(57)【要約】【課題】インバータ駆動の洗濯機において、減速時の回転エネルギーをモータの抵抗成分で効率的に消費させ、容易な制御設定でブレーキ時間を短くすることができる洗濯機を実現する。【解決手段】洗濯物を収容して回転駆動される回転ドラム１と、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路７と、インバータ回路７により回転ドラム１を駆動するモータ４と、モータ４の回転数を検知する回転数検知手段１７と、モータ４のモータ電流を検出する電流検出手段９と、モータ４への印可電圧を制御する入力電圧制御手段１５とを備え、入力電圧制御手段１５は、モータ４のブレーキ運転時にモータ４の相電流を一定に制御することにより、減速時の回転エネルギーをモータ４の抵抗成分で効率的に消費させ、容易な制御設定でブレーキ時間を短くすることができる。【選択図】図２
2018042694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯物を収容して回転駆動される回転ドラムと、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により前記回転ドラムを駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記モータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記モータへの印可電圧を制御する入力電圧制御手段とを備え、前記入力電圧制御手段は、前記モータのブレーキ運転時に前記モータの相電流を一定に制御することを特徴とする洗濯機。
【請求項２】
前記電流検出手段によって検出した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、それぞれ独立して制御する電流制御手段と、前記トルクに対応した電流成分により、任意の設定回転数に制御する回転数制御手段と、前記インバータ回路に加わる直流電圧を検知する直流電圧検知手段を備え、前記回転数制御手段は、ブレーキ運転前とブレーキ運転中の前記直流電圧の変化に応じて、前記設定回転数の減少率を変更するようにした請求項１に記載の洗濯機。
【請求項３】
前記電流制御手段は、ブレーキ運転時に、前記モータの回転停止方向に働く前記トルクに対応した電流成分を、所定の電流以下に制限する請求項１または請求項２に記載の洗濯機。
【請求項４】
前記電流制御手段のモータ駆動からブレーキ運転への移行は、前記モータの回転方向の前記トルクに対応した電流成分を零にしてから所定時間経過後に、前記モータの回転停止方向の前記トルクに対応した電流成分を制御するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路によりモータを駆動する洗濯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の洗濯機は、強めの界磁制御と弱めの界磁制御を併用して、ブレーキ運転時の回生電力の制御を容易にし、発電エネルギーをモータの内部抵抗に消費させてインバータ回路の直流電圧の異常上昇を防止している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０８８１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の洗濯機は、界磁電流とトルク電流を別々に制御するため、制御が複雑になり、また減速時の回転エネルギーの回生を抑えるために、ブレーキ時間が長くなるという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、容易な制御設定でブレーキ時間を短くすることができる洗濯機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記従来の課題を解決するために、本発明の洗濯機は、洗濯物を収容して回転駆動される回転ドラムと、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により前記回転ドラムを駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記モータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記モータへの印可電圧を制御する入力電圧制御手段とを備え、前記入力電圧制御手段は、前記モータのブレーキ運転時に前記モータの相電流を一定に制御する。ここで前記相電流は、安全に制御できる最大の相電流を流すようにした。
【０００７】
これにより、容易な制御設定で、ブレーキ時間を短くすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の洗濯機は、容易な制御設定でブレーキ時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における洗濯機の要部断面図
