JP4009352B2 - 誘導電動機を用いた洗濯機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相誘導電動機を用いた洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の洗濯機の回転翼を駆動するモータは単相の誘導電動機がほとんどである。単相誘導電動機は電源周波数と、ギヤやベルト等の減速機の減速比とで決まる一定の回転速度で回転して回転翼を駆動している。単相誘導電動機は低速回転域でのトルクが小さいため、一度に洗濯できる洗濯物の量や洗濯方式が限られていた。
【０００３】
この問題を解決する手段として、例えば、特開平７−２５５９８８号公報に、ＤＣブラシレスモータとインバータ回路を用いることで、回転翼の回転を可変速にする方法が提案されている。
【０００４】
また、特開平６−３５１２９２号公報に、三相誘導電動機の回転を、インバータ回路を用いるＶ／ｆ制御で可変速にする方法が提案されている。
【０００５】
また、洗濯槽内の洗濯物の量を推定するものとしては、例えば、特開昭６１−８０９４号公報には、回転翼を駆動するモータへ通電して所定回転数に達した時点で通電を止め、その時点から惰性で回転するモータが自然に停止するまでの時間で洗濯物の量の推定する方式が提案されている。また、特開平６−７１０８５号公報には、モータに取り付けた速度センサの情報から洗濯物の量を推定する方式が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＤＣブラシレスモータを用いた方式では、誘導電動機に比べてＤＣブラシレスモータのコストが高いといった問題点を有していた。
【０００７】
従来の、モータの印加電圧と周波数の比Ｖ／ｆを一定にして制御するインバータ制御で三相誘導電動機の速度制御を行おうとすると、制御性が直流電動機に比べると非常に悪く、特に低速域で大きなトルクを得るのが容易ではない。そのため一度に大量の洗濯物を洗濯することが容易ではないといった問題点を有していた。
【０００８】
洗濯物の重量などの洗濯物の量の推定方法では、前記の駆動モータが惰性で回転する時間で推定するものは推定精度が悪いという問題点がある。またモータの回転速度に基づいて推定する方法では、速度センサを取り付けなければならないといった問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、三相誘導電動機を用いる洗濯機において、ＤＣブラシレスモータと同等の性能の発揮を可能とするインバータ駆動を行い、低コストで大量の洗濯物の洗濯を可能にする洗濯機を提供することを目的とする。更に、センサを用いることなく、精度良く洗濯物の量を推定できる洗濯機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の洗濯機は、洗濯脱水槽あるいは洗濯脱水槽に取り付けられた回転翼を駆動する三相誘導電動機と、前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のそれぞれを測定する電流検出器群と、前記電流検出器群の出力がそれぞれ対応する電流指令値に一致するように制御する電流制御器と、前記一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を指令する電流指令値を出力する電流指令器と、前記電流検出器群の出力と前記三相誘導電動機固有の定数から前記三相誘導電動機の回転速度を推定する速度推定器とを有しており、前記三相誘導電動機の回転速度指令と前記速度推定器の出力に応じて前記一次交流電流群を変化させて前記三相誘導電動機の回転速度を制御する制御装置と、前記三相誘導電動機の回転速度指令値と前記速度推定器の出力値との差に予め定めた試験運転定数を乗算したものを前記トルク電流成分として指令して前記三相誘導電動機を試験運転させる試験運転制御器と、前記試験運転中の前記速度推定器の出力値に基づいて洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と、を有する。
【００１１】
更に、三相誘導電動機の回転速度指令値と前記速度推定器の出力値との差に予め定めた試験運転定数を乗算したものを前記のトルク電流成分として求め、これを指令値として前記三相誘導電動機に与えてを試験運転させる試験運転手段を有している。この試験運転中の前記速度推定器の出力に応じて、洗濯物の量を推定する洗濯物量推定手段を有していることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
《第１実施例》
以下本発明の第１の実施例の洗濯機について、図１を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の第１の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して、洗濯と脱水を行う洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。三相誘導電動機の回転速度を指示する回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０の出力端は、すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の２つの入力端にそれぞれ接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ、及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されている。三相誘導電動機１００には回転速度を検出する速度検出器１２８が設けられており、速度検出器１２８の出力端は、前記速度制御器１１０の制御入力端と増幅器１１５の入力端とに接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の入力端に接続されている。加算器１１４の他の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。
【００１５】
以上のように構成された洗濯機について、以下図１を用いてその動作を説明する。
【００１６】
洗濯脱水槽１０４内に取り付けられた回転翼１０２を、伝達機構１０６を介して三相誘導電動機１００で回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【００１７】
一般に、三相誘導電動機について考察するとき、三相／二相変換を行って二相誘導電動機として二相モデルで考察することができる。二相誘導電動機の基礎式を式１に示す。
【００１８】
【数１】
【００１９】
ここで，ｉ1d，ｉ1qはそれぞれ一次側である固定子に流れるｄ軸電流及びｄ軸と位相差が９０度であるｑ軸電流を表し、ｖ1d，ｖ1qはそれぞれｄ軸電圧及びｄ軸と位相差が９０度のｑ軸電圧を表す。ψ2d，ψ2qはそれぞれ二次側である回転子のｄ軸及びｑ軸の二次磁束を表す。また，Ｒj，Ｌj（ｊは１又は２）はそれぞれｊ次側の抵抗及びインダクタンスを表す。またＭは相互インダクタンス，ωmはモータの回転角速度，ｐはモータのＮ極とＳ極の対の数である極対数を表す。
【００２０】
直流モータの速度制御と同様に、速度制御器１１０は、回転速度指令値ωm *と速度検出器１２８によって検出された回転速度の値ωm から、トルクを発生させるトルク電流を指示するトルク電流指令値Ｉ1q *を、例えば次の式２により求める。
【００２１】
【数２】
【００２２】
ここで、Ｋps、Ｋisは速度制御ゲインで、望みの応答特性になるように設定する定数である。
【００２３】
誘導電動機には永久磁石がないので、永久磁石が作る磁界に相当する磁界を作るために予め定めた励磁電流を励磁電流指令値Ｉ1d * に基づいて与える。そしてすべり周波数演算器１１２は、励磁電流指令値Ｉ1d *とトルク電流指令値Ｉ1q *とを用いて、すべり速度ωs を式３で計算する。
【００２４】
【数３】
【００２５】
三相誘導電動機の回転速度ωm と極対数ｐとの積を増幅器１１５で求め、この積と上記のすべり速度ωs とを加算器１１４で加算する。加算結果を積分器１１６で積分することにより、式４に示す電気的位相角θ0 が求められる。
【００２６】
【数４】
【００２７】
更に、回転／静止座標変換器１１８において、あたかも永久磁石があるかのように、前記の励磁電流指令値Ｉ1d *とトルク電流指令値Ｉ1q *と電気的位相角θ0 とを用いて、式５に示す演算を行う。
【００２８】
【数５】
【００２９】
その結果、励磁電流指令値Ｉ1d *とトルク電流指令値Ｉ1q *は、位相差が９０度の二相の電流を指示する一次交流電流指令値ｉ1d *、ｉ2q *に変換される。次に一次交流電流指令値ｉ1d *、ｉ1q *は二相／三相変換器１２０により、式６に従って三相の電流を指示する一次交流電流指令値ｉ1a *，ｉ1b *，ｉ1c * に変換される。
【００３０】
【数６】
【００３１】
これらの電流指令値通りの電流を流すことができれば、直流電動機と同等の性能の三相誘導電動機を実現することが可能となる。
【００３２】
次に、電流制御器１２２の動作について説明する。実際の一次交流電流ｉ1a，ｉ1b，ｉ1c がそれぞれ一次交流電流指令値ｉ1a *，ｉ1b *，ｉ1c *に追従する様に電流フィードバック制御を行う。これは、例えば、実際の一次交流電流をそれぞれ電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃで検出し、式７に示す計算を行って電圧指令値ｖ1z（ｚはａ，ｂ又はｃ）を出力する。
【００３３】
【数７】
【００３４】
ここで、Ｋpc、Ｋicは電流制御ゲインで、指令値に追従するために設定する定数である。ＰＷＭインバータ１２４は、電流制御器１２２からの制御信号である電圧指令値Ｖ1Zに従うパルス幅の信号に従って、コンバータ１３０によって商用電源から作られた直流電圧を内部のトランジスタでオンオフさせる。これによって三相誘導電動機１００に望みの電圧を加えて電流を流す。
【００３５】
なお、三相誘導電動機１００に供給される三相の、それぞれの一次交流電流ｉla, ｉlb,ｉ1cを加算すると式８に示すように零になる。
【００３６】
【数８】
【００３７】
一次交流電流の検出においては、三相のうちのいずれか２相の電流を検出し、残りの１相の電流は検出した２相の電流値から計算してもよい。以上の動作により、三相誘導電動機に供給される一次交流電流が望みの指令値になるように制御でき、三相誘導電動機の回転速度を望みの速度に制御することができる。
【００３８】
以上の制御方式により、三相誘導電動機の起動時のトルク特性も含めた制御性が改善され、直流電動機と同様の優れた制御性を得ることができ、望みの回転速度で一度に大量の洗濯物を洗濯できる洗濯機を容易に実現することが可能となる。
【００３９】
なお、第１の実施例では、電流を検出し、電流制御を行う例について説明したが、三相誘導電動機固有の定数や式１の基礎式を用いて、電流を推定し、電圧制御で行っても良い。
【００４０】
また、三相誘導電動機で回転翼を回して洗濯する方式の洗濯機の例を示したが、回転翼を用いずに洗濯脱水槽を直接回転させるといった例えばドラム式の洗濯機にも適用できる。
【００４１】
なお、第１の実施例では、三相誘導電動機の回転速度を検出するエンコーダ等の速度検出器が必要であるので、大きさの面でもコストの面でも他の電動機との優位性が損なわれる。そこで、以下に本発明の第２の実施例として、速度検出器を用いずに直流電動機と同等の制御性を有する三相誘導電動機の制御装置を用いた洗濯機について説明する。
【００４２】
≪第２実施例≫
以下本発明の第２の実施例の洗濯機について、図２を参照しながら説明する。
【００４３】
図２は本発明の第２の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００４４】
図２において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａを駆動する伝達機構１０６に連結されている。回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０の出力端はすべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の入力端に接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。
