JPH077988A

JPH077988A - 単相ａｃ電動機速度制御装置

Info

Publication number: JPH077988A
Application number: JP6000275A
Authority: JP
Inventors: Howard L Beckerman; ハワード・エル・ベッカーマン
Original assignee: MECH INJIENIYUITEII CORP; MECHANICAL INGENUITY CORP
Current assignee: MECH INJIENIYUITEII CORP; MECHANICAL INGENUITY CORP
Priority date: 1993-01-06
Filing date: 1994-01-06
Publication date: 1995-01-10
Also published as: CA2103393A1; DE69308521T2; AU651771B1; DE69308521D1; CA2103393C; EP0605788A3; EP0605788A2; CN1092915A; EP0605788B1; US5276392A

Abstract

(57)【要約】【目的】制御可能スイッチ（３４）が電動機（１０）
の主巻線（２４）と直列をなし、コンデンサ（３０）と
直列をなす電動機の補助巻線（２６）が連続的に励起さ
れる、単相ＡＣ誘導電動機のための可変速度制御装置を
提供する。【構成】スイッチは、主巻線に流れる電流がゼロであ
る時は常に開路される。このスイッチが開路される時、
主巻線における逆起電力が検出（３６）されて電動機の
速度の測定を行う。この逆起電力は所要の速度信号と比
較（４４）され、その比較がスイッチの閉路を制御する
ため使用される。電動機の速度は、変動する負荷を持つ
場合でも、所要の速度で一定に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単相ＡＣ誘導電動機の
ための速度制御装置に関し、特に変動負荷条件下の電動
機に対する所要の速度を維持する如きシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】単相
ＡＣ誘導電動機は、小型の家庭機器から冷蔵庫乃至気候
制御システム・ファンに至る様々な種類の装置を駆動す
るために広く使用されている。電動機の速度を制御して
変動負荷条件下で所要の速度を維持することが、しばし
ば望ましい。従って、本発明の主な目的は、単相ＡＣ誘
導電動機のための速度制御装置の提供にある。

【０００３】異なる形式の電動機速度制御装置が現在入
手可能である。１つのこのような形式は、速度を制御す
るため電動機に加えられる電力の周波数を変化させるイ
ンバータ形式である。これは、入力するＡＣ電力をＤＣ
電力に変換し、次いで所要の周波数におけるＡＣ方形波
を生じる中間的なステップにより行われる。このような
システムは、その欠点の内に、構成が比較的高価である
こと、また更にＡＣ方形波が従来のＡＣ正弦波形よりも
更に熱およびノイズを生じることを有する。別の一般的
な速度制御装置は、電動機に対する電圧を下げて回転子
をその同期速度以下にスリップさせる電圧低下の原理を
用いる。このようなシステムは、安価ではあるが、電動
機における廃熱ならびに過剰な電動機ノイズ即ちハムを
生じる。更に、電動機は、負荷における小さな変化に従
って停止し得る。従って、本発明の別の目的は、上記の
欠点のいずれも蒙らない電動機速度制御装置の提供にあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】単相ＡＣ誘導電動機が始
動できるためには、あるいはその同期速度以外の速度で
回転するためには、別の位相をシミュレートしなければ
ならない。従って、電動機の主巻線に加えて補助巻線を
提供し、主巻線と補助巻線の軸心が空間内でずれている
ことが一般的である。２つの巻線における電流間の適当
な時間／位相のずれを達成うる一般的な方法は、補助巻
線と直列にコンデンサを設けることである。しばしば、
補助巻線と主巻線とは相互にかつ速度コントローラに接
続される。しかし、本発明の原理によれば、補助巻線
は、主巻線から分離されており、従って、制御可能なス
イッチが主巻線と直列に接続される間、回転子の磁化を
維持するため連続的に励起される。スイッチが開路され
る時、磁化された回転子により主巻線に誘起される逆起
電力（ｂａｃｋｅ．ｍ．ｆ．：ｂａｃｋｅｌｅｃｔ
ｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅ）が検出され、この逆起
電力が電動機速度の測定を与える。この逆起電力は、電
動機の所要速度を表わす速度基準信号と比較される。電
動機の負荷は、速度を一定に維持するため前記スイッチ
が開路状態に保持される時間を決定する。高負荷では、
スイッチは低負荷よりも短い期間だけ開路状態に保持さ
れる。このため、変動する負荷条件下では、電動機の回
転を所要速度に維持するに充分なだけの電力が電動機に
供給される。

