(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開ループの原理を用いた電気モータの電力制御の方法であって、
ａ）モータ駆動信号の、検出された位相遅れに基づいてホールドオフ時間を決定する所望の制御ライン関数を与えることと、
ｂ）第１の周期数の間、所定の負荷で、最大電圧で、電圧ゼロ交差と電流ゼロ交差とを有するモータ駆動信号により前記モータを駆動することと、
ｃ）駆動中に前記モータ駆動信号の前記位相遅れを検出することと、
ｄ）前記位相遅れの検出に基づいて前記所望の制御ライン関数の前記ホールドオフ時間から決定した導通時間でサイリスタを導通させることと、
ｅ）第２の周期数の間、位相遅れを制御することであって、当該制御することは、前記モータ駆動信号の電流ゼロ交差を検出した後に、決定した前記導通時間に従って前記サイリスタを導通させることを含み、更に、制御を行うために必要とされる前記モータ駆動信号のフィードバックがない、制御することと、
を含み、
前記所望の制御ライン関数は、最大電圧かつ無負荷での前記モータの前記位相遅れをＢｎｌとし、最大電圧かつ定格負荷での前記モータの前記位相遅れをＢｆｌとし、無負荷での位相遅れの減少が最大となる場合のホールドオフ時間をＡｍａｘとして、式Ｓ＝Ａｍａｘ／（Ｂｎｌ−Ｂｆｌ）により算出される直線の傾きＳと、式Ｏｆ＝Ｓ＊Ｂｌｆにより算出されるオフセットＯｆと、前記検出された位相遅れＢとにより、前記ホールドオフ時間Ａを式Ａ＝Ｓ＊Ｂ−Ｏｆから算出するものである、方法。
【請求項２】
前記駆動することは、
前記モータを最大電圧で駆動する第１の周期数を決定することと、
前記第１の周期数の間、最大電圧で前記モータを駆動することと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記位相遅れを検出することは、
前記モータ駆動信号の前記電圧ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の前記電圧ゼロ交差の検出時にタイマーを始動することと、
前記モータ駆動信号の前記電流ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の前記電流ゼロ交差の検出時に前記タイマーを停止することと、
を含み、
前記電圧ゼロ交差と前記電流ゼロ交差との間で測定される時間が、前記位相遅れである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記所定の負荷は、前記モータが受ける現在の負荷である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記制御することは、更に、前記第２の周期数を決定することを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
制御が完了した後、前記モータの稼働時に前記方法を再開することをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の周期数および前記第２の周期数は半周期単位で数えられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記モータは、電化製品内のモータである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記電化製品は、衣類乾燥機、洗濯機、加熱炉、送風機、ポンプ、生ごみ処理機、または冷蔵装置である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記位相遅れを検出することは、
前記モータ駆動信号の第１の電圧ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の第１の電流ゼロ交差を検出することと、
前記電圧ゼロ交差と前記電流ゼロ交差との間で計測される時間を第１の位相遅れとして演算することと、
前記モータ駆動信号の第２の電圧ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の第２の電流ゼロ交差を検出することと、
前記電圧ゼロ交差と前記電流ゼロ交差との間で計測される時間を第２の位相遅れとして演算することと、
演算された前記第１及び第２の位相遅れの平均をとって総体的な位相遅れを算出することであって、当該総体的な位相遅れを、前記モータ駆動信号の前記位相遅れと判定する、算出することと
を含んでいる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の周期数は、前記第１の周期数の少なくとも５倍以上である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記モータ駆動信号は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に基づくものである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記モータは、その最大定格負荷未満で稼働する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記制御中に、前記モータ駆動信号の位相遅れを検出することと、
前記制御中に、前記モータ駆動信号の、検出された前記位相遅れを第３の周期数ごとにメモリ領域に記憶することと、
記憶された前記位相遅れを、駆動中の前記モータ駆動信号の前記位相遅れを検出することから得られる現在の位相遅れと比較することと、
前記比較によって、記憶された前記位相遅れが前記現在の位相遅れよりも長いことが示された場合は、駆動することに進み、そうでなければ制御することに進むこと、
を前記第２の周期数の間に行う、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
【請求項１６】
電気モータに対する開ループ電力制御のためのコンピュータプログラムが記録された、コンピュータが読み取り可能な媒体であって、前記コンピュータプログラムは実行された場合、
ａ）モータ駆動信号の、検出された位相遅れに基づいてホールドオフ時間を決定する所望の制御ライン関数を与えることと、
ｂ）第１の周期数の間、所定の負荷で、最大電圧で、電圧ゼロ交差と電流ゼロ交差とを有するモータ駆動信号により前記モータを駆動することと、
ｃ）駆動中に前記モータ駆動信号の前記位相遅れを検出することと、
ｄ）前記位相遅れの検出に基づいて前記所望の制御ライン関数の前記ホールドオフ時間から決定した導通時間でサイリスタを導通させることと、
