(57)【要約】【課題】起動運転における逆回転トルク発生を抑えて安定した同期引き込みを行なうことが可能であり、安価で生産性を向上させた同期モータを提供する。【解決手段】ロータ１の回転数が同期回転数近傍の所定回転数に到達すると検出センサ１７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する。【選択図】図３
2008109805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続されるモータコイルに、当該交流電源より供給される交流電流を整流ブリッジ回路により整流し、フィルタ回路により平滑化した直流電流を生成し、ロータ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回路と、
前記交流電流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回路と、
前記交流電源とモータコイルとの間に設けられ、前記起動運転回路への通電と同期運転回路への通電を切換える運転切換えスイッチと、
前記運転切換えスイッチを起動運転回路から同期運転回路へ切り替えて同期運転に移行するよう制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、運転切換えスイッチを交流電源が起動運転回路と接続したまま検出センサの検出信号に従って起動用スイッチング手段をスイッチング制御して起動運転し、ロータの回転数が同期回転数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することを特徴とする同期モータ。
【請求項２】
前記制御手段は、ロータの回転数が同期回転数の７０％乃至８０％まで増大すると通電範囲を抑制して起動運転を続行し、ロータ回転数が同期回転数近傍の所定回転数を保つように起動用スイッチング手段をスイッチング制御しながら、ロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに同期運転に切り換えることを特徴とする請求項１記載の同期モータ。
【請求項３】
前記制御手段は、同期引き込み時において、起動用スイッチング手段のスイッチング動作によりロータの回転数を同期回転数より高い所定回転数に保ったまま、ロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに運転切換スイッチを同期運転に切り換えて同期運転に移行することを特徴とする請求項１記載の同期モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は同期モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
起動運転から同期運転への移行を確実に行える効率が良く信頼性の高い小型の同期モータを開発した。この同期モータは、交流電源より供給される交流電流をスイッチング制御することにより整流ブリッジ回路を経て全波整流をかけて起動運転する。このとき、モータコイルは中間タップにより分割されたＡコイル及びＢコイルのうち、たとえばＡコイルのみに通電して比較的大電流を流して起動運転し、整流電流のうち正側若しくは負側に相当する通電範囲をスイッチングにより規制することで、電流波形が一方側に収斂させている。マグネットロータの回転数が電源周波数に対して同期回転数付近に到達すると運転切換えスイッチを切換えて同期運転に移行するようになっている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許３０５０８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した同期モータの起動運転回路は、起動時のモータコイルの直流抵抗値が小さく大電流が流れるため、定格容量の大きな高価な電子部品を使用する必要がある。また、ロータの回転に伴ってモータコイルに流れる通電電流の向きを切り換えるときに大きなサージ電圧が発生して、電子部品が破損するおそれがある。起動運転回路において整流ブリッジ回路とスイッチング回路との間にバリスタなどのサージ吸収素子を設けたとしても、サージ電圧を吸収しきれないという課題を含んでいる。
【０００５】
また、起動運転において図６Ａの単相交流電源より供給される交流電流を図６Ｂの全波整流した正弦波電流のうち正側もしくは負側をチョッパ動作により通電規制することによりロータ磁極の回転位相を電源電圧波形の位相に収斂させている。これに対して、モータコイルに流れるモータ電流を平滑化して定格容量の低い電子部品を用いることも可能である。例えば全波整流波形をフィルタ回路により平滑化した回転立ち上げ波形を図６Ｃに示す。この図６Ｃに示す回転立ち上げ波形によれば、平滑化により電源周波数の情報が消えてしまうため、同期引き込みのタイミングを計ることができなくなってしまう。
【０００６】
図７Ａは、定格負荷で同期運転時のホール素子の検出信号（矩形波形）と電源電圧波形（正弦波形）であり位相はほぼ一致している。
