JP3577934B2

JP3577934B2 - 電気洗濯機

Info

Publication number: JP3577934B2
Application number: JP05171398A
Authority: JP
Inventors: 英樹両角; 光幸木内; 和彦麻田; 貞之玉江; 正一松井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: KR19990076569A; TW483965B; JPH11252974A; KR100558996B1; CN1107758C; CN1227883A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータの出力に接続した電動機により駆動される電気洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平５−１３７８７５号公報に開示されている電気洗濯機は、電流検出器によって洗濯運転中の直流ブラシレスモータに流れる電流を検知し、それが所定値よりも多い場合に、直流ブラシレスモータへの印加電圧を下げ、直流ブラシレスモータおよび撹拌翼（アジテータ）の回転数を低下させ、直流ブラシレスモータへの通電時間を短くして回転角度を小さくし、また撹拌翼が右回転から左回転するまでの間の直流ブラシレスモータの停止時間を長くするなどすることにより、水流を設定値よりも弱いものに変更し、直流ブラシレスモータでの消費電力値を小さくするものであった。
【０００３】
また、洗濯時間を増加させ、洗濯の性能確保を行うものであった。これによって、同時に他の電気製品を使用しても家庭における電気容量が超過することを防ぎ、ブレーカなどが遮断しないようにするというものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成の電気洗濯機においては、洗い運転中に、負荷量の変動などが原因で直流ブラシレスモータに流れる電流が大となった場合に、水流の設定値として、直流ブラシレスモータの印加電圧を低くし、回転数を低下させるとともに、直流ブラシレスモータへの通電時間を短くするなどして、水流の設定を低いものにすることで、直流ブラシレスモータに流れる電流を所定値以下に抑えるというものであった。
【０００５】
しかしながら、従来の電気洗濯機においては、洗い運転において、直流ブラシレスモータの電流が設定値をこえないように制限するものではなく、直流ブラシレスモータの電流が設定電流値をこえた場合に電流値を制限するものであり、一時的に電動機のトルクおよび消費電力が大となり、電動機の出力軸や、インバータに過大な負担をかけるという第１の問題を有していた。
【０００６】
また、直流ブラシレスモータの電流を制限するのは洗い運転中のみで、すすぎ、脱水行程における負荷変動により過大な電流が流れた場合については、対応できないという第２の問題を有していた。
【０００７】
また、洗い運転中においても、一度、直流ブラシレスモータの電流が設定電流値をこえると、水流の設定値を下げたままとなり、一時的に負荷が大となった場合でも水流設定値を復帰できないという第３の問題を有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、布量、水量などの負荷量が多い場合などにおいても、常に電機子巻線に流れる電流を一定に抑えて、電動機のトルクを一定に抑え、電動機の出力軸にかかるトルクを一定に抑えることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、インバータの出力に電動機を接続し、インバータを構成するスイッチング素子のオンオフを制御手段により制御し、、電動機の電機子巻線に流れる電流に対応した電流を電流検知手段により検知するよう構成し、電流検知手段の出力値と設定値を比較し導通比設定手段によりスイッチング素子の導通比を制御するようにしたものである。
【００１０】
これにより、布量、水量などの負荷量が多い場合などにおいても、常に電機子巻線に流れる電流を一定に抑え、電動機のトルクを一定に抑え、電動機の出力軸にかかるトルクを一定に抑えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、インバータと、前記インバータの出力に接続した電動機と、前記インバータを構成するスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段と、前記電動機の電機子巻線に流れる電流に対応した電流を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段の出力値と設定値により前記電動機の目標回転数を設定する回転数設定手段と、前記電動機の回転数を検知する回転数検知手段と、前記スイッチング素子の導通比を設定する導通比設定手段とを備え、前記導通比設定手段は、前記回転数設定手段により設定した目標回転数と前記回転数検知手段により検知した電動機の回転数とにより導通比を設定するようにしたものであり、布量、水量などの負荷量が過大になっても、常に電機子巻線の電流を一定に制限するので、電動機のトルクを一定に抑え、電動機の出力軸にかかるトルクを抑え、出力軸の破損を防止するとともに、電動機およびインバータの過電流による過熱、故障を防止することができ、安全性を向上することができる。また、布量、水量の負荷量に応じて最適な加速を行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、導通比設定手段は、電動機の起動時においては、スイッチング素子の導通比を所定の設定値に設定し、その後、回転数設定手段の出力値と回転数検知手段の出力値とにより前記スイッチング素子の導通比を新たな設定値に設定するようにしたものであり、電動機の起動時に、電機子巻線に流れる電流が設定値を一時的に越えるのを、所定値により電機子巻線に流れる電流を制限することで防止し、電動機の出力軸に過大なトルクがかかることを防止することができ、過大なトルクにより出力軸が破損するのを防止し、安全性を向上することができる。また、起動時における回転数検知手段の検知速度が遅くても、フィードバック制御を行っていないので、不安定な動作をせずに確実に起動させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、回転数設定手段は、電動機の起動時においては、目標回転数を所定の回転数に設定し、その後、電流検知手段の出力値と前記所定の回転数とにより前記目標回転数を新たな回転数に設定するようにしたものであり、電動機の起動時に、電動機の回転数が急加速することを防止し、それによる遠心力で洗濯物が傷むのを防止することができる。また、同時に電機子巻線の電流が設定値に対し急峻に立ち上がるのを防止するので、電機子巻線の電流が設定値を超過すること防止し、電動機の出力軸に過大なトルクがかかるのを防止し、安全性を向上することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上記請求項１〜３に記載の発明において、回転数設定手段により設定する目標回転数に上限値を設けるとともに、前記上限値を運転時間あるいは負荷量に応じて変更可能としたものであり、電流検知手段の出力値と設定値の差が大である場合でも、目標回転数を急峻に上げることを制限するので、常に電動機が急加速で立ち上がるのを防止することができ、その結果、脱水時などに起こる布傷みを防止することが可能となり、また加速を制限することにより、電動機の出力軸にかかるトルクを制限し、安全性を向上することができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施例１）
図２に示すように、水受け槽１は、内底部に撹拌翼２を回転自在に設けた洗濯兼脱水槽３を回転自在に設け、サスペンション４により洗濯機本体５に吊り下げている。減速機構６は、水受け槽１の底部に設け、撹拌翼２および洗濯兼脱水槽３に動力を伝達するもので、この減速機構６の下部に電動機７を設けている。給水弁８は洗濯兼脱水槽３内に給水するものであり、排水弁９は洗濯兼脱水槽３内の洗濯水などを排水するものである。
