(57)【要約】【課題】進み位相の通電を実行して永久磁石モータを高速回転させるときでも、モータ消費電力を低減させる。【解決手段】本発明のインバータ装置は、永久磁石モータ２０を通電制御するものにおいて、誘起電圧に対して進み位相の通電を行って加速力を得る第１の制御モードと、回生電力を調整して直流電圧を設定値となるように制御する第２の制御モードとを備え、そして、第１の制御モードと第２の制御モードを交互に繰り返し実行するように制御したものである。この構成の場合、進み位相の通電を実行して永久磁石モータを高速回転させるときに、モータ消費電力を低減することができる。【選択図】　図１
2004023839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石モータを通電制御するインバータ装置において、
誘起電圧に対して進み位相の通電を行って加速力を得る第１の制御モードと、
回生電力を調整して直流電圧を設定値となるように制御する第２の制御モードとを備え、
前記第１の制御モードと前記第２の制御モードを交互に繰り返し実行する制御手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
永久磁石モータを通電制御するものであって、電圧の振幅と、誘起電圧に対する電圧位相とを制御するように構成されたインバータ装置において、
電圧振幅をほぼ最大として、電圧位相を誘起電圧に対して進み位相として加速力を得る第１の制御モードと、
電圧位相を前記第１の制御モードよりも遅れ位相として、電力の回生量を調整して直流電圧が設定値となるように制御する第２の制御モードとを備え、
前記第１の制御モードと前記第２の制御モードを交互に繰り返し実行する制御手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
永久磁石モータを通電制御するものであって、磁界と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離して各電流を独立に制御するインバータ装置において、
ｑ軸電流を正方向に制御して加速力を得ると共に、ｄ軸電流を電圧振幅がほぼ最大となるように負方向に制御する第１の制御モードと、
ｑ軸電流を零または負方向に制御して電力の回生量を制御して直流電圧が設定値となるようにすると共に、ｄ軸電流を電圧振幅がほぼ最大となるように負方向に制御する第２の制御モードとを備え、
前記第１の制御モードと前記第２の制御モードを交互に繰り返し実行する制御手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項４】
外槽と、
この外槽の内部に回転可能に設けられた回転槽と、
この回転槽をダイレクトドライブ方式で回転駆動するものであって、複数相の巻線を有する永久磁石モータと、
前記請求項１ないし３のいずれかに記載されたインバータ装置とを備えて成る洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石モータを通電制御するインバータ装置及びこのインバータ装置を備えた洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石モータにより回転槽をダイレクトドライブ方式で回転駆動するように構成した洗濯機の一例として、特願平８−１７６２０１号（特開平１０−１５２７８号）がある。この特許出願の洗濯機の場合、洗い運転時には、永久磁石モータによって撹拌体を低速高トルクで回転駆動し、脱水運転時には、永久磁石モータによって回転槽及び撹拌体を一体に高速低トルクで回転駆動するように構成されている。これにより、運転振動及び運転騒音がきわめて小さくなるという効果を得ている。
【０００３】
上記構成の洗濯機において、永久磁石モータによって低速高トルクの洗い運転と、高速低トルクの脱水運転とを切り替えて実行するに当たっては、通電位相を制御することにより実現している。具体的には、永久磁石モータの巻線の各相の誘起電圧に対して同位相の電流が発生するように通電することにより低速高トルクの洗い運転を実現し、上記誘起電圧に対して進み位相の電流が発生するように通電することにより高速低トルクの脱水運転を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した通電制御を実行した場合の上記永久磁石モータのトルクと回転数とモータ電流との関係を示した特性図を、図１７に示す。この図１７において、横軸はトルクを示し、縦軸は回転数とモータ電流を示し、記号Ｘで示す領域は洗い運転の動作領域を示し、記号Ｙで示す領域は脱水運転の動作領域を示している。そして、洗い運転（動作領域Ｘ）を実行する場合、実線Ａｎで示すトルク回転数特性で永久磁石モータを運転することができる。この場合のモータ電流を実線Ａｉで示す。
【０００５】
また、脱水運転（動作領域Ｙ）を実行する場合、実線Ｂｎで示すトルク回転数特性で永久磁石モータを運転することができる。この場合のモータ電流を実線Ｂｉで示す。ここで、上記２つのモータ電流Ａｉ、Ｂｉの大きさを比べると、脱水運転のモータ電流Ｂｉの方がかなり大きいことがわかる。即ち、脱水運転（進み位相の通電）を実行するときは、モータ電流が大きくなり、消費電力が大きいという問題点があり、この問題点を改善することが課題となっている。
【０００６】
一方、上記特許出願の洗濯機においては、永久磁石モータを制動（回生制動）するときに発生する回生電力を消費する放電回路を設けていた。これに対して、上記放電回路を不要にした構成の発明が、特願平１０−７０１９２号（特開平１１−２７５８８９号）として出願されている。この出願の発明では、回生電力を調整することにより直流電圧が設定値となるように制御し、これにより、インバータ装置の構成電気部品に過大な電圧が印加することを防止し、上記放電回路を不要にしている。しかし、上記出願の発明の場合も、脱水運転（進み位相の通電）を実行するときは、モータ電流が大きくなり、消費電力が大きいという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、進み位相の通電を実行して永久磁石モータを高速回転させるときでも、消費電力を低減させることができるインバータ装置及び洗濯機を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明においては、誘起電圧に対して進み位相の通電を行って加速力を得る第１の制御モードと、回生電力を調整して直流電圧を設定値となるように制御する第２の制御モードとを備え、そして、第１の制御モードと第２の制御モードを交互に繰り返し実行する制御手段を備えた。この構成の場合、進み位相の通電を実行して永久磁石モータを高速回転させるときに、制御手段により第１の制御モードと第２の制御モードを交互に繰り返し実行するようにしたので、消費電力を低減させることができる。尚、本発明者は、本発明のように通電制御することにより、消費電力を低減できることを、実験やシミュレーション等で確認している。
【０００９】
この場合、請求項２の発明のように、電圧の振幅と、誘起電圧に対する電圧位相とを制御することにより、第１の制御モードと第２の制御モードを実現するように構成することが好ましい。また、請求項３の発明のように、磁界と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離して各電流を独立に制御することにより、第１の制御モードと第２の制御モードを実現するように構成することも好ましい。更に、請求項４の発明のように、請求項１ないし３に記載されたインバータ装置を洗濯機に組み込むことがより一層好ましい構成である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を全自動洗濯機に適用した第１の実施例について、図１ないし図１１を参照して説明する。尚、本実施例の全自動洗濯機の機械的構成及び電気的構成は、特開平１１−２７５８８９号（または特開平１０−１５２７８号）に記載された構成とほぼ同じであり、異なる点は、脱水運転時の永久磁石モータの通電制御の内容である。
