(57)【要約】【課題】機構的な誤差要因を極力排除して、より正確な洗濯物の重量や分布バランスを推定することができる洗濯機を提供する。【解決手段】制御部は、回転軸に洗濯機のドラムが直結されたモータを駆動制御するに際して、モータの各相巻線の端子電圧を分圧回路によって検出することで誘起電圧のゼロクロス点を検出し、その検出結果に基づいてロータの回転位置を検知する。そして、回転数検知部によりモータの回転速度を検知し、ドラムの内部に収容された洗濯物の重量（ステップＳ１〜Ｓ８）、ドラム内における洗濯物の分布バランスを推定すると、その推定結果に応じて洗濯機の運転状態を制御する。【選択図】  図１
2005006676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転軸に直結され、回転槽内に収容された洗濯物に対して回転力を作用させることで、洗い運転，濯ぎ運転，脱水運転を行うための回転体と、
前記モータに発生する誘起電圧若しくは前記モータの巻線に流れる電流を検出する検出手段と、
この検出手段によって検出された電圧若しくは電流に基づいて前記モータの回転子位置を検知する位置検知手段と、
前記検出手段によって検出された電圧若しくは電流に基づいて前記モータの回転速度を検知する速度検知手段と、
この速度検知手段によって検知された回転速度の変動情報に基づいて、前記洗濯物の量若しくは前記回転槽内における洗濯物の分布バランスを推定する推定手段と、
前記位置検知手段によって検知された回転子位置に基づいて前記モータを駆動制御すると共に、前記推定手段による推定の結果に応じて運転状態を制御する制御手段とを備えることを特徴とする洗濯機。
【請求項２】
モータは、一相当たりの巻線数が３組以上であることを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
【請求項３】
モータは、三相直巻き方式で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】
検出手段は、モータの巻線と回路グランドとの間に接続される抵抗素子の端子電圧に基づいて誘起電圧を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の洗濯機。
【請求項５】
モータの巻線に通電を行うインバータ回路を備え、
検出手段は、前記インバータ回路の下アーム側のスイッチング素子と回路グランドとの間に配置されるシャント抵抗の端子電圧に基づいて巻線電流を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の洗濯機。
【請求項６】
シャント抵抗は１素子のみであり、そのシャント抵抗は、一端が全相の下アーム側のスイッチング素子に共通に接続され、他端が回路グランドに接続されることを特徴とする請求項５記載の洗濯機。
【請求項７】
速度検知手段は、検出値としきい値との比較結果に基づいてパルス信号を発生させるパルス発生手段と、前記パルス信号に基づいてカウント動作を行なうカウント手段とを備え、前記カウント手段のカウント値に基づいて回転速度を検知するように構成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の洗濯機。
【請求項８】
推定手段は、モータが空転している場合に検知される回転速度の減少状態に基づいて洗濯物の量を推定することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の洗濯機。
【請求項９】
推定手段は、モータが加速若しくは減速運転されている期間に検知される回転速度の変化に基づいて洗濯物の量を推定することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の洗濯機。
【請求項１０】
推定手段は、所定の目標回転速度に対して変動するモータの回転速度の最大値及び最小値に基づいて洗濯物の分布バランスを推定することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの回転軸に直結され、回転槽内に収容された洗濯物に対して回転力を作用させることで、洗い運転，濯ぎ運転，脱水運転を行うための回転体を備えてなる、所謂ダイレクトドライブ方式の洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
洗濯機は、撹拌翼（パルセータ）やドラムなどの回転槽（これらを総称して回転体とする）をモータによって回転させることで、回転槽内に収容された洗濯物に対して回転力を作用させ、洗い運転，濯ぎ運転，脱水運転を行う。この場合、モータの回転軸から回転体へ駆動力を伝達させる方式には、ベルト機構や減速歯車を介して伝達したり、回転軸と回転体とを直結したり（ダイレクトドライブ方式）、或いは前者と後者とを運転行程に応じて切替えるものがある。
これらの内、ダイレクトドライブ方式は、運転時における振動及び騒音を低減する効果が得られることから、近年広く採用されている。
【０００３】
また、洗濯機のモータを駆動する方式としては、ホールＩＣなどの磁気センサを位置センサとして用いることでモータの回転子位置を検出し、その位置情報に基づいてインバータ回路などを駆動制御するものが主流である。
【０００４】
