JP3392560B2 - 単相同期モーターを用いた観賞魚水槽ポンプ用の周波数変換兼変圧用の家庭用電源アダプター - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、観賞魚水槽用水中ポ
ンプを駆動する際に家庭用電源コンセントから得られる
周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電圧
を、周波数６０Ｈｚ又は５０Ｈｚ、電圧２４Ｖ等の交流
電圧に変換するために用いられる観賞魚水槽ポンプ用の
周波数変換兼変圧用の家庭用電源アダプターに関する。 【０００２】 【従来の技術】観賞魚水槽用の電動ポンプなかでも特に
水中ポンプを、家庭用電源コンセントから得られる周波
数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源を駆
動源として作動させる場合、安全性確保のために例えば
漏電ブレーカを設置すると共にこれをアースすることに
よって漏電の問題を克服しなければらない。 【０００３】このようなことから、従来、この種のポン
プは、家庭用電源コンセントから得られる１００Ｖの交
流電圧を変圧器によってそれよりも低い電圧、例えば２
４Ｖ等の交流電圧に降圧して駆動するようになされてい
た。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、日本では家
庭用電源コンセントから得られる１００Ｖの交流電圧
は、地域によって周波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの
場合とがある。このため上記電動ポンプもそのいずれか
の周波数に適合するように設計されたものが提供されて
いる。 【０００５】しかしながら、例えば５０Ｈｚ用に設計さ
れた電動ポンプを６０Ｈｚの地域で駆動させると、唸り
音が発生したり、パワー不足となって揚水能力が低下し
あるいは流量が減少するというような不都合が生ずるこ
とになる。 【０００６】この発明は、例えば上述したような特定周
波数に適合するように設計された観賞魚水槽ポンプをそ
の商用周波数とは異なる商用周波数の地域で使用しても
同一の性能を確保することができるようにした観賞魚水
槽ポンプ用の周波数変換兼変圧用の家庭用電源アダプタ
ーの提供を目的とするものである。 【０００７】 【課題を解決するための手段】而して、この発明にかか
る周波数変換兼変圧用の家庭用電源アダプターは、要す
るに家庭用電源コンセントから得られる商用周波数の交
流電圧を一旦直流電圧に変換して定電圧制御し、その直
流出力電圧を所定周波数および電圧の交流電圧に逆変換
するようにしたものである。 【０００８】即ち、この発明は、家庭用電源コンセント
から得られる商用周波数の交流電圧をを直流電圧に変換
する整流手段（Ａ）と、該整流手段（Ａ）の直流出力電
圧を定電圧制御する直流定電圧制御手段（Ｂ）と、該直
流定電圧制御手段（Ｂ）の直流出力電圧を所定周波数お
よび電圧の交流電圧に変換する逆変換手段（Ｃ）とを備
え、前記逆変換手段（Ｃ）は、前記直流定電圧制御手段
（Ｂ）の出力端子（ｂ）が接続された中間タップ（ｎ）
を有する１次巻線（Ｌ１）、２次巻線（Ｌ２）および制
御巻線（Ｌ３）を備えた変圧器（Ｔ）と、前記１次巻線
（Ｌ１）の両端にそれぞれコレクタが接続され、エミッ
タが接地された一対のトランジスタ（Ｑ４）（Ｑ５）
と、前記両トランジスタ（Ｑ４）（Ｑ５）のベース−エ
ミッタ間に、それぞれアノードをベースに接続した状態
で介在配置された一対のダイオード（Ｄ１）（Ｄ２）
と、前記１次巻線（Ｌ１）の中間タップ（ｎ）と前記制
御巻線（Ｌ３）の一端との間に接続された抵抗（Ｒ１
１）と、前記制御巻線（Ｌ３）の他端と一方のトランジ
