JP2008148490A - 回転機駆動システム及び洗濯機並びに回転機の巻線切替え結果確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転機における巻線の接続状態が切替わったかどうかを判定できる回転機駆動システム，及びそのシステムを備えて構成される洗濯機，並びに回転機の巻線切替え結果確認方法を提供する。
【解決手段】モータ１５の固定子巻線１８の接続状態をリレー６２〜６４により変化させて巻線１８の誘起電圧定数を切替える場合に、制御用マイコン３６は、巻線１８の接続状態が変化したことを確認する。具体的には、モータ１５の停止時には、リレーを作動させる前後における巻線１８の抵抗値の変化を比較し、モータ１５の回転時には、リレー６２〜６４を作動させる前後において磁極位置推定器３９によって推定される誘起電圧Ｅｄの変化を比較する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定子巻線の接続状態を変化させることで、複数の誘起電圧定数を有するように構成される回転機を駆動するシステム，及びそのシステムを備えて構成される洗濯機，並びに回転機の巻線切替え結果確認方法に関する。

洗濯機や洗濯乾燥機に使用されるモータの駆動状態は、図５に示すように、洗い時には高トルクかつ低回転数になり、脱水や乾燥時には低トルクかつ高回転数となる。しかし、民生機器である洗濯機等では、電源の規格によって電流を大きくするのには限界がある。そのため、誘起電圧定数は、本来電流を多く必要とする高トルクかつ低回転数となる駆動状態について、電流の不足を補うように大きく設定する必要がある。ところが、モータの誘起電圧定数を大きく設定すると、今度は脱水時等には高回転数を得にくくなるという問題が発生する。

特に、ダイレクトドライブ方式の洗濯機では、洗い時と脱水時とのモータの回転数差が極めて大きくなるため、モータの電気的定数と負荷の駆動状態との不整合が消費電力の増加或いは効率の低下に与える影響も大きくなることから、無視することができない問題となっていた。
斯様な問題を解決するため、特許文献１では、モータの駆動状態に対応して誘起電圧定数が最適となるように、固定子巻線の接続を切り替えるようにしている。
特開２００３−１８８７９号公報

ここで、モータの固定子巻線の接続を切り替えるには、具体的にはリレーなどのスイッチを使用するのが一般的である。しかしながら、リレーには接点の溶着などが発生することがあるため、例えば、マイクロコンピュータが接点切替の通電指令を出力したとしても、実際に接点が切替わっていない可能性は否定できない。
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、回転機における巻線の接続状態が切替わったかどうかを判定できる回転機駆動システム，及びそのシステムを備えて構成される洗濯機，並びに回転機の巻線切替え結果確認方法を提供することにある。

請求項１記載の回転機駆動システムは、固定子巻線の接続状態を変化させることで、複数の誘起電圧定数を有するように構成される回転機と、
前記巻線の接続状態を変化させる切替えスイッチと、
この切替えスイッチの開閉を制御すると共に、当該制御により前記巻線の接続状態が変化したことを確認するための切替え結果確認手段とを備えることを特徴とする。
斯様に構成すれば、切替え結果確認手段が、切替えスイッチの開閉に応じて、回転機における固定子巻線の接続状態が変化したか否かを確認できる。

請求項６記載の洗濯機は、請求項１乃至５の何れかに記載の回転機駆動システムを備え、前記回転機が発生する駆動力により洗濯運転及び脱水運転を行うことを特徴とする。即ち、洗濯機の洗い又はすすぎ運転では、モータを低速回転で高出力トルクで駆動することが要求され、脱水運転では、モータを高速回転で低出力トルクで駆動することが要求される。従って、夫々の駆動状態について最適に対応するには、固定子巻線に異なる誘起電圧定数を設定するように切替えることが望ましいので、本発明の適用が有効となる。

請求項１記載の回転機駆動システムによれば、固定子巻線の接続状態が変化したか否かを確認できるので、実際に接続状態が変化しないまま回転機を運転してしまうことを防止できる。
請求項６記載の洗濯機によれば、１つのモータを使用して洗い又はすすぎ運転や脱水運転を最適に行う構成において、モータの固定子巻線の接続状態変化を確認して正常に運転を行うことができる。

