JP5002335B2 - モータ制御装置，洗濯機及びモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータをベクトル制御すると共に正弦波状に変調した電圧を出力する場合に、その変調率を１．０超とする過変調制御を実施するモータ制御装置，及びそのモータ制御装置を備えてなる洗濯機並びにモータ制御方法に関する。

近年、モータをベクトル制御することで、消費電力を低減したり、振動の低減を図るなどの効果を得る技術が普及している。また、その場合に、ホールＩＣなどの位置センサを用いることなく、ロータの回転速度及び回転位置を推定して駆動するセンサレス制御方式を組み合わせることも多くなっている（センサレスベクトル制御）。
一方、モータを高速回転させる場合に、正弦波状の印加電圧の変調率を１．０超とする過変調制御を行うことで、実効出力電圧を増大させると共に出力電流を減少させて銅損の低減を図り、消費電力を低減する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１６０１８３号公報

ここで、センサレスベクトル制御に過変調制御を組み合わせることを想定すると、以下のような問題が発生する。過変調制御では、出力電圧が正弦波に歪みを加えた波形となる結果、出力電圧，更には出力電流に高調波成分が発生する。また、センサレスベクトル制御では、ロータの回転位置を演算する過程に上記出力電圧，出力電流が組み込まれるため、過変調制御を実行している期間に回転位置推定を行うと、その推定結果に高調波成分が影響を及ぼす。
更に、その推定結果に基づいてモータの速度制御や電流制御を行うため、制御系において高調波成分が循環するようになり、制御が不安定となる結果、場合によってはモータの回転が停止するおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサレスベクトル制御と過変調制御とを組み合わせる場合でも、モータの駆動制御を安定させることができるモータ制御装置，及びそのモータ制御装置を備えてなる洗濯機並びにモータ制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のモータ制御装置は、モータを駆動するため、正弦波状に変調した電圧を出力する出力電圧変調手段と、
前記出力電圧の変調率を、１．０超に設定可能である変調率設定手段と、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段により検出される電流をｄ軸電流とｑ軸電流とに分離し、それらの各電流成分を、回転速度指令に基づく電流指令値に一致させるように制御するベクトル制御手段と、
このベクトル制御手段における制御に使用される、前記モータの回転速度及び回転子の回転位置を推定する回転位置推定手段とを備え、
前記回転位置推定手段は、推定の過程で求められるｄ軸誘起電圧を平滑化するフィルタを備え、このフィルタにより平滑化されたｄ軸誘起電圧に基づいて、前記回転速度及び回転位置を推定し、
前記フィルタは、遮断周波数を決定するための係数を、前記変調率設定手段によって設定される変調率に応じて可変設定することを特徴とする。

すなわち、回転位置推定手段は、出力電圧や出力電流並びにモータ定数よりｄ軸誘起電圧を演算すると、そのｄ軸誘起電圧に基づいて回転速度並びに回転位置を推定するので、出力電圧や出力電流に高調波成分が加わるとｄ軸誘起電圧の演算結果に影響が及ぶため、回転速度や回転位置の推定が不安定になる。そこで、上記のように構成すれば、変調率設定手段における変調率の設定により過変調制御が実行され、出力電圧や出力電流に高調波成分が乗った場合でも、回転位置推定手段においては、フィルタがｄ軸誘起電圧の演算結果より高調波成分を除去するように平滑化するので、その出力結果に基づいて回転速度及び回転位置を推定できる。そして、変調率に応じてフィルタの遮断周波数を適切に変化させることができる。

また、請求項６記載の洗濯機によれば、請求項１乃至５の何れかのモータ制御装置を備えるので、洗濯機に使用されるモータを制御する場合に本発明を適用することができる。

本発明のモータ制御装置によれば、過変調制御が実行される場合でも、回転位置推定手段は、ｄ軸誘起電圧の演算結果より高調波成分を除去して回転速度及び回転位置を推定できるので、センサレスベクトル制御を安定的に実行することができる。
本発明の洗濯機によれば、洗濯機に使用されるモータを高速で回転させるため過変調制御を行う場合でも、センサレスベクトル制御を安定的に実行できるので、効率を向上させることができる。

