JP2007029327A - 洗濯乾燥機のモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のモータを同時に駆動し、一方のモータ回転速度を一定に制御する。
【解決手段】交流電源１の交流電力を整流回路２により直流電力に変換し、直流電力を第１のインバータ回路３Ａおよび第２のインバータ回路３Ｂにより交流電力に変換し、回転ドラム５を駆動する回転ドラム駆動モータ（第１のモータ）４Ａと回転ドラム５内に送風する送風ファン６を駆動する送風ファンモータ（第２のモータ）４Ｂを、第１のインバータ回路３Ａと第２のインバータ回路３Ｂを介して、制御手段７により制御し、制御手段７は、送風ファンモータ４Ｂを周波数一定駆動して、回転ドラム駆動モータ４Ａの回転変動による送風ファンモータ４Ｂの回転速度変動を無くすことができるので、これに起因する騒音変動を無くすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のインバータ回路により複数のモータを同時に駆動する洗濯乾燥機のモータ駆動装置に関するものである。

従来、この種の洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータ回路を備え、回転ドラムと送風ファンをそれぞれインバータ回路とモータにより回転駆動していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６６０９０号公報

しかし、このような従来の洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、回転ドラムを回転駆動する第１のモータを駆動するインバータ回路と、送風ファンを回転駆動する第２のモータを駆動するインバータ回路の交流電源あるいは直流電源を共用しているため、回転ドラムを正反転起動停止するとその第１のモータの電流変動が大きいので、直流電源の電圧の変動が大きくなり、それによって第２のモータの回転速度が変動し、第２のモータの回転騒音が耳障りとなるといった課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、第２のモータをロータ位置を検出しないオープンループ回転速度制御することにより、モータ駆動周波数を一定にして第２のモータを駆動することで、電源電圧変動、あるいは負荷変動による回転速度変動を無くすことができるので、耳障りな回転騒音がほとんど無い洗濯乾燥機のモータ駆動装置を提供することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明の洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、交流電源の交流電力を整流回路により直流電力に変換し、直流電力を第１および第２のインバータ回路により交流電力に変換し、回転ドラムを駆動する第１のモータと、回転ドラム内に送風する送風ファンあるいは熱交換器用圧縮機を駆動する第２のモータを制御手段により制御し、第２のモータが周波数一定駆動されるようにしたものである。

これによって、送風ファンモータや圧縮機モータの電源電圧変動、あるいは負荷変動による回転速度変動を無くすことができるので、回転ドラムの起動停止による電源電圧変動や回転ドラム内の衣類の回転変動に起因するファンモータ回転速度変動、あるいはヒートポンプ圧縮機駆動モータ回転速度変動を無くすことができる。

本発明の洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、送風ファンモータやヒートポンプの圧縮機駆動モータの回転速度変動を無くすことができるので、これに起因する騒音変動を無くすことができ、低騒音の洗濯乾燥機を実現することができる。

第１の発明は、交流電源と、前記交流電源の交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換する第１および第２のインバータ回路と、前記第１および第２の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、前記第１のインバータ回路により洗濯乾燥機の回転ドラムを駆動する第１のモータを駆動し、前記第２のインバータ回路により前記回転ドラム内に送風する送風ファンあるいは熱交換器用圧縮機を駆動する第２のモータを駆動するものであって、前記第２のモータが周波数一定駆動されるようにした洗濯乾燥機のモータ駆動装置としたものであり、電源電圧変動あるいは負荷変動に関わらず、第２のモータの回転速度を一定とすることができ、回転ドラムを駆動する第１のモータの起動停止による電源電圧変動や回転ドラム内の衣類のアンバランスによる第１のモータの回転むらによって発生する第２のモータの回転速度変動を無くすことができるので、これに起因する騒音変動を無くすことができ、低騒音の洗濯乾燥機を実現することができる。

第２の発明は、第１の発明における洗濯乾燥機のモータ駆動装置の第２のモータは、永久磁石同期モータより構成され、制御手段は、前記第２のモータの駆動周波数に対する印加電圧の比を制御するようにしたものであり、駆動周波数に応じて印加電圧を制御することにより、ロータの位置を検出したり、あるいは位置を推定したりせずに回転駆動することができるので、周波数一定駆動による回転速度一定制御が可能となり、電源電圧変動あるいは負荷変動に関わらず第２のモータの回転速度を一定制御することができる。

