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課題

温度変化電源電圧の変動に起因する電動機電流の変動を自動的に補償する電動機用制御回路を提供する。

解決手段

種々の切り換え点電動機速度に於いて電動機Mの始動巻線14を付勢消勢する制御回路。制御回路はライン電圧の変動や電動機巻線の温度変化に起因する電動機電流の変動を自動的に補償することにより切り換え点電動機速度の精度を改善する。特に、制御回路はそれぞれ電源電圧及び電動機電流に対応する基準値及び検出値監視する。基準値及び検出値は実質的に電源電圧の変動に応じて変動し、検出値は電動機巻線の温度の変動により電動機電流が変化されても実質的に一定である。

概要

背景

概要

温度変化電源電圧の変動に起因する電動機電流の変動を自動的に補償する電動機用制御回路を提供する。

種々の切り換え点電動機速度に於いて電動機Mの始動巻線14を付勢消勢する制御回路。制御回路はライン電圧の変動や電動機巻線の温度変化に起因する電動機電流の変動を自動的に補償することにより切り換え点電動機速度の精度を改善する。特に、制御回路はそれぞれ電源電圧及び電動機電流に対応する基準値及び検出値監視する。基準値及び検出値は実質的に電源電圧の変動に応じて変動し、検出値は電動機巻線の温度の変動により電動機電流が変化されても実質的に一定である。

目的

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請求項1

電動機の電源電圧の変動及び電動機巻線の温度の変動に起因する電動機電流の変動を補償することにより、始動巻線付勢及び消勢切り換え切り換え点電動機速度の精度を改善する制御回路にして、前記制御回路はそれぞれ電源電圧及び電動機電流に対応する基準値及び検出値監視し、前記基準値及び前記検出値は実質的に電源電圧の変動に応じて変動し、前記検出値は電動機巻線の温度の変動により電動機電流が変化されても実質的に一定であることを特徴とする制御回路。

請求項2

前記制御回路は電動機電流を監視し、電動機電流が前記切り換え点電動機速度に対応する互いに異なる大きさであるときに前記始動巻線を付勢し消勢することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。

請求項3

前記電動機と直列に接続された検出抵抗器を含み、前記制御回路は前記検出抵抗器を通過する電動機電流により発生される電圧降下を監視することにより電動機電流を監視することを特徴とする請求項2に記載の制御回路。

請求項4

前記検出抵抗器は前記電動機巻線の温度環境に曝されていることを特徴とする請求項3に記載の制御回路。

請求項5

前記基準値は実質的に前記電源電圧よりも低い基準電圧であり、前記電源電圧に対する前記基準電圧の比が実質的に一定に維持されるよう前記電源電圧の変動に応じて変動することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。

請求項6

前記電動機巻線と直列に接続された検出抵抗器を含み、前記基準値は基準電圧であり、前記検出値は前記検出抵抗器を通過する電動機電流により発生される検出電圧であることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。

請求項7

ハイ状態ロー状態との間に変化して前記始動巻線を付勢し消勢する出力を有する比較器を含み、前記制御回路は前記基準値に対応する基準値入力及び前記検出値に対応する検出値入力を前記比較器に与え、前記比較器の出力は前記基準値入力が前記検出値入力よりも高いときには前記ハイ状態及び前記ロー状態の一方の状態になり、前記基準値入力が前記検出値入力よりも低いときには前記ハイ状態及び前記ロー状態の他方の状態になることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。

請求項8

前記電動機巻線と直列に接続された検出抵抗器を含み、前記検出値は前記検出抵抗器を通過する電動機電流により発生される検出電圧であることを特徴とする請求項7に記載の制御回路。

請求項9

前記検出抵抗器は前記電動機巻線と実質的に同一の温度環境に曝されるよう配置された或る長さのワイヤを含んでいることを特徴とする請求項8に記載の制御回路。

請求項10

前記検出値を検出値入力に変換する増幅器と、前記検出値入力を受け前記検出値入力の大きさに応答して前記始動巻線を付勢し消勢する始動巻線制御装置とを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。

請求項11

前記切り換え点電動機速度は前記検出値入力の大きさに対応しており、前記切り換え点電動機速度は前記増幅器のゲインを調節して前記検出値入力の大きさを調節することにより調節可能であることを特徴とする請求項10に記載の制御回路。

請求項12

それぞれライン電圧及び電動機電流に対応する基準値及び検出値を比較し、互いに異なる切り換え点電動機速度に於いて電動機の始動巻線を付勢し消勢することを特徴とする制御回路。

請求項13

前記検出値は前記検出抵抗器を通過する電動機電流により発生される電圧降下を含んでいることを特徴とする請求項12に記載の制御回路。

請求項14

前記基準値はライン電圧の変動に応じて変化し、温度変化に起因して電動機電流が変動しても実質的に一定であることを特徴とする請求項12に記載の制御回路。

請求項15

それぞれ前記基準値及び前記検出値に対応する前記基準値入力及び前記検出値入力を受ける比較器を含み、前記比較器は前記基準値及び前記検出値の一方が他方よりも高いときには前記始動巻線を付勢し、前記基準値及び前記検出値の一方が他方よりも低いときには前記始動巻線を消勢する制御出力を発生することを特徴とする請求項12に記載の制御回路。

