滚筒驱动装置、以及使用该滚筒驱动装置的洗衣机及干燥机

摘要

具备：滚筒(51)，其具备相对于铅垂方向具有角度的旋转轴；滚筒电动机(60)，其保持具有永磁体的转子(59)，驱动滚筒(51)；逆变器电路(71)，其向滚筒电动机(60)供给电流。逆变器电路(71)具备第一运转部(72)、第二运转部(73)以及切换部(74)。第一运转部(72)产生与转子(59)的磁极位置无关的信号，第二运转部(73)产生与转子(59)的磁极位置相应的信号。滚筒电动机(60)基于来自第一运转部(72)的信号而启动。切换部(74)将对滚筒电动机(60)输入的信号从来自第一运转部(72)的信号切换为来自第二运转部(73)的信号。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在普通家庭、事务所等中使用的滚筒式洗衣机、滚筒式 洗涤干燥机、在滚筒式衣物干燥机等衣物处理装置中使用的滚筒驱动装置、 以及在工厂、施工现场等中为了搅拌食品、废弃物、预拌混凝土等而使用的 滚筒驱动装置。另外，本发明涉及包含滚筒驱动装置的洗衣机、干燥机。

背景技术

现有的滚筒驱动装置在从同步运转模式切换到位置反馈运转模式时，在 同步运转模式中估计电动机的转矩并设定控制常数(例如参照专利文献1)。

图29是专利文献1记载的现有的滚筒驱动装置的框图。现有的滚筒驱动 装置具备永磁电动机151、控制永磁电动机151的电动机驱动装置152。电动 机驱动装置152具备控制部153、电力变换电路154以及电流检测部155。控制 部153包括电流控制器159、160、电压指令值制作器161、dq/3φ变换器162、 轴误差运算器163、负荷估计器164、积分项初始值运算部165、速度控制器 166、控制切换开关167、168、减法器170、171、172、173、PLL控制器174、 以及积分器175。电流检测部155包括电动机电流检测部177、178以及3φ/dq 变换器179。

在同步运转模式中，通过在使负荷估计器164和积分项初始值运算部165 动作的基础上使控制切换开关167、168动作，根据与负荷的转矩对应的q轴 电流切换到位置反馈运转模式。由此，抑制从同步运转模式向位置反馈运转 模式切换时产生速度变化。

然而，在现有的滚筒驱动装置中，在负荷的转矩脉动的情况下，为了计 算脉动周期中的平均转矩，需要在同步运转模式中设置使频率指令固定的期 间并将该期间设为负荷转矩脉动周期的一个周期以上。由此，能够稳定地驱 动滚筒驱动装置，但存在以下的问题，即，无法对应滚筒启动期间中因滚筒 的内容物(洗涤物、食品、废弃物、预拌混凝土等)造成的非周期的负荷转矩 变动。

专利文献1：日本特开2007-037352号公报

发明内容

本发明用于解决现有的问题，提供一种能够在滚筒的启动期间稳定地进 行驱动的滚筒驱动装置。

本发明的滚筒驱动装置具备：滚筒，其具备相对于铅垂方向具有角度的 旋转轴；滚筒电动机，其保持具有永磁体的转子，驱动滚筒；以及逆变器电 路，其向滚筒电动机供给电流。逆变器电路具备第一运转部、第二运转部以 及切换部，第一运转部产生与转子的磁极位置无关的信号，第二运转部产生 与转子的磁极位置相应的信号。滚筒电动机基于来自第一运转部的信号而启 动。切换部将对滚筒电动机输入的信号从来自第一运转部的信号切换为来自 第二运转部的信号。

由此，从滚筒启动时起，通过与转子的磁极位置无关的第一运转部而运 转。在某时间点以后，切换为基于产生与转子的磁极位置对应的信号的第二 运转部的运转，由此能够针对因负荷转矩变动造成的永磁体的相位、电流、 电压的变动，稳定地驱动滚筒驱动装置。

本发明的滚筒驱动装置能够在滚筒的启动期间稳定地进行驱动。

附图说明

图1是实施方式1的滚筒驱动装置的框图。

图2是实施方式1的第一运转部和切换部的详细框图。

图3是实施方式1的第一运转部的动作波形图。

图4是实施方式1的第二运转部的详细框图。

图5是实施方式1的电动机电流控制部的详细框图。

图6是放大横轴的时间来示出实施方式1的基于向切换部的F信号的切换 动作前后的各变量的变化的波形图。

图7是实施方式1的滚筒驱动装置的切换部的切换动作前后的电流向量 图。

图8A是表示实施方式1的滚筒驱动装置的滚筒的启动时的状态的截面 图。

图8B是表示实施方式1的滚筒驱动装置的滚筒从启动时起旋转90度后的 状态的截面图。

图8C是表示实施方式1的滚筒驱动装置的滚筒从启动时起旋转100度后 的状态的截面图。

图8D是表示实施方式1的滚筒驱动装置的滚筒从启动时起旋转180度后 的状态的截面图。

图9A是表示实施方式1的第一运转部的角速度设定器的输出的波形图。

图9B是表示实施方式1的第一运转部的角速度设定器的输出的波形图。

图10是实施方式2的滚筒驱动装置的框图。

图11是实施方式2的第一运转部和切换部的详细框图。

图12是实施方式2的第一运转部的动作波形图。

图13是实施方式2的第二运转部的详细框图。

图14是实施方式2的电动机电流控制部的详细框图。

图15是放大横轴的时间来示出实施方式2的基于向切换部的F信号的切 换动作前后的各变量的变化的波形图。

图16是实施方式2的滚筒驱动装置的切换动作前后的电流向量图。

图17A是表示实施方式2的滚筒驱动装置的滚筒的启动时的状态的截面 图。

图17B是表示实施方式2的滚筒驱动装置的滚筒从启动时起旋转40度后 的状态的截面图。

图17C是表示实施方式2的滚筒驱动装置的滚筒从启动时起旋转90度后 的状态的截面图。

图17D是表示实施方式2的滚筒驱动装置的滚筒从启动时起旋转180度后 的状态的截面图。

图18是对实施方式2的滚筒电动机使电流超前角β变化的情况下的产生 转矩的图表。

图19是表示实施方式2的滚筒电动机的转子的截面图。

图20是实施方式3的滚筒驱动装置的第一运转部和切换部周围的框图。

图21是实施方式3的滚筒驱动装置的第一运转部的动作波形图。

图22是实施方式3的第二运转部的详细框图。

图23是实施方式3的滚筒驱动装置的滚筒启动后的动作波形图。

图24是实施方式4的滚筒驱动装置的以第一运转部和切换部为中心的框 图。

图25是实施方式4的滚筒驱动装置的第二运转部的具体框图。

图26是实施方式4的滚筒驱动装置的从启动到进行切换动作为止的动作 波形图。

图27A是实施方式4的包含洗涤物的滚筒的旋转状态图。

图27B是实施方式4的包含洗涤物的滚筒的旋转状态图。

图27C是实施方式4的包含洗涤物的滚筒的旋转状态图。

图28是实施方式4的切换部的切换时的向量图。

图29是现有的滚筒驱动装置的框图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。此外，并不通过本实施方式限 定本发明。

(实施方式1)

图1是实施方式1的滚筒驱动装置的框图。在本实施方式中，假设滚筒驱 动装置是进行洗涤而一般被称为滚筒式洗衣机等的装置来进行说明。

在图1中，滚筒51以相对于铅垂具有90度的角度的状态、即具有水平的 旋转轴的状态被轴承52、53支持为自由旋转，且内部加入有衣物等洗涤物54。

在此，在本实施方式中所述的铅垂表示重力的方向，与相对于水平为直 角或垂直同义。

从以将转子59保持为自由旋转的方式构成的4极的滚筒电动机60经过小 滑轮62、皮带63、大滑轮64对滚筒51进行减速为十分之一的旋转驱动。转子 59具有含钕和镝等稀土类的永磁体55、56、57、58。

此外，在滚筒51的外侧设置树脂制的外容器66、供水阀67、排水阀68、 以及盖69，水和洗剂作用于滚筒51中的洗涤物54，从而能够进行洗涤。

设置有向滚筒电动机60供给电流的逆变器电路71。逆变器电路71具备第 一运转部72、第二运转部73、切换部74、将输出电流分为第一电流分量Id和 第二电流分量Iq来进行控制的电动机电流控制部75。第一运转部72产生与转 子59的磁极位置无关的信号S1。第二运转部73产生与转子59的磁极位置对应 的信号S2。切换部74首先通过向电动机电流控制部75输出来自第一运转部的 信号S1来启动滚筒电动机60，在滚筒51的旋转角从启动时起超过90度后，将 向电动机电流控制部75的输入切换到来自第二运转部73的信号S2。

此外，在图1中，信号S1、信号S2都用一条线表示，但实际上分别包括 第二电流分量的设定值Iqr、相位θ、电动机的电气角速度ω这三条线。

另外，在本实施方式中，切换部74接受从第一运转部72启动起经过规定 时间后变化的数字信号F，来从信号S1向信号S2切换。

图2是实施方式1的第一运转部和切换部的详细框图。

在图2中，从启动起测量时间的计时器80输出时间信号t。时间信号t被输 入到定时器81、电流设定器82、角速度设定器83。

电流设定器82向切换部74输出电流Iqr1，角速度设定器83向切换部74输 出电气角速度ω1，进一步，经过进行电气角速度ω的时间积分的积分器86输 出电动机相位θ1。

