JP2002291276A - 洗濯機のモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ回路によりモータを駆動する洗濯
機のモータ駆動装置において、ロータ位置検出手段とイ
ンバータ回路の制御手段によりモータをほぼ正弦波状の
電流で駆動し、インバータ回路出力電圧位相を制御して
回転数制御性能を向上する。 【解決手段】 交流電源１に接続した整流回路３の直流
電力をインバータ回路４により交流電力に変換し、この
インバータ回路４によりモータ５を駆動し、ロータ位置
検出手段５ａによりロータの位置を検出して制御手段１
２によりインバータ回路４を制御する。ロータ位置検出
手段５ａによりロータ電気角を検出してモータ５の誘起
電圧位相よりもインバータ回路４の出力電圧位相をほぼ
同等あるいは遅延して制御する。

Description

【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洗濯機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、家庭用の洗濯機はインバータ装置
によりモータの回転数を制御して脱水性能、あるいは洗
浄性能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２０００−
３２４８７３号公報に示すように構成していた。すなわ
ち、ホールＩＣよりなるロータ位置検知手段の出力信号
より正弦波状の３相交流電圧波形をインバータ回路によ
り発生させて撹拌翼あるいは脱水槽を直接駆動する直流
ブラシレスモータを駆動するようにしていた。

【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、ロータ位置検知手段の出力信号に対して
インバータ回路からの印加電圧の位相を進み角、あるい
は遅れ角制御してトルク最大制御と効率最大制御するも
のであるが、実際には最大トルク角や最大効率角は不明
確であり、公知例から判断できる具体的な制御内容は、
先行出願された特開平１０−１５２７８号公報に開示さ
れている弱め界磁制御と考えられる。

【０００５】すなわち、インバータ回路からのモータ印
加電圧位相を進めることによりモータ電流を増加させ
て、高速領域での回転数を増加させるものであるが、弱
め界磁のために進角制御すると回転数を下げる場合に
は、モータ印加電圧を小さくしてもモータ誘起電圧によ
り電圧が回生されてインバータ回路直流電圧が高くなる
欠点があった。

【０００６】本発明は上記従来課題を解決するもので、
インバータ出力電流位相を、モータ誘起電圧位相とほぼ
同等、あるいは遅らすことにより、モータ誘起電圧によ
る回生電圧増加を防いで最適減速制御、最適効率に制御
することを目的としている。

【０００７】

【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、交流電源に接続し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を駆動
し、モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段
と制御手段によりインバータ回路を制御し、制御手段に
よりモータの誘起電圧位相よりもインバータ回路の出力
電流位相をほぼ同等、あるいは遅延制御して回転数制御
するようにしたものである。

【０００８】これにより、通常運転あるいは加速運転時
には、モータ誘起電圧位相とモータ電流位相をほぼ同位
相に制御できるのでモータ効率をほぼ最大効率で使用で
き、モータ損失とインバータ回路の損失を減らせること
ができ、減速運転時にはインバータ回路出力電流位相を
モータ誘起電圧位相よりも遅らせてトルクを減らして回
転数を下げるのでモータの誘起電圧による回生エネルギ
ーはモータに消費されるので、減速時のエネルギー回生
によるインバータ回路直流電圧の上昇を防ぐことができ
る。

【０００９】

【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、前記モータの誘起電圧位相よ
りも前記インバータ回路の出力電流位相をほぼ同等、あ
るいは遅延制御して回転数制御するようにしたものであ
り、モータ誘起電圧位相とモータ電流位相をほぼ同位相
に制御できるのでモータ効率をほぼ最大効率で使用で
き、インバータ回路出力電流位相をモータ誘起電圧位相
よりも遅らせてトルクを減らすことができ、減速時のエ
ネルギー回生によるインバータ回路直流電圧の上昇を防
ぐことができる。

【００１０】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、インバータ出力電圧
位相をほぼ一定にして出力電圧レベルを制御する第１の
回転数制御モードと、インバータ出力電圧をほぼ一定に
してインバータ出力電圧位相を制御して回転数制御する
第２の回転数制御モードとを有するので、通常運転時に
は第１の回転数制御モードに設定し、モータ誘起電圧位
相に対してモータ電流位相を進角あるいはほぼ同位相に
制御してトルクを大きくでき、減速時、あるいは一定回
転数制御時には第２の回転数制御モードに設定して位相
だけで回転数制御が可能となり回転数制御性能を向上す
ることができる。

【００１１】請求項３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、加速時にはインバー
タ出力電圧位相をモータの誘起電圧位相よりも進角させ
て出力電圧レベルを制御し、減速時にはインバータ出力
電圧をほぼ一定にして前記モータの誘起電圧位相よりも
遅角制御して回転数制御するようにしたので、加速時に
はモータトルクを上げて運転するので容易に加速するこ
とができ、減速時にはモータの誘起電圧による回生エネ
ルギーをモータに消費させることができるのでインバー
タ回路直流電圧の上昇を防ぐことができる。

