JPS58396Y2 - モ−タ制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は一般にモータ制御装置、特にモータの巻線に供
給される電力を制御する装置に関するものである。

単相交流モータのようないろいろな型のモータでは、普
通１対の巻線を互に並列に接続して使用するが、これら
は普通起動巻線および主巻線と呼ばれる。

普通このようなモータは、起動トルクを改善したり一段
と円滑に運転したりするために巻線に接続されるコンデ
ンサ、ならびに巻線を付勢させるスイッチング装置を含
む各種の起動装置を必要とする。

一般にはこのようなモータを起動するとき、起動巻線は
主巻線とともにモータの起動時間中付勢されるが、起動
巻線はモータが正規の速度に近づくと、はぼ消勢される
。

特に高出力型の単相交流モータでは、起動巻線がモータ
の起動中および運転中にトルクを作り続けるように、主
コンデンサが起動巻線に直列に接続されるいわゆるコン
デンサ・モータ方式を使用することがしばしば望ましい
。

しかしこのような場合に主コンデンサの大きさは、モー
タの正規回転状態に合わせであるので、起動トルクは比
較的低く、電源電圧が低いとか配電線の抵抗が高いなど
のような悪い起動条件があるときには困難な問題を生ず
る。

このような状況では、起動条件を改良するため起動巻線
に選択結合されるモータ起動コンデンサとともに、電圧
リレーなどのような各種のスイッチング装置を備える必
要があった。

しかしこのような装置を備えることについては、機械的
なスイッチング装置が、接点の連続開閉とそれに伴う発
火とアークに加えて悪条件下に置かれた場合に本質的に
信頼性を欠くという点で若干問題があった。

その結果接点の摩耗および劣化が早く、しばしば交換し
なければならないほか、モータ故障を起こす危険が潜在
していた。

ほかにもスイッチング装置が提案されたが、特にコンデ
ンサの両端に生じる電圧が、ある場合は線路電圧の２倍
以上になる点で、このような提案は一般にあまり良いと
は言えなかった。

またモータ速度に応動する各種の遠心スイチのような他
の機械的スイッチング装置も使用されたが、このような
装置は場合によって比較的信頼性に乏しかった。

たとえばこのような装置は特に用途が狭く、冷凍用コン
プレッサに普通用いられるような完全密封構造のモータ
などには使用できない場合がある。

したがって本考案の一つの目的は、モータを制御するの
に用いる改良された装置をうろことである。

本考案のもう一つの目的は、単相交流モータの起動を制
御するのに用いる改良された装置をうろことである。

本考案のもう一つの目的は、起動巻線に加えられる電力
を制御する機械的スイッチング接点を必要としないコン
デンサ・モータまたはコンデンサ起動の交流モータとと
もに使用する改良されたモータ制御装置をうろことであ
る。

本考案のもう一つの目的は、モータとともに使用するき
わめて耐久性のある改良された装置をうろことである。

本考案のもう一つの目的はモータ起動コンデンサを起動
巻線に確実に選択結合させるようにした耐圧性の良好な
電気的スイッチング装置を備えた改良されたモータ制御
装置をうろことである。

他のいろいろな目的および利点は、下記の詳細な説明と
図面とから容易に明白となるはずである。

下記の詳細な説明の中で、各図の対応部分は共通の参照
番号で表わされる。

第１図に、起動巻線１０と主巻線１２が並列に接続され
る単相モータ制御装置が示されている。

巻線はたとえば２４０■のような交流電源１４から、モ
ータ巻線に直列に接続された在来の選択動作スイッチ１
６を通して付勢される。

さらにコンデンサ・モータ方式をうるため図示のとおり
起動巻線１０にコンデンサ１８が接続される。

熱に応動する限流装置２０（その電気抵抗は所定の転移
温度で急激に増大する）が図示のとおり主コンデンサ１
８と並列に接続され、モータの起動中に加えられる電力
を主コンデンサ１８から分路させ、次にモータが正規速
度に近づくと電力を主コンデンサに加えるようにされる
。

