JPH11206179A - 電動機の制御装置および電気洗濯機 - Google Patents
電動機の制御装置および電気洗濯機Info
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- JPH11206179A JPH11206179A JP10000125A JP12598A JPH11206179A JP H11206179 A JPH11206179 A JP H11206179A JP 10000125 A JP10000125 A JP 10000125A JP 12598 A JP12598 A JP 12598A JP H11206179 A JPH11206179 A JP H11206179A
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Abstract
動機の制御装置において、簡単な構成で、駆動モードと
ブレーキモードにおいて、高電位側駆動回路に電源を供
給することが可能とし、低コストの電動機の制御装置を
実現する。 【解決手段】 電動機73の3相の電機子巻線76〜7
8を駆動するインバータ74の動作を制御手段75によ
り制御する。制御手段75は、高電位側駆動回路86〜
88の電源入力端子間にブートストラップコンデンサ9
2〜94を接続し、電動機73の回転子79の位置に同
期して、高電位側駆動回路86〜88と低電位側駆動回
路89〜91を動作させてスイッチング素子をオンオフ
し、電機子巻線76〜78に3相の交流を供給する駆動
モードと、高電位側駆動回路86〜88により高電位側
スイッチング素子80〜82を所定の導通比でオンオフ
させ、制動トルクを発生させるブレーキモードを有す
る。
Description
動力源として使用される電動機の制御装置およびこの電
動機の制御装置を使用する電気洗濯機に関するものであ
る。
ばれる電動機の制御装置を図13に示す。この電動機の
制御装置は、固定子1と、この固定子1の内側に回転自
在に設けた回転子2から構成されている。固定子1に
は、珪素鋼板等を積層した鉄心にコイル3、4、5を3
相に巻かれており、さらにホールIC6、7、8によっ
て構成した位置検知手段9を有している。回転子2は、
永久磁石10、11を設けている。
れたもので、高電位側スイッチング素子13、低電位側
スイッチング素子14の直列回路15を有している。さ
らにインバータ回路12は、高電位側駆動回路16と、
低電位側駆動回路17を有するドライバ18を有してお
り、それぞれ高電位側スイッチング素子13と、低電位
側スイッチング素子14に接続されている。直流電源1
9、20は、それぞれ高電位側駆動回路16と低電位側
駆動回路17に直流電源を供給している。
はいずれもインバータ回路12と同等の構成となってお
り、インバータ回路12と同様に、直流電源23、2
4、25、26が接続されている。直流電源27は、イ
ンバータ回路12、21、22に入力されている。
の信号を入力し、論理式によって、a〜fの論理出力を
行うものである。ここで、a、c、eは、3個のインバ
ータのそれぞれ高電位側スイッチング素子をオンオフさ
せる信号であり、b、d、fは、3個のインバータのそ
れぞれ低電位側スイッチング素子をオンオフさせる信号
である。
のロジックICを用いて構成したものであり、a、c、
eの各信号を制御するもので、PWM回路32に接続さ
れている。PWM回路32は、三角波の電圧を出力する
発振回路33と、コンパレータ34を有している。コン
パレータ34のプラス入力端子には、可変抵抗35の摺
動端子gが接続されており、両端子h、iは、直流電源
36に接続されている。
って回転子2の回転角を検知し、3相分配回路28によ
って、オンさせる高電位側スイッチング素子、低電位側
スイッチング素子に対応するa〜fの信号をハイとし、
高電位側駆動回路16と低電位側駆動回路17は、ハイ
出力が入力された場合に、出力を約15ボルトとして印
加することにより、当該のスイッチング素子をオン状態
とする。
4、25、26は、高電位側駆動回路や低電位側駆動回
路を働かせ、また高電位側スイッチング素子もしくは低
電位側スイッチング素子の制御端子(この場合にはIG
BTのゲート端子)にゲート駆動パワーを供給する。
スイッチング素子と低電位側スイッチング素子によって
電流が供給され、その結果、回転子2にはトルクが発生
して回転し、動力を取り出すことができる。
の電圧を等価的に100%以下の任意の値に調整するも
のであり、可変抵抗35を操作することにより、g点の
電圧が変化し、発振回路33より出力される三角波の電
圧波形との交点により、コンパレータ34からハイとロ
ーが切り換えられる。g点の電圧を高くするとコンパレ
ータ34から出力される信号の出力のハイの期間の割合
が増加し、逆に低くすると減少するという動作がなされ
る。
路32の出力がハイの期間のみ、3相分配回路28の出
力a、b、cをそのまま出力し、ロー期間においては、
高電位側駆動回路に対して強制的にロー、すなわち高電
位側スイッチング素子をオフさせる信号を発生させる。
5kHzとしているので、g点の電圧が発振回路33の
出力である三角波のピーク電圧よりも低い場合には、
a、b、cのいずれかハイとなっているものに対して、
当該する高電位側スイッチング素子は15kHzでオン
オフを繰り返すことになる。
である三角波のピーク電圧よりも高い場合には、a、
b、cの信号がそのまま高電位側駆動回路に入力される
ので、高電位側スイッチング素子は、発振回路33の発
振周波数とは関係なく、オン状態が継続される。
置の高電位側駆動回路16と低電位側駆動回路17を中
心に詳細に回路構成を示した回路図であり、特に、3相
の内の1相のみについて図示するものとし、他の2相に
ついて省略している。
0V、60Hzの交流電源37、整流ブリッジ38、チ
ョークコイル39、平滑コンデンサ40によって構成し
ている。また、高電位側駆動回路16は、発光ダイオー
ドとフォトトランジスタによって構成されたフォトカプ
ラ41、NPNトランジスタ42、43、PNPトラン
ジスタ44、抵抗45、46により構成している。低電
位側駆動回路17は、NPNトランジスタ47、PNP
トランジスタ48、抵抗49、50によって構成してい
る。
てAND回路29の出力に接続し、また低電位側駆動回
路17はそのままAND回路29の出力に接続してい
る。
20、23、24、25、26を供給する具体回路であ
り、NPNトランジスタ53、駆動回路54、トランス
55、スナバ56、ダイオード57、58、59、6
0、61、電解式のコンデンサ62、63、64、65
によって構成し、スナバ56は抵抗66、コンデンサ6
7で構成している。
として作用し、コンデンサ65からの出力は直流電源2
0、24、26として作用するものである。また、j、
k、l、mの各端子については、接続の図示を省略して
いるが、これらは他の2相用の高電位側駆動回路の電
源、すなわち直流電源23、25となるものである。
動回路のための直流電源については、共通とすることが
できるが、高電位側駆動回路については、一般に良く使
用される高電位側スイッチング素子がNチャンネルのI
GBT(MOSFET)、もしくはNPNパワートラン
ジスタ等であることから共通の直流電源で済ませること
ができず、結果として多数の直流電源が必要となり、一
般に良く使用される3相6石の構成では、最低4つの出
力が必要であった。
の高電位側スイッチング素子と、すべての低電位側スイ
ッチング素子をオフ状態とし、本装置内の鉄損のほか、
負荷や軸受けなどの機械的な損失などにより、回転速度
を停止させるものであった。
電動機の制御装置は、直流電源のプラス側に接続されて
いる高電位側スイッチング素子をオンオフさせる高電位
側駆動回路のための電源を、低電位側駆動回路や制御手
段などと電気的に絶縁している構成であり、また、一般
にこの種のインバータ回路は、3相6石のものを用いる
ことから、スイッチング電源などによって最低4つの出
力ができる電源を用いていたことから、電源回路が大形
かつ重量が大で、コストも高いものとなってしまうとい
う問題を有していた。
持つ慣性モーメントが大となる場合は、速度の降下に時
間がかかり、速やかな停止ができないという問題もあっ
た。
で、簡単な構成で、駆動モードとブレーキモードにおい
て、高電位側駆動回路に電源を供給することが可能と
し、低コストの電動機の制御装置を実現することを第1
の目的としている。
ルセータや水や布などの慣性モーメントに蓄えられた回
転運動エネルギーを速やかに吸収し、洗浄性能を確保す
る電気洗濯機を実現することを第2の目的としている。
を達成するために、電動機の3相の電機子巻線に対応し
た3個の高電位側スイッチング素子と3個の低電位側ス
