JP6681554B2 - 洗濯機のモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータをセンサレスにてインバータ駆動する洗濯機のモータ駆動装置に関するものである。

従来、この種の洗濯機のモータ駆動装置は、モータの回転位置検出を以下のように行っている。回転位置検出とはモータの電気角位相を検出することで、ホール素子、ロータリーエンコーダーなどを回転センサとして用いている。しかし、コストや構造上の制約の点から、回転センサを設けることができない場合、回転センサなしのセンサレスで回転位置検出を行う方法があり、誘起電圧を用いるものと、インダクタンスを用いるものがある。

誘起電圧を用いる場合、モータへの入力電圧と電流からモータの回転数に比例する誘起電圧を算出して、算出された誘起電圧から回転位置を検出する。この検出方法は、モータ回転数が高い領域では、誘起電圧が大きいため、精度のいい回転位置検出ができるが、回転数が低い領域では、誘起電圧が小さいため、起動や停止時には正しく回転検出できない。

また、インダクタンスを用いる場合は、モータへの入力電圧と電流からモータのインダクタンスを算出して、このインダクタンス変動周期がモータ電気角の２倍になることを利用して回転位置を検出する。この検出方法は、磁気的突極性をもつモータに限られ、モータの回転周期と別の周期でモータに電圧を印加する（例えば、特許文献１参照）。

また、この種の洗濯機のモータ駆動装置は、位相ずれのあるモータに、位相ずれ補正をすることで洗濯動作時の騒音を低減している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−１６９５９０号公報 特開２０１１−１０４０７０号公報

しかしながら、上記従来の洗濯機のモータ駆動装置は、モータの電流変動による騒音に対しては、これを抑えることができ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、モータの回転位置検出電圧の変化による騒音を、回転位置検出電圧と逆位相の電圧で第２のモータ（消音用モータ）を駆動させることで、騒音とは逆位相の音波を発生させて騒音を低減できる洗濯機のモータ駆動装置を提供することを目的としている。

上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駆動装置は、直流電力を交流電力に変換する第１のインバータ回路と、前記第１のインバータ回路により駆動する第１のモータと、前記第１のモータの電流を検出する第１の電流検出手段と、前記第１のモータの位置検出用電圧を発生させる位置検出電圧制御手段と、前記第１のモータの位置検出用電圧発生時のモータ電流変化から前記モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、第２のインバータ回路と、前記第２のインバータ回路により駆動する第２のモータと、前記第２のモータを制御する電圧制御手段と、を備え、前記電圧制御手段は、前記第１のモータの位置検出用電圧と逆位相の電圧を出力して駆動時の騒音制御を行うようにしたものであって、前記電圧制御手段が制御する逆位相の電圧は、前記第１のモータの位置検出用電圧、前記第１のモータの抵抗成分・インダクタンス成分、および前記第２のモータの抵抗成分・インダクタンス成分に応じて設定するようにしたものである。

本発明の洗濯機のモータ駆動装置は、モータの回転位置検出電圧の変化による騒音を、回転位置検出電圧と逆位相の電圧で第２のモータを駆動させることで、騒音とは逆位相の音波を発生させて騒音を低減できる。

本発明の実施の形態１における洗濯機のモータ駆動装置を搭載した洗濯機の要部断面図 本発明の実施の形態１における洗濯機のモータ駆動装置の洗濯モータの回転位置検出処理のブロック回路図 同洗濯機のモータ駆動装置の洗濯モータまたはバスポンプの等価回路の説明図 同洗濯機のモータ駆動装置の洗濯モータの回転位置検出処理における印加電圧と検出電流の関係図 同洗濯機のモータ駆動装置の洗濯モータの回転位置検出処理における検出電流と誤差角の関係図 同洗濯機のモータ駆動装置の消音用モータの消音処理のブロック回路図 同洗濯機のモータ駆動装置の消音用モータの消音処理における印加電圧と音波の関係図 同洗濯機のモータ駆動装置の消音用モータと他のモータ駆動機器との切替え説明図 同洗濯機のモータ駆動装置の洗濯モータおよびバスポンプの回転位置検出処理のブロック回路図 同洗濯機のモータ駆動装置のバスポンプの回転位置検出処理における印加電圧と検出電流の関係図 同洗濯機のモータ駆動装置の洗濯モータ位置検出処理および消音用モータ消音制御処理のフローチャート 同洗濯機のモータ駆動装置の洗濯モータの位置検出ルーチンのフローチャート 同洗濯機のモータ駆動装置の消音用モータの消音制御ルーチンのフローチャート 同洗濯機のモータ駆動装置の洗濯モータおよびバスポンプの位置検出処理のフローチャート 同洗濯機のモータ駆動装置のバスポンプの位置検出ルーチンのフローチャート

