(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力に平滑コンデンサを有する直流電源と、前記直流電源の出力の一端に接続した整流素子と、前記整流素子のもう一方の端子に接続したコンデンサと、前記コンデンサに接続したインバータ回路と、前記インバータ回路の出力に接続した複数の巻線を有する電動機と、前記巻線どうしの接続部と前記直流電源と前記整流素子の接続部の間に接続した開閉手段と、前記インバータ回路を構成するスイッチング手段を制御する制御手段を有し、前記インバータ回路は二つのスイッチング手段を直列接続した直列回路を複数設け、前記開閉手段がオフで、前記スイッチング手段がオフの時、発生した回生電流を前記コンデンサが吸収するようにしたインバータ装置。
【請求項２】
電動機は、回転子に永久磁石を有し、固定子に複数の巻線を有するように構成され、前記永久磁石の前記固定子に対する相対的な位置を検知する位置検知手段を有し、制御手段は前記位置検知手段の出力に応じてスイッチング手段を制御するようにした請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
制御手段は、開閉手段がオンのときには、整流素子の接続された電位側のスイッチング手段を全てオフするようにした請求項１または２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
制御手段は、開閉手段がオンのときには、整流素子の接続された電位側のスイッチング手段のうち少なくとも一つをオンするようにした請求項１または２に記載のインバータ装置。
【請求項５】
制御手段は、電動機の速度が所定速度以内であるときには開閉手段をオフし、所定速度を越えるときには開閉手段をオンするようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭で使用される電気機器に使用される、電動機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】
従来のインバータ装置の構成を図に示す。
【０００３】
直流電源１は交流電源２を整流回路３により整流し直流電圧を得るように構成される。直流電源１の出力端子はインバータ回路８に接続し、インバータ回路８の出力端子は電動機１８に接続し、交流電力を電動機１８に供給する。
【０００４】
整流回路３はダイオードブリッジ４と平滑コンデンサ５により交流電源１を全波整流して直流電源に変換する。
【０００５】
インバータ回路８は高電位側のスイッチング手段９と低電位側のスイッチング手段１０からなる直列回路１１と、高電位側のスイッチング手段１２と低電位側のスイッチング手段１３からなる直列回路１４と、高電位側のスイッチング手段１５と低電位側のスイッチング手段１６からなる直列回路１７により三相ブリッジの回路構成にしている。スイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６はＩＧＢＴと逆接続ダイオードの並列回路で構成される。
【０００６】
電動機１８は永久磁石を有する回転子１９と、三相にスター結線された固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを有する固定子２０により構成される。
【０００７】
制御手段７１はマイクロコンピュータや複数の論理回路などで構成され、位置検知手段２３の出力論理の組み合わせ及び電動機１８の回転方向に対応して所定のスイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６をオンオフ制御する。同時に制御手段７１は、スイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６のオン期間中の通電比を制御する。つまり、図９のインバータ装置では、パルス幅変調（ＰＷＭ）を行うことで、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗへの印加電圧の平均値を制御している。なお、図９のインバータ装置では、パルス幅変調を行うためのキャリア周波数を約１５．６２５ｋＨｚにしている。また、別の従来例としては、特に図示していないが、整流回路の出力する直流電圧を可変にするために整流回路３を昇圧回路または、昇降圧回路などの構成にするものもある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のインバータ装置はスイッチング手段の通電比を制御することで電動機の印加電圧を制御するので、所望の回転速度で駆動できるが、前記スイッチング手段の通電比が１００％になった状態においては、それ以上の速度で駆動することができないので、複数の動作条件を有する機器においては、不要な動作領域が非常に多い過剰仕様の電動機やインバータ回路を必要とするという課題を有していた。
