JPH11252982A - 動力発生装置と食器洗い機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流電源の周波数で決まる回転速度以上に高
速回転できる動力発生装置と、それで駆動されるポンプ
を備えた食器洗い機とを提供する。 【解決手段】 交流電源１の電圧波形を高調波発生回路
７で歪ませて高調波を含む電圧波形とし、共振回路８に
より特定の高調波、たとえば３次の第３高調波を共振動
作で取り出して誘導電動機４に供給する。このとき、誘
導電動機４は交流電源１で直接に駆動する場合の３倍の
回転速度で回転する。同一出力パワーでトルクを比較す
ると、トルクは１／３となり、小型軽量の誘導電動機４
を用いることができる。この動力発生装置によりポンプ
を回転させる食器洗い機では、前記ポンプも同様に小型
軽量化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用および産業
用などの回転機械に使用される動力発生装置と家庭など
で使用される食器洗い機に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来の動力発生装置について図面
を参照しながら説明する。図５は、従来の、いわゆる単
相の誘導電動機を用いた動力発生装置の構成を示す回路
図である。図５において、動力発生装置は、１００Ｖ、
６０Ｈｚの交流電源１と、開閉手段２と、進相コンデン
サ３と、誘導電動機４とによって構成されている。

【０００３】誘導電動機４は、鉄心にアルミニウムを鋳
込んで作成した、かご形と呼ばれる回転子と、主巻線５
と、補助巻線６とを備え、主巻線５と補助巻線６とは、
いずれも２極で互いに電気角９０度となる位置に巻回す
ることにより、２相巻線を構成している。

【０００４】上記構成における動作について説明する。
開閉手段２が開放されている状態においては、交流電源
１の出力が切断されていて、誘導電動機４の主巻線５お
よび補助巻線６には電流が供給されず、停止した状態と
なる。つぎに、開閉手段２の接点が閉じて導通状態とな
ると、誘導電動機４の主巻線５には交流電源１から１０
０Ｖ、６０Ｈｚの電圧が供給され、また、補助巻線６に
は交流電源１から進相コンデンサ３を通じて交流電源１
よりも位相が進んだ電庄が供給される。したがって、誘
導電動機４は、内部に楕円状の回転磁界を生じ、かご形
の回転子はその回転磁界に引きずられるようにして回転
運動を行い、外部に接続された機械的な負荷に動力を供
給する。

【０００５】ここで、前記回転磁界の回転速度は、交流
電源１の周波数と誘導電動機４の極数とによって決ま
り、図５の場合には、交流電源１は商用の６０Ｈｚと
し、誘導電動機４は２極の構成としていることにより、
前記回転磁界の回転速度は毎分３６００回転となり、回
転子の回転速度は前記回転磁界の回転速度から滑りを持
ってやや低い回転速度で運転される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の動力
発生装置では、かご形の誘導電動機４により構成してい
ることにより、安価で堅牢と言う特徴を備えている反
面、回転速度の上限が商用の交流電源１の周波数である
６０Ｈｚの場合、毎分３６００回転以下と言う制限があ
り、これ以上の回転速度では運転できないため、高速回
転が必要な機器への使用が不可能となり、また装置の小
形化なども困難であると言う問題があった。

【０００７】また、他の動力発生装置として、インバー
タと称される可変周波数の電源を用いて誘導電動機を高
速回転で運転するものも存在しているが、この場合には
インバータを構成するために多数のスイッチング素子が
必要となり、また交流電源を一旦、直流電源に変換する
ための整流平滑回路なども必要となることにより、装置
が複雑となり、かつ価格も高いものとなると言う問題が
あった。

【０００８】本発明は上記の課題を解決するもので、交
流電源の周波数と誘導電動機の極数とで決まる回転数以
上の高速で回転できる動力発生装置と、それを用いた食
器洗い機を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる本発明
は、交流電源と、前記交流電源の電圧波形を歪ませて高
調波を発生する高調波発生回路と、前記高調波のうちの
所定次高調波の周波数付近に共振周波数を持つ共振回路
と、誘導電動機とを備え、前記誘導電動機は、前記共振
回路から前記所定次高調波の周波数の電流を供給されて
回転する動力発生装置である。

【００１０】本発明により、前記誘導電動機は、前記共
振回路から前記交流電源の周波数よりも高い周波数の電
力を供給されて高速回転する。

【００１１】請求項２に係わる本発明は、共振回路は、
共振コンデンサを備えた請求項１に係わる動力発生装置
である。

【００１２】本発明により、構成を簡略にすることがで
きる。請求項３に係わる本発明は、誘導電動機は、２極
とした請求項１または請求項２のいずれかに係わる動力
発生装置である。

