(57)【要約】【課題】インバータ回路により駆動されるモータおよび力率改善回路を備えた構成であっても、機器全体の消費電力を精度良く推定する。【解決手段】本実施形態の家電機器は、直流電源回路、力率改善回路、電流検出手段、インバータ回路、モータ、電圧検出手段および電力推定手段を備えている。直流電源回路は、交流電源から与えられる交流を整流および平滑して直流を出力する。力率改善回路は、交流電源の力率を改善する力率改善動作を行う。電流検出手段は、直流電源回路への入力電流を検出する。インバータ回路は、直流電源回路から出力される直流を交流に変換する。モータは、インバータ回路により駆動される。電圧検出手段は、インバータ回路に入力される直流電圧を検出する。電力推定手段は、電流検出手段の検出値および電圧検出手段の検出値を用いて、機器全体の消費電力を推定する。【選択図】図２
2015084850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から与えられる交流を整流および平滑して直流を出力する直流電源回路と、
前記交流電源の力率を改善する力率改善動作を行う力率改善回路と、
前記直流電源回路への入力電流を検出する電流検出手段と、
前記直流電源回路から出力される直流を交流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駆動されるモータと、
前記インバータ回路に入力される直流電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段の検出値および前記電圧検出手段の検出値を用いて、機器全体の消費電力を推定する電力推定手段と、
を備えていることを特徴とする家電機器。
【請求項２】
請求項１に記載の家電機器において、
前記電力推定手段は、前記モータの回転数に応じて、推定した消費電力の補正を行うことを特徴とする家電機器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の家電機器において、
前記電力推定手段は、弱め界磁制御の実施の有無およびその程度に応じて、推定した消費電力の補正を行うことを特徴とする家電機器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の家電機器において、
前記力率改善回路は、前記直流電源回路への入力電流が所定の判定値以上であるときに前記力率改善動作を実行するように構成されており、
前記電流検出手段は、前記力率改善回路による力率改善動作の実行可否を判定するために用いられるカレントトランスを含み、
前記電力推定手段は、前記カレントトランスの検出値がゼロであり、且つ、前記モータの回転数が所定値未満である場合、前記各検出値に代えて、前記モータの回転数を用いて消費電力を推定することを特徴とする家電機器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の家電機器において、
前記電力推定手段により推定された消費電力から消費電力量および電気料金を演算する電気関係演算手段と、
前記消費電力量および前記電気料金の一方または双方を表示する表示手段と、
を備えていることを特徴とする家電機器。
【請求項６】
請求項５に記載の家電機器において、
家庭内通信回線に接続可能な通信手段と、
前記通信手段を介して前記家庭内通信回線に接続される通信端末と通信を行い、その通信端末に前記消費電力量および前記電気料金の一方または双方を表示させる表示制御手段と、
を備えていることを特徴とする家電機器。
【請求項７】
請求項６に記載の家電機器において、
前記家庭内通信回線は、外部通信回線に接続可能であり、
前記通信手段および前記家庭内通信回線を通じて前記外部通信回線に接続して前記電気料金に関する地域情報を取得し、その取得した地域情報に基づいて、演算により求められた前記電気料金を補正する電気料金補正手段を備えていることを特徴とする家電機器。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の家電機器であって、
前記モータは、少なくとも洗濯運転を行うための回転駆動力を発生するものであることを特徴とする洗濯機。
【請求項９】
請求項８に記載の洗濯機において、
洗濯運転が実行されると、前記電力推定手段により推定される消費電力から、その洗濯運転に要した電気料金を演算する電気料金演算手段と、
洗濯運転が実行されると、その洗濯運転に要した水道料金を演算する水道料金演算手段と、
前記電気料金演算手段および前記水道料金演算手段による演算結果を用いて、洗濯運転に要した総合的なコストを演算する総合演算手段と、
を備え、
前記表示手段は、洗濯運転が終了すると、その運転に要した電気料金、水道料金および総合的なコストのうち、少なくともいずれか一つを表示することを特徴とする洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、家電機器および洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、家電機器による消費電力を推定する技術が種々考案されている。家電機器に対し、このような技術により推定した消費電力や、それに基づいて求められる電気料金などを表示する機能を付加すれば、ユーザの利便性が向上するといった効果が期待できる。ただし、いずれの従来技術についても、消費電力の推定について誤差が生じる場合があり、この点において改善の余地があった。
【０００３】
