JP2005246076A - インバータ洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】 撹拌体を直流ブラシレスモータでダイレクトにドライブするインバータ洗濯機において、モータの励磁の誤りを防止するとともに、静音化及び洗濯時間の短縮を図る。
【解決手段】 インバータ洗濯機は正転と逆転を断続的に繰り返す運転中にモータ７のロータ回転位置を示すロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいてモータ７を回転させようとする回転方向と逆方向にモータ７が回転したときにはモータ７への電力供給を一旦停止する。また、正転及び逆転期間から停止期間に入る直前にモータ７の回転数を減少させる減速期間を設け、前記停止期間では停止状態を保持するためのブレーキをかける。また、モータ７に流れる電流を検出して前記電流が小さくなるようにモータ７を駆動する。また、前記電流から洗濯物の絡みを検出したときには洗濯物の絡みを抑えるようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は撹拌体を直流ブラシレスモータでダイレクトに駆動するインバータ洗濯機に関する。

インバータ洗濯機は回転槽と撹拌体を駆動するのに単相誘導モータでなく３相モータ（３相誘導モータ又は直流ブラシレスモータ）を使用している。そのため、インバータ洗濯機は３相モータに１２０゜ずつ位相のずれた３相交流を印加するために直流を交流に変えるインバータ手段を備えている。インバータ手段はパワートランジスタやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング手段を２個直列接続してハーフブリッジ構成にしたものを３組設けて３相全波ブリッジ構成にしたものである。このとき、インバータ手段に入力される直流電源の＋側に接続される３個のスイッチング手段を上アームと呼び、−側に接続される３個のスイッチング手段を下アームと呼んでいる。この上アームと下アームの接続点に、３相モータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が接続されている。

また、特許文献１で提案されている洗濯機は、静音・低振動化を図るために、直流ブラシレスモータにより外槽の内部に設けられた回転槽とこの回転槽の内部に設けられた撹拌体をダイレクトにドライブする方式である。この洗濯機はロータの回転位置を検知してロータ位置信号を出力するホールセンサと、ロータ位置信号に基づいてほぼ正弦波状の通電信号を形成する通電信号形成手段とを備えており、この通電信号に基づいてインバータ手段が３相交流を直流ブラシレスモータに印加して直流ブラシレスモータを駆動する構成である。そして、インバータ洗濯機が洗濯物を洗うときには撹拌体が正転方向と逆転方向に停止期間を挟みながら断続的に繰り返し回転する。
特開平１０−１５２７８号公報

インバータ洗濯機は撹拌体の回転により撹拌体の近傍では洗濯物の巻き込みが強く、撹拌体より離れるにしたがって弱くなるねじ込みという現象が生じる。洗濯時間を短縮するために停止期間を短縮すると、正転方向から逆転方向に及び逆転方向から正転方向に撹拌体を反転するときにねじ込みによってインバータ手段が回転させようとする回転方向とは逆方向に撹拌体が振られることがある。通電信号形成手段は直流ブラシレスモータの回転位置を示すロータ位置信号に基づいて通電信号を形成するので励磁の誤りによって直流ブラシレスモータが停止したり、直流ブラシレスモータに異常電流が流れたりすることがある。そのため、停止期間をあまり短くすることができず洗濯時間が長いという問題がある。

また、上記従来の洗濯機では停止期間ではインバータ手段のスイッチング手段をすべてオフしているので直流ブラシレスモータが回転に対してフリーの状態となる。したがって、正転及び逆転の回転中から停止期間に入るときに、洗濯物による負荷が大きい場合には急速に回転が減速することになる。このとき、直流ブラシレスモータの回転軸と撹拌体のあそびで衝撃が生じる。この衝撃が騒音の原因になっているという問題がある。

本発明は上記課題を解決するもので、洗濯物のねじ込みによってインバータ手段が回転させようとする回転方向とは逆方向に撹拌体が振られることがあっても励磁を誤ることがないようにしたインバータ洗濯機を提供することを目的とする。また、本発明は停止期間を短縮して洗濯時間を短縮できるインバータ洗濯機を提供することを目的とする。また、本発明は撹拌体と回転軸のあそびで生じる衝撃を和らげて騒音を低減したインバータ洗濯機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、外槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体と、前記撹拌体をダイレクトにドライブすることが可能な直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検知してロータ位置信号を出力するロータ位置検知手段と、前記ロータ位置信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを駆動するモータ駆動部とを備えたインバータ洗濯機において、モータ駆動部が前記直流ブラシレスモータを回転させようとする回転方向と逆方向に前記直流ブラシレスモータが回転したと前記モータ駆動部が前記ロータ位置信号に基づいて判断したときには前記直流ブラシレスモータの駆動を一旦停止するようにしている。

