JPH06105581B2 - モータ始動用リレー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単相モータ始動用リレ
ーに関し、特に改良型サーマルリレーを用いた電気冷蔵
庫の圧縮機等で使用される単相非同期モータの始動用リ
レーに関する。より詳しく述べると、本発明は、電気抵
抗が正の温度係数（ＰＴＣ）を持つ物質のウエーファ
（ｗａｆｅｒ）を使った、ソリッド・ステートサーマル
リレーを用いる。そのＰＴＣ材料としては、この方面の
技術に熟達した者がよく知っている種類の材料を使う。

【０００２】

【従来の技術】従来は、モータ始動用として、冷蔵庫の
圧縮機モータ等の始動巻線には正の抵抗温度係数を持つ
抵抗素子を直列に接続して、モータ始動時には始動巻線
に大きな始動電流が流れるようにしている。その後この
抵抗素子はモータ電流により自己加熱し、モータの回転
中は高抵抗状態に保たれる。つまり、始動動作完了後始
動巻線に流れる電流は非常に小さくなるようにしてい
る。また、モータ保護装置その他の働きによりモータの
回転が停止されると、この抵抗素子の温度は下がり、次
のモータ始動に備えるようにしている。以上のような従
来の構成においては、モータの正常回転中も抵抗素子で
電力消費が行なわれ、少なくともある程度は、モータの
動作効率に影響を及ぼす。更に、抵抗素子が十分冷えて
いないときには、モータを再始動させようとしても、抵
抗素子の状態により正常な再始動が行なわれないかもし
れない。そこで、抵抗素子の電力消費を非常に低いレベ
ルに抑え、同時に、モータの停止後すぐ再始動させたい
場合にもすみやかにモータ再始動が可能となるよう、モ
ータ停止後急速に冷えるような抵抗を利用することが望
ましい。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】本発明は、正の抵抗温度係数
を持つ抵抗素子を用い、モータ回転中の抵抗素子におけ
る電力消費損失を非常に低いレベルに抑え、かつ、モー
タ回転の中断後モータの再始動に備え素早くリレーをリ
セットするため上記抵抗素子が急速に冷えることのでき
るモータ始動用リレーを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】始動用リレーは、正の抵
抗温度係数をもち、ある選択された温度レベル以上に熱
せられると抵抗率が急激に増加する材料で作った抵抗器
と、上記抵抗器をモータの始動巻線と直列に接続するた
め上記抵抗器の反対側の両面にそれぞれ電気的に接触す
る弾力性ある導電性金属の一対の接触装置と、熱絶縁材
料で作られこれらの抵抗器と接触装置を収める容器とか
らなり、一対の接触装置は、容器と抵抗器のそれぞれの
両面との間に配置され、抵抗器の表面の大部分は、容器
から離して保持され、接触装置は比較的高い熱抵抗の材
料の少なくともいくらかの導電性金属部分をもちまた、
容器は、接触装置の熱伝導特性と協力するため始動用リ
レーの熱質量及び容器の表面積対体積比を制限するため
に、小形で球形で抵抗器及び接触装置の本質的部分を実
質的に囲みかつしっかりと取り巻いている。

【０００５】

【作用】抵抗器は、一対の接触装置を通ってモータの始
動巻線と電源の間に直列に接続され、始動時には抵抗器
は抵抗率が低いので十分な始動電流が流れてモータは始
動するが、始動が完了すると抵抗器の自己加熱により抵
抗率が急激に増加して始動巻線には電流が流れなくなり
モータは主巻線に流れる電流により回転を続ける。抵抗
器の両面は一対の接触装置により容器から離れて保持さ
れ、抵抗器から容器への直接の熱伝導を阻止し、また接
触装置はその比較的高い熱抵抗の導電性金属部分により
抵抗器から接触装置を経て容器への熱伝導も阻止する。
また、抵抗器及び接触装置を取り囲む小形で球形の容器
は、その表面積対体積比を制限する。

【０００６】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら、本発明をそ
の望ましい実施例について説明する。

