(57)【要約】【課題】故障時のドラム回転に対応する安全性の高い蓋ロック手段の制御を行う。【解決手段】制御手段５８は、制動時にドラム４６の速度が略零となった後、直流電源７４から電動機４９の巻線４２、４３、４４に電流を供給するようにインバータ回路のスイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６を制御してから蓋ロック手段１１９を使用者が蓋１１７を開くことが可能な状態とすることにより、誤った判定による蓋ロック手段の解除動作をなくし、使用者の安全性の確保を行うことができる。【選択図】図１
2015156934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衣類を収納するドラムと、
永久磁石と巻線を有し、前記ドラムを駆動する電動機と、
直流電源から電力が供給され、スイッチング素子を有し前記電動機に電流を供給するインバータ回路と、
前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御手段と、
前記ドラムの開口部を開閉する蓋と、
前記蓋をロックする蓋ロック手段とを有し、
前記制御手段は、前記電動機の制動時に前記ドラムの速度が略零となった後、前記直流電源から前記巻線に電流を供給するように前記スイッチング素子を制御してから前記蓋ロック手段を使用者が前記蓋を開くことが可能な状態とする洗濯機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記制動時に、前記巻線を短絡する短絡制動期間を経て前記ドラムの速度を略零とする請求項１に記載の洗濯機。
【請求項３】
前記電動機の電流を検知する電流検知手段を有し、前記制御手段は、前記制動時に前記ドラムの速度が略零となった後、前記電流検知手段の出力が所定値となるように前記スイッチング素子を制御してから前記蓋ロック手段を使用者が前記蓋を開くことが可能な状態とする請求項１または２に記載の洗濯機。
【請求項４】
前記電動機の電流を検知する電流検知手段を有し、前記制御手段は、前記制動時に前記ドラムの速度が略零となった後、前記電流検知手段の出力が所定値に満たない場合、前記蓋ロック手段を使用者が前記蓋を開くことが不可能な状態を継続する請求項１または２に記載の洗濯機。
【請求項５】
前記電動機と前記ドラムの間に動力伝達経路を有し、前記制御手段は、前記制動時に前記ドラムの速度が略零となった後、前記電動機への電流供給期間中に前記動力伝達経路の故障を検知した場合、前記蓋ロック手段を使用者が前記蓋を開くことが不可能な状態を継続する請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗濯機。
【請求項６】
前記動力伝達経路はベルトであり、前記電流供給期間中に前記電動機に供給される電流の周波数は、前記電動機と前記ベルトおよび前記ドラムによる機構共振周波数成分を有する請求項５に記載の洗濯機。
【請求項７】
前記制動時に、前記ドラムの速度が略零となった後、前記ドラムの速度は、毎分１回転以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の洗濯機。
【請求項８】
電動機に位置検知器を持たないセンサレス方式とした請求項１〜７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、衣類を収納し、垂直または水平の回転軸を有するドラムを持ち、ブレーキを作用させながら停止させる洗濯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置は、モータの巻線を三相以上短絡させ、その状態で電流検知手段によって検知される巻線電流が三相以上一致した場合に前記モータの回転停止を判定する停止判定手段を備えたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１５は、特許文献１に記載された従来の装置の回路図を示すものである。
モータ１０の巻線に電流を供給するインバータ回路１１は、スイッチング素子１２〜１７を有しており、制御部１８によってオンオフが制御される。
【０００４】
モータ１０の巻線に流れる電流を検知するため、シャント抵抗２０、２１、およびオペアンプなどを含む増幅・バイアス回路２２、２３を設け、その出力信号が制御部１８に入力され、Ｕ相とＶ相の電流値が検知され、Ｗ相についてもＵ相とＶ相の電流から計算され、三相すべての電流が検知されるものとなる。
【０００５】
また過電流時にダイオード２４、２５を介して過電流検知部２６からの過電流検出信号も、制御部１８に入力されるものとなっている。
【０００６】
図１６は、起動時のフローチャートを示しており、起動スタート３０から短絡３１に移り、モータ１０の巻線を三相とも短絡させる動作となる。
【０００７】
続く回転子停止３２では、電流検知手段増幅・バイアス回路２２、２３によって検知される巻線電流が三相以上一致したかどうかの判断がなされ、一致した場合にはモータ１０が停止したものと判定される。
【０００８】
その後は、位置決め３３、強制転流３４、定常運転３５へと進め、起動から定常運転に移るものとなる。
【０００９】
図１７は、回転中である場合の短絡ブレーキ中の巻線電流波形図を示している。
回転中においては、３相の電流の内の２相分の電流の瞬時値が一致することはあるが、３相分が一致することはなく、３相分の電流値が一致した時点で停止と判断するものとなる。
【００１０】
また、図示していないが、一相の電流検出値を電流波形の１周期より短い間隔で２回以上参照し、それが一致した場合に停止と判断する構成も記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−６４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の構成は、ドラムの起動時の安定動作を確保する目的での停止判定という点では特に大きな問題は無いが、脱水動作のブレーキ後に使用者が蓋を開く場合の
安全性の確保を行うという目的としては、インバータ回路からドラムに至る経路での故障が発生した場合には、ドラムの回転があっても停止であると判定される場合があるものとなるため、不安が発生するものとなる。
【００１３】
すなわち、高速でドラムを回転させる脱水運転などの終了時の短絡ブレーキ中にインバータ回路１１からモータ１０に至る配線が断線した場合、あるいはスイッチング素子１２〜１７の故障、特に低電位側となるスイッチング素子１５、１６、１７のオープン故障などが発生した場合、シャント抵抗２０、２１に流れる電流がほぼ零となり、回転中にも関わらず３相分の電流検出値が一致することがあり、１相の２回分の電流検出値も一致し、いずれにしても停止判定の条件が成立することになり、この停止判定結果を用いてドラムの蓋のロック状態を解除できる構成とした場合には、不安全性が発生するものとなる。
【００１４】
また、モータからドラムに至る動力伝達経路での故障が発生した場合においては、モータの停止は正しく判定できてもドラムは惰性などによって回転が続いている場合もあり、不安全性が発生するものとなる。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インバータ回路からドラムに至る経路での故障が起こった場合にあっても、安全性の確保が行える洗濯機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】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の洗濯機は、衣類を収納するドラムと、永久磁石と巻線を有し、前記ドラムを駆動する電動機と、直流電源から電力が供給され、スイッチング素子を有し前記電動機に電流を供給するインバータ回路と、前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御手段と、前記ドラムの開口部を開閉する蓋と、前記蓋をロックする蓋ロック手段とを有し、前記制御手段は、前記電動機の制動時に前記ドラムの速度が略零となった後、前記直流電源から前記巻線に電流を供給するように前記スイッチング素子を制御してから前記蓋ロック手段を使用者が前記蓋を開くことが可能な状態とするものである。
