(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗濯兼脱水槽に回転自在に配設した攪拌翼と、前記攪拌翼を駆動するモータと、前記モータに電力を供給するスイッチング素子からなるインバータと、前記モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記ロータ位置検出手段の出力信号により前記モータまたは前記攪拌翼の回転数を検知する回転数検知手段と、前記スイッチング素子の入力電流値を検知する電流検知手段と、前記インバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータを略正弦波で駆動するとともに、前記回転数検知手段からの出力信号により、前記モータまたは前記攪拌翼の回転数が所定回転数になるように前記インバータのスイッチング素子の通電比、すなわち前記モータの印加電圧を制御したときの前記モータへの印加電圧と、前記電流検知手段により検知した前記スイッチング素子の入力電流値と、その後前記モータを休止し、休止後の前記回転数検知手段より出力される出力信号との３つの値から、前記洗濯兼脱水槽に投入された洗濯物の量を検知するようにした洗濯機において、前記制御手段は、洗濯物の量を検知する時の攪拌翼回転時におけるモータ電流位相を、洗い運転時の攪拌翼回転時における前記モータの誘起電圧位相よりも遅延させて入力電流値を大きくするようにした洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータで攪拌翼、洗濯兼脱水槽を回転駆動する洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用の洗濯機はインバータ装置によりモータの回転数を制御して脱水性能、あるいは洗浄性能を向上させるものが提案されている。
【０００３】
従来、この種の洗濯機は、特願平１０ー１９７０７１号（特開２０００−２４３７４号公報）に示すように構成していた。すなわち、洗濯開始時、モータで攪拌翼を左右に回転させ、この時モータに流れる電流値等により、洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を検知してした。
【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、モータを矩形波駆動していたため、モータを駆動する時に、モータのコギング音等が発生して、少なからず騒音が発生していた。また、近年、より細かく布量を検知して、布量に合わせた給水量、洗い時間、すすぎ時間、脱水時間等を実現し、節水、省時間等の実現が求められており、従来の構成では、細かい布量の検知が困難であるという問題を有していた。
【０００５】
本発明は上記従来課題を解決するもので、洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を検知するために攪拌翼の回転の駆動を、正弦波駆動で行うことにより、攪拌翼の回転時のモータをコギング音等による騒音を低減でき、また、モータを正弦波駆動する時に、モータの誘起電圧位相に対してモータ電流位相を遅らせることにより、モータの駆動トルクが弱まり、外的負荷すなわち、洗濯兼脱水槽内の衣類の量の変化に対する、モータに流れる電流値の変化がより敏感になり、細かい布量の検知が実現することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、洗濯兼脱水槽に回転自在に配設した攪拌翼と、攪拌翼を駆動するモータと、モータに電力を供給するスイッチング素子からなるインバータと、モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、ロータ位置検出手段の出力信号によりモータまたは攪拌翼の回転数を検知する回転数検知手段と、スイッチング素子の入力電流値を検知する電流検知手段と、インバータを制御する制御手段とを備え、制御手段は、モータを正弦波駆動するとともに、回転数検知手段からの出力信号により、モータまたは攪拌翼の回転数が所定回転数になるようにインバータのスイッチング素子の通電比、すなわちモータの印加電圧を制御したときのモータへの印加電圧と、電流検知手段により検知した前記スイッチング素子の入力電流値と、その後モータを休止し、休止後の前記回転数検知手段より出力される出力信号との３つの値から、洗濯兼脱水槽に投入された洗濯物の量を検知するようにした洗濯機において、制御手段は、洗濯物の量を検知する時の攪拌翼回転時におけるモータ電流位相を、洗い運転時の攪拌翼回転時におけるモータの誘起電圧位相よりも遅延させて入力電流値を大きくするようにしたものである。
【０００７】
