(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源を直流電源に変換する整流回路と、零相変流器を有する漏電検知回路と、前記整流回路の出力する直流電源を交流電源に変換するパワースイッチング手段より構成され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電動機と、前記パワースイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を備え、前記インバータ回路は、三つの高電位側のパワースイッチング手段と、コンデンサとダイオードから電源供給されて前記高電位側のパワースイッチング手段を駆動する高電位側の駆動回路と、三つの低電位側のパワースイッチング手段とを有する三相全波の構成とし、前記制御手段は、前記電動機の起動時に、前記電動機が回転駆動する前に前記低電位側パワースイッチング手段の内の少なくとも一つを間欠的に所定期間オンオフし、前記漏電検知回路の出力に応じて前記電動機の漏電を判定するとともに前記各コンデンサを前記直流電源から前記ダイオードを通じて充電するインバータ装置。
【請求項２】
交流電源と整流回路を接続する電源開閉手段を備え、電源開閉手段は制御手段により少なくともオフ制御され、前記制御手段は電動機の起動時に、前記電動機が回転駆動する前に漏電検知回路の出力に応じて前記インバータ回路の動作を停止し前記電源開閉手段を開にする請求項１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、一般家庭の電気機器の備えられ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について説明する。
【０００３】
従来、この種のインバータ装置は、インバータ装置とは別に漏電継電器を設けたものと、漏電検知回路を有するインバータ装置の２種類がある。
【０００４】
インバータ装置とは別に漏電継電器を設けたものは、インバータ装置を構成する電動機などの負荷装置に漏洩電流が発生すると、インバータ装置とは別に設けた漏電継電器が漏
洩電流を検知し、インバータ装置の動作に関係なく、すぐにインバータ装置に電力を供給することを停止するよう構成していた。
【０００５】
また、漏電検知回路を有するインバータ装置は、漏電検知回路が電動機などの負荷装置に漏洩電流が発生したことを検知すると、インバータ回路の動作を停止し、電動機を停止するだけのものと、電源開閉手段を設けて、漏電検知回路が電動機に漏洩電流が発生したことを検知すると、インバータ回路の動作を停止するとともに電源開閉手段を開にするように構成していた。以下、その構成について図９を参照しながら説明する。図９は従来のインバータ装置のブロック回路図の一例である。
【０００６】
図９に示すように、零相変流器３ａは、通常、図２に示すように、１次側の２極の巻線に流れる電流の差に応じて２次側に電圧を出力するものであり、おおよそ電流差と出力電圧は比例関係である。なお、このときの出力電圧は、２次側巻線に並列接続された負荷抵抗値により変化する。判定部３ｂは、通常コンパレータやワンショットマルチバイブレータなどで構成されており、零相変流器３ａの出力電圧が所定値より低いときはハイを出力し、所定値を越えると一定期間ローを出力するもので、零相変流器３ａと判定部３ｂで漏電検知回路３を構成している。
【０００７】
整流回路２は４個のダイオードにより構成したダイオードブリッジ２ａとコイル２ｂとコンデンサ２ｃとで構成し、交流電源１を全波整流し、ほとんど脈動のない直流電源をインバータ回路４に供給している。インバータ回路４は６個のパワースイッチング手段４ａ〜４ｆにより３相６石で構成されており、制御手段９１がパワースイッチング手段４ａ〜４ｆをオンオフ制御することにより三相全波の交流電源を電動機５に供給し、電動機５を回転駆動する。
【０００８】
制御手段９１は例えば、マイクロコンピュータや、コンパレータなどのＩＣやパワースイッチング手段４ａ〜４ｆを駆動する駆動回路などにより構成しおり、パワースイッチング手段４ａ〜４ｆをオンオフ制御することで電動機５を回転駆動するとともに、漏電検知回路３が漏電を検知して信号を出力すると、その信号を受けてパワースイッチング手段４ａ〜４ｆ全てをオフし、電動機９を停止させるようにしていた。
【０００９】
【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においては、漏電検知回路３が電動機５の漏洩電流を検知するとインバータ回路を構成するパワースイッチング手段を全てオフにし電動機５を停止するとともに電源開閉手段を開にし、漏洩電流を遮断するものであった。
【００１０】
しかしながら、このような従来のインバータ装置では、パワースイッチング手段４ａ〜４ｆ全てをオフにし電動機５を停止している場合には、電動機５が水に浸かった状態でも漏洩電流が流れず、その結果、電動機５の回転駆動中にしか電動機５の漏電を検知できないという課題を有していた。これにより、電動機５の高速回転駆動中に電動機５の漏電を検知し、パワースイッチング手段４ａ〜４ｆ全てをオフし、かつ電源開閉手段を開にした場合に、漏洩電流の回り込みなどによりパワースイッチング手段４ａ〜４ｆが構成するインバータ回路の入力端子間に過電圧が印加されパワースイッチング手段が故障するという課題も有していた。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するもので、電動機が回転駆動する前に電動機が漏電しているかを検知できるようにすることを目的にしている。また、これにより故障が少なく、かつ使用者にとって安全なインバータ装置を実現することを目的にしている。
