JPS62260571A - 並列共振単相モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 交流モータは広範囲にわたり種々の目的に広く使用され
ている。このような交流モータは数分の１馬力から数馬
力までのものがある。大抵の大馬力モータは３相モータ
であり、数分の１馬力や低馬力のモータの大多数は単相
交流電源で運転される。単相モータが最も普及している
。大抵の家庭や営業所の電力は単相だからである。

電気モータはステータを含んでおり、ステータには始動
巻線と運転巻線とが施されており、これらの巻線は、電
源に接続されている。ステータ巻線はロータを取り囲ん
でおり、ロータはシャフトを回転してモータの出力を生
じる。ロータは。

種々の形状のものがあり、例えば、りすかどのロータ、
高抵抗ロータ、低抵抗ロータ、巻線ロータ又はマルチプ
ル式巻線・高低抵抗ロータがある。

種々のステータ巻線と共にこれらのすべてのロータが電
気モータ業界でよく知られている。

普通の単相モータは「コンデンサ始動」又は「コンデン
サ始動・コンデンサ運転」の形態を採る。普通のコンデ
ンサ始動モータにおいては始動巻線は入力端子に並列に
、始動コンデンサと遠心又は熱スィッチとに直列に接続
されている。運転巻線は直列接続の始動回路と並列に接
続されている。このコンデンサ始動モータの始動条件は
、瞬時ロックドロータ電流（ｉｎＳｔａｎｔａｎｅｏｕ
ｓ　１ｏｃｋｅｄｒｏｔｏｒ　ｃｕｒｒｅｎｔ）が大き
く、そしてモータ始動電流要求ファクタも高い、このよ
うなモータは比較的高い運転温度を受け、そしてロータ
の所定の回転速度に到達した後始動巻線回路を切る、即
ち開くためのある形式の機械的スイッチ（例えば遠心又
は熱スィッチ）を必要とするにのようなコンデンサ始動
モータの始動巻線は、運転巻線に使用される導線と比較
して細い導線で巻かれている。始動巻線に細い導線を使
用するのでそのようなモータの寿命は、始動巻線の焼損
のため比較的短い。

更に、始動巻線と始動キャパシタとに直列のカットアウ
トスイッチに対する要件は結果的に複雑さと費用とモー
タ故障の原因とを付加している。

例えば、もし遠心スイッチを使用すると、スイッチのコ
ンタクトをどうしても回路に取り入れていかなければな
らないし１機械的な遠心スイッチの部品をロータのシャ
ツｌ−と相互接続しなければならない。このような部品
は故障になり易いし、事実故障する。

モータが運転状態に到達すると始動巻線を切り離すこと
なく９０度だけステータにおいて電気的に始動巻線と運
転巻線とをずらせるようにした。

単相電源で運転する電気モータを提供することが望まし
い。

３１Ｂへ艮１− 従って本発明の目的は、改良された交流モータを提供す
ることである。

本発明の別の目的は、単相交流電源で運転される改良さ
れた交流モータを提供することである。

本発明の更に別の目的は、高効率低始動電流。

そして低運転電流で運転する改良された単相交流モータ
を提供することである。

本発明の更に別の目的は始動トルクを高めることのでき
る改良された並列共振交流モータを提供することである
。

本発明の別の目的は単相交流電源で運転される改良され
た交流モータを提供することである。

本発明の別の目的は、高効率、低始動電流そして低運転
電流で運転する改良された単相交流モータを提供するこ
とである。

本発明の別の目的は、始動トルクを高めることのできる
改良された並列共振交流モータを提供することである。

本発明の更に別の目的は、始動巻線と運転巻線との間の
電気的に位相のずれ、すなわち電気的な移相をつくるた
め、単相交流モータの始動巻線に並列のコンデンサを使
用して、並列共振ＬＣ回路を提供することである。

本発明の更に別の目的は、始動巻線と運転巻線とに対し
て同じ太さの導線を使用できる単相モータを提供するこ
とである。

本発明の更に別の目的は、ステータコアーにおいて９０
度だけ電気的に位相をずらせた２つの直列巻線と一方の
直列巻線と並列に接続されたコンデンサとを備え、その
一方の直列巻線とコンデンサとの値はモータの運転周波
数又はその付近で並列共振を生じるよう選択されている
単相モータを提供することである。

本発明の好ましい実施例である単相交流電源で運転する
交流モータは、電源の周波数で可変のモータインダクタ
ンス・キャパシタンスＬＣ共振回路を形成するようコン
デンサと並列に接続した始動巻線を含んでいる。この始
動巻線の並列接続は電源端子間の合成モータ電流を制御
する。その結果、２つの巻線に流れる電流はモータの始
動と運転との両方で９０度又はほぼ９０度位相がずれて
いる。始動トルクを高めるためには第２キヤパシタを第
１キヤパシタと始動中だけ接続する。

見藍腹更 同じ部分には同じ番号を付して示す添付図を参照する。

第１．２図は従来のコンデンサ始動・コンデンサ運転電
気モータの略図である。第１図のモータは適当な交流源
（典型的には１１０ボルト、６０ヘルツ）に２極単投ス
イツチ１２を介して接続される。このモータは適当なス
テータフレームに巻いた始動巻線１３と運転巻線１４と
を備えて普通の仕方でロータ２０を回転させる。始動巻
線１３はスイッチ１２の端子にまたがって始動コンデン
サ１６とスイッチ２１とに直列に接続されている。運転
巻線１４もスイッチにまたがって接続されていて、それ
は始動巻線１３、コンデンサ１６そしてスイッチ２１の
直列回路と並列になっている。典型的には、スイッチ２
１は遠心作動スイッチ又はその類似物であり、従ってモ
ータが停止している状態ではスイッチ２１は閉じている
。

