JP2007029326A

JP2007029326A - 洗濯機

Info

Publication number: JP2007029326A
Application number: JP2005215343A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takaso; 高祖　　洋; Toshinari Matsumoto; 俊成松本; Masahito Kyo; 雅人姜
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: JP4682731B2

Abstract

【課題】モータに負荷外乱が加わることにより発生する速度変動起因の振動を低減する。
【解決手段】モータ１２の回転速度を検出あるいは推定する速度検出手段２１と、前記速度検出手段２１が出力する実際の回転速度信号と目標回転速度との速度誤差に応じて制御量を演算して第１の制御信号を出力する制御手段２３と、前記モータ１２に加わる負荷外乱を推定する負荷外乱推定手段２４と、前記負荷外乱推定手段２４が出力する負荷信号と前記制御手段２３が出力する制御信号より負荷外乱を補償するため第２の制御信号を出力する負荷制御手段２５と、前記第２の制御信号を入力信号としてＰＷＭ制御回路とスイッチング素子を有したインバータ回路を介して前記モータ１２に駆動電流を出力する駆動手段２６で、負荷外乱に対する速度変動を低減し、振動、騒音を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、洗い、濯ぎ、脱水および乾燥を行うために、洗濯槽を回転させる回転駆動力を発生させるモータを有する洗濯機に関するものである。

従来、洗濯機におけるモータの速度制御装置としては、洗い、濯ぎ運転や脱水運転を行う場合、ブラシレスＤＣモータを使用し、そのブラシレスＤＣモータをインバータ回路によって駆動し、モータへの印加電圧を増減させることによって、モータのトルクを制御しているものがある。

図１５は、従来の洗濯機の速度制御装置の構成を示すものである。洗濯機の速度制御装置はマイクロコンピュータなどで構成されていて、その機能ブロックは、図１５に示すように、ＰＩ制御部、洗い速度パターン出力部、ＵＶＷ変換部、初期速度パターン出力部、ＰＷＭ駆動部、位置速度検出部などを備えている。

ＰＷＭ駆動部より出力される各相のＰＷＭ信号は、モータを駆動するインバータ回路に出力される。モータにはホールセンサが組み込まれていて、モータの回転速度とロータの位置検出を行っている。ＰＩ制御部は、洗濯機の運転制御部（図示せず）より出力される脱水運転の目標回転速度とモータの検出速度に基いてモータの回転速度をＰＩ制御し、ＰＷＭ信号のデューティ指令と位相指令をＵＶＷ変換部へ出力する。

また、洗い速度パターン出力部は、洗い運転時におけるデューティ指令と位相指令をＵＶＷ変換部へ出力している。ＵＶＷ変換部は、ＰＩ制御部もしくは洗い速度パターン出力部より出力される信号をＵ、Ｖ、Ｗの各相の電圧指令に変換してＰＷＭ駆動部に出力している。初期パターン出力部は、モータを停止状態から起動する場合に通電パターンをＵＶＷ変換部に代わってＰＷＭ駆動部に出力している。

また、洗濯機におけるモータの他の速度制御装置としては、洗い、濯ぎ運転や脱水運転を行う場合、モータのトルク制御を高精度に行うことによって、騒音や振動を抑制するために、モータへの印加電流を増減させることによって、モータのトルクを制御しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

図１６は、第２の従来の洗濯機の速度制御装置の構成を示すものである。洗濯機の速度制御装置はマイクロコンピュータなどで構成されていて、その機能ブロックは、図１６に示すように、速度指令出力部、速度ＰＩ制御部、電流ＰＩ制御部、ｑ軸とｄ軸への指令値をＵＶＷの３相への出力に変換するｄｑ／αβ変換部、αβ／ＵＶＷ変換部、ＰＭＷ駆動部、電流検出のためのＡＤ変換部、αβ／ｄｑ変換部、ＵＶＷ／αβ変換部、回転速度を推定する推定部などを備えている。以下、第２の従来例について説明する。

速度ＰＩ制御部２７は、目標速度指令値と速度推定部６４の出力であるモータ回転推定速度との差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを生成して出力している。ここで、洗いおよび濯ぎ運転におけるｄ軸電流は、ゼロに設定され、脱水時におけるｄ軸電流は、弱め磁界制御を行うために所定の値に設定されている。

