JP2007325837A

JP2007325837A - 洗濯機

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Publication number: JP2007325837A
Application number: JP2006160956A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Hosoito; 強志細糸; Kazunobu Nagai; 一信永井
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Marketing Corp; Toshiba Home Appliances Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Marketing Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: JP4693701B2

Abstract

【課題】洗濯運転を行うためのｎ（ｎは２以上の整数）個のブラシレスモータ及びこれらのブラシレスモータを夫々駆動するｎ個のインバータ回路を備えた構成であっても、ｎ個のインバータ回路共用のＡ／Ｄ変換回路を設けるだけでよく、低コスト、低ノイズの洗濯機を提供する。
【解決手段】ブラシレスモータからなる洗濯機モータ１３及びファンモータ２１をインバータ回路３２及び４７で駆動し、インバータ回路３２及４７びの各相に流れる電流をシャント抵抗器３５ｕ乃至３５ｗ及び４８ｕ乃至４８ｗで検出しかつＡ／Ｄ変換回路７４でＡ／Ｄ変換し、制御回路３０により、Ａ／Ｄ変換回路７４からの電流値に基づきインバータ回路３２，４７を同一の搬送波でＰＷＭ制御して各モータ１３、２１をベクトル制御し、かつ、各インバータ回路のＡ／Ｄ変換回路７４による電流値のＡ／Ｄ変換を搬送波の周期の２倍の周期で搬送波の周期分だけ夫々ずれたタイミングで行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、洗濯運転を実行するために複数のモータを用いる洗濯機に関する。

従来、洗濯機例えばドラム式洗濯機においては、洗濯槽兼脱水槽たるドラムを回転駆動する洗濯機モータ及び前記ドラム内に温風を供給する送風ファンを回転駆動するファンモータを備え、これらの洗濯機モータ及びファンモータを夫々インバータ回路で駆動されるブラシレスモータで構成して、これらのインバータ回路をマイクロコンピュータからなる制御回路で制御するようにし、そして、各ブラシレスモータに流れる電流をインバータ回路に接続したシャント抵抗器により検出し、制御回路にシャント抵抗器にて検出した抵抗値から過電流を判断させてインバータ回路を停止させるなどの保護動作を行なわせている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２６１２７５号公報

最近では、上記従来のような洗濯機の構成において、シャント抵抗器によりブラシレスモータの各相に流れる電流を検出して、インバータ回路をＰＷＭ制御してより正確な電流制御を行なわせようとする要望がある。
このような要望を実現するには、各インバータ回路に接続したシャント抵抗器の検出電流値を夫々Ａ／Ｄ変換して制御回路に入力させるＡ／Ｄ変換回路を設ける必要があり、この場合、インバータ回路の数たる２個のＡ／Ｄ変換回路を設ける必要があって、コスト高になる。又、Ａ／Ｄ変換回路のＡ／Ｄ変換のタイミングが他のブラシレスモータのＰＷＭ制御のタイミングと重なると、Ａ／Ｄ変換にノイズが多くなって騒音の原因となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、洗濯運転を行なうためのｎ（ｎは２以上の整数）個のブラシレスモータ及びこれらのブラシレスモータを夫々駆動するｎ個のインバータ回路を備えた構成であっても、前記ｎ個のインバータ回路共用のＡ／Ｄ変換回路を設けるだけでよく、低コスト、低ノイズの洗濯機を提供するにある。

本発明の洗濯機は、洗濯運転を行なうためのｎ（ｎは２以上の整数）個のブラシレスモータと、これらのブラシレスモータを夫々駆動するｎ個のインバータ回路と、これらのインバータ回路の各相に流れる電流を夫々検出する電流検出器と、これらの電流検出器が検出した電流値をディジタル信号に変換する前記ｎ個のインバータ回路共用のＡ／Ｄ変換回路と、このＡ／Ｄ変換回路がＡ／Ｄ変換した各相電流値から対応するブラシレスモータのトルク電流成分を演算してこのトルク電流成分に基づき該ブラシレスモータのインバータ回路をＰＷＭ制御することにより前記ｎ個の各ブラシレスモータをベクトル制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、ｎ個のインバータ回路を同一の若しくは同期した搬送波でＰＷＭ制御するように設定されているとともに、各インバータ回路の前記Ａ／Ｄ変換回路による電流値のＡ／Ｄ変換を前記搬送波の周期のｎ倍の周期で前記搬送波の周期分だけ夫々ずれたタイミングで順次行なうように設定されていることを特徴とする。

本発明の洗濯機によれば、洗濯運転を行なうためのｎ（ｎは２以上の整数）個のブラシレスモータ及びこれらのブラシレスモータを夫々駆動するｎ個のインバータ回路を備えた構成であっても、前記ｎ個のインバータ回路共用のＡ／Ｄ変換回路を設けるだけでよく、低コストになし得、低ノイズ化を図ることができて騒音の発生を防止することができる、という効果を奏する。

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
まず、図４には洗濯機たるドラム式洗濯機の全体の縦断面図が示されている。この図４において、ドラム式洗濯機の外殻をなす外箱１の前面部（図４では右側）の中央部には、洗濯物出入口２が形成されているとともに、この洗濯物出入口２を開閉する扉３が設けられている。外箱１の前面部の上部には操作パネル４が設けられており、この操作パネル４は、使用者が洗濯機の運転に係る各種の操作をするためのもので、電源スイッチ、スタートスイッチ並びに各種選択スイッチなどの多数の操作スイッチ（図示せず）の操作部が設けられている。操作パネル４の裏側（外箱１の前面部の上部裏面）には操作ユニット７が配設され、この操作ユニット７に上記多数の操作スイッチが設けられている。また、外箱１の前面部下部の裏側には制御ユニット８が配設されている。

