JPH04229087A - 交流モータ駆動方法および交流モータ駆動用電源回路 - Google Patents

交流モータ駆動方法および交流モータ駆動用電源回路

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JPH04229087A
JPH04229087A JP2407785A JP40778590A JPH04229087A JP H04229087 A JPH04229087 A JP H04229087A JP 2407785 A JP2407785 A JP 2407785A JP 40778590 A JP40778590 A JP 40778590A JP H04229087 A JPH04229087 A JP H04229087A
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voltage
motor
pulse width
battery
power supply
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JP2407785A
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Yoshio Miyama
深山 美男
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INTERNATL KARUCHIYAA KK
Original Assignee
INTERNATL KARUCHIYAA KK
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導(非同期)モータ
および同期モータ等の交流モータの駆動方法に係り、特
に、バッテリをモータ駆動電源として使用する交流モー
タ駆動用電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】バッテリを使用した従来の誘導モータ駆
動用電源回路の構成を図7に示し、その動作を表わすタ
イミング図を図8に示す。一般に、交流モータの駆動電
圧は高電圧(例えば100〜200ボルト)である一方
、バッテリ2の出力電圧は低電圧(例えば12ボルト)
である。したがって、誘導モータ23を駆動するために
は、バッテリ電圧を高電圧に変換する必要がある。 そのための構成として、バッテリ2の正極はパルストラ
ンス12の1次巻線の一端に接続され、その他端にはパ
ワーMOSトランジスタ(FET)10のチャネルが接
続されている。FET10のゲートには、スイッチング
電源IC3の出力する高周波パルス信号が印加され、F
ET10を断続的に導通させる。これにより、トランス
12の2次巻線の両端には高電圧パルスが発生する。こ
の高電圧パルスは、ダイオード14および15からなる
整流回路により整流された後、チョークコイル16およ
びコンデンサ17からなる平滑回路により平滑化される
。このようにして、バッテリ2の直流電圧より高い電圧
値(例えば、141ボルト)の直流電圧E0が得られる
。トランジスタ34、抵抗30〜33およびツェナーダ
イオード35は、電圧比較器38を構成する。この電圧
比較器38の出力は、直流電圧E0を一定電圧に保持す
るように、フォトカプラ8および抵抗6を介してスイッ
チング電源IC3に与えられ、その出力高周波パルス信
号のパルス幅を制御する。スイッチング電源IC3は、
例えば、日立製HA16664APSである。
【0003】高電圧の直流電圧E0は、トランジスタ1
9〜22からなるスイッチ回路(インバータ回路)18
によりパルス交番電圧V0に変換される。このパルス交
番電圧V0により、モータスイッチ24の閉成時に誘導
モータ23が駆動される。インバータ回路18は、無安
定マルチバイブレータ(AMV)86および2相パルス
発生回路56により制御される。2相パルス発生回路5
6は、フリップフロップ(FF)57およびANDゲー
ト58,59により構成される。パルス交番電圧V0の
パルス幅および周波数は、AMV86で決定される。一
般に、この周波数はモータ23の駆動周波数の規格に合
うように設定され、パルス幅はパルス交番電圧V0の実
効値がモータ23の駆動電圧の規格に合致するように設
