JP5072493B2 - 回転機制御装置および洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、回転子に永久磁石を備えた回転機をいわゆるセンサレスで制御する回転機制御装置およびこの回転機制御装置を備えた洗濯機に関する。

エアコン等のコンプレッサ用モータやファン用モータ、電気自動車の駆動用モータなどでは、広範囲の可変速制御、消費電力の低減、メンテナンス性の改善等が要請されている。これに応えるため、回転子に永久磁石を備えた永久磁石モータを、ホールＩＣなど回転子位置検出用のセンサを取り付けることなく、インバータ装置を使用してベクトル制御するセンサレス駆動方式が多く採用されるようになってきている。

例えばエアコンの室外機などに使用されるファン用モータでは、モータが外力やモータ自身の原因によりロックして回転しなくなったり、脱調等により回転速度が異常に低下するといった回転異常が発生することがある。上記回転子位置検出用のセンサを用いないセンサレス駆動方式では、この回転異常を直接的に検出することができない。そこで、特許文献１では、位置推定運転時にｄ軸誘起電圧推定値をゼロに収束させることにより回転子の角周波数を検出し、その検出した角周波数と角周波数指令値との差に基づいて回転異常を判定している。
特開２００３−３１９６９８号公報

この特許文献１には、位置推定運転時における回転異常の判定手段が記載されている。しかしながら、この判定手段は、位置推定演算によって推定された回転機の回転速度または誘起電圧の値を指標として回転異常の判定を行うものであるため、推定演算を正確に実行できなかった場合、または推定演算の結果の誤差が大きい場合には回転異常を検出するまでに時間を要していた。

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、推定手段が正確に回転機の回転速度を推定できなかった場合であっても、回転機の回転異常を速やかに検出できる回転機制御装置およびこの回転機制御装置を備えた洗濯機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の回転機制御装置は、回転子に永久磁石を備え固定子に巻線が巻回された回転機に対し転流信号に従って通電を行う電力変換装置と、前記回転子の回転速度と回転位置を推定する推定手段と、起動運転時には前記電力変換装置に対し指令回転速度に応じた所定の通電パターンを有する転流信号を出力し、位置推定運転時には前記推定手段により推定された回転位置に基づいて前記電力変換装置に対し転流信号を出力する制御手段と、前記巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記巻線に印加される電圧および前記電流検出手段により検出された電流を用いて前記回転機の入力電力に対応する値を演算する入力電力演算手段と、前記推定手段により推定された回転速度を用いて前記回転機の出力電力に対応する値を演算する出力電力演算手段と、前記入力電力演算手段により演算された入力電力に対応する値と前記出力電力演算手段により演算された出力電力に対応する値との比較結果に基づいて前記回転機が回転異常であるか否かを判定する回転異常判定手段とを備え、前記回転異常判定手段は、前記巻線に印加される電圧の振幅をＶｄｑとし、前記巻線に印加される電圧の位相をＶθとし、前記巻線に流れる電流の位相をＩθとし、前記回転子の回転速度をωとし、前記回転機のトルク定数をＫｔとし、次式に示すように、前記出力電力演算手段により演算された出力電力に対応する値を前記入力電力演算手段により演算された入力電力に対応する値で除すことにより回転異常指標を求め、その回転異常指標に基づいて回転異常を判定することを特徴とする。
回転異常指標＝ω×Ｋｔ×cos（Ｉθ）／（３／２×Ｖｄｑ×cos（Ｖθ−Ｉθ））

この構成によれば、推定された回転速度を直接的に用いて演算した回転機の出力電力に対応する値と、推定量を直接的に用いることなく電圧および電流に基づいて演算した回転機の入力電力に対応する値とに基づいて回転異常を判定するので、推定量に誤りが生じた場合に回転機の入出力電力の関係が異常となり、回転異常と判定される。

本発明の回転機制御装置によれば、推定手段が回転機の回転速度を正確に推定できなかった場合であっても、回転機の回転異常を速やかに検出することができる。

以下、本発明の回転機制御装置を洗濯乾燥機に適用した一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図４は、ドラム式（横軸形）洗濯乾燥機の縦断側面図である。外箱１の内部には水槽２が配設されている。水槽２の内部には回転槽（ドラム、乾燥室）３が配設されている。水槽２および回転槽３は共に円筒状を成すもので、前側（図中、左側）の端面部にそれぞれの開口部４、５を有している。水槽２の開口部４は、外箱１の前面部に形成した洗濯物出し入れ用の開口部６にベローズ７を介して連ねられている。外箱１の開口部６には扉８が開閉可能に設けられている。

