特許 7352770 電気洗濯機および電気洗濯機の電動機の起動方法

(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】2023-09-21

(45)【発行日】2023-09-29

(54)【発明の名称】電気洗濯機および電気洗濯機の電動機の起動方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/20 20160101AFI20230922BHJP

   H02P 21/34 20160101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

H02P6/20

H02P21/34

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019145883

(22)【出願日】2019-08-08

(65)【公開番号】P2021027758

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2022-06-15

(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】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】麻田 和彦

(72)【発明者】

【氏名】堀端 裕司

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 裕智

(72)【発明者】

【氏名】上瀧 禎士

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０２３２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０４８８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０５１９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２９１６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ６／２０

Ｈ０２Ｐ ２１／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

洗濯物と接触する回転物体と、永久磁石と巻線を有する電動機と、前記電動機に電流を供給する電源回路と、前記電動機のトルクを前記回転物体に伝える伝達機構と、洗濯運転を実行する制御部と、を備え、
前記伝達機構は、前記電動機の軸での伝達可能トルクが前記電動機の最大トルクよりも小となる無効角度領域を有し、
前記電源回路は、前記巻線に対する前記永久磁石の位置に関係しない通電を行う第１の駆動手段と、前記巻線に対する前記永久磁石の位置に応じた通電を行う第２の駆動手段とを有し、
前記制御部は、前記電源回路を制御し、前記電動機の起動時に前記第１の駆動手段を用いて前記電動機に電流を供給し前記無効角度領域の範囲で前記電動機を駆動した後、前記第２の駆動手段を用いて前記電動機に電流を供給し、
前記無効角度領域は、前記電動機の電気角で半回転より大きくなるように構成されるとともに、前記第１の駆動手段の電流角で１回転半より小さくなるように構成される、
電気洗濯機。

【請求項2】

前記第２の駆動手段は、前記電動機に供給される電圧および前記電動機のパラメータを用いて計算した位相に基づいた電流を前記電動機に供給する、
請求項１に記載の電気洗濯機。

【請求項3】

前記回転物体を構成し前記洗濯物を収納するドラムと、前記ドラムを内包する水槽とを備え、
前記第１の駆動手段は、第１の相順の通電により前記電動機を駆動する期間を有し、
前記第２の駆動手段は、前記第１の相順と逆となる第２の相順の電流を供給して前記電動
機を駆動するように構成され、
前記伝達機構は、前記第１の相順に対する無効角度領域が、前記第２の相順に対する無効角度領域よりも大きくなるように構成される、
請求項１または２に記載の電気洗濯機。

【請求項4】

洗濯物および洗濯水が収容される水槽と、前記回転物体を構成し前記洗濯物および前記洗濯水を攪拌する攪拌翼とを備え、
前記伝達機構は、遊星歯車を有し、前記遊星歯車によって減速した回転を前記攪拌翼に伝えるように構成される、
請求項１または２に記載の電気洗濯機。

【請求項5】

回転物体と、永久磁石と巻線を有する電動機と、前記電動機に電流を供給する電源回路と、前記電動機のトルクを前記回転物体に伝える伝達機構と、前記電源回路を制御する制御部とを備え、
前記伝達機構は、前記電動機の軸での伝達可能トルクが前記電動機の最大トルクよりも小となる無効角度領域を有し、
前記電源回路は、前記巻線に対する前記永久磁石の位置に関係しない通電を行う第１の駆動手段と、前記巻線に対する前記永久磁石の位置に応じた通電を行う第２の駆動手段とを有する電気洗濯機であって、
前記制御部は、前記電動機の起動時に前記第１の駆動手段を用いて前記電動機に電流を供給し、前記電動機の電気角で半回転より大きくなるように構成されるとともに、前記第１の駆動手段の電流角で１回転半より小さくなるように構成される前記無効角度領域の範囲で前記電動機を駆動した後、前記第２の駆動手段を用いて前記電動機に電流を供給する、電気洗濯機の電動機の起動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機を用いて衣類等の洗濯を行う電気洗濯機、および電気洗濯機等に使用される電動機の起動方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の電気洗濯機などに用いられるモータ駆動制御装置は、ロック通電期間を開始してから第１の所定時間が経過した時に、ロック電流の大きさが第１の所定値になるように制御する。そして、第１の所定時間が経過して、ロック通電期間の終了時にロック電流の大きさが第１の所定値よりも小さい第２の所定値になるように制御する（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

図１３は、特許文献１に記載された従来のモータ駆動制御装置のブロック回路図である。図１４（ａ）は、特許文献１に記載されたモータ駆動制御装置の制御回路部６の出力Ｒ１～Ｒ６の信号波形図を、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）においてＲ１のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）におけるＨＩＧＨ期間とＬＯＷ期間の時間比率（Ｄｕｔｙ）の変化を示す波形図である。

【0004】

図１３に示すように、直流電源１と、インバータ回路２と、制御回路部３と、モータ４と、誘起電圧検出回路５とを備える。インバータ回路２は、６石のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を有する。制御回路部３は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６へオンオフ信号（Ｒ１～Ｒ６）を供給する。インバータ回路２の出力は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）であるモータ４に接続される。誘起電圧検出回路５は、モータ４の各相の電圧値から誘導起電力を検出して制御回路部３に出力する。

【0005】

制御回路部３は、プリドライブ回路６と、ロック通電制御回路７と、モータ駆動制御回路８と、回転位置推定部９とを有する。モータ４の起動時には、ロック通電制御回路７からプリドライブ回路６に信号が出力され、その後にモータ駆動制御回路８からプリドライブ回路６へ信号に出力される。このとき、モータ駆動制御回路８は、誘起電圧検出回路５の出力に応じた信号をプリドライブ回路６に出力する。

【0006】

制御回路部３はロック通電制御回路７を制御し、図１４（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１～Ｔ２の期間（第１の所定期間）にてＤｕｔｙを０からＤ２に増加させる。次に、制御回路部３は、時刻Ｔ２～Ｔ３の期間（第２の所定期間）にてＤｕｔｙをＤ２に保つ。そして、制御回路部３は、Ｔ３～Ｔｅの期間（第３の所定期間）にてＤｕｔｙをＤ１に保つ。ここでＤ２＞Ｄ１とする。第３の所定期間を第２の所定期間よりも長くすることで、第２の所定期間でモータ４に供給される電流値は、第２の所定期間よりも小となる。これにより、ロック通電工程での終了時刻Ｔｅ時点において、被駆動体のふらつきを抑えたロータ位置に固着される。また、モータ４に供給される電流による発熱が抑えられる。

【0007】

モータ４が起動した後、強制転流工程において、モータ駆動制御手段８からの信号によってモータ４の三相に駆動電流が順次、供給される。ロータの回転速度が一定値に達した時点で、センサレス駆動工程に移る。その後、回転位置推定部９は、モータ４の各相の誘起電圧の変化からのゼロクロス点の検出を行い、通電タイミングの推定を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１８－０９３６６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

前記従来の構成では、ロック通電工程および強制転流工程において、モータ４は負荷の慣性モーメントを加速するトルクを発生しながら駆動することになる。したがって、電気洗濯機のように負荷の慣性モーメントが大きい場合には、センサレス駆動工程に移るまでの時間がかかるという課題を有していた。これにより、回転停止から短時間で起動を行なうような運転速度パターンが実現困難となり、洗濯性能を向上することができない。

【0010】

また、ロック通電工程および強制転流工程において、モータの電流による損失が大きく、発熱と消費電力量が増大する。

【0011】

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電気洗濯機のような慣性モーメントの大きい回転物体を有していても、電動機の起動を短時間とすることを可能とする。これにより、電動機の起動に要する時間を短縮することができ、高い洗濯性能を実現する電気洗濯機、および電気洗濯機等に使用される電動機の起動方法を提供することを目的とする。また、電動機の発熱を抑えて消費電力量を抑制する電気洗濯機、および電気洗濯機等に使用される電動機の起動方法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】

【0012】

前記従来の課題を解決するために、本発明の電気洗濯機は、洗濯物と接触する回転物体と、永久磁石と巻線を有する電動機と、電動機に電流を供給する電源回路と、電動機のトルクを回転物体に伝える伝達機構と、洗濯運転を実行する制御部と、を備え、伝達機構は、電動機の軸での伝達可能トルクが電動機の最大トルクよりも小となる無効角度領域を有し、電源回路は、巻線に対する永久磁石の位置に関係しない通電を行う第１の駆動手段と、巻線に対する永久磁石の位置に応じた通電を行う第２の駆動手段とを有し、制御部は、電源回路を制御し、電動機の起動時に第１の駆動手段を用いて電動機に電流を供給し無効角度領域の範囲で電動機を駆動した後、第２の駆動手段を用いて電動機に電流を供給するものである。

