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公開番号2020115705
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200730
出願番号2019006005
出願日20190117
発明の名称洗濯機用インバータ装置
出願人東芝ライフスタイル株式会社
代理人特許業務法人 サトー国際特許事務所
主分類H02M 1/08 20060101AFI20200703BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】安価な構成で、グランド間の短絡を問題にすることなくスイッチング素子の駆動電源を生成できる洗濯機用インバータ装置を提供する。
【解決手段】実施形態の洗濯機用インバータ装置は、洗濯運転を行うための駆動力を発生させるモータを駆動対象とするインバータ回路と、交流電源側に挿入されるインダクタと、前記インダクタを介して入力される交流電源を整流する整流ブリッジ回路と、この整流ブリッジ回路の出力端子間に接続されるスイッチング素子と、前記出力端子間に接続され、前記スイッチング素子を駆動するための電源を前記出力端子間の電圧を分圧して生成する駆動電源回路とを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
洗濯運転を行うための駆動力を発生させるモータを駆動対象とするインバータ回路と、
交流電源側に挿入されるインダクタと、
前記インダクタを介して入力される交流電源を整流する整流ブリッジ回路と、
この整流ブリッジ回路の出力端子間に接続されるスイッチング素子と、
前記出力端子間に接続され、前記スイッチング素子を駆動するための電源を、前記出力端子間の電圧を分圧して生成する駆動電源回路とを備える洗濯機用インバータ装置。
続きを表示(約 260 文字)【請求項2】
前記駆動電源回路は、抵抗素子及びツェナーダイオードの直列回路と、
前記ツェナーダイオードに並列に接続されるコンデンサとを備える請求項1記載の洗濯機用インバータ装置。
【請求項3】
前記駆動電源回路は、前記抵抗素子と前記ツェナーダイオードとの間に接続される、放電防止用のダイオードを備える請求項2記載の洗濯機用インバータ装置。
【請求項4】
前記スイッチング素子は、電圧駆動型の半導体素子である請求項1から3の何れか一項に記載の洗濯機用インバータ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、洗濯運転を行うための駆動力を発生させるモータを駆動対象とするインバータ装置に関する。
続きを表示(約 4,100 文字)【背景技術】
【0002】
従来より、インバータ回路を介して駆動される洗濯機用モータの回転トルクを向上させるため、インバータ回路に供給される駆動用電源を昇圧させることが行われている。例えば、インダクタを介して入力される交流電源をブリッジ回路により整流し、スイッチング素子によりブリッジ回路の出力端子間を短絡することで昇圧を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2017−86596号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、スイッチング素子を駆動するための低圧の電源は、別途電源回路を用いて生成する必要がある。上記の整流回路を含んで倍電圧回路が構成されていると、交流電源電圧が100Vの場合、倍電圧回路が出力する電圧の最大値は280V程度になる。この場合、スイッチング素子側のグランドレベルとインバータ回路側のグランドレベルとが異なるため、両者のグランドを分離する必要がある。そして、図5に示すように、整流ブリッジ回路の出力電圧に、例えば発振周波数が数10kHz程度の発振回路及び絶縁トランスを介して整流及び平滑化を行い、低圧の駆動電源を生成している。しかしながら、発振回路や絶縁トランスは高価な部品であるため、上記の構成は洗濯機のコストを上昇させる要因となっていた。
【0005】
そこで、安価な構成で、グランド間の短絡を問題にすることなくスイッチング素子の駆動電源を生成できる洗濯機用インバータ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態の洗濯機用インバータ装置は、洗濯運転を行うための駆動力を発生させるモータを駆動対象とするインバータ回路と、
交流電源側に挿入されるインダクタと、
前記インダクタを介して入力される交流電源を整流する整流ブリッジ回路と、
この整流ブリッジ回路の出力端子間に接続されるスイッチング素子と、
前記出力端子間に接続され、前記スイッチング素子を駆動するための電源を、前記出力端子間の電圧を分圧して生成する駆動電源回路とを備える。
【図面の簡単な説明】
【0007】
第1実施形態であり、洗濯機に搭載され、昇圧回路を備えるインバータ装置の構成を示す図
駆動電源回路の構成を示す図
昇圧回路の昇圧動作を示す電圧,電流及び信号波形図
第2実施形態であり、駆動電源回路の構成を示す図
従来の駆動電源回路の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【0008】
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図1及び図2を参照して説明する。図1は、洗濯機に搭載され、昇圧回路を備えるインバータ装置1の構成を示す。100Vの商用交流電源には、一端側にインダクタ2を介して、4つのダイオードをブリッジ接続してなる整流ブリッジ回路3が接続される。整流ブリッジ回路3の出力端子間には、平滑コンデンサ4a及び4bの直列回路並びにインバータ回路5が接続されている。平滑コンデンサ4a及び4bの共通接続点は、商用交流電源の他端側に接続されている。これらにより、倍電圧整流回路が構成されており、最大で280V程度のリップルを含む平滑された直流電圧が発生する。
