(57)【要約】【課題】  速度可変型モータにおいて、モータの製造コストを低減し、電磁気的振動騒音を低減し、かつ消費電力を節減する。【解決手段】  固定子に巻回される第１主巻線(１０)及び第２主巻線(２０)と、モータの速度調節のために第１主巻線(１０)及び第２主巻線(２０)の直／並列接続を切り替えるリレー３０とを備え、さらに、追加のタップ巻線４０を直列に接続するか、あるいはコンデンサ部５０を備えて、モータの速度可変範囲を拡大する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子に巻回されて多極を形成する複数の主巻線と、
前記の各主巻線が直列または並列に接続されるようにする接続を切替えるリレーと、
を備えてなることを特徴とする速度可変型モータ。
【請求項２】
前記主巻線は、第１主巻線及び第２主巻線から構成されて多極を形成するように巻回されたことを特徴とする請求項１に記載の速度可変型モータ。
【請求項３】
前記主巻線は、４極を形成するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の速度可変型モータ。
【請求項４】
前記速度可変型モータは、前記第１主巻線及び第２主巻線に、スイッチング動作により直列に接続されるタップ巻線をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の速度可変型モータ。
【請求項５】
前記主巻線は、６極を形成するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の速度可変型モータ。
【請求項６】
固定子に装着された主巻線及び補助巻線と、
前記補助巻線に備えられた第１のコンデンサと、該第１のコンデンサに並列接続される少なくとも一つの第２のコンデンサとを含むコンデンサ部と、
を備えてなることを特徴とする速度可変型モータ。
【請求項７】
前記モータは、前記コンデンサ部のコンデンサの容量及び印加電圧を調節するコンデンサ制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の速度可変型モータ。
【請求項８】
前記コンデンサ制御回路は、少なくとも一つのリレーを含むことを特徴とする請求項７に記載の速度可変型モータ。
【請求項９】
前記コンデンサ制御回路は、前記コンデンサ部の両端の電圧を調節する電圧制御部を含むことを特徴とする請求項７に記載の速度可変型モータ。
【請求項１０】
前記モータは、前記主巻線または補助巻線の直／並列接続の切替えを遂行するリレーをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の速度可変型モータ。
【請求項１１】
前記モータは、外転型の単相誘導モータであることを特徴とする請求項１または６に記載の速度可変型モータ。
【請求項１２】
前記モータは、洗濯機用モータであることを特徴とする請求項１１に記載の速度可変型モータ。
【請求項１３】
前記モータは、食器洗浄器用モータであることを特徴とする請求項１１に記載の速度可変型モータ。
【請求項１４】
前記モータは、食器乾燥器用モータであることを特徴とする請求項１１に記載の速度可変型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度可変型モータに関し、特に、単相交流電源が印加されるモータにおいて、モータの固定子に巻線が装着されて極を形成し、モータの速度調節のためにこの巻線が直列または並列のいずれかに接続されるようにするリレーをさらに備えることによって、モータの回転速度を適切に変えることができる速度可変型モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般の外転型モータの回転子及び固定子の分解斜視図であり、図２は、一般の６極巻線の配置を示すモータの巻線配置図である。
【０００３】
一般に、モータは、巻線が装着された固定子、永久磁石、及びＡｌ導体または鉄心からなる回転子で構成され、固定子に装着された巻線に周期的な電流の変化を生じさせて、この電流変化に伴う磁界の変化により回転子にトルクが発生して回転動力を得る装置である。
【０００４】
このようなモータは、固定子と回転子の位置によって内転型モータと外転型モータとに区分されるが、特に、外転型モータは、図１に示すように、固定子が回転子の内部に配置され、固定子の巻線に流れる電流の変化により外側の回転子が回転する構造を有する。
【０００５】
