(57)【要約】【課題】ＩｄとＩｑの計算方法の簡素化による低コスト化する。【解決手段】位置検知手段１３０と、巻線１１６、１１７、１１８の電流を検知する電流検知手段１１０を有し、インバータ回路９４はほぼ電気角６０度毎に出力の線間電圧の位相と振幅の少なくとも一方を更新することにより、三角関数の計算なしにＩｄとＩｑの検知を行いつつ安価に制御できる。【選択図】図１
2007195323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相の巻線を有する第１の物体と、永久磁石を有し前記第１の物体と相対的に回転自在に設けた第２の物体と、前記巻線に電力を供給する３相のインバータ回路と、前記第１の物体に対する前記永久磁石の位置を検知する位置検知手段と、前記巻線の電流を検知する電流検知手段を有し、前記インバータ回路は、ほぼ電気角６０度毎に出力の線間電圧の位相と振幅の少なくとも一方を更新する動力発生装置。
【請求項２】
位置検知手段は、永久磁石の位置を電気角６０度の分解能で、無負荷時の前記３相の巻線の線間の誘導起電力がほぼゼロとなるタイミングで論理が変化する信号を出力する請求項１記載の動力発生装置。
【請求項３】
位置検知手段は、３個のホール素子を電気角１２０度隔てて有し、電気角６０度毎に、３出力のいずれかの論理が変化する請求項１または２記載の動力発生装置。
【請求項４】
インバータ回路は、６個のスイッチング素子で構成し、電流検知手段は、前記６個のスイッチング素子の内の３個の低電位側スイッチング素子の一端子に接続した抵抗器を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の動力発生装置。
【請求項５】
第２の物体に対する巻線の電流ベクトルを検知する電流ベクトル検知手段を有し、前記電流ベクトル検知手段は、位置検出手段の出力信号の変化毎に出力を更新する請求項１〜４のいずれか１項に記載の動力発生装置。
【請求項６】
位置検知手段の信号が変化した直後に、少なくとも１個のスイッチング素子のオン時間またはスイッチング周期の少なくとも一方を一時的に変化させる検知期間を有する請求項４または５記載の動力発生装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載した動力発生装置と、前記動力発生装置によって回転駆動される回転体を有し、前記回転体は衣類に機械力を加えて処理を行う衣類処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭用や業務用の洗濯機、衣類乾燥機、洗濯乾燥機などの衣類処理装置や電気掃除機などに使用される動力発生装置、およびこの動力発生装置を使用した衣類処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の動力発生装置は、ＰＷＭのキャリア毎にモータ電流を検知してＡ／Ｄ変化し、ＩｄとＩｑを求めて制御する（例えば、特許文献１参照）。図８は、特許文献１に記載された従来の動力発生装置の制御ブロック図を示すものである。
【０００３】
図８において、起動後に定常状態に移った状態においては、３相モータ２６をインバータ５９からの電流供給で駆動し、抵抗で構成した電流検出手段７６により、各相の電流を検知し、それをＡ／Ｄ変換部７７を経て、ＵＶＷ／αβ変換部７８において、数式１の計算をおこない、
【０００４】
【数１】
2007195323.tif 000003
【０００５】
さらに電気角θの値を取り込みながら、αβ／ｄｑ変換部６８にて数式２の計算を行いＩｄとＩｑの値を求め出すものであった。
【０００６】
【数２】
2007195323.tif 000004
【０００７】
算出されたＩｄとＩｑの値は、速度制御手段６５から出力される設定値ＩｄｒｅｆとＩｑｒｅｆとの誤差を電流ＰＩ制御部（ｄ）６９ｄと電流ＰＩ制御部（ｑ）６９ｑにて増幅してＶｄとＶｑを決定し、電気回転角θと共にｄｑ／αβ変換部７０にてＶαとＶβとした上で、αβ／ＵＶＷ変換部７１で各相の電圧指令とした後、ＰＷＭ形成部７４にて１６ｋＨｚのキャリア周波数でパルス幅変調されインバータ回路５９の各スイッチング素子７５（ａ〜ｆ）がオンオフ制御されるものである。
【０００８】
なお、Ａ／Ｄ変換部７７がＡ／Ｄ変換を行うタイミングとしては、ＰＷＭ形成部７４内の一定周波数である１６ｋＨｚの三角波（キャリア波）のカウンタ値”０”の時点とし、下アームのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）がオンしている期間とするものであった。
【特許文献１】特開２００３−１６９９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、ｓｉｎやｃｏｓという三角関数が必要であるため計算が複雑であり、式１は定数となるので比較的ましであるが、式２についてはθが様々な値に変化している中で、ＵＶＷ／αβ変換部における式２に示される変換を行う必要があるため、ｃｏｓθとｓｉｎθ、すなわち三角関数の計算にマイクロコンピュータの計算時間がかかったり、テーブルが大きくなりＲＯＭの使用バイト数が増大するなどの影響があり、さらに上記三角関数とＩαおよびＩβとの積算も必要であり、また一旦ＩαとＩβを計算する構成としていることにより、式１に示される計算が必要となる。
