(57)【要約】【課題】  アンバランス検出期間中のモータの加減速を考慮して、アンバランスを精度よく検出する。【解決手段】  脱水運転時の洗濯物のアンバランスを検出するために、モータを駆動する。モータが１回転する所定期間中にモータ回転数を検出する。検出されたモータ回転数からこの期間中のモータの加速あるいは減速を判断して、加減速に応じてモータ回転数を補正する。モータ回転の変動度合いとして、補正されたモータ回転数から所定期間中の最大モータ回転数と最小モータ回転数との差を算出する。この差と閾値とからアンバランスか否かを判断する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容物を収容した回転容器を回転駆動するモータと、該モータの回転数を検出する回転検出部と、所定期間中の前記モータ回転の変動度合いから収容物のアンバランスを検出するアンバランス検出部とを備え、該アンバランス検出部は、前記所定期間初期のモータ回転と所定期間最後のモータ回転に基づいて前記変動度合いを補正することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
アンバランス検出部は、所定期間初期のモータ回転数と最後のモータ回転数との差を算出し、所定期間中に検出されたモータ回転数を前記差に応じて補正することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
収容物を収容した回転容器を回転駆動するモータと、該モータの回転数を検出する回転検出部と、所定期間中の前記モータ回転の変動度合いから収容物のアンバランスを検出するアンバランス検出部とを備え、該アンバランス検出部は、前記所定期間中のモータの加減速を判断して、加速あるいは減速に応じて前記変動度合いを補正することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
アンバランス検出部は、モータが加速中のとき、変動度合いが大きくなるように補正し、減速中のとき、変動度合いが小さくなるように補正することを特徴とする請求項３記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
所定期間中、一定トルク制御あるいは一定回転制御が行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
アンバランス検出部は、回転容器がｎ（ｎは自然数）回転する所定期間中にアンバランスを検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
アンバランス検出部は、所定期間中の最大モータ回転数と最小モータ回転数との差によってモータ回転の変動度合いを算出し、変動度合いの大小によってアンバランスか否かを判断することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
モータは、永久磁石を有するロータおよび三相の巻線が巻回されたステータを備えたブラシレスモータであることを特徴とする請求項６または７記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
モータは、ダイレクトドライブ方式により回転容器を回転駆動することを特徴とする請求項８記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のモータ駆動装置を備えたことを特徴とする洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収容物を収容した回転容器を回転駆動するためのモータ駆動装置に関し、特に回転容器は洗濯物を収容した回転ドラムとする洗濯機のモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
洗濯機では、回転ドラムの回転数変動から洗濯物のアンバランスを検出して、モータをインバータ回路により回転数制御するものが提案されている。従来、この種の洗濯機は、特許文献１〜３に記載されているような構成とされる。すなわち、回転ドラムに直結されたモータをほぼ一定回転となるように駆動し、モータの１回転当たりの回転数変動を検出する。回転数変動値を閾値と比較して、脱水振動の度合いを検出し、検出結果に基づいて脱水回転を制御する。
【０００３】
例えば、図８において、時間Ｔ１０からＴ１１までのモータ１回転中の回転数の最大値Ｒｍａｘ１と最小値Ｒｍｉｎ１を測定する。その偏差ΔＲ１（＝Ｒｍａｘ１−Ｒｍｉｎ１）が閾値より大きければ、アンバランス状態にあると判定する。
【０００４】
ここで、検出精度を上げるためには、モータをほぼ一定回転となるように駆動することが重要である。特許文献１では、インバータ回路におけるスイッチング素子のデューティ比を一定に制御しており、特許文献２では、モータに所定の一定電力を供給している。
