JP2003093783A - 洗濯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ回路によりモータを駆動し回転数
制御する洗濯機において、モータの回転数を下げる場
合、モータの発電エネルギがインバータ回路に電圧を供
給する直流電源側に回生し、インバータ回路に過電圧が
かかり、不安全状態になるのを回避し、安全性を向上す
る。 【解決手段】 交流電源１に接続された整流回路３の直
流電力をインバータ回路５により交流電力に変換してモ
ータ６を駆動し、モータ６のロータ位置を検出するロー
タ位置検出手段７と制御手段１７によりインバータ回路
５を制御する。制御手段１７は、モータ６駆動中に、イ
ンバータ回路５の直流電圧を検知する直流電圧検知手段
４の出力信号により、電圧の上昇を検知し、第１の所定
電圧値以上の電圧を検知した場合、モータ６の駆動を停
止する。

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
よりモータを駆動し回転数制御する洗濯機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、家庭用の洗濯機はインバータ回路
によりモータの回転数を制御して脱水性能、あるいは洗
浄性能を向上す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ー
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出手段の出力信号
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、撹拌翼あるいは洗濯兼脱水槽を直接駆動
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、モータの印加電圧値により、モータの回
転数を制御しており、洗濯兼脱水槽を高速回転させる脱
水運転等において、一旦高速回転にした後、回転数を下
げる場合、モータへの印加電圧を低くするが、このと
き、急激に印加電圧を低下させると、モータの発電エネ
ルギがインバータ回路に電圧を供給する直流電源側に回
生し、インバータ回路の直流電圧が高くなり、過電圧が
印加されるという欠点があった。

【０００５】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、モータの回転数を下げる場合、モータの発電エネル
ギがインバータ回路に電圧を供給する直流電源側に回生
し、インバータ回路に過電圧がかかり、不安全状態にな
るのを回避し、安全性を向上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
は、モータ駆動中に、インバータ回路の直流電圧を検知
する直流電圧検知手段の出力信号により、直流電圧の上
昇を検知し、第１の所定電圧値以上の電圧を検知した場
合、モータの駆動を停止するようにしたものである。

【０００７】これにより、モータの回転数を下げる場
合、モータの発電エネルギがインバータ回路に電圧を供
給する直流電源側に回生し、インバータ回路に過電圧が
かかり、不安全状態になるのを回避することができ、安
全性を向上することができる。

【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、前記整流回路の直流電圧を検知する直流電圧検知手
段とを備え、前記制御手段は、前記モータの駆動時、前
記直流電圧検出手段により検知した電圧値が第１の所定
電圧値以上の場合、前記モータ駆動を停止するようにし
たものであり、モータの回転数を下げる場合、モータへ
の印加電圧を急激に低下させると、モータの発電エネル
ギがインバータ回路に電圧を供給する直流電源側に回生
し、インバータ回路の直流電圧が高くなる。この直流電
圧を直流電圧検出手段により検知し、検知した電圧値が
第１の所定電圧値以上の場合、モータ駆動を停止するこ
とで、モータの発電エネルギがインバータ回路に電圧を
供給する直流電源側に回生し、インバータ回路に過電圧
がかかり、不安全状態になるのを回避することができ、
安全性を向上することができる。

【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、外槽内に回転自在に設けモータに
より駆動される洗濯兼脱水槽モータを備え、制御手段
は、前記モータにより前記洗濯兼脱水槽を駆動する脱水
動作時、直流電圧検出手段により検知した電圧値が第１
の所定電圧値以上の場合、脱水動作を中止するようにし
たものであり、脱水運転等の高速回転時、回転数を下降
させるとき、モータへの印加電圧を急激に低下させるこ
とにより、モータの発電エネルギがインバータ回路に電
圧を供給する直流電源側に回生し、インバータ回路に過
電圧がかかり、不安全状態になるのを回避することがで
き、安全性を向上することができる。

【００１０】請求項３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、モータにより洗濯兼
脱水槽を駆動する脱水動作時、直流電圧検出手段により
検知した電圧値が第１の所定電圧値以上の場合、脱水動
作を中止し、その後、再度脱水動作を行うようにしたも
のであり、インバータ回路に、過電圧がかかり不安全状
態になることを回避することができるとともに、再度モ
ータを駆動させ洗濯運転を継続させることにより、洗濯
機の基本性能も確保できる。

