JP4140105B2

JP4140105B2 - Inverter device

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Publication number: JP4140105B2
Application number: JP35273798A
Authority: JP
Inventors: 和彦麻田; 英樹両角; 秀和山下
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2018-12-11
Also published as: JP2000184767A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食器洗い乾燥機、電気洗濯機、エアコンなどで使用されるインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の技術における複数の電動機を有するインバータ装置の回路図を示す。
【０００３】
図９において、直流電源１は、交流電源２、４本のダイオードをブリッジ接続して構成した整流器３、整流器３の出力端子間に接続した電解式のコンデンサ４によって構成されている。
【０００４】
ＩＧＢＴによって構成したスイッチング素子５〜１０は、３相６石の構成に接続され、さらにダイオード１１〜１６は、スイッチング素子５〜１０のコレクタ・エミッタ間に並列接続され、電動機１７は、３相に設けられた巻線１８・１９・２０を有している。
【０００５】
同様に、ＩＧＢＴによって構成したスイッチング素子２１・２２・２５・２６・２９・３０、ダイオード２３・２４・２７・２８・３１・３２、電動機３３が設けられており、電動機３３は３相の巻線３４〜３６を有している。
【０００６】
同様に、ＩＧＢＴによって構成したスイッチング素子３７・３８・４１・４２・４５・４６、ダイオード３９・４０・４３・４４・４７・４８、電動機４９が設けられており、電動機４９は３相の巻線５０〜５２を有している。
【０００７】
制御回路５３は、各スイッチング素子をオンさせる場合にはゲートに電圧を印加し、オフ状態とする場合には、各スイッチング素子のゲート・エミッタ間の電圧をゼロとするものとなっており、各電動機の回転子の位置に対応して、各スイッチング素子を順序よくオンオフさせることにより、各電動機はほぼ直流モータと同等の動力特性を得ることができるものとなっている。
【０００８】
以上の構成において、従来の技術のインバータ装置は、３個の電動機１７・３３・４９を駆動することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、３相６石の回路構成をとっていることから、大容量の装置については効率が高いという利点があり、また複数の電動機を同時に運転することができるという利点も有するが、各電動機を駆動するために、それぞれ３相６石構成のスイッチング素子およびダイオードを要することから、特に電動機の数が多い場合にはインバータ装置の構成が非常に複雑となり、構成部品の点数も多くなり、コスト高になるという第１の課題を有するものであった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第１の目的を達成するために、直流電源と、複数の第１のスイッチング素子と、複数の第２のスイッチング素子と、複数の第１のダイオードと、複数の第２のダイオードと、複数の第３のダイオードと、複数の電動機と、制御回路を有し、前記電動機は、それぞれ複数の巻線を有し、前記第１のダイオードのアノード端子は前記直流電源の低電位側端子に接続し、前記第１のスイッチング素子は前記第１のダイオードのカソード端子と前記直流電源の高電位側端子の間に接続し、前記第２のダイオードのカソード端子は前記直流電源の高電位側端子に接続し、前記第２のスイッチング素子は前記第２のダイオードのアノード端子と前記直流電源の低電位側端子の間に接続し、前記第３のダイオードと前記巻線の直列回路は、前記第１のスイッチング素子と前記第１のダイオードの接続点と前記第２のスイッチング素子と前記第２のダイオードの接続点の間に接続した構成としたものである。
【００１１】
また、請求項１記載の前記電動機を、前記各巻線の一方の端子を共通に接続し、その端子を前記第１のダイオードのカソード端子に接続し、前記各巻線の他の端子は、前記第３のダイオードを通して異なった第２のダイオードのアノード端子に接続した構成としたものである。
【００１２】
また、請求項１記載の前記電動機を、前記各巻線の一方の端子を共通に接続し、その端子を前記第２のダイオードのアノード端子に接続し、前記各巻線の他の端子は、前記第３のダイオードを通して異なった第１のダイオードのカソード端子に接続したものである。
【００１３】
また、請求項１〜請求項３記載の前記電動機を、永久磁石を有する回転子を備えた構成としたものである。
【００１４】
また、請求項１〜請求項３記載の前記電動機を、磁気的な凹凸を有する回転子を備えた構成としたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、従来の技術が有する第１の課題を解決するもので、直流電源と、複数の第１のスイッチング素子と、複数の第２のスイッチング素子と、複数の第１のダイオードと、複数の第２のダイオードと、複数の第３のダイオードと、複数の電動機と、制御回路を有し、前記電動機は、それぞれ複数の巻線を有し、前記第１のダイオードのアノード端子は前記直流電源の低電位側端子に接続し、前記第１のスイッチング素子は前記第１のダイオードのカソード端子と前記直流電源の高電位側端子の間に接続し、前記第２のダイオードはのカソード端子は前記直流電源の高電位側端子に接続し、前記第２のスイッチング素子は前記第２のダイオードのアノード端子と前記直流電源の低電位側端子の間に接続し、前記第３のダイオードと前記巻線の直列回路は、前記第１のスイッチング素子と前記第１のダイオードの接続点と前記第２のスイッチング素子と前記第２のダイオードの接続点の間に接続したものである。
【００１６】
請求項２記載の発明は、やはり従来の技術が有する第１の課題を解決するもので、請求項１に記載したインバータ装置の前記電動機を、前記各巻線の一方の端子を共通に接続し、その端子を前記第１のダイオードのカソード端子に接続し、前記各巻線の他の端子は、異なった第２のダイオードのアノード端子に接続した構成としたものである。
【００１７】
請求項３記載の発明は、やはり従来の技術が有する第１の課題を解決するもので、請求項１に記載したインバータ装置の前記電動機を、前記各巻線の一方の端子を共通に接続し、その端子を前記第２のダイオードのアノード端子に接続し、前記各巻線の他の端子は、異なった第１のダイオードのカソード端子に接続した構成としたものである。
【００１８】
請求項４記載の発明は、やはり従来の技術が有する第１の課題を解決するもので、請求項１〜３に記載したインバータ装置の前記電動機を、永久磁石を有する回転子を備えた構成としたものである。
【００１９】
請求項５記載の発明は、やはり従来の技術が有する第１の課題を解決するもので、請求項１〜３に記載したインバータ装置の前記電動機を、磁気的な凹凸を有する回転子を備えた構成としたものである。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の実施例について説明する。図１は本発明の請求項１のインバータ装置の回路構成の一例を示したものである。
【００２１】
図１において、直流電源５５は、１００Ｖ６０Ｈｚの交流電源５５、４本のダイオードをブリッジ状に接続して構成され、交流電源５５の出力を整流する整流器５７、整流器５７の出力に接続した２２００マイクロファラッドの電解式のコンデンサ５８によって構成されている。
【００２２】
ただし、交流電源５６の出力電流の高調波成分を低減し、ピーク電流値を抑えるためにチョークコイルを挿入してもよく、また整流の方法についても、本実施例で示している全波整流の構成以外にも、例えばコンデンサを２個用いた倍電圧整流としてもよい。
【００２３】
図１において、さらに第１のスイッチング素子５９〜６２、第２のスイッチング素子６３〜６５・１０２、第１のダイオード６６〜６９、第２のダイオード７０〜７３、第３のダイオード７４〜８８、電動機８９〜９３、制御回路１０９を有している。
【００２４】
電動機８９は３相の巻線９４〜９６を有し、電動機９０は３相の巻線９７〜９９を有し、電動機９１は３相の巻線１００〜１０２を有し、電動機９２は３相の巻線１０３〜１０５を有し、電動機９３は３相の巻線１０６〜１０８を有している。
【００２５】
第１のダイオード６６〜６９のアノード端子はすべて直流電源５５の低電位側端子に接続し、第１のスイッチング素子５９は第１のダイオード６６のカソード端子と直流電源５５の高電位側端子の間に接続し、第１のスイッチング素子６０は第１のダイオード６７のカソード端子と直流電源５５の高電位側端子の間に接続し、第１のスイッチング素子６１は第１のダイオード６８のカソード端子と直流電源５５の高電位側端子の間に接続し、第１のスイッチング素子６２は第１のダイオード６９のカソード端子と直流電源５５の高電位側端子の間に接続している。
