JP3818823B2 - インバータ洗濯機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータで回転槽や攪拌体等を回転させるインバータ洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
洗濯機の洗い工程では、モータの正転・逆転を繰り返し、回転槽又は回転槽底部に設けられている攪拌体を正転・逆転させることによって水流を発生させている。モータの回転方向を変える際には、ブレーキをかけ一旦停止させたのちに逆回転方向にモータを起動させる。このブレーキをかけているときに、モータは発電効果によって回生エネルギーを生成する。回生エネルギーは電車等の場合には集電装置に蓄えられたのち電源側に返すことで、有効に利用される。しかしながら、インバータ洗濯機においては回生エネルギーは専ら熱エネルギーに変換されモータから放熱されていたため無駄になっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
回生エネルギーを有効利用するためには、ブレーキをかけはじめてから次の回転の起動時までの間、電源側に設けたエネルギー貯蔵手段に回生エネルギーを蓄えておかなければならない。この回生エネルギーを蓄えている際にインバータに入力される電源電圧が上昇する。インバータ入力電圧の上昇が大きすぎると、インバータを構成するパワー素子（一般に半導体で形成されている）やエネルギー貯蔵手段（一般にコンデンサで構成されている）が損傷又は破損してしまう。また、インバータ入力電圧が小さすぎると、回生エネルギーを逆回転の起動時に利用する際トルク不足が生じる。このため、インバータ入力電圧を一定値になるように制御しなければならない。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑み、回生エネルギーを蓄える際にインバータ入力電圧が一定になるように制御し、洗い工程においてモータにブレーキがかけられる際に生じる回生エネルギーを次の回転起動に利用できるインバータ洗濯機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るインバータ洗濯機においては、洗濯用回転体を交互に正転・反転させて洗濯を行なうように動作するモータであるブラシレスモータと、該モータのロータ回転位置を検出する位置検出手段と、インバータ手段を有し前記位置検出手段より出力される位置信号に基づいて前記モータを駆動する制御部と、を備え、前記制御部はエネルギー貯蔵手段と前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段とを備えており、前記モータの回転方向切換えの際に前記モータを一時的に停止させるとき前記モータに電磁ブレーキをかけ、その電磁ブレーキをかけている際に発生する回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄え、前記モータを停止前の回転方向と逆の回転方向に起動させるときに、前記エネルギー貯蔵手段に蓄えられている回生エネルギーを利用して前記モータを駆動させるようになっているとともに、前記制御部は、前記モータに供給する正弦波状電圧の位相を回転時に供給していた正弦波状電圧の位相より遅らせることにより前記モータに電磁ブレーキをかけ、前記回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄えるときに、前記検出電圧が予め定めた上限値以上である場合は前記検出電圧を低下させるように前記正弦波状電圧の位相遅れ量を多くし、前記検出電圧が予め定めた下限値以下である場合は前記検出電圧を上昇させるように前記正弦波状電圧の位相遅れ量を少なくする制御を行うことを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明におけるインバータ洗濯機の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態におけるパルセータレス構造のダイレクトドライブ式インバータ洗濯機の概略図を図１に示す。洗濯機１は一槽式の全自動洗濯機であり、本体の内部に洗濯槽を兼ねた回転槽２及び外槽３を備えている。外槽３はサスペンション部４によって本体に吊持されており、回転槽２は外槽３の内側に回転可能に設置されている。本体は洗濯物を出し入れするための蓋６を有する。外槽３の下部には直流ブラシモータ７の回転を回転槽２に伝達する伝達機構８を有する。
【０００７】
本体上部には、操作部９、表示部１０、ブザー１１、及び蓋６の開閉を検知する蓋センサ１２、蓋６の開閉を制御するロック機構１８が備えられており、回転槽２の側方には回転槽２内の水位を検出する水位センサ１３が備えられている。また、操作部９の下部には、洗濯機１の動作全体を制御するための、マイクロコンピュータより成る主制御部１４が設けられている。また、モータ７にドライブ信号を供給するためのインバータ手段と、このインバータ手段を介してモータ７の回転を制御するためのマイクロコンピュータとから成る副制御部１５が側板１aの内面上方に設けられている。１６と１７は外槽３内の水量を調整するための給水弁と排水弁である。
【０００８】
洗濯機１の動作に関する回路構成の概略を図２に示す。主制御部１４は洗い、すすぎ、脱水等の各工程の動作の内容や、工程の実行順序（すなわち処理コース）等のプログラムを記憶しており、このプログラムに従って給水弁１６と排水弁１７の開閉を制御し、副制御部１５を介してモータ７を制御する。
【０００９】
また、主制御部１４は操作部９から洗濯の予約等の信号を入力する。主制御部１４は動作の経過等を表示ための信号を表示部１０に出力する。主制御部１４は洗濯終了時等でブザー１１を鳴らす。主制御部１４は蓋６の開閉状態を表す信号を蓋センサー１２から入力する。主制御部１４は回転槽２内の水位を表す信号を水位センサー１３から入力する。
【００１０】
主制御部１４はモータ７の回転を制御するために必要な信号Ｓ１を同期用クロックＣＬＫとともに、副制御部１５に送信する。信号Ｓ１を受けた副制御部１５は信号Ｓ１を読み取った後、クロックＣＬＫに同期して信号Ｓ２を主制御部１４に送信する。副制御部１５は直流ブラシレスモータ７のロータの回転位置を示すロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗに基づいてモータ７に３相電流を供給し、モータ７を駆動させる。
【００１１】
次に、図３を用いて副制御部１５の構成を説明する。商用電源３０から出力される交流電圧はリアクトル５を介して整流回路３１に供給され、整流回路３１で脈流状の直流に変換される。整流回路３１には、ダイオードブリッジが使用されている。
【００１２】
整流回路３１で整流された直流は平滑用のコンデンサ３２a、３２ｂで平滑される。コンデンサ３２aの＋端子は整流回路３１の＋側の端子に接続されている。コンデンサ３２aの−端子とコンデンサ３２ｂの＋端子は商用電源３１の−側の出力端子に接続されている。コンデンサ３２ｂの−端子は整流回路３１の−側の出力端子に接続されている。コンデンサ３２a、３２ｂで平滑された直流電圧がインバータ回路３５に供給される。インバータ回路３５は直流を三相交流に変換する。
【００１３】
インバータ回路３５はスイッチング手段として６個のＮＰＮ型トランジスタ３６a〜３６ｃ、３７a〜３７ｃを三相全波ブリッジ構成にしたものである。そして、６個のトランジスタ３６a〜３６ｃ、３７a〜３７ｃにはそれぞれ並列にダイオード４２a〜４２ｃ、４３a〜４３ｃが接続されている。トランジスタ３６a〜３６ｃとトランジスタ３７a〜３７ｃの各接続点a、ｂ、ｃがモータ７の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイルＬu、Ｌｖ、Ｌｗに接続されている。また、トランジスタ３６a〜３６ｃ、３７a〜３７ｃのベースはドライブ回路４０に接続されている。
【００１４】
モータ７はロータの回転位置を検出するホールセンサ５５a、５５ｂ、５５ｃを有している。各ホールセンサ５５a、５５ｂ、５５ｃより出力されるロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗはマイクロコンピュータ４１に入力される。なお、本実施形態のインバータ洗濯機１ではモータ７として３相２０極直流ブラシレスモータを使用している。
【００１５】
マイクロコンピュータ４１はロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗに基づいて駆動信号Ｐ１〜Ｐ６をドライブ回路４０に出力する。ドライブ回路４０は駆動信号Ｐ１、Ｐ２を増幅してそれぞれトランジスタ３６a、３７aのベースに供給し、駆動信号Ｐ３、Ｐ４を増幅してそれぞれトランジスタ３６ｂ、３７ｂのベースに供給し、駆動信号Ｐ５、Ｐ６を増幅してそれぞれトランジスタ３６ｃ、３７ｃのベースに供給する。
【００１６】
３８は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続ノードの電圧を入力してインバータ回路３５の入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段であり、その検出出力はマイクロコンピュータ４１へ送られる。なお、整流回路３１には蓋ロック機構１８が接続されており、その蓋ロック機構１８はマイクロコンピュータ４１によって制御されるようになっている。