回転槽３における周側部（胴部）のほぼ全域には、孔９が形成されている（一部のみ図示）。この孔９は、洗濯時および脱水時に通水孔として機能し、乾燥時には通風孔として機能する。水槽２には、前側の端面部の上部（開口部４より上方の部分）に温風出口１０が形成され、後側の端面部の上部に温風入口１１が形成されている。また、水槽２の底部の最後部には排水口１２が形成されている。水槽２外において、排水口１２に排水弁１３が接続されるとともに、排水弁１３に排水ホース１４が接続されることにより、水槽２内の水を機外に排出可能となっている。
回転槽３の後側の端面部の後面（背面）には、補強部材１５が取り付けられている。この補強部材１５の中心部には、後方に突出するようにして回転軸１６が取り付けられている。回転槽３の後側端面部の中心部周りには、多数の温風導入孔１７が形成されている。

水槽２の後側端面部の中心部には、軸受ハウジング１８が取り付けられている。この軸受ハウジング１８の中心部には回転軸１６が挿通されており、回転軸１６は、軸受１９、２０により回転可能に支承されている。またそれにより、回転槽３が水槽２と同軸状で回転可能に支持されている。なお、水槽２は、図示しないサスペンションにより外箱１に弾性支持され、その支持形態は、水槽２の軸方向が前後となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状となっている。また、水槽２に上述のように支持される回転槽３も、同形態となっている。

軸受ハウジング１８には、外周に、モータ２１のステータ２２が取り付けられている。このステータ２２に、回転軸１６の後端部に取り付けられたロータ２３が外側から対向するようになっている。従って、モータ２１はアウターロータ形のブラシレスＤＣモータである。モータ２１は、回転軸１６を中心に回転槽３をダイレクトドライブ方式で回転駆動させる。

水槽２の後側端面部の内側には、温風カバー２４が装着されている。一方、補強部材１５には、回転軸１６を取り付けた中心部の周囲部分に複数の比較的大きな温風導入口２５が形成されており、この部分の外周部にシール部材２６を装着し、このシール部材２６を温風カバー２４の前面に圧接させることで、温風入口１１から温風導入口２５へと気密に通じる温風通路２７が構成されている。

水槽２の下方（外箱１の底面上）には、複数個のクッション２８を介して台板２９が配置されている。この台板２９の上には、通風ダクト３０が配置されている。この通風ダクト３０は、前端部の上部に吸風口３１を有している。この吸風口３１には、水槽２の温風出口１０が還風ダクト３２および接続ホース３３を介して接続されている。なお、還風ダクト３２は、ベローズ７の左側を迂回するように配管されている。

一方、通風ダクト３０の後端部には循環用送風機３４のケーシング３５が接続されている。このケーシング３５の出口部３６は、接続ホース３７および給風ダクト３８を介して、水槽２の温風入口１１に接続されている。なお、給風ダクト３８は、モータ２１の左側を迂回するように配管されている。

還風ダクト３２、接続ホース３３、通風ダクト３０、ケーシング３５、接続ホース３７および給風ダクト３８により、水槽２の温風出口１０と温風入口１１とが接続されて通風路３９が設けられている。循環用送風機３４は、その通風路３９を通じ回転槽３内の空気を回転槽３外に出し、再び回転槽３内に戻すように循環させるものである。通風路３９と循環用送風機３４とにより、回転槽３内の空気を循環させる循環装置４０が構成されている。

なお、循環用送風機３４は、例えば遠心ファンであり、ケーシング３５の内部に遠心羽根車３４ａを有し、その遠心羽根車３４ａを回転させるモータ３４ｂをケーシング３５の外部に有している。