第１の発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、直流電力を交流電力に変換する第１のインバータ回路と、前記第１のインバータ回路により駆動する第１のモータと、前記第１のモータの電流を検出する第１の電流検出手段と、前記第１のモータの位置検出用電圧を発生させる位置検出電圧制御手段と、前記第１のモータの位置検出用電圧発生時のモータ電流変化から前記モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、第２のインバータ回路と、前記第２のインバータ回路により駆動する第２のモータと、前記第２のモータを制御する電圧制御手段と、を備え、前記電圧制御手段は、前記第１のモータの位置検出用電圧と逆位相の電圧を出力して駆動時の騒音制御を行う洗濯機のモータ駆動装置であって、前記電圧制御手段が制御する逆位相の電圧は、前記第１のモータの位置検出用電圧、前記第１のモータの抵抗成分・インダクタンス成分、および前記第２のモータの抵抗成分・インダクタンス成分に応じて設定するようにした洗濯機のモータ駆動装置であり、モータからの騒音とは逆位相の音波を、第２のモータから発生させ、騒音を低減することができるとともに、既知のモータパラメータを利用して、第１のモータからの騒音と消音用の第２のモータの音の大きさを、容易に調整して、騒音を低減することができる。

第２の発明は、直流電力を交流電力に変換する第１のインバータ回路と、前記第１のインバータ回路により駆動する第１のモータと、前記第１のモータの電流を検出する第１の電流検出手段と、前記第１のモータの位置検出用電圧を発生させる位置検出電圧制御手段と、前記第１のモータの位置検出用電圧発生時のモータ電流変化から前記第１のモータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
第２のインバータ回路と、前記第２のインバータ回路により駆動する第２のモータと、前記第２のモータの電流を検出する第２の電流検出手段と、前記第２のモータを制御する電圧制御手段と、を備え、
前記電圧制御手段は、前記第１のモータの位置検出用電圧と逆位相の電圧を出力して駆動時の騒音制御を行う洗濯機のモータ駆動装置であって、
前記電圧制御手段は、前記第２のモータを制御する電圧を位置検出用電圧として用いて、前記第２のモータの位置検出用電圧発生時の第２のモータ電流変化から前記第２のモータの回転位置を検出し、前記第１のモータの位置検出用電圧と逆位相の電圧を出力するようにした洗濯機のモータ駆動装置であり、モータからの騒音とは逆位相の音波を、第２のモータから発生させ、騒音を低減することができるとともに、第１のモータと第２のモータの両方で回転位置検出を行うと同時に、騒音を低減することができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明の構成において、前記第２のインバータ回路と前記第２のモータとの接続を変更する接続切替手段を有し、前記接続切替手段は、前記第２のモータ以外の任意の駆動機器に接続切替可能に構成したものであり、多数のインバータ回路を用いることなく、多種の駆動機器を動作させることができる。

第４の発明は、特に第１〜第３の発明の構成において、利用者が任意の設定を行うことができる設定手段を有し、前記設定手段により前記消音制御の実行有無を設定するものであり、使用者の必要性に応じて、騒音対策の有無を選択、調整することができる。

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、本発明の実施の形態１における洗濯機のモータ駆動装置を搭載した洗濯機の要部断面図、図２は、本発明の実施の形態１における洗濯機のモータ駆動装置の洗濯モータの回転位置検出処理のブロック回路図である。

図１において、回転ドラム１は、有底円筒形に形成し外周部に多数の通水孔を側壁に設け、水受け槽２内に回転自在に配設されている。回転ドラム１の回転中心に傾斜方向に設けた回転軸（回転中心軸）の一端を固定し、回転軸の他端にドラムプーリー３を固定している。なお、回転軸は洗濯機の正面側から底部となる背面側に向けて回転軸の方向が水平方向から下向き傾斜となっている。

水受け槽２の背面に取り付けた洗濯モータ４（第１のモータ）は、ベルト５によりドラムプーリー３と連結し、洗濯モータ４により回転ドラム１が正転、または反転できるように構成され回転駆動される。回転ドラム１の内壁面に数個の突起板を設けており、突起板により洗濯物が回転時に引っ掛けられ適度な高さから落とされることによって、いわゆる叩き洗いの効果を発揮し洗浄される。また、水受け槽２は洗濯機本体の天板によりばね体で揺動可能に吊り下げられ、回転ドラム１の正面側の開口部を蓋体により開閉自在に覆っている。

図２に示すように、交流電源は、整流回路６に交流電力を加え、整流回路６は倍電圧整流回路で構成し、第１のインバータ回路７に倍電圧直流電圧を加える。第１のインバータ回路７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。第１のインバータ回路７の出力端子に洗濯モータ４を接続し、第１のインバータ回路７が直流電力を交流電力に変換して洗濯モータ４を駆動する。

電流検出手段８は、第１のインバータ回路７の負電圧端子と整流回路６の負電圧端子間にシャント抵抗を接続し、このシャント抵抗の両端電圧から算出した第１のインバータ回路７の入力電流をもとに、洗濯モータ４の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。第１のインバータ回路７に加わる直流電圧が、交流電源からの入力以外に、モータ回転により発生する回生エネルギーにより、重畳することもあるため、常に検知している。