イッチング素子を有するインバータを第1の直流電源に
接続し、このインバータの動作を制御手段により制御す
る。制御手段は、高電位側スイッチング素子の制御端子
に接続した高電位側駆動回路の電源入力端子間にブート
ストラップコンデンサを接続し、電動機の回転子の位置
に同期して、高電位側駆動回路と低電位側駆動回路を動
作させることにより、6個のスイッチング素子をオンオ
フし、電機子巻線に3相の交流を供給する駆動モード
と、高電位側駆動回路により高電位側スイッチング素子
を所定の導通比でオンオフさせ、制動トルクを発生させ
るブレーキモードを有するものである。
ブレーキモードにおいて、高電位側駆動回路に電源を供
給することが可能とし、低コストの電動機の制御装置を
実現することができる。
電動機の制御装置と、電動機によって回転するパルセー
タを有し、洗浄の際には、正の回転方向の駆動モードの
後、休止期間を設けて逆の回転方向の駆動モードに移
り、かつ前記休止期間中にブレーキモードを設けたもの
である。
性モーメントに蓄えられた回転運動エネルギーを速やか
に吸収し、洗浄性能を確保できるとともに、次回の反対
方向の回転を行う駆動モードの開始時点での残留速度を
低減することにより、機械的ショックが小さく、信頼性
も高い低コストの電気洗濯機を実現することができる。
は、第1の直流電源と、3相の電機子巻線と回転子を有
する電動機と、前記第1の直流電源の出力に接続され3
相の電機子巻線に対応した3個の高電位側スイッチング
素子と3個の低電位側スイッチング素子を有するインバ
ータと、前記インバータの動作を制御する制御手段とを
備え、前記制御手段は、前記高電位側スイッチング素子
のそれぞれの制御端子に接続した高電位側駆動回路と、
前記低電位側スイッチング素子のそれぞれの制御端子に
接続した低電位側駆動回路と、前記高電位側駆動回路の
電源入力端子間にそれぞれ接続されたブートストラップ
コンデンサと、ダイオードと、第2の直流電源とで構成
し、前記回転子の位置に同期して、前記高電位側駆動回
路と前記低電位側駆動回路を動作させることにより、前
記6個のスイッチング素子をオンオフし、前記電機子巻
線に3相の交流を供給する駆動モードと、前記高電位側
駆動回路により前記高電位側スイッチング素子を所定の
導通比でオンオフさせ、制動トルクを発生させるブレー
キモードを有するものであり、簡単な構成でありなが
ら、駆動モードとブレーキモードにおいて、高電位側駆
動回路に電源を供給することが可能となり、低コストの
電動機の制御装置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、ブレーキモードで、
低電位側スイッチング素子をオフに保ったまま、高電位
側スイッチング素子を回転子の位置に同期した期間内に
のみ、所定の導通比でオンオフするようにしたものであ
り、ブレーキモードでブートストラップコンデンサの電
圧を確保しながら、制動トルクを確保することが可能と
なり、低コストの電動機の制御装置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、ブレーキモードでの
高電位側スイッチング素子の導通比を100%未満とす
るものであり、ブートストラップコンデンサの電圧を確
保しながら、さらに大きな制動トルクを確保することが
可能となり、また低コストの電動機の制御装置を実現す
ることができる。
記載の発明において、制御手段は、ブレーキモードで、
低電位側スイッチング素子を回転子の位置に同期してオ
ンオフし、高電位側スイッチング素子については回転子
の位置に同期して、かつ所定の導通比でオンオフするよ
うにしたものであり、ブートストラップコンデンサの電
圧を確保しながら、特に低速域においても大きな制動ト
ルクを確保することが可能となり、また低コストの電動
機の制御装置を実現することができる。
4に記載の発明において、制御手段は、駆動モードから
ブレーキモードへの移行の際に、3個の高電位側スイッ
チング素子と、3個の低電位側スイッチング素子を、一
旦すべてオフさせるようにしたものであり、ブートスト
ラップコンデンサの電圧を確保しながら、制動トルクを
確保することが可能となり、かつ駆動モードからブレー
キモードに移行する際に、高電位側スイッチング素子と
低電位側スイッチング素子を通じて第1の直流電源が短
絡されて大電流が流れて破壊することを防ぐことによ
り、低コスト・高信頼性の電動機の制御装置を実現する
ことができる。
5に記載の発明において、制御手段は、駆動モードで高
電位側スイッチング素子を回転子の位置と同期し、かつ
所定の導通比でオンオフさせるようにしたものであり、
特に低速の駆動モードにおいても、高電位側駆動回路に
電源を供給することが可能となり、また駆動モードにお
ける速度制御なども可能な、低コストの電動機の制御装
置を実現することができる。
6に記載の発明において、制御手段は、高電位側スイッ
チング素子をオフ状態に保ったまま、3個の低電位側ス
イッチング素子を間欠的にオンオフし、各ブートストラ
ップコンデンサを第2の直流電源からダイオードを通し
て充電する初期充電モードを有し、起動時には駆動モー
ドに入る前に前記初期充電モードを行うようにしたもの
であり、駆動モードの起動時においても、ブートストラ
ップコンデンサに十分な充電がなされている状態となる
ことから、安定した起動動作が可能となり、かつ第2の
直流電源の負担を軽減することができるものとなり、低
コストの電動機の制御装置を実現することができる。
いずれか1項に記載の電動機の制御装置と、電動機によ
って回転するパルセータを有し、洗浄の際には、正の回
転方向の駆動モードの後、休止期間を設けて逆の回転方
向の駆動モードに移り、かつ前記休止期間中にブレーキ
モードを設けたものであり、パルセータや水や布などの
慣性モーメントに蓄えられた回転運動エネルギーを速や
かに吸収し、洗浄性能を確保するとともに、次回の反対
方向の回転を行う駆動モードの開始時点での残留速度を
低減することにより、機械的ショックが小さく、信頼性
も高い低コストの電気洗濯機を実現することができる。
いずれか1項に記載の電動機の制御装置と、電動機によ
って回転する脱水槽を有し、ブレーキモードにより前記
脱水槽を停止させるようにしたものであり、脱水終了時
や脱水中止時に速やかに脱水槽の速度を抑えることがで
き、比較的簡単な構成で、安全性・信頼性が高く低コス
トの電気洗濯機を実現することができる。
しながら説明する。
流電源70は、例えば100V60Hzの商用の交流電
源を全波整流し、この第1の直流電源70と、電動機7
3と、インバータ74と、制御手段75を有し、電動機
73は3相の電機子巻線76、77、78と永久磁石7
1、72を有する回転子79を備え、インバータ74は
第1の直流電源70の出力に接続している。
電位側スイッチング素子80、81、82のそれぞれの
制御端子、すなわちゲートとエミッタ端子間に接続した
高電位側駆動回路86、87、88と、3個の低電位側
スイッチング素子83、84、85のそれぞれの制御端
子に接続した低電位側駆動回路89、90、91を有し
ている。さらに、高電位側駆動回路86、87、88の
電源入力端子間には、それぞれ22μFのブートストラ
ップコンデンサ92、93、94と、ダイオード95を
接続している。
抗110、111、112と、15Vの第2の直流電源
96を有し、制御手段75は、回転子79の位置を常に
ホールIC97、98、99により構成した位置検知手
段100で検知することにより、回転子79に同期し
て、高電位側駆動回路86、87、88と低電位側駆動
回路89、90、91を動作させ、計6個のスイッチン
グ素子をオンオフすることにより、電機子巻線76、7
7、78に3相の交流を供給する駆動モードを有してい
る。
路101、102、103は、マイクロコンピュータ1
04に接続されており、マイクロコンピュータ104に
は、位置検知手段100からの信号が入力され、その組
み合わせおよび回転方向によって、出力を行うと同時に
PWM信号も出力する。
ーの論理を交互に出力すると共に、そのハイの期間の比
率を加減するものとなっており、これはマイクロコンピ
ュータ内部にハードウエアで構成された発振回路やカウ
ンタやマグニチュードコンパレータ等の論理回路によ
り、CPUからの値に応じて、自動的にPWM信号が出
力される構成となっている。
2、103に入力させて論理積が高電位側駆動回路8
6、87、88に出力され、これによって駆動モードに
おいて、高電位側スイッチング素子80、81、82を
所定の導通比でオンオフし、等価的に第1の直流電源7
0の出力電圧値を低減させた状態と、ほぼ同様の運転が
できるものとなっている。
子80、81、82をオフ状態に保ったままで、低電位
側スイッチング素子83、84、85を同じタイミング
