JP5238174B2 - モータ制御装置および洗濯機 - Google Patents

Description

本発明は、回転座標上での制御が可能なモータ制御装置およびこれを用いた洗濯機に関する。

近年、洗い、濯ぎおよび脱水運転を行うためにダイレクトドライブ方式のブラシレスモータを備え、モータ制御装置によりそのモータを回転座標（ｄｑ座標）上でベクトル制御する洗濯機が用いられている。このような洗濯機では、回転速度を広範囲に且つ高精度に制御できるため、消費電力および運転中の振動が低減する。

特許文献１には、洗い運転時に倍電圧整流回路を選択し、脱水運転時に昇圧整流回路を選択する洗濯機が開示されている。この洗濯機によれば、脱水運転時に十分な昇圧電圧を確保できるので、ｄ軸電流を最小（例えば０）に制御しても高速回転による脱水運転が可能となる。従って、脱水運転時のモータ電流を小さくして消費電力の低減を図ることができる。
特開２００１−２５２４９４号公報

しかしながら、高トルクが必要な負荷領域でモータの巻数を増やし、高速回転が必要な負荷領域でモータの巻数を減らすようにモータ巻線を切り替えるシステムなどでは、高速回転領域においてｄ軸電流を最小にすることが必ずしも効率を最大にすることにならないという問題がある。例えば、上述した特許文献１ではｄ軸電流を最小に制御するようになっているが、これは銅損を最小にする目的で行われており、鉄損に関しては考慮されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、鉄損と銅損を考慮してモータを高効率で運転できるモータ制御装置およびこれを用いた洗濯機を提供することにある。

請求項１記載のモータ制御装置は、半導体スイッチング素子を備え、モータの電機子巻線に対しそのスイッチング状態に応じた電圧を出力する電力変換手段と、この電力変換手段によりモータが運転状態にあるときにモータの鉄損と銅損をそれぞれ算出する鉄損算出手段および銅損算出手段と、モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、各運転状態において前記算出された鉄損と銅損の合計が最小となるように前記電機子巻線に対する出力電圧の振幅を制御し、指令回転速度と検出回転速度との差分に基づいて出力電圧の位相を制御する電圧制御手段とを備えていることを特徴とする。

請求項５記載の洗濯機は、洗い、濯ぎ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と、このモータを制御する前記モータ制御装置とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、運転状態におけるモータの鉄損と銅損の総損失が最小となるように制御されるので、鉄損が大きくなる高速回転においてもモータおよび洗濯機を高効率で運転できる。

（第１の実施形態）
以下、モータ制御装置をドラム式洗濯機に適用した場合の第１の実施形態について図１ないし図４を参照しながら説明する。

まず、ドラム式洗濯機の全体構成を図４を用いて説明する。ドラム式洗濯機１の外殻をなす外箱（筐体）２の前面部には、中央部に扉３が設けられ、上部に、多数のスイッチや表示部（何れも図示せず）を備えた操作パネル４が設けられている。扉２は、外箱１の前面中央部に形成された洗濯物出し入れ口５を開閉するものである。

外箱２の内部には、円筒状をなす水槽６が配設されている。この水槽６は、その軸方向が前後方向（図４では左右方向）となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状に配設され、弾性支持装置７により弾性的に支持されている。水槽６の内部には、円筒状をなすドラム（回転体）８が水槽６と同軸状に配設されている。このドラム８は、洗濯の他、脱水および乾燥に共用の槽として機能するもので、胴部のほぼ全域に小孔９が多数形成され（図４に一部のみ示す）、胴部の内周部にはバッフル１０が複数設けられている（図４に１つのみ示す）。

水槽６およびドラム８は、それぞれ前面部に洗濯物出し入れ用の開口部１１、１２を有し、水槽６の開口部１１は前記洗濯物出し入れ口５にベロー１３により水密に連ねられ、ドラム８の開口部１２はその水槽６の開口部１１に臨んでいる。ドラム８の開口部１２の周囲部には、バランスリング１４が設けられている。

上記水槽６の背面部には、ドラム８を回転駆動するモータ１５が配設されている。モータ１５はアウタロータ形のブラシレスＤＣモータ（永久磁石同期モータ）であり、そのステータ１６が、水槽６の背部中央部に取り付けられた軸受ハウジング１７の外周部に取り付けられている。ステータ１６には、三相の巻線１８（電機子巻線に相当）が巻回されている。