【００１７】
次に、モータ７に印加する電圧波形について図４を参照して説明する。図４の（ｂ）は図４の（ａ）に示すロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗに基づいてモータ７を一定の回転数で定常的に駆動させるときのモータ７に印加する電圧波形を示している。
【００１８】
図４の（ｄ１）（ｄ２）は後述する手順でマイクロコンピュータ４１が発生する駆動信号Ｐ１、Ｐ２の一例を示しており、このような駆動信号Ｐ１、Ｐ２が出力された場合、Ｕ相への出力電圧は図４の（e）のようにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）された波形となる。この波形は実質的に正弦波と等価でありＵ相の巻線に印加される電圧は図４の（ｆ）のような正弦波状となる。なお、これは図４（ｂ）のＵと同じ波形である。
【００１９】
また、インバータ回路３５は、図４の（ｂ）に示すように、Ｕ相を基準とした場合は電気角でＶ相に２４０°、Ｗ相に１２０°位相の遅れた電圧をモータ７に印加する。このようにモータ７の各相に各々位相のずれた正弦波状の電圧を印加することでモータ７のロータが正転方向に回転する。
【００２０】
なお、Ｖ相を基準とした場合は電気角でＵ相に１２０°、Ｗ相に２４０°位相の遅れた電圧をモータ７に印加し、Ｗ相を基準とした場合は電気角でＵ相に２４０°、Ｖ相に１２０°位相の遅れた電圧をモータ７に印加する。
【００２１】
図４の（ｄ１）（ｄ２）に示す駆動信号Ｐ１、Ｐ２をマイクロコンピュータ４１内で発生させる手順について説明する。マイクロコンピュータ４１は図４の（ｃ）に示す一定周期Ｔｃの三角波６２を内部において発生させ、正弦波状の駆動波形データ６１と三角波６２を比較することによって図４の（ｄ１）（ｄ２）に示すようなＰＷＭ波形の駆動信号Ｐ１、Ｐ２を発生するようにしている。
【００２２】
駆動波形データ６１は、後述するデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）を用いて、マイクロコンピュータ４１のメモリに記憶されている正弦波データ６１ａから求められている。図７は正弦波データ６１ａと、その正弦波データ６１ａの位相と、その正弦波データ６１ａのアドレスを指定するために用いられるデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の値との関係を示している。
【００２３】
マイクロコンピュータ４１は正弦波データ６１ａの１周期の位相である２πラジアンを６５５３６分割したものを単位とするデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）を用いてデータ処理を行っている。データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）はデジタル値であり、６５５３６個ある。ちなみに、図７が示すようにデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）が０であるとき位相は０ラジアンである。また、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）が３２７６８であるときは位相はπラジアンである。
【００２４】
さて、一般に周波数ｆの正弦波信号の時刻ｔにおける位相角θは
θ＝２πｆｔ（ラジアン） …（１）
であるので、三角波６２の周期Ｔｃ（図４参照）ごとの位相更新量Δθは
Δθ＝２πｆ・Ｔｃ（ラジアン） …（２）
となる。
【００２５】
図７に示す位相とデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の関係から分かるように、位相を（６５５３６／２π）倍した値がデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の値となる。従って、周期Ｔｃごとのデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の更新量（α＿ＤＡＴＡ）は（２）式のΔθを（６５５３６／２π）倍した値となるので、
α＿ＤＡＴＡ＝２πｆ・Ｔｃ・（６５５３６／２π） …（３）
である。
【００２６】
例えば、周期Ｔｃ＝６３．５μｓで、周波数ｆ＝６０Ｈｚの駆動信号を出力するときには
α＿ＤＡＴＡ＝２４９ …（４）
となる。なお、三角波６２の周期Ｔｃはマイクロコンピュータ４１が周期Ｔｃの時間間隔を計るために用いているタイマーの分解能と、ＰＷＭの分解能で決定される。
【００２７】
マイクロコンピュータ４１は三角波６２の周期Ｔｃごとにデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）に（３）式で求まる更新量（α＿ＤＡＴＡ）を加えて新たなデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）とするので、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＴＡ）は周期Ｔｃごとに
ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ＝ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ＋α＿ＤＡＴＡ …（５）
で更新される。
【００２８】
例えば、周期Ｔｃ＝６３．５μｓで、周波数ｆ＝６０Ｈｚの駆動信号を出力する場合には、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の値が０から始まるときには、（４）式と（５）から、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＴＡ）は、６３．５μｓごとに図７の拡大図に示すように０、２４９、４９８…と順次更新される。
【００２９】
次にデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の値に対応する正弦波データ６１ａの振幅値を求める。正弦波データ６１ａは位相の２πラジアン分が５１２バイトとなるようなデータで、（１＋２／３）×２πラジアン分の８５４個の基本データからなる。これらの基本データには符号ビットも含まれる。２πラジアン分が５１２個のテーブルデータ（従ってアドレスも５１２個）なのでデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の値を１２８（２πラジアン分のデータポインタ数６５５３６をアドレス数５１２で割った数）で割った数をアドレスとして指定することによりメモリに記憶されている正弦波データ６１ａから該当するアドレスに対応する値が読み出され、それに変調率βを掛けた値が駆動波形データ６１となる。
【００３０】
モータ７の回転数が一定の場合には、上記のようにして駆動波形データ６１を求めるだけでよいが、モータ７の回転数が変化するときには駆動波形データ６１もその回転数に応じて変化しなければならないので、以下の方法によりモータ７の回転数に応じた駆動波形データ６１を作成し、モータ７の回転を制御する。
【００３１】
図５は副制御部１５が直流ブラシレスモータ７を正転方向に回転させる場合のロータ位置パターンと運転モードを示した図である。なお、ロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの信号波形は図４の（ａ）のロータ位置信号と同一であり、駆動波形データ６１u、６１ｖ、６１ｗは図４の（ｂ）の電圧波形と同一である。
【００３２】
ホールセンサ５５a、５５ｂ、５５ｃはロータが停止していてもロータ位置を検出することができる。マイクロコンピュータ４１は、モータ７を起動するときにまずロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗからロータ位置を確認して起動パターンを決定する。起動パターンはロータ位置パターン０〜５に応じて６種類ある。
【００３３】
例えばロータ位置信号Ｈuがハイレベル、ロータ位置信号Ｈｖがローレベル、ロータ位置信号Ｈｗがローレベルであるときは、ロータ位置パターンは１である。このとき、副制御部１５はロータ位置パターン１の開始時に駆動電圧が０となるＶ相に着目して運転モードをＶ相を基準とするモードａとし、駆動波形データ６１ｖの初期位相を０°と設定する。図７に示す関係よりデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）は０となり、正弦波データ６１ａからそのデータポイント（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）に対応するデータを取り込む。モータ７の起動時には（３）式のｆは０であるので、更新量（α＿ＤＡＴＡ）は実験値より適当な初期値を定める。また、モータ７の起動とともにモータ７の回転数を検出するための速度検知タイマーを起動させる。なお、この速度検知タイマーはマイクロコンピュータ４１内に設けられている。
【００３４】