【００１７】
これによって、例えばホールＩＣなどの位置検知器を持たない簡単で低コストの構成でありながら、断線故障やスイッチング素子の故障など、インバータ回路からドラムに至る経路に故障があっても、誤った蓋ロック解除が行われない状態とし、安全性の高い洗濯機を実現することができるものとなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の洗濯機装置は、断線故障やスイッチング素子の故障などインバータ回路からドラムに至る経路での故障が起こった場合にあっても、誤った判定による蓋ロック手段の解除動作をなくし、使用者の安全性の確保を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態におけるインバータ装置のブロック図
【図２】第１の実施の形態におけるインバータ装置の中央制御部６６内の詳細構成を示すブロック図
【図３】第１の実施の形態における、短絡ブレーキ制御手段９８内のブロック図
【図４】第１の実施の形態の関数発生器１０５の入出力特性を示すグラフ
【図５】第１の実施の形態における一般にドラム式洗濯機と呼ばれるインバータ装置の断面図
【図６】第１の実施の形態におけるインバータ装置のＢＲＱによって短絡ブレーキとなる場合の波形図
【図７】第１の実施の形態におけるインバータ装置のＢＲＱによって短絡ブレーキとなり、図６に示した期間から、さらに時間が経過し、電動機４９および負荷であるドラム４６が停止する前後の動作波形図
【図８】第２の実施の形態における、脱水動作などの完了時および途中でのブレーキに入る場合のフローチャート図
【図９】第２の実施の形態におけるインバータ装置の中央処理部１４０の内部ブロック図
【図１０】第２の実施の形態におけるインバータ装置のＢＲＱによって短絡ブレーキとなり、電動機４９および負荷であるドラム４６が停止する前後の動作波形図
【図１１】第２の実施の形態における、脱水動作などの完了時および途中でのブレーキに入る場合のフローチャート
【図１２】第３の実施の形態における、制動時にドラム４６の速度が略零となった後の、電動機４９への電流供給期間の前後の各部動作波形図
【図１３】第３の実施の形態におけるベルト４８が正常な場合と、外れた場合（または切れた場合）について、電動機４９の永久磁石４０、４１の位相の説明図
【図１４】第４の実施の形態における制動時にドラム４６の速度が略零となった後の、電動機４９への電流供給期間の前後の各部動作波形図
【図１５】特許文献１に記載された従来の装置の回路図
【図１６】特許文献１に記載された従来の装置の起動時のフローチャート
【図１７】特許文献１に記載された従来の装置の電流波形図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１の発明は、衣類を収納するドラムと、永久磁石と巻線を有し、前記ドラムを駆動する電動機と、直流電源から電力が供給され、スイッチング素子を有し前記電動機に電流を供給するインバータ回路と、前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御手段と、前記ドラムの開口部を開閉する蓋と、前記蓋をロックする蓋ロック手段とを有し、前記制御手段は、前記電動機の制動時に前記ドラムの速度が略零となった後、前記直流電源から前記巻線に電流を供給するように前記スイッチング素子を制御してから前記蓋ロック手段を使用者が前記蓋を開くことが可能な状態とすることにより、インバータ回路からドラムに至る経路での故障の一要素である、断線故障やスイッチング素子の故障などが起こった場合にあっても、誤った判定による蓋ロック手段の解除動作をなくし、安全性が高いものとすることができる。
【００２１】
第２の発明は、特に第１の発明の制御手段は、前記制動時に、前記巻線を短絡する短絡制動期間を経て前記ドラムの速度を略零とすることにより、比較的簡単な構成で制動動作と前記ドラムの速度が略零になった状態を検知することができ、その上で断線故障やスイッチング素子の故障が起こった場合の安全性についても高いものが実現できるものとなる。
【００２２】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記電動機の電流を検知する電流検知手段を有し、前記制御手段は、前記制動時に前記ドラムの速度が略零となった後、前記電流検知手段の出力が所定値となるように前記スイッチング素子を制御してから前記蓋ロック手段を使用者が前記蓋を開くことが可能な状態とすることにより、力行時にベクトル制御など電流制御を用いる構成では力行時に用いる構成要素の一部を流用し、比較的簡単な構成で安定した動作が実現でき、断線故障やスイッチング素子の故障が起こった場合の安全性も高めることができる。
【００２３】
第４の発明は、特に第１または第２の発明において、前記電動機の電流を検知する電流検知手段を有し、前記制御手段は、前記制動時に前記ドラムの速度が略零となった後、前記電流検知手段の出力が所定値に満たない場合、前記蓋ロック手段を使用者が前記蓋を開
くことが不可能な状態を継続するものとすることにより、力行時にベクトル制御など電流制御を用いる構成では力行時に用いる構成要素の一部を流用し、比較的簡単な構成で明確な信号変化から確実性の高い異常状態の検知が可能となり、安全性が高いものとすることができる。
【００２４】
第５の発明は、特に第１〜第４のいずれかの発明の電動機とドラムの間に動力伝達経路を有し、前記制御手段は、前記制動時に前記ドラムの速度が略零となった後、前記電動機への電流供給期間中に前記動力伝達経路の故障を検知した場合、前記蓋ロック手段を使用者が前記蓋を開くことが不可能な状態を継続する構成とすることにより、前記断線故障時に加え、やはり前記インバータ回路から前記ドラムに至る経路の一要素である、前記動力伝達経路での故障が発生した場合に発生しうる前記ドラム回転に対しても、高い安全性を実現することができるものとなる。
【００２５】
第６の発明は、特に第５の発明の動力伝達経路をベルトとし、前記電流供給期間中に前記電動機に供給される電流の周波数は、前記電動機と前記ベルトおよび前記ドラムによる機構共振周波数成分を有する構成とすることにより、前記ドラムに新たな運動を加えることなく、前記ベルトの有無を非常に高い精度で検知することができ、高い安全性を実現することができる。
【００２６】
第７の発明は、特に第１〜６の発明の制動時に、前記ドラムの速度が略零となった後、前記ドラムの速度を、毎分１回転以下とすることにより、使用者の危険を極力低減した、極めて高い安全性を実現ですることが可能となる。
【００２７】
第８の発明は、特に第１〜７の発明の電動機に位置検知器を持たないセンサレス方式としたことにより、誤った判定による蓋ロック手段の解除動作をなくし、使用者の安全性の確保を行うことができ、低コストな洗濯機を提供できる。
【００２８】
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。
【００２９】
（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インバータ装置のブロック図を示すものである。
【００３０】
図１において、埋め込み構造としたネオジの永久磁石４０、４１と３相の巻線４２、４３、４４を有し、衣類４５を収納するドラム４６を、プーリ４７およびベルト４８を介して回転駆動する原動機となる電動機４９と、６石のスイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６を有し、直流から交流への逆変換を行い、電動機４９に交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを供給するインバータ回路５７と、スイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６をオンオフ制御する制御手段５８を有し、制御手段５８は、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検知する電流検知手段５９を有しており、本実施の形態においては、電流検知手段５９は、３相それぞれの電流を電圧に変換するシャント抵抗６１、６２、６３、および低電位側のスイッチング素子５４、５５、５６のオン期間にシャント抵抗６１、６２、６３の両端に発生する電圧を受け、線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ値が−１０〜＋１０Ａに対して、０〜５Ｖのアナログ電圧に変換して出力する増幅器６４により構成されている。
