JP5275408B2

JP5275408B2 - ヒートポンプ式乾燥機

Info

Publication number: JP5275408B2
Application number: JP2011120366A
Authority: JP
Inventors: 強志細糸
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Electronics Holdings Corp; Toshiba Home Appliances Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2024-10-21
Also published as: JP2011206552A

Description

本発明は、ヒートポンプを用いて被乾燥物の乾燥を行なうヒートポンプ式乾燥機に関する。

従来より、被乾燥物の乾燥に圧縮機、凝縮器及び蒸発器等を備えたヒートポンプ（冷凍サイクル）を用いた構成の衣類乾燥機（例えば特許文献１参照）及び洗濯乾燥機（例えば特許文献２参照）がある。これらは、乾燥運転時に、加熱源たる凝縮器で加熱された空気を乾燥室内に供給した後、内部の被乾燥物から水分を奪って排気として乾燥室から排出し、その排気を冷却源たる蒸発器で冷却除湿して再び凝縮器で加熱するように循環させる空気循環経路を備えるように構成されている。
特開平７−１７８２８９号公報特開２００４−１３５７５５号公報

従来において、冬季、夏季等のように外気温度の変化に応じて凝縮器の加熱能力を可変にしたい場合には、圧縮機を駆動する圧縮機モータとしてブラシレスモータを用い、駆動回路としてインバータ回路を用いて、センサレス矩形波通電方式を採用することにより圧縮機モータの回転速度を変化させることが考えられる。しかしながら、矩形波通電方式では、非通電の期間は生じるので、全周期通電される正弦波通電方式に比し、効率が悪く、トルクリップルにより圧縮機モータから騒音が発生する問題がある。

逆に、正弦波通電方式を採用した場合には、全周期通電のために圧縮機モータの誘起電圧を検出することができず、ロータの回転位置を検出できなくなる。このため、ロータの回転位置を検出するホールセンサなどの位置センサを設けるようにすればよいが、圧縮機に組み込まれる圧縮機モータは冷媒中にあるので、位置センサを設置することはできないという問題がある。

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、圧縮機モータをインバータ回路を介してベクトル制御することにより、センサレス正弦波通電方式とすることができ、効率がよく、騒音を低減することができるヒートポンプ式乾燥機を提供することにある。

本発明のヒートポンプ式乾燥機は、乾燥を行なうための運転用モータと、冷媒を圧縮機で圧縮し、凝縮器で凝縮し、蒸発器で蒸発させるように循環させるヒートポンプと、前記凝縮器で加熱した空気を乾燥室に導いて内部の被乾燥物を乾燥させ、前記乾燥室からの排気を前記蒸発器で除湿した後前記凝縮器で再び加熱するように循環させる空気循環経路と、前記運転用モータをインバータ回路を介してＰＷＭ制御及びベクトル制御するとともに、前記圧縮機を駆動する圧縮機モータをインバータ回路を介してＰＷＭ制御及びベクトル制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記圧縮機モータに対するＰＷＭ制御のキャリア周波数は前記運転用モータに対するＰＷＭ制御のキャリア周波数よりも低く設定することを特徴とする（請求項１）。

本発明は、圧縮機モータをインバータ回路を介してベクトル制御するようにしたので、センサレス正弦波通電方式とすることができて、効率がよく、騒音を低減することができるという効果を奏する。また、運転用モータと圧縮機モータとを何れもＰＷＭ制御するように構成し、圧縮機モータに対するキャリア周波数を運転用モータに対するＰＷＭ制御のキャリア周波数よりも低く設定したので、圧縮機モータ側を駆動制御するに当たり制御手段の演算量を抑制することができ、制御手段をより廉価なマイクロコンピュータで構成できるとともに、キャリア発生にともなう消費電力を低減できる。加えて、インバータ回路側におけるスイッチング損失も低減できるので消費電力を低減でき、また、放熱用の部品も削減できる。

更に、ベクトル制御演算を行なうための圧縮機モータの電流制御頻度が、運転用モータ側の電流制御頻度よりも低くなるように設定するので、この点でも、制御手段の演算量を抑制して廉価なマイクロコンピュータで構成することを可能にするとともに、動作クロック数を低下させて消費電力を低減できる。