これにより、洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を検知するための攪拌翼の回転時に発生するモータのコギング音等の騒音を低減することができ、かつ、電源電圧の変動、モータ自体の特性の違いに関係なく精度よく洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を検知することができる。
【０００８】
さらに、モータの駆動トルクが弱まり、外的負荷すなわち、洗濯兼脱水槽内の衣類の量の変化に対し、モータに流れる電流値の変化がより敏感になり、細かい布量の検知を実現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、洗濯兼脱水槽に回転自在に配設した攪拌翼と、前記攪拌翼を駆動するモータと、前記モータに電力を供給するスイッチング素子からなるインバータと、前記モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記ロータ位置検出手段の出力信号により前記モータまたは前記攪拌翼の回転数を検知する回転数検知手段と、前記スイッチング素子の入力電流値を検知する電流検知手段と、前記インバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータを略正弦波で駆動するとともに、前記回転数検知手段からの出力信号により、前記モータまたは前記攪拌翼の回転数が所定回転数になるように前記インバータのスイッチング素子の通電比、すなわち前記モータの印加電圧を制御したときの前記モータへの印加電圧と、前記電流検知手段により検知した前記スイッチング素子の入力電流値と、その後前記モータを休止し、休止後の前記回転数検知手段より出力される出力信号との３つの値から、前記洗濯兼脱水槽に投入された洗濯物の量を検知するようにした洗濯機において、前記制御手段は、洗濯物の量を検知する時の攪拌翼回転時におけるモータ電流位相を、洗い運転時の攪拌翼回転時における前記モータの誘起電圧位相よりも遅延させて入力電流値を大きくするようにしたものであり、攪拌翼の回転時に発生するモータのコギング音等の騒音を低減することができ、かつ、電源電圧の変動、モータ自体の特性の違いに関係なく洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を精度よく検知することができる。
【００１０】
また、モータの駆動トルクが弱まり、外的負荷すなわち、洗濯兼脱水槽内の衣類の量の変化に対し、モータに流れる電流値の変化がより敏感になり、細かい布量の検知を実現することができるので、洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量の検知性能自体を更に向上することができる。
【００１１】
【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。
【００１２】
（実施例１）
図１、図２および図１３に示すように、交流電源１は、ラインフィルター２を介して整流回路３に交流電力を加え、整流回路３により直流電力に変換する。整流回路３は倍電圧整流回路を構成し、交流電源１が正電圧のとき、全波整流ダイオード３ａによりコンデンサ３ｂを充電し、交流電源１が負電圧のとき、コンデンサ３ｃを充電し、直列接続されたコンデンサ３ｂ、３ｃの両端には倍電圧直流電圧が発生し、インバータ回路４に倍電圧直流電圧を加える。
【００１３】
インバータ回路４は、６個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、パワートランジスタ（ＩＧＢＴでも同様の作用が得られる）と逆並列ダイオードおよびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）で構成している。インバータ回路４の出力端子にモータ５を接続し、回転翼３５または洗濯兼脱水槽３１を駆動する。
【００１４】
モータ５は直流ブラシレスモータにより構成し、回転子を構成する永久磁石と固定子との相対位置（回転子位置）をロータ位置検出手段６により検出する。ロータ位置検出手段６は、通常、３個のホールＩＣ（６ａ、６ｂ、６ｃ）により構成している。インバータ回路４の負電圧端子と整流回路３の負電圧端子間に電流検出手段７，いわゆるシャント抵抗を接続している。
【００１５】
ラインフィルター２の出力交流電圧端子間には、給水弁８，排水弁９，クラッチ１０を接続し、スイッチング手段１１により制御する。ここで、洗濯機の構成について説明する。図１３に示すように、外槽３０は、回転自在に配設した洗濯兼脱水槽３１を内包し、吊り棒３２により洗濯機外枠３３をつり下げている。モータ５は、減速機構を介して洗濯兼脱水槽３１および洗濯兼脱水槽３１の内底部に回転自在に配設した攪拌翼３５を回転駆動する。給水弁８は水道水を洗濯兼脱水槽３１に給水するもので、電磁弁により構成し、排水弁９は洗濯兼脱水槽３１内の水の排水を制御する。クラッチ１０は、モータ５の回転駆動軸を攪拌翼３５に結合するか洗濯兼脱水槽３１に結合するかを制御する。スイッチング手段１１は、双方向サイリスタなどのソリッドステートリレー、またはメカニカルリレーで構成している。