特に、インバータ回路により駆動されるモータが搭載された家電機器（例えば洗濯機、冷蔵庫、エアコンなど）の消費電力を、従来技術により推定する場合、次のような理由から、その推定誤差が大きくなる。すなわち、このような構成の場合、一般にはコンデンサ・インプット型の直流電源回路が用いられるため、交流電源の力率を改善する力率改善回路が設けられる。この場合、機器の消費電力は、力率改善回路の動作状態に応じて変化する。しかし、従来の消費電力推定の技術では、力率改善回路の動作が考慮されていないため、その推定誤差が大きくなり、その結果、消費電力の推定精度が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９４００３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、インバータ回路により駆動されるモータおよび力率改善回路を備えた構成であっても、機器全体の消費電力を精度良く推定することができる家電機器および洗濯機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の家電機器は、直流電源回路、力率改善回路、電流検出手段、インバータ回路、モータ、電圧検出手段および電力推定手段を備えている。直流電源回路は、交流電源から与えられる交流を整流および平滑して直流を出力する。力率改善回路は、交流電源の力率を改善する力率改善動作を行う。電流検出手段は、直流電源回路への入力電流を検出する。インバータ回路は、直流電源回路から出力される直流を交流に変換する。モータは、インバータ回路により駆動される。電圧検出手段は、インバータ回路に入力される直流電圧を検出する。電力推定手段は、電流検出手段の検出値および電圧検出手段の検出値を用いて、機器全体の消費電力を推定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態を示すもので、洗濯乾燥機の概略構成を示す縦断側面図
【図２】洗濯乾燥機における各モータの駆動制御系を概略的に示す図
【図３】駆動電源電圧が変化する態様を示す波形図
【図４】入力電流と短絡パルスとの関係を示すタイミングチャート
【図５】消費電力の推定方法を示すフローチャート
【図６】一連の洗濯運転が行われる際における消費電力の実測値および推定値を示す図
【図７】図６の一部について時間軸を拡大して示す図
【図８】第２の実施形態を示すもので、家電機器が家庭内通信回線および外部通信回線に接続される態様を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１に示すように、ドラム式の洗濯乾燥機１（家電機器および洗濯機に相当）の外殻を形成する外箱１ａは、前板と後板と左側板と右側板と底板と天板とを有する中空状をなすものであり、外箱１ａの前板には貫通孔状の出入口２が形成されている。
【０００９】
外箱１ａの前板には扉３が装着されている。扉３は使用者が前方から閉鎖状態および開放状態相互間で操作可能なもので、扉３の閉鎖状態では出入口２が閉鎖され、扉３の開放状態では出入口２が開放される。外箱１ａの内部には水受槽４が固定されている。水受槽４は後面が閉鎖された円筒状をなすもので、軸心線ＣＬが前から後に向けて下降する傾斜状態に配置されている。水受槽４は前面が開口するものであり、扉３の閉鎖状態では扉３が水受槽４の前面を気密状態に閉鎖する。
【００１０】
水受槽４の後板には、水受槽４の外部に位置してドラムモータ５が固定されている。ドラムモータ５は速度制御可能なＤＣブラシレスモータからなり、ドラムモータ５の回転軸６は水受槽４の内部に突出している。回転軸６は水受槽４の軸心線ＣＬに重ねて配置されたものであり、回転軸６には水受槽４の内部に位置してドラム７が固定されている。ドラム７は後面が閉鎖された円筒状をなすもので、ドラムモータ５の運転状態で回転軸６と一体的に回転する。ドラム７の前面は水受槽４の前面を介して出入口２に後方から対向しており、ドラム７の内部には扉３の開放状態で前方から出入口２と水受槽４の前面とドラム７の前面を通して洗濯物が出し入れされる。
【００１１】
ドラム７には、複数の貫通孔８が形成されており、ドラム７の内部空間は複数の貫通孔８のそれぞれを通して水受槽４の内部空間に接続されている。ドラム７には複数のバッフル９が固定されている。複数のバッフル９のそれぞれはドラム７が回転することに応じて軸心線ＣＬを中心に円周方向へ移動する。ドラム７内の洗濯物は、複数のバッフル９のそれぞれに引掛かりながら円周方向へ移動した後に重力で落下することで撹拌される。
【００１２】
外箱１ａの内部には、給水弁１０が固定されている。給水弁１０は入口および出口を有するものであり、給水弁１０の入口は水道の蛇口に接続されている。給水弁１０は給水弁モータ（図示略）を駆動源とするものであり、給水弁１０の出口は、上記給水弁モータの回転量に応じて開放状態および閉鎖状態相互間で切り換えられる。給水弁１０の出口は、注水ケース１２に接続されており、給水弁１０の開放状態では水道水が給水弁１０を通して注水ケース１２内に注入され、給水弁１０の閉鎖状態では水道水が注水ケース１２内に注入されない。注水ケース１２は外箱１ａの内部に水受槽４より高所に位置して固定されたものであり、筒状の注水口１３を有している。注水口１３は水受槽４の内部に挿入されており、給水弁１０から注水ケース１２内に注入された水道水は注水口１３から水受槽４の内部に注入される。
【００１３】
水受槽４には、最底部に位置して排水管１４の上端部が接続されており、排水管１４には排水弁１５が介在されている。排水弁１５は排水弁モータ（図示略）を駆動源とするものであり、上記排水弁モータの回転量に応じて開放状態および閉鎖状態相互間で切り換えられる。排水弁１５の閉鎖状態では注水口１３から水受槽４内に注入された水道水が水受槽４内に貯留され、排水弁１５の開放状態では水受槽４内の水道水が排水管１４を通して水受槽４の外部に排出される。
【００１４】
外箱１ａの底板には、水受槽４の下方に位置してメインダクト１７が固定されている。メインダクト１７は前後方向へ指向する筒状をなすものであり、メインダクト１７の前端部には前ダクト１８の下端部が接続されている。前ダクト１８は上下方向へ指向する筒状をなすものであり、前ダクト１８の上端部は水受槽４の内部空間に水受槽４の前端部で接続されている。メインダクト１７の後端部にはファンケーシング１９が固定されている。ファンケーシング１９は貫通孔状の吸気口２０および筒状の排気口２１を有するものであり、ファンケーシング１９の内部空間は吸気口２０を介してメインダクト１７の内部空間に接続されている。