コンタクト１２が閉じると電源１０からモータへ。

電力が加えられ、スイッチ２１を介して先ずコンデンサ
１６と始動者、１ｉ１３とに電流が流れ、運転巻線１４
に対して位相ずれの始動電流がロータ２０へ流れる。始
動巻線１３は運転巻線１４に使用する導線に比べて細い
導線で巻いてできている。″巻線１３に比較的高い始動
電圧降下が生じそして比較的大きいコンデンサ電流が始
動中直列コンデンサ１６と巻線１３とに流れる。巻ＲＩ
Ａ１３の温度はかなり急速に上昇する。そのため、もし
なにかの理由で、ロータ２０が迅速に運転速度に到達し
ないと、始動巻線１３を損傷することがある。極端な場
合にはモータは焼損する。しかし、正常動作中ロータ２
０は比較的早く増速し、遠心スイッチ２１は開く、こう
なると、モータの運転を維持するすべての電流が運転巻
＃１１４を流れる。始動者！ｊＡ１３とコンデンサ１６
とは、スイッチ４２１が開くと回路から切離されてしま
うからである。

第１図の従来のモータの変形を第２図に示す。

第２図のモータにおいては一対の直列の運転巻線１４Ａ
、１４Ｂはスイッチ１２の端子にまたがって接続されて
いる。更に、運転コンデンサ２５（これはコンデンサ１
６よりも容量が小さい）はスイッチ２１とコンデンサ１
６とに並列に接続されている。第２図のモータの始動条
件は第１図と同じである。しかし、所望の運転速度に到
達すると、スイッチ２１が開いていても、モータの正常
運転中は直列の始動巻線１３とコンデンサ２５とに電流
が流れる。この電流は運転巻線１４Ａと１４Ｂとに流れ
る電流と位相はずれている。

第２図のモータの動作はよく知られており、ここで詳し
く説明する必要はない、ただし注意すべきこととしては
、第１図のコンデンサ始動モータに対しての始動条件の
不都合は第２図のモータにも存在するということである
。始動巻線１３は。

運転巻ｇ１４Ａと１４Ｂに使用するものよりも細い導線
を巻いて作るのが普通である。運転電圧。

高温そして大電流という第１図の従来のモータの欠点は
第２図のコンデンサ始動・コンデンサ運転上−タにもあ
る。

第３＠は、単相交流源で運転される好ましい２相コンデ
ンサモータの略図であり、このモータはコンデンサ始動
モータの利点を有するか、付加的な機械的に作動される
スイッチ２１を不要とし、そして第１，２図の形式の従
来モータの高電圧、大電流そして高抵抗という欠点を有
しない、始動巻線に直列に始動コンデンサを接続する代
りに、コンデンサ２６と並列に始動巻線１３を接続する
。

これは並列共振回路を形成し、その共振は電源１０の６
０ヘルツもしくはその近辺に選定されている。もし別の
周波数の、例えば５０ヘルツもしくは１２０ヘルツの電
源を使用すると１巻線１３とコンデンサ２６とから成る
ＬＣ並列共振回路の共振はその電源１０の周波数と一致
するように選択される。コンデンサ２６は交流の非成極
コンデンサであり、そしてそれは電解コンデンサでもよ
い。

第３図のモータの始動巻線１３と運転巻線１４とはステ
ータコア（図示せず）の上に巻かれており、そして電気
的に９０度位相がずれている。

運転巻線１４は並列共振回路と直列に接続されており、
この並列共振回路は始動巻線１３とコンデンサ２６とか
ら成り、スイッチ１２の端子にまたがって接続されてい
る。始動者ｓ１３はコンデンサ２６の結果として運転巻
線１４から９０度電気位相でずれている。このため巻線
１３を流れる電流は遅れ電流となり、第２相巻線１４を
流れる電流は巻線１４の電圧で１もしくははゾ１の力率
で制御される。始動巻線１３を含む並列共振回路により
始動者、ｌｌ１１３の導線は運転巻線１４の導線と同じ
比較的太い導線とすることができる。従って、従来のコ
ンデンサ始動モータのように始動巻線１３を焼損したり
、加熱したりするというおそれは第３図のモータにはな
い。

注目すべきこととして、第３図の回路形態は種々の形の
モータを有するモータに使用できるということである。

例えば、ロータ２０はりすかとロータ、高抵抗ロータ、
低抵抗ロータ、巻線ロータ、又はマルチプル２巻線高低
抵抗ロータでもよい、第３図に示すステータの運転巻線
と直列の並列共振始動巻線とは、その他は標準構造のモ
ータに使用することができる。

第３図のモータは、ポンプ、ブロアー、工具及び多くの
営業用、家庭用の装置のような、始動トルクが非常に高
くなくてもよい装置に利用できる。第３図のモータは第
１，２図の従来のモータよりも電気エネルギーの消費が
少なく、始動電流が小さく、モしてモータの運転電流が
小さい。コンデンサ２６の容量を大きくするにつれて、
モータの出力と、始動トルクと運転トルクは、ステータ
のコアーの磁束１３．１４が飽和近くなるまで増大する
。更に、第３図のモータは力率１近くで（又は実質的に
力率１で）非常に高効率で作動する。又、モータは種々
のモータ速度、例えば２極毎分３４５０回転、４極毎分
１７５０回転、６極毎分１１００回転とすることができ
る。

第４Ａないし４Ｃ図は第３図のモータのベクトル図で、
始動、全負荷及び無負荷状態をそれぞれ示す、第４Ａ図
において、モータ始動状態ではＯからＶへのベクトル電
圧は単相ライン参照電圧である。０からｖｌへの電圧Ｓ
は第１の相電圧（巻線１３にまたがる電圧）であり、第
２の相電圧（巻線１４にまたがる電圧）はベクトルｖ１
からＶへの電圧Ｒである。コンデンサ２６を流れるコン
デンサ電流は均９０度だけ電圧Ｖより進む。

これは第４Ａ図のベクトル図の下方部分から明らかであ
る。第１相（始動巻線１３）を流れる電流はＯからＡへ
向かうものとして示されている。コンデンサ電流ベクト
ルはＡからＢへ向かうものとして示されており、均９０
度電圧ベクトルＯ■より進む、従って合成電流ベクトル
はＯＢであり、これは運転巻線１４又は第２相を流れる
電流であり、始動状態で単相電源からのベクトル和の総
電流を構成している。第４Ａ図を第４Ｂ図及び第４Ｃ図
と比較すると明らかなように、この始動電流は全負荷電
流及び無負荷電流よりも大きいが、第１．２図に示す形
式の従来モータと比較して小さい電流である。

