JP2007124724A - 分相始動単相モータの制御方法及び分相始動単相モータ制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】裁断機に使用され、裁断能力の不足によるチャタリングが発生せず、カッターの変形及び刃こぼれを引き起こさず、火花発生による部品寿命短縮及び火災の虞がない分相始動単相モータ制御回路の提供。
【解決手段】主巻線４と始動用の補助巻線５とを備える分相始動単相モータ１を駆動制御する分相始動単相モータ制御回路。電源投入後、検出した主巻線４の電流値が第１電流値を超えるかを判定する第１判定手段６１と、第１電流値を超えたと判定したときに、補助巻線５に通電する第１通電手段７，７ａと、その通電中に、第１電流値を超えないと判定したときに、その通電を停止する手段７，７ａと、通電停止後、検出した電流値が、第１電流値より大きい第２電流値を超えるかを判定する第２判定手段３２，３３，５１〜５３と、第２電流値を超えたときに補助巻線５に通電する第２通電手段７，７ａとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、裁断機に使用される分相始動単相モータの駆動制御を行なう分相始動単相モータの制御方法及び分相始動単相モータ制御回路に関するものである。

裁断機（シュレッダ）には、機械式ガバナスイッチを備える分相始動単相モータを、裁断機構の駆動源に使用しているものがある。このような裁断機では、始動時、分相始動単相モータの主巻線に電流を流すと共に、補助巻線に機械式ガバナスイッチを通じて電流を流す。これにより、モータの回転速度が立ち上がると、機械式ガバナスイッチがオフになり、補助巻線の電流が遮断され、以後、主巻線に流れる電流のみで、裁断機構を駆動している。

特許文献１には、電動機に流れる電流で補助巻線に流れる電流をオン／オフする単相誘導電動機の始動装置が開示されている。
特許文献２には、始動後所定時間で補助巻線を切り離す単相誘導電動機の始動用電子回路が開示されている。
特許文献３には、モータ回転速度により補助巻線を切り離すガバナスイッチが開示されている。

特許文献４には、過負荷状態になると、補助巻線に通電して、加速又は再始動するモータ始動制御回路が開示されている。
特開昭６４−１６２７９号公報 特許第２９４８９０２号公報 特開２００５−１５１６２５号公報 特開昭６４−４３０８１号公報

上述した従来の裁断機では、紙の裁断中に裁断機構の能力を超えると、紙を裁断することができず、図３（ａ）に示すように、分相始動単相モータの回転速度が低下する。回転速度が切替速度まで低下すると、機械式ガバナスイッチが再びオンになり（Ｃ）、補助巻線に電流が流れ、分相始動単相モータの出力トルクが大きくなって、再び紙を裁断し始める。
この状態で回転速度が切替速度まで立ち上がると（Ｄ）、機械式ガバナスイッチがオフになる（Ａ）。機械式ガバナスイッチがオフになり（Ａ）、トルクが不足して、紙を裁断できないときは、回転速度が切替速度まで低下するので（Ｂ）、機械式ガバナスイッチが再びオンになる（Ｃ）。

従来の裁断機では、以上により、機械式ガバナスイッチが、図３（ｂ）に示すように、オン、オフを繰り返すチャタリング現象を起こすという問題がある。
また、機械式ガバナスイッチがチャタリング現象を起こすと、分相始動単相モータの出力トルクが脈動して、裁断機のカッターに衝撃力が繰り返し加わり、カッターの変形、刃こぼれを引き起こすという問題がある。