【0013】

この構成によって、負荷となる回転物体の慣性モーメントが大であっても、第１の駆動手段は、無効角度領域の範囲において回転物体の慣性モーメントの影響を低減した状態で電動機に電流を供給して回転させることにより、短時間で第２の駆動手段に移行させることができ、電動機の起動に要する時間を短縮できる。第２の駆動手段を動作開始する時点での電流の位相ばらつきを抑えることができる。このようにして、洗濯性能が高く、電動機の発熱を抑えて消費電力量を抑制することができる電気洗濯機を実現することができる。

【0014】

また、前記従来の課題を解決するために、本発明の電動機の起動方法は、回転物体と、永久磁石と巻線を有する電動機と、電動機に電流を供給する電源回路と、電動機のトルクを回転物体に伝える伝達機構と、電源回路を制御する制御部とを備え、伝達機構は、電動機の軸での伝達可能トルクが電動機の最大トルクよりも小となる無効角度領域を有し、電源回路は、巻線に対する永久磁石の位置に関係しない通電を行う第１の駆動手段と、巻線に対する永久磁石の位置に応じた通電を行う第２の駆動手段とを有し、制御部は、電動機の起動時に第１の駆動手段を用いて電動機に電流を供給し無効角度領域の範囲で電動機を駆動した後、第２の駆動手段を用いて電動機に電流を供給するものである。

【0015】

この方法によって、負荷となる回転物体の慣性モーメントが大であっても、第１の駆動手段は、無効角度領域の範囲において回転物体の慣性モーメントの影響を低減した状態で電動機に電流を供給して回転させることにより、短時間で第２の駆動手段に移行させるこ
とができ、電動機の起動に要する時間を短縮できる。第２の駆動手段を動作開始する時点での電流の位相ばらつきを抑えることができる。このようにして、洗濯性能が高く、電動機の発熱を抑えて消費電力量を抑制することができる電気洗濯機の電動機の起動方法を実現することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の電気洗濯機および電動機の起動方法は、電動機の起動に要する時間を短縮することができ、高い洗濯性能を実現するとともに、電動機の発熱を抑えて消費電力量を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態１における電気洗濯機のブロック図

【図2】本発明の実施の形態１における第１の駆動手段５６の詳細ブロック図

【図3】本発明の実施の形態１における第２の駆動手段５７の詳細ブロック図

【図4】本発明の実施の形態１における速度位相推定手段９４の詳細ブロック図

【図5】（ａ）本発明の実施の形態１における第２の駆動手段５７の運転中のベクトル図（ｂ）本発明の実施の形態１における第２の駆動手段５７の運転中のベクトル図

【図6】（ａ）本発明の実施の形態１における伝達機構１５の無効角度領域の模式説明図（ｂ）本発明の実施の形態１における伝達機構１５の無効角度領域の模式説明図（ｃ）本発明の実施の形態１における伝達機構１５の無効角度領域の模式説明図

【図7】本発明の実施の形態１における第１の駆動手段５６の動作説明図

【図8A】本発明の実施の形態１における第１の駆動手段５６の、実電気角の初期値が０度での動作説明図

【図8B】本発明の実施の形態１における第１の駆動手段５６の、実電気角の初期値が９０度での動作説明図

【図8C】本発明の実施の形態１における第１の駆動手段５６の、実電気角の初期値が１８０度での動作説明図

【図8D】本発明の実施の形態１における第１の駆動手段５６の、実電気角の初期値が２７０度での動作説明図

【図9】本発明の実施の形態１における制御部６８の脱水時のフローチャート

【図10】本発明の実施の形態１における電源回路５５の脱水時の波形図

【図11】本発明の実施の形態１における制御部６８の攪拌時のフローチャート

【図12】本発明の実施の形態１における電源回路５５の攪拌時の波形図

【図13】従来のモータ駆動制御装置のブロック図

【図14】（ａ）従来のモータ駆動制御装置の制御回路部６の出力波形図（ｂ）従来のモータ駆動制御装置のＰＷＭの波形図

【発明を実施するための形態】

【0018】

第１の発明は、洗濯物と接触する回転物体と、永久磁石と巻線を有する電動機と、電動機に電流を供給する電源回路と、電動機のトルクを回転物体に伝える伝達機構と、洗濯運転を実行する制御部と、を備え、伝達機構は、電動機の軸での伝達可能トルクが電動機の最大トルクよりも小となる無効角度領域を有し、電源回路は、巻線に対する永久磁石の位置に関係しない通電を行う第１の駆動手段と、巻線に対する永久磁石の位置に応じた通電を行う第２の駆動手段とを有し、制御部は、電源回路を制御し、電動機の起動時に第１の駆動手段を用いて電動機に電流を供給し無効角度領域の範囲で電動機を駆動した後、第２の駆動手段を用いて電動機に電流を供給し、無効角度領域は、電動機の電気角で半回転より大きくなるように構成されるとともに、第１の駆動手段の電流角で１回転半より小さくなるように構成される、電気洗濯機である。

【0019】

この構成によって、無効角度領域による第１の駆動手段から第２の駆動手段に移行する際の位相が効果的に抑えられるとともに、第１の駆動手段での電動機の無駄な動きを低減することができ、負荷となる回転物体の慣性モーメントが大であっても、第１の駆動手段は、無効角度領域の範囲において回転物体の慣性モーメントの影響を低減した状態で電動機
に電流を供給して回転させることにより、短時間で第２の駆動手段に移行させることができ、電動機の起動に要する時間を短縮できる。第２の駆動手段を動作開始する時点での電流の位相ばらつきを抑えることができる。このようにして、洗濯性能が高く、電動機の発熱を抑えて消費電力量を抑制することができる電気洗濯機を実現することができる。

【0020】

第２の発明は、第１の発明において、第２の駆動手段は、電動機に供給される電圧および電動機のパラメータを用いて計算した位相に基づいた電流を電動機に供給する電気洗濯機である。

【0021】

これによって、第２の駆動手段に移行した後の永久磁石の位相に対する電流位相を最適な値に制御することができる。

【0022】

第３の発明は、第１または第２の発明において、回転物体を構成し洗濯物を収納するドラムと、ドラムを内包する水槽とを備え、第１の駆動手段は、第１の相順の通電により電動機を駆動する期間を有し、第２の駆動手段は、第１の相順と逆となる第２の相順の電流を供給して電動機を駆動するように構成され、伝達機構は、第１の相順に対する無効角度領域が、第２の相順に対する無効角度領域よりも大きくなるように構成される電気洗濯機である。

【0023】

これによって、大きい慣性モーメントを有するドラムを回転させる電動機の起動時に、第１の駆動手段により、無効角度領域を利用して電動機を駆動することによって、洗濯運転においてドラムを回転させる電動機を短時間で起動させることができる。

【0024】

第４の発明は、第１または第２の発明において、洗濯物および洗濯水が収容される水槽と、回転物体を構成し洗濯物および洗濯水を攪拌する攪拌翼とを備え、伝達機構は、遊星歯車を有し、遊星歯車によって減速した回転を攪拌翼に伝えるように構成される電気洗濯機である。

【0025】

これによって、洗い工程およびすすぎ工程において攪拌翼を回転させる電動機を短時間で起動させることができる。

【0028】

第６の発明は、回転物体と、永久磁石と巻線を有する電動機と、電動機に電流を供給する電源回路と、電動機のトルクを回転物体に伝える伝達機構と、電源回路を制御する制御部とを備え、伝達機構は、電動機の軸での伝達可能トルクが電動機の最大トルクよりも小となる無効角度領域を有し、電源回路は、巻線に対する永久磁石の位置に関係しない通電を行う第１の駆動手段と、巻線に対する永久磁石の位置に応じた通電を行う第２の駆動手段とを有し、制御部は、電動機の起動時に第１の駆動手段を用いて電動機に電流を供給し、電動機の電気角で半回転より大きくなるように構成されるとともに、第１の駆動手段の電流角で１回転半より小さくなるように構成される無効角度領域の範囲で電動機を駆動した後、第２の駆動手段を用いて電動機に電流を供給する、電気洗濯機の電動機の起動方法である。