【００１６】
制御回路１２は、インバータ回路４およびスイッチング手段１１を制御するもので、マイクロコンピュータにより構成した制御手段１３と、制御手段１３の出力信号によりインバータ回路４のＩＰＭを制御してモータ５の回転駆動を制御するインバータ駆動回路１４と、スイッチング手段１１を制御するスイッチング手段駆動回路１５と、電流検出手段７の出力信号によりインバータ回路４の電流を検知し制御手段１３にモータ電流に応じた信号を加える電流検出回路１６とで構成している。
【００１７】
また、制御回路１２は、スイッチング手段１１を制御して給水弁８，排水弁９，クラッチ１０などの動作を制御し、洗い、すすぎ、脱水の一連の行程を制御する。
【００１８】
洗い行程においては、攪拌翼３５を左右に回転させ、布に機械力を加えて、衣類の汚れを落とし、脱水行程においては、洗濯兼脱水槽３１を回転させ、洗濯に使った洗濯水を衣類から絞るよう動作させる。
【００１９】
制御手段１３は、洗濯動作を時系列的に制御するなど洗濯機の動作全般を制御（詳細省く）するとともに、インバータ回路４のＩＰＭを制御して、モータ５を駆動する。制御手段１３は、キャリア信号発生回路と比較回路とを有しインバータ回路４のＩＰＭを制御するＰＷＭ制御手段１８ｄと、インバータ回路４の出力電圧を所望の波形に出力する波形記憶手段１８ｅと、ロータ位置検出手段６の出力信号とキャリア信号発生回路の出力信号より電気角を演算する電気角制御手段１８ｂと、キャリア信号発生回路の出力信号に同期して電気角制御手段１８ｂにより波形記憶手段１８ｅの信号を呼出しＰＷＭ制御手段１８ｄに信号を出力する出力レベル変換回路１８ｃと、ロータ位置検出手段６ａの信号より検知した回転数と設定回転数を比較して得た誤差信号により電気角制御手段１８ｂの出力信号レベルを変えて回転数を制御する回転数制御手段１８ａと、モータ印加電圧位相を制御する電圧位相設定手段１８ｆとで構成している。
【００２０】
この制御手段１３は、図２に示すように構成しており、ＰＷＭ制御手段１８ｄは、キャリア信号発生回路１８１ｄにより鋸歯状波を発生させ、比較回路１８２ｄの入力端子に信号ｖｃを加え、比較回路１８２ｄの他方の入力端子に電圧設定手段１８０ｄの信号ｖｕを加え、キャリア信号発生回路１８１ｄの周期は、キャリア周波数を１５．６ｋＨｚに設定すると６４μｓとなり、時間に比例して信号レベルが変化する鋸歯状波を発生させる。鋸歯状波の方が三角波よりもＰＷＭ分解能が高く優れている。また、鋸歯状波の場合にはキャリア周波数のＮ次高調波が三角波に比べて増加する欠点があるが、キャリア周波数を超音波周波数に設定すれば、キャリア周波数のＮ次高調波は騒音への影響がなくなるので、この問題はなくなる。
【００２１】
比較回路１８２ｄはマイクロコンピュータ内のデジタルコンパレータで、ダブルバッファより構成される電圧設定手段１８０ｄのデータと鋸歯状波のキャリア信号と比較してＰＷＭ波形を生成する。図２に示すＰＷＭ制御手段１８ｄは３出力の１相分で、３相出力の場合には同様の回路を３個有する。ただし、キャリア信号発生回路１８１ｄは１つで共用化できる。
【００２２】
波形記憶手段１８ｅは、電気角に対応した所望の電圧信号（正弦波データ）を記憶したのもので、２５６（８ビット）から５１２（９ビット）個の数値データの配列である。電圧振幅に相当する数値データは９ビットデータで、通常は−２５６から＋２５６まで電気角に対応した正弦波データを記憶している。この数値データは、いわゆる正規化データであり、データの持ち方は特にきまっていないので、できるだけプログラムの実行速度が早くなる数値配列が望ましい。
【００２３】
電気角検知手段１８ｂは、ロータ位置検出手段６の出力信号を検知し回転周期を検出する回転周期検知手段１８２ｂと、基準となるロータ位置検出手段６の出力信号Ｈ１からの位相角φｂを設定する位相設定手段１８１ｂと、回転周期検出手段１８２ｂより検知した電気角６０度に相当する期間内にキャリア信号発生回路１８１ｄの出力パルス数ｋカウントし、キャリア信号１周期の電気角Δθを演算しロータ位置に対応する電気角を演算する電気角演算手段１８３ｂと、電気角演算手段１８３ｂより演算したロータ電気角と位相設定手段１８１ｂより印加電圧電気角を設定する電気角設定手段１８０ｂより構成される。
【００２４】
出力レベル変換回路１８ｂは、波形記憶手段１８ｅより電気角に対応した振幅信号Ａを呼び出す呼び出し手段１８０ｃと、呼び出し手段１８０ｃの出力信号Ａに変調度Ｇを演算してＰＷＭ制御手段１８ｄに出力する電圧演算手段１８１ｃとで構成している。通常、波形記憶手段１８ｅのデータは、インバータ回路４の最大出力レベルに対応した数値なので、電圧演算手段１８１ｃの演算はインバータ出力電圧レベルを減らす演算となり、変調度Ｇは１よりも小さい数値となる。通常、正弦波ＰＷＭにおける変調度はパーセンテイジ（％）で呼ばれる。
