(57)【要約】【課題】スタート時の振動発生を低減させること、複数同時起動を行う場合には、その消費電力を低減させること、同期回転へのさらなるスムーズな引き込みを行うこと、のいずれか１つまたは複数を達成すること。【解決手段】制御部１９は、センサ３２の検出信号にしたがって起動用スイッチング素子２１〜２４をスイッチング制御すると共にモータコイル３０に通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく第１の起動運転と、永久磁石ロータ３１の回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達するとセンサ３２の検出信号に代えて予め取得した単相交流電源２の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって起動スイッチング素子２１〜２４をスイッチング制御する第２の起動運転をし、その後に、同期運転へ移行する単相交流同期モータ１を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、
上記交流電圧を上記モータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、
上記起動運転用回路から上記同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、
を有する単相交流同期モータにおいて、
上記制御手段は、上記センサの検出信号にしたがって上記起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共に上記モータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく第１の起動運転と、上記永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達すると上記センサの検出信号に代えて予め取得した上記単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって上記起動スイッチング手段をスイッチング制御する第２の起動運転をし、その後に、上記同期運転へ移行する、
ことを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項２】
単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、
上記交流電圧を上記モータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、
上記起動運転用回路から上記同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、
を有する単相交流同期モータにおいて、
上記制御手段は、上記起動運転の際、上記センサの検出信号にしたがって上記起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共に上記モータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく制御を行う、
ことを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項３】
単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、
上記交流電圧を上記モータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、
上記起動運転用回路から上記同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、
を有する単相交流同期モータにおいて、
上記制御手段は、上記同期運転に移行する前の上記起動運転の際、上記永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達すると上記センサの検出信号に代えて予め取得した上記単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって上記起動スイッチング手段をスイッチング制御する制御を行う、
ことを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の単相交流同期モータであって、
前記制御手段は、前記永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達するとモータ電圧の通電を半周期毎に通電方向が切換わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断する制御を行う、
ことを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の単相交流同期モータであって、
前記制御手段は、前記同期運転中には、前記センサの電源を所定の周期でＯＮ／ＯＦＦ制御する、
ことを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項６】
単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転ステップと、
上記起動運転ステップから移行し、上記交流電圧を上記モータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転ステップとする単相交流同期モータが行う制御方法において、
上記起動運転ステップは、上記センサの検出信号にしたがって上記起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共に上記モータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく第１の起動運転ステップと、上記永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達すると上記センサの検出信号に代えて予め取得した上記単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって上記起動スイッチング手段をスイッチング制御する第２の起動運転ステップを有する、
ことを特徴とする単相交流同期モータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相交流同期モータおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、起動運転における逆回転トルクの発生を抑えて安定した同期引き込みを行うことができる単相交流同期モータが開示されている。特許文献１の単相交流同期モータは、永久磁石ロータの磁極位置を検出する検出センサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電流の向きを切換えて通電する起動運転回路を有する。これにより、単相交流同期モータを直流ブラシレスモータとして起動運転させることができる。
【０００３】
また、特許文献１の単相交流同期モータは、永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転数に到達すると検出センサの出力波形より位相が遅れるモータ電流波形を少なくとも当該センサ出力波形のゼロクロス点で通電方向が切り替わるようにモータ電流の通電範囲を抑制しながら起動運転させる。これにより、単相交流同期モータの起動運転における逆回転トルクの発生を抑え安定した同期回転の引き込みを行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０３０５７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１の単相交流同期モータの起動方法では、安定した同期回転への引き込みが可能となっている。しかしながら単相交流同期モータでは、ロータの磁極とステータの磁極は１対１または整数倍の関係にあるため、ゴギングトルクが大きくなりがちである。このため、駆動時の振動という点では完全なブラシレスモータに比べて不利である。特に、駆動開始時は、回転が安定していないため振動が生じ易い。
【０００６】
また、特許文献１の単相交流同期モータでは、起動初期段階から起動完了段階まで、全て同じ大きさの電圧が供給される。よって、多数の単相交流同期モータを同時に起動させる場合を想定すると、起動時に急に膨大な電力を消費することになる。このとき、これら多数の単相交流同期モータに電源を供給する電源設備が不十分であると単相交流同期モータへの供給電圧が低下するなどにより、起動が困難になる場合がある。
【０００７】
また、特許文献１の技術は、同期回転への引き込みがスムーズとなっているが、さらにスムーズな引き込みを可能とし、また同期回転への引き込みミスがさらに減少したものを開発することが必要になってきている。なぜなら、このような製品は、商品の価値をさらに高め、変換効率の高いこの種の単相交流同期モータが多くの分野で採用可能となるためである。
【０００８】
