制振制御システム及び電気機器
【課題】急峻に変化する振動に対する応答性を向上させ、その上で電力回生することができる制振制御システム，及びその制振制御システムを提供する。
【解決手段】洗濯機２１の基部１２と水槽１４との間に、リニアモータ１とスプリング１５とを組み合わせてなる電磁式サスペンション１１を配置しリニアモータ１の固定子７側に位置センサ８を配置する。制御装置４１は、位置演算部５５により位置センサ８より出力される位置信号に基づいて位置θeを検出し、微分器５７により速度ｖを検出すると、位置θe及び速度ｖ及び基部１２に取り付けられた加速度センサ１６より出力される加速度信号ａとモータ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃとに基づきリニアモータ１をベクトル制御して、洗濯運転時に水槽１４について生じる振動を目標値まで抑制し、かつ、そのときに得られる最大の電力を回生する。
【解決手段】洗濯機２１の基部１２と水槽１４との間に、リニアモータ１とスプリング１５とを組み合わせてなる電磁式サスペンション１１を配置しリニアモータ１の固定子７側に位置センサ８を配置する。制御装置４１は、位置演算部５５により位置センサ８より出力される位置信号に基づいて位置θeを検出し、微分器５７により速度ｖを検出すると、位置θe及び速度ｖ及び基部１２に取り付けられた加速度センサ１６より出力される加速度信号ａとモータ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃとに基づきリニアモータ１をベクトル制御して、洗濯運転時に水槽１４について生じる振動を目標値まで抑制し、かつ、そのときに得られる最大の電力を回生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振対象物について生じる振動を抑制する制振制御システム，及びその制振制御システムを備えて構成される電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、車両用サスペンションシステムを構成する電磁式アブソーバ（アクチュエータ）が開示されている。上記システムでは、車輪を保持してばね下部の一部分を構成するサスペンションロアアームと、車体に設けられてばね上部の一部分を構成するマウント部との間にそれらを連結するように電磁式アブソーバを配設し、それと並列にエアスプリングを備えている。
【０００３】
上記アクチュエータは、良好な振動減衰特性が要求される場合に、ばね上速度とばね下速度との少なくとも一方に基づいてアクチュエータ力を制御して減衰力を作用させる。それ以外の場合には、アクチュエータ力の発生を専ら電磁モータによる発電を伴うものとすべく、ばね上部とばね下部との相対動作に対してその相対動作の速度に応じた特定の大きさの抵抗力となるアクチュエータ力を発生させる。これら２つの制御は、車体に取り付けられた車速センサ及び加速度センサの信号に基づいて、切換可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５５７５６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、特許文献１のアクチュエータ制御では、制振を主とする制御と電力回生を主とする制御を切り換えているため、制振を主とする制御を実施中において振動を十分に減衰させている場合に、そのとき回生可能な電力を最大限回収できていないおそれがある。
【０００６】
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、制振と電力回生の実施割合を連続的に調整して、２つの制御を両立することができる制振制御システム，及びその制振制御システムを備えて構成される電気機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の制振制御システムは、制振対象物と基部との間に配置され、固定側に対して制振対象物を弾性的に支持する弾性体と、３相巻線を備える固定子と永久磁石を備える可動子とを有し、前記固定子と前記可動子との何れか一方が前記制振対象物に固定され、他方が前記基部に固定されるリニアモータと、前記巻線に通電される電流を検出する電流検出手段と、前記可動子の相対位置を検出し、位置信号を出力する位置センサと、この位置信号に基づいて前記可動子の速度を検出し、速度信号を出力する速度検出手段と、前記制振対象物の加速度を検出し、加速度信号を出力する加速度センサとを備え、前期電流検出手段により検出される電流と前記位置信号と前記速度と前記加速度とに基づいて前記リニアモータをベクトル制御することで、前記制振対象物について生じる振動を抑制し、前記巻線に通電される電流の位相を調整することで、前記リニアモータにより電源に電力を回生し、前記制振対象物の振動値が、目標振動値に到達していない場合は、制振を主とする制御を実施し、到達している場合は、制振と電力回生を両立する制御を実施し、前記リニアモータが制御を実施しない状態で前記制振対象物の振動値が目標振動値以下となる場合は、回生を主とする制御を実施することで、制振制御及び電力回生制御の実施割合を調整する制御装置とで構成されることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項９記載の電気機器は、請求項１乃至８の何れかに記載の制振制御システムを備え、商用交流電源より直流電源を生成して動作する場合に振動が発生する可動部を有し、当該可動部が前記制振対象物となることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の制振制御システムおよび電気機器によれば、制振と電力回生の実施割合を連続的に調整して２つの制御を両立することで、振動を少なくし、さらに回生を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例であり、リニアモータをベクトル制御する制御装置の電気的構成を示す機能ブロック図
【図２】リニアモータの構成を、一部を透過させて示す斜視図
【図３】電磁式サスペンションの構成を示す正面図
【図４】ドラム式洗濯乾燥機の縦断側面図
【図５】ドラム式洗濯乾燥機の一部を破断して示す斜視図
【図６】制振及び回生制御の電流位相を示す図
【図７】制振及び回生制御の実施割合を示す図
【図８】制振及び回生制御の実施割合の判定手段を示す図
【図９】洗濯機工程における電磁式サスペンションの制御構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図９を参照して説明する。本発明では、リニアモータを用いて電磁式サスペンションを構成する。図２は、リニアモータの構成を、一部を透過させて示す斜視図である。リニアモータ１は、シャフト２と、そのシャフト２にＮ極，Ｓ極が交互に並ぶように配置される永久磁石３（Ｎ，Ｓ）とで構成される可動子４と、内部にＵ，Ｖ，Ｗ相の巻線５を有し、直方体状の本体６を備えてなる固定子７とで構成されている。また、本体６には、可動子４の相対的な変位位置を出力する位置センサ８が配置されている。
【００１２】
そして、図３乃至図５に示すように、本実施例では、リニアモータ１とスプリングとを組み合わせることで、ドラム式洗濯乾燥機（以下、単に洗濯機と称する場合がある）の水槽を支持するための電磁式サスペンション（アブソーバ）１１を構成する。図３は、電磁式サスペンション１１の構成を示す正面図である。洗濯機の底面側に配置される基部１２には支持部材１３が立設されており、その支持部材１３が、リニアモータ１の固定子７を下方側より支持している。リニアモータ１のシャフト２の上端は、洗濯機の水槽１４の一部であるシャフト固定部１４ａに固定されており、シャフト固定部１４ａと固定子７の上端側との間には、スプリング（弾性体）１５が配置されている。したがって、電磁式サスペンション１１が洗濯機に配置された状態では、固定子７が固定側となり、可動子４が可動側となっている。
【００１３】
図４はドラム式洗濯乾燥機の縦断側面図であり、図５は、同一部を破断して示す斜視図である。ドラム式洗濯乾燥機（電機機器）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１４が配置されており、この水槽１４の背面中央部には洗濯用モータとしての永久磁石モータ２５の固定子がねじ止めにより固着されている。そして、水槽（制振対象物）１４は、上述した電磁式サスペンション１１により基部１２上に支持されている。尚、電磁式サスペンション１１は、実際には正面から見て水槽１４の左右に２つ配置されているが、図示しているのは一方のみである。
【００１４】
