特許 6244539 ドラム駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6244539

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】ドラム駆動装置

(51)【国際特許分類】

   D06F 37/40 20060101AFI20171204BHJP

   H02P 6/20 20160101ALI20171204BHJP

   H02P 21/00 20160101ALI20171204BHJP

   H02P 27/04 20160101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   D06F37/40 F

   H02P6/20

   H02P21/00

   H02P27/04

【請求項の数】7

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2012-269050(P2012-269050)

(22)【出願日】2012年12月10日

(65)【公開番号】特開2014-113293(P2014-113293A)

(43)【公開日】2014年6月26日

【審査請求日】2015年11月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100170494

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 浩夫

(72)【発明者】

【氏名】麻田 和彦

(72)【発明者】

【氏名】野嶋 元

(72)【発明者】

【氏名】東 光英

【審査官】 栗山 卓也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１８１１８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｄ０６Ｆ ３７／４０

Ｈ０２Ｐ ６／２０

Ｈ０２Ｐ ２１／００

Ｈ０２Ｐ ２７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラムと、
回転子に永久磁石を有し前記ドラムを駆動するドラムモータと、
前記ドラムモータに電流を供給するインバータ回路とを有し、
前記インバータ回路は、第１の運転手段、第２の運転手段、切替手段を有し、
前記第１の運転手段は、前記永久磁石の位相とは独立した信号を発生し、
前記第２の運転手段は、前記永久磁石の位相に応じた信号を発生し、
前記切替手段は、前記第１の運転手段からの信号で前記ドラムモータを起動し、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点より前に、前記第２の運転手段からの信号に切り替えるドラム駆動装置。

【請求項2】

前記永久磁石は前記回転子に埋め込んで有する請求項１に記載のドラム駆動装置。

【請求項3】

起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点での、前記インバータ回路が前記ドラムモータに供給する電流は、前記永久磁石の磁束による誘導起電力に対して進み位相である請求項１または２に記載のドラム駆動装置。

【請求項4】

前記第２の運転手段は、前記ドラムモータの入力電圧と入力電流の信号を受け、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点で、トルクに対する電流値がほぼ最小となる位相の電流を前記ドラムモータに供給して駆動する請求項１〜３のいずれか１項に記載のドラム駆動装置。

【請求項5】

前記第２の運転手段は、前記永久磁石の速度を推定する速度推定手段と、速度設定手段と、速度誤差増幅手段を有し、前記インバータ回路の出力電流ベクトルを、前記永久磁石の磁束に平行な第１の電流成分と、前記第１の電流成分にほぼ直交する第２の電流成分に分けて制御し、前記第１の電流成分と前記第２の電流成分の比をほぼ一定としながら、前記電流ベクトルの絶対値を前記速度誤差増幅手段の出力に応じて変化させる請求項１〜４のいずれか１項に記載のドラム駆動装置。

【請求項6】

前記インバータ回路は、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点での前記ドラムの角加速度が負となるように運転する請求項１〜５のいずれか１項に記載のドラム駆動装置。

【請求項7】

前記インバータ回路は、起動時から回転角が１８０度以内となる予備駆動を、少なくとも１回行った後に、前記予備駆動と逆向きの回転方向で、ドラム回転が３６０度以上の駆動を行う請求項１〜６のいずれか１項に記載のドラム駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般家庭や事務所などで使用されるドラム式洗濯機、ドラム式洗濯乾燥機、ドラム式衣類乾燥機などの衣類処理装置や、工場、工事現場などで使用され、食品、廃棄物、生コンクリートなどを撹拌するため、円筒状のドラム内に、固体、液体、紛体、流体などを収め、鉛直から角度を有する回転軸で回転をすることで、地球の重力の作用が変化し、撹拌されるドラム駆動装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の装置は、同期運転モードから位置フィードバック運転モードに切り替える際、同期運転モード中にモータのトルクの推定を行い、制御定数を設定している（例えば、特許文献１参照）。また、起動時に先ず直流励磁制御による位置決めと同時にモータのＲ（抵抗）、Ｌｄ（ｄ軸インダクタンス）、Ｌｑ（ｑ軸インダクタンス）推定を行い、次に強制転流制御を行いながら、モータのＫＥ（誘起電圧定数）推定を行った後、位置センサレスのベクトル制御を行うものもある（例えば、特許文献２参照）。

【0003】

図２０は、特許文献１に記載された従来の駆動装置のブロック図である。図２０に示すように、永久磁石モータ１と、それを制御するモータ駆動装置２を設け、モータ駆動装置２は、制御部３と、電力変換回路４と、電流検出手段５を有しており、制御部３は、電流制御器９、１０、電圧指令値作成器１１、ｄｑ／３φ変換器１２、軸誤差演算器１３、負荷推定部１４、積分項初期値演算部１５、速度制御器１６、制御切替スイッチ１７、１８、減算器２０、２１、２２、２３、ＰＬＬ制御器２４、積分器２５で構成されており、電流検出手段５は、モータ電流検出手段２７、２８、３φ／変換器２９から構成されている。

【0004】

同期運転モード中に、負荷推定部１４および積分項初期値演算部１５を動作させた上で制御切替スイッチ１７、１８を動作させることによって、負荷のトルクに応じたｑ軸電流で位置フィードバック運転モードにつながるようにし、同期運転モードから位置フィードバック運転モードへの切り替え時の速度変化の発生を抑えるものとなる。

【0005】

図２１は、特許文献２に記載された従来のドラム駆動装置のブロック図である。図２１に示すように、３相のコイルと永久磁石を含むモータ３１と、モータ３１を駆動するモータ駆動装置３２が設けられる。モータ駆動装置３２は、６石のインバータ回路３３、ベクトル制御ユニット３４、モータ電流検出回路３５を備えている。ベクトル制御ユニット３４は、演算ユニット３６、ＰＷＭ生成器３７、Ａ／Ｄ変換器３８を有している。演算ユニット３６は、パラメータ推定器４１、制御器４２、座標変換器４３、４４を有しており、モータ電流検出回路３５は、抵抗４６、４７、４８により構成されている。

【0006】

パラメータ推定器４１が推定したモータ３１のパラメータＲ、Ｌｄ、Ｌｑ、ＫＥを制御器４２に出力し、ベクトル制御ユニット３４を動作させることにより、製造バラツキや温度変化、経年変化などによるパラメータの変動に対応した、位置センサレスベクトル制御を行うものとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７−０３７３５２号公報

【特許文献2】特開２０１１−０４１３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、従来の構成では、いずれも、回転軸が鉛直に対して角度を有するドラム独特の回転角度の関数として発生する、負荷の重力に対向して必要となるトルクの特性と関係ない。いずれの構成も、同期運転モード（または強制転流制御と呼ばれる）状態、および位置フィードバック運転モード（またはベクトル制御と呼ばれる）における動作が行われる。このため、起動時に偏心した負荷の質量を含むドラムが９０度回転した位置で発生する最大トルクに対して、モータへの供給電流値を抑えることが困難となっていた。そのため、モータおよびインバータ回路の構成素子に必要な電流定格として大きいものが必要となり、大型で高コストなものとなるという課題を有していた。

