JP5196923B2 - ランドリー機器 - Google Patents

Description

本発明は、モータの断線を検出する機能を備えた、例えば洗濯機や乾燥機のようなランドリー機器に関する。

従来より、インバータを構成するスイッチング素子の故障やモータを含む駆動部の断線異常を検出する技術として、例えば特許文献１に開示されているように、モータの停止時に各相に通電を行い、発生した電流値に基づいて異常判定するものがある。この技術は比較的単純で検知の確実性も高く、更に通常のモータ制御回路に対して特別な回路を付加する必要もないことから低コストで実施可能であり、広く実施されている。

しかしながら、この方式では原理的に、モータが回転している状態では異常が検知できない問題がある。また、特許文献１では空気調和機に適用することを想定しているが、洗濯機などでは事情が異なり、ドラムなどの回転槽が回転している場合に発生する振動により配線が傷つく可能性が高く、動作中に断線が発生すると次回に電源を再投入して使用を開始するまでの間、そのままの状態で運転が継続されてしまう。

特許文献２には、コンプレッサの欠相（断線）を検出する場合、インバータ電源に三相交流電源を使用し、各相電源電流の差が所定値より大きくなると欠相異常を検出するようにしている。しかしながら、一般に家庭用を始めとする洗濯機や乾燥機は単相交流電源を使用するものが殆どであるため、特許文献２の技術は適用することができない。また、特許文献２では、検出を行うポイントがモータの欠相とは直接結び付かない電源側であるため、検出の確実性に欠ける問題がある。更に、電流を検出するためにカレントトランスのような専用の手段が必要となるため、コストアップも問題となる。

特許文献３には、空気調和機においてインバータ回路の母線電流をカレントトランスによって検出し、そのリップル変動の大きさにより異常を検出する技術が開示されている。しかしながら、この技術では、リップル変動が比較的大きくなった場合、それが欠相のような異常要因により発生しているのか、モータの負荷変動のように正常な動作範囲の要因により発生しているのか、判別が困難であるという問題がある。

例えば洗濯機の場合、洗い運転や脱水運転に使用されるモータは、衣類のアンバランスなどにより負荷変動が大きくなるため、特許文献３の技術は適用できない。また、乾燥機の場合も、使用されるコンプレッサは空気調和機とは異なり、冷媒がより高温・高圧の状態で液体となってコンプレッサに還流されるため、やはり負荷変動が大きくなることから、特許文献３の技術は適用できない。

特許文献４は、特許文献２の改良を図ったもので、インバータ回路の直流母線電流の変動を検出する際に、電流の変動を周波数に変換する回路を設け、欠相時に周波数が低下したことを捉えて検出を行うことで、特許文献２のように三相交流電源に限定される点や専用の電流検出器が必要となる問題点が解消されている。しかしながら、電流−周波数変換を行う回路が必要な点でのコストアップは避けられない。また、モータに正弦波通電を行うベクトル制御方式では、通常状態での電流変動が少なくなることから、誤検出が発生するおそれもある。

特許文献５は、洗濯機に関するもので、異常検出を行う方式が幾つか開示されている。その中の１つに、インバータ回路を構成する下アーム側スイッチング素子がＯＮの状態で、電流検知手段により検知される電流の値が「０」になった場合に異常と判断して、インバータの動作を停止させるものがある。
特開平０６−２０５５９９号公報 特開昭６３−２２８９１６号公報 特開平０４−１５６２２２号公報 特開平０３−２６１３９５号公報 特開平１０−１４５９６０号公報

しかしながら、特許文献５の上記技術を実際に行って評価してみたところ、電流検知手段のＳ／Ｎ比が悪く、電流値が「０」となった状態を捉えて判定を行うことはできなかった。例えば洗濯機では、洗い運転や脱水運転におけるモータの負荷範囲が広いため、電流値は数１０ｍＡ〜１０Ａ程度まで変化する。そして、電流値が大きい場合には当然にノイズも大きくなる傾向を示すため、幅広い電流検出レンジ内で良好に検出を行うには独自の方式が必要である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、モータの欠相検出を低コストで確実に行うことができるランドリー機器を提供することにある。

請求項１記載のランドリー機器は、洗濯に関連した運転動作を行うための回転駆動力を発生させる三相ブラシレスＤＣモータと、ＰＷＭ制御方式インバータと、前記モータの三相電流を個別に検出する電流検出手段と、前記モータをベクトル制御する制御手段と、前記モータの断線を検出する断線検出手段と、前記断線検出手段により断線が検出されると当該モータの回転を停止させると共に、所定条件が成立した場合は異常報知を行う異常処理手段とを備えるものにおいて、
前記断線検出手段は、前記電流検出手段により検出される電流値について平滑化処理を行い、前記三相電流のうち、一相の電流値が他の二相の電流値に比較して所定値以下となる状態が所定継続した場合に断線を検出することを特徴とする。
すなわち、断線が発生した相の電流は、その他の健全な相の電流よりも減少した状態が続くことになる。したがって、各相間における電流を相対的に比較することで断線が検出可能となる。

請求項３記載のランドリー機器は、洗濯に関連した運転動作を行うための回転駆動力を発生させる三相ブラシレスＤＣモータと、ＰＷＭ制御方式インバータと、前記モータの三相電流を個別に検出する電流検出手段と、前記モータをベクトル制御する制御手段と、前記モータの断線を検出する断線検出手段と、前記断線検出手段により断線が検出されると当該モータの回転を停止させると共に、所定条件が成立した場合は異常報知を行う異常処理手段とを備えるものにおいて、
前記断線検出手段は、前記電流検出手段により検出される電流値について平滑化処理を行い、前記三相電流のうち、一相の電流値が他の二相の電流値に比較して所定値以下となる状態が所定時間継続した場合、又は前記インバータのＰＷＭ出力電圧が所定値以上であり、且つ前記三相全ての電流値が所定値以下である場合に断線を検出することを特徴とする。
すなわち、インバータの出力電圧がある程度のレベルに達しているのに対して、各相の電流値が極めて低い場合には、インバータ，モータ間が、断線の発生により高抵抗状態（ハイインピーダンス状態）にあることが推定される。したがって、請求項１と同様の断線検出方式と併せて、断線を多様に検出できる。