【００１０】
よって、マイクロコンピュータが計算時間を要するものとなるものであり、特に洗濯機への使用などキャリア周波数が１６ｋＨｚと高い場合に、各キャリア毎に上記のＩｄとＩｑを求める構成とすることにより、非常に応答性の高いＩｄとＩｑの値が得られるというメリットはある反面、用途によってはそれに伴う電圧指令ＶｄとＶｑへの俊敏な変化で得られる効果がほとんどない場合も多く、結果として、例えば１００ＭＩＰＳというような高価で高速なマイクロコンピュータが必要となり、装置も高価になるという課題を有していた。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するもので、特にインバータ回路はほぼ電気角６０度毎に出力の線間電圧の位相と振幅の少なくとも一方を更新することにより、マイクロコンピュータに必要な処理速度、特にＩｄとＩｑを求めるための計算を、三角関数を使わない非常に簡単なものとすることができ、より安価で処理速度が低いマイクロコンピュータの使用を可能とし、低コストの動力発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明の動力発生装置は、３相の巻線を有する第１の物体と、永久磁石を有し前記第１の物体と相対的に回転自在に設けた第２の物体と、前記巻線に電力を供給する３相のインバータ回路と、前記第１の物体に対する前記永久磁石の位置を検知する位置検知手段と、前記巻線の電流を検知する電流検知手段を有し、前記インバータ回路はほぼ電気角６０度毎に出力の線間電圧の位相と振幅の少なくとも一方を更新するものである。
【００１３】
これによって、ＩｄとＩｑの検知周期も電気角６０度毎で済ませることができ、特に三角関数を使用せずにＩｄとＩｑの算出をしながら、運転できるものとなることから、安価で処理速度が低いマイクロコンピュータの使用が可能となり、低コストとすることができるものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の動力発生装置は、低コストの装置を実現することができるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、３相の巻線を有する第１の物体と、永久磁石を有し前記第１の物体と相対的に回転自在に設けた第２の物体と、前記巻線に電力を供給する３相のインバータ回路と、前記第１の物体に対する前記永久磁石の位置を検知する位置検知手段と、前記巻線の電流を検知する電流検知手段を有し、前記インバータ回路はほぼ電気角６０度毎に出力の線間電圧の位相と振幅の少なくとも一方を更新することにより、三角関数を使用せずにＩｄとＩｑの算出をしながら、運転できるものとなることから、安価で処理速度が低いマイクロコンピュータの使用が可能となり、低コストとすることができるものとなる。
【００１６】
第２の発明は、特に、第１の発明の位置検知手段を、永久磁石の位置を電気角６０度の分解能で、無負荷時の前記３相の巻線の線間の誘導起電力がほぼゼロとなるタイミングで論理が変化する信号を出力することにより、三角関数を計算しなくとも非常に簡単な計算でＩｄとＩｑが算出されるものとなり、特に三角関数と電流値との積算に相当する計算も、ごく簡単なレジスタの回転などで済ませることができ、低コスト化の効果として大きなものを得ることができる。
【００１７】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の位置検知手段を、３個のホール素子を電気角１２０度隔てて有し、電気角６０度毎に、３出力のいずれかの論理が変化するものとすることにより、確実に第１の物体と第２の物体との位置関係を検知するとともに、ＩｄとＩｑの計算を三角関数を使用しない簡単なものとすることができ、低コスト化の効果も得られるものとなる。
【００１８】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明のインバータ回路を、６個のスイッチング素子で構成し、電流検知手段は、前記６個のスイッチング素子の内の３個の低電位側スイッチング素子の一端子に接続した抵抗器を有するものとしたことにより、電流検知が比較的簡単な構成で確実に行えるものとなり、ＩｄとＩｑの計算を三角関数を使用しない簡単なものとすることができ、低コスト化の効果が得られるものとなる。
【００１９】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明の第２の物体に対する前記巻線の電流ベクトルを検知する電流ベクトル検知手段を有し、前記電流ベクトル検知手段は、位置検出手段の出力信号の変化毎に出力を更新する構成としたことにより、電圧の振幅と位相の更新周期に必要十分な周期での電流ベクトル検出が行えるものとなり、ＩｄとＩｑの計算を三角関数を使用しない簡単なものとすることができ、低コスト化の効果が得られるものとなる。
