JP2003024686A - 洗濯機のモータ駆動装置 - Google Patents
洗濯機のモータ駆動装置Info
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- JP2003024686A JP2003024686A JP2001219388A JP2001219388A JP2003024686A JP 2003024686 A JP2003024686 A JP 2003024686A JP 2001219388 A JP2001219388 A JP 2001219388A JP 2001219388 A JP2001219388 A JP 2001219388A JP 2003024686 A JP2003024686 A JP 2003024686A
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Abstract
機のモータ駆動装置において、モータのトルク−回転数
特性を変えることで定トルク制御ができるようにし、高
速回転時のトルクアップ、あるいは、低速回転時の効率
改善を可能とし、モータを小型化するとともに省エネル
ギーを実現する。 【解決手段】 交流電源1に接続した整流回路2の直流
電力をインバータ回路3により交流電力に変換してモー
タ4に加え、モータ4により攪拌翼あるいは洗濯兼脱水
槽を駆動する。ロータ位置検出手段4aによりモータ4
のロータ位置を検出し、電流検出手段5によりモータ電
流を検出し、制御手段6によりインバータ回路3を制御
する。制御手段6は、モータ電流を磁束に対応した電流
成分とトルクに対応した電流成分に分解し、モータ4の
制御行程に応じて磁束に対応した電流成分とトルクに対
応した電流成分をそれぞれ制御する。
Description
よりモータを駆動する洗濯機のモータ駆動装置に関する
ものである。
によりベクトル制御してモータ性能を向上させるものが
提案されている。
0088号公報に示すように構成していた。すなわち、
3相誘導電動機により洗濯槽の下部の撹拌翼、あるいは
脱水槽を駆動し、モータ電流を検出してトルク電流成分
と励磁電流成分をそれぞれ独立にベクトル制御してイン
バータ回路により駆動するようにし、3相誘導電動機の
低速回転時におけるトルクを増加させて直流ブラシレス
モータとほぼ同じトルク特性で運転させていた。
来の構成では、3相誘導電動機の低速回転時におけるト
ルクの改善は可能であるが、モータ効率の改善は困難で
あり、かつ、3相誘導電動機は効率が悪いため大電流が
流れてモータ騒音が大きくなる欠点があった。
モータのトルク−回転数特性を変えることで定トルク制
御ができるようにし、高速回転時のトルクアップ、ある
いは、低速回転時の効率改善を可能とし、モータを小型
化するとともに省エネルギーを実現することを目的とし
ている。
するために、交流電源に接続した整流回路の直流電力を
インバータ回路により交流電力に変換してモータに加
え、モータにより撹拌翼あるいは洗濯兼脱水槽を駆動
し、ロータ位置検出手段によりモータのロータ位置を検
出し、電流検出手段によりモータ電流を検出し、制御手
段によりインバータ回路を制御するよう構成し、制御手
段は、モータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに
対応した電流成分に分解し、モータの制御行程に応じて
磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分を
それぞれ制御するようにしたものである。
を変えることができ、定トルク制御が可能となり、高速
回転時のトルクアップ、あるいは、低速回転時の効率改
善が可能となるので、モータを小型化できるとともに省
エネルギーを実現することができる。
は、交流電源と、前記交流電源に接続した整流回路と、
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撹拌翼あ
るいは洗濯兼脱水槽を駆動するモータと、前記モータの
ロータ位置を検出するロータ位置検出手段と、前記モー
タの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
モータ電流を磁束に対応した電流成分とトルクに対応し
た電流成分に分解し、前記モータの制御行程に応じて前
記磁束に対応した電流成分と前記トルクに対応した電流
成分をそれぞれ制御するようにしたものであり、直流ブ
ラシレスモータのモータ電流を検出して、磁束に対応し
た電流成分とトルクに対応した電流成分に分解してベク
トル制御することで、低速回転ではトルクに対応した電
流成分を主として制御して最大効率で制御し、高速回転