【0009】

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、質量が偏った状態で存在するドラムの起動時に、ドラムが９０度回転した状態で地球の重力により発生する最大トルク時点でのドラムモータへの供給電流を低減し、小型で低コストのドラム駆動装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記従来の課題を解決するために、本発明のドラム駆動装置は、鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラムと、回転子に永久磁石を有し前記ドラムを駆動するドラムモータと、前記ドラムモータに電流を供給するインバータ回路とを有し、前記インバータ回路は、第１の運転手段、第２の運転手段、切替手段を有し、前記第１の運転手段は、前記永久磁石の位相とは独立した信号を発生し、前記第２の運転手段は、前記永久磁石の位相に応じた信号を発生し、前記切替手段は、前記第１の運転手段からの信号で前記ドラムモータを起動し、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点より前に、前記第２の運転手段からの信号に切り替えるものである。

【0011】

これによって、質量が偏った状態で存在するドラムの起動時に、第１の運転手段によって起動が確実になされるとともに、ドラムが９０度回転した状態で地球の重力により発生する最大トルク時点では、第２の運転手段によるドラムモータへの供給電流を低減した運転が可能となり、インバータ回路からドラムモータに供給する電流の最大値を抑えることが可能となる。

【発明の効果】

【0012】

本発明のドラム駆動装置は、インバータ回路からドラムモータに供給する電流を低減し、小型で低コストとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１におけるドラム駆動装置のブロック図

【図2】実施の形態１の第１の運転手段７２および切替手段７４の詳細ブロック図

【図3】実施の形態１の第１の運転手段７２の動作波形図

【図4】実施の形態１の第２の運転手段７３の詳細ブロック図

【図5】実施の形態１のモータ電流制御部７５の詳細ブロック図

【図6】実施の形態１の切替動作の前後での各変数の変化示した波形図

【図7】実施の形態１のドラム駆動装置の切替動作前後の電流ベクトル図

【図8】実施の形態１のドラム駆動装置のドラム５１の回転角の状態を示した断面図

【図9】実施の形態１のドラムモータ６０に関して、電流進角βを変化させた場合の発生トルクのグラフ

【図10】実施の形態１のドラムモータ６０の回転子５９の断面図

【図11】実施の形態２のドラム駆動装置の第１の運転手段１１０および切替手段１１１周囲のブロック図

【図12】実施の形態２のドラム駆動装置の第１の運転手段１１０の動作波形図

【図13】実施の形態２の第２の運転手段１２０の詳細ブロック図

【図14】第２の実施の形態２のドラム駆動装置のドラム５１が起動後の動作波形図

【図15】実施の形態３におけるドラム駆動装置の第１の運転手段１３５、切替手段１３７を中心としたブロック図

【図16】実施の形態３におけるドラム駆動装置の第２の運転手段１４２の具体ブロック図

【図17】実施の形態３におけるドラム駆動装置の起動から切替動作が行われるまでの動作波形図

【図18】実施の形態３における洗濯物１０９を含むドラム５１の回転の状態図

【図19】実施の形態３における切替手段１３７の切替時のベクトル図

【図20】従来のドラム駆動装置のブロック図

【図21】従来のドラム駆動装置のブロック図

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明のドラム駆動装置は、鉛直に対して角度を有する回転軸を持つドラムと、回転子に永久磁石を有し前記ドラムを駆動するドラムモータと、前記ドラムモータに電流を供給するインバータ回路とを有し、前記インバータ回路は、第１の運転手段、第２の運転手段、切替手段を有し、前記第１の運転手段は、前記永久磁石の位相とは独立した信号を発生し、前記第２の運転手段は、前記永久磁石の位相に応じた信号を発生し、前記切替手段は、前記第１の運転手段からの信号で前記ドラムモータを起動し、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点より前に、前記第２の運転手段からの信号に切り替えるものである。

【0015】

これにより、第１の運転手段によって起動が確実になされるとともに、ドラムが９０度回転した状態で地球の重力により発生する最大トルク時点では、前記永久磁石の磁束を最大限に生かした第２の運転手段によるドラムモータへの供給電流を低減した運転が可能となり、インバータ回路からドラムモータに供給する電流の最大値を抑えることが可能となり、小型で低コストのドラム駆動装置を提供することができる。

【0016】

上記構成において、永久磁石を、前記回転子に埋め込んで有する構成としてもよい。

【0017】

これにより、ドラムが９０度回転した状態で地球の重力により発生する最大トルク時点では、前記永久磁石の磁束の作用に加えて、リラクタンストルクも活用した第２の運転手段によるドラムモータへの供給電流をさらに低減した運転が可能となり、インバータ回路からドラムモータに供給する電流の最大値をより抑えることができる。

【0018】

上記構成において、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点での、前記インバータ回路が前記ドラムモータに供給する電流は、前記永久磁石の磁束による誘導起電力に対して進み位相としてもよい。

【0019】

これにより、ドラムが９０度回転した状態で地球の重力により発生する最大トルク時点では、リラクタンストルクの活用もなされた、第２の運転手段によるドラムモータへの供給電流を低減した運転が可能となり、インバータ回路からドラムモータに供給する電流の最大値を抑えることが可能となり、小型で低コストのドラム駆動装置を提供することができる。

【0020】

上記構成において、第２の運転手段を、前記ドラムモータの入力電圧と入力電流の信号を受け、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点で、トルクに対する電流値がほぼ最小となる位相の電流を前記ドラムモータに供給して駆動してもよい。

【0021】

これにより、リラクタンストルクも十分に活用し、インバータ回路からドラムモータに供給する電流の最大値を、より抑えることが可能となり、小型で低コストのドラム駆動装置を提供することができる。

【0022】

上記構成において、本発明は、第２の運転手段を、前記永久磁石の速度を推定する速度推定手段と、速度設定手段と、速度誤差増幅手段を有し、前記インバータ回路の出力電流ベクトルを、前記永久磁石の磁束に平行な第１の電流成分と、前記第１の電流成分にほぼ直交する第２の電流成分に分けて制御し、前記第１の電流成分と前記第２の電流成分の比をほぼ一定としながら、前記電流ベクトルの絶対値を前記速度誤差増幅手段の出力に応じて変化させてもよい。

【0023】

これにより、比較的簡単な構成で、速度制御が可能であり、第１の電流成分と第２の電流成分が連動して変化することで、リラクタンストルクも十分活用しながら、ドラムモータへの供給電圧の変動も抑えることができる。

【0024】

上記構成において、本発明は、インバータ回路を、起動からの前記ドラムの回転角が最初に９０度となる時点での前記ドラムの角加速度が負となるように運転することとしてもよい。

【0025】

これにより、ドラムが有する運動エネルギーを活用し、インバータ回路からドラムモータに供給する電流の最大値を、より抑えることが可能となり、小型で低コストのドラム駆動装置を提供することができる。

【0026】

上記構成において、本発明は、インバータ回路を、起動時から回転角が１８０度以内となる予備駆動を、少なくとも１回行った後に、前記予備駆動と逆向きの回転方向で、ドラム回転が３６０度以上の駆動を行うこととしてもよい。

【0027】

これにより、ドラムの慣性モーメントと、質量が偏りによる重力のモーメントとの共振作用を活用し、インバータ回路からドラムモータに供給する電流の最大値を、より抑えることが可能となり、小型で低コストのドラム駆動装置を提供することができる。

【0028】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

【0029】

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における洗濯を行い、一般にドラム式洗濯機などと称されるドラム駆動装置のブロック図を示すものである。

【0030】

図１において、ドラム５１は、鉛直に対して９０度の角度をもった状態、すなわち水平の回転軸を持った状態でベアリング５２、５３によって回転自在に支持され、内部に衣類などの洗濯物５４が入るものとなっている。