【００１７】
電動機７の制御装置１０は、たとえば１００Ｖ６０Ｈｚの商用の交流電源１１と、その出力に接続され交流電源１１を整流して直流電圧に変換する整流平滑回路１２により、第１の直流電源１３を構成し、その出力に三相六石のインバータ１４を接続し、その出力には電動機７を接続している。また、インバータ１４は制御手段１５に接続され、制御手段１５によりオン、オフ制御されている。
【００１８】
ここで、減速機構６は、遊星ギアを有し、撹拌翼２を回転駆動する際には、太陽歯車を電動機７の軸によって駆動し、遊星ギアの回転を撹拌翼２に伝達する構成により、１／６に減速するとともに電動機７の出力トルクを６倍に変換する。脱水および後ほど述べる通過洗浄においては、特に図示してないが、クラッチ機構により減速機構６を電動機７の出力軸より切り離し、洗濯兼脱水槽３を減速なしで電動機７で直接駆動する。
【００１９】
本実施例では、電動機７を減速機構６の下部に直接取り付ける構成にすることにより、例えばベルトを介して動力を伝達する構成のものに比べ、プーリとベルトのスリップによる機械パワーの損失がなく、またベルトに大きな張力がかかることにより、ベルト切れなどのベルトによる故障が発生しない信頼性の高い電気洗濯機を実現できる。
【００２０】
以上のように、図２に示した電気洗濯機においては、電動機７が水受け槽１の中心に配設されるので、水受け槽１の重量バランスが良好となり、バランスを取るために、重量を増加させる必要がなくなるという効果と、ボールベアリングなどの構成要素を減速機構６の構成要素と共用する効果により電気洗濯機の軽量化を実現することができる。
【００２１】
しかしながら、特にこのような電動機の構成に限定するものではなく、例えばベルトにより電動機７の動力を減速機構６に伝える構成を取るものや、減速機構６を設けずに洗濯行程においても、直接動力を撹拌翼に伝えるダイレクトドライブの構成であってもよい。
【００２２】
電動機７は、図３に示すように、固定子１６と回転子１７によって構成しており、固定子１６は薄い珪素鋼板を積層して構成した鉄心１８のティース（歯）部分に巻線１９ａ〜１９ｌを巻き付ける非ラップ型集中巻で構成されており、さらに位置検知手段としてホールＩＣ２０、２１、２２を設けている。
【００２３】
図４は、巻線１９ａ〜１９ｌの結線を示したものであり、図４に示すように、４つずつの巻線を直列に接続することにより、電機子巻線２３、２４、２５を構成している。図４において、各巻線の黒丸印は極性を示すものであり、各巻線の黒丸印がついている方から電流を流した場合に、各ティースの内側（回転子側）の面にＮ極が発生するように巻いて設けられている。ホールＩＣ２０、２１、２２は、いずれも対向する永久磁石の表面がＳ極である場合にはハイを出力し、Ｎ極である場合にはローを出力するように構成している。
【００２４】
回転子１７は、バックヨークとして動作するカップ状の鉄心２６と鉄心２６の表面に接着した永久磁石２７ａ〜２７ｈ、および出力軸２８を有している。ここで永久磁石２７ａ〜２７ｈはパラレル配向のフェライト磁石を使用している。また、永久磁石２７ａ、２７ｃ、２７ｅ、２７ｇは、外側にＮ極がくるように着磁がなされており、永久磁石２７ｂ、２７ｄ、２７ｆ、２７ｈは、外側にＳ極がくるように着磁がなされている。
【００２５】
なお、必要であれば、遠心力により永久磁石２７ａ〜２７ｈが飛び散ることを防ぐために、例えば熱収縮性のある樹脂チューブなどを回転子１７に付加してもよく、また非磁性ステンレスの管を最外部に設け、堅牢な構成を実現してもよい。
【００２６】
また、本実施例においては、固定子１６を外側に配し、回転子１７を内側に配したインナーロータ構成としているが、特にこのような構成に限定するものではなく、反対に回転子を固定子の外側に設けたアウターロータ構成としてもよい。
【００２７】
以上のように本実施例の電動機７は、８極１２スロットの構成としているが、特にこの構成に限定されるものではなく、他の極数、スロット数であってもよいし、また、電動機の原理的な種類に関しても、このような直流ブラシレスモータに制限しているものではなく、たとえば、３相誘導電動機や、リラクタンス電動機、ヒステリシス電動機などでもよく、また特に３相であることにも限定されるものでなく、例えば単相、４相などでも良い。要はインバータにより駆動されるものであって、整流平滑回路を有するものであるならば、いかなる種類の電動機を設けていても、同等の効果が得られる。
【００２８】
つぎに、本実施例における図２に示した電気洗濯機の動作について説明する。洗濯兼脱水槽３内に洗濯物と洗剤を使用者が投入した状態で、運転を開始すると、給水弁８を開き、水道水を水受け槽１内に入れ、水受け槽１内の水を所定水位まで上昇させる。
【００２９】
本実施例においては、クラッチ機構により洗濯兼脱水槽３と電動機７の出力軸２８を直結させ、洗濯兼脱水槽３の回転駆動を１５０ｒｐｍ程度で行う。洗濯兼脱水槽３を１５０ｒｐｍで回転駆動することにより、洗濯物は洗濯兼脱水槽３の内側に遠心力によって張り付いた状態となり、水受け槽１内の水は、中心部の水位が低下すると同時に洗濯兼脱水槽３の外側の水位が上昇し、水受け槽１の上部から再び洗濯兼脱水槽３内に落ちるという循環経路で水流を発生させる。
【００３０】
この水流により、洗濯物に洗浄液を通過させ、洗濯物を洗浄する。この洗浄方式を本発明では通過洗浄と呼ぶものとする。ここで、洗濯物を通過する洗浄液は、特に遠心力により洗濯兼脱水槽３の外側に向いた力が強力に作用することから、通過洗浄の効果が非常に大きく、その効果は洗濯兼脱水槽３の回転速度が大きいほど大となり、洗濯兼脱水槽３の周囲の穴の数が多いほど大となる。
【００３１】
なお、通過洗浄を行う場合は、洗浄液とこの洗浄液を含んだ洗濯物を洗濯兼脱水槽３に入れた状態で、洗濯兼脱水槽３を回転駆動することから、６０ｋｇ・ｃｍ程度の高トルクが必要となるが、本実施例においては、前述したように、従来のコンデンサランの誘導電動機に比べ、低速時に出力トルクが大となる、回転子に永久磁石を備えた電動機７をインバータ１４にて駆動する直流ブラシレスモータ方式を採用しており、通過洗浄を実現可能なものにしている。
【００３２】
本実施例においては、通過洗浄を行った後、撹拌翼２による洗浄を行う。この洗浄においては、クラッチ機構により洗濯兼脱水槽３と電動機７の出力軸２８を切り離すとともに、減速機構６と電動機７の出力軸２８を接続し、電動機７の回転数を１／６に減速して撹拌翼２を回転駆動する。このとき、制御装置１０は電動機７が正転、反転を繰り返すように電動機７を制御するが、電動機７の回転数制御としては、目標回転数の設定を通過洗浄時の１５０ｒｐｍから変更するだけで、通過洗浄時と同様に制御を行うことができる。
【００３３】
撹拌翼２による洗浄が終了すると、排水弁９を開き、水受け槽１内の洗浄液を排水する。その後、通過洗浄時と同様にクラッチ機構により、電動機７の出力軸２８と洗濯兼脱水槽３を直結させ、洗濯兼脱水槽３を電動機７により通過洗浄時よりも高い回転数で回転駆動することにより、洗濯物に含まれた洗浄液を脱水する。
【００３４】
つぎに、すすぎが行われるが、ここでは撹拌翼２による洗浄と同様の動作により、撹拌翼２を減速機構６を介して電動機７により回転駆動する。
【００３５】
最後の脱水行程では、排水弁９を開いて、水受け槽１内の洗浄液を排水し、通過洗浄と同様に、クラッチ機構により洗濯兼脱水槽３と電動機７を直結させ、洗濯兼脱水槽３を電動機７により９００ｒｐｍで回転駆動し、この洗濯兼脱水槽３の回転数による遠心力で洗濯物の脱水を行う。なお、本実施例においては、脱水時と通過洗浄時の電動機７の回転数制御方法は同じである。
【００３６】
図１は、本実施例における電動機７および制御装置１０の回路図を示している。本実施例においては、整流平滑回路１２は、ダイオードブリッジ２９と、その交流電源１１側に接続した力率改善および雑音防止を兼ねたコイル３０、電解コンデンサを２個用いて構成した平滑コンデンサ３１、３２により構成され、交流電源１１の倍の電圧で平滑するものである。したがって、実効電圧１００Ｖの交流電源１１が入力された場合は、直流２８８Ｖの直流電源を構成するものとなる。
【００３７】