装置２０の詳細は第３図に示され、以下でもつと詳しく
説明する。

第１図に示されたような装置では、運転中のモータの動
作を改良するため主コンデンサ１８を備えることはきわ
めて有効であることが判っているが、起動中、電源電圧
の低下、配電線の高抵抗などのような起動しにくい条件
があるときには起動中に問題が起ることがある。

したがって、起動巻線１０を最大に付勢させようとする
場合は、モータの起動中に装置から主コンデンサ１８を
有効に除去する適当な機構をうろことが望ましい。

このような機構は、モータの起動中上コンデンサ１８を
分路し、モータが正規速度に近ずいたとき電力が起動巻
線１０と直列に接続された主コンデンサを通して加えら
れるようにする電圧リレー、遠心スイッチなどによって
得られる。

しかしこのような装置を使用すると正しい動作が行なわ
れず、また信頼性が大幅に低下する。

このような欠点を除くため、本考案による装置２０が与
えられる。

本装置２０は図示のとおり、おのおの温度係数が正でか
つはっきりした転移温度（この温度以上では素子の抵抗
が比較的急激に増加する温度）を持つ抵抗特性の複数個
の抵抗素子２２．２４によって構成される。

このような素子を以下ＰＴＣ素子という。

たとえばこのようなＰＴＣ素子は、ランタンをドープし
たチタン酸バリウムで作られる。

本考案による説明のための装置では、ＰＴＣ部材は、起
動中のモータが正規速度に近づく所定の時間だけ、主コ
ンデンサを分路してＰＴＣ部材２２゜２４を通して起動
巻線へ電流を流すように主コンデンサ１８と並列に接続
されるスイッチング装置をうるために使用される。

この間にＰＴＣ部材２２．２４は転移温度に近づき、そ
の抵抗が急激に増加してそれに流れる電流を止め、それ
によって主コンデンサ１８に電流が流れ、したがってコ
ンデンサ・モータの運転が得られる。

図示のとおり、素子２２．２４は互に直列に接続される
が、互に密接な熱伝導状態に保たれることが望ましい。

ここでは２個のＰＴＣ素子２２，２４のみが図示されて
いるが、本考案により明らかにされたところでは３個、
４個といった多数のＰＴＣ部材を具合よく使用して良好
な結果が得られることがある。

この点で重要なことは、このような状況の下で１個のＰ
ＴＣ素子を使用すると、コンデンサ１８の両端の電圧、
したがってモータの正規回転中コンデンサと並列に接続
される部材の両端に生じる電圧が線路電圧の２倍以上に
なって装置を故障させることが多いので、図示のとおり
装置に複数個のＰＴＣ部材が使用されることである。

ＰＴＣ部材の両端にこのような大きさの電圧が連続して
作られると、ＰＴＣ素子の寿命がきわめて短かくなるこ
とが多い。

しかし図示のように互に直列にしかも熱を伝え合う状態
に複数個のＰＴＣ素子を接続すると、独自な形状が得ら
れるとともにかかる問題をほぼ完全に解決する。

このような良好な結果が得られる機構については理論的
に完全に解明されていないが、現在考えられるところで
は、複数個のＰＴＣ部材を互に直列に接続しかつ互に密
接に熱を伝え合うように保つと（構造上ぴったり接触さ
せることが望ましい）、素子に一様な温度傾度と分布電
圧降下が得られる。

図示のようにＰＴＣ抵抗素子２２，２４を直列に接続す
ると、上記以外に多くの利点が得られる。

たとえば、そのようにすると、モータの起動時にスイッ
チ１６を入れたときＰＴＣ素子２２．２４が転移温度に
達するに先立って起動巻線１０にほぼ瞬間的に電流が流
れ大きな起動トルクが得られる。

さらにＰＴＣ素子によって、起動巻線１０と並列に大き
な抵抗が得られ、起動巻線の力率をｌに近づけて起動巻
線１０と主巻線１２の間の位相差を増加させ、さらにモ
ータの起動トルクを増加させる。