更に、洗濯機には、使用水量，洗剤投入量や運転時間の決定，或いは運転行程の選択などを自動的に行うものがあるが、これらの決定や選択を行うには、上述した位置センサにより検出されるモータの回転子位置情報を利用し、所定の条件下における回転体の回転状態（速度変動など）を把握する。そして、その回転状態に基づいて洗濯物の重量や回転槽内における洗濯物の分布バランスを推定し、それらの推定結果に応じて所定の決定や選択を行うようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１２６３９０
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、ダイレクトドライブ方式ではモータと回転体との回転速度は誤差無く一致しているため、モータの回転状態を把握すれば回転体にかかる負荷の状態、つまり、洗濯物の量などを良好に推定することが可能である。
【０００７】
しかしながら、位置センサは、通常２個ないし３個が所定の電気角に対応する位置に固定された状態でモータの回転子が発生する磁界を検出するようになっている。従って、モータを構成する永久磁石の寸法や固着間隔、或いは磁気特性などのばらつきが誤差要因として潜在しており、それらに基づいて発生する誤差によって推定を正確に行うことができず、洗濯機の使用水量や使用電力量に無駄が生じるという問題があった。
【０００８】
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、機構的な誤差要因を極力排除して、より正確な洗濯物の重量や分布バランスを推定することができるダイレクトドライブ方式の洗濯機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の洗濯機は、モータの回転軸に直結され、回転槽内に収容された洗濯物に対して回転力を作用させることで、洗い運転，濯ぎ運転，脱水運転を行うための回転体と、
前記モータに発生する誘起電圧若しくは前記モータの巻線に流れる電流を検出する検出手段と、
この検出手段によって検出された電圧若しくは電流に基づいて前記モータの回転子位置を検知する位置検知手段と、
前記検出手段によって検出された電圧若しくは電流に基づいて前記モータの回転速度を検知する速度検知手段と、
この速度検知手段によって検知された回転速度の変動情報に基づいて、前記洗濯物の量若しくは前記回転槽内における洗濯物の分布バランスを推定する推定手段と、
前記位置検知手段によって検知された回転子位置に基づいて前記モータを駆動制御すると共に、前記推定手段による推定の結果に応じて運転状態を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
即ち、本発明では、モータの駆動制御については、位置センサを使用することなしに回転子位置を推定し、その推定した位置に基づいて制御を行う所謂センサレス駆動方式を採用している。そして、回転子位置の推定には、検出手段によって検出されるモータの誘起電圧若しくは巻線電流を利用する。
【００１１】
この場合、モータの誘起電圧若しくは巻線電流は、モータの全周について磁界の影響を平均化したものとして得ることができる。このことは、誘起電圧については、各相巻線がモータの全周にわたって分布する構成であることから自明である。また、巻線電流についても、次式で示すように誘起電圧に基づいて導出されるから同様のことが言える。
（巻線電流）＝（相電圧−誘起電圧）／（インピーダンス）
【００１２】
従って、モータの誘起電圧若しくは巻線電流に基づいてモータの回転速度を検知し、推定手段が検知された回転速度の変動情報に基づいて洗濯物の量若しくは洗濯物の分布バランスを推定することで、モータにおける特定の磁極の磁界強度のばらつきや磁石寸法或いは組立て精度のばらつきが存在する場合でも、それらを平均化、最小化したものに基づいて推定が可能であるから、推定精度を向上させることができる。
【００１３】
尚、「モータの回転軸に直結」の「直結」とは、必ずしも物理的な直結だけを意味するものではなく、モータと回転体とが同じ回転数で回転するように構成されていれば、両者の間を直接結合するための部材が介在する場合もここで言う「直結」の概念に含むものとする。
【００１４】
この場合、請求項２に記載したように、モータを、一相当たりの巻線数を３組以上として構成することが好ましい。例えば、回転体が、回転軸が略水平方に配置されるドラムによって構成されるドラム式洗濯機である場合は、ドラム内に収容されている洗濯物は、ドラムの内周に配置されているバッフルによって洗濯物を持ち上げ、下方に落下させることで洗濯作用をなすようになっており、洗濯物の落下前後においては大きな負荷変動が生じる。
【００１５】
従って、その落下前後に生じる負荷変動を検出するには、洗濯物の落下が生じる回転角度の周期よりも短い周期で検出を行なう必要がある。ドラム内において洗濯物の落下が生じる回転角度は、概ね機械角９０度から１２０度の範囲内であるから、その前後において負荷変動を検出するには、電気角を機械角９０度未満に設定する必要がある。
【００１６】
そこで、一相当たりの巻線数を３組以上とすれば、６極以上の構成によって機械角が６０度未満となるので、誘起電圧若しくは巻線電流に基づいて負荷変動を良好に検出することができる。尚、ここで言う「１組」とは、例えば、隣り合う２つの磁極に一相の巻線が互いに逆方向巻で巻装されているようなものも１組とみなす趣旨である。また、巻線の組数をカウントする場合、同じ鎖交磁束を発生させる磁極は含まないものとする。