ｅ）第２の周期数の間、位相遅れを制御することであって、当該制御することは、前記モータ駆動信号の電流ゼロ交差を検出した後に、決定した前記導通時間に従って前記サイリスタを導通させることを含み、更に、制御を行うために必要とされる前記モータ駆動信号のフィードバックがない、制御することと、
をコンピュータに実行させ、
前記所望の制御ライン関数は、最大電圧かつ無負荷での前記モータの前記位相遅れをＢｎｌとし、最大電圧かつ定格負荷での前記モータの前記位相遅れをＢｆｌとし、無負荷での位相遅れの減少が最大となる場合のホールドオフ時間をＡｍａｘとして、式Ｓ＝Ａｍａｘ／（Ｂｎｌ−Ｂｆｌ）により算出される直線の傾きＳと、式Ｏｆ＝Ｓ＊Ｂｌｆにより算出されるオフセットＯｆと、前記検出された位相遅れＢとにより、前記ホールドオフ時間Ａを式Ａ＝Ｓ＊Ｂ−Ｏｆから算出するものである、媒体。
【請求項１７】
前記位相遅れを検出することは、
前記モータ駆動信号の第１の電圧ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の第１の電流ゼロ交差を検出することと、
前記電圧ゼロ交差と前記電流ゼロ交差との間で計測される時間を第１の位相遅れとして演算することと、
前記モータ駆動信号の第２の電圧ゼロ交差を検出することと、
前記モータ駆動信号の第２の電流ゼロ交差を検出することと、
前記電圧ゼロ交差と前記電流ゼロ交差との間で計測される時間を第２の位相遅れとして演算することと、
演算された前記第１及び第２の位相遅れの平均をとって総体的な位相遅れを算出することであって、当該総体的な位相遅れを、前記モータ駆動信号の前記位相遅れと判定する、算出することと
を含んでいる、請求項１６に記載の媒体。
【請求項１８】
前記コンピュータプログラムは実行された場合、
前記制御中に、前記モータ駆動信号の位相遅れを検出することと、
前記制御中に、前記モータ駆動信号の、検出された前記位相遅れを第３の周期数ごとにメモリ領域に記憶することと、
記憶された前記位相遅れを、駆動中の前記モータ駆動信号の前記位相遅れを検出することから得られる現在の位相遅れと比較することと、
前記比較によって、記憶された前記位相遅れが前記現在の位相遅れよりも長いことが示された場合は、駆動することに進み、そうでなければ制御することに進むこと、
を前記第２の周期数の間に前記コンピュータにさらに行わせる、請求項１６または１７に記載の媒体。
【請求項１９】
電気モータに対する開ループ電力制御のための装置であって、
電力信号の電圧成分のゼロ交差を検出する電圧交差検出部と、
電力信号の電流成分のゼロ交差を検出する電流交差検出部と、
第１の周期数と、第２の周期数と、所望の制御関数と、位相遅れと、算出されたサイリスタの導通時間と、を記憶するメモリ部と、
サイリスタと、
モータ駆動信号の、検出された位相遅れに基づいてホールドオフ時間を決定する所望の制御ライン関数を与え、
第１の周期数の間、所定の負荷で、最大電圧で、電圧ゼロ交差と電流ゼロ交差とを有するモータ駆動信号により前記モータを駆動し、
前記電圧交差検出部と前記電流交差検出部との出力から、駆動中に前記モータ駆動信号の前記位相遅れを算出し、
前記位相遅れの検出に基づいて前記所望の制御ライン関数の前記ホールドオフ時間から決定した導通時間で前記サイリスタを導通させ、
第２の周期数の間、位相遅れを制御し、当該制御は、前記モータ駆動信号の電流ゼロ交差を検出した後に、決定した前記導通時間に従って前記サイリスタを導通させることを含み、更に、制御を行うために必要とされる前記モータ駆動信号のフィードバックがない、位相遅れを制御すること
によってモータを制御し、前記サイリスタを導通させる処理部と、
を備え、
前記所望の制御ライン関数は、最大電圧かつ無負荷での前記モータの前記位相遅れをＢｎｌとし、最大電圧かつ定格負荷での前記モータの前記位相遅れをＢｆｌとし、無負荷での位相遅れの減少が最大となる場合のホールドオフ時間をＡｍａｘとして、式Ｓ＝Ａｍａｘ／（Ｂｎｌ−Ｂｆｌ）により算出される直線の傾きＳと、式Ｏｆ＝Ｓ＊Ｂｌｆにより算出されるオフセットＯｆと、前記検出された位相遅れＢとにより、前記ホールドオフ時間Ａを式Ａ＝Ｓ＊Ｂ−Ｏｆから算出するものである、装置。
【請求項２０】
前記処理部は、前記制御中に、前記モータ駆動信号の位相遅れを更に検出し、
前記メモリ部は、前記制御中に、前記モータ駆動信号の、検出された前記位相遅れを第３の周期数ごとにメモリ領域に記憶し、
前記処理部は、記憶された前記位相遅れを、駆動中の前記モータ駆動信号の前記位相遅れの前記検出から得られる現在の位相遅れと比較し、
前記比較によって、記憶された前記位相遅れが前記現在の位相遅れよりも長いことが示された場合、前記処理部は駆動に進み、そうでなければ、前記処理部は制御に進むことを前記第２の周期数の間に行う、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記処理部は、前記算出中に、前記電流交差検出部と前記電圧交差検出部との出力の違いを比較することによって第１の位相遅れを検出し、
前記メモリ部は、前記第１の位相遅れをメモリ領域に記憶し、
前記処理部は、前記算出中に、前記電流交差検出部と前記電圧交差検出部との出力の違いを比較することによって第２の位相遅れを検出し、
前記メモリ部は、前記第２の位相遅れをメモリ領域に記憶し、
前記処理部は、前記第１の位相遅れおよび前記第２の位相遅れの平均をとって、前記モータ駆動信号の総体的な位相遅れを演算し、
前記メモリ部は、前記総体的な位相遅れをメモリ領域に記憶し、
前記処理部は、前記総体的な位相遅れを前記モータ駆動信号の前記位相遅れとして使用する、請求項１９または２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電化製品および電気設備を制御することに関し、より詳しくは、省エネルギーを目的とした電気モータ制御のための方法、システム、および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
力率は、電気負荷の皮相電力に対する平均電力の割合である。力率は０（負荷のインピーダンスがリアクタンスのみ）から１（純粋な抵抗負荷の場合）の値をとる。実際、電気装置の力率は０と１の間のいずれかの値であり、力率の値が１に近いほど、エネルギーは装置によって効率的に消費され、電力消費は少ない。そこで、無効負荷が大きい電力消費部（例えば、電気誘導モータ）に対しては、見かけの負荷の力率を調整して性能を改善し、大量のエネルギーの浪費を避ける手段を講じることが重要である。例えば、２２０Ｖ電線から１００ｋＷを０．８５の力率で消費する工場では、１１８ｋＷの皮相電力の供給が必要であるが、力率が０．９５に改善されれば、供給される皮相電力は１０５．３ｋＷに減少する。電力会社の多くは、こうした消費者に対し、力率を調整することを積極的に求めている。