第３の発明は、第１の発明における洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、整流回路の直流電圧を検出する直流電圧検知手段を備え、制御手段は、前記直流電圧検知手段の電圧信号に応じて第２のインバータ回路の出力電圧を制御するようにしたものであり、直流電源電圧に応じてＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ（以下、ＰＷＭと略す）変調度を制御することにより、第２のモータ駆動周波数に対するモータ印加電圧の比をほぼ一定に制御することができ、ロータ位置検出、あるいは位置推定せずに周波数一定駆動による回転速度一定制御が可能となり、電源電圧変動あるいは負荷変動に関わらず第２のモータを安定制御することができる。

第４の発明は、第１の発明における洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、第２のインバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段を備え、制御手段は、前記電流検出手段が検出した出力電流に応じて前記第２のインバータ回路の出力電圧を制御するようにしたものであり、第２のインバータ回路出力電流、すなわち第２のモータ電流に応じてモータ印加電圧を制御することで、負荷変動や電源電圧変動による電流変動を検知して第２のモータを制御できるので、第２のモータの安定な回転制御が可能となる。

第５の発明は、第１の発明における洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、第２のインバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段を備え、制御手段は、前記電流検出手段が検出した出力電流から、前記第２のインバータ回路の出力電圧に対する無効電流成分を演算し、前記無効電流成分に応じて前記第２のインバータ回路の出力電圧を制御するようにしたものであり、無効電流成分を所定値に制御することにより、定格負荷から無負荷までにおいて周波数一定駆動可能となり、電源電圧変動や負荷変動に関わらず第２のモータ回転速度を一定に安定制御できるので、第２のモータ回転速度変動によるファン騒音やコンプレッサ騒音変動のない低騒音の洗濯乾燥機を実現できる。

第６の発明は、第１の発明における洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、第２のインバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段を備え、制御手段は、前記電流検出手段が検出した出力電流から、前記第２のインバータ回路の出力電圧に対する無効電流成分を演算し、前記有効電流成分に応じて前記第２のインバータ回路の出力電圧を制御するようにしたものであり、有効電流成分を所定値に制御することにより、トルクに対応した制御が可能となり、第２のモータを一定回転速度に制御することができるので、ファンやコンプレッサ騒音変動のない低騒音の洗濯乾燥機を実現できる。

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、この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乾燥機のモータ駆動装置のブロック図を示すものである。

図１において、交流電源１より全波整流回路２０と電解コンデンサ２１より構成される整流回路２に交流電力を加えて直流電力に変換し、第１のインバータ回路３Ａおよび第２のインバータ回路３Ｂにより、直流電力を３相交流電力に変換して、回転ドラム駆動モータ（第１のモータ）４Ａおよび送風ファンモータ（第２のモータ）４Ｂを駆動する。第１のインバータ回路３Ａは、回転ドラム駆動モータ４Ａを駆動して回転ドラム５を回転駆動し、第２のインバータ回路３Ｂは、送風ファンモータ４Ｂを駆動して送風ファン６を回転駆動し、回転ドラム５内に温風、あるいは冷風を送風し回転ドラム５内の衣類を乾燥させる。

回転ドラム駆動モータ４Ａおよび送風ファンモータ４Ｂは、それぞれ永久磁石同期モータより構成されている。回転ドラム駆動モータ４Ａのロータ位置を検出するロータ位置センサ４０ａは、ロータ磁極位置に対応して電気角６０度毎のロータ位置信号を出力し、回転ドラム駆動モータ４Ａは、ロータ位置信号に同期して正弦波駆動される。一方、送風ファンモータ４Ｂにはロータ位置検出手段はなく、送風ファンモータ４Ｂは、位置センサレス正弦波駆動により回転制御される。