外箱１の内部には水槽９が配設されている。この水槽９は円筒形のドラム状をなすものであり、その軸方向が前後（図４では左右）で、しかも、前上がり（図４では右上がり）の傾斜状となる斜め横軸状に配置され、左右一対の弾性支持装置１０（一方のみ図示）により外箱１底部に支持されている。
水槽９の内部には、洗濯物を収容する槽であるドラム１１が配設されている。このドラム１１も円筒形なすものであり、水槽９と同軸状（軸方向が前後で、しかも、前上がりの傾斜状となる斜め横軸状）に配設されている。このドラム１１は、洗濯槽、脱水槽及び乾燥槽として機能するものであり、その関係上、胴部のほぼ全域に、通水孔であり通風孔でもある小孔１１ａが多数形成され（図４に一部のみ図示）、胴部の内周部には、洗濯物掻き上げ用のバッフル１１ｂが複数設けられている（同、１つのみ図示）。

水槽９及びドラム１１は、いずれも前面部に洗濯物出し入れ用の開口部９ａ及び１１ｃを有していて、そのうちの水槽９の開口部９ａは、ベロー１２によって前記外箱１の洗濯物出入口２に水密に連ねられ、ドラム１１の開口部１１ｃは水槽９の開口部９ａに臨ませている。水槽９の背面部には、ドラム１１を回転駆動する駆動手段として、洗濯機モータ１３が配設されている。この洗濯機モータ１３は、この場合、複数相たる三相のアウターロータ形のＤＣブラシレスモータで構成されており、そのステータ１３ａが水槽９の背面部に取り付けられている。ロータ１３ｂの中心部に取り付けられた回転軸１３ｃは水槽９内に挿通されていて、その前端部がドラム１１の背部の中心部に取り付けられている。この場合、洗濯機モータ１３のロータ１３ｂによりドラム１１が直接回転駆動される構成となっている。

水槽９の下面部には、水槽９内と連通する水溜器１４が取り付けられており、この水溜器１４の内部に洗濯水加熱用のヒータ１５が配設されている。水溜器１４の後部には、排水弁１６を介して排水ホース１７が接続されており、水槽９内、ひいてはドラム１１内の洗濯水が、これらを通して排出されるようになっている。

一方、水槽９の上部には、送風機１８と加熱器１９とを備えた温風供給装置２０（温風供給手段）が配設されている。このうち、送風機１８は、ケーシング１８ａの内部に送風ファン１８ｂを設け、この送風ファン１８ｂを回転駆動するファンモータ２１をケーシング１８ａの外部に設けて構成されている。この場合、ファンモータ２１は、複数相たる三相のインナーロータ形のＤＣブラシレスモータで構成されている。また、加熱器１９は、ケース１９ａの内部に温風生成用ヒータ１９ｂを設けて構成されていて、ケース１９ａの後側入口部が送風機１８のケーシング１８ａの前側出口部に連通している。

水槽９上部の前部には給風管２２が配設されている。この給風管２２は、一端部が上記加熱器１９のケース１９ａの前側出口部に連通しており、他端部が前記水槽９の開口部９ａの外周部を貫通して該開口部９ａ内に臨んでいる。水槽９の背面部には、空気通路を構成する熱交換器用のダクト２３が配設されている。このダクト２３は、中空状をなしていて、前記洗濯機モータ１３を避けてその片側（後方より見て左側）に配置しており、下端部が水槽９の内下部に連通し、上端部が前記送風機１８のケーシング１８ａに連通している。

この構成で、送風機１８が作動されると、図４に矢印Ｘで示すように、ドラム１１内の空気が小孔１１ａから水槽９とドラム１１との間を通って、水槽９の下部からダクト２３内に入り、該ダクト２３内を下部から上部へと通った後、送風機１８、加熱器１９、給風管２２を順に通って、水槽９の開口部９ａからドラム１１内に戻される。このようにしてドラム１１内の空気が循環されるものであり、このダクト２３、送風機１８のケーシング１８ａ、加熱器１９のケース１９ａ、及び給風管２２により循環路を構成している。また、このとき、その循環される空気が加熱器１９の温風生成用ヒータ１９ｂにより加熱されると、ドラム１１内に温風が供給されるようになる。

ダクト２３内の上部には、注水器２４が配設されている。この注水器２４は、詳しくは図示しないが、例えばダクト２３内の横幅のほぼ全長にわたるもので、下側に多数の噴水口を有しており、基端部がダクト２３外に位置され、それに注水接続管２５ａを介して給水弁２５が接続されている。給水弁２５は、水道など給水源から供給される水を複数の分水路に切り換えるもので、その一つの分水路が上記注水接続管２５ａであり、他の一つの分水路は給水用接続管２５ｂであって、この給水用接続管２５ｂの先端部が、前記水槽９の前部の上方に配設された給水ケース２６（図４の二点鎖線参照）に接続されている。この給水ケース２６は、上記給水弁２５から給水用接続管２５ｂを通じて送られる水を水槽９内に供給するものである。尚、上記給水弁２５と前記排水弁１６は、ともに、電磁石やモータなどの電動駆動力にて開放される電動式のものである。

図３は、洗濯機モータ１３及びファンモータ２１の駆動系を概略的に示すもので、前記制御ユニット８に構成される。
制御手段たる制御回路３０は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、操作パネル４の操作部に対する操作に基づいて洗濯運転、例えば給水弁２５、ヒータ１５、洗濯機モータ１３及び排水弁１６を制御することによる洗い、すすぎ及び脱水からなる洗濯と、その後のヒータ１９ｂ、洗濯機モータ１３及びファンモータ２１を制御することによる乾燥とを実行させるようになっている。

