(57)【要約】【課題】モータ駆動による振動、騒音の低減とスイッチング損失の低減を図る。【解決手段】信号波生成手段４３は、選択信号Ｓｖに基づいて２相変調方式または３相変調方式による信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成する。洗濯工程制御手段２９は、脱水運転の加速中において共振回転速度範囲を通過する時には３相変調方式を選択し、共振回転速度範囲外では２相変調方式を選択する。【選択図】  図１
2005000510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、永久磁石を有するロータおよび三相の巻線が巻回されたステータを有し前記回転槽をダイレクトドライブ方式で回転駆動するブラシレスモータと、このブラシレスモータを駆動するインバータ装置とを備えた洗濯機において、
前記インバータ装置は、前記巻線に正弦波状の電流を流すための複数種類の変調方式による電圧を出力可能に構成されていることを特徴とする洗濯機。
【請求項２】
前記複数種類の変調方式は、２相変調方式と３相変調方式であり、
前記インバータ装置は、運転状態に応じて前記２つの変調方式の何れか一方を選択するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
【請求項３】
前記インバータ装置は、脱水運転の加速中において共振回転速度範囲を通過する時に３相変調方式を選択し、脱水運転の加速が終了した後の脱水定常運転時に２相変調方式を選択するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の洗濯機。
【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、永久磁石を有するロータおよび三相の巻線が巻回されたステータを有し前記回転槽をダイレクトドライブ方式で回転駆動するブラシレスモータと、このブラシレスモータを駆動するインバータ装置とを備えた洗濯機において、
前記インバータ装置は、複数種類の変調方式による電圧を出力可能であって、前記ブラシレスモータの回転速度に応じて当該複数の変調方式の何れかを選択するように構成されていることを特徴とする洗濯機。
【請求項５】
前記インバータ装置は、脱水運転中において前記ブラシレスモータの回転速度が共振回転速度範囲にある時に特定の変調方式を選択するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の洗濯機。
【請求項６】
前記インバータ装置は、前記巻線に正弦波状の電流を流すことができる変調方式による電圧を出力可能に構成されていることを特徴とする請求項４または５記載の洗濯機。
【請求項７】
永久磁石を有するロータおよび三相の巻線が巻回されたステータを有するブラシレスモータを駆動するインバータ装置において、
前記巻線に正弦波状の電流を流すための２相変調方式および３相変調方式による信号波を生成可能な信号波形成手段と、
前記ブラシレスモータの回転速度が当該ブラシレスモータが取り付けられる機器の共振回転速度範囲にある場合には３相変調方式による信号波を選択し、その他の回転速度範囲にある場合には２相変調方式による信号波を選択する信号波選択手段とを備えて構成されていることを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転槽をダイレクトドライブ方式で回転駆動するブラシレスモータとこのブラシレスモータを駆動するインバータ装置とを備えた洗濯機およびインバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、ブラシレス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構成を備え、運転振動および運転騒音を低減した洗濯機が示されている。この洗濯機は、洗い運転時には、ブラシレス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、ブラシレスモータによって回転槽およ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。
【０００３】
この洗濯機は、機構部をダイレクトドライブ構造とすることによりギアの動作音やベルトのすべり音をなくすとともに、センター重心による脱水振動を低減している。また、ブラシレスモータを採用することにより、従来用いられていたインダクションモータのうなり音をなくし、さらに、このブラシレスモータの電流波形を正弦波状にすることによりモータのトルク変動を最小化して、運転振動および運転騒音を低減している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１５２７８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記洗濯機が具備する三相のインバータ装置は、ブラシレスモータの電流波形を正弦波状にするために、ＲＯＭデータ読み出し方式により出力電圧を生成するようになっている。ＲＯＭには２相変調方式による信号波データが予め記憶されている。この２相変調方式は、何れか２相について信号波を生成し、残る１相については１２０度幅の休止期間を設ける方式である。２相変調方式は、３相全てについて信号波を生成する３相変調方式に比べると、インバータ主回路のスイッチング損失が少ない利点がある。