【００１１】請求項４に記載の発明は、上記請求項２ま
たは３に記載の発明において、制御手段は、モータ駆動
時以外のときに直流電圧検出手段により検知した電圧値
が第２の所定電圧値以上の場合、異常状態とし、洗濯動
作を中止するようにしたものであり、モータの発電エネ
ルギがインバータ回路に電圧を供給する直流電源側に回
生し、インバータ回路の直流電圧が上昇するのとは別の
要因、例えば、２００Ｖ電源を使用した場合、何らかの
原因で電源電圧が上昇している場合など、主に製品の外
部からの要因による上昇を検知でき、不安全の状態で使
用するのを事前に回避することができる。

【００１２】

【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。

【００１３】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３ａによりコンデンサ３ｂを充電し、交
流電源１が負電圧のとき、コンデンサ３ｃを充電し、直
列接続されたコンデンサ３ｂ、３ｃの両端には倍電圧直
流電圧が発生し、インバータ回路５に倍電圧直流電圧を
加える。

【００１４】直流電圧検知手段４は、抵抗により分圧し
た電圧を出力し、コンデンサ３ｂ、３ｃの両端の直流電
圧、すなわち整流回路３の直流電圧を検出する。

【００１５】インバータ回路５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（ＩＧＢＴも同様）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５の出力端子にモータ６を接続し、図１
２に示す回転翼３５または洗濯兼脱水槽３１を駆動す
る。

【００１６】モータ６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７により検出す
る。ロータ位置検出手段７は、通常、３個のホールＩＣ
７ａ、７ｂ、７ｃにより構成している。インバータ回路
５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８、いわゆるシャント抵抗を接続している。

【００１７】ラインフィルター２の出力交流電圧端子間
には、給水弁９、排水弁１０、クラッチ１１を接続し、
スイッチング手段１２により制御する。

【００１８】ここで、洗濯機の構成について説明する。
図１２に示すように、外槽３０は、回転自在に配設した
洗濯兼脱水槽３１を内包し、吊り棒３２により洗濯機外
枠３３をつり下げている。モータ６は、減速機構を介し
て洗濯兼脱水槽３１または洗濯兼脱水槽３１の内底部に
回転自在に配設した撹拌翼３５を回転駆動する。

【００１９】給水弁９は水道水を洗濯兼脱水槽３１に給
水するもので、電磁弁により構成し、排水弁１０は洗濯
兼脱水槽３１内の水の排水を制御する。クラッチ１１
は、モータ６の回転駆動軸を撹拌翼３５に結合するか、
洗濯兼脱水槽３１に結合するかを制御する。スイッチン
グ手段１２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。

【００２０】電源スイッチ１３を押すことにより、電力
が供給され、制御回路１６は動作を開始する。電力を保
持するために、制御手段１７の出力信号により、リレー
駆動回路１４を制御して、リレー１５をオンさせる。電
源を遮断するときは、リレー１５をオフする。

【００２１】制御回路１６は、インバータ回路５、スイ
ッチング手段１２、リレー１５を制御するもので、マイ
クロコンピュータにより構成した制御手段１７と、制御
手段１７の出力信号によりインバータ回路５のＩＰＭを
制御してモータ６の回転駆動を制御するインバータ駆動
回路１５と、スイッチング手段１２を制御するスイッチ
ング手段駆動回路１８と、リレー１５を制御するリレー
駆動回路１４と、電流検出手段８の出力信号によりイン
バータ回路５の電流を検知し制御手段１７にモータ電流
に応じた信号を加える電流検出回路１９とで構成してい
る。

【００２２】また、制御回路１６は、スイッチング手段
１２を制御して給水弁９、排水弁１０、クラッチ１１な
どの動作を制御し、洗い、すすぎ、脱水の一連の行程を
制御する。

【００２３】洗い行程においては、撹拌翼３５を左右に
回転させ、布に機械力を加えて、衣類の汚れを落とし、
脱水行程においては、洗濯兼脱水槽３１を回転させ、洗
濯に使った洗濯水を衣類から絞るよう動作させる。

