JP3666240B2

JP3666240B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP3666240B2
Application number: JP11195398A
Authority: JP
Inventors: 和彦麻田; 光幸木内; 貞之玉江
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: JPH11308864A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気洗濯機等に使用し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】
特開昭６３−１７４６９４号公報に示されている従来の技術における電気洗濯機は、遮断可能なスイッチを使用者が押し込むことにより、爪がかかってメカニカルラッチ状態となり、使用者が指を離しても接点が閉じたままの状態に保たれ、交流電源からは遮断可能なスイッチを通じて電源回路に電源が供給され、電源回路の出力から直流電圧が出力され、この直流電圧は例えばマイクロコンピュータなどを有する制御回路に供給される。
【０００３】
また、同時に双方向性サイリスタによって、誘導電動機（一般にコンデンサランのインダクションモータと呼ばれる回転方向が正逆に切り換えることが可能としているもの）、給水弁、排水弁、クラッチなどの負荷をオンオフする回路にも交流電源の出力電圧が供給される。
【０００４】
電気洗濯機は、洗濯動作の進行に応じて、制御回路の作用によって各負荷に直列に接続された双方向性サイリスタを順次オンオフし、洗濯行程、すすぎ行程を経て脱水行程まで動作が完了した時点で、遮断可能なスイッチに内蔵されたコイルに交流電流を供給するため、コイルに直列接続された双方向性サイリスタに対して、制御回路は、そのゲート端子から電流引き抜いて点弧させるための駆動用トランジスタをオンするものとなっている。
【０００５】
そして、メカニカルラッチ状態にあった遮断可能なスイッチは、爪がコイルの電流供給によって外され、よって、遮断可能なスイッチは、やはり遮断可能なスイッチに内蔵されたばねの反発力により、使用者によって押される前の位置まで復帰し、同時に接点はオフの状態とされる。
【０００６】
こうして、遮断可能なスイッチがオフされると、装置は完全に交流電源から切り離された状態となり、よって待機時の消費電力が、ほぼ完全に零となるものとなっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術で述べたインダクションモータに代わり、より速度制御性に優れ、また省エネルギー性に優れ、また５０Ｈｚと６０Ｈｚというような複数の電源周波数にも対応が可能となる、インバータ装置を有する構成とすることにより、より高品位な電気洗濯機が実現したいというニーズが近年発生し、特に省エネルギーが注目されている今日において、その傾向は急速に拡大してきている。
【０００８】
しかしながら、一般的に電動機に可変周波数の交流の電力を供給して駆動するインバータ装置を、例えば１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源から入力電力を供給させる構成とした場合には、商用電源を一旦電圧リプルが小さい直流電圧に変換し、その出力が例えばインバータの構成として一般的に使用されるような３相６石のトランジスタで構成されたインバータに入力されるようなブロック構成をとることになり、その場合には、インバータを安定に動作させるために、直流電圧は例えば電解コンデンサなどの大きな静電容量（大容量）を有するコンデンサを有する回路構成となる。
【０００９】
その上で、従来の技術で述べたような遮断可能なスイッチにより、メカニカルラッチ動作を行わせてインバータなどに電源を供給し、動作終了後にメカニカルラッチを外して、待機時の装置の消費電力をほぼ完全に零の状態とする場合、装置の電源を入れる際には、大容量のコンデンサを遮断可能なスイッチの接点を通じて、瞬間的に充電することになり、極めて大きなインラッシュ電流が遮断可能なスイッチに流れ込むことになる。
【００１０】
従って、遮断可能なスイッチの接点の劣化が問題となり、それを解決しようとすると、接点の接触子の大きさを非常に大きなものとする必要があることから、装置のコストが高くなり、また形状も大となり、同時に例えば整流回路などの構成部品に対しても、インラッシュ電流に対する信頼性を確保するため電流定格を非常に高いものとすることが必要となることから、これもまたコストが高くなり、形状も大となる要素になるという問題を有していた。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、コンデンサによりインバータ回路の入力直流電圧のリプル電圧を十分低減して動作の安定性を確保するとともに、電源入りスイッチおよびリレーに流れるインラッシュ電流を低減し、待機時の消費電力をほぼ完全に零とした低コスト、小形のインバータ装置を実現することを目的としている。
【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、単相２線式の交流電源に接続し整流器とコンデンサとチョークコイルを有する整流平滑回路の出力に電動機を接続したインバータ回路を接続し、交流電源からコンデンサの間に交流電源の一方の線をオンオフする出力接点を設けたリレーのオンオフを制御回路により制御し、電源入りスイッチと抵抗の直列回路により構成した起動回路をリレーの出力接点間に並列に接続する。電源入りスイッチがオンされたとき、交流電源から起動回路を通じて電源を供給すると同時にコンデンサにも充電電流を供給し、制御回路は、リレーの出力接点をオンすることにより、交流電源からリレーの出力接点を通して電源を供給し、その後電源入りスイッチがオフとなってもリレーの出力接点を引き続きオンにし、インバータ回路に整流平滑回路を経て電力を供給するように構成したものである。
【００１３】
これにより、コンデンサによりインバータ回路の入力直流電圧のリプル電圧を十分低減して動作の安定性を確保することができるとともに、電源入りスイッチおよびリレーに流れるインラッシュ電流を低減することができ、待機時の消費電力をほぼ完全に零とした低コスト、小形のインバータ装置を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、単相２線式の交流電源に接続し整流器とコンデンサとチョークコイルを有する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力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電動機と、前記交流電源からコンデンサの間に前記交流電源の一方の線をオンオフする出力接点を設けたリレーと、前記リレーのオンオフを制御する制御回路と、電源入りスイッチと抵抗の直列回路により構成し前記リレーの出力接点間に並列に接続した起動回路とを備え、前記電源入りスイッチがオンされたとき、前記交流電源から前記起動回路を通じて電源を供給すると同時に前記コンデンサにも充電電流を供給し、前記制御回路は、前記リレーの出力接点をオンすることにより、前記交流電源から前記リレーの出力接点を通して電源を供給し、その後前記電源入りスイッチがオフとなっても前記リレーの出力接点を引き続きオンにし、前記インバータ回路に前記整流平滑回路を経て電力を供給するように構成したものであり、コンデンサによりインバータ回路の入力直流電圧のリプル電圧を十分低減して動作の安定性を確保することができるとともに、コンデンサの静電容量を大きな値とした場合にあっても、起動回路を構成する電源入りスイッチをオンしたとき、抵抗を通じてコンデンサに充電電流が流れるので、電源入りスイッチに流れる電流は小さな値に抑えることができ、電源入りスイッチに要求される電流定格が小さくても十分な信頼性が確保することができ、また、リレーの出力接点がオンするタイミングでは、起動回路を通してコンデンサに充電され、コンデンサの端子間電圧が上昇しているので、リレーの出力接点がオンしたときに流れる電流は、交流電源の電圧とコンデンサの電圧の差の電圧により流れるため小さい値に抑えることができ、リレーの出力接点の定格電流を抑えることができ、動作終了後は、リレーの出力接点がオフすることにより消費電力をほとんど完全に零にすることができ、低コストて、小形のインバータ装置を実現することができる。
【００１５】
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、制御回路は、コンデンサから直流電圧を供給されて動作するスイッチング電源を有するものであり、コンデンサをインバータ回路とスイッチング電源の入力直流電圧のリプル電圧の低減するために共通に動作させることができ、部品点数を低減することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明において、スイッチング電源は、入力の直流電圧が一定値以上である場合に起動するよう構成したものであり、リレーの出力接点はコンデンサの端子電圧が一定値以上の条件の下でオンとなることから、リレーの出力接点がオンになった時に流れ込む電流は、すなわち交流電源の出力電圧に対するコンデンサの端子電圧の値が小となる分だけ低減させることができ、これによってリレーの出力接点の定格電流値を低減することができ、低価格、小形にできるとともに、信頼性を向上することができる。
