以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
〔電力変換システム〕
図1に示す洗濯機1は業務用又は家庭用の洗濯機であり、ドラム4と、モータ3と、給水装置5と、電力変換装置2とを備える。ドラム4は、洗濯物9を収容する。モータ3は、駆動電力の供給に応じてモータ3を回転駆動する。モータ3は、誘導電動機であってもよいし、同期電動機であってもよい。給水装置5は、ドラム4内に洗濯用水を供給する。給水装置5は、洗濯物9の重さの情報に基づいて、洗濯用水の供給量を変えるように構成されていてもよい。例えば給水装置5は、洗濯物9の重さが大きくなるのに応じて洗濯用水の供給量を増やす。
電力変換装置2は、上記駆動電力をモータ3に供給する。例えば電力変換装置2は、電力変換回路10と、制御回路100と、電流センサ14U,14V,14Wとを備える。電力変換回路10は、電源PSとモータ3との間に介在し、電源PSの電力をモータ3の駆動電力に変換する。電源PSの電力及びモータ3の駆動電力の形態に特に制限はない。電源PSの電力及びモータ3の駆動電力の形態は、直流であってもよいし、交流であってもよい。一例として、図1は、電源PS側の電力及びモータ3の駆動電力が三相交流である場合の構成を示している。電源PSの具体例としては、電力系統又は発電機等が挙げられる。
電力変換回路10は、整流回路11と、コンデンサ12と、インバータ回路13とを有する。整流回路11は、例えばダイオードブリッジ回路であり、電源PS側の三相交流電力を直流電力に変換する。コンデンサ12は、上記直流電力の電圧(以下、「直流母線電圧」という。)を平滑化する。インバータ回路13は、上記直流電力をモータ3の駆動電力に変換する。インバータ回路13は、複数(例えば六つ)のスイッチング素子を有し、スイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、直流電力を三相交流電力に変換する。スイッチング素子は、例えばパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等であり、ゲート駆動信号に応じてオン・オフを切り替える。
なお、電力変換回路10の構成はあくまで一例である。電力変換回路10は、電源PSの電力をモータ3の駆動電力に変換し得る限りいかようにも構成可能である。例えば整流回路11は、PWMコンバータであってもよい。また、電力変換回路10は、電力の直流化を経ることなく電源PSの交流電力をモータ3の駆動用の交流電力に変換するマトリクスコンバータであってもよい。
電流センサ14U,14V,14Wは、インバータ回路13とモータ3との間に流れる電流を検出する。例えば電流センサ14U,14V,14Wは、U相,V相,W相の交流電流をそれぞれ検出する。
制御回路100は、電流センサ14U,14V,14Wの検出値に基づいて、電力変換回路10を制御する。制御回路100は、速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータ3を動作させることと、モータ3が駆動対象に付与する駆動力の上昇をリミッタにより制限することと、テストパターンに従ってモータ3を動作させている期間においてリミッタが作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定することと、を実行するように構成されている。
なお、「駆動対象」は、モータ3により付与された駆動力によって動く部分を意味する。このため、ドラム4と、ドラム4が収容する洗濯物9とは、いずれも「駆動対象」に該当する。また、駆動対象の重さを推定することは、駆動対象全体の重さ(例えばドラム4の重さと洗濯物9の重さとの合計)を推定することと、駆動対象において重さが変動する部分の重さ(例えば洗濯物9の重さ)を推定することとを含む。
例えば制御回路100は、機能上の構成(以下、「機能モジュール」という。)として、電力変換制御部111と、テスト制御部113と、制御パターン記憶部114と、リミッタ115と、リミッタ監視部118と、基準情報記憶部117と、重さ推定部119と、重さ情報送信部121と、運転制御部112とを有する。
電力変換制御部111は、モータ3が駆動対象に付与する駆動力の指令値(以下、単に「駆動力指令値」という。)に従って電源PSの電力をモータ3の駆動電力に変換するように電力変換回路10を制御する。例えば電力変換制御部111は、電源PSの電力を指令値に従った駆動電力に変換するように電力変換回路10を制御する。
指令値は、上記駆動力を定める値であればいかなる値であってもよい。指令値の具体例としては、電力変換回路10がモータ3に出力する電流の指令値が挙げられる。一例として、電力変換制御部111は、電流の指令値に基づいて電圧指令値を算出し、インバータ回路13の出力電圧を電圧指令値に追従させるように、上記ゲート駆動信号によってインバータ回路13のスイッチング素子のオン・オフを切り替える。
