特許 7049623 洗濯機

(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】

(24)【登録日】2022-03-30

(45)【発行日】2022-04-07

(54)【発明の名称】洗濯機

(51)【国際特許分類】

   D06F 33/36 20200101AFI20220331BHJP

   D06F 103/44 20200101ALN20220331BHJP

   D06F 105/46 20200101ALN20220331BHJP

【ＦＩ】

D06F33/36

D06F103:44

D06F105:46

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2017117063

(22)【出願日】2017-06-14

(65)【公開番号】P2019000329

(43)【公開日】2019-01-10

【審査請求日】2020-05-28

(73)【特許権者】

【識別番号】512128645

【氏名又は名称】青島海爾洗衣机有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＱＩＮＧＤＡＯ ＨＡＩＥＲ ＷＡＳＨＩＮＧ ＭＡＣＨＩＮＥ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(73)【特許権者】

【識別番号】307036856

【氏名又は名称】アクア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137486

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 雅直

(72)【発明者】

【氏名】星野 広行

【審査官】程塚 悠

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０５７８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８１０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３６４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０７５３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５９６５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｄ０６Ｆ ３３／３０－３３／４２

Ｈ０２Ｐ ６／１８

Ｈ０２Ｐ ２１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

洗濯物を撹拌するパルセータと、前記パルセータを正逆駆動する永久磁石同期型のモータと、このモータのロータに対する起動と停止をセンサレスで制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、ロータが所定回転方向に回転している状態から停止する時に短絡ブレーキを行う短絡ブレーキ制御部と、短絡ブレーキによって巻線に流れる相電流がロータの停止直前における相電流値として予め定める所定値以下になった時点で検出される相電流からロータが停止した位相を推定する停止位相推定部と、推定した停止位相を記憶する記憶部とを具備し、ロータが停止した後で前記所定回転方向と反対方向にロータを回転起動する時に前記記憶部から推定したロータの停止位相を取り出し、これに基づいて同期回転開始時にロータの位置決めを行う電流ベクトルである位置決め電流ベクトルを生成することを特徴とする洗濯機。

【請求項2】

前記停止位相推定部は、相電流の大小関係によって分類される静止座標上の複数のセクタに対して、短絡ブレーキにより巻線に流れる相電流のベクトルである短絡ブレーキ電流ベクトルが停止直前に何れのセクタに属するかの判定を行う請求項１に記載の洗濯機。

【請求項3】

前記停止位相推定部は、判定したセクタの中心位相角を回転座標系のｑ軸近傍に存する短絡ブレーキ電流ベクトルの位相角とし、この位相角に所定角度を加減してｄ軸の位相角を推定する請求項２に記載の洗濯機。

【請求項4】

前記停止位相推定部は、推定したセクタの基準位相角に、相電流に基づいて予め定めた対応関係から導かれる補正角を加味した角度をｑ軸近傍に存する短絡ブレーキ電流ベクトルの位相角とし、この位相角に所定角度を加減してｄ軸の位相角を推定する請求項２に記載の洗濯機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、永久磁石同期モータを備えた洗濯機において、モータの起動を適切に行うことができる洗濯機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種の洗濯機は、洗濯物を撹拌するパルセータと、前記パルセータを駆動する永久磁石同期型のモータと、このモータのロータに対する起動と停止をセンサレスで制御する制御手段とを備えて構成されるのが通例である。

【0003】

ところで、モータ起動時に永久磁石同期モータのロータ位置が不明であると、起動に失敗する可能性がある。

【0004】

モータの起動不良を解決する手段として、例えば特許文献１、２に示されるものが開示されている。

【0005】

特許文献１には、負荷変動が大きい起動あるいは低速回転時には位置センサを利用したロータ位置検出手段によって安定に回転させ、高速回転時にはロータ位置検出手段を用いないセンサレス制御に移行して、位置検出手段のバラツキに起因する電流歪を減少させ、低騒音化する技術が開示されている。

【0006】

また特許文献２は、誘起電圧検出によるロータ位置検出回路を備える。起動時のロータ固定後の転流期間に誘起電圧を検出し、それにより通電パターンを適切に調節して、起動時のモータ出力トルクを大きくし、高速、安定に立ち上げるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００７－１７５１３５号公報

【0008】

【文献】特開２００２－２５２９９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、いずれもロータの位置を検出するために何らかの位置検出手段を必要とし、コストアップ要因になるという課題がある。