【００２６】
また、第２のダイオード７０〜７３のカソード端子は直流電源５５の高電位側端子に接続し、第２のスイッチング素子６３は第２のダイオード７０のアノード端子と直流電源５５の低電位側端子の間に接続し、第２のスイッチング素子６４は第２のダイオード７１のアノード端子と直流電源５５の低電位側端子の間に接続し、第２のスイッチング素子６５は第２のダイオード７２のアノード端子と直流電源５５の低電位側端子の間に接続し、第２のスイッチング素子１０２は第２のダイオード７３のアノード端子と直流電源５５の低電位側端子の間に接続している。
【００２７】
また第３のダイオード７４と巻線９４の直列回路は、第１のスイッチング素子５９と第１のダイオード６６の接続点と第２のスイッチング素子６３と第２のダイオード７０の接続点の間に接続し、第３のダイオード７５と巻線９５の直列回路は、第１のスイッチング素子５９と第１のダイオード６６の接続点と第２のスイッチング素子６４と第２のダイオード７１の接続点の間に接続し、第３のダイオード７６と巻線９６の直列回路は、第１のスイッチング素子５９と第１のダイオード６７の接続点と第２のスイッチング素子６５と第２のダイオード７２の接続点の間に接続し、第３のダイオード７７と巻線９７の直列回路は、第１のスイッチング素子６０と第１のダイオード６７の接続点と第２のスイッチング素子６３と第２のダイオード７０の接続点の間に接続し、第３のダイオード７８と巻線９８の直列回路は、第１のスイッチング素子６０と第１のダイオード６７の接続点と第２のスイッチング素子６４と第２のダイオード７１の接続点の間に接続し、第３のダイオード７９と巻線９９の直列回路は、第１のスイッチング素子６０と第１のダイオード６６の接続点と第２のスイッチング素子６５と第２のダイオード７２の接続点の間に接続し、第３のダイオード８０と巻線１００の直列回路は、第１のスイッチング素子６１と第１のダイオード６８の接続点と第２のスイッチング素子６３と第２のダイオード７０の接続点の間に接続し、第３のダイオード８１と巻線１０１の直列回路は、第１のスイッチング素子６１と第１のダイオード６８の接続点と第２のスイッチング素子６４と第２のダイオード７１の接続点の間に接続し、第３のダイオード８２と巻線１０２の直列回路は、第１のスイッチング素子６１と第１のダイオード６８の接続点と第２のスイッチング素子６５と第２のダイオード７２の接続点の間に接続し、第３のダイオード８３と巻線１０３の直列回路は、第１のスイッチング素子６２と第１のダイオード６９の接続点と第２のスイッチング素子６３と第２のダイオード７０の接続点の間に接続し、第３のダイオード８４と巻線１０４の直列回路は、第１のスイッチング素子６２と第１のダイオード６９の接続点と第２のスイッチング素子６４と第２のダイオード７１の接続点の間に接続し、第３のダイオード８５と巻線１０５の直列回路は、第１のスイッチング素子６２と第１のダイオード６９の接続点と第２のスイッチング素子６５と第２のダイオード７２の接続点の間に接続し、第３のダイオード８６と巻線１０６の直列回路は、第１のスイッチング素子５９と第１のダイオード６６の接続点と第２のスイッチング素子１０２と第２のダイオード７３の接続点の間に接続し、第３のダイオード８７と巻線１０７の直列回路は、第１のスイッチング素子６０と第１のダイオード６７の接続点と第２のスイッチング素子１０２と第２のダイオード７３の接続点の間に接続し、第３のダイオード８８と巻線１０８の直列回路は、第１のスイッチング素子６１と第１のダイオード６８の接続点と第２のスイッチング素子１０２と第２のダイオード７３の接続点の間に接続した構成となっている。
【００２８】
本実施例において、制御回路１０９は、第１のスイッチング素子５９〜６２のオンオフを制御する高電位側駆動回路１１０と、第２のスイッチング素子６３〜６５・１０２のオンオフを制御する低電位側駆動回路１１１から構成されており、高電位側駆動回路１１０は、ａ、ｂ、ｃ、ｄの出力により、それぞれ第１のスイッチング素子５９〜６２がオンオフされるものとなっている。
【００２９】
同様に、低電位側駆動回路１１１は、ｅ、ｆ、ｇ、ｈの出力により、それぞれ第２のスイッチング素子６３〜６５・１０２がオンオフされるものとなっている。
【００３０】
なお、実施例１においては、図１には図示していないが、電動機８９〜９３は、いずれも回転自由に設けられた磁気的な凹凸を有する回転子を有しており、かつこの回転子の回転角度に応じて、巻線のインダクタンス値が周期的に変化していく構成となっている。
【００３１】
以上の構成において、実施例１の動作の説明を行う。
図２は、実施例１のインバータ装置の動作波形図を示している。
【００３２】
図２において、（ア）は高電位側駆動回路１０９の出力端子ａの電圧波形、（イ）は高電位側駆動回路１０９の出力端子ｂの電圧波形、（ウ）は高電位側駆動回路１０９の出力端子ｃの電圧波形、（エ）は高電位側駆動回路１０９の出力端子ｄの電圧波形、（オ）は低電位側駆動回路１１０の出力端子ｅの電圧波形、（カ）は低電位側駆動回路１１０の出力端子ｆの電圧波形、（キ）は低電位側駆動回路１１０の出力端子ｇの電圧波形、（ク）は低電位側駆動回路１１０の出力端子ｈの電圧波形を示している。
【００３３】
図２はいずれも横軸が時間であるが、Ｔ１の期間は電動機８９を正回転させ、Ｔ２の期間は電動機９０を正回転させ、Ｔ３の期間は電動機９２を逆回転させ、Ｔ４の期間は電動機９３を正回転させている状態を示している。
【００３４】
Ｔ１期間においては、ａがハイ、すなわちオン信号となっているので、第１のスイッチング素子５９がオンとなり、巻線９４〜９６の共通端子側が直流電源５５の高電位側端子とほぼ同電位となる。
【００３５】
ここで、ｅ、ｆ、ｇの順で信号がハイ、すなわちオン信号が発せられることから、第２のスイッチング素子６３〜６５の順番にオンされ、巻線９４〜９６の順に電圧が印加されることになる。
【００３６】
従って、３相半波と呼ばれる動作で電動機８９が動作し、動力を機械的負荷に出力するものとなる。
【００３７】
本実施例においては、第１のスイッチング素子の一つをオン状態に保ったまま、第２のスイッチング素子を順次オンしていく方法で制御を行っていることから、例えば第２のスイッチング素子６３が、ターンオフした瞬間に巻線９４のインダクタンスによって、さらに巻線電流が流れ続けようとする作用が発生するが、その電流は第１のスイッチング素子５９から巻線９４と第３のダイオード７４、第２のダイオード７０を経てループ状に電流が流れ、この時には巻線９４の端子間がほぼ短絡された状態となることから、電流が時間と共に減少し、やがてゼロとなり、ターンオフが行われるものとなる。
【００３８】
しかし、特に第１のスイッチング素子の一つをずっとオンに保っておかなければならないというものではなく、例えば第２のスイッチング素子６３をオフにした後、第１のスイッチング素子５９をオフしてもよく、その場合には、巻線９４のインダクタンスによる電流は、第１のダイオード６６、第２のダイオード７０、第３のダイオード７４を経て直流電源５５のコンデンサ５８に回生されるものとなり、電流値を急峻にゼロにすることができるものとなる。
【００３９】
以上のようにして、電動機８９は、スイッチトリラクタンスモータと呼ばれる動作により、動力を発生するものとなる。
【００４０】
Ｔ２期間においては、同様に第１のスイッチング素子６０をオンしていることから、電動機９０の巻線９７〜９９に順次電流が供給され、動力が発生するものとなる。
【００４１】
Ｔ３期間において、第１のスイッチング素子６２をオンしていることから、電動機９２の巻線１０３〜１０５の順に電流が供給され、動力が発生するものとなるが、Ｔ１およびＴ２期間と比較して、第２のスイッチング素子６３〜６５がオンする順序が逆になっていることから、回転する方向は逆方向となる。
【００４２】
Ｔ４期間において、第２のスイッチング素子１０２をオンしている状態で、第１のスイッチング素子５９〜６１がオンされることから、電動機９３の巻線１０６〜１０８に順次電流が供給され、やはり動力が発生するものとなる。
【００４３】
ここで、電動機９３について、巻線１０６〜１０８の共通端子側を第２のダイオード７３のアノード端子に接続し、第３のダイオード８６〜８８は、各アノード端子を第１のダイオード６６〜６８のカソード端子に接続していることから、電動機８９は合計４本の配線となり、合理的な構成とすることができるものとなっている。
【００４４】
以上のように、実施例１のインバータ装置は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子をそれぞれ４個ずつ設けた比較的簡単な構成で、５個の電動機を駆動することができるものとなる。
【００４５】
