KR20050011711A

KR20050011711A - 모터 제어 장치, 및 그것을 이용하는 세탁기 및 건조기

Info

Publication number: KR20050011711A
Application number: KR1020040056855A
Authority: KR
Inventors: 아라이야스히로; 나카타히데키
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2005-01-29
Also published as: CN100417004C; US20050104552A1; TWI343171B; CN1578103A; KR101097644B1; US7071641B2; TW200514345A

Abstract

모터 제어 장치는, 모터(3)에 구동력을 공급하는 인버터 회로(inverter circuit)(2)와, 모터(3)를 통해 흐르는 전류를 검출하는 모터 전류 검출기(4)와, 검출기(4)의 출력에 근거하여 인버터 회로(2)를 제어하는 인버터 제어기(5E)를 포함한다. 인버터 제어기(5E)는, 모터의 구동 상태를 제어하기 위해 각종 지령 값을 설정하는 설정 유닛(setting unit)(6E)과, 설정 유닛(6E)의 설정에 근거하여 인버터 회로(2)를 제어하는 처리 유닛(8)을 구비한다. 설정 유닛(6E)은 지령 값을 설정하여, 로터(rotor) 축과 모터 인가 전압 사이의 각도인 부하각(負荷角)(load angle)이 상기 각도의 작은 쪽에서 동작하여 부하각-출력 토크(output torque) 특성에 있어서 최대 출력 토크를 제공하도록 한다.

Description

모터 제어 장치, 및 그것을 이용하는 세탁기 및 건조기{MOTOR CONTROL APPARATUS, AND WASHING MACHINE AND DRYING MACHINE USING THE SAME}

본 발명은, 동기 모터를 제어하는 모터 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 위치 센서를 이용하지 않고 모터를 제어하는 모터 제어 장치, 및 그러한 모터 제어 장치를 갖춘 전기 기기(機器)에 관한 것이다.

지금까지는 세탁에서 탈수까지 모든 프로세스를 자동으로 실행하는 소위 완전 자동 세탁기가 알려져 있다.

예를 들면, 종래의 완전 자동 세탁기는, 세탁에서 탈수까지의 프로세스를 원활하게 실행하기 위해 세탁 개시 전에 세탁-탈수 탱크 내에 넣어진 직물량(세탁량)을 검출하도록 설계되어 있다. 종래의 직물량의 검출 방법으로는, 모터에 있어서의로터의 회전 위상을 검출하기 위해 홀 소자(Hall element)가 사용되며, 홀 소자로부터의 신호에 근거하여 로터의 회전 위상(位相)을 검출함으로써 모터는 특정 속도로 구동된다. 그 때, 모터 전류도 검출되며, 소정의 속도에서 모터가 회전하는 동안 흐르는 모터 전류가 합산된다. 합산된 모터 전류와, 구동 신호가 정지된 후 모터가 소정의 속도에 감속될 때까지의 모터의 관성 시간에 근거하여, 직물량을 검출한다(특허 문헌 1 참조).

다른 종래 기술("제2의 종래 기술"이라고 부른다)에서는, 직물량을 검출하기 위해 위치 센서를 사용하지 않는 기술을 개시하고 있다. 이것은, 모터를 통해 흐르는 전류를 검출하여 로터의 회전 위상과 회전 속도를 추정하고, 벡터 동작에 의해 얻은 토크 축 전류 성분을 이용하여 직물량을 검출한다(특허 문헌 2 참조).

또 다른 종래 기술("제3의 종래 기술"이라고 부른다)에 있어서의 모터 제어 장치는, 모터에 공급된 무효 전류(reactive current)를 검출하고, 이 값이 목표 값에 도달하도록 피드백(feedback)시킴으로써 제어한다(특허 문헌 3 참조). 제3의 종래 기술을 도 24를 참조하여 이하에서 설명한다.

도 24는 제3의 종래 기술의 모터 제어 장치의 블록도이다. 도면에서, 직류 전원(701)의 직류 전압은 인버터 회로(702)에 의해 교류 전압으로 변환되어, 모터 전류 검출기(704)의 수단에 의해 모터(703)에 공급된다.

인버터 제어기(55)에서는, 처리 유닛(58)이 모터 인가 전압에 대한 지령 값으로부터 PWM 지령을 생성하고 출력하여, 모터(703)를 구동시키는 인버터 회로(702)의 스위칭 소자(switching element)를 제어한다. 이 때에, 모터 전류 검출기(704)는, 모터(703)에 흐르는 전류를 검출하고, 검출 신호를 출력한다. 검출기(57)는 검출 신호에 근거하여 모터 전류의 무효 성분을 연산한다. 설정 유닛(56)은 회전 주파수 지령 값 및 무효 전류 지령 값을 출력한다. 처리 유닛(58)은, 무효 전류 지령 값 및 무효 전류 검출 값의 오차에 근거하여 연산함으로써 인가 전압 지령을 생성하고, 인가 전압 지령으로부터 PWM 지령 값을 생성하여 그것을 인버터(702)에 출력함으로써, 다시 다음의 제어 사이클에서 인버터 회로(702)를 제어한다.

(특허 문헌 1)

일본국 특허 09-253379A

(특허 문헌 2)

일본국 특허 2002-360970A

(특허 문헌 3)

일본국 특허 2002-048418A

제1의 종래 기술에 있어서의 세탁기는, 모터 구동 및 직물량을 검출하는 위치 센서를 포함하고 있으나, 홀 소자와 같은 위치 센서는 고가(高價)이며, 위치 센서 신호를 위한 배선이 필요하고, 이것이 크기의 감소 및 비용 저감에 반하고 있다. 또한, 위치 센서는 모터의 허용 가능 온도에 비해서 주위 온도의 허용 온도가 더 낮아야 된다. 특히, 세탁으로부터 건조로 연속해서 동작하는 세탁-건조기에 있어서는, 위치 센서의 장착 위치는 한정되며, 이것은 세탁-건조기의 메커니즘을 설계함에 있어 매우 제한적이다.

한편, 위치 센서를 장착함에 있어 위치의 오차에 따라서는, 로터의 실제 위상이 홀 소자로부터의 위상 신호와 상이할 수도 있다. 이 경우, 제어기는 틀린 위상 신호를 사용하여 연산하고 인가 전압을 결정함으로써, 모터의 효율이 최상점으로부터 벗어날 수도 있다. 따라서 모터 효율이 낮아지거나 또는 진동 소음이 발생할 수도 있다. 또한, 위치 센서가 파괴된다면, 모터는 전혀 구동될 수 없고, 전체 세탁기의 신뢰성이 희생되게 된다.

제2의 종래 기술에 있어서의 세탁기는, 위치 센서를 갖추고 있지 않으며, 따라서 제1의 종래 기술에서 설명한 바와 같은 위치 센서에 의해 기인하는 상기 문제점이 발생하지 않는 점에서 이점이 있다. 그러나, 드럼식 세탁기의 경우에, 세탁 동작 중에 회전 탱크에 의해 세탁물이 들어 올려지고 상부에 도달하기 전에 떨어지게 된다. 이러한 세탁 동작은 회전 탱크의 매회전마다 90도에서 180도까지 세탁물의 1회 낙하를 야기하며, 세탁물의 낙하는 회전 탱크를 회전시키는 모터에 대해 부하가 변동이 큰 대폭적인 부하 변동을 초래하게 된다. 탱크의 회전 속도는 낮아야 하며, 회전 속도가 높으면 세탁물이 원심력에 의해 회전 탱크에 붙게 되어 세탁물이 떨어지지 않아 세탁물의 때가 제거되지 않는다. 위치 센서를 사용하지 않고 모터 전류로부터 로터(rotor) 위치가 추정되는 제2의 종래 기술은 위치 추정을 위해 필요로 하는 낮은 회전 속도의 한계를 갖는다. 낮은 회전 속도로 구동되고 대폭적인 부하의 변동이 수반되는 드럼 세탁기와 같은 세탁기에 적용하면, 제2의 종래 기술은 실제 값으로부터 벗어나는 위치 추정을 야기할 수도 있고, 부하 변동을 추종할 수 없어서, 탈조(脫調)하게 된다. 제2의 종래 기술에서, 모터는, 벡터 제어 및 부하 토크 또는 검출되어야 되는 상응하는 기타 요인으로 구동된다. 상기한 바와같이, 세탁물의 낙하 운동에 따라 부하가 갑자기 변경되고, 따라서 부하 토크를 검출하기가 어려워, 제2의 종래 기술을 이용하는 드럼식 세탁기의 구동을 불가능하게 했다.