【００１７】
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、制御回路は、交流電源とリレーの出力接点の直列回路を含む回路に並列に接続し、交流電圧を供給されて動作するよう構成したものであり、制御回路に供給される交流電圧を例えば商用周波数の変圧器などを使用した構成で、低圧に変換する構成、あるいはスイッチング電源を使用して直流電源回路を構成するなど、回路構成としてきわめて広い範囲からの選択が可能となり、具体的な構成に応じて、低コスト、小形、軽量、高効率などの性能を実現することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、上記請求項１〜４に記載の発明において、制御回路は、コンデンサの電圧を検知する電圧検知手段を有し、コンデンサの電圧値が所定値以上である場合にリレーを駆動して、出力接点をオンするよう構成したものであり、リレーの出力接点がオンした直後に流れるインラッシュ電流の値に直接的に関係するコンデンサの電圧の値を検知して、オンタイミングが決定されることから、制御回路の電源供給構成を広い範囲から選択できる構成としながら、確実にリレーの出力接点に流れ込む電流定格の値を抑えることができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、上記請求項１〜４に記載の発明において、制御回路は、電源が入力されてから所定時間後にリレーを駆動して、出力接点をオンするよう構成したものであり、比較的簡単な構成で、リレーの出力接点を通して流れ込むインラッシュ電流値をきわめて小さな値に抑えることができることから、特にリレーの電流定格、なかんずく接点のターンオン時のチャタリングまたはバウンシングなどと呼ばれる現象が起こる場合の接点への過電流の通電による品質劣化を十分に防止することができる。
【００２０】
【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。
【００２１】
（実施例１）
図１に示すように、交流電源１は、１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源であり、この交流電源１の出力に整流平滑回路２を接続し、整流平滑回路２の直流出力に３相出力するインバータ回路３を接続し、インバータ回路３の出力に３相入力仕様の電動機４を接続している。リレー５は、出力接点を交流電源１に接続し、制御回路６によりオンオフ制御される。起動回路７は、リレー５の出力接点に並列に接続している。
【００２２】
整流平滑回路２は、ダイオード８、９、１０、１１をブリッジに接続した整流器１２と、５６０μＦの電解コンデンサ１３、１４とを設けている。また、チョークコイル１５を有しており、これは珪素鋼板を積層した鉄心で構成した磁路の一部に空隙（ギャップ）を設け、これにエナメル銅線を巻いて構成し、６ｍＨのインダクタンスを持たせたものであり、装置の定常動作条件となる交流電源１からの入力電力が４００Ｗとなる最大入力パワー状態においても、鉄心内の磁束密度を約１．４Ｔ以下に抑えられるように、巻線のターン数と、ギャップ長を決定している。
【００２３】
コンデンサ１３、１４は、インバータ回路３の入力直流電圧のリプル成分を低減するものであり、インバータ回路３の入力電圧をリプル電圧の小さい直流とすることにより、電動機４に加えられる電圧、電流のリプル成分を抑え、それによって電動機４およびインバータ装置の効率を高くし、インバータ回路３の動作周波数と交流電源１の周波数の干渉による騒音の発生を抑えるという作用も持っている。
【００２４】
また、チョークコイル１５は、定常状態でのインバータ回路３の動作時において、インバータ回路３にリプル分の小さい直流電圧を供給しようとする際に、交流電源１のピーク電圧付近の位相で、コンデンサ１３、１４への充電電流が流れ込むことにより、ピーク電流値が大となることを防止し、交流電源１からの電源高調波（特に３次、５次など）を低減する目的で、一般のインバータ装置に用いられるものである。
【００２５】
ただし、本発明においては、チョークコイル１５は、上述の目的以外にも、後述するように、リレー５の出力接点がオンとなった直後のコンデンサ１３、１４へのインラッシュ電流を低減させるという役割を果たすものであり、特に、リレー５の出力接点がオンされる際の条件として、既にコンデンサ１３、１４の充電が進んでいることから、インラッシュ電流値はチョークコイル１５のインダクタンスが有効な作用によって、効果的に低減することができる。
【００２６】
また、リレー５の出力接点は交流電源１からコンデンサ１３、１４に至る経路の間に接続されており、起動回路７は押しボタン式の一般にモーメンタリスイッチと呼ばれる電源入りスイッチ１６と、６８Ω５Ｗ定格の抵抗１７の直列回路によって構成され、起動回路７はリレー５の出力接点間に並列に接続している。
【００２７】
制御回路６は、電源入りスイッチ１６がボタンを使用者に押されてオンされた場合には、交流電源１から起動回路７を通じて電源が供給されると同時にコンデンサ１３、１４にも整流平滑回路２を通じて充電電流が供給され、制御回路６はリレー５の出力接点をオンすることにより、交流電源１からリレー５の出力接点、および整流平滑回路２を通じて電源が供給されるようになる。
【００２８】
従って、その後使用者がボタンから手を離して電源入りスイッチ１６がオフとなっても、制御回路６は、リレー５の出力接点を引き続きオンさせることにより、インバータ回路３にも整流平滑回路２を経て直流の電力が供給される。
【００２９】
特に、本実施例では、制御回路６は、コンデンサ１４から約１４０Ｖの直流電圧を供給されて動作するスイッチング電源１８と、その出力に接続したリレー駆動回路１９を有しており、リレー駆動回路１９は、スイッチング電源１８から直流１５Ｖの電圧が供給されて、リレー５の駆動コイル２０に直流電流を通ずることによりオン動作をさせるものとなっている。
【００３０】
なお、本実施例では、電気洗濯機を構成していることから、排水弁２１、給水弁２２を有しており、これらはいずれもＡＣ１００Ｖを印加することにより、動作するものを使用している。
【００３１】
そして、排水弁２１と給水弁２２は、それぞれフォトサイリスタ２３、２４を直列に接続した上で、整流器１２の入力端子間に接続し、フォトサイリスタ２３、２４は、いずれも負荷駆動回路２５によってオンオフ制御するようにしている。また、負荷駆動回路２５においても、スイッチング電源１８から直流電源を供給している。
【００３２】
また、リレー駆動回路１９には、モーメンタリスイッチにより構成した電源切りスイッチ２６を接続し、装置の動作中に使用者が電源切りスイッチ２６を押してオンとすることにより、後述のマイクロコンピュータの作用によって装置の動作を中断させ、リレー５によって交流電源１を切り離した状態とし、その後のインバータ装置の消費電力、すなわち待機電力の値をほぼ完全に零の状態とするようにしている。
【００３３】
また、電源入りスイッチ１６は、オフしている状態において、その両端間に１００Ｖの交流電圧が印加されるものであるのに対し、電源切りスイッチ２６は、例えば５Ｖの電源からマイクロコンピュータなどに信号を与えるものであり、オン時の電流についても、１０ｍＡ程度で済むものであることで目的が達せられるものであることから、電源入りスイッチ１６よりもさらに、低電圧、小電流の仕様で十分実現することができ、よって極めて小形、低コストのスイッチを使用し、装置の小形化、低コスト化を実現している。
【００３４】
なお、負荷駆動回路２５とリレー駆動回路１９は、図１においては、独立に示しているが、現実的には、例えば１個のマイクロコンピュータで、リレー５のオンオフ信号処理と各負荷のオンオフ信号処理の両方を行うことによって、リレー駆動回路１９と負荷駆動回路２５に共用に働かせる構成としてもよく、また、例えば洗濯終了時やエラー時にブザーを鳴らせるというように、さらに例えば表示回路などの他の負荷をも駆動させるようにすることが可能となっている。
【００３５】
スイッチング電源１８は、図２に示すように構成しており、ａ端子、ｄ端子は入力端子であり、これらの間には、コンデンサ１４からの直流電圧として１４０Ｖが入力されている。また、ｂ端子、ｃ端子はスイッチング電源１８の出力端子であり、ｂ端子とｄ端子間には１５．７Ｖの直流電圧が出力され、また、ｃ端子とｄ端子間には５Ｖの安定化された直流電圧が出力され、制御回路６に用いているマイクロコンピュータなどに電源供給を行っている。
【００３６】
バイパスコンデンサ２８は、０．０３３μＦの静電容量を有し、入力の直流電圧のノイズ防止とサージ電圧の吸収用として入力端子ａ、ｄ間に挿入され、より高周波におけるインピーダンスを低下している。高周波トランス２９は、フェライトによって構成したコアで磁路を形成するとともに、その磁路の一部にギャップを設け、そのまわりに各コイルを巻いて構成している。
【００３７】
スイッチング電源制御ＩＣ３０は、ｆ端子とＧＮＤ間に内蔵しているスイッチング素子を１００ｋＨｚのほぼ一定した周波数でオンオフさせ、かつ、このスイッチング素子のオン期間の比率は、ｅ端子とＧＮＤ間の電圧がほぼ一定値（６Ｖ）となるようにフィードバック制御するものとなっている。また、同時にｆ端子に流入する電流により、スイッチング電源ＩＣ３０内部の回路電源も供給する。
