JP4507466B2 - 洗濯機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータで攪拌翼、洗濯兼脱水槽を回転駆動する洗濯機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、家庭用の洗濯機はインバータ装置によりモータの回転数を制御して脱水性能、あるいは洗浄性能を向上させるものが提案されている。
【0003】
従来、この種の洗濯機は、特願平10ー197071号(特開2000−24374号公報)に示すように構成していた。すなわち、洗濯開始時、モータで攪拌翼を左右に回転させ、この時モータに流れる電流値等により、洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を検知してした。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の構成では、モータを矩形波駆動していたため、モータを駆動する時に、モータのコギング音等が発生して、少なからず騒音が発生していた。また、近年、より細かく布量を検知して、布量に合わせた給水量、洗い時間、すすぎ時間、脱水時間等を実現し、節水、省時間等の実現が求められており、従来の構成では、細かい布量の検知が困難であるという問題を有していた。
【0005】
本発明は上記従来課題を解決するもので、洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を検知するために攪拌翼の回転の駆動を、正弦波駆動で行うことにより、攪拌翼の回転時のモータをコギング音等による騒音を低減でき、また、モータを正弦波駆動する時に、モータの誘起電圧位相に対してモータ電流位相を遅らせることにより、モータの駆動トルクが弱まり、外的負荷すなわち、洗濯兼脱水槽内の衣類の量の変化に対する、モータに流れる電流値の変化がより敏感になり、細かい布量の検知が実現することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、洗濯兼脱水槽に回転自在に配設した攪拌翼と、攪拌翼を駆動するモータと、モータに電力を供給するスイッチング素子からなるインバータと、モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、ロータ位置検出手段の出力信号によりモータまたは攪拌翼の回転数を検知する回転数検知手段と、スイッチング素子の入力電流値を検知する電流検知手段と、インバータを制御する制御手段とを備え、制御手段は、モータを正弦波駆動するとともに、回転数検知手段からの出力信号により、モータまたは攪拌翼の回転数が所定回転数になるようにインバータのスイッチング素子の通電比、すなわちモータの印加電圧を制御したときのモータへの印加電圧と、電流検知手段により検知した前記スイッチング素子の入力電流値と、その後モータを休止し、休止後の前記回転数検知手段より出力される出力信号との3つの値から、洗濯兼脱水槽に投入された洗濯物の量を検知するようにした洗濯機において、制御手段は、洗濯物の量を検知する時の攪拌翼回転時におけるモータ電流位相を、洗い運転時の攪拌翼回転時におけるモータの誘起電圧位相よりも遅延させて入力電流値を大きくするようにしたものである。
【0007】
これにより、洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を検知するための攪拌翼の回転時に発生するモータのコギング音等の騒音を低減することができ、かつ、電源電圧の変動、モータ自体の特性の違いに関係なく精度よく洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を検知することができる。
【0008】
さらに、モータの駆動トルクが弱まり、外的負荷すなわち、洗濯兼脱水槽内の衣類の量の変化に対し、モータに流れる電流値の変化がより敏感になり、細かい布量の検知を実現することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1記載の発明は、洗濯兼脱水槽に回転自在に配設した攪拌翼と、前記攪拌翼を駆動するモータと、前記モータに電力を供給するスイッチング素子からなるインバータと、前記モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記ロータ位置検出手段の出力信号により前記モータまたは前記攪拌翼の回転数を検知する回転数検知手段と、前記スイッチング素子の入力電流値を検知する電流検知手段と、前記インバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータを略正弦波で駆動するとともに、前記回転数検知手段からの出力信号により、前記モータまたは前記攪拌翼の回転数が所定回転数になるように前記インバータのスイッチング素子の通電比、すなわち前記モータの印加電圧を制御したときの前記モータへの印加電圧と、前記電流検知手段により検知した前記スイッチング素子の入力電流値と、その後前記モータを休止し、休止後の前記回転数検知手段より出力される出力信号との3つの値から、前記洗濯兼脱水槽に投入された洗濯物の量を検知するようにした洗濯機において、前記制御手段は、洗濯物の量を検知する時の攪拌翼回転時におけるモータ電流位相を、洗い運転時の攪拌翼回転時における前記モータの誘起電圧位相よりも遅延させて入力電流値を大きくするようにしたものであり、攪拌翼の回転時に発生するモータのコギング音等の騒音を低減することができ、かつ、電源電圧の変動、モータ自体の特性の違いに関係なく洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を精度よく検知することができる。
【0010】
また、モータの駆動トルクが弱まり、外的負荷すなわち、洗濯兼脱水槽内の衣類の量の変化に対し、モータに流れる電流値の変化がより敏感になり、細かい布量の検知を実現することができるので、洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量の検知性能自体を更に向上することができる。
【0011】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0012】
(実施例1)
図1、図2および図13に示すように、交流電源1は、ラインフィルター2を介して整流回路3に交流電力を加え、整流回路3により直流電力に変換する。整流回路3は倍電圧整流回路を構成し、交流電源1が正電圧のとき、全波整流ダイオード3aによりコンデンサ3bを充電し、交流電源1が負電圧のとき、コンデンサ3cを充電し、直列接続されたコンデンサ3b、3cの両端には倍電圧直流電圧が発生し、インバータ回路4に倍電圧直流電圧を加える。
【0013】
インバータ回路4は、6個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる3相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、パワートランジスタ(IGBTでも同様の作用が得られる)と逆並列ダイオードおよびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール(以下、IPMという)で構成している。インバータ回路4の出力端子にモータ5を接続し、回転翼35または洗濯兼脱水槽31を駆動する。
【0014】
モータ5は直流ブラシレスモータにより構成し、回転子を構成する永久磁石と固定子との相対位置(回転子位置)をロータ位置検出手段6により検出する。ロータ位置検出手段6は、通常、3個のホールIC(6a、6b、6c)により構成している。インバータ回路4の負電圧端子と整流回路3の負電圧端子間に電流検出手段7,いわゆるシャント抵抗を接続している。
【0015】
ラインフィルター2の出力交流電圧端子間には、給水弁8,排水弁9,クラッチ10を接続し、スイッチング手段11により制御する。ここで、洗濯機の構成について説明する。図13に示すように、外槽30は、回転自在に配設した洗濯兼脱水槽31を内包し、吊り棒32により洗濯機外枠33をつり下げている。モータ5は、減速機構を介して洗濯兼脱水槽31および洗濯兼脱水槽31の内底部に回転自在に配設した攪拌翼35を回転駆動する。給水弁8は水道水を洗濯兼脱水槽31に給水するもので、電磁弁により構成し、排水弁9は洗濯兼脱水槽31内の水の排水を制御する。クラッチ10は、モータ5の回転駆動軸を攪拌翼35に結合するか洗濯兼脱水槽31に結合するかを制御する。スイッチング手段11は、双方向サイリスタなどのソリッドステートリレー、またはメカニカルリレーで構成している。
【0016】
制御回路12は、インバータ回路4およびスイッチング手段11を制御するもので、マイクロコンピュータにより構成した制御手段13と、制御手段13の出力信号によりインバータ回路4のIPMを制御してモータ5の回転駆動を制御するインバータ駆動回路14と、スイッチング手段11を制御するスイッチング手段駆動回路15と、電流検出手段7の出力信号によりインバータ回路4の電流を検知し制御手段13にモータ電流に応じた信号を加える電流検出回路16とで構成している。
【0017】
また、制御回路12は、スイッチング手段11を制御して給水弁8,排水弁9,クラッチ10などの動作を制御し、洗い、すすぎ、脱水の一連の行程を制御する。
【0018】