【図２】同洗濯機のモータ駆動装置のブロック回路図
【図３】同洗濯機のモータ制御のタイムチャート
【図４】同洗濯機の脱水行程のフローチャート
【図５】同洗濯機の回転数ＤＯＷＮサブルーチンのフローチャート
【図６】同洗濯機のモータ駆動サブルーチンのフローチャート
【図７】同洗濯機のキャリヤ信号割込サブルーチンのフローチャート
【図８】同洗濯機の位置信号割込サブルーチンのフローチャート
【図９】同洗濯機の回転数制御サブルーチンのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の発明は、本発明の洗濯機は、洗濯物を収容して回転駆動される回転ドラムと、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により前記回転ドラムを駆動するモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記モータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記モータへの印可電圧を制御する入力電圧制御手段とを備え、前記入力電圧制御手段は、前記モータのブレーキ運転時に前記モータの相電流を一定に制御することにより、モータの減磁やインバータ回路の故障が発生しない範囲で、モータに最大電流を流すことができ、減速時の回転エネルギーをモータの抵抗成分で効率的に消費させ、ブレーキ時間を短くすることができる。
【００１１】
これにより、モータの減磁やインバータ回路の故障が発生しない範囲でモータに大電流を流すことができ、減速時の回転エネルギーをモータの抵抗成分で効率的に消費させ、ブレーキ時間を短くすることができる。
【００１２】
また、前記電流検出手段によって検出した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、それぞれ独立して制御する電流制御手段と、前記トルクに対応した電流成分により、任意の設定回転数に制御する回転数制御手段と、前記インバータ回路に加わる直流電圧を検知する直流電圧検知手段を備え、前記回転数制御手段は、ブレーキ運転前とブレーキ運転中の前記直流電圧の変化に応じて、前記設定回転数の減少率を変更するようにした。
【００１３】
これにより、制御するトルク電流（トルクに対応した電流成分）と検知した相電流から、磁束電流（磁束に対応した電流成分）を算出でき、設定回転数の減少率と相電流を設定することで、容易に減速時の回転エネルギーをモータの抵抗成分で効率的に消費させブレーキ時間を短くすることができ、また回生して直流電圧が増大したら、設定回転数の減速をゆるやかにして、回転停止方向に働くトルクを弱めて、ブレーキ制御を安全に行うことができる。また、逆に直流電圧の余裕があれば、設定回転数の減速を早めて、ブレーキ時間を短くできる。
【００１４】
また、前記電流制御手段は、ブレーキ運転時に、前記モータの回転停止方向に働く前記トルクに対応した電流成分を、所定の電流以下に制限する。
【００１５】
これにより、回転停止方向に働くトルクを抑え、モータと回転ドラムを結ぶベルトの摩擦音や、過度なトルク変動による減速機の故障を未然に防ぐことができる。
【００１６】
また、前記電流制御手段のモータ駆動からブレーキ運転への移行は、前記モータの回転方向の前記トルクに対応した電流成分を零にしてから所定時間経過後に、前記モータの回転停止方向の前記トルクに対応した電流成分を制御するようにした。
【００１７】
これにより、回転方向から回転停止方向への過度なトルク変動を抑え、モータと回転ドラムを結ぶベルトの摩擦音や、減速機の故障を未然に防ぐことができる。
【００１８】
第２の発明は、上記第１の発明において、前記電流検出手段によって検出した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、それぞれ独立して制御する電流制御手段と、前記トルクに対応した電流成分により、任意の設定回転数に制御する回転数制御手段と、前記インバータ回路に加わる直流電圧を検知する直流電圧検知手段を備え、前記回転数制御手段は、ブレーキ運転前とブレーキ運転中の前記直流電圧の変化に応じて、前記設定回転数の減少率を変更することにより、容易に減速時の回転エネルギーをモータの抵抗成分で効率的に消費させブレーキ時間を短くすることができ、また、回生して直流電圧が増大したら、設定回転数の減速をゆるやかにして、回転停止方向に働くトルクを弱めて、ブレーキ制御を安全に行うことができる。また、逆に直流電圧の余
裕があれば、設定回転数の減速を早めて、ブレーキ時間を短くできる。
【００１９】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、前記電流制御手段は、ブレーキ運転時に、前記モータの回転停止方向に働く前記トルクに対応した電流成分を、所定の電流以下に制限することによって、回転停止方向に働くトルクを抑制し、モータと回転ドラムを結ぶベルトの摩擦音や、過度なトルク変動による減速機の故障を未然に防ぐことができる。
