(57)【要約】【課題】指令モータ回転数と指令トルクとを選択してモータを駆動制御する。【解決手段】制御装置は、指令モータ回転数による回転数制御と、指令トルクによるトルク制御とを選択的に実行する。一定の回転数でのモータ駆動の場合、回転数制御は、入力された指令モータ回転数に基づいて第１トルク電流を演算し、演算された第１トルク電流に応じて駆動制御する。一定のトルクでのモータ駆動の場合、トルク制御は、入力された指令トルクに基づいて第２トルク電流を演算し、演算された第２トルク電流に応じて駆動制御する。そして、制御装置は、モータの回転に伴って発生する逆起電力を減少させるために、検出されたモータ回転数に応じた界磁電流に基づいて印加電圧を演算する【選択図】図１
2010187537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧をモータに出力するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、指令モータ回転数に基づいて印加電圧を演算する回転数制御手段と、指令トルクに基づいて印加電圧を演算するトルク制御手段とを備え、前記制御装置は、前記回転数制御手段または前記トルク制御手段によって演算されたいずれか一方の前記印加電圧に応じた印加電圧信号を前記インバータ回路に出力し、前記制御装置は、モータの回転に伴って発生する逆起電力を減少させるために、検出されたモータ回転数に応じた界磁電流に基づいて印加電圧を演算する界磁電流制御手段を備え、前記界磁電流制御手段は、前記モータ回転数に対して設定された界磁電流データを記憶したテーブルから界磁電流を読出して、印加電圧を演算することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
界磁電流を加算するときのモータ回転数の閾値が設定され、界磁電流制御手段は、前記モータ回転数が前記閾値より高いとき、テーブルから読み出した界磁電流を用いて印加電圧を演算し、前記閾値以下のとき、界磁電流は一定値として印加電圧を演算することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動制御するためのモータ駆動装置に関し、さらには、この駆動装置を用いた洗濯機、洗濯乾燥機等の電気機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期モータや同期リラクタンスモータ等の同期モータを駆動制御するためには、モータに流れるモータ電流を検出し、検出されたモータ電流に基づいてモータを制御するベクトル制御が一般的である。そのため、ベクトル制御には、モータに流れる電流を検出する電流センサがモータ駆動装置に必要となる。しかし、電流センサを設けることは、生産コストの増大や回路面積の増大を招いたり、部品故障による制御不能といった種々の問題がある。
【０００３】
そこで、電流センサを廃止し、電流センサで検出していたモータ電流の代わりに、モータの回転数からトルク電流を算出して、モータ制御を行う。例えば、特許文献１では、入力した指令トルクに基づいてモータを制御する電流センサレスベクトル制御が開示されている。入力された指令トルクによって、モータの起動を確実に行えるようにするために、起動時に必要なトルクを出力できるまでモータへの印加電圧を上昇させるように駆動制御が行われる。すなわち、モータ回転数を磁極位置信号から演算し、回転数が上がらない場合は、トルク電流を増加して回転数を上昇させる。また、回転数が上がりすぎている場合は、トルク電流を減少させて回転数を制限する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の指令トルクによる駆動制御（以下、トルク制御とする）では、モータの起動後も指令トルクに基づいてモータは駆動される。しかしながら、この駆動制御では、モータの回転数を任意に設定して、この指令モータ回転数となるようにモータを駆動制御することはできない。すなわち、一定の指令トルクを入力すると、モータにかかる負荷の慣性モーメントによって回転数が決まってしまうので、指令モータ回転数と一致させることができない。
【０００６】
