(57)【要約】  単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータは、電流相互インダクタとトライアックを備える。電流相互インダクタの二次コイルの１つの端子はトライアックのゲート電極に接続され、他の端子はトライアックの第１の電極とモータの二次巻線の端子の両方に接続される。電流相互インダクタの一次コイルの２つの端子は、モータと電源とに接続される。電流相互インダクタを用いて関連する電流信号をサンプリングすることにより、スタータは、現状の電流サンプリングシステムの熱損失をミリワットレベルまで効果的に制御可能であるため（すなわち、スタータは「ゼロ電力損失」の単相ＡＣモータ用スタータであるため）、エネルギー効率を大幅に改善できる。さらに、スタータは、簡単な回路と少ない部品を有し、高信頼性である。これにより、電気始動機能を実現させるとともに、電気始動機システムの信頼性を向上させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータは少なくとも一次巻線および二次巻線からなる固定子を備え、不変に動作するコンデンサＣは前記一次巻線および二次巻線の出口端子間に接続され、相互誘導性非接触スタータは電流インダクタＬとトライアックＴとを備え、前記電流インダクタＬの二次コイルＬ２の１つの端子は前記トライアックＴのゲート電極Ｇに接続され、他の端子は前記トライアックＴの第１の電極Ａ１と前記モータＭＤの二次巻線の出口端子Ｓとに接続され、前記電流インダクタＬの一次コイルＬ１の２つの端子はそれぞれ前記モータＭＤと電源とに接続される、単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項２】
前記電流インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は電源端子Ａと前記トライアックの第２の電極Ａ２とに接続され、他の端子は前記モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍに接続される請求項１に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項３】
前記電流インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は電源端子Ａと前記ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子とに接続され、前記ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの他の端子は前記トライアックＴの第２の電極Ａ２に接続される請求項２に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項４】
前記電流インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は前記不変に動作するコンデンサＣの１つの端子に接続され、他の端子は前記モータの二次巻線の出口端子Ｓに接続され、前記トライアックＴの第２の電極Ａ２は電源端子Ａに接続される請求項１に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項５】
前記ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子は前記トライアックＴの第２の電極Ａ２に接続され、他の端子は、電源端子Ａ、前記不変に動作するコンデンサＣの他の端子、および前記モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍに接続される請求項４に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項６】
前記電流インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は電源端子Ａに接続され、他の端子は、前記モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍと、前記トライアックＴの第２の電極Ａ２とに接続される請求項１に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項７】
前記ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子は前記トライアックＴの第２の電極Ａ２に接続され、他の端子は、前記モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍと、前記電流インダクタＬの一次コイルの他の端子とに接続される請求項６に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項８】
前記電流インダクタＬ１の１つの端子は前記モータＭＤの一次巻線および二次巻線の結合された出口端子Ｚに接続され、他の端子は電源端子Ｂに接続され、前記トライアックの第２の電極Ａ２は電源端子Ａに接続される請求項１に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項９】
