JP7024750B2 - 電力変換装置、洗濯機及び電力変換方法 - Google Patents

Description

本開示は、電力変換装置、洗濯機及び電力変換方法に関する。

特許文献１には、洗濯槽の角速度を変化させて洗濯槽が所定の角度だけ回転する時間を計時して、第１の布量を検知する第１の布量検知部と、洗濯槽が所定の角速度を超えて回転した状態から洗濯槽の慣性モーメントを検出して、第２の布量を検知する第２の布量検知部とを備える洗濯機が開示されている。第１の布量検知部は、所定の布量以下で精度を有し、洗濯槽が第２の布量検知部で検知することができる状態になる前に、第１の布量を検知する。

特開２００５－１６８８６６号公報

本開示は、モータによる駆動対象の重さを検出する構成の簡素化に有効な装置及び方法を提供する。

本開示の一側面に係る電力変換装置は、速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータを動作させるテスト制御部と、モータが駆動対象に付与する駆動力の指令値の上昇を制限するリミッタと、テストパターンに従ってモータを動作する期間においてリミッタが作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定する重さ推定部と、を備える。

本開示の他の側面に係る洗濯機は、上記の電力変換装置と、モータと、洗濯物を収容しモータにより駆動されるドラムと、を備え、重さ推定部は洗濯物の重さを推定する。

本開示の更に他の側面に係る電力変換方法は、速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータを動作させることと、モータが駆動対象に付与する駆動力の上昇をリミッタにより制限することと、テストパターンに従ってモータが動作する期間においてリミッタが作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定することと、を含む。

本開示によれば、モータによる駆動対象の重さを検出する構成の簡素化に有効な装置及び方法を提供することができる。

洗濯機の概略構成を示す模式図である。 制御回路のハードウェア構成を例示するブロック図である。 テスト制御手順を例示するフローチャートである。 減速・停止手順を例示するフローチャートである。 重さ推定手順を例示するフローチャートである。 運転制御手順を例示するフローチャートである。 テスト用上限値の選択手順を例示するフローチャートである。

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔電力変換システム〕
図１に示す洗濯機１は業務用又は家庭用の洗濯機であり、ドラム４と、モータ３と、給水装置５と、電力変換装置２とを備える。ドラム４は、洗濯物９を収容する。モータ３は、駆動電力の供給に応じてモータ３を回転駆動する。モータ３は、誘導電動機であってもよいし、同期電動機であってもよい。給水装置５は、ドラム４内に洗濯用水を供給する。給水装置５は、洗濯物９の重さの情報に基づいて、洗濯用水の供給量を変えるように構成されていてもよい。例えば給水装置５は、洗濯物９の重さが大きくなるのに応じて洗濯用水の供給量を増やす。

電力変換装置２は、上記駆動電力をモータ３に供給する。例えば電力変換装置２は、電力変換回路１０と、制御回路１００と、電流センサ１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗとを備える。電力変換回路１０は、電源ＰＳとモータ３との間に介在し、電源ＰＳの電力をモータ３の駆動電力に変換する。電源ＰＳの電力及びモータ３の駆動電力の形態に特に制限はない。電源ＰＳの電力及びモータ３の駆動電力の形態は、直流であってもよいし、交流であってもよい。一例として、図１は、電源ＰＳ側の電力及びモータ３の駆動電力が三相交流である場合の構成を示している。電源ＰＳの具体例としては、電力系統又は発電機等が挙げられる。

電力変換回路１０は、整流回路１１と、コンデンサ１２と、インバータ回路１３とを有する。整流回路１１は、例えばダイオードブリッジ回路であり、電源ＰＳ側の三相交流電力を直流電力に変換する。コンデンサ１２は、上記直流電力の電圧（以下、「直流母線電圧」という。）を平滑化する。インバータ回路１３は、上記直流電力をモータ３の駆動電力に変換する。インバータ回路１３は、複数（例えば六つ）のスイッチング素子を有し、スイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、直流電力を三相交流電力に変換する。スイッチング素子は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であり、ゲート駆動信号に応じてオン・オフを切り替える。

なお、電力変換回路１０の構成はあくまで一例である。電力変換回路１０は、電源ＰＳの電力をモータ３の駆動電力に変換し得る限りいかようにも構成可能である。例えば整流回路１１は、ＰＷＭコンバータであってもよい。また、電力変換回路１０は、電力の直流化を経ることなく電源ＰＳの交流電力をモータ３の駆動用の交流電力に変換するマトリクスコンバータであってもよい。

電流センサ１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗは、インバータ回路１３とモータ３との間に流れる電流を検出する。例えば電流センサ１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電流をそれぞれ検出する。

制御回路１００は、電流センサ１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの検出値に基づいて、電力変換回路１０を制御する。制御回路１００は、速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータ３を動作させることと、モータ３が駆動対象に付与する駆動力の上昇をリミッタにより制限することと、テストパターンに従ってモータ３を動作させている期間においてリミッタが作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定することと、を実行するように構成されている。