請求項16

前記検出値を検出値入力に変換する増幅器と、前記検出値入力を受け前記検出値入力の大きさに応答して前記始動巻線を付勢し消勢する始動巻線制御装置とを含んでいることを特徴とする請求項12に記載の制御回路。

請求項17

前記切り換え点電動機速度は前記増幅器のゲインを調節して前記検出値と前記検出値入力との間の偏差の大きさを調節することにより調節可能であることを特徴とする請求項16に記載の制御回路。

請求項18

始動巻線及び主巻線を有する電動機の始動巻線のための制御回路にして、前記制御回路は前記電動機を通過する電流を示す検出値を検出する検出回路と、前記検出値と比較される基準値を発生する基準値回路と、前記検出値と前記基準値とを比較し、前記検出値が前記基準値よりも高いか低いかに応じて前記始動巻線を選択的に付勢し消勢する制御出力を発生する比較回路とを含んでいることを特徴とする制御回路。

請求項19

前記検出回路により監視され前記検出値を与える検出回路素子を含んでいることを特徴とする請求項18に記載の制御回路。

請求項20

前記検出回路素子は前記電動機と直列に接続された検出抵抗器を含み、前記検出値は前記検出抵抗器を横切る電圧降下を含んでいることを特徴とする請求項19に記載の制御回路。

請求項21

前記検出抵抗器は前記電動機巻線の温度環境に曝されるよう配置された或る長さのワイヤを含んでいることを特徴とする請求項20に記載の制御回路。

請求項22

前記制御出力により制御され前記始動巻線を付勢し又は消勢するトライアックを含んでいることを特徴とする請求項18に記載の制御回路。

請求項23

前記トライアックは論理トライアックと、前記始動巻線と直列に接続された高電流スナッバレストライアックであって、前記論理トライアックによってオン状態に付勢されることにより前記始動巻線を付勢し、前記論理トライアックがオフであるときにはオフ状態になって前記始動巻線を消勢する高電流スナッバレストライアックとを含んでいることを特徴とする請求項22に記載の制御回路。

請求項24

前記検出回路は増幅器を含み、前記制御回路は前記始動巻線が付勢されているときには前記増幅器に一つのゲインを与え、前記始動巻線が消勢されているときには前記増幅器に他の一つのゲインを与えるゲイン調節回路を含んでいることを特徴とする請求項18に記載の制御回路。

請求項25

前記比較回路は前記検出値が前記基準値を越えているときには前記始動巻線を付勢し、前記基準値が前記検出値を越えているときには前記始動巻線を消勢する制御出力を発生することを特徴とする請求項18に記載の制御回路。

請求項26

前記基準値回路はライン電圧に対応し且つライン電圧との比が実質的に一定に維持されるようライン電圧の変動に応じて変動する基準値を発生することを特徴とする請求項18に記載の制御回路。

請求項27

前記検出回路は抵抗器を通過する電動機電流により発生される電圧降下に対応する検出値を発生することを特徴とする請求項18に記載の制御回路。

請求項28

前記検出回路は前記検出値を増幅する増幅器を含んでいることを特徴とする請求項18に記載の制御回路。

請求項29

前記増幅器のゲインの調節により前記検出値の増幅の大きさが調節され、前記始動巻線の付勢及び消勢を切り換える切り換え点電動機速度が調節されることを特徴とする請求項28に記載の制御回路。

請求項30

始動巻線及び運転巻線と、電動機と直列に接続され電動機電流が通過することにより電動機電流に対応する検出値を発生する検出回路素子とを有する電動機のための制御回路にして、前記制御回路は検出値を検出する検出回路と、ライン電圧に対応する基準値を発生する基準値回路と、前記検出値と前記基準値とを比較し、前記検出値が前記基準値よりも高いか低いかに応じて前記始動巻線を付勢し消勢する制御出力を発生する比較回路とを含んでいることを特徴とする制御回路。

請求項31

前記検出値及び前記基準値はそれぞれ電動機電流及びライン電圧に対応する電圧であることを特徴とする請求項30に記載の制御回路。

請求項32

前記検出回路素子は検出抵抗器を形成する所定の長さのワイヤであることを特徴とする請求項30に記載の制御回路。

請求項33

前記始動巻線と直列に接続されオン状態及びオフ状態を有する始動電子スイッチを含み、前記制御出力は前記始動用電子スイッチをオン状態又はオフ状態に切り換えることを特徴とする請求項30に記載の制御回路。

請求項34

前記検出値を増幅する増幅器を含んでいることを特徴とする請求項30に記載の制御回路。

請求項35

消勢切り換え点電動機速度及び再付勢切り換え点電動機速度に於いて電動機の始動巻線を消勢し再度付勢する電動機用電子制御回路にして、前記制御回路は電動機電流に対応する検出値を監視し、前記制御回路は検出値入力が前記消勢切り換え点電動機速度及び前記再付勢切り換え点電動機速度に対応する大きさであるときに前記検出値を検出値入力に変換して前記始動巻線を消勢し再度付勢する増幅器を含んでいることを特徴とする制御回路。

請求項36

前記増幅器のゲインの調節により前記検出値入力と前記基準値入力との間の偏差の大きさが調節され、前記始動巻線の付勢及び消勢を切り換え切り換え点電動機速度が調節されることを特徴とする請求項35に記載の制御回路。