【００１２】請求項４に記載の発明は、上記請求項２に
記載の発明において、制御手段は、インバータ出力電圧
位相をモータの誘起電圧位相よりもわずかに進め、モー
タ電流位相と誘起電圧位相をほぼ同位相にして出力電圧
レベルを制御する第１の回転数制御モードを有するの
で、通常運転時には第１の回転数制御モードに設定し、
誘起電圧位相とモータ電流位相をほぼ同位相に制御して
高効率運転が可能となり、洗濯機のモータ効率を高めて
省エネルギー化が可能となる。

【００１３】請求項５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、インバータ回路のパ
ワースイッチング半導体を制御するＰＷＭ制御手段と、
正弦波状の波形を記憶する波形記憶手段と、ロータ位置
検出手段の出力信号より前記ロータの位置電気角を演算
し前記波形記憶手段からの信号を呼び出し位相制御する
電気角制御手段と、前記波形記憶手段から呼び出した信
号を演算して電圧比を制御する出力レベル変換回路と、
前記ロータ位置検出手段の信号より検知した回転数と設
定回転数を比較し前記電気角制御手段の位相あるいは前
記出力レベル変換回路の電圧比を制御する回転数制御手
段とを備え、前記インバータ回路の出力電流位相を制御
して回転数を制御するようにしたものであり、波形記憶
手段に記憶した正弦波データを呼び出してキャリヤ信号
と比較してＰＷＭ制御することにより、ほぼ正弦波状の
電流でモータを駆動することができ、モータの振動騒音
を減らせるだけではなく、インバータ回路出力電圧と位
相を制御することにより加減速時の回転数制御性能を向
上することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００１５】図１に示すように、交流電源１は、ライン
フィルター２を介して整流回路３に交流電力を加え、整
流回路３により直流電力に変換する。整流回路３は倍電
圧整流回路を構成し、交流電源１が正電圧のとき、全波
整流ダイオード３０によりコンデンサ３１ａを充電し、
交流電源１が負電圧のとき、コンデンサ３１ｂを充電
し、直列接続されたコンデンサ３１ａ、３１ｂの両端に
は倍電圧直流電圧が発生し、インバータ回路４に倍電圧
直流電圧を加える。

【００１６】インバータ回路４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、パワートラン
ジスタ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４
の出力端子にモータ５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。

【００１７】モータ５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５ａにより検出す
る。ロータ位置検出手段５ａは、通常、３個のホールＩ
Ｃにより構成している。インバータ回路４の負電圧端子
と整流回路３の負電圧端子間に電流検出手段６、いわゆ
るシャント抵抗を接続している。

【００１８】ラインフィルター２の出力交流電圧端子間
には、給水弁７、排水弁８、クラッチ９を接続し、スイ
ッチング手段１０により制御する。給水弁７は水道水を
洗濯兼脱水槽に給水するもので、電磁弁により構成し、
排水弁８は洗濯兼脱水槽内の水の排水を制御する。クラ
ッチ９は、モータ５の回転駆動軸を撹拌翼に結合するか
洗濯兼脱水槽に結合するかを制御する。スイッチング手
段１０は、双方向性サイリスタなどのソリッドステート
リレー、またはメカニカルリレーで構成している。

【００１９】制御回路１１は、インバータ回路４および
スイッチング手段１０を制御するもので、マイクロコン
ピュータより構成した制御手段１２と、制御手段１２の
出力信号によりインバータ回路４のＩＰＭを制御してモ
ータ５の回転駆動を制御するインバータ駆動回路１３
と、スイッチング手段１０を制御するスイッチング手段
駆動回路１４と、電流検出手段６の出力信号によりイン
バータ回路４の過電流を検知し制御手段１２に異常信号
を加える過電流検知回路１５とで構成している。過電流
検知回路１５の出力信号は制御手段１２の割り込み端子
（ＩＲＱ端子）に加え、マイクロコンピュータは割り込
み信号により優先してインバータ駆動出力信号を禁止す
る。

【００２０】制御手段１２は、キャリヤ信号発生回路と
比較回路とを有しインバータ回路４のＩＰＭを制御する
ＰＷＭ制御手段１２ａと、インバータ回路４の出力電圧
を所望の波形に出力する波形記憶手段１２ｂと、ロータ
位置検出手段５ａの出力信号とキャリヤ信号発生回路の
出力信号より電気角を演算する電気角制御手段１２ｃ
と、キャリヤ信号発生回路の出力信号に同期して電気角
制御手段１２ｃより波形記憶手段１２ｂの信号を呼び出
しＰＷＭ制御手段１２ａに信号を出力する出力レベル変
換回路１２ｄと、ロータ位置検出手段５ａの信号より検
知した回転数と設定回転数を比較して得た誤差信号によ
り出力レベル変換回路１２ｄの出力信号レベルを変えて
回転数を制御する回転数制御手段１２ｅとで構成してい
る。