モータ１５のロータ（回転子）１９は、ステータ１６を外側から覆うように配置され、中心部に取り付けられた回転軸２０が上記軸受ハウジング１７に軸受２１を介して回転可能に支承されている。軸受ハウジング１７から突出した回転軸２０の前端部はドラム８の背部の中央部に連結されている。すなわち、モータ１５のロータ１９が回転すると、ロータ１９と一体にドラム８も回転する構成（いわゆるダイレクトドライブ方式）となっており、ドラム８内に収容された洗濯物に対して回転力を作用させることで、洗い運転、濯ぎ運転、脱水運転を行う。

水槽６の下面部には水溜部２２が設けられており、この水溜部２２の内部に洗濯水加熱用のヒータ２３が配設され、水溜部２２の後部に、排水弁２４を介して排水ホース２５が接続されている。

水槽６の上部には温風生成装置２６が設けられ、背部には熱交換器２７が設けられている。温風生成装置２６は、ケース２８内に配設された温風用ヒータ２９、ケーシング３０内に配設されたファン３１、ファン３１をベルト伝動機構３２を介して回転駆動するファンモータ３３で構成され、ケース２８とケーシング３０とは連通されている。ケース２８の前部にはダクト３４が接続され、ダクト３４の先端部は、水槽６内の前部に突出してドラム８の開口部１２に臨んでいる。

ここで、温風用ヒータ２９とファン３１とにより温風が生成され、その温風はダクト３４を通してドラム８内に供給される。ドラム８内に供給された温風はドラム８内の洗濯物を加熱するとともに水分を奪い、熱交換器２７側へ排出される。

熱交換器２７は、上部が上記ケーシング３０内と連通し、下部が水槽６内と連通しており、水が上部から注ぎ入れられて流下することで、内部を通る空気中の水蒸気を冷却し凝縮させて除湿する水冷式である。この熱交換器２７を通った空気は再び温風生成装置２６に戻され、温風化されて循環する。

図１は、モータ１５の回転を制御する制御装置３５（モータ制御装置に相当）の構成を示す機能ブロック図である。ここで、後述する制御用マイコン３６とインバータ回路３７を除く構成部分は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）が実行するソフトウェア処理により実現されている。これら制御用マイコン３６とＤＳＰとにより駆動制御手段が実現されている。ＤＳＰには、入出力ポート、シリアル通信回路、電流検出信号などのアナログ信号を入力するためのＡ／Ｄ変換器、ＰＷＭ処理を行うためのタイマなどが具備されている。

モータ１５の巻線１８（１８ｕ、１８ｖ、１８ｗ）は、図２に示す結線状態とされている。すなわち、洗濯機１が洗い運転または濯ぎ運転の場合には、図２（ａ）に示すようにリレー接点３８ｕ、３８ｖ、３８ｗ（巻線切替手段に相当）を介してＹ（スター）結線とされ、洗濯機１が脱水運転の場合には、図２（ｂ）に示すようにリレー接点３８ｕ、３８ｖ、３８ｗを介してΔ（デルタ）結線とされる。リレー接点３８ｕ、３８ｖ、３８ｗは、制御用マイコン３６から出力される切替信号Ｓｂにより切り替えられるようになっている。

モータ１５には、ロータ１９の磁極位置を検出するための位置センサ３９が取り付けられている。本実施形態で用いる位置センサ３９は、ロータ１９に配設された永久磁石の磁界を検出するホールＩＣからなり、例えば６０度（電気角）ごとに磁極位置を検出するようになっている。位置・速度検出部４０（回転速度検出手段に相当）は、角度補間処理および回転速度検出処理を実行し、角度分解能を高めたロータ１９の回転位相角θおよび回転速度ωを演算する。

洗濯機１の運転全般を制御する制御用マイコン３６は指令回転速度ωrefを出力し、減算器４１は、その指令回転速度ωrefとモータ１５の検出回転速度ωとの減算結果である回転速度偏差Δωを出力するようになっている。そして、ＰＩ制御器４２は、その回転速度偏差Δωを入力として比例積分演算を行い、指令ｑ軸電流Ｉqrefを生成するようになっている。本実施形態でいうｑ軸電流、ｄ軸電流は、それぞれ静止座標系（αβ座標系）に対して回転位相角θを有して回転する回転座標系で表されるトルク分電流、励磁分電流を表している。