ところで、モータで駆動される洗濯機等の電気機器では、洗い運転や脱水運転のように一定の回転数での運転が要求されるとともに、これらの運転前における布量検知運転や振動検知運転のようにモータの負荷状態を検出する場合には、一定のトルクでの運転が要求される。
【０００７】
しかし、上記のトルク制御では、一方の要求しか満足させることはできない。そのため、各種の運転が必要な電気機器においては、トルク制御だけでなく指令モータ回転数による駆動制御（以下、回転数制御とする）も行えるモータ駆動装置が望まれている。なお、回転数制御を行う場合、モータの起動時に十分な出力トルクが得られず、起動に失敗するおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記に鑑み、回転数制御とトルク制御とによって、モータを駆動制御できるモータ駆動装置の提供を目的とする。そして、回転数制御を行う際に、モータの起動を確実に行えるモータ駆動装置の提供も目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、印加電圧をモータに出力するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、指令モータ回転数に基づいて印加電圧を演算する回転数制御手段と、指令トルクに基づいて印加電圧を演算するトルク制御手段とを備え、前記制御装置は、前記回転数制御手段または前記トルク制御手段によって演算されたいずれか一方の前記印加電圧に基づく印加電圧信号を前記インバータ回路に出力することを特徴とする。
【００１０】
上記構成により、制御装置は、指令モータ回転数に基づきモータを駆動制御する回転数制御、あるいは、指令トルクに基づきモータを駆動制御するトルク制御のいずれかによってモータを駆動することができる。
【００１１】
ここで、回転数制御手段は、モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、検出されたロータ位置からモータの回転角度を演算する回転角度演算手段と、検出されたロータ位置からモータの回転数を演算するモータ回転数演算手段と、演算モータ回転数と目標とする指令モータ回転数から第１トルク電流を演算する第１トルク電流演算手段と、第１トルク電流から指令電圧を演算する指令電圧演算手段と、指令電圧と回転角度からモータへの印加電圧を演算する印加電圧演算手段とを有する。
【００１２】
また、トルク制御手段は、モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、検出されたロータ位置からモータの回転角度を演算する回転角度演算手段と、指令トルクから第２トルク電流を演算する第２トルク電流演算手段と、第２トルク電流から指令電圧を演算する指令電圧演算手段と、指令電圧と回転角度からモータへの印加電圧を演算する印加電圧演算手段とを有する。
【００１３】
ロータ位置検出手段は、モータの回転に伴って発生する磁極の切り替わりを検出し、磁極位置信号を回転角度演算手段およびモータ回転数演算手段に出力する。回転角度演算手段は、磁極位置信号に基づいてモータの回転角度を演算する。また、モータ回転数演算手段は、磁極位置信号に基づいてモータ回転数を演算する。
【００１４】
第１トルク電流演算手段は、演算モータ回転数と指令モータ回転数とから指令加速度を演算し、前記指令加速度を入力とするＰＩ制御を行って第１トルク電流を演算する。詳しくは、指令モータ回転数と演算モータ回転数との回転数の差から指令加速度を演算し、この指令加速度に応じて第１トルク電流を演算する。これにより、指令モータ回転数と演算モータ回転数とがほぼ一致するように第１トルク電流を演算できるので、指令モータ回転数に対してモータ回転数を追従させることができ、低速回転から高速回転までの速度制御の精度を高めることができる。
【００１５】
また、第１トルク電流演算手段は、起動時に第１トルク電流に加算トルク電流を加算する。これにより、モータ起動時のトルク電流が増加することになり、必要な起動トルクを確保でき、確実な起動を行うことができる。
【００１６】
第２トルク電流演算手段は、入力された指令トルクからトルク電流を演算する。指令電圧演算手段は、第１トルク電流あるいは第２トルク電流のいずれか一方のトルク電流に基づいて指令電圧を演算する。印加電圧演算手段は、指令電圧とモータの回転角度からモータに印加する印加電圧を演算し、印加電圧に応じた印加電圧信号をインバータ回路に出力する。
