(57)【要約】【課題】衣類の水分量が減少し、モータの負荷が低くなった場合に、モータに必要以上の電流が供給されることを防ぐ。【解決手段】洗濯機又は乾燥機に用いられるモータ制御装置１００であって、脱水運転又は乾燥運転において、衣類の水分量の減少に伴い低下するモータＭの負荷を算出する負荷算出部４２と、負荷に基づいて、モータＭへ供給する電流を高負荷時供給電流から低負荷時供給電流に切り替える電流制御部４２とを備えるようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯機又は乾燥機に用いられるモータ制御装置であって、
脱水運転又は乾燥運転において、衣類の水分量の減少に伴い低下するモータの負荷を算出する負荷算出部と、
前記負荷に基づいて、前記モータへ供給する電流を高負荷時供給電流から低負荷時供給電流に切り替える電流制御部とを備えるモータ制御装置。
【請求項２】
前記低負荷時供給電流の実効値が、前記高負荷時供給電流の実効値よりも小さい請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電流制御部が、前記負荷が予め設定された閾値を下回った場合に、前記高負荷時供給電流から前記低負荷時供給電流に切り替える請求項１又は２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記負荷算出部により算出された負荷に基づいて、前記高負荷供給から前記低負荷供給電流に切り替えるまでの切替所要時間を算出する切替所要時間算出部を備え、
前記電流制御部が、前記切替所要時間の経過後に、前記高負荷時供給電流から前記低負荷時供給電流に切り替える請求項１乃至３のうち何れか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記負荷算出部が、前記モータの極性を検出するホール素子の出力に基づいて、前記モータの磁石を通過する磁束密度又は磁束量を算出して、この磁束密度又は磁束量に基づいて前記負荷を算出する請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記負荷算出部が、前記モータへ供給される電流、前記モータの誘起電圧、及び前記モータの回転速度を用いて前記負荷を算出する請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記高負荷時供給電流が、台形波又は矩形波の電流であり、
前記低負荷時供給電流が、三角波又は正弦波の電流である請求項１乃至６のうち何れか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうち何れか一項に記載のモータ制御装置を具備する洗濯機又は乾燥機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置及びこれを備える洗濯機及び乾燥機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
洗濯機や乾燥機は、洗濯槽やドラムを回転させるモータを備えている。従来、このモータへの供給電流は、起動時や衣類の量が多い場合など、モータの負荷が高い場合に必要なトルクを確保できるように設定されており、その供給電流がモータの負荷によらず供給され続ける。
【０００３】
ところで、例えば洗濯機の脱水運転では、衣類の水分が除去されるに従い、洗濯槽内の質量が徐々に低下するので、モータの負荷は徐々に低くなる。このことは、乾燥機においても共通していえることであり、衣類の水分が除去されるに従い、ドラム内の質量が徐々に低下するので、モータの負荷は徐々に低くなる。
【０００４】
このことから従来のように、高負荷時に必要なトルクを確保できるように設定された供給電流がモータの負荷によらず供給され続けると、衣類の水分が除去されてモータの負荷が低くなった場合に、モータに必要以上の電流が供給されることになる。
そうすると、銅損が大きくなり効率が悪化するという問題や、モータに必要以上のトルクが生じて騒音や振動が発生するという問題が生じる。
【０００５】
なお、特許文献１には、ドラムが回転すると衣類の位置が変化して、ドラム内の重心位置が変わることから、この重心位置の変化に応じてモータへの供給電流を制御する方法が記載されているが、衣類の水分が除去されるに従いモータの負荷が低下するということは一切示唆されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４７２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、衣類の水分量が減少し、モータの負荷が低くなった場合に、モータに必要以上の電流が供給されることを防ぐことを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係るモータ制御装置は、洗濯機又は乾燥機に用いられるものであって、脱水運転又は乾燥運転において、衣類の水分量の減少に伴い低下するモータの負荷を算出する負荷算出部と、前記負荷に基づいて、前記モータへ供給する電流を高負荷時供給電流から低負荷時供給電流に切り替える電流制御部とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
