电动机控制装置和洗衣机的制作方法

专利名称：电动机控制装置和洗衣机的制作方法
技术领域：
本发明涉及以在转子侧具备永磁体而构成的永磁体电动机为控制对象的电动机 控制装置及具备该电动机控制装置的洗衣机，所述永磁体具有可容易改变磁化量的等级 的矫顽力。
背景技术：
日本公开专利公报2009-118663号公开了具有以下那样结构的滚筒式洗衣机。 在使滚筒旋转的无刷DC电动机的转子中，具有包含钕磁体和铝镍钴磁体的转子磁体。电 动机控制装置的控制电路产生为了使铝镍钴磁体的磁化量而通过矢量控制获得的d轴电 流(励磁电流)，脱水运转是在减少转子磁体的磁通的状态下进行运转，洗涤 漂洗运转 是在增加转子磁体的磁通的状态下进行运转。即，若为使转子磁体增磁的状态，则电动机的特性成为适于要求低速/高转矩 输出的洗涤·漂洗运转的特性，若为使转子磁体减磁的状态，则电动机的特性成为适于 要求高速/低转矩输出的脱水运转的特性。由此，提高了电动机的驱动效率并实现了洗 衣机的低消耗电力。但是，所述公报公开的结构存在以下的问题。在与洗涤·漂洗运转等对应地进 行电动机的驱动控制的情况下，相对于在电动机的绕组中流动的最大电流，为了改变转 子磁体的磁化量(磁力)而流过的电流成为所述最大电流的2倍左右的值。为了进行矢量 控制需要检测电动机电流，在通过放大电路对分流电阻的电流放大后，进行A/D变换， 由控制电路(微计算机)作为数据读入，所述分流电阻连接在逆变器电路的下侧臂和地之 间。因此，为了使输出信号不饱和，需要与电流检测范围的最大等级相应地设定放 大电路的放大率。但是，由于在洗衣机正工作的环境下频繁产生噪音，所以在进行电动 机的旋转控制的期间检测的电流的放大输出中容易出现噪音的影响，有可能妨碍旋转控 制。即，若放大率小，则旋转控制时检测的电流的信号电平降低，与此相对噪音电平不 发生变化，因此噪音的影响相对变大，S/N比降低。

发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供一种在使转子磁力变化的可变 磁通电动机为控制对象的情况下可稳定进行电动机的旋转控制的电动机控制装置及具有 该电动机控制装置的洗衣机。技术方案1所述的电动机控制装置，其特征在于，具备逆变器电路，其对在转子侧具备永磁体而构成的永磁体电动机的绕组进行通 电，所述永磁体具有可容易地变更磁化量的等级的矫顽力；磁化量控制单元，其通过经由该逆变器电路对所述绕组通电，从而改变所述永 磁体的磁化量；
电流检测元件，其产生与在所述永磁体电动机的绕组中流动的电流相应的电压
信号；放大所述电压信号的放大电路；控制该放大电路的放大率的放大率控制单元；以及 旋转控制单元，其根据经由所述放大电路放大后的信号，经由所述逆变器电路 进行永磁体电动机的旋转控制，所述放大率控制单元将所述磁化量控制单元改变所述永磁体的磁化量时的放大 率切换为比在所述旋转控制单元进行所述永磁体电动机的旋转控制的期间设定的放大率 低。技术方案9所述的电动机控制装置，其特征在于，具备逆变器电路，其对在转子侧具备永磁体而构成的永磁体电动机的绕组进行通 电，所述永磁体具有可容易地变更磁化量的等级的矫顽力；磁化量控制单元，其通过经由该逆变器电路对所述绕组通电，从而改变所述永 磁体的磁化量；电流检测元件，其产生与在所述永磁体电动机的绕组中流动的电流相应的电压
信号；放大所述电压信号的放大电路；以及旋转控制单元，其根据经由该放大电路放大后的信号，经由所述逆变器电路进 行永磁体电动机的旋转控制，所述旋转控制单元在所述磁化量控制单元改变所述永磁体的磁化量的期间，将 经由所述放大电路放大后的信号设为无效来进行所述旋转控制。技术方案10所述的洗衣机，其特征在于，具备永磁体电动机，其被构成为在转子侧具备永磁体，所述永磁体具有可容易地变 更磁化量的等级的矫顽力；逆变器电路，其对该永磁体电动机的绕组进行通电；磁化量控制单元，其通过经由该逆变器电路对所述绕组通电，从而改变所述永 磁体的磁化量；电流检测元件，其产生与在所述永磁体电动机的绕组中流动的电流相应的电压
信号；放大所述电压信号的放大电路；控制该放大电路的放大率的放大率控制单元；以及旋转控制单元，其根据经由所述放大电路放大后的信号，经由所述逆变器电路 进行永磁体电动机的旋转控制，所述放大率控制单元将所述磁化量控制单元改变所述永磁体的磁化量时的放大 率切换为比在所述旋转控制单元进行所述永磁体电动机的旋转控制的期间设定的放大率 低，所述洗衣机通过所述永磁体电动机产生的旋转驱动力进行洗濯运转。技术方案11所述的洗衣机，其特征在于，具备永磁体电动机，其被构成为在转子侧具备永磁体，所述永磁体具有可容易地变更磁化量的等级的矫顽力；逆变器电路，其对 在转子侧具备永磁体而构成的永磁体电动机的绕组进行通 电，所述永磁体具有可容易地变更磁化量的等级的矫顽力；磁化量控制单元，其通过经由该逆变器电路对所述绕组通电，从而改变所述永 磁体的磁化量；电流检测元件，其产生与在所述永磁体电动机的绕组中流动的电流相应的电压
信号；放大所述电压信号的放大电路；以及旋转控制单元，其根据经由该放大电路放大后的信号，经由所述逆变器电路进 行永磁体电动机的旋转控制，所述旋转控制单元在所述磁化量控制单元改变所述永磁体的磁化量的期间，将 经由所述放大电路放大后的信号设为无效来进行所述旋转控制，所述洗衣机通过所述永磁体电动机产生的旋转驱动力进行洗濯运转。根据技术方案1或9所述的电动机控制装置，即使在磁化量控制单元改变永磁体 的磁化量的情况下，也可不受噪音的影响地检测电动机电流并在稳定的状态下进行旋转 控制。并且，因为可以使永磁体电动机的特性根据运转状态而变化为所要求的特性，所 以可以提高驱动效率并实现低消耗电力。根据技术方案10或11所述的洗衣机，可以使永磁体电动机的特性根据洗涤运转 和/或脱水运转而而变化为所要求的特性，所以可以提高驱动效率并实现低消耗电力。