【0031】

ここで、本願で言う鉛直とは、重力の向きを示しているものであり、垂直、あるいは水平に対して直角と同義語として扱っている。

【0032】

ドラム５１は、ネオジウムおよびジスプロシウムなどの希土類を含む永久磁石５５、５６、５７、５８を持つ回転子５９を回転自在に保持して構成した４極のドラムモータ６０から、小プーリ６２、ベルト６３、大プーリ６４を経て１０分の１に減速されての回転駆動がなされるものとなっている。

【0033】

なお、ドラム５１の外側には樹脂製の外容器６６と、給水弁６７、排水弁６８、蓋６９が設けられ、ドラム５１の洗濯物５４に水、および洗剤を作用させ、洗濯を行うことができるものとなっている。

【0034】

ドラムモータ６０に電流を供給するインバータ回路７１を有し、インバータ回路７１は、第１の運転手段７２と、第２の運転手段７３と、切替手段７４、第１の電流成分Ｉｄと第２の電流成分Ｉｑに分けて出力電流を制御するモータ電流制御部７５を有する。第１の運転手段７２は、永久磁石５５、５６、５７、５８の位相とは独立した信号Ｓ１を発生し、第２の運転手段７３は、永久磁石５５、５６、５７、５８の位相に応じた信号Ｓ２を発生する。切替手段７４は、まず第１の運転手段からの信号Ｓ１をモータ電流制御部７５に接続することにより、ドラムモータ６０を起動し、起動からのドラム５１の回転角が最初に９０度となる時点より前に、モータ電流制御部７５への入力を、第２の運転手段７３からの信号Ｓ２に切り替えるものとなっている。

【0035】

なお、図１においては、Ｓ１、Ｓ２はいずれも１本の線で示しているが、実際にはそれぞれ第２の電流成分の設定値Ｉｑｒ、位相θ、モータの電気角速度ωの３本で構成されている。

【0036】

また、本実施の形態においては、切替手段７４は、第１の運転手段７２が起動から所定時間後に変化するデジタル信号Ｆを受けて、Ｓ１からＳ２への切り替えを行うものとなっている。

【0037】

図２は、本実施の形態の第１の運転手段７２および切替手段７４の詳細ブロック図を示している。

【0038】

図２において、起動からの時間を計測するタイマー８０は、時間信号ｔを出力し、時限器８１、電流設定器８２、角速度設定器８３に入力される。

【0039】

電流設定器８２は、切替手段７４にＩｑｒ１として出力し、角速度設定器８３からは切替手段７４にω１として出力され、さらにωの時間積分を行う積分器８６を経て、θ１としても出力がなされる。

【0040】

切替手段７４は、Ｆ信号がローの場合にはＳ１を、ハイの場合にはＳ２を選択し、Ｉｑｒ、θ、ωの各信号を出力するものとなっている。

【0041】

図３は、本実施の形態の第１の運転手段７２の動作波形図を示している。

【0042】

（ア）は信号Ｆの論理、（イ）はＩｑｒ１、（ウ）はω１、（エ）はθ１を横軸を時間として示している。

【0043】

第１の運転手段が有効に動作する期間、すなわち信号Ｆがローとなる、起動から、０．６秒間の期間においては、前半の０．３秒間の期間には、Ｉｑｒ１が０から６Ａへ直線的に増加した後、６Ａを保持するものとなり、ω１については直線的に増加するものとしている。

【0044】

モータ位相θ１は、ω１を時間積分したものとなるが、２π（３６０度）となった時点で０にリセットされる変数を用いて表現しているため、（エ）に見られるよう波形となり、ｔ＝０．６秒でちょうどθ１＝０となる状態となっており、第１の運転手段が動作する０．６秒間にモータ電気角は４πラジアン（２回転＝７２０度）するものとなるが、ドラ
ムモータ６０が４極であることと、プーリ６２、６４による１０分の１の減速がなされる構成となつていることから、ドラム５１の回転角度としては、同期が終始理想的に行われたと仮定した場合は、３６度（０．１回転）となる。

【0045】

ただし、現実的には、ｔ＝０秒時点でのドラムモータ６０の回転方向の位置によって、同期状態に落ち着くまでのドラムモータ６０の実回転は、プラスマイナス４分の１回転程度ばらつくものとなり、０．６秒間のドラム５１の回転角度としては、２７〜４５度となるが、９０度よりは小なる値となっている。

【0046】

時限器８１が、ｔ＝０．６秒で、Ｆ信号をローからハイに上げた時点で、Ｆ信号を受けた切替手段７４は、Ｓ１からＳ２への信号を切り替え、第２の運転手段７３への切り替えを行うものとなる。

【0047】

なお、Ｉｄｒに関しては、本実施の形態においては、切替手段７４からＦ信号ローでは０Ａ、ハイでは−３．８Ａが選択されて出力される。

【0048】

図４は、本実施の形態の第２の運転手段７３の詳細ブロック図を示している。

【0049】

図４において、速度誤差増幅手段９０は、ドラムモータ６０の角速度の設定値ωｒを出力する速度設定手段８９と、切替手段７４から得たωの差、すなわち速度誤差からＰＩ（比例と積分）の要素を作用させて加算し、Ｉｑｒ２を出力するものとなっており、設定された速度になるようにトルクが加減されるものとなる。

【0050】

位相誤差推定器９１は、後述するモータ電流制御部７５からのＩｄ、Ｉｑ、Ｖｄ、Ｖｑ、およびωを入力し、これにドラムモータ６０の誘導起電力定数、ｑ軸インダクタンス、抵抗値などのパラメータを用いて計算を行うことにより、現在、モータ電流制御部７５が用いている位相θと、ドラムモータ６０の電圧方程式が成り立つ位相との差Δθを計算する。

【0051】

本実施の形態においては、（Ｖｄ−Ｒａ・Ｉｄ＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ）を、（Ｖｑ−Ｒａ・Ｉｑ−ω・Ｌｑ・Ｉｄ）で除した上で、その逆正接関数を取り、また符号を逆にした値にて、制御が用いているｄｑ座標に対する実ｄｑ位相の誤差Δθとし計算がなされる。

【0052】

収束手段９２は、速度推定手段９３と、積分器９４を有しており、速度推定手段９３は、Δθが零に収束するように、ＰＩ（比例・積分）を用いて永久磁石５５、５６、５７、５８の角速度ω２の計算を行うものとなっており、さらにω２は積分器９４にて時間積分の計算が行われることにより、推定位相θ２として出力がなされるものとなっている。

【0053】

Ｆがローの期間中においては、積分器９４はθ２としてΔθが出力されるように、常に更新がなされており、速度推定手段９３についても、ω２としてωとなるように、常に積分要素の更新が行われるものとなっている。

【0054】

第２の運転手段７３の動作が有効となっている状態においては、位相誤差推定器９１と収束手段９２の作用によって、位置センサレスでのドラムモータ６０の運転を行う構成となっている。

【0055】

なお、本実施の形態において位相誤差推定器９１は、上記Δθの計算式を用いたが、それに限定されるものではなく、ドラムモータ６０に供給される電圧と電流に関する値と、ドラムモータ６０のパラメータを用い、位相の誤差Δθ、またはｄ軸の電圧差に関する値などを導き出すものであっても構わず、要は永久磁石５５、５６、５７、５８の位相に応
じた信号を発生しながら、ドラムモータ６０を運転することができるものであればよい。

【0056】

余弦アンプ９５は、Δθの余弦関数に、切替手段７４からのＩｑｒ値を乗じたＩｒｅｆ値が出力するものとなっており、速度誤差増幅手段９０は、Ｆがローの期間中においては、出力値Ｉｑｒ２がＩｒｅｆ値に等しくなるよう、内部の積分器の値を常に更新している。

