JPS6114739B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 冷却装置用圧縮器に用いられている分相電動機
に特に有用な始動装置と保護装置の組立体におい
て、抵抗率の温度特性が正の温度係数（PTC）
をもつ物質の素子と熱に応答するスイツチが同じ
容器内に配置される。PTC素子と熱に応答する
スイツチの間の予め選定された大きさの熱結合に
より、熱に応答するスイツチに対する望むリセツ
ト時間または「オフ」時間が「オン」時間に影響
することなくえられる。

本発明は電動機の起動および保護に関するもの
である。更に詳細にいえば、冷却装置用圧縮機と
共に通常用いられる分相電動機の起動と保護に関
するものである。

このような電動機を起動するために電気機械リ
レーを備え、そして欠陥状態がもし起つた場合に
電動機の損傷を防ぐために電動機保護器を備える
のが通常である。米国特許第3099732号、3168661
号および3248627号はリレーと保護器の機能が単
一のパツケージの中に組立てられている装置を記
述している。このようなパツケージは電動機に簡
単にそして低価格で取付けることができ、そして
電動機が正しく保護される。このような組立てパ
ツケージの中の保護器は典型的にはバイメタル素
子を有していて、この素子中を電動機電流が流れ
る。この素子はその温度により接触体開位置と接
触体閉位置を引受けることができる。あらゆる型
の欠陥状態に対して保護が行なわれるためには、
この保護器は電動機電流と共に電動機温度にも敏
感でなければならない。前記特許に示されている
ように、保護器をリレーから熱的に絶縁し、した
がつてそれらは互いに独立に動作ししたがつてリ
レーで生じた熱は保護器の校正に影響することは
なく、または米国特許第3248627号に記述されて
いるように保護器とリレーコイルを熱的に密に結
合させ、したがつてコイルは電動機巻線に類似す
るものとして働くことができる、のいずれかが利
用される。すなわち、コイルは主巻線と同じ電流
を流し、したがつて主巻線で生ずる熱I²Rに比例
する熱I²Rがコイルの中で生ずる。この後者のや
り方は、電動機の熱容量がリレーの熱容量よりも
はるかに大きいので、その有効性には限界があ
る。

ごく最近、分相電動機を始動するより経済的で
信頼性の高い方法が開発された。そこでは正の温
度係数（PTC）の抵抗率をもつた物質を始動巻
線と電気的に接続している。電力が供給される初
期には、PTC物質は低温にあり低抵抗値であ
り、そのために始動巻線を比較的大きな電流が流
れる。電動機がその通常の運転速度になると、
PTC物質が加熱されて高抵抗値になり、実効的
に始動巻線への電力供給をへらす。この型の起動
装置の例は英国特許第1042126号に示されてい
る。この装置での電動機の保護は別に行なわれ
る。電気機械リレーおよび保護器の組立て装置の
ように、経済的な理由から、始動機能と保護機能
を同じ装置の中に組込むことが望ましい。さら
に、電動機保護器は圧縮機壁の温度を感知するこ
とが望ましい。それは壁温度は圧縮機の内部温度
の指標であるからである。もし保護器が圧縮機の
まわりの空気流にさらされていないならば、保護
器は壁温度をより精密に追随できる。保護器と始
動器の端子を覆うのに一般に用いられる容器は保
護器をこれらの空気流から遮蔽する役割を果す。
けれども、保護器が前記特許に示されているよう
に電動機容器の上に取付けられる時、他の問題が
起こる。特に圧縮機に適用した時に問題が起こ
る。すなわち、冷却装置用圧縮機の通常運転のさ
い、蒸発器と凝結器との間に大きな圧力差が存在
する。圧縮機に電力が供給されていない時、圧力
が同じになるにはある時間が必要であり、したが
つてポンプを回すのに必要なトルクの大きさが電
動機の起動トルクより小さくなるにはある時間が
必要である。多くの家庭用冷却装置では、この時
間は0.5分ないし５分の程度である。もし電力の
供給を止めてからすぐに再始動しようとすれば、
なお存在する大きな圧力差のために、電動機はそ
の回転子がロツクされているかのように動作し、
もし有効な保護が行なわれないならば巻線の焼損
が起こりうる。回転子がロツクされている時、電
動機巻線の温度上昇速度はあまりにも速く、電動
機容器の温度がかなり上昇する前に電動機巻線の
温度がずつと上つてしまう。したがつて、容器温
度を検知するだけに依存している保護では不十分
である。回転子がロツクされている状態の時に始
動を試みれば異常に大きな電流が流れ、始動負荷
に打勝つに必要なトルクを生じようとする。回転
子がロツクになる時もし電動機容器が比較的冷え
ているならば、保護器のオン時間を減少しそして
オフ時間を増加することにより保護器が有効に働
くように、容器が十分に加熱される前に保護器は
何回もサイクルしうる。