本発明は、特許文献１の技術をさらに改良するものであって、スタート時の振動発生を低減させること、複数同時起動を行う場合には、その消費電力を低減させること、同期回転へのさらなるスムーズな引き込みを行うこと、のいずれか１つまたは複数を達成することができる単相交流同期モータおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの観点は、単相交流同期モータとしての観点である。すなわち、本発明の単相交流同期モータは、単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、交流電圧をモータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、起動運転用回路から同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、を有する単相交流同期モータにおいて、制御手段は、センサの検出信号にしたがって起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共にモータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく第１の起動運転と、永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達するとセンサの検出信号に代えて予め取得した単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって起動スイッチング手段をスイッチング制御する第２の起動運転をし、その後に、同期運転へ移行するものである。
【００１０】
あるいは、本発明の単相交流同期モータの他の観点は、単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、交流電圧をモータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、起動運転用回路から同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、を有する単相交流同期モータにおいて、制御手段は、起動運転の際、センサの検出信号にしたがって上記起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共にモータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく制御を行うものである。
【００１１】
あるいは、本発明の単相交流同期モータのさらなる他の観点は、単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、交流電圧をモータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、起動運転用回路から同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、を有する単相交流同期モータにおいて、制御手段は、同期運転に移行する前の起動運転の際、永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達するとセンサの検出信号に代えて予め取得した単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって起動スイッチング手段をスイッチング制御する制御を行うものである。
【００１２】
さらに、制御手段は、永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達するとモータ電圧の通電を半周期毎に通電方向が切り替わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断する制御を行うようにしてもよい。
【００１３】
さらに、制御手段は、同期運転中には、センサの電源を所定の周期でＯＮ／ＯＦＦ制御するようにしてもよい。
【００１４】
本発明の他の観点は、単相交流同期モータの制御方法としての観点である。すなわち、本発明の単相交流同期モータの制御方法は、単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転ステップと、この起動運転ステップから移行し、交流電圧をモータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転ステップとする単相交流同期モータが行う制御方法において、起動運転ステップは、センサの検出信号にしたがって起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共にモータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく第１の起動運転ステップと、永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達するとセンサの検出信号に代えて予め取得した単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって起動スイッチング手段をスイッチング制御する第２の起動運転ステップを有するものである。
【発明の効果】
【００１５】
各発明によれば、スタート時の振動発生を低減させること、複数同時起動をさせる場合には、その消費電力を低減させること、およびよりスムーズな同期回転への引き込みを行わせること、のいずれか１つまたは複数を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る単相交流同期モータのブロック構成図である。
【図２】図１に示す制御部が行う単相交流同期モータの制御手順を示すフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートのステップＳ２の動作を説明するための図である。
【図４】図２のフローチャートのステップＳ３の動作を説明するための図である。
【図５】図２のフローチャートのステップＳ４の動作を説明するための図である。
【図６】図２のフローチャートのステップＳ４からステップＳ５へ遷移する際の動作を説明するための図である。
【図７】図２のフローチャートのステップＳ６の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の第二の実施の形態に係る単相交流同期モータを示す図で起動状態の監視手順を有する制御部を備える単相交流同期モータのブロック構成図である。
【図９】図８の制御部の制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１および図９に示す単相交流同期モータの各ステップ中の部材の動作を表にした図である。
【図１１】その他の実施の形態に係る制御部の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（本発明の実施の形態に係る単相交流同期モータ１の構成について）
本発明の実施の形態に係る単相交流同期モータ１の構成について図１を参照して説明する。単相交流同期モータ１は、単相交流電源２から電力の供給を受けて駆動する。単相交流同期モータ１は、図１に示すように、整流ブリッジ回路１０、平滑フィルタ回路１１、Ｈブリッジ回路１２、同期運転回路１３、ＡＣ（交流）検出回路１４、直流電源１５、直流電源１６、センサ電源スイッチ１７、モータ部１８、および制御部１９により構成される。
【００１８】
また、単相交流同期モータ１には、単相交流電源２の端子ＡＣＨ，ＡＣＬから電源が供給される。単相交流電源２は、たとえば１００Ｖ／５０Ｈｚ、１００Ｖ／６０Ｈｚ、１１０Ｖ／６０Ｈｚなどの商用電源を想定しているが、単相交流同期モータに適用できる単相交流電源２の周波数としては、たとえば４０Ｈｚ〜７５Ｈｚの範囲内のいずれでも適用可能である。なお、以下の説明では「ＡＣＨ−ＡＣＬ」は、端子ＡＣＨと端子ＡＣＬとの間の端子電圧を表す。
【００１９】
起動運転用回路の一部となる整流ブリッジ回路１０は、４つのダイオードｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４によって構成されている。整流ブリッジ回路１０は、単相交流電源２より供給される交流電流を４つのダイオードｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４により全波整流する。
【００２０】
起動運転用回路の一部となる平滑フィルタ回路１１は、１つの電解コンデンサによって構成され、整流ブリッジ回路１０から出力される全波整流波形を平滑化した直流電圧を生成する。
【００２１】
起動運転用回路の一部となるＨブリッジ回路１２は、起動用スイッチング素子２１〜２４およびＦＴＥ駆動回路２５を有する。起動用スイッチング素子２１〜２４は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）とダイオードの４対の組合せによって構成される。これら４つの起動用スイッチング素子２１〜２４を適宜にＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、モータ部１８のモータコイル３０に対して所望する方向に電圧を通電することができる。これにより、制御部１９は、モータ部１８の永久磁石ロータ３１が所定の回転方向に回転を継続するようにモータコイル３０の電圧通電方向を制御できる。