【００１５】
ファンケーシング１９には、ファンケーシング１９の外部に位置してファンモータ２２が固定されている。ファンモータ２２はファンケーシング１９の内部に突出する回転軸２３を有するものであり、回転軸２３にはファンケーシング１９の内部に位置してファン２４が固定されている。ファン２４は軸方向から空気を吸込んで径方向へ吐出する遠心式のものであり、ファンケーシング１９の吸気口２０はファン２４にファン２４の軸方向から対向し、ファンケーシング１９の排気口２１はファン２４にファン２４の径方向から対向している。
【００１６】
ファンケーシング１９の排気口２１には、後ダクト２５の下端部が接続されている。後ダクト２５は上下方向へ指向する筒状をなすものであり、後ダクト２５の上端部は水受槽４の内部空間に水受槽４の後端部で接続されている。後ダクト２５とファンケーシング１９とメインダクト１７と前ダクト１８と水受槽４とは、水受槽４の内部空間を始点および終点のそれぞれとする環状の循環ダクト２６を構成するものであり、扉３の閉鎖状態でファンモータ２２が運転されている場合にはファン２４が一定方向へ回転することに基づいて水受槽４内の空気が前ダクト１８内からメインダクト１７内を通してファンケーシング１９内に吸引され、ファンケーシング１９内から後ダクト２５内を通して水受槽４内に戻される。
【００１７】
外箱１ａの内部には、コンプレッサ（圧縮機）２７が固定されている。コンプレッサ２７は循環ダクト２６の外部に配置されたものであり、冷媒を吐出する吐出口および冷媒を吸込む吸込口を有している。コンプレッサ２７はコンプモータ２８（図２参照）を駆動源とするものであり、コンプモータ２８は速度制御可能なＤＣブラシレスモータから構成されている。
【００１８】
メインダクト１７の内部には、コンデンサ（凝縮器）２９が固定されている。コンデンサ２９は空気を加熱するものであり、蛇行状に曲折する１本の冷媒管３０の外周面に板状をなす複数の加熱フィン３１のそれぞれを接触状態で固定することから構成されている。コンデンサ２９の冷媒管３０はコンプレッサ２７の吐出口に接続されており、コンプモータ２８の運転状態ではコンプレッサ２７の吐出口から吐出された冷媒がコンデンサ２９の冷媒管３０内に進入する。
【００１９】
メインダクト１７の内部には、エバポレータ３３が固定されている。エバポレータ３３は空気を冷却するものであり、コンデンサ２９よりも空気の流れの上流側に配置されている。また、図示は省略するが、この場合、コンデンサ２９の下流側で冷媒の流れを絞る絞り器（減圧器）として、電子式膨張弁（ＰＭＶ：Pulse Motor Valve）が用いられている。
【００２０】
外箱１ａの前面上部には操作パネル部３４が設けられている。操作パネル部３４（表示手段に相当）には、各種の情報を表示するための表示器、各種の操作を行うための操作スイッチ（図示略）、各種の制御動作を行う制御回路３５Ａ、３５Ｂ（図２参照）などが設けられている。
【００２１】
図２は、ドラムモータ５、ファンモータ２２およびコンプモータ２８の駆動制御系を概略的に示すものである。インバータ回路４１は、６個のＩＧＢＴ（スイッチング素子）４２ａ〜４２ｆを三相ブリッジ接続して構成されており、各ＩＧＢＴ４２ａ〜４２ｆのコレクタ・エミッタ間には、フライホイールダイオード４３ａ〜４３ｆが接続されている。インバータ回路４１の各相出力端子は、ドラムモータ５の各相巻線に接続されている。
【００２２】
下アーム側のＩＧＢＴ４２ｄ、４２ｅ、４２ｆのエミッタは、シャント抵抗４４ｕ、４４ｖ、４４ｗを介してグランドに接続されている。また、ＩＧＢＴ４２ｄ、４２ｅ、４２ｆのエミッタとシャント抵抗４４ｕ、４４ｖ、４４ｗとの共通接続点は、制御回路３５Ａの入力端子に接続されている。制御回路３５Ａは、マイクロコンピュータ（マイコン）およびゲートドライバなどを備えている。
【００２３】
制御回路３５Ａの内部では、図示しないが、オペアンプなどを含んで構成されレベルシフト回路により、シャント抵抗４４ｕ〜４４ｗの端子電圧を増幅するとともに、その増幅信号の出力範囲が正側に収まるように（例えば、０〜＋５Ｖ）バイアスを与える。また制御回路３５Ａには、インバータ回路４１の上下アームが短絡した場合に回路の破壊を防止するために過電流検出を行う機能がある。
【００２４】
制御回路３５Ａは、洗濯乾燥機１の作動全般を制御する。すなわち、制御回路３５Ａは、操作パネル部３４の操作スイッチの操作に応じて給水弁１０、ドラムモータ５および排水弁１５などを制御し、洗い、すすぎおよび脱水の洗濯運転や、ファンモータ２２およびコンプモータ２８などを制御することにより乾燥運転を実行する。さらに、制御回路３５Ａは、ＩＴアダプタ４５（通信手段に相当）を介して、家庭内通信回線に接続可能であり、その家庭内通信回線に接続される外部の機器（通信端末）と通信を行うことが可能となっている。
【００２５】
そして、ファンモータ２２に対しては、同様に構成されるインバータ回路４６およびシャント抵抗４７（ｕ、ｖ、ｗ）が配置され、コンプモータ２８に対しては、インバータ回路４８およびシャント抵抗４９（ｕ、ｖ、ｗ）が配置されている。インバータ回路４６および４８の制御は、もう１つの制御回路３５Ｂによって行われ、制御回路３５Ａ、３５Ｂは、シリアル通信による双方向通信が可能となっている。
【００２６】
インバータ回路４１、４６、４８の入力側には、駆動用電源回路５０（直流電源回路に相当）が接続されている。駆動用電源回路５０は、１００Ｖの交流電源に対し、一端側にリアクトル５１を介して接続され、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路５２と、全波整流回路５２の出力側に直列接続された２個のコンデンサ５３ａ、５３ｂとを備えている。コンデンサ５３ａ、５３ｂの共通接続点は、全波整流回路５２の入力端子の一方に接続されている。駆動用電源回路５０は、後述するリアクトル５１を用いた昇圧動作を行わない場合には、１００Ｖの交流電源を倍電圧全波整流するとともに平滑し、約２８０Ｖの直流電圧をインバータ回路４１などに供給する。
