JP3977762B2 - ドラム式洗濯機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドラムを回転させるモータの出力トルクをベクトル制御するドラム式洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のドラム式洗濯機では、ドラム内部の洗濯物の重量、即ち布量の判定を行なう場合、ドラムの回転数を所定の回転数まで上昇させ、そこから更に高い回転数まで上昇させるのに要した時間の長さに基づいて判定するようにしている。しかしながら、ドラムの回転数が高い領域になると、風損が発生したり、或いは、静止している機構側のドラムの開閉扉と布との間に発生する摩擦が大きくなり、布量の差に比例した検出結果が得られにくくなり、判定精度が低下するという問題があった。
【０００３】
また、特許文献１には、縦型の洗濯機においてモータの出力トルクをベクトル制御するもので、そのベクトル制御におけるｑ軸電流値に基づいて布量判定行なう構成が開示されている。
【０００４】
即ち、ベクトル制御におけるｑ軸電流はモータの出力トルクに比例するため、その電流値を参照することでモータが駆動する負荷の状態を適切に推定することができる。従って、ｑ軸電流値に基づいて布量判定を行なえば、判定精度を向上させることが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、洗濯槽内の底部に配置された撹拌翼を回転させる縦型の洗濯機に適用したものであるから、ドラム式洗濯機にそのまま適用することはできない。そして、布量判定を正確に行うには、ドラム内部において洗濯物が均等にバランス良く分布している状態にすることが理想的である。しかし、その点については特許文献１には何等開示が無く、また、例え開示があるとしても基本的な構造が異なるドラム式洗濯機ではバランス調整方式が必然的に異なるため、やはりそのまま適用することは不可能である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、布量の推定をより高精度に行なうことができるドラム式洗濯機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載のドラム式洗濯機は、回転軸が略水平方向に配置され、洗濯物が収容されるドラムと、
このドラムの背部に回転軸が直接連結されて前記ドラムを回転させるＤＣブラシレスモータと、
このモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記モータをベクトル制御することで、当該モータの発生トルクが少なくとも洗い運転と脱水運転との夫々について最適となるように制御するトルク制御手段と、
前記モータの回転数が、高回転数側から減少させた場合に前記ドラム内部の洗濯物が最上点において内周面より落下し始めると推定される第１回転数から、低回転数側から上昇させた場合に前記ドラム内部の洗濯物が最上点において内周面に張り付き始めると推定される第２回転数までの間にあると判断すると、ベクトル制御におけるｑ軸電流値の変動を検出し、その変動レベルが所定値を下回ると前記モータを最大出力トルクで加速させるバランス調整制御を行い、その加速期間におけるベクトル制御のｑ軸電流値に応じて布量を推定する布量推定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
即ち、ドラム式洗濯機においてドラムを比較的低速で回転させる場合は、重力の作用により洗濯物がドラムの内周面から下方に落下し、位置が大きく変化し易い。従って、単にドラムを比較的低速で回転させることだけでも、洗濯物の分布バランスをある程度調整することができる。そして、そのような状態からドラムの回転数を上昇させると、次第に洗濯物に対して遠心力が作用し、洗濯物はドラムの内周面に張り付く傾向を示し、更に回転数を上昇させれば、ドラムの内周面に洗濯物が張り付いたままで回転するようになる。
逆に、洗濯物がドラムの内周面に張り付いている状態から回転速度を低下させて行くと、洗濯物に作用している遠心力が次第に低下し、やがては洗濯物がドラム内の最上点から落下するようになる。
【００１０】
以上のプロセスにおいて、洗濯物がドラム内部の最上点に位置した場合でも下方に落下せず、内周面に張り付き始めると推定される臨界的な回転数（第２回転数）と、ドラム内部に張り付いていた洗濯物が最上点に位置した場合に下方に落下し始めると推定される臨界的な回転数（第１回転数）との間では（一般に、両者は必ずしも一致しない）、ドラム内における洗濯物の分布バランスがある程度均一化された状態にあると考えられる。従って、その時点からドラムを急加速して回転数を上昇させている期間に検出されるｑ電流値は、モータの負荷量、即ち布量をより正確に反映した値となり、布量の推定をより高精度で行なうことができる。
【００１１】
この場合、布量推定手段は、モータの回転数が第１回転数から第２回転数までの間にある場合にベクトル制御におけるｑ軸電流値の変動を検出し、その変動レベルが所定値を下回るとモータの加速を開始させるバランス調整制御を行う。
【００１２】
即ち、上述したように、布量を高精度で推定するには、前提としてドラム内の洗濯物の配置バランスが均一化されている必要がある。そして、ベクトル制御におけるｑ軸電流値には、モータの負荷トルクの変動が直接的に現われるので、ｑ軸電流の変動を小さくするように制御することで配置バランスの調整をよりアクティブに行なうことができる。
【００１３】
また、請求項２に記載したように、布量推定手段を、バランス調整制御を、ドラムの回転数を一旦上昇させた後に下降させ、第１回転数に至るまでの間に行うように構成するのが好ましい。
【００１４】
即ち、配置バランスの調整作用を向上させるには、ドラムの回転速度が、ドラム内面で洗濯物に作用する遠心力と重力とが近接する回転速度範囲を通過する時間範囲をより長くとることが必要である。従って、請求項２のように、ドラムの回転数を低下させる過程では、上述したバランス調整作用が発揮される時間をより長くすることができるので、バランス調整効果が向上する。
【００１５】
また、請求項３に記載したように、布量推定手段を、バランス調整制御を、ドラムの回転数をゼロ状態から上昇させ、第２回転数に達するまでの間に行うように構成しても良い。斯様に構成すれば、布量の推定を請求項３の場合に比較して短時間で行なうことが可能となる。
【００１６】
更に、請求項４に記載したように、布量推定手段を、バランス調整制御をｑ軸電流の実効値に基づいて行なうように構成すると良い。即ち、ｑ軸電流は交流的に変化するので、実効値で評価することで布量の推定をより正確に行うことができる。
【００１７】
また、以上の場合において、請求項５に記載したように、モータの巻線温度を検出する温度検出手段を備え、布量推定手段を、前記巻線温度に基づいて布量の推定結果を補正するように構成すると良い。即ち、モータの巻線に通電を行なうことで巻線の温度は上昇するが、温度が変動すれば巻線の抵抗値も変動する。そして、巻線の抵抗値が変動すると検出されるｑ軸電流にも影響を及ぼす。従って、モータの巻線温度に基づいて布量の推定結果を補正すれば、推定精度を一層向上させることができる。
【００１８】
また、この場合、請求項６に記載したように、温度検出手段を、ベクトル制御におけるｄ軸電流の値に基づいてモータの巻線温度を推定する構成とするのが好ましい。即ち、ｄ軸電流はモータの励磁電流成分であるから、ｄ軸電流を参照すればその時の巻線の抵抗値を高い精度で推定することが可能となる。従って、温度センサなどを別途設けずとも巻線の温度に基づく補正を行なうことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明の第１の実施例につき図１ないし図７を参照して説明する。まず、ドラム式洗濯機の全体構成を示す図２において、ドラム式洗濯機の外殻をなす外箱１の前面部には、中央部に扉２が設けられ、上部に、多数のスイッチや表示部（何れも図示せず）を備えた操作パネル３が設けられている。扉２は、外箱１の前面部中央部に形成された洗濯物出入れ口４を開閉するものである。
【００２０】
外箱１の内部には、円筒状をなす水槽５が配設されている。この水槽５は、その軸方向が前後方向（図２では左右方向）となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状に配設され、弾性支持装置６により弾性的に支持されている。水槽５の内部には、円筒状をなすドラム７が水槽５と同軸状に配設されている。このドラム７は、洗濯の他、脱水及び乾燥に共用の槽として機能するもので、胴部のほぼ全域に小孔８が多数形成され（図３に一部のみ図示）、胴部の内周部にはバッフル９が複数設けられている（図３に一つのみ図示）。