なお、「駆動対象」は、モータ３により付与された駆動力によって動く部分を意味する。このため、ドラム４と、ドラム４が収容する洗濯物９とは、いずれも「駆動対象」に該当する。また、駆動対象の重さを推定することは、駆動対象全体の重さ（例えばドラム４の重さと洗濯物９の重さとの合計）を推定することと、駆動対象において重さが変動する部分の重さ（例えば洗濯物９の重さ）を推定することとを含む。

例えば制御回路１００は、機能上の構成（以下、「機能モジュール」という。）として、電力変換制御部１１１と、テスト制御部１１３と、制御パターン記憶部１１４と、リミッタ１１５と、リミッタ監視部１１８と、基準情報記憶部１１７と、重さ推定部１１９と、重さ情報送信部１２１と、運転制御部１１２とを有する。

電力変換制御部１１１は、モータ３が駆動対象に付与する駆動力の指令値（以下、単に「駆動力指令値」という。）に従って電源ＰＳの電力をモータ３の駆動電力に変換するように電力変換回路１０を制御する。例えば電力変換制御部１１１は、電源ＰＳの電力を指令値に従った駆動電力に変換するように電力変換回路１０を制御する。

指令値は、上記駆動力を定める値であればいかなる値であってもよい。指令値の具体例としては、電力変換回路１０がモータ３に出力する電流の指令値が挙げられる。一例として、電力変換制御部１１１は、電流の指令値に基づいて電圧指令値を算出し、インバータ回路１３の出力電圧を電圧指令値に追従させるように、上記ゲート駆動信号によってインバータ回路１３のスイッチング素子のオン・オフを切り替える。

テスト制御部１１３は、上記テストパターンに従ってモータ３を動作させる。テストパターンは、速度目標値の経時的な推移を定める速度パターンである。例えばテスト制御部１１３は、テストパターンにより定められる目標速度とモータ３の回転速度（検出値又は推定値）との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ３の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出して電力変換制御部１１１に出力する。

一例として、テストパターンは、第１速度から第２速度までの目標速度変更を含む。第１速度と第２速度との大小関係に特に制限はない。例えば第１速度はゼロであり、第２速度はゼロより大きい値に設定されている。すなわちテストパターンは、停止したモータ３を第２速度まで加速するパターンを含んでいる。テストパターンは、ゼロから第２速度までステップ状に上昇するように設定されていてもよいし、ゼロから第２速度まで所定の加速時間で徐々に上昇するように設定されていてもよい。

テスト制御部１１３は、テストパターンに従ってモータ３を動作させた後に、所定の減速パターンに従ってモータ３を減速・停止させることを更に実行する。なお、減速パターンに従った減速・停止までがテストパターンに含まれていてもよい。制御パターン記憶部１１４は、上記テストパターン及び減速パターンを含む複数の制御パターンを記憶する。

リミッタ１１５は、電力変換制御部１１１に対し出力される駆動力指令値の上昇を制限して電力変換制御部１１１に入力する。例えばリミッタ１１５は、電力変換制御部１１１に入力される駆動力指令値を所定の上限値以下に制限する。換言すると、リミッタ１１５は、駆動力指令値が上限値を超えている場合には、駆動力指令値を上限値に変更する。以下においては、上限値を超えた駆動力指令値が上限値に変更されることをリミッタ１１５が作動中であるという。なお、ここでの上限値は、絶対値に対する上限値を意味する。すなわち、駆動力指令値が負の値である場合、駆動力指令値を上限値以下に制限することは、駆動力指令値を負の下限値以上にすることを意味する。

リミッタ監視部１１８は、リミッタ１１５が作動中であるか否かを監視する。例えばリミッタ１１５は、作動中か否かを示す電気信号を生成するように構成されていてもよく、リミッタ監視部１１８は当該電気信号に基づいてリミッタ１１５が作業中であるか否かを認識するように構成されていてもよい。

基準情報記憶部１１７は、テストパターンに従ってモータ３が動作する期間においてリミッタ１１５が作動した期間の長さ（以下、「リミッタ期間長」という。）に基づいて駆動対象の重さを推定するための参照情報を記憶している。例えば基準情報記憶部１１７は、複数の重さランクと、各重さランクの定義情報と、各重さランクに対応するリミッタ期間長に関係する情報のレンジとを記憶している。重さランクの定義情報は、当該重さランクがどの程度の重さに該当するのかを示す情報である。例えば重さランクの定義情報は、当該重さランクに対応する洗濯物９の重さレンジであってもよいし、当該重さレンジの中央値であってもよい。

リミッタ期間長に関係する情報とは、リミッタ１１５の作動期間を含んでいて、主としてリミッタ１１５の作動期間に起因して変動する情報を意味する。例えば基準情報記憶部１１７は、リミッタ期間長のレンジとして、モータ３の速度が第１速度から第２速度に変化する期間において、リミッタ１１５が作動中であることをリミッタ監視部１１８が検出した期間の長さのレンジを記憶している。基準情報記憶部１１７は、リミッタ期間長に関係する情報のレンジとして、モータ３の速度が第１速度から第２速度に達するまでの期間の長さのレンジを記憶していてもよい。

