(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源の電圧波形を歪ませて３次高調波を発生する高調波発生回路と、３次高調波の周波数付近に共振周波数を持つ共振コンデンサを備えた共振回路と、２極の誘導電動機とを備え、前記誘導電動機は、前記共振回路から前記３次高調波の周波数の電流を供給されて回転する動力発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動力発生装置と、前記動力発生装置により駆動されるポンプとを備えた食器洗い機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用および産業用などの回転機械に使用される動力発生装置と家庭などで使用される食器洗い機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の動力発生装置について図面を参照しながら説明する。図５は、従来の、いわゆる単相の誘導電動機を用いた動力発生装置の構成を示す回路図である。図５において、動力発生装置は、１００Ｖ、６０Ｈｚの交流電源１と、開閉手段２と、進相コンデンサ３と、誘導電動機４とによって構成されている。
【０００３】
誘導電動機４は、鉄心にアルミニウムを鋳込んで作成した、かご形と呼ばれる回転子と、主巻線５と、補助巻線６とを備え、主巻線５と補助巻線６とは、いずれも２極で互いに電気角９０度となる位置に巻回することにより、２相巻線を構成している。
【０００４】
上記構成における動作について説明する。開閉手段２が開放されている状態においては、交流電源１の出力が切断されていて、誘導電動機４の主巻線５および補助巻線６には電流が供給されず、停止した状態となる。つぎに、開閉手段２の接点が閉じて導通状態となると、誘導電動機４の主巻線５には交流電源１から１００Ｖ、６０Ｈｚの電圧が供給され、また、補助巻線６には交流電源１から進相コンデンサ３を通じて交流電源１よりも位相が進んだ電庄が供給される。したがって、誘導電動機４は、内部に楕円状の回転磁界を生じ、かご形の回転子はその回転磁界に引きずられるようにして回転運動を行い、外部に接続された機械的な負荷に動力を供給する。
【０００５】
ここで、前記回転磁界の回転速度は、交流電源１の周波数と誘導電動機４の極数とによって決まり、図５の場合には、交流電源１は商用の６０Ｈｚとし、誘導電動機４は２極の構成としていることにより、前記回転磁界の回転速度は毎分３６００回転となり、回転子の回転速度は前記回転磁界の回転速度から滑りを持ってやや低い回転速度で運転される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の動力発生装置では、かご形の誘導電動機４により構成していることにより、安価で堅牢と言う特徴を備えている反面、回転速度の上限が商用の交流電源１の周波数である６０Ｈｚの場合、毎分３６００回転以下と言う制限があり、これ以上の回転速度では運転できないため、高速回転が必要な機器への使用が不可能となり、また装置の小形化なども困難であると言う問題があった。
【０００７】
また、他の動力発生装置として、インバータと称される可変周波数の電源を用いて誘導電動機を高速回転で運転するものも存在しているが、この場合にはインバータを構成するために多数のスイッチング素子が必要となり、また交流電源を一旦、直流電源に変換するための整流平滑回路なども必要となることにより、装置が複雑となり、かつ価格も高いものとなると言う問題があった。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するもので、交流電源の周波数と誘導電動機の極数とで決まる回転数以上の高速で回転できる動力発生装置と、それを用いた食器洗い機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、交流電源と、前記交流電源の電圧波形を歪ませて３次高調波を発生する高調波発生回路と、３次高調波の周波数付近に共振周波数を持つ共振コンデンサを備えた共振回路と、２極の誘導電動機とを備え、前記誘導電動機は、前記共振回路から前記３次高調波の周波数の電流を供給されて回転する動力発生装置である。
