【手続補正書】
【提出日】平成15年11月11日(2003.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】保護スイッチ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】第１の電源ラインに接続される第１の端子と、
一端がモータの共通端子に接続される第１の抵抗発熱体と、
上記第１の端子と上記第１の抵抗発熱体の他端との間に接続され、第１の温度以上で開状態となる第１の熱応動スイッチ機構と、
第２の電源ラインに接続される第２の端子と、
一端がモータの始動端子に接続される第２の抵抗発熱体と、
上記第２の端子と上記第２の抵抗発熱体の他端との間に接続され、上記第１の温度よりも低い第２の温度以上で開状態となる第２の熱応動スイッチ機構と、
上記第１の抵抗発熱体と上記第１の熱応動スイッチ機構と上記第２の抵抗発熱体と上記第２の熱応動スイッチ機構とを収容する筐体と、
を有し、
上記第２の熱応動スイッチ機構が上記第１の抵抗発熱体と上記第２の抵抗発熱体の双方に熱的に結合されている保護スイッチ装置。
【請求項２】上記第１の熱応動スイッチ機構が、第１の接点部と、上記第１の接点部に対して接触状態又は非接触状態となるように動作可能な可動部材と、周囲温度に応じてスナップアクション動作可能であり、当該スナップアクション動作により上記可動部材を上記第１の接点部に対して非接触状態とするバイメタル素子とを有する請求項１に記載の保護スイッチ装置。
【請求項３】上記第２の熱応動スイッチ機構が、第２の接点部と、上記第２の接点部に対して接触状態又は非接触状態となるようにスナップアクション動作可能であり、周囲温度に応じた上記スナップアクション動作により上記第２の接点部に対して非接触状態となるバイメタルアームとを有する請求項１又は２に記載の保護スイッチ装置。
【請求項４】上記バイメタルアームが上記スナップアクション動作により上記第２の端子部に対して非接触状態となったときに、当該バイメタルアームが上記第１の抵抗発熱体に近接する請求項３に記載の保護スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの運転に用いるスイッチ装置にかかり、特に、バイメタル素子を使用したスイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、モータの始動と過電流保護を行うために、図６(ａ)、(ｂ)の符号１０１に示したようなスイッチ装置が用いられている。
【０００３】
このスイッチ装置１０１を説明すると、保護回路１０８と、始動用の抵抗素子１０９を有しており、保護回路１０８の一端は、電源ラインＬ1に接続され、他端はモータ１１０の共通端子Ｃに接続されている。抵抗素子１０９の一端は、モータ１１０の始動端子Ｓに接続され、他端はグラウンドラインＬ2に接続されている。
【０００４】
モータ１１０の内部には、駆動巻線と始動巻線(図示せず)とが設けられており、駆動巻線の両端は共通端子Ｃと駆動端子Ｍにそれぞれ接続され、始動巻線の両端は、共通端子Ｃと始動巻線Ｓとにそれぞれ接続されている。
【０００５】
保護回路１０８内には、スイッチ回路１１１と抵抗発熱体１１３とが設けられており、モータ１１０が始動する前は、スイッチ回路１１１は導通状態にあるように構成されている。従って、その状態では共通端子Ｃはスイッチ回路１１１を介して電源ラインＬ1に接続されている。
【０００６】
駆動端子Ｍは、グラウンドラインＬ2に直接接続されており、モータ１１０を始動させる場合には、電源ラインＬ1とグラウンドラインＬ2の間に電圧を印加し、共通端子Ｃと駆動端子Ｍ、始動端子Ｓの間に電圧を印加する。
【０００７】
抵抗素子１０９は、高温では高抵抗になるが、常温では低抵抗であるものが用いられており、始動時は低抵抗であるため、共通端子Ｃと駆動端子Ｍ、始動端子Ｓの間に電圧が印加されると始動巻線側に大電流が流れ、始動を補助する。
始動巻線に大電流が流れると、モータ１１０は回転し始め、回転速度が上昇するに連れ、始動巻線に流れる電流を不要とする。
【０００８】