通風路３９中、通風ダクト３０の内部には、前部から後部へ順に、フィルタ４１、蒸発器４２、凝縮器４３が配置されている。このうち、フィルタ４１は、水槽２の温風出口１０から還風ダクト３２および接続ホース３３を通じ、通風ダクト３０に流入する回転槽３内の空気により運ばれるリント（糸くず）を捕獲するものである。蒸発器４２は、蛇行状を成す例えば銅製の冷媒流通パイプに、例えばアルミニウム製の伝熱フィンを多数装着して成るものである。凝縮器４３も蒸発器４２と同様の構成となっている。これら蒸発器４２および凝縮器４３の伝熱フィンの各間を、通風ダクト３０を流れる回転槽３内の空気が通るようになっている。

蒸発器４２および凝縮器４３は、図５に示す圧縮機４５および絞り器４６と共にヒートポンプ４７を構成している。ヒートポンプ４７においては、接続パイプ４８により、圧縮機４５、凝縮器４３、絞り器４６、蒸発器４２の順に、これらがサイクル接続されている（冷凍サイクル）。そして、圧縮機４５が作動することによりサイクル内に封入した冷媒が循環されるようになっている。冷媒には、例えば、高温用冷媒であるＲ１３４ａが使用される。圧縮機４５は、図４に示すように、通風ダクト３０外に並設されている。絞り器４６は、この場合、膨張弁（特には電子式膨張弁〔ＰＭＶ：Pulse Motor Valve〕）から成っており、開度調整機能を有している。

吸風口３１と蒸発器４２との間における通風ダクト３０の側面部で底面３０ａに臨む部分には、除湿水排出口４９が形成されている。この除湿水排出口４９は、外箱１の側面下部に形成した排水口５０に接続パイプ５１により接続されている。なお、通風ダクト３０において、底面部中の蒸発器４２の直下に位置する部分３０ｂは、除湿水排出口４９に向けて下降する傾斜面となっている。

一方、外箱１内の後上部には給水弁５２が配置されている。この給水弁５２は、出口部を複数有するもので、それらは外箱１内の前側の上部に配置した給水ボックス５３に接続パイプ５４、５５により接続されている。さらに、給水ボックス５３は、詳しくは図示しないが、洗剤投入部並びに柔軟仕上剤投入部を有している。給水弁５２は、出口部の開放の選択により、洗い時には接続パイプ５４から給水ボックス５３の洗剤投入部を経て水槽２内に給水し、最終すすぎ時には接続パイプ５５から給水ボックス５３の柔軟仕上剤投入部を経て同じく水槽２内に給水するようになっている。

このほか、外箱１の前面部の上部の裏側には制御装置５６が配置されている。この制御装置５６は、例えばマイクロコンピュータから成り、洗濯乾燥機の作動全般を制御する。制御装置５６には、操作パネル（図示省略）に設けられた各種操作スイッチから成る操作入力部より各種操作信号が入力されるとともに、水槽２内の水位を検知するように設けられた水位センサから水位検知信号が入力される。

また、制御装置５６には、蒸発器４２の入口および出口、凝縮器４３、並びに圧縮機４５の冷媒吐出部の各温度を検知する温度センサからそれぞれ温度検知信号が入力されるようになっている。そして、制御装置５６は、上記各種信号の入力並びに予め記憶した制御プログラムに基づいて、給水弁５２、モータ２１、排水弁１３、圧縮機４５、絞り器４６、循環用送風機３４のモータ３４ｂ、圧縮機４５を冷却する圧縮機冷却用送風機などを、駆動回路（何れも図示せず）を介して制御するようになっている。

図１は、圧縮機４５を構成するモータ６０の駆動を制御するモータ制御装置６１の構成を機能ブロックにより示したものである。この図１は、位置推定運転時における機能を表している。モータ制御装置６１（回転機制御装置の一例に相当）の制御対象であるモータ６０（回転機の一例に相当）は、回転子６０ｒに永久磁石６０ｍを備え、固定子６０ｓに電機子巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃが巻回されてなる三相永久磁石同期モータ（ＰＭモータ）である。回転子６０ｒの位置を直接検出するセンサは取り付けられておらず、モータ制御装置６１は、いわゆるセンサレスベクトル制御によりモータ６０を駆動制御するようになっている。

モータ制御装置６１は、制御部６２、インバータ６３および電流検出器６４ａ、６４ｂ、６４ｃから構成されている。インバータ６３（電力変換装置の一例に相当）は、スイッチング素子例えばＩＧＢＴ６３ap、６３an、…を３相ブリッジの回路形態に接続してなる周知の電圧形インバータであって、その出力端子とモータ６０の端子との間にはホールＣＴ、シャント抵抗などから構成される上記電流検出器６４ａ、６４ｂ、６４ｃ（電流検出手段の一例に相当）が設けられている。