【００２１】
水槽５及びドラム７は、夫々前面部に洗濯物出入れ用の開口部１０，１１を有し、水槽５の開口部１０は前記洗濯物出入れ口４にベロー１２により水密に連ねられ、ドラム７の開口部１１はその水槽５の開口部１０に臨んでいる。ドラム７の開口部１１の周囲部にはバランスリング１３が設けられている。
【００２２】
上記水槽５の背面部には、ドラム７を回転駆動するモータ１４が配設されている。モータ１４はアウタロータ形のＤＣブラシレスモータであり、そのステータ１５が、水槽５の背部中央部に取り付けられた軸受ハウジング１６の外周部に取り付けられている。ロータ１７は、ステータ１５を外側から覆うように配置され、中心部に取り付けられた回転軸１８が上記軸受ハウジング１６に軸受１９を介して回転可能に支承されている。軸受ハウジング１６から突出した回転軸１８の前端部はドラム７の背部の中央部に連結されている。即ち、モータ１４のロータ１７が回転すると、ロータ１７と一体にドラム７も回転する構成となっている。
【００２３】
水槽５の下面部には水溜部２０が設けられており、この水溜部２０の内部に洗濯水加熱用のヒータ２１が配設され、水溜部２０の後部に、排水弁２２を介して排水ホース２３が接続されている。
【００２４】
水槽５の上部には温風生成装置２４が設けられ、背部には熱交換器２５が設けられている。温風生成装置２４は、ケース２６内に配設された温風用ヒータ２７，ケーシング２８内に配設されたファン２９，ファン２９をベルト伝動機構３０を介して回転駆動するファンモータ３１で構成され、ケース２６とケーシング２８とは連通されている。ケース２６の前部にはダクト３２が接続され、ダクト３２の先端部は、水槽５内の前部に突出してドラム７の開口部１２に臨んでいる。
【００２５】
ここで、温風用ヒータ２７とファン２９とにより温風が生成され、その温風はダクト３２を通してドラム７内に供給される。ドラム７内に供給された温風はドラム７内の洗濯物を加熱する共に水分を奪い、熱交換器２５側へ排出される。
【００２６】
熱交換器２５は、上部が上記ケーシング２８内と連通し、下部が水槽５内と連通しており、水が上部から注ぎ入れられて流下することで、内部を通る空気中の水蒸気を冷却し凝縮させて除湿する水冷式である。この熱交換器２５を通った空気は再び温風生成装置２４に戻され、温風化されて循環する。
【００２７】
図１は、ドラム式洗濯機の制御系の構成を示す機能ブロック図である。尚、この構成は、例えば特願２００２−２１２７８８に開示されているものと同様であるから、以下では概略的に説明する。目標速度指令ωref は、洗濯機１１の運転全般を制御する制御用のマイコン（布量推定手段）５４より出力され、減算器３３は、その目標速度指令ωref と、エスティメータ(Estimator) ３４により検出されたモータ１４の回転速度ωとの減算結果を出力する。
【００２８】
速度ＰＩ制御部３５は、目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとを生成する。減算器３６，３７は、前記指令値Ｉqref，Ｉdrefとαβ／ｄｑ変換部３８より出力されるｑ軸電流値Ｉｑ，ｄ軸電流値Ｉｄとの減算結果を電流ＰＩ制御部３９ｑ，３９ｄに出力する。ｑ軸電流値Ｉｑはマイコン５４にも与えられる。
【００２９】
電流ＰＩ制御部３９ｑ，３９ｄは、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとの差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ及びｄ軸電圧指令値Ｖｄを生成して出力する。ｄｑ／αβ変換部４０は、エスティメータ３４により検出されたモータ１４における２次磁束の回転位相角（ロータ位置角）θに基づいて、電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを電圧指令値Ｖα，Ｖβに変換する。
【００３０】
αβ／ＵＶＷ変換部４１は、電圧指令値Ｖα，Ｖβを三相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換して出力する。切換えスイッチ４２ｕ，４２ｖ，４２ｗは、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、初期パターン出力部４３により出力される起動用の電圧指令値Ｖus，Ｖvs，Ｖwsとを切り換えて出力する。
【００３１】
ＰＷＭ形成部４４は、電圧指令値Ｖus，Ｖvs，Ｖwsに基づき１６ｋＨｚの搬送波を変調した各相ＰＷＭ信号Ｖup(+,-) ，Ｖvp(+,-) ，Ｖwp(+,-) をインバータ回路４５に出力する。インバータ回路４５は６個のＩＧＢＴ４６を三相ブリッジ接続して構成され、下アーム側Ｕ，Ｖ相のＩＧＢＴ４６のエミッタは、夫々電流検出用のシャント抵抗（電流検出手段）４７（ｕ，ｖ）を介してグランドに接続されている。また、両者の共通接続点は、図示しない増幅・バイアス回路を介してＡ／Ｄ変換部４９に接続されている。また、インバータ回路４５には、１００Ｖの交流電源を倍電圧全波整流した約２８０Ｖの直流電圧が印加される。増幅・バイアス回路はシャント抵抗４７の端子電圧を増幅し、その増幅信号の出力範囲が正側に収まるようにバイアスを与える。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部４９は、増幅・バイアス回路の出力信号をＡ／Ｄ変換した電流データＩｕ，Ｉｖを出力する。ＵＶＷ／αβ変換部５２は、電流データＩｕ，ＩｖからＷ相の電流データＩｗを推定し、三相の電流データＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗを直交座標系の２軸電流データＩα，Ｉβに変換する。
【００３３】
αβ／ｄｑ変換部３８は、ベクトル制御時にはエスティメータ３４よりモータ１４のロータ位置角θを得て２軸電流データＩα，Ｉβをｄ軸電流値Ｉｄ，ｑ軸電流値Ｉｑに変換し、例えば１２８μ秒毎に出力する。エスティメータ３４は、ｄ軸電流値Ｉｄ，ｑ軸電流値Ｉｑに基づいてロータ１７の位置角θ及び回転速度ωを推定し、各部に出力する。
尚、以上の構成において、インバータ回路４５を除く構成は、主にＤＳＰ（Digital Signal Processor，トルク制御手段）５３のソフトウエアで実現されている機能である。
【００３４】
次に、本実施例の作用について図３乃至図７をも参照して説明する。図３は、ドラム７内に投入された洗濯物の重量（布量）を推定する処理を示すフローチャートであり、制御用マイコン５４により実行される。制御用マイコン５４は、ステップＳ１において、モータ１４の回転速度漸増運転を実行する。即ち、時間Ｔk1の間に上側基準速度（第２回転数）Ｎａまで上げるように（Ｎａ／Ｔk1）の加速度で回転速度を順次上げてゆく。上側基準速度Ｎａは、遠心力の作用により洗濯物がドラム７内周面の最上点においても張り付き始める速度であり、４０ｒｐｍ以上の例えば７５ｒｐｍに設定されている。
【００３５】
この回転速度漸増運転はモータ１４をベクトル制御することによって行われる。その回転制御はαβ／ｄｑ変換部３８によるｑ軸電流値の出力が１２８μ秒間隔でなされるため、ドラム７の１回転（７５〜５５ｒｐｍ、１回転０．８秒〜１．０９秒）のうち１２８μ秒毎に回転速度制御がなされる。これにより、ドラム７の１回転中での回転変動が少なくなるように制御される。
【００３６】
即ち、ドラム式洗濯機においてドラム７を比較的低速で回転させる場合は、重力の作用により洗濯物がドラムの内周面から下方に落下し、位置が大きく変化し易い。従って、単にドラム７を比較的低速で回転させることだけでも、洗濯物の分布バランスをある程度調整することができる。尚、その作用の詳細については、例えば特願２００２−２１２７８８に記述されている。
【００３７】
続くステップＳ２では、後述する漸減フラグのリセット処理を行ない、次のステップＳ３ではｑ軸電流Ｉｑを１２８μ秒毎に読み込む。次のステップＳ４においては、ｑ軸電流変動幅Ｈの検出処理を行う。
【００３８】
図４は、変動幅Ｈの検出処理内容を示すフローチャートである。また、図６（ａ）は、図３のフローチャートの処理に従った場合におけるモータ１４の回転数の一例を示すもので、（ｂ）はその際に検出されるｑ軸電流のサンプリング値、（ｃ）は（ｂ）のｑ軸電流値を、後述する図４のフローチャートに従って演算処理した変動幅Ｈを示す。
