JP4406176B2

JP4406176B2 - Washing machine

Info

Publication number: JP4406176B2
Application number: JP2001172506A
Authority: JP
Inventors: 強志細糸; 俊雅田中; 道明伊藤; 嘉幸牧野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2021-06-07
Also published as: JP2002360970A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗濯運転を行うために必要な諸量について検知（センシング）を行う洗濯機に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
洗濯機の回転槽内における洗濯物の分布状態に偏りがあると、脱水運転を行う場合に大きな振動が発生し易くなる。そのような振動が発生した場合に運転を停止させるため、脱水運転の開始時に洗濯物の分布状態に偏りがあるか否かを検知する（布アンバランス検知）洗濯機がある。そして、従来の洗濯機で布アンバランス検知を行う場合は、回転槽を、異常な振動が発生し易いと推定される所定の回転数に維持しようとした時に、振動の発生に伴って実際の回転数にばらつきが生じるか否かで判断していた。
【０００３】
しかしながら、実際に異常振動が発生する回転数は、洗濯機の構造や洗濯物量や分布状態の偏り方等によってある程度の幅を有している。そのため、従来の検知方式では、布アンバランス検知時における所定回転数では異常振動が発生せず回転数にばらつきが生じないため検出ができない場合があった。更に、異常振動が発生しても、その振動振幅が所定値以上に大きくならないと実際の回転数にばらつきが生じないため、検知に時間を要するという問題があった。
【０００４】
また、洗濯機には、洗濯運転の開始時に洗濯物の量を自動的に検知して（負荷量検知）回転槽内への注水量を決定したり、洗濯時における水流の強さを調整するものがあり、従来は、例えば運転の開始前に一定電圧でモータを駆動して回転槽を回転させた後に空転させて、その空転状態の持続時間で負荷量検知を行っている。
【０００５】
しかしながら、斯様な検知方式では、回転槽を空転させる場合にモータに対する通電を停止させることになる。従って、モータの通電電流に基づいて回転数等を検出するいわゆるセンサレス駆動方式を採用している場合には、空転時の回転数が検知し難くなってしまうため、そのまま適用することには問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、脱水運転開始前における布アンバランス検知をより早く且つ正確に行うことができる洗濯機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の洗濯機は、内底部に撹拌体が配設される回転槽をダイレクトドライブ方式により駆動することで、脱水運転を行うための回転駆動力を発生させるブラシレスモータと、
このモータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記モータをベクトル制御することで、当該モータの発生トルクを制御するトルク制御手段と、
このトルク制御手段がベクトル制御を行うために算出した前記モータのｑ軸電流に基づいて、脱水運転時に発生する回転槽の異常振動を検出する異常振動検出手段とを備える。
【０００８】
ベクトル制御によってモータを駆動する場合には、トルク制御手段において目標速度指令に応じた電流指令が生成され、その電流指令は、２次側の回転座標系（ｄ，ｑ）で表現されるｄ軸電流成分，ｑ軸電流成分に変換される。その時、電流検出手段によって検出されたモータに実際に流れる電流についても、前記電流指令を生成するためｄ軸電流，ｑ軸電流に変換が行われる。
【０００９】
この場合、後者のｑ軸電流はモータの発生トルクを直接反映した電流となっており、モータのトルクが変動した場合、その変動はｑ軸電流の変動として直接現れる。従って、従来の検出方式とは異なり、検出を行うモータの回転数に幅を持たせることができると共に回転槽内におけるアンバランスの発生態様が異なる場合であっても異常振動の発生を確実に検出することができる。また、回転数ではなくトルクの変動を直接検出することになるため、早期に検出を行うことができる。
【００１０】
そして、回転槽を、外箱内に防振機構を介して弾性支持し、異常振動検出手段を、脱水工程を開始した場合、前記回転槽を中心とする振動系の固有振動数に対応するモータの回転数付近において、前記ｑ軸電流に基づいて前記異常振動の発生を判断するように構成する。即ち、モータの回転数が上記振動系の固有振動数付近に達していると、構造的に回転槽の異常振動が発生し易い。従って、その付近で異常振動を検出すれば検出精度を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。まず、図３は、全自動洗濯機１１の全体構成を示す縦断面図である。すなわち、全体として矩形状をなす外箱１２内には、水受槽１３が、４組（１組のみ図示）の防振機構１４を介して弾性支持されている。この場合、防振機構１４は、上端が外箱１２内において上方に係止された吊り棒１４ａと、その吊り棒１４ａの他端側に取り付けられた振動減衰用のダンパー１４ｂとを含んで構成されている。これらの防振機構１４を介して水受槽１３が弾性支持されることにより、洗濯運転時に発生する振動が外箱１２に極力伝達されないようにしている。
【００１４】
上記水受槽１３内には、洗濯槽兼脱水槽用の回転槽１５が配設されており、この回転槽１５の内底部には、撹拌体（パルセータ）１６が配設されている。上記回転槽１５は、槽本体１５ａと、この槽本体１５ａの内側に設けられた内筒１５ｂと、これらの上端部に設けられたバランスリング１５ｃとから構成されている。そして、この回転槽１５が回転されると、内部の水を回転遠心力により揚水して槽本体１５ａの上部の脱水孔１５ｄから水受槽１３内に放出するようになっている。
【００１５】
また、回転槽１５の底部には、通水口１７が形成されており、この通水口１７は、排水通路１７ａを通して排水口１８に連通されている。そして、排水口１８には、排水弁１９を備えた排水路２０が接続されている。従って、排水弁１９を閉塞した状態で回転槽１５内に給水すると、回転槽１５内に水が貯溜され、排水弁１９を開放すると、回転槽１５内の水は排水通路１７ａ、排水口１８および排水路２０を通じて排出されるようになっている。
【００１６】
