(57)【要約】モータ及びそのコントローラは、可変速度アプリケーションのために特に適合化されている。モータの固定子は、その主巻線をトライアックによって制御される。トライアックは、低速では主巻線を直列で動作させ、高速では主巻線を並列で動作させるために設けられる。モータの滑らかな動作を助けるため、動作するトライアックのファイヤリング遅延は、直列巻線動作及び並列巻線動作の双方で制御される。規則的な正弦波成分を巻線電力へ常に寄与するため、補助巻線は、好ましくは制御されないままに残される。コントローラは、速度コマンドを受け取り、ファイヤリング遅延を計算し、複数の設定の１つでトライアック制御パルスを出力し、モータを選択速度へ設定する。このようにして、簡単で安価な連続可変速度モータが、良好なパフォーマンス特性とともに実現される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）固定子に取り囲まれて負荷に接続することのできる回転子を備え、
（ｂ）前記固定子は、スイッチング手段によって制御される複数の主巻線を有し、前記スイッチング手段は、前記主巻線を流れる電流を制御するように前記主巻線に接続され、
（ｃ）前記主巻線を流れる電流を制御する前記スイッチング手段は、前記主巻線を直列構成又は並列構成で運転するように構成され、
（ｄ）前記主巻線を流れる電流を制御する前記スイッチング手段の点弧率は、モータの速度及び主巻線の直列構成動作又は並列構成動作を決定するためコントローラによって可変に設定され、
（ｅ）前記コントローラは、モータ速度指令を前記コントローラへ入力する速度要求ユニットに接続され、
（ｆ）前記コントローラは、前記速度要求ユニットからのモータ速度指令に従って、前記主巻線の直列動作及び並列動作の双方で、前記スイッチング手段を流れる電流を制御するため前記スイッチング手段の点弧率を変化させて可変速度モータを実現する、
ことを特徴とする可変速度モータを動作させる装置。
【請求項２】
前記固定子の補助巻線は、前記主巻線と並列であって、切換えられていないライン電流を受取る、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記点弧率はルックアップテーブルによって決定される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記点弧率は前記コントローラ内の計算によって決定される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラはディジタルであって、点弧角が複数の選択肢を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラはディジタルであって、点弧率が２から１０２４までの選択肢を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
直列構成と並列構成との間の切換を行うとき、プログラムされたヒステリシスが存在する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
速度設定値を切換えるとき、スイッチオフとされるパワーサイクルが存在する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記コントローラは電圧ゼロクロス検出器を備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記負荷は送風機の羽根である、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記システムはＨＶＡＣユニットである、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記スイッチング手段はフェイルセーフ切換を提供するようにバイアスされる、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記スイッチング手段はトライアックである、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
速度測定フィードバックを前記コントローラへ提供するタコメータをさらに具備する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記モータは、その定格速度の半分を超えたとき直列動作で動作する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記モータをオフモードにするために前記補助巻線ラインに第４のトライアックをさらに具備する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも２セットの巻線が、選択された速度設定値における効率及び巻線の動作モードに好都合な比になるように選択された異なる巻数を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
（ａ）回転子、固定子、及び既知特性の負荷を用意し、
（ｂ）前記固定子のコイルを複数主巻線及び補助巻線として配置し、
（ｃ）第１及び第２の主巻線を電源に並列に配置し、各並列巻線パスは、互いに反対側でそれぞれ第１及び第２のスイッチング手段によって制御され、さらに前記並列巻線パスの間の直列パスに第３のスイッチング手段を用意し、
（ｄ）速度要求信号を受取って、その速度要求信号を速度設定番号に変換し、
（ｅ）前記速度設定番号に基づいて前記スイッチング手段のための少なくとも１つの動作パラメータをルックアップし、
（ｆ）前記主巻線を直列又は並列で動作させるため、前記第３のスイッチング手段が動作状態にあるとき、前記第１及び第２のスイッチング手段は動作状態になく、前記第１及び第２のスイッチング手段が動作状態にあるとき、前記第３のスイッチング手段は動作状態にないように、前記スイッチング手段を制御し、
（ｇ）前記スイッチング手段の動作を調整するため、前記スイッチング手段をコントローラに接続し、
（ｈ）前記コントローラの動作を決定するため、そのコントローラに速度要求信号を入力する、
ことを特徴とする誘導モータを動作させる方法。
【請求項１９】
前記スイッチング手段はトライアックであり、前記動作パラメータは、トライアックまたはトライアックが動作状態にあるかどうかを決定し、かつ各動作トライアックの点弧角を決定することを含む、
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のスイッチング手段の動作から前記第２及び第３のスイッチング手段の動作へと切換えるとき、スイッチング手段の動作遅延をプログラムすることを含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
（ａ）回転子及び固定子を用意し、
（ｂ）前記固定子のコイルを複数主巻線及び補助巻線として配置し、
（ｃ）第１及び第２の主巻線を電源に並列に配置し、各並列巻線パスは、互いに反対側でそれぞれ第１及び第２のスイッチング手段によって制御され、さらに前記並列巻線パスの間の直列パスに第３のスイッチング手段を用意し、
（ｄ）前記スイッチング手段を動作させるコントローラを用意し、