【００１１】
まず、全自動洗濯機の機械的構成について簡単に説明する。全自動洗濯機の全体構成を示す図３において、外箱１内には、外槽である水受槽２が弾性吊持機構３を介して弾性支持されている。この水受槽２の内部には、洗い槽及び脱水バスケットを兼用する回転槽４が回転可能に配設されている。この回転槽４の内底部には、撹拌体５が回転可能に配設されている。
【００１２】
上記回転槽４は、槽本体４ａと、この槽本体４ａの内側に設けられた内筒４ｂと、槽本体４ａの上端部に設けられたバランスリング４ｃとから構成されている。この回転槽４が回転駆動されると、内部の水は遠心力により槽本体４ａの上部に形成された脱水孔部（図示しない）を通って水受槽２内へ放出される構成となっている。
【００１３】
また、水受槽２の底部の図２中右端部には、排水口６が形成され、この排水口６には排水弁７が設けられていると共に、排水ホース８が接続されている。上記排水弁７は、例えばギアドモータからなる排水弁モータ９（図５参照）により開閉駆動される弁であり、いわゆるモータ式排水弁である。更に、水受槽２の底部の図２中左端部には、補助排水口６ａが形成されており、この補助排水口６ａは図示しない連結ホースを介して排水ホース８に接続されている。
【００１４】
また、図４にも示すように、水受槽２の外底部には、機構部ベース１０が取付けられている。この機構部ベース１０の中央部には、軸支持筒部１１が上下方向に延びるように形成されている。この軸支持筒部１１の内部には、中空状の槽軸１２が軸受１３、１３を介して回転自在に挿通支持されている。この槽軸１２の内部には、撹拌軸１４が軸受１５、１５を介して回転自在に挿通支持されており、この撹拌軸１４の上下端部は槽軸１２から突出している。
【００１５】
更に、機構部ベース１０の軸支持筒部１１の上端部は、水受槽２の底部中心部に形成された貫通口２ａ内にシール１６を介して嵌合されている。また、槽軸１２の上端部には、フランジ部１２ａが一体に形成されており、このフランジ部１２ａには、回転槽４が槽受け板１７を介して連結固定されている。これにより、槽軸１２に回転槽４が一体回転するように取付けられている。また、撹拌軸１４の上端部には、図３にも示すように、撹拌体５が一体回転するように取り付けられている。
【００１６】
尚、水受槽２の内底部における中心部と排水口６との間の部分には、排水カバー１８が装着されており、この排水カバー１８により、回転槽４の底部に設けられた貫通孔４ｄから排水口６まで連通する排水通路１９が形成されている。
【００１７】
さて、水受槽２の外底部の機構部ベース１０には、永久磁石モータである例えばアウタロータ形のブラシレスモータ２０が設けられている。具体的には、図４に示すように、機構部ベース１０に、ブラシレスモータ２０のステータ２１が撹拌軸１４と同心状態になるように固定されている。上記ステータ２１は、積層鉄心２２と、巻線２３とを有して構成されている。上記巻線２３は、図５に示すように、３相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗから構成されている。
【００１８】
一方、ブラシレスモータ２０のロータ２４は、撹拌軸１４の下端部にこれと一体回転するように取り付けられている。上記ロータ２４は、ロータハウジング２５と、ロータヨーク２６と、ロータマグネット２７とから構成されている。ロータハウジング２５の中心部にはボス部２５ａが形成されていて、このボス部２５ａに、撹拌軸１４の下端部が嵌合固定されている。即ち、撹拌体５はモータ２０によりダイレクトドライブされる構成となっている。
【００１９】
また、機構部ハウジング１０の外周部には、ロータ２４のロータマグネット２７の回転位置を検出する回転位置検知手段として、３個のホールＩＣ２８ｕ、２８ｖ、２８ｗ（図５参照）が取り付けられている。上記ホールＩＣ２８ｕないし２８ｗは、図８に示すように、各相の誘起電圧に対して電気角３０度遅れの関係の位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを出力するようになっている。
【００２０】
さて、槽軸１２の下端部には、図４に示すように、クラッチ２９が設けられている。このクラッチ２９は、脱水運転時にロータ２４、撹拌軸１４及び槽軸１２が一体回転するように連継する態様と、洗い運転時に槽軸１２がロータ２４及び撹拌軸１４と連継解除する態様とを切換える機能を有している。このクラッチ２９は、上下方向に回動可能に設けられた切換レバー３０と、この切換レバー３０の内部に配設されたホルダ３１とから構成されている。
【００２１】
この場合、切換レバー３０が図４に示す状態では、切換レバー３０の先端上部の係合凸部３０ｂが、静止部位である機構部ベース１０に形成された係止部３２に係止されており、これにてクラッチ２９は撹拌軸１４のみにロータ２４の回転を伝達する洗い用クラッチ態様となる。この図４の状態から切換レバー３０が下方へ回動すると、その先端下部の係合凸部３０ｃが、ロータハウジング２５に形成された複数の係止部３３のうちのいずれかの間に係止されるようになり、クラッチ２９は、撹拌軸１４と槽軸１２の双方にロータ２４の回転を伝達する脱水用クラッチ態様となる。
【００２２】
また、機構部ベース１０の図４中右端部には、制御レバー３４が回動可能に軸支されている。この制御レバー３４は、排水弁モータ９により回動されるように構成されており、図４の状態から排水弁モータ９が通電されて制御レバー３４が回動されると、制御レバー３４の先端の下向きの傾斜面３４ａにより切換レバー３０を下方へ押圧して回動させ、脱水用クラッチ態様となる。そして、この状態で、排水弁モータ９が断電されると、ばね３５のばね力により制御レバー３４が回動され、制御レバー３４の上向きの傾斜面３４ｂにより上記切換レバー３３を上方へ押圧して、図４に示す状態に戻すようになっている。
【００２３】
次に、上記全自動洗濯機の電気的構成について、図５を参照して説明する。この図５において、交流電源３６の両端子は、一方にリアクトル３７を介して全波整流回路３８の入力端子に接続されている。全波整流回路３８の出力端子間には、平滑コンデンサ３９ａ、３９ｂが接続されており、この平滑コンデンサ３９ａ、３９ｂと全波整流回路３８とから直流電源回路４０が構成されている。
【００２４】
この直流電源回路４０の出力端子から導出された直流母線４１ａ、４１ｂ間には、定電圧回路４２と分圧回路５０とインバータ主回路４３が接続されている。インバータ主回路４３は、３相ブリッジ接続された例えばＩＧＢＴからなるスイッチング素子４４ａ〜４４ｆと、これらスイッチング素子４４ａ〜４４ｆにそれぞれ並列接続されたフリーホイールダイオード４５ａ〜４５ｆとから構成されている。
【００２５】
そして、インバータ主回路４３の出力端子４６ｕ、４６ｖ、４６ｗは、ブラシレスモータ２０の３相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに接続されている。また、インバータ主回路４３の各スイッチング素子４４ａ〜４４ｆの制御端子（ゲート）は、例えばフォトカプラからなる駆動回路４７に接続されている。この駆動回路４７はＰＷＭ回路４８からの信号により制御されて上記各スイッチング素子４４ａ〜４４ｆをオンオフ制御するようになっている。これらインバータ主回路４３、駆動回路４７及びＰＷＭ回路４８から通電手段４９が構成されている。
【００２６】
また、上記分圧回路５０は、電圧検出手段であると共に回生電力検出手段であり、直流電源回路４０の出力側の直流電圧を検出するものである。その電圧検出結果は、後述のマイクロコンピュータ５１のＡ／Ｄ変換機能を有する入力端子に与えられるように構成されている。
【００２７】
上記ＰＷＭ回路４８は、内部に所定周波数の三角波形信号を発生する手段を備えており、次に述べるマイクロコンピュータ５１から与えられる通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗと上記三角波形とを比較し、その比較結果を駆動信号Ｖｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎとして駆動回路４７に出力するように構成されている。尚、駆動信号Ｖｕｐ、Ｖｕｎを図８（ｆ）に示している。