本発明の一実施例であり、ドラムモータ及び圧縮機モータの駆動系を概略的に示す図制御回路がドラムモータ及び圧縮機モータについて行なうセンサレスベクトル制御の機能ブロックを示す図制御回路がドラムモータを駆動制御するための概略的な制御内容を示すフローチャートドラムモータについてのＰＷＭ制御のキャリアとベクトル制御演算との関係を示す図圧縮機モータについての図４相当図乾燥室の温度特性を示す図全体構成を示す縦断側面図同縦断背面図

（一実施例）
以下、本発明をヒートポンプ式洗濯乾燥機に適用した一実施例につき、図面を参照して説明する。

まず、図７において、外箱１の内部には、水槽２が複数の支持装置３により弾性支持されて水平状態に配設されている。この水槽２の内部には、これと同軸状態で回転ドラム４が回転可能に配設されている。この回転ドラム４は、周側壁及び後壁に通風孔を兼ねる脱水孔４ａ（一部のみ図示）を多数有していて、洗濯槽、脱水槽及び乾燥室としても機能する。なお、回転ドラム４の内周面には、複数のバッフル４ｂ（１個のみ図示）が設けられている。

上記外箱１、水槽２及び回転ドラム４において、いずれも前面部（図１中、右側部）には、洗濯物出入れ用の開口部５、６及び７をそれぞれ有しており、そして開口部５と開口部６とは、弾性変形可能なベロー８によって水密に連通接続されている。また、外箱１の開口部５には、これを開閉する扉９が設けられている。また、前記回転ドラム４は、背面部に回転軸１０を有しており、この回転軸１０は、軸受（図示せず）に支持されて、水槽２の背面部の外側に取付けられた運転用モータとしてのアウタロータ型ブラシレスモータからなるドラムモータ１１によって回転駆動されるようになっている。

外箱１の底板１ａには、複数の支持部材１２を介してケーシング１３が支持されていおり、そのケーシング１３の右端部上部及び左端部上部には、吐出口１３ａ及び吸入口１３ｂがそれぞれ形成されている。また、底板１ａには、ヒートポンプ（冷凍サイクル）１４の圧縮機１５が設置されている。更に、ケーシング１３内には、ヒートポンプ１４の凝縮器１６及び蒸発器１７が右側から左側に向け順に設置されているとともに、右端部に位置して送風ファン１８が配設されている。なお、ケーシング１３における凝縮器１６の下方に位置する部位には、皿状の水受け部１３ｃが形成されている。

水槽２において、前面部の上部には、吸気口１９が形成され、背面部下部には、排気口２０が形成されている。吸気口１９は、直線状ダクト２１及び伸縮自在な連結ダクト２２を介してケーシング１３の吐出口１３ａ接続されている。また、排気口２０は、環状ダクト２３及び伸縮自在の連結ダクト２４を介してケーシング１３の吸入口１３ｂに接続されている。環状ダクト２３は、図８に示すように、水槽２の背面部の外側に取付けられており、ドラムモータ１１と同心円状をなすように形成されている。従って、この実施例では、環状ダクト２３において、その入口側が排気口２０に接続され、出口側が連結ダクト２４を介して吸入口１３ｂに接続されている。そして、上記ケーシング１３、連結ダクト２２、直線状ダクト２１、吸気口１９、排気口２０、環状ダクト２３及び連結ダクト１４は、空気循環経路２５を構成する。

外箱１内において、その後方上部には、三方弁からなる給水弁２６が配設され、また、前方上部には、洗剤投入器２６ａが配設されている。給水弁２６は、その入水口が給水ホースを介して水道の蛇口に接続され、第１の出水口が洗い用給水ホース２６ｂを介して洗剤投入器２６ａの上段の入水口に接続され、第２の出水口がすすぎ用給水ホース２６ｃを介して洗剤投入器２６ａの下段の入水口に接続されるように構成されている。そして、洗剤投入器２６ａの出水口は、水槽２の上部に形成された給水口２ａに給水ホース２６ｄを介して接続されている。

水槽２の底部の後方の部位には、排水口２ｂが形成されており、この排水口２ｂは、排水弁２７ａを介して排水ホース２７に接続されている。なお、排水ホース２７の一部は伸縮自在になっている。そして、ケーシング１３の水受け部１３ｃは、排水ホース２８及び逆止弁２８ａを介して排水ホース２７の途中部位に接続されている。

