JPH01218372A - 直列共振コンデンサモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔関連出願〕 本出願は本出願人の同時係属出願である米国特許で１９
８６年１１月２６日出願の出願番号第９３５００９号。

１９８７年８月２４日出願の出願番号第０８８２４１号
および１９８７年６月２３日発行の特許第４６７５５６
５号に関係する。

〔背景〕

単相交流モータは種々の異なった目的に用いられ、非常
に小さい分数馬力のモータから複数馬力の大きさまでサ
イズでも種々のものがある。はとんどの家庭用および事
務用の交流電源は単相電力供給の形であるから、単相モ
ータが特に一般的である。

単相モータは、動作電源に接続される起動巻線および運
転巻線が巻回された固定子鉄心を含む。

これらの固定子巻線は、モータ出力を生じるために軸を
回わす回転子を取り巻き、且つ回転子と磁気的に結合さ
れている。回転子は、かご形回転子。

高抵抗回転子、低抵抗回転子９巻線形回転子あるいは複
数巻線高および低抵抗回転子のように、多数の異なる形
態で作られる。これらの全ての形態は、種々の固定子巻
線の構成と共に、電動機工業ではよく知られている。

典型的に、起動巻線は比較的小さい直径の導線で作られ
、運転巻線は起動巻線と較べて比較的大きい直径の導線
で作られる。これらの巻線は物理的および電気的に固定
子上で角度が互いにずらされている。

普通のコンデンサ起動モータおよびコンデンサ起動／コ
ンデンサ運転モータでは、起動コンデンサは起動巻線お
よびスイッチと直列に接続される。

モータの起動に際してはこのスイッｉチが閉じられ、比
較的小さい直径の起動巻線と接続されたコンデンサが、
主巻線すなわち運転巻線内の遅れ電流と大きさがほぼ等
しくそれからの位相がほぼ９０°ずらされた進み電流を
起動巻線内に作る。そのような構成が大きい値の起動ト
ルクを生じる。

−ａに、普通のコンデンサ起動モータのスイッチは、入
力端子を横切りコンデンサと起動巻線とに直列に接続さ
れた遠心スイッチまたは温度スイッチである。運転巻線
はこのときこの直列に接続された起動回路と並列に接続
される。このようなコンデンサ起動モータでは、起動状
況は瞬間的な拘束回転子電流が高く、モータ起動電流需
要率もまた高いようである。結果として、このようなモ
ータは比較的高い運転温度を経験し、回転子が予め決め
られた回転速度に達した後に起動巻線を切り離しすなわ
ち開放するためのある種のスイッチを要する。そのよう
なモータの起動巻線は一般に比較的小さい直径の導体で
あるから、過熱がしばしば起こり得る。そのような過熱
は、特にモータの運転が過負荷状況の下では、焼損によ
って起動巻線の寿命を比較的短くする。

出願人の前記同時係属出願および前記特許は全て、小さ
い直径の起動巻線を使わずに、代わりに（はぼ同じ直径
の太い導体の）２個の直列接続された巻線を、回転子鉄
心上で電気的に互いに９０゜位相をずらして用いるコン
デンサ起動／コンデンサ運転モータを目指している。こ
れらの巻線の１つにはモータの運転周波数で並列共振回
路を形成するようにコンデンサが並列接続されている。

前記の出願および特許は全て従来技術のコンデンサ起動
／コンデンサ運転モータのほとんどの欠点を克服する高
効率モータである。

然し乍ら、同時係属中の出願番号第９３５００９号につ
いては起動トルクが比較的低い、従って、最初に出願番
号第９３５００９号で開示された形式のモータは、ポン
プ、送風機、工作機械および多くの商用や家庭用の器具
のような非常に高い起動トルクは必要としない情況で用
いるのに適している。より高い起動トルクが必要な情況
での利用には、同時係属中の出願番号第０８８２４１号
および前述の特許第４６７４５６５号のモータが用いら
れる。これらのモータもまたモータ運転周波数での並列
共振回路を使　　　用し、そこではモータの２つの巻線
は互いに直列に接続され、巻線の１つにはモータの運転
周波数で並列共振回路を形成するようにコンデンサが並
列接続される。それに加えて、第２のコンデンサがスイ
ッチと直列にして第１のコンデンサに並列に接続される
。このスイッチはモータの起動の間開じられ、モータの
運転の正常負荷状況の間開かれる。これがモータの起動
トルクを大幅に増加させるが、モータの正常動作あるい
は運転状況の間は、並列共振回路は同時係属中の出願番
号第９３５００９号のモータに開示されたと同じ方法で
機能する。

出願人はまた高起動トルクを生じる起動制御回路に向い
たコンデンサ起動形の単相モータについての３つの他の
特許を有する。これらの特許は米国特詐第３０３６２５
５号、第３５７３５７９号および第３９１６２７４号で
ある。特許第３０３６２５５号は起動回路内にコンデン
サ起動回路を開くための遠心力またはリレー動作スイッ
チを用い、モータの運転の正常負荷状況の間はモータ動
作から起動回路と起動巻線とを切り離すコンデンサモー
タを示す。

米国特許第３５７３５７９号と第３９１６２７４号との
両者は機械的スイッチを用いない固体状モータ起動制御
回路を示す、結果として、機械的スイッチに伴うアーク
および遠心スイッチのような機械的スイッチ固有のその
他の欠点は、これら２つの特許の起動制御回路に用いら
れた固体状回路によって克服された。然し乍ら、これら
の特許は他の先行技術のコンデンサモータと同様に起動
巻線とスイッチとに直列に接続された起動コンデンサを
有し、従って起動電流ばモータの動作の起動の部分の間
のみに起動巻線を通って印加される。モータが一旦運転
回転速度に達するかまたは近付くと、固体状スイッチが
起動回路内に回路開放状況を創造し、起動巻線はその後
の動作から除去される。従って、そのような固体状モー
タ起動制御回路はモータの動作の個別の状況に従って、
従来技術の機械的スイッチ回路が電源入力端子へ起動巻
線を接続および開放するのと同様の方法で機能する。