以下、本発明の回転機制御システムをドラム式洗濯機に適用した場合の一実施例について図１乃至図４を参照しながら説明する。まず、ドラム式洗濯機の全体構成を図３を用いて説明する。ドラム式洗濯機１の外殻をなす外箱（筐体）２の前面部には、中央部に扉３が設けられ、上部に、多数のスイッチや表示部（何れも図示せず）を備えた操作パネル４が設けられている。扉３は、外箱２の前面中央部に形成された洗濯物出し入れ口５を開閉するものである。

外箱２の内部には、円筒状をなす水槽６が配設されている。この水槽６は、その軸方向が前後方向（図３では左右方向）となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状に配設され、弾性支持装置７により弾性的に支持されている。水槽６の内部には、円筒状をなすドラム８が水槽６と同軸状に配設されている。このドラム８は、洗濯の他、脱水および乾燥に共用の槽として機能するもので、胴部のほぼ全域に小孔９が多数形成され（図３には一部のみ示す）、胴部の内周部にはバッフル１０が複数設けられている（図３には一つのみ示す）。

水槽６およびドラム８は、それぞれ前面部に洗濯物出し入れ用の開口部１１、１２を有し、水槽６の開口部１１は前記洗濯物出し入れ口５にベロー１３により水密に連ねられ、ドラム８の開口部１２はその水槽６の開口部１１に臨んでいる。ドラム８の開口部１２の周囲部には、バランスリング１４が設けられている。
上記水槽６の背面部には、ドラム８を回転駆動するモータ１５（回転機に相当）が配設されている。モータ１５はアウタロータ形のブラシレスＤＣモータ（永久磁石同期モータ）であり、そのステータ（固定子）１６が、水槽６の背部中央部に取り付けられた軸受ハウジング１７の外周部に取り付けられている。ステータ１６には、三相の巻線１８（固定子巻線に相当）が巻回されている。

モータ１５のロータ（回転子）１９は、ステータ１６を外側から覆うように配置され、中心部に取り付けられた回転軸２０が上記軸受ハウジング１７に軸受２１を介して回転可能に支承されている。軸受ハウジング１７から突出した回転軸２０の前端部はドラム８の背部の中央部に連結されている。即ち、モータ１５のロータ１９が回転すると、ロータ１９と一体にドラム８も回転する構成（いわゆるダイレクトドライブ方式）となっており、ドラム８内に収容された洗濯物に対して回転力を作用させることで、洗い運転、濯ぎ運転、脱水運転を行う。

水槽６の下面部には水溜部２２が設けられており、この水溜部２２の内部に洗濯水加熱用のヒータ２３が配設され、水溜部２２の後部に、排水弁２４を介して排水ホース２５が接続されている。
水槽６の上部には温風生成装置２６が設けられ、背部には熱交換器２７が設けられている。温風生成装置２６は、ケース２８内に配設された温風用ヒータ２９、ケーシング３０内に配設されたファン３１、ファン３１をベルト伝動機構３２を介して回転駆動するファンモータ３３で構成され、ケース２８とケーシング３０とは連通されている。ケース２８の前部にはダクト３４が接続され、ダクト３４の先端部は、水槽６内の前部に突出してドラム８の開口部１２に臨んでいる。

ここで、温風用ヒータ２９とファン３１とにより温風が生成され、その温風はダクト３４を通してドラム８内に供給される。ドラム８内に供給された温風はドラム８内の洗濯物を加熱する共に水分を奪い、熱交換器２７側へ排出される。
熱交換器２７は、上部が上記ケーシング３０内と連通し、下部が水槽６内と連通しており、水が上部から注ぎ入れられて流下することで、内部を通る空気中の水蒸気を冷却し凝縮させて除湿する水冷式である。この熱交換器２７を通った空気は再び温風生成装置２６に戻され、温風化されて循環する。

図１は、モータ１５の回転をベクトル制御する制御装置３５の構成を示す機能ブロック図である。ここで、後述する制御用マイコン３６とインバータ回路３７を除く構成部分は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）が実行するソフトウェア処理により実現されている。また、制御用マイコン３６とＤＳＰとにより回転駆動制御手段が実現されている。ＤＳＰには、入出力ポート、シリアル通信回路、電流検出信号などのアナログ信号を入力するためのＡ／Ｄコンバータ、ＰＷＭ処理を行うためのタイマなどが具備されている。