このような構成によると、モータ駆動部はロータ位置信号によってモータの回転方向を判断することができるので洗濯物のねじ込みによってモータ駆動部が直流ブラシレスモータを回転させようとする回転方向と逆方向に直流ブラシレスモータが回転したときには、インバータ洗濯機は直流ブラシレスモータの駆動を一旦停止し、その後ロータ位置信号に基づいて駆動を再開することによって誤った励磁を回避することができる。

また、本発明では、外槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体と、前記撹拌体をダイレクトにドライブすることが可能な直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検知してロータ位置信号を出力するロータ位置検知手段と、前記ロータ位置信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを正転方向と逆転方向に停止期間を挟みながら断続的に繰り返し駆動するモータ駆動部とを備えたインバータ洗濯機において、前記停止期間の直前に前記直流ブラシレスモータの回転数を減速させる減速期間を設け、前記停止期間では前記直流ブラシレスモータの停止状態を保持するためのブレーキをかけるようにしている。

このような構成によると、直流ブラシレスモータが正転方向及び逆転方向に回転しているときに減速期間で回転数が減速されてから停止期間に入るようになっているので停止期間に入ったときのモータの回転軸と撹拌体のあそびによって生じる衝撃を和らげることができる。そのため、モータが駆動されているときの音が小さくなる。さらに、停止期間ではインバータ洗濯機はブレーキをかけることによって停止状態を確実にすることができる。

また、本発明では、外槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体と、前記撹拌体をダイレクトにドライブすることが可能な直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検知してロータ位置信号を出力するロータ位置検知手段と、前記ロータ位置信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを正転方向と逆転方向に停止期間を挟みながら断続的に繰り返し駆動するモータ駆動部とを備えたインバータ洗濯機であって、前記停止期間の直前に前記直流ブラシレスモータの回転数を減速させる減速期間を設け、前記停止期間では前記直流ブラシレスモータの停止状態を保持するためのブレーキをかけるようにしているインバータ装置において、前記モータ駆動部は直流の＋側に接続されている上アームのスイッチング手段と、前記直流の−側に接続されている下アームのスイッチング手段とから成る３相全波ブリッジ構成のインバータ手段を有し、前記減速期間では徐々に振幅が小さくなる正弦波形の信号を前記直流ブラシレスモータに印加し、前記停止期間では前記上アームのスイッチング手段をオフし、前記下アームのスイッチング手段をオンするようにしている。

このような構成によると、モータ駆動部は振幅を制御した正弦波形の信号を直流ブラシレスモータに印加することによって直流ブラシレスモータを駆動する。減速期間ではモータ制御部が振幅を徐々に小さくすることによって回転数が減少する。そして、停止期間では上アームのスイッチング手段をオフし、下アームのスイッチング手段をオンすることによって直流ブラシレスモータの停止状態を保持するブレーキがかかる。

また、本発明では、外槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体と、前記撹拌体をダイレクトにドライブすることが可能な直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検知してロータ位置信号を出力するロータ位置検知手段と、前記ロータ位置信号に基づいて前記直流ブラシレスモータに正弦波形の信号を印加して前記直流ブラシレスモータを駆動するモータ駆動部とを備えたインバータ洗濯機において、前記直流ブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出手段を設け、その検出電流に基づいて前記モータ駆動部は前記電流が小さくなるように前記直流ブラシレスモータに印加する前記正弦波の信号の位相を調整するようにしている。

このような構成によると、モータ駆動部が直流ブラシレスモータに印加する正弦波形の位相を変えることによって直流ブラシレスモータに流れる電流を変化させることができるので、電流検出手段で直流ブラシレスモータに流れる電流を検出して電流が小さくなるようにモータ駆動部がモータに印加する正弦波の信号の位相を調整する。

また、本発明では、外槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体と、前記撹拌体をダイレクトにドライブすることが可能な直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検知してロータ位置信号を出力するロータ位置検知手段と、前記ロータ位置信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを正転方向と逆転方向に停止期間を挟みながら断続的に繰り返し駆動するモータ駆動部とを備えたインバータ洗濯機において、前記直流ブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出手段を設け、前記モータ駆動部が前記直流ブラシレスモータを一定の回転数となるように駆動している時に前記電流の変化量に基づいて該インバータ洗濯機で洗濯される洗濯物の絡みを検出し、前記絡みを検出したときは前記絡みを抑える動作を行うようにしている。

