JP2010226914A - Motor control apparatus, drum-type washing machine and method for controlling magnetization of permanent magnet motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、着磁量が変更可能な程度に低保磁力である永久磁石をロータに配置してなる永久磁石モータを制御対象とし、モータに流れる電流を検出してベクトル制御するモータ制御装置,及びそのモータ制御装置を備え、永久磁石モータによりドラムを回転させて洗濯運転を行うドラム式洗濯機,並びに永久磁石モータの着磁制御方法に関する。 The present invention relates to a motor control device that controls a permanent magnet motor in which a permanent magnet having a low coercive force so that the amount of magnetization can be changed is arranged in a rotor, and detects a current flowing through the motor to perform vector control. The present invention also relates to a drum-type washing machine that includes a motor control device and rotates a drum by a permanent magnet motor to perform a washing operation, and a magnetization control method for the permanent magnet motor.
近年、洗濯機においては、モータをベクトル制御してダイレクトドライブ方式でドラム等を回転駆動することで回転精度を向上させて、洗濯性能の向上を図ると共に、運転中の振動及び騒音低減などの効果を得る構成が採用されている。そして、斯様な構成では、脱水運転のようにドラムを高速に回転させる場合、モータのトルク出力に寄与しないd軸電流を通電することで、固定子巻線に発生する誘起電圧を減少させる弱め界磁制御を行っている。しかしながら、弱め界磁制御では、d軸電流を通電することで銅損が増加するため、駆動効率の低下が避けられない。 In recent years, in washing machines, the rotational accuracy is improved by vector-controlling the motor and rotating the drums etc. by the direct drive method, thereby improving washing performance and reducing vibration and noise during operation. The structure which obtains is adopted. In such a configuration, when the drum is rotated at a high speed as in the dehydrating operation, a d-axis current that does not contribute to the torque output of the motor is applied to reduce the induced voltage generated in the stator winding. Field control is performed. However, in the field weakening control, the copper loss increases when the d-axis current is applied, so a reduction in drive efficiency is inevitable.
これに対して、出願人は、特願2008−266386号において、48極/36スロット構成のモータのロータ側に保持力が弱い永久磁石を配置し、固定子巻線に大きな電流を一瞬通電することで永久磁石を減磁し、永久磁石の磁束を減少させてモータに発生する誘起電圧を減少させることで、弱め界磁制御を行うことなく高速運転を可能とする技術を提案した。尚、上記のような構造を有する永久磁石モータの一例は、特許文献1に開示されている。
On the other hand, in Japanese Patent Application No. 2008-266386, the applicant arranges a permanent magnet having a weak holding force on the rotor side of a 48-pole / 36-slot motor, and applies a large current to the stator winding for a moment. By demagnetizing the permanent magnet and reducing the magnetic flux of the permanent magnet to reduce the induced voltage generated in the motor, a technology has been proposed that enables high-speed operation without performing field-weakening control. An example of a permanent magnet motor having the above structure is disclosed in
しかしながら、上記出願のように永久磁石の着磁量を変更しようとすると、モータの構造によっては、トルクを発生させるためにq軸電流を通電しても永久磁石が増減磁する場合があることが判った。図10は実測結果を示すもので、洗濯機で洗い運転を行うために永久磁石を増磁し、その増磁レベルが初期状態で100%であったとする。この状態から運転を開始すると、モータの起動時にはq軸電流が最大で例えば6A〜7A程度流れるが、この最大電流によって永久磁石の着磁状態は91.8%まで低下する。洗い運転において、モータを定速で回転させる場合のq軸電流は例えば3A〜4A程度であるが、永久磁石の着磁状態が上記のように低下したまま継続されるので、運転効率が低下してしまう。 However, if the amount of magnetization of the permanent magnet is changed as in the above application, depending on the structure of the motor, the permanent magnet may increase or decrease even when the q-axis current is applied to generate torque. understood. FIG. 10 shows an actual measurement result. It is assumed that the permanent magnet is magnetized in order to perform the washing operation in the washing machine, and the magnetizing level is 100% in the initial state. When the operation is started from this state, the maximum q-axis current flows, for example, about 6 A to 7 A when the motor is started, but the magnetized state of the permanent magnet is reduced to 91.8% by this maximum current. In the washing operation, the q-axis current when the motor is rotated at a constant speed is, for example, about 3A to 4A. However, since the magnetized state of the permanent magnet continues to decrease as described above, the operation efficiency decreases. End up.
洗濯機の洗い運転時には高トルク出力が要求されるため、発生する誘起電圧が大きい方が望ましいが、q軸電流を通電することで永久磁石が減磁すると、q軸電流をより多く通電しなければ所望のトルク出力が得られなくなり、結果として消費電流が増加することになってしまう。
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、モータの運転中に永久磁石が意図せずに増磁又は減磁することを抑制できるモータ制御装置,及びその装置を備えたドラム式洗濯機,並びに永久磁石モータの着磁制御方法を提供することにある。
Since high torque output is required during washing operation of the washing machine, it is desirable that the generated induced voltage is large. However, if the permanent magnet is demagnetized by applying the q-axis current, more q-axis current must be supplied. As a result, a desired torque output cannot be obtained, resulting in an increase in current consumption.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a motor control device that can suppress unintentional magnetization or demagnetization of a permanent magnet during operation of the motor, and the device. It is an object of the present invention to provide a magnetization control method for a drum type washing machine and a permanent magnet motor.
