(57)【要約】【課題】乾燥運転時間をより短縮できると共に、消費電力の低減も図ることが可能な洗濯乾燥機を提供する。【解決手段】洗濯乾燥機の内部にヒートポンプを構成し、凝縮器で加熱した空気を回転槽に導いて内部の洗濯物を乾燥させ、回転槽からの排気を蒸発器で除湿した凝縮器で再び加熱するように循環させる場合、圧縮機を駆動する圧縮機モータ４５Ｍを制御するインバータ回路８３を備え、乾燥行程制御部７０は、乾燥運転の初期段階に圧縮機モータ４５Ｍを電圧・位相制御により弱界磁運転し、その後圧縮機モータ４５Ｍを電流により制御するベクトル制御に切り替えて全界磁運転する。【選択図】図１
2008229151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮機で圧縮し、凝縮器で凝縮し、蒸発器で蒸発させるように循環させるヒートポンプと、
前記凝縮器で加熱した空気を乾燥室に導いて内部の被乾燥物を乾燥させ、前記乾燥室からの排気を前記蒸発器で除湿した後前記凝縮器で再び加熱するように循環させる空気循環経路と、
前記圧縮機を駆動する圧縮機モータを制御するためのインバータ回路とを備え、
乾燥運転の初期段階は、前記圧縮機モータを電圧・位相制御により弱界磁運転し、その後、前記圧縮機モータを電流により制御するベクトル制御に切り替えて全界磁運転することを特徴とする洗濯乾燥機。
【請求項２】
前記電圧・位相制御を終了する以前に前記圧縮機モータの回転数を低下させ始め、その回転数を低下させる過程の途中で、前記ベクトル制御への切り替えを行なうことを特徴とする請求項１記載の洗濯乾燥機。
【請求項３】
前記乾燥運転の初期段階に、前記圧縮機モータをベクトル制御により全界磁運転した後、前記電圧・位相制御による弱界磁運転に切替えることを特徴とする請求項１又は２記載の洗濯乾燥機。
【請求項４】
前記インバータ回路の出力電圧を、正弦波状とするように振幅変調すると共に、
前記電圧・位相制御により弱界磁運転を行う場合、前記出力電圧の振幅変調率を１．０よりも大にして過変調状態に制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の洗濯乾燥機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを用いて被乾燥物の乾燥を行なう機能を備えた洗濯乾燥機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、被乾燥物の乾燥にコンプレッサ（圧縮機）、コンデンサ（凝縮器）及びエバポレータ（蒸発器）等を備えたヒートポンプ（冷凍サイクル）を用いた構成の洗濯乾燥機において、コンプレッサを駆動するモータを、インバータ回路を介してベクトル制御する構成が開示されている（特許文献１参照）。斯様な構成を採用することで、効率がよく、乾燥運転時の騒音を低減できるという効果を奏する。
【特許文献３】特開２００６−１１６０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記構成の洗濯乾燥機では、乾燥運転を短時間で完了させる必要から、運転の開始後に洗濯槽内の温度を極力短時間で上昇させることが要求される。そのため、コンプレッサの回転数を急激に上昇させており、その際、コンプレッサモータの回転数をより高くする目的で弱界磁運転を行っている。
【０００４】
しかしながら、ベクトル制御において弱界磁運転を行い、モータの回転数を上昇させようとする場合には、以下のような問題が発生する。ベクトル制御では、ベクトル演算の結果が出なければ、実際の駆動電圧がどの程度のレベルになるかは分からない。また、モータの負荷トルクに変動が生じた場合、そのトルク変動を抑制するようにｑ軸電流を制御する余裕も確保する必要があり、駆動電圧を１００％近くにはできず、上限をより低いレベルに設定せざるを得ない。
結果として、コンプレッサモータの回転数範囲を狭めることになり、乾燥運転に要する時間を十分に短縮することができなかった。加えて、駆動電圧が低くなる分だけ界磁を余計に弱めなければならず、モータ効率の低下も招いていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、乾燥運転時間をより短縮できると共に、消費電力の低減も図ることが可能な洗濯乾燥機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の洗濯乾燥機は、冷媒を圧縮機で圧縮し、凝縮器で凝縮し、蒸発器で蒸発させるように循環させるヒートポンプと、
前記凝縮器で加熱した空気を乾燥室に導いて内部の被乾燥物を乾燥させ、前記乾燥室からの排気を前記蒸発器で除湿した後前記凝縮器で再び加熱するように循環させる空気循環経路と、