【０００３】
力率の改善による恩恵を受けるのは大規模な工場だけではない。ＡＣモータは、コンプレッサからエレベーターまで様々な多くの電化製品や電気設備内に存在し、それらのＡＣモータは、通常、入力インピーダンスにおいて誘導的であるので、しばしば、特に負荷が小さい状態または負荷変動のある期間中に、定格の力率よりも低い値を示す。ＡＣモータの力率の改善を目的としてコントローラが開発されており、こうしたコントローラはこの分野で一般に知られている。以下に詳細に論じるように、特許文献１（Ｎｏｌａ）、特許文献２（Ｎｏｌａ）、および特許文献３（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）に例が見られ、これらの文献の開示内容は、ここで参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００４】
通常、多くのＡＣモータコントローラによって行われている力率の影響を軽減する方策は、電流の位相と電圧の位相との位相差を検知し、コントローラを使用してＡＣモータの各位相のサイリスタの動作を調整して電圧と電流の位相遅れを減少させようとすることによって行われている。理想的に実行された場合、電流の位相と電圧の位相との位相差を０にすることができれば、負荷は電源装置に対して見かけ上は抵抗となり、したがって、力率は１に近くなる。力率を完全に１にするのは実際には不可能であるが、力率を少し改善すれば電力消費に大きな違いを生じさせることができる。
【０００５】
長年にわたり、電気モータの力率改善に対し多くの様々な取り組みがなされてきた。電流と電圧との間の位相角（モータ力率）が制御される最大負荷未満の誘導モータ用の電力軽減システムが、この分野で既に知られている。こうしたシステムでは、モータ力率は、モータに接続されたサイリスタ（例えば、トライアック）の制御を通じ、指令された力率信号と動作力率との間の差の関数として制御される。１９９７年にＦｒａｎｋ  Ｎｏｌａによって開発されたコントローラが、こうした種類の電力軽減システムの一例である。
【０００６】
Ｎｏｌａのコントローラでは、回路により位相遅れ信号が得られる。位相遅れ信号は、動作の所望の最小力率を示すコマンド位相信号遅れ信号と比較される。得られた差信号、つまり回路エラー信号は、選択された力率でのモータ動作を維持するように、誘導モータの巻き線に直列のトライアックのオン・オフ時間を制御するために使用される。これは、最大負荷未満のモータへの電力の入力を減少させる効果を生じる。
【０００７】
Ｎｏｌａのコントローラの原理は、各半波周期の一部分の間、電圧をオフに切り替えることにより、モータが最大負荷で動作していない時に、モータに供給される平均電圧を減少させるものである。典型的な誘導モータは、定格負荷で最も効率良く動作する。定格負荷未満では、効率が低下する。電圧の減少の効果により、モータは低負荷の馬力の小さいモータとされ、それによって、モータは最大効率に近い状態で動作させられる。
【０００８】
電圧を低減するには、常に負荷を把握しておく必要がある。簡単に計測できて、モータの負荷に関係する１つの変量は、電圧に対する電流の位相遅れである。したがって、Ｎｏｌａのコントローラは、実際のところ位相遅れコントローラである。位相は、測定され、標準的な閉ループフィードバックシステムにおいて所望の位相と比較される。閉ループに固有なのは、他の動的要件に対して制御が安定している必要があることである。これは、負帰還によってのみ達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，４５９，５２８号明細書
【特許文献２】米国特許第４，２６６，１７７号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８２１，７２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
Ｎｏｌａの構成は、閉ループ制御の構成である。閉ループ制御では、システムの安定性は、制御される装置の動的特徴によって決まる。Ｎｏｌａの場合、電圧の変化に対するモータの電気的応答によって、閉ループシステムの安定性が決まる。安定性を維持するには、遅れを伴うコントローラ出力を補償する必要がある。加えて、安定を維持するには、システムの閉ループゲインは、十分なゲイン余裕を有するように設定しなければならない。これらの要因は２つの欠点につながる。
【００１１】
一つ目の欠点は、コントローラの遅れが、したがって補償が必要であることであり、それによって、システムの応答が低下させられる。これに対しては、Ｎｏｌａ型のコントローラにおいては、特に最小力率コマンド設定が比較的高い場合に、モータの失速や振動を防止するために、モータ負荷が急増する期間におけるタイムラグを相殺し、低負荷状態から最大負荷状態への変化に対する応答速度を改善する回路を追加することにより対処されている。
【００１２】
この種の閉ループ制御システムの二つ目の欠点は、コントローラのユーザにわかりやすくないことである。安定した閉ループ制御には、二つのことが満たされなければならない。一つ目に、フィードバック信号は、負でなければならなく、二つ目に、ゲインはシステムが不安定になるポイントより低くなくてはならない。位相遅れと、モータ負荷へのフィードバック信号と、電圧との関係は、モータの電気的構成によって一定となる。閉ループコントローラは、これらの安定条件を満たすために入力と出力との間に一定の制御関係を要する。その結果、モータの省エネルギーは、論理的に可能であるよりもずっと低く制限される。更に、コントローラを最大省エネルギーに設定するためには、モータがもはや実際の負荷で動作できなくなる領域まで、設定ポイントを下げなければならない。これには、モータを動作の瀬戸際に立たせるという影響がある。
【００１３】
通常のモータは、以下の条件で作動する。コントローラが定格馬力で最大電圧を与えるように設定されれば、無負荷での電圧と結果としての節電は約１０％になる。しかし、ある場合には、最大３０％までの節電が可能である。コントローラは、最大負荷入力電圧を所定値まで低減することでこれを達成し、この結果、無負荷電圧は、最大負荷での入力電圧が低減されることによってさらに低くされる。これは、モータが最大馬力を供給するように要求されないように、モータが、遭遇する負荷の状態に対して余裕をとって構成されている用途に好都合である。
