JP2017112750A - モータ制御装置およびそれを搭載した洗濯機または洗濯乾燥機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ位置検出センサを用いずにインバータ駆動されるモータをブレーキ制御した場合、部材の追加コストを必要とせず、モータの停止時間を短縮できる洗濯機のモータ制御装置を実現する。【解決手段】モータ４を駆動するインバータ回路３を制御する制御手段７は、電流変換ブロック７０と、ロータ位置検出ブロック７１と、速度制御ブロック７２と、電流制御ブロック７３と、電圧変換ブロック７４を有し、モータ４を減速させるブレーキ制御は、強制ブレーキ期間を有し、強制ブレーキ期間は強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度に基づいて電流を流して減速動作を実施し、強制ブレーキ角度は強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度より時間とともに更新し、強制ブレーキ速度は強制ブレーキ期間の時間に応じて小さくすることにより、部材の追加コストを必要とせず、モータ４の停止時間を短縮できる。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ回路によりモータを駆動するモータ制御装置およびそれを搭載した洗濯機または洗濯乾燥機に関するものである。

従来、インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するモータのモータ制御装置は、回転状態の洗濯槽の回転停止時にモータを短絡状態とした短絡ブレーキによる減速動作を実施するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、本発明の実施の形態１における洗濯機のモータ制御装置のブロック図を示すものであるが、従来のモータ制御装置もブロック図として表現した場合、ほぼ同様の表現となるので、この図を参照して従来のモータ制御装置の構成について説明する。

図１に示すように、電源１に接続される整流回路２と、整流回路２の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路３と、インバータ回路３により駆動され洗濯槽等を駆動するモータ４と、モータ４のモータ電流を検出する電流検出手段５と、インバータ回路３に入力する電圧を検出する電圧検出手段６と、インバータ回路３を制御する制御手段７を有し、制御手段７は、電流変換ブロック７０と、ロータ位置検出ブロック７１と、速度制御ブロック７２と、電流制御ブロック７３と、電圧変換ブロック７４を有し、電流変換ブロック７０は電流検出手段５により検出したモー
タ電流をロータの磁束方向の電流成分とロータの磁束方向と直角の電流成分とに変換し、ロータ位置検出ブロック７１はロータの磁束方向の電流成分とロータの磁束方向と直角の電流成分と電圧検出手段６により検出した電圧よりモータ４のロータ角度とモータ４のロータ速度を算出し、速度制御ブロック７２はロータ位置検出ブロック７１が算出したモータ４のロータ速度を使用し速度制御を行いトルク指令に対応した電流指令を算出し、電流制御ブロック７３はトルク指令に対応した電流指令と電流変換ブロック７０が変換したロータの磁束方向に対応した電流成分とロータの磁束方向と直角の電流成分とを用い電流制御を行いロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令とを算出し、電圧変換ブロック７４はロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令をモータ４に印加する電圧指令に変換しインバータ回路３に出力する機能を備え、制御手段７によりモータ４を短絡状態とした短絡ブレーキによる減速動作を実施するように構成されている。

特開２０１２−９０４４９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、モータ４を短絡状態とした短絡ブレーキによる減速動作において、モータ４のインピーダンスが大きくなると、ブレーキトルクが小さくなり、モータ４が停止するまでの時間が長くなってしまうという課題を有していた。

また、短絡ブレーキを使用せず、ロータ位置検出を行うセンサを用いないセンサレス構成において、モータ４をブレーキ制御した場合、モータ回転数が低下するとモータ位置・速度が検知しづらくなり、モータ４の制御が不安定になることにより、モータ４が停止するまでの時間が長くなってしまう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、部材の追加コストを必要とせず、モータ４の停止時間を短縮する洗濯機のモータ制御装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路に入力する電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電流変換ブロックと、ロータ位置検出ブロックと、速度制御ブロックと、電流制御ブロックと、電圧変換ブロックとを有し、前記電流変換ブロックは、前記電流検出手段により検出したモータ電流をロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とに変換し、前記ロータ位置検出ブロックは、前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分と前記電圧検出手段により検出した電圧より前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度を算出し、前記速度制御ブロックは、前記ロータ位置検出ブロックが算出した前記ブラシレスモータのロータ速度を使用し速度制御を行い、トルク指令に対応した電流指令を算出し、前記電流制御ブロックは、前記トルク指令に対応した電流指令と前記電流変換ブロックが変換した前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とを用い電流制御を行い、ロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令とを算出し、前記電圧変換ブロックは、前記ロータの磁束方向の電圧指令と前記ロータの磁束方向と直角の電圧指令を前記ブラシレスモータに印加する電圧指令に変換して前記インバータ回路に出力する機能を有し、前記制御手段により前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御は、強制ブレーキ期間を有し、前記強制ブレーキ期間は、強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度に基づいて電流を流して減速動作を実施し、強制ブレーキ角度は、前記強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度より時間とともに更新し、前記強制ブレーキ速度は、前記強制ブレーキ期間の時間に応じて小さくするものである。

これによって、部材の追加コストを必要とせず、前記ブラシレスモータの減速時に通常より大きな減速トルクを得ることにより前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

また、本発明のモータ制御装置は、電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路に入力する電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電流変換ブロックと、ロータ位置検出ブロックと、速度制御ブロックと、電流制御ブロックと、電圧変換ブロックとを有し、前記電流変換ブロックは、前記電流検出手段により検出したモータ電流をロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とに変換し、前記ロータ位置検出ブロックは、前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分と前記電圧検出手段により検出した電圧より前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度を算出し、前記速度制御ブロックは、前記ロータ位置検出ブロックが算出した前記ブラシレスモータのロータ速度を使用し速度制御を行い、トルク指令に対応した電流指令を算出し、前記電流制御ブロックは、前記トルク指令に対応した電流指令と前記電流変換ブロックが変換した前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とを用い電流制御を行い、ロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令とを算出し、前記電圧変換ブロックは、前記ロータの磁束方向の電圧指令と前記ロータの磁束方向と直角の電圧指令を前記ブラシレスモータに
印加する電圧指令に変換して前記インバータ回路に出力する機能を有し、前記制御手段により前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御は、位置決めブレーキ期間を有し、前記位置決めブレーキ期間は、あらかじめ設定した角度に対してブレーキ電流を流し、前記ブレーキ電流は、前記位置決めブレーキ期間の動作時間に応じて小さくするものである。

これによって、部材の追加コストを必要とせず、前記ブラシレスモータの停止時に通常より大きな制動トルクを得ることにより前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

また、本発明のモータ制御装置は、電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路に入力する電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電流変換ブロックと、ロータ位置検出ブロックと、速度制御ブロックと、電流制御ブロックと、電圧変換ブロックとを有し、前記電流変換ブロックは、前記電流検出手段により検出したモータ電流をロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とに変換し、前記ロータ位置検出ブロックは、前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分と前記電圧検出手段により検出した電圧よりブラシレスモータのロータ角度とブラシレスモータのロータ速度を算出し、前記速度制御ブロックは前記ロータ位置検出ブロックが算出した前記ブラシレスモータのロータ速度を使用し速度制御を行いトルク指令に対応した電流指令を算出し、前記電流制御ブロックは、前記トルク指令に対応した電流指令と前記電流変換ブロックが変換した前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とを用い電流制御を行い、ロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令とを算出し、前記電圧変換ブロックは、前記ロータの磁束方向の電圧指令と前記ロータの磁束方向と直角の電圧指令を前記ブラシレスモータに印加する電圧指令に変換して前記インバータ回路に出力する機能を有し、前記制御手段により前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御は、強制ブレーキ期間と位置決めブレーキ期間を有し、前記強制ブレーキ期間から前記位置決めブレーキ期間へ遷移し、前記強制ブレーキ期間は、強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度に基づいて電流を流して減速動作を実施し、強制ブレーキ角度は、前記強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度より時間とともに更新し、前記強制ブレーキ速度は、前記強制ブレーキ期間の時間に応じて小さくし、前記位置決めブレーキ期間は、あらかじめ設定した角度に対してブレーキ電流を流し、前記ブレーキ電流は、前記位置決めブレーキ期間の動作時間に応じて小さくするものである。