永久磁石モータ２５の回転軸２６は、後端部（図４では右側の端部）が永久磁石モータ２５の回転子に固定されており、前端部（図４では左側の端部）が水槽１４内に突出している。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１４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２５の駆動により回転軸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。
【００１５】
水槽１４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１４内に給水されるようになっている。また、水槽１４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１４内の水が排出されるようになっている。
【００１６】
水槽１４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１４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１４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１４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１４内に戻されるようになっている。
【００１７】
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や図示しない絞り弁とともにヒートポンプ４０を構成しており、通風ダクト３３内を流れる空気が、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１４内に循環されるようになっている。
【００１８】
図１は、リニアモータ１をベクトル制御する制御装置（ベクトル演算手段）４１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、巻線５に流れる電流を、界磁である永久磁石３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、リニアモータ１の可動子４の移動ピッチを周期として回転する座標系、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軸は永久磁石３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５に流れる電流のｑ軸成分であるｑ軸電流Ｉｑは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）。
【００１９】
電流センサ５０（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータ１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを検出するセンサである。尚、電流センサ５０（電流検出手段）に替えて、インバータ回路５１（駆動回路）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を検出する構成としても良い。尚、電流センサ５０は、実際にはインバータ回路５１の出力端子とモータ１の巻線５との間に介挿されている。
【００２０】
電流センサ５０により検出された電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、Ａ／Ｄ変換器５２によりＡ／Ｄ変換されて、電流変換部５３において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の固定子７に固定された２軸座標系の座標軸である。電流変換部５３における座標変換の計算には、後述する可動子４の位置（α軸とｄ軸との位相差，電気角）θeが用いられる。ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑは、電流制御部５４に与えられている。
【００２１】
リニアモータ１の固定子７に配置されている位置センサ８が出力する位置信号は、Ａ／Ｄ変換器５２によりＡ／Ｄ変換されて、制御装置４１の位置演算部（位相検出手段）５５に与えられている。位置演算部５５は、上記位置信号を可動子４の移動ピッチを周期とする位置θeに変換して、電流変換部５３，後述する電圧変換部５６に出力すると共に、制御装置４１で取扱い可能な形態の距離信号θm（機械角）に変換して微分器（速度検出手段）５７に出力する。微分器５７は、距離信号θmを時間微分した（ｄθm／ｄｔ）速度信号ｖを、トルク制御部（回生）（ｑ軸電流指令生成手段（回生））５８に出力する。
【００２２】
トルク制御部（回生）５８は、洗濯乾燥機２１のドラム２７が回転することで水槽１４に振動が発生した場合に、その振動に応じた可動子の速度に対して減衰ブレーキトルクを発生させるようにｑ軸電流指令を生成出力する。ここで、質量ｍ［ｋｇ］の物体を、ばね乗数ｋ［Ｎ／ｍ］のスプリングと、減衰係数ｃのサスペンションとで並列に支持した振動系（１質点並列振動系）の一般的なモデルを想定する。変位量ｘ［ｍ］を与えた初期状態から、物体を自由減衰振動させた場合の運動方程式は、（１）式となる。
【００２３】
ｍ（ｄ２ｘ／ｄｔ２）＋ｃ（ｄｘ／ｄｔ）＋ｋｘ＝０ …（１）
電磁式サスペンション１１の場合、スプリング１５のばね乗数ｋを考慮して減衰係数ｃを決定する。そして、速度ｖ（＝ｄθm／ｄｔ）に対し、減衰係数ｃを逆極性で乗じることで減衰ブレーキトルクを与え、リニアモータ１のトルク定数Ｋｔの逆数を乗じてトルク（ｑ軸）電流指令（回生）Ｉqref（回生）を生成する。このトルク電流指令（回生）の電流位相は、減衰ブレーキトルクが最大となり、最も回生電力を得ることができるため、回生を主とする制御に使用する。
【００２４】
電磁式サスペンション１１の基部１２に配置されている加速度センサ１６が出力する加速度信号は、Ａ／Ｄ変換器５２によりＡ／Ｄ変換されて、制御装置４１の制振・電力回生両立制御部４２に与えられている。加速度信号ａは、制振・電力回生両立制御部４２の減算器５９ａにおいて、外部より与えられる目標加速度（ゼロ）との差が減算されて、偏差Δａが算出される。加速度偏差Δａは、トルク制御部（制振）４４において比例積分演算され、トルク（ｑ軸）電流指令（制振）Ｉqref（制振）を生成する。
【００２５】
トルク制御部（制振）４４は、洗濯乾燥機２１のドラム２７が回転することで水槽１４に振動が発生した場合に、その振動が基部１２に与える振動（加速度）に対して相殺トルクを発生させるようにｑ軸電流指令を生成出力する。このトルク電流指令（制振）の電流位相は、基部に対する振動相殺トルクが最大となり、最も制振を得ることができるため、制振を主とする制御に使用する。
【００２６】
制振・回生実施割合調整手段４３について図６乃至図９を参照して説明する。図６は、Ｉqref（制振）とＩqref（回生）の位相関係をそれぞれ示したものであり、図６（ａ）は、制振を１００％とした制御の場合のｑ軸電流指令Iqref（制振）を示し、図６（ｂ）は、電力回生を１００％とした制御の場合のｑ軸電流指令Iqref（回生）を示し、図６（ｃ）は、制振・電力回生両立制御の場合のｑ軸電流指令る。制振を主とする制御では、Ｉqrefの位相は、基部１２に与えられる加速度ａの逆位相で与えられる。このとき、例えば、加速度ａ＞０において、ｄ−ｑ軸の電流ベクトルは、ｄ軸電流指令を０として、−ｑ軸方向となる。
【００２７】
電力回生を主とする制御では、Ｉqrefの位相は、モータの固定子７に取り付けられた位置センサ８が出力する位置信号に基づいて算出される可動子４の速度ｖの逆位相で与えられる。このとき、例えば、速度ｖ＞０において、ｄ−ｑ軸の電流ベクトルは、ｄ軸電流指令をｑ軸電流指令と同極性（この場合はマイナス）として、第３象限方向となる。ｄ軸電流の決定方法については後述する。
【００２８】