【0029】

この方法によって、無効角度領域による第１の駆動手段から第２の駆動手段に移行する際の位相が効果的に抑えられるとともに、第１の駆動手段での電動機の無駄な動きを低減することができ、負荷となる回転物体の慣性モーメントが大であっても、第１の駆動手段は、無効角度領域の範囲において回転物体の慣性モーメントの影響を低減した状態で電動機に電流を供給して回転させることにより、短時間で第２の駆動手段に移行させることができ、電動機の起動に要する時間を短縮できる。第２の駆動手段を動作開始する時点での電流の位相ばらつきを抑えることができる。このようにして、洗濯性能が高く、電動機の発熱を抑えて消費電力量を抑制することができる電気洗濯機等の電動機の起動方法を実現することができる。

【0030】

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。

【0031】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における電気洗濯機のブロック図である。

【0032】

図１において、電気洗濯機１０は、縦型洗濯機である。回転物体１２は洗濯物１１と接触し、脱水工程において回転するドラム１３を有する。また、回転物体１２は、洗濯運転の洗い工程およびすすぎ工程において、洗濯物１１および洗濯水を攪拌するように回転する攪拌翼１４を有する。

【0033】

電動機１６は、永久磁石４０～４７と巻線５０～５２とを有する同期電動機であり、ドラム１３および攪拌翼１４を回転させる。永久磁石４０～４７と巻線５０～５２とは、いずれがステータまたはロータになってもよく、また、インナーロータ型でもアウターロータ型でもよい。

【0034】

伝達機構１５は、電動機１６のトルクを回転物体１２であるドラム１３または攪拌翼１４伝える。伝達機構１５は、電動機１６のモータ回転軸３８に設けられた第１プーリ１８と、第１プーリ１８より直径の大きい第２プーリ１９と、第１プーリ１８と第２プーリ１９とを結ぶゴム製のベルト２０と、第２プーリ１９に連結される遊星歯車機構２３と、遊星歯車機構２３を結合状態とするか、乖離状態とするかを切り替えるクラッチ３２、とを備える。

【0035】

遊星歯車機構２３は、中心に太陽歯車２４を有する。太陽歯車２４は、ギア回転軸２１の一端に設けられ、ギア回転軸２１の他端には第２プーリ１９が設けられる。さらに、遊星歯車機構２３は、太陽歯車２４と同軸に回転自在に設けられる内歯車２５と、太陽歯車２４と内歯車２５の両者に噛み合う３つの遊星歯車２７、２８、２９と、遊星歯車２７、２８、２９の中心同士を結ぶ遊星キャリア３０、とを有する。

【0036】

内歯車２５は、ドラム１３にトルクを伝達するように接続される。遊星キャリア３０は、攪拌翼１４にトルクを伝達するように接続される。

【0037】

クラッチ３２は、ギア回転軸２１と内歯車２５とを結合状態にするか、乖離状態にするかを切り替える。クラッチ３２は、内歯車２５に結合されたクラッチスプリング３３がギア回転軸２１の外側に設けられ、クラッチスプリング３３がギア回転軸２１と絡まった状態とすることで、ギア回転軸２１と内歯車２５とが結合状態になる。

【0038】

クラッチスプリング３３は、鶴巻バネの状態でギア回転軸２１に絡み付く構成である。これにより、内歯車２５への有効なトルク伝達が可能な向きは一方向に限定される。例えば、本実施の形態においては、トルク伝達が有効となる向きは、脱水時は電気洗濯機を上から見た時にドラム１３が時計回りに回転する向きである。

【0039】

クラッチ３２によりギア回転軸２１と内歯車２５とを結合させた状態では、遊星歯車機構２３は作用せず、ギア回転軸２１の回転が内歯車２５に直接伝達される。すなわち、太
陽歯車２４と内歯車２５と遊星キァリア３０とが一緒に回転する。これによって、攪拌翼１４とドラム１３とが一緒に回転し、ドラム１３に収容された洗濯物１１も共に回転する。したがって、例えば、洗濯運転の脱水工程において、クラッチ３２によりギア回転軸２１と内歯車２５とを結合させ、ドラム１３を高速で回転させることにより洗濯物１１に遠心力が作用し、脱水運転が行われる。

【0040】

一方、クラッチ３２によりギア回転軸２１と内歯車２５とを乖離させた状態は、上記の結合状態時とは逆向きのトルクを電動機１６から伝達される。この場合、クラッチスプリング３３は鶴巻バネの絡みが解かれ、ギア回転軸２１に固着しない状態となるため、内歯車２５にトルクは伝わらない。

【0041】

クラッチ３２が乖離した状態では、遊星歯車機構２３が作用し、ギア回転軸２１の回転が太陽歯車２４および遊星歯車２７～２９を介して遊星キャリア３０に伝達される。このとき、内歯車２５は、その外周に設けられたブレーキシュー７０によって回転が制動される。これによって、ドラム１３は回転せずに攪拌翼１４のみが回転し、ドラム１３に収容された洗濯水と共に洗濯物１１が回転する。したがって、例えば、洗濯運転の洗い工程またはすすぎ工程において、クラッチ３２によりギア回転軸２１と内歯車２５とを乖離させ、攪拌翼１４を回転させることにより洗濯物１１は洗濯水と共に攪拌され、洗い運転またはすすぎ運転が行われる。

【0042】

以上のように、脱水工程のようなクラッチ３２の結合状態では、ドラム１３の駆動に必要となる最大トルクは、洗濯物１１の量に応じて相応に大きくなる。一方、クラッチ３２の乖離状態では、脱水工程とは逆向きである、伝達機構１５の伝達可能トルクは、ごくわずかな値となり、無効角度領域を有する。特に、クラッチスプリング３３は何回転でもスリップが起こるため、逆トルクに対する無効角度領域は無限大の回転角となる。

【0043】

また、脱水工程のようなクラッチ３２の結合状態では、電動機１６を逆回転する際に必要となるトルクは、上記のクラッチスプリング３３をスリップさせるトルクの他に、攪拌翼１４に与える分のトルクがある。これについては後述する攪拌時の攪拌翼１４の駆動と同等であり、有限な無効角度領域が存在する。

【0044】

なお、鶴巻バネの状態となったクラッチスプリング３３の終端部分を保持状態とするか、解除状態とするかを切り替えることにより、ギア回転軸２１への絡み付きを禁止し、内歯車２５への有効なトルク伝達が可能な向きであるか否かに関わらず、ギア回転軸２１からのトルク伝達を遮断するような機構も設ける。

【0045】

電動機１６の最大トルクは、電源回路５５内の電流制限値の設定によって変化させることができる。また、仕様書などに記載された、電動機が瞬時に出しうるトルクの最大定格値を用いて電動機１６の最大トルクを計算することができる。あるいはまた、仕様書などに記載された、減磁を起こさない最大電流の保証値を用いて計算することができる。

【0046】

例えば三相の永久磁石電動機において、各線電流の最大値Ｉｐｅａｋ１または実効値Ｉｒｍｓ１があれば、誘導起電力定数Ｋｅ［Ｖｒｍｓ／１０００ｒｐｍ］のパラメータから計算が可能である。あるいは、１端子を開放としたときの他の２線間に流せる電流の最大値Ｉｐｅａｋ２または実効値Ｉｒｍｓ２があれば、誘導起電力定数Ｋｅ［Ｖｒｍｓ／１０００ｒｐｍ］のパラメータからの計算可能である。

【0047】

なお、誘導起電力は永久磁石の磁束と巻線の鎖交の積が変化して発生し、誘起電圧、逆起電力、バックイーエムエフ（ＢＥＭＦ）などと呼ばれることもある。

【0048】

電動機の最大トルクは、例えば、Ｋｅ＝５３［Ｖｒｍｓ／１０００ｒｐｍ］、Ｉｐｅａｋ２＝４［Ａ］である場合、トルク定数（下記（式１））とｄｑ面上での電流ベクトルＩａの最大値（下記（式２））との積によって、モータ回転軸３８にて２．４８［Ｎｍ］となる。

