JP2010035849A - 洗濯機のインバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータマグネットの着磁量を変更可能な永久磁石モータを使用する場合に、励磁電流の制御を簡単な構成で行うことができる洗濯機のインバータ装置を提供する。
【解決手段】ドラムモータ１１が、ロータ側に、ネオジム磁石とアルニコ磁石とからなるロータマグネットを備えて構成される場合、インバータ回路３２を介して流れる電流を、検出閾値と比較して過電流を検出するためのコンパレータ１０６と、インバータ回路３２を介してアルニコ磁石の着磁量を変化させるように励磁電流を発生させる制御回路３０とを備え、励磁電流を流す場合にコンパレータ１０６に設定する閾値を過電流検出用の閾値よりも大なる電流制限閾値に変更して、励磁電流の制限手段として利用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータマグネットが高保持力の第１永久磁石と低保磁力の第２永久磁石とを備える永久磁石モータにより洗濯運転を行う洗濯機のインバータ装置に関する。

一般に、インバータ回路によりモータを制御することで発生させた回転駆動力により洗濯運転を行う構成の洗濯機においては、モータが過負荷や脱調状態となったり、インバータ回路に故障が発生した場合に過電流が流れることがあるため、その過電流を検出する手段を備え（例えば、特許文献１参照）、過電流が検出されると運転を停止するなどの異常処理を行っている。
特開２００８−１０４４８１号公報

ところで、出願人は、洗濯機用のモータとして、ロータ側に、第１永久磁石と、保磁力が第１永久磁石よりも小さく、且つ着磁量を容易に変更可能なレベルの保磁力を有する第２永久磁石とからなるロータマグネットを備えて構成される永久磁石モータを使用することを、例えば特願２００７−２８９８８６などで提案している。上記のような永久磁石モータを使用する場合、第２永久磁石の着磁量を変化させるための励磁電流を、インバータ回路を介してステータ巻線に流す必要がある。上記励磁電流の量は、洗濯運転を行う場合の電流に比較してかなり多く、また、着磁量を制御するには、励磁電流量を適切に制御する必要がある。

しかしながら、上記の永久磁石モータを使用する洗濯機は、比較的新規な構成であるため、励磁電流を適切に制御するための具体的な構成は、まだ提案されていない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータマグネットの着磁量を変更可能な永久磁石モータを使用する場合に、励磁電流の制御を簡単な構成で行うことができる洗濯機のインバータ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の洗濯機のインバータ装置は、ロータ側に、第１永久磁石と、保磁力が前記第１永久磁石よりも小さく、且つ着磁量を容易に変更可能なレベルの保磁力を有する第２永久磁石とからなるロータマグネットを備えて構成される永久磁石モータが発生する回転駆動力により洗濯運転を行う洗濯機に搭載され、
前記永久磁石モータを制御するインバータ回路と、
このインバータ回路を介して流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータ回路を介して、前記第２永久磁石の着磁量を変化させるように励磁電流を発生させる着磁量制御手段とを備え、
前記着磁量制御手段が動作して前記励磁電流を流す場合に、前記電流検出手段によって検出される電流に対して電流制限閾値を設定し、両者を比較することで、前記電流検出手段を前記励磁電流の制限手段として利用することを特徴とする。

上述したように、洗濯機には一般に電流を検出する手段を備えているので、その電流検出手段が検出する電流について過電流検出用の閾値を設定して比較を行うようにすれば、着磁量制御手段が第２永久磁石の着磁量を変化させるように励磁電流を発生させる場合の制御にも使用できる。

本発明の洗濯機のインバータ装置によれば、ロータマグネットの着磁量を変更可能な永久磁石モータを使用する場合でも、既存の電流検出手段を流用して第２永久磁石の着磁量を変化させるように励磁電流を制限できるので、着磁量を高精度に制御して洗濯機の運転特性を安定化させることができる。

（第１実施例）
以下、本発明をヒートポンプ式洗濯乾燥機（ランドリー機器）に適用した第１実施例について、図１乃至図１０を参照して説明する。ドラム式洗濯乾燥機の縦断側面を示す図８において、外箱１の内部には、水槽２が複数の支持装置３により弾性支持されて水平状態に配設されている。この水槽２の内部には、これと同軸状態で回転ドラム（回転槽）４が回転可能に配設されている。この回転ドラム４は、周側壁及び後壁に通風孔を兼ねる脱水孔４ａ（一部のみ図示）を多数有していて、洗濯槽、脱水槽及び乾燥室としても機能する。なお、回転ドラム４の内周面には、複数のバッフル４ｂ（１個のみ図示）が設けられている。

上記外箱１、水槽２及び回転ドラム４において、いずれも前面部（図中、右側部）には、洗濯物出し入れ用の開口部５、６及び７をそれぞれ有しており、開口部５と開口部６とは、弾性変形可能なベロー８により水密に連通接続されている。また、外箱１の開口部５には、これを開閉する扉９が設けられている。また、回転ドラム４は、背面部に回転軸１０を有しており、この回転軸１０は、軸受（図示せず）に支持されて、水槽２の背面部の外側に取付けられたアウタロータ型の三相ブラシレスＤＣモータからなるドラムモータ（洗い・脱水モータ，永久磁石モータ）１１により回転駆動される。尚、回転軸１０はモータ１１の回転軸と一体であり、回転ドラム４は、ダイレクトドライブ方式により駆動される。

