(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータの回転位置を所定の角度ごとに検出し、検出された角度間の位置を推定するモータ位置推定制御装置であって、
負荷容量と負荷トルクとの相関関係を予め記憶しているテーブル、
前記サーボモータで駆動される負荷量を検出する負荷検出手段、
および
前記サーボモータの反転動作時において、前記負荷検出手段によって検出された負荷に応じて、前記テーブルに記憶されている対応の負荷トルクを読出して所定の演算式より加速度を推定し、前記所定の角度間の位置を推定する位置推定手段を備えた、モータ位置推定制御装置。
【請求項２】
前記テーブルは、前記相関関係を反転時の加速度指令パターンごとに細分化して記憶することを特徴とする、請求項１に記載のモータ位置推定制御装置。
【請求項３】
前記サーボモータは洗濯機の攪拌体を回転駆動し、
前記負荷検出手段は前記洗濯機の洗濯容量を検出することを特徴とする、請求項１に記載のモータ位置推定制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はモータ位置推定制御装置に関し、たとえば洗濯機に使用されるＤＣサーボモータの回転位置を所定の角度ごとに検出し、検出された角度間の位置を推定するモータ位置推定制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＣブラシレスモータは３相であれば、図５に示すように３相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗにインバータから３相の駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが与えられる。この駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗはそれぞれ通電期間は１２０度になっているが、位相が１２０度ずれており、その位相のずれによってコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに印加されるタイミングが異なるのでモータが回転する。
【０００３】
また、ＤＣブラシレスモータは、ホール素子によって回転位置が検出され、３相モータであればホール素子も３個用いられる。３個のホール素子からは図６に示すようなタイミングでＨｕ，Ｈｖ，Ｈｗの検出信号が出力される。それぞれの検出信号は１回転の間に６０度位相がずれている。このため、分解能は電気角で６０度しかないことになる。このようにホール素子による回転位置の分解能は６０度しかないため、次に検出される１２０度までの間の回転位置を何らかの推定方法により補正する必要がある。そのような推定方法として、電気学会論文Ｄ、１１８巻１号、平成１０年発行には、発生トルクからモータの加速度を推定し、これを推定した位置および速度の補正に用いる方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の提案された方法では、負荷の大きさが考慮されておらず、負荷の変動が特に激しい洗濯機の水洗いなどの反転動作では推定精度が悪化する。リアルタイムで負荷トルクを測定すれば推定精度が向上するが、そのようなシステムでは装置が複雑化し、コストが高くなってしまうという問題点があった。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、反転動作時の運転をスムーズに行なうことができるモータ位置推定制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、サーボモータの回転位置を所定の角度ごとに検出し、検出された角度間の位置を推定するモータ位置推定制御装置であって、負荷容量と負荷トルクとの相関関係を予め記憶しているテーブルと、サーボモータで駆動される負荷量を検出する負荷検出手段と、サーボモータの反転動作時において、負荷検出手段によって検出された負荷に応じて、テーブルに記憶されている対応の負荷トルクを読出して所定の演算式より加速度を推定し、所定の角度間の位置を推定する位置推定手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
これにより、比較的簡単な構成で位置精度を向上できる。
また、テーブルは、相関関係を反転時の加速度指令パターンごとに細分化して記憶することを特徴とする。これによりさらに位置精度を向上できる。
