JP2011083176A - モータ制御装置及び洗濯機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロータ側にサマリウム・コバルト磁石を備えるドラムモータを駆動制御する場合に、制御回路は、サマリウム・コバルト磁石の着磁量を変化させる場合(ステップS5,S8)、非反転増幅回路の増幅率を、ドラムモータの回転制御を行う期間に設定される増幅率よりも低くするように切替える(ステップS4,S7)。
【選択図】図1
Description
このインバータ回路を介して前記巻線に通電を行うことで、前記永久磁石の着磁量を変化させる着磁量制御手段と、
前記永久磁石モータの巻線に流れる電流に応じた電圧信号を発生する電流検出素子と、
前記電圧信号を増幅する増幅回路と、
この増幅回路の増幅率を制御する増幅率制御手段と、
前記増幅回路を介して増幅された信号に基づき、前記インバータ回路を介して永久磁石モータの回転制御を行う回転制御手段とを備え、
前記増幅率制御手段は、前記着磁量制御手段が前記永久磁石の着磁量を変化させる場合の増幅率を、前記回転制御手段が前記永久磁石モータの回転制御を行う期間に設定される増幅率よりも低くするように切替えることを特徴とする。
斯様に構成すれば、永久磁石モータの回転制御を行う期間の増幅率を相対的に高く設定できるので、その際に検出されるモータ電流のデータがノイズの影響を受けることを回避してS/N比を向上させることができる。
このインバータ回路を介して前記巻線に通電を行うことで、前記永久磁石の着磁量を変化させる着磁量制御手段と、
前記永久磁石モータの巻線に流れる電流に応じた電圧信号を発生する電流検出素子と、
前記電圧信号を増幅する増幅回路と、
この増幅回路を介して増幅された信号に基づき、前記インバータ回路を介して永久磁石モータの回転制御を行う回転制御手段とを備え、
前記回転数制御手段は、前記着磁量制御手段が前記永久磁石の着磁量を変化させる期間は、前記増幅回路を介して増幅された信号を無効として前記回転制御を行うことを特徴とする。
斯様に構成すれば、例えば請求項1のように増幅回路の増幅率を切替えることなく一定として、良好なS/N比を実現するのに十分な値にした場合でも、着磁量制御手段が永久磁石の着磁量を変化させる期間に流れる大きなレベルの電流を無効化すれば、回転制御を支障なく継続することができる。
請求項1ないし9の何れかに記載のモータ制御装置とを備え、
前記永久磁石モータが発生させる回転駆動力によって洗濯運転を行うことを特徴とする。斯様に構成すれば、着磁量制御手段が永久磁石の着磁量を変化させることで、永久磁石モータの特性を、洗い運転やすすぎ運転のように、高トルク・低速回転が要求される場合と、脱水運転のように低トルク・高速回転が要求される場合とに応じて、変化させることができる。
以下、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9を参照して説明する。洗濯乾燥機の縦断側面を示す図9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。
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。
下アーム側のIGBT32d、32e、32fのエミッタは、シャント抵抗(電流検出素子)34u、34v、34wを介してグランドに接続されている。また、IGBT32d、32e、32fのエミッタとシャント抵抗34u、34v、34wとの共通接続点は、分圧抵抗素子R1,R2(分圧比1:1)からなるレベルシフト回路35を介して増幅回路部36の各入力端子に接続されている。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34u〜34wの抵抗値は、例えば0.033Ωに設定されている。また、レベルシフト回路35を構成する分圧抵抗の抵抗値は、例えばそれぞれ1kΩに設定されている。
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31を介してモータ11の巻線11u〜11wに出力される。尚、ベクトル制御の制御系については、特許文献1に開示されている構成と同様である。
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。
ロータ52は、フレーム54とロータコア55と複数の永久磁石56,57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54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56,57は、ロータマグネット58を構成している。
尚、増幅回路部36の回路グランドは、制御回路30に内蔵されているA/D変換回路30aのグランドと共通になっている。そして、インバータ回路31のグランドは、制御回路30におけるCPU用(デジタル系)のグランドと共通であり、A/D変換回路30a用のグランドとCPU用のグランドとは、物理的にインバータ回路31のグランドで共通に接続されている。