テスト制御部113は、上記テストパターンに従ってモータ3を動作させる。テストパターンは、速度目標値の経時的な推移を定める速度パターンである。例えばテスト制御部113は、テストパターンにより定められる目標速度とモータ3の回転速度(検出値又は推定値)との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ3の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出して電力変換制御部111に出力する。
一例として、テストパターンは、第1速度から第2速度までの目標速度変更を含む。第1速度と第2速度との大小関係に特に制限はない。例えば第1速度はゼロであり、第2速度はゼロより大きい値に設定されている。すなわちテストパターンは、停止したモータ3を第2速度まで加速するパターンを含んでいる。テストパターンは、ゼロから第2速度までステップ状に上昇するように設定されていてもよいし、ゼロから第2速度まで所定の加速時間で徐々に上昇するように設定されていてもよい。
テスト制御部113は、テストパターンに従ってモータ3を動作させた後に、所定の減速パターンに従ってモータ3を減速・停止させることを更に実行する。なお、減速パターンに従った減速・停止までがテストパターンに含まれていてもよい。制御パターン記憶部114は、上記テストパターン及び減速パターンを含む複数の制御パターンを記憶する。
リミッタ115は、電力変換制御部111に対し出力される駆動力指令値の上昇を制限して電力変換制御部111に入力する。例えばリミッタ115は、電力変換制御部111に入力される駆動力指令値を所定の上限値以下に制限する。換言すると、リミッタ115は、駆動力指令値が上限値を超えている場合には、駆動力指令値を上限値に変更する。以下においては、上限値を超えた駆動力指令値が上限値に変更されることをリミッタ115が作動中であるという。なお、ここでの上限値は、絶対値に対する上限値を意味する。すなわち、駆動力指令値が負の値である場合、駆動力指令値を上限値以下に制限することは、駆動力指令値を負の下限値以上にすることを意味する。
リミッタ監視部118は、リミッタ115が作動中であるか否かを監視する。例えばリミッタ115は、作動中か否かを示す電気信号を生成するように構成されていてもよく、リミッタ監視部118は当該電気信号に基づいてリミッタ115が作業中であるか否かを認識するように構成されていてもよい。
基準情報記憶部117は、テストパターンに従ってモータ3が動作する期間においてリミッタ115が作動した期間の長さ(以下、「リミッタ期間長」という。)に基づいて駆動対象の重さを推定するための参照情報を記憶している。例えば基準情報記憶部117は、複数の重さランクと、各重さランクの定義情報と、各重さランクに対応するリミッタ期間長に関係する情報のレンジとを記憶している。重さランクの定義情報は、当該重さランクがどの程度の重さに該当するのかを示す情報である。例えば重さランクの定義情報は、当該重さランクに対応する洗濯物9の重さレンジであってもよいし、当該重さレンジの中央値であってもよい。
リミッタ期間長に関係する情報とは、リミッタ115の作動期間を含んでいて、主としてリミッタ115の作動期間に起因して変動する情報を意味する。例えば基準情報記憶部117は、リミッタ期間長のレンジとして、モータ3の速度が第1速度から第2速度に変化する期間において、リミッタ115が作動中であることをリミッタ監視部118が検出した期間の長さのレンジを記憶している。基準情報記憶部117は、リミッタ期間長に関係する情報のレンジとして、モータ3の速度が第1速度から第2速度に達するまでの期間の長さのレンジを記憶していてもよい。
基準情報記憶部117が記憶する重さランクの数は少なくとも2以上であればよい。例えば基準情報記憶部117は、「軽い」、「重い」といった2ランクを記憶していてもよいし、「軽い」、「普通」、「重い」といった3ランクを記憶してもよいし、4以上のランクを記憶していてもよい。各重さランクの定義情報と、各重さランクに対応するリミッタ期間の情報のレンジとは、過去の実験データ又はシミュレーション結果等に基づいて設定されている。
重さ推定部119は、上記リミッタ期間長に基づいて駆動対象の重さを推定する。上述したリミッタ期間長に関係する情報は、主としてリミッタ115の作動期間に起因して変動する情報である。このため、リミッタ期間長に関係する情報に基づいて駆動対象の重さを推定すれば、結果的にリミッタ期間長に基づくこととなる。従って、リミッタ期間長に基づくことは、リミッタ期間長に関係する情報に基づくことを含む。
