JP4140105B2 - インバータ装置 - Google Patents
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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
【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
Claims (5)
- 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インバータ装置。
- 電動機は、各巻線の一方の端子を共通に接続し、その端子を第１のダイオードのカソード端子に接続し、前記各巻線の他の端子は、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請求項１記載のインバータ装置。
- 電動機は、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、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請求項１記載のインバータ装置。
- 電動機は、永久磁石を有する回転子を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータ装置。
- 電動機は、磁気的な凹凸を有する回転子を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータ装置。
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