請求項37

電動機電流が通過することにより前記検出値を与える電圧を発生する検出抵抗器と、前記増幅器より前記検出値入力を受ける比較器と、前記検出値入力が前記基準値入力よりも高いか低いかに応じて前記始動巻線を付勢し消勢すべく、前記検出値入力と比較される基準値を前記比較器へ供給する基準値発生器とを含んでいることを特徴とする請求項36に記載の制御回路。

請求項38

前記増幅器のゲインの調節により前記検出値入力と前記基準値入力との間の差の大きさが調節され、前記比較器が前記始動巻線を付勢し消勢する際の電動機電流の大きさが調節されることを特徴とする請求項37に記載の制御回路。

請求項39

始動巻線及び主巻線を有する電動機の始動巻線を制御する方法にして、基準値を与える工程と、実際の電動機速度に対応する検出値を与える工程と、前記基準値と前記検出値とを比較する工程と、前記検出値が前記基準値より高いか低いかに応じて前記始動巻線を付勢し又は消勢する工程とを含んでいることを特徴とする方法。

請求項40

前記検出値を与える工程は前記電動機と直列に接続され電動機電流が通過する電気回路素子を横切る電圧降下を検出することにより行われることを特徴とする請求項39に記載の方法。

請求項41

前記検出値を与える工程は増幅された検出値を与えることにより行われ、前記方法は更に前記始動巻線が付勢されているか消勢されているかに応じて前記検出値の増幅のゲインを異ならせる工程を含んでいることを特徴とする請求項39に記載の方法。

請求項42

前記比較工程の前に前記検出値を増幅する工程を含んでいることを特徴とする請求項39に記載の方法。

請求項43

前記増幅工程に於ける増幅の大きさを調節し、これにより前記始動巻線を付勢し又は消勢する際の電動機速度を調節する工程を含んでいることを特徴とする請求項42に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、電動機のための制御回路の技術分野に係り、更に詳細には電動機の始動巻線のための制御回路に係る。特に本発明はコンデンサ始動型の電動機に適用可能なものであり、これについて本発明を説明するが、本発明は広い局面を有し、スプリットフェーズ誘導電動機の如き他の電動機にも適用可能である。

0002

電動機の始動巻線が電動機を始動させるために付勢され、電動機の速度が所定の速度に上昇すると始動巻線は消勢される。その後電動機は主巻線、即ち運転巻線にて運転され、電動機速度を大きく低下させる電動機負荷に対し追加の電動機トルクが必要になると、始動巻線が再度付勢される。始動巻線は電動機の通常の運転中頻繁に再度付勢され消勢される。

0003

始動巻線の付勢及び消勢は従来より遠心スイッチ機械リレーにより行われている。これらの装置を電子制御装置に置き換えれば、寿命信頼性を改善することができ、また大きさや重量を低減することができる。しかし始動巻線の付勢及び消勢を切り換え切り換え点電動機速度の精度を確保することは困難である。何故ならば、電動機電流ライン電圧の変動や電動機巻線温度変化に応じて変動するからである。従ってライン電圧の変動や電動機巻線の温度変化を補償し切り換え点電動機速度の精度を改善する電子制御装置が必要とされている。

0004

また始動巻線の付勢及び消勢を切り換える電動機速度を調節することが必要な場合がある。遠心スイッチを調節して切り換え点電動機速度を正確に変更することは面倒であり困難である。何故ならば、かかる調節には可動部品やばねの張力の調節が含まれるからである。従って単純に且つ高精度に切り換え点電動機速度を調節する電子制御回路が必要とされている。

発明の概要

0005

本発明の制御回路は電動機電流と電動機速度との間の関係を利用して始動巻線を付勢し消勢する。本発明の制御回路は、検出抵抗器を通過する電動機電流により発生される電圧監視することによって電動機電流を間接的に測定する。かくして測定される電圧は電動機速度に対応している。何故ならば、測定される電圧は電動機電流に対応しており、電動機電流は電動機速度に対応しているからである。

0006

本発明の制御回路は電動機の電源電圧に対応する基準値を監視する。一つの好ましい構成に於いては、基準値は電動機の電源電圧より分圧器により生成される基準電圧である。

0007

また本発明の制御回路は電動機電流に対応する検出値を監視する。一つの好ましい構成に於いては、検出値は電動機と直列に接続された検出抵抗器を通過する電動機電流により発生される電圧である。

0008

基準電圧は電源電圧に対する基準電圧の比を実質的に一定に維持するよう電源電圧の変動に応じて変動する。電動機電流は電源電圧の変動に応じて変動するので、検出電圧も電源電圧の変動に応じて変動する。電動機電流が変動すると、電動機電流が検出抵抗器を流れることによって発生される電圧降下が変動する。

0009

電源電圧の変動に起因する基準電圧及び検出電圧の変動は実質的に互いに比例する。例えば電源電圧が増大すると、基準電圧も増大するが、これに対応し且つこれに比例して検出電圧も増大する。基準電圧及び検出電圧は始動巻線を制御すべく互いに比較され、これらの電圧が電源電圧の変動に起因して変動することにより、制御回路は電源電圧の変動を自動的に補償する。換言すれば、始動巻線の付勢及び消勢を切り換える切り換え点電動機速度は、電源電圧の変動に起因する電動機電流の変動によっては実質的に影響を受けない。

