JP2005057858A - モータ駆動装置および食器洗浄機のモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータ回路により複数のモータを駆動するモータ駆動装置において、モータに応じて制御プログラムを変更し、相数の異なるモータを交互に駆動できるようにし、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現する。
【解決手段】 交流電源１に接続された整流回路２の直流電力をインバータ回路３に加えて交流電力に変換し、駆動するモータ４ａ、４ｂに応じて負荷切換手段５によりインバータ回路３の出力を切換接続して複数の相数の異なるモータ４ａ、４ｂを１つのインバータ回路３により駆動し、制御手段６によりインバータ回路３と負荷切換手段５を制御してモータ４ａ、４ｂを回転制御する。制御手段６は、モータ４ａ、４ｂの相数に応じてモータ制御プログラムを変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インバータ回路により複数のモータを駆動するモータ駆動装置および食器洗浄機のモータ駆動装置に関するものである。

従来、この種のモータ駆動装置は、複数のモータを駆動するインバータ回路と、送風ファン、あるいは洗浄ポンプモータ等の複数のモータと、インバータ回路の出力を切り換える切換手段と、制御手段によりインバータ回路を制御するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２１２０６１号公報

しかし、このような従来の構成では、１つのインバータ回路の出力端子に接続される複数のモータの相数を同じにしないとモータが駆動できない問題があった。さらに、乾燥用の送風ファンを３相モータにするとモータが高価格になる課題があった。

本発明は上記従来課題を解決するもので、モータに応じて制御プログラムを変更し、相数の異なるモータを交互に駆動できるようにし、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することを第１の目的としている。

また、相数の異なる複数のモータを１つのインバータ回路により交互に駆動できるようにし、洗浄ポンプを駆動する３相モータと送風ファンを駆動する単相モータの複数の相数の異なるモータを、１つのインバータ回路で交互に駆動できる安価な食器洗浄機のモータ駆動装置を実現することを第２の目的としている。

上記第１の目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、交流電源に接続された整流回路の直流電力をインバータ回路に加えて交流電力に変換し、駆動するモータに応じて負荷切換手段によりインバータ回路の出力を切換接続して複数の相数の異なるモータを１つのインバータ回路により駆動し、制御手段によりインバータ回路と負荷切換手段を制御してモータを回転制御するように構成し、制御手段は、モータの相数に応じてモータ制御プログラムを変更するようにしたものである。

これにより、モータに応じて回転制御プログラムを最適制御し、モータの相数に応じて制御プログラムを変更することにより高効率運転が可能となり、さらに、インバータ駆動により広範囲の速度制御が可能となり、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

また、上記第２の目的を達成するために、本発明の食器洗浄機のモータ駆動装置は、食器を洗浄させる洗浄ポンプを第１のモータにより駆動し、食器を乾燥させる乾燥ファンを相数の異なる第２のモータにより駆動し、交流電力を直流電力に変換する整流回路の直流電力を第１のモータあるいは第２のモータを交互に駆動するインバータ回路により交流電力に変換し、第１のモータ、第２のモータのいずれかを負荷切換手段により交互に切り換え、制御手段によりインバータ回路と負荷切換手段を制御するよう構成し、インバータ回路に接続したモータの相数に応じて、制御手段のモータ制御プログラムを制御するようにしたものである。

これにより、出力の大きい洗浄ポンプを駆動する第１のモータを３相モータとし、出力の小さい乾燥ファンを駆動する第２のモータを単相モータとすることができ、１つのインバータ回路により、３相の洗浄ポンプモータと単相の乾燥ファンモータを交互に駆動することができ、広範囲な回転数制御と高効率回転制御が可能となり、安価で洗浄性能や乾燥性能の向上と静騒音化が可能となる食器洗浄機を実現することができる。