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。図４は、ドラム式（横軸形）洗濯乾燥機の縦断側面図であり、外箱１の内部に水槽２を配設し、水槽２の内部に回転槽（ドラム，乾燥室）３が配設されている。上記水槽２及び回転槽３は共に円筒状を成すもので、前側（図中、左側）の端面部にそれぞれの開口部４，５を有し、そのうちの水槽２の開口部４を、外箱１の前面部に形成した洗濯物出し入れ用の開口部６にベローズ７を介して連ねている。外箱１の開口部６には扉８を開閉可能に設けている。

回転槽３における周側部（胴部）の略全域には、孔９が形成されており（一部のみ図示）、この孔９は、洗濯時及び脱水時に通水孔として機能し、乾燥時には通風孔として機能する。水槽２には、前側の端面部の上部（前記開口部４より上方の部分）に温風出口１０が形成され、後側の端面部の上部に温風入口１１が形成されている。また、水槽２の底部の最後部には排水口１２が形成されており、この排水口１２に水槽２外で排水弁１３を接続し、更に排水弁１３に排水ホース１４を接続することで、水槽２内の水を機外に排出するようにしている。
回転槽３の後側の端面部の後面（背面）には、補強部材１５が取付けられており、この補強部材１５の中心部に回転軸１６を取付け後方へ突出させている。回転槽３の後側端面部の中心部周りには、多数の温風導入孔１７が形成されている。

水槽２の後側端面部の中心部には、軸受ハウジング１８が取付けられており、この軸受ハウジング１８の中心部に上記回転軸１６を挿通し、軸受１９，２０により回転可能に支承している。またそれにより、回転槽３が水槽２と同軸状で回転可能に支持されている。なお、水槽２は、図示しないサスペンションにより外箱１に弾性支持され、その支持形態は、水槽２の軸方向が前後となる横軸状で且つ前上がりの傾斜状であり、この水槽２に上述のように支持される回転槽３も、同形態となっている。

前記軸受ハウジング１８には、外周に、モータ２１のステータ２２が取付けられており、このステータ２２に、回転軸１６の後端部に取付けたロータ２３を外側から対向させている。従って、モータ２１はアウターロータ形のブラシレスＤＣモータであり、回転軸１６を中心に回転槽３をダイレクトドライブ方式で回転駆動させる。

水槽２の後側端面部の内側には、温風カバー２４が装着されている。一方、前記補強部材１５には、前記回転軸１６を取付けた中心部の周囲部分に複数の比較的大きな温風導入口２５が形成されており、この部分の外周部にシール部材２６を装着し、このシール部材２６を温風カバー２４の前面に圧接させることで、前記温風入口１１から上記温風導入口２５へと気密に通じる温風通路２７が構成されている。

水槽２の下方（外箱１の底面上）には、複数個のクッション２８を介して台板２９が配置され、この台板２９上に通風ダクト３０が配置されている。この通風ダクト３０は、前端部の上部に吸風口３１を有しており、この吸風口３１に、前記水槽２の温風出口１０が還風ダクト３２及び接続ホース３３を介して接続されている。なお、還風ダクト３２は、前記ベローズ７の左側を迂回するように配管されている。
一方、通風ダクト３０の後端部には循環用送風機３４のケーシング３５が接続されており、このケーシング３５の出口部３６が、接続ホース３７及び給風ダクト３８を介して、水槽２の温風入口１１に接続されている。なお、給風ダクト３８は、モータ２１の左側を迂回するように配管されている。

そして、還風ダクト３２、接続ホース３３、通風ダクト３０、ケーシング３５、接続ホース３７、給風ダクト３８により、前記水槽２の温風出口１０と温風入口１１とが接続されて通風路３９が設けられている。循環用送風機３４は、その通風路３９を通じ回転槽３内の空気を回転槽３外に出し、再び回転槽３内に戻すように循環させるもので、通風路３９と循環用送風機３４とにより、回転槽３内の空気を循環させる循環装置４０が構成されている。
なお、循環用送風機３４は、例えば遠心ファンであり、ケーシング３５の内部に遠心羽根車３４ａを有し、その遠心羽根車３４ａを回転させるモータ３４ｂをケーシング３５の外部に有している。