例えば重さ推定部119は、モータ3の速度が第1速度から第2速度に変化する期間におけるリミッタ期間長に基づいて駆動対象の重さを推定する。一例として、重さ推定部119は、モータ3の速度が第1速度から第2速度に変化する期間において、リミッタ115が作動中であることをリミッタ監視部118が検出した期間の長さを算出し、この長さが基準情報記憶部117における複数の重さランクのいずれに属するのかを判定する。これにより、ドラム4が収容する洗濯物9の重さが複数の重さランクのいずれに属するのかが推定される。重さ推定部119は、モータ3の速度が第1速度から第2速度に変化する期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定してもよい。
なお、テスト制御部113は、テストパターンに従ってモータ3を動作させることと、モータ3を減速・停止させることとを複数回繰り返すように構成されていてもよい。この場合、重さ推定部119は、テストパターンに従ってモータ3が動作する度にリミッタ期間長に基づいて駆動対象の重さを推定し、推定結果をモニタなどの表示デバイスに表示してもよい。これにより、重さの推定結果の推定がモニタリング可能となる。
重さ情報送信部121は、重さ推定部119による重さの推定結果を給水装置5に送信する。給水装置5は、重さ情報送信部121から受信した情報に基づいてドラム4への洗濯用水の供給量を変更する。一例として、給水装置5は、洗濯のコース(標準洗濯、スピード洗濯、毛布洗濯、又はウール洗濯等)と、重さの推定結果とに基づいて洗濯用水の供給量を設定していてもよい。例えば給水装置5は、洗濯のコースと重さの推定結果との組み合わせごとに最適水量を定めたテーブルを予め保持し、指定されている洗濯のコースと、重さの推定結果との組み合わせに対応する最適水量を上記テーブルから抽出してもよい。
運転制御部112は、重さ推定部119による駆動対象の重さの推定後に、モータ3を所定の運転パターンに従って動作させる。運転パターンは、速度目標値の経時的な推移を定める速度パターンであり、洗濯、すすぎ、脱水、又は乾燥等の動作用に予め設定され制御パターン記憶部114により記憶されている。例えば運転パターンは、起動から定常速度までの加速パターンと、定常速度で所定期間動作する定速パターンと、定常速度から停止までの減速パターンとを含んでいる。運転パターンは、回転方向の変化を含んでいてもよいし、複数回の加減速を含んでいてもよい。
例えば運転制御部112は、運転パターンにより定められる目標速度とモータ3の回転速度(検出値又は推定値)との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ3の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出して電力変換制御部111に入力する。なお、上述したテストパターンは、いずれかの運転パターンと共通であってもよい。
制御回路100は、運転パターンに従ってモータ3が動作する期間におけるリミッタ115の上限値に比較して、テストパターンに従ってモータ3が動作する期間におけるリミッタ115の上限値を低くすることを更に実行するように構成されていてもよい。例えば制御回路100は、上限値記憶部116と、上限値変更部122とを更に有する。
上限値記憶部116は、テスト制御部113がモータ3を動作させる期間におけるリミッタ115の上限値(以下、「テスト用上限値」という。)と、運転制御部112がモータ3を動作させる期間におけるリミッタ115の上限値(以下、「運転用上限値」という。)を記憶する。運転用上限値は、電力変換回路10が適応可能な値に設定されている。例えば運転用上限値は、電力変換回路10の定格に対して1~3倍に設定されていてもよく、1.5~2.5倍に設定されていてもよい。
テスト用上限値は、少なくとも以下の条件を満たすように設定されている。
条件1) テストパターンに従ったモータ3の動作中にリミッタ115を作動させることで、モータ3の動作時間に影響を及ぼすこと。
条件2) モータ3を第2速度まで加速させられること。
具体的に、テスト用上限値は、駆動対象の重さが上記複数の重さランクのうち軽い方から2番目以上のランクに属していれば、テストパターンに従ってモータ3が動作する期間中にリミッタ115が作動するように設定されている。テスト用上限値は、運転用上限値よりも小さい。例えばテスト用上限値は、運転用上限値の半分以下であり、3分の1以下であってもよく、4分の1以下であってもよい。