0010

検出電圧を検出するために使用される検出抵抗器は、その温度が電動機巻線の温度に対応するよう配置される。一つの好ましい構成に於いては、検出抵抗器は電動機巻線の温度と実質的に同一の温度に曝されるよう配置される。検出抵抗器は好ましくは電動機巻線に間近に近接して電動機ハウジング内に配置され、最も好ましくは電動機巻線に組み込まれ或いは電動機巻線に係合した状態に配置される。尚電動機ハウジング外の如き他の位置が採用されてもよい。

0011

電動機巻線の温度変化が生じると電動機電流は変動するが、電動機速度は実質的に影響を受けない。電動機電流に対応する検出値が温度変化に起因する電動機電流の変動に応じて変動すると、切り換え点電動機速度の精度が悪くなる。

0012

温度変化に伴う電動機電流の変動を自動的に補償することは、検出抵抗器を電動機巻線と実質的に同一の温度に曝すよう配置することによって達成される。電動機巻線及び検出抵抗器の抵抗値の変動は実質的に互いに比例している。電動機巻線の温度変化に起因する電動機電流の変動が生じると、これに対応して検出抵抗器を流れる電流が変動し、検出抵抗器の抵抗値の変化により検出抵抗器を横切る電圧降下は実質的に影響を受けない。Vを電圧とし、Iを電流とし、Rを抵抗としてV=IRの関係があることを示すオームの法則に従い、電流は抵抗の増大につれて減少する。従って検出抵抗器を横切る電圧降下は電動機巻線の温度変化に起因する電動機電流の変動が生じても実質的に一定であり、電動機速度は実質的に電動機電流の変動の影響を受けない。

0013

一つの好ましい構成に於いては、検出抵抗器は長さの短いワイヤである。試験された一つの構成に於いては、ワイヤは米国ワイヤゲージに従い長さ15inch(38cm)の18ゲージ銅線であった。尚ワイヤは他の長さ、他のゲージ又は他の金属のものでもよい。

0014

基準値及び検出値はそれぞれ基準値入力及び検出値入力として比較器に入力され、比較器の出力はハイ状態ロー状態との間に切り換わることにより電動機の始動巻線を付勢し消勢する。また比較器の出力は基準値入力が検出値入力よりも高いときにはハイ状態及びロー状態の一方の状態になり、基準値入力が検出値入力よりも低いときにはハイ状態及びロー状態の他方の状態になる。試験された一つの構成に於いては、始動巻線は比較器の出力がハイになると付勢され、比較器の出力がローになると消勢される。比較器の出力は比較器に入力される検出値入力が基準値入力よりも高いときにハイになり、検出値入力が基準値入力よりも低いときにローになる。

0015

検出抵抗器を横切る電圧検出値は比較器への検出値入力が得られるよう増幅される。増幅器用ゲイン調節器が設けられており、ゲイン調節器は主巻線のみが付勢されているときにはオン状態になり、始動巻線及び主巻線の両方が付勢されているときにはオフ状態になる。このことにより主巻線のみが付勢され電動機電流が比較的低いときに増幅器ゲインが増大される。

0016

検出抵抗器を横切る電圧検出値が或る与えられた大きさである場合に於いて、比較器に入力される検出値入力の大きさは増幅器ゲインにより決定される。検出抵抗器を横切る電圧検出値に対する検出値入力の大きさを変更することにより、始動巻線の消勢及び再付勢を切り換える切り換え点電動機速度が変化される。増幅器ゲインが調節されることにより検出値入力の大きさが調節され、このことは増幅器及びゲイン調節器の回路に組み込まれている二つの抵抗器の抵抗値を変更することにより容易に達成される。従って始動巻線の消勢及び再付勢を切り換える切り換え点電動機速度の調節を迅速に且つ高精度に行うことができる。

0017

本発明の主要な目的は改良された電動機用制御回路を提供することである。

0018

本発明の他の一つの目的は、コンデンサ始動型電動機の始動巻線を制御する改良された電子制御回路を提供することである。

0019

本発明の他の一つの目的は、電動機に流れる電動機電流を検出し、温度変化に起因する電動機電流の変動を補償する改良された電動機用制御回路を提供することである。

0020

本発明の他の一つの目的は、電源電圧の変動に起因する電動機電流の変動を自動的に補償する電動機用制御回路を提供することである。

0021

本発明の他の一つの目的は、電動機の始動巻線の付勢及び消勢を切り換える切り換え点電動機速度の精度を改善する改良された電動機用電子制御回路を提供することである。

0022

本発明の他の一つの目的は、電動機の始動巻線の付勢及び消勢を切り換える切り換え点電動機速度を変更すべく容易に修正可能な電動機用電子制御回路を提供することである。

0023

本発明の他の一つの目的は、付勢される電動機巻線に対応する互いに異なるゲインを有し、電動機の始動巻線の付勢及び消勢を切り換える切り換え点電動機速度を変更すべく容易にゲインを変更可能な増幅器を有する電動機用電子制御回路を提供することである。

発明を実施するための最良の形態

0024

添付の図に於いて、図1はスイッチ10を介して交流電源12の導線L1及びL2を横切って接続された電動機Mを示している。電動機Mは始動巻線14及び主巻線16を有し、始動巻線14と直列に接続されたコンデンサ18が始動巻線電流主巻線電流との間に約90°の位相ずれを与える。

0025

電動機Mには検出抵抗器20が直列に接続されており、検出抵抗器20は長さの短いワイヤを含んでいる。試験された一つの好ましい例は長さ15inch(38cm)の18ゲージの銅線であり、ワイヤゲージは米国ワイヤゲージ規格に対応している。他の長さ、他のゲージ、又は他の金属のワイヤが使用されてもよい。検出抵抗器はワイヤ以外の形態をなしていてもよく、抵抗器以外の電動機電流測定装置が使用されてもよい。

