JP2007236068A - モータ制御装置、モータ制御方法および洗濯機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの運転中にその時の電機子巻線の抵抗値を精度良く検出する。
【解決手段】回転子の回転位置と回転速度とをモータ電流、モータ電圧、モータ回路定数を基に推定してベクトル制御を行なうモータ制御装置において、回転子が特定回転位置になったことを検出して同期パルスを出力する回転位置検出手段を設け、その回転位置検出手段が同期パルスを出力した時点における推定した回転位置が、回転子の前記特定回転位置に一致するようにモータ回路定数の一つである電機子巻線の抵抗値を調整する。調整により一致したときの抵抗値をその時点における電機子巻線の抵抗値として扱う。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ定数、モータ電流、モータ電圧を用いて推定した回転子位置に基づいてモータを駆動制御するモータ制御装置、モータ制御方法および当該モータ制御装置を用いた洗濯機に関する。

近年、洗濯機には、ＤＤ（Direct Drive）モータをベクトル制御するモータ制御装置の採用が広がりつつある。ベクトル制御を採用した洗濯機では、消費電力の低減、運転中の振動、騒音の低減などの効果がみられる。

モータをベクトル制御するためには、回転子の回転位置を正確に検出する必要がある。回転子の回転位置を検出する方式には、モータに回転位置センサを取り付けて検出する方式と、センサを用いずにモータの電圧、電流値とモータ回路定数から推定するセンサレス方式とがある。

センサを用いる方式では、回転位置センサとしてエンコーダやホールセンサが用いられる。回転位置センサはモータ回転速度が遅い場合でも回転子位置を正確に検出できる利点がある。しかし、回転位置センサは振動により取り付け位置がずれて検出精度が悪化することがある。回転子位置の検出精度が悪化すると、電機子電流をトルク方向成分（ｑ軸電流）と磁束軸方向成分（ｄ軸電流）とに分離して独立に制御するというベクトル制御の効果が著しく減殺される。その結果としてモータ効率の低下、振動・騒音の増大といった問題が生じる。

センサレス方式は、モータの電圧、電流に含まれる位置情報を利用して回転子位置を推定するものである。この方式は、誘起電圧が低い低速度領域では検出精度に問題があるが、回転位置センサのような位置ずれの問題は生じない。また、回転位置センサとその配線、およびメンテナンスが不要となる利点があることから洗濯機への採用が増えている。

センサレス方式による回転子位置の推定演算には、モータ電流、電圧以外にモータの回路定数が必要である。必要な回路定数の一つとして電機子巻線の抵抗値がある。電機子巻線の抵抗値は温度によって変化する。従って、回転子位置を精度良く推定するには、その時々の温度に対応した抵抗値を正確に把握する必要がある。各温度における抵抗値は予め実験で把握できるが、その値が分かっていても抵抗値を知るためにはその時の巻線温度を検出する必要がある。しかし、その検出は簡単ではない。こうしたことから巻線温度を検出するためのセンサを取り付けることなしに、回転中の電機子の巻線抵抗値を精度良く検出する方法が求められている。

従来技術として特許文献１がある。その検出方法は、モータの起動前又は起動時に定電圧制御を行なって電機子巻線に一定電圧を印加し、その時の電流値から巻線抵抗値を算出するものである。この方法による検出は、その時々の温度における抵抗値を検出できる利点がある。しかし、この方法は回転子を停止させた状態で行なうため、停止のための位置決め時間が必要になる他、検出のために流す電流のため消費電力が増える問題がある。
特願２００４−３２７８７１号 特開昭６１−２６２０８４号公報

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、モータの運転中にその時の電機子巻線の抵抗値を精度良く検出することのできるモータ制御装置、モータ制御方法、およびそれらを使用した洗濯機を提供することにある。

前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、永久磁石を回転子に設けてなる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束に平行なｄ軸電流とそれに直交するｑ軸電流とに分離し、それら電流成分がモータ回転速度を指令値に一致させるべく決めたそれぞれの電流指令値に一致するように独立して制御すると共に、該制御に必要な回転子の回転位置と回転速度とをモータ電流、モータ電圧、モータ回路定数を基に推定して前記制御に使用するモータ制御装置において、回転子が特定回転位置になったことを検出して同期パルスを出力する回転位置検出手段と、該回転位置検出手段が前記同期パルスを出力した時点における前記推定した回転位置の値が、前記特定回転位置の値に一致するように前記モータ回路定数の一つである電機子巻線の抵抗値を調整し、一致したときの抵抗値をその時点における電機子巻線の抵抗値と推定する巻線抵抗推定手段と、を更に備えることを特徴とするモータ制御装置である。

