ロータ位置検出装置
【課題】一部に磁力が異なる永久磁石をロータに配置した永久磁石モータに対し、低コストの磁気検出センサを用いてロータ位置を正確に検出する。
【解決手段】永久磁石モータ１が、ロータ３に、磁力が異なる２種類の磁石，ネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｂとを配置して構成される場合、速度・位置検出部５５は、３つのホールセンサ６８（Ａ，Ｂ，Ｃ）を用いて永久磁石モータ１の回転速度を検出すると、その回転速度に基づいてロータ３の位置を検出する。そして、速度・位置補正部８０は、ホールセンサ６８により出力されるセンサ信号の変化状態からネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｂとの境界を検出すると、速度・位置検出部５５により検出される回転速度又はロータ位置を補正する。
【解決手段】永久磁石モータ１が、ロータ３に、磁力が異なる２種類の磁石，ネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｂとを配置して構成される場合、速度・位置検出部５５は、３つのホールセンサ６８（Ａ，Ｂ，Ｃ）を用いて永久磁石モータ１の回転速度を検出すると、その回転速度に基づいてロータ３の位置を検出する。そして、速度・位置補正部８０は、ホールセンサ６８により出力されるセンサ信号の変化状態からネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｂとの境界を検出すると、速度・位置検出部５５により検出される回転速度又はロータ位置を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の内の一部に磁力が異なる永久磁石をロータに配置した永久磁石モータについて、ロータ位置を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、洗濯機においては、ダイレクトドライブ方式の永久磁石モータと、ベクトル制御を採用したモータ制御装置との組み合わせにより、モータの制御精度や洗濯性能の向上を図ると共に、消費電力の低減や洗濯運転中の振動低減などの効果が得られている。従来の一般的な制御方式では、脱水運転等でモータを高速回転させる場合はトルクに寄与しないｄ軸電流Ｉｄを通電してモータの誘起電圧を減少させる弱め界磁制御を行っている。この場合、脱水運転ではトルクに寄与しない電流を常時流すことで銅損を増加させており、効率の低下を招いている。
【０００３】
これに対し、特許文献１に開示されている技術では、保磁力が低い永久磁石にｄ軸電流を一瞬流すことで不可逆的に減磁現象を起こさせて、脱水運転時には、永久磁石の磁束を減少させるようにしている。それにより、高速回転時にモータの巻線に発生する誘起電圧を減少させて、ｄ軸電流を常時通電することなく高速運転を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１８６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような永久磁石モータを駆動制御するため、ロータ位置を検出する位置センサとして、磁束を検知するホール素子やホール素子を組み込んだＩＣを備えてなるホールセンサを使用する場合、位置検出誤差が増加する可能性がある。例として、磁束の検出結果を２値信号で出力するホールセンサを、電気角６０度間隔で３個配置した場合について、ロータ位置と各ホールセンサより出力される信号波形との関係を図１３に示す。
ホールセンサは永久磁石の磁束を検出し、その磁束はロータ位置によって変化するから、ロータ位置に応じて３つの２値信号が異なる位相（６０度間隔）で変化し（図１３（ｂ）参照）、これらの信号からロータ位置及び回転速度が検出できる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、発生する磁束（磁力）が大きく異なる永久磁石を混成して配置した場合には、それらの磁束の変化とロータ位置の変化との関係が図１３の場合とは異なる。図１４において、中心に配置されている永久磁石１０１は、低保磁力の永久磁石であり（特許文献１ではアルニコ磁石）、その両隣に配置されている永久磁石１０２は、何れも高保磁力の永久磁石である（特許文献１ではネオジム磁石）。
この場合、２つの永久磁石１０２が隣り合う間で、磁束密度が０になる境界は直線状（３次元的には平面状）をなすが、永久磁石１０１と、その両隣の永久磁石１０２との間では、上記境界が両側から押される形となり、永久磁石１０１側に曲がり込んだ曲線状（３次元的には、境界面は上端側，下端側が曲面をなす）となる。
【０００７】
図１５は、ロータに配置された永久磁石が発生する磁束と、ホールセンサ（Ａ相のみ）の出力パルスとを示す。ホールセンサが、他の磁石よりも磁力が強い磁石に係る場合にパルス幅が広がる方向に変化している。逆に、ホールセンサが、他の磁石よりも磁力が弱い磁石に係る場合は、パルス幅が狭まる方向に変化する。このようにパルス幅が一時的に変化すると、位置検出に誤差を生じる。
【０００８】
また、永久磁石の磁束が異なる場合に、ステータコイルに電流を通電すると、コイルが発生した磁束がホールセンサへ影響を及ぼして、上記の位置検出誤差がより拡大する傾向を示す。すなわち、ホールセンサは、磁石からの漏れ磁束を検出しているので、ステータ側より磁石に作用する磁界が、磁石の主磁束を減磁する方向に作用したり，増磁する方向に作用することで、ホールセンサに作用する漏れ磁束量も変化する。例えばステータ側の磁界が磁石の主磁束を大きく増磁する方向に作用すると、漏れ磁束の方向自体が反転し、パルス信号が部分的に反転する場合もある。すると、検出されるロータ位置と回転速度とに大きな誤差が生じてしまい、この検出結果に基づいてモータ制御を行うと、電流の急激な変化により騒音が発生したり、脱調によりモータが停止するおそれがある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、一部に磁力が異なる永久磁石をロータに配置した永久磁石モータについて、低コストの磁気検出センサ用いてロータ位置を正確に検出できるロータ位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１記載のロータ位置検出装置は、ロータに配置される複数の永久磁石の一部に、磁力が異なる永久磁石を備える永久磁石モータを検出対象とするもので、
複数の磁気検出センサを用いて前記永久磁石モータの回転速度を検出すると、その回転速度に基づいて前記ロータの位置を検出する速度・位置検出手段と、
前記磁気検出センサにより出力されるセンサ信号の変化状態から、前記複数の永久磁石のうち互いに磁力が異なる永久磁石の境界を検出すると、前記速度・位置検出手段により検出される前記回転速度又は前記ロータ位置を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載のロータ位置検出装置によれば、一部に磁力が異なる永久磁石をロータに配置してなる永久磁石モータのロータ位置を、磁気検出センサによって検出する場合、磁力が異なる磁石の境界に歪みが生じていても、速度・位置検出手段により検出される永久磁石モータの回転速度又はロータ位置を補正手段が補正するので、ロータ位置を正確に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施例であり、速度及び位置を補正する処理を示すフローチャート
【図２】速度及び位置の検出処理を示すフローチャート
【図３】全ての磁石の磁力が等しい場合の各信号波形を示すタイミングチャート
【図４】一部の磁石の磁力が異なる場合の図３相当図
【図５】ホールセンサの信号パルス幅が大きく拡がった場合を示すタイミングチャート
【図６】ロータの回転方向により誤検出するホールセンサが異なる場合を示す図
【図７】モータ制御装置の構成を示すブロック図
【図８】永久磁石モータのロータの構成を示す平面図
【図９】ホールセンサの配置状態を示す図
【図１０】ドラム式洗濯乾燥機の内部構成を概略的に示す縦断側面図
【図１１】ヒートポンプの構成を示す図
【図１２】洗濯機の運転シーケンスを示す図
【図１３】従来技術を説明する図３の一部相当図
【図１４】ロータに配置される磁石の磁力が異なる場合に、磁束密度が０になる境界が変化する状態を説明する図
【図１５】ロータに配置された永久磁石が発生する磁束と、Ａ相ホールセンサの出力パルスとを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、一実施例について図１ないし図１２を参照して説明する。図８は、永久磁石モータ１（アウタロータ型ブラシレスモータ）のロータの構成を示す平面図である。永久磁石モータ１は、ステータ２と、これの外周に設けたロータ３とから構成されている。ステータ２は、ステータコア４とステータ巻線５とから構成されている。ステータコア４は、打ち抜き形成した軟磁性体であるケイ素鋼板を多数枚積層して構成され、環状のヨーク部４ａと、当該ヨーク部４ａの外周部から放射状に突出する多数のティース部４ｂとを有している。ステータコア４の表面は、各ティース部４ｂの先端面を除き、ＰＥＴ樹脂（モールド樹脂）により覆われている。
【００１４】
また、このＰＥＴ樹脂から成る複数の取付部６が、ステータ２の内周部に一体的に成形されている。これら取付部６には複数のねじ穴６ａが設けられており、各取付部６をねじ止めすることで、ステータ２が、この場合、ドラム式洗濯乾燥機２１の水槽２５（図１０参照）の背面に固着される。ステータ巻線５は三相からなり、各ティース部４ｂに巻装されている。
【００１５】
ロータ３は、フレーム７とロータコア８と複数の永久磁石９とを図示しないモールド樹脂により一体化した構成となっている。フレーム７は、磁性体である例えば鉄板をプレス加工することにより扁平な有底円筒状に形成されている。ロータコア８は、ほぼ環状に打ち抜き形成した軟磁性体であるケイ素鋼板を多数枚積層してかしめることにより構成したもので、フレーム７の内周部に配置されている。このロータコア８の内周面（ステータ２の外周面（ステータコア４の外周面）と対向し当該ステータ２との間に空隙を形成する面）は、内方に向けて円弧状に突出する複数の凸部（磁極チップ）８ａを有した凹凸状に形成されている。
【００１６】
これら複数の凸部８ａの内部には、ロータコア８を軸方向（ケイ素鋼板の積層方向）に貫通する矩形状の挿入穴が形成されており、これら複数の挿入穴がロータコア８において環状に配置されている。永久磁石９は、挿入穴に挿入された矩形状のネオジム磁石９ａ（高保磁力永久磁石）と、同じく矩形状のアルニコ磁石９ｂ（低保磁力永久磁石）とから構成されている。この場合、ネオジム磁石９ａの保磁力は約９００ｋＡ／ｍ、アルニコ磁石９ｂの保磁力は約１００ｋＡ／ｍであり、保磁力が９倍程度異なっている。永久磁石９は全数４８であり、それらの内６個がアルニコ磁石９ｂであり、４２個がネオジム磁石９ａとなっている。
【００１７】
図８では、アルニコ磁石９ｂが配置されている位置にＡ〜Ｆを付しており、Ａ−Ｂ間に配置されているネオジム磁石９ａは５個，Ｂ−Ｃ間に配置されているネオジム磁石９ａは９個，Ｃ−Ｄ間に配置されているネオジム磁石９ａは５個，Ｄ−Ｅ間に配置されているネオジム磁石９ａは９個，Ｅ−Ｆ間に配置されているネオジム磁石９ａは５個，Ｆ−Ａ間に配置されているネオジム磁石９ａは９個となっている。この配置形態は、同じ相について発生する誘起電圧の平均値を何れも同じ値にすることで、コギングトルクの発生を抑制するようにしたものである。そして、永久磁石モータ１は、４８極／３６スロット構成となっており、３スロット当たりでは４極が対応する（４極／３スロット）。