0026

電動機Mを通過する電流は図2及び図3に示されている如く電動機の回転速度に対応しており、電動機Mを通過する電流は検出抵抗器20にも流れる。従って検出抵抗器20を横切る電圧降下を測定することは電動機電流又は電動機電流に対応する値を測定する一つの方法である。

0027

検出抵抗器20の電動機Mとは反対の側の点24には導線22が接続されており、導線22は基準電位を示すべく矢印26にて終わっている。図1の回路に於ける他の全ての矢印は矢印26と同一の電位を示している。

0028

導線28が電動機Mと検出抵抗器20との間の点30に接続されている。導線28は検出抵抗器20を横切る電圧を増幅して直流電圧に変換する増幅器Aにも接続されている。演算増幅器の正の入力端子に於ける入力電圧ミリボルトの範囲の正弦波であり、演算増幅器の出力はシングルディジットボルトの範囲の正の直流パルス電圧である。増幅器Aは電圧ゲインを与える演算増幅器34とインピーダンス適合化抵抗器36とを含んでいる。また増幅器Aは該増幅器により与えられる電圧ゲインの大きさを設定する抵抗器38及び40を含んでいる。

0029

ピーク検出器Bが導線42により増幅器Aの出力端子に接続されており、増幅器Aよりの正の直流パルス電圧を定常的な直流電圧に変換する。定常的な直流電圧の大きさは増幅器Aよりの直流パルス電圧のピーク値に近く、電動機Mの速度に対応している。

0030

ピーク検出器Bは正の直流パルス電圧を定常的な直流電圧にフィルタリングするコンデンサ46を含んでいる。ダイオード48がコンデンサ46によって増幅器Aへ逆流放電されることを防止する。抵抗器50がコンデンサ46のための制御された放電経路を与える。ツェナーダイオード52がピーク検出器Bを所望の直流電圧値クランプする。入力インピーダンス適合化抵抗器である抵抗器54が設けられている。ピーク検出器Bの出力端子は比較器として使用される演算増幅器60を有する比較器Cの正の入力端子に接続されている。

0031

比較器Cは導線64により基準電源Dにも接続されており、基準電源Dは導線66により導線L1に接続されており、比較器Cの負の入力端子に基準電圧信号を供給する。基準電源Dにより比較器Cに入力される基準電圧はライン電圧の大きさに応じて変動する。基準電源Dはライン電圧の大きさを所定の比にて低減する分圧器を構成する抵抗器70及び72を含んでいる。ダイオード74が正弦波を正の直流パルス電圧に整流する。コンデンサ76が正の直流パルス電圧を定常的な直流電圧にフィルタリングし、抵抗器78がコンデンサ76のための制御された放電経路を与える。

0032

導線L1に接続された直流電源Eが交流ライン電圧を直流電圧を必要とする回路素子のための直流電圧に変換する。直流電源Eにより与えられる直流電圧80は符号80a、80b、80c、80dにて示されている如き他の回路素子に接続されている。直流電源Eはライン電圧を正の直流パルス電圧に整流するダイオード82を含んでいる。電流制限及び電圧降下抵抗器としての抵抗器84が設けられている。ツェナーダイオード86が直流電圧を所望の値にクランプする。コンデンサ88が正の直流パルス電圧を点80に於ける定常的な直流電圧にフィルタリングする。

0033

符号変換器Fが符号変換比較器90を使用して比較器Cの出力を符号反転するために設けられている。導線92が比較器Cの出力端子を符号変換比較器90の負の入力端子に接続している。導線94が符号変換比較器90の出力端子を導線64を介して比較器の増幅器60の負の入力端子に接続している。

0034

比較器Cの出力がローになると、導線92を介して符号変換比較器90の負の入力端子に与えられる負の入力が導線96により符号変換比較器90の正の入力端子に与えられる制御された基準電圧入力以下に低下し、これにより符号変換比較器90の出力はハイになる。導線94に設けられたコンデンサ98はヒステリシスを与え、符号変換器Fの出力がハイになると比較器Cへの負の入力を高くする。このことにより切り換わり時、即ち演算増幅器60が状態を変化する際に於ける比較器Cのチャタリングが防止される。符号変換器Fの出力がローになると、コンデンサ98は比較器Cへの負の入力を低下し、これにより比較器Cが逆の状態に変化する際に於ける比較器Cのチャタリングが防止される。

0035

符号変換器Fは符号変換比較器90の負の入力端子の側に入力インピーダンス適合化抵抗器102を含んでいる。また入力インピーダンス適合化抵抗器104が符号変換比較器90の正の入力端子に設けられている。符号106は電流制限抵抗器を示している。ツェナーダイオード110が符号変換比較器90への正の入力を所望の直流電圧値にクランプし、符号変換器Fのための基準電圧を設定する。

0036

増幅器Aのゲインを調節するゲイン調節器Hが設けられている。始動巻線14が付勢状態にあるときには、電動機電流と電動機速度との間の関係は図2及び図3に示されている如く始動巻線14が消勢状態にある場合とは異なる。ゲイン調節器Hの目的は増幅器Aのゲインを調節して始動巻線14の付勢及び消勢を切り換える切り換え点を適正に設定することである。