ここで、制振と電力回生を両立する制御では、Ｉqrefの位相は、上述した２つの制御の電流指令Ｉqref（制振）とＩqref（回生）の電流位相間に位置し、２つの電流指令を合成することで与えられる。制振・回生実施割合調整手段４３は、例えば、図７に示すような線に基づいて、制御の実施割合を決定する係数Ｐ１、Ｐ２を変化させ、トルク制御部（制振）４４、トルク制御部（回生）５８に出力する。このＰ１とＰ２の値は、合計すると２つの制御の実施割合が「１」となるように設定され、例えば実験的に算出する。例えば、図７に示す線のうち、Ｐ１maxから上に凸の線とＰ２maxから下に凸の線は制振を主とする制御（図７中、二点鎖線）、Ｐ１maxから下に凸の線とＰ２maxから上に凸の線は電力回生を主とする制御（図７中、鎖線）の場合のゲイン設定を示す。また、Ｐ１ｍａｘ、Ｐ２ｍａｘの値は等しいとは限らない。制振・回生実施割合調整手段４３は、外部より与えられる目標振動値と基部１２の振動値（加速度）を比較して、前述する線に基づいて、制振及び電力回生の２つの制御の実施割合を決定する。図８に示すように、目標振動値＞実振動値の場合は、制振と電力回生を両立して実施し、実振動値が目標振動値と一致するような実施割合の点で落ち着く。目標振動値＜実振動値の場合は、制振を主とする制御のみを実施し、実振動値が目標振動値以下となるようにする。
【００２９】
これを洗濯機工程に置き換え実施する場合には、図９に示すように制御を切り換える。洗い時は、上述する実施割合の判定方法に基づいてＰ１とＰ２の値を調整し、制振と電力回生を両立して、基部１２が設置されている洗濯機筐体の振動を目標振動値まで低減させ、かつ、そのときに得られる最大の電力を電源に回生する。
【００３０】
脱水時は、低速時、中速時、高速時の３パターンに電磁式サスペンション１１の制御方法が分けられる。まず、脱水の低速時（起動時）は、洗濯槽の共振点が存在するため、洗濯槽の振動が大きくなる。これによって、図示しない洗濯槽の振動を検知する加速度センサの加速度信号が閾値を超え、脱水運転を停止してしまう場合がある。この起動不良を防止するため、電磁式サスペンション１１には、強いダンパ力が求められる。洗濯槽の振動を低減するためには、電磁式サスペンション１１は洗濯槽の振動を抑えるようにブレーキをかければよいので、電力回生を主とする回生ブレーキ制御（電力回生）を実施する。すなわち、Ｐ２の割合をより大きくとった制御を行う。ただし、筐体の振動低減も同時に図るため、例えば、洗濯槽の共振点付近（つまり、図示しない洗濯槽の加速度センサの加速度信号が閾値を超えそうな場合）のみ電力回生制御とし、それ以外の区間は上述する実施割合の判定方法に基づいて、制振と電力回生を両立する。また、脱水の起動時などダンパ力を強くする必要がある場合に、電磁式サスペンションの制御は、回生ブレーキの代わりに、スイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成されるインバータ回路の下アームのみオンさせる短絡ブレーキとする、もしくは可動子４が変位しないよう巻線５に直流を励磁して可動子４を固定子７に対して固定しても良い。
【００３１】
脱水の中速時は、洗い時と同様の制御を実施する。最後に、脱水の高速時を説明する。このモードでは、洗濯乾燥機２１のドラム２７が回転することで水槽１４に発生する振動の周波数が高くなり、電磁式サスペンション１１に取り付けられたスプリング１５によって吸収され、筐体の振動値は目標振動値以下となる。つまり、制振制御を実施する必要がないため、電力回生を主とする制御のみを実施する。ただし、回生ブレーキによって振動値が目標振動値を超える場合には、制振・回生両立制御を実施する。また、脱水の高速時に、電磁式サスペンション１１は、弱いダンパ力が求められており、振動によって変位される可動子は制御を実施せずフリーに可動させ、電力を回生しても良い。
【００３２】
上記のように、洗濯機工程によって連続的に電磁式サスペンション１１の制御を切り換えることで、全工程において筐体の振動を目標値まで低減させ、そのときに回生可能な電力を最も得ることができる。
【００３３】
ここで、インバータ回路５１に駆動用直流電源を供給する直流電源回路６２が、洗濯用モータ（動力用モータ）２５もしくはコンプレッサ３９を駆動するインバータ回路（駆動回路）６３に対しても共通に電源を供給するように構成されている。このため、電磁式サスペンション１１で発生した電力は、インバータ回路５１を介して、直流電源回路６２に回生させることができ、洗濯機システムとして消費電力の低減を図ることができる。また、この回生電力は、図示しない別の直流電源回路に貯蔵するなどして利用することもできる。
【００３４】
また、制振・回生実施割合調整手段４３は、直流電源回路６２より供給される直流電源電圧が変動するのに応じて、２つの制御の実施割合を可変設定するように構成されている。具体的には、直流電源電圧が低下するのに応じて回生制御の割合を増加させる。すなわち、水槽１４に振動が加わった場合にリニアモータ１が制振動作しなければ、その分、リニアモータ１において回生電力が発生し、その電力はインバータ回路５１を介して直流電源回路６２側に回生される。
【００３５】
したがって、直流電源電圧が低下している場合には回生制御の実施割合を大きくして、電磁式サスペンション１１によるアクティブな振動減衰作用を抑制し、直流電源回路６２側に回生させる電力量をより大きくする。それにより、電圧低下の補償を優先させることも可能である。
【００３６】
以上のように、洗濯用モータ２５をインバータ回路６３を介して駆動する場合に、インバータ回路５１，６３に対して、電源回路６２より直流電源を共通に供給し、制振・回生実施割合調整手段４３は、直流電源電圧が低下するのに応じてｑ軸電流指令Ｉqrefの位相を回生制御よりにシフトさせる。したがって、電源電圧が低下した場合には、リニアモータ１が発生した電力を、直流電源回路６２側により多く回生させるようにして、電圧低下を補償することができる。
【００３７】
制振・電力回生両立制御部４２において、トルク電流指令（制振）及びトルク電流指令（回生）は、加算器４５によって加算されて、トルク電流指令Ｉqrefが算出される。制御装置４１の電圧検出部４９は、上記直流電源の電圧を検出し、検出結果をＡ／Ｄ変換器５２に出力する。ｑ軸電流指令制限手段４６は、通常の電流指令制限に加えて、Ａ／Ｄ変換器５２によりＡ／Ｄ変換されて与えられる電源電圧に応じてｑ軸電流指令を制限する。回生電力によって上昇する電源電圧が、外部より与えられる目標電源電圧を超えた場合にｑ軸電流指令を制限する。
【００３８】
トルク電流指令Ｉqrefは、電流制御部５４に出力される。また、制振を主とする制御では、基本的にリニアモータ１は全界磁運転させるため、励磁電流指令Ｉdrefは「０」を与える。回生を実施する制御では、ｄ軸電流指令決定手段４７によって決定される励磁電流指令を与える。ｄ軸電流指令決定手段４７は、外部より与えられる回生電流指令Ｉdqbrkとトルク電流指令Ｉqrefに基づいて次式を使用してｄ軸電流指令Ｉdrefを決定する。
【００３９】
Ｉｄｑｂｒｋ＝√（Ｉｄｒｅｆ２＋Ｉｑｒｅｆ２） …（２）
ここで、ｄ軸電流指令の極性は、ｑ軸電流指令と同極性である。回生電流指令Ｉdqbrkは、例えば実験的に求める。回生電流指令を大きくすればブレーキ力は大きくなり、小さくすればブレーキ力は小さくなる。
【００４０】
これらｄ−ｑ軸電流指令は、電流制御部５４の減算器５９ｑ，５９ｄにおいて、電流変換部５３より出力されるｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑとの差が演算されて、偏差ΔＩｑ，ΔＩｄ が算出される。電流偏差ΔＩｑ，ΔＩｄは、比例積分器６０ｑ，６０ｄにおいて比例積分演算され、ｄ−ｑ座標系で表わされた電圧指令Ｖｑ，Ｖｄが算出される。
【００４１】
電圧指令Ｖｑ，Ｖｄは、電圧変換部５６によりα−β座標系で表わした値に変換され、更にαβ／ａｂｃ座標系で表わした各相電圧指令Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに変換される。各相電圧指令Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは電圧出力部６１に入力され、直流電源電圧に基づいて、指令値に一致する電圧を供給するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）されたゲート駆動信号が形成される。
【００４２】
インバータ回路５１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、直流電源回路６２より直流電源電圧が供給される。
【００４３】
電圧出力部６１で形成されたゲート駆動信号（上アーム：ｕ，ｖ，ｗ／下アーム：ｘ，ｙ，ｚ）は、インバータ回路５１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Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに一致する、ＰＷＭ変調された三相交流電圧が生成されてリニアモータ１の巻線５に印加される。
【００４４】