さらに、モータの起動につき、機械的接点の使用に伴う
問題をほぼ解決した確実なスイッチング機構が得られる
。

場合によって、モータ制御装置の起動特性を変える必要
があれば、直列な複数個のＰＴＣ素子２２，２４にさら
にＰＴＣ素子を並列に接続することも望ましいが、この
ような追加素子の使用が望ましいかどうかは起動条件に
よって決まる。

このよう゛な装置の融通性は、いろいろなコンデンサの
使用ならびにいろいろな電圧、電流の条件に合うように
追加のＰＴＣ素子を装置に自由に加えたり除いたりする
ことが容易であることによって高められる。

第１図に示される装置の動作を簡単に説明すると、スイ
ッチ１６が閉じられて起動巻線１０と主巻線１２に電力
が加えられるとき、ＰＴＣ素子２２．２４は非加熱状態
にあるから、主コンデンサ１８を分路し起動巻線１０に
流れる電流はほとんど制限されない。

その結果ＰＴＣ素子２２，２４から起動巻線１０に電流
が流れて高い起動トルクを伴う円滑なモータの起動が得
られる。

ＰＴＣ素子２２．２４力咄己加熱し始めてそれぞれの転
移温度に近づく所定の時間だけ経過し、モータが規定速
度に近づくと、ＰＴＣ素子はそれを流れる電流を止め始
め、この電流は主コンデンサ１８に流れてモータの正規
速度での円滑な運転が得られる。

さらに、モータの運転中コンデンサ１８の両端の電圧は
ＰＴＣ素子２２．２４の両端にもかかるので、これらの
素子は加熱状態に保たれ、モータの運転中それには電流
が流れず、したがって主コンデンサ１８が所望どおり動
作し、きわめて耐久性のある効率の良いモータ制御装置
が得られる。

ある場合には、コンデンサ起動のコンデンサ・モータ制
御装置を必要とすることがあり、このような装置は第２
図に他の実施例として示されている。

この実施例は第１図のそれとほぼ同じであるが、コンデ
ンサ起動のコンデンサ運転を与える。

この装置も、並列に接続された起動巻線１０と主巻線１
２にスイッチ１６を介して電力を供給する交流電源１４
を有する。

主コンデンサ１８は図示のとおり起動巻線１０と直列に
接続されるが、熱的に結合された直列接続のＰＴＣ素子
２２．２４を含む装置２０が主コンデンサ１８の両端に
並列に接続され、起動巻線１０と結合される。

しかしＰＴＣ素子２２．２４と起動巻線１０の間には図
示のとおりさらに起動コンデンサ２６が直列に接続され
る。

第２図の実施例の動作は第１図の場合とほぼ同様であり
、次のとおりである。

スイッチ１６が閉じると、電源１４から主巻線１２と起
動巻線１０に電力が供給される。

まず、ＰＴＣ素子２２．２４が非加熱すなわち冷却状態
にあるので、これらの素子は抵抗が低く、これらと並列
に接続される主コンデンサ１８を分路する働きをし、し
たがってＰＴＣ素子２２，２４と起動巻線１０の間に直
列に接続される起動コンデンサ２６を介して起動巻線１
０に電流を供給する。

その結果、起動コンデンサ２６によって得られる起動巻
線１０と主巻線１２の間の位相差のために大きな起動ト
ルクが得られる。

モータを起動させるだけの所定の時間が終ると、ＰＴＣ
素子２２．２４に流れる電流は自己加熱を生じ、ＰＴＣ
素子はその抵抗が増すにつれてその電流を流さなくなり
、その電流は主コンデンサ１８を介して起動巻線１０に
加えられ、起動コンデンサ２６は回路から事実上除去さ
れる。

したがってモータの正規運転中、主コンデンサ１８は起
動巻線１０に直列に接続されたままであり、その両端に
作られる電圧はＰＴＣ素子２２．２４を加熱状態すなわ
ち電流阻止状態に保ち、モータの運転中起動コンデンサ
２６を非動作状態に保つ。

