(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源と、前記商用電源の出力に接続され前記商用電源の２倍の周波数のリプルを有する脈流電圧を出力する整流回路と、前記整流回路の出力に接続されたコンデンサと、前記整流回路の出力に接続されたインバータ回路と、前記インバータ回路によって駆動されるリラクタンス形の電動機を有し、前記電動機は、巻線と第１の鉄心を有する第１の物体と、第２の鉄心を有し前記第１の物体と相対的に運動可能に設けられた第２の物体を有し、起動から前記インバータ回路の出力周波数が前記脈流電圧のリプル周波数よりも低い期間においては、前記商用電源からの入力パワーが定常動作条件に対して小であり、かつ前記コンデンサの電圧の平滑効果が前記定常動作条件よりも大であり、前記定常動作条件の前記インバータ回路の出力周波数は、前記脈流電圧のリプル周波数よりも大であり、ピーク値に対するボトム値が５０％以下となるインバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置と、所定の減速比を有する減速機構を有し、洗濯時には電動機の出力から前記減速機構を経て動力の供給を行い、脱水時には前記電動機の出力を減速せずに脱水槽を回転させる電気洗濯機。
【請求項３】
請求項１に記載のインバータ装置により駆動される吸引用の送風ファンを有する電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭や工場、店舗、事務所などにおいて使用される、空調機器、家事機器、回転調理器などのインバータ装置と、電気洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインバータ装置を有する電気掃除機の回路図を図１４に示す。
【０００３】
図１４においては、１００Ｖで６０Ｈｚの商用電源１、商用電源１に接続した整流回路２と、整流回路２の出力に接続した平滑回路３を有している。整流回路２は、全波式のもので、ダイオード４、５、６、７によって構成されており、平滑回路３はチョークコイル８、電解式のコンデンサ９によって構成されており、チョークコイル８は、珪素鋼板を積層し空隙を設けた鉄心に、銅線を巻いて構成したもので、Ｌ＝３ｍＨのインダクタンスを有しており、コンデンサ９は、Ｃ＝４７００マイクロファラッドの静電容量を有している。インバータ回路１０は、平滑回路３からの直流電圧Ｖ１を受けて動するもので、スイッチング素子１１、１２、１３、１４、１５、１６によって構成されている。電動機１７は、インバータ回路１０の出力に接続され、インナーロータ構造であり、固定子巻線１８、１９、２０と、その内側に位置し、ベアリングなどによって回転自在に設けられた回転子２１を有しており、回転子２１は永久磁石を用い、固定子巻線１８、１９、２０に流れる電流との相互作用によってトルクを発生するものとなっている。
【０００４】
さらに、電動機１７はホールＩＣ２２、２３、２４を備えており、回転子２１の磁極の位置を検知して位置検知信号を出力するものとなっている。
【０００５】
制御回路２５は、電動機１７からの位置検知信号を受け、スイッチング素子１１、１２、１３、１４、１５、１６を順序よくオンオフ制御することにより、インバータ回路１０から電動機１７に駆動電流を供給させるものである。
【０００６】
以上の構成によって、インバータ装置２６が構成されており、その上負荷であるインペラ型のファン２７が電動機１７の回転子２１に接続されて、回転するものとなっている。図１５（ア）は入力電圧Ｖ１を示し、図１５（イ）は商用電源１からの入力電流Ｉｉｎの波形を示している。平滑回路３は、全波整流された整流回路２の出力に、電圧の脈動分（リプル分）を有している。脈動分の周波数（リプル周波数）は、商用電源１の周波数の２倍となり、商用電源１が６０ヘルツの場合には、１２０ヘルツとなる。
【０００７】
従来の技術では、チョークコイル８とコンデンサ９が設けられていることからインバータ回路１０の入力電圧Ｖ１のリプル電圧はかなり吸収され、ピーク・トゥ・ピークは１０ボルトに抑えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術においては、平滑回路３を構成するチョークコイル８とコンデンサ９は、重量、体積、コストが大であったため、装置の重量、体積、コストがかなり大となるという第１の課題を有していた。
【０００９】
また商用電源１から装置に供給される電流Ｉｉｎの波形が、商用電源１の電圧波形（正弦波）から、かなりずれたものとなり、ピーク電流が大きく、力率も低いことから、配電系統の損失が大となり、配電設備の利用率も低いものになるという第２の課題を有していた。特に永久磁石を用いた電動機１７を用いていることから、速度に応じた誘導起電力を固定子巻線１８、１９、２０に発生することから、商用電源１の零ボルト点付近においても、電動機１７のトルクを有効に働かせるためには、Ｖ１のリプル電圧分を小さくする必要があるものであった。
【００１０】