【０００５】

【実施例】以上のことは、図面に関して以降の記述を読
めば更に容易に明らかになるであろう。図において、類
似の要素は同じ参照番号で示される。図１は、固定子１
２と回転子１４とを有する、参照番号１０で全体的に示
される単相ＡＣ誘導電動機を示す。固定子１２は、典型
的には鉄の積層体から作られ、本論の目的のためには、
４つの極１６、１８、２０および２２で形成されてい
る。回転子１４もまた、典型的に鉄の積層体から形成さ
れ、１対のベアリング（図示せず）上で回転するように
配置されている。電動機１０は、２組の巻線、即ち主巻
線２４と補助巻線２６とが設けられている。主巻線２４
は、極１８および２２上に巻付けられる。補助巻線２６
は、極１６および２０に巻付けられる。図１に示される
ように、主巻線２４および補助巻線２６は、単相ＡＣ電
源２８に跨って並列に接続され、コンデンサ３０が補助
巻線２６と直列に置かれている。

【０００６】周知の如く、主巻線２４および補助巻線２
６が逐次励起されるならば、極１６、１８、２０および
２２は循環的に磁化状態になって回転子１４を回転さ
せ、回転子１４は磁化状態を保持して磁極が巻線により
誘起される。このことは、図１と共に図２および図３を
参照することにより最もよく説明される。

【０００７】電力が時間ｔ₀で電動機１０に加えられる
ならば、主巻線２４はゼロ電流を有するが、補助巻線２
６はピーク電流を持つことになる。主巻線２４および補
助巻線２６に流れる電流が９０°だけ移相されることが
判る。これは、コンデンサ３０の存在によるものであ
る。このため、時間ｔ₀において、回転子１４が補助巻
線２６と連携して矢印３２が極１６を指す。補助巻線２
６により回転子１４において誘起された磁化状態は回転
子１４に蓄えられることになる。時間ｔ₁において、主
巻線２４はピーク電流を有し、補助巻線２６はゼロ電流
を有することになる。回転子１４は、主巻線２４と連携
しようとする。回転子１４に蓄えられた磁化状態のゆえ
に、回転子１４は、矢印３２が極１８を指すように運動
することになる。回転子１４は、矢印３２が極２２を指
す位置から反撥される。

【０００８】時間ｔ₂においては、主巻線２４はゼロ電
流を有し、補助巻線２６に流れる電流はその負のピーク
値にある。回転子は次に、矢印３２が極２０を指すよう
に運動する。時間ｔ₃においては、主巻線２４に対する
電流がその負のピーク値にあり、補助巻線２６に流れる
電流はゼロとなる。回転子１４は、矢印３２が極２２を
指すように回転する。時間ｔ₄においては、主巻線２４
に流れる電流はゼロとなり、補助巻線２６に流れる電流
はその正のピーク値にある。回転子１４は、矢印３２が
極１６を指すように回転することになる。

【０００９】このように、回転子１４の完全な１回転
が、ＡＣ電力の完全サイクルの間に生じた。従って、回
転子１４は電力と同期されて、毎秒６０回転、即ち毎分
３６００回転で回転した。このことは、同期回転として
知られる。本発明は、電動機の非同期回転に関するもの
である。

【００１０】同期速度で回転しないＡＣ電動機において
は、主巻線および補助巻線の励起のタイミングは厳密で
ある。このため、主巻線２４および補助巻線２６は、適
正な極性の電流により正しい時間に励起されねばならな
い。極端な事例は、回転子１４が回転しないように機械
的に阻止される場合である。この固定された状態が図１
に示される如くであり、矢印３２が極２２を指しかつ電
力が加えられるならば、主巻線２４は回転子１４を磁化
して補助巻線２６が回転子１４をその位置から時計方向
に運動させようする。この時計方向の磁気エネルギのバ
ーストは１サイクル当たり４回生じることになる。各磁
気バーストは、時計方向の回転エネルギの量子を回転子
１４へ与え、これは図の上で「バンプ（突起）」と呼ば
れる。回転子１４がいずれかの位置に置かれてそこに保
持されるならば、回転子はＡＣ電力の各サイクル間に４
つのバンプを受取ることになる。回転子１４が所与の速
度で回転させられるが負荷に結合されるものとすれば、
負荷は回転子からある量のエネルギを得る。バンプが負
荷により使用されるエネルギと等しいある量のエネルギ
を回転子１４に与えるようにバンプの大きさが制御され
るならば、負荷はこの速度で回転することになる。バン
プの大きさが減少するならば、回転子に対するバンプ・
エネルギが負荷により回転子から得たエネルギと等しく
なるまで負荷の速度は減少させられる。本発明によれ
ば、バンプの大きさが制御される。

【００１１】単相電動機における音響ノイズは、典型的
に、６０Ｈzの入力電力に対して２４０Ｈzの周波数ピー
ク値を有する。これは、電動機の音を伝達する要素に集
中するサイクル当たり４つのエネルギ・バンプと対応す
る。回転子に対するバンプ・エネルギの大きさを最小に
保持することにより、結果として生じるノイズは減少す
る。