また、この場合、請求項３に記載したように、モータを、三相直巻き方式で構成すれば、全巻線数は９個以上となる。
【００１７】
以上の場合において、請求項４に記載したように、検出手段を、モータの巻線と回路グランドとの間に接続される抵抗素子の端子電圧に基づいて誘起電圧を検出するように構成すると良く、斯様に構成すれば、誘起電圧を簡単な構成で検出することができる。
【００１８】
また、請求項５に記載したように、モータの巻線に通電を行うインバータ回路を備え、
検出手段を、前記インバータ回路の下アーム側のスイッチング素子と回路グランドとの間に配置されるシャント抵抗の端子電圧に基づいて巻線電流を検出するように構成すると良く、斯様に構成すれば、巻線電流を簡単な構成で検出することができる。
【００１９】
この場合、請求項６に記載したように、シャント抵抗を１素子のみとし、そのシャント抵抗の一端を全相の下アーム側のスイッチング素子に共通に接続し、他端を回路グランドに接続する構成としても良い。斯様に構成すれば、１つのシャント抵抗によって電流検出を行なうことができる。
【００２０】
また、以上の場合において、請求項７に記載したように、速度検知手段を、検出値としきい値との比較結果に基づいてパルス信号を発生させるパルス発生手段と、前記パルス信号に基づいてカウント動作を行なうカウント手段とを備え、前記カウント手段のカウント値に基づいて回転速度を検知するように構成しても良い。斯様に構成すれば、前記カウント値は、誘起電圧若しくは巻線電流の周波数を反映した値になるので、その周波数に基づいてモータの回転速度を確実に検知することができる。
【００２１】
また、請求項８に記載したように、推定手段を、モータが空転している場合に検知される回転速度の減少状態に基づいて洗濯物の量を推定する構成にすると良い。例えば、モータを所定の回転数で回転させた状態から駆動制御を停止させ、モータを空転状態にすると、モータの回転数は、回転槽内に収容されている洗濯物の量に応じて減少状態が変化する。従って、前記減少状態を参照すれば、洗濯物の量を良好に推定することができる。
【００２２】
また、請求項９に記載したように、推定手段を、モータが加速若しくは減速運転されている期間に検知される回転速度の変化に基づいて洗濯物の量を推定する構成にしても良い。即ち、上記期間に検知される回転速度の変化も、回転槽内に収容されている洗濯物の量に応じたものとなるので、斯様に構成した場合も、洗濯物の量を良好に推定することができる。
【００２３】
加えて、請求項１０に記載したように、推定手段を、所定の目標回転速度に対して変動するモータの回転速度の最大値及び最小値に基づいて、回転槽内における洗濯物の分布バランスを推定するように構成すると良い。即ち、洗濯物の分布バランス状態は、モータが所定の回転速度で回転しようとする場合における回転速度変動の大小に表れるので、洗濯物の分布バランスを良好に推定することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明のモータ駆動装置をドラム式洗濯機に適用した場合の第１実施例について図１乃至図１２を参照して説明する。まず、ドラム式洗濯機の全体構成を示す図１１において、ドラム式洗濯機の外殻をなす外箱（筐体）１の前面部には、中央部に扉２が設けられ、上部に、多数のスイッチや表示部（何れも図示せず）を備えた操作パネル３が設けられている。扉２は、外箱１の前面中央部に形成された洗濯物出入れ口４を開閉するものである。
【００２５】
外箱１の内部には、円筒状をなす水槽５が配設されている。この水槽５は、その軸方向が前後方向（図１１では左右方向）となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状に配設され、弾性支持装置６により弾性的に支持されている。水槽５の内部には、円筒状をなすドラム（回転体）７が水槽５と同軸状に配設されている。このドラム７は、洗濯の他、脱水及び乾燥に共用の槽として機能するもので、胴部のほぼ全域に小孔８が多数形成され（図１１に一部のみ図示）、胴部の内周部にはバッフル９が複数設けられている（図１１に一つのみ図示）。
【００２６】
水槽５及びドラム７は、夫々前面部に洗濯物出入れ用の開口部１０，１１を有し、水槽５の開口部１０は前記洗濯物出入れ口４にベロー１２により水密に連ねられ、ドラム７の開口部２１はその水槽５の開口部１０に臨んでいる。ドラム７の開口部１１の周囲部には、バランスリング１３が設けられている。
【００２７】
上記水槽５の背面部には、ドラム７を回転駆動するモータ１４が配設されている。モータ１４はアウタロータ形のＤＣブラシレスモータ（永久磁石同期モータ）であり、そのステータ１５が、水槽５の背部中央部に取り付けられた軸受ハウジング１６の外周部に取り付けられている。
【００２８】
モータ１４のロータ（回転子）１７は、ステータ１５を外側から覆うように配置され、中心部に取り付けられた回転軸１８が上記軸受ハウジング１６に軸受１９を介して回転可能に支承されている。軸受ハウジング１６から突出した回転軸１８の前端部はドラム７の背部の中央部に連結されている。即ち、モータ１４のロータ１７が回転すると、ロータ１７と一体にドラム７も回転する構成（所謂ダイレクトドライブ方式）となっており、ドラム７内に収容された洗濯物に対して回転力を作用させることで、洗い運転，濯ぎ運転，脱水運転を行う。
