JPH0621826B2 - 誘導電動機の負荷状態検知装置 - Google Patents
誘導電動機の負荷状態検知装置Info
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- JPH0621826B2 JPH0621826B2 JP61260977A JP26097786A JPH0621826B2 JP H0621826 B2 JPH0621826 B2 JP H0621826B2 JP 61260977 A JP61260977 A JP 61260977A JP 26097786 A JP26097786 A JP 26097786A JP H0621826 B2 JPH0621826 B2 JP H0621826B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は誘導電動機の負荷状態をコイル電流とその印加
電圧との間の位相差によって検知する誘導電動機の負荷
状態検知装置に関する。
電圧との間の位相差によって検知する誘導電動機の負荷
状態検知装置に関する。
(従来の技術) 誘導電動機(以下単に電動機と称す)の負荷変動等負荷
の状態を検出する方法として、従来より回転速度を検出
の対象とする方法がある。この方法を実現する手段とし
てタコメーター等ロータの機械的運動を取出して電気信
号に変換するようにした構成のものがあるが、このもの
は機械的駆動部分を有するため長寿命性に劣る。これに
対して電動機の入力電流を検出する純粋電気的手段があ
るが、この入力電流が電源電圧の変動,電動機の温度変
化等外的条件によっても変化するため検出精度が低いと
いう欠点がある。
の状態を検出する方法として、従来より回転速度を検出
の対象とする方法がある。この方法を実現する手段とし
てタコメーター等ロータの機械的運動を取出して電気信
号に変換するようにした構成のものがあるが、このもの
は機械的駆動部分を有するため長寿命性に劣る。これに
対して電動機の入力電流を検出する純粋電気的手段があ
るが、この入力電流が電源電圧の変動,電動機の温度変
化等外的条件によっても変化するため検出精度が低いと
いう欠点がある。
(発明が解決しようとする問題点) 上述したように回転速度を検出の対象としたものでは、
長寿命性に劣り、又、電動機の入力電流を検出の対象と
したものでは検出精度が低いという問題があった。
長寿命性に劣り、又、電動機の入力電流を検出の対象と
したものでは検出精度が低いという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、電動機のコイル電流と印加電圧との間の位相差を
検出することにより電動機の負荷状態に依存した信号を
高精度をもって得られると共に、長寿命化も図り得、さ
らにはコストの低廉からも寄与できる誘導電動機の負荷
状態検知装置を提供するにある。
的は、電動機のコイル電流と印加電圧との間の位相差を
検出することにより電動機の負荷状態に依存した信号を
高精度をもって得られると共に、長寿命化も図り得、さ
らにはコストの低廉からも寄与できる誘導電動機の負荷
状態検知装置を提供するにある。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は、誘導電動機のコイル電流と印加電圧との間の
位相差を夫々のゼロクロス時点の差により検出する位相
検出部と、この位相検出吹から出力される位相検出信号
を基準値と比較して負荷状態信号に変換する負荷状態判
定部とを具備するところに第1の特徴を有し、さらに本
発明は、前記位相検出部を、コイル電流及び印加電圧を
夫々のゼログロス時点で立上がり・立下がり変化する矩
形波信号に変換して出力する第1のコンパレータ及び第
2のコンパレータと、この第1のコンパレータからの出
力にレベル差を与える第1の分圧回路と、前記第2のコ
ンパレータからの出力にレベル差を与える第2の分圧回
路と、第1のコンパレータからの出力と第2の分圧回路
からの分圧出力とが入力され各入力に応じた比較結果を
出力する第3のコンパレータと、第2のコンパレータか
らの出力と第1の分圧回路からの分圧出力とが入力され
各入力に応じた比較結果を出力する第4のコンパレータ
とを有して、第3及び第4のコンパレータの各比較結果
の理論和を位相検出信号とするように構成したところに
第2の特徴を有する。
位相差を夫々のゼロクロス時点の差により検出する位相
検出部と、この位相検出吹から出力される位相検出信号
を基準値と比較して負荷状態信号に変換する負荷状態判
定部とを具備するところに第1の特徴を有し、さらに本
発明は、前記位相検出部を、コイル電流及び印加電圧を
夫々のゼログロス時点で立上がり・立下がり変化する矩
形波信号に変換して出力する第1のコンパレータ及び第
2のコンパレータと、この第1のコンパレータからの出
力にレベル差を与える第1の分圧回路と、前記第2のコ
ンパレータからの出力にレベル差を与える第2の分圧回
路と、第1のコンパレータからの出力と第2の分圧回路