基準情報記憶部１１７が記憶する重さランクの数は少なくとも２以上であればよい。例えば基準情報記憶部１１７は、「軽い」、「重い」といった２ランクを記憶していてもよいし、「軽い」、「普通」、「重い」といった３ランクを記憶してもよいし、４以上のランクを記憶していてもよい。各重さランクの定義情報と、各重さランクに対応するリミッタ期間の情報のレンジとは、過去の実験データ又はシミュレーション結果等に基づいて設定されている。

重さ推定部１１９は、上記リミッタ期間長に基づいて駆動対象の重さを推定する。上述したリミッタ期間長に関係する情報は、主としてリミッタ１１５の作動期間に起因して変動する情報である。このため、リミッタ期間長に関係する情報に基づいて駆動対象の重さを推定すれば、結果的にリミッタ期間長に基づくこととなる。従って、リミッタ期間長に基づくことは、リミッタ期間長に関係する情報に基づくことを含む。

例えば重さ推定部１１９は、モータ３の速度が第１速度から第２速度に変化する期間におけるリミッタ期間長に基づいて駆動対象の重さを推定する。一例として、重さ推定部１１９は、モータ３の速度が第１速度から第２速度に変化する期間において、リミッタ１１５が作動中であることをリミッタ監視部１１８が検出した期間の長さを算出し、この長さが基準情報記憶部１１７における複数の重さランクのいずれに属するのかを判定する。これにより、ドラム４が収容する洗濯物９の重さが複数の重さランクのいずれに属するのかが推定される。重さ推定部１１９は、モータ３の速度が第１速度から第２速度に変化する期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定してもよい。

なお、テスト制御部１１３は、テストパターンに従ってモータ３を動作させることと、モータ３を減速・停止させることとを複数回繰り返すように構成されていてもよい。この場合、重さ推定部１１９は、テストパターンに従ってモータ３が動作する度にリミッタ期間長に基づいて駆動対象の重さを推定し、推定結果をモニタなどの表示デバイスに表示してもよい。これにより、重さの推定結果の推定がモニタリング可能となる。

重さ情報送信部１２１は、重さ推定部１１９による重さの推定結果を給水装置５に送信する。給水装置５は、重さ情報送信部１２１から受信した情報に基づいてドラム４への洗濯用水の供給量を変更する。一例として、給水装置５は、洗濯のコース（標準洗濯、スピード洗濯、毛布洗濯、又はウール洗濯等）と、重さの推定結果とに基づいて洗濯用水の供給量を設定していてもよい。例えば給水装置５は、洗濯のコースと重さの推定結果との組み合わせごとに最適水量を定めたテーブルを予め保持し、指定されている洗濯のコースと、重さの推定結果との組み合わせに対応する最適水量を上記テーブルから抽出してもよい。

運転制御部１１２は、重さ推定部１１９による駆動対象の重さの推定後に、モータ３を所定の運転パターンに従って動作させる。運転パターンは、速度目標値の経時的な推移を定める速度パターンであり、洗濯、すすぎ、脱水、又は乾燥等の動作用に予め設定され制御パターン記憶部１１４により記憶されている。例えば運転パターンは、起動から定常速度までの加速パターンと、定常速度で所定期間動作する定速パターンと、定常速度から停止までの減速パターンとを含んでいる。運転パターンは、回転方向の変化を含んでいてもよいし、複数回の加減速を含んでいてもよい。

例えば運転制御部１１２は、運転パターンにより定められる目標速度とモータ３の回転速度（検出値又は推定値）との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ３の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出して電力変換制御部１１１に入力する。なお、上述したテストパターンは、いずれかの運転パターンと共通であってもよい。

制御回路１００は、運転パターンに従ってモータ３が動作する期間におけるリミッタ１１５の上限値に比較して、テストパターンに従ってモータ３が動作する期間におけるリミッタ１１５の上限値を低くすることを更に実行するように構成されていてもよい。例えば制御回路１００は、上限値記憶部１１６と、上限値変更部１２２とを更に有する。

上限値記憶部１１６は、テスト制御部１１３がモータ３を動作させる期間におけるリミッタ１１５の上限値（以下、「テスト用上限値」という。）と、運転制御部１１２がモータ３を動作させる期間におけるリミッタ１１５の上限値（以下、「運転用上限値」という。）を記憶する。運転用上限値は、電力変換回路１０が適応可能な値に設定されている。例えば運転用上限値は、電力変換回路１０の定格に対して１～３倍に設定されていてもよく、１．５～２．５倍に設定されていてもよい。