【０００７】まず図１において、サーマルリレーを用い
る本発明による始動用リレー５０には電気的及び熱的な
絶縁材料でできたケース（容器）１があり、そのケース
１の中には、この方面の技術に熟達した者ならよく知っ
ているような種類の正の温度係数（ＰＴＣ）を持つ材料
（例えば、ダンホス（Ｄａｎｆｏｓｓ）Ａ／Ｓの米国特
許第３，７５０，０８２号及び第３，８４２，１８８号
を参照）でできた抵抗器としてのウエーファ２が配置し
てある。このＰＴＣウエーファ２は、モータの始動巻線
と直列に接続されるようになっており（図１０ａ〜
ｃ）、モータの始動時には始動巻線はウエーファ２を通
して励磁され、そしてモータの始動が完了すると非励磁
となる。モータの始動開始時にはウエーファ２は比較的
に冷えており電気抵抗が低くモータ始動のため大きな電
流を流す。この大きな電流によりウエーファ２は直ちに
自己加熱を始めて次第に抵抗が大きくなり、これにより
始動巻線の電流も減少する。これは、ウエーファ２を流
れる減少した電流により発生する熱がウエーファ２で消
費される熱と平衡するまで続く。平衡した状態では始動
巻線電流は極めて小さいので始動巻線は実質的に非励磁
となるが、ウエーファ２はその平衡した温度に維持され
る。ウエーファ２の大きさは、始動巻線の必要な機能を
十分に実現できる範囲内で、より小さいことが望まし
い。ＰＴＣ材料としては、従来からあるドーピングによ
るチタン酸バリウムセラミックを使っていて、そのキユ
リー点温度は１３０℃である。標準的なウエーファ２の
寸法は直径１．７５cmで、その重さは２２０Ｖモータ用
の場合約５ｇ、１２０Ｖモータ始動用の場合は小さくな
って約３ｇである。

【０００８】ウエーファ２の位置は、ケース１の内面に
あるリブ（ｒｉｂ）３と、電気的な接続装置６，７に固
定されている二つの板ばね４，５とによって決められて
いる。接続装置６，７と板ばね４，５により一対の接触
装置を構成する。接続装置６，７については以下で詳し
く説明する。板ばね４，５にはフィン（もしくはアー
ム）４ａ，４ｂ及び５ａ，５ｂがあって、それぞれ、ウ
エーファ２の両面に従来の方法で付着されている金属面
８，９に接触するようになっている。

【０００９】電気接続装置６，７には、上部に「クイッ
ク・コネクト（ｑｕｉｃｋ−ｃｏｎｎｅｃｔ）」型端子
１０，１０′，１１，１１′が、下部には弾力性のある
「プラグ・オン（ｐｌｕｇ−ｏｎ）」コネクター１２，
１３が付いている。「プラグ・オン」コネクター１２，
１３は、冷蔵庫圧縮機の、参照番号５１で示す、気密コ
ネクタ（フューザイト（ｆｕｓｉｔｅ））上もしくは適
当な端子板上のピン５１．１に差し込むと、自動的に調
節されてはまるようになっている。このような気密コネ
クタ５１を使用する理由は、冷蔵庫圧縮機用モータは、
従来から密閉ケースに収められ、このため外部配線との
接続のため気密コネクタ５１を必要とする。気密コネク
タ５１（一般にフューザイトコネクタと呼ばれる）は、
ガラス封止の引出しピンをもち、これらのピンはモータ
巻線に接続されると共にモータのケースから相互にも、
またケースに対しても封止され、電気的に絶縁されてモ
ータのケースから突出する。「プラグ・オン」コネクタ
ー１２，１３は、これら気密のコネクタピンに自動的に
調節されて嵌まるようになっている。このような引出し
ピンのための気密コネクタ５１は、図１及び図１１ａ〜
ｃに示され、ピンは参照番号５１．１で示され、また図
１０ａ〜ｃでは、黒点がこれに相当する。また電気接続
装置６，７は、ケース１の内側に作ってある突出部（も
しくはリブ）１４，１５及び１６，１７によって適切な
位置に保持されている。ケース１の外側には孔１８，１
９があって、装置のふたに作ってあるつめ（もしくは
舌）をはめるようになっている。図１にはそのつめは示
されていない。