【００２５】
変調度Ｇは回転数制御手段１８ａにより出力され、回転数制御手段１８ａは、モータ回転数を所定値に設定する回転数設定手段１８１ａと、ロータ位置検出手段６ａの信号より回転数を検知する回転数検知手段１８０ａと、検知回転数と設定回転数を比較して誤差信号を出力する回転数比較手段１８２ａとで構成し変調度Ｇを制御する。
【００２６】
電圧位相設定手段１８ｆは、モータ５を駆動する条件によりインバータ回路出力電圧の位相を設定制御するものである。インバータ回路出力電圧の位相と、モータ電流位相はかならずしも、同一位相にならないので、予めモータ５の駆動条件毎（攪拌翼を回転させる、洗い運転や、洗濯兼脱水槽３１を回転させる脱水運転等）に、インバータ回路出力電圧位相とその時の、モータ電流の位相を試験的に観測し、この試験データを基に、インバータ回路出力電圧位相を設定する。この設定する位相とは、モータ誘起電圧Ｅｃと、モータ電流の位相とが近い程、高効率になるので、この条件を満たすような、インバータ回路出力電圧位相が最適である。また、トルクを重視する時などは、モータ誘起電圧Ｅｃに対し、モータ電流位相が進みぎみになるような、いわゆる弱め界磁の状態にインバータ回路出力電圧位相を設定する制御方式がある。
【００２７】
上記構成において電気角に対応した各部波形関係は、図３および図４に示すようになる。
【００２８】
図３は、通常洗い運転中のモータ回転駆動時の各部波形関係を示すもので、図３において、Ｅｃはモータ誘起電圧波形で、ロータ位置検出手段６のロータ位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、電気角６０度ごとに信号が変化し、基準信号Ｈ１がＬｏからＨｉに変化したタイミングを０度とすると、モータ誘起電圧Ｅｃは電気角３０度遅れた位相となる。ロータ位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の変化に同期してロータ位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の状態データを読み込み、状態データより６０度毎のロータ電気角を検出できる。
【００２９】
信号ｖｃはキャリア信号発生回路１８１ｄの鋸歯状波の出力信号で、０から５１２まで変化するタイマカウンタのタイマ値である。タイマ値が５１２になると、タイマカウンタがオーバーフローして０に戻り、キャリア割り込み信号ｃを発生させる。
【００３０】
信号ｖｕは、比較回路１８２ｄの一方の入力信号で、基本的には出力レベル変換回路１８ｃの出力信号と同じであり、この場合は、位相角φは０度で変調度Ｇは１００％の場合を示す。この信号ｖｕは波形記憶手段１８ｅに記憶した正弦波データの振幅信号Ａ（−２５６〜＋２５６）に変調度Ｇを掛けて２５６を足したもので、ｖｕ＝Ａ×Ｇ＋２５６より計算される。２５６を中心値として０から５１２まで正弦波状に変化する。
【００３１】
信号ｕは信号ｖｕとキャリア信号発生回路１８１ｄの出力データｖｃと大小比較したＰＷＭ波形を示す。この信号ｕによりインバータ駆動回路１４を介してインバータ回路４を駆動し、モータ５に電圧を印加することにより、ほぼ正弦波状の電流でモータ５を駆動することができ、モータ５から発生する騒音、振動を低減することができる。
【００３２】
この信号ｕはＵ相の上アームトランジスタの駆動信号で、下アームトランジスタの駆動信号は信号ｕの反転信号となる。実際にトランジスタに加える信号は、さらにターンオフタイムを考慮したデッドタイム制御が加わり、上下アームトランジスタの同時導通を禁止する期間を設けている。
【００３３】
これにより、キャリア信号に同期して演算によりロータ位置電気角を検出し、波形記憶手段１８ｅに記憶した正弦波データを読み出すことができるので、キャリア信号の周波数を高くしてロータ位置検出分解性能を高くすることができ、モータ５の回転数制御性能を向上することができ、モータ騒音を減らすことができる。
【００３４】
図４は、誘起電圧波形に対し、モータ電流位相を遅らせるようインバータ回路出力電圧位相により設定させた時（後述、洗濯兼脱水槽内の布量を検出するときの攪拌翼回転時）の各部波形関係を示す。インバータ出力電圧位相を、通常モータ駆動時の位相角φ（０度）に対し、約１０度遅らせた場合の波形である。Ｕ相電流Ｉｕは、モータ５の巻線インダクタンスにより、遅れるので、実際には、基準位相Ｈ１に対し４０度程度遅れ、誘起電圧波形Ｅｃに対しは約１０度程度遅れた波形となる。
【００３５】
このように、例えば、Ｕ相電流Ｉｕ波形を、誘起電圧波形Ｅｃに対し約１０度遅れた状態で、モータ駆動することにより、モータ５のトルクは減少し、外部の負荷の違いに対する、モータ相電流Ｉｕの変化が大きくなる。
【００３６】