テスト用上限値は、少なくとも以下の条件を満たすように設定されている。
条件１） テストパターンに従ったモータ３の動作中にリミッタ１１５を作動させることで、モータ３の動作時間に影響を及ぼすこと。
条件２） モータ３を第２速度まで加速させられること。

具体的に、テスト用上限値は、駆動対象の重さが上記複数の重さランクのうち軽い方から２番目以上のランクに属していれば、テストパターンに従ってモータ３が動作する期間中にリミッタ１１５が作動するように設定されている。テスト用上限値は、運転用上限値よりも小さい。例えばテスト用上限値は、運転用上限値の半分以下であり、３分の１以下であってもよく、４分の１以下であってもよい。

上限値変更部１２２は、運転制御部１１２がモータ３を動作させる期間におけるリミッタ１１５の上限値に比較して、テスト制御部１１３がモータ３を動作させる期間におけるリミッタ１１５の上限値を低くする。例えば上限値変更部１２２は、テストパターンに従ったモータ３の動作が開始される前にリミッタ１１５の上限値を上記運転用上限値から上記テスト用上限値に変更し、テストパターンに従ったモータ３の動作が完了した後にリミッタ１１５の上限値をテスト用上限値から運転用上限値に戻す。

制御回路１００は、テストパターンに従ってモータを動作させる前に、所定の準備パターンに従ってモータ３を動作させることを更に実行するように構成されていてもよい。例えば制御回路１００は、準備制御部１３１を更に有する。

準備制御部１３１は、テスト制御部１１３がモータ３を動作させる前に、所定の準備パターンに従ってモータ３を動作させる。準備パターンは、速度目標値の経時的な推移を定める速度パターンであり、ドラム４内における洗濯物９の偏りを軽減するように予め設定され制御パターン記憶部１１４により記憶されている。例えば準備パターンは、加速パターンと減速パターンとを含んでいる。準備パターンは、回転方向の変化を含んでいてもよいし、複数回の加減速を含んでいてもよい。加速パターンは上記テストパターンにおける加速パターンと同じであってもよく、減速パターンはテストパターンによる動作後の上記減速パターンと同じであってもよい。

例えば準備制御部１３１は、準備パターンにより定められる目標速度とモータ３の回転速度（検出値又は推定値）との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ３の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出して電力変換制御部１１１に入力する。なお、上限値変更部１２２は、準備制御部１３１がモータ３を動作させる期間におけるリミッタ１１５の上限値を上記運転用上限値とする。

図２は、制御回路１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図２に示すように、制御回路１００は、一つ又は複数のプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、入出力ポート１９４とを含む。ストレージ１９３は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。ストレージ１９３は、速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータ３を動作させることと、モータ３が駆動対象に付与する駆動力の上昇をリミッタ１１５により制限することと、テストパターンに従ってモータ３を動作させている期間においてリミッタ１１５が作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定することと、を制御回路１００に実行させるためのプログラムを記憶している。例えばストレージ１９３は、上述した制御回路１００の機能モジュールを構成するためのプログラムを記憶している。

メモリ１９２は、ストレージ１９３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１９１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ１９１は、メモリ１９２と協働して上記プログラムを実行することで、制御回路１００の各機能モジュールを構成する。入出力ポート１９４は、プロセッサ１９１からの指令に従って、電力変換回路１０、電流センサ１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ及び給水装置５との間で電気信号の入出力を行う。

制御回路１００は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限られない。例えば制御回路１００は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により少なくとも一部の機能を構成してもよい。

〔電力変換方法〕
続いて、電力変換方法の一例として、制御回路１００が実行する電力変換制御手順を例示する。この手順は、速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータ３を動作させることと、モータ３が駆動対象に付与する駆動力の上昇をリミッタ１１５により制限することと、テストパターンに従ってモータ３が動作している期間においてリミッタ１１５が作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定することと、を含む。以下、テストパターンに従ってモータ３を動作させる手順（テスト制御手順）と、モータ３を減速・停止させる手順（減速・停止手順）と、駆動対象の重さの推定手順（重さ推定手順）と、運転パターンに従ってモータ３を動作させる手順（運転制御手順）とに分けて電力変換手順を詳細に例示する。

（テスト制御手順）
図３に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３，Ｓ０４，Ｓ０５を実行する。ステップＳ０１では、準備制御部１３１が、上記準備パターンに従ってモータ３を動作させる。準備制御部１３１による具体的制御手順は、後述する運転制御手順において運転制御部１１２が実行する手順と同じである。ステップＳ０２では、上限値変更部１２２が、リミッタ１１５の上限値を上記運転用上限値から上記テスト用上限値に変更する。ステップＳ０３では、テスト制御部１１３が、モータ３の目標速度を上記テストパターンにおける初期速度（例えば第１速度＝０）とする。ステップＳ０４では、テスト制御部１１３が、目標速度とモータ３の回転速度との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ３の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出する。ステップＳ０５では、駆動力指令値がテスト用上限値を超えている（駆動力指令値が負の値である場合には負の下限値を下回っている）か否かをリミッタ１１５が確認する。