【0009】
インバータ回路5は、スイッチング素子である例えば6個のIGBT6を3相ブリッジ接続して構成されている。IGBT6のコレクタ,エミッタ間には、フリーホイールダイオード7が接続されている。インバータ回路5の各相出力端子は、モータ8のスター結線されている各相固定子巻線9U,9V,9Wの一端にそれぞれ接続されている。モータ8は、例えばDCブラシレスモータであり、洗い運転や脱水運転を行うため、例えば洗濯機のドラムを回転駆動する。
【0010】
インバータ回路5の負側と制御回路グランドとの間には、抵抗素子10が接続されている。抵抗素子10の両端は、マイクロコンピュータで構成される制御回路11の入力端子にそれぞれ接続されている。抵抗素子10は、インバータ回路5を介してモータ6に通電される相電流を検出するもので、本実施形態では、1シャント電流検出方式を採用している。制御回路11は、抵抗素子10の端子電圧を所定のタイミングでA/D変換して読み込むことで、U,V,Wの各相電流を検出する。そして、制御回路11は、検出した電流に基づいてPWM信号を生成し、インバータ回路5を構成する各IGBT6にゲート信号として出力する。制御回路11の動作電源電圧は、例えば5Vである。
【0011】
また、整流ブリッジ回路3には、もう1つの整流ブリッジ回路12が並列に接続されている。整流ブリッジ回路12の出力端子間には、電圧駆動型の半導体素子であるIGBT13が接続されている。IGBT13のコレクタ,エミッタ間には、フリーホイールダイオード14が接続されている。IGBT13のエミッタは、ドライバグランドに接続されている。インダクタ2,整流ブリッジ回路12及びIGBT13により、昇圧回路16が構成されている。制御回路11は、ドライバであるフォトカプラ15を介してIGBT13にゲート信号を出力する。フォトカプラ15には、電圧が例えば15Vの電源が、IGBT13の駆動用電源として供給される。
【0012】
図2は、上記の駆動用電源を生成する駆動電源回路21の構成を示している。駆動電源回路21は、整流ブリッジ回路12の出力端子間に接続されている。前記出力端子間の脈流電圧の最大値は140V程度である。駆動電源回路21は、抵抗素子22及びツェナーダイオード23の直列回路と、ツェナーダイオード23に並列に接続される電解コンデンサ24とを備える。抵抗素子22は、例えば抵抗値20kΩ,ワット数3Wであり、ツェナーダイオード23のツェナー電圧は15Vである。これにより、ドライバグランドを基準とする15Vの駆動用電源が生成される。
【0013】
図3は、制御回路11がIGBT13をスイッチング制御することで昇圧回路16により昇圧動作を行う際の電圧,電流及び信号波形であり、特許文献1の図9相当図である。IGBT13のオンオフを、商用交流電源周期内で複数回繰り返すことで短絡電流を発生させて、図中ではリアクタであるインダクタ2に流す電流により昇圧動作を行う。本実施形態の駆動電源回路21では、整流ブリッジ回路12とIGBT13及びフォトカプラとが共通のドライバグランドを電位基準としているので、グランド間短絡が問題とはならない。
【0014】
以上のように本実施形態によれば、洗濯運転を行うための駆動力を発生させるモータ8を駆動対象とするインバータ回路5,電源側に挿入されるインダクタ2,インダクタ2を介して入力される交流電源を整流する整流ブリッジ回路12,整流ブリッジ回路12の出力端子間に接続されるIGBT13,前記出力端子間に接続され、IGBT13をフォトカプラ14を介して駆動するための電源を、前記出力端子間の電圧を分圧して生成する駆動電源回路21を備える。このように構成すれば、IGBT13の駆動用電源を安価な構成で生成できる。
【0015】
具体的には、駆動電源回路21を、抵抗素子22及びツェナーダイオード23との直列回路と、ツェナーダイオード23に並列に接続される電解コンデンサ24とで構成したので、IGBT13の駆動用電源を精度良く安定して生成できる。また、昇圧回路16に電圧駆動型のIGBT13を用いることにより、駆動電流が少なくなるのでコンデンサ24の容量を低減できる。
【0016】
(第2実施形態)
以下、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図4に示すように、第2実施形態の駆動電源回路31は、第1実施形態の構成において、抵抗素子22とツェナーダイオード23との間に、ダイオード32を順方向に接続したものである。ダイオード32は、コンデンサ24の放電防止用である。これにより、駆動用電源の電圧をより安定化させることができる。
【0017】
(その他の実施形態)
駆動用電源回路は、整流ブリッジ回路の出力端子間の電圧を分圧する構成であれば良い。
スイッチング素子は、IGBTに限ることなく、MOSFETやバイポーラトランジスタ等でも良い。
電流検出は1シャント方式に限らず、3シャント方式や電流センサを用いても良い。
電源電圧や抵抗値等の具体数値については、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
洗濯機は縦型でも良いし、モータはパルセータを駆動対象とするものでも良い。
【0018】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0019】
図面中、1はインバータ装置、2はインダクタ、3は整流ブリッジ回路、5はインバータ回路、8はモータ、13はIGBT、15はフォトカプラ、16は昇圧回路、21は駆動電源回路、22は抵抗素子、23はツェナーダイオード、24は電解コンデンサ、31は駆動電源回路、32はダイオードを示す。

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