で間欠的にオンオフし、ブートストラップコンデンサ9
2、93、94を第2の直流電源96からダイオード9
5を通して充電する初期充電モードも有している。そし
て、制御手段75は、起動時においては、駆動モードに
入る前に初期充電モードで運転を行うよう構成してい
る。
モードから駆動モードへ移行する際に、高電位側スイッ
チング素子80、81、82と低電位側スイッチング素
子83、84、85を、10ミリ秒間にわたり、一旦す
べてオフさせる構成となっている。
回路86、87、88により高電位側スイッチング素子
80、81、82を所定の導通比でオンオフさせ、制動
トルクを発生させるブレーキモードも有している。
は、低電位側スイッチング素子83、84、85はオフ
に保ったまま、マイクロコンピュータ104のPWM信
号のハイの期間の比率を加減することにより、高電位側
スイッチング素子80、81、82を回転子79の位置
に同期した期間内について、85%の導通比でオンオフ
する。また、その他の期間はオフとするものとなってい
る。
ブレーキモードへの移行の際にも、高電位側スイッチン
グ素子80、81、82と、低電位側スイッチング素子
83、84、85を、10ミリ秒間にわたり、一旦すべ
てオフさせる構成となっている。
は、本実施例において、ブートストラップコンデンサ9
2が充電される等価回路を示している。ただし、3相分
の回路は同様に構成されているので、他のブートストラ
ップコンデンサ93、94についても同様の動作とな
る。
する第2の直流電源96から、充電抵抗110、ダイオ
ード95を通して、ブートストラップコンデンサ92に
充電電流が供給され、低電位側スイッチング素子83を
通して、第2の直流電源96に戻るという回路が構成さ
れる。
プコンデンサ92から電源が供給され、低電位側スイッ
チング素子83がオフの期間中は、ブートストラップコ
ンデンサ92の蓄積電荷が高電位側駆動回路86に供給
されて動作する。
ング素子83がオンとなる期間は、初期充電モードにお
いては、マイクロコンピュータ104から低電位側駆動
回路89にオン信号が出力され、低電位側スイッチング
素子83のIGBT部分がオンした場合となるが、駆動
モードおよびブレーキモードにおいては、上記以外にも
高電位側スイッチング素子80がオン状態からオフ状態
に移った場合に、電機子巻線76に流れていた電流が回
路のインダクタンスにより、流れ続けようとする作用が
発生し、低電位側スイッチング素子83のダイオード部
分を通して循環電流が生ずるという現象が見られ、この
期間についても、図2のスイッチで示す低電位側スイッ
チング素子83は、オンしている状態となり、したがっ
てブートストラップコンデンサ92は、充電されること
になる。
ッチング素子80と低電位側スイッチング素子83が共
にオフの状態であっても、それ以外のスイッチング素子
のオンオフ状態によっては、高電位側スイッチング素子
80のエミッタ電位が引き下げられて、ブートストラッ
プコンデンサ92が充電されることも起こるものである
ことを発明者らは確認しており、このような作用によ
り、比較的簡単な構成でありながら、高電位側駆動回路
86、87、88に対して、必要な電源電圧を確保する
ことが可能となり、高電位側スイッチング素子80、8
1、82をオンオフすることができる。
力行運転を行う場合における、各部の電圧波形図を示し
ている。図3において、(a)〜(c)は、それぞれ、
位置検知手段100を構成するホールIC97、98、
99からの出力電圧波形を示している。
9については、対向する永久磁石の表面がS極である場
合にはハイの出力を、N極である場合にはローを出力す
るように構成している。また、ホールIC98について
は、対向する永久磁石の表面がN極である場合にはハイ
の出力を、S極である場合にはローを出力するように構
成している。(d)〜(i)は、マイクロコンピュータ
104からの出力電圧波形V1〜V6を示している。
7、98、99を用いた位置検知手段100によって回
転子79に同期した制御をおこなっているが、特にホー
ルICによって磁気的に位置検知を行うものに限定する
ものではなく、例えば各電機子巻線に発生する誘導起電
力を検出して、その出力にローパスフィルタを介して、
その出力の零点を検知することにより、ホールICを用
いた位置検知手段と同様の位置検知を行うものを使用し
てもよい。
転する度に、ホールIC97、98、99からの出力論
理の組み合わせは、1ビットずつ変化して、それがマイ
クロコンピュータ104へと入力されることにより、正
の方向に駆動するという情報がマイクロコンピュータ1
04で処理された結果として、V1〜V6が出力されて
いる。
は、PWM信号も出力されているため、AND回路10
1、102、103によって、ハイの期間に変調がかか
った信号が高電位側駆動回路86、87、88に出力さ
れる。
ピュータ104から出力されるPWM信号は、直流であ
り、その電圧値を加減するものとしているが、特に直流
に限定するものではなく、例えば導通比が正弦波状にな
るように、回転子の回転と同期して変化させるようにし
てもよく、その場合には、電動機73のトルクリプルが
低減され、騒音や振動が小さい電動機の制御装置を実現
することができる。例えば電気洗濯機に使用した場合に
あっては、早朝や深夜など周囲の騒音レベルが低い環境
下でも使用することができるという効果が得られる。
に第1の直流電源70の電圧値に、PWM信号のハイの
期間の比率を乗じた値が印加されたものとして電機子巻
線76、77、78に3相の電流が供給され、よって、
永久磁石71、72との間のフレミングの左手の法則に
従った作用、反作用の力が発生し、これにより、回転子
79にトルクを発生されるものとなり、回転の動力を機
械的な負荷に供給することができる。
方向、すなわち図3とは反対の回転方向で動力を出力す
る力行運転を行う場合での、各部の電圧波形を示したも
のである。この場合にも、マイクロコンピュータ104
が逆の方向の駆動を行うという情報で、ホールIC9
7、98、99の信号を処理することにより、(d)〜
(i)に示す出力波形が得られるものとなっている。
ュータ104は、位置検知手段100からの信号が変化
すると同時に、V1〜V6を切り換えているという簡単
な制御方法により、ほぼ直流電動機に近い特性を実現し
ているものであるが、必要とあらば進角制御を行い、位
置検知手段100からの信号に対して所定の電気角に相
当する期間だけ進相となるようなタイミングで、V1〜
V6を出力するような構成としてもよい。
動機73の負荷角にほぼ等しい電気角の電圧波形の3相
電圧が各電機子巻線に供給されることから、永久磁石に
よる磁束と電機子電流との位相角がほぼ90度となり、
電機子電流が有効にトルクとなる。
流れる電機子電流が低減でき、各スイッチング素子の電
流定格を低減できるほか、電動機73の効率も向上する
ことが可能となり、また電動機73内部の磁気回路に通
る磁束の値についても、抑えることができるので、小
形、軽量の構成も可能となる。
における、本実施例の各部波形を示したもので、図5に
おいては(a)〜(c)は、それぞれAND回路10
1、102、103からの出力を示しており、(d)〜
(f)は、マイクロコンピュータ104の出力V4〜V
6を示しているものとなっている。
ング素子がすべてオフとなる「オールオフ」期間を設
け、その後初期充電モードの動作を行わせている。
回路89、90、91に対して、1ミリ秒間オン、1ミ
リ秒間オフというパルスをマイクロコンピュータ104
のソフトウエアによって作り出して出力している。ハー
ドウエアによるPWM信号に比較して、ソフトウエアに
よるパルス出力は、自由度が制限されるものとなるが、
1ミリ秒単位でデューティレシオ(導通比)が50%の
このような制御であれば、比較的容易に実現することが
できる。
の期間出力し、9パルスのハイ期間の間に8回各1ミリ
秒のロー期間が存在するため、合計で約17ミリ秒とし
ている。
場合、コンデンサの静電容量と抵抗器の抵抗値の積で定
まる時定数よりも長い時間かけて充電することにより、
接続されている直流電源の電圧にほぼ近い電圧値まで充
電が行われるものとなるが、本実施例のように、低電位
側スイッチング素子のオンオフがなされ、間欠的に充電
が行われる場合には、正味の充電される時間がデューテ
ィ、すなわち低電位側スイッチング素子の導通比を乗じ
た時間値となることから、直流電源の電圧とほぼ近い電
圧値まで充電するためには、ほぼ上記の時定数を上記の
導通比で除しただけの時間が作用するものである。
初期充電モードを設けたならば、ブートストラップコン
デンサの初期電荷が零の場合、ほぼ第2の直流電源96
の電圧に(1−1/e)を乗じた電圧まで充電されるこ
とになる。なお、ここでeは自然対数の底であり、2.
