(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、洗濯槽の底部に配設して洗濯槽を駆動し前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路を制御する制御回路と、前記モータの回転子の位置を検出する回転子位置検出手段とを備え、前記制御回路は、前記モータ回転駆動前に前記インバータ回路を構成するパワースイッチング手段の下アームスイッチング手段を断続通電して、ブートストラップによる充電動作を行い、前記モータの回転開始時に、前記インバータ回路を構成するパワースイッチング手段の上アームスイッチング手段のみＰＷＭ制御してブートストラップによる充電動作を行い、前記回転子位置検出手段により前記モータの回転数を検知し、その検知した前記モータの回転数が所定値に達した時、前記上アームスイッチング手段と前記下アームスイッチング手段の上下交互ＰＷＭ制御に切り換えるように構成した洗濯機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路によりモータを駆動させる洗濯機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用の洗濯機は、インバータ装置によりモータの周波数を変えてモータの回転数を大幅に変えることにより、洗浄性能、あるいは脱水性能を向上させるものが提案されている。
【０００３】
従来、この種の洗濯機は、特開平１０−１５２７８号公報に示すように構成されていた。すなわち、ブラシレスモータにより撹拌体および回転槽をダイレクトドライブし、モータからの騒音を減らすために、正弦波駆動して回転性能を確保するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の構成では、モータの正弦波駆動により静騒音となる特徴があるが、制御が複雑となる問題を有していた。また、撹拌体および回転槽をダイレクトドライブした場合には回転数制御範囲を大きくとる必要があり、このとき、ブートストラップによる上アームスイッチング手段の駆動回路の電源を確保できなくなる問題があった。
【０００５】
本発明は上記従来課題を解決するもので、起動時、あるいは低速回転起動時のブートストラップによる充電不足を防いで低速回転制御を可能とし、かつ上下交互ＰＷＭ制御により静騒音化できるようにすることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路によりモータを駆動して洗濯槽を駆動し、インバータ回路を制御回路により制御する。制御回路は、モータ回転駆動前にインバータ回路を構成するパワースイッチング手段の下アームスイッチング手段を断続通電してブートストラップによる充電動作を行い、モータの回転開始時に、インバータ回路を構成するパワースイッチング手段の上アームスイッチング手段のみＰＷＭ制御してブートストラップによる充電動作を行い、モータの回転子の位置を検出する回転子位置検出手段によりモータの回転数を検知し、その検知したモータの回転数が所定値に達した時、上アームスイッチング手段と下アームスイッチング手段の上下交互ＰＷＭ制御を行うよう構成したものである。
【０００７】
これにより、起動時、あるいは低速回転起動時のブートストラップによる充電不足を防いで、低速回転制御が可能となり、かつ、上下交互ＰＷＭ制御により静騒音化できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、洗濯槽の底部に配設して洗濯槽を駆動し前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路を制御する制御回路と、前記モータの回転子の位置を検出する回転子位置検出手段とを備え、前記制御回路は、前記モータ回転駆動前に前記インバータ回路を構成するパワースイッチング手段の下アームスイッチング手段を断続通電して、ブートストラップによる充電動作を行い、前記モータの回転開始時に、前記インバータ回路を構成するパワースイッチング手段の上アームスイッチング手段のみＰＷＭ制御してブートストラップによる充電動作を行い、前記回転子位置検出手段により前記モータの回転数を検知し、その検知した前記モータの回転数が所定値に達した時、前記上アームスイッチング手段と前記下アームスイッチング手段の上下交互ＰＷＭ制御に切り換えるように構成したものであり、低速回転起動時のブートストラップ電圧を確保でき、モータの低速回転制御が可能となり、回転起動してから上下交互ＰＷＭ制御に切り換えるので、静騒音で洗濯槽、あるいは撹拌翼を駆動することができるとともに、モータの回転数を検知して上アームスイッチング手段のＰＷＭ制御から、上下アームスイッチング手段を交互にＰＷＭ制御するよう切り換えるので、ブートストラップ動作を確実にすると同時に、パワースイッチング手段のスイッチングストレスを減らすことができ、アーム切り換え時のモータ騒音を減らすことができる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（実施例１）
