JP6914607B2 - モーター駆動装置及びこれを備えた洗濯物処理機器 - Google Patents

Description

本発明は、モーター駆動装置及びこれを備えた洗濯物処理機器に関し、特に、モーターの回転子の位置を感知する位置感知センサーが取り付けられないセンサーレス方式の洗濯物処理機器において、モーターに印加される電圧検出を効率的に行うことができるモーター駆動装置及びこれを備えた洗濯物処理機器に関する。

一般に、洗濯物処理機器は、洗剤、洗濯水及び洗濯物が洗濯槽内に投入された状態で、モーターの駆動力が伝達されて回転する洗濯槽と洗濯物との摩擦力を用いて洗濯を行うため、洗濯物の傷みがほとんどなく、洗濯物が絡まないという洗濯効果を奏することができる。

通常の洗濯物処理機器は、モーターの回転子の位置を感知するための位置感知センサーを備えている。

しかしながら、製造コストの低減などの目的から、位置感知センサーを使用しない洗濯物処理機器に関する開発が行われており、そのため、位置感知センサー無しで、モーターの回転子の位置を正確に推定する方案について議論されている。

本発明の目的は、センサーレス方式の洗濯物処理機器において、モーターに印加される電圧検出を効率的に行うことができるモーター駆動装置及びこれを備えた洗濯物処理機器を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の実施例に係る洗濯物処理機器は、洗濯槽と、洗濯槽を回転させるモーターと、モーターを駆動する駆動部と、を含み、駆動部は、直流電源を交流電源に変換して、交流電源をモーターに出力するインバータと、モーターに印加される出力電圧を検出する出力電圧検出部と、出力電圧に基づいて、モーターを駆動するようにインバータを制御するインバータ制御部と、を含み、出力電圧検出部は、インバータとモーターとの間に電気的に接続される抵抗素子と、抵抗素子で検出される電圧を基準電圧と比較して、パルス幅変調ベースの出力電圧を検出する比較器と、を含む。

また、上記の目的を達成するための本発明の実施例に係るモーター駆動装置は、直流電源を交流電源に変換して、交流電源をモーターに出力するインバータと、モーターに印加される出力電圧を検出する出力電圧検出部と、出力電圧に基づいて、モーターを駆動するようにインバータを制御するインバータ制御部と、を含み、出力電圧検出部は、インバータとモーターとの間に電気的に接続される抵抗素子と、抵抗素子で検出される電圧を基準電圧と比較して、パルス幅変調ベースの出力電圧を検出する比較器と、を含む。

本発明の実施例によれば、モーター駆動装置及びこれを備えた洗濯物処理機器は、モーターの回転子の位置を感知する位置センサーが取り付けられないセンサーレス方式のモーター駆動装置及びこれを備えた洗濯物処理機器に関するもので、インバータとモーターとの間に電気的に接続される抵抗素子と、抵抗素子で検出される電圧を基準電圧と比較して、パルス幅変調ベースの出力電圧を検出する比較器を使用することによって、モーターに印加される出力電圧を効率的に且つ正確に検出することが可能になる。

具体的に、パルス形態の出力電圧を、ローパスフィルタリングなどの別の変換無しで、そのまま、電圧分配によるレベル調整のみを経て速かに検出することが可能になる。また、インバータ制御部ではＡＤコンバータが省かれるため、ターンオンデューティ演算時に正確な演算が可能になる。一方、比較器を介して基準電圧と比較するため、ノイズ成分を除去することが可能になる。

特に、パルス幅変調ベースの出力電圧を検出し、検出された出力電圧に基づいて、モーターの回転子の位置及びモーターの速度を推定し、推定された回転子の位置及びモーターの速度に基づいて、インバータ制御のためのスイッチング制御信号を出力することによって、センサーレス方式におけるモーターの制御を正確に行うことが可能になる。

一方、モーターの初期起動時に、第１レベルの一定電流及び第２レベルの一定電流をモーターに順次に印加することによって、モーターの固定子抵抗を正確に推定することが可能になる。

本発明の一実施例に係る洗濯物処理機器の斜視図である。 図１の洗濯物処理機器の側断面図である。 図１の洗濯物処理機器の内部ブロック図である。 図３における駆動部の内部回路図である。 図４におけるインバータ制御部の内部ブロック図である。 図５Ａにおける推定部の内部ブロック図である。 図４におけるモーターに供給される交流電流の一例を示す図である。 洗濯物処理機器の出力電圧検出部を例示する回路図である。 図７Ａの出力電圧検出部の動作を説明するための図である。 図７Ａの出力電圧検出部の動作を説明するための図である。 本発明の実施例に係る洗濯物処理機器の出力電圧検出部を例示する回路図である。 図８Ａの出力電圧検出部の動作を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る洗濯物処理機器の駆動部におけるインバータを示す図である。 図９のインバータの各相の出力電圧検出部を示す図である。 図９のインバータの各相の出力電圧検出部を示す図である。 図９のインバータの各相の出力電圧検出部を示す図である。 本発明の他の実施例に係る洗濯物処理機器の斜視図である。

以下、図面を参照して本発明についてより詳しく説明する。

以下の説明において構成要素に付く接尾語「モジュール」及び「部」は単に本明細書作成の容易さのみを考慮したもので、それ自体として特別な意味又は役割を有するものではない。そのため、「モジュール」及び「部」は互いに同一の意味で使われてもよい。

本明細書で説明される洗濯物処理機器は、洗濯槽を回転させるためのモーターの回転子の位置を感知する位置感知部が取り付けられないセンサーレス（ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ）方式によって、モーターの回転子の位置を推定できる洗濯物処理機器である。以下では、センサーレス方式の洗濯物処理機器について説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る洗濯物処理機器を示す斜視図であり、図２は、図１の洗濯物処理機器の側断面図である。

図１乃至図２を参照すると、本発明の一実施例に係る洗濯物処理機器１００は、布を上面から洗濯槽内に投入するトップロード（ｔｏｐ ｌｏａｄ）方式の洗濯物処理機器である。このようなトップロード方式の洗濯物処理機器は、布を投入して洗い、すすぎ、脱水などを行う洗濯機、又は湿布を投入して乾燥を行う乾燥器などを含むが、以下では、洗濯機を中心に述べる。