【０００８】
また、モータは洗濯機の攪拌体を回転駆動し、負荷検出手段は洗濯機の洗濯容量を検出することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態のＤＣブラシレスモータの駆動回路を示すブロック図である。この図１に示した駆動回路の基本的な構成は、ｄ−ｑ座標系を用いた制御であり、杉本英彦著：「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際」総合電子出版社発行に詳述されている。
【００１０】
図１において、ＤＣブラシレスモータ１の速度と位置がホールセンサからなる検出器２で検出され、その検出信号が位置＆速度推定回路２０に与えられる。位置＆速度推定回路２０は検出信号に基づいて、磁極位置θｄｅと、電気角速度ωｄｅと、モータ速度ωｄｍとを出力する。磁極位置θｄｅはたとえばＲＯＭで構成された座標変換回路１１に与えられ、磁極位置に対応した三角関数ｃｏｓθｄｅとｓｉｎθｄｅとが出力されてｄ−ｑ／３相交流座標変換器７と３相交流／ｄ−ｑ座標変換器９とに与えられる。
【００１１】
３相交流／ｄ−ｑ座標変換器９は電流検出器１２で検出された電圧ＰＷＭインバータ８から出力された交流電流ｉｕとｉｖと、磁極位置に対応した三角関数ｃｏｓθｄｅとｓｉｎθｄｅとをそれぞれ乗算して、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとを出力する。ｄ軸電流ｉｄは電流指令値ｉｄ*と加算されて電流制御器５に与えられ、ｄ軸電圧指令ｖｄ´が出力される。ｑ軸電流ｉｑは速度制御器４の出力電流ｉｑ*と加算されて電流制御器６に与えられ、ｑ軸電圧指令ｖｑ´が出力される。なお、速度制御器４にはモータ速度ωｄｍが与えられており、速度指令ωｄと加算されてｉｑ*が出力されている。
【００１２】
また、３相交流／ｄ−ｑ座標変換器９から出力されたｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑは非干渉化制御器１０に与えられる。非干渉化制御器１０はＤＣブラシレスモータ１のｉ軸とｑ軸との間で干渉し合う速度起電力を位置＆速度推定回路２０から与えられる電気角速度ωｄｅで打ち消すための制御を行なう。非干渉化制御器１０から出力された打消し電圧ｖｄとｖｑは電流制御器５，６の出力のｄ軸電圧指令ｖｄ´とｑ軸電圧指令ｖｑ´に加算されて干渉し合う速度起電力が打ち消され、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*とｑ軸電圧指令Ｖｑ*としてｄ−ｑ／３相交流座標変換器７に与えられる。
【００１３】
ｄ−ｑ／３相交流座標変換器７はｄ軸電圧指令Ｖｄ*およびｑ軸電圧指令Ｖｑ*と、磁極位置に対応した三角関数ｃｏｓθｄｅおよびｓｉｎθｄｅとを乗算して、３相交流電圧Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を電圧ＰＷＭインバータ８に与える。電圧ＰＷＭインバータ８はその３相交流電圧Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に基づいたＰＷＭ波形信号をＤＣブラシレスモータ１に与えて回転させる。この駆動回路については上述の文献に詳細に説明されているので、これ以上の動作説明を省略し、以下、この発明の特徴となる部分について説明する。
【００１４】
容量センシング回路２１は洗濯機の現在の洗濯条件、すなわち洗濯物の容量を検出して相関テーブル２２に与える。相関テーブル２２はたとえばＲＯＭなどによって構成されており、洗濯物の種々の容量Ｃｗａｓｈのそれぞれに対応してＤＣブラシレスモータ１の反転時の推定負荷トルクＴｒｏａｄを記憶している。そして、洗濯開始時に与えられる速度指令ωｄに応じて、相関テーブル２２からそのときに容量センシング回路２１で検出された容量に応じた負荷トルクＴｒｏａｄが読み出されて位置＆速度推定回路２０に与えられる。
【００１５】
位置＆速度推定回路２０は与えられた負荷トルクＴｒｏａｄに基づいて、次式により加速度を推定する。このときｄ軸電流ｉｄ＝０に設定されている。
【００１６】
Ｊ＊ω＝φfa＊Ｉｑ−Ｔｒｏａｄ    ・・・（１）
ただし、Ｊ：機械系慣性モーメント、ω：ωｄの微分（回転加速度）、
φfa：３相巻線鎖交磁束数最大値である。
【００１７】