【００２０】
第４の発明は、上記第１〜第３の発明において、前記電流制御手段のモータ駆動からブレーキ運転への移行は、前記モータの回転方向の前記トルクに対応した電流成分を零にしてから所定時間経過後に、前記モータの回転停止方向の前記トルクに対応した電流成分を制御することによって、回転方向から回転停止方向への過度なトルク変動を抑え、モータと回転ドラムを結ぶベルトの摩擦音や、減速機の故障を未然に防ぐことができる。
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における洗濯機の要部断面図、図２は同洗濯機のモータ駆動装置のブロック回路図である。図１において、回転ドラム１は、有底円筒形に形成し外周部に多数の通水孔を側壁に設け、水受け槽２内に回転自在に配設されている。回転ドラム１の回転中心に傾斜方向に設けた回転軸（回転中心軸）の一端を固定し、回転軸の他端にドラムプーリー３を固定している。なお、この回転軸は洗濯機の正面側から底部となる背面側に向けて回転軸の方向が水平方向から下向き傾斜となっている。
【００２３】
水受け槽２の背面には、モータ４が取り付けられ、モータ４は、ベルト５によりドラムプーリー３と連結し、モータ４により回転ドラム１が正転、または反転できるように構成され回転駆動される。回転ドラム１の内壁面に数個の突起板を設けており、この突起板により洗濯物が回転時に引っ掛けられ適度な高さから落とされることによって、いわゆる叩き洗いの効果を発揮し洗浄される。また、水受け槽２は洗濯機本体の天板によりばね体で揺動可能に吊り下げられ、回転ドラム１の正面側の開口部を蓋体により開閉自在に覆っている。
【００２４】
図２に示すように、交流電源は、整流回路６に交流電力を加え、整流回路６は倍電圧整流回路を構成し、全波整流ダイオード６ａにより、交流電源が正電圧のときはコンデンサ６ｂを充電し、交流電源が負電圧のときはコンデンサ６ｃを充電し、直列接続されたコンデンサ６ｂ、６ｃの両端には倍電圧直流電圧が発生し、インバータ回路７に倍電圧直流電圧を加える。
【００２５】
インバータ回路７は、６個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）と逆並列ダイオードおよびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）で構成している。インバータ回路７の出力端子にモータ４を接続し、駆動する。
【００２６】
モータ４は直流モータにより構成し、回転子を構成する永久磁石と固定子との相対位置（回転子位置）を位置検出手段８により検出する。位置検出手段８は、通常、３個のホールセンサ８ａ、８ｂ、８ｃにより構成し、電気角６０度ごとの位置信号を検出する。
【００２７】
電流検出手段９は、インバータ回路７の負電圧端子と整流回路６の負電圧端子間にシャ
ント抵抗９ａ、９ｂ、９ｃを接続し、シャント抵抗の両端電圧から算出したインバータ回路７の入力電流をもとに、モータ４の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。通常はシャント抵抗を用いるが、交流電流トランスあるいは直流電流トランスでも検出可能である。
【００２８】
制御手段１０は、位置検出手段８と電流検出手段９で検出されたモータの位相やモータの相電流の情報をもとに、インバータ回路７を制御してモータ４の回転数を制御するものである。マイクロコンピュータと、マイクロコンピュータに内蔵したインバータ制御タイマー（ＰＷＭタイマー）、高速Ａ／Ｄ変換回路、メモリ回路（ＲＯＭ、ＲＡＭ）等より構成し、位置検出手段８の出力信号より電気角を検知する電気角検知手段１１と、電流検出手段９の出力信号と電気角検知手段１１の信号より磁束に対応した電流成分であるｄ軸電流Ｉｄとトルクに対応した電流成分であるｑ軸電流Ｉｑに分解する３相／２相ｄｑ変換手段１２と、静止座標系から回転座標系に変換、あるいは逆変換するのに必要な正弦波データ（ｓｉｎ、ｃｏｓデータ）を格納する記憶手段１３と、磁束に対応した電圧成分Ｖｄとトルクに対応した電圧成分Ｖｑを３相モータ駆動制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する２相／３相ｄｑ逆変換手段１４と、３相モータ駆動制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに応じてインバータ回路７のＩＧＢＴのスイッチングを制御するＰＷＭ出力を制御する入力電圧制御手段１５などを備えている。
【００２９】