上記目的を達成するため、請求項1記載のモータ制御装置は、着磁量が変更可能な程度に低保磁力である永久磁石をロータに配置してなる永久磁石モータを制御対象とし、前記モータに流れる電流を検出してベクトル制御するものにおいて、
前記モータの回転位置を検出する位置検出手段と、
前記永久磁石の磁化状態を電機子反作用磁界により調整することで、前記モータの回転位置に応じて前記永久磁石を増磁又は減磁させる着磁手段と、
この着磁手段により前記永久磁石が着磁された状態で前記モータの巻線にq軸電流(トルク電流)を供給する場合に、d軸電流(励磁電流)を重畳する期間を設けることで前記永久磁石の着磁状態の変化を抑制する着磁変化抑制手段とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the motor control device according to
Position detecting means for detecting the rotational position of the motor;
Magnetizing means for magnetizing or demagnetizing the permanent magnet according to the rotational position of the motor by adjusting the magnetization state of the permanent magnet by an armature reaction magnetic field;
When a q-axis current (torque current) is supplied to the motor winding in a state where the permanent magnet is magnetized by the magnetizing means, a period for superimposing the d-axis current (excitation current) is provided. Magnetization change suppression means for suppressing change in the magnetization state of the permanent magnet is provided.
また、請求項5記載のドラム式洗濯機は、前記永久磁石モータと、請求項1乃至4の何れかに記載のモータ制御装置とを備え、前記モータが発生する回転駆動力により、洗濯物を収容するドラムを回転させて洗濯運転を行うことを特徴とする。
A drum-type washing machine according to
また、請求項6記載の永久磁石モータの着磁制御方法は、着磁量が変更可能な程度に低保磁力である永久磁石をロータに配置してなる永久磁石モータを制御対象とし、前記モータに流れる電流を検出してベクトル制御し、
前記モータの回転位置を検出し、前記永久磁石の磁化状態を電機子反作用磁界により調整することで、前記モータの回転位置に応じて前記永久磁石を増磁させ、
前記永久磁石を増磁した状態で前記モータの巻線にq軸電流(トルク電流)を供給する場合に、d軸電流(励磁電流)を重畳する期間を設けることで前記増磁レベルの低下を抑制することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a permanent magnet motor magnetizing control method, wherein a permanent magnet motor having a rotor having a coercive force having a low coercive force so that the amount of magnetization can be changed is controlled. To detect the current flowing through the
By detecting the rotational position of the motor and adjusting the magnetization state of the permanent magnet with an armature reaction magnetic field, the permanent magnet is magnetized according to the rotational position of the motor,
When a q-axis current (torque current) is supplied to the motor winding in a state where the permanent magnet is magnetized, the magnetizing level is lowered by providing a period in which the d-axis current (excitation current) is superimposed. It is characterized by suppressing.
本発明のモータ制御装置又は永久磁石モータの着磁制御方法によれば、ロータに配置される永久磁石について着磁状態の変化を抑制できるので、永久磁石モータを高い効率で駆動することができる。
本発明のドラム式洗濯機によれば、本発明のモータ制御装置を備え、永久磁石モータが発生する回転駆動力によりドラムを回転させて洗濯運転を高い効率で行い、消費電力を抑制できる。
According to the magnetization control method of the motor control device or the permanent magnet motor of the present invention, it is possible to suppress the change in the magnetization state of the permanent magnets arranged on the rotor, so that the permanent magnet motor can be driven with high efficiency.
According to the drum type washing machine of the present invention, the motor control device of the present invention is provided, and the drum is rotated by the rotational driving force generated by the permanent magnet motor to perform the washing operation with high efficiency, and the power consumption can be suppressed.
