WO2023021760A1 - 誘導電動装置および送風機 - Google Patents

誘導電動装置および送風機 Download PDF

Info

Publication number
WO2023021760A1
WO2023021760A1 PCT/JP2022/011232 JP2022011232W WO2023021760A1 WO 2023021760 A1 WO2023021760 A1 WO 2023021760A1 JP 2022011232 W JP2022011232 W JP 2022011232W WO 2023021760 A1 WO2023021760 A1 WO 2023021760A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
induction motor
circuit
full
switch
voltage
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/011232
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
隆之 鬼橋
興起 仲
正樹 亀山
匠 中上
振寧 陳
拓哉 芝滝
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2023542207A priority Critical patent/JP7450822B2/ja
Publication of WO2023021760A1 publication Critical patent/WO2023021760A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/04—Single phase motors, e.g. capacitor motors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • This application relates to induction motors and blowers.
  • the commercial frequency is 60 Hz, so even if the minimum number of poles is 2, the maximum rotational speed is 3600 r/min.
  • the output of an electric motor can be expressed as the product of the number of rotations and the torque, and the torque affects the size of the electric motor (in other words, it is directly linked to the material cost). Therefore, even if the output is the same, by increasing the number of rotations, the torque can be reduced, and the size of the electric motor can be reduced.
  • a blower in which blades are attached to the shaft of an electric motor to blow air, it is possible to increase the air volume by increasing the number of revolutions.
  • Patent Document 1 a coil wound around a stator of a single-phase induction motor is divided into a main winding and an auxiliary winding, and the main winding It has been proposed to provide a tap in the coil and switch the number of turns to change the speed.
  • the purpose of the present application is to provide an induction motor that allows the rotation speed of the induction motor to exceed the synchronous rotation speed Ns without using a power module device such as an inverter.
  • the induction motor of the present application includes a full-wave rectifier circuit that performs full-wave rectification of power input from an AC power source, and is connected to the full-wave rectifier circuit to offset the full-wave rectified voltage value by a predetermined DC component. It is characterized by comprising a DC offset circuit and an induction motor connected to the DC offset circuit and operated based on the frequency of the output voltage of the DC offset circuit.
  • the rotation speed of the induction motor can be increased to a rotation speed exceeding the synchronous rotation speed without using a device such as an inverter.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an induction motor device according to Embodiment 1 of the present application;
  • FIG. FIG. 2 is a voltage waveform diagram according to Embodiment 1 of the present application;
  • FIG. 2 is a voltage waveform diagram according to Embodiment 1 of the present application;
  • FIG. 2 is a current waveform diagram according to Embodiment 1 of the present application;
  • 1 is a cross-sectional view of an induction electric device according to Embodiment 1 of the present application;
  • FIG. 1 is an external view of an induction motor apparatus according to Embodiment 1 of the present application;
  • FIG. FIG. 4 is a circuit diagram of an induction motor device according to Embodiment 2 of the present application; It is a voltage waveform diagram of Embodiment 2 of the present application.
  • FIG. 10 is a current waveform diagram according to Embodiment 2 of the present application;
  • FIG. 4 is a circuit diagram of an induction motor device according to Embodiment 3 of the present application;
  • FIG. 10 is a circuit diagram of an induction motor device according to Embodiment 4 of the present application;
  • FIG. 10 is a circuit diagram of an induction motor device according to Embodiment 5 of the present application; It is a voltage waveform diagram of Embodiment 5 of the present application.
  • FIG. 10 is a current waveform diagram of Embodiment 5 of the present application;
  • FIG. 10 is a circuit diagram of an induction motor apparatus according to Embodiment 6 of the present application;
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of input voltage loss in the induction motor of Embodiment 6 of the present application; It is a voltage waveform diagram of Embodiment 6 of the present application.
  • FIG. 10 is a current waveform diagram according to Embodiment 6 of the present application;
  • FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a control device according to Embodiments 3, 5 and 6 of the present application; It is a partial cross-sectional view of the air blower of Embodiment 7 of this application.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of an induction motor device 100 according to Embodiment 1.
  • This induction motor 100 includes a full-wave rectifier circuit 10 that receives power from an AC power supply 1 and performs full-wave rectification, a DC offset circuit 20 and an induction motor 30 .
  • the AC power supply 1 is a single-phase sinusoidal AC power supply with an effective value of 100 V and a frequency of 60 Hz, for example.
  • This AC power supply 1 is connected to an input terminal (AC side) of a full-wave rectifier circuit 10 .
  • the full-wave rectifier circuit 10 is configured by a diode bridge composed of four diodes 11a, 11b, 11c, and 11d, and a DC offset circuit 20 is connected to the output terminal (direct current side) of the full-wave rectifier circuit 10.
  • the DC offset circuit 20 is composed of a resistor 21 and a capacitor 22, and an output terminal of the DC offset circuit 20 is connected to an induction motor 30.
  • the resistor 21 of the DC offset circuit 20 is connected to the terminal T1 of the induction motor 30 so as to be parallel to the windings of the induction motor 30 (main winding 31 and auxiliary winding 32).
  • the capacitor 22 of the DC offset circuit 20 is connected in series with the terminal T2 of the induction motor 30 .
  • the induction motor 30 is a single-phase induction motor.
  • FIG. 2 shows voltage waveforms at respective connection terminals of the connection terminals p5-p6. Note that the waveform diagram similar to that in FIG. 2 is normalized because the waveform is repeated.
  • the horizontal axis of each voltage waveform diagram is the electrical angle (phase), and the vertical axis is the voltage.
  • the voltage between the connection terminals p1-p2 is a general single-phase AC voltage, as shown in FIG. 2(a).
  • the voltage frequency f1 at this time is 60 Hz.
  • the negative component of the voltage is changed to the positive component by the full-wave rectifier circuit 10.
  • FIG. The frequency f2 at this time is twice the frequency f1.
  • the voltage between the connection terminals p5 and p6 is in a negative region compared to FIG. 2(b). That is, the DC component is offset compared to FIG. 2(b).
  • the role of the DC offset circuit 20 is to offset this predetermined DC component.
  • the frequency f3 at this time is twice the frequency f1, and the power input to the induction motor 30 can have a frequency twice that of the AC power supply 1.
  • the offset in FIG. 2(c) is set so that the areas of the positive voltage region and the negative voltage region are substantially equal.
  • the offset of the DC component is such that the average value Vav of the voltage waveform is offset to the position where the voltage value is zero.
  • FIG. 3 shows the results of the simulation in the case of offsetting to the average value.
  • FIG. 3(a) shows the voltage between the connection terminals p3 and p4
  • FIG. 3(b) shows the voltage between the connection terminals p5 and p6, which are waveforms after DC offset.
  • FIG. 4 shows the waveforms of the current I(C) flowing through the capacitor 22, the current I(M) flowing through the main winding 31 of the induction motor 30, and the current I(S) flowing through the auxiliary winding 32 when this voltage is applied.
  • shown in FIG. 4 shows the flow of current due to changes in voltage. That is, the capacitor 22 of the DC offset circuit 20 is charged when the voltage applied to the full-wave rectifier circuit 10 changes from the valley of the waveform to the peak of the waveform. At this time, positive current flows through the main winding 31 and the auxiliary winding 32 of the induction motor 30 via the capacitor 22 .
  • the capacitance Cf2 of the capacitor 22 of the DC offset circuit 20 is selected to be larger than the capacitance Cf1 of the capacitor 33 incorporated in the induction motor 30, thereby obtaining more stable driving. can be done.