【００２８】
一方、ブラシレスモータ２０のホールＩＣ２８ｕ、２８ｖ、２８ｗから出力された位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗは、マイクロコンピュータ５１へ与えられるように構成されている。このマイクロコンピュータ５１は、ブラシレスモータ２０を通電制御する機能並びに全自動洗濯機の運転全般を制御する機能を有しており、そのための制御プログラム及びこのプログラムの実行に必要なデータ（後述する通電波形データ等を含む）を内部に設けられたＲＯＭ５１ａに記憶している。また、マイクロコンピュータ５１の内部には、作業領域としてＲＡＭ５１ｂが設けられている。このマイクロコンピュータ５１が、本発明の制御手段としての機能を有している。
【００２９】
また、マイクロコンピュータ５１は、通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗとして例えば３相正弦波信号（８ビットの出力波形データ）Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを形成し、これら通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを上記ＰＷＭ回路４８に与えるように構成されている。更に、マイクロコンピュータ５１は、出力の許可・停止のための信号ＤｏをＰＷＭ回路４８に与えるように構成されている。
【００３０】
そして、上述の通電手段４９と、マイクロコンピュータ５１と、直流電源回路４０とから、モータ２０を通電制御するインバータ装置５２が構成されている。ところで、図１に示すように、マイクロコンピュータ５１にＰＷＭ回路４８の機能を組み込むように構成しても良い。そして、マイクロコンピュータ５１を、機能ブロック図で表すと、図１に示すように、通電制御手段６１と、通電信号形成手段６２と、上記ＰＷＭ回路４８とを備える構成となっている。この構成の場合、通電信号形成手段６２は、通電制御手段６１から制御信号として電圧指令Ｖｃと位相指令Ｐｃを受けて、３相正弦波信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを生成し、これらをＰＷＭ回路４８へ与えるように構成されている。
【００３１】
更に、マイクロコンピュータ５１は、前記排水弁モータ９と、回転槽４内へ給水する給水弁５３とをそれぞれ通電制御するように構成されている。また、マイクロコンピュータ５１は、交流電源３６の電圧に基づいて停電を検知する停電検出回路５４からの停電検出信号、回転槽４内の水位を検知する水位センサ５５からの水位検知信号、外箱１の上部に設けられた蓋５６（図３参照）の開閉状態を検知する蓋スイッチ５７からの開閉検知信号、図示しない操作パネルに設けられた各種の操作スイッチ５８からのスイッチ信号を受けるように構成されている。
【００３２】
次に、上記構成の作用、具体的には、洗い運転及び脱水運転時の制御動作について、図２、図６ないし図１２を参照して説明する（尚、特開平１１−２７５８８９号または特開平１０−１５２７８号にも上記制御動作が記載されており、この記載されている制御動作を適宜参照、流用することが好ましい）。さて、図６のフローチャートは、洗い運転及び脱水運転のメイン処理の制御内容を示している。
【００３３】
まず、洗い運転の動作について説明する。交流電源３６に接続されると、最初に図６のステップＭ１０の初期設定処理が実行される。ここでは、マイクロコンピュータ５１はＲＡＭ５１ｂの初期化や出力端子の初期出力等を行なう。続いて、各種の操作スイッチ６０のなかの１つのスイッチである電源スイッチがオンされるの待ち（ステップＭ２０で判断）、電源スイッチがオンされると、図示しないリレー（電源リレー）をオンし（ステップＭ４０）、洗い運転指令が出ているか否かを判断する（ステップＭ５０）。この場合、各種の操作スイッチ５８の操作結果に基づいて洗い運転指令が出ているか否かを判断する。今、洗い運転指令が出ているとすると、ステップＭ５０にて「ＹＥＳ」へ進み、排水弁モータ９をオフする信号を出力する（ステップＭ６０）。これにより、排水弁モータ９がオフされ、排水弁７が閉塞されると共に、クラッチ２９の切換レバー３０が上方へ回動動作されて槽軸１２及び回転槽４が静止部位である機構部ベース１０に係止された状態（図４参照）となる。
【００３４】
続いて、ステップＭ７０へ進み、複数の洗い運転コースの中から１つのコースが選択設定される。この場合、各種の操作スイッチ５８の操作結果に基づいて１つのコースが選択設定される。そして、ステップＭ８０へ進み、回転槽４内へ給水する処理を実行する。ここでは、給水弁５３を通電駆動して開放して回転槽４内へ給水を開始し、回転槽４内の水位が上記選択されたコースに対応する水位に達したことを水位センサ５５により検知すると、給水弁５３を断電停止するように構成されている。
【００３５】
そして、ステップＭ９０、Ｍ１００、Ｍ１１０の各処理を順に実行することにより、ブラシレスモータ２０に対する運転パターン（運転指令）を決定する。この場合、マイクロコンピュータ５１のＲＯＭ５１ａ内には複数の洗い運転パターンが予め記憶されており、これら複数の洗い運転パターンの中から上記選択されたコースに対応する洗い運転パターンを選択して読み出すことにより、洗い運転用の運転パターン（洗い運転パターン）を決定している。上記洗い運転パターンの一例を図７に示す。
【００３６】
この図７に示すように、洗い運転パターンは、例えば３ビットのデータからなる駆動指令と、例えば８ビットのデータからなる電圧指令Ｖｃと、例えば９ビットのデータからなる位相指令Ｐｃとから構成されている。上記駆動指令は、ブラシレスモータ２０の駆動／停止、正転／逆転、回転／位置決めを表わすデータであり、具体的には、例えば第１ビットが「１」のとき駆動を示し、第１ビットが「０」のとき停止を示し、第２ビットが「１」のとき正転を示し、第２ビットが「０」のとき逆転を示している。第３ビットが「１」のとき回転を示し、第３ビットが「０」のとき位置決めを示している。
【００３７】
また、上記電圧指令Ｖｃは、インバータ主回路４３の出力電圧を示し、モータ２０への印加電圧をデューティー比にて表わすデータである。上記位相指令Ｐｃは、モータ２０のロータ位相（誘起電圧）に対するインバータ主回路４３の出力電圧の位相（ｄｅｇ）を表わすデータであり、「−１８０〜１７９度」として示されている。
【００３８】
そして、この図７に示す洗い運転パターンは、１．５秒間の「正転駆動」、０．５秒間の「停止」、１．５秒間の「逆転駆動」、０．５秒間の「停止」から構成された１サイクル４秒間の運転パターンであり、洗い運転中は、この１サイクル４秒間の運転パターンを繰り返し実行するように構成されている。ここで、上記１サイクル４秒の運転パターンは、例えば２０ｍｓ（ミリ秒）でサンプリングされた上記３つの指令データから構成されている。即ち、上記３つの指令データを１組のデータとすると、上記１サイクル４秒の運転パターンは２００組のデータから構成されており、これら２００組のデータが図７の洗い運転パターンとしてＲＯＭ５１ａに記憶されている。
【００３９】
さて、ステップＭ９０、ステップＭ１００、ステップＭ１１０において、ＲＯＭ５１ａから上記洗い運転パターンを読み出すに当たっては、２０ｍｓ毎に上記１組のデータ、即ち、３つの指令データを順次読み出すように構成されている。そして、この読み出した３つの指令データをそれぞれモータ駆動指令、電圧指令Ｖｃ、位相指令Ｐｃとし、これにてモータ駆動指令、電圧指令Ｖｃ、位相指令Ｐｃを決定する構成となっている（ステップＭ９０、ステップＭ１００、ステップＭ１１０）。
【００４０】