【０００９】
また、別の従来のインバータ装置は整流回路を昇圧回路または昇降圧回路の構成にして、電動機に印加する電圧を拡大し、電動機の動作領域を拡大しているが、前記昇圧回路や前記昇降圧回路を設けるために、制御方式が複雑になったり、部品点数が増え、装置の大型化、高コスト化という課題を有していた。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、簡単な回路構成で電動機の動作領域を拡大することを目的にしている。
【００１１】
【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、出力に平滑コンデンサを有する直流電源と前記直流電源の出力の一端に接続した整流素子と前記整流素子のもう一方の端子に接続したコンデンサと前記コンデンサに接続したインバータ回路と前記インバータ回路の出力に接続した複数の巻線を有する電動機と前記巻線どうしの接続部と前記直流電源と前記整流素子の接続部の間に接続した開閉手段と前記インバータ回路を構成するスイッチング手段を制御する制御手段を有し、前記インバータ回路は二つのスイッチング手段を直列接続した直列回路を複数設け、前記開閉手段がオフで、前記スイッチング手段がオフの時、発生した回生電流を前記コンデンサが吸収するようにしたものである。
【００１２】
これにより、電動機などの負荷からの誘導起電力の短絡を整流素子で阻止することができるとともに、スイッチング手段のオフ時に生じる回生電流をコンデンサで吸収することで、スイッチング手段に印加される電圧が過大となることを防ぐことができ、開閉手段がオンでは半波駆動、開閉手段がオフでは全波駆動が正しく行え、電動機の速度−トルク特性すなわち動作領域を変えることができるので、開閉手段がオン状態のときの巻線への印加電圧は、開閉手段がオフ状態のときの巻線への印加電圧の約二倍になるので、約２倍の速度で電動機を駆動できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、出力に平滑コンデンサを有する直流電源と、前記直流電源の出力の一端に接続した整流素子と、前記整流素子のもう一方の端子に接続したコンデンサと、前記コンデンサに接続したインバータ回路と、前記インバータ回路の出力に接続した複数の巻線を有する電動機と、前記巻線どうしの接続部と前記直流電源と前記整流素子の接続部の間に接続した開閉手段と、前記インバータ回路を構成するスイッチング手段を制御する制御手段を有し、前記インバータ回路は二つのスイッチング手段を直列接続した直列回路を複数設け、前記開閉手段がオフで、前記スイッチング手段がオフの時、発生した回生電流を前記コンデンサが吸収するようにしたものであり、電動機などの負荷からの誘導起電力の短絡を整流素子で阻止することができるとともに、スイッチング手段のオフ時に生じる回生電流をコンデンサで吸収することで、スイッチング手段に印加される電圧が過大となることを防ぐことができ、開閉手段がオンでは半波駆動、開閉手段がオフでは全波駆動が正しく行え、電動機の速度−トルク特性すなわち動作領域を変えることができるので、巻線への印加電圧が開閉手段のオンオフにより約二倍に切り替わるので、開閉手段がオンの場合は、開閉手段がオフの場合に比べ、巻線への電力供給を約四倍にでき、電動機の動作領域を拡大できる。
【００１４】
また、本発明の請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、電動機は回転子に永久磁石を有し、固定子に複数の巻線を有するように構成され、前記永久磁石の前記固定子に対する相対的な位置を検知する位置検知手段を有し、制御手段は前記位置検知手段の出力に応じてスイッチング手段を制御するようにしたものであり、巻線への印加電圧が開閉手段のオンオフにより約二倍に切り替わるので、開閉手段がオンの場合は、開閉手段がオフの場合に比べ、巻線に生じる誘導起電力が約二倍になる速度まで電動機を駆動できる。誘導起電力は電動機の速度とは比例関係であるので、電動機の速度を二倍にすることができる。また、回転子に永久磁石を設けることにより、高効率の電動機を駆動するインバータ装置を実現できる。
【００１５】
また、本発明の請求項３記載の発明は、上記請求項１または２いずれか記載の発明において、制御手段は、開閉手段がオンのときには、整流素子の接続された電位側のスイッチング手段を全てオフするようにしたものであり、スイッチング手段がオフした際に生じる回生電流を小さくできるのでスイッチング手段の損失を抑えることができる。また、一つのスイッチング手段のみをオンするのでスイッチング手段の駆動電力を抑えることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項４記載の発明は、上記請求項１または２いずれか記載の発明において、制御手段は、開閉手段がオンのときには、整流素子の接続された電位側のスイッチング手段のうち少なくとも一つをオンするようにしたものであり、スイッチング手段がオフした際に生じる回生電流によりコンデンサが充電されることを防止できるので、コンデンサの電圧が過大になることを防止できる。
