专利名称：洗衣机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在检测洗衣机的外桶的振动及箱体和外桶的冲撞(异常振动)以及构成洗衣机的各种执行器发出的声音的同时，根据这些检测到的信息进行控制的洗衣机，特别涉及安装有作为检测单元使用压电元件的振动传感器的洗衣机。
背景技术：
立式全自动洗衣机的结构是，内装洗涤桶兼脱水桶的水桶(外桶)在洗衣机箱体内受到弹性支撑，利用安装于外桶中的电动机使设置于外桶内可转动的洗涤桶兼脱水桶(内桶)转动，如果由于在洗涤桶兼脱水桶(以下称其为内桶)内衣物分布不均产生不平衡，伴随电动机的转动外桶会发生振动。外桶的振动变得很大时，由于影响外部环境的振动和噪音成为问题，对其进行监视并采取适当的对策，在洗衣机的设计上是很重要的。
洗衣机的振动检测单元以及箱体和外桶的冲撞(异常振动)的检测单元，已经提出压电型、畸变型、共振型、光电型等各种方法。
例如，专利文献1中记载的一种是单态型压电元件，包括具有突起部的重锤、制止压电元件和重锤的弹簧以及容纳这些部件的壳体，通过使重锤的突起部与压电元件的金属振动板面相接触，与重锤产生的加速度相应的力赋予金属振动板而检测振动。
另外，专利文献2中记载的是，在由绕组、铁心、电容和膜片构成的水位检测装置兼振动检测装置中，在该膜片的下面中央部设置有盘簧的振动传感器，配置在洗衣机的外框的上部，检测振动。
此外，专利文献3中记载的滚筒洗衣机，是通过配置由反射率相差很大的至少两种或两种以上的的部分交互排列成为条纹状的反射板、和由位于该反射板对面的发光元件和受光元件组成的光检测器，使其中某一个与转动滚筒的振动同步动作，而使另一个保持静止来检测振动。
家用洗衣机中以将洗涤的步骤全部自动进行的全自动洗衣机为主流，使用者按下开始按钮就可对投入的洗涤物量进行判断，注入必需的水量，按照预先在洗衣机中准备的标准条件进行洗涤和脱水。这是在利用由微机等构成的控制装置对洗涤的各个行程中所必需的执行器进行控制的同时进行的。
随着在洗衣机上追加很多功能，安装于洗衣机上的执行器数目增加，通过这些执行器的组合可以对复杂的各个洗涤行程进行处理。因此，出现故障的机会一直增加。另外，一个故障现象会牵涉到多个执行器，无论是哪一个执行器出现故障都会呈现同样的现象情况很多。因此，很多时候，销售店或修理服务人员在使用者发出故障通报时不清楚要更换哪一个故障部件。
作为解决这一问题的现有技术，很多制造商是利用操作板的显示，通过显示出错代码在一定程度上确定故障件。不过，这种故障部位的确定，是利用电气检测单元进行。就是说，各种执行器的电气故障是可以检测到的，但机械故障，例如配合不良、由于磨损产生的响声等故障，则不能检测。
专利文献1日本专利特开平11-14445号公报专利文献2日本专利特开2002-273095号公报专利文献3日本专利特开平10-235070号公报发明内容利用如专利文献1所述的压电元件的振动检测装置，结构简单，作为检测加速度的传感器比较便宜。不过，其特性是通过使质量小的压电元件本身弯曲而检测加速度，在由加速度产生的力很小的低频区域中得不到足够的输出。因此，必须想办法采用某种方法对压电元件施加与振动同步的力F。在此专利文献1中所述的示例中，通过附加比压电元件本身的质量更大的质量m的重锤，由加速度a，直接对压电元件施加F＝ma的力。不过，这种方法的缺点是，因为在压电元件上一直加有来自重锤的由重力产生的集中载荷，就孕育了损坏作为压电元件的压电陶瓷的危险性。
在专利文献2中记载的示例中，耐久性是没有问题的，因为传感器是配置在洗衣机的外框上部，不是检测外桶的振动本身，检测到的是由于外桶摇晃的外框的振动。因此，就存在由于洗衣机的设置的状态的不同所得到的输出改变的问题。
另外，在专利文献3中记载的示例中，由于是由发光单元及受光单元组成的光检测单元和反射光的反射板构成的，与其他方法相比，成本高一些。并且，由于反射板和光检测单元不能密闭，除了异物的混入及反射板和光检测单元的污染可成为误动作的原因之外，光轴偏离时根本不能检测到振动也是致命的问题。
本发明的第一个目的是提供利用便宜的、可靠性高的方法检测振动的振动传感器，通过将这种振动传感器安装于洗衣机上而提供低振动、低噪音的洗衣机。另外，可靠地检测出现有的机械接触开关等检测不到的一次共振、二次共振大振动而提高可靠性也是其目的。
本发明的第二个目的是利用由压电元件构成的集声单元对由机械故障产生的声音(可听声)进行集声，通过对其进行分析而检测出构成洗衣机的各执行器的机械故障。另外，通过对涉及多个执行器的故障，将利用此集声单元集声的各执行器的多个声音，以各执行器的驱动信号作为触发信号，进行集声，并进行分析而确定故障执行器。另外，通过将电气故障检测单元和以上述集声单元集声的声音中的机械故障检测单元进行组合，提供可使故障执行器的检测准确度提高，迅速而适当地对故障进行应对的洗衣机也是其目的。
另外，其目的在于通过检测出洗衣机的动作异常，例如脱水时的衣物分布不均匀产生的桶和外框的冲撞声、桶的振动声，与第一目的同样地提供低振动、低噪音的洗衣机。
本发明的洗衣机，包括在箱体内以可自由摇动的方式悬挂的用作盛水桶的外桶、在此外桶内以设置成为可转动的内桶、以及使此内桶转动的电动机，其中由压电元件和与此压电元件结合的金属板组成的压电振动板和支撑此压电振动板的外周并将其水密封内置的壳体组成的振动传感器，设置于此外桶上部或下部，且此压电元件的极化方向与此内桶的转动轴平行。
此本发明的由压电元件和与此压电元件结合的金属板组成的压电振动板、和支撑此压电振动板的外周并将此压电振动板内置的壳体组成的振动传感器的结构是，兼作压电蜂鸣器及可听声集声器。
根据本发明，因为此振动传感器是按照压电元件的极化方向与内桶的转动轴平行的方式设置于外桶的上部或下部，通过将此振动传感器与传感器电路相连接，在可以检测出外桶的纵向振动的同时，可以产生可听区的报知声，并且可实现种种可听异常声音的检测。另外，也可以得到将这些检出信号反映在洗衣机的运行控制上的洗衣机。
在洗衣机的内桶的转速低时，利用此振动传感器的可听声输出检测作为盛水桶的外桶与箱体的冲撞，反之，在内桶的转速高于规定值时，利用此振动传感器的纵向振动输出可检测到由于衣物的不平衡而产生的外桶的振动并推断噪音，相应于该噪音确定此内桶的最高转速及脱水时间而控制该洗衣机的脱水行程。
由此，可抑制脱水时的噪音。此外，因为可以检出振动及冲撞，也可代替冲撞检出杆，制品的成本可以降低。
另外，脱水时，利用此振动传感器的振动检测输出，连续对外桶的振动进行监视，可以相应于振动的大小控制转速。由此，洗衣机就可以不停止运转而降低振动及噪音。
另外，同样，通过连续监视振动振幅的变化，通过振幅的急剧上升等对异常的振动、噪音的发生防止于未然。
另外，在洗涤、脱水行程中，利用此振动传感器的可听声检测输出来监视各种执行器及结构部件发出的可听声，对机械故障进行检测和对故障部位进行确定来提高洗衣机的可靠性，可以对故障进行迅速的对应。
另外，本发明的洗衣机，包括在箱体内以可自由摇动的方式悬挂的用作盛水桶的外桶、在此外桶内以可转动方式设置的内桶、以及使此内桶转动的电动机，其中由压电元件和与此压电元件结合的金属板组成的压电据动板和支撑此压电振动板的外周并将其水密封内置的壳体组成的振动传感器，在此外桶上部及下部各设置一个，且此压电元件的极化方向与此外桶的径向方向一致。