【００１２】
【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、交流電源と、前記交流電源を直流電源に変換する整流回路と、零相変流器を有する漏電検知回路と、前記整流回路の出力する直流電源を交流電源に変換するパワースイッチング手段より構成され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電動機と、前記パワースイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を備え、前記インバータ回路は、三つの高電位側のパワースイッチング手段と、コンデンサとダイオードから電源供給されて前記高電位側のパワースイッチング手段を駆動する高電位側の駆動回路と、三つの低電位側のパワースイッチング手段とを有する三相全波の構成とし、前記制御手段は、前記電動機の起動時に、前記電動機が回転駆動する前に前記低電位側パワースイッチング手段の内の少なくとも一つを間欠的に所定期間オンオフし、前記漏電検知回路の出力に応じて前記電動機の漏電を判定するとともに前記各コンデンサを前記直流電源から前記ダイオードを通じて充電するように構成したものである。
【００１３】
これにより、電動機が停止していても電動機が漏電しているかを検知することが可能になり、電動機の起動時に、漏電を検知し、使用者の感電を防止する安全なインバータ装置を実現できる。また、電動機を回転駆動する前に電動機の漏電を判定するので、漏洩電流の回り込みなどによりインバータ回路４の入力端子間に過電圧が生じることがなくなり、従って電動機が漏電しても故障を少なくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、交流電源と、前記交流電源を直流電源に変換する整流回路と、零相変流器を有する漏電検知回路と、前記整流回路の出力する直流電源を交流電源に変換するパワースイッチング手段より構成され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電動機と、前記パワースイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を備え、前記インバータ回路は三つの高電位側のパワースイッチング手段と、コンデンサとダイオードから電源供給されて前記高電位側のパワースイッチング手段を駆動する高電位側の駆動回路と、三つの低電位側のパワースイッチング手段とを有する三相全波の構成とし、前記制御手段は、前記電動機の起動時に、前記電動機が回転駆動する前に前記低電位側パワースイッチング手段の内の少なくとも一つを間欠的に所定期間オンオフし、前記漏電検知回路の出力に応じて前記電動機の漏電を判定するとともに前記各コンデンサを前記直流電源から前記ダイオードを通じて充電するように構成したことにより、電動機が停止していても電動機の漏電を検知することが可能になり、使用者の感電を防止できる。また、電動機を回転駆動する前に電動機の漏電を判定するので、漏洩電流の回り込みなどによりインバータ回路４の入力端子間に過電圧が生じることがなくなり、従って電動機が漏電しても故障を少なくすることができる。
【００１５】
また、電動機の停止時に電動機の漏電判定と高電位側の駆動回路の電源電圧の確保を同時に行うことができ、電動機の起動時に電動機の漏電判定を行うことで確実に電動機の漏電を検知でき、電動機が漏電していない場合は、漏電検知を行ったあとは既に高電位側の駆動回路の電源電圧が確保されているので、確実に電動機を起動することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載のインバータ装置において、前記交流電源と前記整流回路を接続する電源開閉手段を備え、前記電源開閉手段は前記制御手段により少なくともオフ制御され、前記制御手段は前記電動機の起動時に、前記電動機が回転駆動する前に漏電検知回路の出力に応じて前記インバータ回路の動作を停止し前記電源開閉手段を開にするように構成することにより、電動機を停止させた状態で電動機の漏電検知を行うことができるので、電動機の起動時に電動機の漏電判定をすることが可能になり、電動機の停止時に既に漏電しているにも関わらず、電動機の回転駆動時に漏電判定がなされ電源開閉手段が開になった時に漏洩電流の回り込みによりインバータ回路が故障することを防止することができる。また、電源開閉手段により漏洩電流の経路を遮断するので使用者の感電を防止できる。
【００１７】
【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。
【００１８】
（実施例１）
図１に示すように、交流電源１は１００Ｖ６０Ｈｚの電源で、整流回路２に接続している。
【００１９】
