JP6500225B2 - 洗濯機のモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ回路によりモータを駆動する洗濯機のモータ制御装置に関するものである。

洗濯機を駆動するためのモータ制御装置において、ブレーキ運転を行う際には、モータのロータ位置をロータ位置検出手段により検出してモータへの印加電圧と位相指令を制御することで制動力を発生させていた（例えば、特許文献１参照）。このとき、モータが回転させている洗濯槽の慣性力よりも制動力が強すぎる場合には、停止状態を越えて逆方向に回転し、モータが停止しない課題があった。この課題の解決手段として、モータの逆回転状態を検出してブレーキ運転を中止する方法などが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２７５８８９号公報 特開２００４−１０５５８５号公報

しかしながら、前記従来の制御では、完全にはモータの逆回転を防ぐことはできず、急激な反転動作によるモータ周辺部品へのダメージ、逆回転という不必要な動作が挿入されることによるユーザーの不信感が生じるといった課題があった。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るモータ制御装置は、電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ロータ位置検出手段により算出されたモータ回転数を所望の指令回転数となるように電流指令値を生成する速度制御と、前記ブラシレスモータのモータ電流を磁束に対応した磁束電流成分とトルクに対応したトルク電流成分とに分解してそれぞれ前記電流指令値となるように制御するベクトル制御とを実施し、前記速度制御は、前記ブラシレスモータのブレーキ運転において、ブレーキ運転開始から前記ブラシレスモータが所定回転数まで減速するまでの第一区間と、前記ブラシレスモータが所定回転数まで減速した以降の第二区間とを設け、前記ブラシレスモータの駆動開始からブレーキ運転開始までの前記トルク電流成分指令値の最大値にある１未満の定数を乗じた値を、前記第二区間の前記トルク電流成分指令値の絶対値上限として制御することを特徴とする。

この構成により、モータが停止する直前のみ制動力を弱めることができるため、大幅にブレーキ運転時間を伸ばすことなく、モータの逆回転を防ぐことができる。

また、通常はモータに掛かる負荷が大きい（洗濯機で言えば洗濯槽内の洗濯水や洗濯物量が多い）ほど、モータを駆動するにあたって正方向により大きなトルク電流成分を流す必要がある。ブレーキ運転においては、より早くモータを停止させるためには、負方向により小さな（絶対値の大きな）トルク電流成分を流す必要がある。

そこで、速度制御は、ブラシレスモータの駆動開始からブレーキ運転開始までのトルク電流成分指令値の最大値を算出し、最大値にある定数を乗じた値を、第二区間のトルク電流成分指令値の絶対値上限として制御してもよい。

この構成により、ブレーキ運転の際にモータの負荷に応じたトルク電流成分を流すことが可能となり、モータの逆回転をより確実に防ぐと共に、制動力を弱めることによるブレーキ運転時間の延長作用を最小限に抑えることができる。

また、速度制御は、ブラシレスモータの駆動開始からブレーキ運転開始までのトルク電流成分指令値の最大値を算出し、最大値に応じて第一区間と前記第二区間を区分する前記所定回転数を設定してもよい。

この構成により、ブレーキの制動力を弱めるタイミングをモータ負荷に応じて設定することが可能となり、ブラシレスモータの逆回転をより確実に防ぎつつ、制動力を弱めることによるブレーキ運転時間の延長作用をさらに抑えることができる。

また、速度制御は、ブレーキ運転開始前にブラシレスモータの回転数指令値が変更前よりも低い回転数に変更された場合は、回転数指令値が変更されたタイミングからブレーキ運転開始までのトルク電流成分指令値の最大値を算出し、最大値にある定数を乗じた値を、第二区間の前記トルク電流成分指令値の絶対値上限として制御してもよい。

この構成により、ブラシレスモータ回転数の変動に伴いトルク電流成分指令値が変動する場合においても、ブレーキ運転開始時の回転数に応じた適切なトルク電流成分を流すことができるため、より確実にモータの逆回転を防ぐことができる。

また、速度制御は、第二区間に入る直前のトルク電流成分指令値にある１未満の定数を乗じた値、もしくは第一区間におけるトルク電流成分指令値の最小値にある１未満の定数を乗じた値を、第二の区間のトルク電流成分指令値の絶対値上限として制御してもよい。

この構成により、ブレーキ運転中のモータの制御状況に関わらず、第二区間のトルク電流成分指令値を第一区間のトルク電流成分指令値よりも確実に小さくすることができる。

本発明の洗濯機のモータ制御装置は、モータの逆回転を抑制することができ、高品質な洗濯機のモータ制御装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１の洗濯機のモータ制御装置の一部ブロック化した回路図 同洗濯機のモータ制御装置の動作タイムチャート 同洗濯機のモータ制御装置の洗い工程の制御フローチャート 同洗濯機のモータ制御装置の電圧制御時のフローチャート 同洗濯機のモータ制御装置のｑ軸電流指令値生成およびブレーキ運転時の速度制御のフローチャート 同洗濯機のモータ制御装置のモータ駆動サブルーチンのフローチャート 同洗濯機のモータ制御装置のキャリヤ信号割込サブルーチンのフローチャート 同洗濯機のモータ制御装置の位置信号割込サブルーチンのフローチャート