前記圧縮機を駆動する圧縮機モータを制御するためのインバータ回路とを備え、
乾燥運転の初期段階は、前記圧縮機モータを電圧・位相制御により弱界磁運転し、その後、前記圧縮機モータを電流により制御するベクトル制御に切り替えて全界磁運転することを特徴とする。
【０００７】
即ち、乾燥運転の初期段階において、圧縮機モータを電圧・位相制御により弱界磁運転すれば、当該モータをより高速で回転させることが可能となり、圧縮機の回転数を急激に上昇させて乾燥室内の温度を短時間で上昇させることができる。そして、乾燥室内の温度をある程度のレベルまで上昇させた後は、圧縮機モータを電流で制御するベクトル制御に切り替えて全界磁運転すれば、圧縮機において発生する負荷変動を良好に抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の洗濯乾燥機によれば、乾燥運転に要する時間を短縮することができると共に、圧縮機モータの効率を向上させて、電力消費を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１ないし図８を参照して説明する。図２は、ドラム式（横軸形）洗濯乾燥機の縦断側面図であり、外箱１の内部に水槽２を配設し、水槽２の内部に回転槽（ドラム，乾燥室）３が配設されている。上記水槽２及び回転槽３は共に円筒状を成すもので、前側（図中、左側）の端面部にそれぞれの開口部４，５を有し、そのうちの水槽２の開口部４を、外箱１の前面部に形成した洗濯物出し入れ用の開口部６にベローズ７を介して連ねている。外箱１の開口部６には扉８を開閉可能に設けている。
【００１０】
回転槽３における周側部（胴部）の略全域には、孔９が形成されており（一部のみ図示）、この孔９は、洗濯時及び脱水時に通水孔として機能し、乾燥時には通風孔として機能する。水槽２には、前側の端面部の上部（前記開口部４より上方の部分）に温風出口１０が形成され、後側の端面部の上部に温風入口１１が形成されている。また、水槽２の底部の最後部には排水口１２が形成されており、この排水口１２に水槽２外で排水弁１３を接続し、更に排水弁１３に排水ホース１４を接続することで、水槽２内の水を機外に排出するようにしている。
回転槽３の後側の端面部の後面（背面）には、補強部材１５が取付けられており、この補強部材１５の中心部に回転軸１６を取付け後方へ突出させている。回転槽３の後側端面部の中心部周りには、多数の温風導入孔１７が形成されている。
【００１１】
水槽２の後側端面部の中心部には、軸受ハウジング１８が取付けられており、この軸受ハウジング１８の中心部に上記回転軸１６を挿通し、軸受１９，２０により回転可能に支承している。またそれにより、回転槽３が水槽２と同軸状で回転可能に支持されている。なお、水槽２は、図示しないサスペンションにより外箱１に弾性支持され、その支持形態は、水槽２の軸方向が前後となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状であり、この水槽２に上述のように支持される回転槽３も、同形態となっている。
前記軸受ハウジング１８には、外周に、モータ２１のステータ２２が取付けられており、このステータ２２に、回転軸１６の後端部に取付けたロータ２３を外側から対向させている。従って、モータ２１はアウターロータ形のブラシレスＤＣモータであり、回転軸１６を中心に回転槽３をダイレクトドライブ方式で回転駆動させる。
【００１２】
水槽２の後側端面部の内側には、温風カバー２４が装着されている。一方、前記補強部材１５には、前記回転軸１６を取付けた中心部の周囲部分に複数の比較的大きな温風導入口２５が形成されており、この部分の外周部にシール部材２６を装着し、このシール部材２６を温風カバー２４の前面に圧接させることで、前記温風入口１１から上記温風導入口２５へと気密に通じる温風通路２７が構成されている。
水槽２の下方（外箱１の底面上）には、複数個のクッション２８を介して台板２９が配置され、この台板２９上に通風ダクト３０が配置されている。この通風ダクト３０は、前端部の上部に吸風口３１を有しており、この吸風口３１に、前記水槽２の温風出口１０が還風ダクト３２及び接続ホース３３を介して接続されている。なお、還風ダクト３２は、前記ベローズ７の左側を迂回するように配管されている。
【００１３】
一方、通風ダクト３０の後端部には循環用送風機３４のケーシング３５が接続されており、このケーシング３５の出口部３６が、接続ホース３７及び給風ダクト３８を介して、水槽２の温風入口１１に接続されている。なお、給風ダクト３８は、モータ２１の左側を迂回するように配管されている。
