(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の巻線を有する固定子、永久磁石回転子、前記回転子の回転位置を検出して位置センサ信号を出力する位置センサ、前記位置センサからの位置センサ信号に基づいて通電信号を形成する通電信号形成手段、および前記通電信号形成手段からの通電信号に基づいて前記複数相の巻線に通電する制御手段を備えるブラシレスモータの周波数制御方法において、
前記通電信号形成手段は、負荷量検出手段を備え、かつ前記モータのブレーキ運転においては、前記負荷量検出手段で検出された負荷量に基づいて前記モータへの供給電圧と位相を決定することを特徴とする、ブラシレスモータの回転数制御方法。
【請求項２】
前記通電信号形成手段は、マイクロコンピュータを含み、前記マイクロコンピュータには、前記負荷検出手段で検出された負荷量と、前記モータへ供給する位相との関係が記憶されている、請求項１記載のブラシレスモータの回転数制御方法。
【請求項３】
前記モータへの供給電圧、及び／又は、前記モータへの供給電圧の位相は、回転数または時間に応じた値である、請求項１または２記載のブラシレスモータの回転数制御方法。
【請求項４】
前記通電信号検出手段は、前記モータの回転速度ωを検出する回転速度検出手段を有し、
前記モータのブレーキ運転において、前記モータに付与される電圧Ｖは、
Ｖ＝Ｋ＊ω＊ｓｉｎ（θーψ）
（但し、Ｋは係数、θ、ψは位相）
であって、
前記係数Ｋ、及び、前記位相ψは、負荷量検出手段で検出された負荷量に基づいて一義的に決定される、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のブラシレスモータの回転数制御方法。
【請求項５】
外槽に配設した洗濯槽兼脱水槽内の底部に攪拌体を設け、ブラシレスモータにより前記脱水槽および攪拌体を一体的にまたは前記攪拌体を単独で回転駆動する全自動洗濯機において、
前記ブラシレスモータは、複数相の巻線を有する固定子、永久磁石回転子、前記回転子の回転位置を検出して位置センサ信号を出力する位置センサ、前記位置センサからの位置センサ信号に基づいて通電信号を形成する通電信号形成手段、および前記通電信号形成手段からの通電信号に基づいて前記複数相の巻線に通電する制御手段を備え、
前記通電信号形成手段は、負荷量検出手段を備えかつ前記モータのブレーキ運転においては、前記負荷量検出手段で検出された負荷量に基づいて前記モータへの供給電圧と位相を制御することを特徴とする、全自動洗濯機。
【請求項６】
前記モータへの供給電圧は、回転数または時間に応じた値である、請求項５記載の全自動洗濯機。
【請求項７】
前記モータへの供給電圧の位相は、回転数または時間に応じた値である、請求項５記載の全自動洗濯機。
【請求項８】
機枠体に弾性的に支持された外槽内に回転自在に支持される洗濯ドラムを設置し、前記洗濯ドラムをブラシレスモータにより回転駆動するドラム式洗濯機において、
前記ブラシレスモータは、複数相の巻線を有する固定子、永久磁石回転子、前記回転子の回転位置を検出して位置センサ信号を出力する位置センサ、前記位置センサからの位置センサ信号に基づいて通電信号を形成する通電信号形成手段、および前記通電信号形成手段からの通電信号に基づいて前記複数相の巻線に通電する制御手段を備え、
前記通電信号形成手段は、負荷量検出手段を備えかつ前記モータのブレーキ運転においては、前記負荷量検出手段で検出された負荷量に基づいて前記モータへの供給電圧と位相を制御することを特徴とする、ドラム式洗濯機。
【請求項９】
前記モータへの供給電圧は、回転数または時間に応じた値である、請求項８記載のドラム式洗濯機。
【請求項１０】
前記モータへの供給電圧の位相は、回転数または時間に応じた値である、請求項８記載のドラム式洗濯機。
【請求項１１】
前記洗濯ドラムの前部または後部に環状中空体のカウンタバランサ、および前記洗濯ドラムの偏心荷重を検知する手段をさらに備え、
前記検知手段で検知された偏心荷重を許容範囲内に収めるように前記モータの回転数を制御する、請求項８ないし１０のいずれかに記載のドラム式洗濯機。
【請求項１２】