請求項１記載のランドリー機器によれば、検出される電流にノイズが重畳される場合でも、インバータ，モータ間の断線を確実に検出することができる。
請求項３記載のランドリー機器によれば、インバータ，モータ間の断線をより多様に検出することができる。

以下、本発明をヒートポンプ式洗濯乾燥機（ランドリー機器）に適用した一実施例につき、図面を参照して説明する。まず、図１８において、外箱１の内部には、水槽２が複数の支持装置３により弾性支持されて水平状態に配設されている。この水槽２の内部には、これと同軸状態で回転ドラム４が回転可能に配設されている。この回転ドラム４は、周側壁及び後壁に通風孔を兼ねる脱水孔４ａ（一部のみ図示）を多数有していて、洗濯槽、脱水槽及び乾燥室としても機能する。なお、回転ドラム４の内周面には、複数のバッフル４ｂ（１個のみ図示）が設けられている。

上記外箱１、水槽２及び回転ドラム４において、いずれも前面部（図中、右側部）には、洗濯物出し入れ用の開口部５、６及び７をそれぞれ有しており、そして開口部５と開口部６とは、弾性変形可能なベロー８によって水密に連通接続されている。また、外箱１の開口部５には、これを開閉する扉９が設けられている。また、前記回転ドラム４は、背面部に回転軸１０を有しており、この回転軸１０は、軸受（図示せず）に支持されて、水槽２の背面部の外側に取付けられた運転用モータとしてのアウタロータ型の三相ブラシレスＤＣモータからなるドラムモータ（洗い・脱水モータ）１１により回転駆動される。

外箱１の底板１ａには、複数の支持部材１２を介してケーシング１３が支持されており、そのケーシング１３の右端部上部及び左端部上部には、吐出口１３ａ及び吸入口１３ｂがそれぞれ形成されている。また、底板１ａには、ヒートポンプ（冷凍サイクル）１４の圧縮機１５が設置されている。更に、ケーシング１３内には、ヒートポンプ１４の凝縮器１６及び蒸発器１７が右側から左側に向け順に設置されているとともに、右端部に位置して送風ファン１８が配設されている。図１９には、各部を冷媒循環用のパイプ８０で接続したヒートポンプ１４の構成を示しており、この図では、冷媒の流量を調整する調整弁８１も示している。なお、ケーシング１３における蒸発器１７の下方に位置する部位には、皿状の水受け部１３ｃが形成されている。

水槽２において、前面部の上部には、吸気口１９が形成され、背面部下部には、排気口２０が形成されている。吸気口１９は、直線状ダクト２１及び伸縮自在な連結ダクト２２を介してケーシング１３の吐出口１３ａに接続されている。また、排気口２０は、環状ダクト２３及び伸縮自在の連結ダクト２４を介してケーシング１３の吸入口１３ｂに接続されている。環状ダクト２３は、水槽２の背面部の外側に取付けられており、ドラムモータ１１と同心円状をなすように形成されている。すなわち、環状ダクト２３の入口側が排気口２０に接続され、出口側が連結ダクト２４を介して吸入口１３ｂに接続されている。そして、上記ケーシング１３、連結ダクト２２、直線状ダクト２１、吸気口１９、排気口２０、環状ダクト２３及び連結ダクト１４は、空気循環経路２５を構成する。

外箱１内において、その後方上部には、三方弁からなる給水弁２６が配設され、また、前方上部には、洗剤投入器２６ａが配設されている。給水弁２６は、その入水口が給水ホースを介して水道の蛇口に接続され、第１の出水口が洗い用給水ホース２６ｂを介して洗剤投入器２６ａの上段の入水口に接続され、第２の出水口がすすぎ用給水ホース２６ｃを介して洗剤投入器２６ａの下段の入水口に接続されるように構成されている。そして、洗剤投入器２６ａの出水口は、水槽２の上部に形成された給水口２ａに給水ホース２６ｄを介して接続されている。

水槽２の底部の後方の部位には、排水口２ｂが形成されており、この排水口２ｂは、排水弁２７ａを介して排水ホース２７に接続されている。なお、排水ホース２７の一部は伸縮自在になっている。そして、ケーシング１３の水受け部１３ｃは、排水ホース２８及び逆止弁２８ａを介して排水ホース２７の途中部位に接続されている。

外箱１の前面上部には操作パネル部２９が設けられており、この操作パネル部２９には、図示はしないが、表示器及び各種の操作スイッチが設けられている。また、前記操作パネル部２９の裏面には、制御回路（制御手段，電流検出手段，断線検出手段，異常処理手段，回転異常判定手段）３０が設けられている。制御回路３０は、マイクロコンピュータで構成されており、操作パネル部２９の操作スイッチの操作に応じて給水弁２６、ドラムモータ１１及び排水弁２７ａを制御し、洗い、すすぎ及び脱水の洗濯運転や、ドラムモータ１１及び圧縮機１５を駆動する三相ブラシレスＤＣモータからなる圧縮機モータ３１（コンプレッサモータ，図１５参照）を制御することで乾燥運転を実行する。

図１５は、ドラムモータ１１及び圧縮機モータ３１の駆動系を概略的に示すものである。インバータ回路（ＰＷＭ制御方式インバータ）３２は、６個のＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）３３ａ〜３３ｆを三相ブリッジ接続して構成されており、各ＩＧＢＴ３３ａ〜３３ｆのコレクタ−エミッタ間には、フライホイールダイオード３４ａ〜３４ｆが接続されている。
下アーム側のＩＧＢＴ３３ｄ、３３ｅ、３３ｆのエミッタは、シャント抵抗（電流検出手段）３５ｕ、３５ｖ、３５ｗを介してグランドに接続されている。また、ＩＧＢＴ３３ｄ、３３ｅ、３３ｆのエミッタとシャント抵抗３５ｕ、３５ｖ、３５ｗとの共通接続点は、夫々レベルシフト回路３６を介して制御回路３０に接続されている。尚、ドラムモータ１１の巻線１１ｕ〜１１ｗには最大で７Ａ程度流れるので、シャント抵抗３５ｕ〜３５ｗの抵抗値は、例えば０．２２Ωに設定されている。