図３に示すように、洗濯モータ４は埋込磁石型三相同期モータであり、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相コイルと、回転軸中心回りに回転する永久磁石を有する等価回路により表される。この等価回路において永久磁石のＮ極側を正方向として貫く軸をｄ軸（ｄｉｒｅｃｔ−ａｘｉｓ）と定義し、それに直交する軸をｑ軸（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ａｘｉｓ）と定義する。このように定義するとモータのトルクを主に支配するのはｑ軸方向の磁界となる。また、電気角はＵ相コイルを貫く軸（α軸）とｄ軸との回転角であるθとなる。

なお、ｄ軸方向に磁界を生じるように電圧を印加した場合の巻線のインダクタンスをＬｄとし、同じくｑ軸方向についてのインダクタンスをＬｑとなる。埋込磁石型三相同期モータは、Ｌｄ＜Ｌｑの関係にある。

また後で説明する制御手段１０は、最初は回転子の位置を正確に検出できていないため、図３に示す通り、電気角がθｃであると想定しており、現実の電気角θとは誤差角△θを生じている。つまり、電気角θｃと想定して制御を行う軸は、ｄ軸、ｑ軸に対し、ｄ´軸、ｑ´軸となる。

制御手段１０は、洗濯モータ４の相電流の情報をもとに、第１のインバータ回路７を制御して洗濯モータ４の回転数を制御するものである。制御手段１０は、マイクロコンピュータ（マイコン）と、マイコンに内蔵したインバータ制御タイマー（タイマー）、Ａ／Ｄ変換部、メモリ回路等より構成され、以下のように、３相／２相ｄｑ変換、回転数制御、トルク制御、位置検出電圧制御、２相／３相ｄｑ逆変換、インバータ制御を行う。なお、制御手段１０は、図２に示すように、機能的に表現すると、電流検出手段８、回転位置検出手段９、ＰＷＭ制御手段１１等により構成されている。

３相／２相ｄｑ変換は、後で説明する回転位置検出手段９で検出した電気角θと、電流検出手段８で検出した相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、静止座標系から回転座標系に変換するのに必要な正弦波データ（ｓｉｎ、ｃｏｓデータ）から、磁束に対応した電流成分Ｉｄとトルクに対応した電流成分Ｉｑを演算するもので、次の数式１で表される。

回転数制御は、洗濯機のシーケンスに応じて洗濯モータ４の起動、停止、定常回転やブレーキを行うための指令回転数と、後で説明する回転位置検出手段９で検出した電気角θと時間からモータ回転数を演算し、さらに洗濯モータ４の極数と、ドラムプーリー３とモ
ータプーリの比から演算した回転ドラム１の検出回転数を比較し、回転ドラム１の回転数を制御するため、磁束に対応した電流指令Ｉｄｓ、トルクに対応した電流指令Ｉｑｓを演算する。このように、回転ドラム１の検出回転数が指令回転数になるようにフィードバッグしている。

トルク制御は、回転数制御からの電流指令Ｉｄｓ、Ｉｑｓと、３相／２相ｄｑ変換されたＩｄとＩｑを比較し、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。このように、トルクに対応した電流成分Ｉｑが電流指令Ｉｑｓとなるようにフィードバッグしている。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磁束制御と呼ばれ、Ｉｄと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も呼ばれる。

洗濯モータ４の位置検出用電圧を発生させる位置検出電圧制御は、位置検出電圧制御手段によって以下のように行われる。最初は図３の電気角θｃと想定して制御を行うため、ｄ´軸方向に検出電圧△Ｖｄ´を印加し、その結果、ｄ´方向およびｑ´方向に流れる電流を電流検出手段８により検出する。仮にｄ´軸がｄ軸と一致している場合には、ｑ´方向の電流は検出されない。しかし、電気角に誤差角△θを生じている場合には、ｑ´軸方向の電流が検出される。また、△θの大きさに応じてｄ´軸方向の電流およびｑ´軸方向の電流が変化する。このときの検出電流に基づいて、誤差角△θを演算することができ、電気角θを演算して位置検出する。常に位置検出を行うために、周期的に検出電圧Ｖｄ´は変化させる。

回転位置検出手段９は、以下のように電気角θを演算する。図３に示した反時計回り（ＣＣＷ）方向を正として電気角の誤差角△θが生じていると仮定すれば、上記検出電圧△Ｖｄ´に応じてｄ軸およびｑ軸に印加される電圧△Ｖｄ、△Ｖｑは、それぞれ次の数式２、数式３で表される。

これらの電圧△Ｖｄ、△Ｖｑに応じてｄ軸、ｑ軸方向に流れる電流△Ｉｄ、△Ｉｑは、ｄ軸方向およびｑ軸方向のインダクタンスをＬｄ、Ｌｑとし、電圧印加後の経過時間をｔとすれば、それぞれ次の数式４、数式５で表される。

△Ｉｄ、△Ｉｑを想定しているｄ´軸、ｑ´軸方向の電流値△Ｉｄ´、△Ｉｑ´に変換すると、それぞれ次の数式６および数式７で表される。

ただし、Ａ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２、△Ｉ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２
いわゆる突極型のモータでは、インダクタンスにはＬｄ＜Ｌｑなる関係があり、△Ｉ＞０となる。回転座標系の印加電圧Ｖｄ＋は、トルク制御で演算されたＶｄに対し、検出電圧△Ｖｄ´を重畳するため、次の数式８となる。

