(57)【要約】本発明は、主モータ巻線（１）の電圧を測定し、この電圧がゼロ「クロス」する時の電磁波サイクルにおけるポイントを検出するため回路および方法。この方法および回路は、同様に、補助モータ巻線（２）の電圧を測定する。主巻線（１）および補助巻線（２）で測定された電圧は、補助巻線を始動または再始動させる手段としての回路（１３）により比較される。同様に、この回路および方法は、補助巻線の電流がゼロクロスする電磁波サイクルにおけるポイントを検出し、これらのゼロクロスポイントの位相を、主電圧がゼロクロスしたときに生成されたウィンドウパルス（１１）と比較する。ゼロ電流クロスポイントがウィンドウパルス内に入るとき、これは補助巻線（２）が適当な動作速度に達し、補助巻線（２）が始動回路により切断されることを意味する。主モータ巻線（１）の負荷が増大して、モータのロータ回転速度が所定の閾値速度より下がると、補助巻線（２）が再び回路にスイッチオンされ、主モータ巻線（１）の速度を押し上げる。
2006504379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ電源に接続可能な主巻線および補助巻線を有し、補助巻線をＡＣ電源から切断するためのスイッチを有するＡＣモータにおける該スイッチの改善された制御回路であって、
ＡＣ主巻線電圧の振幅を検出するための主電圧検出手段と、
主巻線電圧の極性が瞬時に反転するポイントを検出するための主電圧ゼロクロス検出手段と、
主巻線電圧の極性が反転するポイントにおいてパルスを生成するためのウィンドウパルス生成手段と、
ＡＣ補助巻線電圧の振幅を検出するための補助電圧検出手段と、
主巻線および補助巻線の間の電圧振幅の差を検出するための電圧比較手段と、
補助電流が方向を変えるポイントを検出するための補助電流ゼロクロス検出手段と、
主電圧ゼロクロスポイントと補助電流ゼロクロスポイントの間の位相差を検出するための位相比較手段とを備え、
位相比較手段は、補助巻線電流ゼロクロスの位相差がモータ速度の関数である主電圧パルス内に入るとき、補助巻線を切断することを特徴とする制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の制御回路であって、
電圧比較手段は、補助巻線の電圧振幅がモータ負荷およびモータ速度の関数である主巻線の電圧振幅に対して所定の値より低くなったとき、補助巻線を接続または再接続するように作動することを特徴とする制御回路。
【請求項３】
請求項２に記載の制御回路であって、
電圧比較手段は、第１のロジックパルスを生成するためのパルス波形生成手段を有し、
位相比較手段は、第２のロジックパルスを生成するためのパルス波形生成手段を有することを特徴とする制御回路。
【請求項４】
請求項３に記載の制御回路であって、
ロジックコントローラが第１および第２のロジックパルスを用いて、スイッチをオン・オフ制御することを特徴とする制御回路。
【請求項５】
請求項４に記載の制御回路であって、
前記スイッチは、負の電圧値により起動されたトライアックデバイスを有することを特徴とする制御回路。
【請求項６】
ＡＣ電源に接続可能な主巻線および補助巻線を有し、補助巻線をＡＣ電源から切断するためのスイッチを有するＡＣモータにおけるスイッチを制御するための改善された方法であって、
ＡＣ主巻線電圧の振幅を検出するステップと、
主巻線電圧の極性が瞬時に反転するポイントを検出するステップと、
主巻線電圧の極性が反転するポイントにおいてパルスを生成するステップと、
ＡＣ補助巻線電圧の振幅を検出するステップと、
主巻線および補助巻線の間の電圧振幅の差を検出するステップと、
補助電流が方向を変えるポイントを検出するステップと、
主電圧ゼロクロスポイントと補助電流ゼロクロスポイントの間の位相差を検出するステップとを有し
補助巻線電流ゼロクロスの位相差がモータ速度の関数である主電圧パルス内に入るとき、位相差が操作して、補助巻線を切断することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
補助巻線の電圧振幅がモータ負荷およびモータ速度の関数である主巻線の電圧振幅に対して所定の値より低くなったとき、補助巻線を接続または再接続するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
電圧比較の結果として、第１のロジックパルスを生成するステップと、
位相比較の結果として、第２のロジックパルスを生成するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
