(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータに交流の電力を供給して該ブラシレスモータを正逆に回転駆動するインバータと、該ブラシレスモータの回転角度と一定の位相関係を有する矩形波からなる位置信号を出力する位置センサーと、該位置センサーから得られる位置信号に基づいて前記インバータを制御するＰＷＭ制御回路とを具えたブラシレスモータの制御装置において、前記ＰＷＭ制御回路は、
前記位置信号に基づいてブラシレスモータの回転速度を検出する速度検出手段と、
前記検出された回転速度に基づいて、ブラシレスモータの回転速度を制御する速度制御手段と、
前記位置信号に基づいて電圧指令信号を生成する演算処理手段と、
前記生成された電圧指令信号に基づいてＰＷＭ信号を作成し、該ＰＷＭ信号をインバータに供給するＰＷＭ信号作成手段
とを具え、前記演算処理手段は、
正弦波状に変化する電圧指令信号を生成する正弦波駆動モードと矩形波状に変化する電圧指令信号を生成する矩形波駆動モードとの間で切換え設定が可能な電圧指令生成手段と、
前記速度制御手段の動作によりブラシレスモータの回転速度を上昇させる過程で、前記検出された回転速度が第１の閾値を上回ったときに前記電圧指令生成手段を矩形波駆動モードから正弦波駆動モードに切り換えると共に、前記速度制御手段の動作によりブラシレスモータの回転速度を低下させる過程で、前記検出された回転速度が第２の閾値を下回ったときに前記電圧指令生成手段を正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えるモード切換え制御手段
とを具え、前記第２の閾値は、前記電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り替わるべき回転速度よりも大きく、前記第１の閾値よりも大きな値に設定されていることを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
【請求項２】
前記演算処理手段の電圧指令生成手段は、
矩形波駆動モードでは、前記位置信号の位相に基づいて、矩形波状に変化する回転角度を導出する一方、正弦波駆動モードでは、前記位置信号の位相に基づいて回転角度を導出すると共に、導出された回転角度に対して正弦波に基づく補間を施して、正弦波状に変化する回転角度を導出する回転角度導出手段と、
ブラシレスモータの回転角度を変数として電圧指令信号の変化を表わす正弦波関数、若しくはブラシレスモータの回転角度と電圧指令信号の関係を表わすテーブルに基づき、前記導出された回転角度から電圧指令信号を生成する信号演算手段
とを具えている請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記電圧指令生成手段の信号演算手段には、ブラシレスモータの回転角度及び電圧振幅指令値を変数とする正弦波関数が規定されており、前記速度制御手段は、前記検出された回転速度と目標回転速度との偏差に基づいて電圧振幅指令値を導出する請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
ブラシレスモータに交流の電力を供給して該ブラシレスモータを正逆に回転駆動するインバータと、該ブラシレスモータの回転角度と一定の位相関係を有する矩形波からなる位置信号を出力する位置センサーと、該位置センサーから得られる位置信号に基づいて前記インバータを制御するＰＷＭ制御回路とを具えたブラシレスモータの制御装置において、前記ＰＷＭ制御回路は、
前記位置信号に基づいてブラシレスモータの回転速度を検出する速度検出手段と、
前記検出された回転速度に基づいて電圧振幅指令値を導出する速度制御手段と、
前記位置信号及び前記導出された電圧振幅指令値に基づいて電圧指令信号を生成する演算処理手段と、
前記生成された電圧指令信号に基づいてＰＷＭ信号を作成し、該ＰＷＭ信号をインバータに供給するＰＷＭ信号作成手段
とを具え、前記演算処理手段は、
正弦波状に変化する電圧指令信号を生成する正弦波駆動モードと矩形波状に変化する電圧指令信号を生成する矩形波駆動モードとの間で切換え設定が可能な電圧指令生成手段と、
前記速度制御手段の動作によりブラシレスモータの回転速度を上昇させる過程で、前記導出された電圧振幅指令値が第１の閾値を上回ったときに前記電圧指令生成手段を矩形波駆動モードから正弦波駆動モードに切り換えると共に、前記速度制御手段の動作によりブラシレスモータの回転速度を低下させる過程で、前記導出された電圧振幅指令値が第２の閾値を下回ったときに前記電圧指令生成手段を正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えるモード切換え制御手段
とを具え、前記第２の閾値は、前記電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り替わるべき電圧振幅指令値よりも大きく、前記第１の閾値よりも大きな値に設定されていることを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータを正逆に回転駆動するインバータを、ホール素子等の位置センサーからの位置信号に基づいてＰＷＭ制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の洗濯機においては、パルスエータ駆動用のモータとしてブラシレスモータが採用されている。
図６は、従来の洗濯機に搭載されているブラシレスモータ制御装置の構成例を表わしている。商用電源(４)からの交流電力が、整流回路(５)によって一旦、直流電力に変換された後、インバータ(６)によって交流電力に変換され、該交流電力がブラシレスモータ(２)に供給されて、モータの駆動が行なわれる。