外箱１の前面上部には、図７に示すように、操作パネル部２９が設けられており、この操作パネル部２９には、図示はしないが、表示器及び各種の操作スイッチが設けられている。また、前記操作パネル部２９の裏面には、制御手段たる制御回路３０が設けられている。この制御回路３０は、マイクロコンピュータで構成されており、操作パネル部２９の操作スイッチの操作に基いて給水弁２６、ドラムモータ１１及び排水弁２７ａを制御することによる洗い、すすぎ及び脱水の洗濯運転及びその後のドラムモータ１１及び圧縮機１５を駆動するブラシレスモータからなる圧縮機モータ３１を制御することによる乾燥運転を実行させるようになっている。従って、水槽２、回転ドラム４及びドラムモータ１１等は、洗い、すすぎ、脱水及び乾燥を行なう機構３７を構成する。

図１は、ドラムモータ１１及び圧縮機モータ３１の駆動系を概略的に示すものである。インバータ回路３２は、６個のＩＧＢＴ（スイッチング素子）３３ａ〜３３ｆを三相ブリッジ接続して構成されており、各ＩＧＢＴ３３ａ〜３３ｆのコレクタ−エミッタ間には、フライホイールダイオード３４ａ〜３４ｆが接続されている。

下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ、３３ｅ、３３ｆのエミッタは、シャント抵抗３５ｕ、３５ｖ、３５ｗを介してグランドに接続されている。また、ＩＧＢＴ３３ｄ、３３ｅ、３３ｆのエミッタとシャント抵抗３５ｕ、３５ｖ、３５ｗとの共通接続点は、夫々レベルシフト回路３６を介して制御回路３０に接続されている。尚、ドラムモータ１１の巻線１１ａ〜１１ｃには最大で７Ａ程度流れるので、シャント抵抗３５ｕ〜３５ｗの抵抗値は、例えば０．２Ωに設定されている。

レベルシフト回路３６はオペアンプなどを含んで構成されており、シャント抵抗３５ｕ〜３５ｗの端子電圧を増幅すると共にその増幅信号の出力範囲が正側に収まるように（例えば、０〜＋３．３Ｖ）バイアスを与える。また、過電流比較回路３８は、インバータ回路３２の上下アームが短絡した場合に回路の破壊を防止するために過電流検出を行なうものである。

インバータ回路３２の入力側には駆動用電源回路３９が接続されている。駆動用電源回路３９は、１００Ｖの交流電源４０を、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路４１及び直列接続された２個のコンデンサ４２ａ、４２ｂにより倍電圧全波整流し、約２８０Ｖの直流電圧をインバータ回路３２に供給する。そして、インバータ回路３２の出力端子は、ドラムモータ１１の各相巻線１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに接続されている。

制御回路３０は、レベルシフト回路３６を介して得られるモータ１１の巻線１１ｕ〜１１ｗに流れる電流Ｉｕ〜Ｉｗを検出し、その電流値に基づいて２次側の回転磁界の位相θ及び回転角速度ωを推定すると共に、三相電流を直交座標変換及びｄｑ(direct-quadrature) 座標変換することで励磁電流成分Ｉｄ、トルク電流成分Ｉｑを得る。

そして、制御回路３０は外部より速度指令が与えられると、推定した位相θ及び回転角速度ω並びに電流成分Ｉｄ、Ｉｑに基づいて、電流指令Ｉｄref 、Ｉｑref を生成し、それを電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに変換すると直交座標変換及び三相座標変換を行なう。最終的には、駆動信号がＰＷＭ信号として生成され、インバータ回路３２を介してモータ１１の巻線１１ｕ〜１１ｗに出力される。

第１電源回路４３は、インバータ回路３２に供給される約２８０Ｖの駆動用電源を降圧して１５Ｖの制御用電源を生成して制御回路３０及び駆動回路４４に供給するようになっている。また、第２電源回路４５は、第１電源回路４３によって生成された１５Ｖ電源に基づいて３．３Ｖ電源を生成して制御回路３０に供給する三端子レギュレータである。高圧ドライバ回路４６は、インバータ回路３２における上アーム側のＩＧＢＴ３３ａ〜３３ｃを駆動するために配置されている。