【００４５】
ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されている。電流検出器１２６ａ、１２６ｂ、及び１２６ｃの出力端は三相／二相変換器２２０の３つの入力端にも接続されている。三相／二相変換器２２０の２つの出力端は二次磁束推定器２２４の２つの入力端にそれぞれ接続され、さらに前記２つの出力端の一方は第１速度推定器２２６の入力端に接続され、他方は第２速度推定器２２８の入力端に接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端は三相／二相変換器２２２の３つの入力端にそれぞれ接続され、三相／二相変換器２２２の２つの出力端は二次磁束推定器２２４の他の２つの入力端にそれぞれ接続されている。二次磁束推定器２２４の２つの出力端は第１速度推定器２２６の他の２つの入力端に接続されている。二次磁束推定器２２４の他の２つの出力端は第２速度推定器２２８の他の２つの入力端に接続されている。第１速度推定器２２６及び第２速度推定器２２８の出力端は推定速度切換器２３０の２つの切換接点にそれぞれ接続されている。推定速度切換器２３０の共通接点は増幅器１１５と速度制御器１１５の入力端に接続されている。
【００４６】
増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他方の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。
【００４７】
以上のように構成された洗濯機について、以下図２を用いてその動作を説明する。
【００４８】
洗濯脱水槽１０４内に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【００４９】
すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４及びコンバータ１３０の動作は第１の実施例と同じであるのでその説明を省略する。速度制御器１１０は、三相誘導電動機の回転速度指令値ωm *と速度推定器２００の出力の速度推定値ωmeから、トルク電流指令値Ｉ1q *を、例えば次の式９によって求める。
【００５０】
【数９】
【００５１】
Ｋps、Ｋisは速度制御ゲインで、望みの応答特性になるように設定する定数である。速度推定が正しく行われれば、第１の実施例と同様、直流電動機と同等の制御性を実現することができる。
【００５２】
以下に三相誘導電動機の回転速度を推定する動作の一例について説明する。
【００５３】
三相／二相変換器２２０で、電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃのそれぞれの検出出力ｉ1a、ｉ1b、ｉ1cを式１０を用いて二相の交流電流ｉ1d，ｉ1qに変換する。
【００５４】
【数１０】
【００５５】
次にもう一つの三相／二相変換器２２２で、三相の電圧指令値ｖ1z（ｚはａ，ｂ又はｃ）を式１１を用いて二相の交流電圧ｖ1d，ｖ1qに変換する。
【００５６】
【数１１】
【００５７】
これらの二相交流電流及び二相交流電圧から、二次磁束推定器２２４により、式１２及び１３を用いて二次磁束ψ2d，ψ2qを推定できる。
【００５８】
【数１２】
【００５９】
【数１３】
【００６０】
ここで、二相モデルにおける三相誘導電動機の基礎式の式１から、三相誘導電動機の回転速度ωmeを推定する次の２つの式が得られる。
【００６１】
【数１４】
【００６２】
【数１５】
【００６３】
これらの２つの式はともに、分母が０となる場合があり、その近傍で推定精度が悪くなる。しかし、三相誘導電動機が駆動されている状態では、式１４の分母である二次磁束ψ2qの変化と式１５の分母である二次磁束ψ2dの変化は、互いに位相が９０度ずれた正弦波状になるため、両方とも０になることはない。
【００６４】
第１の速度推定器２２６が式１４に従って、まず分子に当たる推定速度分子部を算出し、これを分母である二次磁束ψ2qで除算して三相誘導電動機の回転速度を推定する。次に第２の速度推定器２２８が式１５に従って、まず分子に当たる推定速度分子部を算出し、これを分母である二次磁束ψ2dで除算して三相誘導電動機の回転速度を推定する。次に推定速度切換器２３０により二次磁束ψ2d，ψ2qの大きさを測定し、これらが０近傍の値でない方、即ち、分母が０近傍の値でない方を選択する。これによって常に精度よく三相誘導電動機の回転速度を推定できることになる。
【００６５】
以上の方法により、第１実施例で用いた速度検出器１２８を用いなくても、低速回転から高速回転まで大きなトルクを得ることができ、大量の洗濯物の洗濯を可能とする洗濯機を容易に実現できる。
【００６６】
第２実施例では二相／三相変換器１２０で、三相の一次交流電流指令値を形成して、三相の一次交流電流と比較して、電流制御器１２２で、三相の一次交流電流をそれぞれ制御した。他の方法として電流検出器１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃで検出した三相一次交流電流を三相／二相変換器２２０で二相の一次交流電流とし、この二相電流を二相／三相変換器１２０に入る前の二相の一次交流電流指令値と比較する。比較結果に基づいて電流制御を行い、二相の電圧指令値を二相／三相変換器で三相の電圧指令値として形成してもよい。
【００６７】
また、第２実施例でも実際の電圧の代わりに電圧指令値を用いているが、これにより電圧を検出する電圧検出器が不要となる利点がある。この場合、ＰＷＭインバータ１２４がオンする時の時間遅れ等の影響を補正すれば、電圧指令値の精度がさらに向上する。
【００６８】
なお、本実施例でも、三相誘導電動機で回転翼を回して洗濯する洗濯機の例を示したが、回転翼を用いずに洗濯脱水槽を直接回転させるといった例えばドラム式の洗濯機にも適用できる。
【００６９】
≪第３実施例≫
第１及び第２の実施例では、あたかも三相誘導電動機に永久磁石があるように、磁界を作る励磁電流が一定になるように制御している。しかし、高速回転領域で大きいトルクを得るためには、励磁電流を増加させる必要がありそのために高い直流電圧が必要となる。コンバータ１３０の出力の直流電圧は商用電源の電圧で決まるため電圧値には限界がある。そのため、高速回転領域で大きなトルクを得ることが困難であった。
【００７０】
以下に本発明の第３の実施例として、脱水時等の高速回転領域でも比的大きなトルクが得られる三相誘導電動機の制御装置を有する洗濯機について説明する。
【００７１】
以下本発明の第３の実施例の洗濯機について、図３を参照しながら説明する。
【００７２】
図３は本発明の第３の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００７３】
図３において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して、洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０の出力端は、すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。励磁電流変換器３００の入力端は速度制御器１１０の入力端に接続されている。
【００７４】
すべり周波数演算器１１２及び回転／静止座標変換器１１８の他の入力端には、励磁電流変換器３００の出力端が接続されている。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の２つの入力端に接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続されるとともに、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ、及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されるとともに、速度推定器２００の他の３つの入力端に接続されている。
【００７５】
速度推定器２００の出力端は増幅器１１５の入力端と速度制御器１１０の他の入力端に接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。
【００７６】
以上のように構成された洗濯機について、以下図３を用いてその動作を説明する。
【００７７】
第３の実施例においても、洗濯脱水槽１０４に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【００７８】
速度制御器１１０、すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０及び速度推定器２００の動作は第２の実施例と同じであるのでその説明を省略する。
【００７９】
本実施例では、回転速度指令値ωm *を入力とし、励磁電流指令値Ｉ1d *を出力する励磁電流変換器３００を備えている。脱水時などの三相誘導電動機を高速で回転させる場合、電流制御器１２２からの出力である一次交流電圧の制御値の最大値が、電源電圧で決まるコンバータ１３０の出力である直流出力電圧よりも大きくなる。このため望みのトルクを発生させることができず、電動機の回転速度が低下する。
【００８０】
そこで、脱水時には、励磁電流指令値Ｉ1d *を洗濯時などの低速回転時より小さくする。これにより、高速回転でも比較的大きなトルクを出すことができ脱水能力を上げることができる。
【００８１】
なお、本実施例では、三相誘導電動機で回転翼を回して洗濯する洗濯機の例を示したが、回転翼を用いずに洗濯脱水槽を直接回転させる例えばドラム式の洗濯機にも適用できる。
【００８２】
≪第４実施例≫
電源の周波数で決まる一定速度でしか運転できない単相誘導電動機は回転速度の立ち上がり特性を変えることができず、回転翼の回転の始動時や反転動作時のショックを和らげることができない。そのために振動や騒音が大きいといった問題点があった。
【００８３】
そこで、本発明の第４の実施例として、回転の始動時や反転動作時のショックを和らげ、低振動かつ低騒音の動作を実現する洗濯機について以下に説明する。
【００８４】
以下本発明の第４の実施例の洗濯機について、図４を参照しながら説明する。
【００８５】
図４は本発明の第４の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００８６】
図４において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して選択脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。速度指令値発生器３２０の出力端は速度制御器１１０の入力端に接続され回転速度指令値ωm *が入力される。速度制御器１１０の出力端はすべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の２つの入力端にそれぞれ接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続されるとともに速度推定器２００の３つの入力端に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。
【００８７】
ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されるとともに速度推定器２００の他の３つの入力端に接続されている。
【００８８】
速度推定器２００の出力端は増幅器１１５の入力端と速度制御器１１０の他の入力端に接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他方の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。
【００８９】
以上のように構成された洗濯機について、以下図４，図５を用いてその動作を説明する。
【００９０】
第４の実施例においても、洗濯脱水槽１０４に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【００９１】