（ｅ）前記コントローラで速度指令を受取り、
（ｆ）前記速度指令を速度設定レベル番号に変換し、
（ｇ）現在のモータ速度設定値が変化したかどうかを決定し、
（ｈ）現在のモータ速度設定値が変化しているとき、どのスイッチング手段を点弧するか、及びその点弧角を含めて、前記スイッチング手段の動作パラメータをルックアップし、
（ｉ）前記動作パラメータに従って前記スイッチング手段を動作させる
ことを含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
（ａ）前記速度設定レベル番号が現在のモータ速度設定値と等しいか、それよりも大きいか、又は小さいかを決定し、
（ｂ）もし前記速度設定レベル番号が現在のモータ速度設定よりも大きければ、現在のモータ速度設定値を増加し、
（ｃ）もし前記速度設定レベル番号が現在のモータ速度設定値よりも小さければ、現在のモータ速度設定速度を減少させ、
（ｄ）もし前記速度設定レベル番号が現在のモータ速度設定値と等しければ、現在のモータ速度設定値に関して何の作用も加えない
ことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記モータに既知特性の負荷を提供する
ことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
＜発明の背景＞
（発明の属する技術分野）
本発明は、広くは電気モータに関する。より具体的には、本発明は、或る範囲の可変速度を要求するモータ応用装置で使用される誘導モータ（誘導電動機）に関する。
【０００２】
（関連技術の検討）
モータの多くの応用装置は、モータの既知の負荷と共に可変速度を要求する。例えば、家庭の暖房、換気、及び空気調和（ＨＶＡＣ）システムにおける送風モータは、典型的には、既知の負荷である送風ユニット又は送風羽根を駆動し、毎分の回転数すなわち回転速度を規則的に変化させる分数馬力モータである。
【０００３】
安価な誘導モータは、多くの応用装置で好んで使用される。これらのモータは、可変速度の使用のために特に最適化されているわけではない。むしろ、それらのモータは、１つの最良の速度でのみ効率的に動作するように設計され、設計された速度以外の他の速度で動作させようとすると非効率になる。しかし、多くのシステム、例えば前記のＨＶＡＣ応用装置は、利用できるモータ速度の範囲が広ければ多くの利益を得ることになる。
【０００４】
従来の技術では、１つの誘導モータで得られる可変速度の範囲は、モータ巻線への入力の周波数及び電圧を変化させる高価なコントローラを使用するか、マルチタップモータを使用してタップの間を機械的に切換え、或る数の固定選択可能速度を実現することによって得られていた。
【０００５】
このような高価なコントローラが必要である理由は、モータ巻線への入力が正弦波から遠く離れるとモータの効率及び力率が低下し、同時に高調波ひずみが生じて許容不能な雑音や熱を発生し、損失が生じて効率が低下し、さらにモータの寿命が短縮するからである。
【０００６】
正弦波形入力を「チョッピング」することによってモータ巻線への電力を制御するため、安価なスイッチング手段、例えばトライアックを使用する既知のモータコントローラは、連続可変モータ速度制御装置では使用が限定される。
【０００７】
「改良されたパフォーマンスを有する単相誘導モータ電圧コントローラ（Ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｔｏｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）」， （Ｊ． Ｄ． Ｌａｗ， Ｔ． Ａ． Ｌｉｐｏ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ． ＰＥ−１， Ｎｏ． ４， Ｏｃｔ． １９８６， ｐｐ．２４０−２４７）と題する論文には、負荷が低から高へと変化するとき、又は定格負荷のとき、主巻線及び補助巻線のペアを最初に直列で動作させ、次に並列で動作させて、一定のモータ速度を維持する巻線ペアのトライアック制御が示唆されている。経験的研究に基づいた一定点弧角が、ＤＩＰスイッチを使用してトライアックコントローラへ入力される。実際の点弧角が、電圧ゼロクロス検出器及びゼロ電流検出器を使用して測定される。次に、電流遅延遮断角が計算され、点弧角及び電流遅延遮断角を所定の点弧角に等しくするように調節され、変化する負荷条件のもとで一定の定格又はそれに近い速度が維持され、モータ速度は、設計された最高速度へ可能な限り近くなるように維持される。
【０００８】
本発明は、むしろ反対の効果に関する。即ち、本発明は、低コストの誘導モータ及びコントローラシステムを使用して、既知特性の負荷のために合理的及び効率的な可変速度を得ることに関する。
【０００９】
（発明の概要）
可変速度モータ応用装置において、モータの機能、例えば空気又は他の圧縮可能な流体を移動させる機能への環境要求に従って、特定の速度が要求される。例えば、サーモスタットは、より多くの調和された空気が換気システムで移動される必要があることを決定し、従って送風ユニットの回転の増大、及び同時にモータ速度の増大が要求され得る。
【００１０】
コントローラは速度要求信号をデコードし、主巻線が直列構成で動作すべきか並列構成で動作すべきかを決定する。さらに、コントローラは、トライアックの点弧率又は点弧角を決定し、予想された負荷の所望のモータ速度及び最大モータ効率を達成する。補助巻線は、一定の正弦波成分を入力電力として提供するために、好ましくは、切換えられないままに残される。それは、力率を増大させ、モータ内の高調波ひずみを少なくし、それによって効率を増大させ、雑音及び熱を低減するためである。
【００１１】
本発明は、既知の負荷の範囲内で可変速度モータの動作を得る安価なシステムを提供するものである。モータの複数の固定子主巻線は、好ましくはトライアックの排他的ＯＲ機能によって切換え制御され、低速では直列に高速では並列に動作する。並列動作と直列動作との間の切換え点は、モータの使用、又は負荷に従って経験的に決定され、メモリ、例えばルックアップテーブルの形式、又はアルゴリズムの計算可能な結果によって、モータコントローラの中で設計される。送風機の負荷は、モータ速度との既知の関係で変化するから、フィードバック用のゼロクロス電圧検出器を使用するだけで、トライアックの点弧角を調節し、スベリを決定して制御することができる。
【００１２】
微細調節が必要である場合、モータ速度をコントローラへフィードバックするためタコメータを付加して、連続可変速度の調節を確実にすることができる。さらに、利用可能であれば、タコメータは、直列主巻線動作と並列主巻線動作との間の切換え点を決定するために使用することもできる。
【００１３】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１を参照する。動作システム１１、例えばＨＶＡＣシステムは、環境感知及び制御ユニット、例えばサーモスタット又は他の暖房制御装置から派生した環境要求システム１３と、環境要求システム１３から入力を受け取って、図１では送風羽根２０で示される負荷１９、例えば送風機、送風羽根、又は他の圧縮可能な流体を移動する機構を駆動するモータ１７へ制御信号を出力するモータコントローラ１５とを有する。タコメータ２１、例えばホール効果素子又は他の既知の角速度測定手段が、モータの速度を測定し、速度情報をモータコントローラ１５へ返すために配設される。
