(57)【要約】【課題】ドラム起動時の急激な負荷変動に対してモータを安定的に制御する。【解決手段】鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラム５１と、回転子５９に永久磁石を有しドラム５１を駆動するドラムモータ６０と、ドラムモータ６０に電流を供給するインバータ回路７１とを備え、インバータ回路７１は、第１の運転手段７２、第２の運転手段７３および切替手段７４を有し、第１の運転手段７２は、回転子５９の磁極位置とは独立した信号を発生し、第２の運転手段７３は、回転子５９の磁極位置に応じた信号を発生し、切替手段７４は、第１の運転手段７２からの信号でドラムモータ６０を起動し、起動からのドラム５１の回転角が最初に９０度となる時点以降に、第２の運転手段７３からの信号に切り替える。【選択図】図１
2014147153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラムと、
回転子に永久磁石を有し前記ドラムを駆動するドラムモータと、
前記ドラムモータに電流を供給するインバータ回路とを備え、
前記インバータ回路は、第１の運転手段、第２の運転手段および切替手段を有し、
前記第１の運転手段は、前記回転子の磁極位置とは独立した信号を発生し、
前記第２の運転手段は、前記回転子の磁極位置に応じた信号を発生し、
前記切替手段は、前記第１の運転手段からの信号で前記ドラムモータを起動し、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点以降に、前記第２の運転手段からの信号に切り替えるドラム駆動装置。
【請求項２】
前記第１の運転手段は、前記ドラムモータに供給する電流の周波数を、時間の経過とともに増加させることを特徴とする請求項１に記載のドラム駆動装置。
【請求項３】
前記ドラムモータに供給される電流の周波数の増加率は、前記第１の運転手段による運転開始から実際に前記ドラムモータが動き出すまでを含む第１の期間における平均増加率よりも、前記第１の期間に続く第２の期間の平均増加率の方が大きいことを特徴とする請求項２に記載のドラム駆動装置。
【請求項４】
前記第１の運転手段は、前記ドラムモータに供給する電流ベクトルの大きさを、起動からの時間に応じて変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のドラム駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭や事務所などで使用されるドラム式洗濯機、ドラム式洗濯乾燥機、ドラム式衣類乾燥機などの衣類処理装置や、工場、工事現場などで使用され、食品、廃棄物、生コンクリートなどを撹拌するため、円筒状のドラム内に、固体、液体、紛体、流体などを収め、鉛直から角度を有する回転軸で回転をすることで、地球の重力の作用が変化し、撹拌されるドラム駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置は、同期運転モードから位置フィードバック運転モードに切り替える際、同期運転モード中にモータのトルクの推定を行い、制御定数を設定している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、特許文献１に記載された従来の装置を示すものである。図１０に示すように、永久磁石モータ１と、それを制御するモータ駆動装置２を設け、モータ駆動装置２は、制御部３と、電力変換回路４と、電流検出手段５を有しており、制御部３は、電流制御器９、１０、電圧指令値作成器１１、ｄｑ／３φ変換器１２、軸誤差演算器１３、負荷推定器１４、積分項初期値演算部１５、速度制御器１６、制御切替スイッチ１７、１８、減算器２０、２１、２２、２３、ＰＬＬ制御器２４、積分器２５で構成されており、電流検出手段５は、モータ電流検出手段２７、２８、３φ／変換器２９から構成されている。
【０００４】