このようなモータ制御装置であれば、脱水運転又は乾燥運転において、衣類の水分量の減少に伴い低下するモータの負荷を算出して、その負荷に基づいてモータへの供給電流を高負荷時供給電流から低負荷時供給電流に切り替えているので、低負荷時にモータに必要以上の電流が供給されることを防ぐことができる。
これにより、低負荷時における銅損が小さくなり高効率化を図れるとともに、騒音や振動を低減することができる。
【００１０】
供給電流の具体的な態様としては、前記低負荷時供給電流の実効値を、前記高負荷時供給電流の実効値よりも小さくすることが挙げられる。
【００１１】
供給電流を切り替える具体的な制御としては、前記電流制御部が、前記負荷が予め設定された閾値を下回った場合に、前記高負荷時供給電流から前記低負荷時供給電流に切り替えることが挙げられる。
【００１２】
また、供給電流を切り替える別の態様としては、前記負荷算出部により算出された負荷に基づいて、前記高負荷供給から前記低負荷供給電流に切り替えるまでの切替所要時間を算出する切替所要時間算出部を備え、前記電流制御部が、前記切替所要時間の経過後に、前記高負荷時供給電流から前記低負荷時供給電流に切り替える構成が挙げられる。
【００１３】
ここで、従来のモータの制御では、モータの極性を検出するホール素子を用いて回転方向の制御をしている。
そこで、負荷を算出するための態様としては、前記負荷算出部が、前記モータの極性を検出するホール素子の出力に基づいて、前記モータの磁石を通過する磁束密度又は磁束量を算出して、この磁束密度又は磁束量に基づいて前記負荷を算出する構成が挙げられる。
このような構成であれば、既存のホール素子を用いてモータの負荷を算出することができるので、コストの増加を抑えることができる。
【００１４】
また、負荷を算出するための別の態様としては、前記負荷算出部が、前記モータへ供給される電流、前記モータの誘起電圧、及び前記モータの回転速度を用いて前記負荷を算出するように構成されていることが挙げられる。
【００１５】
前記高負荷時供給電流としては台形波又は矩形波の電流が挙げられ、前記低負荷時供給電流としては三角波又は正弦波の電流が挙げられる。
【００１６】
また、上述したモータ制御装置を具備する洗濯機や乾燥機であれば、上述した作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
このように構成した本発明によれば、衣類の水分量が減少し、モータの負荷が低くなった場合に、モータに必要以上の電流が供給されることを防ぐことができ、従来よりも高効率化を図れるとともに、騒音や振動を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のモータの構成を部分的に示す模式図。
【図２】同実施形態のモータ制御回路の構成を示す回路図。
【図３】同実施形態のモータ制御装置の機能を示す機能ブロック図。
【図４】同実施形態のホール素子の出力電圧を説明するための図。
【図５】同実施形態のモータの負荷の変化と供給電流の相関を示すグラフ。
【図６】その他の実施形態におけるモータ制御装置の機能を示す機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明に係るモータ制御装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態のモータ制御装置１００は、図１及び図２に示すように、例えば洗濯機や乾燥機などに備えられているモータＭを制御するためのものである。
【００２１】
まず始めにモータＭについて説明すると、本実施形態のモータＭは、洗濯機の洗濯槽や乾燥機のドラムを回転させるものであり、同期モータである。
このモータＭは、図１に示すように、洗濯槽やドラムに接続されるロータシャフトが取り付けられるロータ１０と、ロータ１０の外側に周方向に巻回されたコイル２０と、ロータ１０が回転可能に配置されるステータ３０とを具備し、具体的にはステータ３０が周方向に沿って設けられた複数の爪磁極３１を有する所謂クローポールモータである。
【００２２】
このモータＭは、図２に示すように、モータ制御回路Ｚを介して例えば直流電源Ｓｚに接続されている。モータ制御回路Ｚは、直流電源Ｓｚと並列に設けられた平滑用コンデンサＣｚと、前記直流電源Ｓｚから供給される直流電力を交流電力に変換して前記モータＭに印加するＨブリッジ回路Ｈｚとを備えたものである。
【００２３】
ここでモータＭには、図３に示すように、ロータ１０の磁性を検出するためのホール素子ＨＳが設けられている。このホール素子ＨＳは、磁束密度の大きさに応じて変動する電圧信号を出力するものであり、ここでは磁束密度に比例する電圧信号を後述するモータ制御装置１００に送信する。
【００２４】
モータ制御装置１００は、モータＭに供給される電力を制御するものであり、ここでは上述したＨブリッジ回路Ｈｚを構成するＭＯＳに駆動信号を出力して、モータＭに供給される電流（以下、供給電流ともいう）を制御する。
【００２５】
このモータ制御装置１００は、物理的にはＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えたものであり、前記メモリの所定領域に格納されたプログラムに従ってＣＰＵや周辺機器が協同することにより、図３に示すように、ホール素子ＨＳから出力された電圧信号を受信する電圧信号受信部４１と、モータＭの負荷を算出する負荷算出部４２と、供給電流を制御する電流制御部４３としての機能を備えたものである。
以下、各部を説明する。
【００２６】
電圧信号受信部４１は、ホール素子ＨＳが経時的に出力する電圧信号を受信するものであり、ここでは図４に示すように、ロータ１０の回転による極性の変化や磁束密度の変化に応じて変動する電圧信号が増幅回路を用いて増幅するようにしており、増幅させた電圧信号を逐次受信する。
【００２７】
負荷算出部４２は、モータＭの負荷を算出するものであり、具体的には電圧信号受信部４１が受信した電圧信号に基づいてロータ１０の磁石を通過する磁束密度又は磁束量を算出し、この磁束密度又は磁束量を用いてモータＭの負荷を算出する。
ここでの負荷算出部４２は、磁束密度とモータＭへの供給電流とを用いてモータＭへ加わるトルクをモータＭの負荷として逐次算出するように構成されている。なお、ここでは図２に示すように、モータへの供給電流を電流計Ａを用いてモニタリングしており、この電流計Ａの電流値を負荷算出部４２が取得するようにしている。
【００２８】
然して、本実施形態の負荷算出部４２は、脱水運転又は乾燥運転において、衣類の水分量の減少に伴い低下するモータＭの負荷を算出している。
より詳細に説明すると、脱水運転や乾燥運転では図５に示すように、時間の経過に伴って衣類の水分量が減少することから、モータＭの負荷も低下する。そこで本実施形態では、運転を開始してから変化するモータＭの負荷を、連続した複数の領域に区分しており、ここではこれらの領域を起動領域、高負荷領域、及び低負荷領域としている。
【００２９】
まず、起動領域について説明する。脱水運転や乾燥運転を開始する際、停止している洗濯槽やドラムを回転（起動）させるために起動トルクが必要となる。このことから、脱水運転や乾燥運転を起動させる際の負荷（以下、起動負荷という）は、１回の脱水運転や乾燥運転における負荷の中で最大となり、この起動負荷が維持される領域をここでは起動領域としている。なお、ここでいう起動負荷が維持される領域とは、起動負荷が全く変動しない領域に限るものではなく、負荷が多少の増減を繰り返しながら変動する領域も含む。
【００３０】
高負荷領域は、上述した起動負荷が低下し始めてから予め設定された閾値に達するまでの領域である。この高負荷領域では負荷は線形的に低下する。
閾値は、適宜設定することができるが、ここでは洗濯機や乾燥機ごとに設定されている定格負荷としている。
【００３１】
低負荷領域は、負荷が閾値を越えたあとの領域であり、閾値を超えたあと衣類の水分が十分に除去されれば、負荷はほぼ変化せずに安定した値となる。
【００３２】
電流制御部４３は、負荷算出部４２により算出された負荷に基づき、供給電流を高負荷時供給電流から低負荷時供給電流に切り替えるものであり、ここでは少なくとも高負荷領域における供給電流が高負荷時供給電流となり、低負荷領域における供給電流が低負荷時供給電流となるように供給電流をＰＷＭ制御している。
【００３３】
低負荷時供給電流は、高負荷時供給電流よりも実効値が小さい電流であり、具体的には図５に示すように、高負荷時供給電流を矩形波の電流とし、低負荷時供給電流を三角波又は正弦波の電流としている。
すなわち、本実施形態の電流制御部４３は、負荷算出部４２により算出された負荷と閾値とを比較して、算出された負荷が閾値を下回った場合に、ＰＷＭ制御のデューティー比を変えることで、供給電流を矩形波から三角波又は正弦波に切り替えるように構成されている。
【００３４】
ところで、脱水運転や乾燥運転の起動時に供給電流を大きくし過ぎると、ＭＯＳが高温になって壊れてしまう恐れがある。
そこで、本実施形態では起動領域における起動時供給電流を、高負荷時供給電流よりも実効値が小さい電流としており、ここでは図５に示すように、台形波の電流にしている。
すなわち、本実施形態の電流制御部４３は、起動時に負荷算出部４２が算出した起動負荷が低下し始めた場合に、ＰＷＭ制御のデューティー比を変えることで、供給電流を台形波から矩形波に切り替えるように構成されている。具体的には、起動負荷の低下量が所定値を超えた場合に、供給電流を台形波から矩形波に切り替える構成が挙げられる。
【００３５】
このように構成された本実施形態に係るモータ制御装置１００であれば、脱水運転や乾燥運転において、衣類の水分量の減少に伴い低下するモータＭの負荷を算出して、その負荷に基づいてモータＭへの供給電流を高負荷時供給電流から低負荷時供給電流に切り替えているので、低負荷時にモータＭに必要以上の電流が供給されることを防ぐことができる。
これにより、低負荷時における銅損が小さくなり高効率化を図れるとともに、騒音や振動を低減することができる。
【００３６】
さらに、負荷算出部４２が、既存のホール素子ＨＳを用いてモータＭの負荷を算出することができるので、コストの増加を抑えることができる。
【００３７】
そのうえ、起動時供給電流を高負荷時供給電流よりも実効値が小さい電流としているので、脱水運転や乾燥運転の起動時にＭＯＳに大きな電流が流れてＭＯＳが壊れてしまうことを防ぐことができる。
【００３８】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３９】
例えば、前記実施形態では、脱水運転や乾燥運転を開始してから負荷の変化に応じて起動領域、高負荷領域、及び低負荷領域の３つの連続した領域に区分していたが、２つ或いは４つ以上の連続した領域に区分して、各々の領域毎で供給電流の波形を切り替えても良い。
【００４０】
また、低負荷時供給電流の実効値が、高負荷時供給電流の実効値よりも小さくなれば、起動時供給電流、高負荷時供給電流、及び低負荷時供給電流の波形やＰＷＭ制御のデューティー比は適宜変更して良く、例えば起動時供給電流と高負荷時供給電流との両方を矩形波の電流としても構わないし、これらの電流の両方を台形波の電流としても構わない。
【００４１】
さらに、モータ制御装置１００としては、図６に示すように、負荷算出部４２により算出された負荷に基づいて、高負荷供給から前記低負荷供給電流に切り替えるまでの切替所要時間を算出する切替所要時間算出部４４としての機能を備えたものであっても良い。
この切替所要時間算出部４４の具体的な態様としては、例えば起動時に負荷算出部４２が算出した起動負荷に基づき、例えばヒータ能力や衣類の重量などをパラメータとした所定の演算式や、起動負荷と切替所要時間との相関を示すルックアップテーブルなどを用いて負荷が閾値を下回るまでの所要時間を算出する構成が挙げられる。
この場合、電流制御部４３としては、脱水運転や乾燥運転が起動されてから切替所要時間が経過した際に、供給電流を高負荷時供給電流から低負荷時供給電流に切り替えるように構成されていても良い。
【００４２】
加えて、負荷算出部４２は、前記実施形態ではホール素子ＨＳの出力電圧を用いてモータＭの負荷を算出するものであったが、モータＭへの供給電流、モータＭの誘起電圧、及びモータＭの回転速度を用いて負荷を算出するものであっても良い。
モータＭの誘起電圧は、モータＭの形状（ロータ１０やステータ３０の形状）や磁極の数などに応じて変わる電圧であり、例えばモータＭを停止させることで予め得ることができる。このことから、誘起電圧を例えばモータ制御装置１００のメモリ内に予め記憶させておくことにより、負荷算出部４２が負荷の算出時に前記メモリから誘起電圧を取得することができる。
また、モータＭの回転速度は、ホール素子ＨＳの出力電圧の時間変化に基づき算出することができ、負荷算出部４２は負荷算出時にモータＭの回転速度を逐次算出することができる。
【００４３】
そのうえ、前記実施形態の制御装置は、モータＭに供給される電流を制御していたが、モータＭに供給される印加電圧を制御するものであっても良い。
【００４４】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１００・・・モータ制御装置
Ｍ    ・・・モータ
１０  ・・・ロータ
２０  ・・・コイル
３０  ・・・ステータ
３１  ・・・爪磁極
Ｚ    ・・・モータ制御回路
Ｓｚ  ・・・直流電源
Ｈｚ  ・・・Ｈブリッジ回路
ＨＳ  ・・・ホール素子
４１  ・・・電圧信号受信部
４２  ・・・負荷算出部
４３  ・・・電流制御部
４４  ・・・所要時間算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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