JP4398889B2 - Motor drive device and washing machine - Google Patents
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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。 The present invention relates to a motor driving device for rotationally driving a rotating container that contains a stored item, and more particularly to a motor driving device for a washing machine that uses a rotating container as a drum that rotates about a horizontal axis or an inclined axis.
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。
For example,
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。 In this drum type washing machine, washing is performed by rotating the drum containing the laundry in the outer tub in which the washing liquid is stored. At this time, the drum is usually rotated at a low speed of about 50 rpm. The laundry in the drum is lifted onto the washing liquid by the rotation of the drum, and falls toward the washing liquid while being raised due to gravity. In this manner, the laundry is repeatedly lifted and dropped from the washing liquid, and washing is performed.
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)。 The drum is rotated by the motor torque generated by the motor, but the magnitude of the load torque applied to the motor by the laundry varies in one rotation depending on the position of the laundry. As shown in FIG. 11, the load torque becomes the largest while the laundry is being lifted up in the washing liquid (first state in FIG. 11). Thereafter, the laundry is lifted onto the washing liquid and lifted while being stuck to the rotating drum by centrifugal force, so that the load torque decreases (second state in FIG. 11). When the laundry falls due to gravity, the load torque is minimized (third state in FIG. 11).
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。
The speed control means of
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。 In view of the above, the present invention reduces the fluctuation in the rotation speed of the drum by controlling the drive of the motor against the fluctuation in the load torque caused by the change in the state of the laundry accompanying the rotation of the drum, thereby reducing the vibration of the washing machine An object of the present invention is to provide a motor drive device that can suppress the above-described problem.
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。 The present invention includes a motor that rotationally drives a rotating container that contains an object, an object state detector that detects a state of the object that changes as the rotating container rotates, and a state change of the object. And a control unit that drives and controls the motor in accordance with the load torque applied to the motor.
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。 As the rotating container rotates, the state of the contents changes. Here, the state of the contained item is the position of the contained item in the rotating container or the distribution of the contained item such as the overlapping or spreading of the contained items. The rotation of the rotating container fluctuates due to the change in the state of the contents, and the load torque applied to the motor also fluctuates. The rotating container is rotated by motor torque generated by the motor. Therefore, by controlling the driving of the motor in accordance with the change in the state of the contents, the motor torque changes, and the motor torque follows the fluctuation of the load torque. That is, a control part controls the electric current or voltage supplied to a motor so that it may become a motor torque according to load torque. As a result, the torque difference between the two becomes small, and the rotation of the rotating container does not fluctuate.
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。 Specifically, a motor that accommodates an object and rotationally drives a rotating container that rotates around a horizontal axis or an inclined axis, a rotor position detector that detects a rotational position of the rotor of the motor, and the rotor position detection And a control unit that drives and controls the motor based on a position signal from the control unit, and a storage object state detection unit that detects the state of the storage object that is changed by the action of centrifugal force and gravity due to rotation of the rotating container is provided. The control unit controls a current or a voltage supplied to the motor in accordance with a change in the state of the contents. At this time, the rotation of the rotating container is rotationally driven at a predetermined rotational speed such that the centrifugal force acting on the container is smaller than the gravity, and the container falls while rising as the rotating container rotates.
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。 Here, the storage object state detection unit detects a change in the state of the storage object based on the rotor position detection interval based on the position signal of the rotor position detection unit. The interval between the position signals output when the rotor position is detected from the rotor position detector corresponds to the rotational speed of the rotating container, and the change in the rotational speed corresponds to the variation in the load torque. Since the variation of the load torque is caused by the change in the state of the contained item, the change in the state of the contained item can be detected by detecting the rotor position detection interval. Therefore, it is possible to detect a change in the state of the stored object using the existing rotor position detecting unit without providing the stored object state detecting unit.
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。 The rotor position detection unit includes a plurality of Hall sensors that respectively output position signals based on the rotational position of the rotor. The motor is a brushless motor including a rotor having a permanent magnet and a stator around which a three-phase winding is wound. The motor rotates the rotary container by a direct drive method. Thus, by using a brushless motor, it is possible to operate more efficiently than the induction motor and to control the motor torque with high accuracy. By adopting the direct drive method, it is possible to accurately detect the change in the state of the contained item from the rotor position detection interval without time delay, and to transmit the motor torque to the rotating container.