制御手段７は、インバータ回路３Ａ、３Ｂを制御するもので、第１のインバータ回路３Ａの下アームスイッチングトランジスタ（図示せず）のエミッタ端子にそれぞれ接続された３シャント式の第１の電流検出手段７０Ａと、第２のインバータ回路３Ｂの下アームスイッチングトランジスタ（図示せず）のエミッタ端子にそれぞれ接続された３シャント式の第２の電流検出手段７０Ｂと、整流回路２の直流電圧を検知する直流電圧検知手段７１と、ロータ位置センサ４０ａのロータ位置信号、電流検出手段７０Ａ、７０Ｂの出力信号と直流電圧検知手段７１の出力信号によりインバータ回路３Ａ、３Ｂをそれぞれ制御するインバータ制御手段７２とにより構成されている。

インバータ制御手段７２は、インバータ回路３Ａ、３ＢをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段および高速Ａ／Ｄ変換手段を複数個内蔵するマイクロコンピュータ、あるいは、ディジタルシグナルプロセッサ（略してＤＳＰと称す）等の高速プロセッサにより構成され、第１のインバータ回路３Ａと第２のインバータ回路３Ｂとを同時に制御するもので、回転ドラム駆動モータ４Ａと送風ファンモータ４Ｂとをそれぞれ異なる回転速度で制御する。

第１のインバータ回路３Ａは、回転ドラム駆動モータ４Ａをベクトル制御するものであり、回転ドラム駆動モータ４Ａの位置センサ４０ａによりロータ永久磁石の位置を検出し、第１の電流検出手段７０Ａにより回転ドラム駆動モータ４Ａの相電流を検出して、ロータ永久磁石のｄ軸方向と直角のｑ軸方向のベクトルに座標変換（ｄ−ｑ変換）して、回転ドラム駆動モータ４Ａをベクトル制御する。また、回転ドラム駆動モータ４Ａが表面磁石モータの場合、電流検知しないオープンループベクトル制御により電流値を演算により求めて制御することも可能である。

第２のインバータ回路３Ｂは、送風ファンモータ４Ｂをオープンループ回転速度制御により位置センサレス正弦波駆動するものであり、送風ファンモータ４Ｂに正弦波電流を流して電流制御するもので、モータ誘起電圧と印加電圧の比率、すなわち、誘起電圧はモータ回転速度に比例するので、印加電圧と駆動周波数の比率をモータ電流により制御することにより安定化制御する。特に、永久磁石同期モータの回転速度はロータ磁極対数ｎｐと駆動周波数ｆの積となるので、駆動周波数ｆを一定にすると、電源電圧変動や負荷変動とは無関係に送風ファンモータ４Ｂの回転速度は一定となる。

第１のインバータ回路３Ａと第２のインバータ回路３Ｂは、交流電源１と整流回路２を共用しているので、洗濯物が収容された回転ドラム５を回転起動および回転停止させるため、回転ドラム駆動モータ４Ａを回転駆動した場合、洗濯物の負荷抵抗等により、直流電源電圧変動は非常に大きくなるが、送風ファンモータ４Ｂをオープンループ駆動周波数一定制御した場合、直流電源電圧変動に関わらず送風ファン６を駆動する送風ファンモータ４Ｂの回転速度を一定とすることができるので、送風ファン６のファン騒音は変化せず、回転速度変動による耳障りなファン騒音変動を無くすことができる。

図２は、本発明の第１の実施の形態における第２のインバータ回路３Ｂを制御するインバータ回路制御手段７２のブロック図であり、図３は、その制御ベクトル図を示す。３シャント式電流検出手段７０ＢのＵＶＷ各相に対応した出力信号ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗが高速Ａ／Ｄ変換手段７００に入力され、高速Ａ／Ｄ変換手段７００は各相電流に対応した電流信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを３相／２相・母線軸変換手段７０１に加える。３相／２相・母線軸変換手段７０１は、３相電流を２相電流に変換した後、インバータ出力電圧軸に座標変換するもので、数式１に従い演算し有効電流成分Ｉａと無効電流成分Ｉｒを求める。