レベルシフト回路３６はオペアンプなどを含んで構成され、シャント抵抗３５ｕ〜３５ｗの端子電圧を増幅すると共にその増幅信号の出力範囲が正側に収まるように（例えば、０〜＋３．３Ｖ）バイアスを与える。また、過電流比較回路３８は、インバータ回路３２の上下アームが短絡した場合、回路の破壊を防止するために過電流検出を行なう。

インバータ回路３２の入力側には駆動用電源回路３９が接続されている。駆動用電源回路３９は、１００Ｖの交流電源４０を、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路４１及び直列接続された２個のコンデンサ４２ａ、４２ｂにより倍電圧全波整流し、約２８０Ｖの直流電圧をインバータ回路３２に供給する。インバータ回路３２の各相出力端子は、ドラムモータ１１の各相巻線１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに接続されている。

制御回路３０は、レベルシフト回路３６を介して得られるモータ１１の巻線１１ｕ〜１１ｗに流れる電流Ｉａｕ〜Ｉａｗを検出し、その電流値に基づいて２次側の回転磁界の位相θ及び回転角速度ωを推定すると共に、三相電流を直交座標変換及びｄｑ(direct−quadrature) 座標変換して励磁電流成分Ｉｄ、トルク電流成分Ｉｑを得る。
そして、制御回路３０は外部より速度指令が与えられると、推定した位相θ及び回転角速度ω並びに電流成分Ｉｄ、Ｉｑに基づいて電流指令Ｉｄref 、Ｉｑref を生成し、それを電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに変換すると直交座標変換及び三相座標変換を行なう。最終的には、駆動信号がＰＷＭ信号として生成され、インバータ回路３２を介してモータ１１の巻線１１ｕ〜１１ｗに出力される。

第１電源回路４３は、インバータ回路３２に供給される約２８０Ｖの駆動用電源を降圧して１５Ｖの制御用電源を生成して制御回路３０及び駆動回路４４に供給するようになっている。また、第２電源回路４５は、第１電源回路４３によって生成された１５Ｖ電源より３．３Ｖ電源を生成し、制御回路３０に供給する三端子レギュレータである。高圧ドライバ回路４６は、インバータ回路３２における上アーム側のＩＧＢＴ３３ａ〜３３ｃを駆動するために配置されている。

また、モータ１１のロータには、起動時に使用するための回転位置センサ８２が配置されており、回転位置センサ８２が出力するロータの位置信号は、制御回路３０に与えられている。すなわち、モータ１１の起動時において、ロータ位置の推定が可能となる回転速度（例えば、約３０ｒｐｍ）までは、回転位置センサ８２を使用してベクトル制御を行い、上記回転速度に達した以降は、回転位置センサ８２を使用しないセンサレスベクトル制御に切り替える。

そして、圧縮機モータ３１については、ドラムモータ１１の駆動系と対称な構成が配置されている。即ち、圧縮機モータ３１は、インバータ回路（ＰＷＭ制御方式インバータ）４７によって駆動され、その下アーム側にはシャント抵抗（電流検出手段）４８ｕ〜４８ｗが挿入されている。それらのシャント抵抗４８ｕ〜４８ｗの端子電圧は、レベルシフト回路４９を介して制御回路３０に与えられ、また、過電流比較回路５０によって過電流検出のための比較が行なわれる。制御回路３０は、駆動回路５１及び高圧ドライバ回路５２を介してインバータ回路４７を駆動する。但し、圧縮機モータ３１の巻線３１ｕ〜３１ｗに流れる電流はドラムモータ１１に比較して最大で２Ａ程度と小さいため、シャント抵抗４８ａ〜４８ｃの抵抗値は例えば０．０３３Ωに設定されている。

また、電源回路３９の出力端子とグランドとの間には、抵抗素子８３ａ，８３ｂの直列回路が接続されており、それらの共通接続点は、制御回路３０の入力端子に接続されている。制御回路３０は、抵抗素子８３ａ，８３ｂにより分圧されたインバータ回路３２，４７の入力電圧を読み込み、ＰＷＭ信号デューティを決定するための基準とする。

図１６は、制御回路３０が、ドラムモータ１１並びに圧縮機モータ３１について行なうセンサレスベクトル制御の機能ブロックを示す図である（但し、ドラムモータ１１側のみ図示する）。この構成は、例えば特開２００３−１８１１８７号公報などに開示されているものと同様であり、ここでは概略的に説明する。尚、図１６において、（α、β）はモータ１１の各相に対応する電気角１２０度間隔の三相（ＵＶＷ）座標系を直交変換した直交座標系を示し、（ｄ、ｑ）は、モータ１１のロータの回転に伴い回転している２次磁束の座標系を示す。

減算器６２には、速度指令出力部６０より目標速度指令ωrefが被減算値として、エスティメータ(Estimator) ６３により検出されたモータ１１の検出速度ωが減算値として与えられ、減算器６２の減算結果は、速度ＰＩ(Proportional-Integral) 制御部６５に与えられる。速度ＰＩ制御部６５は、目標速度指令ωref と検出速度ωとの差分量に基づいてＰＩ（比例積分）制御を行い、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとを生成して減算器６６ｑ、６６ｄに被減算値として夫々出力する。

尚、ベクトル制御を行なう場合、ｄ軸電流指令値Ｉdrefは基本的に“０”に設定されて全界磁制御によりモータ１１を駆動するが、脱水運転時の高速回転領域では、回転数をより上昇させるため指令値Ｉdrefを負の値に設定して弱め開示制御を行う。減算器６６ｑ、６６ｄには、αβ／ｄｑ変換部６７より出力されるｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流値Ｉｄが減算値として夫々与えられ、減算結果は、電流ＰＩ制御部６８ｑ、６８ｄに夫々与えられる。尚、速度ＰＩ制御部６５における制御周期は１ｍ秒に設定されている。

電流ＰＩ制御部６８ｑ、６８ｄは、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとｄ軸電流指令値Ｉdrefとの差分量に基づいてＰＩ制御を行い、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ及びｄ軸電圧指令値Ｖｄを生成してｄｑ／αβ変換部６９に出力する。ｄｑ／αβ変換部６９には、エスティメータ６３によって検出された２次磁束の回転位相角（ロータ位置角）θが与えられ、その回転位相角θに基づいて電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを電圧指令値Ｖα、Ｖβに変換する。