また制御手段１０は、負荷に応じてモータ４の起動、停止、回転数、および制動等を制御する設定変更手段１６と、位置検出手段８の出力信号よりモータ回転数およびドラム回転数を検知する回転数検知手段１７と、回転数検知手段１７の出力信号に応じて回転ドラム１の回転数を制御する回転数制御手段１８と、設定変更手段１６と回転数制御手段１８からのｄ軸（ｄｉｒｅｃｔ−ａｘｉｓ）電流設定信号Ｉｄｓ（ｄ軸電流設定値Ｉｄｓ）、ｑ軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ａｘｉｓ）電流設定信号Ｉｑｓ（ｑ軸電流設定値Ｉｑｓ）と、３相／２相ｄｑ変換手段１２より演算したＩｄとＩｑをそれぞれ比較し、モータ電流を制御するための磁束に対応した電圧成分Ｖｄとトルクに対応した電圧成分Ｖｑを演算する電流制御手段１９とを備えている。
【００３０】
トルクに対応したｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流設定値Ｉｑｓとなるようにフィードバック制御することによりトルク制御が可能となる。
【００３１】
インバータ回路７に加わる直流電圧が、交流電源からの入力以外に、モータ４の回転により発生する回生エネルギーにより、重畳することもあるため、直流電圧検知手段２０により、常に検知している。
【００３２】
図３は各部の波形関係を示し、ホールセンサ８ａ、８ｂ、８ｃの出力信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のエッジ信号は６０度ごとに変化して、各部状態信号より３６０度を６分割した角度が判別できる。信号Ｈ１がローからハイとなるハイエッジを基準電気角０度として示し、モータ４のＵ相巻線誘起電圧Ｅｃは、基準信号Ｈ１から３０度遅れた波形となる。Ｕ相モータ電流ＩｕとＵ相巻線誘起電圧Ｅｃの位相を同じにすると最大効率が得られる。モータ誘起電圧Ｅｃがｑ軸と同等軸となり、ｄ軸は９０度遅れている。ｑ軸電流はモータ誘起電圧位相と同相なのでトルク電流と呼ばれる。
【００３３】
図３において、Ｕ相モータ電流Ｉｕは、Ｕ相巻線誘起電圧Ｅｃよりわずかに進んで、モータ印加電圧ＶｕはＵ相巻線誘起電圧Ｅｃより３０度進んだ波形を示す。Ｖｃは入力電圧制御手段１５内で生成される鋸歯状波形（または三角波）のキャリヤ信号で、Ｖｕは正弦波状のＵ相制御電圧でキャリヤ信号ＶｃとＵ相制御電圧Ｖｕを比較したＰＷＭ信号ｕを入力電圧制御手段１５内で発生させ、インバータ回路７のＵ相上アームトランジスタの制御信号として加える。ｃｋはキャリヤ信号Ｖｃの同期信号で、キャリヤカウンタがカウントアップしてオーバーフローしたときの割込信号である。
【００３４】
モータ４のロータ磁石軸とステータの磁束軸が一致した電気角をｄ軸として基準電気角０度として静止座標系から回転座標系への座標変換、すなわち、ｄｑ変換を行うので、電気角検知手段１１は、ホールセンサ８ａ、８ｂ、８ｃの出力信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３より３０度、９０度、１５０度等の電気角を検知し、６０度毎以外は推定により電気角θを求める。
【００３５】
一般的に、磁束に対応した電流成分をｄ軸電流Ｉｄと呼び、永久磁石の磁束と界磁の磁束が同軸上で永久磁石が界磁に吸引された状態なので、トルクは零となる。また、ｄ軸から電気角で９０度の角度で誘起電圧位相と同じ位相となり、トルク最大となる軸をｑ軸と呼び、トルクに対応した電流成分なので、ｑ軸電流Ｉｑと呼ぶ。さらに、ｄ軸電流を負の方向に増加させるとｄ軸上の界磁磁束を弱めることと等価となるので、弱め界磁制御、あるいは弱め磁束制御（または磁束弱め制御）と呼ばれる。また、ｄ軸電流とｑ軸電流に分解してそれぞれ独立に制御するので、ベクトル制御と呼ばれる。
【００３６】
３相／２相ｄｑ変換手段１２は、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗよりｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを下記の数式１により変換するもので、静止座標系から回転座標系に変換して、電気角θに対応して検出したモータ電流瞬時値よりｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを演算する。
【００３７】
【数１】
2018042694.tif 000003
【００３８】
記憶手段１３には、ｓｉｎθとｃｏｓθのデータを記憶しているので、電気角データに対応したデータを呼び出して積和演算を行うことにより、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに分解できる。電気角θの検知とモータ電流瞬時値の検出はキャリヤ信号に同期して行うもので、後述するフローチャートに従い、詳細な説明を行う。
【００３９】
回転数検知手段１７は、ホールセンサ８ａ、８ｂ、８ｃの出力信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３いずれか１相よりモータ回転数を検知し、モータ４の極数と、ドラムプーリー３とモータプーリの比から回転ドラム１の検知回転数ｎに変換し、ドラム回転数信号を設定変更手段１６、回転数制御手段１８に加える。
