(57)【要約】【課題】過渡的なピーク電流を抑えた短絡制動を実現すること。【解決手段】永久磁石２６、２７と、３つの端子ＵＶＷと、３つの端子ＵＶＷのそれぞれに一端が接続された３相の巻線３０、３１、３２を有する電気機械２５と、複数のスイッチング素子４１、４２、４３、４４、４５、４６を有し３つの端子ＵＶＷに接続した短絡回路５４とを備え、短絡回路５４は、電気機械２５の制動時に３つの端子ＵＶＷの内の２つの端子間を短絡する２線間短絡期間の後、３つの端子を短絡する３線間短絡期間を有する電気機械制御装置であり、これによって、過渡的なピーク電流値を抑えることができるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石と、３つの端子と、前記端子に一端が接続された３相の巻線を有する電気機械と、複数のスイッチング素子を有し前記３つの端子に接続した短絡回路とを備え、前記短絡回路は、前記電気機械の制動時に前記３つの端子の内の２つの端子間を短絡する２線間短絡期間の後、前記３つの端子を短絡する３線間短絡期間を有する電気機械制御装置。
【請求項２】
巻線に鎖交する永久磁石の磁束の位相に対応する電気角を検知する位置検知手段を備え、２線間短絡期間と３線間短絡期間の少なくとも一方は、前記位置検知手段の出力信号が所定範囲となった時に開始する請求項１記載の電気機械制御装置。
【請求項３】
少なくとも１相の電流を検知する電流検知手段を備え、２線間短絡期間と３線間短絡期間の少なくとも一方は、前記電流検知手段が所定範囲となった時に開始する請求項１記載の電気機械制御装置。
【請求項４】
短絡回路は、６つのスイッチング素子を有する３相のインバータ回路で構成し、前記インバータ回路は、２線間短絡期間に、前記６つのスイッチング素子の内の低電位側の２つのスイッチング素子をオンする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気機械制御装置。
【請求項５】
永久磁石と、３つの端子と、前記端子に一端が接続された３相の巻線を有する電気機械と、複数のスイッチング素子を有し前記３つの端子に接続した短絡回路と、前記巻線に鎖交する前記永久磁石の磁束の位相に対応する電気角を検知する位置検知手段を備え、前記短絡回路は、前記電気機械の制動時に前記位置検知手段の出力信号が所定範囲となった時に前記３つの端子を短絡する３線間短絡期間に入る電気機械制御装置。
【請求項６】
短絡回路は、６つのスイッチング素子を有する３相のインバータ回路で構成し、前記インバータ回路は、３線間短絡期間に、前記６つのスイッチング素子の内の低電位側の３つのスイッチング素子をオンする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気機械制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気洗濯機などに使用され、電気機械でドラムと言われるような回転体を駆動し、前記回転体を停止あるいは減速させる際に前記電気機械を制動として作用させる電気機械制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電気機械制御装置は、インバータ回路は、出力を３相の電気機械に接続して駆動し、脱水終了時や、装置に電源が投入された時点で既に惰性回転している時に制動をかける場合には、前記電気機械の端子間を短絡するように、前記インバータ回路内のスイッチング素子の３個が同時にオンするように制御するものである（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
図１０は、特許文献１に記載された従来の電気機械制御装置のブロック図を示すものである。
【０００４】
図１０に示すように、従来、この種の電気機械制御装置は、交流電源１に接続した整流回路２、整流回路２の出力に接続したコイル３とコンデンサ４を設け、コンデンサ４の両端の直流電圧が供給されるインバータ回路５は、出力を電気機械６に接続したものであり、制御手段７は、駆動回路８を通じて電気機械６内の３相の巻線９ａ、９ｂ、９ｃに供給する電流を制御するインバータ回路５内の６個のスイッチング素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆをオンオフするものとなっている。
【０００５】
制御手段７は、各スイッチング素子のオンオフを、位置検出手段１１ａ、１１ｂ、１１ｃからの位置検出信号を用いて行うものであり、さらに制御手段７は、入力設定手段１２、水位検知手段１３からの信号を受け、表示手段１４、負荷駆動手段１５に信号を出力し、負荷駆動手段１５については、排水弁１６への電流の入り切りを制御することで、洗濯機として動作するものである。
【０００６】
これによって、電気機械を用いた制動（電磁制動）をかける場合には、インバータ回路５のスイッチング素子１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを同時にオンすることにより、電気機械６の３相の巻線９ａ、９ｂ、９ｃはインバータ回路５との接続端子において短絡された状態とした短絡制動を用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１５９７８２号公報