また、このとき、機械式ガバナスイッチは、過負荷状態にある分相始動単相モータに流れる大きな負荷電流の開平を繰り返すので、機械式ガバナスイッチの接点が開くときに、接点間に火花が生じ、接点寿命が短縮されるという部品寿命の問題、及び紙粉が発生する裁断機での火災に対する安全上の問題がある。
また、機械式ガバナスイッチを取り付けると、分相始動単相モータの外形が大きくなるという問題もある。
尚、機械式ガバナスイッチは、補助巻線に流れる電流を遮断するモータの回転速度を調整することができるが、過負荷時に再度、補助巻線に電流を流す適切な回転速度に、機械式ガバナスイッチの接点がチャタリングを起こさないように調整することは極めて困難である。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、裁断機に使用され、裁断能力の不足によるチャタリングが発生せず、カッターの変形及び刃こぼれを引き起こさず、火花発生による部品寿命短縮及び火災の虞がなく、また、分相始動単相モータの小型化を図ることができる分相始動単相モータの制御方法を提供することを目的とする。
第２発明では、裁断機に使用され、裁断能力の不足によるチャタリングが発生せず、カッターの変形及び刃こぼれを引き起こさず、火花発生による部品寿命短縮及び火災の虞がなく、また、分相始動単相モータの小型化を図ることができる分相始動単相モータ制御回路を提供することを目的とする。

第１発明に係る分相始動単相モータの制御方法は、紙を細かく裁断する裁断機の駆動に使用され、主巻線と始動用の補助巻線とを備える分相始動単相モータの駆動制御を行なう分相始動単相モータの制御方法において、電源投入後、前記主巻線に流れる電流を検出し、検出した電流値が第１電流値を超えるか否かを判定し、超えたと判定したときに、前記補助巻線に通電し、該補助巻線に通電しているときに、前記主巻線に流れる電流が、前記第１電流値を超えていないと判定したときに、前記補助巻線の通電を停止し、該通電を停止した後、検出した前記主巻線に流れる電流値が、前記第１電流値より大きい第２電流値を超えるか否かを判定し、前記裁断機が紙を裁断できず、前記主巻線に流れる電流値が、前記第２電流値を超えたと判定したときに、前記補助巻線に通電して、該補助巻線に通電しているときに、前記紙を裁断でき、前記主巻線に流れる電流が、前記第２電流値を超えていないと判定したときに、前記補助巻線の通電を停止することを特徴とする。

第２発明に係る分相始動単相モータ制御回路は、紙を細かく裁断する裁断機の駆動に使用され、主巻線と始動用の補助巻線とを備える分相始動単相モータの駆動制御を行なう分相始動単相モータ制御回路において、前記主巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電源投入後、該電流検出手段が検出した電流値が第１電流値を超えるか否かを判定する第１判定手段と、該第１判定手段が超えたと判定したときに、前記補助巻線に通電する第１通電手段と、該第１通電手段が通電しているときに、前記第１判定手段が超えていないと判定したときに、前記第１通電手段の通電を停止する手段と、該手段が停止した後、前記電流検出手段が検出した電流値が、前記第１電流値より大きい第２電流値を超えるか否かを判定する第２判定手段と、前記裁断機が紙を裁断できず、前記第２判定手段が超えたと判定したときに、前記補助巻線に通電して、前記紙を裁断可能とする第２通電手段と、該第２通電手段が通電しているときに、前記紙を裁断でき、前記第２判定手段が超えていないと判定したときに、前記第２通電手段の通電を停止する手段とを備えることを特徴とする。

第１発明に係る分相始動単相モータの制御方法及び第２発明に係る分相始動単相モータ制御回路では、紙を細かく裁断する裁断機の駆動に使用され、主巻線と始動用の補助巻線とを備える分相始動単相モータの駆動制御を行なう。電流検出手段が、主巻線に流れる電流を検出し、電源投入後、第１判定手段が、電流検出手段が検出した電流値が第１電流値を超えるか否かを判定する。第１判定手段が超えたと判定したときに、第１通電手段が補助巻線に通電し、第１通電手段が通電しているときに、第１判定手段が超えていないと判定したときに、停止する手段が第１通電手段の通電を停止する。通電を停止した後、電流検出手段が検出した電流値が、第１電流値より大きい第２電流値を超えるか否かを、第２判定手段が判定し、裁断機が紙を裁断できず、第２判定手段が超えたと判定したときに、第２通電手段が補助巻線に通電して、紙を裁断可能とする。第２通電手段が通電しているときに、紙を裁断でき、第２判定手段が超えていないと判定したときに、停止する手段が、第２通電手段の通電を停止する。

