(57)【要約】【課題】モーター回転速度可変範囲の拡大により、速度可変用駆動装置を不要にして生産コストを抑え、低速制御時の電磁気的振動騒音の低減、位相制御及び巻線切替により回転速度を制御して速度制御の效率化、消費電力の低減を実現する。【解決手段】第１第２主巻線（ＬM1、ＬM2）からなる主巻線（ＬM）、第１第２補助巻線（ＬS1、ＬS2）からなる補助巻線（ＬS）、第１第２主巻線と第１、２補助巻線がそれぞれ直／並列に接続するように切り替え、モーター回転速度範囲を拡大するリレー（ＲM1、ＲM2、ＲS1、ＲS2）を備え、４極及び１２極のそれぞれの巻回時、４極を形成する主巻線と直列に連結されてモーター回転速度の可変範囲を大きくするタブ巻線（ＬC1、ＬC2）、１２極運転時の入力電源位相制御で回転速度を可変にする位相制御回路を備える。【選択図】図４ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子に巻回されて多数の極を形成する、第１及び第２主巻線からなる主巻線及び第１及び第２補助巻線からなる補助巻線と、
前記第１及び第２主巻線と第１及び第２補助巻線がそれぞれ直／並列に連結されるように切り替え、モーターの回転速度範囲を拡大するリレーと、
を備えてなることを特徴とする速度可変型モーター。
【請求項２】
前記リレーは、前記モーターを高速回転させる場合、前記第１及び第２主巻線と第１及び第２補助巻線をそれぞれ並列に連結し、前記モーターを低速回転させる場合、前記第１及び第２主巻線を直列に連結することを特徴とする請求項１に記載の速度可変型モーター。
【請求項３】
４極及び１２極がそれぞれ巻回される固定子と、
４極を形成する主巻線と直列に連結され、４極運転時に、前記モーターの回転速度可変範囲を大きくするタブ巻線と、
を備えてなることを特徴とする速度可変型モーター。
【請求項４】
前記タブ巻線は、制御しようとする速度段階によって前記４極主巻線と直列に連結されるタブ巻線の長さが可変されるように切り換えるリレーを備えることを特徴とする請求項３に記載の速度可変型モーター。
【請求項５】
固定子１に巻線されて多数の極を形成する、第１及び第２主巻線からなる主巻線及び第１及び第２補助巻線からなる補助巻線と、
前記第１及び第２主巻線と第１及び第２補助巻線が直列または並列に連結されるようにするリレーと、
前記第２補助巻線と直列に連結されてモーターの回転速度を多段階に可変させる複数のコンデンサーと、
を備えてなることを特徴とする速度可変型モーター。
【請求項６】
前記コンデンサーは、相異なる容量を有し、相互に並列連結されることを特徴とする請求項５に記載の速度可変型モーター。
【請求項７】
前記モーターは、前記コンデンサーと連結され、前記コンデンサーの容量を制御してモーターの速度を可変させられるようにするコンデンサー制御回路１０をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の速度可変型モーター。
【請求項８】
前記コンデンサー制御回路は、前記コンデンサーの両端に印加される電圧を制御することによって前記コンデンサーに流れる電流を可変させ、前記モーターの回転トルクを可変させることを特徴とする請求項７に記載の速度可変型モーター。
【請求項９】
前記リレーは、前記モーターを高速回転させる場合、前記第１及び第２主巻線と第１及び２補助巻線をそれぞれ並列に連結し、前記モーターを低速回転させる場合、前記第１及び第２主巻線を直列に連結することを特徴とする請求項６に記載の速度可変型モーター。
【請求項１０】
多数の極を形成し、固定子に装着された主巻線及び補助巻線と、
前記主巻線及び補助巻線とそれぞれリレーを介して連結されて直／並列連結を形成し、モーター速度可変範囲を拡大するタブ巻線と、
を備えてなることを特徴とする速度可変型モーター。
【請求項１１】
前記主巻線と補助巻線は、それぞれ並列に連結された第１及び第２主巻線及び第１及び第２補助巻線で構成され、前記タブ巻線は、前記主巻線及び補助巻線のそれぞれとリレーを介して直列に連結されることを特徴とする請求項１０に記載の速度可変型モーター。
【請求項１２】
前記モーターは、外転型モーターであることを特徴とする請求項１、３、５または１０のいずれか１項に記載の速度可変型モーター。
【請求項１３】
前記モーターは、１２極運転時に入力電圧の位相を制御して前記モーターに伝達し、前記モーターの動作を一定時間ごとにオン／オフさせることによってその回転速度を制御する位相制御回路を備えることを特徴とする請求項１、３、５または１０のいずれか１項に記載の速度可変型モーター。
【請求項１４】
前記モーターは、洗濯機用モーターであることを特徴とする請求項１、３、５または１０のいずれか１項に記載の速度可変型モーター。
【請求項１５】
前記モーターは、低速／高トルクの洗濯行程を行う場合、前記１２極として運転され、脱水行程を行う場合、前記４極として運転されることを特徴とする請求項１４に記載の速度可変型モーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度可変型モーターに係り、特に、主巻線及び補助巻線を形成する少なくとも一つの巻線を、リレーを用いて直／並列に切り替えるか、４極主巻線にタブ巻線を連結し、該タブ巻線の切替を用いてモーター回転速度の可変範囲を大きく拡大させられる速度可変型モーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般の外転型モーターの回転子及び固定子を示す分解斜視図であり、図２は、一般のコンデンサー起動型単相誘導モーターの概略的な構成を示す回路図である。