このような構成のモータ制御装置によれば、モータを回転駆動させている状態でその時点の、その電機子巻線温度における電機子巻線の抵抗値を検出することができる。そして、検出した巻線抵抗値を直ちに角速度と回転位置の推定演算に使用するので、角速度推定と回転位置推定の精度が向上してベクトル制御によるモータ制御精度が向上する。その結果としてモータ効率の低下、振動・騒音の増大といった問題も生じなくなる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記巻線抵抗推定手段は、回転子の前記特定回転位置の値として、ｄ軸電流をゼロとした運転状態において前記回転位置検出手段が同期パルスを出力した時点における前記推定した回転位置の値である推定特定回転位置の値を用いることを特徴とするモータ制御装置である。

ｄ軸電流をゼロとした運転では電機子巻線の抵抗値の影響を受けることなく（従って、巻線温度の影響も受けることなく）、回転子の角速度と回転位置を推定することができる。このため推定された回転位置の精度は高くなるので、その値を特定回転位置の値として扱ってもよい。このようにすれば、特定回転位置の値を容易に、且つ精度良く知ることができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記巻線抵抗推定手段は、前記推定した回転速度の変動が所定範囲内であるときに前記電機子巻線の抵抗値の推定を行なうことを特徴とするモータ制御装置である。

回転速度が変動している状態では巻線抵抗値の推定精度が悪化する。従って、回転速度の変動が所定範囲内に納まっている状態で推定を行なえば、推定精度を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記巻線抵抗推定手段は、前記ｑ軸電流の変動が所定範囲内であるときに前記電機子巻線の抵抗値の推定を行なうことを特徴とするモータ制御装置である。

ｑ軸電流が変動している状態では巻線抵抗値の推定精度が悪化する。従って、ｑ軸電流の変動が所定範囲内に納まっている状態で推定を行なえば、推定精度を向上させることができる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載のモータ制御装置において、前記巻線抵抗推定手段は、ｑ軸電流の範囲別に前記推定特定回転位置の値を記憶しておき、前記推定した回転位置と回転速度を用いて回転速度が制御されている状態において前記回転位置検出手段が前記同期パルスを出力した時の前記推定した回転位置を、その時のｑ軸電流が属する前記ｑ軸電流の範囲に対応して記憶した推定特定回転位置の値に一致させるように前記推定に使用する電機子巻線の抵抗値を調整し、一致したときの抵抗値をその時点における電機子巻線の抵抗値と推定することを特徴とするモータ制御装置である。

ｄ軸電流をゼロとした運転では角速度と回転位置の推定値はｑ軸インダクタンスの影響を受ける。そして、そのｑ軸インダクタンスの値はｑ軸電流の大きさにより微妙に変化する。従って、本構成のようにｑ軸電流の範囲別に推定特定回転位置の値を記憶しておき、電機子巻線の巻線抵抗値を推定する際にはその時のｑ軸電流に対応した推定特定回転位置の値を使用することで巻線抵抗値の推定精度を向上させることができる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記回転位置検出手段としてホールセンサを使用したことを特徴とするモータ制御装置である。
ホールセンサを使用すれば回転子が特定回転位置になったことを容易に検出することができ、同期パルスの出力を容易に行なうことができる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載のモータ制御装置を用いたことを特徴とする洗濯機である。

このような洗濯機は、モータの巻線抵抗値が精度良く推定されるためベクトル制御によるモータ制御精度が向上する。その結果としてモータ効率の低下、振動・騒音の増大といった問題も生じなくなる。

また、請求項８に記載の発明は、永久磁石を回転子に設けてなる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束に平行なｄ軸電流とそれに直交するｑ軸電流とに分離し、それら電流成分がモータ回転速度を指令値に一致させるべく決めたそれぞれの電流指令値に一致するように独立して制御すると共に、該制御に必要な回転子の回転位置と回転速度とをモータ電流、モータ電圧、モータ回路定数を基に推定して前記制御に使用するモータ制御方法であって、ｄ軸電流をゼロとした運転状態において回転子が特定回転位置になったことを回転位置検出手段により検出し、その時の前記推定した回転位置の値を推定特定回転位置の値として記憶しておく段階と、前記回転位置検出手段により回転子が前記特定回転位置になったことが検出された時点における前記推定した回転位置の値が、記憶した前記推定特定回転位置の値に一致するように前記モータ回路定数の一つである電機子巻線の抵抗値を調整し、一致したときの抵抗値をその時点における電機子巻線の抵抗値と推定する段階と、を含むことを特徴とするモータ制御方法である。

このようなモータ制御方法によれば、請求項１に記載の発明の効果と同様の効果が得られる。

以下、本発明に係るモータ制御装置、モータ制御方法をドラム式洗濯機に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。まず、ドラム式洗濯機の全体構成を図１を参照して説明する。