【００１４】
環境要求システム１３は、空調室２５の中に、その感知ユニットとして温度プローブ２３を有するように示されている。この感知ユニットの感知結果に従ってモータ１７に対する速度要求が決定され、モータコントローラ１５へ通知される。様々な既知の要求システム及び動作方法を本発明のシステムで使用することができる。
【００１５】
次に図２を参照する。代替的に、外部環境制御ユニット、例えばサーモスタット２７が、オン／オフ信号をモータコントローラ１５へ与えるだけでもよい。ここでは、内部又は別々に配設された速度要求システム２９、例えば空調室２５の内部に設けられた差動温度センサ２６，２８を有する速度要求システムが、モータ１７の速度要求を決定し、それらの要求をモータコントローラ１５へ通知するようにすることができる。
【００１６】
図３を参照する。モータ１７の第１の主巻線３１、第２の主巻線３３、及び補助巻線３５が、モータの固定子回路３７の並列パス４５，４７，４９として電源３６に接続されるように示されている。
【００１７】
巻線３１，３３，３５は、図７に示されるように、等しい巻数を有する必要はない。任意又は全ての主巻線及び補助巻線は、等しくない巻数を有していてもよい。それらの巻数は、モータを所与の速度及び所与のモードで動作させているとき、最大のモータ効率を提供するように選択される。第１及び第２の主巻線３１，３３は、それらの並列パスの互いに反対側に、第１及び第２のトライアック３９及び４１を直列に有する。主巻線の並列パス４５と４７との間に第３のトライアック４３がオン／オフ可能なパスを構成している。第１及び第２のトライアック３９，４１がオフ動作している時に、第３のトライアック４３をオン動作させることによって、主巻線３１，３３を直列接続させることができる。補助巻線パス４９は直列の固定コンデンサ５１を有するように示されているが、始動コンデンサ及び運転コンデンサの任意の既知の配置構成を本発明で使用できることは言うまでもない。補助巻線４９は、好ましくは主巻線と並列のままにしておき、巻線への全電力として一定の正弦波成分を供給するようにする。
【００１８】
図４を参照する。モータコントローラ１５は、内部発振器を有して環境要求ユニット１３からの速度要求入力５５及びタコメータ２１からのタコメータ入力５７を受取るマイクロプロセッサすなわちプログラム可能マイクロコントローラ５３、整流ダイオード５６、フィルタコンデンサ５８、ＡＣライン６１中に設けられた電圧調整器５９、マイクロコントローラ５３へのゼロ電圧検出を確立する抵抗器６３、及び第１、第２、及び第３のトライアック３９，４１，４３への入力を制御する第１、第２、及び第３の光アイソレータ６５，６７，６９を含んでいる。
【００１９】
マイクロプロセッサ５３は、好ましくは低電力デバイス、例えばマイクロチップ・テクノロジイ社（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．， ｏｆ Ｐｈｏｅｎｉｘ， Ａｒｉｚｏｎａ）から入手可能なモデル番号ＰＩＣ１２Ｃ５０８である。これは、１〜２ｍＡのオーダーで動作する。電圧調整器５９も、例えばエスティー・マイクロエレクトロニクス社（ＳＴ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（ｗｗｗ．ｓｔ．ｃｏｍ））から得られる部品番号ＶＢ４０８のような、好ましくは１ｍＡ以下で動作する低電力デバイスである。さらに、光アイソレータ６５，６７，６９、例えばキューティー・オプトエレクトロニクス社（ＱＴ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ． ｏｆ Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から得られる部品番号ＭＯＣ３０２３は、５ｍＡで動作する低電力デバイスである。低電力デバイスを選択することによって、コントローラの負荷電流は小さくなり、必要なＩＲ降下は低くなり、電力の無駄又は熱発生が少なくなり、それによって本発明は、ＡＣライン６１の電圧を整流し調整することによって整流低電圧を生成し、従って変圧器のコストを節約することができる。代替的には、低電圧調整器を使用し得るように、ＡＣライン６１から抵抗分圧器を使用して低電圧を得てもよい。これは、約１ワットの追加的電力損失を伴うだけである。
【００２０】
光アイソレータ６５，６７，６９、すなわち光学結合トリガデバイスのＬＥＤ（発光ダイオード）は、マイクロコントローラ５３からの第１及び第２の出力ライン７１及び７３によって駆動される。直列巻線動作用のトライアックトリガデバイス６９は、並列巻線動作用のトリガデバイス６５及び６７とは反対極性で接続されている。従って、並列トリガデバイス６５及び６７は、直列トリガデバイス６９と排他的ＯＲ結合される。もし双方のマイクロプロセッサ出力ライン７１，７３が等電位であれば、全てのトライアック３９，４１，４３はオフである。もし第１の出力ライン７１が高電位であれば、並列巻線動作トライアック３９及び４１が導通する。もし第２の出力ライン７３が高電位であれば、直列巻線動作トライアック４３が導通する。従って、直列巻線構成モードと並列巻線構成モードとの間で遷移が起こるとき、動作しているトライアックは、その負荷電流がゼロ、即ちオフになるように強制又は許可され、その後で次の巻線構成モードを選択する。どのような条件も、双方のモードを同時に動作させることはできない。従って、パワーアップ又はソフトウェア不具合の間に、過剰電流を流してトライアック３９，４１，４３を破損する電力線ショートの危険性は存在しない。
【００２１】
代替実施形態を示す図６を参照する。モータコントローラ７５は、今日大量に製造されている通常の暖房装置へ容易に接続可能である。暖房装置コントローラ、又は環境要求システムは、モータコントローラへの２つの１２０ＶのＡＣ入力端を有する。もし第１の入力端７７が「高」であれば、すなわち１２０ＶのＡＣ電圧が存在すれば、これは暖房装置が空気調和モードにあることに対応する。空気調和モードにおいて、要求は送風機を最高モータ速度にするか、その近く、すなわち、ほぼ最高モータ速度にすることである。もし第２の入力端７９が「高」であれば、これは、暖房装置が暖房モードにあることに対応し、最高速度の約６０〜９０パーセントの範囲にあるプリセット速度になることを送風機に要求する。送風機スイッチを有するサーモスタットから来る第３の入力を受ける入力端８１が存在する。これは、通常、２４ＶのＡＣ信号であり、約３００〜６００ｒｐｍ、又は最高モータ速度の２５〜５０パーセントの範囲にあるプリセット速度で空気を再循環することを暖房装置に要求する。もしサーモスタットがこの再循環モードにあり、第１の入力端７７又は第２の入力端７９が「高」になれば、第３の入力端８１は無効にされる。
【００２２】