つぎに、フローチャート図５を用いて、実施例を説明する。まず、洗濯兼脱水槽３１内に洗濯物を入れ、次にステップ２００において洗濯運転をスタートする。ステップ２０１でモータ５をオンする。この時、攪拌翼３５の設定回転数をＮ１（１２０ｒ／ｍｉｎ）とし、回転数制御手段１８ａにより、変調度Ｇを制御し、設定回転数Ｎ１になるよう制御する。ステップ２０２で、モータ５の起動制御を行う。モータ５起動時には、矩形波駆動に設定して所定のＰＷＭ設定値によりモータ５を起動させ、ロータが１／４から１回転してから正弦波駆動に切り替える。矩形波駆動は１２０度通電制御とも呼ばれ、モータ５を構成する直流ブラシレスの最も簡単で、かつ起動トルクを大きくとれる制御方法である。ロータ位置信号により、インバータ回路４を構成する３相フルブリッジインバータの上側アームトランジスタまたは下側アームトランジスタの片側のみＰＷＭ制御することにより、モータ電流を制御することができる。
【００３７】
ステップ２０３にて、先程述べたような正弦波ＰＷＭ制御に切り換える。正弦波ＰＷＭ制御は、上側アームトランジスタと下側アームトランジスタが交互にオンオフするもので、たとえば、Ｕ相上側アームトランジスタの駆動信号ｕの反転信号がＵ相下側アームトランジスタの駆動信号となり、すべてのトランジスタはキャリア信号周波数でＰＷＭ制御される。  ステップ２０４に進んで以降、回転数制御のサブルーチンを実行する。回転数制御モード（回転数制御サブルーチン）は、  電圧位相設定手段１８ｆにより、モータ電流が誘起電圧位相より遅れるよう（例えば１０度）インバータ出力電圧位相φを設定する。このインバータ出力電圧位相φの設定のもとで、変調度Ｇを制御し、攪拌翼３５の回転数が設定回転数Ｎ１に収束するフィードバック制御を行う。フィードバック制御の方法としては、前記した通り、ロータ位置検出手段６ａの信号より回転数検知手段１８１ａにより、現在の攪拌翼３５の回転数を検知し、検知回転数と設定回転数Ｎ１を比較して誤差信号を出力する回転数比較手段１８２ａにより、変調度Ｇを制御する。このフィードバック制御は、ステップ２０４で、ロータ位置検出手段６ａからの信号が変化があるかを検知し、信号の変化があった場合は、パルス入力があったとしてステップ２０５に進む。ステップ２０５では、パルス入力が何回あったかをカウントし記憶するパルス入力ＣＴをカウントし、ステップ２０６において、ロータ位置検出手段６ａからの信号の変化周期により、攪拌翼３５の現在回転数を検知する。ステップ２０７では、攪拌翼３５の現在回転数と設定回転数の差より変調度Ｇを制御する。そして、ステップ２０９においては、電流検知回路１６からの出力信号により、インバータ回路４の入力電流を検知する。ステップ２０９で、攪拌翼３５を回転させる所定時間ｔ１が経過したかを判定し、時間ｔ１が経過するまで、ステップ１０４以降のフィードバック制御を行う。時間ｔ１が経過した時点で攪拌翼３５の回転動作を終了し、ステップ２１０に進み、モータ５の動作を停止させる。
【００３８】
このステップ２０１からステップ２１０までの動作を攪拌翼３５の回転方向、左右交互に２回行い、その後ステップ２１１に進み、布量を検知する。ステップ２１１では、フィードバック制御中に、ロータ位置検出手段６ａからの信号が変化した回数をカウントしておいたパルス入力ＣＴの値ｎと、パルス入力ＣＴをカウントするごとに記憶しておいたそれぞれｎ個からなる電流検出回路１６から出力されたインバータ回路４への入力電流値（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、・・・・Ｉｎ）および変調度Ｇ（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３，・・・・・Ｇｎ）から、平均電流値Ｉａｖｇと、平均変調度Ｇａｖｇを計算する。そして、更に、平均電流値Ｉａｖｇと、平均変調度Ｇａｖｇの関数  Ｚ＝Ｉａｖｇ−Ｋ・Ｇａｖｇ（Ｋは定数）を計算し、このＺ値により、布量を検知する。
【００３９】
ここで、インバータ出力電圧位相φに応じた、インバータ回路４への入力電流値と布量との関係を図６（ｂ）に示す。布量が多い程、攪拌翼３５にかかる力が大きくなり、モータ５のトルクが増加するため、インバータ回路４への入力電流値も増加する。また、インバータ出力電圧位相φをある範囲内（誘起電圧に対し電流位相を０〜１０度程度遅らせるよう設定する）で変化させた時、同じ布量においても、インバータ回路４への入力電流値が変化する。この時の傾向としては、誘起電圧に対し電流位相を遅らせるように制御すると、同じ衣類の量でも、入力電流値は大きくなる。
【００４０】
つぎに、変調度Ｇと布量との関係を図６（ｂ）に示す。布量が多い程、トルクが増加し、電流を多く流す必要があるため、変調度Ｇは大きくなる。また、変調度は電源電圧の大小によっても変化する。同じ布量では電源電圧が低い方がより電流を多く流す必要があるため、変調度Ｇは大きくなる。すなわち、変調度Ｇと電流値の２との値から布量を検知することにより、電源電圧の影響を軽減することができる。
【００４１】
