JP2017074078A - ドラム駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部の負荷状態が変動するドラムの起動駆動を安定的に制御することができるドラム駆動装置を実現する。
【解決手段】鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラム５１と、回転子５９に永久磁石を有しドラム５１を駆動するドラムモータ６０と、ドラムモータ６０に電流を制御して供給し駆動するインバータ回路７１と、ドラムモータ６０を回転子５９の磁極位置とは独立した信号を発生しドラムモータ６０を駆動できる同期運転手段７２と、ドラムモータ６０を回転子５９の磁極位置に応じた信号を発生しドラムモータ６０を駆動できる位置フィードバック運転手段７３とを有し、インバータ回路７１は、ドラム５１内部の負荷状態に応じて、２つの運転手段７２、７３のドラムモータ６０起動の設定値を変更可能としたことにより、内部の負荷状態が変動するドラム５１の起動駆動を安定的に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭や事務所などで使用されるドラム式洗濯機、ドラム式洗濯乾燥機、ドラム式衣類乾燥機などの衣類処理装置や、工場、工事現場などで使用され、食品、廃棄物、生コンクリートなどを撹拌するため、円筒状のドラム内に、固体、液体、紛体、流体などを収め、鉛直から角度を有する回転軸で回転をすることで、地球の重力の作用が変化し、撹拌されるドラム駆動装置に関するものである。

従来、この種の装置は、ドラム起動時の負荷トルク変動が周期的でないものに関して、ドラムの回転角に応じて同期運転モードから位置フィードバック運転モードへの切り替えを行い、ドラムの起動駆動を行っていた（例えば、特許文献１参照）。

図１は本発明のドラム駆動装置のブロック図を示すものであるが、これを援用して従来のドラム駆動装置の構成および動作を以下に説明する。図１において、ドラム５１は、鉛直に対して９０度の角度をもった状態、すなわち水平の回転軸を持った状態でベアリング５２、５３によって回転自在に支持され、内部に衣類などの洗濯物５４が入るものとなっている。

ドラム５１は、ネオジウムおよびジスプロシウムなどの希土類を含む永久磁石５５、５６、５７、５８を持つ回転子５９を回転自在に保持して構成した４極のドラムモータ６０から、小プーリ６２、ベルト６３、大プーリ６４を経て１０分の１に減速されての回転駆動がなされるものとなっている。

なお、ドラム５１の外側には樹脂製の外容器６６と、給水弁６７、排水弁６８、蓋６９が設けられ、蓋６９から投入されたドラム５１内の洗濯物５４に水、および洗剤を作用させ、洗濯を行うことができるものとなっている。

また、ドラム駆動装置は、ドラムモータ６０に電流を供給するインバータ回路７１を有し、インバータ回路７１は、同期運転手段７２と、位置フィードバック運転手段７３と、切替手段７４と、第１の電流成分Ｉｄと第２の電流成分Ｉｑに分けて出力電流を制御するモータ電流制御部７５を有する。同期運転手段７２は、ドラムモータ６０の回転子５９の磁極位置とは独立した信号Ｓ１を発生し、位置フィードバック運転手段７３は、回転子５９の磁極位置に応じた信号Ｓ２を発生し、切替手段７４は、まず同期運転手段７２からの信号Ｓ１をモータ電流制御部７５に接続することによりドラムモータ６０を起動し、起動からのドラム５１の回転角が最初に９０度となる時点より以降に、モータ電流制御部７５への入力を、位置フィードバック運転手段７３からの信号Ｓ２に切り替えるものとなっている。

これにより、ドラム５１の内容物に起因する周期的でない負荷トルクの変動を抑制したドラム起動駆動を実現している。

特開２０１４−１４７１５３号公報

しかしながら、このような従来のドラム駆動装置は、使用状況に応じてドラムの内容物（洗濯物や食品、廃棄物、生コンクリートなど）の負荷状態（収容量やその偏り量）がその都度変動するものについて、ドラムを過剰制御してしまったり、または起動できなかったりという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ドラムの内容物の負荷状態が変動するドラム起動駆動において、安定的に駆動することのできるドラム駆動装置を提供する。