上記の構成において、減算器５９ｑ，５９ｄと比例積分器６０ｑ，６０ｄとで、比例積分（ＰＩ）演算による電流ループの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Ｉdref、ｑ軸電流指令Ｉqrefに一致するように制御される。
【００４５】
次に、本実施例の作用について説明する。洗濯乾燥機２１において洗濯運転が行われる場合、洗濯用モータ２５によりドラム２７が回転駆動されると水槽１４に振動が発生する。すると、その振動によって電磁式サスペンション１１の可動子４側が変位し、相対的な変位量が位置センサ８により検出され、位置信号として制御装置４１に出力される。
【００４６】
制御装置４１では、上述したように、位置信号に基づく速度ｖから、水槽１４の振動を回生させるブレーキトルクが演算されてｑ軸電流指令（回生）Ｉqref（回生）が出力され、基部１２に取り付けられた加速度センサ信号に基づく加速度偏差Δａから、水槽１４の振動を減衰させる相殺トルクが演算されてｑ軸電流指令（制振）Ｉqref（制振）が出力される。これらを出力するトルク制御部は、制振・回生実施割合調整手段４３によって、実施割合を調整される。そして、ｑ軸電流指令（制振）とｑ軸電流指令（回生）を加算したｑ軸電流指令Ｉqrefと、ｄ軸電流指令決定手段４７によって出力されたｄ軸電流指令Ｉdrefに基づき電流ループのフィードバック制御が行なわれ、また、位置信号に基づき得られる電気角θeによりベクトル演算が行われｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄが制御され、インバータ回路５１を介してリニアモータ１が駆動される。その結果、リニアモータ１が発生するブレーキトルク及び振動を減衰する相殺トルクを合成したトルクによって、水槽１４に発生した振動が減衰し、電力を回生する。
【００４７】
以上のように本実施例によれば、洗濯機２１の基部１２と水槽１４との間に、リニアモータ１とスプリング１５とを組み合わせてなる電磁式サスペンション１１を配置し、リニアモータ１の固定子７側に位置センサ８を配置する。そして、制御装置４１は、位置演算部５５により位置センサ８より出力される位置信号に基づいて位置θeを検出し、微分器５７により速度ｖ（＝ｄθm／ｄｔ）を検出すると、位置θe及び速度ｖ及び加速度ａとモータ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃとに基づいてリニアモータ１をベクトル制御して、洗濯運転時に水槽１４について生じる振動を抑制し、電力回生するようにした。
【００４８】
すなわち、トルク制御部（制振）４４、トルク制御部（回生）５８により、振動を回生するブレーキトルク及び振動を減衰する相殺トルクを合成したトルクを付与するようにリニアモータ１のトルク電流Ｉｑを制御することで、急峻に変化する振動を高精度に目標値に抑制し、その上で電力回生をすることが可能となる。この場合、トルク制御部（制振）４４は、基部１２の加速度ａに反比例させてｑ軸電流指令Ｉqrefを生成するので、電磁式サスペンション１１について設定した減衰係数ｃを作用させて振動を減衰させることができ、トルク制御部（回生）５８は、可動子４の相対速度ｖに反比例させてｑ軸電流指令Ｉqrefを生成するので、ブレーキトルクを掛け、振動を回生させることができる。
【００４９】
また、本発明の制振制御システムを、商用交流電源より直流電源を生成してモータ２５を動作させ、ドラム２７を回転駆動させる洗濯乾燥機２１に適用したので、洗濯乾燥機２１を、低振動且つ低騒音で動作させ、振動を電力として回生することが可能となる。
【００５０】
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。
【００５１】
リニアモータの可動子を固定側として、固定子を可動側として電磁式アクチュエータを構成しても良いことは勿論である。
【００５２】
リニアモータの電流は、必ずしも３相全てを電流センサ等により検出する必要はなく、何れか２相のみ検出し、残りの１相は演算で求めても良い。
【００５３】
弾性体はスプリング１５に限ることなく、固定側に対して制振対象物を弾性的に支持する構造であればどのようなものでも良い。
【００５４】
電気機器は洗濯機に限ることなく、商用交流電源より直流電源を生成して動作する場合に振動が発生する可動部を有しているものであれば適用が可能である。
【００５５】
また、第１実施例に記載した洗濯機に限ることなく、例えば車両用のショックアブソーバや、精密機器を台車等に乗せて搬送する場合に振動を抑制するために配置されるサスペンション等にも適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１…リニアモータ、３…永久磁石、４…可動子、５…巻線、７…固定子、８…位置センサ、１１…電磁式サスペンション、１２…基部、１４…水槽（制振対象物）、１５…スプリング（弾性体）、２１…ドラム式洗濯乾燥機（電機機器）、２５…永久磁石モータ（動力用モータ）、４１…制御装置、４４…トルク制御部（制振）（ｑ軸電流指令生成手段（制振））、５０…電流センサ（電流検出手段）、５１…インバータ回路（駆動回路）、５５…位置演算部（位相検出手段）、５７…微分器（速度検出手段）、５８…トルク制御部（回生）（ｑ軸電流指令生成手段（回生））、６２…直流電源回路、６３…インバータ回路（駆動回路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振対象物について生じる振動を抑制する制振制御システム，及びその制振制御システムを備えて構成される電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、車両用サスペンションシステムを構成する電磁式アブソーバ（アクチュエータ）が開示されている。上記システムでは、車輪を保持してばね下部の一部分を構成するサスペンションロアアームと、車体に設けられてばね上部の一部分を構成するマウント部との間にそれらを連結するように電磁式アブソーバを配設し、それと並列にエアスプリングを備えている。
【０００３】
上記アクチュエータは、良好な振動減衰特性が要求される場合に、ばね上速度とばね下速度との少なくとも一方に基づいてアクチュエータ力を制御して減衰力を作用させる。それ以外の場合には、アクチュエータ力の発生を専ら電磁モータによる発電を伴うものとすべく、ばね上部とばね下部との相対動作に対してその相対動作の速度に応じた特定の大きさの抵抗力となるアクチュエータ力を発生させる。これら２つの制御は、車体に取り付けられた車速センサ及び加速度センサの信号に基づいて、切換可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１５５７５６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、特許文献１のアクチュエータ制御では、制振を主とする制御と電力回生を主とする制御を切り換えているため、制振を主とする制御を実施中において振動を十分に減衰させている場合に、そのとき回生可能な電力を最大限回収できていないおそれがある。
【０００６】
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、制振と電力回生の実施割合を連続的に調整して、２つの制御を両立することができる制振制御システム，及びその制振制御システムを備えて構成される電気機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の制振制御システムは、制振対象物と基部との間に配置され、固定側に対して制振対象物を弾性的に支持する弾性体と、３相巻線を備える固定子と永久磁石を備える可動子とを有し、前記固定子と前記可動子との何れか一方が前記制振対象物に固定され、他方が前記基部に固定されるリニアモータと、前記巻線に通電される電流を検出する電流検出手段と、前記可動子の相対位置を検出し、位置信号を出力する位置センサと、この位置信号に基づいて前記可動子の速度を検出し、速度信号を出力する速度検出手段と、前記制振対象物の加速度を検出し、加速度信号を出力する加速度センサとを備え、前期電流検出手段により検出される電流と前記位置信号と前記速度と前記加速度とに基づいて前記リニアモータをベクトル制御することで、前記制振対象物について生じる振動を抑制し、前記巻線に通電される電流の位相を調整することで、前記リニアモータにより電源に電力を回生し、前記制振対象物の振動値が、目標振動値に到達していない場合は、制振を主とする制御を実施し、到達している場合は、制振と電力回生を両立する制御を実施し、前記リニアモータが制御を実施しない状態で前記制振対象物の振動値が目標振動値以下となる場合は、回生を主とする制御を実施することで、制振制御及び電力回生制御の実施割合を調整する制御装置とで構成されることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項９記載の電気機器は、請求項１乃至８の何れかに記載の制振制御システムを備え、商用交流電源より直流電源を生成して動作する場合に振動が発生する可動部を有し、当該可動部が前記制振対象物となることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の制振制御システムおよび電気機器によれば、制振と電力回生の実施割合を連続的に調整して２つの制御を両立することで、振動を少なくし、さらに回生を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例であり、リニアモータをベクトル制御する制御装置の電気的構成を示す機能ブロック図
