(57)【要約】【課題】  起動時、必要な電圧を最小化すると共に高い起動電流を供給し、起動が終了して通常運転状態となったときは適正電流以下で運転することにより、ハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路及び起動改善方法を提供する。【解決手段】  主磁場を形成する主巻線１０と、主巻線１０と並列に接続され、主巻線１０により発生した磁場に対し回転磁界を形成する補助巻線２０と、を備えたハイブリッドインダクションモータの駆動回路であって、主巻線１０と補助巻線２０との間に電気的に接続される運転用キャパシタ（Ｃｒ）３０と、運転用キャパシタ（Ｃｒ）３０と電気的に接続されて、起動時に高い起動電流をモータに供給し、起動後同期速度に到達すると起動電流を抑制する起動及び電流遮断手段４０と、を包含してハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路を構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主磁場を形成する主巻線と、該主巻線と並列に接続され、該主巻線により発生した磁場に対し回転磁界を形成する補助巻線と、を備えたハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路であって、
前記主巻線と前記補助巻線との間に電気的に接続される運転用キャパシタ（Ｃｒ）と、
該運転用キャパシタ（Ｃｒ）と電気的に接続されて、起動時に高い起動電流をモータに供給し、起動後同期速度に到達すると前記起動電流を抑制する起動及び電流遮断手段と、
を包含して構成されることを特徴とするハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路。
【請求項２】
前記起動及び電流遮断手段は、
前記運転用キャパシタに並列に接続され、起動時に高い起動電流をモータに供給する起動用キャパシタと、
該起動用キャパシタに直列に接続されて、起動時にターンオンされ、通常運転時にターンオフされるスイッチと、
から構成されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路。
【請求項３】
前記スイッチは、抵抗素子であって、電源が印加された後抵抗が急激に上昇することにより電流を抑制するＰＴＣサーミスタであることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路。
【請求項４】
前記主巻線の一端と前記補助巻線の一端とに運転用キャパシタ（Ｃｒ）が直列に接続され、相互に直列に接続された前記起動用キャパシタ（Ｃｓ）と前記ＰＴＣサーミスタとが前記運転用キャパシタ（Ｃｒ）と並列に接続されることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路。
【請求項５】
前記主巻線を第１主巻線と第２主巻線とに分割し、前記起動及び電流遮断手段により、起動時に高い起動電流を供給し、通常運転時に低い運転電流を供給することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路。
【請求項６】
前記起動及び電流遮断手段は、
前記第１主巻線と第２主巻線との接続点と電源部との間に接続されるＰＴＣサーミスタと、
前記第１主巻線と第２主巻線に直列に接続されるＮＴＣサーミスタと、
を包含して構成されることを特徴とする請求項５に記載のハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路。
【請求項７】
前記ＰＴＣサーミスタは、起動時にターンオン、通常運転時にターンオフし、前記ＮＴＣサーミスタは、起動時にターンオフ、通常運転時にターンオンすることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路。
【請求項８】
同期速度で回転するコップ状の回転マグネットロータと、該マグネットロータの内側に備えられた誘導機ロータと、主巻線と、補助巻線と、を包含して構成されるハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路であって、
通常運転時、低い運転電流をモータに供給する運転用キャパシタ（Ｃｒ）と、
該運転用キャパシタに並列に接続されて、モータ起動時、高い起動電流を前記モータに供給する起動用キャパシタ（Ｃｓ）と、
該起動用キャパシタに直列に接続されて、モータ起動時にターンオンし、通常運転時にターンオフするＰＴＣサーミスタと、
を包含して構成されることを特徴とするハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路。
【請求項９】