(第1実施例)
以下、本発明の第1実施例について図1乃至図8を参照して説明する。図2(a)は、永久磁石モータ1(アウタロータ型ブラシレスモータ)のロータの構成を示す平面図、図2(b)は一部の斜視図である。尚、この永久磁石モータ1は、特許文献1に開示されているものと同様の特徴を有するモータを、アウタロータ型として構成したものである。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A is a plan view showing the configuration of the rotor of the permanent magnet motor 1 (outer rotor type brushless motor), and FIG. 2B is a partial perspective view. In addition, this
永久磁石モータ1は、ステータ2と、これの外周に設けたロータ3とから構成されている。ステータ2は、ステータコア4とステータ巻線5とから構成されている。ステータコア4は、打ち抜き形成した軟磁性体であるケイ素鋼板を多数枚積層してかしめることにより構成したもので、環状のヨーク部4aと、当該ヨーク部4aの外周部から放射状に突出する多数のティース部4bとを有している。ステータコア4の表面は、ロータ3の内周面との間に空隙を形成する外周面(各ティース部4bの先端面)を除き、PET樹脂(モールド樹脂)により覆われている。
また、このPET樹脂から成る複数の取付部6が、ステータ2の内周部に一体的に成形されている。これら取付部6には複数のねじ穴6aが設けられており、これら取付部6をねじ止めすることで、ステータ2が、この場合、ドラム式洗濯乾燥機21の水槽25(図3参照)の背面に固着されるようになっている。ステータ巻線5は三相からなり、各ティース部4bに巻装されている。
The
A plurality of mounting
ロータ3は、フレーム7とロータコア8と複数の永久磁石9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7は、磁性体である例えば鉄板をプレス加工することにより扁平な有底円筒状に形成したものである。ロータコア8は、ほぼ環状に打ち抜き形成した軟磁性体であるケイ素鋼板を多数枚積層してかしめることにより構成したもので、フレーム7の内周部に配置されている。このロータコア8の内周面(ステータ2の外周面(ステータコア4の外周面)と対向し当該ステータ2との間に空隙を形成する面)は、内方に向けて円弧状に突出する複数の凸部8aを有した凹凸状に形成されている。
The
これら複数の凸部8aの内部には、ロータコア8を軸方向(ケイ素鋼板の積層方向)に貫通する矩形状の挿入穴13が形成されており、これら複数の挿入穴13がロータコア8において環状に配置された構成となっている。また、これら複数の挿入穴13は、短辺の長さが異なる2種類の挿入穴13a,13bから構成されており、これら挿入穴13a,13bは、ロータコア8の周方向に沿って1つずつ交互に配置されている。
A rectangular insertion hole 13 that penetrates the
永久磁石9は、挿入穴13aに挿入された矩形状のネオジム磁石9a(高保磁力永久磁石)と、挿入穴13bに挿入された矩形状のアルニコ磁石9b(低保磁力永久磁石)とから構成されている。この場合、ネオジム磁石9aの保磁力は約900kA/m、アルニコ磁石9b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。すなわち、永久磁石9は保磁力が異なる2種類の永久磁石9a,9bから構成され、これら永久磁石9a,9bは、ロータコア8内部においてほぼ環状に且つ1つずつ交互に配置されている。
尚、ネオジム磁石9aが高保磁力であり、アルニコ磁石9bが低保磁力であるというのは、後述するようにステータ2を介して着磁電流を通電した場合に、アルニコ磁石9bの着磁量を変化させることができる程度の電流ではネオジム磁石9aの着磁量が変化しないという基準において、前者を高保磁力,後者を低保磁力と称している。
The
The
また、これら2種類の永久磁石9a,9b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(永久磁石モータ1の外周部からステータ2とロータ3間の空隙に向かう方向)に沿うように配設されている。このように2種類の永久磁石9a,9b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により、隣同士に配置された永久磁石9a,9b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9aとアルニコ磁石9b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。
尚、上方の破線で示す矢印は、ロータコア8を経由する磁束である。すなわち、保磁力が大きいネオジム磁石9aと保磁力が小さいアルニコ磁石9b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。そして、永久磁石モータ1は、48極/36スロット構成となっており、3スロット当たりでは4極が対応する(4極/3スロット)。
Each of these two types of
In addition, the arrow shown by the upper broken line is a magnetic flux passing through the
次に、上記のように構成された永久磁石モータ1を備えたドラム式洗濯乾燥機21の構成について説明する。図3は、ドラム式洗濯乾燥機21の内部構成を概略的に示す縦断側面図である。ドラム式洗濯乾燥機21の外殻を形成する外箱22は、前面に円形状に開口する洗濯物出入口23を有しており、この洗濯物出入口23は、ドア24により開閉されるようになっている。外箱22の内部には、背面が閉鎖された有底円筒状の水槽25が配置されており、この水槽25の背面中央部には上述の永久磁石モータ1(ステータ2)がねじ止めにより固着されている。
Next, the structure of the drum type washing / drying
永久磁石モータ1の回転軸26は、後端部(図3では右側の端部)が永久磁石モータ1(ロータ3)の軸取付部10に固定されており、前端部(図3では左側の端部)が水槽25内に突出している。回転軸26の前端部には、背面が閉鎖された有底円筒状のドラム27が水槽25に対して同軸状となるように固定されており、このドラム27は、永久磁石モータ1の駆動によりロータ3および回転軸26と一体的に回転する。なお、ドラム27には、空気および水を流通可能な複数の流通孔28と、ドラム27内の洗濯物の掻き上げやほぐしを行うための複数のバッフル29が設けられている。
The rotating
水槽25には給水弁30が接続されており、当該給水弁30が開放されると、水槽25内に給水されるようになっている。また、水槽25には排水弁31を有する排水ホース32が接続されており、当該排水弁31が開放されると、水槽25内の水が排出されるようになっている。