【0010】

一方、ロータの位置検出手段を用いないセンサレス制御でモータの起動を適切に行うためには、ロータの位置決めをするために、三相巻線に適当に電流を流してロータを適切な方向に磁力でステータに引きつけ、ステータとの間で生じる回転磁界を利用してロータの同期回転を開始する必要がある。

【0011】

このためには、次の課題を解決しなければならない。センサレス制御では原理的に停止時のロータの位置は判らないので、ロータの引きつけ方向が不適切な場合には、ロータの大きな後戻りまたは進み回転が生じ、ロータが短期間振動することがある。

【0012】

図１３はその一例を示すもので、永久磁石同期型のモータＭを構成するロータＲが（ａ）の位相で停止していたとする。その状態で、図示のような電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを流すと、ステータ側に磁極が現われ、ロータＲの磁石の引力と斥力によりロータＲは約９０°回転して、（ｂ）の状態に移る。このロータＲの回転や振動の最中に同期回転に移行してしまうと、ステータとの間で生じる回転磁界に対してロータＲは滑らかに同期回転できず、脱調が発生することもある。

【0013】

ロータＲの位置決め時間を長くすれば、このような問題は生じにくくなるが、洗濯機では、洗浄力を得るためにパルセータを速やかに反転させる必要があるため、位置決め時間を長く設定することはできない。

【0014】

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、モータ停止時のロータの位相を推定しロータの位置を推定することにより、別途ロータの位置検出手段を用いずとも、滑らかな同期回転でモータを起動してセンサレス制御に移行させる制御を実現することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

【0016】

本発明の洗濯機は、洗濯物を撹拌するパルセータと、前記パルセータを正逆駆動する永久磁石同期型のモータと、このモータのロータに対する起動と停止をセンサレスで制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、ロータが所定回転方向に回転している状態から停止する時に短絡ブレーキを行う短絡ブレーキ制御部と、短絡ブレーキによって巻線に流れる相電流がロータの停止直前における相電流値として予め定める所定値以下になった時点で検出される相電流からロータが停止した位相を推定する停止位相推定部と、推定した停止位相を記憶する記憶部とを具備し、ロータが停止した後で前記所定回転方向と反対方向にロータを回転起動する時に前記記憶部から推定したロータの停止位相を取り出し、これに基づいて同期回転開始時にロータの位置決めを行う電流ベクトルである位置決め電流ベクトルを生成することを特徴とする。

【0017】

この場合に前記停止位相推定部は、相電流の大小関係によって分類される静止座標上の複数のセクタに対して、短絡ブレーキにより巻線に流れる相電流のベクトルである短絡ブレーキ電流ベクトルが停止直前に何れのセクタに属するかの判定を行うことが望ましい。

【0018】

特に前記停止位相推定部は、判定したセクタの中心位相角を回転座標系のｑ軸近傍に存する短絡ブレーキ電流ベクトルの位相角とし、この位相角に所定角度を加減してｄ軸の位相角を推定することが望ましい。

【0019】

或いは前記停止位相推定部は、推定したセクタの基準位相角に、相電流に基づいて予め定めた対応関係から導かれる補正角を加味した角度をｑ軸近傍に存する短絡ブレーキ電流ベクトルの位相角とし、この位相角に所定角度を加減してｄ軸の位相角を推定することが望ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、パルセータの反転動作において、停止位相推定部によって停止時のロータ位相を推定し、推定した位相を記憶部で記憶することができる。このため、記憶部からロータの位相を呼び出すことによってある程度ロータの位置が分かるので、別途ロータの位置を検出する検出手段を設けなくてもよく製品コストを低減することができる。またロータの位相を呼び出すことによって、確実にロータを位置決めできるとともに、ロータ位置決め時間を短縮することができるので、反転毎のモータ消費電力を軽減することができる。

【0021】

また本発明によれば、短絡ブレーキ電流ベクトルが何れのセクタに属するかの判定を相電流の大小関係によって行うので、短絡ブレーキ電流ベクトルの向きを簡単に把握することができる。

【0022】

また本発明によれば、判定したセクタの中心位相角を回転座標系のｑ軸の位相角とするので、特別な演算をせずにｄ軸の位相角を推定することができる。

【0023】

また本発明によれば、推定したセクタの基準位相角に、相電流に基づいて予め定めた対応関係から導かれる補正角を加味した角度をｑ軸の位相角とするので、比較的簡単な演算によってより精度の高いｄ軸の位相角を推定することができる。