一般に、モーターは、コイルが巻回された固定子と永久磁石が取り付けられた回転子とから構成されるもので、この固定子に巻回されたコイルに周期的な電流の変化を起こさせ、電流変化による磁界の一定の変化により回転子に磁気力によるトルクを加えて回転動力を得る。
【０００３】
モーターは、固定子と回転子の位置によって内転型モーターと外転型モーターとに分けられ、特に、外転型モーターは、図１に示すように、固定子１が回転子２の内部に配置され、固定子１の巻線に流れる電流の変化により外部の回転子２が回転をする構造を有する。
【０００４】
一方、一般の単相誘導モーターは、自然的に回転磁界が生成される３相誘導モーターとは違い、主巻線による交番磁界のみが発生するので回転力を生じさせず、停止した単相モーターは自ら回転できない。
【０００５】
したがって、誘導モーターは、主巻線の他に起動トルクを生じさせるための補助巻線を備え、また、初期動作時に誘導モーターを起動させるための起動装置を備えなければならない。また、設置される起動装置によって分相起動型、シェーディングコイル型、コンデンサー起動型、反発起動型のモーターに区分される。
【０００６】
なかでも、一般的に使用されるコンデンサー運転型について、図２に基づいて詳細に説明すると、下記の通りである。
【０００７】
図２は、一般のコンデンサー運転型の単相誘導モーターの等価回路であり、主巻線ＬMと、補助巻線ＬSと、補助巻線ＬSに直列に接続されるコンデンサーＣとから構成され、単相交流電源Ｅを印加する場合、主巻線ＬMに交番磁界が生成されるが、このときに、コンデンサーＣは、補助巻線ＬSに流れる電流の位相を９０度先に進ませ、主巻線ＬMの交番磁界と電気的に９０度の位相差を持つ補助磁界が補助巻線ＬSに生成されるようにする。
【０００８】
したがって、主巻線ＬMから発生した交番磁界と補助巻線ＬSから発生した補助磁界は、磁界の位相が相互に異なるので相殺されず、互いに合わせられながら回転磁界が発生して単相誘導モーターを回転させる。
【０００９】
このような単相誘導モーターは、３相誘導モーターに比べて性能と価格面において非効率的ではあるものの、使い勝手が良いことから主として低い電力を必要とする機器、例えば家庭用などに広く使用されている。
【００１０】
一方、起動装置が備えられた単相誘導モーターは、このモーターが装着される機器の作動特性の上、高速回転または低速回転を必要とする場合がある。
この場合、上記のような単相交流電源が印加されてモーターが回転する場合には、受信した電源の電流変化が一定に維持されるので、モーターの速度変化に制限がある。このため、モーターの速度を可変させるための別途の装置が必要とされ、よって、例えば、３相モーター、インバータ回路及び起動ドライバー回路を備えられてきた。
【００１１】
しかしながら、上記のような別途の装置を備えると、高コストにつながる。そこで、固定子に巻回されたコイルに加えて別途のタブ巻線を備えることによってモーターの速度を可変させる方法が提案された。
しかしながら、タブ巻線を用いてモーターの速度を可変する場合には、そのモーターの到達可能な最低可変速度がモーター同期速度の２／３水準と非常に制約的であるため、その速度範囲を拡大するのに大きな困難があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、主巻線及び補助巻線を高速で回転させる場合には並列に接続し、低速で回転させる場合には直列に接続するように構成することによって、モーターの速度可変範囲を大きく拡大可能にした速度可変型モーターを提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、４極及び１２極巻線をそれぞれ巻装することによって運転モードに応じてその極数を変換し、４極主巻線にタブ巻線を連結することによってモーター回転速度の可変幅を大きく広められるようにした速度可変型モーターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明の第１実施形態による速度可変型モーターは、固定子に巻回されて多数の極を形成する、第１及び第２主巻線からなる主巻線及び第１及び第２補助巻線からなる補助巻線と、前記第１及び第２主巻線と第１及び第２補助巻線がそれぞれ直／並列に連結されるように切り替え、モーターの回転速度範囲を拡大するリレーと、を備えてなる。
【００１５】
本発明の第２実施形態による速度可変型モーターは、固定子に巻線されて多数の極を形成する、第１及び第２主巻線からなる主巻線及び第１及び第２補助巻線からなる補助巻線と、前記第１及び第２主巻線と第１及び第２補助巻線が直列または並列に連結されるようにするリレーと、前記第２補助巻線と直列に連結されてモーターの回転速度を多段階に可変させる複数のコンデンサーと、を備えてなる。
【００１６】
本発明の第３実施形態による速度可変型モーターは、４極及び１２極がそれぞれ巻回される固定子と、４極を形成する主巻線と直列に連結され、４極運転時に、前記モーターの回転速度可変範囲を大きくするタブ巻線と、１２極運転時に印加される入力電源の位相制御を用いて回転速度を可変させる位相制御回路と、を備えてなる。
【００１７】