【００１０】図２は図１を２−２の線で切った断面図
で、ケース１にふた２０が嵌っているところを示してあ
る。ふた２０のはっきり図示しなかった部分は破線２１
で外形を示した。つまり局面部分２０ａは波状の平面部
分２０ｂとつながっていて、本発明の装置を気密コネク
タ５１もしくは他の電気接続装置のピン５１．１に差し
込むのに便利なようになっている。

【００１１】図３は、図１の３−３の線で切ったときの
断面図で、同図装置を気密コネクタ（フューザイト）５
１（もしくは他の接続装置）と切り離した状態で示して
ある。この図では、ふた２０がケース１にはめてあっ
て、孔１８，１９にはふた２０のスナップ動作をするつ
め（もしくは舌）２２，２３が係合している。端子１
０，１１はピン・ケーブル５６へとつながっている。そ
の他の要素については説明済みであるから、ここで繰り
返すことはしない。

【００１２】図４には、図２及び図３に部分的に示し
た、ふたを上からみたところが表わしてある。図のよう
に四角形のフランジ素子２４には、接続端子１０，１
０′，１１，１１′を通す孔２５，２６，２７，２８
と、ケース１の孔１８，１９にはめ込むつめ（もしくは
舌）２２，２３とが付いている。また図４中には曲面部
分２０ａと波状部分２０ｂも示してある。図５は、図４
を線５−５で切ったときの断面図である。

【００１３】図６及び図７は、それぞれ、図２及び図３
に部分的に示したふたを下から見たときの図と、７−７
の線で切ったときの断面図とである。これらの図にはふ
た２０の内側にあるリブ３．１，３．２が示してあっ
て、これらのリブにより、図７中に破線２ａで示すウエ
ーファ２の位置を定めている。またこれらのリブはウエ
ーファ２を囲むようになっているが、ウエーファ２の温
度がモータ回転中の温度に達した後は、ウエーファ２か
らケース１への熱伝導が最少になるよう、つまりはウエ
ーファ２の電力損失が最少になるようにしてある。ケー
ス１及びふた２０の形もリレー全体としてみれば、図に
あるように、だいたい球形の外形をしていて、サーマル
リレーの構造を表面積対体積比が最少になるようにする
ことにより、サーマルリレーの温度がモータ回転中の温
度に達した後の電力損失をさらに小さくしている。

【００１４】図８には、本発明による始動用リレーの電
気接続装置６もしくは７の細部が示してある。接続装置
７について説明すると、その本体２９上には「クイック
・コネクト」型の端子１１，１１′が形成され、また
「プラグ・オン」型のソケット１３が本体２９に溶接さ
れている。ソケット１３は気密コネクタ５１上のピン５
１．１に接続されるようになっている。本体２９の中央
部には、先に図１の４，５について説明したように、ウ
エーファ２を保持し、それと接触する薄いばね５が固定
されている。その、本体への固定法としてはスポット溶
接が望ましい。

【００１５】図９ａ及び図９ｂは、本発明による始動用
リレー（サーマルリレー）のウエーファ２を、保持しそ
れと接触するばね５の細部を表わした図である。

【００１６】ばね５の本体３０は適当な導電率を持ち、
かつ、比較的高い熱抵抗を持つ、ステンレス・スチール
のような金属材料でできていて、その中央部分３１は、
この始動用リレーの電気接続装置７本体２９に固定（ス
ポット溶接によることが望ましい）するようになってい
る。またこのばね本体３０には２つのフィン（ｆｉｎ）
３２，３３があって、それらの狭くなっている端３４，
３５は折り返しになっている。これらの端部分にはそれ
ぞれ高導電性物質（銀等）の層３６が付けてあって、ウ
エーファの金属面８もしくは９と良好な電気的接触をす
るようになっている。銀コーティングは、「トップ・レ
イ（ｔｏｐ−ｌａｙ）」、「メッキ」、「テープ溶接」
等の適当な方法によって行なう。ばね４，５を高熱抵抗
材料で作り、その断面積を比較的小さいものにし、ま
た、ウエーファ２との間の熱伝導部分を小さくしてある
のは、ウエーファ２からケース１への熱伝導を小さく
し、それによってリレーの温度がモータ回転時の温度に
達してからの電力損失を少なくするためである。つま
り、それらのばねを、ウエーファ２とサーマルリレー容
器１との間の熱的障壁にしているのである。ウエーファ
２の熱消失を効果的に阻止するため、ばね４，５の熱抵
抗Ｒ_T （秒・℃／カロリー）は１０００程度以上である
ことが望ましい。