洗い行程においては、攪拌翼35を左右に回転させ、布に機械力を加えて、衣類の汚れを落とし、脱水行程においては、洗濯兼脱水槽31を回転させ、洗濯に使った洗濯水を衣類から絞るよう動作させる。
【0019】
制御手段13は、洗濯動作を時系列的に制御するなど洗濯機の動作全般を制御(詳細省く)するとともに、インバータ回路4のIPMを制御して、モータ5を駆動する。制御手段13は、キャリア信号発生回路と比較回路とを有しインバータ回路4のIPMを制御するPWM制御手段18dと、インバータ回路4の出力電圧を所望の波形に出力する波形記憶手段18eと、ロータ位置検出手段6の出力信号とキャリア信号発生回路の出力信号より電気角を演算する電気角制御手段18bと、キャリア信号発生回路の出力信号に同期して電気角制御手段18bにより波形記憶手段18eの信号を呼出しPWM制御手段18dに信号を出力する出力レベル変換回路18cと、ロータ位置検出手段6aの信号より検知した回転数と設定回転数を比較して得た誤差信号により電気角制御手段18bの出力信号レベルを変えて回転数を制御する回転数制御手段18aと、モータ印加電圧位相を制御する電圧位相設定手段18fとで構成している。
【0020】
この制御手段13は、図2に示すように構成しており、PWM制御手段18dは、キャリア信号発生回路181dにより鋸歯状波を発生させ、比較回路182dの入力端子に信号vcを加え、比較回路182dの他方の入力端子に電圧設定手段180dの信号vuを加え、キャリア信号発生回路181dの周期は、キャリア周波数を15.6kHzに設定すると64μsとなり、時間に比例して信号レベルが変化する鋸歯状波を発生させる。鋸歯状波の方が三角波よりもPWM分解能が高く優れている。また、鋸歯状波の場合にはキャリア周波数のN次高調波が三角波に比べて増加する欠点があるが、キャリア周波数を超音波周波数に設定すれば、キャリア周波数のN次高調波は騒音への影響がなくなるので、この問題はなくなる。
【0021】
比較回路182dはマイクロコンピュータ内のデジタルコンパレータで、ダブルバッファより構成される電圧設定手段180dのデータと鋸歯状波のキャリア信号と比較してPWM波形を生成する。図2に示すPWM制御手段18dは3出力の1相分で、3相出力の場合には同様の回路を3個有する。ただし、キャリア信号発生回路181dは1つで共用化できる。
【0022】
波形記憶手段18eは、電気角に対応した所望の電圧信号(正弦波データ)を記憶したのもので、256(8ビット)から512(9ビット)個の数値データの配列である。電圧振幅に相当する数値データは9ビットデータで、通常は−256から+256まで電気角に対応した正弦波データを記憶している。この数値データは、いわゆる正規化データであり、データの持ち方は特にきまっていないので、できるだけプログラムの実行速度が早くなる数値配列が望ましい。
【0023】
電気角検知手段18bは、ロータ位置検出手段6の出力信号を検知し回転周期を検出する回転周期検知手段182bと、基準となるロータ位置検出手段6の出力信号H1からの位相角φbを設定する位相設定手段181bと、回転周期検出手段182bより検知した電気角60度に相当する期間内にキャリア信号発生回路181dの出力パルス数kカウントし、キャリア信号1周期の電気角Δθを演算しロータ位置に対応する電気角を演算する電気角演算手段183bと、電気角演算手段183bより演算したロータ電気角と位相設定手段181bより印加電圧電気角を設定する電気角設定手段180bより構成される。
【0024】
出力レベル変換回路18bは、波形記憶手段18eより電気角に対応した振幅信号Aを呼び出す呼び出し手段180cと、呼び出し手段180cの出力信号Aに変調度Gを演算してPWM制御手段18dに出力する電圧演算手段181cとで構成している。通常、波形記憶手段18eのデータは、インバータ回路4の最大出力レベルに対応した数値なので、電圧演算手段181cの演算はインバータ出力電圧レベルを減らす演算となり、変調度Gは1よりも小さい数値となる。通常、正弦波PWMにおける変調度はパーセンテイジ(%)で呼ばれる。
【0025】
変調度Gは回転数制御手段18aにより出力され、回転数制御手段18aは、モータ回転数を所定値に設定する回転数設定手段181aと、ロータ位置検出手段6aの信号より回転数を検知する回転数検知手段180aと、検知回転数と設定回転数を比較して誤差信号を出力する回転数比較手段182aとで構成し変調度Gを制御する。
【0026】