以上のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、交流電源に接続された整流回路の直流電力をインバータ回路に加えて交流電力に変換し、駆動するモータに応じて負荷切換手段によりインバータ回路の出力を切換接続して複数の相数の異なるモータを１つのインバータ回路により駆動し、制御手段によりインバータ回路と負荷切換手段を制御するように構成し、制御手段は、モータの相数に応じてモータ制御プログラムを変更するようにしたから、モータに応じて回転制御プログラムを最適制御し、モータの相数に応じて制御プログラムを変更することにより高効率運転が可能となり、さらに、インバータ駆動により広範囲の速度制御が可能となり、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、食器を洗浄させる洗浄ポンプを第１のモータにより駆動し、食器を乾燥させる乾燥ファンを相数の異なる第２のモータにより駆動し、交流電力を直流電力に変換する整流回路の直流電力を第１のモータあるいは第２のモータを交互に駆動するインバータ回路により交流電力に変換し、第１のモータ、第２のモータのいずれかを負荷切換手段により交互に切り換え、制御手段によりインバータ回路と負荷切換手段を制御するよう構成し、インバータ回路に接続したモータの相数に応じて、制御手段のモータ制御プログラムを制御するようにしたから、出力の大きい洗浄ポンプを駆動する第１のモータを３相モータとし、出力の小さい乾燥ファンを駆動する第２のモータを単相モータとすることができ、１つのインバータ回路により、３相の洗浄ポンプモータと単相の乾燥ファンモータを交互に駆動することができ、広範囲な回転数制御と高効率回転制御が可能となり、安価で洗浄性能や乾燥性能の向上と静騒音化が可能となる食器洗浄機を実現することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、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る複数の相数の異なるモータと、駆動するモータに応じて前記インバータ回路の出力端子を切換接続する負荷切換手段と、前記インバータ回路と前記負荷切換手段を制御して前記モータを回転制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、モータの相数に応じてモータ制御プログラムを変更するようにしたモータ駆動装置であり、モータに応じて回転制御プログラムを最適制御し、モータの相数に応じて制御プログラムを変更することにより高効率運転が可能となり、さらに、インバータ駆動により広範囲の速度制御が可能となり、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、インバータ回路は３相フルブリッジインバータ回路より構成し、前記インバータ回路により駆動される複数のモータは、３相モータと単相モータよりなり、３相モータ駆動時には前記インバータ回路の３相アーム全てを駆動し、単相モータ駆動時には少なくとも２相アームにより駆動するようにしたモータ駆動装置であり、１つの３相フルブリッジインバータ回路により３相モータと単相モータを交互に駆動することができるので、少ない部品点数でモータをインバータ駆動でき、単相モータの広範囲な回転数制御と高効率運転が可能となり、安価で低価格のモータ駆動装置を実現することができる。

請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明において、単相モータ駆動時には２相アームの駆動位相をほぼ１８０度ずらして駆動するようにしたモータ駆動装置であり、モータ間印加電圧を高くすることができ、モータの印加電圧と周波数を制御するＶ／Ｆ制御により高回転まで制御可能なモータ駆動装置を実現できる。

請求項４に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、インバータ回路により駆動される複数のモータは、３相モータと単相モータよりなり、前記インバータ回路の出力端子に接続する負荷切換手段は、少なくとも２極リレーにより３相モータと単相モータを切換接続するようにしたモータ駆動装置であり、安価なリレーにより３相モータと単相モータを切り換えて駆動できるので、簡単な構成で安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。

請求項５に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、インバータ回路は３相フルブリッジインバータ回路より構成し、前記インバータ回路により駆動される複数のモータは、３相モータと２相モータよりなり、２相モータ駆動時には２相間の印加電圧位相をほぼ９０度となるようにしたモータ駆動装置であり、コンデンサランモータのコンデンサを省略してモータを回転駆動することができ、モータの印加電圧と周波数を制御するＶ／Ｆ制御により高範囲な回転数制御が可能で安価なモータ駆動装置を実現できる。

請求項６に記載の発明は、食器を洗浄、あるいは乾燥させる洗浄槽と、前記洗浄槽の底部に配置し前記食器に洗浄水を吐出する洗浄ポンプと、前記洗浄ポンプを回転駆動する第１のモータと、前記食器を乾燥させる乾燥ファンと、前記乾燥ファンを回転駆動する相数の異なる第２のモータと、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換し前記第１のモータあるいは第２のモータを交互に駆動するインバータ回路と、前記第１のモータ、第２のモータのいずれかを交互に切り換える負荷切換手段と、前記インバータ回路と前記負荷切換手段を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路に接続したモータに応じて、前記制御手段のモータ制御プログラムを制御するようにした食器洗浄機のモータ駆動装置であり、出力の大きい洗浄ポンプを駆動する第１のモータを３相モータとし、出力の小さい乾燥ファンを駆動する第２のモータを単相モータとすることができ、１つのインバータ回路により、３相の洗浄ポンプモータと単相の乾燥ファンモータを交互に駆動することができ、広範囲な回転数制御と高効率回転制御が可能となり、安価で洗浄性能や乾燥性能の向上と静騒音化が可能となる食器洗浄機を実現することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
図１に示すように、交流電源１は、交流電力を直流電力に変換する整流回路２に接続し、この整流回路２は全波整流回路２ａと平滑コンデンサ２ｂにより構成し、３相全波ブリッジインバータ構成のインバータ回路３により直流電力を交流電力に変換し、３相モータで構成したモータ４ａ、あるいは単相モータで構成したモータ４ｂを回転駆動し、負荷切換手段５によりインバータ回路３とモータ４ａ、あるいはモータ４ｂを交互に切換接続する。

