JPH06278A

JPH06278A - 洗濯機の制御装置

Info

Publication number: JPH06278A
Application number: JP4159141A
Authority: JP
Inventors: Hisao Kaneko; 久夫金子; Makoto Oda; 誠織田; Shigeharu Nakano; 重治中野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1992-06-18
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】洗浄効果を上げ、同時に上記布がらみ、布傷み
等を少なくするため、より実用的、かつ簡単な手段によ
って『手洗い』の状態に近づけた洗濯機の制御装置を提
供する。【構成】洗濯機の制御装置において、手洗い時の手の動
きを模擬する手段を設け、模擬する手段によって洗濯物
と洗浄を目的として係るアクチェータ、つまり通常の洗
濯機では回転翼を駆動する。それによって、手洗い動作
の手の運動と同様にアクチェータの運動のパワースペク
トルを少なくとも特定の周波数の範囲で連続的、かつパ
ワースペクトルが周波数に反比例するときの勾配である
スペクトル指数が高い相関係数を持って定義できるよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、渦巻式、かくはん式、
ドラム式、超音波式などの電気洗濯機に係わり、特に
『手洗い』の動作に近い運転制御が可能な洗濯機の制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の洗濯機の運転制御方法は、例え
ば、吉田，他４"衣類の洗浄・乾燥技術とその応用"、三
菱電機技報,Vol 62,No.4 p8 1988 に記載されている。

【０００３】洗濯物の布量つまり、負荷量に係わらず洗
浄力を向上させる方法として、モータに取りつけたパイ
ロットゼネレータによって、かくはん翼の回転状態を検
出し、モータを正逆回転制御させ、かくはん翼に往復運
動を与え、さらに、かくはん翼が所定角度（強制回転角
度）回転したときにモータへの通電をやめ、かくはん翼
が概ね停止したのちにかくはん翼を逆回転させる運転制
御方法が有効なことが述べられている。さらに、洗浄に
は、布をからめることなく、布傷み、洗いむらの少なく
することが同時に必要なことが述べられている。

【０００４】また、特開平２ー２８６１９４号には、洗
濯の初期においてモータの正転、反転の通電時間を異な
らせてかくはん翼であるアジテータの回転角度をアンバ
ランスとしてその間に水を充分洗濯物に浸透させること
が述べられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、単に
汚れを落とすという洗浄目的の他に、布がらみ、布傷み
が少なく、カーテンや毛布など大物や繊細な繊維からな
るランジェリーやウール製品など幅広く対応できるよう
にしているものの、洗浄効果と上記布がらみ、布傷みと
は相反するものであるためさらに一層の性能向上が要望
されている。

【０００６】本発明の目的は、洗浄効果を上げ、同時に
上記布がらみ、布傷み等を少なくすることのできる洗濯
機の制御装置を提供することにある。

【０００７】つまり、上記した従来技術の課題をより克
服すべく洗浄性能の向上を計かり、電気洗濯機を、より
実用的、かつ簡単な手段によって『手洗い』の状態に近
づけた洗濯機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、以下の考え、及び手段を講じる。

【０００９】（１）人の行なう手洗いの動作を、バイオ
制御情報システムであると考える。

【００１０】（２）人は、（１）の出力として手で布を
つかんで動かすことによって洗い方を決めているが、そ
の手の動きを洗濯機においては、回転翼を回転駆動する
ことによって行なう。

【００１１】（３）手の動きはフラクタル・カオス的な
挙動を示す。したがって、回転駆動される回転翼の回転
速度のフラクタル次元Ｄ（または、パワースペクトルが
周波数に反比例するときの勾配であるスペクトル指数
β）を可変、あるいはカオス動特性として部分洗いのよ
うなリミットサイクル的な動きから多周期的な動きを経
て、全体洗いのようなカオスダイナミクスへ至るように
する。

【００１２】（４）手洗い時の手の動きは、その特徴の
ある周波数が０．６〜１０Ｈｚにあるが回転翼では対象
としている布量などの違いより、概略その１／２の周波
数の範囲とする。

