JP2009101223A - 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、一方のモータをセンサレス正弦波駆動する。
【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をセンサレス正弦波駆動して、送風ファンモータ４Ｂの位置センサを無くすことができるので、低騒音で高信頼性、かつ安価な洗濯乾燥機のモータ駆動装置を実現できる。
【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正弦波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を同時に１つのマイクロコンピュータで制御しょうとすると、モータ制御のプログラムタスクが非常に大きくなり、１つのマイクロコンピュータで２つのインバータ回路を同時に制御できなくなる課題があった。特に、回転ドラムを駆動する第１のモータを正弦波駆動し、送風ファンを駆動する第２のモータをセンサレス正弦波駆動する場合には、静騒音化のためにキャリヤ周波数を超音波周波数に設定して２つのＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ（以下、ＰＷＭと略す）制御を同時に動作させると、モータ制御プログラムがオーバーヘッドとなる課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、第２のモータをロータ磁極位置推定しないセンサレス正弦波駆動方式により制御して、マイクロコンピュータのモータ制御プログラムタスクを軽くすることにより、回転ドラムと送風ファンを同時に正弦波駆動して低振動高効率駆動を行い、送風ファンモータの位置センサを省略し、マイクロコンピュータを１つにして部品点数を削減し、安価で信頼性の高い洗濯乾燥機のモータ駆動装置を実現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、回転ドラムあるいはヒートポンプ用圧縮機を駆動する第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給水ポンプあるいは排水ポンプを駆動する第２のモータを少なくとも１つのプロセッサよりなる制御手段により正弦波駆動し、第２のモータを位置センサレス正弦波駆動するようにしたものである。

これによって、回転ドラムや送風ファンモータ、あるいは給水ポンプや排水ポンプを同時に正弦波駆動するので低騒音となり、１つのプロセッサにより制御できるので部品点数を削減でき、送風ファンモータ、給水ポンプモータあるいは排水ポンプモータのロータ磁極位置センサを省略することにより安価で高信頼性の洗濯乾燥機のモータ駆動装置を実現することができる。

本発明の洗濯兼乾燥機のモータ駆動装置は、１つのプロセッサにより２つ以上のインバータ回路により駆動されるモータを同時に正弦波駆動することができ、モータに起因する振動騒音を低減することができるだけではなく、モータの位置センサを省略できるので、
低騒音で信頼性が高く安価な洗濯乾燥機のモータ駆動装置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少なくとも１つのプロセッサよりな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あるいは乾燥用ヒートポンプの圧縮機を駆動する第１のモータを正弦波駆動し、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を駆動する第２のモータ、もしくは給水ポンプあるいは排水ポンプを駆動する第３のモータを正弦波駆動するものであって、前記第２のインバータ回路の出力側に、前記第２のモータおよび前記第３のモータへの接続を切り換える切換手段を設け、前記切換手段を切り換えることで、前記第２のモータあるいは前記第３のモータが位置センサレス正弦波駆動されるようにしたものであり、１つのインバータ回路により複数のモータを位置センサレス正弦波駆動できるので、位置センサのない高効率の永久磁石同期モータを使用して小型、低振動のポンプモータやファンモータを実現でき、接続リード線を減らしてコンパクトで安価な低騒音の洗濯乾燥機のモータ駆動装置を実現できる。

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制御手段は、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が設定値となるように前記第２のインバータ回路の出力電圧を制御し、前記第２のインバータ回路の出力側に接続される第２のモータあるいは第３のモータに応じて前記無効電流成分設定値あるいは制御ゲインを変更するようにしたものであり、第２のインバータ回路に接続されるモータに応じて無効電流成分設定値あるいは制御ゲインを最適設定することにより電流位相をｑ軸位相とほぼ同相に設定でき、安定化できるので、モータあるいはモータ負荷が変化しても脱調せずに安定した回転制御が可能となり、モータ電流を減らして最大効率運転が可能となる。

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の制御手段は、第２のインバータ回路の出力周波数に対する出力電圧の比率を一定にして起動し、前記第２のインバータ回路の出力側に接続される第２のモータあるいは第３のモータに応じて起動時間、あるいは初期印加電圧を変更するようにしたものであり、起動トルクの少ないポンプ負荷あるいはファン負荷などの起動制御は、モータトルクと慣性モーメントに応じて起動時間あるいは初期印加電圧を変更することにより安定起動可能となり、起動プログラムの初期設定パラメータのみ変更すればよく起動プログラムを共用化でき、モータ制御プログラムを簡単にすることができる。