【００２１】この制御手段１２は、図２に示すように構
成しており、ＰＷＭ制御手段１２ａは、キャリヤ信号発
生回路１２０ａにより鋸歯状波を発生させ、比較回路１
２１ａの入力端子に信号ｖｃを加え、比較回路１２１ａ
の他方の入力端子に電圧設定手段１２２ａの信号ｖｕを
加える。キャリヤ信号発生回路１２０ａの周期は、キャ
リヤ周波数を１５．６ｋＨｚに設定すると６４μｓとな
り、時間に比例して信号レベルが変化する鋸歯状波を発
生させる。鋸歯状波の方が三角波よりもＰＷＭ分解能が
高く優れている。また、鋸歯状波の場合にはキャリヤ周
波数のＮ次高調波が三角波に比べて増加する欠点がある
が、キャリヤ周波数を超音波周波数に設定すれば、キャ
リヤ周波数のＮ次高調波は騒音への影響がなくなるの
で、この問題はなくなる。

【００２２】比較回路１２１ａはマイクロコンピュータ
内のディジタルコンパレータで、ダブルバッファより構
成される電圧設定手段１２２ａのデータと鋸歯状波のキ
ャリヤ信号と比較してＰＷＭ波形を生成する。図２に示
すＰＷＭ制御手段１２ａは３相出力の１相分で、３相出
力の場合には同様の回路を３個有する。ただし、キャリ
ヤ信号発生回路１２０ａは１つで共用化できる。

【００２３】波形記憶手段１２ｂは、電気角に対応した
所望の電圧信号（正弦波データ）を記憶したもので、２
５６（８ビット）から５１２（９ビット）個の数値デー
タの配列である。電圧振幅に相当する数値データは９ビ
ットデータで、通常は−２５６から＋２５６まで電気角
に対応した正弦波データを記憶している。この数値デー
タは、いわゆる正規化データであり、データの持ち方は
特に決まってはいないので、できるだけプログラムの実
行速度が早くなる数値配列が望ましい。

【００２４】電気角制御手段１２ｃは、ロータ位置検出
手段５ａの出力信号を検知し回転周期を検出する回転周
期検知手段１２０ｃと、基準となるロータ位置検出手段
５ａの出力信号Ｈ1からの位相角φを設定する位相設定
手段１２１ｃと、回転周期検知手段１２０ｃより検知し
た電気角６０度に相当する期間内にキャリヤ信号発生回
路１２０ａの出力パルス数ｋをカウントし、キャリヤ信
号１周期の電気角Δθを演算してロータ位置に対応する
電気角を演算する電気角演算手段１２２ｃと、電気角演
算手段１２２ｃより演算したロータ電気角と位相設定手
段１２１ｃより印加電圧電気角を設定する電気角設定手
段１２３ｃより構成される。

【００２５】出力レベル変換回路１２ｄは、波形記憶手
段１２ｂより電気角に対応した振幅信号Ａを呼び出す呼
び出し手段１２０ｄと、呼び出し手段１２０ｄの出力信
号Ａに変調度Ｇを演算してＰＷＭ制御手段１２ａに出力
する電圧演算手段１２１ｄとで構成している。通常、波
形記憶手段１２ｂのデータは、インバータ回路４の最大
出力レベルに対応した数値なので、電圧演算手段１２１
ｄの演算はインバータ出力電圧レベルを減らす演算とな
り、変調度Ｇは１よりも小さな数値となる。通常、正弦
波ＰＷＭにおける変調度はパーセンテイジで呼ばれる。

【００２６】位相角φと変調度Ｇは回転数制御手段１２
ｅより出力され、回転数制御手段１２ｅは、モータ回転
数を所定値に設定する回転数設定手段１２０ｅと、ロー
タ位置検出手段５ａの信号より回転数を検知する回転数
検知手段１２１ｅと、検知回転数と設定回転数を比較し
て誤差信号を出力する回転数比較手段１２２ｅと、設定
回転数を変更する回転数変更手段１２３ｅと、回転数変
更手段１２３ｅの出力信号と回転数比較手段１２２ｅの
出力信号により位相角φあるいは変調度Ｇを制御するか
を切り換える電圧位相切換手段１２４ｅより構成され
る。

【００２７】上記構成において電気角に対応した各部波
形関係は、図３および図４に示すようになる。

【００２８】図３において、Ｅｃはモータ誘起電圧波形
で、ロータ位置検出手段５ａのロータ位置信号Ｈ1、Ｈ
2、Ｈ3は、電気角６０度ごとに信号が変化し、基準信号
Ｈ1がローからハイに変化したタイミングを０度とする
と、モータ誘起電圧Ｅｃは電気角３０度遅れた位相とな
る。ロータ位置信号Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3の変化に同期してロ
ータ位置信号Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3の状態データを読み込み、
状態データより６０度毎のロータ電気角を検出できる。

【００２９】信号ｖｃはキャリヤ信号発生回路１２０ａ
の鋸歯状波の出力信号で、０から５１２まで変化するタ
イマカウンタのタイマ値である。タイマ値が５１２にな
ると、タイマカウンタがオーバーフローして０に戻り、
キャリヤ割り込み信号ｃを発生させる。