制御部６２は、ＣＰＵコアやメモリ等の基本構成の他、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、入出力ポート、通信インターフェースなどの周辺回路を備えたプロセッサにより構成されており、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリに記憶された制御プログラムを実行することによりモータ６０を制御するようになっている。制御部６２は、モータ６０の磁束軸方向をｄ軸とし、これに直交するトルク軸方向をｑ軸とし、これらｄｑ座標系で電圧および電流を制御することによりベクトル制御を実行する。

制御部６２は、電流制御部６５、回転速度・角度推定部６６および回転異常検出部６７としての機能を実現するようになっている。回転速度・角度推定部６６は、回転子６０ｒの回転速度ωと磁極位置（回転子角度θ）とを推定するもので推定手段に相当する。電流制御部６５は、起動運転時においてはインバータ６３に対し指令回転速度に応じた所定の通電パターンを有する強制的な転流信号を出力し、位置推定運転時においては推定した回転子位置に基づいて巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃに流す電流の位相と大きさを制御するもので制御手段に相当する。回転異常検出部６７は、起動運転時および位置推定運転時において、回転子６０ｒがロックしたことまたは脱調などにより回転速度が異常に低下したことを検出するためのものである。

電流制御部６５において、３相−２相変換部６８は、電流検出器６４ａ、６４ｂ、６４ｃにより検出された三相の電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃをこれと等価な二相の電流Ｉα、Ｉβに変換する。また、回転座標変換部６９は、このαβ座標系の電流Ｉα、Ｉβをｄｑ座標系の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換する。この回転座標変換の演算に際しては、後述する回転速度・角度推定部６６により推定された回転子角度θestが用いられる。

制御部６２には指令回転速度ωｒが入力されている。減算器７０は、指令回転速度ωｒから回転速度・角度推定部６６で推定された回転速度ωestを減算して速度偏差Δωを求め、ＰＩ演算部７１は、速度偏差Δωに対するＰＩ演算を実行して指令ｑ軸電流Ｉqrを生成する。指令ｄ軸電流Ｉdrは一定値（本実施形態ではゼロ）としている。

減算器７２は、指令ｄ軸電流Ｉdrから検出されたｄ軸電流Ｉｄを減算してｄ軸電流偏差ΔＩｄを求め、ＰＩ演算部７３は、そのｄ軸電流偏差ΔＩｄに対するＰＩ演算を実行して指令ｄ軸電圧Ｖｄを生成する。同様に、減算器７４は、指令ｑ軸電流Ｉqrから検出されたｑ軸電流Ｉｑを減算してｑ軸電流偏差ΔＩｑを求め、ＰＩ演算部７５は、そのｑ軸電流偏差ΔＩｑに対するＰＩ演算を実行して指令ｑ軸電圧Ｖｑを生成する。

回転座標変換部７６は、これらｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑに対し回転子角度θestを用いて回転座標変換を行い、αβ座標系の電圧Ｖα、Ｖβを出力する。ＰＷＭ形成器７７は、この電圧Ｖα、Ｖβに基づいてＰＷＭ変調された転流信号を生成する。インバータ６３を構成するＩＧＢＴ６３ap、６３an、…は、図示しないドライブ回路を通して与えられる上記転流信号に従ってスイッチング動作を行う。これにより、モータ６０の巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃに電圧Ｖα、Ｖβに応じた電圧が印加され、モータ６０が回転駆動される。

回転速度・角度推定部６６は、ｄｑ座標系でのモータモデルを用いて回転速度ωestと回転子角度θestを求める。ｄ軸誘起電圧推定部７８は、回転子６０ｒが回転することにより巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃに生ずる誘起電圧のｄ軸成分推定値Ｅｄを、次の（１）式により計算する。
Ｅｄ＝Ｖｄ−（Ｒ＋ｐＬｄ）・Ｉｄ＋ωest・Ｌq・Ｉｑ …（１）
ここで、Ｒはモータ６０の１相分の巻線抵抗、Ｌｄ、Ｌｑはモータ６０の１相分のｄ軸、ｑ軸インダクタンス、ωestは回転子６０ｒの回転速度の推定値、ｐは微分演算子である。また、電流Ｉｄ、Ｉｑには検出された電流値を用い、ｄ軸電圧Ｖｄにはインバータ６３の応答性が良いことから検出値の代わりに指令値を用いている。

