(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼を駆動するモータと、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、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータを正反転制御して撹拌行程を実行するとともに、前記撹拌行程における前記撹拌翼の正反転制御の減速制動時に、モータ電圧位相をモータ誘起電圧から１８０度以下に進角させ電力回生しないようにしたランドリー機器のモータ駆動装置。
【請求項２】
制御手段は、モータの減速制動時に、前記モータの回転数が低下するとモータ電圧位相をモータ誘起電圧に対して、２４０度近傍まで進角させるようにした請求項１記載のランドリー機器のモータ駆動装置。
【請求項３】
交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼を駆動するモータと、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、前記モータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータを正反転制御して撹拌行程を実行するとともに、前記モータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分に分解し、前記撹拌行程における前記撹拌翼の正反転制御の減速制動時に、前記トルクに対応した電流成分と磁束に対応した電流成分をそれぞれ負に設定し、前記トルクに対応した電流成分を負荷量に応じて設定制御するようにしたランドリー機器のモータ駆動装置。
【請求項４】
制御手段は、モータの減速制動時に、制動トルクに対応した電流成分を撹拌駆動時のトルクに対応した電流に応じて設定制御するようにした請求項３記載のランドリー機器のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路によりモータを駆動するランドリー機器のモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、洗濯機のモータをインバータ装置により駆動することにより騒音を減らし洗浄力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、特開平４−１２９５９４号公報に示すように構成していた。すなわち、撹拌翼正反転制御時に、短絡ブレーキにより撹拌翼を減速制動して撹拌翼を急速停止させて反転時間を短縮させ、かつ、反転時にモータ軸、あるいは、減速機構の歯車に異常トルクが加わらないようにして洗浄性能を向上させ、モータと減速機構の信頼性を向上させていた。
【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、ブレーキトルクが制御できないため、負荷が軽い場合には撹拌翼が急速停止して、駆動軸と撹拌翼の間の遊びによりカタカタ音が発生したり、急速ブレーキにより減速機構やモータ軸に大きなトルクが発生して機械的な摩耗が大きくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記従来課題を解決するもので、撹拌翼の正反転制御の減速制動トルク（負のトルク）の制御を容易にして最適なブレーキトルクを得るとともに、機構の遊びにより発生するカタカタ音を減らすことができ、さらに、制動時に発生する回生エネルギーの制御を容易にして発電エネルギーをモータ内部抵抗に消費させ、インバータ回路の直流電圧の異常上昇を防止し、さらに、モータの減速制動時の停止を確実に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、交流電源に接続された整流回路の直流電力をインバータ回路により交流電力に変換してモータに加え、モータにより撹拌翼を駆動し、モータのロータ位置をロータ位置検出手段により検出し、インバータ回路を制御手段により制御するよう構成し、制御手段は、モータを正反転制御して撹拌行程を実行するとともに、撹拌行程における撹拌翼の正反転制御の減速制動時に、モータ電圧位相をモータ誘起電圧から１８０度以下に進角させ電力回生しないようにしたものである。
【０００７】
これにより、制動トルクを容易に制御することができるので、モータ軸と減速機構への異常トルクを減らすことができ、撹拌翼の正反転時間を短縮できるとともに、機構の遊びにより発生するカタカタ音を減らすことができ、回生電力の制御が容易となり、発電エネルギーをモータの内部抵抗に消費させてインバータ回路の直流電圧の異常上昇を防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼を駆動するモータと、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、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータを正反転制御して撹拌行程を実行するとともに、前記撹拌行程における前記撹拌翼の正反転制御の減速制動時に、モータ電圧位相をモータ誘起電圧から１８０度以下に進角させ電力回生しないようにしたものであり、モータ電流、あるいはモータ電流位相を制御することにより制動トルクを容易に制御できるので、減速制動時の最適制動トルク制御が可能となり、撹拌駆動時の駆動トルクを大きくして、正反転時間を短縮することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、制御手段は、モータの減速制動時に、前記モータの回転数が低下するとモータ電圧位相をモータ誘起電圧に対して、２４０度近傍まで進角させるようにしたものであり、モータ電流位相を１８０度未満進角させることにより発電エネルギーをモータの内部抵抗に消費させてインバータ回路の直流電圧の異常上昇を防止することができ、低速回転時に１８０度以上