ｄｑ／αβ変換部６９が出力する電圧指令値Ｖα、Ｖβは、αβ／ＵＶＷ変換部７０により三相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換されて出力する。電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、切換スイッチ７１ｕ、７１ｖ、７１ｗの一方の固定接点７１ｕａ、７１ｖａ、７１ｗａに与えられ、他方の固定接点７１ｕｂ、７１ｖｂ、７１ｗｂには、初期パターン出力部７６より出力される電圧指令値Ｖus、Ｖvs、Ｖwsが与えられる。切換スイッチ７１ｕ、７１ｖ、７１ｗの可動接点７１ｕｃ、７１ｖｃ、７１ｗｃは、ＰＷＭ形成部７３の入力端子に接続されている。

ＰＷＭ形成部７３は、電圧指令値Ｖus、Ｖvs、Ｖws又はＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて１５．６ｋＨｚのキャリア（三角波）を変調した各相のＰＷＭ信号Ｖup(+,-) 、Ｖvp(+,-) 、Ｖwp(+,-) をインバータ回路３２に出力する。ＰＷＭ信号Ｖup〜Ｖwpは、例えばモータ１１の各相巻線１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに正弦波状の電流が通電されるよう、正弦波に基づいた電圧振幅に対応するパルス幅の信号として出力される。

Ａ／Ｄ変換部７４は、ＩＧＢＴ３３ｄ〜３３ｆのエミッタに現れる電圧信号をＡ／Ｄ変換した電流データＩａｕ、Ｉａｖ、ＩａｗをＵＶＷ／αβ変換部７５に出力する。ＵＶＷ／αβ変換部７５は、三相の電流データＩａｕ、Ｉａｖ、Ｉａｗを所定の演算式に従って直交座標系の２軸電流データＩα、Ｉβに変換する。そして、２軸電流データＩα、Ｉβをαβ／ｄｑ変換部６７に出力する。
αβ／ｄｑ変換部６７は、ベクトル制御時にはエスティメータ６３よりモータ１１のロータ位置角θを得ることで、所定の演算式に従って２軸電流データＩα、Ｉβを回転座標系（ｄ、ｑ）上のｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑに変換すると、それらを前述のようにエスティメータ６３及び減算器６６ｄ、６６ｑに出力する。

エスティメータ６３は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流値Ｉｄに基づいてロータの位置角θ及び回転速度ωを推定し、各部に出力する。ここで、モータ１１は、起動時には、初期パターン出力部７６による起動パターンが印加され強制転流が行われる。ベクトル制御の開始以降は、エスティメータ６３が起動されてドラムモータ１１のロータの位置角θ及び回転速度ωが推定される。

切換え制御部７８は、ＰＷＭ形成部７３より与えられるＰＭＷ信号のデューティ情報に基づいて切換スイッチ７１の切換えを制御する。尚、以上の構成において、インバータ回路３２を除く構成は、制御回路３０のソフトウエアによって実現されている機能をブロック化したものである。ベクトル制御における電流制御周期は例えば１２８μ秒に設定されている。

また、図１７は、制御回路３０により制御されるその他の周辺回路を示すブロック図である。ドア制御回路８４は、ドアロック指令が与えられると扉９のロックを行う。また、扉９の開閉状態を示す信号を制御回路３０に出力する。乾燥運転用のファンモータ８５は、動作指令及び回転数指令に応じて送風ファン１８を駆動すると共に、回転数信号を制御回路３０に出力する。力率改善回路８６は、図１５では図示しないが全波整流回路４１の入力側に配置される昇圧チョッパ回路を含んで構成され、電源回路３９の電流波形が正弦波に近づくように、電流波形のゼロクロス点を基準として与えられる駆動パルスに応じてスイッチング動作を行う。

基板用の冷却ファンモータ８７は、制御回路３０等が搭載されている回路基板を送風冷却するファンを駆動する。水位センサ８８は、回転ドラム４の水位を検出してパルス信号を制御回路３０に出力する。ドレインポンプ駆動回路８９は、与えられる駆動指令に応じて乾燥運転時の結露水を排出するためのドレインポンプを駆動すると共に、排水時の水位検知信号を制御回路３０に出力する。商用周波数生成回路９０は、トライアックの駆動タイミングを得るため商用交流電源より抽出した周波数（５０／６０Ｈｚ）をＡＣパルスとして制御回路３０に出力する。

乾燥フィルタ有無検知回路９１は、空気循環経路２５中に配置される糸くず等の除去用フィルタが所定位置にセットされているか否かを検知し、フィルタの有無に応じた信号を制御回路３０に出力する。入力電流検出回路９２は、圧縮機１５側のインバータ回路４７について入力が過大となった場合に保護を行うため、入力電流に応じた電圧を出力する。
冷媒系の温度検知用回路９３には、凝縮器（コンデンサ）１６，蒸発器（エバポレータ）１７の入口及び出口の温度を検知するものや、吐出管に配置されているサーミスタなどがある。また、空気系の温度検知用回路９４には、外気温や循環空気のドラム４への入口及びドラム４から出口の温度を検知するものがある。これらの温度検知用回路９３，９４の検知信号は、制御回路３０に出力される。

フラッシュ書き込み用通信端子９５は、制御回路３０が内蔵しているフラッシュＲＯＭ（プログラムメモリ）に対して外部よりシリアル通信により書き込みを行うための端子である。不揮発性メモリ９６は、例えばＥＥＰＲＯＭやＦＲＡＭ（登録商標）などであり、制御回路３０がシリアル通信により読み書きを行う。循環ポンプ駆動回路９７は、洗濯運転時において、回転ドラム４内の洗濯物に洗浄水を振りかけるため、与えられる駆動指令に応じて洗浄水を汲み上げる循環ポンプを駆動する。