【００２９】
水槽５の下面部には水溜部２０が設けられており、この水溜部２０の内部に洗濯水加熱用のヒータ２１が配設され、水溜部２０の後部に、排水弁２２を介して排水ホース２３が接続されている。
【００３０】
水槽５の上部には温風生成装置２４が設けられ、背部には熱交換器２５が設けられている。温風生成装置２４は、ケース２６内に配設された温風用ヒータ２７，ケーシング２８内に配設されたファン２９，ファン２９をベルト伝動機構３０を介して回転駆動するファンモータ３１で構成され、ケース２６とケーシング２８とは連通されている。ケース２６の前部にはダクト３２が接続され、ダクト３２の先端部は、水槽５内の前部に突出してドラム７の開口部１２に臨んでいる。
【００３１】
ここで、温風用ヒータ２７とファン２９とにより温風が生成され、その温風はダクト３２を通してドラム７内に供給される。ドラム７内に供給された温風はドラム７内の洗濯物を加熱する共に水分を奪い、熱交換器２５側へ排出される。
【００３２】
熱交換器２５は、上部が上記ケーシング２８内と連通し、下部が水槽５内と連通しており、水が上部から注ぎ入れられて流下することで、内部を通る空気中の水蒸気を冷却し凝縮させて除湿する水冷式である。この熱交換器２５を通った空気は再び温風生成装置２４に戻され、温風化されて循環する。
【００３３】
図９は、駆動制御系の電気的構成を示すものである。インバータ回路３３は、６個のＩＧＢＴ（スイッチング素子）３４ａ〜３４ｆを三相ブリッジ接続して構成されている。また、インバータ回路３３は、１００Ｖの交流電源３５を、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路３６及び直列接続された２個のコンデンサ３７ａ，３７ｂにより倍電圧全波整流した約２８０Ｖの直流電圧が印加されるようになっている。
【００３４】
検出手段たる分圧回路３８は、分圧抵抗３９乃至４４からなっており、モータ１４の固定子巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの各一端子，即ち、インバータ回路３３出力端子とグランドとの間に、分圧抵抗３９と４０との直列回路，分圧抵抗４１と４２との直列回路及び分圧抵抗４３と４４との直列回路を接続して構成されている。そして、それらの直列回路の各共通接続点は、制御部（位置検知手段，速度検知手段，推定手段，制御手段）４５の入力ポートに夫々接続されている。尚、固定子巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗは、直巻き方式でステータコアに巻装されている。
【００３５】
基準電圧発生回路（検出手段）４６は分圧用の抵抗４７及び４８を備えており、インバータ回路３３の電源入力端子間に接続されており、抵抗３４及び３５の共通接続点は制御部４５の入力ポートに接続されている。そして、位置検知手段たる制御部４５は、分圧回路３８によってモータ１４の各相巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの端子電圧を検出し、その端子電圧に基づいて誘起電圧のゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス点の検出タイミングに基づいてロータ１７の回転位置及びモータ１４の回転速度を推定するように構成されている。
【００３６】
尚、ロータの回転位置を推定する方式については、例えば、特開平７−１４７７９３号公報などに開示されている。その概略を説明すると、制御部４５は、内蔵されているコンパレータ（図示せず）によって、各相巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの端子電圧と、基準電圧発生回路４６より与えられる基準電圧（インバータ回路３３に供給される直流電源電圧Ｅの１／２）とを比較する。すると、コンパレータは、各相誘起電圧のゼロクロス点間隔のパルス幅を有する位相信号を得る。そして、この位相信号から電気角３０度に相当する時間を演算してその分だけ移相を行なうことで、位置検出信号を得る。
【００３７】
そして、制御部４５は、これらの３つの位置検出信号を論理変換して６つの通電タイミング信号を得ると、これらをインバータ回路３３のＩＧＢＴ３４ａ〜３４ｆに出力してオン，オフさせ、以て、固定子巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗに通電してロータ１７を回転させる。尚、例えばモータ１４を正弦波駆動するためにより詳細な位置信号が必要である場合は、位置検出信号の周期をカウンタで計測し、その周期に基づいて駆動制御に要求される分解能の位置信号を生成する。
【００３８】
また、実際の運転に際しては、制御部４５は、速度指令信号ＳＶに基づいて出力調整を行なうべくパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行なうようになっている。具体的には、演算により得られた位置検出信号を基にモータ１４の実際の回転速度を示す速度検出信号を生成し、速度指令信号と速度検出信号とを比較して両者の差が零となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。
【００３９】