進角させることにより強め界磁となり回転停止時間を短縮できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼を駆動するモータと、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、前記モータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータを正反転制御して撹拌行程を実行するとともに、前記モータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分に分解し、前記撹拌行程における前記撹拌翼の正反転制御の減速制動時に、前記トルクに対応した電流成分と磁束に対応した電流成分をそれぞれ負に設定し、前記トルクに対応した電流成分を負荷量に応じて設定制御するようにしたものであり、モータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分に分解して減速制動することで、ベクトル制御により制動トルクに対応した電流成分を制御することにより、最適制動トルクを得ることができ、撹拌駆動時の駆動トルクを大きくして、正反転時間を短縮することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載の発明において、制御手段は、モータの減速制動時に、制動トルクに対応した電流成分を撹拌駆動時のトルクに対応した電流に応じて設定制御するようにしたものであり、撹拌駆動時のトルク電流により負荷量が判定できるので、負荷量に応じて減速制動時のトルク電流成分を制御することによりブレーキ時間を短縮して撹拌反転時間を短縮することができ、負荷量が軽い場合には制動トルク電流を減らすことができるので、撹拌翼と駆動軸の遊びによるカタカタ音を減らすことができる。
【００１２】
【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。
【００１３】
（実施例１）
図１に示すように、交流電源１は、整流回路２に交流電力を加え、整流回路２は整流器２０とコンデンサ２１により直流電力に変換し、直流電圧をインバータ回路３に加える。
【００１４】
インバータ回路３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、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）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３の出力端子にモータ４を接続し、撹拌翼（図示せず）または洗濯兼脱水槽（図示せず）を駆動する。
【００１５】
モータ４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４ａにより検出する。ロータ位置検出手段４ａは、通常、３個のホールＩＣにより構成し、電気角６０度ごとの位置信号を検出する。電流検出手段５は、モータ４の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するもので、通常は直流電流を含む低周波数から測定可能な直流電流トランスを用いる。また、交流電流トランスあるいはシャント抵抗でも検出可能である。また、３相モータの場合、２相の電流を求め、キルヒホッフの法則（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）より残りの１相を求める方法が一般的である。
【００１６】
制御手段６は、ロータ位置検出手段４ａと、電流検出手段５によりインバータ回路３をベクトル制御してモータ４の回転数を制御するものである。制御手段６は、インバータ回路３によりモータ４の回転数を制御するもので、マイクロコンピュータと、マイクロコンピュータに内蔵したインバータ制御タイマー（ＰＷＭタイマー）、高速Ａ／Ｄ変換回路、メモリ回路（ＲＯＭ、ＲＡＭ）等より構成し、ロータ位置検出手段４ａの出力信号より電気角を検知する電気角検知手段６０と、電流検出手段５の出力信号と電気角検知手段６０の信号より磁束に対応した電流成分Ｉｄとトルクに対応した電流成分Ｉｑに分解する３相／２相ｄｑ変換手段６１と、静止座標系から回転座標系に変換、あるいは逆変換するのに必要な正弦波データ（ｓｉｎ、ｃｏｓデータ）を格納する記憶手段６２と、磁束に対応した電圧成分Ｖｄとトルクに対応した電圧成分Ｖｑを３相モータ駆動制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに変換する２相／３相ｄｑ逆変換手段６３と、３相モータ駆動制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに応じてインバータ回路３のＩＧＢＴのスイッチングを制御するＰＷＭ制御手段６４などを備えている。
【００１７】
さらに、行程に応じてモータ４の起動、停止、回転数、および制動等を制御する設定変更手段６５と、ロータ位置検出手段４ａの出力信号より回転数を検知する回転数検知手段６６と、回転数検知手段６６の出力信号に応じてモータ５の回転数を制御する回転数制御手段６７と、設定変更手段６５と回転数制御手段６７からのｄ軸（ｄｉｒｅｃｔ−ａｘｉｓ）電流設定信号Ｉｄｓ、ｑ軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ａｘｉｓ）電流設定信号Ｉｑｓと、３相／２相ｄｑ変換手段６１より演算したＩｄとＩｑを比較しモータ電流を制御するための磁束に対応した電圧成分Ｖｄとトルクに対応した電圧成分Ｖｑを演算するモータ電流制御手段６８とを備えている。
【００１８】
トルクに対応したｑ軸電流Ｉｑが設定値Ｉｑｓとなるようにフィードバック制御することにより定トルク制御が可能となる。しかし、回転数が上昇するとモータ誘起電圧が上昇してトルク電流Ｉｑが増加しなくなるので、回転数に応じてｄ軸電流を増加させる、いわゆる弱め磁束制御によりｑ軸電流も増加させることができ、トルクを増加させることができる。