【００１２】次に図４において、本発明によれば、制御
可能スイッチ３４が主巻線２４と直列に接続されてＡＣ
電源２８からの給電のため主巻線２４を経由する導通経
路を選択的に提供する。電力が補助巻線２６に連続的に
流れることを許容され、補助巻線２６を経る経路はコン
デンサ３０を含む。コンデンサ３０が存在する故に、補
助巻線２６に流れる電流はＡＣ電源２８と位相が９０°
異なる。回転子１４（図１）は、スイッチ３４が閉路さ
れなければ、回転しない。（しかし、回転子１４が回転
中でありスイッチ３４が開路されるならば、負荷により
速度低下させられても回転する回転子の慣性がこれを回
転し続けさせる。）。

【００１３】磁化された回転子１４が回転し続けるなら
ば、主巻線２４には電圧が誘起され、この電圧は電動機
の逆起電力と一般に呼ばれる。この逆起電力は、補助巻
線２６により回転子１４に蓄積される磁界によって生
じ、その大きさは回転子の回転速度に比例する。従っ
て、逆起電力の測定は、電動機の速度を決定する一方法
を提供し得る。しかし、スイッチ３４が閉路されるなら
ば、逆起電力信号がＡＣ電源２８からの電圧によって打
消される。本発明によれば、以下本文に更に詳細に述べ
るように、スイッチ３４は選択的に閉路されて電動機を
駆動する電力を提供し、スイッチ３４が開路されると、
主巻線２４に跨る逆起電力が検出されて電動機速度の計
測を行う。

【００１４】スイッチ３４は、主巻線２４に流れる電流
がゼロである時常に開路される。主巻線２４に電流が存
在する間スイッチ３４が開路されるものとすれば、巻線
２４の磁界が消滅して逆起電力を掩蔽する電圧を誘起す
る。本発明は、所要の速度で負荷を駆動するのに要する
バンプの大きさに応じて、スイッチ３４の閉路のタイミ
ングを慎重に制御する。このような閉路は、ゼロ電流点
からのタイミングによってＡＣ電源２８の正弦波と同期
される。閉路前の短い時間的遅れは大きなバンプを結果
として生じるが、閉路前の長い時間的遅れは小さなバン
プを結果として生じる。

【００１５】電動機１０の速度は、スイッチ３４と接続
されてスイッチ３４が開路される時動作する逆起電力検
出器３６により検出される。この検出器３６は、電力線
電圧を使用可能レベルに下げる降圧器３６１と全波整流
器３６３とを含む。逆起電力電圧が変動信号、典型的に
は正弦波状であるため、サンプル及び保持回路３８は速
度サーボ４０に対して全波整流器３６３の出力の最大絶
対値を表わす信号を与える。速度サーボ４０に対する他
の入力は速度セレクタ４２からのものであり、このセレ
クタは電動機１０に対する所要の速度を表わす信号を与
える。サーボ４０は、コンパレータ４４に１つの入力を
与える。コンパレータ４４に対する他の入力は、スイッ
チ３４が開路される時に（即ち、ゼロ電流点で）始動す
る単調に増加する傾斜電圧を提供するランプ発生器４６
からのものである。このゼロ電流点は、逆起電力検出器
３６に接続されるゼロ交差検出器４８によって決定され
る。コンパレータ４４は、速度サーボ４０およびランプ
発生器４６から受取る信号を比較して、この比較に基い
て、適当な信号をスイッチ・コントローラ５０へ与えて
スイッチ３４を閉路する。この回路の全電力は、ＡＣ電
源２８と接続されてＡＣ電源２８からのＡＣ電力を回路
により使用されるために適する形態に変換する電源５２
から供給される。

【００１６】図５は、回路ブロックが再構成された図４
と類似のブロック図を示す。このため、降圧器３６１
は、スイッチ３４ではなく主巻線２４に跨っている。こ
の場合、電動機１０の逆起電力は、図４に示したシステ
ムの場合のように供給電圧から差引かれるのではなく、
直接測定される。また、図５においては、ゼロ交差検出
器４８がスイッチ３４に跨っており、スイッチ３４が開
路される時にのみサンプル採取保持回路３８が信号を逆
起電力を表わす速度サーボ４０へ与えるように、サンプ
ル採取保持回路３８に対して信号を与える。

【００１７】次に図６において、電源５２は、変圧器５
４、全波ダイオード・ブリッジ５６およびコンデンサ５
８を含んでいる。発光ダイオード６０は、電力がオンで
ある時に降圧抵抗６２を介して励起される。

【００１８】例えば、スイッチ３４の機能は、制御ゲー
ト端子６６を持つトライアック６４により提供される。
このトライアック６４は、これに流れる電流が予め定め
た保持電流より低下する時、トライアックが非導通状態
となりゲート６６でトリガー信号を受取るまで非導通状
態に止まるという固有の特性を有する。

