JP2005328693A - 単相誘導電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数個のコンデンサを用いることなく電動機のトルク及び速度を調節できる単相誘導電動機を提供する。
【解決手段】 主巻線Ｍ、補助巻線Ｓ及びコンデンサＣを含んで構成され、電流の流れを制御して前記電動機に流れる電流の大きさを変化させることで、前記コンデンサＣの有効容量を変化させるスイッチ手段１０をさらに含んで単相誘導電動機を構成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、単相誘導電動機及びその制御方法に関するもので、詳しくは、スイッチ手段により電流の流れを制御して前記電動機に流れる電流の大きさを変化させることで、前記コンデンサの有効容量を変化させることが可能な単相誘導電動機及びその制御方法に関するものである。

以下、従来の単相誘導電動機を、図１に基づいて説明する。

図１は、従来の単相誘導電動機を示した回路図である。図１に示すように、従来の単相誘導電動機は、交流電源ＡＣにより駆動され、主巻線Ｍ、補助巻線Ｓ及びこの補助巻線Ｓに直列連結されたコンデンサＣを含んで構成される。前記各巻線の間に示した円状部材は、回転子（ロータ）を示している。

以下、このように構成された従来の単相誘導電動機の動作を説明する。

まず、単相交流電源ＡＣを前記電動機に印加すると、主巻線Ｍには、交番磁界が形成され、前記補助巻線Ｓには、前記コンデンサＣを経由した電流が補助巻線Ｓに流入することで、交番磁界と相異なる位相の補助磁界が形成される。よって、前記交番磁界と補助磁界との相互作用により回転磁界が形成されることで、前記回転子の回転トルクが発生する。

一方、前記単相交流電源ＡＣにより駆動される誘導電動機は、家庭用として洗濯機または食器洗浄器などに用いられるが、この場合、前記電動機の回転速度は、家電機器の行程状態に応じて可変すべきである。しかしながら、前記単相交流電源が印加される電動機は、速度制御が不可能であるため、電動機に別途の駆動ドライバー回路を装着するか、または極数変換型単相誘導電動機などを用いて前記電動機の回転速度を調節している。

この他にも、複数個のコンデンサを用いて電動機の回転速度を調節するが、これに対し、図２に基づいて説明する。

図２は、従来の複数個のコンデンサを装着した単相誘導電動機を示した回路図である。図２に示すように、複数個のコンデンサを装着した単相誘導電動機は、主巻線Ｍ及び補助巻線Ｓと、第１コンデンサＣ１および第２コンデンサＣ２と、を含んで構成される。特に、前記コンデンサは、二個以上で構成されており、そのためリレー１などの別途の切換装置を必要とする。

図２に示した単相誘導電動機は、その動作において図１に示した従来の電動機とほぼ一致する。特に、図２に示した単相誘導電動機は、二つのコンデンサＣ１，Ｃ２が互いに並列連結され、リレー１により第２コンデンサの連結のオン/オフ状態が制御される。

したがって、前記二つのコンデンサＣ１，Ｃ２の各コンデンサ容量が１００であると、リレー１がオンになって二つのコンデンサＣ１，Ｃ２が並列連結された場合、前記コンデンサの総容量は２００になり、リレー１がオフになって前記第２コンデンサＣ２の連結が切れた場合、前記コンデンサの総容量は１００になる。

前記二つのコンデンサＣ１，Ｃ２が並列連結されてコンデンサの総容量が増加した場合、前記コンデンサによる等価インピーダンス値が小さくなるので、電動機に印加される電流値が増加して前記電動機が高トルクで動作するようになり、前記第２コンデンサＣ２がオフになった場合、等価インピーダンス値が増加するので、電動機に印加される電流値が減少して前記電動機が低トルクで動作するようになる。