第４Ａ図に図示されるように、電流ベクトル丁フとＡＢ
とは合成電流ベクトルｉを生じる。

このベクトルの位相（角度Ｄ）は瞬時始動状態における
モータの移相した電流である。角度りはモータの始動状
態における電流移相分として５度ないし９０度の付近に
ある。

第４Ｂ図は全負荷状態において作動する第３図のモータ
のベクトル（電圧と電流）を示す、このベクトルｏ’ｖ
’は電源１０からの電圧基準ベクトルの単相電力である
。電圧ベクトルＯ’Ｖ１’は始動巻ｆｉ１３の第１相電
圧であり、そして運転者ｇ１４（７）第２相電圧はＶｌ
’Ｖ”ｒある。

全負荷状態での電流ベクトル（第４Ｂ図）は合成ベクト
ル０′Ｂ′に示されている。これは第１位相ベクトルＯ
’Ａ’とコンデンサ電流ベクトルＡ′Ｂ′のベクトル和
である。角度Ｄ′はモータの全負荷−転状態の電流移相
分を示す、この角度は、全負荷運転状態で、均９０度で
ある。

第４Ｃ図は無負荷で運転する第３図のモータの電圧と電
流ベクトルを示す、この状態では、巻線１３とコンデン
サ２６の並列共振が生じ、その場合コンデンサ電流と巻
線１３を流れる巻線電流は比較的大きく、運転巻線１４
を流れる電流は比較的小さい。巻線１３にか＼る電圧の
ベクトル０”Ｖｌ″′と運転巻線１４にかかる第２相の
電圧生じる。第４Ｂ図に示す全負荷状態から電流ベクト
ルにかなりの差が明らかに認められる０巻線１３の電流
ベクトルＯ″′へ″とコンデンサ２６の電１３とコンデ
ンサ２６の並列共振のため第２相の運転者ｍ１４の電流
ベクトルは極めて短い。

第３図に示した巻線を有するよう変更した実際のモータ
（このモータから第４Ａないし４Ｃ図のベクトル図の基
礎となる情報が得られている）を製作した。モータは標
準的なゼネラルエレクトリックのモータであった（フレ
ーム１８２．モデル番号５ＫＳ１８２ＡＣ２８７）、こ
れは１馬力モータで、毎分１７１５７１５回転８ボルト
、７゜２アンペアであった。ステータは第３図に従って
両巻線１３．１４を１６巻線で巻きなおされ、コンデン
サ２６を加えることにより並列共振回路が作られた。ス
テータの電気回路は第３図の実施例そのものとなった。

運転巻線は始動巻線に対する大きな巻回比を有していた
。下表は、始動、全負荷そして無負荷における測定を示
す（許容誤差約±２−５％）。

嚢１ 単相電力　　第１相　　　第湘　　コンデンサ（２６）
運ＩＵ　　　　　　　５Ａ　　：　　　８．３Ａ　　：
　　　５Ａ　　：　　　ＩＯＡ無負荷Ａ　　　　　　２
．５Ａ　　：　　　ＩＯＡ　　：　　　２．５Ａ　　：
　　　１２Ａ始動Ｖ傘２３０Ｖ　　：　　　８０Ｖ　　
：　　１５０Ｖ　　：　　　８０Ｖ迦時　　　　　２４
０Ｖ　　：　　１５０Ｖ　　：　　２２０Ｖ　　：　　
１５０Ｖ無負荷ボルト　　２４０Ｖ　　：　　１６０Ｖ
　　：　　２２０Ｖ　　：　　１６０ＶＰＦ−始動　　
　　　８５％　　：　　　８０％　　：　　　８０％　
　：　　　ＯＰ陽転　　　　　９７．５％　：１０　％
　：９５　％　：　　ＯＶ拳　−ボルト Ｐ１″傘−力率 上記表に示すモータの測定電流から始動電流の移相角度
Ｄ（第４Ａ図）は約１９度である。運転状態では第４Ｂ
図の角度Ｄ′は約８６度であり、無負荷運転状態での角
度Ｄ′″（第４Ｃ図）は約３８度である。約２−５％計
器の読みが変化することがあることを考えると、これら
の角度も幾らか変る。しかし、第４Ａ、４Ｂそして４０
図にそして上表には相対角度が示されている。始動状態
において、上記のモータの始動トルクは約３．０フイー
トボンドであった。毎分１７４０回転で５アンペアの入
力で、モータのプーリング又はブレークダウントルクは
８．７５フイートポンドに達した上記表から判るように
、毎分１７４０回転で全負荷運転のモータが生じるトル
クは、１馬力のモータ全出力で５アンペアで３フイート
ポンドであった。最初設計されたモータはそれの１馬力
の全出力で７．２アンペアをとり、第３図のように巻線
を変更したらば効率はかなり高くなる。

第５図は、第３図に示し上記表の特性を有するモータの
零から最大（毎分１７４０回転）まで増大した回転数に
対するトルクの出力曲線である。

第５図の又は全負荷運転状態での相対トルクを示す、最
大回転数は無負荷状態に対して示す。

第６−１０図は、第３１図の実施例と同じ原理を採用し
た始動巻線と運転巻線の変形態様を示す０例えば、第６
図は並列コンデンサ３５．３６を有する並列始動巻８３
３．３４の使用を示す。

並列巻線・コンデンサ回路は一対の並列運転巻線３８．
３９と直列に接続される。第６図のモータの性能と運転
特性は第３図のモータと同じであるか、第６図のモータ
は第３図のモータよりも低い電圧で運転できる。

第７図の別のステータ巻線の変形ではステータコアには
ｒ結果的な極」構成と呼ばれるものになるよう巻線が施
される。この構成では第１相又は始動巻線は、同方向に
全部が向いているステータ内の北極接続をつくるよう巻
かれた一対の直列巻線４０．４１を構成している。コン
デンサ２６は直列接続の巻ＩＩＡ４ｏ、４１にまたがっ
て接続されており、無負荷運転で所望の並列共振を生じ
る。

同様に、運転巻線を構成している４つの直列接続の巻線
４４．４５．４６．４７は第７図に示す交互の磁極をつ
くるよう巻かれている。結果的な極モータは知られてお
り、そして第３図に基本的形態が示されている本発明は
第３図の基本的モータと同様結果的な極モータにも適用
できる。モータ巻、１１４０．４１．４４．４５．４６
．４７の導線の太さは同じである。戻り比は始動巻線４
０．４１に対し、そして運転巻線４４．４５．４６．４
７に対して等しくても又は等しくなくてもよい。