なお、この構成においては、従来例とは異なり各巻線への電流供給が半波通電となるが、スイッチトリラクタンスモータとして動作するには十分であり、ＤＣブラシレスモータとして動作させる場合においても、全波通電と比較して、同一の電動機体積で若干の効率低下などはあるものの、特に小容量の装置として使用する場合には、スイッチング素子の個数が削減できる効果の方が大きく、トータル的に低コストのインバータ装置を実現できるものとなる。
【００４６】
なお、本実施例においては、各電動機は、回転子に磁気的凹凸を有するスイッチトリラクタンスモータと称される構成としたが、回転子に永久磁石を有するＤＣブラシレスモータと称される構成としてもよく、また回転子に短絡巻線を有するインダクション（誘導）モータと称される構成、磁気的なヒステリシス特性を有する材質で回転子を構成したヒステリシスモータと称される構成などであってもよく、また複数の電動機でインバータ装置を構成する際に、前記の各種モータを取り混ぜて用いるという構成であってもよい。
【００４７】
特にインダクションモータあるいはヒステリシスモータとした場合には、複数の電動機を同時に駆動することも比較的容易に実現することもできるものとなる。
【００４８】
また、直流機と同様の特性が必要な電動機については、回転子の位置検知を行うため、例えばホールＩＣや光学式などによる位置検知手段を設け、回転子位置によって制御回路１０９から各スイッチング素子をオンオフさせる構成にすることもできる。
【００４９】
また、相数については、実施例１の場合にはすべて３相としているが、特に３相に限定されるものというわけでもなく、２相、４相、５相…などであってもよい。
【００５０】
図１において、３相の電動機を５個有していることから、巻線数は合計１５個となっているが、第１のスイッチング素子４個と第２のスイッチング素子４個をマトリクス状に配置していることから、接続できる巻線数は最大１６個（＝４×４）となる。
【００５１】
従って、例えば電動機９３に巻線をさらに１個追加した４相の構成とし、追加した巻線を第１のスイッチング素子６２と第２のスイッチング素子１０２により電流が供給されるように接続したりしたとしてもよいものである。
【００５２】
また、本実施例においては、特に各電動機毎に共通端子を有する巻線接続としていることから、３相の巻線を有しながらも４本の配線で済むものとしていることから、配線数が少ない簡素な構成とすることが可能となっているが、特に共通端子が必要となるものでもなく、例えば図１における巻線９４・９８・１０８によって１つの３相の電動機を構成してもよい。
【００５３】
（実施例２）
図３は、請求項２の一実施例におけるインバータ装置の回路図を示したものである。
【００５４】
図３において、直流電源５５の構成は、実施例１と同等である。
第１のスイッチング素子１１５・１１６、第１のダイオード１１７・１１８、第２のスイッチング素子１１９〜１２１、第２のダイオード１２２〜１２４、第３のダイオード１２５〜１３０を有しており、電動機１３１・１３２を有している。
【００５５】
なお、本実施例においても、各スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）を使用している。
【００５６】
電動機１３１は、３相の巻線１３３〜１３５の一方の端子を共通に接続し、その端子を第１のダイオード１１７のカソード端子に接続し、巻線１３３〜１３５の他の端子は、それぞれ第３のダイオード１２５〜１２７を通して第２のダイオード１２２〜１２４のアノード端子に接続している。
【００５７】
電動機１３２についても同様に、３相の巻線１３６〜１３８の一方の端子を共通に接続し、その端子を第１のダイオード１１８のカソード端子に接続し、巻線１３６〜１３８の他の端子は、それぞれ第３のダイオード１２８〜１３０を通して第２のダイオード１２２〜１２４のアノード端子に接続している。
【００５８】
制御回路１３９は、各スイッチング素子をオンオフさせるものである。
なお、電動機１３１・１３２は、実施例１と同様、図示していないが、磁気的に凹凸を有する回転子を備えており、各巻線に対して回転自在に設けられている。
【００５９】
以上の構成において、動作の説明を行う。
電動機１３１を運転する場合には、制御回路１３９のａがハイ、ｂがローとなる。
【００６０】
従って第１のスイッチング素子１１５をオンとし、第１のスイッチング素子１１６をオフとした状態となる。
【００６１】
そして、制御回路１３９の出力ｃ、ｄ、ｅが順次オンしていることにより、巻線１３３〜１３５に順次電流が供給され、回転運動が行われるものとなる。
【００６２】
また、回転方向は、ｃ、ｄ、ｅからの出力信号の順を逆にすることにより、逆方向にすることも可能である。
【００６３】
電動機１３２を運転する場合には、ａをロー、ｂをハイとした状態で、やはりｃ、ｄ、ｅから第２のスイッチング素子１１９〜１２１順次オンさせることにより、運転が可能である。
【００６４】
したがって、２個の電動機を切り換えて運転することができるインバータ装置を、合計５個のスイッチング素子で構成することができるものとなる。
【００６５】
一般にインバータ装置に用いられるパワーが大きいスイッチング素子は、バイポーラ形においてはＮＰＮ形、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴにおいては、Ｎチャンネルのものが多いことから、図３に示すインバータ装置を構成する場合には、第１のスイッチング素子１１５・１１６のゲートとエミッタの電位が、装置の動作にともなって大きく上下することになり、その駆動回路に例えば絶縁のためのフォトカプラを用いるなど、複雑な構成となり、コストも高いものとなる傾向があるが、本実施例においては、第１のスイッチング素子数が２個と少ないことから、その点で駆動回路が簡単になり、コストを抑えた構成で、２個の電動機を切り換えて運転することができるインバータ装置が実現されるものとなる。
【００６６】
なお、本実施例においても、第１のスイッチング素子の一つをオン状態に保ったまま、第２のスイッチング素子を順次オンしていく方法で制御を行っていることから、例えば第２のスイッチング素子１１９が、ターンオフした瞬間に巻線１１３のインダクタンスによって、さらに巻線電流が流れ続けようとする作用が発生するが、その電流は第１のスイッチング素子１１５から巻線１３３と第３のダイオード１２５、第２のダイオード１２２を経てループ状に電流が流れ、この時には巻線１３３の端子間がほぼ短絡された状態となることから、電流が時間と共に減少し、やがてゼロとなり、ターンオフが行われるものとなる。
【００６７】
しかし、特に第１のスイッチング素子の一つをずっとオンに保っておかなければならないというものではなく、例えば第２のスイッチング素子１１９をオフにした後、第１のスイッチング素子１１５をオフしてもよく、その場合には、巻線１３３のインダクタンスによる電流は、第１のダイオード１１７、第２のダイオード１２２、第３のダイオード１２５を経て直流電源５５のコンデンサ５８に回生されるものとなり、電流値を急峻にゼロにすることができるものとなる。
【００６８】
その場合には、第１のスイッチング素子１１５のオフ期間中のエミッタ電位は、ほぼ直流電源５５の低電位側出力端子と同電位となることから、例えばダイオードとコンデンサを用いた、ブートストラップと呼ばれる方法での第１のスイッチング素子駆動も容易となり、装置の構成がより簡単になるという効果も発生する。
【００６９】
（実施例３）
図４は、請求項３の実施例におけるインバータ装置の回路図を示したものである。
【００７０】
図４において、直流電源５５の構成は、実施例１と同等である。
第１のスイッチング素子１４０〜１４２、第１のダイオード１４３〜１４５、第２のスイッチング素子１４６・１４７、第２のダイオード１４８・１４９、第３のダイオード１５０〜１５５を有しており、電動機１５６・１５７を有している。
【００７１】
なお、本実施例においても、各スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）を使用している。
【００７２】
電動機１５６は、３相の巻線１５８〜１６０の一方の端子を共通に接続し、その端子を第２のダイオード１４８のアノード端子に接続し、巻線１５８〜１６０の他の端子は、それぞれ第３のダイオード１５０〜１５２を通して第１のダイオード１４３〜１４５のカソード端子に接続している。
【００７３】
電動機１５７についても同様に、３相の巻線１６１〜１６３の一方の端子を共通に接続し、その端子を第２のダイオード１４９のアノード端子に接続し、巻線１６１〜１６３の他の端子は、それぞれ第３のダイオード１５３〜１５５を通して第１のダイオード１４３〜１４５のカソード端子に接続している。
【００７４】
制御回路１６４は、各スイッチング素子をオンオフさせるものである。
なお、電動機１５６・１５７は、実施例１と同様、図示していないが、磁気的に凹凸を有する回転子を備えており、各巻線に対して回転自在に設けられている。
【００７５】