洗濯機１の運転全般を制御する制御用マイコン（切替え結果確認手段，停止時確認手段，駆動時確認手段）３６は、洗濯コースに応じて洗い運転、濯ぎ運転および脱水運転を制御し、その洗濯コースに応じた運転モードに従った指令回転速度ωrefを出力するようになっている。減算器３８は、その指令回転速度ωrefと後述する磁極位置推定器（駆動時確認手段）３９から得られるモータ１５の検出回転速度ωとの減算結果である回転速度偏差Δωを出力するようになっている。

比例積分器４０は、回転速度偏差Δωを入力として比例積分演算を行い、ｄｑ分配器４１は、その比例積分演算結果からｄ軸電流指令値Ｉdrefとｑ軸電流指令値Ｉqrefとを生成するようになっている。ここで、ｄ軸電流、ｑ軸電流は、それぞれ静止座標系（αβ座標系）に対して回転位相角θを有して回転する回転座標系で表される励磁分電流、トルク分電流である。

減算器４２、４３は、それぞれ電流指令値Ｉdref、Ｉqrefと座標変換器４６から出力されるｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑとの減算結果である電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑを出力するものである。比例積分器４４、４５は、この電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑをそれぞれ入力して比例積分演算を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑを生成するようになっている。

巻線抵抗検出器４７（停止時確認手段，巻線抵抗検出手段に相当）は、制御用マイコン３６がモータ１５を起動する時に、モータ１５の巻線１８に対し一定の電圧を印加し、その印加するｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑと、座標変換器４６から出力されるｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑとから巻線１８の抵抗Ｒを算出するようになっている。制御用マイコン３６は、モータ１５の起動時において、指令回転速度ωrefが０の状態で巻線抵抗検出許可信号Ｓｐ（以下、許可信号Ｓｐと称す）をＨレベルにして有効化し、巻線抵抗Ｒの検出が終了した後に許可信号ＳｐをＬレベルにして無効化し、その後、指令回転速度ωrefを正方向（正転時）または負方向（逆転時）に徐々に増加するようになっている。

座標変換器４８は、許可信号ＳｐがＨレベルの時には巻線抵抗検出器４７から電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを入力し、許可信号ＳｐがＬレベルの時には比例積分器４４、４５から電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを入力する。そして、回転位相角θに基づいて、入力した回転座標系の電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを静止座標系の電圧指令値Ｖα、Ｖβに変換するようになっている。ＰＷＭ形成器４９は、二相−三相変換により電圧指令値Ｖα、Ｖβを電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換し、それらに基づいてＰＷＭ信号Ｖup、Ｖun、Ｖvp、Ｖvn、Ｖwp、Ｖwnをインバータ回路３７に出力するようになっている。

そのインバータ回路３７（電力変換手段に相当）は、６個のＩＧＢＴ５０（半導体スイッチング素子に相当）が三相フルブリッジ接続された構成を備えており、その直流電源線５１、５２にはコンバータ５３から１００Ｖの交流電源を倍電圧全波整流した直流電圧が印加されるようになっている。

電流検出器５４、５５（電流検出手段に相当）は、インバータ回路３７の出力線に設けられたホールＣＴであって、３相のうちの何れか２相例えばＶ相、Ｗ相の電流Ｉｖ、Ｉｗを検出するようになっている。この電流検出器５４、５５からの電流検出信号は、ＤＳＰ内部のＡ／Ｄ変換器（図示せず）に入力されてデジタルデータに変換される。三相／二相変換器５６は、電流Ｉｖ、ＩｗからＵ相の電流Ｉｕを演算し、それら三相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを二相の電流Ｉα、Ｉβに変換するようになっている。そして、座標変換器４６は、磁極位置推定器３９から出力される回転位相角θに基づいて、静止座標系の電流Ｉα、Ｉβを回転座標系の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換するようになっている。

磁極位置推定器３９（回転位置推定手段に相当）は、モータ１５の回転時において、座標変換器４６から出力されるｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑ、比例積分器４４、４５から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄとｑ軸電圧指令値Ｖｑ、およびモータ定数Ｒ、Ｌｄ、Ｌｑに基づいてロータ１９の磁極位置すなわち回転位相角θ並びに回転速度ωを推定するものである。モータ定数のうち巻線抵抗Ｒは、巻線抵抗検出器４７において検出された値を使用し、インダクタンスＬｄ、Ｌｑは、予め測定された値または設計値を使用する。