【００１９】
図２はモータ駆動時の各部の波形関係を示し、ロータ位置検出手段４ａの出力信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のエッジ信号は６０度ごとに変化して、各部状態信号より３６０度を６分割した角度が判別できる。信号Ｈ１がローからハイとなるハイエッジを基準電気角０度として示し、モータ４のＵ相巻線誘起電圧Ｅｃは、基準信号Ｈ１から３０度遅れた波形となる。Ｕ相モータ電流Ｉｕとモータ誘起電圧Ｅｃの位相を同じにすると最大効率が得られる。モータ誘起電圧Ｅｃがｑ軸と同等軸となり、ｄ軸は９０度遅れている。ｑ軸電流はモータ誘起電圧位相と同相なのでトルク電流と呼ばれる。
【００２０】
図３はモータ制動時の各部の波形関係を示し、モータ誘起電圧Ｅｃとほぼ逆位相の電流を流すことにより、負のトルクを発生させて減速制動を行う。撹拌翼を正転、あるいは反転駆動させる場合、モータを駆動停止して休止期間を設けてから反転させる場合に比べ、駆動停止して減速制動すれば、休止期間を短縮でき、正反転時間を短縮できる。特に、撹拌力を大きくするために、モータ電流を増やして駆動トルクを大きくしようとすると、休止区間を大きくする必要があったが、減速制動により撹拌翼を急速停止させることができるので、正反転時間を短縮できる。
【００２１】
図４はモータ駆動時のベクトル図を示し、モータ誘起電圧Ｅｃ（ｑ軸）に対してモータ印加電圧Ｖａの位相をわずか進め、モータ電流Ｉの位相をモータ誘起電圧Ｅｃとほぼ同相にしてモータ効率を高めている。
【００２２】
図５はモータ減速制動時のベクトル図を示し、モータ誘起電圧Ｅｃ（ｑ軸）に対してモータ印加電圧Ｖａの位相を１８０度（π）近傍に進め、ｑ軸に対するモータ電流Ｉの位相βをモータ誘起電圧Ｅｃとほぼ逆相にし、制動トルクを発生させる。
【００２３】
一般的に、モータ１相当たりのトルクＴは、ωｒを角速度とすると、Ｔ＝ＥｃＩｃｏｓβ／ωｒより、位相βを９０度（π／２）以上にするとトルクＴは負となり制動トルクが発生する。Ｉｃｏｓβがｑ軸電流、すなわちトルク電流に対応し、トルク電流が負になるとブレーキ電流、あるいは、制動トルク電流となる。また、モータ１相当たりの印加電力Ｐは、モータ電流Ｉとモータ印加電圧Ｖａの位相をαとすると、Ｐ＝ＶａＩｃｏｓαとなり、位相αを９０度（π／２）以上にすると負の電力となり、モータ逆起電力が回生してインバータ回路直流電源電圧が上昇する。
【００２４】
電力回生させないためには、位相αを９０度以下となるようにモータ電流位相β、あるいはモータ印加電圧位相（α＋β）を制御する。通常、モータ電圧印加位相（α＋β）を１８０度以下に設定すると電力回生はなく、モータ回転数が低下して逆起電力が減少すると、（α＋β）を２４０度近傍まで進め（１２０度遅れ）ても電力回生はほとんど起こらない。
【００２５】
図６はモータ回転数が低下したときの、減速制動時のベクトル図を示し、モータ印加電圧位相を２４０度近く進めても、モータ印加電圧Ｖａとモータ電流の位相は小さくなり、電力回生しないことを示している。これより、さらに回転数が低下するとリアクタンス成分による電圧降下ωＬＩがほぼ零になって、モータ巻線抵抗Ｒによる電圧降下ＲＩのみとなり、電流位相はモータ印加電圧位相とほぼ等しくなる。このとき、強め界磁制御となるので、界磁磁極とロータ磁極が吸引して制動トルクが増加してロータが停止し易くなる。
【００２６】
図２において、Ｕ相モータ電流Ｉｕは、Ｕ相巻線誘起電圧Ｅｃよりわずかに進み、モータ印加電圧ＶｕはＵ相巻線誘起電圧Ｅｃよりほぼ３０度進んだ波形を示す。ｖｃはＰＷＭ制御手段６４内で生成される鋸歯状波形のキャリヤ信号で、ｖｕは正弦波状のＵ相制御電圧でキャリヤ信号ｖｃとＵ相制御電圧ｖｕを比較したＰＷＭ信号ｕをＰＷＭ制御手段６４内で発生させ、インバータ回路３のＵ相上アームトランジスタの制御信号として加える。ｃｋはキャリヤ信号ｖｃの同期信号で、キャリヤカウンタがカウントアップしてオーバーフローしたときの割込信号である。
【００２７】
モータ４のロータ磁石軸とステータの磁束軸が一致した電気角をｄ軸として基準電気角０度として静止座標系から回転座標系への座標変換、すなわち、ｄｑ変換を行うので、電気角検知手段６０は、ロータ位置検出手段４ａの出力信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３より３０度、９０度、１５０度等の電気角を検知し、６０度ごと以外は推定により電気角θを求める。
【００２８】
一般的に、磁束に対応した電流成分をｄ軸電流Ｉｄと呼び、永久磁石の磁束と界磁の磁束が同軸上で永久磁石が界磁に吸引された状態なのでトルクは零となる。また、ｄ軸から電気角で９０度の進角角度で、誘起電圧位相と同じ位相となり、トルク最大となる軸をｑ軸と呼び、トルクに対応した電流成分なのでｑ軸電流Ｉｑと呼ぶ。さらに、ｄ軸電流を負の方向に増加させるとｄ軸上の界磁磁束を弱めることと等価となるので界磁弱め制御、あるいは弱め磁束制御（または磁束弱め制御）と呼ばれる。また、ｄ軸電流とｑ軸電流に分解してそれぞれ独立に制御するのでベクトル制御と呼ばれる。
【００２９】
３相／２相ｄｑ変換手段６１は、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを（数１）によりｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに変換するもので、電気角θに対応して検出したモータ電流瞬時値よりＩｄ、Ｉｑを演算する。
【００３０】
【数１】
0003858754.tif 000002
【００３１】
記憶手段６２には、ｓｉｎθとｃｏｓθのデータを記憶しているので、電気角データに対応したデータを呼び出して積和演算を行うことにより、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに分解できる。電気角θの検知とモータ電流瞬時値の検出はキャリヤ信号に同期して行うもので、後述するフローチャートに従い、詳細な説明を行う。