前記従来の課題を解決するために、本発明のドラム駆動装置は、鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラムと、回転子に永久磁石を有し前記ドラムを駆動するドラムモータと、前記ドラムモータに電流を制御して供給し駆動するインバータ回路とを備え、前記インバータ回路は、前記ドラムモータを前記回転子の磁極位置とは独立した信号を発生し前記ドラムモータを駆動する同期運転手段と、前記ドラムモータを前記回転子の磁極位置に応じた信号を発生し前記ドラムモータを駆動する位置フィードバック運転手段とを有し、前記インバータ回路は、前記ドラムの内部の負荷状態に応じて、前記同期運転手段および前記位置フィードバック運転手段の前記ドラムモータを起動するときの設定値を変更可能としたものである。

これによって、ドラム内部の負荷状態に応じて、同期運転モードおよび位置フィードバック運転モードの設定値を的確に変更し、ドラムの過剰制御や起動不良を起こすことなく、安定的なドラム起動駆動を実現することができる。

本発明のドラム駆動装置は、使用状況に応じてドラムの内容物の負荷状態が変動するドラム駆動において、ドラムの過剰制御や起動不良を起こすことなく、安定的なドラム起動駆動を実現することができる。

本発明の実施の形態１のドラム駆動装置のブロック図 同ドラム駆動装置の同期運転手段および切替手段の詳細ブロック図 同ドラム駆動装置の同期運転手段の動作の一例を示す動作波形図 同ドラム駆動装置の位置フィードバック運転手段の詳細ブロック図 同ドラム駆動装置のモータ電流制御部の詳細ブロック図 同ドラム駆動装置の切替動作の前後での各変数の変化を示した波形図 同ドラム駆動装置の切替動作前後の電流ベクトル図 本発明の実施の形態２のドラム駆動装置を用いたドラム式洗濯機の布量検知動作を示す説明図

第１の発明のドラム駆動装置は、鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラムと、回転子に永久磁石を有し前記ドラムを駆動するドラムモータと、前記ドラムモータに電流を制御して供給し駆動するインバータ回路とを備え、前記インバータ回路は、前記ドラムモータを前記回転子の磁極位置とは独立した信号を発生し前記ドラムモータを駆動する同期運転手段と、前記ドラムモータを前記回転子の磁極位置に応じた信号を発生し前記ドラムモータを駆動する位置フィードバック運転手段とを有し、前記インバータ回路は、前記ドラムの内部の負荷状態に応じて、前記同期運転手段および前記位置フィードバック運転手段の前記ドラムモータを起動するときの設定値を変更可能としたものである。

これにより、ドラム内部の負荷状態に応じて、同期運転モードおよび位置フィードバッ
ク運転モードの設定値を的確に変更し、ドラムの過剰制御や起動不良を起こすことなく、安定的なドラム起動駆動を実現することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記インバータ回路は、予め決められた複数通りの設定値を切り替えながらドラム起動駆動を行うものである。これにより、ドラム内部の負荷状態を推定することなく、予め試験的に求められた複数通りの設定値に切り換えることによって、安定的なドラム起動駆動を実現することができる。

第３の発明は、第１の発明において、前記インバータ回路は、前記ドラムの内部の負荷容量に応じて、前記ドラムモータを起動するときの設定値を変更するものである。これにより、ドラム内部の負荷容量に応じて同期運転モードおよび位置フィードバック運転モードの設定値を的確に変更し、ドラムの過剰制御や起動不良を起こすことなく、安定的なドラム起動駆動を実現することができる。

第４の発明は、第１または第３の発明において、前記インバータ回路は、前記ドラムの内部の負荷偏り量に応じて、前記ドラムモータを起動するときの設定値を変更するものである。これにより、ドラム内部の負荷偏り量に応じて同期運転モードおよび位置フィードバック運転モードの設定値を的確に変更し、ドラムの過剰制御や起動不良を起こすことなく、安定的なドラム起動駆動を実現することができる。

第５の発明は、第２〜第４のいずれかの発明において、前記インバータ回路は、前記ドラムモータを起動する前に設定値を変更するものである。これにより、適切なタイミングで同期運転モードおよび位置フィードバック運転モードの設定値を変更し、ドラムの過剰制御や起動不良を起こすことなく、安定的なドラム起動駆動を実現することができる。

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、本発明の実施形態１におけるドラム駆動装置のブロック図を示すものである。図１において、ドラム５１は、鉛直に対して９０度の角度をもった状態、すなわち水平の回転軸を持った状態でベアリング５２、５３によって回転自在に支持され、内部に衣類などの洗濯物５４が入るものとなっている。ここで、本発明で言う鉛直とは、重力の向きを示しているものであり、垂直、あるいは水平に対して直角と同義語として扱っている。