では磁束に対応した電流成分を負の方向に増加させて弱
め界磁制御を行うことにより電流を大きくして最大トル
ク制御を行うことで、モータのトルク−回転数特性を変
えることができ、定トルク制御が可能となり、高速回転
時のトルクアップ、あるいは、低速回転時の効率改善が
可能となるので、モータを小型化できるとともに省エネ
ルギーを実現することができる。
記載の発明において、制御手段は、モータの回転数に応
じて磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成
分をそれぞれ制御するようにしたものであり、モータの
トルク−回転数特性を変えることができる。
記載の発明において、制御手段は、モータの高速回転時
に、磁束に対応した電流成分を負の方向に増加させるよ
うにしたものであり、モータの高速回転時のトルクアッ
プが可能となり、正確な弱め界磁制御ができる。
記載の発明において、制御手段は、モータの低速回転時
に、磁束に対応した電流成分をほぼ零となるようにした
ものであり、モータ低速回転時において最大効率運転が
可能となる。
記載の発明において、制御手段は、洗濯兼脱水槽を駆動
する脱水行程のモータ高速回転時において磁束に対応し
た電流成分を負の方向に増加させるようにしたものであ
り、弱め界磁制御によるモータ高速回転時のトルクアッ
プが可能となり、脱水運転時に高速回転まで制御できる
ので、脱水回転数を上げて脱水率を大きくすることがて
きる。
記載の発明において、制御手段は、撹拌翼を駆動する洗
濯行程のモータ高速回転時において磁束に対応した電流
成分を負の方向に増加させるようにしたものであり、弱
め界磁制御によるモータ高速回転時のトルクアップが可
能となり、撹拌運転時に高速回転まで制御できるので、
水流を強くして洗浄性能を高めることができる。
記載の発明において、洗濯脱水槽内の衣類の布量を検知
する布量検知手段を備え、制御手段は、前記布量検知手
段により検知した布量に応じて、磁束に対応した電流成
分とトルクに対応した電流成分をそれぞれ制御するよう
にしたものであり、布量に応じた弱め界磁制御によるモ
ータ高速回転時のトルクアップが可能となり、布量が多
い場合でも高速回転まで制御でき、洗浄性能を向上さ
せ、さらに、脱水運転時の脱水率を向上することができ
る。
記載の発明において、制御手段は、モータ回転起動時に
モータ回転を制御する起動制御手段を備え、回転起動時
にはモータ印加電圧を直接制御し、その後、磁束に対応
した電流成分とトルクに対応した電流成分をそれぞれ制
御するようにしたものであり、起動時の電流を低くして
起動トルクを抑えるソフトスタートが容易となり、その
後の電流フィードバック制御への移行を滑らかにして回
転数の異常上昇を抑えることができる。
記載の発明において、制御手段は、モータ回転起動時に
モータ回転を制御する起動制御手段を備え、回転起動時
にはモータ印加電圧を直接制御し、その後、回転数に応
じて磁束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成
分をそれぞれ制御するようにしたものであり、電流フィ
ードバック制御への移行を滑らかにして回転数の異常上
昇を抑えるだけではなく、電流検出手段に低価格の交流
電流トランスを使用することができるので、高性能低価
格のモータ駆動装置を実現できる。
しながら説明する。
1は、整流回路2に交流電力を加え、整流回路2は整流
器20とコンデンサ21により直流電力に変換し、直流
電圧をインバータ回路3に加える。
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。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)を駆動する。
成し、回転子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I
Cにより構成し、電気角60度ごとの位置信号を検出す
る。電流検出手段5は、モータ4の相電流Iu、Iv、
Iwを検出するもので、通常は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を用いる。しかし、後
述するように、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相の電流を求め、キルヒホ
ッフの法則(Iu+Iv+Iw=0)より残りの1相を
求める方法が一般的である。
るもので、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、RA
M)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とトルクに対応した電流成分I