第１の発明は、電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ロータ位置検出手段により算出されたモータ回転数を所望の指令回転数となるように電流指令値を生成する速度制御と、前記ブラシレスモータのモータ電流を磁束に対応した磁束電流成分とトルクに対応したトルク電流成分とに分解してそれぞれ前記電流指令値となるように制御するベクトル制御とを実施し、前記速度制御は、前記ブラシレスモータのブレーキ運転において、ブレーキ運転開始から前記ブラシレスモータが所定回転数まで減速するまでの第一区間と、前記ブラシレスモータが所定回転数まで減速した以降の第二区間とを設け、前記ブラシレスモータの駆動開始からブレーキ運転開始までの前記トルク電流成分指令値の最大値にある１未満の定数を乗じた値を、前記第二区間の前記トルク電流成分指令値の絶対値上限として制御することにより、モータが停止する直前のみ制動力を弱めることができるため、大幅にブレーキ運転時間を伸ばすことなくモータの逆回転を防ぐことができるとともに、ブレーキ運転の際にモータの負荷に応じたトルク電流成分を流すことが可能となり、モータの逆回転をより確実に防ぐと共に制動力を弱めることによるブレーキ運転時間の延長作用を最小限に抑えることができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、前記トルク電流成分指令値の最大値に応じて前記第一区間と前記第二区間を区分する前記所定回転数を設定することにより、ブレーキの制動力を弱めるタイミングをモータ負荷に応じて設定することが可能となり、ブラシレスモータの逆回転をより確実に防ぎつつ、制動力を弱めることによるブレーキ運転時間の延長作用をさらに抑えることができる。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、前記速度制御は、ブレーキ運転開始前に前記ブラシレスモータの回転数指令値が変更前よりも低い回転数に変更された場合は、回転数指令値が変更されたタイミングからブレーキ運転開始までの前記トルク電流成分指令値の最大値にある１未満の定数を乗じた値を、前記第二区間の前記トルク電流成分指令値の絶対値上限として制御することにより、ブラシレスモータ回転数の変動に伴いトルク電流成分指令値が変動する場合においても、ブレーキ運転開始時の回転数に応じた適切なトルク電流成分を流すことができるため、より確実にモータの逆回転を防ぐことができる。

第４の発明は、上記第１の発明において、前記速度制御は、前記第二区間に入る直前の前記トルク電流成分指令値にある１未満の定数を乗じた値を、前記第二区間の前記トルク電流成分指令値の絶対値上限として制御することにより、ブレーキ運転中のモータの制御状況に関わらず、前記第二区間のトルク電流成分指令値を前記第一区間のトルク電流成分指令値よりも確実に小さくすることができる。

第５の発明は、上記第１の発明において、前記速度制御は、前記第一区間における前記トルク電流成分指令値の最小値にある１未満の定数を乗じた値を、前記第二区間の前記トルク電流成分指令値の絶対値上限として制御することにより、ブレーキ運転中のモータの制御状況に関わらず、前記第二区間のトルク電流成分指令値を前記第一区間のトルク電流成分指令値よりも確実に小さくすることができる。

以下、本発明を実施するための形態について、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、本発明の実施の形態１の洗濯機のモータ制御装置の一部ブロック化した回路図である。図１に示すように、交流電源１（電源）は、整流回路２に交流電圧を加え、整流回路２は整流器２０とコンデンサ２１により直流電圧に変換し、直流電圧をインバータ回路３に加える。

インバータ回路３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、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）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。パワースイッチング半導体は、ＩＧＢＴの他、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などで構成しても良い。インバータ回路３の詳しい構成は、よく知られたものと同様であるので、説明は省略する。

インバータ回路３の出力端子にモータ４を接続し、撹拌翼（図示せず）または洗濯兼脱水槽（図示せず）等（以下、洗濯槽等という）を駆動する。モータ４は、ブラシレスモータにより構成し、回転子（ロータ）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４ａにより検出する。ロータ位置検出手段４ａは、通常、３個のホールＩＣにより構成し、電気角６０度ごとのロータ位置の出力基準信号Ｈ１〜Ｈ３を検出する。

電流検出手段５は、モータ４のモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するもので、通常はシャント抵抗５ａ、５ｂを用いる。また、直流電流を含む低周波数から測定可能な直流電流トランスや、交流電流トランスでも検出可能である。また、３相モータの場合、２相の電流（例えばＩｕ、Ｉｖ）を求め、キルヒホッフの法則（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）より残りの１相の電流（Ｉｗ）を求める方法が一般的である。

なお、ロータ位置検出手段４ａは、出力基準信号Ｈ１〜Ｈ３を元にロータの位置を検出しているが、ホールＩＣを用いず、モータの相電流と３相モータ駆動制御電圧からロータ位置を演算により検出する方法でもよい（図示せず）。

制御手段６は、ロータ位置検出手段４ａと電流検出手段５によりインバータ回路３をベクトル制御してモータ４の回転を制御するものである。

制御手段６は、マイクロコンピュータと、マイクロコンピュータに内蔵したインバータ制御タイマー（ＰＷＭタイマー）、高速Ａ／Ｄ変換回路、メモリ回路（ＲＯＭ、ＲＡＭ）等より構成し、ロータ位置検出手段４ａの出力信号より電気角を検知する電気角検知手段６０と、電流検出手段５の出力信号と電気角検知手段６０の信号より磁束に対応した電流成分Ｉｄ（ｄ軸電流）とトルクに対応した電流成分（トルク電流）Ｉｑ（ｑ軸電流）に分解する３相／２相ｄｑ変換手段６１と、静止座標系から回転座標系に変換、あるいは逆変換するのに必要な正弦波データ（ｓｉｎ、ｃｏｓデータ）を格納する記憶手段６２と、磁束に対応した電圧成分Ｖｄとトルクに対応した電圧成分Ｖｑを３相モータ駆動制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに変換する２相／３相ｄｑ逆変換手段６３と、３相モータ駆動制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに応じてインバータ回路３のＩＧＢＴのスイッチングを制御するＰＷＭ制御手段６４などを備えている。