ドラム５１は、ネオジウムおよびジスプロシウムなどの希土類を含む永久磁石５５、５６、５７、５８を持つ回転子５９を回転自在に保持して構成した４極のドラムモータ６０によって回転駆動される。ドラム５１は、ドラムモータ６０から、小プーリ６２、ベルト６３、大プーリ６４を経て１０分の１に減速される。ドラム５１の外側には樹脂製の外容器６６と、給水弁６７、排水弁６８、蓋６９が設けられ、ドラム５１内の洗濯物５４に水、および洗剤を作用させ、洗濯を行うことができるものとなっている。

また、ドラム駆動装置は、ドラムモータ６０に電流を制御して供給し駆動するインバータ回路７１を備え、インバータ回路７１は、同期運転手段７２と、位置フィードバック運転手段７３と、切替手段７４と、第１の電流成分Ｉｄと第２の電流成分Ｉｑに分けてドラムモータ６０への出力電流を制御するモータ電流制御部７５を有している。同期運転手段７２は、ドラムモータ６０の回転子５９の磁極位置とは独立した信号Ｓ１を発生し、位置フィードバック運転手段７３は、回転子５９の磁極位置に応じた信号Ｓ２を発生する。切替手段７４は、まず同期運転手段７２からの信号Ｓ１をモータ電流制御部７５に接続することにより、ドラムモータ６０を起動し、起動からのドラム５１の回転角が一定度数（例
えば９０度）以降に、モータ電流制御部７５への入力を、位置フィードバック運転手段７３からの信号Ｓ２に切り替えるものである。

なお、図１において、信号Ｓ１、Ｓ２はいずれも１本の線で示されているが、実際にはそれぞれ第２の電流成分の設定値Ｉｑｒ、モータの位相θ、モータの電気角速度ωの信号をそれぞれ伝送する３本で構成されている。また、本実施の形態においては、切替手段７４は、同期運転手段７２が起動から所定時間後に変化する信号Ｆを受けて、信号Ｓ１からＳ２への切り替えを行うものとなっている。

図２は、本実施の形態のドラム駆動装置の同期運転手段７２および切替手段７４の詳細ブロック図を示している。図２において、起動からの時間を計測するタイマー８０は、時間ｔを出力し、時限器８１、電流設定器８２、角速度設定器８３に入力される。電流設定器８２は、切替手段７４にＩｑｒ１として電流設定値を出力し、角速度設定器８３からは切替手段７４にω１として電気角速度が出力され、さらにω１の時間積分を行う積分器８６を経て、モータの位相θ１としても出力される。切替手段７４は、同期運転手段７２からのデジタル信号として時限器８１から出力される信号Ｆがローの場合には信号Ｓ１を、ハイの場合には信号Ｓ２を選択し、Ｉｑｒ、θ、ωの各信号がモータ電流制御部７５へ出力される。

図３は、本実施の形態のドラム駆動装置の同期運転手段７２の動作波形図を示している。図３（ａ）は信号Ｆの論理、図３（ｂ）は電流の設定値Ｉｑｒ１、図３（ｃ）は角速度ω１、図３（ｄ）は位相θ１をそれぞれ横軸に時間ｔとして示している。

図３（ａ）に示すように、モータ電流制御部７５に同期運転手段７２が有効に動作する期間、すなわち信号Ｆがローとなる期間を同期運転期間とする。起動から３．０秒間の上記同期運転期間においては、Ｉｑｒ１については、図３（ｂ）に示すように、前半の１．０秒間の期間には３Ａから６Ａへ直線的に増加し、その後の２．０秒間は６Ａを保持するものとなり、ω１については図３（ｃ）に示すように、直線的に増加するものとしている。モータ位相θ１は、ω１を時間積分したものとなるが、２π（３６０度）となった時点で０にリセットされる変数を用いて表現しているため、図３（ｄ）に見られるような波形となっている。

時限器８１が、ｔ＝３．０秒で、信号Ｆをローからハイに上げた時点で、信号Ｆを受けた切替手段７４は、信号Ｓ１から信号Ｓ２へと信号を切り替え、位置フィードバック運転手段７３への切り替えを行う。なお、第１の電流成分の設定値Ｉｄｒに関しては、本実施の形態においては、切替手段７４から信号Ｆがローでは０Ａ、ハイでは−３．８Ａが選択されて出力される。