718…となるので、63%まで充電がなされることに
なる。
11、112の抵抗値100Ωとブートストラップコン
デンサ92、93、94の静電容量の積で決まる時定数
2.2ミリ秒に対して、時定数を前記の導通比で除した
値は4.4ミリ秒となるが、初期充電モードの期間を1
7ミリ秒設けている。
時間に相当することから、ブートストラップコンデンサ
の初期電荷が零の場合であっても、第2の直流電源96
の電圧に対して、約98%に相当する電圧まで充電が行
われるものとなっており、ブートストラップコンデンサ
92、93、94充電が、ほぼ第2の直流電源96の電
圧に等しい値となるまで進行させることができるという
効果を上げている。
の充電抵抗110、111、112を設けているが、必
ずしも3個設ける必要はなく、例えば第2の直流電源9
6と直列になるように1個のみ設け、そこからダイオー
ド95を接続するようにしてもよく、その場合にも3相
に対応する3個のブートストラップコンデンサのトータ
ルの静電容量と充電抵抗値の積によって定まる時定数に
対して、上記のような関係が成り立つように時間を定め
ることにより、各ブートストラップコンデンサは、十分
な充電がなされる。
べてのスイッチング素子をオフとするオールオフの期間
を10ミリ秒間設け、その後正の方向の駆動を行う駆動
モードに入る状態で動作させている。したがって、初期
充電モードで十分にブートストラップコンデンサ92、
93、94が充電され、その後のオールオフ期間で一旦
すべてのスイッチング素子をオフ状態とさせることによ
り、上下に接続された高電位側スイッチング素子80、
81、82と低電位側スイッチング素子83、84、8
5の同時オンによる短絡電流の発生を防止することがで
きる。
Tに限らず、一般にスイッチング素子には、ゲート信号
(ベース信号)に対するスイッチング動作の遅れ時間が
存在し、しかも普通のバイポーラトランジスタやIGB
Tなどの場合には、オンからオフに移る時間が、オフか
らオンに移る時間に対して長くなるという特性を有して
いることから、上下に接続された2個のスイッチング素
子の内、例えば低電位側スイッチング素子にオフの信号
を出力し、同時に高電位側スイッチング素子にオンの信
号を出力した場合などには、一時的に両スイッチング素
子が共にオン状態となり、電源を短絡して大きな電流が
流れるという現象が発生し、ひどい場合には、スイッチ
ング素子を破壊させることもあるが、本実施例では、6
個のスイッチング素子に対して10ミリ秒間オフの信号
を与えていることから、このような短絡電流が流れるこ
とはなく、したがって信頼性の高い電動機の制御装置を
実現することができる。
トラップコンデンサ92、93、94は、高電位側駆動
回路86、87、88によって電源電流が消費されるた
め、電圧が低下する傾向があるが、本実施例ではこのオ
ールオフ期間の長さを10ミリ秒としたことにより、2
2μFの電解コンデンサで各ブートストラップコンデン
サを構成しながらも、0.5ミリアンペアを高電位側駆
動回路に供給した状態で、0.23ボルトの低下に抑え
ており、したがって駆動モードの初期に十分な電源を供
給することができる。
ブレーキモードにおける動作波形を示したもので、
(a)〜(c)はホールIC97、98、99の出力電
圧、(d)〜(f)は、それぞれAND回路101、1
02、103の出力、(g)〜(i)は、マイクロコン
ピュータ104の出力V4〜V6の電圧波形を示してい
る。
おいては、V4〜V6はすべてローであり、よって低電
位側スイッチング素子83、84、85はすべてオフと
なる。また、高電位側スイッチング素子80、81、8
2については、ホールICからの信号との論理構成にお
いては、ちょうど図4に示した逆の方向に駆動する駆動
モードと同等の期間に導通期間を設けると共に、PWM
を85%としている。
生する電機子巻線76、77、78の誘導起電力は、ち
ょうど高電位側スイッチング素子80、81、82によ
って構成される1石形の昇圧コンバータと同様に動作
し、各電機子巻線76、77、78には、逆の方向への
トルクが発生するように電流が流れる。
転79自身の回転の運動エネルギーは、電気エネルギー
に変換されて、電機子巻線76、77、78に流れ、こ
の回路が持つ電気抵抗などによって消費されることによ
る制動動作が行われる。
や、機械パワーが大きい場合などには、第1の直流電源
70に対して、逆に充電される方向の電流が発生するこ
ともあるので、必要とあらば、第1の直流電源70と並
列に、抵抗器などの回生電流吸収回路などを設けて、第
1の直流電源70に過電圧が印加されるのを防止する構
成としてもよい。
70に並列接続していては、ブレーキモード以外の場合
にも、電力の消費がおこることから、例えば第1の直流
電源70の電圧を検知し、その電圧値が第1の所定値以
上に上昇した場合に、回生電流が発生したものと判断し
て、抵抗器を接続し、放電により検知電圧が、第1の所
定値よりも低い第2の所定値にまで低下した場合に、抵
抗器を開放するように制御を行う方法も可能となる。
スイッチング素子83、84、85についても、逆の方
向の駆動モードと同様のオンオフを、例えば5〜10%
の導通比のPWMで行わせてもよく、例えば正の方向に
回転している状態において、ブレーキをかけると、図4
に示しているような逆回転の指令で駆動しているのと同
様の状態とするものとなる。
較して、特に低速の回転速度においても、大きな制動ト
ルクが得られるという利点が生ずるが、その代わりに特
に低速で高トルクの制動を行おうとした場合には、第1
の直流電源70からの電力供給が必要となる場合が存在
し、電力の消費が大となるという傾向を有するものとな
る。
いても、本実施例のようにホールICからの信号にほと
んど遅延なく各スイッチング素子のオンオフ条件を切り
換える方法以外に、例えばマイクロコンピュータのプロ
グラムを工夫することにより、所定の電気的位相角に相
当する期間だけ、ホールIC信号から進相させて各スイ
ッチング素子のオンオフタイミングを設定してもよく、
その場合には、電機子巻線76、77、78から流れる
電流が永久磁石に作用して、等価的に弱め磁束となる現
象を打ち消すことが可能となり、その結果電機子巻線7
6、77、78に流れる電流の位相は、永久磁石による
磁束とほぼ直交する条件とすることができ、電機子電流
当たりのブレーキトルクを最大とすることが可能とな
る。
ようなマイクロコンピュータによる進相制御が困難とな
ることから、本実施例と同等の制御に切り換える方法が
有効となる。
永久磁石を有し、インバータ74によって駆動する一般
に直流ブラシレスモータと呼ばれる組み合わせとするこ
とにより、初期充電モードおよびブレーキモードでブレ
ーキトルクが有効に動作することができるが、電動機の
構成をこれに限定したものではなく、本発明のすべて請
求項において、他の構成の電動機、例えば誘導電動機、
スイッチドリラクタンス電動機、シンクロナスリラクタ
ンス電動機、ヒステリシス電動機などであってもよく、
それらの種類の電動機を使用したものにあっても、初期
充電モードでブートストラップコンデンサに電圧が充電
されるという動作は同様に行われるものである。
123は、ポリプロピレン樹脂で構成し、多数の***を
有する洗濯兼脱水槽(脱水槽)124を回転自在に設
け、サスペンション122により吊り下げている。洗濯
兼脱水槽124の内底部にパルセータ125を回転自在
に設けている。給水弁120は洗濯兼脱水槽124内に
給水し、排水弁121は洗濯兼脱水槽124内の水を排
水するものである。
およびパルセータ125に回転の動力を伝達するもの
で、メカケース126の下部に電動機の制御装置127
を備えている。電動機の制御装置127は、図1に示し
た構成のものを使用しており、電動機73、インバータ
74、制御手段75、第1の直流電源70によって構成
しており、本実施例では第1の直流電源70は、100
V、50または60Hzの商用交流電源128と、整流
平滑回路129によって構成しているものを使用してい
る。
使用することにより、日本国内の様に地域によって電源
の周波数が異なるような場合にあっても、同一の構成で
両方の電源の周波数において、同等の性能が確保できる
電気洗濯機を構成することが可能となるというサイクル
フリーという効果もある。
は、4本のダイオードをブリッジ状に組み合わせた全波
整流回路と、その出力に接続したチョークコイルおよび