本発明の第４実施形態による速度可変型モーターは、多数の極を形成し、固定子に装着された主巻線及び補助巻線と、前記主巻線及び補助巻線とそれぞれリレーを介して連結されて直／並列連結を形成し、モーター速度可変範囲を拡大するタブ巻線と、を備えてなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による速度可変型モーターは、極を形成する主巻線及び補助巻線の連結をリレーを介して直／並列に切り替えるため、モーターの回転速度可変範囲を大きく拡大することができ、速度可変のための別途の駆動装置が不要なので生産コストが節減され、かつ、モーターの低速制御時に発生する電磁気的振動騒音が大きく低減するという効果が得られる。
【００１９】
特に、本発明のモーターは、洗濯機に適用される場合、洗濯行程時には１２極モーターとして動作し、脱水行程時には４極モーターとして動作し、位相制御及び巻線切替を用いてモーターの回転速度を制御するため、モーターの速度制御が效率的となり、消費電力が大きく低減する効果が得られる。
【００２０】
また、本発明のモーターは、モーターの速度可変範囲を拡大するために主巻線と直列に連結されるタブ巻線を備えるため、速度可変のための別途の駆動装置なしにもモーターの速度可変範囲を大きく拡大することができ、位相制御などを用いて中間速度を調節することによって低速脱水時の電磁気的振動騒音を大きく低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る速度可変型モーターの好適な実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明による速度可変型モーターは、単相交流電源が印加される単相誘導モーターであり、回転子が固定子の外側に設置される外転型モーターである場合、内転型モーターに比べて回転半径が大きくなるので単位体積当たりトルクの発生が増加し、よって、次に説明するコイルの直／並列巻線形態によるモーターの回転速度の低速及び高速範囲を一層大きく拡大することができる。
【００２２】
図３は、本発明による速度可変型モーターの単相極数変換用巻線の結線を示す結線図である。
本発明による速度可変型モーターは、少なくとも一つの極が巻線されて極数が変換されることによってモーターの速度を調節できるようにする極数変換用モーターであり、例えば、固定子にそれぞれ巻回された４極及び１２極の連結が運転モードによって切り替えられ、ＲＰＭの高い４極及びＲＰＭの低い１２極運転に相互に切り替えらてモーターが駆動されるようにする。
【００２３】
図４ａないし図４ｃは、本発明の第１実施形態による速度可変型モーターにおいて、主巻線及び補助巻線の連結を示す回路図であり、図４ａは、主巻線及び補助巻線の結線を全体的に示す回路図で、図４ｂは、主巻線及び補助巻線がそれぞれ直列に連結された場合の回路図で、図４ｃは、第１主巻線及び第２主巻線がそれぞれ並列に連結され、この第１及び第２主巻線と補助巻線とが直列に連結された場合の回路図である。
【００２４】
まず、本発明による速度可変型モーターにおいて、固定子１に巻回される主巻線は、二つからなる巻線が固定子１にそれぞれ極を形成し、このコイルの方向を反対に巻回して、単相交流電源が印加される場合、隣接する極を形成させる電流の方向が反対に流れるようにすることによって、これにより発生する磁気の極性を、Ｎ極とＳ極が交互に発生する形態にする。
【００２５】
また、該モーターは、回転トルクを発生させるように、固定子に主巻線ＬMの他に補助巻線ＬSをさらに備えて構成される。
すなわち、前記モーターは、単相交流電源の印加時に、主巻線ＬMに交番磁界が発生するが、この交番磁界の発生だけではモーターが回転しないので、補助巻線ＬSに連結されたキャパシタの作用によって主巻線ＬMに比べて電気的に９０度の位相差を有する補助磁界を形成する。
【００２６】
したがって、補助磁界及び交番磁界間の位相差により磁界が互いに相殺されず、これにより回転磁界が発生して誘導モーターを回転させるようになる。
【００２７】
また、本発明による速度可変型モーターは、主巻線ＬM及び補助巻線ＬSをそれぞれ形成するための第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2及び第１及び第２補助巻線ＬS1、ＬS2を備える。
【００２８】
図４ａに示すように、第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2は、少なくとも一つのリレーＲM1、ＲM2を備え、第１及び第２補助巻線ＬS1、ＬS2は少なくとも一つのリレーＲS1、ＲS2を備える。したがって、全体的な主巻線ＬM及び補助巻線ＬSがリレーＲM1、ＲM2、ＲS1、ＲS2を介して直列または並列に連結される。
【００２９】
この場合、リレーＲM1、ＲM2、ＲS1、ＲS2は外部から印加される制御信号に応じてそれらが連結される各回路の端子を選択的に連結させることによって、主巻線ＬM及び補助巻線ＬSの直／並列連結を切り替える。
【００３０】
したがって、図４ｃに示すように、第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2と第１及び第２補助巻線ＬS1、ＬS2がそれぞれリレーを介して並列連結され、固定子に印加される単相交流電圧が２２０Ｖである場合、第１及び２主巻線ＬM1、ＬM2及び第１及び２補助巻線ＬS1、ＬS2の両端にかかる電圧は２２０Ｖとなり、これによる磁界が形成されてモーターが回転するようになる。
【００３１】
