JP2010051535A - 洗濯乾燥機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機を搭載している場合、最適な回生電力の制御形態を実現する洗濯乾燥機を提供する。
【解決手段】制御回路は、脱水運転の終了時にブレーキを作用させると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ドラムモータが発生する回生電力を調整する。その際に、駆動電源がインバータ回路と共通であるもう１つのインバータ回路により圧縮機モータに通電を行わせ、発生した回生電力を圧縮機モータ側の駆動系で消費させる。具体的には、圧縮機モータの運転が停止されている場合は（ステップＳ２：ＮＯ）直流励磁を行い（ステップＳ５）、全界磁運転の場合は（ステップＳ３：ＮＯ）ｄ軸電流をプラス側に増加させて通電電流位相角を進め（ステップＳ５）、弱め界磁運転の場合は（ステップＳ３：ＹＥＳ）ｄ軸電流をマイナス側に増加させて通電電流位相角を遅らせる（ステップＳ４）。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプによる熱交換で乾燥運転を行うと共に、少なくとも脱水運転時に、回転槽をダイレクト駆動する回転槽モータを備えてなる洗濯乾燥機に関する。

洗濯機では、脱水運転時において回転槽を最高で１０００ｒｐｍ前後の回転数で回転させている場合があり、その回転を短時間で停止させるには、ブレーキを作用させる必要がある。例えば、モータの誘起電圧に対して遅れ位相の電圧をモータの巻線に印加することで、誘起電圧に対して逆位相の巻線電流を発生させて回生制動を行うなどしている。回生制動を行うことで発生した電力はインバータ回路を構成するスイッチング素子に逆並列接続されるダイオードを介して直流電源回路側に流れ、コンデンサを充電して直流電圧を上昇させる。

この場合、上記のようなメカニズムで発生する直流電圧の上昇をどのように制御するかにより、回路素子の破壊防止や回路規模の増減，あるいはブレーキ時間の長短が決まることになる。例えば特許文献１では、直流電圧の検出結果に基づいて通電信号の位相指令を調整すると共に電圧指令を決定することで、過大な電力を消費するための放電用抵抗を不要とした技術が開示されている
特開２００３−２２５４９３号公報

特許文献１に開示されているのは洗濯機に関する技術であるが、近年は、乾燥機能付きの洗濯機が普及しており、その中でも、圧縮機を用いてヒートポンプを構成し、乾燥機能を実現しているものがある。斯様な構成の洗濯乾燥機では、回転槽を駆動するための洗濯運転用モータの他に、圧縮機を駆動するための圧縮機モータが搭載されていることから、そのような構成を前提とすると、より効率的な回生電力の制御形態を工夫する余地があると推察される。

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、圧縮機を搭載している場合、最適な回生電力の制御形態を実現する洗濯乾燥機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の洗濯乾燥機は、交流電源から直流電源を生成する直流電源生成手段と、
冷媒を圧縮機で圧縮し、凝縮器で凝縮し、蒸発器で蒸発させるように循環させるヒートポンプと、
前記凝縮器で加熱した空気を乾燥室に導き、前記乾燥室からの排気を前記蒸発器で除湿した後、前記凝縮器で再び加熱するように循環させる空気循環経路と、
前記直流電源生成手段より駆動電源が供給され、前記圧縮機に内蔵される圧縮機モータを駆動する第１インバータ回路と、
外槽の内部に回転可能に配設されている回転槽と、
少なくとも脱水運転時に、前記回転槽をダイレクト駆動する回転槽モータと、
前記直流電源生成手段より駆動電源が供給され、出力端子が前記回転槽モータの巻線に接続される第２インバータ回路と、
前記第２インバータ回路の電源母線間の直流電圧を検出する電圧検出手段と、
脱水運転の終了時にブレーキを作用させた場合に、前記回転槽モータが発生する回生電力を調整し、前記直流電圧を所定範囲内に制御するブレーキ制御手段とを備えてなることを特徴とする。