【００１０】
本発明により、前記誘導電動機は、前記共振回路から前記交流電源の周波数よりも高い周波数の電力を供給されて高速回転する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源の電圧波形を歪ませて３次高調波を発生する高調波発生回路と、３次高調波の周波数付近に共振周波数を持つ共振コンデンサを備えた共振回路と、２極の誘導電動機とを備え、前記誘導電動機は、前記共振回路から前記３次高調波の周波数の電流を供給されて回転する動力発生装置であり、高調波発生回路は、交流電源の電圧波形を歪ませて高調波を発生させる回路であり、実施例においては、トライアックに交流電源の電圧を交流電源の周波数に同期して開閉することにより高調波を発生させる。この場合、高調波を偶数次の高調波とするか奇数次の高調波とするかは開閉の仕方に依存するが、実施例においては交流電源の零電圧時点を基準に開閉して奇数次の高調波を発生させる。また、共振回路は、発生した奇数次の高調波のうちの特定次数の高調波に共振する回路であり、実施例では３次の高調波、すなわち第３高調波に共振する共振回路を共振コンデンサとインダクタンスとにより構成する。この場合、共振周波数は前記共振コンデンサの容量と前記インダクタンスの値とのみで決まるのではなく、接続する誘導電動機の動作中における巻線のインダクタンスと進相コンデンサとによる等価インダクタンスも関与するので、これらの値を含めて設定する。また、共振回路を共振コンデンサを備えた構成とするが、最も簡単な構成として共振コンデンサのみとし、誘導電動機の主巻線および補助巻線のインダクタンスと進相コンデンサとによる等価インダクタンスと共振させる。また、誘導電動機として安価で堅牢な２極の誘導電動機を使用する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の動力発生装置と、前記動力発生装置により駆動されるポンプとを備えた食器洗い機であり、これにより高温の湯を循環させるポンプを高速回転で駆動する。これにより、ポンプおよび誘導電動機を高速低トルクのものとして小型軽量化することができる。
【００１３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の動力発生装置の実施例１について説明する。
【００１５】
図１は本実施例の構成を示す回路図である。図１において、動力発生装置は、１００Ｖ、６０Ｈｚの商用の交流電源１と、交流電源１の出力を歪ませて３次の高調波、すなわち第３高調波を豊富に含む出力を発生する高調波発生回路７と、前記高調波の周波数である１８０Ｈｚ付近に共振周波数を持つ共振回路８と、２極の誘導電動機４とを備えている。誘導電動機４は、共振回路８から交流電源１の周波数である６０Ｈｚよりも高い１８０Ｈｚの周波数の電流を供給されて回転する構成としている。
【００１６】
高調波発生回路７は、トライアック９と、トライアック９のゲート端子に接続されたゲート駆動回路１０とにより構成され、ゲート駆動回路１０は、誘導電動機４の運転を停止する場合、トライアック９のゲートからは一切、電流の引き抜きを行わないが、誘導電動機４を運転する場合には、交流電源１の瞬時電圧が零になった時点から、４．５ｍｓｅｃ後にトライアック９のゲートから５０ｍＡのゲート電流を１００μｓｅｃの間は引き抜くと言う動作を行うものとしており、これによって交流電源１の３倍の周波数成分を豊富に含んだ出力を発生するものとしている。
【００１７】
また、共振回路８は、共振コンデンサ１１とインダクタンス１２とによって構成している。また、誘導電動機４を一般にコンデンサラン方式としているので、誘導電動機４内には、主巻線５と補助巻線６とを備え、進相コンデンサ３を設けることにより補助巻線６に流れる電流の位相を主巻線５に対して進相とし、これによって楕円の回転磁界を発生させている。
【００１８】