【００１８】
図８に示す磁石配置の場合、Ａ〜Ｆにおけるアルニコ磁石９ｂと、その両隣に位置するネオジム磁石９ａとの間が、図１４に示したように、周方向において磁束が「０」となる境界に歪みが生じる位置となる。
尚、ネオジム磁石９ａが高保磁力であり、アルニコ磁石９ｂが低保磁力であるというのは、後述するようにステータ２を介して着磁電流を通電した場合に、アルニコ磁石９ｂの着磁量を変化させることができる程度の電流ではネオジム磁石９ａの着磁量が変化しないという基準において、前者を高保磁力，後者を低保磁力と称している。
【００１９】
次に、上記のように構成された永久磁石モータ１を備えたドラム式洗濯乾燥機２１の構成について説明する。図１０は、ドラム式洗濯乾燥機２１の内部構成を概略的に示す縦断側面図である。ドラム式洗濯乾燥機２１の外殻を形成する外箱２２は、前面に円形状に開口する洗濯物出入口２３を有しており、この洗濯物出入口２３は、ドア２４により開閉されるようになっている。外箱２２の内部には、背面が閉鎖された有底円筒状の水槽２５が配置されており、この水槽２５の背面中央部には上述の永久磁石モータ１（ステータ２）がねじ止めにより固着されている。この永久磁石モータ１の回転軸２６は、後端部（図１０では右側の端部）が永久磁石モータ１（ロータ３）の軸取付部１０に固定されており、前端部（図１０では左側の端部）が水槽２５内に突出している。
【００２０】
回転軸２６の前端部には、背面が閉鎖された有底円筒状のドラム２７が水槽２５に対して同軸状となるように固定されており、このドラム２７は、永久磁石モータ１の駆動によりロータ３および回転軸２６と一体的に回転する。なお、ドラム２７には、空気および水を流通可能な複数の流通孔２８と、ドラム２７内の洗濯物の掻き上げやほぐしを行うための複数のバッフル２９が設けられている。水槽２５には給水弁３０が接続されており、当該給水弁３０が開放されると、水槽２５内に給水されるようになっている。また、水槽２５には排水弁３１を有する排水ホース３２が接続されており、当該排水弁３１が開放されると、水槽２５内の水が排出されるようになっている。
【００２１】
水槽２５の下方には、前後方向へ延びる通風ダクト３３が設けられている。この通風ダクト３３の前端部は前部ダクト３４を介して水槽２５内に接続されており、後端部は後部ダクト３５を介して水槽２５内に接続されている。通風ダクト３３の後端部には、送風ファン３６が設けられており、この送風ファン３６の送風作用により、水槽２５内の空気が、矢印で示すように、前部ダクト３４から通風ダクト３３内に送られ、後部ダクト３５を通して水槽２５内に戻されるようになっている。
通風ダクト３３内部の前端側には蒸発器３７が配置されており、後端側には凝縮器３８が配置されている。これら蒸発器３７および凝縮器３８は、コンプレッサ３９および絞り弁４０とともにヒートポンプ４１を構成しており（図１１参照）、通風ダクト３３内を流れる空気は、蒸発器３７により除湿され凝縮器３８により加熱されて、水槽２５内に循環される。絞り弁４０は膨張弁から成り、開度調整機能を有している。
【００２２】
外箱２２の前面にはドア２４の上方に位置して操作パネル４２が設けられており、この操作パネル４２には運転コースなどを設定するための複数の操作スイッチ（図示せず）が設けられている。操作パネル４２は、マイクロコンピュータを主体として構成されドラム式洗濯乾燥機２１の運転全般を制御する制御回路部（図示せず）に接続されており、当該制御回路部は、操作パネル４２を介して設定された内容に従って、永久磁石モータ１、給水弁３０、排水弁３１、コンプレッサ３９、絞り弁４０などの駆動を制御しながら各種の運転コースを実行する。また、図示しないが、コンプレッサ３９を構成するコンプレッサモータも、永久磁石モータ１と同様の構成を採用しても良い。
【００２３】
図７は、永久磁石モータ１の回転をベクトル制御するモータ制御装置５０の構成をブロック図で示したものである。尚、上記コンプレッサモータも同様の構成によって制御される。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１のロータ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軸はロータ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）。
【００２４】
電流センサ５１（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータ１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５１（電流検出手段）に替えて、インバータ回路５２（駆動手段）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。
【００２５】
電流センサ５１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変換されるとｕｖｗ／ｄｑ座標変換器５３により２相電流Ｉα，Ｉβに変換された後、更にｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑに変換される。α，βは、モータ１のステータに固定された２軸座標系の座標軸である。ここでの座標変換の計算には、速度・位置推定部５４により推定されるロータの回転位置推定値（α軸とｄ軸との位相差の推定値）θ＿est，若しくは速度・位置検出部５５により検出され、速度・位置補正部８０を介して出力される回転位置検出値θ＿hoの何れかが、切換えスイッチ５６により選択されて出力される位相θが用いられる。また、速度・位置推定部５４により推定されるモータ１の回転速度（角速度）ω＿estと、速度・位置検出部５５により検出され、速度・位置補正部８０を介して出力される回転速度ω＿hoとは、切換えスイッチ５６に連動する切換えスイッチ５７により選択されて回転速度ωが出力される。
【００２６】
速度・位置補正部８０は、速度・位置検出部５５で検出されたモータの回転速度ω＿hと電気角θ＿hを前回検出した値と比較して補正処理を行い、補正したモータの回転速度ω＿hoと電気角θ＿hoとして出力する。また、洗濯機全体の運転を管理する制御回路部から洗濯機シーケンス信号を受け取り、シーケンス状態によって補正を行うか否かを切り替える。
【００２７】
着磁制御部５８（着磁制御手段）は、上記位相θ及び回転速度ωに基づいて決定した、アルニコ磁石９ｂを着磁するための着磁電流指令Ｉd＿com2を加算器５９に出力し、加算器５９は、その着磁電流指令Ｉd＿com2に、高速回転時などに必要に応じて出力される弱め界磁電流指令Ｉd＿com1を加算した結果を、ｄ軸電流指令値Ｉd＿refとして電流制御部６０に出力する。また、外部より与えられる回転数指令値ω＿refは、減算器６１において回転速度ωとの差が求められると、その差が比例積分器６２で比例積分演算され、ｑ軸電流指令値Ｉq＿refとして電流制御部６０に出力される。
Ｉd＿com2は、増磁の場合は正、減磁の場合は負の値をとる。そして、ロータ３が回転している場合の通電指令位置θref（内部にて設定されている）に基づいて電気角３６０毎に２回、各々数ｍｓ〜数１０ｍｓの期間通電指令を出力する。すなわち、アルニコ磁石９ｂを３個ずつ２回に分けて着磁する。
【００２８】
電流制御部６０では、減算器６３ｄ，６３ｑにおいてｄ軸電流指令値Ｉd＿ref，ｑ軸電流指令値Ｉq＿refとｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑとの差がそれぞれ求められ、その差が比例積分器６４ｄ，６４ｑで比例積分演算される。そして、比例積分演算の結果は、ｄ−ｑ座標系で表わされた出力電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑとして、ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器６５に出力される。ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器６５では、電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑは、α−β座標系で表わした値に変換された後、更に各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換される。なお、ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器６５における座標変換の計算にも、回転位置θが用いられる。
【００２９】
各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは電力変換部６６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５２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。電力変換部６６で形成されたゲート駆動信号は、インバータ回路５２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１の巻線５に印加される。
【００３０】
上記の構成において、電流制御器６０では比例積分（ＰＩ）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Ｉd＿ref，ｑ軸電流指令値Ｉq＿ref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ωが減算器６１にフィードバックされ、比例積分器６２は、比例積分演算により偏差Δωをゼロに収束させる。その結果、回転速度ωは指令値ωrefに一致するようになる。
【００３１】
速度・位置推定部５４（速度・位置推定手段）は、モータ１の角速度ω，ロータの回転位置θをそれぞれ推定するもので、モータ１の回路定数（モータ定数）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と共に、ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸出力電圧指令値Ｖｄが入力されている。速度・位置推定部５４は、（１）式のｄ軸モータ電圧方程式を用いて、モータ１の回転速度ω＿estを推定する。
Ｖｄ＝Ｒ・Ｉｄ−ω＿est・Ｌｑ・Ｉｑ …（１）
更に、角速度ω＿estを積分器６７で積分し、その積分結果が回転位置推定値θ＿estとして出力される。
【００３２】
モータ１には、ホールＩＣを用いて構成される位置センサ：ホールセンサ（磁気検出センサ）６８が３個（Ａ，Ｂ，Ｃ）配置されており、これらのホールセンサ６８により出力される位置信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃは、速度・位置検出部５５に与えられている。速度・位置検出部５５は、位置信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃに基づいて回転位置検出値θ＿h，回転速度検出値ω＿hを算出して出力する。
