JP2001511674A

JP2001511674A - ドラム軸上に配置された駆動モータを有する洗濯処理装置

Info

Publication number: JP2001511674A
Application number: JP53537798A
Authority: JP
Inventors: ローデペーター; ホルストマンフランク; シャイプナーヘルムート
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2001-08-14
Also published as: ATE217655T1; KR20000069295A; KR100436152B1; US6341507B1; EP0960231B2; DE59804137D1; DE19806258A1; EP0960231B1; ES2176972T3; EP0960231A2; WO1998036123A3; WO1998036123A2

Abstract

(57)【要約】本発明は、少なくともほぼ水平の回転軸線を備えた回転可能に支承されているドラム（６）と、ドラム軸上に配置された永久磁石励磁される同期モータ（１０）の形の駆動モータ（１０）とを有し、同期モータのステータ（１６）は、コンバータによって電流を供給される巻線（１８）を備えている形式の、洗濯機、乾燥機又は洗濯乾燥機のような洗濯処理装置に関する。このモータを、エネルギ消費量、騒音の発生及び価格に関して改善するために、次ぎのようにすること、すなわち、巻線（１８）が単極巻線として構成されており、その際ステータ極（２７）の数と磁石極（２３）の数とが等しくなく、コンバータとして周波数変換器（１０４）が使用され、この周波数変換器の出力電圧は、すべての巻線相に連続的な電流が形成されるように、調整されているようすること、を提案する。

Description

【発明の詳細な説明】ドラム軸上に配置された駆動モータを有する洗濯処理装置本発明は、少なくともほぼ水平の回転軸線を備えた回転可能に支承されているドラムと、ドラム軸上に配置された永久磁石励磁される同期モータの形の駆動モータとを有し、同期モータのステータは、コンバータによって電流を供給される巻線を備えている形式の、洗濯機、乾燥機又は洗濯乾燥機のような洗濯処理装置に関する。 DE 38 19 651 A1によって既に公知の洗濯機においては、普通の中間伝動装置（駆動ベルト、ベルト車）を使用することなしに、洗濯ドラムが直接に駆動される。このような駆動装置においては、ロータは洗濯機のドラムへの回転運動伝達部材を形成している。DE 38 19 651 A1においては、かご形ロータを有する非同期モータを使用することが提案されている。このようなモータは比較的に回転騒音がわずかであることで優れているが、しかし、例えば非同期モータにおいてエアギャップを大きくされかつ極数を多く構成されるような与えられた周辺条件の下で、効率を良くすることができないという欠点を有している。しかしながらしばしば使用される家庭用の機械の場合にこそ、環境に優しい、つまり省エネルギ的な運転を行えることが望まれている。請求項１の上位概念に記載したようなモータはDE 43 41 832 A1によって公知である。ここにはドラムを直接に駆動するモータが記載されており、このモータはコンバータによって電流を供給される同期モータとして構成されている。モータの形式についてはこれ以上の説明はない。更に、外部ロータ型のモータとして構成されていて、直接に駆動するモータを有している洗濯機が公知である（DE 44 14 768 A1，DE 43 35 966 A1，EP 413 9 15 A1，EP 629 735 A2）。ロータは深絞り部材として、プラスチックのベル形部材として、あるいは複合構造体として製作することができる。深絞り部材としての解決策は有利である。それは、この場合鉄が同時に磁気帰路を形成するからである。この構造形式はなかんずく通風モータの典型的な構造でもある。洗濯機のための前述の直接駆動装置においては、コレクタのない直流モータが使用される。このコレクタのない直流モータのステータ巻線は複数のステータ歯にわたる巻き付けピッチの従来の三相巻線として、あるいは１つのステータ歯に巻かれる単極巻線として構成することができる。この型のモータにおいては、整流はパワー半導体によって行われる。この場合ロータ位置に関連して、ステータ巻線の個々の相は逆変換装置によって電流を供給され、したがって励磁界はモータと一緒に回転する。モータがこのように制御される場合、三相の励磁巻線内では常に単にその２つの相にだけ、モーメントを形成する電流が流れ、その際第３の相には電流が流れないままである。個々の相における時間的な電流経過はブロック形又は台形である。これによって個々の巻線の接続及び遮断の際に大きな電流変化速度が生じ、このためモータに騒音が生じる。部分的に生活空間（キッチン、浴室）に設置される洗濯処理装置においてはこのような騒音は望ましいものではない。電子的に整流される直流モータにおいては、ロータ位置を検出するためにホールセンサ、磁気的変換器あるいは光学的センサが使用される。このようなセンサ及び付属の信号導線の取り付けは付加的な費用を必要とする。更にセンサ及び導線は故障を生じやすい。別の欠点は、このような永久磁石で自励されるモータにおいては弱め界磁制御によって運転することが簡単には可能でないことである。洗濯機において必要な洗濯運転と脱水運転との間の大きなモーメント及び回転数の差は、普通はモータ電流の大きな差を生ぜしめる。したがって、切り替え可能なあるいはタップを設けた巻線を取り付けるか、あるいはモータ巻線及びパワー半導体を最大限可能な電流のために設計しなければならない。コンバータによって正弦波形に電流を流され制御される同期モータは既にサーボ駆動装置として公知である。このような同期モータは、正確な位置決めが必要な場合に使用される。公知のサーボ駆動装置においては、ステータ巻線は普通の三相巻線であり、ロータ及びステータの極数は同じである。三相巻線は普通の公知の巻線技術によって構成することができるけれども、次のような欠点を有している。すなわち、特に巻き付けヘッドにおける銅の量が極めて多く、これにより制作費が増大せしめられ、モータの構造が大きくなる。