根据本发明，如上所述，因为振动传感器是按照压电元件的极化方向与外桶的径向方向一致地在外桶的上部及下部各设置一个，在这两个振动传感器分别与振动传感器电路相连接时，利用此振动检测输出可以检测到外桶的上下的横向振动。
从此外桶的上部及下部的横向振动，可判断内桶内的衣物分布不均引起的外桶的振动模式，推断在各振动模式每一个之中检出衣物不均匀引起的外桶的振动而推断噪音，相应于该噪音确定此内桶的最高转速及脱水时间而控制脱水时的噪音。
本发明的洗衣机，包括在箱体内以可自由摇动的方式悬挂的用作盛水桶的外桶、在此外桶内以可转动方式设置的内桶、以及使此内桶转动的电动机，其中由压电元件和与此压电元件结合的金属板组成的压电振动板和以与金属板的安装面成倾斜状态支撑此压电振动板的外周并将其内置的防水壳体构成的振动传感器，在此外桶上部或下部，此安装面与此外桶的径向方向平行设置。
根据本发明，因为此压电元件和与此压电元件结合的金属板组成的压电振动板和以与金属板的安装面成倾斜状态支撑此压电振动板的外周并将其内置的防水壳体构成的振动传感器，安装在外桶上，检测此外桶的振动，所以可检测到此振动传感器的安装面的水平方向及垂直方向这两个方向上的振动，由此，与上述一样，通过控制洗衣机的脱水行程可抑制脱水时的噪音。


图1为示出本发明的洗衣机的实施例的立式全自动洗衣机内部的概略构成图。
图2为示出立式全自动洗衣机的控制装置的示例的构成图。
图3为示出振动传感器兼压电蜂鸣器兼可听声集声器的示例，A是俯视图，B是沿B-B线的剖面图。
图4为示出振动传感器兼压电蜂鸣器兼可听声集声器的示例，A是俯视图，B是沿B-B线的剖面图。
图5为示出振动传感器电路的示例的接线图。
图6为用来说明洗衣机不平衡的发生位置的线图。
图7为用来说明洗衣机外桶的振动特性的线图。
图8为表示洗衣机外桶的振动和噪音的关系的线图。
图9为表示洗衣机脱水转速和噪音的关系的线图。
图10为示出在外桶上部侧面配置振动传感器的示例的切口部剖面图。
图11为示出在外桶上部侧面配置振动传感器的示例的切口部剖面图。
图12为示出在外桶下部底面配置振动传感器的示例的切口部剖面图。
图13示出振动传感器和振动传感器模块的示例，A是振动传感器的斜视图，B是A图的要部剖面图，而C是振动传感器模块的剖面图。
图14为图1的横剖图。
图15为示出脱水行程控制的示例的流程图。
图16为示出脱水行程控制的另一示例的流程图。
图17为示出脱水行程控制的另一示例的流程图。
图18为示出在外桶上部及下部侧面配置振动传感器的示例的切口部剖面图。
图19为示出另一示例的立式全自动洗衣机的控制装置的构成图。
图20为示出振动传感器电路的另一示例的接线图。
图21为用来说明代表性的衣物分布不平衡中的外桶上下横方向振动的线图。
图22为用来说明外桶上部及下部横方向振动信号的线图。
图23为示出振动模式判断的示例的流程图。
图24为用来说明在各不平衡下的洗衣机的外桶的振动和噪音的关系的线图。
图25为示出脱水行程控制的另一示例的流程图。
图26为示出在外桶上部上面配置振动传感器的示例的切口部剖面图。
图27为示出振动传感器的另一示例的剖面图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例进行说明。另外，在本实施例中，是特别以立式洗衣机为例进行说明的，但也可应用于立式洗涤干燥机、滚筒洗衣机及滚筒洗涤干燥机。
关于传感器的配置方法，由于是专用于立式的洗衣机和洗涤干燥机，所以在应用到滚筒洗涤干燥机时，必须在充分了解滚筒洗涤干燥机的特性的基础上应用。
下面参照图1～图17对本发明的洗衣机的实施例之一进行说明。
图1为去掉本例的前面的外框(箱体)的洗衣机的概略构成图。图2为该洗衣机的控制单元的构成图。图3为本例的振动传感器的剖面图。图4为本例的另一振动传感器的剖面图。图5为本例的振动传感器电路图。
首先，利用图1，对安装本例的振动传感器的洗衣机的概略进行说明。在图1中，1是洗衣机的外框(箱体)。在此外框(箱体)1的上部，外桶4利用具有减振器11的吊杆10以可自由摇动的方式悬挂。在外桶(盛水桶)4的下部，是包含DC电动机、传动机构、离合器等的驱动单元8及将驱动单元8与外桶4连接的法兰9，驱动单元8的输出轴，与内桶(洗涤桶兼脱水桶)5及搅拌翼7的转动轴相连接。
另外，外桶(盛水桶)4，在下部的一部分上有孔，排水管13经排水阀12与该孔相连接。此外，在外框(箱体)1的上部设置有顶盖2，其上设置有洗涤物的投入盖板3及向外桶4供给自来水的进水口及进水阀14、振动开关17等。
在洗涤时，首先从进水阀14供给自来水，水流入到外桶(盛水桶)4。此时，排水阀12关闭。在供给定量的水之后，进水阀14关闭，由驱动单元8驱动搅拌翼7转动，通过搅拌内桶5内的衣物来去污。此时，通过转动搅拌翼7，外桶(盛水桶)4内发生水流，因为衣物只在水中搅拌，不会产生振动这一特别问题。
另一方面，在脱水中，首先打开排水阀12，将外桶(盛水桶)4内的水排出。为防止脱水中的残余洗涤剂产生的泡沫以及由于衣物产生的不平衡等，在剩余一定程度的水的时刻使内桶5转动。在内桶5的内侧以及搅拌翼7的表面上，设置有很多孔，可以把转动的内桶5中的衣物包含的水分由于离心力而除去。
此时，因为具有大质量(转矩)的内桶5(内部有含水分的衣物)高速转动，由于内桶5内部的衣物产生的过大的不平衡就成为产生很大振动和噪音的原因。
振动开关17由微动开关等构成，和此微动开关连动的控制杆17a从顶盖2延伸到外桶4的周围附近。微动开关是常开状态，当外桶4发生很大振动而与外框接触时，碰到此控制杆，微动开关闭合。
图2所示的洗衣机控制部，以由微机构成的主控单元(MCU)50为中心，包含控制DC电动机、传动机构、离合器等的驱动单元8的控制电路A51，分别控制进水阀14及排水阀12的控制电路52，及控制电路53等。利用预先存储于MCU50中的程序来控制进水阀14、排水阀12、洗涤时的搅拌翼7的转动、脱水时的内桶5的转动。
振动传感器16a与振动传感器电路55相连接，振动传感器电路55的输出端子A56与MCU50的AD输入端子A57相连接，输出端子B58同样与另一AD输入端子B59相连接。另外，MCU50的输出端子60与振动传感器电路55的输入端子61相连接，利用输出矩形波信号使与振动传感器电路55相连接的振动传感器16a作为压电蜂鸣器发声。振动开关17与MCU50的一个输入端子相连接，使MCU了解到外桶4与控制杆17a接触。
下面利用图3A、B对振动传感器16a的构成进行说明。在图3A、B中，21是压电元件(压电陶瓷)，在一个端面上淀积银等金属，形成金属薄膜21a，另一端面与金属圆板22结合。结合了压电元件(压电陶瓷)21的金属圆板22被特别称为压电振动板Bz1。此压电元件(压电陶瓷)21，在厚度方向上极化。具有在压电元件(压电陶瓷)21上施加与极化方向同向的电压时收缩，施加反向电压时伸长的性质。这称为正压电效应。
另外，反之，在极化方向上施加力F时，就输出与由力F产生的畸变相应的电压。这称为反压电效应。此振动传感器16a利用这一性质。利用硅橡胶等将此金属圆板22的外周支撑于压电振动板的壳体23上(周边支撑)。作为一般的支撑方法，除此之外，还有支撑压电元件(压电陶瓷)的周围的部分的方法(节圆支撑)。
