(57)【要約】【課題】電力損失の少ない単相整流回路およびそれを用いた洗濯機を提供する。【解決手段】洗い運転のとき、開閉器４０をオンし、検出回路４４の検出電圧Ｖin≧０の場合ＭＯＳトランジスタ３７ｐをオン、３７ｎをオフし、Ｖin＜０の場合ＭＯＳトランジスタ３７ｐをオフ、３７ｎをオンする。脱水運転のとき、開閉器４０をオフし、Ｖin≧０の場合ＭＯＳトランジスタ３７ｎをＰＷＭ駆動し、３７ｐを相補信号によりＰＷＭ駆動し、Ｖin＜０の場合ＭＯＳトランジスタ３７ｐをＰＷＭ駆動し、３７ｎを相補信号によりＰＷＭ駆動する。乾燥運転のとき、開閉器４０をオフし、Ｖin≧０の場合ＭＯＳトランジスタ３７ｐをオン、３７ｎをオフし、Ｖin＜０の場合ＭＯＳトランジスタ３７ｐをオフ、３７ｎをオンする。【選択図】図１
2008109770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の出力電源線の間に第１接続点を挟んで直列に接続された第１、第２のＭＯＳトランジスタと、前記出力電源線の間に第２接続点を挟んで直列に接続された第１、第２のダイオードと、前記出力電源線の間に第３接続点を挟んで直列に接続された第１、第２のコンデンサと、前記第２接続点と前記第３接続点との間に接続された開閉器と、単相交流電源と前記第１接続点および前記第２接続点とを繋ぐ入力電源線に介在するリアクトルと、前記第２接続点に対する前記第１接続点の電圧を検出する電圧検出手段と、この検出電圧に基づいて前記第１、第２のＭＯＳトランジスタをオンオフ制御する制御回路とを備えていることを特徴とする単相整流回路。
【請求項２】
前記第１、第２のＭＯＳトランジスタは、同じ定格電流を持つダイオードと比較して当該定格電流におけるドレイン・ソース間電圧が当該ダイオードの順方向電圧よりも低くなるようなドレイン・ソース間オン抵抗を有していることを特徴とする請求項１記載の単相整流回路。
【請求項３】
前記制御回路は、前記開閉器をオンとし、前記検出電圧が正の場合に前記第１のＭＯＳトランジスタをオン駆動するとともに前記第２のＭＯＳトランジスタをオフ駆動し、前記検出電圧が負の場合に前記第２のＭＯＳトランジスタをオン駆動するとともに前記第１のＭＯＳトランジスタをオフ駆動する第１の制御モードを実行可能であることを特徴とする請求項１または２記載の単相整流回路。
【請求項４】
前記制御回路は、前記開閉器をオフとし、前記検出電圧が正の場合に前記第２のＭＯＳトランジスタをＰＷＭ駆動するとともに前記第１のＭＯＳトランジスタを前記第２のＭＯＳトランジスタのＰＷＭ信号に対する相補信号によりＰＷＭ駆動し、前記検出電圧が負の場合に前記第１のＭＯＳトランジスタをＰＷＭ駆動するとともに前記第２のＭＯＳトランジスタを前記第１のＭＯＳトランジスタのＰＷＭ信号に対する相補信号によりＰＷＭ駆動する第２の制御モードを実行可能であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の単相整流回路。
【請求項５】
前記制御回路は、前記開閉器をオフとし、前記検出電圧が正の場合に前記第１のＭＯＳトランジスタをオン駆動するとともに前記第２のＭＯＳトランジスタをオフ駆動し、前記検出電圧が負の場合に前記第２のＭＯＳトランジスタをオン駆動するとともに前記第１のＭＯＳトランジスタをオフ駆動する第３の制御モードを実行可能であることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の単相整流回路。
【請求項６】
外槽と、この外槽の内部に回転可能に設けられた回転槽と、この回転槽をダイレクトドライブ方式で回転駆動するモータと、請求項３に記載の単相整流回路と、この単相整流回路から出力される直流電圧を入力して前記モータを駆動するインバータ回路とを備えた洗濯機であって、
前記単相整流回路の制御回路は、洗い運転時に前記第１の制御モードを実行することを特徴とする洗濯機。
【請求項７】
外槽と、この外槽の内部に回転可能に設けられた回転槽と、この回転槽をダイレクトドライブ方式で回転駆動するモータと、請求項４に記載の単相整流回路と、この単相整流回路から出力される直流電圧を入力して前記モータを駆動するインバータ回路とを備えた洗濯機であって、
前記単相整流回路の制御回路は、脱水運転時に前記第２の制御モードを実行することを特徴とする洗濯機。
