JPH0421425B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はかご型モータ用の状態感知構成体に係
り、特に、交流機の作動状態を感知しそしてこの
状態を表わす出力を発生する回路手段に係る。

多くの使用目的においては、交流機例えばモー
タの作動を監視して、モータがその機能を正常の
作動レンジ内で適正に作動するように確保するこ
とが所望される。例えば、コンピユータ等に対す
る近代的な高密度電子回路においては、モータ駆
動式のフアンを用いて部品の温度が保安レンジ内
に保持される。或る型式の電子装置においては、
目で見たり空気の流れを感知したりするだけでは
フアンの作動状態を容易に観察できないようにフ
アンが配置されており、そして電話交換機の場合
のように装置の大きなラツクが密集している場合
には、作業員が冷却装置の状態に対して所望の点
検を行なうことができず、交換機が故障するまで
冷却装置の故障が分らない。

モータが作動しているかどうかの指示を与える
ために多数の色々解決策が案出されている。この
ような構成の１つにおいては、ロータと共に回転
するようにロータに磁石が固定されそしてホール
効果装置のような磁気感知素子がステータに取り
付けられていて、ロータが回転するたびにホール
効果装置から出力が発生される。ホール効果装置
の出力は、モータの回転速度に周波数が直接関係
付けされた一連の電気パルスに変換される。次い
でパルスカウント回路によりパルスの周波数が速
度の指示に変換され、モータの作動状態が観察者
に知らされる。この装置はロータに別個の磁石を
必要とするという欠点があり、これは特に小型モ
ータの場合にはバランスの問題が生じ、そして更
にパルスカウント及び指示機能を実行する比較的
複雑な回路も必要とする。

特にフアンに適用される別の型式の感知装置
は、空気の流路に翼即ち空気流応答装置を用いて
いる。この翼はスイツチに連結されそしてこのス
イツチは電源及び指示器に回路接続される。空気
流が最小レベルより大きい限り、翼はスイツチを
開状態に保つようにそれる。空気流が止むと、ス
イツチが閉じ、警報信号が与えられる。この装置
はモータ駆動式のフアンにしか適用できないのに
加えて、フアンユニツト自体の外部に機械的及び
電気的な装置を必要とするという点で比較的やつ
かいであり、更に、フアンが本質的に完全に停止
した時しか指示が与えられず、これでは冷却され
ている装置への損傷を回避するのに遅過ぎること
がある。

本発明は、かご型モータの作動状態の指示を与
える手段であつて、上記した公知装置の欠点を解
消するような簡単で且つ信頼性のある手段を提供
する。本発明の構成体はロータ構造体へ何も追加
する必要がなく、これによつてバランスの問題が
回避される。本発明の構成体はモータの内部又は
外部の簡単な指示及び／又は制御回路しか必要と
しない。更に、本発明の構成体はモータの作動状
態を感知するので、その使用目的はモータ駆動式
の空気流動装置に限定されない。

本発明によれば、かご型モータに確立される磁
界強さ即ち磁束密度がホール効果スイツチのよう
なエアギヤツプ磁束レベル感知手段によつて感知
され、そしてこの磁界強さが機械作動の故障を指
示するレベルより低下すると、これが感知されて
警報出力発生手段により警報指示又は制御機能に
変換される。磁界は方向が交番するので、磁界の
大きさがホール効果スイツチ磁束レベル感知手段
のスレツシユホールド感知レベル以上であれば、
ホール効果スイツチは印加される交流例えば60Hz
の各サイクルごとに１つのパルスを発生する。簡
単な感知回路が60パルス／秒の一定のパルス繰返
数に応答して、モータの作動状態を示す出力信号
を与える。モータの速度に応答するのではなくて
磁界に応答するものであるから、モータがその作
動レンジ内の別の周波数例えば50Hzで付勢された
場合にも本感知構成体は適正に作動する。

モータに過負荷がかかつてモータが相当に低速
になつたり、印加電圧が下つたり、或いはステー
タ巻線が開路した場合に生じることであるが、磁
界の磁束密度がホール効果スイツチのスレツシユ
ホールド感知レベルより低下した場合には、60パ
ルス／秒のパルス列がもはや発生されなくなり、
モータの作動故障が信号される。指示回路を適当
に調整しそしてホール効果スイツチを適当に配置
することにより、機械が実際に故障する前に故障
指示を与えるようにスレツシユホールド感知レベ
ルを選択することができる。