しかしながら、起動運転時はモータ電流の位相がロータ磁極の回転位相に対して遅れる。この主たる要因は、図７Ｂのようにロータ磁極位置が切り替わってもモータコイルに流れるモータ電流の向きがモータコイルのインダクタンスによる影響で電源電圧波形と同時に切り替わらないことによる。この結果、起動運転においてロータに逆回転トルクが発生することになる。この逆回転トルクの発生はロータの回転数が低い間はほとんど影響ないが、通電切り換え時間が短くなる高回転数になるにつれて無視できなくなり、同期回転数以上まで回転数をあげられないおそれがある。
また、モータコイルの一部に通電して起動運転するとモータ電流が大きくなりしかも通電切り換え時のサージ電圧も大きくなるため定格容量の大きな高価な電子部品を使用する必要があり、製造コストが高くなる。
また、モータコイルに部分的に通電するため中間タップを必要とすることから、モータコイルの製造工程の工数が増え配線長も長くなるため、生産性が上がらないなどの課題もあった。
【０００７】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、起動運転における逆回転トルク発生を抑えて安定した同期引き込みを行なうことが可能であり、安価で生産性を向上させた同期モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
交流電源に接続されるモータコイルに、当該交流電源より供給される交流電流を整流ブリッジ回路により整流し、フィルタ回路により平滑化した直流電流を生成し、ロータ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回路と、前記交流電流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回路と、前記交流電源とモータコイルとの間に設けられ、前記起動運転回路への通電と同期運転回路への通電を切換える運転切換えスイッチと、前記運転切換えスイッチを起動運転回路から同期運転回路へ切り替えて同期運転に移行するよう制御する制御手段を備え、前記制御手段は、運転切換えスイッチを交流電源が起動運転回路と接続したまま検出センサの検出信号に従って起動用スイッチング手段をスイッチング制御して起動運転し、ロータの回転数が同期回転数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（切替えポイント）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ことを特徴とする。
また、前記制御手段は、ロータの回転数が同期回転数の７０％乃至８０％まで増大すると通電範囲を抑制して起動運転を続行し、ロータ回転数が同期回転数近傍の所定回転数を保つように起動用スイッチング手段をスイッチング制御しながら、ロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに同期運転に切り換えることを特徴とする。
また、前記制御手段は、同期引き込み時において、起動用スイッチング手段のスイッチング動作によりロータの回転数を同期回転数より高い所定回転数に保ったまま、ロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに運転切換スイッチを同期運転に切り換えて同期運転に移行する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る同期モータを用いると、制御手段は、ロータの回転数が同期回転数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（切替えポイント）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。
これにより、起動運転において逆回転トルクの発生を抑えてロータ回転数を同期回転数に至るまで増大させ、安定した同期引き込みを行なうことができる。
また、起動運転時にモータコイル全長を用いて通電するので抵抗が大きくなるためモータ電流が小さくなり、しかも通電切り換え時のサージ電圧をフィルタ回路で吸収できるので、定格容量の小さい安価な電子部品を使用できる。
また、モータコイルに中間タップを必要としないので、モータコイルが製造し易く、配線数が減少するため、駆動回路を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
先ず、一例としてモータ出力が概ね１０Ｗ以下の交流２極同期モータの実施形態を示す。図４Ｂにおいて、ロータ１は、上ハウジング２及び下ハウジング３に出力軸４が回転可能に軸支されている。出力軸４はステータ５を貫通して設けられ、出力軸４の一端に嵌め込まれたボス部６がベアリング７に、他端がベアリング８に回転可能に支持されている。出力軸４は、上ハウジング２側がハウジング外へ突設されているが、下ハウジング３側へ突設されていても良いし、両側へ突設されていても良い。ロータ１は、筒状のロータヨーク１ａの内壁にＮ極及びＳ極にほぼ１８０°で着磁されたリンク状のマグネット１ｂが保持されている。上ハウジング２及び下ハウジング３は止めねじ１６により連結されている。
【００１１】