外箱１の底板１ａには、複数の支持部材１２を介してケーシング１３が支持されており、そのケーシング１３の右端部上部及び左端部上部には、吐出口１３ａ及び吸入口１３ｂがそれぞれ形成されている。また、底板１ａには、ヒートポンプ（冷凍サイクル）１４の圧縮機１５が設置されている。更に、ケーシング１３内には、ヒートポンプ１４の凝縮器１６及び蒸発器１７が右側から左側に向け順に設置されているとともに、右端部に位置して送風ファン１８が配設されている。ケーシング１３における蒸発器１７の下方に位置する部位には、皿状の水受け部１３ｃが形成されている。

水槽２において、前面部の上部には吸気口１９が形成され、背面部下部には排気口２０が形成されている。吸気口１９は、直線状ダクト２１及び伸縮自在な連結ダクト２２を介してケーシング１３の吐出口１３ａに接続されている。また、排気口２０は、環状ダクト２３及び伸縮自在の連結ダクト２４を介してケーシング１３の吸入口１３ｂに接続されている。環状ダクト２３は、水槽２の背面部の外側に取付けられており、ドラムモータ１１と同心円状をなすように形成されている。すなわち、環状ダクト２３の入口側が排気口２０に接続され、出口側が連結ダクト２４を介して吸入口１３ｂに接続されている。そして、上記ケーシング１３、連結ダクト２２、直線状ダクト２１、吸気口１９、排気口２０、環状ダクト２３及び連結ダクト１４は、空気循環経路２５を構成する。

外箱１内において、その後方上部には、三方弁からなる給水弁２６が配設され、また、前方上部には、洗剤投入器２６ａが配設されている。給水弁２６は、その入水口が給水ホースを介して水道の蛇口に接続され、第１の出水口が洗い用給水ホース２６ｂを介して洗剤投入器２６ａの上段の入水口に接続され、第２の出水口がすすぎ用給水ホース２６ｃを介して洗剤投入器２６ａの下段の入水口に接続されている。そして、洗剤投入器２６ａの出水口は、水槽２の上部に形成された給水口２ａに給水ホース２６ｄを介して接続されている。

水槽２の底部の後方部位には、排水口２ｂが形成されており、この排水口２ｂは、排水弁２７ａを介して排水ホース２７に接続されている。なお、排水ホース２７の一部は伸縮自在になっている。そして、ケーシング１３の水受け部１３ｃは、排水ホース２８及び逆止弁２８ａを介して排水ホース２７の途中部位に接続されている。

外箱１の前面上部には操作パネル部２９が設けられており、この操作パネル部２９には、図示はしないが、表示器及び各種の操作スイッチが設けられている。また、操作パネル部２９の裏面には、表示・操作用基板８４が設けられており、基板ケース１２０に内蔵される制御回路（着磁量制御手段）３０と通信を行うことで操作パネル部２９が制御される。制御回路３０は、マイクロコンピュータで構成されており、操作パネル部２９の操作スイッチの操作に応じて給水弁２６、ドラムモータ１１及び排水弁２７ａを制御し、洗い、すすぎ及び脱水の洗濯運転や、ドラムモータ１１及び圧縮機１５を駆動する三相ブラシレスＤＣモータからなる圧縮機モータ（コンプレッサモータ，図示せず）を制御することで乾燥運転を実行する。

図９は、ドラムモータ１１の駆動系を概略的に示すものである。インバータ回路（ＰＷＭ制御方式インバータ）３２は、６個のＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）３３ａ〜３３ｆを三相ブリッジ接続して構成されており、各ＩＧＢＴ３３ａ〜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〜３４ｆが接続されている。
下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ、３３ｅ、３３ｆのエミッタは、シャント抵抗（電流検出手段）３５ｕ、３５ｖ、３５ｗを介してグランドに接続されている。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、ドラムモータ１１の巻線１１ｕ〜１１ｗには最大で１５Ａ程度流れるので、シャント抵抗３５ｕ〜３５ｗの抵抗値は、例えば０．１Ωに設定されている。

レベルシフト回路（電流検出手段）３６はオペアンプなどを含んで構成され、シャント抵抗３５ｕ〜３５ｗの端子電圧を増幅すると共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）バイアスを与える。また、過電流比較回路（電流検出手段）３８は、レベルシフト回路３６の出力を受けて、インバータ回路３２の上下アームが短絡した場合、回路の破壊を防止するために過電流検出を行なう。

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。インバータ回路３２の各相出力端子は、ドラムモータ１１の各相巻線１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに接続されている。