負荷切換手段５は、２極以上の共通接点と常開接点と常閉接点を有するリレー５ａ、５ｂにより構成し、常閉接点側にモータ４ａを接続し、常開接点側にモータ４ｂを接続し、共通接点はインバータ回路３の出力Ｕ端子、Ｖ端子に接続している。インバータ回路３のＷ端子とモータ４ａのＷ端子は共通接続することにより負荷切換手段５の極数を減らすことができる。

整流回路２の負端子Ｌｎとインバータ回路３の負の入力端子間に抵抗３Ａを接続してインバータ回路３の電流を検出し、モータ４ａ、４ｂ、あるいはインバータ回路３の過電流を検出する。

制御手段６は、インバータ回路３と負荷切換手段５を制御してモータ４ａ、４ｂを制御するものであり、ロータが永久磁石よりなるモータ４ａを制御する場合には、モータ４ａの誘起電圧よりロータ位置を検出するセンサレス検知手段６ａによりロータ位置を検出し、位置検知信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３をインバータ制御回路６ｂに加え、インバータ回路３を制御してモータ４ａを回転制御する。また、モータ４ｂを制御する場合には、負荷切換手段５を制御してインバータ回路３のＵ相とＶ相出力電圧をモータ４ｂに印加し、モータ４ｂの印加電圧と周波数を制御して回転数制御する。

インバータ回路３は、図２に示すように、６個のトランジスタと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ている。ここで、３相アームの１つのＵ相アーム３０Ａについて説明すると、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと略す）よりなる上アームトランジスタ３１ａと逆並列ダイオード３２ａの並列接続体と、ＩＧＢＴよりなる下アームトランジスタ３１ａ’と逆並列ダイオード３２ａ’の並列接続体を直列に接続し、上アームトランジスタ３１ａのコレクタ端子は直流電源の正電位端子Ｌｐに接続し、上アームトランジスタ３１ａのエミッタ端子は出力端子Ｕに接続し、下アームトランジスタ３１ａ’のエミッタ端子はシャント抵抗３Ａを介して直流電源のＬｎ端子側に接続する。

上アームトランジスタ３１ａは上アーム駆動信号Ｕｐに応じて上アームゲート駆動回路３３ａにより駆動され、下アームトランジスタ３１ａ’は下アーム駆動信号Ｕｎに応じて下アームゲート駆動回路３３ａ’によりオンオフスイッチング制御される。上アームゲート駆動回路３３ａは、微分信号によりセットリセットされるＲＳフリップフロップ回路を内蔵し、上アーム駆動信号Ｕｐの立ち上がりで上アームトランジスタ３１ａをオン動作させ、上アーム駆動信号Ｕｐの立ち下がりで上アームトランジスタ３１ａをオフ動作させる。下アームゲート駆動回路にはＲＳフリップフロップは不必要である。

ＩＧＢＴのゲート印加電圧は１０〜１５Ｖ必要であり、下アームトランジスタ３１ａ’をオンさせると、１５Ｖの直流電源の＋端子Ｂ１よりブートストラップ抵抗３４ａ、ブートストラップダイオード３５ａを介してブートストラップコンデンサ３６ａが充電されるので、ブートストラップコンデンサ３６ａの蓄積エネルギーにより上アームトランジスタ３１ａをオンオフスイッチングできる。また、下アームの逆並列ダイオード３２ａ’が導通した場合にも同様にブートストラップコンデンサ３６ａが充電される。

Ｖ相アーム３０Ｂ、Ｗ相アーム３０Ｃも同様の接続であり、各アームの下アームトランジスタのエミッタ端子は共通接続してシャント抵抗３Ａに接続し、シャント抵抗３Ａの他方の端子は直流電源負電位端子Ｌｎに接続している。ＩＧＢＴ、あるいはパワーＭＯＳＦＥＴにより下アームトランジスタを構成すると、ゲート電圧を制御することによりスイッチング制御できるので、ＩＧＢＴの場合はエミッタ端子、パワーＭＯＳＦＥＴの場合にはソース端子に接続するシャント抵抗の電圧が１Ｖ以下となるように抵抗値を選定すればスイッチング動作にはほとんど影響することなく電圧制御によりオンオフスイッチング制御でき、シャント抵抗の電圧検知によりモータ電流検出できる特徴がある。

