JP2019017204A - 洗濯機用モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過電流の発生をより確実に防止できる洗濯機用モータ制御装置を提供する。【解決手段】実施形態の洗濯機用モータ制御装置は、水流を撹拌する駆動力を発生させる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離し、それら電流成分がそれぞれの指令値に一致するように独立して制御すると共に回転子の角速度を推定する。指示された角速度指令値と前記回転子の角速度推定値との偏差に比例積分演算を施した値に基づいてｄ軸電流とｑ軸電流の各電流操作量を決める電流操作量決定部と、この電流操作量決定部にて決定されたｑ軸電流操作量の大きさを制限しその値をｑ軸電流指令値として、また前記ｄ軸電流操作量をｄ軸電流指令値としてそれぞれ出力する電流指令値制限部とを備え、電流指令値制限部は、ｑ軸電流操作量の制限値を、ｑ軸電流操作量に基づいて決定される電圧指令値と電源電圧との差の変化量に応じて決定する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、洗濯機に搭載されるモータを制御する装置に関する。

洗濯機に搭載されるモータをベクトル制御する装置においては、洗い動作時に過電流が発生することを防止するため、モータのトルクに比例するｑ軸電流を制限している。例えば推定したモータの回転速度が速ければ制限値を小さくし、電源電圧が高ければ制限値を大きくするように制御する。

特許第４８１２７７４５号公報 特開２００８−７９３８７号公報

しかしながら、回転速度や電源電圧は、過電流の発生を直接的に抑制するパラメータではないため、ｑ軸電流を適切に制限値することが困難であった。
そこで、過電流の発生をより確実に防止できる洗濯機用モータ制御装置を提供する。

実施形態の洗濯機用モータ制御装置は、
界磁用永久磁石を回転子に設けてなり、水流を撹拌する駆動力を発生させる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離し、それら電流成分がそれぞれの指令値に一致するように独立して制御すると共に回転子の角速度を推定するものにおいて、
指示された角速度指令値と前記回転子の角速度推定値との偏差に比例積分演算を施した値に基づいて前記ｄ軸電流とｑ軸電流の各電流操作量を決める電流操作量決定部と、
この電流操作量決定部にて決定されたｑ軸電流操作量の大きさを制限しその値をｑ軸電流指令値として、また前記ｄ軸電流操作量をｄ軸電流指令値としてそれぞれ出力する電流指令値制限部とを備え、
前記電流指令値制限部は、前記ｑ軸電流操作量の制限値を、前記ｑ軸電流操作量に基づいて決定される電圧指令値と電源電圧との差の変化量に応じて決定する。

第１実施形態であり、ｑ軸電流操作量Ｉqcの制限処理を示すフローチャート ドラム式洗濯乾燥機の縦断側面図 モータ制御装置の電気的なブロック構成図

以下、第一実施形態について図面を参照して説明する。図２は、ドラム式，つまり横軸形洗濯乾燥機の縦断側面図である。外箱１の内部には水槽２が配設されている。水槽２の内部にはドラム,すなわち回転槽３が配設されている。水槽２及び回転槽３は共に円筒状を成すもので、前側，図中左側の端面部にそれぞれの開口部４、５を有している。水槽２の開口部４は、外箱１の前面部に形成した洗濯物出し入れ用の開口部６にベローズ７を介して連ねられている。外箱１の開口部６には扉８が開閉可能に設けられている。

回転槽３における周側部,胴部のほぼ全域には、一部のみ図示する孔９が形成されている。この孔９は、洗濯時及び脱水時に通水孔として機能し、乾燥時には通風孔として機能する。水槽２には、前側の端面部の上部に温風出口１０が形成され、後側の端面部の上部に温風入口１１が形成されている。水槽２の底部の最後部には排水口１２が形成されている。水槽２外において、排水口１２に排水弁１３が接続されるとともに、排水弁１３に排水ホース１４が接続されることにより、水槽２内の水を機外に排出可能となっている。

回転槽３の後側の端面部の後面には、補強部材１５が取り付けられている。この補強部材１５の中心部には、後方に突出するようにして回転軸１６が取り付けられている。回転槽３の後側端面部の中心部周りには、多数の温風導入孔１７が形成されている。

水槽２の後側端面部の中心部には、軸受ハウジング１８が取り付けられている。この軸受ハウジング１８の中心部には回転軸１６が挿通されており、回転軸１６は、軸受１９、２０により回転可能に支承されている。それにより、回転槽３が水槽２と同軸状で回転可能に支持されている。水槽２は、図示しないサスペンションにより外箱１に弾性支持され、その支持形態は、水槽２の軸方向が前後となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状となっている。水槽２に上述のように支持される回転槽３も同様の形態となっている。