【0049】

【数1】

【0050】

【数2】

【0051】

また、電動機がＬｄ≠Ｌｑのときは、リラクタンストルクの発生があるので、それを考慮したトルク値を計算して最大トルクとしても良い。

【0052】

これよりも小さいトルクの伝達しかできない領域は、無効角度範囲となる。

【0053】

一般に伝達機構の構成要素は弾性を有するので、トルクに対するネジリ角は自然と存在するが、非線形成分が特に大きな材料を用いた場合でも、無効角度範囲が実現できる。

【0054】

なお、図示されていないが、円筒状のドラム１３の壁面には多数の穴が開けられて、脱水時はそれらの穴からドラム１３の外に脱水された水が飛び散る。ポリプロピレン製の水槽３５をドラム１３の外側に設け、脱水時に飛び散った水を遮断し床への水の到達を避ける。ドラム１３の壁面に多数の穴を設けることは必ずしも必要ではない。穴無しのドラム１３として、ドラム１３の上部から脱水の水が抜けていくようにしても良い。

【0055】

なお、電動機１６は、本実施の形態ではインナーロータ構造とし、ロータ３６をステータ３７の内側に軸３８の周りに回転自在となるように設けているが、インナーロータ構造に限らない。ロータ３６をステータ３７の外側に配置したり、軸方向の空隙（ギャップ）を有して設ける面対向構造などとしても構わない。

【0056】

本実施の形態においては、ロータ３６には８枚の永久磁石４０～４７を設けている。永久磁石４０、４２、４４、４６は外側をＮ極とし、永久磁石４１、４３、４５、４７は外側をＳ極として交互に配置し、珪素鋼板を積層したロータコア４８の表面に張り付けた表面磁石構造（ＳＰＭ）とする。

【0057】

ここで、本実施の形態の様な表面磁石構造以外として、ロータコア４８の内部に永久磁石を埋め込んだ構成でもよい。この場合は、ｄｑ軸でのインダクタンス差を用いたリラクタンストルクと呼ばれるトルクを有効活用できる。

【0058】

三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線５０、５１、５２はステータ３７に設ける。巻線５０、５１、５２には各々に電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを供給する電源回路５５を接続し、電動機１６の駆動を行う。電動機１６は伝達機構１５を介して回転物体１２に力（トルク）を加え、洗濯物１１に力を及ぼす。

【0059】

なお、本実施の形態において、電動機１６および電源回路５５の構成に関して、三相以外の相数であってもよく、巻線、永久磁石の数も自由に設計することができる。また、３相の巻線の接続をスター（星形）接続としているが、デルタ接続でも良い。

【0060】

本実施の形態の電動機１６は、三相の構成を用いていることから、第１の相順であるＵＷＶ、および第２の相順であるＵＶＷの２つ相順が存在する。ＵＶＷの相順では電動機１６と太陽歯車２４とが電気洗濯機の上から見て時計方向に回転する。脱水時には内歯車２５も時計方向に回転して脱水が行われる。

【0061】

電源回路５５は、第１の駆動手段５６、第２の駆動手段５７、切替器５８、３相６石構成のインバータ回路５９、電流検知回路６１、位相推定手段９４を有し、電流検知回路６１は、インバータ回路５９から電動機１６に供給される電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを各々検知する。

【0062】

本実施の形態において、電流検知手段６１は、３相の各線に設けたＤＣＣＴと呼ばれる３個の電流検知素子６３、６４、６５で構成するが、インバータ回路５９の構成において、低電位側のスイッチング素子のエミッタ端子側にシャント抵抗を設け、その低電位側のスイッチング素子がオンとなっている期間中に、そこに発生する電圧を増幅回路（ＯＰアンプなどで構成する）でアナログ電圧に変換する構成でも構わない。電動機１６が３相である場合、３個のシャント抵抗を用いる構成のほかに、２相のみにシャント抵抗を設け、他の１相については、３線の電流の総和が０となる（ΣＩ＝０）というキルヒホッフの法則から電流値を計算することも可能である。また、１個のシャント抵抗のみを用いる構成とし、そこに発生する電圧を読み込むタイミングにより、各相のスイッチング素子のオンまたはオフのタイミングとの関係から、３相の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを分離して検知する構成でもよい。

【0063】

制御部６８は、電気洗濯機として順序よく動作することができるように、各構成要素に適切なタイミングで種々の信号を出力する。制御部６８は、第１の駆動手段５６に速度指令信号Ｎ１ｒｅｆを出力し、第２の駆動手段５７に速度指令信号Ｎ２ｒｅｆを出力し、第１の駆動手段５６と第２の駆動手段５７とのいずれをインバータ回路５９へ接続するかを切り替える信号Ｓを切替器５８に出力する。

【0064】

制御部６８は、伝達機構１５に対し、クラッチ３２の切替命令Ｃを出力する。また、制御部６８は、ブレーキシュー７０（制輪子、制動靴等）を内歯車２５に接触させるか否かを切り替える信号Ｂを出力して、ドラム１３の回転の制動を行う。

【0065】

なお、ここでブレーキシュー７０は、小さい力でブレーキが有効にかかるようにベルト形を使用する。ここで、ブレーキ力（トルク）が有効となる回転の向きが存在し、それを脱水時の回転方向、すなわち電気洗濯機の上から見て時計回りとなる方向とする。

【0066】

一方、逆方向の回転に対してはブレーキシュー７０によるブレーキ力が小となる。逆方向の回転を抑えるため、図示しないが、電気洗濯機の上から見て反時計回りとなる回転を拒絶するワンウェイ式クラッチと呼ばれる軸受けをギア回転軸２１に備える。これにより、洗濯時は制御部６８からの出力信号Ｂによってブレーキシュー７０の作用が有効となる。

【0067】

また、制御部６８は、電気洗濯機として必要な構成要素である給水弁７１の開閉を切り替える信号Ｆ、および排水弁７２の開閉を切り替える信号Ｄを出力する。給水弁７１が信号Ｆによって開状態になると、水道管７３から圧力を持った水が水槽３５内に流れ込む。排水弁７２が信号Ｄによって開状態になると、水槽３５内の水は下水管７４に排水される。制御部６８がこれらの信号を順序良く出力することにより、洗濯、脱水、すすぎなどのコースが進み電気洗濯機として成り立っている。

【0068】

なお、図１では、電源回路５５内の構成要素と制御部６８とを別々の回路部品として図示するが、これはあくまでもブロック図であり、例えばワンチップのマイクロコンピュータ等で、これらの動作をすべて行ってもよい。また、切替器５８は接点を持ったリレーで構成してもよいし、マイクロコンピュータ内に書かれるプログラム上のＩＦ文などのソフトウェアを書くことにより実現してもよい。これらにより低コストで信頼性の高いものとなる。

【0069】

図２は、本発明の実施の形態における第１の駆動手段５６の詳細ブロック図を示す。

【0070】

速度換算器８０は、制御部６８からの指令速度信号Ｎ１ｒｅｆに所定の定数を乗じて電気角速度ω１ｒｅｆに換算し、積分器８１は電気角の位相θ１を出力する。

【0071】

本実施の形態においては、指令速度信号Ｎ１ｒｅｆは回転物体１２の機械速度（単位はｒ／ｍｉｎ）として、脱水時と攪拌時の各々において有効となる機構減速比に加え、電動機１６の極対数（極数の１／２）である４と、６０［秒／分］と、２π［ｒａｄ］の定数の要素となる。

【0072】

２相３相変換器８２と３相２相変換器８３は、電源回路５５内での推定ｄｑ座標となるγδ座標を用いる。入力されたθによって、２相３相変換器８２は下記（式３）により電圧に関してγδ座標からＵＶＷへの変換を行う。３相２相変換器８３は下記（式４）により電流に関してＵＶＷからγδ座標への変換を行う。

【0073】

ただし、（式３）、（式４）は一例であり、ｃｏｓとｓｉｎ、またθに関する零点の取り方の変更、係数の違いや符号の正負の取り方などにより各種の表現の違いが存在する。いずれも３相の物理量を直交座標で表現し、設計に応じて適宜数式を選択すれば良い。

【0074】

【数3】

【0075】

【数4】

【0076】

減算器８５に３相２相変換器８３の出力Ｉγを入力し、γ軸電流誤差増幅器８６にγ軸電流の指令値Ｉγｒｅｆに対する誤差値を入力し、その比例成分と積分成分の和であるＶ
γを２相３相変換器８２に出力する。

【0077】

一方、減算器８７に３相２相変換器８３の出力Ｉδを入力し、δ軸電流誤差増幅器８８にδ軸電流の指令値Ｉδｒｅｆに対する誤差値を入力し、その比例成分と積分成分の和であるＶδを２相３相変換器８２に出力する。

【0078】

ＰＷＭ変調回路９０は、２相３相変換器８２の出力であるＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗを受け、インバータ回路５９が用いる直流電圧ＶＤＣを１００％とした３相それぞれのＤｕｔｙを三角波と比較することでオン／オフのデジタル信号に変換し、各相上下のスイッチング素子のオン期間の切り替わりにデッドタイムを設ける処理を行って、６石分のゲート信号となるＱ１～Ｑ６を生成する。