【0024】

また本発明によれば、記憶部からロータの位相を取り出して同期回転開始時の位置決め電流ベクトルを生成するので、同期回転開始時のロータの大きな後戻り、進み回転、振動を適切に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１実施形態に係る洗濯機の外観を示す斜視図。

【図2】洗濯機の概略構成を示す縦断面図。

【図3】本実施形態における短絡ブレーキによる位相推定の前提構成となるモータ制御系のシステム構成を示す回路図。

【図4】本実施形態に係るシステムのうち短絡ブレーキによる位相推定とそれによる起動の機能を表わしたブロック図。

【図5】位置決め電流ベクトルと静止座標系との関係を示す図。

【図6】短絡ブレーキを掛けてからロータが停止するまでの短絡ブレーキ電流ベクトルのベクトル軌跡を示す図。

【図7】停止直前のｄ－ｑ座標と短絡ブレーキ電流ベクトルの関係を示す図。

【図8】短絡ブレーキ電流ベクトルとｄ軸の関係を示す図。

【図9】短絡ブレーキ電流ベクトルの大きさと位相の関係を示す図。

【図10】本実施形態に係る位相推定の処理手順を示すフローチャート。

【図11】本発明の第２実施形態に係る位相推定の処理手順の一部を示すフローチャート。

【図12】本発明の変形例に係る短絡ブレーキ制御部の構成を示す図。

【図13】同期回転起動時のロータ位相と不具合の発生の関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

【0027】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る縦型の洗濯機（以下、「洗濯機」と称す。）１の外観を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態の洗濯機１の概略構成を示す縦断面図である。

【0028】

この洗濯機１は、洗濯機本体１１と、外槽１２と、脱水槽（洗濯槽）１３と、入力部１４と、パルセータ（撹拌翼）１５と、駆動部１６と、制御手段Ｃ（図３参照）とを備える。このような洗濯機１は、入力部１４にあって全自動で洗濯を行う図示しないスタートキーが押されると、脱水槽１３内にある洗濯物の量を負荷量として自動判定し、負荷量に基づいて洗い工程およびすすぎ工程で外槽１２に貯める水量を自動で決定して、パルセータ１５を正逆駆動することにより洗濯動作を行う。

【0029】

洗濯機本体１１は、略直方体形状であり、上面１１ａに、脱水槽１３に対して洗濯物（衣服）を出し入れするための開口１１ｂと、この開口１１ｂを開閉可能な開閉蓋１１ｃとを有し、開閉蓋１１ｃを開けることで開口１１ｂを介して脱水槽１３に洗濯物を出し入れ可能な構成である。また、このような洗濯機本体１１の上面１１ａには、前述の入力部１４が形成される。

【0030】

図２に示す外槽１２は、洗濯機本体１１の内部に配置された、水を貯留可能な有底筒状の部材である。

【0031】

洗濯槽としての脱水槽１３は、外槽１２の内部で外槽１２と同軸に配置されるとともに、外槽１２によって回転自在に支持された有底筒状の部材である。脱水槽１３は、外槽１２よりも小径であり、その壁面１３ａに図示しない多数の通水孔を有する。

【0032】

パルセータ１５は、脱水槽１３の底部１３ｂ中央に回転自在に配置され、外槽１２に貯留された水を撹拌して水流を発生させる。

【0033】

駆動部１６は、モータＭとクラッチ１６ｂとを含む。この実施形態のモータＭは永久磁石型の同期モータ（いわゆる「ＰＭモータ」）と称されるものを使用している。モータＭは、脱水槽１３の底部１３ａに向けて延出する駆動軸ｍを回転させることで脱水槽１３を回転させる。またモータＭは、クラッチ１６ｂを切り替えることでパルセータ１５にもトルクを与え、パルセータ１５を回転させることができる。そのため、洗濯機１は、洗い工程およびすすぎ工程では主としてパルセータ１５のみを予め定めた回転ＯＮ期間と回転ＯＦＦ期間を通じて正逆回転させ、脱水工程では脱水槽１３とパルセータ１５とを一体的に高速で一方向に回転させることができる。正逆回転時のパルセータ５の回転数は、例えば９００ｒｐｍに設定される。

【0034】

前述したように、停止後のロータＲをセンサレスで適切に起動させるためには、三相巻線に適当に電流を流してロータＲを適切な方向に磁力で引きつけ、同期回転を滑らかに開始する必要がある。

