JPS6227629B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単相誘導電動機を制御するシステムに
関するものである。

単相誘導電動機は単相交流電源によつて付勢さ
れる巻線付き環状成層固定子と、該固定子の巻線
における電圧の変化に応じて電圧を誘起する篭型
短絡回転子とを有する。回転子が一旦回転し始め
れば、固定子の巻線に単相交流が与えられること
により生じる振動磁界が回転子を駆動するトルク
をもたらす。しかしながら、振動磁界だけでは電
動機を始動することはできない。この型の電動機
は、始動のための補助若しくは始動巻線を備えて
いる。始動巻線は固定子の主巻線から空間的に隔
たつて設けられている。電源電圧が両方の巻線に
印加されるが、始動巻線に対しては移相して印加
される様になつている。これによつて、振動磁界
でなくて回転磁界が得られるので、回転子が回転
させられるのである。

この様な移相を行う技法には、種々のものがあ
る。最も単純な技法は、互いに異なつたインダク
タンスを有する主巻線と始動巻線を用いるもので
ある。この技法による電動機は分相形電動機と呼
ばれる。良く知られているもう１つの技法は、有
効な90゜の移相を行う移相コンデンサを用いるも
のである。始動巻線は電動機が回転しているとき
は使用されず、従つて電動機は主巻線に供給され
る単相交流だけに依存して回転し続ける。この様
な単相誘導電動機の特徴は広く知られており、
種々の文献において詳しく説明されている。

英国特許第1464454号には、幾分異なつた技法
によつて始動されて２相電動機として動作する単
相電源使用式電動機が示されている。通常の単相
電動機と同様に空間的に隔たつた２つの巻線が固
定子に設けられていて、第１の巻線には電源電圧
が直接供給される。第２の巻線は中央タツプを有
し、巻線の各半分には、それぞれ関連するサイリ
スタを介して整流された電源の電圧が与えられる
様になつている。第２の巻線が電源の電圧より所
定角度だけ移相された交流電圧（正弦波ではな
い）によつて付勢される様に、電源のサイクルの
所定の点において２つのサイリスタを交互に切り
換えるゲート回路が設けられている。移相によ
り、電動機の始動のために必要な回転磁界が得ら
れる。この例の場合、２相構成は電動機を引き続
いて動作させるためにも使用される。

多くの適用例において、単相誘導電動機の主巻
線に対する交流電圧は幹線、即ち主電源から直接
得られるのではなく、インバータから得られてい
る。英国特許第1347191号はその様な装置を示し
ている。又、一定速度で一定負荷の運転状態にお
いては、この型の電動機の駆動に必要な電力は始
動のために必要な電力よりかなり低いということ
が指摘されている。即ち、インバータは定常運転
中に必要な電流よりも非常に多くの始動電流を供
給できる様に設計されなければならないのであ
る。該英国特許に示されている技法は、始動中、
主電源を用いて大電流を供給し、その後の運転中
は、電子的構成の電源へ切り換えるものである。
その電子的構成の電源は切り換えに先立つて主電
源と同期させられる必要がある。結局、電子的構
成の電源、即ちインバータは始動状態には関係な
く運転状態だけを考慮して設計されればよいので
ある。

IBM Technical Disclosure Bulletin、
Vo1.23、No.3、August 1980の第1198頁には、前
記英国特許第1347191号に示されている装置と同
じ様な装置が示されている。具体的に言えば、磁
気デイスク装置を駆動するための４極３相誘導電
動機が示されている。磁気デイスク装置の動作速
度に合つた120Hzの最適用周波数を有する信号が
発振器駆動３相電力増幅器から電動機に与えられ
る様になつている。120Hzの信号によつて得られ
るトルクよりも相当大きな始動トルクを得るため
に、電動機は主電源の３相交流によつて始動され
る。電動機がその３相交流と同期した速度に達し
て磁気ヘツドを浮動させるのに十分な状態になる
と、主電源は切り放されて、120Hzの電源に切り
換えられる。

以上の様に或る種の適用分野においては、交流
誘導電動機の始動のために主電源の交流を用い、
定常運転のために他の電源を用いる様にすること
が有利であると認識されている。始動及び停止の
とき磁気ヘツドがデイスクに接触する型の磁気デ
イスク装置に関して誘導電動機を用いる例につい
て考えると、デイスク及びヘツドの摩耗を軽減す
るために、出来るだけ迅速に磁気ヘツドを浮動さ
せる速度までデイスクを回転させる様に大きな始
動トルクが必要である。大きな始動トルクは主電
源を用いることによつて得られる。主電源を用い
て始動トルクを最大にするには、４極誘導電動機
が適当である。これは、誘導電動機の同期速度が
磁極数及び電源の周波数によつて定められ、最大
トルクが同期速度の少し低い速度で得られるとい
うことに基いている。４極誘導電動機の場合、主
電源の周波数が50Hz及び60Hzのときの同期速度は
それぞれ1500rpm及び1600rpmであり、磁気ヘツ
ドをデイスク上で浮動させるのに十分である。

誘導電動機は、トルクが同期速度より少し低い
速度で最大値に達し、その後の同期速度において
急激にゼロまで低下する様なトルク／速度特性を
有する。典型的な磁気デイスク装置の動作速度、
即ちデイスクの回転速度は3000rpmであるから、
始動のために用いた主電源によつて電動機の運転
を続けたのでは、この様な高い回転速度を得るこ
とはできない。しかしながら、電源の周波数を約
２倍にすれば、同期速度を約２倍にすることがで
きるので、所望の高い回転速度を得ることができ
る。

一旦磁気ヘツドが浮動状態になれば、所定の動
作速度に達するまで、あまり急激な加速は必要で
ない。又、一旦動作速度に達すれば、負荷は一定
であり、運転のための電力は比較的少なくてよ
い。従つて、主電源の周波数の２倍の周波数を有
する電子的電源（インバータ）は、始動時に必要
な電力の約10分の１の電力で電動機の加速及び運
転を行うことができる。必要な電力が低いこと及
び周波数が２倍であることにより、電動機は比較
的弱い磁束状態において動作し、振動が相当減じ
られるという利点がある。