【０００６】
しかし、２相変調方式を採用すると、各相について１周期の間にスイッチング期間と非スイッチング期間とが交互に現れるため、これら両期間における還流ダイオードの順方向電圧の影響やデッドタイムの影響によって電圧差が生じ、波形に若干の歪みが現れる。洗濯機や洗濯乾燥機は、深夜でも運転可能となるように更なる静音化の要求があり、振動、騒音の原因となる波形歪みを低減する必要がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、モータ駆動による振動、騒音の低減とスイッチング損失の低減を図った洗濯機およびインバータ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に記載した洗濯機は、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、永久磁石を有するロータおよび三相の巻線が巻回されたステータを有し前記回転槽をダイレクトドライブ方式で回転駆動するブラシレスモータと、このブラシレスモータを駆動するインバータ装置とを備えた洗濯機において、前記インバータ装置は、前記巻線に正弦波状の電流を流すための複数種類の変調方式による電圧を出力可能に構成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、ブラシレスモータの巻線に対して、正弦波状の電流を流すための複数種類の変調方式による電圧を選択的に印加できる。各変調方式は、それぞれ波形歪みの大小またはスイッチング損失の大小について異なっているため、インバータ装置がこれらの変調方式を適宜選択して運転することにより、モータ駆動による振動、騒音の低減とスイッチング損失の低減とが図られる。特に、ダイレクトドライブ方式による静音化が図られた洗濯機に採用しているので、変調方式の違いによる静音化の効果がよりはっきりと現れる。
【００１０】
この場合、複数種類の変調方式を２相変調方式と３相変調方式とし、インバータ装置は、運転状態に基づいてこれら２つの変調方式の何れか一方を選択するように構成することが好ましい。運転状態とは、例えばブラシレスモータの回転速度、回転速度の変化率、巻線電流、洗濯機の運転モード、洗濯物の量などを意味している。
【００１１】
また、インバータ装置は、脱水運転の加速中において共振回転速度範囲を通過する時に３相変調方式を選択し、脱水運転の加速が終了した後の脱水定常運転時に２相変調方式を選択するように構成することが好ましい。この構成によれば、共振回転速度範囲において波形歪みが生じにくい３相変調方式が選択されるため、共振振動を抑制することができる。また、脱水運転の加速中において上記共振回転速度範囲を通過する時間は比較的短く、加速が終了した脱水定常運転時においては２相変調方式が選択されるので、スイッチング損失も低減できる。
【００１２】
インバータ装置は、複数種類の変調方式による電圧を出力可能であって、ブラシレスモータの回転速度に応じて当該複数の変調方式の何れかを選択するように構成してもよい。この構成によれば、インバータ装置が、ブラシレスモータの回転速度に応じて現れる機械的、電気的な特性に適した変調方式を適宜選択して運転することにより、モータ駆動による振動、騒音の低減とスイッチング損失の低減とが図られる。この場合、脱水運転中において、ブラシレスモータの回転速度が共振回転速度範囲にある時に、波形歪みが小さい特定の変調方式を選択するように構成すれば、共振振動を低減することができる。なお、変調方式は、巻線に正弦波状の電流を流すことができるものが好ましい。
【００１３】
【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一実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず、全自動洗濯機（以下、洗濯機と称す）の機械的構成についてその概略を説明する。洗濯機の全体構成を示す図２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、洗い槽と脱水バスケットとを兼用する回転槽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（パルセータ）５が回転可能に配設されている。
【００１４】
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（図示せず）を通って水受槽２内へ放出される構成となっている。
【００１５】
水受槽２の底部には排水口６が形成されている。この排水口６には排水弁７を介して排水ホース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１参照）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。さらに、水受槽２の底部には、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。
【００１６】