0037

比較器Cの出力がハイになり始動巻線14が付勢されると、ゲイン調節器HのNPN型トランジスタ120がオフの状態になる。何故ならば、比較器Cにより導線122に与えられる出力は導線92を経て符号変換器Fの負の入力端子にも入力され、導線124に与えられる符号変換器Fの出力はローになり、従ってトランジスタ120はオフの状態を維持する。これは、導線92を経て符号変換比較器90の負の入力端子に与えられる入力がハイであり、導線96を経て符号変換比較器90の正の入力端子に与えられツェナーダイオードにより制御される入力よりも高く、従ってその出力はローを維持することによる。かかる状況に於いては、始動巻線14が付勢状態にあってもゲイン調節器Hは動作せず、従ってゲインは調節されない。

0038

始動巻線14が消勢状態にあるときには、比較器Cにより導線122に与えられる出力はローになり、導線92により符号変換比較器90に与えられる負の入力は導線96により符号変換比較器90の正の入力端子に与えられる基準値入力よりも低くなる。このことにより符号変換比較器90の出力がハイになり、トランジスタ120をオンに切り換える出力が導線124に与えられる。従ってゲイン調節器Hの抵抗器126は、増幅器Aの抵抗器40と並列に接続され、これにより抵抗器40と126との間の関係から増幅器Aに高い電圧ゲインが与えられる。トランジスタ120がオフの状態にあるときには、抵抗器126は増幅器Aに何ら影響を及ぼさない。トランジスタ120のベースのための電流制限抵抗器として抵抗器128が設けられている。

0039

電子スイッチJが比較器Cの出力導線122に接続されている。比較器Cが始動巻線14の付勢を要求すると、増幅器60の出力がハイになって論理トライアック140がオンに切れ換えられる。論理トライアック140は始動巻線14と直列に接続された高電流スナッバレストライアック142をオンに切り換えるためのプレドライバとして使用される。比較器Cが始動巻線14の消勢を要求すると、増幅器60の出力はローになり、論理トライアック140がオフに切り換えられ、これにより高電流スナッバレストライアック142がオフに切り換えられる。

0040

電子スイッチJは論理トライアック140のゲートを駆動するために使用される電流制限抵抗器144を含んでいる。プルダウン抵抗器146が論理トライアック140が誤ってトリガされることを防止する。電流制限抵抗器148が高電流スナッバレストライアック142のゲートへ流れる電流の大きさを制限する。論理トライアック140は高電流スナッバレストライアック142よりも実質的に低いゲート駆動電流しか必要としない。

0041

検出抵抗器20を横切る電圧降下は、基準電源Dよりの基準値入力と比較される検出値入力を比較器Cに供給すべく増幅器A及びピーク検出器Bにより監視され修正される検出値を与える。導線58により比較器Cの演算増幅器60の正の入力端子に与えられる検出値入力が負の入力導線64により演算増幅器60に与えられる基準値入力を越えているときには、演算増幅器60の出力はハイになり、電子スイッチJを閉じて始動巻線14を付勢する。逆に検出値入力が基準値入力よりも低いときには、比較器の出力はローになり、始動巻線が消勢される。

0042

ピーク検出器Bよりの出力の大きさは電動機電流に対応している。何故ならば、検出抵抗器20を横切る電圧降下は電動機電流に対応しており、電動機電流は図2及び図3に示されている如く電動機速度に対応しているからである。基準電源Dにより導線64を経て比較器の増幅器60の負の入力端子に与えられる基準電圧は、ライン電圧の大きさ、即ち電動機の電源電圧の大きさに対応している。これらの関係により、ライン電圧の変動により電動機電流が変化される場合に始動巻線14の付勢及び消勢を切り換える切り換え点電動機速度の精度が改善される。

0043

電動機Mを運転させるべくスイッチ10が閉じられると、主巻線16を通過する電流が増大し、検出抵抗器20を横切る電圧降下は増幅器A及びピーク検出器Bが基準電源Dよりの基準値入力よりも高い検出値入力を比較器Cへ供給するに十分な値になる。従って比較器Cの出力はハイになり、トライアック140がオンに切り換えられ、これによりトライアック142がオンに切り換えられて始動巻線14が付勢される。電動機速度が所定の速度まで上昇すると、電動機及び検出抵抗器20を流れる電流が低下し、増幅器A及びピーク検出器Bより比較器Cへ供給される検出値入力は基準電源Dよりの基準値入力よりも低くなる。従って比較器Cの出力はローになり、トライアック140、142がオフに切り換えられて始動巻線14が消勢される。

0044

一例として、始動巻線14は電動機Mが停止状態にある場合或いは約12000 rpm以下の速度にて回転しているときに付勢され、電動機Mが約1300 rpmの速度にて回転しているときに消勢される。始動巻線が消勢されると、電動機の速度は主巻線により例えば1600 prmの通常の運転速度まで上昇される。図2及び図3に示されている如く異なる電動機電流を補償するよう、増幅器Aのゲインは始動巻線が付勢状態にあるか消勢状態にあるかに応じてゲイン調節器Hにより自動的に調節される。ゲイン調節器は始動巻線が消勢状態にあるときにはオン状態になり、始動巻線が付勢状態にあるときにはオフ状態になる。換言すれば、ゲイン調節器は主巻線のみが付勢されているときにオン状態になり、始動巻線及び主巻線の両方が付勢されているときにはオフ状態になる。従って図2実線曲線により示されている如く、電動機電流が主巻線のみが付勢されることによって比較的低い値であるときには増幅器に高いゲインが与えられる。また電動機電流が図2破線の曲線により示されている如く、主巻線及び始動巻線の両方が付勢されることによって比較的高い値であるときには、ゲイン調節器はオフの状態になり、増幅器のゲインは低い値になる。