前記IBM Technical Disclosure Bulletinに示
されている装置はこの様な利点の幾つかを有する
が、３相誘導電動機であるから、主電源は３相で
なければならず、又、インバータも３相でなけれ
ばならない。３相誘導電動機及びインバータは単
相のものよりも複雑である。単相誘導電動機を用
いるならば単相主電源及び単相インバータが必要
なだけであるからシステムは相当単純になり且つ
安価になる。

本発明は改良された始動技法を用いる単相誘導
電動機のための制御システムを提供することを目
的としている。

具体的に言えば、本発明による電動機制御シス
テムは、篭形回転子、及び空間的にずらして配置
された第１及び第２の巻線を伴つた固定子を有す
る単相誘導電動機に関連しており、始動ステージ
を含む複数の制御動作ステージを順次指定する順
序づけ装置と、単相誘導電動機の所望の回転速度
をもたらす最適周波数よりも低い一定の周波数を
有する主電源の単相交流電圧を始動ステージ中だ
け上記第１の巻線に与える始動装置と、始動ステ
ージ中及びその後の制御動作ステージにおいて可
変周波数を有する駆動制御信号を生じる駆動制御
信号発生装置と、該駆動制御信号に同期し且つそ
の可変周波数と同等の同波数を有する交流電圧を
第２の巻線に与える駆動装置とを有する。そし
て、駆動制御信号発生装置は、始動ステージ中、
主電源の単相交流電圧に対して所定の位相差を有
すると共にその単相交流電圧の周波数と同等の周
波数を有する信号を駆動制御信号として生じ、始
動ステージの後の制御動作ステージにおいては、
最適周波数に達するまで漸次上昇する周波数を有
する信号を駆動制御信号として生じる機能を有す
る。始動ステージ中、第１の巻線に与えられる単
相交流電圧と駆動制御信号、ひいては第２の巻線
に与えられる交流電圧との間に所定の位相差があ
ることにより、電動機を始動させるための回転磁
界が発生する。

駆動制御信号を電動機の始動後の運転中に用い
るばかりでなく、始動ステージにおいて位相差の
ある電圧を固定子の第２の巻線に与えるために用
いる様にしてあるので、コンデンサ等の付加的な
移相素子は必要でない。又、第２の巻線は第１の
巻線と平衡する様に主電源による電流を流す必要
はない。第２の巻線は始動ステージに関する要件
と運転ステージに関する要件とを析衷して設計す
る必要はなく、運転ステージに関する要件（例え
ば、巻き数や巻線の直径等）だけを考慮して最適
となる様に設計すればよい。

駆動制御信号発生装置は、始動ステージ後、駆
動制御信号の周波数を増して、それに基く可変の
トルク／速度特性を利用する様に構成されること
が望ましい。周波数はランプ（傾斜）様式で増加
可能である。

本発明による電動機制御システムの１つの実施
態様として、始動ステージ中、電動機に必要な電
力の大部分が主電源から与えられる様に駆動回路
の電力を制限することが考えられる。駆動回路は
始動ステージ中に電動機の回転を開始させるのに
必要な電力を供給すればよい。固定子の第１及び
第２の巻線、即ち始動巻線及び主巻線は始動ステ
ージにおいて平衡する様に付勢される必要はな
い。従つて、駆動回路は運転ステージにおける消
費電力を比較的低くする様に設計可能である。駆
動回路における電力を制限するには、回路内の電
力増幅器を流れる電流を制限すればよい。これは
予定のレベルを越える電流が流れるとき電力増幅
器の動作を禁止することによつて行われる。

更に、駆動制御信号として矩形波を用い、駆動
制御信号の極性に応じて異なつた極性の電圧を主
巻線に与える様に作用するスイツチ式ブリツジ型
駆動回路を用いることも可能である。この場合、
正弦波を生じる必要はなく、電子的構成の電源に
よつて生じる単純な矩形波によつて電動機の始動
及び運転を行うことができる。

第１図は単相４極誘導電動機１０及び関連する
制御システムを示している。電動機１０は篭形回
転子１１及びわずかな空隙を介して該回転子を囲
んでいる巻線付き成層固定子（図示せず）を有す
る。

本発明に関係のある巻線は主として始動巻線１
３及び主巻線１４である。更に、制動巻線１５も
設けられている。制動回路１６は（−）制動信号
に応じて直流制動電流を制動巻線１５に与える機
能を有する。制動回路１６は本発明とは関係ない
ので、これ以上の説明は省くことにする。

電圧調整器２０は幹線に基く調整された直流電
圧を制動回路１６及び主駆動回路２１に印加す
る。主駆動回路２１は交流駆動電流を主巻線１４
に与える。主巻線１４は、始動及びその後の定常
動作中、本発明に従つて電動機１０の運転を維持
する様に付勢される。

主電源（幹線）の交流電圧は始動巻線１３に接
続されている始動回路２２に直接供給される。始
動巻線１３は電動機１０を最低動作速度まで駆動
するのに必要な力を生じる様に最初に付勢され
る。電動機１０がその最低動作速度に達すると、
始動巻線１３は付勢されなくなり、その後、電動
機１０は主巻線１４だけの働きによつて最終動作
速度まで加速される。

第２図は始動巻線１３と共に始動回路２２の具
体的な構成を示している。始動回路２２は主電源
の交流電圧を始動巻線１３に印加する様にスイツ
チ作用を行うトライアツク６０を含む。トライア
ツク６０のためのゲート信号は（−）始動巻線信
号が低レベルになることに応じてゲート式発振器
６１から発生する。10KHzの周波数を有するゲー
ト信号は反転器６４によつて反転され且つトラン
ジスタ６２によつて増幅されて、パルス変成器６
３の１次巻線に与えられる。パルス発生器６３の
２次巻線に生じるパルスは主電源の交流電圧を始
動巻線１３に与える様にトライアツク６０を制御
する。（−）始動巻線信号が高レベルになると、
ゲート式発振器６４が動作をやめるので、トライ
アツク６０も働かなくなり、従つて始動巻線１３
はそれ以後付勢されなくなる。

