JP4479422B2 - 洗濯機のモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は３相ブラシレスモータを有する洗濯機のモータ制御装置に関するものである。

３相ブラシレスモータを利用した洗濯機において、その脱水中に、交流電源からの電力供給が停止すると、モータの制御回路も動作不能となり、モータは制御を失って惰性回転を続けることとなる。このとき、モータインバータ回路は回生ダイオードを有するため、この回生ダイオードによりモータを駆動する直流電源に電力の回生が起こり、直流電源電圧が異常に高くなるなどの現象が発生することがあった。すなわち、モータが無制御状態で惰性回転を続ける、或いは直流電源電圧が上昇するなどの問題があった。

これに対して従来は、直流電源への電力供給が停止したときは、次のような制御が行われていた。すなわち、インバータ装置とは別に交流電源の存在を検知する回路が存在し、モータ制御回路は、電力供給時にはその回転制御装置によりモータの駆動制御が行われていたものが、直流電源への電力供給が停止すると回転制御装置からの指令信号が途絶え、その時には直流電源を構成するコンデンサの充電電圧で動作する別の制動装置により、モータの回転を制動していた。
特開平９−１６３７８６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、モータ駆動用の直流電源への電力供給が途絶えたときモータの制動を行うために、別の新たなモータの制動を行う装置を付加しなければならないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、モータ回転中に直流電源への電力供給が途絶えたとき、モータ回転を無制御状態になることを防止し、速やかに回転を停止することにより安全性を確保するとともに、直流電源に使用するコンデンサ、回生装置、モータ駆動回路等、部品の定格等、モータの回生電力により発生する直流電源電圧に関連する部品定格を小さくすることが可能となり、小型化、低価格化を実現することが可能となり、又、回生電力吸収のための部品が不要となるため、部品点数の削減を実現することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、３相直流ブラシレスモータと、前記３相直流ブラシレスモータに電力を供給する第１の直流電源と、前記第１の直流電源から作られた第２の直流電源と、前記第１の直流電源の電圧を監視する電圧監視装置と、惰性回転時の前記３相直流ブラシレスモータの発生電力を第１の直流電源に供給する回生装置と、前記３相直流ブラシレスモータの３相を同時に短絡する３相短絡装置と、前記第２の直流電源を利用して前記３相直流ブラシレスモータを制御する制御回路とを備え、前記３相直流ブラシレスモータ回転中に前記第１の直流電源に電力が供給されなくなったとき、前記制御回路は前記電圧監視装置からの情報を受けて、前記制御回路が動作できなくなる前記第１の直流電源の電圧より高い第１の電圧まで低下すると回生装置を動作させ、前記第１の電圧より高い電圧であって前記第１の直流電源の電圧が前記第１の直流電源の電圧が印加される部品の電圧最大定格より低い第２の電圧まで上昇すると、前記制御回路が前記３相直流ブラシレスモータの３相を短絡する動作をする洗濯機のモータ制御装置としたものである。

これによって、直流電源への電力供給が途絶えたとき、モータからモータ駆動用直流電源への電力の回生と３相短絡によるモータ回転に対する制動動作を行い、回生電力の有効利用によりモータの回転制御装置の動作を持続させ、その回転制御装置によりモータの制動を行い、モータは回生と制動の動作を交互に実行するため、制動動作は断続的であり、回生動作時のモータ駆動用直流電源への電力回生による電圧の上昇は素早く、短時間で終わるため、時間的にはほとんどの時間が制動動作となり、制動動作だけの制御と比べ制動の時間はほとんど変わらないので、これにより、モータの回転が無制御となって回り続けることを防止して安全を確保することができる。

また、回生と制動の交互動作によりモータの惰性回転への移行を制限するが、同時に惰性回転による直流電源へのエネルギーの回生をも制限するので、直流電源を構成する部品の電圧定格を小さいものにすることができ、そして、回生エネルギーを吸収するための別の電力消費回路などを不要にすることができる。

本発明のモータ制御装置は、モータ回転中に直流電源への電力供給が途絶えたとき、モータ回転を無制御状態になることを防止し、速やかに回転を停止することにより安全性を確保するとともに、直流電源に使用するコンデンサ、回生装置、モータ駆動回路等、部品の定格等、モータの回生電力により発生する直流電源電圧に関連する部品定格を小さくすることが可能となり、小型化、低価格化を実現することが可能となり、又、回生電力吸収のための部品が不要となるため、部品点数の削減を実現することができる。