そして、還風ダクト３２、接続ホース３３、通風ダクト３０、ケーシング３５、接続ホース３７、給風ダクト３８により、前記水槽２の温風出口１０と温風入口１１とが接続されて通風路３９が設けられている。循環用送風機３４は、その通風路３９を通じ回転槽３内の空気を回転槽３外に出し、再び回転槽３内に戻すように循環させるもので、通風路３９と循環用送風機３４とにより、回転槽３内の空気を循環させる循環装置４０が構成されている。
【００１４】
なお、循環用送風機３４は、例えば遠心ファンであり、ケーシング３５の内部に遠心羽根車３４ａを有し、その遠心羽根車３４ａを回転させるモータ３４ｂをケーシング３５の外部に有している。
【００１５】
通風路３９中、通風ダクト３０の内部には、前部から後部へ順に、フィルタ４１、蒸発器４２、凝縮器４３が配置されている。このうち、フィルタ４１は、水槽２の温風出口１０から還風ダクト３２及び接続ホース３３を通じ、通風ダクト３０に流入する回転槽３内の空気により運ばれるリント（糸くず）を捕獲するものである。蒸発器４２は、蛇行状を成す例えば銅製の冷媒流通パイプに、例えばアルミニウム製の伝熱フィンを多数装着して成るもので、凝縮器４３も同様の構成であり、それらの伝熱フィンの各間を、通風ダクト３０を流れる回転槽３内の空気が通るようになっている。
【００１６】
蒸発器４２及び凝縮器４３は、図３に示す圧縮機４５及び絞り器４６と共にヒートポンプ４７を構成している。ヒートポンプ４７においては、接続パイプ４８によって、圧縮機４５、凝縮器４３、絞り器４６、蒸発器４２の順にこれらをサイクル接続しており（冷凍サイクル）、圧縮機４５が作動することでサイクル内に封入した冷媒を循環させる。冷媒には、例えば、高温用冷媒であるＲ１３４ａを使用する。
冷媒Ｒ１３４ａは、冷媒Ｒ４１０ａなどに比較して高温に適した冷媒であるため、乾燥運転時の初期回転数を後述するように１００ｒｐｓとして短時間での急激な温度上昇を図り、乾燥運転時間を短縮化するために資することが可能である。なお、圧縮機４５は、図２に示すように、通風ダクト３０外に並設されている。絞り器４６は、この場合、膨張弁（特には電子式膨張弁〔ＰＭＶ：Pulse Motor Valve〕）から成っており、開度調整機能を有している。
【００１７】
吸風口３１と蒸発器４２との間における通風ダクト３０の側面部で底面３０ａに臨む部分には、除湿水排出口４９が形成されており、この除湿水排出口４９は、外箱１の側面下部に形成した排水口５０に接続パイプ５１により接続されている。なお、通風ダクト３０は、底面部中の、蒸発器４２の直下に位置する部分３０ｂを上記除湿水排出口４９に向けて下降する傾斜面としている。
【００１８】
一方、外箱１内の後上部には給水弁５２が配置されている。この給水弁５２は、出口部を複数有するもので、それらは外箱１内の前側の上部に配置した給水ボックス５３に接続パイプ５４，５５によって接続されている。更に、給水ボックス５３は、詳しくは図示しないが、洗剤投入部並びに柔軟仕上剤投入部を有していて、上記給水弁５２は、出口部の開放の選択により、洗い時に接続パイプ５４から給水ボックス５３の洗剤投入部を経て水槽２内に給水し、最終すすぎ時に接続パイプ５５から給水ボックス５３の柔軟仕上剤投入部を経て同じく水槽２内に給水するようにしている。
【００１９】
このほか、外箱１の前面部の上部の裏側には制御装置５６が配置されている。この制御装置５６は例えばマイクロコンピュータから成り、洗濯乾燥機の作動全般を制御する制御手段として機能する。制御装置５６には、図４に示すように、操作パネル（図示省略）が有した各種操作スイッチから成る操作入力部５７より各種操作信号が入力されると共に、水槽２内の水位を検知するように設けた水位センサ５８から水位検知信号が入力される。
【００２０】
更に、制御装置５６には、蒸発器４２の入口及び出口、凝縮器４３、並びに圧縮機４５の冷媒吐出部、の各温度を検知する手段である温度センサ５９〜６２から夫々温度検知信号が、また、後述するＡ／Ｄ変換器８６より電流値検知信号が入力されるようになっている。尚、制御装置５６は、温度センサ５９，６１を介して蒸発器４２の入口，出口の温度を検出することで、入口温度が出口温度よりも少し低く（例えば、差分が５℃程度）なるように絞り器４６を制御する。
【００２１】
制御装置５６は、上記各種信号の入力並びに予め記憶した制御プログラムに基づいて、給水弁５２と、モータ２１、排水弁１３、圧縮機４５、絞り器４６、循環用送風機３４のモータ３４ｂ、ヒータ４４、及び圧縮機冷却用送風機６４を、駆動回路６５を介して制御するようになっている。なお、圧縮機冷却用送風機６４は、図４以外には図示しないが、圧縮機４５を冷却するように設けている。
【００２２】