水槽25の下方には、前後方向へ延びる通風ダクト33が設けられている。この通風ダクト33の前端部は前部ダクト34を介して水槽25内に接続されており、後端部は後部ダクト35を介して水槽25内に接続されている。通風ダクト33の後端部には、送風ファン36が設けられており、この送風ファン36の送風作用により、水槽25内の空気が、矢印で示すように、前部ダクト34から通風ダクト33内に送られ、後部ダクト35を通して水槽25内に戻されるようになっている。
A
A
通風ダクト33内部の前端側には蒸発器37が配置されており、後端側には凝縮器38が配置されている。これら蒸発器37および凝縮器38は、コンプレッサ39および絞り弁40とともにヒートポンプ41を構成しており(図4参照)、通風ダクト33内を流れる空気は、蒸発器37により除湿され凝縮器38により加熱されて、水槽25内に循環される。絞り弁40は膨張弁から成り、開度調整機能を有している。
An
外箱22の前面にはドア24の上方に位置して操作パネル42が設けられており、この操作パネル42には運転コースなどを設定するための複数の操作スイッチ(図示せず)が設けられている。操作パネル42は、マイクロコンピュータを主体として構成されドラム式洗濯乾燥機21の運転全般を制御する制御回路部(図示せず)に接続されており、当該制御回路部は、操作パネル42を介して設定された内容に従って、永久磁石モータ1、給水弁30、排水弁31、コンプレッサ39、絞り弁40などの駆動を制御しながら各種の運転コースを実行する。また、図示しないが、コンプレッサ39を構成するコンプレッサモータも、永久磁石モータ1と同様の構成を採用している。
An
図1は、永久磁石モータ1の回転をベクトル制御するモータ制御装置50の構成をブロック図で示したものである。尚、上記コンプレッサモータも同様の構成によって制御される。ベクトル制御では、電機子巻線に流れる電流を、界磁である永久磁石の磁束方向と、それに直交する方向とに分離してそれらを独立に調整し、磁束と発生トルクとを制御する。電流制御には、モータ1のロータと共に回転する座標系、いわゆるd−q座標系で表わした電流値が用いられるが、d軸はロータに取り付けた永久磁石の作る磁束方向であり、q軸はd軸に直交する方向である。巻線に流れる電流のq軸成分であるq軸電流Iqは回転トルクを発生させる成分であり(トルク成分電流)、同d軸成分であるd軸電流Idは磁束を作る成分である(励磁または磁化成分電流)。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a
電流センサ51(U,V,W)は、モータ1の各相(U相,V相,W相)に流れる電流Iu,Iv,Iwを検出するセンサである。尚、電流センサ51(電流検出手段)に替えて、インバータ回路52(駆動手段)を構成する下アーム側のスイッチング素子とグランドとの間に3個のシャント抵抗を配置し、それらの端子電圧に基づいて電流Iu,Iv,Iwを検出する構成としても良い。
The current sensor 51 (U, V, W) is a sensor that detects currents Iu, Iv, Iw flowing in the phases (U phase, V phase, W phase) of the
電流センサ51により検出された電流Iu,Iv,Iwは、図示しないA/D変換器によりA/D変換されるとuvw/dq座標変換器53により2相電流Iα,Iβに変換された後、更にd軸電流Id,q軸電流Iqに変換される。α,βは、モータ1のステータに固定された2軸座標系の座標軸である。ここでの座標変換の計算には、速度・位置推定部(位置検出手段)54により推定されるロータの回転位置推定値(α軸とd軸との位相差の推定値)θが用いられる。また、速度・位置推定部54により推定されるモータ1の回転速度(角速度)ωが出力される。
The currents Iu, Iv, Iw detected by the current sensor 51 are converted into two-phase currents Iα, Iβ by the uvw / dq coordinate
速度・位置推定部54は、上述のようにモータ1の角速度ω,ロータの回転位置θをそれぞれ推定するもので、モータ1の回路定数(モータ定数)である電機子巻線のd軸インダクタンスLd,q軸インダクタンスLq,巻線抵抗値Rの各値が記憶されていると共に、d軸電流Id,q軸電流Iq及びd軸出力電圧指令値Vdが入力されている。
速度・位置推定部54は、(1)式のd軸モータ電圧方程式を用いて、モータ1の回転速度ωを推定する。
Vd=R・Id+ω・Lq・Iq …(1)
更に、角速度ωを積分器55で積分し、その積分結果が回転位置推定値θとして出力される。
The speed /
The speed /
Vd = R · Id + ω · Lq · Iq (1)
Further, the angular velocity ω is integrated by the
着磁制御部(着磁手段)59は、洗濯機の運転動作に応じて増減磁をする場合に着磁電流指令Id_com2を出力する。Id_com2は増磁の場合は正,減磁の場合は負の値をとる。また、ロータが回転している場合の通電指令位置θに基づいて,電気角360毎に2回、それぞれ数ms〜数10msの期間通電指令を出力する。
着磁制御部59は、上記位相θ及び回転速度ωに基づいて決定した、アルニコ磁石9bを着磁するための着磁電流指令Id_com2を切換えスイッチ60に出力し、切換えスイッチ60は、着磁電流指令Id_com1,Id_com2,後述するId_com3のうち何れか1つを選択し、d軸電流指令値Id_refとして電流制御部61に出力する。また、外部より与えられる回転数指令値ω_refは、減算器62において回転速度ωとの差が求められると、その差が比例積分(PI)器63で比例積分演算され、q軸電流指令値Iq_refとして電流制御部61に出力される。
The magnetizing control unit (magnetizing means) 59 outputs a magnetizing current command Id_com2 when increasing or decreasing magnetizing according to the operation of the washing machine. Id_com2 takes a positive value when magnetizing and a negative value when demagnetizing. Further, based on the energization command position θ when the rotor is rotating, the energization command is output twice for each electrical angle 360 for a period of several ms to several tens of ms.