ｄ´軸方向に検出電圧△Ｖｄ´が印加されたときのｄ´軸、ｑ´軸方向の電流変化の様子を図４に示す。

上記数式６、数式７から、ｄ´軸、ｑ´軸方向の電流値△Ｉｄ´、△Ｉｑ´は、図５に示すように、電気角の誤差角△θに応じて周期的に変化することが分かる。なお、図５では、次の数式９により、△Ｉｄ´をシフトした値を示している。

△θが比較的小さい場合には、△θ＝ｔａｎ２△θ／２なる近似式が成立するため、該関係を用いれば上記数式６、数式７より△θを求めることができる。

但し、△θが小さい範囲で演算する必要があることから、△θを図５に示す８つの区部に分割し、△Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´、△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´の正負に応じて△θがいずれの区分に属しているかを判断した上で、該区分に応じて△θの基準をずらして演算する。例えば、△θが図５の区分６に属していると判断される場合には、上記数式６、数式７の△
θを△θ−π／４と置換した次の数式１０、数式１１を用いる。

つまり、数式１０、数式１１を用いて△θ−π／４を求め、該演算結果にπ／４を加えることにより△θを求めるのである。なお、正の誤差角△θ（図３におけるｄ´軸からｄ軸に回転する方向の誤差角）が生じている場合を例にとって説明したが、逆方向の誤差角が生じている場合、即ち誤差角△θが負となる場合についても同様に△θを求めることができる。

２相／３相ｄｑ逆変換は、数式１２に示すように、回転位置検出手段９で検出した電気角θ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と、回転座標系から静止座標系に逆変換するのに必要な正弦波データ（ｓｉｎ、ｃｏｓデータ）から、正弦波状の３相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。

なお、数式１２では便宜上Ｖｄ＋をＶｄと表記してある。

制御手段１０によるインバータ制御は、上記のようにして変換、出力される３相モータ駆動制御電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに応じ、ＰＷＭ制御手段１１で第１のインバータ回路７のＩＧＢＴをスイッチングさせるＰＷＭ信号を制御し、第１のインバータ回路７の出力電圧により、洗濯モータ４を駆動する。

次に、洗濯モータ４（第１のモータ）と同時に駆動させて、消音動作を行う消音用モータ１３（第２のモータ）の駆動について説明する。図６に示すように、上記の洗濯モータ４の第１のインバータ回路７と同じ構成で同じ直流電圧（整流回路６）に接続した第２のインバータ回路１２により、消音用モータ１３（第２のモータ）を駆動している。

消音用モータ１３を制御する電圧制御手段である消音制御手段１４は制御手段１０の一部を構成しており、図７に示すように、洗濯モータ４の検出電圧△Ｖｄ´と逆位相となる消音電圧△Ｖｄ＿ＮＬで消音用モータ１３を駆動させ、洗濯モータ４からの騒音とは逆位相の音波を消音用モータ１３から発生させ、騒音を低減する。

このとき、消音用モータ１３から発生される音波の大きさを、洗濯モータ４から発生する騒音に合わせるため、洗濯モータ４および消音用モータ１３の抵抗成分・インダクタンス成分に応じたパラメータによって、検出電圧から消音電圧の大きさを設定する。

また、利用者による設定手段からのＳＷ入力により、消音用モータ１３による消音設定の有無は、制御手段１０に記憶でき、必要に応じて、設定できる。

消音用モータ１３は、このように洗濯モータ４と同時に駆動させて、消音動作を行う以外にも、図８に示すように、第２のインバータ回路１２と消音用モータ１３の間のラインをリレーなどの接続切替手段（図示せず）により、バスポンプ１５、循環ポンプなどのポンプや乾燥用ファンなどの駆動装置の接続に切替えて、消音以外での用途にも第２のインバータ回路１２を使用することができる。

この場合、消音制御手段１４はバスポンプ１５等を駆動させるＰＷＭ制御手段としての役割も兼ねるため、消音制御手段兼ＰＷＭ制御手段１６となる。

また、図９に示すように、電流検出手段８と同じ構成でバスポンプ１５の電流を検出する電流検出手段１７、回転位置検出手段９と同様にバスポンプ１５で位置検出電圧制御を行い、電流検出手段１７で検出された電流からバスポンプ１５の電気角θを演算する回転位置検出手段１８、およびバスポンプ１５を駆動させるＰＷＭ制御手段１９を、制御手段１０に追加する。このときに、バスポンプ１５の位置検出を行うために出力するバスポンプ検出電圧Ｖｄ´を洗濯モータ４の検出電圧Ｖｄ´と逆位相にする。また、バスポンプ１５の大きさ、形状、位置などのパラメータを基に、バスポンプ検出電圧Ｖｄ´の大きさを調整する。これにより、洗濯モータ４とバスポンプ１５の位置検出を行うと同時に、検出電圧により洗濯モータ４からの音波とバスポンプ１５からの音波を逆位相で同じ振幅にして、洗濯モータ４の検出電圧の変化によって発生する騒音を抑えている。