图1是表示第1实施例、在洗衣机开始洗涤运转时使转子磁体的磁化量变化的处 理的流程图；图2是电流的A/D变换处理的流程图；图3是PWM控制的载波和A/D变换的定时的图；图4是表示分2次进行磁化的处理的具体图像的图；图5是表示伴随输出磁化电流脉冲而使放大率变化的切换信号的输出状态的 图；图6是表示放大电路部的详细结构的图；图7是表示滚筒电动机的驱动系统的概略图；图8概略地表示滚筒电动机的全体结构，(a)是平面图，(b)是部分扩大表示的 立体图；图9是洗濯干燥机的纵断侧面图；图10是表示第2实施例的、滚筒电动机的旋转停止状态下的处理的流程图；图11是表示切换了放大率时的电流波形的变化的图；图12是表示第3实施例的与图6相当的图；图13是与图1相当的图；图14是表示第4实施例的与图7相当的图；图15是与图6相当的 图16是与图2相当图；图17是说明与切换放大率相应而切换分压比的图。
具体实施例方式(第1实施例)以下，参照图1至图9说明适用于热泵式洗濯干燥机(洗衣房设备)的第1实施 例。在表示洗濯干燥机的纵断侧面的图9中，在外箱1的内部以水平状态配设配设有水 槽2，该水槽2由多个支撑装置3弹性地支撑。在该水槽2的内部，配设了在为与其同轴 的状态下可旋转的旋转滚筒4。该旋转滚筒4在周侧壁及后壁具有许多兼作通风孔的脱水 孔4a(仅图示一部分)，也作为洗濯槽、脱水槽及干燥室发挥功能。另外，在旋转滚筒4 的内周面上设置了多个挡板4b(仅图示1个)。在上述外箱1、水槽2及旋转滚筒4中，都分别在前面部(图中为右侧部)具有 放入取出洗濯物的开口部5、6及7，开口部5与开口部6通过可弹性变形的波纹管8以维 持水密性的方式连接。另外，在外箱1的开口部5设置了将其开闭的门9。另外，旋转 滚筒4在背面部具有旋转轴10，该旋转轴10由轴承(未图示)支撑，通过包括外转子型 的三相无刷DC电动机在内的滚筒电动机(永磁体电动机)11进行旋转驱动，所述滚筒电 动机被安装在水槽2的背面部的外侧。另外，旋转轴10与电动机11的旋转轴一体，旋 转滚筒4通过直接驱动方式进行驱动。在外箱1的底板la，经由多个支撑部件12支撑壳体13，在该壳体13的右端部 上部及左端部上部，分别形成了吐出口 13a及吸入口 13b。另外，在底板Ia设置了热泵 (制冷循环)14的压缩机15。而且，在壳体13内从右侧向左侧依次设置热泵14的凝缩 器16和蒸发器17，位于右端部而配设了送风风扇18。在位于壳体13中的蒸发器17的 下方的部位，形成了皿状的接水部13c。在水槽2中，在前面部的上部形成吸气口 19，在背面部下部形成排气口 20。吸 气口 19经由直线状管21及自由伸缩的连结管22与壳体13的吐出口 13a连接。另外， 排气口 20经由环状管23及自由伸缩的连结管24与壳体13的吸入口 13b连接。环状管 23安装在水槽2的背面部的外侧，与滚筒电动机11形成同心圆状。即，环状管23的入 口侧与排气口 20连接，出口侧经由连结管24与吸入口 13b连接。并且，所述壳体13、 连结管22、直线状管21、吸气口 19、排气口 20、环状管23及连结管14构成空气循环路 径25。在外箱1内，在其后方上部配设了包括三通阀在内的供水阀26，另外，在前方 上部配设了洗剂投入器26a。供水阀26的入水口经由供水软管与水道的龙头连接，第1 出水口经由洗涤用供水软管26b与洗剂投入器26a的上段的入水口连接。另外，第2出 水口经由漂洗用供水软管26c与洗剂投入器26a的下段的入水口连接。并且，洗剂投入 器26a的出水口经由供水软管26d与形成在水槽2的上部的供水口 2a连接。在水槽2的底部的后方部位形成有排水口 2b，该排水口 2b经由排水阀27a与排 水软管27连接。另外，排水软管27的一部分自由伸缩。并且，壳体13的接水部13c 经由排水软管28及逆止阀28a与排水软管27的中途的部位连接。在外箱1的前面上部设置了操作面板部29，在该操作面板部29设置了未图示的显示器及各种的操作开关。另外，在操作面板部29的背面设置了显示/操作用基板48， 通过与在基板匣110内置的控制电路(磁化量控制单元、放大率控制单元、旋转控制单 元)30进行通信来控制操作面板部29。控制电路30由微计算机构成，响应于操作面板部 29的操作开关的操作来控制供水阀26、滚筒电动机11及排水阀27a，执行洗涤、漂洗及 脱水的洗濯运转，或控制驱动滚筒电动机11及压缩机15的包括三相无刷DC电动机在内 的压缩机电动机(压缩电动机，未图示)，执行干燥运转。图7是概略表示滚筒电动机11的驱动系统的图。逆变器电路(PWM控制方式 逆变器)31由6个IGBT (半导体开关元件)32a 32f三相桥接而构成，在各IGBT32a 32f的集电极-发射极间连接有续流二极管33a 33f。下臂侧的IGBT32d、32e、32f的发射极经由分流电阻(电流检测元件)34u、 34v、34w与地连接。另外，IGBT32d、32e、32f的发射极和分流电阻34u、34v、34w的 共同连接点经由包括分压电阻元件Rl、R2(分压比1 1)的电平移动电路35与放大电 路部36的各输入端子连接。另外，在滚筒电动机11的绕组Ilu Ilw中最大流过15A 程度的电流，因此分流电阻34u 34w的电阻值 例如设定成0.033Ω。另外，构成电平移 动电路35的分压电阻的电阻值例如分别设定成IkQ。在逆变器电路31的输入侧连接有驱动用电源电路37。