電圧位相設定手段18fは、モータ5を駆動する条件によりインバータ回路出力電圧の位相を設定制御するものである。インバータ回路出力電圧の位相と、モータ電流位相はかならずしも、同一位相にならないので、予めモータ5の駆動条件毎(攪拌翼を回転させる、洗い運転や、洗濯兼脱水槽31を回転させる脱水運転等)に、インバータ回路出力電圧位相とその時の、モータ電流の位相を試験的に観測し、この試験データを基に、インバータ回路出力電圧位相を設定する。この設定する位相とは、モータ誘起電圧Ecと、モータ電流の位相とが近い程、高効率になるので、この条件を満たすような、インバータ回路出力電圧位相が最適である。また、トルクを重視する時などは、モータ誘起電圧Ecに対し、モータ電流位相が進みぎみになるような、いわゆる弱め界磁の状態にインバータ回路出力電圧位相を設定する制御方式がある。
【0027】
上記構成において電気角に対応した各部波形関係は、図3および図4に示すようになる。
【0028】
図3は、通常洗い運転中のモータ回転駆動時の各部波形関係を示すもので、図3において、Ecはモータ誘起電圧波形で、ロータ位置検出手段6のロータ位置信号H1、H2、H3は、電気角60度ごとに信号が変化し、基準信号H1がLoからHiに変化したタイミングを0度とすると、モータ誘起電圧Ecは電気角30度遅れた位相となる。ロータ位置信号H1、H2、H3の変化に同期してロータ位置信号H1、H2、H3の状態データを読み込み、状態データより60度毎のロータ電気角を検出できる。
【0029】
信号vcはキャリア信号発生回路181dの鋸歯状波の出力信号で、0から512まで変化するタイマカウンタのタイマ値である。タイマ値が512になると、タイマカウンタがオーバーフローして0に戻り、キャリア割り込み信号cを発生させる。
【0030】
信号vuは、比較回路182dの一方の入力信号で、基本的には出力レベル変換回路18cの出力信号と同じであり、この場合は、位相角φは0度で変調度Gは100%の場合を示す。この信号vuは波形記憶手段18eに記憶した正弦波データの振幅信号A(−256〜+256)に変調度Gを掛けて256を足したもので、vu=A×G+256より計算される。256を中心値として0から512まで正弦波状に変化する。
【0031】
信号uは信号vuとキャリア信号発生回路181dの出力データvcと大小比較したPWM波形を示す。この信号uによりインバータ駆動回路14を介してインバータ回路4を駆動し、モータ5に電圧を印加することにより、ほぼ正弦波状の電流でモータ5を駆動することができ、モータ5から発生する騒音、振動を低減することができる。
【0032】
この信号uはU相の上アームトランジスタの駆動信号で、下アームトランジスタの駆動信号は信号uの反転信号となる。実際にトランジスタに加える信号は、さらにターンオフタイムを考慮したデッドタイム制御が加わり、上下アームトランジスタの同時導通を禁止する期間を設けている。
【0033】
これにより、キャリア信号に同期して演算によりロータ位置電気角を検出し、波形記憶手段18eに記憶した正弦波データを読み出すことができるので、キャリア信号の周波数を高くしてロータ位置検出分解性能を高くすることができ、モータ5の回転数制御性能を向上することができ、モータ騒音を減らすことができる。
【0034】
図4は、誘起電圧波形に対し、モータ電流位相を遅らせるようインバータ回路出力電圧位相により設定させた時(後述、洗濯兼脱水槽内の布量を検出するときの攪拌翼回転時)の各部波形関係を示す。インバータ出力電圧位相を、通常モータ駆動時の位相角φ(0度)に対し、約10度遅らせた場合の波形である。U相電流Iuは、モータ5の巻線インダクタンスにより、遅れるので、実際には、基準位相H1に対し40度程度遅れ、誘起電圧波形Ecに対しは約10度程度遅れた波形となる。
【0035】
このように、例えば、U相電流Iu波形を、誘起電圧波形Ecに対し約10度遅れた状態で、モータ駆動することにより、モータ5のトルクは減少し、外部の負荷の違いに対する、モータ相電流Iuの変化が大きくなる。
【0036】
つぎに、フローチャート図5を用いて、実施例を説明する。まず、洗濯兼脱水槽31内に洗濯物を入れ、次にステップ200において洗濯運転をスタートする。ステップ201でモータ5をオンする。この時、攪拌翼35の設定回転数をN1(120r/min)とし、回転数制御手段18aにより、変調度Gを制御し、設定回転数N1になるよう制御する。ステップ202で、モータ5の起動制御を行う。モータ5起動時には、矩形波駆動に設定して所定のPWM設定値によりモータ5を起動させ、ロータが1/4から1回転してから正弦波駆動に切り替える。矩形波駆動は120度通電制御とも呼ばれ、モータ5を構成する直流ブラシレスの最も簡単で、かつ起動トルクを大きくとれる制御方法である。ロータ位置信号により、インバータ回路4を構成する3相フルブリッジインバータの上側アームトランジスタまたは下側アームトランジスタの片側のみPWM制御することにより、モータ電流を制御することができる。
【0037】