制御回路３０は、レベルシフト回路３６を介して得られるモータ１１の巻線１１ｕ〜１１ｗに流れる電流Ｉａｕ〜ＩａｗをＡ／Ｄ変換部７４によりＡ／Ｄ変換して読み込み、その電流値に基づいて２次側の回転磁界の位相θ及び回転角速度ωを推定すると共に、三相電流を直交座標変換及びｄ−ｑ(direct−quadrature) 座標変換して励磁電流成分Ｉｄ、トルク電流成分Ｉｑを得る。
そして、制御回路３０は外部より速度指令が与えられると、推定した位相θ及び回転角速度ω並びに電流成分Ｉｄ、Ｉｑに基づいて電流指令Ｉｄref 、Ｉｑref を生成し、それを電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに変換すると直交座標変換及び三相座標変換を行なう。最終的には、駆動信号がＰＷＭ信号として生成され、インバータ回路３２を介してモータ１１の巻線１１ｕ〜１１ｗに出力される。

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電源より３．３Ｖ電源を生成し、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〜３３ｃを駆動するために配置されている。

また、モータ１１のロータには、起動時に使用するための例えばホールＩＣで構成される回転位置センサ７８（ｕ，ｖ，ｗ）が配置されており、回転位置センサ７８（位置検出手段）が出力するロータの位置信号は、制御回路３０に与えられている。すなわち、モータ１１の起動時において、ロータ位置の推定が可能となる回転速度（例えば、約３０ｒｐｍ）までは、回転位置センサ７８を使用してベクトル制御を行い、上記回転速度に達した以降は、回転位置センサ７８を使用しないセンサレスベクトル制御に切り替える。
そして、圧縮機モータについては、具体的には図示しないが、ドラムモータ１１の駆動系とほぼ対称な構成が配置されている。

また、電源回路３９の出力端子とグランドとの間には、抵抗素子７９ａ，７９ｂの直列回路が接続されており、それらの共通接続点は、制御回路３０の入力端子に接続されている。制御回路３０は、抵抗素子７９ａ，７９ｂにより分圧されたインバータ回路３２の入力電圧を読み込み、ＰＷＭ信号デューティを決定するための基準とする。
その他、制御回路３０は、例えばドアロック制御回路や乾燥用ファンモータ等の各種電装品８３を制御したり、前述した表示・操作用基板８４との間で操作信号や制御信号等の入出力を行うようになっている。

図１０は、制御回路３０が、ドラムモータ１１（並びに圧縮機モータ）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り、ここでは概略的に説明する。尚、図１０において、（α，β）はモータ１１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、モータ１１のロータの回転に伴い回転している２次磁束の座標系を示す。

減算器６２には、速度指令出力部６０より目標速度指令ωrefが被減算値として、エスティメータ(Estimator) ６３により検出されたモータ１１の検出速度ωが減算値として与えられ、減算器６２の減算結果は、速度ＰＩ(Proportional-Integral) 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。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により三相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換されて出力する。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、他方の固定接点７１ｕｂ、７１ｖｂ、７１ｗｂには、初期パターン出力部７６より出力される電圧指令値Ｖus、Ｖvs、Ｖwsが与えられる。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又はＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて１５．６ｋＨｚのキャリア（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に出力する。ＰＷＭ信号Ｖup〜Ｖwpは、例えばモータ１１の各相巻線１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに正弦波状の電流が通電されるよう、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変換部７４は、ＩＧＢＴ３３ｄ〜３３ｆのエミッタに現れる電圧信号をＡ／Ｄ変換した電流データＩａｕ、Ｉａｖ、Ｉａｗ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Ｉａｕ、Ｉａｖ、Ｉａｗ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よりモータ１１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に変換すると、それらを前述の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、モータ１１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われる。その後、回転位置センサ７８によりセンサ信号に基づきベクトル制御を行うと、エスティメータ６３が起動されてドラムモータ１１のロータの位置角θ及び回転速度ωが推定されるセンサレスベクトル制御に移行する。尚、圧縮機モータの場合は、強制転流からセンサレスベクトル制御に移行する。

切換え制御部７７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の切換えを制御する。尚、以上の構成において、インバータ回路３２を除く構成は、制御回路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。ベクトル制御における電流制御周期は例えば１２８μ秒に設定されている。但し、ＰＷＭ搬送波周期は、ドラムモータ１１側が６４μ秒，圧縮機モータ側が１２８μ秒となっている。そして、制御回路３０とインバータ回路３２とがインバータ装置９９を構成している。

図７は、ドラムモータ１１の全体構成を概略的に示す（ａ）平面図、（ｂ）は一部を拡大して示す斜視図である。ドラムモータ１１は、ステータ９１と、これの外周に設けたロータ９２とから構成され、ステータ９１は、ステータコア９３とステータ巻線１１ｕ，１１ｖ，１１とから構成されている。ステータコア９３は、環状のヨーク部９３ａと、当該ヨーク部９３ａの外周部から放射状に突出する多数のティース部９３ｂとを有しており、ステータ巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗは、各ティース部９３ｂに巻装されている。