第８図は本発明を適用できる別の構造を示す。

第１の始動巻線は４つの直列接続巻Ｉ＆５０．５１゜５
２．５３から成り、巻線５１と５２との間の接続部は中
心タップを備えており、このタップへ４つの運転巻線５
７．５８．５９．６０が接続されている。コンデンサ２
６は全部で４つの始動巻線５０−５３にまたがって並列
共振回路を形成している。第８図の回路構成の主目的は
コンデンサ電圧を増大することであり、そしてコンデン
サ２６として小さい容量を使用することである。モータ
は高い電圧と大きな始動トルク、大きな引きこみトルク
そして大きなモータ全負荷トルクを生じる。

第８図の変形態様、高い始動トルクを必要とし。

そして第３図のモータの始動トルクでは不十分の場合に
利用する。

第９図は多速度モータを示しており、このモータにおい
ては運転巻線は４つの直列巻＠６５−６８を備え、各巻
線の接続点は回転スイッチ７０の一方の端子へ接続され
ており、他方の端子はスイッチ１２の下方の端子へ接続
されている。スイッチ７０の可動接点は４つの巻線のど
れとでも接続され、そのうちの幾つでも（１つから４つ
まで）相互に直列とし、そしてスイッチ１２を介して電
源と接続する。始動巻線１３と並列コンデンサ２６とは
、第３図を参照して既に説明したモータの場合と第９図
に示したモータの場合でも同じである。４つの異なる位
置のどれかでスイッチ７０を通して接続することにより
、モータは４つの異なる速度のどれかの速度で回転する
。普通、巻線６５．６６．６７．６８は異なる太さの導
線で巻かれており、それぞれは同極性である。第９図に
示す形式のモータは、６極毎分１１００回転のモータの
ような空調モータとして使用され、スイッチ７０の位置
を変えることによりインピーダンスを高めると毎分６０
０回転の低速で運転できる。

第１０図は第３図のモータの変形態様であり。

ロータの２０の回転方向を瞬間時に反転できる。

これを達成するため、双極、双投スイッチ８０を使用し
て直列接続の始動巻線１３とコンデンサ２６との接続点
とスイッチ１２の下方端子とを運転巻＄１４と相互接続
する。１つのスイッチ位置においては接続は第３図に示
すものと同じである。

反対のスイッチ位置（第１０図の右側への位置）では巻
８１４に流れる電流は第３図の場合と１８０度反転し、
そしてロータ２０は反対方向に回転する。第１０図のモ
ータには遠心スイッチや他の機械的装置は使用されてい
ないので、ロータ２０の方向の瞬時反転が実施できる６
例えモータが全速回転していてもスイッチ８０を一方の
位置から他方の位置へ投入できる。モータは無負荷又は
全負荷のいずれでも瞬時反転する。このことは、（第１
図のスイッチ２１のような）遠心スイッチを使用してい
る普通のコンデンサ始動モータと対照すべきことである
。ｑ！通のモータでは完全に停止させてからでなければ
方向を反転することはできない、第１０図のモータでは
その必要はない。

第１１図はこれまでの実施例でコンデンサ２６を小さく
できるようにした別の実施例を示す。

第１１図において、始動巻線は２つの部分に分けられて
、それぞれ変圧器８０の一次巻線８１と２次巻線８２と
を形成する。コンデンサ２６は一次巻線８１と二次巻線
８２との両方と並列になって並列共振回路を形成する。

コンデンサ２６に関するかぎり、巻線８１．８２は直列
に接続されている。それらは、ステータコアーの同じス
ロット内で２本の導線又は２つの別の絶縁コイルが一緒
になるように巻かれている０巻線！８１と８２との間の
中心タップは運転巻線１４の一端へ接続され、それの他
端は第８図の実施例の巻線の接続と同じようにスイッチ
１２の反対の極へ接続されている。

第１１図に示した回路の動作において、追加の又は付加
的な電圧として変圧器の巻線８１と８２とに最大の逆電
磁力（ＣＥＭＦ）が発生する。

その結果としてコンデンサ２６の電圧は第３．６．７な
いし１０図を参照して上に説明した実施例の場合よりも
高い電圧となる。コンデンサの電圧は変圧器の８０の巻
線８１．８２の電圧と１８０度位相がずれている。コン
デンサ２６に高い電圧が現われるので、コンデンサ２６
として価格の安い、標準の、高電圧コンデンサを使用で
きる。２つの巻線８１．８２を配分するため同数のステ
ータスロットを設けて、電圧をバランスさせるようにす
るのが望ましい、しかし、多くのモータにおけるステー
タのスロットは、分布を不均衡とするアンバランスな比
となっている。従って、そのようなモータでは巻線８１
．８２にはアンバランスな電圧が発生する。そうであっ
ても、コンデンサ２６として標準の高電圧コンデンサを
使用できるという第１１図の変圧器結合の実施例の利点
は保持される。

第１１図に示す形態のモータは同馬力の標準モータより
コンデンサ２６として小容量のものを使用し、モしてモ
ータ全体としても小さい。第１１図の形態のものは効率
が高く、モータは小さい始動電流で適度の始動トルクを
発生する。このモータは「ソフト」モータ始動トルクと
称してもよい。従って、第１１図に示す実施例のモータ
は、始動電流が制限されているのが望ましいポータプル
の交流発電機を電源とする場合に理想的である。

始動と運転の電流が小さくなければならないときはこの
モータを出力の交流発電機で運転できる。

普通のコンデンサモータはそのような小型のポータプル
発電機で使用することはできない、そのような普通のモ
ータは大きな始動電流を必要とするからである。

第１２ないし１４図を参照する。これらの図は第１１図
のモータの始動、全負荷そして無負荷の運転状態でのベ
クトル図である。第１２図において、モータ始動状態で
はベクトル電圧ＯＶ８５はライン電圧である。ベクトル
８６は一次巻線８１の電圧ベクトルを示し、そしてベク
トル９ｏは二次巻８８２の電圧ベクトルを示す、ベクト
ル８７は運転巻線１４の電圧である。二次巻１ｉＡ８２
の電圧、ひいては、コンデンサ２６の電圧は、巻線８１
について電圧ベクトル８６で示したように。