上限値変更部122は、運転制御部112がモータ3を動作させる期間におけるリミッタ115の上限値に比較して、テスト制御部113がモータ3を動作させる期間におけるリミッタ115の上限値を低くする。例えば上限値変更部122は、テストパターンに従ったモータ3の動作が開始される前にリミッタ115の上限値を上記運転用上限値から上記テスト用上限値に変更し、テストパターンに従ったモータ3の動作が完了した後にリミッタ115の上限値をテスト用上限値から運転用上限値に戻す。
制御回路100は、テストパターンに従ってモータを動作させる前に、所定の準備パターンに従ってモータ3を動作させることを更に実行するように構成されていてもよい。例えば制御回路100は、準備制御部131を更に有する。
準備制御部131は、テスト制御部113がモータ3を動作させる前に、所定の準備パターンに従ってモータ3を動作させる。準備パターンは、速度目標値の経時的な推移を定める速度パターンであり、ドラム4内における洗濯物9の偏りを軽減するように予め設定され制御パターン記憶部114により記憶されている。例えば準備パターンは、加速パターンと減速パターンとを含んでいる。準備パターンは、回転方向の変化を含んでいてもよいし、複数回の加減速を含んでいてもよい。加速パターンは上記テストパターンにおける加速パターンと同じであってもよく、減速パターンはテストパターンによる動作後の上記減速パターンと同じであってもよい。
例えば準備制御部131は、準備パターンにより定められる目標速度とモータ3の回転速度(検出値又は推定値)との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ3の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出して電力変換制御部111に入力する。なお、上限値変更部122は、準備制御部131がモータ3を動作させる期間におけるリミッタ115の上限値を上記運転用上限値とする。
図2は、制御回路100のハードウェア構成を例示するブロック図である。図2に示すように、制御回路100は、一つ又は複数のプロセッサ191と、メモリ192と、ストレージ193と、入出力ポート194とを含む。ストレージ193は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。ストレージ193は、速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータ3を動作させることと、モータ3が駆動対象に付与する駆動力の上昇をリミッタ115により制限することと、テストパターンに従ってモータ3を動作させている期間においてリミッタ115が作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定することと、を制御回路100に実行させるためのプログラムを記憶している。例えばストレージ193は、上述した制御回路100の機能モジュールを構成するためのプログラムを記憶している。
メモリ192は、ストレージ193の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ191による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ191は、メモリ192と協働して上記プログラムを実行することで、制御回路100の各機能モジュールを構成する。入出力ポート194は、プロセッサ191からの指令に従って、電力変換回路10、電流センサ14U,14V,14W及び給水装置5との間で電気信号の入出力を行う。
制御回路100は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限られない。例えば制御回路100は、専用の論理回路又はこれを集積したASIC(Application Specific Integrated Circuit)により少なくとも一部の機能を構成してもよい。
〔電力変換方法〕
続いて、電力変換方法の一例として、制御回路100が実行する電力変換制御手順を例示する。この手順は、速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータ3を動作させることと、モータ3が駆動対象に付与する駆動力の上昇をリミッタ115により制限することと、テストパターンに従ってモータ3が動作している期間においてリミッタ115が作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定することと、を含む。以下、テストパターンに従ってモータ3を動作させる手順(テスト制御手順)と、モータ3を減速・停止させる手順(減速・停止手順)と、駆動対象の重さの推定手順(重さ推定手順)と、運転パターンに従ってモータ3を動作させる手順(運転制御手順)とに分けて電力変換手順を詳細に例示する。
(テスト制御手順)