【0057】

図５は、本実施の形態のモータ電流制御部７５の詳細ブロック図を示している。
なお、モータ電流制御部７５は、インバータ回路７１からドラムモータ６０に３相の電流を供給するものとなるが、入力されるθ値として、Ｕ相電流による起磁力を基準とした場合の、永久磁石５５、５６、５７、５８による磁束の向き、すなわち真のｄ軸の位相と正しく合致している場合には、入力されたＩｄｒは永久磁石５５、５６、５７、５８の磁束に平行な第１の電流成分となり、Ｉｑｒはそれに対して直交し＋９０度（π／２）分位相が進んだ第２の電流成分となり、所望の電流ベクトルに制御されるものとなる。

【0058】

図５において、電流誤差増幅器９８、９９、座標変換器１００、１０１、ＰＷＭパワーモジュール１０３、直流電源１０４、電流検知回路１０５を有しており、電流誤差増幅器９８は設定値Ｉｄｒと座標変換器１０１の出力Ｉｄの差をＰＩ（比例・積分）計算してＶｄとして出力するものである。

【0059】

電流誤差増幅器９９は、切替手段７４から得た設定値Ｉｑｒと座標変換器１０１の出力Ｉｑの差を同様にＰＩ（比例・積分）計算してＶｑとして出力するものとなっている。

【0060】

座標変換器１００は、電流誤差増幅器９８、９９が出力されるＶｄとＶｑとθを入力し、数式１を用いるなどして、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換するものである。

【0061】

【数1】

【0062】

このように、３相を使用することにより、ドラムモータ６０、インバータ回路７１の構成が比較的簡単でありながら、連続的でスムーズなパワー伝達が可能であるという効果があるが、特に３相に限定されるものではなく、２相、４相、５相などであっても構わない。

【0063】

ＰＷＭパワーモジュール１０３は、図示しない６石のＩＧＢＴ、および電子回路等で構成されたもので、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと、直流電源１０４から、２８０Ｖの直流電圧を受け、ＰＷＭ（パルス幅変調）を行いながら、３相の交流をＵ、Ｖ、Ｗから出力し、数アンペアの電流をドラムモータ６０へと供給していくものとなっており、具体的にはマイクロコンピュータ内にワンチップ構成されたパルス幅変調器と、それと別パッケージで設けられたパワー部分との総合体として構成されたものとなっている。

【0064】

Ｕ相とＷ相については、電流検知回路１０５の検知素子１０６、１０７を通過させることにより、電流値ＩｕとＩｗの瞬時値が検知され、座標変換器１０１に入力される。

【0065】

なお、検知素子１０６、１０７については、検知対象となる電流により磁路に起磁力を
作用を発生させ、その磁界から電流値を検出するものや、シャント抵抗と呼ばれる抵抗の電圧降下から検知を行うものなどが利用可能である。

【0066】

Ｖ相の電流Ｉｖについては、本実施の形態においては検出していないが、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係から、入力されたＩｕとＩｗよりＩｖも求められるものであり、座標変換器１０１は、数式２を用いるなどすることにより、θを用いてｄ軸電流Ｉｄと、ｑ軸電流Ｉｑを計算する。

【0067】

【数2】

【0068】

図６は、本実施の形態の切替手段７４の出力Ｆによる切替動作の前後での各変数の変化を横軸の時間をやや拡大して示した波形図である。

【0069】

図６において、いずれも切替手段７４の入出力信号となる、（ア）は破線でＩｑｒ１、一点鎖線でＩｑｒ２、実線でＩｑｒを、（イ）は破線でω１、一点鎖線でω２、実線でωを、（ウ）は破線でθ１、一点鎖線でθ２、実線でθを示している。

【0070】

切替手段７４の作用により、ｔ＜０．６秒においてはθ＝θ１となり、ｔ＞０．６秒においてはθ＝θ２となる。

【0071】

また、ｔ＜０．６秒でのＩｑｒ２に関しては、前述したようにＩｑｒ１から余弦アンプ９５を経た出力Ｉｒｅｆ値が速度誤差増幅手段９０の出力、すなわちＩｑｒ２となるように積分成分の更新が継続され、ω２についてはω１と同値、またθ２についても常にΔθと等しくなるようにセットが継続的になされる。

【0072】

ここで、ｔ＞０．６秒におけるＩｑｒ１、ω１、θ１については、意味が薄いことから記載していない。

【0073】

図７は、本実施の形態のドラム駆動装置で、切替手段７４による切替動作前後の電流ベクトルを、真のｄｑ座標上で示したものである。

【0074】

切替直前のＩｑｒ値であるＩｑｒ１は長さとしては、Ｉｑｒ１の値である６Ａあるが、向きとして第１象限にΔθだけ傾きを持ったものとなっており、真ｑ軸成分としては、余弦アンプ９５の出力、すなわちＩｑｒ１にΔθの余弦を乗じたＩｒｅｆ値と等しいものとなり、切替直後にはＩｑｒ２＝Ｉｒｅｆへの変化がなされるものとなる。
これにより、特許文献１に述べられている速度制御の積分器の初期値設定を行うのと同様の効果が得られるものとなる。

【0075】

洗濯機などの場合には、洗濯物１０９が崩れた瞬間に、急に負荷トルクが小となることによって、ドラム５１の角速度の更なるオーバーシュートが発生しやすいものとなるが、上記Ｉｒｅｆ値は、そのような速度超過を抑える上でも効果がある。

【0076】

一方、位相θに関しては、切替時点でθ１はちょうど０（２πの倍数）となる時点としたため、これにΔθだけ加算（すなわち跳躍的な位相進み）を行うことにより、図６（ウ）にも示しているように、γ１軸から正しいｄ軸への是正がなされるものとなり、以降第２の運転手段７３での良好な運転が可能となる。

【0077】

なお、本実施の形態においては、ＰＩ式の誤差増幅を行う電流誤差増幅器９８、９９に関しては、切替後のＶｄとＶｑのあるべき値の計算が、やや複雑となることから、内部の積分要素を切替時点で操作することは行っていないが、これらの電流に関しては、比較的短時間で応答する設計が可能であるため、問題はない。

【0078】

Ｉ９０で示している電流ベクトルは、第２の運転手段７３に切り替わった後、ドラム５１が起動から最初に９０度の角度まできた時点でのものであり、Ｉｑｒの調整がかかっていると同時に、Ｉｄｒとしては、−３．８Ａが設定されていることから、ｑ軸、すなわち永久磁石５５、５６、５７、５８の磁束による誘導起電力Ｅ（＝ｑ軸方向）に対して位相の進み（進角）β１を持った、第２象限に入った状態となっている。

【0079】

図８は、本実施の形態のドラム駆動装置のドラム５１の回転角の状態を示した断面図である。

【0080】

図８において、（ア）は起動開始時点のドラム５１の状態を示しており、斜線で塗った部分は、洗濯物１０９が大量の水を含んだ状態で、かつ固まって入っている状態を示しており、洗濯物１０９の質量ｍキログラムに、地球の重力加速度ｇメートル／平方秒を乗じた、ｍｇニュートンの重力が、洗濯物１０９の重心Ｐから下向きに働いている。