インバータ回路３２は、６個のＩＧＢＴ（スイッチング素子）３３ａ乃至３３ｆを三相ブリッジ接続して構成されており、各ＩＧＢＴ３３ａ乃至３３ｆのコレクタ−エミッタ間には、フライホイールダイオード３４ａ乃至３４ｆが接続されている。
下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ、３３ｅ、３３ｆのエミッタは、電流検出器としてのシャント抵抗器３５ｕ、３５ｖ、３５ｗを介してグランドに接続されている。この場合、シャント抵抗器３５ｕ、３５ｖ、３５ｗのグランド側の共通接続点は、微小信号用グランドＧａに接続されている。また、ＩＧＢＴ３３ｄ、３３ｅ、３３ｆのエミッタとシャント抵抗器３５ｕ、３５ｖ、３５ｗとの共通接続点は、夫々レベルシフト回路３６を介して制御回路３０に接続されている。尚、洗濯機モータ１３の巻線１３ｕ乃至１３ｗには最大で８Ａ程度流れるので、シャント抵抗器３５ｕ乃至３５ｗの抵抗値は、例えば０．２Ωに設定されている。

レベルシフト回路３６はオペアンプなどを含んで構成されており、シャント抵抗器３５ｕ乃至３５ｗの電圧信号（端子電圧）を増幅するとともにその増幅信号の出力範囲が正側に収まるように（例えば、０〜＋３．３Ｖ）バイアスが与えられている。また、過電流比較回路３８は、例えばインバータ回路３２の上下アームが短絡した場合に回路の破壊を防止するために過電流検出を行なうものである。

インバータ回路３２の入力側には駆動用電源回路３９が接続されている。駆動用電源回路３９は、１００Ｖの交流電源４０を、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路４１及び直列接続された２個のコンデンサ４２ａ、４２ｂにより倍電圧全波整流し、約２８０Ｖの直流電圧をインバータ回路３２に供給する。そして、インバータ回路３２の出力端子は、洗濯機モータ１３の各相巻線１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに接続されている。

第１電源回路４３は、インバータ回路３２に供給される約２８０Ｖの駆動用電源を降圧して１５Ｖの制御用電源を生成して制御回路３０及び駆動回路４４に供給するようになっている。また、第２電源回路４５は、第１電源回路４３によって生成された１５Ｖ電源に基づいて３．３Ｖ電源を生成して制御回路３０に供給する三端子レギュレータである。高圧ドライバ回路４６は、インバータ回路３２における上アーム側のＩＧＢＴ３３ａ乃至３３ｃを駆動するために配置されている。尚、６個のＩＧＢＴ３３ａ乃至３３ｆ、駆動回路４４及び高圧ドライバ回路４６は、１個のＩＣに組み込まれたもの（パワーモジュール）である。

一方、ファンモータ２１については、洗濯機モータ１３の駆動系と対称な構成が配置されている。即ち、ファンモータ２１は、インバータ回路４７によって駆動され、その下アーム側には電流検出器としてのシャント抵抗器４８ｕ乃至４８ｗが挿入されている。それらのシャント抵抗器４８ｕ乃至４８ｗの電圧信号（端子電圧）は、レベルシフト回路４９を介して制御回路３０に与えられ、また、過電流比較回路５０によって過電流検出のための比較が行なわれる。制御回路３０は、駆動回路５１及び高圧ドライバ回路５２を介してインバータ回路４７を駆動する。但し、ファンモータ２１の巻線２１ｕ乃至２１ｗに流れる電流は洗濯機モータ１３に比較して小さいため、シャント抵抗器４８ｕ乃至４８ｗの抵抗値は例えば１．０Ωに設定されている。尚、インバータ回路４７を構成する６個のＩＧＢＴ（３３ａ乃至３３ｆ）、駆動回路５１及び高圧ドライバ回路５２も、１個のＩＣに組み込まれたもの（パワーモジュール）である。

以上のように、本実施例においては、洗濯及び乾燥の洗濯運転を実行するために、洗濯機モータ１３及びファンモータ２１のｎ個たる2個（ｎ＝２）が三相のブラシレスモータにより構成されて、夫々インバータ回路３２及び４７により駆動されるようになっている。

図１は、制御回路３０が、洗濯機モータ１３及びファンモータ２１について行なうセンサレスベクトル制御の機能ブロックを示す図である。この構成は、例えば特開２００３−１８１１８７号公報などに開示されているものと同様であるから、ここでは概略的に説明する。尚、図１において、（α、β）は、三相ブラシレスモータである洗濯機モータ１３、ファンモータ２１の各相に対応する電気角１２０度間隔の三相（ＵＶＷ）座標系を直交変換した直交座標系を示し、（ｄ、ｑ）は、洗濯機モータ１３、ファンモータ２１のロータの回転にともなって回転している２次磁束の座標系を示すものである。

速度指令出力部６０は、目標速度指令ωref を減算器６２に被減算値として出力する。また、減算器６２には、エスティメータ６３によって検出された洗濯機モータ１３、ファンモータ２１の検出速度ωが、切換スイッチ６４の可動接点６４ｃより固定接点６４ａを介して減算値として与えられるようになっている。そして、減算器６２の減算結果は、速度ＰＩ制御部６５に与えられる。