【0035】

そこで本実施形態では、制御手段Ｃは、図４に示すように、停止時に短絡ブレーキを行う短絡ブレーキ制御部６１と、短絡ブレーキによって巻線に流れる相電流のうち停止直前の相電流から停止時のロータＲの位相を推定する停止位相推定部７と、推定した停止時のロータＲの位相を記憶する記憶部８とを含んで構成され、起動時に記憶部８から推定したロータＲの停止位相を取り出し、これに基づいて同期回転開始時にロータＲの位置決めを行う電流ベクトルＶ１（以下、「位置決め電流ベクトル」という）を生成している。

【0036】

このように構成することで、パルセータ１５の反転動作において、別途ロータ位置検出装置を用いずに停止時のロータＲの位相を推定して、記憶部８に記憶することができる。このため、記憶されたロータの位相を用いれば、同期回転開始時のロータＲの位置決めを確実に行うことができるので、ロータＲの大きな後戻り、進み回転、振動を適切に防止して、迅速、確実にロータＲの起動が可能になる。また、ロータ位置決め時間を短縮することができ、反転毎のモータ消費電力を軽減することができる。

【0037】

ここで短絡ブレーキとは、ＩＧＢＴ等スイッチング素子によりＵ／Ｖ／Ｗ巻線を短絡し、回転エネルギーをモータ巻線のジュール熱に変換してブレーキとするものである。

【0038】

以下、まずはセンサレス制御を行う制御手段Ｃの構成について説明する。モータ停止からの起動に際し、ロータ停止又は極低速では、モータＭの誘起電圧が小さすぎるため、センサレス・ベクトル制御は不可能である。そのため、図４に示すように、制御手段Ｃのモータ駆動制御部６を、同期回転制御部６２において同期回転で強制的にある程度の速度までロータＲを回転させておいてから、センサレス・ベクトル制御部６３においてベクトル制御に移行するように構成される。

【0039】

制御手段Ｃは、図３に示すように、制御量として与えられるモータ回転速度指令値ω^* _ｍとモータ回転速度推定値ω_ｍとの偏差に基づいてトルク指令を生成するトルク指令生成部２と、駆動時のモータ電流Ｉｑ（Ｉｄ）とトルク指令値Ｔ^*に対応する電流指令値Ｉｑ^*（Ｉｄ^*）との偏差をモータ電圧指令値Ｖ^*ｑ、Ｖ^*ｄに変換してモータＭを駆動するモータ駆動制御部３と、モータ電流Ｉｑ、Ｉｄおよびモータ電圧指令値Ｖ^*ｑ、Ｖ^*ｄに係るモータ電圧Ｖｑ、Ｖｄを用いてモータ回転速度ω_ｍを推定する速度推定部たる速度推定器４とを備え、この速度推定器４は制御ループ５内に構成されている。トルク指令生成部２とモータ駆動制御部３は一般に言うインバータ制御器の構成要素である。また、ここではモータ電圧指令値Ｖ^*ｑ、Ｖ^*ｄに等しいモータ電圧Ｖｑ、Ｖｄが発生しているものとして扱っている。

【0040】

トルク指令生成部２では、まず減算器２１に、洗濯機１の運転全般を制御するマイクロコンピュータ等から与えられる回転速度指令ω^*mとモータ駆動状態から推定した推定速度値ω_ｍを入力する。減算器２１の差分出力は速度制御器２２に入力される。

【0041】

速度制御器２２は、モータＭの回転数を目標値に制御するために、回転速度指令ω^* _mと推定速度ω_mとの差分量に基づきＰＩ制御によってトルク指令Ｔ^*を生成する。