제3의 종래 기술의 센서가 없는 DC 모터의 제어 장치는 이렇게 구성되어 있으므로, 회전 중의 부하 토크 변동 진폭이 급격하고 또한 대폭적인 경우에는, 통전(通電) 위상의 편차에 의해 모터 효율의 저하, 속도 변동에 의한 진동, 및 탈조를 초래하게 된다.

또한, 급격한 부하 변동에 의한 탈조의 검출 수단이나, 또는 발진(發振) 발생 시의 보호 수단이 고려되지 않고 있다.

본 발명은, 부하 토크 변동이 큰 경우일지라도 위치 센서를 이용히지 않고 안정된 회전을 얻을 수 있으며, 급격한 부하 변동으로 인한 탈조 및 발진을 검출할 수 있는, 소형, 저비용 및 신뢰성이 높은 모터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도.

도 2의 (A)는 모터 인가 전압, 모터 전류, 및 그것들의 위상차를 나타내는 벡터(vector) 도면이고, (B)는 모터 전류가 유효 전류 성분 및 무효 전류 성분으로 진행되었을 때의 벡터 도면.

도 3은 부하각 δ와 출력 토크의 관계를 나타내는 도면.

도 4는 제1실시형태에 있어서의 부하량(負荷量)의 검출 프로세스의 흐름도.

도 5는 무효 전류 지령 값과 부하각 사이의 관계를 나타내는 도면.

도 6은 위상차 φ에 대한 지령 값과 부하각 사이의 관계를 나타내는 도면.

도 7은 위상차 α에 대한 지령 값과 부하각 사이의 관계를 나타내는 도면.

도 8은 위상차 β에 대한 지령 값과 부하각 사이의 관계를 나타내는 도면.

도 9는 위상차 φ를 이용하여 부하량을 검출하는 부하량 검출 유닛을 구비한 모터 제어 장치의 블록도.

도 10은 위상차 α를 이용하여 부하량을 검출하는 부하량 검출 유닛을 구비한 모터 제어 장치의 블록도.

도 11은 위상차 β를 이용하여 부하량을 검출하는 부하량 검출 유닛을 구비한 모터 제어 장치의 블록도.

도 12a는 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도.

도 12b는 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 설정 유닛의 상세 블록도.

도 13은 무효 전류 지령 값과 출력 토크간의 관계를 나타내는 도면.

도 14는 본 발명의 제3실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도.

도 15는 위상차 φ에 대한 지령 값과 출력 토크간의 관계를 나타내는 도면.

도 16은 본 발명의 제4실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도.

도 17은 위상차 α에 대한 지령 값과 출력 토크간의 관계를 나타내는 도면.

도 18은 본 발명의 제5실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도.

도 19는 위상차 β에 대한 지령 값과 출력 토크간의 관계를 나타내는 도면.

도 20은 제6실시형태에 있어서의 부하량의 검출 프로세스의 흐름도.

도 21은 본 발명의 제7실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도.

도 22는 제7실시형태에 있어서의 이상(異常) 검출 프로세스의 흐름도.

도 23은 본 발명의 세탁기의 블록도.

도 24는 종래의 모터 제어 장치의 블록도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 직류 전원 2: 인버터 회로

3: 모터 4: 모터 전류 검출기

5, 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 5H, 5I: 인버터 제어기

6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G, 6H, 6l: 설정 유닛

7, 7A, 7B, 7C, 7D: 부하량 검출 유닛

8: 처리 유닛 9: 이상 검출 유닛

60: 주파수 설정 유닛 61: 무효 전류 지령 유닛

62: 위상차 φ 지령 유닛 63: 위상차 α 지령 유닛

64: 위상차 β 지령 유닛 71: 부하량 판정 유닛

72: 변동 연산 유닛 73: 유효 전류 연산 유닛

74: 위상차 φ 연산 유닛 75: 위상차 α 연산 유닛

76: 위상차 β 연산 유닛 91: 이상 판정 유닛

92: 변동 연산 유닛 93: 유효 전류 연산 유닛

본 발명의 제1특징에 있어서, 본 발명의 모터 제어 장치는, 모터에 구동 전력을 공급하는 인버터 회로와, 모터에 흐르는 전류를 검출하는 모터 전류 검출기, 및 모터 전류 검출기의 출력에 근거해서 상기 인버터 회로를 제어하는 인버터 제어기를 포함한다. 인버터 제어기는, 모터의 운전 상태를 제어하기 위한 각종 지령 값을 설정하는 설정 유닛과, 설정 유닛의 설정에 근거한 운전 상태가 되도록 인버터회로를 제어하는 처리 유닛을 포함한다. 설정 유닛은, 부하각 및 출력 토크의 특성에서 최대 출력 토크를 얻기 위해 모터 축 및 모터 유도 전압 사이의 각도인 부하각이 상기 부하각보다 작은 쪽에 위치하도록 지령 값을 설정한다.

인버터 제어기는, 모터의 부하량을 검출하는 부하량 검출 유닛을 추가로 포함한다. 부하량 검출 유닛은, 유효 전류, 인가 전압 지령 값과 모터 전류 사이의 위상차 φ, 인가 전압 지령 값과 모터 유도 전압 사이의 위상차 α, 및 로터 축인 q-축과 모터 전류 사이의 위상차 β 중의 어느 하나를 검출해서 부하량을 검출할 수도 있다. 이 때, 설정 유닛은, 부하량 검출 유닛으로부터 얻은 부하량에 근거해서 모터의 운전 상태를 설정할 수도 있다. 또한, 부하량 검출 수단은, 적어도 모터 구동의 개시 또는 모터 구동 중에 모터의 부하량을 검출할 수도 있다.

바람직하게는, 설정 수단은, 무효 전류를 지령하는 지령 값, 인가 전압 지령 값과 모터 전류 사이의 위상차 φ를 지령하는 지령 값, 인가 전압 지령 값과 모터 유도 전압 사이의 위상차 α를 지령하는 지령 값, 또는 로터 축의 q-축과 모터 전류 사이의 위상차 β를 지령하는 지령 값에 근거해서 부하각을 제어한다.

또한, 인버터 제어기는, 모터 전류의 변화량에 근거하여 모터의 이상을 검출하는 이상 상태 검출 유닛을 추가로 포함한다. 이때, 설정 유닛은, 모터의 이상을 검출하는 경우 소정의 처리를 실행하기 위해 설정을 변경한다. 예를 들면, 설정 유닛은, 이상 검출 유닛에 의해 모터의 이상이 검출되면 모터 운전을 정지시키고, 운전 상태가 정상화된 후, 모터의 운전을 재개하도록 설정할 수도 있다.

