(57)【要約】【課題】複数のモータを１つのインバータ回路により駆動するモータ駆動装置において、モータ負荷や極数に関わらず、強制転流駆動から同期転流駆動に移行させるときの過電流や脱調を防止し、部品点数を減らし信頼性を向上する。【解決手段】交流電源１に接続された整流回路２の直流電力をインバータ回路３に加えて交流電力に変換し、駆動するモータ４ａ、４ｂに応じて負荷切換手段５によりインバータ回路３の出力を切換接続して複数のモータ４ａ、４ｂを１つのインバータ回路３により駆動する。インバータ回路３の出力端子に接続された転流タイミング生成回路６によりモータ出力電圧あるいは出力電流より転流タイミング信号を生成し、制御手段７により負荷切換手段５と転流タイミング生成回路６の出力信号よりインバータ回路３を制御する。インバータ回路３の出力端子に接続したモータに応じて制御手段７のモータ起動プログラムを変更する。【選択図】  図１
2004343822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力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複数のモータと、駆動するモータに応じて前記インバータ回路の出力端子を切換接続する負荷切換手段と、前記インバータ回路の出力電圧あるいは出力電流より転流タイミング信号を生成する転流タイミング生成回路と、前記負荷切換手段と前記転流タイミング生成回路の出力信号より前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路の出力端子に接続したモータに応じて、前記制御手段のモータ起動プログラムを変更するようにしたモータ駆動装置。
【請求項２】
制御手段は、モータ巻線に順次電流を流して回転磁界を作る強制転流駆動運転を行い、所定の最大強制駆動回転数に達した後、モータ誘起電圧を検出して転流タイミング生成回路の信号によりモータを制御する同期転流駆動運転に移行させて回転数制御し、前記強制転流駆動運転から、前記同期転流駆動運転に移行する前記最大強制駆動回転数をモータに応じて制御するようにした請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
制御手段は、ＰＷＭ制御によりモータ巻線電流を制御し、前記モータ巻線に順次電流を流して回転磁界を作る強制転流駆動運転において、モータ駆動時間と、強制転流周期と、モータ電流を制御するモータ起動制御テーブルをモータに応じて制御するようにした請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
制御手段は、ＰＷＭ制御によりモータ巻線電流を制御し、モータに応じてＰＷＭデューティ最大値を設定するようにした請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
インバータ回路により駆動される複数のモータは、回転数に応じて極数を変えるようにした請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
インバータ回路により駆動される複数のモータは、駆動回転数が異なり、駆動回転数が低い方のモータの極数を、駆動回転数が高い方のモータの極数よりも多くした請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
衣類を洗濯脱水、あるいは乾燥させる洗濯兼脱水槽と、前記洗濯兼脱水槽内に送風する送風ファンと、前記送風ファンを回転駆動する第１のモータと、前記洗濯兼脱水槽内に給水する風呂水ポンプ、あるいは排水する排水ポンプと、前記風呂水ポンプあるいは排水ポンプを駆動する第２のモータと、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換し前記第１のモータあるいは第２のモータを交互に駆動するインバータ回路と、前記第１のモータ、第２のモータのいずれかを交互に切り換える負荷切換手段と、前記インバータ回路の出力電圧あるいは出力電流より転流タイミング信号を生成する転流タイミング生成回路と、前記転流タイミング生成回路の出力信号より前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路に接続したモータに応じて、前記制御手段のモータ起動プログラムを制御するようにした洗濯乾燥機のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路により複数のモータを駆動するモータ駆動装置および洗濯乾燥機のモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のモータ駆動装置は、複数のモータを駆動するインバータ回路と、送風ファン、あるいは風呂水ポンプモータ等の複数のモータと、インバータ回路の出力を切り換える切換手段と、ロータの位置を検出して転流タイミング信号を生成する転流タイミング生成手段を備え、制御手段によりインバータ回路を制御するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２８６１７５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の構成では、１つのインバータ回路の出力端子に接続される複数のモータの巻線抵抗や極数が異なる場合、モータによっては、起動時の電流が減少、あるいは増加してモータが回転起動できないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記従来課題を解決するもので、モータに応じて起動電流を最適制御し、さらに、極数に応じて強制転流駆動運転から同期転流駆動運転に移行させる回転数を制御することにより、強制転流駆動運転時の電流を減らし、同期転流駆動運転移行時の位相ずれによる脱調を防止し、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することを第１の目的としている。
