JP4380012B2 - モータ駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路によりモータを駆動するモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用の電気洗濯機、あるいは食器洗浄機には複数のモータが搭載され、それぞれのモータは交流電源に接続され、スイッチング素子とマイクロコンピュータにより個別に制御されている。
【０００３】
従来、この種の食器洗浄機は、特開平４−１８７１３６号公報に示すように、モータを交流モータで構成し、交流電源に接続された複数のモータ（洗浄モータ、排水ポンプモータ、ファンモータ）を双方向サイリスタなどのスイッチング手段により制御して、交流電圧をモータに加える構成としていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の構成では、モータを交流モータで構成しているので、回転数が交流電源の周波数に依存する問題があり、５０Ｈｚ地域で使用される場合には、回転数が上昇せず、ポンプ能力や送風能力が低下する欠点があった。
【０００５】
本発明は上記従来課題を解決するもので、交流電源の周波数に関係なく回転数を一定にし、複数のモータを駆動するインバータ回路とその制御手段を１つにして共用化し、小型、低価格、静騒音のモータ駆動装置を実現することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、交流電源と、交流電源に接続された整流回路と、整流回路の直流電力を交流電力に変換する３相フルブリッジインバータ回路と、３相フルブリッジインバータ回路により駆動される第１のモータおよび第２のモータと、３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち２相出力に接続して３相フルブリッジインバータ回路の出力を切り換える負荷検知手段と、３相フルブリッジインバータ回路と負荷切換手段を制御する制御手段とを備え、３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち残りの１相出力を前記第１のモータおよび第２のモータに共通接続し、負荷切換手段により３相フルブリッジインバータ回路を第１のモータまたは第２のモータのいずれかに接続可能とし、１つの３相フルブリッジインバータ回路により第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかを駆動するようにしたものである。
【０００７】
これにより、交流電源の周波数に関係なく回転数を一定にでき、複数のモータを駆動するインバータ回路とその制御手段を１つにして共用化できて、小型、低価格、静騒音のモータ駆動装置を実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換する３相フルブリッジインバータ回路と、前記３相フルブリッジインバータ回路により駆動される第１のモータおよび第２のモータと、前記３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち２相出力に接続して前記３相フルブリッジインバータ回路の出力を切り換える負荷検知手段と、前記３相フルブリッジインバータ回路と前記負荷切換手段を制御する制御手段とを備え、前記３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち残りの１相出力を前記第１のモータおよび前記第２のモータに共通接続し、前記負荷切換手段により前記３相フルブリッジインバータ回路を前記第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかに接続可能とし、前記１つの３相フルブリッジインバータ回路により前記第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかを駆動するようにしたものであり、交流電源の周波数に関係なくモータ回転数を一定に制御することができるとともに、モータの小型化、高効率化、静音化することができ、モータの回転数を高くしてポンプ性能あるいは送風性能を向上させることができるとともに、インバータ回路とその制御回路を共用化することができ、小型、低価格、静騒音のモータ駆動装置を実現することができる。
【０００９】
さらに、構成が簡単で、３相出力のうちの１相出力を第１のモータおよび第２のモータに共通接続することで安価な負荷切換手段を構成でき、複数の３相モータの駆動が可能となり、安価で、信頼性の高い食器洗浄機等のモータ駆動装置を実現できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、３相フルブリッジインバータ回路の過電流を検知する過電流検知手段を備え、制御手段は、前記３相フルブリッジインバータ回路に接続したモータに応じて、前記過電流検知手段の設定値を変更するようにしたものであり、複数のモータの中でモータ容量の小さいモータの異常温度上昇を防ぐだけではなく、モータロック検知精度を向上することができて、各モータを構成する直流ブラシレスモータの永久磁石回転子の減磁を防止することができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、食器洗浄機に適用した場合の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１に示すように、交流電源１は、ラインフィルター２を介して整流回路３に交流電力を加えており、整流回路３により直流電力に変換する。整流回路３は倍電圧整流回路を構成し、交流電源１が正電圧のとき、全波整流ダイオード３０によりコンデンサ３１ａを充電し、交流電源１が負電圧のとき、コンデンサ３１ｂを充電し、直列接続されたコンデンサ３１ａ、３１ｂの両端には倍電圧直流電圧が発生し、インバータ回路４に倍電圧直流電圧を加える。
【００１３】
インバータ回路４は、６個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、パワートランジスタと逆並列ダイオード、およびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）で構成している。インバータ回路４の出力端子には第１のモータ（モータ）５を接続し、この第１のモータ５により洗浄ポンプ（図示せず）を駆動して食器（図示せず）に温水を噴射し、食器の汚れを落とすよう構成している。
【００１４】
第１のモータ５は直流ブラシレスモータにより構成し、回転子を構成する永久磁石と固定子との相対位置（回転子位置）を第１の位置検出手段５ａにより検出する。第１の位置検出手段５ａは、通常、ホールＩＣにより構成している。インバータ回路４の負電圧端子と整流回路３の負電圧端子間に電流検知抵抗６、いわゆるシャント抵抗を接続している。
【００１５】
ラインフィルター２の出力交流電圧端子間には、給水弁７、ファンモータ８、加熱ヒータ９を接続し、スイッチング手段１０により制御する。給水弁７は水道水または温水を洗浄槽（図示せず）に給水するもので、電磁弁により構成し、ファンモータ８は洗浄槽内の空気を強制排気することにより、食器を乾燥させる。加熱ヒータ９は、食器を洗浄する際、洗浄槽の下部に溜めた水を加熱して水温を高くして洗浄性能を高め、かつ、殺菌するもので、乾燥の際には、洗浄槽内の空気温度を高くして、食器を乾燥させる。
【００１６】
スイッチング手段１０は、双方向性サイリスタなどのソリッドステートリレー、またはメカニカルリレーで構成している。第２のモータ（モータ）１１は排水ポンプ（図示せず）を駆動し、洗浄行程またはすすぎ行程の後、洗浄槽内の洗浄液またはすすぎ液を排水するもので、３相直流ブラシレスモータで構成している。
【００１７】
インバータ回路４と第１のモータ５の間には、負荷切換手段１２を接続し、通常はインバータ回路４に接続された第１のモータ５を回転駆動するが、排水する場合には、負荷切換手段１２を切り換えて第２のモータ１１にインバータ回路４を接続する。第１のモータ５および第２のモータ１１を直流ブラシレスモータで構成することにより、電源周波数への依存がなくなり、高速回転が可能となるのでポンプ性能を向上させることができ、さらに、モータ効率を向上できるとともに、電磁音を低減できて静騒音化することができる。
【００１８】
制御手段１３は、インバータ回路４、スイッチング手段１０、負荷切換手段１２を制御して洗浄運転を制御するもので、マイクロコンピュータ１４とその周辺回路より構成している。インバータ駆動回路１５は、インバータ回路４のパワースイッチング半導体を駆動するもので、スイッチング手段駆動回路１６は、スイッチング手段１０を構成する双方向性サイリスタまたはメカニカルリレーを駆動し、リレー駆動回路１７は、負荷切換手段１２を構成するリレーの制御コイルを駆動してインバータ回路４に接続するモータを切り換える。
【００１９】