발명의 제2특징에 있어서, 모터 제어 장치는, 모터에 구동 전력을 공급하는인버터 회로와, 모터에 흐르는 전류를 검출하는 모터 전류 검출기와, 모터 전류 검출기의 출력에 근거해서 상기 인버터 회로를 제어하는 인버터 제어기를 포함한다. 인버터 제어기는, 부하량을 검출하는 부하량 검출 유닛을 포함한다. 부하량 검출 유닛은, 모터 전류의 유효 전류 성분을 결정하고, 이전 사이클에서 얻은 모터 전류의 유효 전류 성분으로부터 변화량을 연산하여, 상기 변화량을 소정의 값과 비교한다. 상기 변화량이 소정의 값보다 적은 경우, 모터 전류의 유효 전류 성분의 변화량이 소정의 값을 초과할 때까지 서서히 모터 전류의 무효 전류 성분을 증가시킨다. 이 때, 변화량이 소정의 값보다 큰 경우, 모터 전류의 무효 전류 성분에 근거하여 부하량을 판정한다.

본 발명에 의하면, 드럼 방식의 세탁기와 같은 로터의 부하 토크가 변동이 대폭적으로 발생하는 경우에도 위치 센서를 이용하는 일 없이 안정된 회전을 얻을 수 있고, 급격하고 대폭적인 부하 변동으로 인한 탈조 및 발진을 검출할 수 있으며, 크기가 감소되고, 비용이 저감되며, 배선이 단순화되어, 모터 메커니즘 설계에 제약이 적고, 신뢰성이 높은 세탁기를 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 피드백 제어 주기가 짧으므로, 안정성이 높은 세탁기를 제공할 수 있다. 또한, 모터 파라미터를 사용하지 않고 제어 루프(loop)를 형성할 수 있으며, 따라서 상이한 모터 파라미터를 갖는 모터에 즉시 적용할 수 있는 세탁기를 제공할 수 있다. 사용되는 모터 파라미터의 수를 적게 할 수 있으므로, 조정이 단순화된 세탁기를 제공할 수 있다. 또한, 벡터 제어를 실행하지 않기 때문에 전류 마이너 루프(minor loop)를 이용하지 않고 모터를 제어할 수 있으며, 연산량이 적어지고, 저렴한 마이크로컴퓨터를 이용하는 세탁기를 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 모터 구동 개시 후에 탈조와 같은 이상이 발생된다면, 위치 센서를 사용하지 않고 이상을 검출할 수 있다. 이상을 검출했을 경우, 부하 변동에 따른 설정 값을 재설정할 수 있고, 탈조 현상의 발생 후에 재가동하는 것이 가능해 지며, 예상하지 못한 부하 변동 발생의 사건일지라도 모터의 구동을 가능하게 하는 세탁기를 실현할 수 있다.

이하에, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 모터 제어 장치 및 세탁기의 바람직한 실시형태를 설명한다.

(제1실시형태)

(구성)

본 발명에 관한 모터 제어 장치의 바람직한 제1실시형태를 설명한다. 도 1은 제1실시형태의 모터 제어 장치의 블록도이다. 모터 제어 장치는, 직류 전원(1)으로부터의 직류 전압을 모터(3)를 구동하기 위한 교류 전압으로 변환하는 인버터 회로(2)와, 모터(3)에 흐르는 전류를 검출하는 모터 전류 검출기(4), 및 인버터 회로(2)를 제어하는 인버터 제어기(5E)를 포함한다.

모터(3)는, 예를 들면, 동기형 브러시없는 모터이며, 로터의 위치를 검출하는 위치 센서는 포함하지 않고 있다.

인버터 회로(2)는, 3상(相) 암(arm)을 구성하는 6개의 스위칭 소자(예를 들면, 사이리스터(thyristor), GTO, 트랜지스터 등)와, 상기 스위칭 소자에 병렬로 접속된 다이오드를 구비하고 있다. 인버터 회로(2)는, 직류 전원(1)으로부터 직류전력을 수신하고, 이 직류 전력을, 인버터 제어기(5E)로부터의 제어 신호(PWM 신호)에 응답해서 교류 전력으로 변환하여, 변환된 교류 전력을 모터 전류 검출기(4)를 통해서 브러시없는 모터(3)에 공급하도록 되어 있다.

모터 전류 검출기(4)는, 예를 들면, 직류 및 교류의 전류를 검출할 수 있는 직류 전류 센서나, 또는 직류 전류 센서에 비해 저렴한 교류 전류 센서에 의해 실현될 수 있다. 전류 검출을 위해서, 인버터 회로(2)의 3상 암을 구성하는 각각의 스위칭 소자에 저항 소자를 직렬로 접속하고, 3상의 암에 흐르는 전류로부터 검출 값을 연산함으로써 분류기(分流器) 검출 시스템을 이용해도 좋다. 분류기 검출 시스템은 교류 전류 센서를 사용하는 것보다도 염가로 전류 검출기를 구성할 수 있도록 한다.

인버터 제어기(5E)는, 모터의 구동을 위한 각종 설정 값을 설정하는 설정 유닛(6E)과, 인버터 회로(2)에 제어 신호를 출력하는 처리 유닛(8)과, 부하량(크기)을 검출하는 부하량 검출 유닛(7A)을 포함한다. 부하량 검출 유닛(7A)은, 모터 전류 검출기(4)로부터의 신호에 근거해서 모터 전류의 유효 전류 성분(이하에서 "유효 전류"라고 한다)을 연산하는 유효 전류 연산 유닛(73)과, 유효 전류 연산 유닛(73)으로부터의 출력의 변화량(변동)을 연산하는 변동 연산 유닛(72), 및 유효 전류의 변화량으로부터 부하량을 판정하는 부하량 판정 유닛(71)을 포함한다.

모터 전류 검출기(4)의 출력은 인버터 제어기(5E)의 처리 유닛(8)에 입력된다. 부하량 검출 유닛(7A)에서는, 처리 유닛(8)에서 연산된 값에 근거해서 부하량을 연산하고, 그것을 설정 유닛(6E)에 인가한다. 설정 유닛(6E)은 인버터 회로(2)를 제어하기 위한 각종의 설정 값을 설정한다. 설정 유닛(6E)은, 주파수 설정 유닛(60), 및 무효 전류 지령 유닛(61)을 포함한다. 본 실시형태 및 후속하는 실시형태에서 설명하는 무효 전류 지령, 위상차 φ 지령, 위상차 α 지령, 및 위상차 β 지령에 관한 제어에 대해서는, 본 출원인에 의한 종래 기술(일본국 특원 제2002-048418호)에 개시되어 있다.

(파라미터)

이하에 본 발명의 모터 제어 장치의 제어에 있어서 이용하는 파라미터를 정의한다. 도 2(a)는, 모터 인가 전압 지령 값 Va, 유도 전압 VO, 및 모터(3)를 흐르는 모터 전류 Is의 관계를 d-q 축 상에서 나타낸 벡터 도면이다. 모터(3)의 로터에 설치되어 있는 자석에 의한 발생 전압은 q-축 상에 있어, 리액턴스 성분(reactance component)을 포함하는 모터(3)의 로터 및 스테이터 사이에 발생하는 유도 전압은 VO가 된다. 모터 인가 전압 지령 값 Va와 유도 전압 VO 사이의 벡터의 차(差)는 모터의 권선 저항 R에 모터 전류 Is를 곱한 것이 된다. 모터 전류의 무효 전류 성분(이하에서 "무효 전류"라고 한다) Ir는, 인가 전압 지령 값 Va의 방향에 직교하는 방향에 있어서의 모터 전류 Is의 성분이다. 모터 전류의 유효 전류 성분 Ia는, 인가 전압 지령 값 Va의 방향에 있어서의 모터 전류 Is의 성분이다. 즉, 인가 전압 지령 값 Va의 방향에 a-축, 그것과 직교 방향에 r-축을 취한 좌표계를 생각하면, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 무효 전류 Ir는 모터 전류 Is의 r-축 방향 성분이 되고, 유효 전류 Ia는 모터 전류 Is의 a-축 방향 성분이 된다. 여기서, φ는 인가 전압 지령 값 Va와 모터 전류 Is 사이의 위상차이며, 그것은 역률각(力率角)을 나타낸다.