図１は、制御装置５６が、モータ２１並びに圧縮機モータ４５Ｍについて行なうセンサレスベクトル制御の機能ブロックを示す図である（但し、圧縮機モータ４５Ｍ側についてのみ図示する）。この構成は、例えば特開２００３−１８１１８７号公報などに開示されているものと同様であるから、ここでは概略的に説明する。尚、（α、β）は、例えば三相ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである圧縮機モータ４５Ｍの、各相に対応する電気角１２０度間隔の三相（ＵＶＷ）座標系を直交変換した座標系を示し、（ｄ、ｑ）は、圧縮機モータ４５Ｍのロータの回転に伴って回転している２次磁束の座標系を示す。
【００２３】
乾燥行程制御部７０は、目標速度指令ωref を、切替えスイッチ７１の可動接点７１ａに出力し、固定接点７１ｂ，７１ｃを介して減算器７２，７３に被減算値として出力する。また、減算器７２，７３には、角速度・ロータ位置推定部７４によって検出されたモータ４５Ｍの検出速度ωが減算値として与えられている。そして、減算器７２の減算結果は、（電流制御）速度ＰＩ(Proportional-Integral) 制御部７５に与えられる。
【００２４】
速度ＰＩ制御部７５は、目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量に基づいてＰＩ  （比例積分）制御を行い、ｑ（quadrature）軸電流指令値Ｉqrefとｄ(direct)軸電流指令値Ｉdrefとを生成して減算器７６ｑ、７６ｄに被減算値として夫々出力する。尚、ベクトル制御を行なう場合、ｄ軸電流指令値Ｉdrefは「０」をやや下回るマイナス側に設定することで、ＩＰＭモータであるモータ４５Ｍのマグネット周囲に存在する鉄心のリラクタンス力も使用しつつ、全界磁制御によってモータ４５Ｍを駆動する。減算器７６ｑ、７６ｄには、ｄ・ｑ軸電流変換部７７より出力されるｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流値Ｉｄが減算値として夫々与えられ、減算結果は、電流ＰＩ制御部７８ｑ、７８ｄに夫々与えられる。
【００２５】
電流ＰＩ制御部７８ｑ、７８ｄは、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとの差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ及びｄ軸電圧指令値Ｖｄを生成してｄｑ／αβ変換部７９に出力する。ｄｑ／αβ変換部７９には、角速度・ロータ位置推定部７４によって検出された圧縮機モータ４５Ｍにおける２次磁束の回転位相角（ロータ位置角）θが与えられ、その回転位相角θに基づいて電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを電圧指令値Ｖα、Ｖβに変換する。
【００２６】
ｄｑ／αβ変換部７９が出力する電圧指令値Ｖα、Ｖβは、ＵＶＷ出力変換部８０に与えられ、ＵＶＷ出力変換部８０は、電圧指令値Ｖα、Ｖβを三相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して出力する。上記電圧指令値は、切換スイッチ８１ｕ、８１ｖ、８１ｗの一方の固定接点８１ｕａ、８１ｖａ、８１ｗａに与えられており、他方の固定接点８１ｕｂ、８１ｖｂ、８１ｗｂには、電圧制御側のＵＶＷ出力波形生成部８９によって出力される電圧指令値が与えられる。そして、切換スイッチ８１ｕ、８１ｖ、８１ｗの可動接点８１ｕｃ、８１ｖｃ、８１ｗｃは、ＰＷＭ形成部８２の入力端子に接続されている。
ＰＷＭ形成部８２は、電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいてキャリア（三角波）を変調した各相のＰＷＭ信号Ｖup(+,-) 、Ｖvp(+,-) 、Ｖwp(+,-) をインバータ回路８３に出力するよ。ＰＷＭ信号Ｖup〜Ｖwpは、例えばモータ４５Ｍの各相巻線に正弦波状の電流が通電されるよう，正弦波に基づいた電圧振幅に対応するパルス幅の信号として出力される。
【００２７】
インバータ回路８３を構成する下アーム側ＩＧＢＴ８４un，８４vn，８４wn（図１では１相分のみ示す）のエミッタには、シャント抵抗８５ｕ，８５ｖ，８５ｎが挿入されており、Ａ／Ｄ変換部８６は、シャント抵抗８５の端子電圧をＡ／Ｄ変換して、電流データＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗを３相／２相変換部８７に出力する。３相／２相変換部８７は、三相の電流データＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗを所定の演算式に従い直交座標系の２軸電流データＩα、Ｉβに変換する。そして、２軸電流データＩα、Ｉβをｄ・ｑ軸電流変換部７７に出力する。