図１０は、制御部４５の内部においてモータ１４の回転数（回転速度）データを得るための回転数検知部（速度検知手段）６０の構成を示すものである。ゼロクロス検出回路（パルス発生手段）４９ｕ，４９ｖ，４９ｗは、モータ１４におけるＵ，Ｖ，Ｗ各相誘起電圧のゼロクロス点検出タイミングに応じてワンショットパルス信号を出力する。例えば、前記位相信号の立上がり、立下りに応じて夫々パルス信号を出力するように構成する。
【００４０】
ゼロクロス検出回路４９ｕ，４９ｖ，４９ｗより夫々出力されるパルス信号は、３入力ＯＲゲート４８に与えられており、ＯＲゲート５０の出力端子は、カウンタ（カウント手段）５１のリセット端子に接続されている。カウンタ５１は、ＯＲゲート５０によって出力されるパルス信号の周波数よりも十分に高い周波数を有するクロック信号をカウントするようになっている。そして、カウンタ５１は、ＯＲゲート５０によってパルス信号が出力される毎にリセットされるので、そのパルス信号出力周期をカウントすることになる。
【００４１】
カウンタ５１のカウントデータは、リセットによってゼロクリアされる前にサンプルホールド回路（ラッチ）５２によって保持されるようになっている。従って、制御部４５は、サンプルホールド回路５２に保持されているデータを読み出すことで回転数データを得ることができる。ここで、例えばモータ１４が三相１２極で構成されているとすると、ＯＲゲート５０によって出力されるパルス信号の周期は、モータの機械角
３６０／（１２×３×２）＝５（度）
に相当する。従って、サンプルホールド回路５２に保持されているデータ値を７２倍して、カウンタクロックのカウント周期を乗じれば、モータ１４が一回転するのに要する時間、即ち回転速度が分かる。
【００４２】
尚、上述したＰＷＭ信号のデューティ比を決定するプロセスをデジタル的に処理する場合、上記速度検出信号にはこの回転数データを使用すれば良い。また、ＯＲゲート４８より出力されるパルス信号を位置検知信号として利用することで、モータ１４の駆動制御を行うことも可能である。
【００４３】
また、モータ１４の誘起電圧は、各相巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗがモータ１４の全周にわたって分布する構成であるから、誘起電圧に基づいてロータ１７の回転速度を検知すれば、モータ１４の全周について発生している磁界の影響を平均化したものとして得ることができる。
【００４４】
次に、本実施例の作用について図１乃至図８をも参照して説明する。図８は、洗濯機の全行程の流れを示すものである。即ち、ユーザがドラム７内に衣類などの洗濯物を投入し、適当な洗濯コースを選択してスタートさせると、先ず、重量検知が行なわれる。そして、制御部４５が検知した重量に応じて必要となる洗剤量を図示しない表示部に表示させ、ユーザがその表示に基づく量の洗剤を投入すると、残りの行程が完了するまでの時間表示が行われる。それから、給水，洗い，排水，しぼり，の洗い行程が行なわれ、続いて、給水、すすぎ撹拌，排水，のパターンを２回繰り返すすぎ行程が行なわれる。その後、脱水行程，乾燥行程を経て全行程が終了する。
【００４５】
＜重量検知処理＞
ここで、重量検知処理について図１及び図２を参照して説明する。図１は、推定手段たる制御部４５によって行なわれる重量検知処理のフローチャートである。制御部４５は、先ず、モータ１４の回転数をＮ０まで上昇させると（ステップＳ１）、時間ｔ０が経過するまで待機する（ステップＳ２）。尚、図２には、図１の処理に関して、モータ１４の回転数がＮ０に達した時点からの回転数変化の一例を示す。
【００４６】
回転数がＮ０に達すると（ステップＳ２，「ＹＥＳ」）、制御部４５は、モータ１４の駆動を停止し（ステップＳ３）、時間ｔ１が経過するまで待機する（ステップＳ４）。そして、時間ｔ０，ｔ１間に減少した回転数ΔＲ１を、回転数Ｎ０から時間Ｔ１経過後の回転数Ｎ１を減じることで測定する（ステップＳ５）。
【００４７】
次に、制御部４５は、測定したΔＲ１に基づいて、洗濯物を収容した状態のドラム７の慣性モーメントＪ１を（１）式によって演算する（ステップＳ６）。
Ｊ１＝ａ・Ｔ１／（ΔＲ１／（ｔ１−ｔ０））      ・・・（１）
ここで、ａは比例定数、Ｔ１は回転機構の摩擦などによる減速トルクである。
【００４８】
続いて、制御部４５は、慣性モーメントＪ１よりドラム７の慣性モーメントＪ０を減じて洗濯物の慣性モーメントＪ２を得ると（ステップＳ７）、その慣性モーメントＪ２に基づいて、洗濯物重量Ｇ１を（２）式によって演算する（ステップＳ８）。
Ｇ１＝ｂ・Ｊ２      ・・・（２）
但し、ｂは比例定数である。
即ち、モータ１４を空転状態にした場合、モータ１４の回転数はドラム７内に収容されている洗濯物の重量に応じて減少状態が変化する。従って、その減少状態に基づいて洗濯物の重量を良好に推定することができる。
【００４９】
洗濯物重量Ｇ１と、ドラム７内に注水する水量Ｗ１との関係は、例えば図３で示されるため、制御部４５は、内蔵されているメモリに記憶されている図３のテーブルに従って注水量Ｗ１を決定する。また、図４は、洗濯物重量Ｇ１に応じて基本行程時間（例えば、洗い、すすぎ、脱水や乾燥などの各運転時間）を決定するためのテーブルの一例である（３行程のみ示す）。このテーブルにより、洗濯物重量Ｇ１について基本行程時間ｔｃ１，ｔｃ２，ｔｃ３が決定される。
【００５０】
＜アンバランス検知処理＞