洗濯機１００は、外観を形成するケーシング１１０と、ユーザから各種の制御命令が入力される操作キー１１７及び洗濯機１００の作動状態に関する情報を表示するディスプレイなどを備えてユーザインターフェースを提供するコントロールパネル１１５と、ケーシング１１０に回動可能に取り付けられて、洗濯物を出し入れする出入口を開閉するドア１１３と、を含む。

ケーシング１１０は、内部に洗濯機１００の各種構成品を収容し得る空間を形成する本体１１１と、本体１１１の上側に設けられ、内槽１２２内に洗濯物を投入するための布出入口が形成されているトップカバー１１２と、を含むことができる。

ここでは、ケーシング１１０が本体１１１及びトップカバー１１２を含むとするが、これに限定されず、ケーシング１１０は洗濯機１００の外観を形成するものであればいずれも可能である。

一方、支持棒１３５は、ケーシング１１０を構成する一要素であるトップカバー１１２に結合されるとするが、これに限定されず、ケーシング１１０の固定したいずれの箇所にも結合可能であることは明らかである。

コントロールパネル１１５は、洗濯物処理機器１００の運転状態を操作する操作キー１１７と、操作キー１１７の一側に配置されて洗濯物処理機器１００の運転状態を表示するディスプレイ１１８と、を含む。

ドア１１３は、トップカバー１１２に設けられた布出入口（表示せず）を開閉するものであり、本体１１１の内部が見えるように強化ガラスなどの透明部材を含むことができる。

洗濯機１００は、洗濯槽１２０を含むことができる。洗濯槽１２０は、洗濯水が収容される外槽１２４と、外槽１２４内に回転可能に設けられ、洗濯物を収容する内槽１２２と、を含むことができる。洗濯槽１２０の上部には、洗濯槽１２０の回転時に発生する偏心を補償するためのバランサ１３４を設けることができる。

一方、洗濯機１００は、洗濯槽１２０の下部に回転可能に設けられるパルセータ１３３を含むことができる。

駆動装置１３８は、内槽１２２及び／又はパルセータ１３３を回転させるための駆動力を提供する。駆動装置１３８の駆動力を選択的に伝達して、内槽１２２のみが回転する、パルセータ１３３のみが回転する、又は内槽１２２とパルセータ１３３が同時に回転する、ようにするクラッチ（図示せず）を設けることができる。

一方、駆動装置１３８は、図３の駆動部２２０、すなわち、駆動回路によって動作する。これについては図３以下を参照して後述する。

一方、トップカバー１１２には、洗浄剤、繊維柔軟剤及び／又は漂白剤などの各種添加剤が収容される洗剤ボックス１１４が引出し可能に設けられ、給水流路１２３を通って給水された洗濯水が洗剤ボックス１１４を経由して内槽１２２中に供給される。

内槽１２２には複数の孔（図示せず）が設けられており、内槽１２２に供給された洗濯水が複数の孔を通って外槽１２４に流動する。給水流路１２３を開閉する給水弁１２５を設けることもできる。

洗濯機１００は、排水流路１４３を通して外槽１２４中の洗濯水を排水し、そのため、排水流路１４３を開閉する排水バルブ及び洗濯水をポンピングする排水ポンプ１４１を含むことができる。

支持棒１３５は、外槽１２４をケーシング１１０内に吊り下げるためのもので、一端がケーシング１１０に連結され、他端はサスペンション１５０を介して外槽１２４に連結される。

サスペンション１５０は、洗濯機１００の作動中に発生する外槽１２４の振動を緩衝する。例えば、内槽１２２の回転によって発生する振動によって外槽１２４が振動することがあり、内槽１２２の回転中には、内槽１２２内に収容された洗濯物の偏心、内槽１２２の回転速度又は共振特性などの様々な要因によって発生する振動を緩衝することができる。

図３は、図１の洗濯物処理機器の内部ブロック図である。

同図を参照すると、洗濯物処理機器１００では、制御部２１０の制御動作によって駆動部２２０が制御され、駆動部２２０はモーター２３０を駆動させる。これによって、洗濯槽１２０がモーター２３０によって回転する。

制御部２１０は、操作キー１１７から動作信号を受信して、洗い、すすぎ、脱水行程が行われるようにすることができる。

また、制御部２１０は、ディスプレイ１１８を制御して、洗濯コース、洗い時間、脱水時間、すすぎ時間、又は現在動作状態などを表示するようにすることができる。

一方、制御部２１０は駆動部２２０を制御し、駆動部２２０がモーター２３０を動作させるようにする。このとき、モーター２３０の内部又は外部には、モーターの回転子の位置を感知する位置感知部が取り付けられない。すなわち、駆動部２２０は、センサーレス（ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ）方式によってモーター２３０を制御する。

駆動部２２０は、モーター２３０を駆動させるためのもので、インバータ（図４の４２０）、インバータ制御部（図４の４３０）、モーター２３０に流れる出力電流を検出する出力電流検出部（図４のＥ）、モーター２３０に印加される出力電圧ｖ_oを検出する出力電圧検出部（図４のＦ）を含むことができる。また、駆動部２２０は、インバータ（図示せず）に入力される直流電源を供給するコンバータなどをさらに含むことができる。

例えば、駆動部２２０におけるインバータ制御部（図４の４３０）は、出力電流ｉ_o及び出力電圧ｖ_oに基づいて、モーター２３０の回転子の位置を推定する。そして、推定された回転子の位置に基づいて、モーター２３０が回転するように制御する。

具体的に、インバータ制御部（図４の４３０）が、出力電流ｉ_o及び出力電圧ｖ_oに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）方式のスイッチング制御信号（図４のＳ_ic）を生成してインバータ（図示せず）に出力すると、インバータ（図示せず）は高速スイッチング動作をして、所定周波数の交流電源をモーター２３０に供給する。そして、モーター２３０は、所定周波数の交流電源によって回転する。