前記ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子は前記トライアックＴの第２の電極Ａ２に接続され、他の端子は、前記モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍと、電源端子Ａとに接続される請求項８に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機用モータまたは通常の単相ＡＣモータを始動させるように主に設計された、相互誘導性非接触スタータに関する。
【背景技術】
【０００２】
単相ＡＣモータは、通常、一次巻線と二次巻線とからなる回転子と固定子を備える。二次巻線は、モータの始動に用いられるばかりでなく、モータの通常運転時にも動作する。そのため、単相ＡＣモータの完全な二次巻線回路は、互いに分流する二次巻線動作回路と二次巻線始動回路とによって表すことができる。二次巻線がモータの通常運転時に動作しないモータは、二次巻線動作回路部を有しない。この種のモータでは、二次巻線始動回路部はモータの始動時にのみ動作し、かつモータが始動した後は切断する必要がある。従来のモータでは、二次巻線始動回路を切断するのは、通常、正の温度係数（ＰＴＣ）の部品を用いて実施される。モータが始動すると、始動回路が動作し、二次巻線中の始動電流がＰＴＣ部品に流れ、それによりＰＴＣ部品が発熱して抵抗が急速に増加し、最終的に始動回路を実質的に切断する。モータの通常運転時に、ＰＴＣ部品を持続的に流れる小さな電流があり、ＰＴＣ部品の熱による抵抗が維持され、それによりモータ始動回路が作動することを妨げている。ＰＴＣ部品の発熱を維持するための電力損失は、通常約３Ｗである。そのようなモータが広く用いられているため、熱損失による電気エネルギーの浪費は深刻なものである。
【０００３】
中国特許出願ＣＮ１０５２２２８Ａ号には、単相誘導性モータを始動させるための電子回路が開示されている。通常状態においてゲートオンし、かつモータ始動回路および関連するゲートオン／ゲートオフ回路のタイミングによりゲートオフするトライアックを利用することにより、始動時の閉状態から遅延して開状態にモータ始動回路の切替えを実施し、それによりモータを始動させる。しかし、典型的なスタータの応用例では、長期間の動作において、モータは断続的かつ頻繁に始動する必要がある。しかし、回路は、始動回路の信頼性を大きく低下させるディスクリート部品を用いている。例えば、数ミリアンペアの動作電流が、ゲートオン回路に用いられる抵抗部品と遅延ゲートオフ回路に用いられる多数のトランジスタとに流れる。さらに、全電子回路が複雑なモータ運転回路中で動作しており、複雑な電気的環境から効果的には隔離されていない。その結果、微弱電流回路システム全体が十分に保護されないため、モータシステム全体の信頼性に重大な悪影響をもたらす。また、回路に使用されるトライアックはモータ始動回路が閉じる前にタイマーをリセットする必要がある、すなわち、遅延の後、トライアックが再びゲートオフする前にタイマーのコンデンサがある期間放電するように、タイマー回路の電力を切断する必要がある。ゲートオン／遅延ゲートオフ回路中に電流が流れている限りトライアックは常にゲートオフ状態にないと、非運転の低電流状態から始動状態へのモータの切替えができない。
【０００４】
日本国特開平１０−０９４２７９号には、起動時のモータ電流が通常運転時のモータ電流と異なる原理を用いて、主モータ回路中の電流検出抵抗器を利用して、主回路電流（モータ中の全電流)信号を電圧信号に変換する発明が開示されている。さらに、当該発明は、「基準電流設定器」および主回路電流信号を現在の電流値と比較する「電流比較回路」を利用して、モータ始動回路に接続されたトライアックのゲートオン／ゲートオフの制御に比較結果を用い、それにより始動回路の開閉を制御する目的を達成している。しかし、回路に用いる抵抗器は、主モータ回路中の電流信号を電圧信号としてサンプリングしている。抵抗器は全くの抵抗部品であり、主モータ回路中の電流は通常アンペアレベルあるいはアンペアレベルに近いため、全モータ運転プロセスにおいて抵抗器ではワットレベルあるいはワットレベルに近い熱損失がある。回路はモータを始動させることができるが、エネルギー利用比率が大幅に低下する。さらに、回路は「基準電流設定器」や「比較回路」のような補助回路を利用しており、それらすべてが、モータ始動機能の信頼性をある程度、低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の少なくともいくつかの目的は、高信頼性と低電力損失を特徴とする、単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施形態によれば、単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータが提供される。モータは、少なくとも一次巻線と二次巻線からなる固定子を備え、不変に動作するコンデンサＣは、一次と二次巻線の出口端子間に接続される。ここで、相互誘導性非接触スタータは電流相互インダクタＬと、トライアックＴとを備える。電流相互インダクタＬの二次コイルの端子Ｌ２はトライアックＴのゲート電極Ｇに接続され、他の端子はトライアックＴの第１の電極Ａ１とモータＭＤの二次巻線の出口端子Ｓに接続され、電流インダクタＬの一次コイルＬ１の２つの端子はモータＭＤと電源に接続される。
【発明の効果】
【０００７】
