(57)【要約】【課題】シャント抵抗に流れる相電流が制御回路側に与える影響を低減することができるランドリー機器のモータ駆動回路装置を提供する。【解決手段】洗濯機のモータ１１の各相巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに交流電源を印加するインバータ回路１と、下アーム側のＩＧＢＴ２ｄ〜２ｆとグランドとの間に配置される相電流検出用のシャント抵抗４ｕ〜４ｗとをＩＰＭ１２のパッケージ内に配置して、シャント抵抗４ｕ〜４ｗとＩＰＭ１２のグランドとを内部の接続点で接続するように配線パターンを形成し、第１，第２電源回路１５，１６のグランドＶＳＳ１，ＶＳＳ２を、夫々異なる配線パターンで接続点に接続する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯に関連した運転動作を行なうランドリー機器のモータを駆動するためのモータ駆動回路装置において、
前記モータの各相巻線に交流電源を印加するインバータ回路と、
このインバータ回路を構成する下アーム側のスイッチング素子とグランドとの間に配置され、前記モータをベクトル制御することを目的として当該モータの相電流を検出するための複数のシャント抵抗と、
前記インバータ回路を制御するための電源を夫々異なる電圧で供給する複数の電源回路とを備え、
前記インバータ回路を構成するスイッチング素子と前記シャント抵抗とは、１つのパッケージ内に収められるＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）として構成されていると共に、前記複数のシャント抵抗と前記ＩＣのグランド（ＩＣグランド）とは１点で接続されるように配線パターンが形成されており、
前記複数の電源回路のグランド（電源グランド）は、夫々異なる配線パターンで前記ＩＣのグランドに対して１点で接続されていることを特徴とするランドリー機器のモータ駆動回路装置。
【請求項２】
ＩＣは、複数の電源グランドと夫々接続を行うためのグランド接続端子が別個に設けられており、それらのグランド接続端子は、複数のシャント抵抗とＩＣグランドとの接続点に対して１点で接続されていることを特徴とする請求項１記載のランドリー機器のモータ駆動回路装置。
【請求項３】
複数の電源回路の１つは、モータをベクトル制御するための演算処理を行なう制御回路用の電源であり、
ＩＣは、前記制御回路用の電源グランドが接続されるグランド接続端子とＩＣグランドとの接続点とが、最も低インピーダンスで接続されるように配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項２記載のランドリー機器のモータ駆動回路装置。
【請求項４】
電源回路は、インバータ回路の駆動用電源をチョッピングして降圧する降圧チョッパ回路として構成され、その降圧チョッパ回路においてチョッピング動作を行なうスイッチング素子の近傍に、電流波形の急峻な変化を緩和するための電解コンデンサを配置したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のランドリー機器のモータ駆動回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗濯に関連した運転動作を行なうランドリー機器のモータを駆動するためのモータ駆動回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
洗濯機などのランドリー機器に使用されるモータを駆動するインバータ回路としては、例えば特許文献１に開示されているものがある。この技術は、ＤＣブラシレスモータを電圧制御式のインバータ回路によって駆動制御するものだが、モータのトルクを電圧で制御しているため制御応答性が良くないという問題があった。
【０００３】