ステップＳ０５において駆動力指令値がテスト用上限値を超えていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ０６を実行する。ステップＳ０６では、リミッタ１１５が、テスト制御部１１３により算出された駆動力指令値をテスト用上限値に変更する。

次に、制御回路１００はステップＳ０７，Ｓ０８を実行する。ステップＳ０５において駆動力指令値がテスト用上限値を超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ０６を実行することなくステップＳ０７，Ｓ０８を実行する。ステップＳ０７では、電力変換制御部１１１が、駆動力指令値に従って電源ＰＳの電力をモータ３の駆動電力に変換するように電力変換回路１０を制御する。ステップＳ０８では、目標速度がテストパターンの完了速度（例えば第２速度）に達したか否かをテスト制御部１１３が確認する。

ステップＳ０８において目標速度がテストパターンの完了速度に達していないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ０９を実行する。ステップＳ０９では、テスト制御部１１３が、目標速度をテストパターンにおける次ステップ（例えば次の制御周期）の速度に移行させる。その後、制御回路１００は処理をステップＳ０４に戻す。以後、目標速度がテストパターンの完了速度に達するまでは、目標速度を変えながら電力変換回路１０の制御が繰り返される。

ステップＳ０８において目標速度がテストパターンの完了速度に達していると判定した場合、制御回路１００はステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１では、モータ３の回転速度（検出値又は推定値）がテストパターンの完了速度に達したか否かをテスト制御部１１３が確認する。

ステップＳ１１においてモータ３の回転速度がテストパターンの完了速度に達していないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ０４に戻す。以後、モータ３の回転速度がテストパターンの完了速度に達するまでは、目標速度を変えずに電力変換回路１０の制御が繰り返される。

ステップＳ１１においてモータ３の回転速度がテストパターンの完了速度に達していると判定した場合、制御回路１００はステップＳ１２を実行する。ステップＳ１２では、上限値変更部１２２が、リミッタ１１５の上限値を上記テスト用上限値から上記運転用上限値に戻す。以上でテスト制御手順が完了する。

（減速・停止手順）
図４に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ２１，Ｓ２２を実行する。ステップＳ２１では、テスト制御部１１３が、目標速度とモータ３の回転速度との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ３の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出する。ステップＳ２２では、駆動力指令値がテスト用上限値を超えている（駆動力指令値が負の値である場合には負の下限値を下回っている）か否かをリミッタ１１５が確認する。

ステップＳ２２において駆動力指令値がテスト用上限値を超えていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ２３を実行する。ステップＳ２３では、リミッタ１１５が、テスト制御部１１３により算出された駆動力指令値をテスト用上限値に変更する。

次に、制御回路１００はステップＳ２４，Ｓ２５を実行する。ステップＳ２２において駆動力指令値がテスト用上限値を超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ２３を実行することなくステップＳ２４，Ｓ２５を実行する。ステップＳ２４では、電力変換制御部１１１が、駆動力指令値に従って電源ＰＳの電力をモータ３の駆動電力に変換するように電力変換回路１０を制御する。ステップＳ２５では、目標速度がゼロに達したか否かをテスト制御部１１３が確認する。

ステップＳ２５において目標速度がゼロに達していないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ２６を実行する。ステップＳ２６では、テスト制御部１１３が、目標速度を上記減速パターンにおける次ステップ（例えば次の制御周期）の速度に移行させる。その後、制御回路１００は処理をステップＳ２１に戻す。以後、目標速度がゼロに達するまでは、目標速度を変えながら電力変換回路１０の制御が繰り返される。

ステップＳ２５において目標速度がゼロに達したと判定した場合、制御回路１００はステップＳ２７を実行する。ステップＳ２７では、モータ３の回転速度（検出値又は推定値）がゼロに達したか否か（モータ３が停止したか否か）をテスト制御部１１３が確認する。

ステップＳ２７においてモータ３の回転速度がゼロに達していないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ２１に戻す。以後、モータ３が停止するまでは、目標速度を変えずに電力変換回路１０の制御が繰り返される。ステップＳ２７においてモータ３の回転速度がゼロに達したと判定した場合、モータ３の減速・停止手順が完了する。

（重さ推定手順）
図５に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ３１，Ｓ３２を実行する。ステップＳ３１では、上記テスト制御手順が開始されるのを重さ推定部１１９が待機する。ステップＳ３２では、リミッタ監視部１１８によりリミッタ１１５の作動が検出されているか否かを重さ推定部１１９が確認する。

ステップＳ３２においてリミッタ１１５の作動が検出されていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ３３を実行する。ステップＳ３３では、重さ推定部１１９がリミッタ１１５の作動期間をカウントアップする（例えば１制御周期を作動期間に加算する）。

次に、制御回路１００はステップＳ３４を実行する。ステップＳ３２においてリミッタ１１５の作動が検出されていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ３３を実行することなくステップＳ３４を実行する。ステップＳ３４では、上記テスト制御手順が完了したかを重さ推定部１１９が確認する。