図3に示すように、制御回路100は、まずステップS01,S02,S03,S04,S05を実行する。ステップS01では、準備制御部131が、上記準備パターンに従ってモータ3を動作させる。準備制御部131による具体的制御手順は、後述する運転制御手順において運転制御部112が実行する手順と同じである。ステップS02では、上限値変更部122が、リミッタ115の上限値を上記運転用上限値から上記テスト用上限値に変更する。ステップS03では、テスト制御部113が、モータ3の目標速度を上記テストパターンにおける初期速度(例えば第1速度=0)とする。ステップS04では、テスト制御部113が、目標速度とモータ3の回転速度との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ3の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出する。ステップS05では、駆動力指令値がテスト用上限値を超えている(駆動力指令値が負の値である場合には負の下限値を下回っている)か否かをリミッタ115が確認する。
ステップS05において駆動力指令値がテスト用上限値を超えていると判定した場合、制御回路100はステップS06を実行する。ステップS06では、リミッタ115が、テスト制御部113により算出された駆動力指令値をテスト用上限値に変更する。
次に、制御回路100はステップS07,S08を実行する。ステップS05において駆動力指令値がテスト用上限値を超えていないと判定した場合、制御回路100はステップS06を実行することなくステップS07,S08を実行する。ステップS07では、電力変換制御部111が、駆動力指令値に従って電源PSの電力をモータ3の駆動電力に変換するように電力変換回路10を制御する。ステップS08では、目標速度がテストパターンの完了速度(例えば第2速度)に達したか否かをテスト制御部113が確認する。
ステップS08において目標速度がテストパターンの完了速度に達していないと判定した場合、制御回路100はステップS09を実行する。ステップS09では、テスト制御部113が、目標速度をテストパターンにおける次ステップ(例えば次の制御周期)の速度に移行させる。その後、制御回路100は処理をステップS04に戻す。以後、目標速度がテストパターンの完了速度に達するまでは、目標速度を変えながら電力変換回路10の制御が繰り返される。
ステップS08において目標速度がテストパターンの完了速度に達していると判定した場合、制御回路100はステップS11を実行する。ステップS11では、モータ3の回転速度(検出値又は推定値)がテストパターンの完了速度に達したか否かをテスト制御部113が確認する。
ステップS11においてモータ3の回転速度がテストパターンの完了速度に達していないと判定した場合、制御回路100は処理をステップS04に戻す。以後、モータ3の回転速度がテストパターンの完了速度に達するまでは、目標速度を変えずに電力変換回路10の制御が繰り返される。
ステップS11においてモータ3の回転速度がテストパターンの完了速度に達していると判定した場合、制御回路100はステップS12を実行する。ステップS12では、上限値変更部122が、リミッタ115の上限値を上記テスト用上限値から上記運転用上限値に戻す。以上でテスト制御手順が完了する。
(減速・停止手順)
図4に示すように、制御回路100は、まずステップS21,S22を実行する。ステップS21では、テスト制御部113が、目標速度とモータ3の回転速度との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ3の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出する。ステップS22では、駆動力指令値がテスト用上限値を超えている(駆動力指令値が負の値である場合には負の下限値を下回っている)か否かをリミッタ115が確認する。
ステップS22において駆動力指令値がテスト用上限値を超えていると判定した場合、制御回路100はステップS23を実行する。ステップS23では、リミッタ115が、テスト制御部113により算出された駆動力指令値をテスト用上限値に変更する。
次に、制御回路100はステップS24,S25を実行する。ステップS22において駆動力指令値がテスト用上限値を超えていないと判定した場合、制御回路100はステップS23を実行することなくステップS24,S25を実行する。ステップS24では、電力変換制御部111が、駆動力指令値に従って電源PSの電力をモータ3の駆動電力に変換するように電力変換回路10を制御する。ステップS25では、目標速度がゼロに達したか否かをテスト制御部113が確認する。