これによって、部材の追加コストを必要とせず、２種類のブレーキの制御を段階的に切り替えることで、前記ブラシレスモータの減速時に通常より大きな減速トルクを得ることができ、前記ブラシレスモータの停止時に通常より大きな制動トルクを得ることできることにより前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

本発明のモータ制御装置は、部材の追加コストを必要とせず、インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態１の洗濯機のモータ制御装置のブロック図 同洗濯機のモータ制御装置の動作タイムチャート 同洗濯機のモータ制御装置の洗い工程の制御フローチャート 同洗濯機のモータ制御装置の電圧制御時のフローチャート 同洗濯機のモータ制御装置のブレーキ運転時のフローチャート 同洗濯機のモータ制御装置の電圧指令値生成のフローチャート 同洗濯機のモータ制御装置のｄ軸電流指令値生成のフローチャート 同洗濯機のモータ制御装置のモータ駆動サブルーチンのフローチャート 同洗濯機のモータ制御装置のキャリヤ信号割込サブルーチンのフローチャート 同洗濯機のモータ制御装置のブラシレスモータのモデル図

第１の発明は、電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路に入力する電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電流変換ブロックと、ロータ位置検出ブロックと、速度制御ブロックと、電流制御ブロックと、電圧変換ブロックとを有し、前記電流変換ブロックは、前記電流検出手段により検出したモータ電流をロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とに変換し、前記ロータ位置検出ブロックは、前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分と前記電圧検出手段により検出した電圧より前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度を算出し、前記速度制御ブロックは、前記ロータ位置検出ブロックが算出した前記ブラシレスモータのロータ速度を使用し速度制御を行い、トルク指令に対応した電流指令を算出し、前記電流制御ブロックは、前記トルク指令に対応した電流指令と前記電流変換ブロックが変換した前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とを用い電流制御を行い、ロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令とを算出し、前記電圧変換ブロックは、前記ロータの磁束方向の電圧指令と前記ロータの磁束方向と直角の電圧指令を前記ブラシレスモータに印加する電圧指令に変換して前記インバータ回路に出力する機能を有し、前記制御手段により前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御は、強制ブレーキ期間を有し、前記強制ブレーキ期間は、強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度に基づいて電流を流して減速動作を実施し、強制ブレーキ角度は、前記強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度より時間とともに更新し、前記強制ブレーキ速度は、前記強制ブレーキ期間の時間に応じて小さくするモータ制御装置とすることにより、部材の追加コストを必要とせず、前記ブラシレスモータの減速時に通常より大きな減速トルクを得ることにより前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

第２の発明は、電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路に入力する電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電流変換ブロックと、ロータ位置検出ブロックと、速度制御ブロックと、電流制御ブロックと、電圧変換ブロックとを有し、前記電流変換ブロックは、前記電流検出手段により検出したモータ電流をロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とに変換し、前記ロータ位置検出ブロックは、前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分と前記電圧検出手段により検出した電圧より前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度を算出し、前記速度制御ブロックは、前記ロータ位置検出ブロックが算出した前記ブラシレスモータのロータ速度を使用し速度制御を行い、トルク指令に対応した電流指令を算出し、前記電流制御ブロックは、前記トルク指令に対応した電流指令と前記電流変換ブロックが変換した前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角
の電流成分とを用い電流制御を行い、ロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令とを算出し、前記電圧変換ブロックは、前記ロータの磁束方向の電圧指令と前記ロータの磁束方向と直角の電圧指令を前記ブラシレスモータに印加する電圧指令に変換して前記インバータ回路に出力する機能を有し、前記制御手段により前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御は、位置決めブレーキ期間を有し、前記位置決めブレーキ期間は、あらかじめ設定した角度に対してブレーキ電流を流し、前記ブレーキ電流は、前記位置決めブレーキ期間の動作時間に応じて小さくするモータ制御装置とすることにより、部材の追加コストを必要とせず、前記ブラシレスモータの停止時に通常より大きな制動トルクを得ることにより前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

第３の発明は、電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路に入力する電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電流変換ブロックと、ロータ位置検出ブロックと、速度制御ブロックと、電流制御ブロックと、電圧変換ブロックとを有し、前記電流変換ブロックは、前記電流検出手段により検出したモータ電流をロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とに変換し、前記ロータ位置検出ブロックは、前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分と前記電圧検出手段により検出した電圧よりブラシレスモータのロータ角度とブラシレスモータのロータ速度を算出し、前記速度制御ブロックは前記ロータ位置検出ブロックが算出した前記ブラシレスモータのロータ速度を使用し速度制御を行いトルク指令に対応した電流指令を算出し、前記電流制御ブロックは、前記トルク指令に対応した電流指令と前記電流変換ブロックが変換した前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とを用い電流制御を行い、ロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令とを算出し、前記電圧変換ブロックは、前記ロータの磁束方向の電圧指令と前記ロータの磁束方向と直角の電圧指令を前記ブラシレスモータに印加する電圧指令に変換して前記インバータ回路に出力する機能を有し、前記制御手段により前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御は、強制ブレーキ期間と位置決めブレーキ期間を有し、前記強制ブレーキ期間から前記位置決めブレーキ期間へ遷移し、前記強制ブレーキ期間は、強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度に基づいて電流を流して減速動作を実施し、強制ブレーキ角度は、前記強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度より時間とともに更新し、前記強制ブレーキ速度は、前記強制ブレーキ期間の時間に応じて小さくし、前記位置決めブレーキ期間は、あらかじめ設定した角度に対してブレーキ電流を流し、前記ブレーキ電流は、前記位置決めブレーキ期間の動作時間に応じて小さくするモータ制御装置とすることにより、部材の追加コストを必要とせず、２種類のブレーキの制御を段階的に切り替えることで、前記ブラシレスモータの減速時に通常より大きな減速トルクを得ることができ、前記ブラシレスモータの停止時に通常より大きな制動トルクを得ることできることにより前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

第４の発明は、特に、第１または第３の発明において、前記強制ブレーキ期間への遷移時に、直前の前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度を参照して前記強制ブレーキ角度と前記強制ブレーキ速度の初期値を設定するモータ制御装置とすることにより、強制ブレーキ期間への移行時にトルクの変動を最小限に留める減速トルクから制御することで異音や振動の発生を防止し、電力の無駄を省く効率の良い制御ができる。

第５の発明は、特に、第２または第３の発明において、前記位置決めブレーキ期間への遷移時に、直前の前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度を参照し前記位置決めブレーキ角度と前記位置決めブレーキ速度の初期値を設定するモ
ータ制御装置とすることにより、位置決めブレーキ期間への移行時にトルクの変動を最小限に留める制動トルクに制御することで異音や振動の発生を防止し、電力の無駄を省く効率の良い制御ができる。