−次巻線８１の電圧と１８０度位相がずれている。

巻線１を流れる電流はベクトル９３が示している。コン
デンサ電流ベクトル第１２図でベクトル９５により示さ
れ、そして合成電流ベクトル９２は運転巻線１４に流れ
る電流であり、モータの始動状態で単相電源からのベク
トル総和の電流を構成している。第１２図に示される始
動状態と第１３図に示される運転状態並びに第１４図に
示される無負荷状態を対比すると明らかなように、ベク
トル９２が示す始動電流はベクトル９２′が示す全負荷
電流並びにベクトル９２″戸が示す無負荷電流よりも大
きいが、第１．２図の従来モータと比べると小さい。

全負荷状態に対して第１３図に示したベクトルには同じ
参照数字にダッシュを付し、そして無負荷状態に対して
の第１１図のモータのベクトルはダッシュ２つ付して第
１２，１３．１４図のベクトルを相互に比較し易いよう
にしている。　。

・　第１２．１３及び１４図のベクトル図を作る基礎と
なる情報を得るため第１１図の巻線形態を持つように変
更した実際のモータは標準のレーランドファラディ社の
モータでフレーム１４５Ｔ、３８Ｊ５０−７１１０であ
った。モータ規格は１゜５馬力、毎分１７２５回転、１
１５／２３０ボルト、９．５アンペアであった。第１１
図に示すようにステータの巻線を巻直し、同じステータ
コアのスロットに一次巻線８１と二次巻線８２とを配置
した。導線の太さは下の表■に示すように各巻線の電流
に対して十分に安全であるように選定された。変圧器８
０を形成するよう改変することに加えて、コンデンサ２
６を第１１図に示すように接続した。表■は始動、全負
荷及び無負荷の運転状態で（第１２．１３そして１４図
にそれぞれ示す）ｉｔｌ！Ｉ定した実際の計測値を示す
、計器の読みの精度誤差は約±２−５％である。

退１゜ Ｖ傘　−ボルト Ｗ・−力率 上記表■に示す動作特性を有するこのモータは３．０フ
イートポンドの始動トルク、４．５フイートポンドの全
負荷ドルクモしては一′８．０フィートポンド又はそれ
よりゃへ大きいブレークダウントルクを生じた０表ｎか
ら明らかなように、モータ始動電流と運転電流とは小さ
がった。全負荷で、毎分１７４０回転で運転電流は７．
５アンペアであり、これは普通の巻線の同じモータの９
゜５アンペアよりかなり小さい、従って、第１１図の改
変した巻線はとのモータに対してかなり高い効率を生じ
させる。

第１５図は単相交流電源で運転する２相コンデンサモー
タの略図であり、本発明の別の実施例の原理を取り込ん
でいる。第１５図のモータは第３図に示す形式のＬＣ共
振回路を使用している。

しかし、第１５図のモータは第３ないし１４図のモータ
よりもかなり大きい始動トルクを発生する。

始動トルクを増大するには第２コンデンサ１１８（非極
性交流電解型）が始動スイッチ１２０の接点を介してコ
ンデンサ１１７と並列に接続されている。コンデンサ１
１７と並列の第２コンデンサ１１８の結果としては、モ
ータの始動中巻線１３．１４を流れる電流の移相分を９
０度付近とするということである。更に、始動時のモー
タの全電流要求は現在出願中のモータのものよりも大き
い。

モータがそれの正常運転速度に到達すると、ロータ１１
６に結合している遠心スイッチ１２１がコンタクト１２
０を開き、そしてコンデンサ１１８を回路から外す、エ
ネルギー消散抵抗１１９は、スイッチ１２０が開くとき
コンデンサ１１８に蓄えられているエネルギーがもしあ
ればそれを消散する目的でコンデンサ１１８に並列に接
続されている。

第１６Ａないし１００図はそれぞれ、始動時、全負荷時
そして無負荷時の第１５図のモータのベクトル図である
。第１６Ａ図において、始動状態では０からＶへのベク
トル電圧は単相ライン参照電圧である。０からＶ″への
電圧は第１相電圧（巻線１３の電圧）であり、そして第
２相電圧（巻１ｉ１４の電圧）はベクトルＶ′からＶへ
の電圧である。

モータの始動時の電流ベクトルは約９０度移相ずれとな
っていて大きい始動トルクを生じる。

この移相はコンデンサ１１７と１１８の総合容量の結果
である。始動コンデンサ１１８の容量がコンデンサ１１
７の容量よりもかなり大きいように定める。第１５図に
示す形式の典型的モータにおいては、コンデンサ１１７
の容量は１００マイクロフアラツドであり、そしてコン
デンサ１１８の容量は４００マイクロフアラツドである
。始動電流に対するこの容量の総合的結果は第１６Ａ図
に示されている。

第１相巻線（始動巻線１３）を流れる始動電流は第１６
Ａ図にＯからＡへのびるものとして示されている。始動
時の総合コンデンサ電流ベクトル（これは両コンデンサ
１１７と１１８の容量の結果）はＡからＢである（これ
は約９０度だけＯからｖ′への電圧ベクトルより進んで
いる）、それは、第２相巻Ｓ（運転巻線１４）を流れる
合成電流ベクトルは０からＢへのびる。この合成電流ベ
クトルはモータの始動中車相電源１０から引きだされる
電流の総和を構成している。電流ベクトルの移相が大き
い始動トルクを発生する。第１６Ａ図と第１６Ｂ、１０
０図とを比較すると明らかなように、この始動電流は全
負荷電流並びに無負荷電流よりも大きいが１巻＃１１３
とコンデンサ１１７とが形成する並列共振回路を使用し
ていない従来モータと比較して小さい。