定される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】バッテリから取り出せ
る電気量は、放電電流と放電時間の積(Ah)で表わさ
れる。長時間にわたってバッテリから電気を取り出すた
めには、Ahの大きなバッテリを使用する必要がある。
【0005】しかし、Ahの大きなバッテリは高価であ
り、また、外形が大きく、重量も過大になるという問題
があった。
【0006】本発明の目的は、低価格、小型のバッテリ
で、より長時間使用可能な交流モータの駆動方法、交流
モータ駆動用電源回路およびこれを利用した交流モータ
駆動用無停電電源装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による交流モータ
の駆動方法は、直流バッテリ電圧を直流高電圧に変換し
た後、該直流高電圧を第1のパルス幅のパルス交番電圧
に変換して交流モータを駆動する交流モータ駆動方法に
おいて、交流モータの駆動開始後、予め定めた期間が経
過したとき、前記パルス交番電圧のパルス幅を前記第1
のパルス幅より狭い第2のパルス幅に変更するようにし
たものである。
【0008】本発明による他の交流モータの駆動方法は
、直流バッテリ電圧を第1の電圧値の直流高電圧に変換
した後、該直流高電圧をパルス交番電圧に変換して交流
モータを駆動する交流モータ駆動方法において、交流モ
ータの駆動開始後、予め定めた期間が経過したとき、前
記直流高電圧の電圧値を前記第1の電圧値より低い第2
の電圧値に変更するようにしたものである。
【0009】
【作用】モータは、高速(毎分1500回転程度)で回
転している為、歯車,ベルト等の減速機構により減速し
てその動力を利用することが多い。このような場合、慣
性および静止摩擦のため、モータ駆動の初期には大きな
力を必要とする。しかし、一旦、回転し始めた後は、比
較的小さな力で充分であることが殆どである。
【0010】本発明者は、この点に着眼し、モータ駆動
初期には通常の電力を与え、ある時間経過後には初期の
電力より小さな電力を与えるようにした。そのために、
交流モータを駆動するパルス交番電圧のパルス幅または
パルスの電圧値(波高値)を制御する。これにより、バ
ッテリの負荷を軽減し、長時間運転を可能にする。また
、バッテリの小型軽量化を達成することができる。
【0011】
【実施例】以下、誘導モータの駆動用電源回路を例とし
て、本発明の実施例について詳細に説明する。
【0012】まず、図1に、本発明による交流モータ駆
動用電源回路の一実施例の構成を示す。なお、本明細書
の各図において、同一の要素には同一の参照番号が付し
てある。バッテリ2の一端は、トランス12の1次巻線
の一端に接続され、1次巻線の他端と接地との間にスイ
ッチング素子9が接続される。スイッチング素子9は、
スイッチング制御回路4から出力される高周波パルス信
号により周期的にオンオフ制御される。トランス12の
2次巻線の両端には、整流器11が接続され、この整流
器11の出力は平滑回路13で平滑される。平滑回路1
3の出力直流電圧E0は比較器38で基準電圧Vr1と
比較される。比較器38の出力はスイッチング制御回路
4へ帰還され、出力電圧E0がVr1に一致するように
スイッチング制御回路4の高周波パルス信号のパルス幅
が制御される。出力電圧E0は、インバータ回路18に
よりパルス交番電圧V0に変換される。このパルス交番
電圧V0はモータスイッチ24を介して誘導モータ23
へ印加される。スイッチ24は、モータ23を駆動する
ためのスイッチであり、閉成すればモータ23がオンす
る。スイッチ24としては、手動スイッチの他、磁気的
に制御されるリレー、電気的に制御されるトランジスタ
等を用いることができる。インバータ回路18は、2相
パルス発生回路56の2相パルス信号で制御される。モ
ータの駆動制御のために、モータスイッチ24によらず
、バッテリ2のトランス12への給電を接断するスイッ
チ(後述する図6の93参照)を設けてもよい。
【0013】以上の構成は、実質的に図7に示した従来
の電源回路と同一である。図7の電源回路と異なる点は
、以下の構成にある。モータ23が駆動されたことを検
出する手段として、インバータ回路18と接地との間に
接続された抵抗36と、この抵抗36の両端電圧が所定