速度制御器１１０、すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０、速度推定器２００の動作は第３の実施例と同じであるので説明を省略する。
【００９２】
従来の一定速度で回転翼１０２が回転する洗濯機と同様に、三相誘導電動機にステップ状に変化する回転速度指令値ωm *を加えると、速度制御ゲインで決まる過渡応答によるショックをともなう動作しか実現できない。したがって、ショックがない様にゆっくりなめらかに回転速度を立ち上げるためには速度制御ゲインを小さく設定する必要がある。しかし速度制御ゲインを小さくすると、洗濯物が回転翼に引っかかった場合などの特性を改善する外乱抑制特性が悪くなる。また洗濯物の量によって、立ち上がりの時間が変わるといった問題がある。そこで、回転速度指令値ωm *(t)を、例えば、図５の曲線を表す式１６のような３次の時間関数とする。
【００９３】
【数１６】
【００９４】
ここで、Ｔは立ち上がり時間で、ωmTは最終の目標回転速度である。トルク電流指令値Ｉ1q * を速度推定値ωmeを用いて、例えば次の式１７のように与える。
【００９５】
【数１７】
【００９６】
これにより、望みの過渡応答特性を実現することができ、始動時や反転動作時のショックを和らげ、低振動かつ低騒音の洗濯機を実現することができる。
【００９７】
なお、本実施例では、回転速度指令値ωm *(t) を３次関数として与えたが、正弦波状の関数や複数の関数を組み合わせた関数などの連続関数でも良い。
【００９８】
また、本実施例でも、三相誘導電動機で回転翼を回して洗濯する洗濯機の例を示したが、回転翼を用いずに洗濯脱水槽を直接回転させるといった例えばドラム式の洗濯機にも適用できる。
【００９９】
≪第５実施例≫
洗濯をするとき洗濯物の量に応じた給水を行えば、洗い不足の問題の解消や水の節約が可能となる。そのためには、給水を行う前に、洗濯物の量（例えば重量）を精度良く推定する必要がある。
【０１００】
そこで、本発明の第５の実施例として、給水を行う前に、回転翼を試験的に回転させて、洗濯物の量を精度良く推定できる洗濯機について説明する。
【０１０１】
図６は本発明の第５の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【０１０２】
図６において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０と試験運転制御器４００の出力端はそれぞれ切換器４０４の２個の切換接点に接続されている。切換器４０４の共通接点はすべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の入力端に接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。
【０１０３】
ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されるとともに速度推定器２００の他の３つの入力端に接続されている。
【０１０４】
速度推定器２００の出力端は増幅器１１５、速度制御器１１０、試験運転制御器４００、洗濯物量推定器４０２の入力端に接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。洗濯物量推定器４０２の出力端は洗濯脱水槽１０４の水量を調節する水量調節器４１２の入力端に接続されている。
【０１０５】
以上のように構成された洗濯機について、以下図６を用いてその動作を説明する。
【０１０６】
洗濯物量を推定する場合、洗濯物を洗濯する場合と同様に、洗濯脱水槽１０４に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して試験運転させる。例えば特開平３−１９８８９９号公報に示される様に、洗濯脱水槽１０４に給水後に推定する方法も考えられるが、使用者が給水が終わるまで待たなければならないという欠点があるため、給水前に推定するのが望ましい。しかし、給水前に、洗濯する場合と同様に回転翼１０２を回転させると、洗濯物が浮き上がったり、丸まったり、回転翼にひっかかったりするため推定精度が悪い。特に、過渡応答時は、洗濯物のひっかかりなどの影響が多く出るため、推定精度が悪い。
【０１０７】
そこで、洗濯物量を推定するために試験運転をする場合、まず、切換器４０４を試験運転制御器４００側に切り換える。そして、洗濯物の量が容易に推定できるように、三相誘導電動機の回転速度指令値ωm *と速度推定器２００の出力値である速度推定値ωmeから、試験運転制御器４００が、トルク電流指令値Ｉ1q * を、次の式１８のように与える。
【０１０８】
【数１８】
【０１０９】
ここで、Ｋpsは速度制御ゲインを表す。すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０及び速度推定器２００の動作は第２の実施例と同じであるので説明を省略する。
【０１１０】
トルク電流指令値Ｉ1q * を式１８で与えた場合、洗濯時の動作と異なり、積分項が含まれていないため、負荷となる洗濯物の量が増えるほど、三相誘導電動機の回転速度が遅くなる。このため速度推定器２００の出力である速度推定値の大きさから洗濯物量を容易に推定できる。
【０１１１】
例えば、洗濯物量を５段階に分ける場合、洗濯物量推定器４０２は、速度推定値ωmeと予め試験して定めたしきい値ω１ないしω４とを式１９、２０、２１、２２及び２３に示すように比較して分ける。
【０１１２】
【数１９】
【０１１３】
【数２０】
【０１１４】
【数２１】
【０１１５】
【数２２】
【０１１６】
【数２３】
【０１１７】
なお、式１８の制御ゲインＫpsは、洗濯できうる最大の洗濯物を入れた場合に、十分に三相誘導電動機の回転速度が遅くなるように、低く設定する方が望ましい。また、回転速度指令値ωm *は、大きく設定すると、回転速度が速くなり洗濯物が丸まる可能性が増えるため、洗濯時よりも早い速度に設定するのは望ましくない。
【０１１８】
そして、洗濯物量が推定された後、水量調節器４１２はこの洗濯物量に応じて給水量を定める。次に、切換器４０４は速度制御器１１０側に切り換えられ、第２の実施例で説明した洗濯を実行する。
【０１１９】
なお、本実施例では、速度推定値の大きさで洗濯物量を推定したが、洗濯物量が多いほど、速度推定値のばらつきが大きくなる。そこで、複数回、試験運転を行い、その時の速度推定値のばらつきで洗濯物量を推定してもよい。
【０１２０】
また、本実施例では、速度推定値の大きさで洗濯物量を推定したが、以下に説明する様にトルク電流成分で推定しても良い。次にこの方法について説明する。
【０１２１】
まず、洗濯物量を推定する場合の試験運転では、洗濯物の量が容易に推定できるように、試験運転制御器４００が、三相誘導電動機の回転速度指令値ωm *と速度推定器２００の出力値である速度推定値ωmeから、速度制御器１１０と同様に、トルク電流指令値Ｉ1q * を、次の式２４のように与える。
【０１２２】
【数２４】
【０１２３】
ここで、ＫpL，ＫILは速度制御ゲインである。トルク電流指令値Ｉ1q * を式２４で与えた場合、速度誤差の積分項が含まれているため、洗濯物の量の大小に関わらず速度推定値が回転速度指令値に追従するまでトルク電流指令値が増加する。つまり、洗濯物の量が増えるとトルク電流指令値も増加する。したがって、速度推定値の大きさではなく、トルク電流指令値で洗濯物の量が容易に推定できる。
【０１２４】
なお、トルク電流指令値が変化すると、式３によりすべり速度が増加するため、一次交流電流及び一次交流電圧の周波数が増加する。したがって、これらの周波数の大小により洗濯物量を推定しても良い。
【０１２５】
更に、試験運転を開始した時刻から、速度推定値が回転速度指令値近傍に達するまでの応答時間、即ち、速度推定値と回転速度指令値との偏差が予め定めた偏差幅に入るまでの応答時間は、洗濯物量が増えるにしたがって増加する。したがって、この応答時間を測定し、その応答時間により洗濯物量を推定しても良い。この場合、洗濯物量の推定精度を上げるため、速度制御ゲインＫpL，ＫILを洗濯動作時よりも小さくしても良い。
【０１２６】
また、トルク電流指令値を予め定めた一定の値に設定し、試験運転を開始する時刻から、速度推定値が規定の値になるまでの時間を測定し、この時間により洗濯物量を推定しても良い。この場合も、洗濯物量の推定精度を上げるため、通常の洗濯時に発生するトルクよりも小さなトルクとなるトルク電流指令値に設定しても良い。
【０１２７】
≪第６実施例≫
三相誘導電動機の回転速度を推定する式１２ないし式１５の演算式や、すべり速度を計算する式３では、三相誘導電動機固有の定数であるｊ（ｊは１又は２）次側の抵抗Ｒj，ｊ次側のインダクタンスＬj，相互インダクタンスＭなどを用いる。
【０１２８】
しかし、これらの三相誘導電動機固有の定数は、電動機の製造時のばらつき等の影響で個々の値が異なるため、速度推定の精度が悪くなり、制御性能やモータ効率が悪化する恐れがある。
【０１２９】
そこで、本発明の第６の実施例として、三相誘導電動機固有の定数を測定して、常に最適な洗濯を実行することができる洗濯機について説明する。
【０１３０】
以下本発明の第６実施例の洗濯機について、図面を参照しながら説明する。
【０１３１】
図７は本発明の第６の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【０１３２】
図７において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０の出力端は、すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の入力端に接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は３回路の切換器４５２の３つの切換接点にそれぞれ接続されている。切換器４５２の他の３つの切換接点には定数測定用電流指令器４５０の３つの出力端が接続されている。切換器４５２の３つの共通接点は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。
【０１３３】
ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。電流制御器１２２の前記３つの出力端は、３回路の切換器４５６の３つの共通接点に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されるとともに、３回路の切換器４５８の３つの共通端子にそれぞれ接続されている。切換器４５６及び４５８の一方のそれぞれ３つの切換接点は速度推定器２００の入力端に接続され、他方のそれぞれ３つの切換接点は電導規定数測定器４５４の入力端に接続されている。
【０１３４】
速度推定器２００の出力端は速度制御器１１０と増幅器１１５の入力端に接続されている。電導規定数測定器４５４の出力端はすべり周波数演算器１１２と速度推定器２００の入力の入力端に接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。
【０１３５】
以上のように構成された洗濯機について、以下図７を用いてその動作を説明する。
【０１３６】
本実施例においても、洗濯脱水槽１０４に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【０１３７】
速度制御器１１０、すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０及び速度推定器２００の動作は第５の実施例と同じであるのでその説明を省略する。
【０１３８】
以下に、三相誘導電動機固有の定数を測定について説明する。
【０１３９】
三相誘導電動機固有の定数を測定する方法として、例えば、平成８年電気学会産業応用部門全国大会講演論文集（１）、の３７５−３７８頁（誘導電動機のモータ定数測定方法、田澤、松浦、佐藤）に、電動機を停止させたままで測定する方法が示されている。この方法等で三相誘導電動機固有の定数を測定する場合、電動機が停止した状態で定数測定用電流指令器４５０から測定のため短時間（例えば数秒）電流を流す。そのため、電動機の動作中には測定できない。
【０１４０】
