JP2005185071A - 単相誘導電動機の回転速度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷変動や電圧変動等により前記回転子の回転速度が目標の回転速度から逸脱した場合、回転子の回転速度を目標の回転速度に迅速・確実に復帰させることのできる単相誘導電動機の回転速度制御装置を提供する。
【解決手段】単相誘導電動機１に供給される電圧値および電流値を常に検出し、図示しない回転子の回転速度を推定することによって、前記単相誘導電動機１に対する最適な制御量を即座に算出して、単相誘導電動機１への供給電圧をする。これらを実行する複数のプログラムやパラメータを記憶する記憶回路４ｈを備えて構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動ロクロの駆動源とか、空気調和機の室外機等に用いる送風ファンを駆動する単相誘導電動機の回転速度検出と、検出した回転速度を負荷の状況に対応して所定の回転速度に維持可能とした、単相誘導電動機の回転速度制御装置の改良に関する。

従来から、電動ロクロとか空気調和機の室外機等において、前記各機器を駆動するのに使用されている単相誘導電動機においては、外部からの負荷変動（電動ロクロの場合、材料の重量変化とか粘り度合、また、室外機においては、外部から送風ファンに加えられる風力（外乱による）の変化等）や、交流電源の電圧変動によって回転速度が変化するような場合、機器の運転を正常に維持するために、単相誘導電動機はその回転速度を検出し、この検出した回転速度をベースにして、事前に設定した目標の回転速度に可変制御するように構成されている。

そして、前記単相誘導電動機において、その回転速度の検出に当っては、例えば、エンコーダとかホール素子等を用いた回転速度検出手段により検出し、前記検出した回転速度に基づいて、単相誘導電動機のコイル（例えば、主コイル，補助コイル）への通電を制御することにより、単相誘導電動機の回転速度を可変するようにしていた（特許文献１参照）。
特開平２−１６８８８４号公報

然るに、前記［特許文献１］に記載されるように、ホール素子を用いて電動機の回転速度を検出する構成においては、当然、前記ホール素子を電動機の近傍に設置しなければならず、この結果、ホール素子の取付け作業に手間を要したり、配線が複雑化するため、単相誘導電動機の製造原価を高くする問題があった。また、前記ホール素子を使用することによって、ノイズ，温度対策を講じないと円滑な回転速度制御が行いないという問題もあった。

前記の問題点を解消するために、例えば、単相誘導電動機の主コイルと補助コイルに流れる電流あるいは電圧のゼロクロスタイミングを計測することにより、その位相差を検出し、前記検出した位相差をベースにして単相誘導電動機の回転速度を算出し、前記算出した回転速度を基準として単相誘導電動機への通電を制御することにより、単相誘導電動機の回転速度を制御するように構成したものも開発されている。

前記単相誘導電動機の回転速度制御においては、ホール素子等の回転速度検出手段を用いることなく、センサレス化して回転速度制御を可能としたので、単相誘導電動機は、その部品点数を削減することができ、それにより、組立作業にあまり時間をかけることなく、迅速・容易に、かつ、製造コストを軽減して製造できるという利点を備えている。

しかし、前記のように主コイルと補助コイルに流れる電流や電圧のゼロクロスタイミングを計測してその位相差を検出する場合、次のような問題があった。即ち、第１に位相差の検出に当り、進相コンデンサによる電流波形の歪みとか、ノイズの影響によってゼロクロスタイミングがずれたりすると、位相差の検出精度が低下するという問題があった。

また、前記のように、位相差の検出に際してゼロクロスタイミングを用いる場合、単相誘導電動機の回転速度制御方式に、例えば、ＡＣチョッパ制御方式とか位相制御方式等を適用することは困難であった。即ち、第２に前述した各制御方式においては、スイッチング回路のオン／オフ動作によって単相誘導電動機に供給する電圧を制御している関係上、前記スイッチングに応じてゼロクロスタイミングを生じ、この結果、前記ゼロクロスタイミングにおいては、位相差を正確に検出することができないという問題があった。この結果、単相誘導電動機の目標の回転速度を正確に制御することが困難であった。