【００２０】
第６の発明は、特に、第４または第５の発明の位置検知手段の信号が変化した直後に、少なくとも１個のスイッチング素子のオン時間またはスイッチング周期の少なくとも一方を一時的に変化させる検知期間を有する構成としたことにより、キャリア周波数が高い装置であっても、電流検知手段に必要とされる時間が十分に確保できるものとなることから、低価格で検知に必要時間が長くかかる構成であっても使用できるものとなり、低コストの動力発生装置を実現することができるものとなる。
【００２１】
第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの動力発生装置と、前記動力発生装置によって回転駆動される回転体を有し、前記回転体は衣類に機械力を加えて処理を行う衣類処理装置を構成したことにより、高効率あるいは高速までの回転体の駆動により、省エネ効果、あるいは高い衣類処理性能（洗濯性能、脱水性能、乾燥性能）を有する衣類処理装置が実現できるものとなる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における動力発生装置のブロック図を示すものである。図１において、１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電源９０から、リアクタ９１と整流器９２が接続され、整流器９２の出力端子に接続された電解式のコンデンサ９３に直流電圧ＶＤＣが得られ、これがインバータ回路９４に供給される。ただし、このような構成での直流電圧への変換以外にも、倍電圧整流回路や、昇圧回路を用いて、より高い直流電源を構成するなどの構成もあり、そのような構成を用いてもかまわない。
【００２４】
インバータ回路９４は、ＩＧＢＴとダイオードを並列に接続して構成した６個のスイッチング素子１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、およびこの内の３個の低電位側スイッチング素子１０３、１０４、１０５のエミッタ端子にそれぞれ接続した１０６、１０７、１０８がコンデンサ９３のマイナス端子との間に接続されており、Ａ／Ｄ変換器１０９と共に電流検知手段１１０が構成された状況となっている。Ａ／Ｄ変換器１０９の出力として得られた各相の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは電流ベクトル検知手段１１１に入る構成となっている。
【００２５】
インバータ回路９４の出力には、３相の電動機１１５が接続されており、電動機１１５は、インバータ回路９４の３本の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに一端が接続されて電力の供給を受ける３相の巻線１１６、１１７、１１８を有する第１の物体１１９と、永久磁石１２１、１２２を有し第１の物体１１９に対して相対的に回転自在に設けた第２の物体を有しているものとなっている。
【００２６】
本実施の形態においては、位置検知手段１３０は、相互に電気角１２０度隔てた３個のホール素子１３１、１３２、１３３を第１の物体１１９に取り付けて設け、第１の物体１１９に対する永久磁石１２１、１２２の位置を検知し、整形回路１３４にて３個のホール素子１３１、１３２、１３３からのアナログ信号を整形した３個の論理信号に変換し、電気角６０度毎に論理が変化する信号θを出力するものとなっている。
【００２７】
本実施の形態においては、Ａ／Ｄ変換器１０９と電流ベクトル検知手段１１１は、共にθ信号を受けているが、電気角６０度毎に位置検知手段１３０の出力信号θが変化するタイミングで、Ａ／Ｄ変換器１０９は、電流検知動作をスタートする。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器１０９によって、電流検知手段１１０の出力信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが得られた段階で、電流ベクトル検知手段１１１は、計算によって、ＩｄとＩｑを求めるものとなるが、θ信号が電気角６０度の分解能のものであることから、三角関数を使用しない非常に簡単な計算で済ませることができるものとなる。
【００２９】
電流ベクトル検知手段１１１の出力ＩｄとＩｑは、ＰＩアンプ１４０から出力される、直軸電流の設定値Ｉｄｒと横軸電流の設定値Ｉｑｒに対するそれぞれの差を、ＰＩアンプ１４１、１４２に通すことにより、電圧指令ＶｄとＶｑを得、θ信号を受ける３相回転分配器１４３によって各相電圧の設定値（＝コンペアレジスタ値）が決められ、ＰＷＭ回路１４４によって、１５．６２５ｋＨｚのキャリア周波数でパルス幅変調され、かつ上下のスイッチング素子の切換期間に上下のスイッチング素子が共にオフ指令となるデッドタイムを設けながら、インバータ回路９４に出力されるものとなっている。