第３図は主巻線１４と共に主駆動回路２１の具
体的な構成を示している。主巻線１４はダーリン
トン・パワー・トランジスタ７０及び７１とコン
デンサ７２及び７３との間にハーフ・ブリツジ構
成を成す様に接続されている。ブリツジのための
直流電圧は電圧調整器２０によつて端子７４及び
７５に印加される。

ゲート式増幅器７８及び７９に与えられる逆相
の周期的な駆動制御信号、即ち（−）ドライブ１
及び（−）ドライブ２信号は、第１図の制御回路
２６からオプト・アイイソレータ４８を介して与
えられる様になつている。ゲート式増幅器７８及
び７９はこの様な制御信号に応じて、対応するト
ランジスタ７０及び７１のベースにスイツチ電流
を与える。トランジスタ７０がオンのとき、トラ
ンジスタ７１がオフであり、トランジスタ７０が
オフのときには、トランジスタ７１がオンであ
る。

この様にして、コンデンサ８０に並列接続され
た主巻線１４には、交互に逆方向の電流が流れ
て、コンデンサ７２及び７３を交互に充電したり
放電させたりする。従つて、コンデンサ間の接続
点は電源の中央タツプとして作用する。主巻線１
４における電圧の変化速度はコンデンサ８０によ
つて制限されている。

トランジスタ７０及び７１に流れる電流は、そ
れぞれ抵抗器８３及び８４における電圧降下とし
て検出され、比較器８５及び８６において所定の
基準電圧Vr（許容される最大電流に対応する最
高電圧）と比較される。もし電圧降下が基準電圧
を越えるならば、比較器７８又は７９は出力を生
じて、シングルシヨツト８７又は８８によつて定
められる時間だけゲート式増幅器７８又は７９の
動作を禁止する。この様なゲート式増幅器の断続
作用により主巻線１４における実効電圧が減じら
れる。端子７４―７５間に印加される調整された
電圧は230ボルトであるから、主巻線１４におい
て最高115ボルトの電圧の切り換えが行われる。
ところで、始動ステージにおいては電動機が冷え
ていて巻線抵抗が低い状態にあるから、この電圧
が印加されると、一層多くの電流がトランジスタ
７０及び７１に流れる傾向を示す。ゲート式増幅
器７８及び７９がこれを阻止し、始動中の主巻線
１４にかかる実効電圧を40ボルト程度に抑える。
この保護作用により駆動回路の電力が制限される
ので、保護作用がない場合に必要とされるものよ
りも一層単純で低級な駆動回路を使用することが
可能である。制限される電力は電動機を動作速度
で回転させるのに必要な電力に相当する。

主巻線１４における電流が反転されるときのト
ランジスタ７０及び７１に対する過渡的な過負荷
はダイオード９１及び９２によつて阻止される。
インダクタンス・コイル９３及び９４は、スイツ
チングのときのトランジスタ７０及び７１におけ
る過渡的な電力消費を制限する様にコンデンサ８
０と協働する。ダイオード９５及び９６はダイオ
ード９１及び９２と協働して、スイツチング時に
トランジスタ７０のエミツタを負レベルにクラン
プするか又はトランジスタ７１のコレクタを正レ
ベルにクランプする。従つて、どちらのトランジ
スタも全線間電圧より高い電圧を受けることはな
い。

インダクタンス・コイル９３及び９４のもう１
つの機能はトランジスタ７０及び７１に関する短
絡保護を行うことである。即ち、何らかの原因に
よつて誤つて両方のトランジスタがオンになる様
な場合、インダクタンス・コイル９３及び９４は
トランジスタが損傷する前にゲート式増幅器７８
及び７９をオフにできる様に、電流の立ち上がり
速度をゆるやかにする作用を行う。

第１図の電動機制御システムの中心は制御回路
２６である。制御回路２６は第４図、第５図及び
第８図に詳細に示されている様なカウンタ・バツ
フア２７、シーケンス・コントローラ２８及びエ
ラー・ラツチ回路２９の３つのセクシヨンに分け
られる。このうちのシーケンス・コントローラ２
８が制御の中心であり、システム・インターフエ
イス３１を介して外部から与えられる停止や
（−）始動等の指令信号に応答する。更に、シー
ケンス・コントローラ２８はタイマ３２から1.2
秒間隔で生じるタイミング・パルス（クロツク・
イン信号）を受け取る。シーケンス・コントロー
ラ２８の主たる役目は、電動機の始動、運転及び
停止に必要な制御動作の順序づけを行うことであ
る。制御のための種々のステージは、外部からの
指令信号に従つて所定の順序でセツト又はリセツ
トされるシーケンス・コントローラ２８内の対応
する複数のラツチによつて定められる。

後で詳しく説明する様に、これらのラツチの出
力の組合わせによつて、制御システムの種々の部
分、特に巻線の付勢に関する回路１６，２１及び
２２のための制御信号が得られる。シーケンス・
コントローラ２８は制御回路２６内の他のセクシ
ヨンに対する出力、及びシステム・インターフエ
イス３３を介して外部へ送る出力も生じる。

カウンタ・バツフア２７はカウンタ３５とプロ
グラマブル分周器３６との間の仲立ちを行う。分
周器３６は水晶発振器３７から0.93MHzの高周波
信号を受け取り、これを分周して55乃至100Hzの
BRMイン信号を生じる。BRMイン信号はシーケ
ンス・コントローラ２８において用いられる。
BRMイン信号の周波数はカウンタ・バツフア２
７から５本の制御線３８に生じる信号によつて定
められる。即ち、この信号は分周器３６の分周比
を定める。分周器３６は制御線３８に接続された
２進レート乗算器及び直列接続された２つの固定
除算器から成る。カウンタ３５はカウンタ・バツ
フア２７の４つの可変入力を与え、５番目の入力
はカウンタ・バツフア２７内部で発生する様にな
つている。電動機の動作ステージに応じて、カウ
ンタ・バツフア２７は５つの入力を制御線３８へ
ゲートするか又は予定の信号を制御線３８に生じ
る。カウンタ３５はCTRクリア信号及び（−）
CTRロード信号によつてクリア及びプリロード
される。これらの信号は電動機の動作シーケンス
に応じて定められる時点において制御回路２６の
内部で発生する。カウンタ３５はタイマ３２から
生じるクロツク・イン信号に基いて制御回路２６
内で発生するCTRクロツク信号に応じて歩進す
る。