したがって、整流平滑回路１２により交流電源１１を整流平滑し直流電源にして使用することにより、地域によって電源周波数が異なるような場合にあっても、常に一定の性能が確保できる電気洗濯機を構成できるサイクルフリーという効果を得ることができる。
【００３８】
インバータ１４は、電動機７の３相巻線３３に対応した３個の高電位側スイッチング素子（スイッチング素子）３４、３５、３６と３個の低電位側スイッチング素子（スイッチング素子）３７、３８、３９を備え、高電位側スイッチング素子３４、３５、３６各々のゲートとエミッタ端子間に高電位側駆動回路４０、４１、４２を接続し、低電位側スイッチング素子３７、３８、３９の各々のゲートに低電位側駆動回路４３、４４、４５を接続している。
【００３９】
ここで、インバータ１４および高電位側駆動回路４０、４１、４２、低電位側駆動回路４３、４４、４５は一つの部品にパッケージされた、ＩＰＭ（インテグレーテッド・パワー・モジュール）構成にしているので、回路実装において、制御装置１０を小さくすることが可能となる。
【００４０】
高電位側駆動回路４０、４２、４３は、３相の各々について、低電位側スイッチング素子３７、３８、３９がオン状態にある期間に、例えばスイッチング電源などで構成された第２の直流電源４６より、ダイオード４７、４８、４９と充電抵抗５０、５１、５２を介して電解コンデンサをブートストラップコンデンサ５３、５４、５５として充電し、これを各相の高電位側駆動回路４０、４１、４２の電源として使用する構成をとっている。
【００４１】
ただし、このような部品で構成することに限定するものではなく、例えばＩＧＢＴが６個入ったモジュールを使用してもよく、またディスクリートのＩＧＢＴ素子を６個用いて構成したものとしてもよく、またＩＧＢＴ以外のパワー素子、例えばパワーＭＯＳ形ＦＥＴ、ＮＰＮ形のバイポーラ式トランジスタなどを用いてもよい。
【００４２】
なお、本実施例では、ＩＧＢＴを用いていることから、いわゆるＭＯＳゲートの駆動に必要な電力が小となり、よってブートストラップコンデンサ５３、５４、５５の静電容量が小であっても、十分なスイッチング素子駆動が可能となっている。
【００４３】
電流検知手段５６は、インバータ１４の入力電流を検知するもので、導通比設定手段５７は、電流検知手段５６の出力値Ｖｉｎと設定電流値Ｖｓを比較し、ＰＷＭ出力手段５８は、導通比設定手段５７の出力値デューティに応じて１５．５ｋＨｚのＰＷＭ信号を出力する。制御手段１５は、ホールＩＣ２０、２１、２２の出力信号の組み合わせと電動機の回転方向によりスイッチング素子のオン・オフを設定し、高電位側駆動回路４０、４１、４２および低電位側駆動回路４３、４４、４５にオン・オフ信号を出力する。
【００４４】
なお、導通比設定手段５７、ＰＷＭ出力手段５８、制御手段１５はマイクロコンピュータ５９内で構成されている。本実施例においては、マイクロコンピュータ５９は、８ビット並列処理ができるものを使用し、かつ内部のＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）には、制御手段１５の他にも、本実施例の電気洗濯機として動作するのに必要な通過洗浄、撹拌翼２による洗浄、すすぎ、脱水のシーケンスが、全てプログラムされている。
【００４５】
本実施例においては、図１に示したマイクロコンピュータ５９には、交流電源１１の零電圧付近の位相でハイ信号を出力する零電圧検知回路６０を接続し、マイクロコンピュータ５９が電流検知手段５６の出力値を読み取るタイミングを設定している。なお、本実施例においては、ノイズ対策として、電流検知手段５６の出力値の何回かの平均値を電流検知手段５６の出力値として確定しているが、別に１回の読み取りで確定しても構わない。
【００４６】
ＰＷＭ出力手段５８は、１５．５ｋＨｚでハイ、ローの論理を交互に出力するとともに、そのハイの期間の比率、すなわちパルス幅を加減するものとなっており、例えば、マイクロコンピュータ５９内部のカウンタ６１とマグニチュードコンパレータ６２により、導通比設定値に応じて、ＰＷＭ信号が出力される構成となっている。すなわち、導通比設定手段５７の出力値とカウンタ６１の出力値をマグニチュードコンパレータ６２により比較することで、出力値に応じたパルス幅となるＰＷＭ信号が出力される構成となっている。
【００４７】
ＡＮＤ回路６３、６４、６５は、ＣＭＯＳロジックＩＣで構成し、ＰＷＭ信号を入力するとともに、制御手段１５の出力値を入力し、この出力値とＰＷＭ信号との論理積を高電位側駆動回路４０、４１、４２に出力し、これによって高電位側スイッチング素子３４、３５、３６を導通比設定手段５７の出力値に応じた導通比でオンオフすることで、等価的に電動機７に印加する第１の直流電源１３を低減させた状態と、ほぼ同様の運転ができる。
【００４８】
電流検知手段５６は、本実施例においては、インバータ１４の入力電流のピーク値を検知するもので、整流平滑回路１２とインバータ１４間に接続したシャント抵抗２５とシャント抵抗２５の両端電圧値を増幅する増幅回路６６と増幅回路６７の出力電圧のピーク値をホールドするピークホールド回路６８により構成し、この出力電圧値をマイクロコンピュータ５９のＡＤ入力端子で検知している。
【００４９】
本実施例において、インバータ入力電流を検知するということは、図５の電機子巻線２３、２４、２５とインバータ入力電流の関係を見てもわかるように、３相巻線３３のすべての相電流を検知することになり、たとえば、電流センサを用いて相電流を検知するよりも簡単な構成で確実に３相巻線３３に流れる電流を検知することが可能となる。したがって、インバータ入力電流のピーク値を検知するということは、すなわち３相巻線３３の電流のピーク値を検知することになる。
【００５０】
直流ブラシレスモータでは、３相巻線３３の電流のピーク値は出力トルクとほぼ比例関係となるので、電動機７の出力トルクを検知することが可能となる。したがって、インバータ入力電流のピーク値を一定値に制御することで、電動機７のトルクを制御でき、脱水時や通過洗浄時に、電動機７の出力軸２８に過大なトルクがかかることを防止し、出力軸２８の破損を防止するとともに、洗濯時に撹拌翼２を駆動する場合においても、減速機構６を構成する遊星ギア、クラッチに過大なトルクがかかるのを防止することができる。
【００５１】
直流ブラシレスモータにおいては、３相巻線電流が所定値を越えると、回転子を構成する永久磁石が減磁する現象が生じるが、インバータ入力電流を検知することは３相巻線電流を検知することであるので、所定値を検知することが可能となり、電動機７の減磁を防止し、減磁により性能低下することも防止できる。
【００５２】
本実施例では、シャント抵抗６６として、インダクタンスのある巻線型抵抗ではなく、無誘導抵抗を用いることにより、ＰＷＭ信号に同期してオンオフするインバータ入力電流を確実に検知できる。また、ＰＷＭ信号によりインバータ１４を構成するスイッチング素子がオンしたときに流れる瞬時電流についても検知することが可能となり、電動機７のトルク制御だけでなく、スイッチング素子の過電流検知も行うことが可能となる。ただし、巻線型抵抗を使用した場合でも、ローパスフィルタを設けることにより、多少応答性は悪くなるものの、インバータ入力電流を検知できる。
【００５３】
本実施例においては、シャント抵抗６６を小さい値に設定しており、マイクロコンピュータ５９でその両端電圧を検知するには精度を要することから、増幅回路６７を設けている。増幅回路６７は１５．５ｋＨｚの電圧波形を増幅するという目的で、図６に示すように、ＮＰＮトランジスタとＰＮＰのトランジスタを１個ずつ使用した構成とするが、特にトランジスタを使う方式ではなく、たとえば、図７に示すように、オペアンプによる反転増幅器の構成を用いてもよい。ただし、オペアンプの場合、１５．５ｋＨｚの波形を増幅するにはスリューレートの高いものを使用する必要があり、高コストになることが多く、そのため、平均値を検知することが多い。
【００５４】
なお、本実施例においては、増幅回路６７を用いたが、マイクロコンピュータの検知精度が高いものであれば、特に増幅回路６７を設けずに、直接ピークホールドしてもよい。また、ピークホールド回路６８を図６、図７に示すように、エミッタフォロワにて構成しているが、特にトランジスタを使用せずにダイオードを使用してもよい。