【0079】

このように、電流ベクトルを直交座標（γδ座標）に変換して、電動機１６への供給電流値を制御する構成は、一般にベクトル制御と呼ばれる。

【0080】

ただし、構成を特に３相に限定するものではなく、複数の相を有するものも構成可能で、より多相においても簡単な構成で済む。

【0081】

図３は、本発明の実施の形態における第２の駆動手段５７の詳細ブロック図を示す。図３において、２相３相変換器８２、３相２相変換器８３、減算器８５と８７、γ軸電流誤差増幅器８６、δ軸電流誤差増幅器８８、ＰＷＭ変調回路９０の各構成要素については、図２で説明した第１の駆動手段５６の説明と同等であるので詳細な説明を省く。なお、図３において、減算器８５に入力されるＩγｒｅｆの値は０とする。

【0082】

速度換算器９１は、制御部６８からの指令速度信号Ｎ２ｒｅｆに所定の定数を乗じて電気角速度ω２ｒｅｆに換算し、減算器９２は、電気角速度の推定値ω２との誤差に相当する値を速度誤差増幅器９３に出力する。

【0083】

速度誤差増幅器９３は、比例成分と積分成分の和を、トルクに比例するδ軸電流値として指令値Ｉδｒｅｆを出力する。

【0084】

速度位相推定手段９４は、Ｉγ、Ｉδ、Ｖγを入力し、推定速度（電気角速度）ω２と推定位相θ２を出力する。電動機１６のパラメータである巻線５０、５１、５２の抵抗値Ｒａとインダクタンス値Ｌを用いて推定位相θ２を算出する。

【0085】

これによって、電動機１６の永久磁石４０～４７の位相（位置）に応じた電流を電動機１６の各々の巻線５０、５１、５２に供給するための要素として機能する。

【0086】

図４は、本発明の実施の形態における速度位相推定手段９４の詳細ブロック図を示す。図４において、速度位相推定手段９４は、誤差電圧計算器９６、誤差電圧増幅器９７、積分器９８、および減算器９９を備える。

【0087】

誤差電圧計算器９６は、インダクタンス値Ｌを乗じる変換器１００、抵抗値Ｒａを乗じる変換器１０１、推定速度ωを一方の入力とする乗算器１０２、減算器１０３、および減算器１０４とを有する。減算器９９は、下記（式５）の計算結果であるεγと、誤差電圧設定値εγｒｅｆ＝０Ｖとを入力し、その結果である－εγを誤差電圧増幅器９７に出力する。

【0088】

【数5】

【0089】

誤差電圧増幅器９７は、ゲインＫＰの比例器１０８、ゲインＫＩの積分器１０９、および加算器１１０を有したＰＩ形の誤差増幅器を備える。誤差電圧増幅器９７からの出力は、積分器９８で時間積分され推定位相θとして出力される。また積分器１０９からの出力は推定速度ωとして出力される。

【0090】

ただし、誤差電圧計算器９６は必ずしも上記の計算式に限定されるものではなく、時間微分項も加えた（式６）等を使用してもよい。

【0091】

【数6】

【0092】

また、（式７）のように、

【0093】

εθ＝ｔａｎ－１（Ｖγ－（Ｒａ・Ｉγ－ω・Ｌ・Ｉδ）／Ｖδ－（Ｒａ・Ｉδ＋ω・Ｌ・Ｉγ））［ｒａｄ］ （７）

【0094】

とした逆正接関数、または４象限対応の直交座標から極座標への変換関数の計算結果としてもよい。誤差電圧増幅器９７の構成はＰＩ形以外にもＰＩＤやファジィ式などであってもかまわない。

【0095】

なお、上記した各数式でのインダクタンスＬは、Ｌｄ＝Ｌｑとなる特性の電動機１６においては同一のＬ値が使用できる。Ｌｄ≠Ｌｑとなる電動機においては、εθの推定を行う計算式は、一定のＬ値（＝Ｌｑ）を使用できる。

【0096】

図５は、本実施の形態の第２の駆動手段５７において、運転中の電動機１６のベクトル図を示す。電動機１６の実際のｄｑ座標に対して、図５（ａ）は推定ｄｑ座標（γδ座標）がやや遅れている状態を、図５（ｂ）は推定ｄｑ座標（γδ座標）がやや進んでいる状態を示す。

【0097】

誤差電圧εγは、ベクトル図上では、電動機１６の入力電圧Ｖａから、ＲａおよびωＬに流れる電流のドロップを差し引いた推定誘導起電力ベクトルω・Ψａのγ軸成分となる。ω・Ψａが常にｑ軸上にあることと考慮すると、推定位相誤差Δθ＝０の状態はｑ軸がδ軸と一致した状態となる。ｄｑ座標に対して反時計回りにγδ座標が来る状態を正とすると、図５（ａ）のように推定位相が遅れている（Δθ＜０）状態では誤差電圧εγは負となる。一方、図５（ｂ）のように、推定位相が進んでいる（Δθ＞０）状態では誤差電圧εγは正となる。

【0098】

誤差電圧増幅器９７は、図５（ａ）の場合には推定速度ωを増加させてθを進め、図５（ｂ）の場合には推定速度ωを減少させてθを遅らせる。このようにして、誤差電圧εγ＝０となる方向にフィードバック制御を行いながら、第２の駆動手段５７は電動機１６を駆動する。

【0099】

図６は、本実施の形態における伝達機構１５の無効角度領域の模式説明図を示す。図１の電動機１６は８極であるが、ここでは説明を簡単にするため、電気角＝機械角となる２
極構成に相当する模式的な機構の構成図を図６に示す。

【0100】

図６において、模式電動機軸１１５および模式負荷軸１１６は共に中心となる軸１１７の周りを回転する。模式負荷軸１１６には大きな慣性モーメントを有した回転物体１２が繋がっている一方、模式電動機軸１１５には電動機１６のみが有する微小な慣性モーメントのみである。

【0101】

図６（ａ）は、伝達機構１５の無効角度範囲（バックラッシュ、遊び、クリアランスとも言える）を、半回転（１８０度）とし、そのちょうど中心に電動機１６の位置がある場合を示す。

【0102】

図６（ｂ）は、模式電動機軸１１５が反時計回りに９０度回転してＸ部で接触が行われた場合で、模式負荷軸１１６へのトルク伝達が開始される位置を示す。

【0103】

図６（ｃ）は、模式電動機軸１１５が時計回りに９０度回転してＹ部で接触が行われた場合で、模式負荷軸１１６へのトルク伝達が開始される位置を示す。

【0104】

すなわち、模式電動機軸１１５が、図６（ｂ）と図６（ｃ）の間にある位置（図６（ａ）を含む）でトルクの伝達されずに無効角度範囲となる。

【0105】

実際には、図１の電動機１６の極数が８極であることから、電動機１６の軸３８での遊びは電気角での表現の１／４倍である。また、その遊びが発生する要因として、攪拌時において、遊星歯車２７、２８、２９による遊びが、プーリ１８、１９による減速要素によって大きくなる。

【0106】

また、遊星キャリア３０と攪拌翼１４との間に、例えばセレーションと呼ばれるような歯を噛み合わせることによって、トルクの伝達を行う機構を設けることがある。その場合には歯と歯の噛み合わせ部分にも遊びが存在するものとなり、その分に相当する角度は遊星歯車２７、２８、２９の遊びと合わせて電気角に変換した無効角度範囲となる。

【0107】

なお、実際に電気洗濯機の無効角度範囲を確認する方法として、ドラム１３および攪拌翼１４が回転しないように固定した状態で、電動機１６の軸３８を手で捻る。この攪拌翼時に、例えば、９０度（１／４回転＝π／２）の範囲でがたつきがあれば、これに電動機１６の極対数である４を乗じて、電気角の３６０度が無効角度範囲として確認できる。

【0108】

図７は、本発明の実施の形態における第１の駆動手段５６の動作説明図を示し、横軸は電動機１６への供給電流の電気角、縦軸は実電気角である。どちらも直角（９０度）を１単位とする。無効角度範囲として、半回転（１８０度）よりも若干大きい値（αとする）とした場合を示す。