【0081】

点Ｏは、ドラム５１の中心であり、回転軸となる。

【0082】

（イ）は、同様にドラム５１が（ア）で示した起動時から４０度回転した状態を示しており、本実施の形態において、ｔ＝０．６秒の時点で、切替手段７４による第１の運転手段７２から第２の運転手段７３への切替が行われる時点のものとなる。

【0083】

（ウ）は、同様に起動からのドラム５１の回転角が最初に９０度となった状態、（エ）は、１８０度となった状態を示している。

【0084】

重力ｍｇのＯの回りのモーメント、すなわちトルクは、（ウ）の状態で最大となるものであり、仮に斜線で示している洗濯物１０９の密度が水に等しい１０００ｋｇ／立米とすると、洗濯物１０９がちょうどドラム５１の容積の半分となり、図８の表現方法において半円となる状態で３０Ｎｍ程度となる。

【0085】

もっとも、ドラム５１の回転軸が、鉛直に対して９０度以外の角度θｄを有している場合には、ほぼθｄの正弦を乗じたトルクにまで低減されるものとはなるが、少なくともドラム５１の回転軸が鉛直に対して角度を有する構成である限りは、ｍｇの影響によるトルクは必要となるものとなる。

【0086】

本実施の形態においては、（イ）に示した４０度で切替手段７４による第１の運転手段７２から第２の運転手段７３への切替動作がなされ、その瞬間での必要トルクは（ウ）に必要なトルクに４０度の正弦（０．６４）を乗じた値となる。

【0087】

ドラム５１の回転軸に必要なトルクとしては、上記ｍｇのモーメントによるトルク（「引き揚げトルク」と呼ぶものとする）以外に、ドラム５１の加速に必要となるトルク（「加速トルク」と呼ぶものとする）もあり、それに関しては、洗濯物１０９を含むドラム５１の慣性モーメントに、ドラム５１の角加速度を乗じた値となるが、図８（イ）の状態における上記引き揚げトルクが（ウ）の０．６４倍で済むということが大きく作用するものとなり、第１の運転手段７２で実現しなければならないドラム５１軸でのトルクは小なるもので済むものとなり、それによってＩｑｒ１の値としては、（ウ）での必要トルクを実
現する場合に比べて相当に抑えることができる。

【0088】

特に、本実施の形態では、永久磁石５５、５６、５７、５８が回転子５９内部に埋め込んで設けたドラムモータ６０を使用しているため、第１の運転手段７２で大きなトルクを発生しようとした場合、Ｉｄ＞０の強メ界磁の条件となるため、リラクタンストルクが負となり、より多くの電流を供給することになる傾向があるものとなる。

【0089】

これにより、場合によっては電流が過大であるが故に、リラクタンストルクが勝ってしまい、電流ベクトルとｄ軸を合わせる方向のトルクが発生せず、脱調となる場合も存在するものとなるため、大きなトルクが必要となる前の段階で、第１の運転手段７２から第２の運転手段７３への切替を済ませておくことは有利に作用するものとなり、第２の運転手段７３での運転での供給電流の位相を、永久磁石５５、５６、５７、５８の磁束による誘導起電力と同相とするか、進ませるに関わらず、切替手段７４の切替のタイミングとしてドラム５１の回転角が最初に９０度となる前とすることには、１つの効果が期待できるものとなる。

【0090】

しかしながら、本実施の形態のような永久磁石５５、５６、５７、５８が回転子５９の鉄心内部に埋め込まれず、円筒状の鉄心の表面に永久磁石を接着して構成された回転子を有するドラムモータの場合であっても、本発明は成り立つものであり、切替手段７４のタイミングをドラム５１の回転角が最初に９０度となる前とし、第２の運転手段では、永久磁石の磁束による誘導起電力と同相の電流を供給するように運転することにより、永久磁石の磁束を最大限に生かした運転で、最大トルクが必要となる条件を通過させることができ、ドラムモータへの供給電流を、なるべく小に抑えることができるという効果は得られるものとなる。

【0091】

本実施の形態においては、第２の運転手段７３に切り替えが完了した後に、起動からのドラム５１の回転角が最初に９０度となる図８（ウ）の状態となるものであり、その時の電流位相については、図７にて、第２象限に角度β１入った状態、すなわち、永久磁石５５、５６、５７、５８の磁束による誘導起電力Ｅに対して、位相が進んだ電流Ｉ９０が、インバータ回路７１からドラムモータ６０に供給される状態となる。

【0092】

図９は、本実施の形態のドラムモータ６０に関して、ｄｑ面上での電流ベクトルの絶対値９Ａにおいて、誘導起電力Ｅに対する電流の進み位相（電流進角とも呼ばれる）βを変化させた場合の発生トルクとの関係を示したグラフであり、横軸にβ、縦軸のトルクはドラム５１の軸に換算した値、すなわちプーリ６２、６４による減速比の逆数がかかった値として取っているものである。

【0093】

図１０は、本実施の形態のドラムモータ６０の回転子５９の断面図を示している。

【0094】

ドラムモータ６０は、永久磁石５５、５６、５７、５８を回転子５９の内部に埋め込んだ構成であるため、ｄ軸とｑ軸のインダクタンス値Ｌｄ、Ｌｑについて、Ｌｑ＞Ｌｄの関係となっている。

【0095】

これにより、図９に示すように、永久磁石５５、５６、５７、５８と電流の相互によって発生するマグネットトルクＴｍａｇと、リラクタンストルクＴｒｅｌの和となるトルクＴｓｕｍが発生するものとなり、発生するトルクに対する電流という逆数的な見方をすると、β＝２５度付近では、欲しいトルク（３０Ｎｍ）に対して、最小の電流（９Ａ）で済ませることができるものとなる。

【0096】

第１の運転手段７２での運転においては、Ｇ点付近で安定することは難しく、安定性の
高い運転を行うには、Ｇ点よりも左側の部分を用いることになる。その場合にはＧ点よりトルク減となるため、Ｇ点と同等のトルクを得るために、電流値としては、６Ａよりも大としてカバーする必要が生じる。この結果、ドラムモータ６０の損失が大きくなって、消費電力量の増大、温度上昇の増大となる他、ＰＷＭパワーモジュール１０３の電流定格のアップや、永久磁石５５、５６、５７、５８の減磁に対する耐量のアップが必要となる場合もあり、ドラム駆動装置として、コストと形状も大なるものとなる。

【0097】

これに対し、本実施の形態に示したような、第２の運転手段７３による、β＝２５度の運転条件も可能であり、Ｔｓｕｍは最大値の３０Ｎｍとなるものであり、図７で述べたβ１とほぼ等しい値となっている。

【0098】

したがって、本実施の形態のドラム駆動装置においては、第２の運転手段７３は、ドラムモータ６０の入力電圧Ｖｄ、Ｖｑと、入力電流Ｉｄ、Ｉｑの信号を受け、起動からのドラム５１の回転角が最初に９０度となる時点、すなわち図８（ウ）に示す状態で、トルクに対する電流値がほぼ最小となる位相の電流を、ドラムモータ６０に供給して駆動するものとなっている。

【0099】

ただし、リラクタンストルクの作用が小さいドラムモータ６０の場合などにおいては、誘導起電力に対してほぼ同相の電流を供給することで、永久磁石５５、５６、５７、５８の磁束と電流の相互作用で発生するマグネットトルクＴｍａｇを最大限生かした状態とする構成であっても良い。

