(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、この交流電源の開閉を制御する電源開閉手段と、前記電源開閉手段と前記交流電源に直列に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電源開閉手段と前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路の出力信号により前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記電源開閉手段を開閉制御するリレー駆動回路と、前記インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検知回路とを有し、前記電圧検知回路により前記交流電源の周波数に同期して検出した直流電圧が過電圧設定値以上ならば、前記インバータ回路の出力を停止させて前記インバータ回路の電流を零にしてから前記電源開閉手段を遮断するようにしたインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路によりモータを駆動するインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用の電気洗濯機、または食器洗浄機はインバータ装置によりモータの回転数を制御して脱水性能、またはポンプ性能を向上させるものが提案されている。
【０００３】
従来、この種の洗濯機は、特開平９−１３０９６０号公報に示すように構成していた。すなわち、洗濯モータ、または風呂水から給水するポンプモータを直流ブラシレスモータとし、インバータ回路により駆動して省電力、低騒音の洗濯機を実現するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の構成では、家庭の単相３線式交流電源の中性点欠相事故等による過電圧印加異常において、インバータ回路のパワースイッチング素子または直流電源を構成する電解コンデンサが破壊する欠点があった。
【０００５】
本発明は上記従来課題を解決するもので、交流電源の過電圧に起因してインバータ回路に印加される直流電圧が過電圧であるとき、整流回路、インバータ回路を過電圧から保護し、信頼性および安全性を向上することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、交流電源より電源開閉手段を介して整流回路に接続し、整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路によりモータを駆動し、制御手段によりインバータ回路を制御するよう構成し、制御手段は、電源開閉手段とインバータ回路を制御するインバータ制御回路と、インバータ制御回路の出力信号によりインバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、電源開閉手段を開閉制御するリレー駆動回路と、インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検知回路とを有し、電圧検知回路により交流電源の周波数に同期して検出した直流電圧が過電圧設定値以上ならば、インバータ回路の出力を停止させてインバータ回路の電流を零にしてから電源開閉手段を遮断するようにしたものである。
【０００７】
これにより、交流電源に過電圧異常が発生した場合に、インバータ回路を停止させてインバータ回路電流を零にしてから電源開閉手段を遮断するので、アーク電流が流れない状態で遮断でき、電源開閉手段の遮断特性を向上させ接点の損傷を防止することができ、直流電源を生成する整流回路を構成する電解コンデンサ、インバータ回路のパワースイッチング素子などの過電圧による破壊を防止することができ、信頼性および安全性を向上することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源と、この交流電源の開閉を制御する電源開閉手段と、前記電源開閉手段と前記交流電源に直列に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電源開閉手段と前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路の出力信号により前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