  • Cf2/Cf1 2-20.
  • a capacitor 33 is a phase advance capacitor for the induction motor 30 .
  • the induction motor can be driven without any problem even if the waveforms are distorted with some harmonic components.
  • the power supply frequency f is assumed to be 60 Hz, it is not limited to this. For example, it may be 50 Hz or 80 Hz.
  • the effective value of the voltage is set to 100 V, it is not limited to this.
  • the induction motor may be 200V or 120V.
  • the full-wave rectifier circuit and the DC offset circuit into the induction motor like the capacitor 33, the wiring can be simplified and the size can be reduced. For this reason, when an induction motor is used as a fan such as a ventilation fan, it is possible to install the ventilation fan on a thin wall, and to increase the output of the induction motor while suppressing the deterioration of the motor efficiency and the increase of vibration noise. It becomes possible to plan
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a capacitor induction motor, which is one of single-phase induction motors
  • FIG. 6 is an external view showing a schematic configuration of the capacitor induction motor of FIG. 5 and 6, windings 104 are wound around a stator 103 (stator) of a capacitor induction motor, and a rotor 101 is inserted.
  • the rotor 101 and the stator 103 are surrounded by a bracket 105 and a frame 106, which form the outline of the capacitor induction motor, so that the rotating shaft 102 protrudes. It is rotatably supported by the bracket 105 and the frame 106 via the .
  • a terminal block 108 is arranged at the axial end of the bracket 105, and connection terminals 109a and 109b connected to the winding 104 are provided on the terminal block 108, and a capacitor 111 is arranged.
  • a thermal fuse can be arranged on the terminal block 108, a power lead can be drawn out, and electrical parts other than the thermal fuse or the power lead can be accommodated.
  • the diameter of the terminal block 108 can be made substantially equal to the diameter of the bracket 105, and can be made of an insulating material such as resin.
  • the connection terminals 109 a and 109 b may be pins with lead wires connected to the windings 104 , or may be flat terminals connected to the windings 104 .
  • the capacitor 111 is provided with a phase advance capacitor. Then, as shown in FIG. 5, the capacitor 111 is housed in the terminal block 108 . It should be noted that the capacitor 111 can be sealed with resin while being housed in a case (not shown) that covers the capacitor. A cover 110 is put on the terminal block 108 so as to cover the capacitor 111 .
  • the capacitor 111 When arranging the capacitor 111 on the terminal block 108, it is preferable to arrange it in the central portion of the terminal block 108, and it is preferable to partition the arrangement area of the terminal block 108 with a partition wall. As a result, even when the capacitor 111 is incorporated in the capacitor induction motor, it is possible to protect the capacitor by making it less susceptible to disturbance from the surroundings, and to prevent the outer diameter of the capacitor induction motor from increasing. It is possible to suppress the enlargement of the capacitor induction motor.
  • a rotor 101 is arranged inside the stator 103 .
  • FIG. 7 is a configuration diagram of an induction motor device 200 according to Embodiment 2. As shown in FIG. The configuration of the DC offset circuit 20 is different from that of the first embodiment. In the first embodiment, the DC offset circuit 20 is composed of the resistor 21 and the capacitor 22, but in the second embodiment, the DC offset circuit 20 is composed of the transformer .
  • FIG. 8 shows voltage waveforms obtained by simulation.
  • FIG. 8(a) shows a voltage waveform between the connection terminals p3 and p4, where the horizontal axis is the phase (electrical angle) and the vertical axis is the voltage. Note that the magnitude of the voltage is normalized.
  • a voltage waveform across the connection terminals p3 and p4 is a waveform after full-wave rectification, which is the same as in the first embodiment.
  • FIG. 8(b) shows the voltage waveform between the connection terminals p5 and p6.
  • the horizontal axis is the phase and the vertical axis is the voltage. Note that the magnitude of the voltage is normalized.
  • a voltage waveform across the connection terminals p5-p6 is a waveform after passing through the transformer 23. FIG. Since the transformer 23 does not pass the DC component, the DC component is output in an offset form.
  • FIG. 9 shows the current I(M) flowing through the main winding 31 and the current I(S) flowing through the auxiliary winding 32 of the induction motor 30 .
  • the vertical axis is current and the horizontal axis is phase. Note that the magnitude of the current is normalized.
  • the current flowing through each winding of the induction motor 30 is alternating current.
  • a rotating magnetic field is generated and the rotor of the induction motor rotates.
  • the waveform is partially distorted because it is the result of simulation, but this can be changed by setting parameters.
  • the full-wave rectifier circuit 10 and the DC offset circuit 20 into the induction motor 30 like the capacitor 33 of the induction motor 30, it is possible to simplify the wiring connection and reduce the size. can. Therefore, when the induction motor shown in Embodiment 2 of the present application is used for a ventilation fan, it is possible to install the ventilation fan on a thin wall and to suppress the deterioration of the motor efficiency and the increase of vibration noise. At the same time, it is possible to increase the output of the induction motor.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an induction motor device 300 according to the third embodiment.
  • the third embodiment differs from the first embodiment in that a switching switch 40 is provided. There are four switches 40 in all. These switches 40 are capable of switching connections between the A side and the B side, and are interlocked so that all the switches 40 are connected to the same side (A side or B side). If the switch 40 is on the B side, the AC power supply 1 can be directly connected to the induction motor 30 . On the A side, the AC power supply 1 can be connected to the induction motor 30 via the full-wave rectifier circuit 10 and the DC offset circuit.
  • the A side can be operated at a speed exceeding the synchronous rotation speed Ns, and the B side can be operated at a synchronous rotation speed Ns or less.
  • the rotation speed can be switched only by switching control of the switch 40 .
  • the switch 40 By providing the switch 40 in this manner, for example, the air volume of the blower can be switched by switching the connection state of one induction motor.
  • switching control of the switch 40 can be centrally performed by the control device 130, for example. That is, in this embodiment, the first system connecting the AC power supply to the full-wave rectifier circuit and the second system connecting the AC power supply to the induction motor can be selectively connected by a switch. There is.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of an induction motor device 400 using a three-phase induction motor as the induction motor 30.
  • the main winding 31 wound around the stator is composed of a U-phase coil Mu, a V-phase coil Mv, and a W-phase coil Mw.
  • the coil Mu is connected between the U-phase Pu and the V-phase Pv of the three-phase power supply.
  • Coil Mv is connected between V-phase Pv and W-phase Pw of the three-phase power supply.
  • Coil Mw is connected between W-phase Pw and U-phase Pu of the three-phase power supply.
  • the induction motor 30 can be driven at a rotational speed exceeding the synchronous rotational speed. Since even a three-phase induction motor can be operated at a speed exceeding the synchronous speed, it is possible to achieve higher efficiency, higher output, or a smaller size than a single-phase induction motor.
  • FIG. 12 shows the circuit configuration of an induction motor device 500 according to Embodiment 5.
  • the induction motor apparatus of the fifth embodiment has a full-wave rectifier circuit 10 as in the first embodiment, and has main windings 31 and auxiliary windings 32 as windings of the induction motor 30 .
  • one end of the main winding 31 and one end of the auxiliary winding 32 are connected to the terminal T1
  • the other end of the main winding 31 and one end of the capacitor 33 are connected to the terminal T2.
  • the other end of winding 32 is connected to the other end of capacitor 33 .
  • a switch 50 is arranged between the terminal T1 and the main winding 31 .