ＰＩ演算部７９は、（１）式で求めた誘起電圧のｄ軸成分推定値Ｅｄに対するＰＩ演算を実行して回転速度誤差ωerrを出力し、減算器８０は、（２）式で示すように指令回転速度ωｒから回転速度誤差ωerrを減算して回転速度ωestを求める。
ωest＝ωｒ−ωerr …（２）
この推定方法によれば、誘起電圧のｄ軸成分推定値Ｅｄはゼロに収束する。積分器８１は、回転速度ωestを積分して回転子角度θestを出力する。

図２は、回転異常検出部６７の構成を示している。回転異常検出部６７は、回転異常指標算出部９０および判定部９１から構成されている。回転異常指標算出部９０は、電力演算部９２（入力電力演算手段および出力電力演算手段の一例に相当）と除算器９３とからなっている。なお、本実施形態では、判定部９１と除算器９３とにより回転異常判定手段９４が構成されている。

回転異常指標算出部９０は、モータ６０の回転異常の指標とする回転異常指標を算出する。この回転異常指標は、下記（３）式に示すようにモータ６０の出力電力をモータ６０の入力電力で除すことにより得られる。すなわち、回転異常指標は、モータ６０の入力電力とモータ６０の出力電力とを比較した結果である。
回転異常指標＝モータ出力電力／モータ入力電力 …（３）

判定部９１は、上記回転異常指標の値と予め定められたしきい値（例えば１）とを比較し、回転異常指標がしきい値を超えている場合に回転異常と判定して異常判定信号Ｓａを出力する。この異常判定信号Ｓａが出力されると、電流制御部６５がインバータ６３のスイッチング動作を停止させるようになっている。

ところで、モータ６０の入力電力および出力電力は、一般に下記（４）式および（５）式のようになる。
モータ入力電力＝３／２×Ｖｄｑ×Ｉｄｑ×cos（Ｖθ−Ｉθ） …（４）
モータ出力電力＝ω×Ｋｔ×Ｉｄｑ×cos（Ｉθ） …（５）
ここで、Ｖｄｑはモータ６０に印加される電圧の振幅［Ｖ］、Ｖθは同電圧の位相［deg］、Ｉｄｑは巻線６０ａ〜６０ｃに流れる電流の振幅［Ａ］、Ｉθは同電流の位相［deg］、ωは回転子６０ｒの回転速度、Ｋｔはトルク定数［Ｎｍ／Ａ］、cos（Ｖθ−Ｉθ）は力率である。

上記（４）式および（５）式に示すように、入力電力および出力電力のいずれにも、電流振幅Ｉｄｑが含まれている。そして、回転異常指標は、上記（３）式に示すように出力電力を入力電力で除したものである。このため、本実施形態の回転異常指標算出部９０では、演算を簡単化するために、電流振幅Ｉｄｑを算出することなく下記（６）式のように回転異常指標を算出している。
回転異常指標＝ω×Ｋｔ×cos（Ｉθ）／（３／２×Ｖｄｑ×cos（Ｖθ−Ｉθ））
…（６）

回転異常指標算出部９０では、上記（６）式のうち、分母（モータ６０の入力電力に対応する部分）については、モータ６０の実電圧（本実施形態では指令電圧Ｖｄ、Ｖｑで代用）と検出した電流Ｉｄ、Ｉｑとから演算する。一方、分子（モータ６０の出力電力に対応する部分）については、位置推定運転時には回転速度ωとして回転速度・角度推定部６６により算出された推定値ωestを用いて、この推定値ωestと検出した電流Ｉｄ、Ｉｑとから演算する。また、起動運転時には回転速度ωとして指令回転速度ωｒを用いて、この指令回転速度ωｒと上記電流Ｉｄ、Ｉｑとから演算する。すなわち、（６）式の分母は、実際に検出された値（またはその代替値）に基づいて算出され、分子は、推定演算値（起動運転時には指令値）に基づいて算出されることになる。