驱动用电源电路37通过 由二极管桥构成的全波整流电路39及串联连接的2个电容40a、40b对100V的电网交流 电源38进行倍压全波整流，向逆变器电路31供给约280V的直流电压。逆变器电路31 的各相输出端子与滚筒电动机11的各相绕组llu、llv、Ilw连接。控制电路30通过A/D变换电路(ADC) 30a对经由放大电路部36获得的流向电 动机11的绕组IlU Ilw的各相的电流进行A/D变换并读入后，根据其电流值、逆变器 的输出电压、电动机常数(绕组的电阻值及电感)，推定2次侧的旋转磁场的相位θ及旋 转角速度ω，并将三相电流进行正交座标变换及d_q(直接正交)座标变换，获得励磁电 流分量Id、转矩电流分量Iq。然后，控制电路30若从外部被赋予速度指令，则根据推定出的相位θ及旋转角 速度ω以及电流分量Id、Iq,生成电流指令Idref、Iqref,将它们变换为电压指令Vd、
Vq后，进行正交座标变换及三相座标变换。最终，生成驱动信号作为PWM信号，经由 逆变器电路31向电动机11的绕组Ilu Ilw输出。另外，矢量控制的控制系统与专利 文献1所公开的结构同样。第1电源电路41将向逆变器电路31供给的约280V的驱动用电源降压，生成15V 的控制用电源，供给到控制电路30、驱动电路42及高压驱动电路43。另外，第2电源 电路44是通过上述驱动用电源生成3.3V电源并供给到控制电路30及放大电路部36的三 端子调节器。高压驱动电路43配置为用于驱动逆变器电路31中的上臂侧的IGBT32a 32c。另外，在电动机11的转子配置了在启动时使用的例如由霍尔IC构成的旋转位置 传感器45(u、ν、w)，旋转位置传感器45 (位置检测单元)输出的转子的位置信号被提供 给控制电路30。S卩，在电动机11启动时，使用旋转位置传感器45进行矢量控制，直到 达到可推定转子位置的旋转速度(例如，约30rpm)，在达到了所述旋转速度以后，切换 到不使用旋转位置传感器45的无传感器矢量控制。
关于压缩机电动机，虽然未具体图示，以与滚筒电动机11的驱动系统大致对称的结构进行配置。另外，在电源电路37的输出端子与地之间连接有电阻元件46a、46b的串联电 路，它们的共同连接点与控制电路30的输入端子连接。控制电路30读入由电阻元件 46a、46b分压后的逆变器电路31的输入电压，作为用于确定PWM信号占空比的基准。 另外，控制电路30控制例如门锁控制电路、干燥用风扇电动机等各种电气安装件47，或 者在与所述的显示/操作用基板48之间进行操作信号和/或控制信号等的输入输出。而 且，控制电路30如后述控制切换放大电路部36的放大率。另外，在内置于放大电路部 36的过电流判别功能输出了过电流检测信号的情况下，进行相应的保护工作。图8概略表示滚筒电动机11的整体结构，(a)是平面图，(b)是部分扩大表示的 立体图。滚筒电动机11包括定子51和设置在其外周的转子52，定子51包括定子芯53 和定子绕组llu、llv、llw。定子芯53具有环状的轭部53a和从该轭部53a的外周部以 放射状突出的许多齿部53b，定子绕组llu、llv、Ilw卷绕于各齿部53b。转子52是通过未图示塑模树脂将框54、转子芯55、多个永磁体56、57—体化 而构成的。框54通过冲压加工磁性体例如铁板而形成扁平底被封闭的圆筒状。并且， 永磁体56、57构成转子磁体58。转子芯55配置在框54的周侧壁的内周部，其内周面以具有向内呈圆弧状突出的 多个凸部55a的凹凸状形成。这些多个凸部55a的内部，形成轴方向贯通且短边的长度 不同的矩形状插入孔55b、55c,它们一一交叉，配置成环状。在各插入孔55b、55c,插 入钕磁体56 (第1永磁体)和钐钴磁体57 (第2永磁体)。该情况下，钕磁体56的矫顽 力约900kA/m，钐钴磁体57的矫顽力约100kA/m，矫顽力差9倍左右。另外，这2种永磁体56、57分别每种形成一个磁极，以其磁化方向沿着永磁体 电动机1的径向的方式例如配置各24个，合计48个。通过如此将这2种永磁体56、57 以交叉且其磁化方向沿着径向的方式进行配置，相邻配置的永磁体56、57成为在相反方 向具有磁极的状态(一方的N极为内侧，另一方的N极为外侧的状态)，在这些钕磁体56 和钐钴磁体57之间，在例如箭头B所示方向上产生磁通路(磁通)。S卩，形成通过矫顽 力大的钕磁体56和矫顽力小的钐钴磁体57这双方的磁通路。图6表示放大电路部36的详细构成。放大电路部36将U、V、W各相电流分 别通过非反相放大电路60放大，各相电流的输入信号IN被提供给构成非反相放大电路60 的运算放大器61u、61v、61w的非反相输入端子。基准电压产生电路62生成的3.3V电 源(VCC)的1/2即1.65V的基准电压经由开关SW1(例如，由晶体管构成)及电阻元件 Rsl的串联电路和与其并联连接的开关SW2及电阻元件Rs2的串联电路提供给运算放大 器61的反相输入端子。电阻元件Rsl、Rs2的电阻值分别是5k Ω、2k Ω，在运算放大器61的反相输入 端子和输出端子之间，连接了电阻值IOkQ的电阻元件Rf和防止起振用的电容Cf的并联 电路。开关SW1、SW2的切换控制通过来自控制电路30的切换信号进行。切换信号端 子经由40kQ的电阻元件63提升到电源VCC，并与开关SWl的控制端子直接连接。另 夕卜，切换信号端子经由NOT门64与开关SW2的控制端子连接。例如控制电路30若不驱动切换信号端子而设为高阻抗(Hi-Z)状态，则切换信号端子成为高电平，仅仅开关SWl闭合，非反相放大电路60的放大率成为3倍。另一方 面，控制电路30若将切换信号端子驱动到低电平，则仅仅开关SW2闭合，非反相放大电 路60的放大率成为6倍。