(57)【要約】【課題】簡単で安価な装置により単相二線式のインダクションモータの力率を改善する。【解決手段】単相二線式のインダクションモータの電圧線にパワートライアックを挿入し、ソフトウェアがインストールされたマイクロコントローラは、電圧及び電流を表す信号を制御し、電圧及び電流のゼロ通過点の位相差を測定し、そこから力率を算出し、モータに供給される電力をモータの有効負荷に自動的に適合させるように、電圧線に挿入されたパワートライアックをオンオフ制御する。【選択図】図１
2004511198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単層二線式電源に接続される接地線端子（１）及び電圧線端子（２）と、モータに接続される一対の出力端子（３、４）とを有する、インダクションモータの供給電力を制御するための装置（以下、単に電力制御装置という。）であって、
接地線端子（１）と出力端子の一方（３）とが導電線（５）により連結されており、
電圧線端子（２）と出力端子の他の一方（４）が、直列に結合された電圧導電線（６）、
トライアック（８）及び電圧導電線（７）から成る回路を介して連結されており、
前記電力制御装置に直流電圧を供給するための整流回路（１２）と、
電圧線端子（２）に供給される電圧を表わす信号を発生する差動増幅器（２７）を備えた回路（２６）と、
電圧線端子（２）における供給電圧のゼロ通過点を検出するトランジスタ回路（３３）と、
一方において電圧導電線（６）に接続され、他の一方において、整流回路（１２）と、差動増幅器（２７）を備えた回路（２６）と、トランジスタ回路（３３）とに接続された導電線（１０）と、
モータ内の電流を表わす信号を発生する回路と、
整流回路（１２）により駆動されるマイクロコントローラ（２２）であって、モータに供給される電力をモータの有効負荷に自動的に適合させるようにトライアック（８）を制御するため、少なくとも１つのソフトウェアがインストールされており、電圧と電流を表わす信号に基づき、電圧と電流のゼロ通過点の位相差を測定して力率を算出するマイクロコントローラ（２２）と、
を備えたことを特徴とする上記の電力制御装置。
【請求項２】
トライアック（８）が、マイクロコントローラ（２２）により制御される、光トライアック（４１）と発光ダイオード（４２）から成る回路によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
マイクロコントローラ（２２）にクロックパルスを与え、電圧と電流のゼロ通過点の位相差を測定するためのクロックパルス発振器（２５）が設けられていること、を特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
マイクロコントローラ（２２）に電力を供給するため、トランジスタ（２４）を備えた回路（２３）が設けられ、その回路（２３）には整流回路（１２）により電力が供給されていること、を特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、インダクションモータの力率を向上させるため用いる供給電力制御装置、特に、家庭用のインダクションモータに応用可能な供給電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータのトルクは、モータに加えられた電圧の２乗に比例する。全負荷より小さい電力を供給するモータは、公称電圧の一部を必要とするに過ぎない。
【０００３】
負荷されていないインダクションモータにおいて電流は大きい。何故ならば、モータを回転させるために、たとえアイドリング中でも、磁場の全エネルギーをモータが供給しなければならず、それによって全負荷の大部分を用いるためである。消費されたエネルギーはモータを加熱し、モータを振動させる。
【０００４】
モータ巻線の誘導抵抗のため、電流は電圧より遅れる。力率は遅れ角のコサイン（ｃｏｓ）である。電気ラジエータのような抵抗負荷は、１．０の力率を有する。
全負荷で働くモータの力率は、１．０に非常に近いが、アイドリング中の同じモータの力率は０．１程度と低い。モータが消費する実際の電力は下記の乗積、即ち、
電圧×電流×力率
である。
【０００５】
アイドリング中又は低負荷運転中のモータは力率が低い。負荷が増加すると力率もまた増大する。単相モータの全負荷における力率は、通常０．６５であるが、これは効率的であるとは言えない。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、インダクションモータの供給電力を制御する装置を提供することであり、この装置はモータにかかる負荷に供給電力を自動的に適合させることを保証する。
【０００７】
本発明のもう１つの目的は、インダクションモータの供給電力を制御するための装置であって、モータの電力供給ラインに挿入され、外部エネルギー源や供給変圧器を必要としない装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、
単層二線式電源に接続される接地線端子（１）及び電圧線端子（２）と、モータに接続される一対の出力端子（３、４）とを有する、インダクションモータの供給電力を制御するための装置（以下、単に電力制御装置という。）であって、
接地線端（１）と出力端子の一方（３）とが導電線（５）により連結されており、
電圧線端子（２）と出力端子の他の一方（４）が、直列に結合された電圧導電線（６）、