【特許文献２】特開２００３−２７５４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、電気機械の特性、特にインダクタンス成分が小さい設計とした場合には、短絡制動を行う場合に電気機械、およびインバータ回路内のスイッチング素子に流れる電流が過渡的に大となり、電気機械に用いられる永久磁石が減磁したり、スイッチング素子の電流定格を超えて破壊するという信頼性の課題、あるいは過電流の保護回路を有する場合にはそれが動作して制動動作も含む運転が停止するという使い勝手、および安全上の課題を有していた。
【０００９】
図１１は、従来の電気機械制御装置の１相の電流波形図を示すものである、図１１においては、上記の課題の一例を示す３相電流の内の１相であるＵ相の電流波形図である。
【００１０】
図１１においては、スイッチング素子１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを同時にオンした時点から時間を横軸に取ったものであり、Ｖ相の線電流Ｉｖは、３相短絡状態となった直後、過渡的に１８Ａのピーク電流を生じ、その後ほぼ２５ｍｓ後に定常状態に収まり、ピーク電流は正／負とも１０Ａの範囲に収まるものとなる。
【００１１】
なお、図１１においては、負荷の慣性モーメントが大きいことから、２５ｍｓ程度の期間における減速はほとんど無く、制動による電気機械の減速は、その後次第に進むものとなる。
【００１２】
図１２は、３相電流を併記した電流波形図である。
【００１３】
３相の端子間（３線間）が同時に短絡された場合、その短絡タイミングの位相によって、３相間にアンバランスが発生するものとなり、その結果、１つの線電流のピークが他の２相より大きく、かつ定常的な短絡電流よりも高くなるものとなる。
【００１４】
また、ピーク電流値の極性、すなわち向きに関しても、短絡するタイミングによって、インバータ回路５から電気機械６に向かう向きと、逆向きの電流とのピーク値の差が発生する。
【００１５】
したがって、スイッチング素子１０ｄ、１０ｅ、１０ｆの電流容量としては、絶対値が最大となる場合の正負両極性のピーク電流を通じても問題のないものを使用するものとなる。
【００１６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、短絡制動において過渡的に発生する過電流を抑えることにより、電気機械に用いられる永久磁石の減磁やスイッチング素子の破壊の防止し、信頼性が高く、また過電流の保護回路の作動による制動も含む運転の中断を防ぎ、使い勝手に優れ、また安全性の高い電気機械制御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】
【００１７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電気機械制御装置は、永久磁石と、３つの端子と、前記端子に一端が接続された３相の巻線を有する電気機械と、複数のスイッチング素子を有し前記３つの端子に接続した短絡回路とを備え、前記短絡回路は、前記電気機械の制動時に前記３つの端子の内の２つの端子間を短絡する２線間短絡期間の後、前記３つの端子を短絡する３線間短絡期間を有する構成としたものである。
【００１８】
また、本発明の電気機械制御装置は、永久磁石と、３つの端子と、前記端子に一端が接続された３相の巻線を有する電気機械と、複数のスイッチング素子を有し前記３つの端子に接続した短絡回路と、前記巻線に鎖交する前記永久磁石の磁束の位相に対応する電気角を検知する位置検知手段を備え、前記短絡回路は、前記電気機械の制動時に前記位置検知手段の出力信号が所定範囲となった時に前記３つの端子を短絡する３線間短絡期間に入る構成としたものである。
【００１９】
これによって、制動時に過渡的に流れる電流のピーク値を低減し、電気機械に用いられる永久磁石の減磁の防止、およびスイッチング素子の過電流による破壊の防止、また過電流の保護回路を有する場合にも、その動作による運転の停止を防ぐことができ、信頼性と安全性の高い電気機械制御装置が実現されるものとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電気機械制御装置は、制動時に過渡的に流れる電流のピーク値を低減し、電気機械に用いられる永久磁石の減磁の防止、およびスイッチング素子の過電流による破壊の防止、また過電流の保護回路を有する場合にも、その動作による運転の停止を防ぐことができ、信頼性と安全性の高い電気機械制御装置を実現することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における電気機械制御装置のブロック図
【図２】同電気機械制御装置の動作波形図
【図３】同電気機械制御装置の電流波形図
【図４】本発明の実施の形態２における電気機械制御装置のブロック図
【図５】本発明の実施の形態３における電気機械制御装置のブロック図
【図６】同電気機械制御装置の動作波形図
【図７】本発明の実施の形態４における電気機械制御装置のブロック図
【図８】同電気機械制御装置の動作波形図
【図９】同電気機械制御装置の過渡電流波形図