第１発明に係る分相始動単相モータの制御方法によれば、裁断機に使用され、裁断能力の不足によるチャタリングが発生せず、カッターの変形及び刃こぼれを引き起こさず、火花発生による部品寿命短縮及び火災の虞がなく、また、分相始動単相モータの小型化を図ることができる分相始動単相モータの制御方法を実現することができる。

第２発明に係る分相始動単相モータ制御回路によれば、裁断機に使用され、裁断能力の不足によるチャタリングが発生せず、カッターの変形及び刃こぼれを引き起こさず、火花発生による部品寿命短縮及び火災の虞がなく、また、分相始動単相モータの小型化を図ることができる分相始動単相モータ制御回路を実現することができる。

以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る分相始動単相モータの制御方法及び分相始動単相モータ制御回路の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。この裁断機の分相始動単相モータ制御回路は、端子Ｕ，Ｖ間に交流電源が与えられ、端子Ｕ，Ｖは、分相始動単相モータ１の主巻線４の両端に接続されている。また、始動制御回路３の端子Ｘ，Ｙ間に交流電源が与えられ、端子Ｘ，Ｙは、始動制御回路３の端子Ｘ１，Ｙ１を各経由して、分相始動単相モータ１の補助巻線５の両端に接続されている。端子Ｕ及び主巻線４間の導線には、流れる電流Ｉｍを検出するＣＴ（Current Transformer）４１が設けられている。

始動制御回路３は、端子Ｘ，Ｙ間に制御電源回路２０が接続され、制御電源回路２０は、交流電源を制御用の直流電源Ｖccに変換して出力する。
端子Ｘには、抵抗７ｂ及びトライアック（triode AC switch）（第１通電手段、第２通電手段、停止する手段）７の各一方の端子が接続され、抵抗７ｂの他方の端子は、フォトトライアック（第１通電手段、第２通電手段、停止する手段）７ａの二次側の一方の端子に接続され、二次側の他方の端子は、トライアック７のゲートに接続されている。トライアック７の他方の端子は端子Ｘ１に接続されている。

始動制御回路３は、整流平滑回路４２が、ＣＴ４１が電流Ｉｍに比例させて出力した交流電圧を整流して平滑し、電流Ｉｍに比例した直流電圧Ｅ５として出力する。
直流電源Ｖccの抵抗２１，２２による分圧Ｅ１が、比較器３３のマイナス端子に与えられ、比較器３３のプラス端子は、電解コンデンサ３２の陽極に接続され、電解コンデンサ３２の陰極は接地されている。比較器３３のプラス端子は、また、抵抗３１を通じて直流電源Ｖccに接続されている。

比較器３３の出力端子は、直流電源Ｖcc及び接地端子間に直列接続された抵抗５１，５２，５３のうちの抵抗５２，５３間に接続され、抵抗５１，５２間には、比較器６１（第１判定手段、第２判定手段）のプラス端子が接続されている。
比較器６１のマイナス端子には、整流平滑回路４２が出力した電圧Ｅ５が与えられ、比較器６１の出力端子は、フォトトライアック７ａの一次側及び抵抗６２を通じて直流電源Ｖccに接続されている。

以下に、このような構成の分相始動単相モータ制御回路の動作、及び分相始動単相モータの制御方法を、それを示す図２のタイミングチャートを参照しながら説明する。
始動時ｔ０には、端子Ｕ，Ｖ間及び端子Ｘ，Ｙ間に同時に交流電源が供給され始め、これにより、主巻線４に交流電流Ｉｍが流れる（図２（ａ））。
始動時ｔ０に、始動制御回路３の端子Ｘ，Ｙ間に交流電源が供給されると、制御電源回路２０は交流電源を直流電源Ｖccに変換して出力し、直流電源Ｖccの抵抗２１，２２で分圧された電圧Ｅ１は、比較器３３のマイナス端子に与えられる。