前記検知手段は加速度センサを含む、請求項１１記載のドラム式洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はブラシレスモータの回転数制御方法及びこれを用いた洗濯機に関し、特にたとえばブラシレスモータにブレーキをかけて回転数を制御するブラシレスモータの回転数制御方法及びそれを用いた洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、外槽内に回転可能に配置した洗濯槽兼脱水槽及びこの槽内の底部に回転可能に設置した攪拌翼（パルセーター）をブラシレスモータで回転駆動させる全自動洗濯機においてこのモータの回転速度を急減速させる場合、あるいは外槽内に水平に設置した洗濯ドラムをモータで回転駆動させるドラム式洗濯機においてモータの回転速度を急減速させる場合には、従来は大きなブレーキには回生ブレーキが使われており、回転エネルギーを消費する外部抵抗が必要であった。このため、洗濯機が高価になるなどの問題があった。また、電源側に高電圧が生じるなどのために電気回路の耐圧を高めることが必要となり、水を使用する洗濯機においては信頼性の点で問題となる。
【０００３】
例えば、特開平１１−２７５８８９号公報［Ｈ０２Ｐ  ６／２４］には、ブラシレスモータを用いた洗濯機の駆動制御装置が開示されている。
【０００４】
この駆動制御装置においては、ブレーキ用通電信号に基づいてブラシレスモータの巻線を通電制御するものである。この場合、誘起電圧に対して逆位相の巻線電流が発生し、制動力が生じてモータは回生制動の状態となる。ここで、回生電力が過大となってしまうと、直流電源側の電気部品が破損するおそれがある。そのため、電圧検出回路を備えこの検出回路により回生電力が過大となったか否かを判定し、その出力結果に基づいてブレーキ用の通電信号の位相指令または電圧指令を調整するので、回生電力が調整可能となる。その結果、直流電源側の電気部品の破損を防止しつつモータに回生ブレーキをかけることができる。
【０００５】
また、特開２００１−４６７７号公報［Ｄ０６Ｆ  ３３／０２］に開示される電気洗濯機においては、脱水運転で洗濯槽兼脱水槽を高速回転させた後のブレーキ制御を行う減速運転の場合、ブラシレスモータの巻線抵抗で回転エネルギーを消費するもので、モータの電流を測定し、若しくは直接測定できない場合測定された電流からモータ電流を推定し、あるいは測定した電流値をモータ電流値として電圧を制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブラシレスモータの回転数を制御するブレーキ運転あるいは急減速運転において、前者の従来例の回生ブレーキでは電圧検出を行う電圧検出回路を必要とし、また後者の従来例では電圧位相を制御するために電流検出を行う電流検出回路を必要とする。従って、上述の何れの従来例においても電圧や電流を検出するための検出回路が必要で、その回路構成も複雑となりそれに伴いコスト高になるという問題がある。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な構成で確実にモータのブレーキ運転や急減速運転を行うことができる、ブラシレスモータの回転数制御方法およびこれを用いた洗濯機を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、複数相の巻線を有する固定子、永久磁石回転子、この回転子の回転位置を検出して位置センサ信号を出力する位置センサ、この位置センサからの位置センサ信号に基づいて通電信号を形成する通電信号形成手段、および通電信号形成手段からの通電信号に基づいて複数相の巻線に通電する制御手段を備えるブラシレスモータの制御方法において、通電信号形成手段は負荷量検出手段を備えかつモータのブレーキ運転においては、負荷量検出手段で検出された負荷量に基づいてモータへの供給電圧と位相を決定することを特徴とする、ブラシレスモータの回転数制御方法である。
【０００９】