【０００６】
また、極数の異なる複数のモータあるいは負荷の異なる複数のモータを１つのインバータ回路により交互に駆動できるようにし、送風ファンと風呂水ポンプ、あるいは排水ポンプを複数のモータと１つのインバータ回路で交互に駆動できる安価な洗濯乾燥機を実現することを第２の目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、交流電源に接続された整流回路の直流電力をインバータ回路に加えて交流電力に変換し、駆動するモータに応じて負荷切換手段によりインバータ回路の出力を切換接続して複数のモータを１つのインバータ回路により駆動し、インバータ回路の出力端子に接続された転流タイミング生成回路によりモータ出力電圧あるいは出力電流より転流タイミング信号を生成し、制御手段により負荷切換手段と転流タイミング生成回路の出力信号よりインバータ回路を制御するように構成し、インバータ回路の出力端子に接続したモータに応じて制御手段のモータ起動プログラムを変更するようにしたものである。
【０００８】
これにより、モータに応じて起動電流を最適制御し、さらに、極数に応じて強制転流駆動運転から同期転流駆動運転に移行させる回転数を制御することにより、強制転流駆動運転時の電流を減らすことができるとともに、同期転流駆動運転移行時の位相ずれによる脱調を防止することができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。
【０００９】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明の洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、衣類を洗濯脱水、あるいは乾燥させる洗濯兼脱水槽内に送風する送風ファンを第１のモータにより回転駆動し、洗濯兼脱水槽内に給水する風呂水ポンプ、あるいは排水する排水ポンプを第２のモータにより駆動し、交流電力を直流電力に変換する整流回路の直流電力を第１のモータあるいは第２のモータを交互に駆動するインバータ回路により交流電力に変換し、第１のモータ、第２のモータのいずれかを負荷切換手段により交互に切り換え、転流タイミング生成回路によりインバータ回路の出力電圧あるいは出力電流より転流タイミング信号を生成し、制御手段により転流タイミング生成回路の出力信号よりインバータ回路を制御するよう構成し、インバータ回路に接続したモータに応じて、制御手段のモータ起動プログラムを制御するようにしたものである。
【００１０】
これにより、強制転流駆動運転から同期転流駆動運転移行時の脱調がなく、回転数も負荷も異なるモータの誘起電圧を１つの転流タイミング生成回路により検出してインバータ回路を制御することができ、極数の異なる複数のモータあるいは負荷の異なる複数のモータを１つのインバータ回路により交互に駆動することができ、送風ファンと風呂水ポンプ、あるいは排水ポンプを複数のモータと１つのインバータ回路で交互に駆動できる安価な洗濯乾燥機を実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力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複数のモータと、駆動するモータに応じて前記インバータ回路の出力端子を切換接続する負荷切換手段と、前記インバータ回路の出力電圧あるいは出力電流より転流タイミング信号を生成する転流タイミング生成回路と、前記負荷切換手段と前記転流タイミング生成回路の出力信号より前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路の出力端子に接続したモータに応じて、前記制御手段のモータ起動プログラムを変更するようにしたモータ駆動装置であり、モータに応じて起動電流を最適制御し、さらに、極数に応じて強制転流駆動運転から同期転流駆動運転に移行させる回転数を制御することにより、強制転流駆動運転時の電流を減らすことができるとともに、同期転流駆動運転移行時の位相ずれによる脱調を防止することができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、制御手段は、モータ巻線に順次電流を流して回転磁界を作る強制転流駆動運転を行い、所定の最大強制駆動回転数に達した後、モータ誘起電圧を検出して転流タイミング生成回路の信号によりモータを制御する同期転流駆動運転に移行させて回転数制御し、前記強制転流駆動運転から、前記同期転流駆動運転に移行する前記最大強制駆動回転数をモータに応じて制御するようにしたモータ駆動装置であり、１つの転流タイミング生成回路により極数の異なる複数のモータを交互に駆動することができるので、少ない部品点数でモータ駆動でき、同期転流駆動運転に移行するときの脱調をなくし、安価で低価格のモータ駆動装置を実現することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、制御手段は、ＰＷＭ制御によりモータ巻線電流を制御し、前記モータ巻線に順次電流を流して回転磁界を作る強制転流駆動運転において、モータ駆動時間と、強制転流周期と、モータ電流を制御するモータ起動制御テーブルをモータに応じて制御するようにしたモータ駆動装置であり、モータ起動制御テーブルを変更することにより、モータ電流を容易に変更できるので、極数、あるいは負荷条件が変わっても最適な起動条件で駆動でき、起動時の脱調や過電流を防ぐことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、制御手段は、ＰＷＭ制御によりモータ巻線電流を制御し、モータに応じてＰＷＭデューティ最大値を設定するようにしたモータ駆動装置であり、モータに応じたＰＷＭデューティ最大値を設定することにより、モータ電流の上限を制限でき、モータロック時、あるいは、脱調時のモータ過電流を制限し、永久磁石の減磁を防ぐことができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、インバータ回路により駆動される複数のモータは、回転数に応じて極数を変えるようにしたモータ駆動装置であり、回転数が高い場合には極数を減らし、駆動周波数を減らして鉄損を減らし、回転数が低い場合には極数を増やしてトルクを増加させることによりモータ電流を減らして銅損を減らすので、モータ効率を高くすることができ、モータとインバータ装置を小型化し、小型で安価なモータ駆動装置を実現できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、インバータ回路により駆動される複数のモータは、駆動回転数が異なり、駆動回転数が低い方のモータの極数を、駆動回転数が高い方のモータの極数よりも多くしたモータ駆動装置であり、駆動回転数が高いモータは極数を減らすことにより駆動周波数を減らして鉄損を減らし、駆動回転数が低い場合には極数を増やすことによりトルクを増加させてモータ電流を減らして銅損を減らすので、モータ効率を高くすることができ、モータとインバータ装置を小型化し、複数のモータの駆動回転数が変わっても小型で安価なモータ駆動装置を実現できる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、衣類を洗濯脱水、あるいは乾燥させる洗濯兼脱水槽と、前記洗濯兼脱水槽内に送風する送風ファンと、前記送風ファンを回転駆動する第１のモータと、前記洗濯兼脱水槽内に給水する風呂水ポンプ、あるいは排水する排水ポンプと、前記風呂水ポンプあるいは排水ポンプを駆動する第２のモータと、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換し前記第１のモータあるいは第２のモータを交互に駆動するインバータ回路と、前記第１のモータ、第２のモータのいずれかを交互に切り換える負荷切換手段と、前記インバータ回路の出力電圧あるいは出力電流より転流タイミング信号を生成する転流タイミング生成回路と、前記転流タイミング生成回路の出力信号より前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路に接続したモータに応じて、前記制御手段のモータ起動プログラムを制御するようにした洗濯乾燥機のモータ駆動装置であり、強制転流駆動運転から同期転流駆動運転移行時の脱調がなく、回転数も負荷も異なるモータの誘起電圧を１つの転流タイミング生成回路により検出してインバータ回路を制御することができ、極数の異なる複数のモータあるいは負荷の異なる複数のモータを１つのインバータ回路により交互に駆動することができ、送風ファンと風呂水ポンプ、あるいは排水ポンプを複数のモータと１つのインバータ回路で交互に駆動できる安価な洗濯乾燥機を実現することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１に示すように、交流電源１は、交流電力を直流電力に変換する整流回路２に接続し、この整流回路２は全波整流回路２ａと平滑コンデンサ２ｂにより構成し、３相全波ブリッジインバータ構成のインバータ回路３により直流電力を交流電力に変換してモータ４ａ、あるいはモータ４ｂを回転駆動し、負荷切換手段５によりインバータ回路３とモータ４ａ、あるいはモータ４ｂを交互に切換接続する。
【００２０】
負荷切換手段５は、２極以上の共通接点と常開接点と常閉接点を有するリレーより構成し、常閉接点側にモータ４ａを接続し、常開接点側にモータ４ｂを接続し、共通接点はインバータ回路３の出力Ｕ端子、Ｖ端子に接続している。インバータ回路３のＷ端子とモータ４ａ、４ｂのＷ端子は共通接続することにより負荷切換手段５の極数を減らすことができる。
【００２１】
整流回路２の負端子Ｎとインバータ回路３の負の入力端子間に抵抗３Ａを接続してインバータ回路３の電流を検出し、モータ４ａ、４ｂ、あるいはインバータ回路３の過電流を検出する。転流タイミング生成回路６は、直流ブラシレスモータよりなるモータ４ａ、あるいはモータ４ｂの誘起電圧の零電圧を検出して転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を生成し、制御手段７に加え、制御手段７は転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に応じてインバータ回路３のパワースイッチング手段を制御してモータ回転制御する。
【００２２】
このように、直流ブラシレスモータのモータ誘起電圧等を検出してモータ駆動する方法を一般にセンサレス駆動と呼び、モータのロータ位置を直接ホール素子等で検出する必要がなく、ロータ近傍に取り付けるロータ位置検出手段を省略でき、モータの配線を減らし、安価で信頼性を向上できる等の特徴があり、ポンプや送風ファンの駆動にしばしば使用される。
【００２３】