ステップＳ３４においてテスト制御手順が完了していないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ３２に戻す。以後、テスト制御手順が完了するまでは、リミッタ１１５が作動している場合に作動期間のカウントアップが繰り替えされる。

ステップＳ３４においてテスト制御手順が完了したと判定した場合、制御回路１００はステップＳ３５，Ｓ３６を実行する。ステップＳ３５では、重さ推定部１１９が、リミッタ１１５の作動期間のカウント結果（上記リミッタ期間長）に基づいて駆動対象の重さを推定する。例えば重さ推定部１１９は、リミッタ１１５の作動期間のカウント結果が基準情報記憶部１１７における複数の重さランクのいずれに属するのかを判定する。

ステップＳ３６では、重さ情報送信部１２１が、重さ推定部１１９による重さの推定結果を給水装置５に送信する。給水装置５は、重さ情報送信部１２１から受信した情報に基づいてドラム４への洗濯用水の供給量を変更する。以上で重さ推定手順が完了する。

なお、以上の手順においては、減速パターンがテストパターンが含まれない場合の手順を例示したが、上述したように減速パターンがテストパターンに含まれていてもよい。この場合リミッタ１１５の作動期間のカウント結果には、加速中におけるリミッタ１１５の作動期間と、減速中におけるリミッタ１１５の作動期間の両方が含まれることとなる。

（運転制御手順）
図６に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ４１，Ｓ４２，Ｓ４３を実行する。ステップＳ４１では、運転制御部１１２が、モータ３の目標速度を上記運転パターンにおける初期速度（例えば第１速度＝０）とする。ステップＳ４２では、運転制御部１１２が、目標速度とモータ３の回転速度との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ３の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出する。ステップＳ４３では、駆動力指令値が運転用上限値を超えている（駆動力指令値が負の値である場合には負の下限値を下回っている）か否かをリミッタ１１５が確認する。

ステップＳ４３において駆動力指令値が運転用上限値を超えていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ４４を実行する。ステップＳ４４では、リミッタ１１５が、運転制御部１１２により算出された駆動力指令値を運転用上限値に変更する。

次に、制御回路１００はステップＳ４５，Ｓ４６を実行する。ステップＳ４３において駆動力指令値が運転用上限値を超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ４４を実行することなくステップＳ４５，Ｓ４６を実行する。ステップＳ４５では、リミッタ１１５が、運転制御部１１２により算出された駆動力指令値を運転用上限値に変更する。ステップＳ４６では、目標速度が運転パターンの定常速度に達したか否かを運転制御部１１２が確認する。

ステップＳ４６において目標速度が運転パターンの定常速度に達していないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ４７を実行する。ステップＳ４７では、運転制御部１１２が、目標速度を運転パターンにおける次ステップ（例えば次の制御周期）の速度に移行させる。その後、制御回路１００は処理をステップＳ４２に戻す。以後、目標速度が運転パターンの定常速度に達するまでは、目標速度を変えながら電力変換回路１０の制御が繰り返される。

ステップＳ４６において目標速度が運転パターンの定常速度に達したと判定した場合、制御回路１００はステップＳ４８を実行する。ステップＳ４８では、モータ３の回転速度（検出値又は推定値）が運転パターンの定常速度に達したか否かを運転制御部１１２が確認する。

ステップＳ４８においてモータ３の回転速度が運転パターンの定常速度に達していないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ４２に戻す。以後、モータ３の回転速度が運転パターンの定常速度に達するまでは、目標速度を変えずに電力変換回路１０の制御が繰り返される。

ステップＳ４８においてモータ３の回転速度が運転パターンの定常速度に達していると判定した場合、制御回路１００はステップＳ４９を実行する。ステップＳ４９では、運転パターンにおいて定められた所定期間が経過したか否かを運転制御部１１２が確認する。

ステップＳ４９において所定期間が経過していないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ４２に戻す。以後、所定時間が経過するまでは、モータ３の回転速度が運転パターンの定常速度を維持するように電力変換回路１０の制御が繰り返される。

ステップＳ４９において所定期間が経過したと判定した場合、制御回路１００はステップＳ５１を実行する。ステップＳ５１では、運転制御部１１２が、上記運転パターンが含む減速パターンに従ってモータ３を減速・停止させる。運転制御部１１２による具体的制御手順は、上述した減速・制御手順においてテスト制御部１１３が実行した手順と同じである。以上で運転制御手順が完了する。

なお、以上の手順においては、運転パターンが一方向への加速、定速回転、及び減速・停止を含む場合を例示したが、上述したように、運転パターンは回転方向の変化を含んでいてもよいし、複数回の加減速を含んでいてもよい。これに応じて運転制御手順は適宜変更される。