電流相互インダクタを用いて関連する電流信号をサンプリングすることにより、スタータは、現状の電流サンプリングシステムの熱損失をミリワットレベルまで効果的に制御可能であり（すなわち、スタータは「ゼロ電力損失」の単相ＡＣモータ用スタータである)、それによりエネルギー効率を大幅に改善できる。さらに、スタータは、簡単な回路と少ない部品を有し、高信頼性である。それにより、モータ始動機能を実現させるとともに、モータ始動システムの信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ここに開示される本発明の上記およびその他の特徴を、好適な実施形態の図面を参照して以下に説明する。例示される実施形態は、例示することが目的であり、本発明を制限するものではない。図面は以下の図を含む。
【０００９】
図１は、第１の実施形態により構成される始動回路の概略電気回路図である。
図２は、第２の実施形態の概略電気回路図である。
図３は、第３の実施形態の概略電気回路図である。
図４は、第４の実施形態の概略電気回路図である。
図５は、第５の実施形態の概略電気回路図である。
図６は、第６の実施形態の概略電気回路図である。
図７は、第７の実施形態の概略電気回路図である。
図８は、第８の実施形態の概略電気回路図である。
【００１０】
単相ＡＣモータ用相互誘導性非接触スタータのいくつかの実施形態を、添付図面中、点線の多角形により囲まれた部分に示し、また付随するモータＭＤを点線の円により表す。
【００１１】
図１に示すように、電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は、トライアックＴの第２の電極Ａ２に接続される。一次コイルＬ１の他の端子は、単相ＡＣモータであるモータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍに接続される。いくつかの実施形態において、モータＭＤの一次コイルおよび二次コイルの結合された出口端子Ｚは、電源端子Ｂに接続される。不変に動作するコンデンサＣの２つの端子は、それぞれモータＭＤの一次巻線および二次巻線の出口端子ＭおよびＳに接続される。
【００１２】
図２に示すように、いくつかの実施形態において、電流相互インダクタＬの一次コイルの端子Ｌ１は、電源端子Ａと、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子とに接続される。さらに、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの他の端子は、トライアックＴの第２の電極Ａ２に接続される。
【００１３】
図３に示すように、いくつかの実施形態において、電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は不変に動作するコンデンサＣの１つの端子に接続され、電流相互インダクタＬの他の端子はモータＭＤの二次巻線の出口端子Ｓに接続される。トライアックＴの第２の電極Ａ２は、電源端子Ａに接続される。いくつかの実施形態において、不変に動作するコンデンサＣの他の端子は、モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍと、電源端子Ａとに接続される。さらに、モータＭＤの一次巻線および二次巻線の結合された出口端子Ｚは、電源端子Ｂに接続される。
【００１４】
図４に示すように、いくつかの実施形態において、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子は、トライアックＴの第２の電極Ａ２に接続される。ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの他の端子は、電源端子Ａと、不変に動作するコンデンサＣの端子と、モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍとに接続される。不変に動作するコンデンサＣの他の端子は、一次コイルＬ１の端子に接続される。
【００１５】
図５に示すように、いくつかの実施形態において、電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は電源端子Ａに接続され、他の端子は、モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍと、トライアックＴの第２の電極Ａ２とに接続される。さらに、不変に動作するコンデンサＣの２つの端子は、モータＭＤの一次巻線および二次巻線の出口端子ＭおよびＳに接続される。モータＭＤの一次巻線および二次巻線の結合された出口端子Ｚは、電源端子Ｂに接続される。
【００１６】
図６に示すように、いくつかの実施形態において、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子はトライアックＴの第２の電極Ａ２に接続され、他の端子は、モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍと、電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１の他の端子とに接続される。
【００１７】
図７に示すように、いくつかの実施形態において、電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は、モータＭＤの一次巻線および二次巻線の結合された出口端子Ｚに接続され、他の端子は電源端子Ｂに接続される。トライアックＴの第２の電極Ａ２は、電源端子Ａに接続される。さらに、モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍは、電源端子Ａに接続される。不変に動作するコンデンサＣの２つの端子は、それぞれモータＭＤの一次巻線および二次巻線の出口端子ＭおよびＳに接続される。