なお、力率には、推定値である回転子６０ｒの角度θに依存する電圧位相Ｖθと電流位相Ｉθとが含まれている。しかし、電圧位相Ｖθと電流位相Ｉθとの差を求めているため、推定値θに誤差が含まれている場合であっても、力率は推定誤差の影響を受けることなく算出される。

図３は、モータ６０に印加される電圧および巻線に流れる電流のベクトル図である。この図３に示すように、電圧振幅Ｖｄｑ、電流振幅Ｉｄｑ、電圧位相Ｖθおよび電流位相Ｉθは、下記の（７）式〜（１０）式のようになる。
Ｖｄｑ＝（Ｖｄ²＋Ｖｑ²）^1/2 …（７）
Ｉｄｑ＝（Ｉｄ²＋Ｉｑ²）^1/2 …（８）
Ｖθ＝ｔａｎ^-1（−Ｖｄ／Ｖｑ） …（９）
Ｉθ＝ｔａｎ^-1（−Ｉｄ／Ｉｑ） …（１０）

回転異常指標算出部９０では、上記（７）式、（９）式および（１０）式に基づいて、電圧振幅Ｖｄｑ、電圧位相Ｖθおよび電流位相Ｉθを算出するようになっている。
また、位置推定運転時にｄ軸電流Ｉｄをゼロとした場合、電流位相Ｉθがゼロとなるので、位置推定運転時における回転異常指標算出部９０は、上記（６）式を簡単化した下記（１１）式を用いて回転異常指標を算出することが可能となる。
回転異常指標＝ω×Ｋｔ／（３／２×Ｖｄｑ×cos（Ｖθ）） …（１１）

次に、モータ６０の回転異常の検出について説明する。
位置推定運転時において、回転異常が発生し、モータ６０が脱調または停止した場合には、モータ６０の回転速度が指令値から外れて低下する。この際、回転速度・角度推定部６６がモータ６０の回転速度の低下を正確に推定できない場合には、回転速度の推定値ωestは小さくならず高いままとなる。このため、推定演算結果のみを用いた従来の方法では、このような場合におけるモータ６０の回転異常を検出することができなかった。これに対し、本実施形態のモータ制御装置６１は、モータ６０の回転速度を正確に推定できない場合でも以下のようにしてモータ６０の回転異常を正しく検出することができる。

位置推定運転時において、回転異常指標算出部９０は、上記（１１）式において回転速度ωに推定値ωestを代入することにより回転異常指標を算出する。この場合、（１１）式の分子の値は、推定値ωestに基づいて算出されるので、回転異常が発生し、モータ６０の回転速度が低下しても高いままとなる。

これに対し、（１１）式の分母の値は、回転速度・角度推定部６６の演算結果に直接的に関係せず、モータ６０の巻線に実際に印加される電圧および検出された巻線電流に基づいて算出されるため、モータ６０の実際の回転速度の低下に応じて小さくなる。この結果、回転異常指標算出部９０により算出される回転異常指標の値は次第に大きくなる。

回転異常指標を算出するための（１１）式の分母の値はモータ６０の入力電力に対応し、分子の値はモータ６０の出力電力に対応するものである。通常、モータ６０において、出力電力が入力電力を上回ることはあり得ない。このため、（１１）式により算出される回転異常指標が１を超える状態は、異常状態であると判断できる。従って、判定部９１は、回転異常指標がしきい値である１を超えた場合に、モータ６０に回転異常が生じていると判定し、異常判定信号Ｓａを出力する。異常判定信号Ｓａが出力されると、電流制御部６５がインバータ６３のスイッチング動作を停止させる。

ところで、モータ６０の入力電力と出力電力との関係は、一般に下記（１２）式のように表される。
モータ入力電力＝モータ出力電力＋３×Ｒ×（Ｉｄｑ／２^1/2）²＋鉄損 …（１２）
ここで、右辺第２項は銅損であり、Ｒはモータ６０の１相分の巻線抵抗である。

この（１２）式に従って、上記したモータ６０の回転異常判定において、モータ６０の銅損および鉄損などの損失をモータ６０の出力電力に加えたものと、モータ６０の入力電力とを比較するようにすれば、より正確に回転異常を検出できる。すなわち、モータ６０の銅損および鉄損を演算する損失演算手段を備えて、回転異常指標算出部９０が、上記（６）式右辺の分子の値にモータ６０の銅損および鉄損を加えて回転異常指標を算出するようにしてもよい。このように構成すれば、上記したとおり、より正確にモータ６０の回転異常を検出することが可能となる。