【００３０】
電流検知手段１１０のＡ／Ｄ変換器１０９は、３相の巻線１１６、１１７、１１８の電流を検知するため、低電位側のスイッチング素子１０３、１０４、１０５がオン状態となり、巻線１１６、１１７、１１８の電流が、それぞれ抵抗１０６、１０７、１０８に流れるタイミングとなるように、ＰＷＭ回路１４４のキャリア信号の位相とも同期をとって行うものとしており、θ信号の変化があった直後に上記のスイッチングタイミングとなった状態で、電流検知動作が行われるものとなっている。
【００３１】
ただし、このような３個の抵抗器１０６、１０７、１０８を用いずに、３つの低電圧側のスイッチング素子１０３、１０４、１０５のエミッタ端子を共通に接続してしまい、その共通エミッタから１本の抵抗器を接続した構成としてもよく、スイッチング素子のオンオフタイミングに合わせて、適切に前記抵抗器の電圧検知を行うことにより、３相の巻線１１６、１１７、１１８の各電流、あるいは３相の内の２相分の電流が検知して残りの１相もキルヒホッフ計算により求め出すなどの構成とすることもできる。
【００３２】
なお、ＰＩアンプ１４０は、速度設定手段１５０からの設定値ωｒと、速度検知手段１５１の出力である実際の回転速度ωとの誤差を比例成分（Ｐ成分）と時間積分成分（Ｉ成分）との和として出力するものとなっており、速度検知手段１５１は、位置検知手段１３０の出力信号θを所定時間内にカウントするか、もしくは電気角６０度に相当する時間を計測することにより現在の回転速度を得る構成となっているものである。
【００３３】
図２は、本実施の形態における、位置検知手段１３０の出力信号ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３と、電圧指令Ｖｄ、Ｖｑ、および電圧振幅｜Ｖ｜、電圧位相δのグラフである。
【００３４】
ここで、電圧振幅｜Ｖ｜は電圧ベクトル（Ｖｄ、Ｖｑ）の絶対値であり、電圧位相δは同ベクトルの逆ＴＡＮである。
【００３５】
なお、一般的な文献において記号δは、ｑ軸からの電機子反作用などを含む誘導起電力の位相角を示すことも多いが、本発明の説明においてはｑ軸からの端子電圧位相進み角を示すものとする。
【００３６】
位置検知手段１３０は、電気角６０度の分解能のものであって、電気角６０度毎に３つの信号（ア）ＣＳ１、（イ）ＣＳ２、（ウ）ＣＳ３信号が１本ずつ変化し、電気角６０度ずつおいたθ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６が論理が変化するタイミングとなる。
【００３７】
本実施の形態においては、電気角θとしてこの６個のタイミングのみでＩｄとＩｑの検知を行って現在値の更新を行い、（エ）Ｖｄと（オ）Ｖｑについても、やはりＩｄとＩｑが更新された直後から計算を開始して出力するため、更新頻度としては電気角６０度毎となり、｜Ｖ｜についてはＶ１、Ｖ２、Ｖ３…、δについてはδ１、δ２、δ３…と更新されていくものとなる。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、ＶｄとＶｑの更新タイミングは位置検知手段１３０の出力の変化のタイミングθ１、θ２、…から約電気角２０度遅れたタイミングとなっているが、これは回転の速度や、計算に使用するマイクロコンピュータの計算時間によって変動するものであって、例えば常に電気角６０度遅れ、すなわち次の位置検知信号の変化までの６０度期間内に処理を終えて、次の変化タイミングにてＶｄとＶｑを更新するものなどとしてもよい。
【００３９】
実際の動力発生装置では、ＶｄとＶｑの値はマイクロコンピュータ内で処理されてしまうので、現象として外から見ることはできないが、（カ）｜Ｖ｜、（キ）δで表現しても、やはり電気角６０度毎の更新となる。
【００４０】
ただし、速度と負荷のトルクが安定している場合などには、もともと更新する必要がなかったり、変化幅が非常に小さいという場合もある。
【００４１】
よって、負荷変動を与えながら運転させるなどすると、更新の頻度と大きさがある程度大きくなり、本発明の動作がなされているかどうかを確認する際に有効なものである。
【００４２】
また、条件によっては｜Ｖ｜とδの一方しか変化していないように見えてしまうこともあり得るが、少なくとも一方が変化している場合には、電圧指令ベクトル（Ｖｄ、Ｖｑ）としては変化していると考えられる。
【００４３】
このように本実施の形態においては、電流ベクトル検知手段１１１は電気角６０度毎のタイミングで出力更新して、制御を行うことから、ＰＷＭのキャリア周期毎に行う場合よりも計算頻度が少なくて済むものとなる傾向がある。
【００４４】
図３は、本実施の形態における電動機１１５について、巻線１１６、１１７、１１８とインバータ回路９４との接続を切り離した開放状態で、外力によって第２の物体を回転させた時に発生する各巻線の誘導起電力（無負荷誘導起電力）の波形と、位置検知手段１３０からの３本の出力信号ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３の波形を示したものである。