【００１７】
また、本発明の請求項５記載の発明は、上記請求項１〜４いずれか記載の発明において、制御手段は、電動機の速度が所定速度以内であるときには開閉手段をオフし、所定速度を越えるときには開閉手段をオンするようにしたものであり、電動機を速度に応じて効率良く駆動できる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１に本発明の実施例１であるインバータ装置の回路構成を示す。
【００２０】
直流電源１は交流電源２を整流回路３により整流し、直流電圧を得るように構成される。
【００２１】
整流回路３はダイオードブリッジ４と平滑コンデンサ５で構成される。なお、これは一例であり、二つの平滑コンデンサを直列接続し、この直列回路とダイオードブリッジを接続して倍電圧整流回路を構成してもよいものである。
【００２２】
直流電源１の高電位側の端子は整流素子たるダイオード６のアノードに接続し、ダイオード６のカソードはコンデンサ７の高電位側の端子に接続することで、ダイオード６を通じて直流電源１よりコンデンサ７に電力供給をしている。
【００２３】
コンデンサ７はインバータ回路８に接続し、インバータ回路８に直流電源を出力する。
【００２４】
インバータ回路８は、高電位側のスイッチング手段９と低電位側のスイッチング手段１０からなる直列回路１１、高電位側のスイッチング手段１２と低電位側のスイッチング手段１２からなる直列回路１４、高電位側のスイッチング手段１５と低電位側のスイッチング手段１６からなる直列回路１８を並列接続し、三相ブリッジで構成されている。
【００２５】
スイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６はそれぞれ、高周波スイッチングと大電流容量に対応できるＩＧＢＴと逆接続ダイオードの並列回路で構成されている。しかしこれに限定するものではなく、ＩＧＢＴの代わりにトランジスタやＭＯＳＦＥＴを使用してもよいし、双方向スイッチング素子であるトライアックを使用してもよい。
【００２６】
電動機１８は、永久磁石を備えた回転子１９と三相結線された固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを有する固定子２０により構成される。
【００２７】
開閉手段２１は固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの中性点とダイオード６のアノード間に設けられており、リレーで構成されている。しかしながら、パワー半導体素子であるＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴと逆接続ダイオードの並列回路や双方向スイッチング素子であるトライアックで構成してもよいし、メカニカルラッチ方式のスイッチで構成してもよい。
【００２８】
制御手段２２は、マイクロコンピュータと複数の論理回路などで構成される。本実施例においては、制御手段２２は位置検知手段２３の出力論理に応じて所定のスイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６をオンオフ制御するとともに、電動機１８の速度を検知し、この速度に応じて開閉手段２１たるリレーをオンオフ制御する。
【００２９】
位置検知手段２３は、回転子の永久磁石の磁極を検知する三つのホールＩＣ２４、２５、２６により構成され、ホールＩＣ２４、２５、２６は永久磁石の磁極に応じてハイまたはローを制御手段２２に出力する。ホールＩＣ２４、２５、２６は電気角で約１２１度間隔になるように固定子２０に配設されている。なお、これは一例で固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに生じる逆起電力を検知して、回転子１９の位置を検知してもよいし、ロータリエンコーダを用いてもよい。
【００３０】
図１に示したインバータ装置の動作について説明する。
【００３１】
制御手段２２は、開閉手段２１がオン状態のときとオフ状態のときそれぞれに対応したスイッチング手段のオンオフ制御を行う。本実施例においては、開閉手段２１がオフ状態のときには、後で図２を用いて説明するが、位置検知手段２３の出力論理に応じて、１２１度通電形の全波駆動で電動機１８を駆動する。このとき、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗへの印加電圧の最大値は全波駆動になるため、直流電源１の出力電圧の約１／２になる。