いわゆる方形波駆動の場合、Ｕ相下アームトランジスタがオン状態のときには、Ｖ相、あるいは、Ｗ相上アームトランジスタがオン状態で、オン状態の上アームトランジスタからその相に接続されたモータ巻線とＵ相巻線を介してＵ相下アームトランジスタにモータ電流が流れるので、シャント抵抗３Ａによりモータ電流を検出することができる。

また、上アームと下アームトランジスタが交互に導通する正弦波駆動の場合においても、上アームトランジスタの導通パルス幅が広い場合には、上アームトランジスタがオフしたとき、シャント抵抗３Ａに流れる電流のピーク値は下アームトランジスタの逆並列ダイオード電流と等しく、下アームトランジスタ導通パルス幅が広い場合には、下アームトランジスタ電流ピーク値はモータ電流ピーク値と等しいので、シャント抵抗によりモータ電流を検出できる。

直流ブラシレスモータのモータ誘起電圧等を検出してモータ駆動する方法を一般にセンサレス駆動と呼び、モータのロータ位置を直接ホール素子等で検出する必要がなく、ロータ近傍に取り付けるロータ位置検出手段を省略でき、モータの配線を減らし、安価で信頼性を向上できる等の特徴があり、ポンプや送風ファンの駆動にしばしば使用される。

図３は、本発明によるセンサレス駆動のタイミングチャートを示しており、矩形波駆動におけるインバータ回路３の出力電圧Ｖｖ、Ｖｗ、Ｖｕと、転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、およびパワースイッチング手段の上アーム制御信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐと下アーム制御信号Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎのタイミング関係を示すタイミングチャートである。

センサレス検知手段６ａは、インバータ回路３の各相出力電圧より図３に示すタイミングで転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を生成させる。時間ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６は、転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３がＬｏ（ロー）からＨｉ（ハイ）、あるいはＨｉからＬｏに変化するタイミングで、いずれかの信号が変化する区間は電気角６０度に相当し、電気角６０度ごとに駆動巻線を切り換えるので、この周期を転流周期と呼ぶ。

また、インバータ回路３のパワースイッチング手段の制御信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐ、Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎが、Ｈｉとなる区間で各パワースイッチング手段が導通し、その区間は電気角１２０度に相当するので、１２０度通電とも呼ばれる。

３相全波ブリッジインバータの矩形波駆動において、各相の上下アームトランジスタがターンオフ期間中に、インバータ出力電圧よりモータ誘起電圧を検出でき、インバータ出力電圧が、インバータ直流電源電圧ＶＤＣの１／２のとき、モータ誘起電圧の零クロス点とタイミングが等しい。

例えば、時間ｔ０からｔ１区間に、Ｗ相出力電圧Ｖｗが１／２ＶＤＣとなる時間ｔｚ１がモータのＷ相誘起電圧が零のタイミングと等しく、それから電気角９０度遅れたタイミングｔ２にて、転流信号Ｈ２はＬｏからＨｉに変化する。また、時間ｔ３からｔ４区間に、Ｗ相出力電圧Ｖｗが１／２ＶＤＣとなる時間ｔｚ２がモータのＷ相誘起電圧が零のタイミングと等しく、それから電気角９０度遅れたタイミングｔ５にて、転流信号Ｈ２はＨｉからＬｏに変化する。

制御回路６ｂは、転流タイミング信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に対応して図３に示す制御信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐ、Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎを生成し、さらに、上アーム制御信号Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐは、ＰＷＭ制御してモータ電流を制御する。図３における波形は、分かり易くするためにＰＷＭ制御デューティが１００％の場合を示したが、ＰＷＭ制御デューティが１００％未満の場合、スイッチング周波数で変調された波形となるが、基本的な波形は図３と同じである。

図４は、本発明によるモータ制御プログラムのフローチャートを示している。ステップ１００よりモータ制御プログラムが開始し、ステップ１０１にてどちらのモータが選択されたかを判断し、モータ４ａが選択されたならば、ステップ１０２に移行してセンサレス駆動の設定を行う。

つぎに、ステップ１０３にて強制転流駆動サブルーチンを実行する。強制転流駆動サブルーチンは、ロータ位置が検出できない初期駆動運転において強制的に回転磁界を発生させてロータを回転させるもので、モータ誘起電圧が検出できるまでの所定回転数に達するまで回転数を増加させる。