【図２】リニアモータの構成を、一部を透過させて示す斜視図
【図３】電磁式サスペンションの構成を示す正面図
【図４】ドラム式洗濯乾燥機の縦断側面図
【図５】ドラム式洗濯乾燥機の一部を破断して示す斜視図
【図６】制振及び回生制御の電流位相を示す図
【図７】制振及び回生制御の実施割合を示す図
【図８】制振及び回生制御の実施割合の判定手段を示す図
【図９】洗濯機工程における電磁式サスペンションの制御構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図９を参照して説明する。本発明では、リニアモータを用いて電磁式サスペンションを構成する。図２は、リニアモータの構成を、一部を透過させて示す斜視図である。リニアモータ１は、シャフト２と、そのシャフト２にＮ極，Ｓ極が交互に並ぶように配置される永久磁石３（Ｎ，Ｓ）とで構成される可動子４と、内部にＵ，Ｖ，Ｗ相の巻線５を有し、直方体状の本体６を備えてなる固定子７とで構成されている。また、本体６には、可動子４の相対的な変位位置を出力する位置センサ８が配置されている。
【００１２】
そして、図３乃至図５に示すように、本実施例では、リニアモータ１とスプリングとを組み合わせることで、ドラム式洗濯乾燥機（以下、単に洗濯機と称する場合がある）の水槽を支持するための電磁式サスペンション（アブソーバ）１１を構成する。図３は、電磁式サスペンション１１の構成を示す正面図である。洗濯機の底面側に配置される基部１２には支持部材１３が立設されており、その支持部材１３が、リニアモータ１の固定子７を下方側より支持している。リニアモータ１のシャフト２の上端は、洗濯機の水槽１４の一部であるシャフト固定部１４ａに固定されており、シャフト固定部１４ａと固定子７の上端側との間には、スプリング（弾性体）１５が配置されている。したがって、電磁式サスペンション１１が洗濯機に配置された状態では、固定子７が固定側となり、可動子４が可動側となっている。
【００１３】
図４はドラム式洗濯乾燥機の縦断側面図であり、図５は、同一部を破断して示す斜視図である。ドラム式洗濯乾燥機（電機機器）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１４が配置されており、この水槽１４の背面中央部には洗濯用モータとしての永久磁石モータ２５の固定子がねじ止めにより固着されている。そして、水槽（制振対象物）１４は、上述した電磁式サスペンション１１により基部１２上に支持されている。尚、電磁式サスペンション１１は、実際には正面から見て水槽１４の左右に２つ配置されているが、図示しているのは一方のみである。
【００１４】
永久磁石モータ２５の回転軸２６は、後端部（図４では右側の端部）が永久磁石モータ２５の回転子に固定されており、前端部（図４では左側の端部）が水槽１４内に突出している。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１４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２５の駆動により回転軸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。
【００１５】
水槽１４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１４内に給水されるようになっている。また、水槽１４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１４内の水が排出されるようになっている。
【００１６】
水槽１４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１４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１４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１４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１４内に戻されるようになっている。
【００１７】
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や図示しない絞り弁とともにヒートポンプ４０を構成しており、通風ダクト３３内を流れる空気が、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１４内に循環されるようになっている。
【００１８】
図１は、リニアモータ１をベクトル制御する制御装置（ベクトル演算手段）４１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、巻線５に流れる電流を、界磁である永久磁石３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、リニアモータ１の可動子４の移動ピッチを周期として回転する座標系、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軸は永久磁石３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５に流れる電流のｑ軸成分であるｑ軸電流Ｉｑは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）。
【００１９】
電流センサ５０（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータ１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを検出するセンサである。尚、電流センサ５０（電流検出手段）に替えて、インバータ回路５１（駆動回路）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を検出する構成としても良い。尚、電流センサ５０は、実際にはインバータ回路５１の出力端子とモータ１の巻線５との間に介挿されている。
【００２０】
電流センサ５０により検出された電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、Ａ／Ｄ変換器５２によりＡ／Ｄ変換されて、電流変換部５３において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の固定子７に固定された２軸座標系の座標軸である。電流変換部５３における座標変換の計算には、後述する可動子４の位置（α軸とｄ軸との位相差，電気角）θeが用いられる。ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑは、電流制御部５４に与えられている。
【００２１】
リニアモータ１の固定子７に配置されている位置センサ８が出力する位置信号は、Ａ／Ｄ変換器５２によりＡ／Ｄ変換されて、制御装置４１の位置演算部（位相検出手段）５５に与えられている。位置演算部５５は、上記位置信号を可動子４の移動ピッチを周期とする位置θeに変換して、電流変換部５３，後述する電圧変換部５６に出力すると共に、制御装置４１で取扱い可能な形態の距離信号θm（機械角）に変換して微分器（速度検出手段）５７に出力する。微分器５７は、距離信号θmを時間微分した（ｄθm／ｄｔ）速度信号ｖを、トルク制御部（回生）（ｑ軸電流指令生成手段（回生））５８に出力する。
【００２２】
トルク制御部（回生）５８は、洗濯乾燥機２１のドラム２７が回転することで水槽１４に振動が発生した場合に、その振動に応じた可動子の速度に対して減衰ブレーキトルクを発生させるようにｑ軸電流指令を生成出力する。ここで、質量ｍ［ｋｇ］の物体を、ばね乗数ｋ［Ｎ／ｍ］のスプリングと、減衰係数ｃのサスペンションとで並列に支持した振動系（１質点並列振動系）の一般的なモデルを想定する。変位量ｘ［ｍ］を与えた初期状態から、物体を自由減衰振動させた場合の運動方程式は、（１）式となる。