本発明の特徴は添付図面に関連した以下の詳細
な説明より容易に明らかとなろう。

添付図面には、分割キヤパシタ型の一般の交流
モータに関連して用いられる本発明装置の好まし
い態様が示されている。もちろん、本発明は、標
準的な電源周波数又はその倍数で交流磁界が確立
されるようないかなる型式の交流機にも適用でき
ることが理解されよう。

さて特に第１図及び第２図を参照すれば、分割
キヤパシタ型の典型的なモータ１０はステータ組
立体１２及びロータ組立体２０を備えている。ス
テータ組立体は、ステータ鉄心と称するものを構
成するステータ積層体１４と、１６で概略的に示
されたステータ巻線とを備え、ステータ巻線は一
般的なやり方でリード（図示せず）によつて商用
周波数（例えば60Hz）の交流電源に接続される。

ロータ組立体２０は、ロータ巻線又はバーを受
け入れるスロツトが形成された一般の積層体２２
を備えている。この積層体は、該積層体のスロツ
ト内又はアルミニウムのような金属の鋳物内にロ
ータバーと一体的に敷設された個々のワイヤの延
長部である端末巻回２４とでもつて、良く知られ
たかご形ロータを形成する。

ロータ積層体及び端末巻回の組立体はスペーサ
２６によつてシヤフト２８に固定される。シヤフ
ト２８は一般型のベアリング３０においてモータ
のフレーム（図示せず）にジヤーナル軸受され
る。

第２図を参照すれば、ここに示す例では、ステ
ータ巻線を受け入れるスロツト１７で分離された
複数個の磁極面１５がステータ積層体１４に形成
される。ここに示す実施例では、種々の多数の形
態で巻線を巻き付けられるように複数個の個々の
磁極面１５及びスロツト１７が積層体１４に形成
されているが、１６ａ及び１６ｂで概略的に示さ
れた巻線は２極形態をなすように配置されてい
る。従つて、主巻線１６ａ及び補助巻線１６ｂは
互いに90°位相がずらされている。モータキヤパ
シタ（図示せず）は補助巻線１６ｂに直列に接続
され、そしてこのキヤパシター補助巻線の組合せ
体は主巻線及び交流電源に並列に接続される。こ
れにより、互いに位相ずれした２つの回転磁界が
発生され、モータの適切な始動及び作動を確保す
る。

以上の説明は全て一般のモータ技術であり、本
発明の部分を構成しない。

本発明によれば、交流電源によつて付勢された
際にステータ巻線により発生される磁界を感知す
る手段がステータ構造体に設けられる。好ましい
実施例では、この感知手段は、マサチユーセツツ
州、ワーセスタのSprague Electric Company
（Semiconductor Division）によつて製造され
UGN−3013Tソリツドステートホール効果デジ
タルスイツチと称されている型式の如き市販のホ
ール効果スイツチである。この装置はシリコンの
ホール効果セルを含み、このホール効果セルはこ
れが曝される磁界強さに基づいた振巾を有する電
気出力を発生する。このホール効果セルには、１
つのチツプにおいて増巾段、トリガ段及び出力段
からなるスイツチ回路が組み合わされている。こ
の回路は、磁界強さが所定のスレツシユホールド
レベルに達した時にオンになりそして磁界強さが
上記の作動スレツシユホールドレベルより若干小
さい解除レベルより低下した時にオフになるよう
なスイツチとして働く。

第３図は本発明による簡単な警報回路の回路図
である。ホール効果スイツチ３２の電源リードは
直流電源の正端子４０とアースとの間に接続され
ている。その出力端子は、直流電源とアースとの
間に直列に接続された抵抗３４とキヤパシタ３６
との接続点に接続される。NPN型のトランジス
タＱ１のエミツタはアースされそしてそのコレク
タは３８で示された指示回路を経て直流電源の正
端子４０に接続される。トランジスタＱ１のベー
スは抵抗３４とキヤパシタ３６との接続点に接続
される。