在周边支撑中，控制压电振动板Bz1周边的振动可使压电振动板Bz1具有的共振频率下降。在压电振动板壳体23上，为使压电振动板Bz1的振动引发的可听频率声音共鸣，在共鸣空间上部设置有适当的共鸣空间26以及孔27。
这是因为在将压电振动板Bz1用作压电蜂鸣器时，由于只是藉助节圆支撑及周边支撑，不能获得太大的声音，要得到大的声压，必须在压电振动板上设置共鸣空间26，此外还必须藉助此共鸣空间上部的孔27对和空气的声阻抗进行整合。
通过对上述共鸣空间26及共鸣空间26上部的孔27进行适当的设计构成最优共鸣器，进行此阻抗整合。此时，压电振动板Bz1的共鸣频率设计为可听频率(例如，2kHz左右)，共鸣器也按照这一共振频率设计。压电振动板Bz1的共鸣频率的调节可以通过调整压电振动板Bz1的金属板的厚度及材质、形状等进行。
具有作为压电蜂鸣器(声响器)的功能，反过来说，也可以说是具有作为集声器(微音器)的作用。利用集声器，对作为占据顾客索赔的很大因素的“异常声音”的监视和其原因的确定与提高顾客的满足程度是连系在一起的。
在图3中，25是压电振动板Bz1的引线，直接通过锡焊连接到与压电元件21欧姆连接的金属薄膜21a及金属圆盘22。此引线25向外引出与振动传感器电路55连接时，要注意不要因为振动传感器16a的振动而断裂或妨碍振动。此时，在将引线的引出部等利用密封料实施水密封处理之后，以传感器壳体盖板24将整个进行封闭。
此处，如果可以对振动传感器16a的压电元件21部分实施利用硅等的防水加工的话，就不需要传感器壳体盖板24。在没有传感器壳体盖板24时，作为上述集声器的功能可增大。
图4示出没有传感器壳体盖板的振动传感器16a。在图4中，与图3相对应的部分赋予同一标号。21b是利用防水材料的覆盖膜(防水涂层)。是用防水涂层将压电元件(压电陶瓷)21整个覆盖。众所周知，压电陶瓷很容易包含水分。如果压电陶瓷包含水分，则反压电效应降低，由振动产生的反压电电压减小。因此，在湿度高的洗衣机内部设置时，必须对压电陶瓷施加防水涂层。
下面利用图5对与此振动传感器16a相连接的振动传感器电路55进行说明。图5示出使振动传感器16a在作为压电蜂鸣器工作或作为振动传感器16a及可听声集声器工作之间进行切换的切换电路、压电蜂鸣器的驱动电路、放大振动传感器的振动检测(反压电电压)信号的放大电路、积分电路、滤波电路。
在图5的电路中，在从洗衣机的MCU50输入矩形波信号时，压电振动板Bz1作为压电蜂鸣器工作，此外作为振动传感器及集声器工作。在使压电振动板Bz1作为振动传感器及集声器工作时，必须对压电振动板Bz1的信号进行适当的放大、积分及滤波等而输出。下面对这些进行说明。
在将压电振动板Bz1用作振动传感器及压电蜂鸣器以及集声器时，成问题的是与压电振动板Bz1连接的并联电阻。压电元件21，因为是由陶瓷制作的，可看作是容量小(数千pF)的电容器。其内电阻有数MΩ。
于是，在用作压电蜂鸣器时，并联一个比数MΩ稍小的电阻(例如，1.5kΩ)，如果在压电振动板Bz1上不施加使电流流过此电阻器所发生的电压，就不能以足够大的声压鸣叫。另外，在用作振动传感器时，如果不并联一个足够大的电阻器(例如，1MΩ)，放大时电位会浮动，信号(与畸变相应的反压电电压)会衰减。
图5中的晶体管Q1、Q3，是在压电振动板Bz1上施加电压时发声(用作压电蜂鸣器)的驱动电路。晶体管Q2，是用作使压电振动板Bz1在作为压电蜂鸣器工作或作为振动传感器工作之间进行切换的开关。在通过对上述两种并联电阻器进行切换，就可以在使此压电振动板Bz1用于各个用途时，发挥其最大限度的性能。
在没有来自MCU50的输入信号时，晶体管Q1、Q2、Q3处于关断状态，压电振动板Bz1具有并列电阻R10。此压电振动板Bz1，一端与电源Vcc2的电源分压电阻器R8和R9的连接点及运算放大器Op1-A的反相输入端子-相连接，另一端与运算放大器Op1-A的非反相输入端子+相连接。就是说，作为压电振动板Bz1的并列电阻，电阻器R10是有效的。如前所述，电阻器R10具有足够大的电阻值，例如约1MΩ。
如果从洗衣机的主MCU50输入用来使蜂鸣器动作的可听声频率的矩形波(例如，2kHz)，NPN晶体管Q1以与输入波形相同的频率进行开关。如晶体管Q1处于ON，因为PNP晶体管Q3的发射极-基极间产生电位差，晶体管Q3变为ON。在Q1为OFF时，同样晶体管Q3也变为OFF。所以，晶体管Q3，与晶体管Q1一样以与输入波形相同的频率进行开关。
在NPN晶体管Q2的基极-地间有一个电容C1，由电阻R5和电容C1，或电阻R6和电容C1构成低通滤波器。如果适当选择此低通滤波器的时间常数，在输入处输入矩形波，就可以使晶体管Q2一直处于ON状态。此处，因为电阻R7与电阻R10及压电振动板Bz1的内阻相比很小，在蜂鸣器鸣叫时，作为压电振动板Bz1的并列电阻，电阻R7一直有效。此时，如前所述，是与压电振动板Bz1的内阻相比稍低的电阻值，如1.5kΩ。
另外，在图5中，运算放大器Op1-A及运算放大器Op1-B，对将压电振动板Bz1用作振动传感器或集声器时的信号进行差动放大。作为Op1的运算放大器，采用单电源(Vcc2)。这是因为在洗衣机的电路上省去制作新的负电源的工夫。
因为采用单电源的运算放大器，在信号放大时利用电阻R8及R9对电源Vcc2进行分压生成Vcc2/2的基准电压，通过对运算放大器输入负电压，以电压Vcc2/2为中心可得到电压0～Vcc2的输出。
此Vcc2/2这样的电压，如前所述，也输入到压电振动板Bz1。这是因为，由于在单电源的运算放大器的输入上一直施加有电压Vcc2/2的偏压，防止在压电振动板Bz1上一直施加Vcc2/2的DC电压。如果在压电元件21上施加DC电压，在压电元件21的表面淀积银等的薄膜有可能引起迁移，可防止这一点。
为了信号的放大，构成高输入阻抗的差动放大器。在像压电元件21这样的微弱信号的信号放大中，必须充分注意对噪音的对策。在洗衣机中，AC电源的噪音及作为电动机驱动电路的反相器的开关噪音等，有种种噪音存在。因为振动传感器16a的布线，必须经过比较长的路线，对这些噪音的对策就成为不可避免的问题。由于差动放大器具有可以消除共态噪音的优点，在处理微弱信号的电路中经常使用。不过，在只使用一个运算放大器构成的通常的差动放大器中，是由与运算放大器的输入端子和信号源相连接的电阻器决定输入阻抗。由于压电振动板Bz1的内阻为数MΩ大的电阻，如果输入阻抗不高，输入信号损失，有可能淹没在噪音中。
另外，如果反馈电阻增大使放大率过大时，容易受到感应噪音的影响。所以，在输入阻抗和放大率这两方面上都不利。
为解决这一点，利用运算放大器Op1-A及Op1-B这两个运算放大器构成差动放大器。差动输入成为任何一个运算放大器的非反相输入端子，输入阻抗成为运算放大器的输入阻抗本身。另外，在进行发声动作时，为使晶体管Q3导通和断开，由于在此非反相输入端子上施加有Vcc1的电压，为了保护，在此非反相输入端子中插入适当的电阻器R12、R15。
另外，为了去掉即使是使用差动放大器也不能消除的AC电源产生的50Hz、60Hz的感应噪音，由运算放大器Op1-C构成陷波滤波器(带阻滤波器)。
此外，为了与洗衣机的MCU50的A/D变换器端子的电平相符，在运算放大器Op1-D附加有反相放大器。此运算放大器Op1-D的输入由电容C11切成直流。