The magnetizing
電流制御部61では、減算器64d,64qにおいてd軸電流指令値Id_ref,q軸電流指令値Iq_refとd軸電流Id,q軸電流Iqとの差がそれぞれ求められ、その差が比例積分器65d,65qで比例積分演算される。そして、比例積分演算の結果は、d−q座標系で表わされた出力電圧指令値Vd,Vqとして、dq/uvw座標変換器66に出力される。dq/uvw座標変換器66では、電圧指令値Vd,Vqは、α−β座標系で表わした値に変換された後、更に各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換される。尚、dq/uvw座標変換器66における座標変換の計算にも、後述する磁極位置θが用いられる。
In the
各相電圧指令値Vu,Vv,Vwは電力変換部67に入力され、指令値に一致する電圧を供給するためのパルス幅変調されたゲート駆動信号が形成される。インバータ回路52は、例えばIGBTなどのスイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成され、図示しない直流電源回路より直流電圧の供給を受けるようになっている。電力変換部67で形成されたゲート駆動信号は、インバータ回路52を構成する各スイッチング素子のゲートに与えられ、それにより各相電圧指令値Vu,Vv,Vwに一致するPWM変調された三相交流電圧が生成されてモータ1の巻線5に印加される。
The phase voltage command values Vu, Vv, and Vw are input to the
上記の構成において、電流制御器61では比例積分(PI)演算によるフィードバック制御が行なわれ、d軸電流Id,q軸電流Iqはそれぞれd軸電流指令値Id_ref,q軸電流指令値Iq_refに一致するように制御される。その制御結果としての角速度推定値ωが減算器62にフィードバックされ、比例積分器63は、比例積分演算により偏差Δωをゼロに収束させる。その結果、回転速度ωは指令値ωrefに一致するようになる。
In the above configuration, the
減磁抑制部(着磁変化抑制手段)69は、uvw/dq座標変換器53より出力されるq軸電流Iqの値に応じて、モータ1のロータ3に配置されている永久磁石9の増磁レベルが低下することを防止するため、着磁電流指令Id_com3を生成し、切換えスイッチ60に出力する。切換えスイッチ60の切換え制御は、洗濯機21全体の制御を行うマイクロコンピュータ(例えば、上記の回転数指令値ω_refを生成出力する)などによって行われる。
なお、以上の構成において、モータ制御装置50に永久磁石モータ1を加えたものが、モータ制御システム70を構成している。また、インバータ回路52,PWM形成部62を除く部分は、モータ制御装置50を構成するマイクロコンピュータのソフトウエアにより実現されている機能である。
The demagnetization suppression unit (magnetization change suppression means) 69 increases the number of
In the above configuration, the
次に、永久磁石モータ1を備えたドラム式洗濯乾燥機(以下、単に洗濯機と称す)21の作用について説明する。モータ制御装置50がインバータ回路52を介してステータ巻線5に通電すると、電機子反作用による外部磁界(ステータ巻線5を流れる電流により発生する磁界)が、ロータ3の永久磁石9a,9bに作用するようになる。そして、これら永久磁石9a,9bのうち、保磁力が小さいアルニコ磁石9bの磁化状態が、この電機子反作用による外部磁界により減磁または増磁され、これにより、ステータ巻線5に鎖交する磁束量(鎖交磁束量)を増減できる。そこで、本実施例では、モータ制御装置50は、ステータ巻線5の通電を制御することにより、アルニコ磁石9bの磁化状態を運転工程(洗濯工程、脱水工程、乾燥工程)ごとに切り換えて実行する。ここで、各運転工程における動作内容について順に説明する。
Next, the operation of the drum type washing / drying machine (hereinafter simply referred to as a washing machine) 21 provided with the
まず、洗濯工程では、洗濯機21の制御回路部は、給水弁30を開放して水槽25内に給水を行い、続いてドラム27を回転させて洗濯を行う。この洗濯工程では、水を含んだ洗濯物をバッフル29によって掻き上げるため、ドラム27を高トルクで回転させる必要があるが、回転速度は低速で良い。そこで、モータ制御装置50は、アルニコ磁石9bの磁化状態が増磁されるように、インバータ回路52によるステータ巻線5の通電を制御する。これにより、ステータ巻線5に作用する磁束量が多く(磁力が強く)なることから、ドラム27を高トルク低速度で回転させることができる。
First, in the washing process, the control circuit unit of the
次に、脱水工程では、制御回路部は、排水弁31を開放して水槽25内の水を排出し、続いてドラム27を高速回転させることにより洗濯物に含まれる水分を脱水する。この脱水工程では、脱水効率を向上させるためドラム27を高速で回転させる必要があるが、トルクは小さくても良い。そこで、モータ制御装置50は、アルニコ磁石9bの磁化状態が減磁されるように、インバータ回路52によるステータ巻線5の通電を制御する。これにより、ステータ巻線5に作用する磁束量が少なく(磁力が弱く)なることから、ドラム27を低トルク高速度で回転させることができる。