【請求項８】
外槽と、この外槽の内部に回転可能に設けられた回転槽と、この回転槽をダイレクトドライブ方式で回転駆動するモータと、請求項５に記載の単相整流回路と、この単相整流回路から出力される直流電圧を入力して前記モータを駆動するインバータ回路とを備えた乾燥機能を有する洗濯機であって、
前記単相整流回路の制御回路は、乾燥運転時に前記第３の制御モードを実行することを特徴とする洗濯機。
【請求項９】
前記回転槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体を備え、前記モータは、前記回転槽および前記撹拌体のうち少なくとも一方をダイレクトドライブ方式で回転駆動することを特徴とする請求項６ないし８の何れかに記載の洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流素子としてＭＯＳトランジスタを用いた単相整流回路およびそれを用いた洗濯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、家庭用の洗濯機、エアコン等には、単相交流電圧を整流して得た直流電圧をスイッチングして可変電圧、可変周波数の三相交流電圧に変換し、その三相交流電圧で三相交流モータを可変速制御するインバータ装置が広く採用されている。例えばドラム式の洗濯機をダイレクトドライブ方式で回転駆動する場合においては、洗い運転の低速高トルクと脱水運転の高速低トルクを両立するために、特許文献１に示されるように通電位相を制御する方法や、特許文献２に示されるように昇圧制御をする方法がある。
【０００３】
図７は、特許文献２に記載された単相整流回路を示している。ブリッジ接続されたダイオード１０２ａ〜１０２ｄからなる全波整流回路１０２の交流入力端子には、一方にリアクトル１０３を介して交流電源１０１が接続されている。また、全波整流回路１０２の出力端子間には、スイッチング素子例えばＩＧＢＴ１０４が接続されているとともに、ダイオード１０５を介して平滑用のコンデンサ１０６および１０７が直列に接続されている。さらに、全波整流回路１０２の交流入力端子の一方と、コンデンサ１０６、１０７の相互接続点との間には、例えばリレー接点からなる開閉器１０８が接続されている。
【０００４】
この場合、リアクトル１０３、ダイオード１０２ａ、１０２ｂ、１０５、コンデンサ１０６、１０７および開閉器１０８から倍電圧整流回路が構成される。すなわち、交流電源１０１からリアクトル１０３、ダイオード１０２ａ、ダイオード１０５、コンデンサ１０６、開閉器１０８を介して交流電源１０１に戻る経路で電流が流れコンデンサ１０６が充電される。同様に、交流電源１０１から開閉器１０８、コンデンサ１０７、ダイオード１０２ｂ、リアクトル１０３を介して交流電源１０１に戻る経路で電流が流れ、コンデンサ１０７が充電される。
【０００５】
また、リアクトル１０３、ダイオード１０２ａ〜１０２ｄ、１０５、コンデンサ１０６、１０７およびＰＷＭ制御されるＩＧＢＴ１０４から昇圧整流回路が構成される。ＩＧＢＴ１０４がオンのとき、例えば交流電源１０１からリアクトル１０３、ダイオード１０２ａ、ＩＧＢＴ１０４、ダイオード１０２ｄを介して交流電源１０１に戻る電流経路でリアクトル１０３に流れる電流が増加し、ＩＧＢＴ１０４がオフすると交流電源１０１からリアクトル１０３、ダイオード１０２ａ、ダイオード１０５、コンデンサ１０６、１０７、ダイオード１０２ｄを介して交流電源１０１に戻る電流経路でコンデンサ１０６、１０７が充電される。
【特許文献１】特開平１０−１５２７８号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、地球環境重視の観点から洗濯機に対しても省電力化が要求されている。単相整流回路において用いられるダイオードは、アノード・カソード間に順方向電圧を持っているため電力損失が比較的大きくなる。また、洗濯機の脱水運転時に昇圧制御をする場合、単相整流回路に設けたスイッチング素子を介して電流が流れるため、そのスイッチング素子での電力損失も発生する。その結果、単相整流回路および当該単相整流回路を搭載した洗濯機の電力損失が増大してしまう。