(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁用永久磁石を回転子に設けてなる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束と平行なｄ軸電流（Ｉd ）とこれに直交するｑ軸電流（Ｉq ）とに分離し、それら電流成分がそれぞれの指令値に一致するように独立して制御すると共に回転子の角速度を推定するベクトル制御インバータ装置において、
指示された角速度指令値（ωｒ）と前記回転子の角速度推定値（ωｅ）との偏差に比例積分演算を施した値に基づいて前記ｄ軸電流とｑ軸電流の各電流操作量（Ｉdc、Ｉqc）を決める電流操作量決定手段（６５）と、
該電流操作量決定手段にて決定されたｑ軸電流操作量（Ｉqc）の大きさを制限しその値をｑ軸電流指令値（Ｉqr）として、また前記ｄ軸電流操作量（Ｉdc）をｄ軸電流指令値（Ｉdr）としてそれぞれ出力する電流指令値制限手段（６０）と、を備え、
該電流指令値制限手段は、前記ｑ軸電流操作量（Ｉqc）の制限値を、前記回転子の角速度推定値（ωｅ）が大きくなるほど減少させ、前記ｄ軸電流操作量（Ｉdc）が負の方向に大きな値になるほど高い値にすることを特徴とするベクトル制御インバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のベクトル制御インバータ装置において、前記電流指令値制限手段における前記ｑ軸電流操作量（Ｉqc）の前記制限値を、インバータ装置内のインバータ回路（４４）に与えられる直流電圧（Ｖdc）が高くなる程、高い値にすることを特徴とするベクトル制御インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石界磁式モータを駆動するベクトル制御インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
洗濯機の回転槽あるいは撹拌体を駆動するモータには、洗濯／乾燥工程に応じて様々な値の駆動トルク、回転速度、そして回転方向が要求される。例えば、洗濯工程においては大きな駆動トルクでの可逆動作が要求され、脱水工程においては比較的小さい駆動トルクでの高速回転が要求される。このような動作においてはモータが過負荷になって焼損したり、トリップにより停止したり、あるいは回転速度制御が機能不全に陥ったりすることのないように制御することが求められる。
【０００３】
こうしたモータの異常動作を監視する従来と方法としては、例えばＤＣブラシレスモータを電圧制御するものにおいてモータ電流が所定のしきい値を超えた場合には一旦、電流異常と判定して緊急停止させ、その後、何度か再起動を試みて異常が再発する場合にエラー停止させるものがある。また、モータ電流が所定のしきい値に達した場合にはモータ電流がそれ以上に上昇しないよう出力電圧を制限するものもある。いずれの方法による場合も、モータ電流のしきい値（上限値）は一定の値とされる。
【０００４】
また、最近の洗濯機にはＤＣブラシレスモータをベクトル制御インバータで駆動して駆動力を得ているものが多い。この場合にはモータ電流値をＡ／Ｄ変換してマイコンに取り込み、その値がしきい値を超えた場合に緊急停止が行なわれる。また、マイコン内部でベクトル制御の電流指令値を所定値以下に制限する制御も行なわれるがこの場合の制限値も通常、固定の値とされる。
【０００５】
また、特許文献１には、モータの過電流検出しきい値を洗い時と脱水時とで異なる値とする洗濯機の例が開示されている。この公知例の場合には攪拌翼のみを駆動する洗い時にはクラッチ切換え機構により減速機構を介してモータトルクが伝達される。このため洗濯負荷の大きい場合に減速機構に異常トルクが加わることがあり、これを防止するため過電流検出しきい値を減速機構のトルク制限レベルに下げて減速機構を保護する。一方、脱水時にはクラッチ切換え機構によりモータと脱水槽とが直結されるため、過電流検出しきい値をモータの減磁レベルにまで上昇させる。
【０００６】
しかしながら、以上の何れの方法にも次のような欠点がある。即ち、いずれの方法も洗い時においてはモータ電流が一定の制限値以下となるように制御している。洗い時においては、攪拌翼を一定周期で正転、逆転動作させる。モータは起動→正転高速回転→停止→起動→逆転高速回転→停止の動作を繰り返す。この動作中を通してモータを一つの制限値により保護しようとする場合には、その制限値を高速回転時に対応した低い電流値にしておく必要がある。
【０００７】
しかし、モータ電流の制限値をそのような高速回転時に対応した一定の低い電流値に設定したのでは、起動、低速時にモータ電流が制限を受けて十分なトルクが発生しない。こきため、起動に時間を要して洗浄力が低下したり旨く起動しなかったりする問題を引き起こす。