Next, in the dehydration step, the control circuit unit dehydrates moisture contained in the laundry by opening the
最後に、乾燥工程では、制御回路部は、送風ファン36およびヒートポンプ41を駆動させるとともにドラム27を回転させることにより洗濯物の乾燥を行う。この乾燥工程において、モータ制御装置50は、次回の洗濯工程に備えて、アルニコ磁石9bの磁化状態が増磁されるように、インバータ回路52によるステータ巻線5の通電を制御する。これにより、ステータ巻線5に作用する磁束量を増加させた状態にでき、次回の洗濯工程において、ドラム27を高トルク・低速度で回転させ易くすることができる。
Finally, in the drying process, the control circuit unit dries the laundry by driving the
上記のように洗い運転では、水を含んだ衣類を回転させるために大きなトルクが必要となる。図5は、洗濯運転時において、ドラム27に収容された衣類の位置が変化する状態を模式的に示している。ドラム27を回転させる場合、内部の衣類が図5(a)に示す最低の位置にある状態からスタートし、バッフル29により持ち上げられて図5(b)に示す状態になった場合に最も大きなトルクが必要となる。また、ドラム27の回転数が定常回転数(仮に50rpmとする)に達すると、その回転数のまま一定時間運転を継続するが、定常回転数では継続して衣類が回り続けるため、負荷トルクは起動時に比べると小さい。つまり、洗い運転において最も大きなトルクが発生するのは、モータ1が停止している状態から動き始めて図5(b)の状態になったときである。
As described above, in the washing operation, a large torque is required to rotate the clothes containing water. FIG. 5 schematically shows a state in which the position of the clothes housed in the
図6に、(a)洗い運転時の回転数及びトルク,(b)トルク電流Iq及び励磁電流Id,(c)モータ1の磁束量:誘起電圧定数(単位回転数あたりの誘起電圧値)の関係を示す。図6(a)に破線で示すように、正転方向の起動時と反転方向の起動時とに大きなトルクが発生するため、それに対応してトルク電流Iqの通電量が増える。ここで、起動時にトルク電流Iqのみが6〜7A程度流れたとすると、図10の増減磁特性に従いアルニコ磁石9bが減磁するため、モータ1の誘起電圧が(c)に示す細い破線のように低下する。
FIG. 6 shows (a) rotational speed and torque during washing operation, (b) torque current Iq and exciting current Id, and (c) magnetic flux amount of motor 1: induced voltage constant (induced voltage value per unit rotational speed). Show the relationship. As indicated by a broken line in FIG. 6A, a large torque is generated at the time of starting in the forward direction and at the time of starting in the reverse direction, and the amount of torque current Iq increases accordingly. Here, if only the torque current Iq flows at about 6 to 7 A at the time of startup, the
そこで、本実施例では、モータ1の起動時においてトルク電流Iqを大きく通電するタイミングに合わせて、励磁電流Idを(b)に示すように通電する。このため、着磁変化抑制部69は、着磁電流指令Id_com3を生成して出力する。図7には、この場合にトルク電流Iqの値に応じて通電する励磁電流Idの特性を示す。着磁変化抑制部69は、着磁電流指令Id_com3を次式により決定する。
Id_com3=(Iq−a)×b (但し、Iq>aの場合) …(2)
a,bは定数であり、本実施例では例えばa=3,b=1に設定する。また、Iq≦aの場合はId_com3=0とする。尚、定数a,bを幾つに設定するかは、個別の設計に応じて実測を行った結果より最適となるものを選択すれば良い。
Therefore, in this embodiment, the exciting current Id is energized as shown in (b) at the timing when the torque current Iq is energized greatly when the
Id_com3 = (Iq−a) × b (where Iq> a) (2)
a and b are constants, and in this embodiment, for example, a = 3 and b = 1 are set. If Iq ≦ a, Id_com3 = 0. Note that the number of constants a and b to be set may be selected based on the result of actual measurement according to the individual design.