【００３２】
回転数検知手段６６は、ロータ位置検出手段４ａの出力基準信号Ｈ１よりモータ回転数を検知し、回転数信号を設定変更手段６５、回転数制御手段６７に加える。設定変更手段６５は、モータ４の起動制御と回転数の設定、回転数優先制御あるいは電流優先制御の切り換え、および回転数とｑ軸電流設定値Ｉｑｓに応じたｄ軸電流Ｉｄｓの演算を行い、回転数制御手段６７に回転数設定信号Ｎｓ、あるいは、減速制動時には電流優先制御信号Ｉｑｏを加え、モータ電流制御手段６８にｄ軸設定信号Ｉｄｓを加える。
【００３３】
回転数制御手段６７は、検知回転数ｎと設定回転数Ｎｓを比較する回転数比較手段６７ａと、検知回転数ｎと設定回転数Ｎｓとの誤差信号Δｎと、回転数の変化率（加速度）に応じてｑ軸電流設定値Ｉｑｓを制御するトルク電流設定手段６７ｂと、ｑ軸電流設定値Ｉｑｓをトルク電流設定手段６７ｂからそのまま出力するか、あるいは、設定変更手段６５からの指令により電流優先制御にするかを切り換えるｑ軸電流切り換え手段６７ｃより構成される。
【００３４】
回転数制御の場合には、誤差信号Δｎに応じてｑ軸電流設定値Ｉｑｓを制御する、いわゆる、回転数制御電流マイナーループ制御を行い、減速制動時には電流制御とし、設定変更手段６５からｑ軸電流設定値Ｉｑｏが設定され、Ｉｑｓ＝Ｉｑｏとなる。
【００３５】
モータ電流制御手段６８は、３相／２相ｄｑ変換手段６１の出力信号Ｉｑ、Ｉｄと設定信号Ｉｑｓ、Ｉｄｓをそれぞれ比較して制御電圧信号Ｖｑ、Ｖｄを出力するもので、ｑ軸電流比較手段６８ａ、ｑ軸電圧設定手段６８ｂ、ｄ軸電流比較手段６８ｃ、ｄ軸電圧設定手段６８ｄより構成し、ｑ軸電流とｄ軸電流をそれぞれ制御する電圧信号Ｖｑ、Ｖｄを生成する。
【００３６】
ｄ軸電流設定値Ｉｄｓは、設定変更手段６５からモータ電流制御手段６８に信号が加えられるもので、埋め込み磁石モータの場合には回転数に応じてｄ軸電流設定値Ｉｄｓを増加させて弱め界磁制御を行う。表面磁石モータの場合には、通常、Ｉｄｓは零に設定し、高回転数駆動の場合にＩｄｓを増加させる。
【００３７】
２相／３相ｄｑ逆変換手段６３は、電圧信号Ｖｑ、Ｖｄより３相モータ駆動制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを（数２）より演算するもので、キャリヤ信号に同期して、電気角検知手段６０により検知した電気角θに対応した正弦波状の信号をＰＷＭ制御手段に加える。記憶手段６２に記憶したｓｉｎθ、ｃｏｓθの積和演算の方法は、３相／２相ｄｑ変換手段６１の演算とほぼ同じである。
【００３８】
【数２】
0003858754.tif 000003
【００３９】
図７は、回転駆動時と制動時のモータ電流をｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流に分解したベクトル図で、Ｉ１は正転、あるいは反転駆動時の電流ベクトルで、Ｉｑ１、−Ｉｄ１はそのときのｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流であり、Ｉ２は減速制動時の電流ベクトルで、ｑ軸電流、ｄ軸電流をそれぞれ負に設定し（−Ｉｑ２、−Ｉｄ２）、Ｉ３は制動停止直前の電流ベクトルで、ｑ軸電流を負、ｄ軸電流を正に設定（−Ｉｑ２、Ｉｄ３）している。
【００４０】
モータ回転数が高い場合、減速制動時のｄ軸電流をそれぞれ負に設定して弱め界磁制御することにより、電力回生を抑えることができ、モータ逆起電力はモータ抵抗で消費される。モータ回転数が低下するとモータ逆起電力は減少してモータ巻線抵抗でエネルギーが消費されて回生しなくなり、ｄ軸電流を正にする強め界磁制御を行うことによりモータ制動トルクが増加して停止し易くなる。
【００４１】
ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流に分解するベクトル制御の場合には、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流をそれぞれ設定する必要があるが、減速制動時のみモータ印加電圧ベクトルを制御して電流制御しても構わない。また、洗濯兼脱水槽内に水がない状態で撹拌する場合、例えば、洗濯乾燥機の乾燥行程における乾燥撹拌行程においては、撹拌翼が急速に停止して、回生電力が急速低下するので、モータ印加電圧ベクトルを２４０度進角させるだけでよい。
【００４２】
上記構成において図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３および図１４を参照しながら動作を説明する。図８は撹拌行程のフローチャートで、洗濯機の洗い行程、あるいは、縦型洗濯乾燥機の洗い行程と、乾燥行程における撹拌翼による衣類の撹拌に使用される。
【００４３】
図９は撹拌行程のタイムチャートで、時間経過により回転数がどのように変化するかを示し、正転、反転のモータ駆動時間をｔｏｎ、モータ駆動後の減速制動期間をｔｂ、モータ駆動停止期間をｔｏｆｆとしている。
【００４４】
図８において、ステップ１００より撹拌行程を開始し、ステップ１０１にて洗い撹拌行程の各種初期設定を行い、つぎにステップ１０２に進んで正反転制御設定を行い、前回のモータ駆動が正転ならば次回は反転とし、前回のモータ駆動が反転ならば次回は正反転と設定する。つぎに、ステップ１０３に進んで、図１１に示すモータ駆動サブルーチンを実行し、所定回転数となるようにモータ電流をベクトル制御する。つぎに、ステップ１０４に進んでモータ駆動時間が設定値ｔｏｎ以上かどうか判定し、設定値ｔｏｎ以上ならばステップ１０５に進み、ｔｏｎに達しなければステップ１０３に戻る。
【００４５】
ステップ１０５にて減速制動設定を行い、ステップ１０６に進んでｑ軸電流設定値、ｄ軸電流設定値をそれぞれ負に設定する。つぎに、ステップ１０７のモータ駆動サブルーチンを実行する。このとき、モータ駆動サブルーチンはステップ１０５により減速制動に設定されているので、負のトルク電流制御となる。