【特許文献１】特開２００３−３２６０８４号公報
【特許文献２】特開昭６１−２６２０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、モータを駆動するベクトル制御インバータ装置が回転速度上昇に伴う誘起電圧の上昇により機能不全に陥ったり、あるいはモータが過負荷になったりすることを防止しながらモータの能力を十分に引き出すことのできるベクトル制御インバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、界磁用永久磁石を回転子に設けてなる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束と平行なｄ軸電流（Ｉd ）とこれに直交するｑ軸電流（Ｉq ）とに分離し、それら電流成分がそれぞれの指令値に一致するように独立して制御すると共に回転子の角速度を推定するベクトル制御インバータ装置において、指示された角速度指令値（ωｒ）と前記回転子の角速度推定値（ωｅ）との偏差に比例積分演算を施した値に基づいて前記ｄ軸電流とｑ軸電流の各電流操作量（Ｉdc、Ｉqc）を決める電流操作量決定手段（６５）と、該電流操作量決定手段にて決定されたｑ軸電流操作量（Ｉqc）の大きさを制限しその値をｑ軸電流指令値（Ｉqr）として、また前記ｄ軸電流操作量（Ｉdc）をｄ軸電流指令値（Ｉdr）としてそれぞれ出力する電流指令値制限手段（６０）と、を備え、該電流指令値制限手段は、前記ｑ軸電流操作量（Ｉqc）の制限値を、前記回転子の角速度推定値（ωｅ）が大きくなるほど減少させ、前記ｄ軸電流操作量（Ｉdc）が負の方向に大きな値になるほど高い値にすることを特徴とする。
【００１０】
ｑ軸電流指令値（Ｉqr）に対してこのような制限を加えるようにし、その制限値をモータの回路定数に合わせて決定すれば、モータ電流が定格値を超えて過負荷になることを防止できる。また、回転子の角速度が上昇して誘起電圧も上昇することにより、モータ端子電圧がインバータ回路に供給される直流電圧（Ｖdc）を超えてベクトル制御が不能になる事態を防止することができる。
【００１２】
ｄ軸電流操作量（Ｉdc）を負の値として弱め磁束制御を行なう場合、発生する誘起電圧は小さくなる。従って、同じ角速度に対するｑ軸電流指令値（Ｉqr）の制限値を高めても差し支えない。このようにｑ軸電流指令値（Ｉqr）の制限値を高めれば、同じ角速度において高いトルクを発生させることができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のベクトル制御インバータ装置において、前記電流指令値制限手段における前記ｑ軸電流操作量（Ｉqc）の前記制限値を、インバータ装置内のインバータ回路（４４）に与えられる直流電圧（Ｖdc）が高くなる程、高い値にすることを特徴とする。
【００１４】
インバータ回路（４４）に与えられる直流電圧（Ｖdc）が高くなれば、その分だけ高い誘起電圧の発生が許容される。従って、同じ角速度に対するｑ軸電流指令値（Ｉqr）の制限値を高めて差し支えない。このようにｑ軸電流指令値（Ｉqr）の制限値を高めれば、同じ角速度において高いトルクを発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るベクトル制御インバータ装置およびそれを用いた洗濯機の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の縦形洗濯機の全体構成を縦断面図で概略的に示したものである。図において、洗濯機本体１の外箱２は矩形箱状をなしていて、上部にはトップカバー３が装着されている。
【００１６】
外箱２の内部には、脱水された水を受ける外槽である水受槽５が弾性吊持機構６により弾性支持された状態で配設されている。水受槽５の内部には、洗い槽および脱水槽を兼ねる回転槽７が回転可能に配設されている。回転槽７の周壁部には多数の脱水孔８が形成されており、脱水時には衣類から脱水された水がこの脱水孔８を通って水受槽５内へ放出される。また、回転槽７の上端部には、脱水時における回転槽７の回転バランスをとるためのバランスリング９が設けられている。回転槽７の内底部には撹拌体１１が回転可能に配設されている。
【００１７】
水受槽５の外底部には駆動機構部１２が配設されている。この駆動機構部１２はモータ１３及びクラッチ機構（図示せず）により構成されている。モータ１３はアウターロータ形の三相永久磁石モータで、中央部に配設された電機子巻線を有する固定子１４の回りを界磁用永久磁石が埋設された回転子１５が回転する構成となっている。固定子１４は、駆動機構部ベース１６を介して水受槽５に固定され、回転子１５は撹拌体１１に直結されている。