ただし、回転異常判定は、回転異常の生じ易い低速回転時に行われるため、鉄損はモータ入出力電力に対し非常に小さく鉄損を無視しても判定精度の低下は少ない。また、上記各損失を演算しない場合には回転異常指標が小さく演算されるため、正常回転を異常回転と誤判定するケースを低減できる利点もある。さらに、上記各損失を演算しないことにより演算処理を簡単化できる利点もある。このようなことから、本実施形態では、上記各損失を回転異常判定に用いない構成としている。

起動運転時においても同様にして回転異常を検出できる。電流制御部６５は、起動運転時には停止状態にあるモータ６０に対し起動運転を実行し、回転速度・角度推定部６６が回転速度ωestと回転子角度θestを正しく推定可能となる回転速度までモータ６０を加速する。この起動運転においては、指令ｄ軸電流Ｉdrを一定値とし、指令ｑ軸電流Ｉqrをゼロとした上で、指令回転速度ωｒに従って回転子角度θを増加させる強制転流を行う。

従って、起動運転時において、回転異常指標算出部９０は、上記（６）式において回転速度ωに指令回転速度ωｒを代入することにより回転異常指標を算出する。この場合、（６）式の分子の値は、指令回転速度ωｒに基づいて算出されるので、回転異常が発生し、モータ６０の回転速度が低下しても高いままとなる。

これに対し、（６）式の分母の値は、回転速度・角度推定部６６の演算結果に直接的に関係せず、モータ６０の巻線に実際に印加される電圧および検出された巻線電流に基づいて算出されるため、モータ６０の実際の回転速度の低下に応じて小さくなる。この結果、回転異常指標算出部９０により算出される回転異常指標の値は次第に大きくなる。判定部９１は、位置推定運転時と同様に、回転異常指標がしきい値である１を超えた場合に、モータ６０に回転異常が生じていると判定し、異常判定信号Ｓａを出力する。

以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置６１は、位置推定運転時に、実際に検出された値に基づいてモータ６０の入力電力に対応する値を演算するとともに、回転速度・角度推定部６６で推定した回転速度ωestに基づいてモータ６０の出力電力に対応する値を演算し、これらの比較結果に相当する回転異常指標を求め、この回転異常指標がしきい値より大きい場合に回転異常と判定する回転異常検出部６７を備えている。

このような構成によれば、位置推定運転時に回転速度・角度推定部６６が正確に回転速度ωestを推定できない場合には、回転異常指標が大きくなりしきい値を超える。これにより、回転異常検出部６７は、モータ６０に回転異常が生じていると判定する。従って、推定演算の結果が正確でない場合であっても回転異常を検出することができる。

回転異常検出部６７が回転異常を検出すると、電流制御部６５がインバータ６３のスイッチング動作を停止させてモータ６０への通電を停止する。これにより、電機子巻線６０ａ〜６０ｃに過大な電流が流れたり、インバータ６３のスイッチング素子が故障したりすることを防止できる。

回転異常検出部６７は、回転速度ωestに替えて指令回転速度ωｒを用いることにより、起動運転時にもモータ６０の回転異常を検出することができる。従って、起動運転時を含むセンサレス駆動において、負荷の急変等によるロックや脱調による回転数低下などの発生を速やかに検出できる。これにより、モータ６０を組み込んだシステム全体が停止してしまうことを防止できる。

モータ６０の巻線６０ａ〜６０ｃに印加される電圧は指令電圧に対して優れた追従性を有しているので、回転異常検出部６７は、回転異常指標を算出するためのモータ６０に印加される電圧として実電圧に代えて指令電圧Ｖｄ、Ｖｑを用いることができる。これにより電圧検出手段が不要となる。

なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施形態に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。
回転速度ωestと回転子角度θestの推定方法は、誘起電圧のｄ軸成分推定値Ｅｄをゼロに収束させる回転速度・角度推定部６６による推定方法に限られない。