αβ／ｄｑ変換部３０より出力される実際のｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流値Ｉｄは、減算器６６、６７で上記ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆ、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの差分量が計算され、電流制御部６９はその差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電圧指令値Ｖｑとｄ軸電圧指令値Ｖｄを生成して、ｄｑ／αβ変換部に出力している。

ｄｑ／αβ変換部は、推定部によって検出されたロータ位相角度が入力され、回転位相角に基づいた電圧指令値Ｖｄ、ＶｑをＶα、Ｖβに座標変換して出力している。電圧指令値Ｖα、Ｖβはαβ／ＵＶＷ変換部に入力され、３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換されて、ＰＷＭ形成部に入力されている。

ＰＷＭ形成部は、３相の電圧指令値に基づいて１６ｋＨｚの搬送波を変調した各相のＰＷＭ信号をインバータ回路に出力して、モータの各相に正弦波状の電流が通電されるように正弦波に基いた電圧振幅に対するパルス幅の信号が出力されている。

また、従来の他のモータのトルク制御装置としては、直流モータにより駆動される回転機械の一種であるロータリ圧縮機をインバータにより駆動する際に、回転加速度手段と検出された回転加速度と回転加速度指令との偏差に基づいた電流指令生成手段を有する制御手段で、ロータリ圧縮機のトルク制御を行っているものがある（例えば、特許文献２参照）。

図１７は、第３の従来のロータリ圧縮機の制御装置の構成を示すものである。ロータリ圧縮機において、モータの電磁トルクに対し、圧縮機の負荷トルクは外乱として作用して、その差分トルクが加振トルクとなり、回転速度は変動する。この回転速度に基くロータの回転角度位置をサンプリングしてパルス信号として測定している。

マイコン３８では、パルス時間間隔をもとめ、差分方式で、検出回転速度２８、検出回転加速度１０１を演算し、出力している。検出回転速度は指令速度と、検出回転加速度は指令加速度と、それぞれ差分値が計算され、速度偏差１０２と加速度偏差１０３が演算される。速度偏差１０２と加速度偏差１０３は、それぞれの偏差量に基づいてＰＩ制御され、それぞれの制御量を加算して電流指令値１０４が計算される。そして、その電流指令値がインバータ回路に入力され、モータが制御駆動されている。
特開２００３−５３０９２号公報特許第２６６９５４０号公報

洗濯機のモータ速度制御系では、洗濯物の量、偏り、洗濯中の洗濯物の振動、洗濯機機構系の振動などによって、モータにかかる負荷トルクが変動する。そのため、前記負荷トルクが外乱となり、回転速度を所定の一定値で制御駆動することができないという課題がある。

さらに、前記第１の従来の構成では、図１５のように電圧指令のみでモータのトルクを制御している。電流はトルクに比例するが、駆動回路には遅れがあり、電圧からトルクまでの伝達関数に遅れが含まれ、そのため制御動作にも遅れが生じ、外乱がない状態でも、正確な速度制御ができない。

それに加え、前記のような負荷外乱が洗濯機の場合には加わることになる。その周波数は、数Ｈｚ〜１ｋＨｚまで、複数の振動である。そのため、外乱による速度変化を検出できても正確な補償ができず、速度変動、ひいては速度変動が起因となる振動、騒音が発生するという課題を有していた。

また、前記第２の従来の構成では、図１６のように電流指令でモータのトルクを制御している。電流はトルクに比例するため、駆動回路に遅れがあっても電流をフィードバック制御しているため、動作の遅れを低減でき、正確な速度制御ができる。

しかしながら、前記のような負荷外乱が洗濯機の場合には加わることになる。その周波数は、数Ｈｚ〜１ｋＨｚまで、複数の振動である。そのため、外乱による速度変化を検出できても、速度フィードバックだけでは制御帯域で決まる補償ゲインでのみ速度変動を低減することが可能となるだけである。ＤＣ的な低域外乱は補償できても、ＡＣ的な外乱（特に、制御帯域以上）に対しては正確な補償ができず、速度変動、ひいては速度変動が起因となる振動、騒音が発生するという課題を有していた。

さらに、前記第３の従来の構成では、図１７のように電流指令でモータのトルクを制御しているとともに、速度フィードバックに加えて加速度フィードバック補償を行っている。電流はトルクに比例するため、駆動回路に遅れがあっても、電流をフィードバック制御しているため、動作の遅れを低減でき、正確な速度制御ができるとともに、加速度外乱を検出して制御を行っているため、検出できる負荷外乱を補償できるため、正確な速度制御が可能となる。

