JP4398889B2 - モータ駆動装置および洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、収容物を収容した回転容器を回転駆動するためのモータ駆動装置に関し、特に回転容器を水平軸あるいは傾斜軸周りに回転するドラムとする洗濯機のモータ駆動装置に関する。

水平軸を中心に回転する横型のドラム式洗濯機として、例えば特許文献１に記載されている。このドラムを用いて脱水、乾燥を行うことも容易なため、特に洗濯終了後に脱水、乾燥も行う洗濯機に利用されている。また、横型のドラム式洗濯機は、縦型の洗濯槽を有する洗濯機に比べ、収容される洗濯物の布傷みが少なく、洗いやすすぎに要する水量が少なくてすむ等の利点もある。

このドラム式洗濯機では、洗濯液を溜めた外槽内において、洗濯物を収容したドラムを回転させ、洗濯を行う。このとき、通常、ドラムは５０ｒｐｍ程度の低速で回転される。ドラム内の洗濯物は、ドラムの回転によって洗濯液上に持ち上げられ、重力により上昇途中で洗濯液に向けて落下する。このようにして、洗濯物の洗濯液からの引き上げ、落下が繰り返され、洗濯が行われる。

ドラムはモータで発生したモータトルクにより回転されるが、洗濯物によってモータに印加される負荷トルクの大きさは、洗濯物の位置に応じて１回転中で変動する。図１１に示すように、洗濯物が洗濯液中を持ち上げられている最中に、負荷トルクが最も大きくなる（図１１の第１の状態）。その後、洗濯物は洗濯液上に持ち上げられ、遠心力により回転ドラムに張り付いたまま上昇することにより、負荷トルクは低下する（図１１の第２の状態）。重力によって洗濯物が落下したときに、負荷トルクは最小となる（図１１の第３の状態）。

この負荷トルクとモータトルクとのトルク差が生じることにより、ドラムの回転数変動が引き起こされ、洗濯機が振動する原因となる。ドラムの回転数変動を低減するために、モータトルクを高精度に制御する方法が、特許文献２、３に記載されている。特許文献２では、モータに流れる電流に基づいてモータをベクトル制御することにより、洗い、すすぎ、脱水および乾燥の各運転においてモータの発生トルクを高精度に制御する。また、特許文献３には、洗濯機用モータの１回転中の負荷トルク変動を相殺するようにモータトルクを制御する方法が開示されている。
特開平４−３３６０９７号公報 特開２００３−１６９９９３号公報 特開２００２−９５２８１号公報

特許文献２の速度制御手段は、速度指令とモータの回転速度との偏差に基づいて、フィードバックで制御する方式である。しかし、洗濯物が落下するときの急激な負荷トルク変動への追従性はよくない。特許文献３では、洗濯物が洗濯槽中のある場所に偏在することに起因する負荷トルク変動を対象としているが、ドラム式洗濯機のように洗濯物が上昇途中に落下するような急激な負荷変動についは考慮されていない。

本発明は、上記に鑑み、ドラムの回転に伴う洗濯物の状態変化によって生じる負荷トルクの変動に対して、モータを駆動制御することにより、ドラムの回転数変動を小さくして、洗濯機の振動を抑制できるモータ駆動装置の提供を目的とする。

本発明は、収容物を収容した回転容器を回転駆動するモータと、前記回転容器の回転に伴って変化する前記収容物の状態を検出する収容物状態検出部と、前記収容物の状態変化により変動する前記モータへの負荷トルクに応じて前記モータを駆動制御する制御部とを備えたものである。

回転容器の回転に伴って収容物の状態は変化する。ここで、収容物の状態とは、回転容器内における収容物の位置であったり、収容物の重なりや広がりといった収容物の分布である。この収容物の状態変化によって回転容器の回転が変動し、モータにかかる負荷トルクも変動する。回転容器はモータで発生したモータトルクにより回転される。そこで、収容物の状態変化に応じてモータの駆動を制御することにより、モータトルクが変化し、モータトルクは負荷トルクの変動に追従するようになる。すなわち、制御部は、負荷トルクに応じたモータトルクとなるように、モータに供給する電流あるいは電圧を制御する。これによって、両者のトルク差が小さくなって、回転容器の回転が変動しなくなる。

