專利名稱：馬達控制裝置、馬達控制系統(tǒng)及洗滌機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動永久磁鐵馬達的馬達控制裝置、具備上述永久磁鐵馬達和上述馬
達控制裝置的馬達控制系統(tǒng)及洗滌機，其中該永久磁鐵馬達在轉(zhuǎn)子中配置有具有磁化量能夠變更的程度的低矯頑力的永久磁鐵。
背景技術(shù)：
近年來，以降低功耗為目的，通過變換器(inverter)裝置對永久磁鐵馬達進行矢量控制、從低速到高速可變速運轉(zhuǎn)的技術(shù)正在普及。此外，在專利文獻l(日本特開2006-280195號公報)中，作為能夠遍及整個可變速運轉(zhuǎn)范圍地提高馬達效率、實現(xiàn)可靠性的提高的永久磁鐵式馬達，公開了以下這樣的結(jié)構(gòu)。該馬達具備設(shè)有繞組的定子、在由定子繞組的電流產(chǎn)生的磁場作用下磁通密度不可逆地變化的程度的低矯頑力的永久磁鐵、和配置有具有上述低矯頑力的2倍以上的矯頑力的高矯頑力的永久磁鐵的轉(zhuǎn)子。并且，在進行要求電源電壓的最大電壓以上的高速旋轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的情況下，通過基于電流的磁場使低矯頑力的永久磁鐵磁化來調(diào)節(jié)全交鏈磁通，以使低矯頑力的永久磁鐵與高矯頑力的永久磁鐵產(chǎn)生的全部交鏈磁通減少。 在專利文獻1中，通過對在矢量控制運算中得到的d軸電流進行通電控制而不可逆地進行減磁，但如果是在該文獻中例示的2極/3槽(slot)構(gòu)造的馬達的情況，則用來使磁鐵磁化的通電次數(shù)l次就可以，通電時的轉(zhuǎn)子位置(磁化位置)也不會特別成為問題。
但是，例如4極/3槽構(gòu)造的馬達的情況下的磁化特性受d軸電流的通電次數(shù)及磁化位置、還有磁化時的馬達的轉(zhuǎn)速等較大地影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對于4極以上的馬達能夠使用低成本的位置傳感器進行永久磁鐵的磁化的馬達控制裝置、具備上述永久磁鐵馬達和上述馬達控制裝置的馬達控制系統(tǒng)、以及洗滌機。 技術(shù)方案1的馬達控制裝置，驅(qū)動永久磁鐵馬達，該永久磁鐵馬達在轉(zhuǎn)子上配置有多個磁化量能夠變化的程度的低矯頑力的永久磁鐵，其特征在于，該馬達控制裝置具備 位置檢測機構(gòu)，使用1個以上的位置傳感器檢測上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置； 變換器電路，連接在直流電壓源與上述馬達的繞組之間，將多個半導(dǎo)體開關(guān)元件
多相連接而構(gòu)成；以及 磁化控制機構(gòu)，通過經(jīng)由上述變換器電路對上述馬達的繞組進行通電而將構(gòu)成上述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁化， 該磁化控制機構(gòu)通過在基于由上述位置傳感器輸出的傳感器信號而確定的相同的定時進行兩次通電，從而將上述多個永久磁鐵都磁化為相同水平。 根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在將多個低矯頑力永久磁鐵配置在永久磁鐵馬達的轉(zhuǎn)子上的情況下，通過基于從構(gòu)成位置檢測機構(gòu)的位置傳感器輸出的傳感器信號在相同的定時進行兩次磁化用的通電，能夠?qū)⑺械挠谰么盆F磁化為相同水平，能夠使永久磁鐵馬達的特性較大地變化。 技術(shù)方案8的馬達控制系統(tǒng)的特征在于，具備上述永久磁鐵馬達和技術(shù)方案1的馬達控制裝置而構(gòu)成。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠通過技術(shù)方案1的馬達控制裝置控制永久磁鐵馬達。 技術(shù)方案9的洗滌機的特征在于，具備技術(shù)方案8的馬達控制系統(tǒng)，通過上述永久磁鐵馬達產(chǎn)生用來進行洗滌運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)洗滌運轉(zhuǎn)的狀況，通過技術(shù)方案8的馬達控制裝置使永久磁鐵馬達的磁化量變化，使該馬達的特性適當化。


圖1是應(yīng)用在洗滌機中的情況下的第1實施例，是表示矢量控制馬達的旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)的功能塊圖。 圖2(a)是表示永久磁鐵馬達的結(jié)構(gòu)的從定子側(cè)觀察的俯視圖，圖2(b)是表示轉(zhuǎn)子的一部分的立體圖。 圖3是表示洗滌干燥機的結(jié)構(gòu)的縱剖側(cè)視圖。
圖4是表示加熱泵的結(jié)構(gòu)的圖。 圖5是表示由霍爾傳感器輸出的位置信號Hu、Hv、Hw與電角度的關(guān)系的圖。 圖6是表示將鋁鎳鈷磁鐵磁化的情況下的定子與轉(zhuǎn)子的位置關(guān)系的圖。 圖7是在馬達啟動時將鋁鎳鈷磁鐵磁化的情況下的定時圖。 圖8是馬達的定速旋轉(zhuǎn)時的對應(yīng)于圖7的圖(其l)。 圖9是馬達的定速旋轉(zhuǎn)時的對應(yīng)于圖7的圖(其2)。 圖10是第2實施例，是表示光學(xué)式位置傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。 圖11是說明光學(xué)式位置傳感器的位置檢測的圖。