過電流検知回路１８は、電流検知抵抗６の端子電圧降下を検出して過電流を検出するもので、インバータ電流のピーク電流に対応した信号をマイクロコンピュータ１４のＡ／Ｄ変換入力端子に加えてインバータ電流を検出する。第２の位置検出手段１９は、第２のモータ１１の逆起電力を検出して回転子の位置を検出するもので、いわゆる、センサレス検知回路と呼ばれるものである。
【００２０】
インバータ回路４は、図２に示すように、３相フルブリッジインバータ回路で構成し、インバータ回路４のパワースイッチング半導体は、パワーＭＯＳＦＥＴにより構成し、整流回路３の正電圧側にドレイン端子を共通接続したパワースイッチング半導体４０ａを上アームと呼び、負電圧側にソース端子を共通接続したパワースイッチング半導体４０ｂを下アームと呼ぶ。パワーＭＯＳＦＥＴは、逆並列に寄生ダイオードができるので、寄生ダイオードを高速ダイオードにすることにより、部品点数を増やさずにインバータ回路を構成することができる特徴がある。パワーＭＯＳＦＥＴに代えて、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を使用しても特に問題はない。
【００２１】
インバータ回路４を３相フルブリッジインバータ回路で構成した場合は、負荷切換手段１２は、３相出力の少なくとも２相出力に接続したリレー１２’で構成してもよく、この場合は、インバータ回路４の出力端子Ｕ、Ｖに共通端子と常閉、常開接点を２組有するリレー１２’を接続する。それぞれの常閉接点端子には第１のモータ５のＵ相、Ｖ相端子を接続し、常開接点端子には第２のモータ１１のＵ相、Ｖ相端子を接続する。インバータ回路４の出力端子Ｗには、直接、第１のモータ５および第２のモータ１１のＷ相端子を共通接続する。リレー１２’は、通称２ｃ接点リレー１個で構成できるので、負荷切換手段１２の部品点数を減らし、安価に構成できる。１ｃ接点リレー２個で構成しても特に問題はない。
【００２２】
第２の位置検出手段１９は、第２のモータ１１のＵ、Ｖ、Ｗ各端子の逆起電力を検出して回転子位置検出を行うもので、いわゆる、センサレス方式の位置検出手段を構成している。
【００２３】
１相（ここではＶ相）を例にとって説明すると、第２のモータ１１のＶ相端子に抵抗１９０ａ、１９１ａを直列接続し、抵抗１９１ａと並列にコンデンサ１９２ａを接続する。コンデンサ１９２ａの電圧は、Ｖ相端子電圧の位相を約９０度遅らせたもので、コンデンサ１９３ａは直流成分をカットし、抵抗１９４ａの両端に交流成分のみ取り出し、コンパレータ１９５ａの出力端子に位置信号を取り出す。
【００２４】
抵抗１９１ａ、１９１ｂ、１９１ｃの負電圧端子側は共通接続して仮想中性点としてツェナーダイオード１９６のカソード端子に接続し、ツェナーダイオード１９６のアノード端子はインバータ回路４のグラウンド端子Ｇに接続する。
【００２５】
第２のモータ１１の端子電圧波形（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）と第２の位置検出手段１９の出力信号波形（φ１、φ２、φ３）の関係は、図３に示すようになり、第２のモータ１１の端子電圧波形は、ＰＷＭ制御されるとチョッピング波形となるが、上アーム、又は下アームのＰＷＭ制御、すなわち、片側ＰＷＭしても積分回路により高周波ノイズを除去すれば、基本的には同じ台形波形となり、モータ端子電圧の１／２から９０度位相ずらすことによりホールＩＣと同じ回転子位置信号を検出することができる。
【００２６】
第１のモータ５を駆動する場合には、第１の位置検出手段５ａにより正確な位置検出が可能なので、正弦波駆動あるいは上アームと下アームを交互にＰＷＭ制御する交互ＰＷＭが可能となる。制御手段１３の制御方法は複雑となるが、正弦波駆動によりモータ騒音を減らすことができる。また、第２のモータ１１を駆動する場合は、センサレス駆動の位置検出回路を簡単にするために、上アーム、又は下アームのＰＷＭ制御、すなわち、片側ＰＷＭ制御にする。
【００２７】
上記構成において、負荷切換手段制御時のインバータ駆動停止、開始の動作について、図４を参照しながら説明する。
【００２８】
図４は、ステップ１００より、食器洗浄器として、洗浄、排水、すすぎの一連の行程が開始する。ステップ１０１は第１のモータ運転（洗浄運転）サブルーチンで、インバータ回路４の出力に、初期設定された第１のモータ５が接続され、第１のモータ５をインバータ駆動する。この第１のモータ５を駆動することにより洗浄ポンプを駆動して食器に温水を噴射し、食器を洗浄する。ステップ１０２は、第１のモータ運転（洗浄運転）の終了判定を行うもので、通常、設定時間経過後運転が終了すると、ステップ１０３に進みインバータ回路４を停止させる。
【００２９】
つぎに、ステップ１０４に進み、数秒程度の所定時間の遅延時間を設ける。インバータ回路４を停止しても、第１のモータ５は惰性回転により高速回転するので、逆起電力が発生し、そのとき、負荷切換手段１２を動作させるとインバータ回路４のパワースイッチング半導体にサージ電圧が発生し、さらに、負荷切換手段１２がリレーの場合にはアーク放電により、リレー接点寿命を短くし信頼性を低下させる。よって、所定の遅延時間を設けた後、ステップ１０５に進んで負荷切換手段１２を動作させ、インバータ回路４の出力端子側に第２のモータ１１を接続する。
【００３０】
つぎに、ステップ１０６にて所定の遅延時間を設けた後、ステップ１０７に進んで、第２のモータ１１をインバータ駆動し、この第２のモータ１１の駆動によって排水ポンプを駆動して洗浄槽内の洗浄液を排水する。ステップ１０８は、第２のモータ運転（排水）の終了判定を行うもので、通常、水位検知手段（図示せず）により水位が所定値以下になったことを判断して、第２のモータ１１を停止することにより排水ポンプを停止し、ステップ１０９にてインバータ回路４を停止する。
【００３１】
つぎに、ステップ１１０に進んで所定の遅延時間を設けた後、ステップ１１１に進んで負荷切換手段１２を動作させ、インバータ回路４の出力端子側に第１のモータ５を接続する。つぎに、ステップ１１２に進んで所定の遅延時間を設けた後、次行程のすすぎ行程に進む。
【００３２】
排水行程からすすぎ行程に移行する場合には、給水行程の後、第１のモータ５を駆動するので、ステップ１１０からステップ１１２の一連の行程は給水中に行うことができるので、十分な遅延時間を確保することができる。
【００３３】
つぎに、モータ回転の停止を検知してから負荷切換手段１２を切り換える場合の動作について、図５を参照しながら説明する。この場合は、上述した所定の遅延時間を設けてから負荷切換手段１２を切り換える場合に比べて、モータ負荷の切換時間を短縮できる。
【００３４】
ステップ２００よりモータ停止検知のサブルーチンが開始し、ステップ２０１にてインバータ回路４をオフさせ、つぎに、ステップ２０２に進んでモータの回転子位置信号（φ１、φ２、φ３）を入力し、その３ビットのデータをＡとし、つぎに、ステップ２０３に進んで数１００ｍｓｅｃの遅延時間の後、ステップ２０４に進んで、再度、回転子位置信号（φ１、φ２、φ３）を入力し、その３ビットのデータをＢとし、ステップ２０５にてデータの変化を判定し、データ変化がなくなれば、モータの回転が停止したものと判断し、ステップ２０６に進んで負荷切換手段１２による切換許可フラグを立て、ステップ２０７に進んで、サブルーチンをリターンする。
【００３５】
所定の遅延時間を設ける方法が簡単であるが、モータ回転の停止を検知してから負荷切換手段１２を切り換える場合には、負荷切換時間を短縮できる特徴がある。さらに、切換時間を短縮するためには、モータに電磁ブレーキをかければ、モータの惰性回転時間を短縮できる。なお、図５には図示していないが、データＡとＢが一致しなければ、判定ループを抜けることができない欠点があるので、所定最大時間の後には、必ず、ループを抜けるタイマーが必要である。
【００３６】
以上の実施例では、洗浄ポンプを駆動する第１のモータ５と排水ポンプを駆動する第２のモータ１１とを負荷切換手段１２により切り換えるよう構成しているが、第２のモータ１１を誘導モータにしてスイッチング手段１０により制御し、ファンモータ８を直流ブラシレスモータにして、インバータ回路４により駆動するようにしても、動作は全く問題ないことは明らかである。
【００３７】
以上述べたように、本発明は食器洗浄機に限らず、パルセータ、洗濯兼脱水槽などを駆動する洗濯用モータと、風呂水を吸水して洗濯兼脱水槽に供給する吸水ポンプを有する洗濯機、あるいは、パルセータ、洗濯兼脱水槽などを駆動する洗濯用モータと、乾燥用熱風を供給するファンモータを有し洗濯機から乾燥まで行う洗濯乾燥機など、複数のモータを有する機器に適用できることは明らかである。
【００３８】
（実施例２）