【００１４】
誘導モータにおける位相遅れの制御を改善しこれにより節約されるエネルギー量を改善することができる能力を有する高速応答のコントローラを提供すれば、この分野における進歩となる。また、誘導モータを含む様々な電化製品と共に作動することができ、それによって、力率と起動特性を改善するコントローラを提供することも進歩となる。更に、プログラム可能で具体的な負荷と動作条件に応じてカスタマイズできる力率改善コントローラを提供することも望ましい。また、最大馬力での最大電圧動作と無負荷での最小電圧動作とを可能にし、これにより領域調整の必要性をなくすコントローラを得ることも進歩となる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
閉ループアナログコントローラの省エネルギーの限界を考慮して、単相デジタルコントローラは、あらゆる用途に対して最大限の省エネルギーを達成するように構成されている。この方策は、開ループ制御の原理を用いている。基本的に、「Ｙ」と称する期間中、電圧は最大電圧に設定され、負荷が、位相遅れ時間を測定することによって判定される。次に、ホールドオフ時間が算出され、「Ｚ」で定義する期間中、コントローラは、算出されたこのホールドオフ時間での稼働をさせる。Ｚの周期数がＹの周期数に比べて多い場合、最大限の省エネルギーが達成される。位相遅れ信号の動的応答の測定により、位相遅れを一電圧周期内で検知できることが示される。
【００１６】
本発明の複数の態様が、開ループの原理を用いた電気モータの電力制御の方法に関する。この方法では、モータ駆動信号の、検出された位相遅れに基づいてホールドオフ時間を決定する所望の制御ライン関数を用いる。制御すべきモータは、第１の周期数の間、所定の負荷で、最大電圧で、電圧ゼロ交差と電流ゼロ交差とを有するモータ駆動信号により駆動される。この駆動中に、モータ駆動信号の位相遅れが検出される。電力制御のために、位相遅れに基づいて所望の制御ライン関数のホールドオフ時間から決定した導通時間でサイリスタを導通させる。その後、第２の周期数の間の位相遅れの制御が、モータ駆動信号の電流ゼロ交差を検出した後に、決定した導通時間に従ってサイリスタを導通させることによって達成される。決定された周期の少なくとも５倍の数の制御周期を有する制御方法の実施態様において大幅な節電が得られ始めることが分かった。
【００１７】
所望の制御ライン関数の実施態様は、Ｂｌｎを、最大電圧かつ無負荷でのモータの位相遅れとし、Ｂｆｌを、最大電圧かつ定格負荷でのモータの位相遅れとし、Ａｍａｘを、無負荷での最大位相減少の場合のホールドオフ時間として、式Ｓ＝Ａｍａｘ／（Ｂｎｌ−Ｂｆｌ）から算出されるライン傾斜Ｓと、式Ｏｆ＝Ｓ*Ｂｌｆから算出されるオフセットＯｆと、を含み、この際、ホールドオフ時間Ａは、Ｂを、検出された位相遅れとして、式Ａ＝Ｓ*Ｂ−Ｏｆから算出される。
【００１８】
本発明の他の態様は、制御中にモータ駆動信号の位相遅れを検出することと、検出した位相を記憶し、これをサイリスタの導通時間に用いられている現在の位相遅れと比較することと、を含む高速応答の変形例に関する。この比較によって、記憶した位相遅れが現在の位相遅れ未満であると示された場合、新たなサイリスタ導通時間が決定されなければならない。
【００１９】
本発明の他の態様は、実行されると、コンピュータまたは演算装置に上記の手順を実行させるコンピュータプログラムが組み込まれた、コンピュータが読み取り可能な媒体に関する。本発明の更なる態様は、電気モータ用の電力制御のための装置に関し、この装置は、設定可能なタイミング部と、ゼロ交差検出部と、導通時間算出部と、メモリ部と、サイリスタと、処理部と、を備えている。
【００２０】
本発明の更なる態様は、モータが通常定格負荷未満で動作するとともに負荷が時間的に大幅に変化しない環境での制御方法の電化製品に最適な変形例に関し、長い制御周期を位相遅れの平均を使用可能にする。
【００２１】
本発明の利点は、発明の方法または発明のコントローラの実施態様によって制御されるモータの電力消費が低減されることと、モータの負荷変化の検出と電力制御信号の発行との間の応答時間が速いこととを含む。
【００２２】
本発明の更なる適用の範囲は、以下の詳細な記載から明らかになる。しかし、この詳細な説明から、当業者にとって本発明の精神および範囲内の種々の変更や修正が明らかであるので、これらの詳細な説明および具体的な例は、本発明の好ましい実施形態を示すものではあるが、例示することのみを目的として提示されるものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、一例の閉ループ制御波形を表す図である。
【図２】図２は、一例のモータの最大負荷状態と無負荷状態の両方に対するホールドオフ時間対位相遅れ時間を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態によって生成される開ループ制御波形を示す図である。
【図４ａ】図４ａは、所望の制御ラインを決定するためのアルゴリズムである。
【図４ｂ】図４ｂは、節電のための本発明の方法の実施形態を示すブロック図である。
【図４ｃ】図４ｃは、高速応答要素を有する、節電のための本発明の方法の実施形態を示すブロック図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明にかかる制御装置を示す機能図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明にかかる制御装置を示すブロック図である。
【図６】図６は、電化製品のモータのエネルギー消費を最適化するための制御周期図である。
【図７】図７は、一般的な衣類乾燥機器の構成要素の一部を示す図である。
【図８】図８は、衣類乾燥機の構成要素のブロック図の実装を示す図である。
【図９】図９は、洗濯機器に含まれる一般的な構成要素を示す図である。
【図１０】図１０は、洗濯機制御システムのブロック図である。
【図１１】図１１は、冷蔵システムの図である。
【図１２】図１２は、典型的な冷蔵機器によって消費される電力の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下の本発明の詳細な説明では、添付の図面を参照する。異なる図面間の同じ参照番号は、同一または同様の構成部を示す。また、以下の詳細な説明は本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の請求項およびその等価物によって規定される。
【００２５】