  • This switch 50 is turned on/off at a predetermined timing (the main winding 31 is electrically connected to the A side in the figure, and the main winding 31 is disconnected to the B side), thereby controlling the induction motor.
  • the current flowing through the windings of can be alternating (that is, can be DC offset), enabling high-speed driving.
  • the switching control of this switch is performed by the control device 150 . That is, in this embodiment, the configuration of the DC offset circuit includes a first circuit in which the main winding of the induction motor and the switch are connected in series, and a first circuit provided in parallel with the first circuit. This corresponds to a second circuit in which the phase-advance capacitor of the motor and the auxiliary winding are connected in series.
  • FIG. 13 shows the voltage waveform V(p3-p4) across the connection terminals p3-p4 in FIG. 12 and the switching voltage Vs to the switch 50.
  • the voltage across the connection terminals p3-p4 has a waveform after passing through the full-wave rectifier circuit 10.
  • the switching voltage Vs indicates the timing for operating the switch 50 in FIG. 12. Inside the switch 50, the voltage is 1 when the switch is on the A side, and the voltage is 0 when the switch is on the B side. The reason why two voltages are shown in FIG. 13 is to show the timing of switching the switch to the A side or the B side.
  • FIG. 14 shows the current I(M) flowing through the main winding 31 and the current I(S) flowing through the auxiliary winding 32 .
  • the vertical axis is current and the horizontal axis is phase. Current magnitudes are normalized by their respective peak currents. Regarding the current, the direction from terminal T2 to terminal T1 is shown as positive, and the direction from terminal T1 to terminal T2 is shown as negative.
  • the phase is the same as in FIG.
  • the switch 50 When the switching power supply is turned on when the phase is near 95 (near the maximum value of the voltage between the connection terminals p3 and p4), the switch 50 is connected to the A side and current flows through the main winding 31. Next, when the phase is around 185 (minimum value of the voltage between the connection terminals p3 and p4), the switching power supply is turned off, the switch 50 is switched to the B side, and no current flows through the main winding 31 . A current always flows through the auxiliary winding 32 . In other words, by switching the switch 50 in this manner, the distortion of the AC current can be reduced with respect to the auxiliary winding 32, and a positive current flows through the main winding 31, but the magnitude of the current changes from moment to moment. It is changing.
  • the switch 50 in the fifth embodiment may be a mechanical switch, a switch using an analog circuit such as a resistor, or a semiconductor switch.
  • FIG. 15 shows the circuit configuration of an induction motor 600 according to the sixth embodiment.
  • An induction motor apparatus 600 according to the sixth embodiment includes a full-wave rectifier circuit 10 and a main winding 31 and an auxiliary winding 32 as windings of an induction motor 30, as in the first embodiment.
  • the DC offset circuit 20 is composed of a resistor 21, a capacitor 22 and a switch 50. Connected in parallel to line 31 , capacitor 22 connects the combination of resistor 21 and switch 50 to main winding 31 , auxiliary winding 32 and capacitor 33 of induction motor 30 .
  • This switch 50 is turned on or off at a predetermined timing (when it is on the A side in the drawing, it conducts the resistor 21, and when it is on the B side, it disconnects the resistor 21) to turn on or off the current. It becomes possible.
  • the switching control of this switch is performed by the control device 160 .
  • FIG. 16 shows the input voltage of the induction motor 600 of Embodiment 6 obtained by experiment.
  • FIG. 16 shows the input voltage loss in the case of the sixth embodiment.
  • the input voltage loss in the case of a conventional induction motor is Input voltage loss is shown in (Comparative Example B).
  • Input voltage loss is divided into loss in the induction motor 30 and loss in the DC offset circuit 20 .
  • the loss in the induction motor 30 is shown in the lower part of the graph, and the loss in the DC offset circuit 20 is shown in the upper part of the graph.
  • the input voltage loss of the conventional induction motor 30 is shown as 100%.
  • the loss in the DC offset circuit 20 becomes 179%. This becomes more pronounced for induction motors with smaller input power. Therefore, 279% of the input power is required for the induction motor.
  • a switch 50 is provided in series with the resistor 21 of the DC offset circuit 20, and by turning on or off the switch 50 at a predetermined timing, the input power at the DC offset circuit 20 is loss can be suppressed to 26%. 17 and 18 show simulation results regarding the on/off state of the switches in this sixth embodiment.
  • FIG. 17 shows the waveform of the voltage V1 between the connection terminals p3 and p4 in FIG. 12 and the switching voltage Vs to the switch 50.
  • a voltage V1 between the connection terminals p3 and p4 has a waveform after passing through the full-wave rectifier circuit 10.
  • the switching voltage Vs indicates the timing for operating the switch 50 in FIG. 17. Inside the switch 50, the voltage is set to 1 when switching to the A side, and the voltage is set to 0 when switching to the B side. The reason why two voltages are shown in FIG. 17 is to show the timing of switching the switch to the A side or the B side.
  • FIG. 18 shows the current I(M) flowing through the main winding 31 and the current I(S) flowing through the auxiliary winding 32 .
  • the vertical axis is current and the horizontal axis is phase. Current magnitudes are normalized by their respective peak currents. Regarding the current, the direction from terminal T2 to terminal T1 is shown as positive, and the direction from terminal T1 to terminal T2 is shown as negative.
  • the phase is the same as in FIG.
  • the switch 50 When the switching power supply is turned on when the phase is near 80 (near the maximum value of the voltage between the connection terminals p1 and p2), the switch 50 is connected to the A side, and current flows through the resistor 21 of the DC offset circuit 20. Next, when the switching power supply is turned off near the phase 210, the switch 50 is switched to the B side, and the current does not flow through the resistor 21 of the DC offset circuit 20. FIG. A current always flows through the main winding 31 and the auxiliary winding 32 . In other words, by switching the switch 50 in this way, the current flowing through the resistor 21 of the DC offset circuit 20 is reduced, thereby suppressing the power consumption of the induction motor 600 .
  • FIG. 18 is for comparison with FIG. 14.
  • the current I(M) flowing through the main winding 31 is direct current. Further ingenuity is required.
  • the current I(M) flowing through the main winding 31 is an alternating current. Therefore, efficient motor driving is possible.
  • the switch 50 in the sixth embodiment may be a mechanical switch, a switch using an analog circuit such as a resistor, or a semiconductor switch.
  • control devices 130, 150 and 160 described in the third, fifth and sixth embodiments are composed of a processor 601 and a storage device 602, as shown in FIG. 19 as an example of hardware.
  • the storage device includes a volatile storage device such as a random access memory and a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory.
  • an auxiliary storage device such as a hard disk may be provided instead of the flash memory.
  • Processor 601 executes a program input from storage device 602 . In this case, the program is input from the auxiliary storage device to the processor 601 via the volatile storage device. Further, the processor 601 may output data such as calculation results to the volatile storage device of the storage device 602, or may store the data in an auxiliary storage device via the volatile storage device.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a blower 700 (ventilation fan) equipped with an induction motor.
  • an impeller 701 is provided in front of the blower 700 (in the direction of arrow A in the figure)
  • an induction motor 702 for driving the impeller 701 is provided behind the blower 700 (in the direction of arrow B in the figure).
  • the induction motor 702 is provided with the terminal block 108 shown in FIG.
  • a full-wave rectifier circuit and a DC offset circuit are arranged on the terminal block 108 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

