(57)【要約】  運転コイル（１１）および始動コイル（１２）を有するステータ、上記運転コイル（１１）および上記始動コイル（１２）に電流を供給する電源（Ｆ）、閉状態にあるときに運転コイル（１１）および始動コイル（１２）をそれぞれ電源（Ｆ）へと接続する運転スイッチ（Ｓ１）および始動スイッチ（Ｓ２）、ならびに制御ユニット（３０）を備える、単相誘導モータ用始動システムであって、上記制御ユニット（３０）は、モータの始動時に、あらかじめ定められかつステータへと供給される電流がゼロを横切る瞬間から判断される所定の時間期間にわたって、運転コイル（１１）へと供給される電流の供給に、始動コイル（１２）へと供給される電流の供給に対する遅延を生じさせるべく、運転スイッチ（Ｓ１）を動作させるようにプログラムされている、単相誘導モータ用始動システム。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転コイル（１１）および始動コイル（１２）を有するステータと、
前記運転コイル（１１）および前記始動コイル（１２）に電流を供給する電源（Ｆ）と、
閉状態にあるときに運転コイル（１１）を電源（Ｆ）へと接続する運転スイッチ（Ｓ１）、および閉状態にあるときに始動コイル（１２）を電源（Ｆ）へと接続し、モータの始動が完了すると開状態へと導かれる始動スイッチ（Ｓ２）と、
電源（Ｆ）の供給を受けており、運転スイッチ（Ｓ１）および始動スイッチ（Ｓ２）の開閉状態を指示するため、運転スイッチ（Ｓ１）および始動スイッチ（Ｓ２）へと作用可能に接続されている制御ユニット（３０）と
を備える、単相誘導モータ用始動システムであって、
前記制御ユニット（３０）が、モータの始動時に、あらかじめ定められかつステータへと供給される電流がゼロを横切る瞬間から判断される所定の時間期間にわたって、運転コイル（１１）へと供給される電流の供給に、始動コイル（１２）へと供給される電流の供給に対する遅延を生じさせるべく、運転スイッチ（Ｓ１）を動作させるようにプログラムされていることを特徴とする、システム。
【請求項２】
始動コイル（１２）の供給電流がゼロに達する各瞬間において、制御ユニット（３０）が運転スイッチ（Ｓ１）に開路を指示し、この状態が所定の時間期間の間維持された後、制御ユニット（３０）が運転スイッチ（Ｓ１）に閉路を指示することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
運転コイル（１１）への電流の供給における遅延が、最大で９０°であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
電源（Ｆ）とステータとの間に接続され、かつ制御ユニット（３０）に作用可能に接続されている電流センサ（２０）を備え、
電流センサ（２０）が、ステータへと供給されている電流がゼロに達した各瞬間を、制御ユニット（３０）に知らせることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
少なくとも運転スイッチ（１１）が半導体であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
運転スイッチ（１１）がトライアックであることを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
所定の時間期間（Δｔ）が、モータ（１０）の構造的特徴に応じてあらかじめ定められていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モータ、特に単相誘導モータにおいて使用される種類の電子式始動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
単相誘導モータは、その簡潔さ、丈夫さ、および高い性能ゆえ、幅広く使用されている。それらは、冷蔵庫、冷凍庫、エアコン、気密圧縮機、洗濯機、ポンプ、ファンなどの家庭電化製品全般、ならびにいくつかの産業用の用途に使用されている。
【０００３】
知られている誘導モータは、一般的には、かご形のロータと巻線付きのステータとを備え、巻線付きのステータが、１つは運転コイルのためのものであり、他方は始動コイルのためのものである２つの巻線を有する。圧縮機の通常の動作においては、運転コイルにＡＣ電圧が供給されるとともに、始動コイルに始動動作の最初において一時的に供給が行なわれて、ステータの空隙に回転磁界が生成されるが、この状況が、ロータを加速させてモータを始動させるために必要である。
【０００４】
回転磁界は、運転コイルを流れる電流に対して、好ましくは９０°に近い角度で、時間をずらした電流を始動コイルに供給することによって、得ることができる。両方のコイルを流れる電流の間のこの時間のずれは、コイルの構造的な特徴によって得ることができ、あるいは外部インピーダンスを、一般的には始動コイルに直列にであるが、一方のコイルに直列に設置することによって得ることができ、主コイルおよび始動コイルの電流の間にこの時間ずれをもたらすために最も使用されている素子は、キャパシタである。
【０００５】
このモータの始動プロセスにおいて、始動コイルを通過して流れる電流の値が一般的には大であり、モータの加速を促進するために必要な時間が経過した後にこの電流を遮断することができる、ある種のスイッチの使用を必要としている。
【０００６】
モータに回転が生じた後、運転コイルによって生成される磁界が、モータに誘起される磁界と相互作用し、モータの運転に必要な回転磁界が維持される。