第６の発明は、特に、第３の発明において、前記強制ブレーキ期間から前記位置決めブレーキ期間への遷移時に、直前の前記強制ブレーキ角度と前記強制ブレーキ速度を参照して前記位置決めブレーキ角度と前記位置決めブレーキ速度の初期値を設定するモータ制御装置とすることにより、強制ブレーキ期間から位置決めブレーキ期間への移行時にトルクの変動を最小限に留める制動トルクに制御することで異音や振動の発生を防止し、電力の無駄を省く効率の良い制御ができる。

第７の発明は、特に、第１、第３、第４のいずれか１つの発明において、前記制御手段は、前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御として他のブレーキ期間を有し、前記ブラシレスモータの速度が高い領域は前記他のブレーキ期間で減速し、その後、前記強制ブレーキ期間に遷移するモータ制御装置とすることにより、部材の追加コストを必要とせず、速度の高い領域での制御では、より効率の良いまたはより制御のしやすい方式を別途用いることができ、速度の低い領域での制御に早く遷移することができることにより、前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

第８の発明は、特に、第７の発明において、前記強制ブレーキ期間に遷移する前記ブラシレスモータのロータ速度は、前記ロータ位置検出ブロックの前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度の算出が失効する速度であるモータ制御装置とすることにより、ロータの位置推定ができなくなり効率良く制御できない脱調状態に陥らないように、スムーズに停止まで制御することにより、前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

第９の発明は、特に、第７の発明において、前記強制ブレーキ期間に遷移する前記ブラシレスモータのロータ速度は、前記ロータ位置検出ブロックの前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度の算出が失効する速度の２倍であるモータ制御装置とすることにより、ロータの位置推定ができなくなり効率良く制御できない脱調状態に陥らないように、余裕をもって制御することにより、前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

第１０の発明は、特に、第２、第３、第５のいずれか１つの発明において、前記制御手段は、前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御として他のブレーキ期間を有し、前記ブラシレスモータの速度が高い領域は前記他のブレーキ期間で減速し、その後、前記位置決めブレーキ期間に遷移するモータ制御装置とすることにより、部材の追加コストを必要とせず、速度の高い領域での制御では、より効率の良いまたはより制御のしやすい方式を別途用いることができ、速度の低い領域での制御に早く遷移することができることにより、前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

第１１の発明は、特に、第１０の発明において、前記位置決めブレーキ期間に遷移する前記ブラシレスモータのロータ速度は、前記ロータ位置検出ブロックの前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度の算出が失効する速度であるモータ制御装置とすることにより、ロータの位置推定ができなくなり効率良く制御できない脱調状態に陥らないように、スムーズに停止まで制御することにより、前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

第１２の発明は、特に、第１０の発明において、前記位置決めブレーキ期間に遷移する前記ブラシレスモータのロータ速度は、前記ロータ位置検出ブロックの前記ブラシレスモ
ータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度の算出が失効する速度の２倍であるモータ制御装置とすることにより、ロータの位置推定ができなくなり効率良く制御できない脱調状態に陥らないように、余裕をもって制御することにより、前記ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

第１３の発明は、特に、第１〜第１２のいずれか１つの発明のモータ制御装置を搭載した洗濯機または洗濯乾燥機とすることにより、部材の追加コストを必要とせず、洗濯槽の回転時のブレーキ時間を短縮することができることにより洗濯機または洗濯乾燥機の運転時間を短縮することができる。

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、本発明の第１の実施の形態における洗濯機のモータ制御装置のブロック図、図２は、同洗濯機のモータ制御装置の動作タイムチャート、図３は、同洗濯機のモータ制御装置の洗い工程の制御フローチャート、図４は、同洗濯機のモータ制御装置の電圧制御時のフローチャート、図５は、同洗濯機のモータ制御装置のブレーキ運転時のフローチャート、図６は、同洗濯機のモータ制御装置の電圧指令値生成のフローチャート、図７は、同洗濯機のモータ制御装置のｄ軸電流指令値生成のフローチャート、図８は、同洗濯機のモータ制御装置のモータ駆動サブルーチンのフローチャート、図９は、同洗濯機のモータ制御装置のキャリヤ信号割込サブルーチンのフローチャートを示すものである。

図１に示すように、電源１（交流電源）は、整流回路２に交流電圧を加え、整流回路２は整流器２０とコンデンサ２１により直流電圧に変換し、直流電圧をインバータ回路３に加える。

インバータ回路３は、６個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）と逆並列ダイオードおよびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）で構成している。パワースイッチング半導体はＩＧＢＴの他、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などで構成しても良い。このインバータ回路３の構成は、よく知られたものと同様であるので、詳しい説明は省略する。

インバータ回路３の出力端子にブラシレスモータであるモータ４を接続し、撹拌翼（図示せず）または洗濯兼脱水槽（図示せず）等（洗濯槽等）を駆動する。

電流検出手段５は、モータ４のモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するもので、通常はシャント抵抗５ａ、５ｂを用いる。また、直流電流を含む低周波数から測定可能な直流電流トランスや、交流電流トランスでも検出可能である。また、３相モータの場合、２相の電流（例えばＩｕ、Ｉｖ）を求め、キルヒホッフの法則（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）より残りの１相の電流（Ｉｗ）を求める方法が一般的である。なお、インバータ回路３上にある６つのスイッチング素子の下側３つのエミッタ側にシャント抵抗５ａ、５ｂを挿入して、電流検出を行ってもよい（図示せず）。

電圧検出手段６は、整流回路２の出力であるコンデンサ２１の両端の電圧を検出する。

制御手段７は、電流検出手段５により検出するＵ相電流ＩｕとＶ相電流Ｉｖと、電圧検出手段６により検出される直流電圧を用いて、インバータ回路３を駆動し、モータ４のベ
クトル制御を行う構造を持っており、マイクロコンピュータと、マイクロコンピュータに内蔵したインバータ制御タイマー（ＰＷＭタイマー）、高速Ａ／Ｄ変換回路、メモリ回路（ＲＯＭ、ＲＡＭ）等より構成するのが一般的である。

制御手段７は、電流変換ブロック７０、ロータ位置検出ブロック７１、速度制御ブロック７２、電流制御ブロック７３、電圧変換ブロック７４、記憶手段７５、設定変更手段７６のブロック構造がある。

電流変換ブロック７０は電流検出手段５の出力信号よりロータの磁束方向の電流成分（以下、ｄ軸電流Ｉｄと呼ぶ）とロータの磁束方向と直角の電流成分（以下、ｑ軸電流Ｉｑと呼ぶ）に３相／２相ｄｑ変換する構造を備えている。さらに、ｄ軸電流Ｉｄを負の方向に増加させるとｄ軸上の界磁磁束を弱めることと等価となるので弱め界磁制御、あるいは弱め磁束制御（または磁束弱め制御）と呼ばれる。また、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに分解してそれぞれ独立に制御するのでベクトル制御と呼ばれる。

ロータ位置検出ブロック７１は検出するデバイスがなくても、ロータの角度と速度をモータの電圧方程式から検出できる。モータの電圧方程式では、ｄ軸電流Ｉｄと、ｑ軸電流Ｉｑと、電圧検出手段６により検出した電圧とＰＷＭのデューティ比から算出されるモータの印加電圧を用いて、ロータの角度と速度を算出する。一般的に、ロータ速度は、ロータの回転数が高いほど電圧も大きくなるので、ロータ位置の検出精度が良くなる。一方、ロータの回転数が低いほど電圧も小さくなるので、ロータ位置の検出精度が悪くなるという特性がある。