通过由基准电压产生电路62提供基准电压VCC/2并放大其差 值，即使放大率变化也无需改变外部的分压电阻比，可在相同范围对电流的正侧、负侧 (与流向分流电阻34的电流方向不同的情况对应)进行A/D变换。运算放大器61的输出端子分别与控制电路30的各相对应的输入端子连接，并经 由包括20kQ的电阻元件及5pF的电容在内的噪音除去用滤波电路65、及3kQ的电阻元 件66提供到过电流检测电路部(过电流检测单元)67。过电流检测电路部67具有与各相对应的3个比较器68u、68v、68w,在它们的 反相输入端子上连接有电阻元件66u、66v、66w。另外，基准电压产生电路69中，将通 过25kQ的电阻元件R1、和相互并联连接的5kQ、12kΩ的电阻元件R2、R3的串联电 路对电源电压VCC分压而生成的约2.89V的基准电压提供给比较器68u、68v、68w的非 反相输入端子。由此，放大率为6倍时过电流判别阈值为12.5A，放大率为3倍时过电流 判别阈值为25A。

比较器68是开路集电极类型，各相的输出端子被共同连接，如图7所示提升 (线或连接)到3.3V电源，与控制电路30的输入端子连接。比较器68配置在非反相放 大电路60的后段，因此可根据切换了放大率的状态，以适切的等级检测过电流。通过由 过电流检测电路部67检测过电流，控制电路30在发生了误工作等时可防止滚筒电动机11 的转子磁体58不小心减磁，能够防止电路的破损坏。另外，放大电路部36的电路的地与控制电路30内置的A/D变换电路30a的地 相同。逆变器电路31的地与控制电路30中的CPU用(数字系统)的地相同，A/D变换 电路30a用的地和CPU用的地通过逆变器电路31的地物理地共同连接。接着，参照图1到图6说明本实施例的作用。图1是洗衣机开始洗涤运转时使 滚筒电动机11的转子磁体58的磁化量变化的(增磁)处理的流程图。洗涤运转中，使 滚筒电动机11以最高转速45rpm正反转。当通过强制换流启动滚筒电动机11时(步骤 Si)，使用旋转位置传感器45进行矢量控制直到变为如前述可推定转子位置的30rpm，以 后切换为无传感器矢量控制。然后，使滚筒电动机11加速到45rpm(步骤S2)。从滚筒电动机11启动经过4秒后，开始以下的增磁处理(步骤S3)。另外，其 间维持最高转速45rpm。首先，控制电路30将提供给放大电路部36的切换信号从低电 平设为高电平，将放大率切换为低倍率(3倍)后(步骤S4)，通过由高占空比的PWM信 号(输出时间约12m秒)输出第一次磁化脉冲，通电约15A的d轴电流(步骤S5)。这里，如图8 (a)所示，钐钴磁体57按顺时针U，V，W，...的顺序排列，例如 若以最上部的U相为基准对转子52定位，则定子51的齿部53b相对的钐钴磁体57成为 U，W, V，U，W, V，...这样每隔一个的顺序。因此，步骤S5中，如上所述，使钐 钴磁体57每隔一个地增磁，位于其间的磁体57成为磁化不完全的状态。因而，在后述 的步骤S8中，使转子92移动1电角度(1/24机械角)，对剩余半数的钐钴磁体57增磁。图4(a)、(b)示出了分2次进行磁化处理的具体图形。A侧(全数的1/2)的磁 体57第一次被磁化，B侧(剩余的1/2)的磁体57第二次被磁化。图中所示磁通的箭头 方向是进行增磁的情况，减磁的情况为其反方向。
若在步骤S5中输出第一次磁化脉冲，则例如经5m秒的迟延时间后将切换信号 端子设为低电平，将放大电路部36的放大率暂时返回高倍率(6倍)(步骤S6)。这里的 切换信号的控制由控制电路30例如采用定时器进行管理，从切换请求的置位经过5m秒 后，放大率自动地返回高倍率。另外，即使来自逆变器电路31的电压输出结束，电流 输出也被暂时维持，因此这里设定的“5m秒的迟延时间”是其间用于维持状态的待机时 间。接着，为了进行第二次磁化，与步骤S4同样，将切换信号设为高电平，将放大 率切换到低倍率(3倍)(步骤S7)，经过0.5秒后(即转速45rpm时转子52旋转9电角度 的时间)，输出第二次磁化脉冲(步骤S8)。然后与步骤S6同样，5m秒后将切换信号端 子设为低电平(步骤S9)。以下，为了使旋转滚筒4反转而使滚筒电动机11反转，然后交互反复进行正 转、反转，而由于洗涤运转要求低速/高转矩输出，因此，在使转子磁体58增磁的状态 下继续运转，接着在开始脱水运转的阶段使转子磁体58减磁。以上的处理中，在对转子磁体58磁化时，通过使将放大率设定成低倍率的时间 为12m秒左右的短时间，可以防止刺耳的音产生。另外，通过在第一次磁化和第二次磁 化之间设置0.5秒的间隔，具有使IGBT32的温度上升的峰值降低的效果。另外，由于存 在为了磁化而瞬间流过大电流时产生异音的情况，因此通过设置上述的间隔，可以缓和 用户对异音产生刺耳的印象。图2是表示与图1的处理并行进行的电流的A/D变换处理的流程图。A/D变换 处理与PWM控制中使用的载波(三角波)同步进行。如图3所示，PWM控制的载波周 期是64yS，使其周期通过每隔一次地拉长间隔，以128 μ秒周期进行A/D变换。艮口， 图2的处理根据每128 μ秒发生的中断而执行。在图2所示步骤Sll中，控制电路30进行A/D变换的情况在图3(a)所示三角 波的振幅成为最大的定时进行。该情况下，放大电路部36的放大率设定若为低倍率(3 倍)，则控制电路30将读取的电流值数据设为2倍，若为高倍率(6倍)，则直接处理读 取的电流值数据。若在进行放大率的切换的定时，则在读取电流值数据后输出切换信号 (步骤S12)。图3表示PWM控制的载波和A/D变换定时的关系。