【００５５】
また、本実施例においてはインバータ入力電流のピーク値を検知し、ピーク値が一定になるように制御しているが、これはピーク値に限定するものではなく、実効値や平均値を検知する方法にしても構わない。この場合、インバータ入力電流の実効値は直流ブラシレスモータにおいては、その出力トルクと比例関係になっており、この値を一定値に制限することで、トルクを制限でき、ピーク値と同様に、回転子１７に接続した出力軸２８や減速機構６を構成する遊星ギア、クラッチなどに過度の負担をかけるのを防止することができる。
【００５６】
インバータ入力電流の平均値を検知する場合においては、一般的に整流平滑回路１２への入力電流値を検知することと等価になり、コイル３０に流れる電流を抑えることが可能となり、高調波を抑制することも可能となるが、電動機７のトルクと比例関係は成立しない。したがって、トルク制限を行う場合は、電動機７の回転数などで設定電流値の補正を行う方式などが考えられる。
【００５７】
なお、本実施例においては、インバータ入力電流を検知しているが、これに限定するわけではなく電流センサを用いて、３相巻線の電流を検知する方法を用いてもよい。
【００５８】
導通比設定手段５７は、マイクロコンピュータ５９が読み込んだ電流検知手段５６の出力値Ｖｉｎと予めＲＯＭに記憶された電圧値に変換された設定電流値Ｖｓを比較し、その大小によりＰＷＭ出力手段５８への出力値を制御する。なお、設定電流値Ｖｓは一つに限定する必要はなく、必要であるならば、洗浄、すすぎ、脱水など各行程で設定してもかまわない。
【００５９】
導通比設定手段５７は、図８に示すように構成しており、電流偏差演算部６９は、設定電流値Ｖｓと電流検知手段５６の出力値Ｖｉｎの偏差ＨｉをＨｉ＝Ｖｓ−Ｖｉｎとして演算し、その結果を導通比変化量演算部７０に出力する。導通比変化量演算部７０はこの結果に応じた導通比設定値の変化量Δｄｕｔｙを予め記憶された変換表により設定し、この変化量を導通比演算部７１に出力する。導通比演算部７１は、
ｄｕｔｙ＝ｄｕｔｙ＋Δｄｕｔｙを計算する。つまり前回の導通比設定値にΔｄｕｔｙを加算し、新しい導通比設定値ｄｕｔｙにして、ＰＷＭ出力手段５８へ出力する。
【００６０】
なお、電流偏差を導通比変化量に変換するのに変換表を用いる方法に限定するものではなく、たとえば、電流偏差にある所定値を掛け算して導通比変化量を導出しても構わない。
【００６１】
また、導通比設定手段５７についても、図９に示すように、電流検知手段５６の今回の出力値Ｖｉｎ（ｎ）と前回の出力値Ｖｉｎ（ｎ−１）の差、すなわちＶｉｎの変化量を電流変化量演算部７２にて演算し、導通比変化量演算部７３において、この変化量に応じた導通比設定値の変化量を設定し、また電流偏差演算部６９において設定値Ｖｓと今回の出力値Ｖｉｎ（ｎ）の差（偏差）を演算し、導通比変化量演算部７０において、この偏差に応じた導通比設定値の変化量を設定し、導通比演算部７４において、この２つの変化量を前回の導通比設定値に加算したものを新しい導通比設定値の変化量として設定するようにしてもよい。
【００６２】
また、それ以外にも、図１０に示すように、電流偏差演算部６９が出力する電流偏差Ｈｉをランク分けする電流偏差ランク設定部７５と電流変化量演算部７２が出力する電流変化量Ｄｉをランク分けする電流変化量ランク設定部７６を設け、この２つのランクを導通比変化量演算部７７に予め記憶してあるデータテーブルにより導通比設定値の変化量を設定し、導通比演算部７１にて前回の導通比設定値にこの変化量を加算し、新しい導通比設定値としてＰＷＭ出力手段５８に出力するようにしてもよい。
【００６３】
図５は、電動機７を運転するときの、各部の電圧、電流波形を示しており、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ位置検知手段を構成するホールＩＣ２０、２１、２２からの出力電圧波形を示している。本実施例では、ホールＩＣ２０、２２については、回転子１７が有する永久磁石の対向する表面がＳ極である場合にはハイ出力を、Ｎ極である場合にはロー出力をするように構成している。また、ホールＩＣ２１については、対向する永久磁石の表面がＮ極である場合にはハイ出力を、Ｓ極である場合にはロー出力をするように構成している。
【００６４】
（ｄ）〜（ｉ）は、制御手段１５からの出力電圧波形Ｖ１〜Ｖ６を示している。（ｊ）〜（ｌ）は、電機子巻線２３、２４、２５に流れる３相電流を示している。ここでは、高電位側スイッチング素子がオンしているときに、電機子巻線２３、２４、２５に正方向に電流が流れるようにしている。（ｍ）はシャント抵抗６６に流れるインバータ入力電流を示している。なお、このときの波形は導通比が１００％のときのものを示している。
【００６５】
以上のように、図５において、ホールＩＣ２０、２１、２２の出力信号の論理の組み合わせは、電気角で６０度回転するたびに、１ビットずつ変化し、これを制御手段１５に入力し、正方向に電動機７を回転駆動するという条件のもとに、制御手段１５が処理し、Ｖ１〜Ｖ６を出力する。この出力に対応してインバータ１４を構成するスイッチング素子をオンオフし、電機子巻線２３、２４、２５の３つの入力端子の内の２つの端子間に第１の直流電源１３の電圧を印加し、この電圧と電動機７の回転による誘導起電力の差分の電圧により（ｊ）〜（ｌ）のように電機子巻線２３、２４、２５に電流を流す。
【００６６】
以上のように、本実施例においては、等価的に第１の直流電源１３の電圧値に、ＰＷＭ信号のハイの期間の比率（導通比）を乗じた値が印加されたものとして、３相巻線３３に電流が供給され、この電流と電動機７の永久磁石の間にフレミング左手の法則に従った作用、反作用の力が発生し、これにより、回転子１７と固定子１６間にトルクを発生し、回転の動力を機械的な負荷に供給することができる。
【００６７】
なお、本実施例においては、ホールＩＣ２０、２１、２２を用いた位置検知手段により回転子１７が備えた永久磁石に同期した制御をおこなっているが、特にホールＩＣにより位置検知を行うものに限定するものではなく、たとえば、電機子巻線２３、２４、２５に発生する誘導起電力を検出し、その出力にローパスフィルタを介し、その出力の零点を検知することにより、ホールＩＣを用いた位置検知手段と同様の位置検知を行うものを使用してもよいし、また、フォトインタラプタを用いて光学的に位置検知をするなどの方法を行ってもよい。
【００６８】
図１１は、脱水制御のフローチャートを示している。ここで、図１１においては、脱水制御について説明するが、前述したように電動機７の回転制御は通過洗浄、撹拌翼２による洗浄、すすぎ、脱水のいずれにおいても同様のものである。ただし、電動機７の最終目標回転数は、通過洗浄、撹拌翼２による洗浄、すすぎ、脱水では異なる。
【００６９】
図１１の脱水制御においては、図５に示した信号により、インバータ１４を駆動し、電動機７を回転駆動し、電動機７の出力軸２８より洗濯兼脱水槽３を回転駆動し、脱水動作を行う。
【００７０】
マイクロコンピュータ５９のシーケンス制御により脱水制御を選択すると、ステップ９１において脱水制御を開始する。電動機７の起動時には、マイクロコンピュータ５９に予め記憶したステップ９２の初期充電モードにおいて、高電位側駆動回路４０、４１、４２の電源を構成するブートストラップコンデンサ５３、５４、５５に充電する。ここで、初期充電モード９２について説明する。
【００７１】
本実施例においては、高電位側駆動回路４０、４１、４２の電源をブートストラップコンデンサ５３、５４、５５にて確保するブートストラップ方式を採用しており、このブートストラップコンデンサ５３、５４、５５に電源電圧を充電する期間を設けている。
【００７２】
図１２に示すように、高電位側スイッチング素子３４、３５、３６をオフ状態に保ったままで、低電位側スイッチング素子３７、３８、３９を同じタイミングで間欠的にオンオフし、ブートストラップコンデンサ５３、５４、５５を第２の直流電源４６からダイオード４７、４８、４９および充電抵抗５０、５１、５２を介して充電する。
【００７３】