そして、圧縮機モータ３１については、ドラムモータ１１の駆動系と対称な構成が配置されている。即ち、圧縮機モータ３１は、インバータ回路４７によって駆動され、その下アーム側にはシャント抵抗４８ｕ〜４８ｗが挿入されている。それらのシャント抵抗４８ｕ〜４８ｗの端子電圧は、レベルシフト回路４９を介して制御回路３０に与えられ、また、過電流比較回路５０によって過電流検出のための比較が行なわれる。制御回路３０は、駆動回路５１及び高圧ドライバ回路５２を介してインバータ回路４７を駆動する。但し、圧縮機モータ３１の巻線３１ｕ〜３１ｗに流れる電流はドラムモータ１１に比較して最大で２Ａ程度と小さいため、シャント抵抗４８ａ〜４８ｃの抵抗値は例えば０．７Ωに設定されている。

図２は、制御回路３０が、ドラムモータ１１並びに圧縮機モータ３１について行なうセンサレスベクトル制御の機能ブロックを示す図である（但し、ドラムモータ１１側についてのみ図示する）。この構成は、例えば特開２００３−１８１１８７号公報などに開示されているものと同様であるから、ここでは概略的に説明する。尚、図２において、（α、β）は、三相ブラシレスモータであるドラムモータ１１の各相に対応する電気角１２０度間隔の三相（ＵＶＷ）座標系を直交変換した直交座標系を示し、（ｄ、ｑ）は、ドラムモータ１１のロータの回転に伴って回転している２次磁束の座標系を示すものである。

速度指令出力部６０は、目標速度指令ωref を減算器６２に被減算値として出力する。また、減算器６２には、エスティメータ(Estimator) ６３によって検出されたモータ１１の検出速度ωが、切換スイッチ６４の可動接点６４ｃより固定接点６４ａを介して減算値として与えられるようになっている。そして、減算器６２の減算結果は、速度ＰＩ(Proportional-Integral) 制御部６５に与えられる。

速度ＰＩ制御部６５は、目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量に基づいてＰＩ（比例積分）制御を行い、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ(direct)軸電流指令値Ｉdrefとを生成して減算器６６ｑ、６６ｄに被減算値として夫々出力する。尚、ベクトル制御を行なう場合、ｄ軸電流指令値Ｉdrefは“０”に設定されて全界磁制御によってモータ１１を駆動する。減算器６６ｑ、６６ｄには、αβ／ｄｑ変換部６７より出力されるｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流値Ｉｄが減算値として夫々与えられ、減算結果は、電流ＰＩ制御部６８ｑ、６８ｄに夫々与えられる。尚、速度ＰＩ制御部６５における制御周期は１ｍ秒に設定されている。

電流ＰＩ制御部６８ｑ、６８ｄは、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとの差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ及びｄ軸電圧指令値Ｖｄを生成してｄｑ／αβ変換部６９に出力する。ｄｑ／αβ変換部６９には、エスティメータ６３によって検出されたドラムモータ１１における２次磁束の回転位相角（ロータ位置角）θが与えられ、その回転位相角θに基づいて電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを電圧指令値Ｖα、Ｖβに変換する。

ｄｑ／αβ変換部６９が出力する電圧指令値Ｖα、Ｖβは、αβ／ＵＶＷ変換部７０に与えられ、αβ／ＵＶＷ変換部７０は、電圧指令値Ｖα、Ｖβを三相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して出力する。電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、切換スイッチ７１ｕ、７１ｖ、７１ｗの一方の固定接点７１ｕａ、７１ｖａ、７１ｗａに与えられており、他方の固定接点７１ｕｂ、７１ｖｂ、７１ｗｂには、初期パターン出力部７６によって出力される電圧指令値Ｖus、Ｖvs、Ｖwsが与えられる。そして、切換スイッチ７１ｕ、７１ｖ、７１ｗの可動接点７１ｕｃ、７１ｖｃ、７１ｗｃは、ＰＷＭ形成部７３の入力端子に接続されている。