また、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１０が装着されている。この排水カバー１０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１１が形成されている。この構成の場合、排水弁７を閉鎖した状態で回転槽４内へ給水すると、回転槽４内と上記排水通路１１内に水が貯留されるようになる。そして、排水弁７を開放すると、回転槽４内の水が貫通孔４ｄ、排水通路１１、排水口６、排水弁７、排水ホース８を通って排水されるように構成されている。
【００１７】
一方、水受槽２の外底部に取り付けられた機構部ベース１２には、例えばアウタロータ形のブラシレスモータ１３が設けられている。このブラシレスモータ１３は、回転槽４および撹拌体５をダイレクトドライブ方式で回転駆動するモータであり、具体的には図示しないが永久磁石が配設されたロータと複数相例えば三相の巻線１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ（図１参照）が巻回されたステータとを備えて構成されている。
【００１８】
この構成において、洗い運転時には、ブラシレスモータ１３により撹拌体５だけがダイレクトに回転駆動され、脱水運転時には、ブラシレスモータ１３により回転槽４および撹拌体５が一体にダイレクトに回転駆動されるように構成されている。ブラシレスモータ１３により撹拌体５だけを回転駆動する運転と、ブラシレスモータ１３により回転槽４および撹拌体５を一体に回転駆動する運転との切り替えは、図示しないクラッチによって実行されるようになっている。
【００１９】
次に、上記洗濯機の電気的構成について図１を参照しながら説明する。この図１において、交流電源１４の両端子は、一方にリアクトル１５を介して全波整流回路１６の交流入力端子に接続されている。全波整流回路１６の出力端子間には、平滑コンデンサ１７ａ、１７ｂが接続されており、この平滑コンデンサ１７ａ、１７ｂと全波整流回路１６とから直流電源回路１８が構成されている。
【００２０】
この直流電源回路１８の出力端子から直流母線１９ａ、１９ｂが導出されており、これら直流母線１９ａ、１９ｂ間にはインバータ主回路２０が接続されている。このインバータ主回路２０は、三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２１ａ〜２１ｆと、これらスイッチング素子２１ａ〜２１ｆに対しそれぞれ並列接続された還流ダイオード２２ａ〜２２ｆとから構成されている。そして、上記インバータ主回路２０の出力端子２３ｕ、２３ｖ、２３ｗは、それぞれブラシレスモータ１３の巻線１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに接続されている。このうち出力端子２３ｕから巻線１３ｕに至る配線および出力端子２３ｗから巻線１３ｗに至る配線には、それぞれ電流センサ２４、２５が設けられている。
【００２１】
インバータ主回路２０の各スイッチング素子２１ａ〜２１ｆの制御端子（ゲート）には、例えばフォトカプラからなる駆動回路２６からゲート駆動信号が与えられるようになっている。ここで、インバータ主回路２０と駆動回路２６とから通電手段２７が構成されている。
【００２２】
洗濯機の運転全般の制御およびブラシレスモータ１３の制御は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの高速演算可能なプロセッサ２８により行われるようになっている。このプロセッサ２８は、ＣＰＵ、制御プログラムが格納された不揮発性メモリ、一時的なデータが格納される揮発性メモリ、入出力ポート、Ａ／Ｄ変換器などを備えている。図１では、プロセッサ２８は機能ブロックにより示されている。すなわち、プロセッサ２８は、制御プログラムに従って実行する機能として、洗濯工程制御手段２９、電流変換手段３０、回転位置推定手段３１、電流制御手段３２および正弦波電圧形成手段３３を備えている。
【００２３】
洗濯工程制御手段２９は、洗濯機の運転全般を制御するものである。この洗濯工程制御手段２９には、操作パネル（図示せず）に設けられた各種の操作スイッチ３４からスイッチ信号が入力され、外箱１の上部に設けられた蓋３５（図２参照）の開閉状態を検知する蓋スイッチ３６から開閉検知信号が入力され、回転槽４内の水位を検知する水位センサ３７から水位検知信号が入力され、交流電源１４の電圧に基づいて停電を検知する停電検出回路３８から停電検出信号が入力されるようになっている。また、洗濯工程制御手段２９は、前記排水弁７を開閉駆動する排水弁モータ９および回転槽４内に給水する給水弁３９を通電制御するように構成されている。
【００２４】
さらに、洗濯工程制御手段２９は、入力した信号および現在の運転モードに基づいて、ブラシレスモータ１３をベクトル制御するために必要な指令信号を出力するようになっている。この場合、回転位置推定手段３１に対して指令回転速度ω０を出力し、電流制御手段３２に対してｄ軸、ｑ軸の指令電流Ｉｄｒ、Ｉｑｒを出力し、正弦波電圧形成手段３３に対して選択信号Ｓｖを出力するようになっている。
【００２５】