【００３１】
本実施の形態においては、電流検知手段５９として３相の各相に対応する３個の抵抗シャント抵抗６１、６２、６３を用いる３シャントなどと呼ばれる構成を用いているが、１シャントと呼ばれるような１個のシャント抵抗で、検知タイミングから３相の各電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを分離する構成、あるいはＤＣＣＴと呼ばれるような直流電流成分から検
出が可能な電流センサを２個〜３個使用するものであってもかまわない。
【００３２】
さらに制御手段５８は、中央制御部６６を有し、インバータ回路５７の制御のための信号生成や、電流検知手段５９からの出力信号Ｉｕａ、Ｉｖａ、Ｉｗａ信号受付などをすべてデジタル式にて行うものとなっている。
【００３３】
ＰＷＭ回路６７は、中央制御部６６からＤｕｔｙ信号を受けて、６４マイクロ秒周期の三角波でのパルス幅変調（ＰＷＭ）を行った信号Ｂを出力するものであり、中央制御部６６の信号Ｓ１〜Ｓ６は、インバータ回路５７との間に設けた、切り替え手段６９、駆動回路７０を経てスイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６のゲート信号を与えるものとなっているが、切り替え手段６９が、中央制御部６６のＫ信号がハイである場合には、図１に表示されている状態となって、Ｓ１〜Ｓ６が採用されるのに対し、Ｋ信号がローとなっている場合には、切り替え手段６９内の各スイッチが下側に接続された状態となる。
【００３４】
インバータ回路５７は、ＡＣ２３０Ｖ５０Ｈｚの交流電源７１、全波の整流器７２、コンデンサ７３により構成した直流電件７４から、直流電圧ＶＤＣが供給されており、抵抗７６、７７によって構成した直流電圧検知回路７８の出力Ａが、中央制御部６６にアナログ電圧信号として入力される形となっており、中央制御部６６の内部では、これもＡ／Ｄ変換されたデジタル値として処理されていくものとなっている。
【００３５】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるインバータ装置の中央制御部６６内の詳細構成を示すブロック図である。
【００３６】
なお、中央制御部６６を実現する実際の部品としては、１チップ式のマイクロコンピュータなどが用いられるものとなるが、図１の中央制御部６６の外側の部分も含めて、１台のマイクロコンピュータのソフトウェアで処理することで実現しても良いし、逆に中央制御部６６内の構成をハードウェアで実現しても良く、１チップとしても多チップの部品で実現してもよく、またＤＳＰなどと呼ばれるような各種プロセッサを部品として用いたものであっても良い。
【００３７】
図２において、３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対応した信号Ｉｕａ、Ｉｖａ、Ｉｗａと算出された位相θ信号を用いて、数式１を用いてＩｄとＩｑへの変換、すなわち静止座標から回転座標への変換を行って出力する第1の座標変換手段８０、設定値ＩｄｒとＩｄの誤差を計算する減算手段８１、設定値ＩｑｒとＩｑの誤差を計算する減算手段８２、減算手段８１、８２の出力に対して、ＰＩ（比例、積分）のゲインを作用させる誤差増幅手段８３、８４を設けており、その出力ＶｄとＶｑは、θ信号と共にｄｑ座標から、数式２を用いて３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの値に変換する第２の座標変換手段８８が設けられており、ＰＷＭ手段８９において、Ａ信号に対する３相の電圧指令値の比率で、６４ｕｓ周期の三角波のキャリア波を作用させ、そのキャリア波との瞬時値比較、およびデッドタイムを付して、上下の駆動信号Ｓ１〜Ｓ６を生成するものとなる。
【００３８】
【数１】
2015156934.tif 000003
【００３９】
【数２】
2015156934.tif 000004
【００４０】
なお、本実施の形態においては、電流検知手段５９は、３相すべての電流を検知できる構成としているが、電動機４９の三相の巻線４２、４３、４４の内の２相以上の電流を検知すれば、残りの１相はキルヒホッフの法則によって計算できるものとなるため、２相のみの検知としてもかまわない。
【００４１】
速度推定手段９０は、電動機４９のパラメータ（抵抗値、最大インダクタンス、最小インダクタンス）を記憶しており、電動機４９の電圧方程式を用いて、速度センサなしでありながら電動機４９の速度推定を行うもので、第1の座標変換手段８０の出力Ｉｄ、Ｉｑと、第２の座標変換手段８８の入力Ｖｄ、Ｖｑを受け、推定速度ω、ω２を出力するものとしている。
【００４２】
なお速度推定手段９０の内部は、電動機４９の電圧値および電流値から、位相誤差に対応するεが算出され、それが零に収束するように、積分もしくは比例積分要素などを持つ誤差増幅がなされ、フィードバック系が構成される。
【００４３】
速度推定手段９０の出力ω２を受ける積分器９２は、ω２を時間積分し、２πとなった時点で零にリセットされる位相信号θを出力する。
【００４４】
本実施の形態は、さらに速度設定値ωｒとωとの差を計算する減算手段９４、減算手段９４の出力に対して、ＰＩ（比例、積分）のゲインを作用させる誤差増幅手段９５、算出速度ωからＩｄｒを決めるＩｄｒ設定手段９６、短絡ブレーキ制御手段９８、速度設定値ωｒ、ブレーキ要求信号ＢＲＱの信号発生を行うシーケンス発生手段９９が設けられている。
【００４５】
Ｉｄｒ設定手段９６は、ω値がドラム４６の速度換算で４００ｒ／ｍｉｎ以下の場合には、Ｉｄｒとして０Ａを出力し、ドラム４６の速度換算で４００ｒ／ｍｉｎを超える場合には、Ｉｄｒ＜０Ａとしつつ、絶対値としてはωの増大に伴い徐々に増加させることにより、ドラム４６の速度換算で１２００ｒ／ｍｉｎではＩｄｒ＝−５Ａとするものとなっており、高速での弱メ界磁制御がかかるものとなっている。
【００４６】
シーケンス制御部９９は、電気洗濯機として動作を行うため、外部の構成要素との各種信号（停止ボタン信号Ｓｓｔｏｐ、給水弁信号Ｓｋｂ、排水弁信号Ｓｈｂ、蓋ロック信号Ｓｒｋ、蓋閉信号Ｓｃｌなど）を送受信しながら、電動機４９の運転に関わる各種の信号も送受信するものである。
【００４７】
切替手段１００は、制動時に前記ドラムの速度が略零となった後、シーケンス制御部９９からの信号Ｋａを受けて、各接点をａからｂに切り替えることで、Ｉｄｒ、Ｉｑｒ、θの値を、信号発生器１０１の出力Ｉｄｒ０、Ｉｑｒ０、θ０に切り替える作用を持っている。
【００４８】
短絡電流判定手段１０３は、短絡状態での３相分の電流信号Ｉｕａ、Ｉｖａ、Ｉｗａの瞬時値の絶対値のすべてが０．６Ａを下回った場合にＣｓ信号をハイとするものとなっている。
【００４９】
図３は、本実施の形態における、短絡ブレーキ制御手段９８内のブロック図である。
【００５０】
図３において、短絡ブレーキ制御手段９８は、関数発生器１０５、積分器１０６、遅延手段１０７を有しており、遅延手段１０７はＢＲＱに対して遅延時間Ｔｄ１＝５ｍｓの時間遅れで積分器１０６のＩＮＴＥＧ信号を発生させる。
【００５１】
積分器１０６においては、ＩＮＴＥＧがローの状態では積分値Ｄｕｔｙは初期値となる零となっており、ＩＮＴＥＧ信号がハイに上がった時点から時間積分の動作が開始されることにより、Ｄｕｔｙ信号が出力されるものとなっている。
【００５２】
特に本実施の形態においては、積分器１０６出力となるＤｕｔｙ信号を関数発生器１０５の入力として用いることにより、積分の開始からの時間のカウントを省略した簡単な構成でありながら、短絡時間比率拡大期間の開始からの時間に応じた短絡時間比率の拡大速度を変化させることができるものとなっている。
【００５３】
ここで積分器１０６は、１００％で制限がかかる上限リミッタによりＤｕｔｙ値の制限を行う機能を内蔵したものとなっており、この制限動作により、Ｄｕｔｙは最終的に上限値である１００％にて頭打ちとなり、その段階でＰＷＭからベタオン状態に移るものとなる。
【００５４】
