JP2006087292A - 単相誘導電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動機の正常運転時、起動装置への電流流入を防止することで、前記起動装置の電力消費を遮断し、かつ、前記起動装置の電力消費遮断装置を容易に実現することで、前記電動機の作業性および効率を向上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および運転キャパシタＣｒを含んで構成される単相誘導電動機であって、初期起動時に高い値の起動トルクを発生する起動装置と、正常運転時に前記起動装置に流入される電流を遮断することで、起動装置の電力消費を防止する電力消費防止手段と、を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、単相誘導電動機に関するもので、詳しくは、正常運転時にＰＴＣサーミスタなどの起動装置への電流流入を遮断することで、前記起動装置の電力消費による電動機の効率低下を防止できる単相誘導電動機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、一般的な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、一般的な単相誘導電動機は、電源Ｅによって駆動され、主巻線Ｍ、補助巻線Ｓ、この補助巻線Ｓに直列接続された運転コンデンサＣｒおよびこの運転コンデンサＣｒに並列接続されたＰＴＣサーミスタなどの起動装置により構成されており、前記起動装置には、起動コンデンサＣｓが直列接続される。

前記起動装置として使用されるＰＴＣサーミスタは、温度に応じて抵抗値が変わる素子であり、高温では高い抵抗値を、低温では低い抵抗値をそれぞれ有する。

以下、このように構成された一般的な単相誘導電動機の動作を説明する。

まず、電源Ｅが印加されて前記電動機が初期起動するときは、ＰＴＣサーミスタの抵抗値が小さいことから、前記補助巻線Ｓ側に流れる電流がＰＴＣサーミスタおよび起動コンデンサＣｓを経由することで、高い値の起動トルクが発生するようになる。

他方、所定時間が経過して前記単相誘導電動機が正常運転するときは、前記ＰＴＣサーミスタの温度が上昇して抵抗値が非常に大きくなることから、前記ＰＴＣサーミスタをつなぐ結線が遮断するという効果をもたらす。よって、前記補助巻線Ｓ側に流れる電流が運転コンデンサＣｒを経由することで、前記主巻線Ｍ、補助巻線Ｓおよび運転コンデンサＣｒにより形成される磁場と回転子(図示せず)との相互作用により、前記回転子が同期速度で回転するようになる。

好ましくは、前記電動機の正常動作時にＰＴＣサーミスタの抵抗値が無限大となり、前記ＰＴＣサーミスタへの電流流入が遮断されるはずであるが、実際は、少量の漏洩電流が前記ＰＴＣサーミスタに流れるため、ＰＴＣサーミスタで不要な消費電力が発生することで、電動機全体の効率が低下するようになる。

このような問題点を改善するための、正常運転時におけるＰＴＣサーミスタの電力消費遮断手段を備えた単相誘導電動機を、図２に基づいて説明する。

図２は、従来の起動装置の電力消費遮断手段を備え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、従来の単相誘導電動機は、電源Ｅ、主巻線Ｍ、補助巻線Ｓ、前記主巻線Ｍから発生する時変磁束を介して電圧が誘導されるサーチコイル１、およびこのサーチコイル１に誘導された電圧がそのゲートに印加されるトライアック（登録商標）２などの半導体スイッチ素子を含んで構成される。

前記電動機の初期起動時は、主巻線Ｍに印加される電流値が大きいことから、前記サーチコイル１に誘導される電圧値も大きくなり、前記トライアック（登録商標）２がオン状態を維持するようになる。よって、前記補助巻線Ｓを流れる電流は、起動装置に該当する抵抗Ｒおよびトライアック（登録商標）２を経由する方向に流れる。

他方、前記電動機の正常運転時は、前記サーチコイル１に誘導される電圧値が減少し、前記トライアック（登録商標）２がオフ状態に転換することで、補助巻線Ｓを流れる全ての電流が運転コンデンサＣｒを経由するので、ＰＴＣサーミスタなどでの電力消費を防止することができる。