同期運転モード中に、負荷推定器１４および積分項初期値演算部１５を動作させた上で制御切替スイッチ１７、１８を動作させることによって、負荷のトルクに応じたｑ軸電流で位置フィードバック運転モードにつながるようにし、同期運転モードから位置フィードバック運転モードへの切り替え時の速度変化の発生を抑えるものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０３７３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の構成では、負荷のトルクが脈動する場合は、その周期における平均トルクを算出するために、同期運転モード中に周波数指令を一定にする期間を設け、その期間を負荷トルク脈動周期１周期分以上とすることにより安定して駆動させることができるが、ドラム起動時における周期的でない負荷トルク変動には対応できないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ドラムの内容物（洗濯物や食品・廃棄物・生コンクリートなど）に起因する、周期的でない負荷トルク変動を伴うドラムの起動時に、安定的に駆動することのできるドラム駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のドラム駆動装置は、鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラムと、回転子に永久磁石を有し前記ドラムを駆動するドラムモータと、前記ドラムモータに電流を供給するインバータ回路を有し、前記インバータ回路は、第１の運転手段と第２の運転手段と切替手段を有し、前記第１の運転手段は、前記回転子の磁極位置とは独立した信号を発生し、前記第２の運転手段は、前記回転子の磁極位置に
応じた信号を発生し、前記切替手段は、前記第１の運転手段からの信号で前記ドラムモータを起動し、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点以降に、前記第２の運転手段からの信号に切り替えるにしたものである。
【０００９】
これによって、ドラムの内容物に起因する周期的でない負荷トルク変動を伴うドラムの起動時に、ドラムが９０度回転し重力によりドラムの内容物が崩れ負荷トルクが大きく変動するまでの期間を回転子の磁極位置とは独立した第１の運転手段により運転し、その時点以降に第２の運転手段に切り替えることにより、負荷トルク変動に起因する永久磁石の位相や電流、電圧の変動に対して安定的に駆動することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のドラム駆動装置は、ドラムの内容物に起因する、周期的でない負荷トルク変動を伴うドラムの起動時に安定的に駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１におけるドラム駆動装置のブロック図
【図２】実施の形態１の第１の運転手段７２および切替手段７４の詳細ブロック図
【図３】実施の形態１の第１の運転手段７２の動作波形図
【図４】実施の形態１の第２の運転手段７３の詳細ブロック図
【図５】実施の形態１のモータ電流制御部７５の詳細ブロック図
【図６】実施の形態１の切替動作の前後での各変数の変化を示した波形図
【図７】実施の形態１のドラム駆動装置の切替動作前後の電流ベクトル図
【図８】実施の形態１のドラム駆動装置のドラム５１の回転角の状態を示した断面図
【図９】実施の形態１の第１の運転手段の動作中の角速度設定器８３の出力の変化を示した波形図
【図１０】従来のドラム駆動装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明のドラム駆動装置は、鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラムと、回転子に永久磁石を有し前記ドラムを駆動するドラムモータと、前記ドラムモータに電流を供給するインバータ回路を有し、前記インバータ回路は、第１の運転手段と第２の運転手段と切替手段を有し、前記第１の運転手段は、前記回転子の磁極位置とは独立した信号を発生し、前記第２の運転手段は、前記回転子の磁極位置に応じた信号を発生し、前記切替手段は、前記第１の運転手段からの信号で前記ドラムモータを起動し、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点以降に、前記第２の運転手段からの信号に切り替えるものである。
【００１３】