0045

始動巻線の消勢及び再付勢を切り換える切り換え点電動機速度は、抵抗器40及び126の抵抗値を変化させて増幅器Aのゲインを修正することにより調節可能である。例えば始動巻線14は電動機速度が0〜1200 rpmであるときに付勢又は再度付勢され、ゲイン調節器Hは始動巻線が付勢状態にあるときには常にオフに切り換えられる。図2の破線の曲線について、電動機速度が約24Aの電動機電流に対応する約1300 rpmであるときに比較器の出力がローになって始動巻線が消勢されるものとする。電動機電流が約24Aであるときには、検出抵抗器20を横切る電圧検出値は、増幅器A及びピーク検出器Bより比較器Cへ供給される検出値入力であって、基準電源Dより比較器へ入力される基準値入力よりも低い検出値入力を与える。このことにより比較器の出力がローになり、始動巻線が消勢される。始動巻線が消勢される際の電動機速度を増減すべく、増幅器Aのゲインはゲイン調節器Hが非動作状態にあるときに抵抗器40の抵抗値を変化させることにより増減調節可能である。増幅器のゲインが増大されると、比較器Cの出力がハイ状態に維持され、電動機電流が24A未満であり電動機速度が1300 rpmよりも高い場合にも始動巻線は付勢状態に維持される。逆に増幅器のゲインが低減されると、電動機電流が24Aよりも高く電動機速度が1300rpmよりも低い場合にも始動巻線が消勢される。

0046

ゲイン調節器Hがオン状態にあるときに始動巻線を再度付勢する切り換え点電動機速度は、抵抗器40及び126の抵抗値を変更することにより調節可能である。電動機速度が約1300 rpmであるときに比較器の出力がローになって始動巻線が消勢されると、ゲイン調節器Hはオン状態に切り換わり、電動機電流は図2の破線の曲線より実線の曲線まで低下する。従って電動機速度は主巻線のみにより例えば1600 rpmの通常の運転速度まで上昇され、ゲイン調節器Hはオン状態を維持する。例えば電動機速度が実線の曲線上の約19Aの電流に対応する約1200 rpmまで低下することにより、電動機の負荷が追加のトルクを必要とする値にまで上昇すると、始動巻線は再度付勢され、ゲイン調節器Hはオフに切り換えられる。電動機電流が約19Aであるときには、検出抵抗器20を横切る電圧検出値は増幅器A及びピーク検出器Bより比較器Cへ入力される検出値入力であって、基準電源Dより比較器へ入力される基準値入力よりも高い検出値入力を与える。従って比較器の出力はハイになり、始動巻線が付勢される。ゲイン調節器Hがオン状態にある状況に於ける増幅器のゲインは、始動巻線が再度付勢される際の電動機速度を増減すべく、抵抗器40及び126の抵抗値を変更することによって増減調節可能である。増幅器のゲインが増大されることにより、電動機速度が低い電動機電流に対応する約1200 rpmよりも高いときに始動巻線が再度付勢される。逆にゲインが低減されることにより、電動機速度が高い電動機電流に対応する低い回転速度であるときに始動巻線が再度付勢される。

0047

以上要するに、主巻線のみが付勢されている状況に於いて増幅器のゲインが増大されると、比較的高い電動機速度及び比較的低い電動機電流に対応する再付勢切り換え点に於いて始動巻線が再度付勢される。逆に主巻線のみが付勢されている状況に於いて増幅器のゲインが低減されると、比較的低い電動機速度及び比較的高い電動機電流に対応する再付勢切り換え点に於いて始動巻線が再度付勢される。また主巻線及び始動巻線の両方が付勢されている状況に於いて増幅器のゲインが増大されると、比較的高い電動機速度及び比較的低い電動機電流に対応する消勢切り換え点に於いて始動巻線が消勢される。主巻線及び始動巻線の両方が付勢されている状況に於いて増幅器のゲインが低減されると、比較的低い電動機速度及び比較的高い電動機電流に対応する消勢切り換え点に於いて始動巻線が消勢される。

0048

本発明の制御回路に於いては、検出抵抗器20は電動機電流に応じて変動し電動機速度に対応する電圧を発生することにより検出値発生器として機能する。この検出値は増幅器A及びピーク検出器Bにより比較器Cに入力される検出値入力に変換される。基準電源Dは基準値発生器として機能し、比較器Cに入力される基準値入力であって電動機の電源電圧に対応する基準値入力を発生する。比較器Cは始動巻線制御装置、即ち始動巻線付勢/消勢装置であり、その出力は検出値入力が基準値入力よりも高いときにハイになって始動巻線を付勢し、基準値入力が検出値入力よりも高いときにローになって始動巻線を消勢する。

0049

増幅器回路A及びゲイン調節器回路H内の抵抗器40及び126の抵抗値を異なる値に変更することにより、検出抵抗器20を横切る電圧検出値と比較器Cに入力される検出値入力との間の差の大きさが調節される。この調節機能により、比較器Cの出力をハイ又はローにする電動機電流の大きさが調節され、またこの調節方法は始動巻線の消勢及び再付勢を切り換える切り換え点電動機速度を調節する有利な方法である。