Ｎｏｌａの構成は、負荷が減少させられる時に、交流電流、つまり正弦波の半分ごとの期間に、交流電流をオフすることによって、モータに印加される電圧を減少させる閉ループ位相コントローラである。２００７年５月３０日に受理された最近の米国特許出願公開第１１／７５５，６２７号明細書の開示内容が、ここで参照することにより本明細書に組み込まれ、この明細書では、Ｎｏｌａの基本的な方法を基礎として改良されたデジタルコントローラ構成が記載されている。このデジタルコントローラのソフトウェアは、上記したＮｏｌａの制御の原理を用いている。典型的な波形が図１に示されている。
【００２６】
電圧がオフに切り替えられる時間はホールドオフ時間１１１と称される。図２に示すのは、例として使用されるモータの最大負荷状態２１５と無負荷状態２１０の両方におけるホールドオフ時間対位相遅れ時間の曲線である。位相遅れ時間は、電圧波が電圧０の所のゼロライン１０１と交差する時と電流波形が電流０の所のゼロライン１０１に交差する時との間の時間として規定される。Ｎｏｌａのコントローラは、左下から右上に傾斜している閉ループアルゴリズムライン２０５に沿ってホールドオフ時間を変化させることにより位相遅れを制御する。安定性の要件により、このラインの最大傾斜が決定される。Ｎｏｌａの閉ループシステムを安定させるには、フィードバックが負でなければならず、制御ライン２０５の傾斜によって規定されるゲインが４を大きく超えてはならない。
【００２７】
制御ライン２０５がホールドオフ時間０で１００％負荷ライン２１５に交差するように制御ライン２０５を移動させることによりＮｏｌａの電圧が最大定格電力２０５で最大定格電圧に設定された場合、無負荷でコントローラが制御するホールドオフ時間は６０周期の電圧に基づいて１．７ミリ秒となる。交流の半周期分の波の全体の持続期間は８．３ミリ秒で、したがって、その時間の２０％のみ電圧がオフされる。同様に、電圧がほぼ５０％オフされる４ミリ秒の所で無負荷ライン２１０と交差するまで制御ライン２０５を移動させることにより、Ｎｏｌａのコントローラが、無負荷で許容される約４ミリ秒の最大のホールドオフ時間を生じさせるように設定された場合、最大負荷での電圧は２．２ミリ秒、すなわち前記の時間の約２５％オフされる。これが、モータが定格負荷で作動する必要がない場合に、その用途で更なる省エネルギーが可能とされる理由である。
【００２８】
最も望ましい制御は、左下から右上に傾斜している点線２２０に沿ったものである。この制御は、最大負荷でホールドオフ時間を０に制御することによって電圧を最大にし、ホールドオフ時間を許容される最大値に制御することにより無負荷で電圧を最低にする。この理想的な制御は、フィードバック信号が負ではなく正であることにより制御を不安定にする可能性があるため、歴史的に、閉ループ制御で実施するのは困難であった。
【００２９】
こうした種類の望ましい制御２２０を可能とする制御方法が、本発明の一つの目標である。この方策は開ループ制御の原理を用いている。図３に示すように、「Ｙ」３０１と呼ぶ期間中は、電圧が最大電圧に設定され、負荷は位相遅れ時間を計測することにより決定される。次に、ホールドオフ時間が算出され、コントローラは、「Ｚ」３０５によって規定する期間中、一定のホールドオフ時間で稼働するように強制される。負荷は、どんな負荷の変化も感知できるように十分に頻繁に確認する必要がある。位相遅れフィードバック信号の動的応答の計測により、位相遅れを一電圧周期内で検知可能であることが示されている。
【００３０】
負荷計測期間では、電圧波は完全な正弦波である。省エネルギー期間では、電圧周期は半周期の一部でオフに切り替えられる。「Ｙ」期間３０１の最後に、電圧がゼロと交差する瞬間と電流がゼロと交差する時間との間の時間で規定される位相遅れ３１０は、コントローラのデジタル処理部のメモリ内に保存される。この計測に基づき、図２の点線２２０に沿ってオフ時間が設定されるようにオフ時間が算出される。例えば、モータが無負荷である例では、ゼロホールドオフ時間（最大電圧）で計測される位相遅れは、３．２ミリ秒となり、コントローラの処理部は所望のホールドオフ時間を４ミリ秒と算出する。この例では、約２０半周期のＹ期間および約１２００周期のＺ期間が好ましい。しかし、これは、負荷が１０秒ごとにのみ検知されることを意味する。これは、負荷をゆっくり変化させる、またはほぼ一定の負荷で稼働する冷蔵庫、プールポンプ、およびドライヤのモータなどの用途で用いられる実施形態では十分である。負荷が急激に変化するドリルプレスなどの用途では、追加の制御ループを有する実施形態が好ましい。
【００３１】
１０秒の省エネルギー期間の間、コントローラは半周期ごとに位相遅れを測定する。通常、位相遅れは１〜２ミリ秒の間に制御される。負荷が急増すれば、位相遅れは急激に減少する。この減少を検知するように処理部をプログラミングすることにより、それを、Ｚ期間を即座に終了させてＹ期間に戻すために使用できる。Ｙ期間により、新たな負荷が測定され、それに合わせるように制御が調整される。
【００３２】
図４ａは、図２の所望の制御ライン２２０を判定するためのアルゴリズムの実施形態を示している。本発明にかかるコントローラの実施形態では、所望の制御ラインは、コントローラがモータに接続された後にコントローラによって動的に判定される。判定アルゴリズムのこの実施形態は、最大電圧での無負荷位相遅れ４０１と最大電圧での定格負荷位相遅れ４１０とを測定することから開始される。これらは、それぞれ、無負荷ライン２１０の下端と１００％負荷ライン２１５の下端とに対応する。無負荷では、最大位相減少の場合のホールドオフ時間４２５も判定される。これら三つの要素から、所望の制御ラインの傾斜４０５を算出できる。傾斜がわかれば、その傾斜と最大電圧での定格負荷位相遅れに基づいて、オフセットを算出４１５できる。軸切片を示すこのオフセットによって、所望の制御ライン２２０の規定が完成する。この情報は、その後、検出された位相遅れに基づいてホールドオフ時間を算出するために利用できる４２０。
【００３３】
本発明のこの態様の他の実施形態は、周知の特性を有する特定の種類のモータに取付けられるコントローラ用に評価されて構築され、ハードコード化された、またはハード・ワイヤードの制御ラインを有していてもよい。他の実施形態は、ある範囲の、予めプログラミングされて構築された複数の制御ラインを有し、コントローラが制御するモータの特性に応じてコントローラによって最適なものが選択されてもよい。更なる実施形態は、モータの特性の変化とは無関係に定期的に、好ましい制御ラインを再算出するようにプログラミングされていてもよい。
【００３４】