整流回路２は本実施例に置いては四つのダイオードからなるダイオードブリッジ２ａとコイル２ｂとコンデンサ２ｃにより全波整流を行う構成にしており、交流電源１を殆ど脈動のない約１４１Ｖの直流電源に変換している。なお、整流回路２の構成はこれに限定するものではなく、ダイオードブリッジと直列接続された二つのコンデンサを用いて倍電圧整流回路の構成にし、交流電源１を約２８３Ｖの直流電源に変化するようにしてもよい。
【００２０】
漏電検知回路３は零相変流器３ａと判定部３ｂにより構成され、零相変流器３ａは、通常は図２のように、１次側の２極の巻線に流れる電流の差に応じて２次側に電圧を出力するものであり、おおよそ電流差と出力電圧は比例関係である。なお、このときの出力電圧は２次側巻線に並列接続された負荷抵抗値により変化する。判定部３ｂは、コンパレータやワンショットマルチバイブレータなどで構成し、零相変流器１の出力電圧が所定値より低いときはハイを出力し、所定値を越えると一定期間ローを出力する。
【００２１】
インバータ回路４は高電位側のパワースイッチング手段４ａ〜４ｃと低電位側のパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆにより三相六石の構成にしており、整流回路２より供給される直流電源を惨そう全波の交流電源に変換し、この交流電源を電動機５に供給する。
【００２２】
パワースイッチング手段４ａ〜４ｆはそれぞれＩＧＢＴと逆接続ダイオードにより構成されているが、特にこれに限定するものではなく例えばＩＧＢＴの代わりにＭＯＳＦＥＴや大電流対応のパワートランジスタなどを用いてもよい。
【００２３】
電動機５は、本実施例においては特に図示していないが回転子に８極の永久磁石を設け、固定子に電機子巻線より構成された三相巻線を設けた直流ブラシレスモータの構成にしている。本実施例では直流ブラシレスモータにすることにより高効率化、高トルク出力を実現しているが、特に直流ブラシレスモータに限定するものではなく、誘導電動機やスイッチトリラクタンスモータなどの構成にしてもよい。
【００２４】
制御手段６は、マイクロコンピュータ６ａと駆動回路６ｂや特に図示していないがＣＭＯＳの論理ＩＣ、マイクロコンピュータ６ａや駆動回路６ｂに電力を供給しているスイッチング電源などで構成されている。
【００２５】
マイクロコンピュータ６ａは、図１には特に図示していないが、電動機５の回転子が有する永久磁石の位置を検出するホールＩＣなどで構成された位置検知回路の出力信号に応じて、所定のパワースイッチング手段がオンオフするように駆動回路６ｂにオンオフ信号を出力するとともに、電動機５が所定の回転数で駆動するようにパワースイッチング手段４ａ〜４ｆを導通比を制御している。また、マイクロコンピュータ６ａは判定部３ｂの出力がローであることを検知して、電動機５に漏洩電流が流れている（漏電）と判定し、駆動回路６ｂにパワースイッチング手段４ａ〜４ｆのオフ信号を出力し、電動機５を停止するようにしている。
【００２６】
駆動回路６ｂはＮＰＮトランジスタとＰＮＰトランジスタにより構成されるプッシュプル回路をパワースイッチング手段４ａ〜４ｆそれぞれに設けており、マイクロコンピュータ６ａの出力信号に応じて前記プッシュプル回路がパワースイッチング手段４ａ〜４ｆを構成するＩＧＢＴのゲート端子に電力を供給することでパワースイッチング手段４ａ〜４ｆをオンオフするようにしている。なお、駆動回路６ｂの構成は一例で限定するものではなく、例えば駆動回路とパワースイッチング手段を一つのパッケージに納めたインテグレーテッドパワーモジュール（ＩＰＭ）などを用いて、高集積化を行ってもよい。
【００２７】
上記構成について、電動機５の起動時における漏電検知制御の動作について図３を参照しながら説明する。図３は電動機５の起動時に漏電判定を行うタイムチャートで、漏電判定がなされたときの各部の波形を示している。図３（ａ）は零相変流器３ａの一次側の２極の巻線に流れる電流の差、すなわち漏洩電流である。なお、漏洩電流は必ずしも図３（ａ）のような波形になるわけではなく、整流回路２の構成や電動機５の構成によりいろいろな波形になるが、本実施例においては図１に示したインバータ装置における漏洩電流波形を用いて説明することにする。図３（ｂ）は零相変流器３ａの出力電圧波形、図３（ｃ）は判定部２の出力電圧波形、図３（ｄ）はパワースイッチング手段４ａのオンオフ状態、図３（ｅ）はパワースイッチング手段４ｂのオンオフ状態、図３（ｆ）はパワースイッチング手段４ｃのオンオフ状態、図３（ｇ）はパワースイッチング手段４ｄのオンオフ状態、図３（ｈ）はパワースイッチング手段４ｅのオンオフ状態、図３（ｉ）はパワースイッチング手段４ｆのオンオフ状態を示している。
【００２８】
電動機５が漏電し、電動機５の三相巻線がアース接地されると、このアース接地点を通じて交流電源１に接続することになり、交流電源１の電位や水の抵抗やインバータ装置のインピーダンスに応じて漏洩電流が流れる。ただし、図３のｔ１においてはパワースイッチング手段４ａ〜４ｆが全てオフし、かつコンデンサ２ｃが十分に充電され、コンデンサ２ｃへの充電電流が殆ど流れない状態であり電位が変動しないので漏洩電流は殆ど流れない。次にｔ２において制御手段６によりパワースイッチング手段４ｄを図３（ｇ）のように所定周期で所定回数オンオフする。本実施例では２ｍｓの周期で５０％の導通比で１６回オンオフするようにする。すると、パワースイッチング手段４ｄがオン状態の時に以下の経路で漏洩電流が流れる。