【００２２】
ＦＥＴ駆動回路２５は、制御部１９の制御にしたがって起動用スイッチング素子２１〜２４のスイッチングを制御し、モータ部１８のモータコイル３０に通電される電圧のデューティ比を変更する。これにより、制御部１９は、モータ部１８のモータコイル３０に通電される電圧値を制御することができる。
【００２３】
同期運転用回路の一部となる同期運転回路１３は、２つのトライアックｔｒ１，ｔｒ２によって構成されている。この２つのトライアックｔｒ１，ｔｒ２は、制御部１９からの制御によってＯＮ／ＯＦＦする。同期運転回路１３は、制御部１９からの制御によって、モータ部１８の起動時には動作せず、モータコイル３０へはＨブリッジ回路１２から電圧が通電される。一方、同期運転時には、制御部１９は、Ｈブリッジ回路１２は動作させない。このとき、モータコイル３０は同期運転回路１３を介して単相交流電源２から電圧が通電される。このため後述する動作説明においては、起動時の駆動方式を「Ｈブリッジ駆動」と呼び、同期運転時の駆動方式を「トライアック駆動」と呼ぶ。
【００２４】
ＡＣ検出回路１４は、単相交流電源２の周波数を検出し、この検出結果を制御部１９に伝達する。
【００２５】
この実施の形態における直流電源１５は、平滑フィルタ回路１１の出力電圧を１４．２Ｖに変換（たとえば降圧）する。そして、直流電源１５は、１４．２Ｖの直流電源を、Ｈブリッジ回路１２のＦＥＴ駆動回路２５に供給する。ＦＥＴ駆動回路２５は、直流電源１５から直流電源を供給されて稼働する。
【００２６】
この実施の形態における直流電源１６は、直流電源１５の１４．２Ｖの出力電圧を５Ｖに降圧する。そして、直流電源１６は、５Ｖの直流電源を制御部１９に供給すると共に、センサ電源スイッチ１７を構成するトランジスタを介して５Ｖの直流電源をセンサ３２Ａ，３２Ｂに供給する。
【００２７】
センサ電源スイッチ１７は、制御部１９からの制御によって直流電源１６からのセンサ３２Ａ，３２Ｂへの電源の供給をＯＮ／ＯＦＦする。
【００２８】
モータ部１８は、出力軸と永久磁石を有する永久磁石ロータ３１、この永久磁石ロータ３１に磁界を与えて回転させるステータ（不図示）、およびセンサ３２Ａ，３２Ｂなどを有する。図１では、モータ部１８のステータが有するモータコイル３０のみ図示し、他のステータの構成要素の図示は省略してある。永久磁石ロータ３１は、この実施の形態ではＮ極とＳ極を１つずつ有する２極のロータとなっている。モータコイル３０は、この実施の形態では、２極の各ステータに巻回されており、２つの磁極が直列接続され、一方の極がＮ極に励磁されると、他方の極がＳ極に励磁される関係となるように接続され、巻回されている。
【００２９】
モータコイル３０は、電圧が通電されることによって磁界を発生する。モータコイル３０によって発生した交流磁界によって永久磁石ロータ３１を所定方向に回転させることができる。また、モータ部１８には、端子ＡＣＨ１，ＡＣＬ１から電源が供給される。なお、以下の説明では「ＡＣＨ１−ＡＣＬ１」は、端子ＡＣＨ１と端子ＡＣＬ１との間の端子電圧を表す。
【００３０】
また、２つのセンサ３２Ａ，３２Ｂを有することにより、永久磁石ロータ３１が正転（時計回り）方向に回転しているか、逆転（反時計回り）方向に回転しているかを検出することができる。すなわち、単相交流同期モータ１は、Ｈブリッジ回路１２がモータコイル３０に電圧を通電する方向を制御することによって、正転方向の運転と逆転方向の運転とを自在に切替えることができる。このときに、２つのセンサ３２Ａ，３２Ｂを有することによって、正転運転または逆転運転のいずれの運転方向にも対応することができる。なお、以下の説明では、センサ３２Ａ，３２Ｂを、個々に区別する必要がない場合、単にセンサ３２と記す。
【００３１】
また、センサ３２は、たとえばホール素子であり、センサ電源スイッチ１７を構成するトランジスタを介して直流電源１６から電源（５Ｖ）が供給される。センサ３２は、永久磁石ロータ３１の磁極位置を検出する。これにより、制御部１９は、センサ３２の出力から永久磁石ロータ３１の回転の状況を検出し、モータ部１８を制御する。たとえば制御部１９は、永久磁石ロータ３１が正転時には、センサ３２Ａの出力（以下では出力ＰＡと記す）を基準に制御を行ない、永久磁石ロータ３１が逆転時には、センサ３２Ｂの出力（以下では、出力ＰＢと記す）を基準に制御を行う。
【００３２】
制御部１９は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、メモリ、入出力ポートなどを有する。なお、ＣＰＵの代わりにＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などを用いてもよい。この制御部１９は、起動運転用回路の一部ともなり、また同期運転用回路の一部ともなる。また、この制御部１９は、起動運転から同期運転への切換えの制御も行う。
【００３３】
制御部１９は、Ｈブリッジ回路１２のＦＥＴ駆動回路２５を介して起動用スイッチング素子２１〜２４を制御することによって、モータ部１８のモータコイル３０に対して所望の通電方向の電圧を通電すると共にそのデューティ比を変更する。すなわち、制御部１９は、ＦＥＴ駆動回路２５を制御することによって、モータコイル３０に通電される電圧を適宜遮断し、モータコイル３０に通電される電圧のデューティ比を変え、電圧値を可変することができる。制御部１９が行うデューティ制御は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)のデューティ比を変えるもので、スタート時のデューティ比は２５％で最大で９６％まで制御可能となっている。また、デューティ比の切換え時の増減は、０．２％単位で実行可能となっている。
【００３４】
また、制御部１９は、ＡＣ検出回路１４の検出結果に基づいて生成した内部同期信号を利用しての起動運転を行う。この際の起動運転は同期運転へ移行する直前の運転方法となる。
【００３５】
また、制御部１９は、Ｈブリッジ回路１２をオフし、同期運転回路１３をオンさせることで同期運転を可能とする。すなわち、制御部１９は、所定の回転数まで回転数が上がったモータ部１８に対し、単相交流電源２の周波数による同期運転を実施する。
【００３６】
ここで内部同期信号とは、ＡＣ検出回路１４が検出した単相交流電源２の周波数にほぼ同期した制御部１９の内部クロックである。詳細は後述するが、内部同期信号は、単相交流電源２の周波数よりも若干低い周波数とする。これにより、単相交流電源２の周波数の位相が内部同期信号の周波数の位相と一致するタイミングを作り出し、その一致した時に同期運転へ移行させることができる。
【００３７】
また、制御部１９は、運転指令入力、異常出力、外部リセット入力、手動設定入力を入出力できる。ユーザは、単相交流電源２を単相交流同期モータ１に接続した後、制御部１９に対して運転指令信号を入力することにより、単相交流同期モータ１を起動させることができる。また、制御部１９は、異常発生を異常出力として外部に出力することができる。ユーザは、制御部１９が出力する異常出力を所定の端末装置などによって受け取ることにより単相交流同期モータ１の異常発生を認識することができる。また、制御部１９は、外部リセット入力を受け付けると制御状態を初期状態に復帰させる。また、制御部１９は、手動設定入力を受け付けることにより、ユーザが設定する数値または状態を制御部１９内に設定することもできる。このようなユーザによる設定を用いた実施の形態については、本実施の形態とは直接関係が無いので詳細な説明は省略する。
【００３８】
（単相交流同期モータ１の動作について）
次に、単相交流同期モータ１の動作について図１から図７を参照して説明する。図２に示すように、制御部１９は、ステップＳ１〜Ｓ６の制御手順によってモータ部１８の起動運転を行ない、その後、起動運転から同期運転へと移行させ、その後、変換効率の高い同期運転を継続させる。
【００３９】
ＳＴＡＲＴ：制御部１９は、単相交流同期モータ１に単相交流電源２が接続されるとステップＳ１の処理へ移行する。
【００４０】
ステップＳ１：制御部１９は、ＡＣ検出回路１４により単相交流電源２の周波数（ＡＣ周期）を測定し、これによりモータ部１８の同期速度を設定する。この同期速度は、単相交流電源２の電源周波数に相当する速度である。制御部１９は、モータ部１８の同期速度の設定を完了するとステップＳ２の処理へ移行する。
【００４１】
ステップＳ２：制御部１９は、モータ部１８の低速駆動を開始する。この低速駆動は、第１の起動運転の前半に相当する。具体的には、制御部１９は、同期運転回路１３をオフすると共に、Ｈブリッジ回路１２とモータ部１８のモータコイル３０とを接続させる。そして制御部１９は、Ｈブリッジ回路１２の起動用スイッチ素子２１〜２４をＦＥＴ駆動回路２５を介して制御して、永久磁石ロータ３１を正転回転させるための電圧をモータコイル３０に通電させ、そのデューティ比を徐々に上げる。
【００４２】