減算器４３、４４は、それぞれ後述する指令ｄ軸電流Ｉdrefと座標変換器４５から出力されるｄ軸電流Ｉｄとの減算結果である電流偏差ΔＩｄ、指令ｑ軸電流Ｉqrefと座標変換器４５から出力されるｑ軸電流Ｉｑとの減算結果である電流偏差ΔＩｑを出力するものである。ＰＩ制御器４６、４７は、この電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑをそれぞれ入力して比例積分演算を行い、指令ｄ軸電圧Ｖｄ、指令ｑ軸電圧Ｖｑを生成するようになっている。

座標変換器４８は、回転座標変換および二相−三相変換を併せて行うもので、回転位相角θに基づいて、回転座標系の二相の指令電圧Ｖｄ、Ｖｑを静止座標系の三相の指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換するものである。ＰＷＭ信号生成部４９は、指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいてＰＷＭ信号Ｖup、Ｖun、Ｖvp、Ｖvn、Ｖwp、Ｖwnを生成し、それらをインバータ回路３７に出力するようになっている。

そのインバータ回路３７（電力変換手段に相当）は、６個のＩＧＢＴ５０（半導体スイッチング素子に相当）が三相フルブリッジ接続された構成を備えており、その直流電源線５１、５２には図示しないコンバータから１００Ｖの交流電源を倍電圧全波整流した直流電圧が印加されるようになっている。

電流検出器５３、５４、５５は、インバータ回路３７の出力線に設けられたホールＣＴであって、モータ１５の巻線１８に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するようになっている。この電流検出器５３、５４、５５からの電流検出信号は、ＤＳＰ内部のＡ／Ｄ変換器（図示せず）に入力されてディジタルデータに変換される。座標変換器４５は、回転座標変換および三相−二相変換を併せて行うもので、回転位相角θに基づいて、静止座標系の三相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを回転座標系の二相の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換するようになっている。

続いて、指令ｄ軸電流Ｉdrefを生成するための構成を説明する。
鉄損算出部５６（鉄損算出手段に相当）および銅損算出部５７（銅損算出手段に相当）は、それぞれモータ１５が運転状態にあるときにモータ１５の鉄損Ｐｉおよび銅損Ｐｃを算出するものである。ｄ軸電流制御部５８（ｄ軸電流制御手段に相当）は、加算器５９、遅延器６０、減算器６１、ＰＩ制御器６２およびリミッタ６３から構成されている。

加算器５９は、算出した鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃを加算してモータ１５の総損失Ｐallを出力し、遅延器６０（図中Ｚ^−１で示す）は、その総損失Ｐallを１制御周期だけ遅延させる。減算器６１は、現制御周期で算出した総損失Ｐallから前制御周期で算出した総損失Ｐall0を減算し、ＰＩ制御器６２は、その変化分ΔＰallと直前の指令ｄ軸電流Ｉdrefpreの変化符号とに基づいて比例積分演算を行い、指令ｄ軸電流Ｉdrefpreを出力する。この指令ｄ軸電流Ｉdrefpreは、リミッタ６３において適切な範囲内への制限処理が施された上でｄ軸電流Ｉdrefとして出力される。

制御用マイコン３６は、洗濯機１が洗い運転または濯ぎ運転の場合にはＬレベルの切替信号ＳａおよびＹ結線とするための切替信号Ｓｂを出力し、脱水運転の場合にはＨレベルの切替信号ＳａおよびΔ結線とするための切替信号Ｓｂを出力する。スイッチ６４は、切替信号ＳａがＬレベルのときに一定の指令ｄ軸電流Ｉdref1を減算器４３に伝達し、切替信号ＳａがＨレベルのときにｄ軸電流制御部５８から出力される指令ｄ軸電流Ｉdrefを減算器４３に伝達するようになっている。