駆動部２２０については図４を参照して後述する。

一方、制御部２１０は、出力電流検出部（図４のＥ）で検出された電流ｉ_oなどに基づいて布量を感知することができる。例えば、洗濯槽１２０が回転する間に、モーター２３０の電流値ｉ_oに基づいて布量を感知することができる。

一方、制御部２１０は、洗濯槽１２０の偏心量、すなわち、洗濯槽１２０のアンバランス（ｕｎｂａｌａｎｃｅ；ＵＢ）を感知することもできる。このような偏心量の感知は、出力電流検出部Ｅで検出された電流ｉ_oのリップル成分又は洗濯槽１２０の回転速度変化量に基づいて行うことができる。

図４は、図３の駆動部の内部回路図である。

図４を参照すると、本発明の実施例に係る駆動部２２０は、センサーレス方式のモーターを駆動するためのもので、コンバータ４１０、インバータ４２０、インバータ制御部４３０、ｄｃ端電圧検出部Ｂ、平滑キャパシタＣ、出力電流検出部Ｅ、出力電圧検出部Ｆを含むことができる。また、駆動部２２０は、入力電流検出部Ａ、リアクターＬなどをさらに含むこともできる。

リアクターＬは、商用交流電源（ｖ_s）４０５とコンバータ４１０との間に配置されて、力率補正又は昇圧動作を行う。また、リアクターＬは、コンバータ４１０の高速スイッチングによる高調波電流を制限する機能を担うこともことができる。

入力電流検出部Ａは、商用交流電源４０５から入力される入力電流ｉ_sを検出することができる。そのために、入力電流検出部Ａとして、ＣＴ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）、シャント抵抗などを用いることができる。検出される入力電流ｉ_sは、パルス形態の離散信号（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｓｉｇｎａｌ）であって、インバータ制御部４３０に入力することができる。

コンバータ４１０は、リアクターＬを通過した商用交流電源４０５を直流電源に変換して出力する。同図では商用交流電源４０５を単相交流電源として図示しているが、三相交流電源であってもよい。商用交流電源４０５の種類によってコンバータ４１０の内部構造も異なってくる。

一方、コンバータ４１０は、スイッチング素子無しでダイオードなどからなり、別のスイッチング動作無しで整流動作を行うこともできる。

例えば、単相交流電源の場合、４個のダイオードをブリッジ形態として用いることができ、三相交流電源の場合、６個のダイオードをブリッジ形態として用いることができる。

一方、コンバータ４１０は、例えば、２個のスイッチング素子及び４個のダイオードが接続されたハーフブリッジ形のコンバータが用いられてもよく、三相交流電源の場合、６個のスイッチング素子及び６個のダイオードが用いられてもよい。

コンバータ４１０が、スイッチング素子を備える場合、当該スイッチング素子のスイッチング動作によって昇圧動作、力率改善及び直流電源変換を行うことができる。

平滑キャパシタＣは、入力される電源を平滑化し、それを保存する。同図では、平滑キャパシタＣとして一つの素子を例示するが、複数個が設けられて、素子安全性を確保することもできる。

一方、同図では、平滑キャパシタＣがコンバータ４１０の出力端に接続されるとしたが、これに限定されず、平滑キャパシタＣに直流電源が直接入力されてもよい。例えば、太陽電池からの直流電源が平滑キャパシタＣに直接入力されたり、直流／直流変換されて入力されてもよい。以下では、図面の例示を中心に記述する。

一方、平滑キャパシタＣの両端は、直流電源が保存されることから、ｄｃ端又はｄｃリンク端と呼ぶこともできる。

ｄｃ端電圧検出部Ｂは、平滑キャパシタＣの両端であるｄｃ端電圧Ｖ_dcを検出することができる。そのために、ｄｃ端電圧検出部Ｂは抵抗素子、増幅器などを含むことができる。検出されたｄｃ端電圧Ｖ_dcは、パルス形態の離散信号であって、インバータ制御部４３０に入力することができる。

インバータ４２０は、複数個のインバータスイッチング素子を有し、スイッチング素子のオン／オフ動作によって、平滑された直流電源Ｖ_dcを所定周波数の三相交流電源ｖ_a，ｖ_b，ｖ_cに変換して三相同期モーター２３０に出力することができる。

インバータ４２０は、それぞれ互いに直列接続される上アームスイッチング素子Ｓ_a，Ｓ_b，Ｓ_c及び下アームスイッチング素子Ｓ’_a，Ｓ’_b，Ｓ’_cが一対となり、総３対の上、下アームスイッチング素子Ｓ_a＆Ｓ’_a，Ｓ_b＆Ｓ’_b，Ｓ_c＆Ｓ’_cが互いに並列に接続される。各スイッチング素子Ｓ_a，Ｓ’_a，Ｓ_b，Ｓ’_b，Ｓ_c，Ｓ’_cにはダイオードが逆並列に接続される。

インバータ４２０内の各スイッチング素子は、インバータ制御部４３０からのインバータスイッチング制御信号Ｓ_icに基づいてオン／オフ動作を行う。これによって、所定周波数を持つ三相交流電源が三相同期モーター２３０に出力される。

インバータ制御部４３０は、センサーレス方式でインバータ４２０のスイッチング動作を制御することができる。そのために、インバータ制御部４３０は、出力電流検出部Ｅで検出される出力電流ｉ_oと、出力電圧検出部Ｆで検出される出力電圧ｖ_oを受信することができる。

インバータ制御部４３０は、インバータ４２０のスイッチング動作を制御するために、インバータスイッチング制御信号Ｓ_icをインバータ４２０に出力する。インバータスイッチング制御信号Ｓ_icはパルス幅変調方式（ＰＷＭ）のスイッチング制御信号であって、出力電流検出部Ｅで検出される出力電流ｉ_oと出力電圧検出部Ｆで検出される出力電圧ｖ_oとに基づいて生成されて出力される。インバータ制御部４３０のインバータスイッチング制御信号Ｓ_icの出力に関する詳細な動作は、図５Ａ及び図５Ｂを参照して後述する。