무효 전류 Ir 및 유효 전류 Ia의 값은, 모터 전류 검출기(4)에 의해 검출된 U상, Ⅴ상, W상의 전류 Iu, Iv, Iw에 기초하여 다음의 공식에서 결정된다.

(적절한 부하각)

바람직한 본 실시형태에서는, 급격하고 또한 대폭적인 부하 변동이 있을지라도 설정 유닛(6E)에 의해 안정된 모터 구동을 실현하기 위해서, 제어 시의 부하각 δ의 구동점의 위치를 예상되는 부하 변화량에 따라 적절한 위치에 설정한다. 이하에, 적절한 구동점의 위치에 대해서 설명한다.

도 3은, 일정한 모터 회전 속도 및 모터에의 일정한 인가 전압일 때의 부하각 δ와 출력 토크간의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터, 이 조건에서 부하각 δ를 크게 하면, 모터의 출력 토크는 서서히 증가하고, 피크 값 이후에는 감소하는 것을 알수 있다.

일반적인 최대 토크 제어에서는, 최대 토크를 부여하는 구동점 c 부근에 구동점을 유지하도록 부하각 δ가 설정된다. 그러나, 구동점 c 부근에서 동작시키는동안, 급격하고 또한 대폭적으로 부하 변동이 증대될 때, 제어 시스템이 이 변동에 응답하여 인가 전압을 증가시킬 때까지는, 토크가 부족하고 부하각 δ는 증가된다.

즉, 구동점 c에서 동작할 때 부하가 급격하고 대폭적으로 증가하는 경우, 부하각 δ는 제어 시스템이 응답할 때까지 증가된다. 그러면, 도 3에 나타내는 특성에 따라 출력 토크가 감소하여, 속도가 저하되고, 이것에 의해, 더욱 부하각이 증가되어, 제어 시스템이 저속을 유지하는 경우 탈조 현상으로 이어질 수 있다.

또 다른 한편, 급격하고 또한 대폭적으로 부하의 변동이 감소되는 경우, 제어 시스템의 응답에 의해 인가 전압을 감소시키지 않을지라도, 부하각 δ는 감소되어, 도 3에 나타내는 특성에 따라 출력 토크가 감소로 변화된다. 즉, 부하가 감소함에 따라 출력 토크가 감소되므로, 안정적인 동작을 달성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 모터 제어 장치에서는, 급격하고 또한 대폭적인 부하 변동, 특히 증가되는 부하 변동에 대하여 모터를 안정적으로 구동하기 위해서, 설정 유닛(6E)은, 최대 토크 제어를 실현하는 구동점 c 근방의 부하각 δ를 설정하지 않고, 부하 변동이 증가하더라도 구동점 c를 초과하지 않는 부하각, 즉, 구동점 c의 부하각 δ보다도 소정량만큼 작은 부하각을 설정한다.

예를 들면, 설정 유닛(6E)에 있어서, 구동점이 도 3의 구동점 b 부근에 있도록 부하각 δ를 설정하여, 운전을 실행한다. 이 경우, 부하가 급격하고 또한 대폭적으로 증가한다면, 부하각 δ는 증가한다. 그 때, 구동점은 b로부터 c에 이동하고, 부하각 δ의 증가로 인해 토크가 증가한다. 제어 시스템에서 응답에 의한 증가보다도 토크가 더 속히 증가될 수 있으므로, 결과적으로 부하 변동에도 불구하고안정적인 모터 구동이 가능하게 된다.

더 대폭적이고 급격한 부하 변동의 증가가 예상된다면, 설정 유닛(6)에 있어서 도 3의 구동점 a 부근에 부하각 δ를 설정한다. 결과적으로, 더 대폭적인 부하 변동으로 인해 구동점이 변경된다면, 구동점이 c를 초과해서 변경되지 않아, 모터를 안정적으로 구동할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 설정 유닛(6)에 있어서 부하각 δ를, 예상되는 부하 변화량에 따라서 적절한 값에 설정한다.

이것에 의해, 급격하고 또한 대폭적인 부하 변동에도 불구하고 모터를 안정적으로 구동할 수 있다.

(부하량의 검출)

적절한 부하각 δ를 결정하기 위해서, 부하량을 예상할 필요가 있으며, 본 실시형태에서는, 모터 구동 시작 시에 있어서 부하 검출 유닛(7A)에 의해 부하량을 검출한다. 이하에, 부하량 검출 유닛(7A)의 부하량 검출 동작에 대해서, 도 4의 흐름도를 이용해서 설명한다.

모터 구동 시작 시에, 설정 유닛(6E)에 있어서 지령 값의 초기 값이 설정된다(단계 SlOO). 지령 값은, 무효 전류를 제어하기 위한 제어 목표 값이며, 이 값에 따라서 인버터 회로(2)에의 PWM 신호가 생성된다. 설정 유닛(6E)의 주파수 설정 유닛(60)에 있어서, 주파수의 초기 값이 설정되고, 설정된 파라미터의 값으로 구동이 개시된다(단계 SlOl).

그 후, 유효 전류 연산 유닛(73)에 의해 모터 전류 검출기(4)로부터의 검출신호로부터 식 (2)에 따라서 유효 전류가 결정되고, 변동 연산 유닛(72)에 의해 유효 전류의 변화량이 결정된다. 부하량 판정 유닛(71)에 의해, 결정된 변화량과 소정의 값이 비교되어, 결정된 변화량이 소정의 값 이상인지 아닌지의 여부가 판정된다(SlO2). 소정의 값은, 예를 들면, 실험적으로 결정될 수도 있다. 유효 전류의 변화량을 소정의 값과 비교하는 것은, 무효 전류 지령 값의 증가로 인해 변화되는 부하각이 구동점 c(도 3)에 도달하였는지의 여부를 검출하기 위해서이다.

무효 전류 지령 값의 증가에 따라 부하각 δ가 변화된다. 부하각 δ가, 도 3에 나타낸 바와 같이, 구동점 b→c→d로 변화될 때, 부하각이 최대 출력 토크를 부여하는 구동점 c에 도달한 직후에, 유효 전류가 급격하게 증가하는 것이 관찰된다. 따라서, 이전 제어 사이클과 현재 제어 사이클 사이의 유효 전류의 변화량(변화율)을 검출함으로써, 그 변화량이 소정의 값보다 크면, 부하각이 구동점 c를 부여하는 부하각 δp를 초과하였는지(즉, 구동점 c에 도달한 것)를 알 수 있다.

도 4로 돌아가서, 변화량이 소정의 값 이하일 경우는, 설정 유닛(6E)에 있어서 현재의 지령 값을 증가시킴으로써 얻은 새로운 지령 값을 설정하고(단계 S103), 처리는 단계 SlO2에 되돌아온다. 단계 SlO2와 단계 SlO3의 루프에 의해, 유효 전류의 변화량이 소정의 값에 도달 또는 초과될 때까지 무효 전류 지령 값은 서서히 증가된다. 변화량이 소정의 값에 도달 또는 초과하는 경우, 구동 중인 모터를 정지시킨다(SlO4).

그 후, 현재의 지령 값에 근거해서 부하량을 검출한다(SlO5). 무효 전류 지령 값에 근거해서 부하량을 검출할 수 있는 이유에 대해서는 후술한다. 최후로, 검출된 부하량에 근거해서 무효 전류 지령 값을 재설정하고, 무효 전류 설정 유닛(61)에 출력해서(SlO6), 부하량 검출 유닛(7A)의 동작을 종료한다.

이상과 같이, 무효 전류를 서서히 증가시킴으로써 발생하는 부하각 δ의 급격한 증가의 검출은, 부하량을 간접적으로 알수 있게 한다.