ステータ２の構成について説明する。図４Ａにおいて、ステータコア９は、モータコイル１０が巻き回されるボビン１１の軸心方向両側へ当該ボビン１１と共に分割可能に組み付けられる。また、各ボビン１１の対向面にはモータコイル１０どうしを結線する結線基板１２が各々配設される。ステータコア９は、下ハウジング３に形成されたステータ載置部に固定ボルト１３によりねじ止め固定される。
【００１２】
また、出力軸４は、ステータコア９の互いに突き当てられる挿入部９ａに囲まれた隙間を挿通して設けられる。ステータコア９は、その長手方向の中心線Ｍに対して磁気的に非対称となるように該中心線Ｍの両側で形状が異なっている。
ボビン１１は、筒状の巻心部１１ａを囲む起立壁１１ｂが架橋部１１ｃを介して一体に形成された断面コ字状の溝部に、予めコイル状に巻き回されたモータコイル１０が嵌め込まれる。各ボビン１１の起立壁１１ｂの端面に、結線基板１２が嵌め込まれ例えば熱溶着により一体に取り付けられている。
【００１３】
図５において、結線基板１２に接続する外部接続線１４ａ、１４ｂは、軸方向直下へ配設され、下ハウジング３に設けられる配線引出し孔３ａを通じてハウジング外へ引き出される。また、下ハウジング３には、センサ基板１５が止めねじ（図示せず）にて固定される。センサ基板１５にはホール素子１７が搭載されており、センサ基板１５に接続するセンサ引出し線１８ａ、１８ｂ、１８ｃが基板直下に設けられる配線引出し孔１９を通じてハウジング外へ引き出される。
【００１４】
次に、上述した２極同期モータの駆動回路の一例について図１を参照して説明する。
起動運転回路２０は、２極同期モータをＤＣブラシレスモータとして起動運転させる回路である。即ち、交流電源２１より供給される交流電流を整流ブリッジ回路（ダイオードブリッジ回路）２２により整流し、フィルタ回路（本実施例ではコンデンサＣ）２３により平滑化された直流電流を生成する。そして、起動用スイッチング手段の一例である起動用トランジスタＱ１〜Ｑ６によりロータマグネットの回転角度に応じてモータ電流の向きを切換えてモータコイル１０に通電して起動運転する。フィルタ回路２３は、コンデンサＣのみならずコンデンサＣとチョークコイルを直列に接続したものであっても良い。
【００１５】
一方、同期運転回路２４は交流電源２１に接続されるモータコイル１０に通電して２極同期モータを交流同期モータとして同期運転させる回路である。起動運転回路２０と同期運転回路２４とは、交流電源２２に接続されるモータコイル１０との間に設けられた運転切換えスイッチＳＷ１、ＳＷ２により通電回路が切り替えられる。運転切換えスイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り換えは、切換え用スイッチング手段の一例であるリレードライバ２５を通じて電磁駆動によって接点Ｐ１と接点Ｐ２が切り換えられる。運転切換えスイッチＳＷ１、ＳＷ２は起動運転においては接点Ｐ１，Ｐ２から開放されており、同期運転においては、接点Ｐ１，Ｐ２と接続する。このとき、起動運転回路２０は、駆動制御部２６から起動用トランジスタＱ１〜Ｑ６への出力がＯＦＦしモータコイル１０に対して開放状態となる。
【００１６】
制御手段の一例である駆動制御部（マイクロコンピュータ）２６は、起動運転回路２１、同期運転回路２４、リレードライバ２５の動作を制御する駆動制御部２６の入力端子ＩＮ１には交流電源２１からの電源周波数情報が入力される。また、入力端子ＩＮ２にはホール素子１７により検出されたロータ磁極位置やロータ回転数などの情報が入力される。また、出力端子ＯＵＴ１よりトランジスタＱ１をＯＮ／ＯＦＦし、出力端子ＯＵＴ２よりトランジスタＱ２をＯＮ／ＯＦＦし、出力端子ＯＵＴ３よりリレードライバ２５へ切り替え信号を出力する。
【００１７】
駆動制御部２６は、運転切換えスイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＦＦし、交流電源２１と起動運転回路２０が接続したままホール素子１７の検出信号に従って起動用トランジスタＱ１乃至Ｑ６をスイッチング制御して起動運転を行なう。また、駆動制御部２６は、ロータの回転数が同期回転数近傍の所定回転数に到達するとホール素子１７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（切替えポイント）より手前側の所定通電範囲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。そして、ロータ回転数が同期回転数近傍の所定回転数を保つように起動用トランジスタＱ１乃至Ｑ６をスイッチング制御しながらロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに、リレードライバ２５を作動させて運転切換えスイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＮしてモータコイル１０に接続し、同期運転に移行するようになっている。
【００１８】
ここで起動運転動作の一例について説明する。図１において、ロータ１の回転角度が０°〜１８０°の範囲の通電回路について説明すると、出力端子ＯＵＴ１より出力信号が出力されて起動用トランジスタＱ１がＯＮになり、トランジスタＱ１に直列に接続される起動用トランジスタＱ３、Ｑ５もＯＮになる。このとき、モータコイル１０に実線矢印αで示す向きの直流電流（矩形波電流）が流れる。