【００１８】
「洗い」と「すすぎ」の工程時には、モータ１３により撹拌体１１のみがモータ１３により正逆回転駆動される。「脱水」工程時には回転槽７がクラッチ機構により回転子１５に連繋され、撹拌体１１と一体となって一方向に高速回転駆動される。
【００１９】
水受槽５の底部には排水口１８が形成されている。この排水口１８には排水弁１９が取り付けられ、その出口に排水ホース２０が接続されている。
なお、トップカバー３は、上面に洗濯物投入口を開閉する二つ折り可能な外蓋２２が設けられ、前部上面には操作パネル２３が設けられている。操作パネル２３の背面側には制御装置２４が取り付けられている。さらに、トップカバー３の後部内面には、給水機構や乾燥運転のための温風ユニット等の電装品２５が収容設置されている。
【００２０】
次に、上記洗濯機のモータ１３の駆動回路について説明する。モータ１３はアウターロータ形の三相永久磁石モータであり、センサレスのベクトル制御インバータ装置により駆動される。図２はそのベクトル制御インバータ装置３０の回路構成を示したものである。ベクトル制御インバータ装置３０は、電流制御回路３１、回転位置推定回路３２、電流指令値決定回路３３、直流電源回路３４を備えて構成される。
【００２１】
ベクトル制御は電機子に流れる電流を界磁である永久磁石の磁束方向、これに直交する成分とに分離してそれぞれを独立に調整することにより磁束及び発生トルクを制御する方法である。電流制御には、回転子と共に回転する回転座標系、いわゆるｄ−ｑ座標系で表わした電流値が用いられる。ここに、ｄ軸は回転子に取り付けられた永久磁石の作る磁束方向であり、ｑ軸はｄ軸に直交する方向（回転方向に電気角でπ／２進んだ方向）である。電機子に流れる電流の内、ｑ軸電流Ｉqは回転トルクを発生させる成分でありトルク成分電流とも呼ばれる。他方のｄ軸電流Ｉdは磁束を作る成分であり磁化成分電流とも呼ばれる。
【００２２】
電流制御回路３１は、モータ１３に実際に流れる電流のｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqの値が指定されたｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrにそれぞれ一致するように制御する回路である。電流制御回路３１は、減算回路３６、３７、比例積分演算回路３８、３９、ｄｑ／αβ座標変換回路４１、αβ／ＵＶＷ座標変換回路４２、ＰＷＭ形成回路４３、インバータ回路４４、電流検出回路４６を備える。電流検出回路４６は、モータ１３に実際に流れている電流のｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqを検出する回路である。
【００２３】
電流検出回路４６は、ＵＶＷ電流検出回路４７、ＵＶＷ／αβ座標変換回路４８、αβ／ｄｑ座標変換回路４９により構成される。ＵＶＷ電流検出回路４７はモータ１３の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する回路である。ＵＶＷ電流検出回路４７は、インバータ回路４４に設けられている３式のハーフブリッジ回路５１の接地側スイッチング素子５２と接地電位ＧＮＤとの間に接続した３個のシャント抵抗５４の両端電圧に基づいて電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。ＵＶＷ電流検出回路４７の回路構成については、例えば特許文献１に詳述してある回路を使用する。
【００２４】
検出された電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、ＵＶＷ／αβ座標変換回路４８によりこれと等価な２相電流Ｉα、Ｉβに変換される。変換された２相電流Ｉα、Ｉβは、αβ／ｄｑ座標変換回路４９により更に変換されてｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqが算出される。α、βはモータ１３の固定子に固定された２軸座標系の座標軸である。このαβ／ｄｑ座標変換回路４９における座標変換の計算には、後述する回転子の回転位置推定値（α軸とｄ軸との位相差の推定値）θｅが用いられる。
【００２５】