速度ＰＩ制御部６５は、目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量に基づいてＰＩ（比例積分）制御を行ない、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとを生成して減算器６６ｑ、６６ｄに被減算値として夫々出力する。尚、ベクトル制御を行なう場合、ｄ軸電流指令値Ｉdrefは“０”に設定されて全界磁制御によって洗濯機モータ１３．ファンモータ２１を駆動する。減算器６６ｑ、６６ｄには、αβ／ｄｑ変換部６７より出力されるｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流値Ｉｄが減算値として夫々与えられ、減算結果は、電流ＰＩ制御部６８ｑ、６８ｄに夫々与えられる。尚、速度ＰＩ制御部６５における制御周期は１ｍ秒に設定されている。

電流ＰＩ制御部６８ｑ、６８ｄは、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとの差分量に基づいてＰＩ制御を行ない、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ及びｄ軸電圧指令値Ｖｄを生成してｄｑ／αβ変換部６９に出力する。ｄｑ／αβ変換部６９には、エスティメータ６３によって検出された洗濯機モータ１３、ファンモータ２１における２次磁束の回転位相角（ロータ位置角）θが与えられ、その回転位相角θに基づいて電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを電圧指令値Ｖα、Ｖβに変換する。

ｄｑ／αβ変換部６９が出力する電圧指令値Ｖα、Ｖβは、αβ／ＵＶＷ変換部７０に与えられ、αβ／ＵＶＷ変換部７０は、電圧指令値Ｖα、Ｖβを三相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して出力する。電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、切換スイッチ７１ｕ、７１ｖ、７１ｗの一方の固定接点７１ｕａ、７１ｖａ、７１ｗａに与えられており、他方の固定接点７１ｕｂ、７１ｖｂ、７１ｗｂには、初期パターン出力部７６によって出力される電圧指令値Ｖus、Ｖvs、Ｖwsが与えられる。そして、切換スイッチ７１ｕ、７１ｖ、７１ｗの可動接点７１ｕｃ、７１ｖｃ、７１ｗｃは、ＰＷＭ形成部７３の入力端子に接続されている。

ＰＷＭ形成部７３は、電圧指令値Ｖus、Ｖvs、Ｖws（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）に基づいて１５．６ｋＨｚの搬送波（三角波）を変調した各相のＰＷＭ信号Ｖup(+,-) 、Ｖvp(+,-) 、Ｖwp(+,-) をインバータ回路３２、４７に出力するようになっている。ＰＷＭ信号Ｖup乃至Ｖwpは、例えば洗濯機モータ１３の各相巻線１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、ファンモータ２１の各相巻線２１ｕ、２１ｖ、２１ｗに正弦波状の電流が通電されるように正弦波に基づいた電圧振幅に対応するパルス幅の信号として出力される。

Ａ／Ｄ変換回路７４は、インバータ回路３２のシャント抵抗器３５ｕ乃至３５ｗに現れる電圧信号（端子電圧）及びインバータ回路４７のシャント抵抗器４８ｕ乃至４８ｗに現れる電圧信号（端子電圧）をＡ／Ｄ変換した電流データＩｕ、Ｉｖ、ＩｗをＵＶＷ／αβ変換部７５に出力するためのものである。即ち、Ａ／Ｄ変換回路７４は、図２に示すように、２個のＡ／Ｄ変換器（ハードウエア）７４ａ、７４ｂ及び三相演算部（ソフトウエア）７４ｃから構成されている。そして、Ａ／Ｄ変換器７４ａ及び７４ｂの各６個の入力端子には、前記レベルシフト回路３６及び４９の各３個の出力端子（合計６個の出力端子）が夫々接続されており、Ａ／Ｄ変換器７４ａ及び７４ｂの出力端子は、三相演算部７４ｃの入力端子に接続されている。

尚、レベルシフト回路３６、４９、Ａ／Ｄ変換器７４ａ及び７４ｂは、前記グランドＧａに共通に接続されている。即ち、この実施例におけるグランドは、パワー回路たるインバータ回路３２、４７が接続されて大電流が流れる所謂汚い信号用のアースであるが、グランドＧａは、電流が流れないアナログ微小信号用のアースである。そして、グランドＧａは、この実施例では、大きな電流が流れるインバータ回路３２側のシャント抵抗器３５ｕ、３５ｖ、３５ｗのグランド側の共通接続点に接続されており、従って、このグランドＧａに接続されるレベルシフト回路３６、４９、Ａ／Ｄ変換器７４ａ及び７４ｂからの配線は、余分なインダクタンスや抵抗をもたないように極力短くなるように設定することが望ましい。

Ａ／Ｄ変換器７４ａ及び７４ｂは、その制御端子にＰＷＭ形成部７３よりＰＭＷ信号の情報が与えられて、後述するように、インバータ回路３２のシャント抵抗器３５ｕ乃至３５ｗに現れる電圧信号及びインバータ回路４７のシャント抵抗器４８ｕ乃至４８ｗに現れる電圧信号のうち、選択された一方のインバータ回路３２または４７のシャント抵抗器３５ｕ乃至３５ｗまたは４８ｕ乃至４８ｗに現れる電圧信号であって、出力電圧デューティの低い２相分の電圧信号をＡ／Ｄ変換し、残りの相の信号を三相演算部74ｃで演算により求め、以て、電流データＩｕ、Ｉｖ、ＩｗをＵＶＷ／αβ変換部７５に出力する。

ＵＶＷ／αβ変換部７５は、三相の電流データＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗを所定の演算式に従って直交座標系の２軸電流データＩα、Ｉβに変換する。そして、２軸電流データＩα、Ｉβをαβ／ｄｑ変換部６７に出力する。αβ／ｄｑ変換部６７は、ベクトル制御時にはエスティメータ６３より洗濯機モータ１３、ファンモータ２１のロータ位置角θを得ることで、所定の演算式に従って２軸電流データＩα、Ｉβを回転座標系（ｄ、ｑ）上のｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑに変換する。そして、ｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑを前述したようにエスティメータ６３及び減算器６６ｄ、６６ｑに出力する。