【００１７】また、機械的な意味から、フィン３２，３
３にはフィン強化用リブ３７，３８が付けてあって、フ
ィン３２，３３をウエーファ２に適当な圧力で押し付け
るようにしてある。さらに、図示していないが、フィン
３２，３３に溝を設けて、ばね４，５を通しての熱伝導
を抑えることも考えられる。溝を設ける場所としては、
フィン中央のリブ３７のところや、リブ３８のところが
考えられる。上に説明した構造のばね３０は１つの実用
的な例であるが、本発明の始動用リレー５０にはコイル
ばねを使うこともできる。

【００１８】本発明の望ましい実施例においては、ウエ
ーファ２の寸法を小さく選んであり、先に述べたように
サーマルリレーの容器の外形はだいたい球形で、ばね４
及び５も先に説明したように熱抵抗が大きいため、モー
タ回転時の温度でのこのサーマルリレーからの損失は、
１２０Ｖもしくは２２０Ｖのモータに使用した場合、モ
ータ停止後再始動に備え２００秒程度以下の時間で冷え
るようにしていても、２．０Ｗ程度以下という小さい値
になっている。つまり、サーマルリレーでの電力損失を
できるだけ小さくするため、高抵抗状態でウエーファ２
に流れる電流レベルが低くなるよう熱消失速度を抑えた
としても、先に説明したようにこのサーマルリレーは熱
容量が小さい構造をしているから、モータ停止後比較的
短い時間の内に冷えて、元の状態に戻ることができるの
である。

【００１９】付け加えると、ウエーファ２とばね４，５
との系の機械共振周波数が通常遭遇する励振周波数より
遠く離れた適切な周波数となるよう、ばねの構造及び係
数Ｋ＝応力／歪みを選ぶべきである。励振周波数として
は、冷蔵庫用モータ圧縮機の場合、５０Ｈｚから６０Ｈ
ｚの電源により発生するものが考えられる。したがっ
て、ばね−ウエーファ系の共振周波数は３００Ｈｚ以上
にすることが望ましい。

【００２０】ウエーファ２の各面に２つずつある「クイ
ック・コネクト」端子により、図１０ａ，ｂ，ｃのよう
な各利用法が可能となっている。

【００２１】図１０ａはウエーファ２だけを使っての始
動、図１０ｂはウエーファ２と並列コンデンサ５５を使
っての始動、図１０ｃはウエーファ２と直列コンデンサ
５５を使っての始動をそれぞれ示している。このような
構成において、ウエーファ２はモータ始動のため最初は
大きな電流を始動巻線に流すが、自己加熱の期間が過ぎ
ると温度が上昇して抵抗が増加し、モータ始動が完了す
ると本質的に非励磁とする。これらの回路構成は、この
方面の技術に熟達した者ならよく知っているので、ここ
では詳しく説明しない。

【００２２】図１０ａ及び図１０ｂの回路構成の場合、
サーマルリレーを図１や図２に示したような気密コネク
タにつなぐ、つまりサーマルリレーを気密コネクタの２
つのピンに差し込んで電気的に接続するのである。

【００２３】一方、図１０ｃのように直列コンデンサを
使う場合は、気密コネクタの１つのピンはサーマルリレ
ーと電気的に接続するが、もう１つの別のピンとは電気
的にではなく物理的に補助構成要素でつないで、サーマ
ルリレーを支えるようにする。