前述の同時係属中の出願の効用を留めたままで高起動ト
ルクを発生できる有能なモータを提供することが望まれ
る。

〔発明の概要〕

従って、改良された交流モータを提供することが本発明
の目的である。

単相交流電源で運転される改良された交流モータを提供
することが本発明の別の目的である。

高効率で動作し、高起動トルクを発生する改良された単
相交流モータを提供することが、本発明の付加的な目的
である。

直列共振回路で動作する高効率モータを提供することが
本発明の更に別の目的である。

改善された効率で直列共振動作状況を与えるために大き
い容量を有するコンデンサと直列に接続された比較的大
きい導体サイズの運転巻線を用いる交流モータを提供す
ることが本発明の更に別の目的である。

本発明の好適な実施例に従って、交流モータが単相交流
電源で運転される。このモータは固定子鉄心に電気角で
互いにほぼ９０＠ずらされて、回転子と誘導的に結合さ
れた第１および第２の巻線を有する。第１の巻線は交流
電源へコンデンサと直列に接続される。第２の巻線は第
１の巻線とコンデンサとの直列回路と並列に接続される
。コンデンサと第１の巻線とは交流電源の周波数で直列
共振回路を形成し、第１の巻線の導体サイズは全負荷運
転電流を流せるように比較的大きい。コンデンサは大き
い容量を有し、正常負荷運転状況の間は第２の巻線を通
っては電流は少ししか流れないか全く流れないようにこ
の回路が動作する。このモータは比較的高い起動トルク
を発生し、より大きい起動トルクが欲しい場合には、切
り換えコンデンサがモータの動作が起動状況の間この直
列に接続されたコンデンサと並列に接続される。

（詳細な説明〕 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明するが、各図面
中の同一または同様の要素を示すには同一の符号を付し
である。

第１図は適度かまたは高いかの再起動トルクを発生でき
る単相コンデンサ運転モータの簡略図である。普通の分
割コンデンサモータまたはコンデンサ運転モータは非常
に低い起動トルクしか発生せず、それでそれらのモータ
は高い起動トルクを要求されないファンや送風器のよう
な応用に典型的に用いられる。第１図の回路は本質的に
１個の中に２個のモータを含んでおり、すなわち動作の
１つのモードでは既知のコンデンサ起動モータを想起さ
れる形式の高いモータ起動トルクを発生できるモータで
ある。他のモードでは、このモータは最初の起動に続い
て高いトルクへ急速に発展する適度の起動トルクを発生
するスイッチ無しモータとして動作し、従ってこのモー
タは広い応用範囲で用いられ得る。

第１図の回路では、単相交流電力が適当に電源９から２
極単投スイツチ１０／１２を通って供給される。センタ
ータップ付きの運転巻線１３Ａ、　１３Ｂが固定子鉄心
に巻回され、スイッチを横切り運転コンデンサ１７と直
列に接続される。起動巻線１４も固定子に巻回され、巻
線部分１３Ａと１３８との間のセンタータップへ接続さ
れる。

このモータの動作の瞬間的な反転を許すために、巻線部
分１３Ａと１３Ｂとを通る電流の流れに関して巻線１４
を通る電流の流れの方向を反転すべく、３極双投反転ス
イッチ１９が使用される。然し乍ら、この反転特性が不
要の場合には、このスイッチ１９は除去され得て、巻線
１４については巻線部分１３Ａと１３Ｂとの結合点とス
イッチ１２の端子との間に直接に接続される。第１図の
鯛査から、スイッチ１９の極が右側位置にある場合には
、巻線１４の上側端が巻線部分１３Ａと１３Ｂとの間の
結合点へ接続され、巻線１４の下側端がスイッチ１２へ
接続される。スイッチ１９の極が左側位置にある場合に
は、この相互関係が逆転され、従って巻線１４の下側端
が巻線部分１３Ａと１３Ｂとの間の結合点へ接続され、
巻線１４の上側端がスイッチ１２へ接続される。第１図
のモータの運転中に、スイッチ１９が一方の位置から他
方の位置へ切り換えられ得て、巻線１３と１４とが巻回
された固定子により囲まれた回転子１５の回転の瞬間的
な反転を起こす。

巻線部分１３Ｂと直列に接続されたコンデンサ１７は、
コンデンサ起動モータまたは分割コンデンサモータに用
いられる典型的な起動コンデンサと対照して大きい容量
値を有する。これに加えて、巻線部分１３Ａと１３８と
の導体サイズは比較的大きい。

典型的には、１馬力のモータには１巻線１４の導体サイ
ズが１８番または２０番導体であるのに対して、巻線部
分１３Ａと１３８との導体サイズは１６番または１７番
導体である。３７０ボルトで動作するコンデンサ１７の
容量は約８０マイクロフアラツドである。これらの値は
制限するものであると考えられるべきではなく、第１図
に示したモータの望ましい動作特性を与えるように見出
された値の代表的な値である。

起動から無負荷と全負荷との両方または一方の状況を通
じてモータの動作の間中、巻線部分１３Ｂと直列なコン
デンサ１７は直列共振回路を形成し、その共振が電源９
の６０Ｈｚの周波数と等しいかその近くにあるように選
ばれる。明らかに、５０　Ｈｚあるいは１２０ｔｌｚの
ような異なる周波数の電源が用いられる場合には９巻線
部分１３Ｂとコンデンサ１７とが構成する直列共振回路
の共振は、個別の交流周波数電源９の周波数に匹敵する
ように選ばれる。コンデンサ１７は交流用非分極形コン
デンサであり、電解コンデンサ、金属化箔コンデンサあ
るいは金属化ポリプロピレンコンデンサであり得る。