値以上になったことを検出する検出器54が設けられる
。さらに、検出器54の出力を所定時間遅延させて出力
する遅延回路55と、この遅延回路55の出力でパルス
幅制御されるパルス幅可変クロック発生器51が設けら
れる。このパルス幅可変クロック発生器51の出力クロ
ックが2相パルス発生回路56に入力される。
【0014】図2に、図1の各部の詳細構成をさらに具
体的に示す。スイッチング制御回路4、スイッチング素
子9、整流回路11、平滑回路13、インバータ回路1
8、電圧比較器38は、図7に示した従来の電源回路と
同等の構成要素で構成することができる。
【0015】検出回路54は、トランジスタ37、コン
デンサ39、および抵抗40,41からなる。この検出
回路54は、モータ23に流れる電流を検知する抵抗3
6の両端電圧が所定値以上になったことを検出して(ト
ランジスタ37がオン)、トランジスタ37のコレクタ
にローレベル信号を出力する。コンデンサ39は、モー
タ23の駆動中、パルス交番電圧の微小オフ期間にトラ
ンジスタ37のコレクタがハイレベルに戻らないように
するためのものである。
【0016】遅延回路55は、単安定マルチバイブレー
タ(MMV)49、抵抗47,48、コンデンサ44,
46、および可変抵抗45からなる。MMV49は、一
例として、市販のリトリガブルワンショットIC、HD
1438BPを用いることができる。検出回路54の出
力は、コンデンサ44を介してMMV49の入力端子に
印加されるとともに、抵抗48および抵抗47によりM
MV49の出力と加算合成される。可変抵抗45および
コンデンサ46はMMV49の出力パルス幅を決定する
ためのものである。可変抵抗45の調整により、出力パ
ルス幅を変更することができる。抵抗45ではなくコン
デンサ46の方を可変素子にしてもよい。抵抗47およ
び抵抗48は、検出回路54の出力とMMV49の出力
との論理和をとるORゲートで置き換えることもできる
【0017】パルス幅可変クロック発生器51は、一定
周期のクロックパルスを発生する無安定マルチバイブレ
ータ(AMV)52と、この出力パルスにより駆動され
るMMV53からなる。MMV53は、その入力端にパ
ルスを受ける度に、所定パルス幅のパルスを出力する。 この所定パルス幅は、遅延回路55からの出力に応じて
決定される。AMV52およびMMV53としては、い
ずれも、例えば市販のタイマーIC、NE555を用い
ることができる。ここでは、パルス幅可変クロック発生
器51として、2個の素子を用いたが、一定周期のパル
ス出力のパルス幅を外部から制御できる単一の素子があ
れば、それを用いてもよい。使用電圧100V、50H
zのモータであれば、前記一定周期は、後述するフリッ
プフロップ57による1/2分周を考慮して100Hz
に設定し、パルス幅は、パルス交番モータ電圧V0の実
効値が100Vになるような値に設定する。
【0018】モータ23の駆動を検出する手段としては
、抵抗36および検出器54を設けたが、スイッチ24
そのものまたはこれと連動するスイッチ(図示せず)を
利用して、検出信号(実施例ではハイレベル信号)を生
成するようにしてもよい。あるいは、スイッチ24の制
御信号を検出信号として利用することも可能である。
【0019】次に、図3のタイミング図を参照して、図
2の各部の動作を説明する。モータスイッチ24がオフ
の期間、モータ23に流れる電流を検知する抵抗36の
両端電圧の値はトランジスタ37をオンさせるに足りな
い。したがって、検出回路54の出力は抵抗41を介し
てハイレベルに保持されている。この間、遅延回路55
内のMMV49の出力はローレベルであるが、検出回路
54の出力がハイレベルなので、検出回路54の出力も
ハイレベルになっている。パルス幅可変クロック発生器
51内のAMV52は一定周期のクロックパルスを発生
し、これに応じてMMV53は、遅延回路55の出力に
応じて決まるパルス幅のパルスを発生する。このMMV
53の出力パルスは2相パルス発生回路56内のFF5
7により1/2分周される。この分周出力である2相パ
ルスは、それぞれANDゲート58および59により、
MMV53の出力パルスと論理積がとられる。その結果
、両ANDゲートの出力に、MMV53の出力パルスの