Ｕ相、Ｗ相の駆動波形データ６１u、６１ｗは前述したようにＶ相の駆動波形データ６１ｖに対してそれぞれ１２０°、２４０°遅れの駆動信号となる。これによりロータが回転し始める。このロータの回転によりロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの切り替わりの１つであるロータ位置信号Ｈｗの立ち上がりエッジ５３ｃが来るが、このときマイクロコンピュータ４１はロータが遅れることを想定して、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）が１０９２３（位相６０°に相当）に達するとロータ位置信号Ｈｗの立ち上がりエッジ５３ｃを検出するまでデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）を更新せず同じデータで待機している。そして、実際にロータ位置信号Ｈｗの立ち上がりエッジ５３ｃが来た時点でデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の更新を再開してさらに速度検知タイマーをリセットし再び測定を始める。
【００３５】
さらにロータの回転によってロータ位置信号Ｈuの立ち下がりエッジ５３ｄが来るが、このときマイクロコンピュータ４１は、Ｕ相に着目して運転モードをＶ相を基準とするモードａからＵ相を基準とするモードｂに切り替える。このときにもマイクロコンピュータ４１はロータが遅れることを想定して、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）が２１８４５（位相１２０°に相当）に達するとロータ位置信号Ｈuの立ち下がりエッジ５３ｄを検出するまでデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）更新せず同じデータで待機している。そして、実際にロータ位置信号Ｈｗの立ち下がりエッジ５３ｄが来た時点で運転モードをＶ相基準のモードａからＵ相基準のモードｂに切り替え、データポインタを０として駆動波形データ６１uを求める。、Ｖ相、Ｗ相の駆動電圧データ６１ｖ、６１ｗはＵ相に対してそれぞれ２４０°、１２０°位相の遅れたデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）からデータを読み込み作成する。
【００３６】
このように順次６箇所のエッジ５３ａ〜５３ｆで駆動電圧データの補正を行なう。また、速度検知タイマーの値からモータ７の回転数が得られるのでこれに応じて更新量（α＿ＤＡＴＡ）を位置信号の反転タイミングごとに回転数変化に追従するように変更する。
【００３７】
これにより、Ｕ相の駆動波形データ６１uは正弦波状となり、ロータ位置信号Ｈuのエッジ５３ａ、５３ｄでゼロとなる。Ｖ相の駆動波形データ６１ｖは正弦波状となり、ロータ位置信号Ｈｖのエッジ５３ｂ、５３eでゼロとなる。Ｗ相の駆動波形データ６１ｗは正弦波状となり、ロータ位置信号Ｈｗのエッジ５３ｃ、５３ｆでゼロとなる。
【００３８】
なお、モータ７を逆転方向に回転させるには、図５における駆動電圧データ６１u、６１ｖ、６１ｗの位相をそれぞれ１８０°遅らせればよい。
【００３９】
次に、洗い工程における制御動作について説明する。洗い工程では、モータを一方向に回転させたのち、電磁ブレーキをかけ一旦停止させたのちに、逆方向に回転させ、再度ブレーキをかけ一旦停止させる動作を正転・逆転で繰り返えすことによって水流を作り出している。ここではモータが正転から逆転に移行するときの制御動作を例に図６を参照して説明する。モータが回転している状態では、更新量（α＿ＤＡＴＡ）は、前述のようにモータの回転速度に応じた更新量に変更されている。モータの回転を止める場合、マイクロコンピュータ４１は駆動波形データ６１に対して１８０°位相の遅れたブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗを作成する。インバータ回路３５はこのブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗに基づき電圧をモータ７に供給する。これによりモータ７には電磁ブレーキがかかる。ブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗも駆動波形データ６１と同様に、ホールセンサ５５ａ〜５５ｃの反転タイミングで随時補正が行われ、正弦波状のデータとなる。
【００４０】
図８に示すように、モータ７は、区間Ｚ１で正転し、次の区間Ｚ２で逆転し、次の区間Ｚ３で再び正転する。それぞれの区間の後半は、電磁ブレーキがかけられるため、回生エネルギーが発生する。この回生エネルギーがコンデンサ３２ａ、３２ｂに蓄えられるとき、図８のＰａのようにインバータ入力電圧検出手段３８で検出されるインバータ入力電圧が上昇する。このインバータ入力電圧が大きすぎる場合には、トランジスタの耐圧を超えてインバータ回路３５のトランジスタ３６ａ〜３６ｃ、３７ａ〜３７ｃが損傷・破損する虞があるので、インバータ入力電圧を下げる必要がある。一方、蓄えられた回生エネルギーは次の区間でモータ７を起動させる際に利用される。このとき、インバータ入力電圧は図８のＰｂのように減少する。回生エネルギーを蓄えたときのインバータ入力電圧が小さすぎる場合は、モータ７の回転起動時におけるトルクが低下するので、インバータ入力電圧を上げる必要がある。
【００４１】
そこで、図６に示すような制御を行い、インバータ入力電圧が第１の規定値αより大きく第２の規定値βよりも小さくなるようにする（ただしα＜β）。すなわち、インバータ入力電圧が第１の規定値α以下であると副制御部１５が判定したとき、ブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗが位相の進んだ波形６３ｕ’、６３ｖ’、６３ｗ’になるように、位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの反転タイミングでデータポインタの値を小さくする。その結果、インバータ入力電圧が依然として第１の規定値α以下であれば、インバータ入力電圧が第１の規定値αより大きくなるまで、位置信号の反転タイミングごとにブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗの位相進み幅を大きくする。なお、ここでブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗの位相が進むということは駆動波形データ６１ｕ、６１ｖ、６１ｗに対する遅れ量が少なくなるということである。
【００４２】
また、インバータ入力電圧が第２の規定値β以上であると副制御部１５が判定したとき、ブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗが位相の遅れた波形６３ｕ’’、６３ｖ’’、６３ｗ’’になるように、位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの反転タイミングでデータポインタの値を大きくする。その結果、インバータ入力電圧が依然として第２の規定値β以上であれば、インバータ入力電圧が第２の規定値βより小さくなるまで、位置信号の反転タイミングごとにブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗの位相遅れ幅を大きくする。これは駆動波形データ６１ｕ、６１ｖ、６１ｗに対する遅れ量も大きくなることを意味する。
【００４３】
次に、インバータ入力電圧の制御について、上記の実施形態と異なる実施形態について説明する。インバータ入力電圧が第１の規定値α以下であると副制御部１５が判定したとき、副制御部１５はブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗと三角波６２を比較して求まるパルス信号データのオン時間のパルス幅を均等に小さくしたものをＰ１〜Ｐ６としてドライブ回路４０に出力し、モータ７への印加電圧が小さくなるように制御する。これにより、モータ７に流れる電流を少なくして、インバータ電圧を上昇させる。
【００４４】
また、インバータ入力電圧が第２の規定値β以上であると副制御部１５が判定したとき、副制御部１５はブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗと三角波６２を比較して求まるパルス信号データのオン時間のパルス幅を均等に大きくしたものをＰ１〜Ｐ６としてドライブ回路４０に出力し、モータ７への印加電圧が大きくなるように制御する。これにより、モータ７に流れる電流を多くして、インバータ電圧を低下させる。
【００４５】
さらに、インバータ入力電圧の制御を、上記の２つの実施形態を組み合わせた実施形態で行ってもよい。この実施形態では、目標値、目標値より小さい第３の規定値γ、目標値より大きい第４の規定値δを設定しておく。
【００４６】