交流電源１のアース接地された極側が高電位の場合は、交流電源１の高電位側からアース接地点を経由して三相巻線を流れ、パワースイッチング手段４ｄのＩＧＢＴを流れ、ダイオードブリッジ２ａを流れて交流電源１の低電位側に達する経路で漏洩電流が流れる。交流電源１のアース接地された極側が低電位の場合は、コンデンサ２ｃが十分に充電されている場合は漏洩電流は流れない。しかしながらコンデンサ２ｃが充電されておらず、コンデンサ２ｃへの充電電流が流れる場合は、交流電源１の高電位側からダイオードブリッジを経由してコイル２ｂを流れ、コンデンサ２ｃを流れ、低電位側のパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆの逆接続ダイオードを経由して電動機５の三相巻線を流れ、この三相巻線のアース接地点を経由して交流電源１の低電位側に達する経路で流れる。なお本実施例においては、電源投入時に一時的にコンデンサ２ｃに流れる充電電流が大になるが、インバータ回路４が停止状態の時は殆ど充電電流は流れず、漏洩電流も微少になり、使用者が感じないほどである。
【００２９】
従って本実施例では、電動機５の漏電時には、電動機５の起動時にパワースイッチング手段４ｄを図３（ｇ）のようにオンオフすることで図３（ａ）のような漏洩電流が流れ、この漏洩電流により零相変流器３ａの１次側の２極の巻線間に電流差が生じ、図３（ｂ）に示すように、２次側巻線に図３（ａ）の波形に応じた電圧波形を出力する。判定部３ｂは図３（ｃ）に示すように、２次側巻線の出力電圧波形が所定値Ｖｓまたは−Ｖｓを越えた時点ｔ３で、所定期間Ｔｓ１の間ローを出力する。この時１次側の２極の電流差はＩｓまたは−Ｉｓとなっている。制御手段６は判定部３ｂのロー出力を検知すると、すぐにパワースイッチング手段４ａ〜４ｆすべてをオフ状態に保持し、ｔ３から所定時間経過しても判定部３ｂがローを出力していれば電動機３は漏電しているものと判定するようにしている。
【００３０】
なお、パワースイッチング手段４ｄのオンが所定回数になっても、漏電検知回路３がロー出力しない場合は、マイクロコンピュータ６ａは電動機５は漏電していないと判定し、電動機５を回転駆動するようにしている。本実施例ではオンを１６回行っても、漏電検知回路３がロー出力しなければ、電動機５は漏電していないと判断するようにしている。従って、本実施例１の漏電検知制御は最大３２ｍｓの期間で行われるようになっている。
【００３１】
一般的に漏電検知は、雷サージによる誤動作などを防止するために、判定部３ｂにカウンタなどを備えておき、２次側巻線の電圧が所定値を数回越えた時点で漏電と判定するようにしているが、本実施例のようにインバータ装置にも対応できる漏電検知回路はそれ以外にも、インバータ回路の動作時に発生するノイズによる誤動作を防止するために判定部３ｂの入力端子にローパスフィルタを設けることが多い。ただし、特にその構成に限定するものではない。なお、本実施例においては、２次側巻線の出力電圧波形が所定値を２回越えたところで、図３（ｃ）のように判定部３ｂが漏電と判定し、所定期間Ｔｓ１の間ローを出力している。
【００３２】
なお、本実施例では低電位側のパワースイッチング手段４ｄだけをオンオフしたが、これに限定するものではなく、低電位側のパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆ全てを同時にオンオフしても構わない。また、上記のように高電位側のパワースイッチング手段だけをオンしても漏洩電流が流れることから低電位側のパワースイッチング手段のかわりに高電位側のパワースイッチング手段をオンオフするようにしても良い。ここで、高電位側のパワースイッチング手段をオンオフする場合の漏洩電流の経路について説明する。
【００３３】
次に図１のインバータ装置において制御手段５は電動機５の起動時に高電位側のパワースイッチング手段４ａだけを所定周期で所定期間オンオフするようにしている。この他の構成については図１と同様である。このインバータ装置において、電動機５が起動時に漏電していた場合の、パワースイッチング手段４ａのオン時の漏洩電流の経路について説明する。交流電源１のアース接地された極側が高電位の場合は、コンデンサ２ｃが殆ど充電されているために、漏洩電流は殆ど流れない。交流電源１のアース接地された極側が低電位の場合は、交流電源１の高電位の極からダイオードブリッジ２ａを流れ、パワースイッチング手段４ａのＩＧＢＴを流れて電動機５の三相巻線を流れ、この三相巻線のアース接地点を経由して交流電源１の低電位側の極に達する経路で漏洩電流が流れる。
【００３４】
以上のように、電動機５の起動時に高電位側か低電位側のパワースイッチング手段の少なくとも一つをオンオフすることで確実に電動機５の漏電を検知することができる。本実施例のようにパワースイッチング手段を２ｍｓというパワースイッチング手段４ａ〜４ｆのオンオフ時に発生するサージ電圧のパルス幅に比べ長い周期で５０％の導通比でオンオフする場合には、判定部３ｂにローパスフィルタを設けているような場合においても漏洩電流が所定値を越えているかを判定することが可能になるともに、所定値を越える回数が所定回数に達するまでの時間も短くすることができる。特に本実施例のように電動機５を駆動する前にパワースイッチング手段をオンオフした場合は、電動機５の立ち上がり時の漏電電流の周期よりも短くすることが可能になり、より早く漏洩電流を検知し使用者の感電を防止することができる。
【００３５】