図２は、本発明によるセンサレス駆動のタイミングチャートを示しており、矩形波駆動におけるインバータ回路３の出力電圧Ｖｖ、Ｖｗ、Ｖｕと、転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、およびパワースイッチング手段の上アーム制御信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐと下アーム制御信号Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎのタイミング関係を示すタイミングチャートである。
【００２４】
転流タイミング生成回路６は、インバータ回路３の各相出力電圧より図２に示すタイミングで転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を生成させる。時間ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６は、転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３がＬｏ（ロー）からＨｉ（ハイ）、あるいはＨｉからＬｏに変化するタイミングで、いずれかの信号が変化する区間は電気角６０度に相当し、電気角６０度ごとに駆動巻線を切り換えるので、この周期を転流周期と呼ぶ。
【００２５】
また、インバータ回路３のパワースイッチング手段の制御信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐ、Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎが、Ｈｉとなる区間で各パワースイッチング手段が導通し、その区間は電気角１２０度に相当するので、１２０度通電とも呼ばれる。
【００２６】
３相全波ブリッジインバータの矩形波駆動において、各相の上下アームトランジスタがターンオフ期間中に、インバータ出力電圧よりモータ誘起電圧を検出でき、インバータ出力電圧が、インバータ直流電源電圧ＶＤＣの１／２のとき、モータ誘起電圧の零クロス点とタイミングが等しい。
【００２７】
例えば、時間ｔ０からｔ１区間に、Ｗ相出力電圧Ｖｗが１／２ＶＤＣとなる時間ｔｚ１がモータのＷ相誘起電圧が零のタイミングと等しく、それから電気角９０度遅れたタイミングｔ２にて、転流信号Ｈ２はＬｏからＨｉに変化する。また、時間ｔ３からｔ４区間に、Ｗ相出力電圧Ｖｗが１／２ＶＤＣとなる時間ｔｚ２がモータのＷ相誘起電圧が零のタイミングと等しく、それから電気角９０度遅れたタイミングｔ５にて、転流信号Ｈ２はＨｉからＬｏに変化する。
【００２８】
制御手段７は、転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に対応して図２に示す制御信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐ、Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎを生成し、さらに、上アーム制御信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐは、ＰＷＭ制御してモータ電流を制御する。図２における波形は、分かり易くするためにＰＷＭ制御デューティが１００％の場合を示したが、ＰＷＭ制御デューティが１００％未満の場合、スイッチング周波数で変調された波形となるが、基本的な波形は図２と同じである。
【００２９】
図３は、モータ４ａ、あるいはモータ４ｂをセンサレス駆動する場合の起動時の制御特性図を示している。
【００３０】
センサレス駆動は、モータ起動時にロータ位置が検出できないので、強制的に回転磁界を作ってロータを回転させる強制転流駆動運転を行い、その後、モータ誘起電圧やモータ電流を検出してロータ位置を間接的に検出し回転駆動させる同期転流駆動運転に移行させる。強制転流駆動運転は、ロータ位置を検出して同期転流駆動運転する場合に比べてトルクが極端に低下するので、モータ電流が増加し、脱調し易くなって、永久磁石が減磁し易くなる。
【００３１】
モータが減磁しないように過電流保護装置を設け、モータ電流が減磁電流レベルに近づくと、インバータ回路３のパワースイッチング手段を瞬時に遮断させる必要がある。よって、強制転流駆動運転時においては、モータの回転数と加速度、すなわち、起動開始からの経過時間に対応する転流周期、モータ電流（制御ＰＷＭデューティ）をモータに応じて最適にプログラムしなければ脱調、あるいは、過電流保護装置が動作して起動できない場合が頻繁に生じる。
【００３２】
図３は、極数の異なる２つのモータ４ａ、４ｂの転流周期Ｔａ、Ｔｂ（電気角６０度相当）とパワースイッチング手段の制御ＰＷＭａ、ＰＷＭｂを、起動開始からの経過時間ｔに応じて制御するものであり、モータ４ａの極数はモータ４ｂの極数よりも多いので、転流周期Ｔａを小さくし、駆動周波数を高くしても起動し易く、逆に、モータ４ｂの極数は少ないので、転流周期を大きくし駆動周波数を低くしないと脱調し易くなる。
【００３３】
また、強制転流駆動運転から同期転流駆動運転に移行するときの最小転流周期Ｔｓは、ほぼ同様の値に設定する。いいかえれば、極数に応じて同期転流駆動運転に移行する所定の最大強制駆動回転数Ｎｍは異なるが、転流周期Ｔｓ（６Ｔｓ＝１／ｆ）、すなわち、インバータ駆動周波数ｆはほぼ同様に設定する。
【００３４】
この理由は、転流タイミング生成回路６を１つにして共用するためであり、強制転流駆動運転から同期転流駆動運転に移行するインバータ駆動周波数ｆｓが低い程、転流タイミング生成回路６の転流信号とロータ位置との位相ずれ（位置検出ずれ）が大きくなるので、モータ極数に関わらず同期転流駆動運転に移行するインバータ駆動周波数ｆｓはできるだけ高く設定して位相ずれを減らす。