次に、本実施形態の作用について図３も参照しながら説明する。
制御装置３５のＤＳＰは、図示しない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、所定の制御周期ごとに、ｄ軸電流制御を含むモータ１５の制御演算を実行する。洗濯機１が洗い運転または濯ぎ運転の場合には低速、高トルク運転が必要であり、モータ１５の巻線１８は図２（ａ）に示すＹ結線とされる。このとき、制御装置３５は、鉄損算出部５６、銅損算出部５７およびｄ軸電流制御部５８の演算処理を停止し、一定の指令ｄ軸電流Ｉdref1（例えば０）を用いて速度制御および電流制御を実行する。

これに対し、洗濯機１が脱水運転の場合には高速、低トルク運転が必要であり、モータ１５の巻線１８は図２（ｂ）に示すΔ結線とされる。制御装置３５は、鉄損算出部５６、銅損算出部５７およびｄ軸電流制御部５８での演算を実行して、鉄損と銅損の合計を最小とする損失最小化制御、速度制御および電流制御を実行する。巻線１８がΔ結線とされると、各相の実効的な巻数がＹ結線のときの１／３^１／２となり誘起電圧が低下するため、より高い回転速度まで回転可能となる。

鉄損算出部５６は、（１）式により鉄損Ｐｉを算出する。この（１）式は、理論的に導出されるヒステリシス損および渦電流損からなる鉄損と実際に発生する損失（機械損を除く）とが一致するように決めた近似式である。Ｋ１はモータ１５の磁気回路の構成により決まる定数で、Ｋ２は巻線１８の構成などにより決まる定数である。
Ｐｉ＝Ｋ１・ω^１．８（１＋Ｋ２・Ｉｄ） …（１）

銅損算出部５７は、（２）式により銅損Ｐｃを算出する。Ｒは１相当たりの巻線抵抗値である。
Ｐｃ＝Ｒ・Ｉ^２＝Ｒ（Ｉｄ^２＋Ｉｑ^２） …（２）

これらの式から分かるように、鉄損Ｐｉは、回転速度ωの１．８乗に比例するため、高速回転領域で非常に大きくなるが、（１）式にはｄ軸電流Ｉｄの比例項が存在するので、同じ回転速度と同じトルクを持つ負荷点では、ｄ軸電流Ｉｄを負の方向に大きくするほど鉄損Ｐｉが低減する。ただし、ｄ軸電流Ｉｄを増やすと銅損Ｐｃが増加する。

図３は、一定の回転速度とトルクを持つ負荷点における電流位相と鉄損Ｐｉ、銅損Ｐｃ、総損失Ｐallとの関係を示している。横軸に示す電流位相において、左端のｄ軸電流Ｉｄは０であって、右にいくほどｄ軸電流Ｉｄが負の方向に増加して電流位相が進む。上述した鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃとの関係から、鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃを加算した総損失Ｐallは、ｄ軸電流Ｉｄの増加とともに減少し、ｄ軸電流がＩdmのときに最小値となり、ｄ軸電流Ｉｄがさらに増加すると逆に増大する傾向を示す。

鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃを加算した総損失Ｐallを最小とする損失最小化制御は、ｄ軸電流Ｉｄを図３に示すＩdmに制御するものであり、ｄ軸電流Ｉｄの変化に伴い生じる鉄損Ｐｉの減少分と銅損Ｐｃの増加分とが等しくなる状態となるようにｄ軸電流Ｉｄを制御することと等価である。ｄ軸電流制御部５８は、総損失Ｐallが最小となるように直接的に指令ｄ軸電流Ｉｄrefを演算する。

図３に示すように、指令ｄ軸電流Ｉdrefが０とＩdm（＜０）との間にある場合には、指令ｄ軸電流Ｉｄの増加に伴って総損失Ｐallは減少する。ＰＩ制御器６２は、指令ｄ軸電流Ｉdrefpreの増加中に変化分ΔＰallが負になると、指令ｄ軸電流Ｉｄrefpreをさらに負の方向に増やして指令ｄ軸電流ＩｄrefをＩdmに近付ける。

一方、指令ｄ軸電流ＩdrefがＩdmよりも大きい場合には、指令ｄ軸電流Ｉdrefの増加に伴って総損失Ｐallは増大する。ＰＩ制御器６２は、指令ｄ軸電流Ｉdrefpreの増加中に変化分ΔＰallが正になると、指令ｄ軸電流Ｉdrefpreを減らしてＩdmに近付ける。また、指令ｄ軸電流Ｉdrefpreの減少中に変化分ΔＰallが負になるときも、指令ｄ軸電流Ｉdrefpreを減らしてＩdmに近付ける。その結果、指令ｄ軸電流Ｉdrefは常にＩdmに制御され、総損失Ｐallが最小となる。