水受槽１３の底部には、補助排水口１８ａが形成されており、この補助排水口１８ａは、図示しない連結ホースを介し前記排水弁１９をバイパスして前記排水路２０に接続され、前記回転槽１５が回転したときに、その上部から水受槽１３内に放出された水を排出するようになっている。
【００１７】
また、前記水受槽１３の外底部には、機構部ハウジング２１が取付けられており、この機構部ハウジング２１には、中空の槽軸２２が回転自在に設けられ、この槽軸２２には、回転槽１５が連結されている。また、槽軸２２の内部には、撹拌軸２３が回転自在に設けられており、この撹拌軸２３の上端部には、撹拌体１６が連結されている。そして、撹拌軸２３の下端部は、モータとしてのアウタロータ形のブラシレスモータ２４のロータ２４ａに連結されている。このブラシレスモータ２４は、洗い時には、撹拌体１６を直接正逆回転駆動するようになっている。
【００１８】
また、ブラシレスモータ２４は、脱水時には、図示しないクラッチにより槽軸１２と撹拌軸１３とが連結された状態で、回転槽１５および撹拌体１６を一方向に直接回転駆動するようになっている。従って、本実施例では、ブラシレスモータ２４の回転速度は、洗い時には撹拌体１６のそれと同一になり、脱水時には回転槽１５および撹拌体１６のそれと同一になる、いわゆる、ダイレクトドライブ方式が採用されている。
【００１９】
図１は、洗濯機１１の制御系の構成を示す機能ブロック図である。尚、図１において、（α，β）は、三相ブラシレスモータ２４の各相に対応する電気角１２０度間隔の三相（ＵＶＷ）座標系を直交変換した直交座標系を示し、（ｄ，ｑ）は、ブラシレスモータ２４のロータ２４ａの回転に伴って回転している２次磁束の座標系を示すものである。
【００２０】
減算器２５には、目標速度指令ωref が被減算値として、エスティメータ２６によって検出されたブラシレスモータ２４の検出速度ωが減算値として与えられている。目標速度指令ωref は、洗濯機１１の運転全般を制御する制御用のマイクロコンピュータ（マイコン，異常振動検出手段，負荷量検出手段）４６より出力されるものである。そして、減算器２５の減算結果は、速度ＰＩ制御部２７に与えられている。
【００２１】
速度ＰＩ制御部２７は、目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとを生成して減算器２８，２９に被減算値として夫々出力する。尚、洗いまたは濯ぎ運転時におけるｄ軸電流指令値Ｉdrefは“０”に設定され、脱水運転時には、弱め界磁制御を行うためｄ軸電流指令値Ｉdrefは所定値に設定される。減算器２８，２９には、αβ／ｄｑ変換部３０より出力されるｑ軸電流値Ｉｑ，ｄ軸電流値Ｉｄが減算値として夫々与えられており、減算結果は、電流ＰＩ制御部３１ｑ，３１ｄに夫々与えられている。
【００２２】
電流ＰＩ制御部３１ｑ，３１ｄは、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとの差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ及びｄ軸電圧指令値Ｖｄを生成してｄｑ／αβ変換部３２に出力する。ｄｑ／αβ変換部３２には、エスティメータ２６によって検出されたブラシレスモータ２４における２次磁束の回転位相角θが与えられており、その回転位相角θに基づいて電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを電圧指令値Ｖα，Ｖβに変換するようになっている。
【００２３】
ｄｑ／αβ変換部３２が出力する電圧指令値Ｖα，Ｖβは、αβ／ＵＶＷ変換部３３に与えられている。αβ／ＵＶＷ変換部３３は、電圧指令値Ｖα，Ｖβを三相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換して出力する。電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、切換えスイッチ３４ｕ，３４ｖ，３４ｗの一方の固定接点３４ｕａ，３４ｖａ，３４ｗａに与えられており、他方の固定接点３４ｕｂ，３４ｖｂ，３４ｗｂには、初期パターン出力部３５によって出力される起動用の電圧指令値Ｖus，Ｖvs，Ｖwsが与えられている。そして、切換えスイッチ３４ｕ，３４ｖ，３４ｗの可動接点３４ｕｃ，３４ｖｃ，３４ｗｃは、ＰＷＭ形成部３６の入力端子に接続されている。
【００２４】
ＰＷＭ形成部３６は、電圧指令値Ｖus，Ｖvs，Ｖwsに基づいて１６ｋＨｚの搬送波（三角波）を変調した各相のＰＷＭ信号Ｖup(+,-) ，Ｖvp(+,-) ，Ｖwp(+,-) をインバータ回路３７に出力するようになっている。ＰＷＭ信号Ｖup〜Ｖwpは、例えばモータ２４の各相巻線２４ｕ，２４ｖ，２４ｗ（図２参照）に正弦波状の電流が通電されるように正弦波に基づいた電圧振幅に対応するパルス幅の信号として出力される。
【００２５】
インバータ回路３７は、図２に示すように、６個のＩＧＢＴ３８ａ〜３８ｆを三相ブリッジ接続して構成されており、下アーム側のＩＧＢＴ３８ｄ，３８ｅのエミッタは、夫々電流検出用のシャント抵抗（電流検出手段）３９ｕ，３９ｖを介してグランドに接続されている。また、両者の共通接続点は、増幅・バイアス回路４０ｕ，４０ｖを介してＡ／Ｄ変換部４１に接続されている。尚、シャント抵抗３９の抵抗値は０．１Ω程度である。
【００２６】
増幅・バイアス回路４０はオペアンプなどを含んで構成されており、シャント抵抗３９の端子電圧を増幅すると共にその増幅信号の出力範囲が正側に収まるように（例えば、０〜＋５Ｖ）バイアスを与えるようになっている。また、増幅・バイアス回路４０ｕ，４０ｖの出力端子は、ダイオード４２ｕ，４２ｖを介して過電流検出部４３の入力端子に共通に接続されている。
【００２７】
また、インバータ回路３７には、１００Ｖの交流電源４８を、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路４９及び直列接続された２個のコンデンサ５０ａ，５０ｂにより倍電圧全波整流した約２８０Ｖの直流電圧が印加されるようになっている。
【００２８】
再び図１を参照して、Ａ／Ｄ変換部４１は、増幅・バイアス回路４０ｕ，４０ｖの出力信号をＡ／Ｄ変換した電流データＩｕ，ＩｖをＵＶＷ／αβ変換部４４に出力する。ＵＶＷ／αβ変換部４４は、電流データＩｕ，ＩｖからＷ相の電流データＩｗを推定し、三相の電流データＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗを（１）式に従って直交座標系の２軸電流データＩα，Ｉβに変換する。
【数１】