【００２３】
ｍ（ｄ２ｘ／ｄｔ２）＋ｃ（ｄｘ／ｄｔ）＋ｋｘ＝０ …（１）
電磁式サスペンション１１の場合、スプリング１５のばね乗数ｋを考慮して減衰係数ｃを決定する。そして、速度ｖ（＝ｄθm／ｄｔ）に対し、減衰係数ｃを逆極性で乗じることで減衰ブレーキトルクを与え、リニアモータ１のトルク定数Ｋｔの逆数を乗じてトルク（ｑ軸）電流指令（回生）Ｉqref（回生）を生成する。このトルク電流指令（回生）の電流位相は、減衰ブレーキトルクが最大となり、最も回生電力を得ることができるため、回生を主とする制御に使用する。
【００２４】
電磁式サスペンション１１の基部１２に配置されている加速度センサ１６が出力する加速度信号は、Ａ／Ｄ変換器５２によりＡ／Ｄ変換されて、制御装置４１の制振・電力回生両立制御部４２に与えられている。加速度信号ａは、制振・電力回生両立制御部４２の減算器５９ａにおいて、外部より与えられる目標加速度（ゼロ）との差が減算されて、偏差Δａが算出される。加速度偏差Δａは、トルク制御部（制振）４４において比例積分演算され、トルク（ｑ軸）電流指令（制振）Ｉqref（制振）を生成する。
【００２５】
トルク制御部（制振）４４は、洗濯乾燥機２１のドラム２７が回転することで水槽１４に振動が発生した場合に、その振動が基部１２に与える振動（加速度）に対して相殺トルクを発生させるようにｑ軸電流指令を生成出力する。このトルク電流指令（制振）の電流位相は、基部に対する振動相殺トルクが最大となり、最も制振を得ることができるため、制振を主とする制御に使用する。
【００２６】
制振・回生実施割合調整手段４３について図６乃至図９を参照して説明する。図６は、Ｉqref（制振）とＩqref（回生）の位相関係をそれぞれ示したものであり、図６（ａ）は、制振を１００％とした制御の場合のｑ軸電流指令Iqref（制振）を示し、図６（ｂ）は、電力回生を１００％とした制御の場合のｑ軸電流指令Iqref（回生）を示し、図６（ｃ）は、制振・電力回生両立制御の場合のｑ軸電流指令る。制振を主とする制御では、Ｉqrefの位相は、基部１２に与えられる加速度ａの逆位相で与えられる。このとき、例えば、加速度ａ＞０において、ｄ−ｑ軸の電流ベクトルは、ｄ軸電流指令を０として、−ｑ軸方向となる。
【００２７】
電力回生を主とする制御では、Ｉqrefの位相は、モータの固定子７に取り付けられた位置センサ８が出力する位置信号に基づいて算出される可動子４の速度ｖの逆位相で与えられる。このとき、例えば、速度ｖ＞０において、ｄ−ｑ軸の電流ベクトルは、ｄ軸電流指令をｑ軸電流指令と同極性（この場合はマイナス）として、第３象限方向となる。ｄ軸電流の決定方法については後述する。
【００２８】
ここで、制振と電力回生を両立する制御では、Ｉqrefの位相は、上述した２つの制御の電流指令Ｉqref（制振）とＩqref（回生）の電流位相間に位置し、２つの電流指令を合成することで与えられる。制振・回生実施割合調整手段４３は、例えば、図７に示すような線に基づいて、制御の実施割合を決定する係数Ｐ１、Ｐ２を変化させ、トルク制御部（制振）４４、トルク制御部（回生）５８に出力する。このＰ１とＰ２の値は、合計すると２つの制御の実施割合が「１」となるように設定され、例えば実験的に算出する。例えば、図７に示す線のうち、Ｐ１maxから上に凸の線とＰ２maxから下に凸の線は制振を主とする制御（図７中、二点鎖線）、Ｐ１maxから下に凸の線とＰ２maxから上に凸の線は電力回生を主とする制御（図７中、鎖線）の場合のゲイン設定を示す。また、Ｐ１ｍａｘ、Ｐ２ｍａｘの値は等しいとは限らない。制振・回生実施割合調整手段４３は、外部より与えられる目標振動値と基部１２の振動値（加速度）を比較して、前述する線に基づいて、制振及び電力回生の２つの制御の実施割合を決定する。図８に示すように、目標振動値＞実振動値の場合は、制振と電力回生を両立して実施し、実振動値が目標振動値と一致するような実施割合の点で落ち着く。目標振動値＜実振動値の場合は、制振を主とする制御のみを実施し、実振動値が目標振動値以下となるようにする。
【００２９】
これを洗濯機工程に置き換え実施する場合には、図９に示すように制御を切り換える。洗い時は、上述する実施割合の判定方法に基づいてＰ１とＰ２の値を調整し、制振と電力回生を両立して、基部１２が設置されている洗濯機筐体の振動を目標振動値まで低減させ、かつ、そのときに得られる最大の電力を電源に回生する。
【００３０】
脱水時は、低速時、中速時、高速時の３パターンに電磁式サスペンション１１の制御方法が分けられる。まず、脱水の低速時（起動時）は、洗濯槽の共振点が存在するため、洗濯槽の振動が大きくなる。これによって、図示しない洗濯槽の振動を検知する加速度センサの加速度信号が閾値を超え、脱水運転を停止してしまう場合がある。この起動不良を防止するため、電磁式サスペンション１１には、強いダンパ力が求められる。洗濯槽の振動を低減するためには、電磁式サスペンション１１は洗濯槽の振動を抑えるようにブレーキをかければよいので、電力回生を主とする回生ブレーキ制御（電力回生）を実施する。すなわち、Ｐ２の割合をより大きくとった制御を行う。ただし、筐体の振動低減も同時に図るため、例えば、洗濯槽の共振点付近（つまり、図示しない洗濯槽の加速度センサの加速度信号が閾値を超えそうな場合）のみ電力回生制御とし、それ以外の区間は上述する実施割合の判定方法に基づいて、制振と電力回生を両立する。また、脱水の起動時などダンパ力を強くする必要がある場合に、電磁式サスペンションの制御は、回生ブレーキの代わりに、スイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成されるインバータ回路の下アームのみオンさせる短絡ブレーキとする、もしくは可動子４が変位しないよう巻線５に直流を励磁して可動子４を固定子７に対して固定しても良い。
【００３１】
脱水の中速時は、洗い時と同様の制御を実施する。最後に、脱水の高速時を説明する。このモードでは、洗濯乾燥機２１のドラム２７が回転することで水槽１４に発生する振動の周波数が高くなり、電磁式サスペンション１１に取り付けられたスプリング１５によって吸収され、筐体の振動値は目標振動値以下となる。つまり、制振制御を実施する必要がないため、電力回生を主とする制御のみを実施する。ただし、回生ブレーキによって振動値が目標振動値を超える場合には、制振・回生両立制御を実施する。また、脱水の高速時に、電磁式サスペンション１１は、弱いダンパ力が求められており、振動によって変位される可動子は制御を実施せずフリーに可動させ、電力を回生しても良い。
【００３２】
上記のように、洗濯機工程によって連続的に電磁式サスペンション１１の制御を切り換えることで、全工程において筐体の振動を目標値まで低減させ、そのときに回生可能な電力を最も得ることができる。
【００３３】
ここで、インバータ回路５１に駆動用直流電源を供給する直流電源回路６２が、洗濯用モータ（動力用モータ）２５もしくはコンプレッサ３９を駆動するインバータ回路（駆動回路）６３に対しても共通に電源を供給するように構成されている。このため、電磁式サスペンション１１で発生した電力は、インバータ回路５１を介して、直流電源回路６２に回生させることができ、洗濯機システムとして消費電力の低減を図ることができる。また、この回生電力は、図示しない別の直流電源回路に貯蔵するなどして利用することもできる。
【００３４】
また、制振・回生実施割合調整手段４３は、直流電源回路６２より供給される直流電源電圧が変動するのに応じて、２つの制御の実施割合を可変設定するように構成されている。具体的には、直流電源電圧が低下するのに応じて回生制御の割合を増加させる。すなわち、水槽１４に振動が加わった場合にリニアモータ１が制振動作しなければ、その分、リニアモータ１において回生電力が発生し、その電力はインバータ回路５１を介して直流電源回路６２側に回生される。
【００３５】
したがって、直流電源電圧が低下している場合には回生制御の実施割合を大きくして、電磁式サスペンション１１によるアクティブな振動減衰作用を抑制し、直流電源回路６２側に回生させる電力量をより大きくする。それにより、電圧低下の補償を優先させることも可能である。
【００３６】
以上のように、洗濯用モータ２５をインバータ回路６３を介して駆動する場合に、インバータ回路５１，６３に対して、電源回路６２より直流電源を共通に供給し、制振・回生実施割合調整手段４３は、直流電源電圧が低下するのに応じてｑ軸電流指令Ｉqrefの位相を回生制御よりにシフトさせる。したがって、電源電圧が低下した場合には、リニアモータ１が発生した電力を、直流電源回路６２側により多く回生させるようにして、電圧低下を補償することができる。