このような構成によると、直流ブラシレスモータを正転方向と逆転方向に停止期間を挟みながら断続的に繰り返し駆動しているときに、電流検出手段で電流の変化量が所定値よりも小さいとき等には洗濯物が団子状に絡んだ状態となっているために撹拌体に負荷がかかりにくくなっていると判断できる。このようにして洗濯物の絡みを検出したときにはインバータ洗濯機は水流を変更する等の洗濯物の絡みを抑える動作をする。

また、本発明では、外槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体と、前記撹拌体をダイレクトにドライブすることが可能な直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検知してロータ位置信号を出力するロータ位置検知手段と、前記ロータ位置信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを正転方向と逆転方向に停止期間を挟みながら断続的に繰り返し駆動するモータ駆動部とを備えたインバータ洗濯機において、前記モータ駆動部が前記直流ブラシレスモータを一定の回転数となるように駆動している時に前記ロータ位置信号に基づいて前記直流ブラシレスモータの回転数の変動を取り込んで、前記変動が所定の範囲を超えるときには該インバータ洗濯機で洗濯される洗濯物の絡みを抑える動作を行うようにしている。

このような構成によると、直流ブラシレスモータを正転方向と逆転方向に停止期間を挟みながら断続的に繰り返し駆動しているときに、ロータ位置信号の例えばエッジ間の時間をタイマを使って計ることによって直流ブラシレスモータの回転数を取得することができる。そして、一定速度で回転させるようにモータ駆動部が直流ブラシレスモータを駆動しているときにその回転数の変動が所定の値よりも小さいときには洗濯物が絡んでいると判断し、洗濯物の絡みを抑える動作を行う。

本発明のインバータ洗濯機では、洗濯物のねじ込みによってモータ駆動部が直流ブラシレスモータを回転させようとする方向と逆方向にモータが回転したとしても、そのときにはモータ駆動部は直流ブラシレスモータの駆動を一旦停止するので異常な過電流が生じる等の誤った励磁が行われなくなる。

また、本発明のインバータ洗濯機によると、正転から停止期間に及び逆転から停止期間に入る直前に減速期間を設けて回転数の減速が行われるので停止期間に入ったときにモータの回転軸と撹拌体のあそびに生じる衝撃が小さくなる。これにより、静音性が良くなる。また、停止期間ではブレーキによって停止状態を保持するので停止期間を短縮できる。

また、本発明のインバータ洗濯機によると、モータ駆動部に含まれるインバータ手段が減速期間では直流ブラシレスモータに印加する正弦波形の信号の振幅を徐々に小さくすることによりモータの回転数を縮小させる。これにより、正転から停止、逆転から停止になるときにモータの回転軸と撹拌体のあそびに生じる衝撃が小さくなる。そのため、騒音が小さくなる。また、停止期間ではインバータ手段の上アームのスイッチング手段をすべてオフし、下アームのスイッチング手段をすべてオンすることによってブレーキをかける。そのため、停止状態が確実になっているので停止時間を短縮できる。これによって洗濯時間を短縮できる。

また、本発明のインバータ洗濯機によると、直流ブラシレスモータに流れる電流を電流検出手段で検出できるのでモータ駆動部が直流ブラシレスモータに供給する正弦波の信号の位相を調整することによってモータに流れる電流を小さくするように制御できる。したがって、消費電流を抑えることができる。さらに直流ブラシレスモータを効率良く回転させることができるので直流ブラシレスモータで発生する音も小さくなる。

また、本発明のインバータ洗濯機によると、正転時又は逆転時のように一定回転数となるように制御しているときに、モータに流れる電流に変動が見られない場合には洗濯物が絡んだ状態であるため撹拌体に負荷がかからなくなっていると判断する。洗濯物が絡んだ状態であるときには例えば水流を変えることによって洗濯物の絡みを抑えることができる。

また、本発明のインバータ洗濯機によると、ロータ位置信号に例えばタイマを使用して直流ブラシレスモータの回転数を検出する。一定回転数制御時に回転数に変動が小さく場合には、速度変動が小さいと判断できる。洗濯物が絡んだ状態であるときには例えば水流を変えることによって洗濯物の絡みを抑えることができる。