モータの構造が大きくなると、ケーシングの奥行きが定められている洗濯機の場合にドラムの容積が減少せしめられることになる。更に制御される運転のためにはサーボ駆動装置は極めて正確なかつ高価なセンサをロータ位置の認識のために必要とする。前述の永久磁石で励磁されるすべてのモータの更に別の欠点は、弱め界磁制御をすることができないことである。なぜなら、モータの磁束は大体において永久磁石の磁界に関連していて、したがってコンスタントであるからである。したがってこのようなモータは洗濯機駆動装置としてはむしろ不適格である。それは、洗濯運転と脱水運転との間のモーメント及び回転数の大きな差の結果、モータ電流に大きな差が生じるからである。したがって、モータ巻線及び周波数コンバータのパワー半導体は最大の電流に対して設計しておかなければならず、極めて高価になる。このようにする代わりに巻線にタップを設けることはできるが、しかしながらその場合モータから電子装置に付加的な導線を設けなければならない。更に高価な切り替えリレーが必要である。したがって本発明の課題は、最初に述べた形式の洗濯処理装置において、モータをエネルギ消費量、騒音の発生及び価格に関して改良することである。この課題は本発明によれば、請求項１に記載した特徴を具備した洗濯処理装置によって解決される。本発明の有利な構造及び展開は請求項２以下に記載したとおりである。コレクタのない直流モータを有する洗濯機のための公知の直接駆動装置と異なって、ここに記載した駆動構想においては、三相の励磁巻線のすべての３つの巻線相が連続的に電流を供給され、その際励磁界の周波数は電子装置によって決定される。この場合モータは他励形の同期モータとして運転される。この方式は、永久磁石で励磁される同期モータとの組み合わせで、最低の騒音発生量を保証する。単極巻線を使用することによって、銅の使用量は従来の三相巻線の場合よりもわずかであり、特に巻き付けヘッドの銅量は著しくわずかである。これによって駆動装置全体が小型になり、コンパクトになる。銅の量がわずかになることによって、モータの大きさが同じ場合に、銅損失がわずかであることに基づいて、大きな効率を達成することができる。ロータを外部ロータとして構成するのが有利であり、これによって極めてコンパクトな構造を達成することができる。それは、回転モーメントを形成するエアギャップ半径が外径の近くに位置せしめられるからである。更に、制御装置を使用し、この制御装置が周波数変換器の出力電圧を制御によって調整し、負荷モーメントと関連して最低の正弦波形の電流が生ぜしめられるようにするのが有利である。正弦波形の電流は極めて静かなモータ回転を生ぜしめ、電流高調波に起因する損失を減少せしめる。このことは特に、出力電圧が正弦波によるパルス幅変調の形で調整されている場合に、当てはまる。更に、モーメントに関連する電流制御は、各負荷点において最高の効率を保証する。単極巻線を有する同期モータにおいては、磁極の数は特徴的にステータ極の数と異なっている。ステータ巻線が三相に構成されていて、連続的に電流を供給され、若しくは回転起磁力を生ぜしめる場合、ロータ極対ステータ極の比は２対３又は４対３が有利である。これら両方の場合にだけ、単極巻線内に誘導された電圧のベクトル加算が最大の効率を生ぜしめる。４対３の極比においては、ほぼ３０のステータ極を使用して、必要とされる０〜２０００r/minの回転数をカバーするのが有利である。この選択された極数は、他励形運転の際の確実な始動、わずかなトルク変動及び大きな回転数差を保証する。更に、モータ電流を制御する前記制御装置がモータの数学的なモデルを基礎とし、かつロータ位置変換器なしに巻線相に電流を供給するようにすると、有利である。モータ電流及びモータの電圧の把握は周波数変換器自体内で行うことができるので、モータにはセンサは必要でない。センサのない制御装置の有利な実施例では、数学的なモデルのキャリブレーションを必要に応じて、あるいは連続的に行うことができる。巻線抵抗、モータのインダクタンス及び誘導される電圧の定数のようなモータに特有のパラメータは、もともと存在している電流センサ及び周波数変換器内のマイクロプロセッサ制御部によって調べ、測定された値に基づいて数学的なモデルを適合させることができる。本発明により構成された洗濯処理装置の重要な利点は、誘導された電圧若しくは同期的に生ぜしめられた電圧が大きな回転数の場合に周波数変換器の最大出力電圧よりも大きいように、ステータ巻線の巻数を設計することが可能なことである。巻線をこのように設計することによって、大きな回転数範囲において弱め界磁制御によって同期モータを運転することが可能になる。この巻線設計の利点は、洗濯運転の際にモータ電流が明確に減少せしめられることである。巻数は、モータが洗濯運転及び脱水運転において同じ電流で運転し得るように、選ぶことができる。したがって、モータ電流がわずかにされることによって、小型の安価なパワー半導体を使用することができる。更にパワー半導体内の損失が減少せしめられ、これによってモータ及びパワー電子装置の全効率が同じ銅使用量の比較し得る駆動装置におけるよりも大きくなる。ロータ位置変換器を使用する場合でも、弱め界磁制御を可能にするために、大きな回転数の場合にはロータ位置の評価をしないようにするのが有利である。大きな回転数の場合には、洗濯機においては大きなあるいは短時間の負荷変動は生じないので、モータ電流の制御は必ずしも必要でない。この場合モータは他励形に運転され、その際電圧及び周波数はコンバータによって、ロータ磁界の位置を考慮することなしに、定められる。このような場合には、モータ電流は負荷モーメントに関連して、自動的に限度内に調整される。モータの過負荷及び非同期化を阻止するためには、モータ電流のレベルを回転磁界の周波数に関連して監視することで充分である。更に弱め界磁制御によって、極数の多い永久磁石励磁の同期モータでも、高い回転数で大きな効率を達成することができる。それは磁化の反転による損失が弱め界磁制御のために減少せしめられるからである。コレクタのない直流モータは極めて高価な費用をかけないと、弱め界磁制御で運転することができない。それは、その場合ロータ位置変換器の位置を変化させ、あるいは整流時点を計算によってずらさなければならないからである。サーボ駆動装置においては、弱め界磁制御運転は前述の理由から行われていない。