【０００５】
特に、特許文献３では、モータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分に分解して、それぞれ制御し、ロータの回転数変化より洗濯兼脱水槽の負荷のアンバランスを検出している。これによって、モータ電流のベクトル制御により定トルク制御が可能となり、定トルク制御期間中の回転数変動から負荷のアンバランスを精度よく検出できる。
【特許文献１】特開平４−３１４４９６号公報
【特許文献２】特開２００１−１２０８８１号公報
【特許文献３】特開２００３−２６５８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、脱水運転中、モータはわずかながらも加速あるいは減速を行い、アンバランス検出の開始時と終了時のモータ回転数は変化してしまう。例えば、図８に示したものと同じアンバランス量とし、アンバランス検出中にモータが加速したときのモータ回転数の変化を図９に示す。アンバランス検出の開始時よりも終了時には、モータ回転数が高くなっている。
【０００７】
時間Ｔ２０からＴ２１までのモータ１回転中の回転数の最大値Ｒｍａｘ２と最小値Ｒｍｉｎ２から求まる偏差ΔＲ２は、図８の偏差ΔＲ１より小さくなる。すなわち、同じアンバランス状態であり、洗濯機の振動の度合いは同じであるにもかかわらず、アンバランス検出期間中にわずかながらもモータが加速したため、検出されたモータ回転数の変動度合いに誤差が生じている。
【０００８】
そのため、正確に振動の度合いを検出できず、アンバランスの状態を誤判断してしまう。誤ってアンバランスでないと判断すると、そのまま脱水運転が続行され、洗濯機の振動が大きくなる。あるいは、実際には振動の度合いが小さいにもかかわらず、アンバランスであると誤判断し、運転を停止してしまうなどの問題が発生する。
【０００９】
本発明は、上記に鑑み、アンバランス検出期間中のモータの加減速を考慮して、アンバランスを精度よく検出できるモータ駆動装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、収容物を収容した回転容器を回転駆動するモータと、該モータの回転数を検出する回転検出部と、所定期間中の前記モータ回転の変動度合いから収容物のアンバランスを検出するアンバランス検出部とを備え、該アンバランス検出部は、前記所定期間初期のモータ回転と所定期間最後のモータ回転に基づいて前記変動度合いを補正するものである。
【００１１】
具体的には、所定期間初期のモータ回転数と最後のモータ回転数との差を算出し、所定期間中に検出されたモータ回転数を前記差に応じて補正する。すなわち、アンバランス検出部は、算出された差から所定期間中のモータの加減速を判断して、加速あるいは減速に応じて前記変動度合いを補正することになる。モータの加減速の判断は、初期のモータ回転数と最後のモータ回転数との大小に基づき、モータ回転数が増えていれば加速、モータ回転数が減っていれば減速とする。
【００１２】
アンバランス検出部は、モータが加速中のときには、変動度合いが大きくなるように補正する。このとき、補正により、モータ回転数は小さくなる。モータが減速中のときには、変動度合いが小さくなるように補正する。このとき、補正により、モータ回転数は大きくなる。
【００１３】
そして、補正されたモータ回転の変動度合いに基づいて、アンバランスを検出する。変動度合いが閾値より大のとき、アンバランスであると判断し、変動度合いが閾値より小のとき、アンバランスではないと判断する。
【００１４】
なお、所定期間中、一定トルク制御あるいは一定回転制御が行われる。これによって、所定期間中のモータの加減速の大きさが小さく抑えることができ、モータ回転の変動度合いの誤差が小さくなって、アンバランスの検出精度が高まる。所定期間は、回転容器がｎ（ｎは自然数）回転する期間とされる。モータが、ダイレクトドライブ方式により回転容器を回転駆動する場合、回転容器の回転はモータ回転数に対応する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、回転容器に収容された収容物のアンバランスを検出するとき、モータ回転の変動度合いをモータの加減速に応じて補正することにより、正確な変動度合いを検出することができる。その結果、アンバランスの検出精度が高まる。特に、洗濯機において、上記のように洗濯物のアンバランスを検出すると、アンバランスの誤検出がなくなって、効率よく脱水運転できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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４極の永久磁石型同期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３相電圧信号Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊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。また、コンバータ回路４は交流電源５から直流電源を形成し、インバータ回路２に電力を供給する。