スタ（Ｑ４）のベース端子との間に接続された抵抗（Ｒ
１０）（ＶＲ１）とで構成され、前記制御巻線（Ｌ３）
の一端が他方のトランジスタ（Ｑ５）のベース端子に接
続されてなる、単相同期モーターを用いた観賞魚水槽ポ
ンプ用の周波数変換兼変圧用の家庭用電源アダプターに
ある。 【０００９】 【作用】例えば周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ、電圧１０
０Ｖの交流電源電圧が整流手段に入力されることによっ
て整流される。そしてこの整流された直流電圧は直流定
電圧制御手段に入力されて、電源電圧あるいは負荷の変
動に拘らず一定の直流定電圧として出力される。次いで
この直流定電圧は、逆変換手段に入力されて例えば周波
数６０Ｈｚ又は５０Ｈｚ、電圧２４Ｖのように所期する
周波数及び電圧の交流電圧に変換されて出力される。 【００１０】 【実施例】以下、この発明を図示実施例に基づいて説明
する。 【００１１】この実施例にかかる周波数変換兼変圧用の
家庭用電源アダプターは、家庭用電源コンセントから得
られる商用周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ、電圧１００Ｖ
の交流電圧を、周波数６０Ｈｚ又は５０Ｈｚ、電圧２４
Ｖの交流電圧に変換するものであり、特に観賞魚水槽用
水中ポンプの単相同期モーターを駆動する際に好適に使
用されるように設計されたものである。 【００１２】図１に示すように、この電源アダプター
は、整流手段（Ａ）、直流定電圧制御手段（Ｂ）および
逆変換手段（Ｃ）で構成されている。 【００１３】前記整流手段（Ａ）は、例えば図示しない
４つのダイオードを単相全波整流接続して交流電力を直
流電力に変換し、図１に示すように並列接続された平滑
コンデンサ（Ｃ１）によって直流出力の脈動分を減少さ
せるようになされたものである。図中、符号（Ｆ）はヒ
ューズ、（ＺＮＲ１）はバリスタである。この実施例に
おいて、前記整流手段（Ａ）の出力端子（ａ）における
直流出力電圧（Ｖ１）は、約１４０Ｖである。 【００１４】上記整流手段（Ａ）からの直流出力電圧
（Ｖ１）は、直流定電圧制御手段（Ｂ）に印加されてそ
の出力端子（ｂ）から１２５Ｖの直流定電圧出力（Ｖ
２）が得られるようになっている。 【００１５】この実施例では、上記直流定電圧制御手段
（Ｂ）としてシリーズ・パス型負帰還定電圧制御回路が
採用されている。 【００１６】この回路は、出力電圧（Ｖ２）を制御する
ためのトランジスタ（Ｑ１）が入力側と出力側との間で
直列に接続されたエミッタ・フォロワタイプのものであ
る。このエミッタ・フォロワタイプは、出力インピーダ
ンスが非常に低くエミッタ電流すなわち負荷電流を取り
出しても出力電圧（Ｖ２）の変動を小さくすることがで
きる。負荷変動に伴う出力電圧の変動をなくすために、
この回路においては、出力電圧（Ｖ２）とツェナーダイ
オード（ＺＤ１）で決定される基準電圧（Ｖｒ）とを比
較して、その誤差分をエミッタ・フォロワの前記トラン
ジスタ（Ｑ１）のベースに戻して負帰還をかけている。 【００１７】出力電圧（Ｖ２）は、出力端に接続された
２つの抵抗（Ｒ８）（Ｒ９）で分圧され、トランジスタ
（Ｑ３）のベースに入力されている。このトランジスタ
（Ｑ３）のエミッタに接続されたツェナ・ダイオード
（ＺＤ１）の電圧降下（Ｖｚ）に、トランジスタ（Ｑ
３）のベース・エミッタ間電圧を加えた値が上記基準電
圧（Ｖｒ）となり、トランジスタ（Ｑ３）のベース電
圧、すなわち出力電圧（Ｖ２）を抵抗（Ｒ８）と抵抗
（Ｒ９）で分圧した値が、常に上記基準電圧（Ｖｒ）と
なるように出力がコントロールされる。 【００１８】また前記エミッタ・フォロワトランジスタ