ロジックコントローラが第１および第２のロジックパルスを用いて、スイッチをオン・オフ制御することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
負の電圧値により起動されたスイッチとしてのトライアックデバイスを設けるステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
ＡＣ電源に接続可能な主巻線および補助巻線を有し、補助巻線をＡＣ電源から切断するためのスイッチを有するＡＣモータにおける該スイッチの改善された制御回路であって、
ＡＣ主巻線電圧の振幅を検出するための主電圧検出手段と、
主巻線電流位相検出の位相比較のための基準値を提供する主電圧検出手段と、
ＡＣ補助巻線電圧の振幅を検出するための補助電圧検出手段と、
主巻線および補助巻線の間の電圧振幅の差を検出するための電圧比較手段と、
主巻線位相差を測定するための補助電流位相検出手段と、
主電圧と主巻線電流の間の位相差を検出するための位相比較手段とを備え、
位相比較手段は、主巻線の位相差がモータ速度の関数である主電圧に関して所定の位相値内に入るとき、補助巻線を切断することを特徴とする制御回路。
【請求項１２】
請求項１１に記載の制御回路であって、
電圧比較手段は、補助巻線の電圧振幅がモータ負荷の関数である主巻線の電圧振幅に対して所定の値より低くなったとき、補助巻線を接続または再接続するように作動することを特徴とする制御回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載の制御回路であって、
電圧比較手段は、第１のロジックパルスを生成するためのパルス波形生成手段を有し、
位相比較手段は、第２のロジックパルスを生成するためのパルス波形生成手段を有することを特徴とする制御回路。
【請求項１４】
請求項１３に記載の制御回路であって、
ロジックコントローラが第１および第２のロジックパルスを用いて、スイッチをオン・オフ制御することを特徴とする制御回路。
【請求項１５】
請求項１４に記載の制御回路であって、
スイッチは、トライアックを有することを特徴とする制御回路。
【請求項１６】
ＡＣ電源に接続可能な主巻線および補助巻線を有し、補助巻線をＡＣ電源から切断するためのスイッチを有するＡＣモータにおけるスイッチを制御するための改善された方法であって、
ＡＣ主巻線電圧の振幅を検出するステップと、
主巻線電圧の極性が瞬時に反転するポイントを検出するステップと、
主巻線電圧の極性が反転するポイントにおいてパルスを生成するステップと、
ＡＣ補助巻線電圧の振幅を検出するステップと、
主巻線および補助巻線の間の電圧振幅の差を検出するステップと、
補助電流が方向を変えるポイントを検出するステップと、
主電圧ゼロクロスポイントと主電流ゼロクロスポイントの間の位相差を検出するステップとを有し、
主巻線電流ゼロクロスの位相差がモータ速度の関数である主電圧パルス内に入るとき、位相差が操作して、補助巻線を切断することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
補助巻線の電圧振幅がモータ負荷およびモータ速度の関数である主巻線の電圧振幅に対して所定の値より低くなったとき、補助巻線を接続または再接続するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
電圧比較の結果として、第１のロジックパルスを生成するステップと、
位相比較の結果として、第２のロジックパルスを生成するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項８に記載の方法であって、
ロジックコントローラが第１および第２のロジックパルスを用いて、スイッチをオン・オフ制御することを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項９に記載の方法であって、
負の電圧値により起動されたスイッチとしてのトライアックデバイスを設けるステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２１】
ＡＣ電源に接続可能な主巻線および補助巻線を有し、補助巻線をＡＣ電源から切断するためのスイッチを有するＡＣモータにおける該スイッチの改善された制御回路であって、
ＡＣ主巻線電圧の振幅を検出するための主電圧検出手段と、
補助電流位相検出の位相比較のための基準値を提供する主電流位相検出手段と、
ＡＣ補助巻線電圧の振幅を検出するための補助電圧検出手段と、