通風路３９中、通風ダクト３０の内部には、前部から後部へ順に、フィルタ４１、蒸発器４２、凝縮器４３が配置されている。このうち、フィルタ４１は、水槽２の温風出口１０から還風ダクト３２及び接続ホース３３を通じ、通風ダクト３０に流入する回転槽３内の空気により運ばれるリント（糸くず）を捕獲するものである。蒸発器４２は、蛇行状を成す例えば銅製の冷媒流通パイプに、例えばアルミニウム製の伝熱フィンを多数装着して成るもので、凝縮器４３も同様の構成であり、それらの伝熱フィンの各間を、通風ダクト３０を流れる回転槽３内の空気が通るようになっている。

蒸発器４２及び凝縮器４３は、図５に示す圧縮機４５及び絞り器４６と共にヒートポンプ４７を構成している。ヒートポンプ４７においては、接続パイプ４８によって、圧縮機４５、凝縮器４３、絞り器４６、蒸発器４２の順にこれらをサイクル接続しており（冷凍サイクル）、圧縮機４５が作動することでサイクル内に封入した冷媒を循環させる。冷媒には、例えば、高温用冷媒であるＲ１３４ａを使用する。圧縮機４５は、図４に示すように、通風ダクト３０外に並設されている。絞り器４６は、この場合、膨張弁（特には電子式膨張弁〔ＰＭＶ：Pulse Motor Valve〕）から成っており、開度調整機能を有している。

吸風口３１と蒸発器４２との間における通風ダクト３０の側面部で底面３０ａに臨む部分には、除湿水排出口４９が形成されており、この除湿水排出口４９は、外箱１の側面下部に形成した排水口５０に接続パイプ５１により接続されている。なお、通風ダクト３０は、底面部中の、蒸発器４２の直下に位置する部分３０ｂを上記除湿水排出口４９に向けて下降する傾斜面としている。

一方、外箱１内の後上部には給水弁５２が配置されている。この給水弁５２は、出口部を複数有するもので、それらは外箱１内の前側の上部に配置した給水ボックス５３に接続パイプ５４，５５によって接続されている。更に、給水ボックス５３は、詳しくは図示しないが、洗剤投入部並びに柔軟仕上剤投入部を有していて、上記給水弁５２は、出口部の開放の選択により、洗い時に接続パイプ５４から給水ボックス５３の洗剤投入部を経て水槽２内に給水し、最終すすぎ時に接続パイプ５５から給水ボックス５３の柔軟仕上剤投入部を経て同じく水槽２内に給水するようにしている。

このほか、外箱１の前面部の上部の裏側には制御装置５６が配置されている。この制御装置５６は例えばマイクロコンピュータから成り、洗濯乾燥機の作動全般を制御する制御手段として機能する。制御装置５６には、操作パネル（図示省略）が有した各種操作スイッチから成る操作入力部より各種操作信号が入力されると共に、水槽２内の水位を検知するように設けた水位センサから水位検知信号が入力される。

更に、制御装置５６には、蒸発器４２の入口及び出口、凝縮器４３、並びに圧縮機４５の冷媒吐出部の各温度を検知する温度センサから夫々温度検知信号が、また、後述するＡ／Ｄ変換器より電流値検知信号が入力されるようになっている。そして、制御装置５６は、上記各種信号の入力並びに予め記憶した制御プログラムに基づいて、給水弁５２と、モータ２１、排水弁１３、圧縮機４５、絞り器４６、循環用送風機３４のモータ３４ｂや、圧縮機４５を冷却する圧縮機冷却用送風機などを駆動回路（何れも図示せず）を介して制御するようになっている。

図１は、圧縮機４５を構成するモータ４５Ｍの回転をベクトル制御するモータ制御装置６０の構成をブロック図で示したものである。ベクトル制御では、電機子巻線に流れる電流を、界磁である永久磁石の磁束方向と、それに直交する方向とに分離してそれらを独立に調整し、磁束と発生トルクとを制御する。電流制御には、モータ４５Ｍの回転子と共に回転する座標系、いわゆるｄ−ｑ座標系で表わした電流値が用いられるが、ｄ軸は回転子に取り付けた永久磁石の作る磁束方向であり、ｑ軸はｄ軸に直交する方向である。巻線に流れる電流のｑ軸成分であるｑ軸電流Ｉｑは回転トルクを発生させる成分であり（トルク成分電流）、同ｄ軸成分であるｄ軸電流Ｉｄは磁束を作る成分である（励磁または磁化成分電流）。