【００３７】
制振・電力回生両立制御部４２において、トルク電流指令（制振）及びトルク電流指令（回生）は、加算器４５によって加算されて、トルク電流指令Ｉqrefが算出される。制御装置４１の電圧検出部４９は、上記直流電源の電圧を検出し、検出結果をＡ／Ｄ変換器５２に出力する。ｑ軸電流指令制限手段４６は、通常の電流指令制限に加えて、Ａ／Ｄ変換器５２によりＡ／Ｄ変換されて与えられる電源電圧に応じてｑ軸電流指令を制限する。回生電力によって上昇する電源電圧が、外部より与えられる目標電源電圧を超えた場合にｑ軸電流指令を制限する。
【００３８】
トルク電流指令Ｉqrefは、電流制御部５４に出力される。また、制振を主とする制御では、基本的にリニアモータ１は全界磁運転させるため、励磁電流指令Ｉdrefは「０」を与える。回生を実施する制御では、ｄ軸電流指令決定手段４７によって決定される励磁電流指令を与える。ｄ軸電流指令決定手段４７は、外部より与えられる回生電流指令Ｉdqbrkとトルク電流指令Ｉqrefに基づいて次式を使用してｄ軸電流指令Ｉdrefを決定する。
【００３９】
Ｉｄｑｂｒｋ＝√（Ｉｄｒｅｆ２＋Ｉｑｒｅｆ２） …（２）
ここで、ｄ軸電流指令の極性は、ｑ軸電流指令と同極性である。回生電流指令Ｉdqbrkは、例えば実験的に求める。回生電流指令を大きくすればブレーキ力は大きくなり、小さくすればブレーキ力は小さくなる。
【００４０】
これらｄ−ｑ軸電流指令は、電流制御部５４の減算器５９ｑ，５９ｄにおいて、電流変換部５３より出力されるｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑとの差が演算されて、偏差ΔＩｑ，ΔＩｄ が算出される。電流偏差ΔＩｑ，ΔＩｄは、比例積分器６０ｑ，６０ｄにおいて比例積分演算され、ｄ−ｑ座標系で表わされた電圧指令Ｖｑ，Ｖｄが算出される。
【００４１】
電圧指令Ｖｑ，Ｖｄは、電圧変換部５６によりα−β座標系で表わした値に変換され、更にαβ／ａｂｃ座標系で表わした各相電圧指令Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに変換される。各相電圧指令Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは電圧出力部６１に入力され、直流電源電圧に基づいて、指令値に一致する電圧を供給するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）されたゲート駆動信号が形成される。
【００４２】
インバータ回路５１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、直流電源回路６２より直流電源電圧が供給される。
【００４３】
電圧出力部６１で形成されたゲート駆動信号（上アーム：ｕ，ｖ，ｗ／下アーム：ｘ，ｙ，ｚ）は、インバータ回路５１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Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに一致する、ＰＷＭ変調された三相交流電圧が生成されてリニアモータ１の巻線５に印加される。
【００４４】
上記の構成において、減算器５９ｑ，５９ｄと比例積分器６０ｑ，６０ｄとで、比例積分（ＰＩ）演算による電流ループの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Ｉdref、ｑ軸電流指令Ｉqrefに一致するように制御される。
【００４５】
次に、本実施例の作用について説明する。洗濯乾燥機２１において洗濯運転が行われる場合、洗濯用モータ２５によりドラム２７が回転駆動されると水槽１４に振動が発生する。すると、その振動によって電磁式サスペンション１１の可動子４側が変位し、相対的な変位量が位置センサ８により検出され、位置信号として制御装置４１に出力される。
【００４６】
制御装置４１では、上述したように、位置信号に基づく速度ｖから、水槽１４の振動を回生させるブレーキトルクが演算されてｑ軸電流指令（回生）Ｉqref（回生）が出力され、基部１２に取り付けられた加速度センサ信号に基づく加速度偏差Δａから、水槽１４の振動を減衰させる相殺トルクが演算されてｑ軸電流指令（制振）Ｉqref（制振）が出力される。これらを出力するトルク制御部は、制振・回生実施割合調整手段４３によって、実施割合を調整される。そして、ｑ軸電流指令（制振）とｑ軸電流指令（回生）を加算したｑ軸電流指令Ｉqrefと、ｄ軸電流指令決定手段４７によって出力されたｄ軸電流指令Ｉdrefに基づき電流ループのフィードバック制御が行なわれ、また、位置信号に基づき得られる電気角θeによりベクトル演算が行われｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄが制御され、インバータ回路５１を介してリニアモータ１が駆動される。その結果、リニアモータ１が発生するブレーキトルク及び振動を減衰する相殺トルクを合成したトルクによって、水槽１４に発生した振動が減衰し、電力を回生する。
【００４７】
以上のように本実施例によれば、洗濯機２１の基部１２と水槽１４との間に、リニアモータ１とスプリング１５とを組み合わせてなる電磁式サスペンション１１を配置し、リニアモータ１の固定子７側に位置センサ８を配置する。そして、制御装置４１は、位置演算部５５により位置センサ８より出力される位置信号に基づいて位置θeを検出し、微分器５７により速度ｖ（＝ｄθm／ｄｔ）を検出すると、位置θe及び速度ｖ及び加速度ａとモータ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃとに基づいてリニアモータ１をベクトル制御して、洗濯運転時に水槽１４について生じる振動を抑制し、電力回生するようにした。
【００４８】
すなわち、トルク制御部（制振）４４、トルク制御部（回生）５８により、振動を回生するブレーキトルク及び振動を減衰する相殺トルクを合成したトルクを付与するようにリニアモータ１のトルク電流Ｉｑを制御することで、急峻に変化する振動を高精度に目標値に抑制し、その上で電力回生をすることが可能となる。この場合、トルク制御部（制振）４４は、基部１２の加速度ａに反比例させてｑ軸電流指令Ｉqrefを生成するので、電磁式サスペンション１１について設定した減衰係数ｃを作用させて振動を減衰させることができ、トルク制御部（回生）５８は、可動子４の相対速度ｖに反比例させてｑ軸電流指令Ｉqrefを生成するので、ブレーキトルクを掛け、振動を回生させることができる。
【００４９】
また、本発明の制振制御システムを、商用交流電源より直流電源を生成してモータ２５を動作させ、ドラム２７を回転駆動させる洗濯乾燥機２１に適用したので、洗濯乾燥機２１を、低振動且つ低騒音で動作させ、振動を電力として回生することが可能となる。
【００５０】
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。
【００５１】
リニアモータの可動子を固定側として、固定子を可動側として電磁式アクチュエータを構成しても良いことは勿論である。
【００５２】
リニアモータの電流は、必ずしも３相全てを電流センサ等により検出する必要はなく、何れか２相のみ検出し、残りの１相は演算で求めても良い。
【００５３】
弾性体はスプリング１５に限ることなく、固定側に対して制振対象物を弾性的に支持する構造であればどのようなものでも良い。
【００５４】
電気機器は洗濯機に限ることなく、商用交流電源より直流電源を生成して動作する場合に振動が発生する可動部を有しているものであれば適用が可能である。
【００５５】
また、第１実施例に記載した洗濯機に限ることなく、例えば車両用のショックアブソーバや、精密機器を台車等に乗せて搬送する場合に振動を抑制するために配置されるサスペンション等にも適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１…リニアモータ、３…永久磁石、４…可動子、５…巻線、７…固定子、８…位置センサ、１１…電磁式サスペンション、１２…基部、１４…水槽（制振対象物）、１５…スプリング（弾性体）、２１…ドラム式洗濯乾燥機（電機機器）、２５…永久磁石モータ（動力用モータ）、４１…制御装置、４４…トルク制御部（制振）（ｑ軸電流指令生成手段（制振））、５０…電流センサ（電流検出手段）、５１…インバータ回路（駆動回路）、５５…位置演算部（位相検出手段）、５７…微分器（速度検出手段）、５８…トルク制御部（回生）（ｑ軸電流指令生成手段（回生））、６２…直流電源回路、６３…インバータ回路（駆動回路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制振対象物と基部との間に配置され、固定側に対して制振対象物を弾性的に支持する弾性体と、
