JP4552738B2 - 洗濯機のモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、３相直流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相直流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（例えば、特許文献１参照）。
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、本発明の洗濯機のモータ制御装置は、交流電源と、３相直流ブラシレスモータと、前記交流電源からの交流電力を変換して前記３相直流ブラシレスモータに直流電力を供給する第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、前記制御回路は、前記３相直流ブラシレスモータの回転中に、前記電圧監視装置により送られてきた前記第１の直流電源の電圧が第１の電圧まで低下すると前記交流電源からの電力供給が途絶えたと判断し、前記３相短絡装置を動作させて前記第１の直流電源の電圧を前記第１の電圧よりもさらに低下させ、前記第１の直流電源の電圧が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２の電圧まで低下すると前記回生装置を動作させて前記第１の直流電源の電圧を上昇させ、その後、前記第１の直流電源の電圧が前記第２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印加される部品の電圧最大定格より低い第３の電圧まで上昇すると、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させて前記直流電源の電圧を前記第３の電圧より低下させ、以後、前記回生装置の動作と３相短絡装置の動作を繰り返すことにより、前記３相直流ブラシレスモータの回転を制動
し、前記回生装置の動作時の発生電力により前記制御回路の動作を維持しながら前記３相直流ブラシレスモータの回転の制動動作を実施するように構成したものである。

これにより、制御回路は、３相直流ブラシレスモータの回転中に、第１の直流電源の電圧が第１の電圧まで低下すると、第１の直流電源に電力が供給されなくなったと判断し、３相短絡による３相直流ブラシレスモータの回転に対する制動動作と、３相直流ブラシレスモータから第１の直流電源への電力の回生動作とを繰り返し、回生電力を利用して制御回路の動作を持続維持しながら、ブレーキ動作を断続的に持続し、３相直流ブラシレスモータを速やかに停止させるとともに、３相直流ブラシレスモータ駆動用の第１の直流電源の電圧が高くなることを防止している。

本発明の洗濯機のモータ制御装置は、３相直流ブラシレスモータの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、低価格にすることが可能となり、また、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の発明の洗濯機のモータ制御装置は、交流電源と、３相直流ブラシレスモータと、前記交流電源からの交流電力を変換して前記３相直流ブラシレスモータに直流電力を供給する第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、前記制御回路は、前記３相直流ブラシレスモータの回転中に、前記電圧監視装置により送られてきた前記第１の直流電源の電圧が第１の電圧まで低下すると前記交流電源からの電力供給が途絶えたと判断し、前記３相短絡装置を動作させて前記第１の直流電源の電圧を前記第１の電圧よりもさらに低下させ、前記第１の直流電源の電圧が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２の電圧まで低下すると前記回生装置を動作させて前記第１の直流電源の電圧を上昇させ、その後、前記第１の直流電源の電圧が前記第２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印加される部品の電圧最大定格より低い第３の電圧まで上昇すると、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させて前記直流電源の電圧を前記第３の電圧より低下させ、以後、前記回生装置の動作と３相短絡装置の動作を繰り返すことにより、前記３相直流ブラシレスモータの回転を制動し、前記回生装置の動作時の発生電力により前記制御回路の動作を維持しながら前記３相直流ブラシレスモータの回転の制動動作を実施するように構成したことにより、３相直流ブラシレスモータの回転中に直流電源への電力供給が途絶えたとき、回生電力による直流電源電圧の過度の上昇を防止して、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、低価格にすることが可能となり、また、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。

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相直流ブラシレスモータ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相直流ブラシレスモータ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、インバータ回路８の動作を制御する。電圧監視装置１０は、コンデンサ３の両端子間に抵抗を直列に接続し、抵抗の接続点から制御回路９に電圧情報を出力している。

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、本実施の形態においては、３相短絡装置および回生装置は、インバータ回路にて構成している。すなわち、回生装置及び３相短絡装置は、本発明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、交流電源からの電力供給が途絶えたときの本発明の制御が行われたときのコンデンサ３の直流電源電圧の時間的な変化を示している。

図２において、交流電源１からの電力供給が行われ、脱水中など３相直流ブラシレスモータ４がインバータ装置により回転しているとき、コンデンサ３の直流電源電圧は、図２のａ部の電圧となっている。