モータの据付けが据付者にとって容易になるように、モータコントローラは、プリセットされた様々なモータ速度を有するＥＥＰＲＯＭ８３を備えてもよい。それらのモータ速度の中から、暖房装置の前述したモードの各々のために適切な速度設定が選択される。暖房装置は、３つの動作モードの１つに設定され、次に据付者は、アップボタン８５又はダウンボタン８７を押して、モータの速度を増大又は減少させる。一度、適切な速度が選択されると、その設定速度は、その動作モードのためにロックイン又はセットされる。設定は、コントローラが無限に使用するようにＥＥＰＲＯＭに保存される。次に、暖房装置は次のモードに変更され、プロセスが反復される。このプロセスは、３つの全てのモードが設定されるまで反復される。従って、この代替の実施形態では、モータは広い速度範囲にわたって可変であるが、広い間隔が空いた２つか３つだけの速度設定を有する。速度設定の間にモータ速度の大きな変化が起こる場合には、特に高速と低速との間のように、少数のサイクルのためにパワーサイクルの除去をソフトウェアで制御してもよい。それは、モータを遅くして、モータの動作を低速から始動するとき電流サージを防止するためである。低速から高速へ進むとき、パワーサイクルの除去は、高速動作への切換え時に過度の電流サージを生じることなくトライアックを保護する長さだけにする必要がある。
【００２３】
モータをオフにする必要があり、ライン電力を遮断する前述の方法を使用しないでＡＣライン間に補助巻線が置かれるとき、第４のトライアック８９が補助巻線と直列に配置され、主巻線の３つのトライアック３９，４１，４３の全てがオフであるときオフにされる。代替的に、図７に示されるように、補助巻線パスを運転巻線の１つに並列に接続してもよい。これは、第４のトライアックの必要性を除くが、モータのパフォーマンスを減少させる結果となり得る。
【００２４】
直列巻線動作及び並列巻線動作を決定する切換え点は、モータシステムのために速度設定スケールの上の２つの番号の間で経験的に選択される。２４の速度設定を有する現在の例において、切換え点は、例えば１２と１３との間であってよく、１２以下は直列巻線動作であり、１３以上は並列巻線動作である。切換えによって入るモータ動作は、モータ速度の５０パーセントで起こる必要はなく、モータの異なった構成及び結線によって異ならせることができる。例えば、巻線の高速直列動作は、巻線の低速並列動作よりも効率的であることが発見された。従って、その範囲の速度設定にあるとき、オペレータは、直列巻線動作設定を、より高いパーセンテージの定格モータ速度へプッシュし、その後で、多くの場合、定格速度のプラス７０パーセントまでの並列巻線へと動作を変更させることができる。
【００２５】
モータが切換え点の近くで動作しているとき、直列と並列との間で動作モードが変更される回数を最少にするため、ヒステリシス特性を持たせるのがよい。好ましい実施形態においては、ソフトウェア供給ヒステリシスは、切換え点に近い動作点でチャタリングを防止するように働く。光アイソレータは、逆起電力がコントローラ又はトライアックにストレスを与えないようにする。追加の用心として、スイッチングの遅れをプログラムすることができる。例えば、ＡＣライン間にまたがるトライアック３９，４１，４３の短絡が起こらないように、直列／並列遷移の間、１つ又は複数の半サイクルの間、電力をオフにしてもよい。
【００２６】
図５を参照して、速度要求入力５５がマイクロプロセッサ５３へ送られる。速度要求入力５５は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）信号であり得るが、他の入力形式も許される。マイクロプロセッサ５３はＰＷＭ高サイクルをカウントする。すなわち、それは速度要求入力をマイクロプロセッサによって使用可能な速度設定番号レベルへデコード又は変換し、それを現在の速度設定値と比較する。速度設定番号は、マイクロプロセッサの能力のみによって制限されるが、この実施形態では、好ましくは２から１０２４までの間で選択することができる。これは、大部分の可変速度機器にとって十分であると考えられる。この実施形態では、ＰＷＭカウント値は、速度設定番号レベルの選択数を制限するため４で割算される。もし速度設定レベルＣが現在の速度設定値Ｓよりも大きければ、速度設定値は増加させられる。もし速度設定レベルＣが現在の速度設定値Ｓよりも小さければ、速度設定値は減少させられる。新しい速度設定値が確立されたとき、それはルックアップテーブルの索引番号として働く。ルックアップテーブルは、動作するトライアック、及びその速度に対する適切な点弧角に対応する位相遅れタイミングを返す。直列動作及び並列動作のために、別個のテーブルが使用されてもよい。代替的には、位相遅れは、マイクロプロセッサに含まれる速度対負荷曲線又は速度対点弧遅延曲線のような関数式に従って計算されてもよい。
【００２７】
この明細書において、本発明は、或る好ましい実施形態との関連で説明され、例示を目的として詳細に説明されたが、本発明は他の実施形態も可能であり、ここで説明された詳細部分の或るものは、本発明の基本原理から逸脱することなく相当に変更されてもよいことは当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従った可変速度誘導モータを用いたシステムのブロック図である。
【図２】
代替の実施形態として、２段環境要求装置を示すブロック図である。
【図３】
固定子巻線及びそれにトライアックを設けた配置構成例を示す結線図である。
【図４】
本発明の好ましい実施形態によるモータコントローラの結線図である。
【図５】
コントローラの直並列切換および点弧角調整動作の詳細を説明するフローチャートである。
【図６】
補助巻線のトライアック制御を説明するための他のモータコントローラの結線図である。
【図７】
他の巻線配置を示す結線図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成13年3月26日(2001.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004523189.tif 000030
【図２】
2004523189.tif 000031
【図３】
2004523189.tif 000032
【図４】
2004523189.tif 000033
【図５】
2004523189.tif 000034
【図６Ａ】
2004523189.tif 000035
【図６Ｂ】
2004523189.tif 000036
【図７】
2004523189.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成14年3月18日(2002.3.18)
【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】
【書類名】明細書
【発明の名称】連続可変速度モータ応用装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）固定子（３７）に取り囲まれて負荷に接続することのできる回転子を備え、
（ｂ）前記固定子は、スイッチング手段（３９，４１，４３）によって制御される複数の主巻線（３１，３３）を有し、前記スイッチング手段は、前記主巻線（３１，３３）を流れる電流を制御するように前記主巻線に接続され、