以上説明したように、本実施形態の制御装置３５は、モータ１５が運転状態にあるときにモータ１５の鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃとを加算した総損失Ｐallを算出し、総損失Ｐallが最小となるように指令ｄ軸電流Ｉdrefを設定しｄ軸電流Ｉｄを制御（損失最小化制御）するので、モータ１５ひいては洗濯機１の運転効率を高めることができる。

洗濯機１が洗い運転または濯ぎ運転の場合には、低速、高トルク運転となるので銅損Ｐｃが支配的となり鉄損Ｐｉは小さくなるのに対し、洗濯機１が脱水運転の場合には、高速、低トルク運転となるので鉄損Ｐｉが非常に大きくなる。制御装置３５は、巻線１８がΔ結線とされる脱水運転時に上記損失最小化制御を実行するので、鉄損の影響が大きくなる高速運転領域での効率を高めることができる。

鉄損算出部５６は、理論的に導出されるヒステリシス損および渦電流損からなる鉄損Ｐｉと実モータでの損失（機械損を除く）とが一致するように決めた近似式を用いているので、鉄損Ｐｉの算出精度が高く且つＤＳＰの演算量が少ないという利点がある。

（第２の実施形態）
次に、モータ制御装置をドラム式洗濯機に適用した場合の第２の実施形態について図５および図６を参照しながら説明する。

図５は、モータ１５の回転を制御する制御装置６５の構成を示す機能ブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付して示している。制御装置６５は、鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃの合計を最小とする損失最小化制御を実行するｄ軸電流制御部６６（ｄ軸電流制御手段に相当）を備えている。このｄ軸電流制御部６６は、メモリ６６ａ（記憶手段に相当）を備えており、回転速度ω、ｄ軸電流Ｉｄおよび指令ｑ軸電流Ｉqrefを入力して指令ｄ軸電流Ｉdrefを出力するようになっている。

モータ１５が運転される負荷範囲は、図６に示すように回転速度ωとトルクとに基づいて複数の負荷領域に区分されており、メモリ６６ａには、その区分された各負荷領域ごとにモータ１５の鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃの合計を最小とするｄ軸電流Ｉdmがテーブル形式で記憶されている。低速、高トルクの負荷領域に対しては、鉄損Ｐｉが小さくなるのでｄ軸電流Ｉdmは小さく設定されており、高速、低トルクの負荷領域に対しては、鉄損Ｐｉが大きくなるのでｄ軸電流Ｉdmはより大きく設定されている。

洗濯機１の運転に伴い制御装置６５がモータ１５を駆動制御するとき、ｄ軸電流制御部６６は、ｄ軸電流Ｉｄと指令ｑ軸電流Ｉqrefとからトルクを算出し、回転速度ωと算出したトルクに対応するｄ軸電流Ｉdmをメモリに記憶されたテーブルから読み出して指令ｄ軸電流Ｉdrefとする。このことは、回転速度ωと算出したトルクから負荷領域を判定し、判定した負荷領域に対応するｄ軸電流Ｉdmを読み出して指令ｄ軸電流Ｉdrefとすることに等しい。

本実施形態によっても、鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃとを加算した総損失Ｐallを最小に制御できるので、モータ１５ひいては洗濯機１の運転効率を高めることができる。また、制御周期ごとの鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃの演算および比例積分演算が不要となるので、ＤＳＰの処理負担を軽減することができる。なお、洗濯機１が洗い運転または濯ぎ運転の場合にはテーブルを参照することなく指令ｄ軸電流Ｉdrefを０とし、洗濯機１が脱水運転の場合にのみｄ軸電流制御部６６を用いて指令ｄ軸電流Ｉdrefを制御するように構成してもよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明のモータ制御装置をドラム式洗濯機に適用した場合の第３の実施形態について図７ないし図９を参照しながら説明する。