(a)所示横轴的波浪线是 PWM控制指令，在该控制指令超出了载波的振幅的期间，(b)输出用于使逆变器电路31 的上臂侧IGBT32导通的高电平信号，(C)其反相成为用于使下臂侧IGBT32导通的高电 平信号。但是，在上下臂间切换导通截止时，插入0.7μ秒的停滞时间。在下臂侧IGBT32导通的期间，电流流向分流电阻34，因此，在成为所述期间的 中间相位的载波振幅的峰值处进行A/D变换。从而，可以不受在上下臂间切换导通截止 时产生的噪音的影响地进行A/D变换。在经过载波振幅的峰值并进行了 A/D变换后进 行步骤S12中的放大率的切换(d)。这样一来，可以延长从放大率切换到下一次进行A/ D变换的时间，可以在稳定状态下进行下一次A/D变换。另外，(d)所示放大率的切换 对应于高到低和低到高的任一情况。 图5表示伴随2次输出磁化电流脉冲的情况而使放大率变化时的切换信号的输出 状态。作为结果，放大率切换为低倍率仅仅是在与输出(a)所示的磁化电流脉冲的期间相应的极短期间，从第一次 的脉冲输出到第二次的脉冲输出的期间，放大率维持在高值 (参照(b))。如上所述，根据本实施例，在驱动控制在转子52侧具有钐钴磁体57的滚筒电动 机11的情况下，控制电路30在改变钐钴磁体57的磁化量时，将非反相放大电路60的放 大率切换为比在进行滚筒电动机11的旋转控制的期间设定的放大率低。即，进行滚筒电 动机11的旋转控制的期间的放大率可相对设定得较高，因此可避免此时检测的电动机电 流的数据受到噪音的影响，能够提高S/N比。从而，可使滚筒电动机11的特性根据运转 状态变化到所要求的特性。由于将电动机控制装置适用于洗衣机，由滚筒电动机11产生的旋转驱动力使旋 转滚筒4旋转而进行洗濯运转，因此，可使滚筒电动机11的特性根据洗涤运转、漂洗运 转那样要求高转矩/低速旋转的情况和脱水运转那样要求低转矩/高速旋转的情况而变 化，可以提高驱动效率，实现低消耗电力。另外，在控制电路30分多次改变配置在转子53侧的钐钴磁体57的磁化量的情 况下，仅仅在经由逆变器电路31对滚筒电动机11的绕组Ilu Ilw通电期间将非反相放 大电路60的放大率设定得较低，因此，噪音的影响波及旋转控制中使用的电流数据的机 会极少，而且也可以抑制磁化量变化时产生噪音。另外，非反相放大电路60以电源电压VCC的中间电位作为基准电压，对电动机 电流的检知结果即电压信号和所述基准电压的差值进行放大，因此即使在切换了放大率 的情况下，控制电路30也可在电流的极性不成问题的情况下进行A/D变换。而且，控制电路30在进行了 A/D变换处理后进行放大率的切换。更具体地说， 控制电路30在变为构成逆变器电路31的下臂侧的IGBT32导通期间的中间的定时后进行 放大率的切换，因此，在电流流向分流电阻34期间，可以不受在切换上臂侧、下臂侧的 IGBT32的导通截止时产生的开关噪音的影响，进行A/D变换。而且，过电流保护电路部67根据经由非反相放大电路60放大后的信号进行过电 流状态的检测，因此，即使在切换了放大率的情况下，也可以与各个放大率相应的适切 等级相应地进行过电流检测。(第2实施例)图10及图11表示第2实施例，与第1实施例相同的部分附上相同的符号，省略 说明，以下说明不同的部分。第2实施例表示洗衣机刚刚接通电源后到运转开始前，滚 筒电动机11的旋转停止状态下的处理。首先，放大电路部36中的非反相放大电路60的 放大率若设定为3倍(步骤S21)，则待机3秒后(步骤S22 YES)读入A/D变换后的 数据(步骤S23)。若求出A/D变换部的输入偏移值，则将该偏移值存储到内置于控制电 路30的RAM的变量存储区域，然后将放大率切换为6倍(步骤S24)。另外，所述的3 秒是接通电源到电路的工作稳定为止用于待机的时间。即，若基准电压产生电路62生成输出的基准电压为正确的1.65V，构成非反相 放大电路60的各电路的各常数符合设计值，则此时刻的A/D变换数据应该成为与1.65V 对应的值。但是，若它们产生偏移，则上述A/D变换数据偏离理想值，因此，将与理想 值的差值作为偏移值进行存储。接着，即使将放大率切换为6倍的情况，也同样待机3秒(步骤S25)，然后读入A/D变换后的数据，求出输入偏移值(步骤S26)，将该偏移值存储在RAM的变量存 储区域(步骤S27)。以后开始洗衣机的运转，在为了进行矢量控制而对电动机电流进行 A/D变换的情况下，根据非反相放大电路60的放大率的设定，采用在RAM中存储的偏 移值，修正A/D变换数据。另外，图11表示了在上述那样不进行偏移修正的状态下切换了非反相放大电路 60的放大率时的电流波形的变化。(b)是电动机的实际电流波形，(a)是将控制电路30 进行A/D变换并读入的电流数据经由D/A变换器输出并再生后的电流波形。在放大率 成为了高倍率期间，噪音分量少，电动机电流几乎没有偏移，因此(a)的再生波形成为正 弦波状。在放大率从高倍率切换到低倍率的过程中发生「0点偏移」，受其影响，(a)再 生后的波形数据失真。这是由于构成放大电路部36的各电路部件的偏差等导致A/D变 换的中点基准不一定与1.65V —致而发生的。另外，(b)所示的实际电流波形受到(a)中发生的数据的失真影响，成为谐波重 叠而失真的波形。如第2实施例那样进行偏移补正，由此可以避免这样的「0点偏移」 的影响波及变换结果。另外从该图可知，若将放大率切换为低倍率，则(a)的再生波形 中出现许多噪音分量。根据以上那样构成的第2实施例，控制电路30在滚筒电动机11的旋转停止期间 进行放大率的切换，并进行非反相放大电路60的偏移修正，因此，可以将A/D变换后的 数据修正为更正确的值，提高了控制精度。 (第3实施例)图12及图13表示第3实施例，对与第1实施例不同的部分进行说明。图12是 与第1实施例的图6相当的图。