インバータ入力電圧が第３の規定値γ以下の場合は、ブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗの位相が進むように、位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの反転タイミングでデータポインタの値を小さくする。インバータ入力電圧が第３の規定値γより大きく第４の規定値δより小さい場合は、インバータ入力電圧が目標値よりも大きければブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗと三角波６２を比較して求まるパルス信号データのオン時間のパルス幅を均等に大きくし、インバータ入力電圧が目標値よりも小さければブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗと三角波６２を比較して求まるパルス信号データのオン時間のパルス幅を均等に小さくする。インバータ入力電圧が第４の規定値δ以上の場合は、ブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗの位相が遅れるように、位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの反転タイミングでデータポインタの値を大きくする。これにより、インバータ入力電圧を目標値に制御することができる。
【００４７】
また、コンデンサ３２ａ、３２ｂからなるエネルギー貯蔵手段を図９のような構成にしてもよい。すなわち回生エネルギーを蓄えているときは、図９（ｂ）のようにコンデンサ３２ａ、３２ｂを並列にし、モータ起動に回生エネルギーを使いきったときは並列よりも静電容量の小さい直列にする（ａ）。（ａ）と（ｂ）との切替はマイクロコンピュータ４１からの制御信号でスイッチ６４を制御することによって行われる。
【００４８】
これにより、回生エネルギー回収時にはより多くのエネルギーを蓄えることが可能となる。端子６５、６６、６７、６８、６９はそれぞれ整流回路３１の＋側、整流回路３１の−側、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、交流電源３０に接続される。
【００４９】
なお、本実施形態ではパルセータレス構造のダイレクトドライブ式インバータ洗濯機を用いたが、モータがパルセータを回転させる構造のインバータ洗濯機やドラム式インバータ洗濯機に本発明を適用してもよい。ただし、モータによって回転する回転体に生じる慣性力が大きいほど、本発明の効果が大きくなる。
【００５０】
本発明によると、電磁ブレーキをかけている際に発生する回生エネルギーをエネルギー貯蔵手段に蓄え、モータを再度起動させるときに、前記回生エネルギーを利用して前記モータを駆動させるので、回生エネルギーを有効に利用することができる。これにより省エネルギー化を図ることができる。
【００５１】
また本発明によると、前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段を備え、その検出電圧に上限値と下限値を設け、これらの範囲内に検出電圧が納まるように制御するので、前記エネルギー貯蔵手段の電圧が大きくなり過ぎないようにして前記エネルギー貯蔵手段やインバータ手段を構成する素子の損傷や破損を防ぐことができ、且つ、蓄えられるエネルギー量が一定の範囲内になり、停止後再度モータを起動する際にその蓄えられたエネルギーを利用するときの制御が容易になる。
【００５２】
また本発明によると、前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段を備え、その検出電圧に上限値と下限値を設け、検出電圧が上下限の範囲内になるように、インバータ手段を構成するスイッチング素子を駆動させるオンデューティを可変するので、前記エネルギー貯蔵手段の電圧が大きくなり過ぎないようにして前記エネルギー貯蔵手段やインバータ手段を構成する素子の損傷や破損を防ぐことができ、且つ、蓄えられるエネルギー量が一定の範囲内になり、停止後再度モータを起動する際にその蓄えられたエネルギーを利用するときの制御が容易になる。さらに、正弦波状電圧の位相遅れ量を制御するよりも精度よく制御することができる。
【００５３】
また本発明によると、前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段を備え、その検出電圧に上限値と下限値を設け、検出電圧が上下限の範囲内になるように、正弦波状電圧の位相遅れ量の制御と、インバータ手段を構成するスイッチング素子を駆動させるオンデューティを可変する制御と、を検出電圧に応じて予め設定された比率で行なうので、前記エネルギー貯蔵手段の電圧が大きくなり過ぎないようにして前記エネルギー貯蔵手段やインバータ手段を構成する素子の損傷や破損を防ぐことができ、且つ、各々の制御を単独で行なうよりも早く目標値に達することができる。これにより、安定した制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態のインバータ洗濯機全体の内部構成の概略図
【図２】 図１に示すインバータ洗濯機の回路ブロック図
【図３】 図１に示すインバータ洗濯機の副制御部ブロック図
【図４】 図１に示すインバータ洗濯機のホールセンサからの位置信号と駆動電圧データを示す図
【図５】 図１に示すインバータ洗濯機の正転回転におけるロータ位置パターンと運転モードを示す図
【図６】 図１に示すインバータ洗濯機の正転回転でのブレーキ電圧データの位相制御を示す図
【図７】 図１に示すインバータ洗濯機の副制御部にあるマイクロコンピュータに記憶されている正弦波データとその正弦波データの位相をデータポインタの関係を示す図
【図８】 回生エネルギーを次の回転起動時に利用するときの回転数とインバータ入力電圧との関係を示した図
【図９】 コンデンサの構成を示した図
【符号の説明】
１ インバータ洗濯機
２ 回転槽
３ 外槽
４ サスペンション部
５ リアクトル
６ 蓋
７ 直流ブラシレスモータ
８ 伝達機構
９ 操作部
１０ 表示部
１１ ブザー
１２ 蓋センサ
１３ 水位センサ
１４ 主制御部
１５ 副制御部
１６ 給水弁
１７ 排水弁
１８ 蓋ロック機構
３０ 商用電源
３１ 整流回路
３２ａ、３２ｂ コンデンサ
３５ インバータ回路
３６ａ〜３６ｃ、３７ａ〜３７ｃ ＮＰＮ型トランジスタ
３８ インバータ入力電圧検出手段
４０ ドライブ回路
４１ マイクロコンピュータ
４２ａ〜４２ｃ、４３ａ〜４３ｃ ダイオード
５５ａ〜５５ｃ ホールセンサ
６１ 駆動波形データ
６２ 三角波
６３ｕ、６３ｖ、６３ｗ ブレーキ波形データ
６４ スイッチ
６５〜６９ 端子
Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗ 位置信号
Ｐ１〜Ｐ６ 駆動信号
Ｌu、Ｌｖ、Ｌｗ ステータコイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータで回転槽や攪拌体等を回転させるインバータ洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
洗濯機の洗い工程では、モータの正転・逆転を繰り返し、回転槽又は回転槽底部に設けられている攪拌体を正転・逆転させることによって水流を発生させている。モータの回転方向を変える際には、ブレーキをかけ一旦停止させたのちに逆回転方向にモータを起動させる。このブレーキをかけているときに、モータは発電効果によって回生エネルギーを生成する。回生エネルギーは電車等の場合には集電装置に蓄えられたのち電源側に返すことで、有効に利用される。しかしながら、インバータ洗濯機においては回生エネルギーは専ら熱エネルギーに変換されモータから放熱されていたため無駄になっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
回生エネルギーを有効利用するためには、ブレーキをかけはじめてから次の回転の起動時までの間、電源側に設けたエネルギー貯蔵手段に回生エネルギーを蓄えておかなければならない。この回生エネルギーを蓄えている際にインバータに入力される電源電圧が上昇する。インバータ入力電圧の上昇が大きすぎると、インバータを構成するパワー素子（一般に半導体で形成されている）やエネルギー貯蔵手段（一般にコンデンサで構成されている）が損傷又は破損してしまう。また、インバータ入力電圧が小さすぎると、回生エネルギーを逆回転の起動時に利用する際トルク不足が生じる。このため、インバータ入力電圧を一定値になるように制御しなければならない。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑み、回生エネルギーを蓄える際にインバータ入力電圧が一定になるように制御し、洗い工程においてモータにブレーキがかけられる際に生じる回生エネルギーを次の回転起動に利用できるインバータ洗濯機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るインバータ洗濯機においては、洗濯用回転体を交互に正転・反転させて洗濯を行なうように動作するモータであるブラシレスモータと、該モータのロータ回転位置を検出する位置検出手段と、インバータ手段を有し前記位置検出手段より出力される位置信号に基づいて前記モータを駆動する制御部と、を備え、前記制御部はエネルギー貯蔵手段と前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段とを備えており、前記モータの回転方向切換えの際に前記モータを一時的に停止させるとき前記モータに電磁ブレーキをかけ、その電磁ブレーキをかけている際に発生する回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄え、前記モータを停止前の回転方向と逆の回転方向に起動させるときに、前記エネルギー貯蔵手段に蓄えられている回生エネルギーを利用して前記モータを駆動させるようになっているとともに、前記制御部は、前記モータに供給する正弦波状電圧の位相を回転時に供給していた正弦波状電圧の位相より遅らせることにより前記モータに電磁ブレーキをかけ、前記回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄えるときに、前記検出電圧が予め定めた上限値以上である場合は前記検出電圧を低下させるように前記正弦波状電圧の位相遅れ量を多くし、前記検出電圧が予め定めた下限値以下である場合は前記検出電圧を上昇させるように前記正弦波状電圧の位相遅れ量を少なくする制御を行うことを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明におけるインバータ洗濯機の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態におけるパルセータレス構造のダイレクトドライブ式インバータ洗濯機の概略図を図１に示す。