ステップS25において目標速度がゼロに達していないと判定した場合、制御回路100はステップS26を実行する。ステップS26では、テスト制御部113が、目標速度を上記減速パターンにおける次ステップ(例えば次の制御周期)の速度に移行させる。その後、制御回路100は処理をステップS21に戻す。以後、目標速度がゼロに達するまでは、目標速度を変えながら電力変換回路10の制御が繰り返される。
ステップS25において目標速度がゼロに達したと判定した場合、制御回路100はステップS27を実行する。ステップS27では、モータ3の回転速度(検出値又は推定値)がゼロに達したか否か(モータ3が停止したか否か)をテスト制御部113が確認する。
ステップS27においてモータ3の回転速度がゼロに達していないと判定した場合、制御回路100は処理をステップS21に戻す。以後、モータ3が停止するまでは、目標速度を変えずに電力変換回路10の制御が繰り返される。ステップS27においてモータ3の回転速度がゼロに達したと判定した場合、モータ3の減速・停止手順が完了する。
(重さ推定手順)
図5に示すように、制御回路100は、まずステップS31,S32を実行する。ステップS31では、上記テスト制御手順が開始されるのを重さ推定部119が待機する。ステップS32では、リミッタ監視部118によりリミッタ115の作動が検出されているか否かを重さ推定部119が確認する。
ステップS32においてリミッタ115の作動が検出されていると判定した場合、制御回路100はステップS33を実行する。ステップS33では、重さ推定部119がリミッタ115の作動期間をカウントアップする(例えば1制御周期を作動期間に加算する)。
次に、制御回路100はステップS34を実行する。ステップS32においてリミッタ115の作動が検出されていないと判定した場合、制御回路100はステップS33を実行することなくステップS34を実行する。ステップS34では、上記テスト制御手順が完了したかを重さ推定部119が確認する。
ステップS34においてテスト制御手順が完了していないと判定した場合、制御回路100は処理をステップS32に戻す。以後、テスト制御手順が完了するまでは、リミッタ115が作動している場合に作動期間のカウントアップが繰り替えされる。
ステップS34においてテスト制御手順が完了したと判定した場合、制御回路100はステップS35,S36を実行する。ステップS35では、重さ推定部119が、リミッタ115の作動期間のカウント結果(上記リミッタ期間長)に基づいて駆動対象の重さを推定する。例えば重さ推定部119は、リミッタ115の作動期間のカウント結果が基準情報記憶部117における複数の重さランクのいずれに属するのかを判定する。
ステップS36では、重さ情報送信部121が、重さ推定部119による重さの推定結果を給水装置5に送信する。給水装置5は、重さ情報送信部121から受信した情報に基づいてドラム4への洗濯用水の供給量を変更する。以上で重さ推定手順が完了する。
なお、以上の手順においては、減速パターンがテストパターンが含まれない場合の手順を例示したが、上述したように減速パターンがテストパターンに含まれていてもよい。この場合リミッタ115の作動期間のカウント結果には、加速中におけるリミッタ115の作動期間と、減速中におけるリミッタ115の作動期間の両方が含まれることとなる。
(運転制御手順)
図6に示すように、制御回路100は、まずステップS41,S42,S43を実行する。ステップS41では、運転制御部112が、モータ3の目標速度を上記運転パターンにおける初期速度(例えば第1速度=0)とする。ステップS42では、運転制御部112が、目標速度とモータ3の回転速度との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施すことで、モータ3の回転速度を目標速度に追従させるための駆動力指令値を算出する。ステップS43では、駆動力指令値が運転用上限値を超えている(駆動力指令値が負の値である場合には負の下限値を下回っている)か否かをリミッタ115が確認する。
ステップS43において駆動力指令値が運転用上限値を超えていると判定した場合、制御回路100はステップS44を実行する。ステップS44では、リミッタ115が、運転制御部112により算出された駆動力指令値を運転用上限値に変更する。
次に、制御回路100はステップS45,S46を実行する。ステップS43において駆動力指令値が運転用上限値を超えていないと判定した場合、制御回路100はステップS44を実行することなくステップS45,S46を実行する。ステップS45では、リミッタ115が、運転制御部112により算出された駆動力指令値を運転用上限値に変更する。ステップS46では、目標速度が運転パターンの定常速度に達したか否かを運転制御部112が確認する。