【００２４】制御手段１７は、洗濯動作を時系列的に制
御するなど洗濯機の動作全般を制御（詳細は省略）する
とともに、インバータ回路５のＩＰＭを制御して、モー
タ６を駆動する。

【００２５】この制御手段１７は、図２に示すように、
キャリア信号発生回路と比較回路とを有しインバータ回
路５のＩＰＭを制御するＰＷＭ制御手段１８ｄと、イン
バータ回路５の出力電圧を所望の波形に出力する波形記
憶手段１８ｅと、ロータ位置検出手段７の出力信号とキ
ャリア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１８ｂと、キャリア信号発生回路の出力信
号に同期して電気角制御手段１８ｂにより波形記憶手段
１８ｅの信号を呼出しＰＷＭ制御手段１８ｄに信号を出
力する出力レベル変換回路１８ｃと、ロータ位置検出手
段７ａ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電気角制御手段１８ｂ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１８ａ
と、モータ印加電圧位相を制御する電圧位相設定手段１
８ｆとで構成している。

【００２６】ＰＷＭ制御手段１８ｄは、キャリア信号発
生回路１８１ｄにより鋸歯状波を発生させ、比較回路１
８２ｄの入力端子に信号ｖｃを加え、比較回路１８２ｄ
の他方の入力端子に電圧設定手段１８０ｄの信号ｖｕを
加え、キャリア信号発生回路１８１ｄの周期は、キャリ
ア周波数を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。

【００２７】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ア
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、キャリア周波数を超音波周波数に設定すれば、キ
ャリア周波数の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。

【００２８】比較回路１８２ｄはマイクロコンピュータ
内のデ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１８０ｄのデータと鋸歯状波のキャ
リア信号と比較してＰＷＭ波形を生成する。図２に示す
ＰＷＭ制御手段１８ｄ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、キャリア
信号発生回路１８１ｄは１つで共用化できる。

【００２９】波形記憶手段１８ｅ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
特にきまっていないので、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。

【００３０】電気角制御手段１８ｂは、ロータ位置検出
手段６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１８２ｂと、基準となるロータ位置検出手段６
の出力信号Ｈ１からの位相角φを設定する位相設定手段
１８１ｂと、回転周期検出手段１８２ｂより検知した電
気角６０度に相当する期間内にキャリア信号発生回路１
８１ｄの出力パルス数ｋカウントし、キャリア信号１周
期の電気角Δθを演算し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１８３ｂと、電気角演算手段１
８３ｂより演算したロータ電気角と位相設定手段１８１
ｂより印加電圧電気角を設定する電気角設定手段１８０
ｂより構成される。

【００３１】出力レベル変換回路１８ｃは、波形記憶手
段１８ｅ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１８０ｃと、呼び出し手段１８０ｃの出力信
号Ａに変調度Ｇを演算してＰＷＭ制御手段１８ｄに出力
する電圧演算手段１８１ｃとで構成している。通常、波
形記憶手段１８ｅのデータは、インバータ回路５の最大
出力レベルに対応した数値なので、電圧演算手段１８１
ｃ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よりも小さい数値となる。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。

【００３２】変調度Ｇは回転数制御手段１８ａにより出
力され、回転数制御手段１８ａは、モータ回転数を所定
値に設定する回転数設定手段１８１ａと、ロータ位置検
出手段７ａの信号より回転数を検知する回転数検知手段
１８０ａ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１８２ａとで構成し変調度
Ｇを制御する。

【００３３】電圧位相設定手段１８ｆは、モータ６を駆
動する条件によりインバータ回路出力電圧の位相を設定
制御するものである。インバータ回路出力電圧の位相
と、モータ電流位相はかならずしも、同一位相にならな
いので、予めモータ６の駆動条件毎（撹拌翼３５を回転
させる洗い運転や、洗濯兼脱水槽３１を回転させる脱水
運転等）に、インバータ回路出力電圧位相とその時の、
モータ電流の位相を試験的に観測し、この試験データを
基に、インバータ回路出力電圧位相を設定する。