また、図２に示すように、固定子の巻線が６極を形成する場合、２つからなる巻線が、固定子にそれぞれ３個ずつ極を形成し、また、巻線の方向を交互に反対にして巻装することによって、単相交流電源が印加されると、隣接する極を形成する電流の方向が反対となり、これにより発生する磁極の極性が交互にＮ極とＳ極となるようにする。
【０００６】
一方、一般の単相誘導モータは、単相交流電圧が印加されると、固定子側に装着された１次側巻線には逆起電力が発生し、固定子巻線側から発生した磁界によって回転子導体側に巻装された２次側巻線に逆起電力が発生することによって、回転子を回転させる発生トルクが形成される。
【０００７】
しかしながら、単相誘導モータにおいて、単相交流電源を印加すると、巻線の軸方向に大きさが変化する交番磁界が発生するだけで、回転力は発生しないため、起動初期にモータを起動するための起動装置を別途設置しなければならず、このときに設置される起動装置によって、分相起動型、シェーディングコイル型、コンデンサ運転型、反発起動型等に分類される。
【０００８】
次に、一般的に用いられているコンデンサ運転型単相誘導モータを、図３に基づき詳細に説明する。
【０００９】
図３は、一般のコンデンサ運転型単相誘導モータの等価回路であり、主巻線Ｌ１、補助巻線Ｌ２、及びこの補助巻線Ｌ２に直列に接続されるコンデンサＣで構成される。このモータにおいて、単相交流電源Ｅ１を印加すると主巻線Ｌ１に交番磁界が発生するが、このときに、コンデンサＣは、補助巻線Ｌ２に流れる電流の位相を９０°進ませ、主巻線の交番磁界と電気的に９０°の位相差を有する補助磁界を補助巻線に発生させる。
【００１０】
したがって、主巻線Ｌ１から発生した交番磁界と補助巻線Ｌ２から発生した補助磁界は、磁界の位相が相異なるので相殺されず、互いに合成されて回転磁界が発生し、単相誘導モータを回転させるようになる。
【００１１】
このような、従来のコンデンサ運転型単相誘導モータを洗濯機に適用する場合、洗濯行程に基づいてモータを高速回転させたり低速回転させなければならない場合があるが、単相誘導モータは、モータの発生トルクと負荷トルク曲線のトルクとが釣り会う点で一定の速度に維持されるので、所定の装置を別途備えないと、速度可変機能を有するモータが実現できず、洗濯機のモータ速度の調節が不可能になる。
【００１２】
そこで、モータの回転速度を調節するために、３相モータにインバータ回路をさらに備えるか、別途の駆動回路などを使用してきたが、このようにすると製造コストが上昇し、全体的に可変速度モータの単価が上昇する問題点があった。このため、相対的に製造コストの安いモータの速度調節装置として、極数変換型単相誘導モータに対する研究が着実に進められてきた。極数変換型単相誘導モータとして一般的に使用される２極−４極極数変換単相誘導モータを、図４に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図４は、従来の技術による一般の極数変換型単相誘導モータの構造を示す図である。同図に示すように、極数変換型単相誘導モータは、固定子のスロットに巻装された２極第１主巻線ａ，１ｂ、２極補助巻線２ａ，２ｂ、４極主巻線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、４極補助巻線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの４個の巻線からなり、２極運転時に２極主巻線と２極補助巻線を用いてモータを駆動し、４極運転時には４極主巻線と４極補助巻線を用いてモータを駆動している。
【００１４】
すなわち、一般の極数変換型単相誘導モータは、高速及び低速用巻線が独立して別々に設置され、モータの高速回転時には２極で、低速回転時には４極で運転されるようにそれぞれ巻回されたコイルをもってモータの速度可変機能を遂行している。
【００１５】
しかしながら、上記のように構成される従来の極数変換型単相誘導モータは、極数変換のために４個の巻線を使用することからスロットの断面積が増加し、固定子の鉄損増加によるモータの効率が大きく低下し、また、到達可能な最低可変速度が制限されるために可変速度範囲を拡大し難いという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、速度可変のための駆動装置を外部に別途設置することなくモータの速度を調節することによって、可変速度モータの製造コストを低減し、電磁気的振動騒音を低減し、かつ消費電力を節減しうる速度可変型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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明による速度可変型モータは、固定子に巻回されて多数の極を形成する複数の主巻線と、前記各主巻線が直列または並列に接続されるように接続を切り替えるリレーと、を備えてなることを特徴とする。