qに分解する3相/2相dq変換手段61と、ロータ回
転数を検知する回転数検知手段62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に必要な正弦波
データ(sin、cosデータ)を格納する記憶手段6
3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、v
wに変換する2相/3相dq逆変換手段64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65より構成される。
じてモータ4の起動、回転停止、および制動等を制御す
る行程制御手段66と、回転数検知手段62の出力信号
に応じてモータ5の回転数を制御する回転数制御手段6
7と、行程制御手段66と回転数制御手段67からのd
軸(direct−axis)電流設定信号Ids、q
軸(quadrature−axis)電流設定信号I
qsと、3相/2相dq変換手段61より演算した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
算するモータ電流制御手段68と、布量検知手段69と
より構成される。
qs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軸電流を増加させるとq軸
電流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。
検出手段4aの出力信号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。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、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とモータ誘起電
圧Ecの位相を同じにすると最大効率が得られる。モー
タ誘起電圧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。
相巻線誘起電圧Ecよりわすがに進んで、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65内で生成される鋸歯状
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PW
M信号uをPWM制御手段65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。
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、d
q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。
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
と呼ばれる。また、d軸電流とq軸電流に分解してそれ
ぞれ独立に制御するのでベクトル制御と呼ばれる。
流Iu、Iv、Iwを(数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。
osθ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、後ほどフローチャートに従い詳細な説明
を行う。
段4aの出力基準信号H1よりモータ回転数を検知し、
回転数信号を行程制御手段66、回転数制御手段67、
および布量検知手段69に加える。行程制御手段66
は、モータ3の起動制御と回転数の設定、および回転数
に応じたd軸電流の設定を行い、回転数制御手段67に
回転数設定信号Nsを加え、モータ電流制御手段68に
d軸設定信号Idsを加える。
転数設定信号Nsを比較する回転数比較手段67aと、
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軸電流設定値Iqsを制
御するトルク電流設定手段67bより構成し、モータ4
のトルクに対応したq軸電流Iqが設定値Iqsとなる
ように制御する。
q変換手段61の出力信号Iq、Idと設定信号Iq
s、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軸電流とd軸電流をそれぞ
れ制御する電圧信号Vq、Vdを生成する。
号Vq、Vdより3相モータ駆動制御電圧vu、vv、
vwを(数2)より演算するもので、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PWM制御手段に加える。記
憶手段63に記憶したsinθ、cosθの積和演算の