つぎに、本発明の実施例２について、図６を参照しながら説明する。なお、上記実施例１と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図６に示すように、インバータ回路４は、洗浄ポンプを駆動する第１のモータ５、排水ポンプを駆動する第２のモータ１１、洗浄槽内に熱風を供給するファンを駆動する第３のモータ２０を選択的に駆動するもので、インバータ回路４の出力側に、第１の負荷切換手段１２ａを接続し、第１の負荷切換手段１２ａの出力側には、第１のモータ５と第２の負荷切換手段１２ｂを接続し、第１のモータ５に接続するか、第２の負荷切換手段１２ｂかどちらかに接続切換できるようにしている。
【００４０】
第２の負荷切換手段１２ｂの出力側には、第２のモータ１１と第３のモータ２０を接続し、第２のモータ１１か第３のモータ２０どちらかに接続切換できるようにしている。スイッチング手段１０ａは、マイクロコンピュータ１４ａによりスイッチング手段駆動回路１６ａを介して駆動され、給水弁７と加熱ヒータ９を制御する。
【００４１】
制御手段１３ａは、第１のリレー駆動回路１７ａにより第１の負荷切換手段１２ａを制御し、第２のリレー駆動回路１７ａ’により第２の負荷切換手段１２ｂを制御する。位置検出手段１９ａは、インバータ回路４の出力端子に接続され、１つの位置検出手段１９ａにより、第１のモータ５、第２のモータ１１、第３のモータ２０の回転子の位置検出を行うよう構成している。
【００４２】
第１のモータ５、第２のモータ１１、第３のモータ２０の回転数制御範囲は、ほとんど同じで、２０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍの範囲であり、直流ブラシレスモータの回転子磁石極数を同じ極数にすればセンサレス位置検出回路を共用化できる。ディジタル方式のセンサレス位置検出回路の場合は、さらに、ソフトウェアにより融通性がよくなり、位置検出回路の回路定数を共用化できる。
【００４３】
実施例に示したアナログ方式のセンサレス位置検出回路の場合は、モータ極数が変わるとインバータ出力周波数が変化するので、極数に応じてコンデンサ１９２ａ、１９２ｂ、１９２ｃの容量を変える必要がある。回路と制御プログラムを簡単にするためには、極数を共通にする方法がよい。
【００４４】
図７は４極のアウターロータの直流ブラシレスモータの実施例で、６極の固定子５０の外側に回転子５１を配置し、回転子５１の固定子５０側にはＳ極とＮ極が交互に配置されるように４個の永久磁石５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを配設している。回転子５１の外側には、保護カバー５３を設けて鉄粉等が磁石に付着しないようにしている。
【００４５】
モータ回転数ｎ（ｒｐｍ）と駆動周波数ｆと磁石極数の関係は、ｎ＝１２０ｆ／Ｐの関係式で表され、モータ磁石極数Ｐを減らす程、低いインバータ周波数で回転数ｎを高くすることが可能であり、インバータ回路４と制御手段１３ａの信頼性を高くして低価格にすることができるので、ポンプやファンを駆動する場合には４極の磁石回転子と６極の固定子に共通化するとセンサレス位置検出回路の共用化が更に容易となる。
【００４６】
第１のモータ５、第２のモータ１１、第３のモータ２０のすべてのモータを３相誘導モータにすれば、位置検出手段１９ａは不要となり、回路は簡単になるが、静騒音と高効率化は犠牲となる。よって、本実施例のように１つの位置検出手段１９ａにより複数の直流ブラシレスモータを駆動する方法が、静騒音化と低価格の面でも優れた方法である。
【００４７】
上記構成において、第１のモータ５を駆動する場合には、第１のリレー駆動回路１７ａにより第１の負荷切換手段１２ａを制御して第１のモータ５をインバータ回路４の出力に接続し、第３のモータ２０を駆動する場合には、第１のリレー駆動回路１７ａを制御して第２の負荷切換手段１２ｂをインバータ回路４に接続し、第２の負荷切換手段１２ｂの常閉接点側に接続された第３のモータ２０に接続する。
【００４８】
第２のモータ１１を駆動する場合には、第１のリレー駆動回路１７ａを制御して第２の負荷切換手段１２ｂをインバータ回路４に接続し、第２のリレー駆動回路１７ａ’を制御して第２の負荷切換手段１２ｂの常開接点側に接続された第２のモータ１１をインバータ回路４に接続する。なお、負荷切換手段制御時のインバータ駆動停止、開始の動作については、上記実施例１の動作と同じである。
【００４９】
食器洗浄機において、洗浄ポンプを駆動する第１のモータ５、排水ポンプを駆動する第２のモータ１１、洗浄槽内に熱風を供給するファンを駆動する第３のモータ２０は、同時に動作させなくても、洗浄、すすぎ、排水、乾燥運転は可能なので、１つのインバータ回路４と第１の負荷切換手段１２ａおよび第２の負荷切換手段１２ｂにより複数のモータを交互に切り換えることができ、複数のモータの高効率化、静騒音化と低価格化が可能となる。
【００５０】
食器洗浄機に限らず、洗濯機の洗濯モータと風呂水ポンプモータのように必ずしも同時にモータを運転させる必要のない機器には、本発明によるモータ駆動装置が適用されることは明白である。
【００５１】
（実施例３）
つぎに、本発明の実施例３について、図８を参照しながら説明する。なお、上記実施例１と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図８に示すように、過電流検知回路（過電流検知手段）１８ｂは、入力端子Ｌを電流検知抵抗６に接続して端子電圧降下より過電流を検出するもので、電流が流れると、入力端子Ｌの電位がグラウンド電位（略してＧ電位）よりも低くなり、負電位となる。入力端子Ｌに抵抗１８０ａとコンデンサ１８０ｂの積分回路によるノイズフィルターを設け、抵抗１８１の他方の端子に検知信号を加える。
【００５３】
抵抗１８１と、電源Ｖｃｃにプルアップした抵抗１８２の分圧信号をコンパレータ１８３の正入力端子に加え、コンパレータ１８３の出力信号ＯＣは、マイクロコンピュータ１４ｂの異常割込端子ＮＭＩに加える。マイクロコンピュータ１４ｂは、異常割込信号により、瞬時にインバータ駆動回路１５の出力を停止させる。コンパレータ１８３の正入力端子とＧ電位間にはコンデンサ１８０ｃを接続し、ノイズを除去する。
【００５４】
コンパレータ１８３の負入力端子の設定電位により、過電流検知レベルの設定値を変えることができる。負入力端子の設定電位は、電源Ｖｃｃにプルアップされた抵抗１８４ａと抵抗１８４ｂと抵抗１８４ｃを直列に接続した分圧信号が加えられる。抵抗１８４ｃの他方の端子はＧ電位に接続し、コンパレータ１８３の負入力端子は、抵抗１８４ａと抵抗１８４ｂの接続点に接続する。
【００５５】
さらに、コンパレータ１８３の負入力端子は、トランジスタ１８５ａのコレクタ端子に接続し、そのエミッタ端子はＧ電位に接続する。トランジスタ１８５ａのベース端子は、ベース抵抗１８６ａを介してマイクロコンピュータ１４ｂの制御端子Ｓ１に接続し、マイクロコンピュータ１４ｂからの信号により、コンパレータ１８３の負入力端子の電位をＧ電位に設定できる。
【００５６】
抵抗１８４ｂと抵抗１８４ｃの接続点に、トランジスタ１８５ｂのコレクタ端子を接続し、そのエミッタ端子はＧ電位に接続し、そのベース端子は抵抗１８６ｂを介して、マイクロコンピュータ１４ｂの制御端子Ｓ２に接続し、マイクロコンピュータ１４ｂからの信号によりコンパレータ１８３の負入力端子の電位を２段階に設定できる。よって、コンパレータ１８３の負入力端子は３段階に設定でき、過電流検知レベルの設定値を３段階に設定変更可能である。
【００５７】
第１のモータ５は、洗浄ポンプを駆動するため、そのモータ容量が大きいので、第１のモータ５を駆動する場合には、過電流検知レベルの設定値を高くする必要があり、トランジスタ１８５ａをオンさせてコンパレータ１８３の負入力端子電位をＧ電位とする。第２のモータ１１を駆動する場合には、トランジスタ１８５ａはオフで、トランジスタ１８５ｂをオンさせる。第３のモータ２０を駆動する場合には、トランジスタ１８５ａ、トランジスタ１８５ｂともオフにする。
【００５８】
なお、本実施例では、コンパレータ１８３とマイクロコンピュータ１４ｂの制御端子により過電流検知レベルの設定値を変えるようにしているが、図１に示すように、過電流検知回路１８の出力信号をマイクロコンピュータ１４のＡ／Ｄ変換入力端子に直接入力して、マイクロコンピュータ１４のＲＯＭデータにより過電流検知レベルを変更してもよい。
【００５９】
（実施例４）
つぎに、本発明の実施例４について、図９を参照しながら説明する。なお、上記実施例１と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００６０】
図９に示すように、制御手段１３ｃは、交流電源１の瞬時電圧低下を検出する瞬時電圧低下検知手段２１を有しており、瞬時電圧低下検知手段２１の出力信号によりインバータ回路４の駆動を停止させ、インバータ回路４の出力を切り換える負荷切換手段１２は検知前の状態を継続して接続するようにしている。瞬時電圧低下検知手段２１は、交流電源１の零電圧検知手段とタイマー手段とリセット手段より構成している。
【００６１】