【００１８】
前記主巻線は、第１主巻線及び第２主巻線から構成され、４極または６極を形成するように巻回される。
【００１９】
前記速度可変型モータは、前記第１主巻線及び第２主巻線に、スイッチにより直列に接続されるタップ巻線をさらに備える。
【００２０】
また、本発明による速度可変型モータは、固定子に装着された主巻線及び補助巻線と、前記補助巻線に備えられたコンデンサと該コンデンサに並列接続される別途の少なくとも一つのコンデンサとを含むコンデンサ部と、を備えてなる。
【００２１】
ここで、前記モータは、前記コンデンサ部のコンデンサの容量及び印加電圧を調節するコンデンサ制御回路をさらに備える。
【００２２】
前記コンデンサ制御回路は、少なくとも一つのリレーを含むか、または前記コンデンサ部の両端の電圧を調節する電圧制御部を含む。
【００２３】
また、前記モータは、前記主巻線または補助巻線の直／並列接続の切替を遂行するリレーをさらに備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による速度可変型モータによれば、リレーを用いて巻線の直／並列接続を切り替えてモータの速度を調節することにより、速度可変のための駆動装置を外部に別途備えることなくモータの速度を変化させることができるので、可変速度モータの製造コストを低減することができ、また、空隙磁束密度を低減させて電磁気的振動騒音を低減することが可能になる。
【００２５】
また、本発明のモータが洗濯機に適用される場合には、要求される洗濯行程に適切な速度でモータを駆動させることができるので、布の損傷防止及び消費電力の節減が図られる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の速度可変型モータの好ましい実施形態について説明する。
【００２７】
まず、本発明による速度可変型モータは、単相交流電源が印加される単相誘導モータであり、特に回転子が固定子の外側に配置される外転型モータは、内転型モータに比べて回転半径が大きく、単位体積当たりのトルクの発生が増加するため、以下に説明するコイルの直／並列巻線形態によりモータの回転速度の低速及び高速範囲をより拡大することができる。
【００２８】
図５は、本発明の第１の好ましい実施形態による２巻線間にリレーが接続された回路を示す回路図である。
【００２９】
本発明の第１の好ましい実施形態による速度可変型モータは、図５に示すように、第１主巻線(１０)及び第２主巻線(２０)の二つの巻線と、これらの巻線の配列において、モータの速度調節のために両巻線の接続を直列または並列接続に切り替えることができるように、両巻線間に配置されるリレー３０とから構成される。
【００３０】
この回路において、第１主巻線(１０)と第２主巻線(２０)はそれぞれがＮ極とＳ極を形成して総計４個の極が形成されるので、４極モータとなる。
【００３１】
この場合、それぞれの１対の極を形成する巻線にかかる電圧は、モータに巻回されたコイルの接続形態によって変り、モータに印加される電源の電圧が２２０Ｖの場合、図５においてコイルが並列に接続されていると、第１主巻線(１０)と第２主巻線(２０)にそれぞれ２２０Ｖの電圧がかかる。一方、図５においてコイルが直列に接続されていると、電圧がそれぞれの極に分配されるので、１対の極にかかる電圧はそれぞれ１１０Ｖとなる。
【００３２】
したがって、それぞれの巻線において電流の変化に起因する磁場の強さの変化により回転子に誘導電流が生成され、この誘導電流は、回転子が回転するように回転トルクを発生させる。この回転トルクはモータに印加される電源に比例するため、並列接続の場合のモータは、直列にコイルが接続された場合に比べて各コイルに大きい電圧が印加され、相対的に大きい回転トルクが発生することから、モータの回転速度は速くなる。したがって、この回路が直列または並列接続に切り替えられるようにリレーを有すると、このリレーの制御動作によりモータの速度を調節することが可能になる。
【００３３】