また、図４ｂに示すように、第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2が直列に連結される場合には、第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2全体にかけて電圧２２０Ｖが印加されるので各主巻線にかかる電圧は１１０Ｖとなり、モーターの回転速度が可変されるようになる。
【００３２】
これを、具体例に挙げて詳細に説明すると、下記の通りになる。
上記の回路に交流電圧が印加され、リレーが主巻線及び補助巻線を直／並列連結すると、そのモーターは次の式（１）を満足する。
Ｖ＝４．４４＊ｆ＊Φ＊Ｎ      （１）
（式中、Ｖは、モーターの固定子巻線の両端に印加される電圧の大きさであり、ｆは、モーターに印加される電源の周波数であり、Φは、モーターに発生される磁束であり、Ｎは、固定子に巻回された巻線のターン数である。）
【００３３】
すなわち、モーターに発生する磁束は、モーターの固定子１に巻回される各コイルの両端に印加される電圧であるので、リレーにより第１及び第２主/補助巻線ＬM1、ＬM2、ＬS1、ＬS2が並列連結時に、磁束は直列連結時の磁束に比べて一定数に比例して増加し、これにより、モーターの回転速度が増加する。
【００３４】
一方、本発明による速度可変型モーターは、変速が要求される洗濯機、食器洗浄機などの機器に適用されることができる。例えば、洗濯行程または脱水行程などにおいて、モーターの速度は、高速から低速にまたは低速から高速に可変する必要がある。
【００３５】
図５は、本発明による速度可変型モーターにおいて、主巻線及び補助巻線の直／並列切替による脱水速度の変化を示すグラフである。
すなわち、図５は、本発明による速度可変型モーターの直／並列切替時のモーターの回転速度及び回転トルクとの関係を示すグラフであり、主巻線及び補助巻線が直列連結された場合、並列連結された場合、及び洗濯機に適用されたモーターの負荷曲線が共に示されている。
【００３６】
したがって、図５に示すように、本発明のモーターが洗濯機に適用されて脱水行程が行われるときに、高速脱水行程のためにモーターを高速回転させるべき場合には、リレーの動作によりモーターの主巻線及び補助巻線が並列連結され、並列連結時の回転トルク曲線Ａ１及び負荷曲線Ｌが交差する地点の速度Ｓ１でモーターが回転するようになる。
【００３７】
また、低速脱水行程のためにモーターを低速回転させるべき場合には、リレーの動作によりモーターの主巻線及び補助巻線が直列連結され、直列連結時の回転トルク曲線Ｂ１及び負荷曲線Ｌが交差する地点の速度Ｓ２でモーターが回転するようになる。これにより、モーターの速度を高速から低速に大きく可変させることが可能になる。
【００３８】
特に、本発明による速度可変型モーターは、上述したように、４極及び１２極が別途にそれぞれ巻回された極数変換型モーターから形成されるので、低速/高トルクが要求される洗濯行程の場合には、１２極モーター（ａ）として動作し、高速/高トルクまたは低速/低トルクの脱水行程の場合には、４極モーター（ｂ）として動作し、４極モーターの形態に巻回された主巻線及び補助巻線の連結を直／並列に切り替え、モーター速度の可変範囲を大きく拡大させることができる。
【００３９】
また、１２極モーター（ｂ）として動作時には、多数の極が形成されることから主巻線及び補助巻線による速度制御性が低下するので、モーターに印加される入力電源の位相制御を用いて速度を可変させるようにする。
【００４０】
図６は、本発明の第１実施形態による速度可変型モーターにおいて、１２極運転時の位相制御回路を示す回路図である。
この位相制御回路は、トライアック（登録商標）（triac）素子を備え、正弦波入力電圧をモーターに印加するときに、モーターの速度可変のために当該トライアック（登録商標）素子のトリガー入力パルスによる点弧角制御にて所望の出力電圧の大きさを変化させることによってモーターの運転速度を可変させる。
【００４１】
すなわち、点弧角を大きくするほどモーターに印加される電圧の大きさは減少し、結果としてモーターの速度が高速から低速に変わり、点弧角を小さくするほどモーターの速度は低速から高速へ変わる。
また、位相制御と共にモーターの駆動を一定周期でオン／オフ(on/off)することによってモーター速度の可変範囲をより広めることができる。
【００４２】
一方、本発明の第２実施形態による速度可変型モーターは、タブ巻線がさらに備えられる以外は、上記の第１実施形態と構成が略同様なので、同一の構成には同一の参照番号を付し、その詳細は省かれる。
図７ａないし図７ｃは、本発明の第２実施形態による速度可変型モーターにおいて、タブ巻線が切り替えられる４極主巻線モーターを示す回路図であり、図７ａは、主巻線、補助巻線及びタブ巻線の結線を全体的に示す回路図で、図７ｂは、タブ巻線が第２端子と連結された場合の回路図で、図７ｃは、タブ巻線が第３端子と連結された場合の回路図である。
【００４３】
本発明の第２実施形態による速度可変型モーターは、交番磁界を発生させる主巻線ＬM、補助磁界を発生させる補助巻線ＬS、及び補助巻線ＬSと直列に連結されるコンデンサーＣを備えてなり、運転時に過負荷を防止するためのＴＰ（Thermal Protect）をさらに備える。
【００４４】
また、この速度可変型モーターは、４極モーターとして運転するとき、４極を形成する主巻線ＬMと直列に連結されるタブ巻線ＬC1、ＬC2を備え、これにより、主巻線ＬMの磁界変化が起こる。このタブ巻線ＬC1、ＬC2は、制御しようとする速度段階に従って巻回された長さを可変させるスイッチＳを備える。
【００４５】