さらに、工程に応じてモータ４の起動、停止、回転数、および制動等を制御する設定変更手段６５と、ロータ位置検出手段４ａの出力信号より回転数を検知する回転数検知手段
６６と、回転数検知手段６６によって検知された検知回転数ｎと設定変更手段６５によって設定された設定回転数Ｎｓを参照してトルクに対応した電流成分であるトルク電流Ｉｑのｑ軸電流指令値Ｉｑｓを決定するトルク電流制御手段６７と、設定変更手段６５からのｄ軸（ｄｉｒｅｃｔ−ａｘｉｓ）電流指令値Ｉｄｓ、トルク電流制御手段６７からのｑ軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ａｘｉｓ）電流指令値Ｉｑｓと、３相／２相ｄｑ変換手段６１より演算したＩｄとＩｑをそれぞれ比較し、モータ電流を制御するための磁束に対応した電圧成分Ｖｄとトルクに対応した電圧成分Ｖｑを演算するモータ電流制御手段６８と、２相／３相ｄｑ逆変換手段６３からの入力あるいは初期電圧制御手段６９ａからの入力を選択的に切り替えてＰＷＭ制御手段６４に３相モータ駆動制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを出力する電圧制御切替手段６９を備えている。

上記のような回路構成の洗濯機のモータ制御装置においては、トルクに対応したｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令値Ｉｑｓとなるようにフィードバック制御することにより定トルク制御が可能となる。しかし、回転数が上昇すると、モータ誘起電圧が上昇してトルク電流Ｉｑが増加しなくなるので、回転数に応じてｄ軸電流Ｉｄを増加させる、いわゆる弱め磁束制御によりｑ軸電流Ｉｑも増加させることができ、トルクを増加させることができる。

図２は、モータ制御装置動作時の各部の波形関係を示し、ロータ位置検出手段４ａの出力基準信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のエッジ信号は、６０度ごとに変化して、各部状態信号より３６０度を６分割した角度が判別できる。出力基準信号Ｈ１がローからハイとなるハイエッジを基準電気角０度として示し、モータ４のＵ相巻線誘起電圧Ｅｃは、出力基準信号Ｈ１から３０度遅れた波形となる。Ｕ相モータ電流ＩｕとＵ相巻線誘起電圧Ｅｃの位相を同じにすると最大効率が得られる。Ｕ相巻線誘起電圧Ｅｃがｑ軸と同等軸となり、ｄ軸は９０度遅れている。ｑ軸電流Ｉｑは、モータ誘起電圧位相と同相なので、トルク電流と呼ばれる。

図２において、Ｕ相モータ電流Ｉｕは、Ｕ相巻線誘起電圧Ｅｃよりわずかに進んで、モータ印加電圧ｖｕは、Ｕ相巻線誘起電圧Ｅｃより３０度進んだ波形を示す。ｖｃは、ＰＷＭ制御手段６４内で生成される鋸歯状（または三角波）波形のキャリヤ信号で、ｖｕは、正弦波状のＵ相制御電圧で、キャリヤ信号ｖｃとＵ相制御電圧ｖｕを比較したＰＷＭ信号ＵをＰＷＭ制御手段６４内で発生させ、インバータ回路３のＵ相上アームトランジスタの制御信号として加える。ｃｋは、キャリヤ信号ｖｃの同期信号で、キャリヤカウンタがカウントアップしてオーバーフローしたときの割込信号である。

モータ４のロータ磁石軸とステータの磁束軸が一致した電気角をｄ軸として基準電気角０度として静止座標系から回転座標系への座標変換、すなわち、ｄｑ変換を行うので、電気角検知手段６０は、ロータ位置検出手段４ａの出力基準信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３より３０度、９０度、１５０度等の電気角を検知し、６０度毎以外は推定により電気角θを求める。

一般的に、磁束に対応した電流成分をｄ軸電流Ｉｄと呼び、永久磁石の磁束と界磁の磁束が同軸上で永久磁石が界磁に吸引された状態なので、トルクは零となる。また、ｄ軸から電気角で９０度の角度で誘起電圧位相と同じ位相となり、トルク最大となる軸をｑ軸と呼び、トルクに対応した電流成分なので、ｑ軸電流Ｉｑと呼ぶ。さらに、ｄ軸電流Ｉｄを負の方向に増加させると、ｄ軸上の界磁磁束を弱めることと等価となるので、弱め界磁制御、あるいは弱め磁束制御（または磁束弱め制御）と呼ばれる。また、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに分解してそれぞれ独立に制御するので、ベクトル制御と呼ばれる。

３相／２相ｄｑ変換手段６１は、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを数式１によりｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに変換するもので、電気角θに対応して検出したモータ電流瞬時値よ
りＩｄ、Ｉｑを演算する。

記憶手段６２には、ｓｉｎθとｃｏｓθのデータを記憶しているので、電気角データに対応したデータを呼び出して積和演算を行うことにより、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに分解できる。電気角θの検知とモータ電流瞬時値の検出は、キャリヤ信号に同期して行うもので、後述するフローチャートに従い、詳細な説明を行う。