こうして求められたｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqは、減算回路３６、３７にてそれぞれ後述の電流指令値制限回路６０が出力するｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrと比較して偏差ΔＩd 、ΔＩq が求められる。偏差ΔＩｄ、ΔＩｑは比例積分演算回路３８、３９にて比例積分演算が施され、ｄ−ｑ座標系で表わした出力電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑが算出される。出力電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑは、ｄｑ／αβ座標変換回路４１にてα−β座標系で表わした値に変換され、更にαβ／ＵＶＷ座標変換回路４２により固定子の各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換される。なお、ｄｑ／αβ座標変換回路４１における座標変換の計算にも後述する回転子の回転位置推定値θｅが用いられる。
【００２６】
この各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗはＰＷＭ形成回路４３に入力され、指令値に一致する電圧を供給するためのパルス幅変調されたゲート駆動信号が形成される。インバータ回路４４は３式のハーフブリッジ回路５１で構成された周知のインバータ回路で、直流電源回路３４より直流電圧Ｖdcの供給を受けている。ＰＷＭ形成回路４３で形成されたゲート駆動信号は各ハーフブリッジ回路５１を構成するスイッチング素子５２、５３等のゲートに与えられ、それにより各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに一致するＰＷＭ変調された三相交流電圧が生成されて電機子コイルに印加される。
【００２７】
このような構成の下で減算回路３６、３７と比例積分演算回路３８、３９によって比例積分演算によるフィードバック制御が行なわれ、ｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqはそれぞれｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrに一致するように調整される。
【００２８】
以上のような電流制御の過程では、αβ／ｄｑ座標変換回路４９、ｄｑ／αβ座標変換回路４１における座標変換の際に回転子の回転位置（α軸とｄ軸との位相差）θの値を必要とする。この回転位置θの値はエンコーダなどの回転位置検出器をモータ１３に取り付けて検出することも可能であるがメンテナンスやコストを考えると問題も大きい。本実施形態ではそのような回転位置検出器を用いないで、センサレスで回転位置θを推定する方式を採用している。
【００２９】
回転位置推定回路３２は、その回転子の回転位置θの推定値θｅを求めるための回路である。回転位置推定回路３２は、誘起電圧推定回路６１、比例積分演算回路６２、積分回路６３により構成される。誘起電圧推定回路６１には、ｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉq、及びｄ軸の出力電圧指令値Ｖｄ、回転子の角速度推定値ωｅが入力されている。更に、誘起電圧推定回路６１には、モータ１３の回路定数である電機子コイルのｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、コイル抵抗Ｒが記憶されている。
【００３０】
誘起電圧推定回路６１はこれらの入力値と回路定数を用いて、永久磁石の作る磁束によって電機子コイル内に発生するｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅdを次式で計算する。
Ｅd＝Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ−Ｌｄ・ｐ・Ｉｄ＋ωｅ・Ｌｑ・Ｉｑ     （１）式
ここで、ｐは微分演算子である。
【００３１】
こうして計算されたｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅdは比例積分演算回路６２に入力されて比例積分演算が施され、その結果が回転子の角速度推定値ωｅとして出力される。角速度推定値ωｅは積分回路６３にて積分され、その値が回転位置推定値θｅとして出力される。
【００３２】
回転位置推定値θｅは前述したようにαβ／ｄｑ座標変換回路４９、ｄｑ／αβ座標変換回路４１における座標変換に使用される。角速度推定値ωｅは、誘起電圧推定回路６１に与えられて（１）式による誘起電圧推定値Ｅdの計算に使用される。また、角速度推定値ωｅは後述の電流操作量決定回路６５にも与えられる。
【００３３】