なおＤｕｔｙ１００％となった時点では、低電位側スイッチング素子５４、５５、５６内のＩＧＢＴやダイオードの電圧降下分、およびインバータ回路５７から電動機４９までの配線による電圧降下分は、電動機４９の入力電圧として例えば２〜３Ｖ程度残るものとなるが、このような電圧は略零の範疇と考える。
【００５５】
図４は、本実施の形態の関数発生器１０５の入出力特性を示すグラフであり、横軸に入力、縦軸には出力をとり、後に積分器１０６の入力となることから、短絡時間比率拡大速度ｄＤｕｔｙ／ｄｔの意味合いを持つ値となる。
【００５６】
特に本実施の形態においては、短絡時間比率Ｄｕｔｙの拡大期間において、その開始からの時間をカウントする代わりにＤｕｔｙに対する増加速度ｄＤｕｔｙ／ｄｔの関数を備えたものとしている。
【００５７】
これによって、計算に使用する変数の数が削減できるものとなり、安価で小型のマイクロコンピュータでも使用できるものとなるなどの効果がある。
【００５８】
しかしながら、特にこのような構成にする必要があるというものではなく、開始からの時間をカウントし、その時間の関数として出力を行うものを用いてもかまわない。
【００５９】
また、十分な特性が得られるのであれば、図４に示した曲線（カーブ）の代わりに、直線や、階段状の値を用いてもよく、マイクロコンピュータでの計算の負担を軽いものとすることも可能となる。
【００６０】
短絡ブレーキ制御手段９８は、電気洗濯機に何らかの異常が発生した場合、および動作の区切りの時点で、電動機４９をブレーキ状態として停止させた場合の制御を行うものであり、シーケンス発生手段９９からのブレーキ要求信号ＢＲＱを受けた場合には電動機４９の入力を徐々に短絡状態、すなわち３相の入力端子間の電圧がほぼ零となるように、インバータ回路５７内のスイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６に対するゲート制御を実現するものとなっている。
【００６１】
図５は、本実施の形態における一般にドラム式洗濯機と呼ばれるインバータ装置の断面図である。
【００６２】
図５において、衣類４５を収納するドラム４６は、電動機４９からベルト４８を介してプーリ１１０に動力が伝えられて回転駆動がなされ、電動機４９に３相の交流電流を供給するインバータ回路５７は、制御手段５８に接続されている。
【００６３】
ドラム４６は樹脂製の受け筒１１１の内部で回転するものとなっており、給水弁１１３、排水弁１１４の開閉が制御手段５８からのＳｋｂ信号、Ｓｈｂ信号により開閉することによって、受け筒１１１内に水が給排水され、別に投入される洗剤と共に、洗濯と脱水がなされるものとなっている。
【００６４】
ここで、ドラム４６の前方には開閉可能な蓋１１６が設けられており、使用者が蓋１１６を開閉するためのハンドル１１７が設けられており、洗濯および脱水中にドラム４６が回転する際には、蓋１１６が閉じられ、使用者の安全確保や、水の飛散の防止するものとなっている。
【００６５】
なお、蓋１１６は一部が透明のガラスでできており、洗濯動作中にもドラム４６内の洗濯の状態が見えるものとなっている。
【００６６】
蓋１１６がハンドル１１７の操作で開かれた状態は、破線で示している。
【００６７】
本実施の形態においては、蓋１１６は本体に繋がる蝶番部分を中心として開閉するものとしているが、引き戸構成のものや、折りたたみする構成のもの、シャッタ構成のもの、また取り外しができるものなどであってもかまわない。
【００６８】
蓋ロック手段１１９は、蓋１１６が閉じられた状態に保持するものであり、ソレノイド１２０、プランジャ１２１、バネ１２２およびロック制御回路１２３からなっており、ソレノイド１２０に通電がなされていない図示している状態では、蓋１１６はロック状態となるため、使用者がハンドル１１７を引いても、その他いかなる操作を行っても、蓋１１６を開くことはできない状態となる。
【００６９】
ロック制御回路１２３は、制御手段５８からのＳｒｋ信号により、ソレノイド１２０への通電を行い、ロックの解除を行われると、使用者はハンドル１１７を引いて蓋１１６を開くことができる状態となる。
【００７０】
なお、蓋検知スイッチ１２５は、蓋１１６の開閉状態を検知するものであり、開閉検知信号Ｓｃｌを制御手段５８に伝え、蓋１１６が開かれている場合には、Ｓｃｌはローとなり安全確保の面から、インバータ回路５７への信号としては、電動機４９への交流電流の供給は行わず、ドラム４６を回転する運転はなされないものとなっている。
【００７１】
そして、脱水運転の終了後など、制御手段５８からＳｒｋ信号が送られると、蓋ロック手段１１９は、ソレノイド１２０への通電を行うことによってロック状態が解除され、使用者が蓋１１６を開くことができる状態となる。
【００７２】
脱水運転が停止する場合としては、所定の脱水時間に達した場合の他、使用者が停止ボタン１２６を操作し、Ｓｓｔｏｐ信号が発生した場合、また過負荷などの異常が発生した際にも、制御手段５８内の異常信号が発生し、いずれも電動機４９の制動がかかり、ドラム４６が停止された時点で、制御手段５８でのＢＲＱ信号での停止の判定がなされた後、蓋ロック手段１１９がロック状態を解除され、使用者はハンドル１１７を引くことによっ
て、蓋１１６が開けることができる。
【００７３】
図６は、本発明の第１の実施の形態におけるインバータ装置のＢＲＱによって短絡ブレーキとなる場合の波形図であり、（ア）はＢＲＱ信号、（イ）はＫ信号、（ウ）はＤｕｔｙ信号である。
【００７４】
力行期間から、中央制御部６６の内部信号ＢＲＱは時刻Ｔ１でハイとなり、同時にＫ信号がハイからローになるが、この時点ではＤｕｔｙ値は零であるため、スイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６のＩＧＢＴ部分は、すべてオフとなる５ｍｓのオールオフ期間Ｔｄ１に移る。
【００７５】
なお、オールオフ期間Ｔｄ１中には、電動機４９が低速である場合には、ほとんど電流が零の状態となるが、高速である場合（誘導起電力が高い状態）では、スイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６のダイオード部分を通じて、直流電源への回生電流が流れる。
【００７６】
（ウ）に示される低電位側スイッチング素子５４、５５、５６のオン時間の比率（Ｄｕｔｙ）は、短絡時間比率となり、オールオフ期間に続いて、Ｔ２からＴ３はＤｕｔｙが増加する短絡時間比率拡大期間となり、一方高電位側スイッチング素子５１、５２、５３については、切り替え手段６９の作用によりオフ状態が保たれるものとなる。
【００７７】
短絡時間比率拡大期間中の短絡時間比率（Ｄｕｔｙ）の拡大速度は、時間経過と共に低下、また短絡時間比率が１００％に近づくほど、低下するものとなっている。
【００７８】
電動機４９の入力電圧の観点では、回転により発生する誘導起電力が瞬時値として正／負を繰り返すが、それが短絡時間中には強制的に零となるものとなり、絶対値が抑えられるものとなる。
【００７９】
よって本実施の形態は、Ｔ２〜Ｔ３の短絡時間比率拡大期間は、短絡時間の増加により、電圧の絶対値が低下させるようにスイッチング素子５４、５５、５６が制御される電圧低減期間となる。
【００８０】
Ｔ３において、Ｄｕｔｙが１００％に達した時点で、短絡時間比率Ｄｕｔｙが最大限、すなわち１００％に保たれた状態となり、負荷の運動エネルギーを吸収する短絡制動期間に入るものとなる。
【００８１】
Ｄｕｔｙ１００％となった時点では、低電位側スイッチング素子５４、５５、５６内のＩＧＢＴやダイオードの電圧降下分、およびインバータ回路５７から電動機４９までの配線による電圧降下分は、電動機４９の入力電圧として例えば２〜３Ｖ程度残るものとなるが、このような電圧は略零の範疇、すなわち短絡と考えられる状態になる。
【００８２】
このように、短絡時間比率となるＤｕｔｙを徐々に増大させることにより、短絡制動期間に移る過程での過渡的な電流の跳ね上がりを防ぐことができ、過電流が防止できるものとなり、インバータ回路５７の各構成要素の破壊、および電動機４９の過電流故障を防ぐことができる。
【００８３】
特に、本実施の形態においては、短絡時間比率の拡大速度ｄＤｕｔｙ／ｄｔを徐々に低下させたものとしていることにより、短絡制動期間に入る時点での電動機４９の速度条件が広範囲に振られても、過渡的な電流の跳ね上がりを防ぐことができるという効果があり、速度が高い条件下ではＴ２付近のＤｕｔｙの拡大速度の設計、また速度が低い条件下で