【００３３】
図９は、ホールセンサ６８の配置状態を示す。ステータ２におけるティース部４ｂの図中上方から、ロータ３の上方に突出するように端子台８１が設けられており、ホールセンサ６８は、永久磁石９の部位に対応する上方に配置されている。そして、ホールセンサ６８Ａと６８Ｂとの間，６８Ｂと６８Ｃとの間は、それぞれ電気角６０度相当の間隔となるように配置されている。
なお、以上の構成において、モータ制御装置５０に永久磁石モータ１を加えたものが、モータ制御システム７０を構成している。また、速度・位置検出部５５，ホールセンサ６８， 速度・位置補正部８０は、ロータ位置検出装置８２を構成している。また、インバータ回路５２，電力変換部６６を除く部分は、モータ制御装置５０を構成するマイクロコンピュータのソフトウエアにより実現されている機能である。
【００３４】
次に、モータ制御システム７０を備えたドラム式洗濯乾燥機２１の作用について説明する。制御回路部が着磁制御部５８を介して、インバータ回路５２によりステータ巻線５に通電すると、電機子反作用による外部磁界（ステータ巻線５を流れる電流により発生する磁界）が、ロータ３の永久磁石９ａ，９ｂに作用する。そして、保磁力が小さいアルニコ磁石９ｂの磁化状態が、上記外部磁界により減磁または増磁され、その結果、ステータ巻線５に鎖交する磁束量（鎖交磁束量）が増減される。
洗濯運転では、制御回路部は、給水弁３０を開放して水槽２５内に給水を行い、続いてドラム２７を回転させて洗濯を行う。この場合、アルニコ磁石９ｂの磁化状態を増磁させる。これにより、ステータ巻線５に作用する磁束量が多く（磁力が強く）なるので、ドラム２７を高トルク低速度で回転させるのに適した特性となる。
【００３５】
脱水運転では、制御回路部は、排水弁３１を開放して水槽２５内の水を排出し、続いてドラム２７を高速回転させて洗濯物に含まれる水分を脱水する。この場合、アルニコ磁石９ｂの磁化状態を減磁させる。これにより、ステータ巻線５に作用する磁束量が少なく（磁力が弱く）なることから、ドラム２７を低トルク高速度で回転させるのに適した特性となる。最後に、乾燥運転では、制御回路部は、送風ファン３６およびヒートポンプ４１を駆動させると共にドラム２７を回転させて洗濯物の乾燥を行う。この場合、次回の洗濯運転に備えて、アルニコ磁石９ｂの磁化状態を増磁させる。
【００３６】
次に、本実施例の作用について図１ないし図６を参照して説明する。まず、ロータ３に配置される永久磁石９が、全てネオジム磁石９ａである場合（一般的な永久磁石モータの構成である）を仮定して、ロータ位置検出を行う場合の処理を説明する。図３に示すようにロータ３が回転すると、ホールセンサ６８は、それに応じて３つの２値（ロウ：Ｌ，ハイ：Ｈ）パルスを６０度位相差で出力する（図３（ａ），（ｂ）参照）。尚、これらは図１に示す位置信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃに対応する。
【００３７】
速度・位置検出部５５は、内部にエンコーダ５５Ｅを備えており、これら３つのパルスのＬ，Ｈパターンに応じて、例えば図中に示すホールナンバ（３ビット）をエンコードして出力する（図３（ｃ）参照）。例えば、ホールセンサ６８のＡ／Ｂ／Ｃ各相の信号レベルがＬ／Ｈ／Ｈの組み合わせである場合はナンバ０を出力し、以降信号レベルの組み合わせが変化する毎にホールナンバは、１，３，７，６，４，０，１，３，…と循環して変化する。
【００３８】
これらのホールナンバおよびその変化によって、現在のロータ位置とロータの回転方向とが検出できる。図３（ｅ）は、ホールナンバの変化に対応してステップ状に変化するロータ位置を示している。ホールナンバが０の場合はロータ位置，すなわちホールセンサ６８の検出角度が−１５０度となるように設定してある。次に、速度・位置検出部５５は、ホールナンバが変化する間隔時間をカウンタ等により計測し、その時間を速度に換算して、ロータ速度ω＿ｈを演算する。演算した結果がホールセンサ検出モータ速度であり（図３（ｄ）参照）、ホールナンバが変化する毎に値が更新される。尚、図３（ｄ）は、検出速度の変わり目を示す意味で不連続な線で示しているが、モータ１の回転速度が一定であれば、もちろん連続した直線となる。
【００３９】
そして、検出したモータ速度を積分することで、速度に基づくホールセンサ検出角度を算出する（図３（ｅ）に右肩上がりの直線で示す）。この検出角度に基づいてモータ電流を制御する。このため、電流波形は図３（ｆ）に示すように（Ｕ相のみ）正弦波状になり、電流が急激に変化することが無いのでモータ駆動時の騒音が減少する。
尚、永久磁石モータ１を駆動制御する場合、モータ１を強制転流により起動すると、回転数が例えば３０ｒｐｍまでは、速度・位置検出部５５により検知される回転位置及び速度を用い、それ以降は速度・位置推定部５４により推定される回転位置及び速度を用いて位置センサレス制御を行うようにスイッチ５６及び５７が切り替えられる。
【００４０】
図２は、位置検出処理を示すフローチャートである。この処理は、例えば１ｍ秒の周期で実行される。速度・位置検出部５５は、ホールナンバを取得すると（ステップＳ１）、そのホールナンバが前回の値から変化したか否かを判断し（ステップＳ２）、変化がなければ（ＮＯ）ホールナンバが変化する間隔を測定するカウンタ（間隔測定カウンタ）をインクリメントする（ステップＳ８）。そして、前記カウンタの値からモータ１の回転速度（角速度ω）を演算し、速度を積分することでモータ位置（電気角）を算出する（ステップＳ９）。
【００４１】
一方、ステップＳ２において、ホールナンバが前回の値から変化した場合は（ＹＥＳ）、その時点で求められているモータ速度を前回値として保存する（ステップＳ３）。そして、間隔測定カウンタの値から新たにモータ速度を算出すると（ステップＳ４）、間隔測定カウンタをゼロクリアする（ステップＳ５）。続いて、今回のホールナンバと前回のホールナンバとから、電気角６０度毎のモータ位置を算出すると（ステップＳ６）、そのモータ位置から機械角を算出する（ステップＳ７）。
本実施例の永久磁石モータ１の構成では、電気角３６０度が、機械角で（３６０／２４＝）１５度に相当するので、電気角６０度は更にその１／６である機械角２．５度に対応する。したがって、その値を累積すれば機械角を得ることができる。
【００４２】
次に、図８に示したように、磁束が異なる永久磁石が混在した場合のロータの位置検出処理について説明する。ここで、Ｃ相のホールセンサ６８Ｃが検知した磁束に基づく信号のパルス波形が、図４（ｂ）に破線で囲んだ部分に示すようにずれた場合を想定する。ただし、この場合のずれは図８に示すロータ３の構成には対応せず、他の永久磁石よりも磁力が強い永久磁石の存在によりパルス幅が拡がる方向にずれた場合を示す。
【００４３】
上記のずれが生じたことで、ホールナンバが３から７に変化するタイミングが正常なケースよりも早くなるため（図４（ｃ）参照）検出角度に誤差が生じ（図４（ｅ）参照）、ホールセンサ速度は、実際の速度よりも高い値で検出される（図４（ｄ）参照）。すると、永久磁石モータ１のステータ巻線５に通電される電流波形は、図４（ｆ）に破線で示すように急激に変化し、騒音等が発生する。そこで、このような誤差を補正するため、以下のように処理を行う。
【００４４】
図１は、速度及び位置を補正する処理を示すフローチャートであり、１ｍ秒の周期で実行される図２の処理に引き続いて実行される。先ず、ステップＳ２と同様に、ホールナンバが変化したか否かを判断して（ステップＳ１１）、変化した場合にだけ（ＹＥＳ）以降の処理を実行する。ホールナンバの変化状態からモータ１の回転方向が正転方向か否かを判断し（ステップＳ１２）、正転（ＹＥＳ），反転（ＮＯ）それぞれの場合について、後述する補正回数測定カウンタの値が、ロータの構造に応じて予め決定される補正すべき回数に達していないか否かを判断する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。
【００４５】
ここで「補正すべき回数」とは、例えばロータに配置されている永久磁石のうち、磁力が異なる永久磁石それぞれの配置数について、少数側となる磁石の数を２倍したものとなる。本実施例のロータ３についていえば、少数側のアルニコ磁石９ｂの数「６」を２倍した「１２」となる。すなわち、ロータ３が正転方向，反転方向にそれぞれ１周して、図８に示すアルニコ磁石９ｂの位置Ａ〜Ｆを一通り通過したことに対応する。アルニコ磁石９ｂの数を２倍するのは、図１５に示したように、ホールセンサ６８が検知する磁束波形の変化に応じて、出力される信号パルスの立ち上り側と立ち下がり側との双方についてずれが発生するからである。尚、図４では説明を簡単にするため、信号パルスの片側だけにずれが発生した場合を示している。
【００４６】
ステップＳ１３，Ｓ１４において、補正回数測定カウンタの値が補正すべき回数に達していれば（ＮＯ）それぞれステップＳ１５，Ｓ１６に移行し、モータ機械角から、今回ホールナンバが変化した位置が、以降の処理において既に補正を行った位置であるか否かを判断する。既に補正を行った位置であれば（ＹＥＳ）後述するステップＳ１９に移行し、補正を行った位置でなければ（ＮＯ）図１の処理を終了する（CONTINUE）。
【００４７】
また、正転，反転それぞれについて場合分けをしているのは、モータの回転方向に応じて誤検出が生じるホールセンサが異なるためである。この現象について、図６を参照して説明する。図６は、モータが正転した場合と、反転した場合とで出力される３相の信号パルス波形を示す。ただし、この場合、ホールセンサＡ，Ｂ，Ｃの配置が図９に示すケースと異なっており、Ｃ相のホールセンサが中央に位置している。また、波形の変化を明確にするため、前述したようにパルス波形が部分的に反転した状態を示している。
【００４８】
すなわち、図６（ａ）に示すようにロータが正転方向（図中右方向）に回転すると、図中で右端に配置されているＡ相の信号パルスに部分反転が生じているが、図６（ｂ）に示すようにロータが反転方向（図中左方向）に回転すると、図中で左端に配置されているＢ相の信号パルスに部分反転が生じている。このように、ホールセンサが複数配置されている場合には、両端側に配置されているセンサが影響を大きく受けることになる。
【００４９】
再び図１を参照する。ステップＳ１３，Ｓ１４の何れかで、補正回数測定カウンタの値が補正すべき回数に達していなければ（ＹＥＳ）ステップＳ１７に移行し、ホールナンバの変化が正転方向，反転方向のそれぞれに応じた順番で変化しているか否かを判断する。そして、上記の順番通りであれば（ＹＥＳ）ステップＳ１８に移行し、順番通りでなければ（ＮＯ）ステップＳ１９に移行する。
【００５０】
ここで、ステップＳ１７で（ＮＯ）と判断される場合について、図５を参照して説明する。図５は、Ｃ相の信号パルス幅が、より大きく拡がるように変化した場合を示す。正常な正転のケースでは、ホールナンバ「１」の次は「３」となるが、Ｃ相信号パルスの立ち下がりが電気角６０度を超えて大きく変化した結果、ナンバ「１」が続いた後に、異常なレベルの組み合わせとなり（ＨＬＨ）、エンコーダ５５ＥによってエラーＥがエンコードされる。このような場合も、ステップＳ１９に移行して補正を行うようにする。
【００５１】
