JPH08251985A - 単相誘導電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常に高効率の運転を実現できる単相誘導電動
機を提供する。 【構成】 単相誘導電動機１は、主巻線Ｍと補助巻線Ａ
と有し、運転コンデンサＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３とリレ
ースイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３との直列回路を複数
並列に接続して成るコンデンサ並列回路２と、各リレー
スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を制御するリレーコン
トローラＲＣと、回路に流れる電流値を検出するセンサ
ーＣＴとを備え、コンデンサ並列回路２を補助巻線Ａに
接続すると共に、リレーコントローラＲＣはセンサーＣ
Ｔに基づいて各リレースイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３
を制御することにより、主巻線Ｍに流れる電流と補助巻
線Ａに流れる電流との位相差を９０度付近に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷蔵庫や空気調和機
（エアコン）にて代表される冷凍機などに使用される単
相誘導電動機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりこの種単相誘導電動機は、商用
単相１００Ｖにて駆動することができ、堅牢、長寿命、
低コストと云う特徴があるために、冷蔵庫や空気調和機
などの圧縮機駆動用としてに広く用いられている。以
下、図５乃至図８の電気回路を参照しながら係る従来の
単相誘導電動機１００を説明する。

【０００３】図５において、単相誘導電動機１００は主
巻線Ｍと、補助巻線Ａと、この補助巻線Ａに直列に接続
された運転コンデンサＣＲと、この運転コンデンサＣＲ
に並列に接続された始動コンデンサＣＳとリレースイッ
チＳＷとの直列回路とから構成されている。ここで、単
相誘導電動機１００の始動時に適したコンデンサ容量と
運転時に適したコンデンサ容量とは異なり、上記運転コ
ンデンサＣＲは運転時に適した容量、始動コンデンサＣ
Ｓは始動時に適した容量とされて、始動コンデンサＣＳ
の容量は運転コンデンサＣＲの容量の約５倍程となる。

【０００４】そして、単相誘導電動機１００の始動時、
リレースイッチＳＷは閉じており、補助巻線Ａには運転
コンデンサＣＲと始動コンデンサＣＳの並列回路が接続
されて単相誘導電動機１００は大なる始動トルクを得て
始動する。その後、同期速度の８０％程となったところ
でリレースイッチＳＷを開き、始動コンデンサＣＳを回
路から切り離して、以後は運転コンデンサＣＲによる主
巻線Ｍと補助巻線Ａの電流位相差にて単相誘導電動機１
００は運転を継続するものであった。

【０００５】また、図６においては上記始動コンデンサ
ＣＳの代わりに正温度係数固体素子ＰＴＣを補助巻線に
接続したものである。この正温度係数固体素子ＰＴＣは
温度に比例して抵抗値が増大する半導体素子であり、や
はり単相誘導電動機１００の始動時、リレースイッチＳ
Ｗを閉じる。当初正温度係数固体素子ＰＴＣの温度は低
く、抵抗値も低いために補助巻線Ａには大なる電流が流
れて始動する。

【０００６】この通電によって正温度係数固体素子ＰＴ
Ｃは自己発熱するため、抵抗値が増大して補助巻線Ａに
流れる電流は低下していく。そして、やはり同期速度の
８０％程となったところでリレースイッチＳＷを開き、
正温度係数固体素子ＰＴＣを回路から切り離して、以後
は運転コンデンサＣＲによる主巻線Ｍと補助巻線Ａの電
流位相差にて単相誘導電動機１００は運転を継続するも
のであった。

【０００７】更に、図７は図６のリレースイッチＳＷを
省略したものであり、運転中は正温度係数固体素子ＰＴ
Ｃの抵抗値が大きいために、それ自体には殆ど電流は流
れない。また、図８は以上の始動コンデンサＣＳや正温
度係数固体素子ＰＴＣを用いずに運転コンデンサＣＲの
み補助巻線Ａに接続した回路であり、始動特性はあまり
良くないが、リレースイッチその他の素子を省けるた
め、比較的始動トルクの小さい機器に賞用されるもので
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、この種単相誘
導電動機を効率良く運転するためには、主巻線Ｍに流れ
る電流ＩＭと補助巻線Ａに流れる電流ＩＡとの位相差を
９０度に保つ必要がある。しかしながら、従来の如く単
一の運転コンデンサＣＲでは、単相誘導電動機に加わる
負荷の或る範囲では高効率となるものの、他の負荷範囲
では必ずしも高効率とはならない問題があった。