ブラシレスモータ(２)には、その回転軸を中心とする円周上に、ホール素子からなる位置センサー(３)が１２０度の位相差で３箇所に配備されており、これら３つの位置センサー(３)(３)(３)から得られる３つの位置信号(Ｈｕ，Ｈｖ、Ｈｗ)がインバータ制御回路(７)に供給され、該インバータ制御回路(７)によってインバータ(６)が制御されている。
【０００３】
ブラシレスモータの駆動方式としては、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線の内、２相の巻線に順次通電を行なう所謂１２０度通電方式と、正弦波状の電圧指令信号を用いたＰＷＭ制御によりＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線の３相の巻線に同時に通電を行なう所謂正弦波駆動方式が知られている。
【０００４】
上記インバータ制御回路(７)は、１２０度通電方式によりモータを駆動する１２０度通電モードと正弦波駆動方式によりモータを駆動する正弦波駆動モードとの間で切換え設定が可能であって、図７は、該インバータ制御回路(７)の具体的な構成を表わしている。
該インバータ制御回路(７)は、１２０度通電用回転数制御回路(71)と正弦波駆動用回転数制御回路(72)とを具えており、これらの回路(71)(72)には、前記３つの位置センサーから得られる位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)に基づいてモータの回転数を検出する回転数検出回路(79)が接続されている。
又、１２０度通電用回転数制御回路(71)及び正弦波駆動用回転数制御回路(72)には、マイクロコンピュータから目標回転数信号が供給され、これらの回路(71)(72)は、該目標回転数信号と前記回転数検出回路(79)から供給される回転数検出信号とに基づいて後述のスイッチング信号の生成に必要な信号を作成する。
【０００５】
又、１２０度通電用回転数制御回路(71)及び正弦波駆動用回転数制御回路(72)には夫々、１２０度通電用スイッチング信号生成回路(73)及び正弦波駆動用スイッチング信号生成回路(74)が直列に接続されている。
１２０度通電用スイッチング信号生成回路(73)には、前記３つの位置センサーから得られる位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)に基づいて所定の通電パターンを生成する通電パターン生成回路(75)が接続されており、該スイッチング信号生成回路(73)は、前記１２０度通電用回転数制御回路(71)から供給される信号と通電パターン生成回路(75)から供給される通電パターン信号に基づいて、インバータに対するスイッチング信号ＳＷを生成する。
【０００６】
一方、正弦波駆動用スイッチング信号生成回路(74)には、前記３つの位置センサーから得られる位置信号(Ｈｕ，Ｈｖ、Ｈｗ)に基づいてブラシレスモータの回転子の回転位置を演算する位置演算回路(78)が接続されており、該スイッチング信号生成回路(74)は、前記正弦波駆動用回転数制御回路(72)から供給される信号と前記位置演算回路(78)から供給される位置演算信号とに基づいて、インバータに対するスイッチング信号ＳＷを生成する。
【０００７】
又、上記インバータ制御回路(７)は、後述のブレーキモードの設定が可能であって、ブレーキ制御回路(70)を具えている。
前記両スイッチング信号生成回路(73)(74)及びブレーキ制御回路(70)は、１つのスイッチ(77)を介して前記インバータに接続されている。スイッチ(77)は、１２０度通電用スイッチング信号生成回路(73)がインバータに接続された第１状態と、正弦波駆動用スイッチング信号生成回路(74)がインバータに接続された第２状態と、ブレーキ制御回路(70)がインバータに接続された第３状態との間で切換えが可能であって、該スイッチ(77)には、前記３つの位置センサーから得られる位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)に基づいて該スイッチ(77)の切換えを制御する切換え制御回路(76)が接続されている。
【０００８】
モータの低速回転時には、前記スイッチ(77)は１２０度通電用スイッチング信号生成回路(73)がインバータに接続された第１状態に切り換えられて、インバータ制御回路(７)が１２０度通電モードに設定される。これによって、１２０度通電用スイッチング信号生成回路(73)にて生成されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチング信号ＳＷがインバータに供給されて、ブラシレスモータが１２０度通電方式により駆動されることになる。
一方、モータの高速回転時には、前記スイッチ(77)は正弦波駆動用ＳＷ信号生成回路(74)がインバータに接続された第２状態に切り換えられて、インバータ制御回路(７)が正弦波駆動モードに設定される。これによって、正弦波駆動用ＳＷ信号生成回路(74)にて生成されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチング信号ＳＷがインバータに供給されて、ブラシレスモータが正弦波駆動方式により駆動されることになる。
上述の如く、モータの低速回転時には１２０度通電方式によりモータを制御する理由は、仮に低速回転時に正弦波駆動方式によりモータを制御した場合、３つの位置センサーから得られる位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)の切り替わりの周期が長く、かかる位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)に基づいて作成された正弦波状の電圧指令信号には大きな誤差が含まれることとなって、制御精度が低下するためである。