このように、最も推定の困難な反転動作時の位置推定において、予め洗濯容量と対応する反転負荷時の負荷トルクＴｒｏａｄとの関係をテーブルデータとして記憶しておき、洗濯時に洗濯容量に応じてテーブルを参照して加速度を推定することにより、位置精度を向上できる。
【００１８】
図２は相関テーブルデータを採取する構成を示すブロック図である。図２において、ＤＣブラシレスモータ１〜電流検出器１２までの構成は図１と同じである。ただし、検出器２としては、データの信頼性を持たせるために、分解能の高いロータリエンコーダが用いられる。負荷トルク計算器２３は速度指令ωｄに応じて速度制御器４の出力のｑ軸電流ｉｑ*から前述の第（１）式を逆算して負荷トルクＴｒｏａｄを算出する。このときｄ軸電流ｉｄ＝０に設定されている。算出された負荷トルクＴｒｏａｄとそのときの速度指令ωｄがデータ記憶装置２４によってたとえばＲＯＭなどに書込まれて、図１に示した相関テーブル２２が作成される。
【００１９】
図３は採取したデータの一例を示す図である。図３において横軸はモータ速度（ｒａｄ／ｓ）を示し、縦軸は負荷トルク（Ｎｍ）を示しており、洗濯容量が２ｋｇ，５ｋｇ，８ｋｇのときのモータ速度が変化したときの負荷トルクの変化を示している。このデータより、最も位置推定精度が悪化する０速（反転の瞬間）のデータを各洗濯容量ごとに採取し、負荷トルクテーブルとしてＲＯＭに書込む。
【００２０】
さらに、加速度指令パターンが多様化するのであれば、その指令パターンごとにデータを細分化し、さらに位置推定精度を高めることができる。
【００２１】
図４はこの発明が適用される洗濯機の内部外略図である。図４において、洗濯機１００は一槽式の全自動洗濯機であり、本体の内部に洗濯機を兼ねた回転槽１０２および外槽１０３を備えている。外槽１０３はサスペンション部１０４によって本体に吊持されており、回転槽１０２は外槽１０３の内側に回転可能に設置されている。回転槽１０２の底部には攪拌体１０５が設けられている。本体は洗濯物を出し入れするための蓋１０６を有する。また、図１に示したＤＣブラシレスモータ１による回転力を回転槽１０２および／または攪拌体１０５に伝達するクラッチ機構１０８が外槽１０３の下部に設けられている。
【００２２】
本体の上部には操作部１０９，表示部１１０，ブザー１１１および蓋１０６の開閉を検知する蓋センサ１１２，蓋１０６の開閉を制御するロック機構１１８が設けられており、外槽１０３の側方には外槽１０３内の洗濯物の量に見合った量の水が注ぎ込まれたことを検出する水位センサ１１３が設けられている。したがって、この水位センサ１１３が図１に示した容量センシング回路２１を構成することになる。操作部１０９の下部には図１に示した制御回路が収納されている。また、外槽１０３内の水量を調整できるように、給水弁１１６および排水弁１１７が設けられている。
【００２３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、負荷容量と負荷トルクとの相関関係を予め記憶しているテーブルを設け、検出された負荷に応じて、テーブルに記憶されている対応の負荷トルクを読出して所定の演算式より加速度を推定し、所定の角度間の位置を推定するようにしたので、比較的簡単な構成で位置精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態のＤＣブラシレスモータの駆動回路を示すブロック図である。
【図２】  相関テーブルデータを採取する構成を示すブロック図である。
【図３】  採取したデータの一例を示す図である。
【図４】  この発明が適用される洗濯機の内部外略図である。
【図５】  ＤＣブラシレスモータの駆動動作を説明するための図である。
【図６】  ホールセンサからの検出信号を示すタイミング図である。
【符号の説明】
１  ＤＣブラシレスモータ、２  検出器、４  速度制御器、５，６  電流制御器、７  ｄ−ｑ／３相交流座標変換器、８  電圧ＰＷＭインバータ、９  ３相交流／ｄ−ｑ座標変換器、１０  非干渉制御器、１１  座標変換器、１２  電流検出器、２０  位置＆速度推定回路、２１  容量センシング回路、２２  相間テーブル、２３  負荷トルク計算器、２４  データ記憶装置、１００  洗濯機、１１３  水位センサ。
【図１】
0003822073.tif 000002
【図２】
0003822073.tif 000003
【図３】
0003822073.tif 000004
【図４】
0003822073.tif 000005
【図５】
0003822073.tif 000006
【図６】
0003822073.tif 000007