上記構成において動作を説明する。瞬時停電がない通常運転においては、交流電源１の零電圧に同期して、図１０（ａ）に示すように、周期的な零電圧パルス（ＺＶＰ）が検出されるので、ＺＶＰのパルスエッジによりタイマー手段をリセットすることにより、タイマー手段のカウント時間は、図１０（ｂ）に示すように、交流電源周期以上にはならない。このため、図１０（ｃ）に示すように、インバータ回路４は駆動をつづけ、負荷切換手段１２のリレーは、図１０（ｄ）に示すように、そのままの状態を継続させる。
【００６２】
つぎに、交流電源１に瞬時停電が発生すると、図１１（ａ）に示すように、ＺＶＰが発生しなくなり、タイマー手段のカウント値は、図１１（ｂ）に示すように、瞬時停電の期間中カウントアップされ、タイマーカウント値が所定時間ｔｓ以上となると瞬時停電が発生したと検知し、図１１（ｃ）に示すように、インバータ回路４の駆動を停止させる。負荷切換手段１２のリレーは、図１１（ｄ）に示すように、そのままの状態を継続させる。
【００６３】
このため、瞬時電圧低下による負荷切換手段１２のチャタリングを防ぐことができ、負荷切換手段１２のチャタリングによるインバータ回路４のサージ電圧を防ぐことができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。
【００６４】
図９に示す瞬時電圧低下検知手段２１は、マイクロコンピュータ１４ｃにより実現することができ、この場合の瞬時停電を検知してインバータ回路４を停止する動作を図１２を参照しながら説明する。
【００６５】
瞬時停電を検知した場合には、インバータ回路４の駆動のみ停止させ、負荷切換手段１２は検知前の状態を継続させるもので、ステップ３０１にてインバータ駆動中か停止中かを判断して、駆動中ならばステップ３０２にてタイマーカウントを行い、ステップ３０３でＺＶＰの有無を判断し、有ならばタイマー手段のカウント値をリセットさせる。なければリセットさせずにタイマー手段はカウントアップする。
【００６６】
つぎに、ステップ３０５に進んでタイマーカウント値ｔが所定値ｔｓ以上かどうか判断し、所定値ｔｓ以上ならばインバータ回路４の駆動を停止させる。ステップ３０１にてインバータ回路４の停止が判断され、インバータ回路４を再起動させるならばステップ３０７に進んで再起動ルーチンを実行させる。
【００６７】
瞬時停電、あるいは電圧低下が発生した状態でモータを駆動させるとモータ電流が増加し、インバータ回路４の電流が増加してパワートランジスタが過負荷になり、さらに、インバータ回路電圧が低下して制御回路の電源電圧を確保できなくなり、運転が中止する問題がある。また、インバータ駆動中に負荷切換手段１２のリレーを切り換えるとリレーにアーク電流が流れてリレー接点が溶着し、インバータ回路４のパワートランジスタに過電圧が印加する恐れがある。しかし、本発明によれば、瞬時電圧を検知してインバータ回路４のみ停止させるので、上記課題を解決することができる。
【００６８】
（実施例５）
つぎに、本発明の実施例５について、図１３を参照しながら説明する。なお、上記実施例１と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００６９】
図１３に示すように、制御手段１３ｄは、インバータ回路４の直流電源の電圧低下を検出する電圧低下検知手段２２を有し、電圧低下検知手段２２の出力信号によりインバータ回路４の駆動を停止し、インバータ回路４の出力を切り換える負荷切換手段１２は検知前の状態を継続して接続するようにし、所定時間経過後オフするよう構成している。
【００７０】
上記構成において動作を説明する。図１４（ａ）に示すように、インバータ回路４の直流電圧Ｖｄｃが設定電圧ＶＬ以下になると、図１４（ｂ）に示すように、低電圧検知信号を発生させて、図１４（ｃ）に示すように、インバータ回路４の駆動を停止させ、負荷切換手段１２のリレーは、図１４（ｄ）に示すように、低電圧検知前の状態を継続させ、所定時間ｔｄ１経過後リレーをオフさせる。電圧が復帰すると所定の遅延時間ｔｄ２を設けてからリレーをオンさせ、その後所定の遅延時間ｔｄ３を設けて、インバータ回路４を再起動させる。
【００７１】
インバータ回路４を停止させてから負荷切換手段１２のリレーをオンのまま継続させても特に問題はないが、電圧が復帰すると所定の遅延時間を設けてインバータ回路４を再起動させる必要がある。制御回路１３ｄの消費電力を減らすためには、リレーをオフする方がよく、停電あるいは電圧低下の時間が長くても、モータ駆動運転の継続が可能となる。
【００７２】
なお、本実施例では、インバータ回路４の直流電源の電圧低下を検出する電圧低下検知手段２２を設けているが、インバータ回路４の直流電圧を分圧してマイクロコンピュータ１４ｄのＡ／Ｄ変換入力端子に加え、Ａ／Ｄ変換値が所定値以下ならば低電圧と判断して電圧低下を検出し、電圧低下を検出するとインバータ回路４の駆動を停止させるように構成してもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換する３相フルブリッジインバータ回路と、前記３相フルブリッジインバータ回路により駆動される第１のモータおよび第２のモータと、前記３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち２相出力に接続して前記３相フルブリッジインバータ回路の出力を切り換える負荷検知手段と、前記３相フルブリッジインバータ回路と前記負荷切換手段を制御する制御手段とを備え、前記３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち残りの１相出力を前記第１のモータおよび前記第２のモータに共通接続し、前記負荷切換手段により前記３相フルブリッジインバータ回路を前記第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかに接続可能とし、前記１つの３相フルブリッジインバータ回路により前記第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかを駆動するようにしたから、交流電源の周波数に関係なくモータ回転数を一定に制御することができるとともに、モータの小型化、高効率化、静音化することができ、インバータ回路とその制御回路を共用化することにより、小型、低価格、静騒音のモータ駆動装置を実現することができる。
【００７４】
さらに、構成が簡単で、３相出力のうちの１相出力を第１のモータおよび第２のモータに共通接続することで安価な負荷切換手段を構成でき、複数の３相モータの駆動が可能となり、安価で、信頼性の高い食器洗浄機等のモータ駆動装置を実現できる。
【００７５】
また、請求項２に記載の発明によれば、３相フルブリッジインバータ回路の過電流を検知する過電流検知手段を備え、制御手段は、前記３相フルブリッジインバータ回路に接続したモータに応じて、前記過電流検知手段の設定値を変更するようにしたから、複数のモータの中でモータ容量の小さいモータの異常温度上昇を防ぐだけではなく、モータロック検知精度を向上することができて、各モータを構成する直流ブラシレスモータの永久磁石回転子の減磁を防止することができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例のモータ駆動装置のブロック回路図
【図２】 同モータ駆動装置の要部回路図
【図３】 同モータ駆動装置のモータの端子電圧と回転子位置信号のタイムチャート
【図４】 同モータ駆動装置の負荷切換手段制御プログラムのフローチャート
【図５】 同モータ駆動装置のモータ停止検知プログラムのフローチャート
【図６】 本発明の第２の実施例のモータ駆動装置のブロック回路図
【図７】 同モータ駆動装置により駆動する直流ブラシレスモータの断面図
【図８】 本発明の第３の実施例のモータ駆動装置の過電流検知手段の回路図
【図９】 本発明の第４の実施例のモータ駆動装置のブロック回路図
【図１０】 同モータ駆動装置の瞬時停電がない場合の動作タイムチャート
【図１１】 同モータ駆動装置の瞬時停電がある場合の動作タイムチャート
【図１２】 同モータ駆動装置のフローチャート
【図１３】 本発明の第５の実施例のモータ駆動装置のブロック回路図
【図１４】 同モータ駆動装置の動作タイムチャート
【符号の説明】
１ 交流電源
３ 整流回路
４ インバータ回路
５ 第１のモータ（モータ）
１１ 第２のモータ（モータ）
１２ 負荷切換手段
１３ 制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路によりモータを駆動するモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用の電気洗濯機、あるいは食器洗浄機には複数のモータが搭載され、それぞれのモータは交流電源に接続され、スイッチング素子とマイクロコンピュータにより個別に制御されている。
【０００３】
