(57)【要約】【課題】精度良く回転速度を推定することにより、速度センサを用いることなく電動モータを制御可能な電動モータの制御装置及びこれを備えた洗濯機を提供する。【解決手段】他励直流式の電動モータ３０の制御装置４０であって、外乱オブザーバ４２Ａを備え、モータ抵抗、リアクタンスおよび誘起電圧定数の各種モータ定数を用いて電動モータ３０の回転速度を推定する速度推定手段４２と、速度推定手段４２による推定速度の値に応じて電動モータ３０の回転数を制御する制御手段４１と、電動モータ３０の内部に配列された複数のスロットによる電流リップルから電動モータ３０の回転速度を算出する速度算出手段４３と、速度推定手段４２による推定速度と速度算出手段４３による算出速度とを比較して、前記モータ定数の値を補正するモータ定数補正手段４４と、を備えている。【選択図】図２
2008154313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他励直流式の電動モータの制御装置であって、
外乱オブザーバを備え、モータ抵抗、リアクタンスおよび誘起電圧定数の各種モータ定数を用いて前記電動モータの回転速度を推定する速度推定手段と、
前記速度推定手段による推定速度の値に応じて前記電動モータの回転数を制御する制御手段と、
前記電動モータの内部に配列された複数のスロットによる電流リップルから前記電動モータの回転速度を算出する速度算出手段と、
前記速度推定手段による推定速度と前記算出手段による算出速度とを比較して、前記モータ定数の値を補正するモータ定数補正手段と、
を備えていることを特徴とする電動モータの制御装置。
【請求項２】
前記モータ定数補正手段は、
前記誘起電圧定数を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動モータの制御装置。
【請求項３】
前記モータ定数補正手段は、
前記電動モータの低速運転時には前記モータ抵抗を補正し、高速運転時には前記誘起電圧定数を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動モータの制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の電動モータの制御装置を備え、
前記電動モータにより、洗濯物を収容するための内部空間を有するスピンバスケットが回転される構成とされている
ことを特徴とする洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗濯機のスピンドラム等の回転体を軸線回りに回転させる駆動手段として用いられる他励直流式の電動モータの制御装置及びこれを備える洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、前述の電動モータの制御装置として、電動モータの回転速度を検出する速度センサとこの速度センサの値に基いて回転数を制御する制御手段とを備えたものが広く使用されている。このような制御装置においては、速度センサを備えているために、速度センサの不具合による不良の発生、制御装置の製造コスト増加、重量増加等の問題を有している。このため、速度センサを使用することなく電動モータを制御する、いわゆるセンサレス制御が求められている。
【０００３】
他励直流式の電動モータの速度センサレス制御としては、非特許文献１，２に開示されているような方法が提案されているが、制御設計が非常に複雑になるために広く実用化されていない。
そこで、センサレス制御装置として、構成が簡単な外乱オブザーバ（例えば特許文献１参照）を用いてモータの速度を推定し、この推定速度に基いて制御を行うものが提案されている。外乱オブザーバとは、指令電圧および検出電流のデータと、モータ抵抗、リアクタンスおよび誘起電圧定数の各種モータ定数とを用いて演算することで、電動モータの回転速度を推定するものである。ここで、通常、演算に使用されるモータ定数は、複数の電動モータの値から統計的に求められた値を使用している。
【非特許文献１】大石潔、大西公平、宮地邦夫、「速度推定法に基づく他励直流機のディジタル制御」、計測自動制御学会論文集、１９８５年１１月、第２１巻、第１１号、ｐ．１２１７−１２２２
【非特許文献２】大石潔、大西公平、宮地邦夫、「状態観測器を用いた他励直流機の一制御法」、電気学会論文誌Ｂ、１９８４年６月、第１０４巻、第６号、ｐ．３７３−３７９