【0042】

このトルク指令生成部２２で生成されるトルク指令Ｔ^*は、モータ駆動制御部３に入力される。

【0043】

モータ駆動制御部３は、同期モータＭのロータＲの回転に伴って回転している磁極の回転座標系（ｄ、ｑ）の下にスイッチＳＷ１、ＳＷ２を切り替えながら電圧駆動を行う。

【0044】

スイッチＳＷ２については、センサレス・ベクトル制御時にはＢ側に接続されて、トルク指令値Ｔ^*はゲイン乗算部３１においてトルク係数１／Ｋ_Ｅが乗じられることでｑ軸電流指令値Ｉｑ^*とされ、減算器３２を介してｑ軸電流制御器３３に入力される。同期回転時にはスイッチＳＷ２はＡ側に接続されてＩｑ^*＝０とされる。スイッチＳＷ１については、センサレス・ベクトル制御時にはＢ側に接続されて、ｄ軸電流指令部３４から指令値Ｉｄ^*＝０が出力され、減算器３５を介してｄ軸電流制御器３６に入力される。同期回転時にはスイッチＳＷ１はＡ側に接続されてＩｄ^*＝所定電流値たとえば３［Ａ］とされる。減算器３２には［ｕ－ｖ－ｗ→ｄ－ｑ］変換を行う後記の第２変換器５１から出力されるｑ軸電流値Ｉｑが減算値として与えられ、減算器３５には前記第２変換器５１から出力されるｄ軸電流値Ｉｑが減算値として与えられる。

【0045】

ｑ軸電流制御器３３は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*とｑ軸電流値Ｉｑとの差分に基づいてＰＩ制御を行うことでｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を生成する。ｄ軸電流制御器３６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*とｑ軸電流値Ｉｑとの差分に基づいてＰＩ制御を行うことでｄ軸電圧指令値Ｖｄ^* を生成する。そして、三相の電圧指令に変換するために［ｄ－ｑ→ｕ－ｖ－ｗ］変換を行う第１変換器３７に入力する。

【0046】

電圧駆動制御または短絡ブレーキ制御の何れを行うかは、スイッチＳＷ４、ＳＷ５によって切り替えられる。スイッチＳＷ４は通常はｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*側（ＡＢ側）に接続されるが、ロータＲを停止させる際には短絡ブレーキ制御によって短絡ブレーキ指令Ｖｄ＝０側（Ｃ側）に切り替えられる。スイッチＳＷ５は通常はｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*側（ＡＢ側）に接続されられるが、ロータＲを停止させる際には短絡ブレーキ制御によって短絡ブレーキ指令Ｖｑ＝０側（Ｃ側）に切り替えられる。

【0047】

第１変換器３７は、推定ロータ回転位相角θｅを与えられることで、その推定ロータ回転位相角θｅに基づきｑ、ｄ電圧指令値Ｖｑ^* 、Ｖｄ^* を三相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換し、モータ励磁回路３８を介してモータＭに通電する。

【0048】

一方、制御ループ５は、モータ励磁回路３８に設けた相電流検出部５０を通じて相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出し、これを［ｕ－ｖ－ｗ→ｄ－ｑ］変換を行う第２変換器５１に入力する。第２変換器５１は、推定ロータ回転位相角θｅを与えられることで、相電流値をｑ、ｄ軸電流値Ｉｄ、Ｉｑに変換する。これらのｑ、ｄ軸電流値は、それぞれ前記減算器３５、３２に入力される。

【0049】

なお、ロータ位相の推定値はスイッチＳＷ３によって切り替えられる。このスイッチＳＷ３は、センサレス・ベクトル制御時にはＢ側に接続され、モータ電流・電圧を検出して、速度推定器４でモータ速度を推定する。それを積分してロータ位相θとする。一方、起動初期の同期回転時にはスイッチＳＷ３はＡ側に接続され、記憶部８の積分初期値に軸速度指令ω^* _ｍの積分値を加えて位相θを作成し、ここで作られたθにより強制的に同期回転が行われる。初期位相は積分初期値である。

【0050】

速度推定器４は、図示しないロータ位相誤差推定器と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）制御器とから構成される、一般に知られたものである。

【0051】

以上の構成を前提に、ロータ停止・再起動時における位相推定、適用のアルゴリズムを説明する。
位置決め電流ベクトルＶ１を、回転座標系のｄ軸近傍に配置することができれば、起動時におけるロータＲの後戻り／進み回転は、ほとんど生じない。すなわち、図５（ａ）に示すように、ｄ軸に対して離れた位相に、適当に位置決め電流ベクトルＶ１を設定したとすると、図５（ｂ）のように、ｑ軸電流成分Ｉｑによってトルクが発生し、ロータＲのｄ－ｑ軸が回転を始めてしまう。回転の収束位置は図５（ｃ）に示すようにｄ軸にごく近い位相となる。

【0052】

従って、最初から図５（ｃ）に示すように、ｑ軸近傍に位置決め電流ベクトルＶ１を配置することができれば、回転方向のトルクが発生することが防げるため、位置決め時にロータＲが回転することなく、同期回転に入ることができる。