ステップＳ１８では、図４に示したような誤検出が生じているか否かを判定する。すなわち、ステップＳ４で算出したモータ速度ω＿ｈを、ステップＳ３で記憶させた前回値ω＿h＿d1に所定の割合を乗じた閾値と比較し、算出したモータ速度が前記閾値以上に変化したか、又は前記閾値以下に変化したかを判断する。何れの場合にも該当しなければ（ＮＯ）、誤検出は生じていない判断されるので補正は行わない。一方、何れかの場合に該当すれば（ＹＥＳ）、今回検出したω＿ｈは実際のロータ位置・速度により検出されたのではなく、磁力の異なる磁石の影響によって生じたホールセンサ検出誤差によるものと判断する。つまり、図４に示したような誤検出が生じている（この場合は、算出モータ速度≧閾値）と判断されるので、ステップＳ１９に移行して補正を行う。
【００５２】
ステップＳ１９では、ステップＳ４で算出したモータ速度に替えて、ステップＳ３で記憶させた前回値を演算処理に使用し、今回採用するホールセンサ速度ω＿ｈを前回値であるω＿ｈ＿d1に書き換える。その速度を積分してロータ位置を得ることで補正する（ステップＳ２０）。このω＿ｈ＿d1を用いてホールセンサ検出角度の補正を行うことで、角度検出の誤差が低減でき、モータ電流も急激に変化することなく制御でき、磁力の異なる磁石の影響による誤検知による騒音も発生しない。
【００５３】
続いて、今回のホールナンバと前回のホールナンバ（図４のケースでは「７」と「３」）とを記憶させると共に、ステップＳ７で得られたモータ機械角も記憶させる（ステップＳ２１）。それから、ステップＳ１２と同様にモータ１の回転方向を判定し（ステップＳ２２）、正転（ＹＥＳ），反転（ＮＯ）それぞれの場合について、ステップＳ１５，Ｓ１６と同様の判断を行う（ステップＳ２３，Ｓ２４）。そして、それぞれで「ＹＥＳ」と判断すると、正転用，反転用の補正回数測定カウンタをインクリメントする（ステップＳ２５，Ｓ２６）。
【００５４】
したがって、モータ１が正転方向と反転方向にそれぞれ機械角で１回転すると、それぞれの補正回数測定カウンタは「補正すべき回数」以上となるので、ステップＳ１３，Ｓ１４では（ＮＯ）と判定されてステップＳ１５，Ｓ１６での判断が行われるようになる。そして、補正が行われた機械角のホールナンバであれば（ＹＥＳ）ステップＳ１９に移行して同様に補正が行われる。
【００５５】
以上に説明した一連の位置及び速度の検出処理とそれらの補正処理とを、洗濯機が実際に運転される場合に適用することを想定する。図１２は、洗濯機の運転シーケンスを示している。最初に、給水が開始される前に、例えばドラム２７を所定の加速度で回転させて、その期間内にサンプリングされるｑ軸電流の積算値を評価するなどして、投入された衣類の重量を測定する重量センシング（重量検知処理）が行わる。続いて、洗い運転，脱水運転とすすぎ運転とが繰り返される（その後、ユーザの選択に応じて乾燥運転が行われる）。
【００５６】
そして、最初の重量センシング運転が行われる間に、速度・位置補正部８０は、図２における一連の処理を行い、補正すべき位置の判定や記憶を行う。尚、重量センシング運転が、ドラム２７を一方向だけに回転させて行うようになっている場合には、上記運転が終了した後に逆方向に１回転だけさせれば良い。その後に行われる洗い運転等では、ステップＳ１３，Ｓ１４で「ＮＯ」と判断されるので、記憶された回転位置では（ステップＳ１５，Ｓ１６：ＹＥＳ）ステップＳ１９及びＳ２０で得られる補正値を用いて運転する。
すると、負荷が重くモータ電流が大きくなる洗い運転時には判定済みの補正位置において補正が行われるので、大きな電流が通電される際に電流が急激に変化して騒音が発生することがなく、安定した運転が可能となる。また、速度検出と角度検出の誤差が低減されるので、モータ速度制御の追従性が良好となり、洗濯機としての洗浄性能も向上する。
【００５７】
以上のように本実施例によれば、永久磁石モータ１が、ロータ３に、磁力が異なる２種類の磁石，ネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｂとを配置して構成される場合、速度・位置検出部５５は、３つのホールセンサ６８（Ａ，Ｂ，Ｃ）を用いて永久磁石モータ１の回転速度を検出すると、その回転速度に基づいてロータ３の位置を検出する。そして、速度・位置補正部８０は、ホールセンサ６８により出力されるセンサ信号の変化状態からネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｂとの境界を検出すると、速度・位置検出部５５により検出される回転速度又はロータ位置を補正するようにした。
したがって、ネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｂとの磁力差によって、ホールセンサ６８により出力されるセンサ信号にずれが生じている場合でも、補正により正確なロータ位置を得ることができる。そして、そのロータ位置に基づき、インバータ回路５２を介し永久磁石モータ１を駆動制御する場合に、通電電流の急変による騒音の発生を回避すると共に永久磁石モータ１が脱調することを防止できる。
【００５８】
また、速度・位置補正部８０は、永久磁石モータ１の回転中に検出した前記境界の位置を記憶し、以降は記憶した境界を越える場合に補正を行うので、補正処理をより簡単に行うことができる。そして、速度・位置補正部８０は、永久磁石モータ１の回転中に、前記境界を越える場合に、ホールセンサ６８により出力されるセンサ信号のパルス間隔が変化する時間をカウンタにより監視し、その変化時間が許容範囲を超えると補正を行うので、センサ信号の出力状態が変化したことを確実に検出できる。
【００５９】
更に、速度・位置補正部８０は、永久磁石モータ１の回転方向に応じて、補正対象とするホールセンサ６８を替えるようにした。即ち、３つのホールセンサ６８（Ａ，Ｂ，Ｃ）が配置されている場合、両端に位置するホールセンサ６８（Ａ，Ｃ）が磁気変化の影響を受け易く、それがロータ３の回転方向に応じて異なるので、補正を適切に行うことができる。
加えて、速度・位置補正部８０は、３つのホールセンサ６８より出力される各センサ信号のレベル変化の組み合わせが、異常なパターンの組み合わせとなった場合にも補正を行うので、異なる種類の磁石の磁力差が大きく、センサ信号パルスのずれ幅が大きくなった場合でも、補正を行うことができる。
【００６０】
また、ロータ３に配置されるアルニコ磁石９ｂは、着磁量を変更可能な程度に低保磁力である永久磁石であり、着磁制御部５８は、速度・位置検出部５５により検出されたロータ位置に応じて、アルニコ磁石９ｂの少なくとも一部を着磁するので、アルニコ磁石９ｂの着磁状態を変化させることで、永久磁石モータ１の特性を、高トルク出力・低速回転に適用させたり、低トルク出力・高速回転に適用させるように変化させることができる。
また、洗濯乾燥機２１は、モータ制御システム７０を備え、永久磁石モータ１が発生させる回転駆動力によりドラム２７を回転させて洗濯運転を行うので、運転制御を安定させることができる。そして、永久磁石モータ１の特性を上記のように変化させることで、洗い運転に適した特性，脱水運転に適した特性に適応させて高い効率で運転を行い、消費電力を低減できる。
【００６１】
また、洗濯乾燥機２１が、運転開始時に洗濯物の重量を検知するための重量センシング動作を行う場合、モータ制御装置５０の速度・位置補正部８０は、重量センシング動作が行われている間，又はドラム２７内に給水が開始される前に前記境界を検出して、その境界位置を記憶する。したがって、ドラム２７に給水が開始されて負荷が重くなる洗い運転が開始される前に境界検知処理が終了するので、洗い運転の実行時には、検知された位置で補正を行うことができる。よって、比較的大きな電流が通電される運転期間では、位置検出誤差に基づく電流値の急変や騒音の発生を回避でき、運転を安定して行うことができる。
【００６２】
本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
例えば、同一の永久磁石であっても、その製造過程において特性（磁力）が異なるものが形成されることがある。このような製造上のばらつきが発生した場合でも、本発明の補正を行うことで位置検出を正確に行うことが可能となる。
ネオジム磁石９ａ，アルニコ磁石９ｂの配置個数比は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
低保磁力の永久磁石は、アルニコ磁石に限ることなく、その他例えばサマリウム・コバルト磁石を用いても良い。また、高保磁力の永久磁石もネオジム磁石に限ることはない。
【００６３】
磁力が異なる永久磁石は、３種類以上あっても良い。
速度・位置推定部５４，着磁制御部５８は、必要に応じて設ければ良い。
補正については、回転速度を補正せずに、ロータ位置だけを補正しても良い。
ホールセンサ６８の配置数は、２個でも、４個以上であっても良い。
磁気検出センサは、ホールセンサに限ることなく、磁気を検出した結果に応じて信号を出力するセンサであれば良い。
洗濯機に限ることなく、ロータ側の磁石の一部に磁力が異なるものが配置される永久磁石モータを検出対象，若しくは制御対象とするものであれば適用が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
図面中、１は永久磁石モータ、３はロータ、９ａはネオジム磁石、９ｂはアルニコ磁石（低保磁力永久磁石）、２１はドラム式洗濯乾燥機、５０はモータ制御装置、５２はインバータ回路、５５は速度・位置検出部（速度・位置検出手段）、５８は着磁制御部（着磁制御手段）、６８はホールセンサ（磁気検出センサ）、８０は速度・位置補正部（補正手段）、８２はロータ位置検出装置を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の内の一部に磁力が異なる永久磁石をロータに配置した永久磁石モータについて、ロータ位置を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、洗濯機においては、ダイレクトドライブ方式の永久磁石モータと、ベクトル制御を採用したモータ制御装置との組み合わせにより、モータの制御精度や洗濯性能の向上を図ると共に、消費電力の低減や洗濯運転中の振動低減などの効果が得られている。従来の一般的な制御方式では、脱水運転等でモータを高速回転させる場合はトルクに寄与しないｄ軸電流Ｉｄを通電してモータの誘起電圧を減少させる弱め界磁制御を行っている。この場合、脱水運転ではトルクに寄与しない電流を常時流すことで銅損を増加させており、効率の低下を招いている。
【０００３】
これに対し、特許文献１に開示されている技術では、保磁力が低い永久磁石にｄ軸電流を一瞬流すことで不可逆的に減磁現象を起こさせて、脱水運転時には、永久磁石の磁束を減少させるようにしている。それにより、高速回転時にモータの巻線に発生する誘起電圧を減少させて、ｄ軸電流を常時通電することなく高速運転を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１８６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような永久磁石モータを駆動制御するため、ロータ位置を検出する位置センサとして、磁束を検知するホール素子やホール素子を組み込んだＩＣを備えてなるホールセンサを使用する場合、位置検出誤差が増加する可能性がある。例として、磁束の検出結果を２値信号で出力するホールセンサを、電気角６０度間隔で３個配置した場合について、ロータ位置と各ホールセンサより出力される信号波形との関係を図１３に示す。