からの分圧出力とが入力され各入力に応じた比較結果を
出力する第3のコンパレータと、第2のコンパレータか
らの出力と第1の分圧回路からの分圧出力とが入力され
各入力に応じた比較結果を出力する第4のコンパレータ
とを有して、第3及び第4のコンパレータの各比較結果
の理論和を位相検出信号とするように構成したところに
第2の特徴を有する。
(作用) 本発明は、上記第1の特徴構成により、電動機のコイル
電流とこのコイルに対する印加電圧との間の位相差を夫
々のゼロクロス時点の差により検出し、そしてその位相
検出信号を適宜の基準値と比較し、以って電動機トルク
或は回転速度の大きさ若しくはそれらの変化率等諸々の
負荷状態を検知する。
電流とこのコイルに対する印加電圧との間の位相差を夫
々のゼロクロス時点の差により検出し、そしてその位相
検出信号を適宜の基準値と比較し、以って電動機トルク
或は回転速度の大きさ若しくはそれらの変化率等諸々の
負荷状態を検知する。
本発明は、第2の特徴構成により、位相検出部を、4個
のコンパレータから構成できて製造コストの低廉化を図
ることが可能となる。
のコンパレータから構成できて製造コストの低廉化を図
ることが可能となる。
(実施例) 以下本発明をコンデンサ形誘導電動機に適用してその第
1の実施例につき第1図乃至第6図を参照して説明す
る。第1図において、1は主コイル2,補助コイル3及
びコンデンサ4から成る電動機であり、この実施例では
二槽式洗濯機の脱水籠の駆動源をなしている。5はリレ
ー6の常開接点7を会して電動機1に電圧を印加する電
源である。8は位相検出部であり、これは、変流器9,
抵抗10aを含む第1のコンパレータ10と、抵抗11
a,11bを含む第2のコンパレータ11と、第1の分
圧回路12と第2の分圧回路13と、第3のコンパレー
タ14と第4のコンパレータ15とを有して構成されて
いる。第1のコンパレータ10は主コイル電流imをそ
のゼロクロス時点で立上がり・立下がり変化する矩形波
信号であるパルス電圧Uiに変換して出力する。このパ
ルス電圧Uiは第3のコンパレータ14の反転入力端子
(−)に入力されると共に、第1の分圧回路12によっ
て分圧されてレベル差のある分圧電圧Uwとして出力さ
れる。この分圧電圧Uwは第4のコンパレータ15の非
反転入力端子(+)に入力される。一方、第2のコンパ
レータ11は電源電圧Vacをそのゼロクロス時点で立
上がり・立下がり変化する矩形波信号であるパルス電圧
Uvに変換して出力する。このパルス電圧Uvは第4の
コンパレータ14の反転入力端子(−)に入力されると
共に、第2の分圧回路13によって分圧されてレベル差
のある分圧電圧Ujとして出力される。この分圧電圧U
jは第3のコンパレータ15の非反転入力端子(+)に
入力される。ここで、各分圧電圧Uwとパルス電圧Uv
とはその波高値がUw<Uvとなるように設定し、又分
圧電圧Ujとパルス電圧Uiとはその波高値がUj<U
iなるように設定してある。
1の実施例につき第1図乃至第6図を参照して説明す
る。第1図において、1は主コイル2,補助コイル3及
びコンデンサ4から成る電動機であり、この実施例では
二槽式洗濯機の脱水籠の駆動源をなしている。5はリレ
ー6の常開接点7を会して電動機1に電圧を印加する電
源である。8は位相検出部であり、これは、変流器9,
抵抗10aを含む第1のコンパレータ10と、抵抗11
a,11bを含む第2のコンパレータ11と、第1の分
圧回路12と第2の分圧回路13と、第3のコンパレー
タ14と第4のコンパレータ15とを有して構成されて
いる。第1のコンパレータ10は主コイル電流imをそ
のゼロクロス時点で立上がり・立下がり変化する矩形波
信号であるパルス電圧Uiに変換して出力する。このパ
ルス電圧Uiは第3のコンパレータ14の反転入力端子
(−)に入力されると共に、第1の分圧回路12によっ
て分圧されてレベル差のある分圧電圧Uwとして出力さ
れる。この分圧電圧Uwは第4のコンパレータ15の非
反転入力端子(+)に入力される。一方、第2のコンパ
レータ11は電源電圧Vacをそのゼロクロス時点で立
上がり・立下がり変化する矩形波信号であるパルス電圧
Uvに変換して出力する。このパルス電圧Uvは第4の
コンパレータ14の反転入力端子(−)に入力されると
共に、第2の分圧回路13によって分圧されてレベル差
のある分圧電圧Ujとして出力される。この分圧電圧U
jは第3のコンパレータ15の非反転入力端子(+)に
入力される。ここで、各分圧電圧Uwとパルス電圧Uv
とはその波高値がUw<Uvとなるように設定し、又分
圧電圧Ujとパルス電圧Uiとはその波高値がUj<U
iなるように設定してある。
一方、16は負荷状態判定部であり、これは、オペアン
プ17,18と、コンデンサ19,20と、抵抗21,
22,23と、ダイオード24と、アナログスイッチ2
5とを有して構成されており、特に、オペアンプ17,
コンデンサ20,ダイオード24及びアナログスイッチ
25とでピーク値即ち最小値保持回路26を構成してい