【００１３】本発明により、構成の簡単な誘導電動機を
使用することができる。請求項４に係わる本発明は、請
求項１ないし請求項３のいずれかに係わる動力発生装置
と、前記動力発生装置により駆動されるポンプとを備え
た食器洗い機である。

【００１４】本発明により、ポンプおよび誘導電動機を
高速低トルクのものとして小型軽量化することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】請求項１に係わる本発明におい
て、高調波発生回路は、交流電源の電圧波形を歪ませて
高調波を発生させる回路であり、実施例においては、ト
ライアックに交流電源の電圧を交流電源の周波数に同期
して開閉することにより高調波を発生させる。この場
合、高調波を偶数次の高調波とするか奇数次の高調波と
するかは開閉の仕方に依存するが、実施例においては交
流電源の零電圧時点を基準に開閉して奇数次の高調波を
発生させる。また、共振回路は、発生した奇数次の高調
波のうちの特定次数の高調波に共振する回路であり、実
施例では３次の高調波、すなわち第３高調波に共振する
共振回路を共振コンデンサとインダクタンスとにより構
成する。この場合、共振周波数は前記共振コンデンサの
容量と前記インダクタンスの値とのみで決まるのではな
く、接続する誘導電動機の動作中における巻線のインダ
クタンスと進相コンデンサとによる等価インダクタンス
も関与するので、これらの値を含めて設定する。

【００１６】請求項２に係わる本発明において、共振回
路を共振コンデンサを備えた構成とするが、最も簡単な
構成として共振コンデンサのみとし、誘導電動機の主巻
線および補助巻線のインダクタンスと進相コンデンサと
による等価インダクタンスと共振させる。

【００１７】請求項３に係わる本発明において、誘導電
動機として安価で堅牢な２極の誘導電動機を使用する。

【００１８】請求項４に係わる本発明において、請求項
１ないし請求項３に係わる動力発生装置を食器洗い機に
おける動力発生装置として用い、これにより高温の湯を
循環させるポンプを高速回転で駆動する。

【００１９】なお、実施例においては第３高調波を用い
るが、これに限定されるものではない。

【００２０】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２１】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の動力発生装置の
実施例１について説明する。本実施例は請求項１ないし
請求項３に係わる。

【００２２】図１は本実施例の構成を示す回路図であ
る。図１において、動力発生装置は、１００Ｖ、６０Ｈ
ｚの商用の交流電源１と、交流電源１の出力を歪ませて
３次の高調波、すなわち第３高調波を豊富に含む出力を
発生する高調波発生回路７と、前記高調波の周波数であ
る１８０Ｈｚ付近に共振周波数を持つ共振回路８と、２
極の誘導電動機４とを備えている。誘導電動機４は、共
振回路８から交流電源１の周波数である６０Ｈｚよりも
高い１８０Ｈｚの周波数の電流を供給されて回転する構
成としている。

【００２３】高調波発生回路７は、トライアック９と、
トライアック９のゲート端子に接続されたゲート駆動回
路１０とにより構成され、ゲート駆動回路１０は、誘導
電動機４の運転を停止する場合、トライアック９のゲー
トからは一切、電流の引き抜きを行わないが、誘導電動
機４を運転する場合には、交流電源１の瞬時電圧が零に
なった時点から、４．５ｍｓｅｃ後にトライアック９の
ゲートから５０ｍＡのゲート電流を１００μｓｅｃの間
は引き抜くと言う動作を行うものとしており、これによ
って交流電源１の３倍の周波数成分を豊富に含んだ出力
を発生するものとしている。

【００２４】また、共振回路８は、共振コンデンサ１１
とインダクタンス１２とによって構成している。また、
誘導電動機４を一般にコンデンサラン方式としているの
で、誘導電動機４内には、主巻線５と補助巻線６とを備
え、進相コンデンサ３を設けることにより補助巻線６に
流れる電流の位相を主巻線５に対して進相とし、これに
よって楕円の回転磁界を発生させている。

【００２５】上記構成における動作について説明する。
図２は本実施例の動作を示す波形図である。図２におい
て、（ア）は交流電源１の出力電圧Ｖin、（イ）は高調
波発生回路７の出力電圧Ｖ1 、（ウ）は誘導電動機４の
主巻線５に供給される電圧波形Ｖ2 を示す。ゲート駆動
回路１０は、交流電源１の零電圧時点からｔ1 ＝４．５
ｍｓｅｃ後にトライアック９をオンとさせることによ
り、（イ）に示したような電圧波形が出力され、この電
圧波形には第３高調波に相当する１８０Ｈｚの成分が豊
富に含まれている。共振回路８は、１８０Ｈｚで共振す
るように共振コンデンサ１１の容量とインダクタンス１
２のインダクタンス値とが設定されており、（ウ）に示
したように、１８０Ｈｚ成分が増幅された電圧波形が誘
導電動機４の主巻線５に印加される。