バスポンプ１５における、ｄ´軸方向に検出電圧Ｍ×△Ｖｄ´が印加されたときのｄ´軸、ｑ´軸方向の電流変化の様子を図１０に示す。図４に示した洗濯モータ４の場合と逆位相となっている。

なお、図９、図１０ではバスポンプ１５を例として示してあるが、バスポンプ１５に替えて消音用モータ１３、循環ポンプや乾燥用ファンなどの駆動装置（第２のモータ）であってもよい。

上記構成において、図１１を参照しながら動作、作用を説明する。図１１は本発明の実施の形態１における洗濯機のモータ駆動装置の洗濯モータ位置検出処理および消音用モータ消音制御処理の流れを示し、ステップ１００より洗濯モータ位置検出処理および消音用モータ消音制御処理ルーチンを開始し、ステップ１０１で洗濯モータ位置検出タイミングのときのみ、ステップ１０２に進む。例えば、洗濯モータ４の回転数を０〜１００ｒ／ｓで電気角９０°以内で位置検出を行う場合は、位置検出は２．５ｍｓ毎に行われる。ステップ１０２で図１２に示す洗濯モータ位置検出処理ルーチン（後ほど詳しく説明）を実行する。

ステップ１０３で、利用者による消音設定が有効になっているかを確認し、有効ならステップ１０４で図１３に示す消音用モータ消音制御ルーチン（後ほど詳しく説明）を実行し、ステップ１０５に進む。無効なら、ステップ１０４を飛ばして、ステップ１０５に進む。ステップ１０５で洗濯モータ位置検出処理および消音用モータ消音制御処理ルーチンを終了する。

次に、図１２を参照しながら上記ステップ１０２の洗濯モータ位置検出処理ルーチンの動作について説明する。ステップ２００より洗濯モータ位置検出処理ルーチンが開始する。ステップ２０１で、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の電流から、図４に示すｄ´軸、ｑ´軸方向の電流の初期値Ｉｄ´０、Ｉｑ´０を検出する。この３相／２相ｄｑ変換を行う際に、想定している電気角θｃと現実の電気角θとの間には、図３に示すように誤差角△θが存在する。初期においても、すでに実施しているトルク制御により、ｑ´軸には正の電流、ｄ´軸には負の電流が流れている。

ステップ２０２で初期状態においてｄ´軸方向に印加する電圧を、位置検出電圧△Ｖｄ´だけ増加させる。ｄ´方向に電圧を印加するのは、ｄ軸方向の電流がトルクに与える影響がｑ軸に比べて小さいためで、ｄ軸であると想定するｄ´方向に電流を流すことにより、電気角検出時にトルクに与える影響を小さく抑えることができるからである。図４は、説明の便宜上、ｑ´軸の電流も大きく変化するように示してあるが、現実にはこの変化量は非常に小さいものである。

ステップ２０３でサンプリング時間ｔｓを待つ。このサンプリング時間ｔｓは、コイル巻線に流れる電流の挙動を十分検知することができ、かつｔｓ×２からなる検知周期を回転周期の１／４以内、つまり電気角９０°以内となるように設定したものである。

ステップ２０４でサンプリング時間ｔｓの経過後に電流値Ｉｄ´１、Ｉｑ´１を検出する。

ステップ２０５で、ステップ２０２時点の初期状態からｄ´軸方向に印加する電圧を位置検出電圧△Ｖｄ´だけ減らす。ステップ２０６でサンプリング時間ｔｓの経過を待つ。なお、ここでのサンプリング時間ｔｓはステップ２０３におけるサンプリング時間ｔｓと同じ時間としているが、両者は異なるものとしてもよい。

ステップ２０７でサンプリング時間ｔｓの経過後に電流値Ｉｄ´２、Ｉｑ´２を検出する。このステップ２０２〜２０７の間、位置検出電圧△Ｖｄ´が重畳されることとなる。

ステップ２０８で検出された電流値から電流変化量を算出する。具体的には、次に示す数式１３と数式１５との平均、数式１４と数式１６との平均により、それぞれの電流変化量△Ｉｄ´、△Ｉｑ´を算出する。

このように電流変化量に平均値を用いるのは、電流変化量の検出精度を向上させるためである。△Ｉｄ´１，△Ｉｑ´１と△Ｉｄ´２，△Ｉｑ´２の符号の相違を考慮すれば、平均の電流変化量を算出する数式は、次の数式１７および数式１８となる。

なお、ここではサンプリング時間ｔｓを一定の時間で統一しているため、△Ｉｄ´１，△Ｉｑ´１と△Ｉｄ´２，△Ｉｑ´２との平均を求めればよいが、両者のサンプリング時間が相違する場合には、△Ｉｄ´１，△Ｉｑ´１と△Ｉｄ´２，△Ｉｑ´２をそれぞれサンプリング時間で除して、電流変化率に変換した上で平均値を求める必要がある。