【００１９】逆起電力検出器（速度センサ）３６は、電
力線電圧を使用可能なレベルまで降下させる分圧器を構
成する抵抗６８、７０を含む。このため、抵抗６８、７
０は降圧器３６１として機能する。トライアック６４が
導通状態にある時、抵抗６８、７０は短絡させられる。
トライアック６４が開路されると、ダイオード７２が抵
抗７４を介して演算増幅器７８の非反転入力７６に対す
る電源２８の正の半サイクルだけ導通する。ダイオード
８０が正の半サイクルの間開路するため、演算増幅器７
８は、反転入力端子８２が抵抗８６を介してその出力端
子８４に接続された電圧フォロワと同様に働く。従っ
て、速度センサ３６の出力線８８における電圧は線９０
上の入力電圧に追従する。線９０上の電圧は、電源２８
の電力線電圧から差引かれた主巻線２４における逆起電
力と等しい。

【００２０】線９０上の電圧の負の半サイクルの間、ダ
イオード８０が導通状態となり、ダイオード７２は非導
通状態となる。これらの半サイクルにおける電流は、抵
抗９２を経て演算増幅器７８の反転入力８２へ流れる。
抵抗９２および８６は利得が１の演算増幅器７８に対す
るフィードバック・ループを形成し、その結果負の半サ
イクルが反転され、出力端子８４において正の波形とし
て提供される。従って、速度センサ３６は、線９０上の
信号の低減表示の全波整流器として機能する。

【００２１】ゼロ交差検出器４８は、トライアック６４
に流れる電流が予め定めた保持電流よりも低下する時、
トライアック６４が非導通状態となって、ゲート端子６
６におけるトリガー信号によりオンにされるまでこの状
態を維持するというトライアック６４の固有の特性を利
用する。線８８上の速度センサ３６の出力は、演算増幅
器９６の非反転入力９４において反転入力端子９８にお
ける固定電圧と比較される。端子９８におけるこの固定
電圧は、電源５２の出力に跨って接続された抵抗１０
０、１０２を含む分圧器により提供される。トライアッ
ク６４が導通状態であれば、線８８はローの状態とな
り、従って演算増幅器９６の出力端子１０４がローとな
る。トライアック６４に流れる電流が予め定めた保持電
流（実質的にゼロ）よりも低下するならば、トライアッ
ク６４に跨る電圧は突出し、線８８上の電圧はハイとな
り、これが出力端子１０４における信号をハイにさせ
て、トライアック６４が再び導通状態になるまでハイの
ままである。端子１０４における信号のローからハイへ
の遷移は、開示された回路の目的のためゼロ交差点を規
定するように機能する。

【００２２】トライアック６４が導通状態になると、出
力端子１０４がローとなってダイオード１０８を介して
ランプ発生器４６のコンデンサ１０６を放電状態に保持
する。トライアック６４がオフになると、ゼロ交差点に
おいて、出力端子１０４はハイとなりダイオード１０８
を開路（逆バイアス状態に）する。従って、コンデンサ
１０６は抵抗１１０を介して充電して、（ゼロより僅か
に高い）予め定めたレベルから始まり、トライアック６
４がオンになるかあるいは電圧が線１１４における供給
電圧に達するまで単調に増加する傾斜電圧を線１１２上
に生じる。

【００２３】コンパレータ４４は、演算増幅器１１８の
反転入力１１６に与えられる線１１２における傾斜電圧
を、抵抗１２６を介して演算増幅器１１８の非反転入力
１２４に与えられる線１１２上のサーボ電圧と比較す
る。線１１２上の傾斜電圧はゼロにならないため、抵抗
１２６、１２８が、線１２２上のサーボ電圧が最小傾斜
電圧より下がり得ないことを保証する。演算増幅器１１
８の非反転入力１２４に対するサーボ電圧が反転入力１
１６に対する傾斜電圧よりも下がるならば、演算増幅器
１１８の出力１３０はローになる。以下において述べる
ように、この状態はトライアック６４をオンにさせ、こ
れが傾斜電圧を再びローにし、出力１３０が再びハイに
なる。線１２２上のサーボ電圧が低いほど、電力サイク
ルの早期においてコンパレータ４４がトリガーする。ゼ
ロ電流とトライアック６４のオンとの間の時間間隔は、
どれだけの電力が主巻線２４へ与えられるかと逆の関係
で関連する。