つぎに、初期充電モード９２からソフトスタート制御９４へ移行する際に、ステップ９３として、高電位側スイッチング素子３４、３５、３６と低電位側スイッチング素子３７、３８、３９を所定時間、すべてオフする。
【００７４】
その後、ＰＷＭ出力手段５８のパルス幅を所定値まで絞り、起動後に徐々に増加させていくソフトスタート制御９４で電動機７の回転数を徐々に上昇させていく。
【００７５】
ソフトスタート制御９４について説明すると、ステップ９５において導通比設定値ｄｕｔｙをｄ１に設定する。それと同時にステップ９６としてマイクロコンピュータ５９内に構成されたタイマを起動させ、所定時間ｔ経過後に、ステップ９７としてｄｕｔｙ＝ｄｕｔｙ＋ｄ２の計算を行う。ステップ９８では、この計算結果がｄ３かどうかを判定し、そうである場合は、ソフトスタート制御９４を終了し、つぎのステップとして電流制御９９に移動する。そうでない場合は、再び所定時間ｔ経過後にｄ２を加算し、再びｄ３であるかを判定する。
【００７６】
電流制御９９に移動すると、まずステップ１００として、設定電流値Ｖｓが設定される。ここで、Ｖｓは予めマイクロコンピュータ５９に記憶されているものである。つぎに、ステップ１１１で電流検知手段５６の出力値Ｖｉｎを入力する。本実施例においては、特に示してはいないが、零電圧検知回路６０のハイ出力ごとに電流検知手段５６の出力値を検知し、４回の平均値をＶｉｎと判定する。また、Ｖｉｎの書き換えのタイミングはホールＩＣ２２の出力に同期させている。
【００７７】
ステップ１１２では、電流偏差ＨｉをＨｉ＝Ｖｓ−Ｖｉｎで計算し、ステップ１１３でＨｉに対する導通比変化量Δｄｕｔｙを求める。このΔｄｕｔｙにより、ステップ１１４で導通比設定値ｄｕｔｙをｄｕｔｙ＝ｄｕｔｙ＋Δｄｕｔｙとして計算する。したがって、導通比変化量Δｄｕｔｙを前回の導通比設定値ｄｕｔｙに加算し、新しい導通比設定値ｄｕｔｙにし、ステップ１１５でＰＷＭ出力手段５８に出力する。
【００７８】
ステップ１１５にて、導通比設定値ｄｕｔｙをＰＷＭ出力手段５８に出力すると、この設定値に応じたパルス幅でＰＷＭ信号を出力し、ＡＮＤ回路６３、６４、６５を介して高電位側駆動回路４０、４１、４２をＰＷＭ信号に同期させてオンオフ制御する。なお、特に図示していないが、電流制御９９はマイクロコンピュータ５９に記憶された脱水時間が経過し、脱水制御終了の判定がなされるまで続ける。
【００７９】
前述したように、インバータ入力電流のピーク値を電流検知手段５６にて検知し、電流検知手段５６の出力値をマイクロコンピュータ５９が検知するタイミングを零電圧検知回路６０の出力タイミングと同期させており、このタイミングは必ずしも直流ブラシレスモータにおいては、インバータ入力電流のピークのタイミングとは一致しない。しかしながら、シャント抵抗６６の出力値を増幅回路６７にて増幅後、ピークホールド回路６８を接続することにより、インバータ入力電流のピークタイミングに一致しなくても確実にインバータピーク電流値を検知することができる。
【００８０】
ただし、マイクロコンピュータ５９の性能によっては、電流検知のタイミングを位置検知手段の出力タイミングに同期させることで、ピークホールド回路６８を設けなくても、インバータピーク電流を検知することができる。
【００８１】
以上のように、本実施例においては、脱水あるいは通過洗浄の起動時においては、特に洗濯兼脱水槽３に水を含んだ布が入っていることから、慣性モーメントが約０．８ｋｇ平方メートルという大きな値となるが、負荷の慣性モーメントは、布の量や質などによって変化する。また、脱水回転の遠心力により布から洗浄液がぬける際に、洗浄液が洗濯兼脱水槽３の回転により泡を発生したり、洗剤の入れ過ぎなどにより、洗濯時に泡が発生した場合には、泡の摩擦力により洗濯兼脱水槽３の回転に必要なトルクが大となり、モータ電流が大となる状態が発生する。
【００８２】
したがって、いかなる場合でもインバータ入力電流のピーク値がほぼ一定となるように制御することにより、電動機７の出力軸２８にかかるトルクを制限し、各スイッチング素子の過電流を防止し、かつ電動機７が有する永久磁石の減磁を防止しながら脱水制御を行うことが可能となる。
【００８３】
それ以外にも、制御装置１０の入力電力の上限も制限される効果が発生し、整流平滑回路１２の構成素子の電流定格や、放熱部品についても削減可能となり、低コスト化が可能となる。また商用電源系統への負担も軽減することができる。
【００８４】
図１１においては、脱水制御について述べたが、通過洗浄、撹拌翼２による洗浄およびすすぎの制御においても、脱水制御と同様に制御を行うことにより、電動機７のトルクを制限できるので、脱水制御と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、本実施例では、ソフトスタート制御９４を行うことにより、電動機７の起動時に電流制御９９により生じるインバータ入力電流の設定値に対するオーバーを低く抑えることが可能となり、インバータ入力電流の過大なオーバーシュートにより、電動機７の出力軸２８に過大なトルクがかかるのを防ぐとともに、各スイッチング素子の過電流を抑え、かつ電動機７が有する永久磁石の減磁を防止し、また整流平滑回路１２の各構成素子への電気的な負担についても過大とならないように制限することができ、信頼性の高い装置を実現している。
【００８６】
また、電流検知手段５６とは別に、減磁電流検知手段、過電流検知手段を独立に設け、電動機７および制御装置１０、減速機構６などの安全性を確保する場合もある。この場合、減磁電流検知手段は、たとえば、コンパレータで構成し、電動機７が有する永久磁石が減磁する電流よりも低い値を設定値とし、設定値を越えた場合はコンパレータをロー出力とすることで、高電位側駆動回路３４、３５、３６および低電位側駆動回路３７、３８、３９へのマイクロコンピュータ５９からの信号をすべてオフにし、瞬時にインバータ１４の動作を停止する。
【００８７】
なお、このときの電流検知はシャント抵抗６６で行って構わない。また、過電流検知手段は、たとえば減磁電流検知手段と同様にコンパレータで構成し、判定を行う設定値として、インバータ１４を構成するスイッチング素子が破壊される電流値よりも低い値を設定し、設定値以上の電流が流れると、コンパレータがローを出力し、高電位側駆動回路３４、３５、３６および低電位側駆動回路３７、３８、３９へのマイクロコンピュータ５９からの信号をすべてオフにし、瞬時にインバータ１４の動作を停止する。
【００８８】
ここで、過電流検知手段の電流設定値は、減磁電流検知手段の電流設定値よりも大とし、減磁電流検知手段の電流設定値はマイクロコンピュータ５９が予め記憶している導通比設定手段５７に入力する設定電流値よりも大とする。こうすることにより、電動機７の減磁保護については、減磁電流検知手段が故障しても、電流検知手段５６があることにより、二重の保護が可能となり、また、過電流保護についても、電流検知手段５６、減磁電流検知手段、過電流検知手段により、三重の保護になるので、ほぼ確実に電動機７およびインバータ１４を保護することができる。
【００８９】
（実施例２）
図１３に示すように、回転数設定手段７８は、電流検知手段５６の出力値と設定値により電動機７の目標回転数を設定するものである。回転数検知手段７９は、ホールＩＣ２２の出力信号の周期を演算して電動機７の回転数を検知し、この結果を導通比設定手段８０に出力する。ここで、回転数設定手段７８、回転数検知手段７９は、ともにマイクロコンピュータ８１のソフトウェアにて構成される。他の構成は上記実施例１と同じである。
【００９０】
本実施例においては、回転数検知の確定はホールＩＣ２２のパルス数により判定する。従って、電動機７の回転数により回転数検知の周期は変動するものになるが、回転数の範囲により、確定に必要なホールＩＣ２２のパルス数を調整することにより、その変動を少なくしている。本実施例では、特に脱水制御において、回転数検知の範囲をａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの５つに分類し、範囲ａでは回転数検知を行わず、範囲ｂではホールＩＣ２２の出力信号１周期にて回転数検知を確定し、範囲ｃでは出力信号２周期にて確定し、範囲ｄでは出力信号４周期にて確定し、範囲ｅでは出力信号８周期にて確定するようにマイクロコンピュータ８１のソフトウェアにて設定している。