【００３２】
開閉手段２１がオン状態のときには、後で図３または図４を用いて説明するが、位置検知手段２３の出力論理に応じて、１２０度通電形の半波で電動機１８を駆動する。このとき、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗへの印加電圧の最大値は直流電源１の出力電圧になる。従って、開閉手段２１がオフ状態のときの約２倍の誘導起電力が生じる速度まで電動機１８を駆動できる。一般に、回転子に永久磁石を有するいわゆるＤＣブラシレスモータにおいては、回転子の固定子巻線に対する相対速度に比例して誘導起電力が生じる。この誘導起電力と固定子巻線への印加電圧の差分の電圧により固定子巻線に電流が供給され、この電流と回転子に設けられた永久磁石によりトルクを発生するものである。つまり、約２倍の速度まで電動機１８を駆動できる。しかしながら、同じトルクを出力するためには固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに供給する電流も約２倍になるものである。ここで、ダイオード６、コンデンサ７の作用について説明する。ダイオード６がない場合は開閉手段２１がオン状態の時に固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに生じる誘導起電力が短絡されて、電動機１８の回転方向とは逆方向にトルクを生じることになる。つまり、ダイオード６を設けることで、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに生じる誘導起電力の短絡を防止できる。しかし、これだけではスイッチング手段オフ時に生じる回生電流を平滑コンデンサ５で吸収できなくなるので、回生電流を吸収できる容量を有するコンデンサ７を設けている。なお、図１には特に示していないが、コンデンサ７に放電用に抵抗を並列接続してもよいし、抵抗とスイッチング素子の直列回路を並列接続してもよい。
【００３３】
図２に、開閉手段２１のオフ状態とオン状態それぞれにおける電動機１８の速度−トルク特性を示す。（ａ）は開閉手段２１のオフ状態での特性を示している。（ｂ）は開閉手段２１のオン状態での特性を示している。図２に示すように、低トルク時には、（ｂ）の開閉手段２１がオン状態の時の方が、（ａ）の開閉手段２１がオフ状態の時に比べ高速まで駆動できる。同時に、低速時には（ａ）の方が（ｂ）に比べ高トルクまで駆動できる。これは、前述したように開閉手段２１をオンオフすることで、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗへの印加電圧の最大値を約２倍に切り替えるとともに、電動機の駆動方式を、開閉手段２１のオン時には三相半波駆動、開閉手段２１のオフ時には三相全波駆動にするためである。
【００３４】
以上のように、開閉手段２１をオンオフして、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗへの印加電圧の最大値を切り替えるとともに、電動機１８の駆動方法を三相全波と三相半波に切り替えるので、電動機１８の速度−トルク特性すなわち動作領域を変えることができる。なお、図１および図２は本発明の請求項１、２、３、４、５の一実施例を示している。
【００３５】
図３に、開閉手段２１をオフした状態におけるスイッチング手段、ホールＩＣの動作波形を示す。本実施例におけるインバータ装置は、開閉手段２１がオフの状態においては、１２０度通電の全波で電動機１８を駆動する。（ａ）はホールＩＣ２４の出力波形、（ｂ）はホールＩＣ２５の出力波形、（ｃ）はホールＩＣ２６の出力波形を示している。（ｄ）はスイッチング手段９のオンオフ状態、（ｅ）はスイッチング手段１２のオンオフ状態、（ｆ）はスイッチング手段１５のオンオフ状態、（ｇ）はスイッチング手段１０のオンオフ状態、（ｈ）はスイッチング手段１３のオンオフ状態、（ｉ）はスイッチング手段１６のオンオフ状態を示している。（ｊ）は固定子巻線２０ｕの電流波形、（ｋ）は固定子巻線２０ｖの電流波形、（ｌ）は固定子巻線２０ｗの電流波形を示している。（ｊ）（ｋ）（ｌ）の固定子巻線に流れる電流波形は高電位側のスイッチング手段９、１２、１５がオンしたときに流れる方向を正にしている。スイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６はいずれも電気角１２０度の期間オンするようにしている。制御手段２２を構成するマイクロコンピュータのＲＯＭには、ホールＩＣ２４〜２６の出力信号の論理に対応したスイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６のオンオフの組み合わせが記憶されている。この組み合わせは電動機１８の回転方向に応じてそれぞれ記憶されている。