【0109】

本実施の形態においては、第１の駆動手段５６によって電動機１６に供給される電流は比較的小さな値とし、回転物体１２が有する慣性モーメント、および剛体摩擦的な負荷トルクに対しては、第１の駆動手段５６からの電流供給では電動機１６は回転しないものとする。

【0110】

もちろん、第１の駆動手段５６は、電動機１６が回転するような大きな電流値を供給してもかまわない。しかし、本実施の形態の効果である、回転物体１２が有する、それらの要素を回転させるために必要な電流値よりも少ない電流値、かつ、電動機１６のみを回転するのに十分な電流値で動作可能とさせることから、以下の説明は上記条件にて行なう。

【0111】

図６（ａ）に示すように、電動機１６が無通電状態における無効角度範囲（遊び）を持つ状態の実角度（初期電気角）は、無効角度範囲のほぼ中央となる状態での位置を代表値として縦軸値をとする。

【0112】

一般に、永久磁石を用いた電動機を起動する場合は、ホールＩＣなどによる位置検知が無い状態では、起動時点での位相が不明であり、位置決め（ロック）動作、強制同期（強制転流、同期駆動、同期運転などとも呼ばれる）を用いるが、これらはいずれも永久磁石の位置に関係しないで電動機へ電圧もしくは電流を供給する。本実施の形態では、第１の駆動手段５６が電動機１６に電流ベクトルを供給するとき、電動機１６のｄ軸がその電流ベクトルと同じ向きとなるように、回転トルクが発生する。慣性モーメントが大きいとき、電流供給があっても直ちに回転物体の回転はなされないが、無効角度範囲内の場合は比較的小さな電流で、ｄ軸が供給された電流ベクトルと同じ向きになる特性がある。

【0113】

供給電流の電気角を固定した例として、図７の横軸値０において説明する。太実線において縦軸値も０となり、供給した電流によって図６（ａ）に示した位置にて、実電気角が供給電流と同じ電気角値０であるＡ点となる。なお、図７中に、２つのＡ点があるが実電気角差が４直角であるから２つのＡ点は同一である。これはＣ点についても同様である。

【0114】

供給電流の電気角が０の状態において、初期電気角がＰの範囲では、供給された電流に向きにｄ軸が揃う状態となり、位相は永久磁石が巻線に固着したＡ点に移る。

【0115】

一方、Ｑの範囲に初期位置が存在する場合は、無効角度範囲内で電動機１６が回転する場合もあるがＡ点に移ることはできず、Ｂ点またはＣ点のいずれかに留まり、結果的にＲの範囲に収まる。

【0116】

ここで、α（＞０）の存在によって、２Ｒ－αであるＳは半回転（１８０度）より小となる。これは、無効角度範囲を電気角の半回転よりも大とすることで、電流供給により無効角度範囲内での電動機の回転が発生した後の位相ばらつき範囲は、半回転ｋ（１８０度）よりも小さな範囲に収まることを示す。

【0117】

第１の駆動手段５６による運転が終了した時点での供給電流の位相が０でない場合、その時点での位相ばらつきは平行移動すると考え、起動からの電流位相変化を増やした場合でも、半回転ｋ（１８０度）よりも小さな範囲に収まる。

【0118】

第２の駆動手段５７において、電動機１６の誘導起電力を用いた推定位相の計算を行う場合、第２の駆動手段５７の運転が開始される時点で、電動機１６の速度がある程度上昇することが望ましく、位相は推定位相の誤差の絶対値を９０度未満に抑えることが重要となる。

【0119】

これは、ベクトル制御の特徴であるトルクに対応する物理量（主にＩδ等）を速度誤差増幅器９３の出力で行うことに関する。推定位相が実位相に対して９０度以上ずれると、δ軸に正の電流を流すような電流制御を行ってもｑ軸は負となるためベクトル制御ができない。例えば、推定速度が指令速度より低い状況において、トルクを増加させるためにＩδを正方向に変化させても、発生トルクは低下または負となり電動機１６は減速し、速度制御が成立しない。

【0120】

よって、第２の駆動手段５７の駆動期間においては、推定位相は電動機１６の実際の位相との誤差の絶対値が９０度未満とする必要がある。そのため、第２の駆動手段５７による運転に移行した段階において、電動機１６の実際の位相ばらつきは１８０度未満とする必要がある。その上で、その位相ばらつきの中心を推定位相のγ軸とすることにより、推
定位相誤差（＝推定位相－電動機１６の位相）は±９０度の範囲となり上記条件を成立させることができる。

【0121】

図８Ａ～図８Ｄは、本発明の実施の形態における第１の駆動手段５６の動作説明図を示す。横軸は起動からの電流位相変化を、縦軸は電動機１６の実際の位相を実電気角として示す。

【0122】

電動機１６の起動（横軸値０）において、第１の駆動手段５６からの電流は位相値０から電流供給を開始する。その時点における電動機１６の実際の位相は一般的には確定されず０～３６０度（４直角）の範囲にばらつきをもって存在する。例えば、実電気角の初期値が０度のときを図８Ａに、実電気角の初期値が９０度（＝１直角）のときを図８Ｂに、実電気角の初期値が１８０度（＝２直角）のときを図８Ｃに、実電気角の初期値が２７０度（＝３直角）のときを図８Ｄに示す。

【0123】

電動機１６の起動（横軸値０）からの電流位相変化を増加する（グラフ上を右方向へ移動する）と、１８０度（＝２直角分）上昇する点が発生する。実電気角の初期値が０度においてはａ点（図８Ａ）、実電気角の初期値が９０度においてはｂ点とｃ点（図８Ｂ）、実電気角の初期値が１８０度においてはｄ点（図８Ｃ）、実電気角の初期値が２７０度においてはｅ点とｆ点である（図８Ｄ）。

【0124】

これらの点では電気角１８０度の逆回転が発生する。その直前までは実電気角が一定値に固定された状態（ｄ軸が無効角度範囲の中の最も回転した位置に留まる状態）で、発生トルクは９０度に達するまで増加し最大となる。その後、発生トルクは減少し、無効角度範囲の端から１８０度回ったところで発生トルクの符号が逆となる。

【0125】

したがって、このときに電動機１６の慣性モーメントが十分に小さければ、すみやかに無効角度範囲内での逆回転が発生する。無効角度範囲を電気角１８０度よりも大とした伝達機構１５においては、推定位相誤差が０、すなわち供給される電流位相が電動機１６のｄ軸と同じ向きになる。

【0126】

ここで、電動機１６の起動（横軸値０）からの電気位相変化を６［直角］（＝１回転半）よりも小となる範囲にとどめることで、初期の電動機１６の位相がいずれの場合でも、第１の駆動手段５６での運転期間において、上記逆回転の発生を１回以下とすることができる。

【0127】

図９は、本発明の実施の形態における制御部６８の脱水時のフローチャートである。図９のフローチャートには図示しないが、経過時間ｔは時間の経過とともに増加し、第１の駆動過程であるステップ１２２、第２の駆動過程であるステップ１２３を経て、ステップ１２５である脱水終了に至る。ステップ１２０にて、脱水を開始し、ステップ１２１にて経過時間ｔをリセットする（ｔ＝０［ｓ］）。

【0128】

まず、第１の駆動過程であるステップ１２２を説明する。

【0129】

ステップ１３０にて、制御部６８は第１の駆動手段５６を選択する信号Ｓを切替器５８に出力する。

【0130】

脱水時においては、遊星歯車２７、２８、２９による減速機能が働かず、ドラム１３が攪拌翼１４と同一の速度で回転する速度としてＮ１ｒｅｆの値を示す。ステップ１３１にて、速度指令信号Ｎ１ｒｅｆ＝０［ｒ／ｍｉｎ］とし停止状態（一般に、位置決め、あるいはロックなどと呼ばれる）にする。本実施の形態ではその後、第１の駆動手段５６から
の電動機１６へ電流供給を行う。

【0131】

ステップ１３３にて、ｔ＞Ｔ１ａの時間待ちを行う。例えば、Ｔ１ａ＝０．２［ｓ］とする。ステップ１３５にて、Ｔ１ａ時間が経過した時点で、Ｎ１ｒｅｆ＝－０．１３［ｒ／ｍｉｎ］とする。本実施の形態では、電気洗濯機の上から見て時計回りであるＵＶＷ相順を正とするので、負のＮ１ｒｅｆは、反時計まわりであるＵＷＶ相順での運転を意味する。

【0132】

ステップ１３７にて、ｔ＞Ｔ１ｂの時間待ち制御を行う。例えば、Ｔ１ｂ＝１．２［ｓ］とする。第１の駆動手段５６による逆向き（ＵＷＶ相順）の回転はＴ１ｂ－Ｔ１ａ＝１［ｓ］である。