【００２８】
ｄ・ｑ軸電流変換部７７は、ベクトル制御時には角速度・ロータ位置推定部７４よりモータ４５Ｍのロータ位置角θを得ることで、所定の演算式に従って２軸電流データＩα、Ｉβを回転座標系（ｄ、ｑ）上のｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑに変換する。そして、ｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑを、前述したように角速度・ロータ位置推定部７４及び減算器７６ｄ、７６ｑに出力する。
【００２９】
角速度・ロータ位置推定部７４は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流値Ｉｄに基づいてロータの位置角θ及び回転速度ωを推定し、各部に出力する。ここで、モータ４５Ｍは、起動時には、速度ＰＩ制御部７５により起動パターンが印加されて強制転流が行われ、回転速度がある程度上昇してベクトル制御が開始された以降は、角速度・ロータ位置推定部７４が起動されて圧縮機モータ４５Ｍのロータの位置角θ及び回転速度ωが推定される。
【００３０】
一方、減算器７３による減算結果は、（電圧制御）速度ＰＩ制御部８８に与えられている。速度ＰＩ制御部８８は、その減算結果に基づいて電圧指令(DUTY)及び位相指令(PHASE) を生成しＵＶＷ出力変換部８９に出力する。ＵＶＷ出力変換部８９は、速度ＰＩ制御部８８が出力する指令値をＵ，Ｖ，Ｗの三相の電圧指令値に変換して、前述のように切替えスイッチ８１に出力する。
【００３１】
乾燥行程制御部７０には、電圧指令(DUTY)及び位相指令(PHASE)とｑ軸，ｄ軸電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄとが入力されており、乾燥行程制御部７０は、これらの指令値を参照して切換スイッチ７１及び８１の切換えを行うようになっている。
尚、以上の構成において、インバータ回路８３を除く構成は、制御装置（制御手段）５６のソフトウエアによって実現されている機能をブロック化したものである。
【００３２】
次に、本実施例の作用について、図５乃至図８も参照して説明する。図５は、乾燥行程制御部７０による制御内容を示すフローチャートである。また、図６は、前記制御内容に対応したモータ４５Ｍの回転数と回転槽３の内部に温風が送出される出口の温度（ドラム出口温度），また入力電力の変化を示すタイミングチャートである。洗濯乾燥機の乾燥運転が開始されると、乾燥行程制御部７０は、回転槽３内の温度を上昇させるため、圧縮機４５の目標回転数を１００ｒｐｓとしてモータ４５Ｍの起動を開始する（ステップＳ１）。また、初期状態として、切替えスイッチ７１及び８１は可動接点を何れも電流制御側にしている。
【００３３】
先ず、速度ＰＩ制御部７５より出力する電流指令により、通電位相は固定して、電流値を８Ａまで漸増させることでモータ４５Ｍのロータ位置決めを行い（ステップＳ２）、それから、電流値を８Ａで固定し、通電位相を回転させてモータ４５Ｍを強制転流させる（ステップＳ３）。そして、乾燥行程制御部７０は、モータ４５Ｍの回転数が６ｒｐｓ以上となったか否かを強制転流の指令周波数に基づいて判断し（ステップＳ４）、６ｒｐｓ以上になると（ＹＥＳ）モータ４５Ｍのベクトル制御を開始する（ステップＳ５）。以降は、角速度・ロータ位置推定部７４により圧縮機モータ４５Ｍのロータの位置角θ及び回転速度ωが推定され、その推定結果に基づきｄ軸，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを得て出力トルクを制御する。
【００３４】
尚、例えば特開２００３−１８１１８７号公報などに開示されている構成では、ステップＳ１〜Ｓ４に相当するモータの起動処理は電圧制御側で行うようになっている。これは、駆動対象が、比較的開放された空間内に配置されている洗濯機モータであるため、騒音の発生を極力抑制する必要があることから、電流制御によるノイズの発生を回避する必要に基づいている。これに対して、本実施例の場合、洗濯機の外箱１内においても、更に密閉されたケースの内部に配置されている圧縮機モータ４５Ｍが駆動対象であり、また、そのケースの周囲には遮音材も配置されているため、モータ４５Ｍの駆動音が騒音として問題にならず、電流制御によって起動を行っている。このように、モータ４５Ｍの起動を電流制御で行う方が、起動トルクのばらつきを少なくすることが可能である。
【００３５】