図１に示すように、直流電源１は、交流電源２を整流回路３により直流電圧に変換して構成し、インバータ回路４により、直流電力を交流電力に変換してモータ５に交流電力を加える。インバータ回路４は、チョークコイル４０と、入力コンデンサ４１とパワースイッチング手段４２とで構成している。
【００１１】
パワースイッチング手段４２は、トランジスタと逆並列接続したダイオードよりなるスイッチング素子を６個用いて３相ブリッジ回路を構成し、３相交流電流をモータ５に加えている。パワースイッチング手段４２は、直流電源１のプラス側に共通接続された上アームスイッチング手段４２ａと、直流電源１のマイナス側に共通接続された下アームスイッチング手段４２ｂより構成している。インバータ回路４は、制御回路６により位置検出手段７の信号に応じてパワースイッチング手段４２の導通を制御することにより３相交流電力を発生させる。
【００１２】
制御回路６は、マイクロコンピュータを制御の中枢として３相交流を発生させ、モータ５の正逆転あるいは回転数を制御する回転制御回路６０と、回転制御回路６０の出力信号によりパワースイッチング手段４２の一定周期内のオンオフデューティを制御するＰＷＭ制御回路６１と、回転制御回路６０の出力信号とＰＷＭ制御回路６１の出力信号により、パワースイッチング手段４２の上アームスイッチング手段４２ａと下アームスイッチング手段４２ｂを交互にＰＷＭ制御する交互ＰＷＭ制御回路６２と、交互ＰＷＭ制御回路６２の出力信号によりパワースイッチング手段４２を駆動する駆動回路６３と、パワースイッチング手段４２のオンオフスイッチングにより駆動回路６３の直流電源を充電するブートストラップ回路６４とで構成している。
【００１３】
駆動回路６３は、上アームスイッチング手段４２ａのＵ相、Ｖ相、Ｗ相各スイッチング素子を駆動する駆動回路６３ａ、６３ｂ、６３ｃと下アームスイッチング手段４２ｂを駆動する駆動回路６３ｄより構成され、ブートストラップ回路６４は駆動回路６３ａ、６３ｂ、６３ｃの直流電源を充電する。
【００１４】
モータ５は、図２に示すように、筐体８に吊り棒９を介して受水槽１０を設置し、受水槽１０内に洗濯槽１１を設け、洗濯槽１１の底部に配設した撹拌翼１２または洗濯槽１１を駆動するものである。通常の洗い撹拌時には撹拌翼１２を駆動し、脱水運転時には洗濯槽１１を回転駆動する。また、給水しながらすすぎを行う給水すすぎ行程では、給水しながら洗濯槽１１を低速回転させる。また、循環洗いの一手段として洗濯槽１１を回転させながら洗濯する場合も洗濯槽１１を低速回転させる。
【００１５】
モータ５は、回転子５０と固定子５１より構成し、回転子５０の固定子側表面には永久磁石５２を接着している。永久磁石５２の位置検出のために位置検知手段７をモータ５の内部に配置し、固定子５１からの磁力と永久磁石５２の磁力により回転運動が継続するように、位置検出手段７の出力信号に応じてインバータ回路４のパワースイッチング手段４２の導通を制御する。
【００１６】
撹拌翼１２を回転駆動する場合には、モータ５の軸１３は、遊星歯車による減速機構１４に接続し、減速機構１４の出力軸１５は撹拌翼１２に接続されており、モータ５の回転子５０の回転数を減速してトルクコンバータとしているので、モータ５の最大出力トルクを減らすことができ、モータ５を小型化できる。脱水運転のように、洗濯槽１１のみ回転駆動する場合には、クラッチ機構により（図示せず）減速機構１４は介さず、モータ５と洗濯槽１１が直結される。
【００１７】
このとき、洗濯槽１１が直結されており、遠心力により洗濯水を循環させて洗浄する場合、または給水すすぎする場合には、低速で回転制御する必要があり、ブートストラップ動作が不安定となり、上アームスイッチング手段４２ａの駆動回路６４の直流電源電圧不足となる課題があり、本発明は低速回転制御の課題を解決するものである。
【００１８】
図３は、交互ＰＷＭ制御回路６２の一実施例で、回転制御回路６０の出力信号Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ＳとＰＷＭ制御回路６１の出力信号ｐｗｍにより、パワースイッチング手段４２の導通制御するものである。信号Ｓは、上アームスイッチング手段４２ａ、または下アームスイッチング手段４２ｂでＰＷＭ制御するかを選択する交互ＰＷＭ選択信号で、ハイにセットすると上アームスイッチング手段４２ａがＰＷＭ制御され、ローにセットすると下アームスイッチング手段４２ｂがＰＷＭ制御される。