【００１３】（５）可変とする回転翼の回転速度のフラ
クタル次元Ｄは、２〜１．５（スペクトル指数βで１．
０〜２．０）とし、洗濯の基本パターンをフラクタル次
元Ｄで１．７５，１．５，１．９（スペクトル指数βで
概略１．５，２．０，１．２）の３種類があると考え
る。

【００１４】

【作用】上記手段は、（１）制御に自然らしさ、手仕上げの感覚が加わり性能
の向上に寄与する。

【００１５】（２）人の知識、経験、あいまいな推論や
認識などを生かすことができる。

【００１６】こととなる。

【００１７】したがって、上記の考え方、及び手段を洗
濯機に適用すれば、電気洗濯機の洗浄動作をより人の行
なう手洗いの状態に近づけられる。これにより電気洗濯
機の洗浄力が向上し、同時に洗いむらが低減されること
が期待できる。

【００１８】

【実施例】まず、『手洗い』の動作をバイオ制御情報シ
ステムであるとして、またその結果、手洗い時の手の動
きは、拡張された意味で、つまり特定の周波数の範囲内
ではフラクショナル・ブラウン運動（Fractional Brow
nian motion:ｆＢｍ)のひとつであると考えて分析した
結果を明らかにし、次いで本発明の実施例について説明
する。

【００１９】図５は、『手洗い』の動作をバイオ制御情
報システムであるとして考えた時のモデル化を示し、上
部が脳、下部が身体に相当する。ここで、人の行なう手
洗いの動作は、（ａ）数式だけでは表現されない、かつ非線形的ダイナ
ミズムつまりカオス的あるいはフラクタル的な挙動、あ
いまい性、学習、知識経験、などが統合された情報処理
が行なわれているバイオ制御情報システムである。

【００２０】（ｂ）数値化された一定値に合致、あるい
は文書などで記述された目標にいかに適合させるかでな
く、その目標そのものすら生成する。

【００２１】と考えられる。

【００２２】例えば、『部分洗い』では、汚れに対する
センサからの信号が強く発生され、人の脳にあたるニュ
ーロネットワークがある興奮パターンに個着され、特定
の周波数が強調されるような動きに近づき、『全体洗
い』では、自由度を高めて安定した制御が行なわれてい
ると考えられる。

【００２３】したがって、『手洗い』時の手の動きは、
その揺らぎがランダムに生成しているとは考えにくく、
フラクタル次元Ｄを持つはずである。ランダムであれば
次元は定まらない。また、次のような基本規則があると
推測できる。

【００２４】（１）洗濯物を手で掴んで例えば大きく下
方向へ動かし、反転して、上へ戻す。

【００２５】（２）次いで上記動作の振幅を徐々に小さ
くしながら数回繰り返す。

【００２６】（３）再び大きく一方向、例えば上へ動か
す。（２）の動作を行なう。

【００２７】（４）上記動作（１）〜（３）を繰り返
す。ただし振幅は、毎回同じではない。

【００２８】ここで、実際に『手洗い』の動作を分析す
べく３つの洗濯のパターン（ａ）靴下の洗い（ｂ）Ｙシャツの全体洗い（ｃ）セータの押し洗いについて手の動きを測定したの
が図２〜４である。図で上図は手の変位対時間を下図は
そのスペクトルを２乗振幅比で示している。したがっ
て、パワースペクトルＳ（ｆ）は、この図の値を速度へ
換算して、周波数の１０倍に対して２０ｄＢプラスする
傾斜を加えたものとなる。

【００２９】図２〜４では、いずれもパワースペクトル
Ｓ（ｆ）の連続性と、フラクタル的時系列を有する（後
述するフラクタル次元Ｄが特定の周波数範囲で高い相関
係数を持って定義できる。）又は、パーワスペクトルＳ
（ｆ）が周波数に反比例するときの勾配β、つまりスペ
クトル指数βが特定の周波数範囲内の代表値で最小自乗
法によって高い相関係数（０．９以上）を持って定義で
きると言う大きな特徴を持っている。