【００４６】
減速制御するために、電流制御ではなく、回転数制御にして設定回転数を零に設定しても減速制動は可能であるが、そのときには、ｑ軸電流、ｄ軸電流設定値に上下限値を設けて制御する必要がある。すなわち、減速制動時には、ｑ軸電流を零から負の最大値−Ｉｑｍａｘに設定し、ｄ軸電流は、負の最大値−Ｉｄｍａｘから正の最大値＋Ｉｄｍａｘに設定し、正の最大値＋Ｉｄｍａｘを小さくしないと電力回生作用によりインバータ直流電圧が異常上昇する。また、制動トルクが大きくなって、負荷が軽い場合には減速機構と撹拌翼の遊びにより、カタカタ音が発生する。よって、負荷量に応じて制動トルク最大値を制御する必要があり、実質電流制御と同じとなる。
【００４７】
つぎに、ステップ１０８に進んでモータ回転数ｎがほぼ零に達したかどうか判定し、ほぼ零ならばステップ１０９に進んで所定時間モータを停止させる。つぎに、ステップ１１０に進んで撹拌行程が終了したかどうか判定し、終了ならばステップ１１１に進んでサブルーチンをリターンし、終了でなければステップ１０２に進んで撹拌行程をつづける。
【００４８】
図１０は、減速制動時のｑ軸電流設定値（−Ｉｑｓ）と正反転駆動時のｑ軸電流の制御特性を示すもので、撹拌翼を設定回転数で回転数制御すると、負荷量が多いほどモータ駆動時のｑ軸電流が増加するので、ｑ軸電流により負荷量が判定できるので、負荷量に応じて減速制動時の負のトルク電流設定値（−Ｉｑｓ）を制御するものである。負荷量が大きい程ブレーキ電流を増加させて制動時間を短縮でき、負荷量が少なければ、ブレーキ電流を減らして撹拌翼の急速停止により発生する減速機構と撹拌翼の遊びによるカタカタ音を減らすことができる。
【００４９】
負荷量判定の他の方法として、撹拌駆動停止後の惰性回転数、あるいは、ロータ位置検出手段の位置検出パルス数により判別する方法が考えられる。また、撹拌駆動時のトルク電流を一定にして回転数上昇からも判別できる。また、撹拌駆動時のｑ軸電流と、撹拌駆動停止後の惰性回転数の２つの信号により負荷量検知すると検知精度がさらに向上する。惰性回転数検知時、減速制動させると負荷量検知精度が悪くなるので、負荷量検知においては減速制動を設けないようにする。
【００５０】
つぎに、図１１に示すモータ駆動サブルーチンのフローチャートについて説明する。ステップ２００よりモータ駆動サブルーチンが開始する。ステップ２０１はサブルーチン実行の最初に判断する初期判定で、起動あるいは制動初期を判定し、起動あるいは制動初期であればステップ２０２に進み、各種初期設定を行い、メインルーチンからのパラメータの受け渡しと各種設定を実行する。
【００５１】
つぎに、ステップ２０３に進んで回転起動制御あるいは制動初期制御を行う。ステップ２０２、２０３は最初に一回だけ実行する。起動制御は、回転数フィードバック制御ができない起動時に、所定のモータ印加電圧に設定して１２０度通電するものであり、低いモータ印加電圧から高い電圧まで時間経過とともに電圧を上昇させるソフトスタートを行う。制動運転の場合には負のｄ軸電流を増やして、負のｑ軸電流を減らし、高回転数での電力回生を防止し、急激なブレーキトルクが加わらないようなソフトブレーキを行う。
【００５２】
つぎに、ステップ２０４に進んでキャリヤ信号割込の有無を判定する。キャリヤ信号割込とは、ＰＷＭ制御手段６５のキャリヤカウンタがオーバーフローすると発生する割込信号ｃｋにより実行するもので、ステップ２０５に進んでキャリヤ信号割込サブルーチンを実行する。
【００５３】
図１２は、キャリヤ信号割込サブルーチンの詳細フローチャートを示し、ステップ３００よりキャリヤ信号割込サブルーチンを開始し、ステップ３０１にて割込信号ｃｋをカウントする。つぎに、ステップ３０２に進んでロータ位置電気角θを演算する。ロータ位置信号θは、別途求めたキャリヤ信号１周期当たりの電気角Δθとキャリヤカウンタのカウント値ｋを掛けた値ｋ・Δθを、ロータ位置検出手段４ａより検知できる６０度ごとの電気角φを加えることで推定演算する。
【００５４】
モータ４を８極、キャリヤ周波数を１５．６ｋＨｚ、回転数を９００ｒ／ｍｉｎとするとモータ駆動周波数は６０Ｈｚとなり、電気角６０度内のキャリヤカウンタカウント値ｋは約４３となる。よって、Δθは約１．４度となる。モータ回転数が低い程、電気角６０度内のカウント値ｋは高くなり、演算上の電気角検知分解能は向上するので、回転数が低く精度が要求される場合でも問題はないことがわかる。
【００５５】
つぎに、ステップ３０３に進んでモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する。電流検出１回ではノイズが含まれる可能性があるので、ステップ３０４に進んで再度検出し、ステップ３０５にて平均値を求めてノイズを除去し、Ｉｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ）よりモータ電流Ｉｗを演算する。
【００５６】
つぎに、ステップ３０６に進んで電気角θとモータ電流より、（数１）に示した演算を行い、３相／２相ｄｑ変換を行い、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを求める。つぎにステップ３０７に進んでＩｄ、Ｉｑをメモリし、別途回転数制御データとして用いる。
【００５７】
つぎに、ステップ３０８に進んでｄ軸制御電圧Ｖｄ、ｑ軸制御電圧Ｖｑを呼び出し、ステップ３０９に進んで（数２）に従い２相／３相ｄｑ逆変換を行い、３相制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを求める。この逆変換は、ステップ３０６と同じように記憶手段６２の電気角に対応したｓｉｎθ、ｃｏｓθデータを用い、積和演算を高速で行う。つぎに、ステップ３１０に進んで３相制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに対応したＰＷＭ制御を行い、ステップ３１１に進んでサブルーチンをリターンする。
【００５８】