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電力損失の少ない単相整流回路およびそれを用いた洗濯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る単相整流回路は、一対の出力電源線の間に第１接続点を挟んで直列に接続された第１、第２のＭＯＳトランジスタと、前記出力電源線の間に第２接続点を挟んで直列に接続された第１、第２のダイオードと、前記出力電源線の間に第３接続点を挟んで直列に接続された第１、第２のコンデンサと、前記第２接続点と前記第３接続点との間に接続された開閉器と、単相交流電源と前記第１接続点および前記第２接続点とを繋ぐ入力電源線に介在するリアクトルと、前記第２接続点に対する前記第１接続点の電圧を検出する電圧検出手段と、この検出電圧に基づいて前記第１、第２のＭＯＳトランジスタをオンオフ制御する制御回路とを備えている。
【０００９】
また、本発明に係る洗濯機は、外槽と、この外槽の内部に回転可能に設けられた回転槽と、必要に応じて回転槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体と、この回転槽（撹拌体を備えた場合には回転槽および撹拌体のうち少なくとも一方）をダイレクトドライブ方式で回転駆動するモータと、請求項１または２に記載した構成を持つ単相整流回路と、この単相整流回路から出力される直流電圧を入力してモータを駆動するインバータ回路とを備えている。
【００１０】
制御回路は、洗い運転時に、開閉器をオンとし、検出電圧の極性に応じて第１、第２のＭＯＳトランジスタをオン駆動またはオフ駆動して倍電圧整流する第１の制御モードを実行する。また、脱水運転時に、開閉器をオフとし、検出電圧の極性に応じて第１、第２のＭＯＳトランジスタをＰＷＭ駆動して整流および昇圧する第２の制御モードを実行する。さらに、乾燥運転時に、開閉器をオフとし、検出電圧の極性に応じて第１、第２のＭＯＳトランジスタをオン駆動またはオフ駆動して全波整流する第３の制御モードを実行する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の単相整流回路によれば、その構成要素である半導体素子の導通時の電圧降下が小さくなり、或いは電流経路に介在する半導体素子数が少なくなり、従来構成に比べて電力損失を低減することができる。また、本発明の洗濯機によれば、その運転状態に適した電圧を効率よくモータに印加することができ、消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について図１ないし図６を参照しながら説明する。
図２は、ドラム式洗濯機の縦断面図である。この図２において、ドラム式洗濯機１の外箱２の前面中央部には、洗濯物出入口３が形成されているとともに、この洗濯物出入口３を開閉する扉４が設けられている。外箱２の前面部の上部には操作パネル５が設けられている。この操作パネル５は、使用者が洗濯機１の運転に係る各種の操作をするためのもので、電源スイッチ、スタートスイッチ、各種選択スイッチなどの多数の操作スイッチ６および表示部７（何れも図１参照）を有している。操作パネル５の裏側には操作ユニット８が配設され、この操作ユニット８に上記多数の操作スイッチ６および表示部７が設けられている。また、外箱２の前面下部の裏側には制御ユニット９が配設されている。
【００１３】
外箱２の内部には水槽１０（外槽に相当）が配設されている。この水槽１０は円筒形のドラム状をなすもので、その軸方向が前後方向（図２では左右）で且つ前上がりの傾斜状となる斜め横軸状に配置され、左右一対の弾性支持装置１１により外箱２の底部に支持されている。
【００１４】
水槽１０の内部には、洗濯物を収容する回転槽であるドラム１２が配設されている。このドラム１２も円筒形なしており、水槽１０と同軸状に配設されている。このドラム１２は、洗濯槽、脱水槽および乾燥槽として機能し、胴部のほぼ全域に通水孔であり通風孔でもある小孔１２ａが多数形成され、胴部の内周部には洗濯物掻き上げ用のバッフル１２ｂが複数設けられている。水槽１０およびドラム１２は、それぞれ前面部に洗濯物出し入れ用の開口部１０ａおよび１２ｃを備えている。水槽１０の開口部１０ａはベロー１３によって外箱２の洗濯物出入口３に水密に連ねられ、ドラム１２の開口部１２ｃは水槽１０の開口部１０ａに臨ませている。
【００１５】