特に、前記単相誘導電動機は、その動作特性上、初期起動時に高トルクを加えると有利なため、リレー１をオンにして前記第２コンデンサＣ２と第１コンデンサＣ１とを並列連結し、前記電動機の正常運転時に低トルクを加えて電動機の効率を向上するために、前記リレー２をオフにして前記第２コンデンサ２の連結を切る。

しかしながら、前記複数個のコンデンサを用いて電動機のトルク及び速度を制御する単相誘導電動機において、複数個のコンデンサを用いることで前記電動機の製造原価が上昇するという問題点があり、前記複数個のコンデンサの連結を制御する別途の切換装置をさらに要することで追加費用が発生するという問題点があった。

本発明は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、スイッチ手段により電流の流れを制御して前記電動機に流れる電流の大きさを変化させて、前記コンデンサの有効容量を変化させることにより、複数個のコンデンサを用いることなく電動機のトルク及び速度を調節できる単相誘導電動機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための本発明による単相誘導電動機は、主巻線、補助巻線及びコンデンサを含んで構成され、電流の流れを制御して前記電動機に流れる電流の大きさを変化させることで、前記コンデンサの有効容量を変化させるスイッチ手段をさらに含んで構成されることを特徴とする。

特に、前記スイッチ手段は、前記コンデンサに並列連結され、前記スイッチ手段は、トライアックであることを特徴とする。

前記単相誘導電動機は、スイッチ手段のオン/オフ状態に応じて電動機に流れる電流の流れを制御するが、前記スイッチ手段のオン状態期間を調節して前記電動機に流れる電流の大きさを変化することを特徴とする。

また、前記スイッチ手段のオン状態期間を調節するにおいて、前記スイッチ手段は、前記電動機の電源周波数に同期して所定時間の間オンになるように構成されることを特徴とする。

前記単相誘導電動機は、各実施形態によって洗濯機に取り付けられる電動機に使用されるか、食器洗浄器に取り付けられる電動機に使用され、前記電動機または食器洗浄器の行程状態に応じて前記スイッチ手段のオン状態期間を調節し、前記洗濯機の洗濯、脱水行程または食器洗浄器の洗浄行程を高速または低速に行うことを特徴とする。

一方、本発明による単相誘導電動機の制御方法は、電流の流れを制御して電動機に流れる電流の大きさを変化するスイッチ手段を含む洗濯機用単相誘導電動機の制御方法であって、洗濯機の洗濯行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を短くして電動機を低速に回転する第１段階と、前記洗濯機の脱水行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を長くして電動機を高速に回転する第２段階と、から構成されることを特徴とする。

前記第１段階は、スイッチ手段のオン状態期間を長くして電動機を高速に回転する段階をさらに含み、前記電動機の回転速度を変化して洗濯機の洗濯行程を多段階に行うことを特徴とする。

また、前記第２段階は、スイッチ手段のオン状態期間を短くして電動機を低速に回転する段階をさらに含み、前記電動機の回転速度を変化して洗濯機の脱水行程を多段階に行うことを特徴とする。

本発明の単相誘導電動機及びその制御方法は、電動機に使用されるコンデンサの数を減少して製造原価を節減するとともに、低容量のコンデンサを使用して高い有効容量を有するという効果がある。

以下、本発明による単相誘導電動機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。本実施形態を説明するにおいて、同一構成部材には、同一名称及び符号を使用した。

図３は、本発明による単相誘導電動機を示した回路図であり、図４は、図３のスイッチ手段としてトライアックを適用した場合の回路図である。

図３及び図４に示すように、本発明による単相誘導電動機は、主巻線Ｍおよび補助巻線Ｓと、この補助巻線Ｓに直列連結され、補助巻線Ｓに流入される電流位相と主巻線Ｍに流れる電流位相とに所定の差を与えるコンデンサＣと、を含んで構成される。

特に、本発明による単相誘導電動機は、前記コンデンサＣに並列連結されるスイッチ手段１０をさらに含んで構成されるが、このスイッチ手段１０は、電動機に流れる電流の大きさを変化させることにより前記コンデンサＣの有効容量を変化させる。

