JP4178588B2 - 誘導電動機の制動方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的に制動を行なう誘導電動機の制動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、誘導電動機では端子間に直流電圧をかけることで回転を停止させる方法が、ダイナミックブレーキとしてよく知られている。これは、回転している回転子が固定磁界中に置かれると、回転子内に渦電流が発生し、この電流により新たに回転子に発生する磁束が、回転子の回転とは逆方向にトルクを発生することを利用している。実用上は、直流電圧回路を別に設けることなく、誘導電動機の制御用トライアックを開閉することで、誘導電動機に半波整流した直流電圧をかける場合が多い。
【０００３】
図５は従来の誘導電動機の制動方法を示す回路図であって、半波整流した直流電圧をかける誘導電動機の制動方法として、特開平３−２１２１８１号に記載された回路を示している。主巻線２と補助巻線３とで固定子巻線を形成する単相誘導電動機１のうち、主巻線２に交流電源７をトライアック６により整流した脈動電圧を供給する。その結果、主巻線２から発生する磁束が回転子４に作用して、回転子４の回転を拘束して制動をかけるようにしたものである。しかし、誘導電動機に半波整流電圧をかけて制動を行う場合、停止せずに継続して回転することがある。それは、つぎのような理由による。
【０００４】
一般に誘導電動機では、９０度方向が違う主巻線と補助巻線によって回転磁界を作り、起動を行う。このとき回転子には渦電流が発生するので磁極も形成される。この影響により、回転子は回転磁界の回転方向にトルクを発生する。回転が始まった後は起動用の補助巻線を切り離して、主巻線だけで発生する１８０度ごとの交番磁界によって駆動する。
【０００５】
ここで、図５の様な構成の回路において、すでに回転中でありリレー５により補助巻線３を切り離した後の誘導電動機１における主巻線２の端子電圧を測定しながら、交流電源７をトライアック６で切断すると、図６の様な波形が得られる。図６は従来の誘導電動機において交流電源を切断した時の主巻線端子間の電圧波形図であって、波形のａの時点で電源は切断されて回路電流ｉはゼロとなっているが、主巻線２の端子には電圧ｖが発生しており、時間と共に減衰している。これは、回転子中に残留していた渦電流によりできた回転子４の磁極と、回転子４のはずみの回転の作用で、誘導電動機が発電を行っていたからである。よって、交流電源７により回転している状態の回転子４では、磁極を保たれていることがわかる。
【０００６】
この電源を切断したばかりの状態で半波整流電圧を固定子巻線にかけると、回転子中に残留していた渦電流によりできた回転子の磁極と、３６０度ごとに発生する固定子巻線の磁界との相互作用が働く。さらに、回転速度を保ちつづけるだけのトルクが回転子に与えられれば、磁界の方向自体は回転しなくとも、回転子は回り続けることができる。
【０００７】
このように、誘導電動機に半波整流した直流電圧をかける従来の制動方法では、逆に回転子の回転を誘発する可能性があり、確実に制動を行えない。
【０００８】
そこで、この制動方法を改善したものとして、従来つぎのような技術が提案されている。すなわちこの技術は、固定子巻線から電源を切り放したのち、回転子に残留した渦電流が所定の値にまで減衰する所定の時間後に、半波整流電圧を印加するように構成することで、確実に制動を行おうとするものである。
【０００９】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の制動方法は、確実に制動を行えるものの固定子巻線から電源を切り放したのち、回転子に残留した渦電流が所定の値にまで減衰するまでの間、惰性で回転させて置かなければならず、例えば、ディスポーザ等で安全装置として短時間で急制動が必要な場合、回転子に残留した渦電流が減衰しきらずに停止させることが出来ないという問題点があった。
【００１０】
そこで本発明は、前記従来の問題点を解決するもので、半波整流電圧による制動において、回転子の回転の継続がなく、確実に制動トルクを発生させて急制動させることができる誘導電動機の制動方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転子と、主巻線及び補助巻線からなる固定子巻線と、回転方向を切替えるために前記補助巻線に接続されたリレーと、前記固定子巻線への電源供給及び前記リレーを制御する制御回路からなる誘導電動機において、前記主巻線から電源を切り放したのち、前記補助巻線を短絡してから所定の時間後に、前記主巻線に半波整流電圧を印加して前記回転子を制動する誘導電動機の制動方法であって、前記補助巻線を短絡してからの所定の時間及び前記主巻線に半波整流電圧を印加する時間の少なくとも１方を、補助巻線の一端に接続され補助巻線に流れる誘導電流の電流値に応じた信号を出力する電流検出手段が出力する信号、又は、前記補助巻線に流れる誘導電流値が予め設定された電流値以上となったときに点灯するＬＥＤを有するフォトカプラを用いて判断することを特徴とする誘導電動機の制動方法である。
【００１２】