ＰＷＭ形成部７３は、電圧指令値Ｖus、Ｖvs、Ｖwsに基づいて１５．６ｋＨｚのキャリア（三角波）を変調した各相のＰＷＭ信号Ｖup(+,-) 、Ｖvp(+,-) 、Ｖwp(+,-) をインバータ回路３２に出力するようになっている。ＰＷＭ信号Ｖup〜Ｖwpは、例えばモータ１１の各相巻線１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに正弦波状の電流が通電されるように正弦波に基づいた電圧振幅に対応するパルス幅の信号として出力される。

Ａ／Ｄ変換部７４は、ＩＧＢＴ３３ｄ〜３３ｆのエミッタに現れる電圧信号をＡ／Ｄ変換した電流データＩｕ、Ｉｖ、ＩｗをＵＶＷ／αβ変換部７５に出力する。ＵＶＷ／αβ変換部７５は、三相の電流データＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗを所定の演算式に従って直交座標系の２軸電流データＩα、Ｉβに変換する。そして、２軸電流データＩα、Ｉβをαβ／ｄｑ変換部６７に出力する。

αβ／ｄｑ変換部６７は、ベクトル制御時にはエスティメータ６３よりモータ１１のロータ位置角θを得ることで、所定の演算式に従って２軸電流データＩα、Ｉβを回転座標系（ｄ、ｑ）上のｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑに変換する。そして、ｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑを前述したようにエスティメータ６３及び減算器６６ｄ、６６ｑに出力する。

エスティメータ６３は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流値Ｉｄに基づいてロータの位置角θ及び回転速度ωを推定し、各部に出力する。ここで、モータ１１は、起動時には、初期パターン出力部７６による起動パターンが印加され強制転流が行われる。ベクトル制御の開始以降は、エスティメータ６３が起動されてドラムモータ１１のロータの位置角θ及び回転速度ωが推定される。

切換スイッチ７１及び６４の切換えは、切換え制御部７８によって行われるようになっている。切換え制御部７８は、ＰＷＭ形成部７３より与えられるＰＭＷ信号のデューティ情報に基づいて切換スイッチ７１及び６４の切換えを制御する。

尚、以上の構成において、インバータ回路３２を除く構成は、制御回路（制御手段）３０のソフトウエアによって実現されている機能をブロック化したものである。そして、ベクトル制御における電流制御周期は、ＰＷＭキャリア周波数の逆数である６４．１μ秒に設定されている。

次に、本実施例の作用について図３乃至図６も参照して説明する。
図３は、主に制御回路３０がドラムモータ１１を駆動制御するための概略的な制御内容を示すフローチャートである。制御回路３０は、洗い、すすぎ、脱水の洗濯運転を開始させる場合に前述した起動処理を行なう（ステップＳ１）。即ち、切換スイッチ７１ｕ〜７１ｗの可動接点７１ｕｃ〜７１ｗｃを切換え制御部７８により初期パターン出力部７６側（固定接点７１ｕｂ〜７１ｗｂ側）に切り換えるとともに、切換スイッチ６４の可動接点６４ｃを固定接点６４ｂ側に切り換える。そして、初期パターン出力部７６により直流励磁を行わせるように電圧指令値Ｖus〜Ｖwsをインバータ回路３２に与えてドラムモータ１１を強制転流させる（ステップＳ２）。すると、ドラムモータ１１は回転を開始し、回転速度は徐々に上昇して行く。

それから、制御回路３０は、例えば、初期パターン出力部７６によって与えられる電圧指令値によりドラムモータ１１の回転数が２０ｒｐｍに達したと判断すると（ステップＳ３、「ＹＥＳ」）、切換スイッチ７１ｕ〜７１ｗの可動接点７１ｕｃ〜７１ｗｃを固定接点７１ｕａ〜７１ｗａに接続するように切換えるとともに、切換スイッチ６４の可動接点６４ｃを固定接点６４ａ側に切り換え、ベクトル制御を開始させる（ステップＳ４）。その後は、運転停止の指示があるまで運転を継続する（ステップＳ５）。その間、洗い、すすぎを行なう場合は、ドラムモータ１１を最大回転数が１５０ｒｐｍに達するように正逆転させ、脱水を行なう場合には、ドラムモータ１１を最大回転数が８００ｒｐｍに達するように正転させる。