【００９１】
図１３は回転数設定手段７８および導通比設定手段８０の構成を示しており、回転数設定手段７８は、電流検知手段５６の出力値と予めＲＯＭに記憶された設定電流値Ｖｓに応じて、電動機７の目標回転数を設定する。
【００９２】
なお、本実施例においては、図１４の構成にて動作の説明を行うものであるが、この構成に限定するものではなく、図８のように偏差演算部のみで構成したり、また、図９のようにランク設定部を設けず、演算のみで目標回転数を設定する構成にしてもよい。
【００９３】
図１４において、電流偏差演算部６９は電流検知手段５６の現在の出力値Ｖｉｎ（ｎ）と予め記憶された設定電流値Ｖｓの偏差Ｈｉ＝Ｖｓ−Ｖｉｎを演算し、その結果を電流偏差ランク設定部７５に出力する。また、電流変化量演算部７２は電流検知手段５６の現在の出力値Ｖｉｎ（ｎ）と前回値Ｖｉｎ（ｎ−１）の差、即ちＶｉｎの変化量Ｄｉを演算し、その結果を電流変化量ランク設定部７６に出力する。
【００９４】
電流偏差ランク設定部７５、電流変化量ランク設定部７６は各々の入力値に対し予め記憶された電流偏差ランク、電流変化量ランクを設定し、回転数変化量演算部８２に出力する。回転数変化量演算部８２は予め設定されたデータテーブルに基づいて、目標回転数の変化量ΔＮｓを設定し、回転数演算部８３に出力する。回転数演算部８３は前回の目標回転数ＮｓにΔＮｓを加算し、その結果を新しい目標回転数Ｎｓとして導通比設定手段８０に出力する。
【００９５】
導通比設定手段８０は、図１４に示すように構成され、回転数偏差演算部８４は回転数設定手段７８が出力した目標回転数Ｎｓと回転数検知手段７９の現在の出力値Ｎｉｎ（ｎ）の偏差Ｈｎ＝Ｎｓ−Ｎｉｎ（ｎ）を演算し、回転数偏差ランク設定部８５にその結果を出力する。回転数変化量演算部８６は回転数検知手段７９の現在の出力値Ｎｉｎ（ｎ）と前回出力値Ｎｉｎ（ｎ−１）の差、すなわち回転数の変化量Ｄｎを演算し、その結果を回転数変化量ランク設定部８７に出力する。
【００９６】
回転数偏差ランク設定部８５、回転数変化量ランク設定部８７は予め記憶された回転数偏差Ｈｎ、回転数変化量Ｄｎに対応する回転数偏差ランク、回転数変化量ランクを設定し、導通比変化量演算部７７に出力する。導通比変化量演算部７７には予めデータテーブルが記憶されており、入力された回転数偏差ランク、回転数変化量ランクに基づいて、導通比設定値の変化量Δｄｕｔｙを設定し、導通比演算部７１に出力する。
【００９７】
導通比演算部７１はこの変化量Δｄｕｔｙを前回の導通比設定値に加算し、その結果を新たな導通比設定値ｄｕｔｙとしてＰＷＭ出力手段３０に出力する。
【００９８】
図１５は、本実施例における脱水制御のフローチャートを示したものである。ここで、図１５においては脱水制御について説明するが、前述したように電動機７の回転制御は通過洗浄、撹拌翼２による洗浄、すすぎ、脱水のいずれにおいても同様のものである。但し、電動機７の最終目標回転数は、通過洗浄、撹拌翼２による洗浄、すすぎ、脱水では異なる。
【００９９】
図１５において、ステップ１３２としてマイクロコンピュータ８１により脱水制御開始が選択されると、ステップ９２の初期充電モードにおいて、ブートストラップコンデンサ５３、５４、５５を充電し、ステップ９３としてインバータ１４を構成する全スイッチング素子を所定時間オフにした後、ソフトスタートサブルーチン１３３を行う。
【０１００】
ここで、ソフトスタートサブルーチン１３３を説明する。図１６は本発明の一実施例であるソフトスタートサブルーチンを示している。図１６においてソフトスタートサブルーチン１３３になると、ステップ１５２としてソフトスタートサブルーチンを開始し、ステップ１５３にて導通比設定手段８０からの出力を禁止し、導通比設定値をｄ１に設定し、ステップ１５４で導通比設定値ｄ１をＰＷＭ出力手段５８に出力する。
【０１０１】
ＰＷＭ出力手段５８がこの出力値に対応したＰＷＭ信号を出力し、インバータ１４を駆動すると、電動機７は回転を開始する。その後、ステップ１５５にてホールＩＣ２２のパルスが所定数入力されたかを判定する。そうでない場合は、ステップ１５６としてタイマにて所定時間ｔ経過を確認し、ステップ１５７として前回の導通比設定値に所定導通比変化量ｄ２を加算し、新たな導通比設定値に設定する。
【０１０２】
このとき、ステップ１５８として導通比設定値が所定値ｄ３を越えているかを判定し、そうでない場合は、ステップ１５４に戻り、導通比設定値ｄｕｔｙをそのまま出力し、そうである場合は、ステップ１５９にて導通比設定値をｄ３に設定し、ステップ１５４戻ってこの値をＰＷＭ出力手段５８に出力する。
【０１０３】
なお、ステップ１５５にてホールＩＣ２２のパルス数が所定数入力されたと判定した場合は、ステップ１６０にてソフトスタートサブルーチンを終了し、つぎのステップへ移行する。
【０１０４】
ソフトスタートサブルーチン１３３が終了すると、ステップ１３４にて回転数検知手段７９により電動機７の回転数検知を開始する。次にステップ１３５として、導通比設定手段８０からの出力の禁止を解除し、回転数設定手段７８の出力する目標回転数の初期値にＮｓｍｉｎを入力する。ステップ１３５においては、回転数設定手段７８を動作させるために予めマイクロコンピュータ内に記憶しておいた設定電流値Ｖｓを設定する。
【０１０５】
つぎに、ステップ１３７にて回転数検知手段７９が電動機７の回転数を確定し、出力した検知回転数Ｎｉｎ（ｎ）を入力する。すると、電流検知手段５６の出力値Ｖｉｎ（ｎ）の入力タイミングも、回転数検知手段７９の出力値Ｎｉｎ（ｎ）の入力タイミングに同期させているので、ステップ１３９にてＶｉｎ（ｎ）を入力し、電流制御１３８を開始する。
【０１０６】
ステップ１３９にて電流検知手段５６の出力値Ｖｉｎ（ｎ）を入力すると、ステップ１４０において電流偏差Ｈｉ＝Ｖｓ−Ｖｉｎ（ｎ）を計算し、その結果より電流偏差ランク設定部７５にて偏差ランクを設定する。ステップ１４１においては電流変化量Ｄｉ＝Ｖｉｎ（ｎ）−Ｖｉｎ（ｎ−１）を計算し、この結果より電流変化量ランク設定部７６にて変化量ランクを設定する。
【０１０７】
なお、Ｖｉｎ（ｎ−１）はソフトスタートサブルーチン１３３から移行した直後は、まだ電流検知が行われていないので０が入力されている。ステップ１４２においては、偏差ランク、変化量ランクに対応した目標回転数の変化量ΔＮｓをデータテーブルを用いて設定する。ステップ１４２にて目標回転数の変化量ΔＮｓが設定されると、ステップ１４３において、前回の目標回転数にΔＮｓを加算し、新しい目標回転数Ｎｓとして、導通比設定手段８０に出力する。
【０１０８】
したがって、起動直後はＮｓ＝Ｎｓｍｉｎ＋ΔＮｓが目標回転数として設定されることになる。その後、ステップ１４４にて現在の出力値Ｖｉｎ（ｎ）を前回出力値Ｖｉｎ（ｎ−１）として記憶しておくところで、電流制御１３８は一旦終了する。電流制御１３８が終了すると、ステップ１４５で回転数設定手段７８が出力した目標回転数Ｎｓを確認し、ホールＩＣ２２の出力パルス何回で回転数検知を確定するかを判定し、速度制御１１１に移動する。
【０１０９】
速度制御１１１においては、まずステップ１４６で目標回転数Ｎｓと回転数検知手段７９の出力値Ｎｉｎ（ｎ）の偏差Ｈｎを計算し、この結果に対応した回転数偏差ランクを設定する。つづいて、ステップ１４７で回転数の変化量Ｄｎを回転数検知手段７９が出力した現在の回転数Ｎｉｎ（ｎ）から前回出力した回転数Ｎｉｎ（ｎ−１）を引き算して求め、この結果に対応した回転数変化量ランクを設定する。
【０１１０】
ステップ１４８では、この回転数偏差ランク、回転数変化量ランクに対する導通比変化量Δｄｕｔｙを予めマイクロコンピュータ８１に記憶されたデータテーブルで設定し、ステップ１４９で前回の導通比設定値にこのΔｄｕｔｙを加算し、新しい導通比設定値ｄｕｔｙとして、ステップ１５０でＰＷＭ出力手段５８に出力する。
【０１１１】
ステップ１５０にて、導通比設定値をＰＷＭ出力手段５８に出力すると、この値に応じたパルス幅でＰＷＭ信号を出力し、ＡＮＤ回路６３、６４、６５を介して高電位側駆動回路４０、４１、４２をＰＷＭ信号に同期させてオンオフ制御する。
【０１１２】