【図１０】従来の電気機械制御装置のブロック図
【図１１】同電気機械制御装置の１相の電流波形図
【図１２】同電気機械制御装置の３相の電流波形図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
第１の発明は、永久磁石と、３つの端子と、前記端子に一端が接続された３相の巻線を有する電気機械と、複数のスイッチング素子を有し前記３つの端子に接続した短絡回路とを備え、前記短絡回路は、前記電気機械の制動時に前記３つの端子の内の２つの端子間を短絡する２線間短絡期間の後、前記３つの端子を短絡する３線間短絡期間を有する電気機械制御装置とすることにより、制動時に過渡的に発生する過電流を効果的に抑えることができるものとなる。
【００２３】
第２の発明は、特に、第１の発明において、巻線に鎖交する永久磁石の磁束の位相に対応する電気角を検知する位置検知手段を備え、２線間短絡期間と３線間短絡期間の少なくとも一方は、前記位置検知手段の出力信号が所定範囲となった時に開始する電気機械制御装置とすることにより、比較的簡単な構成で、制動時の過電流を確実に抑えることができるものとなる。
【００２４】
第３の発明は、特に、第１の発明において、少なくとも１相の電流を検知する電流検知手段を備え、２線間短絡期間と３線間短絡期間の少なくとも一方は、前記電流検知手段が所定範囲となった時に開始する電気機械制御装置とすることにより、比較的簡単な構成で、制動時の過電流を確実に抑えることができるものとなる。
【００２５】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、短絡回路は、６つのスイッチング素子を有する３相のインバータ回路で構成し、前記インバータ回路は、２線間短絡期間に、前記６つのスイッチング素子の内の低電位側の２つのスイッチング素子をオンする電気機械制御装置とすることにより、電気機械を電動機として動作させる力行が可能となるとともに、比較的簡単な構成で、制動動作も行わせることができ、制動時の２線間短絡期間を設けることによる過渡的な過電流の低減効果についても、十分なものを得ることができるものとなる。
【００２６】
第５の発明は、永久磁石と、３つの端子と、前記端子に一端が接続された３相の巻線を有する電気機械と、複数のスイッチング素子を有し前記３つの端子に接続した短絡回路と、前記巻線に鎖交する前記永久磁石の磁束の位相に対応する電気角を検知する位置検知手
段を備え、前記短絡回路は、前記電気機械の制動時に前記位置検知手段の出力信号が所定範囲となった時に前記３つの端子を短絡する３線間短絡期間に入る電気機械制御装置とすることにより、比較的簡単な構成で、制動時に過渡的に発生する過電流をある程度抑えることができるものとなる。
【００２７】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明において、短絡回路は、６つのスイッチング素子を有する３相のインバータ回路で構成し、前記インバータ回路は、３線間短絡期間に、前記６つのスイッチング素子の内の低電位側の３つのスイッチング素子をオンする電気機械制御装置とすることにより、電気機械を電動機として動作させる力行が可能となるとともに、比較的簡単な構成で、制動動作も行わせることができ、制動時の過渡的な過電流の低減効果も得ることができるものとなる。
【００２８】
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。
【００２９】
（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電気機械制御装置のブロック図を示すものである。
【００３０】
図１において、本実施の形態の電気機械制御装置は、２２０Ｖの交流電源２１に接続される全波形の整流回路２２と、整流回路２２から２８０Ｖの直流電圧Ｖｄｃを受けるインバータ回路２３と、インバータ回路２３の入力の直流電圧を安定させるためのコンデンサ２４と、インバータ回路２３の出力である交流電流を受ける電気機械２５等から構成されている。電気機械２５は、その構成要素となる永久磁石２６、２７を有する回転子２８、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の巻線３０、３１、３２からなる固定子３３を有するものとなっており、さらにホールＩＣを用いた位置検知手段３４が設けられている。位置検知手段３４は、巻線３０、３１、３２に鎖交する永久磁石２６、２７の磁束の位相に対応する電気角θを検知するものである。
【００３１】
なお、θ＝０の基準点としては、Ｕ相端子から電気機械に供給される電流による起磁力が、永久磁石２６、２７による磁束と同じ向きとなる位置とする構成が、よく使用されているものとなり、例えば３個のホールＩＣを用いて、対抗した永久磁石２６、２７の極性でハイ、ローの出力をさせるという一般的な構成のものであれば、３つの出力の論理の変化から、電気角θが６０度毎の位置に来たことは検知することができ、また静的な論理の組み合わせからも電気角６０度の範囲内のどこかの位置であることは、知ることができるものとなる。
【００３２】