【特許文献１】特開平０５−３００７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、外乱オブザーバを使用して電動モータの回転速度を推定する場合には、前述のように電動モータの抵抗値、リアクタンスおよび誘起電圧定数の各種モータ定数を用いて演算することになるが、これらのモータ定数は、個々の電動モータでばらつきがあるため、複数の電動モータの値から統計的に求められた値を使用しても回転速度を精度良く推定することができないことがあった。
【０００５】
また、外乱オブザーバでの演算においては、誘起電圧定数が大きく影響するため、この誘起電圧定数の変動によって推定速度が大きくばらつくことになる。
さらに、他励直流式の電動モータにおいては、ブラシと整流子とが摺接しながら回転する構造とされているため、このブラシと整流子との接触状態が変化してモータ抵抗の値が大きく変動する。
また、これらのモータ定数は、使用環境（温度、電流、回転数）によっても変動することが知られている。
【０００６】
このように、外乱オブザーバのよる回転速度の推定においては、モータ抵抗、リアクタンスおよび誘起電圧定数の各種モータ定数が経時劣化や使用環境によって大きく変化するために、電動モータの回転速度を精度良く推定することができず、この推定速度に基いて電動モータを制御することが困難であった。
【０００７】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、精度良く回転速度を推定することにより、速度センサを用いることなく電動モータを制御可能な電動モータの制御装置及びこれを備えた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】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明に係る電動モータの制御装置は、他励直流式の電動モータの制御装置であって、外乱オブザーバを備え、モータ抵抗、リアクタンスおよび誘起電圧定数の各種モータ定数を用いて前記電動モータの回転速度を推定する速度推定手段と、前記速度推定手段による推定速度の値に応じて前記電動モータの回転数を制御する制御手段と、前記電動モータの内部に配列された複数のスロットによる電流リップルから前記電動モータの回転速度を算出する速度算出手段と、前記速度推定手段による推定速度と前記算出手段による算出速度とを比較して、前記モータ定数の値を補正するモータ定数補正手段と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
この構成の電動モータの制御装置においては、外乱オブザーバを利用した速度推定手段によって回転速度を推定し、推定された回転速度（推定速度）に応じて制御手段により電動モータの回転数を制御する構成とされているので、簡単な構成でセンサレス制御を行うことができる。ここで、電動モータの内部に配列された複数のスロットによる電流リップルから電動モータの回転速度を算出する速度算出手段と、この速度算出手段によって算出された回転速度（算出速度）と速度推定手段による推定速度とを比較してモータ抵抗、リアクタンスおよび誘起電圧定数の各種モータ定数の値を補正するモータ定数補正手段と、を有しているので、これら各種モータ定数が経時劣化や使用環境によって変化した場合でも、モータ定数を適正な値に補正することができ、回転速度を精度良く推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外乱オブザーバによる回転速度の推定の際に用いられる各種モータ定数値を補正することにより、精度良く回転速度を推定することが可能となり、速度センサを用いることなく電動モータを制御することができる。
なお、本発明である電動モータの制御装置は、制御対象となる電動モータを交換することで容易に発見することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の一実施形態である電動モータの制御装置について、これを用いた洗濯機とともに添付した図面を参照して説明する。図１に、本発明の実施形態に係る電動モータの制御装置を用いた洗濯機の概略図を示す。
【００１２】
この洗濯機１０は、洗濯工程、脱水工程を行うことが可能なドラム式洗濯機１０である。そして、洗濯機１０は、図１に示すように、筐体１１と、筐体１１の内部に配置されたタブ１２と、タブ１２の内部に回転自在に設けられたスピンバスケット２０と、このスピンバスケット２０を回転軸Ｌ回りに回転させる電動モータ３０と、この電動モータ３０の回転を制御する制御装置４０とを備えている。
【００１３】
タブ１２は、有底円筒状をなしており、その中心軸が前方側（図１において右側）に向かうにしたがい漸次上方に向かうように水平面に対して僅かに傾斜して配置されている。このタブ１２は、筐体１１内部において複数のバネ１３やダンパ１４によって吊下げ支持されている。そして、タブ１２の開口部は、筐体１１の前面に設けられた扉１５によって開閉可能とされている。