ステップ203にて、先程述べたような正弦波PWM制御に切り換える。正弦波PWM制御は、上側アームトランジスタと下側アームトランジスタが交互にオンオフするもので、たとえば、U相上側アームトランジスタの駆動信号uの反転信号がU相下側アームトランジスタの駆動信号となり、すべてのトランジスタはキャリア信号周波数でPWM制御される。 ステップ204に進んで以降、回転数制御のサブルーチンを実行する。回転数制御モード(回転数制御サブルーチン)は、 電圧位相設定手段18fにより、モータ電流が誘起電圧位相より遅れるよう(例えば10度)インバータ出力電圧位相φを設定する。このインバータ出力電圧位相φの設定のもとで、変調度Gを制御し、攪拌翼35の回転数が設定回転数N1に収束するフィードバック制御を行う。フィードバック制御の方法としては、前記した通り、ロータ位置検出手段6aの信号より回転数検知手段181aにより、現在の攪拌翼35の回転数を検知し、検知回転数と設定回転数N1を比較して誤差信号を出力する回転数比較手段182aにより、変調度Gを制御する。このフィードバック制御は、ステップ204で、ロータ位置検出手段6aからの信号が変化があるかを検知し、信号の変化があった場合は、パルス入力があったとしてステップ205に進む。ステップ205では、パルス入力が何回あったかをカウントし記憶するパルス入力CTをカウントし、ステップ206において、ロータ位置検出手段6aからの信号の変化周期により、攪拌翼35の現在回転数を検知する。ステップ207では、攪拌翼35の現在回転数と設定回転数の差より変調度Gを制御する。そして、ステップ209においては、電流検知回路16からの出力信号により、インバータ回路4の入力電流を検知する。ステップ209で、攪拌翼35を回転させる所定時間t1が経過したかを判定し、時間t1が経過するまで、ステップ104以降のフィードバック制御を行う。時間t1が経過した時点で攪拌翼35の回転動作を終了し、ステップ210に進み、モータ5の動作を停止させる。
【0038】
このステップ201からステップ210までの動作を攪拌翼35の回転方向、左右交互に2回行い、その後ステップ211に進み、布量を検知する。ステップ211では、フィードバック制御中に、ロータ位置検出手段6aからの信号が変化した回数をカウントしておいたパルス入力CTの値nと、パルス入力CTをカウントするごとに記憶しておいたそれぞれn個からなる電流検出回路16から出力されたインバータ回路4への入力電流値(I1、I2、I3、・・・・In)および変調度G(G1、G2、G3,・・・・・Gn)から、平均電流値Iavgと、平均変調度Gavgを計算する。そして、更に、平均電流値Iavgと、平均変調度Gavgの関数 Z=Iavg−K・Gavg(Kは定数)を計算し、このZ値により、布量を検知する。
【0039】
ここで、インバータ出力電圧位相φに応じた、インバータ回路4への入力電流値と布量との関係を図6(b)に示す。布量が多い程、攪拌翼35にかかる力が大きくなり、モータ5のトルクが増加するため、インバータ回路4への入力電流値も増加する。また、インバータ出力電圧位相φをある範囲内(誘起電圧に対し電流位相を0〜10度程度遅らせるよう設定する)で変化させた時、同じ布量においても、インバータ回路4への入力電流値が変化する。この時の傾向としては、誘起電圧に対し電流位相を遅らせるように制御すると、同じ衣類の量でも、入力電流値は大きくなる。
【0040】
つぎに、変調度Gと布量との関係を図6(b)に示す。布量が多い程、トルクが増加し、電流を多く流す必要があるため、変調度Gは大きくなる。また、変調度は電源電圧の大小によっても変化する。同じ布量では電源電圧が低い方がより電流を多く流す必要があるため、変調度Gは大きくなる。すなわち、変調度Gと電流値の2との値から布量を検知することにより、電源電圧の影響を軽減することができる。
【0041】
図7(a)と図7(b)に電流値と、変調度と、布量との関係を示す。また、図7(a)は、誘起電圧位相に対して電流位相がほぼ同じ位相になるように、インバータ出力電圧位相φを設定したときで、図7(b)は、誘起電圧位相に対して電流位相が約10度程度遅れるよう、インバータ出力電圧位相φを設定した時のものである。このように電流値のみならず、変調度Gを用いることにより、電源電圧の影響を受けずに、布量を検知することができ、更に、電流位相を誘起電圧位相に対し遅れさせることにより、より精度よく布量を検知することができる。
【0042】
一方、正弦波駆動の詳細なフローチャートを図8を参照しながら説明する。
ステップ300でモータ5の起動制御を行いステップ301に進む。ステップ302からステップ304は前記した内容に重なるのでステップ304から説明する。ステップ304に進んでキャリア信号割込cの有無を判断し、キャリア信号割込cが発生するとステップ305に進んでキャリア信号割込サブルーチンを実行する。