図７（ａ）と図７（ｂ）に電流値と、変調度と、布量との関係を示す。また、図７（ａ）は、誘起電圧位相に対して電流位相がほぼ同じ位相になるように、インバータ出力電圧位相φを設定したときで、図７（ｂ）は、誘起電圧位相に対して電流位相が約１０度程度遅れるよう、インバータ出力電圧位相φを設定した時のものである。このように電流値のみならず、変調度Ｇを用いることにより、電源電圧の影響を受けずに、布量を検知することができ、更に、電流位相を誘起電圧位相に対し遅れさせることにより、より精度よく布量を検知することができる。
【００４２】
一方、正弦波駆動の詳細なフローチャートを図８を参照しながら説明する。
ステップ３００でモータ５の起動制御を行いステップ３０１に進む。ステップ３０２からステップ３０４は前記した内容に重なるのでステップ３０４から説明する。ステップ３０４に進んでキャリア信号割込ｃの有無を判断し、キャリア信号割込ｃが発生するとステップ３０５に進んでキャリア信号割込サブルーチンを実行する。
【００４３】
キャリア信号割り込みサブルーチンの詳細については、図９により説明するが、簡単に説明すると、キャリア信号をカウントすることによりロータ位置電気角を検出し、電気角に応じて波形記憶手段１８ｅより正弦波データを呼び出し、ＰＷＭ制御データを設定するものである。このサブルーチンの実行とリターンには、数μｓｅｃから１０数μｓｅｃ以内に処理する必要がある。
【００４４】
つぎに、ステップ３０６に進み、インバータ回路４を構成するＩＧＢＴの駆動制御を行う。ＰＷＭ制御手段１８ｄの出力設定手段１８２ｄはダブルバッファ構造となっており、ＰＷＭ値が変更されてから実際に出力される信号は、つぎのキャリア信号のタイミングとなる。
【００４５】
ステップ３０７は、ロータ位置信号の変化を検出するもので、ロータ位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のエッジ信号を検出して割り込み信号が発生したかどうかを検出し、割り込み信号が発生するとステップ３０８に進み、位置信号割り込みサブルーチンを実行する。位置信号割り込みの優先度は、キャリア信号割り込みのつぎに設定する。
【００４６】
位置信号割り込みサブルーチンの詳細については、図１０により説明するが、簡単に説明すると、ロータ回転周期と回転数の検出、０度、６０度、１２０度等の６０度ごとの電気角の設定、キャリア信号１周期の電気角の演算等の処理を実行する。
【００４７】
この位置信号割り込みサブルーチン２１０も、キャリア信号割り込みサブルーチンと同様に高速処理が必要であり、数μｓｅｃから１０数μｓｅｃ以内に処理する必要がある。なぜなら、２つの割り込みが同時に重なっても、キャリア信号１周期（６４μｓ）の５０％の時間内に処理しないと、メインルーチンの実行が不可能となり、プログラムの実行に支障をきたす場合が生じる。
【００４８】
ステップ３０９にてモータ５の駆動動作の終了判定を行い、続行ならばステップ２０４に戻り、終了ならばステップ３１０に進んで、ＩＧＢＴをすべてオフさせてから、キャリア信号のカウントを停止させ、一連の正弦波駆動制御を終了させる。
【００４９】
つぎに、ロータ位置検出手段６の出力信号、すなわちロータ位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のエッジを検出したときの位置信号割り込み動作を図１０を参照しながら説明する。
【００５０】
ステップ４００より、エッジ信号により外部割り込みが生じ位置信号割り込みサブルーチンを開始し、ステップ４０１にてロータ位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の状態データを入力し、ロータ位置を検出する。ステップ４０２で、ロータ位置信号よりロータ電気角θｃを設定する。Ｕ相が電気角０度とすれば、Ｖ相は１２０度、Ｗ相は２４０度に設定される。
【００５１】
つぎに、ステップ４０３に進んでキャリア信号発生回路１８１ｄのキャリア割り込み信号ｃのパルス数のカウント値ｋをキャリアカウンタメモリｋｃに記憶し、ステップ４０４に進んでカウント値ｋをクリヤしてステップ４０５に進み、キャリア信号発生回路１８１ｄの出力信号１周期の電気角Δθを演算する。位置信号割り込み周期は電気角６０度に相当するので、Δθ＝６０／ｋｃで表される。３６０度を８ビット（２５６）の分解能とすれば、Δθ＝４２／ｋｃと表現する。
【００５２】
ここで、キャリア信号発生回路１８１ｄの１周期あたりの電気角を演算することにより、回転周期が変化しても電気角を演算して検知することができ、ロータ位置検出精度を向上でき、モータ５にロータの電気角に応じた所望の電圧波形を印加することができる。
【００５３】