電流変換手段３０は、電流センサ２４、２５からＡ／Ｄ変換器を介して電流検出信号を入力し、その検出したＵ相電流ＩｕとＷ相電流Ｉｗに対し３相／２相変換および回転座標変換を行って、ロータの永久磁石による磁界と平行なｄ軸電流Ｉｄとこれに直行するｑ軸電流Ｉｑとを演算するものである。この変換に際しては後述する回転位置θが用いられる。具体的な演算は、以下に示す（１）式〜（５）式に従って行われる。
【００２６】
【数１】
2005000510.tif 000003
【００２７】
回転位置推定手段３１は、回転速度推定手段４０と積分器４１とから構成されている。回転速度推定手段４０は、検出したｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑ、プロセッサ２８がパラメータとして有するモータ定数Ｒ（抵抗）とＬ（インダクタンス）、ゲイン定数Ｋ、前回推定した回転速度ωおよび指令回転速度ω０に基づいて、以下の（６）式および（７）式により、回転速度ωを推定するものである。積分器４１は、この回転速度ωを積分演算してロータの回転位置θを出力するようになっている。
【００２８】
【数２】
2005000510.tif 000004
【００２９】
電流制御手段３２は、指令ｄ軸電流Ｉｄｒと検出したｄ軸電流Ｉｄおよび指令ｑ軸電流Ｉｑｒと検出したｑ軸電流Ｉｑがそれぞれ一致するように電流追従制御を行い、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを出力するものである。具体的な演算は、以下に示す（８）式および（９）式に従って行われる。ここで、Ｇは、比例・積分演算におけるゲイン定数である。
【００３０】
【数３】
2005000510.tif 000005
【００３１】
正弦波電圧形成手段３３は、このｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑおよび洗濯工程制御手段２９から与えられる選択信号Ｓｖに基づいて、上記通電手段２７に与えるＰＷＭ信号Ｖｕｐ、Ｖｖｐ、Ｖｗｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｎ、Ｖｗｎを生成する機能を有するものである。この正弦波電圧形成手段３３は、電圧変換手段４２、信号波生成手段４３およびＰＷＭ信号形成手段４４から構成されている。
【００３２】
このうち電圧変換手段４２は、回転座標変換（逆クラーク変換）を行い、回転座標上のｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑから静止座標上のα軸電圧Ｖα、β軸電圧Ｖβに変換するものである。この変換に際しては、推定した回転位置θが必要となる。具体的な演算は、以下に示す（１０）式および（１１）式に従って行われる。
【００３３】
【数４】
2005000510.tif 000006
【００３４】
信号波生成手段４３は、２相変調信号波形成手段４５と、３相変調信号波形成手段４６と、これら信号波形成手段４５、４６を制御する選択手段４７とから構成されている。２相変調信号波形成手段４５は、α軸電圧Ｖα、β軸電圧Ｖβに基づいて２相変調方式による信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成し、３相変調信号波形成手段４６は、α軸電圧Ｖα、β軸電圧Ｖβに基づいて３相変調方式による信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成するようになっている。何れの変調方式の場合も、インバータ主回路２０から出力される線間電圧が正弦波状となるような信号波となっている。選択手段４７は、選択信号Ｓｖに従って信号波形成手段４５、４６の何れか一方を選択（有効化）し、信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成させるものである。選択手段４７は、洗濯工程制御手段２９とともに本発明でいう信号波選択手段を構成している。
【００３５】
ＰＷＭ信号形成手段４４は、信号波生成手段４３から信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを入力し、例えば三角波比較法によりＰＷＭ変調されたＰＷＭ信号Ｖｕｐ、Ｖｖｐ、Ｖｗｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｎ、Ｖｗｎを出力するものである。これらの信号は、上述した駆動回路２６を通してゲート駆動信号としてスイッチング素子２１ａ〜２１ｆに与えられる。なお、以上説明した直流電源回路１８、通電手段２７、電流センサ２４、２５およびプロセッサ２８によりインバータ装置が構成されている。
【００３６】
次に、本実施形態の作用、特には脱水運転時の制御動作について図３ないし図８も参照しながら説明する。
洗濯工程制御手段２９は、クラッチの制御により、洗い運転時においては回転槽４を固定して撹拌体５のみを回転させ、脱水運転時においては回転槽４と撹拌体５とを回転させる。洗い運転から脱水運転に移行すると、洗濯工程制御手段２９は、指令ｄ軸電流Ｉｄｒをゼロに設定し、指令回転速度ω０および指令ｑ軸電流Ｉｑｒをゼロから徐々に増加させる。回転位置推定手段３１は、停止時および始動直後においては回転速度ωおよび回転位置θの推定をすることが難しいため、指令回転速度ω０をそのまま回転速度ωとして出力する。そして、推定可能な回転速度に達した後は、上述した（６）式と（７）式により回転速度ωを演算する。この場合、洗濯工程制御手段２９は、推定された回転速度ωと指令回転速度ω０とに基づいて指令ｑ軸電流Ｉｑｒを生成するとともに、高速回転が可能となるように回転速度ωの上昇とともに指令ｄ軸電流Ｉｄｒを負の方向に高めて弱め界磁制御を行う。