以下、本発明を適用したインバータ洗濯機の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態のダイレクトドライブ方式のインバータ洗濯機の概略図を図１示す。洗濯機１は一槽式の全自動洗濯機であり、本体の内部に洗濯槽を兼ねた回転槽２及び外槽３を備えている。外槽３はサスペンション部４によって本体に吊持されており、回転槽２は外槽３の内側に回転可能に設置されている。また撹拌体５が回転槽２の底部から一定の距離が開けられて設けられている。本体は洗濯物を出し入れするための蓋６を有する。外槽３の下部には直流ブラシレスモータ７の回転を回転槽２もしくは撹拌体５に切り替える伝達機構８を有する。

本体の上部には、操作部９、表示部１０、ブザー１１、及び蓋６の開閉を検知する蓋センサ１２が備えられており、外槽３の側方には外槽３内の水位を検出する水位センサ１３が備えられている。また、操作部９の下部には、洗濯機１の動作全体を制御するための、マイクロコンピュータよりなる主制御部１４が設けられ、主制御部１４とは別に上面板にモータ７に信号を供給するためのインバータ手段と、このインバータ手段を介してモータ７の回転を制御するためのマイクロコンピュータとから成る副制御部１５（モータ駆動部）が設けられている。外槽３内の水量を調節するための給水弁１６と排水弁１７が設けられている。

インバータ洗濯機１には「洗いモード」と「脱水モード」のモードがある。「洗いモード」のときには伝達機構８によってモータ７の回転が撹拌体５にダイレクトに伝達されて、回転槽２の内部に入れられた洗濯物の洗い又はすすぎが行われる。一方、「脱水モード」のときには伝達機構８によってモータ７の回転が回転槽２にダイレクトに伝達されて、洗濯物の脱水が行われる。本発明は前者の「洗いモード」での動作に関係している。

洗濯機１の動作に関する回路構成の概略を図２に示す。主制御部１４は洗い、すすぎ、脱水等の各行程の動作の内容や、行程の実行順序すなわち処理コースを記憶したプログラムを記憶しており、このプログラムに従って給水弁１６と排水弁１７の開閉、及び伝達機構８におけるモータ７の回転の伝達先の切り替えを制御し、副制御部１５を介してモータ７の回転を制御する。

主制御部１４はモータ７の回転を制御するために必要な制御データ２０を同期用クロック１９とともに副制御部１５に送信する。また副制御部１５は信号２０を読み取った後クロック１９に同期して信号２１を主制御部１４に送信する。副制御部１５は直流ブラシレスモータ７のロータ回転位置を示すロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいてモータ７に信号を供給する。

次に、図３を用いて副制御部１５の構成を説明する。本実施形態のインバータ洗濯機１ではモータ７として３相２０極直流ブラシレスモータを使用している。商用電源３０の交流電圧は整流手段３１で脈流状の直流に変換される。整流手段３１にはダイオードブリッジが使用されている。整流手段３１で整流された直流は平滑用のコンデンサ３２で平滑される。コンデンサ３２で平滑された直流がインバータ手段３５に供給される。インバータ手段３５は直流を三相交流に変換する。

インバータ手段３５は６個のスイッチング手段としてＮＰＮ型トランジスタ３６ａ〜３６ｃ、３７ａ〜３７ｃを３相全波ブリッジ構成にしたものである。平滑用のコンデンサ３２の＋側に接続された３個のトランジスタ３６ａ〜３６ｃを上アーム、コンデンサ３２の−側に接続された３個のトランジスタ３７ａ〜３７ｃを下アームという。そして、６個のトランジスタ３６ａ〜３６ｃ、３７ａ〜３７ｃにはそれぞれ並列にダイオード４２ａ〜４２ｃ、４２ａ〜４２ｃが接続されている。上アームのトランジスタ３６ａ〜３６ｃと下アームのトランジスタ３７ａ〜３７ｃの各接続点のａ、ｂ、ｃが直流ブラシレスモータ７の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に接続されている。

トランジスタ３６ａ〜３６ｃ、３７ａ〜３７ｃのベースはドライブ回路４０に接続されており、マイクロコンピュータ４１の信号により、トランジスタ３６ａ〜３６ｃ、３７ａ〜３７ｃは駆動される。インバータ手段３５はトランジスタ３６〜３６ｃ、３７ａ〜３７ｃをスイッチ動作させることにより各相が正弦波形の３相交流の信号を直流ブラシレスモータ７に印加する。これにより、直流ブラシレスモータ７は回転する。

電流検出手段３８は直流ブラシレスモータ７のＵ相に流れる電流を検出し、検出結果をマイクロコンピュータ４１に出力する。ホールセンサ５５ａ、５５ｂ、５５ｃはモータ７のロータの回転位置を検知するロータ位置検知手段であり、それぞれのロータホールセンサ５５ａ、５５ｂ、５５ｃで得られるロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗをマイクロコンピュータ４１に出力する。