又、モータを減速する際には、前記スイッチ(77)はブレーキ制御回路(70)がインバータに接続された第３状態に切り換えられて、インバータ制御回路(７)がブレーキモードに設定される。これによって、ブレーキ用スイッチング信号がインバータに供給され、ブラシレスモータの端子を短絡させることによるブレーキと該端子を開放することによる惰性回転とを組み合わせて、ブラシレスモータの回転に所定の強さのブレーキがかけられる。
【０００９】
ところで、洗濯機の洗い動作時においては、ブラシレスモータは正逆に繰り返し回転駆動される。
図８は、洗い動作時におけるブラシレスモータの回転速度の変化とインバータ制御回路(７)のモード変化を表わしている。
洗い動作時においては、先ず、インバータ制御回路(７)は１２０度通電モードに設定され、ブラシレスモータの正転駆動が開始されて、ブラシレスモータは加速される。この過程で該モータの回転速度が所定の閾値に達すると、その時点でインバータ制御回路(７)は正弦波駆動モードに切り換えられ、ブラシレスモータは更に加速された後、所定の回転速度で回転駆動される。所定速度での回転駆動が開始されてから一定時間が経過すると、その時点でインバータ制御回路(７)はブレーキモードに切り換えられ、ブラシレスモータは減速される。
ブラシレスモータの回転が停止すると、インバータ制御回路(７)は１２０度通電モードに切り換えられ、ブラシレスモータの逆転駆動が開始されて、ブラシレスモータは加速される。ここで、ブラシレスモータの回転が停止した後に逆転駆動を開始する理由は、ブレーキモードから１２０度通電モードへの切換えをスムーズに行なうためである。
その後、ブラシレスモータの回転速度が所定の閾値に達した時点で、インバータ制御回路(７)は正弦波駆動モードに切り換えられ、ブラシレスモータは更に加速された後、所定の回転速度で回転駆動される。所定速度での回転駆動が開始されてから一定時間が経過すると、その時点でインバータ制御回路(７)はブレーキモードに切り換えられ、ブラシレスモータは減速される。
【００１０】
この様に、ブラシレスモータを加速する際には、該モータの回転速度を制御してブラシレスモータを加速し、ブラシレスモータを加速する過程でインバータ制御回路(７)を１２０度通電モードから正弦波駆動モードに切り換える。
一方、ブラシレスモータを減速する際には、インバータ制御回路(７)を正弦波駆動モードからブレーキモードに設定してブラシレスモータを減速する。ここで、ブラシレスモータの回転速度を制御して、ブラシレスモータの回転速度が所定の閾値以下となった時点でインバータ制御回路を正弦波駆動モードから１２０度通電モードに切り換える構成を採用することが考えられるが、かかる構成が採用されていない理由は、正弦波駆動モードと１２０度通電モードとで回路系統を切り換える必要があるため、制御の切換えをスムーズに行なうことが出来ないからである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の洗濯機においては、上述の如くブラシレスモータの端子を短絡させることによるブレーキと該端子を開放することによる惰性回転とを組み合わせてブラシレスモータを減速するため、ブラシレスモータの減速を開始してからブラシレスモータの回転速度がゼロになるまでの時間が負荷重量によってばらつき、一定の周期でブラシレスモータの回転を正逆に切り換えることが出来ない問題があった。
そこで、本発明の目的は、負荷重量に拘わらず一定の周期でブラシレスモータを正逆に切り換えることが出来るモータ制御装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る第１のブラシレスモータの制御装置は、ブラシレスモータに交流の電力を供給して該ブラシレスモータを正逆に回転駆動するインバータと、該ブラシレスモータの回転角度と一定の位相関係を有する矩形波からなる位置信号を出力する位置センサーと、該位置センサーから得られる位置信号に基づいて前記インバータを制御するＰＷＭ制御回路とを具えており、前記ＰＷＭ制御回路は、
前記位置信号に基づいてブラシレスモータの回転速度を検出する速度検出手段と、
前記検出された回転速度に基づいて、ブラシレスモータの回転速度を制御する速度制御手段と、
前記位置信号に基づいて電圧指令信号を生成する演算処理手段と、
前記生成された電圧指令信号に基づいてＰＷＭ信号を作成し、該ＰＷＭ信号をインバータに供給するＰＷＭ信号作成手段
とを具えている。ここで、前記演算処理手段は、
正弦波状に変化する電圧指令信号を生成する正弦波駆動モードと矩形波状に変化する電圧指令信号を生成する矩形波駆動モードとの間で切換え設定が可能な電圧指令生成手段と、
前記速度制御手段の動作によりブラシレスモータの回転速度を上昇させる過程で、前記検出された回転速度が第１の閾値を上回ったときに前記電圧指令生成手段を矩形波駆動モードから正弦波駆動モードに切り換えると共に、前記速度制御手段の動作によりブラシレスモータの回転速度を低下させる過程で、前記検出された回転速度が第２の閾値を下回ったときに前記電圧指令生成手段を正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えるモード切換え制御手段
とを具え、前記第２の閾値は、前記電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り替わるべき回転速度よりも大きく、前記第１の閾値よりも大きな値に設定されている。
【００１３】
上記本発明に係る第１のモータ制御装置においては、速度制御手段によりブラシレスモータの回転速度が制御されることによって、ブラシレスモータが正逆に回転駆動される。
そして本発明の制御装置においては、モード切換え制御手段によって、ブラシレスモータの回転速度が上昇する過程で電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えられると共に、ブラシレスモータの回転速度が低下する過程で電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えられる。