第４図、第５Ａ図及び第５Ｂ図の波形を参照し
て第３図の回路の作動を説明する。先ず初めに、
第４図の上方の波形を参照すれば、実線の曲線は
主巻線１６ａに交流を印加した時にモータのステ
ータ構造体によつて確立される磁束密度の値を表
わしている。交流電源は通常利用できる例えば60
Hzの電源であり、モータに発生された磁束はこれ
と同じ周波数で極性が交番する。従つて、ステー
タ構造体に取り付けられたホール効果スイツチ３
２は、ロータとステータとの間のエアギヤツプに
生じる第４図に示された交流磁界に曝される。ホ
ール効果スイツチ３２は一方のみの極性の磁束に
感応し、ホール効果スイツチ３２は所与の極性の
交流磁束サイクルがホール効果スイツチのスレツ
シユホールドレベルを越えた時だけ作動される。
この動作を更に詳細に説明すると、ホール効果ス
イツチ３２のホール効果セルは、エアギヤツプ磁
束密度のレベルに応じた電圧の出力を発生する。
この電圧出力は、増幅段によつて増幅された後、
トリガー回路に入力される。第４図に示される様
に正常作動（実線で示される）の場合、入力電圧
はスレツシユホールドレベル以上になり、トリガ
ー回路は、高レベルの出力信号を発生する。この
高レベルの出力信号を受けて、最終の出力段が
ON状態となり、第４図の下部に示される様に、
ホール効果スイツチ３２の出力が低レベル（アー
スレベル）となる。この後、エアギヤツプ磁束の
レベルが減少すると、これに応じてホール効果セ
ルの出力も、この磁束レベルに応じて減少する。
この出力は、一旦増幅された後トリガー回路に入
力するが、この際入力電圧が解除レベルまで下が
ると、トリガー回路は低レベルの出力信号を発生
し、次段の出力段をOFF状態にする。これによ
つて、ホール効果スイツチの出力信号が高レベル
（直流レベル）になる。なお、スレツシユホール
ドレベルは通常解除レベルと異なつており、スレ
ツシユホールドレベルは解除レベルよりも小さ
い。従つて、第４図に示されたように、ホール効
果スイツチは正に向う磁界強さがそのスレツシユ
ホールドレベルを越えるたびに作動され、そして
その後その同じ半サイクル中に磁束密度がホール
効果スイツチの解除レベルまで下つた時にオフさ
れる。その結果、第４図の下方の波形で示された
ような一連の周期的なパルスが生じる。モータに
所定レベルの磁束密度が維持される限りこれらパ
ルスの周期性は常に交流電源と同じであり、例え
ば60Hzである。

さて第５Ａ図及び第５Ｂ図を参照すれば、“警
報レベル”と示された点線はトランジスタＱ１を
導通状態に切換えるに必要なトランジスタＱ１の
ベースの電圧を表わしている。モータの正常作動
中には、ホール効果スイツチ３２が交流電源の各
サイクルに１度作動されて、その出力端子の電圧
は直流電源のレベルからアースへと下がる。ホー
ル効果スイツチがこのように作動される時にはキ
ヤパシタ３６がスイツチ３２を介してアースへと
迅速に放電する。その後、ホール効果スイツチが
オフになると、キヤパシタ３６は抵抗３４を介し
て正の直流レベルに向つて充電を開始する。抵抗
−キヤパシタ組合せ体の時定数は、ホール効果ス
イツチが正に向う次のサイクル中に作動された場
合にキヤパシタ３６間の電圧が警報レベルに到達
せず即ちトラジスタＱ１のオン電圧に到達しない
ように選択される。従つてモータの正常作動中
は、キヤパシタ３６間の電圧がトランジスタＱ１
の切換電圧に決して到達せず、指示回路３８は作
動されない。

ホール効果スイツチが曝される磁界強さが低下
して第４図に点線で示したように正に向う磁界強
さがホール効果スイツチのスレツシユホールドよ
り下つたとすれば、ホール効果スイツチの出力は
第５Ｂ図に示されたようにその正の直流レベルに
保たれる。これにより、キヤパシタ３６は直流電
源レベルに向つて充電でき、従つてキヤパシタ間
の電圧は警報レベルに到達し、トランジスタＱ１
が導通状態に切換られる。これにより、次いで指
示回路３８が作動される。

明らかなように、抵抗３４及びキヤパシタ３６
の値を適当に選択することにより、トランジスタ
Ｑ１及び指示器３８の作動に対し所望の時間遅延
が選択される。従つて、始動中即ちモータが完全
な作動速度に達する前に誤つた指示が生じるのを
回避すると共に、短時間の電圧遮断等によつて生
じることのある短い作動不良時間を連結するよう
に適当な時間遅延が与えられる。

指示器３８はモータが用いられる環境条件に基
づいて種々の形態をとる。指示器３８は、簡単な
形態においては、第３Ａ図に示されたように単に
抵抗４２を発光ダイオード（LED）４４と直列
に接続し、トランジスタＱ１が導通した際に可視
光線が発せられて観察者に作動不良を知らせるよ
うに構成されてもよい。或いは又、指示器３８は
有線又は無線接続の如きによつてモータから離れ
た場所でも警報指示を発生できるような更に精巧
なものでもよい。