そこで、このような問題を解決する技術として、インバータ回路の駆動制御にベクトル制御を導入することが例えば、特願２００２−２７６９１などで提案されている。即ち、ベクトル制御によれば、モータのトルクをｑ軸電流によって直接制御することができるため、制御応答性が極めて良好となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４４９８３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特願２００２−２７６９１においては、インバータ回路を構成する下アーム側のスイッチング素子とグランドとの間にシャント抵抗を配置しており、そのシャント抵抗に流れる電流に基づいてモータの相電流を検知するように構成されている。
【０００６】
しかしながら、シャント抵抗には、インバータ回路に供給される駆動電源に基づいて比較的大きなレベルの電流が流れる。そのため、モータの相電流を検知して増幅などを行なう回路部分にノイズが印加され易くなる傾向にあり、そのノイズが外乱となってモータの駆動音として発生するノイズが大きくなってしまうという問題があった。
【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、シャント抵抗に流れる相電流が電源グランドの電位に与える影響を低減することができるランドリー機器のモータ駆動回路装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載のランドリー機器のモータ駆動回路装置によれば、洗濯に関連した運転動作を行なうランドリー機器のモータを駆動するものにおいて、
前記モータの各相巻線に交流電源を印加するインバータ回路と、
このインバータ回路を構成する下アーム側のスイッチング素子とグランドとの間に配置され、前記モータをベクトル制御することを目的として当該モータの相電流を検出するための複数のシャント抵抗と、
前記インバータ回路を制御するための電源を夫々異なる電圧で供給する複数の電源回路とを備え、
前記インバータ回路を構成するスイッチング素子と前記シャント抵抗とは、１つのパッケージ内に収められるＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）として構成されていると共に、前記複数のシャント抵抗と前記ＩＣのグランド（ＩＣグランド）とは１点で接続されるように配線パターンが形成されており、
前記複数の電源回路のグランド（電源グランド）は、夫々異なる配線パターンで前記ＩＣのグランドに対して１点で接続されていることを特徴とする。
【０００９】
即ち、シャント抵抗には比較的大きなレベルの電流が流れるため、その電流がＩＣグランドに流れると、グランドの配線パターンが有しているインピーダンスに応じて電圧降下が生じてグランド電位が変動する。従って、そのように電位が変動するＩＣグランドに電源グランドを接続すると、その電源が供給されて動作する回路に電位変動の影響が波及してしまう。
【００１０】
そこで、本発明では、複数のシャント抵抗とＩＣグランドとを１点で接続する。すると、複数のシャント抵抗に夫々異なる期間に相電流が流れるとしても、ＩＣグランドとの接続点における電位は変動しなくなる。そして、複数の電源グランドを、ＩＣグランドに対して夫々異なる配線パターンにより１点で接続すれば、各電源グランドに与える電位変動の影響を低減することができる。
【００１１】
この場合、請求項２に記載したように、ＩＣに、複数の電源グランドと夫々接続を行うためのグランド接続端子を別個に設け、それらのグランド接続端子を、複数のシャント抵抗とＩＣグランドとの接続点に対して１点で接続するのが好適である。斯様に構成すれば、各電源グランドと前記接続点との間の配線インピーダンスが低くなり、各電源グランドの電位はＩＣグランドに相電流が流れても殆ど変動しなくなる。従って、相電流の影響をより確実に排除することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載したように、複数の電源回路の１つを、モータをベクトル制御するための演算処理を行なう制御回路用の電源として、ＩＣにおいて、前記制御回路用の電源グランドが接続されるグランド接続端子とＩＣグランドとの接続点とが、最も低インピーダンスで接続されるように配線パターンを形成すると良い。即ち、一般に、制御回路用の電源電圧は低いレベルに設定されるため、グランド電位が変動した場合に受ける影響は大きくなる。そこで、請求項３のように構成すれば、制御回路用の電源グランドに与える電位変動の影響を最低にすることができる。