【００１９】
次に、ロータ１の回転角度が１８０°〜３６０°の範囲の通電回路について説明すると、出力端子ＯＵＴ２より出力信号が出力されて起動用トランジスタＱ２がＯＮになり、トランジスタＱ２に直列に接続される起動用トランジスタＱ４、Ｑ６もＯＮになる。このときモータコイル１０に破線矢印βで示す向きの直流電流（矩形波電流）が流れる。尚、出力端子ＯＵＴ１とＯＵＴ２からは交互に出力信号が出力され、双方が同時に出力されることはない。
【００２０】
図２にホール素子１７の出力波形（センサ出力波形）と駆動制御部（マイクロコンピュータ）２６の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２からの出力波形、及びモータ駆動電圧波形を示す。
図２の前半部分は、初期起動運転時の波形図であり、後半部分は同期回転数×（０．７〜０．８）の起動運転状態の波形図である。ロータ１が１回転する間にセンサ出力はＮ・Ｓ極に対応して１８０度ずつ交互に出力信号（矩形波）が出力され、出力端子ＯＵＴ１とＯＵＴ２からセンサ出力に合わせて交互に通電信号が出力される。モータ電流はセンサ出力と同期して出力される。
【００２１】
ロータ１の回転数が同期回転数近傍の所定回転数に到達すると、モータコイル１０のインダクタンスによるブレーキ電流などの影響を受けて、図３において上段に示す検出センサ（ホール素子１７）の出力波形より中段に示すようにモータ電流波形の位相が遅れる。図３の中段は従来のモータ電流の通電波形であり、下段は本実施形態のモータ電流の通電波形を示す。このとき、従来の通電波形の斜線部Ｘは、逆転トルクを発生させる要因となるモータ電流の通電範囲を示す。この逆電流が流れる通電範囲Ｘが存在するため、同期回転数までロータ１の回転数が上がらない場合がある。そこで、図３の下段に示すようにモータ電流波形を少なくともセンサ出力波形のゼロクロス点（切替えポイント）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。
【００２２】
具体的には、駆動制御部２６はロータ１の回転数が同期回転数の７０％乃至８０％まで増大すると、図２の出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２からの出力信号により制御される通電範囲を抑制して起動運転を続行する。図２では、センサ出力にしたがった通常のモータ電流の通電範囲をＴ０、抑制された通電範囲をＴ１とすると、Ｔ１≒T０×０．７〜０．８の範囲に抑制して通電を行なう。
【００２３】
そして、駆動制御部２６はロータ回転数が同期回転数近傍の所定回転数を保つように起動用トランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチング制御を行ないながら、ロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに、出力端子ＯＵＴ３からリレードライバ２５へ出力信号を出力してＳＷ１、ＳＷ２を接点Ｐ１、Ｐ２へ接続して同期運転に切り換える。このとき図１において、交流電源２１とモータコイル１０が直列に接続された回路に、交流電源から供給される一点鎖線矢印γに示す交流電流が流れる。
同期引き込み時において、駆動制御部２６は、例えば起動用トランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチング動作により、ロータ１の回転数が同期回転数付近の所定回転数（例えば同期回転数±３％程度以内の回転数）に保ったまま、運転切換スイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＮにして同期運転回路２４へ切り換えて同期運転に移行するとスムーズな移行が行なえる。
【００２４】
図８ＡＢＣに起動運転時のセンサ出力波形、電源電圧波形、モータ駆動電圧波形を示しており、図８Ｄ，Ｅは同期運転時のセンサ出力波形、電源電圧波形を示す。
ロータ回転数が同期回転数の±３％の回転数に到達しかつロータ回転数がロータ磁極の回転位相（図８Ａ）と電源電圧波形（図８Ｂ）の位相差が電気角で例えば±２５％以内に到達したときに運転切換スイッチＳＷ１、ＳＷ２を同期運転に切り換えて図８Ｄ、Ｅに示す同期運転に移行する。ＤＣブラシレスモータとして例えば同期回転数の＋３％の回転数で回転を続けると図８Ａ，Ｂで示すようにロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が所定範囲内で合致するときが表れるようになる。尚、同期運転時のセンサ出力波形とモータ駆動電圧波形は図８Ｄ、Ｅとほぼ同様である。
【００２５】
このように、ロータ磁極の回転位相に対してモータ電流の位相が遅れても逆回転トルク発生を抑えてロータ回転数を同期回転数に至るまで増大させ、安定した同期引き込みを行なうことができる。
また、起動運転時にモータコイル全長を用いて通電するので抵抗が大きくなるためモータ起動電流が小さくなり、しかも通電切り換え時のサージ電圧をフィルタ回路２３で吸収できるので、定格容量の小さい安価な電子部品を使用できる。