以降は、回転ドラム4を反転させるためドラムモータ11を反転させ、その後正転,反転を交互に繰り返すが、洗い運転は、低速・高トルク出力が要求されるので、ロータマグネット58を増磁したまま運転を継続し、次に脱水運転を開始する段階になるとロータマグネット58を減磁させる。
図2に示すステップS11において、制御回路30がA/D変換を行う場合は、図3(a)に示す三角波の振幅が最大となるタイミングで行う。その場合、増幅回路部36の増幅率設定が低倍率(3倍)であれば、制御回路30は読み取った電流値データを2倍し、高倍率(6倍)であれば、読み取った電流値データをそのまま扱う。そして、増幅率の切替えを行うタイミングであれば、電流値データを読み取った後に切替え信号を出力する(ステップS12)。
また、制御回路30は、複数回に分けて、ロータ53側に配置されているサマリウム・コバルト磁石57の着磁量を変化させる場合に、インバータ回路31を介してドラムモータ11の巻線11u〜11wに通電を行う期間だけ非反転増幅回路60の増幅率を低く設定するので、回転制御に使用される電流データにノイズの影響が及ぶ機会を極力少なくできると共に、着磁量を変化させる場合の騒音の発生も抑制できる。
さらに、制御回路30は、A/D変換処理が行われた後に増幅率の切替えを行う。より具体的には、制御回路30は、インバータ回路31を構成する下アーム側のIGBT32がオンする期間の中間となるタイミングよりも後に増幅率の切替えを行うので、シャント抵抗34に電流が流れる期間において、上アーム側,下アーム側のIGBT32のオンオフが切り替わる際に発生するスイッチングノイズの影響を極力受けないようにして、A/D変換を行うことができる。
図10及び図11は第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。第2実施例は、洗濯機に電源が投入された直後で運転が開始される前に、ドラムモータ11の回転が停止している状態での処理を示す。先ず、増幅回路部36における非反転増幅回路60の増幅率を3倍に設定すると(ステップS21)、3秒間待機してから(ステップS22:YES)A/D変換されたデータを読み込む(ステップS23)。そして、A/D変換部の入力オフセット値を求めると、そのオフセット値を制御回路30に内蔵されているRAMの変数格納領域に格納してから、増幅率を6倍に切替える(ステップS24)。尚、上記の3秒間は、電源を投入してから回路の動作が安定まで待機するための時間である。
図12及び図13は第3実施例を示すものであり、第1実施例と異なる部分について説明する。図12は第1実施例の図6相当図である。第3実施例では、コンパレータ68の非反転入力端子は、フィルタ回路70を構成する1kΩの抵抗素子を介して各相電流の入力信号INに接続されていると共に、同じくフィルタ回路70を構成する1000pFのセラミックコンデンサを介してグランドに接続されている。また、第1実施例の非反転増幅回路60より、スイッチSW1及び抵抗素子Rs1を削除し、抵抗素子Rs2だけを残してスイッチSW2を介すことなく直結することで非反転増幅回路71が構成されている。したがって、増幅率は常時6倍に設定されている。
図14ないし図17は第4実施例を示すものであり、第1実施例と異なる部分について説明する。第4実施例は、増幅回路の増幅率を変化させるための構成が第1実施例とは異なっている。第1実施例では図7に示すように、電源回路44の3.3V電圧を分圧するレベルシフト回路35の分圧抵抗値は1kΩ/1kΩ,すなわち分圧比が1/2で固定されていたが、第4実施例では、図7相当図である図14に示すようにトランジスタをスイッチとして用い、抵抗素子の接続切替えを行うことで、電源回路80の5V電圧を分圧するレベルシフト回路(分圧抵抗回路)81の分圧比が変更可能に構成されている。
H→H→H→L→H→H→H→…
といったように一回だけロウレベルになった場合は過電流を検出せず、
H→H→H→L→L→L→…
といったように、複数回連続してロウレベルとなった場合に過電流を検出するようになっている。また、図14に示すように、増幅回路部83の入力端子にはコンデンサが接続されているので、その容量成分もノイズ的なレベル変化を抑制するように作用している。
Vout=G{5・R1/(R1+R2)+Rsen・I・R2/(R1+R2)}
…(1)
但し、Gは非反転増幅回路85の増幅率である。
Vout=5{5・0.1+Rsen・I・0.9} …(2)
また、図17(b)の場合の増幅率G並びにR1,R2(=R2a//R2b)の抵抗値を代入すると、およそ以下のようになる。この場合のR2の並列合成抵抗値は4.87kΩとなる(但し、PNPトランジスタTr1のVCEは無視している)。
Vout=2.67{5・0.2+Rsen・I・0.8} …(3)
すなわち、(3)式右辺第1項の電圧5Vに対する倍率は約5.34であり、同右辺第2項の抵抗値Rsenに対する倍率は約2.13である。また、この場合の電流値Iの倍率は約2.08となっているので、(2)式の電流Iを基準とする倍率は約4.43となる。そして、(2)式の第2項は「4.5・Rsen・I」である。したがって、電流Iの一次関数である(2)式,(3)式は略同一の直線となる。
各抵抗値の設定や増幅率,過電流判別閾値などについては、個別の設計に応じて適宜変更して設定すれば良い。また、過電流を検出する機能は必要に応じて設ければ良い。