また、後述する通り、電気角の算出に必要となるのは、電流の変化率△Ｉｄ´、△Ｉｑ´の比である。従って、ステップ２０６から２０７までを省略し、電流変化率を上記△Ｉｄ´１、△Ｉｑ´１のみにより求めるものとしてもよい。かかる方法を採用することにより電気角検出処理に要する時間を短縮することができる。特に、△Ｉｄ´１、△Ｉｑ´１に含まれる誤差が一致しており、両者の比をとることによりその誤差を相殺することができるような場合には、かかる処理を採用することが望ましい。

ステップ２０９で、想定した電気角θｃが存在する誤差角△θの範囲を、電流変化量に基づいた区間判定を行う。図５を用いて、誤差角△θ区間判定について説明する。図５は横軸に制御手段１０が想定した電気角θｃと現実の電気角θとの誤差角△θ（＝θ−θｃ）をとり、各△θに対する電流変化量をプロットしたものである。

電流変化量△Ｉｄ´、△Ｉｑ´は先に数式６および数式７で示した通りである。ただし、Ａ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２、△Ｉ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２である。

前記数式９の通り、△Ｉｄ´Ａ＝△Ｉｄ´−△Ｖｄ´×ｔ×Ａとすれば、△Ｉｄ´Ａは、次の数式１９により表される。

図５では、△Ｉｄ´Ａと△Ｉｑ´を示している。ｄ´方向に電圧を印加しているため、誤差角△θ＝０のときは△Ｉｑ´＝０となる。数式１９、数式７で説明した通り、△Ｉｄ´Ａ、△Ｉｑ´は理論的には、誤差角△θに応じて、それぞれｃｏｓ関数およびｓｉｎ関数に従って変化する。

ここで、誤差角△θが−９０度から９０度の範囲になるように、位置検知周期を洗濯モータ４が９０度回転するのに要する時間よりも短くしている。ステップ２０３とステップ２０６のサンプリング時間ｔｓはこの制約内で設定される。

次に、誤差角△θが−９０度〜９０度の範囲を８等分した区間を、図５に示す通り区間１〜区間８とすると、△Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´および△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´の正負に応じて、誤差角△θの範囲が次の通り判定できる。
ＣＡＳＥ１： △Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´＞０、△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´＞０のとき、
誤差角△θが属する区間＝区間４、５
ＣＡＳＥ２： △Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´＞０、△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´＜０のとき、
誤差角△θが属する区間＝区間６、７
ＣＡＳＥ３： △Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´＜０、△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´＜０のとき、
誤差角△θが属する区間＝区間１、８
ＣＡＳＥ４： △Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´＜０、△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´＞０のとき、
誤差角△θが属する区間＝区間２、３
ステップ２１０で、こうして判定された区間に基づいて、誤差角△θを算出する。

誤差角△θの算出は、△θが比較的小さい範囲で成立する近似式を用いて、上記ＣＡＳＥ１〜ＣＡＳＥ４ に応じて数式２０〜数式２３により行われる。

ステップ２１１で、算出された△θを用いて想定している電気角θｃを補正する。具体的には、θｃ＋△θを演算し、新たな電気角θｃとするのである。ステップ２１２で洗濯モータ位置検出処理ルーチンを終了する。

制御手段１０で実施される３相／２相ｄｑ変換、回転数制御、２相／３相ｄｑ逆変換には補正後の新たな電気角θｃが使われる。

次に、図１３を参照しながら上記ステップ１０４の消音用モータ消音制御ルーチンの動作について説明する。ステップ３００より消音用モータ消音制御ルーチンが開始する。ステップ３０１で洗濯モータ４の位置検出電圧△Ｖｄ´が重畳されるタイミング（つまり図１２のステップ２０２〜２０７）かどうかを確認し、重畳されてｄ´軸上の電圧が変更されている場合は、ステップ３０２に進み、重畳されていない場合は、ステップ３０３に進む。

ステップ３０２で、消音用モータ１３に−Ｎ×△Ｖｄ´を重畳させる。このとき、図７のように洗濯モータ４には位置検出電圧△Ｖｄ´が周期的に重畳されるため、これによる騒音が発生する。この騒音を打ち消し、抑制するため、消音用モータ１３から発生する音波が逆位相になるように、消音制御手段１４によって消音用モータ１３に逆位相となる電圧を重畳させる。−を乗算しているのは、電圧が逆位相であること、Ｎを乗算しているのは、音波を逆位相に調節するためのパラメータ値として設定している。また図７では位置検出電圧△Ｖｄ´は正の方向にのみ重畳されている場合を示したが、負の方向の場合も同様に逆位相の電圧を重畳することになる。

ステップ３０３では、消音用モータ１３の印加電圧を維持する。消音制御手段１４によって消音用モータ１３の消音用のみで使用しているときは、図７のように電圧を維持し、図８で示した構成のように、バスポンプ１５、循環ポンプなどのポンプや乾燥用ファンなどの別の駆動機器にも接続しているときは、消音制御手段兼ＰＷＭ制御手段１６がその駆動機器の回転数制御による電圧で制御する。また消音電圧により駆動機器のトルクが変動しないように、影響の少ないｄ軸に消音電圧を重畳させている。ステップ３０４で消音用モータ消音制御ルーチンを終了する。