ＰＷＭ制御は、図２でも説明したように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相各相に対応して、鋸歯状波（または三角波）のキャリヤ信号と制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを比較してインバータ回路３のＩＧＢＴオンオフ制御信号を発生させ、モータ４を正弦波駆動するもので、上アームトランジスタと下アームトランジスタの信号は逆転された波形で、上アームトランジスタの導通比を増加すると出力電圧は正電圧が増加し、下アームトランジスタの導通比を増加させると出力電圧は負電圧が増加する。導通比を５０％にすると出力電圧は零となる。
【００５９】
電気角θに対応して制御電圧を正弦波状に変化させると正弦波状の電流が流れる。正弦波駆動の場合、トランジスタの導通比を最大値１００％にしたとき、出力電圧は最大となり変調度Ａｍは１００％で、導通比の最大値を５０％にしたとき、出力電圧は最低となり変調度Ａｍは０％と呼ぶ。
【００６０】
モータ電流をベクトル制御するための、３相／２相ｄｑ変換と２相／３相ｄｑ逆変換をキャリヤ毎に高速で実行するので、高速の電流制御が可能となり、さらに、キャリヤ毎にトルク電流Ｉｑを検出するので負荷量が瞬時に判定できる特徴がある。また、キャリヤ毎にベクトル制御することにより常に一定トルクで駆動でき、減速制動時に負の定トルク制御をすれば、ブレーキトルクを一定にして過電流を防止できる。
【００６１】
図１１に戻って、キャリヤ信号割込サブルーチンを実行した後、ステップ２０６に進み、位置信号割込の有無を判定する。位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のいずれかの信号が変化すると割込信号が発生し、ステップ２０７に進んで、図１３に示す位置信号割込サブルーチンを実行する。図２に示すように、電気角６０度ごとに割込信号が発生する。
【００６２】
ここで、位置信号割込サブルーチンについて説明する。ステップ４００より位置信号割込サブルーチンを開始し、ステップ４０１に進んで位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を入力し位置検出を行い、つぎに、ステップ４０２に進んで位置信号よりロータ電気角θｃを検出する。つぎに、ステップ４０３に進んでキャリヤ信号割込サブルーチンでカウントしているカウント値ｋをｋｃにメモリし、ステップ４０４に進んでカウント値ｋをクリヤし、ステップ４０５に進み、電気角６０度間のキャリヤカウンタカウント値ｋｃより１キャリヤの電気角Δθを演算する。
【００６３】
つぎに、ステップ４０６に進んで基準位置信号Ｈ１による割込信号かどうかを判定し、基準位置信号割込ならばステップ４０７に進んで回転周期測定タイマーＴのカウント値Ｔを周期Ｔｏとしてメモリーし、ステップ４０８に進んでタイマーＴをクリヤし、ステップ４０９に進んでモータ回転数ｎを演算する。つぎに、ステップ４１０に進んで回転周期測定タイマーのカウントを開始させ、ステップ４１１に進んでサブルーチンをリターンする。
【００６４】
回転周期測定タイマーの検知分解能を８ｂｉｔ精度にすると、クロックは６４μｓとなり、キャリヤ信号をクロックに使用できるが、回転制御性能を向上するためには回転周期検知分解能を向上させる必要があり、クロックの周期は１〜１０μｓに設定する必要がある。この場合には、マイクロコンピュータのシステムクロックを分周してクロックに使用する。
【００６５】
以上に説明した回転数検知方法は、位置信号Ｈ１の周期から求める方法を示したが、位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３をすべて使用してもよい。また、キャリヤ信号を三角波にすると、キャリヤカウンタタイマーの周期は鋸歯状波の２倍となるので、三角波のオーバーフロー信号をクロックにすると分解能が向上するので三角波タイマーのオーバーフロー信号をクロックにしてもよい。
【００６６】
つぎに、図１１において、位置信号割込サブルーチン２０７を実行した後、ステップ２０８に進み回転数制御フラグの有無を判定し、回転数制御設定ならば、ステップ２０９に進んで回転数制御サブルーチンを実行し、減速制動設定ならば、ステップ２１０に進んで、回転数制御サブルーチンの中に含まれる減速制動サブルーチンを実行する。回転数制御サブルーチンの詳細は図１４に示す。
【００６７】
図１４において、ステップ５００より回転数制御サブルーチンを開始し、ステップ５０１にてモータ回転数ｎを呼び出し、ステップ５０２に進んで通常駆動か減速制動かのフラグ判定する。
【００６８】
通常駆動ならばステップ５０３に進み設定回転数と検知回転数の誤差によりｑ軸電流設定値Ｉｑｓを制御してトルク制御を行い、つぎに、ステップ５０４に進んでｑ軸電流設定値Ｉｑｓを上限値Ｉｑｍａｘと比較し、大ならばステップ５０５に進んでＩｑｓをＩｑｍａｘとして、ｑ軸電流Ｉｑが上限値Ｉｑｍａｘ以上とならないようにする。
【００６９】
減速制動ならばステップ５０６に進んで負のトルク制御、すなわち、ブレーキトルク制御のためにｑ軸電流設定値を−Ｉｑｓに設定する。つぎに、ステップ５０７に進んで回転数に応じてｄ軸電流設定値Ｉｄｓを制御する。回転数が高い場合には、電力回生しないようにｄ軸電流設定値Ｉｄｓを負にして弱め界磁とし、回転数が低下するとＩｄｓを正にして強め界磁にする。
【００７０】
つぎに、ステップ５０８にてｄ軸電流Ｉｄを呼び出し、ステップ５０９にてＩｄとＩｄｓの大小比較判定を行い、ｄ軸電流Ｉｄが設定値Ｉｄｓよりも大きければステップ５１０に進んでｄ軸制御電圧Ｖｄを減らし、ｄ軸電流Ｉｄが設定値Ｉｄｓよりも小さければステップ５１１に進んでｄ軸制御電圧Ｖｄを増やす。
【００７１】
つぎに、ステップ５１２に進んで３相／２相ｄｑ変換手段６１より求めたｑ軸電流Ｉｑを呼び出し、ステップ５１３にてＩｑとＩｑｓの大小比較判定を行い、ｑ軸電流Ｉｑが設定値Ｉｑｓよりも大きければステップ５１４に進んでｑ軸制御圧Ｖｑを減らし、ｑ軸電流Ｉｑが設定値Ｉｑｓよりも小さければステップ５１５に進んでｑ軸制御電圧Ｖｑを増やす。