軸受ハウジング１８には、外周に、モータ２１のステータ２２が取り付けられている。このステータ２２に、回転軸１６の後端部に取り付けられたロータ２３が外側から対向するようになっている。従って、モータ２１はアウターロータ形のブラシレスＤＣモータである。モータ２１は、回転軸１６を中心に回転槽３をダイレクトドライブ方式で回転駆動させる。

水槽２の後側端面部の内側には、温風カバー２４が装着されている。一方、補強部材１５には、回転軸１６を取り付けた中心部の周囲部分に複数の比較的大きな温風導入口２５が形成されており、この部分の外周部にシール部材２６を装着し、このシール部材２６を温風カバー２４の前面に圧接させることで、温風入口１１から温風導入口２５へと気密に通じる温風通路２７が構成されている。

水槽２の下方には、複数個のクッション２８を介して台板２９が配置されている。この台板２９の上には、通風ダクト３０が配置されている。この通風ダクト３０は、前端部の上部に吸風口３１を有している。この吸風口３１には、水槽２の温風出口１０が還風ダクト３２及び接続ホース３３を介して接続されている。なお、還風ダクト３２は、ベローズ７の左側を迂回するように配管されている。

一方、通風ダクト３０の後端部には循環用送風機３４のケーシング３５が接続されている。このケーシング３５の出口部３６は、接続ホース３７及び給風ダクト３８を介して、水槽２の温風入口１１に接続されている。なお、給風ダクト３８は、モータ２１の左側を迂回するように配管されている。

還風ダクト３２、接続ホース３３、通風ダクト３０、ケーシング３５、接続ホース３７及び給風ダクト３８により、水槽２の温風出口１０と温風入口１１とが接続されて通風路３９が設けられている。循環用送風機３４は、その通風路３９を通じ回転槽３内の空気を回転槽３外に出し、再び回転槽３内に戻すように循環させる。通風路３９と循環用送風機３４とにより、回転槽３内の空気を循環させる循環装置４０が構成されている。循環用送風機３４は例えば遠心ファンであり、ケーシング３５の内部に遠心羽根車３４ａを有し、その遠心羽根車３４ａを回転させるモータ３４ｂをケーシング３５の外部に有している。

通風路３９中、通風ダクト３０の内部には、前部から後部へ順に、フィルタ４１、蒸発器４２、凝縮器４３が配置されている。このうち、フィルタ４１は、水槽２の温風出口１０から還風ダクト３２及び接続ホース３３を通じ、通風ダクト３０に流入する回転槽３内の空気により運ばれるリント,糸くずを捕獲するものである。蒸発器４２は、蛇行状を成す例えば銅製の冷媒流通パイプに、例えばアルミニウム製の伝熱フィンを多数装着して成るものである。凝縮器４３も蒸発器４２と同様の構成となっている。これら蒸発器４２及び凝縮器４３の伝熱フィンの各間を、通風ダクト３０を流れる回転槽３内の空気が通るようになっている。

蒸発器４２及び凝縮器４３は、圧縮機４５や図示しない絞り器と共にヒートポンプを構成している。ヒートポンプにおいては、接続パイプにより、圧縮機４５、凝縮器４３、絞り器、蒸発器４２の順にこれらがサイクル接続されている。そして、圧縮機４５が作動することによりサイクル内に封入した冷媒が循環される。冷媒には、例えば、高温用冷媒であるＲ１３４ａが使用される。圧縮機４５は、通風ダクト３０外に並設されている。絞り器４６は、例えば電子式膨張弁〔ＰＭＶ：Pulse Motor Valve〕から成っており、開度調整機能を有している。

吸風口３１と蒸発器４２との間における通風ダクト３０の側面部で底面３０ａに臨む部分には、除湿水排出口４９が形成されている。この除湿水排出口４９は、外箱１の側面下部に形成した排水口５０に接続パイプ５１により接続されている。なお、通風ダクト３０において、底面部中の蒸発器４２の直下に位置する部分３０ｂは、除湿水排出口４９に向けて下降する傾斜面となっている。

一方、外箱１内の後上部には給水弁５２が配置されている。この給水弁５２は、出口部を複数有するもので、それらは外箱１内の前側の上部に配置した給水ボックス５３に接続パイプ５４，５５により接続されている。さらに、給水ボックス５３は、洗剤投入部並びに柔軟仕上剤投入部を有している。給水弁５２は、出口部の開放の選択により、洗い時には接続パイプ５４から給水ボックス５３の洗剤投入部を経て水槽２内に給水し、最終すすぎ時には接続パイプ５５から給水ボックス５３の柔軟仕上剤投入部を経て同じく水槽２内に給水する。

このほか、外箱１の前面部の上部の裏側には制御装置５６が配置されている。この制御装置５６は、例えばマイクロコンピュータから成り、洗濯乾燥機の作動全般を制御する。制御装置５６には、図示しない操作パネルに設けられた各種操作スイッチから成る操作入力部より各種操作信号が入力されるとともに、水槽２内の水位を検知するように設けられた水位センサから水位検知信号が入力される。