一方、抵抗３１及び電解コンデンサ３２で構成される積分回路では、直流電源Ｖccから抵抗３１を通じて充電電流が流れ、電解コンデンサ３２の充電電圧（陽極電圧）Ｅ２は上昇して行く。
電源投入時、充電電圧Ｅ２は低いので、Ｅ１＞Ｅ２となり、比較器の出力電圧Ｅ３はＬレベルになり、直流電源Ｖccは抵抗５１，５２で分圧され、その分圧Ｅ４は、第１の電流値に対応するものとして比較器６１のプラス端子に与えられる。
他方、整流平滑回路４２が出力した、電流Ｉｍに比例した直流電圧Ｅ５が比較器６１のマイナス端子に与えられている。

始動時、分相始動単相モータ１の主巻線４には、通常運転時より大きな始動電流が流れるので、Ｅ５＞Ｅ４となり、比較器６１の出力電圧Ｅ６がＬレベルとなり、抵抗６２を通じてフォトトライアック７ａの一次側に電流が流れ、フォトトライアック７ａの二次側が導通する。これにより、抵抗７ｂを通じてトライアック７のゲートにゲート電流Ｉｆが流れて、トライアック７が導通し、補助巻線５に交流電流Ｉａが流れ始め（ｂ）、分相始動単相モータ１が回転始動する。

分相始動単相モータ１が回転始動し、その回転速度が立ち上がって行くと、電源投入時は大きかった主巻線４に流れる電流Ｉｍは減少して行き、Ｅ５＜Ｅ４となり、比較器６１の出力電圧Ｅ６がＨレベルになる。その為、フォトトライアック７ａの一次側に流れる電流が遮断され、フォトトライアック７ａの二次側が非導通になる。これにより、トライアック７のゲート電流Ｉｆが遮断されるので、トライアック７は非導通になり、補助巻線５に流れる交流電流Ｉａは遮断される（ｂ）。
この状態では、分相始動単相モータ１は、回転速度が所定の回転数以上に立ち上がっているので、主巻線４に流れる電流Ｉｍのみにより（ａ）回転し続ける。

一方、始動制御回路３の端子Ｘ，Ｙ間に交流電源が供給され、所定時間が経過した時刻ｔ１では、電源投入時から上昇していた電解コンデンサ３２の充電電圧Ｅ２が、Ｅ２＞Ｅ１となり、比較器の出力電圧Ｅ３はＨレベルになる。これにより、直流電源Ｖccは抵抗５１と抵抗５２，５３とで分圧され、以後、その分圧Ｅ４は、第１の電流値より大きい第２の電流値に対応するもの（ｃ）として比較器６１のプラス端子に与えられ続ける。

主巻線４に流れる電流Ｉｍにより（ａ）運転している分相始動単相モータ１は、裁断機で紙の裁断中に裁断能力を超えて過負荷になると、主巻線４に流れる電流Ｉｍが増加して行き、電流Ｉｍに比例した直流電圧Ｅ５は、Ｅ５＞Ｅ４となる。その為、比較器６１の出力電圧Ｅ６がＬレベルとなり、抵抗６２を通じてフォトトライアック７ａの一次側に電流が流れ、フォトトライアック７ａの二次側が導通する。これにより、抵抗７ｂを通じてトライアック７のゲートにゲート電流Ｉｆが流れて、トライアック７が導通し、補助巻線５に交流電流Ｉａが流れ始める（ｂ）。

