JP2018057204A - 交流モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な回路で構成された制御装置により、広い範囲の電源電圧に対応して、ゲート信号の印加タイミングを広い範囲で制御できる。さらに、多様な容量のモータを制御できる。
【解決手段】制御装置１００は、整流素子１１と、ゼロクロス検出部１２と、ＯＮ信号発生部１３と、ＯＮパルス信号発生部１４と、駆動部１５と、を備える。ＯＮパルス信号発生部１４は、制御信号Ｓｃｏｎｔが入力されたとき、入力された制御信号Ｓｃｏｎｔに応じて所定時間幅を有するＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを生成し、生成したＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを出力する。ＯＮパルス信号発生部１４は、電源電圧の正負が切り替わる時をゼロクロス検出部１２が検出した場合、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐの出力を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流モータに印加する電圧を制御する、交流モータの制御装置に関する。

従来、交流モータの制御装置において、サイリスタは、交流モータと直列に接続される。サイリスタには、電源電圧と同期した所望の点弧タイミングで、単発のゲートパルス信号が加えられる。一定の時間、交流モータには電流が流れるように、ゲートパルス信号は、所定の時間幅を有する。よって、従来の交流モータの制御装置は、サイリスタを介して交流モータに通電される交流電源の導通角を調整して、交流モータに印加される電圧を制御している（例えば、特許文献１参照）。

図６は、従来の交流モータの制御装置を示す構成図である。

図６に示すように、特許文献１に記載された従来の交流モータの制御装置２００は、タコジェネレータ２０５と、差動アンプ２０７と、積分回路２０８と、整流回路２２８と、トリガ素子ＥＵＪＴ２１１と、セットパルス発生回路２３１と、リセットパルス発生回路２３４と、フリップフロップ回路２３５と、ＡＮＤ回路２３６と、ホト・トライアック・カップラ２２３と、トライアック２２４と、を備える。

タコジェネレータ２０５は、単相誘導電動機２０２の回転速度を検出する。差動アンプ２０７は、タコジェネレータ２０５が検出した回転速度を電圧に変換した検出電圧と、速度指令電圧２０６との偏差を増幅する。積分回路２０８は、差動アンプ２０７の出力を積分する。整流回路２２８は、交流電源１６をトランス２２７で絶縁して全波整流する。トリガ素子ＥＵＪＴ２１１は、ベース端子２１１ｂとエミッタ端子２１１ｅとを有する。ベース端子２１１ｂには、整流回路２２８の出力電圧が伝達される。エミッタ端子２１１ｅには、積分回路２０８の出力が伝達される。トリガ素子ＥＵＪＴ２１１は、ベース端子２１１ｂに伝達された整流回路２２８の出力電圧と、エミッタ端子２１１ｅに伝達された積分回路２０８の出力に応じてトリガパルスを発生する。セットパルス発生回路２３１は、全波整流された電圧の立ち上がりである零電圧付近を検出し、検出した結果をセットパルスとして発生する。リセットパルス発生回路２３４は、電源周波数の半周期の期間内で多発するトリガパルスを遅延させて、リセットパルスを発生する。フリップフロップ回路２３５は、セットパルスとリセットパルスとに基いて動作する。ＡＮＤ回路２３６は、フリップフロップ回路２３５の出力信号とトリガパルスとに基いて、より有効なトリガパルスを発生する。ホト・トライアック・カップラ２２３は、有効なトリガパルスを発光側に受ける。トライアック２２４は、ホト・トライアック・カップラ２２３の受光側の信号を受けて動作する。

また、他の従来の交流モータの制御装置は、つぎの制御を行っているものもある。すなわち、ゲートパルスの立ち上がりタイミングは、ゲートパルス印加開始信号である。ゲートパルスの立下りタイミングは、ゲートパルス印加開始信号に基いて別のクロックをカウントし、カウントした別のクロックにより決定される（例えば、特許文献２参照）。

図７は、従来の他の交流モータの制御装置を示すブロック図である。

図７に示すように、特許文献２に記載された従来の交流モータの制御装置３００は、ゲートパルス発生回路を備える。ゲートパルス発生回路は、カウンタ３５１と、ＲＳ型フリップフロップ３５２と、ＡＮＤゲート３５０を有する。