ドラム式洗濯機１の外殻をなす外箱２の前面部には、中央部に扉３が設けてあり、上部には多数のスイッチと表示部（何れも図示せず）を備えた操作パネル４が取り付けてある。扉３は、外箱２の前面中央部に形成された洗濯物出し入れ口５を開閉する。外箱２の内部には、円筒状をなす水槽６が配設してある。この水槽６は、その軸方向が前後方向（図１では左右方向）となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状に配設してあり、弾性支持装置７により支持してある。水槽６の内部には、円筒状をなす回転ドラム８が水槽６と同軸状に配設してある。この回転ドラム８は、洗濯の他、脱水および乾燥に共用の槽として機能するもので、胴部のほぼ全域に小孔９が多数形成してあり（図１には一部のみ示す）、胴部の内周部にはバッフル１０が複数設けてある（図１には一つのみ示す）。

水槽６および回転ドラム８は、それぞれ前面部に洗濯物出し入れ用の開口部１１、１２が設けてある。水槽６の開口部１１は前記洗濯物出し入れ口５にベローズ１３により水密に連ねてあり、回転ドラム８の開口部１２はその水槽６の開口部１１を臨むようにしてある。回転ドラム８の開口部１２の周囲部には、バランスリング１４が設けてある。

水槽６の背面部には、回転ドラム８を回転駆動するモータ１５が取り付けてある。モータ１５はアウタロータ形のブラシレス永久磁石モータで、その固定子１６は水槽６の背部中央部に取り付けた軸受ハウジング１７の外周部に固定してある。固定子１６には、三相の巻線１８（固定子巻線に相当）が巻回してある。

モータ１５の回転子１９は、固定子１６を外側から覆うように配置してある。中心部に取り付けた回転軸２０は、上記軸受ハウジング１７に固定した軸受２１により回転可能に支持してある。軸受ハウジング１７から突出した回転軸２０の前端部は回転ドラム８の背部の中央部に連結してある。即ち、モータ１５の回転子１９が回転すると回転子１９と一体に回転ドラム８も回転する構成（いわゆるダイレクトドライブ方式）にしてあり、回転ドラム８内に収容した洗濯物に対して回転力を作用させて、洗い運転、すすぎ運転、脱水運転を行なうようになっている。

水槽６の下面部には水溜部２２が設けてあり、この水溜部２２の内部には洗濯水加熱用のヒータ２３が配設してある。水溜部２２の後部には排水弁２４を介して排水ホース２５が接続してある。

水槽６の上部には温風生成装置２６が取り付けてあり、その背部には熱交換器２７が取り付けてある。温風生成装置２６は、ケース２８内に配設した温風用ヒータ２９、ケーシング３０内に配設したファン３１、そのファン３１をベルト伝動機構３２を介して回転駆動するファンモータ３３により構成してある。ケース２８とケーシング３０とは連通させてある。ケース２８の前部にはダクト３４が接続してあり、ダクト３４の先端部は、水槽６内の前部に突出して回転ドラム８の開口部１２に臨んでいる。

温風用ヒータ２９とファン３１とにより温風を生成し、その温風をダクト３４を通して回転ドラム８内に供給する。回転ドラム８内に供給された温風は回転ドラム８内の洗濯物を加熱すると共に水分を奪い、熱交換器２７側へ排出される。

熱交換器２７は水冷式で、上部は上記ケーシング３０内と連通し、下部は水槽６内と連通している。上部から水を注ぎ入れるようになっており、その水が流下する際に内部を通る空気中の水蒸気を冷却、凝縮させて除湿する。この熱交換器２７を通った空気は再び温風生成装置２６に戻り、温風化されて循環する。

図２は、モータ１５の回転をベクトル制御する本実施形態のモータ制御装置４０の構成をブロック図で示したものである。ベクトル制御は電機子巻線に流れる電流を界磁である永久磁石の磁束方向と、それに直交する方向とに分離してそれらを独立に調整することにより磁束と発生トルクを制御する方法である。電流制御には、回転子１９と共に回転する回転座標系、いわゆるｄ−ｑ座標系で表わした電流値が用いられる。ここに、ｄ軸は回転子１９に取り付けた永久磁石の作る磁束方向であり、ｑ軸はｄ軸に直交する方向（回転方向に電気角でπ／２進んだ方向）である。電機子巻線に流れる電流のｑ軸成分であるｑ軸電流Ｉqは回転トルクを発生させる成分でありトルク成分電流とも呼ばれる。他方のｄ軸成分であるｄ軸電流Ｉdは磁束を作る成分であり磁化成分電流とも呼ばれる。