以下、ステップＳ４以降におけるベクトル制御について処理の流れを説明する。ＰＷＭ形成部７３は、内部のアップダウンカウンタ（図示せず）のカウンタ出力によってＰＷＭキャリアを生成しており、そのカウンタ値が“最大”、即ち三角波の山に達した時点で変換タイミング信号をＡ／Ｄ変換部７４に出力するようになっている（図４参照）。

図４に示すように、ＰＷＭ形成部７３は、αβ／ＵＶＷ変換部７０が出力する電圧指令値Ｖｕ〜ＶｗとＰＷＭキャリアとのレベルを比較して、前者のレベルが後者を上回っている期間に上アーム側のＩＧＢＴ３３ａ〜３３ｃがオンするようにＰＷＭ信号Ｖup(+) 〜Ｖwp(+) を出力する（但し、図４では１相分のみ示している）。そして、下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ〜３３ｆは、上アーム側のＩＧＢＴ３３ａ〜３３ｃがオフしている期間にデッドタイムを挟んで（図４中には図示せず）オンされるようになっている。尚、ドラムモータ１１に対するＰＷＭ制御のキャリア周波数は例えば１５．６ｋＨｚとなっており、可聴周波数域には属するが、実際の人間の聴覚では殆ど聞き取ることができない周波数に設定されている。

また、シャント抵抗３５ｕ〜３５ｗに電流が流れる期間は、下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ〜３３ｆがオンしている期間である。従って、三角波の山（頂点）は、下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ〜３３ｆがオンしている期間の中間位相を示すことになる。つまり、Ａ／Ｄ変換部７４が、ＰＷＭ形成部７３内部のカウンタ値が最大となる時点でＡ／Ｄ変換を行なうようにすれば、インバータ回路３２の下アーム側に流れる相電流を確実にサンプリングすることができる。このＡ／Ｄ変換処理は、ＰＷＭ制御周期の２回につき１回行なうようになっている。

Ａ／Ｄ変換部７４によりＡ／Ｄ変換された３相の電流値は、ＵＶＷ／αβ変換部７５、αβ／ｄｑ変換部６７を介することで２軸電流データＩα、Ｉβ、→Ｉｄ、Ｉｑに変換され、エスティメータ６３及び減算器６６ｑ、６６ｄに出力され、エスティメータ６３によって位置角θ及び回転速度ωが推定される。尚、電流Ｉｑは、ドラムモータ１１の２次磁束の方向に対して垂直となる方向に流れる電流であり、トルクの発生に寄与する電流成分である。一方、電流Ｉｄは、２次磁束の方向に対して平行となる方向に流れる電流であり、トルクの発生には寄与しない電流成分である。

そして、速度ＰＩ制御部６５は、速度指令出力部６０より与えられる目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量に基づいてｑ軸、ｄ軸電流指令値Ｉqref、Ｉdrefを出力し、電流ＰＩ制御部６８ｑ、６８ｄは、指令値Ｉqref、Ｉdrefと検出された電流値Ｉｑ、Ｉｄとの差分に基づいて電圧指令値Ｖｑ、Ｖｄを出力する。電圧指令値Ｖｑ、Ｖｄは、ｄｑ／αβ変換部６９、αβ／ＵＶＷ変換部７０を介して電圧指令値（図４におけるコンパレータ電圧）Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換されてＰＷＭ形成部７３に出力され、ＰＷＭ形成部７３がインバータ回路３２にＰＷＭ信号Ｖup〜Ｖwpを出力する。すると、ドラムモータ１１の各相巻線に通電が行われる。

さて、上述した洗濯運転に続く乾燥運転は、制御回路３０により次のように行なわれる。まず、ドラムモータ１１が動作されて、回転ドラム４を低速度で回転させる。これにより、回転ドラム４内の洗濯物は洗濯運転時と同様に撹拌される。また、圧縮機モータ３１が動作されて、ヒートポンプ４の圧縮機１５が運転される。これにより、圧縮機１５で圧縮された気体冷媒は、凝縮器１６により恐縮されて液体冷媒となり、この時に凝縮器１６は放熱するようになり、更に、液体冷媒は、蒸発器１７で蒸発して気体冷媒となり、この時に蒸発器１７は吸熱するようになり、そして、この気体冷媒は再び圧縮機１５で圧縮されるように循環される。更に、送風ファン１８が運転される。これにより、図７及び図８に矢印で示すように、加熱源たる凝縮器１６で加熱された空気は、ケーシング１３の吐出口１３ａ、連結ダクト２２、直線状ダクト２１及び吸気口１９を介して水槽２内に温風として供給される。