エラー・ラツチ回路と呼ばれるセクシヨン２９
は、電動機の種々の状態を検出するモニタ回路４
０の出力と、任意の時点における動作シーケンス
のステージを表わす前述のラツチの状態とを組合
わせて診断情報を提供する複数のエラー・ラツチ
を含む。診断情報はセクシヨン２９内の他の複数
のラツチに記憶され、直接システム・インターフ
エイス３０を介して外部へ送られるか又はインタ
ーフエイス・ラツチ４１とシステム・インターフ
エイス３０を介して外部へ送られる。

ここで本発明による第１図の電動機制御システ
ムの全体的な動作を概略的に述べておくことにす
る。

入力指令信号の所定の組合わせ、即ち（−）始
動及び停止が共に低レベルであることに応じて、
制御回路２６のシーケンス・コントローラ２８は
始動ラツチ信号と同時に（−）始動巻線信号を生
じる。始動回路２２は（−）始動巻線信号に応じ
て主電源の単相交流を始動巻線１３に与える。こ
の交流の周波数は50Hz又は60Hzである。電圧はセ
ンス巻線４４によつて誘導的に検出される。

センス巻線４４の信号は移相器４５によつて、
120゜だけ移相される。移相された信号は、過励
振された比較器４７によつて矩形化されて始動位
相信号としてシーケンス・コントローラ２８に与
えられる。シーケンス・コントローラ２８内のラ
ツチは電動機の制御動作シーケンスが始動ステー
ジにあることを示すので、始動位相信号に基いて
逆位相関係にある１対の（−）ドライブ１信号及
び（−）ドライブ２信号が発生する。

これらの信号は通常のオプト・アイソレータ４
８においてパワー・トランジスタ・スイツチング
信号に変換されて主駆動回路２１に与えられる。
第３図を参照して説明した様に、主駆動回路２１
は電圧調整器２０から調整された直流電圧を受け
るスイツチング・ハーフ・ブリツジ・ドライバで
ある。（−）ドライブ１信号及び（ドライブ２信
号は主巻線１４に対して調整された直流電圧を交
互に逆向きに印加させる作用をする。始動巻線１
３に与えられる主電源の交流と主駆動回路２１に
与えられる駆動制御信号との間に120゜の位相差
があることにより、始動巻線１３の電流と主巻線
１４の電流との間の位相差は、ほぼ90゜になる。
これは始動巻線１３の電流が電圧よりも約30゜遅
れることに基いている。２つの巻線における位相
差のある電流に応じて電動機の空隙に回転磁界が
発生し、これによつて回転子１１の回転が始ま
る。

一旦、回転子１１の回転が始まると、大きな始
動トルクを生じるために必要な電力の大部分は始
動巻線１４に関連した電源から得られる。主巻線
１４に与えられる位相差のある駆動信号は初期の
回転のために必要とされるだけであつて、始動ト
ルクに関してはほとんど寄与しない。始動ステー
ジはカウンタ３５によつて示される予定の時点に
おいて終了する。その時点において（−）始動巻
線信号のレベルが変化することに応じて、始動巻
線１３は電源から切り放される。このとき、電動
機１０は最終動作速度の約50％の速度で回転して
いる。

斯して、動作シーケンスは主巻線１４だけに交
流を流して、その周波数を最終動作速度に対応す
る周波数までランプ様式で高めるためのランプ・
ステージに移行する。

ランプ・ステージにおいては、シーケンス・コ
ントローラ２８は始動位相信号でなくてプログラ
マブル分周器３６からの可変周波数を有する
BRMイン信号に基いて（−）ドライブ１信号及
び（−）ドライブ２信号を生じる様になる。ラン
プ・ステージの初めに、（−）CTRロード信号に
応じてカウンタ３５のローデイングが行われ、カ
ウンタ・バツフア２７は分周器３６の分周比を定
める信号としてカウンタ３５の出力をゲートす
る。カウンタ３５のローデイングが行われた状態
において、制御線３８の信号はBRMイン信号の
周波数を55Hzにするための２進値01111を示す様
になつている。

ランプ・ステージ中、カウンタ３５はCTRク
ロツク信号に従つて周期的に歩進し、これに応じ
てBRMイン信号の周波数は55Hzから100Hzまで段
階的に増加する。従つて、（−）ドライブ１信号
及び（−）ドライブ２信号の周波数も段階的に増
加し、電動機１０はランプ・ステージの終りに最
終動作速度に達するまで着実に加速する。

次に、動作シーケンスはランプ・ステージから
運転ステージに移行する。運転ステージにおいて
は、外部からの停止信号が高レベルになるか又は
故障の発生を示すドライブ危険信号等がエラー・
ラツチ回路２９から発生して動作をやめることが
必要になるまで、100KHzの駆動信号が主巻線１
４に供給され続ける。

電動機１０を停止させることが必要になるとき
運転ステージから制動ステージに移行する。そこ
で、主巻線１４の駆動信号が除去され、代りに制
動回路１６によつて制動巻線１５が付勢されるこ
とにより電動機１０は停止させられる。

前述の様に電子的に生じた（−）ドライブ１信
号及び（−）ドライブ２信号を用いて、主電源に
同期していて位相差のある駆動信号を始動時に生
じることには、幾つかの利点がある。１つの利点
は、大きな移相コンデンサを用いずに、主電源に
よつて単相誘導電動機を始動させうるということ
である。

更に重要な利点は始動巻線と主巻線の設計に関
して何の相互調整もいらないということである。
これらの２つの巻線は平衡する様に同じ電流を流
す必要はなく、それぞれ始動状態及び運転状態を
最適化する様に設計されればよいのである。従つ
て始動巻線１３は実効値で180乃至260ボルトの範
囲の主電源の全電圧を受ける様に設計され、主巻
線１４は実効値で40乃至115ボルトの範囲の電圧
を受ける様に設計される。主巻線１４と始動巻線
１３との巻線比は３対５である。電圧を平衡させ
ることが必要な場合には、主巻線１４の巻数を増
し、生じるトルクを少なくすればよい。