キャリア信号の周波数は１５ｋＨｚ以上の超音波周波数に設定するので、カウント値ｋｃは脱水運転時のモータ回転数においても最低１０以上の分解能を確保でき、１電気角では６０以上の分解能を確保できる。マイクロコンピュータの命令実行速度に余裕があれば、キャリア周波数を１５．６ｋＨｚに設定し８極モータを９００ｒ／ｍｉｎで駆動した場合、２４５の分解能を確保でき、脱水回転においてもほぼ正弦波の電圧波形で駆動できる。
【００５４】
つぎに、ステップ４０６に進んで基準電気角の０度かどうか、すなわち、ロータ位置信号Ｈ１がＬからＨに変化したかどうか判定し、Ｙならばステップ４０７に進んで周期測定タイマカウンタＴの測定値を周期測定メモリＴｏに記憶し、ステップ４０８に進んでタイマカウンタＴをクリヤする。その後、ステップ４０９に進んで周期Ｔｏよりロータ回転数Ｎを求める。
【００５５】
周期測定のタイマカウンタは、測定精度を向上させるためにクロック周波数を１〜１０μｓと高くし、マイクロコンピュータの基準クロックを分周した信号をハードタイマーでカウントする。
【００５６】
つぎに、ステップ４１１に進み、回転数制御モードに設定し、設定回転数Ｎｓと検知回転数Ｎの誤差信号により変調度Ｇを制御する。この時の位相φは前述した如く基準値に対し（０度から３０度の範囲で駆動条件に応じて）て設定する。通常攪拌運転時では、効率優先ならば遅角１０度から遅角２０度が最適となる。
【００５７】
変調度Ｇを制御した後、ステップ４１２に進んで周期Ｔｏを測定するタイマカウンタのカウントを開始させる。
【００５８】
つぎに、キャリア信号割り込み動作について図８を参照しながら説明する。図９は、キャリア信号割り込みサブルーチンのフローチャートであり、キャリア信号に同期してロータ位置に対応した電気角を求め、波形記憶手段１８ｅの信号を読み出してＰＷＭ出力するものである。キャリア信号発生回路１８１ｄのタイマカウンタがオーバーフローすると割り込み信号が発生し、ステップ５００より始まるキャリア信号割り込みサブルーチンを実行する。
【００５９】
ステップ５０１でキャリアカウンタのカウント値ｋをインクリメントし、つぎに、ステップ４０２に進んでインバータ回路出力電気角θを演算する。
【００６０】
電気角θは、キャリア信号１周期の電気角Δθとキャリアカウンタのカウント値ｋの積に位相φと位置信号割り込みサブルーチンで検出した電気角θｃの和より求める。Δθ×ｋ＋θｃの演算値はロータ位置電気角を意味し、位相φは、モータ５への印加電圧位相を示す。電気角θは、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相とも求める。
【００６１】
つぎに、ステップ５０３に進んで波形記憶手段１８ｅより電気角θに対応した波形データを呼び出す。正弦波データならば、呼び出したデータはｓｉｎθとなる。ただし、振幅データは−２５６〜＋２５６の値である。電気角最大値は３６０度なので、θが３６０度以上になると０に戻ってデータを読み出す。つぎに、ステップ５０４に進んで位置信号割り込みサブルーチンで求めた変調度Ｇより信号ｖｕを演算し、ステップ５０５に進んでＰＷＭ制御手段１８ｄに信号を加える比較回路１８２ｄの出力設定バッファ、すなわち第２のＰＷＭ制御手段１８ｄにデータを転送し、ステップ５０６に進んでサブルーチンリターンする。Ｖ相、Ｗ相もステップ５０２からステップ５０５までＵ相と同様の処理を行う。
【００６２】
キャリア信号割り込みサブルーチン内の処理はキャリア信号１周期内に処理を終わる必要がある。キャリア周波数が１５．６ｋＨｚならば遅くとも３０μｓ以内に処理を終える必要があり、処理が３０μｓ以内に処理が終わらないプログラムステップの場合にはプログラムを分割し、キャリア割り込み１回目でＵ相、２回目でＶ相、３回目でＷ相の処理を行うようにしてもよい。
【００６３】
（実施例２）
構成は上記実施例１と同じである。上記構成において、フローチャート図１１を参照しながら動作を説明する。ステップ６００で洗濯運転をスタートし、ステップ６０１でモータ５をオンし、攪拌翼３５を動作させる。この時、攪拌翼３５の設定回転数をＮ１（１２０ｒ／ｍｉｎ）とし、回転数制御手段１８ａにより、変調度Ｇを制御し、設定回転数Ｎ１になるよう制御する。ステップ６０２でモータ５の起動後、ステップ６０３に進み、前記したフィードバック制御を行う。ステップ６０４では、正弦波駆動に移行し、以後フィードバック制御を行う。ステップ６０５からステップ６１０は実施例１で記したフローチャートと同様なので省略する。ステップ６１０で時間ｔ１が経過したかを判断し、時間ｔ１を経過した時点で、ステップ６１１でフィードバッグ制御を中止しモータ５をオフし、ステップ６１２に進み、モータ５のオフ後に何回、ロータ位置検出手段６からの信号が変化しかを、ステップ６１４で時間ｔ２が経過するまでカウントする。
【００６４】
このステップ６０２からステップ６１４までの動作を攪拌翼３５の回転方向を左右交互に各２回行い、その後ステップ６１５に進み、布量を検知する。
【００６５】