なお、第１の課題と第２の課題は、整流回路２の構成が図６に示している全波式のもの以外の、例えば電解式のコンデンサを２個直列として構成した倍電圧形の構成とした場合においてもほぼ同等のものであった。
【００１１】
また、回転子２１に永久磁石を使用していることから、高価となるという第３の課題も有していた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第１から第３の課題を解決するために、商用電源と、前記商用電源の出
力に接続され前記商用電源の２倍の周波数のリプルを有する脈流電圧を出力する整流回路と、前記整流回路の出力に接続されたコンデンサと、前記整流回路の出力に接続されたインバータ回路と、前記インバータ回路によって駆動されるリラクタンス形の電動機を有し、前記電動機は、巻線と第１の鉄心を有する第１の物体と、第２の鉄心を有し前記第１の物体と相対的に運動可能に設けられた第２の物体を有し、起動から前記インバータ回路の出力周波数が前記脈流電圧のリプル周波数よりも低い期間においては、前記商用電源からの入力パワーが定常動作条件に対して小であり、かつ前記コンデンサの電圧の平滑効果が前記定常動作条件よりも大であり、前記定常動作条件の前記インバータ回路の出力周波数は、前記脈流電圧のリプル周波数よりも大であり、ピーク値に対するボトム値が５０％以下となるインバータ装置を構成することにより、重量、体積、コストを低減しつつ、また入力の力率が高い装置を実現し、また高価な永久磁石を不要とするものである。
【００１３】
【発明の実施形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、上記課題を解決するために、商用電源と、前記商用電源の出力に接続され前記商用電源の２倍の周波数のリプルを有する脈流電圧を出力する整流回路と、前記整流回路の出力に接続されたコンデンサと、前記整流回路の出力に接続されたインバータ回路と、前記インバータ回路によって駆動されるリラクタンス形の電動機を有し、前記電動機は、巻線と第１の鉄心を有する第１の物体と、第２の鉄心を有し前記第１の物体と相対的に運動可能に設けられた第２の物体を有し、起動から前記インバータ回路の出力周波数が前記脈流電圧のリプル周波数よりも低い期間においては、前記商用電源からの入力パワーが定常動作条件に対して小であり、かつ前記コンデンサの電圧の平滑効果が前記定常動作条件よりも大であり、前記定常動作条件の前記インバータ回路の出力周波数は、前記脈流電圧のリプル周波数よりも大であり、ピーク値に対するボトム値が５０％以下となる構成としたことにより、小形で安価なインバータ装置を実現するものである。
【００１４】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインバータ装置と、所定の減速比を有する減速機構を有し、洗濯時には電動機の出力から前記減速機構を経て動力の供給を行い、脱水時には前記電動機の出力を減速せずに脱水槽を回転させることにより、小形・低コストの電動機として、電気洗濯機を構成できるものである。
【００１５】
また請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のインバータ装置により駆動される電動掃除機の吸引用送風ファンを有する構成とすることにより、インバータ装置の構成が簡単で、高速回転を得ることのできるものである。そして回転の駆動部は低コストの上、軽量・小形であり、この小型のモーターで小型・軽量の掃除機を構成するものである。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明の具体例を説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１におけるインバータ装置を有する電気掃除機の回路図である。
【００１８】
図１においては、１００Ｖで６０Ｈｚの商用電源３１、商用電源３１に接続した整流回路３２を有している。整流回路３２は、全波式のもので、ダイオード３３、３４、３５、３６によって構成され、脈流電圧Ｖ１を出力するものである。また、整流回路３２の出力には４．７マイクロファラッドの静電容量を有する小形・軽量のプラスチックフィルム式のコンデンサ３７を接続している。
【００１９】
インバータ回路３８は、整流回路３２から脈流電圧Ｖ１を受けて動作するもので、パワ
ーＭＯＳＦＥＴによって構成されたスイッチング素子３９、４０、４１、４２、４３、４４、およびシリコン式のダイオード４５、４６、４７、４８、４９、５０によって構成されている。
【００２０】
電動機５１は、インバータ回路３８の出力に接続されたもので、磁力による吸引力を利用したリラクタンス形の電動機と呼ばれるものの一種で、特にスイッチトリラクタンスモータと呼ばれる種類に属するものである。
【００２１】
電動機５１は、３相の巻線５２、５３、５４、および磁気的な凹凸のある、一般にロータまたは回転子と呼ばれる第２の物体５５を有している。
【００２２】