モータ制御装置６０は、電流制御部６１、回転位置推定部（回転位置推定手段）６２、速度制御部（速度制御手段）６３、ＰＷＭ信号形成部（出力電圧変調手段）６４を備えている。電流制御部６１は、モータ４５Ｍに実際に流れる電流のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの値を、速度制御部６３が出力するｄ軸電流指令値Ｉdref、ｑ軸電流指令値Ｉqrefにそれぞれ一致させるように制御する。電流制御部６１は、減算器７１ｄ，７１ｑ、比例積分微分器７２ｄ，７２ｑ、ｄｑ／αβ座標変換器７３、αβ／ＵＶＷ座標変換器（出力電圧変調手段）７４、ＵＶＷ／αβ座標変換器７５、αβ／ｄｑ座標変換器７６を備えている。

電流センサ７７（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータ４５Ｍの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するセンサである。尚、電流センサ７７に替えて、インバータ回路（出力電圧変調手段）７８を構成する下アーム側のスイッチング素子とグランドとの間に３個のシャント抵抗を配置し、それらの端子電圧に基づいて電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する構成としても良い。

電流センサ（電流検出手段）７７により検出された電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、図示しないＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換されて、ＵＶＷ／αβ座標変換器７５により２相電流Ｉα、Ｉβに変換され、それらの２相電流Ｉα、Ｉβは、αβ／ｄｑ座標変換器７６により、更にｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑに変換される。α，βは、モータ４５Ｍの固定子に固定された２軸座標系の座標軸である。このαβ／ｄｑ座標変換器７６における座標変換の計算には、後述する回転子の回転位置推定値（α軸とｄ軸との位相差の推定値）θｅが用いられる。

ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑについては、減算器７１ｄ，７１ｑにおいて、速度制御部６３が出力するｄ軸電流指令値Ｉdref、ｑ軸電流指令値Ｉqrefとの偏差ΔＩｄ 、ΔＩｑ が算出される。電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑは、比例積分微分器７２ｄ，７２ｑにおいて比例積分微分演算され、ｄ−ｑ座標系で表わされた出力電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑが算出される。出力電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑは、ｄｑ／αβ座標変換器７３によりα−β座標系で表わした値に変換され、更にαβ／ＵＶＷ座標変換器７４により固定子の各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換される。なお、ｄｑ／αβ座標変換器７３における座標変換の計算にも、後述する回転子の回転位置推定値θｅが用いられる。

各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗはＰＷＭ形成部６４に入力され、指令値に一致する電圧を供給するためのパルス幅変調されたゲート駆動信号が形成される。インバータ回路７８は例えばＩＧＢＴなどのスイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成され、図示しない直流電源回路より直流電圧の供給を受けるようになっている。ＰＷＭ形成部６４で形成されたゲート駆動信号は、インバータ回路７８を構成する各スイッチング素子のゲートに与えられ、それにより各相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに一致するＰＷＭ変調された三相交流電圧が生成されてモータ４５Ｍの電機子巻線に印加される。

上記の構成において、減算部７１ｄ，７１ｑと比例積分微分器７２ｄ，７２ｑとによる比例積分微分（ＰＩＤ）演算によるフィードバック制御が行なわれ、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑはそれぞれｄ軸電流指令値Ｉdref、ｑ軸電流指令値Ｉqrefに一致するように制御される。

回転位置推定部６２は、回転子の回転位置θの推定値θｅ、及び角速度ωの推定値ωｅを推定するもので、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、及びｄ軸の出力電圧指令値Ｖｄ、が入力されている。また、回転位置推定部６２には、モータ４５Ｍの回路定数である電機子巻線のｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗値Ｒの各値が記憶されている。
回転位置推定部６２は、これらの入力値と回路定数を用いて、ｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅｄを次式で計算する。
Ｅｄ＝Ｖｄ−Ｒ・Ｉｄ−Ｌｄ・ｐ・Ｉｄ＋ωｅ・Ｌｑ・Ｉｑ …（１）
ここで、ｐは微分演算子である。誘起電圧推定値Ｅｄには比例積分演算が施され、その結果が回転子の角速度推定値ωｅとして出力される。また、角速度推定値ωｅが積分されることで、その値が回転位置推定値θｅとして出力される。また、角速度推定値ωｅは速度制御部６３にも与えられる。

速度制御部６３は、ｄ軸電流指令値Ｉdref、ｑ軸電流指令値Ｉqrefを出力する回路である。このｄ軸電流指令値Ｉdref、ｑ軸電流指令値Ｉqrefは、回転子の角速度（回転速度に相当）ωを、外部から入力される角速度指令値（回転速度指令値に相当）ωrefに一致させるための電流指令値である。速度制御部６３は、減算器７９、ｄｑ分配器８０により構成されている。

減算器７９は、前記制御装置５６より出力される角速度指令値ωrefと角速度推定値ωｅとの偏差Δωを算出する。偏差Δωは、ｄｑ分配器８０に内蔵される比例積分微分器８１によって比例積分微分演算が施され、その演算結果がｄ軸電流指令値Ｉdrefとｑ軸電流指令値Ｉqerfに分配されて出力される。
そして、ｄ軸電流指令値Ｉdref、ｑ軸電流指令値Ｉqrefは電流制御部６１に与えられ、前述したようにモータ４５Ｍのｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑがそれらの指令値に一致するように制御される。その制御結果としての角速度推定値ωｅが、減算器７９にフィードバックされる。比例積分微分器８１は、比例積分微分演算により偏差Δωをゼロに収束させる。その結果、角速度推定値ωｅは角速度指令値ωrefに一致するようになる。

また、モータ制御装置６０は、変調率設定部（変調率設定手段）８２を備えている。変調率設定部８２は、例えば制御装置５６より与えられる制御指令等に基づいて変調率Ｍを決定し、αβ／ＵＶＷ座標変換器７４及び回転位置推定部６２に出力する。すると、αβ／ＵＶＷ座標変換器７４は、与えられた変調率Ｍに応じて、正弦波状の出力電圧振幅を決定し、電圧指令Ｖｄ，Ｖｑを出力する。例えば、モータ４５Ｍの回転速度を所定速度以上に設定する場合には、変調率Ｍを１．０以上に設定する過変調制御を行う（したがって、変調率設定部８２は、例えば角速度指令値ωrefを参照して変調率Ｍを決定しても良い）。

加えて、回転位置推定部６２は、誘起電圧演算部８３，デジタルフィルタ８４，速度推定部８５及び位置推定部８６を備えて構成されている。誘起電圧演算部８３は、上記（１）式にしたがいｄ軸方向の誘起電圧推定値Ｅｄを演算する部分であり、デジタルフィルタ８４は、推定値Ｅｄを平滑化するローパスフィルタとして構成される。速度推定部８５は、デジタルフィルタ８４により平滑化（低域濾波）された推定値Ｅｄを比例積分演算して角速度推定値ωｅを得る部分であり、位置推定部８６は、角速度推定値ωｅを積分演算して回転位置推定値θｅを得る部分である。
なお、以上の構成において、電流制御部６１，回転位置推定部６２，速度制御部６３は、ベクトル制御手段１００を構成している。

次に、デジタルフィルタ８４の詳細並びに本実施例の作用について、図２及び図３も参照して説明する。変調率設定部８２において決定される変調率Ｍが１．０を超えると、出力電圧波形は過変調状態となり、正弦波に歪み（高調波成分）が加わる。例えば、図３（ａ），（ｂ）は、変調率Ｍがそれぞれ１．０，１．２の場合の相電圧波形を示しており、α＝１．２の場合、波形が歪んでいることが判る。その結果、電流波形にも高調波成分が重畳され、回転位置推定部６２において推定されるｄ軸誘起電圧Ｅｄにも、その高調波成分が含まれてしまう。