第3实施例中，比较器68的非反相输入端子经由构成滤 波电路70的IkQ的电阻元件与各相电流的输入信号IN连接，并经由构成相同滤波电路 70的IOOOpF的陶瓷电容与地连接。另外，从第1实施例的非反相放大电路60删除开关 SWl及电阻元件Rsl而仅仅留下电阻元件Rs2，不经由开关SW2而直接连接，由此构成 非反相放大电路71。从而，放大率总是设定成6倍。向过电流保护电路部69的比较器68施加阈值电压的基准电压产生电路72，通 过留下电阻元件R2并在该电阻元件R2和地之间连接开关SW3与电阻元件R3的串联电 路以及开关SW4与电阻元件R4的串联电路而构成。电阻元件R3、R4的电阻值分别为 6.2k Ω、8.3k Ω。而且，第1实施例中对开关SW1、SW2施加切换信号的切换信号端子及NOT门 64，替代此而向开关SW3、SW4施加切换信号。以上构成放大电路部73。S卩，第3实 施例中，取代进行放大率的切换，而形成对向过电流保护电路部69的比较器68赋予的阈 值电压进行切换的结构。接着，参照图13说明第3实施例的作用。图13是与第1实施例的图1相当 的图。另外，初始状态中，控制电路30通过将切换信号端子驱动到低电平而导通开关 SW3,将赋予比较器68的阈值电压设定成与过电流检测阈值11.IA相当的电平。与第1 实施例同样地执行步骤Sl S3后，在步骤S5中输出第一次的磁化脉冲前，停止电流控 制(步骤S31)。S卩，为了进行矢量控制，不进行每128 μ秒将电动机电流进行A/D变 换并读入的处理。另外，步骤S31中，通过将切换信号端子设为高阻抗状态而导通开关SW4,将赋予比较器68的阈值电压切换为与过电流判别阈值25A相当的电平。第3实施例的构成中，非反相放大电路71的放大率总是6倍，因此，若流过用 于改变转子磁体58的磁化量的d轴电流，则与进行滚筒电动机11的旋转控制的情况相比 较，成为电平突 出的过大电流，因此，为了不使该电流值用于电流控制而使其无效化。 另外，过电流判别阈值保持为与11.IA相当的基准电压时，会由过电流保护电路部67检 测为过电流，因此，暂时使其上升到与阈值25A相当的电平，回避过电流检测。执行步骤S5后，与步骤S6同样，经过5m秒的迟延时间后重启电流控制并将过 电流判别阈值返回到与11.1A相当的基准电压(步骤S32)。然后，步骤S8中，在就要 输出第二次的磁化脉冲前进行与步骤S31同样的处理(步骤S33)，在执行了步骤S8后， 进行与步骤S32同样的处理。如上所述根据第3实施例，控制电路30在改变转子磁体58的磁化量的期间，使 经由非反相放大电路71放大后的信号无效，进行滚筒电动机11的旋转控制。从而，如 第1实施例那样，不切换放大电路60的放大率而将其设为一定，即使在为了实现良好S/ N比而设为充分值的情况下，也可以使在改变转子磁体58的磁化量的期间流过的大等级 的电流无效化，无碍地继续进行旋转控制。(第4实施例)图14到图17表示了第4实施例，对与第1实施例不同的部分进行说明。第4 实施例的用于改变放大电路的放大率的结构不同于第1实施例。第1实施例中，如图7 所示，将电源电路44的3.3V电压分压的电平移动电路35的分压电阻值为lkQ/lkQ，即 分压比固定在1/2，而第4实施例中，如与图7相当的图即图14所示晶体管用作开关，进 行电阻元件的连接切换，由此将电源电路80的5V电压分压的电平移动电路(分压电阻电 路)81的分压比构成为可变更。S卩，IGBT32d、32e、32f的发射极侧连接的电阻元件Rl的电阻值设定成 1.13kΩ，5V电源侧连接的电阻元件R2a的电阻值设定成10.2kΩ。另外，与10.2kΩ的 电阻元件并联连接了 PNP晶体管Trl与电阻值9.31kQ的电阻元件R2b的串联电路。各 PNP晶体管Trl的基极经由基极电阻与取代控制电路30的控制电路(放大率控制单元)82 的输出端子连接，并经由电阻元件与5V电源连接。从而，控制电路82若使PNP晶体管 Trl截止则分压比成为1/10，若使PNP晶体管Trl导通，则通过与电阻元件R2b并联连 接，分压比成为113/600(4.88/10)。另外，第1实施例中，放大电路部36存在于控制电路30的外部，而第4实施 例中，与放大电路部36相当的放大电路部83内置于控制电路82。图15表示放大电路 部83的结构。放大电路部83具有由运算放大器84(U，V，W)构成的非反相放大电路 85 (U, V，W)。运算放大器84的反相输入端子经由电阻值2.4kQ的电阻元件Rsl以及 电阻值1.72kQ的电阻元件RS2及NPN晶体管Tr2与地连接。而且，上述反相输入端子 经由电阻值4kQ的电阻元件Rf与运算放大器84的输出端子连接。所述输出端子与内置 于控制电路82的A/D变换电路82a的输入端子连接。通过控制电路82的内部电路向NPN晶体管Tr2的基极提供控制信号，控制NPN 晶体管Tr2的导通截止。NPN晶体管Tr2若导通，则电阻元件Rsl、Rs2并联连接，它们 的合成电阻值成为lkQ，因此非反相放大电路85的放大率成为“5”。另一方面，NPN晶体管Tr2若截止，则非反相放大电路85的放大率成为约“2.67”。 另外，运算放大器84的输出端子与构成过电流检测电路86的比较器87 (U，V， W)的非反相输入端子连接，比较器87的反相输入端子被提供检测用的基准电压。比较 器87的输出端子与第1实施例同样被共同连接，并与使逆变器电路31驱动滚筒电动机11 停止的输出OFF电路88的输入端子连接。另外，第4实施例的过电流检测电路86中，与第1、第2实施例等不同，在比 较器87的输入侧未构成滤波电路，输出OFF电路88根据将比较器87的输出信号以二值 电平采样(例如0.5 μ秒周期)的结果进行过电流检测，起到作为噪音滤波器的功能。