つぎにステップ１０４に進んで、モータ回転数が所定値に達したかどうか判定し、所定回転数に達すると、ステップ１０５に進んでセンサレス駆動の回転数設定を行い、ステップ１０６に進んでセンサレス検知手段６ａの位置検知信号より回転数検出を行い、ステップ１０７に進んで設定回転数と検知回転数との誤差を演算する。

つぎに、ステップ１０８に進み回転数の誤差成分に応じてインバータ回路３のトランジスタの導通パルス幅制御、すなわち、１２０度通電センサレス駆動サブルーチンを実行する。つぎに、ステップ１０９に進んでモータの停止フラグの有無を判定し、停止フラグが無ければステップ１０６に戻ってモータ速度制御ルーチンを実行し、停止フラグが有ればステップ１１０に進んでトランジスタ全てをオフさせてインバータ回路３を０．１〜０．５秒間停止させ、その後、ステップ１１１に進んでダイナミックブレーキサブルーチンを実行させてモータ４ａを急速停止させる。

ダイナミックブレーキとは、モータの誘起電力を利用して電気的にブレーキ動作を行うもので、機械的なブレーキ手段を必要とせずインバータ回路３の下アームトランジスタを全て同時に導通させる、いわゆる短絡ブレーキによりブレーキ動作を行う。また、正弦波駆動の場合には、モータ誘起電圧と逆位相の電流ベクトルが発生するようにモータ印加電圧ベクトルを制御することにより可能である。

モータ４ｂが選択されたならば、ステップ１０１からステップ１１２に移行し、リレー５ａ、５ｂをオンさせてインバータ回路３の出力端子をモータ４ｂに接続する。つぎに、ステップ１１３に進んで正弦波駆動に設定した後、ステップ１１４に進んでモータ回転数を設定する。

単相のモータ４ｂを駆動する場合には、インバータ回路３の２相アームのみ駆動すればよく、Ｕ相アーム３０ＡとＶ相アーム３０ＢをそれぞれＰＷＭ制御し、各相の電圧位相を１８０度ずらすことによりモータ端子に正弦波電圧を印加することができる。

つぎに、ステップ１１５に進んで回転数検知を行い、ステップ１１６に進んで設定回転数と検知回転数との誤差信号を検知し、つぎにステップ１１７に進んでモータ印加電圧と印加周波数を制御する、いわゆるＶ／Ｆ制御を行う。

Ｖ／Ｆ制御とは、誘導モータの駆動周波数を制御することにより回転数制御を行うもので、駆動周波数を低下させて低速回転制御する場合、モータコイルインピーダンスが低下して大電流が流れるのでモータ印加電圧を低下させ、逆に駆動周波数を高くして高速回転する場合にはコイルインピーダンスが高くなりモータ電流減少によるトルク低下となるので、印加電圧Ｖと駆動周期数Ｆの比をほぼ一定に制御して回転数制御するものである。よって、モータ４ｂの回転数を高くするためには、駆動周波数を高くすると同時にモータ印加電圧も高くする。

ステップ１１８は、モータ４ｂの停止フラグの有無を判定するもので、モータ停止フラグが有ればステップ１１９に進んでインバータ回路３のトランジスタを全て数１００ｍｓｅｃ間停止し、その後、ステップ１２０に進みブレーキサブルーチンを実行させてモータ４ｂを急速停止させる。

単相モータのダイナミックブレーキは、直流ブラシレスモータとは異なり、回転時の誘起電力周波数よりも低い周波数を加えることによりブレーキ動作を行う。また、直流ブラシレスモータと同様に、インバータ回路の下アームトランジスタを全て同時導通するか、あるいは、強制的に所定の直流電流を流す直流ブレーキでもよい。

直流ブレーキを行う場合には、例えば、Ｖ相アーム３０Ｂの下アームトランジスタ３１ｂ’を導通状態にして、Ｕ相アーム３０Ａの上アームトランジスタ３１ａを所定の導通比によりオンオフ制御することにより可能である。

つぎに、ステップ１２１に進んでインバータ回路を停止させ、その後リレー５ａ、５ｂをオフさせ次行程に移る。

図５は、モータ４ｂを構成する隈取りコイルモータ等の単相モータの正弦波駆動方法を示すタイムチャートである。

図５において、ｖｃは鋸波変調のキャリヤ信号で、ｃｋはキャリヤ信号がオーバーフローするごとに発生するクロック信号である。Ｖｕは正弦波信号で、通常、マイクロコンピュータのＲＯＭテーブルに書かれた電気角に対応した正弦波データ信号に変調度ｋを掛けた値で、
ｖｕ＝ｋｓｉｎθ
で表される。ｖｖは正弦波信号ｖｕから１８０度遅れた信号で、
ｖｖ＝ｋｓｉｎ（θ＋１８０°）
で表される。