はＴ３付近のＤｕｔｙの拡大速度の設計で対応可能となる。
【００８４】
なお、特に高速における直流電源７４への回生による過電圧を抑える面からは、短絡時間比率拡大期間の後半となるＴ３付近での短絡時間比率拡大速度ｄＤｕｔｙ／ｄｔを、中速〜低速条件下での過渡的な電流の跳ね上がりが許容できる範囲で高める設計とすることにより、最小限に抑えることができるものとなる。
【００８５】
そして、電動機４９が広範囲の速度条件にて短絡制動期間に入る場合の線電流の過電流の防止とともに、直流電源７４の回生による過電圧発生も抑えることができ、速度情報が不要であることから、センサレスと呼ばれるような電動機４９に位置検知用のセンサ、および速度検知用のセンサを持たず低コストとした構成にも対応することができる。
【００８６】
さらに、電気洗濯機のように電動機４９の回転方向が、一方向ではなく、右に回ったり左に回ったりするインバータ装置であっても、相順に関係なく短絡ブレーキ（短絡制動）期間に移行する制御が可能であることから、有効なものとなる。
【００８７】
図７は、本発明の第１の実施の形態におけるインバータ装置のＢＲＱによって短絡ブレーキとなり、図６に示した期間から、さらに時間が経過し、電動機４９および負荷であるドラム４６が停止する前後の動作波形図を示している。
【００８８】
図７において、（ア）はドラム４６の速度、（イ）はＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗの電流波形、（ウ）は短絡電流判定手段１０３のＣｓ出力信号、（エ）は切替手段６９への入力信号となるＫ信号、（オ）は蓋ロック手段１１９に入力されるＳｒｋ信号を示している。
【００８９】
短絡ブレーキ状態となった電動機４９は、次第に速度が低下し、同時に線電流については周波数がほぼ速度に比例して低下し、線電流の振幅も最終的には低下し、速度が零となる時点で零に収束していくものとなる。
【００９０】
本実施の形態においては、零電流である場合の電流検知手段５９の出力は、５Ｖ電源のほぼ中間となる２．５Ｖ程度となるが、運転開始前のスイッチング素子５４、５５、５６がオフの状態での値を零電流に相当するオフセット値として記憶しておいて使用し、各相の線電流の絶対的な値で扱うものとなる。
【００９１】
短絡ブレーキに入った時点から停止に至るまで時間については、短絡ブレーキに入った時点での電動機４９の速度、負荷の慣性モーメント、電動機４９のインダクタンスや抵抗値、スイッチング素子５４、５５、５６のオン状態での電圧（ＶＣＥ（ＳＡＴ））などによって左右されるものとなり、一定時間ではないため、速度の低下によって現れる物理現象である電流値を、本実施の形態で用いることにより、十分な低速にまで速度が低下した状態を検知するものとしている。
【００９２】
具体的には、本実施の形態においては、３つの線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの瞬時値の絶対値のすべてが０．６Ａを下回った時点Ｔ１でＣｓ信号をハイとするものとなり、ドラム４６の速度として７ｒ／ｍｉｎ程度に低下した段階となる。
【００９３】
短絡ブレーキ制御手段９８はＴ１にて、ハイとなったＣｓ信号を受けた後、０．１５秒間の遅延時間を経過したＴ２時点で、のＫおよびＫａ信号をハイとして、切替手段６９、切替手段１００の状態を変化させ、６石のスイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６のオンオフ制御を有効とし、かつ信号発生器１０１からのＩｄｒ０、Ｉｑｒ０、θ０が有効に作用した形で、直流電源７４から電動機４９の巻線４２、４３、４４に制御された電流が供給される状態となる。
【００９４】
すなわち、制御手段５８は制動時にドラム４６の速度が略零となった後、直流電源７４から巻線４２、４３、４４に電流を供給するようにスイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６を制御するものとなる。
【００９５】
信号発生器１０１の出力Ｉｄｒ０、Ｉｑｒ０、θ０については、Ｔ２時点ではいずれも０であるが、２０ｍｓ経過したＴ３において、Ｉｄｒ０のみ３Ａとなり、これが３００ｍｓ継続するものとなる。
【００９６】
この間に、電動機４９内には巻線４２、４３、４４の電流によって、回転が無く、大きさも固定された静止の起磁力が発生するものとなり、位置決めと言われるような状態で、速度が零となり、完全に静止した状態に落ち着く。
【００９７】
その後、（オ）に示されるように、制御手段５８から蓋ロック手段１１９に、Ｓｒｋ信号がハイとして送られるとなり、蓋ロック手段１１９は、ソレノイド１２０に通電された状態となって、使用者は蓋１１６を開くことが可能な状態となる。
【００９８】
また、停止したことが判定された後、シーケンス発生手段９９からの指示より、電気洗濯機として必要な次の工程に移る場合もある。
【００９９】
以上のように、位置センサや速度センサを用いない低コストと簡単な構成でありながら、短絡ブレーキを用い、かつその期間の電流からの適切な停止の判定により、安全性の確保を行うことができるものとなる。
【０１００】
図８は、本実施の形態において、脱水動作などの完了時および途中でのブレーキに入る場合のフローチャート図を示している。
【０１０１】
図８において、ブレーキ動作スタート１３０に入ると、短絡ブレーキ（ＢＲＱ）１３１に移り、図６に説明したように、電圧低減期間に続いて短絡制動期間に入る。
【０１０２】
Ｃｓ１３２にて、停止に近い速度に減速が進んだことを判定した時点で、電流供給１３４に移り、本実施の形態においては、Ｋａがハイとなって、力行時にも使用される電流制御機能が活用された形で、３００ｍｓ（＝０．３秒間）の期間、Ｕ端子から、ＶとＷ端子に向かっての直流の電流が供給され、この時点でインバータ回路５７の動作、および電動機４９に至る配線が正常である場合には、Ｕ、Ｖ、Ｗの全相の線電流の絶対値は、いずれも０．６Ａを超えるものとなる。
【０１０３】
電流制御有効１３５において、線電流の絶対値が０．６Ａを超えているかどうかの判断がなされ、ＹＥＳの場合にはロック解除１３７に移り、ここでソレノイド１２０の通電が行われ、使用者は蓋１１６を開くことができる状態となる。
【０１０４】
一方、ＮＯの場合には、全相の線電流の絶対値が０．６Ａを超えるまで待機する状態となり、ロック解除１３７に移らない状態となるため、使用者の安全性が確保される。
【０１０５】
なお、本実施の形態においては、インバータ装置の電源が投入された段階でも、図８に示す動作が１回行われるものとなり、例えば前回の運転の制動が完了していない状態であった場合にも、ドラム４６に残っている回転がある場合の使用者に危険を極力回避するため、使用者が蓋１１６を開くことができないように、蓋ロック手段１１９の状態を保つものとなっている。
【０１０６】
特に、本実施の形態においては、短絡制動期間を設けているため簡単なプログラム構成で制御手段５８が実現できるものとなり、かつ短絡制動期間の最終段階での電流についても、正しい零電流状態における電流検知手段５９の出力値をオフセット値として使用して絶対的な電流値を扱うものとしているため、例えば短絡ブレーキ中に電流検知手段５９に故障が発生した場合、０Ｖや５Ｖなどの実際の電流値とは無関係に出力信号が固定される可能性が高いことを発明者らは把握しているが、その場合にはＣｓ信号はハイとなる可能性は極めて低くなり、高い安全性が確保されるものとなる。
【０１０７】
電流供給期間に、直流電源７４から巻線４２、４３、４４に電流を供給するようにスイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６を制御し、その電流の供給が有効になされるかどうかで、配線の断線などを判断するため、短絡制動期間中に断線故障が生じた場合でも、蓋ロック手段１１９は、使用者が蓋１１７を開くことができない状態に保たれるものとなり、安全性が保たれるものとなる。
【０１０８】
本実施の形態においては、電流供給期間における電動機４９への電流値としては、各巻線４２、４３、４４のすべてにおいて、０．６Ａを超える値としているが、それ以下であっても良く、電流検知手段５９の最小分解能以上の電流であれば、電流制御として有効に成り立つものとなり、配線の断線等が無い場合には、その電流検知手段５９の反応があるため、断線等が発生した場合と正常な場合の違いが検知できるものとなり、電流制御中の印加電圧からの判断を併用することもできる。