そして、２軸電流データＩα，Ｉβをαβ／ｄｑ変換部３０に出力する。
【００２９】
αβ／ｄｑ変換部３０は、ベクトル制御時にはエスティメータ２６よりモータ２４のロータ位置角θを得ることで、（２）式に従って２軸電流データＩα，Ｉβを回転座標系（ｄ，ｑ）上のｄ軸電流値Ｉｄ，ｑ軸電流値Ｉｑに変換する。
【数２】

そして、ｄ軸電流値Ｉｄ，ｑ軸電流値Ｉｑを前述したようにエスティメータ２６及び減算器２８，２９に出力するようになっている。
【００３０】
エスティメータ２６は、ｄ軸電流値Ｉｄ，ｑ軸電流値Ｉｑに基づいてロータ２４ａ位置角θ及び回転速度ωを推定し、各部に出力する。ここで、モータ２４は、起動時には初期パターン出力部３５によって直流励磁が行われてロータ２４ａの回転位置が初期化された後、起動パターンが印加され強制転流が行われる。この起動パターンの印加による強制転流時においては、位置角θは推定するまでもなく明らかである。そして、αβ／ｄｑ変換部３０は、ベクトル制御が開始される直前において初期パターン出力部３５より得られる位置角θinitを初期値として、電流値Ｉｄ，Ｉｑを演算して出力する。
【００３１】
ベクトル制御の開始以降は、エスティメータ２６が起動されてロータ２４ａ位置角θ及び回転速度ωが推定される。この場合、エスティメータ２６がαβ／ｄｑ変換部３０に出力するロータ位置角θn とすると、エスティメータ２６は、電流値Ｉｄ，Ｉｑに基づいてベクトル演算により推定したロータ位置角θn-1 とその一周期前に推定したロータ位置角θn-2 との相関に基づいてロータ位置角θn を推定するようになっている。
【００３２】
尚、以上の構成において、インバータ回路３７，増幅・バイアス回路４０，ダイオード４２及び過電流検出部４３を除く構成は、主にＤＳＰ（Digital Signal Processor，トルク制御手段）４５のソフトウエアによって実現されている機能である。また、ＤＳＰ４５にベクトル制御を開始させたり目標速度指令ωref を与えることは、制御用マイコン４６によって行われる。
【００３３】
また、本実施例では、モータ２４を起動する場合、後述するように、ベクトル制御の開始前に従来構成と同様のＰＩ制御を一時的に行うようになっている。そのため、図２１に示す構成のＰＩ制御部１，ＵＶＷ変換部３を並列に備えており、実際には、ＵＶＷ変換部３より出力される電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗについても切換えスイッチ３４部分で切り替えてＰＷＭ形成部３６に出力することができるようになっている。
【００３４】
次に、本実施例の作用について図４乃至図１１をも参照して説明する。図４は、主に制御用マイコン４６による概略的な制御内容を示すフローチャートである。制御用マイコン４６は、例えば洗い運転を開始させる場合に前述した起動処理を行う（ステップＳ１）。即ち、切替えスイッチ３４ｕ〜３４ｗの可動接点３４ｕｃ〜３４ｗｃを固定接点３４ｕｂ〜３４ｗｂに接続して初期パターン出力部３５により直流励磁を行わせ、ロータ２４ａの回転位置を初期化させてから電圧指令値Ｖus〜Ｖwsをインバータ回路３７に与えてモータ２４を強制転流させる（ステップＳ２）。すると、モータ２４は回転を開始して、回転速度は徐々に上昇する。
【００３５】
それから、制御用マイコン４６は、例えば、初期パターン出力部３５によって与えられる検知信号によりモータ２４の回転数が２０ｒｐｍに達したと判断すると（ステップＳ３，「ＹＥＳ」）、切替えスイッチ３４ｕ〜３４ｗの可動接点３４ｕｃ〜３４ｗｃを固定接点３４ｕａ〜３４ｗａに接続するように切り替えると共に目標速度指令ωref の出力を開始し、従来と同様の構成による電圧制御（ＰＩ制御）を行う（ステップＳ４）。即ち、回転速度が比較的低い領域では、ベクトル制御を高精度で行うことが困難となるからである。
【００３６】
続いて、制御用マイコン４６は、エスティメータ２６より与えられる回転速度ωを参照してモータ２４の回転数が６０ｒｐｍに達したと判断すると（ステップＳ５，「ＹＥＳ」）、ベクトル制御を開始させる（ステップＳ６）。その後は、運転停止の指示があるまで運転を継続する（ステップＳ７）。
【００３７】
以下、ステップＳ６以降におけるベクトル制御について処理の流れを説明する。ＰＷＭ形成部３６は、内部のアップダウンカウンタ（図示せず）のカウンタ出力によって１６ｋＨｚのＰＷＭ搬送波を生成しており、そのカウンタ値が“０”，即ち三角波の谷に達した時点で変換タイミング信号をＡ／Ｄ変換部４３に出力するようになっている（図５参照）。
【００３８】
図５に示すように、ＰＷＭ形成部３６は、αβ／ＵＶＷ変換部３３が出力する電圧指令値Ｖｕ〜ＶｗとＰＷＭ搬送波とのレベルを比較して、後者のレベルが前者を上回っている期間に上アーム側のＩＧＢＴ３８ａ〜３８ｃがオンするようにＰＷＭ信号Ｖup〜Ｖwpを出力する。そして、下アーム側のＩＧＢＴ３８ｄ〜３８ｆは、上アーム側のＩＧＢＴ３８ａ〜３８ｃがオフしている期間にデッドタイムを挟んでオンされるようになっている。
【００３９】
また、図６には、モータ２４の相電流の反転ＩMINVとシャント抵抗３９に流れる電流ＩSR及び相電圧との関係を示す波形図である。即ち、電流ＩSRが流れる期間は、下アーム側のＩＧＢＴ３８がオンして相電圧が０Ｖを示す場合である。従って、三角波の谷は、下アーム側のＩＧＢＴ３８ｄ〜３８ｆがオンしている期間の中間位相を示すことになる。つまり、Ａ／Ｄ変換部４３が、ＰＷＭ形成部３６内部のカウンタ値“０”の時点でＡ／Ｄ変換を行うようにすれば、インバータ回路３７の下アーム側に流れる相電流を確実にサンプリングすることができる。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換部４３によりＡ／Ｄ変換された電流値Ｉｕ，Ｉｖは、推定された電流値Ｉｗと共にＵＶＷ／αβ変換部４４，αβ／ｄｑ変換部３０を介すことで２軸電流データＩα，Ｉβ，→Ｉｄ，Ｉｑに変換され、エスティメータ２６及び減算器２８，２９に出力され、エスティメータ２６によって位置角θ及び回転速度ωが推定される。尚、電流Ｉｑは、モータ２４の２次磁束の方向に対して垂直となる方向に流れる電流であり、トルクの発生に寄与する電流成分である。一方、電流Ｉｄは、２次磁束の方向に対して水平となる方向に流れる電流であり、トルクの発生には寄与しない電流成分である。
【００４１】
そして、速度ＰＩ制御部２７は、制御用マイコン４６より与えられる目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量に基づいてｑ軸，ｄ軸電流指令値Ｉqref，Ｉdrefを出力し、電流ＰＩ制御部３１ｑ，３１ｄは、指令値Ｉqref，Ｉdrefと検出された電流値Ｉｑ，Ｉｄとの差分に基づいて電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄを出力する。電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄは、ｄｑ／αβ変換部３２，αβ／ＵＶＷ変換部３３を介して電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換されてＰＷＭ形成部３６に出力され、ＰＷＭ形成部３６がインバータ回路３７にＰＷＭ信号Ｖup〜Ｖwpを出力する。すると、モータ２４の各相巻線２４ｕ〜２４ｗに通電が行われる。
【００４２】
ここで、図７は、回転槽１５を２５０ｒｐｍで回転させた場合に回転速度が変動する状態を示すものであり、（ａ）は本実施例の構成による場合、（ｂ）は従来構成による場合を示す。円の直径方向は回転速度の大きさ（２５０ｒｐｍを注として±３ｒｐｍ）を表し、周方向は回転槽１５の回転位置を表している。尚、（洗濯物＋水分）に相当する負荷として１６ｋｇのウエイトを回転槽１５内に配置している。また、回転槽１５の上端部，下端部には、夫々４００ｇ，３００ｇの流体バランサを配置している。
【００４３】
図７（ｂ）に示す従来構成の場合は、回転変動に回転角と連動した周期性を有しており、特定の回転位置について大きく偏るように回転変動が発生している（最大変動差は６ｒｐｍ程度）。これに対して、図７（ａ）に示す本実施例の構成による場合、回転速度は回転位置の全般に渡って略２５０ｒｐｍとなっている（最大変動差は１ｒｐｍ程度）。即ち、本実施例の構成により回転変動が効果的に抑制されていることが明らかである。
【００４４】
図８は、洗い工程を開始した場合に、制御用マイコン４６がステップＳ６のベクトル制御を開始した後に行う布量検知の処理内容を示すフローチャートである。制御用マイコン４６は、先ず、モータ２４（撹拌体１６）を１００ｒｐｍで３秒間回転させて（ステップＡ１）、その間に適当な間隔（例えば、８ｋＨｚ）でｑ軸電流のサンプリングを行う（ステップＡ２）。そして、ステップＡ２でサンプリングしたｑ軸電流について３秒間の平均値を計算し（ステップＡ３）、その平均値に基づいて布量判定を行う（ステップＡ４）。
【００４５】
ここで、図９は、本発明の発明者らが測定したｑ軸電流と布量との関係を示す図である。布量判定は、以下の表１をＲＯＭテーブルとして保持しておき、そのテーブルを参照することで行う。
【表１】