しかしながら、前記のような負荷外乱が洗濯機の場合には加わることになる。その周波数は、数Ｈｚ〜１ｋＨｚまで、複数の振動である。従来例では、回転周期（１次）に同期した角度位置で特定できる負荷外乱が主で、そのため１回転分をメモリに入れ次回転で補償するという方法をとっている。規則性、周期性のある外乱に有効であるが、振動などの力外乱は一定でない。

また、位置信号の２回微分で加速度外乱を計算しているため、ノイズ外乱など高周波外乱を含むことになり、回転数高次成分などのＡＣ外乱を高精度に検出することができないため、正確な補償ができず、速度変動、ひいては速度変動が起因となる振動、騒音が発生するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、速度変動が起因となる振動、騒音を防止できるようにした洗濯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の洗濯機は、洗濯槽を駆動するモータの回転速度を検出あるいは推定する速度検出手段と、前記速度検出手段が出力する実際の回転速度信号と目標回転速度との速度誤差に応じて制御量を演算して第１の制御信号を出力する制御手段と、前記モータに加わる負荷外乱を推定する負荷外乱推定手段と、前記負荷外乱推定手段が出力する負荷信号と制御手段が出力する第１の制御信号より負荷外乱を補償するため第２の制御信号を出力する負荷制御手段と、前記第２の制御信号を入力信号としてＰＷＭ制御回路とスイッチング素子を有したインバータ回路を介して前記モータに駆動電流を出力する駆動手段とを具備ものである。

これにより、モータの速度信号から負荷外乱を推定検出し、洗濯物の量、偏り、洗濯中の洗濯物の振動、洗濯機機構系の振動などによって、数Ｈｚ〜１ｋＨｚまで複数の負荷外乱があっても、電流フィードバック制御とともに、モータ回転速度から負荷外乱を推定し、フィードフォワード補償することによって、前記ＡＣ的負荷外乱に対する回転速度変動を防止することができ、速度変動が起因となる振動、騒音を防止することができる。

本発明の洗濯機は、制御信号と、検出した速度信号で負荷外乱を高速高精度に推定して補償することが可能となり、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第１の発明は、洗濯物を収容する洗濯槽と、前記洗濯槽を駆動するモータと、前記モータの回転速度を検出あるいは推定する速度検出手段と、前記速度検出手段が出力する実際の回転速度信号と目標回転速度との速度誤差に応じて制御量を演算して第１の制御信号を出力する制御手段と、前記モータに加わる負荷外乱を推定する負荷外乱推定手段と、前記負荷外乱推定手段が出力する負荷信号と制御手段が出力する第１の制御信号より負荷外乱を補償するため第２の制御信号を出力する負荷制御手段と、前記第２の制御信号を入力信号としてＰＷＭ制御回路とスイッチング素子を有したインバータ回路を介して前記モータに駆動電流を出力する駆動手段とを具備したことにより、モータの速度信号から負荷外乱を推定検出し、洗濯物の量、偏り、洗濯中の洗濯物の振動、洗濯機機構系の振動などによって、数Ｈｚ〜１ｋＨｚまで複数の負荷外乱があっても、電流フィードバック制御とともに、モータ回転速度から負荷外乱を推定し、フィードフォワード補償することによって、前記ＡＣ的負荷外乱に対する回転速度変動を防止することができ、速度変動が起因となる振動、騒音を防止することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の負荷外乱推定手段は、モータの回転速度信号と第１の制御信号よりモータに加わる負荷外乱を推定することにより、第１の制御信号と、検出した速度信号の代数式で負荷外乱を高速高精度に推定することが可能となる。