出力電流検出部Ｅは、インバータ４２０と三相モーター２３０との間に流れる出力電流ｉ_oを検出する。すなわち、モーター２３０へ流れる電流を検出する。出力電流検出部Ｅは各相の出力電流ｉ_a，ｉ_b，ｉ_cを全て検出してもよく、三相平衡を用いて２相の出力電流を検出してもよい。

出力電流検出部Ｅは、インバータ４２０とモーター２３０との間に配置することができる。電流検出のために、出力電流検出部ＥとしてＣＴ、シャント抵抗などを用いることができる。

シャント抵抗を用いる場合、３個のシャント抵抗を、インバータ４２０と同期モーター２３０との間に配置してもよく、インバータ４２０における３個の下アームスイッチング素子Ｓ’_a，Ｓ’_b，Ｓ’_cに一端をそれぞれ接続してもよい。一方、三相平衡を用いて、２個のシャント抵抗を用いることもできる。一方、１個のシャント抵抗を用いる場合は、上述したキャパシタＣとインバータ４２０との間に当該シャント抵抗を配置することもできる。

検出された出力電流ｉ_oはパルス形態の離散信号（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｓｉｇｎａｌ）であって、インバータ制御部４３０に印加され、検出された出力電流ｉ_oに基づいてインバータスイッチング制御信号Ｓｉ_cを生成することができる。以下では、検出された出力電流ｉ_oが三相の出力電流ｉ_a、ｉ_b、ｉ_cであると併せて記述することもできる。

出力電圧検出部Ｆは、インバータ４２０とモーター２３０との間に配置されて、インバータ４２０からモーター２３０に印加される出力電圧を検出する。インバータ４２０がパルス幅変調（ＰＷＭ）ベースのスイッチング制御信号によって動作する場合、出力電圧は、パルス幅変調（ＰＷＭ）ベースのパルス形態の電圧であってもよい。

パルス幅変調（ＰＷＭ）ベースのパルス形態の電圧検出のために、出力電圧検出部Ｆは、インバータ４２０とモーター２３０との間に電気的に接続される抵抗素子と、抵抗素子の一端に接続される比較器と、を備えることができる。出力電圧検出部Ｆについては、図８Ａを参照して詳しく後述する。

一方、検出されるパルス幅変調ベースの出力電圧Ｖ_oは、パルス形態の離散信号であって、インバータ制御部４３０に印加することができる。検出された出力電圧ｖ_oに基づいてインバータスイッチング制御信号Ｓｉ_cが生成される。以下では、検出された出力電圧ｖ_oが三相の出力電圧ｖ_a、ｖ_b、ｖ_cであると併せて記述することもできる。

一方、三相モーター２３０は、固定子（ｓｔａｔｏｒ）及び回転子（ｒｏｔａｒ）を備え、各相ａ，ｂ，ｃの固定子のコイルに所定周波数の各相の交流電源が印加されて、回転子が回転する。

このようなモーター２３０は、例えば、表面貼付型永久磁石同期電動機（Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ−Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ；ＳＭＰＭＳＭ）、埋込型永久磁石同期電動機（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ；ＩＰＭＳＭ）、及び同期リラクタンス電動機（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒ；Ｓｙｎｒｍ）などを含むことができる。このうち、ＳＭＰＭＳＭとＩＰＭＳＭは、永久磁石を適用した同期電動機（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ；ＰＭＳＭ）であり、Ｓｙｎｒｍは永久磁石を有しないことに特徴がある。

一方、インバータ制御部４３０は、コンバータ４１０がスイッチ素子を備える場合、コンバータ４１０内のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することができる。そのために、インバータ制御部４３０は、入力電流検出部Ａで検出される入力電流ｉ_sを受信することができる。そして、インバータ制御部４３０は、コンバータ４１０のスイッチング動作を制御するために、コンバータスイッチング制御信号Ｓ_ccをコンバータ４１０に出力することができる。このようなコンバータスイッチング制御信号Ｓ_ccは、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式のスイッチング制御信号であって、入力電流検出部Ａから検出される入力電流ｉ_sに基づいて生成して出力することができる。

図５Ａは、図４におけるインバータ制御部の内部ブロック図であり、図５Ｂは、図５Ａにおける推定部の内部ブロック図である。

図５Ａを参照すると、インバータ制御部４３０は、軸変換部５１０、推定部５２０、電流指令生成部５３０、電圧指令生成部５４０、軸変換部５５０、及びスイッチング制御信号出力部５６０を含むことができる。

軸変換部５１０は、出力電流検出部Ｅで検出された出力電流ｉ_a，ｉ_b，ｉ_cを受け取って、静止座標系の二相電流ｉ_α，ｉ_β、及び回転座標系の二相電流ｉ_d，ｉ_qに変換することができる。

一方、軸変換部５１０は、出力電圧検出部Ｆで検出されたパルス幅変調ベースの出力電圧ｖ_a，ｖ_b，ｖ_cを受信して、デューティ（ｄｕｔｙ）を演算し、演算されたデューティに基づいて、極電圧（ｐｏｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ）Ｖ_pnを演算する。下記の式１は、極電圧の演算方式を例示する。

ここで、Ｖ_dcは、ｄｃ端電圧検出部Ｂで検出されたｄｃ端電圧を表し、Ｔは、制御周期、すなわち、ＰＷＭスイッチング制御信号生成のための、キャリア信号の単位周期を表す。そして、Ｔ_onは、単位周期Ｔにおけるオン時間、すなわち、デューティを表す。

一方、軸変換部５１０は、三相の検出されたパルス幅変調ベースの出力電圧ｖ_a，ｖ_b，ｖ_cに対応して、三相の極電圧Ｖ_un，Ｖ_vn，Ｖ_wnをそれぞれ演算する。

次に、軸変換部５１０は、三相の極電圧Ｖ_un，Ｖ_vn，Ｖ_wnを用いて、式２のように、オフセット電圧Ｖ_offsetを演算することができる。

そして、軸変換部５１０は、三相の極電圧Ｖ_un，Ｖ_vn，Ｖ_wn、及びオフセット電圧Ｖ_offsetを用いて、式３のように、モーター２３０の各相に印加される相電圧Ｖ_as，Ｖ_bs，Ｖ_csを演算することができる。