水槽１０の背面部には、ドラム１２を回転駆動する駆動手段として、洗濯機モータ１４（以下、モータ１４という）が配設されている。このモータ１４は、三相のアウターロータ形のＤＣブラシレスモータであって、そのステータ１４ａが水槽１０の背面部に取り付けられている。ロータ１４ｂの中心部に取り付けられた回転軸１４ｃは水槽１０内に挿通されており、その前端部がドラム１２の背部の中心部に取り付けられている。モータ１４のロータ１４ｂにより、ドラム１２がダイレクトドライブ方式で回転駆動される構成となっている。
【００１６】
水槽１０の下面部には、水槽１０内と連通する水溜器１５が取り付けられており、この水溜器１５の内部に洗濯水加熱用のヒータ１６が配設されている。水溜器１５の後部には、排水弁１７を介して排水ホース１８が接続されており、水槽１０内、ひいてはドラム１２内の洗濯水が、これらを通して排出されるようになっている。
【００１７】
一方、水槽１０の上部には、送風機１９と加熱器２０とを備えた温風供給装置２１が配設されている。送風機１９は、ケーシング１９ａの内部に送風ファン１９ｂを備え、この送風ファン１９ｂを回転駆動するファンモータ２２をケーシング１９ａの外部に備えて構成されている。ファンモータ２２は、三相のインナーロータ形のＤＣブラシレスモータである。加熱器２０は、ケース２０ａの内部に温風生成用ヒータ２０ｂを設けて構成されており、ケース２０ａの後側入口部が送風機１９のケーシング１９ａの前側出口部に連通している。
【００１８】
水槽１０上部の前部には給風管２３が配設されている。この給風管２３は、一端部が加熱器２０のケース２０ａの前側出口部に連通しており、他端部が水槽１０の開口部１０ａの外周部を貫通して該開口部１０ａ内に臨んでいる。水槽１０の背面部には、空気通路を構成する熱交換器用のダクト２４が配設されている。この構成で、送風機１９が作動すると、図２に矢印Ｘで示すようにドラム１２内の空気が循環される。循環される空気は加熱器２０の温風生成用ヒータ２０ｂにより加熱され、ドラム１２内に温風が供給される。
【００１９】
ダクト２４内の上部には、注水器２５が配設されている。この注水器２５は、下側に多数の噴水口を有しており、基端部がダクト２４外に位置され、それに注水接続管２６を介して給水弁２７が接続されている。給水弁２７は、水道など給水源から供給される水を複数の分水路に切り換えるもので、その一つの分水路が上記注水接続管２６であり、他の一つの分水路は給水用接続管２８であって、この給水用接続管２８の先端部が、水槽１０の前部の上方に配設された給水ケース２９に接続されている。上記排水弁１７と給水弁２７は、それぞれモータ１７ａ、２７ａ（図１参照）により開閉されるようになっている。
【００２０】
次に、洗濯機１の電気的構成について図１を参照しながら説明する。
単相整流回路３２の交流入力端子には、入力電源線３４を介して交流電源３１が接続されており、この入力電源線３４の一方にはリアクトル３３が介挿されている。単相整流回路３２の出力電源線である直流電源線３５と３６との間には、Ｎチャネル型の第１のＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）３７ｐと第２のＭＯＳトランジスタ３７ｎ、第１のダイオード３８ｐと第２のダイオード３８ｎ、平滑用の第１のコンデンサ３９ｐと第２のコンデンサ３９ｎがそれぞれ直列に接続されている。ＭＯＳトランジスタ３７ｐ、３７ｎには、それぞれ図示極性の寄生ダイオードが付加されている。
【００２１】
ＭＯＳトランジスタ３７ｐと３７ｎとの接続点ｎ１（第１接続点）およびダイオード３８ｐと３８ｎとの接続点ｎ２（第２接続点）が、上記単相整流回路３２の交流入力端子である。ＭＯＳトランジスタ３７ｐ、３７ｎは、同じ定格電流を持つダイオードと比較して当該定格電流におけるドレイン・ソース間電圧が当該ダイオードの順方向電圧よりも低くなるようなドレイン・ソース間オン抵抗を有している。
【００２２】
コンデンサ３９ｐと３９ｎとの接続点をｎ３（第３接続点）とすれば、接続点ｎ２とｎ３との間に開閉器４０が接続されている。この開閉器４０は、リレー接点により構成されている。後述する制御回路４１は、駆動回路４２を介してＭＯＳトランジスタ３７ｐ、３７ｎを駆動し、駆動回路４３を介してリレーコイルを通断電して開閉器４０を開閉する。検出回路４４（電圧検出手段に相当）は、直流電源線３６の電位を基準として接続点ｎ１とｎ２の電圧を入力し、接続点ｎ２に対する接続点ｎ１の電圧Ｖinを検出して制御回路４１に対し出力する。