このステップＳ２における出力ＰＡ、Ｈブリッジ回路１２の動作期間とデューティ比、およびモータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）の様子を図３に示す。図３の上段は、センサ３２Ａの出力ＰＡの変化を表している。この図ではセンサ３２Ｂの出力ＰＢを省略している。また、図３の中段は、Ｈブリッジ回路１２の動作期間とモータ部１８に通電される電圧のデューティ比を表している。ここでデューティ比とは、電圧のオンオフの値を示すもので、全期間がオンのときは１００％、期間の中で半分がオンのときは５０％となる値である。このためデューティ比は、Ｈブリッジ回路１２がモータ部１８に通電可能な最大の電圧値に対して何％をモータ部１８へ通電しているかを示すものとなる。また、図３の下段は、モータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）の変化を四角形の高さの変化で表している。すなわち、図３の下段では、四角形の高さが高いほどモータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）も高くなる。
【００４３】
本実施の形態では、デューティ比は、出力ＰＡのエッジ毎に切換え、徐々に増加させている。なお、デューティ比の切換えタイミングを出力ＰＡのエッジ毎とした理由は、エッジであればタイミングが捉え易いためである。したがって、デューティ比の切換えタイミングについては、出力ＰＡのエッジに限定するものではなく、タイミングが特定できるのであれば出力ＰＡの任意のタイミングであってもよい。
【００４４】
図３の上段に示すように、制御部１９は、時計方向回転時には、センサ３２Ａの出力ＰＡに同期するようにモータコイル３０に電圧を通電する。なお、回転方向が反時計方向の場合は、センサ３２Ｂの出力ＰＢに同期させるように電圧を通電することとする。このときに、制御部１９は、図３の中段に示すように、起動の初期段階から徐々にモータコイル３０に通電する電圧のデューティ比を大きくして行くソフトスタートを実施する。図３の例では、デューティ比は、２５％から始まり４１％まで２％ずつ上昇している。この例では、出力ＰＡのエッジを検出する場合にデューティを２％増加させる制御を制御部１９は行っている。図３の下段の端子電圧の変化の様子を見ると端子電圧が上がるにしたがって回転速度が上がっている様子がわかる。なお、このステップＳ２では、全波整流波形の半周期に相当する１８０度全てを使用している。すなわち、モータコイル３０には、１８０度周期で交互に通電する方向が逆転する矩形波形状となる電圧が通電されていることとなる。
【００４５】
制御部１９は、ステップＳ２において、モータ部１８の出力軸の回転速度がステップＳ１において設定したモータ同期速度の８０％以上になるとステップＳ３の処理へ移行する。このステップＳ３では、第１の起動運転の後半部を行う。
【００４６】
ステップＳ３：制御部１９は、モータ部１８の高速駆動を開始する。このステップＳ３における出力ＰＡ、Ｈブリッジ回路１２の動作期間とデューティ比、無効化信号、およびモータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）の様子を図４に示す。図４の上段は、センサ３２Ａの出力ＰＡの変化を表している。また、図４の第２段目は、Ｈブリッジ回路１２の動作期間とモータコイル３０に通電される電圧のデューティ比（４１％〜９６％）を表している。また、図４の第３段目は、制御部１９からＨブリッジ回路１２へ送出される信号で、Ｈブリッジ回路１２を動作させないようにする無効化信号を表している。また、図４の最下段は、モータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）の変化を表している。この端子電圧の状態は、理想的なもので、実際は出力ＰＡからわずかに遅れた状態になる。なお、図４には、図３に示した波形の続きを示しており、図３においてａ，ｂが付されている波形と図４においてａ，ｂが付されている波形は同じものである。すなわち、図３と図４とでは縦横の縮尺を変えてある。また、図４のｃ，ｄが付されている波形との関係では、ａ＜ｃ，ｂ＜ｄの関係となる。
【００４７】
図４に示すように、制御部１９は、センサ３２Ａの出力ＰＡに同期するようにモータコイル３０に電圧を通電する。この例でも出力ＰＡのエッジを検出する毎にデューティ比を２％増加させている。このときに、制御部１９は、半周期毎に通電方向が切り替わるタイミングの所定時間前のタイミングからモータコイル３０に通電される電圧を遮断して起動運転する。その結果、図４の最下段に示すように、モータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）の波形の終端部がカットされている。なお、図中のハッチング部分がカットされている部分である。この第１の起動運転の後半部において、制御部１９がモータコイル３０に通電する電圧の終端部をカットする割合は、出力ＰＡの前回のエッジ間における速度により今回分の速度を推定し、その速度に応じて変更する。たとえば同期回転時の速度の７５％の速度と推定されたら２５％をカットする。推定速度が上がるとカットする割合も増加させ最大３３．３％（＝全体１／３）とする。
【００４８】
また、このように制御することにより出力ＰＡのゼロクロス点付近でモータコイル３０に通電される電圧の方向が確実に切り替わることとなる。これにより、永久磁石ロータ３１に逆転トルクを発生させる要因となるモータ電流をカットすることができる。
【００４９】
制御部１９は、ステップＳ３において、永久磁石ロータ３１の回転速度がステップＳ１において設定したモータ同期速度の９９％以上になると、ステップＳ４の処理へ移行する。このステップＳ４は、第２の起動運転となる。
【００５０】
ステップＳ４：制御部１９は、モータ部１８の内部同期信号に基づく駆動を開始する。このステップＳ４における内部同期信号、Ｈブリッジ回路１２の動作期間とデューティ比、無効化信号、およびモータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）の様子を図５に示す。図５の最上段は、制御部１９がステップＳ１においてＡＣ検出回路１４から取得した単相交流電源２の周波数に基づく内部同期信号の変化を表している。この例では、内部同期信号は固定されており変化しない。そして、この内部同期信号は、単相交流電源２の周波数の９０％とされている。たとえば単相交流電源２の周波数が６０Ｈｚの場合、内部同期信号は５４Ｈｚとされる。また、図５の第２段目は、Ｈブリッジ回路１２からモータコイル３０に通電される電圧のデューティ比（９６％）を表している。この例では、デューティ比は９６％に固定されている。また、図５の第３段目は、制御部１９からＨブリッジ回路１２へ送出される信号でＨブリッジ回路１２を動作させないようにする無効化信号を表している。また、図５の最下段は、モータコイル３０の理想的な状態の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）の変化を表している。なお、図５には、図４に示した波形の続きを示しており、図４においてｃ，ｄが付されている波形と図５においてｃ，ｄが付されている波形は同じものであるすなわち、図４と図５とでは縦横の縮尺を変えてある。
【００５１】
図５に示すように、制御部１９は、内部同期信号に同期するようにモータコイル３０に電圧を通電する。このときに、制御部１９は、ステップＳ３と同様に、半周期毎に通電方向が切り替わるタイミングの所定時間前のタイミングからモータコイル３０に通電される電圧を遮断して起動運転する。その結果、図５の最下段に示すように、モータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）の波形の終端部がカットされている。これにより、永久磁石ロータ３１に逆転トルクを発生させる要因となるモータ電圧をカットすることができる。
【００５２】
なお、ステップＳ４の内部同期信号に基づく駆動では、制御部１９は、ＡＣ検出回路１４により取得した単相交流電源２の周波数よりも若干低い周波数、この例では１０％小さい周波数で制御する。そのようにすることにより、ＡＣ検出回路１４から出力される単相交流電源２の周波数の方が内部同期信号の周波数に比べ大きいため、単相交流電源２の周波数の周期がより早くなる。この結果、単相交流電源２の周波数の位相は、必ず内部同期信号の周波数の位相に追い付くタイミングを有する。制御部１９は、内部同期信号の周波数の位相とＡＣ検出回路１４から出力される単相交流電源２の周波数の位相とを比較し、双方の位相差が電気角で１２度〜１５度以内に収まる場合、ステップＳ５の処理へ移行する。各位相の検出は、内部同期信号の立ち下がり、立ち上がりや単相交流電源２の周波数のゼロクロス点で行っている。
【００５３】
ステップＳ５：制御部１９は、モータ部１８のＡＣ同期駆動を開始する。この起動運転から同期運転への移行における内部同期信号、モータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）、および単相交流電源２の周波数の様子を図６に示す。図６の最上段は、制御部１９がステップＳ１においてＡＣ検出回路１４から取得した単相交流電源２の周波数に基づく内部同期信号の状態を表している。また、図６の最上段の内部同期信号の１つ下の段には、モータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）の変化を表している。また、図６のさらに下段（最下段）には、内部同期信号の変化のタイミング（立ち上がり点、立ち下がり点）と単相交流電源２の周波数の変化のタイミング（立ち上がり点、立ち下がり点）との関係を示している。
【００５４】