方法は、3相/2相dq変換手段61の演算とほぼ同じ
である。
は、本発明による洗い行程のフローチャートで、ステッ
プ100より洗い行程が開始し、ステップ101にて洗
い行程の各種初期設定を行い、つぎにステップ102に
進んで洗濯兼脱水槽内の布量検知を行う。布量検知の方
法は、通常、モータ4により撹拌翼を駆動してモータ4
の回転数の立ち上がり速度、あるいは、モータ4駆動停
止後のモータ4の惰性回転数を検知することにより布量
を検知する。
じた水位、水流等を設定し、ステップ104に進んで給
水弁(図示せず)を駆動し、つぎにステップ105に進
んで洗濯兼脱水槽内の水位が設定水位に達したかどうか
判定する。設定水位に達するとステップ106に進んで
給水弁をオフし、達しなければ給水弁をオンしつづけ
る。
ップ107にて正転か反転かのフラグを判定し、正転な
らばステップ108に進んでモータ正転駆動を行い、反
転ならば、ステップ109に進んでモータ反転駆動を行
う。モータ駆動の詳細フローチャートについては図6の
モータ駆動サブルーチンで説明する。
間撹拌翼を回転させた後、ステップ110に進んで正反
転フラグを制御し、つぎにステップ111に進んで所定
時間モータ4を停止させた後、ステップ112に進んで
洗い行程が終了したかどうか判定し、洗い行程終了なら
ば次行程に進み、終了しなければステップ107に戻
る。
ップ120より脱水行程が開始し、ステップ121は脱
水行程の最大設定回転数Nsmax、あるいは、脱水回転
数の立ち上げ速度等の各種初期設定を行い、つぎにステ
ップ122に進んで回転数設定を行い、時間とともに設
定回転数を高くする制御を行う。
示すモータ駆動サブルーチンを実行し、ステップ124
にてモータ4の設定回転数Nsが最大値Nsmaxに達し
たかどうか判定し、最大設定値Nsmaxに達するとステ
ップ125に進んでモータ回転数Nが最大設定値Nsma
xとほぼ等しくなっているかどうか判定し、回転数Nが
所定回転数以内に達しなければ、ステップ126に進ん
でd軸電流設定値Idsを負の方向に増加させステップ
127に進み、モータ回転数Nと最大設定値Nsmaxが
ほぼ等しければステップ126を実行せずにステップ1
27へジャンプする。
終了ならばステップ128に進んで制動行程を行う。制
動行程128は、モータ駆動サブルーチンの中でトルク
指令を負にするだけでよい。すなわち、q軸電流を負に
設定すればモータ4はブレーキ運転になる。ただし、適
当なd軸電流を設定しないと発電エネルギーが直流電源
側に回生して高電圧直流電圧が発生し、整流回路2とイ
ンバータ回路3のパワー半導体を破壊する。
ャートで、ステップ200よりモータ駆動サブルーチン
が開始する。ステップ201はサブルーチン実行の最初
に実行する初期設定で、メインルーチンからのパラメー
タの受け渡しと各種設定を実行し、つぎにステップ20
2に進んで回転起動制御を行う。ステップ201、20
2は最初に一回だけ実行する。
できない起動時に、所定のモータ印加電圧に設定して1
20度通電するものであり、低いモータ印加電圧から高
い電圧まで時間経過とともに電圧を上昇させるソフトス
タートを行う。
信号割込の有無を判定する。キャリヤ信号割込とは、P
WM制御手段65のキャリヤカウンタがオーバーフロー
すると割込信号ckを発生させるもので、割込信号ck
が発生するとステップ204に進んでキャリヤ信号割込
サブルーチンを実行する。
の詳細フローチャートを示し、ステップ300よりサブ
ルーチンが開始し、ステップ301にて割込信号ckを
カウントする。つぎにステップ302に進んでロータ位
置電気角θを演算する。ロータ位置信号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度毎の電気角φを加
えることで推定する。
6kHz、回転数を900r/m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。
流Iu、Ivを検出する。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304に進んで再度
検出し、ステップ305にて平均値を求めてノイズを除
去し、Iw=−(Iu+Iv)よりモータ電流Iwを演
算する。
とモータ電流より、(数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。つぎにステップ307に進んでId、Iqをメ
モリし、別途回転数制御データとして用いる。
電圧Vd、q軸制御電圧Vqを呼び出し、ステップ30
9に進んで数式2に従い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306と同じように記憶手段63の電気角