【００３８】
ファストリカバリダイオード３１、３２、３３は、高周波トランス２９の２次側から１００ｋＨｚの高周波を整流するもので、ツェナダイオード３４は、端子ｂからの出力電圧が１５．７Ｖの状態において、スイッチング電源制御ＩＣ３０のｅ端子の電位が前述した一定電圧に等しくなるようにするために接続している。
【００３９】
電解コンデンサ３５はｅ端子に接続し、上記フィードバック動作におけるｂ端子の電圧検知のリプルを抑えるために設けたものであり、また、電解コンデンサ３６には、ファストリカバリダイオード３３より、約７．５Ｖの整流出力（直流電圧）が供給されている。
【００４０】
本実施例においては、さらに三端子レギュレータ３７を設けていて、電解コンデンサ３５に得られる７．５Ｖの電源から安定化された直流電圧をｃ端子に出力している。なお、電解コンデンサ３８は、三端子レギュレータ３７の寄生発振の防止、およびｃ端子に出力される５Ｖ電源の電圧安定性を向上させるために設けている。したがって、制御回路６に用いられるマイクロコンピュータは、５Ｖ電源が非常に安定して供給される。
【００４１】
ファストリカバリダイオード３９は、スイッチング電源制御ＩＣ３０に内蔵されたスイッチング素子のターンオフ時において、ｆ端子に発生するサージ電圧を吸収させるために設けたものであり、特に高周波トランス２９の一次コイルと二次コイル間の絶縁性能を良くするため、リーケージインダクタンスが大となっていても、それによって発生するターンオフ時のｆ端子への過電圧の印加を効果的に防止できるようにしている。
【００４２】
すなわち、スイッチング素子のターンオフ時においては、ｆ端子からスナバコンデンサ４０とスナバ抵抗４１に電流が流れることにより、ｆ端子の電圧のピーク値は、おおよそａ端子に入力される電圧値１４０Ｖに対して２．５倍程度に抑えることができる。
【００４３】
図３は、スイッチング電源１８の入出力特性を示したグラフであり、直流の入力電圧の値が約４０Ｖ以下の条件においては、スイッチング電源制御ＩＣ３０のｆ端子からの電流供給が不十分となり、発振動作が行われないことから、１００ｋＨｚのスイッチングは行われず、したがって、ｂ、ｃいずれの端子への出力電圧もほぼ零となる。
【００４４】
入力電圧が約４０Ｖとなると、ｆ端子からの電流によるスイッチング電源制御ＩＣ３０への電源供給が行われることから、１００ｋＨｚのスイッチング動作（発振）が開始され、ｂとｃの出力端子には、それぞれ１５．７Ｖと５Ｖの電圧が出力される。
【００４５】
ここで、ｃ端子については、特に三端子レギュレータ３７の動作により、より安定化された電圧が得られるが、ｂ端子については、スイッチング電源制御ＩＣ３０が内蔵スイッチング素子のオン時間をｅ端子の電位がほぼ一定値になるようにフィードバックするという作用により、これも入力電圧の変動の影響は、抑えられたものとなる。
【００４６】
図４は、本実施例における制御回路６に使用しているマイクロコンピュータのフローチャートを示したものである。
【００４７】
すなわち、マイクロコンピュータの電源入力に印加される直流電圧が所定値以下となる条件においては、リセットがかけられた状態となり、マイクロコンピュータは全く動作していない状態となっている。
【００４８】
つぎに、スイッチング電源１８が発振動作に移り、出力電圧が供給されるとマイクロコンピュータはリセット状態から解除されて、ステップ２００にて開始に至る。
【００４９】
まずマイクロコンピュータは、ステップ２０１にてイニシャライズを実行し、ここで内蔵されたメモリやレジスタ、フラグなどの初期化などを行う。その直後に、ステップ２０２にてリレー５の駆動コイル２０を通電することにより、リレー５の出力接点をオン状態にさせる動作を行う。
【００５０】
なお、実際にはマイクロコンピュータの出力ポートの電流容量が、駆動コイル２０に必要となる電流値よりも小さいため、この出力ポートから外部にトランジスタを働かせることにより、駆動コイル２０に電流を流し込むという構成としている。
【００５１】
ステップ２０３でのキー入力スキャンは、電源切りスイッチ２６、スタートスイッチ２７が接続されている入力ポートの値を読み込む動作を行うものであり、本実施例においては、前述の如くマイクロコンピュータを構成部品の点数削減のため、リレー駆動回路１９と負荷駆動回路２５の動作の両方を行うものとしていることから、電源切りスイッチ２６、スタートスイッチ２７の状態は、いずれもマイクロコンピュータ接続し、読み込ませている。
【００５２】
なお、装置の設計によっては、さらに他のスイッチを接続し、それらについてもマイクロコンピュータで処理させるということも行われるものであり、その場合には、さらにスイッチの接続数を増し、またそれらの機能に必要なアルゴリズムを追加するものとなる。
【００５３】
ステップ２０４にて、キー入力がされたかの判断がなされ、いずれかのキーが押されてスイッチがオンしているならばステップ２０５へ進み、またいずれのスイッチも押されておらず従ってすべてのスイッチがオフとなっているならば、再びステップ２０３に戻る。
【００５４】
ステップ２０５にて、スタートスイッチ２７が押されてオンとなった場合には、ステップ２０６へ進み駆動スタートを実行し、そうでない場合には、ステップ２０７でオフキーへ制御が移る。ここで、ステップ２０６では、インバータ装置が全自動式の電気洗濯機として動作するものであることから、洗濯、すすぎ、脱水に至るシーケンスを順次動作する。
【００５５】
したがって、負荷駆動回路２５に接続された、フォトサイリスタ２３、２４、さらにインバータ回路３に対して、それぞれオンオフ信号を順序よく出力するという動作をさせる。
【００５６】
本実施例においては、いわゆるフラグ処理を行っていることから、一度ステップ２０６を通過させると、負荷駆動回路２５として必要な上記の動作は、フラグを検知したルーチン側で対応が可能である。このため、一度ステップ２０６を通した後、ステップ２０３〜２０７までのループ処理を行い、キーの入力を受け付けている状態に保っていても、洗濯〜脱水のコースは順序よく実行される。
【００５７】
ステップ２０７においては、電源切りスイッチ２６が押されていてオン状態となっていた場合にはステップ２０８へ進み、リレー５をオフし、そうでない場合には、ステップ２０３に戻るループ処理がおこなわれる。
【００５８】
なお、本実施例においては、マイクロコンピュータに接続されている入力のキースイッチは、電源切りスイッチ２６と、スタートスイッチ２７のみであることから、特にステップ２０７の判定は必要ではないが、本実施例では、ステップ２０７を設け、ノイズ等の影響を極力さけるという効果を上げている。
【００５９】
ステップ２０８においては、ステップ２０２とは反対に、外付けしたトランジスタを介してリレー５の駆動コイル２０への供給を遮断してオフとし、その後、ステップ２０９にてマイクロコンピュータとしての動作を終了する。
【００６０】
したがって、リレー５の出力接点はオフとなり、コンデンサ１４に蓄えられた電荷をスイッチング電源１８が消費することから、スイッチング電源１８の入力の直流電圧が低下し、やがてスイッチング電源１８の発振動作は停止し、マイクロコンピュータの電源電圧もやがて低下することから、マイクロコンピュータはリセットがかかった状態となり、すなわち電源入りスイッチ１６が押される前の状態にもどる。
【００６１】
なお、本実施例においては、制御回路６にマイクロコンピュータを使用して構成しているが、特にマイクロコンピュータを使用することが絶対条件となるものではなく、例えばすべての機能をハードウェアによって構成することも可能であり、その場合にも本発明の効果を上げることができる。
【００６２】
加えて、マイクロコンピュータの電源については、スイッチング電源１８から出力されたまま用いずに、一旦例えば３端子レギュレータ３７を使用して５Ｖの安定した電圧としているが、スイッチング電源１８の出力を、例えばフライバック式コンバータのトランスからタップからファストリカバリダイオードの整流出力からそのまま供給してもよい。
【００６３】
また、本実施例においては、インバータ回路３を３相６石の構成とし、その６石のスイッチング素子はいずれもＩＧＢＴとし、特に上側のスイッチング素子については、その駆動用の電源を下側のスイッチング素子のオン期間中に電解コンデンサに蓄えて利用するブートストラップ方式を用いたことから、結果的にスイッチング電源１８の１５．７Ｖの出力から上側のスイッチング素子の駆動電源が得られる構成となっているので、出力の数が少なくて済んでいる。
【００６４】
しかし、ブートストラップを用いない場合には、上側のスイッチング素子のそれぞれに駆動用の直流電源が必要となるので、スイッチング電源１８は、絶縁した例えば１５Ｖ出力をさらに３系統持つものとする必要が発生する。
【００６５】
その場合には、図２における高周波トランス２９に、さらに巻線を３本巻き足し、各々にファストリカバリダイオードと電解コンデンサ等による整流回路を設け、フライバックの動作により、これらの電解コンデンサにもファストリカバリダイオードからの電流が供給されるようにすることにより、実現し得るものとなる。
【００６６】
また、例えば装置の表示や操作のための回路部分をインバータ回路３とは、電気的に絶縁し、交流電源１からの外来ノイズに対する耐ノイズ性能を向上されたり、万一の故障時などにおける使用者の感電事故などの防止を行ない、より安全性の高い装置を実現しようとする場合などにおいても、同様に高周波トランス２９に別巻線を施せばよく、その場合には巻数により出力電圧仕様を変化させることができる。したがって、それぞれの負荷に絶縁され、かつ最適な電圧が供給されるものとなる。