なお、整流回路２２の構成としては全波の構成以外にも、例えば１００Ｖの実効値を有する交流電源から、２００数十Ｖの直流電圧が得られる倍電圧形のものを用いても良く、また直流電圧としてさらに高めの電圧が用いられるように、昇圧回路を併用した構成のものでも良い。
【００３３】
電気機械２５の軸出力は、小プーリ３５、ゴム製のベルト３６を経て、小プーリ３５の８．２５倍の直径を有する大プーリ３７に伝えられ、洗濯物が入るドラム３８を回転駆動するものとなっており、ドラム３８は中に衣類を水とともに収納し、洗濯／脱水を行うドラム式洗濯機として動作するものとなっている。
【００３４】
ただし、ドラム３８はその回転軸がほぼ水平か、あるいは水平から５〜３０度程度の傾きを持たせたりする、ドラム式洗濯機と称されるもののほか、ドラム３８の回転軸がほぼ垂直である縦型洗濯機と呼ばれるものも存在し、特に洗濯機に限定されるものではないが
、洗濯機として動作する電気機械制御装置であっても、そのドラム３８の設け方は、様々なものを用いることができるものである。
【００３５】
インバータ回路２３は、ＩＧＢＴを用いた６石のスイッチング素子４１、４２、４３、４４、４５、４６、ベクトル制御手段５０を設けており、さらに第１の短絡制御手段５１、第２の短絡制御手段５２、制動信号発生手段５３を設けたものとしており、本実施の形態においては、短絡回路５４はインバータ回路２３をそのまま使用して構成したものとなっている。
【００３６】
ベクトル制御手段５０は、位置検知手段３４からの位相の信号θを用いて、永久磁石２６、２７によって電気機械２５に生ずる磁束とほぼ等しい位相の第１の電流成分Ｉ１と、永久磁石２６、２７の磁束にほぼ直交する位相の第２の電流成分Ｉ２に分けて電気機械２５に供給するものであり、入力されるＩ１＊およびＩ２＊と等しくなるように、スイッチング素子４１、４２、４３、４４、４５、４６をオンオフさせる信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰ、ＵＮ、ＶＮ、ＷＮが出力されるものとなっている。
【００３７】
一般にｄ軸電流とｑ軸電流の直交する２軸の電流値を制御する構成が、ベクトル制御で用いられるが、ベクトル制御手段５０は、それと同等のものであり、図１には図示されていないが、例えば３相それぞれの電流を抵抗器等で検知したものを、３相／２相変換によって、第１の電流成分（ｄ軸電流）と、第２の電流成分（ｑ軸電流）に分解し、それぞれが設定値Ｉ１＊、Ｉ２＊と等しくなるように制御していくことにより実現されるものである。
【００３８】
第１の短絡制御手段５１は、第１の短絡信号発生手段６０、ＡＮＤ回路６１、６２、ＯＲ回路６３、６４、ＮＯＴ回路６５によって構成されており、第１の短絡信号発生手段６０は、位置検知手段３４からの位相の信号θを入力し、通常の力行時にはハイ、制動時の２線間短絡期間と３線間短絡期間にローとなる第１の短絡信号Ｓ１を出力するものである。
【００３９】
第２の短絡制御手段５２は、第２の短絡信号発生手段７０、ＡＮＤ回路６１、６２、ＯＲ回路６３、６４、ＮＯＴ回路６５によって構成されており、第１の短絡信号発生手段６０は、位置検知手段３４からの位相の信号θを入力し、通常の力行時にはハイ、制動時の３線間短絡期間にローとなる第２の短絡信号Ｓ２を出力するものである。
【００４０】
なお、ＡＮＤ回路、ＯＲ回路、ＮＯＴ回路などは、ハードの回路記号で示しているが、例えばマイクロコンピュータ内にて、ソフトで実現したものとしてもよい。
【００４１】
制動信号発生手段５３は、制動信号Ｓ０をベクトル制御手段５０、第１の短絡信号発生手段６０、第２の短絡信号発生手段７０に入力するものであり、通常の運転時（力行時）にはロー、制動時にはハイが出力されるものとなっている。
【００４２】
以上のように構成された電気機械制御装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４３】
通常の運転、すなわち力行時においては、制動信号発生手段５３からの制動信号Ｓ０はローであり、第１の短絡制御手段５１と第２の短絡制御手段５２の内部の論理回路構成によって、ベクトル制御手段５０から出力されるＵＰ、ＶＰ、ＷＰ、ＵＮ、ＶＮ、ＷＮ信号がそのままに、スイッチング素子４１、４２、４３、４４、４５、４６に伝えられ、論理のハイ／ローによって、オン／オフに制御される結果、電気機械２５での電気パワーから機械パワーへの変換がなされるものとなる。
【００４４】
図２は、本実施の形態の電気機械制御装置の動作波形図を示すものである。図２においては、洗濯機が脱水状態であって、弱メ界磁を用いドラム３８が高速で回転している状態から、制動時に入った時の動作波形図であり、（ア）は位置検知手段３４の出力θ、（イ）は制動信号Ｓ０、（ウ）は第１の短絡信号Ｓ１、（エ）は第２の短絡信号Ｓ２を示している。
【００４５】
ｔ０において、制動信号Ｓ０はローからハイに変化し、力行から制動の指令に移るが、θが次に１１５度に達するまでＳ１は引き続きハイに保たれ、ｔ１においてθが１１５度に達した時点で、Ｓ１がローに変化するものとなる。
【００４６】
第１の短絡制御手段５１の論理により、ｔ１以降は、ベクトル制御手段５０の出力に関わらず、スイッチング素子４１、４２がオフとなり、スイッチング素子４４、４５がオンとなるため、電気機械２５は、ＵとＶの２線間がスイッチング素子４４、４５によって短絡された状態となる。