【００４０】
設定変更手段１６は、モータ４の起動制御とドラム回転数の設定、およびドラム回転数とｑ軸電流設定値Ｉｑｓに応じたｄ軸電流設定値Ｉｄｓの演算を行い、回転数制御手段１８に回転ドラム１の設定回転数Ｎｓを加え、電流制御手段１９にｄ軸電流設定値Ｉｄｓを加える。
【００４１】
回転数制御手段１８は、回転ドラム１の検知回転数ｎ（以下、検知回転数と称す）と回
転ドラム１の設定回転数Ｎｓ（以下、設定回転数と称す）を比較する回転数比較手段１８ａと、検知回転数ｎと設定回転数Ｎｓとの誤差信号Δｎと、回転数の変化率（加速度）に応じてｑ軸電流設定値Ｉｑｓを制御するトルク電流設定手段１８ｂより構成される。
【００４２】
電流制御手段１９は、３相／２相ｄｑ変換手段１２の出力信号Ｉｑ、Ｉｄと設定信号Ｉｑｓ、Ｉｄｓをそれぞれ比較して制御電圧信号Ｖｑ、Ｖｄを出力するもので、ｑ軸電流比較手段１９ａ、ｑ軸電圧設定手段１９ｂ、ｄ軸電流比較手段１９ｃ、ｄ軸電圧設定手段１９ｄより構成し、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄをそれぞれ制御する制御電圧信号Ｖｑ、Ｖｄを生成する。
【００４３】
ｄ軸電流設定値Ｉｄｓは、設定変更手段１６から電流制御手段１９に信号が加えられるもので、埋め込み磁石モータの場合には回転数に応じてｄ軸電流設定値Ｉｄｓを増加させて弱め界磁制御を行う。表面磁石モータの場合には、通常、Ｉｄｓは零に設定し、高回転数駆動の場合にＩｄｓを増加させる。
【００４４】
２相／３相ｄｑ逆変換手段１４は、制御電圧信号Ｖｑ、Ｖｄより３相モータ駆動制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを下記の数式２より演算するもので、回転座標系から静止座標系に変換し、キャリヤ信号に同期して、電気角検知手段１１により検知した電気角θに対応した正弦波状の信号を入力電圧制御手段１５に加える。記憶手段１３に記憶したｓｉｎθ、ｃｏｓθの積和演算の方法は、３相／２相ｄｑ変換手段１２の演算とほぼ同じである。
【００４５】
【数２】
2018042694.tif 000004
【００４６】
上記構成において、図４〜図９を参照しながら動作、作用を説明する。
【００４７】
図４は脱水行程のフローチャートで、ステップ１００より脱水行程を開始し、ステップ１０１で脱水行程の各種初期設定を行い、ステップ１０２で時間とともに設定回転数Ｎｓを高くする設定回転数ＵＰサブルーチンを実行する。ステップ１０３で図６に示すモータ駆動サブルーチンを実行する。ステップ１０４で設定回転数Ｎｓが最終の設定回転数Ｎｓｍａｘ（例えば、９００ｒ／ｍｉｎ）に達したかどうか判定し、Ｎｓｍａｘに達したらステップ１０５に進み、ステップ１０３と同様にモータ駆動サブルーチンを実行する。Ｎｓｍａｘ以下ならばステップ１０２に戻る。
【００４８】
ステップ１０６で脱水の設定時間Ｔ１（例えば、５分）が経過したかどうか判定し、経過するまでステップ１０５のモータ駆動を続け、経過したらモータ駆動を一度終了して、
ステップ１０７でブレーキ運転開始を待ち、ステップ１０８で直流電圧検知手段２０によって検知したブレーキ開始前の直流電圧Ｖｄｃをメモリする。ステップ１０９で設定時間Ｔ２（例えば、０．５秒）が経過したかどうか判定し、経過するまでステップ１０７に戻り、ブレーキ運転開始を待ち続け、経過したらステップ１１０で図５に示す設定回転数ＤＯＷＮサブルーチンを実行し、ステップ１１１で、ステップ１０３と同様にモータ駆動サブルーチンを実行し、ステップ１１２で停止したかどうか判定し、停止するまでステップ１１０に戻り、停止したら、ステップ１１３で脱水行程を終了する。
【００４９】
図５に示す回転数ＤＯＷＮサブルーチンのフローチャートについて説明する。ステップ２００より回転数ＤＯＷＮサブルーチンが開始する。ステップ２０１でブレーキ運転開始前に保存した直流電圧Ｖｄｃを呼出し、ステップ２０２で設定回転数減少率ΔＮｓ（例えば、８０（ｒ／ｍｉｎ）／ｓ）を呼出し、ステップ２０３で直流電圧Ｖｄｃが任意の所定電圧（例えば、２０Ｖ）以上増加しているか否か判定し、増加していたら、ステップ２０４で設定回転数減少率ΔＮｓを小さくして（例えば、１０ｍｓ毎に−０．５（ｒ／ｍｉｎ）／ｓ）、急な回転数変化による直流電圧Ｖｄｃへの回生を抑え、増加していないなら、ステップ２０４を飛ばす。
【００５０】
ステップ２０５で、直流電圧Ｖｄｃが任意の所定電圧（例えば、２０Ｖ）以上減少しているかどうか判定し、減少していたら、ステップ２０６で設定回転数減少率ΔＮｓを大きくして（例えば、１０ｍｓ毎に＋０．５（ｒ／ｍｉｎ）／ｓ）、直流電圧Ｖｄｃへの回生を抑えつつブレーキ時間を短くし、減少していないなら、ステップ２０６を飛ばす。ステップ２０７で設定回転数Ｎｓをメモリし、ステップ２０８でサブルーチンをリターンする。
【００５１】
