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公開番号2021058244
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210415
出願番号2019182610
出願日20191003
発明の名称洗濯機
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人,個人
主分類D06F 33/30 20200101AFI20210319BHJP(繊維または類似のものの処理;洗濯;他に分類されない可とう性材料)
要約【課題】本開示は、起動に失敗して、ロック状態になった場合に、起動方法を変えることで、容易にロック状態を解消できる洗濯機を提供する。
【解決手段】本開示における洗濯機は、制御装置13は、巻線4a、4b、4cに対する永久磁石4dの位置に関係しない通電を行うセンサレスオープンループ加速制御処理と、巻線4a、4b、4cに対する永久磁石4dの位置に応じた通電を行うセンサレス位相推定制御処理と、センサレスオープンループ加速制御処理からセンサレス位相推定制御処理への移行後に永久磁石4dが所定の回転数で回転していないとロックしていると検知するセンサレス位相推定制御処理と、を実行可能とし、制御装置13は、センサレス位相推定制御処理において、モータ4がロックしたと検知したときに、センサレスオープンループ加速制御処理による駆動開始時に複数回、異なる位相での位相固定制御を行うものである。
【選択図】図11
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、前記制御部は、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の制御処理と、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の制御処理と、前記第1の制御処理から前記第2の制御処理への移行後に前記永久磁石が所定の回転数で回転していないとロックしていると検知するロック検知処理と、を実行可能とし、前記制御部は、前記ロック検知処理において、ロックしたと検知したときに、前記第1の制御処理による駆動開始時に複数回、異なる位相での位相固定制御を行うようにした洗濯機。
続きを表示(約 640 文字)【請求項2】
前記制御部は、前記ロック検知処理において、ロックしたと検知したときに、前記第1の制御処理による位相固定制御の位相を変更させるようにした、請求項1に記載の洗濯機。
【請求項3】
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、前記制御部は、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の制御処理と、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の制御処理と、前記第1の制御処理から前記第2の制御処理への移行後に前記永久磁石が所定の回転数で回転していないとロックしていると検知するロック検知処理と、を実行可能とし、前記制御部は、前記ロック検知処理において、ロックしたと検知したときに、前記第1の制御処理による駆動回転数加速度を低くするようにした洗濯機。
【請求項4】
前記制御部は、前記ロック検知処理において、ロックしたと検知したときに、前記第1の制御処理により制御される電流または、電圧を大きくするようにした、請求項3に記載の洗濯機。
【請求項5】
前記制御部は、撹拌またはすすぎシーケンスで、前記ロック検知処理において、ロックしたと検知したときに、前記第1の制御処理による駆動回転方向を逆転させるようにした、請求項1〜4のいずれか一項に記載の洗濯機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、洗濯機に関するものである。
続きを表示(約 5,000 文字)【背景技術】
【0002】
従来、この種の洗濯機は、モータの回転位置検出を以下のように行っている。回転位置検出とはモータの電気角を検出することで、ホール素子、ロータリーエンコーダーなどを回転センサとして用いている。しかし、コストや構造上の制約の点から、回転センサを設けることができない場合、回転センサなしのセンサレスで回転位置検出を行う方法があり、誘起電圧を用いるものと、インダクタンスを用いるものがある。
【0003】
誘起電圧を用いる場合、モータへの入力電圧と電流からモータの回転数に比例する誘起電圧を算出して、この誘起電圧から回転位置を検出する。この検知方法は、モータ回転数が高い領域では、誘起電圧が大きいため、精度のいい回転位置検知ができるが、回転数が低い領域では、誘起電圧が小さいため、起動や停止時には正しく回転検知できない。
【0004】