制御回路５６は、定常の使用状態において、整流回路３２からの脈流電圧Ｖ１のリプル周波数１２０ヘルツよりも遙かに高い、７キロヘルツの周波数でスイッチング素子３９、４０、４１、４２、４３、４４を順序よくオンオフ制御することにより、インバータ回路３８から電動機５１に７キロヘルツの駆動電流を供給させ、出力周波数７キロヘルツで動作させるものである。
【００２３】
以上の構成によって、インバータ装置５７が構成されており、その上負荷となるインペラ形の送風ファン５８が電動機５１の回転子５５に軸直結で接続されて、回転して動作するものとなっている。
【００２４】
なお、電動機５１内に設けられた位置検知手段５９は、第２の物体５５の回転方向の位置を光学的に検知して、その位置に対応した信号を制御回路５６に出力するものとなっている。
【００２５】
図２は、電動機５１の詳細な構造図である。
【００２６】
一般にステータまたは固定子と呼ばれる第１の物体６０は、珪素鋼板を積層して構成した第１の鉄心６１と、第１の鉄心６１の内側に全部で１２個設けた歯８２の部分にエナメル線を巻いてに設けた１２個のコイル７０〜８１を有している。
【００２７】
第２の物体５５は、やはり珪素鋼板を積層して構成した第２の鉄心６２を有しており、第１の物体６０と同心で第１の物体６０に対して相対的に回転自在に設けられている。
【００２８】
第１の鉄心６１の内側には歯８２が合計１２個あり、コイル７０〜８１は、いずれも第１の鉄心６１の歯部に巻かれている。
【００２９】
特に本実施例では、１２個のコイルの中心は、すべて同じ角度をおいて設けられているものではなく、歯と歯の中心の間の角度を２種類の角度を交互に繰り返して隔てられている構成としたものとなっている。
【００３０】
すなわち、コイル７０、７１の間の角度は２５．７度であり、コイル７１、７２の間の角度は３４．３度であり、コイル７２、７３の間の角度は２５．７度であり、コイル７３、７４の間の角度は３４．３度であり、コイル７４、７５の間の角度は２５．７度であり、コイル７５、７６の間の角度は３４．３度であり、コイル７６、７７の間の角度は２５．７度であり、コイル７７、７８の間の角度は３４．３度であり、コイル７８、７９の間の角度は２５．７度であり、コイル７９、８０の間の角度は３４．３度であり、コイル８０、８１の間の角度は２５．７度であり、コイル８１、７０の間の角度は３４．３度である。
【００３１】
ここで、２５．７度は、３６０度を１４（第２の物体５５の歯数）で除した値であり、３４．３度は、６０度から前記２５．７度を差し引いた角度である。
【００３２】
なお、６０度とは３６０度を６で除した角度である。
【００３３】
図３は、本実施例の電動機５１の巻線５２、５３、５４の結線図である。
【００３４】
Ｕ相の巻線５２は、コイル７０、７１、７６、７７を直列に接続して構成され、Ｖ相の巻線５３は、コイル７２、７３、７８、７９を直列に接続して構成され、Ｗ相の巻線５４は、コイル７４、７５、８０、８１を直列に接続して構成された３相の構成となっている。
【００３５】
図３において、各コイルに付した黒丸は、コイルの極性を示すものであり、各コイルに黒丸を付した側の端子から電流が供給された場合には、第２の物体と対向する側、すなわち内側にＮ極が発生することを示しているものである。
【００３６】
よって、例えばＵ相の隣接するコイル７０、７１はＵ１端子からの電流供給により、内側には、それぞれＮ極とＳ極が発生するものとなり、同様にコイル７６、７７もそれぞれＮ極とＳ極が発生し、すなわち同一相で隣接するコイルは、異極となる構成となっている。
【００３７】
Ｕ相の巻線５２に電流を供給する場合には、スイッチング素子３９、４２を共にオンさせ、スイッチング素子３９、４２をオフとすると、巻線５２のインダクタンスに蓄えられた磁気エネルギーは、ダイオード４５、４８を通してコンデンサ３７に回収されるものとなり、Ｖ相、Ｗ相についても同様である。
【００３８】
なお、各巻線に供給される電流の値を加減するには、例えばスイッチング素子４２をオンに保ったまま、スイッチング素子３９を５０ｋＨｚなどの高周波でオンオフ動作をさせ、その内のオン期間の比率（デューティ）を可変するなど方法を採ることができ、トルクと速度の平面上の特性を絞った状態で運転することができるものとなり、速度を一定に保つということも可能である。
【００３９】
本実施例では、相順をＵ、Ｖ、Ｗの順としており、電気的に１周した場合に、電動機５１は、図２において時計方向に２５．７度だけ回転するものとなり、電気的に１４回回転して初めて、３６０度の機械回転がなされるものとなる。
【００４０】
従って、７ｋＨｚでインバータ装置が運転された場合には、毎秒５００回転の機械回転となり、３万ｒ／ｍｉｎで送風ファン５８の駆動が行われ、電気掃除機として良好に動作するものとなる。
【００４１】
ここで、各巻線に電流が供給された場合に電動機５１が発するトルクは、ほぼ電流値の自乗に、各巻線のインダクタンスの角度微分値を乗じたものを２で除した値となるため、インダクタンスが増加するタイミングでの電流供給を行い、能率良く機械出力を得ることが必要となるものであり、位置検知手段５９の作用によって、それが実現されるものとなっている。
【００４２】