しかしながら、前記電力消費遮断手段により、単相誘導電動機の正常運転時、前記抵抗Ｒの下側に該当するＰＴＣサーミスタの電力消費を遮断する場合、サーチコイルの設置および時変磁界から電圧を誘導するための付加装置の設置が容易でなく、前記電動機の作業性および効率が低下するという問題点があった。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので、電動機の正常運転時、起動装置への電流流入を防止することで、前記起動装置の電力消費を遮断し、かつ、前記起動装置の電力消費遮断装置を容易に実現することで、前記電動機の作業性および効率を向上できる単相誘導電動機を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明による単相誘導電動機は、主巻線、補助巻線および運転キャパシタを含んで構成される単相誘導電動機であって、初期起動時に高い値の起動トルクを発生する起動装置と、正常運転時に前記起動装置に流入される電流を遮断することで、起動装置の電力消費を防止する電力消費防止手段と、を含んで構成されることを特徴とする。

また、前記電力消費防止手段は、電流信号送信素子と、前記電流信号送信素子から送信された電流信号に応じてオン/オフのスイッチング動作をすることで、前記起動装置への電流流入を制御するスイッチ素子と、から構成され、前記スイッチ素子は、前記単相誘導電動機の正常運転時にオフになって、前記起動装置への電流流入を遮断するように構成される。

一方、前記電流信号送信素子としては、１次コイル側に入力される電流量に応じて２次コイル側に誘導される電流を外部に印加する変流器が適用される。

また、前記電流信号送信素子として変流器が適用された場合、前記変流器は、主巻線の一側に直列接続されるか、または電源の一側に直列接続されて構成され、前記スイッチ素子は、変流器の２次コイル側に誘導されてゲート部に印加された電流量に応じてオン/オフ動作をするトライアック（登録商標）またはリレーである。

一方、本発明の他の実施形態による単相誘導電動機は、主巻線、補助巻線および運転キャパシタを含んで構成される単相誘導電動機であって、初期起動時に高い値の起動トルクを発生する起動装置と、正常運転時に前記起動装置への電流の流れおよび遮断を制御することで、起動装置の電力消費を防止するソレノイドスイッチと、を含んで構成されることを特徴とする。

一方、前記ソレノイドスイッチは、主巻線に流入された電流、または電源によって印加された電流が流れるコイルを巻線し、前記電流の大きさに応じて前記起動装置への電流の流れおよび遮断を制御する。

本発明の単相誘導電動機は、電流信号送信素子および前記電流信号を受けてスイッチング動作をするスイッチ素子からなる電力消費防止装置を含んで構成されるので、前記単相誘導電動機の正常運転時に起動装置への電流流入を遮断することで、前記起動装置の電力消費による単相誘導電動機の効率低下を防止でき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各実施形態を、図面に基づいて説明する。各実施形態における同一構成には、同一の名称および符号が使用される。

図３乃至図６は、本発明の各実施形態による単相誘導電動機を示した回路図である。図示したように、本発明による単相誘導電動機は、電源Ｅ、主巻線Ｍ、補助巻線Ｓ、運転キャパシタＣｒおよびこの運転キャパシタＣｒに並列接続された起動装置を含んで構成され、前記起動装置は、直列接続された起動キャパシタＣｓをさらに含んで構成される。

図３は、本発明の第１実施形態による単相誘導電動機を示した回路図である。図３に示すように、単相誘導電動機の正常運転時に前記起動装置への流入電流を遮断し、起動装置の電力消費を防止する電力消費防止手段としては、変流器１０およびスイッチ素子が用いられ、前記スイッチ素子としては、トライアック（登録商標）２０が用いられる。

また、前記変流器１０は、主巻線Ｍの一側に直列接続されており、前記主巻線Ｍに印加された電流は、変流器１０の１次コイル側に入力され、かつ、前記変流器１０の１次コイル側に入力された電流量に応じて２次コイル側に誘導された電流は、前記トライアック（登録商標）２０のゲート部に印加される。