回転数検知手段６６は、ロータ位置検出手段４ａの出力基準信号Ｈ３よりモータ回転数を検知し、回転数信号を設定変更手段６５、トルク電流制御手段６７の回転数比較手段６７ａに出力する。設定変更手段６５は、モータ４の回転数の設定、回転数に応じたｄ軸電流指令値Ｉｄｓの設定、トルク電流制御手段６７への設定回転数Ｎｓの設定を行なうとともに、モータ電流制御手段６８にｄ軸電流指令値Ｉｄｓを加える。なお、出力基準信号は、Ｈ１、Ｈ２をそれぞれ使用しても良いし、Ｈ１〜Ｈ３の信号から求めた回転数の平均値を用いてもよい（図示せず）。

トルク電流制御手段６７は、検知回転数ｎと設定回転数Ｎｓを比較する回転数比較手段６７ａと、検知回転数ｎと設定回転数Ｎｓとの誤差信号Δｎと、回転数の変化率（加速度）に応じてｑ軸電流指令値Ｉｑｓを制御するトルク電流設定手段６７ｂと、ｑ軸電流指令値Ｉｑｓの値に対して、現在の検知回転数ｎとの関数より導出される最大Ｉｑｓの値と比較し、制限を掛けるトルク電流リミッタ部６７ｃと、初期Ｉｑｓ設定手段６７ｄと、Ｉｑｓ記憶手段６７ｅより構成される。

トルク電流設定手段６７ｂは、誤差信号Δｎに応じてｑ軸電流指令値ＩｑｓをＰＩ制御する、いわゆる、回転数制御電流マイナーループ制御を行う。ＰＩ制御の際のゲインなどの設定切り換えについては、設定変更手段６５からの指示を受けるもので、後述するフローチャートに従い説明を行う。

初期Ｉｑｓ設定手段６７ｄは、回転数の検知精度が得られない起動直後において、回転数によらない初期ベクトル制御を行なうためにｑ軸電流初期値をトルク電流リミッタ部６７ｃに与えるもので、設定変更手段６５からのｑ軸電流初期値Ｉｑ０を基に初期ベクトル制御が行なわれる。

また、Ｉｑｓ記憶手段６７ｅは、モータ駆動中のｑ軸電流指令値Ｉｑｓの値を記憶しており、任意の区間におけるｑ軸電流指令値Ｉｑｓの最大値などをトルク電流リミッタ部６７ｃに出力する。

モータ電流制御手段６８は、３相／２相ｄｑ変換手段６１の出力信号Ｉｑ、Ｉｄと指令値Ｉｑｓ、Ｉｄｓをそれぞれ比較して制御電圧信号Ｖｑ、Ｖｄを出力するもので、ｑ軸電流比較手段６８ａ、ｑ軸電圧設定手段６８ｂ、ｄ軸電流比較手段６８ｃ、ｄ軸電圧設定手段６８ｄより構成し、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄをそれぞれ制御する電圧信号Ｖｑ、Ｖｄを生成する。

ｄ軸電流指令値Ｉｄｓは、設定変更手段６５からモータ電流制御手段６８に信号が加えられるもので、埋め込み磁石モータの場合には、回転数に応じてｄ軸電流指令値Ｉｄｓを増加させて弱め界磁制御を行う。表面磁石モータの場合には、通常ｄ軸電流指令値Ｉｄｓは、零に設定し、高回転数駆動の場合にｄ軸電流指令値Ｉｄｓを増加させる。

２相／３相ｄｑ逆変換手段６３は、電圧信号Ｖｑ、Ｖｄより３相モータ駆動制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを数式２によって演算するもので、キャリヤ信号に同期して、電気角検知手段６０により検知した電気角θに対応した正弦波状の信号を、電圧制御切替手段６９を介してＰＷＭ制御手段６４に加える。記憶手段６２に記憶したｓｉｎθ、ｃｏｓθのデータを呼び出して行う積和演算の方法は、３相／２相ｄｑ変換手段６１の演算とほぼ同じである。

上記構成の洗濯機のモータ制御装置について、図３から図８を参照しながら動作、作用を説明する。

図３は、本実施の形態における洗い工程のモータ制御の切り替わりを示すフローチャートで、ステップ１００により洗濯機のモータ４の速度制御を行うためのモータ制御を開始する。

起動時には、回転数の検知精度が得られないため、制御の第一段階では、ステップ１０１にて電圧制御を実施してモータ４の起動を制御する。この電圧制御によるモータ４の起動は、電圧制御切替手段６９によって初期電圧制御手段６９ａからの入力に選択的に切り替えて得られる情報に基づいて出力される３相モータ駆動制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗによって、ＰＷＭ制御手段６４がインバータ回路３をＰＷＭ制御することで行なわれる。

モータ４の起動時には、電流検知を高精度に実施できないため、ベクトル制御が行えないが、モータ４の回転を検知してモータ４が起動したことを確認後、ステップ１０２にて
回転数によらない初期のベクトル制御を実施する。この初期ベクトル制御においては、トルク電流リミッタ部６７ｃは、初期Ｉｑｓ設定手段６７ｄの情報を初期のｑ軸電流指令値Ｉｑｓとして出力する。