次に、洗濯機が脱水運転を行う前にドラム７内における洗濯物のアンバランス状態を検出し、必要に応じてそのアンバランス状態を解消するためのほぐし運転を行う部分の処理について、図５乃至図７を参照して説明する。
【００５１】
図５は、制御部４５によって行なわれるアンバランス検知処理のフローチャートである。制御部４５は、先ず、モータ１４の回転数をＮ２まで上昇させると（ステップＳ１１）、目標回転数Ｎ０に対して変動する回転数の最大値Ｎ３を検出する（ステップＳ１２）。そして、最大値Ｎ３が検出された時点の時刻ｔ３を記憶する（ステップＳ１３）。尚、図６には、図５の処理に関してモータ１４の回転数がＮ２に達した時点からの回転数変化を示す。
【００５２】
続いて、制御部４５は、目標回転数Ｎ０に対して変動する回転数の最小値Ｎ４を検出し（ステップＳ１４）、最小値Ｎ４が検出された時点の時刻ｔ４を記憶する（ステップＳ１５）。
【００５３】
次に、制御部４５は、時間ｔ３，ｔ４間に減少した回転数ΔＲ２（最大変動量）を、回転数Ｎ３とＮ４との差として測定し（ステップＳ１６）、測定したΔＲ２に基づいて、洗濯物のアンバランス量Ｔ２をトルク換算で求める（ステップＳ１７）。
Ｔ２＝ｃ・Ｊ１／（ΔＲ２／（ｔ３−ｔ４））      ・・・（３）
但し、ｃは比例定数である。即ち、洗濯物の分布バランス状態は、モータ１４が所定の回転数で回転しようとする場合における回転数変動の大小に表れるので、最大変動量ΔＲに基づいてアンバランス量Ｔ２を求めれば、アンバランス状態を良好に推定できる。
【００５４】
以上のようにしてアンバランス量Ｔ２を求めると、制御部４５は、アンバランス量Ｔ２の大きさに応じて、図７に示すように脱水運転の開始時における運転シーケンスを変化させる。例えば、シーケンスＣｓ１はアンバランス量が最も小さい場合であり、脱水運転時における回転数の上昇度合いが一番大きい。
【００５５】
シーケンスＣｓ２はアンバランス量がやや大きい場合であり、回転数の上昇度合いをやや緩やかにして、その上昇過程においてドラム７内の洗濯物分布を変化させることでアンバランス状態を解消させるようにする。
また、シーケンスＣｓ３はアンバランス量がかなり大きい場合であり、ドラム７の回転方向を一旦反転させることで、ドラム７内のアンバランス状態をより積極的に解消させるほぐし運転を行った後、回転数を緩やかに上昇させている。
【００５６】
ここで、図６に示すような回転変動を検出するのに適したモータ１４の構成条件について、図１２を参照して説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）は、ドラム７の回転に伴い、洗濯物がバッフル９により内壁に沿って上方に移動し、ある程度の高さに達した時点で落下する状態を示したものである。（ａ）から（ｃ）にかけて、ドラム７の回転角度は１８０度変化している。
【００５７】
図１２（ｃ）に示すように、鉛直方向を基準０度とすると、バッフル９により掻き上げられた洗濯物が落下する角度は、概ね９０度〜１２０度範囲であり、この前後においてはモータ１４の負荷トルクが大きく変化する（図１２（ｄ）参照）。従って、斯様な状態における負荷トルク変動を確実に検出するためには、制御部４５の検出分解能が機械角９０より高くなる必要がある。
【００５８】
モータ１４は、先述したように三相１２極構成であり、誘起電圧のゼロクロス点を１電圧波形周期について２回検出することで機械角分解能は５度となっているから、上記条件を十分に満たしている。
【００５９】
また、検出分解能を機械角９０よりも高くするための臨界的な条件を考察すれば、例えば、誘起電圧検出を１相のみについて行なう場合も考慮すると、少なくとも１相当たりの巻線数が「３」（３組）であれば６極になることから、機械角が３６０／６＝６０（度）の分解能となる。
【００６０】
但し、本実施例と同様に、ゼロクロス点を１電圧波形周期について２回検出すれば分解能は３０度となり、この点に限って言えば性能はやや過剰となる。しかし、巻線数「２」（２組）で検出を行なうことを想定すると、誘起電圧周期の検出誤差を訂正するには、正しい周期を示す巻線と誤った周期を示す巻線との比が１：１であれば正誤の判定ができない。従って、その比率が少なくとも２：１以上となる必要がある。更に、モータに偏心が生じている場合には、互いに１８０度の位置にある１極対の巻線に同じ誤差が乗るおそれがある。この点も考慮すれば、巻線数は「３」以上が適当である。従って、三相モータであれば全巻線数は９個以上となる。
【００６１】
以上のように本実施例によれば、制御部４５は、回転軸に洗濯機のドラム７が直結されたモータ１４を駆動制御するに際して、モータ１４の各相巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの端子電圧を分圧回路３８によって検出することで誘起電圧のゼロクロス点を検出し、その検出結果に基づいてロータ１７の回転位置を検知する。そして、制御部４５は、回転数検知部６０によりモータ１４の回転速度を検知し、ドラム７の内部に収容された洗濯物の重量と、ドラム７内における洗濯物の分布バランスを推定すると、その推定結果に応じて洗濯機の運転状態を制御するようにした。
【００６２】
従って、モータ１４における特定の磁極の磁界強度のばらつきや磁石寸法或いは組立て精度のばらつきが存在する場合でも、それらを平均化、最小化したものに基づいて洗濯物の重量や分布バランスを推定できるので、推定精度を向上させることができる。
【００６３】