カウンタ３５１は、クロック信号３２１を基準として、クリア信号３２４に基いてカウントをスタートする。カウンタ３５１は、予め設定したフルカウント値を超えると、オーバー信号３２５を出力する。

ＲＳ型フリップフロップ３５２は、ゲート信号３２３の立ち上がりと同時にセットされて、パルス出力３２２をオンする。ＲＳ型フリップフロップ３５２は、ゲート信号３２３がオフした後、カウンタ３５１からのオーバー信号３２５によってリセットされる。ＲＳ型フリップフロップ３５２は、オーバー信号３２５によってリセットされると、パルス出力３２２をオフする。

上述した従来の交流モータの制御装置において、一般的に、ゲート信号を用いてサイリスタを点弧させる場合、つぎのことが求められる。

すなわち、サイリスタのオン状態を維持するには、ゲート信号がリセットされた時点において、サイリスタを流れる電流の値が、サイリスタ固有のラッチング電流値よりも大きい必要がある。

ところで、サイリスタに流れる電流が立ち上がるタイミングは、交流モータの仕様や電源電圧、あるいは、サイリスタを点弧させる電源電圧の位相などの影響を受ける。よって、求められる条件に応じて、必要とされるゲート信号の最小時間幅が決定される。

従って、交流モータの制御装置には、交流モータに供給される電源電圧の違いや、さまざまな機器で用いられる交流モータの多様な仕様に応じて、確実にサイリスタを点弧させることが求められる。つまり、交流モータの制御装置は、想定される最悪条件下においてもサイリスタがオン状態を持続できるように、相応のゲート信号幅を確保する必要がある。

上述した従来の交流モータの制御装置では、ゲート信号幅を一定にしている。よって、さまざまな電源電圧や多様な仕様の交流モータに対応するため、従来の交流モータの制御装置は、先に説明した理由により、相応のゲート信号幅を確保する必要がある。

なお、交流モータに印加される電圧を広範囲で制御するために、交流モータの制御装置には、ゲート信号を印加するタイミングが電源電圧のゼロクロスから次のゼロクロスまでの範囲で広く変化できることが求められる。

特許第３４９９１０８号 特開２０００−１７５４３６号公報

しかしながら、上述した従来の交流モータの制御装置では、つぎの課題を有していた。

すなわち、交流モータに印加する電圧を低くしたい場合、ゲート信号の印加タイミングは、上述した「電源電圧のゼロクロスから次のゼロクロスまでの範囲」のうち、次のゼロクロスに近くなる。このとき、ゲート信号幅が広いと、ゲート信号がＯＮしてからＯＦＦするまでの間で、電源電圧が逆極性になることがある。電源電圧が逆極性になる状態が生じると、サイリスタが誤って点弧されて、交流モータに最大電圧が印加されるという不具合が生じることが考えられる。

したがって、この不具合を防ぐために、従来の交流モータの制御装置では、ゲート信号の印加タイミングの制御を「電源電圧のゼロクロスから次のゼロクロスまでの範囲」に対して余裕を持って行う必要がある。

換言すれば、従来の交流モータの制御装置は、広いゲート信号幅を確保しながら、ゲート信号の印加タイミングを「電源電圧のゼロクロスから次のゼロクロスまでの範囲」に対して広い範囲で制御できていない、という改善点があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、広い範囲の電源電圧に対応できるとともに、ゲート信号の印加タイミングを広い範囲で制御できるようにすることを目的とする。

さらに、本発明は、上記目的を達成することで、１つの交流モータの制御装置を用いて多様な容量のモータを適切に制御することが期待できる。

本発明に関する交流モータの制御装置は、整流素子と、ゼロクロス検出部と、ＯＮ信号発生部と、ＯＮパルス信号発生部と、駆動部と、を備える。

整流素子は、交流電源に対して交流モータを介して直列に接続される。

ゼロクロス検出部は、交流電源の電源電圧について正負が切り替わる時を検出し、検出した結果をゼロクロス信号として出力する。

ＯＮ信号発生部は、交流モータから所定の出力を得るために整流素子をＯＮする制御信号を生成し、生成した制御信号を出力する。

ＯＮパルス信号発生部は、制御信号が入力されたとき、入力された制御信号に応じて所定時間幅を有するＯＮパルス信号を生成し、生成したＯＮパルス信号を出力する。また、ＯＮパルス信号発生部は、電源電圧の正負が切り替わる時をゼロクロス検出部が検出した場合、ＯＮパルス信号の出力を停止する。