【００７２】
つぎに、ステップ５１６に進んで演算されたｄ軸制御電圧Ｖｄ、ｑ軸制御電圧Ｖｑをそれぞれメモリし、ステップ５１７に進んでサブルーチンをリターンする。
【００７３】
ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑは、基本的にはキャリヤ信号ごとに変換するので、トルクリップルも含めて変動が大きい。変換したｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑと設定値Ｉｄｓ、Ｉｑｓをキャリヤごとに比較判断制御すると変動要素が大きく制御が安定しないので、平均化するなどの積分要素を加える必要がある。よって、回転数制御サブルーチンは、図１１に示すように、キャリヤ信号割込サブルーチン、あるいは、位置信号割込サブルーチンの中で実行せず、モータ駆動制御の中で独立に実行させる。ただし、回転制御の応答速度を速めるために、位置信号割込サブルーチンの中で行う方法も考えられるが、回転数が低い場合には逆に応答が遅くなる欠点がある。
【００７４】
（実施例２）
上記実施例１は、減速制動時にモータ電流をベクトル制御するものであるが、撹拌行程において、減速制動トルクの細かな制御は不必要なので、モータ印加電圧ベクトルを制御するだけで十分な場合があり、本実施例は、モータ印加電圧ベクトルを制御するものであり、図１５および図１６を参照しながら説明する。
【００７５】
図１５に示すように、制御手段６’は、上記実施例１の制御手段６を構成する２相／３相ｄｑ逆変換手段６３と設定変更手段６５に若干の変更を加えたものである。２相／３相ｄｑ逆変換手段６３’は、モータ電流制御手段６８の出力信号Ｖｑ、Ｖｄを（数２）に従い３相モータ電圧に変換するだけではなく、設定変更手段６５’からのｑ軸電圧設定信号Ｖｑｓ、ｄ軸電圧設定信号Ｖｄｓを直接モータ印加電圧に変換する。すなわち、通常モータ駆動時には、モータ電流をベクトル制御するが、減速時には、設定変更手段６５’からの設定信号によりｑ軸電圧制御信号Ｖｑ、ｄ軸電圧制御信号Ｖｄを制御してモータ印加電圧を制御するものである。他の構成は上記実施例１と同じである。
【００７６】
制御フローチャートは、上記実施例１とほとんど同じであり、図１６に示すように、回転数制御サブルーチンのフローチャートを一部変更することにより実現できる。
【００７７】
図１６において、ステップ５００’より回転数サブルーチンが開始し、ステップ５０１にてモータ４の検知回転数ｎを呼び出し、つぎにステップ５０２に進んで通常撹拌駆動か、減速制御かを判定する。通常駆動の場合のフローチャートは図１４と同じなので説明を省略する。減速駆動の場合には、ステップ５１８に進んでｑ軸電圧設定信号Ｖｑｓを負に設定し、つぎに、ステップ５１９に進み、モータ回転数ｎに応じてｄ軸電圧設定信号Ｖｄｓを制御する。
【００７８】
電力回生させないようにするには、ｄ軸電圧設定信号Ｖｄｓを負に設定して弱め界磁とし、回転数が低下してからＶｄｓを正にして強め界磁にすることが望ましい。しかし、撹拌時の慣性モーメントが少ない場合には、制動開始時点でＶｄｓを正にし、回転数に応じてＶｄｓを変化させなくても構わない。
【００７９】
特に、縦型乾燥洗濯機の乾燥撹拌行程においては、水なしで衣類を撹拌させて乾燥させるので慣性モーメントは少なく、電圧ベクトルを一定にしても電力回生は起こらない。ただし、電圧ベクトルを大きくすると制動トルクが大きくなるので、電圧ベクトルを減らして予め制動トルクを小さく設定する必要がある。
【００８０】
上記実施例１に示したように、負荷量に応じて電圧ベクトルを制御すると、より最適な減速制動制御が可能となることは明らかである。
【００８１】
ステップ５１９を実行した後、ステップ５１６に進んでｑ軸電圧信号Ｖｑ、ｄ軸電圧信号Ｖｑをメモリし、サブルーチンをリターンする。回転数制御サブルーチンは、図１１に示すモータ駆動サブルーチンに戻るので、モータ駆動サブルーチン内の図１２に示すキャリヤ信号割り込みサブルーチンにて、２相／３相ｄｑ逆変換が実行されてモータ印加電圧が制御され、モータ電流が制御される。
【００８２】
以上述べた如く本発明の特徴は、撹拌翼の正反転制御のモータ停止前に、モータ誘起電圧と逆位相のモータ電流を制御して減速制動させるもので、撹拌翼の正反転制御の減速制動トルクの制御を容易にして最適な制動トルクを得るとともに、減速機構の遊びにより発生するカタカタ音を減らすことができ、モータ４が停止してから反転させる休止時間を短縮できるので、正反転時間を短縮させることができ、洗い撹拌時の洗浄性能を向上することができる。
【００８３】
また、縦型洗濯乾燥機の乾燥工程においては、衣類に温風が均一に吹き付けられるように水なし撹拌を行う必要があり、衣類が乾燥するに従い最適なトルク制御が必要となるが、本発明によれば、撹拌駆動時と減速制動トルクをそれぞれ最適に制御できるので、布痛みの少ない水なし撹拌が可能となる。
【００８４】
さらに、制動時に発生する回生エネルギーの制御を容易にして発電エネルギーをモータ４の内部抵抗に消費させ、インバータ回路３の直流電圧の異常上昇を防止することができ、モータ４の減速制動時の停止を確実にすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼を駆動するモータと、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、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータを正反転制御して撹拌行程を実行するとともに、前記撹拌行程における前記撹拌翼の正反転制御の減速制動時に、モータ電圧位相をモータ誘起電圧から１８０度以下に進角させ電力回生しないようにしたから、モータ電流、あるいはモータ電流位相を制御することにより制動トルクを容易に制御できるので、減速制動時の最適制動トルク制御が可能となり、撹拌駆動時の駆動トルクを大きくして、正反転時間を短縮することができる。