洗濯機１は一槽式の全自動洗濯機であり、本体の内部に洗濯槽を兼ねた回転槽２及び外槽３を備えている。外槽３はサスペンション部４によって本体に吊持されており、回転槽２は外槽３の内側に回転可能に設置されている。本体は洗濯物を出し入れするための蓋６を有する。外槽３の下部には直流ブラシモータ７の回転を回転槽２に伝達する伝達機構８を有する。
【０００７】
本体上部には、操作部９、表示部１０、ブザー１１、及び蓋６の開閉を検知する蓋センサ１２、蓋６の開閉を制御するロック機構１８が備えられており、回転槽２の側方には回転槽２内の水位を検出する水位センサ１３が備えられている。また、操作部９の下部には、洗濯機１の動作全体を制御するための、マイクロコンピュータより成る主制御部１４が設けられている。また、モータ７にドライブ信号を供給するためのインバータ手段と、このインバータ手段を介してモータ７の回転を制御するためのマイクロコンピュータとから成る副制御部１５が側板１aの内面上方に設けられている。１６と１７は外槽３内の水量を調整するための給水弁と排水弁である。
【０００８】
洗濯機１の動作に関する回路構成の概略を図２に示す。主制御部１４は洗い、すすぎ、脱水等の各工程の動作の内容や、工程の実行順序（すなわち処理コース）等のプログラムを記憶しており、このプログラムに従って給水弁１６と排水弁１７の開閉を制御し、副制御部１５を介してモータ７を制御する。
【０００９】
また、主制御部１４は操作部９から洗濯の予約等の信号を入力する。主制御部１４は動作の経過等を表示ための信号を表示部１０に出力する。主制御部１４は洗濯終了時等でブザー１１を鳴らす。主制御部１４は蓋６の開閉状態を表す信号を蓋センサー１２から入力する。主制御部１４は回転槽２内の水位を表す信号を水位センサー１３から入力する。
【００１０】
主制御部１４はモータ７の回転を制御するために必要な信号Ｓ１を同期用クロックＣＬＫとともに、副制御部１５に送信する。信号Ｓ１を受けた副制御部１５は信号Ｓ１を読み取った後、クロックＣＬＫに同期して信号Ｓ２を主制御部１４に送信する。副制御部１５は直流ブラシレスモータ７のロータの回転位置を示すロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗに基づいてモータ７に３相電流を供給し、モータ７を駆動させる。
【００１１】
次に、図３を用いて副制御部１５の構成を説明する。商用電源３０から出力される交流電圧はリアクトル５を介して整流回路３１に供給され、整流回路３１で脈流状の直流に変換される。整流回路３１には、ダイオードブリッジが使用されている。
【００１２】
整流回路３１で整流された直流は平滑用のコンデンサ３２a、３２ｂで平滑される。コンデンサ３２aの＋端子は整流回路３１の＋側の端子に接続されている。コンデンサ３２aの−端子とコンデンサ３２ｂの＋端子は商用電源３１の−側の出力端子に接続されている。コンデンサ３２ｂの−端子は整流回路３１の−側の出力端子に接続されている。コンデンサ３２a、３２ｂで平滑された直流電圧がインバータ回路３５に供給される。インバータ回路３５は直流を三相交流に変換する。
【００１３】
インバータ回路３５はスイッチング手段として６個のＮＰＮ型トランジスタ３６a〜３６ｃ、３７a〜３７ｃを三相全波ブリッジ構成にしたものである。そして、６個のトランジスタ３６a〜３６ｃ、３７a〜３７ｃにはそれぞれ並列にダイオード４２a〜４２ｃ、４３a〜４３ｃが接続されている。トランジスタ３６a〜３６ｃとトランジスタ３７a〜３７ｃの各接続点a、ｂ、ｃがモータ７の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイルＬu、Ｌｖ、Ｌｗに接続されている。また、トランジスタ３６a〜３６ｃ、３７a〜３７ｃのベースはドライブ回路４０に接続されている。
【００１４】
モータ７はロータの回転位置を検出するホールセンサ５５a、５５ｂ、５５ｃを有している。各ホールセンサ５５a、５５ｂ、５５ｃより出力されるロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗはマイクロコンピュータ４１に入力される。なお、本実施形態のインバータ洗濯機１ではモータ７として３相２０極直流ブラシレスモータを使用している。
【００１５】
マイクロコンピュータ４１はロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗに基づいて駆動信号Ｐ１〜Ｐ６をドライブ回路４０に出力する。ドライブ回路４０は駆動信号Ｐ１、Ｐ２を増幅してそれぞれトランジスタ３６a、３７aのベースに供給し、駆動信号Ｐ３、Ｐ４を増幅してそれぞれトランジスタ３６ｂ、３７ｂのベースに供給し、駆動信号Ｐ５、Ｐ６を増幅してそれぞれトランジスタ３６ｃ、３７ｃのベースに供給する。
【００１６】
３８は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続ノードの電圧を入力してインバータ回路３５の入力電圧を検出するインバータ入力電圧検出手段であり、その検出出力はマイクロコンピュータ４１へ送られる。なお、整流回路３１には蓋ロック機構１８が接続されており、その蓋ロック機構１８はマイクロコンピュータ４１によって制御されるようになっている。
【００１７】
次に、モータ７に印加する電圧波形について図４を参照して説明する。図４の（ｂ）は図４の（ａ）に示すロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗに基づいてモータ７を一定の回転数で定常的に駆動させるときのモータ７に印加する電圧波形を示している。
【００１８】
図４の（ｄ１）（ｄ２）は後述する手順でマイクロコンピュータ４１が発生する駆動信号Ｐ１、Ｐ２の一例を示しており、このような駆動信号Ｐ１、Ｐ２が出力された場合、Ｕ相への出力電圧は図４の（e）のようにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）された波形となる。この波形は実質的に正弦波と等価でありＵ相の巻線に印加される電圧は図４の（ｆ）のような正弦波状となる。なお、これは図４（ｂ）のＵと同じ波形である。
【００１９】
また、インバータ回路３５は、図４の（ｂ）に示すように、Ｕ相を基準とした場合は電気角でＶ相に２４０°、Ｗ相に１２０°位相の遅れた電圧をモータ７に印加する。このようにモータ７の各相に各々位相のずれた正弦波状の電圧を印加することでモータ７のロータが正転方向に回転する。
【００２０】
なお、Ｖ相を基準とした場合は電気角でＵ相に１２０°、Ｗ相に２４０°位相の遅れた電圧をモータ７に印加し、Ｗ相を基準とした場合は電気角でＵ相に２４０°、Ｖ相に１２０°位相の遅れた電圧をモータ７に印加する。
【００２１】
図４の（ｄ１）（ｄ２）に示す駆動信号Ｐ１、Ｐ２をマイクロコンピュータ４１内で発生させる手順について説明する。マイクロコンピュータ４１は図４の（ｃ）に示す一定周期Ｔｃの三角波６２を内部において発生させ、正弦波状の駆動波形データ６１と三角波６２を比較することによって図４の（ｄ１）（ｄ２）に示すようなＰＷＭ波形の駆動信号Ｐ１、Ｐ２を発生するようにしている。
【００２２】
駆動波形データ６１は、後述するデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）を用いて、マイクロコンピュータ４１のメモリに記憶されている正弦波データ６１ａから求められている。図７は正弦波データ６１ａと、その正弦波データ６１ａの位相と、その正弦波データ６１ａのアドレスを指定するために用いられるデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の値との関係を示している。
【００２３】
マイクロコンピュータ４１は正弦波データ６１ａの１周期の位相である２πラジアンを６５５３６分割したものを単位とするデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）を用いてデータ処理を行っている。データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）はデジタル値であり、６５５３６個ある。ちなみに、図７が示すようにデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）が０であるとき位相は０ラジアンである。また、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）が３２７６８であるときは位相はπラジアンである。
