JP2001327174A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ回路によりモータを駆動するイン
バータ装置において、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。 【解決手段】 交流電源１より電源開閉手段３を介して
整流回路４に接続し、整流回路４の直流電力を交流電力
に変換するインバータ回路５によりモータ６を駆動し、
制御手段１１によりインバータ回路５を制御する。制御
手段１１は、電源開閉手段３とインバータ回路５を制御
す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を駆動するイ
ンバータ駆動回路１１ｂと、電源開閉手段３を開閉制御
するリレー駆動回路１１ｃと、インバータ回路５の直流
電圧を検出する電圧検知回路１１ｄを有し、電圧検知回
路１１ｄにより検出した直流電圧が設定値以上ならば電
源開閉手段３を遮断する。

Description

【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９−１３
０９６０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
により検出した直流電圧が設定値以上ならば電源開閉手
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、この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の過電圧を検出して交流電
源を遮断することにより、整流回路、インバータ回路を
過電圧から保護することができ、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検出した直流電圧が設定値以上
ならば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、インバータ回路に印加する
直流電圧の過電圧を検出して交流電源を遮断することに
より、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】請求項２に記載の発明は、上記請求項１に
記載の発明において、制御手段は、電圧検知回路により
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電源開閉手段を遮断するように
したものであり、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
きる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、上記請求項１に
記載の発明において、制御手段は、電圧検知回路により
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電源開閉手段を遮断するように
し、低電圧異常設定値以下ならばインバータ回路の出力
を停止させるようにしたものであり、１つの電圧検知回
路で低電圧異常と過電圧異常を検知して保護することが
でき、低電圧におけるインバータ電流の異常増加による
パワースイッチング素子の破壊を防止できるとともに、
過電圧による直流電源、またはインバータ回路の破壊を
防止することができる。

【００１１】請求項４に記載の発明は、上記請求項１に
記載の発明において、整流回路は、２個のコンデンサを
直列に接続して倍電圧を得る倍電圧整流回路より構成
し、前記倍電圧整流回路の片方のコンデンサに充電され
た直流電圧を低電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ回
路により制御手段の直流電源を構成するようにしたもの
であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の入力直流電圧を倍
電圧整流回路の出力電圧の半分にして部品の電圧耐量を
下げることができ、交流電源電圧が異常電圧になった場
合でもＤＣ−ＤＣコンバータ回路を動作させて制御手段
が破壊することなく電源開閉手段を遮断させることがで
きる。

【００１２】請求項５に記載の発明は、上記請求項１に
記載の発明において、整流回路は、単相全波整流回路よ
り構成し、前記単相全波整流回路の出力コンデンサに充
電された直流電圧を低電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバ
ータ回路により制御手段の直流電源を構成するようにし
たものであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の入力直流電
圧を交流電源電圧のピーク値とほぼ同じにして部品の電
圧耐量を下げることができ、交流電源電圧が異常電圧に
なった場合でも、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を動作させ
て制御手段が破壊することなく電源開閉手段を遮断させ
ることができるので、信頼性の高いインバータ装置を実
現できる。

【００１３】

【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。

【００１４】（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３
２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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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１
１ａ、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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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１１
ｅ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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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１０
５に進んでインバータ回路５を停止させ、ステップ１０
６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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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ＡＣ
１００Ｖ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１
１ｅのパワースイッチング素子の破壊の恐れもある。

【００３２】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。

【００３３】（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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】

【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検出した直流電圧が設
定値以上ならば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
発生しても電源開閉手段を遮断してインバータ回路直流
電源やインバータ回路パワースイッチング素子の破壊を
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。

【００４０】また、請求項２に記載の発明によれば、制
御手段は、電圧検知回路により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
電源開閉手段を遮断するようにしたから、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る。

【００４１】また、請求項３に記載の発明によれば、制
御手段は、電圧検知回路により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
電源開閉手段を遮断するようにし、低電圧異常設定値以
下ならばインバータ回路の出力を停止させるようにした
から、低電圧におけるインバータ電流の異常増加による
パワースイッチング素子やモータの温度上昇や破壊焼損
の防止と、過電圧による整流回路、またはインバータ回
路の防止が同時に可能となり、電源電圧変動の大きい環
境使用可能なインバータ装置を実現できる。

【００４２】また、請求項４に記載の発明によれば、整
流回路は、２個のコンデンサを直列に接続して倍電圧を
得る倍電圧整流回路より構成し、前記倍電圧整流回路の
片方のコンデンサに充電された直流電圧を低電圧に変換
するＤＣ−ＤＣコンバータ回路により制御手段の直流電
源を構成するようにしたから、ＤＣ−ＤＣコンバータ回
路の入力直流電圧を倍電圧整流回路の出力電圧の半分に
して部品の電圧耐量を下げることができ、交流電源電圧
が異常電圧になった場合でもＤＣ−ＤＣコンバータ回路
を動作させて制御手段が破壊することなく電源開閉手段
を遮断させることができる。

【００４３】また、請求項５に記載の発明によれば、整
流回路は、単相全波整流回路より構成し、前記単相全波
整流回路の出力コンデンサに充電された直流電圧を低電
圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ回路により制御手段
の直流電源を構成するようにしたから、ＤＣ−ＤＣコン
バータ回路の入力直流電圧を交流電源電圧のピーク値と
ほぼ同じにして部品の電圧耐量を下げることができ、交
流電源電圧が異常電圧になった場合でも、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ回路を動作させて制御手段が破壊することなく
電源開閉手段を遮断させることができるので、信頼性の
高いインバータ装置を実現できる。

【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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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検出した直流電圧が設
   定値以上ならば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。
2. 【請求項２】 制御手段は、電圧検知回路により検出し
   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
   出力を停止させて電源開閉手段を遮断するようにした請
   求項１記載のインバータ装置。
3. 【請求項３】 制御手段は、電圧検知回路により検出し
   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
   出力を停止させて電源開閉手段を遮断するようにし、低
   電圧異常設定値以下ならばインバータ回路の出力を停止
   させるようにした請求項１記載のインバータ装置。
4. 【請求項４】 整流回路は、２個のコンデンサを直列に
   接続して倍電圧を得る倍電圧整流回路より構成し、前記
   倍電圧整流回路の片方のコンデンサに充電された直流電
   圧を低電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ回路により
   制御手段の直流電源を構成するようにした請求項１記載
   のインバータ装置。
5. 【請求項５】 整流回路は、単相全波整流回路より構成
   し、前記単相全波整流回路の出力コンデンサに充電され
   た直流電圧を低電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ回
   路により制御手段の直流電源を構成するようにした請求
   項１記載のインバータ装置。