そして、マイクロコンピュータ５１は、各ホールＩＣ２８ｕ、２８ｖ、２８ｗから与えられるセンサ位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗと、上記電圧指令Ｖｃ、位相指令Ｐｃとに基いて図８（ｅ）に示すような通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを出力する。この通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗには、誘起電圧に対するインバータ出力回路４３の出力電圧の位相成分（スイッチングタイミング成分）、及び、出力電圧成分（ＰＷＭ幅成分）が含まれている。また、本実施例の場合、正弦波成分（モータ巻線電流を正弦波状とするための成分）も含まれている。
【００４１】
上記通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗに応じてＰＷＭ回路４８から図８（ｆ）で示す駆動信号Ｖｕｐ、Ｖｕｎ（Ｕ相のみを示す）が出力され、駆動回路４７を介してインバータ主回路４３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｆがオンオフされる。これにより、図８（ｇ）に示すように、インバータ主回路４３の出力電圧（この場合、Ｕ相電圧）が、誘起電圧に対して設定された位相指令Ｐｃとなり且つ設定された電圧指令Ｖｃとなるように制御される。この結果、図８（ｈ）に示すような位相及び電流振幅の巻線電流（Ｕ相）が流れるようになり、所定のモータ出力が得られる。尚、図８（ｃ）には誘起電圧の電気角を示し、図８（ｄ）にはこれを基準として位相指令Ｐｃずれたところのインバータ主回路４３の出力電圧の電気角を示している。
【００４２】
さて、ステップＭ１２０においては、洗い運転終了か否かを判断し、ここで、洗い運転終了でない場合は、ステップＭ１２０にて「ＮＯ」へ進み、ステップＭ９０へ戻って上記３つの指令データを決定する処理を繰り返し行い、洗い運転を続けるようになっている。一方、洗い運転終了の場合は、ステップＭ１２０にて「ＹＥＳ」へ進み、モータ停止指令を出して（出力の許可・停止のための信号Ｄｏをロウレベルとする）、ブラシレスモータ２０を停止させ、洗い運転を終了する（ステップＭ１２１）。そして、この後は、ステップＭ２０へ戻るように構成されている。尚、洗い運転終了か否かの判断は、上記選択されたコースに対応して設定された洗い運転時間が経過したか否かを判断することにより行なわれるようになっている。
【００４３】
以上のマイクロコンピュータ５１の動作に伴う作用を、図８を参照して説明する。今、ブラシレスモータ２０のロータ２７の位置を誘起電圧で示すと、同図のように、各相の誘起電圧の０度位置から３０度遅れた位置でホールＩＣ２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗがロウレベルからハイレベルに変化する。
【００４４】
マイクロコンピュータ５１は、ブラシレスモータ２０のロータ位置に対応して電気角Ｐｅを決定し（同図（ｃ））、位相指令Ｐｃに従って電圧位相Ｐｖ（同図（ｄ））決定し、この電圧位相Ｐｖ及び電圧指令Ｖｃにより、三相のほぼ正弦波状の通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗが形成される（同図（ｅ））。これら通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗは、通電手段４９のＰＷＭ回路４８に与えられ、各スイッチング素子４４ａ〜４４ｆの駆動信号（同図（ｆ）参照、但しＵ相のみ図示）に変換されて、駆動回路４７を介してこれら各スイッチング素子４４ａ〜４４ｆがオンオフ制御される。このとき例えばＵ相の出力電圧は、同図（ｇ）のようになり、そして、Ｕ相巻線２３ｕについての電流は同図（ｈ）のようにほぼ正弦波状になる。Ｖ相、Ｗ相の巻線２３ｖ、２３ｗの電流についても、同様にしてほぼ正弦波状になる。
【００４５】
このようなマイクロコンピュータ５１の動作により、各相巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに各相に応じた位相で出力電圧が与えられることになるが、図７に示したように、位相指令Ｐｃが−９０度である位置決めモードの間はロータ２７が位置決めされ、位相指令Ｐｃが増加し電圧指令Ｖｃも増加する正回転モードの間はロータ２７が正回転し、そして、再度、位置決めモードを経て、逆回転モードとなり、ロータ２７が逆回転するようになる。
【００４６】
次に、脱水運転時の制御について述べる。この脱水運転制御は、図６のメインプログラムのステップＭ１３０において、脱水運転指令があったと判断された（「ＹＥＳ」となった）ときに開始される。そして、ステップＭ１４０へ進み、排水弁モータ９を通電駆動する。これにより、排水弁７が開放されて回転槽４内の水が排水されるようになり、回転槽４内の水位を検知する水位センサ５５からの検知信号に基づいて回転槽４内の排水が完了するまで排水運転が続けられる（ステップＭ１５０）。
【００４７】
また、上記排水弁モータ９の通電駆動により、クラッチ２９の切換レバー３０が下方へ回動動作して、槽軸１２とロータ２４（及び撹拌軸１４）とが一体回転するように連継した態様となる。この態様では、槽軸１２、回転槽４、撹拌軸１４及び撹拌体５は、ブラシレスモータ２０によりダイレクトに回転駆動される。
【００４８】
この後、回転槽４内の排水が完了すると、ブラシレスモータ２０を通電制御して回転槽４を高速回転させる。具体的には、ステップＭ１６０へ進み、複数の脱水運転コースの中からこれから実行する１つの脱水運転コースが選択設定される。続いて、ステップＭ１７０、Ｍ１８０、Ｍ１９０の各処理を順に実行することにより、ブラシレスモータ２０に対する運転パターン（運転指令）を決定する。この場合、ＲＯＭ５１ａ内には複数の脱水運転パターンが予め記憶されており、これら複数の脱水運転パターンの中から上記ステップＭ１６０にて選択されたコースに対応する脱水運転パターンを選択して読み出すことにより、脱水運転用の運転パターン（脱水運転パターン）を決定している。
【００４９】
尚、脱水運転パターンは、図７の洗い運転パターンと同様に、３ビットの駆動指令と、８ビットの電圧指令Ｖｃと、９ビットの位相指令Ｐｃとからなり、各指令の時間的変化パターンが洗い運転パターンの場合と異なるだけである。この場合、ブラシレスモータ２０の回転方向は、正回転（正回転モード）だけである。そして、マイクロコンピュータ５１の制御動作は、洗い運転の場合と同様であり、上記脱水運転パターンの電圧指令Ｖｃと位相指令Ｐｃとに基づいて通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを生成し、この通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、ＤｗをＰＷＭ回路４８に出力し、このＰＷＭ回路４８において駆動信号Ｖｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎを形成して出力している。更に、この駆動信号Ｖｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎは、駆動回路４７を介してインバータ主回路４３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｆへ与えられ、これらスイッチング素子４４ａ〜４４ｆがオンオフされるようになっている。
【００５０】
ここで、本実施例で用いる脱水運転パターンの具体例（一例）を、図２に示す。この図２には、電圧指令Ｖｃと位相指令Ｐｃを示すと共に、ブラシレスモータ２０のトルクＴと、回転速度（回転数）Ｎと、直流電源回路４０の直流電圧ＤＣＶとを示している。この脱水運転パターンの区間Ａにおいては、ブラシレスモータ２０を加速させるために、マイクロコンピュータ５１（の通電制御手段６１）は、電圧指令Ｖｃをゼロから徐々に増加させる。このとき同時に、マイクロコンピュータ５１は、巻線電流の位相と誘起電圧の位相をほぼ一致さるように、位相指令Ｐｃを調整している。尚、この位相指令Ｐｃの調整は、前記した洗い運転の場合と同様にして行えばよく、例えば回転数を基準としたデータテーブルを保有して回転数情報ＳＮに応じて決定すればよい。