【0133】

本実施の形態においては、プーリ１８と１９による減速比を３．８程度とし、電動機１６が８極であるので、供給電流の位相の変化（回転）は、ドラム１３で１［ｓ］の回転により電気角で２回転（７２０度）となる。

【0134】

しかし、この期間にはクラッチスプリング３３についてはトルク伝達ができないことから、ドラム１３は回転せず、攪拌翼１４のみが回転する。遊星歯車２７、２８、２９が噛んだものとなることから、攪拌翼１４の逆回転の角度は最大８度程度となる。実際には、その時点での電動機１６の位相、遊星歯車２７、２８、２９などでのがたつきの存在により、攪拌翼１４の逆方向についても無効角度範囲が作用し、攪拌翼１４は８度よりも小さな角度で攪拌翼逆回転する。

【0135】

ここで、攪拌翼１４を逆回転させるために若干のトルクが必要となる。本実施の形態においては、Ｔ１ａ～Ｔ１ｂの期間で第１の駆動手段５６を動作させる電流値はＩａ＝２［Ａ］に設定する。これは、Ｔ１ｂ後のドラム１３の回転を可能とするトルクである。

【0136】

ステップ１３９にて、Ｎ１ｒｅｆ＝０［ｒ／ｍｉｎ］として第１の駆動手段５６を再び停止状態にする。そして、ステップ１４１にて、ｔ＞Ｔ１ｃの時間待ち制御を行った後、ステップ１４４にてＮ１ｒｅｆ＝Ｎ１ｒｅｆ＋ΔＮ［ｒ／ｍｉｎ］とする。ステップ１４６にて、ｔ＞Ｔ１ｄの時間待ち制御を行う間、ΔＮは加速度［ｒ／ｍｉｎ／ｓ］を乗じる。

【0137】

ｔ＝Ｔ１ｄ時点のＮ１ｒｅｆ＝３５［ｒ／ｍｉｎ］に達した状態で、第２の駆動手段過程（ステップ１２３）に移る。第１の駆動手段５６により、電気角は２６．６［回転］することになり、強制同期での加速運転となる。

【0138】

特に本実施の形態において、トルク伝達は、クラッチ３２内のクラッチスプリング３３の構成によって生ずる一方向（電気洗濯機の上から見て時計回り）のみが可能で、逆回りにはドラム１３へはトルクが伝わらない。これを利用して、ステップ１３５にて、Ｎ１ｒｅｆを負の値に設定することで、電動機１６で必要とするトルクが小さい条件において位置決め、強制同期を行うことができる。

【0139】

次に、第２の駆動過程であるステップ１２３を説明する。

【0140】

ステップ１４９にて、制御部６８は、第２の駆動手段５７を選択する信号Ｓを切替器５８に出力する。ステップ１５０にて、第２の駆動手段５７の初期指令速度をＮ２ｒｅｆ＝３５［ｒ／ｍｉｎ］に設定する。本実施の形態においては、Ｔ１ｄにおける第１の駆動手段５６の指令速度と等しくして連続値とする
ステップ１５１にて、Ｎ２ｒｅｆ＝Ｍｉｎ（Ｎ２ｒｅｆ＋ΔＮ，７４０）［ｒ／ｍｉｎ
］とする。ここで関数「Ｍｉｎ（）」はカッコ内の複数値の絶対値の最小値を出力する。

【0141】

ステップ１５３にて、ｔ＞Ｔ２の時間待ち制御を行う間、ΔＮにドラム１３の加速度［ｒ／ｍｉｎ／ｓ］を乗じた値とする。これにより指令速度が上昇し、速度制御となる。Ｎ２ｒｅｆ＝７４０［ｒ／ｍｉｎ］に達した後、７４０［ｒ／ｍｉｎ］の一定値が指令速度に設定される。

【0142】

図１０は、本発明の実施の形態における電源回路の脱水時の波形図を示す。図１０の上図に電気角速度を、図１０の下図に電流を示す。Ｔ１ａ～Ｔ１ｂが逆の相順を出力する期間であり、Ｔ１ｄにて第１の駆動手段５６による運転から第２の駆動手段５７による運転に移行する。

【0143】

Ｔ１ｄ以降は速度制御が有効となり、回転物体１２の有する摩擦損および慣性モーメントなどの要素によって必要な電流Ｉａが変化する。図１０の下図において、実線、一点鎖線、および、破線で示すように、速度制御を成立させるように電流値は変化する。なお、Ｔ１ａ～Ｔ１ｄは電流値一定としているが、時間と共にＩγｒｅｆおよびＩδｒｅｆの設定値を変化させても良い。

【0144】

図１１は、本発明の実施の形態における制御部６８の攪拌時のフローチャートを示す。脱水時と同様に、図１１のフローチャートには図示しないが、経過時間ｔは時間の経過とともに増加し、第１の駆動過程であるステップ１５８、および、第２の駆動過程であるステップ１５９を経て攪拌終了であるステップ１６１へと移る。

【0145】

ステップ１５６にて、攪拌を開始し、ステップ１５７にて経過時間ｔをリセットする（ｔ＝０［ｓ］）。

【0146】

まず、第１の駆動過程であるステップ１５８を説明する。

【0147】

ステップ１６３にて、制御部６８は第１の駆動手段５６を選択する信号Ｓを切替器５８に出力し、ステップ１６４にて、第１の駆動手段５６の指令速度をＮ１ｒｅｆ＝４．３９［ｒ／ｍｉｎ］とする。本実施の形態において、攪拌時は遊星歯車２７、２８、２９による減速機能が働き、攪拌翼１４の回転速度としてＮ１ｒｅｆを示す。攪拌時においてＮ１ｒｅｆはすべて正の値とし、電気洗濯機の上から見て時計回りであるＵＶＷ相順となる。

【0148】

そのため、左右の回転を交互に行うような攪拌を行うには、図１１の動作がフローチャートを一通り終了した後、再び図１１の動作フローチャートを、すべての速度に関する符号を逆として、反対回り（電気洗濯機の上からみて反時計回り）で運転を行う。これを複数回行うことで正回転、逆回転を含めて洗い、すすぎなどの運転を行うことができる。

【0149】

ステップ１６６にて、ｔ＞Ｔ１の時間待ち制御を行う。Ｔ１は、例えば０．１［ｓ］とする。Ｎ１ｒｅｆ＝４．３９［ｒ／ｍｉｎ］で０．１［ｓ］の時間運転することにより、２４０度の電気角で回転を行う。

【0150】

次に、第２の駆動過程であるステップ１５９を説明する。

【0151】

ステップ１６９にて、制御部６８は第２の駆動手段５７を選択する信号Ｓを切替器５８に出力する。ステップ１７０にて、第２の駆動手段５７の初期指令速度を設定する。本実施の形態においては、Ｎ２ｒｅｆ＝Ｎ１ｒｅｆ［ｒ／ｍｉｎ］とし、直前のＮ１ｒｅｆの値を継続する。

【0152】

ステップ１７１にて、Ｎ２ｒｅｆ＝Ｍｉｎ（Ｎ２ｒｅｆ＋ΔＮ，１１５）［ｒ／ｍｉｎ］とする。ここで関数「Ｍｉｎ（）」はカッコ内の複数値の絶対値の最小値を出力する。

【0153】

ステップ１７３にて、ｔ＞Ｔ２の時間待ち制御を行う間のあいだ、ΔＮに攪拌翼１４の加速度［ｒ／ｍｉｎ／ｓ］を乗じた値とする。これにより指令速度が上昇し、速度制御となる。Ｎ２ｒｅｆ＝１１５［ｒ／ｍｉｎ］に達した後、１１５［ｒ／ｍｉｎ］の一定値が指令速度に設定される。

【0154】

攪拌時においては、第１の駆動手段５６において、指令速度Ｎ１ｒｅｆ＝０とするような位置決め動作は行っておらず、また速度を０から時間とともに立ち上げていく動作がない。シンプルな構成とする。