モータ制御装置４０は、電流制御回路４１、回転位置推定回路４２、電流指令値決定回路４３、巻線抵抗推定回路（巻線抵抗推定手段に相当）４４を備えて構成してある。電流制御回路４１は、モータ１５に実際に流れる電流のｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqの値を、電流指令値決定回路４３が出力するｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrにそれぞれ一致させるように制御する回路である。電流制御回路４１は、減算器４６、４７、比例積分器４８、４９、ｄｑ／αβ座標変換器５１、αβ／ＵＶＷ座標変換器５２、ＰＷＭ形成回路５３、インバータ回路５４、電流検出回路５６を備える。電流検出回路５６は、モータ１５に実際に流れている電流のｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqを検出する回路である。

電流検出回路５６は、ＵＶＷ電流検出回路５７、ＵＶＷ／αβ座標変換器５８、αβ／ｄｑ座標変換器５９により構成してある。ＵＶＷ電流検出回路５７はモータ１５の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する回路である。ＵＶＷ電流検出回路５７は、インバータ回路５４に設けてある３式のハーフブリッジ回路６１の接地側スイッチング素子６２と接地電位ＧＮＤとの間に接続した３個のシャント抵抗６４の両端電圧に基づいて電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。ＵＶＷ電流検出回路５７の回路構成については、例えば特許文献２に詳述してある回路を使用する。

検出した電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、ＵＶＷ／αβ座標変換器５８によりこれと等価な２相電流Ｉα、Ｉβに変換される。変換された２相電流Ｉα、Ｉβは、αβ／ｄｑ座標変換器５９により更に変換されてｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqが算出される。α、βはモータ１５の固定子に固定された２軸座標系の座標軸である。このαβ／ｄｑ座標変換器４９における座標変換の計算には、後述する回転子の回転位置推定値（α軸とｄ軸との位相差の推定値）θｅが用いられる。

こうして算出されたｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqは、減算回路４６、４７にて電流指令値決定回路４３が出力するｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrと比較される。そして、電流偏差ΔＩd 、ΔＩq が算出される。電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑは比例積分器４８、４９にて比例積分演算され、ｄ−ｑ座標系で表わした出力電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑが算出される。出力電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑは、ｄｑ／αβ座標変換器５１にてα−β座標系で表わした値に変換され、更にαβ／ＵＶＷ座標変換器５２により固定子の各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換される。なお、ｄｑ／αβ座標変換器５１における座標変換の計算にも後述する回転子の回転位置推定値θｅが用いられる。

この各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗはＰＷＭ形成回路５３に入力され、指令値に一致する電圧を供給するためのパルス幅変調されたゲート駆動信号が形成される。インバータ回路５４は３式のハーフブリッジ回路６１で構成された周知のインバータ回路で、図示しない直流電源回路より直流電圧の供給を受けている。ＰＷＭ形成回路５３で形成されたゲート駆動信号は各ハーフブリッジ回路６１を構成するスイッチング素子６２、６３等のゲートに与えられ、それにより各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに一致するＰＷＭ変調された三相交流電圧が生成されて電機子巻線に印加される。

このような構成の下で減算回路４６、４７と比例積分器４８、４９とによる比例積分演算によるフィードバック制御が行なわれ、ｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqはそれぞれｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrに一致するように調整される。

以上のような電流制御の過程では、αβ／ｄｑ座標変換器５９、ｄｑ／αβ座標変換器５１における座標変換の際に、回転子の回転位置θの値が必要とされる。この回転位置θの値は、エンコーダなどの回転位置センサをモータ１５に取り付けて検出することも可能であるが、メンテナンスやコストを考えると問題が多い。本実施形態ではそうした回転位置センサを用いないで、センサレスで回転位置θを推定する方式を採用している。

回転位置推定回路４２は、その回転子の回転位置θの推定値θｅ、及び角速度ωの推定値ωｅを推定する回路である。回転位置推定回路４２は、誘起電圧推定回路７１、比例積分器７２、積分器７３により構成してある。誘起電圧推定回路７１には、ｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉq、及びｄ軸の出力電圧指令値Ｖｄ、回転子の角速度推定値ωｅが入力されている。更に、誘起電圧推定回路７１には、モータ１５の回路定数である電機子巻線のｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗値Ｒの各値が記憶させてある。

誘起電圧推定回路７１はこれらの入力値と回路定数を用いて、ｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅdを次式で計算する。
Ｅd＝Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ−Ｌｄ・ｐ・Ｉｄ＋ωｅ・Ｌｑ・Ｉｑ （１）式
ここで、ｐは微分演算子である。Ｖｄの値としてはモータ１５に実際に印加されている電圧値を使用すべきであるが、その値は比例積分器４８が出力する電圧指令値Ｖｄに一致するのでその値を使用している。

こうして計算されたｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅdは比例積分器７２に入力されて比例積分演算が施され、その結果が回転子の角速度推定値ωｅとして出力される。角速度推定値ωｅは積分器７３にて積分され、その値が回転位置推定値θｅとして出力される。