ステップS46において目標速度が運転パターンの定常速度に達していないと判定した場合、制御回路100はステップS47を実行する。ステップS47では、運転制御部112が、目標速度を運転パターンにおける次ステップ(例えば次の制御周期)の速度に移行させる。その後、制御回路100は処理をステップS42に戻す。以後、目標速度が運転パターンの定常速度に達するまでは、目標速度を変えながら電力変換回路10の制御が繰り返される。
ステップS46において目標速度が運転パターンの定常速度に達したと判定した場合、制御回路100はステップS48を実行する。ステップS48では、モータ3の回転速度(検出値又は推定値)が運転パターンの定常速度に達したか否かを運転制御部112が確認する。
ステップS48においてモータ3の回転速度が運転パターンの定常速度に達していないと判定した場合、制御回路100は処理をステップS42に戻す。以後、モータ3の回転速度が運転パターンの定常速度に達するまでは、目標速度を変えずに電力変換回路10の制御が繰り返される。
ステップS48においてモータ3の回転速度が運転パターンの定常速度に達していると判定した場合、制御回路100はステップS49を実行する。ステップS49では、運転パターンにおいて定められた所定期間が経過したか否かを運転制御部112が確認する。
ステップS49において所定期間が経過していないと判定した場合、制御回路100は処理をステップS42に戻す。以後、所定時間が経過するまでは、モータ3の回転速度が運転パターンの定常速度を維持するように電力変換回路10の制御が繰り返される。
ステップS49において所定期間が経過したと判定した場合、制御回路100はステップS51を実行する。ステップS51では、運転制御部112が、上記運転パターンが含む減速パターンに従ってモータ3を減速・停止させる。運転制御部112による具体的制御手順は、上述した減速・制御手順においてテスト制御部113が実行した手順と同じである。以上で運転制御手順が完了する。
なお、以上の手順においては、運転パターンが一方向への加速、定速回転、及び減速・停止を含む場合を例示したが、上述したように、運転パターンは回転方向の変化を含んでいてもよいし、複数回の加減速を含んでいてもよい。これに応じて運転制御手順は適宜変更される。
〔変形例〕
以上においては、テスト用上限値が一つに定められている例を示したが、上述した重さランクを複数のグループに区分し、グループごとにテスト用上限値が設定されていてもよい。この場合、グループごとに設定された複数のテスト用上限値は上限値記憶部116等に記憶される。また、複数のテスト用上限値と複数のグループとは基準情報記憶部117等においてそれぞれ対応付けられる。グループごとに上限値を設定することによって、上述した条件1,2を満たすテスト用上限値を設定し易くなる。このように複数のテスト用上限値が設定される場合、制御回路100は、テスト制御手順の実行に先立ってテスト用上限値を選択する処理を更に行うように構成されていてもよい。
図7は、テスト用上限値の選択手順を例示するフローチャートである。制御回路100は、まずステップS61,S62,S63,S64を実行する。ステップS61では、上限値変更部122が、上限値記憶部116が記憶する複数のテスト用上限値の最大値を選択する。ステップS62では、上限値変更部122が、上述したテスト制御手順をテスト制御部113に実行させる。ステップS63では、上限値変更部122が、上述した減速・停止手順をテスト制御部113に実行させる。ステップS64では、テスト制御手順の実行期間中にリミッタ115の作動がリミッタ監視部118により検出されたかを上限値変更部122が確認する。
ステップS64においてテスト制御手順の実行期間中にリミッタ115の作動が検出されていないと判定した場合、制御回路100はステップS65を実行する。ステップS65では、上限値変更部122が、現在選択しているテスト用上限値よりも1つ小さいテスト用上限値を選択する。その後、制御回路100は処理をステップS61に戻す。以後、テスト制御手順の実行期間中にリミッタ115が作動するまで、テスト用上限値の探索が継続される。ステップS64においてテスト制御手順の実行期間中にリミッタ115の作動が検出されたと判定した場合、テスト用上限値の選択手順が完了する。
〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、電力変換装置2は、速度変更を含む所定のテストパターンに従ってモータ3を動作させるテスト制御部113と、モータ3が駆動対象に付与する駆動力の指令値の上昇を制限するリミッタ115と、テストパターンに従ってモータ3を動作する期間においてリミッタ115が作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定する重さ推定部119と、を備える。