第２の電流成分の設定値Ｉｑｒ１の値については、モータトルクに比例して反映されるため、Ｉｑｒ１の値を大きくすればドラムモータ６０を駆動するトルクを大きくすることができる。また、角速度ω１の値はモータＵＶＷ相の電流周波数に比例し、角速度ω１の傾きはドラムモータ６０の加速度に比例するため、ドラムモータ６０の電流周波数および角速度ω１の増加傾きを調整することにより、ドラムモータ６０の起動回転数および起動速度を制御することが可能である。

上記同期運転期間における同期運転モードにおいて、ドラム５１内部の負荷容量が小さい場合は、ドラムモータ６０の起動に必要なトルクは小さく、またモータ電流周波数に対する追従性も高いため、起動初期のＩｑｒ１を大きく設定しすぎると、ドラムモータ６０内の永久磁石が急速に引き寄せられ、異音や振動を発する場合がある。これを避けるため、負荷容量が小さいときは、起動初期のＩｑｒ１を小さく、またモータ電流周波数を高く
設定することで、ドラム起動を過剰に制御することなく、安定的に起動駆動することができる。

ドラム５１内部の負荷容量が大きい場合は、ドラムモータ６０の起動に必要なトルクは大きく、またモータ電流周波数に対する追従性も低いため、起動初期のＩｑｒ１を小さく設定しすぎると、ドラムモータ６０の起動に必要なトルクが足りず、起動不良を起こす場合がある。これを避けるため、負荷容量が大きいときは、起動初期のＩｑｒ１を大きく、またモータ電流周波数を低く設定することで、ドラム５１の起動不良を解消し、安定的に起動駆動することができる。

また、ドラム５１内部の負荷偏り量が大きい場合は、ドラム５１起動回転時に内容物が崩れ負荷トルクが大きく変動する可能性がある。位置フィードバック運転手段７３に比べ、同期運転手段７２は回転子５９の磁極位置とは独立した電流を供給するため、振動や負荷変動が発生しても電流の供給は継続される。従って、ドラム５１内部の負荷偏り量が大きい場合は、同期運転期間を長くすることにより、ドラム５１内の内容物に起因する周期的でない負荷トルクの変動を抑制し、安定的に起動駆動することができる。

ドラム５１内部の負荷偏り量が小さい場合は、ドラム５１起動回転時の負荷トルク変動は小さい。同期運転手段７２に比べ、負荷の状態を推定しながら駆動することが可能である位置フィードバック運転手段７３の方が高精度かつ省エネルギーの運転が可能であるため、位置フィードバック運転手段７３で安定した駆動が実現できる。従って、ドラム５１内部の負荷偏り量が小さい場合は、同期運転期間を短くすることにより、早い段階での位置フィードバック運転に切替できるため、高精度かつ省エネルギーの起動駆動をすることができる。

図４は、本実施の形態のドラム駆動装置の位置フィードバック運転手段７３の詳細ブロック図を示している。図４において、速度誤差増幅手段９０は、ドラムモータ６０の角速度の設定値ωｒを出力する速度設定手段８９からのωｒと、切替手段７４から得た角速度ωとの差、すなわち速度誤差からＰＩ（比例と積分）の要素を作用させて加算し、Ｉｑｒ２を出力するものとなっており、ドラムモータ６０の回転が設定された速度になるようにトルクが加減される。

位相誤差推定器９１は、後述するモータ電流制御部７５からの電流Ｉｄ、Ｉｑ、電圧Ｖｄ、Ｖｑ、および角速度ωを入力し、これにドラムモータ６０の誘導起電力定数、ｑ軸インダクタンスＬｑ、抵抗値Ｒａなどのパラメータを用いて計算を行うことにより、現在、モータ電流制御部７５が用いている位相θと、ドラムモータ６０の電圧方程式が成り立つ位相との差Δθを計算する。本実施の形態においては、（Ｖｄ−Ｒａ・Ｉｄ＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ）を、（Ｖｑ−Ｒａ・Ｉｑ−ω・Ｌｑ・Ｉｄ）で除した上で、その逆正接関数を取り、また符号を逆にした値にて、制御が用いているｄｑ座標に対する実ｄｑ位相の誤差Δθとして計算される。