また、インダクタンスを用いる場合は、モータへの入力電圧と電流からモータのインダクタンスを算出して、このインダクタンス変動周期がモータ電気角の2倍になることを利用して回転位置を検出する。この検知方法は、磁気的突極性をもつモータに限られ、モータの回転周期と別の周期でモータに電圧を印加する(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2001−169590号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、このような従来の洗濯機は、磁気的非突極性をもつモータでは、回転数が低い領域での位相推定が困難なため、位相情報をフィードバックしない制御方法を使っていた。この場合、位相が不確かなため、トルクが正しくモータに伝わらず、起動に失敗し、ロック状態になる。さらに、ロック解除のため、同じように起動方法で再起動を行っても、ロック解除されず、起動できないという課題を有していた。
【0007】
本開示は、上記従来の課題を解決するもので、起動に失敗して、ロック状態になった場合に、起動方法を変えることで、容易にロック状態を解消できる洗濯機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記従来の課題を解決するために、本開示における洗濯機は、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、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、前記制御部は、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の制御処理と、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の制御処理と、前記第1の制御処理から前記第2の制御処理への移行後に前記永久磁石が所定の回転数で回転していないとロックしていると検知するロック検知処理と、を実行可能とし、前記制御部は、前記ロック検知処理において、ロックしたと検知したときに、前記第1の制御処理による駆動開始時に複数回、異なる位相での位相固定制御を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【0009】
本開示における洗濯機は、起動に失敗して、ロック状態になった場合に、起動方法を変えることで、容易にロック状態を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施の形態1における洗濯機の要部断面図
同洗濯機のモータの駆動系のブロック図
同洗濯機のモータの等価回路図
同洗濯機のモータの位相推定時の制御ブロック図
同洗濯機のモータの速度位相推定手段の詳細ブロック図
(a)同洗濯機のモータの位相推定時の推定座標が遅れ状態のベクトル図、(b)同洗濯機のモータの位相推定時の推定座標が進み状態のベクトル図
同洗濯機のモータのオープンループ時の制御ブロック図
(a)同洗濯機のモータのセンサレス制御処理のフローチャート、(b)同洗濯機のモータの別のセンサレス制御処理のフローチャート
同洗濯機のモータのセンサレスオープンループ加速制御処理のフローチャート
同洗濯機のモータのセンサレスオープンループ加速制御の初期位相固定制御のベクトル図
同洗濯機のモータのセンサレスオープンループ加速制御の指令回転数を示すグラフ
同洗濯機のモータのセンサレス位相推定制御処理のフローチャート
同洗濯機のモータの速度制御処理のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。また、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。
【0012】
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1における洗濯機の要部断面図である。
【0013】
底部に衣類攪拌用のパルセータ1を左右回転自在に配した洗濯兼脱水槽2は、脱水回転自在に水受け槽3の内部に構成される。水受け槽3の外底部にはモータ4を固定し、モータ4の回転は、モータプーリ31とベルト5とインペラプーリ32、および減速機構兼クラッチ6を介して、パルセータ1または洗濯兼脱水槽2を回転駆動させたり、ブレーキさせたりする。ブレーキはモータ4に逆トルクがかかるように制御する方法のほか、ギヤードモータ7を作動させ、ブレーキベルト8を回転部に接触させることで機械的に洗濯兼脱水槽2を制動させる方法がある。洗濯機外枠9上方に配したパネル部10の上面には開閉自在に蓋11を構成し、パネルの前方内方には、洗濯機行程全般を制御すると共に、表示手段12を有する制御装置13を配する。
【0014】
制御装置13は、モータ4、給水弁14、排水弁15などの動作を制御し、洗い、すすぎ、脱水などの一連の行程を逐次制御するマイクロコンピュータからなる制御手段20等で構成している。制御手段20は、使用者が所望の洗濯コース設定や運転開始、一時停止などを操作する入力設定手段からの情報を基に、LEDやLCD等の発光素子からなる表示手段12で、行程進捗の表示や各種情報を表示して使用者に知らせる。入力設定手段により運転開始が設定されると、水位検知手段等からのデータに応じて、ギヤードモータ7、給水弁14、排水弁15の動作を制御して洗濯運転を行う。
【0015】
図2は、実施の形態1における洗濯機のモータの駆動系のブロック図である。
【0016】