本発明は、前記各問題点に鑑み、ホール素子等のセンサやエンコーダからなる回転速度検出手段を用いることなく、シンプルな回路構成にて単相誘導電動機の回転速度を推定検出し、この推定回転速度に基づき単相誘導電動機への通電を制御して、回転速度を負荷および電圧の変動に対応して所定の回転速度に維持可能とした、単相誘導電動機の回転速度制御装置を提供することにある。

第１の局面によれば、単相誘導電動機の主コイルに供給される電圧を検出する電圧検出手段と、単相誘導電動機の主コイル，補助コイルに流れる電流を検出する第１，２の電流検出手段を具備し、前記電圧検出手段と電流検出手段によって検出した検出電圧と検出電流の実効値を算出する実効値算出手段と、算出した実効値に基づき、前記電圧値と電流値の位相差を算出してベクトル表示する主巻線電圧と主巻線電流および補助巻線電流を求める位相差算出手段と、前記主コイルと補助コイルの有効巻数比と前記主巻線電流および補助巻線電流から前記主コイルと補助コイルの空間的な配置を考慮した正相分電流と逆相分電流を算出する正／逆相分電流算出手段と、単相誘導電動機の等価回路におけるインピーダンス項を算出するインピーダンス項算出手段と、前記位相差算出手段と正／逆相分電流算出手段およびインピーダンス項算出手段の算出結果からすべりを算出するすべり算出手段と、算出したすべり値から単相誘導電動機の回転速度を算出する回転速度算出手段と、該回転速度算出手段にて算出した回転速度に基づいて、前記単相誘導電動機への通電を制御する供給電圧制御手段と、前記各手段を実行するためのプログラムおよびパラメータをあらかじめ記憶しておく記憶手段を具備して構成した。

第２の局面によれば、第１の局面において、前記インピーダンス項算出手段は、あらかじめ実験によって得た前記パラメータとしての種々の回路定数を前記記憶手段より読み出すことによって前記インピーダンス項を算出するように構成した。

第３の局面によれば、第１，２の局面において、前記供給電圧制御手段と単相誘導電動機との間に、前記単相誘導電動機に供給される電圧を制御するためのスイッチング回路を具備して構成した。

請求項１記載の発明によれば、単相誘導電動機の等価回路による特性計算式に単相誘導電動機を回転駆動した際に検出する主コイルと補助コイルに供給される電圧値および電流値と、あらかじめ実験によって得た種々の回路定数を代入することによりすべりを計算し、このすべり値から前記単相誘導電動機の回転速度を推定することができるので、単相誘導電動機に接続する負荷部材のトルク変動や当該電動機に駆動電力を供給する商用電源の電圧変動等によって、現状の回転速度が目標速度から逸脱した場合は、現状の回転速度と目標の回転速度との偏差を電圧値に換算して単相誘導電動機の制御量を可変して、迅速・確実に単相誘導電動機を目標速度に復帰させることが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、あらかじめ実験によって得た種々の回路定数をパラメータとしてすべりの計算に使用するインピーダンス項を算出するように構成したので、前記回路定数を複雑な計算を逐一実行して算出する必要はなく、すべりを即座に計算して、単相誘導電動機の回転速度を短時間で確実に目標速度に復帰させることが可能となる。

請求項３記載の発明によれば、公知のスイッチング回路を利用して単相誘導電動機に供給する電圧を制御する構成であるので、比較的簡単な構成により迅速，確実に単相誘導電動機の速度制御を実現することができる。

単相誘導電動機の回転速度が負荷変動や電圧変動により目標速度から逸脱した場合、確実にこの状態を検出して、回転速度を迅速・容易に目標速度に復帰させることのできる単相誘導電動機の回転速度制御装置を実現した。