ここで、モータオフ時のパルス数と布量との関係（パルス数にたいしてその布量であり得る頻度を示す相関図で、正規分布を用いる）を図１１に示す。布量が多ければ多いほど、攪拌翼３５と布との摩擦係数が大きくなり、モータ５をオフしてから、攪拌翼３５が止まるまでの時間が短くなり、ロータ位置検出手段６からの信号変化の数（パルス数）も少なくなる。
【００６６】
そこで、上記実施例１のように平均入力電流値Ｉａｖｇと、平均変調度Ｇａｖｇの関数Ｚ＝Ｉａｖｇ−Ｋ・Ｇａｖｇ（Ｋは定数）の値、およびモータ５のオフ時の、ロータ位置検出手段６からの信号変化の数により布量を検知することにより、布量の検知精度を更に向上することができる。（表１）に布量検知方法の一例を示す。
【００６７】
【表１】
0004507466.tif 000002
【００６８】
約３ｋｇから６ｋｇ以上と布量が多い場合は、に平均入力電流値Ｉａｖｇと、平均変調度Ｇａｖｇの関数Ｚの値が大きいため、Ｚの値から直接布量を判定し、Ｚの値が小さい場合には、約３ｋｇ以下と判定し、パルス数により細かく布量を判定するようにしている。
【００６９】
なお、本実施例では、平均入力電流値Ｉａｖｇと、平均変調度Ｇａｖｇの関数Ｚにより、一旦布量を判定し、判定結果の一部分を再度モータ５のオフ時のパルス数により布量を判定するよう構成しているが、上記３つのデータの計算方法および組み合わせ等はこれに限定しない。
【００７０】
【発明の効果】
以下のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、洗濯兼脱水槽に回転自在に配設した攪拌翼と、攪拌翼を駆動するモータと、モータに電力を供給するスイッチング素子からなるインバータと、モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、ロータ位置検出手段の出力信号によりモータまたは攪拌翼の回転数を検知する回転数検知手段と、スイッチング素子の入力電流値を検知する電流検知手段と、インバータを制御する制御手段とを備え、制御手段は、モータを正弦波駆動するとともに、回転数検知手段からの出力信号により、モータまたは攪拌翼の回転数が所定回転数になるようにインバータのスイッチング素子の通電比、すなわちモータの印加電圧を制御したときのモータへの印加電圧と、電流検知手段により検知した前記スイッチング素子の入力電流値と、その後モータを休止し、休止後の前記回転数検知手段より出力される出力信号との３つの値から、洗濯兼脱水槽に投入された洗濯物の量を検知するようにした洗濯機において、制御手段は、洗濯物の量を検知する時の攪拌翼回転時におけるモータ電流位相を、洗い運転時の攪拌翼回転時におけるモータの誘起電圧位相よりも遅延させて入力電流値を大きくするようにしたものであり、攪拌翼の回転時に発生するモータのコギング音等の騒音を低減することができ、かつ、電源電圧の変動、モータ自体の特性の違いに関係なく洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を検知することができる。
【００７１】
また、モータの駆動トルクが弱まり、外的負荷すなわち、洗濯兼脱水槽内の衣類の量の変化に対し、モータに流れる電流値の変化がより敏感になり、細かい布量の検知を実現することができるので、洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量の検知性能自体を更に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の実施例のブロック回路図
【図２】  同洗濯機のブロック図
【図３】  同洗濯機のモータ駆動装置のタイムチャート
【図４】  同洗濯機のインバータ制御時の動作タイミングチャート
【図５】  同洗濯機のインバータ制御時の動作フローチャート
【図６】  （ａ）同洗濯機のインバータ入力電流と布量との相関特性図
（ｂ）同洗濯機の変調度と布量との相関特性図
【図７】  （ａ）同洗濯機の入力電流値と、変調度と、布量との相関特性図
（ｂ）同洗濯機の入力電流値と、変調度と、布量との位相遅れ時の相関特性図
【図８】  同洗濯機の要部動作フローチャート
【図９】  同洗濯機の要部動作フローチャート
【図１０】  同洗濯機の要部動作フローチャート
【図１１】  本発明の第二の実施例の要部動作フローチャート
【図１２】  同洗濯機のパルス数と布量に対する頻度を示す相関特性図
【図１３】  洗濯機の断面図
【符号の説明】
１    交流電源
３    整流回路
４    インバータ回路
５    モータ
６    ロータ位置検出手段
１３  制御手段
１６  電流検知回路
３５  攪拌翼
【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】
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【図１３】
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