また、第２の発明は、外槽に配設した洗濯槽兼脱水槽内の底部に攪拌体を設け、ブラシレスモータにより脱水槽および攪拌体を一体的にまたは攪拌体を単独で回転駆動する全自動洗濯機において、ブラシレスモータは、複数相の巻線を有する固定子、永久磁石回転子、回転子の回転位置を検出して位置センサ信号を出力する位置センサ、位置センサからの位置センサ信号に基づいて通電信号を形成する通電信号形成手段、および通電信号形成手段からの通電信号に基づいて複数相の巻線に通電する制御手段を備え、通電信号形成手段は負荷量検出手段を備えかつモータのブレーキ運転においては、負荷量検出手段で検出された負荷量に基づいてモータへの供給電圧と位相を制御することを特徴とする、全自動洗濯機である。
【００１０】
さらに、第３の発明は、機枠体に弾性的に支持された外槽内に回転自在に支持される洗濯ドラムを設置し、この洗濯ドラムをブラシレスモータにより回転駆動するドラム式洗濯機において、ブラシレスモータは、複数相の巻線を有する固定子、永久磁石回転子、回転子の回転位置を検出して位置センサ信号を出力する位置センサ、位置センサからの位置センサ信号に基づいて通電信号を形成する通電信号形成手段、および通電信号形成手段からの通電信号に基づいて複数相の巻線に通電する制御手段を備え、通電信号形成手段は負荷量検出手段を備えかつモータのブレーキ運転においては、負荷量検出手段で検出された負荷量に基づいてモータへの供給電圧と位相を制御することを特徴とする、ドラム式洗濯機である。
【００１１】
【作用】
ブラシレスモータを制御する通電信号形成手段には予め負荷量検出手段が設けられているので、この検出手段で検出された負荷量に基づいてモータへの供給電圧と位相を自動的に決定し、モータにブレーキ力を付与できる。
【００１２】
また、全自動洗濯機やドラム式洗濯機において、脱水終了時や脱水開始前にモータの回転数を制御するブレーキ運転を行うことで安全性の確保やカウンタバランサによる偏心荷重を解消できる。
【００１３】
【発明の効果】
この発明によれば、負荷量に基づき、回生電力が発生しないブレーキをかけることが可能となる。そして、回生電力が発生しないことにより、外部抵抗で回生エネルギーを消費する必要がなくコストも低減する。また、この発明を、例えば、全自動洗濯機やカウンタバランサを有するドラム式洗濯機に適用すると、構成が簡単で性能のよい洗濯機が実現できる。
【００１４】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して以下に行う実施例の詳細な説明により一層明らかとなろう。
【００１５】
【実施例】
図１はこの発明を適用されるブラシレスモータ１０の概略構成を示す図解図であり、図２はこのブラシレスモータを利用した全自動洗濯機の駆動制御装置の概略回路ブロック図である。
【００１６】
図１において、このブラシレスモータ１０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相巻線１２ｕ、１２ｖ、１２ｗを有する円筒状の固定子１４と、この固定子１４の中央部に形成された空間に配置される永久磁石回転子１６と、この回転子１６の回転軸を中心とする円周上に１２０度の位相差で配置される後述の位置センサとして機能する３個のホールＩＣ１８ｕ、１８ｖ、１８ｗとを含む。
【００１７】
また、図２に示すように、このブラシレスモータ１０を回転駆動する駆動制御装置２０は、商用交流電源２２、この交流電源２２を直流に整流する直流電源回路２４、定電圧回路２６、直流電源回路２４から供給される直流をパルス状の交流に変換する３相インバータ回路２８およびこのインバータ回路２８を制御する駆動制御回路３０を含む。
【００１８】
直流電源回路２４は、リアクトル２４ａ、全波整流回路２４ｂ、平滑コンデンサ２４ｃ、２４ｃを有して構成される。また、インバータ回路２８は、例えばＩＧＢＴからなる６個のスイッチング素子Ｓａ〜Ｓｆを３相ブリッジ接続しかつ各スイッチング素子Ｓａ〜Ｓｆに逆並列にダイオードＤａ〜Ｄｆをそれぞれ接続して構成している。各スイッチング素子Ｓａ〜Ｓｆの制御端子（ゲート端子）はマイクロコンピュータ（マイコン）を含んで構成される駆動制御回路３０に接続されている。
【００１９】