カウンタ・バツフア２７の詳細は第４図に示さ
れており、シーケンス・コントローラ２８の詳細
は第５Ａ図及び第５Ｂ図に示されている。これに
ついて第６図も参照しながら詳しく説明する。

第４図から明らかな様に、カウンタ・バツフア
２７はカウンタ３５の４つの出力、即ちビツト
CTR1、CTR2、CTR4、CTR8を受け取つて反転
器２００ａ乃至２００ｄによつて反転する。４つ
ののカウンタ・ビツト及びそれを反転したものが
線２０１，２０２等を介してシーケンス・コント
ローラ２８に与えられる。CTR1、CTR2、
CTR4、CTR8はアンドゲート２０３ａ乃至２０
３ｄにも与えられており、（−）強制BRM信号が
高レベルになるとき、分周器３６（第１図）に対
する５本の制御線３８のうちの４本にBRMビツ
ト１、２、４及び８として現われる。（−）強制
BRM信号が低レベルのときには、BRMビツト
１、２、４及び８は全てゼロである。

５番目の制御線３８のBRMビツト16は（−）
CTR4及びシーケンス・コントローラ２８からの
（−）ロード１６信号を入力とするラツチ回路に
よつて与えられる。ラツチ回路は（−）CTR4が
高レベルのときセツトされ、（−）ロード１６が
高レベルのときリセツトされる。ラツチはアン
ド・ゲート２０４及び反転器２０５を含み、両者
の出力は接続点２０６においてドツト・オア結合
され且つ反転器２０７によつて反転される。

次にシーケンス・コントローラ２８の詳細を示
す第５Ａ図及び第５Ｂ図を参照する。これによつ
て用いられる種々の信号の波形は第６図に示され
ている。

シーケンス・コントローラ２８の中心は電動機
の動作シーケンスの種々のステージに対応する６
つのセツト／リセツト型ラツチである。即ち、テ
スト・ラツチ３０１、始動ラツチ３０２、ラン
プ・ラツチ３０３、運転ラツチ３０４、制動ラツ
チ３０５及び終了ラツチ３０６が含まれている。
これらのラツチは入力論理回路３１０によつて順
次セツト又はリセツトされる。入力論理回路３１
０は制御回路２６に外部から与えられる信号及び
内部で発生する信号に応答する複数の論理ゲート
の集まりである。非常に多くの入力信号及び論理
ゲートがあり、複雑になるので、相互の接続線は
省略して個々の論理ゲートのための入力信号の名
称だけを示してある。

複数のラツチの出力は入力論理回路３１０にフ
イードバツクされると共に出力論理回路３１１に
も与えられる。出力論理回路３１１は電動機制御
システムにおける種々の回路で用いる種々の制御
信号を生じるための論理ゲートの集まりである。
入力論理回路３１０の場合と同様に、論理ゲート
相互の接続線は省略し、入力信号の名称だけを示
している。

残りの主要な構成要素はデータ／クロツク型ラ
ツチ３１２である。ラツチ３１２はタイマ３２か
らのクロツク・イン信号によつて定められる時点
において入力論理回路３１０からの信号に応じて
リセツト・パルスを生じる。リセツト・パルスは
入力論理回路３１０にフイードバツクされて、複
数のラツチの制御のために用いられる。

出力論理回路３１１内のオア・ゲート３１３及
び３１４は所定のラツチの出力を単純に組合わせ
たオペレーシヨン信号及び回転信号を生じる。オ
ペレーシヨン信号は電動機が始動又は運転状態に
あることを示し、回転信号は電動機が始動、運転
又は制動状態にあることを示している。

動作シーケンスは次の如くである。

電動機が動作していない初期状態において、外
部からの（−）始動信号及び停止信号は共に高レ
ベルであり、反転されてノア・ゲート３１５に与
えられる。従つて、ノア・ゲート３１５からの
BH信号が生じる。BH信号はオア・ゲート３１６
を通つてクリア信号になる。クリア信号はラツチ
３０１乃至３０６をリセツトするために用いられ
ると共にCTRクリア信号になつてカウンタ３５
を払うために用いられる。

電動機の始動を許容する前に検査及びテスト動
作が行われる。そのために、（−）始動信号及び
停止信号が順次短時間低レベルにされる。システ
ム・インターフエイス３１を介して制御線にこれ
らの信号が適正に伝えられているかどうかは、他
のシステム・インターフエイス３３への（−）速
度良好信号として２つの負パルスが現われるかど
うかを調べることによつて確認される。これは停
止信号を反転したものであるストツプ・バツフア
信号と（−）始動信号とをナンド・ゲート３１８
に与えることによつて行われる。ナンド・ゲート
３１８の出力はドツト・オア接続点３１９を介し
て（−）速度良好信号に関するノア回路３１７に
与えられる。

この様なライン検査動作の後、（−）始動信号
及び停止信号は再び高レベルになる。その後この
２つの信号が低レベルになるとき、本来の電動機
制御動作が始まる。先ずナンド・ゲート３２０及
び反転器２１の働きによつてBL信号が生じる。
BL信号はアンド・ゲート３２５に与えられる。
このとき他の入力は全て高レベルであり、アン
ド・ゲート３２５の出力はオア・ゲート３２６を
介してラツチ３１２を付勢し、最初のリセツト・
パルスを生じさせる。このリセツト・パルスはア
ンド・ゲート３２７に与えられる。このとき、終
了ラツチ３０６はリセツトされており、且つ電動
機は停止しているので、（−）終了ラツチ信号及
び（−）回転信号は共に高レベルである。又、カ
ウンタ３５はCTRクロツク信号に応じてゼロか
ら歩進しているので、オア・ゲート３２８の出力
も高レベルである。従つて、アンド・ゲート３２
７は出力を生じてテスト・ラツチ３０１をセツト
する。