【００２４】図１１ａ〜ｃには、図１０ｃの回路でサー
マルリレー５０をモータ上の三極気密コネクタ５１に固
定する、本発明による３つの例が示してある。

【００２５】図１１ａでは、「プラグ・オン」コネクタ
ー１２，１３の一方と、補助ブラケット５３とを使っ
て、サーマルリレー５０を気密コネクタ５１に固定して
いる。図１１ｂは、サーマルリレー５０のケース上に直
接支持部分５４が形成されている例である。図１１ｃは
図１１ｂの変形で、図１１ｂとは異なる位置に支持部分
５４がある。

【００２６】図１２は、本発明に使用するサーマルリレ
ー製造の、円形構成を持つ組み立てラインを例示したも
のである。以下に説明する、本発明による方式では、
「オン・ライン」の部品組み立てと「回転台」上の部品
組み立てとが組み合わせてあり、それらの間に同期がと
られている。これらのラインの各工程を以下に説明す
る。

【００２７】まず、ストリップ（ｓｔｒｉｐ）形式の接
続装置６，７を２つの組み立てラインＡ，Ｂ及びＡ′，
Ｂ′に入れる。Ａ，Ａ′では、コネクタ１２，１３が供
給され、これらを接続装置６，７上に位置決めして溶接
する。Ｂ，Ｂ′では、ストリップ形式のばね４，５が供
給され、このばねを接続装置６，７上に位置決めして溶
接し、さらにばねストリップから切り離す。

【００２８】以上の工程によって、上記ライン終端で
は、コネクター１２，１３及びばね４，５が取り付けら
れたストリップ形式になっている接続装置６，７が得ら
れ、あとはこれらをケース１に差し込めばよい。

【００２９】その組み立て工程内容は以下の通りであ
る。回転台装置５６のステーション（ｓｔａｔｉｏｎ）
Ｃにケース１が振動ルーラーで送られてくると、このス
テーションではそのケースを回転台上にある適当な取り
付け具に載せる。

【００３０】台が回転すると、載せられたケースはステ
ーションＤに移る。その間に上記補助ラインＡ，Ｂ及び
Ａ′，Ｂ′から、コネクターとばねの付いた、依然スト
リップ形式の接続装置６，７がステーションＤ及びＥに
送られる。

【００３１】ステーションＤ及びＥでは、コネクター及
びばねの付いた接続装置をつかみ、これをストリップか
ら切り離し、続いてケース１に押し込む。

【００３２】ステーションＦでは、送り装置によりＰＴ
Ｃウエーファを接点（ばね４，５の）の間に差し込み、
それらの接点の力でウエーファを保持させる。

【００３３】以上のようにして組み立てられたサーマル
リレー構成要素は、回転台によってステーションＧに移
動する。ステーションＧへはふた２０が振動ルーラーで
運ばれてきていて、ここでケースにふたを載せ、はめ込
む。

【００３４】組み立て終わったサーマルリレーはステー
ションＨで吐き出され、自動的に処理ラインＪ及びＫに
送られる。ラインＪ及びＫでは以上に説明した装置等の
各種データの記録及び管理を行なう。

【００３５】図示の例では機械的かみ合わせによりケー
スにふたを組み付けているが、接着剤や超音波溶接法、
熱的方法によってふたをケースに固定することもできよ
う。

【００３６】またウエーファを止めるのに板ばねを使う
例を説明したが、コイルばねを使うことにしても同じこ
とができる。

【００３７】さらに、電気回路的には、サーマルリレー
を気密コネクタ（フューザイト）に取り付けて使う例を
説明したが、それとは違う端子板に取り付けてもよい。

【００３８】目的によって必要となる、もしくは、安全
規準に応じて必要となる場合には、上部「クイック・コ
ネクト」端子をふたから伸ばしたおおいで保護すること
も考えられる。