に対応したsinθ、cosθデータを用い、積和演算
を高速で行う。つぎに、ステップ310に進んで3相制
御電圧vu、vv、vwに対応したPWM制御を行い、
ステップ310に進んでサブルーチンをリターンする。
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すると
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。
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%にした時、出力電圧は最低となり
変調度Amは0%と呼ぶ。
チンを実行した後、ステップ205に進み、位置信号割
込の有無を判定する。位置信号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2
06に進んで図8に示した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。
チンが開始し、ステップ401に進んで位置信号H1、
H2、H3を入力し、つぎにステップ402に進んで位
置信号よりロータ電気角θcを検出する。つぎに、ステ
ップ403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404に進んでカウント値kをクリヤし、ステップ4
05に進み、電気角60度間のキャリヤカウンタカウン
ト値kcより1キャリヤの電気角Δθを演算する。
信号H1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407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としてメモリーし、ステ
ップ408に進んでタイマーTをクリヤし、ステップ4
09に進んでモータ回転数Nを演算する。つぎに、ステ
ップ410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411に進んでサブルーチンをリタ
ーンする。
it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。
206を実行した後、ステップ207に進み回転数制御
サブルーチンを実行する。回転数制御サブルーチンの詳
細は図9に示す。
制御サブルーチンが開始し、ステップ501にてモータ
回転数Nを呼び出し、ステップ502に進んで回転数に
応じたd軸電流設定値Idsを設定する。モータ回転数
とd軸電流−Idsとの関係は、図10に示す関係で制
御するもので、回転数が低い場合にはd軸電流設定値−
Idsは零に設定し、所定回転数以上で回転数に応じて
負の方向にIdsを増加させる。
設定回転数でもよいが、設定回転数Nsに応じてd軸電
流設定値Ids負の方向にを増加させる方が制御安定性
がよい。つまり、検知回転数に応じて−Idsを増加さ
せると、回転数が増加するに従い−Idsが増加し、−
Idsが増加すると回転数が増加するので負荷が軽い場
合には回転数制御できなくなる恐れがある。
相dq変換手段61より求めたd軸電流Idを呼び出
し、ステップ504にてIdとIdsの大小比較判定を
行い、d軸電流Idが設定値Idsよりも大きければス
テップ505に進んでd軸制御電圧Vdを減らし、d軸
電流Idが設定値Idsよりも小さければステップ50
6に進んでd軸制御電圧Vdを増やす。
相dq変換手段61より求めたq軸電流Iqを呼び出
し、ステップ508にてIqとIqsの大小比較判定を
行い、q軸電流Iqが設定値Iqsよりも大きければス
テップ509に進んでq軸制御電圧Vqを減らし、q軸
電流Iqが設定値Iqsよりも小さければステップ51
0に進んでq軸制御電圧Vqを増やす。つぎに、ステッ
プ511に進んで演算されたd軸制御電圧Vd、q軸制
御電圧Vqをそれぞれメモリし、ステップ512に進ん
でサブルーチンをリターンする。
リヤ信号ごとに変換するので、トルクリップルも含めて
変動が大きい。変換したd軸電流Id、q軸電流Iqと
設定値Ids、Iqsをキャリヤ毎に比較判断制御する
と変動要素が大きく制御が安定しないので、平均化する
などの積分要素を加える必要がある。
示すようにキャリヤ信号割込サブルーチン、あるいは、
位置信号割込サブルーチンの中で実行せず、モータ駆動
制御の中で独立に実行させる。ただし、回転制御の応答
速度を速めるために、位置信号割込サブルーチンの中で
行う方法も考えられるが、回転数が低い場合には逆に応
答が遅くなる欠点がある。
d軸電流設定値−Idsを増加させると、高速回転時に
おいて弱め界磁制御となり、モータ電流を増加させてト
ルクを増加させることができる。特に、脱水高速回転時