【００３０】信号ｖｕは、比較回路１２１ａの一方の入
力信号で、基本的には出力レベル変換回路１２ｄの出力
信号と同じであり、この場合は、位相角φは０度で変調
度Ｇは１００％の場合を示す。この信号ｖｕは波形記憶
手段１２ｂに記憶した正弦波データの振幅信号Ａ（−２
５６〜＋２５６）に変調度Ｇを掛けて２５６を足したも
ので、ｖｕ＝Ａ×Ｇ＋２５６より計算される。２５６を
中心値として０から５１２まで正弦波状に変化する。

【００３１】信号ｕは信号ｖｕとキャリヤ信号発生回路
１２０ａの出力データｖｃと大小比較したＰＷＭ波形を
示す。この信号ｕによりインバータ駆動回路１３を介し
てインバータ回路４を駆動し、モータ５に電圧を印加す
ることにより、ほぼ正弦波状の電流でモータ５を駆動す
ることができ、モータ５から発生する騒音、振動を低減
することができる。

【００３２】この信号ｕはＵ相の上アームトランジスタ
の駆動信号で、下アームトランジスタの駆動信号は信号
ｕの反転信号となる。実際にトランジスタに加える信号
は、さらにターンオフタイムを考慮したデッドタイム制
御が加わり、上下アームトランジスタの同時導通を禁止
する期間を設けている。

【００３３】これにより、キャリヤ信号に同期して演算
によりロータ位置電気角を検出し、波形記憶手段１２ｂ
に記憶した正弦波データを読み出すことができるので、
キャリヤ信号の周波数を高くしてロータ位置検出分解性
能を高くすることができ、モータ５の回転数制御性能を
向上することができる。

【００３４】図４は、インバータ出力電圧位相を０度か
ら６０度遅らせた波形を示す。ここで、モータ誘起電圧
波形は示されていないが、図３に示すように、ロータ位
置信号Ｈ1を基準とする０位相よりも３０度遅れてい
る。よって、モータ誘起電圧位相よりもインバータ出力
電圧位相は３０度遅れている。

【００３５】このときの制御位相角φは遅角６０度で、
変調度Ｇは６０％の波形で、比較回路１２１ａの一方の
入力信号ｖｕは正弦波データＡ×０．６となり、−１８
４から＋１８４の間で正弦波状に変化する。モータ誘起
電圧位相から制御位相角φを遅らせるとモータトルクは
減少する。反対に、モータ誘起電圧位相から制御位相角
φを進めるとモータトルクは増加するが、モータ電流も
増加する。

【００３６】つぎに、図５は脱水行程でのモータ制御プ
ログラムのフローチャートで、図５を参照しながら脱水
行程での動作を説明する。

【００３７】図５のステップ２００より脱水回転制御を
開始し、ステップ２０１にて各種初期設定を行い、ステ
ップ２０２で起動制御サブルーチンを実行する。起動制
御サブルーチン２０２は、矩形波駆動に設定して所定の
ＰＷＭ設定値よりモータを起動させ、ロータが１／４か
ら１回転してから正弦波ＰＷＭ制御に切り換えるもので
ある。

【００３８】矩形波駆動は１２０度通電制御とも呼ば
れ、モータ５を構成する直流ブラシレスモータの最も簡
単で、かつ起動トルクを大きくとれる制御方法である。
ロータ位置信号により、インバータ回路４を構成する３
相フルブリッジインバータの上側アームトランジスタま
たは下側アームトランジスタの片側のみＰＷＭ制御する
ことにより、モータ電流を制御することができる。

【００３９】ステップ２０３にて、先ほど述べたよう
に、正弦波ＰＷＭ制御に切り換えるもので、正弦波ＰＷ
Ｍ制御は、上側アームトランジスタと下側アームトラン
ジスタが交互にオンオフするもので、たとえば、Ｕ相上
側アームトランジスタの駆動信号ｕの反転信号がＵ相下
側アームトランジスタの駆動信号となり、すべてのトラ
ンジスタはキャリヤ信号周波数でＰＷＭ制御される。

【００４０】ステップ２０４より回転数が設定されて正
弦波駆動により回転制御され、ステップ２０５にて加速
か減速かを判断し、加速ならばステップ２０６に進んで
第１の回転数制御モードである回転数制御Ａのサブルー
チンを実行し、減速ならばステップ２０７に進んで第２
の回転数制御モードである回転制御Ｂのサブルーチンを
実行する。

【００４１】第１の回転数制御モード（回転数制御Ａサ
ブルーチン）は、モータ電流が誘起電圧位相とほぼ同位
相、あるいは、やや進角となるようにインバータ出力電
圧位相角φを基準位相Ｈ1よりも１０度ほど遅らせる。
インバータ出力電圧位相よりも巻線インダクタンスによ
りモータ電流が遅れるので、インバータ出力電圧位相角
φを基準位相Ｈ1よりも１０度ほど遅らせると、モータ
電流位相はさらに遅れて基準位相Ｈ1よりも３０度遅れ
た誘起電圧位相にほぼ等しくなり、モータ電流を減らし
てモータ効率を高くすることができる。このときのモー
タ電流制御方法は、インバータ出力電圧位相角φを基準
値Ｈ1から１０度遅らせ、変調度Ｇを制御する。