第１６Ｂ図は全負荷状態で回転している第１５図のモー
タの電圧と電流のベクトルを示している。既に説明した
ように、全負荷状態で、スイッチ１２０は開かれ、そし
てそれからはコンデンサ１１８は回路には接続されない
、従って、コンデンサ１１７は正常の全負荷状態で並列
共振ＬＣ回路を形成する第１相巻線１３と並列の唯一の
コンデンサデある。０′からＶへのベクトルは電源１０
からの電圧基準ベクトル単相電力である　Ｑ　１からＶ
″′への電圧ベクトルは巻線１３の第１相電圧であり、
そして巻ｆｉ１４の第２相電圧はＶ　ｌ　ｌからＶであ
る。

第１６Ｂ図の全負荷状態での電流ベクトルは０′からＢ
′への合成ベクトルとして示す、これは第１相電流ベク
トル０′八′と、コンデンサ電流ベクトルＡ’Ｂ’のベ
クトル和電流である。ベクトル０’　Ｂ’は比較的短く
（小電流）、そして力率は１付近であって高効率である
。角度Ｄ（９０度）は全負荷運転状態中の電流ベクトル
の移相分である。

第１６Ａ図と第１６Ｂ図を見ると判るように、電流ベク
トルの移相分は始動中と全負荷運転中との両方で約９０
度である。全負荷運転中コンデンサ１１８は切離されて
おり、第１５図のモータの動作は第３図のモータと同じ
である。

第１６Ｃ図は無負荷運転での第１５図のモータの電圧電
流ベクトルを示す、この運転状態でスイッチ１２０は開
であり、コンデンサ１１８は回路内にはない０巻線１３
とコンデンサ１１７との並列共振が生じると、コンデン
サ電流と巻線１３の巻線電流とは比較的大きく、他方運
転巻線と考えられる巻Ｍ１４の電流は比較的小さい０巻
、＄１３の電圧ベクトルＱ　ｊ　ｌ　Ｖ　ｌ　ｊ　ｊと
第２相巻線１４の電圧ベクトルｖ”’ｖとは合性ベクト
ルｏ”ｖを生じる。第１６Ｂ図の全負荷状態からの電流
ベクトルのかなりの差が認められる０巻線１３の電流ベ
クトルＱ　Ｊ　ｊ　Ａ　Ｊ　＋とコンデンサ１１７の電
流ベクトルＡ′″Ｂ　７１はかなり大きい、しかし１巻
線１３とコンデンサ１１７の並列共振のため電流ベクト
ル○＃ＪＩ３Ｊ＃（これは第２相、すなわち運転巻線１
４を流れる）は非常に短い。

第１５図の巻線を施された実際のモータをっくって、第
１６Ａないし第６Ｃ図のベクトル図をつくる基礎となる
情報を得た。モータは標準のゼネラルエレクトリックの
モータで、フレーム１８２、モデル番号５ＫＳ１８２Ａ
Ｃ２８７であった。

これは１馬力のモータで、毎分１７１５回転で。

２０８ボルト、７．２アンペアであった。ステータは第
１５図に従って巻きなおされ、両巻、＠１３．１４に１
６番線を使用した。更に、改変前のモータの運転巻線と
して使用された巻線は始動巻ｌｌＡ１３として使用され
、そして巻きなおされた始動巻線は運転巻線１４として
使用された０巻線は同じ太さの導線を使用したのでこの
ようにすることができるのである。運転巻線１４は始動
巻、１ｉ１３に対して大きな巻回比を有していた０次表
は、始動。

全負荷及び無負荷状態での測定値を示し、計器の読みの
許容誤差は約±２−５％である。

１１ｖ　　−ボルト 相分、角度Ｄ（第１６Ａ図）は約９０度に等しい。

この移相分が非常に大きい始動トルクをつくる。

更に、運転状態（全負荷）で角度りは約９０度である。

その結果、合成電流ベクトルＯ’Ｂ″は比較的小さく、
そして電流は単相電源から力率１又はその近くで取り出
される。その結果、運転効率は高くなる。

始動時に、上記表のモータの始動トルクは１１フイート
ボンドである。全負荷又は運転状態では、モータは毎分
１７４０回転で、電流５．５アンペアで、３フイート・
ポンドのトルクで、１馬力で出力する。モータの全負荷
から停止するブレークダウントルクは８．５フイートポ
ンド付近である。当初設計されたモータは１馬力出力で
７゜２アンペアを取る。コンデンサ１１７と巻線１３と
の並列共振回路を使用する改変した巻線は全負荷又は運
転状態中かなり高い効率を生じる。

第１７図は、上記表の特徴を有している第１５図のモー
タの回転数を零から最大（毎分１７４０回転）まで増大
したときのモータのトルクを示す出力曲線である。第１
７図の又は全負荷運転状態での相対的トルクを示してい
る。最大回転数は無負荷状態に対して示す、第１７図の
下方の曲線は、コンデンサ１１７と巻［１３の並列共振
回路がつくり出す回転数対トルクに対する効果を示す。

上方曲線は始動コンデンサ１１８を加えたことにより生
じる複合的効果を示している。容易に判るように、上方
のすなわち複合曲線は低回点数において非常に大きい始
動トルクをつくる。ＬＣ共振回路からの連続運転の効率
を達成するため、モータを始動してしまってからコンデ
ンサ１１８を回路から切離する。そうすると第１７図の
曲線の残りは巻線１３とコンデンサ１１７とから構成さ
れる共振回路によるものである。

第１８ないし２１図は、第１５図の本発明の実施例と同
じ原理を採用しているがその実施例に他の特性を加える
異なる回路を使用した別の回路構成を示している０例え
ば、第１８図は、スイッチ１２を開いてモータがオフと
なったときモータからコンデンサ放電の逆起電力誘起を
排除するという目的で第１５図の回路へ別の特徴として
電力リレー１２８を加えている。リレー１２８はスイッ
チ１２にまたがって接続されており、そして一対のコン
タクト１３０を有し、その一つはコンデンサ１１７．１
１８と直列に接続されている。スイッチ１２は最初閉じ
ており、そのときリレー１２８の動作コイル１２９に電
流が流れてコンタクト１３ｏを閉じる。こうなると、コ
ンデンサの両方へ運転電流を流す（コンデンサ１１８へ
はスイッチ１２０の閉じたコンタクトを通して運転電流
を流す）、コンタクト１３０は全運転期間中閉じられた
ままである。