そして、モータ１４を三相１２極構成としたので、ドラム７内に収容されている洗濯物がバッフル９によって持ち上げられ、下方に落下することで生じる大きな負荷変動を確実に検出することができる。
また、回転数検知部６０を、ゼロクロス検出回路４９ｕ，４９ｖ，４９ｗとカウンタ５１とで構成したので、カウンタ５１のカウント値から誘起電圧の周波数を検知し、その周波数に基づいてモータ１４の回転速度を確実に検知することができる。
【００６４】
更に、制御部４５は、モータ１４が空転している場合に検知される回転速度の減少状態に基づいて洗濯物の重量を推定するので、推定を良好に行うことができる。
加えて、制御部４５は、所定の目標回転速度に対して変動するモータ１４の回転速度の最大値及び最小値に基づいて、ドラム７内における洗濯物の分布バランスを推定するので、洗濯物の分布バランスを良好に推定することができる。
【００６５】
（第２実施例）
図１３及び図１４は本発明の第２実施例を示すものである。第２実施例は、インバータ回路３３に配置されていた分圧回路３８及び基準電圧発生回路４６が削除されており、それらに代えて、下アーム側のＩＧＢＴ３４ｄ〜３４ｆのエミッタと、グランドとの間に、夫々電流検出用のシャント抵抗（検出手段）６１ｕ，６１ｖ，６１ｗが接続されている。そして、両者の共通接続点は制御部６２に接続されている。
【００６６】
そして、制御部（推定手段，制御手段）６２は、シャント抵抗６１ｕ〜６１ｗにより検出されるモータ１４の相電流に基づいて出力トルクをセンサレス方式でベクトル制御すると共に、回転速度をＰＩ制御するように構成されている。
【００６７】
図１４は、制御部６２がセンサレスベクトル制御を行う機能部分を示すブロック図である。シャント抵抗６１ｕ〜６１ｗにより検出された電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、Ａ／Ｄ変換されて三相／二相変換器６３に与えられ、二相電流Ｉα，Ｉβに変換される。ベクトル回転器６４は、磁極位置推定部（位置検知手段、速度検知手段）６５によって推定された磁極位置θに基づいて、二相電流Ｉα，Ｉβをｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑに変換する。磁極位置推定部６５は、後述する出力電圧Ｖｄ，ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑに基づいてモータ１４の回転速度（角速度）ωを推定し、推定した速度オメガに基づいて磁極位置θを演算する。
【００６８】
図示しない速度指令出力部からは、モータ１４の速度指令としてωｒｅｆが与えられており、減算器６６により速度指令ωｒｅｆと推定角速度ωとの偏差Δωが出力される。比例積分器６７は、偏差Δωに基づいてＰＩ制御を行うことで電流指令Ｉｒｅｆを生成し、ｄｑ分配器６８に出力する。ｄｑ分配器６８は、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒとｄ軸電流指令値Ｉｄｒとを生成して減算器６９ｑ，６９ｄに被減算値として夫々出力する。減算器６９ｑ，６９ｄは、指令値Ｉｑｒ，Ｉｄｒと、ベクトル回転器６４より与えられるｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑとの差を演算して比例積分器７０ｑ，７０ｄに出力する。
【００６９】
ここで、Ｉｄ，Ｉｑは、モータ１４の巻線電流のｄ軸成分（励磁電流成分），ｑ軸成分（トルク電流成分）であり、αβ座標系に対して角度（磁極位置）θで回転しているｄｑ軸座標系で表される電流成分である。ｄ軸は磁束方向に一致しており、ｑ軸はｄ軸に直交している。
【００７０】
比例積分器７０ｑ，７０ｄは，ｑ軸電流，ｄ軸電流夫々の差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ及びｄ軸電圧指令値Ｖｄを生成して座標変換器７１に出力する。座標変換器７１は、磁極位置推定部６５によって推定された磁極位置θに基づいて電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを電圧指令値Ｖα，Ｖβに変換するようになっている。
【００７１】
ＰＷＭ形成器７２は、電圧指令値Ｖα，Ｖβを三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換すると共に、それらに基づきＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成してインバータ回路３３に出力する。
【００７２】
以上のように構成された第２実施例によれば、制御部６２においては、シャント抵抗６１ｕ〜６１ｗにより検出された電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づき、磁極位置推定部６５がモータ１４の速度ωと回転位置θとを推定している。従って、その推定された速度ωを用いることで、第１実施例と同様に洗濯物の重量検知やアンバランス状態検知を行なうことができる。また、モータ１４の巻線電流は、誘起電圧とは（４）式で示す関係にある。
（巻線電流）＝（相電圧−誘起電圧）／（インピーダンス）・・・（４）
従って、第１実施例のように誘起電圧に基づいて推定を行う場合と同様に、モータ１４における磁界強度のばらつきや磁石寸法或いは組立て精度のばらつきが存在する場合でも、それらを平均化、最小化したものに基づいて洗濯物の重量や分布バランスを推定することができる。