【０００９】そのため、従来では例えば特開平５−１５
１２８号公報（Ｈ０２Ｋ１７／３０）に示される如く主
巻線の巻数を切り換えたり、特開平５−１２２９９２号
公報（Ｈ０２Ｐ７／６３２）に示される如く双方向性３
端子サイリスタを主巻線と補助巻線にそれぞれ接続し、
各サイリスタの点弧タイミングをずらすことによって、
前記９０度の位相差を維持ようにしているが、前者の場
合には効率の向上効果が差ほど期待できないと共に、単
相誘導電動機の各巻線から引き出されるリード線の数が
多くなって品質が低下する。また、後者の場合には主巻
線及び補助巻線共に高周波成分が非常に多くなって実用
化が困難となる。

【００１０】本発明は、係る従来の技術的課題を解決す
るために成されたものであり、常に高効率の運転を実現
できる単相誘導電動機を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の単相誘
導電動機は、主巻線と補助巻線と有し、運転コンデンサ
とスイッチング手段との直列回路を複数並列に接続して
成るコンデンサ並列回路と、各スイッチング手段を制御
する制御手段と、回路に流れる電流値を検出する電流値
検出手段とを備え、コンデンサ並列回路を補助巻線に接
続すると共に、制御手段は電流値検出手段に基づいて各
スイッチング手段を制御することにより、主巻線に流れ
る電流と補助巻線に流れる電流との位相差を９０度付近
に維持するものである。

【００１２】請求項２の発明の単相誘導電動機は、主巻
線と補助巻線と有し、運転コンデンサとスイッチング手
段との直列回路を複数並列に接続して成るコンデンサ並
列回路と、各スイッチング手段を制御する制御手段と、
主巻線に流れる電流と補助巻線に流れる電流との位相差
を検出する位相差検出手段とを備え、コンデンサ並列回
路を補助巻線に接続すると共に、制御手段は位相差検出
手段に基づいて各スイッチング手段を制御することによ
り、前記位相差を９０度付近に維持するものである。

【００１３】請求項３の発明の単相誘導電動機は、主巻
線と補助巻線と有し、冷凍機用圧縮機を駆動するもので
あって、運転コンデンサとスイッチング手段との直列回
路を複数並列に接続して成るコンデンサ並列回路と、各
スイッチング手段を制御する制御手段と、冷凍機にて温
調される空間の温度を検出する温度検出手段とを備え、
コンデンサ並列回路を補助巻線に接続すると共に、制御
手段は温度検出手段に基づいて各スイッチング手段を制
御することにより、主巻線に流れる電流と補助巻線に流
れる電流との位相差を９０度付近に維持するものであ
る。

【００１４】

【作用】請求項１の発明の単相誘導電動機によれば、運
転コンデンサとスイッチング手段との直列回路を複数並
列に接続して成るコンデンサ並列回路を補助巻線に接続
し、回路に流れる電流値を検出する電流値検出手段に基
づいて各スイッチング手段を制御することによって、制
御手段が主巻線に流れる電流と補助巻線に流れる電流と
の位相差を９０度付近に維持するので、回路に流れる電
流値から判断される負荷の範囲に応じて補助巻線のコン
デンサ容量を最適値に変更し、常に高効率の運転を行わ
せることが可能となるものである。

【００１５】また、請求項２の発明の単相誘導電動機に
よれば、運転コンデンサとスイッチング手段との直列回
路を複数並列に接続して成るコンデンサ並列回路を補助
巻線に接続し、主巻線に流れる電流と補助巻線に流れる
電流との位相差を検出する位相差検出手段に基づいて各
スイッチング手段を制御することによって、制御手段が
前記位相差を９０度付近に維持するので、負荷の範囲に
応じて補助巻線のコンデンサ容量を最適値に変更し、常
に高効率の運転を行わせることが可能となるものであ
る。

【００１６】更に、請求項３の発明の単相誘導電動機に
よれば、運転コンデンサとスイッチング手段との直列回
路を複数並列に接続して成るコンデンサ並列回路を補助
巻線に接続し、冷凍機によって温調される空間の温度を
検出する温度検出手段に基づいて各スイッチング手段を
制御することによって、制御手段が主巻線に流れる電流
と補助巻線に流れる電流との位相差を９０度付近に維持
するので、前記温度から判断される負荷の範囲に応じて
補助巻線のコンデンサ容量を最適値に変更し、常に高効
率の運転を行わせることが可能となるものである。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述す
る。図１は本発明の一実施例の単相誘導電動機１の電気
回路図を示している。尚、以降の各図において図５乃至
図８と同一符号は同一のものとする。図１において、単
相誘導電動機１は図示しない冷蔵庫（冷凍機）の冷凍サ
イクルに含まれる圧縮機を駆動するものであり、主巻線
Ｍと、補助巻線Ａと、この補助巻線Ａに接続された前述
の始動コンデンサＣＳとリレースイッチＳＷの直列回路
と、この直列回路に並列接続されたコンデンサ並列回路
２と、回路に流れる電流Ｉの値を検出する電流値検出手
段としてのセンサーＣＴと、制御手段の役割を果たすリ
レーコントローラＲＣとから成る。