【００２６】なお、共振動作は、共振回路８の構成要素
以外に、誘導電動機４の主巻線５と補助巻線６、さらに
進相コンデンサ３の影響も受け、さらに誘導電動機４の
機械的負荷の影響も受ける。したがって、本実施例にお
いては、実使用上で瀕繁に使用される負荷条件下の誘導
電動機４の定数の影響を考慮して共振回路８の構成要素
である共振コンデンサ１１の定数とインダクタンス１２
の定数とを定めている。

【００２７】以上の構成により、２極の誘導電動機４が
１８０Ｈｚで駆動される状態となり、同期速度を毎分１
０８００回転と言う高速回転にすることができる。一般
に誘導電動機４の出力パワー（仕事率）は、回転速度と
トルクとの積に比例するので、同等の出力パワーを実現
する場合、回転速度が大であればあるほどトルクは小と
なり、装置の小型化が可能となる。したがって、安価で
堅牢な誘導電動機４を使用しながらも高速化を実現でき
るとともに、小型化も可能な動力発生装置を実現するこ
とができる。

【００２８】（実施例２）以下、本発明の動力発生装置
の実施例２について図面を参照しながら説明する。本実
施例は請求項１ないし請求項３に係わる。

【００２９】図３は本実施例の構成を示す回路図であ
る。なお、実施例１と同じ構成要素には同一番号を付与
して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異な
る点は、共振回路８を共振コンデンサ１１のみとしてい
ることにある。

【００３０】図において、共振回路８を共振コンデンサ
１１のみで構成し、共振コンデンサ１１の定数と誘導電
動機４のインピーダンス定数とにより１８０Ｈｚ付近の
共振周波数となるように構成している。なお、交流電源
１、高調波発生回路７、誘導電動機４、進相コンデンサ
３の構成要素については、実施例１と同じものである。
この場合、共振の強さＱが実施例１に比べては低く、し
たがって１８０Ｈｚ成分の増幅作用が実施例１よりも小
さいことにより、動力発生装置としての出力および効率
の点では若干劣るものとなるとともに、機械的負荷の変
動に対する影響も実施例１と比較して受け易くなると言
う傾向はある。

【００３１】以上のように本実施例によれば、共振回路
８を共振コンデンサ１１のみで構成することにより、実
施例１に比べて構成部品点数が少ないことにより組立を
簡単にすることができ、小形かつ低コスト化にも有利と
なる。

【００３２】なお、本実施例では、共振コンデンサ１１
を誘導電動機４の主巻線５と並列に接続しているが、と
くに並列に限るものではなく、直列、すなわちトライア
ック９に直列になるように共振コンデンサ１１を設けて
もよい。

【００３３】また、実施例１および実施例２において、
共振回路の共振周波数を１８０Ｈｚとしているが、日本
国内では５０Ｈｚの地域と６０Ｈｚの地域とが混在して
いることにより、いずれの地域でも同等の共振性能を確
保するため、たとえば、共振周波数を１６５Ｈｚとし、
いずれの地域においても第３高調波とほぼ同等の共振を
行わせるなどの構成としたものであってもよい。その場
合、高調波発生回路７についても、交流電源１の周波数
に応じて、トライアック９のゲートタイミングを変える
ことにより、第３高調波が多く発生するように工夫をす
るなどは自由である。また、第３高調波を用いたが、と
くに３次に限定されるものではなく、整数の値であれ
ば、他の次数でもかまわない。

【００３４】（実施例３）以下、本発明の食器洗い機の
一実施例について図面を参照しながら説明する。本実施
例は請求項４に係わる。

【００３５】図４は、本実施例の構成を示す断面図であ
る。図４において、３は進相コンデンサ、４は誘導電動
機、１３は給水弁、１４はポンプ、１５は冷却ファン、
１６は駆動回路、１７は回転ノズル、１８は出水口、１
９は電気ヒータ、２０は食器、２１は電源コード、２２
はホースである。

【００３６】ホース２２から供給される水道水は、給水
弁１３を通じて機体内に取り込まれ、電気ヒータ１９お
よび誘導電動機４には、電源コード２１から駆動回路１
６を介して電力が供給される。また、電源コード２１
は、家庭用のコンセントに接続され、１００Ｖ、６０Ｈ
ｚの交流電源が供給されている。駆動回路１６は、電気
ヒータ１９および誘導電動機４への通電を制御し、誘導
電動機４に高周波の電力を供給するために、トライアッ
ク９による高調波発生回路７と共振コンデンサ１１を備
えた構成としている。