切换部74在F信号为低的情况下选择信号S1，在F信号为高的情况下选择 信号S2，来输出第二电流成分的设定值Iqr、相位θ、电气角速度ω的各信号。

图3是实施方式1的第一运转部的动作波形图。

在图3中，(a)中横轴表示时间、纵轴表示F信号的逻辑，(b)中横轴表示 时间、纵轴表示电流Iqr1，(c)中横轴表示时间、纵轴表示电气角速度ω1，(d) 中横轴表示时间、纵轴表示电动机相位θ1。

假设在第一运转部有效动作的期间、即F信号为低的从启动时起3.0秒钟 的期间中，对于电流Iqr1，在前半的1.0秒钟的期间中从0A向6A线性地增加， 在其后的2.0秒钟保持6A，对于电气角速度ω1，线性地增加。这样，第一运 转部72与从启动时起的时间对应地使向滚筒电动机60供给的电流向量的大 小变化。由此，能够从逆变器向滚筒电动机供给与负荷的状态对应的最优的 电流，能够使滚筒的转速稳定地加速。

对于电流Iqr1的值，如果增大，则能够增大驱动滚筒电动机60的转矩。 但是，如果使启动初期的值过大，则滚筒电动机60内的永磁体被急速地吸引， 有时产生异常音、振动。为了避免这种情况，优选与在需要最大的驱动转矩 的情况下设定的电流Iqr1的值相比，在启动初期设定小的值。

电动机相位θ1是对电气角速度ω1进行时间积分得到的，但使用在成为 2π(360度)的时刻被复位为0的变量来表现，因此成为在(d)中所见那样的波 形。在时刻t＝3.0秒正好成为电动机相位θ1＝0的状态，在第一运转部动作的3.0 秒中电动机电气角旋转20π弧度(10圈＝3600度)。但是，本滚筒驱动装置构成 为滚筒电动机60有4极并基于滑轮62、64进行十分之一的减速。因此，作为 滚筒51的旋转角度，在假定始终理想地同步的情况下，成为180度(0.5圈)。

但是，在现实中，根据时刻t＝0秒时的滚筒电动机60的角度不同，到稳 定为同步状态为止的滚筒电动机60的实际旋转有正负四分之一圈左右的偏 差。因而，作为3.0秒钟的滚筒51的旋转角度，为171～189度，但为90度以上 的值。

在时刻t＝3.0秒时定时器81使F信号从低提高到高的时间点，接收到F信号 的切换部74从信号S1向信号S2切换，进行向第二运转部73的切换。

此外，关于第二电流分量的设定值Iqr，在本实施方式中，在F信号为低 时从切换部74选择输出0A，在F信号为高时选择输出3.8A。

图4是实施方式1的第二运转部的详细框图。

在图4中，速度误差放大部90根据从速度设定部89输出的滚筒电动机60 的电气角速度的设定值ωr和从切换部74得到的电气角速度ω之间的差、即速 度误差，使PI(比例和积分)的要素起作用，相加而输出电流Iqr2。这样，对驱 动滚筒电动机60的转矩进行加减使得滚筒电动机60成为设定的速度。

相位误差估计器91被输入来自后述的电动机电流控制部75的第一电流 分量Id、第二电流分量Iq、第一电压分量Vd、第二电压分量Vq以及电气角速 度ω，对它们使用滚筒电动机60的感应电动势常数、q轴电感、电阻值等参数 进行计算。由此，计算当前电动机电流控制部75所使用的相位θ与滚筒电动 机60的电压方程式成立的相位之间的误差Δθ。

在本实施方式中，在将(Vd-Ra×Id+ω×Lq×Iq)除以(Vq-Ra×Iq-ω×Lq×Id) 的基础上，使用取其反正切函数并使符号相反的值作为针对控制所使用的dq 坐标的实际dq相位的误差Δθ来进行计算。

收敛部92具备速度估计部93、积分器94，速度估计部93使用PI(比例/积 分)进行永磁体55、56、57、58的电气角速度ω2的计算，使得误差Δθ收敛为 零。进一步，通过积分器94对电气角速度ω2进行时间积分的计算，作为估计 相位θ2而输出。

在F信号为低的期间中，积分器94始终进行更新使得作为估计相位θ2而 输出误差Δθ。对于速度估计部93，也始终进行积分要素的更新使得电气角速 度ω2成为电气角速度ω。

在第二运转部73的动作有效的状态下，通过相位误差估计器91和收敛部 92的作用，进行无位置传感器的滚筒电动机60的运转。

此外，在本实施方式中，相位误差估计器91使用了上述误差Δθ的计算公 式，但并不限于此。相位误差估计器91也可以使用与向滚筒电动机60供给的 电压和电流有关的值、滚筒电动机60的参数来导出与相位的误差Δθ或d轴的 电压差有关的值等。相位误差估计器91只要能够一边产生与转子59的磁极位 置对应的信号一边使滚筒电动机60运转即可。

余弦放大器95输出将来自切换部74的第二电流分量的设定值Iqr与误差 Δθ的余弦函数相乘所得的Iref值。速度误差放大部90在F信号为低的期间中， 始终更新内部的积分器的值，使得作为输出值的电流Iqr2等于Iref值。

图5是实施方式1的电动机电流控制部的详细框图。

电动机电流控制部75从逆变器电路71向滚筒电动机60供给三相的电流。 在作为输入的相位θ与以U相电流的磁通势为基准的情况下永磁体55、56、57、 58的磁通的方向即真正的d轴的相位正确地一致时，输入的第一电流分量的 设定值Idr成为与永磁体55、56、57、58的磁通平行的第一电流分量。第二电 流分量的设定值Iqr为与第一电流分量正交并超前+90度(π/2)相位的第二电流 分量，被控制为希望的电流向量。

在图5中，电动机电流控制部75具备电流误差放大器98、99、坐标变换 器100、101、PWM(脉冲宽度调制)功率模块103、直流电源104以及电流检测 电路105。电流误差放大器98对第一电流分量的设定值Idr与作为坐标变换器 101的输出的第一电流分量Id之间的差进行PI(比例/积分)计算，作为第一电压 分量Vd输出。

电流误差放大器99同样地对从切换部74得到的第二电流分量的设定值 Iqr与作为坐标变换器101的输出的第二电流分量Iq之间的差进行PI(比例/积 分)计算，作为第二电压分量Vq输出。

坐标变换器100被输入从电流误差放大器98、99输出的第一电压分量Vd 和第二电压分量Vq和相位θ，使用公式(1)等来变换为Vu、Vv、Vw。

[公式1]

通过这样使用三相而具有以下效果，即，滚筒电动机60、逆变器电路71 的结构比较简单，同时能够连续顺畅地进行功率传递。但是，并不特别限定 于三相，也可以是两相、四相、五相等。

PWM功率模块103包括未图示的六枚IGBT(绝缘栅双极型晶体管)以及 电子电路等。PWM功率模块103接受Vu、Vv、Vw以及从直流电源104接受 280V的直流电压，一边进行PWM(脉冲宽度调制)一边从U、V、W输出三相 的交流，向滚筒电动机60供给数安培的电流。具体地说，构成为在微计算机 中单芯片地构成的脉冲宽度调制器和在与其不同的封装中设置的功率部分 的综合体。

对于U相和W相，通过使其通过电流检测电路105的检测元件106、107， 来检测电流值Iu和Iw的瞬时值，输入到坐标变换器101。

此外，对于检测元件106、107，能够利用以下的元件等：通过成为检测 对象的电流使磁路产生磁通势作用，根据该磁场检测电流值，或根据被称为 分流电阻的电阻的电压下降检测电流值。

对于V相的电流Iv，在本实施方式中不进行检测，但根据Iu+Iv+Iw＝0的 关系，也能够根据输入的Iu和Iw求出Iv。坐标变换器101通过使用公式(2)等， 使用相位θ计算作为d轴电流的第一电流分量Id和作为q轴电流的第二电流分 量Iq。

[公式2]

图6是放大横轴的时间来示出实施方式1的基于向切换部的F信号的切换 动作前后的各变量的变化的波形图。

在图6中，(a)～(c)所示的信号都是切换部74的输入输出信号。在(a)中， 虚线表示电流Iqr1，点划线表示电流Iqr2，实线表示第二电流分量的设定值 Iqr。在(b)中，虚线表示电气角速度ω1，点划线表示电气角速度ω2，实线表 示电气角速度ω。在(c)中，虚线表示电动机相位θ1，点划线表示估计相位θ2， 实线表示相位θ。

通过切换部74的作用，在t<0.3秒时为相位θ＝θ1，在t≥0.3秒时为相位 θ＝θ2。

另外，关于t<0.3秒时的电流Iqr2，持续地进行积分分量的更新，使得如 上述那样从电流Iqr1经过余弦放大器95输出的Iref值成为速度误差放大部90 的输出即电流Iqr2。对于电气角速度ω2，持续保持与电气角速度ω1相同的值， 另外估计相位θ2也始终保持等于误差Δθ。