【００１７】
マイコン３は、ロータ位置検出部６で検出したロータ位置信号およびモータ電流検出部７ａ、７ｂにより検出されたモータ電流を用いて、プログラムにしたがって３相電圧信号Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を生成し、インバータ回路２に出力する。インバータ回路２は、マイコン３から入力された電圧Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に応じて、モータ１を駆動するための電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをモータ１に出力する。このインバータ回路２を用いたモータ１の制御は、一般的にベクトル制御と呼ばれる方法を用いて行う。ベクトル制御については従来周知の技術であるので、ここでは説明を省略する。ベクトル制御により、モータ１を安定したトルクで駆動することができる。
【００１８】
なお、モータ１として永久磁石型同期モータを使用することにより、誘導モータなどに比べ、より高効率な運転が可能であるとともに、ベクトル制御と組合せることによって、より高精度にモータトルクを制御できる。
【００１９】
また、ロータ位置検出部６には、ホールセンサを用いる。これにより、安価にロータ位置検出回路を構成することができる。そして、ホールセンサを３個用いると、図２に示すようなロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが、各ホールセンサから出力され、マイコン３に入力される。
【００２０】
マイコン３は、ロータ位置信号に基づいて、モータ回転数を演算する回転検出部８を有する。具体的には、ロータ位置信号の立上がりあるいは立下りエッジの発生間隔をマイコン３のタイマ機能を用いて測定する。このエッジ発生間隔とモータ回転数とは反比例の関係にあるので、このエッジ発生間隔からモータ回転数を算出することができる。このように、モータ１の駆動制御のために用いるロータ位置検出部６を利用することにより、特別な追加部品なしでモータ回転数を検出することができる。
【００２１】
上記のモータ駆動装置を搭載した電気機器として、洗濯機があげられる。洗濯機は、回転ドラムを有するドラム式洗濯乾燥機とされる。円筒形状の回転ドラムの回転軸は床面に対して水平方向に設けられる。モータ１の回転軸は、回転ドラムの回転軸と滑ることなく接続される。このため、モータ回転数と回転ドラムの回転数とは対応関係にあり、回転ドラムの回転を直接検出しなくても、回転ドラムの回転数を検出できる。
【００２２】
ここで、モータ１と回転ドラムが直接固定されたダイレクトドライブ方式とされる。この方式では、モータ１の発生トルクを正確に、かつ時間遅れもほとんどなく回転ドラムに伝達することができる。しかも、モータ１から回転ドラムまでの回転伝達経路におけるスリップや摩擦、時間遅れといった回転数検出誤差となる要因をきわめて少なくでき、検出精度が高まる。
【００２３】
マイコン３は、回転ドラムの回転時に洗濯物の片寄りに起因するアンバランスの検出を行うアンバランス検出部９を有する。すなわち、アンバランス検出部９は、脱水運転時に、所定期間、モータ回転数を測定して、モータ回転の変動度合いを算出し、この変動度合いに基づいてアンバランスか否かを判断する。このとき、アンバランス検出部９は、アンバランス検出期間中のモータ１の加減速を考慮して、所定期間初期のモータ回転数と所定期間最後のモータ回転数に基づいてモータ回転の変動度合いを補正する。なお、モータ回転の変動度合いは、所定期間中の最大モータ回転数と最小モータ回転数との差によって算出される。アンバランスの判断は、この差が閾値を超えるか否かによって行われる。
【００２４】
洗濯機における脱水時のアンバランス検出に関するマイコン３の制御動作を図３に基づいて説明する。まず、ロータ位置検出部６からのロータ位置信号により、モータ１が停止し、回転ドラムが動いていないことを検出した（Ｓ１）後、モータ１の回転を開始する（Ｓ２）。
【００２５】
アンバランス検出を行う所定の回転数までモータ１を加速する（Ｓ３）。このとき、所定の回転数は、洗濯物が落下しようとする重力よりも回転ドラムに張り付けようとする遠心力が大きくなるような回転数である。
【００２６】
その後、一定期間、上記所定の回転数でモータ１を駆動する（Ｓ４）。このとき、張り付かせた洗濯物のアンバランスの状態により、所定の回転数を維持するためのベクトル制御におけるモータトルク指令値は時々刻々と変化する。一定期間経過後、モータトルク指令の更新を停止する（Ｓ５）。つまり、一定回転制御から一定トルク制御に切り換える。