【００１７】
また、制御装置は、モータの回転に伴って発生する逆起電力を減少させるために、検出されたモータ回転数に応じた界磁電流に基づいて印加電圧を演算する界磁電流制御手段を備え、前記界磁電流制御手段は、前記モータ回転数に対して設定された界磁電流データを記憶したテーブルから界磁電流を読出して、印加電圧を演算することを特徴とする。
【００１８】
界磁電流制御手段は、モータの回転に伴って発生する逆起電力を減少させる弱め界磁電流制御を行う。これによって、モータが高速回転して逆起電力が大きくなっても、モータへの印加電圧を増加させるので、逆起電力による電力不足を補うことができ、モータの回転数を上昇させることができる。
【００１９】
詳しくは、界磁電流制御手段は、モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、ロータ位置からモータの回転数を演算するモータ回転数演算手段と、演算モータ回転数に応じた界磁電流を記憶する記憶手段と、前記界磁電流を演算する界磁電流演算手段と、前記界磁電流に基づいて印加電圧を演算する指令電圧演算手段とを備える。
【００２０】
記憶手段は、モータ回転数に応じた界磁電流データをテーブルとして記憶している。界磁電流演算手段は、演算モータ回転数に基づいて界磁電流を演算するとき、テーブルを参照して界磁電流を決定する。これにより、逐次界磁電流を演算する必要がなく、界磁電流を決定するための演算量を減らすことができ、データ処理速度が向上する。
【００２１】
ここで、界磁電流を加算するときのモータ回転数の閾値が設定され、界磁電流制御手段は、前記モータ回転数が前記閾値より高いとき、テーブルから読み出した界磁電流を用いて印加電圧を演算し、前記閾値以下のとき、界磁電流は一定値として印加電圧を演算する。すなわち、モータ回転数が閾値以下の場合は、逆起電力の影響が少ないので、界磁電流を加算する必要がない。これによって、テーブルには、閾値以下のモータ回転数に対する界磁電流データを記憶する必要がないので、メモリ容量を減らすことができる。
【００２２】
上記のように、制御装置は、回転数制御とトルク制御を行える。しかし、これらの駆動制御を同時に行うことはできない。そこで、制御装置は、いずれか一方の駆動制御を選択する選択手段を備える。一定の回転数でモータを駆動する運転を行う場合には回転数制御が選択され、一定のトルクでモータを駆動する運転を行う場合にはトルク制御が選択される。このように、２つの駆動制御が同時に行われることはない。
【００２３】
２つの駆動制御を必要とする電気機器としては、例えば、洗濯機や洗濯乾燥機があげられる。洗い運転、すすぎ運転および脱水運転では、一定の回転数でのモータ駆動が要求され、洗い運転前に行われる布量検知運転や脱水時のアンバランスを防ぐための振動検知運転では、一定のトルクでのモータ駆動が要求される。このような運転の指令が入力されると、選択手段は、指令の内容を判断して、いずれかの駆動制御を選択する。したがって、各運転に応じて適正な駆動制御を実行できることになり、洗濯機の性能向上を図れる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、回転数制御とトルク制御とを選択的に実行できるので、必要に応じて多様なモータの駆動制御を行うことができる。また、回転数制御を行う場合、起動時には、モータへの印加電圧を高めるように制御されるので、起動を確実に行うことができる。このような選択的な駆動制御を可能とすることにより、モータにより駆動される電気機器に対して広い用途まで適用範囲を広げることができる。特に、洗濯機や洗濯乾燥機に適用することにより、多様な運転に対応でき、電気機器の性能向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図
【図２】モータ回転数と界磁電流の関係を表すデータテーブルを示す図
【図３】モータ回転数の閾値を設定した場合のモータ回転数と界磁電流の関係を表すデータテーブルを示す図