具体的には、収容物を収容して、水平軸あるいは傾斜軸周りに回転する回転容器を回転駆動するモータと、前記モータのロータの回転位置を検出するロータ位置検出部と、該ロータ位置検出部からの位置信号に基づいて前記モータを駆動制御する制御部とを備え、前記回転容器の回転による遠心力および重力の作用により変化する前記収容物の状態を検出する収容物状態検出部が設けられ、前記制御部は、前記収容物の状態変化に応じて前記モータに供給する電流あるいは電圧を制御する。このとき、回転容器の回転は、収容物に作用する遠心力が重力より小さく、収容物が回転容器の回転に伴って上昇中に落下するような所定の回転数で回転駆動される。

ここで、収容物状態検出部は、ロータ位置検出部の位置信号によるロータ位置検出間隔に基づいて収容物の状態変化を検出する。ロータ位置検出部からロータ位置を検出したときに出力される位置信号の間隔は、回転容器の回転速度に対応しており、この回転速度の変化は負荷トルクの変動と対応している。負荷トルクの変動は収容物の状態変化によって生じることから、ロータ位置検出間隔を検出すれば、収容物の状態変化を検出することができる。そのため、特別に収容物状態検出部を設けなくても、既設のロータ位置検出部を利用して、収容物の状態変化を検出できる。

また、ロータ位置検出部は、ロータの回転位置に基づく位置信号をそれぞれ出力する複数のホールセンサを有する。モータは、永久磁石を有するロータおよび三相の巻線が巻回されたステータを備えたブラシレスモータである。そして、モータは、ダイレクトドライブ方式により回転容器を回転駆動する。このように、ブラシレスモータを用いることにより、誘導モータに比べて、より高効率な運転が可能であり、高精度にモータトルクを制御できる。そして、ダイレクトドライブ方式を採用することにより、時間遅れもなく正確に、収容物の状態変化をロータ位置検出間隔から検出することができるとともに、モータトルクを回転容器に伝達もできる。

そして、モータに供給する電流を検出するモータ電流検出部が設けられ、制御部は、検出されたモータ電流値に基づいて前記モータに供給する電流および電圧のうち少なくとも一方の最大値を制限する。あるいは、制御部によって決定された駆動電圧をモータに印加するインバータ部と、該インバータ部に流れる直流電流を検出する直流電流検出部とが設けられ、前記制御部は、検出された直流電流値に基づいて前記モータに供給する電流および電圧のうち少なくとも一方の最大値を制限する。これによって、モータに過大な電流が流れて、モータが破壊したり、劣化することを防止できる。

ここで、回転容器であるドラムに収容物である洗濯物を収容した洗濯機に、上記のモータ駆動装置を適用して、モータの駆動制御を行うことにより、ドラムの回転数変動が小さくなり、洗濯機の振動が抑制される。

本発明によると、収容物の状態変化に応じてモータを駆動制御することにより、収容物の状態変化により変動する負荷トルクとモータトルクとのトルク差を低減することができ、このトルク差によって生じる回転容器の回転数の変動を小さくすることができる。したがって、洗濯機等の電気機器におけるモータの駆動制御に適用することにより、振動を抑えることができ、騒音の発生を減らすことができる。

本実施形態のドラム式洗濯機を図１〜４に示す。図１に示すように、洗濯機の外壁を形成する本体外装部１の前面に開閉扉３が設けられ、開閉できるようになっている。本体外装部１の前面上部には、操作キーや表示部を備えた操作パネル１１が設けられている。

図２に示すように、本体外装部１内には、前面に開口部４ａを有する有底筒状の水槽４が配される。水槽４は、図３、４に示すように、本体外装部１内に引張りバネからなる第１懸架装置７ａおよび第２懸架装置７ｂにより弾力的に支持されている。