【００３４】この設定する位相とは、モータ誘起電圧Ｅ
ｃと、モータ電流の位相とが近い程、高効率になるの
で、この条件を満たすようなインバータ回路出力電圧位
相が最適である。また、トルクを重視するときなどは、
モータ誘起電圧Ｅｃに対し、モータ電流位相が進みぎみ
になるような、いわゆる弱め界磁の状態にインバータ回
路出力電圧位相を設定する制御方式がある。

【００３５】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に示すようになる。図３は、モータ回転
駆動時の各部波形関係を示すもので、図３において、Ｅ
ｃはモータ誘起電圧波形で、ロータ位置検出手段６のロ
ータ位置信号Ｈ１、Ｈ２、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、Ｈ
２、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。

【００３６】信号ｖｃはキャリヤ信号発生回路１８１ｄ
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。

【００３７】信号ｖｕは、比較回路１８２ｄの一方の入
力信号で、基本的には出力レベル変換回路１８ｃ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１８ｅ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。

【００３８】信号ｕは信号ｖｕとキャリヤ信号発生回路
１８１ｄ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１５を介し
てインバータ回路５を駆動し、モータ６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６を駆動す
ることができ、モータ６から発生する騒音、振動を低減
することができる。

【００３９】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。

【００４０】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１８ｅ
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６の回転数制御性能を
向上することができ、モータ騒音を減らすことができ
る。

【００４１】上記構成において図４を参照しながら脱水
運転時の動作を説明する。図４のステップ３０１で、電
源スイッチ１３をオンし、制御手段１７の動作を開始
し、リレー１５をオンすることにより電力供給を開始す
る。ステップ３０２で、操作スイッチ（図示せず）によ
り、洗濯するコース、行程内容等を設定する。ここで
は、脱水運転時のフローチャートを示すので、脱水行程
を選択したことにする。

【００４２】ステップ３０３で、直流電圧検知手段４の
出力信号により、コンデンサ３ｂ、３ｃ間の直流電圧Ｖ
ＤＣを検出する。モータ６を駆動していない状態で検知
する直流電圧値は、交流電源１からの印加電圧をそのま
ま、直流に整流した値である。すなわち、交流電源１の
電圧が１００Ｖの場合は、直流電圧は約２８０Ｖ（倍電
圧整流しているため２倍になる）になる。

【００４３】ステップ３０４で、直流電圧ＶＤＣが、検
知しきい値ＶＤＣ２（第２の所定電圧値、たとえば、直
流４２０Ｖ）以上であるかを比較する。直流電圧ＶＤＣ
が４２０Ｖ以上であるということは、交流電源１の電圧
値が１５０Ｖ以上である。交流電源が１００Ｖという前
提で、制御回路１６、給水弁９等の部品を構成している
ので、過電圧が印加されると、動作が保証されず不安全
の状態になる恐れがある。そのため、この過電圧の状態
を回避するため、ステップ３２０に進み、動作を停止
し、かつ、異常報知して、使用者に異常状態であること
を知らせる。

【００４４】ここで、図５のフローチャートで異常報知
処理内容を説明する。ステップ４０１で、表示手段（図
示せず）等により、異常状態であることを報知し、ステ
ップ４０２で、所定時間ｔｉ（例えば１０秒）を計時
し、所定時間ｔｉ経過するまで、異常状態の表示をつづ
ける。所定時間ｔｉ経過後には、ステップ４０３におい
て、リレー１５をオフにし、電源を遮断する。これによ
り、過電圧がすべての部品に印加することを回避でき、
不安全状態の発生を回避できる。

【００４５】また、この図５のフローチャートでは、異
常状態を検知した後、異常報知を所定時間ｔｉ行うと記
したが、この所定時間ｔｉの間でも、過電圧を印加しつ
づけると、部品等の破壊につながる恐れがあるので、異
常報知せずに、即電源を遮断するほうが望ましく、異常
報知を行わなくてもよい。

【００４６】ステップ３０５で、スタートスイッチ（図
示せず）が押されたかを検知し、押された場合は、ステ
ップ３０６に進み脱水運転をスタートする。ステップ３
０７で起動制御サブルーチンを実行する。