そして、軸変換部５１０は、三相の相電圧Ｖ_as，Ｖ_bs，Ｖ_csを用いて、式４のように、静止座標系の二相電圧Ｖ_α，Ｖ_βを演算することができる。一方、軸変換部５１０は、静止座標系の二相電圧Ｖ_α，Ｖ_βを回転座標系の二相電圧ｖ_d，ｖ_qに変換することもできる。

一方、軸変換部５１０は、変換された、静止座標系の二相電流ｉ_α，ｉ_β及び静止座標系の二相電圧ｖ_α，ｖ_β、並びに回転座標系の二相電流ｉ_d，ｉ_q及び回転座標系の二相電圧ｖ_d，ｖ_qを外部に出力することができる。

推定部５２０は、軸変換部５１０から、軸変換された、静止座標系の二相電流ｉ_α，ｉ_β及び静止座標系の二相電圧ｖ_α，ｖ_βを受信して、モーター２３０の回転子の位置θとモーター２３０の速度ωを推定することができる。

具体的に、図５Ｂを参照すると、推定部５２０は、モーター２３０内で誘発される逆起電力（ｂａｃｋ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）を推定する逆起電力推定部５２３と、モーター２３０の回転子の位置

とモーター２３０の速度

を推定する速度推定部５２６を備えることができる。

逆起電力推定部５２３は、軸変換部５１０から、静止座標系の二相電流ｉ_α，ｉ_β及び静止座標系の二相電圧ｖ_α，ｖ_βを受信して、静止座標系ベースの全次元逆起電力観測器（Ｂａｃｋ Ｅｍｆ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ)を用いて、静止座標系の二相逆起電力Ｅｍｆ_α，Ｅｍｆ_βを推定することができる。

一方、静止座標系の二相逆起電力Ｅｍｆ_α，Ｅｍｆ_βは、式５のように、モーターの回転速度とモーターの回転子の位置に対する関数として表現することができる。

ここで、ω_rはモーターの回転速度、θ_rはモーターの回転子の位置、λは観測磁束を表すことができる。

一方、速度推定部５２６は、推定された逆起電力Ｅｍｆ_α，Ｅｍｆ_βを用いて、式６のように、アークタンジェント（ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ）演算を用いて、モーター２３０の回転子の位置

を推定することができる。

一方、速度推定部５２６は、アークタンジェント演算後に、さらに全次元速度観測器（Ｓｐｅｅｄ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ）を用いて、最終モーター２３０の回転子の位置

とモーター２３０の速度

を推定することができる。

つまり、推定部５２０は、入力される静止座標系の二相電流ｉ_α，ｉ_β及び静止座標系の二相電圧ｖ_α，ｖ_βに基づいて推定位置

及び推定速度

を出力することができる。

一方、電流指令生成部５３０は、推定速度

及び速度指令値ω^* _rに基づいて、電流指令値ｉ^* _qを生成する。例えば、電流指令生成部５３０は、推定速度

と速度指令値ω^* _rとの差に基づいて、ＰＩ制御器５３５でＰＩ制御を行い、電流指令値ｉ^* _qを生成することができる。図面では、電流指令値として、ｑ軸電流指令値ｉ^* _qを例示するが、図面と違い、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dを併せて生成することも可能である。一方、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dの値は０に設定されてもよい。

一方、電流指令生成部５３０は、電流指令値ｉ^* _qが許容範囲を超えないようにそのレベルを制限するリミッター（図示せず）をさらに備えることもできる。

次に、電圧指令生成部５４０は、軸変換部で二相回転座標系に軸変換されたｄ軸、ｑ軸電流ｉ_d，ｉ_qと、電流指令生成部５３０などにおける電流指令値ｉ^* _d，ｉ^* _qに基づいて、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖ^* _d，ｖ^* _qを生成することができる。例えば、電圧指令生成部５４０は、ｑ軸電流ｉ_qとｑ軸電流指令値ｉ^* _qとの差に基づいて、ＰＩ制御器５４４でＰＩ制御を行い、ｑ軸電圧指令値ｖ^* _qを生成することができる。また、電圧指令生成部５４０は、ｄ軸電流ｉ_dとｄ軸電流指令値ｉ^* _dとの差に基づいて、ＰＩ制御器５４８でＰＩ制御を行い、ｄ軸電圧指令値ｖ^* _dを生成することができる。一方、ｄ軸電圧指令値ｖ^* _dの値は、ｄ軸電流指令値ｉ^* _dの値が０に設定される場合に対応して０に設定されてもよい。

一方、電圧指令生成部５４０は、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖ^* _d，ｖ^* _qが許容範囲を超えないようにそのレベルを制限するリミッター（図示せず）をさらに備えることもできる。

一方、生成されたｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖ^* _d，ｖ^* _qは、軸変換部５５０に入力される。

軸変換部５５０は、推定部５２０から推定位置

と、ｄ軸、ｑ軸電圧指令値ｖ^* _d，ｖ^* _qを受信して、軸変換を行う。

まず、軸変換部５５０は、二相回転座標系から二相静止座標系に変換を行う。このとき、推定部５２０からの推定位置

を用いることができる。

そして、軸変換部５５０は、二相静止座標系から三相静止座標系に変換を行う。このような変換によって、軸変換部５５０は、三相出力電圧指令値ｖ^* _a，ｖ^* _b，ｖ^* _cを出力する。

スイッチング制御信号出力部５６０は、三相出力電圧指令値ｖ^* _a，ｖ^* _b，ｖ^* _cに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）方式によるインバータスイッチング制御信号Ｓｉ_cを生成して出力する。

出力されるインバータスイッチング制御信号Ｓ_icは、ゲート駆動部（図示せず）でゲート駆動信号に変換され、インバータ４２０内の各スイッチング素子のゲートに入力され得る。これによって、インバータ４２０内の各スイッチング素子Ｓ_a，Ｓ’_a，Ｓ_b，Ｓ’_b，Ｓ_c，Ｓ’_cがスイッチング動作をする。