本体外装部１の内壁には、水槽４の前方上部においてアングル２９ａが取り付けられ、本体外装部１の背壁には、上部においてアングル２９ｂが取り付けられている。アングル３０ａ、３０ｂが水槽４の前面および背面に固着されている。そして、アングル２９ａとアングル３０ａの間に第１懸架装置７ａが掛着され、水槽４の前部は第１懸架装置７ａにより左右の２箇所を懸架される。同様に、アングル２９ｂとアングル３０ｂの間に第２懸架装置７ｂが掛着され、水槽４の後部は第２懸架装置７ｂにより左右の２箇所を懸架される。第１、第２懸架装置７ａ、７ｂは、鉛直方向に対してそれぞれ角度θ１、θ２だけ傾斜して、左右対称に取り付けられている。これにより、水槽４を左右方向の摺動に対して求心させることができる。なお、アングル３０ａ、３０ｂは水槽４と一体成形してもよい。

水槽４は、ダンパー８ａ、８ｂからなる減衰装置により本体外装部１の底部に支持されている。水槽４の前側の左右の２箇所にダンパー８ａが取付られ、水槽４の後側の左右の２箇所にダンパー８ｂが取付られている。これにより、水槽４の揺動を減衰するようになっている。

図２に示すように、本体外装部１の背壁には、フェルトやゴム等からなる緩衝材２８が固着されている。これにより、水槽４が前後方向に摺動した際に、水槽４と本体外装部１の背壁との衝突による騒音の発生を防止している。

水槽４内には、ドラム５が配設されている。ドラム５に回転軸５ｅが固定されており、モータケース９ａを介して水槽４と一体化されるベアリング６に回転軸５ｅが支持され、ドラム５は回転自在になっている。回転軸５ｅにはロータ９ｂが固着され、モータケース９ａ内にはステータ９ｃが固定されている。ロータ９ｂとステータ９ｃとにより、ドラム５を駆動するモータ９が構成される。モータ９の回転駆動は後述するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）６４からなる制御部によって制御されている。なお、本実施形態では、モータ９として３相２０極ＤＣブラシレスモータを使用している。

モータ９のロータ９ｂは、ステータ９ｃの内部に同心軸状に回転可能に保持されている。ロータ９ｂを図５に示す。ロータコア７１は積層された鋼板で構成されている。ロータコア７１の突極７１Ａの間には、永久磁石７２が配設されている。隣り合う永久磁石７２のＮ極７２ＮとＳ極７２Ｓの配置を逆にすることにより、ロータコア７１の突極７１ＡはＮ極７１ＮとＳ極７１Ｓの交互になる。このような構成にすることによって、ロータコア７１に永久磁石を円周状に貼り付け周設する構成よりも高い磁力を得ることができる。

モータカバー９ａ内に設けられたステータ９ｃを図６に示す。ステータ９ｃは２４極であり、ステータコア７３はロータコア７１と同様に積層された鋼板で構成される。ステータコア７３には、巻線７４が集中巻方式で巻設されている。集中巻方式の代わりに、例えば重ね巻方式で巻線７４をステータコア７３に巻設してもよい。また、ロータ９ｂとステータ９ｃの間には、ホールセンサ（図６において図示せず）がモータカバー９ａに固着して設けられており、ロータコア７３の突極７１ＡのＮ極とＳ極を検出する。

なお、モータ９は２０極であり、ロータコア７１の突極７１ＡはＮ極とＳ極がそれぞれ１０個ずつであるが、極数については本発明のものに限定されるものではない。また、ロータの構成も本発明を限定するものではなく、例えばロータに永久磁石を円周状に貼り付け周設する構成にしてもよい。

本実施形態のドラム式洗濯機では、ドラム５とモータ９が直接固定されたダイレクトドライブ方式とされる。これにより、ドラム５の負荷トルク変動を正確に、また時間遅れもほとんどなく、モータ９に伝達することができる。

ドラム５の周壁全体には、小孔５ａが設けられている。洗濯時に、小孔５ａを通じて水槽４とドラム５との間を洗濯水が流出入できるようになっている。ドラム５の内壁面には、バッフル５ｂが突出して設けられている。ドラム５の回転によりバッフル５ｂが洗濯物を引っかけて持ち上げ、洗濯物が自重により洗濯液中に落下することにより洗浄が行われる。