【００１８】前記コンデンサ並列回路２は、例えば三個
の運転コンデンサＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３のそれぞれに
スイッチング手段としてのリレースイッチＳＷ１、ＳＷ
２、ＳＷ３を接続した直列回路を並列に接続して構成さ
れている。各運転コンデンサＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３は
それぞれ異なる容量を備え、運転コンデンサＣＲ１は運
転コンデンサＣＲ２よりも容量が大きく、運転コンデン
サＣＲ２は運転コンデンサＣＲ３よりも容量が大きいも
のとする。

【００１９】そして、前記センサーＣＴが検出した電流
Ｉの値に関する出力データはリレーコントローラＲＣに
入力されると共に、リレーコントローラＲＣは各リレー
スイッチＳＷ、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を開閉駆動す
る。

【００２０】以上の構成で次に動作を説明する。先ず、
単相誘導電動機１の始動時は電流Ｉが零であり、リレー
コントローラＲＣはセンサーＣＴの出力に基づいてリレ
ースイッチＳＷとＳＷ１を閉じ、リレースイッチＳＷ
２、ＳＷ３は開く。これによって、補助巻線Ａには始動
コンデンサＣＳと運転コンデンサＣＲ１の並列回路が接
続され、単相誘導電動機１は大なる始動トルクを得て始
動することになる。

【００２１】尚、リレーコントローラＲＣは同期速度の
８０％程に増速したところでリレースイッチＳＷを開
き、始動コンデンサＣＳを回路から切り離す。

【００２２】次に、例えば冷蔵庫の庫内温度が高い所謂
プルダウン時などの単相誘導電動機１の始動直後は、単
相誘導電動機１は過負荷状態となり、回路に流れる電流
Ｉの値も増大する。係る過負荷時には、リレーコントロ
ーラＲＣはセンサーＣＴの出力に基づいてリレースイッ
チＳＷ１を閉じ、他のリレースイッチＳＷ、ＳＷ２、Ｓ
Ｗ３を開く。これによって、補助巻線Ａには運転コンデ
ンサの中で最も容量の大きい運転コンデンサＣＲ１のみ
が接続されて運転を継続することになる。

【００２３】ここで、前記運転コンデンサＣＲ１の容量
は、係る過負荷時に主巻線Ｍに流れる電流ＩＭと補助巻
線Ａに流れる電流ＩＡとの位相差が９０度付近となる値
に設定されており、これによって単相誘導電動機１は高
効率で運転されるようになる。

【００２４】次に、冷蔵庫の庫内温度が低下していくと
単相誘導電動機１は標準的な負荷状態となり、回路に流
れる電流Ｉの値も減少する。係る標準負荷時には、リレ
ーコントローラＲＣはセンサーＣＴの出力に基づいてリ
レースイッチＳＷ２を閉じ、他のリレースイッチＳＷ、
ＳＷ１、ＳＷ３を開く。これによって、補助巻線Ａには
次に容量の大きい運転コンデンサＣＲ２のみが接続され
て運転を継続することになる。

【００２５】ここで、前記運転コンデンサＣＲ２の容量
は、係る標準負荷時に主巻線Ｍに流れる電流ＩＭと補助
巻線Ａに流れる電流ＩＡとの位相差が９０度付近となる
値に設定されており、これによって単相誘導電動機１は
高効率で運転される。

【００２６】次に、冷蔵庫の冷却運転が進行して所謂サ
イクル運転に入ると、単相誘導電動機１は軽負荷状態と
なり、回路に流れる電流Ｉの値も激減する。係る軽負荷
時には、リレーコントローラＲＣはセンサーＣＴの出力
に基づいてリレースイッチＳＷ３を閉じ、他のリレース
イッチＳＷ、ＳＷ１、ＳＷ２を開く。これによって、補
助巻線Ａには最も容量の小さい運転コンデンサＣＲ３の
みが接続されて運転を継続することになる。