ホールセンサは永久磁石の磁束を検出し、その磁束はロータ位置によって変化するから、ロータ位置に応じて３つの２値信号が異なる位相（６０度間隔）で変化し（図１３（ｂ）参照）、これらの信号からロータ位置及び回転速度が検出できる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、発生する磁束（磁力）が大きく異なる永久磁石を混成して配置した場合には、それらの磁束の変化とロータ位置の変化との関係が図１３の場合とは異なる。図１４において、中心に配置されている永久磁石１０１は、低保磁力の永久磁石であり（特許文献１ではアルニコ磁石）、その両隣に配置されている永久磁石１０２は、何れも高保磁力の永久磁石である（特許文献１ではネオジム磁石）。
この場合、２つの永久磁石１０２が隣り合う間で、磁束密度が０になる境界は直線状（３次元的には平面状）をなすが、永久磁石１０１と、その両隣の永久磁石１０２との間では、上記境界が両側から押される形となり、永久磁石１０１側に曲がり込んだ曲線状（３次元的には、境界面は上端側，下端側が曲面をなす）となる。
【０００７】
図１５は、ロータに配置された永久磁石が発生する磁束と、ホールセンサ（Ａ相のみ）の出力パルスとを示す。ホールセンサが、他の磁石よりも磁力が強い磁石に係る場合にパルス幅が広がる方向に変化している。逆に、ホールセンサが、他の磁石よりも磁力が弱い磁石に係る場合は、パルス幅が狭まる方向に変化する。このようにパルス幅が一時的に変化すると、位置検出に誤差を生じる。
【０００８】
また、永久磁石の磁束が異なる場合に、ステータコイルに電流を通電すると、コイルが発生した磁束がホールセンサへ影響を及ぼして、上記の位置検出誤差がより拡大する傾向を示す。すなわち、ホールセンサは、磁石からの漏れ磁束を検出しているので、ステータ側より磁石に作用する磁界が、磁石の主磁束を減磁する方向に作用したり，増磁する方向に作用することで、ホールセンサに作用する漏れ磁束量も変化する。例えばステータ側の磁界が磁石の主磁束を大きく増磁する方向に作用すると、漏れ磁束の方向自体が反転し、パルス信号が部分的に反転する場合もある。すると、検出されるロータ位置と回転速度とに大きな誤差が生じてしまい、この検出結果に基づいてモータ制御を行うと、電流の急激な変化により騒音が発生したり、脱調によりモータが停止するおそれがある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、一部に磁力が異なる永久磁石をロータに配置した永久磁石モータについて、低コストの磁気検出センサ用いてロータ位置を正確に検出できるロータ位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１記載のロータ位置検出装置は、ロータに配置される複数の永久磁石の一部に、磁力が異なる永久磁石を備える永久磁石モータを検出対象とするもので、
複数の磁気検出センサを用いて前記永久磁石モータの回転速度を検出すると、その回転速度に基づいて前記ロータの位置を検出する速度・位置検出手段と、
前記磁気検出センサにより出力されるセンサ信号の変化状態から、前記複数の永久磁石のうち互いに磁力が異なる永久磁石の境界を検出すると、前記速度・位置検出手段により検出される前記回転速度又は前記ロータ位置を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載のロータ位置検出装置によれば、一部に磁力が異なる永久磁石をロータに配置してなる永久磁石モータのロータ位置を、磁気検出センサによって検出する場合、磁力が異なる磁石の境界に歪みが生じていても、速度・位置検出手段により検出される永久磁石モータの回転速度又はロータ位置を補正手段が補正するので、ロータ位置を正確に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施例であり、速度及び位置を補正する処理を示すフローチャート
【図２】速度及び位置の検出処理を示すフローチャート
【図３】全ての磁石の磁力が等しい場合の各信号波形を示すタイミングチャート
【図４】一部の磁石の磁力が異なる場合の図３相当図
【図５】ホールセンサの信号パルス幅が大きく拡がった場合を示すタイミングチャート
【図６】ロータの回転方向により誤検出するホールセンサが異なる場合を示す図
【図７】モータ制御装置の構成を示すブロック図
【図８】永久磁石モータのロータの構成を示す平面図
【図９】ホールセンサの配置状態を示す図
【図１０】ドラム式洗濯乾燥機の内部構成を概略的に示す縦断側面図
【図１１】ヒートポンプの構成を示す図
【図１２】洗濯機の運転シーケンスを示す図
【図１３】従来技術を説明する図３の一部相当図
【図１４】ロータに配置される磁石の磁力が異なる場合に、磁束密度が０になる境界が変化する状態を説明する図
【図１５】ロータに配置された永久磁石が発生する磁束と、Ａ相ホールセンサの出力パルスとを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、一実施例について図１ないし図１２を参照して説明する。図８は、永久磁石モータ１（アウタロータ型ブラシレスモータ）のロータの構成を示す平面図である。永久磁石モータ１は、ステータ２と、これの外周に設けたロータ３とから構成されている。ステータ２は、ステータコア４とステータ巻線５とから構成されている。ステータコア４は、打ち抜き形成した軟磁性体であるケイ素鋼板を多数枚積層して構成され、環状のヨーク部４ａと、当該ヨーク部４ａの外周部から放射状に突出する多数のティース部４ｂとを有している。ステータコア４の表面は、各ティース部４ｂの先端面を除き、ＰＥＴ樹脂（モールド樹脂）により覆われている。
【００１４】
また、このＰＥＴ樹脂から成る複数の取付部６が、ステータ２の内周部に一体的に成形されている。これら取付部６には複数のねじ穴６ａが設けられており、各取付部６をねじ止めすることで、ステータ２が、この場合、ドラム式洗濯乾燥機２１の水槽２５（図１０参照）の背面に固着される。ステータ巻線５は三相からなり、各ティース部４ｂに巻装されている。
【００１５】
ロータ３は、フレーム７とロータコア８と複数の永久磁石９とを図示しないモールド樹脂により一体化した構成となっている。フレーム７は、磁性体である例えば鉄板をプレス加工することにより扁平な有底円筒状に形成されている。ロータコア８は、ほぼ環状に打ち抜き形成した軟磁性体であるケイ素鋼板を多数枚積層してかしめることにより構成したもので、フレーム７の内周部に配置されている。このロータコア８の内周面（ステータ２の外周面（ステータコア４の外周面）と対向し当該ステータ２との間に空隙を形成する面）は、内方に向けて円弧状に突出する複数の凸部（磁極チップ）８ａを有した凹凸状に形成されている。
【００１６】
これら複数の凸部８ａの内部には、ロータコア８を軸方向（ケイ素鋼板の積層方向）に貫通する矩形状の挿入穴が形成されており、これら複数の挿入穴がロータコア８において環状に配置されている。永久磁石９は、挿入穴に挿入された矩形状のネオジム磁石９ａ（高保磁力永久磁石）と、同じく矩形状のアルニコ磁石９ｂ（低保磁力永久磁石）とから構成されている。この場合、ネオジム磁石９ａの保磁力は約９００ｋＡ／ｍ、アルニコ磁石９ｂの保磁力は約１００ｋＡ／ｍであり、保磁力が９倍程度異なっている。永久磁石９は全数４８であり、それらの内６個がアルニコ磁石９ｂであり、４２個がネオジム磁石９ａとなっている。
【００１７】
図８では、アルニコ磁石９ｂが配置されている位置にＡ〜Ｆを付しており、Ａ−Ｂ間に配置されているネオジム磁石９ａは５個，Ｂ−Ｃ間に配置されているネオジム磁石９ａは９個，Ｃ−Ｄ間に配置されているネオジム磁石９ａは５個，Ｄ−Ｅ間に配置されているネオジム磁石９ａは９個，Ｅ−Ｆ間に配置されているネオジム磁石９ａは５個，Ｆ−Ａ間に配置されているネオジム磁石９ａは９個となっている。この配置形態は、同じ相について発生する誘起電圧の平均値を何れも同じ値にすることで、コギングトルクの発生を抑制するようにしたものである。そして、永久磁石モータ１は、４８極／３６スロット構成となっており、３スロット当たりでは４極が対応する（４極／３スロット）。
【００１８】
図８に示す磁石配置の場合、Ａ〜Ｆにおけるアルニコ磁石９ｂと、その両隣に位置するネオジム磁石９ａとの間が、図１４に示したように、周方向において磁束が「０」となる境界に歪みが生じる位置となる。
尚、ネオジム磁石９ａが高保磁力であり、アルニコ磁石９ｂが低保磁力であるというのは、後述するようにステータ２を介して着磁電流を通電した場合に、アルニコ磁石９ｂの着磁量を変化させることができる程度の電流ではネオジム磁石９ａの着磁量が変化しないという基準において、前者を高保磁力，後者を低保磁力と称している。
【００１９】
次に、上記のように構成された永久磁石モータ１を備えたドラム式洗濯乾燥機２１の構成について説明する。図１０は、ドラム式洗濯乾燥機２１の内部構成を概略的に示す縦断側面図である。ドラム式洗濯乾燥機２１の外殻を形成する外箱２２は、前面に円形状に開口する洗濯物出入口２３を有しており、この洗濯物出入口２３は、ドア２４により開閉されるようになっている。外箱２２の内部には、背面が閉鎖された有底円筒状の水槽２５が配置されており、この水槽２５の背面中央部には上述の永久磁石モータ１（ステータ２）がねじ止めにより固着されている。この永久磁石モータ１の回転軸２６は、後端部（図１０では右側の端部）が永久磁石モータ１（ロータ３）の軸取付部１０に固定されており、前端部（図１０では左側の端部）が水槽２５内に突出している。
【００２０】
回転軸２６の前端部には、背面が閉鎖された有底円筒状のドラム２７が水槽２５に対して同軸状となるように固定されており、このドラム２７は、永久磁石モータ１の駆動によりロータ３および回転軸２６と一体的に回転する。なお、ドラム２７には、空気および水を流通可能な複数の流通孔２８と、ドラム２７内の洗濯物の掻き上げやほぐしを行うための複数のバッフル２９が設けられている。水槽２５には給水弁３０が接続されており、当該給水弁３０が開放されると、水槽２５内に給水されるようになっている。また、水槽２５には排水弁３１を有する排水ホース３２が接続されており、当該排水弁３１が開放されると、水槽２５内の水が排出されるようになっている。
【００２１】
水槽２５の下方には、前後方向へ延びる通風ダクト３３が設けられている。この通風ダクト３３の前端部は前部ダクト３４を介して水槽２５内に接続されており、後端部は後部ダクト３５を介して水槽２５内に接続されている。通風ダクト３３の後端部には、送風ファン３６が設けられており、この送風ファン３６の送風作用により、水槽２５内の空気が、矢印で示すように、前部ダクト３４から通風ダクト３３内に送られ、後部ダクト３５を通して水槽２５内に戻されるようになっている。
通風ダクト３３内部の前端側には蒸発器３７が配置されており、後端側には凝縮器３８が配置されている。これら蒸発器３７および凝縮器３８は、コンプレッサ３９および絞り弁４０とともにヒートポンプ４１を構成しており（図１１参照）、通風ダクト３３内を流れる空気は、蒸発器３７により除湿され凝縮器３８により加熱されて、水槽２５内に循環される。絞り弁４０は膨張弁から成り、開度調整機能を有している。
【００２２】