【0100】

また、本実施の形態においては、第２の運転手段７３では、Ｉｄｒ＝−３．８Ａの状態で運転することにより、最大のドラム軸トルクが必要な場合に、β＝２５度となる状態としているため、負荷が軽い場合など、図８（ウ）に示した９０度位置での必要トルクがより少なくて済む場合には、βは２５度より大となる傾向はあるが、第２の運転手段７３での運転に用いるＩｄｒ値を一定値とした比較的簡単な構成で、９Ａ以下の電流での確実な運転は保証されるものとなる。

【0101】

なお、通常の洗濯物１０９は、図８（エ）の状態となる前に重力ｍｇの作用でバサッと崩れ、ドラム５１の下に落ちるものとなるが、洗濯物１０９が乾いている部分と水をタップリと含んだ部分とがあり、それがドラム５１内を満たすように入れられている場合には、洗濯物１０９が逆様になった（エ）に近い状態もあり得る。

【0102】

（エ）の状態においては、洗濯物１０９の位置エネルギーとしては最大となるが、洗濯物１０９に作用する重力ｍｇのモーメントは零となり、ドラム５１の回転に必要となるトルクは加速トルクのみの比較的小さい値となる。

【0103】

なお、本実施の形態では、座標変換器１００、１０１は、それぞれ数式１と数式２に示した余弦関数（コサイン）のみを使用して方向余弦を加算していくシンプルなものを用いているが、正弦関数（サイン）の計算も短時間で行うことができるマイコン環境であれば、数式３、数式４などを用いてもよく、むしろ計算時間が短縮できるケースもあり、適宜使い分けすることもできる。

【0104】

【数3】

【0105】

【数4】

【0106】

また、本実施の形態においては、ドラムモータ６０は、プーリ６２、６４、ベルト６３を介してドラム５１を回転駆動する構成となっており、機構的な一定の減速（１０分の１）があるため、ドラムモータ６０に必要なトルクが小さくて済むものとなり、装置の小型化、低コスト化に有利なものとなっている。

【0107】

しかしながら、必ずしもプーリ６２、６４、ベルト６３を使用しなければならないというものではなく、例えばギア（歯車）での減速を行うものや、ドラム５１とドラムモータ６０を直接接続し、機構的な減速なしとしたダイレクト駆動などと称されるものであってもよく、いずれの場合でも、最終的に駆動されるドラム５１の回転角に視点をおいたものであって、特にドラム回転角が９０度となる点でのドラムモータの動作によって、議論がなされるものである。

【0108】

また、本実施の形態においては、「永久磁石５５、５６、５７、５８の位相」と表現しているものは幾何学面からの表現であり、各永久磁石の取付位置（機械角）に極対数２を乗じて０〜２πラジアンの範囲の電気角に変換した数値を示すものである。

【0109】

磁気的な表現として、回転子５９の磁極の位相、磁束密度分布の位相などと言うこともできるものである。

【0110】

例えば確認用となるロータリエンコーダを取り付けて適切に処理することでも得ることができ、第２の運転手段７３での運転が、永久磁石の位相と一定の位相関係となる電流波形が供給されていることで確認することが可能となる。

【0111】

（実施の形態２）
図１１は、本発明の第２の実施の形態のドラム駆動装置の第１の運転手段１１０および切替手段１１１周囲のブロック図を示している。

【0112】

図１１において、第１の運転手段１１０は、タイマー８０は実施の形態１と同等であり、時限器１１２、電流設定器１１３、角速度設定器１１４に入力される。

【0113】

電流設定器１１３は、切替手段１１１にＩｑｒ１として出力し、角速度設定器１１４からは切替手段１１１にω１として出力される。

【0114】

ＡＮＤ回路１１６が、切替手段１１１のＦ信号生成に設けられており、第１の運転手段
１１０からのＫ信号と、第２の運転手段１２０からのＨ信号の論理積をもってＦ信号を生成しており、切替手段１１１は、Ｆ信号がローの場合にはＳ１を、ハイの場合にはＳ２を選択し、Ｉｑｒ、Ｉｄｒ、ωの各信号を出力するものとなっている。

【0115】

図１２は、本実施の形態のドラム駆動装置の第１の運転手段１１０の動作波形図で、
図１２において、（ア）はＫ信号波形、（イ）はＩｑｒ波形、（ウ）はω１波形を示している。

【0116】

Ｋ信号は、起動からの時間０．３秒まではローとなり、これによってＦ信号は、強制的にローとなるため、第１の運転手段１１０からＳ１での運転に限定されるものとなる。

【0117】

Ｉｑｒ１信号は、起動から０．３秒間で直線的に増加して４．５Ａとなり、ｔ＝０．６秒まで一定値を保持した後、ｔ＝１秒までの間に０Ａまで直線的に低下する。

【0118】

ω１信号は、ｔ＝０．６秒まで４２ｒａｄ／ｓに直線的に増加後、一定値を保つものとなっている。

【0119】

図１３は、本実施の形態の第２の運転手段１２０の詳細ブロック図を示している。

【0120】

図１３において、速度誤差増幅手段１２２は、ドラムモータ６０の角速度の設定値ωｒを出力する速度設定手段８９と、切替手段１１１から得たωの差、すなわち速度誤差からＰＩ（比例と積分）の要素を作用させて加算し、Ｉｑｒａを出力する。さらに、Ｉｑｒａが５Ａ以上となった場合に、５Ａの上限値に制限する制限器１２３が設けられ、制限器１２３の出力がＩｑｒ２となり、トルクが加減されて、速度制御がなされるものとなる。

【0121】

なお、本実施の形態においては、制限器１２３の出力Ｉｑｒ２は、速度誤差増幅手段１２２にも出力されるものとなっており、速度誤差増幅手段１２２は、Ｉｑｒａと比較することで、内部の積分器の値が過剰にならないように調整をおこなっている。

【0122】

ｄ軸電圧誤差推定器１２５は、モータ電流制御部７５からのＩｄ、Ｉｑ、Ｖｄ、およびωを入力し、これにドラムモータ６０の誘導起電力定数、ｄ軸とｑ軸のインダクタンス、抵抗値などのパラメータを用いて電圧方程式の計算を行うことにより、ｄ軸の電圧の誤差Δεを計算する。

【0123】

本実施の形態においては、Δε＝−（Ｖｄ−（Ｒａ＋ｐＬｄ）・Ｉｄ＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ）を算出しており、Δε＞０で制御軸が遅れ、Δε＜０で制御軸が進みとなる。

【0124】

収束手段１２７は、速度推定手段１２８と、積分器１２９を有しており、速度推定手段１２８は、Δεが零に収束するように、ＰＩ（比例・積分）を用いて永久磁石５５、５６、５７、５８の角速度ω２の計算を行うものとなっており、さらにω２は積分器１２９にて時間積分の計算が行われることにより、推定位相θとして出力がなされるものとなっている。

【0125】

Ｆがローの期間中においては、速度推定手段１２８は、ω２としてωとなるように、常に積分要素の更新が行われるものとなっている。

【0126】

Ｆ信号がハイとなっている状態においては、ｄ軸電圧誤差推定器１２５と収束手段１２７の作用によって、位置センサレスでのドラムモータ６０の運転が行われ、また一方、Ｆ信号がローの場合には、積分器１２９はω、すなわちω１を積分してθを算出する形での動作を行うものとなっている。

【0127】

比較器１３０は、閾値ε１（＝３Ｖ）とΔεを比較し、前者が大であればハイ、後者が大であればローをＨ信号として出力するものである。

【0128】

なお、ｄ軸電圧誤差推定器１２５は、上記Δεの計算式に限定されるものではなく、例えばｐを付した微分項を入れないものなどであっても構わないものであり、その場合にはＬｄも必要なくなり、計算も簡単となるため、安価で処理速度が低いマイクロコンピュータなどでも済ませることができるものとなる。