そこで、本実施例では、回転位置推定部６２にデジタルフィルタ８４を備え、誘起電圧演算部８３が（１）式により演算した推定値Ｅｄに含まれる高調波成分を除去して平滑化を図る。フィルタ８４は、１次のＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタであるＥＭＡ（Exponential Moving Average）フィルタとして構成する。システムを、Ａ／Ｄ変換周期の離散系として、フィルタ８４の入力データをＸｎとすると、ＥＭＡフィルタは、（２）式で定義される。
ＥＭＡｎ＝α×Ｘｎ＋(１−α)×ＥＭＡｎ−１ …（２）
ただし、
α：１以下の定数
ＥＭＡｎ ：今回のフィルタ出力
ＥＭＡｎ−１：前回のフィルタ出力
である。

すなわち、今回のフィルタ出力ＥＭＡｎは、今回の入力Ｘｎをα倍した項と、前回のフィルタ出力ＥＭＡｎ−１を（１−α）倍した項との和になる。したがって、定数αの値が小さければフィルタ応答は滑らかとなり、遮断周波数は低下する。しかしながら、（２）式により実現されるフィルタは線形であるため、入力に対する応答が一様となる。斯様な線形フィルタは入力値が定常的である場合は有効であるが、入力信号成分の周波数が変化したり、雑音が多い場合のように入力値が変動する場合には、フィルタの応答が遅れて対応が困難となる。

そこで、本実施例では、（２）式に非線形演算を行う項を加える。すなわち、
ＥＭＡ２ｎ＝｛α＋β×（ｄＹｎ／ｄｔ）｝×Ｘｎ
＋［１−｛α＋β×（ｄＹｎ／ｄｔ）｝］×ＥＭＡ２ｎ−１ …（３）
とする。ただし、
β：ゲイン要素
Ｙｎ：Ｘｎとは別のフィルタ入力
である。（３）式は、（２）式のαを、｛α＋β×（ｄＹｎ／ｄｔ）｝に置き換えたものである。そしてこの場合、αは変数として、｛α＋β×（ｄＹｎ／ｄｔ）｝は、最大値が「１」となるように制限される。もう１つのフィルタ入力Ｙｎは、フィルタの遮断周波数を決めるための統計値であり、場合によってはＹｎ＝Ｘｎとしても良い。

そして、（３）式を、図１に示す制御系に適用してフィルタ８４を構成する場合、各パラメータを以下のように対応させる。
Ｘｎ：誘起電圧推定値Ｅｄ
Ｙｎ：速度推定値ωｅ
α：変調率Ｍに応じて決まる変数
β：角周波数→電圧の（単位）変換ゲイン
尚、変換ゲインβは、角周波数の取り得る範囲と電圧の取り得る範囲とに応じて決定する。例えば、電圧範囲が０〜６００Ｖであり、周波数範囲が０〜４００Ｈｚであれば、β＝１．５とする。

すると、フィルタ８４の構成は、図２に示すものとなる。すなわち、速度推定値ωｅを微分器８６により微分し、その微分結果を増幅器８７においてゲインβで増幅して、加算器８８により変数αと加算する。そして、その加算結果と誘起電圧推定値Ｅｄとを乗算器８９により乗算すると共に、減算器９０において定数「１」より上記加算結果を減じる。減算器９０の減算結果は、乗算器９１に出力され、遅延器９２を介して与えられる前回のフィルタ出力ＥＭＡ２ｎ−１と乗算される。そして、乗算器８９，９１の出力は、加算器９３で加算されて今回のフィルタ出力ＥＭＡ２ｎとなる。

ここで、上記のように構成されるフィルタ８４の作用を定性的に説明する。変調率Ｍが小さい場合、電圧波形は歪まないため、電圧・電流波形に含まれる高調波成分の振幅は小さく、且つその周波数も低い。そして、誘起電圧が電流に与える影響も低いため、誘起電圧が歪むことによる影響も低い。斯様な場合、フィルタの通過帯域成分の遅延を抑制する観点から、遮断周波数はより高く設定するのが好ましい。上記の遅延は、制御系の応答性に影響するため重要である。

一方、変調率Ｍが大きい場合、電圧・電流波形に含まれる高調波成分は増大し、誘起電圧が電流に与える影響が高くなるため、歪み成分があると電流に影響を及ぼす。そして、この場合には、変調率Ｍの値に応じて変数αが小さくなるように設定し、遮断周波数を低くするように設定する。