速度制御ブロック７２はロータ位置検出ブロック７１のモータ４のロータ速度と工程に応じてモータ４の起動、停止、速度、および制動等を制御する設定変更手段７６によって設定される目標速度ωｓを参照してロータの磁束方向と直角の電流成分（トルク電流）Ｉｑのｑ軸電流指令値Ｉｑｓを決定する。

電流制御ブロック７３は設定変更手段７６からのｄ軸電流指令値Ｉｄｓ、速度制御ブロック７２からのｑ軸電流指令値Ｉｑｓと、電流変換ブロック７０より演算したｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑをそれぞれ比較し、モータ電流を制御するためのロータの磁束方向の電圧指令Ｖｄとロータの磁束方向と直角の電圧指令Ｖｑを演算する。なお、電流変換ブロック７０により算出されるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑは変換が行われるたびに更新される。

電圧変換ブロック７４はロータの磁束方向の電圧指令Ｖｄとロータの磁束方向と直角の電圧指令Ｖｑから逆変換する２相／３相ｄｑ逆変換手段７４ａと、２相／３相ｄｑ逆変換手段７４ａからの入力（３相モータ駆動制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）に応じて、インバータ回路３に制御信号を出力するＰＷＭ制御手段７４ｂなどを備えている。

また、ロータ位置検出ブロック７１で算出されるモータ４のロータ角度を電流変換ブロック７０と２相／３相ｄｑ逆変換手段７４ａにフィードバックする。また、３相／２相ｄｑ変換や２相／３相ｄｑ逆変換するのに必要な正弦波データ（ｓｉｎ、ｃｏｓデータ）を記憶手段７５に格納する。

ｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令値Ｉｑｓとなるようにフィードバック制御することにより定トルク制御が可能となる。しかし、速度が上昇するとモータ誘起電圧が上昇してｑ軸電流Ｉｑが増加しなくなるので、速度に応じてｄ軸電流Ｉｄを増加させる、いわゆる弱め磁束制御によりｑ軸電流Ｉｑも増加させることができ、トルクを増加させることができる。

図２はモータ制御装置動作時の各部の波形関係を示し、モータ４のＵ相巻線誘起電圧Ｅｃは、基準電気角０度から３０度遅れた波形となる。Ｕ相モータ電流ＩｕとＵ相巻線誘起電圧Ｅｃの位相を同じにすると最大効率が得られる。Ｕ相巻線誘起電圧Ｅｃがｑ軸と同等軸となり、ｄ軸は９０度遅れている。ｑ軸電流はモータ誘起電圧位相と同相なのでトルク電流とも呼ばれる。

図２において、Ｕ相モータ電流Ｉｕは、Ｕ相巻線誘起電圧Ｅｃよりわずかに進んで、モータ印加電圧ＶｕはＵ相巻線誘起電圧Ｅｃより３０度進んだ波形を示す。ＶｃはＰＷＭ制御手段７４ｂ内で生成される鋸歯状（または三角波）波形のキャリヤ信号で、Ｖｕは正弦波状のＵ相制御電圧でキャリヤ信号ＶｃとＵ相制御電圧Ｖｕを比較したＰＷＭ信号ＵをＰＷＭ制御手段７４ｂ内で発生させ、インバータ回路３のＵ相上アームトランジスタの制御信号として加える。ｃｋはキャリヤ信号Ｖｃの同期信号で、キャリヤカウンタがカウントアップしてオーバーフローしたときの割込信号である。

モータ４のロータ磁石軸とステータの磁束軸が一致した電気角をｄ軸として基準電気角０度として静止座標系から回転座標系への座標変換、すなわち、ｄｑ変換を行う。

電流変換ブロック７０は、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを下記の数式１によりｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに変換するもので、電気角θに対応して検出したモータ電流瞬時値よりｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを演算する。

記憶手段７５には、ｓｉｎθとｃｏｓθのデータを記憶しているので、電気角データに対応したデータを呼び出して積和演算を行うことにより、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに分解できる。電気角θの検知とモータ電流瞬時値の検出はキャリヤ信号に同期して行うもので、後述するフローチャートに従い、詳細な説明を行う。

ロータ位置検出ブロック７１により算出されるモータ４のモータ速度を速度制御ブロック７２に加える。設定変更手段７６は、電流変換ブロック７０から算出されるＩｄに応じたｄ軸電流指令値Ｉｄｓを電流制御ブロック７３に設定、速度制御ブロック７２への設定速度ωｓの設定を行なう。

速度制御ブロック７２は、検知速度ωと設定速度ωｓを比較する速度比較手段７２ａと、検知速度ωと設定速度ωｓとの誤差信号Δωと、速度の変化率（加速度）に応じてｑ軸電流指令値Ｉｑｓを制御するトルク電流設定手段７２ｂにより構成される。

トルク電流設定手段７２ｂは、誤差信号Δωに応じてｑ軸電流指令値ＩｑｓをＰＩ制御する、いわゆる、速度制御電流マイナーループ制御を行う。ＰＩ制御の際のゲインなどの設定切り換えについては設定変更手段７６からの指示を受けるもので、後述するフローチャートに従い説明を行う。

電流制御ブロック７３は、電流変換ブロック７０の出力信号Ｉｑ、Ｉｄと指令値Ｉｑｓ、Ｉｄｓをそれぞれ比較してモータ制御のための電圧信号Ｖｑ、Ｖｄを出力するもので、ｑ軸電流比較手段７３ａ、ｑ軸電圧設定手段７３ｂ、ｄ軸電流比較手段７３ｃ、ｄ軸電圧設定手段７３ｄより構成し、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄをそれぞれ制御する電圧信号Ｖｑ、Ｖｄ（ロータの磁束方向と直角の電圧指令Ｖｑとロータの磁束方向の電圧指令Ｖｄ）を生成する。

ｄ軸電流指令値Ｉｄｓは、設定変更手段７６から電流制御ブロック７３に信号が加えられるもので、埋め込み磁石モータの場合には速度に応じてｄ軸電流指令値Ｉｄｓを増加させて弱め界磁制御を行う。表面磁石モータの場合には、通常ｄ軸電流指令値Ｉｄｓは零に設定し、高回転数駆動の場合にｄ軸電流指令値Ｉｄｓを増加させる。本発明ではブレーキ時の制御に関する説明であり、表面磁石モータでは、ｄ軸電流指令値Ｉｄｓは零近くの所定の値に設定するため、以降、ｄ軸電流指令値Ｉｄｓについては特に記載しないこととする。

２相／３相ｄｑ逆変換手段７４ａは、電圧信号Ｖｑ、Ｖｄより３相モータ駆動制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを下記の数式２によって演算するもので、キャリヤ信号に同期して、ロータ位置検出ブロック７１により検知した電気角θに対応した正弦波状の信号をＰＷＭ制御手段７４ｂに加える。記憶手段７５に記憶したｓｉｎθ、ｃｏｓθのデータを呼び出して行う積和演算の方法は、電流変換ブロック７０の演算とほぼ同じである。