【0043】
キャリア信号割り込みサブルーチンの詳細については、図9により説明するが、簡単に説明すると、キャリア信号をカウントすることによりロータ位置電気角を検出し、電気角に応じて波形記憶手段18eより正弦波データを呼び出し、PWM制御データを設定するものである。このサブルーチンの実行とリターンには、数μsecから10数μsec以内に処理する必要がある。
【0044】
つぎに、ステップ306に進み、インバータ回路4を構成するIGBTの駆動制御を行う。PWM制御手段18dの出力設定手段182dはダブルバッファ構造となっており、PWM値が変更されてから実際に出力される信号は、つぎのキャリア信号のタイミングとなる。
【0045】
ステップ307は、ロータ位置信号の変化を検出するもので、ロータ位置信号H1、H2、H3のエッジ信号を検出して割り込み信号が発生したかどうかを検出し、割り込み信号が発生するとステップ308に進み、位置信号割り込みサブルーチンを実行する。位置信号割り込みの優先度は、キャリア信号割り込みのつぎに設定する。
【0046】
位置信号割り込みサブルーチンの詳細については、図10により説明するが、簡単に説明すると、ロータ回転周期と回転数の検出、0度、60度、120度等の60度ごとの電気角の設定、キャリア信号1周期の電気角の演算等の処理を実行する。
【0047】
この位置信号割り込みサブルーチン210も、キャリア信号割り込みサブルーチンと同様に高速処理が必要であり、数μsecから10数μsec以内に処理する必要がある。なぜなら、2つの割り込みが同時に重なっても、キャリア信号1周期(64μs)の50%の時間内に処理しないと、メインルーチンの実行が不可能となり、プログラムの実行に支障をきたす場合が生じる。
【0048】
ステップ309にてモータ5の駆動動作の終了判定を行い、続行ならばステップ204に戻り、終了ならばステップ310に進んで、IGBTをすべてオフさせてから、キャリア信号のカウントを停止させ、一連の正弦波駆動制御を終了させる。
【0049】
つぎに、ロータ位置検出手段6の出力信号、すなわちロータ位置信号H1、H2、H3のエッジを検出したときの位置信号割り込み動作を図10を参照しながら説明する。
【0050】
ステップ400より、エッジ信号により外部割り込みが生じ位置信号割り込みサブルーチンを開始し、ステップ401にてロータ位置信号H1、H2、H3の状態データを入力し、ロータ位置を検出する。ステップ402で、ロータ位置信号よりロータ電気角θcを設定する。U相が電気角0度とすれば、V相は120度、W相は240度に設定される。
【0051】
つぎに、ステップ403に進んでキャリア信号発生回路181dのキャリア割り込み信号cのパルス数のカウント値kをキャリアカウンタメモリkcに記憶し、ステップ404に進んでカウント値kをクリヤしてステップ405に進み、キャリア信号発生回路181dの出力信号1周期の電気角Δθを演算する。位置信号割り込み周期は電気角60度に相当するので、Δθ=60/kcで表される。360度を8ビット(256)の分解能とすれば、Δθ=42/kcと表現する。
【0052】
ここで、キャリア信号発生回路181dの1周期あたりの電気角を演算することにより、回転周期が変化しても電気角を演算して検知することができ、ロータ位置検出精度を向上でき、モータ5にロータの電気角に応じた所望の電圧波形を印加することができる。
【0053】
キャリア信号の周波数は15kHz以上の超音波周波数に設定するので、カウント値kcは脱水運転時のモータ回転数においても最低10以上の分解能を確保でき、1電気角では60以上の分解能を確保できる。マイクロコンピュータの命令実行速度に余裕があれば、キャリア周波数を15.6kHzに設定し8極モータを900r/minで駆動した場合、245の分解能を確保でき、脱水回転においてもほぼ正弦波の電圧波形で駆動できる。
【0054】
つぎに、ステップ406に進んで基準電気角の0度かどうか、すなわち、ロータ位置信号H1がLからHに変化したかどうか判定し、Yならばステップ407に進んで周期測定タイマカウンタTの測定値を周期測定メモリToに記憶し、ステップ408に進んでタイマカウンタTをクリヤする。その後、ステップ409に進んで周期Toよりロータ回転数Nを求める。
【0055】
周期測定のタイマカウンタは、測定精度を向上させるためにクロック周波数を1〜10μsと高くし、マイクロコンピュータの基準クロックを分周した信号をハードタイマーでカウントする。
【0056】
つぎに、ステップ411に進み、回転数制御モードに設定し、設定回転数Nsと検知回転数Nの誤差信号により変調度Gを制御する。この時の位相φは前述した如く基準値に対し(0度から30度の範囲で駆動条件に応じて)て設定する。通常攪拌運転時では、効率優先ならば遅角10度から遅角20度が最適となる。