以上の構成により、本実施例の電気掃除機は、インバータ装置５１が送風ファン５２を回転駆動し、空気と一緒にゴミを吸い込み、掃除作業ができるものである。
【００４３】
図４は、実施例１の平滑回路および直流電源装置の動作波形図である。
【００４４】
図４（ア）は実施例１のインバータ装置のインバータ回路３８の入力電圧Ｖ１を示し、図４（イ）は商用電源３１からの入力電流Ｉｉｎの波形を示し、図３（ウ）は３相の電動機５１入力電流の一つＩＭの波形を示している。整流回路３２は、ほぼ全波整流された出力電圧であり、最大１４０ボルトから１５ボルトの間で変化する電圧の脈動分（リプル分）を有している。
【００４５】
脈動分の周波数（リプル周波数）は、商用電源１の周波数の２倍となり、商用電源１が６０ヘルツの場合には、１２０ヘルツとなる。本実施例では、整流回路３２の出力に設けられたコンデンサ３７の静電容量が小さいことから、インバータ回路３８の入力電圧Ｖ１のリプル成分は、かなりの振幅を有するものとなっている。
【００４６】
電動機５１に供給される電流は、図４（ウ）に示されるように、インバータ回路３８の入力電圧Ｖ１とほぼ同じ形の包烙線（エンベロープ）を有する１キロヘルツの波形となる。
【００４７】
本実施例においては、電動機５１をリラクタンス形のものを使用して構成していることから、従来の技術の永久磁石を使用した電動機のような、速度に比例した誘導起電力が固定子巻線に発生することはなく、よってちょうど抵抗に電力を供給する場合と同様に、電圧Ｖ１の瞬時値にほぼ比例した電流がインバータ回路３８から電動機５１に供給され、機械パワーが供給されるものとなる。
【００４８】
したがって、商用電源３１からの装置の入力電流Ｉｉｎは、図４（イ）に示されているような正弦波にかなり近い波形となり、力率が高く、またピークの電流値も低いことから、系統に接続されている他の電気機器への悪影響も与えることなく、また配電系統への負担が小さくてすみ、配電機器などの利用率が高まり、損失もほぼ最小限とすることができるものとなる。発明者による実験によれば、インバータ回路３８に入力される電圧のピーク値に対して、ボトム値（脈動による最低点の電圧値）が５０％以下となる場合には、上記効果が大きく得られるものとなることがわかっている。
【００４９】
また、実施例１に用いているプラスチックフィルム形のコンデンサ３７は、従来の技術に用いられていた電解式のものと比較して小形、軽量、低価格、長寿命のものであり、また大きくて重量が大きく高価なチョークコイルも用いていないことから、装置の小形、軽量、低価格化と信頼性の向上に対しても大変大きな効果がある。
【００５０】
ただし、ラインノイズなどを抑える必要がある場合には、例えばノーマルモード、コモンモードのチョークコイルを商用電源３１からの入力部分もしくは整流回路３２の出力と直列に接続することもできる。その場合にも、必要となるインダクタンス値は、従来の技術で使用されているものと比較して、小さなもので済ませることができることから、本発明の効果は十分にあげることができるものとなる。
【００５１】
なお、スイッチトリラクタンスモータは、一種の同期機であることから、起動時においては、インバータ回路３８の周波数はゼロから徐々に引き上げるというものとなり、コンデンサ３７の両端電圧のリプル周波数１２０ヘルツよりも低い期間が生ずるものとなるが、本実施例においては負荷が送風ファン５２であることから、速度とトルクの関係上、起動直後のインバータ装置５１の入力パワーは、定常動作条件に対して１５分の１程度で済むものとなり、よって起動直後においてはコンデンサ３７による電圧の平滑効果がかなり作用するものとなる。
【００５２】
したがって、起動時においては、良好に起動動作がなさせるものとなる。
【００５３】
特に本実施例では、１つの相、例えばＷ相に電流を供給した時に発生する磁束は、図２に破線で示したように、互いに機械角１８０度隔てた位置に発生することになるため、その磁束による吸引力は、中心軸に対して対称となり、振動の発生を抑えることができるものとなる。
【００５４】
また、図２に破線で示した磁束は、隣あった異極となるコイルの間で完結するので、中心軸付近はほとんど磁束が通ることがなく、この部分の鉄心を無くした中空の鉄心構成として内部を有効に利用する構成とした場合でも、十分機能するものとなる。
【００５５】
ただし、このような１２個のコイルを設けた巻線構成が必ず必要というものではなく、３コイルの構成、すなわち各巻線を機械角１２０度ずつ隔てて設けた構成や、６コイルの構成などとしてもよく、各相の巻線のインダクタンスが回転の角度によって変化する構成のものであれば、リラクタンストルクが発生して、それを利用して電動機として機能するものとなり、また電源に大きなリプルが含まれていても、良好に動作が行われることは同じである。
【００５６】
（実施例２）
図５は、実施例２における電動機５１の構成図を示したものであり、第１の鉄心８５と第２の鉄心８６の構成を、第１の鉄心の歯８２の数を６とし、第２の鉄心の歯の数を４としている。
【００５７】
本実施例においては、第１の鉄心の歯の中心の間隔、すなわちコイル８７〜９２の間隔は、すべて機械角６０度の等間隔である。