例えば、平均電流値が２．５Ａであれば布量を５ｋｇと判定し、その布量に応じて給水量や洗剤投入量などを設定する。布量を判定した後は通常の洗い工程を実行する。尚、洗い工程及びすすぎ工程では、ｄ軸電流指令値は“０”に設定される。
【００４６】
また、図１０は、脱水工程を開始した場合に、制御用マイコン４６がベクトル制御を開始した後に行う異常振動検知の処理内容を示すフローチャートである。制御用マイコン４６は、先ず、モータ２４（回転槽１５）の回転数が１８０ｒｐｍ〜３００ｒｐｍの範囲内に達するまで待機し（ステップＢ１）、前記範囲内に達すると（「ＹＥＳ」）その時点でのｑ軸電流が３００ｍＡ以上あるか否かを判断する（ステップＢ２）。
【００４７】
ここで、図１１は、本発明の発明者らが測定した脱水運転時におけるｑ軸電流と回転槽１５の回転数との関係を示し、回転槽１５にアンバランス用のウエイト（５００ｇ）を配置した場合と、そのウエイトを配置しない場合とを比較したものである。この図において、凡そ１８０ｒｐｍ〜４００ｒｐｍの回転数範囲では“ウエイトなし”の場合のｑ軸電流は２００ｍＡ程度である。これに対して、“ウエイトあり”でアンバランス状態にある場合は、同じ回転数範囲におけるｑ軸電流は増加する傾向にあり、最大で２倍以上となっている。
【００４８】
即ち、上記の回転数範囲は、回転槽１５が、外箱１２内に防振機構１４を介して弾性支持される構成であり、その回転槽１５を中心とする振動系の共振周波数（３Ｈｚ〜５Ｈｚ）に対応しており、異常振動が現れやすい回転数範囲となっている。
【００４９】
従って、ステップＢ２では、ｑ軸電流３００ｍＡをしきい値として、３００ｍＡ未満の場合は（「ＮＯ」）アンバランスなしと判断し、脱水運転の最高回転数を８９０ｒｐｍに設定する（ステップＢ３）。一方、ステップＢ２において、ｑ軸電流が３００ｍＡ以上の場合は（「ＹＥＳ」）アンバランスありと判断するが、更にｑ軸電流が３５０ｍＡ以上であるか否かを判断し（ステップＢ４）、３５０ｍＡ未満の場合は（「ＮＯ」）脱水運転の最高回転数を８００ｒｐｍに制限する（ステップＢ５）。
【００５０】
そして、ステップＢ４においてｑ軸電流が３５０ｍＡ以上である場合は（「ＹＥＳ」）アンバランスが極めて大きいと判断し、脱水運転を停止させる（ステップＢ６）。この場合は、例えば回転槽１５内に再度注水を行うなどしてバランス補正を行った後、脱水運転を再試行する。尚、脱水工程では、モータ２４に弱め界磁制御を行うためにｄ軸電流指令値は“０”でない所定値に設定される。
【００５１】
以上のように本実施例によれば、全自動洗濯機１１において洗い，すすぎ及び脱水運転を行うための回転駆動力を発生させるモータ２４に流れる電流を検出し、検出した電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいてモータ２４をＤＳＰ４５により制御周期１ｍ秒でベクトル制御することで、発生トルクが洗い，すすぎ運転と脱水運転との夫々について最適となるように制御する構成とした。
【００５２】
即ち、ベクトル制御によりｑ軸電流に比例させてモータ２４のトルクを直接制御することができるので、従来の制御方式よりも応答性を高めて運転時に発生しようとする周期の短い振動成分を効果的に抑制でき、騒音や振動を効果的に低減することが可能となる。従って、洗濯機１１の外箱を小形に構成することができ、また、モータ２４の無駄な駆動力を減らすことによって省エネルギ効果を得ることもでき、洗浄力を向上させることが可能である。
【００５３】
そして、センサレス駆動方式を採用した場合でも、モータ２４の発生トルクを直接反映したｑ軸電流に基づいて回転槽１５内の布量を精度良く検出することができ、従来とは異なり、回転槽１５を空転させる必要がないので、短時間で検出を行うことができる。
【００５４】
また、ｑ軸電流に基づいて脱水運転時に発生する異常振動を検出するので、従来の方式とは異なり、検出を行うモータ２４の回転数に幅を持たせることができると共に回転槽１５内におけるアンバランスの発生態様が異なる場合であっても異常振動を確実に検出することができる。また、回転数ではなくトルクの変動を直接検出することになるためより早期に検出を行うことができ、アンバランスによる異常振動の振幅が大きくなる前に運転を停止したり回転数を低下させるなどの対処を行うことが可能となる。
【００５５】
この場合、回転槽１５が、外箱１２内に防振機構１４を介して弾性支持される構成であることから定まる振動系の共振周波数を含む回転数範囲で異常振動を検出するので、振動の発生を容易に検出することができ、検出精度を向上させることが可能となる。
【００５６】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
布量検知は所定量の注水を行った後に行っても良く、前記注水の前後に夫々行った結果から洗剤投入量や給水量を補正したり、後者の結果から洗い時間，すすぎ時間を決定するようにしても良い。
判定に用いるモータの回転数やｑ軸電流の値は、個別の設計に応じて最適となるように変更して実施すれば良い。
洗い工程における布量検知と、脱水工程における異常振動検知との何れか一方だけを行うようにしても良い。
【００５７】
ｑ軸電流に基づいて布量を検知する以外に、以下の検知を行う場合に適用することも考えられる。
・布質検知：洗濯物の布質を検知して洗濯コースを自動設定する。
・スプラッシュ検知：回転槽１５内の水量が少ない場合に水はねが発生することを防止する。
・ほぐし検知：回転槽１５内の布のほぐれ度合いを検知して、脱水時にアンバランスが発生することを防止する。
・腰振り検知：回転槽１５が上下方向に共振して大きな異常音や洗濯機１１本体が移動することを防止する。
・泡検知：脱水時に発生する泡の量を検知して、脱水動作を妨げることを防止する。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の洗濯機によれば、トルク制御手段がベクトル制御によってブラシレスモータを駆動するために算出したモータの発生トルクを直接反映したｑ軸電流を参照して、脱水運転時に発生する回転変動、即ち異常振動を検出するので、従来の検出方式とは異なり、検出を行うモータの回転数に幅を持たせることができると共に回転槽内におけるアンバランスの発生態様が異なる場合であっても異常振動を確実に検出することができる。また、回転数ではなくトルクの変動を直接検出することになるため、より早期に検出を行うことができる。
そして、回転槽を、外箱内に防振機構を介して弾性支持し、脱水工程を開始した場合、回転槽を中心とする振動系の固有振動数に対応するモータの回転数付近において、ｑ軸電流に基づいて異常振動の発生を判断するので、構造的に回転槽の異常振動が発生し易い付近で異常振動を検出して検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であり、全自動洗濯機の制御系の構成を示す機能ブロック図
【図２】インバータ回路を中心とする詳細な電気的構成を示す図
【図３】全自動洗濯機の全体構成を示す縦断面図
【図４】主に制御用マイコンによる概略的な制御内容を示すフローチャート
【図５】ＰＷＭ搬送波と上アーム側，下アーム側のゲート信号の波形を示す図
【図６】モータの相電流の反転ＩMINVとシャント抵抗に流れる電流ＩSR及び相電圧との関係を示す波形図
【図７】回転槽を２５０ｒｐｍで回転させた場合に回転速度が変動する状態を示すものであり、（ａ）は本実施例の構成による場合、（ｂ）は従来構成による場合を示す図
【図８】洗い工程を開始した場合、制御用マイコンがベクトル制御開始後に行う布量検知の処理内容を示すフローチャート
【図９】本発明の発明者らが測定したｑ軸電流と布量との関係を示す図
【図１０】脱水工程を開始した場合、制御用マイコンがベクトル制御開始後に行う異常振動検知の処理内容を示すフローチャート
【図１１】本発明の発明者らが測定した脱水運転時におけるｑ軸電流と回転槽の回転数との関係を示す図
【符号の説明】
１１は全自動洗濯機、１４は防振機構、１５は回転槽（脱水槽）、２４はブラシレスモータ、３７はインバータ回路、３９ｕ，３９ｖは抵抗（電流検出手段）、４５はＤＳＰ（トルク制御手段）、４６は制御用マイコン（異常振動検出手段，負荷量検出手段）を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a washing machine that performs detection (sensing) for various quantities necessary for performing a washing operation.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
If there is an uneven distribution of laundry in the rotating tub of the washing machine, large vibrations are likely to occur during the dehydration operation. In order to stop the operation when such vibrations occur, there is a washing machine that detects whether or not the laundry distribution state is biased at the start of the dehydration operation (cloth unbalance detection). And when performing cloth imbalance detection with a conventional washing machine, when trying to maintain the rotating tub at a predetermined number of rotations that is likely to cause abnormal vibrations, Judgment was made based on whether or not the rotational speed varied.
[0003]
However, the number of revolutions at which abnormal vibration actually occurs has a certain range depending on the structure of the washing machine, the amount of laundry, how the distribution state is biased, and the like. For this reason, in the conventional detection method, there is a case where abnormal detection does not occur at a predetermined rotation speed at the time of cloth unbalance detection, and the rotation speed does not vary, so that detection may not be possible. Furthermore, even if abnormal vibration occurs, there is a problem in that it takes time to detect since the actual rotational speed does not vary unless the vibration amplitude becomes larger than a predetermined value.
[0004]
Also, the washing machine automatically detects the amount of laundry at the start of the washing operation (load amount detection) to determine the amount of water injected into the rotating tub and adjusts the strength of the water flow during washing Conventionally, for example, before starting the operation, the motor is driven at a constant voltage to rotate the rotating tank, and then the idling is performed, and the load amount is detected by the duration of the idling state.
[0005]
However, in such a detection method, energization of the motor is stopped when the rotating tub is idled. Therefore, when a so-called sensorless driving method that detects the number of revolutions based on the energization current of the motor is employed, it is difficult to detect the number of revolutions during idling. there were.
[0006]
  The present invention has been made in view of the above circumstances.EyesThe objective is to provide a washing machine capable of detecting cloth imbalance before dehydration operation more quickly and accurately..
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the washing machine according to claim 1 generates a rotational driving force for performing a dehydration operation by driving a rotating tub having an agitator disposed on an inner bottom portion thereof by a direct drive method. A brushless motor,
  Current detection means for detecting the current flowing through the motor;
  By vector controlling the motor based on the current detected by the current detection means, the generated torque of the motorTheTorque control means for controlling,