収束手段９２は、速度推定手段９３と、積分器９４を有しており、速度推定手段９３は、Δθが零に収束するように、ＰＩ（比例・積分）を用いて永久磁石５５、５６、５７、５８の角速度ω２の計算を行うものとなっており、さらにω２は積分器９４にて時間積分の計算が行われることにより、推定位相θ２として出力される。信号Ｆがローの期間中においては、積分器９４は推定位相θ２としてΔθが出力されるように、常に更新されており、速度推定手段９３についても、角速度ω２としてωとなるように、常に積分要素の更新が行われる。

位置フィードバック運転手段７３の動作が有効となっている状態においては、位相誤差
推定器９１と収束手段９２の動作、作用によって、位置センサレスでのドラムモータ６０の運転を行う構成となっている。

なお、本実施の形態において、位相誤差推定器９１は、Δθの計算式を用いたが、それに限定されるものではなく、ドラムモータ６０に供給される電圧と電流に関する値と、ドラムモータ６０のパラメータを用い、位相の誤差Δθ、またはｄ軸の電圧差に関する値などを導き出すものであっても構わず、要は回転子５９の磁極位置に応じた信号を発生しながら、ドラムモータ６０を運転することができるものであればよい。

余弦アンプ９５は、Δθの余弦関数に、切替手段７４からのＩｑｒを乗じたＩｒｅｆ値を出力するものとなっており、速度誤差増幅手段９０は、信号Ｆがローの期間中においては、出力された設定値Ｉｑｒ２がＩｒｅｆ値に等しくなるよう、内部の積分器の値を常に更新している。

図５は、本実施の形態のドラム駆動装置のモータ電流制御部７５の詳細ブロック図を示している。なお、モータ電流制御部７５は、インバータ回路７１からドラムモータ６０に３相の電流を供給するものであるが、入力される位相θとして、Ｕ相電流による起磁力を基準とした場合の、永久磁石５５、５６、５７、５８による磁束の向き、すなわち真のｄ軸の位相と正しく合致している場合には、入力されたＩｄｒは永久磁石５５、５６、５７、５８の磁束に平行な第１の電流成分となり、Ｉｑｒはそれに対して直交し＋９０度（π／２）分位相が進んだ第２の電流成分となり、所望の電流ベクトルに制御されるものとなる。

図５において、モータ電流制御部７５は、電流誤差増幅器９８、９９、座標変換器１００、１０１、ＰＷＭパワーモジュール１０３、直流電源１０４、電流検知回路１０５を有しており、電流誤差増幅器９８は設定値Ｉｄｒと座標変換器１０１の出力であるＩｄの差をＰＩ（比例・積分）計算して電圧Ｖｄとして出力するものである。電流誤差増幅器９９は、切替手段７４から得た設定値Ｉｑｒと座標変換器１０１の出力であるＩｑの差を同様にＰＩ（比例・積分）計算してＶｑとして出力するものとなっている。座標変換器１００は、電流誤差増幅器９８、９９からそれぞれ出力されるＶｄとＶｑとθを入力し、数式１を用いるなどして、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換するものである。

このように、３相を使用することにより、ドラムモータ６０、インバータ回路７１の構成が比較的簡単でありながら、連続的でスムーズなパワー伝達が可能であるという効果があるが、特に３相に限定されるものではなく、２相、４相、５相などであっても構わない。

ＰＷＭパワーモジュール１０３は、図示しない６石のＩＧＢＴ、および電子回路等で構
成されたもので、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと、直流電源１０４から、２８０Ｖの直流電圧を受け、ＰＷＭ（パルス幅変調）を行いながら、３相の交流をＵ、Ｖ、Ｗとして出力し、数アンペアの電流をドラムモータ６０へと供給していくものとなっており、具体的にはマイクロコンピュータ内にワンチップ構成されたパルス幅変調器と、それとは別パッケージで設けられたパワー部分との総合体として構成されたものとなっている。

Ｕ相とＷ相については、電流検知回路１０５の検知素子１０６、１０７を通過させることにより、電流ＩｕとＩｗの瞬時値が検知され、座標変換器１０１に入力される。なお、検知素子１０６、１０７については、検知対象となる電流により磁路に起磁力を発生させ、その磁界から電流値を検出するものや、シャント抵抗と呼ばれる抵抗の電圧降下から検知を行うものなどが利用可能である。