【００４２】第２の回転数制御モード（回転数制御Ｂサ
ブルーチン）は、変調度Ｇを固定してインバータ出力電
圧位相角φを制御するもので、減速時において位相角φ
を誘起電圧位相よりも遅らすことによりモータトルクを
減らして回転数を減らすものである。減速時に変調度Ｇ
を小さくしてトルクを下げ回転数を減らそうとすると、
脱水槽の回転エネルギーがモータ５よりインバータ回路
側に回生し、電解コンデンサ３１ａ、３１ｂの端子電圧
が上昇し、定格電圧を越える場合がある。

【００４３】しかし、変調度Ｇを固定してインバータ出
力電圧位相角φを制御する場合には、インバータ側から
モータ側にエネルギーが供給され、脱水槽の回転エネル
ギーが回生した場合でもモータ５により消費されてイン
バータ回路４の直流電圧は上昇せずにトルクを下げて減
速制御が可能となる。

【００４４】つぎに、ステップ２０８に進んでキャリヤ
信号割込ｃの有無を判断し、キャリヤ信号割込ｃが発生
すると、ステップ２０９に進んでキャリヤ信号割込サブ
ルーチンを実行する。キャリヤ信号割り込みの優先度は
異常割り込みを除き、最も高い優先度とする。

【００４５】キャリヤ信号割り込みサブルーチンの詳細
については、図７により説明するが、簡単に説明する
と、キャリヤ信号をカウントすることによりロータ位置
電気角を検出し、電気角に応じて波形記憶手段１２ｂよ
り正弦波データを呼び出し、ＰＷＭ制御データを設定す
るものである。このサブルーチンの実行とリターンに
は、数μｓｅｃから１０数μｓｅｃ以内に処理する必要
がある。

【００４６】つぎに、ステップ２１０に進み、インバー
タ回路４を構成するＩＧＢＴの駆動制御を行う。ＰＷＭ
制御回路１２ａの出力設定手段１２２はダブルバッファ
構造となっており、ＰＷＭ値が変更されてから実際に出
力される信号は、つぎのキャリヤ信号のタイミングとな
る。

【００４７】ステップ２１１は、ロータ位置信号の変化
を検出するもので、ロータ位置信号Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3のエ
ッジ信号を検出して割り込み信号が発生したかどうかを
検出し、割り込み信号が発生するとステップ２１２に進
み、位置信号割り込みサブルーチンを実行する。位置信
号割り込みの優先度は、キャリヤ信号割り込みのつぎに
設定する。

【００４８】位置信号割り込みサブルーチン２１２の詳
細については、図６により説明するが、簡単に説明する
と、ロータ回転周期と回転数の検出、０度、６０度、１
２０度等の６０度ごとの電気角の設定、キャリヤ信号１
周期の電気角の演算等の処理を実行する。

【００４９】この位置信号割り込みサブルーチン２１２
も、キャリヤ信号割り込みサブルーチンと同様に高速処
理が必要であり、数μｓｅｃから１０数μｓｅｃ以内に
処理する必要がある。なぜなら、２つの割り込みが同時
に重なっても、キャリヤ信号１周期（６４μｓ）の５０
％の時間内に処理しないと、メインルーチンの実行が不
可能となり、プログラムの実行に支障をきたす場合が生
じる。

【００５０】ステップ２１３にて脱水行程の終了判定を
行い、脱水行程続行ならばステップ２０４に戻り、脱水
行程終了ならばステップ２１４に進んで、ブレーキ制御
サブルーチンを実行し、ステップ２１５に進んで回転が
停止したかどうかを判断し、回転が停止すると、ステッ
プ２１６に進んで、ＩＧＢＴをすべてオフさせてから、
キャリヤ信号のカウントを停止させ、ステップ２１７に
て脱水回転数制御サブルーチンをリターンし、次行程に
移行する。

【００５１】つぎに、ロータ位置検出手段５ａの出力信
号、すなわちロータ位置信号Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3のエッジを
検出したときの位置信号割り込み動作を図６を参照しな
がら説明する。

【００５２】ステップ３００より、エッジ信号により外
部割り込みが生じ位置信号割り込みサブルーチンを開始
し、ステップ３０１にてロータ位置信号Ｈ1、Ｈ2、Ｈ3
の状態データを入力し、ロータ位置を検出する。ステッ
プ３０２で、ロータ位置信号よりロータ電気角θｃを設
定する。Ｕ相が電気角０度とすれば、Ｖ相は１２０度、
Ｗ相は２４０度に設定される。