その後、回転数検知手段７９の出力値の前回値Ｎｉｎ（ｎ−１）に今回の出力値Ｎｉｎ（ｎ）を入力し、再び、ステップ１３７で回転数検知手段７９が検知回転数を確定し、Ｎｉｎ（ｎ）を出力したら、電流制御１３８、速度制御１１１を行い、徐々に電動機７の回転数を上昇させていく。
【０１１３】
図１６に示したソフトスタートサブルーチンは、電動機７の起動時に導通比設定手段８０の出力に関わらず、予め設定した所定値ｄ１より徐々に導通比設定値を上げていくものである。
【０１１４】
なお、図１６に示したソフトスタートサブルーチンは、電動機７の起動時に電流制御１３８により、インバータ入力電流が設定電流値Ｖｓになろうとする際に発生する一時的な設定電流値に対するオーバーを抑えることを可能とするので、３相巻線３３に流れる電流が過大になることを抑え、電動機７の出力軸２８にかかるトルクを抑えることができる。したがって、過大なトルクにより、電動機７と洗濯兼脱水槽３を接続する出力軸２８が破損することを防止でき、信頼性の高い電気洗濯機を実現できる。
【０１１５】
また、本実施例のように、回転数検知を位置検知手段を構成するホールＩＣ２２で行う場合には、電動機７の回転数が低い時の回転数検知の確定時間が長くなるという応答性の問題により、低速時に速度制御を行うと導通比設定値が大となり、その結果、３相巻線３３に流れる電流が過大となり、電動機７の出力軸２８にかかるトルクが過大となることがあるが、図１６に示したソフトスタートサブルーチンを行えば、回転数がある程度高くなるまでの間、速度制御を行わず、導通比設定値を低い値に絞っておくので、３相巻線３３に流れる電流は一定値以下に抑えられ、電動機７の出力軸２８に過大なトルクがかかるのを防止することができる。
【０１１６】
図１７は、他の実施例であるソフトスタートサブルーチンである。なお、これ以降の実施例の説明は、回転数検知を行わない範囲をなくし、０〜９００ｒｐｍの範囲で回転数検知を行う条件で行うものとする。
【０１１７】
図１７においては、ステップ１６１で回転数設定手段７８に入力する設定電流値をＶｓよりも低い値Ｖｓ２に設定する。ステップ１６２では、電流検知手段５６の前回の出力値Ｖｉｎ（ｎ−１）に初期値として０を入力し、ステップ１６３で回転数検知手段７９の前回の出力値Ｎｉｎ（ｎ−１）に初期値として０を入力する。その後、ステップ１３４で回転数検知を開始し、ステップ１３５において回転数検知手段７９が電動機７の現在の回転数を確定すると、図１５に示した電流制御１３８を行う。
【０１１８】
電流制御１３８において、設定した目標回転数がＮｓｍｉｎを越えているかをステップ１６４にて判定し、Ｎｓｍｉｎ以下の場合は、図１５に示した速度制御１１１を行う。また、Ｎｓｍｉｎを越えている場合は、ステップ１６０にてソフトスタートサブルーチンを終了し、次のステップへ移行する。
【０１１９】
したがって、図１７に示したソフトスタートサブルーチンは、電動機７の起動時において設定電流値を小にした状態で電流制御を行うことにより、設定電流値に対するオーバーシュートが大となった場合でも設定電流値自体が低いので、３相巻線３３に流れる電流は低いものとなり、電動機７の出力軸２８にかかるトルクを低く抑え、出力軸２８の破損を防止するとともに、インバータ１４を構成するスイッチング素子にも過電流が流れることを防止することができる故障の少ない安全な電気洗濯機を実現できる。
【０１２０】
図１８は、本発明の請求項５の発明の一例を示すソフトスタートサブルーチンである。図１８においては、ステップ１７１で導通比設定手段８０に入力される目標回転数Ｎｓの初期値をＮｓ１に設定し、ステップ１６３で回転数検知手段７９の前回の出力値Ｎｉｎ（ｎ−１）に初期値として０ｒｐｍを入力する。その後、ステップ１３４において回転数検知手段７９による回転数検知を開始し、ステップ１３７で回転数検知手段７９が電動機７の回転数を確定したところで、図１５に示した速度制御１１１を行う。
【０１２１】
速度制御１１１の終了後、ステップ１７２で目標回転数ＮｓにΔＮｓ１を加算し、新しい目標回転数にする。ステップ１７３ではＮｓがＮｓｍｉｎであるかを判定し、そうでないならば、再び、回転数検知手段７９の出力後に速度制御１１１を行う。また、Ｎｓ＝Ｎｓｍｉｎである場合は、ステップ１６０にてソフトスタートサブルーチンを終了し、次のステップに移行する。
【０１２２】
したがって、起動時において回転数検知手段７９の出力値に関係なく目標回転数を低い値から徐々に上昇させて速度制御１１１のみを行い、電流制御１３８を行わないことにより、電流制御時の設定電流値に対するオーバーを生じさせないものにする。
【０１２３】
また、速度制御においても目標回転数を低い値に制限するので、回転数検知手段７９の電動機７の起動時における検知速度が遅かったり、検知精度にばらつきがあっても、導通比設定手段８０の出力する導通比設定値は低い値に抑えられるので、三相巻線電流が過大になるのを防止し、電動機７の出力軸２８に過大なトルクがかかることを防止する。従って、故障の少ない安全な電気洗濯機を実現できる。
【０１２４】
以上のように図１５において、ソフトスタートサブルーチン１３３を設けることで、電動機７の起動時に、電流制御１３８による電動機７の出力トルクの一時的なオーバーシュートを抑え、電動機７の出力軸２８にかかるトルクを抑えることができる。
【０１２５】
ただし、回転数設定手段７８および導通比設定手段８０の入力対出力の変換比率を調整すれば、３相巻線３３に流れる電流の起動時におけるオーバーシュートおよび電動機７の回転数の起動時におけるオーバーシュートを低減できるので、ソフトスタートサブルーチン１３３は特に必要なくなる。
【０１２６】
この場合は、起動後すぐに電流制御によりインバータ入力電流が設定電流値で安定するので、脱水制御および通過洗浄時に電動機７の出力軸２８にかかるトルクを抑えながら電動機７の立ち上がりが素早く行われるものとなり、駆動時間を短くし、消費電力の小さくすることもできる。
【０１２７】
（実施例３）
図１９に示すように、リミッタ判定手段８８は、回路設定手段７８の出力側に設けている。ここで、リミッタ判定手段８８はマイクロコンピュータ８９のソフトウェアにて構成されるものである。他の構成は上記実施例２と同じである。
【０１２８】
本実施例においては、脱水時の電動機７の最終目標回転数を脱水性能を満足するものとして９００ｒｐｍに設定している。したがって、９００ｒｐｍ以上で電動機７を回転駆動すればよいのであるが、９００ｒｐｍを大幅に越える場合は洗濯兼脱水槽３の遠心力により電動機７の出力軸２８に大きな力がかかり、場合によっては出力軸２８の破損することも考えられる。
【０１２９】
ここで、リミッタ判定手段８８は回転数設定手段７８の出力する目標回転数が９００ｒｐｍを越えるかどうかを判定し、９００ｒｐｍを越える場合は目標回転数を９００ｒｐｍに設定することで、電動機７の回転数を９００ｒｐｍ以下に抑え、洗濯兼脱水槽３の遠心力により電動機７の出力軸２８にかかる力を抑えることが可能となり、安全な電気洗濯機を実現できる。
【０１３０】
図１９において、リミット判定手段８８の判定条件を９００ｒｐｍという一定値ではなく、電動機７の起動時からの動作時間ｔによって変化させるものとなる。この場合において、電動機７の起動時からの動作時間ｔに対するリミッタ用関数Ｎｓｍａｘ（ｔ）を予めマイクロコンピュータ８９内に設定し、動作時間ｔにおけるリミッタ値Ｎｓｍａｘ（ｔ）とその時の回転数設定手段７８が出力した目標回転数Ｎｓの大小を比較し、目標回転数Ｎｓが大であればＮｓｍａｘ（ｔ）を新たに目標回転数に設定することで、殆ど無負荷の状態で電動機７を駆動しても、インバータ入力電流のピーク値が設定電流値Ｖｓよりも過小であるために目標回転数Ｎｓが大となることを防止する。
【０１３１】
したがって、急加速で立ち上がるのを防止し、急加速による振動を防止するとともに、急加速による遠心力で洗濯物が洗濯兼脱水槽３に押しつけられることによる布傷みなどを防止する安全かつ高性能の電気洗濯機を実現できる。
【０１３２】
本実施例においては、図１７のソフトスタートサブルーチン１３３以外は回転数設定手段７８に入力する設定電流値Ｖｓを変更しないものであるが、特に限定するものではなく、たとえば、本実施例の脱水制御において、電動機７の回転数が大となってきた場合に、設定電流値Ｖｓを低くすることで、加速をゆっくりにし、最終目標回転数９００ｒｐｍに対する実際の回転数の一時的なオーバーシュートの値を小さくすることが可能となる。