インバータ回路２８の出力側にはブラシレスモータ１０の３相巻線１２ｕ、１２ｖ、１２ｗが接続されると共に、このモータ１０の回転位置を検出する３個のホールＩＣ１８ｕ、１８ｖ、１８ｗからの位置センサ信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗは駆動制御回路３０に入力される。また、駆動制御回路３０には洗濯槽の水位を検出する水位センサ３２、洗濯槽の蓋の開閉を検出する蓋センサ３４、各種の操作スイッチ３６、および交流電源２２の電圧に基づいて停電を検出する停電検出回路４２からの各検出信号がそれぞれ入力されると共に、洗濯槽に設けた排水弁３８および給水弁４０には駆動制御回路３０から駆動制御信号が与えられる。
【００２０】
そして、ブラシレスモータ１０の回転位置を検出する３個のホールＩＣ１８ｕ、
１８ｖ、１８ｗからの位置センサ信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいて駆動制御回路３０のマイコンでブラシレスモータ１０の回転数（回転速度）に基づく負荷量からこの負荷量に応じた電圧指令および位相指令をそれぞれ演算し、この演算結果に基づいてインバータ回路２８の各スイッチング素子Ｓａ〜Ｓｆの制御端子にＰＷＭ信号（通電信号：スイッチ信号）が付与されてモータ１０の回転数を制御する。
【００２１】
このブラシレスモータ１０を用いた全自動洗濯機の場合、図示しないが洗濯時には攪拌体（パルセーター）をこのモータ１０でダイレクトに回転駆動するものであり、また、脱水時には図示しないクラッチ機構により攪拌体と洗濯槽兼脱水槽（回転槽）とを一体的に連結することによりダイレクトに回転駆動する。
【００２２】
上述の構成において、マイコンを含む駆動制御回路３０は洗濯運転の制御全般とモータ１０の駆動制御の両機能を有しており、そのための制御プログラムおよびこの制御プログラムを実行するのに必要なデータを内部に設けられたＲＯＭに記憶している。また、このマイコンの内部には、作業領域としてＲＡＭが設けられている。そして、マイコンは通電信号形成部、回転速度検出部および負荷量検出部としての各機能を備える構成となっている。
【００２３】
ところで、モータ１０を減速するには、誘起電圧に基づく電力を消費することが必要である。このためインバータ回路２８からモータ１０に供給される電圧Ｖｉとその位相ψを制御し、電圧Ｖｉのｑ軸成分Ｖｑが誘起電圧に近い電圧で逆位相になる状態にすればよい。ここで電圧Ｖｉは、モータの回転速度ω＊（回転数Ｎに相当）およびこれに基づく誘起電圧から推定できるので、これを基に予め電圧Ｖｉの値を定めておき、減速運転（ブレーキ運転）でこの予め定めた電圧Ｖｉをモータ１０に供給する。  すなわち、この電圧Ｖｉは、インバータ回路２８によるＰＷＭ制御に基づきモータ１０に供給される電圧である。
【００２４】
特に、脱水運転時において、ブレーキ（急減速）必要時には回転数Ｎに基づく負荷量Ｍに相当する電圧指令および位相指令に基づく通電信号によりモータ１０を通電制御（インバータ制御）する。つまり、モータ１０の誘起電圧に対して逆位相の巻線電流が発生し、ブレーキ電圧が生じてモータ１０は制動状態（急減速運転またはブレーキ運転）となる。
【００２５】
すなわち、モータに付与されるブレーキ電圧Ｖは次式で表わすことができる。
【００２６】
【数１】
Ｖ＝Ｋ＊ω＊ｓｉｎ（θ―ψｏ）
ただし、Ｋ＊は係数、ω＊は回転速度、θは位相である。
【００２７】
そして、ブレーキの大きさ（負荷量または慣性モーメント）に応じて位相ψと電圧値算出の係数Ｋは一義的に決まるのでこれをマイコンのＲＯＭにテーブルとして持っておくと、回転数ωに基づいてモータに電圧値を印加する。
【００２８】
また、係数Ｋの大きさによりブレーキの大きさを変えることができ、Ｋ＝０で短絡ブレーキと同じになる。軽いブレーキに使用する短絡ブレーキとの関係も明確で、切り換えが容易である。
【００２９】
数１のブレーキ電圧Ｖのベクトル図および短絡ブレーキのベクトル図がそれぞれ図１２、１３に示されている。この電圧Ｖは、ベクトル図より分かる通り、誘起電圧（ωΦ）と、モータ電流Ｉによるモータの抵抗成分Ｒの電圧ベクトルＲＩと、モータのリアタンス成分Ｌによる電圧ベクトルωＬＩのベクトル和の関係となる。