同期速度で回転するコップ状の回転マグネットロータと、該マグネットロータの内側に備えられた誘導機ロータと、主巻線と、補助巻線と、を包含して構成されるハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路であって、
前記主巻線を第１主巻線と第２主巻線とに分割し、モータ起動時にターンオンし、通常運転時にターンオフするＰＴＣサーミスタを前記第１主巻線と第２主巻線との接続点と電源部との間に接続し、モータ起動時にターンオフし、通常運転時にターンオンするＮＴＣサーミスタを前記第１主巻線と第２主巻線に直列に接続して構成されることを特徴とするハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路。
【請求項１０】
主磁場を形成する主巻線と、該主巻線と並列に接続され、該主巻線により発生した磁場に対し回転磁界を形成する補助巻線と、を備えたハイブリッドインダクションモータの起動改善方法であって、
単相常用電源が印加されると、ＰＴＣサーミスタをターンオンさせて、起動用キャパシタ（Ｃｓ）により高い起動電流をモータに供給する段階と、
前記起動用キャパシタ（Ｃｓ）により回転磁界を発生させてマグネットロータを起動し、該マグネットロータが同期速度で回転した後ケージロータを回転させる段階と、
所定時間経過後、前記ＰＴＣサーミスタをターンオフさせ、運転用キャパシタ（Ｃｒ）により低い運転電流をモータに供給して誘導機ロータを駆動する段階と、
を順次行うことを特徴とするハイブリッドインダクションモータの起動改善方法。
【請求項１１】
前記起動用キャパシタは、前記運転用キャパシタに並列に接続されて、起動時に高い起動電流をモータに供給することを特徴とする請求項１０に記載のハイブリッドインダクションモータの起動改善方法。
【請求項１２】
前記ＰＴＣサーミスタは、前記起動用キャパシタに直列に接続されて、起動時にターンオンし、通常運転時にターンオフする抵抗素子であって、電源が印加された後抵抗が急激に上昇することにより電流を抑制することを特徴とする請求項１０に記載のハイブリッドインダクションモータの起動改善方法。
【請求項１３】
前記主巻線の一端と前記補助巻線の一端とに運転用キャパシタ（Ｃｒ）が直列に接続され、相互に直列に接続された前記起動用キャパシタ（Ｃｓ）及び前記ＰＴＣサーミスタが前記運転用キャパシタ（Ｃｒ）と並列に接続されることを特徴とする請求項１０に記載のハイブリッドインダクションモータの起動改善方法。
【請求項１４】
主磁場を形成する主巻線と、該主巻線と並列に接続され、該主巻線により発生した磁場に対し回転磁界を形成する補助巻線と、を備えたハイブリッドインダクションモータの起動改善方法であって、
単相常用電源が印加されるとき、低い抵抗値を有するＰＴＣサーミスタをターンオンさせ、高い抵抗値を有するＮＴＣサーミスタをターンオフさせて、高い起動電流をモータに供給する段階と、
運転用キャパシタ（Ｃｒ）により回転磁界を発生させてマグネットロータを起動し、該マグネットロータが同期速度で回転した後ケージロータを回転させる段階と、
所定時間経過後、前記ＰＴＣサーミスタをターンオフさせ、前記ＮＴＣサーミスタをターンオンさせることにより、低い運転電流をモータに供給して誘導機ロータを運転する段階と、
を順次行うことを特徴とするハイブリッドインダクションモータの起動改善方法。
【請求項１５】
前記主巻線にタップを設けて、該主巻線を第１主巻線と第２主巻線とに分割することを特徴とする請求項１４に記載のハイブリッドインダクションモータの起動改善方法。
【請求項１６】
前記第１主巻線と第２主巻線との接続点と電源部との間に前記ＰＴＣサーミスタを接続することにより、前記ＰＴＣサーミスタが起動時にターンオンし、通常運転時にターンオフすることを特徴とする請求項１５に記載のハイブリッドインダクションモータの起動改善方法。
【請求項１７】
前記第１主巻線及び第２主巻線に直列に前記ＮＴＣサーミスタを接続することにより、前記ＮＴＣサーミスタが起動時にターンオフし、通常運転時にターンオンすることを特徴とする請求項１５に記載のハイブリッドインダクションモータの起動改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドインダクションモータに係るもので、詳しくは、起動時には、低電圧状態で出力を増加させて良好な起動特性を得るようにし、起動が終了して通常運転状態となったときは、出力を減少させて効率的な運転を行い得るハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ハイブリッドインダクションモータにおいては、正常トルクと逆トルクとが調和をなして実際の起動トルクは‘０’になるため、補助巻線を用いて、起動時には２相誘導電動機として起動させ、起動が終了すると補助巻線を主巻線から分離して単相誘導電動機として動作させる。