次に、モータ駆動信号波形を正弦波としたときの駆動パターンの一例を図４に示す。図４はモータ７を一定の回転数で定常的に駆動するときの信号の波形図である。図４の（ｄ）はＵ相の上アームのトランジスタ３６ａと下アームのトランジスタ３７ａの駆動信号の一例を示しており、マイクロコンピュータ４１が図４の（ｄ）のパターンで駆動信号を出力した場合、Ｕ相への出力電圧は図４の（ｅ）のように、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）された波形となり、Ｕ相の巻線電流は図４の（ｆ）のような正弦波状となる。このとき、インバータ手段３５はＶ相、Ｗ相は図４の（ｂ）のようにＵ相を基準とした場合、Ｖ相が電気角で２４０゜、Ｗ相は１２０゜ずれた信号を発生し、モータ７を駆動している。

副制御部１５のマイクロコンピュータ４１から図４の（ｄ）に示す駆動信号を発生させるために、マイクロコンピュータ４１は図４の（ｃ）に示す一定周期の三角波６０（キャリア）を内部において発生させ、正弦波形の駆動波形データ６１と三角波６０を比較することによって図４の（ｄ）に示すようなＰＷＭ波形を発生するようにしている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は２π／３ラジアンずつ位相のずれた波形であるので、Ｕ相に着目して説明する。

マイクロコンピュータ４１は正弦波データを記憶した正弦波テーブルをデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）をアドレスにて参照して駆動波形データ６１を生成している。詳細には次のような処理を行っている。一般に周波数ｆの正弦波の信号波の時刻ｔにおける位相角Θは
Θ＝２πｆｔ（ラジアン）
である。キャリア周期Ｔｃごとの位相更新量ΔΘは
ΔΘ＝２πｆ・Ｔｃ（ラジアン）
である。そして、マイクロコンピュータ４１は信号波の１周期の２πラジアンを６５５３６で分割したデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）で処理している。このとき、キャリア周期Ｔｃごとの位相更新量の変数（α＿ＤＡＴＡ）は
α＿ＤＡＴＡ＝２πｆ・Ｔｃ・（６５５３６／２π）
となり、キャリア周期Ｔｃ＝６３．５μｓで、周波数ｆ＝６０Ｈｚの駆動信号を出力するときには
α＿ＤＡＴＡ＝４．１６１・ｆ＝２４９
となる。キャリア周波数はタイマの分解能とＰＷＭの分解能で決定する。

更新量（α＿ＤＡＴＡ）が定まるとマイクロコンピュータ４１は新しい位相角をデータポインタＮＥＷ＿ＤＡＴＡとして
ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ＝ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ＋α＿ＤＡＴＡ
で更新し、０〜２πの位相範囲のどの位置なのかを保持する。

次に位相角（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）に対しての正弦波の振幅値を求める。予め正弦波テーブルデータには２πラジアン分が５１２バイトとなるようなデータの（１＋２／３）×２πラジアン分の８５４個の基本データが記憶されている。これらの基本データには符号ビットも含まれる。２πラジアン分が５１２個のテーブルデータなのでＮＥＷ＿ＤＡＴＡの内容を１２８で割った数の番地（アドレス）の内容を前記テーブルデータより読み込み、それに変調率βを掛けた値がデータ６１として実際の比較バッファに埋め込まれる。そして、マイクロコンピュータ４１に内蔵の比較器が図４の（ｃ）に示す正弦波のデータ６１と三角バッファに埋め込まれたデータ６０を比較して比較結果を出力する。これにより、図４の（ｄ）に示す駆動信号が生成される。

この駆動信号を受けたインバータ手段３５より直流ブラシレスモータ７のＵ相の巻線には図４の（ｆ）に示すような正弦波形の交流電流が流される。Ｖ相、Ｗ相についても同様にして駆動信号が生成される。これによって、直流ブラシレスモータ７が回転する。３個のホールセンサ５５ａ、５５ｂ、５５ｃから出力されるロータ位置信号は図４の（ａ）に示すようになるように直流ブラシレスモータ７に取り付けられている。また、直流ブラシレスモータ７の各相の誘起電圧は図４の（ｂ）に示すようになる。

次に、「洗いモード」における制御の一例を図５及び図６を用いて説明する。図５は副制御部１５が直流ブラシレスモータ７を正転方向に回転させる場合の信号の波形図である。図６は副制御部１５が直流ブラシレスモータ７を逆転方向に回転させる場合の信号の波形図である。図５はロータが回転しているときの波形を示しているが、まず直流ブラシレスモータ７を正転方向に起動するときの動作について説明する。