【００３６】
以上のように、開閉手段２１がオフの時には、制御手段２２は電動機１８が１２０度通電の全波駆動で動作するように、スイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６をオンオフ制御する。しかし、これは一例であり正弦波駆動にしてもよいし、１５０度通電にしてもよい。
【００３７】
図４に、開閉手段２１をオンした状態におけるスイッチング手段、ホールＩＣの動作波形を示す。本実施例におけるインバータ装置は、開閉手段２１がオンしたときには、１２０度通電の半波で電動機１８を駆動する。（ａ）はホールＩＣ２４の出力波形、（ｂ）はホールＩＣ２５の出力波形、（ｃ）はホールＩＣ２６の出力波形を示している。（ｄ）はスイッチング手段９のオンオフ状態、（ｅ）はスイッチング手段１２のオンオフ状態、（ｆ）はスイッチング手段１５のオンオフ状態、（ｇ）はスイッチング手段１０のオンオフ状態、（ｈ）はスイッチング手段１３のオンオフ状態、（ｉ）はスイッチング手段１６のオンオフ状態を示している。（ｊ）は固定子巻線２０ｕの電流波形、（ｋ）は固定子巻線２０ｖの電流波形、（ｌ）は固定子巻線２０ｗの電流波形を示している。図３と同様に（ｊ）（ｋ）（ｌ）の固定子巻線に流れる電流波形は高電位側のスイッチング手段９、１２、１５がオンしたときに流れる方向を正にしている。図４に示したように高電位側のスイッチング手段９、１２、１５は全てオフ状態となっているため、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの正方向には電流が流れていない。低電位側のスイッチング手段１０、１３、１６はいずれも電気角１２０度の期間オンするようにしている。制御手段２２を構成するマイクロコンピュータのＲＯＭには、ホールＩＣ２４〜２６の出力信号の論理に対応したスイッチング手段１０、１３、１６のオンオフの組み合わせが記憶されている。この組み合わせは電動機１８の回転方向に応じてそれぞれ記憶されている。なお、電動機１８の駆動方式は一例であり、例えば正弦波駆動にしてもよいし、１５０度通電にしてもよいものである。
【００３８】
以上のように、開閉手段２１がオンしているときには、高電位側のスイッチング手段を全てオフしているので、低電位側のスイッチング手段のオフ時に生じる回生電流が高電位側のスイッチング手段を構成する逆接続ダイオードに流れるだけとなり、発熱の少ないインバータ装置を実現できる。また、高電位側のスイッチング手段をオンするための電力が必要ないので省電力化を実現できる。なお、図４は本発明の請求項３の一実施例を示している。
【００３９】
図５に、開閉手段２１をオンした状態におけるスイッチング手段、ホールＩＣの動作波形の別の一例を示す。（ａ）はホールＩＣ２４の出力波形、（ｂ）はホールＩＣ２５の出力波形、（ｃ）はホールＩＣ２６の出力波形を示している。（ｄ）はスイッチング手段９のオンオフ状態、（ｅ）はスイッチング手段１２のオンオフ状態、（ｆ）はスイッチング手段１５のオンオフ状態、（ｇ）はスイッチング手段１０のオンオフ状態、（ｈ）はスイッチング手段１３のオンオフ状態、（ｉ）はスイッチング手段１６のオンオフ状態を示している。（ｊ）は固定子巻線２０ｕの電流波形、（ｋ）は固定子巻線２０ｖの電流波形、（ｌ）は固定子巻線２０ｗの電流波形を示している。（ｊ）（ｋ）（ｌ）の固定子巻線に流れる電流波形は高電位側のスイッチング手段９、１２、１５がオンしたときに流れる方向を正にしている。図５に示したように、スイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６はいずれも電気角１２０度の期間オンするようにしている。なお、制御手段２２を構成するマイクロコンピュータのＲＯＭには、ホールＩＣ２４〜２６の出力信号の論理に対応したスイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６のオンオフの組み合わせが記憶されている。この組み合わせは電動機１８の回転方向に応じてそれぞれ記憶されている。本実施例では、図５に示すように電動機１８を低電位側スイッチング手段１０、１３、１６により半波駆動しながら、同時に予め設定された組み合わせに基づき、高電位側スイッチング手段９、１２、１５をオンオフ制御することで、低電位側のスイッチング手段１０、１３、１６がオフしたときに生じる回生電流を高電位側スイッチング手段９、１２、１５を通じて、回生電流の流れていない別の固定子巻線に流すので、コンデンサ７が回生電流により過大に充電されることを防止することができる。なお、図５に示した本実施例におけるスイッチング手段のオンオフ制御は図３に示した開閉手段２１のオフ状態におけるスイッチング手段のオンオフ制御と同様である。従って、開閉手段２１のオンオフ状態それぞれに対応してスイッチング手段のオンオフ状態を記憶しておく必要がなく、マイクロコンピュータ内のＲＯＭを節約できる。また、開閉手段２１のオンオフ状態によりスイッチング手段のオンオフ制御を変更する必要がないので、開閉手段２１のオンオフ制御を容易にできる。しかし、電動機１８の駆動方式は一例であり、高電位側のスイッチング手段が少なくとも一つオンしていればよいものである。なお、図５は本発明の請求項４の一実施例を示している。