主巻線および補助巻線の間の電圧振幅の差を検出するための電圧比較手段と、
補助巻線位相差を測定するための補助電流位相検出手段と、
主電流と補助電流の間の位相差を検出するための位相比較手段と、
補助巻線位相差を測定するための補助電流位相検出手段と、
主電流と補助電流の位相差を検出するための位相比較手段とを備え、
位相比較手段は、補助巻線電流の位相差がモータ速度の関数である主巻線電流に関して所定の位相値内に入るとき、補助巻線を切断することを特徴とする制御回路。
【請求項２２】
請求項２１に記載の制御回路であって、
電圧比較手段は、補助巻線の電圧振幅がモータ負荷の関数である主巻線の電圧振幅に対して所定の値より低くなったとき、補助巻線を接続または再接続するように作動することを特徴とする制御回路。
【請求項２３】
請求項２２に記載の制御回路であって、
電圧比較手段は、第１のロジックパルスを生成するためのパルス波形生成手段を有し、
位相比較手段は、第２のロジックパルスを生成するためのパルス波形生成手段を有することを特徴とする制御回路。
【請求項２４】
請求項２３に記載の制御回路であって、
ロジックコントローラが第１および第２のロジックパルスを用いて、スイッチをオン・オフ制御することを特徴とする制御回路。
【請求項２５】
請求項２４に記載の制御回路であって、
スイッチは、トライアックを有することを特徴とする制御回路。
【請求項２６】
ＡＣ電源に接続可能な主巻線および補助巻線を有し、補助巻線をＡＣ電源から切断するためのスイッチを有するＡＣモータにおける該スイッチの改善された制御方法であって、
ＡＣ主巻線電圧の振幅を検出するステップと、
主巻線電圧の極性が瞬時に反転するポイントを検出するステップと、
主巻線電圧の極性が反転するポイントにおいてパルスを生成するステップと、
ＡＣ補助巻線電圧の振幅を検出するステップと、
主巻線および補助巻線の間の電圧振幅の差を検出するステップと、
補助電流が方向を変えるポイントを検出するステップと、
補助電流が向きを変えるポイントを検出するステップと、
主電流ゼロクロスポイントと補助電流ゼロクロスポイントの間の位相差を検出するステップとを有し、
補助電流ゼロクロスポイント位相差が
モータ速度の関数である主電流ゼロクロスポイントに関して所定の位相値内に入るとき、位相差が補助巻線を切断する用に作動することを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、
補助巻線の電圧振幅がモータ速度の関数である主巻線の電圧振幅に対して所定の値より低くなったとき、補助巻線を接続または再接続するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法であって、
電圧比較の結果として、第１のロジックパルスを生成するステップと、
位相比較の結果として、第２のロジックパルスを生成するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、
ロジックコントローラが第１および第２のロジックパルスを用いて、スイッチをオン・オフ制御することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法であって、
負の電圧値により起動されたスイッチとしてのトライアックデバイスを設けるステップを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、交流電流（ＡＣ）モータと、ＡＣモータとともに利用される切断スイッチおよび回路に関する。とりわけ本発明は、ＡＣモータの始動巻線または補助巻線を用いた回路および方法に関する。このとき、モータが停止状態から始動したとき、補助巻線に電圧印加され、その後、所定のモータ速度で切断される。本発明は、分相モータおよびコンデンサ始動モータの両方で用いられる回路および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単相ＡＣモータは、先ず一方向へ引っ張った後、磁場の極性が変わると他方へ引っ張る交流磁場を形成する。これは単相ＡＣモータが単一の交流電流源により駆動されるためである。さまざまな種類の単相ＡＣモータの主な差異は、どのようにしてモータを特定の方向に始動させるかという点にある。通常、モータシャフトまたはロータ（回転子）の一方側に位相シフトさせた磁場をかけるデバイスまたは回路を用いて、モータを始動させる。
【０００３】