第１の発明は、３相直流ブラシレスモータと、前記３相直流ブラシレスモータに電力を供給する第１の直流電源と、前記第１の直流電源から作られた第２の直流電源と、前記第１の直流電源の電圧を監視する電圧監視装置と、惰性回転時の前記３相直流ブラシレスモータの発生電力を第１の直流電源に供給する回生装置と、前記３相直流ブラシレスモータの３相を同時に短絡する３相短絡装置と、前記第２の直流電源を利用して前記３相直流ブラシレスモータを制御する制御回路とを備え、前記３相直流ブラシレスモータ回転中に前記第１の直流電源に電力が供給されなくなったとき、前記制御回路は前記電圧監視装置からの情報を受けて、前記制御回路が動作できなくなる前記第１の直流電源の電圧より高い第１の電圧まで低下すると回生装置を動作させ、前記第１の電圧より高い電圧であって前記第１の直流電源の電圧が前記第１の直流電源の電圧が印加される部品の電圧最大定格より低い第２の電圧まで上昇すると、前記制御回路が前記３相直流ブラシレスモータの３相を短絡する動作をする洗濯機のモータ制御装置とすることにより、モータ回転中に直流電源への電力供給が途絶えたとき、モータ回転を無制御状態になることを防止し、速やかに回転を停止することにより安全性を確保するとともに、直流電源に使用するコンデンサ、回生装置、モータ駆動回路等、部品の定格等、モータの回生電力により発生する直流電源電圧に関連する部品定格を小さくすることが可能となり、小型化、低価格化を実現することが可能となり、又、回生電力吸収のための部品が不要となるため、部品点数の削減を実現することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の第１の電圧及び第２の電圧を、制御回路が動作不能となる前記第１の直流電源の電圧に近づけた洗濯機のモータ制御装置とすることにより、モータがほぼ停止状態に至るまで制動動作をすることができ、惰性回転で回る時間が短くなり、モータの停止までの時間を短くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるモータ制御装置の回路図である。図１において交流電源１より整流ダイオード２とコンデンサ３により直流整流平滑を行い、コンデンサ３により第１の直流電源を構成している。３相ＤＣブラシレスモータ４は、インバータ装置５により駆動制御されている。インバータ装置５は、回生装置６、スイッチング素子７、回生装置６とスイッチング素子７により構成されるインバータ回路８と制御回路９とにより構成されている。

回生装置６は、以下のように構成されている。すなわち、コンデンサ３のマイナス端子にダイオード６ｄ、６ｅ、６ｆのアノードを接続し、前記それぞれのダイオードのカソードにダイオード６ａ、６ｂ、６ｃのアノードを接続し、これらのカソードをコンデンサ３のプラス端子に接続している。ダイオード６ａとダイオード６ｄの接続点、ダイオード６ｂとダイオード６ｅの接続点及びダイオード６ｃとダイオード６ｆの接続点は、３相ＤＣブラシレスモータ４の３相の各端子にそれぞれ接続されている。

また、スイッチング素子７は、ＩＧＢＴで構成されている。その接続は、ＩＧＢＴ７ａ、７ｂ、７ｃのコレクタが、コンデンサ３のプラス端子に接続され、ＩＧＢＴ７ａのエミッタはダイオード６ａのアノード及びＩＧＢＴ７ｄのコレクタに接続され、ＩＧＢＴ７ｂのエミッタはダイオード６ｂのアノード及びＩＧＢＴ７ｅのコレクタに接続され、ＩＧＢＴ７ｃのエミッタはダイオード６ｃのアノード及びＩＧＢＴ７ｆのコレクタに接続され、ＩＧＢＴ７ｄ、７ｅ、７ｆのエミッタはコンデンサ３のマイナス端子に接続されている。

また、ダイオード６ａ、６ｂ、６ｃのアノードに接続されたモータの各線は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相としている。

インバータ回路８は、上記のように、回生装置６及びスイッチング素子７よりなっており、制御回路９により３相短絡装置となる。３相短絡装置は、例えばＩＧＢＴ７ｄ、７ｅ、７ｆのゲートを制御回路９によりオンさせることにより、これらのＩＧＢＴと回生装置６を構成するダイオードにより惰性回転時電力を３相内で消費させることができる。制御回路９は、その出力がＩＧＢＴ７ａ〜７ｆのゲートに接続され、モータ４の回転、停止等の制御を行っている。

電圧監視装置１０は、コンデンサ３の直流電圧を抵抗で分圧し、その電圧情報を制御回路９に送っている。なお、本実施の形態では示していないが、分圧電圧安定化のために下側抵抗に並列にコンデンサを接続してリップル電圧を除去するなども当然考えられるが、本実施の形態では、第２の直流電源で動作する制御回路９で利用可能なように電圧を分圧して、第２の直流電源の電圧以下の電圧にしてその出力を制御回路９に送り込んでいる。

制御回路９は、電圧監視装置１０からの情報により、そのレベルを認識し、そのレベルに応じて、コンデンサ３への電力供給が途絶えた時、３相短絡又は３相を開放して回生装置６を動作させる働きをする。