0050

増幅器のゲインが増大されると、始動巻線が再度付勢される電動機速度及び始動巻線が消勢される電動機速度が増大調節される。このことは、始動巻線が再度付勢される際の電動機電流の大きさ及び始動巻線が消勢される際の電動機電流の大きさを低減調節することに対応している。また増幅器のゲインが増大されると、検出値入力の大きさが増大され、また検出抵抗器20により求められる検出値と比較器Cに入力される検出値入力との間の差の大きさが増大される。逆に増幅器のゲインが低減されると、始動巻線が再度付勢される際の電動機速度及び始動巻線が消勢される際の電動機速度が低減調節される。このことは、始動巻線が再度付勢される際の電動機電流の大きさ及び始動巻線が消勢される際の電動機電流の大きさが増大調節されることに対応している。また増幅器のゲインが低減されると、検出値入力の大きさが低減され、また検出抵抗器20により求められる検出値と比較器Cに入力される検出値入力との間の差の大きさが低減される。

0051

検出抵抗器20に使用される銅線は温度変化に起因する電動機電流の変動を補償する。温度変化のみに起因する電動機電流の変動は、図2及び図3の比較より解る如く、電動機速度に殆ど影響を及ぼさない。図2の25℃の場合には、主巻線の電流が約25Aである場合の電動機速度は1000 rpmである。また図3の130℃の場合には、主巻線の電流が約16Aである場合に電動機速度が1000 rpmになる。

0052

電動機内の温度が上昇すると、電動機を流れる電流が減少し、検出抵抗器20はその抵抗を増大することによって電動機電流の変動を補償する。抵抗の増大及び電流の減少の組合せにより、検出抵抗器20を横切る電圧降下が実質的に一定に維持され、これにより温度変化に起因する電動機電流の変動が補償され、従って電動機の回転速度は殆ど影響を受けない。

0053

比較器に入力される基準値入力及び検出値入力に対する補償により、電動機の電源電圧の変動や電動機巻線の温度変化に起因する電動機電流の変動が生じても、始動巻線の付勢又は消勢を切り換える切り換え点電動機速度は所望の切り換え点電動機速度より約200 rpmの範囲内に維持される。

0054

本発明の制御回路に於いては、増幅器A及びピーク検出器Bは電動機電流に対応する値を検出する検出回路を構成している。検出値は一つの好ましい実施形態に於いては検出抵抗器20を横切る電圧降下である。増幅器A及びピーク検出器Bにより構成される検出回路により、比較器Cにより構成される比較回路に検出値入力が与えられる。

0055

基準電源Dは比較器Cにより構成される比較回路に基準値を供給する基準値回路を構成している。一つの好ましい構成に於いては、基準値はライン電圧に対応している。検出値及び基準値は比較器により比較され、比較器の出力は検出値入力が基準値入力より高いか低いかに応じてハイ又はローになる。比較器の出力は電子スイッチをオン、オフして始動巻線を付勢し消勢する。始動巻線は検出値が基準値を越えているときには付勢され、基準値が検出値を越えているときには消勢される。尚他の構成が採用されてもよい。

0056

電動機電流は電動機が始動される際に高くなり、また電動機が電動機速度を実質的に低下させる負荷を受けた場合に高くなる。かかる高い電動機電流により検出値が高くなり、比較器に入力される検出値入力が基準値入力よりも高くなり、これにより比較器の出力がハイになって始動巻線が付勢される。電動機速度が所定の速度に上昇すると、電動機電流が低下することにより検出値が減少し、検出値入力が基準値入力よりも低くなり、これにより比較器の出力がローになって始動巻線が消勢される。

0057

本発明の主要な概念は、始動巻線を制御する際に使用されるよう、電動機電流を検出することにより電動機速度を検出することである。好ましい構成に於いては、電動機電流を検出する検出抵抗器として所定の長さの導線が使用されるが、電動機電流は例えば電流変圧器ホール効果センサ、他の電流検出装置を使用する等の他の方法により検出されてもよい。また電子スイッチのためのトライアックはゼロクロシング型又はノンゼロクロシング型のソリッドステートリレーに置き換えられてもよい。またトライアックやソリッドステートリレーの代わりにゼロクロシングの検出器又は回路やオプトアイソレイテッドトライアックが使用されてもよい。更に図1に図示し説明した各アナログ素子は用途に固有集積回路に置き換えられ集積回路に組み込まれてもよい。更に制御回路は検出される電動機電流に応答して上述の制御機能を果たす適当なソフトウェアを有するマイクロコントローラであってもよい。

0058

以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

図面の簡単な説明

0059

図1本発明による制御回路を示す回路図である。
図2温度が25℃であるときの電動機電流と電動機速度との間の関係を示すグラフである。
図3温度が130℃であるときの電動機電流と電動機速度との間の関係を示すグラフである。
図4本発明の制御回路に使用される電動機電流検出抵抗器について抵抗と温度との間の関係を示すグラフである。

--

0060

A…増幅器
B…ピーク検出器
C…比較器
D…基準電源
E…直流電源
F…符号変換器
H…ゲイン調節器
J…電子スイッチ
M…電動機
10…スイッチ
12…交流電源
14…始動巻線
16…主巻線
20…検出抵抗器

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