ここでは任意の所定電圧を設定しているが、０Ｖにして、直流電圧Ｖｄｃの増加、減少に応じて、即時、設定回転数減少率ΔＮｓを減少、増加してもよい。
【００５２】
つぎに、図６に示すモータ駆動サブルーチンのフローチャートについて説明する。ステップ３００よりモータ駆動サブルーチンが開始する。ステップ３０１でサブルーチン実行の最初に判断する初期判定で、起動あるいは制動初期を判定し、起動あるいは制動初期であればステップ３０２で各種初期設定を行い、メインルーチンからのパラメータの受け渡しと各種設定を実行する。ステップ３０３で回転起動制御あるいは制動初期制御を行う。ステップ３０２、ステップ３０３は最初に一回だけ実行する。起動制御は、回転数フィードバック制御ができない起動時に、３相モータ駆動制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを所定のモータ印加電圧に設定して１２０度通電するものであり、低いモータ印加電圧から高い電圧まで時間経過とともに電圧を上昇させるソフトスタートを行う。制動運転の場合には負のｄ軸電流Ｉｄを増やして、負のｑ軸電流Ｉｑを減らし、急激なブレーキトルクが加わらないようなソフトブレーキを行う。
【００５３】
つぎに、ステップ３０４でキャリヤ信号割込の有無を判定する。キャリヤ信号割込とは、ＰＷＭ制御を行う入力電圧制御手段１５のキャリヤカウンタがオーバーフローすると発生する割込信号ｃｋ（図３参照）により実行するもので、キャリヤ信号割込があった場合は、ステップ３０５で図７に示すキャリヤ信号割込サブルーチンを実行する。
【００５４】
図７に示すキャリヤ信号割込サブルーチンのフローチャートについて説明する。ステップ４００よりキャリヤ信号割込サブルーチンを開始し、ステップ４０１で割込信号ｃｋをカウントする。ステップ４０２で電気角検知手段１１によりロータ位置電気角θを演算する。ロータ位置電気角θは、別途求めたキャリヤ信号１周期当たりの電気角Δθとキャリヤカウンタのカウント値ｋを掛けた値ｋ・Δθを、位置検出手段８より検知できる６０度ごとの電気角φを加えることで推定演算する。
【００５５】
例えば、モータ４を４極、ドラムプーリー３とモータプーリの比を８．２５：１、キャリヤ周波数を１５．６ｋＨｚ、回転数を９００ｒ／ｍｉｎとするとモータ駆動周波数は２４０Ｈｚとなり、電気角６０度内のキャリヤカウンタのカウント値ｋは約１１となる。よって、Δθは約５．５度となる。モータ回転数が低い程、電気角６０度内のカウント値ｋは高くなり、演算上の電気角検知分解能は向上するので、回転数が低く精度が要求される場合でも問題はないことがわかる。
【００５６】
次に、ステップ４０３で電流検出手段９によってモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。ステップ４０４で３相／２相ｄｑ変換手段１２によって電気角θとモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗより、前記数式１の演算により３相／２相ｄｑ変換を行い、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを求める。ステップ４０５でＩｄ、Ｉｑをメモリし、別途回転数制御データとして用いる。
【００５７】
つぎに、ステップ４０６でｄ軸制御電圧Ｖｄ、ｑ軸制御電圧Ｖｑを呼び出し、ステップ４０７で前記数式２の演算により２相／３相ｄｑ逆変換手段１４によって２相／３相ｄｑ逆変換を行い、３相制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを求める。この逆変換は、ステップ４０４と同じように記憶手段１３の電気角θに対応したｓｉｎθ、ｃｏｓθデータを用い、積和演算を高速で行う。
【００５８】
ステップ４０８で３相制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに対応したＰＷＭ出力値ＰＷＭｕ、ＰＷＭｖ、ＰＷＭｗに変換して、ステップ４０９で入力電圧制御手段１５からインバータ回路７へＰＷＭ出力し、ＰＷＭ制御する。ステップ４１０で３相のＰＷＭ出力値ＰＷＭｕ、ＰＷＭｖ、ＰＷＭｗをメモリし、次のキャリヤ信号割込で用いる。ステップ４１１でサブルーチンをリターンする。
【００５９】
ＰＷＭ制御は、図３でも説明したように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相各相に対応して、鋸歯状波（または三角波）のキャリヤ信号と制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを比較してインバータ回路７のＩＧＢＴオンオフ制御信号を発生させ、モータ４を正弦波駆動するもので、上アームトランジスタと下アームトランジスタの信号は逆転された波形で、上アームトランジスタの導通比を増加させると出力電圧は正電圧が増加し、下アームトランジスタの導通比を増加させると出力電圧は負電圧が増加する。導通比を５０％にすると出力電圧は零となる。
【００６０】
電気角θに対応して制御電圧を正弦波状に変化させると正弦波状の電流が流れる。正弦波駆動の場合、トランジスタの導通比を最大値１００％にしたとき、出力電圧は最大となり変調度Ａｍは１００％で、導通比の最大値を５０％にしたとき、出力電圧は最低となり変調度Ａｍは０％と呼ぶ。
【００６１】
モータ電流をベクトル制御するための、３相／２相ｄｑ変換と２相／３相ｄｑ逆変換をキャリヤ信号毎に高速で実行するので、高速の電流制御が可能となり、さらに、キャリヤ信号毎にトルク電流であるｑ軸電流Ｉｑを検出するので負荷量が瞬時に判定できる特長がある。
【００６２】
キャリヤ信号割込サブルーチン（ステップ３０５）を実行後は、図６に戻りステップ３０６で位置信号割込の有無を判定する。位置検出手段８からの位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のいずれかの信号が変化すると割込信号が発生し、ステップ３０７で図８に示す位置信号割込サブルーチンを実行する。図３に示すように、電気角６０度ごとに割込信号が発生する。
【００６３】
ここで、図８に示す位置信号割込サブルーチンのフローチャートについて説明する。ス
テップ５００より位置信号割込サブルーチンを開始し、ステップ５０１で位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を電気角検知手段１１に入力し位置検出を行い、ステップ５０２で位置信号よりロータ電気角θｃを検出する。ステップ５０３に進み、キャリヤ信号割込サブルーチンでカウントしているカウント値ｋをｋｃにメモリし、ステップ５０４でカウント値ｋをクリヤし、ステップ５０５で電気角６０度間のキャリヤカウンタのカウント値ｋｃより１キャリヤの電気角Δθを演算する。
【００６４】
つぎに、ステップ５０６で基準位置信号Ｈ１による割込信号かどうかを判定し、基準位置信号割込ならばステップ５０７で回転周期測定タイマーのカウント値Ｔを周期Ｔｏとしてメモリし、ステップ５０８でカウント値Ｔをクリヤし、ステップ５０９で回転ドラム１の検知回転数ｎを演算する。つぎに、ステップ５１０で回転周期測定タイマーのカウントを開始させ、ステップ５１１でサブルーチンをリターンする。
【００６５】
回転周期測定タイマーの検知分解能を８ｂｉｔ精度にすると、クロックは６４μｓとなり、キャリヤ信号をクロックに使用できるが、回転制御性能を向上するためには、回転周期検知分解能を向上させる必要があり、クロックの周期は１〜１０μｓに設定する必要がある。この場合には、マイクロコンピュータのシステムクロックを分周してクロックに使用する。
【００６６】
以上に説明した回転数検知方法は、位置信号Ｈ１の周期から求める方法を示したが、位置信号Ｈ２もしくはＨ３を使用してもよく、また、位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３をすべて使用してもよい。また、キャリヤ信号を三角波にすると、キャリヤカウンタタイマーの周期は鋸歯状波の２倍となるので、三角波のオーバーフロー信号をクロックにすると分解能が向上するので三角波タイマーのオーバーフロー信号をクロックにしてもよい。
【００６７】
位置信号割込サブルーチン（ステップ３０７）を実行後は、図６に戻りステップ３０８で回転数制御サブルーチンを実行する。ステップ３０９でサブルーチンをリターンする。
【００６８】
ここで、図９に示す回転数制御サブルーチンのフローチャートについて説明する。ステップ６００より回転数制御サブルーチンを開始し、ステップ６０１で回転ドラム１の検知回転数ｎを呼出す。
【００６９】
ステップ６０２で通常駆動か、ブレーキ運転かを判定し、通常駆動ならば設定回転数Ｎｓは増加または一定となり、正のトルク制御を行う。ステップ６０３でＮｓとｎの誤差によりｑ軸電流設定値Ｉｑｓを設定する。通常、Ｎｓが増加中は、Ｎｓ＞ｎとなり、加速方向にトルクをかけるため、Ｉｑｓは０以上となる。ステップ６０４でモータ４の回転によって生じる誘起電圧により、直流電圧が回生しないように、回転ドラム１の検知回転数ｎに応じて磁束を弱める方向に設定されたｄ軸電流設定値Ｉｄｓを呼出す。
【００７０】
ステップ６０２でブレーキ運転ならば、設定回転数Ｎｓは減少となるため、負のトルク制御を行う。ステップ６０５で、ステップ６０３と同様にＮｓとｎの誤差によりｑ軸電流設定値Ｉｑｓを設定する。通常、Ｎｓが減少中はＮｓ＜ｎとなり、減速方向にトルクをかけるため、Ｉｑｓは０以下となる。
【００７１】
ステップ６０６で、急ブレーキによる異音や急激なトルク変化による部品故障を未然に防ぐため、制動方向に働くｑ軸電流Ｉｑの上限値Ｉｑｍａｘを呼出し、絶対値｜Ｉｑｓ｜がＩｑｍａｘを越えたら、ステップ６０７でＩｑｓを−Ｉｑｍａｘとして、ｑ軸電流Ｉｑの絶対値が上限値Ｉｑｍａｘ以上とならないようにし、絶対値｜Ｉｑｓ｜がＩｑｍａｘ以下なら、ステップ６０７を飛ばす。