にd軸電流設定値−Idsを増加させると脱水回転数を
高く設定することができ、脱水率を高くすることができ
る。
高く設定する場合には、d軸電流設定値−Idsを増加
させると、高回転数においてトルクを増加させることが
でき、布量が多い場合でもトルクを大きくすることがで
き、洗浄率を高くすることができる。
電流設定値Idsをほぼ零に設定して制御するので最大
効率で運転でき、高回転領域でd軸電流設定値−Ids
を大きくして高トルク運転するので、脱水運転、あるい
は、洗い運転においてモータ効率を上昇することができ
る。
るd軸電流設定値−Idsを変える場合を示し、曲線A
は布量検知手段69による判定結果が大の場合、曲線B
は布量が小と判定した場合である。布量が多い場合に
は、高トルクが必要なので、高回転数でd軸電流設定値
−Idsを増加し、布量が少ない場合には高トルクは必
要なく、d軸電流設定値−Idsの増加率を減らしてト
ルクを減らし布傷みを減少し、かつ、モータ効率を向上
することができる。
〜4kgの範囲なので、d軸電流設定値−Idsを減ら
すことにより、高効率でモータ4を回転制御することが
でき、モータ4の発熱を減らして省エネルギー化ができ
る。
軸電流に分解したベクトル図で、d軸電流を負の方向に
増加させた弱め界磁制御、いわゆる進角制御を示す。−
Ids、Iqsはベクトル制御のそれぞれの設定値であ
る。q軸電流を負に設定するとブレーキとなり、一般的
に、Iqが負で、Idが正の場合は、直流電源側に発電
エネルギーが回生される回生ブレーキとなり、Iq、I
dが負の場合には、モータ内部抵抗で発電エネルギーが
消費されるダイナミックブレーキとなる。
ds、Iqsを適当に設定してベクトル制御を行うこと
によりブレーキ制御と発電エネルギーの制御が容易とな
る特徴がある。
段6’は、上記実施例1の制御手段6に、起動制御手段
70と、変調度制御手段71と、電圧制御手段72を追
加している。
種初期値の設定、ソフトスタートからフィードバック制
御への切換を行うもので、起動時にはモータ4に所定の
電圧を印加し、回転起動してから所定回転、あるいは、
所定電気角回転してからフィードバック制御を行う。変
調度制御手段71はモータ起動時、モータ印加電圧の変
調度Amとモータ誘起電圧Ecと印加電圧の位相θaを
直接制御する。電圧設定手段72は、起動時にPWM制
御手段65への電圧制御信号Vu、Vv、Vwを直接制
御するものである。他の構成は上記実施例1と同じであ
る。
は、本発明による起動制御サブルーチンで、q軸電流I
q、d軸電流Idを検知してフィードバック制御するま
での制御内容を示し、図6のステップ202に示す起動
制御サブルーチンと同じ位置におかれる。
が開始し、ステップ601にて初期印加電圧等の各種初
期設定を行い、つぎにステップ602に進んでロータ1
回転内の処理かロータ1回転以上の処理か判別し、1回
転内ならばステップ603に進み、ロータ位置検出手段
4aの信号により120度通電と呼ばれる方形波駆動を
行う。回転起動前後には60度ごとの位置信号間の位置
推定が困難なため、120度通電の方がトルクを大きく
できるためである。
604に進んで正弦波駆動設定し、ステップ605に進
みロータ位置信号に対応した正弦波出力出力電圧を印加
する。位置信号と出力電圧のタイミングは、図2に示す
波形関係で、モータ誘起電圧Ecとほぼ同じか、わずか
に進んでも、電気角θaは30度以内の電圧波形を強制
的に印加する。
信号割込の有無を判定し、割込信号有ならばステップ6
07に進んでキャリヤ信号割込サブルーチンを実行し、
割込信号がなければステップ608に進んで位置信号割
込の有無を判定し、割込信号有ならばステップ609に
進んで位置信号割込サブルーチンを実行し、割込信号が
なければステップ610に進んで回転数が所定回転数N
1に達したかどうか判定する。
11に進んでトランジスタ導通比を増加させ、正弦波変
調度を大きくするか、120度通電の場合は、トランジ
スタ通電比を大きくしてモータ印加電圧を増加させる。
所定回転数N1以上ならばステップ612に進んでサブ
ルーチンをリターンする。
にすると、電流検出手段5の周波数特性を直流成分まで
広げる必要がなく、低価格の交流電流トランスを使用で
きるようになり、直流電流トランスに比べて大幅な価格
低減が可能となる。また、ソフトスタートにより滑らか
な起動電流制御が可能となるので、過度応答による直流
成分がほとんどなくなり、交流電流トランスによりd軸
電流、q軸電流がほぼ正確に検出できるようになる。
ーチンは、図7とほぼ同じであり、ステップ308とス
テップ308は不要である。このとき、キャリヤ信号ご
とにロータ位置電気角を推定し、3相/2相dq変換を