【００４７】起動制御サブルーチン３０７は、矩形波駆
動に設定して所定のＰＷＭ設定値よりモータ６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。矩形波駆動は１２０通電制
御とも呼ばれ、モータ６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５を
構成する３相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。

【００４８】ステップ３０８にて、前述したように正弦
波ＰＷＭ制御に切り換える。正弦波ＰＷＭ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、例えば、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
ア信号周波数でＰＷＭ制御される。

【００４９】ステップ３０９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る。回転数制御モード（回
転数制御サブルーチン）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。

【００５０】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から
である。

【００５１】このインバータ出力電圧位相φの設定のも
とで、変調度Ｇを制御し、洗濯兼脱水槽３１の回転数が
設定回転数に収束するようフィードバック制御を行う。
フィードバック制御の方法としては、ロータ位置検出手
段７ａの信号より回転数検知手段１８０ａにより、現在
の洗濯兼脱水槽３１の回転数を検知し、検知回転数と回
転数設定手段１８１ａで設定する設定回転を比較して誤
差信号を出力する回転数比較手段１８２ａにより、変調
度Ｇを制御する。

【００５２】脱水運転の場合、洗濯兼脱水槽３１を最終
目標回転数Ｎ３（９００ｒ／ｍｉｎ）に上昇させる前
に、図７に示すように、段階的に回転数を上昇させる制
御を行う。時間に対して、設定回転数を決め、この回転
数に追従するようなフィードバック制御することで、図
７に示すような回転数の上昇を実現する。

【００５３】脱水運転の場合、急減に回転数を上昇させ
ると、洗濯兼脱水槽３１内の衣類に含まれている洗濯水
や洗剤の泡が一度に放出され、排水ができなくなった
り、洗濯兼脱水槽３１と外槽３０との間に洗剤の泡が詰
まり、回転数が上昇していかないという問題が発生す
る。そこで、衣類に含まれる洗濯水を除々に排出するた
めに、回転数の上昇を緩やかにした脱水区間１と、その
後、高速回転にして、残りの洗濯水を脱水する区間、脱
水区間２に分けて制御するようにする。

【００５４】また、脱水区間１では、衣類のアンバラン
ス状態を検知する区間を設ける。アンバランス状態を検
知する方法としては、時間ｔ０から時間ｔ１の間に回転
数Ｎ１まで上昇させた後に、時間ｔ１から時間ｔ２の間
に回転数Ｎ２まで加速させ、衣類を洗濯兼脱水槽３１の
側面にはりつける、その後、時間ｔ２から時間ｔ３の間
で減速運転を行い、回転数Ｎ１まで下げて、この回転数
で衣類のアンバランス状態を検知する。時間ｔ３から時
間ｔ４のアンバランス検知区間で、変調度Ｇを一定に設
定し回転数の変動を測定することにより衣類のアンバラ
ンスを検知する。衣類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、回転周期Ｔ０の最大値と最小値
の差よりアンバランス量を検知する。

【００５５】脱水区間２では、時間ｔ４からｔ５の間、
回転数Ｎ３まで加速運転を行う。以降、脱水時間が終了
するまで、回転数Ｎ３で運転をつづける。

【００５６】回転数の減速は、変調度Ｇの値を小さく
し、印加電圧を低くすることにより実現するが、急激に
印加電圧を低くすると、モータの発電エネルギーがモー
タで消費されなくなり、コンデンサ３ｂ、３ｃ間に電圧
が回生され、直流電圧が上昇してしまう。時間ｔ２から
時間ｔ３の減速時、上記原因により、電圧が最も回生し
易いが、すべての区間において、回転数制御をしている
ので、減速制御を行う可能性はあり、エネルギの回生に
より直流電圧が上昇する恐れがある。そこで、脱水運転
中は、すべての区間で、直流電圧を検知する。