【００３０】図２では、さらに図中直線の勾配で示した
スペクトル指数βが１に近い特徴がある。また、特定の
周波数の強調される傾向も見られる。

【００３１】同様に全体洗いである図３では、パワース
ペクトルＳ（ｆ）が連続的であり、概略１〜１０Ｈｚの
周波数範囲においてスペクトル指数βが１．５２と１．
５に近く、その相関係数０．９６で極めて高い。また、
図２に比べ動きがよりダイナッミクになっている。

【００３２】図４では、さらに低周波数の振幅が大きく
なり、スペクトル指数βは、１．８３であり、より２．
０に近付いている。

【００３３】一方、ｆＢｍは、Ｂ．マンデルブロとバン
ネスによってブラウン運動の拡張として定義付けが行な
われている。（B.B.Mandelbrot & J.W.V.Ness"Fraction
alBrownian Motions,fractional noises and applic
ations",SIAM Review 10,4(1968)422-437）つまり、ｆ
ＢｍであるＶ（ｔ）は、１変数の一価関数であり、

【００３４】

【数１】

【００３５】なるスケーリング則を規定するとして定義
される。

【００３６】Ｈは、ｌｏｇΔｔ対ｌｏｇΔＶのグラフの
傾きとして、あるいはスペクトル密度（パワースペクト
ル）Ｓ（ｆ）が周波数に反比例するときの勾配を意味す
るスペクトル指数βより求めることができる。

【００３７】Ｖ（ｔ）が統計的に自己アフィン・フラク
ショナル・ブラウン運動の関数であるとすれば、Ｈ、フ
ラクタル次元Ｄ、スペクトル指数βの関係は、

【００３８】

【数２】

【００３９】が成り立つ。

【００４０】したがって、スペクトル指数βが１．２，
１．５，２はそれぞれフラクタル次元Ｄが、１．９，
１．７５，１．５となる。スペクトル指数βは、前述し
た様にパワースペクトルＳ（ｆ）を特定の周波数範囲の
代表値で最小自乗法によって、またそのときの相関係数
も求めることができる。

【００４１】そこで電気洗濯機で上記手洗いの動作を図
５に準じて模擬すると、図１の様になる。手洗い時の手
の動きを洗濯機の回転翼の動きとして模擬する上で最低
限次のことを考慮した。

【００４２】（１）回転翼の動きのパワースペクトルＳ
（ｆ）が連続的となること。

【００４３】（２）手洗いの手の動きで特徴のある周波
数範囲は、０．６〜１０Ｈｚであるが、実際の洗濯機の
回転翼の周波数範囲は、それを概略１／２として模擬す
る。

【００４４】（３）スペクトル指数βを手洗いの代表パ
ターンと同じに１．０〜２．０の範囲で可変とする。

【００４５】具体的に回転翼の動きとして模擬するに
は、測定データからサンプリングデータを得て、その大
きさを回転角度、あるいは停止時間として制御する方
法、測定データから規則を抽出してそれを基本規則とし
て繰返すことで制御することが考えられる。本実施例で
は後者の方法を説明する。

【００４６】そこで本発明の電気洗濯機では上記手洗い
の動作を模擬して、次のように運転する。

【００４７】（１）回転翼の強制回転角度と、その後通
電を停止する惰性時間を制御する。

【００４８】（２）始めの大きな回転角度と、惰性時間
から次第に小さくして繰返す。これを基本規則とする。

【００４９】（３）回転角度、惰性時間の低減率、繰返
しの回数などを一定範囲のランダム量とする。

【００５０】（４）上の動作を自己相似的に繰返す。

【００５１】以下、本発明を図面にて詳細に説明する。

【００５２】図６は、本発明による洗濯機の制御装置の
洗濯運転のＰＡＤ図（問題分析図：problem analysis d
iagram）である。図７は、図６のなかで使われている関
数（saik）のＰＡＤ図である。図８は、本発明の全自動
洗濯機の制御系統図、図９は、同洗濯機の断面図であ
る。