コンデンサ起動動作のみが必要である場合は、主コンデ
ンサ１８を第２図の実施例から削除し、装置２０と起動
コンデンサ２６は起動巻線１０に直列に接続したままで
よい。

第３図に、第１図および第２図に示した装置２０を構成
する装置の垂直断面図が一括して数字３０によって示さ
れている。

装置３０はこれまでに作られたこの種の装置の代表例を
表わし、説明のための実施例では、ランタンをドープし
たチタン酸バリウムのように適当な材料で作った平らな
、薄い円板である４個のＰＴＣ素子３２，３３，３４，
３５を含む。

ＰＴＣ素子３２〜３５はおのおのアルミニウム、銅・ア
ルミニウム、非電解めっきニッケルなどのような適当な
材料の導電被覆を平らな外面に施すことが望ましく、そ
れによって隣接素子間の電気的接続が容易に得られ、ま
た素子と外部素子との間の電気接続が容易に得られる。

説明のための実施例では、４個のＰＴＣ素子は互に軸方
向にぴったり接合するように置かれ、これによってその
間の直列接続とともに所望の熱伝導が容易に得られる。

素子３２〜３５は適当なハウジング４０の中に納められ
、ハウジング４０は素子を容易に入れられるように両端
が開いている管状部材として示されている。

ハウジング４０は適当なセラミックのような適当な耐熱
耐火材料で作られることが望ましい。

このような材料の代表例はステアタイト、べＩＪ ＩＪ
ア、磁器などである。

端キャップ４２．４４は同様な材料で作られ、または希
望によってハウジング内に発生する熱に耐えうる適当な
プラスチック材料で作られる。

さらに、薄くて細長い導電部材を有する適当な電気接触
部材４６゜４８がハウジング４２の両端に備えられ、軸
方向に並んだ素子のそれぞれの端で各ＰＴＣ素子と電気
的接触状態に保たれる。

説明のための実施例では、電気接触部材４６は素子３５
と接触し、また電気接触部材４８は軸方向に並んだＰＴ
Ｃ部材の反対の端に置かれるＰＴＣ抵抗素子３２と接触
するように支持される。

こうしてＰＴＣ抵抗素子と電気接触部材４６，４８との
間には直列接続が得られる。

電気接触部材４６．４８は１対のスロットすなわち開口
５０．５２を設けることによってハウジング４０の中に
引入れられる。

電気接触部材４６．４８はハウジング４０の外部からス
ロット５０．５２を通って内部に入り、接触部材とＰＴ
Ｃ素子の間に電気的接触を作る。

さらにスロワ１−５０．５２は電気接触部材より少し大
きいことが望ましく、それによってハウジング４０内の
空気が循環する換気通路が作られる。

（ＰＴＣ素子が最適性能を維持するためには図示のよう
に配置し、周囲の空気を自由に循環させるのが良いこと
が解っている。

）接触部材４６，４８はべＩＪ ＩＪウム銅のような適
当な導電材料で作られることが望ましく、また良好な電
気接触が容易に作れるように錫めっきするとよい。

さらに、各接触部材４６．４８の内側の面は、両端のＰ
ＴＣ素子３５゜３２の導電面と接触する図示のような複
数個の突起５４．５６を備えることが望ましく、それに
よってそれぞれのＰＴＣ抵抗素子の露出面と電気接触部
材との間に良好な電気的接触が得られる。

さらに、突起５４，５６はＰＴＣ抵抗素子３２〜３５を
正しい軸方向位置に保つとともに、これらを相互にぴっ
たり接合させる働きをし、したがって良い納まり状態が
得られると同時に装置３０の耐久性が保証される。

電気的接触部材４６．４８の外方に出る端は、第１図と
第２図に示されたような電気回路内で主コンデンサの両
端に接続されかつ起動巻線１０に結合されるようにされ
る。

もちろん明らかに、図示の管状以外のいろいろな形のハ
ウジングを使用することができ、また同様に図示の数取
外の複数個のＰＴＣ素子を直列に接続して相互に熱を伝
え合う状態に保つことができる。