〔変形例〕
以上においては、テスト用上限値が一つに定められている例を示したが、上述した重さランクを複数のグループに区分し、グループごとにテスト用上限値が設定されていてもよい。この場合、グループごとに設定された複数のテスト用上限値は上限値記憶部１１６等に記憶される。また、複数のテスト用上限値と複数のグループとは基準情報記憶部１１７等においてそれぞれ対応付けられる。グループごとに上限値を設定することによって、上述した条件１，２を満たすテスト用上限値を設定し易くなる。このように複数のテスト用上限値が設定される場合、制御回路１００は、テスト制御手順の実行に先立ってテスト用上限値を選択する処理を更に行うように構成されていてもよい。

図７は、テスト用上限値の選択手順を例示するフローチャートである。制御回路１００は、まずステップＳ６１，Ｓ６２，Ｓ６３，Ｓ６４を実行する。ステップＳ６１では、上限値変更部１２２が、上限値記憶部１１６が記憶する複数のテスト用上限値の最大値を選択する。ステップＳ６２では、上限値変更部１２２が、上述したテスト制御手順をテスト制御部１１３に実行させる。ステップＳ６３では、上限値変更部１２２が、上述した減速・停止手順をテスト制御部１１３に実行させる。ステップＳ６４では、テスト制御手順の実行期間中にリミッタ１１５の作動がリミッタ監視部１１８により検出されたかを上限値変更部１２２が確認する。

ステップＳ６４においてテスト制御手順の実行期間中にリミッタ１１５の作動が検出されていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ６５を実行する。ステップＳ６５では、上限値変更部１２２が、現在選択しているテスト用上限値よりも１つ小さいテスト用上限値を選択する。その後、制御回路１００は処理をステップＳ６１に戻す。以後、テスト制御手順の実行期間中にリミッタ１１５が作動するまで、テスト用上限値の探索が継続される。ステップＳ６４においてテスト制御手順の実行期間中にリミッタ１１５の作動が検出されたと判定した場合、テスト用上限値の選択手順が完了する。

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、電力変換装置２は、速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータ３を動作させるテスト制御部１１３と、モータ３が駆動対象に付与する駆動力の指令値の上昇を制限するリミッタ１１５と、テストパターンに従ってモータ３を動作する期間においてリミッタ１１５が作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定する重さ推定部１１９と、を備える。

駆動力に制限がない場合、駆動対象の重さに応じて駆動力を変更することでモータ３の動作をテストパターンに素早く追従させることができるので、テスト制御部１１３がモータ３を動作させる期間に駆動対象の重さによる差異は生じ難い。これに対し、リミッタ１１５を有する電力変換装置２によれば、リミッタ１１５の作動によって、モータ３の動作に遅れが生じ、その遅れの程度が駆動対象の重さによって変わることとなる。遅れの程度は、リミッタ１１５の作動期間の長さに相関する。そこで、リミッタ１１５の作動期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定することが可能となる。従って、モータ３による駆動対象の重さを検出する構成の簡素化に有効である。

電力変換装置２は、重さ推定部１１９による駆動対象の重さの推定後に、モータ３を所定の運転パターンに従って動作させる運転制御部１１２と、運転制御部１１２がモータ３を動作させる期間におけるリミッタ１１５の上限値に比較して、テスト制御部１１３がモータを動作させる期間におけるリミッタ１１５の上限値を低くする上限値変更部１２２と、を更に備えていてもよい。この場合、テスト動作期間におけるリミッタ１１５の上限値を低くすることで、駆動対象の重さによるリミッタ１１５の作動期間の長さの差異が大きくなる。このため、リミッタ１１５の作動期間の長さに基づいて、駆動対象の重さをより確実に推定することができる。

重さ推定部１１９は、駆動対象の重さが、予め設定された複数の重さランクのいずれに属するかを推定し、テスト制御部１１３がモータ３を動作させる期間におけるリミッタ１１５の上限値は、駆動対象の重さが複数の重さランクのうち軽い方から２番目以上のランクに属していればリミッタ１１５が作動するように設定されていてもよい。この場合、駆動対象の重さランクによるリミッタ１１５の作動期間の長さの差異をより確実に生じさせることで、駆動対象の重さをより確実に推定することができる。

テスト制御部１１３がモータ３を動作させる期間におけるリミッタ１１５の上限値は、運転制御部がモータ３を動作させる期間におけるリミッタ１１５の上限値の半分以下であってもよい。この場合、駆動対象の重さによるリミッタ１１５の作動期間の長さの差異をより確実に生じさせることで、駆動対象の重さをより確実に推定することができる。

テストパターンは第１速度から第２速度までの速度変更を含み、重さ推定部１１９は、モータ３の速度が第１速度から第２速度に変化する期間においてリミッタ１１５が作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定してもよい。この場合、リミッタ１１５が作動し易い期間におけるリミッタ１１５の作動期間の長さに基づくことで、駆動対象の重さをより確実に推定することができる。