電解式のコンデンサにより実現した1000μFの静電
容量をもつ平滑コンデンサによって構成しているが、特
にこのような構成に限定されるものではなく、例えば2
個の平滑コンデンサを直列に接続し、交流電源128の
極性の正と負の期間にその片方ずつを充電する方式の倍
電圧(倍圧)整流回路などを使用しても良い。
は、各スイッチング素子に流れる電流値が約1/2とな
ることから、各スイッチング素子での電力損失を低減す
ることが可能となる。
電動機は、各電機子巻線の巻き数をほぼ2倍とする必要
があり、銅量をほぼ一定とした場合には、使用するエナ
メル線の断面積が50%程度となる径のものを使用する
ことになる。
87、88、低電位側駆動回路89、90、91は、本
実施例においては、トランスファーモールドパッケージ
(DIP)と呼ばれる1つの部品にまとめられたIPM
(インテグレーテッド、パワー、モジュール)を用いて
構成していて、これに放熱用のアルミ板で構成したヒー
トシンクをビス止めしている。
いるため、例えば洗濯物などが洗濯中にパルセータ12
5と洗濯兼脱水槽124の間に挟まったりした場合など
にも、過電流を検知して速やかに停止することにより、
各スイッチング素子の破壊や、電動機73の焼損などを
防止することができる。
とにこだわるものではなく、例えばIGBTが6個入っ
たパワーモジュールを使用してもよく、また、ディスク
リートのIGBT素子を6個用いて構成したものとして
もよく、また、IGBT以外のパワーデバイス、例えば
パワーMOS形FET、NPN形のバイポーラ式トラン
ジスタなどを用いたものであってもよい。
を用いていることから、ゲートの駆動に必要な電力が小
であり、よってブートストラップコンデンサの静電容量
が小であっても、十分なスイッチング素子駆動が可能と
なる。
マイクロコンピュータ104に、8ビット並列処理がで
きるものを使用し、かつ内部のROM(リードオンリー
メモリ)には、電気洗濯機として動作するのに必要な洗
濯、脱水等のシーケンスについても、すべてプログラム
されているもので構成している。
4、制御手段75、整流平滑回路129は、いずれもプ
リント基板に組み上げられた後、電気洗濯機として使用
される多湿の環境に対応できるよう、ポッティング樹脂
で防湿構成を取っている構成としている。
ち、パルセータ125を回転駆動する際には、太陽歯車
を電動機73の軸によって駆動し、遊星ギアの回転をパ
ルセータ125に伝達する構成により、1/6の減速を
機構的に行い、脱水時においてはメカケース126が機
構的に短絡した状態に切り替わる機構を有していること
から、洗濯兼脱水槽124が直接、すなわち機構的な減
速なしに電動機73の出力軸に接続されるよう構成して
いる。
兼脱水槽124内に洗濯したい衣類等と洗剤を使用者が
投入した状態で起動すると、給水弁120が開放され、
水道水が水受け槽123に流入され、洗濯兼脱水槽12
4内の水位が上昇する。本実施例においては、この状態
で洗濯兼脱水槽124の駆動が行われる。
に遠心力によって張り付いた状態となり、水受け槽12
3内の水は、トルネード(竜巻)状態となって、中心部
の水位が低下し、同時に水受け槽123外側の水位が上
昇し、水受け槽123の上部から再び洗濯兼脱水槽12
4内に落ちるという循環経路で布と、洗濯兼脱水槽12
4周囲の穴を通過して流れる水流が発生するという現象
が起こるようになる。
力により洗濯兼脱水槽124の外側に向いた力が強力に
作用することから、通過洗浄の効果が非常に大きく、ま
たその効果は洗濯兼脱水槽124の回転速度が大きいほ
ど大となり、また洗濯兼脱水槽124周囲の穴の数(開
口率)が大きいとやはり大となることを、発明者らは実
験により確認している。
前であることから、洗剤量に比して水量が少なく、濃い
洗浄液が布を通過する状態が実現され、洗剤の溶解が急
速に進むと同時に、既に洗浄動作が開始されるものとな
り、よって良好な洗浄が可能となる。
洗浄を25秒間行った後、メカケース126は、電動機
73を1/6に機械的に減速してパルセータ125に伝
達する状態となり、静止した洗濯兼脱水槽124の中で
パルセータ125の回転による洗濯動作が行われるもの
となる。
れ、汚れた洗浄液が排水され、その後洗濯兼脱水槽12
4がメカケース126を経て電動機の制御装置127の
作用で駆動されることから、さらに洗浄液を脱水する。
その後、すすぎが行われるが、このときにも上記の洗い
の行程と同様の動作により、パルセータ125および洗
濯兼脱水槽124がメカケース126をへて電動機73
から回転駆動される。
機械的な減速機構を有するメカケース126を使用し、
パルセータ125を回転させる場合には、電動機73の
出力軸を1/6に減速してパルセータ125を駆動する
構成としていることから、パルセータ125により撹拌
する際には、電動機73から供給されるトルクの6倍も
のトルクが、水と布に作用させるものとなっている。
洗浄が強力に行われ、そのため例えば布量に対して水量
が小というような低浴比の洗浄を行っても、布に大きな
ひねり力が作用し、十分な洗浄性能が得られる。
ース126の下部に直接取り付ける構成をとっているこ
とから、例えばベルトを介して動力を伝達する構成のも
のに比べるとベルトのスリップなどによる機械パワーの
損失がなく、またベルトに大きなテンション(張力)が
かかることにより、例えばベルト切れなどの故障が発生
することもなくすることができることから、信頼性の高
い電気洗濯機を実現することが可能となるである。
とが必要というものではなく、ベルトを介して動力の伝
達を行う構成としてもよく、また機構減速機能を有する
メカケース126についても必ず使用しなければならな
いというものではなく、例えばパルセータを駆動する場
合も洗濯兼脱水槽124を駆動する場合にも、機構的な
減速なしに、直接電動機の出力軸から動力を伝える方法
をとってもよい。
4が回転され、遠心脱水動作が行われる。
したものである。図8では、固定子130と回転子13
1によって構成されており、固定子130は珪素鋼板を
積層して構成した鉄心132のティース(歯)部分に巻
線133a〜lを設けて構成しており、さらにホールI
C97、98、99を設けている。本実施例では、ホー
ルIC97、98、99は、いずれも対向する永久磁石
の表面がS極である場合にはハイの出力を、N極である
場合にはローを出力するように構成している。
ヨークとして動作する鉄板をプレスして形成したカップ
状の鉄心135と鉄心135の表面に接着したパラレル
配向のフェライト磁石を使用した永久磁石134a〜
h、出力軸136を有している。
134c、134e、134gについては、外側にN極
がくるように着磁がなされており、永久磁石134b、
134d、134f、134hについては、外側にS極
がくるように着磁がなされている。
石134a〜hが飛び散ることを防ぐために、例えば熱
収縮性のある樹脂チューブなどを回転子79に付加して
もよく、また非磁性ステンレスの管を最外部に設け、堅
牢な構成を実現したものであってもよい。
を外側に、回転子131を内側に配したインナーロータ
構成としているが、特にこのような構成にこだわるもの
ではなく、反対に回転子を固定子の外側に設けたアウタ
ーロータ構成としてもよい。
と回転子131とのギャップは均一になるように、各永
久磁石の表面と裏面はは同心円筒の一部となる形状とし
ているが、これを磁極の端部でギャップが大となるよう
に各永久磁石の形状を変え、コギングを小とすると、運
転中の騒音が低減できるものとなり、電気洗濯機として
例えば早朝や深夜などにも洗濯ができるという高品位な
ものが得られる。
ものであり、図9に示されるように、4つずつの巻線を
直列に接続することにより、電機子巻線76、77、7
8が構成されている。図9において、各巻線の黒丸印は
極性を示すものであり、各巻線の黒丸印がついている方
から電流を流した場合に、各ティースの内側(回転子
側)の面にN極が発生するように巻いて設けられてい
る。
は、8極12スロットの構成としているが、特にこの構
成に限定されるものではなく、他の極数、スロット数で
あってもよい。
ータ125を回転させる状態における動作を時間を横軸
として示したものである。
ために、電動機の制御装置127は、右回転と左回転を
それぞれ2秒間行い、これを交互に繰り返すという動作
を行い、かつその間には0.6秒間の休止時間を設けて
いる。