【００３５】
センサレス駆動に移行するインバータ駆動周波数ｆｓを同じにすると、モータ回転数Ｎ（ｒ／ｍｉｎ）は、Ｎ＝１２０ｆ／Ｐより求まるので、極数Ｐが多い程、最大強制駆動回転数Ｎｍは低くなる。
【００３６】
また、定常運転時の回転数が高いモータと定常運転時の回転数が低いモータを交互に使用する場合には、回転数の高いモータの極数を減らし、回転数の低いモータの極数を増やすことにより、モータが変わってもインバータ駆動周波数を大きく変える必要がなく、転流タイミング生成回路６を共用することができる。
【００３７】
強制転流駆動運転時のモータ電流は、モータ負荷、モータの大きさ（出力）、モータ巻線抵抗、モータ巻線インダクタンスに応じてＰＷＭ制御する必要がある。モータ負荷とモータ出力に応じて起動時のモータトルクが決まり、必要な起動トルクに応じてモータ電流を設定しＰＷＭ制御する。
【００３８】
強制転流駆動運転においては、定トルク制御、すなわち、定電流制御にすると加速度一定となり起動が安定となる。モータ電流は、インバータ回路直流電源電圧ＶＤＣ、巻線抵抗、巻線インダクタンス、誘起電圧、転流周期、ＰＷＭデューティにより変化する。よって、モータ電流一定にして強制転流駆動運転するためには、誘起電圧はモータ回転数、すなわち、転流周期と誘起電圧定数Ｋｅに依存するので、モータと転流周期に応じてＰＷＭデューティを制御する必要がある。
【００３９】
図３において、ＰＷＭａのＰＷＭデューティを大きくした理由は、負荷が大きく、トルク電流を増やす必要のためである。また、転流周期が小さくなる、すなわち、駆動周波数が高くなるほどモータ誘起電圧が上昇し、巻線インダクタンスの時定数の影響のため、電流値を一定にするためにはＰＷＭデューティを増加させる必要がある。よって、図に示すように、経過時間に従い強制転流周期を小さくするとともに、ＰＷＭデューティは増加させる必要がある。
【００４０】
なお、モータロック時の定常電流Ｉは、インバータ回路直流電源電圧ＶＤＣを２相分の巻線抵抗Ｒで除した値にＰＷＭデューティｄを掛けた値となり、
Ｉ＝ｄ×ＶＤＣ／Ｒ
で表される。すなわち、ＰＷＭデューティｄに上限値を設けることにより最大電流を制限することができるので、最大電流値が減磁電流レベルよりも低くなるように、モータに応じてＰＷＭデューティ最大値ｄｍａｘを設定すれば、減磁の恐れがほとんどなくなる。もちろん、選択したモータに応じてソフトウェアによりＰＷＭデューティ最大値ｄｍａｘを制限するだけではなく、ハードウェアでも過電流保護装置により減磁電流検知レベルＩｍａｘを変更する必要がある。
【００４１】
図４は、本発明によるモータ制御プログラムのフローチャートを示している。ステップ１００よりモータ制御プログラムが開始し、ステップ１０１にてどちらのモータが選択されたかを判断し、モータ４ａが選択されたならば、ステップ１０２に移行してモータ４ａに応じた過電流検知レベルＩｍａｘ１とＰＷＭデューティ最大値ｄｍａｘ１を設定する。
【００４２】
つぎに、ステップ１０３にて強制駆動制御テーブルａを設定する。強制駆動制御テーブルａは、図３に示した制御特性図をテーブルに置き換えたもので、起動経過時間ｔに対応して転流周期ＴａとＰＷＭａをテーブルにしたものであり、モータに応じて強制駆動制御テーブルを選択する。
【００４３】
駆動するモータが４ｂに選択されたならば、ステップ１０１からステップ１０４に移行し、負荷切換手段５によりインバータ回路３の出力端子をモータ４ｂに接続する。つぎに、ステップ１０５に進んでモータ４ｂに応じた過電流検知レベルＩｍａｘ２とＰＷＭデューティ最大値ｄｍａｘ２を設定する。つぎに、ステップ１０６にてモータ４ｂに対応した強制駆動制御テーブルｂを設定する。
【００４４】
モータに対応した強制駆動制御テーブルを選択した後、ステップ１０７に進んで強制転流駆動運転を開始する。ステップ１０８にて強制転流駆動タイマーｔをクリヤした後、ステップ１０９に進んでタイマーｔのカウントを開始し、ステップ１１０に進んでタイマー値に応じて強制駆動制御テーブルの転流周期Ｔと制御ＰＷＭデータを呼び出す。つぎに、ステップ１１１に進みテーブルデータに応じてパワースイッチング手段を制御し、強制転流制御と上アームパワースイッチング半導体のＰＷＭ制御サブルーチンを実行する。
【００４５】
つぎに、ステップ１１２に進んで強制転流駆動タイマーｔが設定時間以上かどうか判定し、設定時間以上ならば強制転流駆動運転を終了し、ステップ１１３に進んでセンサレス駆動運転の設定回転数をセットし同期転流駆動運転に移行する。設定時間内ならばステップ１０９に戻る。強制転流駆動運転の終了判定は、転流周期Ｔが最小値に達したかどうかを判定しても可能である。
【００４６】
同期転流駆動運転に移行する直前に、ステップ１１４にて転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を入力し、次にステップ１１５に進み図２に示したタイミングによりセンサレス駆動制御サブルーチンを実行する。
【００４７】
このように本実施例によれば、交流電源１に接続された整流回路２の直流電力をインバータ回路３に加えて交流電力に変換し、インバータ回路３の出力をモータ４に応じて負荷切換手段５により切換接続して複数のモータ４ａ、４ｂを１つのインバータ回路３により駆動し、インバータ回路３の出力端子に接続された転流タイミング生成回路６によりモータ誘起電圧を検出して転流タイミング信号を生成し、制御手段７により負荷切換手段５と転流タイミング生成回路６の出力信号よりインバータ回路３を制御するように構成し、インバータ回路３の出力端子に接続したモータ４ａ、４ｂに応じて制御手段７のモータ起動プログラムを変更するようにしたので、モータ４ａ、４ｂに応じて起動電流を最適制御し、さらに、極数に応じて強制転流駆動運転から同期転流駆動運転に移行させる回転数を制御することにより、強制転流駆動運転時の電流を減らすことができるとともに、同期転流駆動運転移行時の位相ずれによる脱調を防止することができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。