この様にして、ブラシレスモータの回転速度が高いときには、電圧指令生成手段は、正弦波駆動モードに設定されて、位置信号に基づき正弦波状の電圧指令信号を作成する。これに対し、ブラシレスモータの回転速度が低いときには、電圧指令生成手段は、矩形波駆動モードに設定されて、位置信号に基づき矩形波状の電圧指令信号を作成する。従って、正弦波駆動モードと矩形波駆動モードの間の切り替わり過程において、電圧指令生成手段の動作に変化はない。
又、この様にして作成された電圧指令信号には、電圧指令生成手段が正弦波駆動モードに設定されているか矩形波駆動モードに設定されているかに拘わらず、ＰＷＭ信号作成手段による共通の信号処理が施されて、ＰＷＭ信号が作成され、インバータに供給される。従って、電圧指令生成手段が正弦波駆動モードと矩形波駆動モードとの間で切り替わる過程において、信号処理手段の動作に変化はない。
この結果、正弦波駆動モードと矩形波駆動モードとの間で制御の切換えがスムーズに行なわれる。
【００１４】
尚、ブラシレスモータの回転速度が低いときには、位置信号の切り替わりの周期が長いため、仮に回転速度が低いときに電圧指令生成手段を正弦波駆動モードに設定して正弦波状の電圧指令信号を作成した場合、該電圧指令信号の変化には大きな誤差を伴うこととなって、制御精度は低いものとなる。これに対し、本発明においては、ブラシレスモータの回転速度が低いときには、電圧指令生成手段を矩形波駆動モードに設定して、位置信号に基づいて矩形波状の電圧指令信号を作成するので、上述の電圧指令信号の変化の誤差に伴う制御精度の低下はない。一方、ブラシレスモータの回転速度が高いときには、位置信号の切り替わりの周期が短いため、電圧指令生成手段を正弦波駆動モードに設定して作成した正弦波状の電圧指令信号には高い精度が得られ、ひいては高い制御精度が実現される。
【００１５】
本発明に係るモータ制御装置においては、速度制御手段の動作によりブラシレスモータの回転速度を低下させるので、負荷重量に拘わらず常に、ブラシレスモータの減速を開始してからブラシレスモータの回転速度がゼロになるまでの時間を一定に設定することが可能であり、これによって、負荷重量に拘わらず一定の周期でブラシレスモータを正逆に切り換えることが出来る。
【００１７】
又、モータの回転速度が低下する過程で電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えられると共に、モータの回転速度が上昇する過程で電圧指令生成手段が矩形波駆動モードから正弦波駆動モードに切り換えられ、モータは電圧指令生成手段が矩形波駆動モードに設定された状態で正転と逆転の間で切り換えられる。
この様に、ブラシレスモータが正転と逆転の間で切り換えられる際、電圧指令生成手段のモードに変化がないので、その切換えはスムーズに行なわれる。
【００２１】
又、第２の閾値が、電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り替わるべき回転速度よりも大きく、前記第１の閾値よりも大きな値に設定される理由は次の通りである。
例えば、複数の位置信号の相互のエッジの時間間隔に基づいてブラシレスモータの回転速度を検出する場合、特にブラシレスモータの回転速度が低いときには、前記エッジの時間間隔が長くなって２つのエッジが出揃うまでに長い時間がかかるため、回転速度の検出に長い時間がかかり、検出された回転速度とその時点での実際の回転速度との間に大きな差が生じることになる。
ブラシレスモータの回転速度が低下する過程で検出される回転速度は、実際の回転速度よりも大きな値となる。従って、第２の閾値を下回る回転速度で電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えられることになる。仮にブラシレスモータの回転速度が低いときに電圧指令生成手段を正弦波駆動モードに設定して正弦波状の電圧指令信号を作成した場合、上述の如く制御精度は低いものとなる。そこで、第２の閾値として、電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り替わるべき最適な回転速度よりも大きな値が設定される。
【００２２】
これに対し、ブラシレスモータの回転速度が上昇する過程で検出される回転速度は、その時点での実際の回転速度よりも小さな値となる。従って、第１の閾値を上回る回転速度で電圧指令生成手段が矩形波駆動モードから正弦波駆動モードに切り換えられることになる。仮にブラシレスモータの回転速度が高いときに電圧指令生成手段を矩形波駆動モードに設定して矩形波状の電圧指令信号を作成したとしても、電圧指令信号の変化の誤差に伴う制御精度の低下はない。そこで、第１の閾値として、前記最適な回転速度と同一の値或いは小さな値が設定される。
【００２３】
又、具体的には、前記演算処理手段の電圧指令生成手段は、
矩形波駆動モードでは、前記位置信号の位相に基づいて、矩形波状に変化する回転角度を導出する一方、正弦波駆動モードでは、前記位置信号の位相に基づいて回転角度を導出すると共に、導出された回転角度に対して正弦波に基づく補間を施して、正弦波状に変化する回転角度を導出する回転角度導出手段と、
ブラシレスモータの回転角度を変数として電圧指令信号の変化を表わす正弦波関数、若しくはブラシレスモータの回転角度と電圧指令信号の関係を表わすテーブルに基づき、前記導出された回転角度から電圧指令信号を生成する信号演算手段
とを具えている。
【００２４】
上記具体的構成においては、矩形波駆動モードと正弦波駆動モードとで、モータの回転角度を導出する際の基礎となるデータが切り換えられる。