この構成において、回転子に残留した渦電流による回転エネルギーを補助巻線への誘導電流として積極的に消費させてから、半波整流電圧を印加する。これにより、惰性回転時間を大幅に短縮でき、確実に制動トルクを発生させることにより制動時間を短縮することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、回転子と、主巻線及び補助巻線からなる固定子巻線と、回転方向を切替えるために前記補助巻線に接続されたリレーと、前記固定子巻線への電源供給及び前記リレーを制御する制御回路からなる誘導電動機において、前記主巻線から電源を切り放したのち、前記補助巻線を短絡してから所定の時間後に、前記主巻線に半波整流電圧を印加して前記回転子を制動する誘導電動機の制動方法であって、前記補助巻線を短絡してからの所定の時間及び前記主巻線に半波整流電圧を印加する時間の少なくとも１方を、補助巻線の一端に接続され補助巻線に流れる誘導電流の電流値に応じた信号を出力する電流検出手段が出力する信号から判断するようにした。また、請求項２に記載の発明は、回転子と、主巻線及び補助巻線からなる固定子巻線と、回転方向を切替えるために前記補助巻線に接続されたリレーと、前記固定子巻線への電源供給及び前記リレーを制御する制御回路からなる誘導電動機において、前記主巻線から電源を切り放したのち、前記補助巻線を短絡してから所定の時間後に、前記主巻線に半波整流電圧を印加して前記回転子を制動する誘導電動機の制動方法であって、前記補助巻線を短絡してからの所定の時間及び前記主巻線に半波整流電圧を印加する時間の少なくとも１方を、前記補助巻線に流れる誘導電流値が予め設定された電流値以上となったときに点灯するＬＥＤを有するフォトカプラを用いて判断するようにした。
【００１４】
この構成により、確実に制動ができ、制動時間を短縮することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記補助巻線と前記切替リレーを接続した時に、閉回路となるように配置された抵抗器により、前記補助巻線に過大電流が流れるのを防止するようにしたものである。
【００１６】
（参考例１）
図１は、本発明に関連した参考例１の誘導電動機の制動方法を示す回路図、図２は同制動時の主巻線端子間の電圧波形図である。
【００１７】
図１において、誘導電動機１は、回転子４と、主巻線２及び補助巻線３からなる固定子巻線により構成され、リレー５ａ，５ｂと、制御素子であるトライアック６ａ及び６ｂを介して交流電源７に接続されている。
【００１８】
リレー５ａ，５ｂは、補助巻線３及び主巻線２に対して９０°補助巻線の位相を変えるためのコンデンサー８に接続されており、どちらかをＯＮさせることで補助巻線３に印加する交流電圧の位相を１８０°反転させることにより、回転子４の回転方向を切り替える。また、両方ともＯＦＦの状態では、補助巻線３は短絡状態となる。
【００１９】
９は制御回路であり、交流電源７のゼロ電位を検出して、リレー５ａ，５ｂとトライアック６ａ，６ｂを制御する。回転起動時には、まず、リレー５ａもしくは５ｂをＯＮして回転方向を決定し、主巻線駆動用トライアック６ａ及び補助巻線駆動用トライアック６ｂをＯＮすることで、９０度方向が違う主巻線と補助巻線によって回転磁界を作り起動する。このとき回転子４は、渦電流によって発生する回転磁界の回転方向にトルクを発生する。従って、回転が始まった後は補助巻線駆動用トライアック６ｂをＯＦＦして補助巻線３を切り離し、主巻線２だけで発生する１８０度ごとの交番磁界によって駆動する。
【００２０】
以上のように構成された誘導電動機の制動方法について、以下、その動作を図１に基づいて説明する。回転中の誘導電動機１から交流電源７を切り離すと、回転子４に渦電流による磁束が発生しており、この回転する磁束による発電作用で、固定子巻線の端子間に誘導起電力が生ずる。この時点で、リレー５ａ，５ｂを両方ともＯＦＦすると、補助巻線３は短絡状態となり、補助巻線３に誘起した起電力は、誘導電流として補助巻線３内を流れて、補助巻線３の抵抗成分により熱エネルギーとなって急激に減衰してゆく。この補助巻線３の誘導電流が半分以下に減衰する時間をＴ１とする。
【００２１】
減衰時間Ｔ１経過した後に、図２に示すとおり、制御回路９により交流電源７のゼロ電位を検出して、正または負の片側の周期においてだけ、トライアック６ａをＯＮする。すると誘導電動機１の主巻線２の端子には、半波整流電圧が印加される。誘導電動機１の回転が停止した時間Ｔ２後に、トライアック６ａをＯＦＦにする。以上のように回転子に残留した渦電流による回転エネルギーを、補助巻線への誘導電流として積極的に消費させることによって、短時間で急制動することが出来る。
【００２２】
（参考例２）
図３は本発明に関連した参考例２の誘導電動機の制動方法を示す回路図である。図３において図１と同一符号を付したものは、参考例１と基本的に同一の作用を奏するから、詳細な説明は省略する。１０は抵抗器であり、補助巻線３と抵抗器の接続用リレー１１を接続した時に閉回路となるように配置されている。
【００２３】
以上の構成にすることにより、回転中の誘導電動機１から交流電源７を切り離した時に、補助巻線３に流れる誘導電流が過大に流れるのを防ぎ、リレー素子の破壊を防止し補助巻線３の異常発熱を押さえることができる。