図７は、モータ１５の回転を制御する制御装置６７の構成を示す機能ブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付して示している。制御装置６７は、電圧制御部６８を備えている。この電圧制御部６８（電圧制御手段に相当）は、加算器５９、遅延器６０、減算器６１、ＰＩ制御器６９、リミッタ７０、減算器４１およびＰＩ制御器７１から構成されており、鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃの合計が最小となるように巻線１８に対する電圧振幅Ｖampを制御するとともに、回転速度ωが指令回転速度ωrefと一致するように電圧位相Ｖphsを制御する。

ＰＩ制御器６９は、総損失Ｐallの変化分ΔＰallと直前の指令電圧振幅Ｖamppreの変化符号とに基づいて比例積分演算を行い、指令電圧振幅Ｖamppreを出力する。この指令電圧振幅Ｖamppreは、リミッタ７０において適切な範囲内への制限処理が施された上で指令電圧振幅Ｖampとして出力される。ＰＩ制御器７１は、回転速度偏差Δωを入力して比例積分演算を行い指令電圧位相Ｖphsを出力する。ｄｑ軸電圧生成部７２は、これら指令電圧振幅Ｖampと指令電圧位相Ｖphsとから指令ｄ軸電圧Ｖｄと指令ｑ軸電圧Ｖｑを生成する。その他の構成は、図１に示したものと同様である。

図８は、モータ１５を起動して一定トルクの下で定速度制御に移行し、その途中でｄ軸電流Ｉｄを負の方向に増やしたときの回転速度ω、電圧振幅Ｖampおよびｄ軸電流Ｉｄの波形例を示している。時刻ｔ０から電圧振幅Ｖampを増やすとそれにほぼ比例して回転速度ωが上昇し、やがて時刻ｔ１から定速度制御に移行する。その後、時刻ｔ２からｄ軸電流Ｉｄを負の方向に徐々に増やして電流位相を進めると弱め界磁制御となるので、低トルク、定速度制御の下で電圧振幅Ｖampが減少する。

図９は、一定の回転速度とトルクを持つ負荷点における電流位相と電圧振幅Ｖampとの関係を示している。横軸は、図３と同様であって、右にいくほどｄ軸電流Ｉｄが負の方向に増加して電流位相が進む。上述したように、ｄ軸電流Ｉｄを徐々に増やして電流位相を進めると弱め界磁制御となるので、低トルク、定速度制御の下で電圧振幅Ｖampが減少する。

これら図８、図９および第１の実施形態で説明した図３を参照すれば、ＰＩ制御器７１が回転速度偏差Δωに応じて電圧位相Ｖphsを制御すると、それに伴って電流位相が制御され、回転速度ωの制御が可能となる。例えば回転速度偏差Δωが正の場合には、電圧位相Ｖphsを進めることにより電流位相が進み、ｄ軸電流Ｉｄが負の方向に増加して弱め界磁となる。その結果、回転速度ωが上昇する。

また、図３と図９を併せて見ると、鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃを加算した総損失Ｐallは、電圧振幅Ｖampの低下とともに減少しやがて最小値となり、電圧振幅Ｖampがさらに低下すると逆に増大する傾向を示す。つまり、ＰＩ制御器６９が総損失Ｐallの変化分ΔＰallに応じて電圧振幅Ｖampを制御すると、それに伴って総損失Ｐallの制御が可能となる。

例えば、指令電圧振幅Ｖamppreの減少中に変化分ΔＰallが負になると指令電圧振幅Ｖamppreを減らし、指令電圧振幅Ｖamppreの減少中に変化分ΔＰallが正になると指令電圧振幅Ｖamppreを増やして総損失Ｐallを最小値に近付ける。また、指令電圧振幅Ｖamppreの増加中に変化分ΔＰallが負になると指令電圧振幅Ｖamppreを増やし、指令電圧振幅Ｖamppreの増加中に変化分ΔＰallが正になると指令電圧振幅Ｖamppreを減らして総損失Ｐallを最小値に近付ける。

以上説明したように、本実施形態の制御装置６７は、モータ１５が運転状態にあるときにモータ１５の鉄損Ｐｉと銅損Ｐｃとを加算した総損失Ｐallを算出し、総損失Ｐallが最小となるように指令電圧振幅Ｖampを設定するとともに、回転速度偏差Δωに基づいて電圧位相Ｖphsを制御するので、モータ１５ひいては洗濯機１の運転効率を高めることができる。電圧制御部６８による損失最小化制御は、第１の実施形態と同様に洗濯機１が脱水運転の場合にのみ実行するようにしてもよい。その他、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。