【００２４】
さて、一般に周波数ｆの正弦波信号の時刻ｔにおける位相角θは
θ＝２πｆｔ（ラジアン） …（１）
であるので、三角波６２の周期Ｔｃ（図４参照）ごとの位相更新量Δθは
Δθ＝２πｆ・Ｔｃ（ラジアン） …（２）
となる。
【００２５】
図７に示す位相とデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の関係から分かるように、位相を（６５５３６／２π）倍した値がデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の値となる。従って、周期Ｔｃごとのデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の更新量（α＿ＤＡＴＡ）は（２）式のΔθを（６５５３６／２π）倍した値となるので、
α＿ＤＡＴＡ＝２πｆ・Ｔｃ・（６５５３６／２π） …（３）
である。
【００２６】
例えば、周期Ｔｃ＝６３．５μｓで、周波数ｆ＝６０Ｈｚの駆動信号を出力するときには
α＿ＤＡＴＡ＝２４９ …（４）
となる。なお、三角波６２の周期Ｔｃはマイクロコンピュータ４１が周期Ｔｃの時間間隔を計るために用いているタイマーの分解能と、ＰＷＭの分解能で決定される。
【００２７】
マイクロコンピュータ４１は三角波６２の周期Ｔｃごとにデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）に（３）式で求まる更新量（α＿ＤＡＴＡ）を加えて新たなデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）とするので、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＴＡ）は周期Ｔｃごとに
ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ＝ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ＋α＿ＤＡＴＡ …（５）
で更新される。
【００２８】
例えば、周期Ｔｃ＝６３．５μｓで、周波数ｆ＝６０Ｈｚの駆動信号を出力する場合には、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の値が０から始まるときには、（４）式と（５）から、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＴＡ）は、６３．５μｓごとに図７の拡大図に示すように０、２４９、４９８…と順次更新される。
【００２９】
次にデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の値に対応する正弦波データ６１ａの振幅値を求める。正弦波データ６１ａは位相の２πラジアン分が５１２バイトとなるようなデータで、（１＋２／３）×２πラジアン分の８５４個の基本データからなる。これらの基本データには符号ビットも含まれる。２πラジアン分が５１２個のテーブルデータ（従ってアドレスも５１２個）なのでデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の値を１２８（２πラジアン分のデータポインタ数６５５３６をアドレス数５１２で割った数）で割った数をアドレスとして指定することによりメモリに記憶されている正弦波データ６１ａから該当するアドレスに対応する値が読み出され、それに変調率βを掛けた値が駆動波形データ６１となる。
【００３０】
モータ７の回転数が一定の場合には、上記のようにして駆動波形データ６１を求めるだけでよいが、モータ７の回転数が変化するときには駆動波形データ６１もその回転数に応じて変化しなければならないので、以下の方法によりモータ７の回転数に応じた駆動波形データ６１を作成し、モータ７の回転を制御する。
【００３１】
図５は副制御部１５が直流ブラシレスモータ７を正転方向に回転させる場合のロータ位置パターンと運転モードを示した図である。なお、ロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの信号波形は図４の（ａ）のロータ位置信号と同一であり、駆動波形データ６１u、６１ｖ、６１ｗは図４の（ｂ）の電圧波形と同一である。
【００３２】
ホールセンサ５５a、５５ｂ、５５ｃはロータが停止していてもロータ位置を検出することができる。マイクロコンピュータ４１は、モータ７を起動するときにまずロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗからロータ位置を確認して起動パターンを決定する。起動パターンはロータ位置パターン０〜５に応じて６種類ある。
【００３３】
例えばロータ位置信号Ｈuがハイレベル、ロータ位置信号Ｈｖがローレベル、ロータ位置信号Ｈｗがローレベルであるときは、ロータ位置パターンは１である。このとき、副制御部１５はロータ位置パターン１の開始時に駆動電圧が０となるＶ相に着目して運転モードをＶ相を基準とするモードａとし、駆動波形データ６１ｖの初期位相を０°と設定する。図７に示す関係よりデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）は０となり、正弦波データ６１ａからそのデータポイント（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）に対応するデータを取り込む。モータ７の起動時には（３）式のｆは０であるので、更新量（α＿ＤＡＴＡ）は実験値より適当な初期値を定める。また、モータ７の起動とともにモータ７の回転数を検出するための速度検知タイマーを起動させる。なお、この速度検知タイマーはマイクロコンピュータ４１内に設けられている。
【００３４】
Ｕ相、Ｗ相の駆動波形データ６１u、６１ｗは前述したようにＶ相の駆動波形データ６１ｖに対してそれぞれ１２０°、２４０°遅れの駆動信号となる。これによりロータが回転し始める。このロータの回転によりロータ位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの切り替わりの１つであるロータ位置信号Ｈｗの立ち上がりエッジ５３ｃが来るが、このときマイクロコンピュータ４１はロータが遅れることを想定して、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）が１０９２３（位相６０°に相当）に達するとロータ位置信号Ｈｗの立ち上がりエッジ５３ｃを検出するまでデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）を更新せず同じデータで待機している。そして、実際にロータ位置信号Ｈｗの立ち上がりエッジ５３ｃが来た時点でデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）の更新を再開してさらに速度検知タイマーをリセットし再び測定を始める。
【００３５】
さらにロータの回転によってロータ位置信号Ｈuの立ち下がりエッジ５３ｄが来るが、このときマイクロコンピュータ４１は、Ｕ相に着目して運転モードをＶ相を基準とするモードａからＵ相を基準とするモードｂに切り替える。このときにもマイクロコンピュータ４１はロータが遅れることを想定して、データポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）が２１８４５（位相１２０°に相当）に達するとロータ位置信号Ｈuの立ち下がりエッジ５３ｄを検出するまでデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）更新せず同じデータで待機している。そして、実際にロータ位置信号Ｈｗの立ち下がりエッジ５３ｄが来た時点で運転モードをＶ相基準のモードａからＵ相基準のモードｂに切り替え、データポインタを０として駆動波形データ６１uを求める。、Ｖ相、Ｗ相の駆動電圧データ６１ｖ、６１ｗはＵ相に対してそれぞれ２４０°、１２０°位相の遅れたデータポインタ（ＮＥＷ＿ＤＡＴＡ）からデータを読み込み作成する。
【００３６】
このように順次６箇所のエッジ５３ａ〜５３ｆで駆動電圧データの補正を行なう。また、速度検知タイマーの値からモータ７の回転数が得られるのでこれに応じて更新量（α＿ＤＡＴＡ）を位置信号の反転タイミングごとに回転数変化に追従するように変更する。
【００３７】
これにより、Ｕ相の駆動波形データ６１uは正弦波状となり、ロータ位置信号Ｈuのエッジ５３ａ、５３ｄでゼロとなる。Ｖ相の駆動波形データ６１ｖは正弦波状となり、ロータ位置信号Ｈｖのエッジ５３ｂ、５３eでゼロとなる。Ｗ相の駆動波形データ６１ｗは正弦波状となり、ロータ位置信号Ｈｗのエッジ５３ｃ、５３ｆでゼロとなる。
【００３８】
なお、モータ７を逆転方向に回転させるには、図５における駆動電圧データ６１u、６１ｖ、６１ｗの位相をそれぞれ１８０°遅らせればよい。
【００３９】