したがつて、保護器のオフ時間を増すことが望
ましい。このことはそのリセツト温度を下げるこ
とによつてなしうるが、しかしそれはいくつかの
理由で望ましくない。第１は、リセツト温度を下
げると、容器温度と雰囲気温度が高い時、運転時
過負荷が保護器をトリツプさせた後のように、保
護器をあまりに長い時間間隔の間オフのままにし
ておく。さらに、電動機保護器円板の（トリツプ
温度とリセツト温度の間の）差が大きいので、そ
の寿命が短い。PTC始動器を保護器から熱的に
絶縁して取付けることは、米国特許第3099732号
および第3168661号に記述されているのと同じよ
うに、この問題を軽減しないであろう。他方起動
装置内のPTC素子は数ミリ秒の間に比較的一定
の温度に達するから、それは米国特許第3248627
号による方法と同じように用いることはできな
い。

本発明の目的は、電動機の過負荷時等の再起動
を円滑かつ安全に行い得る電動機始動器及び保護
器を提供するにある。また本発明の目的は異つた
圧縮機に容易に応用することができ、そして非常
に小型でかつ廉価である組立てパツケージをうる
ことであり、また電動機に容易に取付けられそし
て有効な始動のみならず完全な保護も行なうよう
な組立てパツケージをうることである。

要約すれば、本発明は主または運転巻線と補助
または始動巻線を備えた通常は分相電動機といわ
れる型の電動機のための始動装置および保護装置
の組立体に関するものである。本装置は正の温度
係数（PTC）の抵抗特性をもち、それ以上の温
度では素子の抵抗値が急激に増加するというはつ
きりした異常温度または転移温度をもつた物質の
素子を有している。本装置はまた可動接触体を装
着している円板のような熱に応答する部品を有し
ており、そしてそれらは円板の温度が予め定めら
れた温度にまで増すと、それは接触体閉位置から
接触体開位置に移動するように構成されている。
この円板は線路電流に電気的に接続されており、
円板が開接触体状態になると電動機に電力が供給
されなくなる。熱に応答する部品がPTC素子に
熱的に結合されており、このPTC素子は電力が
供給された時ほぼすぐにその動作温度に加熱さ
れ、電力の供給が止つた時熱に応答する部品に熱
を供給する熱貯蔵体として働き、この部品のオフ
時間を長くする。したがつて、円板は予め定めら
れた長い時間間隔の間接触体を開位置に保ち、電
動機とPTC素子を望む温度に冷却させる。

すべての図面に対し、対応する部分には同じ番
号がつけられている。

第１〜３図には、本発明により製造された電動
機保護器／始動機組立体が番号１０で示されてお
り、電動機保護器部分１２と始動機部分１４とで
構成される。第３図に最もよく示されているよう
に、電動機保護器１２は低炭素鋼のような適当な
物質でつくられた上壁、底壁及び側壁１８を有し
内部が空洞になつている導電性がありかつ熱をよ
く伝える容器１６で構成される。側壁１８の自由
端の周辺には外側に延びるようにフランジ２０が
取付けられている。１個の唇状部分２２が２つの
対向する側壁に取付けられ、そしてそれが曲げら
れてふた２４に固定される。容器１６の上壁と、
容器１６の底壁を形成するふた２４との間には絶
縁性ガスケツト２６が配置されていて、ふた２４
と容器１６を電気的に分離している。第１図に見
られるように、ガスケツト２６はふた２４の２つ
の対向端のまわりに折り重ねられる。端子２８が
溶接または他の適当な方法によつて容器１６に電
気的に接続され、そしてコネクタスリーブ３０を
つくり（第１図）、またはこのコネクタスリーブ
は以下に考察されるリレー１４からの他のコネク
タスリーブときちんと並ぶ。差込み式の他の端子
３２がふた２４に溶接などの方法で電気的に接続
される。