ロータ９２は、フレーム９４とロータコア９５と複数の永久磁石９６，９７とを図示しないモールド樹脂により一体化した構成となっている。フレーム９４は、磁性体である例えば鉄板をプレス加工することで扁平な有底円筒状に形成されている。そして、永久磁石９６，９７は、ロータマグネット９８を構成している。

ロータコア９５は、フレーム９４の周側壁の内周部に配置されており、その内周面は、内方に向けて円弧状に突出する複数の凸部９５ａを有した凹凸状に形成されている。これら複数の凸部９５ａの内部には、軸方向に貫通し、短辺の長さが異なる矩形状挿入穴９５ｂ，９５ｃが形成されており、それらが１つずつ交互に、環状に配置されている。各挿入穴９５ｂ，９５ｃには、ネオジム磁石９６（第１永久磁石）と、アルニコ磁石９７（第２永久磁石）とが挿入されている。この場合、ネオジム磁石９６の保磁力は約９００ｋＡ／ｍ、アルニコ磁石９７の保磁力は約１００ｋＡ／ｍであり、保磁力が９倍程度異なっている。

また、これら２種類の永久磁石９６，９７は、それぞれ１種類で１磁極を形成しており、その磁化方向が永久磁石モータ１の径方向に沿うように、例えば各２４個ずつ、合計で４８個配置されている。このように２種類の永久磁石９６，９７を交互に且つその磁化方向が径方向に沿うように配置することで、隣同士に配置された永久磁石９６，９７が互いに反対方向に磁極を有する状態（一方のＮ極が内側、他方のＮ極が外側となる状態）となり、これらネオジム磁石９６とアルニコ磁石９７との間に例えば矢印Ｂで示す方向に磁気経路（磁束）が生ずる。すなわち、保磁力が大きいネオジム磁石９６と保磁力が小さいアルニコ磁石９７の双方を通過する磁気経路が形成されるようになっている。

図１は、図９に示す構成を、本発明の要旨に係る部分について示すものであり、Ｕ相に対応するレベルシフト回路３６Ｕ及び過電流比較回路３８Ｕを具体回路で示している。また、インバータ回路３２の正側，負側電源母線の間に接続されているのは、図９では図示していないが、容量が例えば０．２２μＦ程度フィルムコンデンサからなるスナバコンデンサ１００である（これに対して、平滑用のコンデンサ４２ａ，４２ｂは例えば８２０μＦ程度の電解コンデンサである）。

レベルシフト回路３６Ｕは、オペアンプ１０１により増幅回路を構成しており、オペアンプ１０１の非反転入力端子は、抵抗素子１０２を介してＩＧＢＴ３３ｄのエミッタに接続されていると共に、抵抗素子１０３を介して５Ｖにプルアップされている。また、オペアンプ１０１の反転入力端子は、抵抗素子１０４を介してグランドに接続されていると共に、抵抗素子１０５を介して自身の出力端子に接続されている。

過電流比較回路３８Ｕは、コンパレータ（励磁電流制限手段）１０６を中心に構成されており、その反転入力端子は、オペアンプ１０１の出力端子に接続されている。また、コンパ１０６の非反転入力端子は、抵抗素子１０７を介して５Ｖに接続されていると共に、抵抗素子１０８を介してグランドに接続されている。また、同非反転入力端子とグランドとの間には、スイッチＳＷ１及び抵抗素子１０９の直列回路と、スイッチＳＷ２及び抵抗素子１１０の直列回路とが接続されている。

すなわち、制御回路３０がスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンオフ制御することで、コンパレータ１０６の閾値電圧を変更可能となっている。そして、インバータ回路３２によりドラムモータ１１を通常運転させる場合には、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を何れもオンに設定しておき、コンパレータ１０６の閾値電圧を、過電流検出（例えば１０Ａ程度）に対応した最も低い電圧に設定しておく。尚、コンパレータ１０６の検出信号は、ロウアクティブとなっている（勿論、ハイアクティブであっても良い）。

また、図１では、Ｕ相に対応するレベルシフト回路３６Ｕ及び過電流比較回路３８Ｕのみ図示したが、Ｗ相についても同様の構成が配置されている。そして、Ｖ相については、着磁制御では使用しないため、従来と同様に、過電流検出に対応した閾値電圧が固定的に設定されたコンパレータが配置されている。

次に、本実施例の作用について図２ないし図６も参照して説明する。本実施例の構成では、回転ドラム４に収容された洗濯物の重量を検知する（負荷量センシング，検知処理）場合や、洗い・すすぎ運転のように低速回転・高出力トルクが要求される場合には、アルニコ磁石９７の着磁量を増加（増磁）させることでロータマグネット９８全体の磁束を増加させ、脱水運転のように高速回転・低出力トルクが要求される場合は、アルニコ磁石９７の着磁量を減少（減磁）させることでロータマグネット９８全体の磁束を減少させるように制御する。