【００３７】
洗濯工程制御手段２９は、脱水運転の開始とともに選択信号Ｓｖにより２相変調方式を選択し、後述する共振回転速度よりも若干低い回転速度（６５０ｒｐｍ）に達するまでの期間２相変調方式で運転する。この場合、上述したように２相変調信号波形成手段４５は、α軸電圧Ｖα、β軸電圧Ｖβに基づいて２相変調方式による信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成する。図３は、２相変調方式を用いた場合の波形であり、（ａ）は信号波ＶｕとＰＷＭ信号Ｖｕｐ、（ｂ）は信号波ＶｖとＰＷＭ信号Ｖｖｐ、（ｃ）は線間電圧Ｖｕｖを示している。
【００３８】
この図から分かるように、２相変調方式では３相のうちの２相の信号波によって正弦波状の電圧が形成されるため、各相について１２０度（電気角）の非スイッチング期間が存在する。その結果、３相変調方式と比較して、インバータ主回路２０のスイッチング損失が少ないという利点がある。
【００３９】
図４は、電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７のベクトル図である。電圧ベクトルには、図中に矢印で示す６つの電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と原点で示す２つの零ベクトルＶ０、Ｖ７とが存在する。各電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７について示された括弧付きの数字は、インバータ主回路２０を構成するスイッチング素子２１ａ〜２１ｆのオンオフ状態を示している。
【００４０】
例えばＶ１（１，０，０）は、Ｕ相上アームのスイッチング素子２１ａがオン、Ｖ相上アームのスイッチング素子２１ｂがオフ、Ｗ相上アームのスイッチング素子２１ｃがオフである状態を示しており、Ｖ２（１，１，０）は、Ｕ相上アームのスイッチング素子２１ａがオン、Ｖ相上アームのスイッチング素子２１ｂがオン、Ｗ相上アームのスイッチング素子２１ｃがオフである状態を示している。また、零ベクトルＶ０（０，０，０）は、全相について上アームのスイッチング素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃがオフ、零ベクトルＶ７（１，１，１）は、全相について上アームのスイッチング素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃがオンの状態を示している。
【００４１】
電圧ベクトルＶ（Ｖα、Ｖβ）は、図４に示す６つのセクタの何れかに属している。２相変調信号波形成手段４５は、α軸電圧Ｖαとβ軸電圧Ｖβとからなる電圧ベクトルＶ（Ｖα、Ｖβ）が属するセクタを決定し、当該電圧ベクトルＶを挟み込むように隣接する２つの電圧ベクトル（Ｖ１ないしＶ６の何れか）の発生時間と零ベクトル（Ｖ０またはＶ７）の発生時間を求め、その発生時間に基づいて信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを決定する（空間ベクトル法）。なお、以下の演算式において、Ｄ１、Ｄ２は、Ｖ１ないしＶ６の何れかの電圧ベクトルに係るデューティ比を表す変数を示しており、Ｆはデューティに換算するための定数を示している。
【００４２】
▲１▼  電圧ベクトルＶがセクタ１に属する場合
電圧ベクトルＶ（Ｖα、Ｖβ）を、電圧ベクトルＶ１（１，０，０）の成分と電圧ベクトルＶ２（１，１，０）の成分とに分離して変数Ｄ１、Ｄ２を演算し、これに基づいて信号波Ｖｕ、Ｖｖを決定する。セクタ１はＷ相の非スイッチング期間にあたるため、信号波Ｖｗはゼロとなる。２相変調信号波形成手段４５は、以下の（１２）式を用いて演算を行う。
【００４３】
【数５】
2005000510.tif 000007
【００４４】
▲２▼電圧ベクトルＶがセクタ２に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ２、Ｖ３の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２を求め、これに基づいて信号波Ｖｕ、Ｖｖを決定する。信号波Ｖｗはゼロとなる。演算は、以下の（１３）式により行われる。
【００４５】
【数６】
2005000510.tif 000008
【００４６】
▲３▼電圧ベクトルＶがセクタ３に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ３、Ｖ４の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２を求め、これに基づいて信号波Ｖｖ、Ｖｗを決定する。信号波Ｖｕはゼロとなる。演算は、以下の（１４）式により行われる。
【００４７】
【数７】
2005000510.tif 000009
【００４８】