そこで第６の実施例では、洗濯機の電源投入時か、給水時及び脱水時等の電動機が動作していない期間に、切換器４５２で電流制御器１２２の入力を二相／三相変換器１２０から定数測定用電流指令器４５０に切り換える。さらに切換器４５６，４５８で電流制御器１２２とＰＷＭコンバータ１２４の出力を速度推定器２００から電動機定数測定器４５４に切り換えて、三相誘導電動機固有の定数を測定する。そして、すべり周波数演算器１１２及び速度推定器２００で用いる三相誘導電動機固有の定数を変更する。
【０１４１】
これにより、個々の電動機の製造上のばらつきが補償される。電動機の動作中の温度上昇による抵抗値の変動も、給水あるいは脱水の動作毎に測定することにより、三相誘導電動機固有の定数の変動の影響を抑えることが可能となり、常に最適な洗濯を行うことができる。
【０１４２】
≪第７実施例≫
三相誘導電動機固有の定数の巻数の抵抗値、自己インダクタンス及び相互インダクタンスの内、抵抗値以外は使用中に変化しない。従って一度測定した値を記憶する電動機定数記憶器を設けて記憶し、この電動機定数記憶器に記憶された値を用いて制御すれば良い。
【０１４３】
三相誘導電動機固有の定数が予め分かっていたとしても、三相誘導電動機を動作させると、電動機の温度が上昇し、それに伴い抵抗Ｒj が変化する。従って速度推定の精度が悪くなり、制御性能やモータ効率が悪化する恐れがある。
【０１４４】
上記の問題を解決するために本発明の第７の実施例として、電動機の温度上昇に伴う抵抗値の変化を補正して、常に最適な洗濯を実行することができる洗濯機について説明する。
【０１４５】
以下本発明の第７の実施例の洗濯機について、図８を参照しながら説明する。
【０１４６】
図８は本発明の第７の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【０１４７】
図８において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０の出力端は、切換器４０４の一方の切換接点に接続されている。切換器４０４の他方の切換接点には回転速度指令値ωm *が入力される試験運転制御器４００の出力端が接続されている。切換器４０４の共通接点はすべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。
【０１４８】
回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の入力端に接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続されるとともに速度推定器２００の３つの入力端にそれぞれ接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されるとともに速度推定器２００の他の３つの入力端に接続されている。
【０１４９】
速度推定器２００の出力端は切換器１５、速度制御器１１０、試験運転制御器４００、洗濯物量推定器４０２及び増幅器１１５の各入力端に接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他方の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。洗濯物量推定器４０２の出力端は抵抗値曲線選択器５００の入力端に接続されている。抵抗値曲線選択器５００の出力端は抵抗値補正器５０４の入力端に接続されている。また抵抗値補正器５０４にはタイマ５０２が接続されている。抵抗値補正器５０４の２つの出力端は、それぞれすべり周波数演算器１１２と速度推定器２００の入力端に接続されている。
【０１５０】
図９は本発明の三相誘導電動機の洗濯物量をパラメータとした動作時間と温度を示すグラフである。
【０１５１】
以上のように構成された洗濯機について、以下図８、図９を用いてその動作を説明する。
【０１５２】
本実施例においても、洗濯脱水槽１０４に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【０１５３】
速度制御器１１０、すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０、速度推定器２００、試験運転制御器４００、洗濯物量推定器４０２及び切換器４０４の動作は第５の実施例と同じであるので説明を省略する。
【０１５４】
実際に、洗濯、すすぎ及び脱水をした場合、図９に示す様に、三相誘導電動機は洗濯物量及び動作時間に応じて、温度が上昇する。温度の上昇によって一次抵抗Ｒ1 （固定子巻線の抵抗）及び二次抵抗Ｒ2 （回転子巻線の抵抗）が変化し、その度合いが温度で決まる。そこで、洗濯物量推定器４０２によって推定された洗濯物量に応じて、抵抗値曲線選択器５００によって、予め計測して設定し、ＲＯＭに記憶してある抵抗値上昇曲線を選択する。そしてタイマー５０２により電動機の動作時間を計測し、抵抗値補正器５０４によりその時点での一次抵抗Ｒ1 及び二次抵抗Ｒ 2 を求め、すべり周波数演算器１１２及び速度推定器２００で用いる定数を変更する。これにより、動作中の温度上昇による一次及び二次抵抗値の変動の影響を抑えることが可能となり、常に最適な洗濯を行うことができる。
【０１５５】
なお、温度の変動は洗濯物量によるものよりも動作時間によるものの方が大きいため、洗濯物量を考慮に入れず三相誘導電動機の動作時間にのみ基づいて一次抵抗Ｒ1 及び二次抵抗Ｒ2 を変化させても効果がある。
【０１５６】
【発明の効果】
本発明によれば、洗濯脱水槽あるいは洗濯脱水槽に取り付けられた回転翼を駆動する三相誘導電動機と、前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のそれぞれを測定する電流検出器群と、前記電流検出器群の出力がそれぞれ対応する電流指令値に一致するように制御する電流制御器と、前記一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を指令する電流指令値を出力する電流指令器と、前記電流検出器群の出力と前記三相誘導電動機固有の定数から前記三相誘導電動機の回転速度を推定する速度推定器とを有しており、前記三相誘導電動機の回転速度指令と前記速度推定器の出力に応じて前記一次交流電流群を変化させて前記三相誘導電動機の回転速度を制御する制御装置と、前記三相誘導電動機の回転速度指令値と前記速度推定器の出力値との差に予め定めた試験運転定数を乗算したものを前記トルク電流成分として指令して前記三相誘導電動機を試験運転させる試験運転制御器と、前記試験運転中の前記速度推定器の出力値に基づいて洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と、を有することにより、安価に高機能の洗濯機を実現することができる。また、洗濯物の量を正確に推定できる洗濯機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施例における回転速度指令値と時間の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第５の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第６の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第７の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の三相誘導電動機の温度上昇の一例を示す動作時間と温度との関係を表すグラフ。
【符号の説明】
１００ 三相誘導電動機
１０２ 回転翼
１０４ 洗濯脱水槽
１０６ 伝達機構
１１０ 速度制御器
１１２ すべり周波数演算器
１１４ 加算器
１１５ 増幅器
１１６ 積分器
１１８ 回転／静止座標変換器
１２０ 二相／三相変換器
１２２ 電流制御器
１２４ ＰＷＭインバータ
１２６ａ 電流検出器
１２６ｂ 電流検出器
１２６ｃ 電流検出器
１２８ 速度検出器
１３０ コンバータ
２００ 速度推定器
２２０ 三相／二相変換器
２２２ 三相／二相変換器
２２４ 二次磁束推定器
２２６ 速度推定器
２２８ 速度推定器
２３０ 推定速度切換器
３００ 励磁電流変換器
３２０ 速度指令値発生器
４００ 試験運転制御器
４０２ 洗濯物量推定器
４０４ 切換器
４１２ 水量調節器
４５０ 定数測定用電流指令器
４５２ 切換器
４５４ 電動機定数測定器
４５６ 切換器
４５８ 切換器
５００ 抵抗値曲線選択器
５０２ タイマー
５０４ 抵抗値補正器
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相誘導電動機を用いた洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の洗濯機の回転翼を駆動するモータは単相の誘導電動機がほとんどである。単相誘導電動機は電源周波数と、ギヤやベルト等の減速機の減速比とで決まる一定の回転速度で回転して回転翼を駆動している。単相誘導電動機は低速回転域でのトルクが小さいため、一度に洗濯できる洗濯物の量や洗濯方式が限られていた。
【０００３】
この問題を解決する手段として、例えば、特開平７−２５５９８８号公報に、ＤＣブラシレスモータとインバータ回路を用いることで、回転翼の回転を可変速にする方法が提案されている。
【０００４】
また、特開平６−３５１２９２号公報に、三相誘導電動機の回転を、インバータ回路を用いるＶ／ｆ制御で可変速にする方法が提案されている。
【０００５】
また、洗濯槽内の洗濯物の量を推定するものとしては、例えば、特開昭６１−８０９４号公報には、回転翼を駆動するモータへ通電して所定回転数に達した時点で通電を止め、その時点から惰性で回転するモータが自然に停止するまでの時間で洗濯物の量の推定する方式が提案されている。また、特開平６−７１０８５号公報には、モータに取り付けた速度センサの情報から洗濯物の量を推定する方式が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＤＣブラシレスモータを用いた方式では、誘導電動機に比べてＤＣブラシレスモータのコストが高いといった問題点を有していた。
【０００７】
従来の、モータの印加電圧と周波数の比Ｖ／ｆを一定にして制御するインバータ制御で三相誘導電動機の速度制御を行おうとすると、制御性が直流電動機に比べると非常に悪く、特に低速域で大きなトルクを得るのが容易ではない。そのため一度に大量の洗濯物を洗濯することが容易ではないといった問題点を有していた。
【０００８】
洗濯物の重量などの洗濯物の量の推定方法では、前記の駆動モータが惰性で回転する時間で推定するものは推定精度が悪いという問題点がある。またモータの回転速度に基づいて推定する方法では、速度センサを取り付けなければならないといった問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、三相誘導電動機を用いる洗濯機において、ＤＣブラシレスモータと同等の性能の発揮を可能とするインバータ駆動を行い、低コストで大量の洗濯物の洗濯を可能にする洗濯機を提供することを目的とする。更に、センサを用いることなく、精度良く洗濯物の量を推定できる洗濯機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の洗濯機は、洗濯脱水槽あるいは洗濯脱水槽に取り付けられた回転翼を駆動する三相誘導電動機と、前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のそれぞれを測定する電流検出器群と、前記電流検出器群の出力がそれぞれ対応する電流指令値に一致するように制御する電流制御器と、前記一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を指令する電流指令値を出力する電流指令器と、前記電流検出器群の出力と前記三相誘導電動機固有の定数から前記三相誘導電動機の回転速度を推定する速度推定器とを有しており、前記三相誘導電動機の回転速度指令と前記速度推定器の出力に応じて前記一次交流電流群を変化させて前記三相誘導電動機の回転速度を制御する制御装置と、前記三相誘導電動機の回転速度指令値と前記速度推定器の出力値との差に予め定めた試験運転定数を乗算したものを前記トルク電流成分として指令して前記三相誘導電動機を試験運転させる試験運転制御器と、前記試験運転中の前記速度推定器の出力値に基づいて洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と、を有する。