図６は、図４のモーターに供給される交流電流の一例を示す図である。

例えば、インバータ４２０のスイッチング動作によって、モーター２３０に流れる電流は同図のようになる。

具体的に説明すると、モーター２３０の動作区間は、初期動作区間である起動運転区間Ｔ１と、通常運転区間Ｔ２，Ｔ３とに区別することができる。

起動運転区間Ｔ１は、モーター２３０に一定電流を印加するモーター整列（ａｌｉｇｎ）区間と呼ぶこともできる。すなわち、停止しているモーター２３０の回転子を一定位置に整列させるために、インバータ４２０の３個の上アームスイッチング素子のいずれか一つのスイッチング素子がオンになり、オンになる上アームスイッチング素子と対でない残り２つの下アームスイッチング素子がオンになる。

一方、起動運転区間Ｔ１で、モーター２３０の回転子は一定の位置に静止する。そのため、この時の出力電圧と出力電流の情報を用いると、モーター２３０の固定子抵抗Ｒ_sを検出することができる。

ただし、電圧誤差△Ｖがあるなら、抵抗の検出値においても抵抗誤差△Ｒが存在する。

これを解決するために、インバータ制御部４３０は、起動運転区間Ｔ１で、第１レベルの一定電流及び第２レベルの一定電流がモーターに順次に印加されるように制御することができる。

すなわち、モーターに順次に、第１レベルの一定電流及び第２レベルの一定電流を印加し、計算すると、共通して含まれている電圧誤差△Ｖを除去することができる。これによって、正確な固定子抵抗値Ｒ_sを検出することが可能になる。

初期起動区間Ｔ１以降に、モーターは、回転速度が次第に増加して、通常運転で駆動する。一方、通常運転区間Ｔ２，Ｔ３は、低速運転区間Ｔ２と高速運転区間Ｔ３とに区別することができる。

本明細書で記述されるセンサーレス方式の位置推定方式によれば、０乃至１００ｒｐｍ区間である低速運転区間Ｔ２で、出力電圧検出部Ｆを用いずに、出力電流検出部Ｅからの出力電流のみによって回転子の位置推定を行うと、位置誤差が増加する傾向がある。一方、１００ｒｐｍ以上の区間である高速運転区間Ｔ３では、このような位置誤差が増加しない傾向がある。

そのため、本発明では、出力電流検出部Ｅの他、出力電圧検出部Ｆもさらに用いるものとする。

図７Ａは、洗濯物処理機器の出力電圧検出部を例示する回路図であり、図７Ｂ及び図７Ｃは、図７Ａの出力電圧検出部の動作を説明するための図である。

図７Ａを参照すると、出力電圧検出部７００は、通常の電圧検出部であって、抵抗素子Ｒ₁，Ｒ₂、及びキャパシタＣを備えている。

図７Ａの出力電圧検出部７００は、インバータ４２０の各三相端子Ｕ_o，Ｖ_o，Ｗ_oのいずれか一つに、抵抗素子Ｒ₁，Ｒ₂、及びキャパシタＣが接続されている。

図７Ａの出力電圧検出部７００によれば、抵抗素子Ｒ₂及びキャパシタＣがＲＣフィルターとなってローパスフィルタリングを行う。これによって、各三相端子で検出されるパルス形態の波形が、ローパスフィルタリングによってアナログ信号に変換され、インバータ制御部４３０ａは、ローパスフィルタリングされたアナログ信号を受信する。インバータ制御部４３０ａは、アナログ信号を再び離散信号に変換するために、Ａ／Ｄコンバータ７２０を備えなければならない。

図７Ｂには、図７Ａの出力電圧検出部７００によって、実際出力電圧の平均電圧Ｖ_avと、図７ＡのＵ₁端子の電圧であって、ローパスフィルタリングされた電圧Ｖ_filteringとを比較して例示する。

図７Ａのローパスフィルターによって、感知するＰＷＭ平均電圧の大きさ及び位相において誤差が生じざるを得ない。さらに、運転周波数が高いほど、電圧情報誤差はより大きくなり、その結果、センサーレス運転性能の低下につながることがある。

一方、図７Ｃは、インバータ制御部４３０ａにおいて、極電圧を求めるために参照される図である。図７Ａの出力電圧検出部７００を用いることからＡ／Ｄコンバータ７２０が別個に必要となり、そのため、ＡＤＣトリガー時点によって感知された電圧情報の大きさに誤差が生じることがある。

本発明では、このような問題点を解決するために、抵抗素子及び比較器を用いて、アナログ信号への別途の変換なしで、直ちにパルス形態のパルス幅変調ベースの出力電圧を検出することができる、出力電圧検出部を提案する。

図８Ａは、本発明の実施例に係る洗濯物処理機器の出力電圧検出部を例示する回路図であり、図８Ｂは、図８Ａの出力電圧検出部の動作を説明するための図である。

図８Ａを参照すると、本発明の実施例に係る洗濯物処理機器の出力電圧検出部８００ａは、抵抗素子Ｒ₁，Ｒ₂、及び比較器Ｏ_Pを備えている。

第１抵抗素子Ｒ₁は、インバータ４２０とモーター２３０との間に電気的に接続される。具体的には、インバータ４２０の各出力端子Ｕ_o，Ｖ_o，Ｗ_oの一端子Ｕ_oに電気的に接続されている。

第２抵抗素子Ｒ₂は、第１抵抗素子Ｒ₁と接地端との間に接続されている。すなわち、第１抵抗素子Ｒ₁と第２抵抗素子Ｒ₂は互いに直列接続され、これによって、インバータ４２０の出力端子Ｕ_oから出力される出力電圧を電圧分配する。