回転位置推定値θｅは、前述したようにαβ／ｄｑ座標変換器５９、ｄｑ／αβ座標変換器５１における座標変換に使用される。角速度推定値ωｅは、誘起電圧推定回路７１に与えられて（１）式による誘起電圧推定値Ｅdの計算に使用される。また、角速度推定値ωｅは電流指令値決定回路４３にも与えられる。

ところで（１）式の右辺の計算に用いられているωｅは、回転子角速度の推定値であり実際の角速度ωではない。また、（１）式右辺のｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqも、回転位置推定値θｅを使用して算出された値であり、更にその回転位置推定値θｅ自身も角速度推定値ωｅを積分して求められた値である。また、（１）式右辺のｄ軸の出力電圧指令値Ｖｄ及び（１）式には現れていないｑ軸の出力電圧指令値Ｖｑは、同じく回転位置推定値θｅを使用して各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換されている。そして、その電圧指令値に基づいてインバータ回路５４において電圧が生成され、電機子巻線に与えられる。即ち、（１）式中の回路定数以外の変数は全て角速度推定値ωｅによる影響を受けている。

（１）式の左辺のＥdは、角速度推定値ωｅが実際の角速度ωに一致しており、且つ回転位置推定値θｅも回転子の回転位置（α軸とｄ軸との位相差）に一致していればゼロになる筈である。その値がゼロにならないことは、計算に使用している角速度推定値ωｅや回転位置推定値θｅが実際の値に対して誤差を持っていることを意味する。

このことは逆に言えば、（１）式の右辺で計算したＥdの値がゼロとなるように角速度推定値ωｅ及びそれから計算される回転位置推定値θｅを調整してやれば、ゼロとなった時の角速度推定値ωｅ、回転位置推定値θｅは実際の角速度ω、回転位置θに一致していることになる。このｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅdがゼロとなるように調整するのが比例積分器７２である。比例積分器７２の調整動作により誘起電圧推定値Ｅdがゼロに収束すると、そのときの比例積分器７２の出力である角速度推定値ωｅは実際の角速度ωと一致した値となる。本実施形態ではこうした演算と調整動作を行なう誘起電圧推定回路７１を用いることにより、回転位置センサを用いることなく回転子の実際の角速度ωと回転子位置θの値に一致する角速度推定値ωｅと回転位置推定値θｅを求めている。

回転位置推定回路４２で推定された回転位置推定値θｅは、ｄｑ／αβ座標変換器５１、αβ／ｄｑ座標変換器５９、巻線抵抗推定回路４４に与えられる。また、角速度推定値ωｅは電流指令値決定回路４３、巻線抵抗推定回路４４、誘起電圧推定回路７１に与えられる。

電流指令値決定回路４３は、ｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrを出力する回路である。このｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrは、回転子の角速度（回転速度に相当）ωを、外部から入力される角速度指令値（回転速度指令値に相当）ωｒに一致させるための電流指令値である。電流指令値決定回路４３は、減算器７５、比例積分器７６、ｄｑ分配器７７により構成してある。

減算器７５は、外部のマイコン８０から出力される角速度指令値ωｒと角速度推定値ωｅとの偏差Δωを算出する。マイコン８０は、ドラム式洗濯機１の動作全般を総括制御するためのものである。マイコン８０は、操作パネル４を通した操作者の指示に従い、その時々の洗濯機の工程に対応した角速度指令値ωｒを減算器７５に出力する。偏差Δωは比例積分器７６によって比例積分演算が施され、演算結果がｄｑ分配器７７に出力される。ｄｑ分配器７７は、演算結果をｄ軸電流指令値Ｉdrとｑ軸電流指令値Ｉqrに分配して出力する。分配の仕方はマイコン８０により指示される。例えば、「洗い工程」においては、ｄ軸電流指令値Ｉdrをゼロとし、比例積分器７６の演算結果をそのままｑ軸電流指令値Ｉqrとして出力する。また、「脱水工程」においては、弱め磁束制御を行なうためにｄ軸電流指令値Ｉdrをマイナスの値とした上で、演算結果に比例する値をｑ軸電流指令値Ｉqrとして出力する。

こうして分配されたｄ軸電流指令値Ｉdr、ｑ軸電流指令値Ｉqrは電流制御回路４１に与えられる。そして、前述したようにモータ１５のｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉqがそれらの指令値に一致するように制御される。そのように制御された結果としての角速度推定値ωｅが、減算器７５にフィードバックされる。比例積分器７６は、比例積分演算により偏差Δωをゼロに収束させる。その結果として角速度推定値ωｅは角速度指令値ωｒに一致するようになる。