【００３９】
ここで、ステップＳ４におけるｑ軸電流変動幅Ｈの検出処理について図４を参照して説明する。まず、図６（ｂ）のように検出されたｑ軸電流値を、デジタル演算によりローパスフィルタリングして高周波成分をカットすると共に、所定間引き率で検出数を間引する（ステップＳ２１）。次に、ハイパスフィルタリングにより変動分を抽出すると（ステップＳ２２）、その結果を二乗演算し（ステップＳ２３）、さらにローパスフィルタリングにより二乗演算結果の高周波成分を除去する（ステップＳ２４）。すると、図６（ｃ）に示すようなデータが得られるので、これをｑ軸電流の変動幅Ｈとする。
【００４０】
再び、図３を参照する。ステップＳ５においては、変動幅Ｈが予め定められた基準値Ｈｋより小であるか否かを判断する。即ち、ｑ軸電流の変動幅Ｈは、モータ１４の負荷トルク変動を反映している。従って、変動幅Ｈが大であるということはドラム７の回転変動が大きく、ドラム７内における洗濯物分布のアンバランス状態が大きいことを示している。
【００４１】
ステップＳ５において、変動幅Ｈが基準値Ｈｋ以上であれば(「ＮＯ」)ステップＳ６，Ｓ７へと移行する。そして、漸減フラグがセットされておらず(ステップＳ６，「ＮＯ」)、回転速度が上側基準速度Ｎａに達していなければ(ステップＳ７，「ＮＯ」)ステップＳ１に戻り、回転速度の漸増を継続する。
【００４２】
以上のように、ステップＳ１〜Ｓ７のループを回っている間において、回転速度が上側基準速度Ｎａに達する以前に変動幅Ｈが基準値Ｈｋを下回ると（ステップＳ５，「ＹＥＳ」）、制御用マイコン５４は、モータ１４を最大トルクで加速させる（ステップＳ８）。そして、この加速期間でも、ｑ軸電流Ｉｑを１２８μ秒毎に読み込む（ステップＳ９）。
【００４３】
続くステップＳ１０において、加速によりモータ１４の回転速度がＮｄ（例えば、３００ｒｐｍ）に達するまでは（「ＮＯ」）ステップＳ８，Ｓ９の処理を繰り返し、回転速度がＮｄに達すると（「ＹＥＳ」）モータ１４の加速を停止させる（ステップＳ１１）。それから、制御用マイコン５４は、加速期間にサンプリングしたｑ軸電流値Ｉｑについて実効値（2乗平均値の平方根）を演算すると（ステップＳ１２）、その演算結果に応じて布量判定を行なう（ステップＳ１３）。
【００４４】
一方、ステップＳ１〜Ｓ７のループを回っている間において、回転速度が上側基準速度Ｎａに達する以前に変動幅Ｈが基準値Ｈｋを下回らなかった場合（ステップＳ７，「ＹＥＳ」）、制御用マイコン５４は、内部メモリのフラグ格納領域に漸減フラグをセットする（ステップＳ１４）。そして、モータ１４の回転速度漸減運転を実行する（ステップＳ１５）。即ち、図５に示すように時間Ｔk2の間に下側基準速度（第１回転数）Ｎｂまで下げるように（Ｎａ−Ｎｂ／Ｔk2）の減速度で回転速度を順次下げてゆく。下側基準速度Ｎｂは、ドラム７内周面の最上点から洗濯物が落し始めると推定される回転速度であり、例えば５５ｒｐｍに設定されている。
【００４５】
即ち、ドラム７の回転速度を漸減させて下側基準速度Ｎｂに達しようとする近傍では、ドラム内における洗濯物の分布バランスがある程度均一化された状態にあると推定される。そして、以上の回転速度漸減運転の実行中も（ステップＳ１６，「ＮＯ」）、漸増運転の場合と同様にステップＳ３〜Ｓ５の処理を実行し、その実行中に変動幅Ｈが基準値Ｈｋを下回れば（ステップＳ５，「ＹＥＳ」）、同様にステップＳ８以降の処理を行なう。また、ステップＳ５において「ＮＯ」と判断した場合は、漸減フラグがセットされているので続くステップＳ６では「ＹＥＳ」と判断することになり、ステップＳ１５に移行する。
【００４６】
更に、回転速度漸減運転が継続され、ステップＳ５で「ＹＥＳ」と判断される前に回転速度が下側基準速度Ｎｂに達すると（ステップＳ１６，「ＹＥＳ」）、制御用マイコン５４は、モータ１４の回転を一旦停止させる（ステップＳ１７）。それから、ステップＳ１に移行してバランス調整運転を再度行う。
【００４７】
ここで、図７は、縦軸にｑ軸電流の実効値をとり、その値に基づいて判定される布重量を横軸にとって示す。例えば、ｑ軸電流値が３．３５２である場合、布重量は約３ｋｇと判定される。
【００４８】
以上のように本実施例によれば、制御用マイコン５４は、洗濯機のドラム７を回転させるモータ１４をインバータ回路４５によりベクトル制御方式で駆動し、モータ１４の回転数が下側基準速度Ｎｂと上側基準速度Ｎａとの間にある場合にベクトル制御におけるｑ軸電流値の変動を検出し、その変動レベルが所定値以下になるとモータ１４を最大トルクで加速させ、その加速期間におけるベクトル制御のｑ軸電流値に応じて布量を推定するようにした。
【００４９】
即ち、モータ１４の回転数が下側基準速度Ｎｂと上側基準速度Ｎａとの間にある場合、ドラム７内における洗濯物の分布バランスはある程度均一化された状態にあると推定される。そして、ベクトル制御におけるｑ軸電流値には、モータ１４の負荷トルクの変動が直接的に現われるので、ｑ軸電流の変動を小さくするように制御することで配置バランスの調整がよりアクティブに行なわれる。
【００５０】
そして、配置バランスの調整が良好に行なわれていると推定される状態から、ドラム７を急加速して回転数を上昇させている期間に検出されるｑ電流値は、モータ１４の負荷量、即ち布量をより正確に反映した値となるので、布量の推定をより高精度で行なうことができる。
【００５１】
また、制御用マイコン５４は、ｑ電流値に基づくバランス調整制御を、最初に、ドラム７の回転数をゼロ状態から上昇させて上側基準速度Ｎａに達するまでの間に行うので、バランス調整が順調に行われた場合は布量の推定を比較的短時間で行なうことが可能となる。更に、制御用マイコン５４は、バランス調整制御をｑ軸電流の実効値に基づいて行なうので、交流的に変化するｑ軸電流に基づいて布量の推定をより正確に行うことができる。
【００５２】
（第２実施例）
図８及び図９は本発明の第２実施例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例の構成は基本的に第１実施例と同様であり、制御用マイコン５４によるソフトウエア的な処理内容が異なっている。
【００５３】
即ち、第２実施例では、ドラム７の回転速度を一旦上側基準速度Ｎａまで上昇させた後（ステップＳ２１）、下側基準速度Ｎｂに向けて回転速度を漸減させる(最大期間Tk)ようにしている（ステップＳ２２）。それから、第２実施例と同様にステップＳ３〜Ｓ５，Ｓ８〜Ｓ１３を実行する。また、ステップＳ５において「ＮＯ」と判断した場合は、ステップＳ１６，Ｓ１７を実行し、ステップＳ１６で「ＮＯ」と判断するとステップＳ２２に移行する。そして、ステップＳ１７の実行後はステップＳ２１に移行する。
【００５４】
以上のように第２実施例によれば、制御用マイコン５４は、ドラム７の回転数を一旦上昇させた後に下降させ、下側基準速度Ｎｂに至るまでの間にバランス調整制御を行い、ｑ軸電流の変動が基準値Ｈｋよりも小さくなると、モータ１４を最大トルクで加速させるようにした。
【００５５】
即ち、配置バランスの調整作用を向上させるには、ドラム７の回転速度が、ドラム７内面で洗濯物に作用する遠心力と重力とが近接する回転速度範囲を通過する時間範囲をより長くとることが必要である。そして、第１実施例における最初の処理のように、ドラム７の回転数をゼロから上側基準速度Ｎａまで上昇させる場合は、前記回転速度範囲は上側基準速度Ｎａの極近傍だけとなる。
【００５６】
これに対して、第２実施例のように回転数を漸減させる場合、前記回転速度範囲は、略上側基準速度Ｎａと下側基準速度Ｎｂとの間に亘るようになる。従って、上述したバランス調整作用が発揮される時間をより長くすることができ、バランス調整効果を一層向上させることができる。
【００５７】
（第３実施例）
図１０乃至図１５は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。第３実施例では、布量を推定するのにベクトル制御のｄ軸電流も使用する。
【００５８】
まず、その原理について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は、モータ１４の温度（主に、巻線の温度）を変化させ、ドラム７を「無負荷」の状態、「２．２ｋｇ」，「５．３ｋｇ」の擬似負荷を与えた状態で夫々回転させた場合に、測定した判定値をプロットしたものである。尚、各状態について測定点が二群に分かれているが、低温側の測定群は室温が１４℃の場合、高温側の測定群は室温が２６℃の場合である。