上記したように、本発明の感知構成体はモータ
の回転速度ではなくモータに確立される交流磁界
に感じるので、簡単な指示回路を用いて、切迫し
た故障を警報することができる。更に、この回路
は所望ならば瞬間的な過負荷や電圧変動を許容す
るように装置の感度を制御するよう容易に調整で
きる。ホール効果スイツチは物理的に小型である
から（約4.5mm平方×２mm厚み）、機械を実質的に
構造変更することなく、又機械の作動に干渉する
ことなく、機械のステータ構造体に容易に受け入
れることができる。これにより、ホール効果スイ
ツチを適切に切換できるに充分な強さの交流磁界
を受けるところであればホール効果スイツチをス
テータの便利な場所に配置することができる。

本発明によれば、ホール効果スイツチの出力に
よつて作動される指示回路は種々の形態のものを
使用してもよいことが明らかであろう。前記した
例に示したようにLEDのような指示器を作動し
て作動故障を指示するのに種々の型式の集積回路
チツプを用いてもよい。或いは又、光が発せられ
るとモータの正常作動が指示され、光が消えると
故障が指示されるようにしてもよい。

以上の説明より、本発明の範囲及びここに述べ
た本発明の概念から逸脱せずに本発明の構成に多
くの変更がなされ得ることが当業者に明らかであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する典型的なかご型モー
タの断面図、第２図は第１図の２−２線に沿つた
断面図、第３図は本発明の電気回路を示す図、第
３Ａ図は第３図の回路の１部分の回路図、第４図
は本発明装置の作動を理解する上で有用な波形
図、そして第５Ａ図及び第５Ｂ図は第３図及び第
３Ａ図の指示回路の作動を示す波形図である。 １０……かご型モータ、１２……ステータ組立
体、２０……かご型ロータ組立体、３２……ホー
ル効果スイツチ、３４……抵抗、３６……キヤパ
シタ、３８……指示回路、Ｑ１……トランジス
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ かご型モータと作動監視回路の組み合わせで
   あり、前記モータが、交流を導通するようにされ
   た少なくとも一つの巻線を有するステータと、か
   ご型ロータとを備え、これらステータ及びロータ
   はエアギヤツプで分離された略円筒状の対向面を
   有し、前記エアギヤツプは前記ステータの巻線が
   交流を導通する時に確立される交流磁界によつて
   橋絡され、前記エアギヤツプ内の交流磁界の振幅
   は、磁束が減少する故障状態が生じると減少し、 前記作動監視回路は、エアギヤツプ磁束レベル
   感知手段及びこの手段に結合した警報出力発生手
   段を含み、 前記磁束レベル感知手段及び前記警報出力発生
   手段は協同関係して所定の磁束警報レベルを決め
   るよう結合されており、前記警報出力発生手段
   は、前記感知手段によつて検知されるエアギヤツ
   プ磁束が前記磁束警報レベル以下に落ちた時に、
   前記作動監視回路の出力状態に変化を生じる手段
   から成ることを特徴とする装置。 ２ 前記磁束レベル感知手段が、ホール効果スイ
   ツチからなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 ３ 前記ホール効果スイツチが、前記ステータ内
   に組み込まれていることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の装置。 ４ 前記磁束レベル感知手段が、前記ステータ巻
   線に交流が供給される時に前記エアギヤツプを橋
   絡する交流磁界を受けるように前記ステータの円
   筒面に取り付けられていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 前記ホール効果スイツチが、前記交流磁界の
   片方のみの極性の交番に応じて、各交番が前記所
   定磁束警報レベルを越えるたびにパルスを発生す
   る特許請求の範囲第２項記載の装置。 ６ 前記警報出力発生手段が、出力電圧を発生す
   る前記ホール効果スイツチからの殆ど途切れのな
   いパルス列に応答して出力電力を発生するパルス
   応答手段と、前記出力電圧の不存在に応答する指
   示手段とから成る特許請求の範囲第５項記載の装
   置。 ７ 前記パルス応答手段が、抵抗−キヤパシタ回
   路から成ることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項記載の装置。 ８ 前記指示手段は発光ダイオードを備えている
   特許請求の範囲第６項記載の装置。 ９ 前記警報出力発生手段が、前記感知手段の磁
   束以下の指示に応答して前記磁束が前記所定のレ
   ベル以下に落ちた時を決める手段から成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。