【００５３】つぎに、ステップ３０３に進んでキャリヤ
信号発生回路１２０ａのキャリヤ割り込み信号ｃのパル
ス数のカウント値ｋをキャリヤカウンタメモリｋｃに記
憶し、ステップ３０４に進んでカウント値ｋをクリヤし
てステップ３０５に進み、キャリヤ信号発生回路１２０
ａの出力信号１周期の電気角Δθを演算する。位置信号
割り込み周期は電気角６０度に相当するので、Δθ＝６
０／ｋｃで表される。３６０度を８ビット（２５６）の
分解能とすれば、Δθ＝４２／ｋｃと表現する。

【００５４】ここで、キャリヤ信号発生回路１２０ａの
１周期あたりの電気角を演算することにより、回転周期
が変化しても電気角を演算して検知することができ、ロ
ータ位置検出精度を向上でき、モータ５にロータの電気
角に応じた所望の電圧波形を印加することができる。

【００５５】キャリヤ信号の周波数は１５ｋＨｚ以上の
超音波周波数に設定するので、カウント値ｋｃは脱水運
転時のモータ回転数においても最低１０以上の分解能を
確保でき、１電気角では６０以上の分解能を確保でき
る。マイクロコンピュータの命令実行速度に余裕があれ
ば、キャリヤ周波数を１５．６ｋＨｚに設定し８極モー
タを９００ｒ／ｍｉｎで駆動した場合、２４５の分解能
を確保でき、脱水回転においてもほぼ正弦波の電圧波形
で駆動できる。

【００５６】つぎに、ステップ３０６に進んで基準電気
角の０度かどうか、すなわち、ロータ位置信号Ｈ1がＬ
からＨに変化したかどうか判定し、Ｙならばステップ３
０７に進んで周期測定タイマカウンタＴの測定値を周期
測定メモリＴoに記憶し、ステップ３０８に進んでタイ
マカウンタＴをクリヤする。その後、ステップ３０９に
進んで周期Ｔoよりロータ回転数Ｎを求める。

【００５７】周期測定のタイマカウンタは、測定精度を
向上するためにクロック周波数を１〜１０μｓと高く
し、マイクロコンピュータの基準クロックを分周した信
号をハードタイマーでカウントする。

【００５８】つぎに、ステップ３１０に進んで回転数制
御Ａか回転数制御Ｂのフラグを判定し、回転数制御Ａな
らばステップ３１１に進み、第１の回転数制御モードに
設定し、設定回転数Ｎｓと検知回転数Ｎの誤差信号によ
り変調度Ｇを制御する。このときの位相φは前述した如
く基準値に対しほぼ遅角１０度に設定する。効率優先な
らば遅角１０度から遅角２０度が最適となるが、トルク
を優先すると０度にしてもよい。

【００５９】フラグが回転数制御Ｂならばステップ３１
２に進み、第２の回転数制御モードに設定し、設定回転
数Ｎｓと検知回転数Ｎの誤差信号によりインバータ回路
出力電圧位相φを制御する。位相φの上限値は０度、下
限値は遅角４０度から遅角５０度に設定する。位相φを
遅らせるほどトルクは減少するが、電流が増加し、ある
領域からは回生ブレーキとなりインバータ回路４の直流
電圧が上昇するので、位相φの下限値を設ける必要があ
る。

【００６０】変調度Ｇあるいは位相φを制御した後、ス
テップ３１３に進んで周期Ｔｏを測定するタイマカウン
タのカウントを開始させる。

【００６１】つぎに、キャリヤ信号割り込み動作につい
て図７を参照しながら説明する。図７は、キャリヤ信号
割り込みサブルーチンのフローチャートであり、キャリ
ヤ信号に同期してロータ位置に対応した電気角を求め、
波形記憶手段１２ｂの信号を読み出してＰＷＭ出力する
ものである。キャリヤ信号発生回路１２０ａのタイマカ
ウンタがオーバーフローすると割り込み信号が発生し、
ステップ４００より始まるキャリヤ信号割り込みサブル
ーチンを実行する。

【００６２】ステップ４０１でキャリヤカウンタのカウ
ント値ｋをインクリメントし、つぎに、ステップ４０２
に進んでインバータ回路出力電気角θを演算する。

【００６３】電気角θは、キャリヤ信号１周期の電気角
Δθとキャリヤカウンタのカウント値ｋの積に位相φと
位置信号割り込みサブルーチンで検出した電気角θｃの
和より求める。Δθ×ｋ＋θｃの演算値はロータ位置電
気角を意味し、位相φは、モータへの印加電圧位相を示
す。電気角θは、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相とも求める。

【００６４】つぎに、ステップ４０３に進んで波形記憶
手段１２ｂより電気角θに対応した波形データを呼び出
す。正弦波データならば、呼び出したデータはｓｉｎθ
となる。ただし、振幅データは−２５６〜＋２５６の値
である。電気角最大値は３６０度なので、θが３６０度
以上になると０に戻ってデータを読み出す。

【００６５】つぎに、ステップ４０４に進んで位置信号
割り込みサブルーチンで求めた変調度Ｇより信号ｖｕを
演算し、ステップ４０５に進んでＰＷＭ制御回路１２ａ
に信号を加える比較回路１２１ａの出力設定バッファ、
すなわち出力設定手段１２２にデータを転送し、ステッ
プ４０６に進んでサブルーチンリターンする。Ｖ相、Ｗ
相もステップ４０２からステップ４０５までＵ相と同様
の処理を行う。