【００１３】
更に、請求項４に記載したように、電源回路を、インバータ回路の駆動用電源をチョッピングして降圧する降圧チョッパ回路として構成し、その降圧チョッパ回路においてチョッピング動作を行なうスイッチング素子の近傍に、電流波形の急峻な変化を緩和するための電解コンデンサを配置すると良い。
【００１４】
即ち、一般に、インバータ回路の駆動用電源は、交流電源を整流及び平滑して生成され、その駆動用電源回路には、平滑コンデンサとして比較的容量が大きな電解コンデンサが接続されることが多い。しかしながら、その駆動用電源を降圧して制御用電源を生成する場合、ランドリー機器においては、一般に、制御用電源回路は駆動用電源回路から比較的離れた位置に配置されることが多く、前記平滑コンデンサによる平滑作用は殆ど及ばなくなる。
【００１５】
加えて、制御用電源回路がスイッチング素子によってチョッピング動作を行なう場合は、それによって電源電流が大きく変動する。従って、請求項４のように、スイッチング素子の近傍に電解コンデンサを配置すれば、駆動用電源回路から比較的離れた位置に配置される場合でも、チョッピング動作に基づく電源電圧の変動を良好に抑えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をランドリー機器たる洗濯機に適用した場合の一実施例について、図１乃至図８を参照して説明する。図１は、基本的に特願２００２−２７６９１または特願２００２−１６８４３９に記載されているものと等価な構成を概略的に示すものである。インバータ回路１は、６個のＩＧＢＴ（スイッチング素子）２ａ〜２ｆを三相ブリッジ接続してＩＰＭ１２として構成されており、各ＩＧＢＴ２ａ〜２ｆのコレクタ−エミッタ間には、フライホイールダイオード３ａ〜３ｆが接続されている。
【００１７】
下アーム側のＩＧＢＴ２ｄ〜２ｆのエミッタは、シャント抵抗４ｕ，４ｖ，４ｗを介してグランドに接続されている。また、両者の共通接続点は、夫々増幅回路５を介して制御回路６に接続されている。尚、シャント抵抗４ｕ〜４ｗのグランド側の配線パターンは一点で接続されるように形成されている。
【００１８】
増幅回路５はオペアンプなどを含んで構成されており、シャント抵抗４ｕ〜４ｗの端子電圧を増幅すると共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、比較回路７は、インバータ回路１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ものである。
【００１９】
インバータ回路１の入力側には駆動用電源回路５０が接続されている。駆動用電源回路５０は、１００Ｖの交流電源８を、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路９及び直列接続された２個のコンデンサ１０ａ，１０ｂにより倍電圧全波整流し、約２８０Ｖの直流電圧をインバータ回路１に供給する。そして、インバータ回路１の出力端子は、モータ１１の各相巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに接続されている。
【００２０】
制御回路６は、増幅回路５を介して得られるモータ１１の巻線１１ｕ〜１１ｗに流れる電流Ｉｕ〜Ｉｗ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を推定すると共に、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。
【００２１】
そして、制御回路６は外部より速度指令が与えられると、推定した位相θ及び回転角速度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、それを電圧指令Ｖｄ，Ｖｑに変換すると直交座標変換及び三相座標変換を行なう。最終的には、駆動信号がＰＷＭ信号として生成され、ＩＰＭ１２を介してモータ１１の巻線１１ｕ〜１１ｗに出力される。
【００２２】