【００２７】
全波整流回路５２の入力端子には、同様にダイオードブリッジで構成されるもう１つの全波整流回路５４が並列に接続されている。全波整流回路５４の出力端子間には、ＩＧＢＴ５５が接続されている。ＩＧＢＴ５５のオンオフ制御は、制御回路３５Ｂにより行われる。なお、本実施形態では、リアクトル５１、全波整流回路５４およびＩＧＢＴ５５により、部分スイッチング方式の力率改善回路５６が構成されている。
【００２８】
インバータ回路４１、４６の入力端子間には、それぞれ抵抗５７ａおよび５７ｂの直列回路、抵抗５８ａおよび５８ｂの直列回路が接続されており、それぞれの共通接続点は、制御回路３５Ａ、３５Ｂの入力端子に接続されている。制御回路３５Ａ、３５Ｂは、上記各共通接続点の電圧を参照することで、インバータ回路４１、４６に入力される駆動電源電圧（直流電圧に相当）の電圧値を検出する。従って、本実施形態では、抵抗５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂは、電圧検出手段に相当する。
【００２９】
また、ドラムモータ５に対しては、ロータ位置を検出するため、例えばホールＩＣなどで構成される位置センサ５９（ｕ、ｖ、ｗ）が配置されており、位置センサ５９が出力するセンサ信号は、制御回路３５Ａに与えられている。また、交流電源とリアクトル５１との間には、例えばカレントトランス（ＣＴ）などからなる電流センサ６０が介挿されており、電流センサ６０が出力する検出信号（検出値）は、制御回路３５Ｂに与えられている。制御回路３５Ｂは、電流センサ６０から与えられる検出信号を参照することで、駆動用電源回路５０への入力電流を検出する。従って、本実施形態では、電流センサ６０は、電流検出手段に相当する。
【００３０】
なお、この場合、電流センサ６０（カレントトランス）は、力率改善回路５６の動作を制御するために用いられるので、比較的大きい電流を精度よく検出できる仕様になっている。言い換えると、電流センサ６０は、比較的小さい電流を検出することができない仕様であり、一定値（例えば、消費電力で８０Ｗ程度）以上の電流が流れないときには、ゼロを表す検出信号（検出値）を出力するようになっている。
【００３１】
制御回路３５Ａ、３５Ｂは、モータ５、２２、２８の各相巻線に流れる電流を検出し、その電流値に基づいて２次側の回転磁界の位相θ及び回転角速度ωを推定するとともに、三相電流を直交座標変換及びｄｑ（direct-quadrature）座標変換することで励磁電流成分Ｉｄ、トルク電流成分Ｉｑを得る。そして、制御回路３５Ａ、３５Ｂは外部より速度指令が与えられると、推定した位相θおよび回転角速度ω並びに電流成分Ｉｄ、Ｉｑに基づいて電流指令Ｉｄref、Ｉｑrefを生成し、それらを電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに変換すると直交座標変換および三相座標変換を行う。最終的には、駆動信号がＰＷＭ信号として生成され、インバータ回路４１、４６、４８を介してモータ５、２２、２８の各相巻線に出力される。また、制御回路３５Ａは、例えば脱水運転などにおいてドラムモータ５を高速回転させる場合には、弱め界磁制御を行うようになっている。
【００３２】
詳細は後述するが、制御回路３５Ａは、洗濯乾燥機１において消費される電力（機器全体の消費電力）を推定する機能、洗濯運転に係る消費電力量、電気料金、水道料金、総合的なコスト（金額）などを演算する機能を備えている。また、制御回路３５Ａは、推定または演算することにより取得される各種の情報を操作パネル部３４の表示器に表示する機能を備えている。さらに、制御回路３５Ａは、ＩＴアダプタ４５を介した通信により上記各種の情報を外部の機器が有する表示器に表示する機能を有している。従って、本実施形態では、制御回路３５Ａは、電力推定手段、電気関係演算手段、電気料金演算手段、水道料金演算手段、総合演算手段および表示制御手段に相当し、操作パネル部３４は、表示手段に相当する。
【００３３】
電源回路６１は、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであり、駆動用電源回路５０から与えられる直流電圧を降圧して出力する。電源回路６１から出力される＋５Ｖの直流電圧は、制御回路３５Ａ、３５Ｂのマイコンに与えられる。また、電源回路６１から出力される＋１５Ｖの直流電圧は、制御回路３５Ａ、３５Ｂのゲートドライバに与えられる。
【００３４】
上記構成の洗濯乾燥機１の一連の工程動作は、次のとおりである。すなわち、最初に、洗濯物の重量センシングが行われる。その後、ドラム７に注水した後、約４６ｒｐｍの回転数でドラム７を正反転させて洗い動作が行われる。それから、中間脱水が行われた後、再度注水してすすぎ動作が行われるが、中間脱水におけるドラム７の回転数は約１２００ｒｐｍ、すすぎ動作については洗い動作と同様の約４６ｒｐｍである。なお、すすぎ動作が行われる前には、シャワー給水および中間脱水が２回繰り返される。続いて、回転数：約１７００ｒｐｍで最終脱水が行われると、コンプレッサ２７およびファン２４を動作させてドラム７に温風を送風しつつ、約４６ｒｐｍで正反転させて除湿乾燥動作が行われる。
【００３５】
制御回路３５Ｂは、上記一連の動作中に、ＩＧＢＴ５５のオン／オフを次のように制御することで、駆動電源電圧を制御する。すなわち、洗い動作やすすぎ動作において、ドラム７を約４６ｒｐｍで正反転させている場合であれば、ＩＧＢＴ５５をオフ状態に維持して、全波整流回路５２の入力側は短絡させない。従って、この場合、後述する昇圧動作は行われない。
【００３６】