トライアック（８）及び電圧導電線（７）から成る回路を介して連結されており、
前記電力制御装置に直流電圧を供給するための整流回路（１２）と、
電圧線端子（２）に供給される電圧を表わす信号を発生する差動増幅器（２７）を備えた回路（２６）と、
電圧線端子（２）における供給電圧のゼロ通過点を検出するトランジスタ回路（３３）と、
一方において電圧導電線（６）に接続され、他の一方において、整流回路（１２）と、差動増幅器（２７）を備えた回路（２６）と、トランジスタ回路（３３）とに接続された導電線（１０）と、
モータ内の電流を表わす信号を発生する回路と、
整流回路（１２）により駆動されるマイクロコントローラ（２２）であって、電圧と電流を表わす信号に基づき、電圧と電流のゼロ通過点の位相差を測定して力率を算出するマイクロコントローラ（２２）と、
モータに供給される電力をモータの有効負荷に自動的に適合させるようにトライアック（８）を制御するため、マイクロコントローラ（２２）にインストールされた少なくとも１つのソフトウェアと、
を備えたことを特徴とする上記の電力制御装置によって達成される。
【０００９】
本発明の好ましい実施例によれば、電圧線に直列に挿入されたトライアックが、光トライアックと発光ダイオードから成る回路を介してマイクロコントローラにより制御され、
マイクロコントローラにタイミングパルスを与え、電圧と電流のゼロ通過点の位相差を測定するためクロックパルス発振器が設けられており、
マイクロコントローラに作動電力を与えるため、整流回路により電力が供給されるトランジスタ回路が設けられている。
【００１０】
本発明の他の特徴は添付図面を参照して以下に説明する単相インダクションモータの電力供給制御装置の一実施態様を示す回路図から明らかになるであろう。
【００１１】
図１において、端子１及び２は、単相電流供給線の受電端子であり、端子１は接地線に対応して設けられる接地線端子、端子２は電圧線に対応して設けられる電圧線端子である。端子３及び４は、単相モータへ接続される出力端子である。受電端子１及び２と、出力端子３及び４との間に本発明に係る供給電力制御装置が設けられる。
【００１２】
端子１と端子３は導電線５により結合され。端子２と端子４とを結ぶ電圧導電線にはトライアック８が挿入されており、これにより導電線は分離された２つの部分、即ち、電圧導電線６と７に分離されている。
【００１３】
導電線１０は、一方において、制御装置の電気部品を保護するため挿入される衝撃保護コイル９を介して導電線５に接続され、他方において、コンデンサ１１を介して電圧導電線６に接続されている。
【００１４】
導電線１０は、整流回路１２に電力を供給し、整流回路１２はその出力側で制御装置の作動に必要な直流電圧Ｖｃｃを導電線１３に供給する。整流回路１２は、導電線１３に直列に結合されたコンデンサ１４、ダイオード１５及び抵抗１６、並びに、制御装置のコモンターミナルと導電線１３の間に並列に挿入されたダイオード１７及びコンデンサ１８、ツェナーダイオード１９及び２つのコンデンサ２０、２１とから構成されている。ダイオード１５と１７は、電圧線からの電圧の整流を保証する。
【００１５】
コンデンサ１８と抵抗１６は、整流された電圧の平準化により電圧を安定化し、ツェナーダイオード１９は、整流された電圧の最大値を限定する。コンデンサ２０、２１は、整流された電圧のノイズを除去する。
【００１６】
導電線１３は、ソフトウェアが記録された８ビットのマイクロコントローラ２２と、本質的にマイクロコントローラ２２に作動電力を与えるべく点弧されたトランジスタ２４から成る回路２３とに、直流電圧Ｖｃｃを与える。
クロックパルス発振器２５は、マイクロコントローラ２２にクロックパルスを供給する。
【００１７】
導電線１０は、更に、本質的に差動増幅器２７から成る回路２６に電圧を供給し、回路２６のコンデンサ２８はノイズに対する感度を調節する。差動増幅器２７は、導電線２９を介して、入力端子に供給される電圧を表わす信号をマイクロコントローラ２２に与える。
【００１８】
導電線１３は、良好な作動状態を表示する発光ダイオード３０に電圧を与える。ダイオード３０は、抵抗３１を介してマイクロコントローラ２２に連結される。
【００１９】
最後に、導電線１３は、抵抗３２を介して、トランジスタ３３に電圧を供給し、そのトランジスタ３３のベースが抵抗３４を介して導電線１０及びコンデンサ１１に連結されている。トランジスタ３３のエミッタはコモンターミナルに接続され、ダイオード３５を介してトランジスタ３３のベース及び抵抗３４に連結されている。トランジスタ３３は、入力端子２で得られる供給電圧のゼロ通過点を検出することができる。マイクロコントローラ２２は、コモンポートにおいて抵抗３２及びトランジスタ３３に連結され、供給電圧のゼロ通過点を制御する。
【００２０】
出力端子４に連結された電圧線７と、導電線１３との間に抵抗ブリッジ３６、３７が挿入され、その中立点が導電線４４によりマイクロコントローラ２２に連結され、モータ内を流れる電流を表わす信号をマイクロコントローラ２２に与えるようになっている。
【００２１】
モータに接続された導電線７は、抵抗３８を介して、差動増幅器２７の第二入力ポートにも連結され、抵抗３９、４０を介して光トライアック４１に連結され、この光トライアック４１は、電圧線に挿入されたパワートライアック８を制御する。抵抗３９、４０の結合点はコンデンサ４５を介してコモンターミナルに接続されている。