図３の制御ベクトル図は、表面磁石モータにおけるロータ回転軸（ｄ−ｑ軸）とインバータ出力電圧軸（ａ−ｒ軸）の関係を示し、モータ電流Ｉをインバータ出力電圧Ｖａと同方向軸（ａ軸）の成分Ｉａとインバータ出力電圧軸（ａ軸）と直角のｒ軸成分Ｉｒに分解し、電流Ｉと電圧Ｖａの位相をφ、電流Ｉと誘起電圧Ｅｍの位相をγ、電圧Ｖａと誘起電圧Ｅｍの位相（内部相差角）をδとしている。表面磁石モータにおいては、電流位相をｑ軸からわずかに遅れるように、無効電流Ｉｒあるいは有効電流Ｉａを制御すると安定な回転制御が可能となる。負荷変動が少ない場合には、無効電流Ｉｒと有効電流Ｉｒの比（力率）、あるいは、力率角φを制御してもよい。

３相／２相・母線軸変換手段７０１の無効電流成分出力信号Ｉｒと、駆動条件設定手段７０２より無効電流設定手段７０３を介して出力される無効電流設定信号Ｉｒｓとを電流比較手段７０４に加え、電流比較手段７０４はＩｒｓとＩｒの誤差信号ΔＩｒを出力し、誤差信号演算手段７０５に加える。誤差信号演算手段７０５は、誤差信号ΔＩｒを比例積分演算して電圧補正信号ΔＶａを出力する。駆動条件設定手段７０２は、前述したように回転速度と負荷トルクに対応したモータ駆動条件を出力するもので、オープンループによる回転速度設定手段７０６を介して駆動周波数ｆを設定し、Ｖ／ｆ設定手段７０７は、駆動周波数ｆに対応した印加電圧を設定することにより、モータ印加電圧と駆動周波数の比、いわゆるＶ／ｆ値を設定し、出力電圧補正手段７０８に出力する。

出力電圧補正手段７０８は、回転速度Ｎと誘起電圧定数Ｋｅより求めた誘起電圧に所定の係数（印加電圧定数ｋｒ）を掛け、電圧補正信号ΔＶａを加えてインバータ出力電圧Ｖａを数式２より求め、２相／３相・母線軸逆変換手段７０９によりＵＶＷ各相の出力電圧信号ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを数式３に従い演算する。電圧補正信号ΔＶａは、数式２に示すように誤差信号ΔＩｒに比例定数Ｋｐを掛けた値と、誤差信号ΔＩｒの積分値に積分定数Ｋｓを掛けた値の和より求める。

インバータ出力電圧軸（ａ−ｒ軸）のｒ軸電圧成分Ｖｒは零なので、数式３においては、Ｖａのみ計算すればよいので、演算が簡単となる特長がある。ＰＷＭ制御手段７１０は、正弦波出力電圧に対応してＰＷＭ制御するもので超音波周波数の三角波キャリヤ信号で変調し、６個のスイッチングトランジスタを制御するインバータ制御ゲート信号ＧＢを出力する。直流電圧検知手段７１は、整流回路２の直流電圧Ｅｄｃを検知してＰＷＭ制御手段７１０の変調度Ｍを制御するもので、直流電圧Ｅｄｃに逆比例して変調度Ｍを制御することにより直流電源電圧が変動しても一定のインバータ出力電圧が得られ、電圧変動による乱調や脱調を防止できる。すなわち、正弦波駆動の出力電圧Ｖｏは数式４で表され、変調度Ｍが一定ならば直流電圧Ｅｄｃに比例して出力電圧が変動する。よって、数式５に示すように基準直流電圧Ｅｄｓに対する直流電圧Ｅｄｃの比率に応じて変調度ＭをＭ１に変換することにより一定出力が得られる。

しかしながら、デッドタイムｔｄの影響により数式６に示すように出力電圧Ｖｏは直流電圧Ｅｄｃにほぼ比例して低下する項があり、変調度Ｍ１を直流電圧Ｅｄｃに逆比例させると、出力電圧Ｖｏが低下するのでデッドタイム相当分出力電圧補正する必要がある。簡単な補正方法として、デッドタイム相当のＰＷＭデューティを加算する案が考えられる。