なお、カウンタ３５を歩進させるCTRクロツ
ク信号が生じたのは、BL信号がオア・ゲート３
３０からゲート・クロツク信号を生じさせたこと
に基いている。ゲート・クロツク信号によつて付
勢されるタイマ３２はクロツク・イン信号を生じ
る。クロツク・イン信号は反転されてストローブ
信号になり、アンド・ゲート３３１に与えられ
る。（−）CTRストツプ信号及び（−）運転ラツ
チ信号が高レベルであるから、ストローブ信号は
アンド・ゲート３３１を通過し、反転されて、カ
ウンタ３５を歩進させるためのCTRクロツク信
号になる。

この様にテスト・ラツチ３０１がセツトされた
ことは、必要なクロツク信号及びリセツト・パル
スが適正に生じたことを反映している。始動ステ
ージに進む前に、セツトされているテスト・ラツ
チ３０１の出力はテスト用の（−）ゲート・パワ
ー信号、ゲート・ドライブ信号及び（−）制動信
号を生じるために利用される。この３つの信号は
アンド・ゲート３３５、３３６及び３３７の働き
によつて得られる。これらのアンド・ゲートの複
数の入力のうちの２つはナンド・ゲート３３８及
び３３９から与えられる。ナンド・ゲート３３８
及び３３９の出力は、それぞれ、テスト・ラツチ
３０１がセツトされている状態においてカウンタ
３５のカウントが１及び２のとき低レベルにな
り、ナンド・ゲート３３５，３３６，３３７から
信号を生じさせる。テスト・ラツチ３０１がセツ
トされている間、これらのナンド・ゲートの残り
の入力、即ち（−）オペレーシヨン信号及び
（−）制動ラツチ信号は高レベルに維持される。
更に、テスト・ラツチ３０１の出力に応じてオ
ア・ゲート３４０から（−）速度ゼロ信号が生じ
てシステム・インターフエイス３３へ送られる。

カウンタ３５のカウントが３になると、次のス
トローブ・パルスに応じてアンド・ゲート３４２
から出力が生じて始動ラツチ３０２をセツトす
る。アンド・ゲート３４２の出力に応じ、クロツ
ク・イン信号と同期してラツチ３１２からリセツ
ト信号が生じる。始動ラツチ３０２がセツトされ
るとオペレーシヨン信号が高レベルになり、アン
ド・ゲート３４３はテスト・ラツチ３０１をリセ
ツトする。同時に、（−）ゲート・パワー信号が
低レベルになつて電圧調整器２１を付勢する。
又、ゲート・ドライブ信号が高レベルになつて
（−）ドライブ１信号及び（−）ドライブ２信号
を主駆動回路２１に供給させる。

始動ラツチ３０２がセツトされたことにより、
第１図に関して説明した様に電動機が付勢され
る。（−）始動ラツチ信号は反転器３４４及び３
４５によるバツフア作用を受けて（−）始動巻線
信号になる。この信号に応じて始動回路２２が主
電源の電圧を始動巻線１３に印加する。

ナンド・ゲート３４９及び３５０を含むスイツ
チング回路は始動位相信号及びBRMイン信号を
入力としている。ナンド・ゲート３４９は始動ラ
ツチ信号によつて付勢されて始動位相信号をアン
ド・ゲート３５１に与えると共に、それを反転し
たものをアンド・ゲート３５２に与える。この様
に、始動ステージにおいては、始動位相信号に基
いて（−）ドライブ１信号及び（−）ドライブ２
信号が得られている。なお後で始動ラツチ３０２
がリセツトされると、始動位相信号の代りに
BRMイン信号が用いられる様になる。２つのナ
ンド・ゲート３５１及び３５２はゲート・ドライ
ブ信号によつて付勢されなければならず、又、ド
ライブ危険信号及びセンス良好信号によつて禁止
されてはならない。即ち（−）ドライブ危険信号
が高レベルであり（−）センス良好信号が低レベ
ルであることが必要である。後者は始動ラツチ信
号と共にナンド・ゲート３５３を介して作用す
る。

結局、始動ラツチ３０２がセツトされた結果、
主電源による始動巻線１３の付勢と同時に、駆動
制御信号が主駆動回路２１に与えられることによ
り、同期関係を有すると共に位相差を伴つた態様
で主巻線１４の付勢が行われる。従つて、前述の
様に回転磁界が発生して電動機の回転を開始させ
る。主電源からの大きな電力が得られること及び
主電源の周波数が比較的低いことにより、電動機
を所定の最低動作速度まで迅速に加速するための
最適トルクが得られる。

始動巻線１３に対する電源電圧の印加は始動ス
テージの終りまで続く。始動ステージはカウンタ
３５のカウントが７になるとき終了する。このと
き、ストローブ信号の発生に応じてアンド・ゲー
ト３５６の出力がランプ・ラツチ３０３をセツト
する。又、アンド・ゲート３５６の出力に応じて
ラツチ３１２からリセツト信号が発生してアン
ド・ゲート３５７を介して始動ラツチ３０２をリ
セツトする。その結果、始動回路２２に対する
（−）始動巻線信号が消減するので、始動巻線１
３は付勢されなくなる。

ランプ・ラツチ３０３のセツトにより、オア・
ゲート３５８から（−）強制BRM信号が発生す
るので、カウンタ３５の内容及びBRMビツト16
の値に基いてプログラマブル分周器３６の分周比
が設定される。なお、始動ラツチ３０２がリセツ
トされて反転器３５９から（−）ロード１６信号
及び（−）CTRロード信号が生じるまでのカウ
ンタ３５及びBRMビツト16の内容は分周比を定
める意義を持つていない。（−）ロード１６信号
はBRMビツト16を０（低レベル）に強制し、
（−）CTRロード信号はカウンタ３５の４つの出
力を全て１にセツトする。従つて、分周器３６は
制御線３８を介して２進値01111である制御ワー
ドを受け取る。この制御ワードは分周器３６の出
力のBRMイン信号の周波数を約55Hzにすべきで
あることを示している。この時点においてはアン
ド・ゲート３５０が付勢されているので、主駆動
回路２１において用いられる（−）ドライブ１信
号及び（−）ドライブ２信号の周波数は、ラン
プ・ステージの開始時にBRMイン信号の周波数
と同じになる。55Hzという値は、利用可能な主電
源の周波数として50Hzと60Hzの２種類があること
を考慮して、その間をとつたものである。