一方、図４は、本発明の第２実施形態による単相誘導電動機を示した回路図で、図示したように、電流信号送信素子としては、変流器１０が用いられ、スイッチ素子としては、トライアック（登録商標）２０が用いられる。特に、前記変流器１０が電源の一側に直列接続されるため、前記電源から出力された電流は、前記変流器１０の１次コイル側に入力する。

図５は、本発明の第３実施形態による単相誘導電動機を示した回路図で、前記実施形態と同様に、電流信号送信素子としては、変流器１０が用いられ、スイッチ素子としては、前記変流器１０の２次コイル側から印加された電流量に応じてオン/オフ動作をするリレー２１が用いられる。

図６は、本発明の第４実施形態による単相誘導電動機を示した回路図で、図示したように、電源Ｅ、主巻線Ｍ、補助巻線Ｓ、運転キャパシタＣｒ、起動キャパシタＣｓおよび起動装置の他に、この起動装置の電力消費防止手段として、ソレノイドスイッチ４０が用いられる。

一般に、前記ソレノイドスイッチ４０は、コアを取り囲む円筒状の金属にコイルを巻線してなるソレノイド４２と、このソレノイド４２の上端に形成され、起動コンデンサＣｓとＰＴＣサーミスタ３０とをつなぐ結線のオン/オフ動作をするスイッチング部４１と、前記ソレノイド４２の下端に形成されたスプリング４３と、所定重さのプレート４４と、から構成される。また、前記結線のオン/オフ動作をするスイッチング部４１が前記起動装置に直列接続されるため、前記スイッチング部４１がオフになる場合、起動装置への電流流入が遮断される。

一方、図３乃至図６に示すように、起動装置としては、ＰＴＣサーミスタ３０が適用される。

以下、本発明の単相誘導電動機の動作を、図３乃至図６に基づいて説明する。

図３に示した本発明の第１実施形態によると、本発明の単相誘導電動機では、電源Ｅから印加された電源によって主巻線Ｍおよび補助巻線Ｓが磁界を形成し、この磁界の相互作用により回転トルクを発生する。また、本発明の単相誘導電動機は、前記補助巻線Ｓに直列接続された運転コンデンサＣｒおよびこの運転コンデンサＣｒに並列接続された起動装置を含んでおり、前記起動装置としては、ＰＴＣサーミスタ３０が用いられる。

また、前記単相誘導電動機の正常運転時、前記ＰＴＣサーミスタ３０への少量の電流流入により電力消費が発生することを防止するために、電力消費防止手段として、変流器１０およびトライアック（登録商標）２０が用いられる。

また、前記変流器１０は、一般的な変圧器とほぼ類似した構造の装置であり、一般に、前記変流器１０を形成する成層鉄心の１次コイル側に少量のコイルを巻線し、これに対応する２次コイル側に多量のコイルを巻線することで、前記１次コイル側に印加された電流量に応じて２次コイル側に誘導される電流の大きさは、前記第２次コイルの巻線数に反比例する。

また、前記トライアック（登録商標）２０は、ＰＴＣサーミスタ３０に直列接続されており、変流器１０の２次コイル側に誘導されてゲート電極に流入された前記電流の大きさに応じてオン/オフ動作をするスイッチ素子である。

特に、本発明の第１実施形態において、前記変流器１０は、主巻線Ｍの一側に直列接続されるので、電源Ｅが印加されて主巻線Ｍ側に流れる電流は、前記変流器１０の１次コイル側に入力される。

電動機の初期起動時、電流が主巻線Ｍおよび補助巻線Ｓ側に分枝されてそれぞれ流れるが、このとき、主巻線Ｍ側に高い値の電流が流入されるので、前記変流器１０の１次コイル側に高い値の電流が印加される。