图7是实施方式1的滚筒驱动装置的切换部的切换动作前后的电流向量 图，在真正的dq坐标上示出。

对于即将切换时的第二电流分量的设定值Iqr即电流Iqr1，长度是电流 Iqr1的值即6A。作为电流Iqr1的方向，在第一象限中具有误差Δθ的斜率。作 为电流Iqr1的真正的q轴分量，等于余弦放大器95的输出、即误差Δθ的余弦乘 以电流Iqr1所得的Iref值，紧接在切换后变化为电流Iqr2＝Iref。

在洗衣机的情况下，在洗涤物54分散的瞬间，负荷转矩急剧变小，由此 容易产生滚筒51的电气角速度的进一步过冲。但是，上述Iref值具有抑制这 样的速度过冲的效果。

另一方面，关于相位θ，在切换时间点是电动机相位θ1正好为0(2π的倍 数)的时间点，因此通过将其加上误差Δθ(即跳跃的相位超前)，如图6的(c)也 示出那样，进行从γ1轴向正确的d轴的校正。以后，能够通过第二运转部73 进行良好的运转。

此外，在本实施方式中，关于进行PI式的误差放大的电流误差放大器98、 99，切换后的第一电压分量Vd和第二电压分量Vq的应该有的值的计算变得 稍微复杂。因而，在切换时间点未对内部的积分要素进行操作。但是，关于 它们的电流，能够设计为在比较短的时间内响应，因此没有问题。

图8A是表示实施方式1的滚筒驱动装置的滚筒的启动时的状态的截面 图。图8B是表示实施方式1的滚筒驱动装置的滚筒从启动时起旋转90度后的 状态的截面图。图8C是表示实施方式1的滚筒驱动装置的滚筒从启动时起旋 转100度后的状态的截面图。图8D是表示实施方式1的滚筒驱动装置的滚筒从 启动时起旋转180度后的状态的截面图。

图8A表示滚筒51的启动时的状态，表示出洗涤物54在滚筒内重叠的状 态。

点O是滚筒51的中心，是旋转轴。

图8B表示出滚筒51从图8A所示的启动时的状态起旋转90度后的状态。 在图8A中重叠成洗涤物54的上面为水平的情况下，到图8B的时间点为止， 滚筒51和洗涤物54之间的位置关系保持相同。

图8C表示出滚筒51从启动时的状态起旋转了100度后的状态。在滚筒51 的旋转角超过了90度的时间点，此前向稳定地保持重叠的洗涤物54的方向发 生作用的重力变为向使洗涤物54分离的方向发生作用。在滚筒51的旋转角超 过90度时，洗涤物54的一部分向铅垂方向下落，与滚筒51的内壁撞击而再次 重叠。

在从图8B所示的状态到图8C所示的状态的过程中，滚筒51内的状况有 很大变动。首先，在洗涤物54的一部分在滚筒51内下落的阶段，与下落的洗 涤物54相当的负荷从滚筒51的旋转运动中脱离，因此滚筒电动机60的负荷变 小。接着，在下落的洗涤物54与滚筒51的内壁撞击的瞬间，滚筒51受到大的 冲击，产生铅垂方向的振动，另外，暂时减小的负荷增大，再次成为原来的 大小。

在此，根据第一运转部和第二运转部的特性，考虑适合于该状况的控制。

首先，第一运转部供给与转子59的磁极位置无关的电流，如果确保了在 设想的负荷下能够旋转的电流向量的大小，则即使产生这样的振动、负荷变 动，也继续进行电流的供给。

另一方面，第二运转部供给与转子59的磁极位置相应的电流，在本实施 方式中，根据流过滚筒电动机60的电流、施加于滚筒电动机60的电压、电气 角速度等估计转子59的磁极位置，供给与该估计结果相应的电流。针对该估 计，由于在该状况负荷的急剧增减、滚筒51的振动诱发电流、电压、电气角 速度的很大变动而成为产生大的误差的原因，因此在通过第二运转部进行驱 动时有可能无法实现稳定的驱动。因此，在从图8B所示的状态到图8C所示 的状态的过程中，适合于通过第一运转部进行驱动。

此外，在本实施方式中，在滚筒51的旋转角为100度的时间点，洗涤物 54的一部分下落，但该旋转角根据洗涤物54的含水量、缠绕状况等的状态而 发生变化，只有超过90度是普遍的条件。

图8D表示出滚筒51从启动时的状态起旋转了180度后的状态。

在从图8C所示的状态到图8D所示的状态的过程中也同样，到达滚筒51 内的上侧的洗涤物54在铅垂方向上下落，与下侧撞击，此后连续地发生该过 程。因此，洗涤物54始终混合存在以下三个状态。即，与滚筒51联动地进行 旋转运转、从滚筒51的内壁离开而正在下落、与滚筒51的内部撞击。在从对 滚筒电动机60的综合负荷的观点出发考虑时，在该过程中从洗涤物54受到的 负荷是上述三个的状态的和，只要连续地发生，则其和是大致固定的。

在该状态下，对第二运转部的驱动的干扰小，能够实现稳定的驱动。在 这样的状况下，与第一运转部相比，能够一边估计负荷的状态一边进行驱动 的第二运转部能够进行高精度并且节能的运转，因此适合于通过第二运转部 进行驱动。

通过以上说明，根据本实施方式，基于来自第一运转部72的信号启动滚 筒电动机60，切换部74在滚筒51的旋转角从启动时起超过了90度后，将对滚 筒电动机60输入的信号从来自第一运转部72的信号切换为来自第二运转部 73的信号。

由此，在伴随着因滚筒51的内容物造成的非周期的负荷转矩变动的滚筒 51的启动期间，滚筒51旋转超过90度，由于重力而滚筒51的内容物分散，负 荷转矩有很大变动。提供一种滚筒驱动装置，其通过与转子59的磁极位置无 关的第一运转部72运转到此为止的期间，在该时间点以后切换为通过第二运 转部73进行运转，由此针对因负荷转矩变动造成的转子59的磁极位置、电流、 电压的变动能够稳定地进行驱动。

此外，在本实施方式中，通过第一运转部72设定的滚筒电动机60的电气 角速度线性地增加，即为固定的加速度，但也可以并不必须是固定的加速度。 在启动时施加大的负荷的情况下，例如在洗涤物54大量含有水的情况等下， 在通过第一运转部72驱动的启动初期，设为小的加速度能够稳定地驱动。将 其称为第一期间。然而，在加速度小时，产生到达到希望的速度为止的时间 长的问题。为了避免该问题，在达到通过惯性能够得到稳定的旋转力的规定 的电气角速度的时间点增大加速度即可。将其称为第二期间。即，对于向滚 筒电动机60供给的电流的频率的平均增加率，与包含到滚筒电动机60开始运 转为止的第一期间相比，接着第一期间后的滚筒电动机60开始运转后的第二 期间的平均增加率大。由此，能够稳定地驱动并且缩短达到希望的速度的时 间。

图9A是表示实施方式1的第一运转部72的角速度设定器83的输出的波形 图。第一期间的加速度小，因此电气角速度的斜率小，第二期间的加速度大， 因此电气角速度的斜率大。

另外，第一期间和第二期间的加速度也可以连续地变化。例如能够通过 第一运转部使加速度在驱动过程中线性地变化。图9B是表示实施方式1的第 一运转部72的角速度设定器83的输出的波形图。在图9B中，速度的变化是二 次函数。启动初期的加速度小，随着电气角速度上升而加速度上升。由此， 能够稳定地启动滚筒驱动装置并且缩短达到希望的速度的时间。

另外，也能够在第二期间后进一步设置第三、第四期间等。例如在第二 期间达到了希望的电气角速度的情况下，通过设置在此后使加速度为零的第 三期间，能够一边保持希望的电气角速度一边稳定地切换为通过第二运转部 进行的运转。

另外，在本实施方式中，坐标变换器100、101分别只使用公式(1)和公式 (2)所示的余弦函数(cosin)，使用对方向余弦进行加法运算的简单的方式，但 如果是在短时间内还能够进行正弦函数(sin)的计算的微计算机环境，则也可 以使用公式(3)、公式(4)等。也有能够缩短计算时间的情况，还能够适当地 分开使用。

[公式3]

[公式4]

另外，在本实施方式中，滚筒电动机60具有经由小滑轮62、皮带63、大 滑轮64对滚筒51进行旋转驱动的结构，有机构上的固定的减速(十分之一)。 因而，滚筒电动机60所需要的转矩小即可，对装置的小型化、低成本化有利。

但是，并不必须使用小滑轮62、大滑轮64、皮带63。例如也可以进行齿 轮(gear)减速，或者是直接将滚筒51和滚筒电动机60连接起来而没有机构上 的减速的被称为直接驱动等的方式。在任意的情况下，都关注于最终被驱动 的滚筒51的旋转角。