【００４５】
θ＝０の点として、Ｕ相の誘導起電力（ア）が負から正に切り替わる零点とすると、Ｖ相の誘導起電力波形（イ）はＵ相に対して２π／３（１２０度）遅れ、またさらにＷ相のそれ（ウ）は４π／３（２４０度）遅れとなり、線間の誘導起電力は、各巻線１１６、１１７、１１８の差となることから、交点、すなわちθ＝π／６（３０度）、３π／６（９０度）、５π／６（１５０度）、７π／６（２１０度）、９π／６（２７０度）、１１π／６（３３０度）の各点において線間の誘導起電力が零となるタイミングが存在する。
【００４６】
本実施の形態における位置検知手段１３０の出力信号（エ）ＣＳ１、（オ）ＣＳ２、（カ）ＣＳ３は、それぞれハイとなる期間とローとなる期間がいずれも電気角１８０度（π）であるとともに、互いに１２０ずつ位相がずれていることから、電気角６０度毎に３本のいずれかの信号が変化していくものとなっており、分解能として電気角６０度のものとなっている。
【００４７】
かつ、信号が変化する電気角は、上記θ＝π／６（３０度）、３π／６（９０度）、５π／６（１５０度）、７π／６（２１０度）、９π／６（２７０度）、１１π／６（３３０度）の各点にほぼ合致しているものとなっている。
【００４８】
図４は、本実施の形態の電動機１１５で、断面図をとったものである。第１の物体は、珪素鋼板を積み重ねて構成したコア１６０を有しており、巻線１１６、１１７、１１８は、いずれもコア１６０に巻かれたものとなっている。中心には軸１６１の周りに回転自在に設けられた第２の物体１２３があり、永久磁石１２１、１２２を有している。
【００４９】
位置検知手段１３０の構成要素であるホール素子１３１、１３２、１３３は、本実施の形態においては、３相の巻線１１６、１１７、１１８の間に機械角１２０度ずつ隔てて設けられており、Ｎ極が外側になるように着磁された永久磁石１２１と対向した場合には正のホール電圧を、またＳ極が外側になるように着磁された永久磁石１２２と対向した場合には負の正のホール電圧を出力するものとなっている。
【００５０】
なお、図４に示している本実施の形態では電動機１１５を２極としていることから、電気角は機械角と等しいものとなるが、４極、６極…とした場合には、機械角は電気角の１／２、１／３…となる。
【００５１】
ホール素子は、巻線１１６、１１７、１１８の中間の位置に設けているが、巻線と同じ位置においてもよく、その場合にも線間の誘導起電力がほぼ零となるタイミングで、必ずどれかのホール素子の出力信号が正から負、あるいは負から正へと変化するものとなり、また３個のホール素子の内の１個を電気角１８０度（π）ずらせた位置に移してもかまわない。
【００５２】
本実施の形態では、ホール素子１３１、１３２、１３３の出力電圧の正／負はハイ／ローの論理に変換されるものとなるが、ホール素子と共に回路が集積化されたホールＩＣと呼ばれるものを使用しても、もちろんかまわない。
【００５３】
また、本実施の形態においては、第１の物体１１９の内側に第２の物体１２３があり、第２の物体が回転するいわゆるインナーロータの形となっているが、逆に第２の物体１２３が第１の物体の外にくるアウターロータと呼ばれるような構成としてもよい。
【００５４】
このような電動機１１５および位置検知手段１３０の構成において、電流ベクトル検知手段１１１の動作を説明する。
【００５５】
図５は、３相の巻線１１６、１１７、１１８それぞれに流れ込む電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの波形に対する位置検知手段１３０の信号が変化するタイミングを示しているものであり、本実施の形態においては、黒丸で示される位置検知手段１３０の信号が変化するタイミングθ１、θ２、θ３…の直後の電流検知手段１１０の働きにより、ＵＶＷ各相の電流瞬時値がＡ／Ｄ変換され、その時点での電流ベクトルＩｄとＩｑが求め出される。
【００５６】
ちなみに図５に示した例は、電流波形としてはほぼ正弦波であって電流位相角βとして＋１５度（π／１２）程度の状態である。
【００５７】
まず、θ１＝π／６（３０度）のタイミングでは、Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対して
Ｉｄ＝−Ｉｕ・ｃｏｓ（π／６）−Ｉｖ・ｃｏｓ（９π／６）−Ｉｗ・ｃｏｓ（５π／６）
Ｉｑ＝Ｉｕ・ｓｉｎ（π／６）＋Ｉｖ・ｓｉｎ（９π／６）＋Ｉｗ・ｓｉｎ（５π／６）
となるが、ｓｉｎやｃｏｓで示される係数は、すべて定数であるため三角関数をいちいち計算する必要はなく、零や１となってしまう係数も出る結果、
Ｉｄ＝０．８６６・（Ｉｗ−Ｉｕ）
Ｉｑ＝０．５・（Ｉｕ＋Ｉｗ）−Ｉｖ
と簡単な計算式となる。
【００５８】
同様に、θ２＝３π／６（９０度）のタイミングでは、
Ｉｄ＝−Ｉｕ・ｃｏｓ（３π／６）−Ｉｖ・ｃｏｓ（１１π／６）−Ｉｗ・ｃｏｓ（７π／６）
Ｉｑ＝Ｉｕ・ｓｉｎ（３π／６）＋Ｉｖ・ｓｉｎ（１１π／６）＋Ｉｗ・ｓｉｎ（７π／６）