【００１８】
図８に示すように、いくつかの実施形態において、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子はトライアックＴの第２の電極Ａ２に接続され、他の端子は、モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍと、電源端子Ａとに接続される。
【００１９】
上記実施形態において、使用するモータに依存して、電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１を流れる電流の変動は明確に限定され、また前記電流とモータ始動回路を流れる電流間の位相関係も明確に限定される。上記実施形態から適切に選択することにより、電流相互インダクタの二次コイルＬ２を流れるゲート電流とモータ始動回路を流れる電流間の位相関係を最適化することが可能であり、モータ始動回路に直列に接続されたトライアックＴを始動するように、最適電流変動特性を得ることが可能である。すなわち、始動電流はモータが加速し始める際に十分に高く、かつモータの始動が終了したあとでは十分に低くなる。
【００２０】
適切なパラメータを用いて電流相互インダクタを選択することにより、モータの通常運転時ではなく、モータの始動時に、トライアックＴを始動可能である。これにより、モータ始動回路を、モータの始動時にのみ動作するように制御可能である。必要に応じて、一次および二次コイルＬ１、Ｌ２の巻線数および個々の性能を有する鉄心または磁心を選択することにより、回路中の電流相互インダクタＬを選択調整可能である。
【００２１】
モータの回転子が加速を開始した後の短時間内に、モータＭＤは、始動回路を切断してモータを始動するように、トライアックＴがゲートオン状態からゲートオフ状態に切り替わるようにする。すなわち、電流相互インダクタＬからの電流出力が、トライアックＴが始動できないレベルにまで自動的に低下する。
【００２２】
上記電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１を流れる電流はモータＭＤに明確に依存し、モータの回転子が加速し始めるときに、モータ始動プロセスは終了しておらず、かなりの高始動電流がモータ始動回路中に残留しているため、電流相互インダクタＬの二次コイルＬ２からの電流出力はトライアックを始動できないレベルにまで必ずしも自動的に降下するわけではない。電流相互インダクタＬの二次コイルＬ２からの電流出力がトライアックＴを始動できないレベルにまで、電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１を流れる電流が自動的に降下すれば、図１、図３、図５および図７に示す基本回路は、補助回路なしにモータの始動を行うことができる。しかし、トライアックＴを始動できないレベルにまで電流が自動的に降下しないときには、図２、図４、図６および図８に示すように、ＰＴＣ抵抗器を電気始動回路中に直列に接続してモータ始動プロセスを支援する。
【００２３】
図２、図４、図６および図８を参照すると、モータＭＤが始動すると、電流相互インダクタＬからの電流出力が始動回路中のトライアックＴを始動させて、それにより始動回路が動作状態になる。モータＭＤの二次巻線からの高始動電流が始動回路中のＰＴＣ抵抗器に流れると、ＰＴＣ抵抗器は急速に発熱して、抵抗が急速に増加する。ＰＴＣ抵抗器の温度がそのキューリ点に達すると、抵抗値は最大になり、モータ始動回路を切断することが十分可能になる。ここで、モータＭＤは通常運転状態に入る。その後、前述した選択原理と電流相互インダクタＬの調整とにより規定されるように、電流相互インダクタＬの二次コイルＬ２からの電流出力ではトライアックＴを始動させることができない。そのため、モータ始動回路は完全に切断されて、ＰＴＣ抵抗器には電流が流れなくなり、温度が降下し始める。ＰＴＣ抵抗器の温度が動作環境温度付近まで降下すると、モータＭＤが通常運転状態にあるので、電流相互インダクタＬの二次コイルＬ２からの電流出力により始動回路中のトライアックＴを始動することはできない。その結果、ＰＴＣ抵抗器を流れる電流はなくなることにより、モータＭＤが停止あるいは再始動するまで、ＰＴＣ抵抗器が発熱することはない。すなわち、モータＭＤが停止するまで、モータ始動回路はその状態に保持される。
【００２４】
これらの発明を好適な実施形態および例において開示したが、本発明は、具体的に開示された実施形態を超えて、その他の代替となる実施形態および／または本発明の用途、明白な変形例、およびそれらと等価なものにまで広がることを、当業者は理解するであろう。さらに、本発明のいくつかの変形を示し詳細に説明したが、これらの発明の範囲内にあるその他の変形例も、当業者はこの開示に基づいて明らかとなるであろう。本実施形態の特別な特徴および態様の種々の組合せあるいは部分的な組合せが可能であり、かつこれらも本発明の範囲内にあることが意図されている。開示された実施形態の種々の特徴および態様は、開示された発明の種々の形態を構成するために、互いに組み合わせること、あるいは置き換えることができることを理解すべきである。ここに開示される少なくともいくつかの本発明の範囲は、特に開示された上記実施形態により限定されるものではないことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、第１の実施形態により構成される始動回路の概略電気回路図である。