る。尚、27は脱水タイマーで、これは脱水時間を規定
するためのものであり、電源投入と同時にリレー6を通
電してその常開接点7を形成させるようになっている。
プ17,18と、コンデンサ19,20と、抵抗21,
22,23と、ダイオード24と、アナログスイッチ2
5とを有して構成されており、特に、オペアンプ17,
コンデンサ20,ダイオード24及びアナログスイッチ
25とでピーク値即ち最小値保持回路26を構成してい
る。尚、27は脱水タイマーで、これは脱水時間を規定
するためのものであり、電源投入と同時にリレー6を通
電してその常開接点7を形成させるようになっている。
次に上記構成の作用について説明する。最初に第4図乃
至第6図により電動機の主コイル電流imと電源電圧V
acとの間の位相差θmと負荷の大きさとの関係につい
て説明する。第4図は電動機1の等価回路を示し、第5
図はそのベクトル図である。第4図において、電動機1
の回転速度が負荷の減少に伴って上昇すると、スベリS
が減少するので、等価負荷抵抗R2が増加し、二次負荷
電流I2が減少する。しかしながら一次励磁電流I0は
一定である。このI0一定の下でのI2の変化を第5図
のベクトルに当てはめればImのベクトルが変化するこ
とから明らかなようにθmはI2の減少に伴って、即ち
回転速度の増加に伴い増大することがわかる。第6図は
この位相差θmと回転速度N及びトルクTとの関係を示
す。この第6図において、28は位相曲線、29はトル
ク曲線、Tmは最大トルク、Nmは最大トルク時の回転
速度である。この第6図において注目すべきことは、θ
mは回転速度Nが最大トルクTmを通過するまでの間で
はほとんど一定であるのに対してTmを通過した後の回
転速度変化に対しては速度が増すに従い顕著に増大する
いう点である。
至第6図により電動機の主コイル電流imと電源電圧V
acとの間の位相差θmと負荷の大きさとの関係につい
て説明する。第4図は電動機1の等価回路を示し、第5
図はそのベクトル図である。第4図において、電動機1
の回転速度が負荷の減少に伴って上昇すると、スベリS
が減少するので、等価負荷抵抗R2が増加し、二次負荷
電流I2が減少する。しかしながら一次励磁電流I0は
一定である。このI0一定の下でのI2の変化を第5図
のベクトルに当てはめればImのベクトルが変化するこ
とから明らかなようにθmはI2の減少に伴って、即ち
回転速度の増加に伴い増大することがわかる。第6図は
この位相差θmと回転速度N及びトルクTとの関係を示
す。この第6図において、28は位相曲線、29はトル
ク曲線、Tmは最大トルク、Nmは最大トルク時の回転
速度である。この第6図において注目すべきことは、θ
mは回転速度Nが最大トルクTmを通過するまでの間で
はほとんど一定であるのに対してTmを通過した後の回
転速度変化に対しては速度が増すに従い顕著に増大する
いう点である。
以下第1図に示す装置の作用を説明すると、今、電動機
1が電源5によって通電されて脱水籠を駆動している状
態にあったとする。この状態で主コイル電流imは、変
流器9によって検出され第1のコンパレータ10により
ゼロクロス比較が行われ、そのゼロクロス時点で立下が
り・立上がり変化するパルス電圧Ui(第2図に示す)
に変換されて出力される。同様に第2図に示す印加電圧
Uacは第2のコンパレータ11によりゼロクロス比較
が行われそのゼロクロス時点で立上がり・立下がり変化
するパルス電圧Uv(第2図に示す)に変換されて出力
される。而して、上記パルス電圧Uiは第3のコンパレ
ータ14の反転入力端子(−)に与えられると共に、第
1の分圧回路12により分圧(降圧)され分圧電圧Uw
として第4のコンパレータ15の非反転入力端子(+)
に与えられる。又、上記パルス電圧Uvは、第4のコン
パレータ15の反転入力端子(−)に与えられると共
に、第2の分圧回路13により分圧(降圧)され分圧電
圧Ujとして第3のコンパレータ14の非反転入力端子
(+)に与えられる。第3のコンパレータ14はその各
端子に与えられる入力であるパルス電圧Uiと分圧電圧
Ujとを比較し、その比較結果を信号Ukとして出力す
る。この信号Ukはその波高値がUi<Ujのとき第2
図に示すようにハイレベルとなり、このハイレベル信号
のパルス幅にて負から正へのゼロクロス時点の差が検出
される。第4のコンパレータ14はその各端子に与えら
れる入力であるパルス電圧Uvと分圧電圧Uwとを比較
し、その比較結果を信号Uxとして出力する。この信号
Uxはその波高値がUv<Uwのとき第2図に示すよう
にハイレベルとなり、このハイレベル信号のパルス幅に
て正から負へのゼロクロス時点の差が検出される。これ
ら第3のコンパレータ14及び第4のコンパレータ15
の各比較結果である信号Uk及びUxは、コンパレータ
14の出力端子とコンパレータ15の出力端子とが共通
に接続されていることからその接続点8aにおいて論理
和がとられて、第2図に示すように位相差θmの大きさ
に依存した位相検出信号Uθとして負荷状態判定部16