この図１４から、モータ１４の温度が上昇すると、同一の負荷に対して判定値が上昇する傾向を示すことが判る。これは、温度が変化することでモータ１４の巻線の抵抗値変化することに基づく。即ち、洗濯機を運転することで、モータ１４の巻線に通電が行われると巻線の温度は上昇するが、温度が変動すれば巻線の抵抗値も変動する。そして、巻線の抵抗値が変動すると検出されるｑ軸電流にも影響を及ぼすからである。
【００５９】
また、図１５は、モータ１４の温度を変化させた場合に、図１４と同様の負荷状態でモータ１４を回転させた際に検出されるｄ軸電流の値を示したものである。ｄ軸電流はモータ１４の励磁電流成分であるから、巻線の抵抗変化が変化するとそれに応じて電流値が概ね線形に変化する傾向を示している。
【００６０】
即ち、布量は、モータ１４の温度を変化する場合でも、ｑ軸電流、ｄ軸電流の関数として表すことができる。そこで、発明者らは、先ず、布量をｙ,ｑ軸電流の実効値をｘ,ｄ軸電流の実効値をzとした場合に、ｙが（１）式の関数で表されると仮定した（図１２参照）。
ｙ＝ａ・ｘ２＋ｂ・ｘ＋ｃ・ｚ２＋ｄ・ｚ＋ｅ ・・・（１）
【００６１】
そして、既知の布量ｙを与えてｑ軸電流ｘ及びｄ軸電流zを測定し、
（ｙ，ｘ，ｚ）のデータ列から多次元最小二乗法を用いて係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）を求めた。その結果、一例として下記のような結果が得られた。
【００６２】
ａ＝ −１３．７０７８０６９４
ｂ＝ １１２．５１２２８１６
ｃ＝−２４２．８２２１４７７ ・・・・・・・・・（２）
ｄ＝ −０．５９１６２７０１６９
ｅ＝ ７．５４６０７８２２２
尚、これらの結果に基づいて布量を推定することは、第１実施例のようにｑ軸電流のみに基づいて推定する布量を、モータ１４の巻線温度の推定結果に応じて補正することに等しい。
【００６３】
図１０に示す機能ブロック図では、制御用マイコン（温度検出手段，布量推定手段）６１は、エスティメータ３４によって出力されるｄ軸電流値Ｉｄも読み込むように構成されている。
そして、図１１に示すフローチャートでは、制御用マイコン５４はステップＳ９においてｑ軸電流を読み込むと、続いてｄ軸電流も読み込む（ステップＳ３１）。そして、ステップＳ１２においてｑ軸電流の実効値を演算すると、続いてｄ軸電流の実効値も演算する（ステップＳ３２）。それから、（１）式に（２）の係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）を代入した式で布量を判定する（ステップＳ３３）。
【００６４】
図１３（ａ）は、第１実施例のようにｑ軸電流のみに基づいて布量を推定する場合の一例であり、（ｂ）は第３実施例においてｄ軸電流により温度補正を行なって布量を推定する場合の一例を示す。負荷が４ｋｇ，５ｋｇの場合について（ａ）はｑ軸電流の実効値を演算して縦軸にとり、（ｂ）は（１）式に基づくｙを演算して縦軸にとっている。
【００６５】
負荷が４ｋｇの場合，５ｋｇの場合、標準偏差σは（ａ）が０．０１６７，０．０１６５であり、（ｂ）は何れも０．００４である。即ち、３σは（ａ）が０．００５であるのに対して（ｂ）は０．００１２であるから、ばらつきは、４分の１以下となり測定精度が極めて向上した。
【００６６】
以上のように第３実施例によれば、制御用マイコン６１は、ベクトル制御におけるｄ軸電流の値に基づいてモータ１４の巻線温度を推定し、その巻線温度に基づいて布量の推定結果を補正するようにした。従って、推定精度を一層向上させることができる。そして、ｄ軸電流はモータ１４の励磁電流成分であるから、ｄ軸電流を参照すればその時の巻線の抵抗値を良好に推定することが可能となる。従って、温度センサなどを別途設けずとも、巻線の温度に基づく補正を行なうことができる。
【００６７】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
第１実施例において、ステップＳ２〜Ｓ６，Ｓ１４〜Ｓ１７を削除して、ステップＳ３の実行後はステップＳ７の判断を行い、「ＹＥＳ」と判断するとステップＳ８に移行するようにしても良い。即ち、ドラム７の回転数が上限基準値に達したことのみを以って、ドラム７内における洗濯物の分布バランスがある程度均一化された状態にあると判断しても良い。
また、同様に第２実施例においても、ステップＳ２２，Ｓ２３を削除して、ステップＳ２２の実行後はステップＳ１６の判断を行い、「ＹＥＳ」と判断するとステップＳ８に移行するようにしても良い。
第３実施例において、温度検出手段は、必ずしもｄ軸電流に基づくものに限らず、温度センサを設けて巻線の温度を直接検出し、その温度に基づいて第１実施例の方式で推定された布量を補正するようにしても良い。
【００６８】
【発明の効果】
本発明のドラム式洗濯機によれば、布量推定手段は、モータの回転数が、高回転数側から減少させた場合にドラム内部の洗濯物が最上点において内周面より落下し始めると推定される第１回転数から、低回転数側から上昇させた場合にドラム内部の洗濯物が最上点において内周面に張り付き始めると推定される第２回転数までの間にあると判断すると、ベクトル制御におけるｑ軸電流値の変動を検出し、その変動レベルが所定値を下回るとモータを最大出力トルクで加速させるバランス調整制御を行い、その加速期間におけるベクトル制御のｑ軸電流値に応じて布量を推定するようにした。
【００６９】
従って、ドラム内における洗濯物の分布バランスがある程度均一化された状態にあると推定される時点から、ドラムを急加速して回転数を上昇させている期間に検出されるｑ電流値に基づいて、モータの負荷量、即ち布量の推定をより高精度で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例であり、制御系の電気的構成を示す機能ブロック図
【図２】 ドラム式洗濯機の縦断側面図
【図３】 制御内容を示すフローチャート
【図４】 図３のステップＳ４におけるｑ軸電流の変動幅を検出する処理を示すフローチャート
【図５】 図３の制御に応じたモータの回転速度変化の一例を示す図
【図６】 （ａ）は、図３のフローチャートの処理に従った場合におけるモータの回転数を実測した一例、（ｂ）はその際に検出されるｑ軸電流のサンプリング値、（ｃ）は（ｂ）のｑ軸電流値を演算処理した結果を示す図
【図７】 ｑ軸電流の実効値と布量との関係を示す図
【図８】 本発明の第２実施例を示す図３相当図
【図９】 図５相当図
【図１０】 本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図１１】 図３相当図
【図１２】 （１）式を三次元的な概念で示す図
【図１３】 （ａ）は、ｑ軸電流のみに基づいて布量を推定する場合の一例、（ｂ）はｄ軸電流により温度補正を行なって布量を推定する場合の一例を示す図
【図１４】 モータの温度を変化させると共に、ドラムの負荷を変化させて回転させた場合に、測定した判定値をプロットした図
【図１５】 モータの温度を変化させた場合に、図１４と同様の負荷状態でモータを回転させた際に検出されるｄ軸電流の値を示す図
【符号の説明】
７はドラム、１４はモータ、５３はＤＳＰ（トルク制御手段）、５４，６１は制御用マイコン（布量推定手段）を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドラムを回転させるモータの出力トルクをベクトル制御するドラム式洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のドラム式洗濯機では、ドラム内部の洗濯物の重量、即ち布量の判定を行なう場合、ドラムの回転数を所定の回転数まで上昇させ、そこから更に高い回転数まで上昇させるのに要した時間の長さに基づいて判定するようにしている。しかしながら、ドラムの回転数が高い領域になると、風損が発生したり、或いは、静止している機構側のドラムの開閉扉と布との間に発生する摩擦が大きくなり、布量の差に比例した検出結果が得られにくくなり、判定精度が低下するという問題があった。
【０００３】
また、特許文献１には、縦型の洗濯機においてモータの出力トルクをベクトル制御するもので、そのベクトル制御におけるｑ軸電流値に基づいて布量判定行なう構成が開示されている。
【０００４】
