JP2012115034A - 単相モータの逆回転防止方法及び単相モータ制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】過剰な負荷を与えられたときに、逆回転し暴走することを防止できる単相モータの逆回転防止方法の提供。
【解決手段】始動用の補助巻線を備える分相始動型、又は始動用の始動コンデンサを備えるコンデンサ始動コンデンサ誘導型である補助巻線を備える単相モータの逆回転を防止する方法。電源投入（Ｓ１）後、始動用の補助巻線（分相始動型）又は始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に所定時間通電した（Ｓ５）後、補助巻線に生じる誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧が所定電圧を下回るか否かを判定し（Ｓ１３）、誘起電圧が所定電圧を下回ると判定した（Ｓ１３）ときに、単相モータに過電流が流れているか否かの判定（Ｓ１９）に要する時間以上、始動用の補助巻線（分相始動型）又は始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に通電する（Ｓ１７）。
【選択図】図３

Description

本発明は、補助巻線を備える単相モータの逆回転を防止する単相モータの逆回転防止方法及び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型、又はコンデンサ始動コンデンサ誘導型単相モータを、裁断機構の駆動源に使用しているものがある。このようなシュレッダでは、始動時、分相始動型では、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、裁断機に使用され、始動用の補助巻線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が開示されている。電源投入後、補助巻線に第１時間通電する通電手段と、通電手段が第１時間通電した後、補助巻線に生じる誘起電圧を検出する手段と、該手段が検出した誘起電圧が所定電圧を下回るか否かを判定する判定手段と、該判定手段が所定電圧を下回ると判定したときに、第２時間、補助巻線に通電する手段とを備えている。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ない。

特許第４４４６９５５号公報

シュレッダにおいて、図５Ａに示すように、大量の紙１５が投入された場合、大量の紙１５を２つの細断カッター２，２で噛み込み、分相始動型又はコンデンサ始動コンデンサ誘導型の単相モータ１は、瞬時に停止する（図５Ｂ）。瞬時に停止した後、シュレッダの機構（細断カッター２、フレーム等）の弾性と単相モータ１の特性とにより、逆回転をし始め（図５Ｃ）、紙の細断はできなくなる。しかも、逆回転に至る時間が短い為、シュレッダに搭載された過負荷検知機能が作動せず、細断不可状態になっていることを、シュレッダの制御装置も認識することができず、暴走状態になるという問題がある。
その結果、単相モータ１の回転方向は、図６Ａに示すように、短時間で逆転し、機械式ガバナスイッチの開／閉状態は、図６Ｂに示すように推移する。

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、過剰な負荷を与えられたときに、逆回転し暴走することを防止できる単相モータの逆回転防止方法を提供することを目的とする。
第２発明は、単相モータが、過剰な負荷を与えられたときに、逆回転し暴走することがない単相モータ制御回路を提供することを目的とする。

第１発明に係る単相モータの逆回転防止方法は、始動用の補助巻線を備える分相始動型、又は始動用の始動コンデンサを備えるコンデンサ始動コンデンサ誘導型である補助巻線を備える単相モータの逆回転を防止する方法であって、電源投入後、前記始動用の補助巻線（分相始動型）又は前記始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に所定時間通電した後、前記補助巻線に生じる誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧が所定電圧を下回るか否かを判定し、前記誘起電圧が所定電圧を下回ると判定したときに、前記単相モータに過電流が流れているか否かの判定に要する時間以上、前記始動用の補助巻線（分相始動型）又は前記始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に通電することを特徴とする。

第２発明に係る単相モータ制御回路は、始動用の補助巻線を備える分相始動型、又は始動用の始動コンデンサを備えるコンデンサ始動コンデンサ誘導型である補助巻線を備える単相モータの駆動制御を行なう単相モータ制御回路において、電源投入後、前記始動用の補助巻線（分相始動型）又は前記始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に所定時間通電する通電手段と、該通電手段が所定時間通電した後、前記単相モータに過電流が流れるか否かを判定する過電流判定手段と、前記通電手段が所定時間通電した後、前記補助巻線に生じる誘起電圧を検出する手段と、該手段が検出した誘起電圧が所定電圧を下回るか否かを判定する判定手段と、該判定手段が所定電圧を下回ると判定したときに、前記過電流判定手段の過電流判定に要する時間以上、前記始動用の補助巻線（分相始動型）又は前記始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に通電する手段とを備えることを特徴とする。