以上の構成において、動作の説明を行う。
電動機１５６をフル運転する場合には、制御回路１６４のｄがハイ、ｅがローとなる。
【００７６】
従って第２のスイッチング素子１４６をオンとし、第２のスイッチング素子１４７をオフとした状態となる。
【００７７】
そして、制御回路１６４の出力ａ、ｂ、ｃが順次オンしていることにより、巻線１５８〜１６０に順次電流が供給され、回転運動が行われるものとなる。
【００７８】
また、回転方向は、ａ、ｂ、ｃからの出力信号の順を逆にすることにより、逆方向にすることも可能である。
【００７９】
電動機１５７をフル運転する場合には、ｄをロー、ｅをハイとした状態で、やはりａ、ｂ、ｃから第１のスイッチング素子１４０〜１４２を順次オンさせることにより、運転が可能である。
【００８０】
したがって、２個の電動機を切り換えて運転することができるインバータ装置を、合計５個のスイッチング素子で構成することができるものとなる。
【００８１】
ただし、本実施例においては、電動機のトルクあるいは速度を加減するため、第２のスイッチング素子１４６・１４７を約２０ｋＨｚのキャリア周波数でオンオフし、その導通比率を変化させることにより、等価的に直流電源５５の出力電圧が変化した状態とほぼ同様の効果をあげることにより、フル運転よりもパワーを絞った動作を実現しているものとなっている。
【００８２】
したがって、本実施例においては、約２０ｋＨｚの高速スイッチングが可能な第２のスイッチング素子の数を２個ですませることができ、第２のスイッチング素子１４６・１４７ための高速オンオフ駆動ができる回路についても２回路分で済み、２個の電動機を切り換えて運転することができるインバータ装置を、簡単な構成で実現できるものとなる。
【００８３】
ただし、第１のスイッチング素子１４０〜１４２をパルス幅変調してもよく、その場合には、実施例２の説明で述べたようなブートストラップによる第１のスイッチング素子の駆動回路の構成の簡略化も容易となり、構成が簡単で、低コストの装置の実現が可能となるものとなる。
【００８４】
（実施例４）
図５は、請求項４の一実施例における電動機の構成図を示している。
【００８５】
図５において電動機は、固定子１６５と回転子１６６からなり、固定子１６５は、ケイ素鋼板を積層して構成した鉄心１６７に、エナメル線を巻いて構成した、巻線１６８〜１７５を備えており、回転子１６６は、出力軸１７４を中心に回転自在に設けられており、鉄心１７５、永久磁石１７６〜１７９によって構成されている。
【００８６】
ここで、永久磁石１７６・１７８は外側にＮ極、永久磁石１７７・１７９は外側にＳ極が出るように着磁がなされており、４極の構成となっている。
【００８７】
図６は、実施例４の電動機の各巻線の結線図を示したものであり、図６においては各巻線の一方に点を付している方の端子から電流を流し込んだ場合に、各巻線の固定子の内側、すなわち回転子と対向する側にＮ極が生ずるという極性を示している。
【００８８】
すなわち、例えばＡ端子から電流が流れた場合には、巻線１６８・１７１の内側にはＮ極が発生するものとなり、その他の巻線の部分にはＳ極が発生することになる。
【００８９】
したがって回転子１６６と同じ極数の磁極が生じ、トルクを生むものとなる。
本実施例において、上記以外の構成要素については、図１、図３、図４に示した各実施例の回路構成がそのまま使用されるものとなる。
【００９０】
（実施例５）
図７は、請求項５の一実施例における電動機の構成図を示している。
【００９１】
図７において電動機は、固定子１８０と回転子１８１からなり、回転子１８１は、出力軸１８２に対して回転自在に設けられている。
【００９２】
固定子１８０は、ケイ素鋼板を積層して構成した鉄心１８３に、エナメル線を巻いて構成した、巻線１８４〜１８９を備えている。
【００９３】
回転子１８１は、４つの歯を設けることにより、固定子１８０の鉄心１８３との間の空隙（ギャップ）の大きさが、回転子１８１の回転角度と共に変化する構成となっている。
【００９４】
図８は、実施例５の電動機の各巻線の結線図を示したものであり、図８においては各巻線の一方に点を付している方の端子から電流を流し込んだ場合に、各巻線の固定子の内側、すなわち回転子と対向する側にＮ極が生ずるという極性を示している。
【００９５】
すなわち、例えばＡ端子から電流が流れた場合には、巻線１８４の内側にはＮ極が発生し、巻線１８７の内側にはＳ極が発生するものとなる。
【００９６】
本実施例において、上記以外の構成要素については、図１、図３、図４に示した各実施例の回路構成がそのまま使用されるものとなる。
【００９７】
以上の構成により、本実施例の電動機は、各巻線に電流が流れた場合、インダクタンスが大となる回転方向にリラクタンストルクが発生し、常にこのトルクが発生するように各スイッチング素子のオンオフ制御を行うことにより、電動機として動作するものとなる。
【００９８】
本実施例では、特に磁気的な凹凸を有する構成で回転子を実現したことにより、簡単な構成で回転子１８１を構成することができ、また大きな電流が各巻線に流れた場合においても、永久磁石を使用している装置の場合のような減磁を起こすこともなく、信頼性の高い装置を実現することもできる。
【００９９】
また、本実施例では、各巻線は半波通電となるが、特にスイッチトリラクタンスモータとして動作させる場合には、全波である必要は全くないことから、複数の電動機を少ないスイッチング素子数で駆動できる装置の構成として非常に優れたものとなる。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、複数の電動機を有するインバータ装置をスイッチング素子数の少ない簡単な構成とし、低コストを実現するものである。
【０１０１】
また、請求項２記載の発明によれば、特に、インバータ装置の電動機を、前記各巻線の一方の端子を共通に接続し、その端子を前記第１のダイオードのカソード端子に接続し、前記各巻線の他の端子は、異なった第２のダイオードのアノード端子に接続した構成としたことにより、やはり複数の電動機を有するインバータ装置をスイッチング素子数の少ない簡単な構成とし、低コストを実現するものである。
【０１０２】
また、請求項３記載の発明によれば、特に、インバータ装置の電動機を、前記各巻線の一方の端子を共通に接続し、その端子を前記第２のダイオードのアノード端子に接続し、前記各巻線の他の端子は、異なった第１のダイオードのカソード端子に接続した構成としたことにより、やはり複数の電動機を有するインバータ装置をスイッチング素子数の少ない簡単な構成とし、低コストを実現するものである。
【０１０３】
また、請求項４記載の発明によれば、特に、インバータ装置の電動機を、永久磁石を有する回転子を備えた構成としたことにより、やはり複数の電動機を有するインバータ装置をスイッチング素子数の少ない簡単な構成とし、低コストを実現するものである。
【０１０４】
また、請求項５記載の発明によれば、特に、インバータ装置の電動機を、磁気的な凹凸を有する回転子を備えた構成としたことにより、やはり複数の電動機を有するインバータ装置をスイッチング素子数の少ない簡単な構成とし、低コストを実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１におけるインバータ装置の回路図
【図２】同インバータ装置の動作波形図
【図３】実施例２におけるインバータ装置の回路図
【図４】実施例３におけるインバータ装置の回路図
【図５】実施例４におけるインバータ装置の電動機の構成図
【図６】同電動機の巻線の結線図
【図７】実施例５におけるインバータ装置の電動機の構成図
【図８】同電動機の巻線の結線図
【図９】従来の技術におけるインバータ装置のブロック回路図
【符号の説明】
５５直流電源
５９〜６２・１１５・１１６・１４０〜１４２第１のスイッチング素子
６３〜６５・１０２・１１９〜１２１・１４６・１４７第２のスイッチング素子
６６〜６９・１１７・１１８・１４３〜１４５第１のダイオード
７０〜７３・１２２〜１２４・１４８・１４９第２のダイオード
７４〜８８・１２５〜１３０・１５０〜１５５第３のダイオード
８９〜９３・１３１・１３２・１５６・１５７電動機
１０９・１３９・１６４制御回路
９４〜１０８・１３３〜１３８・１５８〜１６３巻線
１７６〜１７９永久磁石
１６６・１８１回転子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter device used in a dishwasher, an electric washing machine, an air conditioner and the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 shows a circuit diagram of an inverter device having a plurality of electric motors in the prior art.
