JPH04125098A - 電動機の変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空調機などの送風装置を駆動する電動機や洗
たく機、衣類乾燥機などを駆動する電動機に対して、そ
の給与電圧を制御して発生トルクを変化させ、電動機の
回転速度を制御するにあたり騒音振動の発生のない、電
動機の変速制御装置に関する。

〔従来の技術〕

空調機における送風装置、電気洗たく機および衣類乾燥
機などを駆動する電動機としては、構造が簡単で安全性
の面からも誘導電動機が多く使用され、特に一般家庭用
の前記機器は単相電源で運転することから単相誘導電動
機が多く使用されるものである。しかし誘導電動機は本
来の性質上、変速には給与電圧を変化させ、電動機の発
生トルクを変化させる方法が一般的にとられている。こ
のような給与電圧を変化させる手段としては、（１）電
動機に直列に適当なりアクタンスを挿入する方法。

（２）電動機の巻線に中間タップを設けてこれに選択的
に電源を接続して実質的な給与電圧を変化させる方法。

（３）電動機に直列に双方向導通性をもつサイリスタを
挿入して、これの導通位相を変化させて実効印加電圧を
変化させる方法。

などがとられていた。しかし第１の方法ではりアクタン
スを外部に取付ける必要があり、多量の鉄と銅とを必要
とし資源を多く使用することになる。

第２の方法は電動機を製造する過程においてその巻線に
タップを引き出す必要があり、多くの工数を必要とし電
動機を複雑化するとともに、その電動機特有の構造とな
り、電動機の共通性に欠けるものである。第３の方法は
、正弦波交流の波形の一部を切断した電源となるために
、多くの高調波成分を含むことになり、電動機から大き
な騒音や振動を発し、実用上大きな問題を持っていた。

第１および第２の方法は、騒音や振動の面では問題を持
たないものの、トルクの制御が段階的となり、各種のセ
ンサを利用して電動機のトルクを連続的に制御しようと
する場合には使用できないという欠点を持っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように従来の方法においては、電動機の発生トル
クの制御が段階的にあったり、電動機への印加電圧の波
形が歪むことにより騒音や振動を発生する問題、また前
者の段階的な制御では電動機の運転状態と対する指令な
どの入力による制御が困難なこともあり、例えば送風板
を駆動する場合に室温を検知して電動機の発生トルクを
変化させて送風能力を変化させるようなことは不適当で
あった。一方最近のニーズでは電動機に最適な駆動条件
を要求されることも多くなり、電動機の連続的な制御の
必要性が生じている。このようなニーズに対して前記の
従来の方法に代って、誘導電動機と周波数変換装置すな
わちインバータとの組合せによる変速運転法または電子
回路で電流を切替えることによるブラシレス電動機によ
って連続的な変速運転を可能にするなどの方法がとられ
ている。この場合においても電動機に印加される電圧は
正弦波ではなかったり、電圧調整のためチョッピングし
た電源を印加するなど、騒音や振動を発生する要素を持
っているほか、チョッピングによって電圧を調整しよう
とするときには、可聴周波を超えることもあり、この場
合にはラジオノイズとして電動機の巻線から放射される
こともある。

特に送風機用の小形電動機として多く使用されている電
動機の外被が樹脂モールドされた構造のものでは、この
現象がいちじるしく実用上の問題であった。

本発明は、これらの問題点を解決して電動機の円滑な変
速運転すなわち電動機の発生トルクの制御を簡単な回路
構成において行ない、かつ電動機には商用電源の波形を
くずすことなく印加することにより電動機から騒音、振
動の発生をなくすとともに、ラジオノイズなども発生さ
せない電動機の制御装置を得ることを目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を解決するためには、商用電源と電動機の間
に電流を制限する回路を設けることである。電流を制限
することは、電動機への印加電圧を制御することになり
、この場合商用電源の正弦波交流の波形を維持しながら
、その振幅を制御するものである。すなわち電動機と電
源の間に、ダイオードによる全波整流回路を構成して、
この直流出力端子間にトランジスタを挿入して、このト
ランジスタに流れる電流を制御することにより電動機に
流れる電流を制御するものである。このトランジスタの
電流の制御は、全波整流回路の脈流をベース電流として
使用するため、同時に印加されているトランジスタのエ
ミッタとコレクタ間の電圧も全波整流の脈流であり、こ
の相似形の脈流がコレクタ電流として流れることになる
。したがって電動機の端子間には、もとの商用電源の正
弦波交流の相似形の波形が加わり、振幅は変化しても常
に電動機には商用電源の周波数に等しい、正弦波交流を
印加させることができるものである。