次に交流電源からの電力供給が途絶えると、第１の直流電源は図２のｂ部のように低下していく。そして第１の電圧に到達すると、電圧監視装置１０からの情報により、制御回路９はこれを検知して交流電力の供給が途絶えたと判断し、それまでのモータ駆動制御をやめて、制御回路９はＩＧＢＴ７ｄ、７ｅ、７ｆのゲートをオン、７ａ、７ｂ、７ｃのゲートをオフし、ＩＧＢＴ７ｄ、７ｅ、７ｆをオンにする。このとき３相直流ブラシレスモータ４はその回転により、各相には３相直流ブラシレスモータ４による発電電圧が発生している。このとき、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、３相直流ブラシレスモータ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、３相直流ブラシレスモータ４とこれらの経路により閉ループを構成して３相直流ブラシレスモータ４の発電電力は消費される。このように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３相直流ブラシレスモータ４にブレーキがかかり回転は低下していく。この間第１の直流電源であるコンデンサ３は、第２の直流電源、電圧監視装置、その他の回路（図示していないが、第１の直流電源及び第２の直流電源にはその他の回路が接続されていることが通常である）により電力を消費し、図２のｃ部のように第１の直流電源の電圧は低下していく。そして第２の電圧に到達すると制御回路９はＩＧＢＴを全てオフ状態にする。

これにより３相直流ブラシレスモータ４は惰性回転となり、回生装置６を通じて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の直流電源電圧は図２のｄ部のように電圧が上昇する。電圧が上昇して第３の電圧まで上昇すると、制御回路９は電圧監視装置１０からの情報により再び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のゲートをオフしこれらのＩＧＢＴをオフ状態にする。このとき図２のｅ部のように電圧は低下し、再び第２の電圧まで低下する。以後図２のｄ部、ｅ部の状態を繰り返す。

その後、ｄ部、ｅ部の状態を何回か繰り返した後、第１の電圧に低下した後、図２のｆの部分のように、回生が行われるが、３相短絡状態になるたびにブレーキがかかり回転が落ちているため、回生によるコンデンサ３の直流電源電圧は第２の電圧に到達せず、３相直流ブラシレスモータ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３相直流ブラシレスモータ４の回転が低下し、回生電力も低下していくため第１の直流電源電圧
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、３相直流ブラシレスモータ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３相直流ブラシレスモータ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３相直流ブラシレスモータ４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３相直流ブラシレスモータ４の制動を行い、３相直流ブラシレスモータ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、３相直流ブラシレスモータ４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３相直流ブラシレスモータ４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３の電圧を第１の電圧より低い電圧としたものであり、その動作は第１の実施の形態と同一である。また、その他の構成は第１の実施の形態と同じであり、説明は省略する。

以上の構成においてその動作を図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の第２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、交流電源からの電力供給が途絶えたときの本発明の制御が行われたときのコンデンサ３の直流電源電圧の時間的な変化を示している。

図３に示す第２の実施の形態の第１の直流電源の電圧の変化は、第１の実施の形態の、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ部に第２の実施の形態のｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ部が対応する。

図３に示すように、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後、３相直流ブラシレスモータ４は、回生と制動の動作を交互に実行するが、その回生と制動の動作中に第１の直流電源への電力供給が再開されると、第１の直流電源の電圧は図３に示すｇ部の電圧となるため、第３の電圧を超えた状態となり、そのとき、３相短絡状態となり、３相直流ブラシレスモータ４はブレーキが連続してかかることとなり、より速やかに３相直流ブラシレスモータ４の回転を停止させることができる。

（実施の形態３）
第３の実施の形態は、第３の電圧を第１の電圧と同じ値に設定したものであり、その動作は、第２の実施の形態と同一である。また、その他の構成は第１の実施の形態と同じであり、説明は省略する。

制御回路９は、電圧監視装置１０からの電圧情報として、第１の電圧および第２の電圧の情報の二つの電圧情報だけにより、制御方法を変えればよいため、第２の実施の形態よりさらにいっそう簡単な制御となる。

以上のように、本発明にかかる洗濯機のモータ制御装置は、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３相直流ブラシレス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３相直流ブラシレス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洗濯機のモータ制御装置の回路図 同洗濯機の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 本発明の第２の実施の形態における洗濯機の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

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相直流ブラシレスモータ
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 (1)

1. 交流電源と、３相直流ブラシレスモータと、前記交流電源からの交流電力を変換して前記３相直流ブラシレスモータに直流電力を供給する第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、前記制御回路は、前記３相直流ブラシレスモータの回転中に、前記電圧監視装置により送られてきた前記第１の直流電源の電圧が第１の電圧まで低下すると前記交流電源からの電力供給が途絶えたと判断し、前記３相短絡装置を動作させて前記第１の直流電源の電圧を前記第１の電圧よりもさらに低下させ、前記第１の直流電源の電圧が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２の電圧まで低下すると前記回生装置を動作させて前記第１の直流電源の電圧を上昇させ、その後、前記第１の直流電源の電圧が前記第２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印加される部品の電圧最大定格より低い第３の電圧まで上昇すると、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させて前記直流電源の電圧を前記第３の電圧より低下させ、以後、前記回生装置の動作と３相短絡装置の動作を繰り返すことにより、前記３相直流ブラシレスモータの回転を制動し、前記回生装置の動作時の発生電力により前記制御回路の動作を維持しながら前記３相直流ブラシレスモータの回転の制動動作を実施するように構成した洗濯機のモータ制御装置。