これにより、ドラムの内容物に起因する周期的でない負荷トルク変動を伴うドラムの起動時に、ドラムが９０度回転し重力によりドラムの内容物が崩れ負荷トルクが大きく変動するまでの期間を回転子の磁極位置とは独立した第１の運転手段により運転し、その時点以降に第２の運転手段に切り替えることにより、負荷トルク変動に起因する回転子の磁極位置や電流、電圧の変動に対して安定的に駆動することが可能なドラム駆動装置を提供することができる。
【００１４】
第２の発明のドラム駆動装置は、特に、第１の発明の前記第１の運転手段は、前記ドラムモータに供給する電流の周波数を、時間の経過とともに増加させるものである。
【００１５】
これにより、ドラムの回転速度を安定的に加速することができる。
【００１６】
第３の発明のドラム駆動装置は、特に、第２の発明における前記ドラムモータに供給さ
れる電流の周波数の増加率は、前記第１の運転手段による運転開始から実際に前記ドラムモータが動き出すまでを含む第１の期間における平均増加率よりも、前記第１の期間に続く第２の期間の平均増加率の方が大きいものである。
【００１７】
これにより、負荷トルクの状態に応じて最適な増加率で電流の周波数を増加させることとなり、ドラムの回転速度を安定的に加速することができる。
【００１８】
第４の発明のドラム駆動装置は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の前記第１の運転手段は、前記ドラムモータに供給する電流ベクトルの大きさを、起動からの時間に応じて変化させるものである。
【００１９】
これにより、インバータからドラムモータに対して負荷の状態に応じた最適な電流を供給することができ、ドラムの回転速度を安定的に加速することができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるドラム駆動装置のブロック図である。本実施の形態において、ドラム駆動装置は、洗濯を行い、一般にドラム式洗濯機などと称されるものである。
【００２２】
図１において、ドラム５１は、鉛直に対して９０度の角度をもった状態、すなわち水平の回転軸を持った状態でベアリング５２、５３によって回転自在に支持され、内部に衣類などの洗濯物５４が入るものとなっている。
【００２３】
ここで、本願で言う鉛直とは、重力の向きを示しているものであり、垂直、あるいは水平に対して直角と同義である。
【００２４】
ドラム５１は、ネオジムおよびジスプロシウムなどの希土類を含む永久磁石５５、５６、５７、５８を持つ回転子５９を回転自在に保持して構成した４極のドラムモータ６０から、小プーリ６２、ベルト６３、大プーリ６４を経て１０分の１に減速されての回転駆動がなされるものとなっている。
【００２５】
なお、ドラム５１の外側には樹脂製の外容器６６と、給水弁６７、排水弁６８、蓋６９が設けられ、ドラム５１の洗濯物５４に水、および洗剤を作用させ、洗濯を行うことができるものとなっている。
【００２６】
ドラムモータ６０に電流を供給するインバータ回路７１が設けられている。インバータ回路７１は、第１の運転手段７２と、第２の運転手段７３と、切替手段７４、第１の電流成分Ｉｄと第２の電流成分Ｉｑに分けて出力電流を制御するモータ電流制御部７５を有する。第１の運転手段７２は、回転子５９の磁極位置とは独立した信号Ｓ１を発生する。第２の運転手段７３は、回転子５９の磁極位置に応じた信号Ｓ２を発生する。切替手段７４は、まず第１の運転手段からの信号Ｓ１をモータ電流制御部７５に接続することにより、ドラムモータ６０を起動し、起動からのドラム５１の回転角が最初に９０度となる時点より以降に、モータ電流制御部７５への入力を、第２の運転手段７３からの信号Ｓ２に切り替えるものとなっている。
【００２７】
なお、図１においては、Ｓ１、Ｓ２はいずれも１本の線で示しているが、実際にはそれぞれ第２の電流成分の設定値Ｉｑｒ、位相θ、モータの電気角速度ωの３本で構成されて
いる。
【００２８】
また、本実施の形態においては、切替手段７４は、第１の運転手段７２が起動から所定時間後に変化するデジタル信号Ｆを受けて、Ｓ１からＳ２への切り替えを行うものとなっている。
【００２９】
図２は、本実施の形態の第１の運転手段７２および切替手段７４の詳細ブロック図を示している。
【００３０】
図２において、起動からの時間を計測するタイマー８０は、時間信号ｔを出力し、時限器８１、電流設定器８２、角速度設定器８３に入力される。