【００５７】ステップ３１０で、直流電圧検知手段４の
出力信号により、コンデンサ３ｂ、３ｃ間の直流電圧Ｖ
ＤＣを検出する。ステップ３１１で、モータ６からのエ
ネルギ回生により、直流電圧ＶＤＣが、検知しきい値Ｖ
ＤＣ１（第１の所定電圧値、たとえば、直流３８０Ｖ）
以上であるかを比較し、検知しきい値ＶＤＣ１以上（直
流３８０Ｖであれば、モータ６から回生により１００Ｖ
上昇している）であれば、インバータ回路５等に過電圧
が印加しているので、脱水運転を中止するために、ステ
ップ３２１に進む。

【００５８】時間ｔ２から時間ｔ３からの減速時、モー
タ６からの回生がないように、設定回転数を除々に下
げ、印加電圧を一気に減らさないよう設定するが、衣類
の量が極端に多い場合や、偏りが大きい場合など、回転
数制御の結果、印加電圧を多めに減らしてしまう場合も
あり、その結果、回生により直流電圧が上昇する可能性
がある。

【００５９】モータ６から発電エネルギの回生がない場
合は、ステップ３１２で、脱水運転時間ｔ６が経過した
かを検知し、時間終了まで脱水運転を行う。終了後は、
ステップ３１３に進みモータをオフし、ステップ３１４
にて次行程に移行する。

【００６０】ステップ３２１は、モータ６からの回生に
より直流電圧が上昇したことを検知した後の処理で、再
度脱水運転を行う。この処理内容を図６のフローチャー
トにより説明する。

【００６１】ステップ５０１で、モータ６をオフし、ス
テップ５０２でモータ６をオフした後、洗濯兼脱水槽３
１が惰性回転で回転しているのが停止したかを検知す
る。また、このとき、脱水運転中にモータ６から回生し
た電圧が放電され、正常な電圧値まで低下したかを確認
する。ステップ５０３で、再度、直流電圧検知手段４の
出力信号により、コンデンサ３ｂ、３ｃ間の直流電圧Ｖ
ＤＣを検出し、ステップ５０４で、直流電圧ＶＤＣが、
検知しきい値ＶＤＣ２（第２の所定電圧値、たとえば、
直流４２０Ｖ）以上であるかを比較し、モータ６からの
回生以外の原因で電圧が上昇しているのかを検知する。
電圧が上昇していると検知した場合は、ステップ５２０
に進み、動作を停止し、かつ、異常報知して、使用者に
異常状態であることを知らせる。

【００６２】ステップ５０５で、再度脱水運転を行うた
めにモータ６をオンし、ステップ５０６で起動制御サブ
ルーチンを実行する。矩形波駆動により、モータ６を駆
動した後、ステップ５０７にて、正弦波ＰＷＭ制御に切
り換え、ステップ５０８より回転数が設定されて正弦波
駆動により回転制御を行う。

【００６３】脱水運転を再度行うということから、脱水
区間１を行った後、脱水区間２に移行し、高速回転で、
衣類内の洗濯水を脱水してもよいが、前回の脱水運転
時、脱水区間１の途中まで進んでいることは確かであ
り、衣類内の洗濯水、泡はある程度放出されていると考
えられる。そこで、あえて、モータ６からの回生電圧が
発生し易い、脱水区間１を行う必要はなく、時間短縮
と、脱水運転を継続するために、脱水区間２から始め
る。

【００６４】そこで、図８に示すように、時間ｔ０から
時間ｔ５’の間に脱水回転数をＮ３まで加速する。アン
バランス状態の検知を省略してしまうが、バックアップ
のために別のアンバランス状態を検知する手段（洗濯兼
脱水槽３１の揺れを直接的に検知するレバー等を設け、
レバーに触れたらアンバランスとするなど、）があるの
で、洗濯兼脱水槽３１が大きく振動し、不安全の状態に
なることは回避できる。

【００６５】ステップ５０９からステップ５１０では、
脱水運転中に、インバータ回路５に高電圧が印加されて
いるかを検知し、直流電圧が第１の所定電圧値ＶＤＣ１
以上の場合は、運転を中止して、再度脱水を行うため、
ステップ５２１からステップ５２２に進み繰り返す。回
数Ｎｒ（例えば３回）か、繰り返してもこの過電圧状態
を検知するならば、運転を中止し、異常報知を行う。