従来、この種の食器洗浄機は、特開平４−１８７１３６号公報に示すように、モータを交流モータで構成し、交流電源に接続された複数のモータ（洗浄モータ、排水ポンプモータ、ファンモータ）を双方向サイリスタなどのスイッチング手段により制御して、交流電圧をモータに加える構成としていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の構成では、モータを交流モータで構成しているので、回転数が交流電源の周波数に依存する問題があり、５０Ｈｚ地域で使用される場合には、回転数が上昇せず、ポンプ能力や送風能力が低下する欠点があった。
【０００５】
本発明は上記従来課題を解決するもので、交流電源の周波数に関係なく回転数を一定にし、複数のモータを駆動するインバータ回路とその制御手段を１つにして共用化し、小型、低価格、静騒音のモータ駆動装置を実現することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、交流電源と、交流電源に接続された整流回路と、整流回路の直流電力を交流電力に変換する３相フルブリッジインバータ回路と、３相フルブリッジインバータ回路により駆動される第１のモータおよび第２のモータと、３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち２相出力に接続して３相フルブリッジインバータ回路の出力を切り換える負荷検知手段と、３相フルブリッジインバータ回路と負荷切換手段を制御する制御手段とを備え、３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち残りの１相出力を前記第１のモータおよび第２のモータに共通接続し、負荷切換手段により３相フルブリッジインバータ回路を第１のモータまたは第２のモータのいずれかに接続可能とし、１つの３相フルブリッジインバータ回路により第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかを駆動するようにしたものである。
【０００７】
これにより、交流電源の周波数に関係なく回転数を一定にでき、複数のモータを駆動するインバータ回路とその制御手段を１つにして共用化できて、小型、低価格、静騒音のモータ駆動装置を実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換する３相フルブリッジインバータ回路と、前記３相フルブリッジインバータ回路により駆動される第１のモータおよび第２のモータと、前記３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち２相出力に接続して前記３相フルブリッジインバータ回路の出力を切り換える負荷検知手段と、前記３相フルブリッジインバータ回路と前記負荷切換手段を制御する制御手段とを備え、前記３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち残りの１相出力を前記第１のモータおよび前記第２のモータに共通接続し、前記負荷切換手段により前記３相フルブリッジインバータ回路を前記第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかに接続可能とし、前記１つの３相フルブリッジインバータ回路により前記第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかを駆動するようにしたものであり、交流電源の周波数に関係なくモータ回転数を一定に制御することができるとともに、モータの小型化、高効率化、静音化することができ、モータの回転数を高くしてポンプ性能あるいは送風性能を向上させることができるとともに、インバータ回路とその制御回路を共用化することができ、小型、低価格、静騒音のモータ駆動装置を実現することができる。
【０００９】
さらに、構成が簡単で、３相出力のうちの１相出力を第１のモータおよび第２のモータに共通接続することで安価な負荷切換手段を構成でき、複数の３相モータの駆動が可能となり、安価で、信頼性の高い食器洗浄機等のモータ駆動装置を実現できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、３相フルブリッジインバータ回路の過電流を検知する過電流検知手段を備え、制御手段は、前記３相フルブリッジインバータ回路に接続したモータに応じて、前記過電流検知手段の設定値を変更するようにしたものであり、複数のモータの中でモータ容量の小さいモータの異常温度上昇を防ぐだけではなく、モータロック検知精度を向上することができて、各モータを構成する直流ブラシレスモータの永久磁石回転子の減磁を防止することができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、食器洗浄機に適用した場合の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１に示すように、交流電源１は、ラインフィルター２を介して整流回路３に交流電力を加えており、整流回路３により直流電力に変換する。整流回路３は倍電圧整流回路を構成し、交流電源１が正電圧のとき、全波整流ダイオード３０によりコンデンサ３１ａを充電し、交流電源１が負電圧のとき、コンデンサ３１ｂを充電し、直列接続されたコンデンサ３１ａ、３１ｂの両端には倍電圧直流電圧が発生し、インバータ回路４に倍電圧直流電圧を加える。
【００１３】
インバータ回路４は、６個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、パワートランジスタと逆並列ダイオード、およびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）で構成している。インバータ回路４の出力端子には第１のモータ（モータ）５を接続し、この第１のモータ５により洗浄ポンプ（図示せず）を駆動して食器（図示せず）に温水を噴射し、食器の汚れを落とすよう構成している。
【００１４】
第１のモータ５は直流ブラシレスモータにより構成し、回転子を構成する永久磁石と固定子との相対位置（回転子位置）を第１の位置検出手段５ａにより検出する。第１の位置検出手段５ａは、通常、ホールＩＣにより構成している。インバータ回路４の負電圧端子と整流回路３の負電圧端子間に電流検知抵抗６、いわゆるシャント抵抗を接続している。
【００１５】
ラインフィルター２の出力交流電圧端子間には、給水弁７、ファンモータ８、加熱ヒータ９を接続し、スイッチング手段１０により制御する。給水弁７は水道水または温水を洗浄槽（図示せず）に給水するもので、電磁弁により構成し、ファンモータ８は洗浄槽内の空気を強制排気することにより、食器を乾燥させる。加熱ヒータ９は、食器を洗浄する際、洗浄槽の下部に溜めた水を加熱して水温を高くして洗浄性能を高め、かつ、殺菌するもので、乾燥の際には、洗浄槽内の空気温度を高くして、食器を乾燥させる。
【００１６】
スイッチング手段１０は、双方向性サイリスタなどのソリッドステートリレー、またはメカニカルリレーで構成している。第２のモータ（モータ）１１は排水ポンプ（図示せず）を駆動し、洗浄行程またはすすぎ行程の後、洗浄槽内の洗浄液またはすすぎ液を排水するもので、３相直流ブラシレスモータで構成している。
【００１７】
インバータ回路４と第１のモータ５の間には、負荷切換手段１２を接続し、通常はインバータ回路４に接続された第１のモータ５を回転駆動するが、排水する場合には、負荷切換手段１２を切り換えて第２のモータ１１にインバータ回路４を接続する。第１のモータ５および第２のモータ１１を直流ブラシレスモータで構成することにより、電源周波数への依存がなくなり、高速回転が可能となるのでポンプ性能を向上させることができ、さらに、モータ効率を向上できるとともに、電磁音を低減できて静騒音化することができる。
【００１８】
制御手段１３は、インバータ回路４、スイッチング手段１０、負荷切換手段１２を制御して洗浄運転を制御するもので、マイクロコンピュータ１４とその周辺回路より構成している。インバータ駆動回路１５は、インバータ回路４のパワースイッチング半導体を駆動するもので、スイッチング手段駆動回路１６は、スイッチング手段１０を構成する双方向性サイリスタまたはメカニカルリレーを駆動し、リレー駆動回路１７は、負荷切換手段１２を構成するリレーの制御コイルを駆動してインバータ回路４に接続するモータを切り換える。
【００１９】
過電流検知回路１８は、電流検知抵抗６の端子電圧降下を検出して過電流を検出するもので、インバータ電流のピーク電流に対応した信号をマイクロコンピュータ１４のＡ／Ｄ変換入力端子に加えてインバータ電流を検出する。第２の位置検出手段１９は、第２のモータ１１の逆起電力を検出して回転子の位置を検出するもので、いわゆる、センサレス検知回路と呼ばれるものである。
【００２０】