即ち、矩形波駆動モードでは、前記位置信号の位相が１対１の対応関係で回転角度に変換されて、正弦波駆動モードよりも粗い刻み幅でレベルが変化する矩形波状の回転角度が導出される。これに対し、正弦波駆動モードでは、前記位置信号の位相が１対１の対応関係で回転角度に変換されると共に、これによって得られる回転角度に対して正弦波に基づく補間が施されて、矩形波駆動モードよりも細かい刻み幅でレベルが変化する正弦波状の回転角度が導出される。
この様にして導出された回転角度には、矩形波駆動モードであるか正弦波駆動モードであるかに拘わらず、信号演算手段によって共通の正弦波関数若しくはテーブルを用いた演算が施されて、電圧指令信号が作成される。
【００２５】
尚、ブラシレスモータの回転速度が低いときには、位置信号の切り替わりの周期が長く、該信号に基づいて導出される回転角度は、粗い刻み幅でレベルが変化するため、仮に回転速度が低いときに、補間によって正弦波状に変化する回転角度を導出した場合、該回転角度の変化には、大きな誤差を伴うことになる。従って、この様な大きな誤差を伴う回転角度に基づいて電圧指令信号を生成し、ＰＷＭ制御を行なった場合、制御精度はかえって低いものとなる。これに対し、上記具体的構成においては、回転速度が低いときに導出される矩形波状の回転角度に補間を施すことなく、信号演算手段によって、矩形波状に変化する回転角度から電圧指令信号を生成するので、上述の回転角度の誤差に伴う制御精度の低下はない。一方、回転速度が高いときには、位置信号の切り替わりの周期が短く、該信号に基づいて導出される回転角度は、細かい刻み幅でレベルが変化するので、補間によって正弦波状に変化する回転角度を導出した場合、回転角度には高い精度が得られ、ひいては高い制御精度が実現される。
【００２６】
又、具体的には、前記電圧指令生成手段の信号演算手段には、ブラシレスモータの回転角度及び電圧振幅指令値を変数とする正弦波関数が規定されており、前記速度制御手段は、前記検出された回転速度と目標回転速度との偏差に基づいて電圧振幅指令値を導出する。
【００２７】
上記具体的構成においては、ブラシレスモータの回転速度を目標回転速度に追従させるための電圧振幅指令値が導出されて、ブラシレスモータの回転速度が制御される。
その後、信号演算手段に規定されている正弦波関数に基づいて、回転角度導出手段により導出された回転角度と前記導出された電圧振幅指令値とから電圧指令信号が作成される。
【００２８】
本発明に係る第２のブラシレスモータの制御装置は、ブラシレスモータに交流の電力を供給して該ブラシレスモータを正逆に回転駆動するインバータと、該ブラシレスモータの回転角度と一定の位相関係を有する矩形波からなる位置信号を出力する位置センサーと、該位置センサーから得られる位置信号に基づいて前記インバータを制御するＰＷＭ制御回路とを具えており、前記ＰＷＭ制御回路は、
前記位置信号に基づいてブラシレスモータの回転速度を検出する速度検出手段と、
前記検出された回転速度に基づいて電圧振幅指令値を導出する速度制御手段と、
前記位置信号及び前記導出された電圧振幅指令値に基づいて電圧指令信号を生成する演算処理手段と、
前記生成された電圧指令信号に基づいてＰＷＭ信号を作成し、該ＰＷＭ信号をインバータに供給するＰＷＭ信号作成手段
とを具えている。ここで、前記演算処理手段は、
正弦波状に変化する電圧指令信号を生成する正弦波駆動モードと矩形波状に変化する電圧指令信号を生成する矩形波駆動モードとの間で切換え設定が可能な電圧指令生成手段と、
前記速度制御手段の動作によりブラシレスモータの回転速度を上昇させる過程で、前記導出された電圧振幅指令値が第１の閾値を上回ったときに前記電圧指令生成手段を矩形波駆動モードから正弦波駆動モードに切り換えると共に、前記速度制御手段の動作によりブラシレスモータの回転速度を低下させる過程で、前記導出された電圧振幅指令値が第２の閾値を下回ったときに前記電圧指令生成手段を正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えるモード切換え制御手段
とを具え、前記第２の閾値は、前記電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り替わるべき電圧振幅指令値よりも大きく、前記第１の閾値よりも大きな値に設定されている。
【００２９】
ブラシレスモータの加速時には電圧振幅指令値は増大し、ブラシレスモータの減速時には電圧振幅指令値は減小する。
そこで、上記本発明に係る第２のモータ制御装置においては、ブラシレスモータの回転速度が上昇する過程で、電圧振幅指令値が第１の閾値を上回ったときに電圧指令生成手段が矩形波駆動モードから正弦波駆動モードに切り換えられると共に、ブラシレスモータの回転速度が低下する過程で、電圧振幅指令値が第２の閾値を下回ったときに電圧指令生成手段が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えられる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係るブラシレスモータの制御装置によれば、ブラシレスモータの回転速度を制御することによりブラシレスモータを減速するので、負荷重量に拘わらず一定の周期でブラシレスモータを正逆に切り換えることが出来る。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を洗濯機のブラシレスモータの制御装置に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１は、本発明に係るブラシレスモータの制御装置の全体構成を表わしており、商用電源(４)から得られる交流電力が、整流回路(５)によって一旦、直流電力に変換された後、インバータ(６)によって交流電力に変換され、該交流電力がブラシレスモータ(２)に供給されて、モータの駆動が行なわれる。