这是为了防止在由于温度使振动传感器16a的壳体变形时，在压电振动板Bz1上添加静应力，在压电元件21上发生DC电位，反相放大器的输出电位变动，对振动分量(交流分量)限幅。而且，还可以防止由运算放大器的偏移(offset)电压或电阻的偏差导致反相放大器的输出电位变化，对振动分量(交流分量)限幅。
从压电振动板Bz1得到的信号，由于是加速度的信号，存在频率依赖性，频率越高，输出越大。为了消除这一点，必频进行积分。从压电振动板Bz1得到的信号，经一次积分成为与速度成比例的信号，经两次积分成为与振动成比例的信号。积分，通过附加图5的放大电路中的电容C3及C8进行。在图5中，进行两次积分，在理想情况下，振动的加速度信息是振幅信息。
此时，进行积分的频率范围约为5Bz。这是为了洗衣机的一次共振频率及二次共振频率的外桶4的振动或外桶4和洗衣机箱体1的冲撞，通过按照加速度原样取出，作为冲击的大小检测。就是说，脱水转速在5Hz以下时，检测外桶4和洗衣机箱体1的冲撞，在脱水启动之后，检测振动的振幅。其理由如下。
作为监视洗衣机外桶4的振动的振动传感器16a及振动传感器电路55的频带，考虑到洗衣机外桶4的一次共振频率约为1～2Hz，且二次共振频率约为3～4Hz，最高脱水转动频率约为20Hz，可以是从1Hz至20Hz。
可是，因为是检测压电振动板Bz1的加速度，在1～4Hz的频率下，由于即使是振动振幅大加速度很小，压电振动板Bz1的电压输出小。因此，电路放大率必须很大。(积分的话，在该角频率以上放大率降低。)过去，作为洗衣机的异常振动检测装置广泛使用的振动开关17，检测在加速度检测中困难的极低频的一次共振、二次共振的振动振幅(振动量)，判断脱水行程的许可启动/不许可启动。
在不进行二重积分输出振动加速度时，电容C3、C8不需要。但是，振动加速度输出，如上所述，由于取决于脱水频率，在将此值应用到控制等场合，必须注意进行频率(转速)修正等。在本例中，对作为经过二重积分的振动振幅输出进行以下处理。
此外，与差动放大电路相连接的运算放大器Op2-A、B构成带通滤波器。在此级，只取出具有经高输入阻抗差动放大器放大的信号的可听声区域的频率的信号。此处，带通滤波器的通带频率，设定为可听声区域(约为300～3kHz)。这是用来实现上述集声器的电路。
利用如上所述的振动传感器电路55，就可以对振动传感器、压电蜂鸣器及集声器进行驱动或对振动检测输出进行放大。
将振动传感器16a及振动传感器电路55安装于图1的洗衣机中。振动传感器16a，为了直接测定外桶4的振动，设置于外桶4上。
在洗衣机中，在洗涤中间，衣物缠绕，在为了脱水将洗涤水排出的状态下，衣物在内桶(洗涤兼脱水桶)5的底面上的沉降不是均等的。于是，在脱水中，在内桶(脱水桶)5中在衣物分布不均匀的状态下贴到周边上的同时进行离心脱水。由于这种分布不均匀，内桶5是在不平衡状态下高速转动并振动。此振动，作为反作用，使外桶4振动。此外桶4的振动由振动传感器16a检测。
图6A、B、C、D是示出在图1所示的洗衣机中发生的上述不平衡的代表例的示意图。实际的不平衡具有一定的宽度，但此处为简单起见，以等价的质点表示。
在图1这样的洗衣机中，由于衣物分布不均匀引起的不平衡，可考虑如图6A所示①只发生在内桶的上部时、如图6B所示②只发生在内桶的下部时、如图6C所示③在内桶的上下相同位置发生时(同相)、如图6D所示④在内桶的相对位置发生时(反相)，这四种代表性的情况。图6中的18是不平衡的质量。
在①的场合，外桶的上部激烈振动，下部与上部比较，振动小。在②的场合，下部振动特别激烈，上部赶不上下部，但也振动。在③的场合，上部下部同相振动，发生很大的振动。特别是一次模式的振动很大(参照图7B)。在④的场合，上下反相振动，中心可出现波节，上下振动都大(参照图7C)。
所以，为了在外桶4上设置振动传感器16a，最好是避开可出现波节的外桶4的上下的中心附近。
图7A是由这些不平衡引起的洗衣机外桶4在脱水时的典型的振动特性图。图7B示出一次模式(共振)时(约1Hz～2Hz)的内桶5和外桶4的状态，图7C示出二次模式(共振)时(约3Hz～4Hz)的内桶5和外桶4的状态，图7D示出三次模式(共振)时近旁(约12Hz～15Hz)的内桶5和外桶4的状态。
在脱水开始时，首先在每分100转附近发生一次模式(共振)的振动。在一次模式(共振)时，上下同相(并进)振动。这是悬挂外桶4的吊杆10的振子运动引起的并进振动。此外，如果转速提高，在每分200转附近发生二次模式(共振)的振动。在二次模式(共振)时，上下反相(锥形)振动。这是由于外桶4的下部重心由吊杆10支撑而引起的锥形振动。
过了这一点，振动暂时变小。于是，在超过每分1000转的三次模式(共振)附近，在上下一边反相(锥形)振动，内桶5和外桶4也反相振动。在此转速下，一般的洗衣机的外桶4、内桶5不再是作为刚体运动，内桶5和外桶4以相反的相位进行振动。因此，有时内桶5和外桶4接触而发生异常声音。
转速再增加时，在外桶4的固有振动数时引起很大的振动。这称为三次模式(共振)。将普通脱水转速限制于比此三次模式低的转速。
在图1中，振动传感器16a只在外桶4的上部配置一个。其理由如下。
图1的洗衣机的重心，位于外桶4的中心的下部，由其附近的吊杆10支撑，悬吊于外框(箱体)1。因此，与下部的振动为减振器11比较好地抑制不同，处于与重心及支撑点远的位置的盛水桶上部的振动可以说是很大的。但是，当只在下部发生很大的振动时，与上部的振幅相比，下部的振幅变大。
可是，在实际的洗涤行程中的脱水时发生的不平衡，除了洗涤物的容量很少的场合，多半是上下同相或反相发生。在容量少时，发生的不平衡也小。在发生异常声音那样的危险振动时，下部的摇动比上部大。并且，由于同样的理由，在外桶4开始与外框(箱体)冲撞时，外桶4的上部碰撞的时候多。所以，作为振动传感器在外桶的上下方向上的配置位置，优选的方案是配置在上部。
图8A、B、C、D分别示出通过实验求得的在各种衣物分布不平衡状态下，外桶4的上部及下部的振动和噪音的关系。对于振动，分别示出纵向(上下方向、与内桶5的转动轴平行的方向)和横向(左右方向、外桶4的径向方向)。图8A示出的是上部横向振动和噪音的关系，图8B示出的是上部纵向振动和噪音的关系，图8C示出的是下部横向振动和噪音的关系，图8D示出的是下部纵向振动和噪音的关系。由此可知，衣物分布不均匀的不平衡产生的振动引起的噪音与横向振动无关，而与纵向振动相关。
图9A示出由实验求得的四种不平衡状态下的脱水转速和噪音的关系。同图9B示出在转速为600、750、850rpm时的外桶4的上部纵向振动振幅与噪音的关系。实线示出各转速下的数据的直线近似。此外，同图中的箭头线示出数据的转速增加引起的迁移。
从图9A可知，噪音与脱水转速成比例，在各种不平衡状态下此比例系数几乎相同(四根线平行)。脱水转速增加100rpm，噪音约增加3dB。这一增加是因为振动振幅增加产生的。
从图9B可知，外桶4上部纵向振动振幅和噪音也具有比例关系，转速增加时振动振幅增加，因而噪音也增加。在从600起到850rpm的范围内，转速增加100rpm，振动振幅增加1mmp-p，噪音增加3dB。(图中也示出后述的脱水行程控制的说明具有的阈值A1、A2、B1、B2等)。