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、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Ｉｓａ、Ｉｓｂ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（以下、ＤＳＰと略す）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１つの高速プロセッサにより制御するもので、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検出手段７０Ａを省略し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駆動周波数ｆで決まるので、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。

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により検出したＵＶＷ各相信号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・母線軸座標変換手段７０１に加える。３相／２相・母線軸座標変換手段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（母線軸）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（力率角）、電流Ｉのｑ軸からの位相を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γをｑ軸からわずかに遅れるように、無効電流Ｉｒ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有効電流Ｉａ、あるいは無効電流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。また、有効電流Ｉａはｑ軸電流Ｉｑとほぼ等しく、無効電流Ｉｒはｄ軸電流Ｉｄとほぼ等しいので、ｒ−ａ軸を仮想のｄ−ｑ軸と見なしてベクトル制御してもよい。

３相／２相・母線軸座標変換手段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Ｅｍ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・母線軸座標逆変換手段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。数式２は印加電圧制御方程式で、電圧補正信号ΔＶａは、数式２に示すように無効電流設定値Ｉｒｓと無効電流検出値Ｉｒの誤差信号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。数式２に示す初期印加電圧Ｖｓは、起動開始時のモータ印加電圧であり、起動時に比例定数Ｋｐ、積分定数Ｋｓを零にして起動させるので、Ｎ＝０の起動初期には初期印加電圧Ｖｓが印加される。すなわち、起動時と定常時は同じ方程式で制御され、無効電流設定値Ｉｒｓや制御ゲインＫｐ、Ｋｓなどの制御パラメータを変えるだけで各種モータ、あるいはモータ負荷を制御できる。

インバータ出力電圧軸（ａ−ｒ軸）のｒ軸電圧成分Ｖｒは零となり、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。

起動制御手段７１１は、起動初期、すなわち回転数零から設定回転数に達するまでの起動制御を行うもので、前述したように起動開始から所定回転数に立ち上げるまでの起動時間ｔｓの設定、初期印加電圧Ｖｓの設定、比例及び積分ゲインＫｐ、Ｋｓの零設定等を行い、駆動周波数ｆと印加電圧Ｖａを直線的に立ち上げ制御する。

負荷量検知手段７１２は、モータ負荷トルク、あるいはモータ負荷状態を検出するもので、有効電流Ｉａより負荷トルクを検出して負荷状態を検出する。また、ＩａとＩｒより力率角φを求め、内部相差角δとｑ軸からの位相γより負荷量を判定してもよい。

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、力率角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し安定に動作する点にある。すなわち、同期モータの定電圧駆動に似て、回転数一定でｑ軸からの電流位相γが負荷に応じて自動的に変化する。

図４は無効電流一定制御におけるトルク電流と力率角φ、ｑ軸からの電流位相γの特性図、図５は無効電流一定制御におけるトルク電流とモータ電流Ｉｏ、有効電流Ｉａの特性図を示す。図４はトルク電流増加に従いｑ軸からの電流位相γが零に近づく特性を示し、
図５はトルク電流が増加すると有効電流Ｉａが増加する特性を示している。トルク変化に対して位相φあるいは電流Ｉｏの変化は少なく、位相γ、あるいは有効電流Ｉａが負荷量に対してほぼ直線的に変化するので、有効電流Ｉａあるいはｑ軸からの電流位相γより負荷量検出できることがわかる。

無効電流一定方式は、無効電流Ｉｒと無効電流設定値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内部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。よって、回転数制御により有効電流Ｉａを制御する場合には、ベクトル制御のように、回転数制御の中に有効電流をマイナーループ制御させる必要が生じる。しかし、有効電流Ｉａより負荷トルクを検出できる点は変わらない。

以上述べたように、本発明による位置センサレス正弦波駆動方式は、インバータ回路出力電流を印加電圧と同方向電流ベクトルＩａと直角方向の電流ベクトルＩｒに分解し、無効電流Ｉｒが所定値となるように印加電圧を制御するので、ロータ磁極位置推定無しで少ないモータパラメータで制御可能であり、制御プログラムが非常に簡単となり、高効率で低振動低騒音のセンサレス正弦波駆動を容易に実現できる。また、起動制御と定常時は同じ制御方程式で制御されるため従来の位置センサレス正弦波駆動方式の制御プログラムに比較してプログラム容量が少なくモータ制御のオーバーヘッドが非常に小さい特長があり、１つのプロセッサにより２つのモータを同時に正弦波駆動できる。特に、洗濯乾燥機においては屋内使用のため低騒音にする必要があり、キャリヤ周波数を超音波周波数に設定するのでキャリヤ周期の約半分程度の時間内でモータ制御タスクを終わらせるためには従来の如き制御方式でプログラムを実行させるためには超高速のプロセッサが必要となるが、本願発明によればプロセッサへの負担が非常に軽くなり安価なプロセッサで１プロセッサ２インバータ制御を実現できる。