信号ＵｐはＵ相上アーム駆動信号で、キャリヤ信号ｖｃと正弦波信号ｖｕの大小比較判定した信号で、いわゆるＰＷＭ信号を示している。信号Ｕｐの反転信号がＵ相下アーム駆動信号Ｕｎ（図示せず）となる。実際には、信号Ｕｐと信号Ｕｎにはデッドタイムが挿入される。

モータ４ｂの端子間に印加される電圧Ｖｍは、ＰＷＭ変調された電圧が印加され、インバータ回路直流電圧Ｖｐとすると、Ｕ相電圧Ｖｕは、
Ｖｕ＝（ｋ／２）・Ｖｐ・ｓｉｎθ
で表され、Ｖ相電圧Ｖｖは、
Ｖｖ＝（ｋ／２）・Ｖｐ・ｓｉｎ（θ＋１８０°）
＝−（ｋ／２）・Ｖｐｓｉｎθ
となり、モータ印加電圧ＶｍはＵ相電圧ＶｕとＶ相電圧Ｖｖの差の電圧なので、
Ｖｍ＝Ｖｕ−Ｖｖ＝ｋ・Ｖｐ・ｓｉｎθ
となる。すなわち、変調度ｋが１の時、インバータ直流電圧Ｖｐを最大値とする正弦波電圧を印加することができ、整流回路２を倍電圧整流回路にすると、交流電源１の倍の電圧をモータ４ｂに最大印加することができる。

よって、整流回路２を倍電圧整流回路にすると、Ｖ／Ｆ制御により、交流電源１に使用するモータに最大、倍の電圧と倍の周波数を印加することができるので、広範囲な速度制御が可能となる。

このように本実施例によれば、交流電源１に接続された整流回路２の直流電力をインバータ回路３に加えて交流電力に変換し、駆動するモータ４ａ、４ｂに応じて負荷切換手段５によりインバータ回路３の出力を切換接続して複数の相数の異なるモータ４ａ、４ｂを１つのインバータ回路３により駆動し、制御手段６によりインバータ回路３と負荷切換手段５を制御するように構成し、インバータ回路３の出力端子に接続したモータ４ａ、４ｂに応じて制御手段６のモータ制御プログラムを変更するようにしたので、モータ４ａ、４ｂに応じて回転制御プログラムを最適制御し、モータ４ａ、４ｂの相数に応じて制御プログラムを変更することにより高効率運転が可能となり、さらに、インバータ駆動により広範囲の速度制御が可能となり、安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現することができる。

また、インバータ回路３は３相フルブリッジインバータ回路より構成し、インバータ回路３により駆動される複数のモータは、３相モータ４ａと単相モータ４ｂよりなり、３相モータ４ａ駆動時にはインバータ回路３の３相アーム全てを駆動し、単相モータ４ｂ駆動時には少なくとも２相アームにより駆動するようにしたので、１つの３相フルブリッジインバータ回路により３相モータ４ａと単相モータ４ｂを交互に駆動することができるので、少ない部品点数でモータをインバータ駆動でき、単相モータの広範囲な回転数制御と高効率運転が可能となり、安価で低価格のモータ駆動装置を実現することができる。

また、単相モータ４ｂ駆動時には２相アームの駆動位相をほぼ１８０度ずらして駆動するようにしたので、モータ間印加電圧を高くすることができ、モータの印加電圧と周波数を制御するＶ／Ｆ制御により高回転まで広範囲な速度制御ができる。

また、インバータ回路３により駆動される複数のモータは、３相モータ４ａと単相モータ４ｂよりなり、インバータ回路３の出力端子に接続する負荷切換手段５は、少なくとも２極リレーにより３相モータ４ａと単相モータ４ｂを切換接続するようにしたので、安価なリレーにより３相モータ４ａと単相モータ４ｂを切り換えて駆動できるので、簡単な構成で安価で信頼性の高いモータ駆動装置を実現できる。

（実施例２）
図６に示すように、モータ４ｂ’は、２相モータで構成しており、コンデンサランモータと同じで巻線を２つ有し、進相コンデンサなしで駆動するものであり、モータ４ａは、上記実施例１と同様に、３相モータで構成し、３相モータと２相モータを交互に駆動するようにしている。