상기 단계 SlO5에서, 무효 전류 지령 값에 근거해서 부하량을 판정할 수 있는 이유에 대해서 설명한다. 도 5는 일정한 모터 회전 속도(부하 토크)에 있어서의 무효 전류 지령 값과 부하각 δ 사이의 관계를 나타낸 도면이며, 중(重), 중간, 경(輕)의 3종류의 부하량에 대한 무효 전류 지령 값과 부하각 δ 사이의 관계를 나타내고 있다.

이 도면으로부터, 부하각과 무효 전류 지령 값 사이의 관계는 부하량에 상응해서 변하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 부하각 δ가 변동하는 구동점은 부하량에 따라 변화되며, 예를 들면, 도 3에 있어서 최대 출력 토크를 부여하는 부하각(구동점 c에 대응)을 검출할 수 있으면, 이 때의 무효 전류 지령 값으로부터 부하량을 간접적으로 알 수 있다. 이하에 이 원리를 구체적으로 설명한다.

도 5에 있어서, 무효 전류 지령 값 "e"에서 구동을 시작하고, 서서히 무효 전류 지령을 증가시켜 간다. 도 4의 단계 SlO2에서 결정된 부하각 δ가 도 3의 구동점 c를 부여하는 부하각 δp에 도달한 것이 검출되었을 경우, 이 때의 무효 전류 지령 값이 "f"라면, 도 5에 나타낸 바와 같이 부하량은 "중"이라고 판정할 수 있다. 무효 전류 지령 값을 "e"로부터 서서히 증가시킴으로써, 부하각 δ가 구동점 c를 부여하는 부하각 δp에 도달한 것이 검출되었을 경우, 이 때의 무효 전류 지령값이 "g"라면, 부하량은 "중간"이라고 판정할 수 있다. 유사하게, 무효 전류 지령 값을 "h"에 도달할 때까지 증가시킴으로써, 부하각 δ가 부하각 δp(구동점 d")에 도달한 것이 검출되었다면, 부하량은 "경"이라고 판정할 수 있다. 따라서, 부하량은 무효 전류 지령 값으로부터 간접적으로 검출될 수 있다.

설정 유닛(6E)에 있어서, 무효 전류 지령 값을 상기 방식으로 얻은 무효 전류 지령 값보다도 작은 값에 설정함으로써, 부하량에 있어 상이한 부하에 대하여, 도 3의 구동점 c를 부여하는 부하각 δp보다 작은 부하각 δ에 구동점을 설정할 수 있다.

(위상차 φ, 위상차 α, 또는 위상차 β를 이용한 부하량 검출)

도 6, 도 7 및 도 8은, 각각, 중(重), 중간, 경(輕)의 부하에 대해, 회전 속도를 일정하게 해서, 위상차 φ, 위상차 α또는 위상차 β와 부하각 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 위상차 φ는, 인가 전압 지령 값 Va와 모터 전류 Is 사이의 위상차이고, 위상차 α는, 인가 전압 지령 값 Va와 유도 전압 VO 사이의 위상차이며, 위상차 β는 모터 전류 Is와 로터 자석에 의한 발생 전압 ωψ 사이의 위상차이다.

도 6, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 위상차 φ, 위상차 α또는 위상차 β와 부하량 사이의 관계에 있어서, 무효 전류와 부하각 사이의 관계에 유사하게, 부하량에 따라 특성이 변화한다. 그러므로, 인버터 제어기에 있어서, 무효 전류 지령 값에 대한 제어와 같은 동일한 기능을, 위상차 φ 지령, 위상차 α 지령, 및 위상차 β 지령의 어느 하나에 대해서도 적용할 수도 있다. 이것은, 위상차 φ 지령, 위상차 α 지령, 및 위상차 β 지령의 어느 하나를 서서히 증가시킴으로써, 부하각δ의 급격하고 대폭적인 증가를 검출할 수 있는 경우, 부하량을 간접적으로 알 수 있기 때문이다.

부하량 검출 유닛(7A)에 있어서 유효 전류의 변화량을 검출하는 대신에, 위상차 φ, 위상차 α, 및 위상차 β의 어느 하나의 변화량을 검출할 수도 있다. 이 경우, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 도 9, 도 10, 및 도 11에 각각, 위상차 φ, 위상차 α, 및 위상차 β를 검출함으로써 부하량을 검출하는 부하량 검출 유닛(7B, 7C, 7D)의 구성을 나타낸다.

본 발명의 모터 제어 장치는, 상기한 바와 같이 무효 전류로써 간접적으로 부하량을 검출할 수 있다. 부하량을 검출하기 위해 유효 전류 또는 위상차 α가 부하량 검출 유닛에서 검출되는 경우, 공식 (2) 및 공식 (3)으로 나타내 후술하는 바와 같이, 이것들은 모터의 인덕턴스, 권선의 저항, 또는 유도 전압과 같은 모터 파라미터를 사용하지 않고도 검출될 수 있다. 그러므로, 부하량 검출 유닛이 상기 파라미터의 어느 하나를 사용하도록 구성되는 경우, 모터 파라미터는 사용되지 않으며, 따라서 본 발명의 모터 제어 장치는 상이한 파라미터를 갖는 다른 모터에 즉시 적용될 수 있다. 또한, 후술하는 공식 (4)에 나타낸 바와 같이, 위상차 α를 검출하는 부하량 검출 유닛에 있어서는 단지 모터 권선의 저항만이 이용되며, 따라서 파라미터는 다른 모터에 대해서 매우 용이하게 조정될 수 있다. 따라서, 높은 호환성을 갖는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다. 또한, 후술하는 공식 (5)에 나타낸 바와 같이, 위상차 β를 검출하는 부하량 검출 유닛에 있어서는 단지 모터 권선의 저항 및 q-축의 인덕턴스만이 이용되며, 따라서 파라미터는 다른 모터에 대해서 매우 용이하게 조정될 수 있다. 따라서, 높은 호환성을 갖는 모터 제어 장치를 성취할 수 있다. 특히, 모터의 유도 전압은 운전 온도에 따라 변화되므로, 모터의 유도 전압을 이용하지 않는 본 발명의 모터 제어 장치는 높은 호환성을 갖고 있다. 본 발명의 모터 제어 장치는 벡터 제어를 실행하지 않으며, 처리될 연산량이 적다. 따라서, 모터 제어 장치에 저렴한 마이크로컴퓨터를 이용할 수 있다.

(제2실시형태)

도 12a는 본 발명의 제2실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도이다. 부하량 검출 유닛(7)은 전술한 부하량 검출 유닛(7A∼7D)의 어느 하나인 것에 주목하여야 한다(이하의 실시형태에 있어서도 같다).

도 12b는 설정 유닛(6A)의 구성을 상세하게 나타낸다. 설정 유닛(6A)은, 주파수 설정 유닛(60), 무효 전류 지령 유닛(61), V/f 변환기(81), 가산기(82, 83), 파형 생성 유닛(84), 무효 전류 연산 유닛(85), 및 오차 전압 출력 유닛(86)을 포함한다. 무효 전류 지령 유닛(61)은, 모터 전류 Is의 무효 전류 성분 값 Ir의 지령 값 Ir＊(이하에서 "무효 전류 지령 값"이라고 한다)을 출력한다.