給水弁駆動回路９８，排水弁駆動回路９９，ソフター弁駆動回路１００は、与えられる開閉指令に応じて、給水弁２６，排水弁２７ａ，図示しない柔軟剤の投入を行うためのソフター弁をそれぞれ開閉する。風呂水くみ上げポンプ駆動回路１０１は、与えられる駆動指令に応じて風呂水くみ上げ用のＤＣモータを駆動し、冷媒流量弁駆動回路１０２は、与えられる流量指令に応じて流量調整弁８０を駆動する。

次に、本実施例の作用について図１乃至図１４も参照して説明する。尚、洗濯運転や乾燥運転などの基本的な制御内容については、例えば特開２００６−１１６０６６号公報に開示されているので省略する。以下では、本願発明の要旨である断線検知処理を、ドラムモータ１１側と、圧縮機モータ３１とに分けて説明する。

＜ドラムモータ１１側の断線検出処理＞
先ず、ドラムモータ１１側の処理について図１乃至図７を参照して説明する。図６は、インバータ回路３２とドラムモータ（洗濯・乾燥モータ）１１との間の配線を、Ｖ相だけ断線させた場合に観測される三相電流波形を示すものである（０．３８Ａ／ＤＩＶ）。この図から明らかなように、断線した場合でも他相のノイズの回り込みなどの影響により、電流値は「０」を示さないことが判る。また、図７は、同じ状態について、三相電流につき０．３秒間の移動平均をとった波形を示す（０．１５Ａ／ＤＩＶ）。このように、Ｖ相電流の平均値も「０」にならないことが明らかである。本発明では、断線が発生した場合にインバータ回路３２の出力電流に現れるこのような現象を捉えることで断線検出を行う。

図１乃至図５は、制御回路３０による断線検出処理を示すフローチャートである。図１は１ｍ秒周期で実行されるメインルーチンであり、図２は、１２８μ秒毎に発生する割込み時に実行される電流検出処理である。図２においては、インバータ回路３２の下アーム側ＩＧＢＴ３３ｄ〜３３ｆがＯＮしている期間に電流を検出するため、最大出力値を示さない相がＵ，Ｖ相か（ステップＡ１６）又はＶ，Ｗ相か（ステップＡ１８）を判断し、ステップＡ１６で（ＹＥＳ）と判断するとＵ，Ｖ相の電流値をＡ／Ｄ変換して読み込み（ステップＡ１７）、ステップＡ１８で（ＹＥＳ）と判断するとＶ，Ｗ相の電流値をＡ／Ｄ変換して読み込む（ステップＡ１９）。また、ステップＡ１８で「ＮＯ」と判断した場合は最大出力値を示す相がＶ相であるから、Ｕ，Ｗ相の電流値をＡ／Ｄ変換して読み込む（ステップＡ２０）。
尚、ベクトル制御においては、Ａ／Ｄ変換の対象外となる相の電流は、三相電流の和が「０」となる関係から演算により求められるが、欠相が発生した場合はその関係が成立しなくなるため、ここでの処理では実際にＡ／Ｄ変換した２相の電流だけを用いる。

図１は、モータ１１が回転している状態で断線が発生したことを検出することを目的とする。先ずステップＡ１では、各相電流の平均値を計算するが、その処理の詳細は図３に示されている。ステップＡ２１〜Ａ２３では、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流の平均値を、電流の絶対値の０．３秒間の移動平均として算出する（平滑化処理）。
ここで、移動平均期間の０．３秒は、電流の変化周期よりも長い期間として設定されており、電流の変化周期としては、モータ１１が回転する際の電気角周期や、負荷や回転数の変動に伴うものがある。インバータ回路３２の出力電流又はＰＷＭ出力電圧が大きくなるのに伴いノイズの発生レベルも上昇するが、検出電流値を移動平均により平滑化することでノイズの発生状態に応じた適切な値が得られ、誤判定を防止できる。

そして、最後のステップＡ２４では、ステップＡ２１〜Ａ２３で求めたＵ，Ｖ，Ｗ相の電流の平均値を加算して１／３にすることで、三相電流の平均値を計算する。
図１のステップＡ２では、断線（欠相）を判定するための適切な条件が成立しているか否かを判断する。上記の判定条件は、
（１）モータ１１の回転数が３０ｒｐｍ以上
（２）モータ１１のブレーキ動作中ではない
（３）ステップＡ２４で求めた三相電流の平均値が０．１５Ａ以上
であり、これらの３条件が全て成立すると「ＹＥＳ」と判断する。また、これらの何れか１つでも成立していない場合は「ＮＯ」、後述するＵ，Ｖ，Ｗ各相に対応するエラーカウンタをゼロクリアして（ステップＡ１４）処理を終了する。

ステップＡ２で「ＹＥＳ」と判断すると、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相電流の平均値が、三相電流の平均値の３０％よりも小さいか否かを、ステップＡ３，Ａ５，Ａ７でそれぞれ判断する。そして、これらの各ステップで「ＹＥＳ」と判断すると、各相に対応するエラーカウンタをインクリメントし（ステップＡ１１，Ａ１２，Ａ１３）、「ＮＯ」と判断するとエラーカウンタをゼロクリアする（ステップＡ４，Ａ６，Ａ８）。

それから、ステップＡ９において、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相に対応するエラーカウンタの何れか１つの値が、５秒以上に相当するカウント値（５０００カウント）に達したか否かを判断し、「ＮＯ」と判断すれば処理を終了する。一方「ＹＥＳ」と判断すると、対応する相の電流値が他相の電流値に比較して低下した状態が所定時間継続したことになり、対応する相が欠相したと判定してモータ１１の駆動を停止（ＯＦＦ）させる（ステップＡ１０）。すなわち、ステップＡ９で「ＹＥＳ」と判断する場合は、図７に示した電流波形の状態（Ｖ相が欠相）に対応するもので、欠相した相電流の平均値は、三相電流の平均値に比較して明らかに小さくなる。

図４は、モータ１１が停止している状態で断線を検出する処理を示す。この処理は、図１のメインルーチンが２０回実行される毎に、すなわち２０ｍ秒周期で実行される。先ず、モータ１１について、始動不良，過電流，過電圧，欠相（ステップＡ１０による），回転停止などの、何れかのエラーが発生しているかを判定する（ステップＡ３１）。何れかのエラーが発生していれば（ＹＥＳ）、モータ１１は回転が停止した状態にあるので、後述するステップＡ３７において再始動処理（リトライ）が実行される。