【００３０】
また、ブレーキ電圧Ｖの３相巻線毎の成分電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗはそれぞれ以下の数式で表わすことができる。
【００３１】
【数２】
Ｖｕ＝Ｋ＊ω＊ｓｉｎ（θ―ψ）
【００３２】
【数３】
Ｖｖ＝Ｋ＊ω＊ｓｉｎ（θ―ψ＋１２０°）
【００３３】
【数４】
Ｖｗ＝Ｋ＊ω＊ｓｉｎ（θ―ψ＋２４０°）
そして、インバータ回路２８からモータ１０へ供給される電圧のベクトルＶｉと電流のベクトルＩとすると、モータ１０の抵抗成分Ｒによる電圧ＲＩが９０°以下のとき、回生はない。何故ならば、電流ベクトルＩにＶｉの成分が及ばない。９０°以上のとき回生する。このため、すべての負荷量において、Ｖｉ、Ｉが９０°以下になるような位相ψ、係数Ｋを予め設定しておけばよい。
【００３４】
このことが、図１０の表に示されている。
【００３５】
この図１０により、上記数２、数３及び数４は以下のように表わすことができる。
【００３６】
【数５】
Ｖｕ＝Ｋｎ＊ω＊ｓｉｎ（θ―ψｎ）
【００３７】
【数６】
Ｖｖ＝Ｋｎ＊ω＊ｓｉｎ（θ―ψｎ＋１２０°）
【００３８】
【数７】
Ｖｗ＝Ｋｎ＊ω＊ｓｉｎ（θ―ψｎ＋２４０°）
また、モータの負荷小、負荷中、負荷大のベクトル図が、図１４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示されている。
【００３９】
これらのことから、この発明においては、モータ１０の負荷量Ｍと回転数ωにより回生しないブレーキに必要な電圧指令と位相指令は事前に用意可能であり、負荷量（慣性モーメントあるいはブレーキ力）検出装置を備え、この負荷量に応じて電圧指令および位相指令を決定するものである。
【００４０】
なお、次のような種々の変形は可能である。
【００４１】
▲１▼電圧指令：回転数に比例（Ｋ＊ω）、位相指令：一定（ψ）
▲２▼電圧指令：回転数に応じたテーブル参照（図１５）
▲３▼電圧指令：時間に応じて減衰する値（ブレーキで減速するので、時間と回転数の関係があるので同様の効果がある。図１６）
また、位相については以下の変形例が可能である。
【００４２】
▲１▼回転数に応じたテーブル値参照（図１７）
▲２▼時間に応じた値（図１８）
さらに、負荷量ごとにテーブルを持つか換算式、換算テーブルで計算できる（図１９、２０）。
【００４３】
ここで、図３に示すフローチャートに基づいて全自動洗濯機の基本的な洗濯・脱水運転における駆動制御回路３０による処理動作を説明する。なお、負荷量検出の動作フローチャートについては後で説明する。
【００４４】
先ず、ステップＳ１で洗濯物の負荷量を検出する。この検出結果は、洗濯水の給水量および洗濯時間および脱水時間等の条件を設定するのに利用される。つぎに、ステップＳ３では負荷量に見合う水位を設定して洗濯水を洗濯槽に自動給水し、ステップＳ５およびステップＳ７でそれぞれ設定された時間および洗濯条件等に従い洗濯運転とすすぎ運転を実行する。
【００４５】
その後、ステップＳ９に進みここで負荷量に応じた所定時間の脱水運転を実行して一連の洗濯→すすぎ→脱水の各工程を終了する。
【００４６】
次に脱水工程および負荷量検出の動作フローを図４と図５に基づいて説明する。
【００４７】
図４において、先ず、ステップＳ１１で駆動制御回路３０からの駆動指令信号に基づいて排水弁３８を開放して回転槽（洗濯槽兼脱水槽）の水を排水する。つぎに、ステップＳ１３でモータ１０に所定ブレーキをかけて回転数の低下に基づいて後述の方法で負荷量を検出する。この場合、洗濯運転前にモータ１０の惰性回転に基づいて検出された負荷量を用いてもよいが、脱水前に改めて検出した方がより精度の高い負荷量を検出できる。このステップＳ１３で検出された負荷量に基づいてステップＳ１５で所定時間の脱水運転を開始する。
【００４８】