上記構成における動作について説明する。図２は本実施例の動作を示す波形図である。図２において、（ア）は交流電源１の出力電圧Ｖｉｎ、（イ）は高調波発生回路７の出力電圧Ｖ１、（ウ）は誘導電動機４の主巻線５に供給される電圧波形Ｖ２を示す。ゲート駆動回路１０は、交流電源１の零電圧時点からｔ１＝４．５ｍｓｅｃ後にトライアック９をオンとさせることにより、（イ）に示したような電圧波形が出力され、この電圧波形には第３高調波に相当する１８０Ｈｚの成分が豊富に含まれている。共振回路８は、１８０Ｈｚで共振するように共振コンデンサ１１の容量とインダクタンス１２のインダクタンス値とが設定されており、（ウ）に示したように、１８０Ｈｚ成分が増幅された電圧波形が誘導電動機４の主巻線５に印加される。
【００１９】
なお、共振動作は、共振回路８の構成要素以外に、誘導電動機４の主巻線５と補助巻線６、さらに進相コンデンサ３の影響も受け、さらに誘導電動機４の機械的負荷の影響も受ける。したがって、本実施例においては、実使用上で瀕繁に使用される負荷条件下の誘導電動機４の定数の影響を考慮して共振回路８の構成要素である共振コンデンサ１１の定数とインダクタンス１２の定数とを定めている。
【００２０】
以上の構成により、２極の誘導電動機４が１８０Ｈｚで駆動される状態となり、同期速度を毎分１０８００回転と言う高速回転にすることができる。一般に誘導電動機４の出力パワー（仕事率）は、回転速度とトルクとの積に比例するので、同等の出力パワーを実現する場合、回転速度が大であればあるほどトルクは小となり、装置の小型化が可能となる。したがって、安価で堅牢な誘導電動機４を使用しながらも高速化を実現できるとともに、小型化も可能な動力発生装置を実現することができる。
【００２１】
（実施例２）
以下、本発明の動力発生装置の実施例２について図面を参照しながら説明する。図３は本実施例の構成を示す回路図である。なお、実施例１と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、共振回路８を共振コンデンサ１１のみとしていることにある。
【００２２】
図において、共振回路８を共振コンデンサ１１のみで構成し、共振コンデンサ１１の定数と誘導電動機４のインピーダンス定数とにより１８０Ｈｚ付近の共振周波数となるように構成している。なお、交流電源１、高調波発生回路７、誘導電動機４、進相コンデンサ３の構成要素については、実施例１と同じものである。この場合、共振の強さＱが実施例１に比べては低く、したがって１８０Ｈｚ成分の増幅作用が実施例１よりも小さいことにより、動力発生装置としての出力および効率の点では若干劣るものとなるとともに、機械的負荷の変動に対する影響も実施例１と比較して受け易くなると言う傾向はある。
【００２３】
以上のように本実施例によれば、共振回路８を共振コンデンサ１１のみで構成することにより、実施例１に比べて構成部品点数が少ないことにより組立を簡単にすることができ、小形かつ低コスト化にも有利となる。
【００２４】
なお、本実施例では、共振コンデンサ１１を誘導電動機４の主巻線５と並列に接続しているが、とくに並列に限るものではなく、直列、すなわちトライアック９に直列になるように共振コンデンサ１１を設けてもよい。
【００２５】
また、実施例１および実施例２において、共振回路の共振周波数を１８０Ｈｚとしているが、日本国内では５０Ｈｚの地域と６０Ｈｚの地域とが混在していることにより、いずれの地域でも同等の共振性能を確保するため、たとえば、共振周波数を１６５Ｈｚとし、いずれの地域においても第３高調波とほぼ同等の共振を行わせるなどの構成としたものであってもよい。その場合、高調波発生回路７についても、交流電源１の周波数に応じて、トライアック９のゲートタイミングを変えることにより、第３高調波が多く発生するように工夫をするなどは自由である。また、第３高調波を用いたが、とくに３次に限定されるものではなく、整数の値であれば、他の次数でもかまわない。
【００２６】
（実施例３）
以下、本発明の食器洗い機の一実施例について図面を参照しながら説明する。図４は、本実施例の構成を示す断面図である。図４において、３は進相コンデンサ、４は誘導電動機、１３は給水弁、１４はポンプ、１５は冷却ファン、１６は駆動回路、１７は回転ノズル、１８は出水口、１９は電気ヒータ、２０は食器、２１は電源コード、２２はホースである。
【００２７】