記電源開閉手段を開閉制御するリレー駆動回路と、前記インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検知回路とを有し、前記電圧検知回路により前記交流電源の周波数に同期して検出した直流電圧が過電圧設定値以上ならば、前記インバータ回路の出力を停止させて前記インバータ回路の電流を零にしてから前記電源開閉手段を遮断するようにしたものであり、交流電源の中性点欠相事故等により、交流電源に過電圧異常が発生した場合に、インバータ回路を停止させてインバータ回路電流を零にしてから電源開閉手段を遮断するので、アーク電流が流れない状態で遮断でき、電源開閉手段の遮断特性を向上させ接点の損傷を防止することができ、直流電源を生成する整流回路を構成する電解コンデンサ、インバータ回路のパワースイッチング素子などの過電圧による破壊を防止することができ、信頼性および安全性を向上することができる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を洗濯機に適用した実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（実施例１）
図１に示すように、交流電源１は、ラインフィルター２に接続され、電源開閉手段３を介して整流回路４に交流電力を加え、整流回路４により直流電力に変換する。電源開閉手段３は、電源リレー３０と、並列関係に接続された起動スイッチ３と抵抗３２の直列接続体より構成する。整流回路４は倍電圧整流回路を構成し、交流電源１が正電圧のとき、全波整流ダイオード４０によりコンデンサ４１ａを充電し、交流電源１が負電圧のとき、コンデンサ４１ｂを充電し、直列接続したコンデンサ４１ａ、４１ｂの両端には倍電圧直流電圧が発生し、インバータ回路５に倍電圧直流電圧を加える。
【００１１】
インバータ回路５は、６個のパワースイッチング半導体と逆並列ダイオードよりなる３相フルブリッジインバータ回路により構成し、通常、パワートランジスタと逆並列ダイオード、およびその駆動回路と保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）で構成している。インバータ回路５の出力端子にはモータ６を接続し、撹拌翼（図示せず）または脱水槽（図示せず）を駆動する。
【００１２】
モータ６は直流ブラシレスモータにより構成し、回転子を構成する永久磁石と固定子との相対位置（回転子位置）を位置検出手段６ａにより検出する。位置検出手段６ａは、通常、ホールＩＣにより構成している。
【００１３】
電源開閉手段３の出力交流電圧端子間には、給水弁７、排水弁８、クラッチ９を接続し、スイッチング手段１０により制御する。給水弁７は水道水を洗濯槽（図示せず）に給水するもので、電磁弁により構成し、排水弁８は洗濯槽内の水の排水を制御する。クラッチ９は、モータ６の回転駆動軸を撹拌翼に結合するか脱水槽に結合するかを制御する。スイッチング手段１０は、双方向性サイリスタなどのソリッドステートリレー、またはメカニカルリレーで構成している。
【００１４】
制御手段１１は、電源開閉手段３、インバータ回路５およびスイッチング手段１０を制御するもので、マイクロコンピュータより構成されるインバータ制御回路１１ａと、インバータ制御回路１１ａの出力信号によりインバータ回路５を制御してモータ６の回転駆動を制御するインバータ駆動回路１１ｂと、インバータ制御回路１１ａの出力信号により電源開閉手段３の電源リレー３０を駆動するリレー駆動回路１１ｃと、整流回路４の出力電圧、すなわち、インバータ回路５の入力直流電圧を検出する電圧検知回路１１ｄと、倍電圧整流回路を構成する整流回路４の片方のコンデンサ４１ｂの直流電圧をインバータ制御回路１１ａまたはリレー駆動回路１１ｃ等の直流低電圧に変換するＤＣーＤＣコンバータ回路１１ｅと、スイッチング手段１０を制御するスイッチング手段駆動回路１１ｆとを有している。
【００１５】
電源開閉手段３により電源を入れるには、モーメンタリ動作の起動スイッチ３１を押すことにより、起動スイッチ３１と抵抗３２を介して整流回路４のコンデンサ４１ａ、４１ｂに直流電圧が充電され、コンデンサ４１ｂの両端に接続されたＤＣーＤＣコンバータ回路１１ｅが発振動作を開始してインバータ制御回路１１ａ、またはリレー駆動回路１１ｃに直流電圧を加える。インバータ制御回路１１ａはマイクロコンピュータとその周辺回路より構成され、マイクロコンピュータのリセット回路が解除動作するとマイクロコンピュータのプログラムが動作し、最初にリレー駆動回路１１ｃにより電源リレー３０を駆動してリレーの自己保持動作を行う。