（ｃ）前記主巻線（３１，３３）を流れる電流を制御する前記スイッチング手段（３９，４１，４３）は、前記主巻線（３１，３３）を直列構成又は並列構成で運転するように構成され、
（ｄ）前記主巻線（３１，３３）を流れる電流を制御する前記スイッチング手段（３９，４１，４３）の点弧率は、前記スイッチング手段（３９，４１，４３）を動作させることによってモータ（１７）の速度及び主巻線（３１，３３）の直列構成動作又は並列構成動作を決定するためコントローラ（１５，７５）によって可変に設定される、
可変速度モータの動作を得る装置において、
（ｅ）前記コントローラ（１５，７５）は、モータ速度指令を前記コントローラ（１５，７５）へ入力する速度要求ユニット（１３，２９）に接続され、
（ｆ）前記コントローラ（１５，７５）は、前記速度要求ユニット（１３，２９）からのモータ速度指令に従って、前記主巻線（３１，３３）の直列動作及び並列動作の双方で、前記スイッチング手段（３９，４１，４３）を流れる電流を制御するため前記スイッチング手段の点弧率を変化させて可変速度モータ（１７）を実現する
ことを特徴とする可変速度モータの動作を得る装置。
【請求項２】
前記固定子（３７）の補助巻線（３５）は、前記主巻線（３１，３３）と並列であって、切換えられていないライン電流を受取る、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記点弧率はルックアップテーブルによって決定される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記点弧率は前記コントローラ（１５，７５）内の計算によって決定される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラ（１５，７５）はディジタル型であって、点弧角が複数の選択肢を有する、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラ（１５，７５）はディジタル型であって、点弧率が２から１０２４までの選択肢を有する、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
直列構成と並列構成との間の切換を行うとき、プログラムされたヒステリシスが存在する、
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
速度設定値を切換えるとき、スイッチオフとされる複数のパワーサイクルが存在する、
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記コントローラは電圧ゼロクロス検出器（６３）を備えている、
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記負荷は送風機の羽根である、
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記負荷はＨＶＡＣユニットである、
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記スイッチング手段（３９，４１，４３）はフェイルセーフ切換を提供するようにバイアスされる、
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記スイッチング手段（３９，４１，４３）はトライアックである、
ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
速度測定フィードバックを前記コントローラ（１５，７５）へ提供するタコメータ（２１）をさらに具備する、
ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記モータは、定格速度の半分を超えたとき直列動作で動作する、
ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記モータをオフモードにするために前記補助巻線ライン（４９）に第４のトライアックをさらに具備する、
ことを特徴とする請求項２ないし１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも２組の巻線が、選択された速度設定値における効率及び巻線の動作モードに好都合な比になるように選択された異なる巻数を有する、
ことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
（ａ）回転子、固定子（３７）、及び既知特性の負荷を用意し、
（ｂ）前記固定子のコイルを複数主巻線（３１，３３）及び補助巻線（３５）として配置し、
（ｃ）第１及び第２の主巻線（３１，３３）を電源に並列に配置し、各並列巻線パス（４５，４７）は、互いに反対側でそれぞれ第１及び第２のスイッチング手段（３９，４１）によって制御され、さらに前記並列巻線パス（４５，４７）の間の直列パスに第３のスイッチング手段（４３）を用意し、
（ｄ）速度要求信号（５５）を受取って、その速度要求信号（５５）を速度設定番号に変換し、
（ｅ）前記速度設定番号に基づいて前記スイッチング手段（３９，４１，４３）のための少なくとも１つの動作パラメータをルックアップし、
（ｆ）前記主巻線（３１，３３）を直列又は並列で動作させるため、前記第３のスイッチング手段（４３）が動作状態にあるとき、前記第１及び第２のスイッチング手段（３９，４１）は動作状態になく、前記第１及び第２のスイッチング手段（３９，４１）が動作状態にあるとき、前記第３のスイッチング手段（４３）は動作状態にないように、前記スイッチング手段（３９，４１，４３）を制御し、
（ｇ）前記スイッチング手段（３９，４１，４３）の動作を調整するため、前記スイッチング手段（３９，４１，４３）をコントローラ（１５，７５）に接続し、
（ｈ）前記コントローラ（１５，７５）の動作を決定するため、そのコントローラに速度要求信号（５５）を入力する
ことを特徴とする誘導モータを動作させる方法。
【請求項１９】
前記スイッチング手段（３９，４１，４３）はトライアックであり、前記動作パラメータは、トライアック（４３；３９，４１）が動作状態にあるかどうかを決定し、かつ各動作トライアックの点弧角を決定することを含む、
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のスイッチング手段（４３）の動作から前記第２及び第３のスイッチング手段（３９，４１）の動作へと切換えるとき、スイッチング手段の動作遅延をプログラムすることを含む、
ことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記スイッチング手段を動作させるコントローラ（１５，７５）を用意し、
前記コントローラ（１５，７５）で速度指令（５５）を受取り、
前記速度指令（５５）を速度設定レベル番号に変換し、
現在のモータ速度設定値が変化したかどうかを決定し、
現在のモータ速度設定値が変化しているとき、どのスイッチング手段（３９，４１，４３）を点弧するか、及びその点弧角を含めて、前記スイッチング手段（３９，４１，４３）の動作パラメータをルックアップし、
前記動作パラメータに従って前記スイッチング手段（３９，４１，４３）を動作させる