Ｖ相の電流Ｉｖについては、本実施の形態においては検知していないが、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係から、入力されたＩｕとＩｗよりＩｖも求められるものであり、座標変換器１０１は、数式２を用いるなどすることにより、θを用いてｄ軸の電流Ｉｄと、ｑ軸の電流Ｉｑを計算する。

図６は、本実施の形態のドラム駆動装置の切替手段７４の、出力される信号Ｆによる切替動作の前後での各変数の変化を横軸の時間をやや拡大して示した波形図である。図６において、いずれも切替手段７４の入出力信号となるＩｑｒ、ω、θを次のように表してある。図６（ａ）は破線でＩｑｒ１、一点鎖線でＩｑｒ２、実線でＩｑｒを、図６（ｂ）は破線でω１、一点鎖線でω２、実線でωを、図６（ｃ）は破線でθ１、一点鎖線でθ２、実線でθを示している。

図６（ｃ）に示すように、切替手段７４の動作、作用により、ｔ＜３．０秒においてはθ＝θ１となり、ｔ＞３．０秒においてはθ＝θ２となる。また、図６（ａ）に示すように、ｔ＜３．０秒でのＩｑｒ２に関しては、前述したようにＩｑｒ１から余弦アンプ９５を経た出力Ｉｒｅｆが速度誤差増幅手段９０の出力、すなわちＩｑｒ２となるように積分成分の更新が継続され、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すように、ω２についてはω１と同値、またθ２についても常にΔθと等しくなるようにが継続的にセットされる。

図７は、本実施の形態のドラム駆動装置における、切替手段７４による切替動作前後の電流ベクトルを、真のｄｑ座標上で示したものである。図７において、切替直前のＩｑｒ値であるＩｑｒ１は長さとしては、Ｉｑｒ１の値である６Ａあるが、向きとしてｑ軸に対し第１象限にΔθだけ傾きを持ったものとなっており、真ｑ軸成分としては、余弦アンプ９５の出力、すなわちＩｑｒ１にΔθの余弦を乗じたＩｒｅｆと等しいものとなり、切替直後にはＩｑｒはＩｑｒ２＝Ｉｒｅｆへと変化する。

同期運転モードから位置フィードバック運転モードへの切替を行うタイミング（本実施の形態ではｔ＝３．０秒）において、ドラム５１内部の負荷容量が小さい場合は、位置フィードバック運転モードの起動初期値Ｉｑｒ２を設定するタイミングで、Ｉｑｒ１との差異が生じ、急に負荷トルクが小さくなることによって、異音や振動を発する場合がある。
これを避けるため、負荷容量が小さい場合は、同期運転時のＩｑｒ１を小さく設定するとともに、位置フィードバック運転の起動初期値Ｉｑｒ２をＩｑｒ１に近づくような値に設定することにより、切替時に生じる負荷トルクの変動を失くし、安定的な起動接続を行うことができる。

また、ドラム５１内部の負荷容量が大きい場合は、位置フィードバック運転モードとなるタイミングで、急に負荷トルクが大きくなることによって、ドラム５１の角速度の急激な加速（オーバーシュート）が発生しやすく、異音や振動を発したり、正常に起動できなかったりする場合がある。これを避けるため、負荷容量が大きい場合は、同期運転時のＩｑｒ１を大きく設定するとともに、位置フィードバック運転時の起動初期値Ｉｑｒ２をＩｑｒ１に近づくような値に設定することにより、切替時に生じる負荷トルク変動を失くし、安定的な起動接続を行うことができる。

このように、同期運転モードおよび位置フィードバック運転モードの切り替えを利用したドラム起動駆動において、ドラム起動駆動の動作は負荷容量および負荷偏り量に大きく依存するため、安定的なドラム起動駆動を実現するためには、前記２つの運転手段（同期運転手段７２および位置フィードバック運転手段７３）の設定値は、ドラム５１内部の負荷容量および負荷偏り量に的確に対応できる構成としておくことが重要である。

そこで、本発明では、同期運転モードの設定値として、「同期運転期間、起動初期値Ｉｑｒ１、モータ電流周波数」、位置フィードバック運転モードの設定値として、「起動初期値Ｉｑｒ２」を予め実験的に負荷容量の大小、負荷偏り量の大小にそれぞれ場合分けして求め、複数通りを用意してある。