インバータ等のパワーモジュール機器を使用せずに、誘導電動機の回転速度を、同期回転速度を超える回転速度とすることができなかった。　交流電源（１）から入力された電力を全波整流回路（１０）によって全波整流し、前記全波整流回路（１０）によって全波整流された電圧値をＤＣオフセット回路（２０）によって、予め定められた直流成分をオフセットすることによって、出力電圧の周波数を倍増させ、前記ＤＣオフセット回路（２０）の出力電圧の周波数に基づいて誘導電動機（３０）を運転するようにした。

Description

誘導電動装置および送風機
　本願は、誘導電動装置および送風機に関するものである。
　誘導電動機の回転速度（同期回転速度）Ｎｓ〔ｒ／ｍｉｎ〕は、ステータに供給される電源周波数ｆ〔Ｈｚ〕とステータの極数Ｐとによって、Ｎｓ＝１２０ｆ／Ｐとして求められる。日本国内においては、商用周波数が６０Ｈｚであることから、極数を最小の２としても、３６００ｒ／ｍｉｎが最大回転速度である。
　一般に電動機の出力は、回転数とトルクの積で表すことができ、トルクは電動機の体格に影響を与える（つまり材料費に直結する）。このため、同一出力であっても回転数を高くすることで、トルクを小さくでき、電動機の体格を小さくすることができる。また電動機の軸に羽根を取り付けて空気を送る送風機において、回転数を上げることで大風量化を実現することができる。
　しかし、同期回転速度Ｎｓを超える誘導電動機とするには、インバータなどの複雑で高価なパワーモジュール機器を使用する必要があった。
　インバータなどの高価な機器を使用せずに速度を変更する構成として、例えば、特許文献１においては、単相誘導電動機のステータに巻くコイルを、主巻線と補助巻線に分け、主巻線にタップを設け、巻数を切り替えて速度を変更することが提案されている。
特許第５６３１５０８号公報
　しかし、特許文献１に提案されている構成では、同期回転速度に比べて低い回転速度に変更することができるが、高速に切替えるものではなく、誘導電動機の高出力化に貢献するものではなかった。
　このため、送風機の風力を増加させるという要求に対しては、インバータ等が必要となっていた。
　本願は、インバータ等のパワーモジュール機器を使用せずに、誘導電動機の回転速度を、同期回転速度Ｎｓを超える回転速度とする誘導電動装置を提供することを目的としている。
　本願の誘導電動装置は、交流電源から入力された電力を全波整流する全波整流回路、前記全波整流回路に接続され、全波整流された電圧値を予め定められた直流成分によってオフセットするＤＣオフセット回路、および前記ＤＣオフセット回路に接続され前記ＤＣオフセット回路の出力電圧の周波数に基づいて運転される誘導電動機を備えたことを特徴とする。
　本願の誘導電動装置によれば、インバータ等の機器を使用することなく、誘導電動機の回転速度を、同期回転速度を超える回転速度にすることができる。
本願の実施の形態１の誘導電動装置の回路図である。 本願の実施の形態１の電圧波形図である。 本願の実施の形態１の電圧波形図である。 本願の実施の形態１の電流波形図である。 本願の実施の形態１の誘導電動装置の断面図である。 本願の実施の形態１の誘導電動装置の外観図である。 本願の実施の形態２の誘導電動装置の回路図である。 本願の実施の形態２の電圧波形図である。 本願の実施の形態２の電流波形図である。 本願の実施の形態３の誘導電動装置の回路図である。 本願の実施の形態４の誘導電動装置の回路図である。 本願の実施の形態５の誘導電動装置の回路図である。 本願の実施の形態５の電圧波形図である。 本願の実施の形態５の電流波形図である。 本願の実施の形態６の誘導電動装置の回路図である。 本願の実施の形態６の誘導電動装置の入力電圧の損失の説明図である。 本願の実施の形態６の電圧波形図である。 本願の実施の形態６の電流波形図である。 本願の実施の形態３、５および６の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本願の実施の形態７の送風機の一部断面図である。
実施の形態１．
　本願の誘導電動装置の構成について、図１に基づいて説明する。なお、以後の図面において、同一符号は、各々同一または相当部分を示す。
　図１は、実施の形態１に係る誘導電動装置１００の構成の一例を示すものである。
　この誘導電動装置１００は、交流電源１の電力を受けて、全波整流をする全波整流回路１０、ＤＣオフセット回路２０および誘導電動機３０を備えている。
　交流電源１は、単相であって、例えば、実効値１００Ｖ、周波数６０Ｈｚの正弦波交流電源である。この交流電源１は、全波整流回路１０の入力端子（交流側）に接続されている。全波整流回路１０は、４個のダイオード１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄによるダイオードブリッジによって構成されており、全波整流回路１０の出力端子（直流側）には、ＤＣオフセット回路２０が接続されている。
　ＤＣオフセット回路２０は、抵抗２１とコンデンサ２２によって構成されており、ＤＣオフセット回路２０の出力端子は、誘導電動機３０が接続されている。ＤＣオフセット回路２０の抵抗２１は、誘導電動機３０の巻線（主巻線３１と補助巻線３２）に対して並列になるように誘導電動機３０の端子Ｔ１に接続されている。また、ＤＣオフセット回路２０のコンデンサ２２は、誘導電動機３０の端子Ｔ２に対して直列に接続されている。ここで、誘導電動機３０は、単相誘導電動機である。
　図１に示した交流電源１と全波整流回路１０との接続端子ｐ１‐ｐ２、全波整流回路１０とＤＣオフセット回路２０との接続端子ｐ３‐ｐ４、ＤＣオフセット回路２０と誘導電動機３０との接続端子ｐ５‐ｐ６のそれぞれの接続端子における電圧波形を図２に示す。
　なお、図２と同様の波形図は、波形が繰り返されることから正規化して表している。
　それぞれの電圧波形図の横軸は電気角（位相）であり、縦軸は電圧である。
　接続端子ｐ１‐ｐ２間の電圧は、図２（ａ）に示すように、一般的な単相交流電圧である。この時の電圧の周波数ｆ１は、６０Ｈｚである。
　接続端子ｐ３‐ｐ４間の電圧は、図２（ｂ）に示すように、全波整流回路１０によって電圧の負成分が正成分にされている。この時の周波数ｆ２は、周波数ｆ１の２倍となっている。
　接続端子ｐ５‐ｐ６間の電圧は、図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）に比べて負の領域に存在している。すなわち、図２（ｂ）に比べて、直流成分をオフセットしている。この予め定められた直流成分のオフセットがＤＣオフセット回路２０の役割である。この時の周波数ｆ３は、周波数ｆ１の２倍であり、誘導電動機３０への入力電源を、交流電源１の２倍の周波数にすることができる。なお、図２（ｃ）のオフセットについては、電圧の正の領域と負の領域との面積がほぼ等しい面積となるように設定している。
　すなわち、直流成分のオフセットは、電圧波形の平均値Ｖａｖを電圧値ゼロの位置になるようにオフセットしている。この平均値Ｖａｖは、電圧波形の最大値Ｖｍから、Ｖａｖ＝（２／π）Ｖｍによって求めることができる。
　ここで、平均値にオフセットする場合のシミュレーションの結果を図３に示す。
　図３（ａ）は、接続端子ｐ３‐ｐ４間の電圧であって、図３（ｂ）は、接続端子ｐ５‐ｐ６間の電圧であり、ＤＣオフセットを行なった後の波形である。