水槽２内に吸気口１９から供給された温風は、水槽２の排気口２０に向って対角線上を流れるようになるが、この間に、回転ドラム４の周側壁の脱水孔４ａから回転ドラム４内に流入して撹拌されている洗濯物から水分を奪い、更に、後壁の脱水孔４ａを経て排気口２０から水槽２外に排気として排出される。

そして、送風ファン１８の送風作用により、排気口２０からの排気は、環状ダクト２３内を図８の時計方向に流通し、連結ダクト２４及び吸入口１３ｂ介してケーシング１３内に戻される。ケーシング１３内に戻された排気は、冷却源たる蒸発器１７で冷却されて除湿された後、凝縮器１６で再び加熱されるように循環される。なお、蒸発器１７で除湿された水は、ケーシング１３の水受け部１３ｃで受けられた後、排水ホース２８及び逆止弁２８ａを介して排水ホース２７に排出される。

ここで、圧縮機モータ３１の駆動制御については、乾燥運転が実行される場合に、図２に示すものと同様の制御系によってセンサレスベクトル制御が行われ、図３に示すフローチャートと略同様の手順で駆動される。即ち、ステップＳ２において圧縮機モータ３１の回転数が２０ｒｐｍに達すると、ステップＳ４に移行してベクトル制御に切換えるようになっている。そして、図５に示すように、圧縮機モータ３１に対するＰＷＭ制御のキャリア周波数は４ｋＨｚとなっている。これは、圧縮機モータ３１に通電される電流はドラムモータ１１に比較して小さいため、キャリア周波数をこの程度まで低下させたとしても、人間の聴覚によっては殆ど認識されないからである。また、圧縮機モータ３１の場合も、ベクトル制御演算処理、即ちその演算処理のために電流値をＡ／Ｄ変換する処理は、ドラムモータ１１に比較して制御精度がそれ程要求されないため、ＰＷＭ制御周期の４回につき１回行なうようになっている。

この場合、乾燥運転は、図６に示すように、まず、圧縮機モータ３１がベクトル制御に切換えられた実質的な乾燥開始の時点から若干の時間後に乾燥室（ドラム４）内の温度が徐々に上昇する加熱工程になる。この加熱工程は、乾燥室内及び内部の被乾燥物（洗濯物）を加熱してその温度を上昇させる過程である。その後、乾燥運転は、乾燥室内の温度が一定の温度Ｔ（例えば５０℃）となる恒率工程になり、被乾燥物から活発に水分を蒸発させるようになる。そして、被乾燥物の乾燥が略終了すると、乾燥室内の温度は急激に上昇するドライアップ状態になり、この時点で制御回路３０は圧縮機モータ３１の運転（凝縮器１６の加熱）を停止させる。そして、一定の冷却期間後に送風ファン１８を停止させ、乾燥終了となる。

しかして、制御回路３０は、圧縮機モータ３１に対して特定のタイミングたる乾燥開始時点から弱め界磁を行なって、圧縮機モータ３１を高速回転させる。具体的には、制御回路３０は、乾燥開始時点になると、速度ＰＩ制御部６５のｄ軸電流指令値Ｉdrefをマイナス“−”になるように設定し、これにより圧縮機モータ３１は進み位相角制御が行なわれて高速回転するようになり、凝縮器１６の加熱能力が増加する。その後、加熱工程が終了して恒率工程に移行すると、制御回路３０は、上記ｄ軸電流指令値Ｉdrefを“０”に設定して全界磁制御によって圧縮機モータ３１を駆動するように切換える。

以上のように本実施例によれば、ヒートポンプ１４の圧縮機１５を駆動する圧縮機モータ３１を、インバータ回路４７を介してベクトル制御するように構成したので、センサレス正弦波通電方式とすることができ、従って、効率がよく、また、ベクトル制御により圧縮機モータ３１のトルクを直接制御することができるので、制御応答速度が向上し、圧縮機モータ３１が発生する騒音を低減することが可能となる。更に、センサレス通電方式により、コストの低減を図ることもでき、圧縮機モータ３１の構造を簡略化して部品点数を削減し、信頼性を向上させることができる。