そして、ステップＳ１７で脱水運転を終了したか否かを判定し、その結果、“ＹＥＳ”であればステップＳ２３でモータ１０にステップＳ１３で既に検出されている負荷量に基づく電圧指令と位相指令を３相巻線１２ｕ、１２ｖ、１２ｗに印加してモータ１０にブレーキをかけて急速に回転を停止させる。もし、ステップＳ１７で判定結果が“ＮＯ”であれば、ステップＳ１９に進み停電か否かを判定し、その結果が“ＹＥＳ”で停電の場合はステップＳ２３に進み、ここでモータ１０にブレーキをかけて回転を停止させる。さらに、ステップＳ１９の判定結果が“ＮＯ”で停電でなければステップＳ２１で回転槽（脱水槽）の蓋スイッチ３４がオンで蓋が開放していればステップＳ２３でブレーキをかけてモータ１０の回転を停止させる。もし、ステップＳ２１で蓋スイッチ３４がオフで脱水槽の蓋が閉じていれば、ステップＳ１５に戻り脱水運転を継続することになる。
【００４９】
そして、図２１、２２及び２３には、負荷量（慣性モーメント）の測定原理が示されている。
【００５０】
すなわち、ブレーキをかけて所定時間後の回転数（ホールＩＣの位置センサ信号であるパルス間隔）から負荷量（慣性モーメント）が得られる。
【００５１】
なお、ホールＩＣのパルス間隔から負荷量を求める方法以外に、例えば、ブレーキ開始から所定時間後までのパルス数をカウントする方法、あるいは、所定のパルスに達するまでの時間を計測する方法、さらに、所定パルス間隔に達するまでの時間を計測する方法などもある。また、減速ではなく、加速を利用する方法もある。ここでは、ホールＩＣのパルス間隔から負荷量を測定することにする。次に、図５において、洗濯槽に投入された洗濯物の負荷量を上述の方法で検出する場合、先ず、ステップＳ３１でモータ１０に所定ブレーキをかけて回転数を低下させる。そして、回転位置を検出するホールＩＣ１２ｕ、１２ｖ、１２ｗからの位置センサ信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいてステップＳ３３で通電信号波形のパルス間隔を測定する。そして、ステップＳ３３のパルス間隔の測定を繰り返し実行し、ステップＳ３５ではパルス間隔の測定時間が予め設定された所定時間を経過したか否かを判定し、その結果が“ＹＥＳ”であれば、ステップＳ３７で所定時間経過後のパルス間隔に基づいて負荷量を計算する。もしも、ステップＳ３５における判定結果が“ＮＯ”であれば、ステップＳ３３に戻りパルス間隔の測定を継続する。
【００５２】
また、図７には他の実施例として、ドラム式洗濯機４０が示されている。この洗濯機４０は、機枠体（筐体）４２に吊下げばね４４、４４およびダンパー４６、４６で弾性的に支持された外槽４８内に水平軸５０により回転自在に支持された円筒状の回転洗濯ドラム５２を設置し、この洗濯ドラム５２を水平軸５０に設けた従動プーリ５４および駆動ベルト５６を介してブラシレスモータ５８の回転軸６０に設けた原動プーリ６２に連結して回転駆動される。
【００５３】
そして、外槽４８の前面には洗濯物を出し入れする際に開閉される蓋６４が配置されている。洗濯ドラム５２には洗濯物及び洗濯水を収容し、洗濯ドラム５２を低速回転させることによって所定時間の洗濯運転を実行し、洗濯後は洗濯水を排水して洗濯ドラム５２を高速回転させて洗濯物の脱水運転をするものである。
【００５４】
また、洗濯時には洗濯ドラム５２に洗濯物が偏在して偏心荷重となって洗濯ドラム５２が振動し、この洗濯機４０が設置されている床面から騒音が発生する。そのため、先に説明したように洗濯ドラム５２を配置収納する外槽４８は機枠体４２に吊下げばね４４と支持ダンパー４６で弾性的に支持されているが、さらに、洗濯ドラム５２の後部（前部でもよい）に液体、例えば、水等の液体を封入した環状中空体からなるカウンタバランサ６６を設けて振動の抑制を図っている。このカウンタバランサ６６は洗濯ドラム５２の前部に設けてもよい。
【００５５】
このカウンタバランサ６６の外周内面側には断面略Ｌ字状の区画板６８が放射状に多数設けられかつこのバランサ６６の内周面側は連通状態となっている。また、外槽４８の適所には後述の加速度センサ７８が装着されている。
【００５６】
図８の（ａ）〜（ｃ）には洗濯ドラム５２の回転状態におけるカウンタバランサ６６内の液体の状態と洗濯物Ａによる偏心荷重位置の関係の模式図が示されている。
【００５７】