補助巻線５に交流電流Ｉａが流れ始めると（ｂ）、分相始動単相モータ１の出力トルクが大きくなり、裁断機が円滑に紙を裁断し始める。また、分相始動単相モータ１は、回転速度が上昇するので、拘束されて停止状態になるのを回避することができ、主巻線４に流れる電流Ｉｍが減少して、正常な状態に戻る。
主巻線４に流れる電流Ｉｍが減少して行き、Ｅ５＜Ｅ４（この場合、第１の電流値より大きい第２の電流値に対応している（ｃ））になると、比較器６１の出力電圧Ｅ６がＨレベルになる。その為、フォトトライアック７ａの一次側に流れる電流が遮断され、フォトトライアック７ａの二次側が非導通になる。これにより、トライアック７のゲート電流Ｉｆが遮断されるので、トライアック７は非導通になり、補助巻線５に流れる交流電流Ｉａは遮断される（ｂ）。

以下、同様に、裁断機で紙の裁断中に裁断能力を超えて過負荷状態になり、主巻線４の電流が増加する都度、トライアック７が導通し、補助巻線５に交流電流Ｉａが流して、円滑に裁断機が紙を裁断できるようにし、過負荷状態でなくなり、主巻線４の電流が減少すると、補助巻線５の交流電流Ｉａを遮断する。

本発明に係る分相始動単相モータの制御方法及び分相始動単相モータ制御回路の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 本発明に係る分相始動単相モータ制御回路の動作及び分相始動単相モータの制御方法を示すタイミングチャートである。 従来の分相始動単相モータ制御回路の動作及び分相始動単相モータの制御方法を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 分相始動単相モータ
３ 始動制御回路
４ 主巻線
５ 補助巻線
７ トライアック（第１通電手段、第２通電手段、停止する手段）
７ａ フォトトライアック（第１通電手段、第２通電手段、停止する手段）
７ｂ，２１，２２，３１，６２ 抵抗
２０ 制御電源回路
３２ 電解コンデンサ（第２判定手段）
３３ 比較器（第２判定手段）
４１ ＣＴ
４２ 整流平滑回路
５１，５２，５３ 抵抗（第２判定手段）
６１ 比較器（第１判定手段、第２判定手段）
Ｖcc 直流電源

Claims (2)

1. 紙を細かく裁断する裁断機の駆動に使用され、主巻線と始動用の補助巻線とを備える分相始動単相モータの駆動制御を行なう分相始動単相モータの制御方法において、
   電源投入後、前記主巻線に流れる電流を検出し、検出した電流値が第１電流値を超えるか否かを判定し、超えたと判定したときに、前記補助巻線に通電し、該補助巻線に通電しているときに、前記主巻線に流れる電流が、前記第１電流値を超えていないと判定したときに、前記補助巻線の通電を停止し、該通電を停止した後、検出した前記主巻線に流れる電流値が、前記第１電流値より大きい第２電流値を超えるか否かを判定し、前記裁断機が紙を裁断できず、前記主巻線に流れる電流値が、前記第２電流値を超えたと判定したときに、前記補助巻線に通電して、該補助巻線に通電しているときに、前記紙を裁断でき、前記主巻線に流れる電流が、前記第２電流値を超えていないと判定したときに、前記補助巻線の通電を停止することを特徴とする分相始動単相モータの制御方法。
2. 紙を細かく裁断する裁断機の駆動に使用され、主巻線と始動用の補助巻線とを備える分相始動単相モータの駆動制御を行なう分相始動単相モータ制御回路において、
   前記主巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電源投入後、該電流検出手段が検出した電流値が第１電流値を超えるか否かを判定する第１判定手段と、該第１判定手段が超えたと判定したときに、前記補助巻線に通電する第１通電手段と、該第１通電手段が通電しているときに、前記第１判定手段が超えていないと判定したときに、前記第１通電手段の通電を停止する手段と、該手段が停止した後、前記電流検出手段が検出した電流値が、前記第１電流値より大きい第２電流値を超えるか否かを判定する第２判定手段と、前記裁断機が紙を裁断できず、前記第２判定手段が超えたと判定したときに、前記補助巻線に通電して、前記紙を裁断可能とする第２通電手段と、該第２通電手段が通電しているときに、前記紙を裁断でき、前記第２判定手段が超えていないと判定したときに、前記第２通電手段の通電を停止する手段とを備えることを特徴とする分相始動単相モータ制御回路。

Images