例 如，在上述输出信号的各采样电平为H — H — H — L — H — H — H —...这样仅仅变为 一次低电平的情况下未检测到过电流，而在为H — H — H — L — L — L —...这样多次连 续变为低电平的情况下能够检测到过电流。另外，如图14所示，放大电路部83的输入 端子与电容连接，因此该电容分量也起到抑制噪音电平变化的作用。接着，参照图16及图17说明第4实施例的作用。在控制电路82进行A/D变换 的情况下，与第1实施例同样，在图3(a)所示三角波的振幅成为最大的定时(128 μ秒周 期)进行图16(图2相当图)所示的步骤S41。该情况下，放大电路部83的放大率设定 若是低倍率(2.67倍)，则控制电路82读取的电流值数据设为2倍，若为高倍率(5倍)， 则直接处理读取的电流值数据。若在进行放大率的切换的定时，则读取电流值数据后输 出切换信号(步骤S42)。S卩，在为了使钐钴磁体57磁化而要求非反相放大电路85的放 大率“低”的情况下，使NPN晶体管Tr2导通，将放大率设定成约“2.67”，并使PNP 晶体管Trl截止，将分压比设定成约“0.19”。另一方面，在通常的电动机控制中要求非 反相放大电路85的放大率“高”的情况下，使NPN晶体管Tr2截止，将放大率设定成
“5”，并使PNP晶体管Trl导通，将分压比设定成约“0.1”。这里，参照图17说明放大率的切换和分压比的切换的关系。如图17所示，将 电平移动电路81、非反相放大电路85模型化，流向分流电阻34: Rsen的电流I与非反相 放大电路85的输出电压Vcmt的关系如下式。Vout = G{5 · Rl/(R1+R2)+Rsen · I · R2/(R1+R2) }... (1)其中，G是非反相放大电路85的放大率。如图17(a)所示，放大率G为5倍时根据各电阻值确定的电流值，在输出电压 Vout = OV 时 I =-16.79A，在输出电压 Vout = 5V 时 I = 16.87A。另夕卜，如图 17(b) 所示，放大率G为2.67倍时根据各电阻值确定的电流值，在输出电压Vout = OV时I =-35.43A，在输出电压Vout = 5V时I = 35.08A。这样，电流I与非反相放大电路85 的放大率不同时，需要调整为输出电压Vout收敛在大致相同的范围。(1)式中，若代入图17(a)的情况下的放大率G以及Rl、R2( = R2a)的电阻 值，则大致如下。Vout = 5{5 · 0.1+Rsen · I · 0.9}... (2)另外，若代入图17 (b)的情况下的放大率G以及Rl、R2 ( = R2a//R2b)的电阻 值，则大致如下。该情况下的R2的并联合成电阻值成为4.87kQ (但是忽略了 PNP晶体 管 Trl 的 VCE)。Vout = 2.67{5 · 0.2+Rsen · I · 0.8}... (3)
即，相对于(3)式右边第1项的电压5V的倍率为约5.34，相对于该右边第2项 的电阻值Rsen的倍率为约2.13。另外，该情况下的电流值I的倍率为约2.08，因此，以 ⑵式的电流I为基准的倍率成为约4.43。 (2)式的第2项是「4.5 · Rsen · I」。从 而，电流I的一次函数即(2)式、(3)式成为近似相同的直线。
根据以上的第4实施例，响应于切换为将非反相放大电路85的放大率G设得较 低，切换为将电平移动电路81的分压比设得较高，从而，可以使控制电路82处理的输出 电压Vout(电压信号)的范围与将放大率G设定得较高的情况大致相等。例如不必像第 1、第2实施例那样使用2个运算放大器，可以仅由1个运算放大器84构成放大电路部 83。从而，由于放大电路部83的输出电压的偏移被降低，因此，可提高像第2实施例那 样进行偏移修正时的调整精度。
本发明不限于上述或图面记载的实施例，可以进行以下的变形或扩展。
关于各电阻值的设定和/或放大率、过电流判别阈值等，根据个别设计适宜变 更进行设定即可。另外，检测过电流的功能根据需要设置即可。
也适用于可以根据极数和槽数的比1次改变全部钐钴磁体的磁化量的电动机。
低矫顽力的永磁体不限于钐钴磁体，也可以是铝镍钴磁体和/或包含其他材料 的磁体。
转子磁体也可以仅仅由低矫顽力的永磁体构成。
电流检测元件不限于电阻元件，也可以采用电流互感器等。
不限于进行矢量控制的装置，也可以适用于检测电动机电流，控制具有低矫顽 力的永磁体的电动机的装置。
旋转滚筒4的旋转轴相对于水平在仰角方向具有10度 15度左右的倾斜即可。
不限于适用于洗衣机，只要是改变电动机特性以提高驱动效率的有效应用就可 以适用。
权利要求
1.一种电动机控制装置，其特征在于，具备逆变器电路，其对在转子侧具备永磁体而构成的永磁体电动机的绕组进行通电，所 述永磁体具有可容易地变更磁化量的等级的矫顽力；磁化量控制单元，其通过经由该逆变器电路对所述绕组通电，从而改变所述永磁体 的磁化量；电流检测元件，其产生与在所述永磁体电动机的绕组中流动的电流相应的电压信号；放大所述电压信号的放大电路；控制该放大电路的放大率的放大率控制单元；以及旋转控制单元，其根据经由所述放大电路放大后的信号，经由所述逆变器电路进行 永磁体电动机的旋转控制，所述放大率控制单元将所述磁化量控制单元改变所述永磁体的磁化量时的放大率切 换为比在所述旋转控制单元进行所述永磁体电动机的旋转控制的期间设定的放大率低。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，在所述磁化量控制单元分多次改变配置在所述转子侧的所述永磁体的磁化量的情况下，所述放大率控制单元仅在所述磁化量控制单元对所述绕组通电的期间，将所述放大 率设定得较低。