【0053】

そこで、本実施形態では、図４に示す停止位相推定部７にロータＲの停止位相であるｄ軸位相角θ_０を推定させる。停止位相推定部７は、停止直前検出部７１と、ＵＶＷ比較部７２と、位相決定部７３とを含んで構成される。停止直前検出部７１は、相電流をモニタし、相電流が、ロータＲの停止直前における相電流値として予め定める電流値に至ったか否かを検出する。ＵＶＷ比較部７２は、相電流の大小関係によって分類される静止座標（α、β）上の複数のセクタ１～６に対して、短絡ブレーキにより巻線に流れる相電流のベクトル（以下、「短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２」という。）が停止直前すなわち停止直前検出部７１が予め定める電流値を検出した時点に何れのセクタに属するかの判定をＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗの大小関係で比較する。位相決定部７３は、ＵＶＷ比較部７２の比較結果に基づいて停止位相を決定する。

【0054】

このように、短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２が何れのセクタに属するかの判定を相電流の大小関係によって行うことで、短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２の向きを簡単に把握することができる。

【0055】

以下、その為のロータＲの停止直前におけるｄ軸位相角の推定アルゴリズムについて説明する。ここでは電気角速度をω_２ｎとして説明を進める。

【0056】

永久磁石同期モータの電圧方程式は、一般的なＰＭモータモデルにおいて、

【数1】

である。

【0057】

短絡ブレーキは、モータ巻線短絡状態、すなわちモータ印加電圧が０である状態だから、

【数2】

【0058】

短絡ブレーキ時には、ｄ－ｑ電流は急激には変化しないと考えられるから微分項（ｐの項）も０となって、

【数3】

【0059】

ここから、次のＩｑ、Ｉｄが得られる。

【数4】

【0060】

即ち、短絡ブレーキ時には、Ｉｄ、Ｉｑは回転速度ω_２ｎによって変化することがわかる。

【0061】

上記の式より、短絡ブレーキで回転速度が±９００［ｒｐｍ］から０［ｒｐｍ］まで変化した場合の電流ベクトル軌跡を図６に示す。ただし、Ｒ＝２．２［Ω］、Ｌｄ＝２５［ｍＨ］、Ｌｑ＝２８［ｍＨ］、Φ＝０．１７４［Ｗｂ］、Ｐ_ｐｎ＝８で計算している。

【0062】

ロータＲが正回転すなわち反時計回りに回転している場合、回転速度が高速９００［ｒｐｍ］時の短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２は第３象限のｄ軸に近い位置にある。一方、短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２は、回転速度の低下とともにノルムを減少させながら左に回り、モータＭの停止時に原点に達する。したがって、モータＭの停止直前における短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２は、ｑ軸負側近傍に位置すると考えられる。

【0063】

ロータＲが逆回転すなわち時計回りに回転している場合は、回転速度が高速９００［ｒｐｍ］時の短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２は、第３象限のｄ軸近傍位置から、上記とは上下対称なベクトル軌跡を描き、右回りに原点に近づく。モータＭの停止直前における短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２は、ｑ軸正側近傍に位置すると考えられる。

【0064】

モータトルクはＩｑに比例するので、回転方向とは逆方向のトルク、すなわち制動トルクが発生することになる。

【0065】

図７に、α－β静止座標とｄ－ｑ回転座標を表し、そこに停止直前の短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２を示した。正回転時の短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２はｄ－ｑ座標系第３象限に存在する。短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２はω_２ｎが低下するに従い、ベクトルの長さが短くなり、次第にｑ軸負側に近づく。停止直前の位置が図７（ａ）の場合は、短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２は第４象限、セクタ５に属する。

【0066】

また、負回転ではｄ－ｑ座表は－ω_２ｎで回転し、短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２はｄ－ｑ座標の第２象限に存在する。短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２はω_２ｎが低下するに従い、ベクトルの長さが短くなり、次第にｑ軸正側に近づく。図７（ｂ）の場合は、短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２は第２象限、セクタ３に属する。

【0067】

短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２がどのセクタで終了したかは、表１より、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの大小関係を調べることにより判定することができる。ＵＶＷ比較部７２はＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗの振幅値を取り出して、大中小関係を比較し、その結果から短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２がいずれのセクタに存在するか決定する。