なお、本実施例では電動機５の回転駆動前の漏電検知制御について述べたが、インバータ装置が備えられた電気機器によっては電動機５の回転駆動中に漏電が生じることもある。この場合でも漏電検知回路３は常に漏洩電流が発生したかを検知しているので、電動機５の回転駆動中に漏電が生じても、漏電検知回路３がこの漏電を検知しロー出力し、すぐに制御手段５が図３のようにパワースッイチング手段４ａ〜４ｆをオフするものである。
【００３６】
従って、電動機５が回転していても回転していなくても確実に電動機５が漏電しているかを検知できるので安全なインバータ装置を実現できる。
【００３７】
（実施例２）
図４に示すように、電源開閉手段１１は交流電源１と整流回路２を接続しているものであり、制御手段１２を構成するマイクロコンピュータ１３の出力信号によりオフ制御することが可能になっている。その他の構成については上記実施例１と同様であり同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
本実施例では、電源開閉手段１１はメカニカルラッチ方式のスイッチにより構成されているが、特に限定するものではなくオンオフ制御可能なリレーやトライアックなどで構成しても構わない。前記メカニカルラッチ方式のスイッチは、使用者がボタンを押し込むことにより接点を閉じ、マイクロコンピュータ１３が電気的信号を出力することで、前記スイッチ内部に電磁力を発生させ、ラッチ状態であった前記ボタンを復帰させ、接点を開く構成である。本実施例では、制御手段１２が電源開閉手段１１をオフ制御することにより電源開閉手段１１が交流電源１の両極を開にすることで電流経路を遮断し、整流回路２への電力供給を停止するようにしている。しかしながら電源開閉手段１１の構成はこれに限定するものではなく、例えば一つのリレーを用いて交流電源１のどちらか一方の極を開閉するように構成にしてもよい。
【００３９】
図４に示したインバータ装置の電動機５の起動時の漏電検知制御の一例を図３および図４を参照しながら説明する。
【００４０】
電動機５の運転が開始されると、図３に示したように制御手段１２がパワースイッチング手段４ｄを２ｍｓの周期で５０％の導通比でオンオフし、電動機５が漏電している場合には漏洩電流が流れるようにする。この漏洩電流を漏電検知回路３が検知しローを出力すると、マイクロコンピュータ１３はこれを検知し、すぐにパワースイッチング手段４ａ〜４ｆすべてがオフになる信号を駆動回路６ｃに出力し、駆動回路６ｃによりパワースイッチング手段４ａ〜４ｆを全てオフにする。その後所定期間Ｔｓ２の間ロー出力であれば、漏電していると判定し、電源開閉手段１１をオフにする信号を出力し、その信号をうけて電源開閉手段１１は開となる。
【００４１】
以上のように、電源開閉手段１１を設け、漏電検知制御時において漏電判定がなされた場合は、制御手段１２がパワースイッチング手段４ａ〜４ｆをすべてオフにするとともに電源開閉手段１１を開にすることで、漏洩電流を遮断し漏電を防止できる。また、電動機５の起動時にこの漏電検知制御を設けたことにより、電動機５が漏電している場合は電動機５を回転駆動する前に電源開閉手段１１を開にすることが可能になる。その結果、電動機５の回転駆動中に漏電判定がなされ電源開閉手段１１が開になることにより、漏洩電流のインバータ回路４への回り込みや、インバータ回路５の入力端子間にサージ電圧が発生し、インバータ回路が故障することを防止できる。
【００４２】
（実施例３）
次に、本発明のインバータ装置の回路構成の一例を図５を参照しながら説明する。なお、本発明の実施例２と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
図５のように、制御手段２１は直流電源２２とマイクロコンピュータ２３と駆動回路２４ａ〜２４ｆとダイオード２５ａ〜２５ｃとコンデンサ２６ａ〜２６ｃで構成されている。操作部２７は複数のモーメンタリスイッチで構成されており、このモーメンタリスイッチを押すことでインバータ装置の動作条件を設定するようにしている。報知手段２８はＬＥＤなどの表示素子とブザーなどで構成されており、電動機５の回転数などを表示したり、インバータ装置に異常が生じた際には異常報知を行うように構成されている。
【００４４】
直流電源２２は本実施例ではスイッチング電源で構成されており、整流回路２より直流電源を受けて、５Ｖと１５Ｖの直流電源に変換し、５Ｖ電源をマイクロコンピュータ２３に供給し、１５Ｖ電源を駆動回路２４ａ〜２４ｆに供給している。
【００４５】
マイクロコンピュータ２２は電動機５の起動時にコンデンサ２６ａ〜２６ｃを充電する充電制御を行うようにしている。充電制御については後で説明する。その他については本実施例２と同様である。
【００４６】
駆動回路２４ａ〜２４ｆはＮＰＮトランジスタとＰＮＰトランジスタによるプッシュプル回路で構成されており、マイクロコンピュータ２２の出力信号を受けてパワースイッチング手段を構成するＩＧＢＴをオンオフする。
【００４７】
高電位側の駆動回路２４ａ〜２４ｃの出力端子は高電位側のパワースイッチング手段４ａ〜４ｃを構成するＩＧＢＴそれぞれのゲート端子とエミッタ端子間に接続され、低電位側の駆動回路２４ｄ〜２４ｆの出力端子はは高電位側のパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆを構成するＩＧＢＴのゲート端子に接続している。