図６の最下段に示すように、内部同期信号の変化のタイミングと単相交流電源２の周波数の変化のタイミングとがほぼ一致（電気角で１２度〜１５度以内）したときに、制御部１９は、同期運転回路１３をオンに制御すると共に、Ｈブリッジ回路１２をオフに制御する。具体的には、内部同期信号の立ち下がりと単相交流電源２の周波数の立ち下がりのゼロクロス点との差が１ｍｓ以内に入った場合にＡＣ同期駆動に切換えている。これにより、Ｈブリッジ回路１２とモータコイル３０との接続を解除すると共に、単相交流電源２とモータコイル３０とを直接接続する。この結果、モータ部１８はＡＣ同期駆動状態に入る。なお、ＡＣ同期駆動の開始を各信号の立ち上がりがほぼ一致したときに行うようにしてもよい。
【００５５】
Ｈブリッジ駆動であるステップＳ２からステップＳ４の間は、１０秒以下となるように制御部１９は制御する。この秒数は４〜２０秒が好ましく、６〜１０秒が振動対策やモータ効率の面でさらに好ましい。
【００５６】
制御部１９は、モータ部１８がＡＣ同期駆動状態に入り、５秒以上経過するとステップＳ６の処理へ移行する。この５秒という値に代えて、１０秒としたり３秒としたりしてもよい。
【００５７】
ステップＳ６：制御部１９は、モータ部１８の省電力駆動を開始する。制御部１９は、モータ部１８の省電力駆動を開始すると、センサ３２を所定の周期でＯＮ／ＯＦＦ制御する。このステップＳ６における単相交流電源２の周波数、モータコイル３０の端子電圧（ＡＣＨ１−ＡＣＬ１）、およびセンサ電源の様子を図７に示す。図７に示すように、ＡＣ同期駆動（Ｓ５）においては継続しているセンサ電源が、省電力駆動（Ｓ６）においては間欠的であることがわかる。この周期は、たとえば１周期の中でセンサ３２が０．１２秒間ＯＮ、１秒間ＯＦＦとなるように設定する。０．１２秒間のＯＮの期間は、後述する逆転検出、ロック検出、低速検出および高速検出が可能となり、１秒間のＯＦＦの期間は、それらのいずれも動作しないこととなる。
【００５８】
（制御部１９の制御手順に係る効果について）
次に、制御部１９の制御手順に係る効果について説明する。制御部１９がステップＳ１のＡＣ周期測定を行うことにより、単相交流電源２の周波数がたとえば４０Ｈｚ〜７５Ｈｚの範囲内のいずれの周波数であっても対応可能な単相交流同期モータ１を実現できる。この際、制御部１９は、自動的にＡＣ検出回路１４の検出出力によって単相交流電源２の周波数を測定できるので、ユーザによる手動設定などの手間を省くことができる。すなわち、ユーザは、電源周波数を正確に確認する必要なく、また、ユーザは、手動により周波数の設定を行う必要なく、単相交流同期モータ１を使用できる。
【００５９】
また、制御部１９がステップＳ２の低速駆動においてソフトスタートを行うことにより、同時に多数の単相交流同期モータ１を起動させる場合、多数の単相交流同期モータ１に電源を供給する電源設備に対する負荷を軽減させることができる。これによれば、同時に多数の単相交流同期モータ１が起動することにより電源電圧が低下することを回避し、同時に多数の単相交流同期モータ１の起動を可能とすることができる。
【００６０】
また、制御部１９がステップＳ３の高速駆動において擬似１２０度通電を行うことより、起動運転における逆回転トルクの発生を抑えることができ回転効率がアップする。これは、特許文献１の単相交流同期モータが有する効果と同じであるが、この実施の形態の単相交流同期モータ１では、モータ電流波形をセンサ出力波形のゼロクロス点で通電方向が切り替わるように、モータ電流の通電範囲を抑制しながら起動運転するといった複雑な制御を必要としない。この単相交流同期モータ１では、擬似１２０度通電という単純な方法で逆回転トルクの発生を抑えている。
【００６１】
また、制御部１９がステップＳ４の内部同期信号駆動を行うことにより、センサ３２の出力に頼ることなく、内部同期信号によってモータ部１８を駆動することができる。これによれば、制御部１９は、ＡＣ検出回路１４の検出出力により取得する単相交流電源２の周波数とＨブリッジ回路２を駆動する内部同期信号とを比較することによって同期運転への切換タイミングを認識できる。すなわち、制御部１９は、周波数が安定しにくいセンサ３２の出力波形によって同期運転への切換タイミングを認識するのではなく、安定した周期となり、かつ実際のモータ通電の時期と一致している内部同期信号によって同期運転への切換タイミングを認識できる。このため単相交流同期モータ１は、同期運転切換時に発生する脱調の確率をきわめて低く抑えることができる。また、ステップＳ４では同期信号位相が電圧位相の電気角で１２〜１５度以内で次のステップＳ５に切り替わるので、さらに安定した切り替わりを行える。
【００６２】
また、制御部１９がステップＳ５のＡＣ同期駆動を５秒以上行うことにより、同期運転の安定化を図ることができる。このＡＣ同期駆動は、３〜２０秒が好ましく５〜１０秒がさらに好ましい。
【００６３】
また、制御部１９がステップＳ６の省電力駆動を行うことにより、センサ３２の消費電力を節約することができる。すなわち、ＡＣ同期駆動状態では、センサ３２の役割は、予期せぬ要因によりモータ部１８が停止したり、あるいは、逆転するといった異常事態などを検出するのみである。これらの異常事態は、ＡＣ同期駆動すると生じる確率はきわめて低くなる。したがって、ＡＣ同期駆動状態では、センサ３２を常時ＯＮ状態にする必要がない。制御部１９は、ステップＳ６の省電力駆動においてセンサ３２を間欠通電することにより、センサ３２の消費電力を節約することができる。
【００６４】
（第二の実施の形態に係る単相交流同期モータ１Ａについて）
次に、第二の実施の形態に係る単相交流同期モータ１Ａにおける起動状態の監視手順を有する制御部１９Ａについて説明する。制御部１９Ａを有する単相交流同期モータ１Ａのブロック構成を図８に示す。単相交流同期モータ１Ａでは、制御部１９Ａの制御手順が単相交流同期モータ１の制御部１９とは異なる。その他の点ではこの単相交流同期モータ１Ａは、単相交流同期モータ１と同じであるため、同一の部材は同一の符号を用いて説明し、その詳細説明は省略する。
【００６５】
制御部１９Ａは、ウォッチドックタイマ４０、カウンタ４１およびタイマ４２を有する。ウォッチドックタイマ４０は、制御部１９Ａが立ち上がらずにハングアップした場合などの異常を検出するためのものである。カウンタ４１は、モータ部１８がロック停止、回転速度不足または逆転した回数を計数するものである。タイマ４２は、低速駆動が開始されてから内部同期信号駆動が終了するまでの時間を計時するタイマである。
【００６６】
制御部１９Ａの制御手順を図９に示す。図９において実線の矢印で示す処理の流れは、異常が発生しない場合の処理の流れである。一方、図９において破線の矢印で示す処理の流れは、異常が発生した場合の処理の流れである。すなわち、ステップＳ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ４Ａ，Ｓ５Ａ，Ｓ６Ａにおいて実線の矢印で示されているＲＵＮ／ＯＦＦ信号については、単相交流同期モータ１Ａの電源をユーザがＯＦＦにした場合など、単相交流同期モータ１Ａが正常に停止された場合に出力されるものである。一方、「異常出力」から破線矢印で示されているＲＵＮ／ＯＦＦ信号は、異常回数カウント数が所定数以上である場合に出力されるものである。
【００６７】
なお、ステップＳ１Ａ〜ステップＳ６Ａの処理については、図２のフローチャートにおけるＳＴＡＲＴ、ステップＳ１〜ステップＳ６の処理と基本的に同一であるため、説明を省略または簡略化する。
【００６８】
ステップＳ１０：制御部１９Ａは、直流電源１６から直流電圧が通電されると、これを検出してステップＳ１１の処理へ移行する。すなわち、リセットの処理はフローを開始する先頭の処理である。また、制御部１９Ａは、直流電源１６から通電される電圧の低下（たとえば「３．６±０．３Ｖ」以下）を検出したときにはリセットの処理を実行する。これはフローが既に進行している場合であっても制御部１９Ａは、直流電源１６から通電される電圧の低下を検出したときにはリセットの処理を実行する。これにより、制御部１９Ａが直流電源１６から通電される電圧の低下を検出したときにはフローが先頭の処理へ戻ることになる。その他にも、制御部１９Ａは、自己のＣＰＵの立ち上げに際し、ウォッチドックタイマ４０がタイムアップするとＣＰＵのハングアップとみなしてリセットの処理を再度実行する。なお、ウォッチドックタイマ４０の設定値は、たとえば約５２５ｍｓ以上とする。さらに、制御部１９Ａは、ユーザの手動による外部リセット入力が行われた場合についてもリセットの処理を実行する。
【００６９】
ステップＳ１１：制御部１９Ａは、カウンタ４１およびタイマ４２の設定値を初期値（たとえば“０”）に設定する。その他にも制御部１９Ａは、自己の有する各ポートに対して入出力の割付けを行う。また、制御部１９Ａは、上述したカウンタ４０およびタイマ４１の他にも内部設定値（たとえばセンサ３２の出力ＰＡ，ＰＢの値（ＨまたはＬ））を初期値とする。さらに、必要に応じて制御部１９Ａへの外部からのデータの読み込みなどを行う。制御部１９Ａは、初期設定が完了するとステップＳ１２の処理へ移行する。
【００７０】