ドラム５の前面の開口部５ｃの外周縁には、液体バランサ５ｄが設けられている。液体バランサ５ｄには塩水等の液体が封入されており、ドラム５の回転時に該流体が移動して洗濯物および洗濯液の片寄りによる重心移動をうち消すようになっている。なお、液体バランサ５ｄはドラム５の内周縁に設けてもよい。

ドラム５の回転軸心ｙ−ｙは、水平軸に対して角度θだけドラム５の奥側が下がるように傾斜している。これにより、使用者がドラム式洗濯機の前面側に立って洗濯物を出し入れする際に、ドラム５の奥まで見通しがよくなり、洗濯物の出し入れが容易になる。

洗濯物投入口１ａと水槽４の開口部４ａの周縁には、ゴムや樹脂等の弾性体からなるパッキン１０が通路を形成するように取り付けられている。開閉扉３を閉じたときに、パッキン１０の内周縁１０ａが開閉扉３の周縁に密着する。これにより、洗濯動作中の防水を行える。また、パッキン１０は蛇腹などのような伸縮可能な構造とされ、水槽４の揺動に応じてパッキン１０は撓んで追従するようになっている。

本体外装部１内の上部には、水道管に接続された給水パイプ１２が配設されている。給水パイプ１２の途中に設けた給水弁１３を開放すると、洗剤ケース１４を介してパッキン１０に取り付けられた給水ノズル１５から水槽４内に水道水が給水されるようになっている。

水槽４の底面より導出された排水ダクト１６は、管路途中に糸屑フィルタ１７ａを内設した接続ケース１７及び排水ポンプ１８を備えており、水槽４からの洗濯液を本体外装部１の外部に排水する。糸屑フィルタ１７ａは、例えば、樹脂を格子状に形成したり、あるいは目の細かい繊維を袋状に形成して構成され、洗濯液中の糸屑等を集積する。糸屑フィルタ１７ａは、接続ケース１７内に着脱自在に装着され、本体外装部１の前面下部から取り外すことができる。

接続ケース１７の上部には、エアートラップ２２から動圧パイプ２１を介して水位センサ２３が設けられている。水位センサ２３では、エアートラップ２２内の圧力変化に応じて磁性体をコイル内で移動させる。その結果生じるコイルのインダクタンス変化を発振周波数の変化として検出し、水槽４内の水位を検知する。なお、水槽に流出入する循環経路を設け、該循環経路途中に送風ファンとヒータからなる乾燥ユニットを配する構成としてもよい。

そして、上述したドラム式洗濯機の動作を制御する制御装置２が操作パネル１１の裏面に配されている。図７に示すように、制御装置２は、マイコン６４、ＥＥＰＲＯＭ６５、インバータ回路（インバータ部）５７、ドライブ回路６２、６６を備え、モータ９を制御するとともに、給水弁１３や排水ポンプ１８も制御する。

不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ６５は、洗い、すすぎ、脱水等の各工程の動作の内容や工程の実行順序（すなわち処理コース）等のプログラムを記憶している。マイコン６４は、そのプログラムに従ってドライブ回路６６を介して給水弁１３の開閉と排水ポンプ１８のオン／オフ切り替えを制御するとともに、ドライブ回路６２を介してインバータ回路５７を制御する。なお、各工程の動作の内容や工程の実行順序等のプログラムは、ＥＥＰＲＯＭ６５ではなく、マイコン６４内部のメモリに記憶しておいてもよい。

洗濯の予約等の信号が操作パネル１１から入力されると、マイコン６４は、プログラムにしたがって、水位センサ２３から入力された水位信号に基づき各工程の動作を実行し、動作の経過等を表示ための信号を操作パネル１１に出力して、表示等の報知を行う。

ここで、マイコン６４、インバータ回路５７、ドライブ回路６２によって、本発明のモータ駆動装置が構成される。このモータ駆動装置によるモータ９の回転制御について詳細に説明する。

商用電源５３から出力される交流電圧はリアクトル５４を介して整流回路５５に供給され、整流回路５５によって脈流状の直流電圧に変換される。整流回路５５には、ダイオードブリッジが使用されている。