ことを含む、ことを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
（ａ）前記速度設定レベル番号が現在のモータ速度設定値と等しいか、それよりも大きいか、又は小さいかを決定し、
（ｂ）もし前記速度設定レベル番号が現在のモータ速度設定よりも大きければ、現在のモータ速度設定値を増加し、
（ｃ）もし前記速度設定レベル番号が現在のモータ速度設定値よりも小さければ、現在のモータ速度設定速度を減少させ、
（ｄ）もし前記速度設定レベル番号が現在のモータ速度設定値と等しければ、現在のモータ速度設定値に関して何の作用も加えない
ことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記モータに既知特性の負荷をかける
ことを特徴とする、請求項２１又は２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、広くは電気モータに関する。より具体的には、本発明は、或る範囲の可変速度を要求するモータ応用装置で使用される誘導モータ（誘導電動機）に関する。
【０００２】
（関連技術の検討）
モータの多くの応用装置は、モータの既知の負荷と共に可変速度を要求する。例えば、家庭の暖房、換気、及び空気調和（ＨＶＡＣ）システムにおける送風モータは、典型的には、既知の負荷である送風ユニット又は送風羽根を駆動し、毎分の回転数すなわち回転速度を規則的に変化させる分数馬力モータである。
【０００３】
安価な誘導モータは、多くの応用装置で好んで使用される。これらのモータは、可変速度の使用のために特に最適化されているわけではない。むしろ、それらのモータは、１つの最良の速度でのみ効率的に動作するように設計され、設計された速度以外の他の速度で動作させようとすると非効率になる。しかし、多くのシステム、例えば前記のＨＶＡＣ応用装置は、利用できるモータ速度の範囲が広ければ多くの利益を得ることになる。
【０００４】
従来の技術では、１つの誘導モータで得られる可変速度の範囲は、モータ巻線への入力の周波数及び電圧を変化させる高価なコントローラを使用するか、マルチタップモータを使用してタップの間を機械的に切換え、或る数の固定選択可能速度を実現することによって得られていた。
【０００５】
このような高価なコントローラが必要である理由は、モータ巻線への入力が正弦波から遠く離れるとモータの効率及び力率が低下し、同時に高調波ひずみが生じて許容不能な雑音や熱を発生し、損失が生じて効率が低下し、さらにモータの寿命が短縮するからである。
【０００６】
正弦波形入力を「チョッピング」することによってモータ巻線への電力を制御するため、安価なスイッチング手段、例えばトライアックを使用する既知のモータコントローラは、連続可変モータ速度制御装置では使用が限定される。
【０００７】
ドイツ特許第３６０７１６２号明細書は、回転ポンプ用のモータ及び回転ポンプを始動するコントローラを開示している。このコントローラは、主巻線（Ｗ１）、補助巻線（Ｗ２）、コンデンサ（Ｃ）、モータをオン及びオフに切換えるパワースイッチ（Ｓ０）、及び２つの付加スイッチ（Ｓ１）及び（Ｓ２）を備えている。スイッチ（Ｓ１）及び（Ｓ２）の動作は、モータの動作モードと速度を確立するためパワースイッチと協調するように設定される。スイッチ（Ｓ２）が閉じている間に、モータがパワースイッチ（Ｓ０）によって始動されると、巻線（Ｗ１）及び（Ｗ２）は直列となり、モータは図２に示されるようにＭ１のねじれを有する。パワースイッチ（Ｓ０）が遮断状態にある間に、スイッチ（Ｓ１）が開放されスイッチ（Ｓ２）が閉止されると、巻線は並列になって磁束が十分に大きくなり、より高いねじれＭ２の回転速度を提供する。従って、モータの回転速度は、複数の巻線が直列であるか並列であるかに基づいて、２つの点の間で設定される。
【０００８】
欧州特許第０３１１０３１号明細書は、モータの電力巻線Ａ及びコンデンサＣと直列に接続された補助巻線Ｈを有する電気回路を開示している。電力巻線Ａは、トライアックすなわちスイッチＶと直列で、補助巻線Ｈ及びコンデンサＣと並列である。トライアックＶは制御回路Ｋによって制御される。制御回路Ｋは、半サイクルの整数倍ｍ×Ｔ／２でのみ電流が電力巻線へ供給されるように構成されている。接続時間はｔ１である。この接続時間は、半サイクルの整数倍ｎ×Ｔ／２である所定の期間τで定期的に反復される。請求項１から示唆されるように、電気回路の動作は、補助巻線を永続的に接続し、所定の接続時間によって与えられる所定のシーケンスで電力巻線を接続するようにトライアックを制御することに基づいている。
【０００９】
「改良されたパフォーマンスを有する単相誘導モータ電圧コントローラ（Ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｔｏｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）」（Ｊ． Ｄ． Ｌａｗ， Ｔ． Ａ． Ｌｉｐｏ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ． ＰＥ−１， Ｎｏ． ４， Ｏｃｔ． １９８６， ｐｐ．２４０−２４７）と題する論文には、負荷が低から高へと変化するとき、又は定格負荷のとき、主巻線及び補助巻線のペアを最初に直列で動作させ、次に並列で動作させて、一定のモータ速度を維持する巻線ペアのトライアック制御が示唆されている。経験的研究に基づいた一定点弧角が、ＤＩＰスイッチを使用してトライアックコントローラへ入力される。実際の点弧角が、電圧ゼロクロス検出器及びゼロ電流検出器を使用して測定される。次に、電流遅延遮断角が計算され、点弧角及び電流遅延遮断角を所定の点弧角に等しくするように調節され、変化する負荷条件のもとで一定の定格又はそれに近い速度が維持され、モータ速度は、設計された最高速度へ可能な限り近くなるように維持される。
【００１０】
本発明は、むしろ反対の効果に関する。すなわち、本発明は、低コストの誘導モータ及びコントローラシステムを使用して、既知特性の負荷のために合理的及び効率的な可変速度を得ることに関する。
【００１１】
（発明の概要）
可変速度モータ応用装置において、モータの機能、例えば空気又は他の圧縮可能な流体を移動させる機能への環境要求に従って、特定の速度が要求される。例えば、サーモスタットは、より多くの調和された空気が換気システムで移動される必要があることを決定し、従って送風ユニットの回転の増大、及び同時にモータ速度の増大が要求され得る。
【００１２】
コントローラは速度要求信号をデコードし、主巻線が直列構成で動作すべきか並列構成で動作すべきかを決定する。さらに、コントローラは、トライアックの点弧率又は点弧角を決定し、予想された負荷の所望のモータ速度及び最大モータ効率を達成する。補助巻線は、一定の正弦波成分を入力電力として提供するために、好ましくは、切換えられないままに残される。それは、力率を増大させ、モータ内の高調波ひずみを少なくし、それによって効率を増大させ、雑音及び熱を低減するためである。
【００１３】