3.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，具备可变更分压比的分压电阻电路，该分压电阻电路用于将所述电压信号分压并输 入到所述放大电路，所述放大率控制单元，在以将所述放大电路的放大率设得较高的方式进行切换的情 况下以将所述分压电阻电路的分压比设得较低的方式进行切换，在以将所述放大率设得 较低的方式进行切换的情况下以将所述分压比设得较高的方式进行切换。
4.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，所述放大电路被构成为以电源电压的中间电位作为基准电压，对所述电压信号与所 述基准电压的差值进行放大。
5.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于， 在对经由所述放大电路放大后的信号进行A/D变换的情况下，所述磁化量控制单元在进行了所述A/D变换处理后进行所述放大率的切换。
6.根据权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于，在所述电流检测元件由连接在构成所述逆变器电路的下臂侧开关元件与地之间的分 流电阻构成的情况下，所述磁化量控制单元，在变为所述下臂侧开关元件接通期间的中间的定时之后，进 行所述放大率的切换。
7.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，所述磁化量控制单元，在所述永磁体电动机的旋转停止的期间进行所述放大率的切 换，并且进行所述放大电路的偏移修正。
8.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，具备过电流检测单元，该过电流检测单元检测在所述绕组中流动的电流变为了过电 流状态的情况，所述过电流检测单元根据经由所述放大电路放大后的信号，进行所述过电流状态的 检测。
9.一种电动机控制装置，其特征在于，具备逆变器电路，其对在转子侧具备永磁体而构成的永磁体电动机的绕组进行通电，所 述永磁体具有可容易地变更磁化量的等级的矫顽力；磁化量控制单元，其通过经由该逆变器电路对所述绕组通电，从而改变所述永磁体 的磁化量；电流检测元件，其产生与在所述永磁体电动机的绕组中流动的电流相应的电压信号；放大所述电压信号的放大电路；以及旋转控制单元，其根据经由该放大电路放大后的信号，经由所述逆变器电路进行永 磁体电动机的旋转控制，所述旋转控制单元在所述磁化量控制单元改变所述永磁体的磁化量的期间，将经由 所述放大电路放大后的信号设为无效来进行所述旋转控制。
10.—种洗衣机，其特征在于，具备永磁体电动机，其被构成为在转子侧具备永磁体，所述永磁体具有可容易地变更磁 化量的等级的矫顽力；逆变器电路，其对该永磁体电动机的绕组进行通电；磁化量控制单元，其通过经由该逆变器电路对所述绕组通电，从而改变所述永磁体 的磁化量；电流检测元件，其产生与在所述永磁体电动机的绕组中流动的电流相应的电压信号；放大所述电压信号的放大电路；控制该放大电路的放大率的放大率控制单元；以及旋转控制单元，其根据经由所述放大电路放大后的信号，经由所述逆变器电路进行 永磁体电动机的旋转控制，所述放大率控制单元将所述磁化量控制单元改变所述永磁体的磁化量时的放大率切 换为比在所述旋转控制单元进行所述永磁体电动机的旋转控制的期间设定的放大率低， 所述洗衣机通过所述永磁体电动机产生的旋转驱动力进行洗濯运转。
11.一种洗衣机，其特征在于，具备永磁体电动机，其被构成为在转子侧具备永磁体，所述永磁体具有可容易地变更磁 化量的等级的矫顽力；逆变器电路，其对在转子侧具备永磁体而构成的永磁体电动机的绕组进行通电，所 述永磁体具有可容易地变更磁化量的等级的矫顽力；磁化量控制单元，其通过经由该逆变器电路对所述绕组通电，从而改变所述永磁体 的磁化量；电流检测元件，其产生与在所述永磁体电动机的绕组中流动的电流相应的电压信号；放大所述电压信号的放大电路；以及旋转控制单元，其根据经由该放大电路放大后的信号，经由所述逆变器电路进行永 磁体电动机的旋转控制，所述旋转控制单元在所述磁化量控制单元改变所述永磁体的磁化量的期间，将经由 所述放大电路放大后的信号设为无效来进行所述旋转控制，所述洗衣机通过所述永磁体电动机产生的旋转驱动力进行洗濯运转。
全文摘要
本发明的电动机控制装置，具备逆变器电路，其对在转子侧具备永磁体而构成的永磁体电动机的绕组进行通电，所述永磁体具有可容易地变更磁化量的等级的矫顽力；磁化量控制单元，其通过经由该逆变器电路对所述绕组通电，从而改变所述永磁体的磁化量；电流检测元件，其产生与在所述永磁体电动机的绕组中流动的电流相应的电压信号；放大所述电压信号的放大电路；控制该放大电路的放大率的放大率控制单元；以及旋转控制单元，其根据经由所述放大电路放大后的信号，经由所述逆变器电路进行永磁体电动机的旋转控制；所述放大率控制单元将所述磁化量控制单元改变所述永磁体的磁化量时的放大率切换为比在所述旋转控制单元进行所述永磁体电动机的旋转控制的期间设定的放大率低。
文档编号D06F37/30GK102025314SQ201010280640
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月10日 优先权日2009年9月10日
发明者细糸强志 申请人:东芝家用电器控股株式会社, 东芝家用电器株式会社, 株式会社东芝