分相モータは、モータステータ（固定子）に巻かれた２種類の独立した巻線を設けることにより始動機能を実現する。２種類の巻線は独立しており、一方の巻線が始動のためだけに用いられる。始動巻線、すなわち補助巻線は、主巻線に比して電気抵抗がより高く、より小さいサイズのワイヤを用いて形成される。モータが始動するとき、両方の巻線に電圧が印加される。始動巻線により回転磁場が形成される。この回転磁場によりモータが始動する。モータが所定の速度に達した時、遠心力スイッチにより始動巻線が切断される。
【０００４】
コンデンサ始動モータの巻線および遠心力スイッチの構成は、分相モータに用いられる構成と同様のものである。コンデンサ始動モータにおいて、始動巻線と直列に接続されたコンデンサを用いて、位相差および回転磁場を形成する。同様に、所定の回転速度に近づいたとき、始動スイッチが開き、始動巻線を不通とし、モータが回転し続ける。このタイプのモータを用いた始動回路の１つが米国特許第４，６２２，５０６号に開示されている。本発明の方法および装置は、この始動回路の改良である。
【０００５】
電気技術分野において、さまざまなタイプのスイッチおよびその制御が広く知られている。先に示唆したように、これは、機械的スイッチ、およびモータのロータに取り付けられた遠心力アクチュエータを含む。遠心力タイプの機械的スイッチは、なかでも短寿命、疲労、摩擦、振動、実装位置、および接触摩耗などの問題を有する。また、遠心力スイッチは、モータ中を流れる軸方向の空気の流れをブロックする半径方向の部材を有し、冷却を阻害する。また、この半径方向の部材のため、モータハウジング内における追加的な余地を設けることが必要で、さまざまな用途において好ましいものではない。
【０００６】
別の既知の始動巻線切断システムにおいて、ホール効果センサまたはピックアップコイルを用いて、モータの速度を検出し、切断スイッチを駆動する。モータシャフト上の磁石や、速度を検出するためのピックアップ巻線などの余分な部材を追加する必要があるため、このアプローチは好ましくない。こうした余分な部品およびアセンブリは、コストの上でも好ましくない。
【０００７】
別の既知の切断システムでは、モータを最初に電圧を印加した後、タイマを走らせる。タイマの時間が過ぎると、切断スイッチが補助巻線を切断するように作動する。このアプローチは、負荷または速度を検出するものではなく、モータ速度および負荷によらず、所定時間後にのみ補助巻線を切断するものである。このアプローチは、モータの負荷が事前に知られており、遅延時間が設定されている場合の用途に限定される。モータにかかる負荷が増大すると、モータ速度は所与の切断時間で所望の閾値に達しない。一方、モータの負荷が減ると、モータはより速く加速し、所要時間より長い間、コンデンサの両端に最大電圧が印加され、モータおよび／またはコンデンサにダメージを与え得る。時間による切断システムにおいて、モータの負荷が小さい場合、コンデンサの焼損という重大な問題がある。
【０００８】
別の既知のアプローチによれば、主巻線に流れる電流を検出し、指定された条件でスイッチを切断する。これは、主巻線および始動巻線、すなわち補助巻線に直列に接続された電流センサを必要とし、余分な部品自体のコストと、回路を修正し、部品を回路内で直列に挿入する際の組み立てコストのため、多くの製造業者にとって好ましいものではない。さらに、始動後の動作モードにおいて電流がセンサ内に流れ続けることにより、余分なワット数と熱量が発生するため、このアプローチは好ましくない。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、とりわけ簡便で有効な補助巻線切断スイッチ用電気制御システムにおいて、上述の問題および他の問題に対処・解決するものである。本発明は、負荷および速度に応答し、ＡＣ線間電圧のふらつきに対して影響されない。本発明は、モータシャフト上、シャフト周辺、またはモータ回路に直列に設けられた余計な部品を必要としない。また、モータ部品または巻線の物理的修正を加える必要がない。
【００１０】
本発明は、主モータ巻線の電圧を測定し、この電圧がゼロ「クロス」する時の電磁波サイクルにおけるポイントを検出するための新規で有用な回路および方法を提供するものである。換言すると、主モータ巻線電圧が正から負へ、または負から正へ瞬間的に変わるポイントを検出する。この方法および回路は、補助モータ巻線の電圧をも測定する。主巻線および補助巻線で測定された電圧は、補助巻線を始動または再始動させる手段として、回路により比較される。同様に、この回路および方法は、補助巻線の電流がゼロクロスする