ところで（１）式の右辺の計算に用いられているωｅは回転子の角速度推定値であり実際の角速度ωではない。また、（１）式右辺のｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqも、回転位置推定値θｅを使用して算出された値であり、更にその回転位置推定値θｅ自身も角速度推定値ωｅを積分して求められた値である。また、（１）式の右辺のｄ軸の出力電圧指令値Ｖｄ及び（１）式には現れていないｑ軸の出力電圧指令値Ｖｑは、同じく回転位置推定値θｅを使用して各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが算出されている。そして、その値に基づいてインバータ回路４４により電圧が生成されて電機子コイルに与えられている。即ち、（１）式中の回路定数以外の変数は全て角速度推定値ωｅによる影響を受けている。
【００３４】
（１）式の左辺のＥdは誘起電圧のｄ軸方向の成分という意味である。誘起電圧は永久磁石の作る磁束が電機子コイルと鎖交して発生する電圧でありｑ軸にのみ発生してｄ軸には発生しない筈である。従って、角速度推定値ωｅが正確に実際の角速度ωに一致していれば、（１）式の右辺で計算したｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅdはゼロになる筈である。その値がゼロにならないことは、計算に使用している角速度推定値ωｅが実際の角速度ωに対して誤差を持っていることを意味する。
【００３５】
このことは逆に言えば（１）式の右辺で計算したＥdの値がゼロとなるように角速度推定値ωｅを調整してやれば、ゼロとなった時の角速度推定値ωｅは実際の角速度ωと一致していることを意味する。このｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅdがゼロとなるように調整するのが比例積分演算回路６２である。比例積分演算回路６２の調整動作により誘起電圧推定値Ｅdがゼロに収束すれば、そのときの比例積分演算回路６２の出力である角速度推定値ωｅは実際の角速度ωと一致した値となる。本実施形態ではこのような動作を行なう誘起電圧推定回路６１を用いることにより回転位置検出器を用いることなく、回転子の実際の角速度ωと回転子位置θの値に一致する角速度推定値ωｅと回転位置推定値θｅを得ている。
【００３６】
次に、本発明の特徴である電流指令値決定回路３３の構成と動作について説明する。電流指令値決定回路３３は、電流操作量決定回路６５と電流指令値制限回路６０により構成される。電流操作量決定回路６５は、角速度推定値ωｅをマイコン６４が出力する角速度指令値ωｒと比較し、その比較結果に従ってｄ軸とｑ軸の各電流操作量を形成する回路である。また、電流指令値制限回路６０は、電流操作量決定回路６５にて形成された電流操作量に制限を加えるリミッタ回路である。電流操作量決定回路６５で形成された電流操作量が電流指令値制限回路６０にて大きさの制限を受けることで、最終的にｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrの値が決定される。
【００３７】
電流操作量決定回路６５は、減算回路６６、比例積分演算回路６７、操作量配分回路６８により構成される。減算回路６６は、マイコン６４が出力する角速度指令値ωｒと角速度推定値ωｅとの偏差Δωを算出する。マイコン６４には操作パネル２３（図２参照）が接続されていて洗濯機の操作条件が入力されている。マイコン６４は入力された操作条件に従い、各工程の各時期におけるモータ１３の回転速度を決定し、角速度指令値ωｒとして出力している。
【００３８】
減算回路６６の出力である偏差Δωは、比例積分演算回路６７に入力される。比例積分演算回路６７は、入力された偏差Δωに所定の比例積分演算を施して結果をモータ電流操作量Ｉcとして出力する。このモータ電流操作量Ｉcは偏差Δωをゼロに近づけるためのモータ電流の操作量である。操作量配分回路６８はこのモータ電流操作量Ｉcに基づいて、ｄ軸電流に対する操作量Ｉdcとｑ軸電流に対する操作量Ｉqcを形成する。
【００３９】
モータ電流操作量Ｉcの値に基づくｄ軸電流操作量Ｉdcとｑ軸電流操作量Ｉqcの形成の仕方は、希望するモータ動作条件（回転速度、発生トルク等）により予め決められたルールに従って決定される。その決定の仕方は、「洗い」工程においては例えばｄ軸電流操作量Ｉdcは常にゼロとし、モータ電流操作量Ｉcの値をそのままｑ軸電流操作量Ｉqcとする。電流指令値制限回路６０の制限を受けない場合にはゼロであるｄ軸電流操作量Ｉdcがそのままｄ軸電流指令値Ｉdrとなり、モータ電流操作量Ｉcに等しいｑ軸電流操作量Ｉqcがそのままｑ軸電流指令値Ｉqrとして電流制御回路３１に出力される。