第１発明に係る単相モータの逆回転防止方法及び第２発明に係る単相モータ制御回路では、単相モータ制御回路が、始動用の補助巻線を備える分相始動型、又は始動用の始動コンデンサを備えるコンデンサ始動コンデンサ誘導型である補助巻線を備える単相モータの駆動制御を行なう。電源投入後、通電手段が、始動用の補助巻線（分相始動型）又は始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に所定時間通電し、過電流判定手段が、通電手段が所定時間通電した後、単相モータに過電流が流れるか否かを判定する。検出する手段が、通電手段が所定時間通電した後、補助巻線に生じる誘起電圧を検出し、判定手段が、その検出した誘起電圧が所定電圧を下回るか否かを判定する。判定手段が所定電圧を下回ると判定したときに、通電する手段が、過電流判定手段の過電流判定に要する時間以上、始動用の補助巻線（分相始動型）又は始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に通電する。
これにより、補助巻線を備える単相モータが、過負荷時に、逆回転し始めた場合でも、過電流を流し続けることができ、過電流判定手段がこの過電流を判定することができるので、電源を遮断することができ、単相モータは逆回転し続けることがない。

本発明に係る単相モータの逆回転防止方法によれば、過剰な負荷を与えられたときに、逆回転し暴走することを防止できる単相モータの逆回転防止方法を実現することができる。

第２発明に係る単相モータ制御回路によれば、単相モータが、過剰な負荷を与えられたときに、逆回転し暴走することがない単相モータ制御回路を実現することができる。

本発明に係る単相モータの逆回転防止方法及び単相モータ制御回路の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 図１に示すコンデンサ始動コンデンサ誘導型単相モータ制御回路の詳細構成を示すブロック図である。 本発明に係る単相モータ制御回路の動作例、及び本発明に係る単相モータの逆回転防止方法の例を示すフローチャートである。 本発明に係る単相モータ制御回路の動作例を示すタイミングチャートである。 従来の単相モータの動作例を示す説明図である。 従来の単相モータの動作例を示すタイミングチャートである。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る単相モータの逆回転防止方法及び単相モータ制御回路の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この単相モータ制御回路は、シュレッダに使用されており、シュレッダ制御装置１４に交流電源１０が接続され、シュレッダ制御装置１４が、リレー１３をオン／オフ制御することにより、単相モータ１の電源をオン／オフ制御する。単相モータ１は、コンデンサ始動コンデンサ誘導型モータである。

交流電源１０の一方の端子が、電流検出器１２を経由して、リレー１３の一方の端子に接続され、リレー１３の他方の端子には、単相モータ１の主巻線４、コンデンサ８，９の各一方の端子が接続されている。主巻線４の他方の端子は、交流電源１０の他方の端子に接続され、コンデンサ８の他方の端子は、ガバナスイッチ１６の一方の端子に接続されている。

電流検出器１２の検出信号は、シュレッダ制御装置１４内の過電流判定器１１に与えられ、過電流判定器１１は、与えられた検出信号に基づき、過電流を判定したときは、リレー１３をオフにする。
ガバナスイッチ１６及びコンデンサ９の各他方の端子は、単相モータ１の補助巻線５の一方の端子に接続され、補助巻線５の他方の端子は、単相交流電源１０の他方の端子に接続されている。

図２は、図１に示す単相モータ制御回路の詳細構成を示すブロック図である。
この単相モータ制御回路は、電子式であり、端子Ｕ，Ｖ間に交流電源１０が与えられ、端子Ｕ，Ｖは、単相モータ１の主巻線４の両端に接続されている。また、電子式のガバナスイッチ１６の端子Ｘに，コンデンサ８の他方の端子が接続され、ガバナスイッチ１６の端子Ｙに交流電源１０の他方の端子が接続されている。端子Ｘ，Ｙは、ガバナスイッチ１６の端子Ｘ１，Ｙ１を各経由して、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Ｘ１には、また、コンデンサ９の他方の端子が接続されている。