第１図のモータは起動においては全電流のほとんどの部
分が巻線１４を通って流れるようになる。

然し乍ら、この電流は運転巻線１３Ａおよび１３Ｂを通
って流れる動作電流の本質的に全てによって、急速に零
近くへ低下する。この電流の移行は直列共振回路の特性
の結果として自動的に起こり、従って起動巻線１４は比
較的小さい直径の導体で作ってもよい、起動巻線は長期
間高電流を決して流さないので、起動巻線の焼損の危険
はない、実際に、モータの正常運転動作の間は、若し必
要なら、起動巻線１４を完全に回路から切り離してもよ
い。然し乍ら、モータの固有の動作特性によって電流が
自動的に零または零近くへ低下するから、これは必要な
い。

従って前述の回路はモータの定格回転速度（ＲＰＭ値）
のほぼ５０χでほぼ充分なあるいは最大トルクに発展す
る適度の起動トルクを発生する。モータが全負荷で充分
な動作速度に達した場合、トルクに起動トルクに近い点
へ低下する。

然し乍ら、高起動トルクが望まれた場合には、起動コン
デンサ２７がスイッチ２１と２３との対を通ってコンデ
ンサ１７と並列に接続され得る。スイッチ２１は半永久
ベースの回路へ起動コンデンサ２７を随意に入り切りす
るために用いられる。これが“１個の中の２個のモータ
”としてのモータの使用を可能にする。スイッチ２１が
開いている場合は、明らかにコンデンサ２７は決して回
路へ接続されず、回路動作に何の影響もない。このとき
にこのモータは前述のような適度の起動トルクを発揮す
る。

然し乍ら、スイッチ２１が閉じられた場合には、モータ
が起動する間コンデンサ２７がコンデンサ１７と並列に
接続される。コンデンサ１７と並列な第２のコンデンサ
２７は、モータが起動状況にある開巻線１３と１４とを
通る電流の位相ずれが９０″の近傍になるようにする。

コンデンサ２７がこの回路に用いられない場合よりも相
当大きい高起動トルクを、これがモータに起こす。モー
タの回転子１５が一旦正常動作速度へ到達または接近す
ると９回転子１５へ結合された遠心スイッチ２５がスイ
ッチ２３の接点を開き、回路からコンデンサ２７を除去
する。

スイッチ２３が開いた時にコンデンサ２７に蓄積された
幾らかのエネルギーを消費する目的で、コンデンサ２７
を横切って放電抵抗器２６が接続される。

スイッチ接点１０と１２とがモータを停止するために開
かれ、あるいは交流電源９からモータを切り離した時に
はいつでもエネルギーを消費する同じ目的で、同様の放
電抵抗器１８が直列共振コンデンサ１７を横切って接続
される。

第１図に示したモータの重要な特徴は、回転子１５の回
転を最初に停止することを必要とせずに、軽負荷であっ
ても重負荷であっても、瞬時にあるいはほとんど瞬時に
反転できるモータの能力である。これは前述のように、
反転スイッチ１９の位置を右側の位置から左側の位置へ
あるいはその逆に交換することにより達成される。これ
が巻線１４を通る非常に僅かな電流を反転し、回転子１
５の回転の方向を急速に瞬時に反転するために全体回路
の動作の位相を反転するのに充分な量が反転する。

これは、必要な場合には全ての動作回転速度（ＲＲＭ値
）で達成され得る。

第２図は（第１図におけるようなセンタータップの付い
ていない）単一の運転巻線１３を使用した本発明の別の
実施例であり、その実施例は反転スイッチ１９が起動巻
線１４への代わりに運転巻線１３へ接続されている。全
ての他の細目では、第２図のシステムは第１図の回路と
同様に動作する。巻線１３は太い導体（１６番または１
７番導体が適当であると見出された）で作られ、モータ
の動作周波数で直列共振回路を形成するようにコンデン
サ１７と直列に接続される。反転スイッチ１９がその極
を右へ動かされた場合には、巻線１３の左側端がスイッ
チ１０へ接続され、コンデンサ１７の下側端子が巻線１
４の下側端と共にスイッチ１２によって電源９の底部す
なわち帰線側へ接続される。反転スイッチ１９の極が第
２図に見られるのとは逆に左へ動かされた場合には、巻
線１３の左側端がスイッチ１９の極を通って巻線１４の
下側端とスイッチ１２とへ接続される。

このときコンデンサ１７の下側端子はスイッチ１９（そ
の上偏極）を通してスイッチ１０へ接続され、それによ
って巻線１４に関して直列共振回路１３．１７の接続が
逆転する。スイッチ１９の極がそれらの右側位置から左
側位置へおよびその逆に動かされた場合にはいつでも、
モータの回転子１５の動作の瞬時反転できる能力をこの
スイッチが与える。

従って、反転スイッチ１９は回転子１５の回転方向の反
転に影響する°たーめに巻線１３または１４のいずれか
一方に接続され得ることがわかる。全ての他の細目では
、第２図の回路は前述の第１図の回路と同様に動作する
。

第３．４および５図は適度の起動トルクを有するモータ
を図解し、それらのモータは回転子１５の回転速度を変
えるために更に別の準備を有する。

運転巻線１３と起動巻線１４とに対する第３，４および
５図の回路の巻線位置は、本質的に第２図に示された配
置と同じである。これらの各回路において、コンデンサ
１７は電源９からの交流電力供給の動作周波数で直列共
振回路を形成するように運転巻線１３　（大きい直径の
導体を有する）と直列である。第３図の回路では、起動
巻線は２つの部分巻線１４Ａと１４Ｂとを具える。巻線
１４＾は第１図および第２図の巻線１４と同様である。

然し乍ら、二の巻＆’１１４ａは、巻回数を変えるため
にその上に摺動タップを有する巻線１４Ｂと直列に接続
されている。

このタップはその後スイッチ１２へ接続され、従って巻
線１４Ｂ上のタップの位置を変えることによって、異な
る巻回数（および従って異なるインダクタンス）が起動
巻線の構成に対して与えられる。