外箱２２の前面にはドア２４の上方に位置して操作パネル４２が設けられており、この操作パネル４２には運転コースなどを設定するための複数の操作スイッチ（図示せず）が設けられている。操作パネル４２は、マイクロコンピュータを主体として構成されドラム式洗濯乾燥機２１の運転全般を制御する制御回路部（図示せず）に接続されており、当該制御回路部は、操作パネル４２を介して設定された内容に従って、永久磁石モータ１、給水弁３０、排水弁３１、コンプレッサ３９、絞り弁４０などの駆動を制御しながら各種の運転コースを実行する。また、図示しないが、コンプレッサ３９を構成するコンプレッサモータも、永久磁石モータ１と同様の構成を採用しても良い。
【００２３】
図７は、永久磁石モータ１の回転をベクトル制御するモータ制御装置５０の構成をブロック図で示したものである。尚、上記コンプレッサモータも同様の構成によって制御される。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１のロータ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軸はロータ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）。
【００２４】
電流センサ５１（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータ１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５１（電流検出手段）に替えて、インバータ回路５２（駆動手段）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。
【００２５】
電流センサ５１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変換されるとｕｖｗ／ｄｑ座標変換器５３により２相電流Ｉα，Ｉβに変換された後、更にｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑに変換される。α，βは、モータ１のステータに固定された２軸座標系の座標軸である。ここでの座標変換の計算には、速度・位置推定部５４により推定されるロータの回転位置推定値（α軸とｄ軸との位相差の推定値）θ＿est，若しくは速度・位置検出部５５により検出され、速度・位置補正部８０を介して出力される回転位置検出値θ＿hoの何れかが、切換えスイッチ５６により選択されて出力される位相θが用いられる。また、速度・位置推定部５４により推定されるモータ１の回転速度（角速度）ω＿estと、速度・位置検出部５５により検出され、速度・位置補正部８０を介して出力される回転速度ω＿hoとは、切換えスイッチ５６に連動する切換えスイッチ５７により選択されて回転速度ωが出力される。
【００２６】
速度・位置補正部８０は、速度・位置検出部５５で検出されたモータの回転速度ω＿hと電気角θ＿hを前回検出した値と比較して補正処理を行い、補正したモータの回転速度ω＿hoと電気角θ＿hoとして出力する。また、洗濯機全体の運転を管理する制御回路部から洗濯機シーケンス信号を受け取り、シーケンス状態によって補正を行うか否かを切り替える。
【００２７】
着磁制御部５８（着磁制御手段）は、上記位相θ及び回転速度ωに基づいて決定した、アルニコ磁石９ｂを着磁するための着磁電流指令Ｉd＿com2を加算器５９に出力し、加算器５９は、その着磁電流指令Ｉd＿com2に、高速回転時などに必要に応じて出力される弱め界磁電流指令Ｉd＿com1を加算した結果を、ｄ軸電流指令値Ｉd＿refとして電流制御部６０に出力する。また、外部より与えられる回転数指令値ω＿refは、減算器６１において回転速度ωとの差が求められると、その差が比例積分器６２で比例積分演算され、ｑ軸電流指令値Ｉq＿refとして電流制御部６０に出力される。
Ｉd＿com2は、増磁の場合は正、減磁の場合は負の値をとる。そして、ロータ３が回転している場合の通電指令位置θref（内部にて設定されている）に基づいて電気角３６０毎に２回、各々数ｍｓ〜数１０ｍｓの期間通電指令を出力する。すなわち、アルニコ磁石９ｂを３個ずつ２回に分けて着磁する。
【００２８】
電流制御部６０では、減算器６３ｄ，６３ｑにおいてｄ軸電流指令値Ｉd＿ref，ｑ軸電流指令値Ｉq＿refとｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑとの差がそれぞれ求められ、その差が比例積分器６４ｄ，６４ｑで比例積分演算される。そして、比例積分演算の結果は、ｄ−ｑ座標系で表わされた出力電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑとして、ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器６５に出力される。ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器６５では、電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑは、α−β座標系で表わした値に変換された後、更に各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換される。なお、ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器６５における座標変換の計算にも、回転位置θが用いられる。
【００２９】
各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは電力変換部６６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５２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。電力変換部６６で形成されたゲート駆動信号は、インバータ回路５２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１の巻線５に印加される。
【００３０】
上記の構成において、電流制御器６０では比例積分（ＰＩ）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Ｉd＿ref，ｑ軸電流指令値Ｉq＿ref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ωが減算器６１にフィードバックされ、比例積分器６２は、比例積分演算により偏差Δωをゼロに収束させる。その結果、回転速度ωは指令値ωrefに一致するようになる。
【００３１】
速度・位置推定部５４（速度・位置推定手段）は、モータ１の角速度ω，ロータの回転位置θをそれぞれ推定するもので、モータ１の回路定数（モータ定数）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と共に、ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸出力電圧指令値Ｖｄが入力されている。速度・位置推定部５４は、（１）式のｄ軸モータ電圧方程式を用いて、モータ１の回転速度ω＿estを推定する。
Ｖｄ＝Ｒ・Ｉｄ−ω＿est・Ｌｑ・Ｉｑ …（１）
更に、角速度ω＿estを積分器６７で積分し、その積分結果が回転位置推定値θ＿estとして出力される。
【００３２】
モータ１には、ホールＩＣを用いて構成される位置センサ：ホールセンサ（磁気検出センサ）６８が３個（Ａ，Ｂ，Ｃ）配置されており、これらのホールセンサ６８により出力される位置信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃは、速度・位置検出部５５に与えられている。速度・位置検出部５５は、位置信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃに基づいて回転位置検出値θ＿h，回転速度検出値ω＿hを算出して出力する。
【００３３】
図９は、ホールセンサ６８の配置状態を示す。ステータ２におけるティース部４ｂの図中上方から、ロータ３の上方に突出するように端子台８１が設けられており、ホールセンサ６８は、永久磁石９の部位に対応する上方に配置されている。そして、ホールセンサ６８Ａと６８Ｂとの間，６８Ｂと６８Ｃとの間は、それぞれ電気角６０度相当の間隔となるように配置されている。
なお、以上の構成において、モータ制御装置５０に永久磁石モータ１を加えたものが、モータ制御システム７０を構成している。また、速度・位置検出部５５，ホールセンサ６８， 速度・位置補正部８０は、ロータ位置検出装置８２を構成している。また、インバータ回路５２，電力変換部６６を除く部分は、モータ制御装置５０を構成するマイクロコンピュータのソフトウエアにより実現されている機能である。
【００３４】
次に、モータ制御システム７０を備えたドラム式洗濯乾燥機２１の作用について説明する。制御回路部が着磁制御部５８を介して、インバータ回路５２によりステータ巻線５に通電すると、電機子反作用による外部磁界（ステータ巻線５を流れる電流により発生する磁界）が、ロータ３の永久磁石９ａ，９ｂに作用する。そして、保磁力が小さいアルニコ磁石９ｂの磁化状態が、上記外部磁界により減磁または増磁され、その結果、ステータ巻線５に鎖交する磁束量（鎖交磁束量）が増減される。
洗濯運転では、制御回路部は、給水弁３０を開放して水槽２５内に給水を行い、続いてドラム２７を回転させて洗濯を行う。この場合、アルニコ磁石９ｂの磁化状態を増磁させる。これにより、ステータ巻線５に作用する磁束量が多く（磁力が強く）なるので、ドラム２７を高トルク低速度で回転させるのに適した特性となる。
【００３５】
脱水運転では、制御回路部は、排水弁３１を開放して水槽２５内の水を排出し、続いてドラム２７を高速回転させて洗濯物に含まれる水分を脱水する。この場合、アルニコ磁石９ｂの磁化状態を減磁させる。これにより、ステータ巻線５に作用する磁束量が少なく（磁力が弱く）なることから、ドラム２７を低トルク高速度で回転させるのに適した特性となる。最後に、乾燥運転では、制御回路部は、送風ファン３６およびヒートポンプ４１を駆動させると共にドラム２７を回転させて洗濯物の乾燥を行う。この場合、次回の洗濯運転に備えて、アルニコ磁石９ｂの磁化状態を増磁させる。
【００３６】
次に、本実施例の作用について図１ないし図６を参照して説明する。まず、ロータ３に配置される永久磁石９が、全てネオジム磁石９ａである場合（一般的な永久磁石モータの構成である）を仮定して、ロータ位置検出を行う場合の処理を説明する。図３に示すようにロータ３が回転すると、ホールセンサ６８は、それに応じて３つの２値（ロウ：Ｌ，ハイ：Ｈ）パルスを６０度位相差で出力する（図３（ａ），（ｂ）参照）。尚、これらは図１に示す位置信号Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃに対応する。
【００３７】
速度・位置検出部５５は、内部にエンコーダ５５Ｅを備えており、これら３つのパルスのＬ，Ｈパターンに応じて、例えば図中に示すホールナンバ（３ビット）をエンコードして出力する（図３（ｃ）参照）。例えば、ホールセンサ６８のＡ／Ｂ／Ｃ各相の信号レベルがＬ／Ｈ／Ｈの組み合わせである場合はナンバ０を出力し、以降信号レベルの組み合わせが変化する毎にホールナンバは、１，３，７，６，４，０，１，３，…と循環して変化する。