【００１９】
ＡＮＤゲート６２０ａは上アームスイッチング手段４２ａのパルス幅変調を行い、ＡＮＤゲート６２０ｂは下アームスイッチング手段４２ｂのパルス幅変調を行う。パルス幅変調の切り換え制御は、ＮＡＮＤゲート６２１、６２２と、反転回路６２３、６２４で行う。
【００２０】
ＮＡＮＤゲート６２１の出力信号は、論理式で表すと、（ｐｗｍ）ＯＲ（ＮＯＴ  Ｓ）なので、信号Ｓがハイならば、ＰＷＭ信号がそのまま出力される。また、信号Ｓがローならば、出力はハイとなる。同様に、ＮＡＮＤゲート６２２の出力信号は、（ｐｗｍ）ＯＲ（Ｓ）となり、信号Ｓがハイならばハイとなり、信号Ｓがローならばｐｗｍが出力される。
【００２１】
よって、信号ＳがハイならばＡＮＤゲート６２０ａの出力信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐは、Ｕ、Ｖ、Ｗがパルス幅変調されることとなる。信号Ｓがローならば、ＡＮＤゲート６２０ｂにより下アームスイッチング手段４２ｂがパルス幅変調される。信号Ｓをハイかローに切り換えることにより、上下交互ＰＷＭ制御できる。
【００２２】
図４は、駆動回路６３とブートストラップ回路６４の接続関係を示し、Ｕ相駆動スイッチング手段とＵ相駆動回路６３ａの部分的な回路構成例を示す。トランジスタ４２１ａは上アームスイッチング手段４２ａのＵ相駆動用ＩＧＢＴで、駆動回路６３ａは、電圧駆動素子のトランジスタ４２１ａをオンオフ制御する。トランジスタ４２１ｂは、下アームスイッチング手段４２ｂのＵ相駆動用ＩＧＢＴで、駆動回路６３ｄによりオンオフ制御される。
【００２３】
Ｕ相ブートストラップ回路６４ａは、１５Ｖ程度の直流電源６４０と、ダイオード６４１ａ、抵抗６４２ａ、コンデンサ６４３ａの直列接続体より構成され、コンデンサ６４３ａのマイナス電位側は、駆動回路６３ａのマイナス電位側に接続され、トランジスタ４２１ａのエミッタ端子に共通接続される。コンデンサ６４３ａのプラス端子は、駆動回路６３ａの電源プラス端子Ｖｃｃに接続される。
【００２４】
モータ５を回転駆動する直前に、トランジスタ４２１ｂをオンオフデューティ５０％で断続通電すると、トランジスタ４２１ｂのオン期間中、直流電源６４０よりダイオード６４１ａ、抵抗６４２ａを介してコンデンサ６４３ａが初期充電される。断続通電時間は、抵抗６４２ａとコンデンサ６４３ａのＣＲ時定数の４から１０倍に設定する。
【００２５】
つぎに、モータ５を回転起動させる場合には、上アームスイッチング手段４２ａをＰＷＭ制御する。ブートストラップ回路６４の充電動作は、上アームスイッチング手段４２ａのトランジスタがオフしたとき、モータ５のインダクタンスの蓄積エネルギーが、下アームスイッチング手段４２ｂのダイオードを介して回生電流として流れ、そのとき、ブートストラップコンデンサのマイナス端子はインバータ回路４のマイナスＮ端子と同電位となり、充電されることとなる。
【００２６】
よって、下アームスイッチング手段４２ｂのトランジスタがオンした場合と、上アームスイッチング手段４２ａがオンオフした時に充電されるので、ブートストラップ動作は最も確実となる。
【００２７】
モータ５が回転起動した後、所定時間経過した場合、もしくはモータ回転数が所定値に達した場合、上アームスイッチング手段４２ａと下アームスイッチング手段４２ｂの交互ＰＷＭ制御に切り換える。交互ＰＷＭ制御の場合には、部分的に充電期間が短くなり、上アームのＰＷＭによるブートストラップと比較すると充電電圧が低くなる欠点があるが、回転数が高くなると、ブートストラップコンデンサの放電時間も短くなるので、駆動回路６３の電源電圧は充分確保される。
【００２８】
図５は、本発明による交互ＰＷＭ制御のタイミングチャートを示す。Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は回転子位置検出手段７の出力信号で、Ｓは回転制御回路６０から交互ＰＷＭ制御回路６２に加えられる交互ＰＷＭ選択信号である。この場合には、上アームと下アームを交互に切り換えるために、位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のイクスクルーシブオア信号をとり、信号Ｓがハイのとき上アームがＰＷＭ制御され、ローのとき下アームがＰＷＭ制御される。
【００２９】