これが負荷状況でのモータの回転子の動作の速度を変え
る。

第４図と第５図とは付加的な速度制御の輪郭である。第
４図の回路は、巻線１４１３上のタップが第３図におい
てはスイッチ１２へ接続された代わりに巻線１４Ａと巻
線１４Ｂとの結合点の間に接続されたことを除けば、第
３図の回路と同じである。第゛４図のこの回路は然し乍
ら第３図の回路と同じようにして回転子１５の回転速度
を制御するよう動作する。然し乍ら、第４図は巻線部分
１４Ａと１４Ｂとの間の代用の結線の相互関係を図解す
る。

第５図の回路は直列接続された運転巻線１３とコンデン
サ１７とに直列に接続されたりアクドル（オートトラン
ス）を使用する。コンデンサ１７の下側端子をスイッチ
１２へ直接帰すのに代えて、リアクトル２０カスイツチ
１２とコンデンサ１７との間に接続される。摺動点の設
定により確立されるごときリアクトル２０のリアクタン
スの変化がコンデンサ１７を横切る電圧を変えるように
機能し、そのコンデンサが今度はモータの出力を変える
ように働く。

運転巻線１３が相互に変圧器のような関係でコンデンサ
１７を横切る電圧を増加させるように誘導的に結合され
た２つの部分１３Ａと１３Ｇとに分割されたことを除い
ては、第６図の回路は第２図の回路に偵ている。これは
モータの起動トルクと運転トルクとを増大させる効果を
有する。

第１図または第２図のいずれかに示されたように配設さ
れた反転スイッチ１９が第３図〜第９図に示された実施
例にも用いられ得ることは理解されるべきである。これ
に加えて、第２のすなわち起動コンデンサ２７．遠心ス
イッチ２５．２３およびスイッチ２１から成る起動コン
デンサ回路も、必要な場合には、第３図〜第６図の回路
内に直列共振コンデンサ１７と並列に接続され得る。反
転スイッチ１９とコンデンサ２７を含む第２のすなわち
付加的な起動回路との両者の機能はこれらの回路全てに
対して同じであり、第１図および第２図□の回路□で示
された実施例でのように第３図〜第６図の回路でも同じ
ように動作するから、これらの特徴は第３図〜第６図で
は繰り返えさない。

第１図〜第６図の実施例の全ての動作におい□て、これ
らの回路と普通のコンデンサ運転回路との間には著しい
相異が存在する。普通の回路では、コンデンサは比較的
小さい導体サイズの起動巻線と直列に接続される。第１
図〜第６図の回路では、この回路相互関係が逆転される
。運転巻線は比較゛的太い導体で作られ、モータの動作
中に起こる主電流（本質的に電流の全て）がコンデンサ
１７と運転巻線１３とを通って流れるように大容量のコ
ンデンサと直列に接続され、起動巻線１４を通って流れ
る電流についてはモータの全負荷および無負荷動作状況
の達成によって零近くへ低下する。

第１図〜第６図の実施例の全てにおいて、起動の初期で
は起動巻線１４が事実用電流の全てを短期間流す、２つ
の巻線が固定子上で９０＠だけ電気的に位相をずらされ
ているので、高い起動トルクが発生されるが、巻線１４
を通る電流は回転子１５の回転の増加と共に急速に低下
する。巻線１３を通る最終運転電流はコンデンサ１７の
サイズによって制御される。巻線１３とコンデンサ１７
とから成る回路の直列共振が、このコンデンサの容量と
コンデンサ１７を横切って印加される電圧とによって制
限される量へ、運転巻線１３を通る最大電流を確立する
。

この直列共振は□モータの起動時と全負荷および無負荷
運転の動作状況を通じて直接に起こる。

モータの起動状況においては、その直列のコンデンサと
共に運転巻線が起動巻線１４から電気的にほぼ９０＠位
相をずらされている限り、起動巻線１４が所定のモータ
出力の全ての電力負荷を搬送する。

全負荷あるいは全負荷に近い動作においては、変化が起
こって、運転巻線が直列のコンデンサ１７と共にモータ
の出力の全ての電力を搬送し、起動巻線１４が起動巻線
１３から９０度の電気角の近傍へ位相をずらされた分離
された電流を進めまたは遅らせる。第１図〜第６図の異
なる実施例の全ての運転巻線１３は、巻線１３とコンデ
ンサ１７とから成る直列共振回路の動作の結果として、
モータによって発生される出力のほとんど全てを搬送す
るから、起動巻線が（１８番あるい、は２０番導体のよ
うな）比較的小さいサイズの導体で巻かれている場合で
さえも、起動巻線１４の焼損の危険はない。

第７図はモータ回転速度（ＲＰＭｓ）　　に対する起動
トルクの相違を図解し、（ａ）は回路にスイッチの無い
（第３図〜第６図に示されまた第１図および第２図のス
イッチ２１が開いている場合に起こるような）場合を示
し、（ｂ）は第１図および第２図に関して前述した分割
起動コンデンサ２７を使用するためにスイッチ２１が閉
じられ、た場合のシステムの動作を示す。第３図〜第６
図の回路およびスイッチ２１が開いた第１図と第２図と
の回路において、回転数（ＲＰＭｓ）に対するトルクの
図は曲線３０によって図示される０曲線３０の起動トル
クはモータの最終すなわち全負荷回転速度のほぼ５０χ
の回転速度において最大量を確立する比較的適度なトル
クであることがわかる。この全負荷速度は第７図に点、
３３で示される。これは第３図〜第６図に示されたよう
なモータにスイッチの無い場合である。

第１図および第２図に示されたタイプの起動コンデンサ
２７が使用される場合には、このモータは第７図の曲線
３１に示されたような非常に高い起動トルクを発現する
。この起動トルクは、第７図の検定からすぐわかるよう
に、３００χを超過しまた点３３で全負荷トルクを超過
する。