▲４▼電圧ベクトルＶがセクタ４に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ４、Ｖ５の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２を求め、これに基づいて信号波Ｖｖ、Ｖｗを決定する。信号波Ｖｕはゼロとなる。演算は、以下の（１５）式により行われる。
【００４９】
【数８】
2005000510.tif 000010
【００５０】
▲５▼電圧ベクトルＶがセクタ５に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ５、Ｖ６の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２を求め、これに基づいて信号波Ｖｗ、Ｖｕを決定する。信号波Ｖｖはゼロとなる。演算は、以下の（１６）式により行われる。
【００５１】
【数９】
2005000510.tif 000011
【００５２】
▲６▼電圧ベクトルＶがセクタ６に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ６、Ｖ１の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２を求め、これに基づいて信号波Ｖｗ、Ｖｕを決定する。信号波Ｖｖはゼロとなる。演算は、以下の（１７）式により行われる。
【００５３】
【数１０】
2005000510.tif 000012
【００５４】
２相変調信号波形成手段４５により形成された信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、ＰＷＭ信号形成手段４４でＰＷＭ信号Ｖｕｐ〜Ｖｗｎに変換され、駆動回路２６を通してスイッチング素子２１ａ〜２１ｆをオンオフ駆動する。このインバータ主回路２０が出力する正弦波状の電圧により、ブラシレスモータ１３の巻線１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに正弦波電流が流れ、回転槽４と撹拌体５の回転速度が指令回転速度ω０に従って上昇する。
【００５５】
一般に、洗濯機では、脱水運転の定格回転速度（例えば９００ｒｐｍ）では共振が起こらないように設計されており、共振回転速度は、定格回転速度よりも低い回転速度（例えば７００ｒｐｍ）に存在する。２相変調方式を採用すると、各相について１周期の間にスイッチング期間と非スイッチング期間とが交互に現れるため、電圧波形ひいては電流波形に若干の歪みが現れる。しかし、共振回転速度付近の回転速度範囲を除けば、水受槽２の振動は発生しにくく、上記歪みによる振動、騒音の発生は小さく抑えられる。むしろ、２相変調方式を採用すると、インバータ主回路２０のスイッチング損失が２アーム分に減少するため、消費電力について大きな低減効果が得られるという利点がある。
【００５６】
さて、洗濯工程制御手段２９は、指令回転速度ω０が共振回転速度よりも若干低い回転速度である６５０ｒｐｍに達すると、選択信号Ｓｖにより３相変調方式を選択し、共振回転速度よりも若干高い回転速度である７５０ｒｐｍに達するまでの期間３相変調方式での運転を行う。この場合、上述したように３相変調信号波形成手段４６は、α軸電圧Ｖα、β軸電圧Ｖβに基づいて３相変調方式による信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成する。図５は、３相変調方式での波形を示している。
【００５７】
この３相変調方式では３相全ての信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを用いて正弦波状の電圧が形成されるため、波形歪みが生じにくい利点がある。ただし、インバータ主回路２０の全アームが常にスイッチングしているため、その分スイッチング損失は増加する。
【００５８】
３相変調信号波形成手段４６は、上述した２相変調方式と同様に、電圧ベクトルＶが属するセクタを決定し、当該電圧ベクトルＶを挟み込むように隣接する２つの電圧ベクトルの発生時間に対応した変数Ｄ１、Ｄ２を求める。さらに、１からＤ１とＤ２を減算することにより、零ベクトルの発生時間に対応した変数Ｄ０を求める。そして、これらの変数Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２に基づいて信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを決定する。各セクタでの演算は以下のように行う。
【００５９】
▲１▼  電圧ベクトルＶがセクタ１に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ１、Ｖ２の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２を求め、さらに零ベクトルに対応した変数Ｄ０を求め、これらに基づいて信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを決定する。零ベクトルの発生時間に相当するＤ０は２分割され、ＰＷＭ周期における電圧ベクトルは、例えばＶ０（０，０，０）、Ｖ１（１，０，０）、Ｖ２（１，１，０）、Ｖ７（１，１，１）の順に切り替えられる。演算は、以下の（１８）式により行われる。