図５は、洗濯機における洗いから脱水までの一連の行程を概略的に示すフローチャートである。運転を開始すると、制御回路３０は、先ず増磁動作を行い（ステップＳ１０１）、続いて負荷量センシングを行う（ステップＳ１０２）。尚、負荷量センシングは、例えば特開２００４−２６７３３４号公報に開示されている手法を用い、回転ドラム４内の洗濯物の分布状態がバランスしたと推定される時点から回転ドラム４を最大加速度で回転させ、その加速期間におけるｑ軸電流の積算値を求めるようにする。この場合のドラムモータ１１の最高回転数は、例えば１７０ｒｐｍ程度である。

そして、ステップＳ１０２で求めた負荷量に応じて、回転ドラム４内への洗剤投入量や給水量などを決定すると、洗い動作を行う（ステップＳ１０３）。この場合のドラムモータ１１の最高回転数は、例えば５０ｒｐｍ程度である。洗い動作を終了すると、減磁動作を行い（ステップＳ１０４）、「すすぎ」の前処理である第１脱水を行う（ステップＳ１０５）。この場合のドラムモータ１１の最高回転数は、例えば１３００ｒｐｍ程度である。それから、増磁動作を行い（ステップＳ１０６）、続いて「すすぎ」かくはん動作を行う（ステップＳ１０７）。この場合のドラムモータ１１の最高回転数は洗い動作と同じである。

続いて、再び減磁動作を行うと（ステップＳ１０８）、「すすぎ」の後処理である第２脱水を行い（ステップＳ１０９）、増磁動作を行ってから（ステップＳ１１０）再度「すすぎ」かくはん動作を行う（ステップＳ１１１）。そして、減磁動作を行った後（ステップＳ１１２）、最終脱水を行う（ステップＳ１１３）。その後、必要に応じて乾燥運転を行う場合がある。

図３は、アルニコ磁石９７が減磁されている状態から増磁させる場合の処理を示すフローチャートである。先ず、制御回路３０は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を何れもオフにする（ステップＳ１１）。これにより、コンパレータ１０６の閾値電圧は、励磁電流の制限値（例えば２０Ａ程度）に対応した最も高い電圧に設定される。次に、インバータ回路３２により電流ＰＷＭ制御を行いながら強制転流（例えば、ｄ軸電流３Ａ）によりドラムモータ１１を回転させて、位置センサ７８により電気角＋３０°の位置でロータ９２を固定する（ステップＳ１２）。

次に、図１に示すように、Ｕ相上側のＩＧＢＴ３３ａとＷ相下側のＩＧＢＴ３３ｆとを同時に連続でオンさせて、モータ１１の巻線１１Ｕ，１１Ｗに励磁電流を通電する（ステップＳ１３）。このとき、制御回路３０は、励磁電流の通電を開始した時点からの経過時間を、タイマにより計時する（計時手段）。それから、Ｗ相に配置されているコンパレータ１０６Ｗの検出出力がオン（ロウレベル）になったか否かを監視し（ステップＳ１４）、通電開始から１ｍ秒経過後にコンパレータ１０６Ｗがオンすれば（ステップＳ１５：ＮＯ）、インバータ回路３２による通電を３秒間オフさせる（ステップＳ１６）。

ステップＳ１５で「ＹＥＳ」と判断した場合は、所期通りに着磁が行われたケースである。ここで、図２には、上記のように増磁を行う場合の励磁電流波形の一例を示すものであるが、ステップＳ１３の通電パターンとは異なり、ＰＷＭ制御で５ｍ秒間通電した場合であり、通電開始から約４ｍ秒で励磁電流は２１Ａまで達している。したがって、連続通電の場合、電流の上昇度合いはより急峻となる。

また、励磁電流の制限値である２０Ａは、アルニコ磁石９７を増磁する場合に、着磁が完全に飽和するレベルの電流の９０％以下に相当する値に設定している。すなわち、着磁が完全に飽和するレベルの電流を流そうとすると、それに応じてインバータ回路３２の電流容量を増やす必要があり、コストアップするからである。
また、ステップＳ１６において、３秒間の通電停止インターバルを設けるのは、励磁電流の通電によりモータ１１にトルクが発生するため、連続して通電すると、そのトルクに抗したトルクを発生させた場合には、モータ１１が不連続に回転して騒音や振動を生じるおそれがある。そのような事態を回避するため、上記のインターバルを設けている。

ステップＳ１６の実行後は、ステップＳ１２と同様に、但し１電気角分（１／２４機械角分）回転させた状態で、電気角＋３０°の位置でロータを再度固定し（ステップＳ１７）、ステップＳ１３と同様にモータ１１の巻線１１Ｕ，１１Ｗに励磁電流を通電する（ステップＳ１８）。そして、通電開始から１ｍ秒経過後にコンパレータ１０６Ｗがオンすれば（ステップＳ２０：ＹＥＳ，Ｓ２１：ＮＯ）、通電を３秒間オフさせ（ステップＳ２１）、最後にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を何れもオンにして（ステップＳ２２）処理を終了する。