このようにモータ制御装置４０は、電流マイナーループの外側に速度制御ループをもつ、いわゆる速度サーボ形の構成をとっている。その際、速度サーボに必要な回転子の角速度ωの値には、回転位置推定回路４２で推定した値ωｅを使用している。回転位置推定回路４２は、実際の角速度ωに一致する角速度推定値ωｅを演算して出力する。こうしてモータ１５の実際の角速度ωは、マイコン８０が出力する角速度指令値ωｒに一致した値に制御される。

ところで、モータ１５の実際の角速度ωを角速度指令値ωｒに精度良く一致させるためには、回転位置推定回路４２の推定した角速度推定値ωｅが実際の角速度ωに精度良く一致している必要がある。回転位置推定回路４２は、前述したように（１）式で計算したｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅdがゼロとなるように制御することにより、実際の角速度ωを推定している。従って、角速度推定値ωｅの推定精度を高めるには、（１）式で計算されるＥdの精度を高める必要がある。

（１）式にはｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗値Ｒの３つの回路定数が含まれている。このうち、巻線抵抗値Ｒは温度によってかなり大きく変化する。従って、Ｅdの精度を高めるには、その時点の巻線温度に対応した巻線抵抗値を使用することが重要である。本実施形態のモータ制御装置４０は、その時点における巻線抵抗値Ｒを、モータ１５の駆動中に検出して（１）式の計算に使用する点にある。その巻線抵抗値Ｒをセンサを使用することなく検出するために、巻線抵抗推定回路４４が設けてある。

巻線抵抗推定回路４４には、角速度推定値ωｅ、回転位置推定値θｅ、ｑ軸電流Ｉq、それに回転子が特定回転位置θａにあることを知らせる同期パルスＰが入力してある。この同期パルスＰを出力するために、モータ１５には回転位置センサ（回転位置検出手段に相当）８２が取り付けてある（なお、巻線抵抗推定回路４４と回転位置検出センサ８２とが巻線抵抗推定手段に相当する。）。回転位置センサ８２は、回転子が特定回転位置（特定電気角）θａとなった時に同期パルスＰを出力するセンサである。そのような回転位置センサ８２としては、ホールセンサやエンコーダを用いることができる。

次に、図３に示した制御フローを参照して巻線抵抗値Ｒの推定方法を説明する。この図３の制御フローは巻線抵抗推定回路４４が実行するフローである。最初のステップＳ１では、角速度推定値ωｅが所定の角速度ωｋより大きいかチェックする。これは、回転子の回転速度が低い状態では巻線抵抗値Ｒの精度良く推定することが難しいため、一定の回転速度以上で推定を行なう趣旨である。

角速度推定値ωｅが所定の角速度ωｋより大きい値であった場合にステップＳ２に移る。ステップＳ２では、角速度推定値ωｅの変動幅が所定値以内かチェックする。このようなチェックを行なうのは、角速度推定値ωｅがある程度安定していないと精度の良い推定ができないためである。角速度推定値ωｅの変動幅が所定値以内に納まっているか否かの判定は、角速度推定値ωｅの値を短い周期（例えば、１０〜２０ｍｓｅｃの周期）で数回サンプリングし、それら全ての値が予め決めた許容変動幅内に納まっているか否かで判定する。

角速度推定値ωｅの変動幅が所定値以内であった場合にはステップＳ３に移る。ステップＳ３では、回転位置センサ８２から同期パルスＰが入力されるのを待つ。回転位置センサ８２は、前述したように回転子の回転位置が特定回転位置θａになった時に同期パルスＰを出力する。即ち、同期パルスＰが出力された瞬間には、回転子の実際の回転位置θはθａになっている。従って、同期パルスＰが出力された瞬間における角速度推定値ωｅの値がθａに一致していれば、回転子の回転位置は正確に推定されていることになる。また、その時の回数速度が安定していれば、角速度推定値ωｅも実際の角速度ωを正確に推定していることになる。

ステップＳ３で同期パルスＰを受信したならばステップＳ４に移る。ステップＳ４では回転位置推定回路４２で推定した角速度推定値ωｅと、回転位置センサ８２が検出する特定回転位置θａとの差｜θｅ−θａ｜が所定の誤差Δθｋ以内か否かを判定する。差｜θｅ−θａ｜がその所定誤差Δθｋ以内であれば回転位置θが正しく推定されているものと見なす。従って、Δθｋは小さな値である。

差｜θｅ−θａ｜が所定誤差Δθｋ以内であれば、（１）式によるＥdの計算精度も高いとみなすことができる。（１）式の計算精度が高ければ、（１）式に使用している巻線抵抗値Ｒも正しく、その値はその時の巻線温度における抵抗値に一致していると見なすことができる。従って、差がΔθｋ以内（ステップＳ４：ＹＥＳ）であった場合には、計算に使用している巻線抵抗値Ｒを修正する必要はないので、何もせずにステップＳ１に戻る。