二つの巻線１０，２０はそれぞれ、二つの極を形成するようにモータに巻回され、両巻線間にはリレー３０が備えられており、このリレー３０を制御することによってモータの巻線の接続状態を直列または並列接続に切り替えることができる。すなわち、モータの高速回転のためにモータの巻線が並列接続されるべき場合には、Box１内部の接続基板においてａとｂが接続され、Box２内部の接続基板ではｃとｄが接続されるように、リレー３０はBox１，２を制御する。また、モータの低速回転のためにモータの巻線が直列接続されるべき場合には、リレー３０は、Box１のａとBox２のｄを接続するようにBox１，２を制御する。このようにモータの巻線の直／並列状態を切り替えることによって、モータの回転速度を大幅に変化させることができる。
【００３４】
特に、このように主巻線が巻回されたモータに、補助巻線をさらに巻回すると、電源印加によってモータを逆回転させることができ、これを、図６を参照して詳細に説明する。図６は、本発明の第１の好ましい実施形態において、正／逆回転モータの巻線接続状態を示す回路図である。
【００３５】
図６の正／逆回転モータに備えられる補助巻線は、主巻線と逆方向に巻回された第１補助巻線(１１)と第２補助巻線(２１)とからなり、同一の交流電源が印加されるとき主巻線とは反対方向に極が生成され、補助巻線によりモータは逆方向に回転するようになる。また、補助巻線１１，２１はリレー３１を介して接続され、モータの正回転時と同様に、リレーにより補助巻線１１，２１が直列または並列接続に切り替えられる。
【００３６】
このモータの正回転または逆回転のために、スイッチ(ＳＷ１)はｕ点またはｖ点に接続されるが、このスイッチがｕ点に接続されて主巻線に接続されると、モータは正回転し、スイッチ(ＳＷ１)がｖ点に接続されて補助巻線と接続されると、モータは逆回転する。このような動作によりモータが逆回転する場合にも、モータの回転速度を大幅に変化させることができる。
【００３７】
したがって、上記のように構成される速度可変型モータにおいて、モータの負荷の可変速度範囲は、図７のグラフのようになる。
【００３８】
図７は、本発明の第１の好ましい実施形態において、巻線切替えによるモータの回転速度の変化を示すグラフである。
【００３９】
モータを低速で回転しようとする場合に、負荷が要求するトルクを負荷曲線から判断すると、２つの巻線が直列に巻回される場合の曲線(Ｂ１曲線)と負荷曲線とは、低速点(ｍ１)で交差することになる。これは、モータを低速(ｍ１点)で回転させるためにはｍ１に該当する一定の大きさのトルクを負荷に加えなければならなく、この場合、２つの巻線を直列接続して、モータの回転速度を要求値の速度に維持するための、負荷が要求する大きさのトルクを負荷に供給しなければならないことを意味する。仮に、この場合に巻線が並列に接続されていると、負荷が要求する値以上の過大なトルクが負荷に加えられるため、消費電力の浪費を招くことになる。
【００４０】
また、モータを高速で回転しようとする場合(Ａ１曲線)には、上述と同様の考えに基づいて、負荷が要求するトルクを負荷曲線から判断すると、２つの巻線が並列に接続されている場合の曲線(Ａ１曲線)と負荷曲線とが、高速点(ｎ)で交差することになり、ｎに該当するトルクを負荷に与えて、要求値速度に合わせてモータを回転させることができる。したがって、モータを高速で回転させるためには、リレー３０によって２つの巻線を並列に接続する。
【００４１】
本発明による速度可変型モータは、低速及び高速で脱水行程を遂行する洗濯機に適用することができる。このように洗濯機に適用されるモータは、洗濯機が高速脱水行程を行う場合には高速で、低速脱水行程を行う場合には低速で回転するようにリレーが巻線接続を切り替えるため、多段階の速度で脱水行程を行うことができる。
【００４２】
したがって、図７に示すグラフにおいて、モータの低速回転で低トルクを発生するｍ１点は、第１主巻線及び第２主巻線が直列に接続された状態での負荷曲線との交点であり、この直列接続を脱水行程に適用すると洗濯機は低速脱水行程を行うようになり、第１主巻線及び第２主巻線が並列に接続された状態であるｎ点では、高速脱水行程が行われる。
【００４３】
一方、本発明の第２の実施形態による速度可変型モータにおいては、上記の第１の実施形態によるモータの構成にタップ巻線が追加される以外は、その構成が似ているため、同一の構成には同じ参照番号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
図８は、本発明の第２の実施形態による、タップ巻線が追加されたモータの速度可変回路を示す回路図であり、図９は、本発明の第２の実施形態において、正／逆回転モータの速度可変回路を示す回路図である。
【００４５】