交流電源は、整流回路16に交流電力を加え、整流回路16は倍電圧整流回路で構成し、インバータ回路17に倍電圧直流電圧を加える。インバータ回路17は、6個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる3相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)と逆並列ダイオードおよびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール(以下、IPMという)で構成している。インバータ回路17の出力端子にモータ4を接続し、駆動する。
【0017】
電流検出手段18は、インバータ回路17の負電圧端子と整流回路16の負電圧端子間にシャント抵抗を接続し、このシャント抵抗の両端電圧から算出したインバータ回路17の入力電流をもとに、モータ4の相電流Iu、Iv、Iwを検出する。インバータ回路17に加わる直流電圧が、交流電源からの入力以外に、モータ回転により発生する回生エネルギーにより、重畳することもあるため、常に検知している。
【0018】
PWM制御手段19は制御手段20からの3相モータ駆動制御電圧指令Vus、Vvs、Vwsに応じ、インバータ回路17のIGBTのスイッチングさせるPWM信号を制御し、インバータ回路の出力電圧Vu、Vv、Vwにより、モータ4を駆動する。
【0019】
図3は、実施の形態1における洗濯機のモータの等価回路図である。
【0020】
ここでは説明を簡単にするため、機械角1回転が電気角1回転となる2極構成としている。極数が4極、8極、・・・に変わった場合、機械角1回転が電気角2、4、・・・回転の関係に変わる。モータ4は、三相同期モータであり、U、V、Wの三相の巻線4a、4b、4cと、回転軸中心回りに回転するロータである永久磁石4dを有する等価回路により構成される。この等価回路において永久磁石のN極側を正方向として貫く軸をd軸(direct−axis)と定義し、それに直交する軸をq軸(quadrature−axis)と定義する。このように定義するとモータのトルクを主に支配するのはq軸方向の磁界となる。また、位相(電気角)はU相巻線を貫く軸とd軸との回転角θとなる。以下、記載する位相は全て電気角である。なお、d軸方向に磁界を生じるように電圧を印加した場合の巻線のインダクタンスをLdとし、同じくq軸方向についてのインダクタンスをLqとする。
【0021】
埋込磁石型三相同期モータは、Ld<Lqの関係にある。また後で説明する制御手段20は、最初は回転子の位置を正確に検出できていないため、図3に示す通り、位相θcであると想定しており、現実の位相θとは誤差△θを生じている。つまり、マイコンが位相θcと想定して制御を行う軸を、実際のモータのd軸、q軸に対し、γ軸(推定d軸)、δ軸(推定q軸)となる。以降、マイコン内のトルクに対応した電流成分をδ軸電流Iδ、マイコン内の磁束に対応した電流成分をγ軸電流Iγ、マイコン内のトルクに対応した電圧成分を指令δ軸電圧Vδs、マイコン内の磁束に対応した電圧成分を指令γ軸電圧Vγsとする。
【0022】
図4は、実施の形態1における洗濯機のモータの位相推定時の制御ブロック図である。
【0023】
制御手段20は、マイクロコンピュータ(マイコン)と、マイコンに内蔵したインバータ制御タイマー(タイマー)、A/D変換、メモリ回路、速度位相推定手段21、3相2相変換器22、Iδ誤差増幅器23、Iγ誤差増幅器24、2相3相変換器25、速度誤差増幅器26、弱め界磁設定手段27等より構成され、以下のように、インバータ制御を行う。
【0024】
速度位相推定手段21の詳細は後で記載する。速度位相推定手段21は、δ軸電流Iδ、γ軸電流Iγ、指令γ軸電圧Vγsを入力し、速度(電気角速度)ωと、推定位相θを出力する。以下、記載する速度は全て電気角速度である。
【0025】
3相2相変換器22は、電気角θと相電流Iu、Iv、Iwと、静止座標系から回転座標系に変換するのに必要な正弦波データ(sin、cosデータ)から、γ軸電流Iγとδ軸電流Iδを、数式1のように演算する。
【0026】
【0027】
Iδ誤差増幅器23は、速度誤差増幅器26で求めたδ軸電流指令Iδsと3相2相変換器22で求めたδ軸電流Iδからδ軸電流の指令値Iδsに対する誤差ΔIδが入力され、比例成分と積分成分の和として指令δ軸電圧Vδsを出力する。
【0028】
同様にIγ誤差増幅器24は、弱め界磁設定手段27で求めたγ軸電流指令Iγsと3相2相変換器22で求めたγ軸電流Iγからγ軸電流の指令値Iγに対する誤差ΔIγが入力され、比例成分と積分成分の和として指令γ軸電圧Vγsを出力する。
【0029】
δ軸電流Iδとγ軸電流Iγに分解してそれぞれ独立に制御するのでベクトル制御と呼ばれる。
【0030】
2相3相変換器25は、位相θと指令δ軸電圧Vδsと指令γ軸電圧Vγsと、回転座標系から静止座標系に逆変換するのに必要な正弦波データ(sin、cosデータ)から、正弦波状の指令3相電圧Vus、Vvs、Vwsを、数式2のように演算する。
(【0031】以降は省略されています)

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