モータ６０の巻線に印加される電圧を検出する電圧検出手段を設け、回転異常指標算出部９０は、その検出した実電圧を用いて回転異常指標を算出してもよい。

判定部９１において、回転異常指標の値と比較するしきい値は１でなくてもよく、速やかに回転異常を検出できるような値であればよい。また、使用されるモータ６０のＴ−Ｎ（トルク−回転速度）特性から、各負荷点における効率をテーブル化して記憶しておき、その効率の変化に対応して上記しきい値を変化させるようにしてもよい。このようにすれば、モータ６０の運転状態に応じた最適な回転異常検出を行うことができる。

本発明は、洗濯乾燥機の圧縮機用のモータを制御する構成に限ることなく、洗濯乾燥機において、洗い運転、すすぎ運転およ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２１を制御する構成に適用してもよい。また、本発明は、センサレスベクトル制御によりモータを駆動制御する構成であれば適用可能である。

本発明の一実施形態を示すモータ制御装置の電気的なブロック構成図 回転異常検出部のブロック構成図 モータに印加される電圧および巻線に流れる電流のベクトル図 ドラム式洗濯乾燥機の縦断側面図 洗濯乾燥機のヒートポンプサイクルを示す図

符号の説明

図面中、４５は圧縮機、４７はヒートポンプ、６０はモータ、６０ａ、６０ｂ、６０ｃは巻線、６０ｍは永久磁石、６０ｒは回転子、６０ｓは固定子、６１はモータ制御装置、６３はインバータ、６４ａ、６４ｂ、６４ｃは電流検出器、６５は電流制御部、６６は回転速度・角度推定部、９２は電力演算部、９４は回転異常判定手段を示す。

Claims (6)

1. 回転子に永久磁石を備え固定子に巻線が巻回された回転機に対し転流信号に従って通電を行う電力変換装置と、
   前記回転子の回転速度と回転位置を推定する推定手段と、
   起動運転時には前記電力変換装置に対し指令回転速度に応じた所定の通電パターンを有する転流信号を出力し、位置推定運転時には前記推定手段により推定された回転位置に基づいて前記電力変換装置に対し転流信号を出力する制御手段と、
   前記巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記巻線に印加される電圧および前記電流検出手段により検出された電流を用いて前記回転機の入力電力に対応する値を演算する入力電力演算手段と、
   前記推定手段により推定された回転速度を用いて前記回転機の出力電力に対応する値を演算する出力電力演算手段と、
   前記入力電力演算手段により演算された入力電力に対応する値と前記出力電力演算手段により演算された出力電力に対応する値との比較結果に基づいて前記回転機が回転異常であるか否かを判定する回転異常判定手段とを備え、
   前記回転異常判定手段は、前記巻線に印加される電圧の振幅をＶｄｑとし、前記巻線に印加される電圧の位相をＶθとし、前記巻線に流れる電流の位相をＩθとし、前記回転子の回転速度をωとし、前記回転機のトルク定数をＫｔとし、次式に示すように、前記出力電力演算手段により演算された出力電力に対応する値を前記入力電力演算手段により演算された入力電力に対応する値で除すことにより回転異常指標を求め、その回転異常指標に基づいて回転異常を判定することを特徴とする回転機制御装置。
   回転異常指標＝ω×Ｋｔ×cos（Ｉθ）／（３／２×Ｖｄｑ×cos（Ｖθ−Ｉθ））
2. 前記回転異常判定手段は、前記回転異常指標が１よりも大きい場合に回転異常であると判定することを特徴とする請求項１記載の回転機制御装置。
3. 前記巻線に印加される電圧を検出する電圧検出手段を備え、
   前記入力電力演算手段は、前記電圧検出手段により実際に検出した電圧および前記電流検出手段により実際に検出した電流を用いて前記回転機の入力電力に対応する値を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の回転機制御装置。
4. 前記入力電力演算手段は、前記巻線に印加される電圧の指令値および前記電流検出手段により実際に検出した電流を用いて前記回転機の入力電力に対応する値を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の回転機制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の回転機制御装置を備えていることを特徴とする洗濯機。
6. 洗濯物を乾燥させる乾燥運転を行うため、温風を生成するヒートポンプの一部を構成する圧縮機を備え、
   前記回転機制御装置は、前記圧縮機に内蔵される回転機を制御することを特徴とする請求項５記載の洗濯機。

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