行い、d軸電流、q軸電流を求め、データをメモリす
る。モータ誘起電圧ECと2相/3相dq逆変換後の出
力電圧がほぼ同相となるVd、Vqに設定できるなら
ば、そのままフローチャートを使用できる。また、ステ
ップ609の位置信号割込サブルーチンは、図8に示す
フローチャートと同じである。
トル制御に移行した後の制御は、上記実施例1に示した
制御内容と同様であり、回転数に応じてd軸電流を制御
する。3相/2相dq変換して求めたd軸電流、q軸電
流を用いてベクトル制御に移行する。d軸電流、q軸電
流の変換はキャリヤ周波数毎に行うことができるが、変
動要素が大きいので少なくとも電気角1サイクル(36
0度)は必要である。
ら起動制御サブルーチンを抜ける例を示したが、正弦波
駆動に移行してから電気角360度以降にベクトル制御
に移行すると制御応答速度を高くすることができ、ま
た、ベクトル制御の特徴をより引き出せる。
にして360度の2倍に設定し、その後、一定変調度正
弦波駆動からベクトル制御への移行を360度に設定す
ると、360度の3倍の電気角でベクトル制御に移行で
きる。このときの制御単位は電気角となり、8極の直流
ブラシレスモータの場合、電気角360度の4倍でロー
タ1回転なので、3/4回転でベクトル制御への移行が
可能であり、起動時に高速で回転制御が可能となる。
行うとさらに高速の応答制御が可能となるが、ホールI
Cの位置ずれによる回転数誤差が大きくなるので、基準
のホールICを用いた回転数演算、すなわち、電気角3
60度毎の回転数検知が誤差が少なく優れている。
シレスモータのモータ電流を検出して、磁束に対応した
電流成分とトルクに対応した電流成分に分解してベクト
ル制御するものであり、低速回転ではトルクに対応した
電流成分を主として制御して最大効率で制御し、高速回
転では磁束に対応した電流成分を負の方向に増加させて
弱め界磁制御を行うことにより電流を大きくして最大ト
ルク制御を行うことによりモータ特性を向上させ、洗濯
運転の効率を高めることができ、モータ4の小型化が可
能となる。
流体負荷に近いので回転数が増加するほどトルクが増大
し、従来の制御では高回転で撹拌翼が停止する場合があ
ったが、ベクトル制御により高回転でもトルクを出せる
ので洗浄率を高めることができる。また、脱水運転にお
いても高回転で洗濯兼脱水槽を回転できるので、小型の
モータでも脱水率を高めることができる。
加してモータ電流より磁束に対応した電流成分とトルク
に対応した電流成分に分解し、所定回転数あるいは所定
回転角度に達した後、ベクトル制御による電流フィード
バック制御に移行すれば、滑らかなトルク制御が可能と
なり、回転数制御のオーバーシュートや異常回転を減ら
すことができ、衣類の布傷みを減らすことができる。
を使用でき、低価格の洗濯機のモータ駆動装置を実現で
きる。
発明によれば、交流電源と、前記交流電源に接続した整
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
れ撹拌翼あるいは洗濯兼脱水槽を駆動するモータと、前
記モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段
と、前記モータの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、前記モータ電流を磁束に対応した電流成分とト
ルクに対応した電流成分に分解し、前記モータの制御行
程に応じて前記磁束に対応した電流成分と前記トルクに
対応した電流成分をそれぞれ制御するようにしたから、
モータのトルク−回転数特性を変えることができ、定ト
ルク制御が可能となり、高速回転時のトルクアップ、あ
るいは、低速回転時の効率改善が可能となるので、モー
タを小型化できるとともに省エネルギーを実現すること
ができる。
御手段は、モータの回転数に応じて磁束に対応した電流
成分とトルクに対応した電流成分をそれぞれ制御するよ
うにしたから、モータのトルク−回転数特性を変えるこ
とができる。
御手段は、モータの高速回転時に、磁束に対応した電流
成分を負の方向に増加させるようにしたから、モータの
高速回転時のトルクアップが可能となり、正確な弱め界
磁制御ができる。
御手段は、モータの低速回転時に、磁束に対応した電流
成分をほぼ零となるようにしたから、効率の悪いモータ
低速回転時において最大効率運転が可能となる。
御手段は、洗濯兼脱水槽を駆動する脱水行程のモータ高
速回転時において磁束に対応した電流成分を負の方向に
増加させるようにしたから、弱め界磁制御によるモータ
高速回転時のトルクアップが可能となり、脱水運転時に
高速回転まで制御できるので、脱水回転数を上げて脱水
率を大きくすることがてきる。
御手段は、撹拌翼を駆動する洗濯行程のモータ高速回転