【００６０】
【数１１】
2005000510.tif 000013
【００６１】
▲２▼電圧ベクトルＶがセクタ２に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ２、Ｖ３の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２、Ｄ０を求め、これらに基づいて信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを決定する。演算は、以下の（１９）式により行われる。
【００６２】
【数１２】
2005000510.tif 000014
【００６３】
▲３▼電圧ベクトルＶがセクタ３に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ３、Ｖ４の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２、Ｄ０を求め、これらに基づいて信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを決定する。演算は、以下の（２０）式により行われる。
【００６４】
【数１３】
2005000510.tif 000015
【００６５】
▲４▼電圧ベクトルＶがセクタ４に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ４、Ｖ５の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２、Ｄ０を求め、これらに基づいて信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを決定する。演算は、以下の（２１）式により行われる。
【００６６】
【数１４】
2005000510.tif 000016
【００６７】
▲５▼電圧ベクトルＶがセクタ５に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ５、Ｖ６の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２、Ｄ０を求め、これらに基づいて信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを決定する。演算は、以下の（２２）式により行われる。
【００６８】
【数１５】
2005000510.tif 000017
【００６９】
▲６▼電圧ベクトルＶがセクタ６に属する場合
電圧ベクトルＶを、電圧ベクトルＶ６、Ｖ１の成分に分離して変数Ｄ１、Ｄ２、Ｄ０を求め、これらに基づいて信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを決定する。演算は、以下の（２３）式により行われる。
【００７０】
【数１６】
2005000510.tif 000018
【００７１】
洗濯工程制御手段２９は、回転速度が共振回転速度（７００ｒｐｍ）を超えて７５０ｒｐｍに達すると、選択信号Ｓｖにより再び２相変調方式を選択し、最終的に定格回転速度（９００ｒｐｍ）に到達する。上記３相変調方式に切り替えて運転する時間は数秒程度であり、洗濯工程全体の時間からすれば非常に短いため、インバータ主回路２０における一時的なスイッチング損失の増大による洗濯機全体の消費電力への影響は小さい。
【００７２】
回転速度が共振回転速度（７００ｒｐｍ）を通過する際には、一時的に共振振動が発生し易くなる。この期間では、ブラシレスモータ１３が発生するトルク変動の一部の成分が共振振動を助長させるように作用するからである。しかし、本実施形態では、共振回転速度付近を通過する期間、波形歪みが小さい３相変調方式に切り替えて運転しているため、２相変調方式のまま運転した場合に比べ、振動、騒音の発生を抑制することができる。
【００７３】
この変調方式の切り替え制御の採用による振動、騒音の低減効果を検証するため、実際の洗濯機を用いて測定を行った。図６、図７は、それぞれ脱水運転中に回転速度が共振回転速度（７００ｒｐｍ）に等しくなった時のインバータ主回路２０の出力電圧、出力電流の周波数成分（実測値）を示したものである。両図ともに（ａ）は３相変調方式に切り替えて運転した場合であって、（ｂ）は２相変調方式のまま運転した場合（従来構成）を示している。これら図６、図７によれば、共振回転速度において３相変調方式に切り替えて運転すると、特に２次の高調波成分が大きく低減していることが分かる。
【００７４】
図８は、上述した運転条件の下での騒音レベルの測定結果を示している。（ａ）は３相変調方式に切り替えて運転した場合であり、（ｂ）は２相変調方式のまま運転した場合（従来構成）である。共振回転速度において３相変調方式に切り替えて運転すると、２相変調方式の場合に生じていた図中Ａ、Ｂに示す騒音成分が消えていることが分かる。この騒音の低減効果は、実験者（使用者）が聞いても明確に認識できるものであった。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態の洗濯機は、２相変調方式と３相変調方式による電圧を出力可能であって、脱水運転の加速中において共振回転速度範囲を通過する時には３相変調方式を選択し、共振回転速度範囲外では２相変調方式を選択してブラシレスモータ１３を駆動するように構成されている。