エスティメータ６３は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流値Ｉｄに基づいてロータの位置角θ及び回転速度ωを推定し、各部に出力する。ここで、洗濯機モータ１３、ファンモータ２１は、起動時には、初期パターン出力部７６による起動パターンが印加され強制転流が行なわれる。ベクトル制御の開始以降は、エスティメータ６３が起動されて洗濯機モータ１３、ファンモータ２１のロータの位置角θ及び回転速度ωが推定される。
切換スイッチ７１及び６４の切り換えは、切換制御部７８によって行なわれるようになっている。切換制御部７８は、ＰＷＭ形成部７３より与えられるＰＭＷ信号のデューティ情報に基づいて切換スイッチ７１及び６４の切り換えを制御する。

尚、図１の構成において、Ａ／Ｄ変換回路７４（Ａ／Ｄ変換器７４ａ、７４ｂ）を除く構成は、制御回路（制御手段）３０のソフトウエアによって実現されている機能をブロック化したものである。そして、ベクトル制御における電流制御周期は、ＰＷＭ搬送波周波数の逆数である６４μ秒のｎ（ｎ＝２）倍たる１２８μ秒に設定されている。

次に、本実施例の作用について図５乃至図９も参照して説明する。
図７は、制御回路３０が洗濯機モータ１３及びファンモータ２１を駆動制御するための概略的な制御内容を示すフローチャート（メインルーチン）である。制御回路３０は、洗い、すすぎ、脱水の洗濯と乾燥とからなる洗濯運転を開始させる場合にＡ／Ｄとタイマーの初期設定処理を行なう（処理ステップＲ１）。即ち、「ＰＷＭ制御の搬送波を発生させるためのタイマーのカントを１５．６ｋＨｚの対称三角波に設定する。Ａ／Ｄ変換器７４ａ、７４ｂを三角波のボトムで起動するように設定する。このときの入力は、Ａ／Ｄ変換器７４ａ（Ａ／Ｄ０側）が洗濯機モータ１３（モータ１）のＵ相、Ａ／Ｄ変換器７４ｂ（Ａ／Ｄ１側）が洗濯機モータ１３（モータ１）のＶ相に指定する。三角波のコンペア値（電圧指令値）をインバータ回路３２、４７（三相２ｃｈ）ともにデューティ0に指定する。ＰＷＭ出力禁止に設定する。タイマーカウントを許可する。前回のＡ／Ｄの記憶メモリをファンモータ２１（モータ２）側に初期化する。」である。

次に、制御回路３０は、割込み初期設定処理を行なう（処理ステップＲ2）。即ち、「Ａ／Ｄ変換器７４ａ、７４ｂ（Ａ／Ｄ）の起動時に割込みを発生する設定にする。」である。その後、制御回路３０は、１ｍ秒の経過を待って（判断ステップＲ３）、メインループ処理（１ｍ秒毎に実行）を行なう（処理ステップＲ４）。即ち、「モータドライブＯＮ／ＯＦＦの指令（モータ１、２）。起動処理、回転数指令などの管理（モータ１、２）。洗濯運転制御。」である。そして、制御回路３０は、判断ステップＲ３に戻り処理ステップＲ４を繰り返すようになる。

制御回路３０は、処理ステップＲ4では、先ず次のことを行なう。即ち、切換スイッチ７１ｕ乃至７１ｗの可動接点７１ｕｃ乃至７１ｗｃを切換制御部７８により初期パターン出力部７６側（固定接点７１ｕｂ乃至７１ｗｂ側）に切り換えるとともに、切換スイッチ６４の可動接点６４ｃを固定接点６４ｂ側に切り換える。そして、初期パターン出力部７６により電圧指令値Ｖus乃至Ｖwsを出力させて、これに基づきＰＷＭ形成部７３からインバータ回路３２に信号を与えて洗濯機モータ１３を直流励磁により強制転流させる。すると、洗濯機モータ１３は回転を開始し、回転速度は徐々に上昇して行く。

更に、制御回路３０は、例えば、初期パターン出力部７６によって与えられる電圧指令値により洗濯機モータ１３の回転数が所定回転数にしたと判断すると、切換スイッチ７１ｕ乃至７１ｗの可動接点７１ｕｃ乃至７１ｗｃを固定接点７１ｕａ乃至７１ｗａに接続するように切り換えるとともに、切換スイッチ６４の可動接点６４ｃを固定接点６４ａ側に切り換え、ベクトル制御を行なわせる。その後は、運転停止の指示があるまで運転を継続する。その間、洗い、すすぎを行なう場合は、洗濯機モータ１３を最大回転数が１５０ｒｐｍに達するように正逆転させ、脱水を行なう場合には、洗濯機モータ１３を最大回転数が８００ｒｐｍに達するように正転させる。

以下、ベクトル制御について処理の流れを図8及び図9のフローチャート（割込みルーチン）を参照して説明する。
制御回路３０は、図８に示すように、ＰＷＭ制御の搬送波たる三角波（１５．６ｋＨｚ）の周期６４μ秒毎にＡ／Ｄ割込みをスタートさせる。まず、制御回路３０は、前回のＡ／Ｄ実行時の記憶メモリが洗濯機モータ１３かファンモータ２１かを判断する（判断ステップＳ１）。この場合、制御回路３０は、図7に示す処理ステップＲ１で記憶メモリをファンモータ２１側に初期化しているので、洗濯機モータ１３のＡ／Ｄ処理記憶としてＡ／Ｄ実行の記憶メモリに濯機モータ１３を記憶させる（処理ステップＳ２）。