次に、微分演算項について説明する。Ｙｎ＝ωｅであるから、微分演算項は速度変化率を示す。速度がほとんど変化しない制御状態では微分演算項がほぼゼロとなり、フィルタの応答は変調率Ｍのみで決まる。一方、加速，減速運転時のように速度変化が大きい場合は微分演算項が大きくなるため、フィルタ入力Ｘｎに乗じる係数｛α＋β×（ｄＹｎ／ｄｔ）｝が大きくなる。その結果、フィルタの遮断周波数が上昇して平滑機能は低下すると共に応答性は向上する。

本実施例では、誘起電圧推定値Ｅｄがフィルタ入力であり、位置推定アルゴリズムでは推定値Ｅｄに基づき回転数ωｅを推定するので、推定値Ｅｄの応答性はそのまま回転数ωｅの推定応答性に影響する。すなわち、急速な速度応答が要求される加速，減速運転時には、誘起電圧Ｅｄの推定応答性を向上させることが好ましいため（３）式を採用している。尚、入力Ｙｎは、被平滑値であるＸｎと相関を有しているものであれば良く、個別の制御系に応じて最適なパラメータは異なると考えられる。

図３（ｃ）には、変調率が１．０，１．２の場合における電圧波形の周波数スペクトルを示す。例えば、駆動周波数が１００ｒｐｓ（０．２ｋＨｚ）の場合に、変調率を１．２とすると、４倍，５倍の高調波成分０．８ｋＨｚ，１，０ｋＨｚが発生する。したがって、変調率１．０の場合はフィルタ８４の遮断周波数を例えば３ｋＨz付近に設定し、ＰＷＭ制御によるスイッチング波形成分を除去する。そして、変調率の上限を１．２とする場合は遮断周波数を例えば０．７ｋＨz付近に設定する。斯様に変調率Ｍに応じて遮断周波数を変化させ、誘起電圧推定値Ｅｄに含まれる高調波成分を除去すれば、速度推定部８４並びに位置推定部８５は、推定値ωｅ，θｅを安定して求めることができる。
また、図３（ａ）,（ｂ）には、フィルタ８４を作用させた場合（Ｖｄ＿ＥＭＡ）とフィルタ８４を用いない場合との出力電圧Ｖｄの波形も示している。図３（ｂ）については、波形Ｖｄ＿ＥＭＡで高調波成分が除去されていることが判る。

以上のように本実施例によれば、モータ４５Ｍに流れる電流を検出してセンサレスベクトル制御を行うと共に、変調率設定部８２が変調率Ｍを１．０超に設定して過変調制御を実行する場合、回転位置推定部６２は、位置推定の過程で求められるｄ軸誘起電圧Ｅｄをデジタルフィルタ８４により平滑化し、平滑化したｄ軸誘起電圧に基づいて回転速度ωｅ及び回転位置θｅを推定するようにした。したがって、過変調制御が実行される場合でも、センサレスベクトル制御を安定的に実行することができる。

そして、フィルタ８４を、速度推定値ωｅを微分演算する非線形演算項を加えたＥＭＡフィルタとして構成し、遮断周波数を決定するための係数αを変調率Ｍに応じて可変設定するようにしたので、移動平均の原理によってｄ軸誘起電圧Ｅｄを平滑化することができ、また、変調率Ｍに応じて遮断周波数を適切に変化させることができる。更に、モータ４５Ｍの回転速度が変動する場合でも、非線形演算項によってフィルタ８４の遮断周波数を迅速に変更することができる。したがって、高調波成分の多寡や速度応答性の要求度合いなどに応じてフィルタ８４の特性をダイナミックに最適化することが可能となり、制御応答性を良好に維持しながら制御安定性を確保することができる。