주파수 설정 유닛(60)은 인버터 회로(2)로부터 출력된 교류 전력의 주파수 지령 값을 설정하여 모터(3)의 회전 속도를 결정한다. 설정된 주파수 지령 값은 파형 생성 유닛(84)과 V/f 변환기(81)에 출력된다. 파형 생성 유닛(84)은, 주파수 지령 값으로부터 회전 위상 신호 θ를 생성하여, 무효 전류 연산 유닛(85)과 처리 유닛(8)에 인가한다. 무효 전류 연산 유닛(85)은, 모터 전류 검출기(4)의 출력과 파형 생성 유닛(84)의 회전 위상 신호 θ로부터 공식 (1)을 사용하여 무효 전류 성분을 결정하고, 그것을 가산기(83)에 입력한다. 가산기(83)는 무효 전류 지령 유닛(61)으로부터 출력되는 무효 전류 지령 값 Ir*이 추가로 입력된다. 가산기(83)의 출력은 오차 전압 검출기(86)에 인가되어, 오차 전압이 판정된다. 오차 전압 검출기(86)의 출력은 가산기(82)에 있어서 V/f 변환기(81)의 출력과 가산되어, 합계가 처리 유닛(8)에 출력된다. V/f 변환기(81)는, 주파수 설정 유닛(60)으로부터 출력된 주파수 지령 값에 근거하여 모터(3)를 구동하는 인가 전압 기준 지령 값을 가산기(82)에 출력한다. V/f 변환기가 일반적으로 입력 주파수 지령 값에 비례하여 인가 전압 기준 지령 값을 출력하지만, 본 발명의 V/f 변환기(81)는 그 기능에 한정되지 않는다.

도 13은 모터 회전 속도 및 인가 전압을 일정하게 하였을 때의, 무효 전류 지령 값과 출력 토크간의 관계를 나타낸다. 도 13에서, 구동점 a, b, c, d는 각각 도 3의 구동점에 대응한다. 이 구성으로부터 구동점은 무효 전류 지령 값을 사용함으로써 설정될 수 있다는 것을 알 수 있다.

즉, 무효 전류 지령 유닛(61)에 의해 출력 토크에 대응하도록 무효 전류 지령 값을 설정함으로써, 제1실시형태에 유사하게 구동점 c 에 대응하는 부하각보다도 작은 부하각(적절한 부하각)에서의 구동점을 설정할 수 있다.

그러므로, 인버터 제어기(5A)의 구동점을, 예상되는 부하 변동의 진폭에 상응해서 변화시킴으로써, 급격하고 또한 대폭적인 부하 변동에도 불구하고 안정적으로 구동할 수 있는 모터 제어 장치를 달성할 수 있다. 무효 전류 지령 값은 모터의 구동 중에 변경될 수 있다. 세탁기에서, 직물이 타원형으로 위치되는 것을 방지하기 위해, 회전 속도를 변경할 수도 있다. 회전 속도가 변경됨에 따라 부하 변동도 변경되므로, 무효 전류 지령 값은 부하 변동의 변경에 따라 변경되어야 한다. 또한 본 발명을 이러한 경우에도 적용할 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 무효 전류 지령 값을 이용해서 구동점을 설정할 수 있으므로, 부하각 δ를 직접 검출할 필요가 없다. 부하각 δ를 검출하기 위해서는, 모터 파라미터를 이용해서 연산을 실행할 필요가 있다. 그러나, 본 실시형태에서는, 모터 파라미터를 이용하지 않고 검출할 수 있는 무효 전류를 이용하여 간접적으로 부하각 δ를 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상이한 모터 파라미터를 갖는 모터 제어 장치에 적용할 수 있으며, 또한 쉽게 조정할 수 있는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다. 처리되어야 할 데이터량이 적으므로, 저렴한 마이크로컴퓨터를 이용한 모터 제어 장치를 실현할 수 있다.

(제3실시형태)

도 14는 본 발명의 제3실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도이다. 도면에 있어서, 모터 제어 장치는, 제2실시형태의 무효 전류 지령 유닛(61)에 대신하여 위상차 φ 지령 유닛(62)을 구비하고 있다. 그 밖의 구성은 상기 제2실시형태의 그것과 동일하다. 위상차 φ는, 인가 전압 지령 값 Va와 모터 전류 Is 사이의 위상차이다. 위상차 φ는 다음의 공식에서 결정된다.

도 15는, 모터 회전 속도 및 인가 전압을 일정하게 했을 때의, 위상차 φ 지령 값과 출력 토크간의 관계를 나타내는 도면이다. 도 15에서, 구동점 a, b, c, d는 도 3에 나타낸 구동점에 대응한다. 이 도면으로부터, 위상차 φ 지령 값을 이용해서 구동점을 설정할 수 있는 것을 알 수 있다.

즉, 위상차 φ 지령 유닛(62)에 의해 출력 토크량에 대응하도록 위상차 φ 지령 값을 설정함으로써, 제1실시형태에서 설명한 최대 효율을 부여하는 구동점 c에 대응하는 부하각보다도 작은 부하각(적절한 부하각)에 구동점을 설정할 수 있다.

그러므로, 인버터 제어기(5B)의 구동점을 부하 변동의 진폭에 상응하게 변화시킴으로써, 급격하고 또한 대폭적인 부하 변동에도 불구하고 안정적으로 구동할 수 있는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다. 본 실시형태에서, 제2실시형태에서 설명한 바와 같이, 위상차 φ가 모터의 구동 중에 변경될 수 있으므로, 모터의 구동 중에 부하 변동이 변경될지라도, 안정적으로 운전할 수 있는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서, 위상차 φ 지령 값을 이용해서 구동점을 설정할 수 있으므로, 부하각 δ를 직접 검출할 필요가 없다. 공식 (1) 내지 공식(3)으로부터 위상차 φ를 검출하기 위해 모터 파라미터를 이용하지 않는 것을 알 수 있다. 본 실시형태에 따르면, 부하각 δ는 모터 파라미터를 이용하지 않고 간접적으로 검출될 수 있다. 그러므로, 본 실시형태는 상이한 모터 파라미터를 갖는 모터에 직접 적용되는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다.

한편, 각도로써 나타내는 위상차 φ는 역률각이기 때문에, 위상차 φ를 제어하는 것으로, 모터의 역률, 즉, 직접 설정될 유효 전력 및 무효 전력의 분배 비율을 야기하게 된다. 그러므로, 모터의 구동 상태를 쉽게 설정할 수 있는 효과가 있다.

(제4실시형태)

도 16은 본 발명의 바람직한 제4실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도이다. 도면에서, 모터 제어 장치는, 제2실시형태의 무효 전류 지령 유닛(61)을 대신하여 위상차 α 지령 유닛(63)을 구비하고 있다. 그 밖의 구성은 상기 제2실시형태의 그것과 동일하다. 위상차 α는, 인가 전압 지령 값 Va와 유도 전압 VO 사이의 위상차이다. 위상차 α는 다음의 공식에서 결정된다.

도 17은 모터 회전 속도 및 인가 전압을 일정하게 했을 때의, 위상차 α 지령 값과 출력 토크간의 관계를 나타내는 도면이다. 도 17에서, 구동점 a, b, c, d는 도 3에 나타내는 구동점에 대응한다. 이 도면으로부터, 위상차 α 지령 값을 이용해서 구동점을 설정할 수 있는 것을 알 수 있다.

즉, 위상차 α 지령 유닛(63)에 의해 출력 토크량에 대응하도록 위상차 α 지령 값을 설정함으로써, 제1실시형태에서 설명한 최대 효율을 부여하는 구동점 c에 대응하는 부하각보다도 작은 부하각(적절한 부하각)에서 구동점을 설정할 수 있다.

그러므로, 인버터 제어기(5C)의 구동점을 부하 변동의 진폭에 상응하게 변화시킴으로써, 급격하고 또한 대폭적인 부하 변동에도 불구하고 안정적으로 구동할 수 있는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다. 본 실시형태에서, 제2실시형태에서 설명한 바와 같이, 위상차 α가 모터의 구동 중에 변경될 수 있으므로, 모터의 구동 중에 부하 변동이 변경될지라도, 안정적으로 운전할 수 있는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다.