【図４】指令モータ回転数あるいは指令トルクによってモータを駆動制御するときのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は本発明に係るモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図、図２はモータ回転数と界磁電流の関係を表すデータテーブルを示す図、図３はモータ回転数の閾値を設定した場合のモータ回転数と界磁電流の関係を表すデータテーブルを示す図である。
【００２７】
本発明に係るモータ駆動装置は、図１に示すように、電気機器に搭載された３相ブラシレスモータであるモータ１をインバータ回路２によるインバータ制御によって駆動制御する。インバータ回路２は、制御装置としてのマイクロコンピュータ３（以下、マイコン３とする）から印加電圧信号が供給され、この信号に基づいてモータ１に印加電圧を出力する。
【００２８】
モータ１は、極対数を１０とされる。モータ１にロータの位置を検出するロータ位置検出部４が設けられる。このロータ位置検出部４は、永久磁石のＮ極とＳ極との入れ替わりの瞬間を検出するホールセンサを有している。ホールセンサは、電気角１２０度間隔で３個配置されている。１個のホールセンサによってモータ１の機械角３６ｄｅｇの回転を検出できる。したがって、３個の各ホールセンサにより６通りの組み合わせが得られ、ロータ位置検出部４は、モータ１の回転位置を機械角６ｄｅｇ毎に検出して、磁極位置信号をマイコン３に出力する。
【００２９】
マイコン３は、電気機器に対する操作によって入力された指令モータ回転数に基づいてモータ１を駆動制御する回転数制御と、同じく入力された指令トルクに基づいてモータ１を駆動制御するトルク制御とを選択的に実行するとともに、運転中は、界磁電流に基づいてモータ１を駆動制御する界磁電流制御、すなわち、弱め界磁電流制御を実行する。これらの制御は、プログラムにしたがってソフト的に行われる。
【００３０】
ここで、回転数制御のために、モータ１のロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、検出されたロータ位置からモータ１の回転角度を演算する回転角度演算手段と、検出されたロータ位置からモータ１の回転数を演算するモータ回転数演算手段と、演算モータ回転数と目標とする指令モータ回転数から第１トルク電流を演算する第１トルク電流演算手段と、第１トルク電流から指令電圧を演算する指令電圧演算手段と、指令電圧と回転角度からモータ１への印加電圧を演算する印加電圧演算手段とを有する。
【００３１】
トルク制御のために、モータ１のロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、検出されたロータ位置からモータ１の回転角度を演算する回転角度演算手段と、モータ１への指令トルクから第２トルク電流を演算する第２トルク電流演算手段と、第２トルク電流から指令電圧を演算する指令電圧演算手段と、指令電圧と回転角度からモータ１への印加電圧を演算する印加電圧演算手段とを有する。
【００３２】
マイコン３は、回転角度演算手段である回転角度演算部５と、モータ回転数演算手段であるモータ回転数演算部６と、印加電圧演算手段である２相３相電圧変換部７および２相電圧演算部８と、第１トルク電流演算手段であるＰＩ制御部９と、界磁電流制御手段である界磁電流演算部１０および記憶部１１と、第２トルク電流演算手段であるトルク・電流変換部１２と、選択手段であるトルク電流選択部１３と、第１トルク電流演算手段である加算部１４とを備える。
【００３３】
モータ回転数演算部６は、ロータ位置検出部４から出力された磁極位置信号の検出間隔を計測し、計測された時間からモータ１の回転数を演算する。各ホールセンサの検出間隔は一定であり、磁極切り替わり位置を検出した瞬間のモータ１の回転角度を６ｄｅｇ毎に検知できる。ここで、６ｄｅｇ以外の角度を得るためには、ホールセンサの磁極位置信号の間隔を計測することにより、磁極位置信号の無い時間でのモータ回転数と回転角度を演算する。
【００３４】
例えば、同一のホールセンサにおいては、モータ１が機械角３６ｄｅｇ回転するのに経過した時間を測定することにより回転数を演算できる。３個のホールセンサなら、モータ１が機械角６ｄｅｇ回転するのに必要とした時間からもモータ回転数の演算は可能である。