（実施の形態２）
図６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６において、インバータ回路３Ｂの出力側にリレーより構成される切換手段８を設け、第２のモータ４Ｂあるいは第３のモータ４Ｃのいずれかを駆動する。第２のモータ４Ｂは図１の実施の形態１と同じく送風ファンモータとし、第３のモータ４Ｃは排水ポンプとすることにより、乾燥運転時は切換手段８により第２のモータ側に接続して送風ファンモータを駆動し、洗濯あるいは脱水運転時には第２のインバータ回路３Ｂの出力電圧が排水ポンプモータ４Ｃ側に印加されるようにすることにより、１つのインバータ回路で送風ファンモータ４Ｂあるいは排水ポンプモータ４Ｃを交互に駆動することができる。排水ポンプモータ４Ｃは、風呂水給水ポンプモータに置き換えてもよい。また、切換手段８の出力側にさらに切換手段８Ｂ（図示せず）を設けて排水ポンプモータと風呂水給水ポンプモータを交互に切り換えてもよい。

制御手段７Ａは、インバータ回路３Ａ、３Ｂとモータ４Ａ、４Ｂ、あるいはモータ４Ａ、４Ｃを同時に制御するもので、実施の形態１に切換手段８の制御信号Ｓｒが追加され、制御プログラムが変更追加されたものである。

図７から図９は、インバータ回路３Ｂによるファンモータ４Ｂとポンプモータ４Ｃの駆動方法を示すフローチャートである。図７はモータ制御のメインフローチャートで、図８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９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７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にてポンプモータの駆動設定か送風ファンモータの駆動設定かの判定を行い、ポンプモータ駆動設定ならばステップ１０２に進んで、起動制御および定常制御の各種パラメータ設定を行う。起動制御のパラメータは後ほど詳細に述べるように、設定回転数まで駆動周波数を直線的に変化させる起動立ち上げ時間ｔｓと初期印加電圧Ｖｓおよび印加電圧定数ｋｒで、あり、比例定数Ｋｐと積分定数Ｋｓは零に設定する。定常制御のパラメータは、式２に示したように、印加電圧定数ｋｒ、誘起電圧定数Ｋｅ、設定周波数ｆｏ及び設定周波数ｆｏに対応する無効電流設定値Ｉｒｓ、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｓである。トルク電流Ｉｑと無効電流Ｉｒの関係は式６より求めることができる。

ここでｋｒはモータ誘起電圧Ｅｍと印加電圧Ｖａの比で印加電圧定数（ｋｒ＝Ｖａ／Ｅｍ）、ｋｘはコイルインピーダンスωＬと誘起電圧Ｅｍの比でモータ定数（ｋｘ＝Ｅｍ／ωＬ）である。無効電流設定値Ｉｒｓによりｑ軸からの遅れ位相γを設定できる。トルク電流Ｉｑがわかれば無効電流設定値Ｉｒｓは計算で求めるか、予め計算した結果を回転数Ｎと無効電流設定値Ｉｒｓを対応させてＲＯＭテーブルに記憶させておいてもよい。

図１０は、回転数Ｎに対する無効電流設定値Ｉｒｓの制御特性図であり、図１０においてＩｆはファンモータの場合の設定、Ｉｐはポンプモータの場合の設定例を示す。ファンあるいはポンプ負荷の場合、回転数の２乗によりトルクは増加するので、回転数に対応したトルク電流Ｉｑを求め、無効電流設定値Ｉｒｓを演算で求めてもよい。

図７に戻って、ステップ１０４にて起動制御のフラグの有無を確認し、起動ならばステップ１０５に進んで起動制御サブルーチンを実行する。

図１１は、起動制御タイミングチャートを示し、起動時の印加電圧Ｖａと駆動周波数ｆの起動制御方法を示す。ファンモータの場合には、印加電圧Ｖａｂは初期印加電圧Ｖｓｆから起動立ち上げ時間ｔｓｂまで直線的に立ち上げ、駆動周波数ｆｂは零から設定回転数まで起動時間に対して直線的に立ち上げる。起動立ち上げ時間ｔｓｂ以降は、駆動周波数は一定値（ｆｂｏ）にして無効電流設定値となるように印加電圧制御を行うので、印加電圧Ｖａｂは負荷状態に応じて変動する。ポンプモータも同様に制御し、初期印加電圧はＶｓｐ、起動立ち上げ時間はｔｓｃ、定常駆動周波数ｆｏはｆｃｏに設定する。起動時における内部相差角δの変化Δδは式７で表される。