【００２４】トライアック６４のトリガー動作は、コン
トローラ５０により行われる。演算増幅器１１８の出力
１３０がローになると、この遷移状態は、コンデンサ１
３２を介してトランジスタ１３６のベース１３４に容量
的に結合される。抵抗１３８は、ベース１３４を常時ハ
イに保持する。トランジスタ１３６のコレクタ１４０
は、トライアック６４のゲート６６に接続される。ベー
ス１３４がローとなりトランジスタ１３６をオンにする
と、コレクタ１４０はハイになってトリガー・パルスを
ゲート６６に与え、これがトライアック６４をオンにす
る。ゲート６６に対する電流は、トランジスタ１３６の
利得およびそのベース電流により制限される。

【００２５】次に開示されるシステムの速度検出特徴に
ついて見れば、線８８上の速度センサ３６からの出力は
サンプル及び保持回路３８へ与えられる。線８８上の信
号は、ダイオード１４２を経てコンデンサ１４４を充電
する。抵抗１４６が緩やかなブリードを生じる間、コン
デンサ１４４はピーク電圧を保持する。このため、線１
４８における電圧は、速度センサ３６の出力の最大絶対
値である。

【００２６】速度セレクタ４２は、選択された速度設定
電圧を一定に維持する電圧調整器１５０を含む。ポテン
ショメータ１５２が、電圧調整器１５０の出力を調整す
ることにより最小速度を調整する。抵抗１５４、１５６
は、ポテンショメータ１５２の調整範囲を制御する。ポ
テンショメータ１５８は所要の速度設定を行い、ポテン
ショメータ１６０は最大速度を設定する。

【００２７】速度サーボ４０は、線１６２におけるポテ
ンショメータ１５８からの速度設定点を線１４８におけ
るサンプル及び保持回路３８からの出力と比較する。速
度サーボ４０は、出力端子がコンパレータ４４に至る線
１２２に接続され、その非反転入力端子１６６が線１６
２に接続された演算増幅器１６４を含んでいる。演算増
幅器１６４の非反転入力端子１６８は抵抗１７０、１７
２の接合点に接続され、これら抵抗が急速に変化する信
号に対して応答する略々１のＡＣ利得を持つフィードバ
ック・ループを形成する。コンデンサ１７４は、緩やか
な変化に応答して実質的に無限のＤＣ利得を生じる積分
器として機能する。

【００２８】図７は、速度センサ３６に対する別の実施
例を示す。抵抗１７６、１７８は、主巻線２４に跨る電
圧を更に使用し易いレベルまで低減させる。演算増幅器
１８０は、抵抗１７６、１７８に負荷を与えず、従って
逆起電力の読みの歪みを生じない電圧フォロワとして構
成される。スイッチ１８２、１８４は、それぞれこれら
のゲート１８６、１８８において（図示しない装置から
の論理信号により）制御されるＦＥＴ電子スイッチであ
り、従ってスイッチ１８２は０．２ミリ秒の期間にわた
りトライアック６４が正の半サイクルでオフになった後
約０．２ミリ秒だけ閉路される。これは、コンデンサ１
９０における逆起電力の正の半分を蓄える。スイッチ１
８４は、トライアック６４が０．２ミリ秒の期間にわた
り負の半サイクルでオフになった後０．２ミリ秒間閉路
される。これは、コンデンサ１９２における逆起電力の
負の半分を蓄える。演算増幅器１９８における線１９６
上の電圧から線１９４上の電圧を差引くことにより、逆
起電力は線８８上に与えられる。

【００２９】図８は、プログラムされたマイクロプロセ
ッサ２００が図４に示された回路ブロックの大部分の機
能を行う構成を示している。図８に示されるように、降
圧器２０２が主巻線２４に跨る電圧に対して絶縁および
降圧を生じ、この電圧をアナログ／ディジタル・コンバ
ータ２０４へ与える。降圧器２０２は、例えば降圧変圧
器でよい。前記アナログ／ディジタル・コンバータ２０
４は、降下した主巻線電圧をディジタル数値に変換し、
これがマイクロプロセッサ２００へ与えられる。ゼロ交
差検出器２０６は、マイクロプロセッサがスイッチ３４
を開路することができるように主巻線２４に流れる電流
がゼロである時、マイクロプロセッサ２００に信号を与
える。マイクロプロセッサ２００は、第１の記憶場所に
おいて正の半サイクルの間スイッチ３４が開路されて
０．２ミリ秒後に生じるこの電圧を記憶する。これは、
第２の記憶場所に、負の半サイクルにおいてスイッチ３
４が開路されて０．２ミリ秒後に生じる主巻線電圧を記
憶する。これら２つの記憶された数間の差引きは、逆起
電力と対応する数を生じる結果ととなる。この数は、第
３の記憶場所に記憶され、スイッチ３４を閉路する時を
決定するため、例えば速度セレクタ２０８により与えら
れる設定点の数と比較するため使用される。