【００６７】
なお、本実施例では、スイッチング電源１８を使用しているが、特にスイッチング電源を用いるということは限定されるものとはならず、例えばドロップ抵抗により、コンデンサ１４の直流電圧を１５Ｖの直流電圧まで低下させて使用するものや、別付けのコンデンサのインピーダンスによってドロップを行わせて、低損失で直流電源を得る方式、または５０Ｈｚや６０Ｈｚの商用周波数にて動作する変圧器などを使用し、その入力を整流平滑回路２の入力などの交流電圧が、リレー５のオン状態の場合に得られる位置に接続された構成などであってもよい。
【００６８】
また、スイッチング電源についても、本実施例ではフライバック式（ＯＮ−ＯＦＦ式）のコンバータ方式によりスイッチング電源１８が実現されている例を上げたものであるが、他の方式のものであってもよく、例えば自励式のフライバックコンバータ（ＲＣＣ等）や、フォワード方式のコンバータ（フィードフォワードコンバータ、フォワードパスコンバータ、ＯＮ−ＯＮ形コンバータ）、共振形コンバータ、ブリッジ形（多石式）などであってもよく、あるいは例えば１石のスイッチング素子にリアクタ、フライホイルダイオードなどを使用して簡便に構成した、非絶縁の降圧チョッパ式などであってもよい。
【００６９】
要するに、直流電圧を加えられて動作するものであれば、どのような構成についても、コンデンサ１４からの直流電圧が利用でき、またいずれの方式のものであっても、入力される直流電圧の値が、スイッチング電源として動作することのできる最低値に達しない条件においては、スイッチング素子の駆動（オンオフ）が不可能となることから、出力電圧がほとんど得られず、最低値を越える条件においてはほぼ定格出力電圧値に近い電圧が得られることから、スイッチング電源としての入力電圧と出力電圧の関係は、図３に類似したものとなることから、これらの構成にあっても本実施例と同等の効果があるものとなる。
【００７０】
本実施例においては、コンデンサ１４から１２０〜１４０Ｖ程度の直流電源を供給することにより、スイッチング電源１８を動作させているので、特に電気洗濯機の場合に必要となる耐トラッキング性能を確保することも比較的容易となるという効果を上げているものであるが、例えばコンデンサ１３、１４の直列回路の両端から２８０Ｖ程度の直流電圧を供給されて動作するスイッチング電源を使用してもよい。
【００７１】
また、本実施例においては、整流平滑回路２は、コンデンサ１３、１４を用いた、一般に倍電圧整流と呼ばれる構成のものを使用しているが、特にこのような構成に限るものではない。例えば、４個のダイオードを用いたブリッジ整流器の出力に１個のコンデンサのみを接続した全波整流の構成であってもよく、また小電力のインバータ装置であるならば、半波整流のものであってもよい。
【００７２】
倍電圧整流の構成とする場合にも、本実施例の２個のコンデンサの直列回路に対して、さらに並列コンデンサを接続する構成や、チョークコイルと並列に無極性のコンデンサを接続し、その並列共振回路の共振周波数を例えば交流電源１の周波数の３倍に相当する、１５０〜１８０Ｈｚ付近として電源高調波を軽減するというような構成とすることもあり得るが、それらの構成についてもすべて設計者の自由であってもよい。
【００７３】
また、本実施例においては、チョークコイル１５は、４個のダイオード８、９、１０、１１により構成された整流器１２の入力の一方の端子に直列接続しているが、この位置に限定されるものではなく、例えば整流平滑回路が前述の全波整流の場合などには、ブリッジ接続された４個のダイオードによる整流器の出力端子の一方に直列に接続した上に、コンデンサを接続したものであってもよい。
【００７４】
また、インバータ装置として一般によく使用されるノイズフィルタ回路を整流平滑回路の途中に挿入したものなどについても、本願の範囲となるものであり、例えばフェライトコアなどに、２本のコイルを巻いて構成したコモンモードのチョークコイルを交流電源１と整流平滑回路２との間に挿入したものや、コモンモードのチョークコイルを、チョークコイル１５と、整流器１２の間に接続したものであってもよく、さらにノーマルモードノイズ、コモンモードノイズを低減するためのライン−ライン間コンデンサ（Ｘコン）、ライン−アース間コンデンサ（Ｙコン）などを適宜接続したものであってもよい。
【００７５】
また、本実施例においては、１本の銅線を鉄心に巻いて構成したチョークコイル１５を使用したが、特にこのような構成に限定されるものでなく、例えば一般のコモンモードのチョークコイルと同様に、２本のコイルを１つの磁路に巻いて、往復の電流による起磁力が加算されるように接続したことにより、ノーマルモードのインダクタンスを有する構成と、鉄心については珪素鋼板を積層し、ギャップを設けることにより、インダクタンス値と電流重畳特性を最適な状態に調整した仕様のものを使用したものであってもよい。
【００７６】
発明者らの測定によれば、このようなノーマルモードのチョークコイルを用い、かつコモンモードチョークコイルをノーマルモードのチョークコイルと整流器の間に接続し、さらにコモンモードチョークコイルの入力端子の部分にＹコンを接続し、ノーマルモードのチョークコイルの入力および整流器の入力にはそれぞれＸコンを接続した構成によって、効果的に雑音端子電圧を低減できることを確認している。
【００７７】
図５は、本実施例における電動機４の詳細な構成図を示しており、電動機４は、直径１７３ｍｍの固定子４２と、直径１０８ｍｍの回転子４３によって構成している。固定子４２は０．５ｍｍの厚さの珪素鋼板を２０ｍｍの厚さにまで積層して構成した鉄心４４の幅１２ｍｍのティース（歯）部分に巻線４５ａ〜４５ｌを設けて構成しており、巻線４５ａ〜４５ｌは、各０．６ミリ径のエナメル線を１本持ちで、３００ターン巻いて構成している。さらにホールＩＣ４６、４７、４８を設けている。
【００７８】
ホールＩＣ４６、４７、４８は、いずれも対向する永久磁石の表面がＳ極である場合にはハイを出力し、Ｎ極である場合にはローを出力するように構成している。
【００７９】
回転子４３は、磁路の一部であるバックヨークとして動作する厚さ３．２ミリメートルの鉄板をプレスして製造したカップ状の鉄心４９と、鉄心４９の表面に接着したパラレル配向の湿式のフェライト磁石を使用した永久磁石５０ａ〜５０ｈと、出力軸５１とを有している。
【００８０】
本実施例においては、永久磁石５０ａ、５０ｃ、５０ｅ、５０ｇについては、外側にＮ極がくるように着磁がなされ、永久磁石５０ｂ、５０ｄ、５０ｆ、５０ｈについては、外側にＳ極がくるように着磁がなされている。
【００８１】
なお、必要であれば、遠心力により永久磁石５０ａ〜５０ｈが飛び散ることを防ぐために、例えば熱収縮性のある樹脂チューブなどを回転子４３に付加してもよく、また非磁性ステンレスの管を最外部に設け、堅牢な構成を実現したものであってもよい。
【００８２】
また、本実施例においては、固定子４２を外側に、回転子４３を内側に配設したインナーロータ構成としているが、特にこのような構成にこだわるものではなく、反対に回転子を固定子の外側に設けたアウターロータ構成としてもよい。
【００８３】
また、本実施例においては、運転中の騒音を低減するため、磁極の端部で固定子４２と回転子４３とのギャップが大となるような各永久磁石の形状としている。したがって、電気洗濯機として例えば早朝や深夜などにも洗濯ができるという高品位なものが得られる。
【００８４】
巻線４５ａ〜４５ｌは、図６に示すように結線しており、図６に示すように、４つずつの巻線を直列に接続することにより、電機子巻線５２、５３、５４を構成している。図６において、各巻線の黒丸印は極性を示し、各巻線の黒丸印がついている方から電流を流した場合に、各ティースの内側（回転子側）の面にＮ極が発生するように巻いている。
【００８５】
このように、本実施例においては、電動機４はいわゆる直流ブラシレスモータとよばれるような回転子に永久磁石を有し、３相の電機子巻線を固定子に施したものを使用し、一方、インバータ回路３は、永久磁石の位置を例えばホールＩＣ等の磁気センサにより検知しながら、３相６石のＩＧＢＴのオンオフを一般に１２０度通電と称されるような方法にて、順次切り換えていくことにより、永久磁石の磁束に対する巻線電流の直交性がほぼ常時保つという動作を行わせ、直流モータと同様に電動機４から回転パワーを取り出すことができるものとなっている。
【００８６】
しかしながら、１２０度通電以外にも電動機に供給される電流の波形が、正弦波に近いものとなるように、インバータ回路の内部に存在するスイッチング素子をＰＷＭ制御するようなものであっても、さらには特にこのような直流ブラシレスモータに限定されるものではなく、例えばかご形の回転子を有するインダクションモータ、スイッチトリラクタンスモータ、ヒステリシスモータなどであってもよく、また３相にこだわるものでもなく、例えば２相などであってもよい。
【００８７】
また電動機４は、例えば８極１２スロットの固定子を有する構成などでもよいが、これとても特に限定が有るわけではなく、極数、スロット数、コイルピッチ、短節係数、分布係数などは電動機の設計により、自由に決めることができるものである。
【００８８】