上記構成の洗濯機のモータ制御装置について、図３から図１０を参照しながら動作、作用を説明する。

図３は本実施の形態における洗い工程のモータ制御の切り替わりを示すフローチャートで、ステップ１００により洗濯機のモータ４の速度制御を行うためのモータ制御を開始す
る。制御の第一段階ではステップ１０１にて電圧制御を実施してモータ４の起動を制御する。モータ４の起動時には電流検知を高精度に実施できないため、ベクトル制御が行えないが、モータ４の回転を検知してモータ４が起動したことを確認後、ステップ１０２にて回転数によらない初期のベクトル制御を実施する。

起動直後は回転数を高精度に検知することが出来ないため、ステップ１０２ではトルク電流の設定値であるｑ軸電流指令値Ｉｑｓは回転数によらない制御とし、さらにモータ４が回転したことをロータ位置検出ブロック７１により算出した速度から確認後、ステップ１０３にてモータ４の回転数をＰＩ制御する回転数制御電流マイナーループ制御（速度制御電流マイナーループ制御）を実施する。

図４によって図３のステップ１０１の電圧制御によるモータ４の起動を説明する。電圧制御の時点では、モータ４が起動していない状態で電流が流れていない。そのため電流検知の精度が得られず、ベクトル制御による制御が実施できない。

まず、ステップ２００にて電圧制御を開始した後、ステップ２０１にて電圧制御のための初期設定を実施する。この初期設定には、電圧制御時の電圧を規定する変調度が少なくとも含まれる。

ステップ２０２にて前記の変調度を電圧制御開始からの時間に応じて大きくしていき、ステップ２０３にて前記変調度に応じた電圧をモータ４に印加することで、時間とともに徐徐にモータ印加電圧を大きくすることでモータ４のソフトスタートを行う。

ステップ２０４にて電圧制御開始からのモータ４の回転角度がセンサレス位置推定により推定可能の場合、電圧制御を終了し、次の初期ベクトル制御（図３に示すステップ１０２）を開始し、ロータ位置が推定不可の場合は、ステップ２０２へ戻って変調度を上げてモータ４を駆動する処理を繰り返す。

この電圧制御により、回転角度がわからない状態から開始してもモータ４の起動を行うことが出来、即座に次のベクトル制御による制御を開始することができる。

次に、図５〜図７によってブレーキ運転時の動作フローおよびｄ軸電流指令値の生成方法について説明する。

図５のステップ３０１において、ブレーキ運転時か否かを判定し、ブレーキ運転時であればステップ３０２へ、ブレーキ運転時以外はステップ３０３へ進む。

ステップ３０２では、現在のインバータ回路３に入力する電圧（以下、Ｐ電圧と呼ぶ）を電圧検出手段６によって検出し、Ｐ電圧指令値との偏差を算出する。

ステップ３０３では、速度制御周期毎にＰ電圧値の大小判定を行い、Ｐ電圧指令値を更新している。このときのＰ電圧指令値の設定方法については、後述する。なお、Ｐ電圧指令値の設定は、あらかじめインバータ回路３に用いられている部品の耐電圧制限値などの任意の値に設定することも可能であり、本実施の形態に限定されるものではない。

ステップ３０４では、現在Ｐ電圧値（Ｐ電圧検出値）とＰ電圧指令値との偏差に所定の定数を乗じた値を、ｄ軸電流指令値Ｉｄｓとして生成する。

一方、ステップ３０５では、加速中におけるｄ軸電流指令値Ｉｄｓは常に０としており、表面磁石型モータにおけるモータ効率最大で駆動するように設計する。

その後、ステップ３０６において、モータ制御が継続中ならば、ステップ３０１に戻り、速度制御を継続する。モータ制御が終了した場合は、速度制御を終了する。

ステップ３０３のＰ電圧指令値の更新のフローについて、図６を用いて説明する。Ｐ電圧指令値は、加速及び一定速中に速度周期毎に検出されるＰ電圧検出値の中で最も小さい値を代入している。本ステップにより、モータ制御装置の構成を変化させた場合、例えば整流回路２のコンデンサ２１の容量を小さく変更し、Ｐ電圧が変動しやすくなった場合においても、加速時に電圧変動した最小値をＰ電圧指令値とすることで、ブレーキ時の回生エネルギーに対して、より余裕を持たせた指令値を設定することができる。

ステップ４０１において、制御開始時から検出した最小Ｐ電圧と現在Ｐ電圧を比較し、最小Ｐ電圧よりも現在Ｐ電圧が小さい場合はステップ４０２へ進み、大きい場合はステップ４０３へ進む。ステップ４０２では最小Ｐ電圧値を現在Ｐ電圧でもって更新し、ステップ４０３では最小Ｐ電圧は更新せず保持する。そして、ステップ４０４にて、Ｐ電圧指令値に最小Ｐ電圧を代入し減速時に使用する。

ステップ３０４のｄ軸電流指令値生成方法について、図７を用いて説明する。

ステップ５０１において、現在Ｐ電圧とＰ電圧指令値とを比較し、現在Ｐ電圧が高い場合はステップ５０２で現在Ｐ電圧値（Ｐ電圧検出値）とＰ電圧指令値との偏差ΔＶｐを算出した後、ステップ５０３へ進み、低い場合はステップ５０４へ進む。ステップ５０３では、現在Ｐ電圧とＰ電圧指令値の偏差ΔＶｐにゲインＫｐを積算しｄ軸電流指令値Ｉｄｓを生成し、Ｐ制御を行う。ステップ５０４では、昇圧していないためｄ軸電流指令値Ｉｄｓは０として、モータ制御を行なう。

電流指令値に応じて行われるモータ駆動サブルーチンの制御に関しては、図８および図９を用いて説明する。

図８において、ステップ６００よりモータ駆動サブルーチンが開始すると、次にステップ６０１に進んでキャリヤ信号割込の有無を判定する。キャリヤ信号割込とは、ＰＷＭ制御手段７４ｂのキャリヤカウンタがオーバーフローすると発生する割込信号ｃｋにより実行するもので、キャリヤ信号割込があった場合は、ステップ６０２に進んでキャリヤ信号割込サブルーチンを実行する。

図９は、キャリヤ信号割込サブルーチンの詳細フローチャートを示し、ステップ７００よりキャリヤ信号割込サブルーチンを開始し、ステップ７０１にて割込信号ｃｋをカウントする。

次に、ステップ７０２に進んでロータ位置検出ブロック７１によりロータ位置の電気角θと速度ωを演算する。

モータ４を８極、キャリヤ周波数を１５．６ｋＨｚ、回転数を９００ｒ／ｍｉｎとするとモータ駆動周波数は６０Ｈｚとなり、電気角６０度内のキャリヤカウンタのカウント値ｋは約４３となる。よって、Δθは約１．４度となる。モータ回転数が低い程、電気角６０度内のカウント値ｋは高くなり、演算上の電気角検知分解能は向上するので、回転数が低く精度が要求される場合でも問題はないことがわかる。

次に、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する。ステップ７０３に進んで１回目のモータ電流検出を行ない、Ｉｕ１、Ｉｖ１を得る。電流検出１回ではノイズが含まれる可能性がある
ので、ステップ７０４に進んで再度検出し、Ｉｕ２、Ｉｖ２を得る。ステップ７０５にてこれら２回の検出値の平均値を求めてノイズを除去してモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを算出し、Ｉｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ）よりモータ電流Ｉｗを演算する。