ブレーキモードと初期充電モードを設けていて、それら
の時間は、ブレーキモードについては、直前の駆動モー
ドの終了後、100ミリ秒後から300ミリ秒間設けて
おり、この間に布と水が持つ慣性に蓄えられた運動エネ
ルギーを吸収させている。
る間には、100ミリ秒間のオールオフ期間を設けてお
り、この期間においては、スイッチング素子は6個とも
一旦オフの状態としているため、上下のスイッチング素
子、すなわち同じ相の高電位側スイッチング素子と低電
位側スイッチング素子の同時導通により第1の直流電源
70が短絡されて大電流が通ずることを防ぐことがで
き、これによるスイッチング素子の破壊などの故障を防
ぐことによって装置の信頼性を確保することができる。
100ミリ秒という値にこだわるものではなく、上下の
スイッチング素子の同時導通が起こらない範囲で、例え
ば10マイクロ秒などという値としてもよい。
では、基本的に図6に示したように、高電位側スイッチ
ング素子80、81、82を位置検知手段100からの
信号に従ってPWM信号との論理積でオンオフさせる方
法を取っているが、特に当ブレーキモード期間300ミ
リ秒の初期においては、マイクロコンピュータ104内
にハードウエアで備えているPWM信号発生の機能を活
用することにより、オン期間の比率を10%から徐々に
増加させる方法を取ることにより、ブレーキトルクの大
きさが急に大きくなるという状態を避けているので、ブ
レーキモードの開始と同時にメカケース126内の遊星
ギアのバックラッシュによる騒音を低減することが可能
となる。
ても必要というものではなく、オン期間の比率(導通
比)を例えば85%というような一定の値としてもよ
い。
ティ値で、高電位側スイッチング素子80、81、82
のオンオフを行ったとしても、過渡的に極端な大電流が
流れることによる永久磁石の減磁や、スイッチング素子
の破壊などは発生することがないことは発明者らの実験
により確認できた。
モードの後、再びオールオフ期間を約80ミリ秒間のオ
ールオフ期間を設け、その後に、図5に示したような初
期充電モードを17ミリ秒間設けている。
モードへ移行する際についても、上下のスイッチング素
子、すなわち同じ相の高電位側スイッチング素子と低電
位側スイッチング素子の同時導通により第1の直流電源
70が短絡されて大電流が通ずることを防ぐことがで
き、これによるスイッチング素子の破壊などの故障を防
ぐことによって装置の信頼性を確保することができる。
は、図5と同様に、再びオールオフ期間を設け、上下の
スイッチング素子、すなわち同じ相の高電位側スイッチ
ング素子と低電位側スイッチング素子の同時導通により
第1の直流電源70が短絡されて大電流が通ずることを
防いでいるが、この期間の長さについても、特に10ミ
リ秒という値にこだわるものではなく、上下のスイッチ
ング素子の同時導通が起こらない範囲で、例えば10マ
イクロ秒などという値としてもよく、また6個のスイッ
チング素子をすべてオフとする代わりに、次の駆動モー
ドの最初の状態において、オンする必要のあるスイッチ
ング素子を継続してオンさせておく方法もあり、その場
合にあっても上下のスイッチング素子が同時にオンされ
なければ、短絡電流によるトラブルを避けることが可能
となる。
して10分間行われることにより、パルセータ125と
布との摩擦、あるいは布同士の摩擦が強力になされて、
良好な洗浄が可能となる。
モードを設け、その後10ミリ秒間のオールオフ期間を
設け、この期間には6個のスイッチング素子をすべて一
旦オフ状態としている。
動時には直前に初期充電モードを設け、その後10ミリ
秒間のオールオフ期間を設け、この期間には6個のスイ
ッチング素子をすべて一旦オフ状態としている。
槽124に水を含んだ布が入っていることから、慣性モ
ーメントが約0.8kg平方メートルという大きな値と
なっているので、制御手段75のマイクロコンピュータ
104は、PWM信号のハイの期間の比率、すなわち高
電位側スイッチング素子80、81、82の導通比を徐
々に増加させていくことにより、各スイッチング素子へ
の過電流を防止し、また電動機73を構成する永久磁石
の減磁を防止しながら速度を上げる。
の量や質などによって変化するので、必要とあらば、電
動機73の電機子巻線76、77、78の例えば1つの
電流を検知する、電流検知手段を設けて、この電流値が
ほぼ一定となるように、PWM信号のデューティ値をフ
ィードバック制御するようにしてもよい。
合には、装置の入力パワーの上限も制限される効果が発
生し、よって整流平滑回路129の構成要素の例えばチ
ョークコイル、平滑コンデンサ、整流ダイオードブリッ
ジ回路などの電流定格、および放熱構成についても削減
できる方向となり、低コストの装置の実現が可能となる
ものとなり、また商用電源系統への負担も軽減できる。
に速度の立ち上がりが緩やかになることから、電気角6
0度に相当する機械角15度の期間(本実施例では8極
としている)、1相の高電位側スイッチング素子と低電
位側スイッチング素子が共にオフの状態が継続するが、
PWM信号のデューティレシオが約30%以下という値
をとっていることから、電機子巻線76、77、78か
らの回り込みで、当該相のブートストラップコンデンサ
への充電電流は十分に供給され、次回の高電位側スイッ
チング素子のオン動作が確実になされることは、発明者
らの実験により確認されている。
ドの終了から、やはり100ミリ秒のオールオフ期間の
後に、ブレーキモードを実施し、布を含む洗濯兼脱水槽
124の回転運動エネルギーを吸収することができる。
ただし、機械的なブレーキを使用してもよく、例えば排
水弁121と連動して排水弁121が閉じている状態に
おいて、洗濯兼脱水槽124の回転が抑えられるような
ベルト式の機械的ブレーキをメカケース126の内部に
設けていてもよい。
ネルギーが大きい場合には、第1の直流電源70に電気
エネルギーが逆流する現象が発生することがあり、必要
に応じて、回生電力を吸収するための抵抗器などを、第
1の直流電源70に並列接続することもできるが、これ
は実施例1で述べた通りである。
は、低電位側スイッチング素子のオン期間には行われる
が、PWM信号のデューティを100%とする場合に
は、低速の場合には、電圧の確保が困難となる。
ラップコンデンサ92、93、94の静電容量を22μ
F、充電抵抗110、111、112の抵抗値を100
Ωとしていることから、190rpm以上であれば、P
WM信号のデューティ値100%でも問題なく電圧確保
がなされる。
100からの信号によって検知できる回転の速度が、1
90rpm以下の場合においては、PWM信号のデュー
ティ値が最大でも85%に制限されるようにしている。
スイッチング素子のオフ期間中に、低電位側スイッチン
グ素子内のダイオード部分が導通状態となり、図2に示
したような充電回路が形成されることにより、十分なブ
ートストラップコンデンサの電圧確保が可能となってい
る。
77、78に発生する誘導起電力の値が小さくなってい
ることから、PWM信号のデューティ値を大きくした場
合には、各スイッチング素子ならびに電機子巻線の電流
が過大となり、スイッチング素子の破壊故障や回転子7
9を構成する永久磁石の減磁という不良が発生すること
になることから、これらが起こらない範囲で、上記デュ
ーティ値の最大値の制限条件よりもさらにデューティ値
を低く制限する必要がある場合には、自動的にブートス
トラップコンデンサの電圧の確保は実現される。
つ電動機73を使用し、これをインバータ74から駆動
する方式としていることから、コンデンサランの誘導電
動機を使用する場合に比べて、起動トルクが大きくとる
ことができ、パルセータ125による強力な洗濯動作が
可能となる他、約60kg−cmという高トルクが必要
となるトルネードによる洗浄も実現することができる。
下部に同軸で電動機73が接続されていることから、ベ
ルトを用いて動力を伝達する方式と比較して、プーリと
ベルトのスリップによる機械パワーの損失がなく、また
電動機73の重量が、水受け槽123の中心に来ること
から、水受け槽123をサスペンション122で吊設す
る場合の重量バランスが良好となり、特別バランスを取
るため必要もないという効果もあり、またボールベアリ
ングなどの構成要素についても、メカケース126内の
軸受け機構により共用することが可能となり、よって装
置を軽量に実現することができる。
7の無負荷速度を1350rpmとしている。