由上述可知，在以噪音抑制为目的利用振动传感器16a控制脱水转速时，振动传感器16a最好是设置成其压电元件21的极化方向与内桶5转动轴方向平行，即配置成用来检测纵向方向的振动。在此场合，振动传感器16a可以设置于外桶4上下两者的任何一个之上。于是，根据此纵向振动可知，可以由图9A、B的脱水转速和噪音的关系、纵向方向振动和噪音的关系进行控制。实际的控制例见后述。
在图10中示出图1的振动传感器16a的外桶4的设置详图。振动传感器16a设置成其压电元件21的极化方向(图中的ab线)与内桶5转动轴方向平行，即配置成在外桶4上部的外侧用来检测纵向方向的振动。在用作压电蜂鸣器的场合，配置在上部对使用者听取声压也有利。
图11示出另一振动传感器的设置例。这是将振动传感器16a设置于外桶4上部的上侧的场合。与图10一样，振动传感器16a设置成其压电元件的极化方向(图中的ab线)与内桶5转动轴方向平行，即配置成用来检测纵向方向的振动。并且，在此场合，振动传感器16a最好是尽量设置于振动级大的外桶4的上部的圆周周边。
图12示出另一振动传感器的设置例。这是将振动传感器16a设置于外桶4下部的底面的场合。与图10一样，振动传感器16a设置成其压电元件21的极化方向(图中的ab线)与内桶5转动轴方向平行，即配置成用来检测纵向方向的振动。并且，在此场合，振动传感器16a最好是尽量设置于振动级大的外桶4的底面的圆周周边。
另外，从图10至图12的振动传感器16a是图3所示的装置，图4所示的振动传感器或后述的图13的振动传感器模块的场合也可以设置成压电元件的极化方向(图中的ab线)与内桶转动轴方向平行，即配置成用来检测纵向方向的振动。
图13示出与图3、4的结构不同的振动传感器16a的结构。对与图3、4相对应的部分赋予相同的符号表示。本振动传感器，是将与图3、4的压电振动板Bz1相连接的引线25作成电极兼支撑脚31、32的板簧状的金属板。图13A是振动传感器的概貌图，图13B是电极兼支撑脚的安装详图，而图13C是示出将振动传感器和振动传感器电路一起固定在壳体内模块化的振动传感器模块图。
作为电极兼支撑脚31、32的板簧状的金属板是经压电振动板壳体23进行安装的。此金属板是从一片板簧切出电极部31a、32a和支撑脚31b、32b制成的。但是，它并不是将两者完全切离而是通过开出切口实现的。电极部31a、32a与支撑脚部相比足够细。它们在根部是一体的，利用该成为一体的部分固定到压电振动板壳体23上。
所以，压电振动板壳体23的金属板安装部及金属板根部分别设置有用来嵌合的结构。电极兼支撑脚31、32和压电振动板壳体23在嵌合之后，电极部31a、32a的前端通过锡焊焊接到压电振动板Bz1。
此电极兼支撑脚31、32，通过将两个电极兼支撑脚31、32的支撑脚31b、32b前端焊接到电路基板33的预定位置上，在此电路基板33上安装图5的振动传感器电路55。于是，将这些装入收存壳体34内而模块化。
在收存壳体34中，固定振动传感器16a的圆形肋板35在上面内侧，其中收纳压电振动板壳体23。这是用来防止振动传感器16a左右振动时电极兼支撑脚31、32受到过大的交变应力的作用。在电路基板33的上面及下面，对电子部件、布线图形覆盖防水树脂36。在电路基板33上安装有连接器37，将通到振动传感器电路55的电源以及信号线38从收存壳体34中引出。于是，在收存壳体34上设置有将其用螺钉等设置的螺纹孔。
这样，通过将振动传感器16a和振动传感器电路55在收存壳体34内一体化，使振动传感器16a和振动传感器电路55的连接最短，并且振动传感器16a的输出信号变为放大的低输出阻抗信号。结果，即使此输出线延伸很长和回绕，进入主MCU50的AD输入端子的噪音也可达到抑制。就是说，洗衣机的安装设计可以变得容易。
图14为图1的示例的从上面观察的概略图。振动传感器16a配置在从外框(箱体)1的四角悬吊外桶4的吊杆10的任何一根的附近。
如果外桶4和外框(箱体)互不干涉，在外框(箱体)1中从上方看，转动画出的是椭圆或圆。在外桶4和外框(箱体)1发生干涉(或和安装于外框1的减振器11等干涉)的场合，会产生偏向洗衣机的前后方向及左右方向的振动，根据振动传感器16a的设置位置的不同，有可能对由于和外框1的干涉产生的振动的大小不能正确地进行观测。对此，如图14所示，可以避免将振动传感器配置在悬吊外桶的四角的任何一处或其周边(配置在洗衣机的对角线上)。另外，这一配置方法，还具有可减少振动传感器16a和外框冲撞的危险性的优点。
另外，关于外桶4和外框1的冲撞的检测，就现有的振动开关17的控制杆17a而言，在外桶4向着洗衣机的前后方向或左右方向振动时，发生外桶4不与控制杆17a接触就不能检测冲撞的问题，在本示例中，由于可通过采用振动传感器16a检测外桶振动本身，所以可以避免上述的问题。
下面利用图15对根据本例的抑制噪音的脱水行程控制进行说明。
图15的流程图，是用来控制洗衣机的脱水行程的流程图。前述的用于检测振动的单元，是以具有振动传感器16a和振动传感器电路55为前提条件。这种洗衣机的脱水行程，是利用预先存储在MCU50中的程序，由洗衣机控制单元执行的。在此脱水行程中，在振动传感器16a的信息的基础上，脱水初期监视外桶和外框的冲撞，脱水后期监视外桶的振动。
在图15中，步骤S6是通过定时中断等进行的周期性发生的中断处理，与从步骤S1开始的流程不同，在脱水行程控制的后台，除了进行电动机转速及振动传感器16a发出的外桶振动信息的取得、经过时间的检验等之外，还执行对控制电动机的控制电路的指令。所谓的从振动传感器16a发出的信息的取得，是由MCU50的输入端子A57读入来自与振动传感器16a相连接的振动传感器电路55的输出端子56的信号，从信号的极大极小值取得信号振幅。此信号振幅相当于外桶的纵向振动振幅。
在步骤S1开始脱水时，转速一直上升到规定的脱水转速N1(步骤S2、S3)。这是接近一次共振频率或二次共振频率的转速。如转速到达N1，如果到该时刻为止的外桶4和外框1的冲撞次数多于规定次数Cn(步骤S4)，就判断衣物分布不均匀引起的不平衡很大，放弃脱水启动(内桶5停止转动)(步骤S5)，使转动翼转动，解开内桶5中的衣物而减小不平衡(称为再平衡)(步骤S6)。
此处，外桶4和外框1的冲撞次数是从振动开关17的信息即微动开关的启闭次数获得的。或者也可以利用集声器检测外桶4和外框1的冲撞声。具体言之，从振动传感器电路55的输出端子B58发出的信号由MCU50的AD输入端子B59读入，从极大极小值得到信号的振幅，将其与规定的阈值进行比较，在超过阈值时，就判断是冲撞，就对这一次数计数。
另外，在二次共振频率附近(纵向振动分量大)，此振动传感器16a的振动检测输出也可以检测出与外桶4接触那样的异常大的纵向振动。与冲撞声引起的情况一样，振动传感器电路55的输出端子A56发出的信号由输入端子A57读入，与规定的阈值进行比较，也可以检测出二次共振中的冲撞。
此处，如果无论尝试多少次，不平衡都不变小(尝试数为预定数X以上)，就作为脱水出错停止脱水行程(步骤S8、步骤S18)。
如果判断不平衡不是过大，就再次使转动上升到某一转速N2(步骤S7、步骤S9)。在此处，将现在来自振动传感器16a的振动振幅与预先确定的阈值A1、A2进行比较(步骤S10、步骤S11)、预测发生的不平衡引起的噪音，决定最高脱水转速Nm、脱水时间Td(步骤S12、步骤S13、步骤S14)。下面对阈值的确定方法予以说明。