【０１０９】
また、電流供給期間と電流の大きさについては、ドラム４６に衣類４５が入った状態での位置決め動作を確実に行う場合には、さらに期間を長くするか、または電流値をさらに大とすることが必要となる。
【０１１０】
ただ、位置決め動作を行わせることが必須というものではなく、単に電流制御が有効に働くものかどうかで、断線故障が起こったかどうかが判定できれば十分に有効なものとなり、位置決め動作を確実に行わせる場合であっても、１秒以上の直流電流の通電は、運転時間の長期化と、電気エネルギー消費による資源の浪費に繋がる要素が発生してくる。
【０１１１】
本実施の形態で用いている電流供給期間の長さと電流値については、それぞれ３００ｍｓと０．６Ａを超える程度という比較的小さい値を用いていることから、電流供給期間の開始直後に発生するトルクによるドラム４６の速度は、毎分１回転以下に抑えられるものとなる。
【０１１２】
特に、本実施の形態のように、電動機４９の入力を短絡した状態での電流が十分小であって、ほぼ停止している段階での断線の有無の確認を行うのであれば、必ずしも位置決め動作、すなわち発生させた直流磁界とｄ軸の位相差を十分小さい値とする動作は、必要なものではないことから、電流供給期間として５００ｍｓ以下の最小限の電流とすることにより、その電流による新たなドラム４６の運動は発生しないものとなり、短時間での停止の判定が可能となり、かつ無駄や動きのない品位の高いインバータ装置が実現できるものとなる。
【０１１３】
電流供給期間の電流値に関しても、増せば増すほど位置決めさせるトルクが大となるものとなるが、電流供給期間を例えば１ｍｓなどのように短くした場合には、やはりドラム４６に加わるトルク積（発生トルクと時間の積）は小となり、それによる新たなドラム４６の運動（角加速度）は無視しうる程度に抑えられるものとなり、ドラム４６の軸受けなどの摩擦などにより、電流供給期間に発生した運動エネルギーは、ごく短時間で吸収されて静止するものとなり、電流検知手段５９の最小の分解能を大きく上回る電流値による、より確実な断線有／無の判定ができるとともに、短時間で、無駄な動きがなく高品位なイ
ンバータ装置が実現できるものとなる。
【０１１４】
発明者の検討により、電流供給期間に電流を供給する場合、５００ｍｓ以内で、各線電流の電流値の絶対値が１．５Ａ以下であれば、１０秒以内に毎分１回転以下に抑えられるものとなり有効であり、特に３００ｍｓ以内、１Ａであれば２秒以内で毎分１回転以下に抑えられるため、使用者の安全確保、および品位の上から有効である。
【０１１５】
このように、電流供給期間があるが故に、逆にトルク発生でドラム４６が回転してしまうという不具合も、十分に抑えることができるものとなり、少なくとも蓋ロック手段１１９の解除の直後に、使用者が蓋１１７を開いた状態でも、電流供給期間に発生したトルクによる回転で危険が発生することは無い。
【０１１６】
なお、本実施の形態においては、ドラム４６の回転軸は、水平としたものを示したが、特に水平にこだわるものであるというものでもなく、垂直、あるいは斜めの回転軸を有するものとしても良い。
【０１１７】
ドラム４６の回転駆動のための動力伝達経路についても、プーリ１１０、ベルト４８を用いたものを示したが、これについてもこの構成に限定するものでもなく、ギア（歯車）を用いたものや、ダイレクト駆動と呼ばれるように、ドラム４６の軸に直接に電動機を備えて同一の速度で回転するものなどであってもかまわない。
【０１１８】
また、蓋ロック手段１１９の構成に関しても、本実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、例えば複数の蓋ロック手段を設け、使用者のハンドル操作によっていつでもロック解除が可能な第１の蓋ロック手段と、制御手段からの信号によってロック状態が解除される第２の蓋ロック手段とを併用する構成、あるいは蓋を閉じた状態で常にロック状態となるが、ロック解除は制御手段からの信号によって阻止／許可が働くもの、制御手段からの信号によってハンドル操作ができなくなるものなど、様々な構成を用いることができ、いずれの場合でも使用者が蓋を開くことができるかどうかを制御手段からの信号によって変化させることができるものであれば良く、具体的な構成は自由に設計できるものである。
【０１１９】
（実施の形態２）
図９は、本発明の第２の実施の形態におけるインバータ装置の中央処理部１４０の内部ブロック図である。
【０１２０】
本実施の形態においては、特に中央処理部１４０の構成の一部が、第1の実施の形態と異なるが、その他は同等であるため、特に第1の実施の形態から異なる構成要素のみを説明する。
【０１２１】
図９にて、制御手段１４０は、短絡ブレーキ制御手段１４１、シーケンス発生手段１４２、切替手段１４３、信号発生器１４４が設けられており、シーケンス発生手段１４２からのＫｂ信号によってｂ側端子に接続されると、第２の座標変換手段８８の入力信号Ｖｄ、Ｖｑ、θ、および第１の座標変換手段８０の入力信号θを、信号発生器１４４からのＶｄ０、Ｖｑ０、θ０に切り替えることにより、電動機４９に所定の電圧を印加するものとなっている。
【０１２２】
その他の部分の構成に関しては、第1の実施の形態と同等である。
【０１２３】
図１０は、本実施の形態におけるインバータ装置のＢＲＱによって短絡ブレーキとなり、電動機４９および負荷であるドラム４６が停止する前後の動作波形図を示している。
【０１２４】
図１０において、（ア）はドラム４６の速度、（イ）はＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗの電流波形、（ウ）は短絡電流判定手段１０３のＣｓ出力信号、（エ）は切替手段６９への入力信号となるＫ信号、（オ）は蓋ロック手段１１９に入力されるＳｒｋ信号を示している。
【０１２５】
本実施の形態においては、Ｔ３時点以降の動作が、第１の実施の形態とは異なり、電流供給期間の長さとして、２０ｍｓという短いものとなっており、電流値としては、電流検知手段５９でノイズの問題がない検知が可能となる下限に近い、０．６Ａをやや超える値となる電圧指令Ｖｄ０、Ｖｑ０としている。
【０１２６】
図１１は、本実施の形態において、脱水動作などの完了時および途中でのブレーキに入る場合のフローチャートを示している。
【０１２７】
図１１において、ブレーキ動作スタート１５０に入ると、短絡ブレーキ（ＢＲＱ）１５１に移り、図６に説明したように、電圧低減期間に続いて短絡制動期間に入る。
【０１２８】
Ｃｓ１５２にて、停止に近い速度に減速が進んだことを判定した時点で、電圧供給１５４に移り、本実施の形態においては、Ｋｂがハイとなり、２０ｍｓの期間、直流電源７４からスイッチング素子５１、５２、５３、５４、５５、５６を通じて、Ｕ端子がプラス、ＶとＷ両端子が共通のマイナスとなる形で電圧が印加される。
【０１２９】
この時点でインバータ回路５７の動作、および電動機４９に至る配線が正常である場合には、Ｕ、Ｖ、Ｗの全相の線電流の絶対値は、いずれも０．６Ａを超えるものとなる。
本実施の形態では、電流値判断１５５にて、２０ｍｓ間の線電流の絶対値のピークの最小値の各相の最小値を閾値である０．６Ａと比較して超えているかどうかの判断がなされ、達の場合にはロック解除１５７に移り、ここでソレノイド１２０の通電が行われ、使用者は蓋１１６を開くことができる状態となる。
【０１３０】
一方、未達の場合には、エラー表示１５８となり、使用者が蓋１１６を開くことができない状態を保ちながら、エラーが発生していることを使用者に知らせるものとなり、使用者の安全性が確保される。
【０１３１】
なお、ベクトル制御を用いないインバータ装置においては、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の電圧値での設定を行えばよく、簡単な構成でありながら、断線した場合には、電流が流れない状態となることを確実に判定することができるものとなる。
【０１３２】