さらに希望するならば、ハウジング内のＰＴＣ素子は直
列に接続されかつ互に熱を伝え合う状態に保たれるかぎ
り、他の構造形状に作ることができる。

さらに希望するならば、ハウジング内に別の複数個のＰ
ＴＣ抵抗素子を図示のＰＴＣ素子と並列に接続して納め
、装置の抵抗特性を変えることができる。

即ち、本考案においては、ＰＴＣ素子に過度の電圧が印
加されるのを防止するために単にＰＴＣ素子を複数個直
列に接続しただけでは各ＰＴＣ素子の温度にばらつきが
生じて印加電圧が相違し、成るＰＴＣ素子の温度が他の
ものより先に上昇してその印加電圧が過度となり破壊さ
れるという恐れがある点に注目し、各ＰＴＣ素子を互い
に隣接して電気的及び熱的に結合すると共に、全ＰＴＣ
素子を耐熱耐火性の材料から成るハウジングに収容する
ようにし、これにより各ＰＴＣ素子間の熱連絡を良好に
して均一に温度を上昇させて同様の抵抗値を有するよう
にし、しかも耐熱耐火ハウジングに収容されているため
ハウジング内の雰囲気温度は一定に保たれ各ＰＴＣ素子
は同一温度に維持される。

従って各ＰＴＣ素子はコンデンサの電圧を均等に分圧す
ることとなりＰＴＣ素子が過度の電圧により破壊された
り寿命が短かくなるという問題が防止される。

これによりモータ起動コンデンサはモータが規定速度に
達すると起動巻線に確実に結合されることとなる。

実用新案登録請求の範囲に定められる本考案の主旨と範
囲内で上述の実施例に種々の追加変更を行なうことがで
きることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるモーター起動装置の接続回路図で
あり、第２図は本考案による装置のもう一つの実施例の
接続回路図であり、第３図は第１図と第２図に示される
装置に用いる装置の垂直断面図である。 １２・・・・・・主巻線、１０・・・・・・起動巻線、
１４・・・・・・電源、１８・・・・・・主コンデンサ
、２０・・・・・・限流装置、２６・・・・・・起動コ
ンデンサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 起動巻線と、主巻線と、該起動巻線と直列に接続された
   コンデンサと、該コンデンサと並列に接続されると共に
   前記起動巻線に接続された感熱限流装置とを備えたモー
   タの制御装置であって、該感熱限流装置は電源に接続さ
   れるよう配置され、かつ周囲の温度が所定の転移温度に
   達するとその電気抵抗が急激に増加する正温度係数を有
   する所定の物質から成る複数の素子を有し、該複数の素
   子はハウジングを構成する耐熱耐火材料の管状部材に収
   容されて互いに隣接して電気的に直列に結合されて直列
   体を形成すると共に互いに熱を伝え合うよう配置され、
   前記管状部材の壁の両端には外気と前記管状部材内の空
   気とを連通させると共に前記管状部材内の空気を循環さ
   せるための換気通路を画定する複数個のスロットが設け
   られ、前記複数の素子の直列体の両端の導電面は前記管
   状部材の壁の両端に設けられた前記スロットを通って前
   記管状部材内に延在した一対の電気接触部材とそれぞれ
   電気的に接触し、前記一対の電気接触部材は前記コンデ
   ンサの両端にそれぞれ接触され、モータの起動中周囲温
   度が前記所定の転移温度に達するまでは電源電流は大部
   分は前記感熱限流装置を介して前記起動巻線に供給され
   、前記所定の転移温度に達すると電源電流は前記感熱限
   流装置に代わり前記コンデンサを介して前記起動巻線に
   供給され、かつ前記コンデンサの端子間電圧により前記
   感熱限流装置を加熱状態に保持することを特徴とするモ
   ータ制御装置。