また、永久磁石をロータに使用した場合でも、その回転により発生する誘導起電力をインバータ回路で検知することにより、ホールＩＣ等のセンサを使用することなく、直流モータとして動作させるセンサレス方式としてもよく、また同期モータとして動作させ、例えば電流値が常に最小となるような電圧値を探りながら電動機に供給されるようにしてセンサレス制御を行うもの、あるいは直軸電流がほぼ零となるように電動機に供給する電圧を変化させる同期モータとする構成であってもよい。
【００８９】
たとえ、永久磁石を使用するにしても、その材質としてもフェライト系、希土類系など様々な材質が利用できるものであり、また回転子の内部に鉄心を埋め込んで設けることにより、リラクタンストルクを併用して高効率化などを図ったものであってもよい。
【００９０】
つぎに、以上の構成において、図７を参照しながら動作について説明する。図７は、本実施例のインバータ装置の動作波形図を示したもので、図７（ａ）は電源入りスイッチ１６のオンオフ状態、図７（ｂ）はインバータ装置の入力電流、図７（ｃ）はリレー５の出力接点のオンオフ状態、図７（ｄ）はコンデンサ１４の電圧ＶＣ１と、コンデンサ１３、１４の直列回路、すなわちインバータ回路３への入力電圧ＶＣ２の波形、図７（ｅ）はスイッチング電源１８の出力電圧を示している。
【００９１】
図７にて、時刻ｔ１において、使用者が電源入りスイッチ１６を手で押したことによって、交流電源１からは、６８Ω５Ｗの抵抗１７を通して、コンデンサ１３、１４の充電が始まる。
【００９２】
すなわち、例えば交流電源１の電圧の極性が上側がプラスの状態において、電源入りスイッチ１６がオンした場合には、交流電源１の上側端子からチョークコイル２、整流器１２内のダイオード８、コンデンサ１３、電源入りスイッチ１６、抵抗１７を経て交流電源１の下側端子へと電流が流れ、また交流電源１の極性が逆となり、下側の電位が高電位となれば、交流電源１から抵抗１７、電源入りスイッチ１６、コンデンサ１４、ダイオード９、チョークコイル１５を経由して、交流電源１の上側端子に戻る経路で電流が流れる。
【００９３】
したがって、この状態においては、抵抗１７による電流制限作用が効くことから、そのピーク電流値としては、交流電源１のピーク値１４１Ｖを６８Ωで除した値、すなわち２．１Ａに制限され、コンデンサ１３、１４の充電が進めば、抵抗１７の両端にかかる電圧値は減少し、後に述べるリレー５の作用により、上記以上の電流が流れることはない。したがって、電源入りスイッチ１６は電流定格が小さいもので実現することができる。
【００９４】
時刻ｔ２において、コンデンサ１４の電圧が４０Ｖになり、スイッチング電源１８の出力電圧が１５Ｖに立ち上がり、固定されると、マイクロコンピュータにより構成されたリレー駆動回路１９において、マイクロコンピュータがリセット状態から動作可能状態に移り、プログラムが動作を開始するものとなるが、ここで、マイクロコンピュータは、リセット解除後すぐにリレー５をオンとする命令を読み込むことから、時刻ｔ２から約１０ミリ秒後の時刻ｔ３には、図７（ｃ）に示すように、リレー５の出力接点は、オン状態となる。
【００９５】
時刻ｔ３においては、コンデンサ１３、１４には、それぞれ約４２Ｖの電圧まで充電がなされている状態となっているので、リレー５がオンした場合には、チョークコイル１５には、交流電源１のピーク位相において、９９Ｖ（＝１４１Ｖ−４２Ｖ）の電圧印加となり、これによるインラッシュ電流が、リレー５の出力接点を通じて流れることになる。
【００９６】
したがって、コンデンサ１３、１４の電荷が零の状態から、いきなりリレー５の出力接点がオンする場合に比較して、インラッシュ電流が軽減できるという効果を得ることができる。
【００９７】
なお、チョークコイル１５のインダクタンスについても、電流値が小さい範囲内であれば、磁気飽和の影響を低くすることができることから、結果的にインダクタンスによる減流効果もかなり効かせることができ、リレー５の出力接点、整流器のダイオード８、９、またコンデンサ１３、１４の各構成要素について、インラッシュ電流に対する信頼性の確保が容易に実現でき、低コスト、小形の装置としながらも、十分な信頼性を有する装置を実現することができる。
【００９８】
また、交流電源１からのインラッシュ時の引き出し電流値も抑えられることから、交流電源１の負担も軽くなり、また交流電源１に接続された他の負荷への影響も低減することが可能となる。
【００９９】
時刻ｔ４においては、使用者が３００ミリ秒間の押しボタン操作の後に手を離し、電源入りスイッチ１６をオフとしているが、既に時刻ｔ３において、リレー５の出力接点がオンしていることから、時刻ｔ３以降については電源入りスイッチ１６および抵抗１７の直列回路で構成した起動回路７に流れる電流はほとんど零となり、電源入りスイッチ１６がオフとなっても、リレー５の出力接点から整流平滑回路２を通してコンデンサ１３、１４、制御回路６およびインバータ回路３に電源が供給され、電源入りスイッチ１６のオンオフは無関係となる。
【０１００】
発明者らの設計によれば、スイッチング電源１８は、時刻ｔ１から５０ミリ秒後に起動することができることから、押しボタン操作により電源入りスイッチ１６がオンとされている期間は、１５０ミリ秒程度でも十分であり、よって使用者から見た応答性は十分のものとなる。
【０１０１】
本実施例においては、電気洗濯機として動作するものであるという関係上、リレー５の出力接点がオンされた後には、負荷駆動回路２５により、給水弁２２、排水弁２１およびインバータ回路３をそれぞれ順次駆動することにより、洗濯、すすぎ、脱水の一連の行程を逐次制御し、一連の行程が終了した時点で、リレー駆動回路１９はリレー５をオフにする。
【０１０２】
したがって、リレー５の出力接点がオフとなることにより、整流平滑回路２、インバータ回路３、制御回路６、排水弁２１、給水弁２２などのすべての構成要素に対して、交流電源１からの電力供給がなくなることから、リレー５がオフとなった後の電力消費をほとんど完全に零にすることができる。
【０１０３】
なお、ノイズフィルタ作用を持たせるために、ライン−ライン間のコンデンサ（Ｘコン）を用いて、リレー５の出力接点がオフとなった場合においても、交流電源１に接続された状態となるように構成した場合には、電源プラグを使用者が引き抜いた直後の感電事故の防止を行う目的から、例えば、Ｘコンと並列に１００キロΩ程度の抵抗を接続することになるが、その場合にあっても、装置の待機電力を０．１Ｗというようなきわめて小さな値とすることができ、十分な省エネルギー効果をあげることができる。
【０１０４】
加えて、本実施例においては、電気洗濯機として動作している時間は、家庭用として使用する場合、日に１〜２時間程度以下となることから、その他の時間、すなわち待機時間における上記の各構成要素となる電子部品への電圧印加がないことから、耐久性の面についても、有利となるという効果もある。
【０１０５】
また、交流電源１から一旦整流平滑回路２を動作させて直流として使用していることにより、例えば日本国内のように、地域によって５０Ｈｚと６０Ｈｚのような電源の周波数が複数となる場合にあっても、同一の構成で両方の電源の周波数において、同等の性能を確保することができ、サイクルフリーという効果も得ることができる。
【０１０６】
（実施例２）
図８に示すように、制御回路５５は、入力電圧検知手段５６を有しており、その他の構成要素となるスイッチング電源１８、リレー駆動回路１９、負荷駆動回路２５は、上記実施例１と同じ構成としている。
【０１０７】
入力電圧検知手段５６は、例えばコンデンサ１４の両端電圧から分圧のための抵抗器を２個直列に組み合わせて実現した分圧回路の出力と、基準電圧発生器との電圧値を入力してそれらの大小関係を比較する電圧比較器（コンパレータ）などで構成している。
【０１０８】
このような構成により、制御回路５５は、入力電圧検知手段５６の作用により、スイッチング電源１８の入力となる直流電圧を検知し、その値が５０Ｖを越えた場合に、スイッチング電源１８に対して発振許可を行うことにより、スイッチング電源１８が発振開始し、その結果１５Ｖの直流電圧を出力するようにしており、スイッチング電源１８への入力直流電圧値が５０Ｖ以下の条件においては、入力電圧検知手段５６はスイッチング電源１８に対して発振禁止の信号を出力し、その状態においては、スイッチング電源１８からの電圧出力は、ほぼ零となる構成となっている。
【０１０９】
図９は、本実施例における動作波形図を示したものである。図９（ａ）は電源入りスイッチ１６のオンオフ状態、図９（ｂ）はインバータ装置の入力電流、図９（ｃ）はリレー５の出力接点のオンオフ状態、図９（ｄ）はコンデンサ１４の電圧ＶＣ１と、コンデンサ１３、１４の直列回路、すなわちインバータ回路３への入力電圧ＶＣ２の波形、図９（ｅ）はスイッチング電源１８の出力電圧を示し、図９（ｆ）は入力電圧検知手段５６の出力信号Ｓ１を示している。
【０１１０】
入力電圧検知手段５６の出力信号Ｓ１がローの場合には、スイッチング電源１８の発振禁止が行われ、ハイの場合に発振が許可される。よって、図９に示すように、時刻ｔ２において、コンデンサ１４の電圧値が５０Ｖを越えた時点で、図９（ｆ）に示すように、入力電圧検知手段５６の出力信号Ｓ１がローからハイへ変化し、これによってスイッチング電源１８の発振が開始される結果、図９（ｅ）に示すように、スイッチング電源１８の出力電圧の立ち上がりが行われる。その後の動作においては、上記実施例１の動作と同じである。
【０１１１】