したがって、図７ａに示すように、ノードＡ、Ｂ間に正弦波交流電圧が印加されると、スイッチＳは、正弦波交流電圧と連結された印加端子（図示せず）がタブ巻線ＬC1、ＬC2の一定部分によってそれぞれ配置された少なくとも一つの端子ａ、ｂ、ｃと連結されるようにし、これにより主巻線ＬMに形成される交番磁界の磁界量が可変される。
【００４６】
これについて具体例に挙げて詳細に説明すると、下記の通りになる。
上述の回路に交流電圧が印加され、スイッチＳが、タブ巻線の各端子のうちいずれか一つの端子と連結されるようにすると、前記誘導モーターは、上記の式（１）を満足するようになり、上記の式（１）で示されるように、交流電源の大きさ及び周波数がそれぞれＶ、６０Ｈｚと一定であれば、磁束及びターン数は反比例の関係となる。
【００４７】
ここで、タブ巻線に第１、第２及び第３端子ａ、ｂ、ｃが配置され、図７ａに示すようにスイッチＳで印加端子と第１端子ａとが連結されると、電流は、主巻線ＬMにのみ流れるようになり、固定子１に巻回された全体巻線のターン数は、主巻線ＬMのターン数と同一になり、それにより磁束が生成される。
【００４８】
また、図７ｂに示すように、スイッチＳで印加端子と第２端子ｂとが連結されると、主巻線ＬMと連結される所定の長さを持つタブ巻線ＬC1が形成されるので、電流が実質的に流れる巻線のターン数は、主巻線ＬMのターン数及びタブ巻線ＬC1のターン数と同一になる。
【００４９】
したがって、上記の式（１）に適用される巻線のターン数は増加し、これにより、モーターに生成される磁束は、スイッチＳが第１端子ａと連結された場合に発生する磁束に比べて減少するようになり、全体的にモーターの回転速度は減少する。
【００５０】
また、図７ｃに示すように、スイッチＳで印加端子及び第３端子ｃとが連結される場合には、主巻線ＬMと連結されるタブ巻線ＬC1、ＬC2の長さが最大となるので実質的に電流の流れる巻線のターン数は最大となり、これにより、モーターから生成される磁束が最小値を有し、よって、モーターの回転速度もまた最小値を有するようになる。
このとき、スイッチ素子Ｓはリレーで構成されることが好ましい。
【００５１】
図８は、本発明による速度可変型モーターにおいて、タブ巻線の切換によるモーター速度の変化を示すグラフである。
タブ巻線ＬC1、ＬC2の両端にそれぞれ端子を配置し、スイッチＳと連結すると、実際に主巻線ＬMと連結されるタブ巻線の巻線数によってモーターに印加される回転トルクは最大／最小値を有し、これにより、モーターは最大または最小の回転速度を有するようになる。
【００５２】
図８に示すグラフにおいて、Ａ２曲線は、スイッチが第１端子と連結されている場合、Ｂ２曲線は、スイッチが第３端子と連結されている場合のモーターの回転速度と発生トルクとの関係をそれぞれ示し、また、モーターを回転させるためにはモーターに連結された負荷に一定量のトルクを伝達しなければならないので、負荷に要求されるトルク量は、負荷曲線Ｌ及びモーターの発生トルクグラフＡ２、Ｂ２が交わる点の値となる。
特に、タブ巻線ＬC1、ＬC2の一定箇所にそれぞれ少なくとも一つの端子を別途配置し、配置された端子のうちいずれか一つとスイッチが連結されると、その連結された長さによって最大／最小間の中間速度を段階的に可変させることが可能になる。
【００５３】
したがって、モーターが４極モーターとして運転する場合、タブ巻線ＬC1、ＬC2の切替によってモーターの速度を可変させることができ、速度可変型モーターが１２極モーターとして運転する場合には、第１実施形態と同様に、入力電圧の位相制御を用いてモーターの回転速度を制御するようになる。
【００５４】
一方、本発明の第２実施形態による速度可変型モーターは、上記の第１実施形態と同様に洗濯機に適用されることができる。
まず、本発明による速度可変型モーターが装着された洗濯機は、ドラム内に洗濯物が投入されると、モーターを一定時間の間、設定された回転数で駆動してドラムを回転させ、洗濯水の作用によりドラム内の布に付いた汚れを落とす洗濯行程を行う。
【００５５】
このような洗濯行程は、モーターの正／逆回転によるドラムの回転及びそれによる洗濯水の作用により布に付いた汚れを落とす行程であり、この時、モーターは低速の高トルクを有するように動作しなければならなく、消費電力節減の極大化のために１２極モーターとして動作し、また、位相制御及びオン／オフ制御によりその速度が可変される。
【００５６】
洗濯行程が終了すると、タブ内の汚れた洗濯水は、排水装置によって洗濯機の外部へ排出され、布に残留する泡を除去するためのすすぎ行程が数回行われた後に、布中の水気を遠心脱水する脱水行程を行うことで、全体的な洗濯行程を終了する。
【００５７】
このとき、洗濯行程の終了後に脱水行程が始まると、速度可変型モーターは、４極モーターとして動作し、リレーは、高速の脱水行程のために第１端子と連結されてモーターを高速回転させる。
【００５８】
また、中速の脱水行程時には、リレーが、第２端子と連結されて中速脱水を行い、低速脱水の時には、リレーが、第３端子と連結されてモーターを低速回転させる。
ここで、モーターの低／中／高の速度段階において、各段階の中間速度は、簡単な位相制御により可変させることができ、このときに適用される段階は、少なくとも３段階が好ましい。
【００５９】
次に、本発明の第３実施形態による速度可変型モーターの構成及び動作について説明する。第３実施形態によるモーターは、複数のコンデンサーをさらに備える以外は、上記の第１実施形態と略同様な構成を有するので、同一の構成には同一の参照番号を付し、その詳細は省かれる。
【００６０】