続くステップＡ３２では、上記リトライの回数が２４回以上に達したか否かを判断し、２４回未満であれば（ＮＯ）、エラー状態を解除してモータ１１をブレーキモード（モード１）にセットして（ステップＡ３３）リターンする。すると、次回の実行時には、ステップＡ３１で「ＮＯ」，ステップＡ３５で「ＹＥＳ」と判断し、ブレーキ動作が終了していれば（ステップＡ３６，ＹＥＳ）、モータ１１の再始動を行うと共にリトライ回数のカウンタをインクリメントして（ステップＡ３７）リターンする。
また、ステップＡ３２において、リトライの回数が２４回以上に達した場合は（ＹＥＳ）、モード２をセットし、ｄ軸電流指令Ｉdrefを５Ａの固定値にセットして（ステップＡ３４）リターンする。すると、次回の実行時には、ステップＡ３１，Ａ３５で「ＮＯ」，ステップＡ３８で「ＹＥＳ」と判断し、断線再確認動作を行う（ステップＡ３９）。

図５は、ステップＡ３９の詳細を示す。ここでのステップＡ４４〜Ａ４９，Ａ５４〜Ａ５６の処理は、図１におけるステップＡ３〜Ａ８，Ａ１１〜Ａ１３の処理と同様に行われるが、各相のエラーカウンタは異なるもの（エラー２カウンタ）となっている。そして、ステップＡ４９，Ａ５６の実行後は、三相の平均電流値が１Ａ未満か否かを判断して（ステップＡ５０）、１Ａ以上であれば（ＮＯ）全相エラー２カウンタをゼロクリアし（ステップＡ５１）、１Ａ未満であれば（ＹＥＳ）全相エラー２カウンタをインクリメントする（ステップＡ５７）。

続くステップＡ５２では、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相電流並びに三相電流のエラー２カウンタのカウント値の何れか１つ以上が２．５秒以上に相当する値（１２５カウント）に達しているか否かを判断し、達していなければリターンする。２．５秒以上に達している場合は（ＹＥＳ）、三相電流が不平衡状態にあるか、又は三相電流の全てが低い状態にあるので欠相と判定する（ステップＡ５３）。ここでは、モータ１１の回転を停止させ、操作パネル２９に対応するエラー表示を行い、不揮発性メモリ９６に欠相が発生したことを示す情報を書き込んで記憶させる。そして、修理等の処置が行われないまま洗濯乾燥機に電源が再投入された場合、制御回路３０は、不揮発性メモリ９６を読み出して欠相の発生情報が記憶されているか否かを判断する。上記情報が記憶されている場合は、以降の洗濯運転を禁止する。

再び図４を参照する。ステップＡ３９の実行後は、モータ１１に同一の通電角で通電を行い（ステップＡ４０）、その状態で５秒が経過すると（ＹＥＳ）、通電角を１２０度ずつずらした３種類の角度での通電が終了したか否かを判断する（ステップＡ４１）。３種類の角度による通電が終了していなければ（ＮＯ）、次のステップＡ４２で通電角を＋１２０度ずらすように設定し、リターンする。

すなわち、モータ１１のエラーの原因が、たとえば回転ドラム４内部での洗濯物のアンバランスに起因する一時的な回転停止である場合には、リトライを実行することでモータ１１は再起動する可能性がある。しかし、２相以上の欠相が発生している場合はモータ１１の再起動は不能であるから、ステップＡ４１において「ＹＥＳ」と判断され、この時点で断線が発生したことが確定される（ステップＡ４３）。

＜圧縮機モータ３１側の断線検出処理＞
次に、圧縮機モータ３１側の処理について、図８乃至図１４を参照して説明する。図１３は、インバータ回路３２と圧縮機モータ３１との間の配線を、Ｕ相だけ断線させた場合に観測される三相電流波形を示すものである（５Ａ／ＤＩＶ）。圧縮機モータ３１の場合、検出される電流値のレベルがドラムモータ１１の場合よりも高いため、Ｓ／Ｎ比が高く、電流値の低下状態が比較的明瞭に観測される。

また、図１４は、圧縮機モータ３１のＵ，Ｖ相を断線させた場合の三相合成の出力電圧波形と（１１０Ｖ／ＤＩＶ）、三相合成の出力電流波形（０．７５Ａ／ＤＩＶ）を示すものである。２相が欠相すれば圧縮機モータ３１の回転は停止し、三相合成電流は低下する。その電流が低下したことに応じて、制御回路３０は、圧縮機モータ３１の出力電圧をより高くするように電圧指令を与えるので、この時は、抵抗素子８３ａ，８３ｂにより検出される最大電圧付近に達する。
圧縮機モータ３１の場合、ドラムモータ１１のように内部に回転センサ８２のようなセンサを配置することができないため、断線により圧縮機モータ３１の回転が停止しても、その停止状態をセンサにより直接的に検出することができない。そこで、本実施例では、図１３，図１４に示す現象を捉えることで圧縮機モータ３１の断線検出を行う。

図８乃至図１２は、制御回路３０による断線検出処理を示すフローチャートであり、ドラムモータ１１の処理を示す図１，図３乃至図５に対応する。尚、電流検出処理は、図２と同様に１２８μ秒毎に行われる。図８は１ｍ秒周期で実行されるメインルーチンであり、ステップＢ１〜Ｂ１４は、基本的に図１のステップＡ１〜Ａ１４に対応する処理（速度制御中の処理）である。ステップＢ１の詳細は図９に開示されているが、ステップＢ２１〜Ｂ２３では、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流の平均値を、電流の絶対値の０．１秒間の移動平均として算出しており、ステップＢ２４では、ステップＢ２１〜Ｂ２３で求めた各相電流の平均値を加算して１／３にすることで、三相電流の平均値を計算する。

続くステップＢ２５では、三相電圧の平均値を計算するが、ここでは、電圧指令Ｖdref，Ｖqrefの実効値について０．１秒間の移動平均を算出する。尚、ここで計算しているのは、図１４に示す三相合成電圧波形と同じものであり、図１４の波形は、制御回路３０が演算した結果をＤ／Ａ変換して外部に出力した波形を観測したものである。