したがって、本実施例においては、コンデンサ１４からスイッチング電源１８に入力される直流電圧を検知して、その値が５０Ｖという一定値を越えるまでは、リレー５の出力接点をオフの状態と保つことができることから、リレー５の出力接点がオンされるのは、かならずコンデンサ１４の電圧が５０Ｖ以上の条件に限られるものとなる。
【０１１２】
したがって、リレー５がオンされた直後にリレー５の出力接点を通して流れるインラッシュ電流の値は、上記実施例１の場合よりも低く抑えることができる。また、上記実施例１の場合には、スイッチング電源１８の発振開始電圧のばらつきによって、リレー５の出力接点がオンされる際のコンデンサ１４の電圧値にもばらつきが生ずるが、本実施例においては、入力電圧検知手段５６の特性ばらつきを抑えることが比較的容易に実現できることから、コンデンサ１４の電圧が所定値以下の条件においてリレー５の接点がオンされる場合において発生する過大なインラッシュ電流の発生を確実に防止することができる。
【０１１３】
（実施例３）
図１０に示すように、整流平滑回路５７は、全波整流の構成としており、整流器１２は、上記実施例１と同様に、４本のダイオード８、９、１０、１１をブリッジ接続で構成しているが、チョークコイル１５は、整流器１２の出力端子から直流電流が供給される位置に接続したＤＣＬと称される作用を行わせるものとし、この出力には１８００μＦの静電容量を持った電解コンデンサ５８を接続している。
【０１１４】
制御回路５９は、１００Ｖ６０Ｈｚの交流電源１とリレー５の出力接点を直列に接続した直列回路の両端から、並列に制御回路５９の電源入力端子を接続している。なお、リレー５の出力接点の両端には、並列に起動回路７が接続されていて、起動回路７の構成は電源入りスイッチ１６と抵抗１７の直列回路により構成している点は、上記実施例１〜２と同じである。
【０１１５】
制御回路５９内の電源回路６０は、商用周波数で動作する電源トランス６１、全波のブリッジ形の整流器６２、１０００μＦの静電容量を有する電解コンデンサ６４により構成しており、交流１００Ｖから１５Ｖの直流の出力電圧を得ている。他の構成は上記実施例１と同じである。
【０１１６】
上記構成において動作を説明する。使用者が押しボタンを押す前には、電源入りスイッチ１６はオフの状態となっているために、交流電源１は電気的に切り離された状態となっている。
【０１１７】
ここで電源入りスイッチ１６が使用者の押しボタン操作によりオンさせた場合には、コンデンサ５８には、上記実施例１と同様に、起動回路７および整流平滑回路５７を通じて交流電源１からの充電作用により、電圧値の上昇が行われ、整流平滑回路５７の構成が、全波整流の構成をとっていることから、最終的に１４１Ｖの直流電圧に達する。
【０１１８】
しかしながら、本実施例では、整流平滑回路５７として全波整流のものとするということがどうしても必要というものではなく、例えば図１に示したような倍電圧の整流を行うようなものであったとしても、効果としては何ら変化するものではなく問題はない。
【０１１９】
しかし、特に本実施例では、全波の整流構成を採用したことにより、図１に示した場合に対して、インバータ回路３を構成する、例えばＩＧＢＴなどにより実現されるパワースイッチング素子の電流定格が約２倍必要となるというデメリットがあるが、例えば電気洗濯機として動作するインバータ装置にあっては、直流電圧の値が最高で１４０Ｖ程度までの低電圧（倍電圧の構成の半分に相当）で済むことから、例えば耐トラッキング対策などの点においてメリットがある。
【０１２０】
同時に、制御回路５９の電源回路６１にも電源トランス６２の一次側の端子間に対して交流の電圧が供給されることから、整流器６３を介してコンデンサ６４についても充電電流が流れ、電圧は時間と共に上昇する。
【０１２１】
ここで、トランス６２の一次側の端子に印加される電圧は、交流電源１の電圧から、概ね抵抗１７による電圧降下分が差し引かれた値となり、結果的に電源トランス６２の一次側の電圧についても、徐々に上昇するものとなり、電源回路６１の出力電圧、すなわちコンデンサ６４の端子間電圧についても、電源トランス６２のインピーダンス降下が小さいものを使用したとしても、一次電圧値が漸増することから、定常の１５Ｖとなるまでに時間を要する点に関しては、結果的に実施例１と同様となる。
【０１２２】
リレー駆動回路１９に供給される電圧が、定常値である１５Ｖにまで立ち上がると、内蔵のマイクロコンピュータ（図１の場合に同様）が動作を開始し、リレー５に対してオンの信号を出力することから、リレー５の出力接点がオンされ、その後については、上記実施例１と同様の動作が行われる。
【０１２３】
なお、本実施例においては、電源トランス６２を用いた構成で、電源回路６１を構成しているが、電源トランス６２を使用することに限るものではなく、交流電圧を印加して動作させるものであればよく、例えば、別途整流器を設けて一旦直流電圧に変換した後に、図１の説明で述べたような種々の構成で実現されるスイッチング電源を使用するようなものや、抵抗ドロップ、あるいはコンデンサドロップ（別途設けたコンデンサの交流におけるインピーダンス降下により、電圧降下を発生させて残りの電圧を出力として使用する構成）など、多様な構成により構成できるものであり、装置に要求される仕様に応じて、例えば低コスト、高効率、小形、耐久時間などの種々の条件により、適切な構成から選択することも可能となる。
【０１２４】
（実施例４）
図１１に示すように、制御回路６５は、電圧検知手段６６を有しており、この電圧検知手段６６は、分圧抵抗６７、６８、基準電圧源６９、電圧比較器７０により構成し、電圧比較器７０は、コンデンサ１３、１４の直列回路の両端間の電圧ＶＣ２の値が１２０Ｖ以上となる状態には、リレー駆動回路１９に対して出力信号Ｓ２がハイの信号を出力し、ＶＣ２＜１２０Ｖの条件においては、ローを出力とするよう構成している。
【０１２５】
また、発光ダイオード７１を電圧検知手段６６の分圧抵抗６７に直列に接続して、コンデンサ１３、１４に電圧がかかっている状態においては、コンデンサ１３、１４の電荷が発光ダイオード７１と分圧抵抗６７、６８を通して流れ、光を発するように構成している。
【０１２６】
リレー駆動回路１９は、出力信号Ｓ２がハイである場合には、スイッチング電源１８からの出力が立ち上がっている状態の時には、リレー５をオンさせる動作が可能となり、逆にスイッチング電源１８からの電源入力値が立ち上がっていなかったり、あるいは立ち上がっていても、出力信号Ｓ２がローである場合は、リレー５がオンされない構成となっている。
【０１２７】
なお、本実施例においては、電圧比較器７０は集積回路（ＩＣ）で構成していて、その電源は、スイッチング電源１８からの１５Ｖ系の出力を接続して動作させている。他の構成は上記実施例１と同じである。
【０１２８】
図１２は、本実施例の制御回路６５に使用しているマイクロコンピュータのフローチャートを示したものであり、図４と比較して、ステップ２０１にてイニシャライズした後に、ステップ２１０にてＶＣ２の電圧検知を行い、ステップ２１１にてＶＣ２＞Ｖｓを判定し、ＶＣ２がＶｓを越える電圧値となるまではループ動作とし、ＶＣ２がＶｓを越えた状態となってから、ステップ２０２へ進み、リレー５をオンするようにしている。なお、本実施例では、Ｖｓ＝１５０Ｖとしている。他の動作は、図４と同じである。
【０１２９】
したがって、マイクロコンピュータがリセット状態から解除されても、ＶＣ２＞Ｖｓの状態となるまで、抵抗１７を通してのコンデンサ１３、１４の動作が継続され、その後ＶＣ２＞Ｖｓにてリレー５は、出力接点がオンとされる。
【０１３０】
図１３は、本実施例の動作説明のための動作波形図であり、図１３（ａ）は電源入りスイッチ１６のオンオフ状態、図１３（ｂ）はインバータ装置の入力電流、図１３（ｃ）はリレー５の出力接点のオンオフ状態、図１３（ｄ）はコンデンサ１４の電圧ＶＣ１と、コンデンサ１３、１４の直列回路、すなわちインバータ回路３への入力電圧ＶＣ２の波形、図１３（ｅ）はスイッチング電源１８からの出力電圧、図１３（ｆ）は電圧検知手段６６からのＳ２信号波形を示している。
【０１３１】
図１３においては、コンデンサ１４の電圧ＶＣ１が４０Ｖになった時刻ｔ２からスイッチング電源１８の発振が開始され、出力は１５Ｖにまで立ち上がる。リレー駆動回路１９についても、その内蔵マイクロコンピュータがリセット状態から開放されて動作が可能な状態となる。
【０１３２】
しかしながら、本実施例においては、この時点においては、コンデンサ１３、１４の直列回路の両端間電圧ＶＣ２が１５０Ｖに達していないことから、電圧検知手段６６からの出力信号Ｓ２がローとなり、リレー駆動回路１９は、リレー５に対しては、オフのままの状態とする。
【０１３３】
時刻ｔ３においては、ＶＣ２が１５０Ｖに達したことから、Ｓ２信号がローからハイとなり、リレー駆動回路１９はリレー５をオンさせる。リレー５がオンされた後は、図７と同様に、インラッシュ電流がチョークコイル１５を通じて流れるが、本実施例では、この時点では、既にＶＣ２＝１５０Ｖの条件となっていることから、インラッシュ電流値は、かなり抑えられた値となる。
【０１３４】
したがって、リレー５の出力接点の定格電流値、整流平滑回路２の耐インラッシュ電流仕様なども、上記実施例１よりさらに低減することが可能となり、また交流電源１の系統に対してインラッシュ電流が与える影響についても軽減することができる。
【０１３５】