ベクトル制御を開始すると、乾燥行程制御部７０は、電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄを合成し、インバータ回路８３の出力電圧が、インバータ回路８３に対して供給される直流電源電圧（例えば、約２２０Ｖ〜２８０Ｖ）を基準として、−４０Ｖ以上となるレベル（約１８０Ｖ〜２４０Ｖ）まで上昇したか否かを判断する（ステップＳ６）。上記のレベルは、ベクトル制御による出力電圧の制御範囲についてトルク変動を抑制するためのマージンが無くなる、と判断されるレベルである。そして、上記のレベル以上になったと判断すると（ＹＥＳ）、切替えスイッチ７１及び８１の可動接点を何れも電圧制御側に切替えて、速度ＰＩ制御部８８による電圧・位相制御を行う（ステップＳ７）。この場合、モータ４５Ｍの回転数をより高くするため、進み角制御により弱界磁運転を行う。
【００３６】
即ち、図７に示すように、（ｂ）がモータ４５Ｍの効率が最大となる通電タイミング  （全界磁）である場合に、（ｃ）に示すように位相指令PHASE によって通電タイミングを進み位相側にシフトすることで、モータ４５Ｍに対する印加電圧を、速度ＰＩ制御部８８が出力する電圧指令DUTYに基づくレベルに維持したまま界磁を弱める。尚、（ａ）はモータ４５Ｍが回転する場合のステータ巻線とロータマグネットとの位置関係（位相Ｐ０〜Ｐ５）を示す。そして、速度指令値ωref が上昇するのに応じて通電進み角が大きくなるように設定し、モータ４５Ｍの巻線に発生する誘起電圧を抑制する。
【００３７】
続くステップＳ７において、乾燥行程制御部７０は、圧縮機吐出部用温度センサ６２により圧縮機４５からの吐出温度を監視する。そして、その温度が１１０℃以上になると温度上昇期間を終了し、モータ４５Ｍの回転数を低下させて温度安定期間に移行し、吐出温度を１１０℃に維持するように制御する。
【００３８】
それから、乾燥行程制御部７０は、再びインバータ回路８３の出力電圧を参照し、インバータ回路８３に対して供給される直流電源電圧から−６０Ｖ以下となるレベル（１６０Ｖ〜２２０Ｖ）まで低下したか否かを判断する（ステップＳ９）。尚、ステップＳ６の判定電圧をステップＳ６よりも低く設定しているのは、チャタリングを防止するためである。そして、上記レベルまで低下すると（ＹＥＳ）、切替えスイッチ７１及び８１の可動接点を何れも電流制御側に切替えて、モータ４５Ｍを再びベクトル制御で全界磁運転する（ステップＳ１０）。ここで再びベクトル制御に切替えるまでが乾燥運転の「初期段階」に対応する。以降は、モータ４５Ｍの回転数を略一定に維持するようにして、乾燥運転をユーザによって設定された時間まで、若しくはセンサにより洗濯物が乾燥したことを検知するまで（ステップＳ１１：ＹＥＳ）継続する。
【００３９】
尚、圧縮機４５からの吐出温度を１１０℃とするように維持した後も、図６に示すドラム出口温度は上昇を続ける。
また、図６には、上記の制御を実施した場合のインバータ回路８３に対する入力電力の変化と、同じ制御パターンを全て電流制御（ベクトル制御）した場合の入力電力の変化とを示している（左側の縦軸指標について、×１０００Ｗ）。本実施例のように、温度上昇期間においてモータ４５Ｍの回転数を上昇させている途中で、電圧制御に切替えて弱界磁運転を行うと、全てを電流制御した場合より消費電力が低下することが判る。
【００４０】
また、図８は、本実施例の制御と、従来のように全てを電流制御で行った場合とを比較したもので、（ａ）はインバータ回路８３に対する入力電力の改善効果、（ｂ）は圧縮機モータの最高回転数の改善効果を示すものである。尚、Ａ，Ｂは圧縮機の種別であり、Ｂは圧縮機モータの構成がＡよりも高速回転に対応したもの（ステータコイルの巻数が少ない）となっている。
【００４１】
図８（ａ）については、各圧縮機につき、動作条件を、起動時：１００ｒｐｓ／１．５Ｎ・ｍ，安定時：７０ｒｐｓ／１．７Ｎ・ｍとした場合について示す。圧縮機Ａの場合、起動時の入力電力は従来の１０２５Ｗから９９０Ｗへと−３．４％の改善が見られ、安定時の入力電力は従来の８１６Ｗから８０９Ｗへと−０．８％の改善が見られる。また、圧縮機Ｂの場合、起動時の入力電力は従来の１０２０Ｗから９９０ＷへとＡと同様に−３．４％の改善が見られ、安定時の入力電力については従来の８２０Ｗから８２１Ｗへ、基準より＋０．６％だけ悪化している。この悪化については、圧縮機モータがＡよりも高速回転向きであることに起因すると推察される。
【００４２】
図８（ｂ）については、起動時の負荷トルクを１．５Ｎ・ｍ，１．７Ｎ・ｍで一定とした場合について示す。圧縮機Ａの場合、１．５Ｎ・ｍの場合の最高回転数は、従来の１１５ｒｐｓから１４３ｒｐｓへと＋２４％の改善が見られ、１．７Ｎ・ｍの場合の最高回転数は、従来の１０２ｒｐｓから１２７ｒｐｓへと＋２５％の改善が見られる。また、圧縮機Ｂの場合、１．５Ｎ・ｍの場合の最高回転数は、従来の１１８ｒｐｓから１７５ｒｐｓへと＋５２％の改善が見られる（１．７Ｎ・ｍの場合のデータは未取得）。尚、図８のデータを取得した場合のインバータ回路の出力電圧範囲は、図５のフローチャートに示すものと相違している。