【００１６】
運転を終了する場合には、インバータ制御回路１１ａによりインバータ駆動回路１１ｂの出力信号をオフし、モータ６の駆動を停止させてから、リレー駆動回路１１ｃの出力をオフさせ電源リレー３０を遮断する。
【００１７】
電圧検知回路１１ｄの出力信号は、インバータ制御回路１１ａのアナログ・ディジタル変換入力端子（Ａ／Ｄ変換入力端子）に加えられ、マイクロコンピュータが整流回路４の直流出力電圧を常にモニターし、過電圧異常ならばリレー駆動回路１１ｃの出力をオフして電源リレー３０を遮断する。
【００１８】
整流回路４の片方のコンデンサ４１ｂの両端にＤＣーＤＣコンバータ回路１１ｅを接続することにより、ＤＣーＤＣコンバータ回路１１ｅのパワースイッチング素子の印加電圧を低くすることができ、交流電源１の電圧が瞬時的に異常電圧となってもパワースイッチング素子は過電圧により破壊する可能性がほとんどなくなる特徴がある。なお、ＤＣーＤＣコンバータ回路１１ｅは、絶縁形のスイッチングレギュレータ、または非絶縁形のチョッパー回路でも特に問題はない。
【００１９】
上記構成において異常電圧が印加されたときの動作について、図２を参照しながら説明する。
【００２０】
ステップ１００より異常電圧保護プログラムのサブルーチンが開始し、ステップ１０１にてインバータ回路５の直流電圧ＶＤＣを入力する。インバータ回路５の直流電圧ＶＤＣの入力は、交流電源１の周波数に同期して検知しても特に問題はない。ピーク電圧を検出するために、交流電源１のピーク値となる位相、すなわち、９０度と２７０度近傍で検知する必要がある。
【００２１】
つぎに、ステップ１０２に進んで直流電圧ＶＤＣと低電圧異常設定値ＶＬを比較し、ＶＬ以下ならば低電圧異常と判定し、ステップ１０３に進んでインバータ駆動回路１１ｂの出力をオフさせてインバータ回路５の駆動を停止させ、ステップ１０１に戻る。
【００２２】
インバータ回路５の直流電圧ＶＤＣが低い状態でモータ６を所定回転数で駆動するとパワーが一定となり、インバータ回路５の電流値が増加し、パワースイッチング素子が破壊する恐れがあるので、インバータ回路５を停止してパワースイッチング素子の破壊を防止する。
【００２３】
直流電圧ＶＤＣが低電圧異常設定値ＶＬよりも高ければ、ステップ１０４に進んで直流電圧ＶＤＣと過電圧設定値ＶＨを比較し、直流電圧ＶＤＣが過電圧設定値ＶＨよりも高ければ過電圧異常と判定し、ステップ１０５に進んでインバータ回路５を停止させ、ステップ１０６に進んで電源リレー３０を遮断し、ステップ１０７にて異常報知、または異常のメモリ等の異常処理を行ってステップ１０８でプログラムが終了する。
【００２４】
ステップ１０４にて直流電圧ＶＤＣが過電圧設定値ＶＨよりも低ければ、ステップ１０９に進んで運転状態を継続し、ステップ１１０に進んで異常電圧保護サブルーチンをリターンする。
【００２５】
なお、説明を省略したが、異常カウンタを設けて異常判定が２回連続するとインバータ回路５を停止するようにすれば、ノイズ等による誤動作を防ぐことができ、異常判定の信頼性を高めることができる。
【００２６】
整流回路４が、図１に示すように、倍電圧整流回路の場合、定常電圧をＤＣ２８０Ｖとすると、低電圧異常設定値ＶＬはＤＣ２００Ｖ程度に設定し、過電圧設定値ＶＨはＤＣ３５０〜４００Ｖ程度に設定する。
【００２７】
家庭に配線されている交流電源１は、通常単相３線式で、中性点の欠相事故が発生すると通常ＡＣ１００Ｖの電圧がＡＣ２００Ｖ近くなる場合があり、整流回路４の出力直流電圧は通常ＤＣ２８０Ｖ程度の電圧がＤＣ５００Ｖ以上になる場合がある。そのとき、本発明の如き過電圧保護装置がなければ、パワースイッチング素子、または整流回路４のコンデンサが過電圧破壊して短絡電流が流れ発煙発火の恐れがある。また、インバータ直流電源を入力とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路１１ｅのパワースイッチング素子の破壊の恐れもある。
【００２８】
本発明によれば、整流回路４の出力直流電圧の過電圧を検知して電源リレー３０を遮断するので、整流回路４、またはインバータ回路５の高電圧部品の破壊を防ぐことができる。特に、電解コンデンサの耐圧劣化は数１００ｍｓｅｃ以上経過しないと進まないので、本発明のように、交流電源１に同期して異常電圧を判定しても数１０ｍｓｅｃ以内で電源リレー３０を遮断することができ、電解コンデンサの耐圧劣化を防ぐことができる。