に与えられるようになっている。この位相検出信号Uθ
は抵抗21を介してコンデンサ19に充電されることに
より平均化されて第2図に示すアナログ電圧Uθaに変
換される。このアナログ電圧Uθaは負荷状態判定部1
6のオペアンプ17に供給されると共に、抵抗22,2
3によって分圧されてUθa′に変換される。一方、前
記アナログスイッチ25は制御電源投入と共に一時的に
オンされるのでダイオード24の存在にもかかわらず第
6図に示す電動機1の回転初期における位相差θm0に
対応したVθaがオペアンプ17を介してコンデンサ2
0に初期値として充電される。この後はダイオード24
があるため、コンデンサ20の端子電圧はUθaがこの
コンデンサ20の端子電圧よりも小さい値のときにのみ
このUθaに修正される。即ちコンデンサ20には常に
Uθaのピーク値である最小値Uθmが保持される。そ
して時々刻々変化する位相検出信号であるUθa′はオ
ペアンプ18によってUθmと比較され、Uθa′>U
θmのときに状態判定信号U0が出力される。そして、
脱水タイマー27はこの状態判定信号U0を受けその設
定時間後にリレー6を断電し、常開接点7がオフされて
電動機1が断電され、脱水運転が終了される。
1が電源5によって通電されて脱水籠を駆動している状
態にあったとする。この状態で主コイル電流imは、変
流器9によって検出され第1のコンパレータ10により
ゼロクロス比較が行われ、そのゼロクロス時点で立下が
り・立上がり変化するパルス電圧Ui(第2図に示す)
に変換されて出力される。同様に第2図に示す印加電圧
Uacは第2のコンパレータ11によりゼロクロス比較
が行われそのゼロクロス時点で立上がり・立下がり変化
するパルス電圧Uv(第2図に示す)に変換されて出力
される。而して、上記パルス電圧Uiは第3のコンパレ
ータ14の反転入力端子(−)に与えられると共に、第
1の分圧回路12により分圧(降圧)され分圧電圧Uw
として第4のコンパレータ15の非反転入力端子(+)
に与えられる。又、上記パルス電圧Uvは、第4のコン
パレータ15の反転入力端子(−)に与えられると共
に、第2の分圧回路13により分圧(降圧)され分圧電
圧Ujとして第3のコンパレータ14の非反転入力端子
(+)に与えられる。第3のコンパレータ14はその各
端子に与えられる入力であるパルス電圧Uiと分圧電圧
Ujとを比較し、その比較結果を信号Ukとして出力す
る。この信号Ukはその波高値がUi<Ujのとき第2
図に示すようにハイレベルとなり、このハイレベル信号
のパルス幅にて負から正へのゼロクロス時点の差が検出
される。第4のコンパレータ14はその各端子に与えら
れる入力であるパルス電圧Uvと分圧電圧Uwとを比較
し、その比較結果を信号Uxとして出力する。この信号
Uxはその波高値がUv<Uwのとき第2図に示すよう
にハイレベルとなり、このハイレベル信号のパルス幅に
て正から負へのゼロクロス時点の差が検出される。これ
ら第3のコンパレータ14及び第4のコンパレータ15
の各比較結果である信号Uk及びUxは、コンパレータ
14の出力端子とコンパレータ15の出力端子とが共通
に接続されていることからその接続点8aにおいて論理
和がとられて、第2図に示すように位相差θmの大きさ
に依存した位相検出信号Uθとして負荷状態判定部16
に与えられるようになっている。この位相検出信号Uθ
は抵抗21を介してコンデンサ19に充電されることに
より平均化されて第2図に示すアナログ電圧Uθaに変
換される。このアナログ電圧Uθaは負荷状態判定部1
6のオペアンプ17に供給されると共に、抵抗22,2
3によって分圧されてUθa′に変換される。一方、前
記アナログスイッチ25は制御電源投入と共に一時的に
オンされるのでダイオード24の存在にもかかわらず第
6図に示す電動機1の回転初期における位相差θm0に
対応したVθaがオペアンプ17を介してコンデンサ2
0に初期値として充電される。この後はダイオード24
があるため、コンデンサ20の端子電圧はUθaがこの
コンデンサ20の端子電圧よりも小さい値のときにのみ
このUθaに修正される。即ちコンデンサ20には常に
Uθaのピーク値である最小値Uθmが保持される。そ
して時々刻々変化する位相検出信号であるUθa′はオ
ペアンプ18によってUθmと比較され、Uθa′>U
θmのときに状態判定信号U0が出力される。そして、
脱水タイマー27はこの状態判定信号U0を受けその設
定時間後にリレー6を断電し、常開接点7がオフされて
電動機1が断電され、脱水運転が終了される。
以上のことを脱水運転の進行と共に述べると、先ず第3
図から理解されるように時刻t0で電動機1が始動され
たとすると、電動機1の回転速度は曲線30で示すよう
に漸増し、これに伴いUθa,Uθa′も変化するが、
これらは第6図との対比から明らかなように回転速度が
最大トルクTmに対応した速度Nmを通過する時刻T1
から急激に増加し始める。一方前記位相検出信号の最小
値Uθmは回転速度がNmに達するまでのほとんど変化