【００３５】
本実施形態のマイコン３では、ホールセンサの磁極位置信号の出力変化を最小時間の管理である２μｓｅｃ毎の整数倍の時間間隔で検出する。この検出したホールセンサの信号検出間隔時間を用いてモータ回転数を演算している。
【００３６】
回転角度演算部５は、ロータ位置検出部４から入力された磁極位置信号とモータ回転数演算部６によって演算された演算モータ回転数とに基づいてモータ１の回転角度を演算する。詳しくは、モータ１に配設された３個のホールセンサの内いずれか１つが検出した磁極切り替わり位置を基準位置とし、この基準位置から、現在検出された磁極切り替わり位置までの経過時間と演算された演算モータ回転数とに基づいてモータ１の回転角度を演算する。
【００３７】
加算部１４は、マイコン３に入力された指令モータ回転数と、モータ回転数演算部６から入力された演算モータ回転数から指令加速度を演算する。ＰＩ制御部９は、指令加速度を入力するＰＩ制御を行って第１トルク電流を演算し、第１トルク電流を出力する。
【００３８】
トルク・電流変換部１２は、マイコン３に入力された指令トルクに基づいて第２トルク電流を演算し、第２トルク電流を出力する。
【００３９】
トルク電流選択部１３は、第１トルク電流と第２トルク電流とのいずれか一方のトルク電流を選択して出力する。すなわち、入力操作によって運転指令が行われたとき、その指令の内容に応じて、いずれの駆動制御を行うかが確定する。これにより、２相電圧演算部８に対して、ＰＩ制御部９からの入力が許容され、トルク・電流変換部１２からの入力が禁止されるか、あるいは、逆に、ＰＩ制御部９からの入力が禁止され、トルク・電流変換部１２からの入力が許容される。
【００４０】
界磁電流演算部１０は、モータ回転数演算部６から入力された演算モータ回転数に応じた界磁電流を決定し、２相電圧演算部８に出力する。ここで、界磁電流は、記憶部１１に記憶されており、界磁電流演算部１０は、記憶部１１のデータを参照して、界磁電流を決定する。
【００４１】
記憶部１１は、図２に示すように、界磁電流をテーブルとして記憶している。このテーブルには、モータ回転数に対して予め決められた界磁電流データが設定されている。
【００４２】
２相電圧演算部８は、トルク電流選択部１３を通じて入力されたトルク電流と界磁電流演算部１０から入力された界磁電流とに基づいて指令電圧を演算する。
【００４３】
２相３相電圧変換部７は、回転角度演算部５から入力されたモータ１の回転角度に基づいて、２相電圧演算部８から入力された指令電圧を３相出力電圧に変換してインバータ回路２に出力する。
【００４４】
次に、回転数制御について説明する。モータ１を駆動するための電圧には、次のような関係式がある。３相モータ１の電圧をｄｑ軸からなる２相電圧に変換したときのｄ軸の電圧をＶｄ、ｑ軸の電圧をＶｑとする。
Ｖｄ＝（Ｒ×Ｉｄ）−（ω×Ｌｑ×Ｉｑ）  （１）
Ｖｑ＝（ω×Ｌｄ×Ｉｄ）＋（Ｒ×Ｉｑ）＋（ω×Φ）  （２）
【００４５】
なお、Ｉｄはモータ１の電流をｄｑ軸からなる２相電圧に変換した際の界磁電流、Ｉｑはモータ１の電流をｄｑ軸からなる２相電圧に変換した際のトルク電流、ＬｑおよびＬｄはモータ１のインダクタンス、Ｒはモータ１の巻線抵抗、ωはモータ１の角速度、Φはモータ１の永久磁石による鎖交磁束数を示す。
【００４６】
ここで、（１）式、（２）式において、Ｌｑ、Ｌｄ、Ｒ、Φといったモータ定数は、モータ１自体の固有値であるため、変更することができない。また、角速度ωは、ホールセンサからの磁極位置信号に基づいて演算した演算モータ回転数を流用する。しかし、演算モータ回転数は、モータ１に電圧を印加して回転させた結果であるため、任意に設定することができない。したがって、指令電圧であるｄ軸の電圧Ｖｄとｑ軸の電圧Ｖｑは、界磁電流指令Ｉｄとトルク電流Ｉｑで制御される。
【００４７】
また、モータ１の出力トルクＴとモータ電流との関係は、
Ｔ＝Ｐ×｛（Φ×Ｉｑ）＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ×Ｉｑ｝  （３）
となる。Ｐは極対数である。
【００４８】
ここで、モータ１が起動する時には、界磁電流がＩｄ＝０となるので、この値を（３）式に代入すると、
