JP4752105B2

JP4752105B2 - 単相交流誘導モータの起動回路

Info

Publication number: JP4752105B2
Application number: JP2000335555A
Authority: JP
Inventors: 隆鹿間; 祐一高岡
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: JP2002142479A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば冷蔵庫やエアコンなどに用いられている単相交流誘導モータの起動回路に関し、より詳細には、補助巻線に直列にトライアックを接続することにより起動後の電力の節減が図られる単相交流誘導モータの起動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷蔵庫やエアコン等においては、単相交流誘導モータが用いられている。この種の単相交流誘導モータの起動回路としては、ＣＳＩＲ方式、ＣＳＲ方式、ＲＳＩＲ方式、ＰＳＣ方式などの回路が知られている。
【０００３】
図３は、従来の単相交流誘導モータの起動回路の一例を示す回路図である。
図３において、５１は単相交流誘導モータを示し、主巻線５２及び補助巻線５３を有する。補助巻線５３に直列に、ＰＴＣ素子５４が接続されている。また、ＰＴＣ素子５４に並列にコンデンサ５５が接続されている。ＰＴＣ素子５４及びコンデンサ５５の他端は共通接続されて、電源５６に接続されている。また、電源５６と単相交流誘導モータ５１との間に発熱抵抗５７を有するオーバーロードリレー５８が接続されている。
【０００４】
この起動回路に通電されると、主巻線５２、補助巻線５３に電流が流れ、起動トルクが発生してモータが始動する。モータの回転数が所定の回転数に到達すると、起動トルクは不要となる。ＰＴＣ素子５４は、起動時の大電流により自己発熱し、抵抗値が増大する。その結果、補助巻線５３に流れる電流が制限される。
【０００５】
なお、起動時に何らかの異常により、モータが回転しない場合には、主巻線５２に大きな電流が流れる。この電流で、オーバーロードリレー５８内の発熱抵抗５７が発熱し、バイメタルスイッチがオフされ、それによってモータの保護が図られる。
【０００６】
しかしながら、図３に示した起動回路では、起動後にモータの回転数が所定の回転数に到達した場合、ＰＴＣ素子５４の電流制限作用により電力が制限されるといえども、依然としてＰＴＣ素子５４及び補助巻線５３に電流が流れる。従って、２〜３Ｗ程度の電力が浪費されていた。また、この起動回路では、モータが運転終了した後に、再起動しようとする場合、ＰＴＣ素子５４が十分に冷却していないと、再起動時における起動トルクが十分でなく、起動ミスが発生したり、オーバーロードリレーを誤動作させることもあった。
【０００７】
そこで、より一層の消費電力低減を図るために、トライアックを用いた単相交流誘導モータの起動回路が提案されている（特開平５−２４４７８６号公報、特開平５−２４４７８７号公報、特開平５−３２８７６７号公報、特開平６−３３９２９１号公報、特開平８−２８４８８号公報など）。図４は、トライアックを用いた従来の単相交流誘導モータの起動回路の一例を示す回路図である。
【０００８】
ここでは、単相交流誘導モータ５１の補助巻線５３に直列に起動用ＰＴＣ素子６１及びトライアック６２が接続されている。また、補助巻線５３の一端とトライアック６２のゲート端子との間にトライアックの第１，第２の端子をオンオフするための制御用ＰＴＣ素子６３が接続されている。すなわち、図３に示した回路のＰＴＣ素子５４に代えて、上記ＰＴＣ素子６１、トライアック６２及び制御用ＰＴＣ素子６３が接続されている。その他の点については、図３に示した回路と同様である。
【０００９】