図４ｂには、開ループ電力制御を行うアルゴリズムの実施形態が示されている。変数Ｘによって、起動段階の間のコントローラの動作が決定され、変数Ｙと変数Ｚとによって、コントローラの稼働中のコントローラの動作が決定される。６０周期の交流電力の入力に伴うＹおよびＺの好ましい値は、それぞれ２０半周期と１２００半周期であるが、本発明のこの態様の様々な実施形態では、入力電力および所望のコントローラ応答時間などの因子に応じてＹとＺとして様々な値が採用されてもよい。本発明のこの方法の実施形態では、十分な節電を保証するために、各５Ｚ周期に対し１Ｙ周期を越えないようにすべきであることが判定されている。毎判定周期に対し５制御周期未満の比率では、システムが最大電圧で稼働するのが、大幅な省エネルギーを達成するのに頻繁すぎる。
【００３５】
変数Ｘは、モータの起動時間を表している。多くの小型モータに対し、時間Ｘの間の動作期間４５１では、サイリスタが最大導通モードにされ、これによりモータ端子に最大電圧が供給される。幾つかの大型のモータでは、所定の基礎電圧から最大電圧まで電圧を徐々に増加させる緩やかな起動の実行が求められる。いずれの場合も、この段階の機能は、モータ軸を定格速度にまですることである。
【００３６】
モータが加速すると、モータは、変数Ｙで決定された数の半周期の間、最大電圧で稼働する４５５。Ｙ半周期後、コントローラは、現在の負荷状態での最適なホールドオフ時間を算出する４６０。この算出は、電力信号の電圧ゼロ交差を検出し４６０１、電圧ゼロ交差でタイマーを起動し４６１１、電力信号の電流ゼロ交差を検出し４６２１、検出された位相遅れを制御ラインの等式４２０に当てはめた結果に基づいてサイリスタに対する導通時間を算出する４６３１ことにより達成される。コントローラは、その後、制御段階４６５に入り、Ｚ半周期の間、算出されたホールドオフ時間に基づいてサイリスタを導通させる。この制御段階は、算出された導通時間に基づいてサイリスタを導通させることにより開始される４６５１。コントローラは、その後、電流ゼロ交差を検知し４６６１、タイマーを起動する４６７１。サイリスタはバイアス装置であるので、電流ゼロ交差では効力がない。これにより、サイリスタが再び適切な導通時刻に導通させられる４６８１まで、算出されたホールドオフ時間４２０の間、電圧信号１１１に途切れが観察される。サイリスタが制御周期内で導通される度に、カウンタがデクリメントされる４６９１。カウンタが０に達すると４７０、コントローラは位相遅れ検出過程を再開する。この時には、コントローラはモータに最大電圧を供給し、現在の負荷での位相遅れが再び検出され４６０、データが次の一式の制御周期４６５で使用される。
【００３７】
このアルゴリズムの代替の実施形態は、制御段階４６５時に、電圧ゼロ交差の検出と、電圧ゼロ交差の検出と電流ゼロ交差４６６１の検出との間のタイマーとを含んでいてよい。更なる実施形態は、制御段階４６５時に、電流ゼロ交差のみによってサイリスタが無効にされるという前提でサイリスタを非導通にさせるとすぐにタイマーを起動する代わりに、電流ゼロ交差を明確に検出することを避けてもよい。更なる実施形態では、具体的な制御用途の必要性に応じて他の手順を追加または削除してもよい。
【００３８】
図４ｃには、高速応答の開ループ電力制御を行うためのアルゴリズムの実施形態が示されている。本発明のこのアルゴリズムの実施形態では、制御段階４６５時に、電圧交差の検知４６８５と第１のタイマーの起動４６６５を取り入れる。これらの手順を追加することで、毎制御周期４６５中に位相遅れを検知することが可能になる。
【００３９】
アルゴリズムの本実形態では、更にストアカウンタ（Ｓｔｏｒｅ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）と呼ぶ新たな変数を追加する。１０半周期に設定されるのが好ましいこの変数により、本発明に係るコントローラの実施形態が負荷の増加に対してより早く応答することを可能にする高速応答段階４８０を追加することができる。これは、非最終制御周期の最後に、ストアカウンタ変数をデクリメントし４８０１、これが０であるかどうかを確認することにより達成される。ストアカウンタが０でなければ、アルゴリズムは次の制御周期４６５に進む。ストアカウンタが０であれば、アルゴリズムは、制御周期から検出された電流交差４６６１と電圧交差４６８５との差を用いてちょうど測定された遅れ時間を記憶し４８２１、後続する複数の制御周期４６５の間、この遅れ時間を保持する。追加の各制御周期４６５の間に、保存された値は、最新の制御周期４６５時に求められた現在の遅れ時間と比較される４８３１。保存された遅れ時間が現在の遅れ時間より、好ましくは０．５ミリ秒だけ、高い場合４８４１、これは、モータ負荷が増加していることを示しており、新たなＹ周期４６０が開始される。保存された遅れ時間が現在の遅れ以下である場合、追加の動作はとられずに次のＺ周期４６５が通常通り続行される。
【００４０】
このアルゴリズムの代替実施形態では、遅れが増加する場合だけでなく遅れが減少する場合にも、遅れが増加する場合のみ、または異なる時間枠（より多くの、またはより少数のストアカウンタ周期）で、高速応答の方策を行ってもよい。更なる実施形態では、現在の遅れまたは検出された入力電圧信号に基づいて、またはコントローラへの他の入力から、ストアカウンタ周期の適切な数を判定してもよい。
【００４１】
Ｘ、Ｙ、およびＺの値は様々な用途に対して異なることが予想される。負荷が比較的ゆっくり変化する用途（例えば、冷蔵庫、洗濯機、乾燥機、および他の家庭用電化製品）は、Ｚを非常に大きな値（数秒程度、またはさらに数分程度でも）とすることが許容され、一方、より変化しやすい負荷を有する用途では、Ｚを小さな値とする必要がある場合がある。
【００４２】
図５ａは、本発明に係るコントローラ装置の実施形態の機能図を示している。本実施形態において示す装置は、サイリスタ５６５と、処理部５５５と、第１の設定可能タイマー５５１と第２の設定可能タイマー５６１とからなるタイミング部と、電流交差検出部５７５と電圧交差検出部５７０とからなるゼロ交差検出部と、導通時間算出部５６０と、周期カウント数と算出された導通時間とを保存するメモリ部５８０とを備える。
【００４３】
第１の設定可能タイマーは、先に論じた変数Ｙの設定に使用でき、第２の設定可能タイマーは変数Ｚの設定に使用できる。交差検出部はＹ周期時間およびＺ周期時間の両方の間、電圧ゼロ交差および電流ゼロ交差を検出するために使用される。処理部は、サイリスタの導通だけでなく、他の構成要素の調整や装置内の情報の流れの管理等、コントローラの操作全般を制御するプログラマブル装置であってよい。このような装置の実施形態が、図５ｂに示されている。