式７において、ｋωは起動立ち上げ時の角速度変化率で、ｋｔは駆動周波数に対するトルクの変化率、Ｊは負荷及びロータの慣性モーメント、Ｐｆは極対数、ωｎは系の固有振動数を示している。式７より角速度変化率ｋωおよび駆動周波数に対するトルク変化率ｋ
ｔを小さくすると内部相差角変化率Δδを小さくできるので、起動立ち上げ時間ｔｓを長くするほど安定起動が可能であることがわかる。

図７に戻り、ステップ１０６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１０７のキャリヤ信号割り込みサブルーチンを実行し、次にステップ１０８に進んで回転数制御サブルーチンを実行する。次にステップ１０９に進んで有効電流Ｉａの大小判定による負荷量判定を行い、ステップ１１０に進んで負荷状態が低負荷かどうか判定し、低負荷ならば排水完了、あるいは給水完了と判断してステップ１１１に進んでモータ駆動を停止させ、ステップ１１２にてモータ駆動停止フラグをオンし、ステップ１１３に進んでモータ駆動プログラムをリターンさせる。

図８は、キャリヤ信号割込サブルーチンの詳細なフローチャートを示す。

ステップ２００よりキャリヤ信号割込サブルーチンが開始し、ステップ２０１にて電気角θを演算し、次にステップ２０２に進んで高速Ａ／Ｄ変換手段によりモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。次に、ステップ２０３に進んで３相／２相・母線軸座標変換を行い有効電流Ｉａと無効電流Ｉｒを求め、次にステップ２０４に進んでＩａ、ＩｒをＲＡＭにメモリし、次にステップ２０５に進んで式８より力率角φを求め、ＲＡＭにメモリする。

次に、ステップ２０６に進んで印加電圧Ｖａとインバータ直流電圧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演算し、ステップ２０８に進んでＰＷＭ制御によりモータに正弦波電圧を印加し、ステップ２０９に進んでサブルーチンをリターンする。

図９は回転数制御サブルーチンの詳細なフローチャートで、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に進んで無効電流設定値Ｉｒｓを呼び出し、次にステップ３０４に進んで無効電流Ｉｒ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ＩｒｓとＩｒの誤差信号ΔＩｒを比例積分して電圧補正信号ΔＶａを求め、ステップ３０７に進んで式２の制御方程式より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。

図１２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、回転ドラム駆動用モータ４Ａ制御用のインバータ回路３Ａと送風ファンモータ４Ｂ制御用のインバータ回路３Ｂとのキャリヤ信号Ｃａ、ＣｂおよびＰＷＭ出力信号ＧＡ、ＧＢとＡ／Ｄ変換タイミングＤｉａ、Ｄｉｂの関係を示している。回転ドラム駆動用モータ４Ａと送風ファンモータ４Ｂ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する。インバータ回路３Ａの出力設定信号Ｖａｉとキャリヤ信号Ｃａを比較してＶａｉが高ければ上アーム出力信号Ｇｐａをハイとし、低ければＧｐａをローにして下アーム出力信号Ｇｎａ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。Ｄｉａ、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Ｃａ、Ｃｂのピーク値を同期させ、インバータ回路３Ａ、３Ｂの下アームトランジスタ導通期間に電流検出手段７０Ａ、７０Ｂからの出力信号Ｖｓａ、Ｖｓｂ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３Ａ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。Ａ／Ｄ変換は、三角波キャリヤ信号のピーク値でインバータ回路３Ａ、３Ｂ交互に行うことによりＡ／Ｄ変換のオーバーヘッドを減少させることができる。プロセッサの処理速度に余裕があれば、インバータ回路３Ａ、３Ｂ同時にＡ／Ｄ変換して電流検出してもよい。