図４に示した回路に通電されると、主巻線５２及び補助巻線５３に大きな電流が流れる。この場合、制御用ＰＴＣ素子６３の抵抗値は、トライアック６２の第１，第２の端子間をオン状態とするゲート電圧を与え得るように選ばれている。従って、モータが起動される。起動後、制御用ＰＴＣ素子６３に電流が流れ続けるので、ＰＴＣ素子６３が発熱し、トライアック６２のゲート電圧を高める。ゲート電圧が所定のしきい値を超えると、トライアック６２の第１，第２の端子間がオフ状態となる。すなわち、トライアック６２がオフ状態となる前に、モータが始動し、所定の回転数に到達するように、上記制御用ＰＴＣ素子６３の抵抗温度特性、キューリー点、及び素子寸法が設定されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した起動回路では、モータが起動し、所定の回転数に到達した後には、制御用ＰＴＣ素子６３が高抵抗状態となり、トライアック６２がオフ状態とされる。従って、トライアック６２がオフ状態になると、ＰＴＣ素子６１にはもはや通電されない。従って、図３に示した起動回路に比べて、定常運転時の消費電力を節減することができる。
【００１１】
しかしながら、図４に示した起動回路においても、制御用ＰＴＣ素子６３は依然としてエネルギーを消費しており、やはりより一層の消費電力の低減が求められている。加えて、図４に示した起動回路では、運転終了後に、再起動しようとした場合、制御用ＰＴＣ素子６３が十分に冷却されていないと、再起動できないことがあった。
【００１２】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、消費電力をより一層低減することができ、かつ再起動を確実に行うことができる単相交流誘導モータの起動回路を提供することにある。
【００１３】
本発明の広い局面によれば、主巻線及び補助巻線を有する単相交流誘導モータの起動回路であって、第１，第２の端子及びゲート端子を有し、第１の端子が前記補助巻線に接続されて、前記補助巻線に直列に接続されているトライアックと、一端が前記主巻線及びトライアックの第２の端子に接続されており、他端が前記トライアックのゲート端子に接続されている発熱抵抗を有するオーバーロードリレーと、前記補助巻線と前記トライアックの端子との間に直列に接続されたＰＴＣ素子とを備える、単相交流誘導モータの起動回路が提供される。
【００１４】
好ましくは、起動後に、前記トライアックの第１，第２の端子間をオフ状態とするように、前記発熱抵抗の抵抗値が選ばれている。
本発明の特定の局面では、前記発熱抵抗の抵抗値は１００〜５００ｍΩの範囲である。
【００１５】
本発明のさらに他の特定の局面では、前記補助巻線と前記トライアックの第１の端子との間に直列に接続されたＰＴＣ素子がさらに備えられる。
本発明の他の特定の局面では、前記ＰＴＣ素子が起動後にその抵抗値が減衰する抵抗温度特性を有する。
【００１６】
本発明の別の特定の局面では、前記補助巻線に直列に、かつ前記トライアックに並列に接続されている起動コンデンサがさらに備えられ、前記起動コンデンサの補助巻線に接続されている側とは反対側の端部が前記オーバーロードリレーの発熱抵抗の一端に接続されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例に係る単相交流誘導モータの起動回路を説明するための回路図である。
単相交流誘導モータ１は、主巻線２と補助巻線３とを有する。本実施例の起動回路４は、交流電源５と単相交流誘導モータ１との間に接続されている。
【００１９】
起動回路４は、互いに直列に接続されたＰＴＣ素子６及びトライアック７を有する。ＰＴＣ素子６の一端が補助巻線３に接続されており、他端がトライアック７の第１の端子に接続されている。トライアック７の第２の端子が、オーバーロードリレー８の発熱抵抗９の一端に接続されている。また、発熱抵抗９の他端に、トライアック７のゲート端子が接続されている。また、発熱抵抗９のトライアック７の第２の端子が接続されている端部には、補助巻線３との間にコンデンサ１０が接続されている。すなわち、コンデンサ１０は、上記ＰＴＣ素子６及びトライアック７と並列に接続されている。
【００２０】
オーバーロードリレー８は、発熱抵抗９と、バイメタルスイッチ１１とを有し、大電流が流れたときに、発熱抵抗９の抵抗値が上昇し、バイメタルスイッチ１１がオフ状態となるように構成されている。
【００２１】
バイメタルスイッチ１１の発熱抵抗９と接続されている側とは反対側の端部が電源５に接続されている。
次に、上記起動回路４の動作を説明すると共に、起動回路４を構成している素子の内容をより詳細に説明する。