ホールセンサ５５ａ、５５ｂ、５５ｃはロータが停止していてもロータ位置を検出することができる。起動するときにまずマイクロコンピュータ４１はロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗからロータ位置を確認して起動パターンを決定する。起動パターンはロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗから識別できるもので６種類ある。

例えば信号Ｈｕがハイレベル、信号Ｈｖがローレベル、信号Ｈｗがローレベルであるときにはパターン１である。このとき、副制御部１５はＶ相に着目してＶ相の位相３０゜分のデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）にあたる６５５３６×３０／３６０＝１５５５'Ｈをアドレスにて埋め込みテーブルデータよりデータを取り込む。このとき、運転モードはモードａとし、Ｖ相に対してＷ相は１２０゜、Ｕ相は２４０゜遅れた位相のデータポインタよりデータを読み込む。このとき、更新量（α＿ＤＡＴＡ）は実験値より適当な初期値を求めている。また、モータ７の回転数を検出するためのタイマを起動する。

これにより、副制御部１５が駆動信号を発生してロータが回転を開始する。ロータの回転によりロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの切り替わりである信号Ｈｗの立ち上がりエッジ５３ｃが来るが、このときにデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）はロータが遅れることを想定して、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）が１５５５'Ｈ×２＝２ＡＡＡ'Ｈに達すると信号Ｈｗの立ち上がりエッジ５３ｃを検出するまで更新せず同じデータで待機している。そして、実際に信号Ｈｗの立ち上がりエッジ５３ｃが来た時点でデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の更新を再開して再度速度検知タイマを一旦リセットする。

さらにロータの回転によって信号Ｈｕの立ち下がりエッジ５３ｄが来るが、このとき正弦波モードをモードｂに切り替え、Ｕ相に着目する。このときにも信号Ｈｕの立ち下がりエッジ５３ｄまでＶ相のデータポインタは２ＡＡＡ'Ｈで待機しておく。そして、Ｕ相基準（データポインタの初期値が０）で、Ｕ相に対してＶ相は２４０゜、Ｗ相は１２０゜進んだデータポインタからデータを読み込む。このようにして順次６箇所のエッジ５３ａ〜５３ｆでデータの補正を行う。また、速度検知タイマの値で回転数が得られるのでこれに応じて更新量（α＿ＤＡＴＡ）を随時速度変化に追従するように変更する。

直流ブラシレスモータ７を逆転方向に回転させる場合にも、図６に示すようにロータ位置信号から識別できる６種類のロータ位置パターン６〜９、ａ、ｂで、どの位置なのかを確認してから起動を行う。信号Ｈｕがハイレベル、信号Ｈｖがローレベル、信号Ｈｗがハイレベルであるときのパターン６になっているときを例に説明する。このとき、副制御部１５はＵ相に着目してＵ相の位相３０゜分のデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）にあたる１５５５'Ｈを埋め込みテーブルデータよりデータを取り込む。このとき、運転モードはモードｄとし、Ｕ相に対してＶ相は１２０゜、Ｗ相は２４０゜進んだデータポインタよりデータを読み込む。このとき、更新量（α＿ＤＡＴＡ）は実験値より初期値を求めている。また、起動時にモータ７の回転数を検知するためのタイマを起動する。

ロータの回転によりロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの切り替わりである信号Ｈｗの立ち下がりエッジ６３ｂが来るが、このときにデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）はロータが遅れることを想定して、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）は２ＡＡＡ'Ｈから更新せず、同じデータで待機している。そして、実際に信号Ｈｗの立ち上がりエッジ６３ｂが来た時点でデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の更新を再開して再度速度検知タイマをリセットする。次に信号Ｈｖの立ち上がりエッジ６３ｃがくるが、このとき、動作モードをモードｅに切り替え、Ｖ相に着目する。Ｖ相を基準にＵ相に１２０゜、Ｗ相に２４０゜遅れたデータポインタからデータを読み込む。

このように順次６箇所のエッジ６３ａ〜６３ｆでデータの補正する。また、モータ７の速度検知タイマの値により、更新量（α＿ＤＡＴＡ）を随時速度変化に追従するように変更する。

「洗いモード」ではインバータ洗濯機１は撹拌体５を図７に示すように、正転７０と逆転７１を停止７２の期間を挟みながら断続的に繰り返す制御をしている。正転７０に制御しているときには図５に示すようにロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗから判断されるロータ位置パターンは通常０→１→２→３→４→５→０の順番に推移していくが、洗濯物のねじ込みによって撹拌体５が逆方向に振られて例えばパターン２の次にパターン１のロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが入ってくることがある。