本発明の第２の実施形態による速度可変型モータは、図８に示すように、第１主巻線(１０)及び第２主巻線(２０)と、モータの速度調節のために第１主巻線と第２主巻線とを直列または並列接続のいずれかの接続にするリレー３０と、第１主巻線及び第２主巻線に直列に接続されてモータの速度を多段階に変えるタップ巻線４０と、を備えてなる。
【００４６】
第１主巻線(１０)及び第２主巻線(２０)は、それぞれＮ極とＳ極を形成し、総計４個の極を形成しており、この極数はモータの速度調節のためにはそのまま維持し、リレー３０を介して巻線の直／並列接続を切り替えることによって、モータの速度調節を達成する。
【００４７】
リレー３０は、第１主巻線(１０)及び第２主巻線(２０)の直／並列接続を切り替えるように構成された素子で、その回路に電源が印加されると、第１、第２主巻線の直列または並列接続によって印加電源電圧の各巻線への分配の大きさが可変になる。
【００４８】
すなわち、１対の極にかかる電圧は、モータに巻回されたコイルの接続形態によって変化する。例えば、モータに印加される電源の電圧が２２０Ｖであり、第１主巻線と第２主巻線が並列接続されていると、各巻線には２２０Ｖの電圧がかかり、一方、第１主巻線と第２主巻線が直列接続されていると、印加電圧が各巻線に分けられて印加されるので、各巻線にかかる電圧は１１０Ｖとなる。
【００４９】
また、タップ巻線は、スイッチ(Ｓ１)の動作により第１主巻線(１０)及び第２主巻線(２０)との直列接続状態が切替えられ、ｗまたはｘ点に接続されるようにスイッチ(Ｓ１)を構成する。したがって、スイッチ(Ｓ１)をｘ点に接続し、タップ巻線４０を第１主巻線(１０)及び第２主巻線(２０)と直列に接続することによって、これらの主巻線に印加される電源電圧の一部がタップ巻線(４０)にかかるようにし、これにより、タップ巻線４０が切り離されて動作しない時よりも第１、第２主巻線(１０，２０)にかかる電圧を減少させることができる。
【００５０】
より詳細に説明すると、タップ巻線４０は、スイッチ(Ｓ１)の動作によりその接続がオン/オフされるが、スイッチがｘ点に接続されてタップ巻線４０が第１、第２主巻線と直列に接続されるようにスイッチングされる場合、印加された電源電圧２２０Ｖは、第１、第２主巻線(１０，２０)とタップ巻線４０の直列ターン数に比例して分圧されて印加されるため、タップ巻線４０が直列に接続された場合の第１、第２主巻線(１０，２０)にかかる電圧は、タップ巻線４０が接続されないようにスイッチングされた場合よりも低くなる。
【００５１】
また、モータの回転子を回転させるために発生する回転トルクは、モータに印加される電源の大きさに比例するので、第１、第２主巻線(１０、２０)が直列に接続された場合に比べて、第１、第２主巻線(１０，２０)が並列に接続された場合にはモータの各巻線に大きな電圧が印加され、相対的に大きな回転トルクが発生するので、モータの回転速度は速くなる。
【００５２】
そして、第１、第２主巻線(１０，２０)に追加してタップ巻線４０が直列に備えられたモータでは、タップ巻線４０が接続されないようにスイッチングされた場合に比べて、第１、第２主巻線(１０，２０)には電源より低い電圧が印加されるので、モータの回転速度は遅くなる。
【００５３】
したがって、本発明によるモータの第１、第２主巻線(１０，２０)の直／並列接続状態とタップ巻線４０の直列接続のオン／オフ状態の切替えを遂行するスイッチ動作により、モータは４通りの速度で制御可能になる。
【００５４】
また、上記の第２の好ましい実施形態と同様に、タップ巻線を有する速度可変型モータに、逆回転可能となるように巻数比１の補助巻線をさらに備えても良い。
【００５５】
すなわち、図９に示すように、第１補助巻線(１１)と第２補助巻線(２１)をさらに備える場合には、第１、第２主巻線(１０，２０)と逆方向の極性に装着され、同一の交流電源の印加時に主巻線と反対方向に極が生成され、モータは逆方向に回転するようになる。また、第２スイッチ(Ｓ２)は、必要に応じてモータの正／逆回転を切り替えるように、正回転用主巻線と逆回転用補助巻線を択一に選択するように制御される。また、第１スイッチ(Ｓ１)は、第２スイッチ(Ｓ２)が正回転用巻線(ｕ点)に接続された場合は、モータの正回転のためにｗまたはｘ点に接続され、第２スイッチ(Ｓ２)が逆回転用巻線(ｖ点)に接続された場合には、同様に第１スイッチ(Ｓ１)は、ｙまたはｚ点に接続される。
【００５６】
そして、モータの逆回転速度を多段階に可変にするために、モータの正回転時と同じ原理に基づき、第２のタップ巻線４１を第１、第２の補助巻線に直列接続し、第１スイッチ(Ｓ１)をｙまたはｚ点に接続して第２のタップ巻線４１の接続を制御するように構成されるので、モータの逆回転速度も、正回転時と同様に４通りの速度に可変にし、本実施形態の速度可変型モータは、総計８段階の速度調節機能を有することになる。