另外，在本实施方式中，滚筒的旋转轴相对于铅垂具有90度这样的角度， 即示出旋转轴为水平的滚筒驱动装置。但是，除了90度以外，也可以是以下 的情况，即，或多或少地产生由于重力产生的滚筒的力矩即转矩，相对于铅 垂例如具有10度左右的角度而构成被称为纵型的洗衣机。充分产生会必然产 生重力作用引起的转矩的倾向，从而能够得到本实施方式的效果。

如以上所述那样，本实施方式的滚筒驱动装置能够高效地降低需要大的 转矩的、滚筒的旋转角在启动后成为大致90度的状态下的、需要从逆变器电 路71向电动机60供给的电流。另外，本实施方式的滚筒驱动装置在圆筒状的 滚筒51内容纳固体、液体、粉体、流体等并以相对于铅垂具有角度的旋转轴 进行旋转，由此能够使重力的作用变化来进行搅拌。因而，本实施方式的滚 筒驱动装置是在普通家庭等中使用的、具有相对于铅垂具有角度的滚筒的旋 转轴的、被称为纵型滚筒驱动装置、滚筒式滚筒驱动装置、滚筒式洗涤干燥 机、滚筒式干燥机以及纵型洗衣机的形式，能够应用于通过设为相对于铅垂 具有角度的旋转轴而改善使用方便性的装置。进一步，还能够应用于处理食 品的旋转式的烹饪器、处理废弃物的旋转滚筒、以及搅拌混凝土粉和砂土的 混凝土搅拌机等用途。

(实施方式2)

图10是实施方式2的滚筒驱动装置的框图。

在图10中，滚筒51以相对于铅垂具有90度的角度的状态即具有水平的旋 转轴的状态被轴承52、53支持为自由旋转，且内部加入有衣物等洗涤物54。

在此，在本实施方式中所述的铅垂表示重力的方向，与相对于水平为直 角或垂直同义。

从以将转子59保持为自由旋转的方式构成的4极的滚筒电动机60经过小 滑轮62、皮带63、大滑轮64对滚筒51进行减速为十分之一的旋转驱动。转子 59具有含钕和镝等稀土类的永磁体55、56、57、58。

此外，在滚筒51的外侧设置树脂制的外容器66、供水阀67、排水阀68以 及盖69，水和洗剂作用于滚筒51中的洗涤物54，从而能够进行洗涤。

滚筒驱动装置具备向滚筒电动机60供给电流的逆变器电路71，逆变器电 路71具备第一运转部72、第二运转部73、切换部74、将输出电流分为第一电 流分量Id和第二电流分量Iq来进行控制的电动机电流控制部75。第一运转部 72产生与永磁体55、56、57、58的相位无关的信号S1，第二运转部73产生与 永磁体55、56、57、58的相位相应的信号S2。切换部74首先通过向电动机电 流控制部75输入来自第一运转部的信号S1来启动滚筒电动机60，在滚筒51 的旋转角从启动时起成为90度的时间点之前，将向电动机电流控制部75的输 入切换到来自第二运转部73的信号S2。

此外，在图10中，信号S1、信号S2都用一条线表示，但实际上分别包括 第二电流分量的设定值Iqr、相位θ、电动机的电气角速度ω这三条线。

另外，在本实施方式中，切换部74接受从第一运转部72启动起经过规定 时间后变化的数字信号F来从信号S1向信号S2切换。

图11是实施方式2的第一运转部和切换部的详细框图。

在图11中，从启动起测量时间的计时器80输出时间信号t。时间信号t被 输入到定时器81、电流设定器82以及角速度设定器83。

电流设定器82向切换部74输出电流Iqr1，角速度设定器83向切换部74输 出电气角速度ω1，进一步，经过进行电气角速度ω1的时间积分的积分器86 而输出电动机相位θ1。

切换部74在F信号为低的情况下选择信号S1，在F信号为高的情况下选择 信号S2，来输出第二电流成分的设定值Iqr、相位θ、电气角速度ω的各信号。

图12是实施方式2的第一运转部的动作波形图。

在图12中，(a)中横轴表示时间、纵轴表示F信号的逻辑，(b)中横轴表示 时间、纵轴表示电流Iqr1，(c)中横轴表示时间、纵轴表示电气角速度ω1，(d) 中横轴表示时间、纵轴表示电动机相位θ1。

假设在第一运转部有效动作的期间即F信号为低的、从启动时起的0.6秒 钟的期间中，电流Iqr1在前半的0.3秒钟的期间从0向6A线性地增加，之后保 持6A，对于电气角速度ω1，线性地增加。

电动机相位θ1是对电气角速度ω1进行时间积分而得到的，但使用在成为 2π弧度(360度)的时间点被复位为0的变量来表现，因此成为在(d)中所见那样 的波形，在时刻t＝0.6秒正好成为电动机相位θ1＝0的状态，在第一运转部动作 的0.6秒中电动机电气角旋转4π弧度(2圈＝720度)。但是，本滚筒驱动装置构 成为滚筒电动机60有4极并进行利用小滑轮62、大滑轮64的十分之一的减速。 因此，作为滚筒51的旋转角度，在假定始终理想地同步的情况下成为36度(0.1 圈)。

但是，在现实中，根据时刻t＝0秒时的滚筒电动机60的角度不同，到稳 定为同步状态为止的滚筒电动机60的实际旋转有正负四分之一圈左右的偏 差。因而，作为0.6秒钟的滚筒51的旋转角度，为27～45度，但为比90度小的 值。

在时刻t＝0.6秒时定时器81使F信号从低提高到高的时间点，接受了F信号 的切换部74从信号S1向信号S2切换，进行向第二运转部73的切换。

此外，关于第一电流分量的设定值Idr，在本实施方式中，在F信号为低 时从切换部74选择输出0A，在F信号为高时从切换部74选择输出-3.8A。

图13是实施方式2的第二运转部的详细框图。

在图13中，速度误差放大部90根据从速度设定部89输出的、滚筒电动机 60的电气角速度的设定值ωr和从切换部74得到的电气角速度ω之间的差即速 度误差，使PI(比例和积分)的要素起作用，相加而输出电流Iqr2。这样，对驱 动滚筒电动机60的转矩进行加减使得滚筒电动机60成为设定的速度。

相位误差估计器91被输入来自后述的电动机电流控制部75的第一电流 分量Id、第二电流分量Iq、第一电压分量Vd、第二电压分量Vq以及电气角速 度ω，对其使用滚筒电动机60的感应电动势常数、q轴电感、电阻值等参数进 行计算。由此，计算当前电动机电流控制部75所使用的相位θ与滚筒电动机 60的电压方程式成立的相位之间的误差Δθ。

在本实施方式中，在将(Vd-Ra×Id+ω×Lq×Iq)除以(Vq-Ra×Iq-ω×Lq×Id) 的基础上，使用取其反正切函数并使符号相反的值作为针对控制所使用的dq 坐标的实际dq相位的误差Δθ来进行计算。

收敛部92具备速度估计部93、积分器94，速度估计部93使用PI(比例/积 分)进行永磁体55、56、57、58的电气角速度ω2的计算，使得误差Δθ收敛为 零。进一步，通过积分器94对电气角速度ω2进行时间积分的计算，作为估计 相位θ2而输出。

在F信号为低的期间中，积分器94始终进行更新使得作为估计相位θ2而 输出误差Δθ。对于速度估计部93，也始终进行积分要素的更新使得作为电气 角速度ω2成为电气角速度ω。

在第二运转部73的动作有效的状态下，通过相位误差估计器91和收敛部 92的作用，进行无位置传感器的滚筒电动机60的运转。

此外，在本实施方式中，相位误差估计器91使用了上述误差Δθ的计算公 式，但并不限于此。相位误差估计器91也可以使用与向滚筒电动机60供给的 电压和电流有关的值、滚筒电动机60的参数，来导出与相位的误差Δθ、或d 轴的电压差有关的值等。相位误差估计器91只要能够一边产生与永磁体55、 56、57、58的相位相应的信号一边使滚筒电动机60运转即可。

余弦放大器95输出将来自切换部74的第二电流分量的设定值Iqr与误差 Δθ的余弦函数相乘所得的Iref值。速度误差放大部90在F信号为低的期间中， 始终更新内部的积分器的值，使得作为输出值的电流Iqr2等于Iref值。

图14是实施方式2的电动机电流控制部的详细框图。

电动机电流控制部75从逆变器电路71向滚筒电动机60供给三相的电流。 在作为输入的相位θ与以U相电流的磁通势为基准的情况下的永磁体55、56、 57、58的磁通的方向即真正的d轴的相位正确地一致的情况下，输入的第一 电流分量的设定值Idr成为与永磁体55、56、57、58的磁通平行的第一电流分 量。第二电流分量的设定值Iqr为与第一电流分量正交并超前了+90度(π/2)相 位的第二电流分量，被控制为希望的电流向量。

在图14中，电动机电流控制部75具备电流误差放大器98、99、坐标变换 器100、101、PWM功率模块103、直流电源104以及电流检测电路105。电流 误差放大器98对第一电流分量的设定值Idr与作为坐标变换器101的输出的第 一电流分量Id之间的差进行PI(比例/积分)计算，作为第一电压分量Vd输出。