【００５１】
さて、上記電圧指令Ｖｃは、直流電圧ＤＶＣと一致した時点で、それ以上増加させることができなくなる。そこで、この時点で、モータ２０の回転速度Ｎが設定回転速度（例えば８００ｒｐｍ）に達していない場合には、図２の区間Ｂで示すように、マイクロコンピュータ５１は、位相指令Ｐｃを進み方向に調整する。これにより、巻線電流が誘起電圧に対して進み位相状態となり、モータ２０は更に加速する。
【００５２】
この後、モータ２０の回転速度Ｎが設定回転速度に達すると、図２の区間Ｃに示すように、マイクロコンピュータ５１は、位相指令Ｐｃをほぼ一定として上記設定回転速度を維持するように構成されている。この場合のモータ２０の運転状態は、次の通りである。
【００５３】
直流電圧ＤＣＶは２００Ｖ、回転速度Ｎは８００ｒｐｍ、トルクＴは０．５Ｎｍ、モータ消費電力は１４９Ｗであった。また、モータ効率は２８％となり、誘起電圧の線間振幅は４４９Ｖであった。即ち、モータ２０は、この場合、直流電圧を超えた状態で回転している。尚、これら運転状態を示す各値は、シミュレーションや実験等を行うことにより得ている。
【００５４】
そして、この後の脱水運転においては、マイクロコンピュータ５１は、図２の区間Ｄで示す第１の制御モードと、図２の区間Ｅで示す第２の制御モードを交互に繰り返し実行することにより、モータ２０の平均回転速度が設定回転速度（８００ｒｐｍ）となるように制御している。
【００５５】
まず、第１の制御モードについて、説明する。この第１の制御モードでは、図２の区間Ｄで示すように、マイクロコンピュータ５１は、位相指令Ｐｃを更に進み方向に調整する。これにより、モータ２０のトルクＴが増大して、モータ２０は加速する。この場合、回転槽４の慣性が大きいことから、加速は制限される（即ち、比較的ゆっくり加速する）。この場合のモータ２０の運転状態は、次の通りである。
【００５６】
直流電圧ＤＣＶは２００Ｖ、回転速度Ｎは約８００ｒｐｍ、トルクＴは２．０Ｎｍ、モータ消費電力は２８８Ｗであり、モータ効率は５８％であった。
【００５７】
そして、回転速度が例えば８５０ｒｐｍに達したことが検知されると、マイクロコンピュータ５１は、第１の制御モードを終了し、第２の制御モードに移行する。この第２の制御モードでは、マイクロコンピュータ５１は、位相指令Ｐｃを遅れ方向に調整することにより、トルクＴを低下させモータ２０を減速状態にする。更に、マイクロコンピュータ５１は、位相指令Ｐｃを遅らせる。これにより、モータ２０は制動状態となり、回生状態に移行する。
【００５８】
この回生により、直流電圧が上昇し始めると、マイクロコンピュータ５１は、分圧回路５０を介して直流電圧を検出し、これに追従するように、電圧指令Ｖｃを増加させる。そして、直流電圧が設定値（例えば４５０Ｖ）に達すると、マイクロコンピュータ５１は、位相指令Ｐｃを調整して直流電圧が上記設定値を維持するように制御する。
【００５９】
ここで、上記設定値は、インバータ主回路４３の耐圧範囲内で、誘起電圧の線間電圧に対応した電圧であり、例えばモータ２０の回転速度に応じて決まるものであり、ＲＯＭ５１ａに記憶している。例えば、脱水運転の回転速度が８００ｒｐｍの場合、上記設定値は４５０Ｖとなる。
【００６０】
このとき、モータ２０の運転状態は、次の通りとなっている。
【００６１】
直流電圧ＤＣＶは４５０Ｖ、回転速度Ｎは約８００ｒｐｍ、トルクＴは−０．４Ｎｍ、モータ消費電力は−２Ｗである。
【００６２】
この場合、モータ消費電力はゼロが望ましいが、定電圧回路４２や排水弁モータ９等に必要な電力を回生により供給しているため、モータ消費電力は−２Ｗとなっている。また、回生電力を発生することと、モータ２０の鉄損などとにより、０．４Ｎｍの制動力が働いている。尚、この制動力は、小さいほうが良い（モータ２０の回転速度の減少が小さくなる）。
【００６３】
この後、回転速度が例えば７５０ｒｐｍに達したことが検知されると、マイクロコンピュータ５１は、上記第２の制御モード（図２の区間Ｅ）を終了し、区間Ｆへ移行し、再び前記第１の制御モードを実行するようになる。そして、これ以降、第１の制御モードと第２の制御モードが交互に繰り返し実行されるように構成されている。この場合、第１の制御モードの実行比率は０．３７５であり、第２の制御モードの実行比率は０．６２５である。
【００６４】
尚、第１の制御モードの最初において、電圧指令Ｖｃを増加させるときは、図２に示すように、やや傾きをつけて増加させると、運転動作が滑らかになり、騒音の発生を極力防止できる。同様にして、第２の制御モードの最初において、電圧指令Ｖｃを減少させるときは、図２に示すように、やや傾きをつけて減少させると、運転動作が滑らかになり、騒音の発生を極力防止できる。
【００６５】
そして、脱水運転時間が脱水運転コースに応じて設定された設定時間に達すると、図６のステップＭ２００において、脱水運転の終了が判定されて「Ｙ」へ進み、ステップＭ２３０へ移行し、ここで、ブレーキ処理を実行する。このブレーキ処理については、図９のフローチャートに従って説明する。
【００６６】
まず、マイクロコンピュータ５１は、図９のステップＳ２００において、ホールＩＣ２８ｕ、２８ｖ、２８ｗからのセンサ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基いてモータ２０の回転速度を検出し、ステップＳ２１０にて、この回転速度に基いて電圧指令Ｖｃを決定し、そして、ステップＳ２２０にて位相指令Ｐｃを決定する。つまり、ブレーキ開始時の回転速度に応じて、電圧指令Ｖｃ及び位相指令Ｐｃを初期設定する。これは、ブレーキ開始時の回転速度に応じてブレーキパターン（制動時の通電パターン）を選択することを意味している。
【００６７】
この電圧指令Ｖｃ及び位相指令Ｐｃの決定は、図１０及び図１１に示すブレーキ用のデータテーブルに基いてなされる。尚、これらデータテーブルは、マイクロコンピュータ５１のＲＯＭ５１ａに記憶されている。図１０のデータテーブルにおいては、回転速度Ｎと電圧指令Ｖｃとの関係が決められ、図１１のデータテーブルにおいては、回転速度Ｎと位相指令Ｐｃとの関係が決められている。
【００６８】
そして、上記位相指令Ｐｃは、モータ２０の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対するインバータ主回路４３の各相の出力電圧の位相を示しており、これにより、各相に流れる電流位相が誘起電圧に対して遅れ位相とするようにしている。つまり、最終的にはロータ２４の回転位置に対して電流位相が調整されるところとなる。この位相指令Ｐｃと上記電圧指令Ｖｃと前記各相の位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基いて、前述した通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗが形成される。この通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗに基いて、スイッチング素子４４ａ〜４４ｆがオンオフ制御される。このとき、上述したように各相に流れる電流位相が誘起電圧に対して遅れ位相となるから、直流電源回路４０側へモータエネルギーが回生され、回生ブレーキ作用が発生する。このときの回生電力はコンデンサ４１ａ、４１ｂに蓄えられることになる。
【００６９】
そして、ステップＳ２３０〜ステップＳ２７０の処理が、ステップＳ２４０で「ＮＯ」であれば、繰り返し実行されるが、この繰り返し周期はほぼ５０ｍｓｅｃである。ステップＳ２３０では、再度、回転速度を検出し、ステップＳ２４０では、回転速度検出結果が予め設定された基準回転速度（回生ブレーキ判定用）より低いか否かを判断する。ここで、回転速度検出結果が基準回転速度よりも高いと判断されると、ステップＳ２５０に移行し、回転速度検出結果と図１０のデータテーブルから電圧指令Ｖｃを決定する。そして、次のステップＳ２６０で、分圧回路５０から与えられる電圧検出結果を読み込み、そして、ステップＳ２７０で位相指令Ｐｃを次の方法で決定する。