図９ａないし図９ｃは、本発明の第３実施形態による速度可変型モーターを示す回路図であり、図９ａは、本発明の第３実施形態による速度可変型モーターを示す全体的な回路図であり、図９ｂは、主巻線及び補助巻線がそれぞれ並列に連結された場合の回路図であり、図９ｃは、主巻線及び補助巻線がそれぞれ直列に連結された場合の回路図である。
【００６１】
本発明の第３実施形態による速度可変型モーターは、図９ａに示すように、主巻線ＬMと補助巻線ＬSを備えてなり、主巻線ＬM及び補助巻線ＬSの両端に単相交流電源Ｅ１が印加される。
【００６２】
主巻線ＬM及び補助巻線ＬSは、固定子１に巻回されて電気的に９０度の位相差を持つ磁界を形成し、この９０度の位相差により両方の磁界が相殺されず、回転子２が回転トルクを有するようにする。
【００６３】
主巻線ＬM及び補助巻線ＬSはそれぞれ、４極を形成するための第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2と第１及び第２補助巻線ＬS1、ＬS2とから構成され、第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2及び第１及び第２補助巻線ＬS1、ＬS2は、リレーＲM1、ＲM2、ＲS1、ＲS2を介して直列または並列にそれぞれ連結され、直／並列連結切替によってモーターの回転速度が大きく可変する。
【００６４】
特に、本実施形態による速度可変型モーターは、補助巻線ＬM2と直列に連結される複数のコンデンサーＣ１、Ｃ２を備える。
これらコンデンサーＣ１、Ｃ２は、互いに並列に連結され、また、それぞれの容量が異なるように構成される。また、本実施形態による速度可変型モーターは、相互に並列連結されたコンデンサーと連結されてコンデンサーに印加される印加電圧を制御するコンデンサー制御回路１０をさらに備える。
【００６５】
コンデンサー制御回路１０は、コンデンサーＣ１、Ｃ２に印加される印加電圧Ｖcapを調節することで、コンデンサーＣ１、Ｃ２に流れる電流を調節し、このようにコンデンサーＣ１、Ｃ２に流れる電流量が可変されることによって、主巻線ＬM及び補助巻線ＬSの全体に流れる電流量が可変され、これによりモーターの回転トルクが制御される。
【００６６】
すなわち、コンデンサー制御回路１０を用いてコンデンサーＣ１、Ｃ２に高い電圧Ｖcapを印加すると、コンデンサーＣ１、Ｃ２の電荷量が増加し、この結果、コンデンサーＣ１、Ｃ２に流れる電流が増加する。
【００６７】
このとき、コンデンサーＣ１、Ｃ２に流れる電流が主巻線ＬM及び補助巻線ＬSにも流れるので、コンデンサーＣ１、Ｃ２の電流が増加すると、主巻線ＬM及び補助巻線ＬSに印加される電流も増加し、よって、主巻線ＬM及び補助巻線ＬSに生成される磁界量が増加するようになる。
【００６８】
このように主巻線ＬM及び補助巻線ＬSに生成される磁界量が増加することによって、モーターの回転子に生成される回転トルクも増加し、結果としてモーターの速度が増加する。
【００６９】
一方、コンデンサーＣ１、Ｃ２に低い電圧Ｖcapを印加すると、同様にコンデンサーＣ１、Ｃ２に蓄積される電荷量は減少し、よって、コンデンサーＣ１、Ｃ２に流れる電流も減少し、結果としてモーターの速度が減少する。
【００７０】
このとき、コンデンサー制御回路１０により制御される各コンデンサーは、その容量可変が可能なので、コンデンサー制御回路１０から印加される印加電圧が同一な場合にも、コンデンサーＣ１、Ｃ２の容量を可変することによってモーターの回転速度を可変することができ、さらにはコンデンサーの容量Ｃ１、Ｃ２及び印加電圧Ｖcapを同時に制御することによってモーターの速度をより細かい段階に分けて精密に可変させることも可能である。
【００７１】
すなわち、図９ｂに示すように、第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2及び第１及び第２補助巻線ＬS1、ＬS2がそれぞれ並列に連結すれると、単相交流電源Ｅ１により印加される入力電圧が各主巻線ＬM1、ＬM2及び補助巻線ＬS1、ＬS2に印加される。したがって、例えば、２２０Ｖの交流電源が供給されると、各巻線には２２０Ｖが印加され、それによる磁界が生成されることで、モーターが回転する。
【００７２】
また、図９ｃに示すように、第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2及び第１及び第２補助巻線ＬS1、ＬS2がそれぞれ直列に連結されると、交流電源が主巻線ＬM及び補助巻線ＬS全体にかけて印加される。したがって、例えば、２２０Ｖの交流電源が供給されると、各巻線に印加される電圧は１１０Ｖとなり、その場合のモーターの回転速度は、並列に連結された場合のモーターの回転速度に比べて大きく減少する。
【００７３】
したがって、モーターは、リレーＲM1、ＲM2、ＲS1、ＲS2を介して主巻線ＬM1、ＬM2及び補助巻線ＬS1、ＬS2がそれぞれ並列に連結された場合には高速の回転速度で回転され、直列に連結された場合には低速の回転速度で回転されることができ、さらに、コンデンサー制御回路１０により高速及び低速段階間の中間速度を多段階にして動作することが可能になる。
【００７４】
このように構成される第３実施形態によるモーターを、第１及び第２実施形態と同様に各行程において変速が要求される洗濯機に適用すると、下記のように動作する。