整流回路５５によって整流された直流電圧は平滑用のコンデンサ５６a、５６ｂにより平滑化される。コンデンサ５６aの正極性側は、整流回路５５の正極出力端子に接続されている。コンデンサ５６aの負極性側とコンデンサ５６ｂの正極性側は、商用電源５３のリアクトル５４に接続されていない側に接続されている。コンデンサ５６ｂの負極性側は整流回路５５の負極出力端子に接続されている。そして、コンデンサ５６a、５６ｂで平滑化された直流電圧がインバータ回路５７に供給される。インバータ回路５７は直流電圧を三相交流電圧に変換する。

インバータ回路５７は、スイッチング手段として６個のＮＰＮ型トランジスタ５８a〜５８ｃ、５９a〜５９ｃを三相全波ブリッジ構成にしたものである。そして、６個のトランジスタ５８a〜５８ｃ、５９a〜５９ｃには、それぞれ並列にダイオード６０a〜６０ｃ、６１a〜６１ｃが接続されている。トランジスタ５８a〜５８ｃとトランジスタ５９a〜５９ｃの各接続点a、ｂ、ｃが、モータ９の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイルＬu、Ｌｖ、Ｌｗに接続されている。また、トランジスタ５８a〜５８ｃ、５９a〜５９ｃのベースは、ドライブ回路６２に接続されている。

モータ９は、ロータ９ｂの回転位置を検出するロータ位置検出部としてのホールセンサ６３a、６３ｂ、６３ｃを有している。各ホールセンサ６３a、６３ｂ、６３ｃより出力されるロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗはマイコン６４に入力される。

マイコン６４は、駆動信号Ｐ１〜Ｐ６をドライブ回路６２に出力する。ドライブ回路６２は、駆動信号Ｐ１、Ｐ２を数〜数十ｋＨｚでＰＷＭチョッピングするとともに増幅してそれぞれトランジスタ５８a、５９aのベースに供給する。同様にして、駆動信号Ｐ３、Ｐ４をそれぞれトランジスタ５８ｂ、５９ｂのベースに供給し、駆動信号Ｐ５、Ｐ６をそれぞれトランジスタ５８ｃ、５９ｃのベースに供給する。

ロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗとステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに供給される正弦波状電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗとが同期するように、マイコン６４は、駆動信号Ｐ１〜Ｐ６をドライブ回路６２に出力して、モータ９を回転駆動する。

ここで、モータ９を回転駆動するときに行うフィードバック制御について説明する。まず、インバータ回路５７がモータ９に印加する電圧波形について図８を参照して説明する。図８の（ｂ）は、（ａ）に示すロータ位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいてモータ９を一定の回転数で定常的に駆動させるときのモータ９のＵ相ステータ巻線Ｌｕに印加する電圧Ｅｕ（以下、印加電圧Ｅｕという）、Ｖ相ステータ巻線Ｌｖに印加する電圧Ｅｖ（以下、印加電圧Ｅｖという）、Ｗ相ステータ巻線Ｌｗに印加する電圧Ｅｗ（以下、印加電圧Ｅｗという）を示している。印加電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗを得るために、マイコン６４は以下のように動作する。

マイコン６４は、図８の（ｄ１）（ｄ２）に示すような駆動信号Ｐ１、Ｐ２を発生させる。駆動信号Ｐ１は、ドライブ回路６２によって増幅されたのちトランジスタ５８ａのベースに供給される。また、駆動信号Ｐ２は、ドライブ回路６２によって増幅されたのちトランジスタ５９ａのベースに供給される。これにより、Ｕ相ステータ巻線Ｌｕに印加される電圧Ｅ０ｕは図８の（ｅ）に示すようなＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）された波形となる。この波形は、実質的に図８の（ｂ）に示した印加電圧Ｅｕと等価である。

また、インバータ回路５７は、図８の（ｂ）に示すように、Ｕ相を基準とした場合は印加電圧Ｅｕに対して電気角で２４０°位相の遅れた印加電圧ＥｖをＶ相ステータ巻線Ｌｖに、１２０°位相の遅れた印加電圧ＥｗをＷ相ステータ巻線Ｌｗにそれぞれ印加する。このように、モータ９の各相に各々位相のずれた正弦波状の電圧を印加することにより、モータ９のロータ９ｂが正転方向に回転する。