前記１次コイル側に入力された電流量に応じて２次コイル側に誘導される電流量も大きな値を有するので、前記２次コイル側に誘導される電気的信号が前記トライアック（登録商標）２０のゲート部に印加されると、前記トライアック（登録商標）２０は、オン状態でスイッチングを維持するようになる。また、電動機の初期起動時、前記ＰＴＣサーミスタ３０が低い抵抗値を有するので、前記補助巻線Ｓ側に流入される電流は、前記トライアック（登録商標）２０、起動コンデンサＣｓおよびＰＴＣサーミスタ３０などが直列接続された結線側を経由して流れる。

このように、電動機の初期起動時、補助巻線Ｓに流れる電流が起動コンデンサＣｓを経由するように構成することで、前記電動機の初期起動性能を向上することができる。

前記電動機の初期起動後、所定時間が経過すると、電動機が正常運転をするが、電動機の動作特性上、電源Ｅから主巻線Ｍに流れる電流値が低くなる。また、前記電動機が所定時間の間動作すると、ＰＴＣサーミスタ３０の温度が上昇して前記ＰＴＣサーミスタ３０の抵抗値が増加する。よって、前記起動コンデンサＣｓおよびＰＴＣサーミスタ３０をつなぐ結線全体の等価抵抗値が上昇するため、補助巻線Ｓに流れるほとんどの電流は、運転コンデンサＣｒを経由して流れるように方向が切り換えられる。

しかしながら、実際の単相誘導電動機において、正常運転時にも少量の漏洩電流が前記ＰＴＣサーミスタ３０に流れるため、前記ＰＴＣサーミスタ３０の電力消費によって電動機の効率が減少するという問題があった。

本発明の第１実施形態では、前記したように、電動機の正常運転時に主巻線Ｍに印加される電流量が減少することで、前記変流器１０の１次コイル側に入力される電流値も低くなるが、前記１次コイルによって誘導される２次コイル側の電流値もこれに連動して低くなる。

したがって、前記変流器１０の２次コイル側からトライアック（登録商標）２０のゲート部に印加される電流値が低くなるので、前記トライアック（登録商標）２０がオフ状態でスイッチングされる。よって、電動機の正常運転時に起動コンデンサＣｒおよびＰＴＣサーミスタ３０への電流流入を遮断するので、従来の電動機の正常運転時、少量の電流が前記起動コンデンサＣｒおよびＰＴＣサーミスタ３０を経由して流れることにより不要な電力消費が発生することを防止し、前記電動機全体の効率を増加することができる。

一方、図４に示した本発明の第２実施形態による単相誘導電動機は、磁界の相互作用により回転トルクを発生する主巻線Ｍ、補助巻線Ｓ、この補助巻線Ｓに直列接続された運転コンデンサＣｒ、この運転コンデンサＣｒに並列接続された起動装置を含んでおり、前記実施形態と同様に、前記起動装置としては、ＰＴＣサーミスタ３０が用いられる。

また、電力消費防止装置としては、変流器１０およびトライアック（登録商標）２０が適用されるが、前記変流器１０は、電源Ｅの一側に直列接続されるため、電動機の駆動時、前記電源Ｅから印加された電流が変流器１０の１次コイル側に印加される。

このような構成により、電動機の正常運転時、変流器１０の１次コイル側に印加された電流が減少し、よって、前記１次コイルに印加された電流によって２次コイル側に誘導された電流の大きさが減少することで、前記変流器１０の２次コイル側からトライアック（登録商標）２０のゲート部に印加される電流値が低くなるので、前記トライアック（登録商標）２０がオフ状態でスイッチングされ、電動機の正常運転時の前記ＰＴＣサーミスタ３０への電流流入を遮断することができる。

一方、図５に示した本発明の第３実施形態による単相誘導電動機は、主巻線Ｍ、補助巻線Ｓ、運転コンデンサＣｒおよび起動装置を含んでおり、前記実施形態と同様に、前記起動装置としては、ＰＴＣサーミスタ３０が用いられる。