【００４０】
図６に、本発明の請求項５の一実施例であるインバータ装置の電動機の駆動時のフローチャートを示す。なお、インバータ装置の構成は図１と同様であり、ここでは省略する。
【００４１】
図６に示したインバータ装置のフローチャートについて説明する。電動機１８の運転が開始されると、ステップ３１において制御手段２２が開閉手段２１たるリレーをオフする。これにより電動機１８の固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの中性点は非接続となる。ステップ３２では、制御手段２２が図３に示したように位置検知手段２３たるホールＩＣ２４、２５、２６の出力論理の組み合わせに対応してスイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６をオンオフ制御することで、電動機１８を三相全波で駆動する。ステップ３３では、制御手段２２が電動機１８を三相全波で駆動しながら、電動機１８の速度が所定速度Ｎｓであるかを判定する。所定速度Ｎｓの設定は予め制御手段２２を構成するマイクロコンピュータのＲＯＭに記憶されているものとする。なお、所定速度Ｎｓの設定方法は特に限定するものではないが、本実施例では、図２に示した開閉手段２１のオフ状態における速度−トルク特性カーブ（ａ）と開閉手段２１のオン状態における速度−トルク特性カーブ（ｂ）の交差する速度Ｎｓを所定速度にしている。電動機１８の速度検知は制御手段２２がホールＩＣ２４の出力信号の周期を検知することで行っている。より具体的に述べると、制御手段２２を構成するマイクロコンピュータ内に設けられたカウンタによりホールＩＣ２４のハイ期間を検知することで電動機１８の速度を検知している。ステップ３３で電動機１８の速度が所定速度Ｎｓに達していると判定すると、ステップ３４で制御手段２２は開閉手段２１たるリレーをオンする。これにより、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの中性点は開閉手段２１を通じて直流電源１の高電位側の端子に接続される。その後、ステップ３５で、制御手段２２は図５に示したようにホールＩＣ２４、２５、２６の出力論理の組み合わせに応じて、スイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６をオンオフ制御する。なお、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの中性点は直流電源１の高電位側の端子に接続しているので、電動機１８は、低電位側スイッチング手段１０、１３、１６をオンオフ制御することで三相半波で駆動されることになる。
【００４２】
以上のように、電動機１８の速度が所定速度Ｎｓより低いときには開閉手段２１をオフにして、電動機１８を三相全波で駆動し、所定速度Ｎｓ以上では開閉手段２１をオンにして電動機１８を三相半波で駆動することで、電動機１８の速度により、より効率の高い駆動方式で電動機１８を駆動できる。
【００４３】
（実施例３）
図７に、本発明の実施例２のインバータ装置の主要部回路構成図を示す。整流素子たるダイオード４１のカソードは直流電源１の低電位側の端子に接続し、ダイオード４１のアノードはコンデンサ７の低電位側の端子に接続している。開閉手段４２たるリレーはダイオード４１のカソード端子と固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの中性点の間に設けられている。制御手段４３は位置検知手段２３の出力論理に応じてスイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６のオンオフ制御を行うとともに、開閉手段２１のオンオフ制御を行うものである。その他の構成については図１に示したインバータ装置と同様のものであり、ここでは省略する。
【００４４】
図７に示したインバータ装置の動作について説明する。開閉手段４２がオフ状態においては、制御手段４３は図３に示したように位置検知手段２２たるホールＩＣ２３、２４、２５の出力論理に基づいてスイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６をオンオフ制御する。これにより、電動機１８は三相全波で駆動される。