【００３０】図８に示されるディジタル・サーボと図６
に示されるアナログ・サーボの両者は、連続的な近似法
を用いてトライアック６４をオンにする時を正確に決定
する。図９乃至図１１は、連続的な近似化の概念的な例
示を行う。電源２８の半サイクルが８ミリ秒内で生じる
ものとすれば、電動機の所要速度が全速度であるなら
ば、トライアック６４をオンにするためのゼロ交差後の
遅延時間はゼロ・ミリ秒となることが判る。反対に、電
動機が全く回転しない（ゼロ速度）ならば、トライアッ
ク６４をオンにするための遅延時間は全８ミリ秒であ
る。従って、遅延時間と速度との関係カーブは図９に示
される如く描くことができる。図９に示される如き直線
が良好な近似化を行う。電動機を半分の速度で回転させ
ることが要求されるものとすれば、最初に選択された遅
延時間が図９から４ミリ秒となるように選択される。逆
起電力が検出される次の時点で、この遅延時間が変更さ
れる。速度が全速度の２５％であると検出されるものと
すれば、新しいカーブが図１０に示される如く描かれ
る。前記直線を得るためには、全速度のゼロ遅延時間が
固定され、２５％の速度の４ミリ秒の遅延時間が測定さ
れたことが判る。従って、５０％の速度を得る遅延時間
の新しい近似は、約２．７ミリ秒となるように選択され
る。測定された次の逆起電力が電動機が全速度の４５％
で回転していることを示すものとしよう。従って、図１
１に示される線が生成される。遅延時間に対する次の近
似は２．４５ミリ秒である。このような近似化が継続す
る。

【００３１】マイクロプロセッサ２００は、カーブを生
成して近似化を行うようにプログラムされるが、図６に
示されたアナログ・サーボ４０がこれを本質的に行う。

【００３２】以上の如く、改善された単相ＡＣ電動機の
速度制御システムが開示された。本発明の実施例につい
て本文に開示したが、開示された実施例に対する色々な
変更および応用が当業者には明らかであり、本発明は頭
書の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきもので
あることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の理解に役立つ単相ＡＣ誘導電動機の概
略図である。