無効電流Ｉｒが設定値Ｉｒｓとなるようにインバータ出力電圧制御する方法、すなわち、無効電流一定制御方式の特長は、駆動周波数一定制御しても、電流位相φ、あるいは、内部相差角δが負荷変動に応じて自動的に変化する点にある。ＩｒとＩｒｓの誤差信号ΔＩｒを積分制御することにより安定化制御可能となり、定格負荷から無負荷までの負荷変動に対しても安定に動作する。よって、送風ファンの吐出口が衣類により閉塞されたり、回転ドラム５の中の衣類が一杯となって風量がほとんど出ない状態でも、電流が低下して安定に動作する特長がある。しかしながら、有効電流一定方式の場合には、駆動周波数一定にすると負荷変動に対する制御性能は低下し、吐出口を閉塞されると有効電流を増加させるためにモータ電流が大きく増加するため過電流となる課題がある。しかし、通常運転においては回転速度一定制御すると、所定の風量が確保されるので問題なく動作する。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における洗濯乾燥機のモータ駆動装置のブロック図を示すものである。実施の形態１と同一の構成については、同一符号を付し、説明を省略する。

図４において、回転ドラム５と送風ファン６とを連通する循環経路には、熱交換用冷媒ガスを圧縮する圧縮機、凝縮器８および蒸発器９等が内蔵されており、いわゆる、ヒートポンプサイクルが形成されている。交流電源１より全波整流回路２０と電解コンデンサ２１より構成される整流回路２に交流電力を加えて直流電力に変換し、インバータ回路３Ａ、３Ｂ、３Ｃにより直流電力を３相交流電力に変換してモータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを駆動する。本実施の形態２においては、電解コンデンサ１個の事例を示したが、電解コンデンサを複数個使用する全波倍電圧整流回路方式が実用的である。また、チョークコイルは図示していないが、電圧リップルを減らし、高調波を減らすために実際は必要である。

第１のインバータ回路３Ａは、回転ドラム駆動モータ４Ａを駆動して回転ドラム５を回転駆動し、第２のインバータ回路３Ｂは、送風ファンモータ４Ｂを駆動して送風ファン６を回転駆動し、第３のインバータ回路３Ｃは、ヒートポンプを構成する熱交換用冷媒の圧縮機を駆動する圧縮機モータ（第２のモータ）４Ｃを駆動する。

シーズヒータあるいはセラミックヒータ（図示せず）により回転ドラム５内に温風を送風する温風ヒータ方式は熱効率が非常に悪いので、ヒートポンプを用いて外気熱あるいは乾燥排気熱を回収することにより、乾燥効率を高めることができる。ヒートポンプサイクルは、凝縮器８が高温側で熱を放出し、蒸発器９が低温側で熱を吸収するので、送風ファン６の吐出側に設けた凝縮器８の熱を回転ドラム５の内部に強制送風し、回転ドラム５の排気側に設けた蒸発器９の熱交換器により除湿および熱回収し、再び送風ファン６により凝縮器８の熱交換器を介して温風を回転ドラム５内に送風する。通常、冷媒ガスを圧縮する圧縮機とモータは一体となっている。なお、図４において、冷媒ガスの配管経路や膨張弁等は図示していない。

圧縮機モータ４Ｃは、低騒音対策のためにセンサレス正弦波駆動する必要があり、第３の電流検知手段７０Ｃによりモータ相電流を検出して位置推定する方法が一般的である。しかしながら、電源電圧変動が大きくなると位置推定して駆動する従来方式には限界があり、ロータ位置を推定しロータ位置に応じて回転磁界を制御すると電源電圧変動に応じて回転速度が変動するので、乾燥運転中、回転ドラム５を駆動する回転ドラム駆動モータ４Ａの駆動停止により回転速度が変動し、圧縮機モータ４Ｃの振動騒音が、送風ファン６の騒音と同様に耳障りとなる課題が生じる。特に、回転ドラム５を駆動する回転ドラム駆動モータ４Ａと圧縮機モータ４Ｃの直流電源を共用すると直流電源電圧変動はさらに大きくなるので、従来方式によるモータ駆動方式では送風ファン６と圧縮機モータ４Ｃの回転速度変動が非常に大きくなる。よって、本実施の形態２は、前述した課題を解決するために送風ファン６駆動用の送風ファンモータ４Ｂと圧縮機モータ４Ｃを一定周波数駆動するものである。