  For this torque control means to perform vector controlCalculatedAnd an abnormal vibration detecting means for detecting abnormal vibration of the rotating tub generated during the dehydration operation based on the q-axis current of the motor.
[0008]
When the motor is driven by vector control, a current command corresponding to the target speed command is generated in the torque control means, and the current command is d-axis expressed by the secondary side rotating coordinate system (d, q). It is converted into a current component and a q-axis current component. At this time, the current actually flowing through the motor detected by the current detection means is also converted into d-axis current and q-axis current in order to generate the current command.
[0009]
In this case, the latter q-axis current is a current that directly reflects the generated torque of the motor, and when the motor torque fluctuates, the fluctuation directly appears as a fluctuation of the q-axis current. Therefore, unlike the conventional detection method, the number of rotations of the motor to be detected can be widened, and the occurrence of abnormal vibrations can be reliably detected even when the unbalance generation mode in the rotating tank is different. can do. Further, since the variation in torque is detected directly instead of the rotational speed, detection can be performed at an early stage.
[0010]
  Then, the rotating tub is elastically supported in the outer box via a vibration isolation mechanism, and the abnormal vibration detecting means is a motor corresponding to the natural frequency of the vibration system centered on the rotating tub when the dehydration process is started. Near the rotation speed of the q-axis currentOn the basis of theIt is configured to determine the occurrence of the abnormal vibration. That is, when the motor rotation speed reaches the vicinity of the natural frequency of the vibration system, abnormal vibration of the rotating tank is likely to occur structurally. Therefore, detection accuracy can be improved if abnormal vibration is detected in the vicinity thereof.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of the fully automatic washing machine 11. That is, the water receiving tank 13 is elastically supported in the outer box 12 having a rectangular shape as a whole via the four vibration isolating mechanisms 14 (only one set is shown). In this case, the vibration isolating mechanism 14 includes a suspension bar 14a whose upper end is locked upward in the outer box 12, and a vibration damping damper 14b attached to the other end of the suspension bar 14a. Has been. The water receiving tub 13 is elastically supported via these vibration isolation mechanisms 14 so that vibration generated during the washing operation is not transmitted to the outer box 12 as much as possible.
[0014]
A rotating tub 15 for a washing tub / dehydrating tub is disposed in the water receiving tub 13, and a stirring body (pulsator) 16 is disposed at the inner bottom of the rotating tub 15. The rotating tub 15 includes a tub main body 15a, an inner cylinder 15b provided inside the tub main body 15a, and a balance ring 15c provided at the upper end portion thereof. When the rotary tank 15 is rotated, the internal water is pumped up by a rotational centrifugal force and discharged into the water receiving tank 13 from the dewatering hole 15d at the top of the tank body 15a.
[0015]
Further, a water passage 17 is formed at the bottom of the rotary tank 15, and this water passage 17 communicates with a drain port 18 through a drain passage 17a. A drainage channel 20 having a drainage valve 19 is connected to the drainage port 18. Accordingly, when water is supplied into the rotary tank 15 with the drain valve 19 closed, water is stored in the rotary tank 15, and when the drain valve 19 is opened, the water in the rotary tank 15 is discharged into the drain passage 17 a, the drain port 18, and It is discharged through the drainage channel 20.
[0016]
An auxiliary drain 18a is formed at the bottom of the water receiving tank 13, and this auxiliary drain 18a bypasses the drain valve 19 via a connecting hose (not shown) and is connected to the drain 20 and the rotating tank. When 15 rotates, the water discharged | emitted in the water receiving tank 13 from the upper part is discharged | emitted.
[0017]
A mechanism housing 21 is attached to the outer bottom of the water receiving tank 13, and a hollow tank shaft 22 is rotatably provided in the mechanism housing 21. The tank 15 is connected. Further, a stirring shaft 23 is rotatably provided inside the tank shaft 22, and the stirring body 16 is connected to the upper end portion of the stirring shaft 23. And the lower end part of the stirring shaft 23 is connected with the rotor 24a of the outer rotor type brushless motor 24 as a motor. The brushless motor 24 directly drives the agitator 16 to rotate forward and backward during washing.
[0018]
Further, the brushless motor 24 directly rotates the rotary tank 15 and the stirring body 16 in one direction while the tank shaft 12 and the stirring shaft 13 are connected by a clutch (not shown) during dehydration. Therefore, in the present embodiment, a so-called direct drive system is adopted in which the rotation speed of the brushless motor 24 is the same as that of the stirring body 16 at the time of washing, and the same as that of the rotating tank 15 and the stirring body 16 at the time of dehydration. Yes.
[0019]
  FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the control system of the washing machine 11. In FIG. 1, (α, β) is the electric power corresponding to each phase of the three-phase brushless motor 24.spiritCartesian coordinates obtained by orthogonal transformation of three-phase (UVW) coordinate system with 120 degree angle intervalssystem(D, q) indicates the coordinate system of the secondary magnetic flux rotating with the rotation of the rotor 24a of the brushless motor 24.
[0020]
The subtracter 25 is given the target speed command ωref as a subtracted value and the detected speed ω of the brushless motor 24 detected by the estimator 26 as a subtracted value. The target speed command ωref is output from a control microcomputer (microcomputer, abnormal vibration detection means, load amount detection means) 46 that controls the overall operation of the washing machine 11. The subtraction result of the subtracter 25 is given to the speed PI control unit 27.
[0021]
The speed PI control unit 27 performs PI control based on the difference between the target speed command ωref and the detected speed ω, generates a q-axis current command value Iqref and a d-axis current command value Idref, and subtracters 28 and 29. Are output as subtracted values. The d-axis current command value Idref during the washing or rinsing operation is set to “0”, and during the dehydrating operation, the d-axis current command value Idref is set to a predetermined value in order to perform field weakening control. The