【００４４】
ＡＣ電力５１１が、ＳＣＲ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）ブリッジ５０１に供給され、ＳＣＲブリッジ５０１は、適切な導通回路（不図示）を介して処理部５２１によって制御される。電圧５０５と電流５１５との両方のゼロ交差ポイントが検出され、処理部５２１（本実施形態では、処理部５５５と、メモリ５８０と、算出部５６０と、設定可能タイマー５５１，５６１との機能を含む）に保存されたアルゴリズムによって、ＳＣＲブリッジ７０１のオン・オフ時間を演算して、モータによって消費される電力を制御するのに用いられる。
【００４５】
本発明の更なる代替実施形態では、本発明に係る開ループ制御方法でプログラミングされた汎用プログラマブルコントローラを採用してもよい。本発明の更なる実施形態では、電気モータに直接一体化したコントローラまたは適切なハードウェア構成要素に接続された汎用コンピュータによって実行される制御プログラムを採用してもよい。
【００４６】
用途の中には、モータの稼働中に負荷が急変しないものがある。電化製品はこうした用途の典型例である。電化製品の周期の特異性は、負荷変動の少ない環境で最適な性能が得られるように上記の改良されたコントローラの実施形態を更に変更するのに役立つ。
【００４７】
例えば、家庭用冷蔵庫またはソフトドリンクの自動販売機の冷蔵システムは、しばらくの間モータをオンし、その後しばらくの間オフにする温度センサを有する。同様に、空調システムはオンとオフを繰り返す。乾燥機などの他の電化製品は、単純に、最大周期の間、オンに切り替えられ、タイマーで停止される。こうしたシステム内のモータが稼働している間、負荷は変化するとしても非常に少しずつ変化する。電化製品制御の用途では、図３の制御方法の実施形態を更に改良することができる。モータを起動する間の時間Ｘ中、モータを動作速度まで上げるために電圧を最大で印加する必要がある。通常、時間Ｘは、約５秒未満である。起動状態時間Ｘの後、省エネルギー周期に入ることが可能であり、モータがオンの期間、継続的に省エネルギー周期を実施してよい。モータが再度オフに切り替わるまで、負荷は、仮に変化するとしても、基本的にあまり大きくは変化しないので、周期の負荷測定部分であるＹはより長くできる。更に改良された制御方法の実施形態では、Ｙは３０〜６０周期でよく、最後のＹ周期でのみ位相角を読み取る代わりに、より正確で安定した読み取りをするために、位相角を最後の５〜１０Ｙ周期の間、読み出して平均をとってもよい。最後に、負荷は、仮に変化しても非常にゆっくり変化するので、周期Ｚの省エネルギー部分は１分以上の時間を有していてよい。モータが停止されると、コントローラはリセットされて起動状態Ｘになる。この制御手順を用いれば、結果としてモータは、オン時間の大部分の間省エネルギーモードで稼働することになる。
【００４８】
好ましい実施例
電化製品のモータは、通常、定格馬力未満の負荷状態では比較的非効率的に稼働する単相モータである。通常、単相モータは、最大負荷で約０．７の力率で動作し、無負荷では０．２〜０．４の力率で動作する。ここに記載する減少した負荷で動作する改良型のコントローラの実施形態では、力率は、最大負荷で稼働する時に可能な値よりも良い値に到達させることができる。単相モータについてここで記載する改良型のコントローラの実施形態を用いた試験によって、力率は、モータに供給される平均電圧を減少させることによって約０．９まで増加させることができることが示される。図６は、高速応答モードで動作する低負荷の単相モータに対する改良型コントローラの実施形態に基づくミリ秒単位の位相遅れとミリ秒単位のホールドオフ時間とのグラフである。最大電圧での位相遅れで、短い３半周期の期間は約３ミリ秒であり、約０．４の力率であると読み取られる。１０周期の省エネルギーモードの間、ホールドオフ時間６０１は５ミリ秒に近くなっており、位相遅れ６０５は１ミリ秒未満に減少し、これは、０．９を超える力率であると計算される。
【００４９】
電化製品では、負荷を頻繁に計測する必要がないので、ホールドオフ時間をより長くすることができる。以下の記載では、種々の電化製品でどのようにエネルギーが節約されるかを示す。例えば衣類乾燥機では、上記した１０周期の代わりに、ホールドオフ時間は１分、すなわち７２００周期の間、実施できる。
【００５０】
衣類乾燥機への適用
乾燥機モータは、通常、オンにされると、一般的にタイマーまたは湿度センサによって停止されるまで稼働する。このモータは、濡れた洗濯物の最大負荷に対応するように大きさを決められている。ほとんどの場合そうであるが、機器に少ない洗濯物で負荷がかけられている場合、モータの電圧は起動時に減少させることができる。乾燥周期の間、洗濯物の湿度は減少する。これにより洗濯物の重量も減少し、それに応じて必要とされる電力も減少する。コントローラは、モータ負荷の減少を、その周期的な負荷の観察から検知し、電化製品の内容物が乾燥されるにつれて電圧を減少させる。
【００５１】
図７は、典型的な衣類乾燥機の構造図である。モータ７０１は、駆動ベルト７０５を用いて直径の大きなドラム７１０を回転させる。ドラム７１０の内部では、衣類７１５が乾燥しながら動き回る。温風をドラム内に循環させることによって乾燥が行われる。空気は電気ヒータまたはガス燃焼ヒータ（不図示）によって暖められてよい。ドラム駆動モータ７０１によって消費される電力の大部分は衣類７１５の重量によって決まる。モータの大きさは、乾燥機に濡れた衣類が満載された場合にドラム７１０を回転させるのに十分なものでなければならない。水などの溶媒が衣類７１５から蒸発するにつれ、衣類の重量は減少し、その結果、ドラム７１０を回転させるために必要とされるトルクは減少する。
【００５２】
乾燥機には常時最大限の負荷がかかっているわけではなく、乾燥機に１点の衣類のみが入っていることは珍しくない。こうした場合、負荷は、モータが対応するように設計される負荷よりも著しく低く、これによって、本発明の改良型コントローラの実施形態でモータの電力消費を著しく軽減する機会が与えられる。
【００５３】
図８は、乾燥機を制御するために使用されるシステムの実施形態のブロック図である。ＡＣ電力６６１はコントローラ６６５に入力され、コントローラ６６５は、ドラム６８１を回転させるためにどのくらいの電力が必要であるかに応じて、減少させた電力をモータ６７１に供給する。負荷検知検出部（不図示）と、処理部（不図示）と、モータ電圧コントローラ（不図示）とがコントローラ内にある。これらの構成要素の実施形態は、例えば、米国特許出願公開第１１／７５５，６２７号明細書に記載されている。図５ａおよび図５ｂに示されるコントローラの実施形態は、この用途に適したコントローラである。