【００７６】
この構成によれば、共振回転速度範囲における振動、騒音を低減することができる。特に、本実施形態の洗濯機は、ダイレクトドライブ方式により静音化が図られているため、この変調方式の違いによる静音化の効果がよりはっきりと現れる。また、脱水運転の加速中において共振回転速度範囲を通過する時間は比較的短く、共振回転速度範囲以外では２相変調方式で運転されるので、２相変調方式のみで運転していた従来のものと比較してスイッチング損失の増加が殆どない。その結果、インバータ主回路２０で用いる放熱板の体積増加がなく、コスト上昇や装置の大型化を防止することができる。
【００７７】
また、何れの変調方式を選択した場合でも、インバータ主回路２０は、巻線１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに対し正弦波電流を流すための正弦波状の電圧を出力するので、トルクの変動が抑えられて振動、騒音を低減できる。さらに、図５に示す３相変調方式は、信号波Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに正弦波を使用した場合と比べて最大電圧を約１．１７倍に高めることができるので、高速回転を必要とする脱水運転に適したものとなっている。
【００７８】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
上記実施形態では脱水加速途中の共振回転数通過時の１回のみ３相変調方式に切り換えているが、電流の歪みに起因するトルク変動が洗濯機の騒音に影響する運転モードの際に、いつでも切り換えることができる。例えば、急加速や急減速で電流が大きい時には騒音への影響が発生し易く、変調方式を切り換えることが望ましい。また、例えば１０００ｒｐｍ以上の高速回転を短時間行う場合にも、変調方式を切り換えることが有効である。一例としては、ブラシレスモータ１３に流れる電流が所定のしきい値を超えた場合に３相変調方式を選択するように構成してもよい。また、ブラシレスモータ１３の回転速度の変化率が所定のしきい値を超えた場合に３相変調方式を選択するように構成してもよい。
【００７９】
複数種類の変調方式による電圧を出力可能なものであれば、２相変調方式と３相変調方式の組み合わせに限られない。また、３種類以上の変調方式による電圧を出力可能に構成してもよい。また、振動検出手段を設け、所定値を超える振動が検出された時に３相変調方式を選択する構成にしてもよい。
【００８０】
上記実施形態では洗濯機への適用について説明したが、ブラシレスモータが搭載された他の機器に対しても同様にして適用可能である。また、汎用のインバータ装置としても構成し、ブラシレスモータが取り付けられる機器の共振回転速度範囲にある場合には３相変調方式による信号波を選択し、その他の回転速度範囲にある場合には２相変調方式による信号波を選択するようにしてもよい。なお、洗濯機は乾燥機能を備えたものであってもよい。
【００８１】
上記実施形態では、ベクトル制御によりブラシレスモータ１３を制御したが、他の制御方法を用いてもよい。また、センサレスで回転位置θを検出することに替えて、ブラシレスモータ１３の内部に、回転位置θを検出するための回転位置検出手段例えばホールＩＣを配してもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の洗濯機は、ブラシレスモータの巻線に正弦波状の電流を流すための複数種類の変調方式による電圧を出力可能に構成されているので、これらの変調方式を適宜選択して運転することにより、モータ駆動による振動、騒音の低減とスイッチング損失の低減とが図られる。特に、ダイレクトドライブ方式による静音化が図られているので、変調方式の違いによる静音化の効果がよりはっきりと現れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す全自動洗濯機の電気的構成図
【図２】全自動洗濯機全体の概略的な縦断側面図
【図３】２相変調方式を用いた場合の波形図
【図４】電圧ベクトルのベクトル図
【図５】３相変調方式を用いた場合の波形図
【図６】共振回転速度における出力電圧の周波数成分の測定結果を示す図
【図７】共振回転速度における出力電流の周波数成分の測定結果を示す図
【図８】共振回転速度における騒音レベルの測定結果を示す図
【符号の説明】
２は水受槽（外槽）、４は回転槽、１３はブラシレスモータ、１３ｕ、１３ｖ、１３ｗは巻線、４５は２相変調信号波形成手段、４６は３相変調信号波形成手段、４７は選択手段（信号波選択手段）である。
【図１】
2005000510.tif 000019
【図２】
2005000510.tif 000020
【図３】
2005000510.tif 000021
【図４】
2005000510.tif 000022
【図５】
2005000510.tif 000023
【図６】
2005000510.tif 000024
【図７】
2005000510.tif 000025
【図８】
2005000510.tif 000026