【0129】

本実施の形態に関して、上記以外の構成要素は、実施の形態１と同等のものを用いた構成がなされているものとなっている。

【0130】

以上の構成において、本実施の形態での動作の説明を行う。

【0131】

図１４は、本発明の第２の実施の形態のドラム駆動装置のドラム５１が起動してから最初にドラム５１の回転角が９０度となるまでの動作波形図を示すものである。

【0132】

（ア）はΔε、（イ）はＦ、Ｈ、Ｋの各信号の論理、（ウ）はドラムモータ６０の電気角速度ω、（エ）はドラム５１の回転角、（オ）はドラム５１の角加速度の図を示している。

【0133】

起動からの時間ｔについて、ｔ＜０．３秒の期間においては、ω＜ωａの低速条件となり、ｄ軸電圧誤差推定器１２５のΔεは絶対値として小さく、座標軸の進み遅れの推定用としては無効であり、本実施の形態においては、Ｋ信号をローとすることにより、Ｈ信号に係らず、Ｆ信号をローとし、第１の運転手段１１０で運転がなされ、起動がなされる。

【0134】

ω＞ωａとなった時点では、Δεでの判断は有効となり、Ｉｑｒ１で設定された電流は、真のｑ軸に対して遅れ位相で流れるものとなっており、εｒｅｆより大であることを比較器１３０が判定し、Ｈはローとなり、この状態で第１の運転手段１１０によるドラム５１の加速が進む。

【0135】

ｔ＝０．４５秒にて、ドラム５１の回転角度が起動から３２度に達した時点で、洗濯物１０９にかかる重力ｍｇを引き上げるために必要となるトルクの増大により、ドラムモータ６０の電流位相は、次第に真のｑ軸に近づき、Δε＜εｒｅｆとなる。

【0136】

すると、信号Ｈがハイとなり、信号Ｆもハイとなって、切替手段１１１による切替動作が行われ、Ｓ１からＳ２に切り替わる。

【0137】

なお、このタイミングは、洗濯物１０９の量などによって変化するものとなり、必要トルクが少なかった場合には、切替タイミングが遅めとなり、本実施の形態においては、図１２（イ）で示すＩｑｒ１は、ｔ＝１秒の時点まで低減されていくので、第１の運転手段１１０での運転開始後１秒以内には、Δεは負の値にまで減ずるものとなり、それまでに切替手段１１１のＳ２への切替が完了することになる。

【0138】

第２の運転手段１２０の速度誤差増幅手段１２２は、Ｆがハイとなった時点での内部に持つ積分器の初期値としては、第１の運転手段１１０で用いたＩｑｒ１の出力に対応しただけのものが設定されるが、εｒｅｆを適正に設定することにより、切替時点で真のＩｑはほぼＩｑｒ１に近い値とすることができるため、第２の運転手段１２０での制御に切り替えられた直後の、ドラム５１の速度のオーバーシュートが問題となることもなくせるものとなる。

【0139】

本実施の形態において、ｔ＝０．８秒で、ドラム５１の回転角が、起動後最初に９０度に達するものとなるが、制限器１２３の作用によってＩｑｒ値は、図８（ウ）に示されているドラム５１でのｍｇによるトルクを供給するだけの値を下回った発生トルクに留まった状態での運転となっている。

【0140】

ここでは、洗濯物１０９を含むドラム５１の回転運動のエネルギーが、洗濯物１０９に位置エネルギーを与えるために使われ始め、よってωは時間と共に低下し、言い直すとドラムの角加速度が負となる状態となることが図１４（オ）のＡ９０（＜０）にて示されている。

【0141】

通常の洗濯物１０９では、９０度を超えた時点で、ドラム５１内でバサッと崩れることにより、ｍｇのモーメントが減るため、ドラム５１の回転角速度の低下の期間は短時間で終わるものとなり、その後の運転には支障をきたすことはない。

【0142】

このように、本実施の形態のドラム駆動装置は、起動からのドラム５１の回転角が最初に９０度となる時点で、ドラム５１の角加速度が負となる運転を行うことにより、ドラム５１の回転運動エネルギーを有効に用いて、最大トルクが必要となる条件での、ドラムモータ６０の発生トルクを効果的に減少させながら、運転を行うことができるものとなる。

【0143】

（実施の形態３）
図１５は、本実施の形態におけるドラム駆動装置の第１の運転手段１３５、切替手段１３７を中心とした部分の具体ブロック図を示している。

【0144】

図１５において、第１の運転手段１３５は、実施の形態１と同等のタイマー８０、Ｆ信号を生成する時限器１３８、電流設定器１３９、角速度設定器１４０に入力される。

【0145】

電流設定器１３９は、切替手段１３７にＩｑｒ１として出力し、角速度設定器１４０からは切替手段１３７にω１として出力され、実施の形態１と同様のωの積分器８６で時間積分を行いθ１を出力する。

【0146】

切替手段１３７は、Ｆ信号がローの場合にはＳ１を、ハイの場合にはＳ２を選択し、Ｉｑｒ、Ｉｄｒ、θ、ωの各信号を出力するものとなっている。

【0147】

本実施の形態において、Ｓ２は第２の運転手段１４２からの出力信号Ｉｑｒ２、Ｉｄｒ２、θ２、ω２を含んでいる。

【0148】

図１６は、本実施の形態におけるドラム駆動装置の第２の運転手段１４２の具体ブロック図を示している。

【0149】

図１６において、速度設定手段８９は実施の形態１と同じ構成のものであるが、本実施の形態においては、速度設定手段８９の出力ωｒとωの差をＰＩ（比例と積分）の要素を作用させて加算し、電流ベクトルの絶対値の設定値となるＩａｒを出力する速度誤差増幅手段１４３を設けた上で、Ｉａｒと設定値βｒを受ける電流分配器１４４が設けられており、 βｒは、第２の運転手段１４２で駆動される際の、ｑ軸に対する電流ベクトルの進み位相の角度を設定するものであり、本実施の形態では２０度としている。

【0150】

電流分配器１４４は、入力信号であるＩａｒとβｒに対して、
Ｉｑｒ２＝Ｉａｒ・ｃｏｓβｒ、Ｉｄｒ２＝−Ｉａｒ・ｓｉｎβｒという計算式にて計算される値を出力するものとなっている。

【0151】

位相誤差推定器９１、収束手段９２は、速度推定手段９３と、積分器９４を有しており、これらは、実施の形態１と同等の構成を用いている。

【0152】

余弦比アンプ１４６の出力Ｉｒｅｆａは、Ｉｑｒに対してΔθとβｒの各余弦の比で増幅された、Ｉｒｅｆａ＝Ｉｑｒ＊（ｃｏｓΔθ）／（ｃｏｓβｒ）が出力され、速度誤差増幅手段１４３は、Ｆがローの期間中においては、出力値ＩａｒがＩｒｅｆａ値に等しくなるよう、内部の積分器の値を常に更新するものとなっている。

【0153】

以上の構成において、本実施の形態のドラム駆動装置の動作を説明する。

【0154】

図１７は、本実施の形態におけるドラム駆動装置の起動から切替手段１３７による切替動作が行われるまでの動作波形図、また図１８に洗濯物１０９を含むドラム５１の回転の状態を示している。