図１０は、本発明の第３実施形態による速度可変型モーターにおいて、モーター速度の変化を示すグラフであり、曲線Ａ３は、主巻線および補助巻線がそれぞれ並列に連結されている場合のモーターの回転速度と発生トルクとの関係を示し、曲線Ｂ３は、主巻線および補助巻線がそれぞれ直列に連結されている場合のモーターの回転速度と発生トルとの関係を示す。
【００７５】
図１０に示すように、主巻線および補助巻線がそれぞれ並列に連結されると、モーターの回転速度及びトルクグラフはＡ３となり、このＡ３と負荷曲線Ｌが交わる点に該当する値Ｓ１でモーターが回転する。
【００７６】
また、主巻線および補助巻線がそれぞれ直列に連結されると、モーターの回転速度及びトルクグラフはＢ３となり、このＢ３と前記負荷曲線Ｌが交わる点に該当する値Ｓ３でモーターが回転する。
【００７７】
ここで、並列に連結された場合のモーター速度Ｓ１は、直列に連結された場合のモーター速度Ｓ３に比べて相対的に高速の値を有するようになり、前記コンデンサーに電圧を印加すると、モーターは、並列連結時及び直列連結時のトルク曲線Ａ３、Ｂ３の間でトルク曲線Ｃ１を形成し、よって、負荷曲線Ｌと交わる点におけるモーターの速度Ｓ２は相対的に中速の値となる。
【００７８】
すなわち、コンデンサーに印加される電圧の大きさを調節することによって、高速Ｓ１及び低速Ｓ３との間でモーターの回転速度Ｓ２を可変させることができる。
上記の動作は、第１及び第２実施形態と同様に洗濯機の脱水行程時のモーターの速度制御動作である。特に、洗濯機が低速／高トルクを要求する洗濯行程時には、モーターは１２極モーターとして動作し、洗濯行程時に洗濯機が一定の速度で動作するように、モーターの回転速度が増加または減少する場合にはモーターに印加される入力電圧のオン／オフ時間を調節することによってモーター速度を調節することができる。
【００７９】
また、本発明の第４実施形態による速度可変型モーターは、上記の各実施形態を組み合わせたもので、リレーを用いてモーターの直／並列連結を切り替え、別途のタブ巻線をさらに備えることによって、モーターの速度可変範囲が拡大されるように構成する。
図１１ａないし図１１ｃは、本発明の第４実施形態による速度可変型モーターにおいて、主巻線及び補助巻線の直／並列連結とタブ巻線を示す回路図であり、図１１ａは、本発明の第４実施形態の全体的な回路図で、図１１ｂは、主巻線、補助巻線及びタブ巻線が直列に連結された回路図で、図１１ｃは、主巻線及び補助巻線が並列に連結された回路図である。
【００８０】
本発明の第４実施形態による速度可変型モーターにおいて、図１１ａに示すように、主巻線ＬM及び補助巻線ＬSはそれぞれ、第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2及び第１及び第２補助巻線ＬS1、ＬS2で構成され、また、主巻線ＬM1、ＬM2及び補助巻線ＬS1、ＬS2とリレーＲ１、Ｒ２を介して連結されて直／並列連結を形成するタブ巻線ＬC11、ＬC12が備えられる。
【００８１】
第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2と、第１及び第２補助巻線ＬS1、ＬS2は相互に並列連結され、リレーＲ１は主巻線ＬM1、ＬM2及び補助巻線ＬS1、ＬS2に連結され、リレーＲ２はタブ巻線ＬC11、ＬC12の両端に連結され、したがって、第１及び第２主巻線ＬM1、ＬM2と第１及び第２補助巻線ＬS1、ＬS2はリレーＲ１、Ｒ２を介して直列または並列に連結される。
【００８２】
主巻線ＬM1、ＬM2及び補助巻線ＬS1、ＬS2は両端にそれぞれ連結されている第１リレーＲ１により直列または並列に連結され、第２リレーＲ２により主巻線ＬM1、ＬM2にタブ巻線ＬC11が連結または未連結されることができ、これは、補助巻線ＬS1、ＬS2に連結されたタブ巻線ＬC12についても同様に適用される。
【００８３】
すなわち、相互に並列連結されている主巻線ＬM1、ＬM2において、主巻線の一端に配置される第１端子と、並列連結された主巻線ＬM1、ＬM2と連結されるタブ巻線ＬC11の一端に配置される第２端子とが、第２リレーＲ２を介して連結され、これと同様に、補助巻線ＬS1、ＬS2においても、並列連結された第１及び第２補助巻線の一端に配置された第３端子と、補助巻線ＬS1、ＬS2と連結されるタブ巻線ＬC12の一端に配置される第４端子とが、第２リレーＲ２を介して連結されることができ、これにより、モーターの速度可変範囲を拡大することができる。
【００８４】
これを具体例に挙げて説明すると下記の通りになる。まず、上記の回路に交流電圧が印加されると、モーターは上記の式（１）を満足し、したがって、印加される交流電源の大きさ及び周波数が一定であると、磁束及びターン数は反比例の関係を有する。
【００８５】
前記回路に印加された電源は、主巻線ＬM1、ＬM2及び補助巻線ＬS1、ＬS2及び/またはタブ巻線ＬC11、ＬC12が形成する各極に分配され、モーターに印加される電源の電圧が２２０Ｖであると、並列連結されている場合には主巻線ＬM1、ＬM2と補助巻線ＬS1、ＬS2にそれぞれ２２０Ｖの電圧がかかり、直列に連結されている場合には電圧が各極に分配されるので一対の極にかかる電圧はそれぞれ１１０Ｖとなる。
【００８６】
したがって、第１リレーにより主巻線ＬM1、ＬM2及び補助巻線ＬS1、ＬS2が並列連結されるときに生成される磁束量は、直列連結されるときに生成される磁束量に比べて増加するようになり、第２リレーにより主巻線ＬM1、ＬM2または補助巻線ＬS1、ＬS2に追加のタブ巻線ＬC11、ＬC12が連結される場合、電流は並列連結された主巻線及び主巻線ＬM1、ＬM2と直列に連結されたタブ巻線ＬC11、ＬC12に流れる。