即ち、ベクトル制御におけるｑ軸電流はモータの出力トルクに比例するため、その電流値を参照することでモータが駆動する負荷の状態を適切に推定することができる。従って、ｑ軸電流値に基づいて布量判定を行なえば、判定精度を向上させることが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、洗濯槽内の底部に配置された撹拌翼を回転させる縦型の洗濯機に適用したものであるから、ドラム式洗濯機にそのまま適用することはできない。そして、布量判定を正確に行うには、ドラム内部において洗濯物が均等にバランス良く分布している状態にすることが理想的である。しかし、その点については特許文献１には何等開示が無く、また、例え開示があるとしても基本的な構造が異なるドラム式洗濯機ではバランス調整方式が必然的に異なるため、やはりそのまま適用することは不可能である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、布量の推定をより高精度に行なうことができるドラム式洗濯機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載のドラム式洗濯機は、回転軸が略水平方向に配置され、洗濯物が収容されるドラムと、
このドラムの背部に回転軸が直接連結されて前記ドラムを回転させるＤＣブラシレスモータと、
このモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記モータをベクトル制御することで、当該モータの発生トルクが少なくとも洗い運転と脱水運転との夫々について最適となるように制御するトルク制御手段と、
前記モータの回転数が、高回転数側から減少させた場合に前記ドラム内部の洗濯物が最上点において内周面より落下し始めると推定される第１回転数から、低回転数側から上昇させた場合に前記ドラム内部の洗濯物が最上点において内周面に張り付き始めると推定される第２回転数までの間にあると判断すると、ベクトル制御におけるｑ軸電流値の変動を検出し、その変動レベルが所定値を下回ると前記モータを最大出力トルクで加速させるバランス調整制御を行い、その加速期間におけるベクトル制御のｑ軸電流値に応じて布量を推定する布量推定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
即ち、ドラム式洗濯機においてドラムを比較的低速で回転させる場合は、重力の作用により洗濯物がドラムの内周面から下方に落下し、位置が大きく変化し易い。従って、単にドラムを比較的低速で回転させることだけでも、洗濯物の分布バランスをある程度調整することができる。そして、そのような状態からドラムの回転数を上昇させると、次第に洗濯物に対して遠心力が作用し、洗濯物はドラムの内周面に張り付く傾向を示し、更に回転数を上昇させれば、ドラムの内周面に洗濯物が張り付いたままで回転するようになる。
逆に、洗濯物がドラムの内周面に張り付いている状態から回転速度を低下させて行くと、洗濯物に作用している遠心力が次第に低下し、やがては洗濯物がドラム内の最上点から落下するようになる。
【００１０】
以上のプロセスにおいて、洗濯物がドラム内部の最上点に位置した場合でも下方に落下せず、内周面に張り付き始めると推定される臨界的な回転数（第２回転数）と、ドラム内部に張り付いていた洗濯物が最上点に位置した場合に下方に落下し始めると推定される臨界的な回転数（第１回転数）との間では（一般に、両者は必ずしも一致しない）、ドラム内における洗濯物の分布バランスがある程度均一化された状態にあると考えられる。従って、その時点からドラムを急加速して回転数を上昇させている期間に検出されるｑ電流値は、モータの負荷量、即ち布量をより正確に反映した値となり、布量の推定をより高精度で行なうことができる。
【００１１】
この場合、布量推定手段は、モータの回転数が第１回転数から第２回転数までの間にある場合にベクトル制御におけるｑ軸電流値の変動を検出し、その変動レベルが所定値を下回るとモータの加速を開始させるバランス調整制御を行う。
【００１２】
即ち、上述したように、布量を高精度で推定するには、前提としてドラム内の洗濯物の配置バランスが均一化されている必要がある。そして、ベクトル制御におけるｑ軸電流値には、モータの負荷トルクの変動が直接的に現われるので、ｑ軸電流の変動を小さくするように制御することで配置バランスの調整をよりアクティブに行なうことができる。
【００１３】
また、請求項２に記載したように、布量推定手段を、バランス調整制御を、ドラムの回転数を一旦上昇させた後に下降させ、第１回転数に至るまでの間に行うように構成するのが好ましい。
【００１４】
即ち、配置バランスの調整作用を向上させるには、ドラムの回転速度が、ドラム内面で洗濯物に作用する遠心力と重力とが近接する回転速度範囲を通過する時間範囲をより長くとることが必要である。従って、請求項２のように、ドラムの回転数を低下させる過程では、上述したバランス調整作用が発揮される時間をより長くすることができるので、バランス調整効果が向上する。
【００１５】
また、請求項３に記載したように、布量推定手段を、バランス調整制御を、ドラムの回転数をゼロ状態から上昇させ、第２回転数に達するまでの間に行うように構成しても良い。斯様に構成すれば、布量の推定を請求項３の場合に比較して短時間で行なうことが可能となる。
【００１６】
更に、請求項４に記載したように、布量推定手段を、バランス調整制御をｑ軸電流の実効値に基づいて行なうように構成すると良い。即ち、ｑ軸電流は交流的に変化するので、実効値で評価することで布量の推定をより正確に行うことができる。
【００１７】
また、以上の場合において、請求項５に記載したように、モータの巻線温度を検出する温度検出手段を備え、布量推定手段を、前記巻線温度に基づいて布量の推定結果を補正するように構成すると良い。即ち、モータの巻線に通電を行なうことで巻線の温度は上昇するが、温度が変動すれば巻線の抵抗値も変動する。そして、巻線の抵抗値が変動すると検出されるｑ軸電流にも影響を及ぼす。従って、モータの巻線温度に基づいて布量の推定結果を補正すれば、推定精度を一層向上させることができる。
【００１８】
また、この場合、請求項６に記載したように、温度検出手段を、ベクトル制御におけるｄ軸電流の値に基づいてモータの巻線温度を推定する構成とするのが好ましい。即ち、ｄ軸電流はモータの励磁電流成分であるから、ｄ軸電流を参照すればその時の巻線の抵抗値を高い精度で推定することが可能となる。従って、温度センサなどを別途設けずとも巻線の温度に基づく補正を行なうことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明の第１の実施例につき図１ないし図７を参照して説明する。まず、ドラム式洗濯機の全体構成を示す図２において、ドラム式洗濯機の外殻をなす外箱１の前面部には、中央部に扉２が設けられ、上部に、多数のスイッチや表示部（何れも図示せず）を備えた操作パネル３が設けられている。扉２は、外箱１の前面部中央部に形成された洗濯物出入れ口４を開閉するものである。
【００２０】
外箱１の内部には、円筒状をなす水槽５が配設されている。この水槽５は、その軸方向が前後方向（図２では左右方向）となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状に配設され、弾性支持装置６により弾性的に支持されている。水槽５の内部には、円筒状をなすドラム７が水槽５と同軸状に配設されている。このドラム７は、洗濯の他、脱水及び乾燥に共用の槽として機能するもので、胴部のほぼ全域に小孔８が多数形成され（図３に一部のみ図示）、胴部の内周部にはバッフル９が複数設けられている（図３に一つのみ図示）。
【００２１】
水槽５及びドラム７は、夫々前面部に洗濯物出入れ用の開口部１０，１１を有し、水槽５の開口部１０は前記洗濯物出入れ口４にベロー１２により水密に連ねられ、ドラム７の開口部１１はその水槽５の開口部１０に臨んでいる。ドラム７の開口部１１の周囲部にはバランスリング１３が設けられている。
【００２２】
上記水槽５の背面部には、ドラム７を回転駆動するモータ１４が配設されている。モータ１４はアウタロータ形のＤＣブラシレスモータであり、そのステータ１５が、水槽５の背部中央部に取り付けられた軸受ハウジング１６の外周部に取り付けられている。ロータ１７は、ステータ１５を外側から覆うように配置され、中心部に取り付けられた回転軸１８が上記軸受ハウジング１６に軸受１９を介して回転可能に支承されている。軸受ハウジング１６から突出した回転軸１８の前端部はドラム７の背部の中央部に連結されている。即ち、モータ１４のロータ１７が回転すると、ロータ１７と一体にドラム７も回転する構成となっている。