ガバナスイッチ１６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）（通電手段、通電する手段）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（通電手段、通電する手段）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。

トライアック７の他方の端子及び端子Ｘ１間に、抵抗３１（検出する手段）の一方の端子が接続され、他方の端子は、ダイオード（検出する手段）３２のアノードに接続されている。ダイオード３２のカソードは、ツェナーダイオード３３のカソード、抵抗３４の一方の端子、及び電解コンデンサ（検出する手段）３５の陽極に接続され、ツェナーダイオード３３のアノード、抵抗３４の他方の端子、及び電解コンデンサ３５の陰極は接地されている。

電解コンデンサ３５の陽極電圧Ｅ２が、比較器（判定手段）４１のマイナス端子に与えられ、比較器４１のプラス端子には、直流電源Ｖccの抵抗２１，２２による分圧Ｅ１が与えられている。
比較器４１の出力端子は、抵抗（通電手段、通電する手段）４２を通じて直流電源Ｖccに、抵抗（通電手段、通電する手段）４３を通じて比較器（通電手段、通電する手段）５１のマイナス端子及び電解コンデンサ（通電手段、通電する手段）４５の陽極に接続されている。電解コンデンサ４５の陰極は接地されている。

ダイオード４４のアノードが比較器４１の出力端子に接続され、カソードは電解コンデンサ４５の陽極に接続されている。
比較器５１のプラス端子には、直流電源Ｖccの抵抗２１，２２による分圧Ｅ１が与えられ、その出力端子は、フォトトライアック７ａの一次側及び抵抗５２を通じて、直流電源Ｖccに接続されている。

以下に、このような構成の単相モータ制御回路の動作、及び単相モータの逆回転防止方法を、それを示す図３のフローチャートを参照しながら説明する。
リレー１３がオンにされ、電源が投入されると（Ｓ１）、端子Ｕ，Ｖ間及び端子Ｘ，Ｙ間に交流電源が供給され、これにより、主巻線４に交流電流Ｉｍが流れる。ガバナスイッチ１６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４１，５１の各プラス端子に与えられる。

この時点では、電解コンデンサ３５は充電されていないので、比較器４１のマイナス端子に入力される電圧Ｅ２は、Ｅ２＜Ｅ１であり、比較器４１の出力電圧Ｅ３はＨレベルとなる。その為、直流電源Ｖccから抵抗４２，４３及びダイオード４４を通じて、充電電流が流れ、コンデンサ４５の充電電圧（陽極電圧）Ｅ４は上昇する。

コンデンサ４５の充電電圧Ｅ４が上昇して、Ｅ４＞Ｅ１となると、比較器５１の出力電圧Ｅ５はＬレベルになり、直流電源Ｖccから抵抗５２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、ガバナスイッチ１６がオンになり（Ｓ３）、補助巻線５に交流電流Ｉａが流れ始め、単相モータ１が始動する。

トライアック７が導通すると、抵抗３１及びダイオード３２を通じて、ツェナーダイオード３３、抵抗３４及び電解コンデンサ３５の並列回路に電流が流れ、電解コンデンサ３５が充電され始め、所定時間Ｔ１の計時が開始される（Ｓ５）。その充電電圧（陽極電圧）Ｅ２が、ツェナーダイオード３３のツェナー電圧でクランプされる迄上昇するが、その上昇途中で、Ｅ２＞Ｅ１に反転する。
Ｅ２＞Ｅ１の状態で、ダイオード３２が遮断状態であるとき（交流電流Ｉｍがマイナスのとき）は、電解コンデンサ３５は、抵抗３４を通じて放電するが、その充電電圧Ｅ２は、通常の運転状態では、Ｅ１を下回ることはない。