【００７０】
今回の電圧検出結果をＤＣ０とし、基準電圧をＤＣＲとすると、
ＤＣ０＜ＤＣＲのとき　　　位相指令Ｐｃ＝Ｐｃ＋１　…（１）
ＤＣ０＞ＤＣＲのとき　　　位相指令Ｐｃ＝Ｐｃ−１　…（２）
とする。
【００７１】
以上のステップＳ２３０〜ステップＳ２７０の処理が周期的に実行されるときに発生するブレーキ作用については、すでに、特願平１０−７０１９２号（特開平１１−２７５８８９号）に具体的に開示されているので、ここでは説明を省略する。
【００７２】
さて、上記した回生ブレーキによりモータ２０に制動がかけられると、モータ２０の回転速度が低下してゆき、回生ブレーキ作用が低下してゆく。そして、ステップＳ２４０において回転速度検出結果が基準回転速度よりも低いと判断されると、ステップＳ２８０に移行して短絡ブレーキに切換えられる。この短絡ブレーキは、インバータ主回路４３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｆのうち上側３つのスイッチング素子４４ａ、４４ｃ、４４ｅを同時にオフし、且つ下側３つのスイッチング素子４４ｂ、４４ｄ、４４ｆを同時にオンして、モータ２０の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗを全て短絡状態とすることによりブレーキをかけるものである。
【００７３】
そして、図６のステップＭ２４０へ進み、モータ停止指令を出して、モータ２０を停止させることにより、脱水運転を終了する。この後は、ステップＭ２０へ戻るように構成されている。
【００７４】
このような構成の本実施例においては、脱水運転時において、図２に示すように、ブラシレスモータ２０の回転速度が一定回転速度（例えば８００ｒｐｍ）に達した後（区間Ｃの後）、誘起電圧に対して進み位相の通電を行って加速力を得る第１の制御モード（区間Ｄ、Ｆ、・・・）と、回生電力を調整して直流電圧を設定値となるように制御する第２の制御モード（区間Ｅ、・・・）とを交互に繰り返し実行するように制御した。この構成によれば、進み位相の通電を実行してモータ２０を高速回転させるときに、第１の制御モードと第２の制御モードを交互に繰り返し実行するようにしたので、消費電力を低減させることができる。
【００７５】
ここで、モータ２０の消費電力の具体的低減結果（シミュレーションによる結果）について考察してみる。図２の区間Ｃの一定回転速度制御（設定回転速度制御）の場合の運転状態と、区間Ｄ、Ｆ、・・・の第１の制御モードの場合の運転状態と、区間Ｅ、・・・の第２の制御モードの場合の運転状態と、区間Ｄ、Ｅ、Ｆ、・・・の第１の制御モードと第２の制御モードを交互に繰り返し実行する場合の運転状態とを、比較するために下記の表１を作成した。
【００７６】
【表１】
2004023839.tif 000003
この場合、回転速度８５０ｒｐｍと回転速度７５０ｒｐｍとの間で、第１の制御モードと第２の制御モードを折り返し実行するので、第１の制御モードと第２の制御モードの各平均トルク及び各平均回転速度は、一定回転速度制御の平均トルク及び回転速度と同じになる。
【００７７】
また、区間Ｄ、Ｅ、Ｆ、・・・において、第１の制御モードの実行比率は０．３７５となり、第２の制御モードの実行比率は０．６２５となる。従って、この場合の平均トルクは、次の通りとなる。
【００７８】
２．０Ｎｍ×０．３７５＋（−０．４Ｎｍ）×０．６２５＝０．５Ｎ
となり、一定回転速度制御の場合と同じであるから、平均回転速度８００ｒｐｍを維持することができる。
【００７９】
更に、このときのモータ消費電力は、次の通りとなる。
【００８０】
２８８Ｗ×０．３７５＋（−２Ｗ）×０．６２５＝１０９Ｗ
となり、モータ消費電力は、一定回転速度制御の場合（１４９Ｗ）と比べてかなり低減される。
【００８１】
さて、図１２は本発明の第２の実施例を示す図である。この第２の実施例では、第２の制御モードにおいて、直流電圧を３６０Ｖ（設定値）となるように回生電力を調整した。このように、直流電圧を３６０Ｖに設定した理由は、インバータ主回路４３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｆの耐圧が例えば４００Ｖである場合に、この耐圧を超えないようにするためである。即ち、１０％の耐圧余裕をとって直流電圧を３６０Ｖに設定したのである。尚、第１の実施例において、直流電圧を４５０Ｖに設定した理由は、モータ２０の回転速度が例えば８００ｒｐｍであるときの誘起電圧の線間振幅値が４４９Ｖであるためである。
【００８２】
ここで、第２の実施例についても、第１の実施例の表１と同様の表２を作成してみた。即ち、図１２の区間Ｃの一定回転速度制御の場合の運転状態と、区間Ｄ、Ｆ、・・・の第１の制御モードの場合の運転状態と、区間Ｅ、・・・の第２の制御モードの場合の運転状態と、区間Ｄ、Ｅ、Ｆ、・・・の第１の制御モードと第２の制御モードを交互に繰り返し実行する場合の運転状態とを、比較するために下記の表２を作成した。
【００８３】
【表２】
2004023839.tif 000004
この場合、回転速度８５０ｒｐｍと回転速度７５０ｒｐｍとの間で、第１の制御モードと第２の制御モードを折り返し実行するので、第１の制御モードと第２の制御モードの各平均トルク並びに各平均回転速度は、一定回転速度制御の平均トルク並びに回転速度と同じになる。
【００８４】
また、区間Ｄ、Ｅ、Ｆ、・・・において、第１の制御モードの実行比率は０．４となり、第２の制御モードの実行比率は０．６となる。従って、この場合の平均トルクは、次の通りとなる。
【００８５】
２．０Ｎｍ×０．４＋（−０．５Ｎｍ）×０．６＝０．５Ｎ
となり、一定回転速度制御の場合と同じとなり、平均回転速度８００ｒｐｍを維持することができる。
【００８６】
更に、このときのモータ消費電力は、次の通りとなる。
【００８７】
２８８Ｗ×０．４＋（−２Ｗ）×０．６＝１１４Ｗ
となり、モータ消費電力は、一定回転速度制御の場合（１４９Ｗ）と比べて低減される。
【００８８】
しかも、この場合、誘起電圧の線間振幅値がインバータ主回路４３の耐圧を超えるような回転速度であっても、インバータ主回路４３に影響を与えない（耐圧を超えない）範囲で、直流電圧の制御値を通常の電圧値（２００Ｖ）よりも高くすることができ、一定回転速度制御の場合よりも、モータ消費電力を低減することができる。そして、このことから、第２の制御モードにおける直流電圧の制御値は、誘起電圧の線間振幅値に応じて決めることが理想であるが、この理想値よりも低い電圧値としても、或は、高い電圧値としても、消費電力低減効果を得ることができる。
【００８９】
図１３及び図１４は、本発明の第３の実施例を示す図である。この第３の実施例は、いわゆるベクトル制御を実行するインバータ装置並びにこのインバータ装置を搭載した全自動洗濯機に適用した実施例である。尚、第１の実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００９０】
図１３は、第３の実施例の電気的構成を概略的に示す図（図２相当図）である。この図１３において、通電手段４９の出力線には、電流センサ６３ａ、６３ｂが配設されており、これら電流センサ６３ａ、６３ｂにより検出された電流信号Ｉｕ，Ｉｗは電流変換手段６４へ与えられる。この電流変換手段６４は、電流信号Ｉｕ，Ｉｗを３相／２相変換を行って、磁界と平行な電流Ｉｄとこれに直交する電流Ｉｑとに分離し、これら電流Ｉｄ、Ｉｑを位置推定手段６５と電流制御手段６６へ与える。
【００９１】
上記電流制御手段６６は、通電制御手段６７から出力される電流指令Ｉｄｒ，Ｉｑｒと上記電流Ｉｄ，Ｉｑを受けて、電流Ｉｄ，Ｉｑと電流指令Ｉｄｒ，Ｉｑｒがそれぞれ一致するように電圧Ｖｄ，Ｖｑを決定し、これら電圧Ｖｄ，Ｖｑを電圧変換手段６８へ出力するように構成されている。そして、電圧変換手段６８は、電圧Ｖｄ，Ｖｑを２相／３相変換して３相電圧信号Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗを形成し、これらをＰＷＭ回路４８へ与えるようになっている。
