JP4612056B2 - 相互誘導性非接触スタータ - Google Patents

Description

本発明は、始動コンデンサ付の圧縮機用モータまたは共通の単相ＡＣモータを始動させるように主に設計された、相互誘導性非接触スタータに関する。

単相ＡＣモータは、通常、一次巻線と二次巻線とからなる回転子と固定子を備える。二次巻線は、モータの始動時に用いられるばかりでなく、モータの通常運転時にも動作する。そのため、単相ＡＣモータの完全な二次巻線回路は、互いに入れ替わる二次巻線動作回路と二次巻線始動回路とによって表すことができる。二次巻線がモータの通常運転時に動作しないモータは、二次巻線動作回路部を有しない。このように、この種のモータでは、二次巻線始動回路部はモータの始動時にのみ動作し、かつモータが始動した後は切断する必要がある。従来のモータでは、二次巻線始動回路の切断は、通常、正の温度係数（ＰＴＣ）の部品を用いて実施される。モータが始動すると、始動回路が動作し、二次巻線中の始動電流がＰＴＣ部品に流れ、それによりＰＴＣ部品が発熱して抵抗が急激に増加し、最終的に始動回路を切断する。モータの通常運転時に、ＰＴＣ部品を持続的に流れる小さな電流がありＰＴＣ部品の熱による抵抗が維持され、それによりモータ始動回路が作動することを妨げている。ＰＴＣ部品の発熱を維持するための電力損失は、通常約３Ｗである。そのようなモータが広く用いられているため、熱損失により電気エネルギーの浪費は深刻なものである。

中国特許出願ＣＮ１０５２２２８Ａ号には、単相誘導性モータを始動させるための電子回路が開示されている。通常状態においてゲートオンし、かつモータ始動回路および関連するゲートオン／ゲートオフ回路のタイミングによりゲートオフするトライアックを利用することにより、始動時の閉状態から遅延して開状態にモータ始動回路の切替を実施し、それによりモータを始動させる。しかし、回路に用いられる個々の部品は、長期間の動作においてモータが断続的かつ頻繁に始動する必要がある典型的な応用例において非常に高い信頼性を要求されるが、始動回路の信頼性が大きく低下する。特に、数ミリアンペアの動作電流がゲートオン回路に用いられる抵抗部品と遅延ゲートオフ回路に用いられる多数のトランジスタとに流れる。さらに、全電子回路が複雑なモータ運転回路中で動作しており、複雑な電気的環境から効果的には隔離されていない。その結果、微弱電流回路システム全体が十分に保護されないため、モータシステム全体の信頼性に重大な悪影響をもたらす。また、回路に使用されるトライアックはモータ始動回路が閉じる前にタイマーをリセットする必要がある、すなわち、遅延の後トライアックが再びゲートオフする前にタイマーのコンデンサがある時間の間放電するように、タイマー回路の電力を切断する必要がある。ゲートオン／遅延ゲートオフ回路中に電流がある限りトライアックは常にゲートオフ状態にないと、モータが非運転の低電流状態から始動状態に切り替わるのが妨げられる。

日本国特許ＪＰ１００９４２７９号には、起動時のモータ電流が通常運転時のモータ電流と異なる原理を用いて、主モータ回路中の電流検出抵抗器を利用して、主回路電流（モータ中の全電流)信号を電圧信号に変換する発明が開示されている。さらに、当該発明は、「基準電流設定器」および主回路電流信号を現在の電流値と比較する「電流比較回路」を利用して、モータ始動回路に接続されたトライアックのゲートオン／ゲートオフの制御に比較結果を用い、それにより始動回路の開閉を制御する目的を達成している。しかし、回路に用いる抵抗器は、主モータ回路中の電流信号を電圧信号としてサンプリングしている。抵抗器は全くの抵抗部品であり、主モータ回路中の電流は通常アンペアレベルあるいはアンペアレベルに近いため、全モータ運転工程において抵抗器はワットレベルあるいはワットレベルに近い熱損失を起こす。回路はモータを始動させることができるが、エネルギー利用比率が大幅に低下する。さらに、回路は「基準電流設定器」や「比較回路」のような補助回路を利用しており、それらすべてが、モータ始動機能の信頼性をある程度、低下させる。

本発明の少なくともいくつかの目的は、高信頼性と低電力損失を特徴とする、単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータを提供することである。