〔作用〕

このようにして、電動機には正弦波交流で振幅値だけが
変化して印加されるので、電動機は印加電圧の２乗に比
例したトルクを発生する性質を持つことから、電動機の
発生トルクを変化させることができる。このため電動機
の負荷トルクとつき合った回転数において電動機は運転
されることになり、回転数の制御ができるものである。

すなわち電動機への印加電圧を大きくすれば、回転数は
上がり、小さくすれば回転数は下がる結果になる。

このようにして、変速の目的が達成されるとともに、電
動機には正弦波交流が印加されることから、電動機から
異常な騒音や振動を発生したりすることもなく、きわめ
て円滑な運転ができるものである。また、電動機の回転
数の制御を外部に設けた検知装置のセンサなどからの信
号で行なうことも可能で、その信号をトランジスタのベ
ースに入れるだけでよく、機能を拡大することもできる
。電動機には常に商用周波数しか加わらないので、ラジ
オノイズの発生もない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図により説明する。

図において、１は５０または６０　Ｈｚの商用の単相交
流による電源で端子２．３に接続、４は単相誘導電動機
（以下、電動機という）でこの実施例においてはコンデ
ンサ誘導電動機して表示するもので、これはその他のく
ま取り電動機などでもよく特に電動機の方式を制約する
ものではない。

またこの電動機は誘導電動機ではなく交流整流子電動機
であっても本発明の作用、効果を得ることができる。電
動機４は電源１により付勢するための端子５，６を持っ
ている。７は電動機４すなわち端子５および６間に加わ
る電圧を制御して電動機４の発生トルクと制御する制御
回路で電源１と電動機４の間に直列に接続されるもので
あり、そのための端子８，９を持っておりこの端子８お
よび９が交流側の入力端子となって４個のダイオード１
０によって余波整流回路１１を構成し、その正極側をＣ
′とし、負極側をＥとしてこの間に可変抵抗１２と固定
抵抗１３を直列に接続して、その両抵抗の接続点をＢと
してここからトランジスタ１４のベースに接続、トラン
ジスタ１４のコレクタはコレクタ側抵抗１５を経てＣ′
へ接続、エミッタはＥ点に接続する。このような構成と
して、端子２と８，９と５，６と３を接続すると電源１
゜制御回路７および電動機４の閉回路が完成する。

この状態で電源１から正弦波交流が加わると、Ｃ′とＥ
の間には第２図に示すような全波整流された脈流電圧が
現われる。−これにより可変抵抗１２の大きさによって
トランジスタ１４には第３図に示すベース電流ＩＢが流
れる。このＩＢによりトランジスタ１４のコレクタには
コレクタ側抵抗１５を介してコレクタ電流Ｉｃが第４図
に示すように流れる。コレクタ電流Ｉｃはベース電流Ｉ
Ｂに比例するので、可変抵抗１２をある値に設定すれば
、全波整流された脈流の波形すなわち正弦波状に電流が
流れるのでコレクタ電流ＩＣは電源１の正弦波と相似形
の波形をした脈流となる。

このコレクタ電流ＩＣとベース電流ＩＢ　　（これは非
常に小さい）の和がエミッタ電流ＩＥとして、Ｅ点に流
入するわけであるが、ここでも正弦波に対しての相似性
は全くくずれるものではない。したがって交流回路側で
ある電動機４の端子５および６に流れる電流は第５図に
示すような正弦波であり、その振幅はベース電流ＩＢに
より制御されるコレクタ電流ＩＣによって決まるもので
ある。

一方、電動機４の発生トルクは電動機４の端子間５およ
び６に加わる電圧の２乗に比例するもので、その電圧を
ＥＸのときと０．７ＥＨのときとでは、第６図に示すよ
うにトルクは約１　：　０．５　　となる。この第６図
に負荷のトルクを破線で示すとその負荷のトルクと電動
機４の発生トルクの交点の回転数Ｎ１およびＮ２で回転
することになる。