【００４８】
高電位側の駆動回路２４ａ〜２４ｃの電源は、三相のそれぞれについて低電位側のパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆがオン状態にある間に、直流電源２２よりダイオード２５ａ〜２５ｃと本実施例では図示していないが充電電流を制限するために設けられたダイオード２５ａ〜２５ｃそれぞれに直列接続した充電抵抗を介してコンデンサ２６ａ〜２６ｃを充電しており、このコンデンサ２６ａ〜２６ｃを高電位側の駆動回路２４ａ〜２４ｃの電源として使用する構成にしている。
【００４９】
なお、本実施例ではパワースイッチング手段４ａ〜４ｆにＩＧＢＴを用いていることで、いわゆるＭＯＳゲートの駆動に必要な電力が小になり、コンデンサ２６ａ〜２６ｃの静電容量が小であっても十分なスイッチング駆動が可能になっている。
【００５０】
次に、図５に示したインバータ装置の電動機５の起動時のコンデンサ２６ａ〜２６ｃの充電制御について図６を参照しながら説明する。図６は前記充電制御のタイムチャートである。
【００５１】
図６（ａ）はパワースイッチング手段４ａのオンオフ状態、図６（ｂ）はパワースイッチング手段４ｂのオンオフ状態、図６（ｃ）はパワースイッチング手段４ｃのオンオフ状態、図６（ｄ）はパワースイッチング手段４ｄのオンオフ状態、図６（ｅ）はパワースイッチング手段４ｅのオンオフ状態、図６（ｆ）はパワースイッチング手段４ｆのオンオフ状態を示している。
【００５２】
本実施例においては、電動機５の運転が開始されると、まずパワースイッチング手段４ａ〜４ｆ全てをオフする期間を設け、図６のＴ１から充電制御を行っている。
【００５３】
充電制御では、マイクロコンピュータ２２が２ｍｓの周期で５０％の導通比のオンオフ信号を低電位側の駆動回路２４ｄ〜２４ｆに出力している。低電位側の駆動回路２４ｄ〜２４ｆはこの信号をうけて低電位側のパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆを図６（ｄ）〜（ｆ）のように２ｍｓの周期で５０％の導通比で１６回オンオフする。従って本実施例の充電制御は３２ｍｓの時間がかかる。
【００５４】
一般に抵抗を通してコンデンサを充電する場合、コンデンサの静電容量と抵抗の抵抗値の積で定められる時定数よりも長い時間をかけて充電することにより、電力を供給する直流電源の電圧とほぼ同じ電圧値まで充電することができる。
【００５５】
本実施例では、低電位側のパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆのオンオフにより間欠的にコンデンサ２４ａ〜２４ｃの充電を行っており、この場合には、充電制御のなされる時間に低電位側のパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆの導通比を乗じた時間がコンデンサ２６ａ〜２６ｃの正味の充電時間になるので、本実施例におけるコンデンサ２６ａ〜２６ｃの充電時間は１６ｍｓになる。
【００５６】
なお、本実施例においては前記時定数に対し前記充電時間が約８倍になるように設定されており、コンデンサ２６ａ〜２６ｃの初期電荷が零であっても、スイッチング電源６ａの出力電圧の９９％に相当する電圧まで充電できるので、電動機５の起動時に確実に高電位側のパワースイッチング手段４ａ〜４ｃをオンすることができる。
【００５７】
図６では、充電制御がなされた後、Ｔ２から所定期間パワースイッチング手段４ａ〜４ｆ全てをオフするようにし、Ｔ３から本実施例１と同様に電動機５の回転子が有する永久磁石の位置を検出する位置検知回路の出力信号に応じてパワースイッチング手段４ａ〜４ｆをオンオフ制御し、電動機５を回転駆動する。Ｔ２からＴ３の間、全てのパワースイッチング手段４ａ〜４ｆをオフすることにより、充電制御から電動機５の回転駆動に移行する際に高電位側のパワースイッチング手段４ａ〜４ｃと低電位側のパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆの同時オンによる短絡電流の発生を防止し、この短絡電流によるパワースイッチング手段の故障を防止している。
【００５８】
次に電動機５が漏電している場合について説明する。電動機５の起動時に図６に示した充電制御を行うとパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆのオン時に以下の経路で漏洩電流が流れる。交流電源１のアース接地された極側が高電位の場合は、交流電源１の高電位の極側からアース接地点を経由して三相巻線５ａを流れ、低電位側のパワースイッチング手段４ｄ〜４ｆを構成するＩＧＢＴを流れ、ダイオードブリッジ２ａを流れて交流電源１の低電位側の極に達する経路で流れる。漏電検知回路３はこの漏洩電流を検知し、マイクロコンピュータ２２にローを出力することでマイクロコンピュータ５２は電動機５の漏電を判定し、パワースイッチング手段４ａ〜４ｆを全てオフにするとともに電源開閉手段４１を開にし、漏洩電流の経路を遮断し、漏電を防止する。
【００５９】
なお、上記の漏洩電流の経路は、パワースイッチング手段４ｅ、４ｆを同時にオンしている点を除いては、本発明の実施例１の低電位側のパワースイッチング手段４ｄをオンしたときと同様の経路で漏洩電流が流れるものである。従って交流電源１のアース接地された極側が低電位の場合も、本発明の実施例１と同様に漏洩電流は殆ど流れないものとなる。