ここで、図７（ａ）に示すように、アルニコ磁石９７は時計回りにＵ，Ｖ，Ｗ，…の順に並んでおり、例えば最上部のＵ相を基準にロータ９２を位置決めすると、ステータ９１のティース９３ｂが相対するアルニコ磁石９７は、Ｕ，Ｗ，Ｖ，Ｕ，Ｗ，Ｖ，…の１つ置き順となる。したがって、ステップＳ１３では上記のようにアルニコ磁石９７が１つ置きに増磁され、それらの間に位置するアルニコ磁石９７は、着磁が不完全な状態となる。そこで、ステップＳ１８でロータ９２を１電気角度分移動させると、残りのアルニコ磁石９７を良好に増磁させることが可能となる。

一方、ステップＳ１３またはＳ１８において励磁電流を通電した場合に、通電開始から２０ｍ秒（上限値）が経過すると（ステップＳ２３，Ｓ２７：ＹＥＳ）、例えば交流電源４０の電圧が不足しているため励磁電流が十分なレベルで供給できていない、という状態が想定される。或いは、インバータ回路３２や、モータ１１に異常や故障が発生していることも考えられる。そこで、その時点でスイッチＳＷ１がオンにしていなければ（ステップＳ２４，Ｓ２８：ＹＥＳ）、ステップＳ１６，Ｓ２１と同様に３秒間の通電停止インバータバルをとった後、スイッチＳＷ１をオンにする（ステップＳ２５，Ｓ２９，異常判定手段）。これにより、コンパレータ１０６Ｗの閾値は、抵抗素子１０９が並列接続されることで低下する（例えば、電流値１７Ａ〜１８Ａ程度に相当する値に設定する）。そして、一旦減磁処理を行ってから（ステップＳ２６，Ｓ３０）ステップＳ１２，Ｓ１７にそれぞれ移行し、再度同様に増磁を試行する。

スイッチＳＷ１をオンにしても、通電開始から２０ｍ秒が経過してコンパレータ１０６Ｗがオンしなかった場合は、ステップＳ２４，Ｓ２８で「ＹＥＳ」と判断し、インバータ回路３２による通電を停止して（ステップＳ３１）、故障判定処理を行うようにする（ステップＳ３２，異常判定手段）。

また、図４は、アルニコ磁石９７を、増磁されている状態から減磁させる場合の処理を示すフローチャートであるが、図３のステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１８，Ｓ１９，Ｓ２６，Ｓ３０を、ステップＳ１３Ｄ，Ｓ１４Ｄ，Ｓ１８Ｄ，Ｓ１９Ｄ，Ｓ２６Ｄ，Ｓ３０Ｄに置き換えたものである。
すなわち、ステップＳ１３Ｄ及びＳ１８Ｄでは、図１に示すように、Ｗ相上側のＩＧＢＴ３３ｃとＵ相下側のＩＧＢＴ３３ｄとを同時に連続オンさせて、モータ１１の巻線１１Ｗ，１１Ｕに励磁電流を逆方向に通電する。そして、ステップＳ１４Ｄ及びＳ１９Ｄでは、Ｕ相に配置されているコンパレータ１０６Ｕの検出出力がオンになったか否かを監視する。また、ステップＳ２６Ｄ，Ｓ３０Ｄでは、スイッチＳＷ１をオンして再度減磁を試行する前に、増磁処理を行うようにする。

また、図６は、図３におけるアルニコ磁石９７の増磁処理が、コンパレータ１０６の閾値を変更することなく完了したか、スイッチＳＷ１をオンした状態で完了したかに応じて、図５のステップＳ１０２で行う負荷量センシングで洗濯物の重量判定を行うための判定値（ｑ軸電流積算値）を変更する一例を示すものである。
すなわち、アルニコ磁石９７の増磁処理がスイッチＳＷ１をオンした状態で完了した場合は、コンパレータ１０６の閾値を低下させた結果、ロータマグネット９８全体の磁束量が所期の値より低くなっている。したがって、モータ１１の出力トルクも若干低下することになり、ベクトル制御において得られるｑ軸電流に基づく負荷量判定の基準も変更することが望ましい。図６では、同じレンジの重量を判定する値を、スイッチＳＷ１をオンした場合はより高く設定するように変更している。

以上のように本実施例によれば、ドラムモータ１１が、ロータ９２側に、ネオジム磁石９６と、アルニコ磁石９７とからなるロータマグネット９８を備えて構成される場合、インバータ回路３２を介して流れる電流を、検出閾値と比較して過電流を検出するためのコンパレータ１０６と、インバータ回路３２を介してアルニコ磁石の着磁量を変化させるように励磁電流を発生させる制御回路３０とを備え、励磁電流を流す場合に、コンパレータ１０６に設定する閾値を、過電流検出用の閾値よりも大なる電流制限閾値に変更することで、コンパレータ１０６を励磁電流の制限手段として利用するようにした。
したがって、過電流検出用として配置されているコンパレータ１０６を流用してアルニコ磁石９７の着磁量を変化させるように励磁電流を制限できるので、着磁量を高精度に制御して洗濯機の運転特性を安定化させることができる。尚、コンパレータ１０６を用いることで、電流の変化状態を高速に判定できる。