【００２３】
水槽５の下面部には水溜部２０が設けられており、この水溜部２０の内部に洗濯水加熱用のヒータ２１が配設され、水溜部２０の後部に、排水弁２２を介して排水ホース２３が接続されている。
【００２４】
水槽５の上部には温風生成装置２４が設けられ、背部には熱交換器２５が設けられている。温風生成装置２４は、ケース２６内に配設された温風用ヒータ２７，ケーシング２８内に配設されたファン２９，ファン２９をベルト伝動機構３０を介して回転駆動するファンモータ３１で構成され、ケース２６とケーシング２８とは連通されている。ケース２６の前部にはダクト３２が接続され、ダクト３２の先端部は、水槽５内の前部に突出してドラム７の開口部１２に臨んでいる。
【００２５】
ここで、温風用ヒータ２７とファン２９とにより温風が生成され、その温風はダクト３２を通してドラム７内に供給される。ドラム７内に供給された温風はドラム７内の洗濯物を加熱する共に水分を奪い、熱交換器２５側へ排出される。
【００２６】
熱交換器２５は、上部が上記ケーシング２８内と連通し、下部が水槽５内と連通しており、水が上部から注ぎ入れられて流下することで、内部を通る空気中の水蒸気を冷却し凝縮させて除湿する水冷式である。この熱交換器２５を通った空気は再び温風生成装置２４に戻され、温風化されて循環する。
【００２７】
図１は、ドラム式洗濯機の制御系の構成を示す機能ブロック図である。尚、この構成は、例えば特願２００２−２１２７８８に開示されているものと同様であるから、以下では概略的に説明する。目標速度指令ωref は、洗濯機１１の運転全般を制御する制御用のマイコン（布量推定手段）５４より出力され、減算器３３は、その目標速度指令ωref と、エスティメータ(Estimator) ３４により検出されたモータ１４の回転速度ωとの減算結果を出力する。
【００２８】
速度ＰＩ制御部３５は、目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとを生成する。減算器３６，３７は、前記指令値Ｉqref，Ｉdrefとαβ／ｄｑ変換部３８より出力されるｑ軸電流値Ｉｑ，ｄ軸電流値Ｉｄとの減算結果を電流ＰＩ制御部３９ｑ，３９ｄに出力する。ｑ軸電流値Ｉｑはマイコン５４にも与えられる。
【００２９】
電流ＰＩ制御部３９ｑ，３９ｄは、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとの差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ及びｄ軸電圧指令値Ｖｄを生成して出力する。ｄｑ／αβ変換部４０は、エスティメータ３４により検出されたモータ１４における２次磁束の回転位相角（ロータ位置角）θに基づいて、電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを電圧指令値Ｖα，Ｖβに変換する。
【００３０】
αβ／ＵＶＷ変換部４１は、電圧指令値Ｖα，Ｖβを三相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換して出力する。切換えスイッチ４２ｕ，４２ｖ，４２ｗは、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、初期パターン出力部４３により出力される起動用の電圧指令値Ｖus，Ｖvs，Ｖwsとを切り換えて出力する。
【００３１】
ＰＷＭ形成部４４は、電圧指令値Ｖus，Ｖvs，Ｖwsに基づき１６ｋＨｚの搬送波を変調した各相ＰＷＭ信号Ｖup(+,-) ，Ｖvp(+,-) ，Ｖwp(+,-) をインバータ回路４５に出力する。インバータ回路４５は６個のＩＧＢＴ４６を三相ブリッジ接続して構成され、下アーム側Ｕ，Ｖ相のＩＧＢＴ４６のエミッタは、夫々電流検出用のシャント抵抗（電流検出手段）４７（ｕ，ｖ）を介してグランドに接続されている。また、両者の共通接続点は、図示しない増幅・バイアス回路を介してＡ／Ｄ変換部４９に接続されている。また、インバータ回路４５には、１００Ｖの交流電源を倍電圧全波整流した約２８０Ｖの直流電圧が印加される。増幅・バイアス回路はシャント抵抗４７の端子電圧を増幅し、その増幅信号の出力範囲が正側に収まるようにバイアスを与える。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部４９は、増幅・バイアス回路の出力信号をＡ／Ｄ変換した電流データＩｕ，Ｉｖを出力する。ＵＶＷ／αβ変換部５２は、電流データＩｕ，ＩｖからＷ相の電流データＩｗを推定し、三相の電流データＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗを直交座標系の２軸電流データＩα，Ｉβに変換する。
【００３３】
αβ／ｄｑ変換部３８は、ベクトル制御時にはエスティメータ３４よりモータ１４のロータ位置角θを得て２軸電流データＩα，Ｉβをｄ軸電流値Ｉｄ，ｑ軸電流値Ｉｑに変換し、例えば１２８μ秒毎に出力する。エスティメータ３４は、ｄ軸電流値Ｉｄ，ｑ軸電流値Ｉｑに基づいてロータ１７の位置角θ及び回転速度ωを推定し、各部に出力する。
尚、以上の構成において、インバータ回路４５を除く構成は、主にＤＳＰ（Digital Signal Processor，トルク制御手段）５３のソフトウエアで実現されている機能である。
【００３４】
次に、本実施例の作用について図３乃至図７をも参照して説明する。図３は、ドラム７内に投入された洗濯物の重量（布量）を推定する処理を示すフローチャートであり、制御用マイコン５４により実行される。制御用マイコン５４は、ステップＳ１において、モータ１４の回転速度漸増運転を実行する。即ち、時間Ｔk1の間に上側基準速度（第２回転数）Ｎａまで上げるように（Ｎａ／Ｔk1）の加速度で回転速度を順次上げてゆく。上側基準速度Ｎａは、遠心力の作用により洗濯物がドラム７内周面の最上点においても張り付き始める速度であり、４０ｒｐｍ以上の例えば７５ｒｐｍに設定されている。
【００３５】
この回転速度漸増運転はモータ１４をベクトル制御することによって行われる。その回転制御はαβ／ｄｑ変換部３８によるｑ軸電流値の出力が１２８μ秒間隔でなされるため、ドラム７の１回転（７５〜５５ｒｐｍ、１回転０．８秒〜１．０９秒）のうち１２８μ秒毎に回転速度制御がなされる。これにより、ドラム７の１回転中での回転変動が少なくなるように制御される。
【００３６】
即ち、ドラム式洗濯機においてドラム７を比較的低速で回転させる場合は、重力の作用により洗濯物がドラムの内周面から下方に落下し、位置が大きく変化し易い。従って、単にドラム７を比較的低速で回転させることだけでも、洗濯物の分布バランスをある程度調整することができる。尚、その作用の詳細については、例えば特願２００２−２１２７８８に記述されている。
【００３７】
続くステップＳ２では、後述する漸減フラグのリセット処理を行ない、次のステップＳ３ではｑ軸電流Ｉｑを１２８μ秒毎に読み込む。次のステップＳ４においては、ｑ軸電流変動幅Ｈの検出処理を行う。
【００３８】
図４は、変動幅Ｈの検出処理内容を示すフローチャートである。また、図６（ａ）は、図３のフローチャートの処理に従った場合におけるモータ１４の回転数の一例を示すもので、（ｂ）はその際に検出されるｑ軸電流のサンプリング値、（ｃ）は（ｂ）のｑ軸電流値を、後述する図４のフローチャートに従って演算処理した変動幅Ｈを示す。
【００３９】
ここで、ステップＳ４におけるｑ軸電流変動幅Ｈの検出処理について図４を参照して説明する。まず、図６（ｂ）のように検出されたｑ軸電流値を、デジタル演算によりローパスフィルタリングして高周波成分をカットすると共に、所定間引き率で検出数を間引する（ステップＳ２１）。次に、ハイパスフィルタリングにより変動分を抽出すると（ステップＳ２２）、その結果を二乗演算し（ステップＳ２３）、さらにローパスフィルタリングにより二乗演算結果の高周波成分を除去する（ステップＳ２４）。すると、図６（ｃ）に示すようなデータが得られるので、これをｑ軸電流の変動幅Ｈとする。
【００４０】
再び、図３を参照する。ステップＳ５においては、変動幅Ｈが予め定められた基準値Ｈｋより小であるか否かを判断する。即ち、ｑ軸電流の変動幅Ｈは、モータ１４の負荷トルク変動を反映している。従って、変動幅Ｈが大であるということはドラム７の回転変動が大きく、ドラム７内における洗濯物分布のアンバランス状態が大きいことを示している。
【００４１】