インバータ回路４は、図２に示すように、３相フルブリッジインバータ回路で構成し、インバータ回路４のパワースイッチング半導体は、パワーＭＯＳＦＥＴにより構成し、整流回路３の正電圧側にドレイン端子を共通接続したパワースイッチング半導体４０ａを上アームと呼び、負電圧側にソース端子を共通接続したパワースイッチング半導体４０ｂを下アームと呼ぶ。パワーＭＯＳＦＥＴは、逆並列に寄生ダイオードができるので、寄生ダイオードを高速ダイオードにすることにより、部品点数を増やさずにインバータ回路を構成することができる特徴がある。パワーＭＯＳＦＥＴに代えて、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を使用しても特に問題はない。
【００２１】
インバータ回路４を３相フルブリッジインバータ回路で構成した場合は、負荷切換手段１２は、３相出力の少なくとも２相出力に接続したリレー１２’で構成してもよく、この場合は、インバータ回路４の出力端子Ｕ、Ｖに共通端子と常閉、常開接点を２組有するリレー１２’を接続する。それぞれの常閉接点端子には第１のモータ５のＵ相、Ｖ相端子を接続し、常開接点端子には第２のモータ１１のＵ相、Ｖ相端子を接続する。インバータ回路４の出力端子Ｗには、直接、第１のモータ５および第２のモータ１１のＷ相端子を共通接続する。リレー１２’は、通称２ｃ接点リレー１個で構成できるので、負荷切換手段１２の部品点数を減らし、安価に構成できる。１ｃ接点リレー２個で構成しても特に問題はない。
【００２２】
第２の位置検出手段１９は、第２のモータ１１のＵ、Ｖ、Ｗ各端子の逆起電力を検出して回転子位置検出を行うもので、いわゆる、センサレス方式の位置検出手段を構成している。
【００２３】
１相（ここではＶ相）を例にとって説明すると、第２のモータ１１のＶ相端子に抵抗１９０ａ、１９１ａを直列接続し、抵抗１９１ａと並列にコンデンサ１９２ａを接続する。コンデンサ１９２ａの電圧は、Ｖ相端子電圧の位相を約９０度遅らせたもので、コンデンサ１９３ａは直流成分をカットし、抵抗１９４ａの両端に交流成分のみ取り出し、コンパレータ１９５ａの出力端子に位置信号を取り出す。
【００２４】
抵抗１９１ａ、１９１ｂ、１９１ｃの負電圧端子側は共通接続して仮想中性点としてツェナーダイオード１９６のカソード端子に接続し、ツェナーダイオード１９６のアノード端子はインバータ回路４のグラウンド端子Ｇに接続する。
【００２５】
第２のモータ１１の端子電圧波形（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）と第２の位置検出手段１９の出力信号波形（φ１、φ２、φ３）の関係は、図３に示すようになり、第２のモータ１１の端子電圧波形は、ＰＷＭ制御されるとチョッピング波形となるが、上アーム、又は下アームのＰＷＭ制御、すなわち、片側ＰＷＭしても積分回路により高周波ノイズを除去すれば、基本的には同じ台形波形となり、モータ端子電圧の１／２から９０度位相ずらすことによりホールＩＣと同じ回転子位置信号を検出することができる。
【００２６】
第１のモータ５を駆動する場合には、第１の位置検出手段５ａにより正確な位置検出が可能なので、正弦波駆動あるいは上アームと下アームを交互にＰＷＭ制御する交互ＰＷＭが可能となる。制御手段１３の制御方法は複雑となるが、正弦波駆動によりモータ騒音を減らすことができる。また、第２のモータ１１を駆動する場合は、センサレス駆動の位置検出回路を簡単にするために、上アーム、又は下アームのＰＷＭ制御、すなわち、片側ＰＷＭ制御にする。
【００２７】
上記構成において、負荷切換手段制御時のインバータ駆動停止、開始の動作について、図４を参照しながら説明する。
【００２８】
図４は、ステップ１００より、食器洗浄器として、洗浄、排水、すすぎの一連の行程が開始する。ステップ１０１は第１のモータ運転（洗浄運転）サブルーチンで、インバータ回路４の出力に、初期設定された第１のモータ５が接続され、第１のモータ５をインバータ駆動する。この第１のモータ５を駆動することにより洗浄ポンプを駆動して食器に温水を噴射し、食器を洗浄する。ステップ１０２は、第１のモータ運転（洗浄運転）の終了判定を行うもので、通常、設定時間経過後運転が終了すると、ステップ１０３に進みインバータ回路４を停止させる。
【００２９】
つぎに、ステップ１０４に進み、数秒程度の所定時間の遅延時間を設ける。インバータ回路４を停止しても、第１のモータ５は惰性回転により高速回転するので、逆起電力が発生し、そのとき、負荷切換手段１２を動作させるとインバータ回路４のパワースイッチング半導体にサージ電圧が発生し、さらに、負荷切換手段１２がリレーの場合にはアーク放電により、リレー接点寿命を短くし信頼性を低下させる。よって、所定の遅延時間を設けた後、ステップ１０５に進んで負荷切換手段１２を動作させ、インバータ回路４の出力端子側に第２のモータ１１を接続する。
【００３０】
つぎに、ステップ１０６にて所定の遅延時間を設けた後、ステップ１０７に進んで、第２のモータ１１をインバータ駆動し、この第２のモータ１１の駆動によって排水ポンプを駆動して洗浄槽内の洗浄液を排水する。ステップ１０８は、第２のモータ運転（排水）の終了判定を行うもので、通常、水位検知手段（図示せず）により水位が所定値以下になったことを判断して、第２のモータ１１を停止することにより排水ポンプを停止し、ステップ１０９にてインバータ回路４を停止する。
【００３１】
つぎに、ステップ１１０に進んで所定の遅延時間を設けた後、ステップ１１１に進んで負荷切換手段１２を動作させ、インバータ回路４の出力端子側に第１のモータ５を接続する。つぎに、ステップ１１２に進んで所定の遅延時間を設けた後、次行程のすすぎ行程に進む。
【００３２】
排水行程からすすぎ行程に移行する場合には、給水行程の後、第１のモータ５を駆動するので、ステップ１１０からステップ１１２の一連の行程は給水中に行うことができるので、十分な遅延時間を確保することができる。
【００３３】
つぎに、モータ回転の停止を検知してから負荷切換手段１２を切り換える場合の動作について、図５を参照しながら説明する。この場合は、上述した所定の遅延時間を設けてから負荷切換手段１２を切り換える場合に比べて、モータ負荷の切換時間を短縮できる。
【００３４】
ステップ２００よりモータ停止検知のサブルーチンが開始し、ステップ２０１にてインバータ回路４をオフさせ、つぎに、ステップ２０２に進んでモータの回転子位置信号（φ１、φ２、φ３）を入力し、その３ビットのデータをＡとし、つぎに、ステップ２０３に進んで数１００ｍｓｅｃの遅延時間の後、ステップ２０４に進んで、再度、回転子位置信号（φ１、φ２、φ３）を入力し、その３ビットのデータをＢとし、ステップ２０５にてデータの変化を判定し、データ変化がなくなれば、モータの回転が停止したものと判断し、ステップ２０６に進んで負荷切換手段１２による切換許可フラグを立て、ステップ２０７に進んで、サブルーチンをリターンする。
【００３５】
所定の遅延時間を設ける方法が簡単であるが、モータ回転の停止を検知してから負荷切換手段１２を切り換える場合には、負荷切換時間を短縮できる特徴がある。さらに、切換時間を短縮するためには、モータに電磁ブレーキをかければ、モータの惰性回転時間を短縮できる。なお、図５には図示していないが、データＡとＢが一致しなければ、判定ループを抜けることができない欠点があるので、所定最大時間の後には、必ず、ループを抜けるタイマーが必要である。
【００３６】
以上の実施例では、洗浄ポンプを駆動する第１のモータ５と排水ポンプを駆動する第２のモータ１１とを負荷切換手段１２により切り換えるよう構成しているが、第２のモータ１１を誘導モータにしてスイッチング手段１０により制御し、ファンモータ８を直流ブラシレスモータにして、インバータ回路４により駆動するようにしても、動作は全く問題ないことは明らかである。
【００３７】
以上述べたように、本発明は食器洗浄機に限らず、パルセータ、洗濯兼脱水槽などを駆動する洗濯用モータと、風呂水を吸水して洗濯兼脱水槽に供給する吸水ポンプを有する洗濯機、あるいは、パルセータ、洗濯兼脱水槽などを駆動する洗濯用モータと、乾燥用熱風を供給するファンモータを有し洗濯機から乾燥まで行う洗濯乾燥機など、複数のモータを有する機器に適用できることは明らかである。
【００３８】
（実施例２）
つぎに、本発明の実施例２について、図６を参照しながら説明する。なお、上記実施例１と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図６に示すように、インバータ回路４は、洗浄ポンプを駆動する第１のモータ５、排水ポンプを駆動する第２のモータ１１、洗浄槽内に熱風を供給するファンを駆動する第３のモータ２０を選択的に駆動するもので、インバータ回路４の出力側に、第１の負荷切換手段１２ａを接続し、第１の負荷切換手段１２ａの出力側には、第１のモータ５と第２の負荷切換手段１２ｂを接続し、第１のモータ５に接続するか、第２の負荷切換手段１２ｂかどちらかに接続切換できるようにしている。
【００４０】
第２の負荷切換手段１２ｂの出力側には、第２のモータ１１と第３のモータ２０を接続し、第２のモータ１１か第３のモータ２０どちらかに接続切換できるようにしている。スイッチング手段１０ａは、マイクロコンピュータ１４ａによりスイッチング手段駆動回路１６ａを介して駆動され、給水弁７と加熱ヒータ９を制御する。
【００４１】