第２の直流電源１１は、コンデンサ３の両端子から入力電力を得て、制御回路９に直流電力を供給している。制御回路９はこの電源により動作しているため、コンデンサ３により構成された第１の直流電源の電圧が一定値以上低下すると、第２の直流電源の出力電圧は、制御回路９を動作させることが不可能となる。

尚、コンデンサ３により構成された第１の直流電源への電力供給が途絶えたことを検知するには、コンデンサ３により構成された第１の直流電源電圧が一定値以上低下したことを検知する方法、交流電源からコンデンサ３により構成された第１の直流電源が作成される場合には、商用交流電源としての役目を果たす電圧許容範囲を超えて変動した時の直流平滑電圧を検知する方法、交流電源電圧を検知する回路（例えば、別回路により交流電源電圧が０Ｖ近辺となるときにパルスを発生させておいてそのパルスがなくなったとき、直流電源への電力供給が途絶えたことを検知する）により交流電圧を検知できなくなった時これを制御回路９に送る方法などのように、いろいろな方法が考えられるが、本発明においては、検知方法を目的とするものではなく、電力供給が途絶えたときの制御をどうするかが目的であり、従って、これらについては本実施の形態においては、言及しないものとする。

尚、本実施の形態においては、３相短絡装置と回生装置６とは、インバータ回路８にて構成している。すなわち、本実施の形態において、回生装置６及び３相短絡装置は、本実施の形態に必要な要素を抽出したものであり、これらの要素を別に装着するか、インバータ装置の一部として利用するかは任意である。

以上の構成において、その動作を図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態におけるモータ制御装置の第１の直流電源電圧のタイムチャートを示したものである。

図２において、脱水中などモータ４が回転しているとき、コンデンサ３により構成された第１の直流電源電圧は、交流電源１からの電力供給が行われているとき、ａの直流電源電圧となっている。

交流電源からの電力供給が途絶えると、モータ４およびその他の回路（電圧監視装置１０などにより、コンデンサ３により構成された第１の直流電源の電力を消費しているが、その他にも、本実施の形態においては示していないが、他の回路も接続されていることが通常であり、これらによりコンデンサ３により構成された第１の直流電源から電力を消費している）により電力を消費するため、ｂのように電圧は降下する。電圧が降下して第１の電圧まで低下すると、制御回路９は、電圧監視装置１０からの出力を受けて、それまでのモータ駆動制御をやめて、３相駆動を全て停止する。すなわちスイッチング素子７は、制御回路９からの出力が０となってＩＧＢＴのゲートには電圧が与えられなくなる。これによりＩＧＢＴはオフとなりモータ４は惰性回転となる。

モータ４が惰性回転になると、回生装置６を通じてコンデンサ３により構成された第１の直流電源に電力を回生することとなる。例えば、Ｕ相が最大電圧となり、Ｖ相が最低電圧である時は、Ｕ相〜ダイオード６ａ〜コンデンサ３の＋端子〜コンデンサ３の−端子〜ダイオード６ｅ〜Ｖ相へと電流が流れ、コンデンサ３に電力が回生される。その時々に応じて、最大電圧を発生する相から最小電圧を発生する相に電流が流れ電力が回生される。

以上のように、電力回生によりコンデンサ３により構成された第１の直流電源の電圧は、図２のｃ部のように電圧が上昇する。電圧が上昇して第２の電圧まで上昇すると、制御回路９は、電圧監視装置１０からの情報によりＩＧＢＴ７ｄ、７ｅ、７ｆのゲートをオンしてこれらのＩＧＢＴをオン状態にし、７ａ、７ｂ、７ｃのゲートをオフしてこれらのＩＧＢＴをオフ状態にする。

このときモータ４は、その回転により、各相にはモータ４による発電電圧が発生している。例えば、Ｕ相に比べＶ相、Ｗ相が高い電圧を発生していると、モータ４からの発生電圧は、Ｖ相からＩＧＢＴ７ｅのコレクタ、エミッタからダイオード６ｄを経由してＵ相に電流が流れ、Ｗ相からはＩＧＢＴ７ｆのコレクタ、エミッタからダイオード６ｄを経由して電流が流れ、モータとこれらの経路により閉ループを構成してモータの発電電力は消費される。このようにして、３相短絡状態を発生させている。

そして、その時々のモータ線の電圧の高い方から低い方に電流は流れ、発電電力は消費される。同時にモータ４に制動が働き、回転は低下していく。この間、コンデンサ３により構成された第１の直流電源であるコンデンサ３は、第２の直流電源１１、電圧監視装置１０、その他の回路により電力を消費し、コンデンサ３により構成された第１の直流電源の電圧は低下していく。