制御手段７Ａは、インバータ回路３Ａ、３Ｂ、３Ｃとモータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを同時に制御するもので、位置センサ４０ａの位置信号Ｈａ、電流検出手段７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃのそれぞれの出力信号Ｖｓａ、Ｖｓｂ、Ｖｓｃと、直流電圧検知手段７１の信号をインバータ制御手段７２Ａに加えてモータ駆動制御する。インバータ制御手段７２Ａは、３個のモータを制御するために、複数の高速Ａ／Ｄ変換手段と複数のＰＷＭ制御手段を内蔵するマイクロコンピュータ、あるいはＤＳＰなどの高速プロセッサより構成される。高速プロセッサは、送風ファンモータ４Ｂと圧縮機モータ４Ｃ、凝縮器８および蒸発器９より構成されるヒートポンプサイクル制御用に１個と、回転ドラム５を駆動する回転ドラム駆動モータ４Ａおよび各種制御弁やモータ制御用に１個の計２個で構成される。なお、実施の形態１で示したように、送風ファンモータ４Ｂと回転ドラム５を駆動する回転ドラム駆動モータ４Ａを、１つのプロセッサにより制御し、圧縮機モータ４Ｃを他のプロセッサにより制御してもよい。

図５から図７は、圧縮機モータ４Ｃの駆動方法を示すフローチャートである。図５はモータ制御のメインフローチャートで、図６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、図７は回転速度制御サブルーチンのフローチャートを示す。

図５において、ステップ１００でモータ制御プログラムが開始し、ステップ１０１にて定常回転速度、あるいは、モータパラメータ等の各種初期設定を行い、次に、ステップ１０２に進んで起動フラグの判定を行い、起動フラグがあればステップ１０３に進んで起動制御サブプログラムを実行する。次に、ステップ１０４に進んでキャリヤ信号割り込みの有無を判定し、キャリヤ信号割り込みがあればステップ１０５に進んでキャリヤ信号割り込みサブルーチンを実行し、次に、１０６に進んで回転速度制御サブルーチンを実行し、ステップ１０７に進んでモータ制御プログラムは終了し、洗濯乾燥機の次行程制御プログラムに移行する。図５に示すように、キャリヤ信号に同期してＰＷＭ周期内でモータ制御プログラムは完結する。

図６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を示し、ステップ２００でキャリヤ信号割り込みサブルーチンが開始し、ステップ２０１にてモータ駆動電気角周波数ωと基準時間からの経過時間ｔより電気角θを演算し、次にステップ２０２に進んで電流検出手段７０Ｃからの電流信号を検出する。３シャント式電流検出手段を用いてモータ電流検出するためには、インバータ回路のトランジスタスイッチングの影響を除くために、下アームトランジスタの導通期間に高速Ａ／Ｄ変換する。次にステップ２０３に進んで３相／２相・母線軸座標変換して有効電流Ｉａ、無効電流Ｉｒを求め、ステップ２０４に進んでＩａ、ＩｒをマイクロコンピュータのＲＡＭにメモリする。次にステップ２０５に進んで位相φを演算し、ステップ２０６に進んで図７で述べる回転速度制御サブルーチンで求めたａ−ｒ座標におけるインバータ出力電圧Ｖａと直流電圧Ｅｄｃを呼び出し、ステップ２０７に進んで２相／３相・母線軸座標逆変換を実行して３相各相正弦波出力電圧を求め、ステップ２０８に進んでＰＷＭ制御を行う。ＰＷＭ制御変調度は実施の形態１で述べたように直流電圧Ｅｄｃに応じて制御する。

一般に、圧縮機モータ回転速度は、６０００ｒ／ｍｉｎ〜８０００ｒ／ｍｉｎに設定され、モータは突極性の埋め込み磁石モータ（ＩＰＭモータ）が使用され、進角制御により高速回転制御する。進角３０度近傍で最大トルクとなり、無効電流Ｉｒは負となるので無効電流は負の設定値に制御する。位相φはほぼ零となるので、位相φを一定制御するか、あるいは、有効電流Ｉａを一定制御してもよい。ただし、直流電源電圧Ｅｄｃのリップルが大きくなって、交流電圧の零電圧近辺で直流電圧が低下すると進角が大きくなってトルク最大位相よりも進角の程度が大きくなると回転が不安定となるため、直流電圧Ｅｄｃに応じて変調度を制御し、進角し過ぎないように制御する。