電力変換装置２はリミッタ１１５が作動中であるか否かを監視するリミッタ監視部１１８を更に備え、重さ推定部１１９は、モータ３の速度が第１速度から第２速度に変化する期間において、リミッタ１１５が作動中であることをリミッタ監視部１１８が検出した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定してもよい。この場合、リミッタ１１５の監視結果を利用することで、リミッタ１１５の作動期間の長さの情報を容易に取得することができる。従って、モータ３による駆動対象の重さを検出する構成の更なる簡素化に有効である。

重さ推定部１１９は、モータ３の速度が第１速度から第２速度に達するまでの期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定してもよい。この場合も、リミッタ１１５の作動期間の長さに関係する情報を容易に取得することができる。従って、モータ３による駆動対象の重さを検出する構成の更なる簡素化に有効である。

洗濯機１は、電力変換装置２と、モータ３と、洗濯物９を収容しモータ３により駆動されるドラム４と、を備え、重さ推定部１１９は洗濯物９の重さを推定してもよい。電力変換装置２は、テスト制御部１１３がモータ３を動作させる前に、所定の準備パターンに従ってモータ３を動作させる準備制御部１３１を更に備えていてもよい。この場合、ドラム４内における洗濯物９の偏りを緩和し、重さ推定部１１９による推定結果の信頼性を向上させることができる。

以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。上述の実施形態においては、洗濯機１においてドラム４を駆動するモータ３に電力を供給するための電力変換装置２を例示したが、電力変換装置２による電力の供給対象は必ずしも洗濯機１のモータ３に限られない。電力変換装置２による電力の供給対象は、少なくとも駆動対象の重さが変化するモータであればよい。駆動対象の重さが変化するモータであれば、駆動対象を直状又は曲状ラインに沿って移動させるリニアモータであってもよい。

１…洗濯機、２…電力変換装置、３…モータ、４…ドラム（駆動対象）、９…洗濯物（駆動対象）、１１２…運転制御部、１１３…テスト制御部、１１５…リミッタ、１１８…リミッタ監視部、１１９…重さ推定部、１２２…上限値変更部、１３１…準備制御部。

Claims (10)

1. 速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータを動作させるテスト制御部と、
   前記モータが駆動対象に付与する駆動力の指令値の上昇を制限するリミッタと、
   前記テストパターンに従って前記モータを動作する期間において前記リミッタが作動した期間の長さに基づいて前記駆動対象の重さを推定する重さ推定部と、を備える電力変換装置。
2. 前記重さ推定部による前記駆動対象の重さの推定後に、前記モータを所定の運転パターンに従って動作させる運転制御部と、
   前記運転制御部が前記モータを動作させる期間における前記リミッタの上限値に比較して、前記テスト制御部が前記モータを動作させる期間における前記リミッタの上限値を低くする上限値変更部と、を更に備える、請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記重さ推定部は、前記駆動対象の重さが、予め設定された複数の重さランクのいずれに属するかを推定し、
   前記テスト制御部が前記モータを動作させる期間における前記リミッタの上限値は、前記駆動対象の重さが前記複数の重さランクのうち軽い方から２番目以上のランクに属していれば前記リミッタが作動するように設定されている、請求項２記載の電力変換装置。
4. 前記テスト制御部が前記モータを動作させる期間における前記リミッタの上限値は、前記運転制御部が前記モータを動作させる期間における前記リミッタの上限値の半分以下である、請求項２又は３記載の電力変換装置。
5. 前記テストパターンは第１速度から第２速度までの速度変更を含み、
   前記重さ推定部は、前記モータの速度が前記第１速度から前記第２速度に変化する期間において前記リミッタが作動した期間の長さに基づいて前記駆動対象の重さを推定する、請求項１～４のいずれか一項記載の電力変換装置。
6. 前記リミッタが作動中であるか否かを監視するリミッタ監視部を更に備え、
   前記重さ推定部は、前記モータの速度が前記第１速度から前記第２速度に変化する期間において、前記リミッタが作動中であることを前記リミッタ監視部が検出した期間の長さに基づいて前記駆動対象の重さを推定する、請求項５記載の電力変換装置。
7. 前記重さ推定部は、前記モータの速度が前記第１速度から前記第２速度に達するまでの期間の長さに基づいて前記駆動対象の重さを推定する、請求項５記載の電力変換装置。
8. 請求項１～７のいずれか一項記載の電力変換装置と、
   前記モータと、
   洗濯物を収容し前記モータにより駆動されるドラムと、を備え、
   前記重さ推定部は前記洗濯物の重さを推定する、洗濯機。
9. 前記電力変換装置は、
   前記テスト制御部が前記モータを動作させる前に、所定の準備パターンに従って前記モータを動作させる準備制御部を更に備える、請求項８記載の洗濯機。
10. 速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータを動作させることと、
    前記モータが駆動対象に付与する駆動力の上昇をリミッタにより制限することと、
    前記テストパターンに従って前記モータが動作する期間において前記リミッタが作動した期間の長さに基づいて前記駆動対象の重さを推定することと、を含む電力変換方法。

Images