一方、比較器Ｏ_Pは、第１抵抗素子Ｒ₁と第２抵抗素子Ｒ₂との間にあるノードＵ₁と、インバータ制御部４３０との間に接続されている。

第２抵抗素子Ｒ₂で分配された出力電圧は比較器Ｏ_Pに入力され、比較器Ｏ_Pは、分配された出力電圧と基準電圧Ｖ_refとを比較し、その結果値を出力する。

図８Ａの出力電圧検出部８００ａによれば、インバータ４２０の出力端子Ｕ_oからパルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧を出力する場合、抵抗素子Ｒ₁，Ｒ₂で電圧分配され、パルス形態の分配電圧が比較器Ｏ_Pに直接入力される。そして、基準電圧Ｖ_ref以上である場合にのみ、当該パルス形態の電圧を出力する。

これによって、インバータ制御部４３０は、別個のＡＤコンバータなしにも、パルス形態の検出された出力電圧を受信する。一方、インバータ制御部４３０は、パルス形態の検出された出力電圧をキャプチャー部Ｃ_uで直接キャプチャーした後、直ちにデューティ演算を行うことができる。

図８Ｂの（ａ）は、ＰＷＭスイッチング制御信号の生成のための、キャリア信号の単位周期Ｔを例示し、図８Ｂの（ｂ）は、パルス形態の検出された出力電圧に基づくデューティを例示する。

すなわち、図８Ｂのように、パルス形態の検出された出力電圧に基づいて、キャリア信号の単位周期Ｔ内で、ターンオン時間、すなわち、デューティを演算することができる。そして、上述した式１のように、デューティＴ_on、ｄｃ端電圧Ｖ_dc、及びキャリア信号の単位周期Ｔを用いて、平均極電圧（ｐｏｌｅ ｖ_oｌｔａｇｅ）Ｖ_pnを演算することができる。

要するに、図８Ａの出力電圧検出部８００ａによれば、パルス形態の出力電圧を、ローパスフィルタリングなどの別の変換無しで、そのまま、電圧分配によるレベル調整のみを経て速かに検出することが可能になる。また、インバータ制御部４３０において別のＡＤコンバータが不要であるため、ターンオンデューティ演算時に正確な演算が可能になる。一方、比較器Ｏ_Pを用いて基準電圧と比較するため、ノイズ成分を除去することが可能になる。

次に、インバータ制御部４３０は、平均極電圧Ｖ_pnの演算後に、上述した式２乃至式６を用いて、オフセット電圧Ｖ_offset、三相の相電圧Ｖ_as，Ｖ_bs，Ｖ_cs、静止座標系の二相電圧Ｖ_α，Ｖ_β、推定された逆起電力Ｅｍｆ_α，Ｅｍｆ_β、推定位置

及び推定速度

を演算することができる。

そして、これに基づいて、インバータ制御部４３０は、インバータ制御のためのスイッチング制御信号を出力することによって、センサーレス方式においてモーター制御を正確に行うことが可能になる。

一方、図８Ａの出力電圧検出部８００ａは、インバータ４２０の各出力端子Ｕ_o，Ｖ_o，Ｗ_oからの出力電圧を検出するために適用することができる。

図９は、本発明の一実施例に係る洗濯物処理機器の駆動部におけるインバータを示す図であり、図１０Ａ乃至図１０Ｃは、図９のインバータの各相の出力電圧検出部を示す図である。

図９は、インバータ４２０が複数の三相スイッチング素子を有している例を示す図であり、インバータ４２０の各出力端子Ｕ_o，Ｖ_o，Ｗ_oを例示する。

図１０Ａは、図８Ａと同様に、インバータ４２０の各出力端子Ｕ_o，Ｖ_o，Ｗ_oのうち第１出力端子Ｕ_oに電気的に接続されている第１出力電圧検出部８００ａを例示し、図１０Ｂは、インバータ４２０の各出力端子Ｕ_o，Ｖ_o，Ｗ_oのうち第２出力端子Ｖ_oに電気的に接続されている第２出力電圧検出部８００ｂを例示し、図１０Ｃは、インバータ４２０の各出力端子Ｕ_o，Ｖ_o，Ｗ_oのうち第３出力端子Ｗ_oに電気的に接続されている第３出力電圧検出部８００ｃを例示する。

第２出力電圧検出部８００ｂは、第２出力端子Ｖ_oに電気的に接続される抵抗素子Ｒ_1v，Ｒ_2vと、抵抗素子Ｒ_2vで検出される電圧を基準電圧Ｖ_refと比較して、パルス幅変調ベースの出力電圧を検出する比較器Ｏ_Pvと、を備えている。

第３出力電圧検出部８００ｃは、第３出力端子Ｗ_oに電気的に接続される抵抗素子Ｒ_1W，Ｒ_2Wと、抵抗素子Ｒ_2Wで検出される電圧を基準電圧Ｖ_refと比較して、パルス幅変調ベースの出力電圧を検出する比較器Ｏ_Pwと、を備えている。

それぞれ、第１乃至第３出力電圧検出部８００ａ，８００ｂ，８００ｃで検出される各出力端子に対応する、パルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧は、図示のように、インバータ制御部４３０に入力される。

一方、本発明のセンサーレス方式による洗濯物処理機器は、図１に示したトップロード方式の他に、フロントロード（ｆｒｏｎｔ ｌｏａｄ）方式に適用することもできる。

図１１は、本発明の他の実施例に係る洗濯物処理機器を示す斜視図である。

図１１を参照すると、本発明の他の実施例に係る洗濯物処理機器１１００は、布が全面（ｆｒｏｎｔ）から洗濯槽内に投入されるフロントロード方式の洗濯物処理機器である。このようなフロントロード方式の洗濯物処理機器も、図１乃至図１０で説明したようなセンサーレス方式の動作が可能であり、特に、図８Ａような出力電圧検出部８００ａなどの適用が可能である。

以下では、図１１のフロントロード方式の洗濯物処理機器について説明する。

同図を参照すると、洗濯物処理機器１１００は、ドラム式洗濯物処理機器であって、洗濯物処理機器１１００の外観を形成するキャビネット１１１０と、キャビネット１１１０の内部に配置され、キャビネット１１１０によって支持されるタブ１１２０と、タブ１１２０の内部に配置され、布が洗濯されるドラム１１２２と、ドラム１１２２を駆動させるモーター１１３０と、キャビネット本体１１１１の外側に配置され、キャビネット１１１０中に洗濯水を供給する洗濯水供給装置（図示せず）と、タブ１１２０の下側に設けられて洗濯水を外部に排出する排水装置（図示せず）と、を含む。