【００４８】
また、制御手段７は、モータ巻線に順次電流を流して回転磁界を作る強制転流駆動運転を行い、所定の最大強制駆動回転数に達した後、モータ誘起電圧を検出して転流タイミング生成回路６の信号によりモータを制御する同期転流駆動運転に移行させて回転数制御し、強制転流駆動運転から、同期転流駆動運転に移行する最大強制駆動回転数をモータ４ａ、４ｂに応じて制御するようにしたので、１つの転流タイミング生成回路６により極数の異なる複数のモータ４ａ、４ｂを交互に駆動することができ、少ない部品点数でモータ駆動でき、同期転流駆動運転に移行するときの脱調をなくし、安価で低価格のモータ駆動装置を実現することができる。
【００４９】
また、制御手段７は、ＰＷＭ制御によりモータ巻線電流を制御し、モータ巻線に順次電流を流して回転磁界を作る強制転流駆動運転において、モータ駆動時間と、強制転流周期と、モータ電流を制御するモータ起動制御テーブルをモータ４ａ、４ｂに応じて制御するようにしたので、モータ起動制御テーブルを変更することにより、モータ電流を容易に変更できるので、極数、あるいは負荷条件が変わっても最適な起動条件で駆動でき、起動時の脱調や過電流を防ぐことができる。
【００５０】
また、制御手段７は、ＰＷＭ制御によりモータ巻線電流を制御し、モータ４ａ、４ｂに応じてＰＷＭデューティ最大値を設定するようにしたので、モータ４ａ、４ｂに応じたＰＷＭデューティ最大値を設定することにより、モータ電流の上限を制限でき、モータロック時、あるいは、脱調時のモータ過電流を制限し、永久磁石の減磁を防ぐことができる。
【００５１】
また、インバータ回路３により駆動される複数のモータ４ａ、４ｂは、回転数に応じて極数を変えるようにしたので、回転数が高い場合には極数を減らし、駆動周波数を減らして鉄損を減らし、回転数が低い場合には極数を増やしてトルクを増加させることによりモータ電流を減らして銅損を減らすので、モータ効率を高くすることができ、モータとインバータ装置を小型化し、小型で安価なモータ駆動装置を実現できる。
【００５２】
また、インバータ回路３により駆動される複数のモータ４ａ、４ｂは、駆動回転数が異なり、駆動回転数が低い方のモータの極数を、駆動回転数が高い方のモータの極数よりも多くしたので、駆動回転数が高いモータは極数を減らすことにより駆動周波数を減らして鉄損を減らし、駆動回転数が低い場合には極数を増やすことによりトルクを増加させてモータ電流を減らして銅損を減らすので、モータ効率を高くすることができ、モータとインバータ装置を小型化し、複数のモータの駆動回転数が変わっても小型で安価なモータ駆動装置を実現できる。
【００５３】
（実施例２）
図５に示すように、インバータ回路３の出力端子に２ｃ接点のリレーで構成した負荷切換手段５ｂを接続し、負荷切換手段５ｂの出力端子には２ｃ接点のリレーで構成した負荷切換手段５ａを接続し、３つのモータ４ａ、４ｂ、４ｃを順次切り換えるよう構成している。すなわち、図５に示すように、負荷切換手段５ａ、５ｂがそれぞれ常閉接点側に閉じた場合は、モータ４ａが駆動され、負荷切換手段５ｂが常閉接点側で負荷切換手段５ａが常開接点側に閉じた場合は、モータ４ｂが駆動され、負荷切換手段５ｂが常開接点側に閉じた場合は、モータ４ｃが駆動される。
【００５４】
図５はそれぞれのモータ巻線のＷ相は共通にして、Ｕ相とＶ相の巻線を２極リレーで切り換えた実施例であるが、３極のリレー、あるいは、複数のリレーですべての相を切り換えても効果は同じである。
【００５５】
制御手段７’は、モータ４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれに対応した起動制御プログラムを有し、選択されたモータに応じて、負荷切換手段５ａ、５ｂを駆動し、起動制御プログラム、ＰＷＭデューティ上限値、定常回転数等の設定を行う。
【００５６】
以上述べたように、本発明は、負荷切換手段を複数設け、交互に切り換えることにより３個以上の複数のモータを１つのインバータ回路により駆動可できるもので、部品点数が少なく、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。
【００５７】
（実施例３）
図６に示すように、第１のインバータ回路３’は、３相フルブリッジインバータ回路により構成し、第１のモータ４ａ’と第２のモータ４ｂ’を交互に駆動するために、出力端子側に２ｃ接点構成のリレー５’を設けてモータを切り換えるよう構成し、下アームトランジスタの負電位側端子に接続したシャント抵抗３Ａ’に流れる電流を検出することによりモータ電流を検出して異常保護するよう構成している。
【００５８】
第２のモータ４ｂ’は、洗濯兼脱水槽８内に給水する風呂水ポンプ（図示せず）、あるいは、洗濯兼脱水槽８内の洗濯水を排水する排水ポンプ（図示せず）を駆動するものである。リレー５’の常閉接点側に衣類を乾燥させる洗濯兼脱水槽８内に温風を送風する送風ファン９を駆動する第１のモータ４ａ’を接続し、常開接点側に、使用頻度の少ない風呂水ポンプ（あるいは排水ポンプ）を駆動する第２のモータ４ｂ’を接続する。
【００５９】