本発明の１実施例は図面に概略的に示されており、以下において詳細に説明する。図１は本発明により構成された洗濯機の概略的断面図である。図２は洗濯水容器（２）及びドラム（６）の後方範囲並びにドラムの駆動モータ（１０）の部分的断面図である。図３は洗濯機の支承十字体（１１）の斜視図である。図４は駆動モータ（１０）のステータ（１６）の個々の薄板を示す。図５は永久磁石ロータ（１５）の斜視図である。図６は三相交流同期モータ及びロータ位置変換器を有する制御される駆動装置の構造のブロック回路図である。図７は三相交流同期モータを有するセンサなしで制御される駆動装置の構造のブロック回路図である。図１に示した洗濯機はケーシング（１）を有しており、このケーシングの中で洗濯水容器（２）が振動可能にばね（３）に懸架されている。振動を減衰するために、洗濯水容器はケーシング底（１ａ）に対して摩擦ダンパ（５）によって支えられている。洗濯水容器（２）内には公知の形式で、洗濯物（図示せず）を収容するためのドラム（６）が回転可能に支承されている。ドラム（６）、洗濯水容器（２）及びケーシング前壁（１ａ）は互いに重なり合っている開口を有しており、これらの開口を通して洗濯物をドラム（６）内に入れることができる。これらの開口は、ケーシング前壁（１ａ）に配置されているドア（７）によって閉鎖することができる。ドア（７）の係止は電磁的な閉鎖装置（８）によって行われる。ドアの係止は図面においては単に概略的に示してある。電磁的な閉鎖装置（８）自体の構造及び機能はDE OS 16 10 247あるいはDE 34 23 083 C2によって充分に公知であり、したがって詳細に説明することはしない。ケーシング前壁（１ａ）の上方部分には操作パネル（図示せず）が配置されており、この操作パネルにおいて回転選択スイッチ（９）は洗濯プログラムを選択するのに役立つ。洗濯プログラムは周知のように洗濯過程と、それに続く脱水過程とを含み、脱水過程においては洗濯物が何回も跳ね飛ばされる。洗濯回転数は家庭用洗濯機の場合には２０〜６０r/minであり、脱水回転数は特に脱水過程の終わりの最後の脱水の際には可及的に大きくされる。この脱水回転数は振動系である洗濯水容器（２）−懸架機構（３；４）−駆動モータ（１０）−ドラム（６）の耐負荷能力によって上限を制限され、その限界は現在ではほぼ１６００r/minである。図２は、洗濯水容器（２）及びドラム（６）の後方範囲並びにドラムの駆動モータ（１０）の部分的断面を示す。ドラム（６）を回転可能に支承するために、洗濯水容器（２）の外とう（２ｂ）と洗濯水容器の底（２ｃ）の折り曲げ部によって形成される縁付加部（２ａ）に、図３に示した４アームの支承十字体（１１）が固定されている。この十字体（１１）の中心には支承ハブ（１２）があり、この支承ハブ内に２つのラジアル軸受け（１３ａ，１３ｂ）が挿入されている。これらの軸受け（１３ａ，１３ｂ）自体は、ドラム底（６ａ）と相対回転不能に結合されている駆動軸（１４）を回転可能に収容するのに役立つ。駆動軸（１４）の後端部（１４ａ）は支承ハブ（１２）から突出している。この後端部には、外部ロータとして構成された永久磁石ロータ（１５）が固定されていて、したがってドラム（６）を直接に駆動する。駆動モータ（１０）のステータ（１６）は支承十字体（１１）に固定されている。ステータ巻線（１８）を有するステータ薄板束（１７）は大体においてリング形に構成されている。図４は１枚のステータ薄板（１７ａ）を示す。ステータ薄板束（１７）を支承十字体に固定するために、個々のステータ薄板（１７ａ）は複数の固定アイを有しており、これらの固定アイは内周面のところに配置されていて、貫通孔(１９)を有している。これらの孔（１９）に固定ねじ（図示せず）が通されて、支承十字体（１１）のねじ孔（２６）内にねじ込まれる。孔（２６）は支承ハブ（１２）に対して同心的に配置されている。これらの孔の自由端部はステータ薄板束（１７）の一方の端面のための支持面（２０）を有している。ステータ薄板束（１７）の心出しは半径方向に構成された補強リブ（２１）を介して行われる。ロータ（１５）は、円筒区分（１５ｂ）を有するコップ形の深絞り部材あるいはアルミニウムの射出成形品（１５ａ）から成り、円筒区分はリング形の鉄帰路（２２）とこの鉄帰路に固定されたロータ極としての永久磁石（２３）とを有している（図５も参照）。更にロータ（１５）はハブ（２４）を有しており、このハブは駆動軸（１４）の自由端部（１４ａ）と、ねじボルト（２５）及びスプライン（図示せず）によって、形状結合で、したがって相対回転不能に結合されている。駆動モータは永久磁石で励磁される三相同期モータとして構成されている。ステータ（１６）内には三相の単極巻線（歯に巻かれた巻線）が設けられており、その際相はスター結線で接続されている（図６，７参照）。１つの相の、歯（２７）の巻線は互いに直列に接続されている。駆動モータはしたがってモジュールの永久磁石機械として構成されている。ロータ極（２３）対ステータ極（２７）の比は４対３であって、ステータ極（２７）の数は３０である。図６は、三相同期モータ（１０）を有する制御される駆動装置の構造をブロック回路図で示す。モータ（１０）の回転数は、回転選択スイッチ（９，図１参照）で調整されたプログラムに関連して目標値として洗濯機のプログラム制御装置ＳＴ（１０１）によって定められている。モータ回転数に影響を及ぼすためには、電圧及び電流の周波数並びにステータ巻線（１８）内の電圧のレベルを調節しなければならない。モータ（１０）を制御するためには、まずモータ電流が負荷モーメントに関連して調整される。このためには、電流センサ（１０３ａ，１０３ｂ）で少なくとも２つの相電流Ｉ₁，Ｉ₂が測定される。前述の値の調節は周波数変換器（１０４）を介して行われる。この場合まず回路網電圧が整流器（１０５）を介して直流電圧に変換され、中間回路コンデンサ（１０６）を介して平滑化される。この直流電圧は、出力側をステータ巻線（１８）に接続されている三相の逆変換装置（１０７）によって変換される。中間回路電圧はコンスタントであるので、モータ（１０）における電圧はパルス幅変調によって調整される。この場合実効値はパルス幅によって変化させることができる。パルスパターンが選択され、このパルスパターンによってモータ（１０）のステータ巻線（１８）内に正弦波形の電流が形成される。