中間脱水や最終脱水動作のようにドラム７を高速回転させる場合、電流センサ６０による検出値を監視し、駆動用電源回路５０への入力電流が所定の判定値（例えば、消費電力で５００Ｗ）以上であるか否かが判断される。所定値以上の入力電流が流れていると判断されると、ＩＧＢＴ５５を、交流電源電圧の半周期内（電圧波形のゼロクロス点間）で複数回（例えば２回）オンさせるようゲートにパルス信号（短絡パルス）を与え、全波整流回路５２の入力側を短絡させる。ＩＧＢＴ５５をオンさせて全波整流回路５２の入力側を短絡させると、その間、リアクトル５１に電磁エネルギーを蓄積させることができ、その後にＩＧＢＴ５５をオフさせれば、蓄積されたエネルギーに応じた分の電流をリアクトル５１が流すことで昇圧動作が行われる。
【００３７】
この時、ＩＧＢＴ５５をオンさせる時間を長くしてもリアクトル５１に蓄積される電磁エネルギーが飽和するため、１回の短絡によって昇圧できる電圧には限界がある。しかし、交流電源電圧の半周期内でＩＧＢＴ５５を複数回オンさせて短絡を行うようにすると、その回数に応じて昇圧電圧を上昇させることができる。なお、本実施形態では、電流センサ６０により交流電流（入力電流）を検出することになるが、商用交流電源では電圧、電流は同相であるから、交流電流のゼロクロス点は交流電圧のゼロクロス点に一致している。
【００３８】
また、洗い・すすぎ動作のようにドラム７を正反転させず、且つ、脱水動作のようにドラム７を高速回転させない場合は、コンプレッサ２７が動作していることで、判定値以上の入力電流が流れているか否かが判断される。大電流が流れていれば（例えば乾燥動作や室内に冷風を送風するエアコン機能で動作している場合などで、コンプモータ２８の回転数、冷媒圧力が上昇した場合など）、ＩＧＢＴ５５を、交流電源電圧の半周期内で１回だけオンさせて、全波整流回路５２の入力側を短絡させる。この場合は、昇圧動作ではなく、交流電源の力率を改善する動作（高調波抑制動作）となる。
【００３９】
図３は、上述した制御が行われることにより、駆動電源電圧が変化する状態を示すもので、洗濯乾燥機１の運転状態としては、脱水を行うとともにコンプレッサ２７を動作させ、入力電力の合計が約６５０Ｗ（交流電源電圧１０５Ｖ）となっている場合である。図３（ａ）に示すように、ＩＧＢＴ５５をオフ状態に維持した場合、出力電流がゼロの状態で２９５Ｖであった直流電圧が、出力電流およびラインインピーダンスの影響により２３０Ｖまで低下している。この状態から、図３（ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ５５を交流電源電圧の半周期内で１回だけオンさせると、交流電流の力率が改善されて高調波も低減されるとともに、直流電圧は２６５Ｖまで上昇している。さらに、図３（ｃ）に示すように、ＩＧＢＴ５５を交流電源電圧の半周期内で２回オンさせると、直流電圧は２９５Ｖまで上昇している。
【００４０】
ＩＧＢＴ５５のオンタイミングは、図４に示すとおりである。すなわち、判定値以上の入力電流が流れている場合（５００Ｗ以上の消費電力となる場合に相当）、ゼロクロス点（時刻ｔ０）から時間Ａだけ経過した後の時点（時刻ｔ１）に時間Ｂ（時刻ｔ１〜ｔ２の期間）のパルス幅を持つ短絡パルスを発生する。この場合、時間Ａは、交流電源の周波数および電流センサ６０の検出値から求められる入力電流（ただし、以下では消費電力に換算した表示とする）の大きさに応じて変化させる。具体的には、交流電源の周波数が５０Ｈｚの場合、２．１５ｍ秒（５００Ｗのとき）〜２．４９ｍ秒（１２００Ｗのとき）の間で変化させる。また、交流電源の周波数が６０Ｈｚの場合、１．９５ｍ秒（５００Ｗのとき）〜２．２６ｍ秒（１２００Ｗのとき）の間で変化させる。なお、１２００Ｗ以上の場合には、時間Ａは１２００Ｗのときと同じ時間となる。
【００４１】
また、この場合、時間Ｂは、入力電流の大きさに応じて、０．５８ｍ秒（５００Ｗのとき）〜０．６４７ｍ秒（１２００Ｗのとき）の間で変化させる。なお、前述したとおり、５００Ｗ未満の場合には、短絡パルスは出力されないため、時間Ｂ＝０となる。また、１２００Ｗ以上の場合には、時間Ｂは１２００Ｗのときと同じ時間となる。なお、図４における時間Ｃ（時刻ｔ２〜ｔ３の期間）は、交流電源電圧の半周期を示している。従って、時間Ｃは、交流電源の周波数が５０Ｈｚのときには１０ｍ秒となり、６０Ｈｚのときには８．２ｍ秒となる。このように、本実施形態では、入力電流が大きいほど力率の補正効果および昇圧効果を高めるべく、短絡パルスの幅を太くしたり、交流電圧の波高値が高いタイミングで短絡パルスを発生させたりしている。
【００４２】
続いて、消費電力の推定方法について図５のフローチャートを参照して説明する。
洗濯乾燥機１の消費電力は、駆動用電源回路５０への入力電流を検出するための電流センサ６０の検出値を用いた一次式で近似することができる（回帰分析）。しかし、電流センサ６０の検出値だけが考慮された一次式では、力率改善回路５６の動作による上記検出値の変化（減少）を補償することはできない上、駆動電源電圧の変化による消費電力の変動も補償することができない。
【００４３】
そこで、本実施形態では、まず、電流センサ６０の検出値を用いた一次式により得られる消費電力の推定値を、駆動電源電圧の検出値を用いて補正する内容の下記（１）式に示す演算が行われる（Ｓ１）。ただし、電流センサ６０の検出値を「CT値」とし、駆動電源電圧の検出値を「DC電圧値」とする。
消費電力＝（CT値×5＋80）／（2−（DC電圧値×6.33／100000））  …（１）
【００４４】
駆動電源電圧の検出値による補正は、具体的には次のようなものである。すなわち、上記（１）式の右辺分母の項は、駆動電源電圧が定常値（例えば２８０Ｖ）であるときに「１」となるようになっている。そして、上記右辺分母の項は、駆動電源電圧が定常値より高くなるほど「１」より小さくなり、駆動電源電圧が低くなるほど「１」より大きくなる。つまり、上記（１）式によれば、一次式により推定された消費電力（＝右辺分子の項）が、駆動電源電圧が高くなるほど大きくなるように補正されるとともに、低くなるほど小さくなるように補正される。
【００４５】