【００４０】
この場合、モータ１３の発生トルクはｑ軸電流指令値Ｉqrであるモータ電流操作量Ｉcに比例する。モータ１３の突極性が弱い場合には、ｄ軸電流Ｉdはトルク発生に寄与しない。従って、ｄ軸電流Ｉdを流さないこのような電流指令値の決定の仕方は、同一発生トルクに対する電流が最小となって効率的である。
【００４１】
一方、「脱水」工程においてはモータ１３に高速回転が要求される。モータ１３の回転速度が上昇すると、それに比例して回転子の永久磁石の電機子鎖交磁束による誘起電圧も高くなりモータ１３の端子電圧が上昇する。端子電圧は電源電圧（直流電源回路３４の出力電圧Ｖdc）を超えてはならない。このため「脱水」工程では、弱め磁束制御が行なわれる。
【００４２】
弱め磁束制御を行なわせるためにはｄ軸電流Ｉdを負の値とする。このため操作量配分回路６８では、ｄ軸電流操作量Ｉdcは負の一定値としモータ電流操作量Ｉcをそのままｑ軸電流操作量Ｉqcとするように電流操作量を形成する。電流指令値制限回路６０の制限を受けない場合には負の一定値であるｄ軸電流操作量Ｉdcがそのままｄ軸電流指令値Ｉdrとして、またモータ電流操作量Ｉcに等しいｑ軸電流操作量Ｉqcがそのままｑ軸電流指令値Ｉqrとして電流制御回路３１に出力される。
【００４３】
このようにすれば負の一定値であるｄ軸電流指令値Ｉdrによって負のｄ軸電流Ｉdが流れｄ軸方向の磁束が減少する。それにより誘起電圧が減少してモータ１３の端子電圧の上昇が抑えられるためモータ１３を高速回転させることができ、結果として脱水を効率的に行なわせることができる。
【００４４】
洗濯機が現在どのような工程にあり、モータ１３にどのような動作を要求しているかの情報はマイコン６４から操作量配分回路６８に常時知らされている。操作量配分回路６８はその情報を受け、予め決められたルールに従いある場合はｄ軸電流操作量Ｉdcはゼロとしてｑ軸電流操作量Ｉqcを比例積分演算回路６７の出力であるモータ電流操作量Ｉcに等しくし、またある場合はｄ軸電流操作量Ｉdcは負の一定値としてｑ軸電流操作量Ｉqcをモータ電流操作量Ｉcに等しくするという具合にｄ軸電流操作量Ｉdcとｑ軸電流操作量Ｉqcの形成の仕方を変える。
【００４５】
このようにしてｄ軸電流操作量Ｉdcとｑ軸電流操作量Ｉqcが形成され、電流指令値制限回路６０を経てｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrが決定されて電流制御回路３１に与えられる。電流制御回路３１は前述したように指令された値と一致する電流をモータ１３に供給する制御を行なう。その結果としての回転子の角速度ωが推定され、その推定値ωｅが電流操作量決定回路６５にフィードバックされる。電流操作量決定回路６５内の減算回路６６と比例積分演算回路６７は、フィードバックされた角速度推定値ωｅがマイコン６４の出力する角速度指令値ωｒに収束させるような制御動作を行なう。こうした一連の速度フィードバック制御によりモータ１３の角速度ωはマイコン６４からの角速度指令値ωｒに一致させられる。
【００４６】
次に、電流指令値制限回路６０の電流制限値について説明する。本実施形態ではモータ１３の電流に対し、次の２つの条件を満たすように制限を加える。第１の制限条件はモータ１３の電流は最大定格電流Ｉm以下に制限されることであり、第２の制限条件はモータ１３の端子電圧（ｄ−ｑ座標系で表わした電圧）Ｖａが直流電源回路３４からインバータ回路４４に供給さる直流電圧Ｖdc以下に制限されることである。
【００４７】
第１の制限条件は、モータ１３の焼損を防止するための当然の条件である。第２の制限条件、センサレスのベクトル制御インバータ装置３０の制御動作を正常に行なわせるための条件である。モータ１３の端子電圧Ｖａがインバータ回路４４への供給直流電圧Ｖdcを超えてしまうと電流制御回路３１は、モータ電流Ｉd、Ｉqを電流指令値Ｉdr、Ｉqrに一致させることができなくなる。即ち、ベクトル制御が機能しなくなる。
【００４８】
また、本実施形態ではセンサレスでモータ１３の角速度ωと回転位置θを推定している。その推定値が正確であるためには検出したｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqの値がそれぞれｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrに一致していることが要件である。従って、端子電圧Ｖａが直流電圧Ｖdcを上回って電流制御回路３１が正常動作しない状態になると、角速度推定値ωｅ、回転位置推定値θｅの値も実際の値と異なっている。回転位置推定値θｅは電流制御回路３１内のｄｑ／αβ座標変換回路４１、αβ／ｄｑ座標変換回路４９における座標変換に使用されている。回転位置推定値θｅの値が実際の値と異なってくるとそれら座標変換の計算も不正確となる。座標変換が不正確になると電流制御回路３１の動作も不正常になるという具合に悪循環が連鎖して電流制御回路３１は動作不能の事態に至る。従って、この点からも端子電圧Ｖａをインバータ回路４４への供給直流電圧Ｖdc以下に制限することが重要となる。