したがって正弦波によるパルス幅変調と呼ばれる。正弦波形の電流はモータ（１０）の極めて静かな回転を生ぜしめ、高調波に起因する損失を減少させる。パルスパターンに影響を及ぼすために、逆変換装置（１０７）に所属してマイクロプロセッサ制御装置ＭＣ（１０８）が設けられており、このマイクロプロセッサ制御装置内には制御部Ｒ（１０９）及び弁制御部Ｖ（１１０）が内蔵されている。逆変換装置（１０７）のトランジスタのための制御信号の計算はその都度のロータ位置を基礎にして行われ、これによりいつでも回転磁界の最善の向き及び強さを生ぜしめ、したがってロータ（１５）に充分なモーメントを作用させることができる。同期モータ（１０）に正弦波形の電流が供給され、電流がモーメントに関連して制御されることによって、ロータ位置を連続的にかつ正確に認識することが必要である。このために、レゾルバあるいはアナログ型のホール発電器（１１１）を使用することができる。ホールセンサ（１１１）はそれが安価であるので、好ましい。両方の場合に、いずれも絶対的な測定系であり、既に接続直後に、ステータ（１６）に対するロータ（１５）の絶対的な位置についての正確な情報を供給する。２つのアナログ型のホール発電器（１１１）を使用することによって、これらのホール発電器はロータ磁石によって、互いに９０°だけ位相をずらされた２つの信号を生ぜしめることができる。ロータ角度はこれら両方の信号を基礎として、数学関数：β＝arctan(a/b)によって定めることができる。アナログ型のホール発電器を使用する場合、その自己キャリブレーションが有意義である。それは、例えば感度、オフセット、温度ドリフトなどのような個々のセンサ間の偏差に基づいて、種々のホール発電器（１１１）のアナログの出力信号がコンスタントな磁界内で必ずしも同じでないからである。したがって、ロータ位置の正確な認識のために、出力信号の修正を行わなければならない。この修正の目的は、使用されているホール発電器（１１１）がコンスタントな磁界内で同じ出力信号を供給するようにすることである。このような修正は次のことによって行うことができる。すなわち、マイクロプロセッサ制御装置ＭＣ（１０８）内に内蔵されている修正装置Ｋ（１１２）がロータの１回転中に両方のホール発電器（１１１）のアナログ出力信号を貯蔵し、次いで貯蔵された値から平均値並びに最大値及び最小値を調べるようにするのである。平均値が分かっていると、オフセットを修正することができ、他面において最大値及び最小値によって感度及び温度ドリフトを修正することができる。磁石（２３）の残留磁気誘導に対する温度の影響は考慮する必要はない。なぜならこの場合両方のホール発電器（１１１）の出力信号は同じようにかつ同じ大きさで変化せしめられるからである。数学関数：β＝arctan(a/b)によってロータ角度が計算される場合、商（a/b）は磁界が温度に関連して変化してもコンスタントである。図７は、ロータ位置認識のためのセンサを省略することのできる制御装置の構造のブロック回路図である。連続的な、特に正弦波形の電流を供給される同期モータ（１０）のセンサなしの制御装置においては、ロータ位置はマイクロプロセッサ制御装置ＭＣ（１０８）によって計算しなければならない。このことは、制御装置内に貯蔵されたモータ（１０）のモデルＭ（１１３）を基礎にして行われ、この場合巻線抵抗、モータのインダクタンス及び誘導される電圧のような特徴的なモータパラメータは知られていなければならない。モータ電流（Ｉ₁，Ｉ₂）及びモータ電圧（Ｕ＿_W）は連続的にかつベクトル的に、つまり大きさと位相位置に応じて、把握され、その際電流はセンサによって測定され、電圧は弁制御部Ｖ（１１０）によって生ぜしめられたパルスパターンに基づいて知られている。したがってモータ（１０）のその都度の運転点を正確に定めることができ、モータ（１０）は負荷モーメントのために必要な最低電流で運転することができる。モータ電流及びモータ（１０）の電圧の把握は周波数変換器（１０４）自体の中で行うことができるので、モータ（１０）に別のセンサは必要でない。センサのない制御装置の有利な１実施例では、必要な場合あるいは連続的に、数学的なモデルＭ（１１３）のパラメータの適合が行われる。このようなキャリブレーションは、モータに特有なパラメータ（巻線抵抗、モータのインダクタンス及び誘導される電圧）がモータ（１０）の加熱によって運転中に変化する場合に、必要になることがある。特に巻線抵抗及び誘導される電圧は温度に著しく関連している値である。周波数変換器（１０４）によってステータ巻線（１８）に短時間、有利には洗濯運転中の逆転休止中に、直流が供給されることによって、モータ（１０）の電圧が知られており、かつ電流が周波数変換器（１０４）内でセンサ（１０３ａ，１０３ｂ）によって測定される場合、瞬間的な巻線抵抗（ひいてはモータの温度）並びにモータのインダクタンスを調べることができる。巻線抵抗Ｒは式Ｒ＝Ｕ/Ｉから得られ、インダクタンスＬは、時定数Ｔ＝Ｌ/Ｒから得られる。この場合時定数Ｔを調べるためには、電流を連続的に把握しなければならない。機械は他励形同期モータ（１０）として運転されるので、周波数変換器（１０４）の出力周波数がモータ（１０）の始動の際に低いことが重要である。典型的には接続周波数は０.１〜１Hzである。このことは、モータ（１０）の多い極数と相まって、負荷の下でも確実な衝撃のない始動を保証する。ステータ巻線（１８）の巻数は次のように定められている。すなわち、大きな回転数の場合に、同期的に生ぜしめられた電圧及び同期モータ（１０）の誘導された電圧は周波数変換器（１０４）の出力電圧あるいは中間回路電圧よりも大きくなるように、定められている。この構成は、大きな回転数において弱め界磁制御での運転を可能にする。弱め界磁制御は、モータ（１０）を異なった回転数及び異なったモーメントの２つの運転点において、例えば洗濯運転及び脱水運転において、ほぼ同じモータ電流で運転することを可能にする。この場合弱め界磁制御とは、ロータ（１５）の永久磁石（２３）によって生ぜしめられたエアギャップ内の磁界が、ステータ（１６）内に生ぜしめられた相応する強さ及び位相位置の磁界によって弱化されることを意味する。弱め界磁制御の際には、同期的に生ぜしめられた電圧とモータ電流とは同位相ではなく、相電流が、同期的に生ぜしめられた電圧よりも進んでいる。