なお、Ｖ相を基準とした場合は印加電圧Ｅｖに対して電気角で１２０°位相の遅れた印加電圧ＥｕをＵ相ステータ巻線Ｌｕに、２４０°位相の遅れた印加電圧ＥｗをＷ相ステータ巻線Ｌｗにそれぞれ印加し、Ｗ相を基準とした場合は印加電圧Ｅｗに対して電気角で２４０°位相の遅れた印加電圧ＥｕをＵ相ステータ巻線Ｌｕに、１２０°位相の遅れた印加電圧ＥｖをＶ相ステータ巻線Ｌｖにそれぞれ印加する。

ドラム５はモータ９で発生したモータトルクＴＭにより回転されるが、モータ９に印加される負荷トルクＴＬの大きさは、洗濯物の位置により１回転中で変動する。例えば、モータ９を所定の低速で連続駆動することによって、ドラム５が低速回転し、洗濯物にかかる遠心力が重力より小さく、洗濯物が回転上昇途中に落下する場合、負荷トルクＴＬは大きく変化する。

モータ駆動装置は、ドラム５に収容された洗濯物の状態を検出して、その状態変化により変動するモータ９への負荷トルクに応じてモータ９を駆動制御する。この洗濯物の状態を検出するための収容物状態検出部として、ロータ位置検出部を利用しており、ロータ９ｂの位置信号から得られるロータ位置検出間隔に基づいて洗濯物の状態変化、すなわち回転するドラム５内での洗濯物の位置を検出する。

図１１を用いて、ロータ位置検出部の位置信号に基づくロータ位置検出間隔情報から洗濯物の位置を推定することが可能な理由について説明する。なお、図１１は、洗濯物の位置に関係なく、一定のモータトルクとなるようにモータ９の駆動制御を行った場合である。

洗濯物が洗濯液中を持ち上げられている最中に負荷トルクが最も大きくなり（第１の状態）、その後、洗濯物が洗濯液上に持ち上げられ、遠心力の作用によりドラム５に張り付いて上昇することにより、負荷トルクは低下し（第２の状態）、重力の作用により洗濯物が落下したときに負荷トルクは最小となる（第３の状態）。

ここで、回転軸系の慣性モーメントＪＲ、回転軸系の回転速度ＮＲ、残差トルクΔＴとすると、このときの運動方程式は次のように示される。

ＪＲ・（ｄＮＲ／ｄｔ）＝ＴＭ−ＴＬ＝ΔＴ ・・・（１）
式（１）に着目すると、回転軸系では、残差トルクの影響は回転軸の回転速度変動となって現れ、これが洗濯機の振動を引き起こす原因となる。

モータトルクＴＭと負荷トルクＴＬが図１１（ａ）のような関係の場合、回転加速度ｄＮＲ/ｄｔは図１１（ｂ）のようになり、回転加速度の時間積分である回転速度ＮＲは図１１（ｃ）のようになる。

ここで、ロータ位置検出間隔について、図８を用いて説明する。位置信号Ｈｕがハイレベルからローレベルあるいはローレベルからハイレベルへの変化は、電気角１８０度毎であり、位置信号Ｈｖ、Ｈｗも同様である。ここで、位置信号ＨｕとＨｖは、電気角２４０度の位相差で、位置信号ＨｕとＨｗは、電気角１２０度の位相差で変化するため、いずれかの位置信号のレベルの変化は電気角６０度毎に発生し、この発生間隔の時間をロータ位置検出間隔とする。これより、ロータ位置検出部から出力される位置信号は、電気角３６０度中に６個存在し、モータ１回転中では、モータ９の極数が２０極であるので、６０個存在する。

位置信号の発生間隔は回転速度ＮＲに対応しており、回転速度ＮＲが速ければ、ロータ位置検出間隔は短くなり、回転速度ＮＲが遅ければ、ロータ位置検出間隔は長くなる。したがって、図１１（ｄ）のようになる。