しない一定の位相差θmの値である。従って時刻t1で
回転速度がNmを超えるとθmが急増しUθa′>Uθ
aとなり、この時刻t1でオペアンプ18から前述の状
態判定信号U0が出力される(第3図参照)。この状態
判定信号U0の発生によって最大トルクTmの乗り切り
完了が判定されるのである。脱水籠がこの最大トルクT
mを通過しない回転速度即ちNm以下の範囲で回転を続
ける原因としては脱水篭内の分布布のアンバランスが考
えられる。このアンバランスがあると脱水籠は首振運動
を起こし最大トルクTm未満の不安定領域にあって加速
されにくいため本来の高速領域(Nm以上)に達するの
に長時間を要し、この間は低速のため脱水作用にほとん
ど寄与しない。やがて電動機1の回転速度が最大トルク
Tmに対応したNm以上に加速されるとこの時刻t1で
前述のようにオペアンプ18から状態判定信号U0が出
力される。こうして脱水タイマー27は電動機1が最大
トルクTmを超えた安定領域に達し脱水作用が発揮する
ようになってから計時動作を開始するので脱水不足にお
ちいることがなくなる。以上のように、電動機1の回転
速度が最大トルクTm点を通過することの検知は電動機
1の回転速度を検出の対象とする方法では不可能であ
り、位相検知によってはじめて可能になるものであるこ
とがわかる。
図から理解されるように時刻t0で電動機1が始動され
たとすると、電動機1の回転速度は曲線30で示すよう
に漸増し、これに伴いUθa,Uθa′も変化するが、
これらは第6図との対比から明らかなように回転速度が
最大トルクTmに対応した速度Nmを通過する時刻T1
から急激に増加し始める。一方前記位相検出信号の最小
値Uθmは回転速度がNmに達するまでのほとんど変化
しない一定の位相差θmの値である。従って時刻t1で
回転速度がNmを超えるとθmが急増しUθa′>Uθ
aとなり、この時刻t1でオペアンプ18から前述の状
態判定信号U0が出力される(第3図参照)。この状態
判定信号U0の発生によって最大トルクTmの乗り切り
完了が判定されるのである。脱水籠がこの最大トルクT
mを通過しない回転速度即ちNm以下の範囲で回転を続
ける原因としては脱水篭内の分布布のアンバランスが考
えられる。このアンバランスがあると脱水籠は首振運動
を起こし最大トルクTm未満の不安定領域にあって加速
されにくいため本来の高速領域(Nm以上)に達するの
に長時間を要し、この間は低速のため脱水作用にほとん
ど寄与しない。やがて電動機1の回転速度が最大トルク
Tmに対応したNm以上に加速されるとこの時刻t1で
前述のようにオペアンプ18から状態判定信号U0が出
力される。こうして脱水タイマー27は電動機1が最大
トルクTmを超えた安定領域に達し脱水作用が発揮する
ようになってから計時動作を開始するので脱水不足にお
ちいることがなくなる。以上のように、電動機1の回転
速度が最大トルクTm点を通過することの検知は電動機
1の回転速度を検出の対象とする方法では不可能であ
り、位相検知によってはじめて可能になるものであるこ
とがわかる。
ここで、位相検出部8を、4個のコンパレータを有して
位相検出信号Uθaを出力させる構成としたので、この
位相検出部8を、一般に市販されている汎用の4回路入
りオペアンプIC(クワッドタイプ)を一つ用いて構成
することができ、即ちロジックICの使用個数が一つで
済み、製造コストの低廉化に寄与できる。
位相検出信号Uθaを出力させる構成としたので、この
位相検出部8を、一般に市販されている汎用の4回路入
りオペアンプIC(クワッドタイプ)を一つ用いて構成
することができ、即ちロジックICの使用個数が一つで
済み、製造コストの低廉化に寄与できる。
第2実施例について第7図及び8図により説明する。第
7図において、31は負荷状態判定部としてのサンプリ
ング回路であり、これは第1図の負荷状態判定部16か
らダイオード24を除去した構成と同一である。このサ
ンプリング回路31のアナログスイッチ25には第8図
に示すサンプリング信号φが与えられるのでコンデンサ
20のピーク値Uθpは第8図に示す如く階段状に変化
し、これがオペアンプ18にてUθa′と比較され、同
図に示す如くUθaの変化率に応じた時間幅を有するパ
ルス状の状態判定信号U0が出力される。そしてこの実
施例では状態判定信号U0が最初に出力された時刻t1
(最大トルクTm通過時点)から脱水タイマー27が計
時動作を開始する。このようにしてサンプリング回路3
1のコンデンサ20にサンプリング信号φによって順次
記憶される位相検出信号のピーク値Uθpが基準値とな
ってこれに新たに検出された位相検出信号Uθa′が比
較されることにより最大トルクTm通過時の位相差θm
の急激な変化が検知されるのであり、従ってこの実施例
の状態判定信号U0は位相検出信号Uθaの変化率信号
に相当することになる。
7図において、31は負荷状態判定部としてのサンプリ
ング回路であり、これは第1図の負荷状態判定部16か
らダイオード24を除去した構成と同一である。このサ