【００３９】以上望ましい実施例について本発明を説明
してきたが、本発明の精神から離れることなく、変形や
修正を考えることができる。

【００４０】

【発明の効果】正の抵抗温度係数をもつ抵抗器が、始動
巻線と主巻線をもつ単相モータの始動巻線に直列に接続
されるのでモータの始動時に十分の始動電流をモータに
供給すると共に始動が完了後は始動巻線に流れる電流を
有効に制限することができる。抵抗器は容器から離れて
一対の接触装置により保持され、また接触装置は比較的
高い熱抵抗の導電性金属部分をもつので、抵抗器から容
器へまた抵抗器から接触装置を経て容器への熱伝導を阻
止することができる。一方容器は小形で球形であるので
熱質量が小さく表面積対体積比が制限される。従って、
始動用リレー全体としても、モータの回転中は始動用リ
レーからの放熱が最小限にされるのでモータの運転効率
を高めることができ、またモータの運転が中断されると
迅速に冷えモータの再始動に備えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による始動用リレーをふたをはずして上
から見た図である。

【図２】図１の線２−２で切ったときの断面図で、ふた
ははめてある。

【図３】図１の面３−３での断面図で、この図でもふた
ははめてある。

【図４】図２及び図３に部分的に示したふたを上から見
た図である。

【図５】図４の線５−５で切ったときの断面図である。

【図６】図４のふたを下から見た図である。

【図７】図６の線７−７で切ったときの断面図である。

【図８】本発明による始動用リレーの電気接点細部を示
す。

【図９】ａ及びｂは、本発明による始動用リレーで熱応
答性ウエーファ（ＰＴＣ）を保持し、これと接触するば
ねの一つを詳しく示した図である。

【図１０】ａ，ｂ，及びｃには、本発明による始動用リ
レーのための３つの回路構成を示している。

【図１１】ａ，ｂ，及びｃには、本発明による始動用リ
レーの各種機械的設置形式を示す。

【図１２】本発明による始動用リレーの組み立てライン
概略図である。

【符号の説明】

１ ケース ２ ＰＴＣウエーファ ４，５ 板ばね ６，７ 電気的接続装置 １０，１０′，１１，１１′ 「クイック・コネクト」
型端子 １２，１３ 「プラグ・オン」コネクター ５１ 気密コネクタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジウセツペ ノタロ イタリア国ネープルズ，ポミグリアノ ダ ルコ ２，ビア デル テイントレツト

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 始動巻線と主巻線とを備えるモータの始
   動用リレーであって、 （ａ）正の抵抗温度係数を持つ材料で作られ、対向する
   端子面を備えた抵抗器と、 （ｂ）前記抵抗器を前記始動巻線に直列に接続するため
   前記端子面とそれぞれ接続する導電性金属の一対の接触
   装置と、 （ｃ）絶縁材料で作られ、前記抵抗器と前記接触装置と
   を収める容器とを有し、 （ｄ）前記容器は、前記抵抗器と前記接触装置を実質上
   包囲する空間を内部に形成し、前記空間の第１の方向に
   おいて互いに対向する面から内側に突出する支持部をそ
   れぞれ有し、 （ｅ）前記一対の接触装置は、前記支持部によって支持
   される部分と、該部分から延在する少なくとも一対のフ
   ィンとを有し、該フィンの端部は前記端子面と接触する
   折り曲げられた部分を含み、前記抵抗器は、前記端子面
   の両側に位置する前記一対の接触装置を介して前記第１
   の方向に弾性的に保持されることを特徴とするモータ始
   動用リレー。
2. 【請求項２】 請求項１記載のモータの始動用リレーで
   あって、前記フィンは空間によって離間される部分を有
   することを特徴とするモータ始動用リレー。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは２のいずれかに記載の
   モータの始動用リレーであって、前記フィンの断面積が
   前記抵抗器に向けて小さくなることを特徴とするモータ
   始動用リレー。
4. 【請求項４】 請求項１から３までのいずれかに記載の
   モータの始動用リレーであって、前記容器の空間の前記
   第１の方向と垂直の第２の方向の少なくとも一つの面
   に、前記抵抗器の端子面と垂直方向の位置決めを行うた
   めの位置決め部が形成されていることを特徴とするモー
   タ始動用リレー。
5. 【請求項５】 請求項１から４までのいずれかに記載の
   モータの始動用リレーであって、前記フィンの前記抵抗
   器と接触する部分に前記フィンよりも高導電性の材料が
   付着されていることを特徴とするモータ始動用リレ
   ー。』