【００４９】
第１の制限条件は、最大定格電流をＩmとすると次の式で表わされる。
（Ｉd2＋Ｉq2）1/2≦Ｉm                                              （１）式
また、第２の制限条件は誘起電圧の条件に置き替えて次のように表わせる。
（（Ｌd・Ｉd＋Ψａ）2＋（Ｌq・Ｉq）2）1/2≦（Ｖdc−Ｒａ・Ｉm）／ω  （２）式
ここで、Ｌdはｄ軸インダクタンス、Ｌqはｑ軸インダクタンス、Ｒａはコイル抵抗、Ψａは永久磁石による電機子鎖交磁束、ωは角速度である。
【００５０】
ｄ軸電流Ｉdをゼロとした場合の（１）、（２）式を満足するｑ軸電流Ｉqの値の範囲は、図３のグラフにおける直線（１）と曲線（２）の下の範囲となる。横軸は角速度ωである。なお、図中の直線（１）は（１）式の等号が成立する場合の直線であり、曲線（２）は（２）式の等号が成立する場合の曲線である。
【００５１】
本実施形態の電流指令値制限回路６０では（１）、（２）式が多少の余裕を持って成立するように、且つ電流制限値の計算を単純化するために、角速度推定値ωｅに対するｑ軸電流指令値Ｉqrの制限値を図３の折れ線（３）のように設定している。即ち、所定の第１の角速度ω１以下の範囲においては制限電流値は一定の値とし、その角速度ω１以上で第２の角速度ω２以下の範囲においては角速度ωの増大に従い制限電流値は直線的に減少するようにし、第２の角速度ω２以上においては一定の値としている。なお、実際の角速度ωは把握できないので代わりに角速度推定値ωｅに対してその時の制限電流値を決定する。
【００５２】
図４は、このようなベクトル制御インバータ装置３０による洗濯機の「洗い」工程における電流制限動作を例示したものである。「洗い」工程においてはモータ１３に一定周期で正転、逆転動作をさせる必要から、マイコン６４からは図４の（１）に示すような角速度指令値ωｒが出力される。このときモータ１３には前述した速度フィードバック制御により図４の（２）に示すような曲線の回転トルクが発生する。モータ１３の突極性が弱い場合を考えるとモータトルクとｑ軸電流Ｉqとはほぼ比例するので、ｑ軸電流Ｉqも図４の（２）と同じ曲線を描く。起動開始から定常回転速度に至るまでの加速期間である時刻ｔ１〜ｔ２間では大きな電流が流れ、定常速度に達した時刻ｔ２〜ｔ３の期間では電流は少なくなる。減速期間である時間ｔ３〜ｔ４間では逆方向に大きな電流が流れる。起動から停止までの時刻ｔ１〜ｔ４間におけるｑ軸電流Ｉqの絶対値は図４の（３）に示すような曲線を描く。また、検出される角速度推定値ωｅは図４の（４）に示すような曲線を描く。
【００５３】
角速度推定値ωｅが図４の（４）のように変化することから、電流指令値制限回路６０はｑ軸電流指令値Ｉqrの制限値を図４の（５）における制限値曲線のように変化させる。即ち、加速期間であり角速度ωの値の小さい時刻ｔ１〜ｔ２では制限値は大きな値とされる。従って、この間は大きな電流が流れることが許容され、大きな起動トルクを発生させることができる。但し、ｑ軸電流操作量Ｉqcは所定の値に制限されることから定格以上の電流が流れることは防止される。
【００５４】
定常回転速度である時刻ｔ２〜ｔ３では角速度ωの値が大きいため制限値は低く設定される。このため何らかの原因で角速度ωが上昇してモータ１３の誘起電圧も上昇し、端子電圧がインバータ回路４４への供給直流電圧Ｖdcを超えようとしてもｑ軸電流指令値Ｉqrが制限されるため端子電圧が直流電圧Ｖdcを超えることは阻止される。従って、ベクトル制御インバータ装置３０が機能不全に陥ることが防止される。
【００５５】
このように本実施形態のベクトル制御インバータ装置３０においては電流指令値制限回路６０にて電流操作量決定回路６５から出力されたｑ軸電流操作量Ｉqcに対して図３の折れ線（３）の示すような電流制限（電流リミット）を課している。従って、様々な運転条件の下でもモータ１３の電流は定格値以内に収まり、且つモータ１３の端子電圧がインバータ回路４４への供給直流電圧Ｖdcを超えないように制御される。このため、モータ１３が過負荷になったりベクトル制御インバータ装置３０が機能不全に陥ったりすることが防止される効果を奏する。