１つの実施形態によれば、単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータが提供される。モータは、少なくとも一次巻線と二次巻線からなる固定子を備える。不変に動作するコンデンサＣは、一次と二次巻線の出口端子間に接続される。相互誘導性非接触スタータは２つの一次コイルおよび１つの二次コイルからなる電流相互インダクタＬと、ゲートコンデンサＣ０と、トライアックＴと、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔとを備える。電流相互インダクタＬの二次コイルＬ２の第１の端子は、トライアックＴのゲート電極Ｇに接続される。二次コイルの第２の端子は、トライアックＴの第１の電極Ａ１、モータ動作コンデンサＣの端子、および電流相互インダクタＬの第１の一次コイルＬ１の端子に接続される。電流相互インダクタＬの第１の一次コイルＬ１の第２の端子は、モータＭＤの二次巻線の出口端子Ｓに接続される。電流相互インダクタＬの第２の一次コイルＬ３の端子は、電力入力端子ＡとゲートコンデンサＣ０の端子とに接続される。電流相互インダクタＬの第２の一次コイルＬ３の第２の端子は、モータの一次巻線の出口端子Ｍ、モータ動作コンデンサＣの第２の端子、およびゲートコンデンサＣ０の第２の端子に接続される。ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの第１の端子は、トライアックの第２の電極Ａ２に接続される。ＰＴＣ抵抗器の第２の端子は、モータ始動コンデンサＣｓの端子に接続される。

電流インダクタを用いて関連する電流信号をサンプリングすることにより、スタータは、現状の電流サンプリングシステムの熱損失をミリワットレベルまで（すなわち、スタータは「ゼロ電力損失」の単相ＡＣモータ用スタータである）効果的に制御可能であり、それによりエネルギー効率を大幅に改善できる。さらに、スタータは、簡単な回路と少ない部品を有し、高信頼性であるため、モータ始動機能を実現させるとともに、モータ始動システムの信頼性を向上させる。

ここに開示される本発明の上記およびその他の特徴を、好適な実施形態の図面を参照して以下に説明する。例示される実施形態は、例示することが目的であり、本発明を制限するものではない。図面は以下の図を含む。

図１は、第１の実施形態により構成される始動回路の概略電気回路図である。
図２は、第１の実施形態の概略電気回路図である。

単相ＡＣモータ用相互誘導性非接触スタータのいくつかの実施形態を、点線の多角形により囲まれた添付図面中に示し、付随するモータＭＤを点線の円により表す。

図１に示すように、モータ始動コンデンサＣｓの１つの端子は、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの端子に接続される。モータ始動コンデンサＣｓの他の端子は、モータ動作コンデンサＣの端子、第２の一次コイルＬ３の端子、ゲートコンデンサＣ０の端子、およびモータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍに接続される。

トライアックＴは、第１の電極Ａ１、第２の電極Ａ２、およびゲート電極Ｇを有する。トライアックＴは、図１および２に例示される向きにおいて、始動回路中に内蔵される。

図２に示すように、いくつかの実施形態において、モータ始動コンデンサＣｓの１つの端子は、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの端子に接続される。モータ始動コンデンサＣｓの他の端子は、電力入力端子Ａ、ゲートコンデンサＣ０の１つの端子、および第２の一次コイルＬ３の１つの端子に接続される。

すべての上記実施形態において、モータＭＤの一次および二次巻線の結合された出口端子Ｚは電力入力端子Ｂに接続される。

さらに、上記実施形態において、モータＭＤに応じて、電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１中の電流変動が特定され、さらにその電流とモータ始動回路中の電流との相関係が特定される。必要に応じて上記実施形態から選択することにより、電流相互インダクタＬの二次コイルＬ２中のゲート電流とモータ始動回路中の電流との相関係を最適化することができ、モータ始動回路に直列に接続されるトライアックＴを始動させるように、最適電流変動特性が得られる。

適切なパラメータを用いて電流相互インダクタＬを選択することにより、モータＭＤの通常運転時ではなく、モータの始動時に、トライアックＴを始動可能である。これにより、モータ始動回路を、モータの始動時にのみ動作するように制御可能である。必要に応じて、一次および二次コイルＬ１、Ｌ２の巻線数および特定の性能を有する鉄心または磁心を選択することにより、回路中の電流相互インダクタＬを選択調整可能である。