本発明の洗濯乾燥機によれば、脱水運転の終了時にブレーキを作用させると、ブレーキ制御手段により回転槽モータが発生する回生電力が調整されるが、その際に、駆動電源が第２インバータ回路と共通である第１インバータ回路が圧縮機モータに通電を行うようにすれば、回生電力を圧縮機モータ側の駆動系によっても消費することができる。したがって、回生ブレーキ作用を向上させて回転槽が停止するまでの時間を短縮できる。

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）に適用した一実施例につき、図面を参照して説明する。まず、図１９において、外箱１の内部には、水槽２（外槽）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４（回転槽，乾燥室）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、開口部５と開口部６とは、弾性変形可能なベロー８によって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、前記回転ドラム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運転用モータとしての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（回転槽モータ）１１により回転駆動される。すなわち、ドラムモータ１１は、回転ドラム４をダイレクトドライブ方式で駆動する。

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、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。図２０には、各部を冷媒循環用のパイプ８０で接続したヒートポンプ１４の構成を示しており、この図では、冷媒の流量を調整する調整弁８１も示している。なお、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るように構成されている。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の底部の後方の部位には、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、前記操作パネル部２９の裏面には、制御回路（ブレーキ制御手段，ブレーキ補助手段）３０が設けられている。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３１（コンプレッサモータ，図１６参照）を制御することで乾燥運転を実行する。

図１６は、ドラムモータ１１及び圧縮機モータ３１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，第２インバータ回路）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７Ａ程度流れるので、シャント抵抗３５ｕ〜３５ｗの抵抗値は、例えば０．２２Ω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、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３８は、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（直流電源生成手段）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を検出し、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ｄｑ(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Ｉｄ＿ref 、Ｉｑ＿ref 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、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回転位置センサ８２が配置されており、回転位置センサ８２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８２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８２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３１については、ドラムモータ１１の駆動系と対称な構成が配置されている。即ち、圧縮機モータ３１は、インバータ回路（ＰＷＭ制御方式インバータ，第１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シャント抵抗（電流検出手段）４８ｕ〜４８ｗが挿入されている。それらのシャント抵抗４８ｕ〜４８ｗの端子電圧は、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、圧縮機モータ３１の巻線３１ｕ〜３１ｗに流れる電流はドラムモータ１１に比較して最大で２Ａ程度と小さいため、シャント抵抗４８ａ〜４８ｃの抵抗値は例えば０．０３３Ωに設定されている。

電源回路３９の出力端子とグランドとの間には、抵抗素子８３ａ，８３ｂの直列回路（分圧回路８３，電圧検出手段）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８３ａ，８３ｂにより分圧されたインバータ回路３２，４７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。

図１７は、制御回路３０が、ドラムモータ１１並びに圧縮機モータ３１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（但し、ドラムモータ１１側のみ図示する）。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１７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６５ｑに与えられる。速度ＰＩ制御部６５ｑ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Ｉｑ＿refを生成して減算器６６ｑに被減算値として出力する。ｄ軸指令値生成部６５ｄは、目標速度指令ωrefに応じてｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refを生成すると、減算器６６ｄに減算値として出力する。

尚、ベクトル制御を行なう場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refは基本的に“０”に設定されて全界磁制御によりモータ１１を駆動するが、脱水運転時の高速回転領域では、回転数をより上昇させるため指令値Ｉｄ＿refを負の値に設定して弱め界磁制御を行う。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６５ｑ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Ｉｑ＿refとｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ref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。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。
切換え制御部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。
尚、図１７に示す構成は、図示が煩雑になるのを避けるため、一部を省略しており、省略した部分は、図１８に示している。