【００３７】上記構成における動作について説明する。
機体内に取り込まれた水道水は、電気ヒータ１９によっ
て摂氏７５度に加熱されて湯になる。ポンプ１４は、た
とえば実施例１に示した動力発生装置を構成する誘導電
動機４によって、およそ毎分９２００回転と言う高速で
回転し、回転ノズル１７に設けた複数の出水口１８から
前記湯を吹き出させることにより、循環させている。

【００３８】出水口１８は、前記湯を真上から４５度傾
いた方向に噴出させる構造としていることにより回転ノ
ズル１７に反動トルクが発生し、これにより回転運動を
行うので、庫内の食器２０には満遍なく前記湯が当た
り、良好な洗浄機能を備えたものとなっている。また、
冷却ファン１５は、誘導電動機４の軸に取り付けられ、
ポンプ１４と同時に回転することにより誘導電動機４を
冷却し、主巻線５、補助巻線６、およびベアリング式の
軸受けなどの構成部品の温度上昇を規定値以下に抑える
ように作用している。

【００３９】以上の動作により、食器２０の洗浄を行う
とともに、食中毒などの原因となる菌なども高温の湯を
当てて殺すと言う動作も行っている。ここで、ポンプ１
４に必要な出力パワーは５０ワット程度となるが、本実
施例では、１８０Ｈｚを誘導電動機４に供給し、また誘
導電動機４を２極としていることにより、毎分９２００
回転と高速にすることにより、トルク値は０．５３ｋｇ
ｃｍと言う低い値とすることができる。したがって、ポ
ンプ１４は高速低トルクの仕様となって小型化を実現
し、また誘導電動機４についても低トルクと言う仕様と
なって、やはり小型化を可能としている。

【００４０】以上のように本実施例によれば、誘導電動
機４を交流電源１よりも高周波の電力で駆動することに
より、駆動するポンプ１４を高速低トルクとして小型化
できるとともに、誘導電動機４自体も高速低トルクとし
て小型化することができる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に係わる本発明は、交流電源
と、前記交流電源の電圧波形を歪ませて高調波を発生す
る高調波発生回路と、前記高調波のうちの所定次高調波
の周波数付近に共振周波数を持つ共振回路と、誘導電動
機とを備え、前記誘導電動機は、前記共振回路から前記
所定次高調波の周波数の電流を供給されて回転する動力
発生装置とすることにより、交流電源の周波数で決まる
同期速度よりも高い同期速度の高速回転を可能とし、ま
た同じ出力パワーにおける必要トルクを低減するので、
装置の小型化を可能とする。

【００４２】請求項２に係わる本発明は、共振回路は、
共振コンデンサを備えた請求項１に係わる動力発生装置
とすることにより、共振回路を簡単な構成として低価格
で実現することができる。

【００４３】請求項３に係わる本発明は、誘導電動機
は、２極とした請求項１または請求項２のいずれかに係
わる動力発生装置とすることにより、同期速度を高めな
がら安価で堅牢な誘導電動機を高速回転させることがで
きる。

【００４４】請求項４に係わる本発明は、請求項１ない
し請求項３のいずれかに係わる動力発生装置と、前記動
力発生装置により駆動されるポンプとを備えた食器洗い
機とすることにより、ポンプおよび誘導電動機を高速低
トルクのものとして小型軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動力発生装置の実施例１の構成を示す
回路図

【図２】同実施例の動作を示す波形図

【図３】本発明の動力発生装置の実施例２の構成を示す
回路図

【図４】本発明の食器洗い機の一実施例の構成を示す断
面図

【図５】従来の動力発生装置の構成を示す回路図

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 開閉手段 ３ 進相コンデンサ ４ 誘導電動機 ５ 主巻線 ６ 補助巻線 ７ 高調波発生回路 ８ 共振回路 ９ トライアック １０ ゲート駆動回路 １１ 共振コンデンサ １２ インダクタンス １３ 給水弁 １４ ポンプ １５ 冷却ファン １６ 駆動回路 １７ 回転ノズル １８ 出水口 １９ 電気ヒータ ２０ 食器 ２１ 電源コード ２２ ホース

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源と、前記交流電源の電圧波形を
   歪ませて高調波を発生する高調波発生回路と、前記高調
   波のうちの所定次高調波の周波数付近に共振周波数を持
   つ共振回路と、誘導電動機とを備え、前記誘導電動機
   は、前記共振回路から前記所定次高調波の周波数の電流
   を供給されて回転する動力発生装置。
2. 【請求項２】 共振回路は、共振コンデンサを備えた請
   求項１記載の動力発生装置。
3. 【請求項３】 誘導電動機は、２極とした請求項１また
   は請求項２のいずれかに記載の動力発生装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の動力発生装置と、前記動力発生装置により駆動され
   るポンプとを備えた食器洗い機。