第８Ａ〜８Ｄ図はそれぞれ、起動（スイッチ２１を閉じ
た）における、起動（スイッチ２１を開いた）における
、動作中の全負荷状況および無負荷状況における、第１
図のモータについてのベクトル図を図解する。第８Ａ図
において、起動時におけるモータについての電流ベクト
ルは高い起動トルクを発生するようにほぼ９７°位相を
ずらされる。この位相ずれはコンデンサ１７と２７との
合成容量の結果性じる。コンデンサ１７と２７との相対
容量は（例えばコンデンサ２７が１７５マイクロフアラ
ツドでコンデンサ１７が５０〜８０マイクロフアラツド
のごとく）コンデンサ１７の容量よりもコンデンサ２７
の容量の方が大きいようになっている。起動電流に対す
るこの容量の合成効果が第８Ａ図に図解される。ベクト
ルＯＡが起動巻線１４を通る電流に相当し、ベクトルＡ
Ｂが運転巻線１３を通る電流に相当する。線電流はベク
トルＯＢで示される。

第８Ｂ図はスイッチ２１が開いた第１図のモータについ
ての起動状況を図解する。これはコンデンサ２７が回路
内に無く、直列共振コンデンサ１７のみが回路内にある
ことを意味する。運転のこのモードでは２つの巻線間の
位相のずれはほぼ１１２　’であり、巻線１３Ｂを通る
電流（ベクトルＡ’　Ｂ’により示される）よりも巻線
１４を通る電流（ベクトルＯＡ’により示される）の方
が大きい比率であることがわかる。

第８Ｃ図および第８Ｄ図はそれぞれ、全負荷および無負
荷動作状況における第１図のモータについての電流ベト
クルを図解する。これらの図面の検定から、巻線１４と
１３Ｂとの電流ベトクルがほぼ１８０”位相がずれてい
ることが簡単にわかり、従って、コンデンサ電流がモー
タ動作を制御する。第８Ｃ図および第８Ｄ図の検定から
、起動巻線１４を通る電流が巻線１４を通る電流を遅れ
電流にさせる第２すなわち負の余弦象限に落ちることも
明らかである。

これがモータ動作を１に近い力率にさせる。

第９Ａ〜９Ｄ図は、第８Ａ〜８Ｄ図の電流図面に重畳さ
れた電圧ベクトル図を有する第１図のモータの動作特性
の電圧ベトクル図である。電流ベトクルは第８八〜８Ｄ
図に示された電流ベクトルと同じであり、電圧ベクトル
は（巻線１３Ａに対する）ベトクルＡＶ／ＢＶと（運転
巻線部分１３Ｂに対する）ベクトルＢＶ／ＣＶとを構成
する。ベトクルＯ／ＢＶが起動巻線１４を横切る電圧に
相当し、ベクトル０／ＣＶが線電圧に相当する。

第９Ｂ図は第１図のスイッチ２１が開かれた場合に存在
する動作の適度の起動トルク状況を図解する。

多くのベトクルはプライム符号（′）を付して示したが
、他方符号は第９Ａ図に付与した符号と同じである。然
し乍ら、多くの電圧および電圧と電流との相互の関係は
、第９Ａ図に図解されたスイッチ２１が閉じられた起動
状況とは大幅に異なる。

第９Ｃ図は第１図のモータについて全負荷電流と電圧ベ
クトルとを示す。全負荷では第１図の回路の動作と関連
して先に述べたようにコンデンサ２７が常に回路から切
り離されるので、コンデンサ２７が用いられてもまたは
用いられなくても全負荷動作状況では同じである。第９
Ｃ図に示されたベクトル↓よ、各ベクトルがこの図では
２重プライム符号（＃）を付されていること以外は第９
Ａ、９Ｂ図に関連して先に述べたベクトルと同じである
。

最後に、第９Ｄ図は動作の無負荷状況での第１図のモー
タについての動作電流と電圧ベクトルとを示す。第９Ｃ
，９０図のベクトルにより表現されたモータの動作にお
いて、動作速度は本質的に第７図の曲線の点３３により
図解されたごときモータの全負荷動作回転速度（ＲＰＭ
）である。

第１図に図解された巻線形態を有するように実際のモー
タが改造され、そのモータから第８Ａ〜８Ｄ図および第
９Ａ〜９Ｄ図のベクトル図についての基礎を与える情報
が構成された。用いられたモータは標準のデイトンモー
タ（Ｄａｙｔｏｎ　ｍｏｔｏｒ）で、フレーム５６．モ
デル番号５に４３１０であった。これは１馬力のモータ
で、１７２５ＲＰＭ、　２３０ボルト、７．４アンペア
であった。固定子は巻線部分１３＾と１３Ｂとについて
は１６番導体で、起°動巻線１４については１８番導体
で、第１図の形態に従って巻き代えられた。それに加え
て、元のモータで運転巻線として用いられた巻線が起動
巻線１４として使用され、巻き代えられた起動巻線が運
転巻線１３Ａ、１３Ｂとして用いられた。

下記の第１表は起動時（スイッチ２１が閉じられた場合
と開かれた場合の両方について）、全負荷及び無負荷の
動作状況で採取された（約±２〜５χの計器の読み取り
精度を許容して）測定結果を示す。

Ｊ！１Ａ２Ｌ　上皇■　１ 無負荷電流　　　　３．２Ａ　　　　６．ＯＡ無負荷電
圧　　　２４０Ｖ　　　　２４０Ｖ無負荷力率　　　　
３０χ　　　　０２％１表 ＬＳＵｉＬ皇ｌｕ都−：ｔｙ−’ｙ９７　＝ｚｙ−”７
１゜、ＯＡ　　１９Ａ　　　１９Ａ　　　６．６Ａ、Ｏ
Ａ　　６．５Ａ　　　ＯＡ　　　６．５Ａ、５Ａ　　８
．５Ａ　　　ＯＡ　　　８．５Ａ３．２Ａ　　９．ＯＡ
　　　ＯＡ　　　９Ａ００Ｖ　　’８０Ｖ　　　２３０
Ｖ　　２３０Ｖ６０Ｖ　　２５Ｖ　　　０　　２００Ｖ
２５Ｖ　１３５Ｖ　　　Ｏ２９５Ｖ　。