電磁波サイクルにおけるポイントを検出し、これらのゼロクロスポイントの位相を、主電圧がゼロクロスしたときに生成されたウィンドウパルスと比較する。ゼロ電流クロスポイントがウィンドウパルス内に入るとき、これは補助巻線が適当な動作速度に達し、補助巻線が始動回路により切断されることを意味する。主モータ巻線の負荷が増大して、モータのロータ回転速度が所定の閾値速度より下がると、補助巻線が再び回路にスイッチオンされ、主モータ巻線の速度を押し上げる。
【００１１】
先に説明したように、本発明は、米国特許第４，６２２，５０６号で開示され、クレームされた回路の改良を提供する。この実施形態の回路において、補助巻線の両端にかかる電圧を常に測定していた。本発明の回路においては、補助巻線のゼロクロスポイントを常に測定する。とりわけ、補助巻線のスイッチが閉じているとき、補助巻線の電圧は、モータの速度またはＲＰＭに関する情報を有していないので、これを測定しても意味がない。これが、この状態で補助電流を測定する理由である。スイッチが開いているとき、補助巻線に流れる電流はなく、利用可能な電流情報がない。これが、この状態で補助巻線電圧を、利用可能なＲＰＭ情報に基づいて測定する理由である。
【００１２】
当業者ならば、添付図面および以下の詳細な説明を参照すると、新規で有用な回路および方法の他の態様および利点が明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
全体を通して同様の部品に対して同様の符号で示す図面を詳細に参照すると、図１には、ＡＣ電源３にそれぞれ接続されたＡＣモータの主巻線１および補助巻線２が図示されている。モータが所与の閾値速度に達すると、補助巻線２に直列に接続されたスイッチ５が開いて、補助巻線２を電源３から切断する。同様に、電源供給されているとき、補助巻線に流れる電流を検出・測定するための電流検出手段６が設けられている。電流検出手段６が本発明の回路を提供し、この回路は補助巻線２のＡＣ電流正弦波がゼロポイントと「交差」するポイントを検出する機能を有する。これを補助巻線２の「電流ゼロクロス」という。その意義が、この詳細な説明において、以下より明らかとなるであろう。
【００１４】
図２は、一般に符号１０で示す制御回路を図示し、これは、主巻線１の両端の電圧振幅を検出するための主電圧検出手段７と、補助巻線２の両端の電圧振幅を検出するための補助電圧検出手段８とを有する。主電圧検出器７および補助電圧検出器８に応答可能な電圧比較手段１３が設けられ、主巻線電圧および補助巻線電圧の振幅の間の所与の関係に対して反応する。主巻線電圧のＡＣ正弦波電圧と、主巻線電圧がゼロクロスし、極性が変わるポイントとを検出する主電圧ゼロクロス手段９が設けられる。ウィンドウパルス手段１１は、主電圧ゼロクロス手段９に呼応し、ウィンドウパルスを生成する。生成されたウィンドウパルスの幅は、本発明を限定するものではない。上記と同様、補助巻線２に流れる電流を検出し、補助巻線電流が同様にゼロクロスし、電流方向を変えるポイントを検出する補助巻線電流ゼロクロス手段１２が設けられる。先に生成された主電圧ウィンドウパルスに対して、補助電流ゼロクロスポイントを検出する位相比較手段１４が設けられる。電圧比較手段１３はパルス波形１５を形成し、同様に、位相比較手段１４はパルス波形１６を形成する。ロジック手段１７は、パルス波形１５，１６に呼応して、スイッチ５を「オン」または「オフ」する。これは、例えばトライアックドライバ１８を用いて、補助巻線２をＡＣ電源３から切断または再接続することにより実現される。実際には、トライアックドライバ１８は、この詳細な説明で明らかとなるが、負の電圧をオンおよびオフに切り替えられる。
【００１５】
図３は、図２で概略的に示した回路を詳細に図示しており、分かりやすくするために、同様の参照符号が用いられている。図２に示す多様な機能に対応するさまざまな詳細な回路部が設けられている。例えば、図２の概略図の最終ロジック１７の部分は、図３に示すＮＡＮＤゲート８６に対応している。他の回路部品とともにゲート８６を用いて、トライアック９０を起動し、補助巻線２をオン・オフ駆動する。巻線９１，９２の対は、変圧巻線であって、補助巻線２のための電流検出手段を有効に構成する。
【００１６】