また、タブ１２の後方側（図１において左側）には、後述するスピンバスケット２０の主軸部２１を回転可能に支持する軸受１６が設けられている。
【００１４】
このタブ１２の内部に配置されたスピンバスケット２０は、有底筒状をなしており、その開口部がタブ１２の開口部側を向くように配置されている。また、スピンバスケット２０の後方端にはスピンバスケット２０を回転軸Ｌ回りに回転可能とする主軸部２１が設けられており、この主軸部２１がタブ１２の軸受１６に軸支されている。これにより、スピンバスケット２０の中心軸である回転軸Ｌが前記タブ１２の中心軸と略一致するように配置される。主軸部２１にはプーリ２２が設けられており、このプーリ２２と電動モータ３０とがベルト２３を介して接続されている。
【００１５】
また、スピンバスケット２０の内周面には、内周側に向けて突出したリフタ２４が、周方向に等間隔で複数形成されている。このリフタ２４はスピンバスケット２０の回転に伴って内部の洗濯物をかき上げるものである。
さらに、スピンバスケット２０には、スピンバスケット２０の内部とタブ１２とを連通する多数の通水孔２５が穿設されており、洗濯時にはタブ１２に注水された水をこの通水孔２５を通じてスピンバスケット２０内に供給し、脱水時には洗濯物Ｗから脱水された水をタブ１２へと排出する構成とされている。
【００１６】
電動モータ３０は、整流子とこの整流子に摺接するブラシとを備えた他励直流方式の電動モータであって、図４に示すように複数のスロット３１Ａが周方向に等間隔に配列された回転子３１を備えている。
【００１７】
この電動モータ３０の回転を制御する制御装置４０は、図２に示すように、ＰＩ制御部４１Ａおよびチョッパー回路４１Ｂを備えた制御手段４１と、外乱オブザーバ４２Ａを備えた速度推定手段４２と、電動モータ３０の回転速度を算出する速度算出手段４３と、モータ定数を補正するモータ定数補正手段４４と、を備えている。
【００１８】
外乱オブザーバ４２Ａは、図２および図３に示すように、ＰＩ制御部４１Ａからチョッパー回路４１Ｂへの指令電圧Ｖ＊と、電動モータ３０からの検出電流Ｉとを用いて電動モータ３０の回転速度を推定して推定速度ω１を求めるものである。この外乱オブザーバ４２Ａによる回転速度の推定には、モータ抵抗Ｒ、インダクタンスＬおよび誘起電圧定数Ｋｅの３つのモータ定数が用いられる。
これらのモータ定数は、その初期値として複数の電動モータから統計的に求められた値が制御プログラム内に記憶されており、誘起電圧定数Ｋｅについては、界磁電流値Ｉｆによって変化するために、Ｋｅ＝ａ×Ｉｆ＋ｂ（ａ、ｂは定数）として記憶されている。
【００１９】
ＰＩ制御部４１Ａは、前記速度推定手段４２によって推定された電動モータ３０の回転速度（推定速度ω１）に応じてチョッパー回路４１Ｂに指令を与え、電動モータ３０の回転数を制御している。つまり、この電動モータ３０の制御装置４０は、電動モータ３０の回転速度を実測する速度センサを備えておらず、いわゆるセンサレス制御を行っているのである。
【００２０】
速度算出手段４３は、回転子３１に設けられた複数のスロット３１Ａによる電流リップルから電動モータ３０の回転速度を算出する。図４に示すように、回転子３１には複数のスロット３１Ａが周方向に等間隔に配列されており、スロット３１Ａが設けられた部分とスロット３１Ａのない部分とで磁気抵抗が異なるため、電機子電流および界磁電流に、図４に示すような電流リップル（波）が現れる。この電流リップルは、スロット３１Ａ部分で極小値をとるような波形状となるため、この電流リップルの極小値間または極大値間の時間Ｔを測定することにより、電動モータ３０の回転速度を算出することができる。すなわち、スロット３１Ａ間の角度θは既知であるので、電動モータ３０の回転速度ω２は、ω２＝θ／Ｔ  の式によって算出することができるのである。なお、本実施形態では、電機子電流に生じる電流リップルから回転速度を算出している。
【００２１】
モータ定数補正手段４４は、速度推定手段４２によって推定された推定速度ω１と、速度算出手段４３によって算出された算出速度ω２とを比較し、推定速度ω１が算出速度ω２に一致するように、各種モータ定数を補正する。
ここで、算出速度ω２は実際の電動モータ３０の回転から算出された実測値であり、推定速度ω１との差は、各種モータ定数の誤差に起因することになるため、その状況下におけるモータ定数の最適化を図ることが可能となる。
そして、本実施形態においては、電動モータ３０の低速運転時にはモータ抵抗Ｒを補正し、高速運転時には誘起電圧定数Ｋｅを補正するように設定されている。