Ｔ＝Ｐ×Φ×Ｉｑ  （４）
となる。すなわち、モータ１を起動するとき、モータ１の出力トルクＴは、トルク電流Ｉｑのみで決定することができる。また、出力トルクＴとモータ回転数ｒとの関係は、
Ｔ−Ｔｒ＝Ｊ×（ｄｒ／ｄｔ）  （５）
となる。なお、Ｔｒは負荷トルク、Ｊは慣性モーメント、ｄｒ／ｄｔはモータ１の加速  度を示す。
【００４９】
したがって、トルク電流Ｉｑは、（４）式、（５）式より、
Ｉｑ＝｛Ｊ×（ｄｒ／ｄｔ）＋Ｔｒ｝／（Ｐ×Φ）  （６）
となる。ここで、（６）式において、モータ定数、負荷トルクＴｒ、慣性モーメントＪは、モータ１の構造に起因するので、任意に設定することができない。すなわち、トルク電流Ｉｑは、モータ１の加速度ｄｒ／ｄｔによって制御される。
【００５０】
そこで、トルク電流Ｉｑを求めるための加速度を指令加速度Δｒとする。この指令加速度Δｒは、指令モータ回転数ｒ＊と演算モータ回転数ｒとの差を時間（速度演算時間ｔ）で除した微分値であるので、
Δｒ＝（ｒ＊−ｒ）／ｔ  （７）
となる。したがって、（７）式から得られる指令加速度Δｒを入力とするＰＩ制御は、（８）式にしたがって演算を行う。
Ｉｑ＝（Ｋｐ×Δｒ）＋（Ｋｉ×∫Δｒｄｔ）  （８）
【００５１】
なお、ＫｐはＰゲイン、ＫｉはＩゲインである。このとき、ＰＩ制御部９は、モータ回転数の変動幅を抑えるようにトルク電流Ｉｑの演算を行い、その結果を２相電圧演算部８に出力する。これにより、指令モータ回転数ｒ＊に基づいてモータ１の回転数制御を行うことができ、モータ１の回転数を指令モータ回転数と一致させることができる。
【００５２】
ところで、回転数制御によってモータ１を起動させる場合、大きな出力トルクＴが必要となる。しかし、起動時は、指令モータ回転数ｒ＊が低いため、大きな出力トルクＴを発生するだけのトルク電流Ｉｑを生成することができない。大きな出力トルクＴを発生させるためには、演算モータ回転数ｒと指令モータ回転数ｒ＊とに差ができるまでの時間が必要となる。
【００５３】
そこで、ＰＩ制御部９では、（９）式に示すように、トルク電流Ｉｑに初期値Ｉｑｏ（以下、加算トルク電流Ｉｑｏ）を加算して、出力する。
Ｉｑ＝（Ｋｐ×Δｒ）＋（Ｋｉ×∫Δｒｄｔ）＋Ｉｑｏ  （９）
【００５４】
これにより、起動時には、トルク電流Ｉｑが増加して、出力トルクＴが大きくなり、起動できるだけの出力トルクＴを発生することができる。そのため、確実にモータ１を起動でき、モータ１の立ち上がり時間を短くすることができる。
【００５５】
そして、モータ１の起動後、ＰＩ制御のＩ成分である（Ｋｉ×∫Δｒｄｔ）項の成分が時間の経過とともに大きくなってくるので、このＩ成分により、加算トルク電流Ｉｑｏの成分は打ち消される。したがって、この加算トルク電流Ｉｑｏは、起動後の回転数制御には影響を及ぼすことがない。
【００５６】
次に、トルク制御による駆動制御する場合、マイコン３に指令トルクが入力されると、トルク・電流変換部１２では、指令トルクＴ＊に基づいて第２トルク電流Ｉｑを演算する。このとき、（４）式を利用する。
Ｔ＊＝Ｐ×Φ×Ｉｑ  （１０）
【００５７】
この（１０）式により、第２トルク電流Ｉｑが演算され、２相電圧演算部８に出力される。
【００５８】
以上のように入力された指令モータ回転数ｒ＊、あるいは、指令トルクＴ＊に応じてトルク電流Ｉｑが決定される。ところで、回転数制御とトルク制御とは同時に行えない。そこで、図４に示すように、マイコン３は、どちらの駆動制御を実行するかを判断する（Ｓ１）。
【００５９】
指令モータ回転数が入力されると、加算部１４において、（７）式に基づいて指令モータ回転数ｒ＊と演算モータ回転数ｒとから指令加速度Δｒが演算され、ＰＩ制御部９に入力される（Ｓ２）。ＰＩ制御部９では、指令加速度Δｒに基づいて、（８）式より第１トルク電流Ｉｑを演算し、２相電圧演算部８に出力する（Ｓ３）。このとき、モータ１を起動させるために大きなトルクが必要となる場合は、一定の加算トルク電流Ｉｑｏを加算する。
【００６０】
また、界磁電流演算部１０により、モータ回転数演算部６からの演算モータ回転数ｒに応じた界磁電流Ｉｄが決められる。このとき、記憶部１１のデータテーブルから演算モータ回転数ｒに対応した界磁電流データを読出し、界磁電流Ｉｄとする（Ｓ６）。
【００６１】