一方、前記スイッチ手段１０としては、トライアック１１が適用されており、その他に、交流電源のオン/オフを制御するリレーなどのスイッチ素子が適用される。

以下、図３及び図４に示した単相誘導電動機の動作を説明する。

まず、電動機を駆動するための電源ＡＣが印加されると、主巻線Ｍには、交番磁界が形成され、補助巻線Ｓには、前記主巻線Ｍに流入される電流と相異なる位相の電流が印加されることで、前記交番磁界と相異なる位相の補助磁界が形成され、前記電動機の回転子に回転トルクが発生する。

前記回転トルクは、補助巻線Ｓに印加される電流の大きさに応じて変化するが、前記電流が大きい場合、電動機が高速/高トルクで動作し、電流が小さい場合、電動機が低速/低トルクで動作する。

前記コンデンサＣに並列連結されるスイッチ手段１０をオン/オフ動作することで、補助巻線Ｓに印加される電流の流れを制御して前記電動機に流れる電流の大きさを変化させることができるが、これは、前記スイッチ手段１０をオン状態で動作する場合、前記コンデンサＣとともに形成される等価インピーダンスが小さくなり、前記スイッチ手段１０をオフ状態で動作させる場合、前記コンデンサＣとともに形成される等価インピーダンスが大きくなるためである。

したがって、前記スイッチ手段１０がオン状態になる場合、等価インピーダンスが小さくなって前記補助巻線Ｓに印加される電流値が大きくなり、前記スイッチ手段１０がオフ状態になる場合、等価インピーダンスが大きくなって前記補助巻線Ｓに印加される電流値が小さくなる。

また、交流電源ＡＣがコンデンサＣに印加される場合、前記コンデンサＣによるインピーダンス値がコンデンサＣの容量に反比例するので、前記スイッチ手段１０がオン状態になると、前記コンデンサＣの有効容量が大きくなり、前記スイッチ手段１０がオフ状態になると、前記コンデンサＣの有効容量が小さくなるという効果がある。

一方、前記スイッチ手段１０としては、図４に示すように、トライアック１１が適用されるが、前記トライアック１１は、スイッチ用半導体の一種であり、交流電流の通過開始を制御して平均電流を制御する素子である。前記スイッチ手段１０に制御信号を送信する制御部(図示せず)は、前記電動機が適用される機器の動作状態に応じて適切な制御信号を送信することで、前記スイッチ手段１０をオン/オフにする。

前記単相誘導電動機は、スイッチ手段のオン状態期間を調節することで電動機に流れる電流の大きさを変化させるが、これを図５及び図６に基づいて説明する。

図５は、電源周波数に同期したスイッチ手段の動作を示したグラフであり、図６は、スイッチ作動によるコンデンサの有効容量を示したグラフである。

本発明に適用されるスイッチ手段１０がオンになる場合は、電動機を流れる電流値が増加することで前記コンデンサＣの有効容量が高くなり、前記電動機が高速/高トルクで動作するようになる。また、前記スイッチ手段１０のオン状態維持期間が増加するほど、コンデンサＣの有効容量が増加するので、スイッチ手段１０のオン状態維持期間を調節することにより、前記電動機の回転速度及びトルクを調節することができる。

図５に示すように、前記スイッチ手段１０は、電動機に印加される交流電源ＡＣの電源周波数に同期して所定時間(Δt)の間オンになることで、スイッチ手段１０のオン/オフ調節による前記コンデンサＣの有効容量を変化することができる。

スイッチ手段１０が前記電源周波数に同期して所定時間(Δt)の間オンになる動作を反復するにおいて、前記スイッチ手段１０のオン期間(Δt)が長いほど、前記交流電源の一周期当りに電動機に流れる電流値が大きくなる。すなわち、電源周波数に同期した前記スイッチ手段１０のオン期間(Δt)が長いほどコンデンサＣの有効容量が増加し、これと反対に、前記スイッチ手段１０のオン期間(Δt)が短いほどコンデンサＣの有効容量値が減少する。