このように副制御部１５がブラシレスモータ７を回転させようとする方向と逆方向に撹拌体５が振られたために逆パターンとなるロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが入ってきた場合には、副制御部１５はロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいてモータ７に供給する信号を生成しているために励磁を誤ってしまい、モータ７が停止したり、モータ７に異常な過電流が流れたりする。そのため、逆パターンを副制御部１５が検知したときには、副制御部１５は一旦モータ７への信号供給を停止してロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを再度読み込み、変調率βは逆パターンが入ってきた時点のままで正弦波形の信号を発生させる。

逆転７１のときにも図６に示すようにロータ位置パターン８からパターン７になる等の逆パターンのロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが入ってきた場合にも、副制御部１５は一旦モータ７への信号供給を停止してロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを再度読み込み、変調率βは逆パターンが入ってきた時点のままにして正弦波の信号を発生させる。

次に、図７において、正転７０から停止７２に及び逆転７１から停止７２の期間にするときのモータ７の回転数の制御について説明する。「洗いモード」では図８に示すように、インバータ洗濯機１は正転７０の期間中において停止７１の期間に入る直前に直流ブラシレスモータ７の回転数を減速させる数ｍｓの減速期間８０を設け、モータ７の回転数を減速させてから停止期間７１に入るようにしている。回転数の減速は副制御部１５が変調率βを徐々に下げていくことにより行われる。これにより、モータ７に印加される正弦波の信号の振幅が小さくなり、回転数が下がる。

そして、副制御部１５は停止７２の期間では停止状態を保持するためのブレーキをかける。ブレーキは図３に示すインバータ手段３５の上アームのトランジスタ３６ａ〜３６ｃをすべてオフし、下アームのトランジスタ３７ａ〜３７ｃをすべてオンすることによってかけられる。

減速期間８０でモータ７の回転数が減速されているので停止７１の期間に入ったときにモータ７の回転軸と撹拌体のあそびによって生じる衝撃が和らげられる。そのため、衝撃にともなう騒音が低減される。また、停止７１の期間ではブレーキがかけられているので、モータ７がフリーの状態にならず停止期間７１を短縮してもモータ７を逆転７１に再起動したときに逆パターンが生じにくくなっている。逆転７１の期間中においても図示していないが、図８に示す場合と同様に、停止７１の期間の直前に減速期間８０を設け、変調率βを徐々に下げることにより回転数を減少させている。

したがって、本実施形態のインバータ洗濯機１では、停止７１の期間を短縮しても停止期間７１でブレーキをかけているので再起動時に逆パターンが発生しにくいようになっている。さらに、たとえ洗濯物のねじ込みによって逆パターンが発生したとしても過電流等の誤った励磁を行わないようになっているので停止７１の期間を短く設定しても問題なくインバータ洗濯機１は動作するようになっている。このように停止期間７２を短くすることによって洗濯時間の短縮を図ることができる。

副制御部１５は直流ブラシレスモータ７に印加する正弦波の信号の位相を変化させることによってモータ７に流れる電流を変化させることができる。モータ７に流れる電流は負荷の状態等によって変動するので、電流検出手段３８でモータ７に流れる電流を検出して、マイクロコンピュータ４１は電流が小さくなるようにモータ７に印加する正弦波の位相を調整する。これにより、消費電流が減少する。また、モータ７を効率良く回転させることができるので騒音も小さくなる。

また、洗濯物の量が多いときには洗濯物が「洗いモード」中に団子状にかたまり、絡んだ状態となる場合がある。このような洗濯物が絡んだ状態になると、撹拌体５の回転によっても洗濯物に負荷がかからず洗濯が十分に行われなくなる。そのため、洗濯機１は洗濯物が絡んだか否かを判断して洗濯物が絡んだ状態となったときにはその絡みを抑えるように動作する必要がある。

洗濯物が絡んだか否かを判断するために、上記従来の洗濯機では、停止７２の期間は撹拌体５がフリー状態になることを利用して、この期間中に惰性による回転で生じるロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの切り替わりエッジ数を数えていたが、本実施形態のように停止７１の期間では洗濯機１はブレーキをかけているのでエッジ数を数えることでは洗濯物が絡んだか否かを正確に判断することができない。