磁極位置推定器３９は、以下の（１）式、（２）式により誘起電圧推定値Ｅds、Ｅqsを求める。ここで、ｐは微分演算子である。
Ｅds＝Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ−Ｌｄ・ｐＩｄ＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ …（１）
Ｅqs＝Ｖｑ−ω・Ｌｄ・Ｉｄ−Ｒ・Ｉｑ−Ｌｑ・ｐＩｑ …（２）
そして、次の（３）式により回転速度ωを求め、その回転速度ωを積分して回転位相角θを求める。ここで、Ｇ１はモータ１５の誘起電圧定数の逆数であり、Ｇ２はゲイン定数である。
ω＝Ｇ１・Ｅqs−Ｇ２・Ｅds …（３）
この推定演算によれば、誘起電圧推定値Ｅqsから回転速度ωが得られるとともに、誘起電圧推定値Ｅdsが０に収束するように制御されるので、回転位相角（磁極位置）θがロータ１９の実際の回転位置に一致するように作用する。

なお、磁極位置推定器３９は、許可信号ＳｐがＨレベルの時（モータ停止時）に、巻線抵抗検出器４７から出力される電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑに対応して定まるロータ１９の磁極位置θ０を出力するようになっている。

また、制御用マイコン３６は、巻線抵抗検出器４７が算出した抵抗Ｒを読み込むと共に、磁極位置推定器３９の内部で算出される誘起電圧Ｅｄ並びに回転速度ωも読み込むようになっている。更に、制御用マイコン３６は、比例積分器４４、４５よりｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑを読み込むと共に、座標変換器４６よりｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑを読み込むようになっている。そして、これらの値に基づいて、後述するように、モータ１５の固定子巻線１８の接続切替えを行うために配置されているリレー（切替スイッチ）６２〜６４の切替制御を行う。

図２は、モータ１５の固定子巻線１８部分の構成を示すものである。固定子巻線１８は、インバータ回路３７から供給される三相交流電源の夫々に対応した巻線６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗを備えている。即ち、インバータ回路３７のＵ，Ｖ，Ｗ各相出力端子は、巻線６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗの一端に夫々接続されている。

一方、巻線６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗの他端は、リレー（切替えスイッチに相当）６２，６３，６４の可動接点に夫々接続されている。尚、これらリレー６２，６３，６４は、一方の固定接点がＹ（スター）結線側、他方の固定接点がΔ（デルタ）結線側となっている。また、各リレー６２〜６４の接点の切替えは、第１実施例の各リレーと同様、制御用マイコン３６により制御されるようになっている。各リレー６２〜６４のＹ結線側接点は、夫々共通に接続されている。一方、各リレー６２，６３，６４のΔ結線側接点については、インバータ回路３７のＷ相，Ｕ相，Ｖ相出力端子に夫々接続されている。

次に、本実施例の作用について図４も参照して説明する。図４は、制御用マイコン３６による制御内容を、本発明の要旨に係る部分について示すフローチャートである。制御用マイコン３６は、電源投入時の初期状態では、図２（ａ）に示すように各リレー８２〜８４の可動接点をＹ結線側接点に接続させており、モータ１５の巻線６１Ｕ〜６１ＷをＹ結線接続にしている。その状態で、洗濯運転を開始する。

＜洗い又はすすぎ運転→脱水運転への移行＞
制御用マイコン３６は、許可信号ＳｐをＬレベル（インアクティブ）にしており、指令回転速度ωrefを０から徐々に増加させてモータ１５を起動する。モータ１５を起動した後、磁極位置推定器３９は、座標変換器４６から出力されるｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑ、比例積分器４４、４５から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄとｑ軸電圧指令値Ｖｑ、モータ定数Ｌｄ、Ｌｑおよび巻線抵抗検出器４７で得られた巻線抵抗Ｒを用い、上述の（１）式〜（３）式に基づいて回転速度ωと回転位相角θとを求める。そして、制御用マイコン３６は、洗い運転や濯ぎ運転において、ドラム８（つまりモータ１５）を所定のパターンに従って正逆運転する。

洗濯運転が終了すると、制御用マイコン３６は巻線切替指令を発行し（ステップＳ１）、モータ１５の回転が停止したか（回転速度ω＝０，又は誘起電圧Ｅｄ＝０）否かを判断する（ステップＳ２）。そして、回転停止を検知すると（「ＹＥＳ」）、巻線抵抗検出器４７が所定電圧を巻線に通電して（ステップＳ３）切替前の状態で巻線抵抗Ｒを求める（ステップＳ４）。