また、乾燥開始時点に圧縮機モータ３１を弱め界磁制御して高速回転させ、凝縮器１６の加熱能力を増加させるようにしたので、加熱工程を効果的に実行することができ、乾燥時間の短縮を図ることができる。

更に、ドラムモータ１１と圧縮機モータ３１とを何れもＰＷＭ制御するように構成し、ドラムモータ１１に対するＰＷＭ制御のキャリア周波数を１５．６ｋＨｚに設定するとともに、圧縮機モータ３１に対するキャリア周波数を４ｋＨｚに設定したので、圧縮機モータ３１側を駆動制御するに当たり制御回路３０の演算量を抑制することができ、制御回路３０をより廉価なマイクロコンピュータで構成できるとともに、キャリア発生にともなう消費電力を低減できる。加えて、インバータ回路４７側におけるスイッチング損失も低減できるので消費電力を低減でき、また、放熱用の部品も削減できる。

また、ドラムモータ１１側のインバータ回路３２と、圧縮機モータ３１側のインバータ回路４７とで共通の制御回路３０たるマイクロコンピュータで制御するようにしたので、この点においても、部品点数の削減によるコストの低減が図れ、コンパクト化も図ることができる。

更に、ベクトル制御演算を行なうための圧縮機モータ３１の電流制御頻度を、ドラムモータ１１側の電流制御頻度よりも低くなるように設定したので、この点でも、制御回路３０の演算量を抑制して廉価なマイクロコンピュータで構成することを可能にするとともに、動作クロック数を低下させて消費電力を低減できる。

（他の実施例）
上記実施例は、本発明をヒートポンプ式洗濯乾燥機に適用した場合であるが、代わりに、ヒートポンプ式乾燥機に適用してもよい。

ヒートポンプ式乾燥機は、図示はしないが、構造的には図７及び図８に示すヒートポンプ式洗濯乾燥機と同様であり、但し、洗い、すすぎ及び脱水の洗濯運転は行なわず、ドラムモータ１１、送風ファン１８及びヒートポンプ１４による乾燥運転のみを行なうようになっている。従って、この実施例によっても、乾燥に関しては、前記実施例同様の作用効果を得ることができるものである。

なお、本発明は上記し図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
インバータ回路３２、４７に駆動用電源を供給する電源回路を、夫々別個に設けてもよい。
インバータ回路３２側におけるＰＷＭ制御のキャリア周波数は、８ｋＨｚ以上で任意の値に設定すればよい。８ｋＨｚ以上に設定すれば、実際の使用上、当該制御周波数が人間の聴覚では殆ど認識されることはない
更に、インバータ回路３２、４７を夫々制御するマイクロコンピュータを独立に設けてもよい。

図面中、４は回転ドラム（乾燥室）、１１はドラムモータ（運転用モータ）、１４はヒートポンプ、１５は圧縮機、１６は凝縮器、１７は蒸発器、１８は送風ファン、３０は制御回路（制御手段、マイクロコンピュータ）、３１は圧縮機モータ、３２はインバータ回路、３７は機構、４７はインバータ回路を示す。

Claims

乾燥を行なうための運転用モータと、
冷媒を圧縮機で圧縮し、凝縮器で凝縮し、蒸発器で蒸発させるように循環させるヒートポンプと、
前記凝縮器で加熱した空気を乾燥室に導いて内部の被乾燥物を乾燥させ、前記乾燥室からの排気を前記蒸発器で除湿した後前記凝縮器で再び加熱するように循環させる空気循環経路と、
前記運転用モータをインバータ回路を介してＰＷＭ制御及びベクトル制御するとともに、前記圧縮機を駆動する圧縮機モータをインバータ回路を介してＰＷＭ制御及びベクトル制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記圧縮機モータに対するＰＷＭ制御のキャリア周波数は前記運転用モータに対するＰＷＭ制御のキャリア周波数よりも低く設定することを特徴とするヒートポンプ式乾燥機。
前記制御手段は、前記圧縮機モータに対するＰＷＭ制御のキャリア周波数を、前記運転用モータに対するＰＷＭ制御のキャリア周波数よりも低く、且つ、人の聴覚によっては殆ど認識されない周波数に設定することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式乾燥機。