そのため、洗濯物が絡んだか否かを判断する第１の手段として、図７に示す「洗いモード」において、正転７０と逆転７１の目標回転数に達して副制御部１５が一定回転数になるように制御しているときに電流検出手段３８よりモータ７に流れる電流を検出し判断する。洗濯物が絡んだときには撹拌体５に負荷がかかりにくくなっているために電流の変化量が小さくなるのでマイクロコンピュータ４１は電流の変化量が小さいときには洗濯物が絡んでいると判断する。例えば、正転７０又は逆転７１の一定回転数に制御している期間中の電流の最大値と最小値の差がある一定の値より小さい場合に洗濯物が絡んでいると判断する。洗濯物が絡んでいると判断したとき、インバータ洗濯機１は水流のオン時間や水流の強さを変更して洗濯物の絡みを抑える動作をする。

また、洗濯物が絡んだか否かを判断する第２の手段として、正転７０又は逆転７１の目標回転数に達して一定回転数に制御しているときに、モータ７の回転数の変動を取り込み判断する。洗濯物が絡んだときには撹拌体５に負荷がかかりにくくなっているためにトルク変動が小さいので回転数の変動が小さくなる。そのため、例えば１００ｒｐｍで制御しているときにモータ７の回転数が９８〜１０２ｒｐｍの範囲内で安定しているときには洗濯物は絡んだ状態であると判断し、水流のオン時間や水流の強さを変えて洗濯物の絡みを抑えるような動作を行う。インバータ洗濯機１はロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗのエッジ間の時間をタイマで計ることによって回転数を検出することができる。

本発明の一実施形態のインバータ洗濯機全体の内部概略構成図。 そのインバータ洗濯機の回路のブロック図。 そのインバータ洗濯機の副制御部のブロック図。 そのインバータ洗濯機のロータ位置信号に対する出力波形図。 そのインバータ洗濯機の正転方向に回転させる場合のロータ位置パターン及び運転モードを示す波形図。 そのインバータ洗濯機の逆転方向に回転させる場合のロータ位置パターン及び運転モードを示す波形図。 そのインバータ洗濯機の「洗いモード」の運転パターンを示す図。 そのインバータ洗濯機の「洗いモード」の正転期間での回転数の推移を示す図。

符号の説明

１ インバータ洗濯機
２ 回転槽
３ 外槽
４ サスペンション部
５ 撹拌体
６ 蓋
７ 直流ブラシレスモータ
８ 伝達機構
９ 操作部
１０ 表示部
１１ ブザー
１２ 蓋センサ
１３ 水位センサ
１４ 主制御部
１５ 副制御部（モータ駆動部）
１６ 給水弁
１７ 排水弁
３０ 商用電源
３１ 整流手段
３２ 平滑用コンデンサ
３５ インバータ手段
３６ａ〜３６ｃ 上アームのＮＰＮ型トランジスタ
３７ａ〜３７ｃ 下アームのＮＰＮ型トランジスタ
３８ 電流検出手段
４０ ドライブ回路
４１ マイクロコンピュータ
４２ａ〜４２ｃ、４３ａ〜４３ｃ ダイオード
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ ホールセンサ（ロータ位置検知手段）
Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ ロータ位置信号

Claims (2)

1. 外槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体と、前記撹拌体をダイレクトにドライブすることが可能な直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検知してロータ位置信号を出力するロータ位置検知手段と、前記ロータ位置信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを正転方向と逆転方向に停止期間を挟みながら断続的に繰り返し駆動するモータ駆動部とを備えたインバータ洗濯機において、
   前記直流ブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出手段を設け、前記モータ駆動部が前記直流ブラシレスモータを一定の回転数となるように駆動している時に前記電流の変化量に基づいて該インバータ洗濯機で洗濯される洗濯物の絡みを検出し、前記絡みを検出したときは前記絡みを抑える動作を行うことを特徴とするインバータ洗濯機。
2. 外槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体と、前記撹拌体をダイレクトにドライブすることが可能な直流ブラシレスモータと、前記直流ブラシレスモータのロータの回転位置を検知してロータ位置信号を出力するロータ位置検知手段と、前記ロータ位置信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを正転方向と逆転方向に停止期間を挟みながら断続的に繰り返し駆動するモータ駆動部とを備えたインバータ洗濯機において、
   前記モータ駆動部が前記直流ブラシレスモータを一定の回転数となるように駆動している時に前記ロータ位置信号に基づいて前記直流ブラシレスモータの回転数の変動を取り込んで、前記変動が所定の範囲を超えるときには該インバータ洗濯機で洗濯される洗濯物の絡みを抑える動作を行うことを特徴とするインバータ洗濯機。

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