ステータ起磁力とロータ磁界との間の角度は弱め界磁制御の場合９０°（電気角）よりも大きくなる。電流は、横軸内の力を形成する成分のほかに付加的に、ロータ磁界とは逆向きのステータ縦軸電流成分を有している。相電流はベクトル的に、力を形成する成分と、磁界を形成する成分とに分解することができ、その際力を形成する成分は同期的に生ぜしめられた電圧と同位相であり、磁界を形成する成分はロータ磁界と逆向きであって、これを弱化する。制御された運転において、少なくとも２つの位相で相電流を把握する電流センサ（１０３ａ，１０３ｂ）によって、回転モーメントを形成する横軸内の電流成分とステータ縦軸電流成分とを互いに別個に調整することができる。これによって駆動装置は、弱め界磁制御の範囲においても、最小限の電流と最高の効率で運転することができる。モータ電流の検知及び制御は、弱め界磁制御での運転において有利である。なぜなら、負のステータ縦軸電流成分が過度に大きい場合、磁石をステータ起磁力により生ぜしめられた磁界によって不可逆的に弱化させることができるからである。センサのない制御装置においては、ロータ位置若しくはロータ磁界の位置は、測定された相電流及びモータ（１０）の数学的なモデルＭ（１１３）によって計算される。したがって、ロータ位置はモータ（１０）に電流が供給される間だけ調べることができる。したがってセンサのない制御装置においては、洗濯回転数あるいは脱水回転数からの惰性回転中においても、停止するまで、モータ（１０）に電流を供給するのが有利である。この場合周波数変換器（１０４）によって定められる回転磁界は、停止するまで、連続的に周波数及び振幅を減少せしめられる。モータ（１０）の巻線相が、停止の際にも、少なくとも部分的に電流を供給され、これによってロータ（１５）がその位置に保持されると、次の始動を即座にかつ衝撃なしに所定の回転方向で行うことができる。ロータ位置センサ（１１１）を使用する場合、惰性回転は制御せずに、若しくは電流を供給しないで、行うこともできる。更に、以上述べた駆動装置は、逆転休止時間なしに、あるいは単にわずかな逆転休止時間で、逆転を行うことが可能である。このことは、中間伝動装置として駆動ベルトを有している洗濯機においては、簡単には可能でない。このような洗濯機においては普通は駆動装置として交直両用電動機が使用され、これは制御されずに若しくは制動されずに惰性回転する。この場合モータをスイッチオフすると、洗濯ドラムが減速振動あるいは停止振動をする。駆動ベルトの摩滅及び騒音の増大を回避するために、モータの遮断後から再接続するまでの間に、洗濯ドラムが確実に停止することを待たなければならない。この停止時間は、駆動ベルトを有する洗濯機においては普通は２〜４秒である。この従来普通であり必要であった逆転運転における休止時間が省略されることによって、ここに記載した直接駆動装置においては洗濯時間の短縮が生じる。洗濯処理装置の別の有利な実施例は、ロータ（１５）によって惰性回転中に誘導される電圧を評価する装置を有している。この電圧によって、瞬間的な回転数を割り出すことができる。モータ（１０）が回転している限り、モータ（１０）のステータ巻線（１８）内に電圧が誘導される。この電圧のレベル及び周波数はロータ回転数に比例している。誘導された電圧はドラムの回転を検知するために利用することができる。電磁的又は電気機械的に係止されるドアを有する洗濯機においては、誘導された電圧を係止装置の操作のために使用することができる。これによって簡単な形式で、付加的な回転数センサを使用することなしに、ドア（７）の閉鎖装置（８）をその都度の状態に応じて安全に操作することが可能である。このように誘導された電圧を利用することは、一般に、永久磁石で励磁されるロータを有する洗濯機において可能であり、したがって本発明による実施例に限定されるものではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８条１項【提出日】平成１１年１月２７日（１９９９．１．２７）【補正内容】明細書ドラム軸上に配置された駆動モータを有する洗濯処理装置本発明は、少なくともほぼ水平の回転軸線を備えた回転可能に支承されているドラムと、ドラム軸上に配置された永久磁石励磁される同期モータの形の駆動モータとを有し、同期モータのステータは、コンバータによって電流を供給される巻線を備えており、その際巻線は単極巻線として構成されていて、ステータ極の数と磁石極との数が等しくない形式の、洗濯機、乾燥機又は洗濯乾燥機のような洗濯処理装置に関する。このような洗濯機はWO-A-98/00902によって公知である。 DE 38 19 651 A1によって既に公知の洗濯機においては、普通の中間伝動装置（駆動ベルト、ベルト車）を使用することなしに、洗濯ドラムが直接に駆動される。このような駆動装置においては、ロータは洗濯機のドラムへの回転運動伝達部材を形成している。DE 38 19 651 A1においては、かご形ロータを有する非同期モータを使用することが提案されている。このようなモータは比較的に回転騒音がわずかであることで優れているが、しかし、例えば非同期モータにおいてエアギャップを大きくされかつ極数を多く構成されるような与えられた周辺条件の下で、効率を良くすることができないという欠点を有している。しかしながらしばしば使用される家庭用の機械の場合にこそ、環境に優しい、つまり省エネルギ的な運転を行えることが望まれている。請求項１の上位概念に記載したようなモータはDE 43 41 832 A1によつて公知である。ここにはドラムを直接に駆動するモータが記載されており、このモータはコンバータによって電流を供給される同期モータとして構成されている。モータの形式についてはこれ以上の説明はない。更に、外部ロータ型のモータとして構成されていて、直接に駆動するモータを有している洗濯機が公知である（DE 44 14 768 A1，DE 43 35 966 A1，EP 413 9 15 A1，EP 629 735 A2）。ロータは深絞り部材として、プラスチックのベル形部材として、あるいは複合構造体として製作することができる。深絞り部材としての解決策は有利である。それは、この場合鉄が同時に磁気帰路を形成するからである。この構造形式はなかんずく通風モータの典型的な構造でもある。