第１８図のモータがスイッチ１２を開くこ、とにより減
勢されると、リレーコイル１２９を流れる運転電流は止
まり、そしてコンタクト１３０が開く。こうなるとコン
デンサ１１７と１１８の両方の回路が開かれる。これが
、コンデンサ１１７の放電から生じるサージ電圧がモー
タの巻線１３゜１４へ加えられるのを阻止する。結果と
して、遮断時のモータの不要の振動とその振動により生
じる雑音とが排除される。更に、リレー１２８は、モー
タの遮断時におけるコンデンサ１１７，１１８の放電時
のモータのダイナミック制動を排除する。その結果モー
タは減速して静かにそして振動なく停止する。これがモ
ータの特に大馬力のモータの寿命を増大する。

第１９図は、第１５図の実施例の別の変形態様を示す、
この構造では電圧感知リレーコイル１３５は、始動コン
デンサ１１８を接続したり、切離したりする目的でコン
タクト１３６を制御する。

この動作は始動と運転の状態におけるモータの電圧によ
り制御される。コイル１３５とコンタクト１３６とを備
える電圧感知リレーは小型リレーであり、モしてモータ
のオフ状態にあるときと始動中コンタクト１３６は通常
閉じられている。

スイッチ１２が制御する、入力端子に接続されたパワー
リレーの動作コイル１３７とコンタクト１３６は直列に
なっている。従って、コンタクト１３６が閉じられると
、コイル１３７の動作電流は電源１ｏからこれらのコン
タクトを通って流れる。これがコンタクト１３８を閉じ
て始動コンデンサ１１８を回路に入れる。第１９図の構
造は大馬力モータのための非常に実用的な構造である。

モータがそれの運転電圧に到達すると、リレーコイル１
３５の電圧は増大し、そしてそれはコンタクト１３６を
開くよう働く。こうなると動作電流はコイール１３７か
ら取除かれ、その結果接点１３８が開かれる。すると、
コンデンサ１１８は回路から切離され、モしてモータは
、第１５図を参照して上に説明したように運転モードを
接続していく、第１９図の回路の利点は、スイッチ１２
を開くことによりモータへの動作電流の遮断時にその回
路がコンデンサの放電を抑制するということである。ス
イッチ１２０／１２１に必要とされる形式のコンタクト
が機械的なコンタクトであることは必要ではなく、従っ
てモータと始動回路の寿命は増大される。パワーリレー
１３７／１３８は回路に出し入れされるときコンデンサ
１１８からの大電流を取扱うことのできるコンタクト１
３８を有している。

機械的スイッチを必要としない別の実施例を第２０図に
示す、単一のコンデンサ１１８だけをこの実施例では使
用しており、コンデンサ１１７は除去されている。第２
０図において、遠心スイッチ１２０／１２１を米国特許
３，９１６，２７４に開示のソリッドステートのモータ
始動制御回路と置換している。この回路は始動コンデン
サ１１８と直列になっているオン・オフスイッチとじて
働くトライアック１４０を備えている。トライアック１
４０のゲートは回路１４１内で一対の逆並列のダイオー
ドへ接続されている。これらのダイオードは可変インダ
クタ１４３の電圧降下に従ってトライアック１４０のゲ
ート電圧を制御する。

第２０図の回路は比較的大きい電流の始動中コンデンサ
１１８を回路に接続するように作動し、そして全負荷又
は無負荷動作中コンデンサ１１８を回路から切離するよ
う作動する。

第２０図の実施例のコンデンサ１１８を選択して第２０
図のモータの始動中巻線１３とＬＣ並列共振回路を形成
する。従って、始動中並列共振は連続して使用される。

コンデンサ１１８が回路から外されると、モータの動作
電流は両巻線１３．１４を流れつづける。これらの巻線
は回路の作動中宮にスイッチ１２を介して交流電源と直
列に接続されている。従来のコンデンサ始動モータにお
けるような回路から切離される「始動巻線」はなし）。

第２０図のモータの第１巻線１３は第２巻線１４より大
きい巻回数を有しており、両巻線は低インピーダンスの
同じ太い導線を使用している。

巻ｇ１４は巻線１３の約３分の１又は４分の１の巻回比
を有している。第２０図のモータは運転中同じ馬力の出
力を発生するか、温度上昇は従来のコンデンサ始動モー
タよりもはるかに小さい、焼損する始動巻線はないし、
モータは比較的小さい始動電流を引き出す。

第２１図は第１５図と同様の別の実施例を示しているか
、第１相の巻線１３は２つの部分１３Ａと１３Ｂとを含
む中心タップ付き巻線を備えている０部分１３Ａと１３
Ｂとの間の接続点はモータの巻線１４へ接続されている
。コンデンサ１１７と１１８とは始動巻線の部分１３Ａ
と１３Ｂと並列に接続されて開巻線部分と並列共振回路
を形成している１巻線部分１３Ｂと巻線１４とにコンデ
ンサ１１７と１１８とが直列に接続されるようにして巻
線１３Ａ、１３Ｂとコンデンサ１１７゜１１８とを電流
が流れる。このことが巻線部分１３Ｂと共に増大した始
動トルクのためのコンデンサ進み電流を利用することを
助ける。

第２１図の回路動作は、その他は第１５図と同じである
。第２１図の回路は第１５図のモータよりも更にモータ
よりも更に大きい始動トルクと引込トルクとをつくる。

第１図のモータに使用されたと同じモータと同じフレー
ムに第２１図の形態の巻線を施した。コンデンサ１１７
は７０マイクロフアラツドのコンデンサであり、コンデ
ンサ１１８は５００マイクロフアラツドのコンデンサで
ある。モータは３８アンペアで１４．５フイートボンド
の始動トルクを発生し、そしてモータの引込トルクは１
３アンペアで８．５フイートポンドであった。全負荷で
モータは毎分１７５０回転で３フイートボンドのトルク
を発生し、そしてブレークダウントルクは毎分１６００
回転まで９フイートボンドであった。

第２２Ａないし２２Ｃ，は第２１図のモータの始動、全
負荷そして無負荷状態のベクトル図をそれぞれ示してい
る。個々の電圧ベクトルは図示していないが、これら３
つの図面の各々に合成基準ライン電圧Ｖが示されている
。