以下、本発明の実施の形態を図１ないし図３により説明する。図１は本発明の単相誘導電動機における回転速度制御装置Ａを概略的に示すブロック図である。図１に示すように、前記回転速度制御装置Ａは、単相誘導電動機１と、該電動機１に流れる電流を検出する電流検出回路２と、同じく単相誘導電動機１に供給される電圧を検出する電圧検出回路３、前記電流検出回路２および電圧検出回路３にて検出する電流値と電圧値に応じた指令信号を出力するマイクロコンピュータ等からなる制御装置４と、前記指令信号によって単相誘導電動機１への通電時間を設定するスイッチング回路５から概略構成されている。

次に、前記各回路について詳細に説明する。前記単相誘導電動機１は、コンデンサ分相型の電動機であり、この電動機１は、主コイル１ａ，補助コイル１ｂ，進相用コンデンサ１ｃによって構成されており、前記進相用コンデンサ１ｃは、主，補助コイル１ａ，１ｂ間に並列に接続され、主コイル１ａと補助コイル１ｂに流れる電流に位相差を発生させることにより回転磁界を発生させ、図示しない回転子を回転させるよう構成されている。

つづいて、前記電流検出回路２は、前記単相誘導電動機１の主コイル１ａと進相用コンデンサ１ｃとの間に取り付けた変流器，電流検出抵抗等からなる第１の電流検出回路２ａと、補助コイル１ｂと進相用コンデンサ１ｃとの間に取り付けた変流器，電流検出抵抗等からなる第２の電流検出回路２ｂとからなり、これら第１，２の電流検出回路２ａ，２ｂにて検出された電流は、電圧情報に変換され、制御装置４の入力端子Ｉ₁，Ｉ₂に入力される。

電圧検出回路３は、単相誘導電動機１の主，補助コイル１ａ，１ｂに供給される電圧を分圧（降圧）して検出するもので、交流電源６と単相誘導電動機１との間に並列接続した抵抗Ｒ₁，Ｒ₂とによって構成されている。これは、実際に主，補助コイル１ａ，１ｂに供給される電圧自体が交流電源６から直接供給される電圧（約１００Ｖ）である関係上、前記供給電圧をそのまま制御装置４に入力させるには高圧すぎてできないため、前記分圧抵抗Ｒ₁，Ｒ₂により制御装置４への入力可能な電圧に分圧し、抵抗Ｒ₁と抵抗Ｒ₂の接続点Ｐから制御装置４の入力端子Ｉ₃に入力される。なお、前記供給電圧の入力は、分圧抵抗Ｒ₁，Ｒ₂に代えて変圧器も用いて制御装置４が入力可能な電圧に降圧するように構成してもよい。

次に、制御装置４の機能について説明する。前記制御装置４は、電流検出回路２と電圧検出回路３によって検出した電流（Ｉ_M，Ｉ_A）および電圧（Ｖ）の実効値を算出する実効値算出回路４ａと、この算出した実効値に基づき、前記電圧値（Ｖ）と電流値（Ｉ_M，Ｉ_A）の位相差を算出して、主巻線電圧（Ｖ）と主巻線電流（Ｉ_M）および補助巻線電流（Ｉ_A）を求める位相差算出回路４ｂと、前記主コイル１ａと補助コイル１ｂの有効巻数比ａと主，補助巻線電流（Ｉ_M，Ｉ_A）から前記主コイル１ａと補助コイル１ｂの空間的な配置を考慮した正相分電流（Ｉ_P）と逆相分電流（Ｉ_N）を算出する正／逆相分電流算出回路４ｃと、単相誘導電動機１の等価回路におけるインピーダンス項（Ｚ_M1，Ｚ_A1，Ｚ_P，Ｚ_N）を算出するインピーダンス項算出回路４ｄを備えている。