[0003]
In FIG. 9, the DC power source 1 includes an AC power source 2, a rectifier 3 configured by connecting four diodes in a bridge configuration, and an electrolytic capacitor 4 connected between output terminals of the rectifier 3.
[0004]
Switching elements 5-10 constituted by IGBTs are connected in a three-phase six-stone configuration, diodes 11-16 are connected in parallel between the collectors and emitters of switching elements 5-10, and motor 17 is in three-phase. It has windings 18, 19, and 20 provided.
[0005]
Similarly, switching elements 21, 22, 25, 26, 29, and 30 constituted by IGBTs, diodes 23, 24, 27, 28, 31, and 32, and an electric motor 33 are provided. 34-36.
[0006]
Similarly, switching elements 37, 38, 41, 42, 45, 46 constituted by IGBT, diodes 39, 40, 43, 44, 47, 48, and an electric motor 49 are provided, and the electric motor 49 is a three-phase winding. 50-52.
[0007]
The control circuit 53 applies a voltage to the gate when each switching element is turned on, and sets the voltage between the gate and the emitter of each switching element to zero when the switching element is turned off. Corresponding to the position of the rotor of the electric motor, the respective switching elements are turned on and off in order, whereby each electric motor can obtain power characteristics substantially equivalent to those of a DC motor.
[0008]
In the above configuration, the conventional inverter device can drive the three electric motors 17, 33, and 49.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the above-described conventional technology has a three-phase, six-stone circuit configuration, there is an advantage that a large-capacity device has high efficiency, and an advantage that a plurality of electric motors can be operated simultaneously. However, in order to drive each electric motor, a switching element and a diode having a three-phase six-stone configuration are required to drive each electric motor. Therefore, particularly when the number of electric motors is large, the configuration of the inverter device becomes very complicated, and The first problem is that the number of points is increased and the cost is increased.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the present invention provides a DC power supply, a plurality of first switching elements, a plurality of second switching elements, a plurality of first diodes, and a plurality of second ones. A diode, a plurality of third diodes, a plurality of electric motors, and a control circuit, the electric motors each having a plurality of windings, and an anode terminal of the first diode is a low potential of the DC power supply The first switching element is connected between the cathode terminal of the first diode and the high potential side terminal of the DC power supply, and the cathode terminal of the second diode is connected to the high terminal of the DC power supply. The second switching element is connected between the anode terminal of the second diode and the low potential side terminal of the DC power source, and the series circuit of the third diode and the winding is connected to the potential side terminal. ,in front Is obtained by a structure connected between the connection point of the first said switching element of the first diode connection point between said second switching element and the second diode.
[0011]
The electric motor according to claim 1, wherein one terminal of each winding is connected in common, the terminal is connected to the cathode terminal of the first diode, and the other terminal of each winding is the first terminal. 3 is connected to the anode terminal of a different second diode through three diodes.
[0012]
The electric motor according to claim 1, wherein one terminal of each winding is connected in common, the terminal is connected to the anode terminal of the second diode, and the other terminal of each winding is the first 3 are connected to the cathode terminals of different first diodes through three diodes.
[0013]
The electric motor according to any one of claims 1 to 3 is configured to include a rotor having a permanent magnet.
[0014]
The electric motor according to any one of claims 1 to 3 includes a rotor having magnetic irregularities.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention according to claim 1 solves the first problem of the prior art, and includes a DC power supply, a plurality of first switching elements, a plurality of second switching elements, and a plurality of first elements. A diode, a plurality of second diodes, a plurality of third diodes, a plurality of electric motors, and a control circuit, each of the electric motors having a plurality of windings, and an anode of the first diode The terminal is connected to the low potential side terminal of the DC power source, the first switching element is connected between the cathode terminal of the first diode and the high potential side terminal of the DC power source, and the second diode is And the second switching element is connected between the anode terminal of the second diode and the low potential side terminal of the DC power source, and the third switching element is connected to the high potential side terminal of the DC power source. Daio A series circuit of the windings, which are connected between the connection point of the first said switching element of the first diode connection point between said second switching element and the second diode.
[0016]
The invention according to claim 2 solves the first problem of the conventional technique, and connects the electric motor of the inverter device according to claim 1 to one terminal of each winding in common. The terminal is connected to the cathode terminal of the first diode, and the other terminal of each winding is connected to the anode terminal of a different second diode.
[0017]
The invention described in claim 3 solves the first problem of the conventional technique, and connects the electric motor of the inverter device described in claim 1 to one terminal of each winding in common. The terminal is connected to the anode terminal of the second diode, and the other terminal of each winding is connected to the cathode terminal of a different first diode.
[0018]
Invention of Claim 4 solves the 1st subject which a prior art also has, The structure provided with the rotor which has a permanent magnet for the said motor of the inverter apparatus described in Claims 1-3, and It is a thing.
[0019]
The invention according to claim 5 solves the first problem of the prior art, and the electric motor of the inverter device according to claims 1 to 3 is provided with a rotor having magnetic irregularities. It is a configuration.
[0020]
【Example】
(Example 1)
Examples of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an example of a circuit configuration of an inverter device according to claim 1 of the present invention.
[0021]
In FIG. 1, a DC power supply 55 is configured by connecting a 100 V 60 Hz AC power supply 55 and four diodes in a bridge shape, a rectifier 57 that rectifies the output of the AC power supply 55, and a 2200 microfarad connected to the output of the rectifier 57. An electrolytic capacitor 58 is used.
[0022]
However, a choke coil may be inserted to reduce the harmonic component of the output current of the AC power supply 56 and suppress the peak current value, and the rectification method is the same as that of the full-wave rectification shown in this embodiment. In addition to the configuration, for example, voltage doubler rectification using two capacitors may be used.
[0023]
In FIG. 1, the first switching elements 59 to 62, the second switching elements 63 to 65, 102, the first diodes 66 to 69, the second diodes 70 to 73, the third diodes 74 to 88, the electric motor 89 to 93 and a control circuit 109.
[0024]
The electric motor 89 has three-phase windings 94 to 96, the electric motor 90 has three-phase windings 97 to 99, the electric motor 91 has three-phase windings 100 to 102, and the electric motor 92 has three-phase windings. , And the motor 93 has three-phase windings 106-108.