【０００７】
モータが、装置を始動コイルに直列に使用するようには設計されていない場合、すなわち電流の間の時間のずれが、始動コイルの構造的特徴によって確保される場合、一般的にはこのコイルに、より薄い導体およびより少数の巻線が設けられ、より大きな抵抗／リアクタンス比を確保して、電圧と電流との間のずれを、運転コイルに比べて小さくしている。
【０００８】
この技法の欠点は、通常は、始動コイルおよび運転コイルの電流の間の大きな時間のずれを、始動コイルの構造的態様を変化させることでしか達成することができず、これが始動時のモータのトルクを弱めてしまうということにある。
【０００９】
この技法は、一般的には、あまり大きな始動モーメントを必要としない荷重に適用され、したがってロータが止められている状態で大きなトルクがなくても荷重を加速させることができるモータにおいて使用される。利点としては、これらのモータを使用する場合には、あらゆる追加の素子を始動コイルへと接続して使用する必要がないため、最終コストが低減される。
【００１０】
慣性からのモータの加速を確保するための他の課題解決策は、モータのサイズに応じ、典型的には４０μＦから３００μＦの範囲の容量であるが、大きな容量値を有するキャパシタを補助コイルと直列に配置して使用することによる。容量の大きいキャパシタを使用することによって、始動コイルの電流が、主コイルの電流に対して約９０°進むように保証され、始動トルクが、コイルと直列な素子を使用しないで達するトルクよりも大きな値に達するように保証される。始動用キャパシタの使用に関する問題は、この構成部品の高いコスト、キャパシタの比較的短い寿命、および最終製品のより多くの在庫品目にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、単相誘導モータ用の始動システムであって、そのような種類のモータの始動トルクをキャパシタを使用することなく増加させる、始動システムを提供することにある。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、上述のようなシステムであって、加速の際にモータによってもたらされる最大トルクを増加させるシステムを提供することにある。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、上述のような始動システムであって、始動および加速期間におけるモータの電力消費を低減する始動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
これらの目的および他の目的は、運転コイルおよび始動コイルを有するステータ、上記運転コイルおよび上記始動コイルに電流を供給する電源、閉状態にあるときに運転コイルを電源へと接続する運転スイッチ、および閉状態にあるときに始動コイルを電源へと接続し、モータの始動が完了すると開状態へと導かれる始動スイッチ、ならびに電源の供給を受けており、運転スイッチおよび始動スイッチの開閉状態を指示するため、運転スイッチおよび始動スイッチへと作用可能に接続されている制御ユニットを有する単相誘導モータ用の始動システムであって、上記制御ユニットが、モータの始動時に、あらかじめ定められかつステータへと供給される電流がゼロを横切る瞬間から判断される所定の時間期間にわたって、運転コイルへと供給される電流の供給に、始動コイルへと供給される電流の供給に対する遅延を生じさせるべく、運転スイッチを動作させるようにプログラムされているシステムによって、達成される。
【００１５】
本発明を、添付の図面を参照しつつ以下で説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の単相誘導モータ用始動システムをモータ１０に関して説明するが、モータ１０は、ＡＣ電源Ｆが供給される運転コイル１１および始動コイル１２を有するステータ、ならびに閉じられた状態のときに、それぞれ運転コイル１１および始動コイル１２を電源Ｆへと接続する運転スイッチＳ１および始動スイッチＳ２を有し、この始動スイッチＳ２は、モータの始動が完了したときに開状態へと導かれ、始動コイル１２への電流の供給を遮断する。
【００１７】
本明細書に記載する始動システムは、さらに、モータ１０のステータの運転コイル１１および始動コイル１２を通って流れる電流を測定するため、電源Ｆとステータとの間に直列に接続された電流センサ２０を備え、この電流センサ２０が、電源Ｆからの供給を受ける制御ユニットであって、電流センサ２０によって検出されて割り出された運転状態に応じて運転スイッチＳ１および始動スイッチＳ２の開閉を指示すべく、運転スイッチＳ１および始動スイッチＳ２の両者へと作用可能に接続されている制御ユニット３０に、作用可能に接続されている。
【００１８】
運転スイッチＳ１および始動スイッチＳ２は、電気機械式の接点であってよく、あるいは例えばトライアック（ｔｒｉａｃ）などのＡＣスタティック半導体スイッチであってよいが、本発明によれば、少なくとも運転スイッチＳ１はトライアック型の半導体である。
【００１９】
この課題解決策においては、電流センサ２０が、モータ１０の運転コイル１１の運転スイッチＳ１の変調を制御することができるよう、電流がゼロを通過する各瞬間を制御ユニット２０に知らせる。
【００２０】