３相巻線を備える固定子と、永久磁石を備える可動子とを有し、前記固定子と前記可動子との何れか一方が前記制振対象物に固定され、他方が前記基部に固定されるリニアモータと、
前記巻線に通電される電流を検出する電流検出手段と、
前記可動子の相対位置を検出し、位置信号を出力する位置センサと、
この位置信号に基づいて前記可動子の速度を検出し、速度信号を出力する速度検出手段と、
前記制振対象物の加速度を検出し、加速度信号を出力する加速度センサとを備え、
前期電流検出手段により検出される電流と前記位置信号と前記速度と前記加速度とに基づいて前記リニアモータをベクトル制御することで、前記制振対象物について生じる振動を抑制し、
前記巻線に通電される電流の位相を調整することで、前記リニアモータにより電源に電力を回生し、
前記制振対象物の振動値が、目標振動値に到達していない場合は、制振を主とする制御を実施し、
到達している場合は、制振と電力回生を両立する制御を実施し、
前記リニアモータが制御を実施しない状態で前記制振対象物の振動値が目標振動値以下となる場合は、回生を主とする制御を実施することで、
制振制御及び電力回生制御の実施割合を調整する制御装置とで構成されることを特徴とする制振制御システム。
【請求項２】
前記基部が設置されている側より振動を受ける場合、
前記制御装置は、
外部より与えられる前記制振対象物の目標加速度信号と、前記加速度信号との差分に基づいて、リニアモータの推力となるｑ軸電流指令を生成出力する電流指令生成出力手段を有し、
前記制振対象物の加速度が前記目標加速度に一致するように制御することを特徴とする請求項１記載の制振制御システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記加速度信号と、前記速度信号とに基づいて、ｑ軸電流指令を生成する制振・回生割合調整手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の制振制御システム。
【請求項４】
前記制振・回生調整手段は、前記速度に基づき演算される第１ｑ軸電流指令と、前記加速度に基づき演算される第２ｑ軸電流指令とを、割合を調整し、合成してｑ軸電流指令を生成することを特徴とする請求項３記載の制振制御システム。
【請求項５】
動力用モータと、この動力用モータに通電を行い駆動する駆動回路とを備え、前記動力用モータが前記制振対象物に対する振動の発生源となる場合、
前記駆動回路に供給される直流電源と、前記リニアモータに通電を行い駆動する駆動回路に供給される直流電源とが共通化されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４の何れかに記載の制振制御システム。
【請求項６】
前記制御装置は、外部より与えられる前記駆動回路の目標電源電圧を電力回生時に前記直流電源の電圧が超えないように、前記ｑ軸電流指令を制限する電流指令制限手段を有することを特徴とする請求項５記載の制振制御システム。
【請求項７】
前記制御装置は、回生時に外部より与えられる回生電流指令と、前記ｑ軸電流指令との関係から電流位相を調整するｄ軸電流指令を決定することを特徴とする請求項６記載の制振制御システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記制振対象物が共振している場合は、回生を主とする制御を実施することを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れかに記載の制振制御システム。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の制振制御システムを備え、
商用交流電源より直流電源を生成して動作する場合に振動が発生する可動部を有し、当該可動部が前記制振対象物となることを特徴とする電気機器。
【請求項１】
制振対象物と基部との間に配置され、固定側に対して制振対象物を弾性的に支持する弾性体と、
３相巻線を備える固定子と、永久磁石を備える可動子とを有し、前記固定子と前記可動子との何れか一方が前記制振対象物に固定され、他方が前記基部に固定されるリニアモータと、
前記巻線に通電される電流を検出する電流検出手段と、
前記可動子の相対位置を検出し、位置信号を出力する位置センサと、
この位置信号に基づいて前記可動子の速度を検出し、速度信号を出力する速度検出手段と、
前記制振対象物の加速度を検出し、加速度信号を出力する加速度センサとを備え、
前期電流検出手段により検出される電流と前記位置信号と前記速度と前記加速度とに基づいて前記リニアモータをベクトル制御することで、前記制振対象物について生じる振動を抑制し、
前記巻線に通電される電流の位相を調整することで、前記リニアモータにより電源に電力を回生し、
前記制振対象物の振動値が、目標振動値に到達していない場合は、制振を主とする制御を実施し、
到達している場合は、制振と電力回生を両立する制御を実施し、
前記リニアモータが制御を実施しない状態で前記制振対象物の振動値が目標振動値以下となる場合は、回生を主とする制御を実施することで、
制振制御及び電力回生制御の実施割合を調整する制御装置とで構成されることを特徴とする制振制御システム。
【請求項２】
前記基部が設置されている側より振動を受ける場合、
前記制御装置は、
外部より与えられる前記制振対象物の目標加速度信号と、前記加速度信号との差分に基づいて、リニアモータの推力となるｑ軸電流指令を生成出力する電流指令生成出力手段を有し、
前記制振対象物の加速度が前記目標加速度に一致するように制御することを特徴とする請求項１記載の制振制御システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記加速度信号と、前記速度信号とに基づいて、ｑ軸電流指令を生成する制振・回生割合調整手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の制振制御システム。
【請求項４】
前記制振・回生調整手段は、前記速度に基づき演算される第１ｑ軸電流指令と、前記加速度に基づき演算される第２ｑ軸電流指令とを、割合を調整し、合成してｑ軸電流指令を生成することを特徴とする請求項３記載の制振制御システム。
【請求項５】
動力用モータと、この動力用モータに通電を行い駆動する駆動回路とを備え、前記動力用モータが前記制振対象物に対する振動の発生源となる場合、
前記駆動回路に供給される直流電源と、前記リニアモータに通電を行い駆動する駆動回路に供給される直流電源とが共通化されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４の何れかに記載の制振制御システム。
【請求項６】
前記制御装置は、外部より与えられる前記駆動回路の目標電源電圧を電力回生時に前記直流電源の電圧が超えないように、前記ｑ軸電流指令を制限する電流指令制限手段を有することを特徴とする請求項５記載の制振制御システム。
【請求項７】
前記制御装置は、回生時に外部より与えられる回生電流指令と、前記ｑ軸電流指令との関係から電流位相を調整するｄ軸電流指令を決定することを特徴とする請求項６記載の制振制御システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記制振対象物が共振している場合は、回生を主とする制御を実施することを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れかに記載の制振制御システム。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の制振制御システムを備え、
商用交流電源より直流電源を生成して動作する場合に振動が発生する可動部を有し、当該可動部が前記制振対象物となることを特徴とする電気機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１０６５７１（Ｐ２０１１−１０６５７１Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６２１０９（Ｐ２００９−２６２１０９）
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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