[0025]
The anode terminals of the first diodes 66 to 69 are all connected to the low potential side terminal of the DC power supply 55, and the first switching element 59 is between the cathode terminal of the first diode 66 and the high potential side terminal of the DC power supply 55. The first switching element 60 is connected between the cathode terminal of the first diode 67 and the high potential side terminal of the DC power supply 55, and the first switching element 61 is connected to the cathode terminal of the first diode 68. The first switching element 62 is connected between the cathode terminal of the first diode 69 and the high potential side terminal of the DC power supply 55.
[0026]
The cathode terminals of the second diodes 70 to 73 are connected to the high potential side terminal of the DC power supply 55, and the second switching element 63 is connected to the anode terminal of the second diode 70 and the low potential side terminal of the DC power supply 55. The second switching element 64 is connected between the anode terminal of the second diode 71 and the low potential side terminal of the DC power supply 55, and the second switching element 65 is connected to the anode terminal of the second diode 72. And the second switching element 102 is connected between the anode terminal of the second diode 73 and the low potential side terminal of the DC power supply 55.
[0027]
The series circuit of the third diode 74 and the winding 94 is connected between the connection point of the first switching element 59 and the first diode 66 and the connection point of the second switching element 63 and the second diode 70. The series circuit of the third diode 75 and the winding 95 is between the connection point of the first switching element 59 and the first diode 66 and the connection point of the second switching element 64 and the second diode 71. The series circuit of the third diode 76 and the winding 96 is connected between the connection point of the first switching element 59 and the first diode 67 and the connection point of the second switching element 65 and the second diode 72. The series circuit of the third diode 77 and the winding 97 is connected to the connection point of the first switching element 60 and the first diode 67, the second switching element 63 and the second diode. The series circuit of the third diode 78 and the winding 98 is connected between the connection point of 0, the connection point of the first switching element 60 and the first diode 67, the second switching element 64 and the second switching element. The series circuit of the third diode 79 and the winding 99 is connected between the connection points of the diodes 71, and the connection point of the first switching element 60 and the first diode 66, the second switching element 65 and the second switching element 65. The series circuit of the third diode 80 and the winding 100 is connected between the connection points of the first diode 72 and the first switching element 61, the first diode 68, the second switching element 63, and the second switching element 63. The series circuit of the third diode 81 and the winding 101 is connected between the connection point of the second diode 70 and the connection point of the first switching element 61 and the first diode 68 and the second switching. The series circuit of the third diode 82 and the winding 102 is connected between the connection point of the child 64 and the second diode 71, and the connection point of the first switching element 61 and the first diode 68 is connected to the second point of the second diode 71. The series circuit of the third diode 83 and the winding 103 is connected between the connection point of the switching element 65 and the second diode 72, and the connection point of the first switching element 62 and the first diode 69 is connected to the second point. The series circuit of the third diode 84 and the winding 104 is connected between the connection point of the first switching element 62 and the first diode 69. The series circuit of the third diode 85 and the winding 105 is connected between the connection points of the second switching element 64 and the second diode 71, and the first switching element 62 and the first diode 69. Is connected between the connection point of the second switching element 65 and the second diode 72, and the series circuit of the third diode 86 and the winding 106 includes the first switching element 59 and the first diode. 66 and a connection point between the second switching element 102 and the second diode 73, and a series circuit of the third diode 87 and the winding 107 is connected to the first switching element 60 and the first switching element 60. A series circuit of the third diode 88 and the winding 108 is connected between the connection point of the diode 67 and the connection point of the second switching element 102 and the second diode 73. The connection point of the diode 68 and the connection point of the second switching element 102 and the second diode 73 are connected.
[0028]
In this embodiment, the control circuit 109 includes a high-potential side drive circuit 110 that controls on / off of the first switching elements 59 to 62 and a low-potential side drive that controls on / off of the second switching elements 63 to 65 and 102. The high-potential side drive circuit 110 includes a circuit 111, and the first switching elements 59 to 62 are turned on and off by outputs a, b, c, and d, respectively.
[0029]
Similarly, in the low-potential side drive circuit 111, the second switching elements 63 to 65 and 102 are turned on and off by outputs e, f, g, and h, respectively.
[0030]
In the first embodiment, although not shown in FIG. 1, the motors 89 to 93 each have a rotor having magnetic irregularities provided so as to freely rotate, and this rotor. According to the rotation angle, the inductance value of the winding changes periodically.
[0031]
With the above configuration, the operation of the first embodiment will be described.
FIG. 2 is an operation waveform diagram of the inverter device according to the first embodiment.
[0032]
2A, the voltage waveform at the output terminal a of the high-potential side drive circuit 109, (a) the voltage waveform at the output terminal b of the high-potential side drive circuit 109, and (C) the high-potential side drive circuit 109. (D) is the voltage waveform at the output terminal d of the high potential side drive circuit 109, (E) is the voltage waveform at the output terminal e of the low potential side drive circuit 110, and (F) is the low potential. The voltage waveform at the output terminal f of the side drive circuit 110, (ki) is the voltage waveform at the output terminal g of the low potential side drive circuit 110, and (ku) is the voltage waveform at the output terminal h of the low potential side drive circuit 110. Yes.
[0033]
In each of FIGS. 2A and 2B, the horizontal axis is time, but the motor 89 is normally rotated during the period T1, the motor 90 is normally rotated during the period T2, the motor 92 is rotated reversely during the period T3, and the period T4 is A state in which the electric motor 93 is rotated forward is shown.
[0034]
In the T1 period, since a is high, that is, an on signal, the first switching element 59 is turned on, and the common terminal side of the windings 94 to 96 has substantially the same potential as the high potential side terminal of the DC power supply 55. Become.
[0035]
Here, since the signal is high in the order of e, f, and g, that is, an on signal is generated, the second switching elements 63 to 65 are turned on in order, and the voltages are applied to the windings 94 to 96 in order. It will be.
[0036]
Therefore, the electric motor 89 operates by an operation called a three-phase half wave, and outputs power to a mechanical load.
[0037]
In the present embodiment, since the control is performed by sequentially turning on the second switching element while keeping one of the first switching elements in the on state, for example, the second switching element 63 is used. However, at the moment when the coil is turned off, the winding current continues to flow due to the inductance of the winding 94, and the current flows from the first switching element 59 to the winding 94, the third diode 74, and the second diode 74. The current flows in a loop through the diode 70 of 2 and at this time, the terminals of the winding 94 are almost short-circuited, so that the current decreases with time, eventually becomes zero, and turn-off is performed. .
[0038]
However, in particular, one of the first switching elements does not have to be kept on all the time. For example, after the second switching element 63 is turned off, the first switching element 59 is turned off. In that case, the current due to the inductance of the winding 94 is regenerated to the capacitor 58 of the DC power supply 55 via the first diode 66, the second diode 70, and the third diode 74, and the current value Can be suddenly made zero.
[0039]
As described above, the electric motor 89 generates power by an operation called a switched reluctance motor.
[0040]
In the period T2, since the first switching element 60 is similarly turned on, current is sequentially supplied to the windings 97 to 99 of the electric motor 90, and power is generated.
[0041]
In the T3 period, since the first switching element 62 is turned on, current is supplied in the order of the windings 103 to 105 of the electric motor 92, and power is generated. Compared with the T1 and T2 periods, however, Since the order in which the second switching elements 63 to 65 are turned on is reversed, the rotating direction is the reverse direction.
[0042]
In the period T4, the first switching elements 59 to 61 are turned on while the second switching element 102 is turned on, so that current is sequentially supplied to the windings 106 to 108 of the electric motor 93, and the power is also increased. Will occur.
[0043]
Here, for the electric motor 93, the common terminals of the windings 106 to 108 are connected to the anode terminal of the second diode 73, and the third diodes 86 to 88 are connected to the anode terminals of the first diodes 66 to 68, respectively. Since it is connected to the cathode terminal, the electric motor 89 has a total of four wires, and can be configured rationally.