起動直後は、回転数を高精度に検知することが出来ないため、ステップ１０２では、トルク電流の設定値であるｑ軸電流指令値Ｉｑｓは、回転数によらない制御とし、さらに、モータ４が回転したことを電気角検知手段６０による回転角度の検知により確認後、ステップ１０３にてモータ４の回転数をＰＩ制御する回転数制御電流マイナーループ制御を実施する。ｑ軸電流指令値Ｉｑｓのフィードバック制御として行われる、回転数ＰＩ制御においては、トルク電流リミッタ部６７ｃは、トルク電流設定手段６７ｂからの情報をｑ軸電流指令値Ｉｑｓとして出力する。

図４に基づいて、図３のステップ１０１の電圧制御によるモータ４の起動を説明する。電圧制御の時点では、モータ４が起動していない状態で電流が流れていない。そのため、電流検知の精度が得られず、ベクトル制御による制御が実施できない。

まず、ステップ２００にて電圧制御を開始した後、ステップ２０１にて電圧制御のための初期設定を実施する。初期設定には、電圧制御時の電圧を規定する変調度が少なくとも含まれる。

ステップ２０２にて、前記変調度を電圧制御開始からの時間に応じて大きくしていき、ステップ２０３にて、前記変調度に応じた電圧をモータ４に印加することで、時間とともに徐徐にモータ印加電圧を大きくすることで、モータ４のソフトスタートを行う。

ステップ２０４にて、電圧制御開始からのモータ４の回転角度がモータ４が起動したと確認できる角度Ａ°まで回転した場合、電圧制御を終了し、次の初期ベクトル制御（図３に示すステップ１０２）を開始し、角度Ａ°よりも回転していなかった場合は、ステップ２０２へ戻って変調度を上げてモータ４を駆動する処理を繰り返す。角度Ａ°としては、ロータ位置検出手段４ａからの信号が電気角６０度ごとであるので、その３倍の電気角１８０度程度に設定すれば良い。

この電圧制御により、停止状態からの動作時の電流検知が行えない場合でも、モータ４の起動を行うことができ、角度Ａ°を小さく設定することで、モータ４起動の後、即座に次のベクトル制御による制御を開始することができる。

なお、次の初期ベクトル制御（図３に示すステップ１０２）においては、上記電圧制御中のパラメータを引き継ぐため、移行の瞬間のｑ軸電流指令値Ｉｑｓを初期Ｉｑｓとして制御する。このとき、電圧制御切替手段６９は、２相/３相ｄｑ逆変換手段６３からの情報によってＰＷＭ制御を行うよう切り替える。また、トルク電流リミッタ部６７ｃは、初期Ｉｑｓ設定手段６７ｄの情報を初期Ｉｑｓとして出力する。

次に、図５によってｑ軸電流指令値の生成およびブレーキ運転時の速度制御の動作フローについて説明する。

ステップ３０１において、トルク電流制御手段６７の回転数比較手段６７ａによって設定変更手段６５から出力される設定回転数Ｎｓと回転数検知手段６６から出力される検知回転数ｎとを比較して誤差信号Δｎを算出する。

ステップ３０２では、Δｎに応じてＰＩ制御することでｑ軸電流指令値Ｉｑｓを生成する。生成されたｑ軸電流指令値Ｉｑｓは、Ｉｑｓ記憶手段６７ｅに記憶される。

ステップ３０３において、ブレーキ運転時か否かを判定し、ブレーキ運転時であれば、ステップ３０４へ、ブレーキ運転時以外は、ステップ３０６へ進む。

ステップ３０３の判定において、ブレーキ運転のときは、ブレーキ運転開始からモータ４が所定回転数（本実施の形態では５０ｒ／ｍｉｎ）まで減速するまでの第一区間と前記所定回転数まで減速した以降の第二区間とを設け、前記第二区間のｑ軸電流指令値（トルク電流成分指令値）の絶対値が前記第一区間のｑ軸電流指令値の絶対値よりも小さくなるよう制御する。

すなわち、ステップ３０４にてモータ４の実回転数ｎが５０ｒ／ｍｉｎ未満まで減速しているかを判定し、５０ｒ／ｍｉｎ以上である場合（前記第一区間において）は、ステップ３０２で作成されたｑ軸電流指令値Ｉｑｓをそのまま使用するものとし、次ステップのモータ制御へと引き渡す。

そして、５０ｒ／ｍｉｎ未満である場合（前記第二区間において）は、ステップ３０５で、トルク電流リミッタ部６７ｃによってｑ軸電流指令値Ｉｑｓにリミッタをかける。すなわち、ステップ３０２で作成されＩｑｓ記憶手段６７ｅに記憶されたブレーキ運転開始までのｑ軸電流指令値Ｉｑｓの絶対値と、ステップ３０８で算出したｑ軸電流指令最大値Ｉｑｍａｘに１未満の定数Ｋ（本実施の形態では３／４）を掛けた値の絶対値を比較し、前者の方が大きければ、ｑ軸電流指令最大値Ｉｑｍａｘに−１を掛けて負数にした値を、新たなｑ軸電流指令値Ｉｑｓとして次ステップのモータ制御へと引き渡す。

このとき、ｑ軸電流指令値Ｉｑｓのリミッタをかけ始める回転数や定数Ｋの値は、モータ４に接続される負荷のイナーシャやブレーキ運転時間への要求などに応じて任意に設定することができ、本実施の形態に限定されるものではない。