【００９２】
また、第３の実施例では、位置センサを省略してモータ２０を駆動するように構成しており、そのために、位置推定手段６５を備えている。この位置推定手段６５は、電流Ｉｄ，Ｉｑと電圧Ｖｄを入力して、これらに基づいて次の式によりｄ軸方向の誘起電圧Ｅｄを計算する機能を有している。
【００９３】
Ｅｄ＝Ｖｄ−ＲＩｄ＋ωＬＩｑ
ここで、Ｒは巻線抵抗、Ｌはインダクタンス、ωは角周波数である。
【００９４】
更に、位置推定手段６５は、次の式によって角周波数ωと回転位置Θを決定する機能を有しており、角周波数ωを通電制御手段６７へ与え、回転位置Θを電流変換手段６４と電圧変換手段６８とに与えるように構成されている。
【００９５】
ω＝ω−ＫＥｄ
Θ＝∫ωｄｔ
ここで、Ｋはゲイン定数である。
【００９６】
また、電圧振幅演算回路６９は、電流制御手段６６からの電圧Ｖｄ，Ｖｑに基づいて出力電圧の線間振幅電圧Ｖａを演算する機能を有しており、この線間振幅電圧Ｖａを通電制御手段６７へ与える。そして、通電制御手段６７は、上記線間振幅電圧Ｖａ、分圧回路５０からの直流電圧信号ＤＣＶ、位置推定手段６５からの角周波数（回転数情報）ω等の信号が与えられるように構成されている。
【００９７】
次に、上記構成の作用、特に、脱水運転時のモータ２０の通電制御の動作について図１４を参照して説明する。脱水運転において、モータ２０を始動する場合、マイクロコンピュータ５１の通電制御手段６７は、電流指令Ｉｑｒをゼロから徐々に増加させる。そして、電流変換手段６４、電流制御手段６６、電圧変換手段６８の作用により、電流Ｉｑが電流指令Ｉｑｒに一致するように、３相電圧信号Ｖｕ，Ｖｖ、Ｖｗが形成され、ＰＷＭ回路４８へ出力される。これにより、通電手段４９によってモータ２０が通電され、モータ２０が始動する。このとき、電流指令Ｉｄｒは、ゼロに設定されている。
【００９８】
ここで、通電制御手段６７は、電流指令Ｉｄｒを次のようにして決定するように構成されている。即ち、電圧振幅演算回路６９からの電圧信号Ｖａと分圧回路５０からの直流電圧信号ＤＣＶを比較して、
Ｖａ≧ＤＣＶのとき、電流指令Ｉｄｒ＝Ｉｄｒ−ｘ
とし、
Ｖａ＜ＤＣＶのとき、電流指令Ｉｄｒ＝Ｉｄｒ＋ｘ
としている。ただし、電流指令Ｉｄｒ≦０である。
【００９９】
そして、モータ２０の始動直後のときは、Ｖａ＜ＤＣＶの条件に当てはまり、電流指令Ｉｄｒ≦０の制限から、電流指令Ｉｄｒをゼロに固定している。
【０１００】
さて、図１４の区間Ａにおいては、電流制御手段６７は、モータ２０を加速させるために、電流指令Ｉｑｒを増加させて出力し続け、電流指令Ｉｄｒはゼロを維持している。
【０１０１】
この後、モータ２０の回転速度が増加して、電圧信号Ｖａと直流電圧信号ＤＣＶとがほぼ一致した時点で、電流指令Ｉｄｒを負方向に推移させ始める。図１４の区間Ｂに示すように、設定回転速度（例えば８００ｒｐｍ）に達するまでの間、電流指令Ｉｄｒを負方向に推移する。この場合、電流が誘起電圧に対して進み位相状態、即ち、弱め界磁状態となっている。
【０１０２】
さて、設定回転速度に達すると、図１４の区間Ｃで示すように、電流指令Ｉｑｒを減少させて、回転速度を設定回転速度に維持する。このとき、上述したように電流指令Ｉｄｒが決定されていることから、出力電圧はほぼ最大の状態であり、この場合のモータ２０の運転状態は、第１の実施例と同様にして、次の通りとなる。
【０１０３】
直流電圧ＤＣＶは２００Ｖ、回転速度Ｎは８００ｒｐｍ、トルクＴは０．５Ｎｍ、モータ消費電力は１４９Ｗである。また、モータ効率は２８％となり、誘起電圧の線間振幅は４４９Ｖである。即ち、モータ２０は、この場合、直流電圧（２００Ｖ）を超えた状態で回転している。
【０１０４】
そして、この後の脱水運転においては、通電制御手段６７は、図１４の区間Ｄで示す第１の制御モードと、図１４の区間Ｅで示す第２の制御モードを繰り返し実行することにより、モータ２０の平均回転速度が設定回転速度（８００ｒｐｍ）となるように制御している。
【０１０５】
上記第１の制御モードでは、図１４の区間Ｄで示すように、通電制御手段６７は、電流指令Ｉｑｒを更に増加方向に調整する。これにより、トルクＴが増大して、モータ２０は加速する。この場合、回転槽４の慣性が大きいことから、加速は制限される（即ち、比較的ゆっくり加速する）。また、同時に、電流指令Ｉｄｒは、前記の決定方法により負方向に推移する。そして、この場合のモータ２０の運転状態は、次の通りである。
【０１０６】
直流電圧ＤＣＶは２００Ｖ、回転速度Ｎは約８００ｒｐｍ、トルクＴは２．０Ｎｍ、モータ消費電力は２８８Ｗであり、モータ効率は５８％となった。
【０１０７】
そして、回転速度情報ωにより、回転速度が例えば８５０ｒｐｍに達したことが検知されると、通電制御手段６７は、第１の制御モードを終了し、第２の制御モードに移行する。この第２の制御モードでは、通電制御手段６７は、電流指令Ｉｑｒを負方向に調整することにより、トルクＴが低下してモータ２０は減速状態になる。更に、通電制御手段６７は、電流指令Ｉｑｒを減らして負の状態にすることにより、モータ２０は制動状態となり、回生状態に移行する。
【０１０８】
この回生により、直流電圧が上昇し始めると、通電制御手段６７は、分圧回路５０を介して直流電圧を検出し、これに追従するように、電流指令Ｉｄｒを正方向に変化させる。そして、直流電圧が設定値（例えば４５０Ｖ）に達すると、通電制御手段６７は、電流指令Ｉｄｒを調整して直流電圧が上記設定値を維持するように制御する構成となっている。
【０１０９】
ここで、上記設定値は、インバータ主回路４３の耐圧範囲内で、誘起電圧の線間振幅に対応した電圧であり、例えばモータ２０の回転速度に応じて決まるものであり、ＲＯＭ５１ａに記憶している。例えば、脱水運転の回転速度が例えば８００ｒｐｍの場合、上記設定値は４５０Ｖとなる。
【０１１０】
そして、このとき、モータ２０の運転状態は、次の通りとなっている。
【０１１１】
直流電圧ＤＣＶは４５０Ｖ、回転速度Ｎは約８００ｒｐｍ、トルクＴは−０．４Ｎｍ、モータ消費電力は−２Ｗである。
【０１１２】
この場合、モータ消費電力はゼロが望ましいが、定電圧回路４２や排水弁モータ９等に必要な電力を回生により供給しているため、モータ消費電力は−２Ｗとなっている。また、回生電力を発生することと、モータ２０の鉄損などとにより、０．４Ｎｍの制動力が働いている。
【０１１３】
この後、回転速度が例えば７５０ｒｐｍに達したことが検知されると、通電制御手段６７は、上記第２の制御モード（図１４の区間Ｅ）を終了し、図１４の区間Ｆへ移行し、再び前記第１の制御モードを実行するようになる。そして、これ以降、第１の制御モードと第２の制御モードを交互に繰り返し実行するように構成されている。この場合、第１の制御モードの実行比率は０．３７５であり、第２の制御モードの実行比率は０．６２５である。
【０１１４】
そして、以上説明した脱水運転の制御動作により、第３の実施例においても、第１の実施例と同様にして、前記表１の関係が成立することから、モータ２０の消費電力が低減する。
【０１１５】
また、図１５は本発明の第４の実施例を示す図である。この第４の実施例では、上記第３の実施例の第２の制御モードにおいて、直流電圧の制御値を３６０Ｖ（設定値）となるように回生電力を調整した。このように、直流電圧を３６０Ｖに設定した理由は、インバータ主回路４３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｆの耐圧が例えば４００Ｖである場合に、この耐圧を超えないようにするためである。即ち、１０％の耐圧余裕をとって直流電圧を３６０Ｖに設定したのである。このように制御した場合のタイミングチャートが、図１５である。
【０１１６】
そして、第４の実施例においても、第２の実施例と同様にして、前記表２の関係が成立することから、モータ２０の消費電力が低減する。
【０１１７】
次に、本発明の効果、即ち、ブラシレスモータ２０の消費電力を低減できるという効果について、モータ２０の損失という面から考察するために、下記の表３、４を作成してみた。尚、これら表３、４は、シミュレーションや実験等を実行することにより求めたデータに基づいて作成したものである。