【００４７】
ｔ１から、さらにθが６０度進んだタイミングとなるｔ２において、第２の短絡信号Ｓ２がハイからローに変化し、第２の短絡制御手段５２の論理により、ｔ２以降は、ベクトル制御手段５０の出力に関わらず、スイッチング素子４３がオフとなり、スイッチング素子４６がオンとなり、既に第１の短絡制御手段５１によって短絡状態となっているＵとＶの２線間に加え、ＵＶＷの３線間がスイッチング素子４４、４５、４６によって短絡された状態となる。
【００４８】
よって、本実施の形態では、短絡回路５４を、インバータ回路２３で構成したものであり、電気機械２５の制動時に３つの端子ＵＶＷの内の２つのＵＶ端子間を短絡する２線間短絡期間Ｔ２を有しており、インバータ回路２３は、２線間短絡期間Ｔ２に、６つのスイッチング素子４１〜４６の内の低電位側の２つのスイッチング素子４４、４５をオンするものとなっている。
【００４９】
そして、２線間短絡期間Ｔ２の後、３つの端子ＵＶＷを短絡する３線間短絡期間Ｔ３を有し、６つのスイッチング素子４１〜４６の内の低電位側の３つのスイッチング素子４４、４５、４６をオンするものとなる。
【００５０】
よって、本実施の形態においては、２線間短絡期間Ｔ２と３線間短絡期間Ｔ３の両者とも、位置検知手段３４の出力信号が所定範囲となった時に開始するものとなる。
【００５１】
なお、３線間短絡期間Ｔ３は、制動動作、すなわち電気機械２５がドラム３８などが有する運動エネルギーを全て吸収し、速度が零となるまで継続されるものとなり、３線間が短絡されていることから、インバータ回路２３からコンデンサ２４の電圧が充電される回生動作は起こることはなく、コンデンサ２４の電圧Ｖｄｃが過大な値となるということがない。
【００５２】
実際に制動トルクが有効に発生するのは、ほぼ３線間短絡期間Ｔ３からとなり、Ｓ０がハイになった時点からの遅れ時間の分だけ、制動の開始が遅れるものとなる。
【００５３】
しかしながら、洗濯機の場合、ドラム３８などのため負荷の慣性モーメントが大きいこと、また脱水の動作が高速の回転で行われることから、制動開始からドラム３８が完全に停止するまでに要する時間に対する、上記の制動の開始の遅延時間は、ごくわずかな比率となり、制動性能面での遜色は無視することができるものとなる。
【００５４】
図３は、本実施の形態における電気機械制御装置の電流波形図である。この図３におい
ては、電気機械２５に流入する電流波形図であり、線電流のピーク値がプラス側で絶対値が最大となる点が、Ｖ相電流が＋１１Ａとなっており、マイナス側で絶対値が最大となる点では、Ｗ相電流が−１０Ａとなっている。
【００５５】
これらの値は従来の技術で発生する絶対値のピーク電流値の１８Ａに対して、３８％低く抑えられており、スイッチング素子４１〜４６に流れる電流低減による信頼性向上、または使用するスイッチング素子の電流定格の低減による低コスト化、さらに電気機械２５を構成する永久磁石２６、２７の減磁を防ぐ事による信頼性向上、または使用する永久磁石の減磁耐量を低減できることによる低コスト化が可能となる。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、ｔ１としてθ＝１１５度のタイミング、ｔ２としてθ＝１７５度のタイミングとして、Ｔ２期間が電気角θで６０度相当となるように設定しているが、必ずしもこのような値としなければならないというものではなく、電気機械２５の速度、極数、形状、インダクタンス、抵抗値、その他様々な仕様により、電流のピーク値が効果的に抑えられるθの条件は、異なってくるものとなり、例えば予めの試験によって、効果のあるθ値を掴んで設計するという手法が有効となる。
【００５７】
また、θ値として分解能は、例えば電気角１度というような細かいものとせず、電気角６０度というような荒い値であっても、ある程度の効果は得られるものとなるので、例えば３個のホールＩＣを用いた位置検知手段３４を設けている場合、その出力論理が所定の組み合わせとなった時点から、２線間短絡期間、あるいは３線間短絡期間を開始しても、よく、その場合でも開始条件のθを全く無視して２線間短絡期間、あるいは３線間短絡期間を設ける構成と比較すると、過渡電流が低減できるという効果は期待できるものとなる。
【００５８】
実際には、マイコンプログラムで処理により、２線間短絡期間や３線間短絡期間の開始タイミングが制御されるものとなるので、確認方法の一つとしては、例えば数十回〜数百回の制動開始動作を行わせ、その際のθ値、あるいは位置検知手段３４が３個のホールＩＣを有する場合には、その出力論理の組み合わせの分解能となる各電気角６０度となる６通りの組み合わせにまんべんなく分布している場合には、まず処理がなされておらず、逆に特定の組み合わせに片寄る傾向があることが判明すれば、マイコンプログラムはなんらかの開始タイミングの制御を行おうとしていることがわかり、解析作業やデバッグなど行う際の１手法となりうる。
【００５９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における電気機械制御装置のブロック図を示すものである。
【００６０】