【００５３】図８、９において、１は制御装置の中心を
成すマイクロコンピュータであり、回転翼１３の回転角
度を検出するため減速機１４のプーリ１５に設けられた
回転位置検知器２、振れセンサ３、水位センサ４、交流
電源７の電圧が０となるタイミングを検知するゼロクロ
ス回路６、その他操作入力手段５などが入力される。ま
た、モータ８、減速機１４を洗濯のとき低速に、脱水の
とき高速に切替えるクラッチモータ９、排水を行なう排
水モータ１０、給水弁の開閉を行なう給水ソレノイド１
１は、いずれもソッリドステートリレ２１〜２５を介し
てマイクロコンピュータ１によって制御される。

【００５４】モータ８の回転は、モータ８の回転軸と一
体になったプーリ１８からベルト１９を介して減速機１
４のプーリ１５へ伝えられ減速機１４で所定の回転数に
変換されて最終的に回転翼１３に伝えられる。

【００５５】洗濯は、洗濯物が洗濯槽１６の中に入れら
れ、外槽１７に所定量で給水された状態で回転翼１３が
回転されることによって行なわれる。

【００５６】回転位置検知器２は、例えばプーリ１５に
複数個のマグネット、それに対向して１ヶのホール素子
を設け、回転に応じた信号が発生するように構成されて
いる。

【００５７】マイクロコンピュータ１は、上記回転信号
により回転翼１３の回転角度を検知する。上記カウント
の１カウント当たりの回転翼１３の回転角度を１０〜５
°となるように構成するとその制御性及び洗浄性能、布
傷みなどの点から最適である。

【００５８】つぎに、図６、７のＰＡＤ図によって実施
例による洗濯機の運転を説明する。

【００５９】（１）回転翼の回転を制御するパラメータ回転角度回転角度の低減率停止時間停止時
間の低減率の初期値の変動範囲（最小〜最大）を定める。

【００６０】同時に、基本規則に対する繰返しの次数
（回数）の最大値（ordmax）、繰り返しの係数（a、b、
c、d、N）も定める。

【００６１】（４）再帰関数（saik1）に初期値として与える回転角度（length0）停止時間（teisi0）を（３）の変動範囲から線形合同法、あるいは記憶され
た乱数系列を利用するなどにより乱数化された値で与え
る。

【００６２】同様に、各再帰関数（saik1）の繰り返し
次数（回数）も２〜ordmaxの範囲で毎回ごとに乱数化し
た値で与える。

【００６３】（５）動作数（i）によって i<a ：正方向の再帰関数（正方向から回転し、回転角度が正方向へづれた状態で
終了する。） a<=i<b ：逆方向の再帰関数（正方向から回転し、回転角度が正方向へづれた状態で
終了する。） b<=i<c ：正方向の再帰関数 c<=i<d ：逆方向の再帰関数 d<=i ：正方向の再帰関数となるように最大値（N）まで初期の回転方向を切替え
ながら繰り返す。

【００６４】繰り返しの係数（a、b、c、d、N）は、後
で説明する再帰関数と自己相似となるように各方向の再
帰関数の繰り返し数を漸減的に与える如く定める。

【００６５】（ここで、a、b、c、d、Nを乱数的に与えても良い。）（６）正方向再帰関数において、実際の回転角度（leng
thカウント）、停止時間（teisi秒）、繰り返し次数（o
rd）に先の初期値を代入する。

【００６６】（７）teisi秒休止する。

【００６７】（８）正方向に回転位置検知器でlength=l
ength0カウントを数えるまで回転する。

【００６８】（９）回転角度の低減率（ratio1）を
（３）の変動範囲で乱数化された値で与える。

【００６９】（10）停止時間の低減率（ratio2）を
（３）の変動範囲で乱数化された値で与える。

【００７０】（11）停止時間を低減して（teisi*ratio
2）秒だけ強制駆動を停止する。

【００７１】（12）逆方向に回転位置検知器で回転角度
を低減して（length*ratio2)カウントを数えるまで回転
する。

【００７２】（13）繰り返し回数（ord）を（ord-1）、
実際の回転角度（lengthカウント）を（length*ratio
1）、停止時間（teisi秒）を（teisi*ratio2）、として
関数自身を再帰的に呼び出す。