図８のステップＢ２における判定条件は、
（１）モータ３１の回転数が３０ｒｐｓ以上
（２）ステップＢ２４で求めた三相電流の平均値が０．５Ａ以上
の２つとなっている。そして、ステップＢ１０，Ｂ１４の実行後は、ステップＢ１５において、２本以上の欠相判定処理を行う。

図１０は、ステップＢ１５の詳細を示す。先ず、三相電圧の平均値を三相電流の平均値で除すことで、インバータ回路４７の出力端子から見たモータ３１の巻線を含む抵抗値を計算すると（ステップＢ３１）、ステップＢ２と同様の判定を再度行う（ステップＢ３２）。条件が双方共に成立しない場合は（ＮＯ）、全相エラーカウンタをゼロクリアして（ステップＢ３７）リターンする。

一方、条件が双方共に成立すると（ステップＢ３２，ＹＥＳ）、ステップＢ３１で計算した抵抗値が５Ω以上か否かを判断し、５Ω未満であれば（ＮＯ）ステップＢ３７に移行する。抵抗値が５Ω以上の場合は（ＹＥＳ）全相エラーカウンタをインクリメントして（ステップＢ３４）、そのカウンタ値が５秒以上に相当する値になると（ステップＢ３５，ＹＥＳ）、欠相と判定しモータ３１の回転を停止させる（ステップＢ３６）。すなわち、ステップＢ３５で「ＹＥＳ」と判断する場合は、図１４に示した電圧，電流波形の状態に対応する。

図１１は、圧縮機モータ３１を停止状態から起動する場合の「位置決め」→「強制転流」期間に、１ｍ秒毎に行う処理である（図８に対応する「速度制御」は、「強制転流」の後に実行される）。先ず、強制転流の実行中か否かを判断し（ステップＢ４１）、実行前の段階であれば（ＮＯ）Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のエラー２カウンタをゼロクリアする（ステップＢ５３）。強制転流の実行中であれば（ＹＥＳ）、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相電流の平均値が、ｄ軸電流指令値Ｉdrefの３０％よりも小さいか否かを、ステップＢ４２，Ｂ４４，Ｂ４６でそれぞれ判断する。そして、これらの各ステップで「ＹＥＳ」と判断すると、各相に対応するエラー２カウンタをインクリメントし（ステップＢ５０，Ｂ５１，Ｂ５２）、「ＮＯ」と判断するとエラー２カウンタをゼロクリアする（ステップＢ４３，Ｂ４５，Ｂ４７）。

それから、ステップＢ４８において、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相に対応するエラー２カウンタの何れか１つの値が、５秒以上に相当するカウント値に達したか否かを判断し、「ＮＯ」と判断すれば処理を終了する。一方「ＹＥＳ」と判断すると、対応する相が欠相したと判定してモータ３１の駆動を停止させる（ステップＢ４９）。すなわち、ステップＢ４８で「ＹＥＳ」と判断する場合は、図１３に示した電流波形の状態（Ｕ相が欠相）に対応する。
尚、図８のステップＢ１０，図１１のステップＢ４９の何れかで断線が判定され、モータ３１が停止された場合は、例えば１分程度のインターバルを置いた後に「位置決め」→「強制転流」を再試行する（リトライ）。

図１２は、最終的な断線判定処理を示すもので２０ｍ秒毎に実行される。最初のステップＢ５４では、上記のステップＢ１０，Ｂ４９の何れかで断線判定がなされているか否かを判断し、断線判定が有れば（ＹＥＳ）判定回数カウンタをインクリメントする（ステップＢ５５）。
そして、上記カウンタのカウント値が３回以上であれば（ステップＢ５６，ＹＥＳ）、欠相判定を確定させて操作パネル２９に対応するエラー表示を行い、不揮発性メモリ９６に欠相が発生したことを示す情報を書き込んで記憶させる（ステップＢ５７）。この場合もドラムモータ１１のケースと同様に、修理等の処置が行われないまま洗濯乾燥機に電源が再投入された場合、制御回路３０は、不揮発性メモリ９６を読み出して欠相の発生情報が記憶されているか否かを判断し、上記情報が記憶されている場合は以降の洗濯運転を禁止する。

以上のように本実施例によれば、洗濯乾燥機の制御回路３０は、インバータ回路３２よりドラムモータ１１に出力される三相電流、また、インバータ回路４７より圧縮機モータ３１に出力される三相電流のうち、一相の電流値が他の二相の電流値に比較して所定値以下となる状態が所定時間継続した場合に断線を検出するようにした。すなわち、断線が発生した相の電流は、その他の健全な相の電流よりも減少した状態が続くので、各相間における電流を相対的に比較して、ノイズの影響を受けることなく断線を確実に検出することができる。

そして、制御回路３０は、図１０のステップＢ３１において抵抗値を計算することにより、インバータ回路４７のＰＷＭ出力電圧（電圧指令Ｖｄref，Ｖｑrefの実効値の移動平均値）が所定値以上であり、且つ三相全ての電流値が所定値以下である場合に断線を検出するので、構造的にセンサを内蔵することができない圧縮機モータ３１について、２相以上の断線を確実に検出することができる。

また、制御回路３０は、断線が検出されて異常報知を行った場合はその異常発生情報を不揮発性メモリ９６に記憶させ、洗濯乾燥機に電源が再投入された場合は最初に不揮発性メモリ９６を読み出し、異常発生情報が記憶されている場合は、以降の運転動作を禁止するようにした。すなわち、ユーザは電気機器の正常に動作しない場合は、電源を再度投入して様子を見ることを行いがちであるが、断線が発生した後にそのような状況となった場合でも運転を確実に禁止することができる。