【００５７】
図１０は、本発明の第２の実施形態において、巻線切替えによるモータの回転速度の変化を示すグラフである。
【００５８】
速度可変型モータを高速で回転しようとする場合には、負荷が要求するトルクを負荷曲線から判断すると、第１主巻線と第２主巻線とを並列接続している場合の曲線Ａ２と負荷曲線とが、高速点ｎ２で交差するようになる。これは、モータを高速（ｎ２点）で回転させるためには、負荷にｎ２点に該当する一定大きさのトルクを加えなければならなく、この場合、２つの巻線を並列に接続して、そのモータの回転速度を要求値の速度に維持するための、負荷が要求する大きさのトルクを負荷に供給しなければならないということを意味する。
【００５９】
速度可変型モータを第１の中速（中高速）で(ｐ点で)回転しようとする場合には、並列接続した第１、第２主巻線に直列にタップ巻線を接続するようにスイッチングしなければならない。すなわち、タップ巻線が接続された場合においては、電源が印加されたときのモータの速度とトルクとの関係を表す曲線Ｂ２が負荷曲線とｐ点で交差するので、負荷が必要とするトルクを与えてモータの回転速度を第１の中速に維持することができ、タップ巻線が直列接続されていない場合には、負荷に過大なトルクが加えられて電力損失につながる。
【００６０】
この速度可変型モータを第２の中速（中低速）で（ｌ点で）または低速で（ｍ２点で）回転しようとする場合には、第１、第２主巻線を直列に接続する。すなわち、主巻線が直列接続された時のグラフであるＣ１曲線及びＤ１曲線が負荷曲線と交差する点(ｌ，ｍ２)で、モータが要求される速度で負荷に必要なトルクを与えることができるので、モータを第２の中速で回転させるときには、第１、第２主巻線を直列接続し、タップ巻線を切り離すようにスイッチングし、モータを低速回転させる場合には、直列接続した第１、第２主巻線にタップ巻線が直列に接続されるようにスイッチングすることによって、モータを上記の第２の中速または低速でそれぞれ回転させることができる。
【００６１】
一方、本発明の第３の実施形態による速度可変型モータは、下記のように構成され、動作する。第３の実施形態によるモータは、上述した第１の好ましい実施形態によるモータにおいて主巻線により形成される極数が変る以外は、その構成が同一であり、同一の構成には同じ参照番号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６２】
図１１は、本発明の第３の実施形態による、２つの主巻線で６極を形成する各主巻線の間にリレーが接続された回路を示す回路図であり、図１２は、本発明の第３の実施形態において、正／逆回転モータの巻線接続状態を示す回路図である。
【００６３】
すなわち、本発明の第３の実施形態による速度可変型モータは、図１１に示すように、第１主巻線(１０’)及び第２主巻線(２０’)が、固定子に、上述したように交互にＮ極とＳ極を形成して総計６個の極を構成するように巻回され、モータの速度調節のためにリレー３０’をさらに備え、第１、第２主巻線(１０’，２０’)の接続状態が、モータが適用される負荷機器の動作特性に基づいて直列または並列接続に切り替えられるように構成される。
【００６４】
また、補助巻線がさらに接続されてモータの正／逆回転が可能な場合は、図１２に示すように、第１補助巻線(１１’)と第２補助巻線(２１’)を第１、第２主巻線(１０’，２０’)と逆方向に装着し、これにより、同一の交流電源が印加される場合、第１、第２補助巻線(１１’，２１’)には第１、第２主巻線の場合と反対方向に極が生成され、モータは逆方向に回転するようになる。また、第１、第２補助巻線(１１’、２１’)は、リレー(３１’)を介して接続され、モータの正回転時と同様に、リレー(３１’)により第１、第２補助巻線(１１’、２１’)の接続が直列または並列に切り替えられる。
【００６５】
図１３は、本発明の第３の実施形態において、巻線切替えによるモータの回転速度の変化を示すグラフであり、巻線が並列接続された場合にモータの回転速度とトルクの関係を示す曲線はＡ３曲線となり、この場合、Ａ３曲線は、負荷曲線とｎ３点で交差する。これは、モータを高速で回転させなければならない場合には負荷に要求されるトルクが増加するので、巻線が並列接続された状態でトルクを発生させて、モータを高速で回転できることを意味する。
【００６６】
