軸の回転加速度を測定する第３のステップと、
前記回転加速度に基づき前記スピンバスケットの内部空間に収容されている前記布物の重量を算出する第４のステップと
を備えることを特徴とする布量算出方法。
脱水工程において、前記第１〜第４のステップによる一連の処理を複数回実行して、前記布物の重量変化を算出する第５のステップと、
前記布物の重量変化に基づいて、当該布物の材質を判定する第６のステップと、
前記布物の材質に応じて、複数種類の脱水条件の中から最適な脱水条件を選択する第７のステップと
を備えることを特徴とする請求項３に記載の布量算出方法。