例えば、ｑ軸電流指令値Ｉｑｓにリミッタをかけ始める回転数として、モータ４の駆動開始からブレーキ運転開始までのｑ軸電流指令値Ｉｑｓ（トルク電流成分指令値）の最大値を算出し、その最大値に応じて前記第一区間と第二区間を区分する所定回転数を設定してもよい。この構成によれば、ブレーキの制動力を弱めるタイミングをモータ負荷に応じて設定することが可能となり、モータ４の逆回転をより確実に防ぎつつ、制動力を弱めることによるブレーキ運転時間の延長作用をさらに抑えることができる。

また、回転数が５０〜３０ｒ／ｍｉｎの区間は定数Ｋ１、回転数が３０〜０ｒ／ｍｉｎの区間は定数Ｋ２とするなど、複数の区間を設定して、それぞれに異なる定数を使用しても良い。

また、ブレーキ運転時の速度制御は、前記第二区間に入る直前のｑ軸電流指令値Ｉｑｓ（トルク電流成分指令値）にある１未満の定数を乗じた値を、第二区間のｑ軸電流指令値Ｉｑｓの絶対値の上限として制御してもよい。この構成によれば、ブレーキ運転中のモータ４の制御状況に関わらず、第二区間のｑ軸電流指令値Ｉｑｓ（トルク電流成分指令値）を第一区間のｑ軸電流指令値Ｉｑｓよりも確実に小さくすることができる。

また、ブレーキ運転時の速度制御は、前記第一区間におけるｑ軸電流指令値Ｉｑｓ（トルク電流成分指令値）の最小値にある１未満の定数を乗じた値を、第二区間のｑ軸電流指令値Ｉｑｓの絶対値の上限として制御してもよい。この構成によれば、ブレーキ運転中のモータ４の制御状況に関わらず、第二区間のｑ軸電流指令値Ｉｑｓ（トルク電流成分指令値）を第一区間のｑ軸電流指令値Ｉｑｓよりも確実に小さくすることができる。

ステップ３０３の判定において、ブレーキ運転以外のときは、まずステップ３０６において、回転数指令のダウンがあるか否かを判定し、回転数指令のダウンがない場合は、ステップ３０８にてｑ軸電流指令最大値Ｉｑｍａｘを更新し、Ｉｑｓ記憶手段６７ｅに記憶する。

回転数指令のダウンがある場合、すなわち、ブレーキ運転開始前にモータ４の回転数指令値が変更前よりも低い回転数に変更された場合は、まず、ステップ３０７において、これまで算出してきたｑ軸電流指令値の最大値Ｉｑｍａｘをクリアし、続いてステップ３０８で、ｑ軸電流指令最大値Ｉｑｍａｘを更新し、Ｉｑｓ記憶手段６７ｅに記憶する。

これにより、以降は回転数指令が変更になったタイミングからのｑ軸電流指令値の最大値が算出され、ブレーキ運転時には、トルク電流リミッタ部６７ｃがＩｑｓ記憶手段６７ｅに記憶されたｑ軸電流指令最大値Ｉｑｍａｘを読み出し、ｑ軸電流指令値の最大値にある１未満の定数を乗じた値を、前記第二区間のｑ軸電流指令値Ｉｑｓ（トルク電流成分指令値）の絶対値の上限としてモータ４の制動が制御されることになる。

この構成により、モータ回転数の変動に伴いｑ軸電流指令値Ｉｑｓ（トルク電流成分指令値）が変動する場合においても、ブレーキ運転開始時の回転数に応じた適切なトルク電流成分を流すことができるため、モータ４の逆回転をより確実に防ぐことができる。

電流指令値に応じて行われるモータ駆動サブルーチンの制御に関しては、図６〜図８を用いて説明する。

図６において、ステップ６００によりモータ駆動サブルーチンが開始すると、次に、ステップ６０１に進んで、キャリヤ信号割込の有無を判定する。キャリヤ信号割込とは、ＰＷＭ制御手段６４のキャリヤカウンタがオーバーフローすると発生する割込信号ｃｋ（図２参照）により実行するもので、キャリヤ信号割込があった場合は、ステップ６０２に進んで、キャリヤ信号割込サブルーチンを実行する。

図７は、キャリヤ信号割込サブルーチンの詳細フローチャートを示し、ステップ７００によりキャリヤ信号割込サブルーチンを開始し、ステップ７０１にて割込信号ｃｋをカウントする。

次に、ステップ７０２に進んで、電気角検知手段６０によりロータ位置の電気角θを演算する。ロータ位置の電気角θは、別途求めたキャリヤ信号１周期当たりの電気角Δθとキャリヤカウンタのカウント値ｋを掛けた値ｋ・Δθを、ロータ位置検出手段４ａより検知できる６０度ごとの電気角φを加えることで推定演算する。

モータ４を８極、キャリヤ周波数を１５．６ｋＨｚ、回転数を９００ｒ／ｍｉｎとすると、モータ駆動周波数は６０Ｈｚとなり、電気角６０度内のキャリヤカウンタのカウント値ｋは約４３となる。よって、Δθは約１．４度となる。モータ回転数が低い程、電気角６０度内のカウント値ｋは高くなり、演算上の電気角検知分解能は向上するので、回転数が低く精度が要求される場合でも問題はないことがわかる。

次に、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する。ステップ７０３に進んで１回目のモータ電流検出を行ない、Ｉｕ１、Ｉｖ１を得る。電流検出１回では、ノイズが含まれる可能性があるので、ステップ７０４に進んで再度検出し、Ｉｕ２、Ｉｖ２を得る。ステップ７０５にて、これら２回の検出値の平均値を求めて、ノイズを除去してモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを算出し、Ｉｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ）よりモータ電流Ｉｗを演算する。