ステップＳ１２：前回、単相交流同期モータ１が正常に停止した場合、制御部１９ＡのＣＰＵのレジスタ（不図示）にはＲＵＮ／ＯＦＦのフラグが立っている。このような状況下において、制御部１９Ａは、運転指令信号が入力されるとステップＳ１Ａの処理へ移行する。また、制御部１９Ａは、レジスタのＲＵＮ／ＯＮのフラグが解除されてＲＵＮ／ＯＦＦのフラグが立つと、次に運転指令信号が入力されるまで以降の処理を停止させる。また、制御部１９Ａは、レジスタにＲＵＮ／ＯＦＦのフラグが立って以降の処理が停止された後、運転指令信号が入力されるとＲＵＮ／ＯＦＦのフラグを解除してステップＳ１Ａの処理へ移行する。また、このとき制御部１９Ａは、レジスタにＲＵＮ／ＯＮのフラグを立てる。また、このとき制御部１９Ａは、カウンタ４１の異常回数カウント値をクリアする。
【００７１】
ステップＳ１Ａ：制御部１９Ａは、図２のフローチャートのステップＳ１で説明したＡＣ周期測定の処理に加え、ＡＣ検出回路１４の検出結果が０Ｈｚである場合、カウンタ４１の異常回数カウント値を１つ繰り上げる。ここでＡＣ検出回路１４の検出結果が０Ｈｚである場合とは、単相交流電源２の電源が供給されているにも関わらず当該電源の周波数が検出されない状態であり、単相交流電源２の異常などを表している。ステップＳ１Ａで、ＡＣ検出回路１４の検出結果が０Ｈｚ以外であるとステップＳ２Ａの処理へ移行する。
【００７２】
ステップＳ２Ａ：制御部１９Ａは、図２のフローチャートのステップＳ２で説明した低速駆動の処理に加え、低速駆動中にモータ部１８がロック停止した際には、カウンタ４１の異常回数カウント値を１つ繰り上げる。また、制御部１９Ａは、ステップＳ２Ａの処理の所要時間をタイマ４２により計時する。
【００７３】
ステップＳ３Ａ：制御部１９Ａは、図２のフローチャートのステップＳ３で説明した高速駆動の処理に加え、高速駆動中にモータ部１８がロック停止した際には、カウンタ４１の異常回数カウント値を１つ繰り上げる。また、制御部１９Ａは、ステップＳ３Ａの処理の所要時間をタイマ４２により計時する。
【００７４】
ステップＳ４Ａ：制御部１９Ａは、図２のフローチャートのステップＳ４で説明した内部同期信号駆動の処理に加え、内部同期信号駆動中にモータ部１８がロック停止、回転速度の過不足または逆転した際には、カウンタ４１の異常回数カウント値を１つ繰り上げる。また、制御部１９Ａは、ステップＳ４Ａの処理の所要時間をタイマ４２により計時する。なお、制御部１９Ａは、ステップＳ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ４Ａにおけるタイマ４２の合計計時時間が所定時間（たとえば１０秒）以上であった場合、いったん起動運転を停止させ、カウンタ４１の異常回数カウント値を１つ繰り上げる。
【００７５】
ステップＳ５Ａ：制御部１９Ａは、図２のフローチャートのステップＳ５で説明したＡＣ同期駆動の処理に加え、ＡＣ同期駆動中にモータ部１８がロック停止、回転速度の過不足または逆転した際には、カウンタ４１の異常回数カウント値を１つ繰り上げる。
【００７６】
ステップＳ６Ａ：ステップＳ５Ａから５秒以上経過すると、制御部１９Ａは、図２のフローチャートのステップＳ６で説明した省電力駆動の処理に加え、省電力駆動中にモータ部１８がロック停止、回転速度の過不足または逆転を検出したときには、ステップＳ１Ａの処理に戻る。この省電力駆動に入るとセンサ３２の間欠通電に加え、カウンタ４１をクリアする処理を行う。
【００７７】
ステップＳ１３：制御部１９Ａは、カウンタ４１の異常回数カウントが閾値以下の場合、ステップＳ１ＡのＡＣ周期測定の処理からフローをやり直す。また、制御部１９Ａは、カウンタ４１の異常回数カウントが閾値を越える場合、異常出力を行ってＲＵＮ／ＯＦＦのフラグを立てステップＳ１２の処理へ戻る。なお、ステップＳ１３における閾値は、たとえば“１”〜“１５”の間で設定可能とする。たとえば当該閾値は“３”である。
【００７８】
また、制御部１９Ａは、ステップＳ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ４Ａ，Ｓ５Ａ，Ｓ６Ａの各処理において、単相交流同期モータ１Ａの運転が正常に停止されるとレジスタにＲＵＮ／ＯＦＦのフラグを立てる（図９の実線の矢印の処理）。この結果、制御部１９Ａは次の運転指令信号の入力を待つ状態となる。
【００７９】
（単相交流同期モータ１Ａに係る効果について）
これにより、単相交流同期モータ１Ａに電源が投入された後、またはリセットされた後、運転指令信号が入力されると、モータ部１８の起動運転が開始される。このときに、Ｓ１Ａの処理において単相交流電源２の異常が発生すると、また、各ステップ（Ｓ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ４Ａ，Ｓ５Ａ）において、ロック停止が発生すると、また、ステップＳ４Ａ，Ｓ５Ａにおいて、回転速度の過不足または逆転が発生すると、その都度、カウンタ４１の異常回数カウントが繰り上げられる。そして、カウンタ４１の異常回数カウントが、たとえば３回まではステップＳ１Ａからの起動運転が再開される。しかしながら、カウンタ４１の異常回数カウントが、たとえば４回以上になると起動運転は、いったん停止される。
【００８０】
すなわち、単相交流同期モータ１Ａは、起動運転中に何らかの原因によって、単相交流電源２に異常が発生しても、また、モータ部１８がロック停止、回転速度の過不足または逆転しても、たとえばそれらの合計が３回までは起動をやり直すことができる。そして、単相交流同期モータ１Ａは、起動運転中に何らかの原因によって、単相交流電源２に異常が発生したり、モータ部１８がロック停止、回転速度の過不足または逆転する状態が、たとえば４回以上発生すると起動をいったん停止する。
【００８１】
これによれば、単相交流同期モータ１Ａは、起動運転中に、単相交流電源２が断状態となったり、永久磁石ロータ３１に何らかの要因で外部から力が加わり、ロック停止、回転速度の過不足または逆転しても、その異常発生回数が所定回以下ならば、再度起動運転を再開する。たとえば永久磁石ロータ３１の回転軸にファンが設けられている場合など、当該ファンに軽く障害物が当たったような場合ならば起動を再開する。また、単相交流電源２と単相交流同期モータ１Ａとがコンセントなどによって接続されている場合、ユーザがごく短時間コンセントを引き抜き、再びコンセントを差し込むといった動作を行った場合でも起動を再開する。これによりユーザが単相交流同期モータ１Ａに再起動をかけるなどの手間を省くことができるため、ユーザの利便性を向上させることができる。特に、多数の単相交流同期モータ１Ａを使用している場合など、ユーザの利便性を大幅に向上させることができる。すなわち、単相交流同期モータ１Ａの利用効率または稼働率を高く保つことができる。
【００８２】
（各部材の動作のまとめ）
以上の各ステップにおける各部材の動作について図１０に表にして示す。この表の中の逆転検出、ロック検出、速度過不足検出は、第一の実施の形態では示されていないが、第二の実施の形態と同様に第一の実施の形態でも動作させるようにしてもよい。
【００８３】
（プログラムを用いた実施の形態について）
また、単相交流同期モータ１，１Ａの制御部１９，１９Ａは、所定のプログラムにより動作する汎用の情報処理装置によって構成されてもよい。例えば、汎用の情報処理装置は、メモリ、ＣＰＵ、入出力ポートなどを有する。汎用の情報処理装置のＣＰＵは、メモリなどから所定のプログラムとして制御プログラムを読み込んで実行する。これにより、汎用の情報処理装置には、制御部１９，１９Ａの機能が実現される。また、その他の機能についてもソフトウェアにより実現可能な機能については汎用の情報処理装置とプログラムとによって実現することができる。なお、上述したＣＰＵの代わりにＡＳＩＣ、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰなどを用いてもよい。
【００８４】
なお、汎用の情報処理装置が実行する制御プログラムは、単相交流同期モータ１，１Ａの出荷前に、汎用の情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであっても、単相交流同期モータ１，１Ａの出荷後に、汎用の情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。また、制御プログラムの一部が、単相交流同期モータ１，１Ａの出荷後に、汎用の情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。単相交流同期モータ１，１Ａの出荷後に、汎用の情報処理装置のメモリなどに記憶される制御プログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶されているものをインストールしたものであっても、インターネットなどの伝送媒体を介してダウンロードしたものをインストールしたものであってもよい。
【００８５】
また、制御プログラムは、汎用の情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。
【００８６】
このように、汎用の情報処理装置とプログラムによって単相交流同期モータ１，１Ａの制御部１９，１９Ａの機能を実現することにより、大量生産や仕様変更（または設計変更）に対して柔軟に対応可能となる。
【００８７】
（その他の実施の形態）