第３の発明は、特に、第１の発明の負荷外乱推定手段は、速度検出手段が出力する速度信号の変化分より負荷外乱を推定することにより、第１の制御信号と、検出した速度信号の差分式で負荷外乱を高速高精度に推定することが可能となる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の負荷制御手段は、負荷外乱推定手段が出力する負荷信号と制御手段が出力する第１の制御信号を加算して、負荷外乱を補償するための第２の制御信号を生成することにより、負荷外乱を高速高精度に推定して補償することが可能となり、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明の負荷外乱推定手段は、回転ドラムの１回転の角度を複数に分割して、この分割された角度ごとの負荷外乱を推定して出力することにより、洗濯槽の回転位置に依存する負荷外乱を高速高精度に推定して補償することが可能となり、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第６の発明は、特に、第５の発明の負荷制御手段は、分割された角度ごとに負荷外乱を補償するための第２の制御信号を出力することにより、洗濯槽の回転位置に依存する負荷外乱を高速高精度に推定して補償することが可能となり、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第７の発明は、特に、第５の発明の負荷外乱推定手段は、１回転分の推定した負荷外乱を記憶する推定記憶手段を有することにより、洗濯槽の回転位置に依存する負荷外乱を高速高精度に推定して保存することが可能となり、この記憶された推定値によって回転位置に依存する負荷外乱を補償することが可能となるため、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第８の発明は、特に、第６の発明の負荷制御手段は、回転ドラムの１回転前の該当する角度における負荷信号を使用して、第２の制御信号を出力することにより、洗濯槽の回転位置に依存する負荷外乱を直接補償することが可能となり、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第９の発明は、特に、第１〜第５の発明の負荷外乱推定手段は、ドラム回転周波数の５０次までの外乱を推定する安定化ローパスフィルタを有することにより、速度検出、負荷外乱推定時のノイズなど高周波成分を除去して負荷外乱を高精度に推定することができ、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第１０の発明は、特に、第１〜第５の発明の負荷外乱推定手段は、洗い、濯ぎ、脱水および乾燥の各動作開始時に推定値を初期化することにより、洗濯の各モードで異なる負荷外乱を高速かつ高精度に推定することでき、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第１１の発明は、特に、第１〜第５の発明の負荷外乱推定手段は、洗濯物の量に応じて加える水と前記洗濯物の質量より、洗濯、脱水、乾燥の動作モードごとに内部モデルのパラメータを決定する推定パラメータ演算手段とを有することにより、洗濯の各モードで異なる負荷外乱を高速かつ高精度に推定することでき、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第１２の発明は、特に、第１〜第５の発明の負荷制御手段は、洗い、濯ぎ、脱水および乾燥の動作モードごとに、第１の制御信号と第２の制御信号を切り換えて出力することにより、洗濯の各モードで異なる負荷外乱に対して、高精度かつ不要な動作無しに、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第１３の発明は、特に、第１２の発明の負荷制御手段は、負荷外乱推定手段の負荷推定値の大きさに応じて第１の制御信号と第２の制御信号を切り換えて出力することにより、洗濯の各モードで異なる負荷外乱に対して、高精度かつ不要な動作無しに、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第１４の発明は、特に、第１２の発明の負荷制御手段は、回転ドラムの振動を測定する振動センサを有し、前記振動センサの出力値の大きさに応じて第１の制御信号と第２の制御信号を切り換えて出力することにより、洗濯時の速度変動起因の振動外乱の高速に検出でき、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第１５の発明は、特に、第１２の発明の負荷制御手段は、脱水時に第２の制御信号を出力することにより、脱水時の洗濯物の偏りが原因となる速度変動起因の振動外乱に対して補償が可能で、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第１６の発明は、特に、第１２の発明の負荷制御手段は、モータの回転速度が目標速度の１０パーセント以内に入った場合に、第２の制御信号を出力することにより、脱水時の洗濯物の偏りが原因となる速度変動を検出して、すぐに速度変動起因の振動外乱に対して補償が可能で、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

第１７の発明は、特に、制御手段は、モータの回転速度誤差と前記回転誤差の積分値をフィードバックするＰＩ制御の速度制御手段を有するとともに、洗濯物の質量を計測する質量検出手段と、洗濯物の量に応じて加える水と前記洗濯物の質量より、洗濯、脱水、乾燥の動作モードごとの制御パラメータを決定する制御パラメータ演算手段とを有することにより、洗濯物の量や偏りが異なる場合も安定な制御系を構成することができ、振動外乱に対する補償が可能となるために、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における洗濯機の速度制御装置のブロック構成図である。図１において、１０は洗濯機機構部で、１１は洗濯物を収容し回転させる洗濯槽としての回転ドラム、１２は回転ドラムを速度制御しながら回転させるモータでブラシレスモータにより構成している。１３は洗濯物と水が入る水受筒、１８は洗濯物投入口を有するカバー、１４は水受筒と洗濯物投入口のあるカバー１８との隙間をなくして接続するためのシールパッキン、１５は洗濯槽の姿勢を支持するための支持ばね、１６は洗濯時（モータ回転時）に発生する振動を低減してカバー１８や床への振動伝達を小さくするためのダンパ、１７は洗濯物投入口の蓋、１９は洗濯機を床に設置する防振ゴムである。