【００４５】
開閉手段４３がオン状態においては、制御手段４３は整流素子たるダイオード４１が設けられている低電位側のスイッチング手段１０、１３、１６を全てオフするとともに、高電位側のスイッチング手段９、１２、１５を位置検知手段２２の出力論理に基づいてオンオフ制御する。これにより、電動機１８は三相半波で駆動される。
【００４６】
以上のように、本実施例のインバータ装置においても、開閉手段４２により固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの中性点と直流電源１の低電位側の端子間を接続したり、切り離すことにより、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗへの印加電圧の最大値を切り替えるとともに、電動機１８の駆動方法を三相全波と三相半波に切り替えるので、電動機１８の速度−トルク特性すなわち動作領域を変えることができる。なお、図７のインバータ装置における電動機１８の速度−トルク特性は図２と同様になるものである。なお、図７は本発明の請求項１、２、３の一実施例を示している。
【００４７】
（実施例３）
図８は、本発明の実施例３のインバータ装置を示す。整流素子たるダイオード５１のアノード端子は直流電源１の高電位側の端子に接続し、ダイオード５１のカソード端子はコンデンサ７の高電位側の端子に接続している。インバータ回路５２は高電位側のスイッチング手段５３と低電位側のスイッチング手段５４からなる直列回路５５と高電位側のスイッチング手段５６と低電位側のスイッチング手段５７からなる直列回路５８によりフルブリッジの構成になっている。電動機５９は４極の永久磁石を設けた回転子６０と、固定子巻線６１ａ、６１ｂを直列接続してなる固定子６１により構成されている。開閉手段６２はリレーで構成されており、直流電源１の高電位側の端子と固定子巻線６１ａ、６１ｂの接続部の間に設けられている。制御手段６３は、マイクロコンピュータや複数の論理回路により構成されており、位置検知手段たるホールＩＣ６４の出力論理によりスイッチング手段５３、５４、５６、５７をオンオフ制御するとともに開閉手段６２をオンオフ制御する。
【００４８】
図８に示したインバータ装置の動作について説明する。開閉手段６２がオフ状態の時には、制御手段６３はホールＩＣ６４の出力論理と電動機５９の回転方向に応じて、スイッチング手段５３、５４、５６、５７をオンオフ制御し、単相全波で電動機５９を駆動する。開閉手段６２がオン状態の時には、制御手段６３は高電位側のスイッチング手段５３、５６をオフ状態に保持するともに、ホールＩＣ６４の出力論理に応じて低電位側のスイッチング手段５４、５７をオンオフ制御する。
【００４９】
以上のように、本実施例のインバータ装置においても、開閉手段６２を用いて固定子巻線６１ａ、６１ｂの接続部と直流電源１の高電位側の端子間を接続したり、切り離すことにより、固定子巻線６１ａ、６１ｂへの印加電圧の最大値を切り替えるとともに、電動機５９を駆動方法と全波駆動と半波駆動に切り替えるので、電動機５９の速度−トルク特性すなわち動作領域を変えることができる。なお、図８に示したインバータ装置は本発明の請求項１、２、３の一実施例に相当する。
【００５０】
以上のように、開閉手段をオンオフすることで電動機の固定子に設けられた巻線の接続部を直流電源に接続したり切り離したりできるので、巻線への印加電圧の最大値を切り替えることができる。同時に電動機の駆動方法を全波駆動または半波駆動に切り替えるので、本実施例のように回転子に永久磁石を有するＤＣブラシレスモータにおいては、巻線に生じる誘導起電力の最大値を大きくすることができ、最高速度を大きくできる。なお、本実施例では示していないが、電動機の構成を誘導電動機やスイッチトリラクタンスモータにしてもよい。この場合についても、開閉手段のオンオフにより、巻線への最大印加電圧を切り替えるとともに電動機の駆動方法を全波駆動または半波駆動に切り替えるので、高速駆動時において固定子巻線への電流供給を増やすことができる。