加えて、モータ制御装置６０を、洗濯乾燥機においてヒートポンプ４７を構成する圧縮機４５のコンプレッサモータ４５Ｍの駆動制御に適用したので、例えば乾燥運転を開始する際に回転槽３の温度を急上昇させる必要がある場合には、モータ４５Ｍを過変調制御して回転数を高めることで圧縮機４５の出力を上昇させることができ、消費電力を低減して効率を向上させることができる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
フィルタの入力に変動があまり生じない制御系においては、ＥＭＡフィルタを（２）式に基づいて構成しても良い。
更に、ＥＭＡフィルタに限ることなく、個別の設計に応じてその他の形式のフィルタを採用しても良い。
比例積分微分器７２，８１を、制御系によっては微分演算器に置き換えても良い。
洗濯乾燥機のコンプレッサモータに限ることなく、洗濯乾燥機において、洗い、濯ぎおよび脱水運転を行うための回転駆動力を発生させるモータ２１を制御する構成に本発明を適用しても良い。その他、センサレスベクトル制御と過変調制御とを組み合わせて駆動されるモータであれば適用が可能である。

本発明の一実施例であり、モータ制御装置の構成を示すブロック図 回転位置推定部に内蔵されるデジタルフィルタの構成を示す図 （ａ），（ｂ）は変調率が異なる場合の相電圧波形、（ｃ）は（ａ），（ｂ）の波形についての周波数スペクトラムを示す図 ドラム式洗濯乾燥機の縦断側面図 洗濯乾燥機のヒートポンプサイクルを示す図

符号の説明

図面中、４５Ｍはモータ、６０はモータ制御装置、６２は回転位置推定部（回転位置推定手段）、６４はＰＷＭ信号形成部（出力電圧変調手段）、７４はαβ／ＵＶＷ座標変換器（出力電圧変調手段）、７７は電流センサ（電流検出手段）、７８はインバータ回路（出力電圧変調手段）、８２は変調率設定部（変調率設定手段）、８４はデジタルフィルタ（ＥＭＡフィルタ）、１００はベクトル制御手段を示す。

Claims (8)

1. モータを駆動するため、正弦波状に変調した電圧を出力する出力電圧変調手段と、
   前記出力電圧の変調率を、１．０超に設定可能である変調率設定手段と、
   前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   この電流検出手段により検出される電流をｄ軸電流とｑ軸電流とに分離し、それらの各電流成分を、回転速度指令に基づく電流指令値に一致させるように制御するベクトル制御手段と、
   このベクトル制御手段における制御に使用される、前記モータの回転速度及び回転子の回転位置を推定する回転位置推定手段とを備え、
   前記回転位置推定手段は、推定の過程で求められるｄ軸誘起電圧を平滑化するフィルタを備え、このフィルタにより平滑化されたｄ軸誘起電圧に基づいて、前記回転速度及び回転位置を推定し、
   前記フィルタは、遮断周波数を決定するための係数を、前記変調率設定手段によって設定される変調率に応じて可変設定することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記フィルタは、遮断周波数を決定するための係数を、前記回転位置推定手段によって推定される回転速度の変化率に応じて可変設定することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記フィルタは、ＥＭＡ（Exponential Moving Average）フィルタで構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
4. 前記フィルタは、前記ＥＭＡフィルタに、非線形演算を行う項を加えて構成されることを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
5. 前記非線形演算項は、前記回転位置推定手段によって推定される回転速度を微分演算する項であることを特徴とする請求項４記載のモータ制御装置。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載のモータ制御装置を備えることを特徴とする洗濯機。
7. 洗濯物を乾燥させる乾燥運転を行うため、温風を生成するヒートポンプの一部を構成する圧縮機を備え、
   前記制御装置は、前記圧縮機に内蔵されるモータを制御することを特徴とする請求項６記載の洗濯機。
8. 正弦波状に変調した電圧を出力してモータを駆動する場合に、前記出力電圧の変調率を、１．０超に設定する過変調制御を実施可能であるモータ制御方法において、
   前記モータに流れる電流を検出し、
   検出される電流をｄ軸電流とｑ軸電流とに分離し、それらの各電流成分を、回転速度指令に基づく電流指令値に一致させるように制御するベクトル制御に使用される、前記モータの回転速度及び回転子の回転位置を推定する際に、
   前記推定の過程で求められるｄ軸誘起電圧を、遮断周波数を決定するための係数が前記変調率に応じて可変設定されるフィルタにより平滑化し、このフィルタにより平滑化されたｄ軸誘起電圧に基づいて、前記回転速度及び回転位置を推定することを特徴とするモータ制御方法。

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