カウンタ３５は（−）CTRロード信号に応じ
たローデイングの後、CTRクロツク・パルスに
応じて歩進する。従つて、BRMイン信号の周波
数は所望の最終動作周波数に達するまで12のステ
ツプをもつて上昇する。そのとき、カウンタ３５
は１２を示し、アンド・ゲート３６２及び３６３
の働きによつて運転ラツチ３０４がセツトされ
る。

アンド・ゲート３６２の出力はCTRストツプ
信号であり、これはアンド・ゲート３３１を禁止
してCTRクロツク信号を消滅させる。カウンタ
３５のカウントは凍結され、従つて、制御線３８
における制御ワードも11100に固定される。これ
はBRMイン信号の周波数を約100Hzにすることを
示している。運転ラツチ３０４のセツト時に生じ
るリセツト信号はアンド・ゲート３６４を介して
ランプ・ラツチ３０３をリセツトする。

この段階において電動機は最高速度で回転し、
外部から制御回路２６に与えられる停止信号が高
レベルになるまで、その状態を維持する。

（−）始動信号が低レベルの状態において停止
信号が高レベルになるとき、運転ステージが終了
する。停止信号は反転器によるバツフア作用を受
けてストツプ・バツフア信号になり、アンド・ゲ
ート３６７及びオア・ゲート３２６を介してラツ
チ３１２を付勢して、リセツト信号を生じさせ
る。リセツト信号及びストツプ・バツフア信号を
受け取るアンド・ゲート３６８はセツト制動信号
を生じて制動ラツチ３０５をセツトすると共に運
転ラツチ３０４をリセツトする。更に、オア回路
３６８からCTRクリア信号が発生し、これによ
つてカウンタ３５の内容が払われる。その結果、
（−）CTRストツプ信号が高レベルに戻り、カウ
ンタ３５は再び歩進できる状態になる。又、オペ
レーシヨン信号及びゲート・ドライブ信号が低レ
ベルになり主駆動回路２１に対する駆動制御信号
を消滅させる。制動ラツチ３０５のセツトに応じ
てナンド・ゲート３３７から（−）制動信号が発
生し、制動回路１６を働かせる。制動回路１６は
直流制動技術によつて電動機１０を停止させる。
カウンタ３５のカウントが８になると、制動動作
が完了し、次のストローブ・パルスの発生時にア
ンド・ゲート３７０の出力が終了ラツチ３０６を
セツトする。このとき最後のリセツト・パルスが
発生し、アンド・ゲート３７１を介して制動ラツ
チ３０５をリセツトする。オア・ゲート３１４の
出力の回転信号は低レベルになり、ゲート・クロ
ツク信号、（−）ゲート・パワー信号及び（−）
制動信号も動作終了のための状態になる。又、
（−）速度良好信号及び（−）速度ゼロ信号は共
に低レベルになる。システム・インターフエイス
３３において、この２つの信号が低レベルになる
ことに応じて、外部システムは（−）始動信号を
上昇させる。従つて、オア・ゲート３１５が再び
BH信号を生じ、これに応じてオア・ゲート３１
６がクリア信号を生じてカウンタ３５及び全ての
ラツチをリセツトする。終了ラツチ３０６がリセ
ツトされたことは、ナンド・ゲート３１８の働き
により（−）速度良好信号が高レベルになること
により外部システムへ知らされる。

第６図に破線で示されている様に、運転ステー
ジにおいでドライブ危険信号が何らかの原因によ
り高レベルになる場合には、アンド・ゲート３７
５の働きによつて即座に（−）速度良好信号が上
昇し且つゲート・ドライブ信号は下降して主駆動
回路２１への制動信号を消滅させる。

第１図の制御回路２６の１部であるエラー・ラ
ツチ回路２９の構成は第８図に示されている。エ
ラー・ラツチ回路２９は、第７図に詳しく示され
ているモニタ回路４０の出力によつて制御される
複数のラツチを含む。

先ず第７図を参照する。図示の如く、モニタ回
路４０はセンス巻線４４（第１図）の出力、
（−）ドライブ１信号、（−）ドライブ２信号、及
び始動回路２２（第２図）からのトライアツク・
ゲート・パルスを入力としている。

センス信号は差動増幅器５０１において予定の
基準電圧VRと比較される。差動増幅器５０１の
出力シングルシヨツト５０２をトリガーする。シ
ングルシヨツト５０２の出力の持続時間は200ミ
リ秒である。もしセンス信号の電圧レベルが常に
予定の基準電圧を越えているならば、シングルシ
ヨツト５０２は頻繁にトリガーされて、Ｑ出力を
継続して高レベルに維持する。このＱ出力がセン
ス良好信号である。

センス良好信号が高レベルである限り、シング
ルシヨツト５０２の出力は低レベルであり、従
つて、最初にリセツトされているフリツプフロツ
プ５０３の状態を変更しない。フリツプフロツプ
５．０３の出力はセンス良好信号及びゲート・
ドライブ信号と共にアンド・ゲート５０４を付勢
してドライブ・オン信号を生じさせる。

ドライブ・オン信号はアンド・ゲート５０７を
付勢する。アンド・ゲート５０７にはドライブ１
信号及びドライブ２信号も与えられる。なにお、
ドライブ１信号は遅延回路５０８を介して与えら
れる。アンド・ゲート５０７の出力は動作時間が
10ミリ秒のシングルシヨツト５０９を付勢する。

もしドライブ１信号やドライブ２信号が10ミリ
秒より長い時間生じないならば、シングルシヨツ
ト５０９の出力が高レベルになつてフリツプフ
ロツプ５１０をセツトする。フリツプフロツプ５
１０のＱ出力は（−）ドライブ・パルス信号であ
り、ドライブ１信号やドライブ２信号が消滅した
ことを示す。アンド・ゲート５１１はドライブ１
信号やドライブ２信号が高レベルのままに留まる
ときフリツプフロツプ５１０をセツトする。