【００５８】
コイル８７〜９２は、いずれも第１の鉄心の歯８２の部分に巻いて設けている。
【００５９】
図６は、実施例２の電動機の結線図を示したものであり、すなわち、Ｕ相の巻線５２にＵ１端子から電流が供給された場合には、コイル８７、９０に電流が流れるが、コイル８７は黒丸印の端子から電流が流れるためＮ極を内側に発生し、コイル９０はＳ極を発生する。
【００６０】
したがって、本実施例においては、第２の鉄心８６のほぼ中心部分を通過する磁路が構成されるものとなる。
【００６１】
本実施例においても、電動機５１の回転運動により、各巻線の自己インダクタンスが変化するという特性を有しているものとなることから、各巻線の電流によるリラクタンストルクが発生し、電動機として機能するものとなる。
【００６２】
なお、実施例２において、電動機以外の部分の構成は、実施例１と全く同一のものとなっている。
【００６３】
よって、上記の構成により電気掃除機として動作するものとなる。
【００６４】
なお、本実施例では電気的に１周期となる期間に電動機５１は機械的に１／４周するものとなることから、機械速度が毎分当たり３万回転である場合、２キロヘルツとなり、実施例１よりも低い周波数となる。
【００６５】
このため、インバータ回路３８のスイッチング素子３９〜４４のスイッチング損失を実施例１よりも低く抑えることができ、また鉄損も低減させることができるものとなる。
【００６６】
スイッチング周波数が低い場合、スイッチング素子３９〜４４は、ＩＧＢＴとしても効率が高い装置として実現することができる。
【００６７】
（実施例３）
図７は、実施例３における電動機５１の構成図を示したものであり、第１の鉄心９３と第２の鉄心９４の構成を、第１の鉄心の歯８２の数を６とした上で、１つの歯８２に対して２つの小歯８７ａ、８７ｂを設けており、すなわち小歯の合計数は、１２個であって、第１の鉄心の歯の数６の２倍の数、すなわち整数倍としている。
【００６８】
また、第２の鉄心の歯８３の数は１０個としている。
【００６９】
本実施例においても、実施例２と同様、第１の鉄心の歯８２の中心の間隔、すなわちコイル８７〜９２の間隔は、すべて機械角６０度の等間隔とし、いずれも第１の鉄心の歯８２の部分に巻いて設けている。
【００７０】
本実施例においては、図６に等しい電動機の結線図としていることから、例えばＵ相の巻線５２にＵ１端子から電流が供給された場合には、コイル８７、９０に電流が流れるが、コイル８７は黒丸印の端子から電流が流れるためＮ極を内側に発生し、コイル９０はＳ極を発生する。
【００７１】
したがって、本実施例においても、第２の鉄心９４のほぼ中心部分を通過する磁路が構成されるものとなる。
【００７２】
本実施例においても、電動機５１の回転運動により、各巻線の自己インダクタンスが変化するという特性を有しているものとなることから、各巻線の電流によるリラクタンストルクが発生し、電動機として機能するものとなる。
【００７３】
実施例３においても、電動機以外の部分の構成は、実施例１と全く同一のものとなっている。
【００７４】
よって、上記の構成により電気掃除機として動作するものとなる。
【００７５】
実施例３においては、小歯８７ａ、８７ｂを設けたことから、電気的に１周期となる期間に電動機５１は機械的に１／１０周するものとなることから、機械速度が毎分当たり３万回転である場合、５キロヘルツとなる。
【００７６】
（実施例４）
図８は、実施例４における電動機５１の構成図を示したものであり、第１の鉄心９５と第２の鉄心９６の構成を、第１の鉄心の歯８２の数を６とした上で、１つの歯８２に対して３つの小歯８７ａ、８７ｂ、８７ｃを設けており、すなわち小歯の合計数は、１８個であって、第１の鉄心の歯の数６の３倍の数、すなわち整数倍としている。
【００７７】
また、第２の鉄心の歯８３の数は１６個としている。
【００７８】
本実施例においても、実施例２と同様、第１の鉄心の歯８２の中心の間隔、すなわちコイル８７〜９２の間隔は、すべて機械角６０度の等間隔とし、いずれも第１の鉄心の歯８２の部分に巻いて設けている。
【００７９】
本実施例においても、図６に等しい電動機の結線図としており、例えばＵ相の巻線５２
にＵ１端子から電流が供給された場合には、コイル８７、９０に電流が流れるが、コイル８７は黒丸印の端子から電流が流れるためＮ極を内側に発生し、コイル９０はＳ極を発生する。
【００８０】
したがって、本実施例においても、第２の鉄心９４のほぼ中心部分を通過する磁路が構成されるものとなる。
【００８１】
本実施例においても、電動機５１の回転運動により、各巻線の自己インダクタンスが変化するという特性を有しているものとなることから、各巻線の電流によるリラクタンストルクが発生し、電動機として機能するものとなる。
【００８２】
実施例４においても、電動機以外の部分の構成は、実施例１と全く同一のものとなっている。
【００８３】
よって、上記の構成により電気掃除機として動作するものとなる。
【００８４】