【００６６】キャリヤ信号割り込みサブルーチン内の処
理はキャリヤ信号１周期内に処理を終わる必要がある。
キャリヤ周波数が１５．６ｋＨｚならば遅くとも３０μ
ｓ以内に処理を終える必要があり、処理が３０μｓ以内
に処理が終わらないプログラムステップの場合にはプロ
グラムを分割し、キャリヤ割り込み１回目でＵ相、２回
目でＶ相、３回目でＷ相の処理を行うようにしてもよ
い。

【００６７】図８は、脱水運転時の回転数と時間の関係
を示すグラフで、脱水開始時ｔ0から時間ｔ1までに回転
数Ｎ１まで加速させるもので、第１の回転数制御モード
に設定し、回転数Ｎ１まで加速することにより布を脱水
槽側面に張り付け、時間ｔ1から時間ｔ2までは減速運転
とし、回転数Ｎ２まで下げ、第２の回転数制御モードに
設定する。

【００６８】時間ｔ2から時間ｔ3まではアンバランス検
知区間で、変調度Ｇと位相φを一定に設定して回転数の
変動を測定することにより、脱水槽内の洗濯物のアンバ
ランスを検知する。洗濯物のアンバランスが大きければ
回転数の変動が大きくなり、周期Ｔｏの最大値と最小値
の差よりアンバランス量を検知する。このようなアンバ
ランス検知ステップについては、図６のフローチャート
では省略している。

【００６９】時間ｔ3から時間ｔ4の間は第１の回転数制
御モードに設定し、回転数Ｎ３まで加速運転を行い、時
間ｔ4から時間ｔ5までは設定回転数Ｎ３となるように第
１の回転数制御モードで変調度Ｇにより回転数を制御す
る。この回転数一定区間は、第２の回転数制御モードで
もよい。

【００７０】加速運転時の加速時間を短縮するために
は、位相φをほぼ０度に設定してトルクを多めにして変
調度Ｇを制御するとよいが、高速で一定回転数で制御す
る場合には、位相φを１０度程度にし誘起電圧位相と電
流位相をほぼ等しくしてモータ電流を減らしモータ効率
を上げることができる。

【００７１】時間ｔ5から時間ｔ6まではブレーキ制御
で、通常運転ではインバータ回路４の下アームトランジ
スタを全てオンさせる短絡ブレーキを用いる。ブレーキ
時間を短縮させるためには回生ブレーキを用いる。ただ
し、回生ブレーキの場合には、インバータ回路直流電圧
が上昇するのでインバータ回路直流電圧を低くするなど
の特殊な制御方法が必要となる。

【００７２】本発明の特徴は、通常運転時には、モータ
誘起電圧位相とモータ電流位相をほぼ等しくしてモータ
電流を減らしモータ効率を上げることができ、減速運転
時には誘起電圧位相よりもモータ電流位相を遅らしてト
ルクを下げることにより回転数を減らすもので、モータ
の回生エネルギーによるインバータ回路直流電圧上昇を
抑えることが可能となる。

【００７３】

【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、前記モータの誘起電
圧位相よりも前記インバータ回路の出力電流位相をほぼ
同等、あるいは遅延制御して回転数制御するようにした
ものであり、モータ誘起電圧位相とモータ電流位相をほ
ぼ同位相に制御できるのでモータ効率をほぼ最大効率で
使用でき、インバータ回路出力電圧位相をモータ誘起電
圧位相よりも遅らせてトルクを減らすことができ、減速
時のエネルギー回生によるインバータ回路直流電圧の上
昇を防ぐことができる。

【００７４】また、請求項２に記載の発明によれば、制
御手段は、インバータ出力電圧位相をほぼ一定にして出
力電圧レベルを制御する第１の回転数制御モードと、イ
ンバータ出力電圧をほぼ一定にしてインバータ出力電圧
位相を制御して回転数制御する第２の回転数制御モード
とを有するので、通常運転時には第１の回転数制御モー
ドに設定し、誘起電圧位相に対してモータ電流位相を進
角あるいはほぼ同位相に制御してトルクを大きくでき、
減速時、あるいは一定回転数制御時には第２の回転数制
御モードに設定して位相だけで回転数制御が可能となり
回転数制御性能を向上することができる。

【００７５】また、請求項３に記載の発明によれば、制
御手段は、加速時にはインバータ出力電圧位相をモータ
の誘起電圧位相よりも進角させて出力電圧レベルを制御
し、減速時にはインバータ出力電圧をほぼ一定にして前
記モータの誘起電圧位相よりも遅角制御して回転数制御
するようにしたので、加速時にはモータトルクを上げて
運転するので容易に加速することができ、減速時にはモ
ータの誘起電圧による回生エネルギーをモータに消費さ
せることができるのでインバータ回路直流電圧の上昇を
防ぐことができる。