となるが、これも簡単な計算式として、
Ｉｄ＝０．８６６・（Ｉｗ−Ｉｖ）
Ｉｑ＝Ｉｕ−０．５・（Ｉｖ＋Ｉｗ）
となる。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、電流検知手段１１０は、抵抗器１０６、１０７、１０８の電圧を検知することにより３相の巻線１１６、１１７、１１８の各相の電圧を検知するものとしているが、例えばＤＣＣＴと呼ばれるような直流成分から電流が検出できるような電流検知モジュールを用いて行う構成であってもよく、その場合３相のすべてに設ける必要はなく、例えばＶ相とＷ相にＤＣＣＴを設けておけば、キルヒホッフの法則より、
Ｉｕ＝−（Ｉｖ＋Ｉｗ）となることは明らかであり、Ｕ相にはＤＣＣＴを入れずして、算術計算にて十分間に合わせることができるものであるが、そのような構成をとった場合には、上記のＩｑ式は、
Ｉｑ＝−１．５・（Ｉｖ＋Ｉｗ）
となるものであるが、それらの計算方法については、適宜マイクロコンピュータの処理速度とプログラミングのし易さなどから計算方法を選択すればよいことである。
【００６０】
以下、θ３、θ４…についても、結果としてはＵＶＷが入れ替わったような同様の計算となり、いずれの時点においても表１に示すように、零と１以外の係数の絶対値としては、０．５と０．８６６の２つしかないので定数をマイクロコンピュータ内のメモリに記憶する場合でも、メモリが少なくてすむ。
【００６１】
【表１】
2007195323.tif 000005
【００６２】
さらに、０．５については、レジスタを１ビット右方向にシフトさせることで済むので非常に簡単に計算ができ、また０．８６６に関しては近似値として、７／８（＝０．８７５）を使用することができることから、掛け算する際、レジスタを右に３ビットシフトさせた値を元の値から差し引くというような簡単なレジスタ操作で代用することができる。
【００６３】
なお、０．８６６という数値は、正確には「３の平方根」を２で割った値であって、無理数であるが、前述の７／８を用いた場合の誤差は、ほぼ１％しかなく、実用上十分な精度を持った値として計算結果が得られるものとなり、問題は発生しない。
【００６４】
さらに、例えばＩｄ＝０に保つような制御を行わせる場合などにおいては、前述の０．８６６という値を用いずに、０．８６６が乗じられる前の値、すなわち真のＩｄ／０．８６６の値をそのまま用いて制御を行うなどの構成としてもかまわない。
【００６５】
このように、本実施の形態の動力発生装置は、電気角６０度毎の電流ベクトル計算で済ませることにより、計算の頻度が少なくて済むものとなる上、計算式の係数も簡単なことから、安価で力のないマイクロコンピュータを使用しながらも、電流ベクトルを検知しながら、優れた制御がかけられるものとすることができる。
【００６６】
図６は、本実施の形態におけるインバータ回路９４のスイッチング素子１０３のオンオフ信号ＵＮの波形図であって、（ア）にスイッチング素子１０３のゲート波形、（イ）に位置検知手段１３０の信号出力の１本であるＣＳ１の変化を、横軸に時間をとって示したものである。
【００６７】
本実施の形態では、位置検知手段１３０の信号が変化するθ１、θ２…の直後に、低電位側の３個のスイッチング素子１０６、１０７、１０８に対して、ＰＷＭ回路１４４は、本来のキャリア周期（周波数１５．６２５ｋＨｚ）におけるオン時間が、所定期間以下である場合には、強制的にオン時間とスイッチング周期を、一時的に拡大し、検知期間を確保するものとしている。
【００６８】
すなわち、図６においてθ１（＝π／６）においては、電圧位相δによっても異なるが、Ｕ相の高電位側のスイッチング素子１００のオン時間が、かなり長く、導通比が大となっており、反対に低電位側のスイッチング素子１０３は、オン時間が短い状態にある。
【００６９】
抵抗器１０６によるＵ相の巻線電流の検知を確実に行うためには、ノイズによる影響の防止やＡ／Ｄ変換器１０９の変換所要時間などから、スイッチング素子１０３のオン時間をある程度確保する必要がある。
【００７０】
そこで、本実施の形態においては、ＣＳ１が変化するタイミングｔ１に至るまでのスイッチング素子１０３のオンオフについては、通常のＰＷＭ信号に従って、１５．６２５ｋＨｚのキャリア周波数を持つ三角波と、コンペアレジスタ値の大小比較を判定し、かつデッドタイムの処理を付加して、オン／オフの信号が生成されるという基本的な動作となっているのに対し、時刻ｔ１以降については、１パルスのみオン時間を長くし、Ａ／Ｄ変換器１０９がデジタル値に変換できるだけの所定時間が確保できるようにしている。
【００７１】
このため、ｔ１直後のオン時間ｔｏｎ２は、直前のオン信号の時間ｔｏｎ１よりも長い時間としている。
【００７２】
さらに、ｔｏｎ２を長くしたことによるインバータ回路９４の出力電圧の瞬時的な誤差を補うため、本実施の形態においては、ｔｏｎ２直後のｔｏｆｆ２についても、直前のオン信号時間ｔｏｆｆ１よりも延長したものとし、
ｔｏｆｆ２＝ｔｏｆｆ１・ｔｏｎ２／ｔｏｎ１
となるようにすることにより、当該部分でのスイッチング素子１０３のオン時間比率（オン・デューティ）は、ほぼ一定値（＝ｔｏｎ１／（ｔｏｎ１＋ｔｏｆｆ１））に保たれるものとなり、電圧波形に対する影響はほぼキャンセルされるものとなる。
【００７３】
なお、本実施の形態においては、スイッチング素子１０３のスイッチング周期について、ｔ１以前にｔ０１であるのに対して、ｔ１直後にはｔ０２と拡大しており、一時的にスイッチング周波数が低下したような状態となっている。
【００７４】
このため、騒音面などについては、若干不利となることも考えられるが、ｔ１直後の１パルスだけであって、電気角６０度内に対する比率が低ければ、ほとんど問題になることはない。
【００７５】
また、特に、オン時間の拡大倍率ｔｏｎ２／ｔｏｎ１の比率が比較的小さい場合などには、スイッチング周期を一定値に固定とし、すなわちスイッチング周波数を一定に保った状態としておいて、ｔ１直後の１スイッチング周期についてのみオン時間比率を高めた状態とし、次のスイッチング周期で逆にオン時間比率を抑えることにより、電圧の変動をキャンセルさせるというような方法もとることができることもあり得る。
【００７６】
上記の説明においては、スイッチング素子１０３のみに関して述べたものであるが、スイッチング素子１０４、１０５に関しても同様であり、電気角６０度毎に発生する位置検知手段１３４の信号が変化するタイミング直後に、電流検知に必要な時間が確保できるように、オン時間を変化させる、あるいはさらにもってスイッチング周期を変化させ、電流値の検知期間とするという動作を行うものとしており、これによって、電流検知を確実に行い、ＩｄとＩｑを検知しながら、電動機１１５の制御を行うことができるものとなっている。
【００７７】
以上のように、本実施の形態の動力発生装置は、ＩｄとＩｑの検知において、三角関数を使用せずに実現されるものとなることから、マイクロコンピュータなどの計算の負担が非常に軽いものとなり、安価で力のないものでも十分な働きをさせることができるものとなる。
【００７８】
特に、例えば電気掃除機のファンモータのように高い回転速度で運転される動力発生装置の場合や、例えば電気洗濯機のダイレクト駆動モータのように極数が例えば８極以上という多数の場合などには、電気角６０度毎に変化する位置検知手段の出力信号は、時間的分解能が十分に高いものとなる傾向があり、第２の物体の慣性などによる電圧位相δや電流位相βの変化の時間的スパンに対して、電気角６０度に相当する時間が十分細かい分解能として作用するものとなるため、十分な安定性能を持たせることができるものとなり、電流位相βを効率が最高となる点で運転させることにより、省エネルギーを図る。
【００７９】
あるいは、Ｉｄ＜０として弱メ界磁制御とし、高速回転域でも十分なトルク、出力性能を得るなど、様々な効果を上げることができるものとなる。
【００８０】
なお、本実施の形態においては、電圧指令ＶｄとＶｑを３相回転分配器１４３に入力しているが、ＶｄとＶｑを入力する代わりに電圧の絶対値｜Ｖ｜と、電圧位相δを入力するようにするなどしても良い。
【００８１】
また、本実施の形態の３相回転分配器１４３は、電気角θに対する３相それぞれの出力が正弦波となるように、テーブルなどで電気角θに対してある程度の高い分解能で、出力が変化するようにしているものであるが、このような構成においては、３相回転分配器１４３としては、三角関数的なテーブルが必要である。
【００８２】
しかし、本発明は特に３相の巻線電流、および巻線電圧が、正弦波と限定しているものではなく、例えば安価な１２０度の矩形波駆動などであってもよく、また広角通電、あるいは台形波駆動などと呼ばれるように、電気角１２０度よりも広い通電角を有する制御方法とすることもできる。
【００８３】
それらの場合には、電圧位相角δは位置検知手段の信号からの進み電気角とし、電圧の絶対値｜Ｖ｜は、スイッチング素子の導通比率（オン・デューティ）で調整されるものとなる。
【００８４】
また、それらの場合には電流波形はある程度歪んだ波形となる場合もあり、ＩｄとＩｑの計算値にも誤差が幾分大きく出てくることにはなるが、それでも永久磁石１２１、１２２の磁界を強める／弱める成分の電流と、それと直交する成分の電流とに分けて制御が行われることによる、省エネ効果や、弱メ界磁制御による高速域での出力確保など、効果は十分に得られるものとなる。
【００８５】
（実施の形態２）
図７は、本発明の第２の実施の形態における衣類処理装置の断面ブロック図を示すものである。図７において、動力発生装置１７０は、実施の形態１に示したものを使用している。
【００８６】
ただし、電動機１７１に関しては、２極とせず、その代わりにＮ極が外側になるように着磁された永久磁石２４枚と、逆にＳ極が外側になるように着磁された永久磁石２４枚の合計４８枚もの永久磁石を用いたことにより、４８極という多数の極を有する構成としている点が異なるものとなっている。
【００８７】