（Ｑ１）の出力側には、過電流保護の目的でトランジス
タ（Ｑ２）が取り付けられている。 【００１９】なお、この回路においてコンデンサ（Ｃ
２）はツェナ・ダイオード（ＺＤ１）の雑音を除去する
ためのものであり、コンデンサ（Ｃ３）は出力端子の交
流インーダンスを下げるためのものである。また、コン
デンサ（Ｃ４）（Ｃ５）は発振を防止するためのもので
ある。 【００２０】上記直流定電圧制御手段（Ｂ）からの直流
出力電圧（Ｖ２）は、前記逆変換手段（Ｃ）に入力され
て、その出力端子から周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ、電
圧２４Ｖの出力電圧が得られるようになされている。 【００２１】上記逆変換手段（Ｃ）は、前記直流定電圧
制御手段（Ｂ）の出力端子（ｂ）が接続された中間タッ
プ（ｎ）を有する１次巻線（Ｌ１）、２次巻線（Ｌ２）
および制御巻線（Ｌ３）を備えた変圧器（Ｔ）と、前記
制御巻線（Ｌ３）との共働作用によって交互にＯＮ、Ｏ
ＦＦ制御される一対のスイッチング素子（Ｑ４）（Ｑ
５）とを備えたものである。 【００２２】前記両スイッチング素子（Ｑ４）（Ｑ５）
は、それぞれ一端部が前記１次巻線（Ｌ１）の両端に接
続されると共に他端部が接地されている。 【００２３】前記制御巻線（Ｌ３）は、前記両スイッチ
ング素子（Ｑ５）（Ｑ６）を交互にＯＮ、ＯＦＦ制御す
るためのものであり、前記中間タップ（ｎ）からいずれ
か一方のスイッチング素子（Ｑ５又はＱ６）に向かう前
記１次巻線（Ｌ１）を通過する電流の増減に基づいて発
生する誘導起電力によってＯＮ状態のスイッチング素子
（Ｑ５又はＱ６）をＯＦＦ状態とする一方、ＯＦＦ状態
のスイッチング素子（Ｑ６又はＱ５）をＯＮ状態とする
ように、両素子（Ｑ５）（Ｑ６）の制御端子に接続され
ている。 【００２４】而して、前記変圧器（Ｔ）の一次巻線（Ｌ
１）および前記制御巻線（Ｌ３）と一対の前記スイッチ
ング素子（Ｑ４）（Ｑ５）との共働作用によって該スイ
ッチング素子（Ｑ４）（Ｑ５）が交互にＯＮ、ＯＦＦ作
動されることにより、変圧器（Ｔ）の一次側巻線（Ｌ
１）にその中間タップ（ｎ）を境に逆方向に交互に電流
が流れ、図２に示すように、変圧器（Ｔ）の二次巻線
（Ｌ２）に０Ｖを基準にして正と負の電圧波形が交互に
現れる。 【００２５】上記逆変換手段（Ｃ）を更に具体的に説明
すると次ぎのとおりである。 【００２６】前記変圧器（Ｔ）は、低周波用のものであ
って薄いケイ素綱板を積層して構成されたコアに相互に
絶縁した状態で１次巻線（Ｌ１）、２次巻線（Ｌ２）お
よび制御巻線（Ｌ３）が巻かれたものである。一次巻線
（Ｌ１）はその略中間位置に中間タップ（ｎ）を有す
る。 【００２７】前記スイッチング素子（Ｑ４）（Ｑ５）
は、いずれもＮＰＮ型トランジスタであり、各トランジ
スタ（Ｑ４）（Ｑ５）はそのコレクタがそれぞれ前記１
次巻線（Ｌ１）の両端に接続されると共に、エミッタが
いずれも接地されている。 【００２８】また前記両トランジスタ（Ｑ４）（Ｑ５）
のベース−エミッタ間には、それぞれダイオード（Ｄ
１）（Ｄ２）が、アノード側をベースに接続した状態で
連結接続されている。 【００２９】前記制御巻線（Ｌ３）の一端と前記１次巻
線（Ｌ１）の中間タップ（ｎ）とが、抵抗（Ｒ１１）を
介して接続される一方、前記制御巻線（Ｌ３）の他端と
一方のトランジスタ（Ｑ４）のベース端子とが，直列に
接続された可変抵抗（ＶＲ１）と固定抵抗（Ｒ１０）と
を介して接続されている。 【００３０】また前記制御巻線（Ｌ３）の前記一端は、
他方のトランジスタ（Ｑ５）のベース端子に直接接続さ
れている。 【００３１】いま一次巻線（Ｌ１）の中間タップ（ｎ）
に直流定電圧制御手段（Ｂ）の出力電圧（Ｖ２）が印加
されると、抵抗（Ｒ１１）を通じてトランジスタ（Ｑ