【００３１】
電流設定器８２は、切替手段７４にＩｑｒ１として出力し、角速度設定器８３からは切替手段７４にω１として出力され、さらにωの時間積分を行う積分器８６を経て、θとしても出力がなされる。
【００３２】
切替手段７４は、Ｆ信号がローの場合にはＳ１を、ハイの場合にはＳ２を選択し、Ｉｑｒ、θ、ωの各信号を出力するものとなっている。
【００３３】
図３は、本実施の形態の第１の運転手段７２の動作波形図を示している。
【００３４】
（ア）は信号Ｆの論理、（イ）はＩｑｒ１、（ウ）はω１、（エ）はθ１を横軸を時間として示している。
【００３５】
第１の運転手段が有効に動作する期間、すなわち信号Ｆがローとなる、起動から３．０秒間の期間においては、Ｉｑｒ１については、前半の１．０秒間の期間には３Ａから６Ａへ直線的に増加し、その後の２．０秒間は６Ａを保持するものとなり、ω１については直線的に増加するものとしている。このように、第１の運転手段７２は、ドラムモータ６０に供給する電流ベクトルの大きさを、起動からの時間に応じて変化させている。
【００３６】
Ｉｑｒ１の値については、大きくすればドラムモータ６０を駆動するトルクを大きくすることができるが、起動初期の値を大きくしすぎると、ドラムモータ６０内の永久磁石が急速に引き寄せられ、異音や振動を発する場合がある。これを避けるため、最大の駆動トルクを必要とする場合に設定するＩｑｒ１の値に比べ、起動初期には小さい値を設定する方がよい。
【００３７】
モータ位相θ１は、ω１を時間積分したものとなるが、２π（３６０度）となった時点で０にリセットされる変数を用いて表現しているため、（エ）に見られるような波形となり、ｔ＝３．０秒でちょうどθ１＝０となる状態となっており、第１の運転手段が動作する３．０秒間にモータ電気角は２０πラジアン（１０回転＝３６００度）するものとなるが、ドラムモータ６０が４極であることと、プーリ６２、６４による１０分の１の減速がなされる構成となっていることから、ドラム５１の回転角度としては、同期が終始理想的に行われたと仮定した場合は、１８０度（０．５回転）となる。
【００３８】
ただし、現実的には、ｔ＝０秒時点でのドラムモータ６０の回転方向の位置によって、同期状態に落ち着くまでのドラムモータ６０の実回転は、プラスマイナス４分の１回転程度ばらつくものとなり、３．０秒間のドラム５１の回転角度としては、１７１〜１８９度となるが、９０度以上の値となっている。
【００３９】
時限器８１が、ｔ＝３．０秒で、Ｆ信号をローからハイに上げた時点で、Ｆ信号を受け
た切替手段７４は、Ｓ１からＳ２への信号を切り替え、第２の運転手段７３への切り替えを行うものとなる。
【００４０】
なお、Ｉｄｒに関しては、本実施の形態においては、切替手段７４からＦ信号ローでは０Ａ、ハイでは−３．８Ａが選択されて出力される。
【００４１】
図４は、本実施の形態の第２の運転手段７３の詳細ブロック図を示している。
【００４２】
図４において、速度誤差増幅手段９０は、ドラムモータ６０の角速度の設定値ωｒを出力する速度設定手段８９と、切替手段７４から得たωの差、すなわち速度誤差からＰＩ（比例と積分）の要素を作用させて加算し、Ｉｑｒ２を出力するものとなっており、設定された速度になるようにトルクが加減されるものとなる。
【００４３】
位相誤差推定器９１は、後述するモータ電流制御部７５からのＩｄ、Ｉｑ、Ｖｄ、Ｖｑ、およびωを入力し、これにドラムモータ６０の誘導起電力定数、ｑ軸インダクタンス、抵抗値などのパラメータを用いて計算を行うことにより、現在モータ電流制御部７５が用いている位相θと、ドラムモータ６０の電圧方程式が成り立つ位相との差Δθを計算する。
【００４４】
本実施の形態においては、（Ｖｄ−Ｒａ・Ｉｄ＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ）を、（Ｖｑ−Ｒａ・Ｉｑ−ω・Ｌｑ・Ｉｄ）で除した上で、その逆正接関数を取り、また符号を逆にした値にて、制御が用いているｄｑ座標に対する実ｄｑ位相の誤差Δθとし計算がなされる。
【００４５】
収束手段９２は、速度推定手段９３と、積分器９４を有しており、速度推定手段９３は、Δθが零に収束するように、ＰＩ（比例・積分）を用いて永久磁石５５、５６、５７、５８の角速度ω２の計算を行うものとなっており、さらにω２は積分器９４にて時間積分の計算が行われることにより、推定位相θ２として出力がなされるものとなっている。