【0155】

本実施の形態における波形を図１７（ア）〜（ウ）に示し、それによるドラム５１の回転角を（エ）に示している。

【0156】

本実施の形態においては、起動時（ｔ＝０）からの回転については、（ウ）に示しているように、ドラム５１の角速度ωが負となり、回転がマイナス方向となっている。

【0157】

ｔ＝０．７秒時点でω＝０に戻り、この時点で（エ）に見られるように、ドラム５１は負側に３０度回って停止しており、図１８（ア）に示した状態となり、ここまでの期間が予備駆動となる。

【0158】

その後、予備駆動期間とは逆の回転、すなわちωが正となって、回転の向きが正（実施の形態１の場合と同じ向き）となり、ｔ＝１．２秒時点で、ドラム５１は起動前の位置に達し、引き続き正回転を続けるものとなり、図１８（イ）で示される状態となる。

【0159】

さらに、ｔ＝１．５秒時点で、Ｆ信号がローからハイに変化し、切替手段１３７によるＳ１からＳ２に切替がなされ、第２の運転手段１４２での動作となるが、その時のドラム５１の回転角は、正方向に２５度回転した、図１８（ウ）に示される状態となる。

【0160】

その後は、第２の運転手段１４２による定常的な運転、すなわち３６０度以上のドラム５１を回転させる運転に入るものとなる。

【0161】

本実施の形態においては、予備駆動を用いたことにより、洗濯物１０９が一旦図１８（ア）で示されるように、位置エネルギーを有した状態とすることができることから、その後のトルク供給による運動エネルギーの供給と合わせて、図１８（イ）での大きな角速度が容易に得られるものとなる。

【0162】

これにより、第２の運転手段１４２の安定動作に必要となるωの下限値を十分に超えた状態で、第２の運転手段１４２への切替が可能となり、第２の運転手段１４２の動作が非常に安定なものとすることができる。

【0163】

さらに、ドラム５１の回転運動エネルギーが十分大きいものとなるため、図８（ウ）で示したドラム５１の回転角が９０度なり、引き揚げトルクが最大となる状態付近でも、必要とあらば、ドラムモータ６０からの供給トルクを小とし、不足トルクは運動エネルギーから供給させることも可能となり、ドラムモータ６０への供給電流を最小限に抑えることも可能となるものである。

【0164】

図１９は、本実施の形態における切替手段１３７の切替時のベクトル図を示している。

【0165】

図１９において、設定値Ｉｑｒ１は６Ａであるが、第１の運転手段１３５は実施の形態１で述べたようにθが遅れていることから、真のｑ軸電流成分は、ほぼΔθの余弦を乗じた小さ目の値となっており、切替後は切替直前の真のｑ軸電流が保持されるように余弦比アンプ１４６と電流分配器１４４の作用で、Ｉｑｒ２、およびβｒを満たすＩｄｒ２が設定されるものとなる。

【0166】

このように、速度誤差増幅手段１４３の出力Ｉａｒを一旦算出してから、βｒでｄ軸成分Ｉｄｒ２とｑ軸成分Ｉｑｒ２に分離する構成の場合には、Ｉｄｒ２を０に設定する構成や一定値に独立して設定する構成と比較して、センサレスでの運転の安定性が向上するという効果があり、特に永久磁石５５、５６、５７、５８が回転子５９に埋め込まれ、Ｌｑ＞Ｌｄの特性となるドラムモータ６０に対しては、適切なβｒ＞０の設定により、脱調（同期外れ）が発生しにくくなるという優れた特性が得られるものとなる。

【0167】

また、第２の運転手段１４２がβｒの設定により、永久磁石５５、５６、５７、５８の磁束による誘導起電力Ｅに対して、電流の位相が進んだ状態で運転されることにより、リラクタンストルクも有効に作用されることができるという効果もあり、その分電流を低減することができるものとなる。

【0168】

また、切替前と後の２つの電流ベクトルに関しては、真のｑ軸電流成分がどちらも３Ａと等しい値となり、トルク差が小さいものとなり、速度のオーバーシュートを低減する作用もあるが、切替前後でのトルクの変化を極力抑える構成として、切替後のＩｑｒ２値を本実施の形態よりも若干低下させたものとしてもよく、例えばやや計算は複雑となるが、Ｉｑｒ１を通る双曲線状の等トルク曲線上になる点とすれば、切替前後のトルク変化を無くした上で、所望のβｒも満足させることができる。

【0169】

βｒ値に関して、切替手段１３７による切替が終わった後は、例えばω関数などとしてもよく、速度に対して最適な電流位相を設定することにより、安定したセンサレス運転の確保や、効率の向上を図ることができるものとなる。

【0170】

なお、本実施の形態においては、予備駆動のドラム回転角を３０度としているが、より大きくしても良く、予備駆動の最大としては、洗濯物１０９の崩れが無い場合の位置エネルギーが最大となる、図８（エ）に示した１８０度の位置までの範囲で、効果が得られるものとなる。

【0171】

なお、その場合には予備駆動の期間中のドラムモータ６０への電流値を抑えるため、第２の運転手段１４２への切替を一旦行っても構わない。

【0172】

また、本実施の形態のように１回の予備駆動の後は、定常回転（３６０度以上継続する本運転）に入っても良いが、さらに予備駆動を重ねても良く、例えば起動後に、段々にドラム５１の回転角が拡大するように、左右回転を交互に設けた後、本回転に入っても良い。

【0173】

以上のように、本実施の形態では、ドラム５１の回転角が１８０度以内となる予備駆動を、少なくとも１回行った後に、予備駆動と逆向きの回転方向で、ドラム回転が３６０度以上の駆動を行うことにより、インバータ回路７１からドラムモータ６０へ供給する電流値を、効果的に抑えることができるものとなる。

【0174】

また、各実施の形態においては、ドラムの回転軸は、鉛直に対して９０度という角度を持ち、すなわち回転軸が水平となるドラム駆動装置を示しているものとなっているが、９０度以外でも、地球の重力によって生じるドラムのモーメント、すなわちトルクは鉛直に対するドラムの回転軸の角度の正弦に比例して発生するものとなるものであるため、鉛直に対して例えば１０度程度の角度を持って、縦型と呼ばれるような洗濯機を構成した場合にあっても、重力の作用によるトルクが必要となる傾向は、十分に発生するものとなり、本発明の効果が期待できるものとなる。

【産業上の利用可能性】

【0175】

以上のように、本発明にかかるドラム駆動装置は、大きなトルクが必要となるドラムの回転角度が、起動後にほぼ９０度となる状態においての、インバータ回路からドラムモータに供給する必要のある電流を効果的に低減することが可能となるので、一般家庭など使用される鉛直に対して角度をもったドラムの回転軸を有する縦型ドラム駆動装置、ドラム式ドラム駆動装置、ドラム式洗濯乾燥機、また縦型洗濯機と呼ばれる形であり鉛直から角度を有した回転軸とすることによる使い勝手の改善を図ったものであっても良い。

【0176】

さらに、食品を扱う回転式の調理器や、廃棄物を処理する回転ドラム、またコンクリート粉と土砂を撹拌するコンクリート・ミキサーなどの用途にも適用できる。

【符号の説明】

【0177】

５１ ドラム
５５、５６、５７、５８ 永久磁石
５９ 回転子
６０ ドラムモータ
７１ インバータ回路
７２、１１０、１３５ 第１の運転手段
７３、１２０、１４２ 第２の運転手段
７４、１１１、１３７ 切替手段
９３、１２８ 速度推定手段
８９ 速度設定手段
９０、１２２、１４３ 速度誤差増幅手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】