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。 A motor current detection unit that detects a current supplied to the motor is provided, and the control unit limits a maximum value of at least one of the current and voltage supplied to the motor based on the detected motor current value. Alternatively, an inverter unit that applies the drive voltage determined by the control unit to the motor and a DC current detection unit that detects a DC current flowing through the inverter unit are provided, and the control unit sets the detected DC current value to Based on this, the maximum value of at least one of the current and voltage supplied to the motor is limited. As a result, it is possible to prevent the motor from being destroyed or deteriorated due to an excessive current flowing through the motor.
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。 Here, by applying the motor driving device described above to a washing machine that stores laundry as a container in a drum that is a rotating container, the rotational speed fluctuation of the drum is reduced by performing motor drive control, Vibration of the washing machine is suppressed.
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。 According to the present invention, by controlling the drive of the motor in accordance with the change in the state of the container, the torque difference between the load torque and the motor torque that fluctuate due to the change in the state of the container can be reduced. Variations in the rotational speed of the rotating container can be reduced. Therefore, vibration can be suppressed and generation of noise can be reduced by applying to drive control of a motor in an electric device such as a washing machine.
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。
The drum type washing machine of this embodiment is shown in FIGS. As shown in FIG. 1, an opening / closing
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。
As shown in FIG. 2, a bottomed
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。
An
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。
The
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。
As shown in FIG. 2, a
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。
A
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。
The rotor 9b of the
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。
A stator 9c provided in the motor cover 9a is shown in FIG. The stator 9c has 24 poles, and the stator core 73 is formed of laminated steel plates in the same manner as the
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。
The
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。
In the drum type washing machine of the present embodiment, a direct drive system in which the
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。
A small hole 5 a is provided in the entire peripheral wall of the
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。
A liquid balancer 5d is provided on the outer peripheral edge of the opening 5c on the front surface of the
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。
The rotation axis yy of the
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。
A packing 10 made of an elastic material such as rubber or resin is attached to the periphery of the laundry input port 1a and the opening 4a of the
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。
A
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。
The
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。
A
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。
And the
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。
The EEPROM 65, which is a non-volatile memory, stores programs such as the contents of operations in each process such as washing, rinsing, and dehydration, and the execution order of the processes (that is, the processing course). The
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。
When a signal such as a laundry reservation is input from the
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。
Here, the
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。
The AC voltage output from the
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。
The DC voltage rectified by the rectifier circuit 55 is smoothed by the smoothing capacitors 56a and 56b. The positive polarity side of the capacitor 56 a is connected to the positive output terminal of the rectifier circuit 55. The negative polarity side of the capacitor 56 a and the positive polarity side of the capacitor 56 b are connected to the side of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Here, feedback control performed when the
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。
The
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。
Further, as shown in FIG. 8B, the
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。 When the V phase is used as a reference, the applied voltage Eu delayed in phase by 120 ° with respect to the applied voltage Ev is applied to the U-phase stator winding Lu, and the applied voltage Ew delayed by 240 ° is applied to the W-phase stator. When applied to each of the windings Lw and the W phase is used as a reference, an applied voltage Eu delayed in phase by 240 ° with respect to the applied voltage Ew is applied to the U-phase stator winding Lu by 120 ° in phase. A voltage Ev is applied to each V-phase stator winding Lv.
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。
Although the
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。
The motor drive device detects the state of the laundry accommodated in the
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。
The reason why the position of the laundry can be estimated from the rotor position detection interval information based on the position signal of the rotor position detection unit will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 11 is a case where the drive control of the
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)。
The load torque becomes the largest while the laundry is being lifted up in the washing liquid (first state), and then the laundry is lifted onto the washing liquid and stuck to the
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。 Here, assuming that the moment of inertia JR of the rotating shaft system, the rotational speed NR of the rotating shaft system, and the residual torque ΔT, the equation of motion at this time is shown as follows.
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。
JR · (dNR / dt) = TM−TL = ΔT (1)
When attention is paid to the expression (1), in the rotating shaft system, the influence of the residual torque appears as the rotational speed fluctuation of the rotating shaft, which causes the washing machine to vibrate.