図４においては、実施の形態１と同じ構成の電気機械２５を設け、短絡回路８０として、リレーで構成したスイッチング素子８１、８２、リレー駆動回路８３、制動信号発生手段８４を設けたものとなっている。
【００６１】
リレー駆動回路８３は、制動信号発生手段８４からの制動信号Ｓ０が入った時点以降で、位置検知手段３４からの信号θが、予め定められた第１の所定範囲に達した段階で、リレーを用いたスイッチング素子８１をオンし、さらに第２の所定範囲に達した段階で、やはりリレーを用いたスイッチング素子８２もオンさせるものとなっている。
【００６２】
これにより、本実施の形態における電気機械制御装置は、リレー駆動回路８３がスイッチング素子８１をオンした時点でＵとＷの端子間が短絡される２線間短絡期間に入り、その後、スイッチング素子８２もオンとなった状態で、ＵＶＷの端子が全て短絡される３線
間短絡期間に入るものとなる。
【００６３】
その結果、電流のピーク値については、任意の位相でいきなり３線間を短絡する構成に対して抑えられ、よって永久磁石２６、２７の減磁の原因となる過電流が流れることを防ぐことができるものとなる。
【００６４】
本実施の形態においては、２つのスイッチング素子として、いずれもリレーを用いる構成であるため、インバータ回路を用いない装置には、比較的簡単に用いることができるものとなり、両リレーがオフの状態での耐電圧が高いものを使用すれば、誘導起電力の高い状態を含む装置にも応用が利くという利点がある。
【００６５】
ただ、リレーのターンオン動作に遅れ時間があるため、制動動作に入る時点での周波数が高い場合には、電気角のズレが発生することもあり得る。そのため、必要に応じてターンオンの遅れ時間を補正する構成が有効となる場合もある。
【００６６】
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態における電気機械制御装置のブロック図を示すものである。
【００６７】
図５においては、短絡回路９０が、インバータ回路９１によって構成しており、インバータ回路９１は、ＵＶＷの各電流の瞬時値を検知する電流検知手段９２を有している。
【００６８】
本実施の形態においては、電流検知手段９２は、低電位側の３つのスイッチング素子４４、４５、４６の各エミッタ端子に接続されたシャント抵抗９３、９４、９５、および増幅回路９６によって構成されたもので、一般にＰＷＭ（パルス幅変調）と称される各相の高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子の交互のオンオフ動作と同期し、ちょうど低電位側スイッチング素子４４〜４６のオン期間に各相の線電流が、各シャント抵抗９３〜９５に流れることから、各シャント抵抗９３〜９５の端子間に生ずる電圧を増幅回路９６で変換し、各相の電流値として信号を出力するものとなっている。
【００６９】
第１の短絡制御手段１０１は、第１の短絡信号発生手段１０２を設けており、第２の短絡制御手段１０３は、第２の短絡信号発生手段１０４を設けたものとなっており、その他の構成は、実施の形態１と同等のものを使用している。
【００７０】
第１の短絡信号発生手段１０２は、電流検知手段９２からの電流信号を入力し、通常の力行時にはハイ、制動時の２線間短絡期間と３線間短絡期間にローとなる第１の短絡信号Ｓ１を出力するものである。
【００７１】
また、第２の短絡信号発生手段１０４は、電流検知手段９２からの電流信号を入力し、通常の力行時にはハイ、制動時の３線間短絡期間にローとなる第２の短絡信号Ｓ２を出力するものである。
【００７２】
ベクトル制御手段１０５は、電流検知手段９２からの各相の電流信号と、位置検知手段３４から入力したθから、電流をＩｄとＩｑに分けて電流ベクトル制御するものとなっている。
【００７３】
制動信号発生手段１０６は、制動信号Ｓ０をベクトル制御手段５０、第１の短絡信号発生手段１０２、第２の短絡信号発生手段１０４に入力するものであり、通常の運転時（力行時）にはロー、制動時にはハイが出力されるものとなっている。
【００７４】
以上の構成において、本実施の形態の動作を説明する。
【００７５】
図６は、本実施の形態の電気機械制御装置の動作波形図を示すものである。図６においては、が弱メ界磁で力行し、高速回転している状態から制動時に入る時の動作波形図を示している。（ア）はインバータ回路９０から電気機械２５に向かうＵＶＷの各線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、（イ）は巻線３０、３１、３２の共通端子ｎから見た誘導起電力Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗ、（ウ）はコンデンサ２４のマイナス端子から見たインバータ回路９０の出力電圧波形Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ、（エ）は制動信号発生手段１０６からの制動信号Ｓ０、（オ）は第１の短絡信号発生手段１０２からの出力Ｓ１、（カ）は第２の短絡信号発生手段１０４からの出力Ｓ２を示している。
【００７６】