パルス幅と同じパルス幅を有する2相のパルス信号が得
られる。
【0020】なお、バッテリ2側にこの電源回路全体の
スイッチがある場合に、図3の時点t3から動作が開始
しても問題ない。
【0021】時点t1でモータがオンされると、検出器
54内のトランジスタ37がオンし、その出力がローレ
ベルになる。このローレベル信号によって、MMV49
がトリガされ、その出力がハイレベルに変化する。この
ハイレベル出力は可変抵抗45およびコンデンサ46の
時定数によって決まる時間Tだけ継続する。MMV49
のハイレベル出力のため、検出器54の出力がローレベ
ルに変化したにも拘らず、遅延回路55の出力はハイレ
ベルのままである。したがって、遅延回路55の出力電
圧で制御されるMMV53の出力パルス幅TXは変化し
ない。時間Tの経過時点t2でMMV49の出力がロー
レベルに戻ったとき、遅延回路55の出力(すなわち、
MMV53の制御電圧)が初めてローレベルになり、こ
の結果、MMV53の出力パルス幅すなわちパルス交番
モータ電圧V0のパルス幅がTXからこれより狭いTY
へ変化する。パルス交番モータ電圧V0の周期T0自体
は変化しない。パルス幅TYは、モータ起動後、定常動
作を維持できる値に設定しておく。定常動作の維持は、
モータ負荷の種類によってかなり差があり、実測をもっ
て設定するとよい。時点t3でモータをオフすると、検
出器54の出力がハイレベルに戻る。これに応答して、
遅延回路55の出力は即座にハイレベルに戻る。その結
果、MMV53のパルス幅も元のTYに戻る。この実施
例では、モータがオフされるときには遅延回路55は検
出器54の出力を遅延させる機能はもたないが、何ら問
題ない。モータスイッチのオン時およびオン期間中に図
3の仕様が保証されればよいからである。
【0022】本実施例によれば、モータ電圧V0のパル
ス幅は、モータ起動時の数秒間(時間T)はパルス幅T
Yであるが、その後の定常動作期間はパルス幅TXとな
る。したがって、TYをTXの例えば70%とすれば、
定常動作時はバッテリの消費電力を30%節減すること
ができる。その結果、バッテリの重量、寸法も低減でき
ることになる。
【0023】図4(a)に、遅延回路55の他の構成例
を関連部分と共に示す。この遅延回路55は、演算増幅
器76,78、抵抗71,74、ダイオード72、およ
びコンデンサ73からなる。ダイオード72は、モータ
スイッチ24のオン後のコンデンサ73の電荷を放電す
るためのものである。抵抗74は、入力0ボルト時の出
力を0ボルトにするためものである。抵抗74の抵抗値
は、抵抗71の抵抗値より充分大きいものとする。
【0024】図4(b)のタイミング図に示すように、
モータ23がオンすると、ノードAの電位は、コンデン
サ17の負側電位近くまで下がり、+Vr3との差信号
が演算増幅器76により積分される。すなわち、演算増
幅器76の出力端ノードBの電位は時定数R71・C7
3で上昇する。この上昇波形が基準電圧+Vr2に達し
た時点で演算増幅器78の出力が反転し、ノードCの電
圧はローレベルとなる。図から分かるように、モータオ
ン後のノードAの電圧の変化は、遅延してノードCの電
圧変化となって現われている。抵抗71(またはコンデ
ンサ73)に可変素子を用いれば、遅延時間を可変にす
ることができる。
【0025】以上説明した実施例は、パルス交番電圧V
0のパルス幅を制御する方式を採用したものであったが
、次に、パルス交番電圧V0の電圧値(パルス波高値)
を制御する方式を採用した他の実施例について説明する
【0026】図5(a)に、本発明の他の実施例の要部
の構成を示す。この本実施例では、第1の実施例におけ
る電圧比較器38を他の電圧比較器90に置き換えると
ともに、パルス幅可変クロック発生器51を従来と同様
のAMV(図7)で置き換えている。電圧比較器90は
、電圧比較器35の構成に新たにトランジスタ82と抵
抗81,83とを追加したものである。トランジスタ8
2のベースには、前述した遅延回路55の出力が抵抗8
3を介して印加される。図5(b)に示すように、モー
タがオンした後の所定時間経過後、遅延回路55の出力
がハイレベルからローレベルへ変化する。ハイレベルに
あるときには、トランジスタ82がオンしている。この
とき、抵抗33に対して抵抗81が並列に接続されたこ