【００２３】
直流電源線３５と３６との間には、抵抗４５、４６の直列回路からなる直流電圧検出回路４７が接続されており、その後段にはインバータ回路４８が接続されている。このインバータ回路４８は、スイッチング素子例えばＭＯＳトランジスタ４９up〜４９wnを三相ブリッジ接続して構成されている。ＭＯＳトランジスタ４９up〜４９wnには、それぞれ図示極性の寄生ダイオードが付加されている。制御回路４１は、駆動回路５０を介してこれらＭＯＳトランジスタ４９up〜４９wnを駆動する。
【００２４】
インバータ回路４８の出力端子には、上述したモータ１４の巻線１４ｕ、１４ｖ、１４ｗが接続されている。モータ１４は、３個のホールＩＣ５１ｕ、５１ｖ、５１ｗを備えており、制御回路４１は、これらホールＩＣ５１ｕ、５１ｖ、５１ｗから出力される信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいてロータ１４ｂの位置を検出する。
【００２５】
制御回路４１は、マイクロコンピュータから構成されている。図示しない不揮発性メモリ（一例としてフラッシュメモリ）には、洗濯機１の運転全般を制御するための制御プログラムおよびこの制御プログラムの実行に必要なデータが記憶されている。制御回路４１には、操作スイッチ６から操作信号が入力され、水槽１０内の水位を検知する水位センサ５２から水位検知信号が入力され、扉４の開閉状態を検知する扉スイッチ５３から開閉検知信号が入力されている。また、制御回路４１は、表示部７に表示データを出力し、ヒータ１６、温風生成用ヒータ２０ｂ、排水弁モータ１７ａ、給水弁モータ２７ａおよびファンモータ２２の駆動回路（図１では省略）に駆動信号を出力する。
【００２６】
次に、本実施形態の作用について図３ないし図６も参照しながら説明する。
ドラム１２に洗濯物を収容して扉４を閉じ、操作パネル５の操作スイッチ６により洗濯コース（一例として標準コース）を選択して運転をスタートさせると、制御回路４１は洗い運転、脱水運転、乾燥運転を順に実行する。
【００２７】
洗い運転では、洗濯物の容量に応じて水位を設定し、給水弁モータ２７ａを回転駆動して給水弁２７を開き水槽１０内への給水を行う。給水後、モータ１４を低速度で正逆方向に交互に回転駆動する。これにより、モータ１４の回転軸１４ｃと一体にドラム１２が正逆回転し、その内部に収容した洗濯物が撹拌される。なお、洗い運転には洗い行程の他にすすぎ行程があり、制御回路４１は洗い行程の後にすすぎ行程を行う。
【００２８】
その後、制御回路４１は、排水弁モータ１７ａを駆動して排水弁１７を開状態とし、排水に続いてモータ１４（ドラム１２）を一方向に高速回転させることにより脱水運転を実行する。
【００２９】
脱水運転の後、制御回路４１は乾燥運転を実行する。乾燥運転時には、モータ１４を低速度で正逆方向に交互に回転駆動してドラム１２を正逆回転させるとともに、温風供給装置２１のファンモータ２２と加熱器２０を動作させる。さらに、制御回路４１は、給水弁２７の注水接続管２６側を開放する。これにより、ダクト２４内で循環空気が冷却されて除湿される。
【００３０】
制御回路４１は、洗濯運転、脱水運転、乾燥運転を実行する場合、単相整流回路３２を各運転状態に適した制御モードに切り替える。図３は、この切替制御のフローチャートである。制御回路４１は、運転を開始すると洗い運転か否かを判断する（ステップＳ１）。低速高トルクを必要とする洗い運転のときには、駆動回路４３を介して開閉器４０をオン状態とし（ステップＳ２）、単相整流回路３２を倍電圧整流である第１の制御モードで動作させる（ステップＳ３）。制御回路４１は、ステップＳ１〜Ｓ３を繰り返し実行する。
【００３１】
図４は、第１の制御モードでの電流経路を示しており、（ａ）は検出回路４４により検出された接続点ｎ２に対する接続点ｎ１の電圧Ｖinが０Ｖ以上の場合の制御状態、（ｂ）は検出回路４４により検出された電圧Ｖinが０Ｖよりも小さい場合の制御状態である。（ａ）Ｖin≧０の場合、制御回路４１は、駆動回路４２を介して正側のＭＯＳトランジスタ３７ｐをオン駆動し、負側のＭＯＳトランジスタ３７ｎをオフ駆動する。このとき、交流電源３１からリアクトル３３、ＭＯＳトランジスタ３７ｐ、コンデンサ３９ｐ、開閉器４０を介して交流電源３１に戻る経路で電流が流れ、コンデンサ３９ｐが充電される。