２０は洗濯機電気部で、２１はモータ１２の回転速度Ｖｍを検出する速度検出手段、３０は洗濯モードに応じてモータ１２の目標回転速度を速度制御装置に指令する洗濯機コントローラで、洗濯動作モードに応じてモータ１２の目標回転速度を決定して、速度制御系に回転速度指令値Ｖｒｅｆを出力する速度指令出力手段を有している。

２２は回転速度指令値Ｖｒｅｆと検出した実際の回転速度Ｖｍとの差分をとり、速度偏差ＶＥを出力する減算器、２３は速度偏差ＶＥに基づいて制御量Ｕを演算して出力する制御手段、２４は制御量Ｕ’とモータの回転速度Ｖｍよりモータ１２への負荷外乱を推定する負荷外乱推定手段、２５は推定負荷Ｆｅｓｔを制御量Ｕにフィードフォワード制御として加算して制御量Ｕ’を出力する負荷制御手段、２６は制御量Ｕ’に基いて３相のＰＷＭ駆動電流を出力する駆動手段、２７は駆動電流を検出して電流をフィードバック制御する電流制御手段である。

図２は、本発明の第１の実施の形態における洗濯機の速度制御装置の詳細ブロック構成図である。以下、速度制御方法について説明する。洗濯機コントローラ３０より、モータ１２の目標回転速度が指令される。また、ここで使用するモータとしてはブラシレスＤＣモータで、その中でもリラクタンストルクを使用して回転させるリラクタンスモータである。１２はブラシレスモータで、１２−１はマグネットとコイルで構成されるモータ部、１２−２はロータ位相を検出できるホール素子である。

速度検出手段２１は、ここではタコジェネレータを使用する。ブラシレスタコジェネレータは、モータ中に組み込まれたホール素子とコンパレータ、アナログスイッチで構成される。この速度検出手段２１よりモータ１２の回転速度Ｖｍを検出する。減算器２２は目標回転速度Ｖｒｅｆと検出したモータ回転速度Ｖｍの速度偏差ＶＥを出力し、速度制御手段２３では、速度偏差ＶＥに基いて制御量Ｕを演算する。

図３に制御手段２３のブロック図を示す。速度偏差ＶＥは速度フィードバックゲインＫｖを乗じて速度フィードバック制御量Ｕｖを演算するとともに、速度偏差ＶＥの積分値に積分フィードバックゲインを乗じて積分フィードバック制御量Ｕｉを演算し、これら２つの制御量を加算器２３−４で加算し、制御量Ｕを出力している。次に、負荷制御手段２５は、制御量Ｕと、負荷推定手段２４の出力である推定負荷Ｆｅｓｔの値に基づいて制御量Ｕ’を出力している。

図４に負荷制御手段２５のブロック図を示す。推定負荷Ｆｅｓｔに外乱フィードフォワードゲインｋｄを乗じてフィードフォワード制御量Ｕｆを演算し、加算器２５−２で制御量Ｕと加算して制御量Ｕ’を出力している。この制御量Ｕ’は、ブラシレスモータのベクトル制御におけるｑ軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）電流指令Ｉｑａとなる。また、図２においてリラクタンストルクに相当するｄ（ｄｉｒｅｃｔ）軸電流指令Ｉｄａは、洗濯機コントローラより目標回転速度に応じて出力される。

次に、電流制御手段２７について説明する。図２における３相ＵＶＷ／ｄｑ変換器２７−８において、Ｕ相電流とＶ相電流よりｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄを検出している。これらを減算器２７−１と２７−２でｑ軸指令電流との偏差とｄ軸指令電流との偏差を演算している。そして、それぞれの偏差に速度制御器と同様にＰＩ制御を行って指令電圧ＶｑａとＶｄａを出力している。ここで図５に３相ＵＶＷ／ｄｑ変換器のブロック図、図６に非干渉制御器のブロック図を示す。