ステップＳ５において、変動幅Ｈが基準値Ｈｋ以上であれば(「ＮＯ」)ステップＳ６，Ｓ７へと移行する。そして、漸減フラグがセットされておらず(ステップＳ６，「ＮＯ」)、回転速度が上側基準速度Ｎａに達していなければ(ステップＳ７，「ＮＯ」)ステップＳ１に戻り、回転速度の漸増を継続する。
【００４２】
以上のように、ステップＳ１〜Ｓ７のループを回っている間において、回転速度が上側基準速度Ｎａに達する以前に変動幅Ｈが基準値Ｈｋを下回ると（ステップＳ５，「ＹＥＳ」）、制御用マイコン５４は、モータ１４を最大トルクで加速させる（ステップＳ８）。そして、この加速期間でも、ｑ軸電流Ｉｑを１２８μ秒毎に読み込む（ステップＳ９）。
【００４３】
続くステップＳ１０において、加速によりモータ１４の回転速度がＮｄ（例えば、３００ｒｐｍ）に達するまでは（「ＮＯ」）ステップＳ８，Ｓ９の処理を繰り返し、回転速度がＮｄに達すると（「ＹＥＳ」）モータ１４の加速を停止させる（ステップＳ１１）。それから、制御用マイコン５４は、加速期間にサンプリングしたｑ軸電流値Ｉｑについて実効値（2乗平均値の平方根）を演算すると（ステップＳ１２）、その演算結果に応じて布量判定を行なう（ステップＳ１３）。
【００４４】
一方、ステップＳ１〜Ｓ７のループを回っている間において、回転速度が上側基準速度Ｎａに達する以前に変動幅Ｈが基準値Ｈｋを下回らなかった場合（ステップＳ７，「ＹＥＳ」）、制御用マイコン５４は、内部メモリのフラグ格納領域に漸減フラグをセットする（ステップＳ１４）。そして、モータ１４の回転速度漸減運転を実行する（ステップＳ１５）。即ち、図５に示すように時間Ｔk2の間に下側基準速度（第１回転数）Ｎｂまで下げるように（Ｎａ−Ｎｂ／Ｔk2）の減速度で回転速度を順次下げてゆく。下側基準速度Ｎｂは、ドラム７内周面の最上点から洗濯物が落し始めると推定される回転速度であり、例えば５５ｒｐｍに設定されている。
【００４５】
即ち、ドラム７の回転速度を漸減させて下側基準速度Ｎｂに達しようとする近傍では、ドラム内における洗濯物の分布バランスがある程度均一化された状態にあると推定される。そして、以上の回転速度漸減運転の実行中も（ステップＳ１６，「ＮＯ」）、漸増運転の場合と同様にステップＳ３〜Ｓ５の処理を実行し、その実行中に変動幅Ｈが基準値Ｈｋを下回れば（ステップＳ５，「ＹＥＳ」）、同様にステップＳ８以降の処理を行なう。また、ステップＳ５において「ＮＯ」と判断した場合は、漸減フラグがセットされているので続くステップＳ６では「ＹＥＳ」と判断することになり、ステップＳ１５に移行する。
【００４６】
更に、回転速度漸減運転が継続され、ステップＳ５で「ＹＥＳ」と判断される前に回転速度が下側基準速度Ｎｂに達すると（ステップＳ１６，「ＹＥＳ」）、制御用マイコン５４は、モータ１４の回転を一旦停止させる（ステップＳ１７）。それから、ステップＳ１に移行してバランス調整運転を再度行う。
【００４７】
ここで、図７は、縦軸にｑ軸電流の実効値をとり、その値に基づいて判定される布重量を横軸にとって示す。例えば、ｑ軸電流値が３．３５２である場合、布重量は約３ｋｇと判定される。
【００４８】
以上のように本実施例によれば、制御用マイコン５４は、洗濯機のドラム７を回転させるモータ１４をインバータ回路４５によりベクトル制御方式で駆動し、モータ１４の回転数が下側基準速度Ｎｂと上側基準速度Ｎａとの間にある場合にベクトル制御におけるｑ軸電流値の変動を検出し、その変動レベルが所定値以下になるとモータ１４を最大トルクで加速させ、その加速期間におけるベクトル制御のｑ軸電流値に応じて布量を推定するようにした。
【００４９】
即ち、モータ１４の回転数が下側基準速度Ｎｂと上側基準速度Ｎａとの間にある場合、ドラム７内における洗濯物の分布バランスはある程度均一化された状態にあると推定される。そして、ベクトル制御におけるｑ軸電流値には、モータ１４の負荷トルクの変動が直接的に現われるので、ｑ軸電流の変動を小さくするように制御することで配置バランスの調整がよりアクティブに行なわれる。
【００５０】
そして、配置バランスの調整が良好に行なわれていると推定される状態から、ドラム７を急加速して回転数を上昇させている期間に検出されるｑ電流値は、モータ１４の負荷量、即ち布量をより正確に反映した値となるので、布量の推定をより高精度で行なうことができる。
【００５１】
また、制御用マイコン５４は、ｑ電流値に基づくバランス調整制御を、最初に、ドラム７の回転数をゼロ状態から上昇させて上側基準速度Ｎａに達するまでの間に行うので、バランス調整が順調に行われた場合は布量の推定を比較的短時間で行なうことが可能となる。更に、制御用マイコン５４は、バランス調整制御をｑ軸電流の実効値に基づいて行なうので、交流的に変化するｑ軸電流に基づいて布量の推定をより正確に行うことができる。
【００５２】
（第２実施例）
図８及び図９は本発明の第２実施例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例の構成は基本的に第１実施例と同様であり、制御用マイコン５４によるソフトウエア的な処理内容が異なっている。
【００５３】
即ち、第２実施例では、ドラム７の回転速度を一旦上側基準速度Ｎａまで上昇させた後（ステップＳ２１）、下側基準速度Ｎｂに向けて回転速度を漸減させる(最大期間Tk)ようにしている（ステップＳ２２）。それから、第２実施例と同様にステップＳ３〜Ｓ５，Ｓ８〜Ｓ１３を実行する。また、ステップＳ５において「ＮＯ」と判断した場合は、ステップＳ１６，Ｓ１７を実行し、ステップＳ１６で「ＮＯ」と判断するとステップＳ２２に移行する。そして、ステップＳ１７の実行後はステップＳ２１に移行する。
【００５４】
以上のように第２実施例によれば、制御用マイコン５４は、ドラム７の回転数を一旦上昇させた後に下降させ、下側基準速度Ｎｂに至るまでの間にバランス調整制御を行い、ｑ軸電流の変動が基準値Ｈｋよりも小さくなると、モータ１４を最大トルクで加速させるようにした。
【００５５】
即ち、配置バランスの調整作用を向上させるには、ドラム７の回転速度が、ドラム７内面で洗濯物に作用する遠心力と重力とが近接する回転速度範囲を通過する時間範囲をより長くとることが必要である。そして、第１実施例における最初の処理のように、ドラム７の回転数をゼロから上側基準速度Ｎａまで上昇させる場合は、前記回転速度範囲は上側基準速度Ｎａの極近傍だけとなる。
【００５６】
これに対して、第２実施例のように回転数を漸減させる場合、前記回転速度範囲は、略上側基準速度Ｎａと下側基準速度Ｎｂとの間に亘るようになる。従って、上述したバランス調整作用が発揮される時間をより長くすることができ、バランス調整効果を一層向上させることができる。
【００５７】
（第３実施例）
図１０乃至図１５は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。第３実施例では、布量を推定するのにベクトル制御のｄ軸電流も使用する。
【００５８】
まず、その原理について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は、モータ１４の温度（主に、巻線の温度）を変化させ、ドラム７を「無負荷」の状態、「２．２ｋｇ」，「５．３ｋｇ」の擬似負荷を与えた状態で夫々回転させた場合に、測定した判定値をプロットしたものである。尚、各状態について測定点が二群に分かれているが、低温側の測定群は室温が１４℃の場合、高温側の測定群は室温が２６℃の場合である。
この図１４から、モータ１４の温度が上昇すると、同一の負荷に対して判定値が上昇する傾向を示すことが判る。これは、温度が変化することでモータ１４の巻線の抵抗値変化することに基づく。即ち、洗濯機を運転することで、モータ１４の巻線に通電が行われると巻線の温度は上昇するが、温度が変動すれば巻線の抵抗値も変動する。そして、巻線の抵抗値が変動すると検出されるｑ軸電流にも影響を及ぼすからである。
【００５９】
また、図１５は、モータ１４の温度を変化させた場合に、図１４と同様の負荷状態でモータ１４を回転させた際に検出されるｄ軸電流の値を示したものである。ｄ軸電流はモータ１４の励磁電流成分であるから、巻線の抵抗変化が変化するとそれに応じて電流値が概ね線形に変化する傾向を示している。
【００６０】
即ち、布量は、モータ１４の温度を変化する場合でも、ｑ軸電流、ｄ軸電流の関数として表すことができる。そこで、発明者らは、先ず、布量をｙ,ｑ軸電流の実効値をｘ,ｄ軸電流の実効値をzとした場合に、ｙが（１）式の関数で表されると仮定した（図１２参照）。