制御手段１３ａは、第１のリレー駆動回路１７ａにより第１の負荷切換手段１２ａを制御し、第２のリレー駆動回路１７ａ’により第２の負荷切換手段１２ｂを制御する。位置検出手段１９ａは、インバータ回路４の出力端子に接続され、１つの位置検出手段１９ａにより、第１のモータ５、第２のモータ１１、第３のモータ２０の回転子の位置検出を行うよう構成している。
【００４２】
第１のモータ５、第２のモータ１１、第３のモータ２０の回転数制御範囲は、ほとんど同じで、２０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍの範囲であり、直流ブラシレスモータの回転子磁石極数を同じ極数にすればセンサレス位置検出回路を共用化できる。ディジタル方式のセンサレス位置検出回路の場合は、さらに、ソフトウェアにより融通性がよくなり、位置検出回路の回路定数を共用化できる。
【００４３】
実施例に示したアナログ方式のセンサレス位置検出回路の場合は、モータ極数が変わるとインバータ出力周波数が変化するので、極数に応じてコンデンサ１９２ａ、１９２ｂ、１９２ｃの容量を変える必要がある。回路と制御プログラムを簡単にするためには、極数を共通にする方法がよい。
【００４４】
図７は４極のアウターロータの直流ブラシレスモータの実施例で、６極の固定子５０の外側に回転子５１を配置し、回転子５１の固定子５０側にはＳ極とＮ極が交互に配置されるように４個の永久磁石５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを配設している。回転子５１の外側には、保護カバー５３を設けて鉄粉等が磁石に付着しないようにしている。
【００４５】
モータ回転数ｎ（ｒｐｍ）と駆動周波数ｆと磁石極数の関係は、ｎ＝１２０ｆ／Ｐの関係式で表され、モータ磁石極数Ｐを減らす程、低いインバータ周波数で回転数ｎを高くすることが可能であり、インバータ回路４と制御手段１３ａの信頼性を高くして低価格にすることができるので、ポンプやファンを駆動する場合には４極の磁石回転子と６極の固定子に共通化するとセンサレス位置検出回路の共用化が更に容易となる。
【００４６】
第１のモータ５、第２のモータ１１、第３のモータ２０のすべてのモータを３相誘導モータにすれば、位置検出手段１９ａは不要となり、回路は簡単になるが、静騒音と高効率化は犠牲となる。よって、本実施例のように１つの位置検出手段１９ａにより複数の直流ブラシレスモータを駆動する方法が、静騒音化と低価格の面でも優れた方法である。
【００４７】
上記構成において、第１のモータ５を駆動する場合には、第１のリレー駆動回路１７ａにより第１の負荷切換手段１２ａを制御して第１のモータ５をインバータ回路４の出力に接続し、第３のモータ２０を駆動する場合には、第１のリレー駆動回路１７ａを制御して第２の負荷切換手段１２ｂをインバータ回路４に接続し、第２の負荷切換手段１２ｂの常閉接点側に接続された第３のモータ２０に接続する。
【００４８】
第２のモータ１１を駆動する場合には、第１のリレー駆動回路１７ａを制御して第２の負荷切換手段１２ｂをインバータ回路４に接続し、第２のリレー駆動回路１７ａ’を制御して第２の負荷切換手段１２ｂの常開接点側に接続された第２のモータ１１をインバータ回路４に接続する。なお、負荷切換手段制御時のインバータ駆動停止、開始の動作については、上記実施例１の動作と同じである。
【００４９】
食器洗浄機において、洗浄ポンプを駆動する第１のモータ５、排水ポンプを駆動する第２のモータ１１、洗浄槽内に熱風を供給するファンを駆動する第３のモータ２０は、同時に動作させなくても、洗浄、すすぎ、排水、乾燥運転は可能なので、１つのインバータ回路４と第１の負荷切換手段１２ａおよび第２の負荷切換手段１２ｂにより複数のモータを交互に切り換えることができ、複数のモータの高効率化、静騒音化と低価格化が可能となる。
【００５０】
食器洗浄機に限らず、洗濯機の洗濯モータと風呂水ポンプモータのように必ずしも同時にモータを運転させる必要のない機器には、本発明によるモータ駆動装置が適用されることは明白である。
【００５１】
（実施例３）
つぎに、本発明の実施例３について、図８を参照しながら説明する。なお、上記実施例１と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図８に示すように、過電流検知回路（過電流検知手段）１８ｂは、入力端子Ｌを電流検知抵抗６に接続して端子電圧降下より過電流を検出するもので、電流が流れると、入力端子Ｌの電位がグラウンド電位（略してＧ電位）よりも低くなり、負電位となる。入力端子Ｌに抵抗１８０ａとコンデンサ１８０ｂの積分回路によるノイズフィルターを設け、抵抗１８１の他方の端子に検知信号を加える。
【００５３】
抵抗１８１と、電源Ｖｃｃにプルアップした抵抗１８２の分圧信号をコンパレータ１８３の正入力端子に加え、コンパレータ１８３の出力信号ＯＣは、マイクロコンピュータ１４ｂの異常割込端子ＮＭＩに加える。マイクロコンピュータ１４ｂは、異常割込信号により、瞬時にインバータ駆動回路１５の出力を停止させる。コンパレータ１８３の正入力端子とＧ電位間にはコンデンサ１８０ｃを接続し、ノイズを除去する。
【００５４】
コンパレータ１８３の負入力端子の設定電位により、過電流検知レベルの設定値を変えることができる。負入力端子の設定電位は、電源Ｖｃｃにプルアップされた抵抗１８４ａと抵抗１８４ｂと抵抗１８４ｃを直列に接続した分圧信号が加えられる。抵抗１８４ｃの他方の端子はＧ電位に接続し、コンパレータ１８３の負入力端子は、抵抗１８４ａと抵抗１８４ｂの接続点に接続する。
【００５５】
さらに、コンパレータ１８３の負入力端子は、トランジスタ１８５ａのコレクタ端子に接続し、そのエミッタ端子はＧ電位に接続する。トランジスタ１８５ａのベース端子は、ベース抵抗１８６ａを介してマイクロコンピュータ１４ｂの制御端子Ｓ１に接続し、マイクロコンピュータ１４ｂからの信号により、コンパレータ１８３の負入力端子の電位をＧ電位に設定できる。
【００５６】
抵抗１８４ｂと抵抗１８４ｃの接続点に、トランジスタ１８５ｂのコレクタ端子を接続し、そのエミッタ端子はＧ電位に接続し、そのベース端子は抵抗１８６ｂを介して、マイクロコンピュータ１４ｂの制御端子Ｓ２に接続し、マイクロコンピュータ１４ｂからの信号によりコンパレータ１８３の負入力端子の電位を２段階に設定できる。よって、コンパレータ１８３の負入力端子は３段階に設定でき、過電流検知レベルの設定値を３段階に設定変更可能である。
【００５７】
第１のモータ５は、洗浄ポンプを駆動するため、そのモータ容量が大きいので、第１のモータ５を駆動する場合には、過電流検知レベルの設定値を高くする必要があり、トランジスタ１８５ａをオンさせてコンパレータ１８３の負入力端子電位をＧ電位とする。第２のモータ１１を駆動する場合には、トランジスタ１８５ａはオフで、トランジスタ１８５ｂをオンさせる。第３のモータ２０を駆動する場合には、トランジスタ１８５ａ、トランジスタ１８５ｂともオフにする。
【００５８】
なお、本実施例では、コンパレータ１８３とマイクロコンピュータ１４ｂの制御端子により過電流検知レベルの設定値を変えるようにしているが、図１に示すように、過電流検知回路１８の出力信号をマイクロコンピュータ１４のＡ／Ｄ変換入力端子に直接入力して、マイクロコンピュータ１４のＲＯＭデータにより過電流検知レベルを変更してもよい。
【００５９】
（実施例４）
つぎに、本発明の実施例４について、図９を参照しながら説明する。なお、上記実施例１と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００６０】
図９に示すように、制御手段１３ｃは、交流電源１の瞬時電圧低下を検出する瞬時電圧低下検知手段２１を有しており、瞬時電圧低下検知手段２１の出力信号によりインバータ回路４の駆動を停止させ、インバータ回路４の出力を切り換える負荷切換手段１２は検知前の状態を継続して接続するようにしている。瞬時電圧低下検知手段２１は、交流電源１の零電圧検知手段とタイマー手段とリセット手段より構成している。
【００６１】
上記構成において動作を説明する。瞬時停電がない通常運転においては、交流電源１の零電圧に同期して、図１０（ａ）に示すように、周期的な零電圧パルス（ＺＶＰ）が検出されるので、ＺＶＰのパルスエッジによりタイマー手段をリセットすることにより、タイマー手段のカウント時間は、図１０（ｂ）に示すように、交流電源周期以上にはならない。このため、図１０（ｃ）に示すように、インバータ回路４は駆動をつづけ、負荷切換手段１２のリレーは、図１０（ｄ）に示すように、そのままの状態を継続させる。
【００６２】
つぎに、交流電源１に瞬時停電が発生すると、図１１（ａ）に示すように、ＺＶＰが発生しなくなり、タイマー手段のカウント値は、図１１（ｂ）に示すように、瞬時停電の期間中カウントアップされ、タイマーカウント値が所定時間ｔｓ以上となると瞬時停電が発生したと検知し、図１１（ｃ）に示すように、インバータ回路４の駆動を停止させる。負荷切換手段１２のリレーは、図１１（ｄ）に示すように、そのままの状態を継続させる。