演算された指令電圧ＶｑａとＶｄａは、次に非干渉制御器２７−７の出力を加算器２７−５、２７−６で加算して相互独立な指令電圧Ｖｑａ‘とＶｄａ’となる。ブラシレスモータにはｄ、ｑ軸間で干渉しあう速度起電力がある。それらはｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電流Ｉｄに影響するが直接制御することはできない。そこで、その速度起電力を求めておいてそれらを打ち消す制御がここでの非干渉制御器２７−７である。非線形制御器では、電機子巻線自己インダクタンスＬａと巻線鎖交磁束数Φより非線形制御量を演算している。なお、通常トルク定数ｋｔは極数ｐとΦによって決定される。そして、相互独立な指令電圧Ｖｑａ‘とＶｄａ’は、駆動手段２６のｄｑ／３相ＵＶＷ変換器２６−１へ出力される。

図７にｄｑ／３相変換器２６−１とロータ位相角演算器２６−４の関係を示すブック図を示す。ｄｑ／３相変換器２６−１では、指令電圧Ｖｑａ‘とＶｄａ’に対してロータ位相角のサイン値、コサイン値を乗じて、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）への指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗをＰＷＭインバータ回路２６−２に出力する。ＰＷＭインバータ回路２６−２は、３相の正弦波指令電圧に対して、キャリア周波数１５．６ｋＨＺ、印加電圧１００Ｖのパルス波信号をブラシレスモータ１２に出力している。２６−３は抵抗による電流検出器で、検出されたＵ相とＶ相の電流値は３相ＵＶＷ／ｄｑ変換器２７−８へ出力されている。

そして、最後に負荷推定手段２４について説明する。入力は制御量に相当する指令電圧Ｖｑａ‘とＶｄａ’と、モータの回転速度Ｖｍである。指令電圧は定数２４−１が乗ぜられ、指令に対する加速度Ａｃｃ１を演算している。ここで、Ｋｔは入力電流に対する出力トルクの比（トルク定数）で、ｋ＿ｄａは指令電圧から印加電流までの変換定数である。また、回転速度についても加わった加速度Ａｃｃ２を演算している。Ｊはモータと洗濯槽全体の慣性モーメント、ｋ＿ａｄは回転速度からディジタル値として検出するまでの変換定数である。

そして加えた加速度Ａｃｃ１と加わった加速度Ａｃｃ２との差を求め、その差を負荷外乱としている。実際には、７２０Ｈｚ近傍の振動による騒音を低減したいため、回転数の５０次までの外乱の検出と補償が目的であり、ノイズなど高周波成分を除去するためローパスフィルタ２４−４を追加し、その出力を推定負荷Ｆｅｓｔとしている。

以上が、ブラシレスモータ速度制御系の信号の流れ、および制御アルゴリズムである。実際に以下の仕様で駆動電流と回転速度をシミュレーションした結果を図９に示す。（ａ）がモータの回転速度、（ｂ）が駆動トルクで、それぞれ（１）が負荷制御なし、（２）が負荷制御ありの場合である。すなわち、（ａ−１）が負荷制御なしのモータの回転速度、（ｂ−２）が負荷制御ありの駆動トルクである。結果より、負荷外乱に対して負荷推定と負荷制御を付加することにより、回転速度変動を小さくすることができている。
シミュレーション仕様
モータトルク定数：０．８３Ｎｍ／Ａ
慣性：２．２５×１０＾４ｋｇｍ＾２
目標回転速度：９００ｒ／ｍｉｎ
サンプリング周波数：３ｋＨｚ
制御帯域：１５０Ｈｚ
インバータキャリア周波数：１５．６ｋＨｚ
以上より、負荷外乱を高速高精度に推定して補償することが可能となり、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

なお、本実施の形態において、モータのトルク定数、洗濯槽とモータの慣性、目標速度、サンプリング周波数、キャリア周波数、制御帯域を上記仕様としたが、他の仕様であっても同様の効果が可能である。

（実施の形態２）
図１０は本発明の第２の実施の形態である洗濯機の速度制御装置のブロック構成図である。速度制御装置の基本的な構成については、第１の実施の形態と同様のため、ここでは、基本的な説明は省略する。また、第１の実施の形態と同一の構成要素については、図１と同一の符号を付している。

図１と異なるところは、サンプリング時間を回転角が４ｄｅｇごとに、１回転あたり９０分割するように決定しているところと、サンプリングごと１回転分の負荷推定値を推定記憶手段２８にメモリしているところと、１回転前に推定した推定負荷を使用して負荷制御手段は制御量を演算しているところと、洗濯機コントローラが洗濯モードごとに負荷推定手段の内部パラメータと制御手段の制御パラメータを決定するパラメータ演算手段２９を配置していて、洗濯機コントローラ３０から洗濯モードごとにパラメータ演算手段へ指令が出力されているところである。