【００４６】
Ｆがローの期間中においては、積分器９４はθ２としてΔθが出力されるように、常に更新がなされており、速度推定手段９３についても、ω２としてωとなるように、常に積分要素の更新が行われるものとなっている。
【００４７】
第２の運転手段７３の動作が有効となっている状態においては、位相誤差推定器９１と収束手段９２の作用によって、位置センサレスでのドラムモータ６０の運転を行う構成となっている。
【００４８】
なお、本実施の形態において位相誤差推定器９１は、上記Δθの計算式を用いたが、それに限定されるものではなく、ドラムモータ６０に供給される電圧と電流に関する値と、ドラムモータ６０のパラメータを用い、位相の誤差Δθ、またはｄ軸の電圧差に関する値などを導き出すものであっても構わず、要は回転子５９の磁極位置に応じた信号を発生しながら、ドラムモータ６０を運転することができるものであればよい。
【００４９】
余弦アンプ９５は、Δθの余弦関数に、切替手段７４からのＩｑｒ値を乗じたＩｒｅｆ値が出力するものとなっており、速度誤差増幅手段９０は、Ｆがローの期間中においては、出力値Ｉｑｒ２がＩｒｅｆ値に等しくなるよう、内部の積分器の値を常に更新している。
【００５０】
図５は、本実施の形態のモータ電流制御部７５の詳細ブロック図を示している。
なお、モータ電流制御分７５は、インバータ回路７１からドラムモータ６０に３相の電流を供給するものとなるが、入力されるθ値として、Ｕ相電流による起磁力を基準とした場
合の、永久磁石５５、５６、５７、５８による磁束の向き、すなわち真のｄ軸の位相と正しく合致している場合には、入力されたＩｄｒは永久磁石５５、５６、５７、５８の磁束に平行な第１の電流成分となり、Ｉｑｒはそれに対して直交し＋９０度（π／２）分位相が進んだ第２の電流成分となり、所望の電流ベクトルに制御されるものとなる。
【００５１】
図５において、電流誤差増幅器９８、９９、座標変換器１００、１０１、ＰＷＭパワーモジュール１０３、直流電源１０４、電流検知回路１０５を有しており、電流誤差増幅器９８は設定値Ｉｄｒと座標変換器１０１の出力Ｉｄの差をＰＩ（比例・積分）計算してＶｄとして出力するものである。
【００５２】
電流誤差増幅器９９は、切替手段７４から得た設定値Ｉｑｒと座標変換器１０１の出力Ｉｑの差を同様にＰＩ（比例・積分）計算してＶｑとして出力するものとなっている。
【００５３】
座標変換器１００は、電流誤差増幅器９８、９９が出力されるＶｄとＶｑとθを入力し、数式１を用いるなどして、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換するものである。
【００５４】
【数１】
2014147153.tif 000003
【００５５】
このように、３相を使用することにより、ドラムモータ６０、インバータ回路７１の構成が比較的簡単でありながら、連続的でスムーズなパワー伝達が可能であるという効果があるが、特に３相に限定されるものではなく、２相、４相、５相などであっても構わない。
【００５６】
ＰＷＭパワーモジュール１０３は、図示しない６石のＩＧＢＴ、および電子回路等で構成されたもので、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと、直流電源１０４から、２８０Ｖの直流電圧を受け、ＰＷＭ（パルス幅変調）を行いながら、３相の交流をＵ、Ｖ、Ｗから出力し、数アンペアの電流をドラムモータ６０へと供給していくものとなっており、具体的にはマイクロコンピュータ内にワンチップ構成されたパルス幅変調器と、それと別パッケージで設けられたパワー部分との総合体として構成されたものとなっている。
【００５７】
Ｕ相とＷ相については、電流検知回路１０５の検知素子１０６、１０７を通過させることにより、電流値ＩｕとＩｗの瞬時値が検知され、座標変換器１０１に入力される。
【００５８】
なお、検知素子１０６、１０７については、検知対象となる電流により磁路に起磁力を作用を発生させ、その磁界から電流値を検出するものや、シャント抵抗と呼ばれる抵抗の電圧降下から検知を行うものなどが利用可能である。
【００５９】