図５は、一般のハイブリッドインダクションモータの駆動回路を示した概略回路図で、図示のように、一般のハイブリッドインダクションモータの駆動回路は、常用電源に直列に接続された主巻線（Main coil）１に並列に補助巻線（Sub coil）２を接続し、これらの主巻線と補助巻線との間の回転磁界を生成するための運転用キャパシタ（Ｃｒ）３を付加して構成される。
【０００３】
このように構成されたハイブリッドインダクションモータの起動装置においては、初期起動時に、上記の運転用キャパシタの電源がオン状態を維持して補助巻線に電流が供給されるため、２相誘導電動機として動作して起動トルクを生成する。その後、誘導電動機が通常速度に達すると、運転用キャパシタ（Ｃｒ）３の電源がオフ状態となって補助巻線２に供給される電流が遮断され、主巻線１にのみ電流が供給されて単相誘導電動機が回転するようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
然るに、このような従来のハイブリッドインダクションモータにおいては、モータ起動時に必要な最低電圧が高くなるため、信頼性が低下するという不都合な点があった。
また、低電圧で起動するように設計すると、通常運転時に回転トルク及び消費電力が大きくなるため、運転効率が悪くなるという不都合な点があった。
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、起動時、必要な電圧を最小化すると共に高い起動電流を供給して安定に電動機を起動させ、起動が終了して通常運転状態となったときは適正電流以下の電流で運転することにより、電動機の起動効率を向上し得るハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的を達成するため、本発明に係るハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路は、主磁場を形成する主巻線と、この主巻線と並列に接続され、主巻線により発生した磁場に対し回転磁界を形成する補助巻線と、を備えたハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路であって、上記の主巻線と補助巻線との間に電気的に接続される運転用キャパシタ（Ｃｒ）と、この運転用キャパシタ（Ｃｒ）と電気的に接続されて、起動時に高い起動電流をモータに供給し、起動後同期速度に到達すると起動電流を抑制する起動及び電流遮断手段と、を包含して構成されることを特徴とする。
【０００６】
そして、本発明に係るハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動方法は、主磁場を形成する主巻線と、この主巻線と並列に接続され、主巻線により発生した磁場に対し回転磁界を形成する補助巻線と、を備えたハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動方法であって、単相常用電源が印加されると、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタをターンオンさせて、起動用キャパシタ（Ｃｓ）により高い起動電流をモータに供給する段階と、上記の起動用キャパシタ（Ｃｓ）により回転磁界を発生させてマグネットロータ（magnet rotor）を起動し、このマグネットロータが同期速度で回転した後ケージロータ（cage rotor）を回転させる段階と、所定時間経過後、上記のＰＴＣサーミスタをターンオフさせ、運転用キャパシタ（Ｃｒ）により低い運転電流をモータに供給して誘導機ロータ（induction rotor）を駆動する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動方法は、主磁場を形成する主巻線と、この主巻線と並列に接続され、主巻線により発生した磁場に対し回転磁界を形成する補助巻線と、を備えたハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動方法であって、単相常用電源が印加されるとき、低い抵抗値を有するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタをターンオンさせ、高い抵抗値を有するＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタをターンオフさせることにより、高い起動電流をモータに供給する段階と、運転用キャパシタ（Ｃｒ）により回転磁界を発生させてマグネットロータを起動し、このマグネットロータが同期速度で回転した後ケージロータを回転させる段階と、所定時間経過後、上記のＰＴＣサーミスタをターンオフさせ、上記のＮＴＣサーミスタをターンオンさせることによって、低い運転電流をモータに供給して誘導機ロータを運転する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上の構成により、本発