　この電圧を印加した場合に、コンデンサ２２に流れる電流Ｉ（Ｃ）、誘導電動機３０の主巻線３１に流れる電流Ｉ（Ｍ）、補助巻線３２に流れる電流Ｉ（Ｓ）の波形を図４に示す。
　この図４では、電圧の変化による電流の流れを表している。すなわち、全波整流回路１０に印加された電圧が、波形の谷部から波形の頂点に変化するときにＤＣオフセット回路２０のコンデンサ２２に電荷がチャージされる。このときにコンデンサ２２を経由して誘導電動機３０の主巻線３１と補助巻線３２にプラスの電流が流れる。
　次に、全波整流回路１０の電圧が波形の頂点から波形の谷部にいくときコンデンサ２２にチャージされた電荷は放電する。このときマイナスの電流がコンデンサ２２に流れる。さらにこのときにＤＣオフセット回路２０の抵抗２１を経由して、マイナスの電流が誘導電動機３０の主巻線３１と補助巻線３２に流れる。
　このようにして、プラスとマイナスの電流が誘導電動機３０の主巻線３１と補助巻線３２に流れることで、直流分をオフセットした交流の電流を作り出している。なお、シミュレーションであるため波形の一部が乱れているが、これはパラメーターの設定によって変更できる部分である。
　なお、この実施の形態１では、誘導電動機３０に内蔵されているコンデンサ３３の容量Ｃｆ１に対して、ＤＣオフセット回路２０のコンデンサ２２の容量Ｃｆ２を大きく選定することで、より安定した駆動を得ることができる。例えばＣｆ２／Ｃｆ１＝２～２０とすることができる。なお、コンデンサ３３は、誘導電動機３０の進相コンデンサである。
　つまり、ＤＣオフセット回路２０のコンデンサ２２の容量を大きくすることで、直流成分をカットし易くなる。このため、図２（ｃ）に示す電圧が誘導電動機３０の両端に印加されることによって、最高速度が同期回転速度Ｎｓの２倍の速度近くで回転することができる。つまり、誘導電動機３０の極数Ｐが２極の場合、本願の構成とすることで、入力電源が６０Ｈｚであっても誘導電動機３０の回転数は同期回転速度Ｎｓ＝３６００ｒ／ｍｉｎを超えて、７２００ｒ／ｍｉｎまで上げることが可能となる。
　このようにすることで、インバータ等の高価な機器を使用することなく、同期回転速度を超える回転数にすることができる。これにより、同一体格の誘導電動機であっても出力を大きくすることができ、電動機の高出力化もしくは小型化を安価に実現することができる。
　なお、図２（ａ）～（ｃ）においては理想的な波形を示したが、これに高調波成分が多少のるように歪んでいる波形であっても問題なく誘導電動機は駆動する。また電源周波数ｆを６０Ｈｚとして説明したがこれに限定されることはない。例えば、５０Ｈｚあるいは８０Ｈｚ等であってもよい。また電圧の実効値を１００Ｖとしたがこれに限定されることはない。
　例えば２００Ｖあるいは１２０Ｖであっても良い。また、全波整流回路とＤＣオフセット回路をコンデンサ３３のように、誘導電動機に内蔵することにより、結線を簡略化できるとともに、小型化を実現できる。このため、誘導電動機を換気扇などの送風機に用いた場合に、換気扇を薄壁に設置することが可能となるとともに、モータ効率の劣化および振動騒音の増大を抑制しつつ、誘導電動機の高出力化を図ることが可能となる。
　図５は、単相誘導電動機の１つであるコンデンサ誘導電動機の概略構成を示す断面図、図６は、図５のコンデンサ誘導電動機の概略構成を示す外観図である。
　図５および図６において、コンデンサ誘導電動機の固定子１０３（ステータ）には巻線１０４が巻回されるとともに、回転子１０１が挿入され、回転子１０１には回転軸１０２が設けられている。そして、回転子１０１および固定子１０３の周囲は、回転軸１０２が突出するようにして、コンデンサ誘導電動機の外郭を構成するブラケット１０５およびフレーム１０６にて覆われ、回転子１０１は、軸受１０７ａ、１０７ｂを介してブラケット１０５およびフレーム１０６にて回転自在に支持されている。
　そして、ブラケット１０５の軸方向端には端子台１０８が配置され、端子台１０８には巻線１０４に接続される接続端子１０９ａ、１０９ｂが設けられるとともに、コンデンサ１１１が配置されている。なお、端子台１０８には、温度ヒューズを配置したり、電源リードを引き出したりすることができ、温度ヒューズあるいは電源リード以外の電気部品を収納することができる。また、端子台１０８の径は、ブラケット１０５の径とほぼ等しくすることができ、樹脂などの絶縁体で構成することができる。また、接続端子１０９ａ、１０９ｂは、巻線１０４に接続されるリード線を絡めたピンであってもよいし、巻線１０４に接続されている平板端子であってもよい。
　ここで、コンデンサ１１１には、進相コンデンサが設けられている。そして、図５に示すように、コンデンサ１１１は端子台１０８に収納されている。なお、コンデンサ１１１は、コンデンサを覆うケース（図示なし）に収容された状態で樹脂にて封止することができる。そして、端子台１０８には、コンデンサ１１１が覆われるようにしてカバー１１０が被せられている。
　なお、コンデンサ１１１を端子台１０８に配置する場合、端子台１０８の中央部に配置することが好ましく、端子台１０８の配置領域は隔壁で仕切ることが好ましい。これにより、コンデンサ１１１をコンデンサ誘導電動機に内蔵した場合においても、周囲からの外乱を受けにくくして、コンデンサを保護することが可能となるとともに、コンデンサ誘導電動機の外径が増大することを防止することができ、コンデンサ誘導電動機の大型化を抑制することができる。また、固定子１０３の内側には回転子１０１が配置されている。
実施の形態２．
　図７は、実施の形態２の誘導電動装置２００の構成図である。実施の形態１とはＤＣオフセット回路２０の構成が異なっている。実施の形態１では、ＤＣオフセット回路２０を抵抗２１とコンデンサ２２によって構成したが、実施の形態２ではＤＣオフセット回路２０を変圧器２３で構成している。
　変圧器２３は、ＤＣ成分を通さない性質があるため、直流成分を抑制する効果が期待できる。これにより誘導電動機３０の回転数を同期回転速度を超える速度で運転することができ、誘導電動機の高出力化を実現できる。
　図８に、シミュレーションで得られた電圧波形を示す。図８（ａ）は、接続端子ｐ３‐ｐ４間の電圧波形を示しており、横軸は位相（電気角）であり、縦軸は電圧である。なお、電圧の大きさは正規化している。接続端子ｐ３‐ｐ４間の電圧波形は、全波整流後の波形であり、実施の形態１と同じである。
　図８（ｂ）は、接続端子ｐ５‐ｐ６間の電圧波形を示している。図８（ａ）と同様に、横軸は位相であり、縦軸は電圧である。なお、電圧の大きさは正規化している。接続端子ｐ５‐ｐ６間の電圧波形は、変圧器２３を通した後の波形である。変圧器２３は、ＤＣ成分を通さないため、ＤＣ成分がオフセットした形で出力される。
　図９は、誘導電動機３０の主巻線３１に流れる電流Ｉ（Ｍ）と補助巻線３２に流れる電流Ｉ（Ｓ）を示している。縦軸は電流、横軸は位相である。なお、電流の大きさは正規化している。このように、誘導電動機３０の各巻線に流れる電流は交流となる。これにより、回転磁界が発生し、誘導電動機の回転子が回転する。
　なお、シミュレーションの結果であるため波形の一部が乱れているが、これはパラメーターの設定によって変更できる。
　また本実施の形態２では、変圧器２３の一次側コイル（入力電源側）の巻数ｎ１に対して、二次側コイル（電動機側）の巻数ｎ２をｎ２＝ｎ１×２としている。これにより、誘導電動機３０に印加される電圧をより高く設定することができる。これにより誘導電動機３０の仕様が広がり、高出力化を図ることができる。　なお、変圧器２３の巻線の比は、ｎ２＝ｎ１×２に限定されることはないが、ｎ１≦ｎ２とすることが望ましい。また、商用電源に比べ電圧が低い仕様で製造された誘導電動機を駆動する場合には、ｎ１＞ｎ２とすることによって誘導電動機に印加する電圧を低くすることができ、絶縁品質を確保することが容易にできるという利点がある。