【００７２】
ステップ６０８で、モータの減磁電流やインバータ部品を含む回路部品の定格電流に対して余裕（例えば、９０％）を持たせた最大線電流Ｉｕｖｗ＿ｍａｘとｑ軸電流設定値Ｉｑｓから、下記の数式３の演算により、ｄ軸電流設定値Ｉｄｓを演算する。
【００７３】
【数３】
2018042694.tif 000005
【００７４】
以上のようにしてブレーキ運転時においては、モータ４の相電流が一定になるように制御する。また、ブレーキ運転時に安全に制御できる最大の相電流を流し、インバータ回路７に加わる直流電圧の増減に合わせて、設定回転数の減速率を調整して、直流電圧を抑えながら、減速時の回転エネルギーをモータ４の抵抗成分で効率的に消費させ、容易な制御設定でブレーキ時間を短くすることができる。
【００７５】
ステップ６０４、ステップ６０８でｄ軸電流設定値Ｉｄｓを求めた後は、ステップ６０９でｄ軸電流Ｉｄを呼び出し、ステップ６１０でＩｄとＩｄｓの大小比較判定を行い、Ｉｄがｄ軸電流設定値Ｉｄｓよりも大きければ、ステップ６１１でｄ軸制御電圧Ｖｄを減らし、Ｉｄがｄ軸電流設定値Ｉｄｓよりも小さければ、ステップ６１２でｄ軸制御電圧Ｖｄを増やす。
【００７６】
つぎに、ステップ６１３でｑ軸電流Ｉｑを呼び出し、ステップ６１４でＩｑとＩｑｓの大小比較判定を行い、Ｉｑがｑ軸電流設定値Ｉｑｓよりも大きければ、ステップ６１５でｑ軸制御電圧Ｖｑを減らし、Ｉｑがｑ軸電流設定値Ｉｑｓよりも小さければ、ステップ６１６でｑ軸制御電圧Ｖｑを増やす。
【００７７】
つぎに、ステップ６１７で演算されたｄ軸制御電圧Ｖｄ、ｑ軸制御電圧Ｖｑをそれぞれメモリし、ステップ６１８でサブルーチンをリターンする。
【００７８】
なお、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑは、基本的にはキャリヤ信号ごとに変換するので、トルクリップルも含めて変動が大きい。変換したｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸、ｑ軸それぞれの電流設定値Ｉｄｓ、Ｉｑｓをキャリヤごとに比較判断制御すると変動要素が大きく制御が安定しないので、平均化するなどの積分要素を加える必要がある。
【００７９】
よって、回転数制御サブルーチンは、図９に示すように、キャリヤ信号割込サブルーチン、あるいは、位置信号割込サブルーチンの中で実行せず、モータ駆動制御の中で独立に実行させる。ただし、回転制御の応答速度を速めるために、位置信号割込サブルーチンの中で行う方法も考えられるが、回転数が低い場合には逆に応答が遅くなる欠点がある。
【００８０】
上記はベルトによって回転ドラムを駆動するベルト駆動方式の洗濯機を例にとって説明しているが、回転ドラムとモータが同軸となるダイレクトドライブ方式の洗濯機においても、ドラム回転数がモータ回転数となるだけで、ブレーキ運転時に安全に制御できる最大の相電流を流し、インバータ回路に加わる直流電圧の増減に合わせて、設定回転数の減速率を調整して、直流電圧を抑えながら、減速時の回転エネルギーをモータの抵抗成分で効率的に消費させ、容易な制御設定でブレーキ時間を短くすることができる。
【００８１】
また上記はドラム式洗濯機を例にとって説明しているが、モータの回転駆動軸をクラッチによって撹拌翼か、洗濯兼脱水槽に結合するパルセータ式の縦型洗濯機においても、ブレーキ運転時に安全に制御できる最大の相電流を流し、インバータ回路に加わる直流電圧の増減に合わせて、設定回転数の減速率を調整して、直流電圧を抑えながら、減速時の回転エネルギーをモータの抵抗成分で効率的に消費させ、容易な制御設定でブレーキ時間を短くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明にかかる洗濯機は、インバータ駆動の洗濯機において、ブレーキ運転時に安全に制御できる最大の相電流を流し、インバータ回路に加わる直流電圧の増減に合わせて、設定回転数の減速率を調整して、直流電圧を抑えながら、減速時の回転エネルギーをモータの抵抗成分で効率的に消費させ、容易な制御設定でブレーキ時間を短くすることができるので、家庭用の洗濯機等として有用である。
【符号の説明】
【００８３】
１  回転ドラム
２  水受け槽
３  ドラムプーリー
４  モータ
５  ベルト
６  整流回路
７  インバータ回路
８  位置検出手段
９  電流検出手段
１０  制御手段
１１  電気角検知手段
１２  ３相／２相ｄｑ変換手段
１３  記憶手段
１４  ２相／３相ｄｑ逆変換手段
１５  入力電圧制御手段
１６  設定変更手段
１７  回転数検知手段
１８  回転数制御手段
１９  電流制御手段
２０  直流電圧検知手段
【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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