ンプリング回路31のアナログスイッチ25には第8図
に示すサンプリング信号φが与えられるのでコンデンサ
20のピーク値Uθpは第8図に示す如く階段状に変化
し、これがオペアンプ18にてUθa′と比較され、同
図に示す如くUθaの変化率に応じた時間幅を有するパ
ルス状の状態判定信号U0が出力される。そしてこの実
施例では状態判定信号U0が最初に出力された時刻t1
(最大トルクTm通過時点)から脱水タイマー27が計
時動作を開始する。このようにしてサンプリング回路3
1のコンデンサ20にサンプリング信号φによって順次
記憶される位相検出信号のピーク値Uθpが基準値とな
ってこれに新たに検出された位相検出信号Uθa′が比
較されることにより最大トルクTm通過時の位相差θm
の急激な変化が検知されるのであり、従ってこの実施例
の状態判定信号U0は位相検出信号Uθaの変化率信号
に相当することになる。
次に本発明をベルトゆるみ検出装置に適用した第3実施
例について第1図と同一部分に同一符号を付して示す第
9図により説明する。この第9図において、32は負荷
状態判定部であり、これは抵抗33,34によって設定
された基準値Vrと第1図に示したものと同様のコンデ
ンサ19の端子電圧即ちアナログ電圧である位相検出信
号Uθaとを比較するオペアンプ35により構成され、
そのオペアンプ35の出力は抵抗36を介して表示器例
えば発光ダイオード37に与えられるようになってい
る。
例について第1図と同一部分に同一符号を付して示す第
9図により説明する。この第9図において、32は負荷
状態判定部であり、これは抵抗33,34によって設定
された基準値Vrと第1図に示したものと同様のコンデ
ンサ19の端子電圧即ちアナログ電圧である位相検出信
号Uθaとを比較するオペアンプ35により構成され、
そのオペアンプ35の出力は抵抗36を介して表示器例
えば発光ダイオード37に与えられるようになってい
る。
電動機1がベルトを介して負荷を駆動している状態を考
えるに、今、負荷トルクの大きさがT1(第6図参照)
であったとするとベルトが正常に張っていてベルトすべ
りを生じていなければ電動機1の出力トルクも同一のT
1である。これに対してベルトにゆるみを生じ、ベルト
すべりが起こると電動機1からみた負荷トルクはT1か
ら減少しT0になる。このトルクの変化により、位相差
θmが変化即ち増加する。これにより第9図の位相券種
信号Uθaが増加しトルクT1に対する通常の負荷変動
を見込んで予め設定された前記基準値Vrを超えるとオ
ペアンプ35から状態判定信号U0が出力され発光ダイ
オード37が点灯されてベルトゆるみを警告する。
えるに、今、負荷トルクの大きさがT1(第6図参照)
であったとするとベルトが正常に張っていてベルトすべ
りを生じていなければ電動機1の出力トルクも同一のT
1である。これに対してベルトにゆるみを生じ、ベルト
すべりが起こると電動機1からみた負荷トルクはT1か
ら減少しT0になる。このトルクの変化により、位相差
θmが変化即ち増加する。これにより第9図の位相券種
信号Uθaが増加しトルクT1に対する通常の負荷変動
を見込んで予め設定された前記基準値Vrを超えるとオ
ペアンプ35から状態判定信号U0が出力され発光ダイ
オード37が点灯されてベルトゆるみを警告する。
この第3実施例はこの発明の特徴を単的に表わしてい
る。即ち第6図に示すように、一般に電動機の負荷運転
は最大トルクTmを過ぎたTh−Tl間領域即ち安定領
域において行なわれてはじめて継続的運転が可能にな
る。ところでこの安定領域(Nm以上の領域)ではトル
クが大巾に変化するのに対して回転速度の変化率は極め
て小さい。このような状況では上記のようなベルトゆる
み検出を電動機の回転速度の検知により行なうことは極
めて困難であり、第3実施例のような位相検知によれば
容易に実現し得る。このことは第3図で説明した最大ト
ルクTmの乗り切り時点t1の検知についても言えるこ
とであり、この時点t1を従来技術の回転速度検出をも
って検知することはほとんど不可能である。
る。即ち第6図に示すように、一般に電動機の負荷運転
は最大トルクTmを過ぎたTh−Tl間領域即ち安定領
域において行なわれてはじめて継続的運転が可能にな
る。ところでこの安定領域(Nm以上の領域)ではトル
クが大巾に変化するのに対して回転速度の変化率は極め
て小さい。このような状況では上記のようなベルトゆる
み検出を電動機の回転速度の検知により行なうことは極
めて困難であり、第3実施例のような位相検知によれば
容易に実現し得る。このことは第3図で説明した最大ト
ルクTmの乗り切り時点t1の検知についても言えるこ
とであり、この時点t1を従来技術の回転速度検出をも
って検知することはほとんど不可能である。
次に本発明の第4実施例について第10図乃至第3図を
参照しながら説明する。第10図に示す装置の構成にお
いて、38は洗濯機に設けられている洗い兼用の回転槽
若しくは脱水篭である脱水槽を駆動するための電動機
で、主巻線39,補助巻線40及びコンデンサ41から