本発明は、既知の負荷の範囲内で可変速度モータの動作を得る安価なシステムを提供するものである。モータの複数の固定子主巻線は、好ましくはトライアックの排他的ＯＲ機能によって切換え制御され、低速では直列に高速では並列に動作する。並列動作と直列動作との間の切換え点は、モータの使用、又は負荷に従って経験的に決定され、メモリ、例えばルックアップテーブルの形式、又はアルゴリズムの計算可能な結果によって、モータコントローラの中で設計される。送風機の負荷は、モータ速度との既知の関係で変化するから、フィードバック用のゼロクロス電圧検出器を使用するだけで、トライアックの点弧角を調節し、スベリを決定して制御することができる。
【００１４】
微細調節が必要である場合、モータ速度をコントローラへフィードバックするためタコメータを付加して、連続可変速度の調節を確実にすることができる。さらに、利用可能であれば、タコメータは、直列主巻線動作と並列主巻線動作との間の切換え点を決定するために使用することもできる。
【００１５】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１を参照する。動作システム１１、例えばＨＶＡＣシステムは、環境感知及び制御ユニット、例えばサーモスタット又は他の暖房制御装置から派生した環境要求システム１３と、環境要求システム１３から入力を受け取って、図１では送風羽根２０で示される負荷１９、例えば送風機、送風羽根、又は他の圧縮可能な流体を移動する機構を駆動するモータ１７へ制御信号を出力するモータコントローラ１５とを有する。タコメータ２１、例えばホール効果素子又は他の既知の角速度測定手段が、モータの速度を測定し、速度情報をモータコントローラ１５へ返すために配設される。
【００１６】
環境要求システム１３は、空調室２５の中に、その感知ユニットとして温度プローブ２３を有するように示されている。この感知ユニットの感知結果に従ってモータ１７に対する速度要求が決定され、モータコントローラ１５へ通知される。様々な既知の要求システム及び動作方法を本発明のシステムで使用することができる。
【００１７】
次に図２を参照する。代替的に、外部環境制御ユニット、例えばサーモスタット２７が、オン／オフ信号をモータコントローラ１５へ与えるだけでもよい。ここでは、内部又は別々に配設された速度要求システム２９、例えば空調室２５の内部に設けられた差動温度センサ２６，２８を有する速度要求システムが、モータ１７の速度要求を決定し、それらの要求をモータコントローラ１５へ通知するようにすることができる。
【００１８】
図３を参照する。モータ１７の第１の主巻線３１、第２の主巻線３３、及び補助巻線３５が、モータの固定子回路３７の並列パス４５，４７，４９として電源３６に接続されるように示されている。
【００１９】
巻線３１，３３，３５は、図７に示されるように、等しい巻数を有する必要はない。任意又は全ての主巻線及び補助巻線は、等しくない巻数を有していてもよい。それらの巻数は、モータを所与の速度及び所与のモードで動作させているとき、最大のモータ効率を提供するように選択される。第１及び第２の主巻線３１，３３は、それらの並列パスの互いに反対側に、第１及び第２のトライアック３９及び４１を直列に有する。主巻線の並列パス４５と４７との間に第３のトライアック４３がオン／オフ可能なパスを構成している。第１及び第２のトライアック３９，４１がオフ動作している時に、第３のトライアック４３をオン動作させることによって、主巻線３１，３３を直列接続させることができる。補助巻線パス４９は直列の固定コンデンサ５１を有するように示されているが、始動コンデンサ及び運転コンデンサの任意の既知の配置構成を本発明で使用できることは言うまでもない。補助巻線４９は、好ましくは主巻線と並列のままにしておき、巻線への全電力として一定の正弦波成分を供給するようにする。
【００２０】
図４を参照する。モータコントローラ１５は、内部発振器を有して環境要求ユニット１３からの速度要求入力５５及びタコメータ２１からのタコメータ入力５７を受取るマイクロプロセッサすなわちプログラム可能マイクロコントローラ５３、整流ダイオード５６、フィルタコンデンサ５８、ＡＣライン６１中に設けられた電圧調整器５９、マイクロコントローラ５３へのゼロ電圧検出を確立する抵抗器６３、及び第１、第２、及び第３のトライアック３９，４１，４３への入力を制御する第１、第２、及び第３の光アイソレータ６５，６７，６９を含んでいる。
【００２１】
マイクロプロセッサ５３は、好ましくは低電力デバイス、例えばマイクロチップ・テクノロジイ社（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．， ｏｆ Ｐｈｏｅｎｉｘ， Ａｒｉｚｏｎａ）から入手可能なモデル番号ＰＩＣ１２Ｃ５０８である。これは、１〜２ｍＡのオーダーで動作する。電圧調整器５９も、例えばエスティー・マイクロエレクトロニクス社（ＳＴ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（ｗｗｗ．ｓｔ．ｃｏｍ））から得られる部品番号ＶＢ４０８のような、好ましくは１ｍＡ以下で動作する低電力デバイスである。さらに、光アイソレータ６５，６７，６９、例えばキューティー・オプトエレクトロニクス社（ＱＴ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ． ｏｆ Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から得られる部品番号ＭＯＣ３０２３は、５ｍＡで動作する低電力デバイスである。低電力デバイスを選択することによって、コントローラの負荷電流は小さくなり、必要なＩＲ降下は低くなり、電力の無駄又は熱発生が少なくなり、それによって本発明は、ＡＣライン６１の電圧を整流し調整することによって整流低電圧を生成し、従って変圧器のコストを節約することができる。代替的には、低電圧調整器を使用し得るように、ＡＣライン６１から抵抗分圧器を使用して低電圧を得てもよい。これは、約１ワットの追加的電力損失を伴うだけである。
【００２２】
光アイソレータ６５，６７，６９、すなわち光学結合トリガデバイスのＬＥＤ（発光ダイオード）は、マイクロコントローラ５３からの第１及び第２の出力ライン７１及び７３によって駆動される。直列巻線動作用のトライアックトリガデバイス６９は、並列巻線動作用のトリガデバイス６５及び６７とは反対極性で接続されている。従って、並列トリガデバイス６５及び６７は、直列トリガデバイス６９と排他的ＯＲ結合される。もし双方のマイクロプロセッサ出力ライン７１，７３が等電位であれば、全てのトライアック３９，４１，４３はオフである。もし第１の出力ライン７１が高電位であれば、並列巻線動作トライアック３９及び４１が導通する。もし第２の出力ライン７３が高電位であれば、直列巻線動作トライアック４３が導通する。従って、直列巻線構成モードと並列巻線構成モードとの間で遷移が起こるとき、動作しているトライアックは、その負荷電流がゼロ、即ちオフになるように強制又は許可され、その後で次の巻線構成モードを選択する。どのような条件も、双方のモードを同時に動作させることはできない。従って、パワーアップ又はソフトウェア不具合の間に、過剰電流を流してトライアック３９，４１，４３を破損する電力線ショートの危険性は存在しない。
【００２３】