このとき図２のｄの部分のようにコンデンサ３の直流電圧は低下していく。電圧が低下し、第１の電圧に到達すると図２のｃの部分と同じ動作を行い、コンデンサ３により構成された第１の直流電源にモータ４から電力が回生される。その後、このようにしてｃ、ｄの部分の繰り返しが行われる。

ｃ、ｄの部分の繰り返しが何回か行われた後、最後に、図２のｅの部分のように第１の電圧に低下した後、回生が行われるが、３相短絡状態になるたびに制動が働き、回転が落ちているため、回生によるコンデンサ３により構成された第１の直流電源の電圧は第２の電圧に到達せず、モータ４は回生状態で惰性回転を行う。そして時間の経過とともにモータ４の回転が低下し、回生電力も低下していくため、コンデンサ３により構成された第１の直流電源の電圧は低下の一途をたどる。

以上のように、コンデンサ３により構成された第１の直流電源への電力供給が途絶えたとき、モータ４からコンデンサ３により構成された第１の直流電源への電力の回生と３相短絡によるモータ４の回転に対する制動動作を行い、回生電力の有効利用によりモータの回転制御装置の動作を持続させ、その回転制御装置によりモータ４の制動を行い、モータ４は、回生と制動の動作を交互に実行するため、制動動作は断続的であり、回生動作時のコンデンサ３により構成された第１の直流電源への電力回生による電圧の上昇は素早く、短時間で終わるため、時間的にはほとんどの時間が制動動作となり、制動動作だけの制御と比べ制動の時間はほとんど変わらないので、これにより、モータの回転が無制御となって回り続けることを防止して安全を確保することができる。

また、回生と制動の交互動作によりモータの惰性回転への移行を制限するが、同時に惰性回転による直流電源へのエネルギーの回生をも制限するので、直流電源を構成する部品の電圧定格を小さいものにすることができ、そして、回生エネルギーを吸収するための別の電力消費回路などを不要にすることができる。

（実施の形態２）
第２の実施の形態は、第１の実施の形態における第１の電圧及び第２の電圧を、制御回路９が動作不能となる第１の直流電源の電圧に近づけた値に設定するものである。他の構成は第１の実施の形態と同じであり、説明は省略する。

モータ４の回生によるコンデンサ３により構成された第１の直流電源の電圧は、回転数が低下するほど低くなる。そのため、第１の電圧及び第２の電圧を低い値に設定すると、モータ４がほぼ停止状態に至るまで制動動作をすることが可能となり、惰性回転で回る時間が短くなり、モータの停止までの時間を短くすることが可能となる。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、洗濯機の脱水などの高回転で脱水槽が回転している途中に停電などで洗濯機への電力供給が途絶えたときに、惰性回転を速やかに停止することによりモータの無管理状態をなくし安全性を確保するとともに、惰性回転を続けることによる過大な直流電源電圧の発生の防止が可能となるので、インバータモータを採用した洗濯機のモータ制御装置等として有用である。

本発明の第１の実施の形態におけるモータ制御装置の回路図 同モータ制御装置の第１の直流電源電圧のタイムチャート

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流ダイオード
３ コンデンサ（第１の直流電源）
４ ３相ＤＣブラシレスモータ
５ インバータ装置
６ 回生装置
７ スイッチング素子
８ インバータ回路
９ 制御回路
１０ 電圧監視装置
１１ 第２の直流電源

Claims (2)

1. ３相直流ブラシレスモータと、前記３相直流ブラシレスモータに電力を供給する第１の直流電源と、前記第１の直流電源から作られた第２の直流電源と、前記第１の直流電源の電圧を監視する電圧監視装置と、惰性回転時の前記３相直流ブラシレスモータの発生電力を第１の直流電源に供給する回生装置と、前記３相直流ブラシレスモータの３相を同時に短絡する３相短絡装置と、前記第２の直流電源を利用して前記３相直流ブラシレスモータを制御する制御回路とを備え、前記３相直流ブラシレスモータ回転中に前記第１の直流電源に電力が供給されなくなったとき、前記制御回路は前記電圧監視装置からの情報を受けて、前記制御回路が動作できなくなる前記第１の直流電源の電圧より高い第１の電圧まで低下すると回生装置を動作させ、前記第１の電圧より高い電圧であって前記第１の直流電源の電圧が前記第１の直流電源の電圧が印加される部品の電圧最大定格より低い第２の電圧まで上昇すると、前記制御回路が前記３相直流ブラシレスモータの３相を短絡する動作をする洗濯機のモータ制御装置。
2. 第１の電圧及び第２の電圧を、制御回路が動作不能となる第１の直流電源の電圧に近づけた請求項１記載の洗濯機のモータ制御装置。

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