【００３２】
一方、（ｂ）Ｖin＜０の場合、駆動回路４２を介して正側のＭＯＳトランジスタ３７ｐをオフ駆動し、負側のＭＯＳトランジスタ３７ｎをオン駆動する。このとき、交流電源３１から開閉器４０、コンデンサ３９ｎ、ＭＯＳトランジスタ３７ｎ、リアクトル３３を介して交流電源３１に戻る経路で電流が流れ、コンデンサ３９ｎが充電される。以って、倍電圧整流が行われ、交流電源３１が例えば１００Ｖの場合、直流電源線３５、３６間にほぼ２００Ｖ〜２８０Ｖの直流電圧が出力される。モータ１４は、洗い運転時の定格条件がこの直流電圧となるように設計されている。
【００３３】
この倍電圧整流動作において、本実施形態の単相整流回路３２と従来構成の単相整流回路との電力損失を比較すると、例えば（ａ）Ｖin≧０の場合、図７に示す単相整流回路では２個のダイオード１０２ａ、１０５を介して電流が流れる。また、図７に示す構成からダイオード１０５とＭＯＳトランジスタ１０４を除いた一般的な倍電圧整流回路では、１つのダイオード１０２ａを介して電流が流れる。
【００３４】
これに対し、単相整流回路３２では半導体素子として１個のＭＯＳトランジスタ３７ｐを介して電流が流れる。本実施形態で用いるＭＯＳトランジスタ３７ｐ、３７ｎのドレイン・ソース間電圧は、ダイオードのアノード・カソード間電圧よりも低い。従って、単相整流回路３２は、倍電圧整流動作である第１の制御モードにおいて、従来構成の単相整流回路に比べて半導体素子の総電圧降下が小さくなり、電力損失が低減する。
【００３５】
さて、制御回路４１は、図３に示すステップＳ１において洗い運転でない（ＮＯ）と判断すると、脱水運転か否かを判断する（ステップＳ４）。高速低トルクを必要とする脱水運転のときには、駆動回路４３を介して開閉器４０をオフ状態とし（ステップＳ５）、単相整流回路３２を昇圧しながらの整流である第２の制御モードで動作させる（ステップＳ６）。制御回路４１は、ステップＳ４〜Ｓ６を繰り返し実行する。
【００３６】
図５は、第２の制御モードでの電流経路を示しており、図４と同様に（ａ）はＶin≧０の場合の制御状態、（ｂ）はＶin＜０の場合の制御状態である。（ａ）Ｖin≧０の場合、制御回路４１は、駆動回路４２を介して負側のＭＯＳトランジスタ３７ｎをＰＷＭ駆動し（図中ＰＷＭと記す）、正側のＭＯＳトランジスタ３７ｐをＭＯＳトランジスタ３７ｎのＰＷＭ信号に対する相補信号（オンの時にオフ、オフの時にオンとなる信号）によりＰＷＭ駆動する（図中ΔＰＷＭと記す）。制御回路４１は、直流電圧検出回路４７から出力される分圧電圧に基づいて直流電圧ＶDCを検出し、直流電圧ＶDCが脱水運転に適した所定の電圧になるようにＰＷＭのデューティ比を制御する。
【００３７】
ＭＯＳトランジスタ３７ｎがオンしている時、図中実線で示すように交流電源３１からリアクトル３３、ＭＯＳトランジスタ３７ｎ、ダイオード３８ｎを介して交流電源３１に戻る経路で電流が流れ、リアクトル３３に流れる電流が増加する。その後、ＭＯＳトランジスタ３７ｎがオフ、ＭＯＳトランジスタ３７ｐがオンすると、図中破線で示すように交流電源３１からリアクトル３３、ＭＯＳトランジスタ３７ｐ、コンデンサ３９ｐ、３９ｎ、ダイオード３８ｎを介して交流電源３１に戻る経路で電流が流れ、コンデンサ３９ｐ、３９ｎが充電される。
【００３８】
一方、（ｂ）Ｖin＜０の場合、駆動回路４２を介して正側のＭＯＳトランジスタ３７ｐをＰＷＭ駆動し、負側のＭＯＳトランジスタ３７ｎをＭＯＳトランジスタ３７ｐのＰＷＭ信号に対する相補信号によりＰＷＭ駆動する。ＭＯＳトランジスタ３７ｐがオンしている時、図中実線で示すように交流電源３１からダイオード３８ｐ、ＭＯＳトランジスタ３７ｐ、リアクトル３３を介して交流電源３１に戻る経路で電流が流れ、リアクトル３３に流れる電流が増加する。その後、ＭＯＳトランジスタ３７ｐがオフ、ＭＯＳトランジスタ３７ｎがオンすると、図中破線で示すように交流電源３１からダイオード３８ｐ、コンデンサ３９ｐ、３９ｎ、ＭＯＳトランジスタ３７ｎ、リアクトル３３を介して交流電源３１に戻る経路で電流が流れ、コンデンサ３９ｐ、３９ｎが充電される。
【００３９】