ここでは、ノイズ除去の為に単純な二回平均値にてモータ電流Ｉｕ、Ｉｖとしたが、この方式に限定されるものではない。たとえば、前回のキャリヤ信号割込の際に検出した電流と今回のキャリヤ信号割込の際に検出した電流との変化分を算出し、変化分を一定比率で低減して前回検出した電流に足し合わせるようなローパスフィルター機能を構成してノイズ除去を実施しても良い。

次に、ステップ７０６に進んで、電流変換ブロック７０によって電気角θとモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗより、前記数式１に示した演算を行い、３相／２相ｄｑ変換を行い、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを求める。次にステップ７０７に進んで求められた電流値ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑをメモリし、別途ベクトル制御データとして用いる。

次に、ステップ７０８に進んでｄ軸制御電圧Ｖｄ、ｑ軸制御電圧Ｖｑを呼び出し、ステップ７０９に進んで前記数式２に従い２相／３相ｄｑ逆変換手段７４ａによって２相／３相ｄｑ逆変換を行い、３相制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを求める。この逆変換は、ステップ７０６と同じように記憶手段７５の電気角θに対応したｓｉｎθ、ｃｏｓθデータを用い、積和演算を高速で行う。

次に、ステップ７１０に進んで、ＰＷＭ制御手段７４ｂによって３相制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに対応したＰＷＭ制御を行い、ステップ７１１に進んでサブルーチンを終了してリターンする。

ＰＷＭ制御手段７４ｂは、図２でも説明したように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相各相に対応して、鋸歯状波（または三角波）のキャリヤ信号と制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを比較してインバータ回路３のＩＧＢＴオンオフ制御信号を発生させ、モータ４を正弦波駆動するもので、上アームトランジスタと下アームトランジスタの信号は逆転された波形で、上アームトランジスタの導通比を増加させると出力電圧は正電圧が増加し、下アームトランジスタの導通比を増加させると出力電圧は負電圧が増加する。

導通比を５０％にすると出力電圧は零となる。電気角θに対応して制御電圧を正弦波状に変化させると正弦波状の電流が流れる。正弦波駆動の場合、トランジスタの導通比を最大値１００％にしたとき、出力電圧は最大となり変調度Ａｍは１００％で、導通比の最大値を５０％にしたとき、出力電圧は最低となり変調度Ａｍは０％と呼ぶ。

モータ電流をベクトル制御するための、３相／２相ｄｑ変換と２相／３相ｄｑ逆変換をキャリヤ信号毎に高速で実行するので、高速の電流制御が可能となり、さらにキャリヤ信号毎にベクトル制御することにより、撹拌翼や洗濯兼脱水槽を負荷変動に対応して適切にトルク駆動することができる。

以上のような構成の動作フローを備えた洗濯機のモータ制御装置について、以下、ブレーキ運転時の動作、作用を説明する。

ブレーキ制御の種類として、通常ブレーキ、強制ブレーキ、位置決めブレーキの３種類がある。

通常ブレーキには、ロータの回転方向とは逆方向に磁界を作り減速を行う電磁ブレーキと３相を短絡状態にして行う短絡ブレーキなどが挙げられ、どちらか一方もしくは両方で
制御しても構わない。

強制ブレーキは、ロータの磁束の位置に関係なく角度θを制御することによって行うブレーキ方式である。この強制ブレーキについて、図１０を参照して説明する。

図１０は、ブラシレスモータのモデル図であり、説明を簡単にするため２極のモデルを示している。２極のモデルでは、電気角と機械角は同一の値となる。ステータにはＵ相の巻線Ｕ、Ｖ相の巻線Ｖ、Ｗ相の巻線Ｗの３つの巻線がある。またロータはマグネットが配置されている。巻線のＵ相の向きを原点に、時計回り方向に角度θの回転座標を考える。任意の角度θの向きに軸ａを、軸ａと直交する向きに軸ｂを座標軸とする。各ステータの巻線から電流を流し込んだときに発生するステータ内側の磁極をＮ極とする。

今、各巻線の合成電流である電流ベクトルを角度θの方向とする、即ち図１０のａ軸の正の方向より合成電流を流し込んだときに、図１０のステータのａ軸の正方向にＮ極が、ａ軸の負方向にＳ極が発生する。モータ４のロータはステータの磁極との吸引・反発作用でａ軸の正方向にＳ極、負方向にＮ極となる向きに引き寄せられる。この状態で角度θをゆっくりと回転させるとモータ４のロータもａ軸の正方向にＳ極、負方向にＮ極を保ったままゆっくりと回転する。角度θを回転させたときに、モータ４のロータの回転も変化する。ａ軸方向に一定の合成電流を流し、角度θを制御する。以下、強制ブレーキ時の電流制御の例の詳細を説明する。

検出ａｂ軸の電流指令を考える。ａ軸の電流指令をＩａ＊、ｂ軸の電流指令をＩｂ＊とし、電流指令をそれぞれ、Ｉａ＊＝Ｉ、Ｉｂ＊＝０とする。ＩはＩ＞０とする。

また、巻線Ｕとａ軸との角度θは任意の値とする。巻線Ｕの電流ｉｕ、巻線Ｖの電流ｉｖ、巻線Ｗの電流ｉｗを下記の数式３によってａｂ軸上の電流ｉａ、ｉｂに変換する。

ａｂ軸上の電流指令Ｉａ＊とＩｂ＊及び前式で求めた電流ｉａとｉｂとの間で電流制御を行い、ａｂ軸上のモータ４への印加電圧ｖａ、ｖｂを決定する。例えば電流制御としてＰＩ制御を行う。ａ軸上の電流指令Ｉａ＊と電流検出値ｉａとの差をΔｉａ、比例定数をＫｐａ、積分定数をＫｉａ、ｂ軸上の電流指令Ｉｂ＊と電流検出値ｉｂとの差をΔｉｂ、比例定数をＫｐｂ、積分定数をＫｉｂとすると、ａｂ軸上のモータ４への印加電圧ｖａ、ｖｂは次の数式４で求められる。

こうして求めたａｂ軸上のモータ４への印加電圧ｖａ、ｖｂを下記の数式５によって３相巻線の電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。

このようにして求めた３相巻線の電圧をインバータ回路３よりモータ４に印加することで電流制御を行っている。この電流制御により巻線電流の合成である電流ベクトルはａ軸の正の方向に制御され、角度θは電流ベクトルの方向となる。

強制ブレーキは、以上の手順で算出される角度θ（強制ブレーキ角度）を用い時間に応じて、速度を低下させる制御を行う。すなわち、強制ブレーキは、強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度に基づいて電流を流してモータ４の減速動作を実施し、強制ブレーキ角度は強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度より時間とともに更新し、強制ブレーキ速度は強制ブレーキを行う時間に応じて小さくする。

位置決めブレーキは、ロータの磁束の位置に関係なく角度θを固定したまま制御するブレーキ方式である。この位置決めブレーキは、図１０の強制ブレーキと同じ構造を持っており、ロータの変化があっても、角度θを更新せず固定したままにすることにより、ロータ速度を除々に低下させ、停止させる。すなわち、位置決めブレーキは、あらかじめ設定した角度に対して角度を固定したままモータ４にブレーキ電流を流し、ブレーキ電流は位置決めブレーキの動作時間に応じて小さくする。

本実施の形態におけるモータ制御装置では、上記の通常ブレーキ、強制ブレーキ、位置決めブレーキの３種類のブレーキ方式を組み合わせた各種パターンのブレーキ運転態様を備えている。ブレーキ制御遷移の組み合わせを表１に示す。