【００６０】
以上のように、高電位側の駆動回路２４ａ〜２４ｃの電源がコンデンサ２６ａ〜２６ｃで構成される場合には、電動機５の起動時に、上記の充電制御を行うことでコンデンサ２６ａ〜２６ｃの電源電圧を確保するとともに、電動機５が漏電しているかを検知することが可能になり、電動機５の起動時に確実に漏電を検知し防止することができ、かつ電動機５が漏電していないときは確実に電動機５を起動することができるインバータ装置を実現できる。
【００６１】
次に、図５のインバータ装置を備えた電気洗濯機の構造図を図７に示す。図７に示すように水受け槽３１は内底部に攪拌翼３２を回転自在に設けた洗濯兼脱水槽３３を回転自在に設け、支持棒３４により洗濯機本体３５に吊り下げている。減速機構３６は、水受け槽３１の底部に設け、攪拌翼３２および洗濯兼脱水槽３３に動力を伝達するもので、この減速機構３６の下部に電動機５を設けている。
【００６２】
給水弁３７は洗濯兼脱水槽３３内に給水するものであり、排水弁３８は洗濯兼脱水槽３３内の洗濯水などを排水するものである。
【００６３】
ここで、減速機構３６は遊星ギアを有し、攪拌翼３２を回転駆動する際には、太陽歯車を電動機５の回転軸によって駆動し、遊星ギアの回転を攪拌翼３２に伝達する構成により、１／６に減速するとともに電動機５の出力トルクを６倍に変換する。脱水行程などにおいて洗濯兼脱水槽３３を回転する場合には、特に図示してないが、クラッチ機構により減速機構３６を電動機５の出力軸より切り離し、洗濯兼脱水槽３３を電動機５で直接駆動する。
【００６４】
以上のように、図７に示した電気洗濯機においては、電動機５が水受け槽３１の中心に配設されるので、水受け槽３１の重量バランスが良好となり、バランスを取るために、重量を増加させる必要がなくなるという効果と、ボールベアリングなどの構成要素を減速機構３６の構成要素と共用する効果により電気洗濯機の軽量化を実現することができる。
【００６５】
しかしながら、特にこのような電動機５の構成に限定するものではなく、例えばベルトにより電動機５の動力を減速機構３６に伝える構成を取るものや、減速機構３６を設けずに洗濯行程においても、直接動力を攪拌翼３２に伝える構成であってもよい。
【００６６】
上記構成において、制御手段２１は、電動機５の起動時に図６で説明した充電制御を行うとともにこの時の漏電検知回路３の出力を検知して電動機５の漏電判定を行い、漏電している場合はこれ以降のインバータ回路４の動作を停止し電源開閉手段１１を開にし、漏電していない場合はこれ以降のインバータ装置の動作を続行するようにしている。また、電動機５の回転駆動中においても漏電検知回路３が漏洩電流を検知しロー出力した場合は、インバータ回路４の動作を停止し電源開閉手段１１を開にするようにしている。
【００６７】
一般的に、電気洗濯機では脱水行程を開始する際に、洗濯水を排水弁２８より排水する際に、排水口にゴミが溜まっていたりすると、水が溢れ電動機５が水に浸かることが多いが、このような場合にも電動機５の起動時に図６に示した充電制御を行うことで、電動機５の回転駆動の前に容易に漏電を検知し、漏洩電流を遮断することができる。これにより、使用者の感電を防止したり、電動機５を回転駆動中に電源開閉手段１１を開にしたことで生じる漏洩電流の回り込みによるインバータ回路４の故障を防止することができる。従って、安全かつ故障の少ない電気洗濯機を実現できる。なお、この効果は本実施例のインバータ装置を備える電気機器では全て同様のものになる。
【００６８】
（実施例４）
図５に示す制御手段２１は、操作部２７で漏電異常報知を行うよう設定している場合は、漏電検知回路３が漏洩電流を検知するとインバータ回路４を停止し、報知手段２８により異常を報知するようにしている。他の構成は上記実施例３と同じである。
【００６９】
上記構成において図８を参照しながら動作を説明する。図８は漏電異常報知が設定されている場合の漏電検知のタイムチャートの一例である。
【００７０】
ステップ４１でインバータ装置の運転を開始すると、ステップ４２で制御手段２１は図６で説明した充電制御を行う。ここで、電動機５が水に接触し、三相巻線５ｂがアース接地されていると、漏洩電流が流れ、零相変流器３ｂの２次側巻線の出力電圧が所定値を２回越えた時点で、判定部２が所定期間Ｔｓ１の間ローを出力する。漏電検知回路３がローを出力すると同時に、ステップ４３にて、制御手段２１はこのロー出力を検知して、ステップ４４で、パワースイッチング手段４ａ〜４ｆをすべてオフにする。なお、充電制御中に漏電検知回路３よりロー出力がない場合は、ステップ４５で電動機５は漏電していないと判定し、ステップ４６で電動機５の回転駆動を開始する。
【００７１】
ステップ４４で制御手段２１がパワースイッチング手段４ａ〜４ｆをすべてオフした後、ステップ４７で、漏電検知回路３のロー出力がＴｓ２の間続いているかを確認し、続いていない場合はステップ４５にてノイズと判断し電動機５は漏電していないと判定する。ステップ４６で電動機５の回転駆動を開始する。ステップ４７において、漏電検知回路３のロー出力が所定期間Ｔｓ２の間続いていること確認した場合は、ステップ４８で、操作部２７により漏電異常報知の設定がされているかを確認する。
【００７２】