送風ファン９を駆動する第１のモータ４ａ’は８極で回転数は、４０００〜５０００ｒ／ｍｉｎで回転させ、風呂水ポンプを駆動する第２のモータ４ｂ’は４極で６０００〜８０００ｒ／ｍｉｎで回転する。よって、インバータ駆動周波数は２６６〜３３３Ｈｚと、２００〜２６６Ｈｚとほぼ同様の周波数となり、転流タイミング生成回路６を１つにして共用化でき、位置検知信号の位相ずれもほとんど問題なくなる。
【００６０】
また、強制転流駆動運転から同期転流駆動運転（センサレス駆動）に移行する回転数、すなわち、最大強制駆動回転数は、通常、定常回転数の約１／１０に設定し、第１のモータ４ａ’の場合は約５００ｒ／ｍｉｎ、第２のモータ４ｂ’は約１０００ｒ／ｍｉｎに設定する。そのときの強制転流駆動最大駆動周波数はそれぞれ３３Ｈｚで転流周期は５ｍｓｅｃとなり、センサレス駆動へ移行するときの位相ずれもほとんど同じとなり、転流タイミング生成回路６を共用化しても脱調する恐れはない。
【００６１】
第２のインバータ回路３”は、３相フルブリッジインバータ回路により構成し、出力端子に接続したモータ４ｄを駆動し、モータ４ｄは洗濯兼脱水槽８を回転駆動し、下アームトランジスタの負電位側端子に接続したシャント抵抗３Ａ”に流れる電流を検出することによりモータ電流を検出して異常保護するよう構成している。
【００６２】
モータ４ｄの位置検出手段４ｄ’は永久磁石よりなるロータの位置を検出するものでホール素子、あるいはホールＩＣ等の磁気検出手段より構成し、位置信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を制御手段７”に加える。
【００６３】
整流回路２と第１のインバータ回路３’、第２のインバータ回路３”、転流タイミング生成回路６の基本構成は、上記実施例１と同じなので詳細な説明は省略する。
【００６４】
制御手段７”は、２つのインバータ回路を同時に駆動可能なインバータ制御ＰＷＭタイマーと割り込み入力端子を備えたマイクロコンピュータ７Ａ、第１の過電流検知回路７Ｂ、第２の過電流検知回路７Ｃ、リレー５’の駆動回路７Ｄより構成している。
【００６５】
第１の過電流検知回路７Ｂは、コンパレータ７０ａ、コンパレータ７０ａの設定入力端子に接続される第１の比較設定回路７１ａ、シャント抵抗３Ａ’の電圧のノイズ成分を抑える第１のノイズフィルター７２ａ、第１の比較設定回路７１ａの電圧設定値を変更する設定変更回路７３により構成している。
【００６６】
第１の比較設定回路７１ａは、抵抗７１０、抵抗７１１、抵抗７１２を直列接続して分電圧によりコンパレータ７０ａの設定電圧ｖｒ１を変えれるようにしたもので、マイクロコンピュータ７Ａの過電流設定端子Ｖｓｒに接続した抵抗７１３とトランジスタ７１４よりなる設定変更回路７３により抵抗７１２を短絡して設定電圧ｖｒ１を制御できるようにしている。
【００６７】
すなわち、過電流設定端子Ｖｓｒの電圧がハイになるとトランジスタ７１４がオンし、コンパレータ７０ａの設定電圧ｖｒ１は低くなり、過電流設定値は低く設定される。シャント抵抗３Ａ’の電圧信号Ｖｉ１のピーク値は第１のモータ４ａ’、あるいは第２のモータ４ｂ’の電流ピーク値に比例し、この電圧信号Ｖｉ１は、ノイズフィルター７２ａを介してコンパレータ７０ａの比較入力端子に加えられ、抵抗７１０と抵抗７１１、７１２の分電圧となる設定入力端子ｖｒ１よりも比較入力端子の信号が大きくなると、コンパレータ７０ａの出力信号はマイクロコンピュータ７Ａの異常入力割り込み端子ＩＮＴ１に加えられる。
【００６８】
マイクロコンピュータ７Ａは、ＩＮＴ１に加えられる割り込み信号により第１のインバータ回路３’の制御信号Ｇ１を遮断し、第１のモータ４ａ’あるいは第２のモータ４ｂ’への駆動電流を遮断する。
【００６９】
マイクロコンピュータ７Ａの過電流設定端子Ｖｓｒは、リレー５’の駆動回路７Ｄに接続しており、過電流設定端子Ｖｓｒの電圧がハイになるとリレー５’を駆動し、リレー５’の出力接点は常開接点側に接続し、第１のインバータ回路３’の出力を第２のモータ４ｂ’に接続する。
【００７０】
よって、第２のモータ４ｂ’を駆動する場合には、過電流設定端子Ｖｓｒの電圧をハイにしてリレー５’を駆動すると同時にコンパレータ７０ａの設定電圧ｖｒ１は低くなり、過電流設定値は低くなる。第１のモータ４ａ’、すなわち、送風ファン９を駆動する場合、過電流設定値は１〜２Ａに設定され、第２のモータ４ｂ’、すなわち、風呂水ポンプ（あるいは排水ポンプ）を駆動する場合には、過電流設定値は０．５〜０．７Ａに設定されるので、それぞれのモータに最適な過電流設定値とすることができる。
【００７１】
第２の過電流検知回路７Ｃは、コンパレータ７０ｂ、コンパレータ７０ｂの設定入力端子に接続される第２の比較設定回路７１ｂ、シャント抵抗３Ａ”の電圧のノイズ成分を抑える第２のノイズフィルター７２ｂにより構成している。
【００７２】
シャント抵抗３Ａ”の電圧信号Ｖｉ２のピーク値はモータ４ｄの電流ピーク値に比例し、この電圧信号Ｖｉ２は、ノイズフィルター７２ｂを介してコンパレータ７０ｂの比較入力端子に加えられ、抵抗７１０’と抵抗７１１’の分電圧となる設定入力端子ｖｒ２よりも比較入力端子の信号が大きくなると、コンパレータ７０ｂの出力信号はマイクロコンピュータ７Ａの異常入力割り込み端子ＩＮＴ２に加えられる。
【００７３】
マイクロコンピュータ７Ａは、ＩＮＴ２に加えられる割り込み信号により第２のインバータ回路３”の制御信号Ｇ２を遮断し、モータ４ｄへの駆動電流への駆動電流を遮断する。
【００７４】