ホース２２から供給される水道水は、給水弁１３を通じて機体内に取り込まれ、電気ヒータ１９および誘導電動機４には、電源コード２１から駆動回路１６を介して電力が供給される。また、電源コード２１は、家庭用のコンセントに接続され、１００Ｖ、６０Ｈｚの交流電源が供給されている。駆動回路１６は、電気ヒータ１９および誘導電動機４への通電を制御し、誘導電動機４に高周波の電力を供給するために、トライアック９による高調波発生回路７と共振コンデンサ１１を備えた構成としている。
【００２８】
上記構成における動作について説明する。機体内に取り込まれた水道水は、電気ヒータ１９によって摂氏７５度に加熱されて湯になる。ポンプ１４は、たとえば実施例１に示した動力発生装置を構成する誘導電動機４によって、およそ毎分９２００回転と言う高速で回転し、回転ノズル１７に設けた複数の出水口１８から前記湯を吹き出させることにより、循環させている。
【００２９】
出水口１８は、前記湯を真上から４５度傾いた方向に噴出させる構造としていることにより回転ノズル１７に反動トルクが発生し、これにより回転運動を行うので、庫内の食器２０には満遍なく前記湯が当たり、良好な洗浄機能を備えたものとなっている。また、冷却ファン１５は、誘導電動機４の軸に取り付けられ、ポンプ１４と同時に回転することにより誘導電動機４を冷却し、主巻線５、補助巻線６、およびベアリング式の軸受けなどの構成部品の温度上昇を規定値以下に抑えるように作用している。
【００３０】
以上の動作により、食器２０の洗浄を行うとともに、食中毒などの原因となる菌なども高温の湯を当てて殺すと言う動作も行っている。ここで、ポンプ１４に必要な出力パワーは５０ワット程度となるが、本実施例では、１８０Ｈｚを誘導電動機４に供給し、また誘導電動機４を２極としていることにより、毎分９２００回転と高速にすることにより、トルク値は０．５３ｋｇｃｍと言う低い値とすることができる。したがって、ポンプ１４は高速低トルクの仕様となって小型化を実現し、また誘導電動機４についても低トルクと言う仕様となって、やはり小型化を可能としている。
【００３１】
以上のように本実施例によれば、誘導電動機４を交流電源１よりも高周波の電力で駆動することにより、駆動するポンプ１４を高速低トルクとして小型化できるとともに、誘導電動機４自体も高速低トルクとして小型化することができる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、交流電源と、前記交流電源の電圧波形を歪ませて３次高調波を発生する高調波発生回路と、３次高調波の周波数付近に共振周波数を持つ共振コンデンサを備えた共振回路と、２極の誘導電動機とを備え、前記誘導電動機は、前記共振回路から前記３次高調波の周波数の電流を供給されて回転する動力発生装置とすることにより、交流電源の周波数で決まる同期速度よりも高い同期速度の高速回転を可能とし、また同じ出力パワーにおける必要トルクを低減するので、装置の小型化を可能とする。また、安価で堅牢な誘導電動機を高速で回転させることができる。
【００３３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の動力発生装置と、前記動力発生装置により駆動されるポンプとを備えた食器洗い機とすることにより、ポンプおよび誘導電動機を高速低トルクのものとして小型軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の動力発生装置の実施例１の構成を示す回路図
【図２】  同実施例の動作を示す波形図
【図３】  本発明の動力発生装置の実施例２の構成を示す回路図
【図４】  本発明の食器洗い機の一実施例の構成を示す断面図
【図５】  従来の動力発生装置の構成を示す回路図
【符号の説明】
１  交流電源
２  開閉手段
３  進相コンデンサ
４  誘導電動機
５  主巻線
６  補助巻線
７  高調波発生回路
８  共振回路
９  トライアック
１０  ゲート駆動回路
１１  共振コンデンサ
１２  インダクタンス
１３  給水弁
１４  ポンプ
１５  冷却ファン
１６  駆動回路
１７  回転ノズル
１８  出水口
１９  電気ヒータ
２０  食器
２１  電源コード
２２  ホース
【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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