駆動部は、ＯＮパルス信号が入力されたとき、入力されたＯＮパルス信号に応じて整流素子をＯＮ状態にするＯＮ信号を出力する。

本発明の交流モータの制御装置によれば、交流モータに印加する電圧を低くしたい場合、電源電圧が逆極性になる前に、強制的にＯＮパルス信号がリセットされる。

よって、ゲート信号の印加タイミングが、「電源電圧のゼロクロスから次のゼロクロスまでの範囲」において、ＯＮパルス信号の所定時間幅を大きく取ったとしても、電源電圧の次のゼロクロスではＯＮパルス信号がリセットされる。したがって、電源電圧の次のゼロクロスからこのＯＮパルス信号の所定時間幅以上に早いタイミングでは、ＯＮパルス信号幅を十分広くすることができる。

したがって、本発明の交流モータの制御装置を用いれば、広い範囲の電源電圧に対応できるとともに、ゲート信号の印加タイミングを広い範囲で制御できる。さらに、１つの交流モータの制御装置を用いて多様な容量のモータを適切に制御することも期待できる。

本発明の実施の形態１における交流モータの制御装置の概要を示すブロック図 本発明の実施の形態１における交流モータの制御装置の動作を説明するタイミングチャート 本発明の実施の形態１における他の交流モータの制御装置の動作を説明するタイミングチャート 本発明の実施の形態２における交流モータの制御装置に用いられるゼロクロス検出部の回路図 本発明の実施の形態３における交流モータの制御装置に用いられるＯＮパルス信号発生部の回路図 従来の交流モータの制御装置を示す構成図 従来の他の交流モータの制御装置を示すブロック図

本発明の実施の形態における交流モータの制御装置は、後述する構成により、ＯＮパルス信号発生部は、電源電圧の正負が切り替わる時の近傍で、ＯＮパルス信号をリセットする。よって、本発明の実施の形態における交流モータの制御装置は、通常使用するＯＮパルス信号のパルス幅を大きくすることができる。

また、本発明の実施の形態における交流モータの制御装置は、後述する構成により、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ（以下、ＣＰＵと記す。）などの高機能な回路を用いることなく、簡単な回路構成にて実現できる。つまり、本発明の実施の形態における交流モータの制御装置は、簡単な回路構成にて、電源電圧のゼロクロスを検出し、ＯＮパルス幅のタイマー回路を実現できる。よって、本発明の実施の形態における交流モータの制御装置は、安価に提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における交流モータの制御装置の概要を示すブロック図である。図２、図３は、本発明の実施の形態１における交流モータの制御装置の動作を説明するタイミングチャートである。

図１に示すように、本発明の実施の形態１における交流モータ１０の制御装置１００は、整流素子１１と、ゼロクロス検出部１２と、ＯＮ信号発生部１３と、ＯＮパルス信号発生部１４と、駆動部１５と、を備える。

整流素子１１は、交流電源１６に対して交流モータ１０を介して直列に接続される。なお、本実施の形態１の一例を示す以下の説明において、整流素子１１は、逆並列に接続された複数のサイリスタ１１ａである。

ゼロクロス検出部１２は、交流電源１６の電源電圧について正負が切り替わる時を検出し、検出した結果をゼロクロス信号Ｓｚｃとして出力する。

ＯＮ信号発生部１３は、交流モータ１０から所定の出力を得るためにサイリスタ１１ａをＯＮする制御信号Ｓｃｏｎｔを生成し、生成した制御信号Ｓｃｏｎｔを出力する。

ＯＮパルス信号発生部１４は、制御信号Ｓｃｏｎｔが入力されたとき、入力された制御信号Ｓｃｏｎｔに応じて所定時間幅を有するＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを生成し、生成したＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを出力する。また、ＯＮパルス信号発生部１４は、電源電圧の正負が切り替わる時をゼロクロス検出部１２が検出した場合、例えば後述する構成によりＯＮパルス信号Ｓｏｎｐの出力を停止する。