一般に、ベクトル制御においては、θ＝０の位置として、電気機械のＵ相端子から流れ込む電流Ｉｕによる起磁力ベクトルが、永久磁石２６、２７の磁束と同じ向きとなる点を取るものとなる。本実施の形態においては、ベクトル制御手段１０５は、（イ）のＺ点においてθ＝０としてベクトル制御を行っており、ＵＶＷの３相の内の最も低電位となる相の低電位側のスイッチング素子４４、４５、４６の内の１つを、順に電気角１２０度の期間ずっとオン状態を保ちながら、他の２相のＰＷＭ（パルス幅変調）によって、（ウ）の電圧波形が現れ、各線間にはほぼ正弦波の電圧が印加されるものとなる。
【００７７】
一方、制動信号発生手段１０６は、（エ）に示されるように、ｔ０でＳ０信号をローからハイに引き上げ、制動の指令を出すと、第１の短絡信号発生手段１０２は、（ア）の電流波形を検知する電流検知手段９２からのＩｕ信号が、負から正に移る点Ｚｉｕのタイミングｔ１で、（オ）のように出力Ｓ１をハイからローに変化させ、２線間短絡期間Ｔ２に入るものとなる。
【００７８】
さらに、第２の短絡信号発生手段１０４は、（ア）の電流波形を検知する電流検知手段９２からのＩｖ信号が、負から正に移る点Ｚｉｖのタイミングｔ２で、（カ）のように出力Ｓ２をハイからローに変化させ、３線間短絡期間Ｔ３に入るものとなる。
【００７９】
このように、本実施の形態においては、電流検知手段９２から入力した線電流値の零点から、２線間短絡期間と３線間短絡期間が開始されるようにしているが、ある相の線電流が零となる点から２線間短絡期間、あるいは３線間短絡期間を開始することによって、任意の位相で、いきなり２線間短絡期間や３線間短絡期間に入る構成と比較して、過渡電流が断然に抑えられるこという効果を得ている。
【００８０】
一般に、電気機械２５を力行させるためには、何らかの電圧を入力する必要があり、図６では（ウ）に示されているような電圧波形となるが、その電圧の位相が所定の範囲となった時点で、２線間短絡期間や３線間短絡期間に入る構成でも、過渡電流は抑えられる傾向にある。
【００８１】
本実施の形態においては、過渡電流に対して、より直接的な原因である電流検知手段９２の検知出力を用いていることから、過渡電流を抑える効果として大きいものが得られる。
【００８２】
なお、電流検知手段９２が検知した１つの相の線電流が零となるという判断は、現実的な設計としては、例えば絶対値がある所定値以下となった時、あるいは電流値の符号が前回のＰＷＭのキャリア周期の前回値と異なった時、などとする必要があり、さらに正から負と、負から正の２つの点を区別する必要もあるので、電流検知手段９２の３相の電流値の符号の組み合わせが、所定の条件となった時とするなどの構成が取られるものとなり、電流検知手段９２が所定範囲となった時に開始する状態となる。
【００８３】
ただし、そのタイミングがいかなる電気機械２５の構成においても、常に最適条件、すなわち最も過渡電流が抑えられる条件となるものではなく、巻線３０、３１、３２のインダクタンス値、抵抗値、永久磁石２６、２７の磁束の大きさなど、電気機械２５の様々な要因で、過渡電流が抑えられる条件は、必ずしもある相の線電流値が零点となったタイミング以外の時点から開始することが、より有効に作用することもある。
【００８４】
本実施の形態で用いている構成は、ベクトル制御手段１０５を用いているが、必ずしもベクトル制御によるものに限定されるものではなく、また位置検知手段３４についても、２線間短絡期間や３線間短絡期間を開始するタイミングとして、不要であるため、ハードとして備えていないものでも良く、マイコン内のプログラム内（ソフトウェア）に備えているかどうかも不問である。
【００８５】
（実施の形態４）
図７は、本発明の第４の実施の形態における電気機械制御装置のブロック図を示すものである。
【００８６】
図７においては、短絡回路１１０が、インバータ回路１１１によって構成されている。インバータ回路１１１は、短絡制御手段１１５が、短絡信号発生手段１１６、ＡＮＤ回路１２０、１２１、１２２、ＯＲ回路１２３、１２４、１２５、ＮＯＴ回路１２６によって構成されている。その他の構成は、実施の形態１と同等のものを使用している。
【００８７】
短絡信号発生手段１１６は、位置検知手段３４からの位置信号θを入力し、通常の力行時にはハイ、制動時の３線間短絡期間にローとなる短絡信号Ｓ３を出力するものである。ベクトル制御手段５０、制動信号発生手段５３は、実施の形態１と同等のものである。制動信号発生手段５３は、制動信号Ｓ３をベクトル制御手段５０、短絡信号発生手段１１６に入力するものであり、通常の運転時（力行時）にはロー、制動時にはハイが出力されるものとなっている。
【００８８】
図８は、本実施の形態の電気機械制御装置の動作波形図を示すものである。図８においては、洗濯機が脱水状態であって、弱メ界磁を用いドラム３８が高速で回転している状態から、制動時に入った時の動作波形図であり、（ア）は位置検知手段３４の出力θ、（イ）制動信号Ｓ０、（ウ）は短絡信号Ｓ３を示している。
【００８９】
ｔ０において、制動信号Ｓ０はローからハイに変化し、力行から制動の指令に移るが、θが次に２２０度に達するまでＳ３は引き続きハイに保たれ、ｔ３においてθが２２０度に達した時点で、Ｓ３がローに変化するものとなる。短絡制御手段１１５の論理により、ｔ３以降は、ベクトル制御手段５０の出力に関わらず、スイッチング素子４１、４２、４３がオフとなり、スイッチング素子４４、４５、４６がオンとなるため、電気機械２５は、ＵＶＷの３線間がスイッチング素子４４、４５、４６によって短絡された状態となる。