ｙ＝ａ・ｘ２＋ｂ・ｘ＋ｃ・ｚ２＋ｄ・ｚ＋ｅ ・・・（１）
【００６１】
そして、既知の布量ｙを与えてｑ軸電流ｘ及びｄ軸電流zを測定し、
（ｙ，ｘ，ｚ）のデータ列から多次元最小二乗法を用いて係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）を求めた。その結果、一例として下記のような結果が得られた。
【００６２】
ａ＝ −１３．７０７８０６９４
ｂ＝ １１２．５１２２８１６
ｃ＝−２４２．８２２１４７７ ・・・・・・・・・（２）
ｄ＝ −０．５９１６２７０１６９
ｅ＝ ７．５４６０７８２２２
尚、これらの結果に基づいて布量を推定することは、第１実施例のようにｑ軸電流のみに基づいて推定する布量を、モータ１４の巻線温度の推定結果に応じて補正することに等しい。
【００６３】
図１０に示す機能ブロック図では、制御用マイコン（温度検出手段，布量推定手段）６１は、エスティメータ３４によって出力されるｄ軸電流値Ｉｄも読み込むように構成されている。
そして、図１１に示すフローチャートでは、制御用マイコン５４はステップＳ９においてｑ軸電流を読み込むと、続いてｄ軸電流も読み込む（ステップＳ３１）。そして、ステップＳ１２においてｑ軸電流の実効値を演算すると、続いてｄ軸電流の実効値も演算する（ステップＳ３２）。それから、（１）式に（２）の係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）を代入した式で布量を判定する（ステップＳ３３）。
【００６４】
図１３（ａ）は、第１実施例のようにｑ軸電流のみに基づいて布量を推定する場合の一例であり、（ｂ）は第３実施例においてｄ軸電流により温度補正を行なって布量を推定する場合の一例を示す。負荷が４ｋｇ，５ｋｇの場合について（ａ）はｑ軸電流の実効値を演算して縦軸にとり、（ｂ）は（１）式に基づくｙを演算して縦軸にとっている。
【００６５】
負荷が４ｋｇの場合，５ｋｇの場合、標準偏差σは（ａ）が０．０１６７，０．０１６５であり、（ｂ）は何れも０．００４である。即ち、３σは（ａ）が０．００５であるのに対して（ｂ）は０．００１２であるから、ばらつきは、４分の１以下となり測定精度が極めて向上した。
【００６６】
以上のように第３実施例によれば、制御用マイコン６１は、ベクトル制御におけるｄ軸電流の値に基づいてモータ１４の巻線温度を推定し、その巻線温度に基づいて布量の推定結果を補正するようにした。従って、推定精度を一層向上させることができる。そして、ｄ軸電流はモータ１４の励磁電流成分であるから、ｄ軸電流を参照すればその時の巻線の抵抗値を良好に推定することが可能となる。従って、温度センサなどを別途設けずとも、巻線の温度に基づく補正を行なうことができる。
【００６７】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
第１実施例において、ステップＳ２〜Ｓ６，Ｓ１４〜Ｓ１７を削除して、ステップＳ３の実行後はステップＳ７の判断を行い、「ＹＥＳ」と判断するとステップＳ８に移行するようにしても良い。即ち、ドラム７の回転数が上限基準値に達したことのみを以って、ドラム７内における洗濯物の分布バランスがある程度均一化された状態にあると判断しても良い。
また、同様に第２実施例においても、ステップＳ２２，Ｓ２３を削除して、ステップＳ２２の実行後はステップＳ１６の判断を行い、「ＹＥＳ」と判断するとステップＳ８に移行するようにしても良い。
第３実施例において、温度検出手段は、必ずしもｄ軸電流に基づくものに限らず、温度センサを設けて巻線の温度を直接検出し、その温度に基づいて第１実施例の方式で推定された布量を補正するようにしても良い。
【００６８】
【発明の効果】
本発明のドラム式洗濯機によれば、布量推定手段は、モータの回転数が、高回転数側から減少させた場合にドラム内部の洗濯物が最上点において内周面より落下し始めると推定される第１回転数から、低回転数側から上昇させた場合にドラム内部の洗濯物が最上点において内周面に張り付き始めると推定される第２回転数までの間にあると判断すると、ベクトル制御におけるｑ軸電流値の変動を検出し、その変動レベルが所定値を下回るとモータを最大出力トルクで加速させるバランス調整制御を行い、その加速期間におけるベクトル制御のｑ軸電流値に応じて布量を推定するようにした。
【００６９】
従って、ドラム内における洗濯物の分布バランスがある程度均一化された状態にあると推定される時点から、ドラムを急加速して回転数を上昇させている期間に検出されるｑ電流値に基づいて、モータの負荷量、即ち布量の推定をより高精度で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例であり、制御系の電気的構成を示す機能ブロック図
【図２】 ドラム式洗濯機の縦断側面図
【図３】 制御内容を示すフローチャート
【図４】 図３のステップＳ４におけるｑ軸電流の変動幅を検出する処理を示すフローチャート
【図５】 図３の制御に応じたモータの回転速度変化の一例を示す図
【図６】 （ａ）は、図３のフローチャートの処理に従った場合におけるモータの回転数を実測した一例、（ｂ）はその際に検出されるｑ軸電流のサンプリング値、（ｃ）は（ｂ）のｑ軸電流値を演算処理した結果を示す図
【図７】 ｑ軸電流の実効値と布量との関係を示す図
【図８】 本発明の第２実施例を示す図３相当図
【図９】 図５相当図
【図１０】 本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図１１】 図３相当図
【図１２】 （１）式を三次元的な概念で示す図
【図１３】 （ａ）は、ｑ軸電流のみに基づいて布量を推定する場合の一例、（ｂ）はｄ軸電流により温度補正を行なって布量を推定する場合の一例を示す図
【図１４】 モータの温度を変化させると共に、ドラムの負荷を変化させて回転させた場合に、測定した判定値をプロットした図
【図１５】 モータの温度を変化させた場合に、図１４と同様の負荷状態でモータを回転させた際に検出されるｄ軸電流の値を示す図
【符号の説明】
７はドラム、１４はモータ、５３はＤＳＰ（トルク制御手段）、５４，６１は制御用マイコン（布量推定手段）を示す。
Claims (6)
- 回転軸が略水平方向に配置され、洗濯物が収容されるドラムと、
このドラムの背部に回転軸が直接連結されて前記ドラムを回転させるＤＣブラシレスモータと、
このモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記モータをベクトル制御することで、当該モータの発生トルクが少なくとも洗い運転と脱水運転との夫々について最適となるように制御するトルク制御手段と、
前記モータの回転数が、高回転数側から減少させた場合に前記ドラム内部の洗濯物が最上点において内周面より落下し始めると推定される第１回転数から、低回転数側から上昇させた場合に前記ドラム内部の洗濯物が最上点において内周面に張り付き始めると推定される第２回転数までの間にあると判断すると、ベクトル制御におけるｑ軸電流値の変動を検出し、その変動レベルが所定値を下回ると前記モータを最大出力トルクで加速させるバランス調整制御を行い、その加速期間におけるベクトル制御のｑ軸電流値に応じて布量を推定する布量推定手段とを備えたことを特徴とするドラム式洗濯機。 - 布量推定手段は、バランス調整制御を、ドラムの回転数を一旦上昇させた後に下降させ、第１回転数に至るまでの間に行うことを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
- 布量推定手段は、バランス調整制御を、ドラムの回転数をゼロ状態から上昇させ、第２回転数に達するまでの間に行うことを特徴とする請求項１記載のドラム式洗濯機。
- 布量推定手段は、バランス調整制御を、ｑ軸電流の実効値に基づいて行なうことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のドラム式洗濯機。
- モータの巻線温度を検出する温度検出手段を備え、
布量推定手段は、前記巻線温度に基づいて布量の推定結果を補正することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のドラム式洗濯機。 - 温度検出手段は、ベクトル制御におけるｄ軸電流の値に基づいてモータの巻線温度を推定する構成であることを特徴とする請求項５記載のドラム式洗濯機。
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