なるコンデンサモータとして構成されている。第11図
にはこの第4実施例における上記電動機38の回転速度
NとトルクTと位相差θとの関係が実測結果として示さ
れている。即ち42はトルク曲線、43は位相曲線であ
る。また第12図に示す曲線44は脱水槽内に洗濯物を
入れて電動機38を駆動した場合の回転速度Nの時間的
変化を示したものであり、この第12図に示すN1は第
11図に示すN1と等しい値として示している。この第
12図に示すように電動機38の回転速度は脱水進行に
伴い負荷が減少することから脱水量の多い時刻T0から
T1までの間では時間と共に比較的大きい変化率で増速
するのに対して脱水が十分行なわれた時刻T1以降から
は増速の度合が徐々に小さくなる。この結果、回転速度
N1以上の領域では第11図にも示すように位相差の時
間的増加率は回転速度の時間的増加率の減少に従い減少
する。従って第1及び第2実施例の場合とは異なり位相
差の時間的変化率を脱水完了の判定要素とすることがで
きるものであり、この第4実施例はこの原理に基ずき構
成される。以下この実施例について第10図を参照して
説明する。45は位相検出部であり、その内部回路構成
は、前述の位相検出部8と同一であり、従って、4個の
コンパレータ10,11,14,15及び二つの分圧回
路12,13を有して構成されている。この位相検出部
45は脱水槽に洗濯物を入れた状態における電動機38
の駆動開始時点から位相差θを常時検出し、その位相検
出信号θxを位相比較部46及び変化率判定回路(負荷
状態判定部)47に与える。48は基準位相設定部であ
り、基準位相差θ1を設定している。ここで定格負荷の
位相差をθ′としたとき、θ1はθ1/θ′=0.9の
関係を満たすように定められている。そして前述のN1
は位相差θ1のときの回転速度であり、位相差が変化し
始めた時点の値である。位相比較部46がθx>θ1と
判断した場合は、判定指令信号S1を変化率判定回路4
7に与える。するとこの変化率判定回路47は基準変化
率設定部49に設定されている位相差の時間的変化率の
基準値である基準変化率dθと前記位相検出信号θxの
時間的変化率dθxとを比較する。その結果がdθx<
dθになった時点で脱水完了信号S2を出力し、これを
モータ停止制御回路50に与える。このモータ停止制御
回路50はこの脱水終了信号S2を受けてから直ちに、
若しくは脱水補償のための所定の時間遅れ後に電動機3
8を断電せしめる。この第4図に示す構成をマイクロコ
ンピュータに代用させることができる。この場合のプロ
グラムフローチャートを第13図に示す。この第13図
中、矢印Aで示すルーチンはメモリの内容θaを位相検
出信号θxにその検出部の都度順次書き変えるプログラ
ムルーチン、矢印B及びCからなるルーチンは、前回の
位相検出信号である記憶値θaと新たな位相検出信号θ
xとの差をとり、その差から位相差の時間的変化率を判
断するプログラムルーチンである。
参照しながら説明する。第10図に示す装置の構成にお
いて、38は洗濯機に設けられている洗い兼用の回転槽
若しくは脱水篭である脱水槽を駆動するための電動機
で、主巻線39,補助巻線40及びコンデンサ41から
なるコンデンサモータとして構成されている。第11図
にはこの第4実施例における上記電動機38の回転速度
NとトルクTと位相差θとの関係が実測結果として示さ
れている。即ち42はトルク曲線、43は位相曲線であ
る。また第12図に示す曲線44は脱水槽内に洗濯物を
入れて電動機38を駆動した場合の回転速度Nの時間的
変化を示したものであり、この第12図に示すN1は第
11図に示すN1と等しい値として示している。この第
12図に示すように電動機38の回転速度は脱水進行に
伴い負荷が減少することから脱水量の多い時刻T0から
T1までの間では時間と共に比較的大きい変化率で増速
するのに対して脱水が十分行なわれた時刻T1以降から
は増速の度合が徐々に小さくなる。この結果、回転速度
N1以上の領域では第11図にも示すように位相差の時
間的増加率は回転速度の時間的増加率の減少に従い減少
する。従って第1及び第2実施例の場合とは異なり位相
差の時間的変化率を脱水完了の判定要素とすることがで
きるものであり、この第4実施例はこの原理に基ずき構
成される。以下この実施例について第10図を参照して
説明する。45は位相検出部であり、その内部回路構成
は、前述の位相検出部8と同一であり、従って、4個の
コンパレータ10,11,14,15及び二つの分圧回
路12,13を有して構成されている。この位相検出部
45は脱水槽に洗濯物を入れた状態における電動機38
の駆動開始時点から位相差θを常時検出し、その位相検
出信号θxを位相比較部46及び変化率判定回路(負荷
状態判定部)47に与える。48は基準位相設定部であ
り、基準位相差θ1を設定している。ここで定格負荷の
位相差をθ′としたとき、θ1はθ1/θ′=0.9の
関係を満たすように定められている。そして前述のN1
は位相差θ1のときの回転速度であり、位相差が変化し