[0044]
As described above, the inverter device of Example 1 can drive five electric motors with a relatively simple configuration in which four first switching elements and four second switching elements are provided. Become.
[0045]
In this configuration, unlike the conventional example, the current supply to each winding is half-wave energization, but it is sufficient to operate as a switched reluctance motor, and even when operated as a DC brushless motor, Compared to wave energization, there is a slight decrease in efficiency with the same motor volume, but when used as a small capacity device, the effect of reducing the number of switching elements is greater, and the total is low. A cost inverter device can be realized.
[0046]
In the present embodiment, each electric motor is configured as a switched reluctance motor having magnetic irregularities in the rotor, but may be configured as a DC brushless motor having permanent magnets in the rotor. Well, a configuration called an induction (induction) motor having a short-circuit winding in the rotor, a configuration called a hysteresis motor in which the rotor is made of a material having magnetic hysteresis characteristics, etc. Moreover, when comprising an inverter apparatus with a several electric motor, the structure of mixing and using the said various motors may be sufficient.
[0047]
In particular, when an induction motor or a hysteresis motor is used, a plurality of electric motors can be driven simultaneously and can be realized relatively easily.
[0048]
For motors that require the same characteristics as a DC machine, position detection means such as a Hall IC or optical type is provided to detect the position of the rotor, and each switching element is connected from the control circuit 109 according to the rotor position. It can also be configured to be turned on and off.
[0049]
The number of phases is all three in the case of Example 1, but is not particularly limited to three phases, and may be two phases, four phases, five phases, etc.
[0050]
In FIG. 1, since there are five three-phase motors, the total number of windings is 15, but four first switching elements and four second switching elements are arranged in a matrix. Since it is arranged, the maximum number of windings that can be connected is 16 (= 4 × 4).
[0051]
Therefore, for example, a four-phase configuration in which one more winding is added to the motor 93, and the added winding is connected so that current is supplied by the first switching element 62 and the second switching element 102. It is good.
[0052]
In addition, in this embodiment, since the winding connection has a common terminal for each electric motor in particular, the number of wirings is reduced because only four wirings are required while having three-phase windings. Although it is possible to make the configuration simple and small, a common terminal is not particularly required. For example, one three-phase motor may be configured by the windings 94, 98, and 108 in FIG. .
[0053]
(Example 2)
FIG. 3 shows a circuit diagram of an inverter device according to an embodiment of the present invention.
[0054]
In FIG. 3, the configuration of the DC power supply 55 is the same as that of the first embodiment.
The first switching elements 115 and 116, the first diodes 117 and 118, the second switching elements 119 to 121, the second diodes 122 to 124, and the third diodes 125 to 130 are included. 132.
[0055]
Also in this embodiment, each switching element uses an IGBT (insulated gate bipolar transistor).
[0056]
The electric motor 131 connects one terminal of the three-phase windings 133 to 135 in common, connects the terminal to the cathode terminal of the first diode 117, and the other terminals of the windings 133 to 135 are the first terminals. The third diodes 125 to 127 are connected to the anode terminals of the second diodes 122 to 124.
[0057]
Similarly for the electric motor 132, one terminal of the three-phase windings 136 to 138 is connected in common, the terminal is connected to the cathode terminal of the first diode 118, and the other terminals of the windings 136 to 138 are connected to each other. Are connected to the anode terminals of the second diodes 122 to 124 through the third diodes 128 to 130, respectively.
[0058]
The control circuit 139 turns on and off each switching element.
The motors 131 and 132 are provided with a rotor having magnetic irregularities, not shown, as in the first embodiment, and are provided to be rotatable with respect to each winding.
[0059]
The operation of the above configuration will be described.
When operating the electric motor 131, a of the control circuit 139 is high and b is low.
[0060]
Accordingly, the first switching element 115 is turned on and the first switching element 116 is turned off.
[0061]
Since the outputs c, d, and e of the control circuit 139 are sequentially turned on, current is sequentially supplied to the windings 133 to 135, and rotational motion is performed.
[0062]
Further, the rotation direction can be reversed by reversing the order of the output signals from c, d, and e.
[0063]
When the electric motor 132 is operated, the operation can be performed by sequentially turning on the second switching elements 119 to 121 from c, d, and e while a is low and b is high.
[0064]
Therefore, an inverter device capable of switching and operating two electric motors can be configured with a total of five switching elements.
[0065]
In general, a switching element having a large power used in an inverter device includes an NPN type in a bipolar type and an N channel type in a MOSFET and an IGBT. Therefore, when the inverter device shown in FIG. The gate and emitter potentials of the switching elements 115 and 116 greatly increase and decrease in accordance with the operation of the device, and the driving circuit has a complicated configuration such as using an insulating photocoupler, and the cost is high. However, in this embodiment, since the number of first switching elements is as small as two, the drive circuit is simplified in that respect, and the two motors are configured in a configuration with reduced cost. An inverter device that can be switched and operated is realized.
[0066]
In this embodiment, since the control is performed by the method of sequentially turning on the second switching element while keeping one of the first switching elements in the on state, for example, the second switching element is used. When the element 119 is turned off, the inductance of the winding 113 causes the winding current to continue to flow, and the current flows from the first switching element 115 to the winding 133 and the third diode 125. The current flows in a loop through the second diode 122, and at this time, the terminals of the winding 133 are almost short-circuited, so that the current decreases with time, eventually becomes zero, and turn-off is performed. It becomes.
[0067]
However, in particular, one of the first switching elements does not have to be kept on all the time. For example, after the second switching element 119 is turned off, the first switching element 115 is turned off. In that case, the current due to the inductance of the winding 133 is regenerated to the capacitor 58 of the DC power supply 55 through the first diode 117, the second diode 122, and the third diode 125, and the current value Can be suddenly made zero.
[0068]
In that case, the emitter potential during the OFF period of the first switching element 115 is substantially the same potential as the output terminal on the low potential side of the DC power supply 55, which is called a bootstrap using a diode and a capacitor, for example. The first switching element can be easily driven by the method, and the structure of the apparatus can be simplified.
[0069]
(Example 3)
FIG. 4 shows a circuit diagram of an inverter device in an embodiment of claim 3.
[0070]
In FIG. 4, the configuration of the DC power supply 55 is the same as that of the first embodiment.
The first switching elements 140 to 142, the first diodes 143 to 145, the second switching elements 146 and 147, the second diodes 148 and 149, and the third diodes 150 to 155 are included. 157.
[0071]
Also in this embodiment, each switching element uses an IGBT (insulated gate bipolar transistor).
[0072]
The electric motor 156 connects one terminal of the three-phase windings 158 to 160 in common, connects the terminal to the anode terminal of the second diode 148, and the other terminals of the windings 158 to 160 are the first terminals. The three diodes 150 to 152 are connected to the cathode terminals of the first diodes 143 to 145.
[0073]
Similarly for the electric motor 157, one terminal of the three-phase windings 161 to 163 is connected in common, the terminal is connected to the anode terminal of the second diode 149, and the other terminals of the windings 161 to 163 are connected. Are connected to the cathode terminals of the first diodes 143 to 145 through the third diodes 153 to 155, respectively.
[0074]
The control circuit 164 turns on and off each switching element.
The electric motors 156 and 157 are not shown in the same manner as in the first embodiment, but include a magnetically uneven rotor, and are provided to be rotatable with respect to each winding.
[0075]
The operation of the above configuration will be described.
When the electric motor 156 is fully operated, d of the control circuit 164 is high and e is low.
[0076]
Accordingly, the second switching element 146 is turned on and the second switching element 147 is turned off.
[0077]
Since the outputs a, b, and c of the control circuit 164 are sequentially turned on, current is sequentially supplied to the windings 158 to 160, and rotational motion is performed.
[0078]
Further, the rotation direction can be reversed by reversing the order of the output signals from a, b, and c.
[0079]
When the electric motor 157 is fully operated, the operation can be performed by sequentially turning on the first switching elements 140 to 142 from a, b, and c while d is low and e is high.