【００２２】
このような電動モータ３０の制御装置４０は、外乱オブザーバ４２Ａを備えた速度推定手段４２によって推定された回転速度ω１に応じて制御手段４１により電動モータ３０の回転数を制御するとともに、適宜の回転数（例えば１００ｒｐｍ毎）で、前記モータ定数補正手段４４を用いてモータ定数を補正していく。
【００２３】
この構成の電動モータ３０の制御装置４０によれば、外乱オブザーバ４２Ａを備えた速度推定手段４２により電動モータ３０の回転速度を推定し、この推定速度ω１に応じて制御手段４１により電動モータ３０の回転数を制御しているので、簡単な構成で速度センサレス制御を行うことができる。
また、複数のスロット３１Ａによって生じる電機子電流の電流リップルから電動モータ３０の回転速度を算出する速度算出手段４３を備えているので、電動モータ３０の実際の回転速度を算出することが可能となる。
【００２４】
そして、この速度算出手段４３によって算出された回転速度（算出速度ω２）と前記推定速度ω１とを比較し、推定速度ω１が算出速度ω２に一致するようにモータ定数を補正するモータ定数補正手段４４を備えているので、モータ定数が経時劣化や使用環境によって変化した場合でも演算に使用するモータ定数を適正な値に補正でき、電動モータ３０の回転速度を精度良く推定することが可能となる。
また、電動モータ３０を交換してモータ定数が変化した場合でも、速度算出手段４３とモータ定数補正手段４４とによってモータ定数を適正化でき、電動モータ３０の回転速度を精度良く推定することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態においては、電動モータ３０の低速運転時にはモータ抵抗Ｒを補正し、高速運転時には誘起電圧定数Ｋｅを補正するように設定されているので、低速から高速までの全速度領域において回転速度の推定精度を向上させることができ、信頼性の高い制御を行うことができる。
【００２６】
また、このような構成の電動モータ３０の制御装置４０が適用された洗濯機１０によれば、スピンバスケット２０の回転を精度良く制御することができる。
また、電動モータ３０に速度センサを設ける必要がないので、速度センサの不具合に起因する不良を防止することができるとともに、この洗濯機１０の製作コストの低減および軽量化を図ることができる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態である電動モータの制御装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
この電動モータの制御装置を備えるものとしては、本実施形態の洗濯機に限定されることはなく、食器乾燥機、エアコン、掃除機、冷蔵庫等の他励直流式の電動モータを用いた他の民生品や産業機器であっても良い。
【００２８】
また、複数のスロットにより電機子電流に生じる電流リップルからモータの回転速度を算出するものとして説明したが、界磁電流に生じる電流リップルから回転速度を算出してもよい。
さらに、適宜の回転数においてモータ定数補正手段により補正を行うものとして説明したが、これに限定されることはなく、一定時間経過する毎に定期的にモータ定数の補正を行ってもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、電動モータの低速運転時にはモータ抵抗Ｒを補正し、高速運転時には誘起電圧定数Ｋｅを補正するものとして説明したが、これに限定されることはなく、誘起電圧定数Ｋｅのみを補正するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態である電動モータの制御装置を備えた洗濯機の断面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態である電動モータの制御装置のブロック図である。
【図３】図２に示す電動モータの制御装置に備えられた外乱オブザーバのブロック図である。
【図４】電流リップルから回転速度を求める方法の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  洗濯機
２０  スピンバスケット
３０  電動モータ
３１Ａ  スロット
４０  制御装置（電動モータの制御装置）
４１  制御手段
４２Ａ  外乱オブザーバ
４２  速度推定手段
４３  速度算出手段
４４  モータ定数補正手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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