また、このとき、始動巻線に流れる電流によって抵抗素子１０９が発熱し、抵抗値が次第に上昇するので、始動巻線に流れる電流は徐々に減少するがゼロとはならない。
【０００９】
第１のスイッチ回路１１１内には、アーム１１２、接点１１５が設けられており、第１のスイッチ回路１１１を流れる電流は、アーム１１２、接点１１５、抵抗発熱体１１３を流れ、モータ１１０に供給される。
【００１０】
保護回路１０８内には、抵抗発熱体１１３と近接してバイメタル素子１１４が設けられており、抵抗発熱体１１３に電流が流れ、発熱するとバイメタル素子１１４が加熱され、昇温するように構成されている。但し、抵抗発熱体１１３は低抵抗なので、モータ１１０が始動や運転を行う場合に流れる電流では発熱量は小さく、バイメタル素子１１４の温度上昇も小さい。
【００１１】
しかし、故障等の原因により、モータ１１０に過電流が流れた場合には、抵抗発熱体１１３が多量に発熱し、バイメタル素子１１４が高温に加熱される。
【００１２】
バイメタル素子１１４の形状は、常温ではアーム１１２の反対側が膨らんでいるが、抵抗発熱体１１３から供給される熱によって１４５℃以上に加熱されると、図６(ｂ)に示すように、逆方向に膨らみ、アーム１１２を押し上げ、接点１１５を開状態にする。接点１１５が開状態になると、モータ１１０に流れる過電流は遮断される。
【００１３】
このように、従来技術のスイッチ装置１０１では、抵抗素子１０９によってモータ１１０の始動を行い、保護回路１０８によって過電流保護を行っており、抵抗素子１０９の抵抗値を変え、始動特性を変化させたり、バイメタル素子１１４の形状変化温度や抵抗発熱体１１３の抵抗値を変えることで、所望の大きさの過電流でモータ１１０を保護している。
【００１４】
しかし、上記のスイッチ装置１０１では、始動巻線に流れる電流を抵抗素子１０９の抵抗変化によって制御しているため、始動時に抵抗素子１０９の抵抗値を十分小さくするためには、素子の体積を大きくしなければならないため、始動電流が抵抗素子１０９によって制限され、モータ１１０の始動特性が悪化する場合がある。
【００１５】
また、モータ１１０の運転時には、抵抗素子１０９は高抵抗になるが、モータ１１０の運転中も抵抗素子１０９を介して始動巻線に電流が流れ続けるため、モータ１１０の運転効率が低下するという問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、部品点数が少なく、取り付けコストの低いスイッチ装置を提供することにある。
また、他の目的は、始動巻線に大電流を供給できると共に、運転効率の高いスイッチ装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の保護スイッチ装置は、第１の電源ラインに接続される第１の端子と、一端がモータの共通端子に接続される第１の抵抗発熱体と、上記第１の端子と上記第１の抵抗発熱体の他端との間に接続され、第１の温度以上で開状態となる第１の熱応動スイッチ機構と、第２の電源ラインに接続される第２の端子と、一端がモータの始動端子に接続される第２の抵抗発熱体と、上記第２の端子と上記第２の抵抗発熱体の他端との間に接続され、上記第１の温度よりも低い第２の温度以上で開状態となる第２の熱応動スイッチ機構と、上記第１の抵抗発熱体と上記第１の熱応動スイッチ機構と上記第２の抵抗発熱体と上記第２の熱応動スイッチ機構とを収容する筐体とを有し、上記第２の熱応動スイッチ機構が上記第１の抵抗発熱体と上記第２の抵抗発熱体の双方に熱的に結合されている。
【００１８】
請求項２に記載の発明のように、上記第１の熱応動スイッチ機構が、第１の接点部と、上記第１の接点部に対して接触状態又は非接触状態となるように動作可能な可動部材と、周囲温度に応じてスナップアクション動作可能であり、当該スナップアクション動作により上記可動部材を上記第１の接点部に対して非接触状態とするバイメタル素子とを有する構成とすることができる。また、請求項３に記載の発明のように、上記第２の熱応動スイッチ機構が、第２の接点部と、上記第２の接点部に対して接触状態又は非接触状態となるようにスナップアクション動作可能であり、周囲温度に応じた上記スナップアクション動作により上記第２の接点部に対して非接触状態となるバイメタルアームとを有する構成にすることもできる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明のように、上記バイメタルアームが上記スナップアクション動作により上記第２の端子部に対して非接触状態となったときに、当該バイメタルアームが上記第１の抵抗発熱体に近接するように構成してもよい。