更に、制御回路３０は、検出される電流値について、モータ１１又は３１の回転に伴う電流の変化周期よりも長い時間に亘る平滑化処理を行った上で判定を行うようにしたので、ノイズの影響を極力排除した上で断線判定を行うことができる。加えて、制御回路３０は、ドラムモータ１１の回転が停止した場合に、当該モータ１１の起動を複数回再試行し、その結果、回転異常が判定された場合に断線検出を行うようにしたので、モータ１１が負荷状況などにより一時的に拘束されたため回転が停止したような場合を排除して、断線を検出することができる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
電流値の比較は、必ずしも三相の平均値と比較する必要はなく、その他の２相の電流値とそれぞれ比較しても良い。
電流や電圧について移動平均値を求める期間は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
電流や回転数、抵抗値などの判定閾値や判定用の所定時間についても、適宜変更して実施すれば良い。
圧縮機モータ３１については、抵抗値で評価する替わりに、電圧，電流夫々の値を所定の閾値と比較して、電圧が所定位置以上で且つ三相電流の全てが所定値以下であるか否かにより判定を行っても良い。また、電流の判定は、三相電流の合計が所定値以下であるか否かを判定しても良い。

ステップＡ３１などでモータ１１の回転異常（エラー）を判定する場合に、モータ１１の誘起電圧が、回転数に比較して低下したことにより判定しても良いし、回転センサ８２により検出される回転数に基づいて回転停止を判定しても良い。
ドラムモータ１１についても圧縮機モータ３１と同様に、図１０に示すように抵抗値を計算し、インバータ回路３２のＰＷＭ出力電圧が所定値以上で、且つ三相全ての電流値が所定値以下である場合に断線を検出しても良い。
ドラム式洗濯の場合、ドラムの回転軸は必ずしも水平である必要はなく、１０数度〜数１０度仰角となるように配置しても良い。
洗濯乾燥機に限ることなく、洗濯機，若しくは乾燥機の何れか一方に適用しても良い。
洗濯機もしくは洗濯乾燥機はドラム式に限ることなく、パルセータを回転駆動するいわゆる縦型の洗濯機に適用しても良い。

本発明を洗濯乾燥機に適用した場合の一実施例であり、制御回路によるドラムモータ側の断線検出処理を示すフローチャート 電流検出処理のフローチャート ステップＡ１の詳細を示すフローチャート モータ停止状態での断線検出処理を示すフローチャート ステップＡ３９の詳細を示すフローチャート ドラムモータの配線を、Ｖ相だけ断線させた場合に観測される三相電流波形を示す図 図６の状態について、三相電流につき移動平均をとった波形を示す図 圧縮機モータについての図１相当図 ステップＢ１の詳細を示すフローチャート テップＢ１５の詳細を示すフローチャート 圧縮機モータを停止状態から起動する場合に行う処理を示すフローチャート 最終的な断線判定処理を示すフローチャート 圧縮機モータの配線を、Ｕ相だけ断線させた場合に観測される三相電流波形を示す図 圧縮機モータのＵ，Ｖ相を断線させた場合の三相合成出力電圧波形と、三相合成出力電流波形を示す図 ドラムモータ及び圧縮機モータの駆動系を概略的に示す図 センサレスベクトル制御の機能ブロック図 制御回路により制御されるその他の周辺回路を示すブロック図 洗濯乾燥機の縦断側面図 ヒートポンプの構成を示す図

符号の説明

図面中、４は回転ドラム、１１はドラムモータ（三相ブラシレスＤＣモータ）、１４はヒートポンプ、１５は圧縮機、３０は制御回路（制御手段，電流検出手段，断線検出手段，異常処理手段，回転異常判定手段，ＰＷＭ制御方式インバータ）、３１は圧縮機モータ（三相ブラシレスＤＣモータ）、３２はインバータ回路（ＰＷＭ制御方式インバータ）、３５はシャント抵抗（電流検出手段）、４７はインバータ回路（ＰＷＭ制御方式インバータ）、４８はシャント抵抗（電流検出手段）、９６は不揮発性メモリを示す。

Claims (6)

1. 洗濯に関連した運転動作を行うための回転駆動力を発生させる三相ブラシレスＤＣモータと、ＰＷＭ制御方式インバータと、前記モータの三相電流を個別に検出する電流検出手段と、前記モータをベクトル制御する制御手段と、前記モータの断線を検出する断線検出手段と、前記断線検出手段により断線が検出されると当該モータの回転を停止させると共に、所定条件が成立した場合は異常報知を行う異常処理手段とを備えるランドリー機器において、
   前記断線検出手段は、前記電流検出手段により検出される電流値について平滑化処理を行い、前記三相電流のうち、一相の電流値が他の二相の電流値に比較して所定値以下となる状態が所定時間継続した場合に断線を検出することを特徴とするランドリー機器。
2. 前記断線検出手段は、前記インバータのＰＷＭ出力電圧が所定値以上であり、且つ前記三相全ての電流値が所定値以下である場合に断線を検出することを特徴とする請求項１記載のランドリー機器。
3. 洗濯に関連した運転動作を行うための回転駆動力を発生させる三相ブラシレスＤＣモータと、ＰＷＭ制御方式インバータと、前記モータの三相電流を個別に検出する電流検出手段と、前記モータをベクトル制御する制御手段と、前記モータの断線を検出する断線検出手段と、前記断線検出手段により断線が検出されると当該モータの回転を停止させると共に、所定条件が成立した場合は異常報知を行う異常処理手段とを備えるランドリー機器において、
   前記断線検出手段は、前記電流検出手段により検出される電流値について平滑化処理を行い、前記三相電流のうち、一相の電流値が他の二相の電流値に比較して所定値以下となる状態が所定時間継続した場合、又は前記インバータのＰＷＭ出力電圧が所定値以上であり、且つ前記三相全ての電流値が所定値以下である場合に断線を検出することを特徴とするランドリー機器。
4. 前記異常処理手段は、
   前記異常報知を行った場合はその異常発生情報を不揮発性メモリに記憶させ、
   電源が再投入された場合は最初に前記不揮発性メモリを読み出し、前記異常発生情報が記憶されている場合は、以降の運転動作を禁止することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のランドリー機器。
5. 前記断線検出手段は、前記電流検出手段により検出される電流値について、前記モータの回転に伴う電流の変化周期よりも長い時間に亘る平滑化処理を行った上で判定を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のランドリー機器。
6. 前記モータの回転が停止した場合に、当該モータの回転異常判定を行う回転異常判定手段を備え、
   前記断線検出手段は、前記回転異常判定手段により回転異常が判定された場合に、断線検出を行うことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のランドリー機器。

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