ここで、永久磁石同期モータ１５の電圧電流方程式は、ｄ軸について次の(４)式で表される。
Ｅｄ＝Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ＋ω・Ｌｑ・Ｉｑ …（４）
モータ１５が停止している時には、回転速度ω＝０、ｄ軸誘起電圧Ｅｄ＝０であるため、（４）式から次の（５）式が得られる。
Ｒ＝Ｖｄ／Ｉｄ …（５）
つまり、モータ１５が停止している時に、ｄ軸電圧Ｖｄとｄ軸電流Ｉｄとを検出することにより巻線抵抗Ｒを求めることができる。

即ち、ステップＳ３において、制御用マイコン３６は許可信号ＳｐをＨレベルにする。すると、巻線抵抗検出器４７は、所定の大きさのｄ軸電圧指令値Ｖｄとｑ軸電圧指令値Ｖｑを出力する。但し、ｑ軸電圧指令値Ｖｑを０としている。座標変換器４８は、この巻線抵抗検出器４７から電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを入力し、磁極位置推定器３９から出力された磁極位置θ０に基づいて回転座標変換を行う。その結果、インバータ回路３７を介してモータ１５の巻線１８にｄ軸電圧指令値Ｖｄに応じた電流が流れる。

このようにして巻線１８にｄ軸電流を流すと、ロータ１９が所定の位置に固定されてモータ１５を起動し易くなる効果も生じる。巻線抵抗検出器４７は、ロータ１９が固定された状態で、座標変換器４６からｄ軸電流値Ｉｄを入力し、上記（５）式により巻線抵抗Ｒを求める。このときのｄ軸電流検出値Ｉｄは、１回のＡ／Ｄ変換値のみを用いて求めてもよいが、ノイズの影響によりＡ／Ｄ変換値に誤差が生じる虞がある場合には、複数のＡ／Ｄ変換値の平均値を用いて求めることが好ましい。ステップＳ４で得られた巻線の抵抗値はＲＢとする。

続いて、制御用マイコン３６は脱水運転を開始するため、図２（ｂ）に示すように各リレー６２〜６４の可動接点をΔ結線側接点に接続させて、巻線６１Ｕ〜６１ＷをΔ結線接続する（ステップＳ５）。このように、巻線６１Ｕ〜６１Ｗの結線状態をＹ結線からΔ結線に切替えることで、巻線６１Ｕ〜６１Ｗに生じる誘起電圧の発生に寄与する巻線数は、√３：１となる。従って、モータ１５は、ステップＳ１における洗濯運転時には誘起電圧の発生に寄与する巻線数が多くなり、低速高トルク駆動に適した状態で回転駆動される。また、モータ１５は、脱水運転時には誘起電圧の発生に寄与する巻線数が少なくなり、高速低トルク駆動に適した状態で回転駆動される。

但し、実際に脱水運転を開始する前に、制御用マイコン３６は、再度巻線抵抗Ｒの測定を、ステップＳ３，Ｓ４と同様に行い（ステップＳ６，Ｓ７）、ここで得られた抵抗値をＲＡとする。それから、ステップＳ４，Ｓ６で得られた抵抗値ＲＢ，ＲＡを比較して（ステップＳ８）、両者の間に所定の差があるかどうかを判定する（ステップＳ９）。即ち、固定子巻線１８をＹ結線接続からΔ結線接続に切替えたことで、その切替え前後の抵抗値を比較すれば、ＲＢ＞ＲＡとなっているはずある。従って、制御用マイコン３６は、上記抵抗値の比較結果に応じて、実際に固定子巻線１８がＹ結線からΔ結線に切り換わっているか否かを判定する。

ステップＳ９において、抵抗値ＲＢ，ＲＡに十分な差がある場合は（「不一致」，「ＹＥＳ」）固定子巻線１８がΔ結線切り換わっていることを示すので、制御用マイコン３６は、切替処理を終了して（ステップＳ１０）脱水運転を開始する。一方、抵抗値ＲＢ，ＲＡに十分な差がなければ（「ＮＯ」）、固定子巻線１８は、例えばリレー６２〜６４の故障等によりΔ結線に切り換わっていないと推定される。従って、この場合はエラー処理を行うようにする（「切替エラー」，ステップＳ１１）。それから、ステップＳ１に戻って再度巻線切替指令を発行し、巻線切替を再試行する。ここでの『エラー処理」とは、例えば、操作パネル４の表示部に「巻線切替え異常」を示すエラーコードを表示させるなどの処理である。