従って高速時のトルク出力を増やすことができることになり、電動機の動作領域を拡大できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１記載の発明によれば、出力に平滑コンデンサを有する直流電源と、前記直流電源の出力の一端に接続した整流素子と、前記整流素子のもう一方の端子に接続したコンデンサと、前記コンデンサに接続したインバータ回路と、前記インバータ回路の出力に接続した複数の巻線を有する電動機と、前記巻線どうしの接続部と前記直流電源と前記整流素子の接続部の間に接続した開閉手段と、前記インバータ回路を構成するスイッチング手段を制御する制御手段を有し、前記インバータ回路は二つのスイッチング手段を直列接続した直列回路を複数設け、前記開閉手段がオフで、前記スイッチング手段がオフの時、発生した回生電流を前記コンデンサが吸収するようにしたので、電動機などの負荷からの誘導起電力の短絡を整流素子で阻止することができるとともに、スイッチング手段のオフ時に生じる回生電流をコンデンサで吸収することで、スイッチング手段に印加される電圧が過大となることを防ぐことができ、開閉手段がオンでは半波駆動、開閉手段がオフでは全波駆動が正しく行え、電動機の速度−トルク特性すなわち動作領域を変えることができるので、巻線への印加電圧が開閉手段のオンオフにより約二倍に切り替わるので、開閉手段がオンの場合は、開閉手段がオフの場合に比べ、巻線への電力供給を約四倍にでき、電動機の動作領域を拡大できる。
【００５２】
また、本発明の請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明において、電動機は回転子に永久磁石を有し、固定子に複数の巻線を有するように構成され、前記永久磁石の前記固定子に対する相対的な位置を検知する位置検知手段を有し、制御手段は前記位置検知手段の出力に応じてスイッチング手段を制御するようにしたので、巻線への印加電圧が開閉手段のオンオフにより約二倍に切り替わるので、開閉手段がオンの場合は、開閉手段がオフの場合に比べ、巻線に生じる誘導起電力が約二倍になる速度まで電動機を駆動できる。誘導起電力は電動機の速度とは比例関係であるので、電動機の速度を二倍にすることができる。また、回転子に永久磁石を設けることにより、高効率の電動機を駆動するインバータ装置を実現できる。
【００５３】
また、本発明の請求項３記載の発明によれば、上記請求項１または２いずれか記載の発明において、制御手段は、開閉手段がオンのときには、整流素子の接続された電位側のスイッチング手段を全てオフするようにしたので、スイッチング手段がオフした際に生じる回生電流を小さくできるのでスイッチング手段の損失を抑えることができる。また、一つのスイッチング手段のみをオンするのでスイッチング手段の駆動電力を抑えることができる。
【００５４】
また、本発明の請求項４記載の発明によれば、上記請求項１または２いずれか記載の発明において、制御手段は、開閉手段がオンのときには、整流素子の接続された電位側のスイッチング手段のうち少なくとも一つをオンするようにしたので、スイッチング手段がオフした際に生じる回生電流によりコンデンサが充電されることを防止でき、コンデンサの電圧が過大になることを防止できる。
【００５５】
また、本発明の請求項５記載の発明によれば、上記請求項１〜４いずれか記載の発明において、制御手段は、電動機の速度が所定速度以内であるときには開閉手段をオフし、所定速度を越えるときには開閉手段をオンするようにしたので、低速時には電動機を全波駆動し、電動機の全波駆動では達することのできない高速動作領域では電動機を半波駆動するので、前記電動機を速度に応じて効率良く駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１のインバータ装置の主要部回路構成図
【図２】  同インバータ装置の電動機の速度−トルク特性図
【図３】  同インバータ装置の開閉手段２１オフ時の主要部動作波形図
【図４】  同インバータ装置の開閉手段２１オン時の主要部動作波形図
【図５】  同インバータ装置の開閉手段２１オン時の別の一例である主要部動作波形図
【図６】  同インバータ装置の電動機の駆動制御フローチャート
【図７】  本発明の実施例２のインバータ装置の主要部回路構成図
【図８】  本発明の実施例３のインバータ装置の主要部回路構成図
【図９】  従来のインバータ装置の主要部回路構成図
【符号の説明】
１    直流電源
６    ダイオード
７    コンデンサ
８    インバータ回路
９、１０、１２、１３、１５、１６  スイッチング手段
１１、１４、１７  直列回路
１８  電動機
１９  回転子
２０  固定子
２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ  固定子巻線
２１  開閉手段
２２  制御手段
【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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【図８】
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【図９】
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