次に、洗い工程における制御動作について説明する。洗い工程では、モータを一方向に回転させたのち、電磁ブレーキをかけ一旦停止させたのちに、逆方向に回転させ、再度ブレーキをかけ一旦停止させる動作を正転・逆転で繰り返えすことによって水流を作り出している。ここではモータが正転から逆転に移行するときの制御動作を例に図６を参照して説明する。モータが回転している状態では、更新量（α＿ＤＡＴＡ）は、前述のようにモータの回転速度に応じた更新量に変更されている。モータの回転を止める場合、マイクロコンピュータ４１は駆動波形データ６１に対して１８０°位相の遅れたブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗを作成する。インバータ回路３５はこのブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗに基づき電圧をモータ７に供給する。これによりモータ７には電磁ブレーキがかかる。ブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗも駆動波形データ６１と同様に、ホールセンサ５５ａ〜５５ｃの反転タイミングで随時補正が行われ、正弦波状のデータとなる。
【００４０】
図８に示すように、モータ７は、区間Ｚ１で正転し、次の区間Ｚ２で逆転し、次の区間Ｚ３で再び正転する。それぞれの区間の後半は、電磁ブレーキがかけられるため、回生エネルギーが発生する。この回生エネルギーがコンデンサ３２ａ、３２ｂに蓄えられるとき、図８のＰａのようにインバータ入力電圧検出手段３８で検出されるインバータ入力電圧が上昇する。このインバータ入力電圧が大きすぎる場合には、トランジスタの耐圧を超えてインバータ回路３５のトランジスタ３６ａ〜３６ｃ、３７ａ〜３７ｃが損傷・破損する虞があるので、インバータ入力電圧を下げる必要がある。一方、蓄えられた回生エネルギーは次の区間でモータ７を起動させる際に利用される。このとき、インバータ入力電圧は図８のＰｂのように減少する。回生エネルギーを蓄えたときのインバータ入力電圧が小さすぎる場合は、モータ７の回転起動時におけるトルクが低下するので、インバータ入力電圧を上げる必要がある。
【００４１】
そこで、図６に示すような制御を行い、インバータ入力電圧が第１の規定値αより大きく第２の規定値βよりも小さくなるようにする（ただしα＜β）。すなわち、インバータ入力電圧が第１の規定値α以下であると副制御部１５が判定したとき、ブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗが位相の進んだ波形６３ｕ’、６３ｖ’、６３ｗ’になるように、位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの反転タイミングでデータポインタの値を小さくする。その結果、インバータ入力電圧が依然として第１の規定値α以下であれば、インバータ入力電圧が第１の規定値αより大きくなるまで、位置信号の反転タイミングごとにブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗの位相進み幅を大きくする。なお、ここでブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗの位相が進むということは駆動波形データ６１ｕ、６１ｖ、６１ｗに対する遅れ量が少なくなるということである。
【００４２】
また、インバータ入力電圧が第２の規定値β以上であると副制御部１５が判定したとき、ブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗが位相の遅れた波形６３ｕ’’、６３ｖ’’、６３ｗ’’になるように、位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの反転タイミングでデータポインタの値を大きくする。その結果、インバータ入力電圧が依然として第２の規定値β以上であれば、インバータ入力電圧が第２の規定値βより小さくなるまで、位置信号の反転タイミングごとにブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗの位相遅れ幅を大きくする。これは駆動波形データ６１ｕ、６１ｖ、６１ｗに対する遅れ量も大きくなることを意味する。
【００４３】
次に、インバータ入力電圧の制御について、上記の実施形態と異なる実施形態について説明する。インバータ入力電圧が第１の規定値α以下であると副制御部１５が判定したとき、副制御部１５はブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗと三角波６２を比較して求まるパルス信号データのオン時間のパルス幅を均等に小さくしたものをＰ１〜Ｐ６としてドライブ回路４０に出力し、モータ７への印加電圧が小さくなるように制御する。これにより、モータ７に流れる電流を少なくして、インバータ電圧を上昇させる。
【００４４】
また、インバータ入力電圧が第２の規定値β以上であると副制御部１５が判定したとき、副制御部１５はブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗと三角波６２を比較して求まるパルス信号データのオン時間のパルス幅を均等に大きくしたものをＰ１〜Ｐ６としてドライブ回路４０に出力し、モータ７への印加電圧が大きくなるように制御する。これにより、モータ７に流れる電流を多くして、インバータ電圧を低下させる。
【００４５】
さらに、インバータ入力電圧の制御を、上記の２つの実施形態を組み合わせた実施形態で行ってもよい。この実施形態では、目標値、目標値より小さい第３の規定値γ、目標値より大きい第４の規定値δを設定しておく。
【００４６】
インバータ入力電圧が第３の規定値γ以下の場合は、ブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗの位相が進むように、位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの反転タイミングでデータポインタの値を小さくする。インバータ入力電圧が第３の規定値γより大きく第４の規定値δより小さい場合は、インバータ入力電圧が目標値よりも大きければブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗと三角波６２を比較して求まるパルス信号データのオン時間のパルス幅を均等に大きくし、インバータ入力電圧が目標値よりも小さければブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗと三角波６２を比較して求まるパルス信号データのオン時間のパルス幅を均等に小さくする。インバータ入力電圧が第４の規定値δ以上の場合は、ブレーキ波形データ６３ｕ、６３ｖ、６３ｗの位相が遅れるように、位置信号Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗの反転タイミングでデータポインタの値を大きくする。これにより、インバータ入力電圧を目標値に制御することができる。
【００４７】
また、コンデンサ３２ａ、３２ｂからなるエネルギー貯蔵手段を図９のような構成にしてもよい。すなわち回生エネルギーを蓄えているときは、図９（ｂ）のようにコンデンサ３２ａ、３２ｂを並列にし、モータ起動に回生エネルギーを使いきったときは並列よりも静電容量の小さい直列にする（ａ）。（ａ）と（ｂ）との切替はマイクロコンピュータ４１からの制御信号でスイッチ６４を制御することによって行われる。
【００４８】
これにより、回生エネルギー回収時にはより多くのエネルギーを蓄えることが可能となる。端子６５、６６、６７、６８、６９はそれぞれ整流回路３１の＋側、整流回路３１の−側、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、交流電源３０に接続される。
【００４９】
なお、本実施形態ではパルセータレス構造のダイレクトドライブ式インバータ洗濯機を用いたが、モータがパルセータを回転させる構造のインバータ洗濯機やドラム式インバータ洗濯機に本発明を適用してもよい。ただし、モータによって回転する回転体に生じる慣性力が大きいほど、本発明の効果が大きくなる。
【００５０】
本発明によると、電磁ブレーキをかけている際に発生する回生エネルギーをエネルギー貯蔵手段に蓄え、モータを再度起動させるときに、前記回生エネルギーを利用して前記モータを駆動させるので、回生エネルギーを有効に利用することができる。これにより省エネルギー化を図ることができる。
【００５１】
また本発明によると、前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段を備え、その検出電圧に上限値と下限値を設け、これらの範囲内に検出電圧が納まるように制御するので、前記エネルギー貯蔵手段の電圧が大きくなり過ぎないようにして前記エネルギー貯蔵手段やインバータ手段を構成する素子の損傷や破損を防ぐことができ、且つ、蓄えられるエネルギー量が一定の範囲内になり、停止後再度モータを起動する際にその蓄えられたエネルギーを利用するときの制御が容易になる。
【００５２】