信号Ｕ、Ｖ、Ｗは回転制御回路６０から出力される３相回転磁界を発生させる上アーム駆動信号で、信号Ｘ、Ｙ、Ｚは下アーム駆動信号である。このタイミング波形は、回転子位置検出手段７の出力信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のビットパターンから決定される。
【００３０】
信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐ、Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎは交互ＰＷＭ制御回路６２の出力信号で、図３にて説明したように、パルス幅変調信号を駆動回路６３に出力する。パワースイッチング手段４２のトランジスタは、矩形波駆動なので１２０度通電で、デッドタイム制御は不必要であり、前半６０度はＰＷＭ制御で、後半６０度は１００％通電としている。
【００３１】
上アームまたは下アームのいずれかのトランジスタがＰＷＭ制御されており、モータ電流が制御できる。前半６０度をＰＷＭ制御し、後半６０度を１００％通電としているので、例えば、上アームＵ相トランジスタ（Ｕｐ）が後半６０度でトランジスタをオフした時、下アームＶ相トランジスタ（Ｖｎ）はＰＷＭ制御から１００％通電となり、モータ５のＵ相コイルに蓄積されたエネルギーは、下アームＵ相トランジスタの逆並列ダイオードと下アームＶ相トランジスタを介して回生電流が流れる。
【００３２】
この回生電流は、Ｕ相コイルのインダクタンスと抵抗の時定数で決まる減衰電流なので、電流変化が緩やかとなり、高調波成分が少なく、モータコイルの振動騒音が減少する特徴がある。さらに、パワースイッチング手段４２のそれぞれのトランジスタが均等にＰＷＭ制御しているので、トランジスタの損失が均等になる特徴がある。
【００３３】
このように、本実施例によれば、モータ回転起動時に上アームスイッチング手段４２ａによりＰＷＭ制御して、低速回転制御時のブートストラップ電圧低下を防ぎ、その後、上アームスイッチング手段４２ａと下アームスイッチング手段４２ｂの交互ＰＷＭ制御に切り換えることにより、モータ電流の高調波を減らして騒音低減らすことができ、さらに、上下交互ＰＷＭ制御によりトランジスタのスイッチング期間を均等にして損失を均等にできる。
【００３４】
（実施例２）
図１における制御回路６は、回転子位置検出手段７の出力信号により３相回転信号を生成する回転制御回路６０よりＰＷＭ制御回路６１にＰＷＭ制御信号を加えて電流制御を行い、回転制御回路６０の出力信号、すなわち３相回転信号と交互ＰＷＭ選択信号と、ＰＷＭ制御回路６１の出力信号を、交互ＰＷＭ制御回路６２に加え、パルス幅変調信号を生成し、駆動回路６３に加えるようにしている。
【００３５】
回転起動時、あるいは低速回転時には、上アームスイッチング手段４２ａのみパルス幅変調するように交互ＰＷＭ選択信号をハイに設定し、回転子位置検出手段７より検出した回転数が所定値以上になると、交互ＰＷＭ選択信号をハイ、ロー交互に設定して、上アームスイッチング手段４２ａと下アームスイッチング手段４２ｂの交互にパルス幅変調させる。他の構成は上記実施例１と同じである。
【００３６】
上記構成において図６を参照しながら動作を説明する。図６のフローチャートは、本発明によるモータ５のＰＷＭ制御の一実施例である。ステップ６００より、モータ制御サブルーチンが開始し、ステップ６０１にて、下アームスイッチング手段４２ｂを周期的に断続通電し、ステップ６０２にて数ｍｓｅｃまたは数１０ｍｓｅｃ休止期間を設け、ステップ６０３にてＰＷＭ初期値および初期の上アームのみのＰＷＭ制御を設定する。
【００３７】
ステップ６０４にて回転子位置検出手段７からの信号で回転子５０の位置を検出し、ステップ６０５にてロータ位置に応じたＩＧＢＴ駆動信号を演算し、モータ５を回転駆動させる。ステップ６０６は、モータ５の回転数を検出するもので、回転子位置検出手段７からのパルス信号で回転子５０の回転数を検出する。
【００３８】
ステップ６０７は、回転子５０の回転数Ｎが所定回転数Ｎｓ以上かどうか判定し、所定回転数Ｎｓ以下ならばステップ６０８に進み上アームスイッチング手段４２ａのみでＰＷＭ制御する。回転数ＮがＮｓより大きくなると、ステップ６０９に進み、上アームスイッチング手段４２ａと下アームスイッチング手段４２ｂの上下交互ＰＷＭ制御を行う。
【００３９】
ステップ６１０は、モータ５の回転数制御を行うもので、設定回転数あるいは設定電流からの偏差によりＰＷＭ値を演算してモータ５の電流を制御する。ステップ６１１にて、モータ５の運転時間が経過したかどうか判定し、運転時間が経過すればステップ６１２にてサブルーチンを終了してメインルーチンに戻り、運転時間が所定時間経過しなければ、ステップ６０４にジャンプする。