リレー５の出力接点がオンとなった後の動作については、上記実施例１と同様であるが、特に本実施例においては、電圧検知手段６６をインバータ回路３によって電動機４を駆動している期間中にも働かせ、電動機４の駆動中、すなわち洗濯中や脱水中においても、ＶＣ２が１５０Ｖを下回った場合においては、電圧検知手段６６からローのＳ２信号がリレー駆動回路１９に送られ、リレー駆動回路１９はリレー５をオフとする構成としている。
【０１３６】
したがって、例えばコンデンサ１３、１４が経時変化等による劣化で、静電容量の低下を起こした場合、もしくはコンデンサ１３、１４内の端子部分とアルミフィルムの導通が不良となり、ほぼ完全にオープン状態となることもあり得るが、そのような場合には、インバータ回路３を運転した条件では、特に交流電源１の零電圧位相付近におけるＶＣ２検知電圧が低下し、それが１５０Ｖ以下となった場合に、運転が停止されてリレー５もオフとすることから、仮に上記の不良が生じたままの状態において継続して使用された場合に発生する可能性がある、部品の発熱などや、インバータ回路３のピーク電流の増加などによる二次的な部品の破壊などについても防止することができ、より安全性の高い、電気洗濯機を実現することができる。
【０１３７】
また、リレー５の出力接点が接触不良となった場合や、リレー駆動回路１９に故障を生じ、リレー５がオフ状態のままでインバータ回路３が運転された場合においては、仮にそのままの状態でインバータ回路３の運転が継続された場合には、数１０ワット以上の電力が、インバータ回路３に供給され、その消費電流が抵抗１７を通じて流れ続ける状態となることから、抵抗１７の発熱が大となり、過熱、発煙、焼損にいたるものとなる。
【０１３８】
しかし、本実施例においては、常に電圧検知手段６６が動作している構成となっていることから、上記の状態において発生する抵抗器１７での電圧降下の増大を、ＶＣ１の低下により検知して、停止することができることから、抵抗１７の焼損を防ぐことも可能となる。
【０１３９】
また、交流電源１を接続する際には、一般に電源コードが使用されるが、その途中で断線しかけているような場合には、抵抗が大となり電動機４を運転することにより、発熱が大きくなるが、本実施例においては、このような場合にあっても、電圧検知手段６６からロー信号が出力され、リレー駆動回路１９がリレー５をオフとすることから、電源コードの過熱、焼損などの危険を防ぐことも可能となるという効果もある。
【０１４０】
また、同様に本実施例においては、チョークコイル１５に使用されている銅線が、水分などにより錆びて銅線径が細くなってきた場合、もしくは端子が接触不良となった場合などにおいても、抵抗値の増大により、やはりリレー５がオフとなり、よって過熱、焼損等を防止した安全な装置を実現することができる。
【０１４１】
なお、電圧検知手段６６は、本実施例においては、所定値である１５０Ｖ以下の電圧であるときに、リレー駆動回路１９からリレー５をオフする構成としているが、さらに交流電源１が高電圧となった場合にも、やはりリレー５をオフとする構成としてもよい。
【０１４２】
その場合には、例えば１００Ｖ用として仕様が定められたインバータ装置に対して、誤って２００Ｖの高電圧が印加された場合などについても、リレー５がオフとなって、構成部品の過電圧による破壊を防止することもできる。
【０１４３】
また、電動機４の回転中において、インバータ回路３から電動機４に逆トルクを生じさせるように電流を供給し、電磁的にブレーキをかけることもできるが、この場合、条件によっては、インバータ回路３からの回生電流が整流平滑回路２のコンデンサ１３、１４に逆流し、コンデンサ１３、１４、およびインバータ回路３の構成部品となるＩＧＢＴ等のスイッチング素子に対しても過電圧がかかるなどの可能性もある。
【０１４４】
一般には、そのような条件では、コンデンサ１３、１４の両端に電力を吸収するための抵抗などを接続して、電動機４からの回生電力を吸収させることにより、所定値以下の電圧値に保たれるように接続を入り切りするという構成が追加されるが、その場合にあっても、例えば抵抗の断線などの故障により、回生電力の消費が行われなくなれば、当然ＶＣ２が上昇して過電圧となる。
【０１４５】
このような現象に対しても、電圧検知手段６６により過電圧の検知を行ない、例えばインバータ回路３に対して停止信号を出力すれば、このような場合にも安全に対応することができる装置が実現しうるものとなる。
【０１４６】
なお、本実施例においては、電圧検知手段６６は、倍電圧整流された出力電圧ＶＣ２を検知して出力信号Ｓ２を出力しているが、特にこのような構成に限定されるものではなく、倍電圧整流の構成としているとしても、例えばコンデンサ１４の両端電ＶＣ１を検知して、所定値以上かどうかの信号を出力するものであってもよく、また倍電圧ではない全波の整流回路の構成をするものについても、その出力に接続される平滑目的のコンデンサの端子電圧を検知して、その値が所定値以上かどうかの信号が出力されるように構成することができる。
【０１４７】
また、本実施例では、スイッチング電源１８を制御回路６５に内蔵させ、その入力（直流電圧）をコンデンサ１４から入力させているが、必ずしも、スイッチング電源１８で構成する必要があるというものではなく、例えば図１０に示したような電源トランスを使用したものとして、交流電源１とリレー５の出力接点との直列回路を含む回路と並列に電源トランスの入力を接続して、交流電圧により働かせるような構成としてもよい。
【０１４８】
加えて、本実施例においては、発光ダイオード７１を設け、分圧抵抗６７、６８の直列回路の両端子間に約１５Ｖ程度以上の電圧がかかっている場合において、光を発する構成としている。
【０１４９】
したがって、例えばインバータ装置の保守、点検の際に、サービスマンなどが触れる際に、交流電源１を接続している電源プラグを抜いた後に残留しているコンデンサ１３、１４の電荷による感電事故を防止することができ、また前述の残留の電荷を例えばドライバー等の工具で接触させ放電させた場合などにおいても、その放電経路に存在する回路が破壊されたりすることも防止することができる。
【０１５０】
すなわち、このような残留電荷を逃がす構成、もしくは残留電荷の存在を表示する機能を持たせようとした場合には、装置の待機電力が大きくなるという傾向があるが、本実施例によれば、分圧抵抗６７、６８による放電動作により残留電荷を安全に放電することができ、また残留電荷の存在を発光ダイオード７１によってサービスマン等に表示することができ、その上リレー５の出力接点がオフとなった状態においては、これら放電回路、表示回路にも一切電力消費が発生しないものとすることができ、待機電力をほぼ完全に零とすることが可能となる。
【０１５１】
（実施例５）
図１４に示すように、制御回路７２は、タイマー手段７３を有しており、タイマー手段７３は、スイッチング電源１８の１５Ｖの出力電圧が立ち上がってから１００ミリ秒後にリレー駆動回路１９に対して出力信号Ｓ３をハイとして出力し、立ち上がってから１００ミリ秒に満たない期間は、出力信号Ｓ３をローとして出力とするよう構成している。
【０１５２】
リレー駆動回路１９は、スイッチング電源１８からの出力が立ち上がっている状態で、出力信号Ｓ３がハイである場合に、リレー５をオンさせる動作を行い、スイッチング電源１８からの電源入力値が立ち上がっていても、出力信号Ｓ３がローである期間は、リレー５がオンされずオフに保たれる構成となっている。
【０１５３】
図１５は、本実施例の動作説明のための動作波形図であり、図１５（ａ）は電源入りスイッチ１６のオンオフ状態、図１５（ｂ）はインバータ装置の入力電流、図１５（ｃ）はリレー５の出力接点のオンオフ状態、図１５（ｄ）はコンデンサ１４の電圧ＶＣ１とコンデンサ１３、１４の直列回路、すなわちインバータ回路３への入力電圧ＶＣ２の波形、図１５（ｅ）はスイッチング電源１８からの出力電圧、図１５（ｆ）はタイマー手段７３からの出力信号Ｓ２の波形を示している。
【０１５４】
図１５においては、コンデンサ１４の電圧が４０Ｖになった時刻ｔ２からスイッチング電源１８の発振が開始され、出力は１５Ｖにまで立ち上がり、リレー駆動回路１９についても、その内蔵マイクロコンピュータがリセット状態から開放されて動作が可能な状態となる。
【０１５５】
しかしながら、この時点においては、タイマー手段７３からの出力信号Ｓ３がスイッチング電源１８の出力電圧が立ち上がってから後、１００ミリ秒後にローからハイに変化するようになっており、１００ミリ秒が経過するまでの期間は、出力信号Ｓ３はローとして出力されている。したがって、出力信号Ｓ３がローの期間中には、リレー駆動回路１９はリレー５に対しては、オフのままの状態とする。
【０１５６】
時刻ｔ３においては、１００ミリ秒の期間が満了したことから出力信号Ｓ３がローからハイとなり、リレー駆動回路１９は、リレー５をオンさせる。リレー５がオンされた後については、図７と同様に、インラッシュ電流がチョークコイル１５を通じて流れるが、本実施例ではこの時点では、既にＶＣ２＝１６０Ｖの条件となっていることから、インラッシュ電流値は、かなり抑えられた値となる。
【０１５７】
したがって、リレー５の出力接点の定格電流値、整流平滑回路２の耐インラッシュ電流仕様なども、上記実施例１よりもさらに低減することが可能となり、また交流電源１の系統に対してインラッシュ電流が与える影響についても軽減することができる。
【０１５８】