本実施形態では、実機を用いた試験を事前に行い、電流センサ６０の検出値および駆動電源電圧の検出値と、洗濯乾燥機１の消費電力（電力計などを用いた実測値）との関係を調査し、その結果に基づいて上記（１）式における各数値（パラメータ）を決定している。従って、上記（１）式の右辺分子の各パラメータは、使用する電流センサ６０（カレントトランス）の特性に応じて適宜変更すればよい。また、上記（１）式の右辺分母の各パラメータは、使用する駆動用電源回路５０、インバータ回路４１、４６、４８およびモータ５、２２、２８などの特性に応じて適宜変更すればよい。
【００４６】
このような（１）式により得られる消費電力の値は、洗濯乾燥機１の運転状態によっては、そのまま消費電力の推定結果として用いることができる場合（CT値≠０、入力電流≧４００Ｗ相当、弱め界磁制御の実施の程度が大）も存在するが、それ以外の場合には、推定精度を高めるための更なる工夫を施す必要がある。そこで、本実施形態では、ステップＳ１の実行後、さらに次のような処理が行われる。
【００４７】
前述したように、電流センサ６０は、一定値以上の電流が流れない場合、その検出値がゼロのままとなり、入力電流を正確に検出することはできない。言い換えると、検出値がゼロである場合（CT値＝０）、実際に入力電流が流れていないのか、あるいは、消費電力で８０Ｗ相当未満の入力電流が流れているのか、のいずれであるかが分からない。そのため、上記（１）式では正確な消費電力を推定することができない。そこで、本実施形態では、次のような点に着目し、電流センサ６０の検出値がゼロである場合に上記いずれのケースであるかを判別する。
【００４８】
すなわち、上記各ケースのうち、前者は脱水後のブレーキ中である可能性が高く、後者は洗濯・すすぎ運転または低速の脱水運転の実行中である可能性が高い。脱水後のブレーキ中と、洗濯・すすぎ運転および低速の脱水運転の実行中とでは、ドラムモータ５の回転数が異なる。具体的には、本実施形態の場合、ドラムモータ５の回転数は、洗濯・すすぎ運転および低速の脱水運転の実行中には２５０ｒｐｍ以下になるが、脱水後のブレーキ中には２５０ｒｐｍより高くなる。
【００４９】
このような点を踏まえ、ステップＳ１の実行後、まず、電流センサ６０の検出値がゼロであるか否かが判断される（Ｓ２）。そして、電流センサ６０の検出値がゼロである場合（Ｓ２；ＹＥＳ）、ドラムモータ５の回転数が２５０ｒｐｍ（所定値に相当）より高いか否かが判断される（Ｓ３）。ここで、ドラムモータ５の回転数が２５０ｒｐｍより高い場合（Ｓ３；ＹＥＳ）、脱水後のブレーキ中であるとみなされる。
【００５０】
この場合、電力回生中であり、また商用交流電源側に電力を戻すことはできないため、機器の消費電力はゼロとなっている。なお、このときも、後述する操作パネル部３４などの他の回路により消費される電力（１０Ｗ程度）が発生する。しかし、本実施形態では、その電力の供給源がドラムモータ５（からの回生電力）となるように回路が構成されているため、商用交流電源からの消費が無い状態となる。従って、消費電力の推定値を「０」で確定し（Ｓ４）、処理が終了となる（エンド）。
【００５１】
また、ドラムモータ５の回転数が２５０ｒｐｍ以下である場合（Ｓ３；ＮＯ）、ドラムモータ５の回転数［ｒｐｍ］を用いた下記（２）式により消費電力が推定される（Ｓ５）。この場合、（１）式により推定された値に代えて、（２）式により推定された値で消費電力の推定値が確定となり、処理が終了となる（エンド）。
消費電力＝回転数×3＋10      …（２）
【００５２】
上記（２）式の各パラメータについても、（１）式の各パラメータと同様、実機を用いた試験を事前に行い、ドラムモータ５の回転数と洗濯乾燥機１の消費電力との関係を調査し、その結果に基づいて決定している。具体的には、各パラメータのうち、「3」は「ドラムモータ５のトルク［Ｎｍ］および効率などに基づいて決定され、「10」は制御回路３５Ａ、３５Ｂ、操作パネル部３４（ＬＥＤ、バックライトなど）などの他の回路による総消費電力と、駆動用電源回路５０での損失電力との合計値などにより決定されている。
【００５３】
つまり、（２）式は、ドラムモータ５の回転数およびパラメータからドラムモータ５の入力電力（消費電力）に相当する値（右辺第１項）を演算し、その値に対し、他の回路における総消費電力および損失電力などの合計値（右辺第２項）を加算することにより、洗濯乾燥機１の消費電力［Ｗ］を推定する、といった内容の演算である。
【００５４】
なお、洗濯・すすぎ運転および低速の脱水運転が行われる際、ファンモータ２２およびコンプモータ２８は回転しておらず、また力率改善回路５６が動作することはないため、それらによる消費電力を考慮していない上記（２）式による演算で問題は生じない。また、（２）式における各パラメータは、使用する負荷（ドラムモータ５）や各回路（インバータ回路４１、制御回路３５Ａ、３５Ｂなど）などの特性に応じて適宜変更すればよい。
【００５５】
さて、電流センサ６０の検出値がゼロではない場合（Ｓ２；ＮＯ）、高速の脱水運転または乾燥運転の実行中である可能性が高い。なお、乾燥運転の場合、ファンモータ２２およびコンプモータ２８が回転するため、電流センサ６０の検出値は必ずゼロより大きくなる。
【００５６】
この場合、電流センサ６０の検出値が消費電力で４００Ｗ相当であるか否かが判断される（Ｓ６）。電流センサ６０の検出値は、４００Ｗ相当を境界に、その直線性が変化する。そして、この場合、前述した（１）式における各パラメータは、４００Ｗ相当以上であるときに最適化されている。従って、電流センサ６０の検出値が４００Ｗ相当未満である場合（Ｓ６；ＹＥＳ）には下記（３）式に示す内容の補正が行われ（Ｓ７）、４００Ｗ相当以上である場合（Ｓ６；ＮＯ）には当該補正は行われない。ただし、（１）式により求められた消費電力をＷとして示す。
消費電力＝Ｗ×1.1−50      …（３）
【００５７】
上記（３）式の各パラメータについても、（１）および（２）式の各パラメータと同様、事前に行った実機を用いた試験の結果に基づいて決定している。具体的には、各パラメータは使用する電流センサ６０の特性に基づいて決定されている。上記（３）式は、（１）式による直線の傾きを大きくするとともに、マイナス側にオフセットを加えるといった内容の演算となっている。