５）にベース電流が流れ、同トランジスタ（Ｑ５）がＯ
Ｎ状態になる。すると、このトランジスタ（Ｑ５）に、
一次巻線（Ｌ１）の前記中間タップ（ｎ）から下半分の
巻線（Ｌ１ｂ）を通じてコレクタ電流が流れる。この前
記巻線（Ｌ１ｂ）に流れる電流によって制御巻線（Ｌ
３）に誘導起電力が発生する。この起電力は、トランジ
スタ（Ｑ５）のベース電流を増大させるように作用す
る。而して、トランジスタ（Ｑ５）のコレクタ電流は更
に増加する。このとき上記起電力は、もう一方のトラン
ジスタ（Ｑ４）に逆バイアスとして作用する。このよう
にしてトランジスタ（Ｑ５）のコレクタ電流が増大する
がこれが定常状態に近付くにつれてその増大量が減少
し、これに伴って上記起電力が減少してコレクタ電流が
減少する結果、前記制御巻線（Ｌ３）には当初と逆方向
の起電力が発生する。 【００３２】この起電力は，トランジスタ（Ｑ５）のベ
ース電流を減少させ、ベース・エミッタ間に接続された
ダイオード（Ｄ２）をＯＮさせるように作用する。これ
によってトランジスタ（Ｑ５）はＯＦＦ状態となる。一
方、上記起電力は、もう一方のトランジスタ（Ｑ４）に
ベース電流を流し、該トランジスタ（Ｑ４）をＯＮ状態
とするように作用する。すると今度は、このトランジス
タ（Ｑ４）に、一次巻線（Ｌ１）の前記中間タップ
（ｎ）から上半分の巻線（Ｌ１ｂ）を通じてコレクタ電
流が流れる。この前記巻線（Ｌ１ａ）に流れる電流によ
って制御巻線（Ｌ３）に誘導起電力が発生する。この起
電力は、トランジスタ（Ｑ４）のベース電流を増大させ
るように作用する。而して、トランジスタ（Ｑ４）のコ
レクタ電流は更に増加する。このとき上記起電力は、も
う一方のトランジスタ（Ｑ５）に逆バイアスとして作用
する。このようにしてトランジスタ（Ｑ４）のコレクタ
電流が増大するがこれが定常状態に近付くにつれてその
増大量が減少し、これに伴って上記起電力が減少してコ
レクタ電流が減少する結果、前記制御巻線（Ｌ３）には
当初と逆方向の起電力が発生する。この起電力は，トラ
ンジスタ（Ｑ４）のベース電流を減少させ、ベース・エ
ミッタ間に接続されたダイオード（Ｄ１）をＯＮさせる
ように作用する。これによってトランジスタ（Ｑ４）は
ＯＦＦ状態となる。 このようにしてトランジスタ（Ｑ
４）（Ｑ５）は、交互にＯＮ、ＯＦＦを繰り返し、一次
巻線（Ｌ１）の中間タップ（ｎ）を境に交互に逆方向に
一次電流が流れる結果、二次巻線（Ｌ２）に正と負の出
力電圧が交互に誘起される。 【００３３】この出力電圧の周波数は、可変抵抗（ＶＲ
１）の値によって任意の値に調整することができる。従
って、このアダプターを用いて作動させようとする機器
が周波数５０Ｈｚ用に設計されたものである場合には、
上記可変抵抗（ＶＲ１）を調整して出力電圧（Ｖｏ）の
周波数が５０Ｈｚになるようにすれば良く、また周波数
６０Ｈｚ用に設計されたものである場合には同様にして
６０Ｈｚになるようにすれば良い。 【００３４】なお、この実施例のように周波数調整用の
可変抵抗（ＶＲ１）に代えて、入力電圧（Ｖｉ）の周波
数が５０Ｈｚの時に出力電圧（Ｖｏ）の周波数が６０Ｈ
ｚとなるように、あるいは入力電圧（Ｖｉ）の周波数が
６０Ｈｚの時に出力電圧（Ｖｏ）の周波数が５０Ｈｚと
なるようになされた、固定抵抗を用いても良い。 【００３５】この実施例の電源アダプターは、上述のよ
うに入力側と出力側とが変圧器を介して絶縁されている
ため、漏電の恐れもなく安全性に優れたものとすること
ができる。従って、漏電対策の必要な観賞魚水槽用水中
ポンプ用として好適に使用することができる。 【００３６】また出力として、正と負の電圧が交互に誘
起されるので、単相同期モーター用の電源アダプターと
して好適に使用することができる。 【００３７】 【発明の効果】この発明にかかる観賞魚水槽ポンプ用の