【００２０】
上述の本発明の構成によれば、接点とバイメタル素子とを有する第１、第２のスイッチ回路と、第１、第２の抵抗発熱体とが設けられており、第１、第２のスイッチ回路のバイメタル素子は所定温度以上に加熱されると変形し、各スイッチ回路の接点を、それぞれ閉状態から開状態に切り換えるように構成されている。
【００２１】
そして、第１のスイッチ回路のバイメタル素子、第１の抵抗発熱体、第２のスイッチ回路のバイメタル素子、第２の抵抗発熱体がその順序で配置されており、第１、第２の抵抗発熱体は、電流が流れると発熱しするように構成されている。
【００２２】
従って、第１のスイッチ回路のバイメタル素子は、第１の抵抗発熱体によって加熱されるが、第２のスイッチ回路のバイメタル素子は、第１、第２の抵抗発熱体の両方から加熱されるので、第１、第２の抵抗発熱体の発熱量を小さくしても、第２のスイッチ回路内のバイメタル素子を所定温度以上に昇温させ、変形させることが可能となっている。
【００２３】
この場合、第２のスイッチ回路内のバイメタル素子が変形し、接点を閉状態から開状態に切り替える際に、第１の抵抗発熱体に近接するようにしておくと、変形後は第１の抵抗発熱体から供給される熱量が増加するので、第２の抵抗発熱体の発熱が停止しても、第２のスイッチ回路内のバイメタル素子は、変形状態を維持できるようになる。
【００２４】
以上説明したスイッチ装置については、第１のスイッチ回路のバイメタル素子が所定温度以上に加熱され、変形した場合は、第１の抵抗発熱体の発熱が停止してもその変形状態を維持するようにしておくと、第１のスイッチ回路によって、過電流に対する保護回路を構成させることができる。
【００２５】
他方、第２のスイッチ回路のバイメタル素子が所定温度以上に加熱され、変形した場合には、第１、第２の抵抗発熱体の発熱が停止すると元の形状に復帰するようにしておくと、第２のスイッチ回路は、モータの始動前は導通状態になり、モータの運転中は遮断状態になるので、第２のスイッチ回路によってモータの始動回路を構成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図面を参照しながら、本発明の一実施形態のスイッチ装置を説明する。
図１(ａ)は、本発明のスイッチ装置１の内部平面図、同図(ｂ)は内部概略断面図であり、その等価回路は図２(ａ)、(ｂ)に示されている。
【００２７】
このスイッチ装置１は、モータ１０の始動と過電流保護を行う装置であり、樹脂製の筺体５を有しており、内部に保護回路８と、始動回路９とが納められている。
【００２８】
モータ１０には、共通端子Ｃ、始動端子Ｓ、駆動端子Ｍが設けられており、共通端子Ｃは、保護回路８を介して電源ラインＬ1に接続されている。また、始動端子Ｓは始動装置９を介してグラウンドラインＬ2に接続され、駆動端子Ｍは直接グラウンドラインＬ2に接続されている。
【００２９】
保護回路８は、第１のスイッチ回路１１と第１の抵抗発熱体１３とを有しており、第１のスイッチ回路１１の一端と第１の抵抗発熱体１３の一端は互いに接続され、直列回路が構成されている。第１のスイッチ回路１１の他端は、筺体５に固定された端子３１を介して電源ラインＬ1に接続されており、第１の抵抗発熱体１３の他端は、図１(ａ)、(ｂ)では図示しない端子を介して共通端子Ｃに接続されている。
【００３０】
始動回路９は、第２のスイッチ回路２１と第２の抵抗発熱体２３とを有しており、第２のスイッチ回路２１の一端と第２の抵抗発熱体２３の一端とは互いに接続され、直列回路が構成されている。第２のスイッチ回路２１の他端は、筺体５に固定された端子３２を介してグラウンドラインＬ2に接続されており、第２の抵抗発熱体２３の他端は、図１(ａ)、(ｂ)では図示しない端子を介して始動端子Ｓに接続されている。