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。 When the motor torque TM and the load torque TL are in the relationship as shown in FIG. 11A, the rotational acceleration dNR / dt is as shown in FIG. 11B, and the rotational speed NR, which is the time integral of the rotational acceleration, is shown in FIG. c).
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。
Here, the rotor position detection interval will be described with reference to FIG. The change of the position signal Hu from the high level to the low level or from the low level to the high level is every electrical angle of 180 degrees, and the position signals Hv and Hw are the same. Here, since the position signals Hu and Hv change with a phase difference of an electrical angle of 240 degrees and the position signals Hu and Hw change with a phase difference of an electrical angle of 120 degrees, the change in the level of any position signal is an electrical angle. It occurs every 60 degrees, and this occurrence interval time is taken as the rotor position detection interval. Accordingly, there are six position signals output from the rotor position detection unit in an electrical angle of 360 degrees, and there are 60 position signals because the number of poles of the
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。 The position signal generation interval corresponds to the rotational speed NR. When the rotational speed NR is high, the rotor position detection interval is short, and when the rotational speed NR is slow, the rotor position detection interval is long. Therefore, it becomes as shown in FIG.
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。 As shown in FIG. 11, the rotational speed corresponding to the rotor position detection interval is calculated by time integration of the rotational acceleration. This rotational acceleration changes according to the increase or decrease of the load torque applied to the motor. Therefore, the load torque can be estimated from the rotor position detection interval. Since the load torque changes according to the position of the laundry, the position of the laundry can be detected based on the rotor position detection interval.
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。
That is, the container state detection unit divides one rotation of the
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。
When the laundry lifted by the rotation of the
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。
As described above, the
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。 As shown in FIG. 10, when the amplitude of the applied voltage Eu is substantially increased, the motor torque TM is increased, and when the amplitude of the applied voltage Eu is decreased, the motor torque TM is also decreased. The same applies to the applied voltages Ev and Ew.
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。
As described above, by controlling the amplitudes of the applied voltages Eu, Ev, and Ew supplied to the
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。
As a result, the motor torque TM and the load torque TL have a relationship as shown in FIG. 9A, and the residual torque becomes small. Therefore, the rotation fluctuation of the drum is suppressed, and the vibration of the washing machine can be reduced. At this time, as shown in FIG. 9B, the fluctuation of the rotational acceleration dNR / dt is also smaller than that in FIG. Along with this, as shown in FIG. 9C, the fluctuation of the rotational speed NR also becomes smaller than that in FIG. Further, as shown in FIG. 9 (d), the fluctuation of the rotor position detection interval is also smaller than that in FIG. 11 (d). However, the fluctuation of the rotor position detection interval does not completely disappear, and the tendency of this fluctuation does not change. Therefore, the position of the laundry can be detected continuously from the rotor position detection interval, and the
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。
Note that the current supplied to the
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。
Further, a motor current detection unit (not shown) that detects a current supplied to the
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。
Alternatively, a direct current detection unit (not shown) for detecting a direct current flowing through the
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。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, many corrections and changes can be added to the said embodiment within the scope of the present invention. In the embodiment described above, the rotor position detection interval is used for the laundry position detection as the stored item state detection unit. However, a motor current detection unit that detects a current to be supplied to the motor is provided, and based on the detected motor current value. The position of the laundry may be detected. Or you may provide the direct current detection part which detects the direct current which flows into an inverter circuit, and may detect the position of the laundry based on the detected direct current value. The rotor position can be estimated from the change period of the amplitude of these current values, and the position of the laundry can be detected.
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。 In addition, as the container state detection unit, an optical element such as a CCD camera or an infrared sensor may be used to detect the position of the laundry based on the image information. Furthermore, if the amount of laundry is large, the laundry may overlap, and not only the position but also the distribution of the laundry affects the load torque. Therefore, the laundry state such as the position and distribution of the laundry may be detected from the image information obtained by the optical element. And the drive control of a motor is performed according to the state change of this laundry.
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。 In addition to the drum type washing machine, the motor drive device of the present invention may be used as a motor drive unit for a washing machine or a drum type dryer in which a rotating container rotates around a vertical axis. You may use for the electric equipment rotated and driven with a motor like the stirring apparatus which accommodates and stirs a body and a granule.
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
2
~
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