とになる。この並列合成抵抗と抵抗32による分圧比に
直流電圧E0を掛けた値がツェナーダイオード35の電
圧値VZと等しくなるように、直流電圧E0が維持され
る。このときの電圧E0(H)は、並列合成抵抗値をR
、抵抗32の抵抗値をR32とすれば、E0(H)={
(R32+R)/R}VZとなる。遅延回路55の出力
がローレベルになったときは、トランジスタ82がオフ
する。したがって、直流電圧E0の分圧比は抵抗32と
抵抗33のみで定まる。このときの電圧E0は、抵抗3
3の抵抗値をR33とすれば、 E0(L)={(R32+R33)/R33}VZとな
る。抵抗値Rは抵抗値R33より小さくなるので、E(
H)>E(L)となる。したがって、パルス交番電圧E
0のパルス波高値もこれに従って定まる。すなわち、電
圧E0低減率に見合ったバッテリ電力の節電が達成され
る。
【0027】次に、図6に本発明の交流モータ駆動用電
源回路を使用した交流モータ用無停電電源装置の概略構
成を示す。この無停電電源装置は、前述した電源回路9
6(図1等で示した回路のうちバッテリ2とモータ23
を除いた部分に相当)と、商用電源電圧を受けてバッテ
リ2の充電を行う充電制御回路91、スイッチ回路93
および94、停電の検出およびスイッチ回路93,94
の制御を行う停電検出・スイッチ制御回路92、モータ
駆動スイッチ95、およびモータ23からなる。スイッ
チ回路93,94は、リレー、フォトカプラ、トランス
等で構成することができる。なお、図では商用電源線お
よびモータの駆動線は簡略化のため1本の線で示してい
る。
【0028】この無停電電源装置において、通常、スイ
ッチ回路93はオフとなっており、スイッチ回路94は
商用電源側に切り替わっている。モータを駆動するとき
は、手動的にあるいは自動的に単にモータ駆動スイッチ
95を閉じればよい。停電が発生した場合には、停電検
出・スイッチ制御回路92により停電が検出され、スイ
ッチ回路94を電源回路96側に切り換えると共に、ス
イッチ回路93をオンにする。これによって、電源回路
96が動作を開始し、バッテリ2の電力によってモータ
23が駆動されことになる。
【0029】この無停電電源装置は、停電時にもモータ
駆動が必要な非常用の用途、例えば、防火シャッタ、自
動ドア、ガレージシャッタ等に使用して好適である。
【0030】なお、以上の実施例では誘導モータについ
てのみ説明したが、同期モータに対しても適用すること
ができる。また、多相のモータに対しても適用すること
ができる。多相の場合には、前記パルス交番電圧を位相
数分用意し、その各位相についてパルス幅制御または電
圧値制御を行えばよい。さらに、上記実施例では、モー
タの駆動開始後の一定期間経過後にパルス幅制御等を行
うこととしたが、一定期間経過後であっても、モータの
負荷が重くなる等の非定常状態には駆動初期時と同様の
状態に戻す(すなわち、定常状態期間中のみ低消費電力
化のための措置をとる)ようにすることも可能である。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、交流モータ駆動用のバ
ッテリの消費電力を節減できるので、バッテリの寿命を
延ばすことができる。逆にいえば、従来と同一の寿命で
あれば、バッテリを小型・軽量化することができる。し
たがって、バッテリのコストも低減することが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による交流モータ駆動用電源回路の一実
施例の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図2】図1の実施例の詳細構成を示す回路図である。
【図3】図2の実施例の動作を示すタイミング図である
【図4】図1の実施例における遅延回路55の変更例を
示す回路図およびその動作を示すタイミング図である。
【図5】本発明の他の実施例の構成の要部を示す回路図
およびその動作を示すタイミング図である。
【図6】本発明による交流モータ駆動用無停電電源装置
の構成を示すブロック図である。
【図7】従来の交流モータ駆動用電源回路の構成を示す
回路ブロック図である。
【図8】図7の電源回路の動作を示すタイミング図であ
る。
【符号の説明】
2…バッテリ、4…スイッチング制御回路、9…スイッ