銀のような導電性物質でつくられた固定接触体
３４が容器１６の上壁に溶接などの方法で取付け
られる。接触体３４と同じ物質でつくられること
が望ましくそして固定接触体３４と接触したりま
た接触から離れたりする可動接触体３６が配置さ
れる。可動接触体３６は熱に応答するバイメタル
装置３８の一端に溶接またはその他の方法によつ
て固定される。このバイメタル装置は小さな熱膨
張係数をもつた金属の層と比較的大きな熱膨張係
数をもつて金属の層とで構成され、したがつてこ
の装置を加熱または冷却すると、それは第３図に
示されているように接触体３４，３６が接触して
いる第１位置と接触体３４，３６が接触していな
い第２位置のいずれかに移動するであろう。

装置３８の接触体３６と反対の端は片持ばりの
ように溶接などの適当な方法で平面加熱素子に取
付けられる。溶接スラツグ４２はバイメタル装置
３８を加熱素子４０の一端に取付けるがしかしそ
れからは少し間隔をもつて取付ける方が好都合で
ある。加熱素子４０には小突起４４があつて、バ
イメタル装置３８の停止器として働く。加熱素子
４０はいろいろな導電率の物質のいずれかを用い
てつくられるので、それにある大きさの電流を流
せばそれに応じて予め定められた量の熱を発生さ
せることができる。例えば、安定性と選定された
電気加熱特性とをもつた素子をうるために、常温
圧延鋼で加熱素子をつくることができる。

ふた２４は２個のくぼみ部分を有しており、部
分４８は加熱素子４０のための取付装置であり、
加熱素子が溶接などの方法で取付けられる。くぼ
み部分４６はバイメタル部品の固定端を固定接触
体３４に対し必要な位置に配置する役割を果す。

ガスケツト２６にはふた２４のくぼみ部分４８
が延在する切込みが設けられている。

可動接触体３６に必要な力が働くまで、固定接
触体３４のところの容器１６を曲げる事により保
護器１２が校正される。加熱素子４０の自由端は
ガスケツト２６で覆われたふた２４のくぼみ部分
４６の近くにある。バイメタル部品３８の固定端
は動かずに容器１６が曲げられるから、このこと
は校正を容易にする。さらに前記のような型の電
動機保護器に関する情報は本出願と同一出願人に
より1975年１月10日に出願された米国特許出願第
535634号に記述されている。

リレーまたは始動器部分１４は一般にカツプ型
の容器５０で構成されている。この容器５０は上
壁と側壁５２を有していて、それにより容器空洞
がつくられる。この容器空洞は一方が開いてお
り、そしてこの開口部のまわりには溝５４があ
る。図に示されているように、容器リムはみぞ穴
５６，５８で示されたみぞ穴部分を有しているこ
とが望ましい。この容器は、この容器のみぞ穴部
分とある間隔を保つて、容器上壁からの付加壁６
０を有することが望ましい。容器５０は絶縁体ま
たは誘導体でつくられ、そして熱プラスチツクポ
リエステルやそれに類する比較的固い物質でつく
られることが望ましい。

メツキされたリン青銅、ベリリウム銅、銅また
はそれに類する強い弾性をもつた物質でつくられ
ることが望ましい第１導電性金属端子６２が容器
５０内に配置される。図示されているように、第
１端子は複数個の上方に折れ曲つている延長体６
６を備えた板部分６４を有することが望ましく、
そしてこの第１端子は板部分６４からさらに上方
に延びている板ばね６８を有していて、容器上壁
と弾性的に接触する。第１端子は容器側壁を貫通
しているコネクタ部分７０を有している。例えば
コネクタ部分７０は端子の板部分と一体になつて
おり、そして中間コネクタ部分７２によつて板部
分６４に接触されそして７４で示されているよう
に分割された選定された長さの金属スリーブの形
を有することが望ましい。このスリーブの一端７
６は容器の付加壁６０に取付けられていて、容器
側壁内のみぞ穴５８を通つて延びているスリーブ
と共に容器内の横方向端子位置が定められる。

抵抗素子７８がまた容器空洞内に配置される。
抵抗素子７８はその抵抗率が正の温度係数をもつ
たランタンを含むチタン酸バリウムのようなセラ
ミツク物質でつくられることが望ましい。この選
定された物質がその中を直接に電流が流れること
によつて自己加熱され、そしてその温度が選定さ
れた温度に達した時にその電気抵抗値が急激に非
常に大きくなり、その結果この抵抗素子を流れる
電流が減少し、それによつて前記抵抗素子の加熱
に制限が加えられてほぼ選定された温度に保たれ
る。図示されているように、抵抗素子７８は円板
型をしていることが望ましく、そしてこの抵抗素
子はそれへの電気接触体となる従来の方法による
金属化またはそれに類する方法でつくられた接触
体表面８０および８２を有している。この抵抗素
子の接触体表面８２は第１端子６２の延長体６６
と接触し、その端子と電気的に接続されるように
配置される。