【００７６】また、請求項４に記載の発明によれば、制
御手段は、インバータ出力電圧位相をモータの誘起電圧
位相よりもわずかに進め、モータ電流位相と誘起電圧位
相をほぼ同位相にして出力電圧レベルを制御する第１の
回転数制御モードを有するので、通常運転時には第１の
回転数制御モードモータに設定し、モータ誘起電圧位相
とモータ電流位相をほぼ同位相に制御して高効率運転が
可能となり、洗濯機のモータ効率を高めて省エネルギー
化が可能となる。

【００７７】また、請求項５に記載の発明によれば、制
御手段は、インバータ回路のパワースイッチング半導体
を制御するＰＷＭ制御手段と、正弦波状の波形を記憶す
る波形記憶手段と、ロータ位置検出手段の出力信号より
前記ロータの位置電気角を演算し前記波形記憶手段から
の信号を呼び出し位相制御する電気角制御手段と、前記
波形記憶手段から呼び出した信号を演算して電圧比を制
御する出力レベル変換回路と、前記ロータ位置検出手段
の信号より検知した回転数と設定回転数を比較し前記電
気角制御手段の位相あるいは前記出力レベル変換回路の
電圧比を制御する回転数制御手段とを備え、前記インバ
ータ回路の出力電流位相を制御して回転数を制御するよ
うにしたものであり、波形記憶手段に記憶した正弦波デ
ータを呼び出してキャリヤ信号と比較してＰＷＭ制御す
ることにより、ほぼ正弦波状の電流でモータを駆動する
ことができ、モータの振動騒音を減らせるだけではな
く、インバータ回路出力電圧と位相を制御することによ
り加減速時の回転数制御性能を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の洗濯機のモータ駆動装置の
ブロック図

【図２】同洗濯機のモータ駆動装置の制御手段の詳細ブ
ロック図

【図３】同洗濯機のモータ駆動装置のタイムチャート

【図４】同洗濯機のモータ駆動装置のインバータ出力電
圧位相を遅らせたときのタイムチャート

【図５】同洗濯機のモータ駆動装置の脱水行程でのモー
タ制御のフローチャート

【図６】同洗濯機のモータ駆動装置の位置信号割り込み
サブルーチンのフローチャート

【図７】同洗濯機のモータ駆動装置のキャリヤ信号割り
込みサブルーチンのフローチャート

【図８】同洗濯機のモータ駆動装置の脱水行程でのモー
タ回転数の変化を示すタイムチャート

【符号の説明】

１ 交流電源 ３ 整流回路 ４ インバータ回路 ５ モータ ５ａ ロータ位置検出手段 １２ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萩原 久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3B155 AA10 BA03 BA04 BB15 KA36 KB11 LB17 LC13 LC15 MA06 MA07 MA08 5H560 AA10 BB04 BB07 BB12 DA03 DA19 DC12 EB01 EC01 GG04 HB05 JJ02 SS07 UA06 XA02 XA06 XA12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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、前記モータの誘起電
   圧位相よりも前記インバータ回路の出力電流位相をほぼ
   同等、あるいは遅延制御して回転数制御するようにした
   洗濯機のモータ駆動装置。
2. 【請求項２】 制御手段は、インバータ出力電圧位相を
   ほぼ一定にして出力電圧レベルを制御する第１の回転数
   制御モードと、インバータ出力電圧をほぼ一定にしてイ
   ンバータ出力電圧位相を制御して回転数制御する第２の
   回転数制御モードとを有する請求項１記載の洗濯機のモ
   ータ駆動装置。
3. 【請求項３】 制御手段は、加速時にはインバータ出力
   電圧位相をモータの誘起電圧位相よりも進角させて出力
   電圧レベルを制御し、減速時にはインバータ出力電圧を
   ほぼ一定にして前記モータの誘起電圧位相よりも遅角制
   御して回転数制御するようにした請求項１記載の洗濯機
   のモータ駆動装置。
4. 【請求項４】 制御手段は、インバータ出力電圧位相を
   モータの誘起電圧位相よりもわずかに進め、モータ電流
   位相と誘起電圧位相をほぼ同位相にして出力電圧レベル
   を制御する第１の回転数制御モードを有する請求項２記
   載の洗濯機のモータ駆動装置。
5. 【請求項５】 制御手段は、インバータ回路のパワース
   イッチング半導体を制御するＰＷＭ制御手段と、正弦波
   状の波形を記憶する波形記憶手段と、ロータ位置検出手
   段の出力信号より前記ロータの位置電気角を演算し前記
   波形記憶手段からの信号を呼び出し位相制御する電気角
   制御手段と、前記波形記憶手段から呼び出した信号を演
   算して電圧比を制御する出力レベル変換回路と、前記ロ
   ータ位置検出手段の信号より検知した回転数と設定回転
   数を比較し前記電気角制御手段の位相あるいは前記出力
   レベル変換回路の電圧比を制御する回転数制御手段とを
   備え、前記インバータ回路の出力電流位相を制御して回
   転数を制御するようにした請求項１記載の洗濯機のモー
   タ駆動装置。