充電電圧Ｅ２がＥ２＞Ｅ１に反転すると、比較器４１の出力電圧Ｅ３はＬレベルになり、電解コンデンサ４５から抵抗４３を通じて放電電流が流れ、その充電電圧Ｅ４は降下する。充電電圧Ｅ４が降下して、Ｅ４＜Ｅ１に反転し、比較器５１の出力電圧Ｅ５がＨレベルになると、所定時間Ｔ１の計時が終了し（Ｓ７）、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、ガバナスイッチ１６がオフになり（Ｓ９）、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。また、電解コンデンサ３５の充電電圧Ｅ２が降下し、電解コンデンサ４５が更に放電して、所定時間Ｔ１の計時がリセットされる（Ｓ１１）。

この状態では、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のみにより回転し続ける。その結果、電流Ｉａを遮断された補助巻線５には、単相モータ１の回転速度に応じた誘起電圧が誘起される。
トライアック７が非導通になると、電解コンデンサ３５の充電電圧Ｅ２は降下するが、抵抗３１及びダイオード３２を通じて与えられる誘起電圧により、Ｅ２＞Ｅ１は維持される。

主巻線４に流れる電流Ｉｍにより運転している単相モータ１は、シュレッダで紙の細断中に細断能力を超えて過負荷になると、回転速度が低下し、補助巻線５に誘起される誘起電圧が低下する。
補助巻線５に誘起される誘起電圧が所定電圧より低下すると（Ｓ１３）、電解コンデンサ３５に充電電流が供給されなくなり、また、電解コンデンサ３５は、抵抗３４を通じて放電する。その結果、Ｅ２＜Ｅ１に反転し、比較器４１の出力電圧Ｅ３は上昇し始める。これにより、直流電源Ｖccから抵抗４２，４３及びダイオード４４を通じて、電解コンデンサ４５へ充電電流が流れ始め、電解コンデンサ４５の充電電圧Ｅ４は上昇する。
誘起電圧が所定電圧より低下することなく（Ｓ１３）、リレー１３がオフになって電源がオフになると（Ｓ１５）、単相モータ１の運転を終了する。

電解コンデンサ４５の充電電圧Ｅ４が、Ｅ４＞Ｅ１に反転すると、比較器５１の出力電圧Ｅ５はＬレベルになり、直流電源Ｖccから抵抗５２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、ガバナスイッチ１６がオンになる（Ｓ１７）。
ガバナスイッチ１６がオンになると、補助巻線５に交流電流Ｉａが流れ始め、単相モータ１の出力トルクが大きくなるが、シュレッダが紙を細断できない場合は、主巻線４に流れる電流Ｉｍが増加する。

トライアック７が導通すると、抵抗３１及びダイオード３２を通じて、ツェナーダイオード３３、抵抗３４及び電解コンデンサ３５の並列回路に電流が流れ、電解コンデンサ３５が充電される。これにより、その充電電圧Ｅ２が、ツェナーダイオード３３のツェナー電圧でクランプされる迄上昇するが、その上昇途中の時刻ｔ６で、Ｅ２＞Ｅ１に反転する。
Ｅ２＞Ｅ１の状態で、ダイオード３２が遮断状態であるとき（交流電流Ｉｍがマイナスのとき）は、電解コンデンサ３５は、抵抗３４を通じて放電するが、その充電電圧Ｅ２は、通常の運転状態では、Ｅ１を下回ることはない。

充電電圧Ｅ２が、Ｅ２＞Ｅ１に反転すると、比較器４１の出力電圧Ｅ３はＬレベルになり、電解コンデンサ４５から抵抗４３を通じて放電電流が流れ、その充電電圧Ｅ４は降下する。充電電圧Ｅ４が降下して、Ｅ４＜Ｅ１に反転し、比較器５１の出力電圧Ｅ５がＨレベルになると、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り、ガバナスイッチ１６がオフになる。
上記の動作で、充電電圧Ｅ４が、Ｅ４＞Ｅ１に反転してから、Ｅ４＜Ｅ１に再反転する迄の時間が、過電流判定器１１が単相モータ１に過電流が流れているか否かを判定するのに要する時間以上になるように、電解コンデンサ４５及び抵抗４３の時定数が定められている。