再び図３に戻ると、回路の電源部は、一対のツェナーダイオード７８，７９、抵抗４４，およびコンデンサ６７を含む他の構成部品に接続された一対のトランジスタ５５，５６を有する。主巻線１の両端の電圧は、抵抗４３、コンデンサ６９，およびダイオード７７の両端にかかる電圧と同じである。この回路の主電圧検出部７は、他の抵抗３６，３７，３８、コンデンサ６４、およびダイオード７３を有する。補助電圧検出部８は、抵抗３９，４０，４１，４２、コンデンサ６５、ダイオード７４、およびトランジスタ５３を有する。電圧比較手段１３は、コンパレータ８１を用いて実現される。実際には、コンパレータ８１は、クワッドコンパレータの１／４または他のコンパレータ８０，８２，８３にアクセスする他の集積回路である。この同じコンパレータ８１の入力ピン７は、補助巻線電圧８を検出する。このコンパレータ８１の出力ピン１は、抵抗４５およびＮＡＮＤゲート８５の入力ピン６に供給される。ゲート８５の入力ピン５の入力に依存するが、パルス波形１５がゲート８５の出力ピン４に生成される。この意味について、後に詳細に説明する。
【００１７】
この回路１０の主電圧ゼロクロス９および補助電流ゼロクロス１２を参照すると、主モータ巻線１の両端の電圧７は、図３に示す回路図の抵抗２０，２１の両端にかかる電圧と同じである。この回路の主電圧ゼロクロス部９には、２つのトランジスタ５０，５１、抵抗２２、およびコンデンサ６０が含まれている。この回路の遅延部が、抵抗２３，２４，２５，２６、ダイオード７０，トランジスタ５２，およびコンデンサ６１により構成されている。先に説明したように、別のコンパレータ８０が設けられ、その出力ピン２がこの回路のパルス波形生成部１１に供給される。この回路のパルス波形生成部１１は、抵抗２７，４６およびコンデンサ６８を有する。
【００１８】
この回路の補助巻線電流ゼロクロス部１２は、残りのコンパレータ８２，８３、数多くの抵抗２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５、一対のコンデンサ６２，６３、および一対のダイオード７１，７２を有する。図示したように、コンパレータ８２，８３の出力ピン１３，１４はそれぞれ、位相コンパレータゲート８４の一方の入力ピン２に接続されている。位相コンパレータゲート８４の出力ピン３は、抵抗４７、コンデンサ６６、およびダイオード４７を用いた回路の「停止」側のパルス１６を生成する。この出力は、最終ロジックゲート８６の入力ゲート８に接続される。このようにして、パルス波形１５，１６を用いて、所望のようにトライアックドライバ１８オン・オフスイッチする。このトライアックスイッチ回路は、抵抗４８，４９、およびロジックゲート８６の出力ピン１０におけるトランジスタ５７により構成されている。この構成を用いることにより、トライアックドライバ１８を負の電圧でオン・オフスイッチすることができる。図２を参照されたい。
【００１９】
線間電圧３を印加して、モータの初期始動が電圧比較手段１３を用いて行われる。電圧比較手段１３は、主巻線電圧より補助巻線電圧が低いことを検出して、ロジック１７を介してトライアックがオン駆動するよう起動する。オン駆動した直後から、位相比較手段１４は補助巻線２に電圧を印加し続ける。最初に補助巻線２に電圧印加した後、補助巻線２の電圧は、線間電圧源３の電圧となり、ロータを介した主巻線１からの誘導電圧によるモータ速度を表さないので、始動状態を維持するために、電圧比較手段１３を利用することはできない。巻線電流位相制御を用いた補助電圧印加の維持について、次のパラグラフで説明する。
【００２０】
図４を参照すると、本発明の回路における主電圧検出手段７が、最上部にあるグラフに示すような通常正弦波形を有する主巻線電圧の振幅をどのように捕まえるかを示している。その下方にあるグラフは、主巻線電圧のゼロクロスするポイントＶ１，Ｖ２，Ｖ３を示している。すなわち、これらのポイントで電圧の極性が瞬間的に逆転している。その次のグラフは、ゼロクロスポイントＶ１，Ｖ２，Ｖ３のそれぞれにおいて、ウィンドウパルス手段１１によりウィンドウパルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３が生成されていることを示している。モータ速度が上がる（増大する）につれ、補助巻線電流ゼロクロス手段１２は、補助巻線２に流れる電流と、補助巻線電流がゼロ点と交差するか、電流の向きが変わるポイントＩ１，Ｉ２，Ｉ３とを検出する。位相比較手段１４は、主電圧のウィンドウパルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３に対して、補助巻線電流のゼロクロスポイントＩ１，Ｉ２，Ｉ３を検出するように構成されている。例えば、補助巻線電流ゼロクロスポイントＩ３がウィンドウパルスＰ３の範囲内に入ると、位相比較器１４はパルス波形１６を生成し、ロジック制御部１７がパルス波形１６を受け、トライアックドライバ１８をオフスイッチする。負荷が大きく、モータ速度が下がると、補助巻線２は再度電圧印加する必要があり、電圧比較手段１３は、初期モータ始動状態と同様の再始動状態に活性化される。始動シーケンスは、補助巻線２に接続するように再活性される。このシーケンスは、主巻線電圧１に対して低い電圧補助巻線電圧２を検出することにより電圧比較１３を行うことである。最初にトライアック１８を起動する際に、この検出を用いる。その後、モータ速度が所望の巻線電圧印加停止速度に増大するまで、位相比較手段１４を用いて、補助巻線２に再度電圧を印加する。