subtracters

28 and 29 are respectively given q-axis current value Iq and d-axis current value Id output from the αβ / dq conversion unit 30 as subtraction values, and the subtraction results are the current PI control units 31q and 31d. Are given to each.
[0022]
The current PI controllers 31q and 31d perform PI control based on the difference between the q-axis current command value Iqref and the d-axis current command value Idref, and generate the q-axis voltage command value Vq and the d-axis voltage command value Vd. And output to the dq / αβ converter 32. The dq / αβ conversion unit 32 is given the rotational phase angle θ of the secondary magnetic flux in the brushless motor 24 detected by the estimator 26, and the voltage command values Vd and Vq are converted into voltage based on the rotational phase angle θ. The command values Vα and Vβ are converted.
[0023]
The voltage command values Vα and Vβ output from the dq / αβ converter 32 are given to the αβ / UVW converter 33. The αβ / UVW converter 33 converts the voltage command values Vα, Vβ into three-phase voltage command values Vu, Vv, Vw and outputs them. The voltage command values Vu, Vv, Vw are given to one of the fixed contacts 34ua, 34va, 34wa of the changeover switches 34u, 34v, 34w. Are given start voltage command values Vus, Vvs, Vws. The movable contacts 34uc, 34vc, 34wc of the changeover switches 34u, 34v, 34w are connected to the input terminal of the PWM forming unit 36.
[0024]
The PWM forming unit 36 modulates a 16 kHz carrier wave (triangular wave) based on the voltage command values Vus, Vvs, and Vws, and outputs PWM signals Vup (+, −), Vvp (+, −), Vwp (+, −) of each phase. ) Is output to the inverter circuit 37. The PWM signals Vup to Vwp are signals having a pulse width corresponding to the voltage amplitude based on the sine wave so that, for example, the phase windings 24u, 24v, and 24w (see FIG. 2) of the motor 24 are energized. Is output as
[0025]
As shown in FIG. 2, the inverter circuit 37 is configured by connecting six IGBTs 38a to 38f in a three-phase bridge, and the emitters of the

IGBTs

38d and 38e on the lower arm side are shunt resistors (currents) for current detection, respectively. Detection means) 39u, 39v are connected to the ground. The common connection point between the two is connected to the A / D converter 41 via the amplifier /

bias circuits

40u and 40v. The resistance value of the shunt resistor 39 is about 0.1Ω.
[0026]
The amplifier / bias circuit 40 includes an operational amplifier, and amplifies the terminal voltage of the shunt resistor 39, and gives a bias so that the output range of the amplified signal is within the positive side (for example, 0 to + 5V). It has become. The output terminals of the amplification /

bias circuits

40u and 40v are commonly connected to the input terminal of the overcurrent detection unit 43 via the

diodes

42u and 42v.
[0027]
Further, the inverter circuit 37 has a DC voltage of about 280 V obtained by double-voltage full-wave rectification of a 100-V AC power supply 48 using a full-wave rectifier circuit 49 formed of a diode bridge and two

capacitors

50 a and 50 b connected in series. Is applied.
[0028]
Referring again to FIG. 1, the A / D converter 41 outputs current data Iu and Iv obtained by A / D converting the output signals of the amplifier /

bias circuits

40 u and 40 v to the UVW / αβ converter 44. The UVW / αβ conversion unit 44 estimates W-phase current data Iw from the current data Iu, Iv, and converts the three-phase current data Iu, Iv, Iw into two-axis current data Iα, Convert to Iβ.
[Expression 1]

Then, the biaxial current data Iα and Iβ are output to the αβ / dq converter 30.
[0029]
The αβ / dq conversion unit 30 obtains the rotor position angle θ of the motor 24 from the estimator 26 at the time of vector control, thereby obtaining the biaxial current data Iα, Iβ on the rotational coordinate system (d, q) according to the equation (2). It converts into d-axis current value Id and q-axis current value Iq.
[Expression 2]