【００９０】
よって、本実施の形態では、短絡回路１１０、インバータ回路１１１で構成したものであり、電気機械２５の制動時に３つの端子ＵＶＷを短絡する３線間短絡期間Ｔ３を有し、６つのスイッチング素子４１〜４６の内の低電位側の３つのスイッチング素子４４、４５、４６をオンするものとなり、３線間短絡期間Ｔ３を、位置検知手段３４の出力信号が所定範囲となった時に開始するものとなる。
【００９１】
図９は、本実施の形態の電気機械制御装置の過渡電流波形図を示すものである、図９においては、制動に移る際の過渡電流波形図を示している。
【００９２】
プラス側電流については、Ｕ相のプラス側の電流、すなわちスイッチング素子４４の内部のダイオード部分を通過して、巻線３０に流れ込む電流のピーク値が１６．１Ａとなり、従来の技術に対して１０．５％低減できている。また、マイナス側電流については、Ｖ相とＷ相のマイナス側の電流、すなわちスイッチング素子４５、４６内のＩＧＢＴ部分を通過して、巻線３１、３２から引き出される電流のピーク値が１５．２Ａとなり、ダイオード部分以上の低減効果が期待できるものとなる。
【００９３】
一般に、サージ電流に対する信頼性確保は、ダイオードよりもＩＧＢＴの方が厳しくなる場合が多いため、特に過渡電流マイナス側が抑えられるように、タイミング条件の設定を行うことが有利に作用することもある。
【００９４】
このように、本実施の形態においては、３線間短絡期間Ｔ３の開始タイミングをθの所定範囲内とするという比較的簡単な構成でありながら、スイッチング素子および電気機械の巻線に流れる電流のピーク値を、１割程度低減することができるものとなるため、その分、スイッチング素子の電流定格の低減による低コスト化、または信頼性の向上、また永久磁石２６、２７の減磁の防止も可能となる。
【００９５】
なお、上記実施の形態１〜４においては、電気角３６０度内の１つの電気角で２線間短絡期間や３線間短絡期間を開始する構成を説明したが、電気機械２５の対称性から、３６０度内に複数から１つの開始タイミングを選択することもできる。
【００９６】
例えば、実施の形態４については、電気機械２５の対称性から、ｔ３のタイミングを、電気角θが１２０度の倍数だけずらせた場合にも、過渡電流が発生する相が入れ替わるものとなり、ほぼ同等のピーク電流値に抑えられる特性が得られるものとなり、また例えば１８０度ずらせた場合には、電流波形の上下がほぼ逆となるものとなる。
【００９７】
従って、常にθ＝２２０度のタイミングで３線間短絡期間を開始する代わりに、θ＝１００度、２２０度、３４０度を切り替えて使用しても良く、互いに１２０度ずれていることからピーク電流が発生する相は入れ替わるが、一般に６つのスイッチング素子が１つのパッケージ内に組まれたパワーモジュールと称される部品を使用する場合には、３つの相が、平等な仕様で作られているので、問題はない。
【００９８】
また、電気角６０度ずつずらせたθから、１つを選ぶ構成であっても、電気機械２５としては、ほぼ同等の過渡電流のピーク値となり、スイッチング素子のダイオード部分とＩＧＢＴ部分のどちらにより大きなピークが流れるか、だけが変化するものとなるが、これとても、パワーモジュールとして問題なしとなる場合が多く、設計ができる。そのように、３６０度内にとびとびであろうとも、短絡動作を開始する電気角θになんらかの制限を加えるということに対しては、所定範囲となった時に開始する構成といえる。
【００９９】
このことは、他の実施の形態において設けている２線間短絡期間の開始タイミングにおいても同様であり、３６０度内にとびとびのタイミングからの選択を行ってもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
以上のように、本発明にかかる電気機械制御装置は、制動時の過大な電流の発生を防ぐことができ、信頼性の確保と優れた制動性能を得ることが可能となるので、一般家庭において使用される洗濯機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【０１０１】
２３  インバータ回路
２５  電気機械
２６、２７  永久磁石
３０、３１、３２  巻線
４１、４２、４３、４４、４５、４６  スイッチング素子
５４  短絡回路
【図１】
2012130111.tif 000003
【図２】
2012130111.tif 000004
【図４】
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【図５】
2012130111.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
2012130111.tif 000009
【図１０】
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【図３】
2012130111.tif 000011
【図９】
2012130111.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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