【００４３】
以上のように本実施例によれば、洗濯乾燥機の内部にヒートポンプ４７を構成し、凝縮器４３で加熱した空気を回転槽３に導いて内部の洗濯物を乾燥させ、回転槽３からの排気を蒸発器４２で除湿した凝縮器４３で再び加熱して循環させる場合に、圧縮機４５を駆動する圧縮機モータ４５Ｍを制御するインバータ回路８３を備え、乾燥行程制御部７０は、乾燥運転の初期段階に圧縮機モータ４５Ｍを電圧・位相制御により弱界磁運転し、その後圧縮機モータ４５Ｍを電流により制御するベクトル制御に切り替えて全界磁運転するようにした。
【００４４】
従って、乾燥運転の初期段階において、圧縮機モータ４５Ｍを従来よりも高速で回転させることが可能となり、圧縮機４５の回転数を急激に上昇させて回転槽３内の温度を短時間で上昇させて、乾燥運転に要する時間を短縮することができる。そして、回転槽３内の温度をある程度のレベルまで上昇させた後は、圧縮機４５において発生する負荷変動を良好に抑制することができ、圧縮機モータ４５Ｍの効率を向上させて、電力消費を低減することができる。
【００４５】
そして、乾燥行程制御部７０は、電圧・位相制御を終了する以前に圧縮機モータ４５Ｍの回転数を低下させ始め、その回転数を低下させる過程の途中でベクトル制御への切り替えを行なうので、切替えをスムーズに行うことができる。また、乾燥運転の初期段階では、圧縮機モータ４５Ｍを最初にベクトル制御により全界磁運転した後、電圧・位相制御による弱界磁運転に切替えるので、回転数を上昇させる過程において圧縮機モータ４５Ｍのトルク変動を極力抑制することができる。
【００４６】
（第２実施例）
図９ないし図１１は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図１相当図である図９では、第１実施例の構成より、乾燥行程制御部７０を乾燥行程制御部９０に置き換えると共に、変調率制御部９１及びＤＵＴＹ・ＰＨＡＳＥ＿Ｖｄ，Ｖｑ変換部９２を加えている。そして、第２実施例では、インバータ回路８３の出力電圧波形が正弦波状となるように振幅変調し、乾燥運転の初期段階に圧縮機モータ４５Ｍを電圧・位相制御で弱界磁運転する際に、出力電圧が過変調状態となるように制御する。
【００４７】
変調率制御部９１には、ｄ軸電流指令Ｉｄrefと、ｄ軸電流Ｉｄとが入力されており、変調率制御部９１は、これらに基づき変調率指令を決定し、電圧制御速度ＰＩ制御部８８に出力する。ＤＵＴＹ・ＰＨＡＳＥ＿Ｖｄ，Ｖｑ変換部９２は、電圧制御速度ＰＩ制御部８８と、出力波形生成部８９との間に挿入されており、ＰＩ制御部８８より出力されるＤＵＴＹ，ＰＨＡＳＥ指令をｄ軸電圧Ｖｄ，ｑ軸電圧Ｖｑに変換し、出力波形生成部８９と、角速度・ロータ位置推定部７４に出力する。
【００４８】
次に、第２実施例の作用について図１０及び図１１も参照して説明する。図１０は、図５相当図である。ステップＳ６に替わるステップＳ２１において、乾燥行程制御部９０は、インバータ回路８３の出力電圧が、直流電源電圧の下限値に対して７０％以上となるレベルまで上昇したか否かを判断する。そして、上記のレベル以上になったと判断すると（ＹＥＳ）、速度ＰＩ制御部８８による電圧・位相制御を行う（ステップＳ２２）。但し、第１実施例とは異なり、この時点では弱め界磁制御は行わず、モータ４５Ｍが発生するリラクタンストルク分だけは打ち消す分だけ励磁電流を流して全界磁制御する。また、振幅変調率は、１．０以下の範囲で与える。
【００４９】
続いて、乾燥行程制御部９０は、インバータ回路８３の出力電圧が、直流電源電圧の下限値に対して１００％に達するまで待機し（ステップＳ２３）、１００％に達すると（ＹＥＳ）、出力電圧を過変調した電圧・位相制御を行う共に、励磁電流を負極側に増加させて弱め界磁制御を行なう（ステップＳ２４）。ここで、図１１には、インバータ回路８３において２相変調による正弦波状の電圧を出力する場合に（ａ）、振幅変調率が１．０未満の場合（ａ）と、振幅変調率が１．０を超えた場合（即ち、過変調状態）（ｂ）との波形を示す（但し、図１１は包絡線だけを示しており、実際はＰＷＭ信号によって断続された波形である）。
【００５０】