駆動力に制限がない場合、駆動対象の重さに応じて駆動力を変更することでモータ3の動作をテストパターンに素早く追従させることができるので、テスト制御部113がモータ3を動作させる期間に駆動対象の重さによる差異は生じ難い。これに対し、リミッタ115を有する電力変換装置2によれば、リミッタ115の作動によって、モータ3の動作に遅れが生じ、その遅れの程度が駆動対象の重さによって変わることとなる。遅れの程度は、リミッタ115の作動期間の長さに相関する。そこで、リミッタ115の作動期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定することが可能となる。従って、モータ3による駆動対象の重さを検出する構成の簡素化に有効である。
電力変換装置2は、重さ推定部119による駆動対象の重さの推定後に、モータ3を所定の運転パターンに従って動作させる運転制御部112と、運転制御部112がモータ3を動作させる期間におけるリミッタ115の上限値に比較して、テスト制御部113がモータを動作させる期間におけるリミッタ115の上限値を低くする上限値変更部122と、を更に備えていてもよい。この場合、テスト動作期間におけるリミッタ115の上限値を低くすることで、駆動対象の重さによるリミッタ115の作動期間の長さの差異が大きくなる。このため、リミッタ115の作動期間の長さに基づいて、駆動対象の重さをより確実に推定することができる。
重さ推定部119は、駆動対象の重さが、予め設定された複数の重さランクのいずれに属するかを推定し、テスト制御部113がモータ3を動作させる期間におけるリミッタ115の上限値は、駆動対象の重さが複数の重さランクのうち軽い方から2番目以上のランクに属していればリミッタ115が作動するように設定されていてもよい。この場合、駆動対象の重さランクによるリミッタ115の作動期間の長さの差異をより確実に生じさせることで、駆動対象の重さをより確実に推定することができる。
テスト制御部113がモータ3を動作させる期間におけるリミッタ115の上限値は、運転制御部がモータ3を動作させる期間におけるリミッタ115の上限値の半分以下であってもよい。この場合、駆動対象の重さによるリミッタ115の作動期間の長さの差異をより確実に生じさせることで、駆動対象の重さをより確実に推定することができる。
テストパターンは第1速度から第2速度までの速度変更を含み、重さ推定部119は、モータ3の速度が第1速度から第2速度に変化する期間においてリミッタ115が作動した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定してもよい。この場合、リミッタ115が作動し易い期間におけるリミッタ115の作動期間の長さに基づくことで、駆動対象の重さをより確実に推定することができる。
電力変換装置2はリミッタ115が作動中であるか否かを監視するリミッタ監視部118を更に備え、重さ推定部119は、モータ3の速度が第1速度から第2速度に変化する期間において、リミッタ115が作動中であることをリミッタ監視部118が検出した期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定してもよい。この場合、リミッタ115の監視結果を利用することで、リミッタ115の作動期間の長さの情報を容易に取得することができる。従って、モータ3による駆動対象の重さを検出する構成の更なる簡素化に有効である。
重さ推定部119は、モータ3の速度が第1速度から第2速度に達するまでの期間の長さに基づいて駆動対象の重さを推定してもよい。この場合も、リミッタ115の作動期間の長さに関係する情報を容易に取得することができる。従って、モータ3による駆動対象の重さを検出する構成の更なる簡素化に有効である。
洗濯機1は、電力変換装置2と、モータ3と、洗濯物9を収容しモータ3により駆動されるドラム4と、を備え、重さ推定部119は洗濯物9の重さを推定してもよい。電力変換装置2は、テスト制御部113がモータ3を動作させる前に、所定の準備パターンに従ってモータ3を動作させる準備制御部131を更に備えていてもよい。この場合、ドラム4内における洗濯物9の偏りを緩和し、重さ推定部119による推定結果の信頼性を向上させることができる。
以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。上述の実施形態においては、洗濯機1においてドラム4を駆動するモータ3に電力を供給するための電力変換装置2を例示したが、電力変換装置2による電力の供給対象は必ずしも洗濯機1のモータ3に限られない。電力変換装置2による電力の供給対象は、少なくとも駆動対象の重さが変化するモータであればよい。駆動対象の重さが変化するモータであれば、駆動対象を直状又は曲状ラインに沿って移動させるリニアモータであってもよい。