図１８は、図１７に示すドラムモータ１１側の一部と、圧縮機モータ３１側のベクトル制御演算部の一部，並びに双方の制御部の間で制御指令を入出力する部分を示す。圧縮機モータ３１側の構成は基本的にドラムモータ１１側と同様であるから、対応する機能ブロックには「＿Ｃ」を付している。ブレーキ制御部８４は、脱水運転時において回転ドラム４を高速で回転させた状態からブレーキを作用させる場合の制御を行うもので、回生電力制御部８５に対して電圧指令Ｖdc＿comを与えると共に、電流位相制御部８６に対して位相制御指令Ｐ＿comを与えるようになっている。

回生電力制御部８５は、分圧回路８３を介して与えられる検出電圧Ｖdcと、上記電圧指令Ｖdc＿comとに基づいて、回生電力を制御する場合に出力する電圧指令Ｖｑ＿com，Ｖｄ＿comを生成すると、電圧指令切替器８７ｑ，８７ｄにそれぞれ出力する。電圧指令切替器８７ｑ，８７ｄは、ＰＩ制御部６８ｑ，６８ｄとｄｑ／ＵＶＷ変換部６９との間に配置され、通常はＰＩ制御部６８ｑ，６８ｄより与えられる電圧指令Ｖｑ，Ｖｄを選択して出力し、回生電力制御部８５からの電圧指令Ｖｑ＿com，Ｖｄ＿comが与えられた場合はそちらを選択して出力する。

電流位相制御部８６は、ブレーキ制御部８４より与えられる位相制御指令Ｐ＿comと、その時点で圧縮機側のｄ軸指令値生成部６５ｄ＿Ｃが出力しているｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refとに基づいて、ドラムモータ１１にブレーキを作用させる場合のｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refBを生成してｄ軸指令値生成部６５ｄ＿Ｃに出力する。ｄ軸指令値生成部６５ｄ＿Ｃは、通常動作時にはドラム側と同様に、圧縮機モータ３１の目標速度指令ωrefに応じてｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refを生成して出力するが、ｄ軸指令値生成部６５ｄ＿Ｃよりｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refBが与えられた場合はそちらを選択して出力するようになっている。

次に、本実施例の作用について図１乃至図１５も参照して説明する。回転ドラム４内の排水が完了すると、例えば図８に示す脱水運転パターンに従って脱水が行われる。脱水運転パターンは、駆動指令，電圧指令Ｖｃ，位相指令Ｐｃの組み合わせによる位置決めモード、正回転モードからなる。制御回路３０は、電圧指令Ｖｃ成分、位相指令Ｐｃ成分を含んだ通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、ＤｗをＰＷＭ形成部７３に出力し、ＰＷＭ形成部７３により駆動信号Ｖｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎを形成して出力し、インバータ回路３２より電圧を出力させる。

脱水運転時間が設定時間に達すると、ブレーキ処理が図９に示すように実行される。制御回路３０は、回転位置センサ８２（ｕ，ｖ，ｗ）からのセンサ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいて回転速度を検出すると（ステップＳ２００）、この回転速度に基づいて電圧指令Ｖｃを決定し（ステップＳ２１０）、続いて位相指令Ｐｃを決定する（ステップＳ２２０）。つまり、ブレーキ開始回転速度に応じて、電圧指令Ｖｃ及び位相指令Ｐｃを初期設定し、ブレーキパターンを選択する。

電圧指令Ｖｃ及び位相指令Ｐｃの決定は、図１０及び図１１に示すブレーキ用のデータテーブルに基づいて行われ、制御回路３０は、内部のＲＯＭに上記データテーブルを記憶している。位相指令Ｐｃは、モータ１１の巻線１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに発生する誘起電圧に対するインバータ回路３２の各相出力電圧の位相であり、各相に流れる電流位相を誘起電圧に対して遅れ位相とする。この位相指令Ｐｃ，電圧指令Ｖｃ，位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいて通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗが形成され、通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗに基づいてＩＧＢＴ３３ａ〜３３ｆがオンオフ制御される。このとき、各相の電流位相が遅れ位相となることで駆動用電源回路３９側にモータエネルギーが回生され、ブレーキ作用が発生し、発生した回生電力はコンデンサ４２ａ、４２ｂに蓄えられる。