【００７３】
そして、インバータ回路３３の下アーム側のＩＧＢＴ３４ｄ〜３４ｆと回路グランドとの間に配置されるシャント抵抗６１ｕ〜６１ｖの端子電圧に基づいて、モータ１４の巻線電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出するので、巻線電流を簡単な構成で検出することができる。
【００７４】
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。
第１実施例において、重量推定を行なう場合、モータ１４が加速若しくは減速運転されている期間に検知される回転速度の変化に基づいて推定を行っても良い。即ち、上記期間に検知される回転速度の変化も、ドラム７内に収容されている洗濯物の重量に応じるので、斯様に構成した場合も、洗濯物の量を良好に推定することができる。
洗濯物の重量推定と分布バランス推定との何れか一方のみを行っても良い。
第２実施例において、シャント抵抗６１を何れか二相について配置することで、残りの一相については、それらにより二相について検出される電流に基づいて推定するように構成しても良い。
【００７５】
更に、図１５に示すように、シャント抵抗６１を１素子のみとし、その一端をＩＧＢＴ３４ｄ〜３４ｆのエミッタに共通に接続し、他端を回路グランドに接続しても良い。この場合、制御部７３は、各相電流を合成したものがシャント抵抗６１によって得られる。斯様に構成すれば、１つのシャント抵抗６１によって電流検出を行なうことができる。
スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限ることなく、パワートランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴなどでも良い。
ドラム式洗濯機だけでなく、ダイレクトドライブ方式で且つセンサレス駆動を行なうものであれば、洗濯またはすすぎ運転時には回転体としてパルセータを回転させる、所謂縦型の洗濯機に適用しても良い。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の洗濯機によれば、位置検知手段及び速度検知手段は、検出手段によって検出された電圧若しくは電流に基づいてモータの回転子位置及び回転速度を検知する。そして、推定手段は、検知された回転速度の変動情報に基づいて、洗濯物の量若しくは回転槽内における洗濯物の分布バランスを推定し、制御手段は、検知された回転子位置に基づいてモータを駆動制御すると共に、推定手段による推定の結果に応じて運転状態を制御する。従って、モータにおける特定の磁極の磁界強度のばらつきや磁石寸法或いは組立て精度のばらつきが存在する場合でも、それらを平均化、最小化したものに基づいて推定が可能であるから、推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をドラム式洗濯機に適用した場合の第１実施例であり、制御部によって行なわれる重量検知処理のフローチャート
【図２】図１の処理に関して、モータの回転数がＮ０に達した時点からの回転数変化の一例を示す図
【図３】洗濯物重量Ｇ１とドラム内に注水する水量Ｗ１との関係を示す図
【図４】洗濯物重量Ｇ１に応じて基本行程時間を決定するためのテーブルを示す図
【図５】制御部によって行なわれるアンバランス検知処理のフローチャート
【図６】図５の処理に関してモータの回転数がＮ２に達した時点からの回転数変化を示す図
【図７】アンバランス量Ｔｕｎの大きさに応じて、脱水運転の開始時における運転シーケンスを変化させる例を示す図
【図８】洗濯機の全行程の流れを示す図
【図９】駆動制御系の電気的構成を示す図
【図１０】制御部の内部における回転数検知部の構成を示す図
【図１１】ドラム式洗濯機の全体構成を示す図
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、ドラムの回転に伴って洗濯物が変位する状態を示し、（ｄ）はその変位に応じたモータの負荷トルクの変動状態を示す図
【図１３】本発明の第２実施例を示す図９相当図
【図１４】制御部のベクトル制御を行う機能部分を示すブロック図
【図１５】第１実施例の変形例を示す図
【符号の説明】
７はドラム（回転体）、１４はモータ、１７はロータ（回転子）、３３はインバータ回路、３４ａ〜３４ｆはＩＧＢＴ（スイッチング素子）、３８は分圧回路（検出手段）、４５は制御部（位置検知手段，速度検知手段，推定手段，制御手段）、４９ｕ，４９ｖ，４９ｗはゼロクロス検出回路（パルス発生手段）、５１はカウンタ（カウント手段）、６０は回転数検知部（速度検知手段）、６１，６１ｕ，６１ｖ，６１ｗはシャント抵抗（電流検出手段）、６２は制御部（推定手段，制御手段）、６５は磁極位置推定部（位置検知手段、速度検知手段）、７３は制御部（推定手段，制御手段）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】
2005006676.tif 000014
【図１３】
2005006676.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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