（実施の形態３）
図１３は、本発明の第３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および実施の形態２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１３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９および蒸発器１０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、４Ｄ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あるいはポンプモータ４Ｃ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４Ｄ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９が高温側で熱を放出し、蒸発器１０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９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１０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９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１３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４Ｄ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、送風ファンモータ４Ｂ駆動インバータ回路３Ｂと圧縮機モータ４Ｄ駆動用インバータ回路３Ｃを１つのプロセッサにより位置推定して駆動する方式ではプログラム容量が大きくなって実行速度上限界があり、送風ファンモータ４Ｂに位置センサを設けて駆動する方法ならば可能であった。しかしながら、本発明による無効電流一定制御方式によりプロセッサへの負担を大幅に低減できるので、送風ファンモータ４Ｂと圧縮機モータ４Ｄを同時にセンサレス正弦波駆動でき、モータから位置センサを省略することにより部品点数を減らしモータを安価に制御できるだけではなく、ファンモータ回転数変動もなくすことができる。また、１つのプロセッサによりインバータ回路３Ａ、３Ｂ、３Ｃを同時に駆動することも可能となる。

制御手段７Ｂは、プロセッサ１つあるいは２つによりインバータ回路３Ａ、３Ｂ、３Ｃとモータ４Ａ、４Ｄとモータ４Ｂあるいは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７２Ｂに加えてモータ駆動制御する。インバータ制御手段７２Ｂ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１つあるいは２つ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個で構成すると最も合理的である。しかし、実施の形態１あるいは２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。また、プロセッサ速度をさらに高速にして送風ファンモータ４Ｂ、圧縮機モータ４Ｄを無効電流一定制御により駆動することにより、１つのプロセッサにより回転ドラム駆動モータ４Ａ、送風ファンモータ４Ｂ、圧縮機モータ４Ｄを同時に駆動することも可能である。

以上のように本実施の形態１、２および３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、排水ポンプモータあるいは風呂水ポンプ４Ｃ、あるいはヒートポンプサイクルの圧縮機モータ４Ｄを無効電流一定方式によりプログラムタスクを減らしてセンサレス正弦波駆動することにより、高効率で低振動低騒音が容易に実現でき、１つのプロセッサで複数のインバータ回路を同時に駆動可能となるので、リード線や防振部品、プロセッサおよびその周辺回路などの部品点数を減らし、モータから位置センサを省略でき安価で信頼性の高い洗濯乾燥機のモータ駆動装置を実現できる。

特に、送風ファンモータは温風を回転ドラム内に送風するのでモータ周辺温度上昇が大きくなり、モータ内部に設けたホールＩＣなどの半導体部品の耐熱温度をオーバーする課題があったが、センサレス正弦波駆動によりモータ電流と振動を減らし、モータ内蔵の半導体部品を省略できるのでモータの温度上昇低減と高耐熱化が可能となり、高効率で高信頼性の安価なモータを実現することができる。

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、回転数変動がほとんどないため、インバータ相互間の干渉を減らし電源電圧変動による回転数変動を無くすことができる。

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、プロセッサのプログラムタスクを大幅に低減でき、モータ制御パラメータが少なく、わずかの制御パラメータを変更するだけで各種モータとモータ負荷が変動しても駆動制御できる特長があり、１つのプロセッサにより複数のインバータ回路を駆動する場合や、１つのインバータ回路により複数のモータを交互、あるいは順次切り換えて駆動する場合に適しており、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 同モータ駆動装置のトルク電流に対する位相φ、γの特性図 同モータ駆動装置のトルク電流に対する電流Ｉｏ、Ｉａの特性図 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回転数に対する無効電流設定値の制御特性図 同モータ駆動装置の起動制御タイミングチャート 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 本発明の実施の形態３における洗濯乾燥機のモータ駆動装置のブロック図

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 (3)

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少なくとも１つのプロセッサよりな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あるいは乾燥用ヒートポンプの圧縮機を駆動する第１のモータを正弦波駆動し、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を駆動する第２のモータ、もしくは給水ポンプあるいは排水ポンプを駆動する第３のモータを正弦波駆動するものであって、前記第２のインバータ回路の出力側に、前記第２のモータおよび前記第３のモータへの接続を切り換える切換手段を設け、前記切換手段を切り換えることで、前記第２のモータあるいは前記第３のモータが位置センサレス正弦波駆動されるようにした洗濯乾燥機のモータ駆動装置。
2. 制御手段は、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が設定値となるように前記第２のインバータ回路の出力電圧を制御し、前記第２のインバータ回路の出力側に接続される第２のモータあるいは第３のモータに応じて前記無効電流成分設定値あるいは制御ゲインを変更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. 制御手段は、第２のインバータ回路の出力周波数に対する出力電圧の比率を一定にして起動し、前記第２のインバータ回路の出力側に接続される第２のモータあるいは第３のモータに応じて起動時間、あるいは初期印加電圧を変更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。