The d-axis current value Id and the q-axis current value Iq are output to the estimator 26 and the subtractors 28 and 29 as described above.
[0030]
The estimator 26 estimates the rotor 24a position angle θ and the rotational speed ω based on the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq, and outputs them to each part. Here, when the motor 24 is activated, direct current excitation is performed by the initial pattern output unit 35 to initialize the rotational position of the rotor 24a, and then the activation pattern is applied to perform forced commutation. At the time of forced commutation due to the application of the activation pattern, the position angle θ is obvious without estimation. Then, the αβ / dq conversion unit 30 calculates and outputs current values Id and Iq using the position angle θinit obtained from the initial pattern output unit 35 immediately before the start of vector control as an initial value.
[0031]
After the start of vector control, the estimator 26 is activated to estimate the rotor 24a position angle θ and the rotational speed ω. In this case, assuming that the rotor position angle θn output from the estimator 26 to the αβ / dq converter 30 is the estimator 26, the rotor position angle θn-1 estimated by the vector calculation based on the current values Id and Iq and the one The rotor position angle θn is estimated based on the correlation with the rotor position angle θn-2 estimated before the cycle.
[0032]
In the above configuration, the configuration excluding the inverter circuit 37, the amplification / bias circuit 40, the diode 42, and the overcurrent detection unit 43 is mainly a DSP (Digital Signal Process).or, torque control means) 45 function realized by software. MaThe control microcomputer 46 starts vector control or gives the target speed command ωref to the DSP 45.
[0033]
In this embodiment, when the motor 24 is started, as described later, PI control similar to the conventional configuration is temporarily performed before the vector control is started. Therefore, the PI control unit 1 and the UVW conversion unit 3 having the configuration shown in FIG. 21 are provided in parallel. Actually, the voltage commands Vu, Vv, and Vw output from the UVW conversion unit 3 are also changed by the changeover switch 34 portion. It can be switched and output to the PWM forming unit 36.
[0034]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart showing a schematic control content mainly by the control microcomputer 46. The control microcomputer 46 performs the activation process described above when starting the washing operation, for example (step S1). That is, the movable contacts 34uc to 34wc of the changeover switches 34u to 34w are connected to the fixed contacts 34ub to 34wb, and direct current excitation is performed by the initial pattern output unit 35 to initialize the rotational position of the rotor 24a, and then the voltage command value Vus. ˜Vws is applied to the inverter circuit 37 to forcibly commutate the motor 24 (step S2). Then, the motor 24 starts to rotate, and the rotational speed gradually increases.
[0035]
Then, for example, when the control microcomputer 46 determines that the rotational speed of the motor 24 has reached 20 rpm based on the detection signal given by the initial pattern output unit 35 (step S3, "YES"), the changeover switches 34u to 34w are movable. The contacts 34 uc to 34 wc are switched to be connected to the fixed contacts 34 ua to 34 wa, and the output of the target speed command ωref is started, and voltage control (PI control) with the same configuration as the conventional one is performed (step S 4). That is, it is difficult to perform vector control with high accuracy in a region where the rotational speed is relatively low.
[0036]
Subsequently, when the control microcomputer 46 determines that the rotational speed of the motor 24 has reached 60 rpm with reference to the rotational speed ω given by the estimator 26 (step S5, “YES”), it starts vector control (step S5). Step S6). Thereafter, the operation is continued until an instruction to stop the operation is given (step S7).
[0037]
Hereinafter, the flow of processing for vector control in step S6 and subsequent steps will be described. The PWM forming unit 36 generates a 16 kHz PWM carrier wave by the counter output of an internal up / down counter (not shown), and when the counter value reaches “0”, that is, the valley of the triangular wave, the conversion timing signal Is output to the A / D converter 43 (see FIG. 5).
[0038]
As shown in FIG. 5, the PWM forming unit 36 compares the voltage command values Vu to Vw output from the αβ / UVW conversion unit 33 with the level of the PWM carrier wave, and during the period when the latter level exceeds the former. PWM signals Vup to Vwp are output so that the upper arm IGBTs 38a to 38c are turned on. The IGBTs 38d to 38f on the lower arm side are turned on with a dead time between periods in which the IGBTs 38a to 38c on the upper arm side are off.
[0039]
FIG. 6 is a waveform diagram showing the relationship between the inversion IMINV of the phase current of the motor 24, the current ISR flowing through the shunt resistor 39, and the phase voltage. That is, the period during which the current ISR flows is when the lower arm IGBT 38 is turned on and the phase voltage indicates 0V. Accordingly, the valley of the triangular wave indicates an intermediate phase during the period when the lower arm IGBTs 38d to 38f are on. That is, if the A / D conversion unit 43 performs A / D conversion at the time point of the counter value “0” in the PWM forming unit 36, the phase current flowing to the lower arm side of the inverter circuit 37 is reliably sampled. can do.
[0040]
The current values Iu and Iv A / D converted by the A / D converter 43 are converted into biaxial current data Iα through the UVW / αβ converter 44 and αβ / dq converter 30 together with the estimated current value Iw. , Iβ, → Id, Iq and output to the estimator 26 and the subtracters 28 and 29, and the estimator 26 estimates the position angle θ and the rotational speed ω. The current Iq is a current that flows in a direction perpendicular to the direction of the secondary magnetic flux of the motor 24, and is a current component that contributes to the generation of torque. On the other hand, the current Id is a current that flows in a direction horizontal to the direction of the secondary magnetic flux, and is a current component that does not contribute to the generation of torque.
[0041]
Then, the speed PI control unit 27 outputs q-axis and d-axis current command values Iqref and Idref based on the difference amount between the target speed command ωref and the detected speed ω given from the control microcomputer 46, and the current PI control unit 31q and 31d output voltage command values Vq and Vd based on the difference between the command values Iqref and Idref and the detected current values Iq and Id. The voltage command values Vq and Vd are converted to voltage command values Vu, Vv, and Vw via a dq / αβ conversion unit 32 and an αβ / UVW conversion unit 33 and output to the PWM formation unit 36. The PWM formation unit 36 is an inverter. PWM signals Vup to Vwp are output to the circuit 37. Then, energization is performed to the phase windings 24u to 24w of the motor 24.
[0042]
Here, FIG. 7 shows a state in which the rotation speed fluctuates when the rotating tub 15 is rotated at 250 rpm. (A) is based on the configuration of this embodiment, and (b) is based on the conventional configuration. Indicates. The diameter direction of the circle represents the magnitude of the rotational speed (± 3 rpm with 250 rpm as a note), and the circumferential direction represents the rotational position of the rotating tank 15. A weight of 16 kg is arranged in the rotating tub 15 as a load corresponding to (laundry + moisture). In addition, 400 g and 300 g fluid balancers are arranged at the upper end and the lower end of the rotary tank 15, respectively.
[0043]
In the case of the conventional configuration shown in FIG. 7B, the rotation fluctuation has a periodicity linked to the rotation angle, and the rotation fluctuation occurs so as to be largely deviated with respect to a specific rotation position (the maximum fluctuation difference is About 6 rpm). On the other hand, in the case of the configuration of the present embodiment shown in FIG. 7A, the rotational speed is approximately 250 rpm over the entire rotational position (the maximum variation difference is about 1 rpm). That is, it is clear that the rotational fluctuation is effectively suppressed by the configuration of this embodiment.
[0044]
FIG. 8 is a flowchart showing the processing contents of the cloth amount detection performed after the control microcomputer 46 starts the vector control in step S6 when the washing process is started. The control microcomputer 46 first rotates the motor 24 (stirring body 16) at 100 rpm for 3 seconds (step A1), and samples the q-axis current at an appropriate interval (for example, 8 kHz) (step A2). . Then, an average value for 3 seconds is calculated for the q-axis current sampled in step A2 (step A3), and the cloth amount is determined based on the average value (step A4).
[0045]
Here, FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the q-axis current and the amount of cloth measured by the inventors of the present invention. The cloth amount determination is performed by holding the following Table 1 as a ROM table and referring to the table.
[Table 1]