【表1】

【0068】

そこから図８に示すように９０°～１００°時計回りに回った位置がｄ軸の位置である。位相決定部７３はまず、表１のデータを保持し、ＵＶＷ比較部７２が割り出したセクタからセクタ中心位相角θ_Ｍを決定し、短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２の位相角θ^∧とする。

【0069】

このように、判定したセクタの中心位相角θ^∧を短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２の位相角θ^∧とすることにより、特別な演算をせずにｄ軸の位相角を推定することができる。

【0070】

しかし、ロータＲが完全に停止してしまっては、短絡ブレーキの相電流は０になるので判別不可能になる。そこで、本実施形態に係る停止直前検出部７１は、ロータＲが停止する直前の相電流がある所定値以下（例えば０．９［Ａ］）になったことを検出し、その時点で、ＵＶＷ比較部７２と位相決定部７３を作動させる。

【0071】

停止直前検出部７１は、先ず下記の式より電流ベクトルの振幅を取得する。

【数5】

【0072】

また、下記の式よりｑ軸から電流ベクトルまでの位相角を取得することができる。

【数6】

【0073】

図９は短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２の大きさと位相を表したものである。

【0074】

相電流振幅ｉａ＝０．９［Ａ］では、ｄ軸と電流ベクトルの位相差は約９９°になる。ちなみに、この時、回転速度は約１３［ｒｐｍ］で停止寸前と見なすことができる。

【0075】

すなわち、短絡ブレーキ時のｄ軸の位置検出にあたり、
（１）ＵＶＷ比較部７２は、短絡ブレーキ相電流振幅が閾値（例えば０．９［Ａ］）になった時点のＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗの大小関係より、短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２の存するセクタを求める。
（２）位相決定部７３は、求められたセクタの中心位相角θ_Ｍを、停止時の短絡電流ベクトルＶ２の位相角θ^∧として、それから回転方向に向かって図８に示すように所定角度θｘ、たとえば１００°位相を進める。その位置での角度が、α軸を基準にしたロータの停止位相を示すｄ軸位相角θ_０になる。
θ_０＝θ_Ｍ±θｘ
この所定角度θｘは、誤差角度とｄ－ｑ軸間角度である９０°を加算した値に相当する。誤差角度には、停止直前の短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２とｑ軸との位相差等が含まれる。

【0076】

図１０は、短絡ブレーキ制御部６１、停止位相推定部７、記憶部８を使って制御手段Ｃが実施する手順の概要を示したフローチャートである。プログラムがスタートすると、

【0077】

＜ステップＳ１＞
回転が開始したか否かを判断する。ＹＥＳであればステップＳ２へ移り、ＮＯであればステップＳ１の手前に戻る。

【0078】

＜ステップＳ２＞
回転ＯＮ期間が終了したか否かを判断する。ここでは、洗い、すすぎ時の正転回転時のＯＮ期間である。ＹＥＳの場合はステップＳ３へ、ＮＯの場合はステップＳ２の手前に戻る。

【0079】

＜ステップＳ３＞
回転期間終了を受けて、短絡ブレーキを作動させる。短絡ブレーキは、図３においてスイッチＳＷ４、ＳＷ５を０Ｖに接続することにより行う。

【0080】

＜ステップＳ４＞
短絡ブレーキ電流の振幅を演算する。短絡ブレーキ電流の大きさは上述したようにＩｄ、Ｉｑを使っても監視できるが、ここでは、相電流振幅Ｉｍを使って振幅を監視する。Ｉｍは、次式による。

【数7】

【0081】

＜ステップＳ５＞
Ｉｍ＜ｒｅｆか否かを判断する。ｒｅｆは回転がほぼ停止したと判断される電流値である。ＹＥＳであればステップＳ６に移り、ＮＯであればステップＳ３の手前に戻る。

【0082】

＜ステップＳ６＞
Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの大中小関係よりセクタを判定する。相電流Ｉｕ、Ｉｖ、ＩｗはモータＭから検出される。

【0083】

＜ステップＳ７＞
表１におけるセクタの中心位相θ_Ｍからｄ軸の停止位相角θ_０を算出し、図３、図４の記憶部８に積分初期値として記憶して、スタートに戻る。

【0084】

これにより、位置決め電流ベクトルＶ１はｄ軸に近い図５（ｃ）の方向に初期値を与えられ、この状態から円滑に同期回転を開始することができる。

【0085】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、図１１を参照して説明する。

【0086】

前記実施形態のアルゴリズムでは、短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２の中心位相θ_Ｍの測定はセクタ単位である。このため、位相の誤差は最大±３０°生じることになる。