具體實施例方式(第1實施例) 以下，參照圖1至圖9對第1實施方式進行說明。圖2(a)是表示永久磁鐵馬達l(外轉(zhuǎn)子型無刷馬達)的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2(b)是立體圖。另外，該永久磁鐵馬達1是將具有與在專利文獻1中公開的結(jié)構(gòu)同樣的特征的馬達構(gòu)成為外轉(zhuǎn)子型的結(jié)構(gòu)。
永久磁鐵馬達1由定子2和設(shè)在其外周的轉(zhuǎn)子3構(gòu)成。定子2由定子芯4和定子繞組5構(gòu)成。定子芯4是通過將沖切形成的作為軟磁性體的硅鋼板層疊多片并斂縫而構(gòu)成的，具有環(huán)狀的磁軛部4a、和從該磁軛部4a的外周部以放射狀突出的多個齒部4b。定子芯4的表面除了在與轉(zhuǎn)子3的內(nèi)周面之間形成空隙的外周面4c (各齒部4b的前端面)以外，被PET (polyethylene ter印hthalate :聚對苯二甲酸乙二醇酯)樹脂(填充樹脂)覆蓋。
此外，在定子2的內(nèi)周部一體地成形有由該PET樹脂構(gòu)成的多個安裝部6。在這些安裝部6上設(shè)有多個螺孔6a，通過將這些安裝部6螺釘固定，定子2在此情況下被固定在滾筒式洗滌干燥機21的水槽25(參照圖3)的背面上。定子繞組5由三相構(gòu)成，巻繞在各齒
5部4b上。 轉(zhuǎn)子3是將框架7、轉(zhuǎn)子芯8和多個永久磁鐵9用未圖示的填充樹脂一體化的結(jié)構(gòu)。框架7是將作為磁性體的例如鐵板壓力加工而形成為扁平的有底圓筒狀的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子芯8是將沖切形成為大致環(huán)狀的作為軟磁性體的硅鋼板層疊多片后斂縫而構(gòu)成的，配置在框架7的內(nèi)周部上。轉(zhuǎn)子芯8的內(nèi)周面(與定子2的外周面(定子芯4的外周面)對置而在與該定子2之間形成空隙的面)形成為具有朝向內(nèi)方以圓弧狀突出的多個凸部8a的凹凸狀。 在這些多個凸部8a的內(nèi)部中，形成有沿軸向(硅鋼板的層疊方向)貫通轉(zhuǎn)子芯8的矩形狀的插入孔13，成為這些多個插入孔13在轉(zhuǎn)子芯8上以環(huán)狀配置的結(jié)構(gòu)。此外，這些多個插入孔13由短邊的長度不同的兩種插入孔13a、13b構(gòu)成，這些插入孔13a、13b沿著轉(zhuǎn)子芯8的周向各1個交替地配置。 永久磁鐵9由插入在插入孔13a中的矩形狀的釹磁鐵9a (高矯頑力永久磁鐵)、和插入在插入孔13b中的矩形狀的鋁鎳鈷磁鐵9b(低矯頑力永久磁鐵)構(gòu)成。在此情況下，釹磁鐵9a的矯頑力是約900kA/m，鋁鎳鈷磁鐵9b的矯頑力是約100kA/m，矯頑力差異9倍左右。即，永久磁鐵9a由矯頑力不同的兩種永久磁鐵9a、9b構(gòu)成，這些永久磁鐵9a、9b在轉(zhuǎn)子芯8內(nèi)部中以大致環(huán)狀且各1個交替地配置。 另外，釹磁鐵9a是高矯頑力、鋁鎳鈷磁鐵9b是低矯頑力、是在如后述那樣對定子2的繞組通以磁化電流的情況下，在能夠使鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化量變化的程度的電流下，在釹磁鐵9a的磁化量不變化的基準下，將前者稱作高矯頑力，將后者稱作低矯頑力。
此外，這兩種永久磁鐵9a、9b分別用1種形成1磁極，配設(shè)為，使其磁化方向沿著永久磁鐵馬達1的徑向(從永久磁鐵馬達1的外周部朝向定子2與轉(zhuǎn)子3之間的空隙的方向)。如果這樣將兩種永久磁鐵9a、9b交替地配置以使其磁化方向沿著徑向，則成為彼此相鄰地配置的永久磁鐵9a、9b相互沿相反方向具有磁極的狀態(tài)( 一個N極為內(nèi)側(cè)、另一個N極為外側(cè)的狀態(tài))，在這些釹磁鐵9a與鋁鎳鈷磁鐵9b之間沿例如箭頭B所示的方向產(chǎn)生磁路徑(磁通)。另外，用上方的虛線表示的箭頭是經(jīng)由轉(zhuǎn)子芯8的磁通。S卩，磁路徑形成為，使其穿過矯頑力較大的釹磁鐵9a與矯頑力較小的鋁鎳鈷磁鐵9b兩者。
并且，永久磁鐵馬達1為48極/36槽結(jié)構(gòu)，每3槽對應(yīng)著4極(4極/3槽)。
接著，對具備如上述那樣構(gòu)成的永久磁鐵馬達1的滾筒式洗滌干燥機21的結(jié)構(gòu)進行說明。圖3是概略地表示滾筒式洗滌干燥機21的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的縱剖側(cè)視圖。形成滾筒式洗滌干燥機21的外殼的外箱22在前面上具有以圓形狀開口的洗滌物出入口 23，該洗滌物出入口 23通過門24開閉。在外箱22的內(nèi)部，配置有背面封閉的有底圓筒狀的水槽25，在該水槽25的背面中央部，通過螺釘固定而固定著上述永久磁鐵馬達1 (轉(zhuǎn)子2)。永久磁鐵馬達1的旋轉(zhuǎn)軸26的后端部(在圖3中是右側(cè)的端部)固定在永久磁鐵馬達1 (轉(zhuǎn)子3)的軸安裝部10上，前端部(在圖3中是左側(cè)的端部)突出到水槽25內(nèi)。