ＩＰＭ（ＩＣ）１２は、インバータ回路１，シャント抵抗４ｕ，４ｖ，４ｗ，駆動回路１３及び高圧ドライバ回路１４を１枚の基板上に搭載することでハイブリッドＩＣとして構成されている。尚、洗濯機としての構成や制御回路６が行うベクトル制御については、特願２００２−２７６９１に記載されている内容と同様である。
【００２３】
第１電源回路１５は、インバータ回路１に供給される約２８０Ｖの駆動用電源を降圧して１５Ｖの制御用電源ＶＤＤを生成し、制御回路６及び駆動回路１３に供給するようになっている。また、第２電源回路１６は、第１電源回路１５によって生成された１５Ｖ電源に基づいて５Ｖ電源を生成し、制御回路６に供給する三端子レギュレータである。
【００２４】
ここで、第１電源回路１５のグランドはＶＳＳ１であり、第２電源回路１６のグランドはＶＳＳ２として区別されている（夫々異なるシンボルで示す）。そして、これら２つのグランドＶＳＳ１，ＶＳＳ２は、シャント抵抗４ｕ〜４ｗのグランド接続点に対して異なる配線パターンで接続されている。
【００２５】
尚、制御回路６に供給されている１５Ｖ電源は、具体的には図示しないが、表示用ＬＥＤの駆動用電源として使用されている。従って、制御回路６に対しては、グランドＶＳＳ１，ＶＳＳ２も夫々独立して接続されており、制御回路６の内部において１５Ｖ系、５Ｖ系の電源は分離されている。
【００２６】
即ち、図４には、駆動用電源回路５０，ＩＰＭ１２，駆動回路１３，第１電源回路１５，第２電源回路１６を中心とする電源，グランドの接続関係を抽出して示す。この図４において、制御回路６Ａが１５Ｖ電源で動作する部分を示し、制御回路６Ｂが５Ｖ電源で動作する部分を示している。
【００２７】
図２は、ＩＰＭ１２内部の電気的構成を示す図である。尚、図中の括弧内に示す数字は、ＩＰＭ１２のＩＣパッケージとしてのピン番号である。駆動回路１３は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応するロジック回路１７ｕ，１７ｖ，１７ｗを備えている。これらのロジック回路１７ｕ〜１７ｗは、下アーム側のＩＧＢＴ２ｄ〜２ｆをドライバ回路１８ｕ〜１８ｗを介して駆動する。また、上アーム側のＩＧＢＴ２ａ〜２ｃは、レベルシフタ１９ｕ〜１９ｗ及び高圧ドライバ回路１４ｕ〜１４ｗを介して駆動する。
【００２８】
電圧低下検出回路２０は、制御用電源ＶＤＤをモニタしており、その電源ＶＤＤが所定レベルまで低下したことを検出すると、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１をオンさせてロウレベルのフォールト信号を出力するものである。
そして、シャント抵抗４ｕ〜４ｗのグランドは、外部接続用のピンに対しては、駆動電源入力用のグランド端子（−）（６ピン）、ＶＳＳ１端子（３１ピン），ＶＳＳ２端子（４１ピン）の３つに夫々接続されている。
【００２９】
図３は、ＩＰＭ１２内部の配線パターンの一部を示すものである。ＶＲＵ端子（３ピン），ＶＲＶ端子（２ピン），ＶＲＷ端子（１ピン）は、シャント抵抗４ｕ，４ｖ，４ｗの端子電圧検出（相電流検出）用の出力ピンであり、それらの各ピンと対応するグランドパターン２２ｕ，２２ｖ，２２ｗとの間にシャント抵抗４ｕ，４ｖ，４ｗが接続されている（夫々複数本の抵抗で構成されている）。
【００３０】
シャント抵抗４ｕ，４ｖ，４ｗのグランドパターン２２ｕ，２２ｖ，２２ｗは、接続点２３において１点で共通に接続されている。尚、図３に示す状態は厳密には１点ではないが、実際の配線パターンをレイアウトする上では実質的に１点とみなされる程度に近接した状態である。
【００３１】
そして、接続点２３には、グランド端子（−）が接続されていると共に、ＶＳＳ２端子が配線パターン２４を介して直接接続されている。また、その配線パターン２４をジャンパ線２５で跨いでＶＲＷ端子の配線パターン２２ｗａ，２２ｗｂが接続されており、図３中左方へと延びている。更に、配線パターン２２ｗｂを例えばアルミワイヤよりなるジャンパ線２７で跨いで、ＶＳＳ１端子の配線パターン２８が接続されている。
【００３２】
即ち、シャント抵抗４には、電流値が大きい相電流が流れるため、グランド配線パターンのインピーダンスが高い場合には電位変動が発生する。そして、