整流回路２’は、倍電圧整流回路より構成し、交流電源１の一方の極性が正のとき、コンデンサ２ｂが充電され、交流電源１の他方の極性が正のとき、コンデンサ２ｂ’が充電される。コンデンサ２ｂとコンデンサ２ｂ’の接続点Ｎの電位、すなわち、インバータ回路３の直流電圧Ｖｐの半分の電位がモータ４ａ、４ｂ’の仮想中性点となる。

２相モータ４ｂ’の巻線の共通端子は仮想中性点Ｎに接続し、巻線の他方の端子は、リレー５ａ、５ｂを介してインバータ回路３のＵ相出力端子、Ｖ相出力端子に接続している。他の構成は上記実施例１と同じである。なお、図６では、制御手段は省略している。

図７は、インバータ回路３のＵ相出力電圧Ｖｕと、Ｖ相出力電圧Ｖｖの位相関係を示すベクトル図であり、ＶｕとＶｖは９０度位相をずらしている。モータ電流位相Ｉｕ、Ｉｖも電圧位相と同様９０度ずれるので、モータ４ｂ’に回転磁界が発生し、コンデンサランモータと同じ動作をすることができる。

このように本実施例によれば、インバータ回路３は３相フルブリッジインバータ回路より構成し、インバータ回路３により駆動される複数のモータは、３相モータ４ａと２相モータ４ｂ’よりなり、２相モータ４ｂ’駆動時には２相間の印加電圧位相をほぼ９０度となるようにしたので、コンデンサランモータのコンデンサを省略してモータを回転駆動することができ、モータの印加電圧と周波数を制御するＶ／Ｆ制御により高範囲な回転数制御が可能で安価なモータ駆動装置を実現できる。

（実施例３）
図７に示すように、インバータ回路３は、食器を洗浄、あるいは乾燥させる洗浄槽７の底部に設けた洗浄ポンプ８を駆動するモータ（第１のモータ）４ａと、食器を乾燥させる乾燥ファン１０を駆動するモータ（第２のモータ）４ｂを交互に駆動するもので、共通端子と常閉接点、常開接点を有するリレー５ａ、５ｂよりなる負荷切換手段５によりインバータ回路３の出力を交互に切り換えるよう構成している。

制御手段６は、洗浄運転、あるいはすすぎ運転の場合に、洗浄ポンプ８を駆動するために、インバータ回路３の出力電圧が３相直流ブラシレスモータよりなるモータ４ａに印加されるように負荷切換手段５を制御し、インバータ回路３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各アームを制御する。また、乾燥運転時には、インバータ回路３の出力電圧が単相モータよりなるモータ４ｂに印加されるように負荷切換手段５を制御し、インバータ回路３のＵ相、Ｖ相の各アームを制御する。他の構成は上記実施例１または２と同じであり、同一符号を付して説明を省略する。

洗浄ポンプ８は、洗浄槽７の底部に溜められた水を吸い込んでポンプランナー８ａより高圧の水を回転可能な洗浄ノズル９より噴射させ、洗浄相７内に配置した食器に吹き付ける。乾燥ファン１０は、洗浄槽７の側面、あるいは上部に取り付け、モータ４ｂに直結された遠心ファン１０ａからの空気を食器に吹き付ける。

通常、洗浄運転と乾燥運転中には、洗浄槽７の底部に配設されたヒータ（図示せず）により食器に吹き付ける水と空気を加熱する。洗浄槽７に給水する場合には、給水弁１１を駆動し、所定水位に達すると給水弁１１の駆動を停止させる。排水時には、排水ポンプ（図示せず）を駆動する。ポンプランナー８ａを逆回転させて排水させ、洗浄ポンプと排水ポンプを兼ねる場合もある。

このように、モータ（第１のモータ）４ａを３相直流ブラシレスモータより構成すると、モータ４ａを小型化、薄型化、静騒音化できるだけではなく、洗浄ポンプ８の回転数を高くできて洗浄ポンプ８のポンプヘッドを高くすることができる上、ポンプランナー８ａも小型化でき、洗浄槽７の底部部品配置容積を小さくして洗浄槽７の容積を大きくすることができ、洗浄可能な食器を増やすことができる。また、交流電源１の周波数とは無関係に回転数を自由に変更でき、夜間運転時には洗浄ポンプ８の回転数を低くすることにより騒音を下げることができる。

また、モータ（第２のモータ）４ｂを隈取りモータにより構成し、駆動周波数と印加電圧を高くすることにより、モータ回転数を高くして送風量を大きくできるだけでなく、モータ効率も高くなるので、低価格のモータにより乾燥風量を増加させて乾燥時間を短縮できる。特に、交流電源周波数が低い場合には、隈取りモータの回転数が低下して損失が上昇し、乾燥風量が低下する問題があったが、本発明によれば、安価な構成で乾燥ファンモータの回転数を高くして風量を増加させることができるので、乾燥時間を短縮でき、消費電力量を低下でき省エネルギー低価格の食器洗浄装置を実現できる。