パターン１の場合、モータ４の回転数が高いときは、通常ブレーキを用いてある程度回転数を低下させる。回転数が低くなると、モータ４の角度や速度を失効し、得られる減速トルクが低下しブレーキ効率が落ちるので、通常ブレーキから強制ブレーキへ遷移する。この際、余裕を持たせて、失効する速度の２倍になった際に、遷移してもよい。強制ブレーキに遷移する際、ｑ軸電流指令値Ｉｑｓ、ｄ軸電流指令値Ｉｄｓ等はあらかじめ決められた固定値もしくは遷移直前まで使用していた設定値を初期値として強制ブレーキ制御を開始する。

この強制ブレーキを行っている期間は、強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度に基づいて電流を流して減速動作を実施し、強制ブレーキ角度は強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度より時間とともに更新し、強制ブレーキ速度は強制ブレーキ期間の時間に応じて小さくすることで、部材の追加コストを必要とせず、モータ４の減速時に通常より大きな減速トルクを得ることにより、モータ４の停止時間を短縮することができる。

この強制ブレーキに遷移する際のモータ４のロータ速度は、ロータ位置検出ブロック７１のモータ４のロータ角度とロータ速度の算出が失効する速度に設定することで、ロータの位置推定ができなくなり効率良く制御できない脱調状態に陥らないように、スムーズに停止まで制御することにより、モータ４の停止時間を短縮することができる。

また、強制ブレーキ期間に遷移時に、直前のモータ４のロータ角度とロータ速度を参照し強制ブレーキ角度と強制ブレーキ速度の初期値とすることで、強制ブレーキ期間への移行時にトルクの変動を最小限に留める減速トルクから制御することで異音や振動の発生を防止し、電力の無駄を省く効率の良い制御ができる。

さらに、強制ブレーキに遷移する際のモータ４のロータ速度は、ロータ位置検出ブロック７１のモータ４のロータ角度とロータ速度の算出が失効する速度の２倍に設定することで、ロータの位置推定ができなくなり効率良く制御できない脱調状態に陥らないように、余裕をもって制御することにより、モータ４の停止時間を短縮することができる。

その後、モータ４が停止間際になると、強制ブレーキではやや効率が落ちるので、強制ブレーキから位置決めブレーキへ遷移する。位置決めブレーキに遷移する際、ｑ軸電流指令値Ｉｑｓ、ｄ軸電流指令値Ｉｄｓ等はあらかじめ決められた固定値もしくは遷移直前まで使用していた設定値を初期値として位置決めブレーキ制御を開始し、モータ４を停止まで制御する。

この位置決めブレーキに遷移する際のモータ４のロータ速度は、ロータ位置検出ブロック７１のモータ４のロータ角度とロータ速度の算出が失効する速度に設定することで、ロ
ータの位置推定ができなくなり効率良く制御できない脱調状態に陥らないように、スムーズに停止まで制御することにより、モータ４の停止時間を短縮することができる。

また、位置決めブレーキ期間に遷移時にも、直前のモータ４のロータ角度とロータ速度を参照し位置決めブレーキ角度と位置決めブレーキ速度の初期値とすることで、位置決めブレーキ期間への移行時にトルクの変動を最小限に留める制動トルクに制御することで異音や振動の発生を防止し、電力の無駄を省く効率の良い制御ができる。

また、強制ブレーキ期間から位置決めブレーキ期間への遷移時に、直前の強制ブレーキ角度と強制ブレーキ速度を参照し位置決めブレーキ角度と位置決めブレーキ速度の初期値を設定することで、強制ブレーキ期間から位置決めブレーキ期間への移行時にトルクの変動を最小限に留める制動トルクに制御することで異音や振動の発生を防止し、電力の無駄を省く効率の良い制御ができる。

さらに、位置決めブレーキに遷移する際のモータ４のロータ速度は、ロータ位置検出ブロック７１のモータ４のロータ角度とロータ速度の算出が失効する速度の２倍に設定することで、ロータの位置推定ができなくなり効率良く制御できない脱調状態に陥らないように、余裕をもって制御することにより、モータ４の停止時間を短縮することができる。

また、この位置決めブレーキを行っている期間は、あらかじめ設定した角度に対してブレーキ電流を流し、ブレーキ電流は位置決めブレーキ期間の動作時間に応じて小さくすることで、部材の追加コストを必要とせず、モータ４の停止時に通常より大きな制動トルクを得ることにより、モータ４の停止時間を短縮することができる。

さらに、モータ４の速度が高い領域においては、より適した他のブレーキ方式（例えば、強制ブレーキに対しては通常ブレーキ、位置決めブレーキに対しては通常ブレーキや強制ブレーキ）で減速し、その後強制ブレーキ期間や位置決めブレーキ期間に遷移することで、部材の追加コストを必要とせず、速度の高い領域での制御では、より効率の良いまたはより制御のしやすい方式で減速を行うことができ、速度の低い領域での制御に早く遷移することができることにより、モータ４の停止時間を短縮することができる。

パターン２のように、ブレーキ開始時から通常ブレーキを行わず強制ブレーキから開始して位置決めブレーキへ遷移してもよい。

また、パターン３やパターン４のように位置決めブレーキに遷移せずにモータ４を停止まで強制ブレーキによって制御してもよい。

パターン５の場合、モータ４の回転数が高いときは、通常ブレーキを用いてある程度回転数を低下させる。回転数が低くなると、モータ４の角度や速度を失効し、得られる減速トルクが低下しブレーキ効率が落ちるので、通常ブレーキから位置決めブレーキへ遷移する。この際、余裕を持たせて、失効する速度の２倍になった際に、遷移してもよい。位置決めブレーキに遷移する際、ｑ軸電流指令値Ｉｑｓ、ｄ軸電流指令値Ｉｄｓ等はあらかじめ決められた固定値もしくは遷移直前まで使用していた設定値を初期値として位置決めブレーキ制御を開始し、モータ４を停止まで制御する。

なお、パターン６のように、ブレーキ開始時から通常ブレーキや強制ブレーキを行わず位置決めブレーキから開始してもよい。

なお、上記各パターンの実行に必要な情報は、例えば記憶手段７５に予め記憶させておき、適宜読み出してブレーキ運転に適用させればよい。

以上より、本発明に係るモータ制御装置によれば、ブラシレスモータの減速時に回転数に応じてブレーキ制御方式を最適なものに選択、切り替えることにより、部材の追加コストを必要とせず、通常より大きな減速トルクを得ることができ、ブラシレスモータの停止時間を短縮することができる。

また、本発明に係るモータ制御装置を用いた洗濯機または洗濯乾燥機によれば、一連の洗濯コースの実行時に複数回行なわれるブラシレスモータの停止制御動作を、洗濯槽内の被洗濯物の容量や偏りに応じて変動する回転数、また工程によって変化する回転数に応じて、脱調状態に陥らないように、スムーズに停止まで制御することができ、洗濯を短時間で終了することができる使い勝手の良い洗濯機、洗濯乾燥機を提供することができる。

以上のように、本発明に係るモータ制御装置およびそれを用いた洗濯機または洗濯乾燥機は、部材の追加コストを必要とせず、ブラシレスモータの停止時間を短縮することができるので、インバータ回路によりブラシレスモータを駆動するモータ制御装置とそれを用いた洗濯機または洗濯乾燥機等として有用である。