また、モータコイル１０に中間タップを必要としないので、モータコイル１０が製造し易く、配線数が減少するため、駆動回路を簡素化することができる。
【００２６】
以上は、２極同期モータについて例示したが、上述した起動運転回路２０の構成や駆動制御は４極、６極、８極など他の同期モータについても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】同期モータの起動運転回路及び同期運転回路の説明図である。
【図２】センサ出力波形図、出力端子の出力信号波形図、モータの駆動電圧波形図である。
【図３】同期引き込み時のセンサ出力波形とモータ電流波形の位相関係を示す説明図である。
【図４】２極同期モータの水平断面図、正面断面図である。
【図５】図４の矢印Ｅ−Ｅ方向断面図である。
【図６】２極同期モータのモータコイルの通電波形を示す説明図である。
【図７】センサ波形図と電源電圧波形図の説明図である。
【図８】起動運転並びに同期運転におけるセンサ出力波形図、電源電圧波形図、モータ駆動電圧波形図の説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ロータ
１ａ  ロータヨーク
１ｂ  マグネット
２  上ハウジング
３  下ハウジング
３ａ、１９  配線引出し孔
４  出力軸
５  ステータ
６  ボス部
７、８  ベアリング
９  ステータコア
９ａ  挿入部
１０  モータコイル
１１  ボビン
１１ａ  巻芯部
１１ｂ  起立壁
１１ｃ  架橋部
１２  結線基板
１３  固定ボルト
１４ａ、１４ｂ  外部接続線
１５  センサ基板
１６  止めねじ
１７  ホール素子
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ  センサ引出し線
２０  起動運転回路
２１  交流電源
２２  整流ブリッジ回路
２３  フィルタ回路
２４  同期運転回路
２５  リレードライバ
２６  駆動制御部
ＳＷ１、ＳＷ２  運転切換スイッチ
Ｐ１、Ｐ２  接点
【図１】
2008109805.tif 000003
【図２】
2008109805.tif 000004
【図３】
2008109805.tif 000005
【図４】
2008109805.tif 000006
【図５】
2008109805.tif 000007
【図６】
2008109805.tif 000008
【図７】
2008109805.tif 000009
【図８】
2008109805.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月14日(2007.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図８ＡＢＣに起動運転時のセンサ出力波形、電源電圧波形、モータ駆動電圧波形を示しており、図８Ｄ，Ｅは同期運転時のセンサ出力波形、電源電圧波形を示す。
ロータ回転数が同期回転数の±３％の回転数に到達しかつロータ磁極の回転位相（図８Ａ）と電源電圧波形（図８Ｂ）の位相差が電気角で例えば±２５％以内に到達したときに運転切換スイッチＳＷ１、ＳＷ２を同期運転に切り換えて図８Ｄ、Ｅに示す同期運転に移行する。ＤＣブラシレスモータとして例えば同期回転数の＋３％の回転数で回転を続けると図８Ａ，Ｂで示すようにロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が所定範囲内で合致するときが表れるようになる。尚、同期運転時のセンサ出力波形とモータ駆動電圧波形は図８Ｄ、Ｅとほぼ同様である。
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月10日(2007.8.10)
【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供給される交流電流を整流ブリッジ回路により整流し、フィルタ回路により平滑化した直流電流を生成し、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回路と、
前記交流電流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回路と、
前記単相交流電源とモータコイルとの間に設けられ、前記起動運転回路への通電と同期運転回路への通電を切換える運転切換えスイッチと、
前記運転切換えスイッチを起動運転回路から同期運転回路へ切り替えて同期運転に移行するよう制御する制御手段を備え、
前記運転切換えスイッチを単相交流電源が起動運転回路と接続するようにしたまま、前記制御手段は、検出センサの検出信号に従って起動用スイッチング手段をスイッチング制御して起動運転し、永久磁石ロータの回転数が同期回転数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することを特徴とする単相交流同期モータ。
【請求項２】
前記制御手段は、永久磁石ロータの回転数が同期回転数の７０％乃至８０％まで増大すると通電範囲を抑制して起動運転を続行し、ロータ回転数が同期回転数近傍の所定回転数を保つように起動用スイッチング手段をスイッチング制御しながら、ロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに同期運転に切り換えることを特徴とする請求項１記載の単相交流同期モータ。