けるブレーキトルクを速度との関係で示したグラフであ
り、特にデューティレシオ、すなわち高電位側スイッチ
ング素子の導通比が50%よりも小である範囲において
は、ブレーキとして働く負のトルク(ブレーキトルク)
の値は、極めて小さい値となってしまい、ブレーキとし
ての効果がかなり小となってしまうことがわかる。
およびそれを使用した電気洗濯機では、上記導通比率を
85%とすることにより、十分なブレーキトルクが得ら
れる。
スイッチング素子80、81、82の導通比を100%
としてしまうと、回転子79の速度が低い条件において
は、ブートストラップコンデンサ92、93、94の充
電がなされる期間が少なくとも電気角120度の間、完
全になくなることから、高電位側スイッチング素子8
0、81、82のオンができないことも起こり得るが、
本実施例は、本願請求項3に唄われている条件となる、
導通比を85%としていることにより、本実施例では残
りの期間に相当する約15%の期間(PWMの周波数1
5.5kHzでは、一回当たり約9.6マイクロ秒間)
の充電期間が発生することから、ブートストラップコン
デンサ92、93、94に充電がなされ、高電位側スイ
ッチング素子80、81、82を確実にオンオフさせる
ことが可能となる。
4内にハードウエアで、自動的にPWM信号が発生する
構成を用いていることから、このような高電位側スイッ
チング素子80、81、82の導通比を細かく変化させ
ることも可能となり、よってブレーキトルクの調整や、
ブートストラップコンデンサ92、93、94の電圧確
保が実現できる。
オフ期間後に、ブレーキモードが300ミリ秒間続く
が、それでもパルセータ125およびその負荷である水
や布により慣性が大きい条件においては、回転がある程
度残った状態となるが、後述の初期充電モードにおける
ブレーキ効果により、再度ブレーキがかかるものとな
る。
キトルクを示したものであり、実線は、本実施例の初期
充電モードで使用している1ミリ秒間オン、1ミリ秒間
オフの動作を繰り返した場合におけるブレーキトルクを
示したものである。
ッチング素子83、84、85のオンオフを間欠的に行
うことにより、ブレーキモードで残った運動エネルギー
をさらに吸収するという効果もあり、それによって、次
の駆動モードで反対の回転方向で、回転が開始させる際
の機構的なショックを軽減し、同時に電流値を抑えると
いう効果も得ることができる。
た状態におけるブレーキトルクを示したものであり、こ
れは例えば低電位側スイッチング素子83、84、85
を共にオンした場合におけるブレーキトルクを速度との
関係で示したものであって、その場合、低速域のブレー
キトルクは大きくなるが、約200rpmでピークとな
り、350rpm以上では、本実施例と比較してブレー
キトルクが小となる傾向が見られ、一般に初期充電モー
ドにおける低電位側スイッチング素子の導通比が大きく
なる条件ほど、破線の特性に近くなるものとなる。
低電位側スイッチング素子83、84、85の導通比を
50%としたことにより、15Vの直流電圧を持つ第2
の直流電源96からブートストラップコンデンサ92、
93、94を充電する際に、特に初期電荷零の条件で過
渡的に大電流が流れて、第2の直流電源96の負担が大
きくなるのを防ぐことが可能となり、第2の直流電源9
6の出力電流の定格を低減して、低コストで十分な信頼
性を持った装置の実現を可能としている。
スイッチング素子83、84、85の導通比について
は、50%に限定するものではなく、間欠的にオンオフ
するものであれば、他の導通比としてもよい。その場
合、50%よりも大とすると、ブレーキトルクが特に低
速域において大となり、しっかりと停止させることが可
能となるが、一方第2の直流電源96からの充電電流は
大となり、第2の直流電源96の負担は大きくなり、初
期充電モードの期間は短縮することができる。
ーキトルクのピークは高速域に移り、特に低速でのブレ
ーキトルクは小となり、第2の直流電源96からの充電
電流については小となり、第2の直流電源96の負担は
小となり、初期充電モードの期間は長く必要となる。
導通比については、必要なブレーキトルク、第2の直流
電源からの電流定格、および初期充電モードの時間など
の要素から決定するものとなる。
通比は、50%の一定値としているが、可能で有ればこ
れを変化させ、例えば最初は20%程度とし、最終は1
00%などとしても良く、その場合には、初期充電モー
ドの最初においては、低いブートストラップコンデンサ
の電圧条件に対しても、充電電流がさらに抑えられ、第
2の直流電源96の負担を非常に軽くすることができ、
かつブレーキトルクも小ではあるが作用するため、ギア
等のバックラッシュによる騒音なども低減することがで
き、その後導通比を増加させることにより、ブレーキ効
果を上げると共に、ブートストラップコンデンサの充電
を進めることができるものとなり、トータルの初期充電
モードの期間内での十分な充電が可能となる。
0、111、112とブートストラップコンデンサ9
2、93、94の時定数を2.2ミリ秒という値とし、
初期充電モードにおける低電位側スイッチング素子の導
通比を50%としており、時定数を導通比で除した値が
4.4ミリ秒となる条件であり、初期充電モードの期間
を、時定数を導通比で除した値と等しくした場合には、
ブートストラップコンデンサの初期電荷が零という条件
において、充電後の電圧は第2の直流電源96の出力電
圧の約63%となるので、少なくともその時間以上が必
要となる。
相当する17ミリ秒の期間を初期充電モードの期間とし
ていることから、ブートストラップコンデンサの初期電
荷が零の場合にあっても、第2の直流電源96の電圧に
対して約98%まで電圧が確保できるように十分な充電
がなされるものとなっている。
は、2回目以降の駆動モードの開始時点において、ブー
トストラップコンデンサの初期電荷がある程度保証でき
る場合もあり、その場合には、2回目以降の初期充電モ
ードについては、例えば6ミリ秒程度とするなどの構成
としてもよい。
充電モードの時間は、パルセータの反転時限の休止時間
に対して十分小さい時間であるため、速やかに充電が完
了し、またこの時の導通比によって第2の直流電源の負
担も軽減し、かつ駆動モードとブレーキモードにおいて
は、高電位側スイッチング素子をPWM制御し、高電位
側スイッチング素子のオフ期間および低電位側スイッチ
ング素子のオン期間に速やかにブートストラップコンデ
ンサの充電ができることから、かなりの低速度でもPW
Mのデューティの上限の制限が、必要トルクの確保に対
して問題とならない値以上を実現することができるとい
う優れた効果を得ることができる。
発明によれば、第1の直流電源と、3相の電機子巻線と
回転子を有する電動機と、前記第1の直流電源の出力に
接続され3相の電機子巻線に対応した3個の高電位側ス
イッチング素子と3個の低電位側スイッチング素子を有
するインバータと、前記インバータの動作を制御する制
御手段とを備え、前記制御手段は、前記高電位側スイッ
チング素子のそれぞれの制御端子に接続した高電位側駆
動回路と、前記低電位側スイッチング素子のそれぞれの
制御端子に接続した低電位側駆動回路と、前記高電位側
駆動回路の電源入力端子間にそれぞれ接続されたブート
ストラップコンデンサと、ダイオードと、第2の直流電
源とで構成し、前記回転子の位置に同期して、前記高電
位側駆動回路と前記低電位側駆動回路を動作させること
により、前記6個のスイッチング素子をオンオフし、前
記電機子巻線に3相の交流を供給する駆動モードと、前
記高電位側駆動回路により前記高電位側スイッチング素
子を所定の導通比でオンオフさせ、制動トルクを発生さ
せるブレーキモードを有するから、簡単な構成でありな
がら、駆動モードとブレーキモードにおいて、高電位側
駆動回路に電源を供給することが可能となり、低コスト
の電動機の制御装置を実現することができる。
記請求項1に記載の発明において、制御手段は、ブレー
キモードで、低電位側スイッチング素子をオフに保った
まま、高電位側スイッチング素子を回転子の位置に同期
した期間内にのみ、所定の導通比でオンオフするように
したから、ブレーキモードでブートストラップコンデン
サの電圧を確保しながら、制動トルクを確保することが
可能となり、低コストの電動機の制御装置を実現するこ
とができる。
記請求項2に記載の発明において、制御手段は、ブレー
キモードでの高電位側スイッチング素子の導通比を10