単相誘導モータにおいて始動トルクを生成するために一般的に使用されている方法は、始動コイル１２を流れる電流を、運転コイル１１を流れる電流に対して進めるための手段を生み出すことからなる。したがって、上述のとおり、モータが、この時間のずれを確保するように製造され、あるいはキャパシタが、始動の段階の間、始動コイル１２と直列に配置される。
【００２１】
本発明は、始動の時間の間、運転スイッチＳ１として機能するトライアックの点弧角（ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）を制御することによって、モータ１０の運転コイル１１を流れる電流を遅らせることからなる。
【００２２】
本発明によれば、制御ユニット３０が、モータの始動の際に、前もって定められかつステータへと供給される電流がゼロを通過する瞬間から判断される所定の時間期間にわたって、運転コイル１１へと供給される電流に始動コイル１２へと供給される電流に対する遅延を生じさせるため、運転スイッチＳ１を動作させるようにプログラムされている。
【００２３】
この課題解決策においては、運転コイル１１および始動コイル１２の少なくとも一方の供給電流がゼロに達するたびに、制御ユニット３０が運転スイッチＳ１に開路を指示し、この状態が所定の時間期間にわたって維持された後に、制御ユニット３０が運転スイッチＳ１に閉路を指示する。
【００２４】
図２は、モータの始動時間において運転コイル１１に加わる電圧の波形を示している。運転スイッチＳ１として機能するトライアックが所定の瞬間に点弧（ｔｒｉｇｇｅｒ）されるが、このような構成部品の特徴として、循環電流が消滅したときにゲートへと信号が加えられていない場合に、運転スイッチＳ１として機能するトライアックが、開状態へと復帰する。これは、自動スイッチ動作として知られている。次いで、制御ユニット３０は、時間期間Δｔの間待機し、新たな信号をゲート端子へと印加して、運転スイッチＳ１として機能するトライアックを再び点弧させる。時間期間Δｔは、電流センサ２０によって検出される運転コイル１１および始動コイル１２のいずれか一方を通過して流れる電流のゼロ点の交差を基準にして測定される。
【００２５】
運転スイッチＳ１として機能するトライアックの点弧を遅延させた結果、運転コイル１１を通って流れる電流が、図２に提示の波形を有するようになる。図２は、ずらすことによって得られた電流が、運転スイッチＳ１として機能するトライアックを制御しない場合に得られる電流に対して、遅れることを示している。運転コイル１１の電流が、変調なしの元の状態よりもさらに遅れると、運転スイッチＳ１に相当するトライアックの点弧の遅れが大きくなるとともに、モータ１０の始動および加速が向上する。すなわち、運転コイル１１の電流を遅延させることによって、始動コイル１２の電流を進める場合と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
一方で、運転コイル１１へと供給される実効電流は、点弧角が大きくなるにつれて減少し、したがってトルクの増加を確保すべく運転スイッチＳ１に相当するトライアックをずらすにあたり、遅延の最大点が存在する。このトライアックの点弧について理想的な遅延は、運転コイル１１の固有のインダクタンスおよびモータ１０の起動の際のその挙動に応じて決まり、起動の際の可能な最大のトルクの増加に達するように、モータ１０の構成上の特徴に応じて調節され、運転コイル１１へと電流を供給する際のこの遅延は、例えば最大で９０°である。
【００２７】
図３は、本発明の始動システム、および補助的な始動用の素子を有していない従来からのシステムについて、加速時のトルク曲線を示している。
【００２８】
本発明の課題解決策において始動および加速の際にモータ１０が消費する電力は、電力システムから直接行なわれる始動に比べて小さくなる。というのは、運転コイル１１へと供給される電流が、点弧の制御がない状況に比べてはるかに小さくなるためである。
【００２９】
図４は、加速の際にモータによって消費される電力の比較曲線を示している。加速時間におけるトルク曲線の増大の関数として、負荷がより速やかに加速されるため、始動時間が短縮され、関連してエネルギーの消費も低減される。
【００３０】
モータ１０を始動するための所定の時間が完了した後、始動コイル１２への供給に組み合わせられており始動スイッチＳ２に対応しているトライアックが、開状態を保つように指示され、運転コイル１１へと供給を行なうべく運転スイッチＳ１に組み合わせられているトライアックが、電源Ｆと運転コイル１１との間に導通の遅延がない接続を維持するように指示され、すなわち始動の完了時には、電力システムの電圧が、モータ１０の運転コイル１１へと直接加えられ、通常の運転期間の際にモータ１０に最大の電圧およびトルクを保証する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の課題解決策に従って構成された始動システムの実施形態を概略的に示している。
【図２】本発明に従ってモータ始動時に互いに時間がずらされる、始動コイルおよび運転コイルの変調後の電圧および変調後の電流を、概略的に示している。
【図３】従来からの始動、および本発明の提案する始動システムを用いた始動について、モータの加速曲線を概略的に示している。
【図４】従来からの始動、および本発明の提案する始動システムを用いた始動について、モータの加速の際に得られる電力曲線を概略的に示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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