【００１１】
更に、三相誘導電動機の回転速度指令値と前記速度推定器の出力値との差に予め定めた試験運転定数を乗算したものを前記のトルク電流成分として求め、これを指令値として前記三相誘導電動機に与えてを試験運転させる試験運転手段を有している。この試験運転中の前記速度推定器の出力に応じて、洗濯物の量を推定する洗濯物量推定手段を有していることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
《第１実施例》
以下本発明の第１の実施例の洗濯機について、図１を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の第１の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して、洗濯と脱水を行う洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。三相誘導電動機の回転速度を指示する回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０の出力端は、すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の２つの入力端にそれぞれ接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ、及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されている。三相誘導電動機１００には回転速度を検出する速度検出器１２８が設けられており、速度検出器１２８の出力端は、前記速度制御器１１０の制御入力端と増幅器１１５の入力端とに接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の入力端に接続されている。加算器１１４の他の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。
【００１５】
以上のように構成された洗濯機について、以下図１を用いてその動作を説明する。
【００１６】
洗濯脱水槽１０４内に取り付けられた回転翼１０２を、伝達機構１０６を介して三相誘導電動機１００で回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【００１７】
一般に、三相誘導電動機について考察するとき、三相／二相変換を行って二相誘導電動機として二相モデルで考察することができる。二相誘導電動機の基礎式を式１に示す。
【００１８】
【数１】
ここで，ｉ1d，ｉ1qはそれぞれ一次側である固定子に流れるｄ軸電流及びｄ軸と位相差が９０度であるｑ軸電流を表し、ｖ1d，ｖ1qはそれぞれｄ軸電圧及びｄ軸と位相差が９０度のｑ軸電圧を表す。ψ2d，ψ2qはそれぞれ二次側である回転子のｄ軸及びｑ軸の二次磁束を表す。また，Ｒj，Ｌj（ｊは１又は２）はそれぞれｊ次側の抵抗及びインダクタンスを表す。またＭは相互インダクタンス，ωmはモータの回転角速度，ｐはモータのＮ極とＳ極の対の数である極対数を表す。
【００２０】
直流モータの速度制御と同様に、速度制御器１１０は、回転速度指令値ωm *と速度検出器１２８によって検出された回転速度の値ωm から、トルクを発生させるトルク電流を指示するトルク電流指令値Ｉ1q *を、例えば次の式２により求める。
【００２１】
【数２】
ここで、Ｋps、Ｋisは速度制御ゲインで、望みの応答特性になるように設定する定数である。
【００２３】
誘導電動機には永久磁石がないので、永久磁石が作る磁界に相当する磁界を作るために予め定めた励磁電流を励磁電流指令値Ｉ1d * に基づいて与える。そしてすべり周波数演算器１１２は、励磁電流指令値Ｉ1d *とトルク電流指令値Ｉ1q *とを用いて、すべり速度ωs を式３で計算する。
【００２４】
【数３】
三相誘導電動機の回転速度ωm と極対数ｐとの積を増幅器１１５で求め、この積と上記のすべり速度ωs とを加算器１１４で加算する。加算結果を積分器１１６で積分することにより、式４に示す電気的位相角θ0 が求められる。
【００２６】
【数４】
更に、回転／静止座標変換器１１８において、あたかも永久磁石があるかのように、前記の励磁電流指令値Ｉ1d *とトルク電流指令値Ｉ1q *と電気的位相角θ0 とを用いて、式５に示す演算を行う。
【００２８】
【数５】
その結果、励磁電流指令値Ｉ1d *とトルク電流指令値Ｉ1q *は、位相差が９０度の二相の電流を指示する一次交流電流指令値ｉ1d *、ｉ2q *に変換される。次に一次交流電流指令値ｉ1d *、ｉ1q *は二相／三相変換器１２０により、式６に従って三相の電流を指示する一次交流電流指令値ｉ1a *，ｉ1b *，ｉ1c * に変換される。
【００３０】
【数６】
これらの電流指令値通りの電流を流すことができれば、直流電動機と同等の性能の三相誘導電動機を実現することが可能となる。
【００３２】
次に、電流制御器１２２の動作について説明する。実際の一次交流電流ｉ1a，ｉ1b，ｉ1c がそれぞれ一次交流電流指令値ｉ1a *，ｉ1b *，ｉ1c *に追従する様に電流フィードバック制御を行う。これは、例えば、実際の一次交流電流をそれぞれ電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃで検出し、式７に示す計算を行って電圧指令値ｖ1z（ｚはａ，ｂ又はｃ）を出力する。
【００３３】
【数７】
ここで、Ｋpc、Ｋicは電流制御ゲインで、指令値に追従するために設定する定数である。ＰＷＭインバータ１２４は、電流制御器１２２からの制御信号である電圧指令値Ｖ1Zに従うパルス幅の信号に従って、コンバータ１３０によって商用電源から作られた直流電圧を内部のトランジスタでオンオフさせる。これによって三相誘導電動機１００に望みの電圧を加えて電流を流す。
【００３５】
なお、三相誘導電動機１００に供給される三相の、それぞれの一次交流電流ｉla, ｉlb,ｉ1cを加算すると式８に示すように零になる。
【００３６】
【数８】
一次交流電流の検出においては、三相のうちのいずれか２相の電流を検出し、残りの１相の電流は検出した２相の電流値から計算してもよい。以上の動作により、三相誘導電動機に供給される一次交流電流が望みの指令値になるように制御でき、三相誘導電動機の回転速度を望みの速度に制御することができる。
【００３８】
以上の制御方式により、三相誘導電動機の起動時のトルク特性も含めた制御性が改善され、直流電動機と同様の優れた制御性を得ることができ、望みの回転速度で一度に大量の洗濯物を洗濯できる洗濯機を容易に実現することが可能となる。
【００３９】
なお、第１の実施例では、電流を検出し、電流制御を行う例について説明したが、三相誘導電動機固有の定数や式１の基礎式を用いて、電流を推定し、電圧制御で行っても良い。
【００４０】
また、三相誘導電動機で回転翼を回して洗濯する方式の洗濯機の例を示したが、回転翼を用いずに洗濯脱水槽を直接回転させるといった例えばドラム式の洗濯機にも適用できる。
【００４１】
なお、第１の実施例では、三相誘導電動機の回転速度を検出するエンコーダ等の速度検出器が必要であるので、大きさの面でもコストの面でも他の電動機との優位性が損なわれる。そこで、以下に本発明の第２の実施例として、速度検出器を用いずに直流電動機と同等の制御性を有する三相誘導電動機の制御装置を用いた洗濯機について説明する。
【００４２】
≪第２実施例≫
以下本発明の第２の実施例の洗濯機について、図２を参照しながら説明する。
【００４３】
図２は本発明の第２の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００４４】
図２において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａを駆動する伝達機構１０６に連結されている。回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０の出力端はすべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の入力端に接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。
【００４５】
ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されている。電流検出器１２６ａ、１２６ｂ、及び１２６ｃの出力端は三相／二相変換器２２０の３つの入力端にも接続されている。三相／二相変換器２２０の２つの出力端は二次磁束推定器２２４の２つの入力端にそれぞれ接続され、さらに前記２つの出力端の一方は第１速度推定器２２６の入力端に接続され、他方は第２速度推定器２２８の入力端に接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端は三相／二相変換器２２２の３つの入力端にそれぞれ接続され、三相／二相変換器２２２の２つの出力端は二次磁束推定器２２４の他の２つの入力端にそれぞれ接続されている。二次磁束推定器２２４の２つの出力端は第１速度推定器２２６の他の２つの入力端に接続されている。二次磁束推定器２２４の他の２つの出力端は第２速度推定器２２８の他の２つの入力端に接続されている。第１速度推定器２２６及び第２速度推定器２２８の出力端は推定速度切換器２３０の２つの切換接点にそれぞれ接続されている。推定速度切換器２３０の共通接点は増幅器１１５と速度制御器１１５の入力端に接続されている。
【００４６】
増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他方の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。
【００４７】
以上のように構成された洗濯機について、以下図２を用いてその動作を説明する。
【００４８】
洗濯脱水槽１０４内に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【００４９】
すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４及びコンバータ１３０の動作は第１の実施例と同じであるのでその説明を省略する。速度制御器１１０は、三相誘導電動機の回転速度指令値ωm *と速度推定器２００の出力の速度推定値ωmeから、トルク電流指令値Ｉ1q *を、例えば次の式９によって求める。
【００５０】
【数９】
Ｋps、Ｋisは速度制御ゲインで、望みの応答特性になるように設定する定数である。速度推定が正しく行われれば、第１の実施例と同様、直流電動機と同等の制御性を実現することができる。
【００５２】
以下に三相誘導電動機の回転速度を推定する動作の一例について説明する。
【００５３】
三相／二相変換器２２０で、電流検出器１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃのそれぞれの検出出力ｉ1a、ｉ1b、ｉ1cを式１０を用いて二相の交流電流ｉ1d，ｉ1qに変換する。
【００５４】
【数１０】
次にもう一つの三相／二相変換器２２２で、三相の電圧指令値ｖ1z（ｚはａ，ｂ又はｃ）を式１１を用いて二相の交流電圧ｖ1d，ｖ1qに変換する。
【００５６】
【数１１】
これらの二相交流電流及び二相交流電圧から、二次磁束推定器２２４により、式１２及び１３を用いて二次磁束ψ2d，ψ2qを推定できる。
【００５８】
【数１２】
【数１３】
ここで、二相モデルにおける三相誘導電動機の基礎式の式１から、三相誘導電動機の回転速度ωmeを推定する次の２つの式が得られる。
【００６１】
【数１４】
【数１５】
これらの２つの式はともに、分母が０となる場合があり、その近傍で推定精度が悪くなる。しかし、三相誘導電動機が駆動されている状態では、式１４の分母である二次磁束ψ2qの変化と式１５の分母である二次磁束ψ2dの変化は、互いに位相が９０度ずれた正弦波状になるため、両方とも０になることはない。