【請求項３】
前記制御手段は、同期引き込み時において、起動用スイッチング手段のスイッチング動作により永久磁石ロータの回転数を同期回転数より高い所定回転数に保ったまま、ロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに運転切換スイッチを同期運転に切り換えて同期運転に移行することを特徴とする請求項１記載の単相交流同期モータ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は単相交流同期モータに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、起動運転における逆回転トルク発生を抑えて安定した同期引き込みを行なうことが可能であり、安価で生産性を向上させた単相交流同期モータを提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
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供給される交流電流を整流ブリッジ回路により整流し、フィルタ回路により平滑化した直流電流を生成し、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回路と、前記交流電流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回路と、前記単相交流電源とモータコイルとの間に設けられ、前記起動運転回路への通電と同期運転回路への通電を切換える運転切換えスイッチと、前記運転切換えスイッチを起動運転回路から同期運転回路へ切り替えて同期運転に移行するよう制御する制御手段を備え、前記運転切換えスイッチを単相交流電源が起動運転回路と接続するようにしたまま、前記制御手段は、検出センサの検出信号に従って起動用スイッチング手段をスイッチング制御して起動運転し、永久磁石ロータの回転数が同期回転数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することを特徴とする。
また、前記制御手段は、永久磁石ロータの回転数が同期回転数の７０％乃至８０％まで増大すると通電範囲を抑制して起動運転を続行し、ロータ回転数が同期回転数近傍の所定回転数を保つように起動用スイッチング手段をスイッチング制御しながら、ロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに同期運転に切り換えることを特徴とする。
また、前記制御手段は、同期引き込み時において、起動用スイッチング手段のスイッチング動作により永久磁石ロータの回転数を同期回転数より高い所定回転数に保ったまま、ロータ磁極の回転位相と電源電圧波形の位相差が電気角で所定角度以内に到達したときに運転切換スイッチを同期運転に切り換えて同期運転に移行することを特徴とする。
【手続補正６】
【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】
本発明に係る単相交流同期モータを用いると、制御手段は、永久磁石ロータの回転数が同期回転数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（切替えポイント）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。
これにより、起動運転において逆回転トルクの発生を抑えて永久磁石ロータの回転数を同期回転数に至るまで増大させ、安定した同期引き込みを行なうことができる。
また、起動運転時にモータコイル全長を用いて通電するので抵抗が大きくなるためモータ電流が小さくなり、しかも通電切り換え時のサージ電圧をフィルタ回路で吸収できるので、定格容量の小さい安価な電子部品を使用できる。
また、モータコイルに中間タップを必要としないので、モータコイルが製造し易く、配線数が減少するため、駆動回路を簡素化することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
以上は、２極同期モータについて例示したが、上述した起動運転回路２０の構成や駆動制御は４極、６極、８極など他の単相交流同期モータについても適用することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
【図１】単相交流同期モータの起動運転回路及び同期運転回路の説明図である。
【図２】センサ出力波形図、出力端子の出力信号波形図、モータの駆動電圧波形図である。
【図３】同期引き込み時のセンサ出力波形とモータ電流波形の位相関係を示す説明図である。
【図４】２極同期モータの水平断面図、正面断面図である。
【図５】図４の矢印Ｅ−Ｅ方向断面図である。
【図６】２極同期モータのモータコイルの通電波形を示す説明図である。
【図７】センサ波形図と電源電圧波形図の説明図である。
【図８】起動運転並びに同期運転におけるセンサ出力波形図、電源電圧波形図、モータ駆動電圧波形図の説明図である。