【図２】図２は、第２の実施形態の概略電気回路図である。
【図３】図３は、第３の実施形態の概略電気回路図である。
【図４】図４は、第４の実施形態の概略電気回路図である。
【図５】図５は、第５の実施形態の概略電気回路図である。
【図６】図６は、第６の実施形態の概略電気回路図である。
【図７】図７は、第７の実施形態の概略電気回路図である。
【図８】図８は、第８の実施形態の概略電気回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年7月25日(2005.7.25)
【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】
モータは少なくとも一次巻線および二次巻線からなる固定子を備え、不変に動作するコンデンサＣが一次巻線および二次巻線の出口端子間に接続されるようにモータが構成され、相互誘導性非接触スタータは、少なくとも一次コイルＬ１と、二次コイルＬ２と、トライアックＴとを備え、トライアックＴはゲート電極と、第１の電極と、第２の電極とを有する、単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータであって、
電流相互インダクタＬの二次コイルＬ２の１つの端子はトライアックＴのゲート電極Ｇに接続され、二次コイルの他の端子はトライアックＴの第１の電極Ａ１とモータＭＤの二次巻線の出口端子Ｓとに接続され、電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は第１の電源端子ＡとＰＴＣ抵抗器の１つの端子とに接続され、他の端子はモータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍに接続され、ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの他の端子はトライアックＴの第２の電極Ａ２に接続される、単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項２】
電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は、一次巻線および二次巻線の出口端子間に接続された不変に動作するコンデンサＣの１つの端子に接続され、他の端子はモータＭＤの二次巻線の出口端子Ｓに接続され、トライアックＴの第２の電極Ａ２は第１の電源端子に接続される請求項１に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項３】
ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子はトライアックＴの第２の電極Ａ２に接続され、他の端子は、第１の電源端子Ａ、不変に動作するコンデンサＣの他の端子、およびモータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍに接続される請求項２に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項４】
電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子は第１の電源端子Ａに接続され、他の端子は、モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍと、トライアックＴの第２の電極Ａ２とに接続される請求項１に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項５】
前記ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子は前記トライアックＴの第２の電極Ａ２に接続され、他の端子は、モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍと、電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１の他の端子とに接続される請求項４に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項６】
電流相互インダクタＬの一次コイルＬ１の１つの端子はモータＭＤの一次巻線および二次巻線の結合された出口端子Ｚに接続され、他の端子は第２の電源端子Ｂに接続され、トライアックの第２の電極Ａ２は第１の電源端子Ａに接続される請求項１に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【請求項７】
前記ＰＴＣ抵抗器Ｒｔの１つの端子はトライアックＴの第２の電極Ａ２に接続され、他の端子は、モータＭＤの一次巻線の出口端子Ｍと、第１の電源端子とに接続される請求項６に記載の単相ＡＣモータ用の相互誘導性非接触スタータ。
【国際調査報告】
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2008521373.tif 000014
2008521373.tif 000015