(2)式に基づき、着磁変化抑制部69は、トルク電流Iqが例えばピークで6A流れるとすると、それに応じて励磁電流Idを同時に3A流すように着磁電流指令Id_com3を出力する。これにより、モータ1の誘起電圧は(c)に示す太い破線のように低下することが回避される。また、モータ1が逆転する場合も同様に、着磁電流指令Id_com3を極性を逆にして出力すれば良い。
Based on the equation (2), if the torque current Iq flows, for example, at a peak of 6 A, the magnetization
図8は、着磁変化抑制部69が着磁電流指令Id_com3を出力して永久磁石9bの減磁を抑制した結果、図10に示した減磁状態が改善することを示すシミュレーション結果を示すものである。これにより、91.8%まで低下した誘起電圧比を、一点鎖線で示すように97.0%にまで抑制できることが判る。また、永久磁石9bを減磁した状態で脱水運転を行う場合についても、その運転中に意図しない増磁が発生することがあれば、着磁電流指令Id_com3を図6(b)に示すパターンの逆極性で出力することで励磁電流Idを重畳して減磁方向に作用させ、増磁を抑制することも可能である。
FIG. 8 shows a simulation result indicating that the demagnetization state shown in FIG. 10 is improved as a result of the magnetization
以上のようにして、運転中に減磁した永久磁石9bを別行程において再増磁することなく、磁電流指令Id_com3により励磁電流Idを重畳して減磁を抑制することの利点は2つある。その1つは、洗い運転中に再増磁による通電を頻繁に行うとその度に騒音が発生し、洗濯機としての製品性を損なうからである。もう1つは、着磁時にはインバータ回路52のスイッチング素子に大きな電流が流れるため、スイッチング素子の耐久性を低下させず、寿命を維持するためである。本実施例では、モータ1を駆動するために流れる電流値は最大8A程度、アルニコ磁石9bを着磁するために流れる電流は20A程度を想定している。
As described above, there are two advantages of suppressing the demagnetization by superimposing the excitation current Id by the magnetic current command Id_com3 without remagnetizing the
以上のように本実施例によれば、着磁変化抑制部69は、トルク電流Iqのレベルが所定の閾値を超えると、励磁電流Idを同時に流すように着磁電流指令Id_com3を出力するので、モータ1のロータ3に配置されている永久磁石9bが減磁することを防止して(すなわち、着磁状態が変化することを抑制して)、モータ1の運転効率を向上させることができる。この場合、着磁変化抑制部69は、着磁電流指令Id_com3を(2)式により決定するので、トルク電流Iqのレベルが増加するのに応じて、重畳する励磁電流Idのレベルを増加させることができる。
As described above, according to the present embodiment, when the level of the torque current Iq exceeds the predetermined threshold, the magnetization
そして、ドラム式洗濯乾燥機21を、永久磁石モータ1及びモータ制御装置50よりなるモータ制御システム70を備え、永久磁石モータ1によりドラム27を回転駆動して洗濯運転を行うように構成したので、運転中等にモータ1のアルニコ磁石9bが減磁することを防止して、運転効率の低下を防止できる。そして、着磁変化抑制部69は、洗い又は濯ぎ運転を開始する場合に、モータ1起動時のq軸電流Iqの最大値が所定値を超えると励磁電流Idを重畳させるので、洗濯運転の負荷が大きくなり、アルニコ磁石9bの減磁が発生する確率が高い期間に検出を行うことができる。
Since the drum type washing / drying
(第2実施例)
図9は本発明の第2実施例であり、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。第2実施例におけるモータ制御装置71は、モータ1に例えばホールICを備えてなる位置センサ(位置検出手段)72(u,v,w)を配置しており、第1実施例の構成における速度・位置推定部54を、速度位置検出部(位置検出手段)73に置き換えたものである。そして、モータ1とモータ制御装置71とが、モータ制御システム74を構成している。
速度位置検出部73は、位置センサ72より与えられる位置信号Hu,Hv,Hwに基づいて、モータ1の回転数ω及び回転位置θを検出する。その他の作用効果については、第1実施例と全く同様である。
(Second embodiment)
FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention. The same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the
The
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。
モータの起動時に限ることなく、本来は定常的な運転状態においても、急激な負荷変動によりトルク電流Iqのレベルが増大した場合にも、励磁電流Idを重畳させて減磁を抑制すれば良い。
着磁電流指令Id_com3の決定は、(2)式に限ることはない。例えば出力特性が曲線式に従うものでも良い。
また、着磁電流指令Id_com3は、必ずしもトルク電流Iqの値に基づいて決定する必要はなく、固定値を設定しても良い。更に、着磁電流指令Id_com3を出力するタイミングについても、トルク電流Iqを出力する期間内で固定しても良い。
The present invention is not limited to the embodiments described above or shown in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The demagnetization may be suppressed by superimposing the excitation current Id even when the level of the torque current Iq is increased due to a sudden load fluctuation, even in an originally steady operation state, not limited to when the motor is started.
The determination of the magnetizing current command Id_com3 is not limited to the equation (2). For example, the output characteristics may follow a curve formula.
Further, the magnetizing current command Id_com3 is not necessarily determined based on the value of the torque current Iq, and may be set to a fixed value. Furthermore, the timing for outputting the magnetizing current command Id_com3 may also be fixed within the period for outputting the torque current Iq.