【0057】
変調度Gを制御した後、ステップ412に進んで周期Toを測定するタイマカウンタのカウントを開始させる。
【0058】
つぎに、キャリア信号割り込み動作について図8を参照しながら説明する。図9は、キャリア信号割り込みサブルーチンのフローチャートであり、キャリア信号に同期してロータ位置に対応した電気角を求め、波形記憶手段18eの信号を読み出してPWM出力するものである。キャリア信号発生回路181dのタイマカウンタがオーバーフローすると割り込み信号が発生し、ステップ500より始まるキャリア信号割り込みサブルーチンを実行する。
【0059】
ステップ501でキャリアカウンタのカウント値kをインクリメントし、つぎに、ステップ402に進んでインバータ回路出力電気角θを演算する。
【0060】
電気角θは、キャリア信号1周期の電気角Δθとキャリアカウンタのカウント値kの積に位相φと位置信号割り込みサブルーチンで検出した電気角θcの和より求める。Δθ×k+θcの演算値はロータ位置電気角を意味し、位相φは、モータ5への印加電圧位相を示す。電気角θは、U、V、W各相とも求める。
【0061】
つぎに、ステップ503に進んで波形記憶手段18eより電気角θに対応した波形データを呼び出す。正弦波データならば、呼び出したデータはsinθとなる。ただし、振幅データは−256〜+256の値である。電気角最大値は360度なので、θが360度以上になると0に戻ってデータを読み出す。つぎに、ステップ504に進んで位置信号割り込みサブルーチンで求めた変調度Gより信号vuを演算し、ステップ505に進んでPWM制御手段18dに信号を加える比較回路182dの出力設定バッファ、すなわち第2のPWM制御手段18dにデータを転送し、ステップ506に進んでサブルーチンリターンする。V相、W相もステップ502からステップ505までU相と同様の処理を行う。
【0062】
キャリア信号割り込みサブルーチン内の処理はキャリア信号1周期内に処理を終わる必要がある。キャリア周波数が15.6kHzならば遅くとも30μs以内に処理を終える必要があり、処理が30μs以内に処理が終わらないプログラムステップの場合にはプログラムを分割し、キャリア割り込み1回目でU相、2回目でV相、3回目でW相の処理を行うようにしてもよい。
【0063】
(実施例2)
構成は上記実施例1と同じである。上記構成において、フローチャート図11を参照しながら動作を説明する。ステップ600で洗濯運転をスタートし、ステップ601でモータ5をオンし、攪拌翼35を動作させる。この時、攪拌翼35の設定回転数をN1(120r/min)とし、回転数制御手段18aにより、変調度Gを制御し、設定回転数N1になるよう制御する。ステップ602でモータ5の起動後、ステップ603に進み、前記したフィードバック制御を行う。ステップ604では、正弦波駆動に移行し、以後フィードバック制御を行う。ステップ605からステップ610は実施例1で記したフローチャートと同様なので省略する。ステップ610で時間t1が経過したかを判断し、時間t1を経過した時点で、ステップ611でフィードバッグ制御を中止しモータ5をオフし、ステップ612に進み、モータ5のオフ後に何回、ロータ位置検出手段6からの信号が変化しかを、ステップ614で時間t2が経過するまでカウントする。
【0064】
このステップ602からステップ614までの動作を攪拌翼35の回転方向を左右交互に各2回行い、その後ステップ615に進み、布量を検知する。
【0065】
ここで、モータオフ時のパルス数と布量との関係(パルス数にたいしてその布量であり得る頻度を示す相関図で、正規分布を用いる)を図11に示す。布量が多ければ多いほど、攪拌翼35と布との摩擦係数が大きくなり、モータ5をオフしてから、攪拌翼35が止まるまでの時間が短くなり、ロータ位置検出手段6からの信号変化の数(パルス数)も少なくなる。
【0066】
そこで、上記実施例1のように平均入力電流値Iavgと、平均変調度Gavgの関数Z=Iavg−K・Gavg(Kは定数)の値、およびモータ5のオフ時の、ロータ位置検出手段6からの信号変化の数により布量を検知することにより、布量の検知精度を更に向上することができる。(表1)に布量検知方法の一例を示す。
【0067】
【表1】
【0068】
約3kgから6kg以上と布量が多い場合は、に平均入力電流値Iavgと、平均変調度Gavgの関数Zの値が大きいため、Zの値から直接布量を判定し、Zの値が小さい場合には、約3kg以下と判定し、パルス数により細かく布量を判定するようにしている。
【0069】