図６は、前記したように、スイッチ手段１０のオン状態維持期間(Δt)によるコンデンサＣの有効容量値の変化を示したグラフであり、前記オン状態維持期間(Δt)が増加するにつれて有効容量値が大きくなることが分かる。

本発明による一つのコンデンサＣおよび一つのスイッチ手段１０を適用した単相誘導電動機は、前記のように動作することで、複数個のコンデンサを使用することなく、低廉なスイッチ手段１０を使用して電動機に印加されるトルク及び回転速度を調節することができる。また、一般に、前記単相誘導電動機は、一つのコンデンサを使用した電動機に比べて前記コンデンサの有効容量が増加するため、低容量のコンデンサを使用して電動機を高トルクで動作することができる。

このように動作する単相誘導電動機の一実施形態は、洗濯機用電動機に適用されるが、以下、この洗濯機用電動機による洗濯機の動作を説明する。

まず、洗濯機は、洗濯行程時に電動機を低速に回転し、脱水行程時に電動機を高速に回転して前記各行程を行う。

ここで、低速で洗濯行程を行う場合、所定期間の間前記洗濯を高速に行うか、脱水行程を低速に行うことで、前記洗濯及び脱水行程を多段階に効率的に行うことができる。したがって、前記洗濯機の洗濯及び脱水行程を多段階に行うために、本発明による一つのコンデンサ及びこれに連結されるスイッチ手段を含む単相誘導電動機が前記洗濯機に適用される。

本発明による単相誘導電動機が洗濯機に適用される場合、洗濯及び脱水行程時、前記スイッチ手段１０のオン状態期間を調節して電動機の速度を可変することができ、前記したように、洗濯機に印加される交流電源の電源周波数に同期して所定時間の間オンになるように速度を可変することができる。

洗濯機の洗濯行程時、高速洗濯のために前記スイッチ手段１０のオン状態維持期間を増加し、前記印加される交流電源の周期当りに電動機に流れる電流値を大きくすることで、電動機が高速/高トルクで動作するようになる。

また、低速洗濯のために、前記スイッチ手段１０のオン状態維持期間を減少することで、電動機が低速/低トルクで動作するようになる。

このような動作が洗濯機の脱水行程にも適用されることで、高速脱水行程のために前記スイッチ手段１０のオン状態維持期間を増加し、低速脱水行程のために前記スイッチ手段１０のオン状態維持期間を減少する。

このように構成された単相誘導電動機の他の実施形態は、食器洗浄器に適用される。

前記単相誘導電動機が食器洗浄器に適用される場合も、前記スイッチ手段１０のオン状態維持期間を調節することで電動機に流れる電流値を変化し、よって、前記食器洗浄器の高速洗浄行程または低速洗浄行程を交代に行うことができる。

本発明による電流の流れを制御して電動機に流れる電流の大きさを変化するスイッチ手段を含む単相誘導電動機が洗濯機に適用される場合、前記単相誘導電動機の制御方法は、図７に示したように、洗濯機の洗濯行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を短くして電動機を低速に回転する第１段階Ｓ１と、前記洗濯機の脱水行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を長くして電動機を高速に回転する第２段階Ｓ２と、から構成される。

また、前記洗濯機の洗濯行程及び脱水行程を効率的に行うために、前記各行程における電動機の回転速度を変化することで洗濯行程及び脱水行程を多段階に行う。

このために、前記第１段階の洗濯機の洗濯行程は、スイッチ手段のオン状態期間を長くして電動機を高速に回転する段階をさらに含んで構成される。よって、前記洗濯行程時に低速及び高速洗濯段階を交代に行うことで、前記各行程が多段階に行われる。