第２１図のモータの最も効率的な運転状態にとって望ま
しいことはすべての電流ベクトルの長さが等しくて正三
角形を作るということである。

第２１図のモータについてこれは第２２Ａと２２Ｂ図の
ベクトルを参照すると容易に理解されよう。

第２２Ａ図は始動時の電流を示し、そして第２２Ｂ回は
毎分１７５０回転で正常の全負荷運転状態を示す。第２
２Ｃ図から明らかなように無負荷状態では正三角形は存
在しない。

本発明の幾つかの実施例を説明したが、これらの実施例
は本発明の思想内で種々変更できる。

例えば１巻線の形態と始動スイッチ回路とは極めて僅か
しか示していないが、この他の形態のものも使用できる
。無負荷又は全負荷状態で即時にモータを反転させる逆
転スイッチを設けることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のコンデンサ始動モータの略図である。 第２図は従来のコンデンサ始動・コンデンサ運転単相電
気モータの略図である。 第３図は本発明の好ましい実施例の略図である。 第４Ａ、４Ｂそして４０図は第３図のモータの動作状態
のベクトル図である。 第５図は第３図のモータの始動トルクと運転トルクとを
示す曲線である。 第６．７，８．９．１０及び１１図は本発明の他の実施
例を示す。 第１２．１３及び１４図は第１１図のモータの運転状態
のベクトル図である。 第１５図は本発明のモータの好ましい実施例の略図であ
る。 第１６Ａ、１６Ｂ及び１００図は第１５図のモータの運
転状態のベクトル図である。 第１７図は第１５図のモータの始動トルクと運動トルク
とを示す曲線である。 第１８．１９．２０及び２１図は本発明のモータの他の
実施例の略図である。 第２２Ａ、２２Ｂ及び２２Ｃ図は、第２１図のモータの
動作状態のベクトル図である。 図中： １０：単相交流電源 １２：スイッチ １３；３３，３４：４０．４１；５０，５１゜５２．５
３；８１，８２：始動巻線 １４；３８，３９：４４，４５，４６，４７；５７．５
８，５９，６０；６５，６６゜６７．６８：運転巻線 ２６；３５，３６；１１７，１１８：コンデンサ２０：
１１６：ロータ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　９ ＦＩＧ、　ＩＩ　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　１２
ＦＩＧ、　２０

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）始動巻線（１３）と運転巻線（１４）とを有する
   ステータコアとロータ（２０）とを備え、単相交流電源
   から給電される交流モータにおいて、運転巻線（１４）
   と始動巻線（１３）とは、直列になって単相交流電源（
   １０）へスイッチ（１２）を介して接続されてロータ（
   ２０）の回転を誘起するようにしており、そしてコンデ
   ンサ（２６）は始動巻線（１３）と並列に接続されてモ
   ータの始動と運転中交流電源（１０）からの交流電力の
   周波数でＬＣ共振回路を形成していることを特徴とする
   交流モータ。
2. （２）複数の始動巻線（３３、３４）を備え、全ての始
   動巻線にコンデンサ（３５、３６）が並列に接続されて
   いることを特徴とした特許請求の範囲第１項に記載のモ
   ータ。
3. （３）複数の運転巻線（３３、３９又は４４−４７）を
   備えていることを特徴とした特許請求の範囲第１又は２
   項に記載のモータ。
4. （４）始動巻線（１３）と直列に異なる数の運転巻線（
   ６５、６６、６７又は６８）を選択的に接続するスイッ
   チ（７０）を備えていることを特徴とした特許請求の第
   ３項に記載のモータ。
5. （５）巻線（１３）と運転巻線（１４）は同じ太さの導
   線から成ることを特徴とした特許請求の範囲第１項に記
   載のモータ。
6. （６）始動巻線（５０−５３又は８１、８２）は中心タ
   ップを有し、そして運転巻線（５７−６０又は１４）が
   始動巻線の中心タップへ接続されていることを特徴とし
   た特許請求の範囲第１項に記載のモータ。
7. （７）第１と第２の相巻線（１３、１４）が相互に９０
   度の電気位相のずれでステータコアに巻かれていること
   を特徴とした特許請求の範囲第１項に記載のモータ。
8. （８）コンデンサ（２６）が交流の非極性コンデンサで
   あることを特徴とした特許請求の範囲第１項ないし７項
   のいずれかに記載のモータ。
9. （９）第２コンデンサ（１１８）とスイッチ（１２０）
   が相互に直列に接続されそして別のコンデンサ（１１７
   ）にまたがって、モータの正常負荷状態中スイッチ（１
   ２０）を開きモータの始動中スイッチ（１２０）を閉じ
   る装置（１２１）と並列に接続されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のモータ。
10. （１０）スイッチが、モータの始動中通電しておりそし
    てモータの正常負荷状態中通電していない交流双方向半
    導体スイッチであることを特徴とした特許請求の範囲第
    ９項に記載のモータ。
11. （１１）第２コンデンサ（１１８）の容量が第１コンデ
    ンサ（１１７）の容量よりも実質的に大きいことを特徴
    とした特許請求の範囲第９項に記載のモータ。
12. （１２）スイッチ（１２０）がモータのロータ（１１６
    ）と（１２１を介して）結合された常時閉の遠心スイッ
    チであり、ロータ（１１６）が所定速度に到達したとき
    スイッチ（１２０）が開いて第２コンデンサ（１１８）
    を回路から切り離すことを特徴とした特許請求の範囲第
    ９項に記載のモータ。
13. （１３）装置が、第１と第２のコンデンサ（１１７、１
    １８）の各々とコンタクト（１３０）が直列となってい
    るパワーリレー（１２８）であり、そしてこのパワーリ
    レー（１２８）は交流電力が第１と第２の巻線（１３、
    １４）へ加えられるときコンタクト（１３０）を閉じる
    ことを特徴とした特許請求の範囲第９項に記載のモータ
    。
14. （１４）装置が、スイッチ（１３８）を作動するため第
    ２巻線（１４）と並列に接続されている電圧感知式リレ
    ー（１３５、１３６）であって電圧感知式リレーがモー
    タの始動中スイッチ（１３８）を閉じ、そしてモータの
    正常負荷状態中スイッチ（１３８）を開くことを特徴と
    した特許請求の範囲第９項に記載のモータ。