すなわち、回転速度が９００ｒ／ｍｉｎの場合、回転が１５Ｈｚで１回転あたり９０のサンプリングであるため、サンプリング周波数は１３５０Ｈｚとしている。また、速度検出手段は、エンコーダ信号のパルス信号より差分で速度を求めている。回転角の分割はこのエンコーダを用いて行っている。その分解能は１４４０ｐ／ｒｅｖとした。ここで、制御量は、式（１）のように制御量Ｕ’を演算している。

Ｕ（ｎ）＋Ｕｆ（ｎ−９０）＝Ｕ’ （１）
また、内部パラメータ調整は、低速回転として、粘性の影響を小さくして行う。

Ｊα ＝ τ （２）
式（２）の関係よりトルクを与えながら、角加速度を検出して、慣性モーメントＪを同定する。

以上より、負荷外乱を高速高精度に推定して補償することが可能となり、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができる。

（実施の形態３）
図１１は本発明の第３の実施の形態である洗濯機の速度制御装置のブロック構成図である。速度制御装置の基本的な構成については、第１の実施の形態と同様のため、ここでは、基本的な説明は省略する。また、第１の実施の形態と同一の構成要素については、図１と同一の符号を付している。

図１と異なるところは、洗濯機コントローラが洗濯モードごとに推定値を初期化（クリア）するため、洗濯機コントローラ３０より推定記憶手段２８に初期化指令が出力されているところと、洗濯機の動作モードごとに第１の制御信号と第２の制御信号を切り換えるため、洗濯機コントローラ３０から切り換え指令が負荷制御手段２４に入力され、切り換えスイッチ２４−２によって負荷制御信号の付加を切り換えているところと、洗濯槽に取り付けられた振動センサ４０の値に応じて切り換えスイッチ２−２へ指令が送られ、負荷制御信号の付加を切り換えているところと、モータの回転速度変動が１０％を超えた場合に、切り換えスイッチ２４−２によって負荷制御信号の付加を切り換えているところである。

図１３にフローチャートを示す。１で洗濯モードを判別し、その後脱水モードの場合は、負荷制御をＯＮにしている。また、その他のモードの場合、振動センサ値、負荷推定値、速度変動値のいずれかがしきい値を超えた場合、負荷制御をＯＮにしている。

また、これまで、負荷推定を図８のように行ってきたが、図１４のように速度の差分を行い、加速度を計算した場合でも同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態では、回転振動の５０次までの補償としたが、他の次数でもよい。また、本実施の形態では、センサはタコジェネレータとエンコーダを使用しているが、他のセンサやオブザーバによる速度推定値を使用しても同様の効果が得られる。さらに、本実施の形態では、速度制御手段を速度フィードバック制御と積分制御としたが、速度フィードバックだけでもよい。

また、本実施の形態では、電流フィードバック制御を速度制御とＰＷＭ駆動の間に行っているが、電圧制御であってもよい。また、本実施の形態では、速度制御であったが、位置決め制御であっても同様の効果が得られる。また、本実施の形態では、モータに加わる負荷外乱を推定したが、トルクセンサなどで検出してもよい。

さらに、本実施の形態では、振動や速度変動、推定負荷などをトリガにして、外乱推定補償の有無を切り換えるようにしたが、駆動電流や音などをトリガにしても同様の効果が得られる。また、本実施の形態では、１回転を９０分割して角度ごとの外乱を推定して記憶したが、他の分割数であってもよい。

以上のように、本発明にかかる洗濯機は、制御信号と、検出した速度信号で負荷外乱を高速高精度に推定して補償することが可能となり、回転速度変動とそれに伴う振動、騒音を防止することができるので、洗濯機におけるモータの速度変動起因の振動低減のために有用である。

本発明の実施の形態１における洗濯機の速度制御装置のブロック構成図同洗濯機の速度制御装置の詳細ブロック図同洗濯機の速度制御装置の制御手段のブロック図同洗濯機の速度制御装置の負荷制御手段のブロック図同洗濯機の速度制御装置の電流制御手段の部分ブロック図同洗濯機の速度制御装置の電流制御手段の部分ブロック図同洗濯機の速度制御装置の駆動手段のブロック図同洗濯機の速度制御装置の負荷外乱推定手段のブロック図同洗濯機の駆動電流と回転速度のシミュレーション結果を示すグラフ本発明の実施の形態２における洗濯機の速度制御装置のブロック構成図本発明の実施の形態３における洗濯機の速度制御装置のブロック構成図同洗濯機の速度制御装置の負荷制御手段のブロック図同洗濯機の負荷外乱推定手段のブロック図同洗濯機の速度制御装置の他の負荷外乱推定手段のブロック図従来の洗濯機の速度制御装置のブロック図同洗濯機の他の例の速度制御装置のブロック図同洗濯機の他の例のトルク制御装置のブロック図