本発明の実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り、様々に変更が可能である。たとえばセンサ３２は、２つのセンサ３２Ａ，３２Ｂを備えるとして説明した。これは永久磁石ロータ３１の正転、逆転をセンサ３２Ａ，３２Ｂにて検出するためであると説明した。一方、１個のセンサ３２Ａのみでもモータ部１８に加える電圧の位相とセンサ３２Ａの出力ＰＡの位相とが正転と逆転とでは１８０度ずれるので、このことを利用して逆転検出は可能であり、１個のセンサとしてもよい。
【００８８】
また、図１１に示すフローチャートのように、各ステップＳ１Ａ，Ｓ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ４Ａ，Ｓ５Ａ，Ｓ６ＡのＡＣ周期異常、ロック停止、回転速度の過不足、逆転の検出時には即座に停止させ、レジスタにＲＵＮ／ＯＦＦのフラグを立てるようにするのみとしてもよい。これによれば、１回でもＡＣ周期異常、ロック停止、回転速度の過不足、逆転が検出されたら即座に単相交流同期モータ１Ａを停止させたい用途に適用することができる。
【００８９】
また、図１１に示すフローチャートに加え、図９に示すステップＳ６ＡからステップＳ１Ａに移行するフローを加えてもよい。これによれば、起動運転が終了して省電力駆動（Ｓ６Ａ）に移行している場合については、ロック停止、回転速度過不足、逆転が検出されても再度、ステップＳ１ＡのＡＣ周期測定からやり直すようにできる。たとえば起動運転中にロック停止、回転速度過不足、逆転が検出される場合は、単相交流同期モータ１Ａを運転する環境それ自体がそもそも不都合である場合が多く、速やかに運転を停止することが好ましい場合が多い。一方、起動運転が終了して既に省電力駆動に移行している場合にロック停止、回転速度過不足、逆転が検出される場合は、これらの異常の発生は偶発的な要因による場合が多く、再度、起動運転をやり直しても問題がない場合が多い。当該実施の形態は、このような状況下に適用できる。
【００９０】
また、起動運転となる３つのステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４と３つのステップＳ２Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ４Ａはその中のいずれか２つのステップのみで起動運転を行うようにしてもよい。また、省電力駆動は行わないようにしてもよい。
【００９１】
また、交流電圧を直流電圧に変換する際、整流ブリッジ回路１０と平滑フィルタ回路１１を利用して行っているが、ＡＣ−ＤＣコンバータなど他の変換手段を採用してもよい。また、起動運転と同期運転の切換えは、制御部１９，１９Ａで行っているが、特許文献１のような運転切換スイッチを採用してもよい。
【００９２】
また、図９で説明した制御部１９Ａの制御手順においては、通常運転モード、メンテナンスモードおよび実験室モードなどの複数のモードを設けてもよい。また、通常運転モードでは、図９で説明した制御手順に加え、モータ同期速度などの設定をユーザが手動で行うことができるようにしてもよい。また、メンテナンスモードでは、たとえば制御部１９ＡのＣＰＵに対して保守者がアクセス可能とし、各種制御内容の変更あるいは設定値の変更を可能としてもよい。
【００９３】
また、実験室モードでは、モータ部１８のロック停止、回転速度不足または逆転などの異常の状況およびその発生回数などの異常履歴を制御部１９Ａ内に保持しておくようにしてもよい。これによれば、ユーザが制御部１９Ａに対してモニタ装置（不図示）を接続することによって、異常履歴を閲覧することができることとなる。制御部１９Ａは、上述した異常履歴をＳＤ(Secure Digital)カードまたはＵＳＢ(Universal Serial Bus)メモリなどの可搬形記憶媒体に記録するようにしてもよい。ユーザは、制御部１９Ａから可搬形記憶媒体を取り出して外部のパーソナル・コンピュータ装置などにこの可搬形記憶媒体を挿入し、異常履歴をパーソナル・コンピュータ装置に取り込むことができる。
【００９４】
また、直流電源１５は、１４．２Ｖの電圧を出力するとして説明したが、たとえば１０Ｖ〜２０Ｖの範囲で適宜設定可能である。それ以外の電圧値であっても直流電源１５の電圧値は、起動用スイッチ素子２１〜２４その他の構成部材の規格によって適宜設定可能である。同様に、直流電源１６は、５Ｖの電圧を出力するとして説明したが、それ以外の電圧値であっても直流電源１６の電圧値は、制御部１９，１９Ａおよびセンサ電源スイッチ１７の構成部材の規格によって適宜設定可能である。
【００９５】
また、Ｈブリッジ回路１２は、起動用スイッチ素子２１〜２４は、ＦＥＴおよびダイオードによって構成されていると説明したが、ＦＥＴに代えてトランジスタまたはＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの他の部材または他の素子を用いてもよい。
【００９６】
また、同期運転回路１３は、トライアックｔｒ１，ｔｒ２によって構成されていると説明したが、トライアックｔｒ１，ｔｒ２に代えてリレーまたはサイリスタなどの他の部材または他の素子を用いてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１，１Ａ…単相交流同期モータ、２…単相交流電源、１２…Ｈブリッジ回路（起動運転用回路の一部）、１３…同期運転回路（同期運転用回路の一部）、１９，１９Ａ…制御部（起動運転用回路の一部、同期運転用回路の一部、制御手段）、２１〜２４…起動用スイッチング素子（起動用スイッチング手段）、２５…ＦＥＴ駆動回路（起動運転用回路の一部、制御手段の一部）、３０…モータコイル、３１…永久磁石ロータ、３２Ａ，３２Ｂ…センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成22年8月2日(2010.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、
上記交流電圧を上記モータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、
上記起動運転用回路から上記同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、
を有する単相交流同期モータにおいて、
上記制御手段は、上記センサの検出信号にしたがって上記起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共に上記モータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく第１の起動運転と、上記永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達すると上記センサの検出信号に代えて予め取得した上記単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって上記起動スイッチング手段をスイッチング制御する第２の起動運転をし、その後に、上記同期運転へ移行する制御を行うのに際し、
上記第１の起動運転中であって上記第２の起動運転へ移行する前の運転中に、モータ電圧の通電を、半周期毎に、通電方向が切換わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断し、そのモータ電圧が遮断される時間の割合を、上記永久磁石ロータの回転速度の増加に応じて増加させる制御を行う、
ことを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項２】
単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、
上記交流電圧を上記モータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、
上記起動運転用回路から上記同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、
を有する単相交流同期モータにおいて、
上記制御手段は、上記起動運転の際、上記センサの検出信号にしたがって上記起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共に上記モータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく制御を行うと共に、
上記制御手段は、上記同期運転の前において、モータ電圧の通電を、半周期毎に、通電方向が切換わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断し、そのモータ電圧が遮断される時間の割合を、上記永久磁石ロータの回転速度の増加に応じて増加させる制御を行う、
ことを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項３】
単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、
上記交流電圧を上記モータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、
上記起動運転用回路から上記同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、
を有する単相交流同期モータにおいて、