特に、本発明の第３実施形態では、電力消費防止装置として、変流器１０およびスイッチ手段が使用されるが、変流器１０の２次コイルから印加される電流の大きさにより形成される磁場の変化に応じて、オン/オフ動作をする磁気スイッチ用リレー２１などが前記スイッチ手段として用いられ、本発明の他の実施形態と同様に、電動機の正常運転時のＰＴＣサーミスタ３０への電流流入を遮断することができる。

また、スイッチ手段としてリレー２１が適用される第３実施形態において、前記変流器１０が電源の一側に直列接続されることで、電源Ｅからの電流が前記変流器１０の１次コイル側に流れ、かつ、前記変流器１０が主巻線Ｍの一側に直列接続されることで、主巻線Ｍ側に流入される電流が前記変流器１０の１次コイル側に流れる。

一方、図６に示した本発明の第４実施形態による単相誘導電動機は、電源Ｅ、主巻線Ｍ、補助巻線Ｓ、この補助巻線Ｓに直列接続された運転コンデンサＣｒ、およびこの運転コンデンサＣｒに並列接続されたＰＴＣサーミスタ３０を含んで構成されており、前記実施形態と同様に、前記ＰＴＣサーミスタ３０に直列接続された起動コンデンサＣｓをさらに含んで構成される。

特に、本発明の第４実施形態では、前記電動機の正常運転時、ＰＴＣサーミスタ３０への電流流入を遮断する電力消費防止装置として、ソレノイドスイッチ４０が使用される。

一般に、前記ソレノイドスイッチ４０は、コアを取り囲む円筒状の金属にコイルが巻線されてなるソレノイド４２と、このソレノイド４２の上端に形成され、前記ＰＴＣサーミスタ３０と起動コンデンサＣｓとをつなぐ結線のオン/オフ動作をするスイッチング部４１と、前記ソレノイド４２の下端に形成されたスプリング４３と、所定重さのプレート４４と、から構成される。

このような構成により、前記コイルを流れる電流値が小さい場合、前記プレート４４の物理的な力によって前記コアがプレート４４側に移動することで、前記スイッチング部４１をオフ状態に維持し、その反面、前記コイルに流れる電流値が増加する場合、前記コイルにより形成される磁場によって前記コアを取り囲む円筒状の金属内部にコアが移動することで、前記コアを安定な状態に維持し、よって、前記コアに連結されたスイッチング部４１が結線をオン状態に維持する。

このように動作するソレノイドスイッチ４０を本発明に適用する場合、電源Ｅからの電流、または主巻線Ｍに流入する電流が流れるコイルを巻回して前記ソレノイド４２を形成し、特に、図６に示したソレノイド４２には、主巻線Ｍに流入する電流が流れるコイルを巻回する。

また、前記ソレノイド４２の上端に形成されたスイッチング部４１は、起動コンデンサＣｓおよびＰＴＣサーミスタ３０を接続する結線の一側に形成され，前記ソレノイド４２に流れる電流の大きさに応じてオン/オフ動作をすることで、電動機の正常運転時に前記ＰＴＣサーミスタ３０への電流の流れおよび遮断を制御する。

前記電動機の初期起動時、電源Ｅ側から大きな値の電流が主巻線Ｍ側に流入され、前記ソレノイド４２を形成するコイルには、小さな値の電流が印加される。

そのため、前記ソレノイド４２により形成される磁場の大きさに応じてコアが上側に移動することで、前記ソレノイド４２の上側に形成されたスイッチング部４１は、起動コンデンサＣｓおよびＰＴＣサーミスタ３０をつなぐ結線をオン状態に維持する。

また、前記電動機の初期起動時、前記ＰＴＣサーミスタ３０が低い抵抗値を有するので、前記補助巻線Ｓ１側に流入された電流は、前記起動コンデンサＣｓおよびＰＴＣサーミスタ３０などが直列接続された結線側を経由して流れるようになる。