また、電流供給期間が２０ｍｓと短いことから、電流供給期間中に発生するトルク積（トルクと時間の積）は小なるものとなるため、ドラム４６が空である場合の慣性モーメント０．３ｋｇ平米において、角速度１ｒａｄは、毎分１回転以下の非常に小さいものとなり、軸受け等の摩擦などにより、１００ｍｓ程度で静止するものとなる。
【０１３３】
特に蓋１１７の一部が透明であって、使用者がドラム４６の回転を見ることができる構成においては、一旦ドラム４６が停止した後、新たなドラム４６の動きがあると、使用者に不安感、不信感を抱かせるものとなり、そのような感覚を無くし、品位の上でも優れたインバータ装置を実現することができるものとなる。
（実施の形態３）
図１２は、本発明の第３の実施の形態における、制動時にドラム４６の速度が略零となった後の、電動機４９への電流供給期間の前後の各部動作波形図を示しており、（ア）は電動機４９の各巻線４２、４３、４４に供給される電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、（イ）はＣｓ信号、（ウ）はＫ信号を示している。
【０１３４】
本実施の形態においては、インバータ回路５９から電動機４９に供給される電流の波形が異なるが、その他の部分としては、実施の形態１および２と同等であり、電動機４９とドラム４６の間の動力伝達経路として、ベルト４８が用いられているものとなっている。本実施の形態においては、電流供給期間の内、Ｔ３〜Ｔ４を５００ｍｓとした上で供給電流も大とすることにより、ドラム４６内に衣類４５が入った状態であっても、Ｔ４時点での位置決め動作が確実に完了するものとなっているものとなり、Ｔ４以降の動作についての説明を以降に行う。
【０１３５】
Ｔ５〜Ｔ６の８０ｍｓ期間には、Ｖ端子からＷ端子に向かって電流が供給されるものとなり、Ｔ３〜Ｔ４での位置決め動作によるＴ５時点での永久磁石４０、４１の磁極に対して、電気角９０度進んだ位相の弱めの起磁力が、Ｔ５〜Ｔ６には発生するものとなる。
【０１３６】
図１３は、本実施の形態におけるベルト４８が正常な場合と、外れた場合（または切れた場合）について、電動機４９の永久磁石４０、４１の位相を示しており、（ア）はＴ４時点、（イ）と（ウ）はＴ６時点、（エ）と（オ）はＴ８時点における状態である。
【０１３７】
なお、永久磁石４０、４１の数は極数となるが、図１３においては、２極機として示しており、機械角と電気角が等しくわかりやすい図としているが、現実的には４極、６極、８極などであってもよい。
【０１３８】
（ア）においては、Ｔ３〜Ｔ４の期間に大きな電流が十分長い期間供給されたため、ベルト４８が正常な場合も外れている場合も、Ｎ極を示す永久磁石４０の向き、すなわちｄ軸は、電流ベクトルＩａにほぼ等しい状態となり、位置決めがなされた状態となっている。
【０１３９】
なお、位置決め動作については、一度の直流磁界の発生での死点回避が困難な場合を想定し、電気角９０度等ずらした複数回の電流供給を行う、回転磁界を与える方法なども有効な場合もある。
【０１４０】
次に、Ｔ６時点に関しては、Ｔ５〜Ｔ６の８０ｍｓ間の位置決め力は、弱めのものとなっているため、ベルト４８が正常に繋がっている状態では、ドラム４６が有する大きな慣性モーメントＪｄとドラム４６の軸受けでの摩擦要素も加わり、（イ）に示されるように、ｄ軸の向きは（ア）とほとんど変化しない状態となる。
【０１４１】
これに対して、（ウ）に示すベルト４８がＴ５以前に外れた場合には、電動機４９のみの慣性モーメントＪｍ、および電動機４９内の軸受けのみのごく小さい摩擦しかない状態となるため、Ｔ５〜Ｔ６の位置決めが有効に作用する状況となり、（ア）から、ほぼ電気角９０度異なった位相となる。
【０１４２】
なお、電動機４９軸からみた場合の等価的なドラムの慣性モーメントとしては、ドラム４６の軸での慣性モーメントＪｄを、プーリ減速比の二乗で除した値となるが、通常のドラム式洗濯機と呼ばれる構成においては、ドラム４６が空の状態であっても、Ｊｍと比較するとかなり大きな値となり、ベルト４８の有無での差は非常に大きいものとなる。
【０１４３】
もし仮に、Ｔ５〜Ｔ６において大きな電流を長時間供給するものとすると、ベルト４８が正常であっても、ドラム４６がベルト４８によって回転される位置決め動作が有効に行われるものとなるが、本実施の形態では電流供給時間、および電流値を、ベルト４８が有る状態では、位置決めが行われない程度の値に定めた状態にある。
【０１４４】
Ｔ７〜Ｔ８においては、再度Ｔ３〜Ｔ４期間と同様の位相で２ｍｓという極めて短い期間の電流供給を行っているが、本実施の形態においては、この期間の電流立ち上がり速度ｄＩ／ｄｔと電圧Ｖの関係から、数式３によって、インダクタンス値Ｌを求める。
【０１４５】
【数３】
2015156934.tif 000005
【０１４６】
永久磁石４１、４２は埋め込み構造としているため、Ｌｑ＞Ｌｄの関係がある。
【０１４７】
図１３において、ベルト４８が正常な（エ）では供給される電流Ｉａの位相に対しては、ＬはほぼＬｄとなるのに対し、（オ）はほぼＬｑとなり、Ｔ８時点での位相（Ｔ６、Ｔ７もほぼ同等）が把握できるので、Ｔ５〜Ｔ６の位置決め動作が有効に行われたかどうかの判断から、ベルト４８が正常かどうかの判断ができるものとなる。
【０１４８】
Ｔ７〜Ｔ８は、蓋ロック手段１１９を解除状態（使用者が蓋１１７を開くことができる状態）とする前の最終的な電流供給期間となるが、これを２ｍｓというごく短時間とすることにより、ベルト４８が正常に存在する場合のドラム４６の新たな運動は発生せず、安全面で優れており、かつ無駄な動きも発生しないため品位が高いものとすることができる。
【０１４９】
したがって、単に電動機４９が停止していることが確認できるだけでなく、その段階で動力伝達経路を構成するベルト４８が外れたり切れたりしていないことも確認することができる。
【０１５０】
特に、ブレーキの最終段階近い状態で、ベルト４８が外れたり切れたりした場合には、ドラム４６が慣性（惰性）で回転し続けることになり、電動機４９の停止の正確な判定のみでは、安全上の問題が残るものとなる。
【０１５１】
この点において、本実施の形態ではベルト４８が正常であり、かつ電動機４９までの配線にも断線がなく、インバータ回路５９からドラム４６に至る経路すべてが正常であり、かつ停止状態であることが検知でき、もしそれらが満足されない場合には、動力伝達経路の故障、すなわちベルト４８の切れ等を検知した判定とすることにより、蓋ロック手段１１９を使用者が蓋１１７を開くことが不可能な状態を継続するものとなり、より安全性の高いインバータ装置が実現できるものとなる。
【０１５２】
なお、本実施の形態においては、インダクタンスＬを求めるための電流供給は電流制御された電流源としているが、特に電流源に限定するものではなく、所定の電圧Ｖを印加して、電流の大きさ、もしくは電流の増加速度（ｄＩ／ｄｔ）から計算を行うものであってもよく、また一定の位相で電流または電圧を供給する代わりに、位相や電流値の大きさを時間とともに変化させながら、短時間の電流を断続的に供給する、または微弱な電流を連続的に供給するなどしても良く、少なくともベルト４８が正常な状態において、ドラム４６および電動機４９がほとんど回転しない程度の電流または電圧を供給であればｄ軸やｑ軸の向きを探るには有効であり、自己インダクタンスＬの検知の他に、供給した電圧や電流位相に対して電気的に９０度ずれた成分の電圧や電流の値から、相互インダクタンスを用いた回転子位置を行う構成などであってもかまわない。
【０１５３】
本実施の形態においては、ベルト４８という動力伝達経路としているため、他の形の動力伝達経路に比較すると、ベルト外れやベルト切れなどの信頼性面でやや不利となるが、ベルト外れを適切に検知する本実施の形態の構成の有効性が高いものとなる。
【０１５４】
ただし、動力伝達経路としてはベルト４８以外にも歯車を用いたものなどもあり、それらに用いた場合でも、故障によって発生する安全上の問題を解決する効果がある。
【０１５５】
（実施の形態４）
図１４は、本発明の第４の実施の形態における、制動時にドラム４６の速度が略零となった後の、電動機４９への電流供給期間の前後の各部動作波形図を示している。
【０１５６】
（ア）はＶからＷに供給される電流波形、（イ）はその周波数の変化、（ウ）はＶとＷ間に発生する電圧の振幅（絶対値）を示しており、リプル分は除去した値としている。
【０１５７】