现在用上述图9(b)说明N2＝600rpm，两个阈值为A1、A2，将脱水行程的最高脱水转速分配为Nm0＝610rpm、Nm1＝750rpm及Nm2＝850rpm事的处理。
在图9B中，通过850rpm数据的近似直线和噪音50dB线的交点引出一条与数据的迁移(实线箭头)平行的点划线。同样通过750rpm数据的近似直线和噪音50dB线的交点引出一条点划线。从这些交点垂直向下向着振动振幅轴画出箭头线，此箭头线示出的振动振幅值为B1、B2。
另外，从这些点划线与600rpm数据的近似直线相交点垂直向着振动振幅轴画出实线箭头线，此箭头线示出的振动振幅轴就成为阈值。图中以A1、A2表示。
其意思如下。在600rpm，具有A1的振动振幅值的数据，如果转速增加到850rpm，振动振幅也从A1增加到B1，与此同时噪音从42dB增加到50dB。
为了将最高脱水转速Nm(＝Nm0或Nm1或Nm2)时的噪音抑制在50dB以下，从图中可知，在检测振动振幅比A1＝1.1mmp-p小时，最高脱水转速Nm2＝850rpm；大于等于1.1mmp-p且小于3.3mmp-p时，最高脱水转速Nm1＝750rpm；大于等于3.3mmp-p时，如设定最高脱水转速Nm0＝610rpm时，噪音有可能在50dB以下。
另外，由于对于脱水时间Td的脱水率相同，则在Nm0时为Td0，在Nm1时为Td1，在Nm2时为Td2，有(Td0＞Td1＞Td2)。比如，Td0＝12分、Td1＝10分、Td2＝8分。
以上的处理，即，将振动传感器16a的振动振幅值以阈值A1、A2分类，各自分配的最高脱水转速Nm、脱水时间Td的处理为步骤10至步骤14。
之后，设定可使最高脱水转速成为Nm0、Nm1、Nm2的电动机电压，使脱水转速增加(步骤S15)。经过一定时间，转速到达最高脱水转速。此处，监视经过时间(步骤S16)，在到达设定的脱水时间(Td0、Td1、Td2)之后，使电动机的转动停止(步骤S17)，脱水结束(步骤S18)。
在这一流程图的脱水行程中，通过对最高脱水转速以振动传感器检测出的振动振幅进行调整，可以将目的噪音抑制到50dB。
另外，图16的流程图，是用于控制洗衣机的另一脱水行程的流程图。对于在图16中与图15对应的处量部赋予相同的符号。
与图15的不同点是在到达最高脱水转速之后，利用振动振幅对脱水转速进行再调整。
脱水中的洗涤物引起的不平衡，有时由于洗涤物的含水量变化(棉纤维脱水困难，合成纤维脱水容易)及洗涤物的移动而改变。因此，在采用这种方法时，必须防止振动振幅增加超过推断，结果噪音增加。进行更健壮(或译鲁棒，robust)的控制很重要。
与图15同一标号的对应处理的说明省略。导入利用设定最高脱水转速，将现在转速下的振动振幅与阈值B1、B2进行比较，使现在脱水转速减小的处理(步骤S19～步骤S23)。
判别设定最高脱水转速(步骤S19～步骤S20)，在Nm＝Nm2时，如振动振幅大于B1(步骤S21)，则将转速按照规定量Δ，比如20rpm，减小(步骤S23)。如小于等于，则不进行任何处理。转速减小是通过减小对电动机的施加电压进行。
由于惯性，电动机转速的减小需要时间，所以插入无处理的待机时间T。阈值B1，如前所述，转速为Nm2时，是噪音为50dB的振幅值。超过这一值意味着噪音大于50dB。
同样，在Nm＝Nm1时，如振动振幅大于B2(步骤S22)，则将转速按照规定量Δ，比如20rpm，减小(步骤S23)。如小于等于，则不进行任何处理。Nm＝Nm0时，不进行任何处理。
在以上说明的流程图中，即使是在脱水行程中不平衡状态改变，也可以将噪音抑制到50dB以下。
另外，图17为用于控制洗衣机的另一脱水行程的流程图。在图17中，对于与图15、16相对应的部分赋予相同的符号，其说明省略。
图17与图15、图16的不同点是在转速超过N1之后，经常不断地对振动振幅进行监视，利用振动振幅使脱水转速在最高脱水转速以下增减。
现在考虑以最高脱水转速Nmax是850rpm，在此转速下将噪音超过50dB的振动振幅B1(参照图9B)作为阈值的控制。
如超过N2，就再增加脱水转速(步骤S7)。在监视振动传感器的振动振幅的同时，与阈值B1进行比较判断(步骤S30)。如果小于阈值B1，就使转速增加规定量Δ(步骤S31)。如果大于等于阈值B1，就使转速减小Δ(步骤S32)。于是，判断现在的脱水转速是否超过最高脱水转速Nmax(步骤S33)。如果超过，就使转速减小Δ(步骤S32)。一边监视脱水时间(步骤S16)，一边重复以上的操作。
由此，脱水转速在被控制在最高脱水转速Nmax＝850rpm的同时，成为噪音小于50dB的恒定转速。此时，恒定时的脱水转速因振动振幅，即衣物分布不均匀引起的不平衡状态、量的不同而取各种不同的值。
在图17上也可以添加对振动振幅的变化量的控制。其理由如下。
如接连不断地提高转速，洗衣机的振动不久就会接近三次模式的共振点。这是洗衣机的内桶5和外桶4反相振动的振动，如果振动变大，内桶5和外桶4冲撞，内桶5的转动轴中心错位，即使是不投入洗涤物，也会保持不平衡。此时，由于发生过大的振动和噪音，必须防止这种振动模式。可以看到其特征是，如果接近三次模式的共振点，外桶的振动会急剧增加。
所以，在对振动的变化进行监视，出现得到急剧增加的现象的场合，可在图17所示的控制上添加抑制转速的控制。
另外，也可以使最高脱水转速Nmax如上所述地确定为一定的值，在洗涤开始时，检测洗涤物的布量，确定为与该布量相对应的值。
下面对利用振动传感器16a的集声功能判断机械部件的故障的控制予以说明。
在图1的洗衣机中也安装有各种执行器，在实际的洗衣机和洗涤干燥机中，具有更多的执行器。这些是可以独立动作的，利用MCU50控制全部。
在洗衣机中，在运转开始时的过程选择和输入作业时、暂停时和运转结束时等情况下，用来通知各该动作的报知声是用振动传感器16a作为压电蜂鸣器来发生的。另外，在脱水时，检测外桶4的振动，进行抑制上述振动和噪音的控制。
此外，在洗衣机的运转中，发挥作为集声器的功能，检测例如进水阀、排水阀、离合器、传动机构等的异常声音。此时，必须不是淹没在周围的噪音中而只检测从洗衣机发出的异常声音。与此相对，为使MCU50控制各执行器，本身通过针对使这些执行器动作的定时进行集声相对应。
如果使用此集声器，就可以收集洗衣机的各执行器发生的各种声音。即可以说这是可检测噪音的传感器，可根据此噪音级检测各执行器的动作异常声音而预测这些执行器的故障。
另外，由于MCU50可以在控制定时获得控制该动作的各执行器的异常声音，所以可以确定异常声音的发生源。MCU50，在执行器发出接通(ON)信号的同时，开始集声器的数据收集，收集执行器的动作声音。接着，在执行器发出断开(OFF)信号的同时，停止上述集声器的数据收集。此外，对于如前所述所得到的洗衣机的各种异常声音，在利用MCU50的软件实施FFT及小波(ウエ一ブレツト)变换的话，可将各种声音分解为频谱。
此时，如果预先了解洗衣机的各执行器发生的声音的固有频率和正常动作时的声压大小等，就可以通过与其进行比较而更详细地判断洗衣机各执行器的故障。
过去，在故障诊断中，一般是采用电气检测单元。可以认为，从成本方面考虑这是一种优选的方法。不过，在这种方法中，只能进行电气中介要素的故障诊断。比如，涉及传动机构及离合器的嵌合毛病及轴承的异常声音、摩擦声音等洗衣机运转时的讨厌的声音的投诉很多，如果采用本故障诊断，对上述毛病就不需要服务人员对零部件进行检查，洗衣机本身可以进行自动诊断，非常有效。