制御回路３０は、次に、洗濯機モータ１３のＡ／Ｄ値の取得を実行させる。即ち、ＰＷＭ形成部７３は、内部のタイマー（図示せず）のカウント出力によってＰＷＭ搬送波を生成しており、そのカウント値が最小、即ち三角波の谷（ボトム）に達した時点で変換タイミング信号をＡ／Ｄ変換部７４に出力するようになっている（図６参照）。

図５に示すように、ＰＷＭ形成部７３は、αβ／ＵＶＷ変換部７０が出力する電圧指令値Ｖｕ乃至ＶｗとＰＷＭ搬送波とのレベルを比較して、前者のレベルが後者を下回っている期間に上アーム側のＩＧＢＴ３３ａ乃至３３ｃがオンするようにＰＷＭ信号Ｖup(+) 乃至Ｖwp(+) を出力する（但し、図５では１相分のみ示している）。そして、ＰＷＭ形成部７３は、下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ乃至３３ｆが上アーム側のＩＧＢＴ３３ａ乃至３３ｃのオフしている期間にデッドタイムを挟んでオンするようにＰＷＭ信号Ｖup(-) 乃至Ｖwp(-) を出力するようになっている。尚、洗濯機モータ１３に対するＰＷＭ制御の搬送波周波数は、１５．６ｋＨｚとなっていて、可聴周波数域には属するが、実際の人間の聴覚ではほとんど聞き取ることができない周波数に設定されている。

また、シャント抵抗器３５ｕ乃至３５ｗに電流が流れる期間は、下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ乃至３３ｆがオンしている期間である。従って、三角波の谷（ボトム）は、下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ乃至３３ｆがオンしている期間の中間位相を示すことになる（図５参照）。つまり、Ａ／Ｄ変換回路７４が、ＰＷＭ形成部７３内部のカウント値が最小となる時点でＡ／Ｄ変換を行なうようにすれば、インバータ回路３２の下アーム側に流れる相電流を確実にサンプリングことができる。

このＡ／Ｄ変換回路７４のＡ／Ｄ変換について、更に説明すると、Ａ／Ｄ変換回路７４は、２個のＡ／Ｄ変換器７４ａ、７４ｂを有しており、Ａ／Ｄ変換器７４ａ、７４ｂは、ＰＷＭ形成部７３からの信号により予め指定されたモータの出力電圧デューティの低い２相分の値をＡ／Ｄ変換する。具体的には、図７の処理ステップＲ１では、Ａ／Ｄ変換器７４ａ（Ａ／Ｄ０側）が洗濯機モータ１３（モータ１）のＵ相、Ａ／Ｄ変換器７４ｂ（Ａ／Ｄ１側）が洗濯機モータ１３（モータ１）のＶ相に指定されており、ここでは、Ａ／Ｄ変換器７４ａは、洗濯機モータ１３のＵ相たるシャント抵抗器３５ｕの電圧信号を検出してＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換器７４ｂは、洗濯機モータ１３のＶ相たるシャント抵抗器３５ｖの電圧信号を検出してＡ／Ｄ変換し、三相演算部７４ｃから電流データＩｕ及びＩｖとして出力する。尚、ＰＷＭ形成部７３は、洗濯機モータ１３のＰＷＭ制御を行なうものであるから、三相のうちのどの２相が出力電圧デューティの低い相かを判別し指定することは容易である。

洗濯機モータ１３のＵ相及びＶ相は、図５から明らかなように、Ｕ、Ｖ及びＷ相三相のうちの出力電圧デューティの低い２相、換言すれば、下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ乃至３３ｆのうちのオン時間の長いＩＧＢＴ３３ｄ及び３３ｅに対応する相である。そして、Ａ／Ｄ変換回路７４の三相演算部７４ｃは、検出Ａ／Ｄ変換して得た電流データＩｕ及びＩｖを基に、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係から電流データＩｃを求めて出力する。

制御回路３０は、次のＡ／Ｄチャンネルのセットに移行する（処理ステップＳ４）。即ち、「次のＡ／Ｄ変換の読込みのために、Ａ／Ｄ変換器７４ａ、７４ｂにファンモータ２１のＡ／Ｄチャンネル指定を行ない、Ａ／Ｄトリガ待ちにセットする。Ａ／Ｄチャンネルは、ファンモータ２１の出力の三相のうちの出力電圧デューティの低い２相を指定する。」である。

制御回路３０は、洗濯機モータ１３の電流演算を実行する（処理ステップＳ５）。即ち、Ａ／Ｄ変換回路７４によりＡ／Ｄ変換された三相の電流データＩｕ乃至Ｉｗは、ＵＶＷ／αβ変換部７５、αβ／ｄｑ変換部６７を介することで２軸電流データＩα、Ｉβ、→Ｉｄ、Ｉｑに変換され、エスティメータ６３及び減算器６６ｑ、６６ｄに出力され、エスティメータ６３によって位置角θ及び回転速度ωが推定される（処理ステップＳ６）。尚、電流Ｉｑは、洗濯機モータ１３の２次磁束の方向に対して垂直となる方向に流れる電流であり、トルクの発生に寄与する電流成分である。一方、電流Ｉｄは、上記２次磁束の方向に対して平行となる方向に流れる電流であり、トルクの発生には寄与しない電流成分である。