駆動部１５は、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐが入力されたとき、入力されたＯＮパルス信号Ｓｏｎｐに応じてサイリスタ１１ａをＯＮ状態にするＯＮ信号Ｓｏｎを出力する。

特に、顕著な作用効果を奏する構成は、以下のとおりである。

すなわち、図１に示すように、整流素子１１には、トライアックを用いることができる。また、ＯＮパルス信号発生部１４は、リセット回路１４ａを有する。交流電源１６の電源電圧の正負が切り替わる時をゼロクロス検出部１２が検出した場合、リセット回路１４ａは、ゼロクロス検出部１２から伝達されるゼロクロス信号Ｓｚｃに応じて、入力された制御信号Ｓｃｏｎｔに応じて生成されたＯＮパルス信号Ｓｏｎｐの出力を停止する。

さらに、図面を用いて、詳細に説明する。

図１に示すように、交流電源１６には、整流素子（１１）であるサイリスタ１１ａと交流モータ１０とが直列に接続されている。ゼロクロス検出部１２は、交流電源１６の両端に接続されて電源電圧のゼロクロス近傍を検出する。ゼロクロス検出部１２は、交流電源１６の電源電圧について正負が切り替わる時を検出すると、ＯＮパルス信号発生部１４にゼロクロス信号Ｓｚｃを出力する。

ＯＮ信号発生部１３は、ＯＮパルス信号発生部１４に制御信号Ｓｃｏｎｔを出力する。制御信号Ｓｃｏｎｔは、電源周期に同期している。ＯＮパルス信号発生部１４は、駆動部１５にＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを出力する。ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐは、所定のパルス幅を有する。ＯＮパルス信号発生部１４は、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを強制的に停止するリセット回路１４ａをさらに有する。

ＯＮパルス信号発生部１４は、駆動部１５にＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを出力する。駆動部１５は、サイリスタ１１ａを点弧するＯＮ信号Ｓｏｎを出力する。

以上のように構成された交流モータの制御装置について、以下に、動作、作用を説明する。 （実施例１）
まず、図１、図２を用いて、交流モータ１０に対する印加電圧が高い場合について説明する。交流モータ１０に対する印加電圧が高い場合には、交流モータ１０から大きな回転トルクを得るために点弧タイミングを早くする場合などがある。図２に示すように、この場合、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐは、次のゼロクロス信号と離れている。

図２中、上段から下段にかけて、順次、つぎの波形が示される。まず、交流電源（１６）の電源電圧Ｖａｃの波形１０１が示される。つぎに、ゼロクロス検出部（１２）が出力するゼロクロス信号Ｓｚｃの波形１０２が示される。つぎに、ＯＮ信号発生部（１３）が出力する制御信号Ｓｃｏｎｔの波形１０３が示される。つぎに、ＯＮパルス信号発生部（１４）が出力するＯＮパルス信号Ｓｏｎｐの波形１０４が示される。つぎに、交流モータ（１０）に流れるモータ電流Ｉｍの波形１０５が示される。つぎに、交流モータ（１０）に印加されるモータ電圧Ｖｍの波形１０６が示される。

図１、図２に示すように、電源電圧Ｖａｃが負から正へ切り替わる時、ゼロクロス検出部１２は、ゼロクロス信号Ｓｚｃを出力する（ｔ１）。

ＯＮ信号発生部１３は、所望の回転トルクを得るために必要となるタイミングで制御信号ＳｃｏｎｔをＯＮパルス信号発生部１４に出力する。制御信号Ｓｃｏｎｔが伝達されたＯＮパルス信号発生部１４は、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを駆動部１５に出力する。このとき、ゼロクロス検出部１２からゼロクロス信号Ｓｚｃが出力されていないため、リセット回路１４ａはＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを停止する動作は行わない。ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐが伝達された駆動部１５は、ＯＮ信号Ｓｏｎをサイリスタ１１ａに出力する。ＯＮ信号Ｓｏｎが伝達されたサイリスタ１１ａは点弧する。点弧したサイリスタ１１ａを通った電流は、交流モータ１０に流れる。交流モータ１０にモータ電流Ｉｍが流れると、交流モータ１０には、モータ電圧Ｖｍが生じる（ｔ２）。