电流误差放大器99同样地对从切换部74得到的第二电流分量的设定值 Iqr与作为坐标变换器101的输出的第二电流分量Iq之间的差进行PI(比例/积 分)计算，作为第二电压分量Vq输出。

坐标变换器100被输入从电流误差放大器98、99输出的第一电压分量Vd、 第二电压分量Vq和相位θ，使用公式(5)等来变换为Vu、Vv、Vw。

[公式5]

通过这样使用三相，具有以下效果，即，滚筒电动机60、逆变器电路71 的结构比较简单，同时能够连续顺畅地进行功率传递。但是，并不特别限定 于三相，也可以是两相、四相、五相等。

PWM功率模块103包括未图示的六枚IGBT(绝缘栅双极型晶体管)以及 电子电路等。PWM功率模块103接受Vu、Vv、Vw以及从直流电源104接受 280V的直流电压，一边进行PWM(脉冲宽度调制)一边从U、V、W输出三相 的交流，向滚筒电动机60供给数安培的电流。具体地说，构成为在微计算机 中单芯片地构成的脉冲宽度调制器和在与其不同的封装中设置的功率部分 的综合体。

对于U相和W相，通过使其通过电流检测电路105的检测元件106、107 来检测电流值Iu和Iw的瞬时值，输入到坐标变换器101。

此外，对于检测元件106、107，能够利用以下的元件等：通过成为检测 对象的电流使磁路产生磁通势作用，根据该磁场检测电流值，或根据被称为 分流电阻的电阻的电压下降来检测电流值。

对于V相的电流Iv，在本实施方式中不进行检测，但根据Iu+Iv+Iw＝0的 关系，也能够根据输入的Iu和Iw求出Iv。坐标变换器101通过使用公式(6)等， 使用相位θ计算作为d轴电流的第一电流分量Id和作为q轴电流的第二电流分 量Iq。

[公式6]

图15是放大横轴的时间来示出实施方式2的基于向切换部的F信号的切 换动作前后的各变量的变化的波形图。

在图15中，(a)～(c)所示的信号都是切换部74的输入输出信号。在(a)中， 虚线表示电流Iqr1，点划线表示电流Iqr2，实线表示第二电流分量的设定值 Iqr。在(b)中，虚线表示电气角速度ω1，点划线表示电气角速度ω2，实线表 示电气角速度ω。在(c)中，虚线表示电动机相位θ1，点划线表示估计相位θ2， 实线表示相位θ。

通过切换部74的作用，在t<0.6秒时为相位θ＝θ1，在t≥0.6秒时为相位 θ＝θ2。

另外，关于t<0.6秒时的电流Iqr2，持续地进行积分分量的更新，使得如 上述那样从电流Iqr1经过余弦放大器95输出的Iref值成为速度误差放大部90 的输出即电流Iqr2。对于电气角速度ω2，持续保持与电气角速度ω1相同的值， 另外对于估计相位θ2也始终保持等于误差Δθ。

图16是实施方式2的滚筒驱动装置的切换部的切换动作前后的电流向量 图，在真正的dq坐标上示出。

对于即将切换时的第二电流分量的设定值Iqr即电流Iqr1，长度是电流 Iqr1的值即6A。作为电流Iqr1的方向，在第一象限中具有误差Δθ的斜率。作 为电流Iqr1的真正的q轴分量，等于余弦放大器95的输出即误差Δθ的余弦乘以 电流Iqr1所得的Iref值，紧接在切换后变化为电流Iqr2＝Iref。

在洗衣机的情况下，在洗涤物109分散的瞬间，负荷转矩急剧变小，由 此容易产生滚筒51的电气角速度的进一步过冲。但是，上述Iref值具有抑制 这样的速度过冲的效果。

另一方面，关于相位θ，在切换时间点是电动机相位θ1正好为0(2π的倍 数)的时间点，因此通过将其加上误差Δθ(即跳跃的相位超前)，如图15的(c) 也示出那样，进行从γ1轴向正确的d轴的校正。以后，能够通过第二运转部 73进行良好的运转。

此外，在本实施方式中，关于进行PI式的误差放大的电流误差放大器98、 99，切换后的第一电压分量Vd和第二电压分量Vq的应该有的值的计算变得 稍微复杂。因此，在切换时间点未对内部的积分要素进行操作。但是，关于 它们的电流，能够设计为在比较短的时间内响应，因此没有问题。

I90所示的电流向量是在切换到第二运转部73后滚筒51从启动时起旋转 了90度的时间点的电流向量。在调整第二电流分量的设定值Iqr的同时，将第 一电流分量的设定值Idr设定为-3.8A。电流向量I90成为以下的状态，即，相 对于q轴即因永磁体55、56、57、58的磁通造成的感应电动势E(＝q轴方向)具 有相位的超前(超前角)β1而进入第二象限。

图17A是表示实施方式2的滚筒驱动装置的滚筒的启动时的状态的截面 图。图17B是表示实施方式2的滚筒驱动装置的滚筒从启动时起旋转40度后的 状态的截面图。图17C是表示实施方式2的滚筒驱动装置的滚筒从启动时起旋 转90度后的状态的截面图。图17D是表示实施方式2的滚筒驱动装置的滚筒从 启动时起旋转180度后的状态的截面图。

图17A表示滚筒51的启动时的状态。斜线部分表示洗涤物109含有大量的 水并且成块地放入的状态。从洗涤物109的重心P向下施加洗涤物109的质量 m公斤乘以重力加速度g米/平方秒所得的mg牛顿的重力。

点O是滚筒51的中心，是旋转轴。

图17B表示滚筒51从图8A所示的启动时的状态起旋转40度后的状态，在 本实施方式中，在时刻t＝0.6秒时，通过切换部74从第一运转部72向第二运转 部73切换。

图17C表示滚筒51从启动时起旋转90度后的状态，图8D表示旋转180度 后的状态。

重力mg的绕O的力矩即转矩在图17C的状态下最大。在假设用斜线所示 的洗涤物109的密度为等于水的1000kg/m³时，在洗涤物109正好成为滚筒51 的容积的一半而在图17A～图17D的表现方法中为半圆的状态下，力矩为 30Nm左右。

在原来滚筒51的旋转轴相对于铅垂具有90度以外的角度θd的情况下，大 致降低到乘以θd的正弦所得的转矩，但只要构成为至少滚筒51的旋转轴相对 于铅垂具有角度，就必然因mg的影响而产生转矩。

在本实施方式中，在图17B所示的滚筒从启动时起旋转40度后的状态下 通过切换部74进行从第一运转部72向第二运转部73切换的切换动作。该瞬间 所需要的转矩为图17C所需要的转矩乘以40度的正弦(0.64)所得的值。

作为滚筒51的旋转轴所需要的转矩，除了因上述mg的力矩产生的转矩 (被称为“拉起转矩”)以外，还有滚筒51的加速所需要的转矩(被称为“加速转 矩”)。关于它，为包含洗涤物109的滚筒51的惯性力矩乘以滚筒51的角加速度 所得的值，但图17B的状态下的上述拉起转矩为图17C的0.64倍即可起很大作 用，必须通过第一运转部72实现的滚筒51轴上的转矩小即可。由此，与实现 图17C中的必要转矩的情况相比，能够相当地抑制电流Iqr1的值。

特别在本实施方式中，使用了在转子59内部嵌入了永磁体55、56、57、 58而设置的滚筒电动机60，因此在第一运转部72中要产生大的转矩的情况 下，成为第一电流分量Id>0的强磁场的条件。因此，磁阻转矩为负，要供给 更多的电流。

由此，也有时根据情况不同而电流过大，因此磁阻转矩过剩，不产生使 电流向量与d轴一致的方向的转矩而失步。因此，在需要大的转矩之前的阶 段完成从第一运转部72向第二运转部73的切换能够产生有利的作用。将通过 第二运转部73运转时的供给电流的相位设为与因永磁体55、56、57、58的磁 通产生的感应电动势的相位相同、或与超前无关地将滚筒51从启动时起旋转 90度之前的状态作为切换部74的切换定时，能够期待一个效果。

然而，即使在不如本实施方式那样将永磁体55、56、57、58嵌入到转子 59的铁芯内部而具有使永磁体与圆筒状的铁芯的表面紧贴而构成的转子的 滚筒电动机的情况下，本实施方式也成立。将切换部74的定时设为滚筒51从 启动时起旋转90度之前的状态，在第二运转部中，进行运转使得供给相位与 因永磁体的磁通产生的感应电动势的相位相同的电流，由此能够通过最大限 地利用了永磁体的磁通的运转来满足最大转矩所需要的条件，能够将向滚筒 电动机的供给电流抑制得尽量小。

在本实施方式中，在完成了向第二运转部73的切换后成为滚筒51从启动 时起旋转90度后的状态的图17C的状态。对于这时的电流相位，在图16中， 成为向第二象限进入角度β1的状态，即相对于通过永磁体55、56、57、58的 磁通产生的感应电动势E，从逆变器电路71向滚筒电动机60供给相位超前了 的电流I90。