본 실시형태에 있어서도, 위상차 α 지령 값을 이용해서 구동점을 설정할 수 있으므로, 부하각 δ를 직접 검출할 필요가 없다. 본 실시형태에 따르면, 공식 (4)에 나타낸 바와 같이, 모터 권선의 저항 R을 이용해서 위상차 α를 검출할 수 있으므로, 더 적은 모터 파라미터를 갖는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다. 그러므로, 쉽게 조정될 수 있는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다.

모터의 기동 시에 회전 주파수가 안정되어 있지 않기 때문에, 로터의 자석에 의해 발생되는 유도 전압 ωφ(도 2(a) 참조)는 크게 변동한다. 그러므로, 유도 전압 VO는 크기와 방향의 양쪽이 크게 변동하고, 모터 전류 Is도 광범위하게 변화된다. 그 결과, 모터의 기동 시는, 인가 전압 지령 값 Va와 모터 전류 Is 사이의 위상차 φ가 크게 변동하고, 위상차 φ의 검출 값이 변동하여, 제어하기가 어렵다. 이것에 대조해서, 이러한 경우에, 위상차 α는 단지 약간 변경되며, 모터 기동 시에 위상차 α의 검출 값은 변동되지 않는다. 그러므로, 본 실시형태에서와 같이 위상차 α를 이용하면, 안정된 피드백 제어를 실행할 수 있고, 모터 기동 시부터의 모터 제어가 용이하게 된다고 하는 이점을 얻게 된다.

위상차 α의 검출에는 단지 모터의 배선 저항 R만을 필요로 하고, 부하에 따라 크게 변동하는 인덕턴스 값을 필요로 하지 않는다. 그러므로, 부하에 의한 보정이 불필요하게 되어서, 염가의 모터 제어 장치를 실현할 수 있다.

(제5실시형태)

도 18는 본 발명의 제5실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도이다. 도면에서, 모터 제어 장치는, 제2실시형태의 무효 전류 지령 유닛(61)에 대신하여 위상차 β 지령 유닛(64)을 구비하고 있다. 그 밖의 구성은 상기 제2실시형태의 그것과 동일하다. 위상차 β는, 도 2(a)에 나타낸 로터 축으로서의 q-축과 모터 전류 Is 사이의 위상차이다. 상기 위상차 β는 다음의 공식에서 결정된다.

도 19는 모터 회전 속도 및 인가 전압을 일정하게 했을 때의, 위상차 β 지령 값과 출력 토크간의 관계를 나타내는 도면이다. 도 19의 구동점 a, b, c, d는 도 3에 나타내는 구동점에 대응하고 있다. 이 도면으로부터, 위상차 β 지령 값을 이용해서 구동점을 설정할 수 있는 것을 알 수 있다.

즉, 위상차 β 지령 유닛(64)에 의해 출력 토크의 크기에 대응하도록 위상차β 지령 값을 설정함으로써, 제1실시형태에서 설명한 구동점 c보다도 작은 부하각 δ에서 구동점을 설정할 수 있다.

그러므로, 인버터 제어기(5D)의 구동점을 부하 변동의 진폭에 상응하게 변화시킴으로써, 급격하고 또한 대폭적인 부하 변동에도 불구하고 안정적으로 구동할 수 있는 모터 제어 장치를 실현할 수 있다. 본 실시형태에서, 제2실시형태에서 설명한 바와 같이, 위상차 β가 모터의 구동 중에 변경될 수 있으므로, 모터의 구동 중에 부하 변동이 변화될지라도, 안정적으로 운전할 수 있는 모터 제어 장치를 제공할 수 있다.

(제6실시형태)

제1실시형태에서는 부하량을 모터 구동 기동 시에 검출하였지만, 본 실시형태에서는, 모터의 구동 중에 있어서도 검출된다. 그 밖의 구성은 상기 제1실시형태의 그것과 동일하다.

본 실시형태에 있어서의 모터 구동 중의 부하량 검출 방법을 도 20의 흐름도를 참조하여 이하에서 설명한다. 본 발명은 특히 부하량이 모터의 구동 중에 어떻게 변화되는지 모르는 경우에 효과적이다.

부하량 검출 유닛(7A)은 모터 구동을 개시한 후에 소정의 시간이 경과된 후, 다시 부하를 검출한다. 처음에는, 설정 유닛(6E)에 의해 현재의 지령 값을 고정 값으로서 설정한다(단계 S200). 이어서, 주파수 설정 유닛(60)은 현재의 주파수 설정을 고정 값으로서 설정한다(단계 S201). 모터 전류 검출기(4)의 검출 신호에 근거해서 얻어진 유효 전류의 변동(변화량)을 소정의 값과 비교한다(단계 S202). 변동이 소정의 값 이하일 경우는, 부하량이 변동하지 않았다고 판정하고, 부하 검출을 종료한다. 또 다른 한편, 변동이 소정의 값 이상일 경우는, 설정 유닛(6E)이 검출된 변동에 근거해서 지령 값을 재설정하고(단계 S203), 처리를 종료한다. 소정의 값은 실험에 의해 구할 수도 있다.

이상의 동작에서, 모터 구동의 개시 후에 부하량이 변경되었을 경우, 부하량에 따라 설정 값을 재설정할 수 있고, 부하 변동으로 인한 탈조 현상의 발생을 미연에 방지할 수 있으며, 안정적으로 모터를 구동할 수 있는 세탁기를 실현할 수 있다.

(제7실시형태)

도 21은 본 발명의 제7실시형태에 있어서의 모터 제어 장치의 블록도이다. 도면에 있어서, 인버터 제어기(51)는, 설정 유닛(61), 처리 유닛(8), 및 이상 상태 검출 유닛(9)을 포함한다. 그 밖의 구성은 제1실시형태의 그것과 동일하다.

이상 상태 검출 유닛(9)은, 모터 전류 검출기(4)로부터의 신호에 근거해서 모터의 운전 상태의 이상을 검출한다. 이것은, 검출한 모터 전류로부터 유효 전류 성분을 연산하는 유효 전류 연산 유닛(93)과, 유효 전류 연산 유닛(93)으로부터의 출력(유효 전류)의 이전 사이클로부터의 변화량을 연산하는 변동 연산 유닛(92), 및 유효 전류의 변화량으로부터 부하 이상을 판정하는 이상 상태 판정 유닛(91)을 포함한다.

인버터 제어기(51)의 이상 검출 동작에 대해서 도 22의 흐름도를 참조해서 설명한다.

이상 상태 검출 유닛(9)은 모터 구동을 개시한 후의 소정의 시간이 경과한 후, 이상을 검출한다. 처음에, 모터 전류 검출기(4)로부터의 검출 신호에 근거해서 유효 전류의 변화량을 소정의 값에 비교하여, 변화량이 소정의 값 이하이거나 또는 동일한 것인가 또는 아닌가의 여부를 판정한다(단계 S301). 소정의 값은 실험적으로 결정할 수도 있다. 변화량이 소정의 값보다 적은 경우, 부하는 이상이 아니라고 판정하고(단계 S302), 이상 검출을 종료한다.

또 다른 한편, 변화량이 소정의 값보다 크다면, 부하가 이상이라고 판정하고, 모터의 구동을 정지하도록 설정 유닛(6E)이 설정 값을 설정한다(단계 S303). 그 후, 지령 값이 적절한 값으로 재설정된다(단계 S304). 지령 값의 재설정에 대해서는, 예를 들면, 이하에 나타내는 처리 중 적어도 1개가 실행된다.

1) 회전 속도 지령 값을 고정한다(즉, 일정한 회전 속도로 유지).

2) 회전 속도 지령 값을 감소시킨다(즉, 감속).

3) 모터의 구동점이 도 3의 구동점 c보다도 작은 쪽에 위치하도록, 지령 값(무효 전류 지령, 위상차 φ 지령, 위상차 α 지령, 또는 위상차 β 지령)을 설정한다.