【００８７】
このとき、固定子に巻回された全体巻線のターン数は、主巻線のターン数及びタブ巻線の和となり、全体的にターン数が増加し、これにより生成される磁束量が減少するため、モーターの速度も相対的に減少するようになる。
【００８８】
図１２は、本発明の第４実施形態による速度可変型モーターにおいて、タブ巻線の切替による脱水速度の変化を示すグラフであり、Ａ４、Ｂ４、Ｃｃ曲線はそれぞれ、巻線が並列に連結された場合、巻線が直列に連結された場合、巻線にタブ巻線が連結された場合におけるモーターの回転速度と発生トルクとの関係を示す曲線である。
【００８９】
すなわち、脱水行程の際、モーターを高速回転させるべき場合には、リレーにより巻線を並列に連結し、負荷に一定のトルクを提供する地点でモーターが高速で動作するようにし、低速脱水行程の場合には、リレーにより巻線を直列連結し、負荷に一定のトルクを提供する地点でモーターが低速で回転するようにする。
【００９０】
また、巻線が直／並列連結された状態でタブ巻線をさらに順次連結すると、モーターが中速回転して中速脱水行程が行われ、このような方式で多段階に脱水行程を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】一般の外転型モーターを示す分解斜視図である。
【図２】一般のコンデンサー型の外転型モーターの概略的な構成を示す回路図である。
【図３】本発明による速度可変型モーターの単相極数変換用巻線の結線を示す結線図である。
【図４ａ】本発明の第１実施形態による速度可変型モーターにおいて、主巻線及び補助巻線の連結を示す回路図である。
【図４ｂ】本発明の第１実施形態による速度可変型モーターにおいて、主巻線及び補助巻線の連結を示す回路図である。
【図４ｃ】本発明の第１実施形態による速度可変型モーターにおいて、主巻線及び補助巻線の連結を示す回路図である。
【図５】本発明の第１実施形態による速度可変型モーターにおいて、主巻線及び補助巻線の直／並列切替による脱水速度の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態による速度可変型モーターにおいて、１２極運転時の位相制御回路を示す回路図である。
【図７ａ】本発明の第２実施形態による速度可変型モーターにおいて、タブ巻線が切り替えられる４極主巻線モーターを示す回路図である。
【図７ｂ】本発明の第２実施形態による速度可変型モーターにおいて、タブ巻線が切り替えられる４極主巻線モーターを示す回路図である。
【図７ｃ】本発明の第２実施形態による速度可変型モーターにおいて、タブ巻線が切り替えられる４極主巻線モーターを示す回路図である。
【図８】本発明の第２実施形態による速度可変型モーターにおいて、タブ巻線の切替によるモーター速度の変化を示すグラフである。
【図９ａ】本発明の第３実施形態による速度可変型モーターを示す回路図である。
【図９ｂ】本発明の第３実施形態による速度可変型モーターを示す回路図である。
【図９ｃ】本発明の第３実施形態による速度可変型モーターを示す回路図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による速度可変型モーターにおいて、モーター速度の変化を示すグラフである。
【図１１ａ】本発明の第４実施形態による速度可変型モーターにおいて、主巻線及び補助巻線の直／並列巻線とタブ巻線を示す回路図である。
【図１１ｂ】本発明の第４実施形態による速度可変型モーターにおいて、主巻線及び補助巻線の直／並列巻線とタブ巻線を示す回路図である。
【図１１ｃ】本発明の第４実施形態による速度可変型モーターにおいて、主巻線及び補助巻線の直／並列巻線とタブ巻線を示す回路図である。
【図１２】本発明の第４実施形態による速度可変型モーターにおいて、タブ巻線の切替による脱水速度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９２】
ＬM、ＬM1、ＬM11    主巻線
ＬS、ＬS1、ＬS11    補助巻線
ＬC1、ＬC2    タブ巻線
Ｃ1、Ｃ2    コンデンサー
Ｒ1、ＲM1、ＲS1、ＲM2、ＲS2    リレー
１０    コンデンサー制御回路
【図１】
2006230185.tif 000003
【図２】
2006230185.tif 000004
【図３】
2006230185.tif 000005
【図４ａ】
2006230185.tif 000006
【図４ｂ】
2006230185.tif 000007
【図４ｃ】
2006230185.tif 000008
【図５】
2006230185.tif 000009
【図６】
2006230185.tif 000010
【図７ａ】
2006230185.tif 000011
【図７ｂ】
2006230185.tif 000012
【図７ｃ】
2006230185.tif 000013
【図８】
2006230185.tif 000014
【図９ａ】
2006230185.tif 000015
【図９ｂ】
2006230185.tif 000016
【図９ｃ】
2006230185.tif 000017
【図１０】
2006230185.tif 000018
【図１１ａ】
2006230185.tif 000019
【図１１ｂ】
2006230185.tif 000020
【図１１ｃ】
2006230185.tif 000021
【図１２】
2006230185.tif 000022