なお、本実施例においては、タイマー手段７３は、スイッチング電源１８の出力電圧が立ち上がった時点でスターとして、１００ミリ秒をカウントするものとしているが、特にこのような構成に限定しているものではなく、交流電源１の立ち上がりを検知しスタートするものなどであってもよく、またスイッチング電源についても、必ずしも使用しなければ構成することができなくなるというものではなく、例えば電源トランスを使用して交流電圧を入力し、動作させるような構成を用いてもよい。
【０１５９】
また、タイマー手段７３は、リレー駆動回路１９と独立して設けているように示しているが、現実的には１台のマイクロコンピュータを用いて、その電源電圧が４Ｖ以上に上昇した段階で、リセットＩＣがマイクロコンピュータに対してリセットを解除する動作を行い、マイクロコンピュータはリセットが解除されてから例えば１００ミリ秒間の待ち時間を設けて、その後リレー５に対してオンするように信号を出力するというような構成とすることが可能となるものであり、さらに負荷駆動回路やその他の回路、手段などもマイクロコンピュータを共用するような構成としてもよく、例えばインバータ回路３の制御も行わせる構成も可能である。
【０１６０】
そのような構成とした場合には、１個のマイクロコンピュータを有効に使用して装置を構成することができることから、部品点数を減らすことも可能となり、特に電気洗濯機として動作するインバータ装置を構成する場合においては、プリント配線板の必要面積を小とすることができ、防湿のためのポッティング材の使用量も少なくすることができることから、コストの低減についての効果が大いに期待できるものとなる。
【０１６１】
また、上記実施例１〜５においては、いずれも交流電源１は単相２線式のものを用い、リレー５の出力接点は、その一方の線をオンオフするように設けている。
【０１６２】
そのような構成においても、起動回路を１個設けておけば、インバータ回路の電圧安定化を行うためのコンデンサはある程度以上充電された状態となることから、その後リレーの出力接点がオンされた際には、いずれの出力接点にもインラッシュ電流の制限がかかるものとなることから、本発明の効果がそのまま期待できる。
【０１６３】
【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、単相２線式の交流電源に接続し整流器とコンデンサとチョークコイルを有する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力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電動機と、前記交流電源からコンデンサの間に前記交流電源の一方の線をオンオフする出力接点を設けたリレーと、前記リレーのオンオフを制御する制御回路と、電源入りスイッチと抵抗の直列回路により構成し前記リレーの出力接点間に並列に接続した起動回路とを備え、前記電源入りスイッチがオンされたとき、前記交流電源から前記起動回路を通じて電源を供給すると同時に前記コンデンサにも充電電流を供給し、前記制御回路は、前記リレーの出力接点をオンすることにより、前記交流電源から前記リレーの出力接点を通して電源を供給し、その後前記電源入りスイッチがオフとなっても前記リレーの出力接点を引き続きオンにし、前記インバータ回路に前記整流平滑回路を経て電力を供給するように構成したから、コンデンサによるインバータ回路の入力直流電圧の十分なリプル電圧の低減を行いつつも、電源入りスイッチおよびリレーに流れるインラッシュ電流を低減することができ、待機時の電力をほぼ零にでき、低コスト、小形のインバータ装置を実現することができる。
【０１６４】
また、請求項２に記載の発明によれば、制御回路は、コンデンサから直流電圧を供給されて動作するスイッチング電源を有するから、コンデンサをインバータ回路とスイッチング電源の入力直流電圧のリプル電圧の低減するために共通に動作させることができ、部品点数を低減することができる。
【０１６５】
また、請求項３に記載の発明によれば、スイッチング電源は、入力の直流電圧が一定値以上である場合に起動するよう構成したから、リレーの出力接点はコンデンサの端子電圧が一定値以上の条件の下でオンとなることから、リレーの出力接点がオンになった時に流れ込む電流は、すなわち交流電源の出力電圧に対するコンデンサの端子電圧の値が小となる分だけ低減させることができ、これによってリレーの出力接点の定格電流値を低減することができ、低価格、小形にできるとともに、信頼性を向上することができる。
【０１６６】
また、請求項４に記載の発明によれば、制御回路は、交流電源とリレーの出力接点の直列回路を含む回路に並列に接続し、交流電圧を供給されて動作するよう構成したから、制御回路に供給される交流電圧を例えば商用周波数の変圧器などを使用した構成で、低圧に変換する構成、あるいはスイッチング電源を使用して直流電源回路を構成するなど、回路構成としてきわめて広い範囲からの選択が可能となり、具体的な構成に応じて、低コスト、小形、軽量、高効率などの性能を実現することができる。
【０１６７】
また、請求項５に記載の発明によれば、制御回路は、コンデンサの電圧を検知する電圧検知手段を有し、コンデンサの電圧値が所定値以上である場合にリレーを駆動して、出力接点をオンするよう構成したから、リレーの出力接点がオンした直後に流れるインラッシュ電流の値に直接的に関係するコンデンサの電圧の値を検知して、オンタイミングが決定されることから、制御回路の電源供給構成を広い範囲から選択できる構成としながら、確実にリレーの出力接点に流れ込む電流定格の値を抑えることができる。
【０１６８】
また、請求項６に記載の発明によれば、制御回路は、電源が入力されてから所定時間後にリレーを駆動して、出力接点をオンするよう構成したから、比較的簡単な構成で、リレーの出力接点を通して流れ込むインラッシュ電流値をきわめて小さな値に抑えることができることから、特にリレーの電流定格、なかんずく接点のターンオン時のチャタリングまたはバウンシングなどと呼ばれる現象が起こる場合の接点への過電流の通電による品質劣化を十分に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のインバータ装置を含む電気洗濯機の一部ブロック化した回路図
【図２】同インバータ装置のスイッチング電源の回路図
【図３】同インバータ装置のスイッチング電源の入出力電圧特性図
【図４】同インバータ装置の要部動作フローチャート
【図５】同インバータ装置に接続する電動機の一部切欠した平面図
【図６】同インバータ装置に接続する電動機の内部結線図
【図７】同インバータ装置の電源入りスイッチ操作後の要部動作波形図
【図８】本発明の第２の実施例のインバータ装置を含む電気洗濯機の一部ブロック化した回路図
【図９】同インバータ装置の電源入りスイッチ操作後の要部動作波形図
【図１０】本発明の第３の実施例のインバータ装置を含む電気洗濯機の一部ブロック化した回路図
【図１１】本発明の第４の実施例のインバータ装置を含む電気洗濯機の一部ブロック化した回路図
【図１２】同インバータ装置の要部動作フローチャート
【図１３】同インバータ装置の電源入りスイッチ操作後の要部動作波形図
【図１４】本発明の第５の実施例のインバータ装置を含む電気洗濯機の一部ブロック化した回路図
【図１５】同インバータ装置の電源入りスイッチ操作後の要部動作波形図
【符号の説明】
１交流電源
２整流平滑回路
３インバータ回路
４電動機
５リレー
６制御回路
７起動回路
１２整流器
１３コンデンサ
１４コンデンサ
１５チョークコイル
１６電源入りスイッチ
１７抵抗

Claims

単相２線式の交流電源に接続し整流器とコンデンサとチョークコイルを有する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力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電動機と、前記交流電源からコンデンサの間に前記交流電源の一方の線をオンオフする出力接点を設けたリレーと、前記リレーのオンオフを制御する制御回路と、電源入りスイッチと抵抗の直列回路により構成し前記リレーの出力接点間に並列に接続した起動回路とを備え、前記電源入りスイッチがオンされたとき、前記交流電源から前記起動回路を通じて電源を供給すると同時に前記コンデンサにも充電電流を供給し、前記制御回路は、前記リレーの出力接点をオンすることにより、前記交流電源から前記リレーの出力接点を通して電源を供給し、その後前記電源入りスイッチがオフとなっても前記リレーの出力接点を引き続きオンにし、前記インバータ回路に前記整流平滑回路を経て電力を供給するように構成したインバータ装置。
制御回路は、コンデンサから直流電圧を供給されて動作するスイッチング電源を有する請求項１記載のインバータ装置。
スイッチング電源は、入力の直流電圧が一定値以上である場合に起動するよう構成した請求項２記載のインバータ装置。
制御回路は、交流電源とリレーの出力接点の直列回路を含む回路に並列に接続し、交流電圧を供給されて動作するよう構成した請求項１記載のインバータ装置。
制御回路は、コンデンサの電圧を検知する電圧検知手段を有し、コンデンサの電圧値が所定値以上である場合にリレーを駆動して、出力接点をオンするよう構成した請求項１〜４のいずれか１項に記載のインバータ装置。
制御回路は、電源が入力されてから所定時間後にリレーを駆動して、出力接点をオンするよう構成した請求項１〜４のいずれか１項に記載のインバータ装置。