着磁制御部59に、着磁変化抑制手段としての機能も併せて持たせても良い。
高保持力永久磁石,低保持力永久磁石は、それぞれネオジム磁石9a,アルニコ磁石9bに限ることなく、適切な保持力が得られる材質の磁石を適宜選択すれば良い。また、低保持力永久磁石を増減磁させることで所望の出力特性を満たすことができる場合、高保持力永久磁石は必ずしも必要ではない。
特許文献1に開示されている構造の永久磁石モータに適用しても良い。
洗濯乾燥機21,又は乾燥機能がない洗濯機に限ることなく、ロータに低保持力永久磁石を備えてなる永久磁石モータを使用し、且つ負荷の変動状態に応じてモータの出力特性を変化させるのが望ましい機器であれば適用が可能である。
The
The high holding force permanent magnet and the low holding force permanent magnet are not limited to the
You may apply to the permanent magnet motor of the structure currently disclosed by
The present invention is not limited to the washing / drying
図面中、1は永久磁石モータ、3はロータ、9aはネオジム磁石(高保磁力永久磁石)、9bはアルニコ磁石(低保磁力永久磁石)、21はドラム式洗濯乾燥機、27はドラム、50はモータ制御装置、54は速度・位置推定部(位置検出手段)、59は着磁制御部(着磁手段)、69は着磁変化抑制部(着磁変化抑制手段)、70はモータ制御システム、71はモータ制御装置、73は速度位置検出部(位置検出手段)、74はモータ制御システムを示す。
In the drawings, 1 is a permanent magnet motor, 3 is a rotor, 9a is a neodymium magnet (high coercivity permanent magnet), 9b is an alnico magnet (low coercivity permanent magnet), 21 is a drum type washer / dryer, 27 is a drum, 50 is
Claims (9)
前記モータの回転位置を検出する位置検出手段と、
前記永久磁石の磁化状態を電機子反作用磁界により調整することで、前記モータの回転位置に応じて前記永久磁石を増磁又は減磁させる着磁手段と、
この着磁手段により前記永久磁石が着磁された状態で前記モータの巻線にq軸電流(トルク電流)を供給する場合に、d軸電流(励磁電流)を重畳する期間を設けることで前記永久磁石の着磁状態の変化を抑制する着磁変化抑制手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。 In a motor control device that controls a permanent magnet motor in which a permanent magnet having a low coercive force such that the amount of magnetization can be changed is arranged in a rotor, and detects a current flowing in the motor to perform vector control,
Position detecting means for detecting the rotational position of the motor;
Magnetizing means for magnetizing or demagnetizing the permanent magnet according to the rotational position of the motor by adjusting the magnetization state of the permanent magnet by an armature reaction magnetic field;
When a q-axis current (torque current) is supplied to the motor winding in a state where the permanent magnet is magnetized by the magnetizing means, a period for superimposing the d-axis current (excitation current) is provided. A motor control apparatus comprising: a magnetization change suppressing unit that suppresses a change in the magnetization state of the permanent magnet.
Id=0 [Iq≦aの場合]
Id=(Iq−a)×b [Iq>aの場合]
により決定することを特徴とする請求項3記載のモータ制御装置。 The magnetization change suppressing means calculates a d-axis current Id superimposed on the q-axis current Iq by the following formula (where a and b are positive real numbers):
Id = 0 [when Iq ≦ a]
Id = (Iq−a) × b [when Iq> a]
4. The motor control device according to claim 3, wherein the motor control device is determined by:
請求項1乃至4の何れかに記載のモータ制御装置とを備え、前記モータが発生する回転駆動力により、洗濯物を収容するドラムを回転させて洗濯運転を行うことを特徴とするドラム式洗濯機。 The permanent magnet motor;
A drum-type laundry comprising: the motor control device according to any one of claims 1 to 4, wherein a washing operation is performed by rotating a drum containing laundry by a rotational driving force generated by the motor. Machine.
前記モータの回転位置を検出し、前記永久磁石の磁化状態を電機子反作用磁界により調整することで、前記モータの回転位置に応じて前記永久磁石を増磁させ、
前記永久磁石を着磁した状態で前記モータの巻線にq軸電流(トルク電流)を供給する場合に、d軸電流(励磁電流)を重畳する期間を設けることで前記永久磁石の着磁状態の変化を抑制することを特徴とする永久磁石モータの着磁制御方法。 A permanent magnet motor in which a permanent magnet having a low coercive force so that the amount of magnetization can be changed is arranged in the rotor, and a vector control is performed by detecting a current flowing through the motor,
By detecting the rotational position of the motor and adjusting the magnetization state of the permanent magnet with an armature reaction magnetic field, the permanent magnet is magnetized according to the rotational position of the motor,
When a q-axis current (torque current) is supplied to the motor winding while the permanent magnet is magnetized, the permanent magnet is magnetized by providing a period in which the d-axis current (excitation current) is superimposed. A method for controlling the magnetization of a permanent magnet motor, characterized by suppressing the change of the permanent magnet motor.
Id=0 [Iq≦aの場合]
Id=(Iq−a)×b [Iq>aの場合]
により決定することを特徴とする請求項8記載の永久磁石モータの着磁制御方法。 The d-axis current Id superimposed on the q-axis current Iq is expressed by the following formula (where a and b are positive real numbers):
Id = 0 [when Iq ≦ a]
Id = (Iq−a) × b [when Iq> a]
9. The method for controlling magnetization of a permanent magnet motor according to claim 8, wherein:
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-
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