操作部２７により漏電異常報知の設定がなされている場合には、ステップ４９で報知手段２８により漏電異常を報知する。また、ステップ４８で、漏電異常報知の設定がされていない場合は、ステップ５０で、漏電判定から所定時間Ｔｓ３経過したところで電源開閉手段１１を開にし、漏洩電流の経路を遮断する。
【００７３】
以上のように、操作部２７により漏電異常報知を設定することにより、電動機５が漏電していることを確認することができる。
【００７４】
なお、通常は、使用者の感電を防止するために、漏洩電流が流れると、すぐに電流開閉手段１１を遮断し、漏洩電流の経路を遮断していたが、本実施例のように制御手段１１の電源をコンデンサ２ｃから直流電源２２を介して供給している場合においては、異常報知を行うことができなかった。従って、使用者から見るとどの異常であるかを確認できないものであった。
【００７５】
しかし、サービスマンなどの専門技術者が操作部５７で漏電の異常報知を行うために一般の使用者が知らない特定の設定をすることにより、電動機５の漏電を確認でき、使用者の感電を防止するとともに、漏電の異常報知も可能となる。
【００７６】
なお、上記各実施例に示したインバータ装置および漏電検知制御、起動制御は一例であり、これに限定するものではない。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、交流電源と、前記交流電源を直流電源に変換する整流回路と、零相変流器を有する漏電検知回路と、前記整流回路の出力する直流電源を交流電源に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力に接続した電動機と、前記インバータ回路を構成するパワースイッチング手段をオンオフ制御する制御手段を備え、前記インバータ回路は三つの高電位側のパワースイッチング手段と、コンデンサとダイオードから電源供給されて前記高電位側のパワースイッチング手段を駆動する高電位側の駆動回路と、三つの低電位側のパワースイッチング手段とを有する三相全波の構成とし、前記制御手段は、前記電動機の起動時に、前記電動機が回転駆動する前に前記低電位側パワースイッチング手段の内の少なくとも一つを間欠的に所定期間オンオフし、前記漏電検知回路の出力に応じて前記電動機の漏電を判定するとともに前記各コンデンサを前記直流電源から前記ダイオードを通じて充電するように構成したことにより、電動機が停止していても電動機の漏電を検知することが可能になり、使用者の感電を防止できる。また、電動機を回転駆動する前に電動機の漏電を判定するので、漏洩電流の回り込みなどによりインバータ回路４の入力端子間に過電圧が生じることがなくなり、従って電動機が漏電しても故障を少なくすることができる。
【００７８】
また、電動機の停止時に電動機の漏電判定と高電位側の駆動回路の電源電圧の確保を同
時に行うことができ、電動機の起動時に電動機の漏電判定を行うことで確実に電動機の漏電を検知でき、電動機が漏電していない場合は、漏電検知を行ったあとは既に高電位側の駆動回路の電源電圧が確保されているので、確実に電動機を起動することができる。
【００７９】
また、請求項２記載の発明によれば、交流電源と整流回路を接続する電源開閉手段を備え、前記電源開閉手段は制御手段により少なくともオフ制御され、制御手段は電動機の起動時に、前記電動機が回転駆動する前に漏電検知回路の出力に応じてインバータ回路の動作を停止し前記電源開閉手段を開にするように構成することにより、電動機を停止させた状態で電動機の漏電検知を行うことができるので、電動機の起動時に電動機の漏電判定をすることが可能になり、電動機の停止時に既に漏電しているにも関わらず、電動機の回転駆動時に漏電判定がなされ電源開閉手段が開になった時に漏洩電流の回り込みによりインバータ回路が故障することを防止することができる。また、電源開閉手段により漏洩電流の経路を遮断するので使用者の感電を防止できる。
【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】  同インバータ装置に設けられた漏電検知回路の零相変流器の入出力特性図
【図３】  同インバータ装置の電動機の起動時における漏電検知制御のタイムチャート
【図４】  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
【図５】  本発明の第３の実施例のインバータ装置のブロック回路図
【図６】  同インバータ装置の電動機の起動時におけるインバータ回路のタイムチャート
【図７】  同インバータ装置を備えた電気洗濯機の断面図
【図８】  本発明の第４の実施例のインバータ装置の漏電異常報知を設定時の漏電検知制御の動作フローチャート
【図９】  従来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
２    整流回路
３    漏電検知回路
３ａ  零相変流器
４    インバータ回路
４ａ〜４ｆ  パワースイッチング手段
５    電動機
６    制御手段
【図１】
0004158253.tif 000002
【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】
0004158253.tif 000008
【図８】
0004158253.tif 000009
【図９】
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