チング素子、12…パルストランス、11…整流回路、
12…平滑回路、18…スイッチ回路(インバータ回路
)、23…誘導モータ、24…モータスイッチ、36…
抵抗、38…電圧比較器、51…パルス幅可変クロック
発生器、54…検出回路、55…遅延回路、56…2相
パルス発生回路、91…充電制御回路、92…停電検出
・スイッチ制御回路、93,94…スイッチ回路、95
…モータ駆動スイッチ、96…電源回路。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流バッテリ電圧を直流高電圧に変換した
    後、該直流高電圧を第1のパルス幅のパルス交番電圧に
    変換して交流モータを駆動する交流モータ駆動方法にお
    いて、交流モータの駆動開始後、予め定めた期間が経過
    したとき、前記パルス交番電圧のパルス幅を前記第1の
    パルス幅より狭い第2のパルス幅に変更することを特徴
    とする交流モータ駆動方法。
  2. 【請求項2】直流バッテリ電圧を第1の電圧値の直流高
    電圧に変換した後、該直流高電圧をパルス交番電圧に変
    換して交流モータを駆動する交流モータ駆動方法におい
    て、交流モータの駆動開始後、予め定めた期間が経過し
    たとき、前記直流高電圧の電圧値を前記第1の電圧値よ
    り低い第2の電圧値に変更することを特徴とする交流モ
    ータ駆動方法。
  3. 【請求項3】直流バッテリ電圧を直流高電圧に変換した
    後、該直流高電圧をパルス交番電圧に変換して交流モー
    タを駆動する交流モータ駆動方法において、交流モータ
    の駆動開始後、定常状態にある期間中、前記パルス交番
    電圧のパルス幅を狭くする第1の制御、およびパルス波
    高値を小さくする第2の制御の少なくとも一方を行うこ
    とを特徴とする交流モータ駆動方法。
  4. 【請求項4】バッテリ電圧で交流モータを駆動する交流
    モータ駆動用電源回路であって、バッテリの直流電圧を
    直流高電圧に変換する電圧変換手段と、該電圧変換手段
    で得られた高電圧を第1のパルス幅のパルス交番電圧に
    変換する交番電圧生成手段と、モータへの電圧印加を検
    出する検出手段と、該検出手段によりモータの始動が検
    出されたとき、予め定めた期間経過後、前記パルス交番
    電圧のパルス幅を前記第1のパルス幅より狭い第2のパ
    ルス幅に変更するパルス幅変更手段とを備えたことを特
    徴とする交流モータ駆動用電源回路。
  5. 【請求項5】前記パルス幅変更手段は、前記検出手段の
    出力を受ける遅延回路と、該遅延回路の出力によりパル
    ス幅制御されるクロック発生器と、該クロック発生器の
    出力クロックを該クロックのパルス幅を有する2相のパ
    ルス信号に変換する2相パルス発生器と、該2相パルス
    に応じて前記直流高電圧をパルス交番電圧に変換するス
    イッチ回路とからなることを特徴とする請求項4記載の
    交流モータ駆動用電源回路。
  6. 【請求項6】バッテリ電圧で交流モータを駆動する交流
    モータ駆動用電源回路であって、バッテリの直流電圧を
    第1の電圧値の直流高電圧に変換する電圧変換手段と、
    該電圧変換手段で得られた高電圧をパルス交番電圧に変
    換する交番電圧生成手段と、モータへの電圧印加を検出
    する検出手段と、該検出手段によりモータの始動が検出
    されたとき、予め定めた期間経過後、前記直流高電圧の
    電圧値を前記第1の電圧値より低い第2の電圧値に変更
    する電圧値変更手段とを備えたことを特徴とする交流モ
    ータ駆動用電源回路。
  7. 【請求項7】バッテリと、該バッテリにより駆動される
    請求項4、5または6記載の交流モータ駆動用電源回路
    と、商用電源の停電を検出する停電検出手段と、交流モ
    ータへ電力を供給する電源として商用電源と前記交流モ
    ータ駆動用電源回路とを切り換える切換手段とを備えた
    ことを特徴とする交流モータ駆動用無停電電源装置。
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