また、前記制御装置４は、正／逆相分電流算出回路４ｃとインピーダンス項算出回路４ｄの算出結果および前記主巻線電圧（Ｖ）から単相誘導電動機１のすべりを算出するすべり算出回路４ｅと、この算出したすべり値から当該電動機１が備える回転子（図示せず）の回転速度（Ｎ）を算出する回転速度算出回路４ｆと、該回転速度算出回路４ｆによって算出した回転速度に基づいて、単相誘導電動機１への通電を制御する供給電圧制御回路４ｇと、これら各回路４ａ〜４ｇを実行するプログラムおよびパラメータをあらかじめ記憶しておく記憶回路４ｈを備えて構成されている。なお、前記制御装置４は、図示しない定電圧電源によって交流電源６を所定電圧に降圧し、かつ、直流に整流された５Ｖの定電圧電源Ｖｃｃによって動作するものである。

次に、前記回転速度制御装置Ａの動作について、図２のフローチャートを利用して説明する。はじめに、制御装置４に具備した可変抵抗等からなる回転速度設定手段７によって単相誘導電動機１の回転速度を負荷の状況に応じた最適速度Ｎ１として制御装置４の入力端Ｉ₄から入力する（図４のステップＳ₁）。

単相誘導電動機１の運転に際しては、図示しない電源スイッチの投入によって交流電源６からスイッチング回路５に通電され、スイッチング回路５のサイリスタをオンすることにより、単相誘導電動機１の主コイル１ａに電流が流れる。また、補助コイル１ｂには進相用コンデンサ１ｃによって主コイル１ａに流れる電流との間に位相差の生じた電流が流れることにより回転磁界が発生し、当該電動機１の回転子（図示せず）を回転させて、起動を開始する（ステップＳ₂）。

単相誘導電動機１が起動すると、電流検出回路２によって検出された主コイル１ａと補助コイル１ｂに流れる電流（Ｉ_M，Ｉ_A）は、制御装置４の入力端Ｉ₁，Ｉ₂に入力され、また、主コイル１ａに供給される電圧（Ｖ）は、電圧検出回路３の抵抗Ｒ₁，Ｒ₂によって分圧されて制御装置４の入力端Ｉ₃に入力される（ステップＳ₃）。

前記電圧値と電流値を入力した制御装置４は、図１に示す実効値算出回路４ａによって、交流電源６から供給される電圧値（Ｖ）と電流値（Ｉ_M，Ｉ_A）の実効値をそれぞれ算出する（ステップＳ₄）。

つづいて、前記制御装置４は、実効値算出回路４ａにて算出した電圧値（Ｖ）と電流値（Ｉ_M，Ｉ_A）の実効値を基にして、位相差算出回路４ｂにおいて電圧値（Ｖ）と電流値（Ｉ_M，Ｉ_A）間に存在する位相差を算出してベクトル表示する主巻線電圧（＝電源電圧Ｖ）と主巻線電流（Ｉ_M）および補助巻線電流（Ｉ_A）を求める（ステップＳ₅）。

前記位相差算出回路４ｂにて主巻線電圧（Ｖ）と主巻線電流（Ｉ_M）および補助巻線電流（Ｉ_A）を算出すると、次に、正／逆相分電流算出回路４ｃによって主コイル１ａと補助コイル１ｂの有効巻数比ａと前記主巻線電流（Ｉ_M）と補助巻線電流（Ｉ_A）から前記主コイル１ａと補助コイル１ｂの空間的な配置を考慮した正相分電流（Ｉ_P）と逆相分電流（Ｉ_N）を算出する（ステップＳ₆）。

なお、本実施例においては、主コイル１ａと補助コイル１ｂが９０°の角度間隔で空間的に配置されている場合について説明することとし、この場合における前記正相分電流（Ｉ_P）と逆相分電流（Ｉ_N）は次式［数１］にて与えられる。