【００７３】（14）以下、次数ｏｒｄが０になるまで初
期の比較的大きな運動が徐々に小さなより高次な運動と
なって上記（７）〜（13）の動作を繰り返す。

【００７４】（15）洗濯の最終行程では繰り返し回数
（ord）を１２として先の動作に比べて大きくする。ま
た、回転角度は小さくし、停止時間は大きくする。これ
は、布の片寄りを無くし、脱水時の振動を低減するため
である。

【００７５】また、上記正方向の強制回転角度を与え、
次いで惰性回転時間、続いて逆方向の強制回転角度を与
える基本アルゴリズムにおいて、回転位置検知器２を省
略して強制回転角度を強制回転時間とするようにして
も、布量の大小に左右され易くなるものの、洗いむらの
低減と洗浄率を向上することができる。

【００７６】さらに、惰性回転時間の代わりに惰性回転
角度を制御しても同様の効果を得ることができる。

【００７７】以上述べた洗濯機の運転制御装置による回
転翼の動きを測定した例が図１０、１１であり、上図が
変位（回転角度）対時間を下図はそのスペクトルを２乗
振幅比で示している。

【００７８】図１０、１１のいずれも手洗い動作と同様
にパワースペクトルＳ（ｆ）の連続性と、フラクタル的
時系列を有し、スペクトル指数β、並びにフラクタル次
元Ｄが特定の周波数範囲（概略０．３〜５Ｈｚ）で高い
相関係数（０．９以上）を持って定義できることが実現
されている。また、図１０と１１は基本規則の繰返しの
回数（ord）の変動範囲を図１０では１〜３に、図１１
では２〜１０にしただけであるがスペクトル指数βは
１．０〜１．５（実際には１．２〜１．８程度）へ可変
できることを示している。さらに、実際の洗濯機の制御
装置へ適用した場合、大物洗いでスペクトル指数βを概
略２．０（フラクタル次元Ｄで１．５）、標準洗いでス
ペクトル指数βを概略１．５（フラクタル次元Ｄで１．
７５）、弱洗いでスペクトル指数βを概略１．２（フラ
クタル次元Ｄで１．９）にすることが洗浄力、布傷み、
などの点で良好であることを確認している。

【００７９】また、布量と布質を検知する手段を備える
ようにして、布量の大小と布質に応じて、あるいは洗濯
の進行行程に従って上記の制御方法の制御パラメータを
変化させれば、さらに好適な洗濯を行なうことができ
る。したがって、洗浄率を布量に応じ合理的に向上する
ことができる。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、洗浄性能の向上を計か
り、電気洗濯機を、より実用的、かつ簡単な手段によっ
て『手洗い』の状態に近づけた洗濯機の制御装置を提供
できる。したがって、洗浄効果を上げ、同時に上記布が
らみ、布傷み等を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による洗濯機の動作を示すブロック図で
ある。