周波数変換兼変圧用の家庭用電源アダプターは、周波数
の異なるいずれも地域においても機器に応じた適正な周
波数、電圧を得ることができ、当該機器の性能を所期ど
おりに発揮させることができる。つまり、観賞魚水槽用
電動ポンプであって５０Ｈｚ用に設計されたものを６０
Ｈｚの地域で駆動させる場合であっても、この発明にか
かる電源アダプターを用いれば、５０Ｈｚの所定電圧を
得ることができるので、唸り音の発生や、パワー不足に
よる揚水能力低下等の不都合を解消することができる。 【００３８】また、両スイッチング素子は、それぞれ一
端部が前記１次巻線の両端に接続されると共に他端部が
接地され、前記制御巻線は、前記中間タップからいずれ
か一方のスイッチング素子に向って前記１次巻線を通過
する電流の増減に基づいて発生する誘導起電力によって
ＯＮ状態のスイッチング素子をＯＦＦ状態とする一方、
ＯＦＦ状態のスイッチング素子をＯＮ状態とするよう
に、両スイッチング素子を交互にＯＮ、ＯＦＦ制御すべ
く該両素子の制御端子に接続されたものであるため、構
成が簡単であって安価に製造し提供することができるの
はもとより、出力として正と負の電圧が交互に誘起され
るので、単相同期モーターを用いた観賞魚水槽ポンプ用
の電源アダプターとして好適に使用することができる。 【００３９】更に、構成が簡単で漏電の問題をも解消し
得え安全性に優れた、単相同期モーターを用いた観賞魚
水槽ポンプ用として用いられる周波数変換兼変圧用の家
庭用電源アダプターを提供することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明にかかる電源アダプターの回路図であ
る。 【図２】変圧器の二次側端子の出力波形である。 【符号の説明】 Ａ 整流手段 Ｂ 直流定電圧制御手段 Ｃ 逆変換手段 ｂ 直流定電圧制御手段の出力端子 L1 １次巻線 ｎ １次巻線の中間タップ L2 ２次巻線 L3 制御巻線 Ｔ 変圧器 Q4 スイッチング素子（トランジスタ） Q5 スイッチング素子（トランジスタ） D1 ダイオード D2 ダイオード R11 抵抗 R10 抵抗 VR1 抵抗

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 家庭用電源コンセントから得られる商用
   周波数の交流電圧をを直流電圧に変換する整流手段
   （Ａ）と、該整流手段（Ａ）の直流出力電圧を定電圧制
   御する直流定電圧制御手段（Ｂ）と、該直流定電圧制御
   手段（Ｂ）の直流出力電圧を所定周波数および電圧の交
   流電圧に変換する逆変換手段（Ｃ）とを備え、 前記逆変換手段（Ｃ）は、前記直流定電圧制御手段
   （Ｂ）の出力端子（ｂ）が接続された中間タップ（ｎ）
   を有する１次巻線（Ｌ１）、２次巻線（Ｌ２）および制
   御巻線（Ｌ３）を備えた変圧器（Ｔ）と、 前記１次巻線（Ｌ１）の両端にそれぞれコレクタが接続
   され、エミッタが接地された一対のトランジスタ（Ｑ
   ４）（Ｑ５）と、 前記両トランジスタ（Ｑ４）（Ｑ５）のベース−エミッ
   タ間に、それぞれアノードをベースに接続した状態で介
   在配置された一対のダイオード（Ｄ１）（Ｄ２）と、 前記１次巻線（Ｌ１）の中間タップ（ｎ）と前記制御巻
   線（Ｌ３）の一端との間に接続された抵抗（Ｒ１１）
   と、 前記制御巻線（Ｌ３）の他端と一方のトランジスタ（Ｑ
   ４）のベース端子との間に接続された抵抗（Ｒ１０）
   （ＶＲ１）とで構成され、 前記制御巻線（Ｌ３）の一端が他方のトランジスタ（Ｑ
   ５）のベース端子に接続されてなる、単相同期モーター
   を用いた観賞魚水槽ポンプ用の周波数変換兼変圧用の家
   庭用電源アダプター。