【００２２】
初期状態では、バイメタルスイッチ１１は閉成されている。電源５が投入されると、主巻線２及び補助巻線３に電流が流れる。すなわち、トライアック７のゲート端子に高電圧が印加され、トライアック７がオン状態となるので、補助巻線３にも電流が流れ、モータが回転され始める。
【００２３】
この起動回路４におけるモータの回転数、主巻線２に流れる電流、補助巻線３及びＰＴＣ素子６に流れる電流、オーバーロードリレー８の両端間の電圧及びトライアックの状態の時間変化を図２に示す。
【００２４】
図２から明らかなように、起動回路４により上記のように単相交流誘導モータ１が起動され、その回転数が次第に増加し、時間Ｔ１に到達すると、モータの回転数が安定する。この時間Ｔ１は、通常、電源投入後から１〜２秒後である。
【００２５】
主巻線２に流れる電流は、時間Ｔ１までは若干の変動はあるものの（図示されず）、概ね一定であり、時間Ｔ１を経過した後も一定である。
補助巻線３を流れる電流は、開始時点では、ＰＴＣ素子６が低抵抗状態にあるため大きく、時間Ｔ１を超えると、ＰＴＣ素子６の発熱による電流制限作用により減衰するように設定されている。
【００２６】
他方、オーバーロードリレー８の発熱抵抗９に流れる電流は、補助巻線３に流れる電流及び主巻線２に流れる電流並びにコンデンサ１０を流れる電流の合成電流となる。従って、始動時には、オーバーロードリレー８の両端の電圧は高く、ＰＴＣ素子６の電流制限作用により時間Ｔ１後には上記合成電流が低下し、オーバーロードリレー８の両端の電圧が低下する。
【００２７】
発熱抵抗９は、１００〜５００ｍΩ程度の抵抗値を有し、起動時の電流によりバイメタルスイッチ１１がオフ状態となることがないように、かつモータが異常時には主巻線２を流れる大電流により発熱し、バイメタルスイッチ１１をオフ状態とするように設定されている。
【００２８】
上記発熱抵抗９を介してトライアック７のゲート端子にゲート電圧が供給されるが、始動時の高電圧により、トライアック７は上記のようにオン状態とされている。そして、モータの回転数が所定の回転数に達した時間Ｔ１後に、トライアック７をオフ状態とするようにオーバーロードリレー８の発熱抵抗９の抵抗値が設定されている。
【００２９】
従って、始動後時間Ｔ１が経過し、モータの回転数が所定の回転数に到達した後に、オーバーロードリレー８の両端間の電圧が低下し、それによってトライアック７がオフ状態とされる。従って、モータが定常運転を行った後には、もはやＰＴＣ素子６及びトライアック７に電流が流れない。よって、時間Ｔ２以後には、ＰＴＣ素子６及びトライアック７には電流が流れないため、定常運転時の消費電力を効果的に低減することができる。
【００３０】
なお、上記ＰＴＣ素子６は、通常、初期抵抗が３〜４７Ω、好ましくは３．３〜３３Ω程度のものが用いられる。もっとも、このＰＴＣ素子６の抵抗値については、補助巻線３の巻線抵抗や巻回数による回転トルク等から最適値が選ばれるため、特に上記抵抗値範囲に限定されるものではない。
【００３１】
なお、上記実施例では、ＰＴＣ素子６を起動用ＰＴＣ素子として用いたが、起動用ＰＴＣ素子６は必ずとも接続されておらずともよい。その場合には、始動時のコンデンサ１０などに流れる電流により、トライアック７のオン状態及びオフ状態を制御すればよい。
【００３２】
また、本実施例の起動回路４では、構造的には、上記トライアック７、ＰＴＣ素子６及びオーバーロードリレー８が一体化することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る単相交流誘導モータの起動回路では、単相交流誘導モータの補助巻線に直列にトライアックが接続されており、主巻線及びトライアックに一端が直列に接続されている発熱抵抗を有するオーバーロードリレーとが備えられており、トライアックのゲート端子に発熱抵抗の他端が接続されているので、起動時には発熱抵抗に大きな電流が流れてトライアックのゲート端子に大きな電圧が印加され、トライアックがオン状態とされる。従って、補助巻線及び主巻線に電流が流れ、モータが起動される。起動後所定時間経過すると、始動コンデンサやＰＴＣ素子により発熱抵抗を流れる電流が小さくなり、トライアックのゲート端子に印加される電圧が低くなり、トライアックがオフ状態とされる。従って、起動後、モータが所定の回転数に到達した後にトライアックがオフ状態とされるように発熱抵抗の値を選択すれば、トライアックを流れる電流が定常運転後には０となるため、定常運転時の消費電力を低減することができる。