【0155】

攪拌時の動作は、攪拌翼１４の起動から停止までを短時間（１～２秒間）で行うことが洗いやすすぎの性能を確保する上で重要となる。したがって、第１の駆動手段５６から第２の駆動手段５７への移行を可能な限り短時間で行うことが必要である。本実施の形態は、位置決め動作（Ｎ１ｒｅｆ＝０）を省き、強制同期の期間を０．１［ｓ］程度とし、その間の速度を一定値（電気角２４０度相当）とすることで、無効角度範囲での電動機１６の回転運動を速やかに行うことができる。その結果、第１の駆動手段５６から第２の駆動手段５７への移行時の電動機１６の位相ばらつきを電気角１８０度内に抑えることができる。また、攪拌時においては、電動機１６の軸３８に換算した慣性モーメントが脱水時と比較して小さくなる特性と相まって、脱調の無い運転が可能となる。

【0156】

図１２は、本発明の実施の形態における攪拌時の電源回路の波形図を示す。図１２の上図は電気角速度を、図１２の下図は電流を示す。

【0157】

Ｔ１以前の期間は電流値一定としているが、時間と共にＩγｒｅｆおよびＩδｒｅｆの設定値を変化させても良い。

【0158】

時間Ｔ１にて第１の駆動手段５６から第２の駆動手段５７に移行する。Ｔ１において、電気角速度は実線で示すような特性であるが、破線で示すように速度＝０から立ち上げていくものでも良い。攪拌翼１４の動きや、電動機１６の動きを確認しながら最適な設計を行うことができる。

【0159】

Ｔ１以降は速度制御が有効となり、回転物体１２の有する摩擦損および慣性モーメントなどの要素によって必要な電流Ｉａが変化する。図１２の下図において、実線、一点鎖線、および、破線で示すように、速度制御を成立させるように電流値は変化する。

【0160】

また、脱水時と同じように攪拌時においても、Ｎ１ｒｅｆをＮ２ｒｅｆと逆回転方向としてもよい。双方の回転方向ともに無効角度範囲が有限である条件下で、第１の駆動手段５６で逆向きに運転することで、正の向きでの無効角度範囲の終端からテイクバックした余裕を設けた状態が可能となる。その状態から正の向きの第２の駆動手段５７に移行すること、あるいはその状態で正の向きの第１の駆動手段５６の動作を継続し、電流、周波数の設定を変化させること、などの動作に対して有効な構成としてもよい。

【0161】

なお本実施の形態において、第１の駆動手段５６は、減算器８５、８７、γ軸電流誤差増幅器８６、δ軸電流誤差増幅器８８などを用いて電流制御を行っているが、特に電流制御に限定するものではない。電動機１６の巻線５０、５１、５２の抵抗Ｒａによる減衰振動作用が活用できるＶγ、ＶδのＶ電圧制御でも良く、内部にデッドタイム補償、あるいはインピーダンス補償分を内蔵した構成や、予め決められたＤｕｔｙでＰＷＭを行う構成等であってもよい。実際の電動機１６が起動する時点での電気位相０～３６０度に対し、
供給される電圧、電流のいずれかが概ね１割以下の差異で計測されるものであれば、第１の駆動手段５６の要素として有効である。

【0162】

以上のように、本実施の形態によれば、洗濯物と接触する回転物体と、永久磁石と巻線を有する電動機と、電動機に電流を供給する電源回路と、電動機のトルクを回転物体に伝える伝達機構と、洗濯運転を実行する制御部と、を備え、伝達機構は、電動機の軸での伝達可能トルクが電動機の最大トルクよりも小となる無効角度領域を有し、電源回路は、巻線に対する永久磁石の位置に関係しない通電を行う第１の駆動手段と、巻線に対する永久磁石の位置に応じた通電を行う第２の駆動手段とを有し、制御部は、電源回路を制御し、電動機の起動時に第１の駆動手段を用いて電動機に電流を供給し無効角度領域の範囲で電動機を駆動した後、第２の駆動手段を用いて電動機に電流を供給する電気洗濯機である。

【0163】

この構成によって、負荷となる回転物体の慣性モーメントが大であっても、第１の駆動手段は、無効角度領域の範囲において回転物体の慣性モーメントの影響を低減した状態で電動機に電流を供給して回転させることにより、短時間で第２の駆動手段に移行させることができ、電動機の起動に要する時間を短縮できる。第２の駆動手段を動作開始する時点での電流の位相ばらつきを抑えることができる。このようにして、洗濯性能が高く、電動機の発熱を抑えて消費電力量を抑制することができる電気洗濯機を実現することができる。

【0164】

また、第２の駆動手段は、電動機に供給される電圧および電動機のパラメータを用いて計算した位相に基づいた電流を電動機に供給する電気洗濯機である。

【0165】

これによって、第２の駆動手段に移行した後の永久磁石の位相に対する電流位相を最適な値に制御することができる。

【0166】

また、回転物体を構成し洗濯物を収納するドラムと、ドラムを内包する水槽とを備え、第１の駆動手段は、第１の相順の通電により電動機を駆動する期間を有し、第２の駆動手段は、第１の相順と逆となる第２の相順の電流を供給して電動機を駆動するように構成され、伝達機構は、第１の相順に対する無効角度領域が、第２の相順に対する無効角度領域よりも大きくなるように構成される電気洗濯機である。

【0167】

これによって、大きい慣性モーメントを有するドラムを回転させる電動機の起動時に、第１の駆動手段により、無効角度領域を利用して電動機を駆動することによって、洗濯運転においてドラムを回転させる電動機を短時間で起動させることができる。

【0168】

また、洗濯物および洗濯水が収容される水槽と、回転物体を構成し洗濯物および洗濯水を攪拌する攪拌翼とを備え、伝達機構は、遊星歯車を有し、遊星歯車によって減速した回転を攪拌翼に伝えるように構成される電気洗濯機である。

【0169】

これによって、洗い工程およびすすぎ工程において攪拌翼を回転させる電動機を短時間で起動させることができる。

【0170】

また、無効角度領域は、電動機の電気角で半回転より大きくなるように構成されるとともに、第１の駆動手段の電流角で１回転半より小さくなるように構成される電気洗濯機である。

【0171】

これにより、無効角度領域による第１の駆動手段から第２の駆動手段に移行する際の位相が効果的に抑えられるとともに、第１の駆動手段での電動機の無駄な動きを低減することができる。

【0172】

また、本実施の形態によれば、回転物体と、永久磁石と巻線を有する電動機と、電動機に電流を供給する電源回路と、電動機のトルクを回転物体に伝える伝達機構と、電源回路を制御する制御部とを備え、伝達機構は、電動機の軸での伝達可能トルクが電動機の最大トルクよりも小となる無効角度領域を有し、電源回路は、巻線に対する永久磁石の位置に関係しない通電を行う第１の駆動手段と、巻線に対する永久磁石の位置に応じた通電を行う第２の駆動手段とを有し、制御部は、電動機の起動時に第１の駆動手段を用いて電動機に電流を供給し無効角度領域の範囲で電動機を駆動した後、第２の駆動手段を用いて電動機に電流を供給する電動機の起動方法である。

【0173】

この方法によって、負荷となる回転物体の慣性モーメントが大であっても、第１の駆動手段は、無効角度領域の範囲において回転物体の慣性モーメントの影響を低減した状態で電動機に電流を供給して回転させることにより、短時間で第２の駆動手段に移行させることができ、電動機の起動に要する時間を短縮できる。第２の駆動手段を動作開始する時点での電流の位相ばらつきを抑えることができる。このようにして、洗濯性能が高く、電動機の発熱を抑えて消費電力量を抑制することができる電気洗濯機等の電動機の起動方法を実現することができる。

【産業上の利用可能性】

【0174】

以上のように、本発明にかかる電気洗濯機および電動機の起動方法は、慣性モーメントが大きい回転物体を用いながら、第１の駆動手段で無効角度領域での電動機の回転を行うことで、第２の駆動手段の動作を安定とすることが可能となるので、短時間の起動の繰り返しが有効となる電気洗濯機等で高性能が得られる。例えば、パルセータ式、アジテータ式等の攪拌翼を持つ構成、回転軸を垂直および垂直に対して傾斜を持つドラムを持つ縦型の電気洗濯機、また回転軸を水平、および水平に対して傾斜を持つドラム式等の用途にも適用できる。また、各種の業務用や家庭用の装置にも適用できる。

【符号の説明】

【0175】

１０ 電気洗濯機
１１ 洗濯物
１２ 回転物体
１３ ドラム
１４ 攪拌翼
１５ 伝達機構
１６ 電動機
２３ 遊星歯車機構
２７、２８、２９ 遊星歯車
３５ 水槽
４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７ 永久磁石
５０、５１、５２ 巻線
５５ 電源回路
５６ 第１の駆動手段
５７ 第２の駆動手段
６８ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】