【００４０】
図７は、上アームＰＷＭ制御から交互ＰＷＭ制御に切り換わる実施例のタイミングチャートで、モータ駆動開始から、時間ｔ４までは上アームスイッチング手段４２ａのみでＰＷＭ制御し、時間ｔ４以降は交互ＰＷＭ制御に移行する。図７においては、上アームの駆動信号のパルス数をカウントする実施例で、上アーム各ＵＶＷ相通電終了後、同期して交互ＰＷＭ制御に切り換える。
【００４１】
上アームＵＶＷ相のパルスに同期して切り換えることにより、上アームＰＷＭ制御から交互ＰＷＭ制御への切り換えが滑らかとなり、パワースイッチング半導体４２のサージ電流、電圧もほとんど発生しない。
【００４２】
図７の実施例は、上アーム駆動信号のパルス数をカウントし、回転子５０の回転角度あるいは回転数をカウントした実施例である。モータ回転数が所定回転まで上昇すると、交互ＰＷＭに切り換えても、ブートストラップの充電はほぼ問題ない。さらに、充電を確実にするためには、回転周期、あるいは、ｔ４とｔ３の差の時間等が所定値より小さくなれば交互ＰＷＭに切り換える方法が良い。
【００４３】
このように本実施例によれば、モータ５の回転駆動初期には上アームのみでＰＷＭ制御するので、上アームスイッチング手段４２ａのＰＷＭ制御の断続通電によるブートストラップと、下アームスイッチング手段４２ｂの通電によるブートストラップによりブートストラップ動作が最も確実に行える。さらに、回転子５０の回転角度、あるいは回転数をカウントし、かつ、回転に同期して、上アームＰＷＭ制御から交互ＰＷＭ制御に切り換えるので、低速回転制御でのブートストラップが確実になると同時に、騒音を減らし、ＰＷＭ制御切り換え時のパワースイッチング手段４２のストレスを減らすことができる。
【００４４】
なお、上記各実施例では、永久磁石を用いたブラシレスモータの実施例を示したが、３相誘導電動機についても同様である。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、洗濯槽の底部に配設して洗濯槽を駆動し前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路を制御する制御回路と、前記モータの回転子の位置を検出する回転子位置検出手段とを備え、前記制御回路は、前記モータ回転駆動前に前記インバータ回路を構成するパワースイッチング手段の下アームスイッチング手段を断続通電して、ブートストラップによる充電動作を行い、前記モータの回転開始時に、前記インバータ回路を構成するパワースイッチング手段の上アームスイッチング手段のみＰＷＭ制御してブートストラップによる充電動作を行い、前記回転子位置検出手段により前記モータの回転数を検知し、その検知した前記モータの回転数が所定値に達した時、前記上アームスイッチング手段と前記下アームスイッチング手段の上下交互ＰＷＭ制御に切り換えるように構成したから、回転起動時のブートストラップ動作が確実となり、特に、低速回転制御の起動時におけるブートストラップの充電不足を防ぐことができ、モータの低速回転制御が可能となり、回転起動してから上下交互ＰＷＭ制御に切り換えるので、静騒音で洗濯槽、あるいは撹拌翼を駆動することができるとともに、ブートストラップ動作を確実にすると同時に、パワースイッチング手段のスイッチングストレスを減らすことができ、アーム切り換え時のモータ騒音を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例の洗濯機の制御装置のブロック回路図
【図２】  同洗濯機の制御装置を備えた洗濯機の断面図
【図３】  同洗濯機の制御装置の交互ＰＷＭ制御回路の回路図
【図４】  同洗濯機の制御装置のブートストラップ回路の回路図
【図５】  同洗濯機の制御装置の交互ＰＷＭ制御のタイミングチャート
【図６】  本発明の第２の実施例の洗濯機の制御装置のモータ制御サブルーチンのフローチャート
【図７】  同洗濯機の制御装置の上アームＰＷＭ制御から交互ＰＷＭ制御に切り換えるタイミングチャート
【符号の説明】
４  インバータ回路
５  モータ
６  制御回路
１１  洗濯槽
４２  パワースイッチング手段
４２ａ  上アームスイッチング手段
４２ｂ  下アームスイッチング手段
【図１】
0003663917.tif 000002
【図２】
0003663917.tif 000003
【図３】
0003663917.tif 000004
【図４】
0003663917.tif 000005
【図５】
0003663917.tif 000006
【図６】
0003663917.tif 000007
【図７】
0003663917.tif 000008