【００２１】
ここで図１および図５を参照すると、アクセス可能なモータのＲＰＭ情報から得られる回路機能が図示されている。例えば、スイッチ５が開いているとき、補助電圧がＲＰＭ情報を提供し、補助電流は利用できない。すなわち、補助巻線電圧は、実際には、主巻線１の両端にかかる電圧およびモータのＲＰＭの関数である。補助巻線２の両端にかかる電圧は、モータのＲＰＭと直接的な関係を有する。スイッチ５が閉じると、補助電圧は線間電圧と同一となり、ＲＰＭ情報を含まなくなる。一方、補助電流のゼロクロスがＲＰＭ情報を含む。これは、スイッチ５のオン・オフ位置を示す最上部の図に図示されている。スイッチ５が最初に閉じられたとき、補助巻線が回路から切断され、スイッチ５が開くまで、モータ速度は増大する。この間、補助電流ゼロクロスが回路により特定される。スイッチ５が開くと、補助巻線２に流れる電流はなく、補助巻線２の両端にかかる電圧が主巻線１の両端にかかる電圧およびモータのＲＭＰの関数となる。モータ回転が継続するが、モータにかかる負荷によりＲＰＭが減少するとき、速度を回復させるべく、モータトルクを増大させるためにスイッチ５を再度閉じる必要がある。スイッチ５を閉じることにより、補助巻線１に電圧印加する必要がなくなるまでＲＰＭが増大するように、モータを「後押し」する。これは、モータの動作サイクル中ずっと続けられる。
【００２２】
したがって明らかなように、主モータ巻線の電圧を測定し、主巻線電圧がゼロクロスするときの電磁波サイクル中のポイントを検出するための新規で有用な回路および方法が提供された。同様に、この方法および回路は、補助モータ巻線の電圧を測定する。補助巻線を始動および再始動するために、主巻線および補助巻線で測定された電圧がこの回路により比較される。また、この回路および方法は、補助巻線の電流がゼロクロスする電磁場波形サイクル中のポイントを検出し、これらの電流ゼロクロスポイントと、主巻線電圧がゼロクロスするときに生成されたウィンドウパルスとを比較する。電流ゼロクロスポイントがウィンドウパルス内に入るとき、補助巻線は、適正な動作速度に達し、スイッチ回路により切断される。モータ上の負荷が増大して、モータ速度が所定レベル以下まで下がったとき、補助巻線は再びスイッチが入り、主モータ巻線の速度を押し上げる。
【００２３】
本発明の範囲は、主巻線および／または補助巻線電流のモータ速度に伴う電流位相変化に基づいて、補助巻線の電圧印加を切断することにある。補助巻線に電圧印加されると、主巻線および補助巻線の電流位相は、モータの始動時または減速時、モータ速度とともに変化する。開示された回路は、線間電圧位相に対する補助巻線の位相差に対して機能する。モータ速度の変化に伴う主巻線電流位相差は、補助電流で見出されたものとは反対の方向にある。ロジックおよび補助巻線から主巻線までの電流センサの回路位置における変化により、線間電圧に対する主巻線電流の位相差に基づき、補助巻線の電圧印加を切断する。さらに、２つの電流センサを用いて、主巻線に対する補助巻線の位相を比較することにより、不活性を活性化する。これまで詳細に説明した回路は、所望の制御を達成するためのコストを極力抑えた試みに基づいた実施形態である。この明細書および添付クレームの範囲は、ここに開示し図示した特定の実施形態に限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の好適な実施形態を用いた一般的な環境を概略的に示す。
【図２】本発明に係るモータ始動回路を示すブロック回路図である。
【図３】図２に示す回路装置の詳細回路図である。
【図４】図２および図３の回路装置の動作を示すタイミング図である。
【図５】ＲＰＭ情報に関連するときの図２および図３の回路装置の動作を示す別のタイミング図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  主巻線、２  補助巻線、３  ＡＣ電源、５  スイッチ、６  電流検出手段、７  主電圧検出手段、８  補助電圧検出手段、９  主電圧ゼロクロス手段、１０  制御回路、１１  ウィンドパルス生成部、１２  補助巻線電流ゼロクロス手段、１３  電圧比較手段、１４  位相比較手段、１６  パルス波形生成部、１７  ロジック手段、１８  トライアックドライバ。