ＶＳＳ２端子は電流検出を行う制御回路６のグランドに接続されるため、そのグランド電位が変動すると、正確な検出ができなくなるおそれがある。そこで、ＶＳＳ２端子は、接続点２３に対して配線パターン２４で直接接続することで、インピーダンスを極力低下させるようにしている。
【００３３】
図５は、第１電源回路１５の内部構成（例えば、松下：ＭＩＰ２８３）を示すものである。第１電源回路１５は、入力側に与えられる約２８０Ｖの高電圧をフォトカプラ３１に内蔵されるフォトトランジスタ（スイッチング素子）３２によりパルス状にチョッピングし、コイル３３及びコンデンサ３４よりなるＬＣフィルタで平滑することで降圧する構成である。
【００３４】
出力側のコンデンサ３４に対して並列に、フォトカプラ３１に内蔵されるＬＥＤ３５及びツェナーダイオード３６ａ，３６ｂの直列回路が接続されており、ＬＥＤ３５に電流が流れて発光する場合に、フォトトランジスタ３２がオンするように構成されている。また、コイル３３の前段には、遅れ電流を還流させるためのダイオード３７が配置されている。
【００３５】
そして、第１電源回路１５の高電圧入力側には、電解コンデンサ３８が配置されている。この電解コンデンサ３８は、第１電源回路１５が降圧チョッピング動作を行なう場合に発生するスイッチングノイズや電流変動を吸収するために設けられている。
【００３６】
即ち、駆動用電源回路５０には２個のコンデンサ１０ａ，１０ｂが配置されているが、これらのコンデンサ１０と第１電源回路１５との距離は、洗濯機の構成上比較的長くならざるを得ず、コンデンサ１０によっては第１電源回路１５において発生するスイッチングノイズを除去しきることができない。
【００３７】
そこで、第１電源回路１５の高電圧入力側近傍に電解コンデンサ３８を配置して、スイッチングノイズを除去するようにしている。尚、コンデンサ１０の容量は例えば数１００μＦであるのに対して、電解コンデンサ３８の容量は数１０μＦ程度である。
【００３８】
以上のように本実施例によれば、洗濯機のモータ１１の各相巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに交流電源を印加するインバータ回路１と、下アーム側のＩＧＢＴ２ｄ〜２ｆとグランドとの間に配置される相電流検出用のシャント抵抗４ｕ〜４ｗとをＩＰＭ１２のパッケージ内に配置して、シャント抵抗４ｕ〜４ｗとＩＰＭ１２のグランドとを内部の接続点２３で接続するように配線パターンを形成し、第１，第２電源回路１５，１６のグランドＶＳＳ１，ＶＳＳ２を、夫々異なる配線パターン２４，２８で接続点２３に接続した。
【００３９】
より具体的には、ＩＰＭ１２に、電源グランドＶＳＳ１，ＶＳＳ２と夫々接続を行うためのグランド接続端子を別個に設け、それらのグランド接続端子を接続点２３に対して１点で接続した。斯様に構成すれば、シャント抵抗４ｕ〜４ｗに夫々異なる期間に相電流が流れるとしても、接続点２３における電位は変動しなくなるので、電源グランドＶＳＳ１，ＶＳＳ２に与える電位変動の影響を抑制することができる。
【００４０】
また、第２電源回路１６を、モータ１１をベクトル制御するための演算処理を行なう制御回路６用の電源として、ＩＰＭ１２において、制御回路６用の電源グランドＶＳＳ２が接続されるグランド接続端子と接続点２３とが最も低インピーダンスで接続されるように、ジャンパ線を用いることなく配線パターン２４を形成した。即ち、一般に、制御回路６用の電源電圧は低いレベルに設定されるため、グランド電位が変動した場合に受ける影響は大きくなる。そこで、斯様に構成すれば、電源グランドＶＳＳ２に与える電位変動の影響を最低にすることができる。
【００４１】
更に、第１電源回路１５を、インバータ回路１の駆動用電源をチョッピングして降圧する降圧チョッパ回路として構成し、その降圧チョッパ回路においてチョッピング動作を行なうフォトトランジスタ３２の近傍に電解コンデンサ３８を配置した。従って、第１電源回路１５が駆動用電源回路５０から比較的離れた位置に配置される場合でも、チョッピング動作に基づく電源電圧の変動を良好に抑えることができる。