大きな回転トルクを得るために点弧タイミングを早くしたことにより、ｔ２と、次のゼロクロス信号Ｓｚｃが出力されるときであるｔ３との間には、ある程度の時間が確保されている。言い換えると、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間は、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐが出力される時間幅ｔｐよりも長い時間が確保される。

ＯＮパルス信号発生部１４は、想定されるさまざまな状況を考慮した上で、整流素子であるサイリスタ１１ａが通電状態を継続できる様に設定された時間幅ｔｐの間、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを出力する。想定されるさまざまな状況の指標として、例えば、印加される電圧の最小値や最大値、交流モータ１０の制御装置１００が使用される雰囲気温度の範囲、あるいは、モータの使用状態等がある。ＯＮパルス信号発生部１４は、時間幅ｔｐ経過後、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐの出力を停止する。

サイリスタ１１ａは、ＯＮ信号Ｓｏｎが停止した後も、サイリスタ１１ａの特性に基いて交流モータ１０にモータ電流Ｉｍを供給し続けることができる。モータ電流Ｉｍが供給された交流モータ１０には、応分のモータ電圧Ｖｍが生じる。

その後、交流モータ１０に流れるモータ電流Ｉｍが０になると、サイリスタ１１ａは消弧する（ｔ４）。

（実施例２）
つぎに、図１、図３を用いて、交流モータ１０に対する印加電圧が低い場合について説明する。交流モータ１０に対する印加電圧が低い場合には、交流モータ１０から得る回転トルクを小さくするために点弧タイミングを遅くする場合などがある。図３に示すように、この場合、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐは、次のゼロクロス信号に近い。

図３には、図２と同様、順次、つぎの波形が示される。まず、交流電源（１６）の電源電圧Ｖａｃの波形１０１が示される。つぎに、ゼロクロス検出部（１２）が出力するゼロクロス信号Ｓｚｃの波形１０２が示される。つぎに、ＯＮ信号発生部（１３）が出力する制御信号Ｓｃｏｎｔの波形１０３が示される。つぎに、ＯＮパルス信号発生部（１４）が出力するＯＮパルス信号Ｓｏｎｐの波形１０４が示される。つぎに、交流モータ（１０）に流れるモータ電流Ｉｍの波形１０５が示される。つぎに、交流モータ（１０）に印加されるモータ電圧Ｖｍの波形１０６が示される。

図１、図３に示すように、電源電圧Ｖａｃが負から正へ切り替わる時、ゼロクロス検出部１２は、ゼロクロス信号Ｓｚｃを出力する（ｔ１１）。

ＯＮ信号発生部１３は、所望の回転トルクを得るために必要となるタイミングで制御信号ＳｃｏｎｔをＯＮパルス信号発生部１４に出力する。制御信号Ｓｃｏｎｔが伝達されたＯＮパルス信号発生部１４は、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを駆動部１５に出力する。ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐが伝達された駆動部１５は、ＯＮ信号Ｓｏｎをサイリスタ１１ａに出力する。ＯＮ信号Ｓｏｎが伝達されたサイリスタ１１ａは点弧する。点弧したサイリスタ１１ａを通った電流は、交流モータ１０に流れる。交流モータ１０にモータ電流Ｉｍが流れると、交流モータ１０には、モータ電圧Ｖｍが生じる（ｔ１２）。

回転トルクを小さくするために点弧タイミングを遅くしたことにより、ｔ１２と、次のゼロクロス信号Ｓｚｃが出力されるときであるｔ１３との間には、十分な時間が確保されていない。言い換えると、時刻ｔ１２と時刻ｔ１３との間は、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐが出力される時間幅ｔｐよりも短い時間しか確保されていない。

この結果、サイリスタ１１ａが点弧するように駆動部１５を介してＯＮパルス信号発生部１４が出力していたＯＮパルス信号Ｓｏｎｐが出力される時間幅ｔｐ内において、次のゼロクロス信号Ｓｚｃが出力される（ｔ１３ａ）。

ゼロクロス信号Ｓｚｃは、ＯＮパルス信号発生部１４が有するリセット回路１４ａに伝達される。リセット回路１４ａは、ゼロクロス信号Ｓｚｃが生じている間、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐの出力を停止する。ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐの出力が停止されている状態を、破線１０４ａで示す。