代替実施形態を示す図６Ａ及び図６Ｂを参照する。モータコントローラ７５は、今日大量に製造されている通常の暖房装置へ容易に接続可能である。暖房装置コントローラ、又は環境要求システムは、モータコントローラへの２つの１２０ＶのＡＣ入力端を有する。もし第１の入力端７７が「高」であれば、すなわち１２０ＶのＡＣ電圧が存在すれば、これは暖房装置が空気調和モードにあることに対応する。空気調和モードにおいて、要求は送風機を最高モータ速度にするか、その近く、すなわち、ほぼ最高モータ速度にすることである。もし第２の入力端７９が「高」であれば、これは、暖房装置が暖房モードにあることに対応し、最高速度の約６０〜９０パーセントの範囲にあるプリセット速度になることを送風機に要求する。送風機スイッチを有するサーモスタットから来る第３の入力を受ける入力端８１が存在する。これは、通常、２４ＶのＡＣ信号であり、約３００〜６００ｒｐｍ、又は最高モータ速度の２５〜５０パーセントの範囲にあるプリセット速度で空気を再循環することを暖房装置に要求する。もしサーモスタットがこの再循環モードにあり、第１の入力端７７又は第２の入力端７９が「高」になれば、第３の入力端８１は無効にされる。
【００２４】
モータの据付けが据付者にとって容易になるように、モータコントローラは、プリセットされた様々なモータ速度を有するＥＥＰＲＯＭ８３を備えてもよい。それらのモータ速度の中から、暖房装置の前述したモードの各々のために適切な速度設定が選択される。暖房装置は、３つの動作モードの１つに設定され、次に据付者は、アップボタン８５又はダウンボタン８７を押して、モータの速度を増大又は減少させる。一度、適切な速度が選択されると、その設定速度は、その動作モードのためにロックイン又はセットされる。設定は、コントローラが無限に使用するようにＥＥＰＲＯＭに保存される。次に、暖房装置は次のモードに変更され、プロセスが反復される。このプロセスは、３つの全てのモードが設定されるまで反復される。従って、この代替の実施形態では、モータは広い速度範囲にわたって可変であるが、広い間隔が空いた２つか３つだけの速度設定を有する。速度設定の間にモータ速度の大きな変化が起こる場合には、特に高速と低速との間のように、少数のサイクルのためにパワーサイクルの除去をソフトウェアで制御してもよい。それは、モータを遅くして、モータの動作を低速から始動するとき電流サージを防止するためである。低速から高速へ進むとき、パワーサイクルの除去は、高速動作への切換え時に過度の電流サージを生じることなくトライアックを保護する長さだけにする必要がある。
【００２５】
モータをオフにする必要があり、ライン電力を遮断する前述の方法を使用しないでＡＣライン間に補助巻線が置かれるとき、第４のトライアック８９が補助巻線と直列に配置され、主巻線の３つのトライアック３９，４１，４３の全てがオフであるときオフにされる。代替的に、図７に示されるように、補助巻線パスを運転巻線の１つに並列に接続してもよい。これは、第４のトライアックの必要性を除くが、モータのパフォーマンスを減少させる結果となり得る。
【００２６】
直列巻線動作及び並列巻線動作を決定する切換え点は、モータシステムのために速度設定スケールの上の２つの番号の間で経験的に選択される。２４の速度設定を有する現在の例において、切換え点は、例えば１２と１３との間であってよく、１２以下は直列巻線動作であり、１３以上は並列巻線動作である。切換えによって入るモータ動作は、モータ速度の５０パーセントで起こる必要はなく、モータの異なった構成及び結線によって異ならせることができる。例えば、巻線の高速直列動作は、巻線の低速並列動作よりも効率的であることが発見された。従って、その範囲の速度設定にあるとき、オペレータは、直列巻線動作設定を、より高いパーセンテージの定格モータ速度へプッシュし、その後で、多くの場合、定格速度のプラス７０パーセントまでの並列巻線へと動作を変更させることができる。
【００２７】
モータが切換え点の近くで動作しているとき、直列と並列との間で動作モードが変更される回数を最少にするため、ヒステリシス特性を持たせるのがよい。好ましい実施形態においては、ソフトウェア供給ヒステリシスは、切換え点に近い動作点でチャタリングを防止するように働く。光アイソレータは、逆起電力がコントローラ又はトライアックにストレスを与えないようにする。追加の用心として、スイッチングの遅れをプログラムすることができる。例えば、ＡＣライン間にまたがるトライアック３９，４１，４３の短絡が起こらないように、直列／並列遷移の間、１つ又は複数の半サイクルの間、電力をオフにしてもよい。
【００２８】
図５を参照して、速度要求入力５５がマイクロプロセッサ５３へ送られる。速度要求入力５５は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）信号であり得るが、他の入力形式も許される。マイクロプロセッサ５３はＰＷＭ高サイクルをカウントする。すなわち、それは速度要求入力をマイクロプロセッサによって使用可能な速度設定番号レベルへデコード又は変換し、それを現在の速度設定値と比較する。速度設定番号は、マイクロプロセッサの能力のみによって制限されるが、この実施形態では、好ましくは２から１０２４までの間で選択することができる。これは、大部分の可変速度機器にとって十分であると考えられる。この実施形態では、ＰＷＭカウント値は、速度設定番号レベルの選択数を制限するため４で割算される。もし速度設定レベルＣが現在の速度設定値Ｓよりも大きければ、速度設定値は増加させられる。もし速度設定レベルＣが現在の速度設定値Ｓよりも小さければ、速度設定値は減少させられる。新しい速度設定値が確立されたとき、それはルックアップテーブルの索引番号として働く。ルックアップテーブルは、動作するトライアック、及びその速度に対する適切な点弧角に対応する位相遅れタイミングを返す。直列動作及び並列動作のために、別個のテーブルが使用されてもよい。代替的には、位相遅れは、マイクロプロセッサに含まれる速度対負荷曲線又は速度対点弧遅延曲線のような関数式に従って計算されてもよい。
【００２９】
この明細書において、本発明は、或る好ましい実施形態との関連で説明され、例示を目的として詳細に説明されたが、本発明は他の実施形態も可能であり、ここで説明された詳細部分の或るものは、本発明の基本原理から逸脱することなく相当に変更されてもよいことは当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従った可変速度誘導モータを用いたシステムのブロック図である。
【図２】
代替の実施形態として、２段環境要求装置を示すブロック図である。
【図３】
固定子巻線及びそれにトライアックを設けた配置構成例を示す結線図である。
【図４】
本発明の好ましい実施形態によるモータコントローラの結線図である。
【図５】
コントローラの直並列切換および点弧角調整動作の詳細を説明するフローチャートである。
【図６Ａ】
補助巻線のトライアック制御を説明するための他のモータコントローラの一部の結線図である。
【図６Ｂ】
補助巻線のトライアック制御を説明するための他のモータコントローラの、図６Ａに連なる他の一部の結線図である。
【図７】
他の巻線配置を示す結線図である。




【国際調査報告】
2004523189.tif 000038
2004523189.tif 000039
2004523189.tif 000040