【００５６】
（変形実施形態）
前記実施形態は次のように変形実施してもよい。
（１）前記実施形態では、第１の角速度ω１以下の範囲ではｑ軸電流指令値Ｉqrの制限値を一定値としたが、この範囲においても上記実施形態の第１の角速度ω１と第２の角速度ω２との間の範囲のように角速度ωが増大するに従い制限電流値が直線的に減少するように（角速度ωが減少するに従い制限電流値が直線的に増大するように）してもよい。即ち、図５の折れ線（３−１）に示すように、図３の折れ線（３）における角速度ω１とω２との間の直線を角速度ゼロまで延長した曲線とする。
【００５７】
前記実施形態における第１の角速度ω１以下の範囲は低角速度でありモータの起動開始時の角速度はこの範囲に入る。そして、この範囲におけるｑ軸電流指令値Ｉqrの制限値はモータの定格により決められる。ところでモータの焼損は流れる電流の大きさとその継続時間により決まり、継続時間が短い場合は高速連続回転時の電流定格よりも大きな電流が許容される。従って、第１の角速度ω１以下の範囲で動作するのは起動開始時だけであり継続時間は短いと考えられるので、その範囲における電流制限値は高い値として差し支えない。
【００５８】
本変形実施形態はそうした観点から、前述の実施形態における第１の角速度ω１以下の低角速度の範囲においても制限値を角速度の減少と共に直線的に上昇する曲線として高い値に設定できるようにしたものである。このようにしても、低角速度での動作継続時間は短いのでモータの焼損を防ぐことができる。そして、このように低角速度の範囲における電流制限値を高めれば、起動トルクが大きくなり起動時間を短くすることができる効果を奏する。
【００５９】
（２）前記（２）式を満足させるｑ軸電流Ｉqの値はｄ軸電流Ｉdを負の値にするとゼロの場合によりも高い値が許容される（図６の曲線（２）、（２−１）参照）。従って、「脱水」工程のように弱め磁束制御を行なうために負のｄ軸電流Ｉdを流す場合には、ｑ軸電流指令値Ｉqrの制限値を高めに設定するとよい。例えば、ｄ軸電流Ｉdがゼロの場合の制限値曲線が図６の折れ線（３−１）に示すものであった場合、ｄ軸電流Ｉdが負の場合には折れ線（３−２）のように折れ線（３−１）を高い方に移動させる。このようにｑ軸電流指令値（Ｉqr）の制限値を高めれば、同じ角速度において高いトルクを発生させることができる。
【００６０】
（３）また、直流電源回路３４からインバータ回路４４に供給される直流電圧Ｖdcは、商用電源７０の電圧により変化する。前記（２）式によれば直流電圧Ｖdcが高い程、ｑ軸電流Ｉqは高い値が許される（図７の曲線（２）、（２−２）参照）。従って、直流電圧Ｖdcの値によりｑ軸電流指令値Ｉqrの制限値を高めに設定するとよい。例えば、直流電圧Ｖdcの値が１００Ｖの場合の制限値曲線が図７の折れ線（３−１）に示すものであった場合、直流電圧Ｖdcの値が１１０Ｖとなった場合には図７の折れ線（３−３）ように折れ線（３−１）を高い方に移動させる。このようにｑ軸電流指令値（Ｉqr）の制限値を高めれば、同じ角速度において高いトルクを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】洗濯機の縦断面図の例である。
【図２】ベクトル制御インバータ装置３０の回路構成図である。
【図３】電流指令値制限回路６０の電流制限曲線を説明する図である。
【図４】「洗い」工程における電流制限動作の説明図である。
【図５】電流指令値制限回路６０の他の電流制限曲線を説明する図である。
【図６】弱め磁束制御における電流制限曲線を説明する図である。
【図７】直流電圧Ｖdcが変動した場合の電流制限曲線を説明する図である。
【符号の説明】
【００６２】
図面中、1は洗濯機本体、１３はモータ、１４は固定子、１５は回転子、３０はベクトル制御インバータ装置、３１は電流制御回路、３２は回転位置推定回路、３３は電流指令値決定回路、４４はインバータ回路、４６は電流検出回路、６１は誘起電圧推定回路、６０は電流指令値制限回路（電流指令値制限手段）、６５は電流操作量決定回路（電流操作量決定手段）、Ｉdはｄ軸電流、Ｉdcはｄ軸電流操作量、Ｉdrはｄ軸電流指令値、Ｉqはｑ軸電流、Ｉqcはｑ軸電流操作量、Ｉqrはｑ軸電流指令値、ω１は第１の角速度、ω２は第２の角速度、ωｅは角速度推定値、ωｒは角速度指令値、Ｖdcは直流電圧、Δωは角速度偏差を示す。
【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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