洗濯機のための前述の、特にWO-A-98/00902の直接駆動装置においては、コレクタのない直流モータが使用される。このコレクタのない直流モータのステータ巻線は複数のステータ歯にわたる巻き付けピッチの従来の三相巻線として、あるいは１つのステータ歯に巻かれる単極巻線として構成することができる。この型のモータにおいては、整流はパワー半導体によって行われる。この場合ロータ位置に関連して、ステータ巻線の個々の相は逆変換装置によって電流を供給され、したがって励磁界はモータと一緒に回転する。モータがこのように制御される場合、三相の励磁巻線内では常に単にその２つの相にだけ、モーメントを形成する電流が流れ、その際第３の相には電流が流れないままである。個々の相における時間的な電流経過はブロック形又は台形である。これによって個々の巻線の接続及び遮断の際に大きな電流変化速度が生じ、このためモータに騒音が生じる。部分的に生活空間（キッチン、浴室）に設置される洗濯処理装置においてはこのような騒音は望ましいものではない。図１に示した洗濯機はケーシング（１）を有しており、このケーシングの中で洗濯水容器（２）が振動可能にばね（３）に懸架されている。振動を減衰するために、洗濯水容器はケーシング（１）の底に対して摩擦ダンパ（５）によって支えられている。洗濯水容器（２）内には公知の形式で、洗濯物（図示せず）を収容するためのドラム（６）が回転可能に支承されている。ドラム（６）、洗濯水容器（２）及びケーシング前壁（１ａ）は互いに重なり合っている開口を有しており、これらの開口を通して洗濯物をドラム（６）内に入れることができる。これらの開口は、ケーシング前壁（１ａ）に配置されているドア（７）によって閉鎖することができる。ドア（７）の係止は電磁的な閉鎖装置（８）によって行われる。ドアの係止は図面においては単に概略的に示してある。電磁的な閉鎖装置（８）自体の構造及び機能はDE OS 16 10 247あるいはDE 34 23 083 C2によって充分に公知であり、したがって詳細に説明することはしない。ケーシング前壁（１ａ）の上方部分には操作パネル（図示せず）が配置されており、この操作パネルにおいて回転選択スイッチ（９）は洗濯プログラムを選択するのに役立つ。洗濯プログラムは周知のように洗濯過程と、それに続く脱水過程とを含み、脱水過程においては洗濯物が何回も跳ね飛ばされる。洗濯回転数は家庭用洗濯機の場合には２０〜６０r/minであり、脱水回転数は特に脱水過程の終わりの最後の脱水の際には可及的に大きくされる。この脱水回転数は振動系である洗濯水容器（２）−懸架機構（３；４）−駆動モータ（１０） −ドラム（６）の耐負荷能力によって上限を制限され、その限界は現在ではほぼ１６００r/minである。前述の値の調節は周波数変換器（１０４）を介して行われる。この場合まず回路網電圧が整流器（１０５）を介して直流電圧に変換され、中間回路コンデンサ（１０６）を介して平滑化される。この直流電圧は、出力側をステータ巻線（１８）に接続されている三相の逆変換装置（１０７）によって変換される。中間回路電圧はコンスタントであるので、モータ（１０）における電圧はパルス幅変調によって調整される。この場合実効値はパルス幅によって変化させることができる。パルスパターンが選択され、このパルスパターンによってモータ（１０）のステータ巻線（１８）内に正弦波形の電流が形成される。したがって正弦波によるパルス幅変調と呼ばれる。正弦波形の電流はモータ（１０）の極めて静かな回転を生ぜしめ、高調波に起因する損失を減少させる。パルスパターンに影響を及ぼすために、逆変換装置（１０７）に所属してマイクロプロセッサ制御装置ＭＣ（１０８）が設けられており、このマイクロプロセッサ制御装置内には制御部（１０９）及び弁制御部（１１０）が内蔵されている。逆変換装置（１０７）のトランジスタのための制御信号の計算はその都度のロータ位置を基礎にして行われ、これによりいつでも回転磁界の最善の向き及び強さを生ぜしめ、したがってロータ（１５）に充分なモーメントを作用させることができる。同期モータ（１０）に正弦波形の電流が供給され、電流がモーメントに関連して制御されることによって、ロータ位置を連続的にかつ正確に認識することが必要である。このために、レゾルバあるいはアナログ型のホールセンサ（１１１）を使用することができる。ホールセンサ（１１１）はそれが安価であるので、好ましい。両方の場合に、いずれも絶対的な測定系であり、既に接続直後に、ステータ（１６）に対するロータ（１５）の絶対的な位置についての正確な情報を供給する。２つのアナログ型のホールセンサ（１１１）を使用することによって、これらのホール発電器はロータ磁石によって、互いに９０°だけ位相をずらされた２つの信号を生ぜしめることができる。ロータ角度はこれら両方の信号を基礎として、数学関数：β＝arctan(a/b)によって定めることができる。アナログ型のホールセンサを使用する場合、その自己キャリブレーションが有意義である。それは、例えば感度、オフセット、温度ドリフトなどのような個々のセンサ間の偏差に基づいて、種々のホールセンサ（１１１）のアナログの出力信号がコンスタントな磁界内で必ずしも同じでないからである。したがって、ロータ位置の正確な認識のために、出力信号の修正を行わなければならない。この修正の目的は、使用されているホールセンサ（１１１）がコンスタントな磁界内で同じ出力信号を供給するようにすることである。このような修正は次のことによって行うことができる。すなわち、マイクロプロセッサ制御装置（１０８）内に内蔵されている修正装置（１１２）がロータの１回転中に両方のホールセンサ（１１１）のアナログ出力信号を貯蔵し、次いで貯蔵された値から平均値並びに最大値及び最小値を調べるようにするのである。平均値が分かっていると、オフセットを修正することができ、他面において最大値及び最小値によって感度及び温度ドリフトを修正することができる。磁石（２３）の残留磁気誘導に対する温度の影響は考慮する必要はない。なぜならこの場合両方のホールセンサ（１１１）の出力信号は同じようにかつ同じ大きさで変化せしめられるからである。数学関数：β＝arctan(a/b)によってロータ角度が計算される場合、商（a/b）は磁界が温度に関連して変化してもコンスタントである。図７は、ロータ位置認識のためのセンサを省略することのできる制御装置の構造のブロック回路図である。