【００６４】
第１の速度推定器２２６が式１４に従って、まず分子に当たる推定速度分子部を算出し、これを分母である二次磁束ψ2qで除算して三相誘導電動機の回転速度を推定する。次に第２の速度推定器２２８が式１５に従って、まず分子に当たる推定速度分子部を算出し、これを分母である二次磁束ψ2dで除算して三相誘導電動機の回転速度を推定する。次に推定速度切換器２３０により二次磁束ψ2d，ψ2qの大きさを測定し、これらが０近傍の値でない方、即ち、分母が０近傍の値でない方を選択する。これによって常に精度よく三相誘導電動機の回転速度を推定できることになる。
【００６５】
以上の方法により、第１実施例で用いた速度検出器１２８を用いなくても、低速回転から高速回転まで大きなトルクを得ることができ、大量の洗濯物の洗濯を可能とする洗濯機を容易に実現できる。
【００６６】
第２実施例では二相／三相変換器１２０で、三相の一次交流電流指令値を形成して、三相の一次交流電流と比較して、電流制御器１２２で、三相の一次交流電流をそれぞれ制御した。他の方法として電流検出器１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃで検出した三相一次交流電流を三相／二相変換器２２０で二相の一次交流電流とし、この二相電流を二相／三相変換器１２０に入る前の二相の一次交流電流指令値と比較する。比較結果に基づいて電流制御を行い、二相の電圧指令値を二相／三相変換器で三相の電圧指令値として形成してもよい。
【００６７】
また、第２実施例でも実際の電圧の代わりに電圧指令値を用いているが、これにより電圧を検出する電圧検出器が不要となる利点がある。この場合、ＰＷＭインバータ１２４がオンする時の時間遅れ等の影響を補正すれば、電圧指令値の精度がさらに向上する。
【００６８】
なお、本実施例でも、三相誘導電動機で回転翼を回して洗濯する洗濯機の例を示したが、回転翼を用いずに洗濯脱水槽を直接回転させるといった例えばドラム式の洗濯機にも適用できる。
【００６９】
≪第３実施例≫
第１及び第２の実施例では、あたかも三相誘導電動機に永久磁石があるように、磁界を作る励磁電流が一定になるように制御している。しかし、高速回転領域で大きいトルクを得るためには、励磁電流を増加させる必要がありそのために高い直流電圧が必要となる。コンバータ１３０の出力の直流電圧は商用電源の電圧で決まるため電圧値には限界がある。そのため、高速回転領域で大きなトルクを得ることが困難であった。
【００７０】
以下に本発明の第３の実施例として、脱水時等の高速回転領域でも比的大きなトルクが得られる三相誘導電動機の制御装置を有する洗濯機について説明する。
【００７１】
以下本発明の第３の実施例の洗濯機について、図３を参照しながら説明する。
【００７２】
図３は本発明の第３の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００７３】
図３において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して、洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０の出力端は、すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。励磁電流変換器３００の入力端は速度制御器１１０の入力端に接続されている。
【００７４】
すべり周波数演算器１１２及び回転／静止座標変換器１１８の他の入力端には、励磁電流変換器３００の出力端が接続されている。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の２つの入力端に接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続されるとともに、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ、及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されるとともに、速度推定器２００の他の３つの入力端に接続されている。
【００７５】
速度推定器２００の出力端は増幅器１１５の入力端と速度制御器１１０の他の入力端に接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。
【００７６】
以上のように構成された洗濯機について、以下図３を用いてその動作を説明する。
【００７７】
第３の実施例においても、洗濯脱水槽１０４に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【００７８】
速度制御器１１０、すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０及び速度推定器２００の動作は第２の実施例と同じであるのでその説明を省略する。
【００７９】
本実施例では、回転速度指令値ωm *を入力とし、励磁電流指令値Ｉ1d *を出力する励磁電流変換器３００を備えている。脱水時などの三相誘導電動機を高速で回転させる場合、電流制御器１２２からの出力である一次交流電圧の制御値の最大値が、電源電圧で決まるコンバータ１３０の出力である直流出力電圧よりも大きくなる。このため望みのトルクを発生させることができず、電動機の回転速度が低下する。
【００８０】
そこで、脱水時には、励磁電流指令値Ｉ1d *を洗濯時などの低速回転時より小さくする。これにより、高速回転でも比較的大きなトルクを出すことができ脱水能力を上げることができる。
【００８１】
なお、本実施例では、三相誘導電動機で回転翼を回して洗濯する洗濯機の例を示したが、回転翼を用いずに洗濯脱水槽を直接回転させる例えばドラム式の洗濯機にも適用できる。
【００８２】
≪第４実施例≫
電源の周波数で決まる一定速度でしか運転できない単相誘導電動機は回転速度の立ち上がり特性を変えることができず、回転翼の回転の始動時や反転動作時のショックを和らげることができない。そのために振動や騒音が大きいといった問題点があった。
【００８３】
そこで、本発明の第４の実施例として、回転の始動時や反転動作時のショックを和らげ、低振動かつ低騒音の動作を実現する洗濯機について以下に説明する。
【００８４】
以下本発明の第４の実施例の洗濯機について、図４を参照しながら説明する。
【００８５】
図４は本発明の第４の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【００８６】
図４において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して選択脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。速度指令値発生器３２０の出力端は速度制御器１１０の入力端に接続され回転速度指令値ωm *が入力される。速度制御器１１０の出力端はすべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の２つの入力端にそれぞれ接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続されるとともに速度推定器２００の３つの入力端に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。
【００８７】
ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されるとともに速度推定器２００の他の３つの入力端に接続されている。
【００８８】
速度推定器２００の出力端は増幅器１１５の入力端と速度制御器１１０の他の入力端に接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他方の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。
【００８９】
以上のように構成された洗濯機について、以下図４，図５を用いてその動作を説明する。
【００９０】
第４の実施例においても、洗濯脱水槽１０４に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【００９１】
速度制御器１１０、すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０、速度推定器２００の動作は第３の実施例と同じであるので説明を省略する。
【００９２】
従来の一定速度で回転翼１０２が回転する洗濯機と同様に、三相誘導電動機にステップ状に変化する回転速度指令値ωm *を加えると、速度制御ゲインで決まる過渡応答によるショックをともなう動作しか実現できない。したがって、ショックがない様にゆっくりなめらかに回転速度を立ち上げるためには速度制御ゲインを小さく設定する必要がある。しかし速度制御ゲインを小さくすると、洗濯物が回転翼に引っかかった場合などの特性を改善する外乱抑制特性が悪くなる。また洗濯物の量によって、立ち上がりの時間が変わるといった問題がある。そこで、回転速度指令値ωm *(t)を、例えば、図５の曲線を表す式１６のような３次の時間関数とする。
【００９３】
【数１６】
ここで、Ｔは立ち上がり時間で、ωmTは最終の目標回転速度である。トルク電流指令値Ｉ1q * を速度推定値ωmeを用いて、例えば次の式１７のように与える。
【００９５】
【数１７】
これにより、望みの過渡応答特性を実現することができ、始動時や反転動作時のショックを和らげ、低振動かつ低騒音の洗濯機を実現することができる。
【００９７】
なお、本実施例では、回転速度指令値ωm *(t) を３次関数として与えたが、正弦波状の関数や複数の関数を組み合わせた関数などの連続関数でも良い。
【００９８】
また、本実施例でも、三相誘導電動機で回転翼を回して洗濯する洗濯機の例を示したが、回転翼を用いずに洗濯脱水槽を直接回転させるといった例えばドラム式の洗濯機にも適用できる。
【００９９】
≪第５実施例≫
洗濯をするとき洗濯物の量に応じた給水を行えば、洗い不足の問題の解消や水の節約が可能となる。そのためには、給水を行う前に、洗濯物の量（例えば重量）を精度良く推定する必要がある。
【０１００】
そこで、本発明の第５の実施例として、給水を行う前に、回転翼を試験的に回転させて、洗濯物の量を精度良く推定できる洗濯機について説明する。
【０１０１】
図６は本発明の第５の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【０１０２】
図６において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０と試験運転制御器４００の出力端はそれぞれ切換器４０４の２個の切換接点に接続されている。切換器４０４の共通接点はすべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の入力端に接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。
【０１０３】
ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されるとともに速度推定器２００の他の３つの入力端に接続されている。
【０１０４】
速度推定器２００の出力端は増幅器１１５、速度制御器１１０、試験運転制御器４００、洗濯物量推定器４０２の入力端に接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。洗濯物量推定器４０２の出力端は洗濯脱水槽１０４の水量を調節する水量調節器４１２の入力端に接続されている。
【０１０５】
以上のように構成された洗濯機について、以下図６を用いてその動作を説明する。
【０１０６】
洗濯物量を推定する場合、洗濯物を洗濯する場合と同様に、洗濯脱水槽１０４に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して試験運転させる。例えば特開平３−１９８８９９号公報に示される様に、洗濯脱水槽１０４に給水後に推定する方法も考えられるが、使用者が給水が終わるまで待たなければならないという欠点があるため、給水前に推定するのが望ましい。しかし、給水前に、洗濯する場合と同様に回転翼１０２を回転させると、洗濯物が浮き上がったり、丸まったり、回転翼にひっかかったりするため推定精度が悪い。特に、過渡応答時は、洗濯物のひっかかりなどの影響が多く出るため、推定精度が悪い。