鉄損算出部５６は、（１）式とは異なる演算式、例えばヒステリシス損と渦電流損の厳密な演算式を用いて鉄損Ｐｉを算出してもよい。
ｄ軸電流制御部５８および電圧制御部６８は、総損失Ｐallの微分値に基づいて総損失Ｐallの最小値を探索する制御としてもよい。この場合、遅延器６０と減算器６１に替えて微分器を備えればよい。また、第１、第３の実施形態において、他の構成により総損失Ｐallの最小値探索制御を実行してもよい。

第１の実施形態で、モータ１５の運転時は常に上記損失最小化制御を実行してもよい。
位置センサ３９は、ホールＩＣに替えてロータリエンコーダやレゾルバなど用いてもよい。また、三相分の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出することに替えて、三相のうちの何れか二相例えばＶ相、Ｗ相の電流Ｉｖ、Ｉｗを検出するようにしてもよい。

モータ制御装置は、洗濯機（ドラム式洗濯機に限られない）のみならず洗濯乾燥機のモータ、種々の機器に搭載されたモータに対しても適用できる。汎用インバータ装置として構成してもよい。
巻線切替手段は必要に応じて設ければよい。

第１の実施形態を示す制御装置の機能ブロック図 巻線の結線状態を示す図 電流位相と鉄損、銅損、総損失との関係を示す図 ドラム式洗濯機の縦断側面図 第２の実施形態を示す図１相当図 区分された負荷領域を示す図 本発明に係る第３の実施形態を示す図１相当図 回転速度、電圧振幅、ｄ軸電流の波形図 電流位相と電圧振幅との関係を示す図

符号の説明

図面中、１はドラム式洗濯機（洗濯機）、１５はモータ、１８、１８ｕ、１８ｖ、１８ｗは巻線（電機子巻線）、３５、６５、６７は制御装置（モータ制御装置）、３７はインバータ回路（電力変換手段）、３８ｕ、３８ｖ、３８ｗはリレー接点（巻線切替手段）、４０は位置・速度検出部（回転速度検出手段）、５０はＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）、５６は鉄損算出部（鉄損算出手段）、５７は銅損算出部（銅損算出手段）、５８、６６はｄ軸電流制御部（ｄ軸電流制御手段）、６６ａはメモリ（記憶手段）、６８は電圧制御部（電圧制御手段）である。

Claims (5)

1. 半導体スイッチング素子を備え、モータの電機子巻線に対しそのスイッチング状態に応じた電圧を出力する電力変換手段と、
   この電力変換手段により前記モータが運転状態にあるときに前記モータの鉄損と銅損をそれぞれ算出する鉄損算出手段および銅損算出手段と、
   前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   各運転状態において前記算出された鉄損と銅損の合計が最小となるように前記電機子巻線に対する出力電圧の振幅を制御し、指令回転速度と検出回転速度との差分に基づいて前記出力電圧の位相を制御する電圧制御手段とを備えていることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記電圧制御手段は、所定の制御周期ごとに、今回算出した鉄損と銅損の合計と前回算出した鉄損と銅損の合計との差分を比例積分演算することにより前記出力電圧の振幅指令を得ることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記鉄損算出手段は、前記モータの回転速度ω、ｄ軸電流Ｉｄおよび定数Ｋ１、Ｋ２を用いて、鉄損Ｐｉを
   Ｐｉ＝Ｋ１・ω ^1.8 （１＋Ｋ２・Ｉｄ）
   により算出することを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
4. 前記モータの電機子巻線の結線状態を切り替える巻線切替手段を備え、
   この巻線切替手段により切替可能な結線状態のうち、前記電力変換手段により通電される電機子巻線の巻数が少ない状態となる結線状態に切り替えられたときに、前記鉄損と銅損の合計を最小とする損失最小化制御を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のモータ制御装置。
5. 洗い、濯ぎ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と、
   このモータを制御する請求項１ないし４の何れかに記載のモータ制御装置とを備えていることを特徴とする洗濯機。

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