【００５８】
電流センサ６０の検出値が４００Ｗ相当未満である場合（Ｓ６；ＹＥＳ）、（１）式により推定された値を（３）式により補正した値で消費電力の推定値が確定となり、処理が終了となる（エンド）。一方、電流センサ６０の検出値が４００Ｗ相当以上である場合（Ｓ６；ＮＯ）、弱め界磁制御の実施の有無およびその程度に応じて、補正が行われる。具体的には、弱め界磁制御が実施されていない場合、または弱め界磁制御が実施されており且つその程度が小さい場合には補正が行われ、弱め界磁制御が実施されており且つその程度が大きい場合には補正が行われない。
【００５９】
弱め界磁制御の実施の有無およびその程度は、ドラムモータ５の回転数、印加電流の位相に基づいて判断することができる。具体的には、回転数が７４０ｒｐｍ未満であるという第１条件、または、印加電流の位相（進み角）が所定の閾値θth未満であるという第２条件を満たす場合（Ｓ８；ＹＥＳ）、弱め界磁制御が実施されていない、または、程度の小さい弱め界磁制御が実施されている、と判断することができる。一方、上記第１条件および第２条件をいずれも満たさない場合（Ｓ８；ＮＯ）、程度の大きい弱め界磁制御が実施されている、と判断することができる。
【００６０】
ここで、程度の大きい弱め界磁制御が実施されていると判断された場合（Ｓ８；ＮＯ）、（１）式により推定された値で消費電力の推定値が確定となり、処理が終了となる（エンド）。一方、弱め界磁制御が実施されていない、または、程度の小さい弱め界磁制御が実施されている、と判断された場合（Ｓ８；ＹＥＳ）、下記（４）式に示す内容の補正が行われる（Ｓ９）。（４）式は、（１）式により推定された消費電力の値（Ｗとして示す）に対し、駆動電源電圧（DC電圧値として示す）および各パラメータを用いた補正を行う内容の演算となっている。そして、この場合、（１）式により推定された値を（４）式により補正した値で消費電力の推定値が確定となり、処理が終了となる（エンド）。
消費電力＝Ｗ×（DC電圧値×1.5／100000＋0.8）      …（４）
【００６１】
上記（４）式の各パラメータについても、（１）式などの各パラメータと同様、事前に行った実機を用いた試験の結果に基づいて決定している。具体的には、各パラメータは使用する駆動用電源回路５０、インバータ回路４１、４６、４８およびモータ５、２２、２８などの特性に基づいて決定されている。
【００６２】
図６は、一連の洗濯運転（重量センサ→給水・洗い→脱水１→給水・すすぎ１→脱水２→ほぐし→脱水２のやり直し→給水・すすぎ２→脱水３→給水・最終すすぎ→最終脱水→乾燥）が行われる際における消費電力の実測値および推定値を示している。図６の（ａ）は、比較例であり、電流センサ６０の検出値を用いた一次式で近似することにより消費電力を推定した結果である。一方、図６の（ｂ）は、図５に示した各処理を実施することにより消費電力を推定した本実施形態による結果である。また、図７は、図６の前半部分（乾燥より前の部分）を拡大した図である。なお、図６および図７では、実測値を濃い線で示し、推定値を淡い線で示している。
【００６３】
図６および図７に示すように、電流センサ６０の検出値だけを用いた比較例の場合、実際の消費電力（実測値）と推定値との誤差が大きい結果となっている。特に、「脱水１」「脱水２」「脱水２のやり直し」「給水・最終すすぎ」「最終脱水」「乾燥」における誤差が顕著である。一方、電流センサ６０の検出値および駆動電源電圧の検出値などを用いた本実施形態による消費電力の推定方法の場合、実際の消費電力と推定値との誤差は非常に小さく、ほぼ一致する結果となっている。
【００６４】
上述したようにして推定された消費電力の値は、次の（ａ）〜（ｄ）のように利用することができる。
（ａ）消費電力のリアルタイム表示
制御回路３５Ａは、操作パネル部３４の操作部に対する所定の操作が行われると、推定した消費電力の値を操作パネル部３４の表示器に表示する。なお、操作部に対する操作が無くても、制御回路３５Ａが消費電力の値を常時表示するように変更してもよい。
【００６５】
（ｂ）洗濯運転に要した消費電力量の表示
制御回路３５Ａは、洗濯運転が実行されると、その運転開始から終了までの期間に推定した消費電力の値を積算することにより、その洗濯運転に要した消費電力量を演算する。そして、制御回路３５Ａは、洗濯運転が終了すると、操作パネル部３４の表示器に消費電力量を表示する。なお、ユーザにより表示を要求するための操作が行われた場合にのみ、上記消費電力量の表示を行うようにしてもよい。
【００６６】
（ｃ）洗濯運転に要した電気料金の表示
制御回路３５Ａは、（ｂ）と同様に洗濯運転に要した消費電力量を演算し、さらに、その消費電力量から洗濯運転に要した電気料金を演算する。この場合、制御回路３５Ａは、消費電力量を電気料金に換算するための換算用データに基づいて電気料金を演算する。そして、制御回路３５Ａは、洗濯運転が終了すると、操作パネル部３４の表示器に電気料金を表示する。なお、ユーザにより表示を要求するための操作が行われた場合にのみ、上記電気料金の表示を行うようにしてもよい。また、制御回路３５Ａは、地域情報や電力の契約情報などを入力可能とし、それらの情報に基づいて上記換算用データを適宜補正する機能（電気料金補正手段に相当）を備えてもよい。このようにすれば、より正確な電気料金を求めることが可能となる。
【００６７】
（ｄ）洗濯運転に要した総合的なコストの表示
制御回路３５Ａは、（ｃ）と同様に洗濯運転に要した電気料金を演算する。また、これに加えて、制御回路３５Ａは、洗濯運転が実行されると、その洗濯運転に要した水道料金を演算する。なお、洗濯運転に要する水道料金（水道代）を算出する手法としては、例えば、特許第４９４００３９公報に記載された手法などを採用することができる。制御回路３５Ａは、上記演算された電気料金および水道料金を加算することにより、洗濯運転に要した総合的なコスト（金額）を演算する。そして、制御回路３５Ａは、洗濯運転が終了すると、操作パネル部３４の表示器に総合的なコストを表示する。なお、ユーザにより表示を要求するための操作が行われた場合にのみ、上記総合的なコストの表示を行うように変更してもよい。