明に係るハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路及びその方法においては、起動時、必要な電圧を最小化すると共に高い起動電流を供給して安定に電動機を起動させ、起動が終了して通常運転状態となったときは適正電流以下で運転させることにより、電動機の起動効率を向上させると共に、低電圧でも効率的に起動し得るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態として、初期起動時には、低電圧状態で出力を増加させて良好な起動特性を得ることができ、起動が終了して通常運転状態となったときは、出力を減少させて効率的な運転を行うための、本発明に係るハイブリッドインダクションモータの駆動回路及びその方法について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るハイブリッドインダクションモータの駆動回路の第１実施形態を示した概略回路図で、図示のように、本発明に係るハイブリッドインダクションモータの駆動回路は、第１実施形態においては、主磁場を形成する主巻線１０と、主巻線１０と並列に接続され、この主巻線により発生した磁場に対し回転磁界を形成する補助巻線２０とを備えたハイブリッドインダクションモータの駆動回路として、主巻線１０と補助巻線２０との間に電気的に接続される運転用キャパシタ（Ｃｒ）３０と、運転用キャパシタ（Ｃｒ）３０と電気的に接続されて、起動時に高い起動電流をモータに供給し、起動後同期速度に到達すると起動電流を抑制する起動及び電流遮断手段４０と、を包含して構成されている。モータのロータ（図示なし）としては、例えばコップ状のマグネットロータと、このマグネットロータの内側に備えられた誘導機ロータあるいはケージロータが備えられる。また、起動及び電流遮断手段４０は、運転用キャパシタ３０に並列に接続され、起動時に高い起動電流をモータに供給する起動用キャパシタ（Ｃｓ）４１と、起動用キャパシタ（Ｃｓ）４１に直列に接続されて、起動時にターンオンされ、通常運転時にターンオフされるスイッチ４２と、から構成される。ここで、上記のスイッチ４２は、抵抗素子であって、電源が印加された後抵抗が急激に上昇することにより電流を抑制するＰＴＣサーミスタ４２とすることができる。また、主巻線１０の一端と補助巻線２０の一端には、運転用キャパシタ（Ｃｒ）３０が直列に接続され、相互に直列に接続された起動用キャパシタ（Ｃｓ）４１及びＰＴＣサーミスタ４２は、運転用キャパシタ（Ｃｒ）３０と並列に接続されている。
【００１０】
以下、このように構成された本発明に係るハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路の動作について説明する。
まず、モータ起動時、単相交流電源が主巻線１０及び補助巻線２０を包含する単相固定子コイルに印加されると、補助巻線２０に直列に接続された運転用キャパシタ（Ｃｒ）３０、起動用キャパシタ（Ｃｓ）４１及びＰＴＣサーミスタ４２を通して起動電流が供給され、高い起動回転磁界及び誘導電流による起電力が発生して磁場が形成される。
従って、ロータは、コイルにより形成された磁場との相互作用により回転軸を中心に回転するようになり、このように回転してロータが同期速度近くに到達すると、電流遮断手段のＰＴＣサーミスタ４２は、自身の発熱により抵抗値が上昇し、電流値が相対的に低くなってオフすることにより、起動用キャパシタ（Ｃｓ）４１の電源が遮断される。その後、ロータは、運転用キャパシタ（Ｃｒ）３０、主巻線１０及び補助巻線２０による磁場と永久磁石の磁場との相互作用により同期速度で運転を行うことにより、高効率の運転を行うようになる。
【００１１】
図２は、本発明の第１実施形態によるハイブリッドインダクションモータの駆動方法を示したフローチャートで、図示のように、本発明の第１実施形態によるハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動方法においては、まず、単相常用電源が印加されると、最初低い抵抗値を有しているＰＴＣサーミスタ４２がターンオンして、起動用キャパシタ（Ｃｓ）４１により高い起動電流をモータに供給する段階（ＳＰ１１、ＳＰ１２）と、起動用キャパシタ（Ｃｓ）４１により回転磁界を発生させてマグネットロータを起動し、このマグネットロータが同期速度で回転した後ケージロータを駆動させる段階（ＳＰ１３）と、所定時間が経過すると（ＳＰ１４）、ＰＴＣサーミスタ４２自体の抵抗が大きくなることによりＰＴＣサーミスタ４２がターンオフし、運転用キャパシタ（Ｃｒ）３０により低い運転電流をモータに供給して誘導機ロータを駆動する段階（ＳＰ１５、ＳＰ１６）と、が順次行われる。
【００１２】
一方、本発明の第２実施形態として、後述する図３に示すように、主巻線５０にタップ（tap）を設けて、主巻線５０を第１主巻線５１と第２主巻線５２とに分割し、起動及び電流遮断手段８０により、起動時に高い起動電流を供給し、通常運転時に低い運転電流を供給するように構成することができる。