【００６６】ステップ５１１で、脱水時間ｔ６が経過す
るまで脱水運転を継続し、時間ｔ６が経過した時点で脱
水運転を終了し、ステップ５１２でモータ６をオフし、
ステップ５１３で次行程へと移行する。

【００６７】一方、正弦波駆動の詳細なフローチャート
を図９を参照しながら説明する。ステップ６０１でモー
タ６の起動制御を行いステップ６０２に進む。ステップ
６０３からステップ６０４は前記した内容に重なるので
ステップ６０５から説明する。ステップ６０５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６０６に進んでキャリヤ信号割
込サブルーチンを実行する。

【００６８】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１０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１８ｅ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。

【００６９】つぎに、ステップ６０７に進み、インバー
タ回路５を構成するＩＧＢＴの駆動制御を行う。ＰＷＭ
制御手段１８ｄの出力設定手段１８２ｄ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。

【００７０】ステップ６０８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６０９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。

【００７１】位置信号割り込みサブルーチンの詳細につ
いては、図１１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、１２０
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。

【００７２】この位置信号割り込みサブルーチンも、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。

【００７３】ステップ６１０にてモータ６の駆動動作の
終了判定を行い、続行ならばステップ６０３に戻り、終
了ならばステップ６１１に進んで、ＩＧＢＴをすべてオ
フしてからキャリヤ信号のカウントを停止させ、一連の
正弦波駆動制御を終了させる。

【００７４】つぎに、ロータ位置検出手段７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１１を参照
しながら説明する。

【００７５】ステップ７００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７０１にてロータ位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ
３の状態データを入力し、ロータ位置を検出する。ステ
ップ７０２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。

【００７６】つぎに、ステップ７０３に進んでキャリヤ
信号発生回路１８１ｄ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７０４に進んでカウント値ｋをクリヤし
てステップ７０５に進み、キャリヤ信号発生回路１８１
ｄ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。

【００７７】ここで、キャリヤ信号発生回路１８１ｄ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。

【００７８】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。

【００７９】つぎに、ステップ７０６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７
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７０８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７０９に
進んで周期Ｔｏよりロータ回転数Ｎを求める。

【００８０】周期測定のタイマカウンタは、測定精度を
向上させ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。

【００８１】つぎに、ステップ７１０に進み、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（０度から３０度の範囲で駆
動条件に応じて）て設定する。通常撹拌運転時では、効
率優先ならば遅角１０度から遅角２０度が最適となる。

【００８２】変調度Ｇを制御した後、ステップ７１１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。

【００８３】つぎに、キャリヤ信号割り込み動作につい
て図１０を参照しながら説明する。図１０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１８ｅ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１８１ｄ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８００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。

【００８４】ステップ８０１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８０２
に進んでインバータ回路５の出力電気角θを演算する。

【００８５】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６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。

【００８６】つぎに、ステップ８０３に進んで波形記憶
手段１８ｅ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。つぎに、ス
テップ８０４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８０５
に進んでＰＷＭ制御手段１８ｄに信号を加える比較回路
１８２ｄの出力設定バッファ、すなわちＰＷＭ制御手段
１８ｄにデータを転送し、ステップ８０６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８０２か
らステップ８０５までＵ相と同様の処理を行う。

【００８７】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。

【００８８】

【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、前記整流回路の直流電圧を検知する直流電圧
検知手段とを備え、前記制御手段は、前記モータの駆動
時、前記直流電圧検出手段により検知した電圧値が第１
の所定電圧値以上の場合、前記モータ駆動を停止するよ
うにしたから、モータの発電エネルギがインバータ回路
に電圧を供給する直流電源側に回生し、インバータ回路
に過電圧がかかり、不安全状態になるのを回避すること
ができ、安全性を向上することができる。

【００８９】また、請求項２に記載の発明によれば、外
槽内に回転自在に設けモータにより駆動される洗濯兼脱
水槽モータを備え、制御手段は、前記モータにより前記
洗濯兼脱水槽を駆動する脱水動作時、直流電圧検出手段
により検知した電圧値が第１の所定電圧値以上の場合、
脱水動作を中止するようにしたから、脱水運転等の高速
回転時、回転数を下降させるとき、モータへの印加電圧
を急激に低下させることにより、モータの発電エネルギ
がインバータ回路に電圧を供給する直流電源側に回生
し、インバータ回路に過電圧がかかり、不安全状態にな
るのを回避することができ、安全性を向上することがで
きる。