下面对将两个振动传感器16a、16b设置于外桶4上时的情况予以说明。
如果外桶4与外框(箱体)1没有干涉，在外框1中从上方观察，转动描绘的轨迹是椭圆或圆。所以，此横向振动，在将振动传感器16a以其压电振动板的厚度方向(极化方向)与使外桶4的中心部分和朝向方向一致的方式安装于外桶4上时，是可以检测出来的。
如上所述，在上下对置的位置发生不平衡时，在外桶4的某一点必定存在一个振动节点。在此振动节点进行测定时，尽管在此点的振幅几乎不存在，可是上下却存在激烈的振动。所以，在设置振动传感器16a、16b时，为了不受到这种节点的影响，将其在外桶4上部和外桶4下部各安装一个是有效的。
图18示出在外桶4上设置两个振动传感器16a、16b的示例。为了可检测出外桶4的横向振动，将振动传感器16a及16b在外桶4的上部及下部，在同一铅直线上各设置一个。这些振动传感器16a、16b，为如图3所示的装置，也可以是图4、图13所示的装置。
图19是本例的洗衣机控制单元的构成图。在图19中，对与图2相对应的部分赋予同一标号，添加了新的振动传感器电路62。振动传感器电路62与振动传感器16b相连接，电路的信号输出端子C63与MCU50的AD输入端子C64相连接。
在图20中示出振动传感器电路62的细节。在图20中，与图4相同的标号表示同一部件。振动传感器电路62，是从图4的振动传感器电路55去掉压电蜂鸣器电路、切换电路、可听声的带通滤波器的电路。只由对压电振动板Bz1产生的电压信号进行放大的差动放大器、陷波滤波器、具有二重积分的反相放大器构成。
下面利用图18、图19、图20对此例予以说明。
如前所述，洗衣机以各种模式振动。由于压电元件在厚度方向上极化，所以在这种设置方法中只能是检测外桶4的振动的横向分量(左右方向上的振动)。
如前所述，在将一个振动传感器16a设置于外桶4的上部或下部来检测纵向振动时要考虑如下的问题。在外桶4产生很强的圆锥振动分量时(在多数场合是二次模式)，虽然振动传感器16a的纵向检测值很小，但却要考虑实际上在横向上可能是非常危险的振动状态。
一般，纵向和横向的振动振幅值的比是1比3。另外，在只在下部发生不平衡时，从经验了解到，与外桶4的下部的振动振幅相比，外桶4的上部的振动振幅大约为1/3。这与只在上部发生不平衡时一样。
就是说，在只安装一个振动传感器时，尽管横向振动达到外框1和外桶4的冲撞或外桶4和内桶5的冲撞的危险值，但却可能产生存在检测不出的振动模式(不平衡状态)及不能单值求出危险的振动水平的阈值(对每个振动模式上述阈值都不同)的情况。
另外，在洗衣机中，在脱水转动时的振动中有几个共振(模式)点。因为一次共振是上下同相振动的模式(平移运动)，二次共振是上下反相振动的模式(圆锥运动)，所以为了检测外桶4的径向振动配置两个振动传感器16a、16b，也考虑到振动相位，使径向振动容易检出。
解决这个问题的办法是在图18的外桶4的上部及下部设置两个振动传感器16a、16b，由图19的控制单元、图20的振动传感器电路62构成的示例。
图21示出图5所示的代表性的衣物分布不平衡引起的振动模式中的外桶4上部、下部横向振动振幅和脱水转速的关系。图21A、图21B、图21C和图21D分别示出上部不平衡、下部不平衡、上下同相不平衡和上下反相不平衡的场合。
在各振动模式中，上部、下部的振动振幅不同。并且同相及反相(对向)不平衡时的上部、下部上的振动振幅的相位关系，如图22A、B所示，在同相时是上下同相振动(平移运动)，在反相模式时是上下反相振动(圆锥、磨杵式运动)。图中“+”表示外桶4朝向外框的振动，“-”表示朝向反方向的振动。如果根据以上图21及图22利用上部横振动和下部横振动的水平及相位关系，可以区别各振动模式。具体言之，如图23的流程图所示。
图24示出在各振动模式下的外桶4上部横向振动和噪音的关系。图24A、图24B、图24C和图24D分别示出上部不平衡、下部不平衡、上下同相不平衡和上下反相不平衡的场合。可以了解，在振动模式内，振动振幅与噪音存在相关。不过，在各振动模式中，振动振幅与噪音的关系差别很大。
在上述示例中示出的图8A的上部横向振动和噪音的关系，包含全部图24A、B、C、D。在这样将各振动集合到一起，即以一个振动传感器对横向的振动进行检出之中，与噪音无相关性。不过，如图24A、B、C、D所示，在各振动模式的每一个中观察这一点时，存在相关性。
这样，如果利用上下两个振动传感器16a、16b检测横向的振动，据此，在判别振动模式，即衣物分布不平衡为何种状态之上，根据图24A、B、C、D，对各振动模式的每一个把握噪音的关系，根据各振动模式中的振动振幅，控制脱水转速，就可以降低噪音。
图25示出将本例应用于上例的图15所示的控制的流程图。与图15的不同之处是，添加了图23所示的振动模式判断处理和使各振动模式的每一个以表格形式保持最高脱水转速、控制的阈值。由于基本动作与图15一样，说明省略。
以N2转速执行振动模式判断处理(步骤S50)，据此读入上述表格数据(步骤S51)，进行与图15同样的控制。
用于其他脱水控制的流程图，比如，图16、17也是一样，可以根据图23所示的振动模式判断处理和读入的表格值使各振动模式的每一个保持转速控制阈值。
另外，这两个振动传感器16a、16b的设置位置也可以是相位相差90°。这是假设外桶4的来回碰撞不是圆周运动时的情况。就是说，这是因为与只在某一方向上振动小相对应的是在与其相差90°的位置的振动却非常大。
下面，对利用一个振动传感器16a检测外桶4的横向及纵向振动的合成值的场合予以说明。
图26示出在外桶4上部设置图3的振动传感器16a的设置例。
图26也是与图11一样的图，与图11的不同点是，在安装振动传感器16a时，使压电元件21和外桶4的侧面保持0°～90°之间的某一角度进行设置。如果这样配置，就可能取得外桶4的径向方向(左右方向)的振动和纵向方向的振动这两者。这样一来，就可以图示检测纵向振动和横向振动而消除上述示例中的由于检测不到横向振动引起的麻烦。
图27示出另一振动传感器内部的剖面图。与如前述，与将振动传感器本身倾斜安装相比，将图27所示的压电振动板预先倾斜固定作为振动传感器16a，在设置所必需的空间和稳定度方面有利。
图27的振动传感器，具有图3、图4所述的压电振动板。但是，在图27中，压电振动板的引线25，是直接利用锡焊焊接到薄膜21a及金属板22上。此压电振动板由下壳体41及上壳体42支持并封入。从振动传感器，在图中的右端(下壳体41)安装到振动测定的对象物体上。
从图中可知，压电振动板是相对于安装面倾斜，由下壳体41用硅橡胶等弹性支持。由于压电元件21在厚度方向上极化，发生的电压主要是与厚度方向的挠曲成比例。比如，如果将压电振动板相对于安装面水平设置，就只能测定相对于安装面在垂直方向上作用的加速度。
不过，像本例这样，通过将压电振动板相对于安装面倾斜设置，则不仅可以测定和安装面垂直方向上的加速度，也可以测定水平方向上的加速度。在立式全自动洗衣机中，在一次共振时上下同相振动，外桶4整个进行平移运动(横向振动)，与此相对，在二次振动中，上下反相振动，外桶4发生圆锥振动(上下振动)。本例示出的结构，就是为了与这种上下及横向振动的检测相对应而研制的。