ステップＳ２４０で「ＮＯ」であれば、ステップＳ２３０〜Ｓ２７０の処理が繰り返し実行されるが、その周期はほぼ５０ｍ秒である。ステップＳ２３０で再度回転速度を検出すると、回転速度検出結果が予め設定された基準回転速度（回生ブレーキが維持不能な回転速度か否かを判定するため設定されている）より低いか否かを判断する（ステップＳ２４０）。回転速度検出結果が基準回転速度よりも高い場合は（ＮＯ）ステップＳ２５０に移行し、図１０のデータテーブルから電圧指令Ｖｃを決定する。続いて、分圧回路８３から与えられる電圧検出結果を読み込み（ステップＳ２６０）、位相指令Ｐｃを下記の方法で決定する（ステップＳ２７０）。すなわち、今回の電圧検出結果をＤＣ０，基準電圧をＤＣＲとすると、
ＤＣ０＜ＤＣＲ → 位相指令Ｐｃ＝Ｐｃ＋α …（１）
ＤＣ０＞ＤＣＲ → 位相指令Ｐｃ＝Ｐｃ−α …（２）
とする。ただし、αは所定の単位変化値である。

次に、ステップＳ２３０〜ステップＳ２７０の処理が周期的に実行される場合のブレーキ作用を、図１２乃至図１５を参照して説明する。図１２はモータ１１の１相分の等価回路であり、インバータ回路３２の出力は交流電源として、モータ１１は、インダクタンスＬ，巻線抵抗Ｒと誘起電圧としての交流電源で表している。モータ１１のトルクは誘起電圧と巻線電流の積に比例し、モータ１１の発熱は巻線抵抗と巻線電流の２乗との積となり、供給電力はインバータ回路３２の出力電圧と巻線電流の積となる。

図１３は、ブレーキ運転中で回転速度が例えば６００ｒｐｍのときのインバータ回路３２の出力電圧と誘起電圧と巻線電流との関係を示す。インバータ回路３２の出力電圧は図１０より相電圧振幅が９０Ｖ、その誘起電圧に対する位相は図１１より−１５０ｄｅｇとなる。このとき、巻線電流はインダクタンス，巻線抵抗，誘起電圧により決定され、図１３に示すように−２５０ｄｅｇとなる。
トルクは、図１３に示した誘起電圧と巻線電流との積によるが、これらの位相差が９０ｄｅｇ以上であるからマイナスのトルク，ブレーキトルクとなる。また、供給電力はインバータ回路３２の出力電圧と巻線電流との積であり、この位相差も９０ｄｅｇ以上であるから、マイナス電力，電力回生状態となっている。

位相指令Ｐｃと回生電力との関係について図１４を参照して説明する。図１４は、回転速度６００ｒｐｍ、電圧指令Ｖｃが７０Ｖの条件で位相指令Ｐｃを変化させた場合の、回生電力、モータ発熱量、巻線電流、ブレーキトルクを示している。位相指令Ｐｃをプラス方向へ変化させると巻線電流位相もプラスに変化して回生電力が増加し、位相指令Ｐｃをマイナス方向へ変化させると巻線電流位相もマイナスに変化して回生電力が減少する。
また、図１５を参照して位相指令Ｖｃとブレーキトルクとの関係について述べる。同図では、回転速度６００ｒｐｍ、位相指令Ｐｃ：−１５０ｄｅｇの条件で電圧指令Ｖｃを変化させたときの回生電力、モータ発熱量、巻線電流、ブレーキトルクの関係を示している。電圧指令Ｖｃが増加すると巻線電流が増加しブレーキトルクが増加し、電圧指令Ｖｃが減少すると巻線電流が減少しブレーキトルクが減少することが判る。