ブラシレスモータ(２)には、その回転軸を中心とする円周上に、ホール素子からなる位置センサー(３)が１２０度の位相差で３箇所に配備されており、これら３つの位置センサー(３)(３)(３)から得られる３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)がＰＷＭ制御回路(１)に供給され、該ＰＷＭ制御回路(１)によってインバータ(６)が制御されている。
【００３２】
図３(ａ)は、ブラシレスモータの３相巻線に誘起される電圧(Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗ)の波形を表わしており、各電圧波形は、３６０度を１周期として正弦波状に変化し、３つの電圧波形は互いに１２０度の位相差を有している。
又、同図(ｂ)は、３つの位置センサーから得られる３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)の波形を表わしている。各位置信号は、３６０度を１周期として、ハイとローに切り替わる矩形波であって、３つの位置信号は互いに１２０度の位相差を有している。
【００３３】
図２は、ＰＷＭ制御回路(１)の具体的な構成を表わしている。
前記位置センサー(３)(３)(３)から得られる３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)は、位置演算回路(13)へ供給されると共に、回転数検出回路(14)へ供給され、回転数検出回路(14)では、３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)に基づいて、後述の如くモータの回転数が検出される。
即ち、３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)は、図３(ｂ)に示す如く互いに１２０度の位相差を有しており、６０度間隔で３つの位置信号のエッジが現れる。そこで、２つのエッジが現れるまでの時間を計測して６０度をその時間で除算することにより回転数が算出される。
この様にして算出された回転数ωは、正弦波／矩形波駆動制御回路(12)を構成する位相制御回路(12a)、位置演算回路(13)、及びモード切換え制御回路(15)に供給される。
【００３４】
本実施例のＰＷＭ制御回路(１)は、後述の如く矩形波状の電圧指令信号を作成する矩形波駆動モードと正弦波状の電圧指令信号を作成する正弦波駆動モードとの間で切換え設定が可能であって、モード切換え制御回路(15)では、回転数検出回路(14)から供給される回転数ωが所定の閾値以下の矩形波駆動モードであるか、回転数ωが所定の閾値を越える正弦波駆動モードであるかを判断し、その判断結果を位置演算回路(13)へ供給する。
【００３５】
位置演算回路(13)では、矩形波駆動モードにおいては、３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)の位相からモータの回転角度θを算出する。例えば、下記表１は、モータの回転に伴って得られる３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)のハイ(“１”)及びロー(“０”)の組合せと回転角度θとの関係を表わしており、この表に基づいて、３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)の位相に対応するモータの回転角度θを導出することが出来る。これによって、６０°を刻み幅として矩形波状に変化する回転角度θが得られることになる。
【００３６】
【表１】
0003663166.tif 000002
【００３７】
正弦波駆動モードにおいては、矩形波駆動モードと同様に３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)の位相からモータの回転角度を導出すると共に、これらの回転角度θを正弦波に基づいて補間することにより、６０°よりも十分に小さな刻み幅(例えば１°)で正弦波状に変化する回転角度θを算出する。尚、図２に示す回転数検出回路(14)から得られる回転角度ωは、前記補間処理に利用される。
矩形波駆動モード或いは正弦波駆動モードにて、前述の如く算出された回転角度θは、位相制御回路(12a)へ供給される。
【００３８】
回転数検出回路(14)から得られる回転数ωは、回転数制御回路(11)へ供給され、該回転数制御回路(11)にて、モータ回転数の目標値ω＊との偏差に基づき、電圧振幅指令Ｖａが作成される。
電圧振幅指令Ｖａは位相制御回路(12a)へ供給され、位相制御回路(12a)においては、回転数制御回路(11)から得られる電圧振幅指令Ｖａと、位置演算回路(13)から供給される回転角度θとに基づき、下記数１から、ブラシレスモータのＵ相についての電圧指令信号Ｖｕ＊が算出される。
【００３９】
【数１】
Ｖｕ＊＝Ｖａ・ｃｏｓ(θ＋ψ)
尚、ψは、位相進め角であって、回転数検出回路(14)から得られる回転数ωに応じてゼロ以上の適切な値に設定される。
【００４０】
これによって、矩形波駆動モードにおいては、図３(ｃ)に示す如く６０°の粗い刻み幅で矩形波状に変化する電圧指令信号Ｖｕ＊が得られる。一方、正弦波駆動モードにおいては、図４(ｃ)に示す如く細かい刻み幅で正弦波状に変化する電圧指令信号Ｖｕ＊が得られる。
そして、このＵ相の電圧指令信号Ｖｕ＊に対して１２０°の位相差を与えることによって、Ｖ相の電圧指令信号Ｖｕ＊が作成され、更にこのＶ相の電圧指令信号Ｖｖ＊に対して１２０°の位相差を与えることによって、Ｗ相の電圧指令信号Ｖｗ＊が作成される。
【００４１】
この様にして算出された３相の電圧指令信号(Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊)は、図２に示す正弦波／矩形波駆動制御回路(12)を構成するＰＷＭ信号生成回路(12b)へ供給されて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相についてのＰＷＭ信号が生成される。