图18是关于实施方式的滚筒电动机使电流超前角β变化的情况下的产生 转矩的图表。图18表示出针对滚筒电动机60的、在dq面上的电流向量的绝对 值为9A时使相对于感应电动势E的电流的超前相位(也称为电流超前角)β变 化的情况下的超前相位β与产生转矩之间的关系。在图18中，横轴取β，纵轴 取对滚筒51的轴施加的换算得到的转矩的值，即因小滑轮62、大滑轮64而产 生的减速比的倒数的值。

图19是实施方式2的滚筒电动机的转子的截面图。

滚筒电动机60具有将永磁体55、56、57、58嵌入转子59的内部的结构， 因此，对于d轴和q轴的电感值Ld、Lq，为Lq>Ld的关系。

由此，如图18所示，产生通过永磁体55、56、57、58与电流交互产生的 磁转矩Tmag与磁阻转矩Trel的和的转矩Tsum。因此，在从与所产生的转矩对 应的电流这样的倒数的观点看时，在角度β＝25度附近，能够用最小的电流(9A) 实现希望的转矩(30Nm)。

在第一运转部72的运转中，难以在G点附近稳定。为了进行稳定性高的 运转，使用G点左侧的部分。在该情况下，与G点相比转矩减少，因此为了 得到与G点同等的转矩，作为电流值，需要比6A大的电流。其结果是滚筒电 动机60的损失变大，消耗电力量增大，温度上升增大。另外，也有时需要PWM 功率模块103的额定电流的提高、抗永磁体55、56、57、58的减磁性的提高。 其结果是作为滚筒驱动装置，变得成本提高，形状也变大。

与此相对，如本实施方式所示那样通过第二运转部73在角度β＝25度的运 转条件下也能够稳定运转，转矩Tsum是最大值的30Nm，是与图16所述的角 度β1大致相等的值。

因而，在本实施方式的滚筒驱动装置中，第二运转部73接受滚筒电动机 60的第一电压分量Vd、第二电压分量Vq、第一电流分量Id以及第二电流分量 Iq的信号，在滚筒51从启动时起旋转90度后的状态、即图17C所示的状态下， 向滚筒电动机60供给与转矩对应的使电流值大致最小的相位的电流来进行 驱动。

其中，在磁阻转矩的作用小的滚筒电动机60中，通过供给相位与感应电 动势的相位大致相同的电流，能够最大限地利用通过永磁体55、56、57、58 的磁通和电流的相互作用产生的磁转矩Tmag。

另外，在本实施方式中，在第二运转部73中，在作为第一电流分量的设 定值的Idr＝-3.8A的状态下运转，由此在需要最大的滚筒轴转矩的情况下，成 为角度β＝25度的状态。因此，在负荷轻的情况等图17C所示的在滚筒从启动 时起旋转90度后的状态下所需要的转矩更少即可的情况下，角度β具有比25 度大的倾向。但是，通过将用于第二运转部73的运转的第一电流分量的设定 值Idr设为固定值的比较简单的结构，来保证9A以下的电流下的可靠运转。

此外，通常的洗涤物109在成为图17D的状态以前，由于重力mg的作用 而分散，下落到滚筒51的下方。但是，在洗涤物109存在干的部分和含水的 部分、以充满滚筒51内的方式放入它们的情况下，也有时洗涤物109相反地 成为接近图17D的状态。

在图17D的状态下，洗涤物109的位置能量最大，但作用于洗涤物109的 重力mg的力矩为零，滚筒51的旋转所需要的转矩只为加速转矩。

此外，在本实施方式中，坐标变换器100、101分别只使用公式(5)和公式 (6)所示的余弦函数(cosin)，使用对方向余弦进行加法运算的简单的方式，但 如果是在短时间内还能够进行正弦函数(sin)的计算的微计算机环境，则也可 以使用公式(7)、公式(8)等。也有能够缩短计算时间的情况，还能够适当地 分开使用。

[公式7]

[公式8]

另外，在本实施方式中，滚筒电动机60具有经由小滑轮62、皮带63、大 滑轮64对滚筒51进行旋转驱动的结构，有机构上的固定的减速(十分之一)。 因而，滚筒电动机60所需要的转矩小即可，对装置的小型化、低成本化有利。

但是，并不必须使用小滑轮62、大滑轮64、皮带63。例如也可以进行齿 轮(gear)减速，或者是直接将滚筒51和滚筒电动机60连接起来而没有机构上 的减速的被称为直接驱动等的方式。在任意的情况下，都关注于最终被驱动 的滚筒51的旋转角。本实施方式特别包含在滚筒旋转角为90度的点通过第二 运转部进行滚筒电动机的动作的情况。

另外，在本实施方式中，“永磁体55、56、57、58的相位”这种表现是几 何学方面的表现，表示将极对数2乘以各永磁体的安装位置(机械角)而变换为 0～2π弧度的范围的电气角所得的数值。

作为磁的表现，也可以称为转子59的磁极的相位、磁通密度分布的相位 等。

例如，也能够通过安装确认用的旋转编码器并适当地进行处理来得到， 能够通过供给与永磁体的相位具有固定的相位关系的电流波形来确认第二 运转部73的运转。

如以上那样，在本实施方式中，能够进行以下的运转，即，通过第一运 转部可靠地进行启动，并且在滚筒从启动时起旋转90度后的状态下通过重力 产生的转矩最大的时间点，最大限地利用永磁体的磁通并降低通过第二运转 部向滚筒电动机供给的供给电流。由此，能够抑制从逆变器电路向滚筒电动 机供给的电流的最大值。因而，能够提供小型并且低成本的滚筒驱动装置。 此外，启动时的基于第一运转部的动作的期间小于90度即可，例如也可以是 1度以下。例如，可以在只在3毫秒那样的非常短的期间通过第一运转部运转， 之后切换为利用第二运转部的运转。

(实施方式3)

图20是实施方式3的滚筒驱动装置的第一运转部和切换部周围的框图。

在图20中，第一运转部110的计时器80与实施方式2的计时器80相同，输 出时间信号t。时间信号t被输入到定时器112、电流设定器113以及角速度设 定器114。

电流设定器113向切换部111输出电流Iqr1，角速度设定器114向切换部 111输出电气角速度ω1。

为了生成切换部111的F信号而设置有AND电路116。AND电路116取来自 第一运转部110的K信号和来自第二运转部120的H信号的逻辑与来生成F信 号。切换部111在F信号为低的情况下选择信号S1，在高的情况下选择信号S2， 来输出第二电流分量的设定值Iqr、第一电流分量的设定值Idr以及电气角速 度ω的各信号。

图21是实施方式3的滚筒驱动装置的第一运转部110的动作波形图。在图 21中，(a)表示K信号波形，(b)表示Iqr1波形，(c)表示ω1波形。

K信号在从启动起到时间0.3秒为止为低，由此F信号强制地为低。因此， 滚筒电动机的运转被限定为基于来自第一运转部110的信号S1的运转。

电流Iqr1从启动起到0.3秒为止线性地增加，为4.5A，到时刻t＝0.6秒为止 保持固定值4.5A，之后线性地减少使得在时刻t＝1秒成为0A。

电气角速度ω1在到时刻t＝0.6秒为止线性地增加到42rad/s，之后保持固定 值。

图22是实施方式3的第二运转部120的详细框图。

在图22中，速度误差放大部122根据从速度设定部89输出的滚筒电动机 60的电气角速度的设定值ωr和从切换部111得到的电气角速度ω之间的差即 速度误差，使PI(比例和积分)的要素起作用，相加而输出电流Iqra。进一步， 在电流Iqra为5A以上的情况下，通过限制为5A的上限值的限制器123，输出 电流成为Iqr2，转矩增减而进行滚筒电动机的速度控制。

此外，在本实施方式中，限制器123的输出电流Iqr2也被输出到速度误差 放大部122，速度误差放大部122通过对电流Iqra和电流Iqr2进行比较，来进行 调整以避免内部的积分器的值过剩。

d轴电压误差估计器125被输入来自电动机电流控制部75的第一电流分 量Id、第二电流分量Iq、第一电压分量Vd以及电气角速度ω，对它们使用滚 筒电动机60的感应电动势常数、d轴和q轴的电感、电阻值等参数来进行电压 方程式的计算。由此，计算d轴的电压的误差Δε。

在本实施方式中，计算Δε＝-(Vd-(Ra+pLd)×Id+ω×Lq×Iq)，在Δε>0时控 制轴延迟，在Δε<0时控制轴超前。

收敛部127具备速度估计部128、积分器129。速度估计部128使用PI(比例 /积分)进行永磁体55、56、57、58的电气角速度ω2的计算使得误差Δε收敛为 零。进一步，通过积分器129对电气角速度ω2进行时间积分而作为估计相位θ 输出。

在F信号为低的期间中，速度估计部128始终进行积分要素的更新使得作 为电气角速度ω2成为电气角速度ω。

在F信号为高的期间中，通过d轴电压误差估计器125和收敛部127的作 用，进行无位置传感器的滚筒电动机60的运转。另一方面，在F信号为低的 期间中，积分器129进行以下形式的动作，即，对电气角速度ω即电气角速度 ω1进行积分而计算θ。