図９のステップＳ２７０において、電圧検出結果ＤＣ０が基準値ＤＣＲより低い場合は回生電力が基準値よりも低くブレーキ作用が低いので、位相指令Ｐｃが増加される方向で決定されて回生電力が増加し、ブレーキ力が増加し、結果として駆動用電源回路３９側の直流電圧が上昇する。また、電圧検出結果ＤＣ０が基準値ＤＣＲより高い場合は回生電力が基準値よりも高く、駆動用電源回路３９側の電気部品（コンデンサ４２ａ、４２ｂ等）に悪影響を及ぼすおそれがあるが、位相指令Ｐｃを減少させて回生電力を減少させ、電源回路３９側の直流電圧を減少させる。斯様にして回生電力が一定となるよう制御されるので、例えば、停電により交流電源４０からの電力供給が停止した場合も定電圧回路４５の動作が維持されて、制御回路３０の動作が継続される。

上述のように回生ブレーキが作用するとモータ１１の回転速度が低下して、回生ブレーキ作用も低下する。そして、ステップＳ２４０において回転速度検出結果が予め設定された基準回転速度よりも低いと判断されると、ステップＳ２８０に移行して短絡ブレーキに切換える。短絡ブレーキでは、インバータ回路３２の上側ＩＧＢＴ３３ａ、３３ｃ、３３ｅをオフし、下側ＩＧＢＴ３３ｂ、３３ｄ、３３ｆをオンしてモータ１１の巻線１１ｕ、１１ｖ、１１ｗを全て短絡状態にする。

以上は、回転ドラム４側単独で行う基本的な回生ブレーキ作用であるが、本実施例では、圧縮機１５側の駆動系を利用して更なるブレーキ作用の向上を図る。その作用について図１乃至図７を参照して説明する。図１は、回転ドラム４にブレーキを作用させる場合の、ブレーキ制御部８４及び電流位相制御部８６の処理内容を示すフローチャートである。

まず、ドラムモータ１１がブレーキ動作中か否かを判断し（ステップＳ１）、ブレーキ動作中であれば（ＹＥＳ）、圧縮機モータ３１の速度指令値ωrefが「０」より大であるか否かを判断する（ステップＳ２）。圧縮機１５が動作しておらず上記速度指令値ωrefが「０」である場合は（ＮＯ）ステップＳ５に移行し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refを所定値βだけ増加させ、圧縮機モータ３１を直流励磁することで回生電力を消費させる。

この場合、図２に示すように、圧縮機モータ３１側による電力消費がなければ、モータ１１に作用させる回生ブレーキ力は、モータ１１自体で発生する銅損（熱）と、コンデンサ４２ａ及び４２ｂに対する充電電力分のみである。これに対して、ステップＳ９において直流励磁を行うと、圧縮機モータ３１においても銅損が発生するため、図３に示すように、その分だけ電力消費が増加して回生ブレーキ力も増大することになる。また、図４は、図２，図３に対応する圧縮機モータ３１側のｄ−ｑ軸電流変化を電流ベクトル図で示している。

再び、図１を参照する。ステップＳ２において圧縮機１５が動作しており、上記速度指令値ωrefが「＞０」である場合は（ＹＥＳ）、その時点のｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refが「＜０」か否かを判断する（ステップＳ３）。ここで、「Ｉｄ＿ref＝０」であれば（ＮＯ）、圧縮機モータ３１は全界磁運転されていることになるので、ステップＳ５に移行して、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refを所定値βだけ増加させて回生電力を消費させる。この場合、図５に示すように、ｄ軸電流Ｉｄを増加させることで総電流の位相が全界磁運転における最良の状態から進めるように変化させて、圧縮機モータ３１による電力消費を増加させ、モータ１１に作用させる回生ブレーキ力を増大させる。また、図６は、図５に対応する圧縮機モータ３１側のｄ−ｑ軸電流変化である。