ところで、モータ１が低速回転のとき、回転に伴って発生する逆起電力は小さいので、弱め界磁制御によって加算する界磁電流はＩｄ＝０とする（Ｓ７）。また、モータ１が高速回転のとき、逆起電力は大きいので、界磁電流Ｉｄには界磁を弱める方向の値を印加することで、逆起電力を減少させる。このように、界磁電流演算部１０において、演算モータ回転数ｒに基づきデータテーブルの界磁電流データを参照し、界磁電流Ｉｄが決定される。
【００６２】
ここで、図２に示すように、テーブルには、演算モータ回転数ｒが低く、界磁電流Ｉｄを必要としない回転領域が存在する。すなわち、界磁電流がＩｄ＝０となる領域がテーブルに含まれることになる。そこで、界磁電流Ｉｄを加算するときの演算モータ回転数ｒに閾値を設定する。界磁電流演算部１０は、演算モータ回転数ｒが閾値よりも高いときは、テーブルから界磁電流データを読出して、界磁電流Ｉｄを決定し、閾値以下のときは、界磁電流を一定値、例えば、Ｉｄ＝０として印加する。そのため、テーブルは、図３に示すように、閾値を４００ｒｐｍとしたとき、閾値より高いときの界磁電流データのみを記憶しておく。これによって、不揮発性メモリからなる記憶部１１における保存量を低減できる。
【００６３】
このようなテーブルを利用する場合、界磁電流演算部１０では、演算モータ回転数ｒと閾値とを比較し（Ｓ５）、閾値以下のときは、テーブルを参照することなく界磁電流をＩｄ＝０とする（Ｓ７）。したがって、界磁電流Ｉｄを決定するためのマイコン３の負荷を減らすことができ、処理時間の短縮となる。
【００６４】
上記のように、界磁電流Ｉｄが決定されると、２相電圧演算部８に入力される。２相電圧演算部８では、第１トルク電流Ｉｑと界磁電流Ｉｄとに基づいて、ｄ軸の電圧Ｖｄとｑ軸の電圧Ｖｑが演算され、２相３相電圧変換部７に出力される（Ｓ８）。
【００６５】
２相３相電圧変換部７では、ｄ軸の電圧Ｖｄとｑ軸の電圧Ｖｑを回転角度に基づいて３相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する（Ｓ９）。３相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、インバータ回路２に出力される。インバータ回路２は、３相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて３相電圧信号Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を生成（Ｓ１０）し、これらの信号に基づいて発生した印加電圧をモータ１に出力する。
【００６６】
また、指令トルクＴ＊が入力された場合、トルク・電流変換部１２では、指令トルクＴ＊に基づいて第２トルク電流Ｉｑを演算し、２相電圧演算部８に出力する（Ｓ４）。このとき、モータ１を回転起動させるために、大きなトルクが必要となる場合は、加算トルク電流Ｉｑｏを加算する。その後は、同様に弱め界磁電流制御を行って、モータ１を駆動制御する。
【００６７】
次に、本実施形態のモータ駆動装置を洗濯機に適用する。洗濯機は、洗濯槽に直接モータ１を取付けたダイレクトドライブ方式とされ、モータ１の回転数が直接洗濯槽の回転数となる。洗濯機は、低速で洗濯槽を回転させて洗濯物の洗濯を行う洗い運転やすすぎ運転と、高速で洗濯槽を回転させて脱水を行う脱水運転と、洗濯槽に入っている洗濯物の布量の検知を行う布量検知運転と、洗濯機自体の振動の検知を行う振動検知運転とを行う。
【００６８】
洗い運転やすすぎ運転では、汚れをよく落とすことが求められる。そのためには、洗濯槽が設定された回転数通りに回転することが重要であり、低速かつ高トルクの回転動作が必要となる。脱水運転では、洗濯物を早く乾かすために、水分を遠心分離により減らすことが要求される。そのため、洗濯槽の高速回転が必要となる。すなわち、洗い運転や脱水運転においては、回転数制御を行うことが適している。
【００６９】
布量検知運転や振動検知運転では、一定トルクで洗濯槽を回転させて、洗濯槽の回転数の変化を知る必要がある。そこで、布量検知運転や振動検知運転においては、トルク制御を行うことが適している。
【００７０】