したがって、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐが、時刻ｔ１３を跨いで出力されることはない。この結果、サイリスタ１１ａが、意図しない領域で点弧することを防止できる。具体的には、図３中、破線で示す、モータ電流Ｉｍの波形１０５ａ、モータ電圧Ｖｍの波形１０６ａが生じることを回避できる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における交流モータの制御装置に用いられるゼロクロス検出部の回路図である。

なお、本実施の形態１における交流モータの制御装置で説明したものと同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。

図４に示すように、本実施の形態２における交流モータの制御装置に用いられるゼロクロス検出部１２ａは、一次側素子４０と、二次側素子４２と、を有する。

一次側素子４０は、交流電源１６に対して直列に接続される。

二次側素子４２は、一次側素子４０と電気的に絶縁される。二次側素子４２は、一次側素子４０が検出する交流電源１６の電源電圧の変化を反映した電気的信号を出力する。

特に、顕著な作用効果を奏する構成は、以下のとおりである。

すなわち、ゼロクロス検出部１２ａは、一次側素子４０として発光素子４１と、二次側素子４２として受光素子４３と、を含むフォトカプラ４４を有する。

さらに、図面を用いて、詳細に説明する。

図４に示すように、双方向のフォトカプラ４４は、一次側素子４０が交流電源１６と直列に接続される。一次側素子４０のうち、発光素子４１の一端は交流電源１６の一端と接続される。一次側素子４０のうち、発光素子４１の他端は第１の抵抗器４６の一端と接続される。第１の抵抗器４６の他端は交流電源１６の他端と接続される。

一方、双方向のフォトカプラ４４は、二次側素子４２である受光素子４３としてトランジスタ４３ａを有する。トランジスタ４３ａはオープンコレクタ出力である。トランジスタ４３ａのエミッタ端子４３ｅは、制御電源の負極側と接続される。トランジスタ４３ａのコレクタ端子４３ｃは、第２の抵抗器４７の一端と接続される。第２の抵抗器４７の他端は、制御電源の正極側と接続される。二次側素子４２は、第２の抵抗器４７の一端とコレクタ端子４３ｃとの接続点４８からゼロクロス信号Ｓｚｃを出力する。

つぎに、本構成のゼロクロス検出部１２ａの動作について説明する。

図２、図４に示すように、交流電源１６の電源電圧が高い場合（ｔ５）、フォトカプラ４４が含む発光素子４１には、交流電源１６から第１の抵抗器４６を介して十分に大きな電流が流れる。よって、フォトカプラ４４が含む受光素子４３であるトランジスタ４３ａは、オン状態になる。したがって、接続点４８からＯＮパルス信号発生部１４に向かって、ゼロクロス信号Ｓｚｃは出力されない。

その後、交流電源１６の電源電圧が低くなり、電源電圧が正から負へ切り替わるゼロクロス近傍になる（ｔ３）。このとき、フォトカプラ４４が含む発光素子４１には、十分な電流が流れなくなる。発光素子４１に流れる電流が少なくなると、フォトカプラ４４が含むトランジスタ４３ａはオン状態を維持できなくなり、オフ状態に至る。よって、接続点４８からＯＮパルス信号発生部１４に向かって、ゼロクロス信号Ｓｚｃが出力される。

以上の構成とすれば、本実施の形態２における交流モータの制御装置は、ＣＰＵなどの高価な回路を使用することなく、単純な回路構成で電源電圧のゼロクロスを検出できる。つまり、制御装置を簡素な構成で形成することで信頼性を向上し、価格を安価に抑えることができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態２における交流モータの制御装置に用いられるＯＮパルス信号発生部の回路図である。

なお、本実施の形態１、２における交流モータの制御装置で説明したものと同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。

図５に示すように、本実施の形態３における交流モータの制御装置に用いられるＯＮパルス信号発生部１４ｂは、半導体スイッチング素子５０と、コンデンサ５２と、スイッチ素子５４と、を有する。