また、前記第２段階の洗濯機の脱水行程も、スイッチ手段のオン状態期間を短くして電動機を低速に回転する段階をさらに含んで構成される。よって、前記脱水行程も多段階に行われる。

以上、本発明によるコンデンサ運転型単相誘導電動機を図面に基づいて説明したが、本発明は、明細書に開示された実施形態および図面に限定されることなく、本発明の技術思想が保護される範囲であれば当業者により応用可能である。

従来の単相誘導電動機を示す回路図。 従来の複数個のコンデンサを装着した単相誘導電動機を示す回路図。 本発明による単相誘導電動機を示す回路図。 図３のスイッチ手段としてトライアックを適用した場合の回路図。 電源周波数に同期したスイッチ手段の動作を示すグラフ。 スイッチ作動によるコンデンサの有効容量を示すグラフ。 本発明による単相誘導電動機の制御方法を示すフローチャート。

符号の説明

Ｍ 主巻線
Ｓ 補助巻線
Ｃ コンデンサ
１０ スイッチ手段
１１ トライアック

Claims (14)

1. 主巻線、補助巻線及びコンデンサを含んで構成される単相誘導電動機であって、
   電流の流れを制御して前記電動機に流れる電流の大きさを変化させることで、前記コンデンサの有効容量を変化させるスイッチ手段をさらに含んで構成されることを特徴とする単相誘導電動機。
2. 前記スイッチ手段は、前記コンデンサに並列連結されることを特徴とする請求項１記載の単相誘導電動機。
3. 前記スイッチ手段は、トライアックであることを特徴とする請求項２記載の単相誘導電動機。
4. 前記単相誘導電動機は、スイッチ手段のオン状態期間を調節して前記電動機に流れる電流の大きさを変化させることを特徴とする請求項２記載の単相誘導電動機。
5. 前記スイッチ手段は、前記電動機の電源周波数に同期して所定時間の間オンになるように構成することを特徴とする請求項４記載の単相誘導電動機。
6. 高速回転時、前記スイッチ手段のオン状態期間を増加し、低速回転時、前記スイッチ手段のオン状態期間を減少するように動作することを特徴とする請求項５記載の単相誘導電動機。
7. 前記単相誘導電動機は、洗濯機用電動機であることを特徴とする請求項１記載の単相誘導電動機。
8. 洗濯機の高速洗濯行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を増加し、低速洗濯行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を減少するように動作することを特徴とする請求項７記載の単相誘導電動機。
9. 洗濯機の高速脱水行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を増加し、低速脱水行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を減少するように動作することを特徴とする請求項７記載の単相誘導電動機。
10. 前記単相誘導電動機は、食器洗浄器用電動機であることを特徴とする請求項１記載の単相誘導電動機。
11. 食器洗浄器の高速洗浄行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を増加し、低速洗浄行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を減少するように動作することを特徴とする請求項１０記載の単相誘導電動機。
12. 電流の流れを制御して電動機に流れる電流の大きさを変化させるスイッチ手段を含む洗濯機用単相誘導電動機の制御方法であって、
    洗濯機の洗濯行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を短くして電動機を低速に回転させる第１段階と、
    前記洗濯機の脱水行程時、前記スイッチ手段のオン状態期間を長くして電動機を高速に回転させる第２段階と、から構成される単相誘導電動機の制御方法。
13. 前記第１段階は、前記電動機の回転速度を変化して洗濯機の洗濯行程を多段階に行うために、スイッチ手段のオン状態期間を長くして電動機を高速に回転させる段階をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１２記載の単相誘導電動機の制御方法。
14. 前記第２段階は、前記電動機の回転速度を変化させて洗濯機の脱水行程を多段階に行うために、スイッチ手段のオン状態期間を短くして電動機を低速に回転させる段階をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１２記載の単相誘導電動機の制御方法。

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