【０１３３】
したがって、オーバーシュート時の電動機７の回転数が目標回転数９００ｒｐｍに対し過大になることを防止し、洗濯兼脱水槽３の遠心力により電動機７の出力軸２８にかかる力を抑えることが可能となり、故障の少ない電気洗濯機を実現できる。また、遠心力で洗濯物が洗濯兼脱水槽３に押しつけられることによる布傷みなどを防止することができる。
【０１３４】
なお、上記各実施例において、インバータ１４の高電位側駆動回路４０、４１、４２の電源をブートストラップコンデンサ５３、５４、５５により確保する方式を用いて電流フィードバック制御を用いた脱水制御の一例を示してきたが、インバータ１４の駆動方式は、特にブートストラップコンデンサを用いた方法にする必要はなく、たとえば、ブートストラップコンデンサの代わりに、スイッチング電源などにより高電位側駆動回路４０、４１、４２の電源を個々に設けてもよい。この場合は、脱水制御の起動時を含め、電動機７の起動時に初期充電モードを設ける必要はなくなる。
【０１３５】
以上のように本実施例の電気洗濯機の脱水制御について述べてきたが、実施例１においても述べたように、電動機７の回転制御は通過洗浄、撹拌翼２による洗浄、すすぎ、脱水のいずれにおいても同様のものである。ただし、電動機７の最終目標回転数は、通過洗浄、撹拌翼２による洗浄、すすぎ、脱水では異なる。
【０１３６】
したがって、通過洗浄、撹拌翼２による洗浄およびすすぎの制御においても、脱水制御と同様に制御を行うことにより、電動機７のトルクを制限できるので、脱水制御と同様の効果を有する。
【０１３７】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、インバータと、前記インバータの出力に接続した電動機と、前記インバータを構成するスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段と、前記電動機の電機子巻線に流れる電流に対応した電流を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段の出力値と設定値により前記電動機の目標回転数を設定する回転数設定手段と、前記電動機の回転数を検知する回転数検知手段と、前記スイッチング素子の導通比を設定する導通比設定手段とを備え、前記導通比設定手段は、前記回転数設定手段により設定した目標回転数と前記回転数検知手段により検知した電動機の回転数とにより導通比を設定するようにしたから、布量、水量などの負荷量が過大になっても、常に電機子巻線の電流を一定に制限するので、電動機のトルクを一定に抑え、電動機の出力軸にかかるトルクを抑え、出力軸の破損を防止するとともに、電動機およびインバータの過電流による過熱、故障を防止することができ、安全性を向上することができる。また、布量、水量の負荷量に応じて最適な加速を行うことができる。
【０１３８】
また、請求項２に記載の発明によれば、導通比設定手段は、電動機の起動時においては、スイッチング素子の導通比を所定の設定値に設定し、その後、回転数設定手段の出力値と回転数検知手段の出力値とにより前記スイッチング素子の導通比を新たな設定値に設定するようにしたから、電動機の起動時に、電機子巻線に流れる電流が設定値を一時的に越えるのを、所定値により電機子巻線に流れる電流を制限することで防止し、電動機の出力軸に過大なトルクがかかることを防止することができ、過大なトルクにより出力軸が破損するのを防止し、安全性を向上することができる。また、起動時における回転数検知手段の検知速度が遅くても、フィードバック制御を行っていないので、不安定な動作をせずに確実に起動させることができる。
【０１３９】
また、請求項３に記載の発明によれば、回転数設定手段は、電動機の起動時においては、目標回転数を所定の回転数に設定し、その後、電流検知手段の出力値と前記所定の回転数とにより前記目標回転数を新たな回転数に設定するようにしたから、電動機の起動時に、電動機の回転数が急加速することを防止し、それによる遠心力で洗濯物が傷むのを防止することができる。また、同時に電機子巻線の電流が設定値に対し急峻に立ち上がるのを防止するので、電機子巻線の電流が設定値を超過すること防止し、電動機の出力軸に過大なトルクがかかるのを防止し、安全性を向上することができる。
【０１４０】
また、請求項４に記載の発明によれば、回転数設定手段により設定する目標回転数に上限値を設けるとともに、前記上限値を運転時間あるいは負荷量に応じて変更可能としたから、電流検知手段の出力値と設定値の差が大である場合でも、目標回転数を急峻に上げることを制限するので、常に電動機が急加速で立ち上がるのを防止することができ、その結果、脱水時などに起こる布傷みを防止することが可能となり、また加速を制限することにより、電動機の出力軸にかかるトルクを制限し、安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の電気洗濯機のブロック図
【図２】同電気洗濯機のシステム構成図
【図３】同電気洗濯機の電動機の要部上面図
【図４】同電気洗濯機の電動機の電機子巻線の結線図
【図５】同電気洗濯機の電動機の要部電圧、電流波形図
【図６】同電気洗濯機の電流検知手段の一例の回路図
【図７】同電気洗濯機の電流検知手段の他の例の回路図
【図８】同電気洗濯機の導通比設定手段の一例のブロック図
【図９】同電気洗濯機の導通比設定手段の他の例のブロック図
【図１０】同電気洗濯機の導通比設定手段の他の例のブロック図
【図１１】同電気洗濯機の脱水制御の動作フローチャート
【図１２】同電気洗濯機の脱水制御の初期充電モードでの要部電圧波形図
【図１３】本発明の第２の実施例の電気洗濯機のブロック図
【図１４】同電気洗濯機の回転数設定手段と導通比設定手段のブロック図
【図１５】同電気洗濯機の脱水制御の動作フローチャート
【図１６】同電気洗濯機のソフトスタートサブルーチンの一例のフローチャート
【図１７】同電気洗濯機のソフトスタートサブルーチンの他の例のフローチャート
【図１８】同電気洗濯機のソフトスタートサブルーチンの他の例のフローチャート
【図１９】本発明の第３の実施例の電気洗濯機のブロック図
【符号の説明】
７電動機
１４インバータ
１５制御手段
２３〜２５電機子巻線
３４〜３６高電位側スイッチング素子（スイッチング素子）
３７〜３９低電位側スイッチング素子（スイッチング素子）
５６電流検知手段
５７導通比設定手段

Claims

インバータと、前記インバータの出力に接続した電動機と、前記インバータを構成するスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段と、前記電動機の電機子巻線に流れる電流に対応した電流を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段の出力値と設定値により前記電動機の目標回転数を設定する回転数設定手段と、前記電動機の回転数を検知する回転数検知手段と、前記スイッチング素子の導通比を設定する導通比設定手段とを備え、前記導通比設定手段は、前記回転数設定手段により設定した目標回転数と前記回転数検知手段により検知した電動機の回転数とにより導通比を設定するようにした電気洗濯機。
導通比設定手段は、電動機の起動時においては、スイッチング素子の導通比を所定の設定値に設定し、その後、回転数設定手段の出力値と回転数検知手段の出力値とにより前記スイッチング素子の導通比を新たな設定値に設定するようにした請求項１記載の電気洗濯機。
回転数設定手段は、電動機の起動時においては、目標回転数を所定の回転数に設定し、その後、電流検知手段の出力値と前記所定の回転数とにより前記目標回転数を新たな回転数に設定するようにした請求項１記載の電気洗濯機。
回転数設定手段により設定する目標回転数に上限値を設けるとともに、前記上限値を運転時間あるいは負荷量に応じて変更可能とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気洗濯機。