実施例３においては、小歯８７ａ、８７ｂ、８７ｃを設けたことから、電気的に１周期となる期間に電動機５１は機械的に１／１６周するものとなり、機械速度が毎分当たり３万回転である場合、８キロヘルツとなる。
【００８５】
（実施例５）
図９は、実施例５における電動機５１の構成図を示したものであり、第１の鉄心９７と第２の鉄心９８の構成を、第１の鉄心の歯８２の数を６とした上で、１つの歯８２に対して４つの小歯８７ａ、８７ｂ、８７ｃ、８７ｄを設けており、すなわち小歯の合計数は、２４個であって、第１の鉄心の歯の数６の４倍の数、すなわち整数倍としている。
【００８６】
また、第２の鉄心の歯８３の数は２２個としている。
【００８７】
本実施例においても、実施例２と同様、第１の鉄心の歯８２の中心の間隔、すなわちコイル８７〜９２の間隔は、すべて機械角６０度の等間隔とし、いずれも第１の鉄心の歯８２の部分に巻いて設けている。
【００８８】
本実施例においても、図６に等しい電動機の結線図としており、例えばＵ相の巻線５２にＵ１端子から電流が供給された場合には、コイル８７、９０に電流が流れるが、コイル８７は黒丸印の端子から電流が流れるためＮ極を内側に発生し、コイル９０はＳ極を発生する。
【００８９】
したがって、本実施例においても、第２の鉄心９８のほぼ中心部分を通過する磁路が構成されるものとなる。
【００９０】
本実施例においても、電動機５１の回転運動により、各巻線の自己インダクタンスが変化するという特性を有しているものとなることから、各巻線の電流によるリラクタンストルクが発生し、電動機として機能するものとなる。
【００９１】
実施例４においても、電動機以外の部分の構成は、実施例１と全く同一のものとなっている。
【００９２】
よって、上記の構成により電気掃除機として動作するものとなる。
【００９３】
実施例３においては、小歯８７ａ、８７ｂ、８７ｃ、８７ｄを設けたことから、電気的に１周期となる期間に電動機５１は機械的に１／２２周するものとなり、機械速度が毎分当たり３万回転である場合、１１キロヘルツとなる。
【００９４】
このように、インバータ回路３８の出力周波数が高い場合には、インバータ回路３８のスイッチング素子３９〜４４のオンオフ周波数も高くなるものとなり、さらにＰＷＭまたはチョッピングによる制御を加えた場合には、スイッチング周波数はさらに数倍以上となるものであるが、本実施例ではスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを使用していることから、高周波のスイッチング動作においても、ターンオン損失およびターンオフ損失は、低い値に抑えることができるものとなり、高効率の装置が実現できるものとなる。
【００９５】
（実施例６）
図１０は、実施例６における電気洗濯機の構成図を示したものである。
【００９６】
実施例６においては、実施例１に示したインバータ回路３８に電動機５１を設けたインバータ装置５７の出力を利用するものである。
【００９７】
本実施例では、第２の物体１００、洗濯時に回転する洗濯翼１０１、脱水時に回転する脱水槽１０２を有している。
【００９８】
さらに、脱水槽１０２の外側には、水受け槽１０３が、装置の筐体から合計４本の支持棒１０４によってつり下げられて設けられている。
【００９９】
洗濯翼１０１と脱水槽１０２の回転は、いずれも電動機の軸１０５の回転がクラッチ１０６の接続切り換えにより洗濯時には洗濯軸１１５に、脱水時には脱水軸１１６に接続し伝達される。また、洗濯翼１０１と脱水槽１０２の回転は、おなじ回転の軸心としている。洗濯時においては、洗濯翼１０１および洗濯軸１１５は電動機５１と同一の回転速度で駆動され、脱水時においては、脱水槽１０２および脱水軸１１６は洗濯翼１０１と同様に、電動機５１と同一の速度で駆動されるものとなっている。
【０１００】
図１１は、実施例６における電動機５１の構成図を示したものであり、第１の鉄心１０７と第２の鉄心１０８の構成を、第１の鉄心の歯８２の数を１２とし、１つの歯８２に対して４つの小歯７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄを設けており、すなわち小歯の合計数は、４８個であって、第１の鉄心の歯の数１２の４倍の数、すなわち整数倍としている。
【０１０１】
また、第２の鉄心の歯８３の数は４６個としている。
【０１０２】
コイル７０〜８１は、実施例１と同様に、いずれも第１の鉄心の歯８２の部分に巻いて設けている。
【０１０３】
本実施例においても、図３に等しい電動機の結線図としている。
【０１０４】
よって、電動機５１は、第１の鉄心１０７の歯の数は１２であり、各歯にコイル７０〜８１が設けられている。
【０１０５】
また、１つの相の巻線は、４個のコイルを直列に接続した３相の構成としたものであり、同一相で隣接するコイル、例えばＵ相のコイル７０、７１などは、異極となるように接続されたものとなっている。
【０１０６】
本実施例においても、実施例１と同様に、第２の鉄心１０８の中心部分を通過する磁束はないため、第２の鉄心１０８の形状としては空洞としている。
【０１０７】