一方、ステップＳ３において「Ｉｄ＿ref＜０」であれば（ＹＥＳ）、圧縮機モータ３１は弱め界磁制御されていることになるので、ステップＳ４に移行し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refを所定値βだけ減少させ、弱め界磁制御におけるｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refを負側に増加させて、総電流の位相が弱め界磁制御における最良の状態から遅れるように変化させて回生電力を消費させる。また図７は、弱め界磁制御をおこなっている場合の圧縮機モータ３１側のｄ−ｑ軸電流変化である。
尚、洗濯乾燥機においては、脱水運転を行う場合に圧縮機１５を同時に動作させ、回転ドラム４内に温風を供給して洗濯物を加熱しながら脱水する、いわゆる「プリヒート脱水」を行うものがあり、そのような運転を行う場合には、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判断することになる。

ステップＳ４，Ｓ５の実行後は、ステップＳ６に移行し、総電流値，すなわちｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refと、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿refとの２乗和の平方根が、予め設定した電流リミット値を超えたか否かを判断する。電流リミット値を超えていなければ（ＮＯ）、そのまま処理を継続し（CONTINUE）、電流リミット値を超えた場合は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿refを前回と同じ値に設定する（ステップＳ７）。

以上のように本実施例によれば、制御回路３０は、脱水運転の終了時にブレーキを作用させると、ドラムモータ１１が発生する回生電力を調整し、その際に、駆動電源がインバータ回路３２と共通であるインバータ回路４７により圧縮機モータ３１に通電を行わせることで、回生電力を圧縮機モータ３１側の駆動系によっても消費することができる。したがって、回生ブレーキ作用を向上させて回転ドラム４が停止するまでの時間を短縮できる。

具体的には、制御回路３０は、ドラムモータ１１に回生ブレーキを作用させた場合に、圧縮機モータ３１の運転が停止されている場合には直流励磁を行い、圧縮機モータ３１が全界磁運転されている場合には、ｄ軸電流Ｉｄをプラス側に増加させて通電電流位相角をモータ効率が最良の状態から進めて、弱め界磁運転されている場合には、ｄ軸電流Ｉｄをマイナス側に増加させて通電電流位相角をモータ効率が最良の状態から遅らせるようにした。したがって、圧縮機１５の運転状態に応じて、その運転に影響を及ぼすことなく適切に電力を消費させることができる。

また、制御回路３０は、駆動電源回路３９の電圧検出結果ＤＣ０が基準値ＤＣＲよりも低い場合は直流電圧を上昇させ、電圧検出結果ＤＣ０が基準値ＤＣＲよりも高い場合は直流電圧を減少させるように回生電力を調整するので、回生電力によって駆動電源電圧が変動することを回避できる。さらに、回生ブレーキを作用させた際に、ドラムモータ１１の回転速度が所定回転速度以下になると短絡ブレーキに切換えを行うので、回生ブレーキ効果が低下すると短絡ブレーキを作用させて、ブレーキ効果を向上させることができる

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。
圧縮機モータ３１が停止している場合，全界磁運転されている場合、弱め界磁運転されている場合にそれぞれ対応した回生電力の消費処理は、何れか１つを選択して行っても良いし、何れか２つを組み合わせて行っても良い。
ステップＳ２８０の短絡ブレーキは、必要に応じて行えば良い。
ドラム式の洗濯乾燥機に限らず、パルセータを用いた縦型の洗濯乾燥機に適用しても良い。

本発明の一実施例であり、回転ドラムにブレーキを作用させる場合の、ブレーキ制御部及び電流位相制御部の処理内容を示すフローチャート 圧縮機モータ側で電力が消費されない場合の回生ブレーキ力を説明する図 圧縮機モータ側で直流励磁が行われた場合の図２相当図 図２，図３の場合に対応する圧縮機モータ側の電流ベクトル図 圧縮機モータ側で駆動が行われた場合の図２相当図 図５の場合（全界磁）に対応する図４相当図 図５の場合（弱め界磁）に対応する図４相当図 脱水運転パターンを示す図 ブレーキ処理の内容を示すフローチャート ブレーキ用のデータテーブル（電圧指令Ｖｃ）を示す図 同（位相指令Ｐｃ）を示す図 モータ１相分の等価回路図 ブレーキ運転中の回転速度６００ｒｐｍでのインバータ回路の出力電圧と，誘起電圧及び巻線電流との関係を示す図 位相指令Ｐｃと回生電力との関係を示す図 位相指令Ｖｃとブレーキトルクとの関係を示す図 ドラムモータ及び圧縮機モータの駆動系を概略的に示す図 ドラム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 図１７の一部と、圧縮機モータ３１側のベクトル制御演算部の一部，並びに双方の間で制御指令を入出力する部分を示す機能ブロック図 洗濯乾燥機の縦断側面図 ヒートポンプの構成を示す図