【００３１】
第１のスイッチ回路１１は、アーム１２とバイメタル素子１４を有しており、アーム１２とバイメタル素子１４とは、略平行に近接配置されている。
【００３２】
アーム１２の一端には接点１５が設けられており、バイメタル素子１４は、常温ではアーム１２の反対側が膨らんだ形状にされており、その形状のときは、接点１５は閉状態になるように構成されている。
【００３３】
そのバイメタル素子１４が加熱され、１４５℃以上の温度になると変形し、アーム１２側が膨むように構成されており、変形する際には膨らんだ部分がアーム１２を押圧し、接点１５が開状態に切り換えられるように構成されている。
【００３４】
第２のスイッチ回路２１は、バイメタル素子から成るアーム２２と、アーム２２の一端に設けられた接点２５とを有しており、アーム２２の形状は、常温では接点２５を閉状態にし、９０℃以上に加熱されると変形して接点２５を開状態にするように構成されている。
【００３５】
モータ１０内には、回転子を始動させる始動巻線と、動力を発生させる駆動巻線とが設けられており(始動巻線と駆動巻線は図示しない。)、始動巻線の両端は、共通端子Ｃと始動端子Ｓとにそれぞれ接続され、駆動巻線の両端は、共通端子Ｃと駆動端子Ｍとにそれぞれ接続されている。
【００３６】
モータ１０が運転を開始する前は、バイメタル素子１４とアーム２２とは常温にあるので、第１、第２のスイッチ回路１１、２１は導通状態にある(図２(ａ)の状態)。
【００３７】
従って、モータ１０の運転を開始するために、電源ラインＬ1とグラウンドラインＬ2との間に電圧を印加すると、始動巻線と駆動巻線の両方に電圧が印加されるが、停止状態では駆動巻線と始動巻線の抵抗が小さいため、駆動巻線には５Ａ程度の電流が流れ、始動巻線の方にも５Ａ程度の電流が流れる。
【００３８】
その電流は、保護回路８と始動回路９内の第１、第２の抵抗発熱体１３、２３を流れるので、モータ１０の始動の際には、第１、第２の抵抗発熱体１３、２３の両方が発熱する。
【００３９】
第２のスイッチ回路２１内のアーム２２は、第１、第２の抵抗発熱体１３、２３の間に近接して挟まれており、第１、第２の抵抗発熱体１３、２３が発熱すると、アーム２２は、両方の抵抗発熱体１３、２３から加熱される。
【００４０】
図５の曲線２２'は、そのアーム２２の温度変化を示したグラフであり、アーム２２が変形しておらず、接点２５が閉状態にあるときは、アーム２２は第１の抵抗発熱体１３よりも第２の抵抗発熱体２３の方に近接している。
【００４１】
図５の曲線１３'は、アーム２２が第１の抵抗発熱体１３から受ける熱量を示し、曲線２３'は、第２の抵抗発熱体２３から受ける熱量を示している。
曲線１３'、２３'から分かるように、アーム２２は、第１、第２の抵抗発熱体２３が発熱すると、両方の抵抗発熱体１３、２３から加熱されて昇温し、時刻ｔ0で９０℃に達したところで変形し、接点２５が開状態になる。
【００４２】
すると、始動巻線に流れる電流は停止し、それに伴い、第２の抵抗発熱体２３に流れる電流も停止するので、第２の抵抗発熱体２３から供給される熱量は減少し始める。
【００４３】
接点２５が開状態になるときは、モータ１０の回転子は始動動作を終了しているため、駆動巻線に流れる電流も安定しており、時刻ｔ0後も第１の抵抗発熱体１３は安定に発熱し、供給される熱量も安定する。
【００４４】
しかも、アーム２２は変形すると、図３に示すように、第２の抵抗発熱体２３から離れ、第１の抵抗発熱体１３に接近する方向に移動するので、第１の抵抗発熱体１３から受ける熱量が一層多くなり、時刻ｔ0以後、第２の抵抗加熱体２３からの熱供給がなくなっても、アーム２２の温度低下は僅かである。
【００４５】