【００２７】
次に、所定期間のモータ回転数を検出する。すなわち、瞬時的なモータ回転数を機械角０度の時点、機械角３０度の時点、機械角６０度の時点というように、定期的に検出する。図２に示すようなロータ位置信号の立上がりエッジあるいは立下りエッジが発生する毎に、エッジ発生間隔をマイコン３のタイマ機能を用いて測定する。そして、このエッジ発生間隔から回転数を演算することにより、瞬時的なモータ回転数を検出する。
【００２８】
回転ドラムが１回転して、機械角３６０度（＝機械角０度）となるまで、例えば機械角３０度回転毎にモータ回転数を１３回検出する。このデータを変数名Ｒｘ（ｘは０〜１２）として、マイコン３内の一時的な検出データの記憶部であるＲＡＭに保存する（Ｓ６）。
【００２９】
この回転ドラムの１回転（モータ１の１回転）の期間、モータトルク指令の更新を停止した状態、つまり一定トルクの状態であっても、所定の回転数と大差ない回転数でモータ１の駆動を継続する。しかし、わずかながらも加速あるいは減速があり、アンバランス検出の開始時のモータ回転数Ｒｓと終了時のモータ回転数Ｒｅとは異なる。そこで、アンバランスを検出する所定期間における加速あるいは減速の度合いを求める。すなわち、ＲｓとＲｅとに差が生じるので、ＲｓとＲｅから加速あるいは減速の度合いを求める。そして、加減速の度合いに応じてモータ回転数を補正することにより、モータ回転の変動度合いを補正する。下記式（１）より、Ｒｘを補正し、この補正したモータ回転数を変数名ＲＨｘとして保存する（Ｓ７）。
ＲＨｘ＝Ｒｘ＋ｘ／ｍ×（Ｒｓ−Ｒｅ）  ・・・（１）
ただし、ｘは０〜１２、ｍ＝１２、Ｒｓ＝Ｒ０、Ｒｅ＝Ｒ１２
【００３０】
そして、補正されたモータ回転数において、最大モータ回転数と最小モータ回転数との差を求め、この差に基づいてアンバランスであるか否かを判断する。このように補正した変動度合いに基づいてアンバランスを判断することによって、モータ１の加減速を考慮した精度の高いアンバランスの検出を行える。
【００３１】
図４〜６に、補正前後のモータ回転数を示す。図４は、Ｒ０とＲ１２が同じであり、加減速のない場合、図５は、Ｒ０に比べＲ１２が大きくなった加速している場合、図６は、Ｒ０に比べＲ１２が小さくなった減速している場合である。なお、各データは、同じアンバランスの状態にして、モータ１の加減速を行ったときのデータであり、図中、（ａ）は、検出されたモータ回転数のデータ、（ａ’）は、（ａ）のデータをグラフ化したものである。（ｂ）は、補正後のモータ回転数のデータであり、（ｂ’）は、（ｂ）のデータをグラフ化したものである。
【００３２】
モータ回転数の変動度合いであるモータ回転数の最大値と最小値との偏差ΔＲは、図４（ａ）では６０、図５（ａ）では４８、図６（ａ）では７２となる。本来、同じ偏差ΔＲとなるべきものが、異なった値となり、モータ回転の変動度合いに誤差が生じている。
【００３３】
そこで、モータ回転の変動度合いを補正する。モータ回転数の最大値と最小値との偏差ΔＲＨを求める（Ｓ８）と、図４（ｂ）では６０、図５（ｂ）でも６０、図６（ｂ）でも６０となり、モータ回転の変動度合いの誤差を除去できる。
【００３４】
補正後の偏差ΔＲＨと閾値Ａ１とを比較して（Ｓ９）、洗濯物のアンバランスの有無を判断する。ΔＲＨが閾値Ａ１より大きい場合は、アンバランスであると判定する。一旦、モータ１を減速し（Ｓ１０）、洗濯物をばらけさせてから、再度Ｓ３に戻る。したがって、洗濯物のアンバランスによって洗濯機が大きく振動することを防げる。
【００３５】
一方、ΔＲＨが閾値Ａ１より小さい場合は、アンバランスがないものと判定し、モータ１を加速し（Ｓ１１）、高速脱水回転を行う（Ｓ１２）。このように、精度よくアンバランスを検出できるので、アンバランスの誤検出がなくなって、モータ１の減速、再加速といった不要な駆動がなくなり、脱水率の向上、脱水時間の短縮を図れる。
【００３６】
上記の実施形態では、モータ１の１回転中のモータ回転数の最大値と最小値との偏差ΔＲＨを変動度合いのパラメータとしていたが、下記式（２）に示すように、検出された瞬時的なモータ回転数Ｒｘと基準回転数ＲＫｘとの差の絶対値ＲＳｘの最大値ＲＳｍａｘをモータ回転の変動度合いのパラメータとしてもよい。
ＲＳｘ＝｜Ｒｘ−ＲＫｘ｜  ・・・（２）
ここで、所定期間のモータ１の加速あるいは減速の影響を考慮し、検出時の基準回転数ＲＫｘを下記式（３）にしたがって、モータ１の加減速に応じて補正しながら決める。
ＲＫｘ＝Ｒｓ＋ｘ／ｍ×（Ｒｅ−Ｒｓ）  ・・・（３）
ただし、ｘは０〜ｍまでの整数、Ｒｓは所定期間開始時のモータ回転数、Ｒｅは所定期間終了時のモータ回転数
【００３７】
図７に、（ａ）Ｒ０〜Ｒ１２、（ｂ）ＲＫ０〜ＲＫ１２、（ｃ）ＲＳ０〜ＲＳ１２のデータを示す。これらより、ＲＳｍａｘは３０となる。