　また、全波整流回路１０とＤＣオフセット回路２０とを、誘導電動機３０のコンデンサ３３のように、誘導電動機３０に内蔵することにより、結線を簡略化することが可能となり、小型化を図ることができる。
　このため、本願の実施の形態２に示した誘導電動装置を換気扇に用いた場合には、換気扇を薄壁に設置することが可能となるとともに、モータ効率の劣化および振動騒音の増大を抑制しつつ、誘導電動機の高出力化を図ることが可能となる。
実施の形態３．
　図１０は、実施の形態３の誘導電動装置３００の構成図である。この実施の形態３は、実施の形態１に比べて、切り替え用のスイッチ４０を設けていることが異なっている。このスイッチ４０は、全部で４カ所ある。これらのスイッチ４０はＡ側とＢ側とに結線を切り替え可能になっており、全てのスイッチ４０が同じ側（Ａ側もしくはＢ側）に接続されるように連動している。このスイッチ４０は、Ｂ側であれば、交流電源１を誘導電動機３０に直接つなぐことができる。Ａ側であれば、全波整流回路１０とＤＣオフセット回路を介して交流電源１を誘導電動機３０につなぐことができる。
　つまり、Ａ側であれば同期回転速度Ｎｓを超える速度で運転可能な状態であり、Ｂ側であれば同期回転速度Ｎｓ以下で運転することができる。つまり、スイッチ４０の切り替え制御のみで回転速度の切り替えを行うことができることになる。
　このようにスイッチ４０を設けることによって、例えば送風機の風量の切り替えを１台の誘導電動機の接続状態の切り替えによって行うことができる。なお、このスイッチ４０の切り替え制御は、例えば、制御装置１３０によって集中的に行うことができる。
　すなわち、この実施の形態においては、交流電源を全波整流回路に接続する第１の系統と、交流電源を誘導電動機に接続する第２の系統とをスイッチによって選択的に接続できるように構成しているものである。
実施の形態４．
　図１１は、誘導電動機３０に三相誘導電動機を使用した誘導電動装置４００の回路図である。つまり、固定子に巻かれる主巻線３１は、Ｕ相のコイルＭｕ、Ｖ相のコイルＭｖ、Ｗ相のコイルＭｗによって構成されている。単相の誘導電動機と同様に、全波整流回路１０とＤＣオフセット回路２０とを相毎に有している。つまり、コイルＭｕは、三相電源のＵ相ＰｕとＶ相Ｐｖとの間で接続される。コイルＭｖは、三相電源のＶ相ＰｖとＷ相Ｐｗとの間で接続される。コイルＭｗは、三相電源のＷ相ＰｗとＵ相Ｐｕとの間で接続される。
　このように接続することで、単相誘導電動機の実施の形態１と同様に、電源周波数に比べて２倍の周波数の電圧が直流成分をオフセットした状態で各コイルに印加される。これにより、同期回転速度を超える回転数で誘導電動機３０を駆動することができる。
　三相誘導電動機であっても同期速度を超える速度で運転することができるため、単相誘導電動機に比べ、高効率にでき、より高出力化もしくは小型化を図ることが可能となる。
実施の形態５．
　図１２は、実施の形態５に係る誘導電動装置５００の回路構成を示している。この実施の形態５の誘導電動装置は、実施の形態１と同様に、全波整流回路１０があり、誘導電動機３０の巻線として主巻線３１および補助巻線３２が設けられている。しかし、実施の形態１と異なって、主巻線３１の一端および補助巻線３２の一端は端子Ｔ１に接続され、主巻線３１の他端とコンデンサ３３の一端は端子Ｔ２に接続され、補助巻線３２の他端は、コンデンサ３３の他端に接続されている。
　端子Ｔ１と主巻線３１との間にはスイッチ５０が配置されている。このスイッチ５０は、予め定めたタイミングでオン／オフする（図中のＡ側になると主巻線３１に対して導通し、Ｂ側になると主巻線３１に対して断線する）ことで誘導電動機の巻線に流れる電流を交流にすることができ（すなわち、ＤＣオフセットすることができ）、高速駆動することが可能となる。このスイッチの切り替えの制御は、制御装置１５０によって行う。すなわち、この実施の形態においては、ＤＣオフセット回路の構成を、誘導電動機の主巻線とスイッチとが直列接続された第１の回路と、この第１の回路に対して並列に設けられ、誘導電動機の進相コンデンサと補助巻線とが直列接続された第２の回路によって構成したことに相当する。
　この実施の形態５によるシミュレーション結果を図１３および図１４に示す。図１３は、図１２の接続端子ｐ３‐ｐ４間の電圧波形Ｖ（ｐ３‐ｐ４）と、スイッチ５０へのスイッチング電圧Ｖｓを示している。図において、縦軸は電圧、横軸は位相である。電圧の大きさは、それぞれのピーク電圧で正規化している。接続端子ｐ３‐ｐ４間の電圧は、全波整流回路１０を通った後の波形である。
　また、スイッチング電圧Ｖｓは、図１２におけるスイッチ５０を動作させるタイミングを示しており、スイッチ５０の内部において、Ａ側にするときに電圧の１を、Ｂ側にするときに電圧の０としている。図１３において、２つの電圧を示した理由は、スイッチをＡ側もしくはＢ側にするタイミングを示すためである。
　図１４に、主巻線３１に流れる電流Ｉ（Ｍ）および補助巻線３２に流れる電流Ｉ（Ｓ）を示す。縦軸は電流、横軸は位相である。電流の大きさはそれぞれのピーク電流で正規化している。電流については、端子Ｔ２から端子Ｔ１の向きを正として示し、端子Ｔ１から端子Ｔ２の向きを負として示している。位相については、図１３と同じである。
　位相が９５付近（接続端子ｐ３‐ｐ４間の電圧の最大値付近）でスイッチング電源がオンすると、スイッチ５０がＡ側に接続され、主巻線３１に電流が流れる。次に位相が１８５付近（接続端子ｐ３‐ｐ４間の電圧の最小値）でスイッチング電源がオフすると、スイッチ５０がＢ側に切り替えられ、主巻線３１に流れる電流が無くなる。また補助巻線３２には常に電流が流れている。つまり、このようにスイッチ５０を切り替えることによって、補助巻線３２に関しては交流の電流の歪を少なく流すことができ、主巻線３１には正の電流が流れるが、その大きさが時々刻々と変化していることになる。
　つまり、他の実施の形態において示したものに比べ、ＤＣオフセット回路２０の抵抗２１とコンデンサ２２がないことによって、部品点数を少なくすることができるという利点がある。更に、ＤＣオフセット回路２０の抵抗２１において消費される電力はモータの回転磁界に寄与しないが、本実施の形態における主巻線３１への電力は回転磁界に寄与する。このため、他の実施の形態に比べて、損失を低減することが可能となる。
　これにより、単相コンデンサ誘導電動機に回転磁界を発生させることができる。さらに誘導電動機に入力される周波数が電源周波数の倍となるため、それに比例した同期回転速度で回転させることができ、通常の周波数の倍の速度で運転することができる。
　なお、この実施の形態５におけるスイッチ５０は、機械式のスイッチでもよいし、抵抗などのアナログ回路を使ったスイッチでもよいし、半導体スイッチであってもよい。  
実施の形態６．
　図１５は、実施の形態６に係る誘導電動装置６００の回路構成を示している。この実施の形態６の誘導電動装置６００は、実施の形態１と同様に、全波整流回路１０があり、誘導電動機３０の巻線として主巻線３１および補助巻線３２が設けられている。しかし、実施の形態１と異なって、ＤＣオフセット回路２０が、抵抗２１、コンデンサ２２およびスイッチ５０によって構成され、抵抗２１とスイッチ５０とが直列に接続された接続体が、誘導電動機３０の主巻線３１に対して並列に接続されており、コンデンサ２２によって、抵抗２１とスイッチ５０との接続体が、誘導電動機３０の主巻線３１と、補助巻線３２およびコンデンサ３３に接続されている。