比较器130对阈值ε1(＝3V)和误差Δε进行比较，如果前者大则输出高作为 H信号，如果后者大则输出低作为H信号。

此外，d轴电压误差估计器125并不限于上述的Δε的计算公式。例如，也 可以不加入附加了p的微分项等。在该情况下，Ld也是不必需的，计算也变 得简单。因此，即使是廉价而处理速度低的微型计算机也能够完成。

关于本实施方式，上述以外的构成要素使用了与实施方式2相同的构成 要素。

在以上的结构下，进行本实施方式中的动作的说明。

图23是实施方式3的滚筒驱动装置的滚筒启动后的动作波形图。图23表 示滚筒51从启动时起到旋转90度为止的动作波形。

在图23中，(a)表示误差Δε，(b)表示F、H、K的各信号的逻辑，(c)表示 滚筒电动机60的电气角速度ω，(d)表示滚筒51的旋转角，(e)表示滚筒51的角 加速度。

在t<0.2秒的期间，为电气角速度ω<ωa的低速条件，d轴电压误差估计器 125的误差Δε的绝对值小，作为坐标轴的超前滞后的估计用是无效的。在本 实施方式中，通过将K信号设为低，而与H信号无关地将F信号设为低，进行 第一运转部110的运转来进行滚筒电动机60的启动。

在电气角速度为ω>ωa的时间点，利用误差Δε的判断变得有效，根据第 一电流分量的设定值Iqr1设定的电流以相对于真正的q轴延迟的相位流过。这 时，由比较器130判定误差Δε比εref大，H成为低，利用第一运转部110对滚筒 51进行加速。

在时刻t＝0.45秒时，滚筒51的旋转角从启动时起达到32度。以后，为了 提高施加到洗涤物109的重力mg所需要的转矩增大，滚筒电动机60的电流相 位逐渐接近真正的q轴，误差成为Δε≤εref。

这样，H信号成为高，F信号也成为高，进行切换部111对运转部的切换 动作，从信号S1切换到信号S2。

此外，该定时根据洗涤物109的量等而发生变化，在所需转矩少的情况 下，切换定时延迟，在本实施方式中，到时刻t＝1秒为止，图21的(b)所示的 电流Iqr1降低。因而，在第一运转部110的运转开始后1秒以内，误差Δe减少 到负的值，到此时切换部111的向信号S2的切换结束。

第二运转部120的速度误差放大部122设定与在第一运转部110中使用的 电流Iqr1的输出对应的值作为F信号为高的时间点的积分器的初始值。但是， 通过适当地设定误差εref，在切换时间点，真正的电流Iq能够成为大致接近 Iqr1的值。也不存在紧接在切换为第二运转部120后滚筒51的速度过冲的问 题。

在本实施方式中，在时刻t＝0.8秒时，滚筒51达到从启动时起旋转90度后 的时间点，但通过限制器123供给的电流Iqr的值保持为低于供给图17C所示 的因滚筒51的mg产生的转矩的电流值。

在此，为了向洗涤物109提供位置能量而开始使用包含洗涤物109的滚筒 51的旋转运动的能量，电气角速度ω随时间经过而降低。换言之，滚筒的角 加速度为负。用图23的(e)的A90表示该情况。

通常的洗涤物109在滚筒51从启动时起旋转90度以后由于在滚筒51内分 散而mg的力矩减少。因此，滚筒51的旋转角速度的降低的期间在短时间内结 束，不对其后的运转产生影响。

这样，本实施方式的滚筒驱动装置在滚筒51从启动时起旋转90度后的时 间点，进行滚筒51的角加速度为负的运转，由此能够有效地使用滚筒51的旋 转运动能量，在高效地减少需要最大转矩的状态下的滚筒电动机60的产生转 矩的同时进行运转。

(实施方式4)

图24是实施方式4的滚筒驱动装置的以第一运转部和切换部为中心的框 图。

在图24中，第一运转部135的计时器80与实施方式2的计时器80相同，输 出时间信号t。时间信号t被输入到生成F信号的定时器138、电流设定器139 以及角速度设定器140。

电流设定器139向切换部137输出电流Iqr1，角速度设定器140向切换部 137输出电气角速度ω1。与实施方式2同样地，通过积分器86进行电气角速度 ω1的时间积分，向切换器137输出相位θ1。

切换部137在F信号为低的情况下选择信号S1，在高的情况下选择信号 S2，来输出第二电流分量的设定值Iqr、第一电流分量的设定值Idr、相位θ、 电动机的电气角速度ω的各信号。

在本实施方式中，信号S2包含来自第二运转部142的电流Iqr2、电流Idr2、 相位θ2、电气角速度ω2。

图25是实施方式4的滚筒驱动装置的第二运转部142的具体框图。

在图25中，速度设定部89具有与实施方式1相同的结构。在本实施方式 中，设置有：速度误差放大部143，其使PI(比例和积分)的要素对作为速度设 定部89的输出的电气角速度ωr和电气角速度ω之间的差起作用，相加而输出 成为电流向量的绝对值的设定值的电流Iar。另外，设置有接受电流Iar和设定 值βr的电流分配器144。设定值βr设定通过第二运转部142进行驱动时的电流 向量相对于q轴的超前相位的角度，在本实施方式中为20度。

电流分配器144针对作为输入信号的电流Iar和设定值βr，根据 Iqr2＝Iar×cosβr、Idr＝-Iar×sinβr这样的计算公式，输出所计算的值。

相位误差估计器91、收敛部92具备速度估计部93、积分器94，它们具有 与实施方式1同等的结构。

余弦比放大器146的输出电流Irefa输出以误差Δθ和设定值βr的各余弦的 比对第二电流分量的设定值Iqr进行放大所得的Irefa＝Iqr×(cosΔθ)/(cosβr)。速 度误差放大部143在F信号为低的期间中始终更新内部的积分器的值，使得电 流Iar等于电流Irefa。

在以上的结构下，说明本实施方式的滚筒驱动装置的动作。

图26是实施方式4的滚筒驱动装置的从启动起到进行切换动作为止的动 作波形图。图27A是实施方式4的包含洗涤物的滚筒的旋转状态图。图27B是 实施方式4的包含洗涤物的滚筒的旋转状态图。图27C是实施方式4的包含洗 涤物的滚筒的旋转状态图。

在图26的(a)～(c)中表示本实施方式的波形，在(d)中表示基于它们的滚筒 51的旋转角。

在本实施方式中，针对从启动时(时刻t＝0)起的旋转，如图26的(c)所示， 滚筒51的电气角速度ω为负，旋转为负方向。

在时刻t＝0.7秒，电气角速度返回为ω＝0，在该时刻如图26的(d)所示，滚 筒51向负侧旋转30度而停止，成为图27A所示的状态。到此为止的期间是预 备驱动期间。

然后，成为与预备驱动期间相反的旋转，即电气角速度ω为正，旋转的 方向为正(与实施方式1相同的方向)，在时刻t＝1.2秒，滚筒51到达启动时的位 置，接着继续进行正旋转，成为图27B所示的状态。

进一步，在时刻t＝1.5秒，F信号从低变化为高，向切换部137的输入从信 号S1切换到信号S2，成为利用第二运转部142的动作。这时的滚筒51的旋转 角为向正方向旋转25度后的图27C所示的状态。

然后，进入利用第二运转部142的稳定的运转即使滚筒51旋转360度以上 的运转。

在本实施方式中，通过使用预备驱动，能够如图27A所示那样暂时使洗 涤物109成为具有位置能量的状态。由此，与其后的基于转矩供给的运动能 量的供给加在一起，在图27B中，能够容易地得到大的电气角速度。

由此，能够在充分超出第二运转部142的稳定动作所需要的电气角速度ω 的下限值的状态下进行向第二运转部142的切换，能够非常稳定地进行第二 运转部142的动作。

进一步，滚筒51的旋转运动能量充分大，因此在图17C所示的滚筒51从 启动时起旋转90度后的状态、或拉起转矩最大的状态附近，也能够使来自滚 筒电动机60的供给转矩小，从运动能量供给不足转矩。因而，也能够将向滚 筒电动机60的供给电流抑制为最小限。

图28是实施方式4的切换部的切换时的向量图。

在图28中，电流Iqr1是6A，但第一运转部135如在实施方式2中所述的那 样，相位θ延迟，因此真正的q轴电流分量大致为乘以误差Δθ的余弦所得的小 的值。因而，通过余弦比放大器146和电流分配器144的作用，设定电流Iqr2 以及满足设定值βr的电流Idr2，使得在切换后保持即将切换时的真正的q轴电 流。

在这样暂时计算出速度误差放大部143的输出电流Iar后，在根据设定值 βr分离为d轴分量Idr2和q轴分量Iqr2的情况下，与将电流Idr2设定为0的结构、 独立地设定为固定值的结构相比，具有提高无传感器的运转的稳定性的效 果。特别对于向转子59嵌入永磁体55、56、57、58而成为电感值为Lq>Ld的 特性的滚筒电动机60，通过适当的设定值βr>0的设定，能够得到难以产生失 步(不同步)的优良特性。