【００２４】
（実施の形態）
図４は本発明の実施の形態の誘導電動機の制動方法を示す回路図である。図４において図１と同一符号を付したものは、上記と基本的に同一の作用を奏するから、詳細な説明は省略する。図４（ａ）では誘導電動機１の補助巻線３の端子の一端には、電流検出手段１２が接続され、電流検出手段１２からは補助巻線３の電流値に応じた信号が出力される。
【００２５】
なお、電流検出手段１２は、図４（ｂ）のような抵抗器１０の両端に発生する電圧を高抵抗等で構成されている分圧回路１３で分圧して、平滑化回路１４により整流して平滑化することによりその電位を検出する方法でもよい。また、図４（ｃ）のような、フォトカプラ１５を使った回路で、補助巻線３に設定した電流値以上が流れたとき、フォトカプラ１５のＬＥＤが点灯し、出力がＯＮするのを捉えてもよい。
【００２６】
以上のように構成された誘導電動機の制動方法について、以下、その動作を図４（ａ）に基づいて説明する。回転中の誘導電動機１から交流電源７を切り離した後、リレー５ａ，５ｂを両方ともＯＦＦすると、補助巻線３は短絡状態となり誘導電流として補助巻線３内を流れて、急激に減衰してゆく。この補助巻線３の誘導電流を、電流検出手段１２により検出して、電流値に応じた信号へと変換する。この信号が、所定の値以下に減衰した時点で、制御回路９は回転子４の渦電流が減衰したと判断し、交流電源７のゼロ電位を検出して、正または負の片側の周期においてだけトライアック６ａをＯＮする。すると誘導電動機１の主巻線２の端子には、半波整流電圧が印加される。その結果、主巻線２から発生する磁束が回転子４の回転を拘束して制動できる。この時、補助巻線３には再度誘導電流が流れて回転子４の回転が遅くなるにつれて徐々に減衰して行く。この誘導電流を、電流検出手段１２により検出して、電流検出手段１２より出力される信号が所定の値以下に減衰した時点で、制御回路９は誘導電動機１の回転が停止したと判断し、トライアック６ａをＯＦＦにする。
【００２７】
以上のように補助巻線３を短絡してからの所定の時間及び主巻線２に半波整流電圧を印加する時間の少なくとも１方を、補助巻線３に流れる誘導電流値から判断することによって、短時間で急制動することが出来る。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の誘導電動機の制動方法によれば、回転子に残留した渦電流による回転エネルギーを補助巻線への誘導電流として積極的に消費させるので、短時間で急制動することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例１の誘導電動機の制動方法を示す回路図
【図２】 本発明の参考例１の制動時の主巻線端子間の電圧波形図
【図３】 本発明の参考例２の誘導電動機の制動方法を示す回路図
【図４】 本発明の実施の形態の誘導電動機の制動方法を示す回路図
【図５】 従来の誘導電動機の制動方法を示す回路図
【図６】 従来の誘導電動機において交流電源を切断した時の主巻線端子間の電圧波形図
【符号の説明】
１ 誘導電動機
２ 主巻線
３ 補助巻線
４ 回転子
５ａ，５ｂ リレー
６ａ，６ｂ トライアック
７ 交流電源
８ コンデンサー
９ 制御回路
１０ 抵抗器
１１ 接続用リレー
１２ 電流検出手段
１３ 分圧回路
１４ 平滑化回路
１５ フォトカプラ

Claims (3)

  1. 回転子と、主巻線及び補助巻線からなる固定子巻線と、回転方向を切替えるために前記補助巻線に接続されたリレーと、前記固定子巻線への電源供給及び前記リレーを制御する制御回路からなる誘導電動機において、前記主巻線から電源を切り放したのち、前記補助巻線を短絡してから所定の時間後に、前記主巻線に半波整流電圧を印加して前記回転子を制動する誘導電動機の制動方法であって、前記補助巻線を短絡してからの所定の時間及び前記主巻線に半波整流電圧を印加する時間の少なくとも１方を、補助巻線の一端に接続され補助巻線に流れる誘導電流の電流値に応じた信号を出力する電流検出手段が出力する信号から判断することを特徴とする誘導電動機の制動方法。
  2. 回転子と、主巻線及び補助巻線からなる固定子巻線と、回転方向を切替えるために前記補助巻線に接続されたリレーと、前記固定子巻線への電源供給及び前記リレーを制御する制御回路からなる誘導電動機において、前記主巻線から電源を切り放したのち、前記補助巻線を短絡してから所定の時間後に、前記主巻線に半波整流電圧を印加して前記回転子を制動する誘導電動機の制動方法であって、前記補助巻線を短絡してからの所定の時間及び前記主巻線に半波整流電圧を印加する時間の少なくとも１方を、前記補助巻線に流れる誘導電流値が予め設定された電流値以上となったときに点灯するＬＥＤを有するフォトカプラを用いて判断することを特徴とする誘導電動機の制動方法。
  3. 前記補助巻線と前記切替リレーを接続した時に、閉回路となるように配置された抵抗器により、前記補助巻線に過大電流が流れるのを防止することを特徴とする請求項１または２記載の誘導電動機の制動方法。
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