例えば、洗濯ドラム５２を１００ｒｐｍの中速で回転している場合、遠心力が重力より勝っているため、図８の（ａ）に示されるようにこのバランサ６６内の液体が略平均化された状態となるが、洗濯物Ａによる偏心荷重位置の関係で全体のバランスは崩れている。
【００５８】
そこで、この洗濯ドラム５２を１００ｒｐｍから４５ｒｐｍに減速すると、図８の（ｂ）に示すように、洗濯ドラム５２の上方に持ち上げられたカウンタバランサ６６内の液体は減速に伴い重力の作用で一部が落下し、落下した液体の多くはその反対側に位置する区画部に流れ込む。この状態で回転速度を１００ｒｐｍに上げると、図８の（ｃ）に示すように、洗濯物Ａの偏在による偏荷重がある位置近傍の区画部の液体は殆どなくなりその反対側に位置する区画部及びその近傍の区画部の液体が増加する。これにより、カウンタバランサ６６を含む洗濯ドラム全体の偏心荷重は小さくなり、この状態で高速回転を行うことにより振動および騒音の少ない脱水運転が可能となる。
【００５９】
次に、このドラム式洗濯機４０の駆動制御装置６８の概略構成を図９に基づいて説明する。
【００６０】
先ず、この駆動制御装置６８を構成する駆動制御回路７０はマイクロコンピュータを含む。このマイコンは、ＣＰＵ，Ａ／Ｄ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含み回転速度制御部７２および偏心荷重測定部７４を構成している。また、回転速度制御部７２からの指令信号がインバータ制御部７６に出力されこの制御部７６からの駆動信号でブラシレスモータ５８が回転駆動されると共に、インバータ制御部７６から制御信号がマイコンにフィードバックされる。また、加速度センサ７８からの検知信号がマイコンに入力されて偏心荷重測定部７４で偏心荷重量が計算される。
【００６１】
一方、駆動制御回路７０には外部の操作部８０から各種の操作信号が入力されると共に、マイコンによる計算結果等の出力が表示部８２に表示される。
【００６２】
ところで、上述のドラム式洗濯機４０において、脱水時に洗濯ドラム５２に洗濯物Ａによる偏心荷重が生じると、洗濯ドラム４０が１回転する間に、加速度センサ７８により検出される加速度成分が偏心荷重に応じて変動する。それゆえこの加速度センサ７８の出力に基づいて偏心荷重の大きさを検出することができる。
【００６３】
図１１は、偏心荷重による加速度成分の変動の一例を示す波形図である。加速度成分の変動振幅、つまり最大ピーク値Ａｍａｘと最小ピーク値Ａｍｉｎの差が偏心荷重の大きさを反映している。
【００６４】
従って、加速度センサ７８の出力から駆動制御回路６８のマイコンにより偏心荷重が計算される。そして、マイコンのＲＡＭには事前にサンプリングされた加速度センサ７８の出力値とその出力値に対応する偏心荷重の大きさの関係を示すテーブルが格納されている。なお、この偏心荷重の検出方法は回転数の変化に基づいて、その極大値と極小値の差からも求めることができるが、その詳細な説明は省略する。
【００６５】
次に、カウンタバランサ６６を有するドラム式洗濯機４０における洗濯運転終了後に脱水運転に移行する際のカウンタバランサの動作を図６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００６６】
図６において、脱水運転を行う前にステップＳ４１で洗濯ドラム５２における洗濯物による偏心荷重の検知を行う。この検知は洗濯ドラム５２の回転に伴う加速度センサ７８からの出力に基づいて駆動制御回路７０のマイコンで算出される。そして、ステップＳ４３で前のステップＳ４１において検知された偏心荷重の値がＲＡＭに格納されているデータに基づいて許容範囲内か否かをＣＰＵで計算して判定し、その結果が“ＹＥＳ”であればリターンして脱水運転を開始する。
【００６７】
一方、ステップＳ４３の判定結果が“ＮＯ”で偏心荷重の値が許容範囲外であれば、ステップＳ４５でモータ５８により洗濯ドラム５２を１００ｒｐｍで回転させる。ステップＳ４７でこの発明を適用してモータ５８にブレーキをかけて洗濯ドラム５２の回転数を１００ｒｐｍから半分以下の４５ｒｐｍへ短時間で急減速させる。そして、ステップＳ４９で洗濯ドラム５２の回転数を４５ｒｐｍから１００ｒｐｍへ加速し、ステップＳ４１に戻り改めて偏心荷重の検知を行い、ステップＳ４３で前のステップＳ４１で検知された偏心荷重の値が許容範囲内か否かを判定する。その結果“ＹＥＳ”となれば、脱水運転に移行し、“ＮＯ”であれば、“ＹＥＳ”になるまでステップＳ４１からステップＳ４９の工程を繰返し継続する。