また、制御装置５６には、蒸発器４２の入口及び出口、凝縮器４３、並びに圧縮機４５の冷媒吐出部の各温度を検知する温度センサからそれぞれ温度検知信号が入力されるようになっている。そして、制御装置５６は、上記各種信号の入力並びに予め記憶した制御プログラムに基づいて、給水弁５２、モータ２１、排水弁１３、圧縮機４５、絞り器４６、循環用送風機３４のモータ３４ｂ、圧縮機４５を冷却する圧縮機冷却用送風機などを、駆動回路（何れも図示せず）を介して制御するようになっている。

モータ２１は、センサレスのベクトル制御インバータ装置により駆動される。図３はそのベクトル制御インバータ装置６０の回路構成を示したものである。ベクトル制御インバータ装置６０は、電流制御回路６１、回転位置推定回路６２、電流指令値決定回路６３、直流電源回路６４を備えて構成される。尚、図３に示す構成は、後述する電流指令値制限回路９０を除いて特許文献１の図２に示す構成と同じであるから、詳細な説明は省略する。

電流制御回路６１は、モータ２１に実際に流れる電流のｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqの値が指定されたｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrにそれぞれ一致するように制御する。電流制御回路６１は、減算回路６６及び６７、比例積分演算回路６８及び６９、ｄｑ／αβ座標変換回路７１、αβ／ＵＶＷ座標変換回路７２、ＰＷＭ形成回路７３、インバータ回路７４、電流検出回路７６を備える。電流検出回路７６は、モータ２１に実際に流れている電流のｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqを検出する。

電流検出回路７６は、ＵＶＷ電流検出回路７７、ＵＶＷ／αβ座標変換回路７８、αβ／ｄｑ座標変換回路７９により構成される。ＵＶＷ電流検出回路７７はモータ２１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。ＵＶＷ電流検出回路７７は、インバータ回路７４に設けられている３式のハーフブリッジ回路８１の接地側スイッチング素子８２と接地電位ＧＮＤとの間に接続した３個のシャント抵抗８４の両端電圧に基づいて電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。

検出された電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、ＵＶＷ／αβ座標変換回路７８によりこれと等価な２相電流Ｉα、Ｉβに変換される。変換された２相電流Ｉα、Ｉβは、αβ／ｄｑ座標変換回路７９により更に変換されてｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqが算出される。ｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqは、減算回路６６、６７にてそれぞれ後述の電流指令値制限回路６０が出力するｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrと比較して偏差ΔＩｄ、ΔＩｑが求められる。偏差ΔＩｄ、ΔＩｑは比例積分演算回路６８、６９にて比例積分演算が施され、出力電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑが算出される。出力電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑは、ｄｑ／αβ座標変換回路７１にてα−β座標系で表わした値に変換され、更にαβ／ＵＶＷ座標変換回路７２により固定子の各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換される。

この各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗはＰＷＭ形成回路７３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７４は、直流電源回路６４が商用交流電源１００を整流・平滑して生成した直流電圧Ｖdcの供給を受けている。ＰＷＭ形成回路７３で形成されたゲート駆動信号は各ハーフブリッジ回路８１を構成するスイッチング素子８２、８３等のゲートに与えられることで、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２１の電機子コイルに印加される。

回転位置推定回路６２は、その回転子の回転位置θの推定値θｅを求める。回転位置推定回路６２は、誘起電圧推定回路９１、比例積分演算回路９２、積分回路９３により構成される。誘起電圧推定回路９１には、ｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉq、及びｄ軸の出力電圧指令値Ｖｄ、回転子の角速度推定値ωｅが入力されている。更に、誘起電圧推定回路９１には、モータ２１の回路定数である電機子コイルのｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、コイル抵抗Ｒが記憶されている。

電流指令値決定回路６３は、電流操作量決定回路９５と電流指令値制限回路９０により構成される。電流操作量決定回路９５は、角速度推定値ωｅをマイコン９４が出力する角速度指令値ωｒと比較し、その比較結果に従いｄ軸とｑ軸の各電流操作量を形成する。電流指令値制限回路９０は、電流操作量決定回路９５にて形成された電流操作量に制限を加える。そのため、電流指令値制限回路９０には、ｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑが入力されている。電流操作量決定回路９５で形成された電流操作量が電流指令値制限回路９０にて大きさの制限を受けることで、最終的にｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrの値が決定される。

電流操作量決定回路９５は、減算回路９６、比例積分演算回路９７、操作量配分回路９８により構成される。減算回路９６は、マイコン９４が出力する角速度指令値ωｒと角速度推定値ωｅとの偏差Δωを算出する。マイコン９４には、操作パネルを介して洗濯機の操作条件が入力される。マイコン９４は入力された操作条件に従い、各行程の各時期におけるモータ２１の回転速度を決定し、角速度指令値ωｒとして出力する。