【００３８】
これらのホールナンバおよびその変化によって、現在のロータ位置とロータの回転方向とが検出できる。図３（ｅ）は、ホールナンバの変化に対応してステップ状に変化するロータ位置を示している。ホールナンバが０の場合はロータ位置，すなわちホールセンサ６８の検出角度が−１５０度となるように設定してある。次に、速度・位置検出部５５は、ホールナンバが変化する間隔時間をカウンタ等により計測し、その時間を速度に換算して、ロータ速度ω＿ｈを演算する。演算した結果がホールセンサ検出モータ速度であり（図３（ｄ）参照）、ホールナンバが変化する毎に値が更新される。尚、図３（ｄ）は、検出速度の変わり目を示す意味で不連続な線で示しているが、モータ１の回転速度が一定であれば、もちろん連続した直線となる。
【００３９】
そして、検出したモータ速度を積分することで、速度に基づくホールセンサ検出角度を算出する（図３（ｅ）に右肩上がりの直線で示す）。この検出角度に基づいてモータ電流を制御する。このため、電流波形は図３（ｆ）に示すように（Ｕ相のみ）正弦波状になり、電流が急激に変化することが無いのでモータ駆動時の騒音が減少する。
尚、永久磁石モータ１を駆動制御する場合、モータ１を強制転流により起動すると、回転数が例えば３０ｒｐｍまでは、速度・位置検出部５５により検知される回転位置及び速度を用い、それ以降は速度・位置推定部５４により推定される回転位置及び速度を用いて位置センサレス制御を行うようにスイッチ５６及び５７が切り替えられる。
【００４０】
図２は、位置検出処理を示すフローチャートである。この処理は、例えば１ｍ秒の周期で実行される。速度・位置検出部５５は、ホールナンバを取得すると（ステップＳ１）、そのホールナンバが前回の値から変化したか否かを判断し（ステップＳ２）、変化がなければ（ＮＯ）ホールナンバが変化する間隔を測定するカウンタ（間隔測定カウンタ）をインクリメントする（ステップＳ８）。そして、前記カウンタの値からモータ１の回転速度（角速度ω）を演算し、速度を積分することでモータ位置（電気角）を算出する（ステップＳ９）。
【００４１】
一方、ステップＳ２において、ホールナンバが前回の値から変化した場合は（ＹＥＳ）、その時点で求められているモータ速度を前回値として保存する（ステップＳ３）。そして、間隔測定カウンタの値から新たにモータ速度を算出すると（ステップＳ４）、間隔測定カウンタをゼロクリアする（ステップＳ５）。続いて、今回のホールナンバと前回のホールナンバとから、電気角６０度毎のモータ位置を算出すると（ステップＳ６）、そのモータ位置から機械角を算出する（ステップＳ７）。
本実施例の永久磁石モータ１の構成では、電気角３６０度が、機械角で（３６０／２４＝）１５度に相当するので、電気角６０度は更にその１／６である機械角２．５度に対応する。したがって、その値を累積すれば機械角を得ることができる。
【００４２】
次に、図８に示したように、磁束が異なる永久磁石が混在した場合のロータの位置検出処理について説明する。ここで、Ｃ相のホールセンサ６８Ｃが検知した磁束に基づく信号のパルス波形が、図４（ｂ）に破線で囲んだ部分に示すようにずれた場合を想定する。ただし、この場合のずれは図８に示すロータ３の構成には対応せず、他の永久磁石よりも磁力が強い永久磁石の存在によりパルス幅が拡がる方向にずれた場合を示す。
【００４３】
上記のずれが生じたことで、ホールナンバが３から７に変化するタイミングが正常なケースよりも早くなるため（図４（ｃ）参照）検出角度に誤差が生じ（図４（ｅ）参照）、ホールセンサ速度は、実際の速度よりも高い値で検出される（図４（ｄ）参照）。すると、永久磁石モータ１のステータ巻線５に通電される電流波形は、図４（ｆ）に破線で示すように急激に変化し、騒音等が発生する。そこで、このような誤差を補正するため、以下のように処理を行う。
【００４４】
図１は、速度及び位置を補正する処理を示すフローチャートであり、１ｍ秒の周期で実行される図２の処理に引き続いて実行される。先ず、ステップＳ２と同様に、ホールナンバが変化したか否かを判断して（ステップＳ１１）、変化した場合にだけ（ＹＥＳ）以降の処理を実行する。ホールナンバの変化状態からモータ１の回転方向が正転方向か否かを判断し（ステップＳ１２）、正転（ＹＥＳ），反転（ＮＯ）それぞれの場合について、後述する補正回数測定カウンタの値が、ロータの構造に応じて予め決定される補正すべき回数に達していないか否かを判断する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。
【００４５】
ここで「補正すべき回数」とは、例えばロータに配置されている永久磁石のうち、磁力が異なる永久磁石それぞれの配置数について、少数側となる磁石の数を２倍したものとなる。本実施例のロータ３についていえば、少数側のアルニコ磁石９ｂの数「６」を２倍した「１２」となる。すなわち、ロータ３が正転方向，反転方向にそれぞれ１周して、図８に示すアルニコ磁石９ｂの位置Ａ〜Ｆを一通り通過したことに対応する。アルニコ磁石９ｂの数を２倍するのは、図１５に示したように、ホールセンサ６８が検知する磁束波形の変化に応じて、出力される信号パルスの立ち上り側と立ち下がり側との双方についてずれが発生するからである。尚、図４では説明を簡単にするため、信号パルスの片側だけにずれが発生した場合を示している。
【００４６】
ステップＳ１３，Ｓ１４において、補正回数測定カウンタの値が補正すべき回数に達していれば（ＮＯ）それぞれステップＳ１５，Ｓ１６に移行し、モータ機械角から、今回ホールナンバが変化した位置が、以降の処理において既に補正を行った位置であるか否かを判断する。既に補正を行った位置であれば（ＹＥＳ）後述するステップＳ１９に移行し、補正を行った位置でなければ（ＮＯ）図１の処理を終了する（CONTINUE）。
【００４７】
また、正転，反転それぞれについて場合分けをしているのは、モータの回転方向に応じて誤検出が生じるホールセンサが異なるためである。この現象について、図６を参照して説明する。図６は、モータが正転した場合と、反転した場合とで出力される３相の信号パルス波形を示す。ただし、この場合、ホールセンサＡ，Ｂ，Ｃの配置が図９に示すケースと異なっており、Ｃ相のホールセンサが中央に位置している。また、波形の変化を明確にするため、前述したようにパルス波形が部分的に反転した状態を示している。
【００４８】
すなわち、図６（ａ）に示すようにロータが正転方向（図中右方向）に回転すると、図中で右端に配置されているＡ相の信号パルスに部分反転が生じているが、図６（ｂ）に示すようにロータが反転方向（図中左方向）に回転すると、図中で左端に配置されているＢ相の信号パルスに部分反転が生じている。このように、ホールセンサが複数配置されている場合には、両端側に配置されているセンサが影響を大きく受けることになる。
【００４９】
再び図１を参照する。ステップＳ１３，Ｓ１４の何れかで、補正回数測定カウンタの値が補正すべき回数に達していなければ（ＹＥＳ）ステップＳ１７に移行し、ホールナンバの変化が正転方向，反転方向のそれぞれに応じた順番で変化しているか否かを判断する。そして、上記の順番通りであれば（ＹＥＳ）ステップＳ１８に移行し、順番通りでなければ（ＮＯ）ステップＳ１９に移行する。
【００５０】
ここで、ステップＳ１７で（ＮＯ）と判断される場合について、図５を参照して説明する。図５は、Ｃ相の信号パルス幅が、より大きく拡がるように変化した場合を示す。正常な正転のケースでは、ホールナンバ「１」の次は「３」となるが、Ｃ相信号パルスの立ち下がりが電気角６０度を超えて大きく変化した結果、ナンバ「１」が続いた後に、異常なレベルの組み合わせとなり（ＨＬＨ）、エンコーダ５５ＥによってエラーＥがエンコードされる。このような場合も、ステップＳ１９に移行して補正を行うようにする。
【００５１】
ステップＳ１８では、図４に示したような誤検出が生じているか否かを判定する。すなわち、ステップＳ４で算出したモータ速度ω＿ｈを、ステップＳ３で記憶させた前回値ω＿h＿d1に所定の割合を乗じた閾値と比較し、算出したモータ速度が前記閾値以上に変化したか、又は前記閾値以下に変化したかを判断する。何れの場合にも該当しなければ（ＮＯ）、誤検出は生じていない判断されるので補正は行わない。一方、何れかの場合に該当すれば（ＹＥＳ）、今回検出したω＿ｈは実際のロータ位置・速度により検出されたのではなく、磁力の異なる磁石の影響によって生じたホールセンサ検出誤差によるものと判断する。つまり、図４に示したような誤検出が生じている（この場合は、算出モータ速度≧閾値）と判断されるので、ステップＳ１９に移行して補正を行う。
【００５２】
ステップＳ１９では、ステップＳ４で算出したモータ速度に替えて、ステップＳ３で記憶させた前回値を演算処理に使用し、今回採用するホールセンサ速度ω＿ｈを前回値であるω＿ｈ＿d1に書き換える。その速度を積分してロータ位置を得ることで補正する（ステップＳ２０）。このω＿ｈ＿d1を用いてホールセンサ検出角度の補正を行うことで、角度検出の誤差が低減でき、モータ電流も急激に変化することなく制御でき、磁力の異なる磁石の影響による誤検知による騒音も発生しない。
【００５３】
続いて、今回のホールナンバと前回のホールナンバ（図４のケースでは「７」と「３」）とを記憶させると共に、ステップＳ７で得られたモータ機械角も記憶させる（ステップＳ２１）。それから、ステップＳ１２と同様にモータ１の回転方向を判定し（ステップＳ２２）、正転（ＹＥＳ），反転（ＮＯ）それぞれの場合について、ステップＳ１５，Ｓ１６と同様の判断を行う（ステップＳ２３，Ｓ２４）。そして、それぞれで「ＹＥＳ」と判断すると、正転用，反転用の補正回数測定カウンタをインクリメントする（ステップＳ２５，Ｓ２６）。
【００５４】
したがって、モータ１が正転方向と反転方向にそれぞれ機械角で１回転すると、それぞれの補正回数測定カウンタは「補正すべき回数」以上となるので、ステップＳ１３，Ｓ１４では（ＮＯ）と判定されてステップＳ１５，Ｓ１６での判断が行われるようになる。そして、補正が行われた機械角のホールナンバであれば（ＹＥＳ）ステップＳ１９に移行して同様に補正が行われる。
【００５５】
以上に説明した一連の位置及び速度の検出処理とそれらの補正処理とを、洗濯機が実際に運転される場合に適用することを想定する。図１２は、洗濯機の運転シーケンスを示している。最初に、給水が開始される前に、例えばドラム２７を所定の加速度で回転させて、その期間内にサンプリングされるｑ軸電流の積算値を評価するなどして、投入された衣類の重量を測定する重量センシング（重量検知処理）が行わる。続いて、洗い運転，脱水運転とすすぎ運転とが繰り返される（その後、ユーザの選択に応じて乾燥運転が行われる）。
【００５６】
そして、最初の重量センシング運転が行われる間に、速度・位置補正部８０は、図２における一連の処理を行い、補正すべき位置の判定や記憶を行う。尚、重量センシング運転が、ドラム２７を一方向だけに回転させて行うようになっている場合には、上記運転が終了した後に逆方向に１回転だけさせれば良い。その後に行われる洗い運転等では、ステップＳ１３，Ｓ１４で「ＮＯ」と判断されるので、記憶された回転位置では（ステップＳ１５，Ｓ１６：ＹＥＳ）ステップＳ１９及びＳ２０で得られる補正値を用いて運転する。