ステップＳ４にて差｜θｅ−θａ｜が所定誤差Δθｋを超えていた場合は、回転位置θの推定精度が不十分と判断されるのでステップＳ５に移る。ステップＳ５〜Ｓ７では、推定精度を挙げるために巻線の抵抗値Ｒに修正を加える。まず、ステップＳ５では、同期パルスＰが出力された瞬間における角速度推定値ωｅと特定回転位置θａとの大きさを比較する。

角速度推定値ωｅの方が大きかった場合にはステップＳ６に移り、現在の抵抗値Ｒに微小な値ΔＲを加えた値を新たな抵抗値Ｒとする。反対に角速度推定値ωｅの方が小さかった場合にはステップＳ７に移り、現在の抵抗値Ｒから微小な値ΔＲを引いた値を新たな抵抗値Ｒとする。誘起電圧推定回路７１には、現在使用している抵抗値ＲにΔＲを加算するか減算するかの指示を送信し、推定に使用する抵抗値Ｒを修正させる。その後、ステップＳ８にて微小時間Δｔだけ待機してステップＳ１に戻る。微小時間Δｔだけ待機するのは、変更後の抵抗値Ｒを使用した推定が落ち着くまで待機する趣旨である。

このように回転子が特定回転位置θａになった瞬間における角速度推定値ωｅの値がθａに一致していなかった場合には、θａに近づく方向に巻線の抵抗値Ｒに僅かな修正を加える。そして、その修正操作を繰り返すことにより回転子が特定回転位置θａになった瞬間における角速度推定値ωｅをθａに集束させる。集束した時の抵抗値Ｒは、その時の（その巻線温度に対応した）抵抗値を表わしていることになる。

本実施形態のモータ制御装置４０は、上述したような構成と制御フローによりその時の巻線の抵抗値Ｒを推定する。その推定演算は、回転速度が一定値以上で、ある程度安定している状態であれば何時でも実行することができる。即ち、洗濯機に洗濯をさせている状態において推定できるという大きな利点を有する。そして、そのようにして推定したその時の抵抗値Ｒを、直ちに角速度ωと回転位置θの推定演算に使用する。これにより角速度推定値ωｅと回転位置推定値θｅの精度が向上し、ベクトル制御によるモータ１５の制御精度が向上する効果が得られる。その結果としてモータ効率の低下、振動・騒音の増大といった問題も生じなくなる。

ここで、回転位置センサ８２が同期パルスＰを出力する時の回転子の特定回転位置（特定電気角）θａの値を知る方法について説明する。この特定回転位置θａは、ホールセンサやエンコーダといった回転位置センサ８２のモータ１５への取り付け位置や取り付け方で決まる値である。従って、モータ１５の機械的な寸法、例えば、機械構造図面上の寸法からその値θａを知ることができる。また、図面から読み取る他に、同期パルスＰが出力される瞬間の角度を実際に測定して知ることもできる。

しかしながら、回転子の磁極数が多い場合には電気角２πに相当する機械角が小さい値となる。そのため、図面から読み取った特定回転位置の値と、同期パルスＰが実際に出力される瞬間の回転位置とが一致しないこともあり得る。その対策として、図面から読み取る方法に代えて、次のように電気的にθａの値を検出するようにしてもよい。

前記（１）式は、ｄ軸電流Ｉdの値をゼロとした場合には次のようになる。
Ｅd＝Ｖｄ＋ωｅ・Ｌｑ・Ｉｑ （２）式
即ち、ｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅdの値は巻線抵抗値Ｒに無関係に算出される。即ち、巻線温度の影響を受けることなく角速度ωと回転位置θを推定することができる。

（２）式によれば、ｄ軸電流Ｉdの値をゼロとした運転の下で同期パルスＰが出力された瞬間における角速度推定値ωｅの値は、ｑ軸インダクタンスＬｑの値が正確であれば特定回転位置θａに一致していると見なすことができる。ｑ軸インダクタンスＬｑの値は、計算や実測で比較的精度良く把握することができ、温度による影響も殆ど受けない。従って、ｄ軸電流Ｉdの値をゼロとした運転状態では、角速度ωと回転位置θを精度良く推定できる。

こうした理由から、ｄ軸電流Ｉdの値をゼロとした運転を行ない、その状態で同期パルスＰが出力された瞬間に読み取った回転位置θの値（推定特定回転位置の値に相当）を特定回転位置θａの値として扱うようにしてもよい。このような方法をとった場合には、回転位置センサ８２のモータ１５への取り付け位置は任意でよいことになり便利である。

なお、このｄ軸電流Ｉdの値をゼロとした運転により特定回転位置θａの値を検出する方法の変形として、検出する際のｑ軸電流Ｉqの値を数段階に変化させ、ｑ軸電流の範囲別に検出した特定回転位置θａを記憶しておくとよい。これは、ｑ軸電流Ｉqの値によりｑ軸インダクタンスＬｑの値が微妙に変化し、検出される特定回転位置θａの値が僅かに異なってくるためである。