【００２７】ここで、前記運転コンデンサＣＲ３の容量
は、係る軽負荷時に主巻線Ｍに流れる電流ＩＭと補助巻
線Ａに流れる電流ＩＡとの位相差が９０度付近となる値
に設定されており、以上によって単相誘導電動機１はあ
らゆる負荷範囲において常に高効率で運転されることに
なる。

【００２８】次に、図２は前述の図６の方式のものに本
発明を適用した単相誘導電動機１の電気回路を示してい
る。尚、この場合、主巻線Ｍに流れる電流ＩＭと補助巻
線Ａに流れる電流ＩＡをそれぞれ検出するセンサーＣＴ
１、ＣＴ２（位相差検出手段を構成する）が設けられ、
各センサーＣＴ１、ＣＴ２の出力データは位相差検出手
段と制御手段を構成するリレーコントローラＲＣに入力
される。また、コンデンサ並列回路２は、補助巻線Ａに
接続された正温度係数固体素子ＰＴＣとリレースイッチ
ＳＷの直列回路に対して並列に接続される。

【００２９】リレーコントローラＲＣは、図６の場合と
同様に始動時にはリレースイッチＳＷを閉じて正温度係
数固体素子ＰＴＣを回路に接続すると共に、リレースイ
ッチＳＷ１も閉じて単相誘導電動機１を始動させる。そ
して、以後の運転中、リレーコントローラＲＣは各セン
サーＣＴ１、ＣＴ２が出力するデータに基づき、主巻線
Ｍに流れる電流ＩＭと補助巻線Ａに流れる電流ＩＡとの
位相差を算出し、当該位相差が９０度付近に維持される
ように各リレースイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を開閉
駆動する。

【００３０】これによって、単相誘導電動機１は前述同
様あらゆる負荷範囲において常に高効率で運転されるこ
とになる。

【００３１】次に、図３は前述の図７の方式のものに本
発明を適用した単相誘導電動機１の電気回路を示してい
る。尚、この場合、冷蔵庫の庫内温度を検出する温度検
出手段としてのセンサーＴＨが設けられ、センサーＴＨ
の出力データは制御手段を構成するリレーコントローラ
ＲＣに入力される。また、コンデンサ並列回路２は補助
巻線Ａに接続された正温度係数固体素子ＰＴＣに対して
並列に接続される。

【００３２】正温度係数固体素子ＰＴＣは前述の図７の
場合と同様に単相誘導電動機１の始動時に補助巻線Ａに
大なる電流を流して始動させる。一方、リレーコントロ
ーラＲＣは以後の運転中、センサーＴＨが出力するデー
タに基づき、過負荷（前述の如く庫内温度の高いプルダ
ウン時）や軽負荷（前述の如く庫内温度の低いサイクル
運転時など）などの単相誘導電動機１の負荷状態を判定
し、図１の場合と同様に主巻線Ｍに流れる電流ＩＭと補
助巻線Ａに流れる電流ＩＡとの位相差が９０度付近に維
持されるように各リレースイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ
３を開閉駆動する。

【００３３】これによって、単相誘導電動機１は前述同
様あらゆる負荷範囲において常に高効率で運転されるこ
とになる。

【００３４】次に、図４は前述の図８の方式のものに本
発明を適用した単相誘導電動機１の電気回路を示してい
る。尚、この場合は図１の場合と同様のセンサーＣＴ及
びリレーコントローラＲＣが設けられ、コンデンサ並列
回路２は補助巻線Ａに接続される。そして、リレーコン
トローラＲＣは前述同様に電流Ｉの値に基づいて単相誘
導電動機１の負荷状態を判断し、主巻線Ｍに流れる電流
ＩＭと補助巻線Ａに流れる電流ＩＡとの位相差が９０度
付近に維持されるように各リレースイッチＳＷ１、ＳＷ
２、ＳＷ３を開閉駆動する。

【００３５】これによって、単相誘導電動機１は前述同
様あらゆる負荷範囲において常に高効率で運転されるこ
とになる。

【００３６】尚、各実施例ではリレーコントローラＲＣ
によって運転コンデンサＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３を択一
的に回路に接続するようにしたが、負荷状態を更に細か
く判定し、複数の運転コンデンサＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ
３を組み合わせて接続するようにしても良い。また、運
転コンデンサの数や適用される機器は実施例に限られる
ものでは無い。更に、以上に示した９０度付近（電流Ｉ
ＭとＩＡの位相差）とは、位相差＝９０度に限定される
ものでは無く、当該運転条件において単相誘導電動機１
の運転効率が高くなる９０度付近の値を意味するものと
する。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述した如く請求項１の発明によれ
ば、運転コンデンサとスイッチング手段との直列回路を
複数並列に接続して成るコンデンサ並列回路を補助巻線
に接続し、回路に流れる電流値を検出する電流値検出手
段に基づいて各スイッチング手段を制御することによっ
て、制御手段が主巻線に流れる電流と補助巻線に流れる
電流との位相差を９０度付近に維持するので、回路に流
れる電流値から判断される負荷の範囲に応じて補助巻線
のコンデンサ容量を最適値に変更し、常に高効率の運転
を行わせることが可能となるものである。