極数とスロット数との比によって、1回で全てのサマリウム・コバルト磁石の着磁量を変化させることができるモータに適用しても良い。
低保磁力の永久磁石は、サマリウム・コバルト磁石に限らず、アルニコ磁石やその他の材料からなる磁石でも良い。
電流検出素子は抵抗素子に限らず、カレント・トランスなどを用いても良い。
ベクトル制御を行うものに限らず、モータ電流を検出して、低保磁力の永久磁石を備えたモータを制御するものであれば適用できる。
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。
洗濯機に適用するものに限らず、モータの特性を変化させることが駆動効率を向上させるために有効なアプリケーションであれば適用することができる。
Claims (10)
- ロータ側に着磁量を容易に変更可能なレベルの保磁力を有する永久磁石を備えて構成される永久磁石モータの巻線に通電を行うインバータ回路と、
このインバータ回路を介して前記巻線に通電を行うことで、前記永久磁石の着磁量を変化させる着磁量制御手段と、
前記永久磁石モータの巻線に流れる電流に応じた電圧信号を発生する電流検出素子と、
前記電圧信号を増幅する増幅回路と、
この増幅回路の増幅率を制御する増幅率制御手段と、
前記増幅回路を介して増幅された信号に基づき、前記インバータ回路を介して永久磁石モータの回転制御を行う回転制御手段とを備え、
前記増幅率制御手段は、前記着磁量制御手段が前記永久磁石の着磁量を変化させる場合の増幅率を、前記回転制御手段が前記永久磁石モータの回転制御を行う期間に設定される増幅率よりも低くするように切替えることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記着磁量制御手段が、複数回に分けて、前記ロータ側に配置されている前記永久磁石の着磁量を変化させる場合、
前記増幅率制御手段は、前記着磁量制御手段が前記巻線に通電を行う期間だけ、前記増幅率を低く設定することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。 - 前記電圧信号を分圧して前記増幅回路に入力するため、分圧比を変更可能に構成される分圧抵抗回路を備え、
前記増幅率制御手段は、前記増幅回路の増幅率を高くするように切替える場合は、前記分圧抵抗回路の分圧比を低くするように切り替え、前記増幅率を低くするように切り替える場合は、前記分圧比を高くするように切り替えることを特徴とする請求項1又は2記載のモータ制御装置。 - 前記増幅回路は、電源電圧の中間電位を基準電圧として、前記電圧信号と前記基準電圧との差分を増幅するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載のモータ制御装置。
- 前記増幅回路を介して増幅された信号をA/D変換する場合に、
前記着磁量制御手段は、前記A/D変換処理が行われた後に前記増幅率の切替えを行うことを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載のモータ制御装置。 - 前記電流検出素子が、前記インバータ回路を構成する下アーム側スイッチング素子とグランドとの間に接続されるシャント抵抗で構成される場合、
前記着磁量制御手段は、前記下アーム側スイッチング素子がオンする期間の中間となるタイミングよりも後に、前記増幅率の切替えを行うことを特徴とする請求項5記載のモータ制御装置。 - 前記着磁量制御手段は、前記永久磁石モータの回転が停止している期間に前記増幅率の切替えを行うと共に、前記増幅回路のオフセット補正を行うことを特徴とする請求項1ないし6の何れかに記載のモータ制御装置。
- 前記巻線に流れる電流が過電流状態となったことを検出する過電流検出手段を備え、
前記過電流検出手段は、前記増幅回路を介して増幅された信号に基づいて、前記過電流状態の検出を行うことを特徴とする請求項1ないし7の何れかに記載のモータ制御装置。 - ロータ側に着磁量を容易に変更可能なレベルの保磁力を有する永久磁石を備えて構成される永久磁石モータの巻線に通電を行うインバータ回路と、
このインバータ回路を介して前記巻線に通電を行うことで、前記永久磁石の着磁量を変化させる着磁量制御手段と、
前記永久磁石モータの巻線に流れる電流に応じた電圧信号を発生する電流検出素子と、
前記電圧信号を増幅する増幅回路と、
この増幅回路を介して増幅された信号に基づき、前記インバータ回路を介して永久磁石モータの回転制御を行う回転制御手段とを備え、
前記回転数制御手段は、前記着磁量制御手段が前記永久磁石の着磁量を変化させる期間は、前記増幅回路を介して増幅された信号を無効として前記回転制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。 - ロータ側に着磁量を容易に変更可能なレベルの保磁力を有する永久磁石を備えて構成される永久磁石モータと、
請求項1ないし9の何れかに記載のモータ制御装置とを備え、
前記永久磁石モータが発生させる回転駆動力によって洗濯運転を行うことを特徴とする洗濯機。
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