另外，第二运转部142通过设定值βr的设定，相对于因永磁体55、56、 57、58的磁通产生的感应电动势E，滚筒电动机60在电流的相位超前的状态 下运转，由此磁阻转矩也能够有效地起作用。能够相应地降低电流。

另外，关于第一和第二运转部的切换前和切换后的两个电流向量，真正 的q轴电流分量都为等于3A的值，转矩差小，还具有降低速度过冲的作用。 但是，也可以设为尽量抑制切换前后的转矩变化而与本实施方式相比降低一 些切换后的电流Iqr2的值的结构。例如，虽然计算稍微变得复杂，但如果设 为通过电流Iqr1的双曲线状的等转矩曲线上的点，则能够在消除切换前后的 转矩变化的基础上，还满足希望的设定值βr。

关于设定值βr的值，在切换部137的切换结束后，例如也可以设为ω函数 等，通过针对速度设定最优的电流相位，能够确保稳定的无传感器运转，提 高效率。

此外，在本实施方式中，在负侧将预备驱动的滚筒旋转角设为30度，但 也可以更大，作为预备驱动的最大角，在到没有洗涤物109的分散的情况下 的位置能量最大的图17D所示的180度的位置为止的范围内，能够得到效果。

此外，在该情况下，为了抑制预备驱动的期间中的向滚筒电动机60的电 流值，也可以暂时进行向第二运转部142的切换。

另外，也可以如本实施方式那样在一次预备驱动后进入稳定旋转(持续 360度以上的主运转)，但也可以进一步重复进行预备驱动，例如也可以在启 动后，在交替地设置左右旋转使得滚筒51的旋转角逐渐扩大后进入主旋转。

如以上那样，在本实施方式中，在至少进行一次滚筒51的旋转角成为180 度以内的预备驱动后，在与预备驱动相反的方向的旋转方向上进行滚筒旋转 为360度以上的驱动，由此能够有效地抑制从逆变器电路71向滚筒电动机60 供给的电流值。

另外，在各实施方式中，表示出以下的滚筒驱动装置：滚筒的旋转轴相 对于铅垂具有90度这样的角度，即旋转轴为水平。但是，除了90度以外，还 与滚筒的旋转轴相对于铅垂的角度的正弦成比例地产生因重力产生的滚筒 的力矩即转矩。因此，在构成相对于铅垂例如具有10度左右的角度而被称为 纵型那样的洗衣机的情况下，也充分产生会必然产生重力作用引起的转矩的 倾向，因而能够期待本实施方式的效果。

本实施方式的滚筒驱动装置具备：滚筒51，其具备相对于铅垂方向具有 角度的旋转轴；滚筒电动机60，其保持具有永磁体的转子59，驱动滚筒51； 逆变器电路71，其向滚筒电动机60供给电流。逆变器电路71具备第一运转部 72、第二运转部73以及切换部74。第一运转部72产生与永磁体的相位无关的 信号，第二运转部73产生与永磁体的相位相应的信号。利用来自第一运转部 72的信号启动滚筒电动机60，切换部74在滚筒51的旋转角从启动时起成为90 度之前，将对滚筒电动机60输入的信号从来自第一运转部72的信号切换到来 自第二运转部73的信号。

由此，能够进行以下的运转，即，通过第一运转部72可靠地进行启动， 并且在滚筒旋转90度后的状态下通过重力产生的转矩最大的时间点，最大限 地利用永磁体的磁通而降低通过第二运转部73向滚筒电动机60供给的供给 电流。因而，能够抑制从逆变器电路71向滚筒电动机60供给的电流的最大值， 能够提供小型并且低成本的滚筒驱动装置。

在以上的结构中，也可以构成为以嵌入到转子59的方式保持永磁体。

由此，还能够进行以下的运转，即，在滚筒旋转90度后的状态下由于重 力产生的转矩最大的时间点，除了永磁体的磁通的作用以外，还进一步灵活 运用磁阻转矩而降低通过第二运转部73向滚筒电动机60供给的供给电流。因 而，能够进一步抑制从逆变器电路向滚筒电动机供给的电流的最大值。

在以上结构中，也可以是，在滚筒51的旋转角从启动时起成为90度的时 间点，由逆变器电路71向滚筒电动机60供给的电流相对于因永磁体的磁通产 生的感应电动势相位超前。

由此，在滚筒51旋转90度后的状态下由于重力产生的转矩最大的时间 点，能够进行以下的运转，即，还灵活运用磁阻转矩而降低了通过第二运转 部73向滚筒电动机供给的供给电流。另外，能够抑制从逆变器电路71向滚筒 电动机60供给的电流的最大值。因而，能够提供小型并且低成本的滚筒驱动 装置。

在上述结构中，也可以使第二运转部73接受滚筒电动机60的输入电压和 输入电流的信号，在启动后滚筒51的旋转角从启动时起成为90度的时间点， 向滚筒电动机60供给与转矩对应的使电流值最小的相位的电流来进行驱动。

由此，能够还充分灵活运用磁阻转矩，进一步抑制从逆变器电路71向滚 筒电动机60供给的电流的最大值，能够提供小型并且低成本的滚筒驱动装 置。

在上述结构中，第二运转部73具备估计永磁体的速度的速度估计部93、 速度设定部89、速度误差放大部90。将逆变器电路71的输出电流向量分为与 永磁体的磁通平行的第一电流分量和与第一电流分量正交的第二电流分量 来进行控制。也可以在使第一电流分量和第二电流分量的比固定的同时使电 流向量的绝对值与速度误差放大部90的输出相应地变化。

由此，能够通过比较简单的结构进行速度控制，第一电流分量和第二电 流分量联动地变化，由此能够还充分灵活运用磁阻转矩并且还抑制向滚筒电 动机60供给的供给电压的变动。

在以上结构中，也可以使逆变器电路71以使滚筒51的角加速度在滚筒51 的旋转角从启动时起成为90度的时间点成为负的方式进行运转。

由此，能够灵活运用滚筒51所具有的运动能量，进一步抑制从逆变器电 路71向滚筒电动机60供给的电流的最大值。因而，能够提供小型并且低成本 的滚筒驱动装置。

在上述结构中，在使逆变器电路71至少进行一次旋转角从启动时起成为 180度以内的预备驱动后，在与预备驱动相反的方向的旋转方向上进行滚筒 旋转为360度以上的驱动。

由此，能够灵活运用滚筒的惯性力矩和因质量不均产生的重力的力矩的 共振作用，进一步抑制从逆变器电路71向滚筒电动机60供给的电流的最大 值。因而，能够提供小型并且低成本的滚筒驱动装置。

如以上那样，实施方式2～4的滚筒驱动装置能够有效地降低需要大的转 矩的、滚筒的旋转角从启动时起大致成为90度的状态下的从逆变器电路向滚 筒电动机供给的电流。因而，是普通家庭等使用的具备相对于铅垂具有角度 的滚筒的旋转轴的纵型滚筒驱动装置、滚筒式滚筒驱动装置、滚筒式洗涤干 燥机、或被称为纵型洗衣机的形式且通过设为相对于铅垂具有角度的旋转 轴，能够改善使用方便性。

产业上的可利用性

本发明的滚筒驱动装置能够在因滚筒的内容物造成的非周期的伴随着 负荷转矩变动的滚筒的启动期间稳定地进行驱动。由此，本发明也能够应用 于处理食品的旋转式的烹饪器、处理废弃物的旋转滚筒、或搅拌混凝土粉和 砂土的混凝土搅拌机等。

附图标记说明

51：滚筒；52、53：轴承；54：洗涤物；55、56、57、58：永磁体；59： 转子；60：滚筒电动机；62：小滑轮；63：皮带；64：大滑轮；66：外容器； 67：供水阀；68：排水阀；69：盖；71：逆变器电路；72：第一运转部；73： 第二运转部；74：切换部；75：电动机电流控制部；80：计时器；81：定时 器；82：电流设定器；83：角速度设定器；86：积分器；89：速度设定部； 90：速度误差放大部；91：相位误差估计器；92：收敛部；93：速度估计部； 94：积分器；95：余弦放大器；98、99：电流误差放大器；100、101：坐标 变换器；103：PWM功率模块；104：直流电源；105：电流检测电路；106、 107：检测元件；109：洗涤物；110：第一运转部；111：切换部；112：定 时器；113：电流设定器；114：角速度设定器；116：AND电路；120：第二 运转部；122：速度误差放大部；123：限制器；125：d轴电压误差估计器； 127：收敛部；128：速度估计部；129：积分器；130：比较器；135：第一 运转部；137：切换部；138：定时器；139：电流设定器；140：角速度设定 器；142：第二运转部；143：速度误差放大部；144：电流分配器；146：余 弦比放大器；151：永磁电动机；152：电动机驱动装置；153：控制部；154： 电力变换电路；155：电流检测部；159、160：电流控制器；161：电压指令 值制作器；162：dq/3φ变换器；163：轴误差运算器；164：负荷估计器；165： 积分项初始值运算部；166：速度控制器；167、168：控制切换开关；170、 171、172、173：减法器；174：PLL控制器；175：积分器；177、178：电动 机电流检测部；179：3φ/dq变换器。