【００６８】
このようにドラム式洗濯機において、カウンタバランサにより偏心荷重の解消を図り、振動や騒音の少ない円滑な脱水運転が可能となる。
【００６９】
なお、この実施例のドラム式洗濯機４０は、洗濯ドラム５２を動力伝達機構（プーリおよび駆動ベルトを含む）を介してブラシレスモータ５８により回転駆動させているが、図２４に示す他の実施例のように、機枠体４２に各一対の吊下げばね４４とダンパー４６により弾性的に支持されかつ後方に傾斜状態で設置された外槽４８内に洗濯ドラム５２を回転自在に設け、この洗濯ドラム５２の回転軸５１にブラシレスモータ５８の回転軸６０を直結したダイレクト駆動方式にしてもよい。この場合、カウンタバランサ６６は洗濯ドラム５２の前部に洗濯物投入口を取り囲むように設けられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に使用されるブラシレスモータの概略構成図である。
【図２】この発明の一実施例であるブラシレスモータを使用した全自動洗濯機の駆動制御装置の回路ブロック図である。
【図３】図２に示す全自動洗濯機の全般的な動作を示すフローチャートである。
【図４】全自動洗濯機の脱水運転の動作状況を説明するフローチャートである。
【図５】洗濯物の負荷量を検出するための動作フローチャートである。
【図６】この発明の他の実施例であるドラム式洗濯機におけるカウンタバランサによる偏心荷重を解消する動作フローチャートである。
【図７】ドラム式洗濯機の概略構成を示す図解図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は図６の動作フローチャートに基づくカウンタバランサによる偏心荷重を解消する動作状態を示す模式図である。
【図９】ドラム式洗濯機の駆動制御装置を示す要部回路ブロック図である。
【図１０】負荷量と位相および係数Ｋの関係を示すテーブルである。
【図１１】偏心荷重による加速度成分の変動の一例を示す波形図である。
【図１２】３相ブラシレスモータに対するブレーキ電圧Ｖのベクトル図である。
【図１３】短絡ブレーキのベクトル図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は負荷の小、中、大に対応した各ベクトル図である。
【図１５】負荷量に応じた電圧指令と回転数の関係を示す特性図である。
【図１６】負荷量に応じた電圧指令と時間の関係を示す特性図である。
【図１７】負荷量に応じた位相指定と回転数の関係を示す特性図である。
【図１８】負荷量に応じた位相指定と時間の関係を示す特性図である。
【図１９】換算係数と負荷量の関係を示す関係図である。
【図２０】図１９に相当する関係図である。
【図２１】モータにブレーキをかけた場合の負荷量に応じた回転数と時間の関係を示す特性図である。
【図２２】モータにブレーキをかけた場合の負荷量に応じたパルス間隔と時間の関係を示す特性図である。
【図２３】負荷量とパルス間隔の関係を示す関係図である。
【図２４】図７に相当する他の実施例を示すドラム式洗濯機の概略構成図である。
【符号の説明】
１０  ・・・ブラシレスモータ
１２ｕ，１２ｖ、１２ｗ  ・・・３相巻線
１４  ・・・固定子
１６  ・・・永久磁石回転子
１８ｕ，１８ｖ、１８ｗ  ・・・ホールＩＣ
２０  ・・・駆動制御装置
２８  ・・・インバータ回路（制御手段）
３０  ・・・駆動制御回路（通電信号形成手段）
４０  ・・・ドラム式洗濯機
５２  ・・・洗濯ドラム
５８  ・・・ブラシレスモータ
６６  ・・・カウンタバランサ
７０  ・・・コンピュータ
７８  ・・・加速度センサ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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