モニタ回路４０は（−）トライアツク・パルス
信号も生じる。この信号は、高レベルのとき、始
動回路２２において（−）始動巻線信号に応じた
トライ・アツク・ゲート信号がないことを示すも
のである。（−）トライアツク・パルス信号はト
ライアツク・ゲート信号を入力とするシングルシ
ヨツト５１５及びフリツプフロツプ５１６の働き
によつて得られる。

更に、モニタ回路４０はセンス巻線４４の切断
状態も検出する様になつている。そのために、セ
ンス信号が差動増幅器５１９に与えられる。差動
増幅器５１９の出力は半波整流信号であり、ゲー
ト・ドライブ信号によつて付勢されるアンド・ゲ
ート５２０を介してフリツプフロツプ５２１のク
ロツク入力端子に与えられる。センス信号がない
ときには、フリツプフロツプ５２１は最初にリセ
ツトされた状態から別の状態に変わり、センス・
オープン信号を生じる。

センス・オープン信号は第１図に示されている
様にエラーラツチ回路２９を介さず直接システ
ム・インターフエイス３０へ送られる。しかしな
がら、モニタ回路４０の残りの出力は第８図に示
されている様にエラー・ラツチ回路２９に与えら
れる。

第８図において、センス良好信号は反転されて
アンド・ゲート６１０及び６１１に与えられる。
アンド・ゲート６１０及び６１１の出力はそれぞ
れラツチ６１２及び６１３をセツトする。ラツチ
６１２のセツトは始動ステージ中にセンス良好信
号が低レベルになることに応じて行われ、ラツチ
６１３のセツトは始動ステージ後に行われる。

（−）ドライブ・パルス信号はゲート・ドライ
ブ信号及びストローブ信号と共にアンド・ゲート
６１４を付勢する。アンド・ゲート６１４の出力
はラツチ６１５をセツトする。（−）トライアツ
ク・パルス信号は始動ラツチ信号及びCTR4信号
と共にアンド・ゲート６１６を付勢する。アン
ド・ゲート６１６の出力はラツチ６１７をセツト
する。

ラツチ６１２、６１３、６１５、６１７のうち
のどれか１つでもセツトされると、オア・ゲート
６１８からドライブ危険信号が発生する。これら
の４つのラツチは最初（−）POR信号によつて
セツトされ、検査のために（−）リセツト・チエ
ツク信号によつてリセツトされる。

以上の様に第１図乃至第８図を参照しながら説
明した本発明の実施例はあくまでも１つの例であ
り、種々の変更が可能であることはもちろんであ
る。

例えば、実施例では、主駆動回路２１に対する
駆動制御信号は、始動ステージ中は主電源からの
信号に基いて得られ、ランプ・ステージ及び運転
ステージ中は別個の発振器の出力に基いて得られ
ているが、これに限られる必要はない。即ち、全
てのステージにおいて可変波数発振器の出力に基
いて駆動制御信号を生じるために、始動ステージ
において位相同期ループを用いて主電源の信号と
可変周波数発振器の出力とを同期させる様にする
ことも可能である。

又、駆動制御信号として矩形波スイツチング信
号が用いられているが、正弦波信号を増幅してト
ライアツク回路を介して主巻線１４の付勢のため
に用いる様なことも考えられる。

開示した実施例のモータ制御動作は開ループ様
式で行われている。即ち、始動、ランプ、制動の
各ステージの持続時間はカウンタによつて定めら
れている。その代りに、電動機の速度の監視に基
いて、これらのステージを定める様にすることも
可能である。その場合には、最終速度に達するま
での駆動制御信号の周波数の変更は閉ループ様式
で制御され、段階的な変更でなく、直線的な変更
が行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電動機制御システムを示
す図、第２図は始動回路の詳細を示す図、第３図
は主駆動回路の詳細を示す図、第４図はカウン
タ・バツフアの詳細を示す図、第５図は第５Ａ図
と第５Ｂ図との配置関係を示す図、第５Ａ図及び
第５Ｂ図はシーケンス・コントローラの詳細を示
す図、第６図は第１図のシステムの種々の部分に
おいて生じる信号の波形を示す図、第７図はモニ
タ回路の詳細を示す図、第８図はエラー・ラツチ
回路の詳細を示す図である。 １０……電動機、１３……始動巻線、１４……
主巻線、１５……制動巻線、１６……制動回路、
２０……電圧調整器、２１……主駆動回路、２２
……始動回路、２７……カウンタ・バツフア、２
８……シーケンス・コントローラ、２９……エラ
ー・ラツチ回路、３２……タイマ、３５……カウ
ンタ、３６……分周器、３７……水晶発振器、４
５……移相器、４７……比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 篭形回転子、及び空間的にずらして配置され
   た第１及び第２の巻線を伴つた固定子を有する単
   相誘導電動機のための制御システムであつて、 始動ステージを含む複数の制御動作ステージを
   順次指定する順序づけ装置と、 上記単相誘導電動機の所望の回転速度をもたら
   す最適周波数よりも低い一定の周波数を有する主
   電源の単相交流電圧を、上記始動ステージ中だ
   け、上記第１の巻線に与える始動装置と、 上記始動ステージ中及びその後の制御動作ステ
   ージにおいて可変周波数を有する駆動制御信号を
   生じる駆動制御信号発生装置と、 上記駆動制御信号に同期し、その可変周波数と
   同等の周波数を有する交流電圧を上記第２の巻線
   に与える駆動装置と を有し、上記駆動制御信号発生装置が、上記始動
   ステージ中、上記主電源の単相交流電圧に対して
   所定の位相差を有すると共に該単相交流電圧の周
   波数と同等の周波数を有する信号を上記駆動制御
   信号として生じ、上記始動ステージの後の制御動
   作ステージにおいては、上記最適周波数に達する
   まで漸次上昇する周波数を有する信号を上記駆動
   制御信号として生じる機能を有する電動機制御シ
   ステム。