そのため、その空洞内に例えばベアリングなどの軸受け構成を設けたり、脱水槽１０２の接続、切り離しを行うためのクラッチなどの構成を設けることも可能となり、小形の電気洗濯機を実現するに適した構成とすることができるものとなっている。
【０１０８】
本実施例においても、電動機５１の回転運動により、各巻線の自己インダクタンスが変化するという特性を有しているものとなることから、各巻線の電流によるリラクタンストルクが発生し、電動機として機能するものとなる。
【０１０９】
本実施例においても、電動機以外の部分の構成は、実施例１と全く同一のものとなっている。
【０１１０】
よって、上記の構成により電動機５１の出力は、軸直結で洗濯翼１０１、脱水槽１０２に伝えられることにより、全自動式の電気洗濯機として動作するものとなる。
【０１１１】
特に洗濯時の洗濯翼１０１の回転軸あるいは脱水時の脱水槽１０２の回転軸と電動機５１の回転軸を同じ回転軸としていることから電動機５１は、脱水槽１０２の中心下部に位置させることが可能となることから、重量のバランスが良く、脱水時などの低振動が実現できるという効果が得られる。
【０１１２】
実施例６においては、小歯７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄを設けたことから、電気的に１周期となる期間に電動機５１は機械的に１／４６周するものとなる。
【０１１３】
洗濯時においては、洗濯翼１０１の速度が毎分１５０回転としていることから、電動機５１の機械速度もこれに等しく、インバータ回路３８の出力周波数は１１５ヘルツとなる。
【０１１４】
また、脱水時においては、電動機５１の回転速度は脱水槽１０２の速度と等しい毎分９００回転となり、周波数は、６９０ヘルツで動作するものとなる。
【０１１５】
すなわち、インバータ装置５７の回転速度は広範囲に制御され、洗濯時および脱水時ともに電動機５１の回転を同一の回転速度で洗濯軸１１５あるいは脱水軸１１６に伝達するので減速装置などを必要としないで、電気洗濯機が構成できる。
【０１１６】
リラクタンス形の電動機５１はインダクタンスの変化によるトルク発生を行うものであることから、永久磁石のみを使用した電動機のように速度がある値を越えた時点で、電動機に発生する誘導起電力が過大となり、駆動トルクがゼロ、あるいは極端に小となるという特性は現れず、よって脱水時に必要な高速で比較的低トルクであるという駆動条件は、問題なく実現されるものとなる。
【０１１７】
また、本実施例中の説明では、洗濯時には洗濯翼１０１を回転させると説明したが、クラッチ１０６の接続を切り換え、洗濯時には洗濯翼１０１と脱水槽１０２を同時に回転させ、遠心力で洗濯を行ってもよい。また、脱水時にも、同様に洗濯翼１０１と脱水槽１０２は同時に回転する。
【０１１８】
このように、インバータ回路３８の出力周波数が低い場合には、スイッチング素子３９〜４４は、特性およびコスト面でＩＧＢＴなどが有利となることもある。
【０１１９】
（実施例７）
図１２は、実施例７における電気洗濯機の要部の構造を示した図である。
【０１２０】
図１２において、電動機５１は実施例６に述べたものであり、その軸１０５には、太陽ギア１０９、遊星ギア１１０、１１１、１１２、ケース１１３、リング１１４を有する減速機構１１７が接続されており、リング１１４には洗濯翼１０１が接続されており、ケース１１３には脱水槽１０２が、それぞれ同軸上に接続されたものとなっている。
【０１２１】
洗濯時においては、図示してはいないがブレーキ手段によりケース１１３が回転方向に固定されるものとなり、電動機５１の軸１０５により太陽ギア１０９が回転されると、遊星ギア１１０、１１１、１１２が公転運動を行うものとなり、各遊星ギアの中心軸を接続したリング１１４は太陽ギア１０９の速度の１／６に減速して回転し、脱水軸１１６から洗濯翼１０１が回転駆動されるものとなる。
【０１２２】
一方、脱水時においては、図示してはいないがケース１１２は回転可能となり、かつ図示していないクラッチ機構により、ケース１１３は太陽ギア１０９に固定されて一体となって回転するものとなるため、洗濯翼１０１と脱水槽１０２は、共に電動機５１の出力の軸１０５と直結された状態となり、すべて同一の速度で回転駆動されるものとなる。
【０１２３】
なお、本実施例における他の構成については、実施例６と同等の構成のものが使用されたものが用いられ、洗濯から脱水まで全自動で行う電気洗濯機として動作するものとなる。
【０１２４】
図１３は、実施例７の洗濯時における洗濯翼１０１、並びに脱水時における脱水槽１０２および洗濯翼１０１に作用する駆動トルクと速度の特性をグラフで示した図である。
【０１２５】
脱水時においては、脱水槽１０２と洗濯翼１０１は、いずれも電動機５１の軸１０５に直結された状態となるため、電動機５１の特性がそのまま現れるのに対し、洗濯時においては、減速機構１１７による１／６の減速がなされ、同時にトルクが電動機５１から供給される値の６倍のものとなる。
【０１２６】
よって、大きなトルクが要求される洗濯時の洗濯翼の駆動時においても、電動機５１からの供給トルクは、１／６で済むものとなる。
【０１２７】