半導体スイッチング素子５０は、第１の端子であるエミッタ端子５０ｅと、第２の端子であるベース端子５０ｂと、第３の端子であるコレクタ端子５０ｃと、を含む。コンデンサ５２は、第１の端子であるエミッタ端子５０ｅと第２の端子であるベース端子５０ｂとを接続する。スイッチ素子５４は、コンデンサ５２と並列に接続される。

本構成において、ゼロクロス信号Ｓｚｃが入力されたときに、スイッチ素子５４は、コンデンサ５２の両端を短絡するよう動作する。制御信号Ｓｃｏｎｔは、第２の端子であるベース端子５０ｂに伝達される。第３の端子であるコレクタ端子５０ｃは、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを出力する。

特に、顕著な作用効果を奏する構成は、以下のとおりである。

すなわち、半導体スイッチング素子５０は、トランジスタである。あるいは、半導体スイッチング素子５０は、ＭＯＳＦＥＴである。

さらに、図面を用いて、詳細に説明する。

図５に示す一例において、半導体スイッチング素子５０は、トランジスタ５０ａである。トランジスタ５０ａは、エミッタ端子５０ｅとベース端子５０ｂとの間に第３の抵抗器５６を介してコンデンサ５２が接続される。コンデンサ５２の両端には、コンデンサ５２と並列に、第４の抵抗器５８を介してスイッチ素子５４が接続される。スイッチ素子５４は、ゼロクロス信号Ｓｚｃが伝達されたとき、コンデンサ５２を短絡する。

制御信号Ｓｃｏｎｔは、第３の抵抗器５６を介してトランジスタ５０ａが含むベース端子５０ｂに伝達される。

ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐは、トランジスタ５０ａが含むコレクタ端子５０ｃから出力される。

つぎに、本構成のＯＮパルス信号発生部１４ｂの動作について説明する。

図５に示すＯＮパルス信号発生部１４ｂにおいて、ゼロクロス信号Ｓｚｃが伝達されていない場合、伝達された制御信号Ｓｃｏｎｔにより、トランジスタ５０ａがオンするとともにコンデンサ５２が充電される。

トランジスタ５０ａは、コンデンサ５２の静電容量と第４の抵抗器５８の抵抗値とに基いて算出される時間が経過した後、オン状態になる。トランジスタ５０ａがオン状態になると、トランジスタ５０ａは、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐを出力する。

また、トランジスタ５０ａにゼロクロス信号Ｓｚｃが伝達されると、スイッチ素子５４がオン状態になる。よって、コンデンサ５２に蓄電された電荷は、第４の抵抗器５８を通して放電される。したがって、コンデンサ５２が含むベース端子５０ｂにはベース電流が流れなくなるため、トランジスタ５０ａは、オフ状態になる。この結果、ＯＮパルス信号発生部１４ｂは、ＯＮパルス信号Ｓｏｎｐの出力を停止する。

以上の構成とすれば、本実施の形態３における交流モータの制御装置は、ＣＰＵなどの高価な回路を使用することなく、単純な回路構成で電源電圧のゼロクロスを検出できる。つまり、制御装置を簡素な構成で形成することで信頼性を向上し、価格を安価に抑えることができる。

本発明における交流モータの制御装置は、単純な回路で構成された制御装置で、つぎの点で広い範囲に対応できる。すなわち、本発明における交流モータの制御装置は、交流モータに供給される電源電圧が広い範囲でも対応できる。また、本発明における交流モータの制御装置は、小容量から大容量の広い範囲のモータに対応できる。また、本発明における交流モータの制御装置は、交流モータに印加される電圧について、広い範囲で印加される電圧を制御できる。