Ｖ相の電流Ｉｖについては、本実施の形態においては検出していないが、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係から、入力されたＩｕとＩｗよりＩｖも求められるものであり、座標変換器１０１は、数式２を用いるなどすることにより、θを用いてｄ軸電流Ｉｄと、ｑ軸電流Ｉｑを計算する。
【００６０】
【数２】
2014147153.tif 000004
【００６１】
図６は、本実施の形態の切替手段７４の出力Ｆによる切替動作の前後での各変数の変化を横軸の時間をやや拡大して示した波形図である。
【００６２】
図６において、いずれも切替手段７４の入出力信号となる、（ア）は破線でＩｑｒ１、一点鎖線でＩｑｒ２、実線でＩｑｒを、（イ）は破線でω１、一点鎖線でω２、実線でωを、（ウ）は破線でθ１、一点鎖線でθ２、実線でθを示している。
【００６３】
切替手段７４の作用により、ｔ＜３．０秒においてはθ＝θ１となり、ｔ＞３．０秒においてはθ＝θ２となる。
【００６４】
また、ｔ＜３．０秒でのＩｑｒ２に関しては、前述したようにＩｑｒ１から余弦アンプ９５を経た出力Ｉｒｅｆ値が速度誤差増幅手段９０の出力、すなわちＩｑｒ２となるように積分成分の更新が継続され、ω２についてはω１と同値、またθ２についても常にΔθと等しくなるようにセットが継続的になされる。
【００６５】
ここで、ｔ＞３．０秒におけるＩｑｒ１、ω１、θ１については、意味が薄いことから記載していない。
【００６６】
図７は、本実施の形態のドラム駆動装置で、切替手段７４による切替動作前後の電流ベクトルを、真のｄｑ座標上で示したものである。
【００６７】
切替直前のＩｑｒ値であるＩｑｒ１は長さとしては、Ｉｑｒ１の値である６Ａあるが、向きとして第１象限にΔθだけ傾きを持ったものとなっており、真ｑ軸成分としては、余弦アンプ９５の出力、すなわちＩｑｒ１にΔθの余弦を乗じたＩｒｅｆ値と等しいものとなり、切替直後にはＩｑｒ２＝Ｉｒｅｆへの変化がなされるものとなる。
【００６８】
これにより、特許文献１に述べられている速度制御の積分器の初期値設定を行うのと同様の効果が得られるものとなる。
【００６９】
洗濯機などの場合には、洗濯物５４が崩れた瞬間に、急に負荷トルクが小となることによって、ドラム５１の角速度の更なるオーバーシュートが発生しやすいものとなるが、上記Ｉｒｅｆ値は、そのような速度超過を抑える上でも効果がある。
【００７０】
一方、位相θに関しては、切替時点でθ１はちょうど０（２πの倍数）となる時点としたため、これにΔθだけ加算（すなわち跳躍的な位相進み）を行うことにより、図６（ウ）にも示しているように、γ１軸から正しいｄ軸への是正がなされるものとなり、以降、第２の運転手段７３での良好な運転が可能となる。
【００７１】
なお、本実施の形態においては、ＰＩ式の誤差増幅を行う電流誤差増幅器９８、９９に関しては、切替後のＶｄとＶｑのあるべき値の計算が、やや複雑となることから、内部の積分要素を切替時点で操作することは行っていないが、これらの電流に関しては、比較的短時間で応答する設計が可能であるため、問題はない。
【００７２】
図８は、本実施の形態のドラム駆動装置のドラム５１の回転角の状態を示した断面図である。
【００７３】
図８において、（ア）は起動開始時点のドラム５１の状態を示しており、洗濯物５４がドラム内に積み重ねられている状態を示している。
【００７４】
点Ｏは、ドラム５１の中心であり、回転軸となる。
【００７５】
（イ）は、同様にドラム５１が（ア）で示した起動時から最初に９０度回転した状態を示している。（ア）において、洗濯物５４の上面が水平になるよう積み重ねられていた場合、（イ）の時点まではドラム５１と洗濯物５４との位置関係は同様に保たれることになる。
【００７６】
（ウ）は、同様に起動からのドラム５１の回転角が１００度となった状態である。ドラム５１の回転が９０度を越えた時点で、それまで積み重ねられている洗濯物５４を安定に保つ方向に働いていた重力が、一転して引き離す方向に働くことになる。（ウ）は洗濯物５４の一部が落下し、ドラム５１の内壁に叩きつけられて再び積み重なる状態である。
【００７７】
（イ）から（ウ）に至る過程において、ドラム５１の状況は大きく変動する。まず、洗濯物５４の一部がドラム５１内を落下している段階では、落下している洗濯物５４に相当する負荷がドラム５１の回転運動から離脱するため、ドラムモータ６０の負荷は小さくなる。次に、落下した洗濯物５４がドラム５１の内壁に叩きつけられた瞬間、ドラム５１は大きな衝撃を受け鉛直方向の振動を発生し、また、一時的に小さくなっていた負荷は増大し、再び元の大きさとなる。