符号の説明

１１回転ドラム（洗濯槽）
１２モータ
１３水受筒
１５支持ばね
１６ダンパ
１８カバー
２１速度検出手段
２２減算器
２３制御手段
２４負荷外乱推定手段
２５負荷制御手段
２６駆動手段
２７電流制御手段
３０洗濯機コントローラ

Claims

洗濯物を収容する洗濯槽と、前記洗濯槽を駆動するモータと、前記モータの回転速度を検出あるいは推定する速度検出手段と、前記速度検出手段が出力する実際の回転速度信号と目標回転速度との速度誤差に応じて制御量を演算して第１の制御信号を出力する制御手段と、前記モータに加わる負荷外乱を推定する負荷外乱推定手段と、前記負荷外乱推定手段が出力する負荷信号と制御手段が出力する第１の制御信号より負荷外乱を補償するため第２の制御信号を出力する負荷制御手段と、前記第２の制御信号を入力信号としてＰＷＭ制御回路とスイッチング素子を有したインバータ回路を介して前記モータに駆動電流を出力する駆動手段とを具備したことを特徴とする洗濯機。
負荷外乱推定手段は、モータの回転速度信号と第１の制御信号よりモータに加わる負荷外乱を推定することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
負荷外乱推定手段は、速度検出手段が出力する速度信号の変化分より負荷外乱を推定することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
負荷制御手段は、負荷外乱推定手段が出力する負荷信号と制御手段が出力する第１の制御信号を加算して、負荷外乱を補償するための第２の制御信号を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯機。
負荷外乱推定手段は、回転ドラムの１回転の角度を複数に分割して、この分割された角度ごとの負荷外乱を推定して出力することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗濯機。
負荷制御手段は、分割された角度ごとに負荷外乱を補償するための第２の制御信号を出力することを特徴とする請求項５記載の洗濯機。
負荷外乱推定手段は、１回転分の推定した負荷外乱を記憶する推定記憶手段を有することを特徴とする請求項５記載の洗濯機。
負荷制御手段は、回転ドラムの１回転前の該当する角度における負荷信号を使用して、第２の制御信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の洗濯機。
負荷外乱推定手段は、ドラム回転周波数の５０次までの外乱を推定する安定化ローパスフィルタを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。
負荷外乱推定手段は、洗い、濯ぎ、脱水および乾燥の各動作開始時に推定値を初期化することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。
負荷外乱推定手段は、洗濯物の量に応じて加える水と前記洗濯物の質量より、洗濯、脱水、乾燥の動作モードごとに内部モデルのパラメータを決定する推定パラメータ演算手段とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。
負荷制御手段は、洗い、濯ぎ、脱水および乾燥の動作モードごとに、第１の制御信号と第２の制御信号を切り換えて出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の洗濯機。
負荷制御手段は、負荷外乱推定手段の負荷推定値の大きさに応じて第１の制御信号と第２の制御信号を切り換えて出力することを特徴とする請求項１２記載の洗濯機。
負荷制御手段は、回転ドラムの振動を測定する振動センサを有し、前記振動センサの出力値の大きさに応じて第１の制御信号と第２の制御信号を切り換えて出力することを特徴とする請求項１２記載の洗濯機。
負荷制御手段は、脱水時に第２の制御信号を出力することを特徴とする請求項１２記載の洗濯機。
負荷制御手段は、モータの回転速度が目標速度の１０パーセント以内に入った場合に、第２の制御信号を出力することを特徴とする請求項１２記載の洗濯機。
制御手段は、モータの回転速度誤差と前記回転誤差の積分値をフィードバックするＰＩ制御の速度制御手段を有するとともに、洗濯物の質量を計測する質量検出手段と、洗濯物の量に応じて加える水と前記洗濯物の質量より、洗濯、脱水、乾燥の動作モードごとの制御パラメータを決定する制御パラメータ演算手段とを有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の洗濯機。