よって、本発明における交流モータの制御装置は、交流モータの速度制御装置などの用途にも適用できる。

１０ 交流モータ
１１ 整流素子
１１ａ サイリスタ
１２、１２ａ ゼロクロス検出部
１３ ＯＮ信号発生部
１４、１４ｂ ＯＮパルス信号発生部
１４ａ リセット回路
１５ 駆動部
１６ 交流電源
４０ 一次側素子
４１ 発光素子
４２ 二次側素子
４３ 受光素子
４３ａ トランジスタ
４３ｃ コレクタ端子
４３ｅ、２１１ｅ エミッタ端子
４４ フォトカプラ
４６ 第１の抵抗器
４７ 第２の抵抗器
４８ 接続点
５０ 半導体スイッチング素子
５０ａ トランジスタ
５０ｂ ベース端子（第２の端子）
５０ｃ コレクタ端子（第３の端子）
５０ｅ エミッタ端子（第１の端子）
５２ コンデンサ
５４ スイッチ素子
５６ 第３の抵抗器
５８ 第４の抵抗器
１００、２００、３００ 制御装置（交流モータの制御装置）
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０５ａ、１０６、１０６ａ 波形
１０４ａ 破線
２０２ 単相誘導電動機
２０５ タコジェネレータ
２０６ 速度指令電圧
２０７ 差動アンプ
２０８ 積分回路
２１１ トリガ素子ＥＵＪＴ
２１１ｂ ベース端子
２２３ ホト・トライアック・カップラ
２２４ トライアック
２２７ トランス
２２８ 整流回路
２３１ セットパルス発生回路
２３４ リセットパルス発生回路
２３５ フリップフロップ回路
２３６ ＡＮＤ回路
３２１ クロック信号
３２２ パルス出力
３２３ ゲート信号
３２４ クリア信号
３２５ オーバー信号
３５０ ＡＮＤゲート
３５１ カウンタ
３５２ ＲＳ型フリップフロップ

Claims (9)

1. 交流電源に対して交流モータを介して直列に接続される整流素子と、
   前記交流電源の電源電圧について正負が切り替わる時を検出し、検出した結果をゼロクロス信号として出力するゼロクロス検出部と、
   前記交流モータから所定の出力を得るために前記整流素子をＯＮする制御信号を生成し、生成した前記制御信号を出力するＯＮ信号発生部と、
   前記制御信号が入力されたとき、入力された前記制御信号に応じて所定時間幅を有するＯＮパルス信号を生成し、生成した前記ＯＮパルス信号を出力するとともに、前記電源電圧の正負が切り替わる時を前記ゼロクロス検出部が検出した場合、前記ＯＮパルス信号の出力を停止する、ＯＮパルス信号発生部と、
   前記ＯＮパルス信号が入力されたとき、入力された前記ＯＮパルス信号に応じて前記整流素子をＯＮ状態にするＯＮ信号を出力する駆動部と、
   を備える交流モータの制御装置。
2. 前記整流素子は、逆並列に接続された複数のサイリスタである、請求項１に記載の交流モータの制御装置。
3. 前記整流素子は、トライアックである、請求項１に記載の交流モータの制御装置。
4. 前記ＯＮパルス信号発生部は、前記電源電圧の正負が切り替わる時を前記ゼロクロス検出部が検出した場合、前記ゼロクロス検出部から伝達される前記ゼロクロス信号に応じて、入力された前記制御信号に応じて生成された前記ＯＮパルス信号の出力を停止する、リセット回路を有する、請求項１に記載の交流モータの制御装置。
5. 前記ゼロクロス検出部は、
   前記交流電源に対して直列に接続される一次側素子と、
   前記一次側素子と電気的に絶縁されて、前記一次側素子が検出する前記交流電源の電源電圧の変化を反映した電気的信号を出力する二次側素子と、
   を有する、請求項１に記載の交流モータの制御装置。
6. 前記ゼロクロス検出部は、
   前記一次側素子として発光素子と、
   前記二次側素子として受光素子と、
   を含むフォトカプラを有する、請求項５に記載の交流モータの制御装置。
7. 前記ＯＮパルス信号発生部は、
   第１の端子と、第２の端子と、第３の端子と、を含む半導体スイッチング素子と、
   前記第１の端子と前記第２の端子とを接続するコンデンサと、
   前記コンデンサと並列に接続されるスイッチ素子と、
   を有し、
   前記スイッチ素子は、前記ゼロクロス信号を入力したときに前記コンデンサの両端を短絡するよう動作し、
   前記制御信号は、前記第２の端子に伝達されて、
   前記第３の端子は、前記ＯＮパルス信号を出力する、
   請求項１に記載の交流モータの制御装置。
8. 前記半導体スイッチング素子は、トランジスタである、請求項７に記載の交流モータの制御装置。
9. 前記半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴである、請求項７に記載の交流モータの制御装置。
   

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