なお、本実施例では、平均入力電流値Iavgと、平均変調度Gavgの関数Zにより、一旦布量を判定し、判定結果の一部分を再度モータ5のオフ時のパルス数により布量を判定するよう構成しているが、上記3つのデータの計算方法および組み合わせ等はこれに限定しない。
【0070】
【発明の効果】
以下のように本発明の請求項1に記載の発明によれば、洗濯兼脱水槽に回転自在に配設した攪拌翼と、攪拌翼を駆動するモータと、モータに電力を供給するスイッチング素子からなるインバータと、モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、ロータ位置検出手段の出力信号によりモータまたは攪拌翼の回転数を検知する回転数検知手段と、スイッチング素子の入力電流値を検知する電流検知手段と、インバータを制御する制御手段とを備え、制御手段は、モータを正弦波駆動するとともに、回転数検知手段からの出力信号により、モータまたは攪拌翼の回転数が所定回転数になるようにインバータのスイッチング素子の通電比、すなわちモータの印加電圧を制御したときのモータへの印加電圧と、電流検知手段により検知した前記スイッチング素子の入力電流値と、その後モータを休止し、休止後の前記回転数検知手段より出力される出力信号との3つの値から、洗濯兼脱水槽に投入された洗濯物の量を検知するようにした洗濯機において、制御手段は、洗濯物の量を検知する時の攪拌翼回転時におけるモータ電流位相を、洗い運転時の攪拌翼回転時におけるモータの誘起電圧位相よりも遅延させて入力電流値を大きくするようにしたものであり、攪拌翼の回転時に発生するモータのコギング音等の騒音を低減することができ、かつ、電源電圧の変動、モータ自体の特性の違いに関係なく洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量を検知することができる。
【0071】
また、モータの駆動トルクが弱まり、外的負荷すなわち、洗濯兼脱水槽内の衣類の量の変化に対し、モータに流れる電流値の変化がより敏感になり、細かい布量の検知を実現することができるので、洗濯兼脱水槽内に投入された衣類の量の検知性能自体を更に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施例のブロック回路図
【図2】 同洗濯機のブロック図
【図3】 同洗濯機のモータ駆動装置のタイムチャート
【図4】 同洗濯機のインバータ制御時の動作タイミングチャート
【図5】 同洗濯機のインバータ制御時の動作フローチャート
【図6】 (a)同洗濯機のインバータ入力電流と布量との相関特性図
(b)同洗濯機の変調度と布量との相関特性図
【図7】 (a)同洗濯機の入力電流値と、変調度と、布量との相関特性図
(b)同洗濯機の入力電流値と、変調度と、布量との位相遅れ時の相関特性図
【図8】 同洗濯機の要部動作フローチャート
【図9】 同洗濯機の要部動作フローチャート
【図10】 同洗濯機の要部動作フローチャート
【図11】 本発明の第二の実施例の要部動作フローチャート
【図12】 同洗濯機のパルス数と布量に対する頻度を示す相関特性図
【図13】 洗濯機の断面図
【符号の説明】
1 交流電源
3 整流回路
4 インバータ回路
5 モータ
6 ロータ位置検出手段
13 制御手段
16 電流検知回路
35 攪拌翼
Claims (1)
- 洗濯兼脱水槽に回転自在に配設した攪拌翼と、前記攪拌翼を駆動するモータと、前記モータに電力を供給するスイッチング素子からなるインバータと、前記モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記ロータ位置検出手段の出力信号により前記モータまたは前記攪拌翼の回転数を検知する回転数検知手段と、前記スイッチング素子の入力電流値を検知する電流検知手段と、前記インバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記モータを略正弦波で駆動するとともに、前記回転数検知手段からの出力信号により、前記モータまたは前記攪拌翼の回転数が所定回転数になるように前記インバータのスイッチング素子の通電比、すなわち前記モータの印加電圧を制御したときの前記モータへの印加電圧と、前記電流検知手段により検知した前記スイッチング素子の入力電流値と、その後前記モータを休止し、休止後の前記回転数検知手段より出力される出力信号との3つの値から、前記洗濯兼脱水槽に投入された洗濯物の量を検知するようにした洗濯機において、前記制御手段は、洗濯物の量を検知する時の攪拌翼回転時におけるモータ電流位相を、洗い運転時の攪拌翼回転時における前記モータの誘起電圧位相よりも遅延させて入力電流値を大きくするようにした洗濯機。
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