설정 값을 재설정한 후, 모터를 재기동하고, 이상 검출을 종료한다.

이상 상태 검출 유닛(9)은, 유효 전류의 변화량을 검출하는 대신에, 위상차 φ, 위상차 α, 위상차 β의 어느 하나의 변화량을 검출할 수도 있다(나타내지 않음).

이상의 동작에 의해, 모터 구동 개시 후에 탈조와 같은 부하 이상이 발생하면, 위치 센서를 이용하지 않고도 상기 이상을 검출할 수 있다. 이상이 추가로 검출되면, 부하 변동에 따라 설정 값을 재설정할 수 있고, 탈조 현상의 개시 후에 운전을 재개할 수 있으므로, 예상하지 못한 부하 변동의 사건일지라도 모터 구동을 가능하게 하는 모터 제어 장치를 실현할 수 있다. 본 실시형태는, 탈조나 부하의 이상을 검출했을 때에, 일단 모터를 정지시키고, 다시 부하량을 판정함으로써 모터를 재구동한다는 점에서 제6실시형태와 상이하다.

(제8실시형태)

도 23은 상기의 바람직한 실시형태의 어느 하나의 모터 제어 장치를 이용하는 드럼식 세탁기의 단면 구조를 나타낸다. 드럼식 세탁기는, 세척수가 충전되는 드럼 형상의 고정 탱크(801)를 포함하는 외부 하우징(800)을 구비하고 있다. 드럼 형상 회전 탱크(803)는 고정 탱크(801) 내에 설치되어 있다. 드럼 형상 회전 탱크(803)는 구동 모터(3)에 연결되어 있다. 드럼 형상 회전 탱크(803)는 구동 모터(3)에 의해 회전축을 중심으로 회전되며, 내부에 투입된 세탁물을 세척할 수 있다. 구동 모터(3)는 모터 제어 장치(100)에 의해 구동된다. 모터 제어 장치(100)는 상기의 바람직한 실시형태의 어느 하나의 모터 제어 장치이다.

본 실시형태의 세탁기에서는, 상기 모터가 상기 모터 제어 장치에 의해서 구동되므로, 급격하고 대폭적인 부하 변동에 대하여 안정된 운전을 실현할 수 있다. 세탁-건조기는 드럼식에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 세탁물을 넣고 꺼내는 개구를 세탁기 상부에 구비하고, 회전 탱크(803)의 회전축이 수직 방향으로 구성된 수직식도 포함하는 것에 주목하여야 한다. 또한 본 발명의 모터 제어 장치는 건조기능을 갖거나 또는 드럼식 건조기를 갖춘 세탁기에 적용할 수 있다.

본 발명의 모터 제어 장치는, 위치 센서를 이용하지 않고 모터를 제어하는 장치이며, 급격하고 대폭적인 부하 변동에 대하여 안정된 모터 제어를 실현하기 때문에, 운전 중에 대폭적인 부하 변동을 수반하는 모터 제어 장치와, 세탁기 및 건조기와 같은 전기 기기에 이용할 수 있다. 본 발명을 특정 실시형태와 연관하여 설명하였으나, 당업자에게는 많은 다른 변형, 변경 및 적용이 명백하다. 그러므로, 본 발명은 여기에 제공된 명세에만 한정되는 것이 아니고 첨부된 청구 내용의 범주에 대해 한정된다. 본 명세서는, 참고로 여기에 전체로서 결합하여 설명한, 2003년 7월 23일에 출원된 일본국 특원 제2003-278333호에 수용된 주제와 관련된다.

Claims

모터 제어 장치는,

모터에 구동 전력을 공급하는 인버터 회로와,

상기 모터에 흐르는 전류를 검출하는 모터 전류 검출기, 및

상기 모터 전류 검출기의 출력에 근거하여 상기 인버터 회로를 제어하는 인버터 제어기를 구비하고,

또한 상기 인버터 제어기는,

모터의 운전 상태를 제어하기 위한 각종 지령 값을 설정하는 설정 유닛, 및

상기 설정 유닛의 설정에 따르는 운전 상태가 되도록 상기 인버터 회로를 제어하는 처리 유닛을 포함하고,

또한 상기 설정 유닛은, 로터 축과 모터 인가 전압 사이의 각도인 부하각(負荷角)이 상기 부하각보다 작은 쪽에 위치하도록 지령 값을 설정하여서, 부하각 및 출력 토크의 특성에 있어서 최대 출력 토크를 제공하는, 모터 제어 장치.
제1항에 있어서, 인버터 제어기는, 모터의 부하량을 검출하는 부하량 검출 유닛을 추가로 포함하며, 상기 부하량 검출 유닛은, 유효 전류와, 인가 전압과 모터 전류 사이의 위상차 φ와, 모터 인가 전압과 모터 유도 전압 사이의 위상차 α, 및 로터 축인 q-축과 모터 전류 사이의 위상차 β 중의 어느 하나를 검출함으로써 부하량을 검출하고, 설정 유닛은, 상기 부하량 검출 유닛으로부터 얻은 부하량에근거하여 모터의 운전 상태를 설정하는, 모터 제어 장치.
제2항에 있어서, 부하량 검출 유닛은, 적어도 모터 구동 개시 또는 모터 구동 중 어느 것의 부하량을 검출하는, 모터 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 설정 유닛은, 모터 전류의 무효 전류 성분을 지령하는 지령, 인가 전압과 모터 전류 사이의 위상차 φ를 지령하는 지령, 인가 전압과 모터 유도 전압 사이의 위상차 α를 지령하는 지령, 또는 로터 축인 q-축과 모터 전류 사이의 위상차 β를 지령하는 지령에 따라 부하각을 제어하는 모터 제어 장치.
제1항에 있어서, 인버터 제어기는, 모터 전류의 변화량에 근거하여 모터의 이상(異常)을 검출하는 이상 상태 검출 유닛을 추가로 포함하고,

설정 유닛은, 모터의 이상을 검출하는 경우 소정의 처리를 위한 설정을 부여하는, 모터 제어 장치.
제5항에 있어서, 설정 유닛은, 이상 상태 검출 유닛에 의해 이상이 검출되는 경우 모터 운전을 일단 정지하고, 운전 상태를 재설정한 후에 모터 운전을 재개하도록 설정을 부여하는, 모터 제어 장치.
모터 제어 장치는,

모터에 구동 전력을 공급하는 인버터 회로와,

상기 모터에 흐르는 전류를 검출하는 모터 전류 검출기, 및

상기 모터 전류 검출 유닛의 출력에 근거하여 상기 인버터 회로를 제어하는 인버터 제어기를 구비하고,

또한 상기 인버터 제어기는, 부하량을 검출하는 부하량 검출 유닛을 포함하며,

상기 부하량 검출 유닛은,

모터 전류의 유효 전류 성분을 판정하여, 이전 사이클에서 얻은 모터 전류의 유효 전류 성분으로부터 변화량을 산출하고,

상기 변화량을 소정의 값과 비교하여, 소정의 값보다 상기 변화량이 적은 경우에 모터 전류의 유효 전류 성분의 변화량이 소정의 값을 초과할 때까지 모터 전류의 무효 전류 성분을 서서히 증가시키거나, 또는 상기 변화량이 소정의 값 이상인 경우, 이번에는 모터 전류의 무효 전류 성분에 근거하여 부하량을 판정하는, 모터 제어 장치.
모터, 및 상기 모터를 구동하는 제1항에 따른 모터 제어 장치를 구비하는 세탁기.
모터, 및 상기 모터를 구동하는 제1항에 따른 모터 제어 장치를 구비하는 건조기.
모터, 및 상기 모터를 구동하는 제7항에 따른 모터 제어 장치를 구비하는 세탁기.
모터, 및 상기 모터를 구동하는 제7항에 따른 모터 제어 장치를 구비하는 건조기.