洗濯機の操作パネルには、洗いスイッチ、すすぎスイッチ、脱水スイッチ、コーススイッチ、水量スイッチ等が設けられている。各スイッチを操作することにより、洗濯機のメインマイコンが、モータ駆動装置のマイコン３に指令を出して、夫々の運転が行われる。なお、コーススイッチの操作により、洗い、すすぎ、脱水の一連の運転が自動的に行われる。水量スイッチの操作により、洗濯物の布量を検出して、布量に応じて給水量が決められ、給水が行われる。
【００７１】
洗濯機の運転を行うとき、洗い運転の前に、布量検知運転が行われる。メインマイコンが、洗いスイッチからの入力を受けると、メインマイコンからの指令により、マイコン３は、モータ１を一定トルクで回転させるようにトルク制御を開始する。このときのメインマイコンから入力された指令トルクは、予め設定されており、マイコン３は、指令トルクに基づいてモータ１を駆動する。そして、洗濯槽の回転数から布量が検出される。続いて、布量に応じた給水が行われ、洗い運転が開始される。
【００７２】
メインマイコンは、マイコン３に指令モータ回転数を出力し、マイコン３は、指令モータ回転数による回転数制御を行う。このときの指令モータ回転数は、布量に応じて予め設定されている。なお、マニュアル操作によって洗い運転を行う時は、標準、ソフト、毛布といったように洗い運転の強さを選択できるようになっている。この場合には、選択された強さに応じて設定されている指令モータ回転数がマイコン３に入力される。
【００７３】
洗い運転を開始して、モータ１を起動するときには、上記と同様に、加算トルク電流が加算される。そして、指令モータ回転数に達して運転が続行しているとき、モータ１の回転は低速であるので、指令モータ回転数は、界磁電流を印加する閾値よりも低い。そのため、トルク電流に界磁電流は加算されない。すすぎ運転も、洗い運転と同様に、駆動制御される。
【００７４】
次に、脱水運転を行うとき、運転開始前に振動検知運転が行われる。この運転では、トルク制御が行われる。振動検知運転によって、洗濯物の片寄りによる洗濯槽のアンバランスを検出すると、注水によって片寄りを解消してから脱水運転が開始される。
【００７５】
脱水運転では、メインマイコンから予め設定された指令モータ回転数がマイコン３に入力され、マイコン３は、この指令モータ回転数に基づいてモータ１を駆動制御する。脱水運転は、高速回転で行われるので、マイコン３は、弱め界磁電流制御を行う。
【００７６】
これにより、洗濯機は、電流センサを使用せずに使用者が意図した回転数で洗濯槽を回転させることができる。また、指令トルクによってモータ１の回転数を制御するので、回転数の変化を容易に検出することができ、布量検知の精度が向上し、洗剤量を正確に決定できる。この結果、洗い性能の良い洗濯機を提供することができる。
【００７７】
また、トルク制御によってモータ１の回転がスムーズに行われるので、洗濯機本体の振動が低減する。この結果、本体転倒を防止でき、騒音を低減することができる。また、振動の低減により、危険回避のために脱水動作を中断する回数が少なくなり、時間短縮、電気代節約、さらには、洗い開始時に予測される洗濯動作終了時間と実際の動作時間の差が少なくなり、利用者への終了通知が正確になる。
【００７８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。
【００７９】
例えば、モータの起動時に、指令トルクに基づいて駆動制御し、その後、指令モータ回転数による回転数制御に切替える。これによって、起動から高速回転までの動作をスムーズに行うことができる。したがって、電気自動車やハイブリット自動車といったモータ駆動される電気機器に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  同期モータ
２  インバータ回路
３  マイコン
４  ロータ位置検出部
５  回転角度演算部
６  モータ回転数演算部
７  ２相３相電圧変換部
８  ２相電圧演算部
９  ＰＩ制御部
１０  界磁電流演算部
１１  記憶部
１２  トルク・電流変換部
１３  トルク電流選択部
１４  加算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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