このような方式で巻線が直列接続された場合は、モータの回転速度とトルクとの関係はＢ３曲線となる。この場合、Ｂ３曲線は、負荷曲線とｍ３点で交差し、これは、巻線が直列接続された場合には負荷にｍ３点に該当する一定トルクを与え、モータを低速で回転させることを意味する。したがって、このように、モータがそれぞれ要求される速度に基づいて巻線の接続状態を切り替えることにより、モータが正しく回転しなかったり、負荷に要求される値以上の過大なトルクが発生して消費電力の浪費につながったりする等の問題を防止することができる。
【００６７】
次に、本発明の第４の実施形態によって６極が形成され、別途コンデンサを備え、このコンデンサの容量調節により速度を可変にする速度可変型モータについて、図１４を参照して詳細に説明する。
【００６８】
図１４は、本発明の第４の実施形態による速度可変型モータの回路図である。
【００６９】
本発明の第４の実施形態による速度可変型モータでは、単相交流電源Ｅ１がモータに印加され、このモータには、主巻線Ｍ２及び補助巻線Ｓ２が接続され、この補助巻線Ｓ２には第１のコンデンサＣ２が直列に接続されている。また、第１のコンデンサＣ２には、少なくとも一つの第２のコンデンサＣ３が並列接続される。
【００７０】
また、本モータには、第１及び第２のコンデンサＣ２，Ｃ３からなるコンデンサ部５０の総コンデンサ容量及びコンデンサ部５０に印加される電圧を制御するコンデンサ制御回路部６０がさらに備えられる。
【００７１】
ここで、コンデンサ制御回路部６０は、リレーを含むことができ、この場合、リレーは、それぞれのコンデンサの接続状態を制御する。この接続状態の制御により、補助巻線Ｓ２に直列接続されるコンデンサを、第１のコンデンサＣ２または第２のコンデンサＣ３のいずれかに切替えて接続し、それぞれの場合でコンデンサ容量を変えることにより、コンデンサ部５０に流れる電流を調節することができる。
【００７２】
第１のコンデンサＣ２と第２のコンデンサＣ３がそれぞれ異なるコンデンサ容量を有するように選択し、これらのそれぞれのコンデンサを交互にオン／オフするように制御してコンデンサ容量を変化させ、コンデンサ容量が増加すると、コンデンサの等価インピーダンスがＺ＝１／ωＣによって小さくなるので、コンデンサに流れる電流が増加するようになる。
【００７３】
コンデンサ部５０の第１及び第２のコンデンサＣ２、Ｃ３を並列に接続してコンデンサ部５０の総コンデンサ容量を増加させ、コンデンサ部５０に供給される電流の値を増加させることができ、また、この電流が増加するのに比例してモータの回転トルクが増加するので、モータは高速で回転するようになる。
【００７４】
また、コンデンサ制御回路部６０は、電圧制御部から構成されることができ、この電圧制御部は、コンデンサ部５０の両端の電圧を制御することによって、コンデンサＣ２，Ｃ３に印加される電圧を変えて、コンデンサに流れる電流を可変にすることができ、これによって、モータの回転トルクを変化させることができる。
【００７５】
このモータには、主巻線Ｍ２及び補助巻線Ｓ２が複数個の極を形成して装着され、上述したように、複数個のコンデンサを有するコンデンサ部５０とこれを制御するコンデンサ制御回路部６０によりモータによって印加される回転トルクを変化させる動作と連動して、主巻線Ｍ２または補助巻線Ｓ２の直／並列接続状態を切り替えてモータの速度を可変させることができる。
【００７６】
ここで、巻線は複数の極、特に６個の極を形成して装着されており、この巻線が主巻線の場合、第１の主巻線(図示せず)及び第２の主巻線(図示せず)がそれぞれ三つの極を形成しており、この第１及び第２の主巻線(図示せず)は、リレー(図示せず)を介して接続されている。このリレーは、主巻線が直／並列に接続されるように接続状態を切り替えるが、これについての詳細な説明は、上述の各実施形態に記述されているので、本実施形態での説明は省略するものとする。
【００７７】
上記の本発明の第４の実施形態による速度可変型モータは、洗濯行程に基づいて変速が要求される洗濯機に適用することができる。特に、洗濯機の脱水行程において本脱水に先立って洗濯物の偏りの度合いを感知し、その洗濯物が均等に分布するようにモータの回転速度を下げて正／逆回転する予備脱水過程が必要とされるが、本発明の第４の実施形態による速度可変型モータを適用すると、このための高速または低速脱水行程が可能になる。次に、このモータの動作を、図１５を参照して説明する。
【００７８】
図１５は、本発明の第４の実施形態において、巻線切替え及びコンデンサ制御によるモータの回転速度の変化を示すグラフである。ここで、Ａ４曲線は、巻線が並列に接続されている場合、Ｂ４曲線は、巻線が直列に接続されている場合において、モータの回転速度及び発生トルク値を示している。