符号の説明

図面中、２は水槽（外槽）、４は回転ドラム（回転槽，乾燥室）、１１はドラムモータ（回転槽モータ）、１４はヒートポンプ（冷凍サイクル）、１５は圧縮機、１６は凝縮器、１７は蒸発器、２５は空気循環経路、３０は制御回路（ブレーキ制御手段，ブレーキ補助手段）、３１は圧縮機モータ、３２はインバータ回路（第２インバータ回路）、３９は駆動用電源回路（直流電源生成手段）、４０は交流電源、４７はインバータ回路（第１インバータ回路）、８３は分圧回路（電圧検出手段）を示す。

Claims (7)

1. 交流電源から直流電源を生成する直流電源生成手段と、
   冷媒を圧縮機で圧縮し、凝縮器で凝縮し、蒸発器で蒸発させるように循環させるヒートポンプと、
   前記凝縮器で加熱した空気を乾燥室に導き、前記乾燥室からの排気を前記蒸発器で除湿した後、前記凝縮器で再び加熱するように循環させる空気循環経路と、
   前記直流電源生成手段より駆動電源が供給され、前記圧縮機に内蔵される圧縮機モータを駆動する第１インバータ回路と、
   外槽の内部に回転可能に配設されている回転槽と、
   少なくとも脱水運転時に、前記回転槽をダイレクト駆動する回転槽モータと、
   前記直流電源生成手段より駆動電源が供給され、出力端子が前記回転槽モータの巻線に接続される第２インバータ回路と、
   前記第２インバータ回路の電源母線間の直流電圧を検出する電圧検出手段と、
   脱水運転の終了時にブレーキを作用させた場合に、前記回転槽モータが発生する回生電力を調整し、前記直流電圧を所定範囲内に制御するブレーキ制御手段とを備えてなることを特徴とする洗濯乾燥機。
2. 前記第１インバータ回路を制御することで、前記回生電力を前記圧縮機モータ側に消費させるブレーキ補助手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の洗濯乾燥機。
3. 前記ブレーキ補助手段は、前記ブレーキを作用させた際に、前記圧縮機モータが全界磁運転されている場合には、前記圧縮機モータに通電する電流位相角を、当該モータの効率が最も良くなる状態から進めるように制御することを特徴とする請求項２記載の洗濯乾燥機。
4. 前記ブレーキ補助手段は、前記ブレーキを作用させた際に、前記圧縮機モータが弱め界磁運転されている場合には、前記圧縮機モータに通電する電流位相角を、当該モータの効率が最も良くなる状態から遅らせるように制御することを特徴とする請求項２又は３記載の洗濯乾燥機。
5. 前記ブレーキ補助手段は、前記ブレーキを作用させた際に、前記圧縮機モータの運転が停止されている場合には、前記圧縮機モータを直流励磁することを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の洗濯乾燥機。
6. 前記ブレーキ制御手段は、前記電圧検出手段による電圧検出結果が基準値よりも低い場合は前記直流電圧を上昇させ、前記電圧検出手段による電圧検出結果が基準値よりも高い場合は前記直流電圧を減少させるように回生電力を調整することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の洗濯乾燥機。
7. 前記ブレーキ制御手段は、前記ブレーキを作用させた際に、前記回転槽モータの回転速度が、所定回転速度以下になると、短絡ブレーキに切換えを行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の洗濯乾燥機。

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