For example, if the average current value is 2.5 A, the amount of cloth is determined to be 5 kg, and the amount of water supply and the amount of detergent to be introduced are set according to the amount of cloth. After determining the amount of cloth, a normal washing process is performed. In the washing process and the rinsing process, the d-axis current command value is set to “0”.
[0046]
FIG. 10 is a flowchart showing the processing contents of abnormal vibration detection performed after the control microcomputer 46 starts vector control when the dehydration process is started. First, the control microcomputer 46 waits until the rotational speed of the motor 24 (rotating tank 15) reaches the range of 180 rpm to 300 rpm (step B1), and when it reaches the range (“YES”), at that time It is determined whether or not the q-axis current is 300 mA or more (step B2).
[0047]
Here, FIG. 11 shows the relationship between the q-axis current and the rotation speed of the rotating tank 15 during the dehydration operation measured by the inventors of the present invention, and an unbalanced weight (500 g) is arranged in the rotating tank 15. This is a comparison of the case where the weight is not placed and the case where the weight is not arranged. In this figure, the q-axis current in the case of “no weight” is about 200 mA in the rotation speed range of about 180 rpm to 400 rpm. On the other hand, in the case of “with weight” and in an unbalanced state, the q-axis current in the same rotation speed range tends to increase, and it is twice or more at the maximum.
[0048]
That is, the rotational speed range described above is a configuration in which the rotary tank 15 is elastically supported in the outer box 12 via the vibration isolation mechanism 14, and the resonance frequency (3 Hz to 3 Hz) of the vibration system centered on the rotary tank 15. 5 Hz), and the rotation speed range is likely to cause abnormal vibration.
[0049]
  Accordingly, in step B2, the q-axis current of 300 mA is used as a threshold value, and if it is less than 300 mA (“NO”), it is determined that there is no imbalance, and the maximum rotation speed of the dehydrating operation is set to 890 rpm (step B3). On the other hand, in step B2, if the q-axis current is 300 mA or more (“YES”), it is determined that there is an imbalance.But,Further, it is determined whether or not the q-axis current is 350 mA or more (step B4). If the q-axis current is less than 350 mA ("NO"), the maximum rotation speed of the dehydration operation is limited to 800 rpm (step B5).
[0050]
If the q-axis current is 350 mA or more in Step B4 (“YES”), it is determined that the imbalance is extremely large, and the dehydration operation is stopped (Step B6). In this case, for example, after performing balance correction by re-pouring water into the rotary tank 15, the dehydration operation is retried. In the dehydration process, the d-axis current command value is set to a predetermined value other than “0” in order to perform field weakening control on the motor 24.
[0051]
As described above, according to the present embodiment, the current flowing through the motor 24 that generates the rotational driving force for performing washing, rinsing, and dewatering operations in the fully automatic washing machine 11 is detected, and based on the detected currents Iu and Iv. Thus, the motor 24 is vector-controlled by the DSP 45 at a control cycle of 1 msec so that the generated torque is washed and controlled so as to be optimal for each of the rinsing operation and the dehydrating operation.
[0052]
In other words, since the torque of the motor 24 can be directly controlled in proportion to the q-axis current by vector control, the vibration component having a short period which is to be generated during operation with higher response than the conventional control method is effective. Therefore, noise and vibration can be effectively reduced. Therefore, the outer box of the washing machine 11 can be configured in a small size, and an energy saving effect can be obtained by reducing the useless driving force of the motor 24, so that the cleaning power can be improved.
[0053]
Even when the sensorless driving method is adopted, the amount of cloth in the rotating tub 15 can be accurately detected based on the q-axis current that directly reflects the torque generated by the motor 24. Unlike the conventional case, the rotating tub 15 Since it is not necessary to idle, the detection can be performed in a short time.
[0054]
Further, since abnormal vibrations generated during the dehydration operation are detected based on the q-axis current, the rotational speed of the motor 24 to be detected can be widened, and the unbalance in the rotary tank 15 can be increased unlike the conventional method. Even when the balance generation mode is different, abnormal vibration can be reliably detected. In addition, torque fluctuations are detected directly instead of the rotational speed, so detection can be performed earlier, and the operation is stopped or the rotational speed is reduced before the amplitude of abnormal vibration due to imbalance increases. Can be dealt with.
[0055]
In this case, since the rotating tank 15 is elastically supported in the outer box 12 via the vibration isolating mechanism 14, abnormal vibration is detected in the rotational speed range including the resonance frequency of the vibration system determined. The occurrence can be easily detected, and the detection accuracy can be improved.
[0056]
The present invention is not limited to the embodiments described above and illustrated in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The cloth amount detection may be performed after a predetermined amount of water has been injected, and the detergent input amount and water supply amount are corrected based on the results before and after the water injection, and the washing time and the rinsing time are determined from the latter results. You may do it.
What is necessary is just to change and implement the rotation speed of the motor used for determination, and the value of q-axis current so that it may become optimal according to an individual design.
Only one of the cloth amount detection in the washing process and the abnormal vibration detection in the dehydration process may be performed.
[0057]
In addition to detecting the amount of cloth based on the q-axis current, it may be applied to the following detection.
・ Cloth quality detection: The laundry course is detected and the laundry course is automatically set.
Splash detection: Prevents water splashing when the amount of water in the rotating tank 15 is small.
-Unraveling detection: The degree of loosening of the cloth in the rotating tub 15 is detected to prevent unbalance from occurring during dehydration.
-Hip swing detection: The rotating tub 15 resonates in the vertical direction to prevent a large abnormal sound and the washing machine 11 main body from moving.
・ Bubble detection: The amount of foam generated during dehydration is detected to prevent hindering the dehydration operation.
[0058]
【The invention's effect】
  According to the washing machine of the present invention, the torque control means drives the brushless motor by vector control.CalculatedUnlike the conventional detection method, the rotation speed of the motor to be detected is widened because the rotation fluctuation, that is, abnormal vibration that occurs during the dehydration operation is detected by referring to the q-axis current that directly reflects the generated torque of the motor. In addition, the abnormal vibration can be reliably detected even when the unbalance generation mode in the rotating tank is different. In addition, since the torque fluctuation is directly detected instead of the rotational speed, the detection can be performed earlier.
  Then, when the rotating tub is elastically supported in the outer box via a vibration isolation mechanism and the dehydration process is started, q near the number of rotations of the motor corresponding to the natural frequency of the vibration system centered on the rotating tub. Shaft currentOn the basis of theSince the occurrence of abnormal vibration is determined, it is possible to improve the detection accuracy by detecting the abnormal vibration in the vicinity where the abnormal vibration of the rotating tank is structurally likely to occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a control system of a fully automatic washing machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a detailed electrical configuration centering on an inverter circuit;
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of a fully automatic washing machine.
FIG. 4 is a flowchart showing a schematic control content mainly by a control microcomputer.
FIG. 5 is a diagram showing waveforms of PWM carrier waves and gate signals on the upper arm side and the lower arm side
FIG. 6 is a waveform diagram showing the relationship between the inversion IMINV of the motor phase current, the current ISR flowing through the shunt resistor, and the phase voltage.
FIGS. 7A and 7B show a state in which the rotation speed fluctuates when the rotating tank is rotated at 250 rpm. FIG. 7A shows the case of the configuration of the present embodiment, and FIG. 7B shows the case of the conventional configuration.
FIG. 8 is a flowchart showing the processing contents of cloth amount detection performed after the vector control is started by the control microcomputer when the washing process is started;
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the q-axis current and the amount of cloth measured by the inventors of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing the processing contents of abnormal vibration detection performed by the control microcomputer after starting vector control when the dehydration process is started;
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the q-axis current and the rotation speed of the rotating tank during the dehydration operation measured by the inventors of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 is a fully automatic washing machine, 14 is an anti-vibration mechanism, 15 is a rotating tub (dehydration tub), 24 is a brushless motor, 37 is an inverter circuit, 39 u and 39 v are resistances (current detection means), and 45 is a DSP (torque control means) , 46 indicates a control microcomputer (abnormal vibration detection means, load amount detection means).

Claims

A brushless motor that generates a rotational driving force for performing a dehydration operation by driving a rotating tank in which an agitator is disposed on an inner bottom portion by a direct drive method;
Current detection means for detecting the current flowing through the motor;
Torque control means for controlling the generated torque of the motor by performing vector control of the motor based on the current detected by the current detection means;
An abnormal vibration detecting means for detecting abnormal vibration of the rotating tub generated during the dehydration operation based on the q-axis current of the motor calculated for the torque control means to perform vector control;
The rotating tank is elastically supported in the outer box via a vibration isolation mechanism,
When the dehydration process is started, the abnormal vibration detection means generates the abnormal vibration based on the q-axis current in the vicinity of the rotation speed of the motor corresponding to the natural frequency of the vibration system centered on the rotation tank. A washing machine characterized by judging.