なお、前記［数１］において、（Ｉ_A´）は（Ｉ_A）の主巻線換算値であり、（Ｉ_A´＝Ｉ_A／ａ）と記述される。また、主コイル１ａと補助コイル１ｂの有効巻数比ａは、あらかじめ実験によって測定した値を、（Ｉ_A´）を算出する際のパラメータとして記憶手段４ｇ内に記憶しておく。

つづいて、単相誘導電動機１の等価回路におけるインピーダンス項（主コイル１ａのインピーダンスＺ_M1，主コイル１ａに換算した補助コイル１ｂとコンデンサ１ｃの直列インピーダンスＺ_A1，主コイル１ａに換算した２次側の正相分インピーダンスＺ_P，主コイル１ａに換算した２次側の逆相分インピーダンスＺ_N）を下記［数２］を利用してインピーダンス項算出回路４ｄにより算出する（ステップＳ₇）。

前記［数２］において、Ｒ₁は主コイル１ａの抵抗値であり、Ｘ₁は主コイル１ａの漏れリアクタンスである。また、Ｒ_a´はＲ_aを補助コイル１ｂの抵抗値とした場合、（Ｒ_a´＝Ｒ_a／ａ²）と記述される。さらに、Ｘ_a´は補助コイル１ｂの漏れリアクタンスをＸ_aとした場合、（Ｘ_a´＝Ｘ_a／ａ²）と記され、Ｘ_c´は前記等価回路の容量リアクタンスをＸ_cとした場合、（Ｘ_c´＝Ｘ_c／ａ²）と記述される。

また、Ｘ₂´はＸ₂を２次導体の漏れリアクタンスとした場合、（Ｘ₂´＝Ｘ₂／ａ²）と表されるものであり、Ｘ_mは励磁リアクタンスを示している。そして、上記値（Ｒ₁，Ｘ₁，Ｒ_a´，Ｘ_a´，Ｘ_c´，Ｘ₂´，Ｘ_m）は、あらかじめ実験によって得た値を回路定数（パラメータ）として前記記憶回路４ｇ内に記憶している。なお、［数２］中のＲ_PとＲ_Nは、２次側の正相分抵抗と逆相分抵抗をそれぞれ示している。

つまり、前記インピーダンス項算出回路４ｄは、上記値（Ｒ₁，Ｘ₁，Ｒ_a´，Ｘ_a´，Ｘ_c´，Ｘ₂´，Ｘ_m）を記憶手段４ｇから読み出して前記［数２］に代入することによって、単相誘導電動機１の等価回路におけるインピーダンス項（Ｚ_M1，Ｚ_A1）を求めることができ、また、これ以外のインピーダンス項（Ｚ_P，Ｚ_N）を２次側の正相分抵抗Ｒ_Pと逆相分抵抗Ｒ_Nを変数とする数式によって表すことができる。

前記インピーダンス項（Ｚ_M1，Ｚ_A1，Ｚ_P，Ｚ_N）が算出されると、制御装置４は、すべり算出回路４ｅによって単相誘導電動機１のすべりを次式［数３］によって算出する（ステップＳ₈）。

すなわち、上記［数３］に前記［数１］によって算出した正相分電流（Ｉ_P）と逆相分電流（Ｉ_N）と前記［数２］から算出したインピーダンス項（Ｚ_M1，Ｚ_A1，Ｚ_P，Ｚ_N）および位相差算出回路４ｂによって算出した主巻線電圧（＝電源電圧Ｖ）をそれぞれ代入することによって、２次側の正相分抵抗Ｒ_Pと逆相分抵抗Ｒ_Nを変数とする２つの方程式が得られる。

この２つの方程式を解くことにより、前記２次側の正相分抵抗Ｒ_Pと逆相分抵抗Ｒ_Nの値を方程式の解として導き出すことができる。一方、単相誘導電動機１のすべり（ｓ）は、下記に記す［数４］のように記述することができるので、［数３］を用いて算出した２次側の正相分抵抗Ｒ_Pと逆相分抵抗Ｒ_Nを下記［数４］に代入することによって、前記すべり（ｓ）を求めることが可能となる（ステップＳ₈）。