そして、速度ＰＩ制御部６５は、速度指令出力部６０より与えられる目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量に基づいてｑ軸、ｄ軸電流指令値Ｉqref、Ｉdrefを出力し（処理ステップＳ７）、電流ＰＩ制御部６８ｑ、６８ｄは、指令値Ｉqref、Ｉdrefと検出された電流値Ｉｑ、Ｉｄとの差分に基づいて電圧指令値Ｖｑ、Ｖｄを出力する（処理ステップＳ８）。電圧指令値Ｖｑ、Ｖｄは、ｄｑ／αβ変換部６９、αβ／ＵＶＷ変換部７０を介して電圧指令値（図５におけるコンパレータ電圧）Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換されてＰＷＭ形成部７３に出力され（処理ステップＳ９）、ＰＷＭ形成部７３がインバータ回路３２にＰＷＭ信号Ｖup乃至Ｖwpを出力する。すると、洗濯機モータ１３の各相巻線１３ｕ乃至１３ｗにベクトル制御による通電が行なわれる。そして、制御回路３０は、図７のメインルーチンに戻る。

制御回路３０は、６４μ秒の経過後に再び図８の割込みルーチンになると、今度は、判断ステップＳ１で洗濯機モータ１３と判断して次の処理ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２及びＳ１３を実行する。これらの処理ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２及びＳ１３は、前述した処理ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４及びＳ５における洗濯機モータ１３をファンモータ２１に置き換え、かつ、ファンモータ２１を洗濯機モータ１３に置き換えたもので、ファンモータ２１に関して洗濯機モータ１３と同様の処理を行なう。但し、洗い、すすぎ、脱水の洗濯では、ファンモータ２１は静止されているので（速度指令値は０）、その後の処理ステップＳ６乃至Ｓ９において上記処理による結果の情報が用いられることはなく、また、用いられたとしても速度指令値が０であるのでファンモータ２１は停止したままである。

尚、処理ステップＳ１２における「次のＡ／Ｄ変換の読込みのために、Ａ／Ｄ変換器７４ａ、７４ｂに洗濯機モータ１３のＡ／Ｄチャンネル指定を行ない、Ａ／Ｄトリガ待ちにセットする。Ａ／Ｄチャンネルは、洗濯機モータ１３の出力の三相のうちの出力電圧デューティの低い２相を指定する。」は有効である。従って、制御回路３０が６４μ秒の経過後に図８に示す割り込みルーチンになると、再び、処理ステップＳ１乃至Ｓ９が実行され、洗濯機モータ１３のベクトル制御が行なわれる。即ち、洗い、すすぎ、脱水の洗濯においては、図６に示すように、洗濯機モータ１３は、６４μ秒×２（ｎ＝２）＝１２８μ秒
周期で搬送波たる三角派のボトムでＡ／Ｄ変換のアクセスが行なわれてベクトル制御が行なわれることになる。

さて、上述した洗濯に続く乾燥は、制御回路３０により次のように行なわれる。制御回路３０は、図７に示すメインルーチンの処理ステップＲ４で、洗濯機モータ１３及びファンモータ２１を順次起動させ、次いで、例えば、図８及び図９の割込みルーチンの処理ステップＳ１乃至Ｓ９により洗濯機モータ１３をベクトル制御して、その洗濯機モータ１３により、回転ドラム４を低速度で回転させる。これにより、回転ドラム４内の洗濯物は洗い、すすぎ時と同様に撹拌される。

その後、制御回路３０は、６４μ秒経過後に図８の割込みルーチンになると、処理ステップＳ１０になって、以後、処理ステップＳ１１乃至Ｓ１３及びＳ６乃至Ｓ９を実行するようになる。これにより、ファンモータ２１は、制御回路３０により、三相のうちの出力電圧デューティの低い２相分電圧信号（電流値）が検出されてＡ／Ｄ変換され、その電流値に基づきベクトル制御されることになる。

ファンモータ２１が運転されると、図４に矢印Ｘで示すように、ドラム１１内の空気が小孔１１ａから水槽９とドラム１１との間を通って、水槽９の下部からダクト２３内に入り、該ダクト２３内を下部から上部へと通った後、送風機１８、加熱器１９、給風管２２を順に通って、水槽９の開口部９ａからドラム１１内に戻される。このようにしてドラム１１内の空気が循環されるものであり、このとき、その循環される空気が加熱器１９の温風生成用ヒータ１９ｂにより加熱されて、ドラム１１内に温風が供給されるようになる。

以上のように、制御回路３０は、乾燥時においては、洗濯機モータ１３及びファンモータ２１を駆動するインバータ回路３２及び４７に対して、図６に示すように、Ａ／Ｄ変換回路７４により電流値を検出しＡ／Ｄ変換するタイミングを搬送波たる三角波の周期６４μ秒の２倍の周期１２８μ秒で前記三角波の周期６４μ秒分だけ夫々ずれるように設定して、共通のＡ／Ｄ変換回路７４により２つのモータたる洗濯機モータ１３及びファンモータ２１の電流値（電流データ）を検出しＡ／Ｄ変換することを可能にしたのである。

尚、上記実施例において、洗濯中の給水或いは排水時には、給水弁２５或いは排水弁１６が動作され、洗濯機モータ１３及びファンモータ２１はともに動作せず停止状態にある。この場合、制御回路３０は、図８及び図９に示す割込みルーチンの実行を停止することはなく、洗濯機モータ１３及びファンモータ２１のインバータ回路３２及び４７に対して、三角波の周期６４μ秒の２倍の周期１２８μ秒で前記三角波の周期６４μ秒分だけ夫々ずれるようにＡ／Ｄ変換回路７４により電流値を検出しＡ／Ｄ変換するようにしている。但し、給水、排水では、洗濯機モータ１３、ファンモータ２１は静止されているので（速度指令値は０）、その後の処理ステップＳ６乃至Ｓ９において上記処理による結果の情報が用いられることはなく、また、用いられたとしても、速度指令値が０であるので洗濯機モータ１３、ファンモータ２１は停止したままである。このようにすることにより、制御回路（マイクロコンピュータ）３０が備えるＲＯＭに格納するプログラム（ソフトウエア）を簡略化して、そのＲＯＭのコストの低減を図るようにしたものである。