【図２】図１に示した電動機の主巻線に流れる電流を示
すグラフである。

【図３】図１に示した電動機の補助巻線に流れる電流を
示すグラフである。

【図４】単相ＡＣ誘導電動機の速度を制御するための本
発明の原理を具現した例示システムを示すブロック図で
ある。

【図５】図４の実施例と類似の別の実施例を示すブロッ
ク図である。

【図６】図４に示されたブロック図の構成例を示す詳細
回路図である。

【図７】速度センサに対する別の実施例を示す概略図で
ある。

【図８】本発明のマイクロプロセッサに基く実施例を示
す概略図である。

【図９】本発明の動作の理解に役立つ遅延時間と所要の
電動機速度の関係を示す図である。

【図１０】本発明の動作の理解に役立つ遅延時間と所要
の電動機速度の関係を示す図である。

【図１１】本発明の動作の理解に役立つ遅延時間と所要
の電動機速度の関係を示す図である。

【符号の説明】

１０単相ＡＣ誘導電動機１２固定子１４回転子２４主巻線２６補助巻線２８ＡＣ電源３０コンデンサ３４制御可能スイッチ３６逆起電力検出器（速度センサ）３８サンプル採取保持回路４０速度サーボ４２速度セレクタ４４コンパレータ４６ランプ発生器４８ゼロ交差検出器５０スイッチ・コントローラ５２電源５４変圧器５６全波ダイオード・ブリッジ６２降圧抵抗６４トライアック６６制御ゲート端子７８演算増幅器９６演算増幅器９８反転入力端子１１８演算増幅器１５０電圧調整器１６４演算増幅器２００マイクロプロセッサ２０２降圧器２０４アナログ／ディジタル・コンバータ２０６ゼロ交差検出器２０８速度セレクタ３６１降圧器３６３全波整流器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主巻線と補助巻線とを有する単相ＡＣ誘
導電動機のための速度制御装置において、前記電動機の回転子の磁化を維持するため前記補助巻線
に連続的な励起を生じる手段と、前記主巻線の一端部を単相ＡＣ電源の第１の端子に接続
する手段と、前記主巻線の第２の端部と前記単相ＡＣ電源の第２の端
部との間に接続された制御可能なスイッチとを設け、該
スイッチは、開路状態と閉路状態とを有し、スイッチが
その閉路状態にある時前記ＡＣ電源から前記主巻線に流
れる電力の導通経路を選択的に提供し、前記電動機に対する所要の速度を表わす第１の電気信号
を生じる速度基準手段と、前記スイッチに接続され、該スイッチがその開路状態に
ある時、前記主巻線に跨って誘起される逆起電力を検出
し、かつ前記電動機の実際の速度を表わす検出された逆
起電力に依存して第２の電気信号を生じるように働く速
度検出手段と、前記第１および第２の電気信号に応答して、前記電動機
を前記所要の速度で回転させるように前記スイッチの状
態を制御する制御手段とを設けてなる速度制御装置。
【請求項２】前記主巻線に流れる電流を検出して、前
記主巻線電流がゼロである時前記制御手段にゼロ交差信
号を与える手段を更に設け、前記制御手段は前記ゼロ交
差信号に応答して前記スイッチを開路する請求項１記載
の装置。
【請求項３】前記速度検出手段が前記スイッチに跨っ
て接続され、該スイッチがその開路状態にある時前記Ａ
Ｃ電源の電圧から差引かれた逆起電力に等しい電圧を検
出し、前記検出手段は、前記スイッチがその閉路状態に
ある時ゼロ・レベルの前記第２の電気信号を生じる請求
項１記載の装置。
【請求項４】前記スイッチは、導通状態と非導通状態
とを有するトライアックを含み、前記制御手段は、前記トライアックと接続されたゼロ交
差検出手段を含み、前記ゼロ交差検出手段は、前記トラ
イアックの保持電流よりも降下する電流により前記トラ
イアックが非導通状態になることに応答してゼロ交差信
号を生じる請求項１記載の装置。
【請求項５】前記制御手段が更に、前記速度検出手段から前記第２の電気信号を受取るよう
に接続されて、該第２の電気信号の最大絶対値を表わす
第３の電気信号を生じるサンプル及び保持手段と、前記第３の電気信号と前記第１の電気信号とを受取るよ
うに接続され、該電気信号間の差と対応する第４の電気
信号を生じるサーボ手段と、前記ゼロ交差信号を受取るように接続されて、前記ゼロ
交差信号に応答して予め定めたレベルから開始する傾斜
電圧を生じるランプ手段と、前記傾斜電圧と前記第４の電気信号とを受取るように接
続されたコンパレータ手段とを設け、該コンパレータ手
段は、前記傾斜電圧が前記第４の電気信号により設定さ
れたレベルに達する時、前記トライアックを導通状態に
させるよう動作する請求項４記載の装置。
【請求項６】前記速度検出手段は、前記主巻線に跨る電圧を表わす検出電圧を生じる降圧手
段と、前記検出電圧を受取るように接続されて、前記第２の電
気信号を前記検出電圧の絶対値として生じる全波整流手
段とを含む請求項１記載の装置。
【請求項７】前記スイッチが、導通状態と非導通状態
とを有するトライアックを含み、該トライアックは、自
らに流れる電流が予め定めた保持電流よりも低下する時
非導通状態となり、前記速度検出手段は、前記トライア
ックがその導通状態にある時前記第２の電気信号をゼロ
・レベルで生じ、前記トライアックがその非導通状態に
ある時に波形が前記電動機の逆起電力を表わし、前記制
御手段は、前記第２の電気信号を受取るように接続されて、前記第
２の電気信号が前記ゼロ・レベル以外にある時は第１の
予め定めたレベルで、また前記第２の電気信号が前記ゼ
ロ・レベルにある時は第２の予め定めたレベルでゼロ交
差信号を生じるゼロ交差検出手段を含み、該ゼロ交差検
出手段は、その反転入力端子が固定された電圧基準に接
続され、その非反転入力端子が前記速度検出手段の演算
増幅器の出力端子に接続され、その出力端子が前記ゼロ