このようにｑ軸電流Ｉqの範囲別に特定回転位置θａを記憶した場合は、図３の制御フローのステップＳ４、Ｓ５においては、その時のｑ軸電流Ｉqの値に対応した特定回転位置θａを読み出して計算に使用する。このようにすれば、ｑ軸電流Ｉqの値の影響を少なくすることができ、巻線抵抗値Ｒの推定精度を更に高めることができる。

また、図３の制御フローのステップＳ２では、角速度推定値ωｅの変動幅が所定値以内であることを判定したが、角速度推定値ωｅの代わりにｑ軸電流Ｉqの変動幅が所定値以内であることを判定してもよい。ｑ軸電流Ｉqの変動幅が大きい時には巻線抵抗値Ｒの推定精度は悪くなり、またｑ軸電流Ｉqの変動幅が小さい時には角速度推定値ωｅの変動も殆どの場合小さくなるからである。

ドラム式洗濯機の構成例である。 本発明に係るモータ制御装置の構成例である。 巻線抵抗推定回路４４の制御フローである。

符号の説明

図面中、１は洗濯機、１５はモータ、１９は回転子、４０はモータ制御装置、４２は回転位置推定回路、４４は巻線抵抗推定回路、７１は誘起電圧推定回路、８２は回転位置センサ（回転位置検出手段）を示す。

Claims (8)

1. 永久磁石を回転子に設けてなる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束に平行なｄ軸電流とそれに直交するｑ軸電流とに分離し、それら電流成分がモータ回転速度を指令値に一致させるべく決めたそれぞれの電流指令値に一致するように独立して制御すると共に、該制御に必要な回転子の回転位置と回転速度とをモータ電流、モータ電圧、モータ回路定数を基に推定して前記制御に使用するモータ制御装置において、
   回転子が特定回転位置になったことを検出して同期パルスを出力する回転位置検出手段と、
   該回転位置検出手段が前記同期パルスを出力した時点における前記推定した回転位置の値が、前記特定回転位置の値に一致するように前記モータ回路定数の一つである電機子巻線の抵抗値を調整し、一致したときの抵抗値をその時点における電機子巻線の抵抗値と推定する巻線抵抗推定手段と、を更に備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、前記巻線抵抗推定手段は、回転子の前記特定回転位置の値として、ｄ軸電流をゼロとした運転状態において前記回転位置検出手段が同期パルスを出力した時点における前記推定した回転位置の値である推定特定回転位置の値を用いることを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記巻線抵抗推定手段は、前記推定した回転速度の変動が所定範囲内であるときに前記電機子巻線の抵抗値の推定を行なうことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記巻線抵抗推定手段は、前記ｑ軸電流の変動が所定範囲内であるときに前記電機子巻線の抵抗値の推定を行なうことを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項２に記載のモータ制御装置において、前記巻線抵抗推定手段は、ｑ軸電流の範囲別に前記推定特定回転位置の値を記憶しておき、前記推定した回転位置と回転速度を用いて回転速度が制御されている状態において前記回転位置検出手段が前記同期パルスを出力した時の前記推定した回転位置を、その時のｑ軸電流が属する前記ｑ軸電流の範囲に対応して記憶した推定特定回転位置の値に一致させるように前記推定に使用する電機子巻線の抵抗値を調整し、一致したときの抵抗値をその時点における電機子巻線の抵抗値と推定することを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記回転位置検出手段としてホールセンサを使用したことを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載のモータ制御装置を用いたことを特徴とする洗濯機。
8. 永久磁石を回転子に設けてなる三相永久磁石モータに流れる電流を永久磁石の作る磁束に平行なｄ軸電流とそれに直交するｑ軸電流とに分離し、それら電流成分がモータ回転速度を指令値に一致させるべく決めたそれぞれの電流指令値に一致するように独立して制御すると共に、該制御に必要な回転子の回転位置と回転速度とをモータ電流、モータ電圧、モータ回路定数を基に推定して前記制御に使用するモータ制御方法であって、
   ｄ軸電流をゼロとした運転状態において回転子が特定回転位置になったことを回転位置検出手段により検出し、その時の前記推定した回転位置の値を推定特定回転位置の値として記憶しておく段階と、
   前記回転位置検出手段により回転子が前記特定回転位置になったことが検出された時点における前記推定した回転位置の値が、記憶した前記推定特定回転位置の値に一致するように前記モータ回路定数の一つである電機子巻線の抵抗値を調整し、一致したときの抵抗値をその時点における電機子巻線の抵抗値と推定する段階と、を含むことを特徴とするモータ制御方法。

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