このように本実施例によれば、制御回路３０は、洗濯運転の乾燥時には、洗濯機モータ１３及びファンモータ２１のインバータ回路３２及び４７に対して、ＰＷＭ制御の搬送波たる三角波の周期６４μ秒の２倍の周期１２８μ秒で前記三角波の周期６４μ秒分だけ夫々ずれるようにＡ／Ｄ変換回路７４により電流値を検出しＡ／Ｄ変換するようにしたので、共通のＡ／Ｄ変換回路７４により２つのモータたる洗濯機モータ１３及びファンモータ２１の電流値を検出しＡ／Ｄ変換することができ、従って、モータ夫々にＡ／Ｄ変換回路を設ける従来に比し、低コストになし得る。又、Ａ／Ｄ変換回路７４によるＡ／Ｄ変換のタイミングが洗濯機モータ１３及びファンモータ２１相互においてＰＷＭ制御のタイミングと重なることはないので、Ａ／Ｄ変換時のノイズを少なくし得、以て、低ノイズ化を図り得て、騒音の発生を防止することができる。

しかも、Ａ／Ｄ変換回路７４として２個のＡ／Ｄ変換器７４ａ、７４ｂを用いて構成し、Ａ／Ｄ変換器７４ａ、７４ｂに搬送波たる三角波のボトムで洗濯機モータ１３、ファンモータ２１の出力の三相のうち出力電圧デューティの低い２相分を検出してＡ／Ｄ変換させ、残りの相は演算により求めるようにしたので、３つのＡ／Ｄ変換器で三相分を検出する場合に比し、経済的であり、かつ、正確に検出することができる。

尚、上記実施例では、洗濯機モータ１３及びファンモータ２１の２つのモータの電流値を共通のＡ／Ｄ変換回路７４でＡ／Ｄ変換するようにしたが、例えば、給水弁２５及び排水弁１６をモータ駆動にする場合には、これらもインバータ回路により駆動されるブラシレスモータにより構成して、その電流値を共通のＡ／Ｄ変換回路７４によりＡ／Ｄ変換させるようにしてもよく、この場合、ｎは３以上となる。従って、本発明のモータの数ｎは、２以上の整数になる。

その他、本発明は上記しかつ図面に示す実施例に限定されるものではなく、次のような変形、拡張が可能である。
上記実施例では、インバータ回路３２，４７を同一の搬送波を用いてＰＷＭ制御するようにしたが、代わりに同期した搬送波を用いてもよい。
上記実施例では、２つのＡ／Ｄ変換器７４ａ、７４ｂを有するＡ／Ｄ変換回路７４を設けるようにしたが、３つのＡ／Ｄ変換器（三相の場合）を有するＡ／Ｄ変換回路を設けるようにしてもよい。
上記実施例は、ドラム式洗濯機に適用した場合であるが、縦軸式の洗濯槽兼脱水槽を有する洗濯機に適用してもよい。

本発明の一実施例を示すセンサレスベクトル制御の機能別ブロック線図Ａ／Ｄ変換回路のブロック線図全体の電気的構成図全体の縦断側面図ＰＷＭ制御の搬送波とＰＷＭ信号との関係を示す図ＰＷＭ制御の搬送波とＡ／Ｄ変換及びベクトル制御演算との関係を示す図洗濯運転のメインルーチンを示すフローチャート洗濯運転の割込みルーチンを示すフローチャート（その１）洗濯運転の割込みルーチンを示すフローチャート（その２）

符号の説明

図面中、９は水槽、１１はドラム、１３は洗濯機モータ、１８は送風機、１８ｂは送風ファン、２１はファンモータ、３０は制御回路（制御手段）、３２はインバータ回路、３５ｕ乃至３５ｗはシャント抵抗器（電流検出器）、４７はインバータ回路、４８ｕ乃至４８ｗはシャント抵抗（電流検出器）、７４はＡ／Ｄ変換回路、７４ａ、７４ｂはＡ／Ｄ変換器を示す。

Claims

洗濯運転を行なうためのｎ（ｎは２以上の整数）個のブラシレスモータと、
これらのブラシレスモータを夫々駆動するｎ個のインバータ回路と、
これらのインバータ回路の各相に流れる電流を夫々検出する電流検出器と、
これらの電流検出器が検出した電流値をディジタル信号に変換する前記ｎ個のインバータ回路共用のＡ／Ｄ変換回路と、
このＡ／Ｄ変換回路がＡ／Ｄ変換した各相電流値から対応するブラシレスモータのトルク電流成分を演算してこのトルク電流成分に基づき該ブラシレスモータのインバータ回路をＰＷＭ制御することにより前記ｎ個の各ブラシレスモータをベクトル制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、ｎ個のインバータ回路を同一の若しくは同期した搬送波でＰＷＭ制御するように設定されているとともに、各インバータ回路の前記Ａ／Ｄ変換回路による電流値のＡ／Ｄ変換を前記搬送波の周期のｎ倍の周期で前記搬送波の周期分だけ夫々ずれたタイミングで順次行なうように設定されていることを特徴とする洗濯機。