次に、前記制御装置４は、回転速度算出回路４ｆによって単相誘導電動機１の回転子（図示せず）の回転速度（Ｎ）を算出する。なお、回転速度（Ｎ）の算出（推定）は、下記に記す［数５］によって行われるものであり、［数５］において、（Ｐ）は単相誘導電動機１の極数として記憶回路４ｇにあらかじめ記憶されたパラメータである。そして、回転速度（Ｎ）の算出時、このパラメータ（Ｐ）と交流電源６の周波数ｆを記憶回路４ｇから読み出すことによって、前記回転速度（Ｎ）を算出する（ステップＳ₉）。

次に、前記制御装置４は、この回転速度（Ｎ）を算出することによって、図２に示すステップＳ₁₀に移行して、図１に示す供給電圧制御回路４ｆを利用して単相誘導電動機１の現在の回転速度（Ｎ）がステップＳ₁で設定した目標回転速度（Ｎ１）と一致しているか否かを判定する。

そして、現状の推定回転速度（Ｎ）が目標回転速度（Ｎ１）と同一である場合は、ステップＳ₃まで戻って前述と同様の動作を繰り返し実行する。また、ステップＳ₁₀において、推定回転速度（Ｎ）が目標回転速度（Ｎ１）と一致していない場合は、ステップＳ₁₁に移行して、以下に記すフィードバック制御を実行する。

前記フィードバック制御は、前記供給電圧制御回路４ｆにおいて、推定回転速度（Ｎ）と目標回転速度（Ｎ１）の偏差に応じて、その差分をこれに相当する電圧値に換算すべく演算処理することにより、図１に示すスイッチング回路５（サイリスタ）のゲート信号を調整する制御量を求めることにより実行される。

例えば、現状の推定回転速度が９００［ｒｐｍ］である場合において、目標の回転速度が８００［ｒｐｍ］に設定されている場合、推定回転速度は目標回転速度と比較して１００［ｒｐｍ］超過している。これは、負荷変動等によって生じた可能性があり、この場合、現状の推定回転速度を目標回転速度に戻す必要があるので、制御装置４は、記憶回路４ｇに記憶されたプログラムを読み出すことにより、供給電圧制御回路４ｆを利用して、目標の回転速度を得るための制御量を算出する。

つまり、現状の推定回転速度が目標の回転速度と比較して超過しているので、単相誘導電動機１に供給する電圧を降下させる必要があり、制御装置４は、出力端Ｏからスイッチング回路５のゲート端子に、図３（ａ）に示す左端の出力波形に比べて除々に幅寸法が縮小していくゲート信号を出力する。

この結果、この電圧降下指令によってスイッチング回路５はそのオン時間を少しづつ減少させていき、単相誘導電動機１の主，補助コイル１ａ，１ｂに供給される実効的な電圧を順次降圧させることができる。

このように、主コイル１ａと補助コイル１ｂに供給される電圧が位相制御にて次第に降圧されると、単相誘導電動機１の回転速度は除々に下降していき、目標の回転速度（８００［ｒｐｍ］）に近づく。すなわち、フィードバック制御によって回転子（図示せず）の回転速度が減速される。

そして、再び、図２に示すステップＳ₃に戻って、前述と同様の動作を繰り返すが、現状の推定回転速度が未だ目標の回転速度と比較して超過している場合は、さらに、図３（ａ）に示すゲート信号の出力波形の幅寸法を縮小させて、単相誘導電動機１の回転速度をさらに減速させる。この動作を繰り返し実行することにより、前記単相誘導電動機１の回転速度を目標回転速度８００［ｒｐｍ］）に一致させることができる。