以って、昇圧整流が行われ、交流電源３１が例えば１００Ｖの場合、直流電源線３５、３６間にほぼ３００Ｖ〜６００Ｖの直流電圧が出力される。昇圧電圧は、モータ１４の回転速度などによって段階的または連続的に変化させることが望ましい。この昇圧された直流電圧ＶDCにより脱水運転時のモータ１４を高速に回転駆動でき、進み角制御などの効率が低下する制御を最小限とすることができる。また、脱水運転時の回転速度をより高くすることができるので脱水率を向上させることができ、この後に実行される乾燥運転の時間が短縮され、乾燥運転での消費電力の低減も図ることができる。
【００４０】
この昇圧整流動作において、本実施形態の単相整流回路３２と従来構成の単相整流回路との電力損失を比較すると、例えば（ａ）Ｖin≧０の場合、図７に示す単相整流回路では、ＭＯＳトランジスタがオンのとき２個のダイオード１０２ａ、１０２ｄとＭＯＳトランジスタ１０４を介して電流が流れ、ＭＯＳトランジスタがオフのとき３個のダイオード１０２ａ、１０５、１０２ｄを介して電流が流れる。
【００４１】
これに対し、単相整流回路３２では、ＭＯＳトランジスタ３７ｎがオンのとき１個のダイオード３８ｎとＭＯＳトランジスタ３７ｎを介して電流が流れ、ＭＯＳトランジスタ３７ｐがオンのとき１個のダイオード３８ｎとＭＯＳトランジスタ３７ｎとを介して電流が流れる。つまり、従来構成の単相整流回路に比べて、電流経路に存在するダイオードの数が少なくなる。従って、単相整流回路３２は、昇圧整流動作である第２の制御モードにおいて、半導体素子の総電圧降下が小さくなり、電力損失が低減する。
【００４２】
制御回路４１は、図３に示すステップＳ４において脱水運転でない（ＮＯ）と判断すると、乾燥運転か否かを判断する（ステップＳ７）。低速低トルクでよい乾燥運転のときには、駆動回路４３を介して開閉器４０をオフ状態とし（ステップＳ８）、単相整流回路３２を全波整流である第３の制御モードで動作させる（ステップＳ９）。制御回路４１は、ステップＳ７〜Ｓ９を繰り返し実行し、ステップＳ７で乾燥運転でないと判断するとステップＳ１に戻る。
【００４３】
図６は、第３の制御モードでの電流経路を示しており、図４と同様に（ａ）はＶin≧０の場合の制御状態、（ｂ）はＶin＜０の場合の制御状態である。（ａ）Ｖin≧０の場合、制御回路４１は、駆動回路４２を介して正側のＭＯＳトランジスタ３７ｐをオン駆動し、負側のＭＯＳトランジスタ３７ｎをオフ駆動する。このとき、交流電源３１からリアクトル３３、ＭＯＳトランジスタ３７ｐ、コンデンサ３９ｐ、３９ｎ、ダイオード３８ｎを介して交流電源３１に戻る経路で電流が流れ、コンデンサ３９ｐ、３９ｎが充電される。
【００４４】
一方、（ｂ）Ｖin＜０の場合、駆動回路４２を介して正側のＭＯＳトランジスタ３７ｐをオフ駆動し、負側のＭＯＳトランジスタ３７ｎをオン駆動する。このとき、交流電源３１からダイオード３８ｐ、コンデンサ３９ｐ、３９ｎ、ＭＯＳトランジスタ３７ｎ、リアクトル３３を介して交流電源３１に戻る経路で電流が流れ、コンデンサ３９ｐ、３９ｎが充電される。以って、通常の全波整流が行われ、交流電源３１が例えば１００Ｖの場合、直流電源線３５、３６間にほぼ１００Ｖ〜１４０Ｖの直流電圧が出力される。乾燥運転ではモータ１４の負荷が比較的小さく低速度であるため低電圧でモータ１４を駆動でき、インバータ回路４８での電力損失（ＭＯＳトランジスタ４９up〜４９wnのスイッチング損失）を低減できる。
【００４５】
この全波整流動作において、本実施形態の単相整流回路３２と従来構成の単相整流回路との電力損失を比較すると、例えば（ａ）Ｖin≧０の場合、図７に示す単相整流回路では３個のダイオード１０２ａ、１０５、１０２ｄを介して電流が流れる。また、図７に示す構成からダイオード１０５とＭＯＳトランジスタ１０４を除いた一般的な全波整流回路では、２つのダイオード１０２ａ、１０２ｄを介して電流が流れる。
【００４６】
これに対し、単相整流回路３２では１個のＭＯＳトランジスタ３７ｐと１個のダイオード３８ｎを介して電流が流れる。本実施形態で用いるＭＯＳトランジスタ３７ｐ、３７ｎのドレイン・ソース間電圧は、ダイオードのアノード・カソード間電圧よりも低い。従って、単相整流回路３２は、全波整流動作である第３の制御モードにおいて、従来構成の単相整流回路に比べて半導体素子の総電圧降下が小さくなり、電力損失が低減する。
【００４７】