減算回路９６の出力である偏差Δωは、比例積分演算回路９７に入力される。比例積分演算回路９７は、入力された偏差Δωに所定の比例積分演算を施して結果をモータ電流操作量Ｉcとして出力する。操作量配分回路９８はこのモータ電流操作量Ｉcに基づいて、ｄ軸電流に対する操作量Ｉdcとｑ軸電流に対する操作量Ｉqcを形成する。

次に、本実施形態の作用について図１を参照して説明する。モータ２１の端子電圧，ｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑの２乗和の平方根である指令電圧Ｖdqが、直流電源回路６４からインバータ回路７４に供給される電源電圧Ｖdcを超えると、制御不能となり過電流が発生するおそれがある。

そこで、本実施形態では、電流指令値制限回路９０が図１に示す処理を実行することでｑ軸電流操作量Ｉqcを制限する。洗濯乾燥機の電源が投入されて運転中であれば（Ｓ１；ＹＥＳ）、電源電圧Ｖdcと指令電圧Ｖdqとの差Ｖ＿dif＿nowを求める（Ｓ２）。
Ｖ＿dif＿now＝Ｒ＿Ｖdc−Ｒ＿Ｖdq
次に、今回の差Ｖ＿dif＿nowと、前回の差Ｖ＿dif＿preとの変化量Ｖ_dltを求め（Ｓ３）、
Ｖ_dlt＝Ｖ＿dif＿now−Ｖ＿dif＿pre
今回の差Ｖ＿dif＿nowを前回の差Ｖ＿dif＿preに代入する（Ｓ４）。

そして、差の変化量Ｖ＿dltに基づいてｑ軸電流操作量Ｉqcの制限値Ｒ＿Ｉｑ＿limを補正する。例えば、制限値Ｒ＿Ｉｑ＿limの減少量の大きさを、変化量Ｖ＿dltに比例させて決定する。変化量Ｖ＿dltがゼロよりも大であれば（Ｓ５；ＹＥＳ）、例えば変化量Ｖ＿dltが１００Ｖのとき、それに応じて制限値Ｒ＿Ｉｑ＿limを１Ａ低下させる（Ｓ６）。また、変化量Ｖ＿dltがゼロ以下であれば（Ｓ５；ＮＯ）、Ｖ＿dlt＝０に設定して（Ｓ７）ステップＳ６に移行する。これにより、負荷変動によって電源電圧Ｖdcが大きく変動した場合でも、モータ２１の指令電圧Ｖdqが電源電圧Ｖdcを超えないように制限して過電流を抑制できる。

以上のように本実施形態のベクトル制御インバータ装置６０によれば、電流指令値制限回路９０にて電流操作量決定回路９５から出力されたｑ軸電流操作量Ｉqcに対して制限をかける。具体的には、制限値Ｒ＿Ｉｑ＿limを、ｑ軸電流操作量Ｉqcに基づいて決定される電圧指令値Ｖdqと電源電圧Ｖdcとの差の変化量に応じて決定するようにした。したがって、負荷変動によって電源電圧Ｖdcが大きく変動した場合でも、過電流を確実に抑制できる。

（その他の実施形態）
縦軸型の洗濯機に適用しても良い。
ステップＳ６における制限値Ｒ＿Ｉｑ＿limの減少量を変化量Ｖ＿dltに応じてどのように決定するかは、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、２１はモータ、６０はベクトル制御インバータ装置、６１は電流制御回路、６２は回転位置推定回路、６３は電流指令値決定回路、７４はインバータ回路、８６は電流検出回路、９０は電流指令値制限回路、９５は電流操作量決定回路を示す。

Claims (1)

1. 界磁用永久磁石を回転子に設けてなり、水流を撹拌する駆動力を発生させる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離し、それら電流成分がそれぞれの指令値に一致するように独立して制御すると共に回転子の角速度を推定する洗濯機用モータ制御装置において、
   指示された角速度指令値と前記回転子の角速度推定値との偏差に比例積分演算を施した値に基づいて前記ｄ軸電流とｑ軸電流の各電流操作量を決める電流操作量決定部と、
   この電流操作量決定部にて決定されたｑ軸電流操作量の大きさを制限しその値をｑ軸電流指令値として、また前記ｄ軸電流操作量をｄ軸電流指令値としてそれぞれ出力する電流指令値制限部とを備え、
   前記電流指令値制限部は、前記ｑ軸電流操作量の制限値を、前記ｑ軸電流操作量に基づいて決定される電圧指令値と電源電圧との差の変化量に応じて決定する洗濯機用モータ制御装置。

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