連続的な、特に正弦波形の電流を供給される同期モータ（１０）のセンサなしの制御装置においては、ロータ位置はマイクロプロセッサ制御装置（１０８）によって計算しなければならない。このことは、制御装置内に貯蔵されたモータ（１０）のモデル（１１３）を基礎にして行われ、この場合巻線抵抗、モータのインダクタンス及び誘導される電圧のような特徴的なモータパラメータは知られていなければならない。モータ電流（Ｉ₁，Ｉ₂）及びモータ電圧（Ｕ＿_W）は連続的にかつベクトル的に、つまり大きさと位相位置に応じて、把握され、その際電流はセンサによって測定され、電圧は弁制御部（１１０）によって生ぜしめられたパルスパターンに基づいて知られている。したがってモータ（１０）のその都度の運転点を正確に定めることができ、モータ（１０）は負荷モーメントのために必要な最低電流で運転することができる。モータ電流及びモータ（１０）の電圧の把握は周波数変換器（１０４）自体の中で行うことができるので、モータ（１０）に別のセンサは必要でない。センサのない制御装置の有利な１実施例では、必要な場合あるいは連続的に、数学的なモデル（１１３）のパラメータの適合が行われる。このようなキャリブレーションは、モータに特有なパラメータ（巻線抵抗、モータのインダクタンス及び誘導される電圧）がモータ（１０）の加熱によって運転中に変化する場合に、必要になることがある。特に巻線抵抗及び誘導される電圧は温度に著しく関連している値である。周波数変換器（１０４）によってステータ巻線（１８）に短時間、有利には洗濯運転中の逆転休止中に、直流が供給されることによって、モータ（１０）の電圧が知られており、かつ電流が周波数変換器（１０４）内でセンサ（１０３ａ，１０３ｂ）によって測定される場合、瞬間的な巻線抵抗（ひいてはモータの温度）並びにモータのインダクタンスを調べることができる。センサのない制御装置においては、ロータ位置若しくはロータ磁界の位置は、測定された相電流及びモータ（１０）の数学的なモデル（１１３）によって計算される。したがって、ロータ位置はモータ（１０）に電流が供給される間だけ調べることができる。したがってセンサのない制御装置においては、洗濯回転数あるいは脱水回転数からの惰性回転中においても、停止するまで、モータ（１０）に電流を供給するのが有利である。この場合周波数変換器（１０４）によって定められる回転磁界は、停止するまで、連続的に周波数及び振幅を減少せしめられる。モータ（１０）の巻線相が、停止の際にも、少なくとも部分的に電流を供給され、これによってロータ（１５）がその位置に保持されると、次の始動を即座にかつ衝撃なしに所定の回転方向で行うことができる。ホールセンサ（１１１）を使用する場合、惰性回転は制御せずに、若しくは電流を供給しないで、行うこともできる。更に、以上述べた駆動装置は、逆転休止時間なしに、あるいは単にわずかな逆転休止時間で、逆転を行うことが可能である。このことは、中間伝動装置として駆動ベルトを有している洗濯機においては、簡単には可能でない。このような洗濯機においては普通は駆動装置として交直両用電動機が使用され、これは制御されずに若しくは制動されずに惰性回転する。この場合モータをスイッチオフすると、洗濯ドラムが減速振動あるいは停止振動をする。駆動ベルトの摩滅及び騒音の増大を回避するために、モータの遮断後から再接続するまでの間に、洗濯ドラムが確実に停止することを待たなければならない。この停止時間は、駆動ベルトを有する洗濯機においては普通は２〜４秒である。この従来普通であり必要であった逆転運転における休止時間が省略されることによって、ここに記載した直接駆動装置においては洗濯時間の短縮が生じる。洗濯処理装置の別の有利な実施例は、ロータ（１５）によって惰性回転中に誘導される電圧を評価する装置を有している。この電圧によって、瞬間的な回転数を割り出すことができる。モータ（１０）が回転している限り、モータ（１０）のステータ巻線（１８）内に電圧が誘導される。この電圧のレベル及び周波数はロータ回転数に比例している。誘導された電圧はドラムの回転を検知するために利用することができる。電磁的又は電気機械的に係止されるドアを有する洗濯機においては、誘導された電圧を閉鎖装置（８）の操作のために使用することができる。これによって簡単な形式で、付加的な回転数センサを使用することなしに、ドア（７）の係止をその都度の状態に応じて安全に行うことが可能である。このように誘導された電圧を利用することは、一般に、永久磁石で励磁されるロータを有する洗濯機において可能であり、したがって本発明による実施例に限定されるものではない。請求の範囲 1. 少なくともほぼ水平の回転軸線を備えた回転可能に支承されているドラム（６）と、ドラム軸上に配置された永久磁石励磁される同期モータ（１０）の形の駆動モータ（１０）とを有し、同期モータのステータ（１６）は、コンバータによって電流を供給される巻線（１８）を備えており、その際巻線（１８）は単極巻線として構成されていて、ステータ極（２７）の数と磁石極（２３）の数とが等しくない形式の、洗濯機、乾燥機又は洗濯乾燥機のような洗濯処理装置において、コンバータとして周波数変換器（１０４）が使用され、この周波数変換器の出力電圧は、すべての巻線相に連続的な電流が形成されるように、調整されていることを特徴とする、ドラム軸上に配置された駆動モータを有する洗濯処理装置。 2. ロータ（１５）が外部ロータとして構成されていることを特徴とする、請求項１記載の洗濯処理装置。 3. 制御装置（１０８）が設けられており、この制御装置は、周波数変換器（１０４）の出力電圧を制御部（１０９）によって調整して、負荷モーメントに関連して最小の正弦波形のモータ電流が生ぜしめられるようにすることを特徴とする、請求項１又は２記載の洗濯処理装置。 4. 出力電圧が正弦波によるパルス幅変調の形で調整されていることを特徴とする、請求項３記載の洗濯処理装置。 5. ステータ巻線（１８）が三相の巻線として構成されていて、磁石極（２３）対ステータ極（２７）の比が２対３又は４対３であることを特徴とする、請求項４記載の洗濯処理装置。 6. ステータ極の数が約３０であることを特徴とする、請求項５記載の洗濯処理装置。 