【００２９】
（実施例２）
図３に示すように、整流回路４’は、全波整流ダイオード４０’とコンデンサ４１’とよりなる全波整流回路で構成し、インバータ回路５’およびＤＣ−ＤＣコンバータ回路１１ｅ’の入力直流電圧を整流回路４’の出力電圧としている。したがって、コンデンサ４１’に充電する電圧は交流電源１のピーク電圧とほぼ等しくなり、インバータ回路５’のパワートランジスタへの印加電圧は、上記実施例１（図１参照）に示す倍電圧整流回路の半分となる。
【００３０】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１１ｅ’の入力電圧とコンデンサ４１’の印加電圧は、上記実施例１（図１参照）と同じで、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１１ｅ’のパワースイッチング素子の印加電圧もほぼ同じになるので、インバータ回路５とＤＣ−ＤＣコンバータ回路１１ｅ’の部品の耐圧に余裕を持たせると、倍電圧が印加しても回路部品が破壊することはない。
【００３１】
電圧検知回路１１ｄ’の検知電圧は、通常、上記実施例１（図１参照）の電圧検知回路１１ｄの半分となり、異常設定値は実施例１の異常設定電圧の半分にするとよい。
【００３２】
上記構成において異常電圧が印加されたときの基本的な電圧保護動作は、上記実施例１の動作（図２参照）と殆ど同じであり、低電圧異常設定値ＶＬと過電圧設定値ＶＨの数値のみ変更し、約半分にすればよい。
【００３３】
すなわち、交流電源１の電圧が中性点欠相事故等により過電圧となると、電圧検知回路１１ｄ’により異常電圧を検知してインバータ回路５’の駆動を停止して電源リレー３０により遮断することにより、コンデンサ４１’への印加電圧が長時間破壊電圧以上となることはなく、コンデンサ４１’が破壊することはない。
【００３４】
以上のように、本発明はインバータ回路５の直流電源の過電圧を検知して電源リレー３０により遮断するものであり、実施例で述べた洗濯機に限らず、食器洗浄機等のインバータ装置に適用できることは明らかである。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に記載の発明によれば、交流電源と、この交流電源の開閉を制御する電源開閉手段と、前記電源開閉手段と前記交流電源に直列に接続した整流回路と、前記整流回路の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電源開閉手段と前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、前記インバータ制御回路の出力信号により前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記電源開閉手段を開閉制御するリレー駆動回路と、前記インバータ回路の直流電圧を検出する電圧検知回路とを有し、前記電圧検知回路により前記交流電源の周波数に同期して検出した直流電圧が過電圧設定値以上ならば、前記インバータ回路の出力を停止させて前記インバータ回路の電流を零にしてから前記電源開閉手段を遮断するようにしたから、交流電源の中性点欠相事故等による過電圧異常が発生しても、インバータ回路を停止させてインバータ回路電流を零にしてから電源開閉手段を遮断するので、アーク電流が流れない状態で遮断でき、電源開閉手段の遮断特性を向上させ接点の損傷を防止することができ、直流電源を生成する整流回路を構成する電解コンデンサ、インバータ回路のパワースイッチング素子などの過電圧による破壊を防止することができ、信頼性および安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例のインバータ装置のブロック回路図
【図２】  同インバータ装置の異常電圧保護プログラムのフローチャート
【図３】  本発明の第２の実施例のインバータ装置のブロック回路図
【符号の説明】
１      交流電源
３      電源開閉手段
４      整流回路
５      インバータ回路
６      モータ
１１    制御手段
１１ａ  インバータ制御回路
１１ｂ  インバータ駆動回路
１１ｃ  リレー駆動回路
１１ｄ  電圧検知回路
【図１】
0004441981.tif 000002
【図２】
0004441981.tif 000003
【図３】
0004441981.tif 000004