固体始動器部分１４は第２導電金属端子８４を
さらに有している。第２端子８４は板部分８６を
有しており、そしてこの板部分は第２図に示され
ているように容器肩部または溝５４の上にあつ
て、この容器の開口部を閉じている。図示されて
いるように、板部分５６は複数個の突出部８８を
有しており、それによつて抵抗素子７８の接触体
表面８０と電気的に接触している。この第２端子
またはコネクタ部分９０を有しており、このコネ
クタ部分は９２のところで分割した金属スリーブ
の形をしておりそして端子板部分８６に溶接また
は接続され、そして容器みぞ穴５６に入つてい
る。コネクタスリーブ９０の端はまた容器の付加
壁６０に取付けられており、それにより容器に対
する第２端子の位置が定まる。図示されているよ
うに、特に第１図に示されているように、第２端
子８４は１個または２個以上の刃端子を有する下
に折れ曲つたフランジ部分を備えていることが望
ましく、この刃９６は端子８４の板部分の下でフ
ランジから延長されている。

前記の型の固体始動器に関するこれ以外の情報
は本出願人と同一出願人により1974年11月29日に
出願された米国特許出願第528066号に記述されて
いる。

PTC素子は容器内の空気温度を安定化させる
傾向がある。それはこの素子が圧縮器壁と並置さ
れそしてヘツダと電気的に接続されているため
に、この保護器がより有効に圧縮器熱を感知しう
るからである。

電動機保護器部分１２は始動器部分１４に付着
されており、したがつてPTC素子７８とサーモ
スタツト部品３８との間に予め定められた熱経路
９８が存在する。PTC素子は電力が加えられた
時ほぼ同時にその動作温度にまで加熱されるか
ら、それは電力の供給が止められそして保護器の
オフ時間が増加した時、保護器のサーモスタツト
部品３８に熱を供給する熱貯蔵体として働く。
5.8グラムの質量をもつた抵抗素子７８の場合に
は、抵抗素子７８と保護器１６の間に約５〜９
℃／ワツトの大きさの熱抵抗を有する、容器５０
とふた２４とから成る熱抵抗手段が設けられれば
十分なリセツト時間がえられるであろう。この場
合、約0.5分と３分の間のリセツト時間がえられ
るための熱抵抗手段の熱抵抗値は約７℃／ワツト
であり、このリセツト時間は再始動を可能にする
ように圧縮器圧力を十分に均一化し、そして有害
な前記結果を避けるために十分に長いオフ時間が
えられる。抵抗素子７８とサーモスタツト素子３
８の間の熱抵抗手段の熱抵抗値はその材質、質量
等を選定することにより容易に調節しうることは
すぐにわかるであろう。

図示されている特定の構造体ではそして前記素
子が5.8グラムの場合には、熱抵抗手段の熱容量
は2.87ワツト秒／℃であり、そして容器５０は
2.6ワツト秒／℃の熱容量をもつ。各素子の熱容
量は具体的な圧縮機に対し最良の特性がえられる
ように変えることができる。

本発明により抵抗素子７８とサーモスタツト素
子３８の間の熱経路９８を定める別の方法は、経
路９８の熱抵抗値が無限に大きくなつた時、例え
ば回転子がロツクされた状況の下で、前記米国特
許第3099732号および第3168661号に記述されてい
るように、PTC始動器が保護器から熱的に絶縁
されている時、サーモスタツト素子３８のオフ時
間の変化と比べることである。それからの間の熱
抵抗値が無限大である同じ抵抗素子と保護器に対
し、本発明により50％から300％へのオフ時間の
増加があるであろう。さらに、定常状態の圧縮機
の動作状態において、経路９８の熱抵抗値と抵抗
素子７８の熱容量はサーモスタツト素子３８の近
傍の実効雰囲気温度の増加が10℃以上60℃以下で
あるように調節される。