ドラム１１２２には洗濯水が通過するように複数個の通孔１１２２Ａが設けられており、ドラム１１２２の回転時に洗濯物が一定高さに持ち上げられてから重力により落下するように、ドラム１１１２の内側面にはリフター１１２４が配置されている。

キャビネット１１１０は、キャビネット本体１１１１と、キャビネット本体１１１１の前面に配置されて結合するキャビネットカバー１１１２と、キャビネットカバー１１１２の上側に配置されてキャビネット本体１１１１と結合するコントロールパネル１１１５と、コントロールパネル１１１５の上側に配置されてキャビネット本体１１１１と結合するトッププレート１１１６と、を含む。

キャビネットカバー１１１２は、布が出入するように設けられた布出入口１１１４と、布出入口１１１４を開閉するように左右に回動可能に設けられたドア１１１３と、を含む。

コントロールパネル１１１５は、洗濯物処理機器１１００の運転状態を操作する操作キー１１１７と、操作キー１１１７の一側に設けられて、洗濯物処理機器１１００の運転状態を表示するディスプレイ装置１１１８と、を含む。

コントロールパネル１１１５内の操作キー１１１７及びディスプレイ装置１１１８は、制御部（図示せず）に電気的に接続され、制御部（図示せず）は洗濯物処理機器１１００の各構成要素などを電気的に制御する。

一方、ドラム１１２２にはオートバランス（図示せず）が設けられてもよい。オートバランス（図示せず）は、ドラム１１２２中に収容された洗濯物の偏心量によって発生する振動を低減するためのもので、液体バランス、ボールバランスなどとして具現することができる。

一方、図示してはいないが、洗濯物処理機器１１００は、ドラム１１２２の振動量又はキャビネット１１１０の振動量を測定する振動センサーをさらに備えることもできる。

本発明の実施例に係るモーター駆動装置及びこれを備えた洗濯物処理機器は、上述した実施例の構成及び方法に限定されず、上記の実施例が様々に変形されるように各実施例の全部又は一部を選択的に組み合わせて構成することもできる。

一方、本発明のモーター駆動方法又は洗濯物処理機器の動作方法は、モーター駆動装置又は洗濯物処理機器に設けられたプロセッサが読み取り可能な記録媒体に、プロセッサが読み取り可能なコードとして具現することもできる。プロセッサが読み取り可能な記録媒体としては、プロセッサが読み取り可能なデータが記憶され得るいかなる種類の記録装置をも含む。

また、以上では本発明の好適な実施例について図示及び説明してきたが、本発明は、上述した特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく、当該発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって様々な変形実施が可能であることはいうまでもなく、それらの変形実施は、本発明の技術的思想や展望から別個のものとして理解されてはならない。

Claims (4)

1. 洗濯槽と、
   前記洗濯槽を回転させるモーターと、
   前記モーターを駆動する駆動部と、を含み、
   前記駆動部は、
   直流電源を交流電源に変換して、前記交流電源を前記モーターに出力するインバータと、
   前記モーターに印加される出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
   前記出力電圧に基づいて、前記モーターを駆動するように前記インバータを制御するインバータ制御部と、を含み、
   前記出力電圧検出部は、
   前記インバータの各出力端子の一端子に電気的に一端が接続される第１抵抗素子と、
   前記第１抵抗素子の他端と接地端との間に接続される第２抵抗素子と、
   前記第２抵抗素子で検出される電圧を基準電圧と比較して、パルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧を出力する比較器と、を含み、
   前記インバータの各出力端子の前記一端子でパルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧を出力する場合、前記出力電圧検出部は、ローパスフィルタリングの変換無しで前記比較器からの前記パルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧を前記インバータ制御部に出力し、
   前記インバータ制御部は、前記比較器からの前記パルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧に基づいて、キャリア信号の単位周期内で、前記比較器からの前記パルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧のデューティを演算し、前記演算されたデューティに基づいて、前記モーターの相電圧を演算し、前記相電圧に基づいて、前記インバータ制御のためのスイッチング制御信号を出力することを特徴とする、洗濯物処理機器。
2. 前記インバータ制御部は、前記モーターの初期起動時に、第１レベルの一定電流及び第２レベルの一定電流が前記モーターに順次に印加されるように制御する、請求項１に記載の洗濯物処理機器。
3. 直流電源を交流電源に変換して、前記交流電源をモーターに出力するインバータと、
   前記モーターに印加される出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
   前記出力電圧に基づいて、前記モーターを駆動するように前記インバータを制御するインバータ制御部と、を含み、
   前記出力電圧検出部は、
   前記インバータの各出力端子の一端子に電気的に一端が接続される第１抵抗素子と、
   前記第１抵抗素子の他端と接地端との間に接続される第２抵抗素子と、
   前記第２抵抗素子で検出される電圧を基準電圧と比較して、パルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧を出力する比較器と、を含み、
   前記インバータの各出力端子の前記一端子でパルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧を出力する場合、前記出力電圧検出部は、ローパスフィルタリングの変換無しで前記比較器からの前記パルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧を前記インバータ制御部に出力し、
   前記インバータ制御部は、前記比較器からの前記パルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧に基づいて、キャリア信号の単位周期内で、前記比較器からの前記パルス幅変調ベースのパルス形態の出力電圧のデューティを演算し、前記演算されたデューティに基づいて、前記モーターの相電圧を演算し、前記相電圧に基づいて、前記インバータ制御のためのスイッチング制御信号を出力することを特徴とする、モーター駆動装置。
4. 前記インバータ制御部は、前記モーターの初期起動時に、第１レベルの一定電流及び第２レベルの一定電流が前記モーターに順次に印加されるように制御する、請求項３に記載のモーター駆動装置。

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