【００３８】また、請求項２の発明によれば、運転コン
デンサとスイッチング手段との直列回路を複数並列に接
続して成るコンデンサ並列回路を補助巻線に接続し、主
巻線に流れる電流と補助巻線に流れる電流との位相差を
検出する位相差検出手段に基づいて各スイッチング手段
を制御することによって、制御手段が前記位相差を９０
度付近に維持するので、負荷の範囲に応じて補助巻線の
コンデンサ容量を最適値に変更し、常に高効率の運転を
行わせることが可能となるものである。

【００３９】更に、請求項３の発明によれば、運転コン
デンサとスイッチング手段との直列回路を複数並列に接
続して成るコンデンサ並列回路を補助巻線に接続し、冷
凍機によって温調される空間の温度を検出する温度検出
手段に基づいて各スイッチング手段を制御することによ
って、制御手段が主巻線に流れる電流と補助巻線に流れ
る電流との位相差を９０度付近に維持するので、前記温
度から判断される負荷の範囲に応じて補助巻線のコンデ
ンサ容量を最適値に変更し、常に高効率の運転を行わせ
ることが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単相誘導電動機の電気回路図である。

【図２】本発明の単相誘導電動機のもう一つの電気回路
図である。

【図３】本発明の単相誘導電動機の更にもう一つの電気
回路図である。

【図４】本発明の単相誘導電動機の更にまたもう一つの
電気回路図である。

【図５】従来の単相誘導電動機の電気回路図である。

【図６】従来の単相誘導電動機のもう一つの電気回路図
である。

【図７】従来の単相誘導電動機の更にもう一つの電気回
路図である。

【図８】従来の単相誘導電動機の更にまたもう一つの電
気回路図である。

【符号の説明】

１ 単相誘導電動機 ２ コンデンサ並列回路 Ａ 補助巻線 ＣＲ１〜ＣＲ３ 運転コンデンサ ＣＴ、ＣＴ１、ＣＴ２、ＴＨ センサー Ｍ 主巻線 ＲＣ リレーコントローラ ＳＷ１〜ＳＷ３ リレースイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 貝瀬 博史 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主巻線と補助巻線と有する単相誘導電動
   機において、 運転コンデンサとスイッチング手段との直列回路を複数
   並列に接続して成るコンデンサ並列回路と、各スイッチ
   ング手段を制御する制御手段と、回路に流れる電流値を
   検出する電流値検出手段とを備え、前記コンデンサ並列
   回路を前記補助巻線に接続すると共に、前記制御手段は
   前記電流値検出手段に基づいて各スイッチング手段を制
   御することにより、前記主巻線に流れる電流と補助巻線
   に流れる電流との位相差を９０度付近に維持することを
   特徴とする単相誘導電動機。
2. 【請求項２】 主巻線と補助巻線と有する単相誘導電動
   機において、 運転コンデンサとスイッチング手段との直列回路を複数
   並列に接続して成るコンデンサ並列回路と、各スイッチ
   ング手段を制御する制御手段と、前記主巻線に流れる電
   流と補助巻線に流れる電流との位相差を検出する位相差
   検出手段とを備え、前記コンデンサ並列回路を前記補助
   巻線に接続すると共に、前記制御手段は前記位相差検出
   手段に基づいて各スイッチング手段を制御することによ
   り、前記位相差を９０度付近に維持することを特徴とす
   る単相誘導電動機。
3. 【請求項３】 主巻線と補助巻線と有し、冷凍機用圧縮
   機を駆動する単相誘導電動機において、 運転コンデンサとスイッチング手段との直列回路を複数
   並列に接続して成るコンデンサ並列回路と、各スイッチ
   ング手段を制御する制御手段と、前記冷凍機にて温調さ
   れる空間の温度を検出する温度検出手段とを備え、前記
   コンデンサ並列回路を前記補助巻線に接続すると共に、
   前記制御手段は前記温度検出手段に基づいて各スイッチ
   ング手段を制御することにより、前記主巻線に流れる電
   流と補助巻線に流れる電流との位相差を９０度付近に維
   持することを特徴とする単相誘導電動機。