９０℃以上に加熱され、変形したアーム２２は、７０℃以下の温度まで低下すると元の形状に戻るように構成されているが、本発明のスイッチ装置１では、アーム２２が変形すると第１の抵抗発熱体１３に近接する方向に移動し、第１の抵抗発熱体１３から受ける熱量が増加しているので、第２の抵抗発熱体２３から供給される熱量がゼロになっても７０℃以下にならない。従って、モータ１０の始動後、運転中でも、アーム２２は変形後の状態を維持するので、運転中には始動巻線に電流は流れない。
【００４６】
それに対し、アーム２２が変形する際に、第１の抵抗発熱体１３に接近しない場合には、第１の抵抗発熱体１３から供給される熱量が余り増加しないので、図５の破線２２"で示すように急速に温度低下し、第２の抵抗発熱体２３から供給される熱がゼロになる頃には７０℃以下の温度になってしまい、元の形状に復帰してしまうので、接点２５が再び閉状態になり、始動巻線に電流が流れてしまう。
【００４７】
以上は始動回路９の動作を説明したが、次に、保護回路８の動作を説明する。
保護回路８内では、第１のスイッチ回路１１のバイメタル素子１４は第１の抵抗発熱体１３に近接配置され、第１の抵抗発熱体１３の発熱によって加熱されるように構成されているので、モータ１０の始動と運転を行う際に、バイメタル素子１４は昇温するが、通常の始動と運転状態では、バイメタル素子１４は１４５℃以上の温度になることはない。従って、その場合はバイメタル素子１４は変形せず、接点１５は開状態にならない。
【００４８】
しかし、モータ１０が故障する等の原因により、モータ１０に過電流が流れた場合には、第１の抵抗発熱体１３が大きく発熱し、バイメタル素子１４が１４５℃以上に加熱されるように構成されており、その場合、図４に示すように、変形したバイメタル素子１４によってアーム１２が押し上げられ、接点１５が開状態になり、第１のスイッチ回路１１が過電流を遮断する。
【００４９】
モータ１０に流れる電流が遮断されると、第１の抵抗発熱体１３に流れる電流はゼロになるため、第１の抵抗発熱体１３は発熱は停止する(第２の抵抗発熱体２３にも電流は流れないようになる)。
従って、発熱源が無くなるため、バイメタル素子１４や第２のスイッチ回路２１のアーム２２の温度は低下する。
【００５０】
アーム２２については、７０℃以下の温度になったところで元の形状に復帰し、接点２５を閉状態にするように構成されており、それにより、モータ１０の運転が終了した後は接点２５が閉状態になり、再びモータ１０の始動をできるようになっている。
【００５１】
以上説明したように、本発明のスイッチ装置１によれば、簡単な装置でモータ１０の始動と過電流保護とを行えるようになっており、有用性は非常に高い。
なお、上述のバイメタル素子１４やアーム２２の変形温度、復帰温度は一例であり、種々の温度に設定することができる。
【００５２】
【発明の効果】
第１のスイッチ回路と第２のスイッチ回路が近接配置され、一つの部品にできるので、部品点数が減少し、低コストのスイッチ装置を得ることが可能になる。
【００５３】
また、低コストを目的にしない場合は、第２の発熱体として、図６の抵抗素子１０９を使用してもよい。
【００５４】
モータが始動された後は、第２のスイッチ回路が遮断状態になるので、始動巻線に流れる電流はゼロになり、モータを効率よく運転することが可能になる。
【００５５】
第２のスイッチ回路のアームを加熱する抵抗発熱体の抵抗値を小さくし、始動電流を大きく取れるので、モータの始動特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)、(ｂ)：本発明のスイッチ装置の構造を説明するための図
【図２】モータ始動時のスイッチ装置の回路状態を説明するための図
【図３】モータ運転時のスイッチ装置の回路状態を説明するための図
【図４】モータに過電流が流れたときのスイッチ装置の回路状態を説明するための図
【図５】第２のスイッチ回路の温度変化を説明するためのグラフ
【図６】(ａ)、(ｂ)：従来技術のスイッチ装置の使用方法を説明するための図
【符号の説明】
１……スイッチ装置    ８……保護回路    ９……始動回路    １１……第１のスイッチ回路    １４、２２……バイメタル素子    １５、２５……接点    １３……第１の抵抗発熱体    ２１……第２のスイッチ回路    ２３……第２の抵抗発熱体