このように本実施例によれば、第１のインバータ回路３’の出力側に、リレー５’を接続してモータ４ａ’、４ｂ’を交互に切り換えて駆動し、第１のインバータ回路３’の下アームトランジスタの負電位側端子に接続したシャント抵抗３Ａ’に流れる電流を検出することによりモータ電流を検出して異常保護するようにしたので、第１のモータ４ａ’と第２のモータ４ｂ’を１つのインバータ回路で交互に駆動する場合でも、１つのシャント抵抗３Ａ’の電圧降下より電流を高速検出できるので、過電流検出回路７Ｂを簡単な構成により実現でき、部品点数が少なく、低価格で信頼性の高い保護装置を実現できる。
【００７５】
第１のモータ４ａ’、あるいは第２のモータ４ｂ’を駆動するときのモータ起動プログラムは、上記実施例１に述べたように、それぞれに合った転流周期とＰＷＭデューティで制御するものであり、詳細は省略する。
【００７６】
また、図６にてモータ過電流保護回路の実施例を示したが、モータに応じてＰＷＭデュティ最大値を設定することによりモータロック時、あるいは脱調時の電流を制限できる。そのときには、過電流検出回路からの異常割り込み信号がなくなる場合があり、モータ回転数がほとんど零となることより異常判定する。
【００７７】
このように本実施例によれば、衣類を洗濯脱水、あるいは乾燥させる洗濯兼脱水槽８内に送風する送風ファン９を回転駆動する第１のモータ４ａ’と、洗濯兼脱水槽８内に給水する風呂水ポンプあるいは洗濯兼脱水槽８内の水を排水する排水ポンプを駆動する第２のモータ４ｂ’を１つのインバータ回路３’に接続した負荷切換手段５’により交互に切り換えて駆動し、インバータ回路３’の出力端子電圧よりモータ誘起電圧を検出し転流タイミング信号を生成する転流タイミング生成回路６を共用化し、モータに応じて制御手段７”のモータ起動プログラムを制御するようにしたので、強制転流駆動運転から同期転流駆動運転移行時の脱調がなく、回転数も負荷も異なるモータの誘起電圧を１つの転流タイミング生成回路により検出してインバータ回路を制御することができ、極数の異なる複数のモータあるいは負荷の異なる複数のモータを１つのインバータ回路により交互に駆動することができ、送風ファンと風呂水ポンプ、あるいは排水ポンプを複数のモータと１つのインバータ回路で交互に駆動できる安価な洗濯乾燥機を実現することができる。
【００７８】
なお、本発明による転流タイミング生成回路６は、上記実施例に示したモータ誘起電圧の零電圧を検出する方法に限らず、モータ電流よりロータ位置を検出するいわゆるセンサレス正弦波駆動でも同様の効果であることは明らかである。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、交流電源に接続された整流回路の直流電力をインバータ回路に加えて交流電力に変換し、インバータ回路の出力をモータに応じて負荷切換手段により切換接続して複数のモータを１つのインバータ回路により駆動し、インバータ回路の出力端子に接続された転流タイミング生成回路によりモータ出力電圧あるいは出力電流より転流タイミング信号を生成し、制御手段により負荷切換手段と転流タイミング生成回路の出力信号よりインバータ回路を制御するように構成し、インバータ回路の出力端子に接続したモータに応じて制御手段のモータ起動プログラムを変更するようにしたから、モータに応じて起動電流を最適制御し、さらに、極数に応じて強制転流駆動運転から同期転流駆動運転に移行させる回転数を制御することにより、強制転流駆動運転時の電流を減らすことができるとともに、同期転流駆動運転移行時の位相ずれによる脱調を防止することができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。
【００８０】
また、請求項７に記載の発明によれば、衣類を洗濯脱水、あるいは乾燥させる洗濯兼脱水槽内に送風する送風ファンを第１のモータにより回転駆動し、洗濯兼脱水槽内に給水する風呂水ポンプ、あるいは排水する排水ポンプを第２のモータにより駆動し、交流電力を直流電力に変換する整流回路の直流電力を第１のモータあるいは第２のモータを交互に駆動するインバータ回路により交流電力に変換し、第１のモータ、第２のモータのいずれかを負荷切換手段により交互に切り換え、転流タイミング生成回路によりインバータ回路の出力電圧あるいは出力電流より転流タイミング信号を生成し、制御手段により転流タイミング生成回路の出力信号よりインバータ回路を制御するよう構成し、インバータ回路に接続したモータに応じて、制御手段のモータ起動プログラムを制御するようにしたから、強制転流駆動運転から同期転流駆動運転移行時の脱調がなく、回転数も負荷も異なるモータの誘起電圧を１つの転流タイミング生成回路により検出してインバータ回路を制御することができ、極数の異なる複数のモータあるいは負荷の異なる複数のモータを１つのインバータ回路により交互に駆動することができ、送風ファンと風呂水ポンプ、あるいは排水ポンプを複数のモータと１つのインバータ回路で交互に駆動できる安価な洗濯乾燥機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のモータ駆動装置のブロック図
【図２】同モータ駆動装置のセンサレス駆動のタイミンクチャート
【図３】同モータ駆動装置の起動制御特性図
【図４】同モータ駆動装置のモータ制御プログラムのフローチャート
【図５】本発明の第２の実施例のモータ駆動装置のブロック図
【図６】本発明の第３の実施例の洗濯乾燥機のモータ駆動装置のブロック図
【符号の説明】
１  交流電源
２  整流回路
３  インバータ回路
４ａ  モータ
４ｂ  モータ
５  負荷切換手段
６  転流タイミング生成回路
７  制御手段
【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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