１ 電源
２ 整流回路
３ インバータ回路
４ モータ（ブラシレスモータ）
５ 電流検出手段
６ 電圧検出手段
７ 制御手段
７０ 電流変換ブロック
７１ ロータ位置検出ブロック
７２ 速度制御ブロック
７２ａ 速度比較手段
７２ｂ トルク電流設定手段
７３ 電流制御ブロック
７３ａ ｑ軸電流比較手段
７３ｂ ｑ軸電圧設定手段
７３ｃ ｄ軸電流比較手段
７３ｄ ｄ軸電圧設定手段
７４ 電圧変換ブロック
７４ａ ２相／３相ｄｑ逆変換手段
７４ｂ ＰＷＭ制御手段
７５ 記憶手段
７６ 設定変更手段

Claims (13)

1. 電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路に入力する電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電流変換ブロックと、ロータ位置検出ブロックと、速度制御ブロックと、電流制御ブロックと、電圧変換ブロックとを有し、
   前記電流変換ブロックは、前記電流検出手段により検出したモータ電流をロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とに変換し、
   前記ロータ位置検出ブロックは、前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分と前記電圧検出手段により検出した電圧より前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度を算出し、
   前記速度制御ブロックは、前記ロータ位置検出ブロックが算出した前記ブラシレスモータのロータ速度を使用し速度制御を行い、トルク指令に対応した電流指令を算出し、
   前記電流制御ブロックは、前記トルク指令に対応した電流指令と前記電流変換ブロックが変換した前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とを用い電流制御を行い、ロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令とを算出し、
   前記電圧変換ブロックは、前記ロータの磁束方向の電圧指令と前記ロータの磁束方向と直角の電圧指令を前記ブラシレスモータに印加する電圧指令に変換して前記インバータ回路に出力する機能を有し、
   前記制御手段により前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御は、強制ブレーキ期間を有し、
   前記強制ブレーキ期間は、強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度に基づいて電流を流して減速動作を実施し、
   強制ブレーキ角度は、前記強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度より時間とともに更新し、
   前記強制ブレーキ速度は、前記強制ブレーキ期間の時間に応じて小さくするモータ制御装置。
2. 電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路に入力する電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電流変換ブロックと、ロータ位置検出ブロックと、速度制御ブロックと、電流制御ブロックと、電圧変換ブロックとを有し、
   前記電流変換ブロックは、前記電流検出手段により検出したモータ電流をロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とに変換し、
   前記ロータ位置検出ブロックは、前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分と前記電圧検出手段により検出した電圧より前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度を算出し、
   前記速度制御ブロックは、前記ロータ位置検出ブロックが算出した前記ブラシレスモータのロータ速度を使用し速度制御を行い、トルク指令に対応した電流指令を算出し、
   前記電流制御ブロックは、前記トルク指令に対応した電流指令と前記電流変換ブロックが変換した前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とを用い電流制御を行い、ロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令とを算出し、
   前記電圧変換ブロックは、前記ロータの磁束方向の電圧指令と前記ロータの磁束方向と直角の電圧指令を前記ブラシレスモータに印加する電圧指令に変換して前記インバータ回路
   に出力する機能を有し、
   前記制御手段により前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御は、位置決めブレーキ期間を有し、
   前記位置決めブレーキ期間は、あらかじめ設定した角度に対してブレーキ電流を流し、
   前記ブレーキ電流は、前記位置決めブレーキ期間の動作時間に応じて小さくするモータ制御装置。
3. 電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動され洗濯槽等を駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路に入力する電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電流変換ブロックと、ロータ位置検出ブロックと、速度制御ブロックと、電流制御ブロックと、電圧変換ブロックとを有し、
   前記電流変換ブロックは、前記電流検出手段により検出したモータ電流をロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とに変換し、
   前記ロータ位置検出ブロックは、前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分と前記電圧検出手段により検出した電圧よりブラシレスモータのロータ角度とブラシレスモータのロータ速度を算出し、
   前記速度制御ブロックは前記ロータ位置検出ブロックが算出した前記ブラシレスモータのロータ速度を使用し速度制御を行いトルク指令に対応した電流指令を算出し、
   前記電流制御ブロックは、前記トルク指令に対応した電流指令と前記電流変換ブロックが変換した前記ロータの磁束方向の電流成分と前記ロータの磁束方向と直角の電流成分とを用い電流制御を行い、ロータの磁束方向の電圧指令とロータの磁束方向と直角の電圧指令とを算出し、
   前記電圧変換ブロックは、前記ロータの磁束方向の電圧指令と前記ロータの磁束方向と直角の電圧指令を前記ブラシレスモータに印加する電圧指令に変換して前記インバータ回路に出力する機能を有し、
   前記制御手段により前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御は、強制ブレーキ期間と位置決めブレーキ期間を有し、前記強制ブレーキ期間から前記位置決めブレーキ期間へ遷移し、
   前記強制ブレーキ期間は、強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度に基づいて電流を流して減速動作を実施し、
   強制ブレーキ角度は、前記強制ブレーキ角度の初期値と強制ブレーキ速度より時間とともに更新し、
   前記強制ブレーキ速度は、前記強制ブレーキ期間の時間に応じて小さくし、
   前記位置決めブレーキ期間は、あらかじめ設定した角度に対してブレーキ電流を流し、
   前記ブレーキ電流は、前記位置決めブレーキ期間の動作時間に応じて小さくするモータ制御装置。
4. 前記強制ブレーキ期間への遷移時に、直前の前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度を参照して前記強制ブレーキ角度と前記強制ブレーキ速度の初期値を設定する請求項１または３に記載のモータ制御装置。
5. 前記位置決めブレーキ期間への遷移時に、直前の前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度を参照し前記位置決めブレーキ角度と前記位置決めブレーキ速度の初期値を設定する請求項２または３に記載のモータ制御装置。
6. 前記強制ブレーキ期間から前記位置決めブレーキ期間への遷移時に、直前の前記強制ブレーキ角度と前記強制ブレーキ速度を参照して前記位置決めブレーキ角度と前記位置決めブレーキ速度の初期値を設定する請求項３のモータ制御装置。
7. 前記制御手段は、前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御として他のブレーキ期間を有し、前記ブラシレスモータの速度が高い領域は前記他のブレーキ期間で減速し、その後、前記強制ブレーキ期間に遷移する請求項１、３、４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 前記強制ブレーキ期間に遷移する前記ブラシレスモータのロータ速度は、前記ロータ位置検出ブロックの前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度の算出が失効する速度である請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 前記強制ブレーキ期間に遷移する前記ブラシレスモータのロータ速度は、前記ロータ位置検出ブロックの前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度の算出が失効する速度の２倍である請求項７に記載のモータ制御装置。
10. 前記制御手段は、前記ブラシレスモータを減速させるブレーキ制御として他のブレーキ期間を有し、前記ブラシレスモータの速度が高い領域は前記他のブレーキ期間で減速し、その後、前記位置決めブレーキ期間に遷移する請求項２、３、５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
11. 前記位置決めブレーキ期間に遷移する前記ブラシレスモータのロータ速度は、前記ロータ位置検出ブロックの前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度の算出が失効する速度である請求項１０に記載のモータ制御装置。
12. 前記位置決めブレーキ期間に遷移する前記ブラシレスモータのロータ速度は、前記ロータ位置検出ブロックの前記ブラシレスモータのロータ角度と前記ブラシレスモータのロータ速度の算出が失効する速度の２倍である請求項１０に記載のモータ制御装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のモータ制御装置を搭載した洗濯機または洗濯乾燥機。

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