ここでは、ノイズ除去の為に単純な二回平均値にてモータ電流Ｉｕ、Ｉｖとしたが、この方式に限定されるものではない。たとえば、前回のキャリヤ信号割込の際に検出した電流と今回のキャリヤ信号割込の際に検出した電流との変化分を算出し、変化分を一定比率で低減して前回検出した電流に足し合わせるようなローパスフィルター機能を構成してノイズ除去を実施しても良い。

次に、ステップ７０６に進んで、３相／２相ｄｑ変換手段６１によって電気角θとモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗより、前記数式１に示した演算を行い、３相／２相ｄｑ変換を行い、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを求める。次に、ステップ７０７に進んで、求められた電流値Ｉｄ、Ｉｑをメモリし、別途ベクトル制御データとして用いる。

次に、ステップ７０８に進んで、ｄ軸制御電圧Ｖｄ、ｑ軸制御電圧Ｖｑを呼び出し、ステップ７０９に進んで、前記数式２に従い、２相／３相ｄｑ逆変換手段６３によって２相／３相ｄｑ逆変換を行い、３相制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを求める。この逆変換は、ステップ７０６と同じように記憶手段６２の電気角θに対応したｓｉｎθ、ｃｏｓθデータを用い、積和演算を高速で行う。

次に、ステップ７１０に進んで、ＰＷＭ制御手段６４によって３相制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに対応したＰＷＭ制御を行い、ステップ７１１に進んで、サブルーチンを終了してリターンする。

ＰＷＭ制御は、図２でも説明したように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相各相に対応して、鋸歯状波、または、三角波のキャリヤ信号と制御電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを比較してインバータ回路３のＩＧＢＴオンオフ制御信号を発生させ、モータ４を正弦波駆動するもので、上アームトランジスタと下アームトランジスタの信号は逆転された波形で、上アームトランジスタの導通比を増加させると、出力電圧は正電圧が増加し、下アームトランジスタの導通比を増加させると、出力電圧は負電圧が増加する。

導通比を５０％にすると、出力電圧は零となる。電気角θに対応して制御電圧を正弦波状に変化させると、正弦波状の電流が流れる。正弦波駆動の場合、トランジスタの導通比を最大値１００％にしたとき、出力電圧は最大となり、変調度Ａｍは１００％で、導通比の最大値を５０％にしたとき、出力電圧は最低となり、変調度Ａｍは０％と呼ぶ。

モータ電流をベクトル制御するための、３相／２相ｄｑ変換と２相／３相ｄｑ逆変換をキャリヤ信号毎に高速で実行するので、高速の電流制御が可能となり、さらにキャリヤ信号毎にベクトル制御することにより、撹拌翼や洗濯兼脱水槽を負荷変動に対応して適切なトルク駆動することができる。

図６に戻って、キャリヤ信号割込サブルーチン（ステップ６０２）を実行した後、ステップ６０３に進み、位置信号割込の有無を判定する。ロータ位置検出手段４ａの出力基準信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のいずれかの信号が変化すると、割込信号が発生し、ステップ６０４に進んで、図８に示す位置信号割込サブルーチンを実行する。図２に示すように、電気角６０度ごとに割込信号が発生する。

ここで図８により、位置信号割込サブルーチンについて説明する。ステップ８００により、位置信号割込サブルーチンを開始し、ステップ８０１に進んで、出力基準信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を電気角検知手段６０に入力して位置検出を行い、次に、ステップ８０２に進んで、位置信号よりロータ電気角θｃを検出する。次に、ステップ８０３に進んで、キャリヤ信号割込サブルーチンでカウントしているカウント値ｋをｋｃにメモリし、ステップ８０４に進んで、カウント値ｋをクリヤし、ステップ８０５に進み、電気角６０度間のキ
ャリヤカウンタのカウント値ｋｃより１キャリヤの電気角Δθを演算する。

次に、ステップ８０６に進んで、回転数検知手段６６によって、出力基準信号Ｈ３による割込信号かどうかを判定し、基準位置信号割込ならば、ステップ８０７に進んで、回転周期測定タイマーのカウント値Ｔを周期Ｔｏとしてメモリし、ステップ８０８に進んで、カウント値Ｔをクリヤし、ステップ８０９に進んでモータ回転数ｎを演算する。次に、ステップ８１０に進んで、回転周期測定タイマーのカウントを開始させ、ステップ８１１に進んで、サブルーチンを終了してリターンする。

回転周期測定タイマーの検知分解能を８ｂｉｔ精度にすると、クロックは６４μｓとなり、キャリヤ信号をクロックに使用できるが、回転制御性能を向上するためには、回転周期検知分解能を向上させる必要があり、クロックの周期は１〜１０μｓに設定する必要がある。この場合には、マイクロコンピュータのシステムクロックを分周してクロックに使用する。

以上に説明した回転数検知方法は、出力基準信号Ｈ３の周期から求める方法を示したが、出力基準信号Ｈ１もしくはＨ２を使用してもよく、また、出力基準信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３をすべて使用してもよい。また、キャリヤ信号を三角波にすると、キャリヤカウンタタイマーの周期は鋸歯状波の２倍となるので、三角波のオーバーフロー信号をクロックにすると、分解能が向上するので、三角波タイマーのオーバーフロー信号をクロックにしてもよい。