　このスイッチ５０は、予め定めたタイミングでオンまたはオフする（図中のＡ側になると抵抗２１に対して導通し、Ｂ側になると抵抗２１に対して断線する）ことで電流のオンまたはオフが可能となる。このスイッチの切り替えの制御は、制御装置１６０によって行う。
　この実施の形態６の誘導電動装置６００の入力電圧を実験により求めたものを図１６に示す。図１６には、この実施の形態６の場合の入力電圧の損失を示し、比較例として、従来の誘導電動装置の場合の入力電圧の損失を（比較例Ａ）、実施の形態１の場合の入力電圧の損失を（比較例Ｂ）に示している。入力電圧の損失は、誘導電動機３０における損失と、ＤＣオフセット回路２０における損失に分かれる。図１６では、誘導電動機３０における損失をグラフの下部に表し、ＤＣオフセット回路２０における損失をグラフの上部に表している。
　まず、従来の誘導電動機３０の入力電圧の損失を１００％として示す。これに対して、実施の形態１のＤＣオフセット回路２０を設けた場合、ＤＣオフセット回路２０での損失が１７９％になる。これは、入力電力が小さな誘導電動装置であるほど顕著になる。そのため、誘導電動装置の入力電力としては、２７９％必要となる。しかし、実施の形態６の場合には、ＤＣオフセット回路２０の抵抗２１と直列にスイッチ５０を設け、このスイッチ５０を予め定めたタイミングでオンまたはオフさせることによって、ＤＣオフセット回路２０での入力電力の損失を２６％に抑えることができている。
　この実施の形態６のスイッチのオンまたはオフに関するシミュレーション結果を図１７および図１８に示す。
　図１７は、図１２の接続端子ｐ３‐ｐ４間の電圧Ｖ１の波形と、スイッチ５０へのスイッチング電圧Ｖｓを示している。図において、縦軸は電圧、横軸は位相である。電圧の大きさは、それぞれのピーク電圧で正規化している。接続端子ｐ３―ｐ４間の電圧Ｖ１は、全波整流回路１０を通った後の波形である。
　また、スイッチング電圧Ｖｓは、図１７におけるスイッチ５０を動作させるタイミングを示しており、スイッチ５０の内部において、Ａ側にするときに電圧を１として、Ｂ側にするときに電圧を０としている。図１７において、２つの電圧を示した理由は、スイッチをＡ側またはＢ側にするタイミングを示すためである。
　図１８に、主巻線３１に流れる電流Ｉ（Ｍ）および補助巻線３２に流れる電流Ｉ（Ｓ）を示す。縦軸は電流、横軸は位相である。電流の大きさはそれぞれのピーク電流で正規化している。電流については、端子Ｔ２から端子Ｔ１の向きを正として示し、端子Ｔ１から端子Ｔ２の向きを負として示している。位相については、図１７と同じである。
　位相が８０付近（接続端子ｐ１‐ｐ２間の電圧の最大値付近）でスイッチング電源がオンすると、スイッチ５０がＡ側に接続され、ＤＣオフセット回路２０の抵抗２１に電流が流れる。次に位相が２１０付近でスイッチング電源がオフすると、スイッチ５０がＢ側に切り替えられ、ＤＣオフセット回路２０の抵抗２１に電流が流れなくなる。なお、主巻線３１と補助巻線３２には常に電流が流れている。つまり、スイッチ５０をこのように切り替えることによって、ＤＣオフセット回路２０の抵抗２１に流れる電流を減らすことによって、誘導電動装置６００の消費電力を抑制できる。
　また、ＤＣオフセット回路２０に流れる電流が無い場合でも、主巻線３１および補助巻線３２に電流が常に流れるため、同期速度を超える動作が可能となる。
　図１８を示した理由は、図１４と比較をするためであり、図１４では主巻線３１に流れる電流Ｉ（Ｍ）が直流となっているため、効率の良いモータの運転をするには更なる工夫が必要である。しかし、図１８に示すように、主巻線３１に流れる電流Ｉ（Ｍ）は、交流電流となっている。このため効率の良いモータ駆動が可能である。
　つまり、実施の形態１および５において示した誘導電動装置１００および５００に比べ、ＤＣオフセット回路２０の抵抗２１において発生する損失を低減することが可能となる。
　これによって、単相コンデンサ誘導電動機に回転磁界を発生させることができる。さらに誘導電動機に入力される周波数が電源周波数の倍となるため、それに比例した同期回転速度で回転させることができ、通常の周波数の倍の速度で運転することができる。
　なお、この実施の形態６におけるスイッチ５０は、機械式のスイッチでもよいし、抵抗などのアナログ回路を使ったスイッチでもよいし、半導体スイッチであってもよい。
　なお、実施の形態３、５および６において説明した制御装置１３０、１５０および１６０は、ハードウエアの一例を図１９に示すように、プロセッサ６０１と記憶装置６０２から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ６０１は、記憶装置６０２から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ６０１にプログラムが入力される。また、プロセッサ６０１は、演算結果等のデータを記憶装置６０２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
実施の形態７．
　図２０は、誘導電動機が搭載された送風機７００（換気扇）の構成を示す概略的な断面図である。図２０において、送風機７００の前方（図中矢印Ａの方向）には、羽根車７０１が設けられ、送風機７００の後方（図中矢印Ｂの方向）には、羽根車７０１を駆動する誘導電動機７０２が設けられている。ここで、誘導電動機７０２には、図５に示した端子台１０８が設けられ、進相用のコンデンサが端子台１０８に配置されている。また、端子台１０８には全波整流回路およびＤＣオフセット回路が配置されている。
　これにより進相用のコンデンサ、全波整流回路、およびＤＣオフセット回路を製品グリル部７０３に設置する必要がなくなることから、モータ結線を簡略化することが可能となる。また、回転数を増加させる前の風量を基準に考えると、同一の風量を得るための送風機としては、従来の装置と比較して羽根およびモータを小型機にできることになる。このため、より狭い空間でも効率の良い送風機を配置できるということになる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１　交流電源、１０　全波整流回路、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ　ダイオード、２０　ＤＣオフセット回路、２１　抵抗、２２　コンデンサ、２３　変圧器、３０　誘導電動機、３１　主巻線、３２　補助巻線、３３　コンデンサ、４０、５０　スイッチ、１００、２００、３００、４００、５００、６００　誘導電動装置、１０１　回転子、１０２　回転軸、１０３　固定子、１０４　巻線、１０５　ブラケット、１０６　フレーム、１０７ａ、１０７ｂ　軸受、１０８　端子台、１０９ａ、１０９ｂ　接続端子、１１０　カバー、１１１　コンデンサ、１３０、１５０、１６０　制御装置、６０１　プロセッサ、６０２　記憶装置、　７００　送風機、７０１　羽根車、７０２　誘導電動機、７０３　製品グリル部、ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５、ｐ６　接続端子、Ｔ１、Ｔ２　端子