図７は、回転速度制御サブルーチンのフローチャートで、ステップ３００で回転速度制御サブルーチンが開始し、ステップ３０１にて直流電圧Ｅｄｃを検出してメモリし、次にステップ３０２にて設定駆動周波数を呼び出し、ステップ３０３に進んで有効電流設定値Ｉａｓを呼び出し、次にステップ３０４に進んで有効電流Ｉａを呼び出し、次にステップ３０５に進んで印加電圧定数ｋｒを呼び出し、ステップ３０６に進んでＩａｓとＩａの誤差信号ΔＩａを比例積分して電圧補正信号ΔＶａを求め、ステップ３０７に進んでａ−ｒ座標上のインバータ出力電圧Ｖａを求め、ステップ３０８に進んでＶａをＲＡＭにメモリし、ステップ３０９に進んでサブルーチンをリターンする。

駆動周波数一定、すなわち、オープンループ回転速度制御により有効電流を所定値に電圧制御することによりモータ出力をほぼ一定にするので、モータトルクはほぼ一定となり、ヒートポンプ圧縮機の如きトルク一定負荷に対して非常に有利となる。起動時、あるいは起動直後は負荷トルクは少ないので、起動時はＶ／ｆ制御により周波数を時間と共に大きくして起動し、過度的に無効電流一定制御の後、定常時には有効電流一定制御にするとより安定したトルクとなる。実施の形態１で述べたように無効電流一定制御でも、力率角φ一定制御でも駆動周波数一定制御を実現でき、ロータ位置に応じて角速度を制御する従来方式よりも回転速度変動がほとんどない制御を実現できる。

図８は、本実施の形態２のモータ駆動装置の各インバータ回路のＰＷＭ周期と電流検出タイミングチャートを示し、送風ファンモータ４Ｂ制御用のインバータ回路３Ｂと、圧縮機モータ４Ｃ制御用のインバータ回路３Ｃのキャリヤ信号Ｃｂ、Ｃｃ１とＡ／Ｄ変換タイミングＤｉｂ、Ｄｉｃ１の関係を示している。送風ファンモータ４Ｃのキャリヤ周波数は静音化のため１５ｋＨｚ以上の超音波周波数に設定し、圧縮機モータ４Ｃのキャリヤ周波数の整数倍とし、通常４倍から５倍に設定する。圧縮機モータキャリヤ周波数はインバータ回路３Ｃのスイッチング損失を減らすために３ｋＨｚから４ｋＨｚに設定する。インバータ回路３Ｃの出力設定信号Ｖｃ１とキャリヤ信号Ｃｃ１を比較してＶｃ１が高ければ上アーム出力信号Ｇｐ１をハイとし、低ければ下アーム出力信号Ｇｎ１をハイとする。インバータ回路３Ｂの出力設定信号Ｖｂｉとキャリヤ信号Ｃｂを比較してＶｂｉが高ければ上アーム出力信号Ｇｐｂをハイとし、低ければ下アーム出力信号Ｇｎｂをハイとする。Ｄｉｃ１、ＤｉｂはそれぞれＡ／Ｄ変換タイミング信号である。

図に示すように三角波キャリヤ信号Ｃｃ１、Ｃｂのピーク値を同期させ、インバータ回路３Ｂ、３Ｃの下アームトランジスタ導通期間に電流検出手段７０Ｂ、７０Ｃからの出力信号Ｖｓｂ、ＶｓｃをＡ／Ｄ変換させることによりスイッチングノイズの影響を受けずに電流検出が可能となる。電圧リミット信号Ｖｍは、下アーム導通パルス幅の下限値を設定するもので、下アーム導通パルス幅がＡ／Ｄ変換時間より長くなるように設定する。インバータ回路３Ｃも同様に下アーム導通パルス幅リミッターは必要であるが、本実施の形態２においては省略している。