【００８６】
また、請求項２に記載の発明によれば、制御手段は、モータの減速制動時に、前記モータの回転数が低下するとモータ電圧位相をモータ誘起電圧に対して、２４０度近傍まで進角させるようにしたから、モータ電流位相を１８０度未満進角させることにより発電エネルギーをモータの内部抵抗に消費させてインバータ回路の直流電圧の異常上昇を防止することができ、低速回転時に１８０度以上進角させることにより強め界磁となり回転停止時間を短縮できる。
【００８７】
また、請求項３に記載の発明によれば、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され撹拌翼を駆動するモータと、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、前記モータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータを正反転制御して撹拌行程を実行するとともに、前記モータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分に分解し、前記撹拌行程における前記撹拌翼の正反転制御の減速制動時に、前記トルクに対応した電流成分と磁束に対応した電流成分をそれぞれ負に設定し、前記トルクに対応した電流成分を負荷量に応じて設定制御するようにしたから、モータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分に分解して減速制動することで、ベクトル制御により制動トルクに対応した電流成分を制御することにより、最適制動トルクを得ることができ、撹拌駆動時の駆動トルクを大きくして、正反転時間を短縮することができる。
【００８８】
また、請求項４に記載の発明によれば、制御手段は、モータの減速制動時に、制動トルクに対応した電流成分を撹拌駆動時のトルクに対応した電流に応じて設定制御するようにしたから、撹拌駆動時のトルク電流により負荷量が判定できるので、負荷量に応じて減速制動時のトルク電流成分を制御することによりブレーキ時間を短縮して撹拌反転時間を短縮することができ、負荷量が軽い場合には制動トルク電流を減らすことができるので、撹拌翼と駆動軸の遊びによるカタカタ音を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例のランドリー機器のモータ駆動装置の一部ブロック化した回路図
【図２】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の撹拌駆動時のタイムチャート
【図３】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の減速制動時のタイムチャート
【図４】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の撹拌駆動時のモータ電圧電流ベクトル図
【図５】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の減速制動時のモータ電圧電流ベクトル図
【図６】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の低回転数における減速制動時のモータ電圧電流ベクトル図
【図７】  同ランドリー機器のモータ駆動装置のモータ電流をｄ軸電流とｑ軸電流に分解した電流ベクトル図
【図８】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の撹拌行程のフローチャート
【図９】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の撹拌行程の制御タイムチャート
【図１０】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の負荷量と負のトルク電流設定値の制御特性図
【図１１】  同ランドリー機器のモータ駆動装置のモータ駆動サブルーチンのフローチャート
【図１２】  同ランドリー機器のモータ駆動装置のキャリヤ信号割込サブルーチンのフローチャート
【図１３】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の位置信号割込サブルーチンのフローチャート
【図１４】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の回転数制御サブルーチンのフローチャート
【図１５】  本発明の第２の実施例のランドリー機器のモータ駆動装置の一部ブロック化した回路図
【図１６】  同ランドリー機器のモータ駆動装置の回転数制御サブルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１  交流電源
２  整流回路
３  インバータ回路
４  モータ
４ａ  ロータ位置検出手段
６  制御手段
【図１】
0003858754.tif 000004
【図２】
0003858754.tif 000005
【図３】
0003858754.tif 000006
【図４】
0003858754.tif 000007
【図５】
0003858754.tif 000008
【図６】
0003858754.tif 000009
【図７】
0003858754.tif 000010
【図８】
0003858754.tif 000011
【図９】
0003858754.tif 000012
【図１０】
0003858754.tif 000013
【図１１】
0003858754.tif 000014
【図１２】
0003858754.tif 000015
【図１３】
0003858754.tif 000016
【図１４】
0003858754.tif 000017
【図１５】
0003858754.tif 000018
【図１６】
0003858754.tif 000019