7. モータ電流を制御するための制御装置（１０８）がモータ（１０）の数学的なモデル（１１３）を基礎にしており、巻線相（１８）への電流供給がロータ位置センサを使用しないで行われることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の洗濯処理装置。 8. 巻線抵抗、モータのインダクタンス及び誘導される電圧の定数のようなモータに特有のパラメータを調べるためのセンサが設けられており、その際測定された値によって、制御装置（１０８）内の数学的なモデル（１１３）の相応する基準値が修正可能であることを特徴とする、請求項７記載の洗濯処理装置。 9. ロータ（１５）が、洗濯運転における制御された惰性回転によって、その停止の後に逆方向での即座の始動が可能であるように、位置決め可能であることを特徴とする、請求項７又は８記載の洗濯処理装置。 10．巻線相への電流供給が、２つのホールセンサ（１１１）のアナログ出力信号を使用して行われ、その際これらの出力信号が、修正装置（１１２）によって、これらの出力信号の時間又は状態に関連する変動に関してキャリブレーションされることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の洗濯処理装置。 11．ステータ巻線（１８）の巻数が、誘導された電圧若しくは同期的に生ぜしめられた電圧の値が周波数変換器（１０４）の最大出力電圧よりも大きいように、定められていることを特徴とする、請求項１から１。までのいずれか１項記載の洗濯処理装置。 12．モータ（１０）への電流供給が、大きな回転数において弱め界磁制御により、場合により存在しているホールセンサ（１１１）を評価しないで、行われることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の洗濯処理装置。 13．ロータ（１５）によって誘導された電圧を評価する装置（８）が設けられていることを特徴とする、特に請求項１から１２までのいずれか１項記載の洗濯処理装置。 14．電磁的又は電気機械的に係止されるドア（７）を有し、このドア（７）が装置（８）によって閉鎖可能であることを特徴とする、請求項１３記載の洗濯処理装置。【図６】【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヘルムートシャイプナードイツ連邦共和国オイスキルヒェンフランツ―ゼスター―シュトラーセ 11

Claims

【特許請求の範囲】 1. 少なくともほぼ水平の回転軸線を備えた回転可能に支承されているドラム（６）と、ドラム軸上に配置された永久磁石励磁される同期モータ（１０）の形の駆動モータ（１０）とを有し、同期モータのステータ（１６）は、コンバータによって電流を供給される巻線（１８）を備えている形式の、洗濯機、乾燥機又は洗濯乾燥機のような洗濯処理装置において、巻線（１８）が単極巻線として構成されており、その際ステータ極（２７）の数と磁石極（２３）の数とが等しくなく、コンバータとして周波数変換器（１０４）が使用され、この周波数変換器の出力電圧は、すべての巻線相に連続的な電流が形成されるように、調整されていることを特徴とする、ドラム軸上に配置された駆動モータを有する洗濯処理装置。 2. ロータ（１５）が外部ロータとして構成されていることを特徴とする、請求項１記載の洗濯処理装置。 3. 制御装置（１０８）が設けられており、この制御装置は、周波数変換器（１０４）の出力電圧を制御部（１０９）によって調整して、負荷モーメントに関連して最小の正弦波形のモータ電流が生ぜしめられるようにすることを特徴とする、請求項１又は２記載の洗濯処理装置。 4. 出力電圧が正弦波によるパルス幅変調の形で調整されていることを特徴とする、請求項３記載の洗濯処理装置。 5. ステータ巻線（１８）が三相の巻線として構成されていて、磁石極（２３）対ステータ極（２７）の比が２対３又は４対３であることを特徴とする、請求項４記載の洗濯処理装置。 6. ステータ極の数が約３０であることを特徴とする、請求項５記載の洗濯処理装置。 7. モータ電流を制御するための制御装置（１０８）がモータ（１０）の数学的なモデル（１１３）を基礎にしており、巻線相（１８）への電流供給がロータ位置センサを使用しないで行われることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の洗濯処理装置。 8. 巻線抵抗、モータのインダクタンス及び誘導される電圧の定数のようなモータに特有のパラメータを調べるためのセンサが設けられており、その際測定された値によって、制御装置（１０８）内の数学的なモデル（１１３）の相応する基準値が修正可能であることを特徴とする、請求項７記載の洗濯処理装置。 9. ロータ（１５）が、洗濯運転における制御された惰性回転によって、その停止の後に逆方向での即座の始動が可能であるように、位置決め可能であることを特徴とする、請求項７又は８記載の洗濯処理装置。 10．巻線相への電流供給が、２つのホールセンサ（１１１）のアナログ出力信号を使用して行われ、その際これらの出力信号が、修正装置（１１２）によって、これらの出力信号の時間又は状態に関連する変動に関してキャリブレーションされることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の洗濯処理装置。 11．ステータ巻線（１８）の巻数が、誘導された電圧若しくは同期的に生ぜしめられた電圧の値が周波数変換器（１０４）の最大出力電圧よりも大きいように、定められていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の洗濯処理装置。 12．モータ（１０）への電流供給が、大きな回転数において弱め界磁制御により、場合により存在しているロータ位置センサ（１１１）を評価しないで、行われることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の洗濯処理装置。 13．ロータ（１５）によって誘導された電圧を評価する装置（８）が設けられていることを特徴とする、特に請求項１から１２までのいずれか１項記載の洗濯処理装置。 14．電磁的又は電気機械的に係止されるドア（７）を有し、このドア（７）が装置（８）によって閉鎖可能であることを特徴とする、請求項１３記載の洗濯処理装置。