【０１０７】
そこで、洗濯物量を推定するために試験運転をする場合、まず、切換器４０４を試験運転制御器４００側に切り換える。そして、洗濯物の量が容易に推定できるように、三相誘導電動機の回転速度指令値ωm *と速度推定器２００の出力値である速度推定値ωmeから、試験運転制御器４００が、トルク電流指令値Ｉ1q * を、次の式１８のように与える。
【０１０８】
【数１８】
ここで、Ｋpsは速度制御ゲインを表す。すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０及び速度推定器２００の動作は第２の実施例と同じであるので説明を省略する。
【０１１０】
トルク電流指令値Ｉ1q * を式１８で与えた場合、洗濯時の動作と異なり、積分項が含まれていないため、負荷となる洗濯物の量が増えるほど、三相誘導電動機の回転速度が遅くなる。このため速度推定器２００の出力である速度推定値の大きさから洗濯物量を容易に推定できる。
【０１１１】
例えば、洗濯物量を５段階に分ける場合、洗濯物量推定器４０２は、速度推定値ωmeと予め試験して定めたしきい値ω１ないしω４とを式１９、２０、２１、２２及び２３に示すように比較して分ける。
【０１１２】
【数１９】
【数２０】
【数２１】
【数２２】
【数２３】
なお、式１８の制御ゲインＫpsは、洗濯できうる最大の洗濯物を入れた場合に、十分に三相誘導電動機の回転速度が遅くなるように、低く設定する方が望ましい。また、回転速度指令値ωm *は、大きく設定すると、回転速度が速くなり洗濯物が丸まる可能性が増えるため、洗濯時よりも早い速度に設定するのは望ましくない。
【０１１８】
そして、洗濯物量が推定された後、水量調節器４１２はこの洗濯物量に応じて給水量を定める。次に、切換器４０４は速度制御器１１０側に切り換えられ、第２の実施例で説明した洗濯を実行する。
【０１１９】
なお、本実施例では、速度推定値の大きさで洗濯物量を推定したが、洗濯物量が多いほど、速度推定値のばらつきが大きくなる。そこで、複数回、試験運転を行い、その時の速度推定値のばらつきで洗濯物量を推定してもよい。
【０１２０】
また、本実施例では、速度推定値の大きさで洗濯物量を推定したが、以下に説明する様にトルク電流成分で推定しても良い。次にこの方法について説明する。
【０１２１】
まず、洗濯物量を推定する場合の試験運転では、洗濯物の量が容易に推定できるように、試験運転制御器４００が、三相誘導電動機の回転速度指令値ωm *と速度推定器２００の出力値である速度推定値ωmeから、速度制御器１１０と同様に、トルク電流指令値Ｉ1q * を、次の式２４のように与える。
【０１２２】
【数２４】
ここで、ＫpL，ＫILは速度制御ゲインである。トルク電流指令値Ｉ1q * を式２４で与えた場合、速度誤差の積分項が含まれているため、洗濯物の量の大小に関わらず速度推定値が回転速度指令値に追従するまでトルク電流指令値が増加する。つまり、洗濯物の量が増えるとトルク電流指令値も増加する。したがって、速度推定値の大きさではなく、トルク電流指令値で洗濯物の量が容易に推定できる。
【０１２４】
なお、トルク電流指令値が変化すると、式３によりすべり速度が増加するため、一次交流電流及び一次交流電圧の周波数が増加する。したがって、これらの周波数の大小により洗濯物量を推定しても良い。
【０１２５】
更に、試験運転を開始した時刻から、速度推定値が回転速度指令値近傍に達するまでの応答時間、即ち、速度推定値と回転速度指令値との偏差が予め定めた偏差幅に入るまでの応答時間は、洗濯物量が増えるにしたがって増加する。したがって、この応答時間を測定し、その応答時間により洗濯物量を推定しても良い。この場合、洗濯物量の推定精度を上げるため、速度制御ゲインＫpL，ＫILを洗濯動作時よりも小さくしても良い。
【０１２６】
また、トルク電流指令値を予め定めた一定の値に設定し、試験運転を開始する時刻から、速度推定値が規定の値になるまでの時間を測定し、この時間により洗濯物量を推定しても良い。この場合も、洗濯物量の推定精度を上げるため、通常の洗濯時に発生するトルクよりも小さなトルクとなるトルク電流指令値に設定しても良い。
【０１２７】
≪第６実施例≫
三相誘導電動機の回転速度を推定する式１２ないし式１５の演算式や、すべり速度を計算する式３では、三相誘導電動機固有の定数であるｊ（ｊは１又は２）次側の抵抗Ｒj，ｊ次側のインダクタンスＬj，相互インダクタンスＭなどを用いる。
【０１２８】
しかし、これらの三相誘導電動機固有の定数は、電動機の製造時のばらつき等の影響で個々の値が異なるため、速度推定の精度が悪くなり、制御性能やモータ効率が悪化する恐れがある。
【０１２９】
そこで、本発明の第６の実施例として、三相誘導電動機固有の定数を測定して、常に最適な洗濯を実行することができる洗濯機について説明する。
【０１３０】
以下本発明の第６実施例の洗濯機について、図面を参照しながら説明する。
【０１３１】
図７は本発明の第６の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【０１３２】
図７において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０の出力端は、すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の入力端に接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は３回路の切換器４５２の３つの切換接点にそれぞれ接続されている。切換器４５２の他の３つの切換接点には定数測定用電流指令器４５０の３つの出力端が接続されている。切換器４５２の３つの共通接点は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続され、ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。
【０１３３】
ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。電流制御器１２２の前記３つの出力端は、３回路の切換器４５６の３つの共通接点に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されるとともに、３回路の切換器４５８の３つの共通端子にそれぞれ接続されている。切換器４５６及び４５８の一方のそれぞれ３つの切換接点は速度推定器２００の入力端に接続され、他方のそれぞれ３つの切換接点は電導規定数測定器４５４の入力端に接続されている。
【０１３４】
速度推定器２００の出力端は速度制御器１１０と増幅器１１５の入力端に接続されている。電導規定数測定器４５４の出力端はすべり周波数演算器１１２と速度推定器２００の入力の入力端に接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。
【０１３５】
以上のように構成された洗濯機について、以下図７を用いてその動作を説明する。
【０１３６】
本実施例においても、洗濯脱水槽１０４に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【０１３７】
速度制御器１１０、すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０及び速度推定器２００の動作は第５の実施例と同じであるのでその説明を省略する。
【０１３８】
以下に、三相誘導電動機固有の定数を測定について説明する。
【０１３９】
三相誘導電動機固有の定数を測定する方法として、例えば、平成８年電気学会産業応用部門全国大会講演論文集（１）、の３７５−３７８頁（誘導電動機のモータ定数測定方法、田澤、松浦、佐藤）に、電動機を停止させたままで測定する方法が示されている。この方法等で三相誘導電動機固有の定数を測定する場合、電動機が停止した状態で定数測定用電流指令器４５０から測定のため短時間（例えば数秒）電流を流す。そのため、電動機の動作中には測定できない。
【０１４０】
そこで第６の実施例では、洗濯機の電源投入時か、給水時及び脱水時等の電動機が動作していない期間に、切換器４５２で電流制御器１２２の入力を二相／三相変換器１２０から定数測定用電流指令器４５０に切り換える。さらに切換器４５６，４５８で電流制御器１２２とＰＷＭコンバータ１２４の出力を速度推定器２００から電動機定数測定器４５４に切り換えて、三相誘導電動機固有の定数を測定する。そして、すべり周波数演算器１１２及び速度推定器２００で用いる三相誘導電動機固有の定数を変更する。
【０１４１】
これにより、個々の電動機の製造上のばらつきが補償される。電動機の動作中の温度上昇による抵抗値の変動も、給水あるいは脱水の動作毎に測定することにより、三相誘導電動機固有の定数の変動の影響を抑えることが可能となり、常に最適な洗濯を行うことができる。
【０１４２】
≪第７実施例≫
三相誘導電動機固有の定数の巻数の抵抗値、自己インダクタンス及び相互インダクタンスの内、抵抗値以外は使用中に変化しない。従って一度測定した値を記憶する電動機定数記憶器を設けて記憶し、この電動機定数記憶器に記憶された値を用いて制御すれば良い。
【０１４３】
三相誘導電動機固有の定数が予め分かっていたとしても、三相誘導電動機を動作させると、電動機の温度が上昇し、それに伴い抵抗Ｒj が変化する。従って速度推定の精度が悪くなり、制御性能やモータ効率が悪化する恐れがある。
【０１４４】
上記の問題を解決するために本発明の第７の実施例として、電動機の温度上昇に伴う抵抗値の変化を補正して、常に最適な洗濯を実行することができる洗濯機について説明する。
【０１４５】
以下本発明の第７の実施例の洗濯機について、図８を参照しながら説明する。
【０１４６】
図８は本発明の第７の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【０１４７】
図８において、三相誘導電動機１００の回転軸１００Ａは伝達機構１０６を介して洗濯脱水槽１０４内に設けられた回転翼１０２の回転軸１０２Ａに連結されている。回転速度指令値ωm *が入力される速度制御器１１０の出力端は、切換器４０４の一方の切換接点に接続されている。切換器４０４の他方の切換接点には回転速度指令値ωm *が入力される試験運転制御器４００の出力端が接続されている。切換器４０４の共通接点はすべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の一方の入力端に接続されている。すべり周波数演算器１１２と回転／静止座標変換器１１８の他方の入力端には励磁電流指令値Ｉ1d *が入力される。
【０１４８】
回転／静止座標変換器１１８の２つの出力端は２相／３相変換器１２０の入力端に接続され、２相／３相変換器１２０の３つの出力端は電流制御器１２２の３つの入力端にそれぞれ接続されている。電流制御器１２２の３つの出力端はＰＷＭインバータ１２４の３つの入力端にそれぞれ接続されるとともに速度推定器２００の３つの入力端にそれぞれ接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の３つの出力端は三相誘導電動機１００に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４の２つの入力端はコンバータ１３０を介して単相１００ＶのＡＣ電源に接続されている。ＰＷＭインバータ１２４と三相誘導電動機１００との間の３本の接続線にはそれぞれ電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃが設けられており、電流検出器１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃの出力端は電流制御器１２２の３つの制御入力端にそれぞれ接続されるとともに速度推定器２００の他の３つの入力端に接続されている。
【０１４９】
速度推定器２００の出力端は切換器１５、速度制御器１１０、試験運転制御器４００、洗濯物量推定器４０２及び増幅器１１５の各入力端に接続されている。増幅器１１５の出力端は加算器１１４の一方の入力端に接続されている。加算器１１４の他方の入力端にはすべり周波数演算器１１２の出力端が接続され、加算器１１４の出力端は積分器１１６の入力端に接続されている。積分器１１６の出力端は回転／静止座標変換器１１８の他の入力端に接続されている。洗濯物量推定器４０２の出力端は抵抗値曲線選択器５００の入力端に接続されている。抵抗値曲線選択器５００の出力端は抵抗値補正器５０４の入力端に接続されている。また抵抗値補正器５０４にはタイマ５０２が接続されている。抵抗値補正器５０４の２つの出力端は、それぞれすべり周波数演算器１１２と速度推定器２００の入力端に接続されている。
【０１５０】
図９は本発明の三相誘導電動機の洗濯物量をパラメータとした動作時間と温度を示すグラフである。
【０１５１】
以上のように構成された洗濯機について、以下図８、図９を用いてその動作を説明する。
【０１５２】
本実施例においても、洗濯脱水槽１０４に取り付けられた回転翼１０２を、三相誘導電動機１００で伝達機構１０６を介して回転させることで、洗濯物を洗濯する。
【０１５３】
速度制御器１１０、すべり周波数演算器１１２、加算器１１４、増幅器１１５、積分器１１６、回転／静止座標変換器１１８、二相／三相変換器１２０、電流制御器１２２、ＰＷＭインバータ１２４、コンバータ１３０、速度推定器２００、試験運転制御器４００、洗濯物量推定器４０２及び切換器４０４の動作は第５の実施例と同じであるので説明を省略する。
【０１５４】
実際に、洗濯、すすぎ及び脱水をした場合、図９に示す様に、三相誘導電動機は洗濯物量及び動作時間に応じて、温度が上昇する。温度の上昇によって一次抵抗Ｒ1 （固定子巻線の抵抗）及び二次抵抗Ｒ2 （回転子巻線の抵抗）が変化し、その度合いが温度で決まる。そこで、洗濯物量推定器４０２によって推定された洗濯物量に応じて、抵抗値曲線選択器５００によって、予め計測して設定し、ＲＯＭに記憶してある抵抗値上昇曲線を選択する。そしてタイマー５０２により電動機の動作時間を計測し、抵抗値補正器５０４によりその時点での一次抵抗Ｒ1 及び二次抵抗Ｒ 2 を求め、すべり周波数演算器１１２及び速度推定器２００で用いる定数を変更する。これにより、動作中の温度上昇による一次及び二次抵抗値の変動の影響を抑えることが可能となり、常に最適な洗濯を行うことができる。
【０１５５】
なお、温度の変動は洗濯物量によるものよりも動作時間によるものの方が大きいため、洗濯物量を考慮に入れず三相誘導電動機の動作時間にのみ基づいて一次抵抗Ｒ1 及び二次抵抗Ｒ2 を変化させても効果がある。
【０１５６】
【発明の効果】
本発明によれば、洗濯脱水槽あるいは洗濯脱水槽に取り付けられた回転翼を駆動する三相誘導電動機と、前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のそれぞれを測定する電流検出器群と、前記電流検出器群の出力がそれぞれ対応する電流指令値に一致するように制御する電流制御器と、前記一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を指令する電流指令値を出力する電流指令器と、前記電流検出器群の出力と前記三相誘導電動機固有の定数から前記三相誘導電動機の回転速度を推定する速度推定器とを有しており、前記三相誘導電動機の回転速度指令と前記速度推定器の出力に応じて前記一次交流電流群を変化させて前記三相誘導電動機の回転速度を制御する制御装置と、前記三相誘導電動機の回転速度指令値と前記速度推定器の出力値との差に予め定めた試験運転定数を乗算したものを前記トルク電流成分として指令して前記三相誘導電動機を試験運転させる試験運転制御器と、前記試験運転中の前記速度推定器の出力値に基づいて洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と、を有することにより、安価に高機能の洗濯機を実現することができる。また、洗濯物の量を正確に推定できる洗濯機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施例における回転速度指令値と時間の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第５の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第６の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第７の実施例における洗濯機の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の三相誘導電動機の温度上昇の一例を示す動作時間と温度との関係を表すグラフ。
【符号の説明】
１００ 三相誘導電動機
１０２ 回転翼
１０４ 洗濯脱水槽
１０６ 伝達機構
１１０ 速度制御器
１１２ すべり周波数演算器
１１４ 加算器
１１５ 増幅器
１１６ 積分器
１１８ 回転／静止座標変換器
１２０ 二相／三相変換器
１２２ 電流制御器
１２４ ＰＷＭインバータ
１２６ａ 電流検出器
１２６ｂ 電流検出器
１２６ｃ 電流検出器
１２８ 速度検出器
１３０ コンバータ
２００ 速度推定器
２２０ 三相／二相変換器
２２２ 三相／二相変換器
２２４ 二次磁束推定器
２２６ 速度推定器
２２８ 速度推定器
２３０ 推定速度切換器
３００ 励磁電流変換器
３２０ 速度指令値発生器
４００ 試験運転制御器
４０２ 洗濯物量推定器
４０４ 切換器
４１２ 水量調節器
４５０ 定数測定用電流指令器
４５２ 切換器
４５４ 電動機定数測定器
４５６ 切換器
４５８ 切換器
５００ 抵抗値曲線選択器
５０２ タイマー
５０４ 抵抗値補正器
Claims (11)
- 洗濯脱水槽あるいは洗濯脱水槽に取り付けられた回転翼を駆動する三相誘導電動機と、
前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のそれぞれを測定する電流検出器群と、前記電流検出器群の出力がそれぞれ対応する電流指令値に一致するように制御する電流制御器と、前記一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を指令する電流指令値を出力する電流指令器と、前記電流検出器群の出力と前記三相誘導電動機固有の定数から前記三相誘導電動機の回転速度を推定する速度推定器とを有しており、前記三相誘導電動機の回転速度指令と前記速度推定器の出力に応じて前記一次交流電流群を変化させて前記三相誘導電動機の回転速度を制御する制御装置と、
前記三相誘導電動機の回転速度指令値と前記速度推定器の出力値との差に予め定めた試験運転定数を乗算したものを前記トルク電流成分として指令して前記三相誘導電動機を試験運転させる試験運転制御器と、
前記試験運転中の前記速度推定器の出力値に基づいて洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と、
を有する洗濯機。 - 洗濯物量推定器は、試験運転中の速度推定器の出力の大きさに基づいて、洗濯物の量を推定することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
- 試験運転制御器は複数回の試験運転を行い、洗濯物量推定器は、複数の試験運転中の速度推定器の出力値の変動幅に基づいて、洗濯物の量を推定することを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
- 試験運転制御器は、洗濯機の最大許容量の洗濯物を洗濯脱水槽に入れて試験運転した場合に、速度推定器の出力値が三相誘導電動機の回転速度指令値に比べて十分に小さくなる試験運転定数を用いることを特徴とする請求項１記載の洗濯機。
- 洗濯脱水槽あるいは洗濯脱水槽に取り付けられた回転翼を駆動する三相誘導電動機と、
前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のそれぞれを測定する電流検出器群と、前記電流検出器群の出力がそれぞれ対応する電流指令値に一致するように制御する電流制御器と、前記一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を指令する電流指令値を出力する電流指令器と、前記電流検出器群の出力と前記三相誘導電動機固有の定数から前記三相誘導電動機の回転速度を推定する速度推定器とを有しており、前記三相誘導電動機の回転速度指令と前記速度推定器の出力値に応じて前記一次交流電流群を変化させて前記三相誘導電動機の回転速度を制御する制御装置と、
前記三相誘導電動機の回転速度指令値と前記速度推定器の出力値に応じて前記三相誘導電動機を試験運転させる試験運転制御器と、
前記試験運転中の前記トルク電流成分に基づいて、洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と、
を有する洗濯機。 - 洗濯物量推定器は、試験運転中の一次交流電流群あるいは一次交流電圧群の周波数に基づいて、洗濯物の量を推定することを特徴とする請求項５記載の洗濯機。
- 洗濯脱水槽あるいは洗濯脱水槽に取り付けられた回転翼を駆動する三相誘導電動機と、
前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のそれぞれを測定する電流検出器群と、前記電流検出器群の出力がそれぞれ対応する電流指令値に一致するように制御する電流制御器と、前記一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を指令する電流指令値を出力する電流指令器と、前記電流検出器群の出力と前記三相誘導電動機固有の定数から前記三相誘導電 動機の回転速度を推定する速度推定器とを有しており、前記三相誘導電動機の回転速度指令値と前記速度推定器の出力値に応じて前記一次交流電流群を変化させて前記三相誘導電動機の回転速度を制御する制御装置と、
前記三相誘導電動機の回転速度指令値と前記速度推定器の出力値に応じて前記三相誘導電動機を試験運転させる試験運転制御器と、
試験運転開始時刻から速度推定器の出力値が規定回転速度値に到達するまでの時間に基づいて、洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器と
を有する洗濯機。 - 前記試験運転制御器は、少なくとも、三相誘導電動機の回転速度指令値と速度推定器の出力値との差を積分演算した結果の値に予め定めた試験運転定数を乗算したものをトルク電流成分として指令値に用いて前記三相誘導電動機を試験運転させることを特徴とする請求項５あるいは請求項７記載の洗濯機。
- 試験運転制御器は、洗濯機の最大許容量の洗濯物を洗濯脱水槽に入れて試験運転した場合に、試験運転開始時刻から速度推定器の出力が規定回転速度に到達するまでの時間が、洗濯物がない状態で運転した時に比べて十分に長くなるように試験運転定数を選定することを特徴とする請求項８記載の洗濯機。
- 試験運転制御器は、予め定めた一定のトルク電流成分値を指令して三相誘導電動機を試験運転させることを特徴とする請求項７記載の洗濯機。
- 洗濯脱水槽あるいは洗濯脱水槽に取り付けられた回転翼を駆動する三相誘導電動機と、
前記三相誘導電動機の固定子に供給する一次交流電流群のそれぞれを測定あるいは推定する電流検出器群と、前記電流検出器群の出力がそれぞれ対応する電流指令値に一致するように制御する電流制御器と、前記一次交流電流群のトルク電流成分と励磁電流成分を独立に指令して、前記一次交流電流群のそれぞれの大きさと周波数を指令する電流指令値を出力する電流指令器と、前記電流検出器群の出力と前記三相誘導電動機固有の定数から前記三相誘導電動機の回転速度を推定する速度推定器と、洗濯物の量を推定する洗濯物量推定器とを有しており、前記三相誘導電動機の回転速度指令と前記速度推定器の出力に応じて前記一次交流電流群を変化させて前記三相誘導電動機の回転速度を制御する制御装置と、
前記洗濯物量推定器の出力と前記三相誘導電動機が動作している時間に応じて、前記三相誘導電動機の固定子の電気抵抗値と回転子の電気抵抗値の少なくとも一方を補正する抵抗値補正器と、
を有する洗濯機。
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