また、制御回路３０は、励磁電流の通電を開始した時点から、コンパレータ１０６により励磁電流が電流制限閾値を超えたことが検出されるまでの時間を計時し、その時間が２０ｍ秒を超えると、スイッチＳＷ１をオンしてコンパレータ１０６に設定する電流制限閾値を減少させてからアルニコ磁石９７を再度着磁させるので、例えば電圧が若干不足しているなどの理由で着磁制御が完了しなかった場合には、閾値を低下させて完了させることができる。若しくは、インバータ回路３２等の故障によるか否かを、段階的に、より確実に判定することができる。

更に、制御回路３０は、電流制限閾値を減少させる場合、又は電流制限閾値を減少させることなく、ロータ９２の位置を１電気角分変更して続けて着磁を行う場合に３秒の通電停止期間を設けるので、励磁電流の通電によりモータ１１に発生するトルクの影響をなくして、不用意な騒音や振動の発生を回避できる。
加えて、制御回路３０は、電流制限閾値を初期値から減少させた場合に、モータ１１の回転状態に基づいて行う検知処理の結果を評価するために設定される判定値を補正する。具体的には、回転ドラム４内に収容された洗濯物の重量を検知する処理の判定値を補正するので、モータ１１の出力トルクが所期の値より若干低下した状態となった場合でも、検知処理を正確に行うことができる。

（第２実施例）
図１１乃至図１４は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図１１は、第１実施例の図１相当図である。第２実施例では、コンパレータ１０６の非反転入力端子に接続されていた、スイッチＳＷ１及び抵抗素子１０９の直列回路と、スイッチＳＷ２及び抵抗素子１１０の直列回路とが削除されている。すなわち、コンパレータ１０６は、従来構成と同様に過電流検出用に設けられており、そのため、抵抗素子１１１は、第１実施例の抵抗素子１０８〜１１０を並列接続した抵抗値に相当するものとなっている。

そして、アルニコ磁石９７の着磁制御を行う場合に、励磁電流が電流制限値に到達したか否かの判定は、制御回路（励磁電流制限手段）３０が、Ａ／Ｄ変換部（電流検出手段，励磁電流制限手段）７４がＡ／Ｄ変換したデータを参照し、そのデータに対して電流制限閾値を設定して両者を比較することで行う。図１２は、Ａ／Ｄ変換部７４がＡ／Ｄ変換を行うタイミングを示すものである。Ａ／Ｄ変換部７４は、ＰＷＭ制御の搬送波周期（例えば１２８μ秒）に同期して、三角波のピークでＡ／Ｄ変換を行うようになっている。

次に、第２実施例の作用について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３，図１４は、第１実施例の図３，図４相当図であり、第１実施例ではコンパレータ１０６を用いて行っていた処理を、Ａ／Ｄ変換部７４で行うように置き換えている。ステップＳ１１Ａでは、Ａ／Ｄ変換部７４による判定閾値（電流制限値）を２０Ａに設定している。そして、ステップＳ１４Ａ，Ｓ１９Ａでは、Ｗ相の電流データを２０Ａと比較する。また、ステップＳ２２は削除されている。

ステップＳ２４Ａ，Ｓ２８Ａでは、判定閾値を１７Ａに低下済みか否かを判定し、ステップＳ２５Ａ，Ｓ２９Ａでは、判定閾値を１７Ａに低下させるように処理する。その他の処理は。第１実施例と同様である。図１４では、図１３におけるステップＳ１４Ａ，Ｓ１９Ａを、Ｕ相の電流データを２０Ａと比較する処理に置き換え（ステップＳ１４Ｄ＿Ａ，Ｓ１９Ｄ＿Ａ）、また、ステップＳ２６，Ｓ３０の増磁処理を、ステップＳ２６Ｄ，Ｓ３０Ｄの減磁処理に置き換えている。

以上のように構成される第２実施例によれば、アルニコ磁石９７の増減磁処理にともなう励磁電流の制限制御を、コンパレータ１０６に替えてＡ／Ｄ変換部７４を用いて行うようにした。すなわち、Ａ／Ｄ変換周期は１２８μ秒であるから、ｍ秒オーダーの電流変化の判定を十分に行うことができ、第１実施例のように、コンパレータ１０６の閾値電圧を切り替えるためのスイッチＳＷ１，ＳＷ２や抵抗素子１０８〜１１０を削除することができる。

本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
電流値や通電時間の閾値はあくまでも一例であり、個別の設計に応じて適宜変更して実施すれば良い。
励磁電流の制限閾値を低下させた場合に、判定値を変更する検知処理は、洗濯物の重量判定に限ることなく、例えば回転ドラム４内における洗濯物分布のバランス判定などでも良い。また、上記判定値の変更は、必要に応じて行えば良い。
励磁電流に関する制限閾値の変更は、２段階以上に変更しても良い。例えば第１実施例においても、抵抗素子１０８，１０９の抵抗値が異なる場合は、ステップＳ２５，Ｓ２９とはＳＷ１，ＳＷ２のオンオフを逆にすることで閾値を２段階で低下させても良い。