【００７９】
また、Ａ４曲線及びＢ４曲線は、コンデンサ部５０のコンデンサの総容量を最大値に制御した場合におけるモータの巻線の直／並列接続状態の切替えによるモータの回転速度と発生トルクの関係を示すもので、この巻線を並列接続した状態でコンデンサ部５０のコンデンサの総容量を小さくする場合には、Ｃ２曲線のようなモータの回転速度と発生トルクの特性が生ずる。
【００８０】
このモータが洗濯機に適用され、脱水行程が行われるにおいて、高速脱水行程のためにモータを高速回転させるべき場合には、モータを高速で回転させ、負荷に一定のトルクを提供するｎ４地点でモータを動作しなければならないので、巻線を並列に接続するようにリレーが動作する。また、低速脱水行程の場合には、モータを低速で回転させ、負荷に一定のトルクを提供するｍ４点で動作するようにリレーにより巻線を直列に接続する。
【００８１】
また、巻線が並列接続された状態で、コンデンサ部５０のコンデンサの総容量を小さくしてモータが中速回転するようにしてｏ点におけるように中速脱水行程を行うことができる。なお、コンデンサ部５０のコンデンサの総容量を多段階に変化させると、脱水行程も多段階に行われ、また、このような方式で巻線を直列接続した状態でコンデンサの容量を小さくすると、超低速モードにおいても脱水行程を遂行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】一般の外転型モータの回転子及び固定子を示す分解斜視図である。
【図２】一般の６極巻線の配置を示すモータの巻線配置図である。
【図３】一般のコンデンサ運転型モータの回路図である。
【図４】従来技術による極数変換単相誘導モータの構造図である。
【図５】本発明の第１の好ましい実施形態による２つの巻線間にリレーが接続された回路を示す回路図である。
【図６】本発明の第１の好ましい実施形態による、正／逆回転モータの巻線接続状態を示す回路図である。
【図７】本発明の第１の好ましい実施形態において、巻線切替えによるモータの回転速度の変化を表すグラフを示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態によるタップ巻線が追加されたモータ速度可変回路図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による、正／逆回転モータの速度可変回路図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態において、巻線切替えによるモータの回転速度の変化を表すグラフを示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による６極を形成する２つの主巻線間にリレーが接続された回路を示す回路図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態による、正／逆回転モータの巻線の接続状態を示す回路図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態において、巻線切替えによるモータの回転速度の変化を表すグラフを示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態による速度可変型モータの回路図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態において、巻線切替え及びコンデンサ制御によるモータの回転速度の変化を表すグラフを示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０，１０'    第１主巻線
２０，２０'    第２主巻線
１１，１１'    第１補助巻線
２１，２１'    第２補助巻線
３０，３０'    リレー
４０，４１    タップ巻線
５０    コンデンサ部
６０    コンデンサ制御回路
【図１】
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【図２】
2005312297.tif 000004
【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】
2005312297.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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