時において磁束に対応した電流成分を負の方向に増加さ
せるようにしたから、弱め界磁制御によるモータ高速回
転時のトルクアップが可能となり、撹拌運転時に高速回
転まで制御できるので、水流を強くして洗浄性能を高め
ることができる。
濯脱水槽内の衣類の布量を検知する布量検知手段を備
え、制御手段は、前記布量検知手段により検知した布量
に応じて、磁束に対応した電流成分とトルクに対応した
電流成分をそれぞれ制御するようにしたから、布量に応
じた弱め界磁制御によるモータ高速回転時のトルクアッ
プが可能となり、布量が多い場合でも高速回転まで制御
でき、洗浄性能を向上させ、さらに、脱水運転時の脱水
率を向上することができる。
御手段は、モータ回転起動時にモータ回転を制御する起
動制御手段を備え、回転起動時にはモータ印加電圧を直
接制御し、その後、磁束に対応した電流成分とトルクに
対応した電流成分をそれぞれ制御するようにしたから、
起動時の電流を低くして起動トルクを抑えるソフトスタ
ートが容易となり、その後の電流フィードバック制御へ
の移行を滑らかにして回転数の異常上昇を抑えることが
できる。
御手段は、モータ回転起動時にモータ回転を制御する起
動制御手段を備え、回転起動時にはモータ印加電圧を直
接制御し、その後、回転数に応じて磁束に対応した電流
成分とトルクに対応した電流成分をそれぞれ制御するよ
うにしたから、電流フィードバック制御への移行を滑ら
かにして回転数の異常上昇を抑えるだけではなく、電流
検出手段に低価格の交流電流トランスを使用することが
できるので、高性能低価格のモータ駆動装置を実現でき
る。
置のブロック図
段の電気角に対応するメモリデータを示す図
チャート
チャート
ーチンのフローチャート
サブルーチンのフローチャート
ルーチンのフローチャート
ーチンのフローチャート
d軸電流設定値Idsの関係図
ータ回転数とd軸電流設定値Idsの関係図
軸電流とq軸電流に分解したベクトル図
装置のブロック図
ーチンのフローチャート
Claims (9)
- 【請求項1】 交流電源と、前記交流電源に接続した整
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
れ撹拌翼あるいは洗濯兼脱水槽を駆動するモータと、前
記モータのロータ位置を検出するロータ位置検出手段
と、前記モータの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、前記モータ電流を磁束に対応した電流成分とト
ルクに対応した電流成分に分解し、前記モータの制御行
程に応じて前記磁束に対応した電流成分と前記トルクに
対応した電流成分をそれぞれ制御するようにした洗濯機
のモータ駆動装置。 - 【請求項2】 制御手段は、モータの回転数に応じて磁
束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分をそ
れぞれ制御するようにした請求項1記載の洗濯機のモー
タ駆動装置。 - 【請求項3】 制御手段は、モータの高速回転時に、磁
束に対応した電流成分を負の方向に増加させるようにし
た請求項1記載の洗濯機のモータ駆動装置。 - 【請求項4】 制御手段は、モータの低速回転時に、磁
束に対応した電流成分をほぼ零となるようにした請求項
1記載の洗濯機のモータ駆動装置。 - 【請求項5】 制御手段は、洗濯兼脱水槽を駆動する脱
水行程のモータ高速回転時において磁束に対応した電流
成分を負の方向に増加させるようにした請求項1記載の
洗濯機のモータ駆動装置。 - 【請求項6】 制御手段は、撹拌翼を駆動する洗濯行程
のモータ高速回転時において磁束に対応した電流成分を
負の方向に増加させるようにした請求項1記載の洗濯機
のモータ駆動装置。 - 【請求項7】 洗濯脱水槽内の衣類の布量を検知する布
量検知手段を備え、制御手段は、前記布量検知手段によ
り検知した布量に応じて、磁束に対応した電流成分とト
ルクに対応した電流成分をそれぞれ制御するようにした
請求項1記載の洗濯機のモータ駆動装置。 - 【請求項8】 制御手段は、モータ回転起動時にモータ
回転を制御する起動制御手段を備え、回転起動時にはモ
ータ印加電圧を直接制御し、その後、磁束に対応した電
流成分とトルクに対応した電流成分をそれぞれ制御する
ようにした請求項1記載の洗濯機のモータ駆動装置。 - 【請求項9】 制御手段は、モータ回転起動時にモータ
回転を制御する起動制御手段を備え、回転起動時にはモ
ータ印加電圧を直接制御し、その後、回転数に応じて磁
束に対応した電流成分とトルクに対応した電流成分をそ
れぞれ制御するようにした請求項1記載の洗濯機のモー
タ駆動装置。
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