ステップＳ１５やＳ２５などにおける通電停止時間は、３秒に限らず適宜変更して良い。また、これらのステップを削除しても良い。
ベクトル制御を行うインバータ装置に限ることなく、適用することができる。
第１，第２永久磁石は、ネオジム磁石，アルニコ磁石に限らず、両者の保磁力が、後者の着磁量を変化させる場合に前者の着磁状態が影響を受けない程度に差があるもの適宜選択して使用すれば良い。
増磁処理，減磁処理を行う場合のｄ軸電流の出力パターンは、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
乾燥機能が無い洗濯機に適用しても良い。

ＩＧＢＴ３３に替えて、パワーＭＯＳＦＥＴやパワートランジスタなどの半導体スイッチング素子を使用しても良い。
ドラム式洗濯機に限ることなく、パルセータを回転させる縦型の洗濯機に適用しても良い。
ベクトル制御を行う洗濯機に限ることはない。
アウタロータ型に限ることなく、インナーロータ型の永久磁石モータに適用しても良い。
回転ドラム４の回転軸は、水平に対して仰角方向に１０度〜１５度程度の傾きを持たせるようにしても良い。

本発明の第１実施例であり、図９に示す構成を本発明の要旨に係る部分について示す図 アルニコ磁石を増磁を行う場合の励磁電流波形の一例を示す図 アルニコ磁石を増磁させる場合の処理を示すフローチャート 同減磁させる場合の処理を示すフローチャート 洗いから脱水までの一連の行程を概略的に示すフローチャート 洗濯物の重量判定を行うための判定値を変更するテーブルを示す図 ドラムモータの全体構成を概略的に示す（ａ）平面図、（ｂ）は一部を拡大して示す斜視図 ドラム式洗濯乾燥機の縦断側面図 ドラムモータの駆動系を概略的に示す図 制御回路がモータ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 本発明の第２実施例を示す図１相当図 Ａ／Ｄ変換を行うタイミングを示す図 図３相当図 図４相当図

符号の説明

図面中、４は回転ドラム（回転槽）、１１はドラムモータ（永久磁石モータ）、３０は制御回路（着磁量制御手段，計時手段，異常判定手段）、３２はインバータ回路、３５はシャント抵抗（電流検出手段）、３６はレベルシフト回路（電流検出手段）、７４はＡ／Ｄ変換部（電流検出手段，励磁電流制限手段）、７８は回転位置センサ（位置検出手段）、９２はロータ、９６はネオジム磁石（第１永久磁石）、９７はアルニコ磁石（第２永久磁石）、９８はロータマグネット、９９はインバータ装置、１０６コンパレータ（電流検出手段，励磁電流制限手段）を示す。

Claims (7)

1. ロータ側に、第１永久磁石と、保磁力が前記第１永久磁石よりも小さく、且つ着磁量を容易に変更可能なレベルの保磁力を有する第２永久磁石とからなるロータマグネットを備えて構成される永久磁石モータが発生する回転駆動力により洗濯運転を行う洗濯機に搭載され、
   前記永久磁石モータを制御するインバータ回路と、
   このインバータ回路を介して流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記インバータ回路を介して、前記第２永久磁石の着磁量を変化させるように励磁電流を発生させる着磁量制御手段とを備え、
   前記着磁量制御手段が動作して前記励磁電流を流す場合に、前記電流検出手段によって検出される電流に対して電流制限閾値を設定し、両者を比較することで、前記電流検出手段を前記励磁電流の制限手段として利用することを特徴とする洗濯機のインバータ装置。
2. 前記電流検出手段は、過電流検出用のコンパレータで構成され、
   前記コンパレータに設定する閾値を、過電流検出閾値よりも大なる電流制限閾値に変更することで、前記励磁電流の制限手段として利用することを特徴とする請求項１記載の洗濯機のインバータ装置。
3. 前記着磁量制御手段が前記励磁電流の通電を開始した時点から、前記励磁電流制限手段により前記励磁電流が前記電流制限閾値を超えたことが検出されるまでの時間を計時する計時手段と、
   この計時手段により計時された時間の長さに応じて、前記永久磁石モータ又は前記インバータ回路の異常を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の洗濯機のインバータ装置。
4. 前記計時手段により計時された時間が上限値を超えると、前記着磁量制御手段の動作を停止させ、前記電流制限閾値を減少させてから、前記着磁量制御手段により前記第２永久磁石を再度着磁させることを特徴とする請求項３記載の洗濯機のインバータ装置。
5. 前記電流制限閾値を減少させる場合、又は前記電流制限閾値を減少させることなく、前記着磁量制御手段が続けて着磁を行う場合に、所定の通電停止期間を設けることを特徴とする請求項４記載の洗濯機のインバータ装置。
6. 前記電流制限閾値を初期値から減少させた場合に、前記永久磁石モータの回転状態に基づいて行う検知処理の結果を評価するために設定される判定値を補正することを特徴とする請求項４又は５記載の洗濯機のインバータ装置。
7. 前記検知処理は、回転槽内に収容された洗濯物の量を検知する処理であることを特徴とする請求項６記載の洗濯機のインバータ装置。

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