【００７８】
ここで、第１の運転手段と第２の運転手段の特性から、この状況に適した制御を考える。
【００７９】
まず、第１の運転手段は、回転子５９の磁極位置とは独立した電流を供給するものであり、想定される負荷において回転可能な電流ベクトルの大きさを確保しておけば、このような振動や負荷変動が発生しても電流の供給は継続される。
【００８０】
一方、第２の運転手段は、回転子５９の磁極位置に応じた電流を供給するもので、本実施の形態ではドラムモータ６０に流れる電流や印加される電圧、角速度などから回転子５９の磁極位置を推定し、その結果に応じた電流を供給する。この推定に対し、負荷の急激な増減やドラム５１の振動は電流や電圧、角速度の大きな変動を誘発し、大きな誤差を生む原因となるため、この状況で第２の運転手段にて駆動すると安定した駆動が実現できない可能性がある。そのため、（イ）から（ウ）に至る過程では、第１の運転手段にて駆動が適している。
【００８１】
なお、本実施の形態ではドラム５１の回転角が１００度の時点で洗濯物５４の一部が落下するとしたが、この回転角は洗濯物５４の含水量や絡み具合などの状態により前後するものであり、９０度を越えることだけが普遍的な条件である。
【００８２】
（エ）は、ドラム５１の回転角度が１８０度となった状態である。
【００８３】
（ウ）から（エ）に至る過程においても、ドラム５１内の鉛直方向上側に到達した洗濯物５４は落下し、下側に叩きつけられるが、この過程はこれ以降連続的に発生する。そのため、洗濯物５４は常に以下の３つの状態のものが混在するものとなる。すなわち、ドラム５１に連動して回転運動をしているもの、ドラム５１の内壁から離れ落下中のもの、ド
ラム５１の内壁へ叩きつけられているもの、である。ドラムモータ６０に対する総合的な負荷という観点から考えると、この過程において洗濯物５４から受ける負荷は上記３つの状態の和であり、連続的に発生している限りはその和はほぼ一定である。
【００８４】
この状態では、第２の運転手段の駆動に対する外乱は小さく、安定した駆動が実現できる。このような状況においては、第１の運転手段に比べ、負荷の状態を推定しながら駆動することが可能である第２の運転手段の方が高精度かつ省エネルギーの運転が可能であるため、第２の運転手段での駆動が適している。
【００８５】
以上により、本実施の形態によれば、切替手段７４により、第１の運転手段７２からの信号でドラムモータ６０を起動し、起動からのドラム５１の回転角が最初に９０度となる時点以降に、第２の運転手段７３からの信号に切り替えることにより、ドラム５１の内容物に起因する周期的でない負荷トルク変動を伴うドラム５１の起動時に、ドラム５１が９０度回転し重力によりドラム５１の内容物が崩れ負荷トルクが大きく変動するまでの期間を回転子５９の磁極位置とは独立した第１の運転手段７２により運転し、その時点以降に第２の運転手段７３に切り替えることにより、負荷トルク変動に起因する回転子５９の磁極位置や電流、電圧の変動に対して安定的に駆動することが可能なドラム駆動装置を提供することができる。
【００８６】
なお、本実施の形態においては、第１の運転手段により設定されるドラムモータ６０の角速度は直線的に増加するもの、すなわち一定の加速度としているが、これに限られない。起動時に大きな負荷がかかる場合、例えば洗濯物５４が大量に水を含んでいる場合などにおいては、第１の運転手段により駆動される起動初期には小さい加速度とした方が安定的に駆動できる。これを第１の期間とする。しかしながら、加速度が小さいと所望の速度に到達するまでの時間が長くかかるという課題が生ずる。これを避けるためには、慣性により安定的な回転力が得られる所定の角速度に到達した時点で加速度を大きくすればよい。これを第２の期間とする。すなわち、ドラムモータ６０に供給される電流の周波数の平均増加率は、ドラムモータ６０が動き出すまでを含む第１の期間よりも、第１の期間に続くドラムモータ６０が動きだしてからの第２の期間の平均増加率の方が大きい。これにより、安定的に起動しながら所望の速度に到達する時間を短くすることができる。図９（ア）はこの加速の状態を表した波形図である。第１の期間は加速度が小さいため、角速度の傾きが小さくなり、第２の期間は加速度が大きいため角速度の傾きが大きくなっている。