即ち、矩形波駆動モードにおいては、図３(ｃ)に示す如く、Ｕ相の電圧指令信号Ｖｕ＊と所定の搬送波(三角波)とが比較され、該比較結果に基づいて、同図(ｄ)に示すＵ相の駆動信号(ＰＷＭ信号)が作成される。同様にして、Ｖ相の電圧指令信号Ｖｖ＊と所定の搬送波とが比較されて、Ｖ相の駆動信号が作成され、Ｗ相の電圧指令信号Ｖｗ＊と所定の搬送波とが比較されて、Ｗ相の駆動信号が作成される。
正弦波駆動モードにおいても同様に、図４(ｃ)に示す如く、Ｕ相の電圧指令信号Ｖｕ＊と所定の搬送波(三角波)とが比較され、該比較結果に基づいて、同図(ｄ)に示すＵ相の駆動信号(ＰＷＭ信号)が作成される。同様にして、Ｖ相の電圧指令信号Ｖｖ＊と所定の搬送波とが比較されて、Ｖ相の駆動信号が作成され、Ｗ相の電圧指令信号Ｖｗ＊と所定の搬送波とが比較されて、Ｗ相の駆動信号が作成される。
【００４２】
この様にして作成されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のＰＷＭ信号は、図１に示す如くインバータ(６)へ供給されて、インバータ(６)がＰＷＭ制御される。この結果、ブラシレスモータ(２)は、矩形波駆動モードにおいては３つの位置センサーの出力から作成された矩形波状の電圧指令信号に基づいて駆動される一方、正弦波駆動モードにおいては３つの位置センサーの出力から作成された正弦波状の電圧指令信号に基づいて駆動されることになる。
【００４３】
図５は、洗濯機の洗い動作時におけるブラシレスモータの回転速度の変化と上記ＰＷＭ制御回路(１)のモード変化を表わしている。
先ず、ＰＷＭ制御回路(１)は矩形波駆動モードに設定され、ブラシレスモータの正転駆動が開始されて、ブラシレスモータは加速される。この過程で、検出された回転数ωが第１の閾値に達すると、その時点でＰＷＭ制御回路(１)は正弦波駆動モードに切り換えられ、ブラシレスモータは更に加速された後、所定の回転数で回転駆動される。所定の回転数での回転駆動が開始されてから一定時間が経過すると、その時点からブラシレスモータは減速され、この過程で、検出された回転数ωが前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値に達すると、その時点でＰＷＭ制御回路(１)は矩形波駆動モードに切り換えられて、ブラシレスモータは更に減速される。
その後、ブラシレスモータの逆転駆動が開始されて、ブラシレスモータは加速される。この過程で、検出された回転数ωが前記第１の閾値に達すると、その時点でＰＷＭ制御回路(１)は正弦波駆動モードに切り換えられ、ブラシレスモータは更に加速された後、所定の回転数で回転駆動される。所定の回転数での回転駆動が開始されてから一定時間が経過すると、その時点からブラシレスモータは減速され、この過程で、検出された回転数ωが前記第２の閾値に達した時点で、ＰＷＭ制御回路(１)は矩形波駆動モードに切り換えられて、ブラシレスモータは更に減速される。
【００４４】
ブラシレスモータの減速時には、後述の理由により、加速時における第１の閾値よりも大きな第２の閾値でＰＷＭ制御回路(１)が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えられる。
ブラシレスモータの回転速度が低いときには、３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)の相互のエッジの時間間隔が長くなって２つのエッジが出揃うまでに長い時間がかかるため、回転数の検出に長い時間がかかり、回転数検出回路(14)により検出された回転数とその時点での実際の回転数との間に大きな差が生じることになる。
ブラシレスモータの減速時に検出された回転数ωは、その時点での実際の回転数よりも大きな値となる。従って、ＰＷＭ制御回路(１)は、閾値を大幅に下回る回転数で正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り替わることになる。ブラシレスモータの回転速度が低いときには、位置信号の切り替わりの周期が長く、該信号に基づいて導出される回転角度は、粗い刻み幅でレベルが変化するため、仮に回転速度が低いときに、補間によって正弦波状に変化する回転角度を導出した場合、該回転角度の変化には、大きな誤差を伴うことになる。従って、この様な大きな誤差を伴う回転角度に基づいて電圧指令信号を生成し、ＰＷＭ制御を行なった場合、制御精度は低いものとなる。そこで、ブラシレスモータの減速時においては、閾値として、ＰＷＭ制御回路(１)が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り替わるべき最適な回転数よりも大きな値が設定される。
【００４５】
これに対し、ブラシレスモータの加速時に検出された回転数ωは、その時点での実際の回転数よりも小さな値となる。従って、ＰＷＭ制御回路(１)は、閾値を大幅に上回る回転数で矩形波駆動モードから正弦波駆動モードに切り替わることになる。仮にブラシレスモータの回転速度が高いときに矩形波状に変化する回転角度を導出したとしても、回転角度の変化の誤差に伴う制御精度の低下はない。そこで、ブラシレスモータの加速時においては、閾値として、前記最適な回転数と同一或いは前記最適な回転数よりも小さな値が設定される。
上述の理由により、ブラシレスモータの減速時には、加速時における第１の閾値よりも大きな第２の閾値でＰＷＭ制御回路(１)が正弦波駆動モードから矩形波駆動モードに切り換えられるのである。
【００４６】