１２５Ｖ　１４５Ｖ　　　Ｏ３０５Ｖ ８０２　８７χ　　００３ｚ ７３Ｋ　　７３Ｘ　　　Ｏ０３Ｘ ６９χ　８０χ　　０　　０１χ ７０％　　７５Ｘ　　　ＯＯＩＸ 表１に示され、第８．９図に図解されたモータの測定さ
れた電流から、このモータが比較的高い起動トルク（ス
イッチ２１が開かれた場合には適度な、スイッチ２１が
閉じられた場合には非常に高い）を発生できることがわ
かる。スイッチ２１が開いている場合の起動トルクは３
．１フイートボンドである。スイッチ２１を閉じた場合
、起動トルクはほぼ１４．１フイートポンドである。動
作の全負荷すなわち運転状況では、１７５０ＲＰＭでト
ルク３．０フイートポンド、電流５．５Ａで１馬力を発
生する。このモータの全負荷から失速に至る最大トルク
は９フイートポンドの近傍にある。このモータは原設計
としては１馬力に対して７．４アンペアを要したので、
巻線１３Ａ、　１３Ｂとコンデンサ１７．との組み合わ
せによる直列共振回路を使用した改良された巻線形態が
、モータの動作の全負荷すなわち運転状況の量大幅に高
い効率をもたらす。

第１０〜１３図は第２図の回路形態に従って構成された
モータについての電流および電圧ベクトルを図解する。

第１０図は全負荷ベクトル図であり、第１１図はスイッ
チ２１を閉じた場合の起動状況ベクトル図であり、第１
２図はスイッチ２１を開いた場合の起動状況ベクトル図
であって、第１３図は無負荷ベクトル図である。異なる
位相角が示され、第１０．１１．１２および１３図に使
用された電流ベクトル符号と電圧ベクトル符号とは、第
９Ａ〜９Ｄ図に用いられた符号と同等である。電流ベク
トルは単純に原点″０″と共に文字符号（ＡＢＧ）を用
い、ところが電圧ベクトルは原点°“Ｏ”と関連して符
号ＡＶ、ＢＶを用いる。

第１１図の電流ベクトルＯＡは起動巻線１４を通る電流
を表現し、ベクトルＡＢは第２図の運転巻線１３を通る
電流を表現する。電圧ベクトル０／＾Ｖはコンデンサ１
７のコンデンサ電圧であり、ベクトルＡＶ／ＢＶは運転
や線１３を横切る電圧に相当する。線電圧はベクトルＯ
／ＢＶである。線電流は第１１図に図解されたようにベ
クトルＯＢである。

第１１図のベクトルはスイッチ２１を閉じることによっ
て起こるモータの高トルクの場合の起動状況を含む。第
１２図はスイッチ２１が開かれた場合のこのモータにつ
いての同じベクトルを図解する。このモータは第１１図
に図解された動作の状況と比較して適度の起動トルクを
発生し、第１２図のベクトルは第１１図に用いられたと
同じプライム符号（′）を付した符号を付す。

第１０図は全負荷で動作している第２図のモータについ
ての電流および電圧ベクトルを示す。動作のこれらの状
況の下でのモータは２４０ボルトの線電圧で５アンペア
の電流を要し、１７５０ＲＰＭで運転する。電流および
電圧ベクトルの両方の種々の位相移動は第１０図に示さ
れる。

最後に、第１３図は動作の無負荷状況の下での第２図の
モータについての電圧および電流ベクトルを図解する。

電圧ベクトルは動作の全負荷および無負荷状況の間で大
幅には変動しないが、モータ電流は運転巻線１４を通る
電流（ベクトルＯＡ″″）が（負電流へ）第１象限から
第２象限へ切り換わることにより、全負荷から無負荷へ
変化することがわかる。

第１０〜１３図のベクトル図に対する基礎を与える巻線
形態を有するように改造された実際のモータが構成され
た。このモータはデイトンモータで、フレーム５６．モ
デル５に４３１０であった。前述のように、これは１馬
力のモータで、１７２５ＲＰＭ、　２３０ポル）、７．
４アンペアであった。固定子は第２図の形態に従って、
巻線１３については１６番導体で、巻線１４については
１８番導体で巻き代えられた。各巻線の巻き数は元のモ
ータのものと本質的に同じであった。コンデンサ１７は
交流３２０ボルトで５０マイクロフアラツドであった。

下記に再現された第２表は、起動（スイッチ２１を閉じ
た）時、起動（スイッチ２１を開いた）時、全負荷およ
び無負荷の動作状況で採取（約±２〜５χの計器の読み
取り精度を許容して）された測定結果を表示する。

単相入力　　巻線１４ 無負荷電流　　　　　３．２Ａ　　　　　６Ａ無負荷電
圧　　　　２４０ν　　　　２４０Ｖ無負荷力率　　　
　　８０χ　　　　　２９χ２表 ２２Ａ　　　１７Ａ　　　５．７Ａ ５．６Ａ　　　０　　５．６Ａ ７．３Ａ　　　Ｏ７，３Ａ ７．７Ａ　　　０　　７．７Ａ ２００Ｖ　　　２９０Ｖ　　　２９０Ｖ５３Ｖ　　　０
　　２８０Ｖ ２８０Ｖ　　　０　　３８０Ｖ ２９０Ｖ　　　０　　４００Ｖ ８５χ　　０　　０３χ ７７χ　　０　　０３χ ６２χ　　０　　０１χ ５４χ　　０　　０１χ 第２図のモータは、上記第２表および第１０−１３図か
ら明らかなように、３４アンペアでほぼ１４フイートポ
ンドの高い起動トルクを発生する。この起動トルクは普
通のモータの起動トルクに匹敵するが、起動巻線１４を
通る電流が最大約２０アンペアであり、この電流は何ら
かの意味ある期間は継続しないから、起動巻線１４が焼
損しないという利点を有する。スイッチ２１が開いてい
ると、適度の起動トルクは１９アンペアでほぼ３．１　
フィートポンドである。全負荷におけるモータの最大ト
ルクは１６５０ＰＰＭでほぼ９フイートポンドである。