このようにして、電動機４の発生トルクを変化させるこ
とにより、電動機４の回転数すなわち回転速度を変化さ
せることができるものである。

第７図に示すように、トランジスタ１４のべ一入すなわ
ちＢ点に、外部条件を検知するセンサ１６を接続してそ
れをベースに入力することにより、コレクタ電流Ｉｃを
制御して電動機４の回転数を制御することも可能である
。また第８図に示すように電動機４に回転信号発電機１
７を設けて、これから回転数に比例した直流電圧の出力
を得て、これをトランジスタ１４のベースに基準信号電
圧１８との比較を帰還することにより、第９図に示すよ
うなトルク特性を得ることもできる。第９図の場合は無
負荷回転数の制御も可能であり、これは第８図に示す基
準信号電圧１８の設定値と回転信号発電機１７の信号と
の比較による制御を行なうことによるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電動機４に印加される電圧は制御によ
って、その振幅は変化してももとの電源１の波形と相似
形の波形すなわち正弦波がくずれることがないため、電
動機４を商用電源で運転するときと比較して異常な騒音
や振動を発生することなく電動機４により駆動される機
器すなわち送風機、洗たく機および衣類乾燥機などから
異常な騒音を放射することなく、また回路内で商用周波
以外の周波数を扱うことないためラジオノイズ的な妨害
電波放射の心配もないので、電動機４の構造に限定され
ることなく使用できる。また制御回路７の構成も簡単で
製作しやすく価格的にも安価にできるとともに、可変抵
抗１２などの入力値の変化で連続的な制御が可能である
とともに、トランジスタ１４のベースに各種信号を入力
することにより制御の内容を任意に変化できるなど、応
用範囲が広くすぐれた電動機の変速装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における電気的結線図、第２
図は同じく全波整流回路の出力電圧波形図、第３図は同
じくトランジスタのベース電流の波形図、第４図は同じ
くコレクタ電流の波形図、第５図は同じく電動機の端子
間でみた電圧の波形図、第６図は電動機の発生トルクと
回転数の関係を示すトルク−回転数曲線図、第７図およ
び第８図は本発明の他の実施例における電気的結線図、
第９図は第８図における電動機のトルク−回転数曲線図
である。 １・・・電源、２，３，５，６，８．９・・・端子、４
・・・電動機、７・・・制御回路、１０・・・ダイオー
ド、１１・・・全波整流回路、１２・・・可変抵抗、１
３・・・固定抵抗、 １４・・・トランジスタ、 １５・・・コレクタ側抵抗、 １６・・・センサ、 １７・・・回転信号発電機、 １８・・・基 準信号電圧。 （ばか１名） 第 図 １・・・電源、２，３，５，６，８．９・・端子、４・
・・電動機。 ７・・・制御回路、１０・・・ダイオード、１１・・・
全波整流回路１２・・・可変抵抗、１３・・・固定抵抗
、１４・・・トランジスタ。 １５・・・コレクタ側抵抗、１６・・・センサ、１７・
・・回転信号発電機、１８・・・基準信号電圧。 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 Ｎ＋ 回転数（ｒ／ｍ１ｎ） 第 図 回転数（ｒ　７ｍＩｎ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単相交流の商用の電源１に対し交流の電動機４と全
   波整流回路１１の交流入力側端子を直列に接続し、前記
   全波整流回路１１の直流側出力端子４には、可変抵抗と
   して機能する手段１２と固定抵抗１３を接続したものと
   、トランジスタ１４のコレクタとエミッタを接続して、
   前記抵抗の接続点をトランジスタ１４のベースに接続し
   てなることを特徴とする電動機の変速装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、トランジスタ１４
   のベースに外部条件を検知するセンサ１６で得た信号を
   入力することを特徴とする電動機の変速装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、トランジスタ１４
   のベースに基準信号電圧１８と電動機４の回転数に比例
   した出力を得る回転信号発電機１７の直流出力を比較し
   た信号を入力することを特徴とする電動機の変速装置。