＜脱水運転：低速領域→高速領域への移行＞
この場合は、上記の例とは異なり、巻線切替えをモータ１５の停止中に行わず、脱水運転を開始した途中において、モータ１５の回転速度が低速領域から高速領域に移行する間に切替えを行う。その切替閾値は、例えば１００ｒｐｍ程度に設定する。即ち、モータ１５の回転速度が１００ｒｐｍに達すると、制御用マイコン３６はステップＳ１で巻線切替指令を発行し、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判定してステップＳ１２に移行する。

尚、実際の洗濯機では、１つの製品において巻線切替えを行うとすればモータ１５の停止中，回転中の何れか一方となるが、本発明の回転機駆動システムの汎用性を示すため、図４のフローでは双方のケースを統合して記載している。

ステップＳ１２において、制御用マイコン３６は、コンバータ５３により生成出力されるＤＣ電圧ＶDCと、その時点の誘起電圧Ｅｄとを比較し、ＶDC＞Ｅｄであれば（ステップＳ１３，「ＹＥＳ」）ステップＳ１４に移行する。一方、ＶDC≦Ｅｄであれば（「ＮＯ」）、モータ１５に何らかの異常があると推定されるので巻線切替は不可と判断し（ステップＳ２５）、エラー処理を行う（ステップＳ２６）。

ステップＳ１４において、制御用マイコン３６は、その時点の誘起電圧Ｅｄを演算（参照）してＥｄ＿Ｂとすると共に、モータ１５の回転数ωＢを取得すると、インバータ回路３７を構成する６個のＩＧＢＴ５０を全てＯＦＦにする（ステップＳ１５）。すると、磁極位置推定器３９によるロータ位置の推定は不能となる（ステップＳ１６）。

続いて、制御用マイコン３６は、リレー６２〜６４を保護するため、検出されるモータ電流Ｉｖ，Ｉｗがゼロになるまで（ステップＳ１７，「ＹＥＳ」）待機すると、ステップＳ５と同様に、各リレー６２〜６４の可動接点をΔ結線側接点に接続させて、巻線６１Ｕ〜６１ＷをＹ結線接続からΔ結線接続に切り替える（ステップＳ１８）。それから、インバータ回路３７によるスイッチング制御を再開し、電流指令値Ｉqref，Ｉdrefをゼロとして、検出電流Ｉｄ，Ｉｑとの偏差がなくなるまでＰＩ制御（比例積分制御）を行い、モータ電流をゼロに制御する（ステップＳ１９）。

すると、磁極位置推定器３９によるロータ位置の推定が可能となり（ステップＳ２０）、制御用マイコン３６は、その時点の誘起電圧Ｅｄを演算してＥｄ＿Ａとすると共に、モータ１５の回転数ωＡを取得する（ステップＳ２１）。そして、巻線１８の切替前後における誘起電圧とモータ回転数との比Ｅｄ／ωを比較する（ステップＳ２２）。
Ｅｄ＿Ｂ／ωＢ≠Ｅｄ＿Ａ／ωＡであれば（ステップＳ２３，「ＹＥＳ」）巻線の切替は正常に行なわれたと判断されるので切り替え処理を終了する（ステップＳ２４）。一方、Ｅｄ＿Ｂ／ωＢ≒Ｅｄ＿Ａ／ωＡであれば（ステップＳ２３，「ＮＯ」）巻線の切替は行なわれていないと判断されるのでステップＳ２６に移行する。即ち、同一構成のモータであれば、誘起電圧Ｅｄは回転数について線形を示す関数となるので、誘起電圧と回転数との比を比較している。

以上のように本実施例によれば、モータ１５の固定子巻線１８の接続状態をリレー６２〜６４により変化させて、巻線１８の誘起電圧定数を切替える場合に、制御用マイコン３６は、巻線１８の接続状態が変化したことを確認するようにした。具体的には、モータ１５の停止時には、リレー６２〜６４を作動させる前後における、巻線１８の抵抗値の変化を比較することで切替え結果を確認し、モータ１５の回転時には、リレー６２〜６４を作動させる前後において、磁極位置推定器３９によって推定される誘起電圧Ｅｄの変化を比較して確認する。
従って、何れの場合も、巻線１８の接続状態が変化したか否かを確認することができ、実際に接続状態が変化しないままモータ１５を運転してしまうことを防止できる。そして、１つのモータを使用して洗い又はすすぎ運転や脱水運転を行なう洗濯機に適用することで、夫々の運転を正常に行うことができる。