【００４２】
（第２実施例）
図６及び図７は本発明の第２実施例を示す図１及び図４相当図であり、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のみ説明する。第２実施例では、ＩＰＭ（ＩＣ）４０に電源グランドＶＳＳ１，ＶＳＳ２を夫々別個に接続するためのグランド端子は設けられておらず、電源グランドＶＳＳ１，ＶＳＳ２は、駆動電源入力用のグランド端子（−）に共通に接続されている。但し、このグランド端子（−）に対しては、ＩＰＭ４０の外部に形成される、夫々異なる配線パターン４１，４２によって１点で接続されるようになっている。その他の構成は第１実施例と同様である。
【００４３】
以上のように構成された第２実施例によれば、第１実施例の構成に比較して、ＩＰＭ４０内部において接続点２３−グランド端子（−）間の配線パターンが有しているインピーダンスに応じて電源グランドＶＳＳ１，ＶＳＳ２は電位変動の影響を僅かに受けるが、ＩＰＭ４０のピン数を削減してパッケージを小型化することができる。従って、コストをより削減することが可能となる。
【００４４】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
制御回路６Ａに相当する部分と、制御回路６Ｂに相当する部分とを独立に構成しても良い。
増幅回路５，比較回路７，夫々異なるＩＣチップとして構成しても良い。
駆動回路１３，高圧ドライバ回路１４は、ＩＰＭ１１の外部に構成しても良い。また、増幅回路５，比較回路７についてもＩＰＭ１２の外部に構成しても良い。
ＩＣは、ハイブリッドＩＣとして構成されるものに限らず、モノリシックＩＣとして構成しても良い。
スイッチング素子はＩＧＢＴに限ることなく、その他、パワートランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴなどでも良い。
電源回路は、３つ以上あっても良い。
電解コンデンサ３８は、必要に応じて設ければ良い。
ランドリー機器は洗濯機に限ることなく、その他、乾燥機や洗濯乾燥機などに適用しても良い。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のランドリー機器のモータ駆動回路装置によれば、インバータ回路を構成するスイッチング素子とモータをベクトル制御するため相電流検出用に設けられる複数のシャント抵抗とを１つのパッケージ内に収められるＩＣとして構成し、複数のシャント抵抗とＩＣのグランドとを１点で接続するように配線パターンを形成し、複数の電源回路のグランドを夫々異なる配線パターンでＩＣのグランドに対して１点で接続した。従って、複数のシャント抵抗に夫々異なる期間に相電流が流れるとしても、ＩＣグランドとの接続点における電位は変動しなくなるので、各電源グランドに与える電位変動の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であり、モータ駆動回路装置の電気的構成を示す図
【図２】ＩＰＭ内部の電気的構成を示す図
【図３】ＩＰＭ内部の配線パターンの一部を示す図
【図４】駆動用電源回路，ＩＰＭ，第１電源回路，第２電源回路を中心とする電源，グランドの接続関係を抽出して示す図
【図５】第１電源回路の内部構成を示す図
【図６】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図７】図４相当図
【符号の説明】
１はインバータ回路、２ａ〜２ｆはＩＧＢＴ（スイッチング素子）、４ｕ〜４ｗはシャント抵抗、６は制御回路、１１はモータ、１１ｕ，１１ｖ，１１ｗは各相巻線、１２はＩＰＭ（ＩＣ）、１５は第１電源回路、１６は第２電源回路、２３は接続点、２４，２８は配線パターン、３２はフォトトランジスタ（スイッチング素子）、３８は電解コンデンサ、４０はＩＰＭ（ＩＣ）、４１，４２は配線パターン、５０は駆動用電源回路を示す。
【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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