ベルト４８が電動機４９とドラム４６側のプーリ１１０の間に正常にかかっている場合には、主にベルト４８の長さ方向の弾性による電動機４９軸での捻りバネ定数Ｋ［Ｎｍ／ｒａｄ］と、電動機４９の慣性モーメントＪｍ［ｋｇ平米］により、電動機４９軸における機構反共振周波数、すなわちトルクに対する角速度および角加速度が最大となる共振周波数ｆが、単振動の数式４で計算されるものとなる。
【０１５８】
【数４】
2015156934.tif 000006
【０１５９】
なお、ここでは機構系の角速度（速度）とトルク（力）を、それぞれ電気系の電圧と電流に置き換えて、インピーダンスが極大となる周波数であるため、機構反共振周波数と言う表現も正しいものとなる、本明細書では共振と反共振を合わせて共振として記述しており、機構反共振周波数は機構共振周波数に含むものとしている。
【０１６０】
また、この振動モードはベルト４８の張力を測定する際などに用いられるベルトを弦として弾いた際に生じるものとは異なり、ベルト４８が長さ方向に伸び縮みすることによる剛性（弾性の逆数）、およびベルトの張りの長さ、電動機４９側のベルト掛けされるプーリ部分の半径などによって決まるものとなり、本実施の形態では、５５Ｈｚとなる。
【０１６１】
反共振周波数ｆは、ドラム４６の慣性モーメントＪｄがある程度大きい条件においては、ほぼ一定となり、ドラム４６のみのドラム４６軸でのＪｄが（０．３［ｋｇ平米］）である場合、には内容物となる衣類４５や水が加わった場合の影響は、比較的小さいものとなる。
【０１６２】
ただ、ドラム４６の慣性モーメントＪｄの影響や、ベルトの温度特性、経時変化などよる変化、またバラツキなどによってｆが変動する要因があるため、本実施の形態においては、Ｔ１０〜Ｔ１１の電流供給期間において、供給される電流の周波数を３０〜８０Ｈｚに変化させている。
【０１６３】
よって、電流供給期間Ｔ１０〜Ｔ１１中に電動機４９に供給される電流は、一方向のトルクを発生させるものではなく、正負交互のトルクを発生するものとなり、その周波数は、電動機４９とベルト４８およびドラム４６による機構共振周波数である５５Ｈｚの成分を含むものとなるため、ドラム４６の原動機となる電動機４９は機構共振周波数を含み、その前後の周波数範囲の交番トルクを発生させるものとなっている。
【０１６４】
ＶＷ間に供給される交番電流によって、電動機４９に発生した交番トルクが、機構共振周波数ｆである５５Ｈｚ付近での電圧絶対値｜Ｖｖ−Ｖｗ｜の極大点Ｒが存在する場合には実線となり、ベルト４８が外れた場合の破線との差があるため、Ｒ点の存在を検知する
ことにより、ベルト４８は正常な状態であることが判断できるものとなる。
【０１６５】
すなわち、ベルト４８を介して、負荷となるドラム４６を回転駆動するための原動機となる電動機４９に、原動機を含む機構要素の共振周波数成分の交番トルクを発生させ、それによる振動の大きさ（速度の振幅）にほぼ比例した永久磁石４０、４１の誘導起電力が巻線に発生するものとなるため、電動機４９の入力電圧の振幅によって、原動機となる電動機４９の振動の振幅を検知することで、機構共振周波数の有無からベルト４８の有無を判定するものとなる。
【０１６６】
なお、永久磁石４０、４１の位相によっては、ＶＷ間の電流供給ではトルクが発生しないことがあるため、ＶＷ以外の相ＵＷなどでも行えば、ベルト４８が正常である場合にはいずれかの相の間の交番電流の供給時の（ウ）に図示した反応での検知が可能となり、合わせて３相すべての配線に断線等がないことも検知できるものとなる。
【０１６７】
本実施の形態においては、特に電流を３０〜８０Ｈｚにしたことにより、電流供給期間中のドラム４６の動きとしては、検知のための新たな運動をドラム４６に発生されることはなく、ドラム４６の周辺でも０．１ｍｍ以下という、ごく微小な振動に抑えることができることができ、使用者が透明ガラスを有する蓋１１７を通してドラム４６を見ていても、不信感、不安感などを感じることもなく、極めて品位が高く、かつベルト４８の外れや切れがある場合でも、その異常を高精度で検出できることから、ドラム４６が完全に停止状態であることの裏付けがしっかりととれるものとなり、安全性として極めて高いものが確保できるものとなる。
【０１６８】
ベルト４８が正常か否かを判定する手段としては、トルクを発生させて、角加速度との関係から慣性モーメントを算出するなどの構成も可能であるが、Ｔ１０時点で電動機４９の停止の判定は完了している状態にあり、再度トルク発生でドラム４６に運動を与えてしまうと、せっかく停止の判定を行った意味が薄れることもあるが、本実施の形態であればベルト４８が正常かどうかの判定のために、ドラム４６が動き出してしまうこともなく、好都合である。
【０１６９】
以上の各実施の形態で説明したように、本発明のインバータ装置では、蓋ロック手段１１９の状態を、ドラム４６が完全に停止した段階で、使用者が蓋１１７を開くことができるものとすることから、安全性の確保ができるものとなる。
【０１７０】
なお、各実施の形態においては、ホールＩＣなどの位置センサは特に設けない「センサレス」と呼ばれる構成としているため、低コストであり、かつ位置センサの取付けの位置バラツキなどによる影響をなくせるなど様々な効果を得ることができ、その上で電動機４９への配線の断線の検出、および動力伝達経路（ベルト）４８の外れなどの異常も検知することにより、ドラム４６が確実に停止した状態で使用者が蓋１１７を開けるという、安全性が高いインバータ装置を実現するものとなっている。
【０１７１】
なお、本実施の形態においては、機構インピーダンス（角速度／トルク）が極大となる、反共振周波数を用いたが、機構インピーダンス（角速度／トルク）が極小となる共振周波数を用いる構成もあり、１３Ｈｚ程度でドラム４６とベルト４８の共振により発生するものとなるため、この周波数成分を用いてトルクに対する角速度、すなわち電動機４９入力電流に対して電圧が小さくなることから、やはりベルト４８の有無を判定することができるものとなる。
【０１７２】
ドラム４６の慣性モーメントの変動に関しては、やや広めに周波数を変化（スイープ等）することにより、カバーすることができるものとなり、ついでにドラム４６内の衣類４
５の質量を検知するようにして、例えば脱水の程度を検知するようにしてもよい。
特に、ベルト４８の外れに関しては、位置センサがあるインバータ装置にも用いることができ、通常用いられる電気角６０度毎に信号が変化する位置センサなどよりも精度の高いベルト４８の外れ有／無が判定できるものとすることもできる。
【０１７３】
もちろん、位置センサを用いるインバータ装置における万一の位置センサ故障にも対応することができ、多重の安全性確保も行うことができるものとなり、抜群の安全性の確保ができるものとなる。
【０１７４】
また、制動を行う場合の制御の構成として、各実施の形態では短絡制動を用いたものとしているが、他の構成により電気的な制動を電動機４９に加えるものでも良く、電動機４９が停止した時点でのインバータ回路５９からドラム４６に至る経路の故障である、断線が無いこと、また動力伝達経路の異常がないことの検知により、ドラム４６が真の停止状態にある状態で、使用者が蓋１１７を開くことができる状態とすることができれば良い。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、ホールＩＣなどの位置検知器を用いない（いわゆる「センサレス」と呼ばれる構成）簡単で低コストでありながら、ドラムが停止状態で安全性が十分に高い状態で、使用者による蓋を開く動作を許すものとなり、安全性の高いインバータ装置を実現することができるものとなる。
【０１７６】
また、衣類等の被脱水物を入れるドラムが水平もしくは垂直、または角度を有する回転軸としたドラムを負荷として有するもので、脱水機、洗濯機、洗濯乾燥機などと呼ばれるものに適用できる。
【符号の説明】
【０１７７】
４５  衣類
４６  ドラム
４０、４１  永久磁石
４２、４３、４４  巻線
４８  動力伝達経路（ベルト）
４９  電動機
５１、５２、５３、５４、５５、５６  スイッチング素子
５７  インバータ回路
５８  制御手段
７４  直流電源
１１７  蓋
１１９  蓋ロック手段
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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