以上説明したように、洗濯機１のモータ１４を駆動するインバータ装置が具備する単相整流回路３２は、直流電源線３５、３６間にＭＯＳトランジスタ３７ｐ、３７ｎ、ダイオード３８ｐ、３８ｎ、コンデンサ３９ｐ、３９ｎをそれぞれ直列に備え、さらに倍電圧整流を実行可能なように接続点ｎ２とｎ３との間に開閉器４０を備えている。この構成によれば、整流作用に寄与する半導体素子の１つがダイオードではなくＭＯＳトランジスタとなるため、半導体素子の通電時における電力損失が低減する。
【００４８】
本実施形態で用いるＭＯＳトランジスタ３７ｐ、３７ｎは、同じ定格電流を持つダイオードと比較して、当該定格電流におけるドレイン・ソース間電圧がダイオードの順方向電圧よりも低くなるようなドレイン・ソース間オン抵抗を有している。また、より低いオン抵抗を実現できるＮチャネル型を採用している。従って、ＭＯＳトランジスタ３７ｐ、３７ｎのオン電圧は非常に小さくなり、単相整流回路３２を高効率で動作させることができる。
【００４９】
単相整流回路３２は、洗濯機１が洗い運転、脱水運転、乾燥運転をしているときに、それぞれ倍電圧整流である第１の制御モード、昇圧整流である第２の制御モード、全波整流である第３の制御モードで動作する。このように、単相整流回路３２をダイレクトドライブ方式の洗濯機１に適用し、その洗濯行程に対して適切な制御モードで整流動作を実行することにより、インバータ回路４８に対しモータ１４の回転速度、負荷等に応じた適切な直流電圧を与えることができる。その結果、モータ１４やインバータ回路４８の電力損失を低減することができ、洗濯機１の省電力化が図られる。また、脱水運転時において、進み角制御などの効率が低下する制御の実行を極力低減することができる。
【００５０】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
ドラム式洗濯機に限らず、回転槽の内部に回転可能に設けられた撹拌体を備え、モータ１４は、回転槽および撹拌体のうち少なくとも一方をダイレクトドライブ方式で回転駆動する構成を備えた洗濯機であってもよい。例えば特許文献１、２に記載されている機械的構成を採用し、モータ１４は、洗い運転時には撹拌体だけを回転駆動し、脱水運転時および乾燥運転時には回転槽と撹拌体とを一体に回転駆動する。両者の切り替えはクラッチにより行う。
【００５１】
乾燥機能のない洗濯機にあっては、制御回路４１は、洗い運転時に第１の制御モードを実行し、脱水運転時に第２の制御モードを実行すればよい。
第１、第２のＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）はＰチャネル型であってもよい。
【００５２】
検出回路４４は、電圧Ｖinの極性のみを検出する構成であってもよい。
ホールＩＣ５１ｕ、５１ｖ、５１ｗに替えて、モータ１４の端子電圧を検出する電圧検出手段または相電流を検出する電流検出手段を備え、制御回路４１は、これら検出電圧または検出電流に基づいてロータ１４ｂの回転位置を推定し、所謂センサレス方式でモータ１４を回転駆動してもよい。
【００５３】
洗濯機モータは、ＤＣブラシレスモータに限られない。
単相整流回路３２は、洗濯機に限らず他の機器や電気製品例えばエアコンディショナーなどにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態である洗濯機の電気的構成図
【図２】ドラム式洗濯機の縦断面図
【図３】単相整流回路の制御モード切替制御のフローチャート
【図４】第１の制御モードの電流経路を示す図
【図５】第２の制御モードの電流経路を示す図
【図６】第３の制御モードの電流経路を示す図
【図７】従来の単相整流回路の構成図
【符号の説明】
【００５５】
図面中、１はドラム式洗濯機、１０は水槽（外槽）、１２はドラム（回転槽）、１４は洗濯機モータ、３２は単相整流回路、３３はリアクトル、３４は入力電源線、３５、３６は直流電源線（出力電源線）、３７ｐ、３７ｎは第１、第２のＭＯＳトランジスタ、３８ｐ、３８ｎは第１、第２のダイオード、３９ｐ、３９ｎは第１、第２のコンデンサ、４０は開閉器、４１は制御回路、４４は検出回路（電圧検出手段）、４８はインバータ回路である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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