【0087】

実施上、かかる誤差は円滑な起動を実現するうえで特段支障となるものではないが、ｄ軸の推定精度を上げるアルゴリズムを組み込むことで、より円滑な起動を実現することができる。

【0088】

本実施形態の停止位相推定部７は、推定したセクタの中心位相角θ_Ｍを基準位相角とし、この基準位相角θ_Ｍに、相電流に基づいて予め定めた対応関係から導かれる補正角Δθを加味した角度を位置決め電流ベクトルＶ１の位相角θ^∧とし、この位相角θ^∧に所定角度θｘを加減してｄ軸の位相角θ_０を推定するように構成される。

【0089】

このようにすることで、比較的簡単な演算によってより精度の高いｄ軸の位相角θ_０を推定することができる。

【0090】

具体的には、三角正弦波の三相分の瞬時値より、その時点の位相を近似推定する表２に示すアルゴリズムが存在するため、それを利用する。

【0091】

上記実施形態で判別したセクタ内ごとに、表２に示すようなＵ、Ｖ、Ｗに基づく補正角θを用いれば、演算結果をより真値に近づけることができる。

【表2】

【0092】

図１１のステップＳ６ａ～Ｓ６ｄは上記実施形態のステップＳ６、Ｓ７に代替して適用される位相決定と記憶部の手順を表わしている。

【0093】

＜ステップＳ６ａ＞
θ^∧、Δθから次式によって補正角θ^∧を計算する。

【数8】

【0094】

＜ステップＳ６ｂ＞
回転方向が負方向か否かを判断する。

【0095】

＜ステップＳ６ｃ、Ｓ６ｄ＞
ステップＳ６ｃ、６ｂで、所定角度θｘ＝１００°に相当するラジアンを回転方向に応じて±することで、ｄ軸の停止位相角θ_０を求める。

【0096】

＜ステップＳ７ａ＞
積分初期値θ_０を記憶部８に記憶し、スタートに戻る。

【0097】

例えば、ｔ＝０．８［ｓ］でロータＲが停止する場合に、ｔ＝０．７８［ｓ］で下記表３の相電流が読み取られたとする。

【表3】

【0098】

Ｉｗ＞Ｉｖ＞Ｉｕであるから、この時点では、短絡ブレーキ電流ベクトルＶ２はセクタ４内に位置することになる。

【0099】

よって、

【数9】

【数10】

【0100】

第１実施形態の演算によれば２１０°となるため、よりｑ軸位相に近い短絡電流ベクトルＶ２の位相θ^∧が得られる。そして、この２３２．６°から所定角度である１００°進んだ３３２．６°がｄ軸の位相角θ_０として決定される。このため、位置決め電流ベクトルＶ１はほぼｄ軸に合致した方向に与えられ、この状態からより円滑に起動時の同期回転を開始することが可能になる。

【0101】

＜変形例＞
なお、短絡ブレーキに関し、上記では短絡ブレーキはｄ－ｑ軸電圧を０［Ｖ］にセットして実現しているが、ｄ－ｑ軸電圧に関係なく、図１２の短絡ブレーキ制御部１６１を構成するスイッチング駆動回路において、（１）ハイサイドのスイッチング素子ＳＷ（Ｈ）を全てＯＦＦにするか、（２）ローサイドのスイッチング素子ＳＷ（Ｌ）を全てＯＦＦにするか、によって、三相Ｕ、Ｖ、Ｗを短絡してもよい。

【0102】

これによれば、ＰＷＭスイッチングを行わないため、デッドタイムの影響がなくスイッチングノイズが発生しない、コンピュータの演算負荷が軽いといった利点が得られる。

【0103】

以上、本発明の実施形態について説明したが、ロータ位相の推定、記憶メカニズム等は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

【0104】

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【符号の説明】

【0105】

１…洗濯機
７…停止位相推定部
８…記憶部
１５…パルセータ
６１…短絡ブレーキ制御部
Ｃ…制御手段
Ｍ…モータ
Ｒ…ロータ
Ｖ１…位置決め電流ベクトル
Ｖ２…短絡ブレーキ電流ベクトル
θ_０…ロータ停止位相
θ_Ｍ…中心位相角（基準位相角）
θｘ…所定角度
Δθ…補正角

【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】