在旋轉(zhuǎn)軸26的前端部上，固定著背面封閉的有底圓筒狀的滾筒27，以使其相對于水槽25為同軸狀，滾筒27通過永久磁鐵馬達1的驅(qū)動而與轉(zhuǎn)子3及旋轉(zhuǎn)軸26 —體地旋轉(zhuǎn)。另外，在滾筒27上，設(shè)有能夠流通空氣及水的多個流通孔28、和在滾筒27的旋轉(zhuǎn)時起到將內(nèi)部的洗滌物舀起的作用的多個擋板29。在水槽25上連接著給水閥30，如果將該給水閥30開放，則向水槽25內(nèi)供水。此外，在水槽25上連接著具有排水閥31的排水管32，如果將該排水閥31開放，則將水槽25內(nèi)的水排出。 在水槽25的下方，設(shè)有向前后方向延伸的通風管道33。通風管道33的前端部經(jīng) 由前部管道34連接到水槽25內(nèi)，后端部經(jīng)由后部管道35連接到水槽25內(nèi)。在通風管道 33的后端部上設(shè)有送風風扇36，通過該送風風扇36的送風作用，將水槽25內(nèi)的空氣如圖 中箭頭所示那樣從前部管道34送到通風管道33內(nèi)，并在通過后部管道35后送回到水槽25 內(nèi)。 在通風管道33內(nèi)部的前端側(cè)配置有蒸發(fā)器37，在后端側(cè)配置有冷凝器38。這些 蒸發(fā)器37及冷凝器38與壓縮機39及節(jié)流閥40 —起構(gòu)成加熱泵41 (參照圖4)，在通風管 道33內(nèi)流動的空氣被蒸發(fā)器37除濕并被冷凝器38加熱，在水槽25內(nèi)循環(huán)。節(jié)流閥40由 膨脹閥構(gòu)成，具有開度調(diào)節(jié)功能。 操作面板42配置在外箱22的前面且門24的上方，在該操作面板42上，設(shè)有用來 設(shè)定運轉(zhuǎn)方式(course)等的多個操作開關(guān)(未圖示)。操作面板42連接在以微型計算機 為主體構(gòu)成、控制滾筒式洗滌干燥機21的整體運轉(zhuǎn)的控制電路部(未圖示)上，該控制電 路部按照經(jīng)由操作面板42設(shè)定的內(nèi)容，一邊控制永久磁鐵馬達1、供水閥30、排水閥31、壓 縮機39、節(jié)流閥40等的驅(qū)動一邊執(zhí)行各種運轉(zhuǎn)方式。此外，雖然沒有圖示，但構(gòu)成壓縮機 39的壓縮機馬達也采用與永久磁鐵馬達1同樣的結(jié)構(gòu)。 圖1是用框圖表示對永久磁鐵馬達1進行矢量控制的馬達控制裝置50的結(jié)構(gòu)的 圖。另外，上述壓縮機馬達也通過同樣的結(jié)構(gòu)進行控制。在矢量控制中，將在電樞繞組中流 動的電流分離為作為勵磁的永久磁鐵的磁通方向、和與其正交的方向而獨立地對它們進行 調(diào)節(jié)，控制磁通和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。在電流控制中，使用以與馬達1的轉(zhuǎn)子3 —起旋轉(zhuǎn)的坐標系、 即所謂的d-q坐標系表示的電流值，d軸是安裝在轉(zhuǎn)子3上的永久磁鐵形成的磁通方向，q 軸是正交于d軸的方向。作為在繞組中流動的電流的q軸成分的q軸電流Iq，是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)矩的成分(轉(zhuǎn)矩成分電流)，作為其d軸成分的d軸電流Id是形成磁通的成分(勵磁或 磁化成分電流)。 電流傳感器51 (U、 V、 W)是分別檢測流到馬達1的各相(U相、V相、W相)中的電 流Iu、Iv、Iw的傳感器。另外，也可以做成代替電流傳感器51(電流檢測機構(gòu))而將3個分 路電阻配置在構(gòu)成變換器電路52 (驅(qū)動機構(gòu))的下臂側(cè)的開關(guān)元件與地之間，并基于它們 的端子電壓檢測電流Iu、 Iv、 Iw的結(jié)構(gòu)。 由電流傳感器51檢測到的電流Iu、Iv、Iw如果被未圖示的A/D變換器進行了 A/D 變換，則在由uvw/dq坐標變換器53變換為2相電流I a 、113之后，再變換為d軸電流Id、 q軸電流Iq。 a、P是固定在馬達1的定子上的2軸坐標系的坐標軸。在這里的坐標變換 的計算中使用相位9。該相位9由切換開關(guān)56選擇使用由速度位置推測部54推測的轉(zhuǎn) 子的旋轉(zhuǎn)位置推測值(a軸與d軸之間的相位差的推測值)e—est、或者由速度位置檢測部 55檢測到的旋轉(zhuǎn)位置檢測值e_h。此外，旋轉(zhuǎn)速度"由與切換開關(guān)56聯(lián)動的切換開關(guān)57 選擇來輸出由速度位置推測部54推測的馬達1的旋轉(zhuǎn)速度(角速度)"—est、或者由速度 位置檢測部55檢測的旋轉(zhuǎn)速度"_h。 磁化控制部58(磁化控制機構(gòu))將基于上述相位9及旋轉(zhuǎn)速度"而決定的、用 來將鋁鎳鈷磁鐵9b磁化的磁化電流指令I(lǐng)cLcom2輸出給加法器59。加法器59將對磁化電 流指令I(lǐng)cLcom2加上了弱勵磁電流指令I(lǐng)cLcoml的結(jié)果，作為d軸電流指令值Id_ref輸出