通常の電圧・位相制御の場合、振幅変調率は最大で１．０であり、電圧波形が歪まない範囲で正弦波状の電圧を出力する。これに対して、ステップＳ２４では、振幅変調率を１．０よりも大に設定することで、電圧波形を正弦波より歪ませた状態で出力する。尚、変調率制御部９１は、上述のように、ｄ軸電流指令Ｉｄrefと、ｄ軸電流Ｉｄとに基づいて変調率指令を決定する。この場合、電流ベクトル制御側には回転数指令ωrefは与えられていないため、全体としては機能しない。但し、ｄ軸電流指令Ｉｄrefは、全界磁の場合と、弱め界磁の場合とで、付与する値を予め設定しておけば良く、ｄ軸電流Ｉｄも、ステップＳ７で制御を切替えた場合に、角速度・ロータ位置推定部７４を継続して動作させれば得ることが可能である。
【００５１】
即ち、弱め界磁制御は、モータ４５Ｍの回転数をより上昇させる目的で、励磁電流を負極正側により多く（リラクタンストルクとバランスさせた状態よりも）流すことで行うが、励磁電流はトルクの発生に寄与しない電流であり、より多く流すと銅損が増大するため効率が低下する。そこで、上記のように過変調制御を行うと、波形の歪により実行出力電圧がより高くなるため、弱め界磁制御を開始する時期をより遅くすることができ、効率を上昇させることが可能となる。
その後は、第１実施例と同様にステップＳ８を実行し、インバータ回路８３の出力電圧が、直流電源電圧の下限値に対して７０％以下に下がると（ステップＳ２５，ＹＥＳ）、ベクトル制御側に切替える。
【００５２】
図１２は、第２実施例において電圧制御に過変調制御を組み合わせた場合を、第１実施例の図８に併せて示すものである。図１２（ａ）における圧縮機Ａの場合、起動時の入力電力は従来の１０２５Ｗから９８５Ｗへと−４％の改善が見られ、安定時の入力電力は従来の８１６Ｗから８１０Ｗへと−０．７％の改善が見られる。また、圧縮機Ｂの場合、起動時の入力電力は従来の１０２０Ｗから９８５ＷへとＡと同様に−４％の改善が見られ、安定時の入力電力については従来の８２０Ｗと同じであり、比較基準から＋０．５％だけ悪化している。その理由については、第１実施例において述べたものと同様である。
図１２（ｂ）については、圧縮機Ａの場合、１．５Ｎ・ｍの場合の最高回転数は、従来の１１５ｒｐｓから１５７ｒｐｓへと＋３７％の改善が見られ、１．７Ｎ・ｍの場合の最高回転数は、従来の１０２ｒｐｓから１３７ｒｐｓへと＋３４％の改善が見られる。また、圧縮機Ｂについてのデータは未取得である。総じて、第１実施例よりも改善効果が上昇している。
【００５３】
以上のように第２実施例によれば、インバータ回路８３の出力電圧を正弦波状とするように振幅変調して、乾燥行程の初期段階で電圧・位相制御８８により弱界磁運転を行う場合、出力電圧の振幅変調率を１．０よりも大にして過変調状態に制御するようにした。従って、モータ４５Ｍに印加する実行電圧をより高くして、弱め界磁制御の開始時期をより遅くすることで、効率を上昇させることができる。
【００５４】
本発明は、上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
電圧・位相制御を終了してベクトル制御に切替えると同時に、圧縮機モータ４５Ｍの回転数を低下させ始めても良い。
ベクトル制御と電圧位相制御とを切替える出力電圧のレベル設定は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
モータ４５Ｍの起動を、最初から電圧制御で行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施例であり、洗濯乾燥機の制御装置が圧縮機モータについて行なうセンサレスベクトル制御の機能ブロック図
【図２】ドラム式洗濯乾燥機の全体構成を示す縦断側面図
【図３】ヒートポンプの構成を示す図
【図４】洗濯乾燥機の制御系を示す機能ブロック図
【図５】乾燥行程制御部による制御内容を示すフローチャート
【図６】図５の制御内容に対応したモータの回転数と回転槽（ドラム）の温風出口温度，入力電力の変化を示すタイミングチャート
【図７】電圧・位相制御における弱界磁運転を説明する図
【図８】本実施例の制御と、全てを電流制御で行った場合とを比較したもので、（ａ）は入力電力の改善効果、（ｂ）は圧縮機モータの最大回転数の改善効果を示す図
【図９】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図１０】図５相当図
【図１１】インバータ回路の出力電圧波形であり、（ａ）は変調率が１．０未満の場合、（ｂ）は変調率が１．０超の場合を示す図
【図１２】図８相当図
【符号の説明】
【００５６】
図面中、３は回転槽（乾燥室）、４２は蒸発器、４３は凝縮器、４５は圧縮機、４５Ｍは圧縮機モータ、４７はヒートポンプ、７０は乾燥行程制御部、８３はインバータ回路を示す。
【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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