次に、洗濯モータとバスポンプの位置検出を同時に行うときの動作を図１４に示す洗濯モータ及びバスポンプ位置検出処理のフローチャートを参照して説明する。これは、図１１の洗濯モータ位置検出処理および消音用モータ消音制御処理と置換えることができる。ステップ４００より洗濯モータ及びバスポンプ位置検出処理ルーチンを開始し、ステップ４０１で洗濯モータ及びバスポンプ位置検出タイミングのときのみ、ステップ４０２に進
む。ステップ４０２では図１２で説明した洗濯モータ位置検出処理ルーチンを実行し、ステップ４０３で図１５に示すバスポンプ位置検出処理ルーチンを実行して、ステップ４０４で洗濯モータ及びバスポンプ位置検出処理ルーチンを終了する。

次に、図１５を参照してバスポンプ位置検出処理ルーチンの動作について説明する。内容は図１２で説明した洗濯モータ位置検出処理ルーチンと同じ処理を、バスポンプ１５についても同時に行う。つまり以下に説明するステップ５００〜５１２のバスポンプ位置検出処理は、図１２のステップ２００〜２１２の洗濯モータ位置検出処理と同期して制御手段１０により実施される。

ステップ５００よりバスポンプ位置検出処理ルーチンが開始する。ステップ５０１でＵ、Ｖ、Ｗ各相の電流から、図１０に示すｄ´軸、ｑ´軸方向の電流の初期値Ｉｄ´０、Ｉｑ´０を検出する。この３相／２相ｄｑ変換を行う際に、想定している電気角θｃと現実の電気角θとの間には、図３に示すように誤差角△θが存在する。初期においても、すでに実施しているバスポンプ１５の回転数制御により、ｑ´軸には正の電流、ｄ´軸には負の電流が流れている。

ステップ５０２で初期状態においてｄ´軸方向に印加する電圧をＭ×△Ｖｄ´だけ減少させる。これはステップ２０２で洗濯モータ４に印加される電圧と逆位相になる。Ｍは係数であり、音波を逆位相で同じ振幅になるように乗算する。

ステップ５０３でステップ２０３と同じサンプリング時間ｔｓを待つ。このサンプリング時間ｔｓは、バスポンプ１５のコイル巻線に流れる電流の挙動を十分検知することができ、かつｔｓ×２からなる検知周期が、バスポンプ１５の回転周期の１／４以内となるように、バスポンプ１５の回転数を制限する。

ステップ５０４でサンプリング時間ｔｓの経過後に電流値Ｉｄ´１、Ｉｑ´１を検出する。

ステップ５０５で、ステップ５０２時点の初期状態からｄ´軸方向に印加する電圧をＭ×△Ｖｄ´だけ増やす。Ｍは音波を逆位相で同じ振幅になるように乗算する。これはステップ２０５で洗濯モータ４に印加される電圧と逆位相になる。ステップ５０６でステップ２０６と同じサンプリング時間ｔｓの経過を待つ。

ステップ５０７でサンプリング時間ｔｓの経過後に電流値Ｉｄ´２、Ｉｑ´２を検出する。このステップ５０２〜５０７の間、位置検出電圧Ｍ×△Ｖｄ´が重畳されることとなる。

ステップ５０８で検出された電流値から電流変化量を算出する。具体的には、洗濯モータ位置検出処理ルーチンと同様に、次に示す数式１３と数式１５との平均、数式１４と数式１６との平均により、それぞれの電流変化量△Ｉｄ´、△Ｉｑ´を算出する。

平均の電流変化量を算出する数式は、先に説明した洗濯モータ４と同じ数式１７および数式１８となる。

ステップ５０９で、想定した電気角θｃが存在する誤差角の範囲を、電流変化量に基づいた区間判定を行う。電流変化量△Ｉｄ´、△Ｉｑ´は先に数式６および数式７で示した通りである。ただし、Ａ＝（１／Ｌｄ＋１／Ｌｑ）／２、△Ｉ＝（１／Ｌｄ−１／Ｌｑ）／２である。

△Ｉｄ´Ａ＝△Ｉｄ´−△Ｖｄ´×ｔ×Ａとすれば、△Ｉｄ´Ａは、次の数式１９により表される。

洗濯モータ４と同様に、誤差角△θが−９０度〜９０度の範囲を８等分した区間を、図５に示す通り区間１〜区間８とすると、△Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´および△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´の正負に応じて、誤差角△θの範囲が次の通り判定できる。
ＣＡＳＥ１： △Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´＞０、△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´＞０のとき、
誤差角△θが属する区間＝区間４、５
ＣＡＳＥ２： △Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´＞０、△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´＜０のとき、
誤差角△θが属する区間＝区間６、７
ＣＡＳＥ３： △Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´＜０、△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´＜０のとき、
誤差角△θが属する区間＝区間１、８
ＣＡＳＥ４： △Ｉｄ´Ａ＋△Ｉｑ´＜０、△Ｉｄ´Ａ−△Ｉｑ´＞０のとき、
誤差角△θが属する区間＝区間２、３
ステップ５１０で、こうして判定された区間に基づいて、誤差角△θを算出する。