7到電流控制部60。此外，如果將從外部賦予的轉(zhuǎn)速指令值"_ref在減法器61中求出與旋 轉(zhuǎn)速度"的差，則將其偏差A(yù) "在比例積分器62中進行比例積分運算，作為q軸電流指 令值Iq_ref輸出到電流控制部60。 在電流控制部60中，在減法器63d、63q中分別求出d軸電流指令值Id_ref、 q軸 電流指令值Iq_ref與d軸電流Id、q軸電流Iq之間的差，將各個差在比例積分器64d、64q 中進行比例積分運算。將比例積分運算的結(jié)果作為用d-q坐標系表示的輸出電壓指令值 Vd、 Vq，輸出到dq/uvw坐標變換器65。 在dq/uvw坐標變換器65中，將電壓指令值Vd、 Vq變換為用a - |3坐標系表示的 值之后，再變換為定子2的各相電壓指令值Vu 、 Vv、 Vw。另外，在dq/uvw坐標變換器65中 的坐標變換的計算中，也使用后述的表示磁極的旋轉(zhuǎn)位置的相位e 。 將各相電壓指令值Vu、 Vv、 Vw輸入到電力變換部66中，為了供給與指令值一致的 電壓而形成脈沖寬度調(diào)制后的門極驅(qū)動信號。變換器電路52例如將IGBT等的開關(guān)元件三 相橋接而構(gòu)成，從未圖示的直流電源電路接受直流電壓的供給。由電力變換部66形成的門 極驅(qū)動信號被傳送到構(gòu)成變換器電路52的各開關(guān)元件的門極，由此生成P麗調(diào)制成與各相 電壓指令值Vu、 Vv、Vw —致的三相交流電壓，施加在馬達1的定子繞組5上。
在上述結(jié)構(gòu)中，在電流控制部60中進行基于比例積分(PI)運算的反饋控制，控制 d軸電流Id、q軸電流Iq以使其分別與d軸電流指令值Id_ref 、q軸電流指令值Iq_ref — 致。將作為其控制結(jié)果而推測的旋轉(zhuǎn)速度"—est作為旋轉(zhuǎn)速度"反饋到減法器61中，比 例積分器62通過比例積分運算使偏差A(yù) "收斂為零。結(jié)果，使旋轉(zhuǎn)速度"與轉(zhuǎn)速指令值 w—ref —至文。 速度位置推測部54 (速度位置推測機構(gòu))是分別推測馬達1的角速度"、表示轉(zhuǎn) 子的旋轉(zhuǎn)位置的相位e的機構(gòu)，存儲有作為馬達l的電路常數(shù)(馬達常數(shù))的電樞繞組的 d軸電感Ld、 q軸電感Lq、繞組電阻值R的各值，并且被輸入d軸電流Id、 q軸電流Iq及d 軸輸出電壓指令值Vd。速度位置推測部54利用(1)式的d軸馬達電壓方程式推測馬達l 的旋轉(zhuǎn)速度"_est。 Vd = R Id+w_est Lq Iq ... (1) 再將角速度"_est用積分器67積分，將其積分結(jié)果作為旋轉(zhuǎn)位置推測值9 _est 輸出。 在馬達l中，配置有3個(U、V、W)使用霍爾IC構(gòu)成的位置傳感器霍爾傳感器68， 由這些霍爾傳感器68輸出的位置信號Hu、 Hv、 Hw被傳送給速度位置檢測部55。速度位置 檢測部55基于位置信號Hu、 Hv、 Hw計算旋轉(zhuǎn)位置檢測值9 Ji、旋轉(zhuǎn)速度檢測值"_h并輸 出。 圖5是表示由3個霍爾傳感器68輸出的位置信號Hu、Hv、Hw與電角度之間的關(guān)系 的圖。位置信號Hu、 Hv、 Hw的上升沿以60度間隔配置，以使其分別為電角度30度、-30度 (330度)、90度。在此情況下，電角度0度位于位置信號Hv的上升沿與位置信號Hu的上升 沿之間的中間相位。因而，如果也加上各位置信號的下降沿，則能夠得到將電角度1周期以 60度間隔分割的轉(zhuǎn)子位置。 另外，在以上的結(jié)構(gòu)中，對馬達控制裝置50加上了永久磁鐵馬達1之后，構(gòu)成了馬 達控制系統(tǒng)70。此外，除了變換器電路52、電力變換部66以外的部分，是通過構(gòu)成馬達控
8制裝置50的微型計算機的軟件實現(xiàn)的功能。 接著，對具備上述那樣的永久磁鐵馬達1的滾筒式洗滌干燥機21的作用進行說 明。如果通過控制電路部的控制而經(jīng)由變換器電路52使定子繞組5通電，則電樞反作用帶 來的外部磁場(通過在定子繞組5中流動的電流產(chǎn)生的磁場)作用在轉(zhuǎn)子3的永久磁鐵 9a、9b上。并且，這些永久磁鐵9a、9b中的、矯頑力較小的鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化狀態(tài)，通過 該電樞反作用帶來的外部磁場而被減磁或增磁，由此，使交鏈于定子繞組5的磁通量(交鏈 磁通量)增減。所以，在本實施例中，控制電路部通過控制對定子繞組5的通電，按照運轉(zhuǎn) 行程(洗滌行程、脫水行程、干燥行程)切換鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化狀態(tài)。這里，對各運轉(zhuǎn)行 程中的動作內(nèi)容依次說明。 首先，在洗滌行程中，控制電路部將供水閥30開放而向水槽25內(nèi)進行供水，接著 使?jié)L筒27旋轉(zhuǎn)而進行洗滌。在該洗滌行程中，為了通過擋板29將含有水的洗滌物舀起而 需要使?jié)L筒27以高轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)速度可以是低速。所以，控制電路部經(jīng)由磁化控制部 58控制變換器電路52進行的對定子繞組5的通電，以使鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化狀態(tài)增磁。 由此，作用在定子繞組5上的磁通量變多(磁力變強)，所以能夠使?jié)L筒27以高轉(zhuǎn)矩低速度 旋轉(zhuǎn)。 接著，在脫水行程中，控制電路部將排水閥31開放而將水槽25內(nèi)的水排出，接著 通過使?jié)L筒27高速旋轉(zhuǎn)，將洗滌物中含有的水分脫水。在該脫水行程中，為了提高脫水效 率而需要使?jié)L筒27以高速旋轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)矩較小也可以。所以，控制電路部控制變換器電路52 進行的對定子繞組5的通電，以使鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化狀態(tài)減磁。由此，作用在定子繞組 5上的磁通量變少(磁力變?nèi)?，所以能夠使?jié)L筒27以低轉(zhuǎn)矩高速度旋轉(zhuǎn)。
最后，在干燥行程中，控制電路部驅(qū)動送風風扇36及加熱泵41并使?jié)L筒27旋轉(zhuǎn)， 進行洗滌物的干燥。在該干燥行程中，控制電路部為下次的洗滌行程做準備，控制變換器電 路52進行的對定子繞組5的通電，以使鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化狀態(tài)增磁。由此，能夠成為使 作用在定子繞組5上的磁通量增加的狀態(tài)，在下次的洗滌行程中，容易使?jié)L筒27以高轉(zhuǎn)矩 低速度旋轉(zhuǎn)。 接著，也參照圖6及圖7，對如上述那樣根據(jù)洗滌干燥機21的運轉(zhuǎn)狀態(tài)變更鋁鎳鈷 磁鐵9b的磁化量、馬達1的磁通量、特性的情況下的控制進行說明?，F(xiàn)在，如果假設(shè)馬達1 的定子2與轉(zhuǎn)子3的位置關(guān)系處于圖6 (a)所示的狀態(tài)，則為了產(chǎn)生圖中用A表示的使鋁鎳 鈷磁鐵9b增磁的磁場，對U相、W相的繞組5進行通電。 在此情況下，在定子2產(chǎn)生的磁場中，通過隔1個地配置在轉(zhuǎn)子3上的釹磁鐵9a 和鋁鎳鈷磁鐵9b中的、占所有的鋁鎳鈷磁鐵9b的1/2的磁鐵A的磁化磁通量成為最大，對 于作為剩余的1/2的鋁鎳鈷磁鐵9b(以下稱作磁鐵B)，定子2產(chǎn)生的磁場不作用(即，磁化 磁通量為最小)，不發(fā)生增磁、減磁。 并且，在將磁鐵B增磁時，如果馬達l是在旋轉(zhuǎn)過程中，則如圖6(b)所示，在磁鐵B 到達圖6(a)中的磁鐵A的位置的時刻，通以第2次的增磁電流。在該位置關(guān)系中，通過磁 鐵B的磁化磁通量成為最大，對于磁鐵A，定子2產(chǎn)生的磁場沒有作用，不會給已經(jīng)磁化的狀 態(tài)帶來影響。 此外，如果馬達1的旋轉(zhuǎn)是處于停止中，則進行基于直流勵磁的定位，使轉(zhuǎn)子3運 動而通電，以成為圖6(a)所示的位置關(guān)系。在使鋁鎳鈷磁鐵9b減磁的情況下，只要以與上
9述同樣的位置關(guān)系使對U相、W相的繞組5通電的電流的極性反轉(zhuǎn)就可以。鋁鎳鈷磁鐵9b 的增減磁量根據(jù)對繞組5通電的電流量而決定，所以在想要使增減磁的變化量變大的情況 下，優(yōu)選地通以與其成比例的振幅的電流。 接著，對可通電電流與馬達轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系進行說明。 一般，如果馬達的轉(zhuǎn)速上 升，則與其成比例地，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓水平也上升。(2)式是q軸馬達電壓方程式，如果馬達 1的感應(yīng)電壓Eq增加，則可知對應(yīng)于此q軸電壓Vq也增加。
Vq = R Iq-w Ld Id+Eq ...(2) 并且，(3)式是變換器電路52的輸出電壓Vdq，是d軸電壓Vd與q軸電壓Vq的平 方和的平方根。另外，V ()表示括號內(nèi)的數(shù)值的平方根。
VdQ=/* (Vd2 + Vq2) …(3) 此外，從對變換器電路52供給的直流電源電壓Vdc減去輸出電壓Vdq的V (3)倍
后的值，為變換器電路52的剩余電壓Vdc'。Vdc' =Vdc—, (3) VdQ …(4) 以該剩余電壓Vdc'的量進行通電，通電電流是用來使鋁鎳鈷磁鐵9b增減磁的電 流。 例如，如果馬達1是停止中，則感應(yīng)電壓是零，所以能夠使用100%將直流電源電 壓Vdc進行磁化。另一方面，在馬達1的轉(zhuǎn)速較高、輸出電壓Vdq達到了直流電源電壓Vdc 的90%左右的情況下，用來磁化的通電電流成為10%。增減磁電流Id用(5)式表示。
Id = Vdc， /(R+w Ld) ... (5) 這里的"是將增減磁電流Id的上升、下降時間換算為頻率的值。即，如果能夠使 用的電壓較小則增減磁電流也變小，所以在想要使鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化量更大地變化的 情況下，優(yōu)選地在馬達1的轉(zhuǎn)速較低的期間中進行。 并且，如果為了在圖6 (a)、圖6 (b)所示那樣的位置進行鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化而將 圖6 (a)中Z所示的磁鐵9b的位置設(shè)為電角度0度，則圖6 (a)所示的定子2與轉(zhuǎn)子3之間 的位置關(guān)系對應(yīng)于電角度-150度。此外，圖6(b)所示的位置關(guān)系對應(yīng)于下個電角度周期 的-150度。所以，在本實施例中，將霍爾傳感器68U配置為，使該傳感器68U輸出的位置信 號Hu的下降沿對應(yīng)于電角度-150度。 圖7是在從馬達1的旋轉(zhuǎn)停止的狀態(tài)開始，剛剛啟動之后的低速期間中，在圖 6(a)、圖6(b)所示的位置進行鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化的情況下的定時圖。在馬達1停止的 狀態(tài)下，q軸電流Iq、d軸電流Id都是零，基于由霍爾傳感器68檢測到的轉(zhuǎn)子位置電角度 通以q軸電流Iq，啟動馬達1 (參照圖7 (d)，時刻(l))。 并且，在作為位置信號Hu的下降沿定時(-150度)的圖7(a)、圖7(b)的時刻(2)， 將d軸電流Id以脈沖狀輸出(增減磁電流)，進行第l次磁化(磁鐵A的磁化)。在將鋁 鎳鈷磁鐵9b增磁的情況下通以正極性的電流，在減磁的情況下通以負極性的電流。通電時 間例如為lms 20ms左右。如果進行第1次通電，則接著進行馬達1的啟動，在電角度為1 周期后的下個位置信號Hu的下降沿定時，也同樣將d軸電流Id以脈沖狀輸出，在圖7(a)、 圖7 (b)的時刻(3)所示的位置進行第2次磁化(磁鐵B的磁化)。 在此情況下，從馬達1停止的狀態(tài)起，在最初檢測到位置信號Hu的下降沿的定時， 和從此處起、旋轉(zhuǎn)電角度360度后的下個相同沿檢測定時，進行通電。馬達l的轉(zhuǎn)速處于非常低速的區(qū)域中，在用在洗滌干燥機21中的馬達l的情況下，如果考慮滾筒27及負荷的慣 性，則可以設(shè)想轉(zhuǎn)速例如為5 10rpm左右。如果設(shè)馬達1的感應(yīng)電壓常數(shù)為0. 25[V/rpm] 左右，則產(chǎn)生的感應(yīng)電壓是2. 5V左右，所以如果對變換器52供給的直流電源電壓是280V， 則可以將接近于其大致100 %的電壓量用于增減磁用的通電。 此外，在此情況下，優(yōu)選地使增減磁電流的振幅的峰值與電角度-150度一致。例 如，在增減磁電流的上升、下降中分別需要5ms的情況下，與其對應(yīng)而進行調(diào)節(jié)，以使通電 定時成為對應(yīng)于5ms的相位的超前側(cè)。將該調(diào)節(jié)廣義化(一般化)時，如果設(shè)從速度位置 檢測部55、或者速度位置推測部54傳送的馬達1的轉(zhuǎn)速為"(Hz)，設(shè)增減磁電流的上升時 間為t(sec)，則調(diào)節(jié)相位角eadd(deg)用(6)式表示。
9add = tX"X360 ... (6) 例如如果設(shè)為t = 5ms， " = 20Hz，則成為e add = 36度，所以實際的通電開始 角度只要設(shè)為-150-36 = -186 (度)、即+174度就可以。 此外，在圖7所示的定時進行2次磁化，與在圖8及圖9所示的定時進行2次磁化 的情況是同樣的。圖8及圖9是僅表示圖7的(b) 、 (e)的圖，圖8是對于使馬達1以一定 速度旋轉(zhuǎn)的情況與圖7同樣地進行磁化的情況。此外，圖9是在與圖8同樣地定速旋轉(zhuǎn)的 情況下、在通過第1次通電將磁鐵A磁化的3電氣周期后進行第2次通電，將磁鐵B磁化 的情況。即，是因為每當經(jīng)過1個電氣周期則適當?shù)拇呕瘜ο蟠盆F交替地變化為B、 A、 B、 A、 ......。 以上，根據(jù)本實施例，對于將低矯頑力的鋁鎳鈷磁鐵9b配置在轉(zhuǎn)子3上而構(gòu)成的 48極/36槽的永久磁鐵馬達1配置霍爾傳感器68，磁化控制部58在基于從霍爾傳感器輸出 的傳感器信號而確定的相同的定時，經(jīng)由變換器電路52對馬達1的繞組5進行2次通電， 將配置在轉(zhuǎn)子3上的所有的鋁鎳鈷磁鐵9b磁化為相同水平。 g卩，在48極/36槽結(jié)構(gòu)的情況下，特定的電角度的定子2和轉(zhuǎn)子3成為適合于將 與釹磁鐵9a隔1個配置的鋁鎳鈷磁鐵9b的1/2磁化的位置關(guān)系，如果從該狀態(tài)起，電角度 經(jīng)過1個周期，則成為適合于將鋁鎳鈷磁鐵9b的剩余1/2磁化的位置關(guān)系。因而，能夠?qū)?配置在轉(zhuǎn)子3上的所有的鋁鎳鈷磁鐵9b磁化為相同水平。 此外，由于磁化控制部58在與穿過作為磁化對象的鋁鎳鈷磁鐵9b (例如圖6所示 的磁鐵A)的磁通量為最大、并且穿過磁化對象以外的鋁鎳鈷磁鐵9b(通用，例如圖6所示 的磁鐵B)的磁通量為最小的旋轉(zhuǎn)位置相對應(yīng)的定時進行磁化，所以在將鋁鎳鈷磁鐵9b的 總數(shù)的1/2磁化的情況下，能夠避免給剩余1/2的鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化狀態(tài)帶來影響。
并且，由于將作為霍爾傳感器68之一的傳感器68U配置在馬達1中，以使磁化控 制部58在進行磁化的旋轉(zhuǎn)位置輸出位置信號Hu的水平變化為最大的下降沿，所以只要檢 測到該下降沿就能夠容易地確定磁化定時。此外，由于磁化控制部58在馬達1剛剛啟動之 后即進行磁化，所以在馬達1產(chǎn)生的感應(yīng)電壓較低的期間，能夠以較高的電壓通電而磁化， 能夠使鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化量較大地變化。 此外，由于磁化控制部58對應(yīng)于馬達1的旋轉(zhuǎn)速度變快的情況而進行調(diào)節(jié)，以使 得進行磁化的定時向超前側(cè)偏移，所以能夠在磁化電流振幅的峰值處產(chǎn)生的磁場為最大的 位置將鋁鎳鈷磁鐵9b磁化。 并且，由于洗滌干燥機21通過永久磁鐵馬達1產(chǎn)生用來進行洗滌運轉(zhuǎn)及脫水運轉(zhuǎn)
11的驅(qū)動力，所以，通過根據(jù)在洗滌運轉(zhuǎn)中要求的低速旋轉(zhuǎn)/高輸出轉(zhuǎn)矩下的驅(qū)動特性、在脫 水運轉(zhuǎn)中要求的高速旋轉(zhuǎn)/低輸出轉(zhuǎn)矩下的驅(qū)動特性而使馬達1的特性變化，以適當?shù)男?率進行運轉(zhuǎn)，能夠降低功耗。特別是，在脫水運轉(zhuǎn)中，可以不需要進行弱勵磁控制，或者使弱 勵磁控制為最小限度而使馬達1的轉(zhuǎn)速上升，能夠提高效率。此外，對于對構(gòu)成加熱泵41 的壓縮機39進行驅(qū)動的永久磁鐵馬達，如果也同樣地進行控制，則在進行干燥運轉(zhuǎn)的情況 下也能夠得到同樣的效果。
(第2實施例) 圖10及圖11是表示第2實施例的圖，對于與第1實施例相同的部分賦予相同的
標號而省略說明，以下對不同的部分進行說明。在第2實施例中，表示代替第1實施例的霍
爾傳感器68而使用光學(xué)式的位置傳感器71來作為位置檢測機構(gòu)的情況。 圖10(b)是表示構(gòu)成轉(zhuǎn)子3的框架7的下端側(cè)的一部分的立體圖，而在框架7的
下端部，對應(yīng)于鋁鎳鈷磁鐵9b的各位置而配置有凸部72。位置傳感器71是透射型的光傳
感器，如圖10(a)所示，由發(fā)光元件71T與受光元件71R的組合構(gòu)成。并且，以對應(yīng)于電角
度60度的間隔，在圖10(a)中從進深側(cè)到近前側(cè)，依次配置有71W、71U、71V。 圖10(c)表示在組裝了馬達1的狀態(tài)下、將作為固定側(cè)的位置傳感器71與凸部72
組合的狀態(tài)。即，組合為，使得如果馬達3旋轉(zhuǎn)則凸部72通過位置傳感器71的發(fā)光元件
71T與受光元件71R之間，如圖11所示，在凸部72通過兩者間時，通過發(fā)光元件71T發(fā)出的
光被遮擋、受光元件71R變得不能受光，輸出信號(位置信號)從高電平變化為低電平。 在使用以上那樣構(gòu)成的位置傳感器71的情況下，也能夠得到與第1實施例同樣的
作用效果。此外，由于光學(xué)式的位置傳感器71與霍爾傳感器68相比是低成本的，所以能夠
得到成本優(yōu)勢。 本發(fā)明并不僅限于上述或附圖中記載的實施例，可以進行以下這樣的變形或擴展。 也可以在馬達1的旋轉(zhuǎn)即將停止之前進行鋁鎳鈷磁鐵9b的磁化。 進行磁化的定時并不需要調(diào)節(jié)為使其與位置信號Hu的下降沿一致，也可以是上
升沿、或Hv、Hw的邊沿。此外，并不一定需要調(diào)節(jié)為使其對應(yīng)于邊沿，也可以調(diào)節(jié)為，使其成
為以邊沿為基準、相差了規(guī)定相位的定時。 也可以應(yīng)用在專利文獻1中公開那樣的、IPM(Interior Permanentmagnet ;內(nèi)部 永磁鐵)型的永久磁鐵馬達中。 也可以應(yīng)用在不具有干燥功能的洗滌機中。 低矯頑力永久磁鐵并不限于鋁鎳鈷磁鐵9b，只要是矯頑力低到在通過經(jīng)由變換器 電路進行通電而產(chǎn)生的磁場作用下、磁化量能夠變化的程度的永久磁鐵，則材料沒有限制。 同樣，高矯頑力永久磁鐵也并不限于釹磁鐵9a。 進而，通過使低矯頑力永久磁鐵的磁化量變化，在能夠滿足所要求的運轉(zhuǎn)特性的 情況下，不需要高矯頑力永久磁鐵。 永久磁鐵馬達并不限于48極/36槽結(jié)構(gòu)，只要是每3槽4極的結(jié)構(gòu)的馬達就可以 使用。 對應(yīng)于磁化電流的上升時間的定時的修正，只要根據(jù)需要進行就可以。例如，在上 升時間非常短而沒有影響的情況、或根據(jù)已知的上升時間調(diào)節(jié)了位置傳感器的配置的情況下，不需要修正。 此外，并不限于洗滌機或空調(diào)機，只要是使具備低矯頑力永久磁鐵而構(gòu)成的馬達 的磁通量變化的裝置，就能夠廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求