【００８７】
また、第１の期間と第２の期間の加速度は連続的に変化してもよく、例えば、第１の運転手段により駆動中に加速度が直線的に変化するようにすると、速度の変化は図９（イ）で示すように二次関数的となり、起動初期の加速度は小さく、角速度が上がるにつれて加速度が上がるという状態を実現でき、安定的に起動しながら所望の速度に到達する時間を短くすることができる。
【００８８】
また、第２の期間の後にさらに第３、第４の期間などを設けることも可能で、例えば第２の期間において所望の角速度に到達した場合は、それ以降加速度をゼロとした第３の期間を設けることにより、所望の角速度を保ちながら安定的に第２の運転手段に切り替えることが可能である。
【００８９】
また、本実施の形態では、座標変換器１００、１０１は、それぞれ数式１と数式２に示した余弦関数（コサイン）のみを使用して方向余弦を加算していくシンプルなものを用いているが、正弦関数（サイン）の計算も短時間で行うことができるマイコン環境であれば、数式３、数式４などを用いてもよく、むしろ計算時間が短縮できるケースもあり、適宜使い分けすることもできる。
【００９０】
【数３】
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【００９１】
【数４】
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【００９２】
また、本実施の形態においては、ドラムモータ６０は、プーリ６２、６４、ベルト６３を介してドラム５１を回転駆動する構成となっており、機構的な一定の減速（１０分の１）があるため、ドラムモータ６０に必要なトルクが小さくて済むものとなり、装置の小型化、低コスト化に有利なものとなっている。
【００９３】
しかしながら、必ずしもプーリ６２、６４、ベルト６３を使用しなければならないというものではなく、例えばギア（歯車）での減速を行うものや、ドラム５１とドラムモータ６０を直接接続し、機構的な減速なしとしたダイレクト駆動などと称されるものであってもよく、いずれの場合でも、最終的に駆動されるドラム５１の回転角に視点をおいたものである。
【００９４】
また、本実施の形態においては、ドラムの回転軸は、鉛直に対して９０度という角度を持ち、すなわち回転軸が水平となるドラム駆動装置を示しているものとなっているが、９０度以外でも、地球の重力によって生じるドラムのモーメント、すなわちトルクは大なり小なり発生するものとなり、鉛直に対して例えば１０度程度の角度を持って、縦型と呼ばれるような洗濯機を構成した場合にあっても、重力の作用によるトルクが必要となる傾向は、十分に発生するものとなり、本発明の効果が期待できるものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明にかかるドラム駆動装置は、大きなトルクが必要となるドラムの回転角度が、起動後にほぼ９０度となる状態においての、インバータ回路からドラムモータに供給する必要のある電流を効果的に低減することが可能となるので、一般家庭など使用される鉛直に対して角度をもったドラムの回転軸を有する縦型ドラム駆動装置、ドラム式ドラム駆動装置、ドラム式洗濯乾燥機やドラム式乾燥機、また縦型洗濯機と呼ばれる形であり鉛直から角度を有した回転軸とすることによる使い勝手の改善を図ったものであっても良い。さらに、食品を扱う回転式の調理器や、廃棄物を処理する回転ドラム、またコンクリート粉と土砂を撹拌するコンクリート・ミキサーなどの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００９６】
５１  ドラム
５５、５６、５７、５８  永久磁石
５９  回転子
６０  ドラムモータ
７１  インバータ回路
７２  第１の運転手段
７３  第２の運転手段
７４  切替手段
９３  速度推定手段
８９  速度設定手段
９０  速度誤差増幅手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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