すると、負荷が重くモータ電流が大きくなる洗い運転時には判定済みの補正位置において補正が行われるので、大きな電流が通電される際に電流が急激に変化して騒音が発生することがなく、安定した運転が可能となる。また、速度検出と角度検出の誤差が低減されるので、モータ速度制御の追従性が良好となり、洗濯機としての洗浄性能も向上する。
【００５７】
以上のように本実施例によれば、永久磁石モータ１が、ロータ３に、磁力が異なる２種類の磁石，ネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｂとを配置して構成される場合、速度・位置検出部５５は、３つのホールセンサ６８（Ａ，Ｂ，Ｃ）を用いて永久磁石モータ１の回転速度を検出すると、その回転速度に基づいてロータ３の位置を検出する。そして、速度・位置補正部８０は、ホールセンサ６８により出力されるセンサ信号の変化状態からネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｂとの境界を検出すると、速度・位置検出部５５により検出される回転速度又はロータ位置を補正するようにした。
したがって、ネオジム磁石９ａとアルニコ磁石９ｂとの磁力差によって、ホールセンサ６８により出力されるセンサ信号にずれが生じている場合でも、補正により正確なロータ位置を得ることができる。そして、そのロータ位置に基づき、インバータ回路５２を介し永久磁石モータ１を駆動制御する場合に、通電電流の急変による騒音の発生を回避すると共に永久磁石モータ１が脱調することを防止できる。
【００５８】
また、速度・位置補正部８０は、永久磁石モータ１の回転中に検出した前記境界の位置を記憶し、以降は記憶した境界を越える場合に補正を行うので、補正処理をより簡単に行うことができる。そして、速度・位置補正部８０は、永久磁石モータ１の回転中に、前記境界を越える場合に、ホールセンサ６８により出力されるセンサ信号のパルス間隔が変化する時間をカウンタにより監視し、その変化時間が許容範囲を超えると補正を行うので、センサ信号の出力状態が変化したことを確実に検出できる。
【００５９】
更に、速度・位置補正部８０は、永久磁石モータ１の回転方向に応じて、補正対象とするホールセンサ６８を替えるようにした。即ち、３つのホールセンサ６８（Ａ，Ｂ，Ｃ）が配置されている場合、両端に位置するホールセンサ６８（Ａ，Ｃ）が磁気変化の影響を受け易く、それがロータ３の回転方向に応じて異なるので、補正を適切に行うことができる。
加えて、速度・位置補正部８０は、３つのホールセンサ６８より出力される各センサ信号のレベル変化の組み合わせが、異常なパターンの組み合わせとなった場合にも補正を行うので、異なる種類の磁石の磁力差が大きく、センサ信号パルスのずれ幅が大きくなった場合でも、補正を行うことができる。
【００６０】
また、ロータ３に配置されるアルニコ磁石９ｂは、着磁量を変更可能な程度に低保磁力である永久磁石であり、着磁制御部５８は、速度・位置検出部５５により検出されたロータ位置に応じて、アルニコ磁石９ｂの少なくとも一部を着磁するので、アルニコ磁石９ｂの着磁状態を変化させることで、永久磁石モータ１の特性を、高トルク出力・低速回転に適用させたり、低トルク出力・高速回転に適用させるように変化させることができる。
また、洗濯乾燥機２１は、モータ制御システム７０を備え、永久磁石モータ１が発生させる回転駆動力によりドラム２７を回転させて洗濯運転を行うので、運転制御を安定させることができる。そして、永久磁石モータ１の特性を上記のように変化させることで、洗い運転に適した特性，脱水運転に適した特性に適応させて高い効率で運転を行い、消費電力を低減できる。
【００６１】
また、洗濯乾燥機２１が、運転開始時に洗濯物の重量を検知するための重量センシング動作を行う場合、モータ制御装置５０の速度・位置補正部８０は、重量センシング動作が行われている間，又はドラム２７内に給水が開始される前に前記境界を検出して、その境界位置を記憶する。したがって、ドラム２７に給水が開始されて負荷が重くなる洗い運転が開始される前に境界検知処理が終了するので、洗い運転の実行時には、検知された位置で補正を行うことができる。よって、比較的大きな電流が通電される運転期間では、位置検出誤差に基づく電流値の急変や騒音の発生を回避でき、運転を安定して行うことができる。
【００６２】
本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
例えば、同一の永久磁石であっても、その製造過程において特性（磁力）が異なるものが形成されることがある。このような製造上のばらつきが発生した場合でも、本発明の補正を行うことで位置検出を正確に行うことが可能となる。
ネオジム磁石９ａ，アルニコ磁石９ｂの配置個数比は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
低保磁力の永久磁石は、アルニコ磁石に限ることなく、その他例えばサマリウム・コバルト磁石を用いても良い。また、高保磁力の永久磁石もネオジム磁石に限ることはない。
【００６３】
磁力が異なる永久磁石は、３種類以上あっても良い。
速度・位置推定部５４，着磁制御部５８は、必要に応じて設ければ良い。
補正については、回転速度を補正せずに、ロータ位置だけを補正しても良い。
ホールセンサ６８の配置数は、２個でも、４個以上であっても良い。
磁気検出センサは、ホールセンサに限ることなく、磁気を検出した結果に応じて信号を出力するセンサであれば良い。
洗濯機に限ることなく、ロータ側の磁石の一部に磁力が異なるものが配置される永久磁石モータを検出対象，若しくは制御対象とするものであれば適用が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
図面中、１は永久磁石モータ、３はロータ、９ａはネオジム磁石、９ｂはアルニコ磁石（低保磁力永久磁石）、２１はドラム式洗濯乾燥機、５０はモータ制御装置、５２はインバータ回路、５５は速度・位置検出部（速度・位置検出手段）、５８は着磁制御部（着磁制御手段）、６８はホールセンサ（磁気検出センサ）、８０は速度・位置補正部（補正手段）、８２はロータ位置検出装置を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに配置される複数の永久磁石の一部に、磁力が異なる永久磁石を備える永久磁石モータを検出対象とするもので、
複数の磁気検出センサを用いて前記永久磁石モータの回転速度を検出すると、その回転速度に基づいて前記ロータの位置を検出する速度・位置検出手段と、
前記磁気検出センサにより出力されるセンサ信号の変化状態から、前記複数の永久磁石のうち互いに磁力が異なる永久磁石の境界を検出すると、前記速度・位置検出手段により検出される前記回転速度又は前記ロータ位置を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするロータ位置検出装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記永久磁石モータの回転中に検出した前記境界の位置を記憶し、以降は記憶した境界を越える場合に補正を行うことを特徴とする請求項１記載のロータ位置検出装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記境界を越える場合に、前記磁気検出センサにより出力されるセンサ信号のパルス間隔が変化する時間を監視し、その変化時間が許容範囲を超えると補正を行うことを特徴とする請求項１または２記載のロータ位置検出装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記永久磁石モータの回転方向に応じて、補正対象とする磁気検出センサを替えることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のロータ位置検出装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記複数の磁気検出センサより出力される各センサ信号のレベル変化の組み合わせが、異常なパターンの組み合わせとなった場合にも補正を行うことを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のロータ位置検出装置。
【請求項１】
ロータに配置される複数の永久磁石の一部に、磁力が異なる永久磁石を備える永久磁石モータを検出対象とするもので、
複数の磁気検出センサを用いて前記永久磁石モータの回転速度を検出すると、その回転速度に基づいて前記ロータの位置を検出する速度・位置検出手段と、
前記磁気検出センサにより出力されるセンサ信号の変化状態から、前記複数の永久磁石のうち互いに磁力が異なる永久磁石の境界を検出すると、前記速度・位置検出手段により検出される前記回転速度又は前記ロータ位置を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするロータ位置検出装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記永久磁石モータの回転中に検出した前記境界の位置を記憶し、以降は記憶した境界を越える場合に補正を行うことを特徴とする請求項１記載のロータ位置検出装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記境界を越える場合に、前記磁気検出センサにより出力されるセンサ信号のパルス間隔が変化する時間を監視し、その変化時間が許容範囲を超えると補正を行うことを特徴とする請求項１または２記載のロータ位置検出装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記永久磁石モータの回転方向に応じて、補正対象とする磁気検出センサを替えることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のロータ位置検出装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記複数の磁気検出センサより出力される各センサ信号のレベル変化の組み合わせが、異常なパターンの組み合わせとなった場合にも補正を行うことを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のロータ位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−６６９６０（Ｐ２０１１−６６９６０Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１３１４１（Ｐ２００９−２１３１４１）
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０２２８５６６４）東芝コンシューマエレクトロニクス・ホールディングス株式会社 (2,480)
【出願人】（５０３３７６５１８）東芝ホームアプライアンス株式会社 (2,436)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０２２８５６６４）東芝コンシューマエレクトロニクス・ホールディングス株式会社 (2,480)
【出願人】（５０３３７６５１８）東芝ホームアプライアンス株式会社 (2,436)
【Ｆターム（参考）】
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