ただし、速度は洗濯翼の６倍となるものとなるが、発明者らによる実験によれば、洗濯翼が毎分１５０回転で、ほぼ十分な洗濯性能をあげることができることから、その６倍にあたる毎分９００回転の速度は、脱水時の脱水槽１０２の速度とほぼ同一であって、容易に設計ができるものとなり、結果的にトルクが小さく小形の電動機５１を用いることができることから電動機５１の小形・低コスト化が実現され、減速機構１１７とのトータルでも、極めて実用的な構成が可能となるものである。
【０１２８】
なお、本実施例においては、減速機構１１７の減速比を１／６としたが、必ずしもこの値であることは必要ではない。
【０１２９】
また、減速機構１１７の構成についても、遊星ギアを用いた本実施例の構成に限定されるものではなく、例えばウォーム式ギアを用いたものなどであってもかまわない。
【０１３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１に記載の発明は、特に商用電源と、前記商用電源の出力に接続され前記商用電源の２倍の周波数のリプルを有する脈流電圧を出力する整流回路と、前記整流回路の出力に接続されたコンデンサと、前記整流回路の出力に接続されたインバータ回路と、前記インバータ回路によって駆動されるリラクタンス形の電動機を有し、前記電動機は、巻線と第１の鉄心を有する第１の物体と、第２の鉄心を有し前記第１の物体と相対的に運動可能に設けられた第２の物体を有し、起動から前記インバータ回路の出力周波数が前記脈流電圧のリプル周波数よりも低い期間においては、前記商用電源からの入力パワーが定常動作条件に対して小であり、かつ前記コンデンサの電圧の平滑効果が前記定常動作条件よりも大であり、前記定常動作条件の前記インバータ回路の出力周波数は、前記脈流電圧のリプル周波数よりも大であり、ピーク値に対するボトム値が５０％以下となる構成としたことにより、小形で安価なインバータ装置を実現するものである。
【０１３１】
また請求項２に記載の発明は、特に請求項１に記載のインバータ装置と、所定の減速比を有する減速機構を有し、洗濯時には電動機の出力から前記減速機構を経て動力の供給を行い、脱水時には前記電動機の出力を減速せずに脱水槽を回転させることにより、小形・低コストの電動機として、電気洗濯機を構成できるものである。
【０１３２】
また請求項３に記載の発明は、特に請求項１に記載のインバータ装置により駆動される送風ファンを有する構成とすることにより、インバータ装置の構成が簡単で、低コストの上、軽量・小形であり、掃除作業を行う上で取り扱いが非常に楽な電気掃除機を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１におけるインバータ装置を有する電気掃除機の回路図
【図２】  同、電動機５１の構成図
【図３】  同、電動機５１の巻線５２、５３、５４結線図
【図４】  同、各部の動作波形図
【図５】  実施例２における電動機５１の構成図
【図６】  同、電動機５１の巻線５２、５３、５４の結線図
【図７】  実施例３における電動機５１の構成図
【図８】  実施例４における電動機５１の構成図
【図９】  実施例５における電動機５１の構成図
【図１０】  実施例６におけるインバータ装置を有する電気洗濯機の回路図
【図１１】  同、電動機５１の構成図
【図１２】  実施例７における電気洗濯機の要部構成図
【図１３】  同、洗濯翼および脱水槽の駆動トルクと速度の特性図
【図１４】  従来の技術におけるインバータ装置を有する電気掃除機の回路図
【図１５】  同、インバータ装置の動作波形図
【符号の説明】
３１  商用電源
３２  整流回路
３８  インバータ回路
５１  電動機
５２、５３、５４  巻線
６１、８５、９３、９５、９７、１０６  第１の鉄心
６０  第１の物体
６２、８６、９４、９６、９８、１０７  第２の鉄心
５５、１００  第２の物体
５７  インバータ装置。
８２  第１の鉄心の歯
８７ａ、８７ｂ、８７ｂ、８７ｄ、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ  小歯
７０〜８１  コイル
１１７  減速機構
５８  送風ファン
【図１】
0004608741.tif 000002
【図２】
0004608741.tif 000003
【図３】
0004608741.tif 000004
【図４】
0004608741.tif 000005
【図５】
0004608741.tif 000006
【図６】
0004608741.tif 000007
【図７】
0004608741.tif 000008
【図８】
0004608741.tif 000009
【図９】
0004608741.tif 000010
【図１０】
0004608741.tif 000011
【図１１】
0004608741.tif 000012
【図１２】
0004608741.tif 000013
【図１３】
0004608741.tif 000014
【図１４】
0004608741.tif 000015
【図１５】
0004608741.tif 000016