【００３４】
また、上記発熱抵抗の抵抗値が１００〜５００ｍΩの範囲にある場合には、通常の単相交流誘導モータにおいては、上記のように定常運転後にトライアックをオフ状態とすることができるので、通常の単相交流誘導モータにおいて、定常運転時の消費電力を節約することができる。
【００３５】
また、補助巻線とトライアックの第１の端子との間に直列に接続されたＰＴＣ素子がさらに備えられている場合には、起動後に、モータの回転数が所定の回転数に到達した後に、ＰＴＣ素子を流れる電流が小さくなるようにＰＴＣ素子の抵抗温度特性を選択することにより、ＰＴＣ素子及びトライアックを流れる電流を節減でき、かつトライアックのゲート端子に加わる電圧を低減することができ、それによってトライアックをオフ状態とすることができる。従って、定常運転時の消費電力を確実に節減できる。また、トライアックがオフ状態になると、トライアックと直列に接続されている上記ＰＴＣ素子に電流が流れないため、ＰＴＣ素子が定常運転時に冷却される。よって、再起動時に、確実にＰＴＣ素子を最初の始動時と同様に動作させることができる。
【００３６】
特に、ＰＴＣ素子が、起動後、モータが所定の定常回転数に到達した後に、その抵抗値が減衰する抵抗温度特性を有する場合には、該ＰＴＣ素子の電流制限作用により、トライアックをより確実にオフ状態とすることができる。
【００３７】
補助巻線に直列に、かつトライアックに並列に起動コンデンサが接続されており、起動コンデンサの補助巻線に接続されている側とは反対側の端部がオーバーロードリレーの発熱抵抗に接続されている場合には、起動コンデンサを流れる電流の低下によっても、トライアックに加わるゲート電圧を低下させることができ、それによってモータの回転数が所定の回転数に到達した後に、より確実にトライアックをオフ状態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る単相交流誘導モータの起動回路を説明するための回路図。
【図２】図１に示した実施例の起動回路におけるモータの回転数、各部分の電流及び電圧の変化並びにトライアックの状態の時間的変化を示す図。
【図３】従来の単相交流誘導モータの起動回路の一例を示す回路図。
【図４】従来の単相交流誘導モータの起動回路の他の例を説明するための回路図。
【符号の説明】
１…単相交流誘導モータ
２…主巻線
３…補助巻線
４…起動回路
５…電源
６…ＰＴＣ素子
７…トライアック
８…オーバーロードリレー
９…発熱抵抗
１０…起動コンデンサ
１１…バイメタルスイッチ

Claims

主巻線及び補助巻線を有する単相交流誘導モータの起動回路であって、
第１，第２の端子及びゲート端子を有し、第１の端子が前記補助巻線に接続されて、前記補助巻線に直列に接続されているトライアックと、
一端が前記主巻線及びトライアックの第２の端子に接続されており、他端が前記トライアックのゲート端子に接続されている発熱抵抗を有するオーバーロードリレーと、
前記補助巻線と前記トライアックの端子との間に直列に接続されたＰＴＣ素子とを備える、単相交流誘導モータの起動回路。
起動後に、前記トライアックの第１，第２の端子間をオフ状態とするように、前記発熱抵抗の抵抗値が選ばれている、請求項１に記載の単相交流誘導モータの起動回路。
前記発熱抵抗の抵抗値が１００〜５００ｍΩの範囲にあることを特徴とする、請求項１または２に記載の単相交流誘導モータの起動回路。
前記ＰＴＣ素子が起動後にその抵抗値が減衰する抵抗温度特性を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の単相交流誘導モータの起動回路。
前記補助巻線に直列に、かつ前記トライアックに並列に接続されている起動コンデンサをさらに備え、
前記起動コンデンサの補助巻線に接続されている側とは反対側の端部が前記オーバーロードリレーの発熱抵抗の一端に接続されている、請求項１〜４のいずれかに記載の単相交流誘導モータの起動回路。