上記制御手段は、上記同期運転に移行する前の上記起動運転の際、上記永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達すると上記センサの検出信号に代えて予め取得した上記単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって上記起動スイッチング手段をスイッチング制御する制御を行うと共に、その制御の前に、モータ電圧の通電を、半周期毎に、通電方向が切換わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断し、そのモータ電圧が遮断される時間の割合を、上記永久磁石ロータの回転速度の増加に応じて増加させる制御を行う、
ことを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の単相交流同期モータであって、
前記制御手段は、前記永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達するとモータ電圧の通電を半周期毎に通電方向が切換わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断する制御を行う、
ことを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の単相交流同期モータであって、
前記制御手段は、前記同期運転中には、前記センサの電源を所定の周期でＯＮ／ＯＦＦ制御する、
ことを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項６】
単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転ステップと、
上記起動運転ステップから移行し、上記交流電圧を上記モータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転ステップとする単相交流同期モータが行う制御方法において、
上記起動運転ステップは、上記センサの検出信号にしたがって上記起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共に上記モータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく第１の起動運転ステップと、上記永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達すると上記センサの検出信号に代えて予め取得した上記単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって上記起動スイッチング手段をスイッチング制御する第２の起動運転ステップとを有し、
上記第１の起動運転ステップの処理であって上記第２の起動運転ステップへ移行する前において、モータ電圧の通電を、半周期毎に、通電方向が切換わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断し、そのモータ電圧が遮断される時間の割合を、上記永久磁石ロータの回転速度の増加に応じて増加させる制御を行う、
ことを特徴とする単相交流同期モータの制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の１つの観点は、単相交流同期モータとしての観点である。すなわち、本発明の単相交流同期モータは、単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、交流電圧をモータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、起動運転用回路から同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、を有する単相交流同期モータにおいて、制御手段は、センサの検出信号にしたがって起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共にモータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく第１の起動運転と、永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達するとセンサの検出信号に代えて予め取得した単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって起動スイッチング手段をスイッチング制御する第２の起動運転をし、その後に、同期運転へ移行する制御を行うのに際し、第１の起動運転中であって第２の起動運転へ移行する前の運転中に、モータ電圧の通電を、半周期毎に、通電方向が切換わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断し、そのモータ電圧が遮断される時間の割合を、永久磁石ロータの回転速度の増加に応じて増加させる制御を行うものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
あるいは、本発明の単相交流同期モータの他の観点は、単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、交流電圧をモータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、起動運転用回路から同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、を有する単相交流同期モータにおいて、制御手段は、起動運転の際、センサの検出信号にしたがって起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共にモータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく制御を行うと共に、制御手段は、同期運転の前において、モータ電圧の通電を、半周期毎に、通電方向が切換わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断し、そのモータ電圧が遮断される時間の割合を、永久磁石ロータの回転速度の増加に応じて増加させる制御を行うものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
あるいは、本発明の単相交流同期モータのさらなる他の観点は、単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転用回路と、交流電圧をモータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転用回路と、起動運転用回路から同期運転用回路へ切換えて同期運転に移行するよう制御する制御手段と、を有する単相交流同期モータにおいて、制御手段は、同期運転に移行する前の起動運転の際、永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達するとセンサの検出信号に代えて予め取得した単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって起動スイッチング手段をスイッチング制御する制御を行うと共に、その制御の前に、モータ電圧の通電を、半周期毎に、通電方向が切換わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断し、そのモータ電圧が遮断される時間の割合を、永久磁石ロータの回転速度の増加に応じて増加させる制御を行うものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の他の観点は、単相交流同期モータの制御方法としての観点である。すなわち、本発明の単相交流同期モータの制御方法は、単相交流電源に接続されるモータコイルに、当該単相交流電源より通電される交流電圧を直流電圧に変換し、永久磁石ロータの磁極位置を検出するセンサからの検出信号により起動用スイッチング手段をスイッチングしてモータ電圧の通電の向きを切換えて通電することにより、直流ブラシレスモータとして起動運転する起動運転ステップと、起動運転ステップから移行し、交流電圧を上記モータコイルに通電して交流同期モータとして同期運転する同期運転ステップとする単相交流同期モータが行う制御方法において、起動運転ステップは、センサの検出信号にしたがって起動用スイッチング手段をスイッチング制御すると共にモータコイルに通電する電圧のデューティを徐々に上げて通電電圧を徐々に上げていく第１の起動運転ステップと、永久磁石ロータの回転速度が同期回転速度近傍の所定回転速度に到達するとセンサの検出信号に代えて予め取得した単相交流電源の周波数の情報に基づき生成された内部同期信号にしたがって起動スイッチング手段をスイッチング制御する第２の起動運転ステップとを有し、第１の起動運転ステップの処理であって第２の起動運転ステップへ移行する前において、モータ電圧の通電を、半周期毎に、通電方向が切換わるタイミングの所定時間前のタイミングから遮断し、そのモータ電圧が遮断される時間の割合を、永久磁石ロータの回転速度の増加に応じて増加させる制御を行うものである。