以上のように本実施の形態１および２によれば、洗濯乾燥機の回転ドラム駆動モータ４Ａと同時に運転される乾燥用の送風ファンモータ４Ｂあるいはヒートポンプサイクルの圧縮機モータ４Ｃの駆動周波数を一定とすることにより、回転ドラム５の起動停止による直流電圧変動に起因するファン回転速度や圧縮機モータの回転速度変動を無くすことにより耳障りな騒音変動を無くすことができる。さらに、直流電源のリップルが大きくても回転速度変動がないので、電解コンデンサ容量を減らして交流電源の力率を減らすことができ、回転ドラム駆動モータおよびヒートポンプ圧縮機モータ駆動用のインバータ回路直流電源やチョークコイルを共用でき、安価な直流電源を構成できる。

また、本実施の形態におけるモータ制御方式は、周波数制御ループがないオープンループ周波数制御であり、座標変換演算、あるいは電圧制御演算も簡単なので、プロセッサへのタスクが軽くなり１つのプロセッサにより複数のインバータ回路を同時に制御でき、プロセッサを減らすことにより部品点数が少なく、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。

以上のように、本発明にかかる洗濯乾燥機のモータ駆動装置は、電源電圧変動や負荷変動に関わらずオープンループ回転速度制御が実現でき、負荷変動や起動停止による電圧変動の大きい場合の回転速度制御が容易となるので、空調機の室外機における圧縮機モータと冷却モータの同時駆動、空調機の室内機における送風ファンモータと風向き制御モータの同時駆動、複数の圧縮機モータを同時に駆動する大型冷蔵庫等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における洗濯乾燥機のモータ駆動装置のブロック図 同モータ駆動装置のインバータ回路制御手段のブロック図 同モータ駆動装置の制御ベクトル図 本発明の実施の形態２における洗濯乾燥機のモータ駆動装置のブロック図 同モータ駆動装置のモータ制御プログラムのフローチャート 同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 同モータ駆動装置の回転速度制御サブルーチンのフローチャート 同モータ駆動装置の各インバータ回路のＰＷＭ周期と電流検出タイミングのタイミングチャート

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路
３Ａ 第１のインバータ回路
３Ｂ 第２のインバータ回路
４Ａ 回転ドラム駆動モータ（第１のモータ）
４Ｂ 送風ファンモータ（第２のモータ）
５ 回転ドラム
６ 送風ファン
７ 制御手段

Claims (6)

1. 交流電源と、前記交流電源の交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換する第１および第２のインバータ回路と、前記第１および第２の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、前記第１のインバータ回路により洗濯乾燥機の回転ドラムを駆動する第１のモータを駆動し、前記第２のインバータ回路により前記回転ドラム内に送風する送風ファンあるいは熱交換器用圧縮機を駆動する第２のモータを駆動するものであって、前記第２のモータが周波数一定駆動されるようにした洗濯乾燥機のモータ駆動装置。
2. 第２のモータは、永久磁石同期モータより構成され、制御手段は、前記第２のモータの駆動周波数に対する印加電圧の比を制御するようにした請求項１記載の洗濯乾燥機のモータ駆動装置。
3. 整流回路の直流電圧を検出する直流電圧検知手段を備え、制御手段は、前記直流電圧検知手段の電圧信号に応じて第２のインバータ回路の出力電圧を制御するようにした請求項１記載の洗濯乾燥機のモータ駆動装置。
4. 第２のインバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段を備え、制御手段は、前記電流検出手段が検出した出力電流に応じて前記第２のインバータ回路の出力電圧を制御するようにした請求項１記載の洗濯乾燥機のモータ駆動装置。
5. 第２のインバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段を備え、制御手段は、前記電流検出手段が検出した出力電流から、前記第２のインバータ回路の出力電圧に対する無効電流成分を演算し、前記無効電流成分に応じて前記第２のインバータ回路の出力電圧を制御するようにした請求項１記載の洗濯乾燥機のモータ駆動装置。
6. 第２のインバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段を備え、制御手段は、前記電流検出手段が検出した出力電流から、前記第２のインバータ回路の出力電圧に対する無効電流成分を演算し、前記有効電流成分に応じて前記第２のインバータ回路の出力電圧を制御するようにした請求項１記載の洗濯乾燥機のモータ駆動装置。