モータの回転子が加速を開始した後の短時間に、モータＭＤは、始動回路を切断してモータを始動するように、トライアックＴがゲートオン状態からゲートオフ状態に切り替わるようにする。すなわち、電流相互インダクタＬからの電流出力が、トライアックＴが始動できないレベルにまで自動的に低下する。

図に示すように、モータＭＤが回転し始めたとき、モータＭＤの一次巻線中の開始電流は高いが、モータＭＤの二次巻線中の電流は低い。電流相互インダクタＬからの電流出力は、第２の一次コイルＬ３の支配下においてトライアックＴを始動させ、その結果、始動回路が動作を始めることにより、モータＭＤの二次巻線中の電流が急激に増加し、電流相互インダクタＬの第１の一次コイルＬ１の電流の二次巻線の電流出力に対する貢献が、支配的な役割を担う。電流インダクタＬの二次コイルＬ２からの電流出力が急激に増加すると、始動回路中のトライアックＴを始動させて、それにより始動回路が動作状態になる。モータＭＤの二次巻線からの高始動電流が始動回路中のＰＴＣ抵抗器Ｒｔを通過すると、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔは急激に発熱して、抵抗が急激に増加する。 ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの温度がそのキュリー点に達すると、抵抗値は最大になり、モータ始動回路を切断することが十分可能になる。ここで、モータＭＤは通常運転状態に入る。その後、前述した選択原理と電流相互インダクタＬの調整とにより規定されるように、電流インダクタの二次コイルＬ２からの電流出力はトライアックＴを始動させることができない。そのため、モータ始動回路は完全に切断されて、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔには電流が流れなくなり、温度が降下し始める。ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの温度が動作環境温度付近まで降下すると、モータが通常運転状態にあるので、電流インダクタＬの二次コイルＬ２からの電流出力により、始動回路中のトライアックＴを始動することはできない。その結果、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔを流れる電流はなくなり、モータＭＤが停止あるいは再始動するまで、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔが加熱されることはない。すなわち、モータが停止するまで、モータ始動回路はその状態に保持される。

これらの発明を好適な実施形態および例において開示したが、本発明は、特に開示された実施形態を超えて、その他の代替となる実施形態および／または本発明の用途、明白な変形例、およびそれらと等価なものにまで広がることを、当該分野の技術者は理解すべきである。さらに、本発明のいくつかの変形を示し詳細に説明したが、これらの発明の範囲内にあるその他の変形例も、当該分野の技術者はこの開示に基づいて明らかとなるであろう。本実施形態の特別な特徴および態様の種々の組み合わせあるいは下位の組み合わせが可能であり、かつこれらも本発明の範囲内にあることが意図されている。開示された実施形態の種々の特徴および態様は、開示された発明の種々の形態を構成するために、互いに組み合わせること、あるいは置き換えることができることを理解すべきである。ここの開示される少なくともいくつかの本発明の範囲は、特に開示された上記実施形態により限定されるものではないことが意図される。

図１は、第１の実施形態により構成される始動回路の概略電気回路図である。 図２は、第１の実施形態の概略電気回路図である。

Claims (1)

1. モータは少なくとも一次巻線および二次巻線からなる固定子を備え、不変に動作するコンデンサＣは一次巻線および二次巻線の出口端子間に接続され、 相互誘導性非接触スタータは、２つの一次コイルおよび１つの二次コイルからなる電流相互インダクタＬと、ゲートコンデンサＣ０と、トライアックＴと、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔとを備える単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータであって、
   相互インダクタＬの二次コイルＬ２の第１の端子はトライアックＴのゲート電極Ｇに接続され、二次コイルの第２の端子は、トライアックＴの第１の電極Ａ１、モータ動作コンデンサＣの端子、および相互インダクタＬの第１の一次コイルＬ１の端子に接続され、相互インダクタＬの第１の一次コイルＬ１の第２の端子はモータＭＤの二次巻線の出口端子Ｓに接続され、相互インダクタＬの第２の一次コイルＬ３の端子は電力入力端子ＡとゲートコンデンサＣ０の端子とに接続され、電流インダクタの第２の一次コイルの第２の端子は、モータの一次巻線の出口端子Ｍ、モータ動作コンデンサＣの第２の端子、およびゲートコンデンサＣ０の第２の端子に接続され、さらに、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの第１の端子はトライアックの第２の電極Ａ２に接続され、ＰＴＣ抵抗器の第２の端子はモータ始動コンデンサＣｓの端子に接続される、単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。

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