Claims (10)

  1. 　交流電源から入力された電力を全波整流する全波整流回路、前記全波整流回路に接続され、全波整流された電圧値を予め定められた直流成分によってオフセットするＤＣオフセット回路、および前記ＤＣオフセット回路に接続され前記ＤＣオフセット回路の出力電圧の周波数に基づいて運転される誘導電動機を備えたことを特徴とする誘導電動装置。
  2. 　前記ＤＣオフセット回路が、抵抗、コンデンサおよびスイッチによって構成され、前記抵抗と前記スイッチとが直列に接続された接続体が、前記誘導電動機の主巻線および補助巻線に対して並列に接続されており、前記コンデンサによって、前記抵抗と前記スイッチとの接続体が、前記誘導電動機の前記主巻線と前記補助巻線に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動装置。
  3. 　前記ＤＣオフセット回路が、前記誘導電動機の主巻線に対して並列に接続された抵抗と、前記ＤＣオフセット回路と前記誘導電動機とを接続する回路に直列に接続されたコンデンサとによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動装置。
  4. 　前記ＤＣオフセット回路が、前記全波整流回路と、前記誘導電動機との間に設けられた変圧器であることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動装置。
  5. 　前記全波整流回路および前記ＤＣオフセット回路が端子台に設けられ、前記誘導電動機の内に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動装置。
  6. 　前記誘導電動機が、単相誘導電動機であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の誘導電動装置。
  7. 　前記誘導電動機が、三相誘導電動機であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の誘導電動装置。
  8. 　前記交流電源を前記全波整流回路に接続する第１の系統と、前記交流電源を前記誘導電動機に接続する第２の系統とを切り替えるスイッチを備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の誘導電動装置。
  9. 　前記全波整流回路に接続された前記ＤＣオフセット回路が、前記誘導電動機の主巻線とスイッチとの直列接続された第１の回路と、前記第１の回路に対して並列に設けられ、前記誘導電動機の進相コンデンサと補助巻線とが直列接続された第２の回路によって構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の誘導電動装置。
  10. 　請求項１から９のいずれか１項に記載の誘導電動装置が搭載されていることを特徴とする送風機。
PCT/JP2022/011232 2021-08-16 2022-03-14 誘導電動装置および送風機 WO2023021760A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023542207A JP7450822B2 (ja) 2021-08-16 2022-03-14 誘導電動装置および送風機

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-132197 2021-08-16
JP2021132197 2021-08-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023021760A1 true WO2023021760A1 (ja) 2023-02-23

Family

ID=85240396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/011232 WO2023021760A1 (ja) 2021-08-16 2022-03-14 誘導電動装置および送風機

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7450822B2 (ja)
WO (1) WO2023021760A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3611434A (en) * 1968-06-07 1971-10-05 Nat Res Dev Improved frequency multiplying electrical circuits for motor speed control
JPS5129335U (ja) * 1974-08-28 1976-03-03
JPS53118708A (en) * 1977-03-25 1978-10-17 Toshiba Corp Three-phase double frequency induction motor
JP2005185071A (ja) * 2003-12-24 2005-07-07 Aichi Electric Co Ltd 単相誘導電動機の回転速度制御装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3611434A (en) * 1968-06-07 1971-10-05 Nat Res Dev Improved frequency multiplying electrical circuits for motor speed control
JPS5129335U (ja) * 1974-08-28 1976-03-03
JPS53118708A (en) * 1977-03-25 1978-10-17 Toshiba Corp Three-phase double frequency induction motor
JP2005185071A (ja) * 2003-12-24 2005-07-07 Aichi Electric Co Ltd 単相誘導電動機の回転速度制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2023021760A1 (ja) 2023-02-23
JP7450822B2 (ja) 2024-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3993564B2 (ja) シリーズハイブリッド電気自動車
JP4113195B2 (ja) 空気調和機のファンモータの速度制御システム
JP4363481B2 (ja) 回転電機制御装置
JP4483911B2 (ja) 車両用回転電機
JP4124425B2 (ja) 電動機およびその駆動装置
US11050314B2 (en) Rotating electric machine
CN101479923B (zh) 交流输入型无刷直流电动机以及搭载它的电气设备
JP5331662B2 (ja) 自然エネルギーによって発電された電力の変換装置
KR20220162344A (ko) 모터의 권선 패턴 및 모터의 구동시스템
WO2023021760A1 (ja) 誘導電動装置および送風機
KR100698218B1 (ko) 하이브리드 인덕션 모터의 구동회로
JP3781765B2 (ja) 交流電源直結型ブラシレスｄｃモータおよびそれを搭載した電気機器
JP2001119928A (ja) 電気を生成する装置
TWI785901B (zh) 旋轉電動機之輸出控制方法
US11824414B2 (en) Motor winding pattern and motor driving system
US20080309262A1 (en) Multiple Phase Electric Motor and Drive
JP3901157B2 (ja) 交流電源直結型ブラシレスｄｃモータおよびそれを搭載した電気機器
JP2001238417A (ja) 電気機械
KR20100058343A (ko) 단상 유도 모터
CN101958622A (zh) 一种电励磁同步电机
TW201042889A (en) Integrated high voltage brushless axle fan motor
JP3891175B2 (ja) 交流電源直結型ブラシレスｄｃモータおよびそれを搭載した電気機器
JP2000324891A (ja) インバータ駆動モータ
JP2003328984A (ja) 電動送風機及びそれを用いた電気掃除機
CN112436682B (zh) 电机组件、送风装置、家用电器和电动车辆

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22858085

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023542207

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE