(57)【要約】【課題】安価で且つ小規模な回路で、安定した昇圧動作を行うことができる昇圧回路を備えた洗濯機を提供する。【解決手段】実施形態の洗濯機は、直流電力を交流電力に変換し、洗濯運転を行うための回転駆動力を発生させるモータと、このモータを駆動するインバータ回路と、このインバータ回路に駆動用電源を供給する昇圧回路とを備え、前記昇圧回路は、交流電源にリアクトルを介して接続される整流回路と、この整流回路の出力端子間に接続されるスイッチング素子と、前記整流回路の出力端子間に接続されるダイオード及び平滑コンデンサの直列回路と、前記スイッチング素子を前記交流電源の周波数に同期させてスイッチング制御する制御回路とを備える。【選択図】図１
2020150711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換し、洗濯運転を行うための回転駆動力を発生させるモータと、
このモータを駆動するインバータ回路と、
このインバータ回路に駆動用電源を供給する昇圧回路とを備え、
前記昇圧回路は、
交流電源にリアクトルを介して接続される整流回路と、
この整流回路の出力端子間に接続されるスイッチング素子と、
前記整流回路の出力端子間に接続されるダイオード及び平滑コンデンサの直列回路と、
前記スイッチング素子を、前記交流電源の周波数に同期させてスイッチング制御する制御回路とを備える洗濯機。
【請求項２】
前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する電圧検出部を備え、
前記制御回路は、前記端子電圧が目標電圧に近付くように前記スイッチング素子のスイッチングを制御する請求項１記載の洗濯機。
【請求項３】
前記制御回路は、前記スイッチング素子をオンさせるパルス信号の幅を、交流電源電圧のゼロクロス点が経過した後、前記電圧の波高値が高くなるのに応じて短くするように制御する請求項２記載の洗濯機。
【請求項４】
前記制御回路は、前記スイッチング素子をオンさせる回数を変化させることで、出力電圧の昇圧率を調整する請求項２又は３記載の洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インバータ回路に駆動用電源を供給する昇圧回路を備えた洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、洗濯機の洗い運転や脱水運転を行うためのモータをインバータ回路により駆動制御する構成では、インバータ回路に供給する直流電源の電圧を昇圧回路によって昇圧する場合がある。昇圧回路は、例えば交流部に挿入されるリアクトルと、整流回路と、整流回路の出力側に接続されるスイッチング素子と、そのスイッチングを制御する制御回路とを備える。そして、スイッチング素子は、数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚ程度の高い周波数でＰＷＭ制御される。
【０００３】
また、洗い運転時には倍電圧整流を行い、脱水運転時には倍電圧整流を停止させて昇圧に切り替えるものや、倍電圧整流を行いながら交流部のリアクトルに短絡電流を流すことで昇圧を行う構成も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４６７７８号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２４９４号公報
【特許文献３】特開２０１５−２０８３９１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、従来の構成では、リアクトルに高周波でも低損失である材料を用いる必要があったり、倍電圧整流回路と昇圧回路とを備えるため回路部品が多くなり、コストが高くなる問題があった。
そこで、安価で且つ小規模な回路で、安定した昇圧動作を行うことができる昇圧回路を備えた洗濯機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の洗濯機は、直流電力を交流電力に変換し、洗濯運転を行うための回転駆動力を発生させるモータと、
このモータを駆動するインバータ回路と、
このインバータ回路に駆動用電源を供給する昇圧回路とを備え、
前記昇圧回路は、
交流電源にリアクトルを介して接続される整流回路と、
この整流回路の出力端子間に接続されるスイッチング素子と、
前記整流回路の出力端子間に接続されるダイオード及び平滑コンデンサの直列回路と、
前記スイッチング素子を、前記交流電源の周波数に同期させてスイッチング制御する制御回路とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態であり、洗濯機に搭載され、昇圧回路を備えるインバータ装置の構成を示す図
【図２】駆動電源回路の構成を示す図
【図３】制御回路がＩＧＢＴをスイッチング制御するパルス信号を生成するため、ソフトウェアにより実現される機能部分を示すブロック図
【図４】時間／パルス数変換部が短絡時間指令をＩＧＢＴのオンパルス数に変換するテーブルを示す図
【図５】短絡パルス出力部がオンパルスの出力タイミングを制御するテーブルを示す図
【図６】昇圧回路の昇圧動作を示す電圧，電流及び信号波形図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、洗濯機に搭載され、昇圧回路を備えるインバータ装置１の構成を示す。１００Ｖの商用交流電源には、一端側にリアクトル２を介して、４つのダイオードをブリッジ接続してなる整流ブリッジ回路３が接続される。整流ブリッジ回路３の出力端子間には、スイッチング素子であるＩＧＢＴ４のコレクタ，エミッタと、ダイオード５及び平滑コンデンサ６の直列回路とが並列に接続されている。ＩＧＢＴ４のコレクタ，エミッタ間には、フリーホイールダイオード７が接続されている。
【０００９】
平滑コンデンサ６の両端には、抵抗素子８ａ及び８ｂの直列回路８と、５Ｖの制御用電源を生成する電源回路９と、インバータ回路１０とが並列に接続されている。抵抗素子８ａ及び８ｂの共通接続点は、後述する制御回路１５の入力端子に接続されている。インバータ回路１０は、スイッチング素子である例えば６個のＩＧＢＴ１１を３相ブリッジ接続して構成されている。ＩＧＢＴ１１のコレクタ，エミッタ間には、フリーホイールダイオード１２が接続されている。インバータ回路１０の各相出力端子は、モータ１３のスター結線されている各相固定子巻線の一端にそれぞれ接続されている。モータ１３は、例えばＤＣブラシレスモータであり、洗い運転や脱水運転を行うため、例えば洗濯機のドラムや縦型洗濯機のパルセータ，回転槽等を回転駆動する。
【００１０】
インバータ回路１０の負側と制御回路グランドとの間には、抵抗素子１４が接続されている。抵抗素子１４の両端は、マイクロコンピュータで構成される制御回路１５の入力端子にそれぞれ接続されている。抵抗素子１４は、インバータ回路１０を介してモータ１３に通電される相電流を検出するもので、本実施形態では１シャント電流検出方式を採用している。制御回路１５は、抵抗素子１４の端子電圧を所定のタイミングでＡ／Ｄ変換して読み込むことで、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相電流を検出する。そして、制御回路１５は、検出した電流に基づいてＰＷＭ信号を生成し、インバータ回路１０を構成する各ＩＧＢＴ１１にゲート信号として出力する。制御回路１５の動作電源電圧は、例えば５Ｖである。
【００１１】
また、制御回路１５は、ドライバであるフォトカプラ１６を介してＩＧＢＴ４にゲート信号を出力する。フォトカプラ１６には、電圧が例えば１５Ｖの電源が、ＩＧＢＴ４の駆動用電源として供給される。そして、リアクトル２，整流ブリッジ回路３，ＩＧＢＴ４，ダイオード５，平滑コンデンサ６及び制御回路１５により、昇圧回路１７が構成されている。
【００１２】
図２は、ＩＧＢＴ４の駆動用電源を生成する駆動電源回路２１の構成を示している。駆動電源回路２１は、整流ブリッジ回路３の出力端子間に接続されている。前記出力端子間の脈流電圧の最大値は１４０Ｖ程度である。駆動電源回路２１は、抵抗素子２２及びツェナーダイオード２３の直列回路と、ツェナーダイオード２３に並列に接続される電解コンデンサ２４とを備える。抵抗素子２２は、例えば抵抗値２０ｋΩ，ワット数３Ｗであり、ツェナーダイオード２３のツェナー電圧は１５Ｖである。これにより、ドライバグランドを基準とする１５Ｖの駆動用電源が生成される。
【００１３】
また、整流ブリッジ回路３の入力端子には、ＩＧＢＴ４をスイッチングするタイミングの起点となる交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路１８が設けられている。このゼロクロス検出回路１８で検出したゼロクロス点を起点とした所定のタイミングでＩＧＢＴ４はオンされる。
【００１４】
図３は、制御回路１５がＩＧＢＴ４をスイッチング制御するゲート信号としてパルス信号を生成するため、ソフトウェアにより実現される機能部分を示すブロック図である。電圧制御部３１は、昇圧目標とする設定電圧，例えば３００Ｖのデータを減算器３２に入力する。電圧検知部３３は、抵抗直列回路８により分圧されて検出される平滑コンデンサ６の端子電圧のデータを減算器３２に入力する。減算器３２は、設定電圧と実際の端子電圧との差分を電圧ＰＩ部３４に入力する。
【００１５】
電圧ＰＩ部３４が設定電圧との差分をＰＩ（Proportional Integral）演算すると、その演算結果が短絡時間指令；交流電源の半周期に対するデューティ比となって時間／パルス数変換部３５に入力される。時間／パルス数変換部３５は、短絡時間指令を、交流電源の半周期内にＩＧＢＴ４をオンさせるパルスの数に変換する。例えば図４に示すように、
デューティ比                  オンパルス数
３．２％以下                      ０個
３．２％超〜６．４％以下          １個
６．４％超〜８．４５％以下        ２個
…                              …
１５．８５％超〜                  １１個
といったように変換する。
【００１６】
短絡パルス出力部３６は、時間／パルス数変換部３５より入力される数のオンパルス，すなわち、整流ブリッジ回路３の出力端子間を短絡するパルスを、交流電源の半周期内に出力するように、その出力タイミングを制御する。例えば図５に示すように、交流電源周波数が６０Ｈｚであれば、１回目の短絡パルスを電源電圧のゼロクロス点から１．６０ｍ秒後に出力し、そのパルス幅を０．１５ｍ秒とする。１回目の短絡パルスを出力すると、０．０５ｍ秒のオフ時間をおいて２回目の短絡パルスを出力し、そのパルス幅を０．１５ｍ秒とする。２回目の短絡パルスを出力すると、同じく０．０５ｍ秒のオフ時間をおいて３回目の短絡パルスを出力し、そのパルス幅を０．１０ｍ秒とする。以降同様にして、４回目の短絡パルスのパルス幅を０．０８ｍ秒とし、５回目以降の短絡パルスのパルス幅を０．０５ｍ秒とする。
【００１７】
図６は、交流電源周波数が６０Ｈｚであり、短絡パルス数が「１０」の場合のパルス信号波形と、リアクトル２に流れる電流の波形と、平滑コンデンサ６の端子電圧波形とを示している。昇圧回路１７の昇圧動作によって、平滑コンデンサ６の端子電圧が設定電圧の３００Ｖ付近に制御されている。
【００１８】
以上のように本実施形態によれば、洗濯運転を行うための回転駆動力を発生させるモータ１３を駆動するインバータ回路１０に対し、駆動用電源を供給する昇圧回路１７を備える。昇圧回路１７は、交流電源にリアクトル２を介して接続される整流回路３と、整流回路３の出力端子間に接続されるＩＧＢＴ４と、同出力端子間に接続されるダイオード５及び平滑コンデンサ６の直列回路と、ＩＧＢＴ４を交流電源の周波数に同期させてスイッチング制御する制御回路１５とを備える。
【００１９】
すなわち、昇圧回路を構成するために整流回路を別途設ける必要が無いので、昇圧回路１７を部品点数が少なく小型で低コストに構成でき、駆動用電源の電圧を交流電源電圧やモータ１３の出力状態に依らず安定化できる。そして、ＩＧＢＴ４のスイッチング回数を低減して安価なリアクトル２を使用できる。
【００２０】
また、制御回路１５は、抵抗直列回路８により平滑コンデンサ６の端子電圧を検出し、前記端子電圧が目標電圧に近付くようにＩＧＢＴ４のスイッチングを制御するので、駆動用電源の電圧を安定化させて不意の過電圧による回路の故障を防止し、モータ１３の効率を向上させることができる。
【００２１】
また、制御回路１５は、ＩＧＢＴ４をオンさせるパルス信号の幅を、交流電源電圧のゼロクロス点が経過した後、前記電圧の波高値が高くなるのに応じて短くするように制御する。加えて、制御回路１５は、ＩＧＢＴ４をオンさせる回数を変化させることで、出力電圧の昇圧率を調整するので、リアクトル２からの放電に基づく電圧を効率的に取り出して力率を改善できる。更に、スイッチング周波数を低く抑えてリアクトル２及びＩＧＢＴ４における損失を低減できる。
【００２２】
（その他の実施形態）
スイッチング素子はＩＧＢＴに限ることなく、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタでも良い。
電圧の具体的な数値は、適宜変更して良い。
図４に示すＰＷＭ信号のデューティ比とオンパルス数との関係も適宜変更して良い。
図５に示す遅延時間やパルス幅の具体数値も適宜変更して良い。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２４】
図面中、１はインバータ装置、２はリアクトル、３は整流ブリッジ回路、４はＩＧＢＴ、５はダイオード、６は平滑コンデンサ、８は直列回路、１０はインバータ回路、１５は制御回路、１７は昇圧回路、１８はゼロクロス点検出回路を示す。
【図１】
2020150711.tif 000003
【図２】
2020150711.tif 000004
【図３】
2020150711.tif 000005
【図４】
2020150711.tif 000006
【図５】
2020150711.tif 000007
【図６】
2020150711.tif 000008