前記電動機の初期起動後、所定時間が経過して電動機が正常運転をする場合、主巻線Ｍに流れる電流の減少によって、前記ソレノイド４２を形成するコイルに印加される電流値が小さくなり、前記ソレノイド４２により形成される磁場も小さくなる。

この場合、ソレノイド４２の下側に形成されたスプリング４３およびプレート４４の物理的作用により、前記コアを下側に引っ張って移動することになり、前記ソレノイド４２の上側に形成されたスイッチング部４１がオフになることで、前記起動コンデンサＣｓおよびＰＴＣサーミスタ３０への電流流入を遮断することができる。

一般的な単相誘導電動機を示した回路図である。 従来の起動装置の電力消費遮断手段を備えた単相誘導電動機を示した回路図である。 本発明の第１実施形態による単相誘導電動機を示した回路図である。 本発明の第２実施形態による単相誘導電動機を示した回路図である。 本発明の第３実施形態による単相誘導電動機を示した回路図である。 本発明の第４実施形態による単相誘導電動機を示した回路図である。

符号の説明

１０ 変流器
２０ トライアック（登録商標）
２１ リレー
３０ ＰＴＣサーミスタ
４０ ソレノイドスイッチ

Claims (14)

1. 主巻線、補助巻線および運転キャパシタを含んで構成される単相誘導電動機であって、
   初期起動時に高い値の起動トルクを発生する起動装置と、正常運転時に前記起動装置に流入する電流を遮断することで、起動装置の電力消費を防止する電力消費防止手段と、
   を含んで構成されることを特徴とする単相誘導電動機。
2. 起動コンデンサをさらに含んで構成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. 前記起動装置は、ＰＴＣサーミスタであることを特徴とする請求項１又は２記載の単相誘導電動機。
4. 前記電力消費防止手段は、電流信号送信素子と、前記電流信号送信素子から送信された電流信号に応じてオン/オフのスイッチング動作をすることで、前記起動装置への電流流入を制御するスイッチ素子と、から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の単相誘導電動機。
5. 前記スイッチ素子は、前記単相誘導電動機の正常運転時にオフになって、前記起動装置への電流流入を遮断するように構成されることを特徴とする請求項４記載の単相誘導電動機。
6. 前記電流信号送信素子は、１次コイル側に入力される電流量に応じて２次コイル側に誘導される電流を外部に印加する変流器であることを特徴とする請求項４又は５に記載の単相誘導電動機。
7. 前記変流器は、主巻線の一側に直列接続されることを特徴とする請求項６記載の単相誘導電動機。
8. 前記変流器は、電源の一側に直列接続されることを特徴とする請求項６記載の単相誘導電動機。
9. 前記スイッチ素子は、前記変流器の２次コイル側から流れる電流量に応じてオン/オフのスイッチング動作をするように構成されることを特徴とする請求項７又は８に記載の単相誘導電動機。
10. 前記スイッチ素子は、前記変流器の２次コイル側に誘導されてゲート部に流れる電流量に応じてオン/オフ動作をするトライアック（登録商標）であることを特徴とする請求項９記載の単相誘導電動機。
11. 前記スイッチ素子は、前記変流器の２次コイル側から流れる電流量に応じてオン/オフ動作をするリレーであることを特徴とする請求項９記載の単相誘導電動機。
12. 前記電力消費防止手段は、ソレノイドスイッチからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の単相誘導電動機。
13. 前記ソレノイドスイッチは、主巻線に流入する電流が流れるコイルを有し、前記電流の大きさに応じて前記起動装置への電流の流れおよび遮断を制御するように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。
14. 前記ソレノイドスイッチは、電源からの電流が流れるコイルを有し、前記電流の大きさに応じて前記起動装置への電流の流れおよび遮断を制御するように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。

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