そして、図１１に示すように、ロータ位置検出間隔に対応する回転速度は、回転加速度の時間積分によって算出される。この回転加速度は、モータにかかる負荷トルクの増減に応じて変化する。したがって、ロータ位置検出間隔から負荷トルクを推定することができる。負荷トルクは洗濯物の位置に応じて変化するので、ロータ位置検出間隔に基づいて洗濯物の位置を検出することが可能となる。

すなわち、収容物状態検出部は、ロータ位置検出部からの位置信号に基づきモータ９の１回転を複数区間に分割し、区間毎にロータ位置検出間隔を検出して、洗濯物の位置を検出する。分割する区間は、例えば図１１に示す第１〜第３の状態とする。

第３の状態である、ドラム５の回転により持ち上げられた洗濯物が落下するとき、負荷トルクは急激に小さくなって、最小となる。このとき、回転加速度は急上昇して、大きくなるので、回転速度が速くなって、ロータ位置検出間隔が短くなっていく。このように、ロータ位置検出間隔が短くなっていくとき、洗濯物は落下中であると判断できる。また、第１の状態である、洗濯液中に洗濯物があるとき、急激に負荷トルクが大きくなり、その後徐々に小さくなっていく。このとき、回転加速度は低下した後、しばらく変化しない。回転速度は高速になった後、変化しない。ロータ位置検出間隔は、急激に短くなり、その後変化は少なくなる。このように、ロータ位置検出間隔が変化していくとき、洗濯物は洗濯液中を持ち上げられている途中であると判断できる。また、第２の状態である、洗濯物が洗濯液上に持ち上げられたとき、負荷トルクは最大値から徐々に小さくなっていく。このとき、回転加速度は変化なしから徐々に上昇し、回転速度は一旦低下して、徐々に速くなる。ロータ位置検出間隔は、急激に長くなってから徐々に短くなる。このように、ロータ位置検出間隔が変化していくとき、洗濯物は洗濯液上に持ち上げられたと判断できる。

このように、マイコン６４は、ロータ位置検出間隔情報から洗濯物の位置を判断する。そして、負荷トルクの変動に応じてモータトルクを変化させるために、図９に示すように、洗濯物の位置変化に応じてモータ９に供給する正弦波状の印加電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの振幅を制御する。

図１０に示すように、概ね印加電圧Ｅｕの振幅を大きくすると、モータトルクＴＭは大きくなり、概ね印加電圧Ｅｕの振幅を小さくすると、モータトルクＴＭも小さくなる。なお、印加電圧Ｅｖ、Ｅｗについても同様である。

このように、洗濯物の位置変化に応じてモータ９に供給する印加電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの振幅を制御することにより、モータトルクＴＭを負荷トルクＴＬに近づけることが可能となる。すなわち、負荷トルクＴＬが大きいときには、モータトルクＴＭが大きくなるように、印加電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの振幅を大にする。負荷トルクＴＬが小さいときには、モータトルクＴＭが小さくなるように、印加電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの振幅を小にする。

これにより、モータトルクＴＭと負荷トルクＴＬとは、図９（ａ）のような関係となり、残差トルクが小さくなる。したがって、ドラムの回転変動が抑制され、洗濯機の振動を低減できる。このとき、図９（ｂ）に示すように、回転加速度ｄＮＲ/ｄｔの変動も図１１（ｂ）に比べ小さくなる。これに伴い、回転速度ＮＲの変動も図９（ｃ）に示すように、図１１（ｃ）に比べ小さくなる。また、図９（ｄ）に示すように、ロータ位置検出間隔の変動も図１１（ｄ）に比べ小さくなる。しかし、ロータ位置検出間隔の変動は完全にはなくならず、この変動の傾向も変わらないので、ロータ位置検出間隔から引き続き洗濯物の位置を検出して、モータ９を駆動制御することが可能である。

なお、印加電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗを制御する代わりに、モータ９に供給する電流を制御してもよい。洗濯物の位置変化に応じて、モータ９に供給する電流の振幅を大きくしたり小さくしたり制御することにより、モータトルクを大きくしたり小さくしたり変化させることができ、残差トルクを小さくできる。