【図１】
2006504379.tif 000003
【図２】
2006504379.tif 000004
【図３】
2006504379.tif 000005
【図４】
2006504379.tif 000006
【図５】
2006504379.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月27日(2005.9.27)
【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】
ＡＣ電源に接続可能な主巻線および補助巻線を有し、補助巻線をＡＣ電源から切断するためのスイッチを有するＡＣモータにおける該スイッチの改善された制御回路であって、
ＡＣ主巻線電圧の振幅を検出するための主電圧検出手段と、
主巻線電圧の極性が瞬時に反転するポイントを検出するための主電圧ゼロクロス検出手段と、
主巻線電圧の極性が反転するポイントにおいてパルスを生成するためのウィンドウパルス生成手段と、
ＡＣ補助巻線電圧の振幅を検出するための補助電圧検出手段と、
主巻線および補助巻線の間の電圧振幅の差を検出するための電圧比較手段と、
補助電流が方向を変えるポイントを検出するための補助電流ゼロクロス検出手段と、
主電圧ゼロクロスポイントと補助電流ゼロクロスポイントの間の位相差を検出するための位相比較手段とを備え、
位相比較手段は、補助巻線電流ゼロクロスの位相差がモータ速度の関数である主電圧パルス内に入るとき、補助巻線を切断することを特徴とする制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の制御回路であって、
電圧比較手段は、補助巻線の電圧振幅がモータ負荷およびモータ速度の関数である主巻線の電圧振幅に対して所定の値より低くなったとき、補助巻線を接続または再接続するように作動することを特徴とする制御回路。
【請求項３】
請求項２に記載の制御回路であって、
電圧比較手段は、第１のロジックパルスを生成するためのパルス波形生成手段を有し、
位相比較手段は、第２のロジックパルスを生成するためのパルス波形生成手段を有することを特徴とする制御回路。
【請求項４】
請求項３に記載の制御回路であって、
ロジックコントローラが第１および第２のロジックパルスを用いて、スイッチをオン・オフ制御することを特徴とする制御回路。
【請求項５】
請求項４に記載の制御回路であって、
前記スイッチは、負の電圧値により起動されたトライアックデバイスを有することを特徴とする制御回路。
【請求項６】
ＡＣ電源に接続可能な主巻線および補助巻線を有し、補助巻線をＡＣ電源から切断するためのスイッチを有するＡＣモータにおけるスイッチを制御するための改善された方法であって、
ＡＣ主巻線電圧の振幅を検出するステップと、
主巻線電圧の極性が瞬時に反転するポイントを検出するステップと、
主巻線電圧の極性が反転するポイントにおいてパルスを生成するステップと、
ＡＣ補助巻線電圧の振幅を検出するステップと、
主巻線および補助巻線の間の電圧振幅の差を検出するステップと、
補助電流が方向を変えるポイントを検出するステップと、
主電圧ゼロクロスポイントと補助電流ゼロクロスポイントの間の位相差を検出するステップとを有し
補助巻線電流ゼロクロスの位相差がモータ速度の関数である主電圧パルス内に入るとき、位相差が操作して、補助巻線を切断することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
補助巻線の電圧振幅がモータ負荷およびモータ速度の関数である主巻線の電圧振幅に対して所定の値より低くなったとき、補助巻線を接続または再接続するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
電圧比較の結果として、第１のロジックパルスを生成するステップと、
位相比較の結果として、第２のロジックパルスを生成するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
ロジックコントローラが第１および第２のロジックパルスを用いて、スイッチをオン・オフ制御することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
負の電圧値により起動されたスイッチとしてのトライアックデバイスを設けるステップを有することを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2006504379.tif 000008