このモータは全負荷では５．０アンペアの電流および２
４０ボルトで動作する。標準の巻線形態を有する同じモ
ータフレームでは、定格全負荷電流は７．４アンペアで
ある。然し乍ら、第２図のモータは有意義に高い起動ト
ルクを有する。

第１４図は第１〜６図の実施例に関連して延べた直列共
振回路を使用し、更に本出願人の前述の出願中の明細書
および特許第４６７５５６５号で開示された形の並列共
振回路を使用した、本発明のもう一つの実施例を図解す
る。第１４図のモータは、第１図に示した形の巻線形態
を含むモータが、寒い天候での運転において改良された
引き込みトルクと追加された運転トルクとを与えるよう
に、並列共振と直列共振の両方の利点を結合する。従っ
て、第１図のモータに関連して用いられたと同じ参照番
号が第１４図で用いられる。比較的大容量のコンデンサ
４７の付加が例外であり、モータの動作周波数で巻線１
４とコンデンサ４７との直列共振回路を与えるように、
コンデンサ４７が起動巻線１４と並列に接続される。巻
線１３Ａ、　１３Ｂおよびコンデンサ１７から成る直列
共振回路は第１図に関連して上に述べたと同様に残り、
その直列共振回路は第１４図のモータで用いられた場合
にも、同様に動作する。

寒い天候では、第１図および第１４図に示された形のモ
ータのインピーダンスは低く、モータは増加された瞬間
起動トルクを要求する。この増加されたトルクは起動巻
線１４を横切って接続されたコンデンサ４７によって与
えられ、モータが寒い天候で起動された場合にモータの
引き入れトルクを増加する。巻線１４とコンデンサ４７
とから成るこの直列共振回路はまた、モータの起動およ
び運転動作についてより一層平衡した回路を作る。モー
タ温度が増大した場合には、このモータが第１図の回路
と比較された場合にこのモータトルクが周囲の運転温度
で増大される。第１４図のモータもまた第１図に関連し
て先に述べた形の反転スイッチを使用してもよく、必要
な場合には起動コンデンサ２７の回路も遠心スイッチ２
５．２３と一緒に用いてもよい。