一種馬達控制裝置，驅(qū)動永久磁鐵馬達，該永久磁鐵馬達在轉(zhuǎn)子上配置有多個磁化量能夠變化的程度的低矯頑力的永久磁鐵，其特征在于，該馬達控制裝置具備位置檢測機構(gòu)，使用1個以上的位置傳感器檢測上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置；變換器電路，連接在直流電壓源與上述馬達的繞組之間，將多個半導(dǎo)體開關(guān)元件多相連接而構(gòu)成；以及磁化控制機構(gòu)，在通過經(jīng)由上述變換器電路對上述馬達的繞組進行通電而將構(gòu)成上述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁化的情況下，通過在基于由上述位置傳感器輸出的傳感器信號而確定的相同的定時進行兩次通電，從而將上述多個永久磁鐵都磁化為相同水平。
2. 如權(quán)利要求l所述的馬達控制裝置，其特征在于， 將4極/3槽結(jié)構(gòu)的永久磁鐵馬達作為驅(qū)動對象。
3. 如權(quán)利要求l所述的馬達控制裝置，其特征在于，將上述轉(zhuǎn)子交替地配置有上述低矯頑力的永久磁鐵、和磁化量不變化的程度的高矯頑 力的永久磁鐵的結(jié)構(gòu)的永久磁鐵馬達，作為驅(qū)動對象。
4. 如權(quán)利要求l所述的馬達控制裝置，其特征在于，上述磁化控制機構(gòu)在與穿過作為磁化對象的永久磁鐵的磁通量為最大、并且穿過其他 永久磁鐵的磁通量為最小的旋轉(zhuǎn)位置相對應(yīng)的定時，進行磁化。
5. 如權(quán)利要求4所述的馬達控制裝置，其特征在于，上述位置傳感器的至少1個配置在上述馬達中，以使得在上述磁化控制機構(gòu)進行磁化 的旋轉(zhuǎn)位置傳感器信號的水平變化為最大。
6. 如權(quán)利要求l所述的馬達控制裝置，其特征在于，上述磁化控制機構(gòu)在上述馬達剛剛啟動之后、或者在上述馬達即將停止之前進行磁化。
7. 如權(quán)利要求l所述的馬達控制裝置，其特征在于， 還具備檢測上述馬達的旋轉(zhuǎn)速度的速度檢測機構(gòu)；上述磁化控制機構(gòu)對應(yīng)于上述旋轉(zhuǎn)速度變快而調(diào)節(jié)進行磁化的定時，以使得該定時向 超前側(cè)偏移。
8. —種馬達控制系統(tǒng)，其特征在于，具備永久磁鐵馬達，在轉(zhuǎn)子上配置有多個磁化量能夠變化的程度的低矯頑力的永久磁鐵； 位置檢測機構(gòu)，使用1個以上的位置傳感器檢測上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置； 變換器電路，連接在直流電壓源與上述馬達的繞組之間，將多個半導(dǎo)體開關(guān)元件多相 連接而構(gòu)成；以及磁化控制機構(gòu)，在通過經(jīng)由上述變換器電路對上述馬達的繞組進行通電而將構(gòu)成上述 轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁化的情況下，通過在基于由上述位置傳感器輸出的傳感器信號而確定的 相同的定時進行兩次通電，從而將上述多個永久磁鐵都磁化為相同水平。
9. 一種洗滌機，其特征在于， 具備永久磁鐵馬達，在轉(zhuǎn)子上配置有多個磁化量能夠變化的程度的低矯頑力的永久磁鐵； 位置檢測機構(gòu)，使用1個以上的位置傳感器檢測上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置； 變換器電路，連接在直流電壓源與上述馬達的繞組之間，將多個半導(dǎo)體開關(guān)元件多相連接而構(gòu)成；以及磁化控制機構(gòu)，在通過經(jīng)由上述變換器電路對上述馬達的繞組進行通電而將構(gòu)成上述 轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁化的情況下，通過在基于由上述位置傳感器輸出的傳感器信號而確定的 相同的定時進行兩次通電，從而將上述多個永久磁鐵都磁化為相同水平；通過上述永久磁鐵馬達，產(chǎn)生用來進行洗滌運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力。
全文摘要
本發(fā)明提供馬達控制裝置、馬達控制系統(tǒng)及洗滌機。本發(fā)明的馬達控制裝置，驅(qū)動在轉(zhuǎn)子上配置有多個磁化量能夠變更的程度低矯頑力的永久磁鐵的永久磁鐵馬達，其特征在于，具備位置檢測機構(gòu)，使用1個以上的位置傳感器檢測上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置；變換器電路，連接在直流電壓源與上述馬達的繞組之間，將多個半導(dǎo)體開關(guān)元件多相連接而構(gòu)成；磁化控制機構(gòu)，通過經(jīng)由上述變換器電路對上述馬達的繞組進行通電而將構(gòu)成上述轉(zhuǎn)子的永久磁鐵磁化；上述磁化控制機構(gòu)通過在基于由上述位置傳感器輸出的傳感器信號而確定的相同的定時進行兩次通電，將上述多個永久磁鐵都磁化為相同水平。
文檔編號H02P6/16GK101729011SQ200910206330
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者前川佐理, 永井一信 申請人:株式會社東芝