図３は、本発明に係るハイブリッドインダクションモータの駆動回路の第２実施形態を示した回路図で、図示のように、本発明に係るハイブリッドインダクションモータの駆動回路は、第２実施形態においては、主磁場を形成する第１及び第２主巻線５１，５２と、これらの第１及び第２主巻線５１，５２と並列に接続され、第１及び第２主巻線５１，５２により発生した磁場に対し回転磁界を形成する補助巻線６０と、第１及び第２主巻線５１，５２と補助巻線６０との間に電気的に接続される運転用キャパシタ（Ｃｒ）７０と、運転用キャパシタ（Ｃｒ）７０と電気的に接続されて、起動時に高い起動電流をモータに供給し、起動後同期速度に到達すると起動電流を抑制する起動及び電流遮断手段８０と、を包含して構成されている。また、起動及び電流遮断手段８０は、第１主巻線５１と第２主巻線５２との接続点と電源部との間に接続されて、起動時にターンオンし、通常運転時にターンオフするＰＴＣサーミスタ８２と、第１及び第２主巻線５１，５２に直列に接続されて、起動時はターンオフし、通常運転時にターンオンするＮＴＣサーミスタ８１と、を包含して構成されている。
【００１３】
以下、このように構成された本発明の第２実施形態に係るハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動回路の動作について説明する。
まず、ＰＴＣサーミスタ８２は、温度が上昇すると抵抗が増加し、ＮＴＣサーミスタ８１は、温度が上昇すると抵抗が減少する特性を有する。即ち、モータの初期起動時に、単相常用電源が前記モータに印加されると、最初ＰＴＣサーミスタ８２はターンオンしてオン状態となっているのに対し、ＮＴＣサーミスタ８１はターンオフしてオフ状態になっている。従って、初期起動時には、ＰＴＣサーミスタ８２に接続された第１主巻線５１と補助巻線６０のみにより回転磁界を発生させてマグネットロータを起動させ、マグネットロータが同期速度で回転した後ケージロータを回転させる。
その後、所定時間が経過すると、ＰＴＣサーミスタ８２は、自体の抵抗値が大きくなることによりターンオフし、ＮＴＣサーミスタ８１は、自体の抵抗値が小さくなることによりターンオンする。即ち、通常運転状態では、第１及び第２主巻線５１，５２に直列に接続されたＮＴＣサーミスタ８１がターンオンして通常電圧がモータに印加されるため、モータを効率的に運転し得る。
【００１４】
図４は、本発明の第２実施形態によるハイブリッドインダクションモータの駆動方法を示したフローチャートで、図示のように、本発明の第２実施形態によるハイブリッドインダクションモータの起動を改善するための駆動方法においては、単相常用電源が印加されると、最初低い抵抗値を有するＰＴＣサーミスタ８２がターンオンして、高い抵抗値を有するＮＴＣサーミスタ８１がターンオフすることにより、高い起動電流をモータに供給する段階（ＳＰ２１、ＳＰ２２）と、運転用キャパシタ（Ｃｒ）７０により回転磁界を発生させてマグネットロータを起動し、このマグネットロータが同期速度で回転した後ケージロータを回転させる段階（ＳＰ２３）と、所定時間経過後、ＰＴＣサーミスタ８２自体の抵抗が大きくなることによりＰＴＣサーミスタ８２がターンオフし、ＮＴＣサーミスタ８１自体の抵抗が低くなってターンオンするため、低い運転電流がモータに供給されて誘導機ロータを同期速度で運転する段階（ＳＰ２４〜ＳＰ２６）と、が順次行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るハイブリッドインダクションモータの駆動回路の第１実施形態を示した概略回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るハイブリッドインダクションモータの駆動方法のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明に係るハイブリッドインダクションモータの駆動回路の第２実施形態を示した回路図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るハイブリッドインダクションモータの駆動方法のフローチャートを示す図である。
【図５】一般のハイブリッドインダクションモータの駆動回路を示した概略回路図である。
【符号の説明】
【００１６】
１，１０，５０…主巻線
２，２０，６０…補助巻線
３０，７０…運転用キャパシタ（Ｃｒ）
４０，８０…起動及び電流遮断手段
４１…起動用キャパシタ（Ｃｓ）
４２，８２…ＰＴＣサーミスタ
８１…ＮＴＣサーミスタ
【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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