動力発生装置１７０は、電源プラグ１７３から１００Ｖで５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電源を取り入れ、出力となる軸１６１には、一般に回転ドラムなどと呼ばれるような円筒状の回転体１７５が、回転可能に設けられており、衣類１７６がその中に入れられるよう構成されている。
【００８８】
さらに加えて、給水手段１８０が、水道に接続した給水管１８１と、それに接続された給水弁１８２が設けられる形で存在しており、給水弁１８２が開くことにより、水道水が回転体１７５内に入り、衣類１７６が洗剤を含んだ水に浸るものとなり、この状態で動力発生装置１７０が運転されることにより、軸１６１を通じて回転体１７５が回転し、洗濯がなされるものとなっている。
【００８９】
排水弁１８６は、回転体１７５の下方に設けられており、排水管１８７が接続されることにより、排水弁１８６が開くと回転体１７５内から洗濯水が装置外に流れ出すものとなる。
【００９０】
給水弁制御回路１９０と、排水弁制御回路１９１は、それぞれ給水弁１８２と排水弁１８６に信号を与えて開閉の制御を行うものであり、本実施の形態の衣類処理装置では、動力発生装置１７０、給水弁制御回路１９０、排水弁制御回路１９１を順序よく働かせることにより、洗濯、脱水が自動で進むものとなっている。
【００９１】
本実施の形態においては、特に脱水時において、回転体１７５と軸１６１で直結した動力発生装置１７１が、Ｉｄ＜０の運転条件で作動し、毎分１４００回転という高速でも高トルクの回転を行うことができるため、衣類１７６に大きな向心加速度が加わり、水分が能率良く取り除かれるものとなる。
【００９２】
高速回転での脱水中においては、特に４８極という多数の極数としていることから、電気角６０度の期間が３００マイクロ秒程度と、極く短時間であるため、本発明の動力発生装置でも高頻度でのＩｄとＩｑの制御が可能となり、効果が高いものとなる。
【００９３】
なお、本実施の形態の衣類処理機は、洗濯と脱水が自動で行われる形のものとしているが、衣類乾燥器と呼ばれるものにあっても、同様に回転ドラムを動力発生装置で回転駆動する構成が用いられることになる。
【００９４】
また、さらに、洗濯から乾燥までを全自動で行う洗濯乾燥機も可能であり、軸１６１を水平ではなく、例えば２０度〜３０度程度の傾斜を持たせて設けたもの、また縦型と呼ばれるような、垂直の軸としたものなどであってもかまわない。
【００９５】
また、本実施の形態においては、動力発生装置１７０によって回転駆動される回転体１７５は、いわゆる回転ドラムなどと呼ばれるものであるが、このような形のものに限定されるものではなく、縦型の洗濯機の洗濯兼脱水槽、パルセータ、アジテータ、攪拌翼などと呼ばれるような回転体としてもよく、要は回転によって、直接もしくは水などの洗濯液を介して、衣類に機械力を加えて処理を行うものであれば、様々な構成のものが用いられるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上のように、本発明にかかる動力発生装置は、インバータ回路がほぼ電気角６０度毎に出力の線間電圧の位相と振幅の少なくとも一方を更新することにより、マイクロコンピュータに必要な処理速度、特にＩｄとＩｑを求めるための計算を、三角関数を使わない非常に簡単なものとすることができ、より安価で処理速度が低いマイクロコンピュータの使用を可能とし、低コストの動力発生装置を提供することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態１における動力発生装置のブロック回路図
【図２】同、動力発生装置の位置検知手段と電圧振幅、電圧位相のグラフ
【図３】同、動力発生装置の位置検知手段の出力信号波形図
【図４】同、動力発生装置の電動機の断面図
【図５】同、動力発生装置の電流波形図
【図６】同、動力発生装置のインバータ回路のスイッチング素子のオンオフ波形図
【図７】本発明の実施の形態２における衣類処理装置の断面図
【図８】従来の技術における動力発生装置の制御ブロック図
【符号の説明】
【００９８】
９４  インバータ回路
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５  スイッチング素子
１０６、１０７、１０８  抵抗器
１１０  電流検知手段
１１１  電流ベクトル検知手段
１１６、１１７、１１８  巻線
１１９  第１の物体
１２１、１２２  永久磁石
１２３  第２の物体
１３０  位置検知手段
１３１、１３２、１３３  ホール素子
１７０  動力発生装置
１７５  回転体
１７６  衣類
【図１】
2007195323.tif 000006
【図２】
2007195323.tif 000007
【図３】
2007195323.tif 000008
【図４】
2007195323.tif 000009
【図５】
2007195323.tif 000010
【図６】
2007195323.tif 000011
【図７】
2007195323.tif 000012
【図８】
2007195323.tif 000013