なお、単相誘導電動機１の回転速度（Ｎ）が目標回転速度（Ｎ１）に一致した後は、直前にスイッチング回路（サイリスタ）５のゲート端子に入力したゲート信号の出力波形における幅寸法を継続することによって、目標回転速度（Ｎ１）を維持することができる。

続いて、単相誘導電動機１の推定回転速度（Ｎ）が目標回転速度（Ｎ１）より遅く回転した場合における回転速度の補正について説明する。この場合は、上記した現状の推定回転速度（Ｎ）が目標の回転速度（Ｎ１）より速い場合と逆の制御（単相誘導電動機１に供給される電圧を昇圧して、回転速度を目標の回転速度に維持させる）を行えばよい。

この場合も、単相誘導電動機１に流れる電流や電圧を電流検出回路２や電圧検出回路３によって検出し、これら検出した電流，電圧に基づいて当該電動機１のすべり（ｓ）を算出し、このすべり（ｓ）に基づいて単相誘導電動機１の回転速度（Ｎ）を推定する。

すなわち、単相誘導電動機１の目標回転速度が、例えば、９００［ｒｐｍ］であるとき、前記電動機１の現状の回転速度が８００［ｒｐｍ］であると推定された場合、現状の推定回転速度（Ｎ）は目標回転速度（Ｎ１）と比較して１００［ｒｐｍ］不足してことになるので、前記供給電圧制御回路４ｇによって現状の回転速度を目標の回転速度に近づけるべく制御量を算出する。そして、この制御量に相当する指令信号（供給電圧の昇圧指令）を制御装置４の出力端Ｏからスイッチング回路５のゲート端子に出力する。

前記スイッチング回路５のゲート端子に出力された電圧の昇圧指令（ゲート信号）は、図３（ｂ）に示すように、その出力波形を現状回転速度時の幅寸法に対して除々に幅広として出力される。これにより、前記スイッチング回路６は、このゲート信号に基づいてオン時間を少しづつ長くして、単相誘導電動機１に供給する実効的な電圧を順次上昇させる。

前記電圧の上昇により、単相誘導電動機１は、主コイル１ａ，補助コイル１ｂに流れる電流を増加し、回転速度を目標の回転速度に達するまで順次上昇させる。そして、この回転速度が目標回転速度（９００［ｒｐｍ］）に到達すると、制御装置４からの前記昇圧指令は停止される。つまり、前記制御装置４は、回転速度が目標回転速度に達する直前にスイッチング回路５のゲート端子に出力したゲート信号の出力波形が有する幅寸法を継続して出力することにより、単相誘導電動機１の回転速度を目標の回転速度に維持する。

なお、図２に示すステップＳ₁₀で現状の回転速度（Ｎ）が目標回転速度（Ｎ１）と同一である場合は、制御装置４の出力端Ｏからスイッチング回路５のゲート端子に、現状のゲート信号の出力波形（図３の最左端）と同一幅寸法を有する出力波形を出力し続けることによって、現状の回転速度（＝目標回転速度）を維持することは当然である。

なお、前述した実施例では、単相誘導電動機１の回転子（図示せず）の目標回転速度を、図１に示す可変抵抗等からなる回転速度設定手段７によって設定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、負荷の状況（負荷が特定されている場合等）に応じては、制御装置４の記憶回路４ｈに使用負荷に適した目標回転速度を固定的に記憶させておいてもよい。

さらに、前記回転速度制御装置Ａは、図１に示す回路構成に限らず、公知のＡＣチョッパ方式やインバータ方式または位相制御方式によるスイッチング回路を利用して、前記単相誘導電動機１に供給する電圧を制御するように構成してもよいことは当然である。