在以上的示例中，因为左右方向和上下方向的加速度产生的合力是作用于压电振动板上，可以原样不变地检测出各种振动。此时，通过改变设置的压电元件21的角度，可以针对左右方向和上下方向的振动分别调节灵敏度。可以充分考虑想要获得哪个振动的分量多一些来决定设置角度。
另外，本发明不限定于上述示例，当然，在不脱离本发明的精神的范围内，可以采用其他各种结构。
本发明，如上所述，通过制作以便宜的压电振动板为核心的结构的振动传感器，可以将导入传感器的成本抑制为很低。于是，利用这种振动传感器，就可以进行抑制振动和噪音的控制而可以提供低振动、低噪音的洗衣机。
另外，可以防止外桶和内桶的接触而提高可靠性。
另外，根据本发明，通过使振动传感器电路中具有切换压电元件的并联电阻的机构，将压电振动板壳体设计成为共鸣箱，可以采用现有的报知用压电蜂鸣器，兼用作压电蜂鸣器、振动检测装置和可听声的集声器。由此，不必新添加作为传感器的压电振动板及封入压电振动板的壳体等就可以进行振动检测，可以抑制成本。
此外，根据本发明，利用集声功能，可以进行各个执行器的故障诊断。这就可以对过去利用电气方法不能诊断的部件的故障进行诊断，与电气方法合并使用就可以成为更有效的故障诊断系统。
像本发明这样通过利用振动传感器对振动进行监视，对内桶中发生的不平衡量进行预测，决定最高脱水转速及脱水时间，并据此进行脱水运转。由此，可以在抑制脱水时的过大的振动及噪音的同时，提供不会使脱水率恶化的脱水运转。
另外，根据本发明，通过经常不断对振动级进行监视，可在转速发生急剧变动时停机。这对产品的故障安全保护功能是有效的。
权利要求
1.一种洗衣机，包括在箱体内以自由摇动的方式悬挂的用作盛水桶的外桶、在该外桶内以可转动方式设置的内桶、以及使此内桶转动的电动机，其特征在于在上述外桶的上部或下部设置振动传感器，该振动传感器包括由压电元件和与该压电元件结合的金属板组成的压电振动板；和支撑该压电振动板的外周并将其水密封内置的壳体，且使得上述压电元件的极化方向与上述内桶的转动轴平行。
2.一种洗衣机，包括在箱体内以自由摇动的方式悬挂的用作盛水桶的外桶、在该外桶内以可转动方式设置的内桶、以及使此内桶转动的电动机，其特征在于在上述外桶的上部或下部设置振动传感器，该振动传感器包括由压电元件、与该压电元件结合的金属板、和覆盖该金属板的结合周边及上述压电元件的防水材料组成的压电振动板；和支撑该压电振动板的外周并将其内置的壳体，且使得上述压电元件的极化方向与上述内桶的转动轴平行。
3.一种洗衣机，包括在箱体内以自由摇动的方式悬挂的用作盛水桶的外桶、在该外桶内以可转动方式设置的内桶、以及使此内桶转动的电动机，其特征在于在上述外桶的上部或下部设置振动传感器，该振动传感器包括由压电元件、与该压电元件结合的金属板、和覆盖该金属板的结合周边及上述压电元件的防水材料组成的压电振动板；和支撑该压电振动板的外周并将其内置的、具有可使上述金属板的可听振动声共鸣的声音共鸣空间的一端开放的圆柱壳体，且使得上述压电元件的极化方向与上述内桶的转动轴平行。
4.如权利要求1、2或3所述的洗衣机，其特征在于包括振动传感器电路，它具有可利用正压电效应发声的压电蜂鸣器驱动电路；可检测利用反压电效应产生的振动加速度的振动加速度检测电路；和自动切换这些电路的切换电路。
5.如权利要求4所述的洗衣机，其特征在于利用上述振动加速度检测电路的输出信号，控制脱水时的上述内桶的转速。
6.如权利要求4所述的洗衣机，其特征在于在外桶振动的频率低于规定值时，按照其原样检测振动加速度，在高于规定值时检测振动的振幅。
7.如权利要求5所述的洗衣机，其特征在于在脱水运转时，在上述洗衣机的内桶的转速低时，利用上述振动传感器检测对箱体的冲撞；反之，在上述内桶的转速高于规定值时，利用上述振动传感器推断由于衣物的不平衡而产生的噪音量，相应于噪音量确定上述内桶的最高转速及脱水时间，进行控制。
8.如权利要求5所述的洗衣机，其特征在于在脱水运转时，利用上述振动传感器一直对振动进行监视，相应于振动的大小控制转速。
9.如权利要求5所述的洗衣机，其特征在于在脱水运转时，利用上述振动传感器一直对振动进行监视，在检测到振幅急剧上升时将脱水转速固定在该转速或降低。
10.如权利要求1、2或3所述的洗衣机，其特征在于包括振动传感器电路，它具有可利用正压电效应发声的压电蜂鸣器驱动电路；可检测利用反压电效应产生的振动加速度及可听声的振动加速度检测电路及可听声检测电路；以及自动切换上述压电蜂鸣器驱动电路、和上述振动加速度检测电路及可听声检测电路的切换电路。
11.一种洗衣机，包括在箱体内以自由摇动的方式悬挂的用作盛水桶的外桶、在该外桶内以可转动方式设置的内桶、控制各行程的控制单元、以及驱动多个执行器的多个驱动单元，其特征在于在上述箱体内设置对可听声进行集声的集声器，该集声器包括由压电元件和与该压电元件结合的金属板组成的压电振动板、和支撑该压电振动板的外周并将其内置的壳体，设置根据上述控制单元输出到上述各驱动单元的信号控制上述集声器的集声的开始和停止的集声开始停止控制单元，利用上述集声器对上述箱体内的上述执行器发出的声音或驱动机构发出的声音进行集声，并利用该集声信号控制上述行程。
12.如权利要求11所述的洗衣机，其特征在于根据上述控制单元输出到上述各驱动单元的信号确定上述各执行器中的一个，从上述集声器集声的集声信号诊断上述确定的上述执行器的故障。
13.一种洗衣机，包括在箱体内以自由摇动的方式悬挂的用作盛水桶的外桶、在该外桶内以可转动方式设置的内桶、以及使此内桶转动的电动机，其特征在于在上述外桶上部和下部各设置一个振动传感器，该振动传感器包括由压电元件和与该压电元件结合的金属板组成的压电振动板；和支撑该压电振动板的外周并将其水密封内置的壳体，且上述压电元件的极化方向与上述外桶的径向方向一致。
14.如权利要求13中所述的洗衣机，其特征在于配置成上述振动传感器具有90度的角度。
15.如权利要求1、2或3中所述的洗衣机，其特征在于设置成相对上述外桶的径向方向，上述压电元件的极化方向具有0～90度内的某一角度。
16.一种洗衣机，包括在箱体内以自由摇动的方式悬挂的用作盛水桶的外桶、在该外桶内以可转动方式设置的内桶、以及使该内桶转动的电动机，其特征在于在此外桶上部或下部设置振动传感器，该振动传感器包括由压电元件和与该压电元件结合的金属板组成的压电振动板；和以与上述金属板的安装面成倾斜状态支撑该压电振动板的外周并将其内置的防水壳体，且上述安装面与上述外桶的径向方向平行。
全文摘要
提供一种洗衣机，利用便宜而可靠的方法检测洗衣机的振动并抑制洗衣机的振动及噪音。其方法是，在由箱体(1)内以可自由摇动的方式悬挂的用作盛水层的外桶(4)、在此外桶(4)内以可转动方式设置的内桶(5)以及使此内桶(5)转动的电动机组成的洗衣机中，把由压电元件(21)和与此压电元件结合的金属板(22)组成的压电振动板(Bz1)和支持此压电振动板(Bz1)的外周并将其内置的壳体(23)组成的振动传感器，设置于洗衣机的外桶(4)的上部或下部，且压电元件(21)的极化方向设置为与内桶(5)的转动轴平行。
文档编号G01H11/00GK1572963SQ20041006406
公开日2005年2月2日 申请日期2004年3月1日 优先权日2003年5月21日
发明者饭高良, 太田义注, 松井康博, 釜野年恭 申请人:日立家用电器公司