前記の説明は本発明の幾つかの異なる特別の実施例につ
いて述べた。当業者ならば、本発明の要旨から逸脱する
ことなく多くの変形と修正の実現が可能であろう。例え
ば、巻線の形態と起動スイッチについては少しだけしか
図解しなかったが、その他のものも使用できる。前述の
本出願人の出願中の明細書および検証済の特許の特徴の
幾つかを付加してもよいし、あるいはそれらの特性の利
点を生かすように回路へ組み込んでもよい。本発明の基
礎となる原理は、適度なおよび高い起動トルクを有する
高効率モータを与えるための運転巻線とコンデンサとを
具えた直列共振回路の原理が、固定子巻線の形態の多様
のものに用いられることである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明によるモータの好適な実施例の
簡略図、 第７図は第１図のモータの起動および運転関連トルクを
図解する曲線図、 第８Ａ図〜第８Ｄ図は第１図に示したモータの運転状況
のベクトル図、 第９Ａ図〜第９Ｄ図は第１図に示したモータの付加的な
運転状況のベクトル図、 第１０図〜第１３図は第２図に示したモータの運転状況
のベクトル図、 第１４図は本発明の別の実施例の簡略図である。 ９・・・交流電源 １０、１２・・・・２極単投スイツチ １３・・・運転巻°線 １３＾、　１３Ｂ、　１３Ｃ・・・巻線部分１４・・・
起動巻線 １４Ａ、１４Ｂ・・・部分巻線 １５・・・回転子 １７・・・運転コンデンサ １８．２６・・・放電抵抗器 １９・・・３極双投反転スイッチ ２０・・・リアクトル ２１．２３・・・スイッチ ２５・・・遠心スイッチ ２７・・・起動コンデンサ ３０．３１・・・曲線 ３３・・・点 ４７・・・コンデンサ 特許出願人　　　アレクザンダー・ジエー・ルース代理
人弁理士　　　杉　　　村　　　暁　　　大同　　　弁
理士　　　　杉　　　　村　　　　興　　　　作、Ｆｘ
ｓ、ＢＩ）　４＋＋−一狂ジチー−０２０°″−０“９
・ 手　　続　　補　　正　　書 平成元年　３月１４日 特許庁長官　　　吉　　　１）　　文　　　毅　　殿１
、事件の表示 平成１年特許願第　３９０５号 ２、発明の名称 直列共振コンデンサモータ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 氏　名　　アレクザンダー・ジェー・ルース４、代理人 ５、補正の対象 １、明細書の特許請求の範囲を次の通りに訂正する（特
許請求の範囲第２〜１８項削除）。 「２、特許請求の範囲 １、単相交流電源（９）によって動作し、固定子鉄心上
に相互に電気角でほぼ９０°ずらされた第１および第２
の巻線（１３および１４）を有し、回転子（１５）と誘
導的に結合されている交流モータであって、 前記モータの動作の間中第１の巻線（１３）と交流電源
（９）との回路に直列に接続された第１のコンデンサ（
１７）と；モータの動作の時間を通して起動、全負荷お
よび無負荷電流を流すのに充分なように選ばれた第１の
巻線（１３）の導線サイズと共に、第１のコンデンサ（
１７）と第１の巻線（１３）とが交流電源（９）からの
交流電力の周波数で直列共振回路を形成するように第１
の巻線（１３）と第１のコンデンサ（１７）との直列回
路と並列に接続された第２の巻線（１４）とを有し、こ
のコンデンサ（１７）はモータの正常負荷動作状況の間
第２の巻線を通り低電流が流れるようにするために充分
大きい容量を有するよう選ばれたことを特徴とする直列
共振コンデンサモータ。」 代理人弁理士　杉　　村　　暁　　秀 外１名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単相交流電源（９）によって動作し、固定子鉄心上
   に相互に電気角でほぼ９０°ずらされた第１および第２
   の巻線（１３および１４）を有し、回転子（１５）と誘
   導的に結合されている交流モータであって、 前記モータの動作の間中第１の巻線（１３）と交流電源
   （９）との回路に直列に接続された第１のコンデンサ（
   １７）と；モータの動作の時間を通して起動、全負荷お
   よび無負荷電流を流すのに充分なように選ばれた第１の
   巻線（１３）の導線サイズと共に、第１のコンデンサ（
   １７）と第１の巻線（１３）とが交流電源（９）からの
   交流電力の周波数で直列共振回路を形成するように第１
   の巻線（１３）と第１のコンデンサ（１７）との直列回
   路と並列に接続された第２の巻線（１４）とを有し、 このコンデンサ（１７）はモータの正常負荷動作状況の
   間第２の巻線を通り低電流が流れるようにするために充
   分大きい容量を有するよう選ばれたことを特徴とする直
   列共振コンデンサモータ。 ２、前記モータの動作の正常負荷状況の間は、第２の巻
   線（１４）を通っては電流がほとんど流れずに、前記モ
   ータの全動作電流が第１の巻線（１３）を通って流れる
   ことを特徴とする請求項１記載の直列共振コンデンサモ
   ータ。 ３、第１の巻線（１３）の導線サイズが第２の巻線（１
   ４）の導線サイズよりも大きいことを特徴とする請求項
   ２記載の直列共振コンデンサモータ。 ４、第１のエネルギー消散装置（１８）が第１のコンデ
   ンサ（１７）の第１と第２との端子を横切って接続され
   たことを特徴とする請求項３記載の直列共振コンデンサ
   モータ。 ５、このエネルギー消散装置（１８）が抵抗器であるこ
   とを特徴とする請求項４記載の直列共振コンデンサモー
   タ。 ６、第２のコンデンサ（２７）と第１のスイッチ（２３
   ）とが相互に直列に接続されて第１のコンデンサ（１７
   ）と並列に接続され；モータの起動期間中は第１のスイ
   ッチ（２３）を閉じ、モータの動作の正常負荷状況の期
   間中は第１のスイッチ（２３）を開くように動作子（２
   ５）が第１のスイッチ（２３）と結合されたことを特徴
   とする請求項５記載の直列共振コンデンサモータ。 ７、第１のスイッチ（２３）は動作子（２５）によって
   モータの回転子（１５）と結合された常時閉の遠心スイ
   ッチであり；従って前記回転子が所定の回転速度に達す
   ることによって遠心スイッチ（２３）が回路から第２の
   コンデンサ（２７）を分離するように動作子（２５）に
   より開かれることを特徴とする請求項６記載の直列共振
   コンデンサモータ。 ８、反転スイッチ（１９）が交流電源（９）を第２の巻
   線（１４）と接続するようにしたことを特徴とする請求
   項７記載の直列共振コンデンサモータ。 ９、第１の巻線（１３）がセンタータップで結ばれた第
   １および第２の部分（１３Ａおよび１３Ｂ）を有し、第
   １の巻線の第１の部分（１３Ａ）と第２の巻線（１４）
   とが交流電源（９）と直列に接続されるように、また第
   １の巻線の第２の部分（１３Ｂ）と第１のコンデンサ（
   １７）とが相互に直列に第２の巻線（１４）と並列に接
   続されるように、第２の巻線（１４）がこのセンタータ
   ップへ接続されることを特徴とする請求項１記載の直列
   共振コンデンサモータ。 １０、可変リアクトル（２０）が交流電源（９）を横切
   って第１のコンデンサ（１７）および第１の巻線（１３
   ）と直列に接続されたことを特徴とする請求項１記載の
   直列共振コンデンサモータ。 １１、可変リアクトル（１４Ｂ）が交流電源（９）を横
   切って第２の巻線（１４Ａ）と直列に接続されたことを
   特徴とする請求項１記載の直列共振コンデンサモータ。 １２、反転スイッチ（１９）が交流電源（９）を第２の
   巻線（１４）と接続するようにしたことを特徴とする請
   求項１記載の直列共振コンデンサモータ。 １３、第１の巻線（１３）の導線サイズが第２の巻線（
   １４）の導線サイズよりも大きいことを特徴とする請求
   項１記載の直列共振コンデンサモータ。 １４、第２のコンデンサ（２７）と第１のスイッチ（２
   ３）とが相互に直列に接続されて第１のコンデンサ（１
   ７）と並列に接続され；モータの起動期間中は第１のス
   イッチ（２３）を閉じ、モータの動作の正常負荷状況の
   期間中は第１のスイッチ（２３）を開くように動作子（
   ２５）が第１のスイッチ（２３）と結合されたことを特
   徴とする請求項１３記載の直列共振コンデンサモータ。 １５、第１のエネルギー消散装置（１８）が第１のコン
   デンサ（１７）の第１と第２との端子を横切って接続さ
   れたことを特徴とする請求項１４記載の直列共振コンデ
   ンサモータ。 １６、第２のエネルギー消散装置（２６）が第２のコン
   デンサ（２７）を横切って接続されたことを特徴とする
   請求項１５記載の直列共振コンデンサモータ。 １７、第１のスイッチ（２３）は動作子（２５）によっ
   てモータの回転子（１５）と結合された常時閉の遠心ス
   イッチであり；従って前記回転子が所定の回転速度に達
   することによって遠心スイッチ（２３）が回路から第２
   のコンデンサ（２７）を分離するように動作子（２５）
   により開かれることを特徴とする請求項１６記載の直列
   共振コンデンサモータ。 １８、第３のコンデンサ（４７）が交流電源（９）から
   の交流電力の周波数で共振する並列共振回路を形成する
   ように第２の巻線（１４）と並列に接続されたことを特
   徴とする請求項１記載の直列共振コンデンサモータ。