以上のような構成の動作フローを備えた洗濯機のモータ制御装置について、以下、ブレーキ運転時の動作、作用を説明する。

まず、ブレーキ運転においては、速度制御によりｑ軸電流は、負の方向に大きな指令を与えられる。しかし、特にモータ４に掛かる負荷が小さい場合には、制動力が強すぎることが原因で、モータ４が逆回転を始めてしまうことがある。そこで、モータ回転数ｎが所定の回転数（本実施の形態では５０ｒ／ｍｉｎ）よりも下がったところで、ｑ軸電流指令値Ｉｑｓにリミッタを掛けることで（図５のステップ３０４〜３０５参照）、モータ４が停止する直前のみ制動力を弱めることができ、ブレーキ時間を大きく延ばすことなく、モータ４の逆回転を防止することができる。

このとき、リミッタの値をモータ駆動時のｑ軸電流指令値Ｉｑｓに応じた値とすることで、モータ負荷が大きくなるに従ってブレーキ運転時のｑ軸電流指令値Ｉｑｓがより負の方向に大きくなるため、低負荷時の逆回転をさらに確実に防止すると共に、高負荷時のブレーキ時間をさらに短縮することができる。

本実施の形態においては、モータ回転数指令が変更前より低く変更された場合は、リミッタ値となるｑ軸電流指令最大値Ｉｑｍａｘを一度クリアする構成としている。モータ回転数指令が第一回転数Ｎ１から第二回転数Ｎ２に変更された場合（Ｎ１＞Ｎ２）、従来の構成では、第二回転数Ｎ２におけるブレーキ運転時においても第一回転数Ｎ１で取得された大きなｑ軸電流設定最大値Ｉｑｍａｘがリミッタとして用いられることになるため、制動力が掛かりすぎて、逆回転が発生する可能性がある。本発明の構成によれば、モータ回転数指令が変更された場合にも、変更後の回転数に応じた適切なリミッタを掛けることが可能となり、モータ４の逆回転をより確実に防ぐことができる。

なお、本実施の形態とは別に、リミッタとしてｑ軸電流指令値Ｉｑｓと比較する電流値は、ブレーキ開始から所定回転数（本実施の形態では５０ｒ／ｍｉｎ）に至るまでのｑ軸電流指令値Ｉｑｓの最小値、もしくは所定回転数に至る直前のｑ軸電流指令値Ｉｑｓに定
数を掛けて設定しても良い。これにより、より安易かつ確実にブレーキ終了直前の制動力を弱めることができる。

本発明に係る洗濯機のモータ制御装置は、モータが停止する直前のみ制動力を弱めることができ、大幅にブレーキ運転時間を伸ばすことなく、モータの逆回転を防ぐことができるので、巻き線抵抗が大きいモータなどで短絡ブレーキでは停止までに非常に時間がかかり、かつ使用状況によって洗濯槽等の慣性力の大小にばらつきのある洗濯機などのモータ制御装置に好適に利用することができる。

１ 交流電源（電源）
２ 整流回路
３ インバータ回路
４ モータ（ブラシレスモータ）
４ａ ロータ位置検出手段
５ 電流検出手段
６ 制御手段
６０ 電気角検知手段
６１ ３相／２相ｄｑ変換手段
６２ 記憶手段
６３ ２相／３相ｄｑ逆変換手段
６４ ＰＷＭ制御手段
６５ 設定変更手段
６６ 回転数検知手段
６７ トルク電流制御手段
６８ モータ電流制御手段
６９ 電圧制御切替手段

Claims (5)

1. 電源に接続される整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ロータ位置検出手段により算出されたモータ回転数を所望の指令回転数となるように電流指令値を生成する速度制御と、前記ブラシレスモータのモータ電流を磁束に対応した磁束電流成分とトルクに対応したトルク電流成分とに分解してそれぞれ前記電流指令値となるように制御するベクトル制御とを実施し、前記速度制御は、前記ブラシレスモータのブレーキ運転において、ブレーキ運転開始から前記ブラシレスモータが所定回転数まで減速するまでの第一区間と、前記ブラシレスモータが所定回転数まで減速した以降の第二区間とを設け、前記ブラシレスモータの駆動開始からブレーキ運転開始までの前記トルク電流成分指令値の最大値にある１未満の定数を乗じた値を、前記第二区間の前記トルク電流成分指令値の絶対値上限として制御することを特徴とする洗濯機のモータ制御装置。
2. 前記トルク電流成分指令値の最大値に応じて前記第一区間と前記第二区間を区分する前記所定回転数を設定することとした請求項１に記載の洗濯機のモータ制御装置。
3. 前記速度制御は、ブレーキ運転開始前に前記ブラシレスモータの回転数指令値が変更前よりも低い回転数に変更された場合は、回転数指令値が変更されたタイミングからブレーキ運転開始までの前記トルク電流成分指令値の最大値にある１未満の定数を乗じた値を、前記第二区間の前記トルク電流成分指令値の絶対値上限として制御することとした請求項１または２に記載の洗濯機のモータ制御装置。
4. 前記速度制御は、前記第二区間に入る直前の前記トルク電流成分指令値にある１未満の定数を乗じた値を、前記第二区間の前記トルク電流成分指令値の絶対値上限として制御する請求項１に記載の洗濯機のモータ制御装置。
5. 前記速度制御は、前記第一区間における前記トルク電流成分指令値の最小値にある１未満
   の定数を乗じた値を、前記第二区間の前記トルク電流成分指令値の絶対値上限として制御する請求項１に記載の洗濯機のモータ制御装置。

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