誤差角△θの算出は、△θが比較的小さい範囲で成立する近似式を用いて、上記ＣＡＳＥ１〜ＣＡＳＥ４ に応じて数式２０〜数式２３により行われる。

ステップ５１１で、算出された△θを用いて想定している電気角θｃを補正する。具体的には、θｃ＋△θを演算し、新たな電気角θｃとするのである。ステップ５１２でバスポンプ位置検出処理ルーチンを終了する。

上記はバスポンプについて説明しているが、循環ポンプや、乾燥用ファンや、ヒートポンプなど、洗濯モータとは別に動作するモータであれば、適応することができる。この方法を用いることで、洗濯モータの回転位置検出と消音処理、およびここでのバスポンプ等の回転位置検出を同時に行うことができる。

また上記実施の形態ではベルトによって回転ドラムを駆動するベルト駆動方式の洗濯機を例にとって説明しているが、回転ドラムとモータが同軸となるダイレクトドライブ方式の洗濯機においても、ドラム回転数がモータ回転数となるだけで、洗濯モータの回転位置検出と消音処理を同時に行うことができる。

また上記はドラム式洗濯機を例にとって説明しているが、モータの回転駆動軸をクラッチによって撹拌翼か、洗濯兼脱水槽に結合するパルセータ式の縦型洗濯機においても、洗濯モータの回転位置検出と消音処理を同時に行うことができる。

以上のように、本発明にかかる洗濯機のモータ駆動装置は、モータの回転位置検出電圧の変化による騒音を、回転位置検出電圧と逆位相の電圧で消音用モータを駆動させることで、騒音とは逆位相の音波を発生させて騒音を低減できるので、モータをセンサレスにてインバータ駆動する洗濯機のモータ駆動装置としてのみならず、同様にインバータ駆動される洗濯乾燥機、衣類乾燥機、食器洗い機、エアコン等のモータ駆動装置としても有用である。

１ 回転ドラム
２ 水受け槽
３ ドラムプーリー
４ 洗濯モータ（第１のモータ）
５ ベルト
６ 整流回路
７ 第１のインバータ回路
８ 電流検出手段
９ 回転位置検出手段
１０ 制御手段
１１ ＰＷＭ制御手段
１２ 第２のインバータ回路
１３ 消音用モータ（第２のモータ）
１４ 消音制御手段（電圧制御手段）
１５ バスポンプ
１６ 消音制御手段兼ＰＷＭ制御手段
１７ 電流検出手段
１８ 回転位置検出手段
１９ ＰＷＭ制御手段

Claims (4)

1. 直流電力を交流電力に変換する第１のインバータ回路と、前記第１のインバータ回路により駆動する第１のモータと、前記第１のモータの電流を検出する第１の電流検出手段と、前記第１のモータの位置検出用電圧を発生させる位置検出電圧制御手段と、前記第１のモータの位置検出用電圧発生時のモータ電流変化から前記第１のモータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   第２のインバータ回路と、前記第２のインバータ回路により駆動する第２のモータと、前記第２のモータを制御する電圧制御手段と、を備え、
   前記電圧制御手段は、前記第１のモータの位置検出用電圧と逆位相の電圧を出力して駆動時の騒音制御を行う洗濯機のモータ駆動装置であって、
   前記電圧制御手段が制御する逆位相の電圧は、前記第１のモータの位置検出用電圧、前記第１のモータの抵抗成分・インダクタンス成分、および前記第２のモータの抵抗成分・インダクタンス成分に応じて設定するようにした洗濯機のモータ駆動装置。
2. 直流電力を交流電力に変換する第１のインバータ回路と、前記第１のインバータ回路により駆動する第１のモータと、前記第１のモータの電流を検出する第１の電流検出手段と、前記第１のモータの位置検出用電圧を発生させる位置検出電圧制御手段と、前記第１のモータの位置検出用電圧発生時のモータ電流変化から前記第１のモータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   第２のインバータ回路と、前記第２のインバータ回路により駆動する第２のモータと、前記第２のモータの電流を検出する第２の電流検出手段と、前記第２のモータを制御する電圧制御手段と、を備え、
   前記電圧制御手段は、前記第１のモータの位置検出用電圧と逆位相の電圧を出力して駆動時の騒音制御を行う洗濯機のモータ駆動装置であって、
   前記電圧制御手段は、前記第２のモータを制御する電圧を位置検出用電圧として用いて、前記第２のモータの位置検出用電圧発生時の第２のモータ電流変化から前記第２のモータの回転位置を検出し、前記第１のモータの位置検出用電圧と逆位相の電圧を出力するようにした洗濯機のモータ駆動装置。
3. 前記第２のインバータ回路と前記第２のモータとの接続を変更する接続切替手段を有し、
   前記接続切替手段は、前記第２のモータ以外の任意の駆動機器に接続切替可能に構成した請求項１または２に記載の洗濯機のモータ駆動装置。
4. 利用者が任意の設定を行うことができる設定手段を有し、前記設定手段により前記消音制御の実行有無を設定するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗濯機のモータ駆動装置。

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