【図２】代表的な手洗い動作（靴下洗い）の分析結果を
示す上図が変位対時間特性、下図がそのパワースペクト
ル（２乗振幅比）である。

【図３】代表的な手洗い動作（Ｙシャツ全体洗い）の分
析結果を示す上図が変位対時間特性、下図がそのパワー
スペクトル（２乗振幅比）である。

【図４】代表的な手洗い動作（セータ押し洗い）の分析
結果を示す上図が変位対時間特性、下図がそのパワース
ペクトル（２乗振幅比）である。

【図５】手洗い動作をバイオ制御情報システムとして捉
えた場合のブロック図である。

【図６】本発明による洗濯の運転方法を示す概略ＰＡＤ
図（問題分析図）である。

【図７】図６の中で使用されている再帰関数の概略ＰＡ
Ｄ図である。

【図８】本発明による洗濯機の制御装置の実施例のブロ
ック図である。

【図９】本発明における洗濯機の洗浄機構の断面図であ
る。

【図１０】本発明の運転で基本規則における繰返しの次
数（回数）を１〜３とした場合の回転翼の回転変位の時
間変化とそのパワースペクトルの例である。

【図１１】本発明の運転で基本規則における繰返しの次
数（回数）を２〜１０とした場合の回転翼の回転変位の
時間変化とそのパワースペクトルの例である。

【符号の説明】

１…マイクロコンピュータ（模擬する手段）、２…回転位置検知器、８…モータ（駆動する手段）、１３…回転翼（アクチェータ）、１５…プーリ、１６…洗濯槽。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】洗濯機において、人の行なう手洗いを模擬
する手段と、洗濯物の洗浄を目的として係るアクチェータと、前記模擬する手段によって手洗い時の手の動きを模擬し
て前記アクチェータを駆動する手段と、を備えたことを
特徴とする洗濯機の制御装置。
【請求項２】請求項１において、前記アクチェータが回
転翼であり、前記駆動する手段が前記模擬する手段によって前記回転
翼を回転駆動することであることを特徴とする洗濯機の
制御装置。
【請求項３】洗濯機において、洗濯物の洗浄を目的として係るアクチェータと、前記アクチェータが駆動される運動のパワースペクトル
を少なくとも特定の周波数範囲で連続的とする手段と、を備えたことを特徴とする洗濯機の制御装置。
【請求項４】請求項１又は２において、前記模擬する手
段は、前記アクチェータが駆動される運動、あるいは前記回転
翼の回転運動のパワースペクトルを少なくとも特定の周
波数範囲で連続的とする手段を備えたことを特徴とする
洗濯機の制御装置。
【請求項５】請求項４において、前記模擬する手段は、前記パワースペクトルを少なくとも統計的に周波数のベ
キの指数β（スペクトル指数）に反比例する如く構成す
る手段であることを特徴とする洗濯機の制御装置。
【請求項６】請求項１又は２又は４又は５において、前
記模擬する手段は、前記アクチェータを駆動、あるいは前記回転翼を回転す
るための制御パラメータを操作する操作手段と、前記操作手段へ基本規則を持って再帰的に与える再帰的
手段と、前記再帰的手段を繰り返す繰返し手段と、を備えたこと
を特徴とする洗濯機の制御装置。
【請求項７】請求項５又は６において、前記模擬する手
段は、前記アクチェータの駆動運動、あるいは前記回転翼の回
転運動のパワースペクトルのスペクトル指数β（また
は、フラクタル次元Ｄ）を可変とする手段、を備えたこ
とを特徴とする洗濯機の制御装置。
【請求項８】請求項７において、前記模擬する手段は、前記アクチェータの駆動運動、あるいは前記回転翼の回
転運動のパワースペクトルのスペクトル指数βを周波数
が概略０．３〜５Ｈｚの範囲で可変とする手段、を備え
たことを特徴とする洗濯機の制御装置。
【請求項９】請求項６又は７又は８において、前記模擬
する手段は、前記アクチェータの駆動運動、あるいは前記回転運動の
パワースペクトルのスペクトル指数βを概略１．０〜
２．０（またはフラクタル次元Ｄを２〜１．５）にする
手段、を備えたことを特徴とする洗濯機の制御装置。
【請求項１０】請求項９において、前記模擬する手段
は、スペクトル指数βを概略１．５（またはフラクタル次元
Ｄを概略１．７５）にする手段と、スペクトル指数βを概略２（またはフラクタル次元Ｄを
概略１．５）にする手段と、スペクトル指数βを概略１．２（またはフラクタル次元
Ｄを概略１．９）にする手段と、を備えたことを特徴と
する洗濯機の制御装置。
【請求項１１】請求項７又は８又は９又は１０におい
て、布量を検出する手段、を備え、布量の大小に応じてスペクトル指数β（また
は、フラクタル次元Ｄ）を変化させることを特徴とする
洗濯機の制御装置。
【請求項１２】請求項１１において、布質を検出する手
段、を備え、布量の大小と布質に応じてスペクトル指数β
（または、フラクタル次元Ｄ）を変化させることを特徴
とする洗濯機の制御装置。