第４，５図は始動巻線SWと主巻線MWを有す
る典型的な分相電動機に用いることのできる電動
機保護器始動器１０の組合せの２つの方法を示し
ている。第４図に示されているように、線路Ｌ２
は端子９６、PTC素子７８および主巻線端子８
４に接続される。PTC素子７８の他端は始動巻
線端子６２に接続される。これらの巻線の他端は
電動機保護器部分１２の端子３０に接続される。
線路Ｌ１は電動機保護器部分１２の端子３２に接
続される。PTC素子７８に電力が供給される初
期の段階では、PTC素子は雰囲気温度にあり、
したがつて、その抵抗値は比較的小さい。電流は
MWとSWの両方の巻線を流れることができる
が、PTC素子７８がI²Rで加熱されてその温度が
異常温度以上に上昇すると、その抵抗値が急激に
増加して始動巻線SWに供給される電力が大幅に
減少する。電流は主巻線、サーモスタツト素子３
８および加熱器４０を通つて流れ続ける。加熱器
４０は必らずしも必要ではない。それは保護器を
電流敏感にするのに便利であるから一般に用いら
れている。回転子がロツクされるとか過電流が流
れる等のためにもし過負荷が発生すると、サーモ
スタツト素子３８は接触体を開放する配置に動か
し、それによつて電動機に電力が供給されなくな
る。PTC素子７８が異常温度より低い温度にあ
る時、始動のさいの数ミリ秒を除き、それは比較
的高い一定の温度に保たれる。素子７８の質量は
かなり大きいから、それは熱貯蔵体となる。電力
が回路から供給されなくなる時（例えば、接触体
３４，３６が開く時）、熱貯蔵体から部品３８に
熱経路９８を通して熱が流れ、部分３８をそのリ
セツト温度以上に与えられた時間よりも長く保つ
て接触体開放状態を長く続け、その間に電動機が
冷却しそして圧縮機圧力が釣り合う。このこと
は、もし回転子がロツクされた状態が続くなら
ば、0.5〜３分程度またはそれ以上となるであろ
う。

以上の様に、本発明においては、PTC素子７
８とサーモスタツト素子３８との間に、ほぼ５〜
９℃／ワツトの熱抵抗を有する熱抵抗手段（ふた
２４、容器５０）を配置することにより、それを
配置しない場合に比べ両者の間の熱経路の熱抵抗
を小さく、かつ熱容量を大きくすることができ、
それにより過負荷時のサーモスタツトのオン時間
に影響を与えることなくオフ時間を十分遅くする
ことができると共に、過負荷時のサーモスタツト
の開放動作の応答性を向上できたものである。

以上のようにして、本発明のいくつかの目的が
達成されそして利点のある結果のえられることが
わかるであろう。

本発明の範囲内で前記構造体にいろいろな変更
を行なうことが可能であるので、前記記述中のす
べての事項は例示のためのものであつて限定のた
めのものではないことを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製造された始動器保護器
組立体の立体図を示し、第２図は第１図の線２−
２に沿つての断面で示された第１図の装置の始動
器部分の側面図を示し、第３図は第１図の線３−
３に沿つての断面で示された第１図の装置の保護
器部分の正面図を示し、第４図は分相電動機と共
に用いられる第１図の実施例の概略回路図を示
し、第５図は第４図と類似であるがしかし本発明
の別の実施例の概略回路図を示す。 １４……始動器部分、１２……保護器部分、６
２，８４……端子装置、７８……抵抗素子
（PTC）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の容器５０に収容された電動機の始動器
   部１４と、 前記第１の容器５０に対向した底壁２４を有す
   る第２の容器１６と、 前記第２の容器１６に収容された保護器３４〜
   ４８と、 前記始動器部と前記保護器とを前記電動機及び
   電源に接続するため前記促１及び第２容器に設け
   られた端子手段３０，３２，６２，８４と、 抵抗率が正の温度係数の物質から成り、前記第
   １の容器５０内に配置されて前記端子手段に導電
   線を介して接続されたPTC素子７８と、 前記PTC素子と前記保護器との間に配置さ
   れ、前記第１容器５０と前記第２容器の底壁２４
   とから成り、小さい熱抵抗と大きい熱容量を有す
   る熱抵抗手段とを備え、 前記保護器は、前記第２の容器内に配置され前
   記端子手段に電気的に接続された第１および第２
   の電気接触体３４，３６と、前記第２の容器内に
   配置されそして前記第１と第２の接触体に作動可
   能に取付けられたサーモスタツト部材３８とを有
   し、 前記第１と第２の接触体は互いに接触可能であ
   りかつ解離するよう相対的に移動可能であり、前
   記サーモスタツト部材は、前記第１と第２の接触
   体が互いに接触している第１位置から前記第１と
   第２の接触体が解離する第２位置に移動しそして
   前記第１位置に戻ることが可能である事を特徴と
   する電動機始動器および保護器。