上記のように複数通り用意した各設定値を利用してドラム起動駆動を行なう方法を以下に例示する。実際のドラム起動駆動において、まず複数通り用意した各設定値の組み合わせの中から一つが選択され、ドラム起動を試みる。この条件でモータ起動不良が発生した時には、予め求めた複数通りの設定値を順次切り替えながら、ドラムの再起動を行う。これにより、ドラム５１内部の負荷状態を推定することなく、予め試験的に求められた複数通りの設定値を切り替えることによって、安定的なドラム起動駆動を実現することができる。

なお、ここでいう順次切り替えの順次とは、あらかじめ定めた順番という意味に限定されるものではなく、直前の設定値の組み合わせとは異なる設定値の組み合わせに切り替えることを必要に応じて繰り返すという意味である。

以下に具体的な一例を示す。同期運転モードの設定値として、組み合わせ１（同期運転期間：３秒、起動初期値Ｉｑｒ１の最大値：５Ａ）と組み合わせ２（同期運転期間：５秒、起動初期値Ｉｑｒ１の最大値：６Ａ）との２種類があらかじめ用意されているとする。

まず、消費電力が少なく、かつ、短い時間で位置フィードバック運転に切り替えられる組み合わせ１の設定値で起動を試みる。ここで正常に起動できなかった場合は、負荷容量もしくは負荷偏り量が大きいと思われるので、より大きいトルクが得られる組み合わせ２の設定値に切り替えて再度起動させる、という具合である。なお、位置フィードバック運転モードの設定値（起動初期値Ｉｑｒ２や位置フィードバック運転時のループゲイン値）も、組み合わせ１、組み合わせ２の設定値と対にして用意しておく。組み合わせ２と対となる設定値を組み合わせ１と対となる設定値より大きい値に設定してあるが、ここでは詳細な説明は省略する。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるドラム駆動装置が上記実施の形態１と異なる点は、布量センサーや負荷偏り量センサー等の推定手段を用いて、ドラム５１内部の負荷容量や負荷偏り量を推定する構成とした点である。他の構成は実施の形態１と同じであり、詳細な説明は省略する。

同期運転モードおよび位置フィードバック運転モードの切り替えを利用したドラム起動駆動において、前記２つの運転手段（同期運転手段７２および位置フィードバック運転手段７３）の適正な設定値は、負荷容量および負荷偏り量に大きく依存するため、安定的なドラム起動駆動を実現するためには、ドラム５１内部の負荷容量および負荷偏り量を推定することは重要なことである。本実施の形態のドラム駆動装置によれば、布量センサーや負荷偏り量センサー等の推定手段による推定結果に応じて最適な設定値の組み合わせを選択し、その条件でドラム起動を行う。このようにすれば、より効率的に安定的なドラム起動駆動を実現することができる。

図８は、本発明の実施の形態２のドラム駆動装置を用いたドラム式洗濯機の布量検知動作を示す説明図である。図８に示すように、ドラムモータ６０を加速および減速させることにより、ドラム５１内部の負荷容量に応じて変動するモータ電流値（回転数上昇区間ΔＮ１におけるＩｑ１、回転数下降区間ΔＮ２におけるＩｑ２）を評価することによって、負荷容量を推定するものである。

布量センサー（図示せず）によるドラム５１内部の布量の計測は一般的には、運転スタート直後に行われる行程の一つで、ドラム５１内部の負荷状態が乾布である可能性が高いため、比較的に安定的に起動することができる。布量推定後、水分を含んだ負荷状態を想定して推定された負荷容量に応じて、同期運転モードおよび位置フィードバック運転モードの設定値を変更することにより、安定的なドラム起動駆動を実現する。

なお、本実施の形態においては、モータ電流値を用いた布量推定方法を説明したが、それに限定されるものではなく、ドラム５１内部の負荷容量を推定できる方法であればよい。

また、負荷偏り量は、ドラム５１を駆動するたびに変動するものであり、ドラム起動駆動の前に、直前の負荷偏り量を評価し、設定値を変更することが望ましい。これにより、ドラム駆動の度に変動する負荷偏り量をより正確に推定することができ、負荷偏り量に応じた最適な設定値を変更することができる。負荷偏り量については、振動センサーやモータ回転数の変動具合を評価することにより、ドラム５１内部の負荷偏り量を推定することができる。