【００９０】また、請求項３に記載の発明によれば、制
御手段は、モータにより洗濯兼脱水槽を駆動する脱水動
作時、直流電圧検出手段により検知した電圧値が第１の
所定電圧値以上の場合、脱水動作を中止し、その後、再
度脱水動作を行うようにしたから、インバータ回路に、
過電圧がかかり不安全状態になることを回避することが
できるとともに、再度モータを駆動させ洗濯運転を継続
させることにより、洗濯機の基本性能も確保できる。

【００９１】また、請求項４に記載の発明によれば、制
御手段は、モータ駆動時以外のときに直流電圧検出手段
により検知した電圧値が第２の所定電圧値以上の場合、
異常状態とし、洗濯動作を中止するようにしたから、モ
ータの発電エネルギがインバータ回路に電圧を供給する
直流電源側に回生し、インバータ回路の直流電圧が上昇
するのとは別の要因、例えば、２００Ｖ電源を使用した
場合、何らかの原因で電源電圧が上昇している場合な
ど、主に製品の外部からの要因による上昇を検知でき、
不安全の状態で使用するのを事前に回避することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の洗濯機の一部ブロック化し
た回路図

【図２】同洗濯機の制御手段のブロック図

【図３】同洗濯機のインバータ制御時のタイムチャート

【図４】同洗濯機の脱水運転時のフローチャート

【図５】同洗濯機の異常報知時のフローチャート

【図６】同洗濯機の再起動時のフローチャート

【図７】同洗濯機の脱水行程でのモータの回転数制御を
示すタイムチャート

【図８】同洗濯機の脱水行程での再起動時のモータの回
転数制御を示すタイムチャート

【図９】同洗濯機のモータの正弦波駆動時のフローチャ
ート

【図１０】同洗濯機のキャリア信号割込サブルーチンの
フローチャート

【図１１】同洗濯機の位置信号割込サブルーチンのフロ
ーチャート

【図１２】同洗濯機の縦断面図

【符号の説明】

１ 交流電源 ３ 整流回路 ４ 直流電圧検知手段 ５ インバータ回路 ６ モータ ７ ロータ位置検出手段 １７ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 典正 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 久保 美穂 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 AA06 BA11 BA23 BB19 HB10 HC07 KB08 KB27 LA04 LB25 LC08 LC15 LC33 MA02 MA06 MA07 MA08 5H560 AA10 BB04 BB07 BB12 DA19 DB20 DC12 DC13 EB01 HA08 HB02 JJ03 SS07 TT15 UA06 XA02 XA03 XA04 XA12

Claims (4)

【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、前記整流回路の直流電圧を検知する直流電圧
   検知手段とを備え、前記制御手段は、前記モータの駆動
   時、前記直流電圧検出手段により検知した電圧値が第１
   の所定電圧値以上の場合、前記モータ駆動を停止するよ
   うにした洗濯機。
2. 【請求項２】 外槽内に回転自在に設けモータにより駆
   動される洗濯兼脱水槽モータを備え、制御手段は、前記
   モータにより前記洗濯兼脱水槽を駆動する脱水動作時、
   直流電圧検出手段により検知した電圧値が第１の所定電
   圧値以上の場合、脱水動作を中止するようにした請求項
   １記載の洗濯機。
3. 【請求項３】 制御手段は、モータにより洗濯兼脱水槽
   を駆動する脱水動作時、直流電圧検出手段により検知し
   た電圧値が第１の所定電圧値以上の場合、脱水動作を中
   止し、その後、再度脱水動作を行うようにした請求項２
   記載の洗濯機。
4. 【請求項４】 制御手段は、モータ駆動時以外のときに
   直流電圧検出手段により検知した電圧値が第２の所定電
   圧値以上の場合、異常状態とし、洗濯動作を中止するよ
   うにした請求項２または３記載の洗濯機。