【００６８】
上記（ａ）〜（ｄ）では、制御回路３５Ａは、推定および演算により求めた各種情報（消費電力、消費電力量、電気料金、水道料金および総合的なコスト）を洗濯乾燥機１の操作パネル部３４の表示器に表示させているが、これを次のように変更してもよい。すなわち、制御回路３５Ａは、上記各種情報を、ＩＴアダプタ４５を介して家庭内通信回線に接続される外部の機器（例えば、スマートフォンやタブレットＰＣなど）の表示器に表示させてもよい。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態では、駆動用電源回路５０への入力電流を検出するための電流センサ６０の検出値および駆動電源電圧の検出値を用いて、洗濯乾燥機１の消費電力が推定される。従って、力率改善回路５６の動作状態や駆動電源電圧の変動に依存することなく、機器全体の消費電力を精度良く推定することができる。また、電流センサ６０の検出値および駆動電源電圧の検出値は、元々洗濯乾燥機１の制御に用いられる値である。従って、本実施形態によれば、新規な追加部品や回路を設けることなく、消費電力の推定精度を高めることができる。そして、推定した消費電力、それから求められる消費電力量、電気料金などを表示することにより、ユーザの利便性が高まる効果が得られる。
【００７０】
また、電流センサ６０の検出値がゼロであり、且つ、ドラムモータ５の回転数が所定値未満である場合、ドラムモータ５の回転数を用いて消費電力が推定される。これにより、電流センサ６０が正確に検出できない程度の入力電流が流れている場合であっても、正確な消費電力を推定することができる。また、電流センサ６０の検出値が所定値以上であるか否かに応じて推定した消費電力の値が補正される。これにより、電流センサ６０の検出値の直線性に起因する消費電力の推定誤差が低減される。また、弱め界磁制御の実施の有無およびその程度に応じて推定した消費電力の値が補正される。これにより、ドラムモータ５が高速で回転している場合における消費電力の推定誤差が低減される。
【００７１】
（第２の実施形態）
図８に示すように、住宅内に設置される家電機器である洗濯乾燥機１、冷蔵庫７１、エアコンディショナ７２（以下、エアコン７２と称す）は、いずれもＩＴアクセスポイント７３を介して家庭内通信回線（家庭内ＬＡＮ）および外部通信回線（インターネット）に接続可能となっている。
【００７２】
冷蔵庫７１およびエアコン７２は、洗濯乾燥機１のＩＴアダプタ４５と同様のＩＴアダプタ７４、７５（通信手段に相当）を備えている。ＩＴアダプタ４５、７４、７５とＩＴアクセスポイント７３との間は、無線通信方式による通信が行われる。洗濯乾燥機１、冷蔵庫７１およびエアコン７２は、家庭内通信回線に接続される通信端末７６や、外部のサーバ７７との間で通信可能となっている。通信端末７６は、例えば、スマートフォン、タブレットＰＣ、パソコンなどであり、ＩＴアクセスポイント７３との間で、無線または有線により通信可能な構成となっている。
【００７３】
この場合、冷蔵庫７１およびエアコン７２は、洗濯乾燥機１と同様、機器の消費電力を推定する機能などを備えている。このような構成によれば、各家電機器において推定および演算により求められた各種情報を家庭内通信回線に接続される通信端末７６の表示器に表示させることができる。これにより、ユーザは、各家電機器の消費電力などを、通信端末７６により一括して確認することができるため、その利便性が一層向上する。
【００７４】
また、この場合、各家電機器は、外部のサーバ７７から地域情報や電力の契約情報などを取得し、それらの情報に基づいて電気料金を演算するための換算用データを適宜補正する機能（電気料金補正手段に相当）を備えてもよい。このようにすれば、ユーザによる各種情報の入力を必要とすることなく、より正確な電気料金を求めることが可能となる。
【００７５】
（その他の実施形態）
本実施形態による消費電力の推定方法は、洗濯乾燥機１、冷蔵庫７１およびエアコン７２に限らず、例えば、乾燥機能を備えない洗濯機など、インバータ回路により駆動されるモータおよび力率改善回路を備えた家電機器全般に適用することができる。
力率改善回路としては、部分スイッチング方式のものに限らずともよく、例えば昇圧チョッパを用いた構成（昇圧型ＰＦＣ回路）など、他の構成であってもよい。
消費電力の推定精度を高めるための更なる工夫（図５のＳ２〜Ｓ９の処理）は、必要に応じて行えばよく、適宜省略してもよい。
【００７６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
図面中、１は洗濯乾燥機（家電機器、洗濯機）、５はドラムモータ（モータ）、２２はファンモータ（モータ）、２８はコンプモータ（モータ）、３５Ａは制御回路（電力推定手段、電気関係演算手段、電気料金演算手段、水道料金演算手段、総合演算手段、表示制御手段、電気料金補正手段）、３４は操作パネル部（表示手段）、４１、４６、４８はインバータ回路、４５、７４、７５はＩＴアダプタ（通信手段）、５０は駆動用電源回路（直流電源回路）、５６は力率改善回路、５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂは抵抗（電圧検出手段）、６０は電流センサ（電流検出手段、カレントトランス）、７１は冷蔵庫（家電機器）、７２はエアコン（家電機器）、７６は通信端末を示す。
【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８】
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【図６】
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【図７】
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