なお、上記のドラム５１内部の負荷容量に応じて設定値を変更する方法と、ドラム５１内部の負荷偏り量に応じて設定値を変更する方法とは、併用しても個別に単独で用いても効果を得ることができる。

上記の各実施の形態においては、ドラムモータ６０は、小プーリ６２、大プーリ６４、ベルト６３を介してドラム５１を回転駆動する構成となっており、機構的な一定の減速（１０分の１）があるため、ドラムモータ６０に必要なトルクが小さくて済むものとなり、装置の小型化、低コスト化に有利なものとなっている。しかしながら、必ずしも小プーリ６２、大プーリ６４、ベルト６３を使用しなければならないというものではなく、例えばギア（歯車）での減速を行うものや、ドラム５１とドラムモータ６０を直接接続し、機構的な減速なしとしたダイレクト駆動などと称されるものであってもよく、いずれの場合でも、本発明は、最終的に駆動されるドラム５１の回転角に視点をおいてなされたものである。

また、上記の各実施の形態においては、ドラム５１の回転軸は、鉛直に対して９０度という角度を持ち、すなわち回転軸が水平となるドラム駆動装置を示しているものとなっているが、９０度以外でも、地球の重力によって生じるドラム５１のモーメント、すなわちトルクは大なり小なり発生するものとなり、鉛直に対して例えば１０度程度の角度を持って、縦型と呼ばれるようなドラム式洗濯機を構成した場合にあっても、重力の作用によるトルク変動に対応した安定したドラム起動駆動が必要となる傾向は、十分に発生するものとなり、本発明の効果が期待できるものとなる。

以上のように、本発明にかかるドラム駆動装置は、ドラム式洗濯機のような使用状況に応じてドラム内部の負荷状態（衣類の量や衣類の偏り）がその都度変動するものについて、ドラム内部の負荷状態に応じて、同期運転モードおよび位置フィードバック運転モードの設定値を的確に変更し、ドラムの過剰制御や起動不良を起こすことなく、安定的にドラムを起動駆動することが可能となるため、一般家庭などで使用される鉛直に対して角度をもったドラムの回転軸を有する、縦型ドラム駆動装置、ドラム式ドラム駆動装置、ドラム式洗濯乾燥機やドラム式乾燥機、また縦型洗濯機と呼ばれる形であり鉛直から角度を有した回転軸とすることによる使い勝手の改善を図ったもの等に有用である。

さらに、食品を扱う回転式の調理器や、廃棄物を処理する回転ドラム、またコンクリート粉と土砂を撹拌するコンクリート・ミキサーなどの用途にも適用できる。

５１ ドラム
５５、５６、５７、５８ 永久磁石
５９ 回転子
６０ ドラムモータ
７１ インバータ回路
７２ 同期運転手段
７３ 位置フィードバック運転手段
７４ 切替手段
７５ モータ電流制御部
８９ 速度設定手段
９０ 速度誤差増幅手段
９３ 速度推定手段

Claims (5)

1. 鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラムと、回転子に永久磁石を有し前記ドラムを駆動するドラムモータと、前記ドラムモータに電流を制御して供給し駆動するインバータ回路とを備え、前記インバータ回路は、前記ドラムモータを前記回転子の磁極位置とは独立した信号を発生し前記ドラムモータを駆動する同期運転手段と、前記ドラムモータを前記回転子の磁極位置に応じた信号を発生し前記ドラムモータを駆動する位置フィードバック運転手段とを有し、前記インバータ回路は、前記ドラムの内部の負荷状態に応じて、前記同期運転手段および前記位置フィードバック運転手段の前記ドラムモータを起動するときの設定値を変更可能としたことを特徴とするドラム駆動装置。
2. 前記インバータ回路は、予め決められた複数通りの設定値を切り替えながらドラム起動駆動を行うことを特徴とする請求項１記載のドラム駆動装置。
3. 前記インバータ回路は、前記ドラムの内部の負荷容量に応じて、前記ドラムモータを起動するときの設定値を変更することを特徴とする請求項１記載のドラム駆動装置。
4. 前記インバータ回路は、前記ドラムの内部の負荷偏り量に応じて、前記ドラムモータを起動するときの設定値を変更することを特徴とする請求項１または３記載のドラム駆動装置。
5. 前記インバータ回路は、前記ドラムモータを起動する前に設定値を変更することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載のドラム駆動装置。

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