上記ブラシレスモータの制御装置においては、常にブラシレスモータの回転数ωを制御することによってブラシレスモータを回転駆動する。従って、負荷重量に拘わらず、ブラシレスモータの減速を開始してからブラシレスモータの回転速度がゼロになるまでの時間を常に一定に設定することが可能であり、これによって、負荷重量に拘わらず一定の周期でブラシレスモータを正逆に切り換えることが出来る。
又、ＰＷＭ制御回路(１)が矩形波駆動モードに設定されている状態で、ブラシレスモータは正転から逆転に切り換えられる。この様に、ブラシレスモータが正転から逆転に切り換えられる際、ＰＷＭ制御回路(１)のモードに変化がないので、その切換えはスムーズに行なわれることになる。
【００４７】
又、上記ブラシレスモータの制御装置においては、矩形波駆動モードの制御、即ち、３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)の位相差に基づいて、粗い刻み幅(６０°)でレベルが変化する矩形波状の回転角度ωを導出し、該回転角度ωに基づいて電圧指令信号を作成する制御と、正弦波駆動モードの制御、即ち、３つの位置信号(Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ)の位相差に基づいて回転角度を導出すると共に、これらの回転角度を補間して、細かい刻み幅(例えば１°)でレベルが変化する正弦波状の回転角度を導出し、該回転角度ωに基づいて電圧指令信号を作成する制御とが、永久磁石モータ(２)の回転数に応じて切り換えられるが、何れのモードにおいても、正弦波／矩形波駆動制御回路(12)の位相制御回路(12a)は、前記数１に示す共通の正弦波関数を用いた演算を実行して、電圧指令信号を作成する動作を行なうので、矩形波駆動モードと正弦波駆動モードの間の切り替わりに伴う動作の変化はない。
又、正弦波／矩形波駆動制御回路(12)のＰＷＭ信号生成回路(12b)は、何れのモードにおいても、電圧指令信号からＰＷＭ信号を作成してインバータに供給する動作を行なうので、矩形波駆動モードと正弦波駆動モードの間の切り替わりに伴う動作の変化はない。
従って、図７に示す従来のインバータ制御回路(７)の如く２つのスイッチング信号生成回路(73)(74)や２つの回転数制御回路(71)(72)を設けて１２０度通電モードと正弦波駆動モード回路系統を切り換える方式に比べて、矩形波駆動モードと正弦波駆動モードの間の制御の切換えがスムーズに行なわれる。又、構成が簡易となる。
【００４８】
更に、図２に示す正弦波／矩形波駆動制御回路(12)の位相制御回路(12a)においては、前記数１の正弦波関数に規定されている位相進め角ψを回転数ωに応じた適切な値に設定することによって、ブラシレスモータ(２)の巻線に流れる電流と該巻線に発生する誘起電圧との位相差をゼロに設定することが可能であり、これによってモータのトルクを最大化することが出来る。
【００４９】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態においては、図２に示すモード切換え制御回路(15)は、回転数検出回路(14)によって検出された回転数ωに基づいて矩形波駆動モード或いは正弦波駆動モードの何れのモードであるかを判断しているが、これに代えて、回転数制御回路(11)から得られる電圧振幅指令Ｖａに基づいてモード判断を行なう構成を採用することも可能である。
又、上記実施の形態においては、ブラシレスモータ(２)に３つの位置センサー(３)(３)(３)を設けているが、これに拘わらず、任意の個数の位置センサーを設けることが可能である。ブラシレスモータ(２)に２つの位置センサーを設けた場合には、９０°を刻み幅として矩形波状に変化する回転角度θが得られることになる。
更に、上記実施の形態においては、上記数１で表わされる正弦波関数に基づいて電圧指令信号を算出する構成を採用しているが、これに限らず、下記数２に示す如く、基本波成分から振幅値が基本波の１／６の３次高調波成分を減算する正弦波関数に基づいて電圧指令信号を算出する構成を採用することも可能である。
【００５０】
【数２】
Ｖｕ＊＝Ｖａ・{ｃｏｓ(θ＋ψ)−(１／６)・ｃｏｓ３θ}
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るブラシレスモータの制御装置の全体構成を表わすブロック図である。
【図２】該制御装置を構成するＰＷＭ制御回路の構成を表わすブロック図である。
【図３】該ＰＷＭ制御回路において矩形波駆動モードにて作成される各種信号の波形図である。
【図４】該ＰＷＭ制御回路において正弦波駆動モードにて作成される各種信号の波形図である。
【図５】本発明の洗濯機の洗い動作時におけるブラシレスモータの回転速度の変化とＰＷＭ制御回路のモード変化を表わすグラフである。
【図６】従来のブラシレスモータの制御装置の全体構成を表わすブロック図である。
【図７】従来のインバータ制御回路を表わすブロック図である。
【図８】従来の洗濯機の洗い動作時におけるブラシレスモータの回転速度の変化とインバータ制御回路のモード変化を表わすグラフである。
【符号の説明】
(１)  ＰＷＭ制御回路
(２)  ブラシレスモータ
(３)  位置センサー
(４)  商用電源
(５)  整流回路
(６)  インバータ
(11)  回転数制御回路
(12)  正弦波／矩形波駆動制御回路
(12a) 位相制御回路
(12b) ＰＷＭ信号生成回路
(13)  位置演算回路
(14)  回転数検出回路
(15)  モード切換え制御回路
【図１】
0003663166.tif 000003
【図２】
0003663166.tif 000004
【図３】
0003663166.tif 000005
【図４】
0003663166.tif 000006
【図５】
0003663166.tif 000007
【図６】
0003663166.tif 000008
【図７】
0003663166.tif 000009
【図８】
0003663166.tif 000010