以上説明したように、本発明の単相誘導電動機の回転速度制御装置は、主コイル１ａに供給される電圧と電流および補助コイルに流れる電流を常時検出することにより、制御装置４内にあらかじめ記憶したプログラムとパラメータを利用して、単相誘導電動機のすべりを算出し、このすべり値から回転子の回転速度を推定して、現状の回転速度が目標の回転速度となるように前記電動機の制御量を決定する構成であるので、単相誘導電動機の回転速度が負荷或いは電圧の変動に伴って目標速度から逸脱した場合は、迅速・確実に現状の回転速度を目標の回転速度に一致させることができ、非常に利便である。

本発明によれば、単相誘導電動機の主コイルに供給される電圧値と電流値、補助コイルに流れる電流値をリアルタイムに検出して、この検出値に基づき回転子の回転速度を推定することができるので、前記電動機の状況を逐一把握して回転速度を利用者があらかじめ任意に設定した目標の回転速度に一致させることができる。つまり、前記単相誘導電動機の回転速度を常時適切な回転速度に維持してこれに接続される負荷を常に最適な状態で駆動することのできる単相誘導電動機の回転速度制御装置を実現した。

本発明の単相誘導電動機の回転速度制御装置の回路構成を概略的に示すブロック図である。 前記単相誘導電動機の回転速度制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。 前記単相誘導電動機に流れる電流の状況を示すタイミングチャート図であり、（ａ）は電流を低減する場合を、（ｂ）は電流を増加させる場合の事例をそれぞれ説明している。

符号の説明

１ 単相誘導電動機
１ａ 主コイル
１ｂ 補助コイル
１ｃ 進相用コンデンサ
２ 電流検出回路
２ａ 第１の電流検出回路
２ｂ 第２の電流検出回路
３ 電圧検出回路
４ 制御装置
４ａ 実効値算出回路
４ｂ 位相差算出回路
４ｃ 正／逆相分電流算出回路
４ｄ インピーダンス項算出回路
４ｅ すべり算出回路
４ｆ 回転速度算出回路
４ｇ 供給電圧制御回路
４ｈ 記憶回路
５ スイッチング回路
６ 交流電源
７ 回転速度設定手段
Ａ 回転速度制御装置

Claims (3)

1. 単相誘導電動機の主コイルに供給される電圧を検出する電圧検出手段と、単相誘導電動機の主コイル，補助コイルに流れる電流を検出する第１，２の電流検出手段を具備し、前記電圧検出手段と電流検出手段によって検出した検出電圧と検出電流の実効値を算出する実効値算出手段と、算出した実効値に基づき、前記電圧値と電流値の位相差を算出してベクトル表示する主巻線電圧と主巻線電流および補助巻線電流を求める位相差算出手段と、前記主コイルと補助コイルの有効巻数比と前記主巻線電流および補助巻線電流から前記主コイルと補助コイルの空間的な配置を考慮した正相分電流と逆相分電流を算出する正／逆相分電流算出手段と、単相誘導電動機の等価回路におけるインピーダンス項を算出するインピーダンス項算出手段と、前記位相差算出手段と正／逆相分電流算出手段およびインピーダンス項算出手段の算出結果からすべりを算出するすべり算出手段と、算出したすべり値から単相誘導電動機の回転速度を算出する回転速度算出手段と、該回転速度算出手段にて算出した回転速度に基づいて、前記単相誘導電動機への通電を制御する供給電圧制御手段と、前記各手段を実行するためのプログラムおよびパラメータをあらかじめ記憶しておく記憶手段を具備して構成したことを特徴とする単相誘導電動機の回転速度制御装置。
2. 前記インピーダンス項算出手段は、あらかじめ実験によって得た前記パラメータとしての種々の回路定数を前記記憶手段より読み出すことによって前記インピーダンス項を算出するように構成したことを特徴とする請求項１記載の単相誘導電動機の回転速度制御装置。
3. 前記供給電圧制御手段と単相誘導電動機の間には、前記単相誘導電動機に供給される電圧を制御するためのスイッチング回路を具備して構成したことを特徴とする請求項１，２記載の単相誘導電動機の回転速度制御装置。

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