【０１１８】
【表３】
2004023839.tif 000005
【表４】
2004023839.tif 000006
上記表３は、第２の制御モードにおいて、直流電圧の制御値を４５０Ｖに制御した場合（第１の実施例と第３の実施例）を示している。また、上記表４は、第２の制御モードにおいて、直流電圧の制御値を３６０Ｖに制御した場合を示している（第２の実施例と第４の実施例）。
【０１１９】
上記表３、４から、次のことがわかる。即ち、一定回転速度制御と、第１の制御モードと第２の制御モードを交互に繰り返し実行する制御とを比較すると、トルクに寄与する電流Ｉｑ（実効値）の平均値に差がないが、弱め界磁、つまり誘起電圧を打ち消すための負の電流Ｉｄ（実効値）が大幅に減っている。これは、第２の制御モードでは、直流電圧を通常よりも高い電圧に制御しており、負の電流Ｉｄを必要としないためである。従って、電流Ｉｄの平均値の違いにより電流Ｉｄによる銅損が減少して、モータ２０の消費電力が低減するのである。
【０１２０】
尚、上記各実施例においては、第１の制御モードと第２の制御モードの切換を、モータ２０の回転速度に基づいて行うように構成したが、これに限られるものではなく、例えば予め実験的に求めた第１の制御モードと第２の制御モードの比率や時間等による制御でも良い。
【０１２１】
また、第２の制御モードにおいて、インバータ主回路４３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｆを全てオフするように制御しても良い。この構成の場合、モータ２０の誘起電圧が各スイッチング素子４４ａ〜４４ｆのフリーホイールダイオード４５ａ〜４５ｆを介して直流電圧を上昇させることから、前記各実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【０１２２】
但し、上記構成の場合、第２の制御モードでスイッチング素子４４ａ〜４４ｆをオフする際、並びに、第１の制御モードでスイッチング素子４４ａ〜４４ｆをオンする際に、急激な電流変化によるトルク変動が起こり、このトルク変動に伴う振動や騒音が発生することがある。また、誘起電圧の線間振幅がインバータ主回路４３の耐圧以下であることが、運転条件となる。
【０１２３】
このことは、換言すると、次のことを示している。即ち、前記各実施例によれば、制御量（第１、２実施例では電圧指令及び位相指令、第３、４実施例では電流Ｉｄ及び電流Ｉｑ）を連続的に変化させているので、急激な電流変化によるトルク変動に伴う振動や騒音が発生しなくなる。また、前記各実施例では、回生電力を調整して直流電圧を制御しているので、誘起電圧の線間振幅がインバータ主回路４３の耐圧を越えるような条件（回転速度）でも動作可能となる。
【０１２４】
また、本発明は、ブラシレスモータ（永久磁石モータ）を進み角制御、弱め界磁制御の状態で駆動している構成のすべてに対して適用可能である。特に、第３の実施例にて説明したように、電流Ｉｑに対して電流Ｉｄの大きさが大きいような構成の用途に有効であり、ダイレクトドライブ方式の洗濯機や車両（電気自動車等）などのように、低速高トルクと速高低トルクを両立させている構成において、速高低トルクの状態の制御に効果が大きい。
【０１２５】
ところで、本発明の運転制御の場合、第１の制御モードと第２の制御モードを交互に繰り返し実行するため、モータは加速と減速を繰り返すことになるから、慣性が小さいモータや負荷の場合には、モータの回転速度変動が大きくなり、運転の振動や騒音が大きくなるおそれがあり、適切であるとはいえない。これに対して、慣性が大きい用途、例えばダイレクトドライブ方式の洗濯機の脱水運転の場合には、モータの回転速度変動が比較的小さいことから、脱水性能をほとんど損なうことなく、消費電力の低減を達成することができる。
【０１２６】
尚、第１の制御モードにおいては、一定回転速度制御に比較して、大きな電流を必要とすることから、インバータ主回路の電流容量を大きくする必要があるが、例えばダイレクトドライブ方式の洗濯機のように洗い運転時に大きな電流を必要とする構成の場合、電流容量の十分大きなインバータ主回路を備えているので、支障はない。
【０１２７】
一方、上記各実施例においては、回転槽４の周壁部の上部にだけ脱水孔部を有する全自動洗濯機に適用したが、これに代えて、回転槽の周壁部全体に脱水孔が多数形成された全自動洗濯機に適用しても良い。
【０１２８】
また、本発明をドラム式洗濯機（ダイレクトドライブ方式のドラム式洗濯機）に適用しても良い。ここで、ダイレクトドライブ方式のドラム式洗濯機（衣類乾燥機としての機能も有する）の一例を、図１６に示す。尚、このダイレクトドライブ方式のドラム式洗濯機の具体的構成については、例えば特願２０００−１５６９４４に記載されており、適宜参照して引用することが好ましい。
【０１２９】
更に、前記各実施例においては、本発明を回転槽４の回転軸が縦軸であるダイレクトドライブ方式の全自動洗濯機に適用したが、これに限られるものではなく、例えば本発明を回転槽４の回転軸が縦軸である全自動洗濯乾燥機（衣類乾燥機としての機能も有するもの）に適用しても良い。
【０１３０】
【発明の効果】
本発明は以上の説明から明らかなように、永久磁石モータを通電制御するインバータ装置において、誘起電圧に対して進み位相の通電を行って加速力を得る第１の制御モードと、回生電力を調整して直流電圧を設定値となるように制御する第２の制御モードとを備え、更に、第１の制御モードと第２の制御モードを交互に繰り返し実行するように構成したので、進み位相の通電を実行して永久磁石モータを高速回転させるときでも、消費電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】全自動洗濯機の電気的構成を示す図
【図２】タイムチャート
【図３】全自動洗濯機の縦断面図
【図４】ブラシレスモータ周辺の縦断面図
【図５】全自動洗濯機の電気的構成を示す図
【図６】フローチャート
【図７】洗い運転パターンの一例を示す図
【図８】タイムチャート
【図９】フローチャート
【図１０】回転速度と電圧指令との関係を示すデータテーブルを示す図
【図１１】回転速度と位相指令との関係を示すデータテーブルを示す図
【図１２】本発明の第２の実施例を示す図２相当図
【図１３】本発明の第３の実施例を示す図１相当図
【図１４】図２相当図
【図１５】本発明の第４の実施例を示す図２相当図
【図１６】ドラム式洗濯機の縦断側面図
【図１７】従来構成を示すものであり、トルクと、回転速度及びモータ電流との関係を示す特性図
【符号の説明】
４は回転槽、５は撹拌体、７は排水弁、９は排水弁モータ、２０はブラシレスモータ（永久磁石モータ）、２１はステータ、２２は積層鉄心、２３ｕ、２３ｖ、２３ｗは巻線、２４はロータ、２５はロータハウジング、２６はロータヨーク、２７はロータマグネット、２８ｕ、２８ｖ、２８ｗはホールＩＣ、３５はばね、３６は交流電源、４０は直流電源回路、４３はインバータ主回路、４４ａ〜４４ｆはスイッチング素子、４５ａ〜４５ｆはフリーホイールダイオード、４７は駆動回路、４８はＰＷＭ回路、４９は通電手段、５０は分圧回路、５１はマイクロコンピュータ（制御手段）、５２はインバータ装置、５８は操作スイッチ、６１は通電制御手段（制御手段）、６２は通電信号形成手段、６３ａ，６３ｂは電流センサ、６４は電流変換手段、６５は位置推定手段、６６は電流制御手段、６７は通電制御手段（制御手段）、６８は電圧変換手段、６９は電圧振幅演算回路を示す。
【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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【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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