交差信号を生じ、前記ゼロ交差検出手段の演算増幅器の出力端子に接続さ
れて、前記ゼロ交差信号が前記第１の予め定めたレベル
にある限り、第１のレベルから単調に増加する出力電圧
を生じるランプ手段を含み、該ランプ手段は、前記ゼロ
交差信号が前記第２の予め定めたレベルにある時に前記
第１のレベルのその出力電圧を生じるように働き、前記速度基準手段と前記速度検出手段とに接続されて、
前記電動機に対する所要の速度と該電動機の実際の速度
との間の差を表わすサーボ出力信号を生じるサーボ手段
と、前記サーボ出力信号と前記ランプ手段の出力電圧とに接
続されて、前記ランプ手段の出力電圧が前記サーボ出力
信号により設定される第２のレベルに達する時、前記ト
ライアックを導通状態にさせるよう動作するコンパレー
タ手段とを含む請求項６記載の装置。
【請求項８】前記サーボ手段が、反転入力端子と、非反転入力端子と、前記サーボ出力信
号を生じる出力端子とを有する演算増幅器と、前記サーボ手段の演算増幅器の反転入力端子を前記速度
検出手段の演算増幅器の出力端子に接続する直列接続さ
れた第１の抵抗を含む第１の接続手段と、前記サーボ手段の演算増幅器の非反転入力端子を、前記
速度基準手段から前記第１の電気信号を受取るように接
続する第２の接続手段と、前記サーボ手段の演算増幅器の前記出力端子と反転入力
端子との間に接続されたフィードバック手段とを含み、
該フィードバック手段が第２の抵抗と第１のコンデンサ
の直列接続を含む請求項７記載の装置。
【請求項９】前記第１の接続手段が、前記速度検出手
段の演算増幅器出力端子から前記第２の電気信号を受取
るように接続されたサンプル及び保持手段を含み、前記
サーボ手段の演算増幅器反転入力端子に前記第２の電気
信号の最大絶対値を表わす第３の電気信号を与える請求
項８記載の装置。
【請求項１０】前記コンパレータ手段が、反転入力端子と、非反転入力端子と、出力端子とを有す
る演算増幅器と、前記コンパレータ手段の演算増幅器反転入力端子を前記
ランプ装置の出力電圧を受取るように接続する第３の接
続手段と、前記コンパレータ手段の演算増幅器非反転入力端子を前
記サーボ手段の演算増幅器出力端子に接続する第４の接
続手段とを含み、該第４の接続手段が、前記サーボ手段
の演算増幅器出力端子と基準電圧との間に接続された直
列接続された第３および第４の抵抗と、前記コンパレー
タ手段の演算増幅器非反転入力端子を前記第３および第
４の抵抗間の接合点に接続する手段とを含み、前記基準電圧と前記トライアックのゲートとの間にエミ
ッタ−コレクタ経路を有するトランジスタと、前記コンパレータ手段の演算増幅器出力端子と前記トラ
ンジスタのベースとの間に接続された第２のコンデンサ
と、前記トランジスタのベースと前記基準電圧との間に接続
された第５の抵抗とを含む請求項８記載の装置。
【請求項１１】前記ランプ手段が、前記ゼロ交差検出手段の演算増幅器出力端子に接続され
たカソードと前記コンパレータ装置に接続されたアノー
ドとを有するダイオードと、前記ダイオードのアノードと第１の基準電圧との間に接
続された第６の抵抗と、前記ダイオードのアノードと第２の基準電圧との間に接
続された第３のコンデンサとを含み、前記第２の基準電
圧は前記第１のレベルに等しくかつ前記第１の基準電圧
よりも小さい請求項７記載の装置。
【請求項１２】前記サーボ手段が、反転入力端子と、非反転入力端子と、前記サーボ出力信
号を生じる出力端子とを有する演算増幅器と、前記サーボ手段の演算増幅器反転入力端子を前記第２の
速度検出手段の演算増幅器出力端子に接続する直列接続
された第１の抵抗を含む第１の接続手段と、前記サーボ手段の演算増幅器非反転入力端子を、前記速
度基準手段から前記第１の電気信号を受取るように接続
する第２の接続手段と、前記出力端子と、前記サーボ手段の演算増幅器の反転入
力端子との間に接続されたフィードバック手段とを含
み、該フィードバック手段が第２の抵抗と第１のコンデ
ンサの直列接続を含む請求項１１記載の装置。
【請求項１３】前記コンパレータ手段が、反転入力端子と、非反転入力端子と、出力端子とを有す
る演算増幅器と、前記コンパレータ手段の演算増幅器反転入力端子を前記
ランプ手段の前記第３のダイオードのアノードに接続す
る第３の接続手段と、前記コンパレータ手段の演算増幅器非反転入力端子を前
記サーボ手段の演算増幅器出力端子に接続する第４の接
続手段とを含み、該第４の接続手段は、前記サーボ手段
の演算増幅器出力端子と基準電圧との間に直列接続され
た第３および第４の抵抗と、前記コンパレータ手段の演
算増幅器非反転入力端子を前記第３および第４の抵抗間
の接合点に接続する手段とを含み、前記基準電圧と前記トライアックのゲートとの間に直列
のエミッタ−コレクタ経路を有するトランジスタと、前記コンパレータ手段の演算増幅器出力端子と前記トラ
ンジスタのベースとの間に接続された第２のコンデンサ
と、前記トランジスタのベースと前記基準電圧との間に接続
された第５の抵抗とを含む請求項１２記載の装置。
【請求項１４】前記制御手段のみが、前記スイッチが
開路する期間中に前記第２の電気信号に応答する請求項
６記載の装置。
【請求項１５】連続的な励起を前記補助巻線に生じる
前記手段が、第４のコンデンサと、前記補助巻線と前記第４のコンデンサに対する前記単相
ＡＣ電源に跨る直列接続を生じる手段とを含む請求項１
記載の装置。
【請求項１６】前記スイッチが、前記主巻線に流れる
電流が予め定めた閾値よりも降下する毎にその開路状態
となり、前記制御手段が、前記スイッチを閉路するため
のタイミングを決定する連続的な近似法を用いるように
プログラムされたマイクロプロセッサを含む請求項１記
載の装置。