[0080]
Therefore, an inverter device capable of switching and operating two electric motors can be configured with a total of five switching elements.
[0081]
However, in this embodiment, in order to increase or decrease the torque or speed of the electric motor, the second switching elements 146 and 147 are turned on / off at a carrier frequency of about 20 kHz, and the conduction ratio is changed, so that the DC power supply is equivalently obtained. By providing substantially the same effect as the state in which the output voltage of 55 has changed, an operation in which the power is reduced more than the full operation is realized.
[0082]
Therefore, in this embodiment, the number of second switching elements capable of high-speed switching of about 20 kHz can be reduced to two, and a circuit capable of high-speed on / off driving for the second switching elements 146 and 147 is also provided. Only two circuits are required, and an inverter device that can be operated by switching two electric motors can be realized with a simple configuration.
[0083]
However, the first switching elements 140 to 142 may be subjected to pulse width modulation. In that case, the configuration of the drive circuit of the first switching element by bootstrap as described in the description of the second embodiment is simplified. Therefore, it is possible to realize a low-cost apparatus with a simple configuration.
[0084]
Example 4
FIG. 5 shows a block diagram of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
[0085]
In FIG. 5, the electric motor includes a stator 165 and a rotor 166, and the stator 165 includes windings 168 to 175 configured by winding enamel wires around an iron core 167 configured by stacking silicon steel plates. The rotor 166 is provided so as to be rotatable about the output shaft 174, and includes an iron core 175 and permanent magnets 176 to 179.
[0086]
Here, the permanent magnets 176 and 178 are magnetized so that the N pole is exposed to the outside, and the permanent magnets 177 and 179 are magnetized so that the S pole is exposed to the outside.
[0087]
FIG. 6 is a connection diagram of each winding of the electric motor according to the fourth embodiment. In FIG. 6, when a current is supplied from a terminal having a dot on one side of each winding, each winding is shown. The polarity is such that an N pole is generated inside the stator, that is, on the side facing the rotor.
[0088]
That is, for example, when a current flows from the A terminal, an N pole is generated inside the windings 168 and 171 and an S pole is generated in the other winding portions.
[0089]
Accordingly, magnetic poles having the same number of poles as the rotor 166 are generated, and torque is generated.
In the present embodiment, as for the components other than those described above, the circuit configurations of the respective embodiments shown in FIGS. 1, 3, and 4 are used as they are.
[0090]
(Example 5)
FIG. 7 shows a configuration diagram of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
[0091]
In FIG. 7, the electric motor includes a stator 180 and a rotor 181, and the rotor 181 is provided to be rotatable with respect to the output shaft 182.
[0092]
The stator 180 includes windings 184 to 189 configured by winding enamel wires around an iron core 183 configured by stacking silicon steel plates.
[0093]
The rotor 181 is configured such that by providing four teeth, the size of the gap (gap) between the stator 180 and the iron core 183 varies with the rotation angle of the rotor 181.
[0094]
FIG. 8 shows a connection diagram of each winding of the electric motor of the fifth embodiment. In FIG. 8, when a current is supplied from a terminal with a dot on one side of each winding, each winding is shown. The polarity is such that an N pole is generated inside the stator, that is, on the side facing the rotor.
[0095]
That is, for example, when a current flows from the A terminal, an N pole is generated inside the winding 184 and an S pole is generated inside the winding 187.
[0096]
In the present embodiment, the circuit configurations of the embodiments shown in FIGS. 1, 3, and 4 are used as they are for the components other than those described above.
[0097]
With the above configuration, the electric motor of the present embodiment generates a reluctance torque in the rotational direction in which the inductance increases when current flows through each winding, and performs on / off control of each switching element so that this torque is always generated. By doing so, it will operate as an electric motor.
[0098]
In the present embodiment, the rotor is realized with a configuration having magnetic irregularities in particular, so that the rotor 181 can be configured with a simple configuration, and even when a large current flows through each winding, it is permanent. A highly reliable device can be realized without causing demagnetization as in the case of a device using a magnet.
[0099]
Further, in this embodiment, each winding is half-wave energized. However, when operating as a switched reluctance motor, it is not necessary to be full-wave, so a plurality of motors are driven with a small number of switching elements. It becomes a very excellent device configuration.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, an inverter device having a plurality of electric motors has a simple configuration with a small number of switching elements, thereby realizing low cost.
[0101]
According to the second aspect of the present invention, in particular, in the electric motor of the inverter device, one terminal of each winding is connected in common, the terminal is connected to the cathode terminal of the first diode, and each winding The other terminal of the line is configured to be connected to the anode terminal of a different second diode, so that the inverter device having a plurality of electric motors can be simply configured with a small number of switching elements to realize low cost. It is.
[0102]
According to a third aspect of the invention, in particular, in the electric motor of the inverter device, one terminal of each of the windings is connected in common, and the terminal is connected to the anode terminal of the second diode. The other terminal of the wire is connected to the cathode terminal of a different first diode, so that an inverter device having a plurality of electric motors can be simply configured with a small number of switching elements and realize low cost. It is.
[0103]
According to the invention of claim 4, the inverter device having a plurality of electric motors can be easily reduced in the number of switching elements, particularly by adopting a configuration in which the electric motor of the inverter device includes a rotor having a permanent magnet. It realizes a low cost with a simple structure.
[0104]
According to the invention described in claim 5, in particular, since the electric motor of the inverter device is provided with a rotor having magnetic irregularities, the inverter device having a plurality of electric motors is also provided with the number of switching elements. It has a simple configuration with a small number and realizes low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of an inverter device according to a first embodiment.
FIG. 2 is an operation waveform diagram of the inverter device.
FIG. 3 is a circuit diagram of an inverter device according to a second embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram of an inverter device according to a third embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram of an electric motor of an inverter device according to a fourth embodiment.
[Fig. 6] Connection diagram of windings of the same motor
FIG. 7 is a configuration diagram of an electric motor of an inverter device according to a fifth embodiment.
[Fig. 8] Connection diagram of windings of the same motor
FIG. 9 is a block circuit diagram of an inverter device in the prior art.
[Explanation of symbols]
55 DC power supply
59-62.115.116.140-142 1st switching element
63-65 * 102 * 119-121 * 146 * 147 2nd switching element
66-69,117,118,143-145 1st diode
70 to 73, 122 to 124, 148, 149 Second diode
74 to 88, 125 to 130, 150 to 155 Third diode
89-93 ・ 131 ・ 132 ・ 156 ・ 157 Electric motor
109/139/164 Control circuit
94-108, 133-138, 158-163 Winding
176-179 Permanent magnet
166 ・ 181 Rotor

Claims

A DC power supply, a plurality of first switching elements, a plurality of second switching elements, a plurality of first diodes, a plurality of second diodes, a plurality of third diodes, and a plurality of electric motors The electric motor has a plurality of windings, the anode terminal of the first diode is connected to the low potential side terminal of the DC power supply, and the first switching element is the first switching element. The cathode terminal of the first diode is connected to the high potential side terminal of the DC power supply, the cathode terminal of the second diode is connected to the high potential side terminal of the DC power supply, and the second switching element is A series circuit of the third diode and the winding is connected between the anode terminal of the second diode and the low potential side terminal of the DC power supply, and the series circuit of the third diode and the winding includes the first switching element and the first diode. Inverter connected between the connection point of de connection point between the second of said switching element and the second diode.

The electric motor has one terminal of each winding connected in common, the terminal connected to the cathode terminal of the first diode, and the other terminal of each winding is connected to a different second diode through a third diode. The inverter device according to claim 1, wherein the inverter device is connected to an anode terminal.

The electric motor has one terminal of each winding connected in common, the terminal connected to the anode terminal of the second diode, and the other terminal of each winding connected to a different first diode through a third diode. The inverter device according to claim 1, wherein the inverter device is connected to the cathode terminal.

The inverter device according to claim 1, wherein the electric motor includes a rotor having a permanent magnet.

The inverter device according to claim 1, wherein the electric motor includes a rotor having magnetic unevenness.