【００３８】
次に、算出したＲＳｍａｘをモータ回転の変動度合いのパラメータとして、閾値Ａ２と比較して、洗濯物のアンバランスを検出する。その他の動作は上記の実施形態と同様であるため、省略する。
【００３９】
なお、モータ１の１回転中のモータ回転数の変動度合いから洗濯物のアンバランスを判断していたが、アンバランスを検出するための所定期間は、これに限定する必要はなく、モータ１が複数回回転する期間としてもよい。この場合、アンバランス検出に必要な時間は長くなるが、検出誤差は小さくなる。
【００４０】
例えば、モータ１の２回転中の瞬時的なモータ回転数を機械角３０度回転する毎に２５回検出し、このデータを変数名Ｒ０〜Ｒ２４として、マイコン３内のＲＡＭに保存する。上記実施形態と同様の方法により、Ｒ０〜Ｒ２４をアンバランス検出の開始時と終了時の回転数であるＲ０とＲ２４を用いて補正し、ＲＨ０〜ＲＨ２４を算出する。補正後のモータ回転数の最大値と最小値の偏差ΔＲＨから洗濯物のアンバランスを検出する。
【００４１】
あるいは、所定期間を複数としてもよい。各所定期間は、連続してもよく、一定時間の間隔をおいてもよい。例えば、モータ１が１回転する毎にモータ回転数の最大値と最小値の偏差ΔＲＨを算出し、複数回回転した後、複数のΔＲＨの平均値を閾値Ａ１と比較することにより、洗濯物のアンバランスを検出してもよい。
【００４２】
また、洗濯物のアンバランスを検出する期間には、トルクを一定とする制御を行っているが、この期間中モータ１をほぼ一定回転となるように駆動できればよい。そこで、トルクを一定とする代わりに、インバータ回路２に供給する電力、電圧あるいは電流を一定として、回転数を一定とする制御を行ってもよい。なお、この場合でも、モータ回転数は若干であるが変動するので、上記のようなモータ回転数の変動度合いの補正を行う効果がある。
【００４３】
このようなモータ１の駆動制御を行うことにより、アンバランスを検出する所定期間中のモータ１の加速あるいは減速の大きさを小さく抑えることができる。したがって、モータ回転の変動度合いの検出誤差を少なくでき、アンバランスの検出精度が高まる。また、永久磁石型同期モータを使用しているので、誘導モータに比べ、高精度にモータトルクを制御できる。そのため、一定トルク制御あるいは一定回転制御を行うことによって、アンバランスの状態をより正確に検出することができる。
【００４４】
上記実施形態では、モータ１の１回転中のモータ回転の変動度合いから洗濯物のアンバランスを検出していたが、モータ回転数とロータ位置信号のエッジ発生間隔とは反比例の関係にある。モータ回転数は、ロータ位置信号のエッジ発生間隔から演算により求めていることに着目し、モータ回転数の代わりに、モータ１の１回転中のロータ位置信号のエッジ発生間隔の変動度合いから洗濯物のアンバランスを検出してもよい。また、モータ回転数の代わりに、回転ドラムの回転を直接検出してもよい。
【００４５】
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。本発明のモータ駆動装置は、ドラム式洗濯機以外に、回転容器が縦軸周りに回転する洗濯機やドラム式乾燥機のモータ駆動装置として使用してもよく、さらには回転容器に粉体や粒体を収容して撹拌する撹拌装置のようなモータで回転駆動する電気機器に使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図
【図２】モータのロータ位置を検出するときの出力信号を示す図
【図３】洗濯物のアンバランス検出時の制御動作のフローチャート
【図４】モータの加減速のない場合の補正前後のモータ回転数を示す図
【図５】モータが加速した場合の補正前後のモータ回転数を示す図
【図６】モータが減速した場合の補正前後のモータ回転数を示す図
【図７】他の実施形態によるモータ回転の変動度合いの検出を説明する図
【図８】アンバランスによるモータ回転の変動度合いを示す図
【図９】モータが加速した場合のアンバランスによるモータ回転の変動度合いを示す図
【符号の説明】
【００４７】
１    モータ
２    インバータ回路
３    マイコン
４    コンバータ回路
５    交流電源
６    ロータ位置検出部
８    回転検出部
９    アンバランス検出部
【図１】
2006325839.tif 000003
【図２】
2006325839.tif 000004
【図３】
2006325839.tif 000005
【図４】
2006325839.tif 000006
【図５】
2006325839.tif 000007
【図６】
2006325839.tif 000008
【図７】
2006325839.tif 000009
【図８】
2006325839.tif 000010
【図９】
2006325839.tif 000011