このように本実施例によれば、食器を洗浄させる洗浄ポンプ８をモータ（第１のモータ）４ａにより駆動し、食器を乾燥させる乾燥ファン１０を相数の異なるモータ（第２のモータ）４ｂにより駆動し、交流電力を直流電力に変換する整流回路２の直流電力をモータ４ａあるいはモータ４ｂを交互に駆動するインバータ回路３により交流電力に変換し、モータ４ａ、モータ４ｂのいずれかを負荷切換手段５により交互に切り換え、制御手段６によりインバータ回路３と負荷切換手段５を制御するよう構成し、インバータ回路３に接続したモータの相数に応じて、制御手段６のモータ制御プログラムを制御するようにしたので、出力の大きい洗浄ポンプ８を駆動するモータ４ａを３相モータとし、出力の小さい乾燥ファン１０を駆動するモータ４ｂを単相モータとすることができ、１つのインバータ回路３により、３相のモータ４ａと単相のモータ４ｂを交互に駆動することができ、広範囲な回転数制御と高効率回転制御が可能となり、安価で、洗浄性能、乾燥性能の向上と静騒音化が可能となる食器洗浄機を実現することができる。

なお、３相直流ブラシレスモータよりなるモータ４ａの駆動方式として、図３に示したような方形波駆動よりも、正弦波駆動の方がモータ振動を低くすることができ、センサレス正弦波駆動方式としてモータ電流を検出する方法が一般的であるが、基本的な効果は同じであり詳細な説明は省略する。

本発明の第１の実施例のモータ駆動装置のブロック図 同モータ駆動装置のインバータ回路の回路図 同モータ駆動装置のセンサレス駆動のタイミンクチャート 同モータ駆動装置のモータ制御プログラムのフローチャート 同モータ駆動装置の単相モータ駆動のタイミングチャート 本発明の第２の実施例のモータ駆動装置のブロック図 同モータ駆動装置の２相モータの駆動電圧ベクトル図 本発明の第３の実施例の食器洗浄機のモータ駆動装置のシステム構成図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路
３ インバータ回路
４ａ モータ
４ｂ モータ
５ 負荷切換手段
６ 制御手段

Claims (6)

1. 交流電源と、前記交流電源に接続された整流回路と、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る複数の相数の異なるモータと、駆動するモータに応じて前記インバータ回路の出力端子を切換接続する負荷切換手段と、前記インバータ回路と前記負荷切換手段を制御して前記モータを回転制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、モータの相数に応じてモータ制御プログラムを変更するようにしたモータ駆動装置。
2. インバータ回路は３相フルブリッジインバータ回路より構成し、前記インバータ回路により駆動される複数のモータは、３相モータと単相モータよりなり、３相モータ駆動時には前記インバータ回路の３相アーム全てを駆動し、単相モータ駆動時には少なくとも２相アームにより駆動するようにした請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 単相モータ駆動時には２相アームの駆動位相をほぼ１８０度ずらして駆動するようにした請求項２記載のモータ駆動装置。
4. インバータ回路により駆動される複数のモータは、３相モータと単相モータよりなり、前記インバータ回路の出力端子に接続する負荷切換手段は、少なくとも２極リレーにより３相モータと単相モータを切換接続するようにした請求項１記載のモータ駆動装置。
5. インバータ回路は３相フルブリッジインバータ回路より構成し、前記インバータ回路により駆動される複数のモータは、３相モータと２相モータよりなり、２相モータ駆動時には２相間の印加電圧位相をほぼ９０度となるようにした請求項１記載のモータ駆動装置。
6. 食器を洗浄、あるいは乾燥させる洗浄槽と、前記洗浄槽の底部に配置し前記食器に洗浄水を吐出する洗浄ポンプと、前記洗浄ポンプを回転駆動する第１のモータと、前記食器を乾燥させる乾燥ファンと、前記乾燥ファンを回転駆動する相数の異なる第２のモータと、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換し前記第１のモータあるいは第２のモータを交互に駆動するインバータ回路と、前記第１のモータ、第２のモータのいずれかを交互に切り換える負荷切換手段と、前記インバータ回路と前記負荷切換手段を制御する制御手段とを備え、前記インバータ回路に接続したモータに応じて、前記制御手段のモータ制御プログラムを制御するようにした食器洗浄機のモータ駆動装置。

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