【００５４】
洗濯機への適用
洗濯機のモータは、攪拌、回転、水のくみ上げを含む様々な作業を行う。モータは、通常、考えられる最大の衣類の負荷に対応できる大きさにされる。より小さな負荷であれば、上記した乾燥機と同様に減少させた電圧で稼動できる。回転周期では、負荷は、最初は最大で、水が回転して出ていくにつれて重量が減少し、これにより、コントローラは、電圧とエネルギー消費を、そうでなければ必要であったのより減少させることが可能となる。くみ上げ周期の間、水がくみ出されると、モータは非常に少ない負荷で稼働して起動し、水がくみ出されると無負荷で稼働する。時間は、タイマーによって制御され、このタイマーは、安全係数が得られるように、水のくみ出しに要する時間よりも長く設定する必要がある。改良型のコントローラの実施形態は、追加のソフトウェアまたは処理制御を用いることなく、これら全ての動作に自動的に適応することができる。
【００５５】
図９は、典型的な洗濯機の構成要素を示している。モータ８１１は、変速機８２１を介して攪拌部８０５と回転ドラム８０１とに接続される。通常、モータの方向によって、攪拌部が回転するかドラムが回転するかが決定される。他の構成では、周期のどの部分が使用されているかに応じて適当な駆動が選択される。モータによって消費される電力の大部分は、衣類の重量によって決まる。モータの大きさは、攪拌部８０５を衣類の最大負荷で回転させるとともに回転ドラム８０１を、水を含んだ衣類の最大負荷で回転させるのに十分なものでなければならない。
【００５６】
多くの場合、衣類の負荷は最大負荷未満であり、この場合、多くの洗濯機で水位は減らされる。減少させた負荷の場合、モータは最大定格電力未満で稼働し、ここに記載する改良型のコントローラの実施形態を、余分な電力を節約するために使用できる。同様に、負荷を回転させる場合、衣類の重量は、水が抽出されるにつれて軽くなり、モータ負荷が減少する。コントローラは、この状態を検知し電力消費を減少させる。
【００５７】
図１０は、省エネルギーコントローラを用いた洗濯機制御システムのブロック図である。洗濯機と乾燥機の実施形態との主な違いは、洗濯機では、モータ９０１はドラムを直接駆動する代わりに変速機９０５を駆動することである。洗濯機の実施形態でのコントローラの動作は、乾燥機の動作と同じである。コントローラの可能な一つの実施形態は、図５ａおよび図５ｂで上記した実施形態と同じである。
【００５８】
冷蔵への適用（例えば、冷蔵と空調）
図１１は、空調システムと、冷蔵庫、水冷機、飲料販売機、および冷凍庫などの冷蔵システムとの両方で使用される典型的な冷蔵過程を示している。いずれの場合も、必要とされる電力の大部分を消費するモータ駆動型コンプレッサ１００１が設けられている。また、冷蔵庫は、通常、コンデンサ１０１５と蒸発器１０１１とを有している。モータ１００５は、通常、最悪の環境温度に対応した大きさにされた単相モータである。加えて、蒸発器および／またはコンデンサを通過させて空気を循環させるためのファンを駆動する補助モータ（不図示）が設けられていてもよい。
【００５９】
ここで記載する改良型のコントローラの実施形態を使用した冷蔵庫に対する試験は、室温で約２．３ミリ秒の位相遅れで動作するユニットを示す。本発明の改良型のコントローラの実施形態を用いて、位相遅れを周期のＺ部分の間１ミリ秒未満まで減少させた。改良型のコントローラに特有の省エネルギーの要因は、モータにおける好ましい損失部分はコイルの抵抗に起因するという事実である。この損失は、コイルにかかる電圧の二乗に直接比例する。よって、電圧が１０％減少すると、コイル損失はほぼ２０％減少する。
【００６０】
モータ駆動型コンプレッサ１００１は、冷媒と称されるガスを圧縮して高圧にする。冷媒は、それから、その温度を低下させるために、コンデンサ１０１５と称される熱交換器と膨張弁（不図示）とを通過させられる。そこから、冷えた冷媒が周囲の空気や空間を冷却する蒸発器１０１１と称される熱交換器へと転送される。最後に、冷媒はコンプレッサ１００１に戻り再度圧縮される。冷媒の状態と付随する圧力および温度との正確な関係は、熱力学によって決定され、当業者には周知のものである。
【００６１】
蒸発器とコンデンサとを囲む空気の気温により冷媒の状態とこの冷媒を圧縮するために必要な電力が決まる。典型的な冷蔵庫では、サーモスタットによってコンプレッサがオンされ、冷蔵庫の内部空間が所望の温度に冷却されるまで稼働される。コンプレッサは、通常、約１５〜２０分間稼働する。コンプレッサへの電力は、最初に要求されるレベルで開始され、一部の温度が低下するにつれて徐々に減少する。冷却周期の終わりには、コンプレッサは、起動電力に比べて１５％または２０％少ない電力で動作している場合がある。図１２は、標準的な家庭用冷蔵庫で消費される電力の記録を示している。
【００６２】
本発明の省エネルギーコントローラは、消費電力を減少させるためにこの場合に適用できる。制御システムのブロック図は、乾燥機ドラム６２１がコンプレッサ１００１に置き替えられる以外は図６と同様である。典型的な実施形態では、コントローラは、ＡＣ電源６０１と電化製品のモータとの間に接続される。一実施形態では、追加のセンサ、制御装置、または他の補助装置は不要である。こうした実施形態の制御部は、様々なモータにかかる実際の負荷を検知し、それらのモータを適切に制御する。他の実施形態では、コントローラのゼロ交差検知部に加えて追加のセンサを必要としてもよい。
【００６３】
上記の記載は特定の電化製品についてのものであるが、一定の負荷またはゆっくりと変化する負荷で稼働するどんな用途であっても、上記の一般的なパラメータに従って動作する改良型のコントローラによって制御することができる。本発明の他の実施形態は、加熱炉、送風機、流体ポンプ、排水ポンプ、熱ポンプ、生ごみ処理機、および他のどんなモータ駆動型の電化製品に応用してもよい。更に、本方法は３相モータに応用することもでき、同じ結果が得られる。
【００６４】
本発明は、本発明の精神または本質的特徴を逸脱することなく他の特定の形態で具体化されてもよい。上記の実施形態は、全ての点で例示のみを目的としており、限定を加えるものではない。そのため、本発明の範囲は、上記の記載ではなく添付の特許請求の範囲によって示されるものである。請求項の意味内および均等範囲内の変更は全て特許請求の範囲に含まれるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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