【００６３】
このため、瞬時電圧低下による負荷切換手段１２のチャタリングを防ぐことができ、負荷切換手段１２のチャタリングによるインバータ回路４のサージ電圧を防ぐことができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。
【００６４】
図９に示す瞬時電圧低下検知手段２１は、マイクロコンピュータ１４ｃにより実現することができ、この場合の瞬時停電を検知してインバータ回路４を停止する動作を図１２を参照しながら説明する。
【００６５】
瞬時停電を検知した場合には、インバータ回路４の駆動のみ停止させ、負荷切換手段１２は検知前の状態を継続させるもので、ステップ３０１にてインバータ駆動中か停止中かを判断して、駆動中ならばステップ３０２にてタイマーカウントを行い、ステップ３０３でＺＶＰの有無を判断し、有ならばタイマー手段のカウント値をリセットさせる。なければリセットさせずにタイマー手段はカウントアップする。
【００６６】
つぎに、ステップ３０５に進んでタイマーカウント値ｔが所定値ｔｓ以上かどうか判断し、所定値ｔｓ以上ならばインバータ回路４の駆動を停止させる。ステップ３０１にてインバータ回路４の停止が判断され、インバータ回路４を再起動させるならばステップ３０７に進んで再起動ルーチンを実行させる。
【００６７】
瞬時停電、あるいは電圧低下が発生した状態でモータを駆動させるとモータ電流が増加し、インバータ回路４の電流が増加してパワートランジスタが過負荷になり、さらに、インバータ回路電圧が低下して制御回路の電源電圧を確保できなくなり、運転が中止する問題がある。また、インバータ駆動中に負荷切換手段１２のリレーを切り換えるとリレーにアーク電流が流れてリレー接点が溶着し、インバータ回路４のパワートランジスタに過電圧が印加する恐れがある。しかし、本発明によれば、瞬時電圧を検知してインバータ回路４のみ停止させるので、上記課題を解決することができる。
【００６８】
（実施例５）
つぎに、本発明の実施例５について、図１３を参照しながら説明する。なお、上記実施例１と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００６９】
図１３に示すように、制御手段１３ｄは、インバータ回路４の直流電源の電圧低下を検出する電圧低下検知手段２２を有し、電圧低下検知手段２２の出力信号によりインバータ回路４の駆動を停止し、インバータ回路４の出力を切り換える負荷切換手段１２は検知前の状態を継続して接続するようにし、所定時間経過後オフするよう構成している。
【００７０】
上記構成において動作を説明する。図１４（ａ）に示すように、インバータ回路４の直流電圧Ｖｄｃが設定電圧ＶＬ以下になると、図１４（ｂ）に示すように、低電圧検知信号を発生させて、図１４（ｃ）に示すように、インバータ回路４の駆動を停止させ、負荷切換手段１２のリレーは、図１４（ｄ）に示すように、低電圧検知前の状態を継続させ、所定時間ｔｄ１経過後リレーをオフさせる。電圧が復帰すると所定の遅延時間ｔｄ２を設けてからリレーをオンさせ、その後所定の遅延時間ｔｄ３を設けて、インバータ回路４を再起動させる。
【００７１】
インバータ回路４を停止させてから負荷切換手段１２のリレーをオンのまま継続させても特に問題はないが、電圧が復帰すると所定の遅延時間を設けてインバータ回路４を再起動させる必要がある。制御回路１３ｄの消費電力を減らすためには、リレーをオフする方がよく、停電あるいは電圧低下の時間が長くても、モータ駆動運転の継続が可能となる。
【００７２】
なお、本実施例では、インバータ回路４の直流電源の電圧低下を検出する電圧低下検知手段２２を設けているが、インバータ回路４の直流電圧を分圧してマイクロコンピュータ１４ｄのＡ／Ｄ変換入力端子に加え、Ａ／Ｄ変換値が所定値以下ならば低電圧と判断して電圧低下を検出し、電圧低下を検出するとインバータ回路４の駆動を停止させるように構成してもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換する３相フルブリッジインバータ回路と、前記３相フルブリッジインバータ回路により駆動される第１のモータおよび第２のモータと、前記３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち２相出力に接続して前記３相フルブリッジインバータ回路の出力を切り換える負荷検知手段と、前記３相フルブリッジインバータ回路と前記負荷切換手段を制御する制御手段とを備え、前記３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち残りの１相出力を前記第１のモータおよび前記第２のモータに共通接続し、前記負荷切換手段により前記３相フルブリッジインバータ回路を前記第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかに接続可能とし、前記１つの３相フルブリッジインバータ回路により前記第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかを駆動するようにしたから、交流電源の周波数に関係なくモータ回転数を一定に制御することができるとともに、モータの小型化、高効率化、静音化することができ、インバータ回路とその制御回路を共用化することにより、小型、低価格、静騒音のモータ駆動装置を実現することができる。
【００７４】
さらに、構成が簡単で、３相出力のうちの１相出力を第１のモータおよび第２のモータに共通接続することで安価な負荷切換手段を構成でき、複数の３相モータの駆動が可能となり、安価で、信頼性の高い食器洗浄機等のモータ駆動装置を実現できる。
【００７５】
また、請求項２に記載の発明によれば、３相フルブリッジインバータ回路の過電流を検知する過電流検知手段を備え、制御手段は、前記３相フルブリッジインバータ回路に接続したモータに応じて、前記過電流検知手段の設定値を変更するようにしたから、複数のモータの中でモータ容量の小さいモータの異常温度上昇を防ぐだけではなく、モータロック検知精度を向上することができて、各モータを構成する直流ブラシレスモータの永久磁石回転子の減磁を防止することができ、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例のモータ駆動装置のブロック回路図
【図２】 同モータ駆動装置の要部回路図
【図３】 同モータ駆動装置のモータの端子電圧と回転子位置信号のタイムチャート
【図４】 同モータ駆動装置の負荷切換手段制御プログラムのフローチャート
【図５】 同モータ駆動装置のモータ停止検知プログラムのフローチャート
【図６】 本発明の第２の実施例のモータ駆動装置のブロック回路図
【図７】 同モータ駆動装置により駆動する直流ブラシレスモータの断面図
【図８】 本発明の第３の実施例のモータ駆動装置の過電流検知手段の回路図
【図９】 本発明の第４の実施例のモータ駆動装置のブロック回路図
【図１０】 同モータ駆動装置の瞬時停電がない場合の動作タイムチャート
【図１１】 同モータ駆動装置の瞬時停電がある場合の動作タイムチャート
【図１２】 同モータ駆動装置のフローチャート
【図１３】 本発明の第５の実施例のモータ駆動装置のブロック回路図
【図１４】 同モータ駆動装置の動作タイムチャート
【符号の説明】
１ 交流電源
３ 整流回路
４ インバータ回路
５ 第１のモータ（モータ）
１１ 第２のモータ（モータ）
１２ 負荷切換手段
１３ 制御手段
Claims (2)
- 交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換する３相フルブリッジインバータ回路と、前記３相フルブリッジインバータ回路により駆動される第１のモータおよび第２のモータと、前記３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち２相出力に接続して前記３相フルブリッジインバータ回路の出力を切り換える負荷検知手段と、前記３相フルブリッジインバータ回路と前記負荷切換手段を制御する制御手段とを備え、前記３相フルブリッジインバータ回路の３相出力のうち残りの１相出力を前記第１のモータおよび前記第２のモータに共通接続し、前記負荷切換手段により前記３相フルブリッジインバータ回路を前記第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかに接続可能とし、前記１つの３相フルブリッジインバータ回路により前記第１のモータまたは前記第２のモータのいずれかを駆動するようにしたモータ駆動装置。
- ３相フルブリッジインバータ回路の過電流を検知する過電流検知手段を備え、制御手段は、前記３相フルブリッジインバータ回路に接続したモータに応じて、前記過電流検知手段の設定値を変更するようにした請求項１記載のモータ駆動装置。
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