ガバナスイッチ１６がオンになり（Ｓ１７）、補助巻線５に交流電流Ｉａが流れても、シュレッダが紙を細断できない場合、主巻線４に流れる電流Ｉｍが増加するが、図示しないシュレッダの機構（細断カッター、フレーム等）の弾性による反力により、単相モータ１は逆回転をし始め、その後、電流Ｉｍは減少してしまう。この場合でも、過電流判定器１１が過電流を判定することができる（Ｓ１９）迄、ガバナスイッチ１６はオンになっている（Ｓ１７）。
過電流判定器１１は、過電流と判定した（Ｓ１９）ときは、リレー１３をオフにして、単相モータ１の電源をオフにして（Ｓ２１）、シュレッダの運転を終了する。

以上により、図４Ａに示すように、単相モータ１の回転方向は逆転するが、図４Ｂに示すように、機械式ガバナスイッチがオン（閉）状態を維持するので、短時間で単相モータ１は停止する。これにより、単相モータ１が逆回転し続けるのを防止でき、シュレッダに不具合が発生したことを、ユーザに知らせることができる。
尚、本実施の形態では、単相モータ１がコンデンサ始動コンデンサ誘導型モータである場合を説明したが、単相モータ１が、図１，２においてコンデンサ８，９が存在しない構成の分相始動型モータである場合でも、その他の構成及び動作は上述した構成及び動作と同様である。

１ 単相モータ
４ 主巻線
５ 補助巻線
７ トライアック（通電手段、通電する手段）
７ａ フォトトライアック（通電手段、通電する手段）
７ｂ，２１，２２，３４ 抵抗
８ コンデンサ（始動コンデンサ）
９ コンデンサ
１０ 交流電源
１１ 過電流判定器（過電流判定手段）
１２ 電流検出器
１３ リレー
１４ シュレッダ制御装置
１６ ガバナスイッチ
２０ 制御電源回路
３１ 抵抗（検出する手段）
３２ ダイオード（検出する手段）
３３ ツェナーダイオード
３５ 電解コンデンサ（検出する手段）
４１ 比較器（判定手段）
４２，４３ 抵抗（通電手段、通電する手段）
４４ ダイオード
４５ 電解コンデンサ（通電手段、通電する手段）
５１ 比較器（通電手段、通電する手段）
Ｖcc 直流電源

Claims (2)

1. 始動用の補助巻線を備える分相始動型、又は始動用の始動コンデンサを備えるコンデンサ始動コンデンサ誘導型である補助巻線を備える単相モータの逆回転を防止する方法であって、
   電源投入後、前記始動用の補助巻線（分相始動型）又は前記始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に所定時間通電した後、前記補助巻線に生じる誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧が所定電圧を下回るか否かを判定し、前記誘起電圧が所定電圧を下回ると判定したときに、前記単相モータに過電流が流れているか否かの判定に要する時間以上、前記始動用の補助巻線（分相始動型）又は前記始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に通電することを特徴とする単相モータの逆回転防止方法。
2. 始動用の補助巻線を備える分相始動型、又は始動用の始動コンデンサを備えるコンデンサ始動コンデンサ誘導型である補助巻線を備える単相モータの駆動制御を行なう単相モータ制御回路において、
   電源投入後、前記始動用の補助巻線（分相始動型）又は前記始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に所定時間通電する通電手段と、該通電手段が所定時間通電した後、前記単相モータに過電流が流れるか否かを判定する過電流判定手段と、前記通電手段が所定時間通電した後、前記補助巻線に生じる誘起電圧を検出する手段と、該手段が検出した誘起電圧が所定電圧を下回るか否かを判定する判定手段と、該判定手段が所定電圧を下回ると判定したときに、前記過電流判定手段の過電流判定に要する時間以上、前記始動用の補助巻線（分相始動型）又は前記始動コンデンサ（コンデンサ始動コンデンサ誘導型）に通電する手段とを備えることを特徴とする単相モータ制御回路。

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