【００２２】
光トライアック４１は、抵抗４３を介してマイクロコントローラ２２により駆動される発光ダイオード４２により制御される。
【００２３】
マイクロコントローラ２２は、差動増幅器２７と、トランジスタ回路３３により検出された電圧のゼロ通過点と、トライアック８の信号により検出される電流のゼロ通過点徒により、モータへの供給電圧を制御する。クロックパルス発振器２５は、電圧と電流のゼロ通過点間の時間間隔を測定する。マイクロコントローラ２２にインストールされたソフトウェアは、前記時間間隔からモータの力率の変化を算出し、各電圧供給サイクルにおいて、モータへの供給電力をモータの有効負荷に自動的に適合させるように、発光ダイオードの発光を制御する。モータに掛かる負荷が小さいときは、モータの電流を減少させることにより、モータに供給される電力を減じることができる。このことは、モータに供給される平均電圧を低下させることにより、即ち電圧サイクル中に発光ダイオードの発光を妨げることにより実行することができる。かくして、電圧の平均値が減少する。
【００２４】
若しもモータの負荷が増大するとき電圧が増加しないならば、モータの内部リアクタンスが減少し、巻線に余りにも大きすぎる電流が流れ、巻線が過熱して損傷することがある。マイクロコントローラは、モータの負荷に合わせて電圧を制御し、光ダイオードの８マイクロ秒より短い発光の間に、即ちモータが損傷する恐れのあるかなり前に所要の制御を行う。
【００２５】
家庭用の単相モータにあっては、モータの運転コストは制御装置の使用により減少し、その経済効果は、ある場合には５８％に達することがある。更に、本装置は、モータがよりフレキシブルに、より少ない振動で回転することを可能とする。
【００２６】
本発明に係る制御装置は、公称電力が１１０Ｖで１乃至１．５ＫＷから２２０Ｖで３ＫＷ程度のいかなる家庭用単相モータに対しても適用可能である。
【００２７】
本制御装置のマイクロプロセッサは、力率に対する電圧及び電流のゼロ通過点間の時間を測定することにより、モータに掛かる負荷を計算する。
【００２８】
負荷が小さいとき、マイクロコントローラはエネルギーを節約するために、正確に適切なときに発光ダイオードを発光させる。電圧とそのゼロ通過点は、各サイクルにおいて、マイクロコントローラのプログラムの関数として制御される。電力は、負荷及びモータのタイプにもよるが６０％まで節約することができる。作動温度は２４ケルビンまで低下させることができる。
【００２９】
本発明に係る制御装置付きモータは、使用中電流の消費が少なく、その力率は、制御と人工知能装置の故に改善される。それは、仕事をするときのかなり前に十分な電力を保証するため、モータの所要電力を予測する。
【００３０】
本制御装置は、マイクロコントローラ内にインストールされた特殊な計算プログラムを用いる。このマイクロコントローラは、できるだけ１に近くなるように力率を改善し、制御する。
【００３１】
電流の消費を節約するために、制御装置のプログラムは、設備の必要に応じて、必要とされ、又は必要とされない正確な瞬間に、電流をオンオフする。
【００３２】
モータにより発生された反電動力は、その必要性を管理するとき制御装置を助けるためのインジケータとして用いられる。
【００３３】
この反電動力は、モータのための磁場を発生し、トライアックが開かれているとき、モータの作動を維持するのを助ける。
〔図面の簡単な説明〕
【図１】本発明に係る制御装置の構成を単純化して示す回路図である。
【符号の説明】
１　　接地線端子
２　　電圧線端子
３、４　　モータへの出力端子
５　　導電線
６、７　　電圧導電線
８　　トライアック
９　　コイル
１０　　導電線
１１　　コンデンサ
１２　　整流回路
１３　　導電線
１４　　コンデンサ
１５　　ダイオード
１６　　抵抗
１７　　ダイオード
１８　　コンデンサ
１９　　ツェナーダイオード
２０、２１　　　　コンデンサ
２２　　マイクロコントローラ
２３　　トランジスタを備えた回路
２４　　トランジスタ
２５　　クロックパルス発振器
２６　　差動増幅器を備えた回路
２７　　差動増幅器
２８　　コンデンサ
２９　　導電線
３０　　発光ダイオード
３１、３２　　　　抵抗
３３　　トランジスタ回路
３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０　　　　抵抗
４１　　光トライアック
４２　　発光ダイオード
４３　　抵抗
４４　　導電線
４５　　コンデンサ
【国際公開パンフレット】
2004511198.tif 000003
2004511198.tif 000004
2004511198.tif 000005
2004511198.tif 000006
2004511198.tif 000007
2004511198.tif 000008
2004511198.tif 000009
2004511198.tif 000010
2004511198.tif 000011
2004511198.tif 000012
2004511198.tif 000013
2004511198.tif 000014
【国際調査報告】
2004511198.tif 000015
2004511198.tif 000016
2004511198.tif 000017
2004511198.tif 000018
2004511198.tif 000019
2004511198.tif 000020