また本発明によると、前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段を備え、その検出電圧に上限値と下限値を設け、検出電圧が上下限の範囲内になるように、インバータ手段を構成するスイッチング素子を駆動させるオンデューティを可変するので、前記エネルギー貯蔵手段の電圧が大きくなり過ぎないようにして前記エネルギー貯蔵手段やインバータ手段を構成する素子の損傷や破損を防ぐことができ、且つ、蓄えられるエネルギー量が一定の範囲内になり、停止後再度モータを起動する際にその蓄えられたエネルギーを利用するときの制御が容易になる。さらに、正弦波状電圧の位相遅れ量を制御するよりも精度よく制御することができる。
【００５３】
また本発明によると、前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段を備え、その検出電圧に上限値と下限値を設け、検出電圧が上下限の範囲内になるように、正弦波状電圧の位相遅れ量の制御と、インバータ手段を構成するスイッチング素子を駆動させるオンデューティを可変する制御と、を検出電圧に応じて予め設定された比率で行なうので、前記エネルギー貯蔵手段の電圧が大きくなり過ぎないようにして前記エネルギー貯蔵手段やインバータ手段を構成する素子の損傷や破損を防ぐことができ、且つ、各々の制御を単独で行なうよりも早く目標値に達することができる。これにより、安定した制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態のインバータ洗濯機全体の内部構成の概略図
【図２】 図１に示すインバータ洗濯機の回路ブロック図
【図３】 図１に示すインバータ洗濯機の副制御部ブロック図
【図４】 図１に示すインバータ洗濯機のホールセンサからの位置信号と駆動電圧データを示す図
【図５】 図１に示すインバータ洗濯機の正転回転におけるロータ位置パターンと運転モードを示す図
【図６】 図１に示すインバータ洗濯機の正転回転でのブレーキ電圧データの位相制御を示す図
【図７】 図１に示すインバータ洗濯機の副制御部にあるマイクロコンピュータに記憶されている正弦波データとその正弦波データの位相をデータポインタの関係を示す図
【図８】 回生エネルギーを次の回転起動時に利用するときの回転数とインバータ入力電圧との関係を示した図
【図９】 コンデンサの構成を示した図
【符号の説明】
１ インバータ洗濯機
２ 回転槽
３ 外槽
４ サスペンション部
５ リアクトル
６ 蓋
７ 直流ブラシレスモータ
８ 伝達機構
９ 操作部
１０ 表示部
１１ ブザー
１２ 蓋センサ
１３ 水位センサ
１４ 主制御部
１５ 副制御部
１６ 給水弁
１７ 排水弁
１８ 蓋ロック機構
３０ 商用電源
３１ 整流回路
３２ａ、３２ｂ コンデンサ
３５ インバータ回路
３６ａ〜３６ｃ、３７ａ〜３７ｃ ＮＰＮ型トランジスタ
３８ インバータ入力電圧検出手段
４０ ドライブ回路
４１ マイクロコンピュータ
４２ａ〜４２ｃ、４３ａ〜４３ｃ ダイオード
５５ａ〜５５ｃ ホールセンサ
６１ 駆動波形データ
６２ 三角波
６３ｕ、６３ｖ、６３ｗ ブレーキ波形データ
６４ スイッチ
６５〜６９ 端子
Ｈu、Ｈｖ、Ｈｗ 位置信号
Ｐ１〜Ｐ６ 駆動信号
Ｌu、Ｌｖ、Ｌｗ ステータコイル
Claims (5)
- 洗濯用回転体を交互に正転・反転させて洗濯を行なうように動作するモータであるブラシレスモータと、該モータのロータ回転位置を検出する位置検出手段と、パルス信号により制御されるスイッチング手段からなるインバータ手段を有し前記位置検出手段より出力される位置信号に基づいて前記モータを駆動する制御部と、を備えたインバータ洗濯機において、
前記制御部はエネルギー貯蔵手段と前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段とを備えており、前記モータの回転方向切換えの際に前記モータを一時的に停止させるとき前記モータに電磁ブレーキをかけ、その電磁ブレーキをかけている際に発生する回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄え、前記モータを停止前の回転方向と逆の回転方向に起動させるときに、前記エネルギー貯蔵手段に蓄えられている回生エネルギーを利用して前記モータを駆動させるようになっているとともに、
前記制御部は、前記モータに供給する正弦波状電圧の位相を回転時に供給していた正弦波状電圧の位相より遅らせることにより前記モータに電磁ブレーキをかけ、前記回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄えるときに、前記検出電圧が予め定めた上限値以上である場合は前記検出電圧を低下させるように前記正弦波状電圧の位相遅れ量を多くし、前記検出電圧が予め定めた下限値以下である場合は前記検出電圧を上昇させるように前記正弦波状電圧の位相遅れ量を少なくする制御を行うことを特徴とするインバータ洗濯機。 - 洗濯用回転体を交互に正転反転させて洗濯を行なうように動作するモータであるブラシレスモータと、該モータのロータ回転位置を検出する位置検出手段と、パルス信号により制御されるスイッチング手段からなるインバータ手段を有し前記位置検出手段より出力される位置信号に基づいて前記モータを駆動する制御部と、を備えたインバータ洗濯機において、
前記制御部はエネルギー貯蔵手段と前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段とを備えており、前記モータの回転方向切換えの際に前記モータを一時的に停止させるとき前記モータに電磁ブレーキをかけ、その電磁ブレーキをかけている際に発生する回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄え、前記モータを停止前の回転方向と逆の回転方向に起動させるときに、前記エネルギー貯蔵手段に蓄えられている回生エネルギーを利用して前記モータを駆動させるようになっているとともに、
前記制御部は、前記モータに供給する正弦波状電圧の位相を回転時に供給していた正弦波状電圧の位相より遅らせることにより前記モータに電磁ブレーキをかけ、前記回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄えるときに前記電圧検出手段によって検出された検出電圧が予め定められた上限値以上である場合は前記検出電圧を低下させるように前記スイッチング手段を駆動させるパルス信号のオンデューティを大きくして前記モータへの印加電圧が高くなるように制御し、前記回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄えるときに前記検出電圧が予め定められた下限値以下である場合は前記検出電圧を上昇させるように前記スイッチング手段を駆動させるパルス信号のオンデューティを小さくし前記モータへの印加電圧が低くなるように制御することを特徴とするインバータ洗濯機。 - 洗濯用回転体を交互に正転・反転させて洗濯を行なうように動作するモータであるブラシレスモータと、該モータのロータ回転位置を検出する位置検出手段と、パルス信号により制御されるスイッチング手段からなるインバータ手段を有し前記位置検出手段より出力される位置信号に基づいて前記モータを駆動する制御部と、を備えたインバータ洗濯機において、
前記制御部はエネルギー貯蔵手段と前記エネルギー貯蔵手段の電圧を検出する電圧検出手段とを備えており、前記モータの回転方向切換えの際に前記モータを一時的に停止させるとき前記モータに電磁ブレーキをかけ、その電磁ブレーキをかけている際に発生する回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄え、前記モータを停止前の回転方向と逆の回転方向に起動させるときに、前記エネルギー貯蔵手段に蓄えられている回生エネルギーを利用して前記モータを駆動させるようになっているとともに、
前記制御部は、前記モータに供給する正弦波状電圧の位相を回転時に供給していた正弦 波状電圧の位相より遅らせることにより前記モータに電磁ブレーキをかけ、前記回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄えるときに前記電圧検出手段によって検出された検出電圧が予め定めた上限値以上である場合は、前記検出電圧を低下させるように前記正弦波状電圧の位相遅れ量を多くする制御と、前記スイッチング手段を駆動させるパルス信号のオンデューティを大きくして前記モータへの印加電圧が高くなるようにする制御と、を前記検出電圧の値に応じて予め設定された比率で行い、前記回生エネルギーを前記エネルギー貯蔵手段に蓄えるときに前記検出電圧が予め定めた下限値以下である場合は、前記検出電圧を上昇させるように前記正弦波状電圧の位相遅れ量を少なくする制御と、前記スイッチング手段を駆動させるパルス信号のオンデューティを小さくし前記モータへの印加電圧が低くなるようにする制御と、を前記検出電圧の値に応じて予め設定された比率で行なうことを特徴とするインバータ洗濯機。 - 前記洗濯用回転体は外槽の内部に設けられた回転槽であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインバータ洗濯機。
- 前記洗濯用回転体は前記回転槽の内部に設けられた攪拌体であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインバータ洗濯機。
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