また、制御用マイコン３６は、モータ１５の回転中には、インバータ部３７に入力されるＤＣ電圧とその時点の誘起電圧Ｅｄとの差が所定値以内であれば、モータ１５の回転数ωＢ及び切替前誘起電圧Ｅｄ＿Ｂを取得してから、インバータ部３７を構成するＩＧＢＴ５０を全てＯＦＦさせ、モータの巻線電流がゼロになったことを検知すると、リレー６２〜６４の開閉状態を変化させ、前記巻線電流が再びゼロとなるように制御して、その時点の回転数ωＡ及び切替後誘起電圧Ｅｄ＿Ａを取得し、Ｅｄ＿Ｂ／ωＢとＥｄ＿Ａ／ωＡとを比較することで切替確認を行なう。従って、モータ１５が回転中であっても、切替結果の確認を確実に行うことができる。

そして、誘起電圧と回転数との比を比較して、その比が不一致か否かを判定するので、巻線１８の切替後において、電流をゼロにするまでに要する時間や、モータ１５の慣性モーメントの大きさによりモータ１５の回転速度が大きく変化するような場合でも、巻線１８の切替え判定をより正確に行うことができる。
更に、巻線１８の接続状態を、洗濯運転時と脱水運転時とで切り替えるので、夫々の運転特性に応じて最適となるように、巻線１８の誘起電圧定数を変更することができる。加えて、巻線１８の接続状態を、脱水運転時における低速回転領域と、高速回転領域とでも切り替えるようにしたので、脱水運転時における広い範囲の回転変化について、実際に高速回転となる領域で巻線１８の誘起電圧定数を適切に変更することができる。

本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
複数の巻線を直列に接続する数を変化させても良い。また、１つの巻線について選択するタップを切替えるようにしても良い。
モータの停止中に切替えを行う方式と、回転中に切替えを行う方式とを何れか一方だけ実施しても良い。
巻線１８の切替後において、モータ１５の回転速度が大きく変化しないことが想定される場合は、図４のステップＳ１４とＳ２１とにおいて、誘起電圧Ｅｄ＿Ｂ，Ｅｄ＿Ａのみを検出し、ステップＳ２２，Ｓ２３では、誘起電圧Ｅｄ＿Ｂ，Ｅｄ＿Ａを比較して両者が不一致かどうかを判定しても良い。
半導体スイッチング素子には、その他パワーＭＯＳＦＥＴやパワートランジスタなどを用いても良い。
巻線の誘起電圧定数を、３段階以上に変化させても良い。
ドラム式に限ることなく、縦型の洗濯機に適用しても良い。
また、洗濯機に限ることなく、回転機の駆動特性を大きく変更する必要がある装置であれば広く適用することができる。

本発明をドラム式洗濯機に適用した場合の一実施例であり、制御装置の構成を示す機能ブロック図 巻線の切替状態を示す図 ドラム式洗濯機の全体構成を示す図 制御用マイコンによる制御内容を、本発明の要旨に係る部分について示すフローチャート 洗濯機の各運転状態と、それらについてモータに要求される特性とを示す図

符号の説明

図面中、１は洗濯機、１５はモータ（回転機）、１８は固定子巻線、１９はロータ（回転子）、３６は制御用マイコン（切替え結果確認手段，停止時確認手段，駆動時確認手段）、３７はインバータ回路（電力変換手段）、３９は磁極位置推定器（駆動時確認手段，位置推定手段）、４７は巻線抵抗検出器（停止時確認手段）、５０はＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）、６２〜６４はリレー（切替えスイッチ）を示す。

Claims (13)