0%未満とするから、ブートストラップコンデンサの電
圧を確保しながら、さらに大きな制動トルクを確保する
ことが可能となり、また低コストの電動機の制御装置を
実現することができる。
記請求項1に記載の発明において、制御手段は、ブレー
キモードで、低電位側スイッチング素子を回転子の位置
に同期してオンオフし、高電位側スイッチング素子につ
いては回転子の位置に同期して、かつ所定の導通比でオ
ンオフするようにしたから、ブートストラップコンデン
サの電圧を確保しながら、特に低速域においても大きな
制動トルクを確保することが可能となり、また低コスト
の電動機の制御装置を実現することができる。
記請求項1〜4に記載の発明において、制御手段は、駆
動モードからブレーキモードへの移行の際に、3個の高
電位側スイッチング素子と、3個の低電位側スイッチン
グ素子を、一旦すべてオフさせるようにしたから、ブー
トストラップコンデンサの電圧を確保しながら、制動ト
ルクを確保することが可能となり、かつ駆動モードから
ブレーキモードに移行する際に、高電位側スイッチング
素子と低電位側スイッチング素子を通じて第1の直流電
源が短絡されて大電流が流れて破壊することを防ぐこと
により、低コスト、高信頼性の電動機の制御装置を実現
することができる。
記請求項1〜5に記載の発明において、制御手段は、駆
動モードで高電位側スイッチング素子を回転子の位置と
同期し、かつ所定の導通比でオンオフさせるようにした
から、特に低速の駆動モードにおいても、高電位側駆動
回路に電源を供給することが可能となり、また駆動モー
ドにおける速度制御なども可能な、低コストの電動機の
制御装置を実現することができる。
記請求項1〜6に記載の発明において、制御手段は、高
電位側スイッチング素子をオフ状態に保ったまま、3個
の低電位側スイッチング素子を間欠的にオンオフし、各
ブートストラップコンデンサを第2の直流電源からダイ
オードを通して充電する初期充電モードを有し、起動時
には駆動モードに入る前に前記初期充電モードを行うよ
うにしたから、駆動モードの起動時においても、ブート
ストラップコンデンサに十分な充電がなされている状態
となることから、安定した起動動作が可能となり、かつ
第2の直流電源の負担を軽減することができるものとな
り、低コストの電動機の制御装置を実現することができ
る。
求項1〜7のいずれか1項に記載の電動機の制御装置
と、電動機によって回転するパルセータを有し、洗浄の
際には、正の回転方向の駆動モードの後、休止期間を設
けて逆の回転方向の駆動モードに移り、かつ前記休止期
間中にブレーキモードを設けたから、パルセータや水や
布などの慣性モーメントに蓄えられた回転運動エネルギ
ーを速やかに吸収し、洗浄性能を確保するとともに、次
回の反対方向の回転を行う駆動モードの開始時点での残
留速度を低減することにより、機械的ショックが小さ
く、信頼性も高い低コストの電気洗濯機を実現すること
ができる。
求項1〜7のいずれか1項に記載の電動機の制御装置
と、電動機によって回転する脱水槽を有し、ブレーキモ
ードにより前記脱水槽を停止させるようにしたから、脱
水終了時や脱水中止時に速やかに脱水槽の速度を抑える
ことができ、比較的簡単な構成で、安全性、信頼性が高
く低コストの電気洗濯機を実現することができる。
路図
ンサの充電時の等価回路図
部電圧波形図
部電圧波形図
電圧波形図
要部電圧波形図
構成図
ド説明図
ーキトルクの特性図
ーキトルクの特性図
Claims (9)
- 【請求項1】 第1の直流電源と、3相の電機子巻線と
回転子を有する電動機と、前記第1の直流電源の出力に
接続され3相の電機子巻線に対応した3個の高電位側ス
イッチング素子と3個の低電位側スイッチング素子を有
するインバータと、前記インバータの動作を制御する制
御手段とを備え、前記制御手段は、前記高電位側スイッ
チング素子のそれぞれの制御端子に接続した高電位側駆
動回路と、前記低電位側スイッチング素子のそれぞれの
制御端子に接続した低電位側駆動回路と、前記高電位側
駆動回路の電源入力端子間にそれぞれ接続されたブート
ストラップコンデンサと、ダイオードと、第2の直流電
源とで構成し、前記回転子の位置に同期して、前記高電
位側駆動回路と前記低電位側駆動回路を動作させること
により、前記6個のスイッチング素子をオンオフし、前
記電機子巻線に3相の交流を供給する駆動モードと、前
記高電位側駆動回路により前記高電位側スイッチング素
子を所定の導通比でオンオフさせ、制動トルクを発生さ
せるブレーキモードを有する電動機の制御装置。 - 【請求項2】 制御手段は、ブレーキモードで、低電位
側スイッチング素子をオフに保ったまま、高電位側スイ
ッチング素子を回転子の位置に同期した期間内にのみ、
所定の導通比でオンオフするようにした請求項1記載の
電動機の制御装置。 - 【請求項3】 制御手段は、ブレーキモードでの高電位
側スイッチング素子の導通比を100%未満とする請求
項2記載の電動機の制御装置。 - 【請求項4】 制御手段は、ブレーキモードで、低電位
側スイッチング素子を回転子の位置に同期してオンオフ
し、高電位側スイッチング素子については回転子の位置
に同期して、かつ所定の導通比でオンオフするようにし
た請求項1記載の電動機の制御装置。 - 【請求項5】 制御手段は、駆動モードからブレーキモ
ードへの移行の際に、3個の高電位側スイッチング素子
と、3個の低電位側スイッチング素子を、一旦すべてオ
フさせるようにした請求項1〜4のいずれか1項に記載
の電動機の制御装置。 - 【請求項6】 制御手段は、駆動モードで高電位側スイ
ッチング素子を回転子の位置と同期し、かつ所定の導通
比でオンオフさせるようにした請求項1〜5のいずれか
1項に記載の電動機の制御装置。 - 【請求項7】 制御手段は、高電位側スイッチング素子
をオフ状態に保ったまま、3個の低電位側スイッチング
素子を間欠的にオンオフし、各ブートストラップコンデ
ンサを第2の直流電源からダイオードを通して充電する
初期充電モードを有し、起動時には駆動モードに入る前
に前記初期充電モードを行うようにした請求項1〜6の
いずれか1項に記載の電動機の制御装置。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の電
動機の制御装置と、電動機によって回転するパルセータ
を有し、洗浄の際には、正の回転方向の駆動モードの
後、休止期間を設けて逆の回転方向の駆動モードに移
り、かつ前記休止期間中にブレーキモードを設けた電気
洗濯機。 - 【請求項9】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の電
動機の制御装置と、電動機によって回転する脱水槽を有
し、ブレーキモードにより前記脱水槽を停止させるよう
にした電気洗濯機。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00012598A JP3661384B2 (ja) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | 電動機の制御装置および電気洗濯機 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JPH11206179A true JPH11206179A (ja) | 1999-07-30 |
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JP (1) | JP3661384B2 (ja) |
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-
1998
- 1998-01-05 JP JP00012598A patent/JP3661384B2/ja not_active Expired - Fee Related
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US11401970B2 (en) | 2018-01-05 | 2022-08-02 | Lg Electronics Inc. | Magnetic bearing control device and control method |
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