さらに、モータ９に供給する電流を検出するモータ電流検出部（図示せず）を設ける。モータ電流検出部は、インバータ回路５７とモータ９との間に抵抗を介装して、モータ電流値を検出する。制御部６４は、検出されたモータ電流値に基づき、モータ９に供給する印加電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの振幅最大値を制限する。これにより、モータ９やインバータ回路５７に過大な電流が流れるの防ぎ、モータ９やインバータ回路５７が破壊あるいは劣化することを防止できる。

あるいは、インバータ回路５７に流れる直流電流を検出する直流電流検出部（図示せず）を設ける。直流電流検出部は、インバータ回路５７と整流回路５５との間に抵抗を介装して、インバータ回路５７の直流電流値を検出する。制御部６４は、検出された直流電流値に基づき、モータ９に供給する正弦波状の印加電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗの振幅最大値を制限する。これにより、モータ９やインバータ回路５７に過大な電流が流れるのを防ぎ、モータ９やインバータ回路５７が破壊あるいは劣化することを防止できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。上記実施形態では、収容物状態検出部として、洗濯物の位置検出にロータ位置検出間隔を利用したが、モータに供給する電流を検出するモータ電流検出部を設け、検出されたモータ電流値に基づき、洗濯物の位置を検出してもよい。あるいは、インバータ回路に流れる直流電流を検出する直流電流検出部を設け、検出された直流電流値に基づき、洗濯物の位置を検出してもよい。これらの電流値の振幅の変化周期からロータ位置を推定でき、洗濯物の位置が検出可能となる。

また、収容物状態検出部として、ＣＣＤカメラ、赤外線センサなどの光学素子を用い、画像情報に基づき洗濯物の位置を検出してもよい。さらに、洗濯物の量が多いと、洗濯物が重なったりする場合があり、位置だけでなく洗濯物の分布も負荷トルクに影響する。そこで、上記の光学素子による画像情報から洗濯物の位置や分布といった洗濯物の状態を検出してもよい。そして、この洗濯物の状態変化に応じてモータの駆動制御を行う。

また、本発明のモータ駆動装置は、ドラム式洗濯機以外に、回転容器が縦軸周りに回転する洗濯機やドラム式乾燥機のモータ駆動装置として使用してもよく、さらには回転容器に粉体や粒体を収容して撹拌する撹拌装置のようなモータで回転駆動する電気機器に使用してもよい。

本発明のドラム式洗濯機の斜視図 ドラム式洗濯機の側面断面図 ドラム式洗濯機内部の正面図 ドラム式洗濯機内部の背面図 モータのロータを示す図 モータのステータを示す図 モータ駆動装置を有する制御装置のブロック図 ロータ位置の位置信号に基づくモータへの印加電圧を示す図 洗濯物の状態に応じてモータの駆動制御を行ったときの負荷トルク、モータトルク、回転加速度、回転速度およびロータ位置検出間隔の変化を示す図 モータへの印加電圧とモータトルクとの関係を示す図 洗濯物の状態に応じてモータの駆動制御を行わないときの負荷トルク、モータトルク、回転加速度、回転速度およびロータ位置検出間隔の変化を示す図

符号の説明

２ 制御装置
５ ドラム
９ モータ
５７ インバータ回路
６３ａ
〜６３ｃ ホールセンサ
６４ マイコン

Claims (2)

1. 収容物を収容して、水平軸あるいは傾斜軸周りに回転する回転容器を回転駆動するモータと、前記モータのロータの回転位置を検出するロータ位置検出部と、前記回転容器の回転による遠心力および重力の作用により変化する前記収容物の状態を検出する収容物状態検出部と、前記ロータ位置検出部からの位置信号に基づいて前記モータを駆動制御する制御部とを備え、前記収容物状態検出部は、遠心力の作用により持ち上げられた収容物が重力の作用により落下する状態変化を前記ロータ位置検出部の位置検出信号によるロータ位置検出間隔に基づいて検出し、前記制御部は、前記収容物の状態変化に応じて前記モータに供給する電流あるいは電圧を制御することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 請求項１記載のモータ駆動装置を備えたことを特徴とする洗濯機。

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