1. 固定子巻線の接続状態を変化させることで、複数の誘起電圧定数を有するように構成される回転機と、
   前記巻線の接続状態を変化させる切替えスイッチと、
   この切替えスイッチの開閉を制御すると共に、当該制御により前記巻線の接続状態が変化したことを確認するための切替え結果確認手段とを備えることを特徴とする回転機駆動システム。
2. 前記切替え結果確認手段は、前記回転機の停止中に確認を行う停止時確認手段と、前記回転機の駆動中に確認を行う駆動時確認手段とで構成されることを特徴とする請求項１記載の回転機駆動システム。
3. 前記停止時確認手段は、前記切替えスイッチを作動させる前後における、前記巻線の抵抗値の変化を比較することで切替え結果を確認することを特徴とする請求項２記載の回転機駆動システム。
4. 前記巻線の電流を検出し、その電流に基づき当該巻線に発生する誘起電圧を推定することで前記回転機の回転子位置を推定する位置推定手段を備え、
   前記駆動時確認手段は、前記切替えスイッチを作動させる前後において、前記位置推定手段により推定される前記巻線の誘起電圧の変化を比較することで切替え結果を確認することを特徴とする請求項２又は３記載の回転機駆動システム。
5. 半導体スイッチング素子を有し、前記固定子巻線に対しそのスイッチング状態に応じた電圧を出力する電力変換手段を備え、
   前記駆動時確認手段は、
   前記電力変換手段に対する入力電圧と、前記誘起電圧との差が所定値以内であれば、その時点の前記回転機の誘起電圧（切替前電圧）を参照してから、前記電力変換手段を構成する半導体スイッチング素子をＯＦＦさせ、
   前記巻線電流がゼロになったことを検知すると、前記切替えスイッチの開閉状態を変化させ、
   再び、前記巻線電流がゼロになったことを検知するとその時点の前記回転機の誘起電圧（切替後電圧）を参照し、
   前記切替前電圧と、前記切替後電圧とを比較することを特徴とする請求項４記載の回転機駆動システム。
6. 前記駆動時確認手段は、前記切替前電圧，前記切替後電圧を参照する際に、その時点の前記回転機の回転数も参照し、
   前記切替前電圧とその時点の回転数の比と、前記切替後電圧とその時点の回転数の比とを比較することを特徴とする請求項５記載の回転機駆動システム。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の回転機駆動システムを備え、前記回転機が発生する駆動力により洗濯運転及び脱水運転を行うことを特徴とする洗濯機。
8. 前記巻線の接続状態を、前記洗濯運転時と、前記脱水運転時とで切り替えることを特徴とする請求項７記載の洗濯機。
9. 前記巻線の接続状態を、前記脱水運転時における低速回転領域と、高速回転領域とで切り替えることを特徴とする請求項７又は８記載の洗濯機。
10. 固定子巻線の接続状態を切替えスイッチにより変化させることで、複数の誘起電圧定数を有するように構成される回転機について、
    前記回転機の回転が停止してる場合に、前記切替えスイッチを作動させる前後における、前記巻線の抵抗値の変化を比較することで切替え結果を確認することを特徴とする回転機の巻線切替え結果確認方法。
11. 固定子巻線の接続状態を切替えスイッチにより変化させることで、複数の誘起電圧定数を有するように構成される回転機について、
    前記回転機を駆動制御するため、当該回転機が回転している場合に前記巻線の電流を検出し、その電流に基づき当該巻線に発生する誘起電圧を推定することで前記回転機の回転子位置を推定する場合に、
    前記切替えスイッチを作動させる前後において、推定された前記巻線の誘起電圧の変化を比較することで切替え結果を確認することを特徴とする回転機の巻線切替え結果確認方法。
12. 半導体スイッチング素子を有し、前記固定子巻線に対しそのスイッチング状態に応じた電圧を出力する電力変換手段を備える場合に、
    駆動電源電圧と、前記誘起電圧との差が所定値以内であれば、その時点の前記回転機の誘起電圧（切替前電圧）を参照してから、前記電力変換手段を構成する半導体スイッチング素子をＯＦＦさせ、
    前記巻線電流がゼロになったことを検知すると、前記切替えスイッチの開閉状態を変化させ、
    再び、前記巻線電流がゼロになったことを検知するとその時点の前記回転機の誘起電圧（切替後電圧）を参照し、
    前記切替前電圧と、前記切替後電圧とを比較することを特徴とする請求項１１記載の回転機の巻線切替え結果確認方法。
13. 前記前記切替前電圧，前記切替後電圧を参照する際に、その時点の前記回転機の回転数も参照し、
    前記切替前電圧とその時点の回転数の比と、前記切替後電圧とその時点の回転数の比とを比較することを特徴とする請求項１２記載の回転機の巻線切替え結果確認方法。

Images