始めた時点の値である。位相比較部46がθx>θ1と
判断した場合は、判定指令信号S1を変化率判定回路4
7に与える。するとこの変化率判定回路47は基準変化
率設定部49に設定されている位相差の時間的変化率の
基準値である基準変化率dθと前記位相検出信号θxの
時間的変化率dθxとを比較する。その結果がdθx<
dθになった時点で脱水完了信号S2を出力し、これを
モータ停止制御回路50に与える。このモータ停止制御
回路50はこの脱水終了信号S2を受けてから直ちに、
若しくは脱水補償のための所定の時間遅れ後に電動機3
8を断電せしめる。この第4図に示す構成をマイクロコ
ンピュータに代用させることができる。この場合のプロ
グラムフローチャートを第13図に示す。この第13図
中、矢印Aで示すルーチンはメモリの内容θaを位相検
出信号θxにその検出部の都度順次書き変えるプログラ
ムルーチン、矢印B及びCからなるルーチンは、前回の
位相検出信号である記憶値θaと新たな位相検出信号θ
xとの差をとり、その差から位相差の時間的変化率を判
断するプログラムルーチンである。
特にθa>0なる判定部分はルーチンAにおいて、電動
機38の通電開始後、位相が不変領域を過ぎて変化しは
じめた値θ1以上になってからそのθxをθaに代入さ
せることを判断する部分である。
機38の通電開始後、位相が不変領域を過ぎて変化しは
じめた値θ1以上になってからそのθxをθaに代入さ
せることを判断する部分である。
また、この第4実施例に関しては、例えばdθの値を切
換え選択し得るようにすれば脱水強弱の選択も可能にな
るものである。
換え選択し得るようにすれば脱水強弱の選択も可能にな
るものである。
以上のようにこの第4実施例からも理解できるように本
発明によれば位相差が最大トルク点の回転速度以上の安
定領域においては回転速度のわずかな変化に対して大き
く変化する特性にあるのでこの安定領域における回転速
度の微妙な変化を位相検出信号によって容易且つ高精度
に判定できる。しかも位相差は電源周波数及ひその電圧
変動や、温度変化等によってはほとんど変化しないので
誤差要因が少なく高精度の検知が可能になる。ちなみに
位相差の変動率は周波数が50Hzと60Hzとの間で
の変動に対しては±2%、電圧100Vにおける±10
%の変動に対しては±2%、温度が20℃から70℃ま
での間の変動に対しては±1%以下であり、また参考ま
でにコンデンサ4のばらつき±10%に対しては±3%
度である。
発明によれば位相差が最大トルク点の回転速度以上の安
定領域においては回転速度のわずかな変化に対して大き
く変化する特性にあるのでこの安定領域における回転速
度の微妙な変化を位相検出信号によって容易且つ高精度
に判定できる。しかも位相差は電源周波数及ひその電圧
変動や、温度変化等によってはほとんど変化しないので
誤差要因が少なく高精度の検知が可能になる。ちなみに
位相差の変動率は周波数が50Hzと60Hzとの間で
の変動に対しては±2%、電圧100Vにおける±10
%の変動に対しては±2%、温度が20℃から70℃ま
での間の変動に対しては±1%以下であり、また参考ま
でにコンデンサ4のばらつき±10%に対しては±3%
度である。
尚、本発明は上記実施例のみに限定されるものではな
く、例えば位相差の検出対象を補助巻線としてもよい。
く、例えば位相差の検出対象を補助巻線としてもよい。
[発明の効果] 本発明によれば以上詳述したように、検出の直接の対象
をコイル電流と印加電圧との位相差としたことにより、
電動機の特に安定領域におけるトルクの変化、回転速度
の変化等負荷状態に依存した信号を高精度をもって得る
ことができ、しかも位相検出部の回路構成に使用するロ
ジックICの個数を一つで済ませることができてコスト
の低廉化にも寄与できるという効果を奏する。
をコイル電流と印加電圧との位相差としたことにより、
電動機の特に安定領域におけるトルクの変化、回転速度
の変化等負荷状態に依存した信号を高精度をもって得る
ことができ、しかも位相検出部の回路構成に使用するロ
ジックICの個数を一つで済ませることができてコスト
の低廉化にも寄与できるという効果を奏する。
第1図は本発明の第1実施例を示す回路図、第2図は第
1図の各部の電圧,電流波形図、第3図は主に回転速度
特性及び位相検出信号特性を状態判定信号のタイムチャ
ートと共に示す図、第4図は電動機の等価回路図、第5
図はそのベクトル図、第6図は電動機のトルク,回転速
度,及び位相差曲線を示す図、第7図は本発明の第2実
施例を示す回路図、第8図は第7図の各部の信号の時間
的特性をサンプリング信号及び状態判定信号と共に示す
図、第9図は本発明の第3実施例を示す回路図、第10
図乃至第13図は本発明の第4実施例を示すものであ
り、そのうち第10図は運転回路のブロック図、第11
図は回転速度に対するトルクおよび位相差の関係を示す
特性曲線図、第12図は電動機の回転速度の時間的変化
率を示す特性曲線図、第13図はマイクロコンピュータ
を用いた場合のフローチャートである。 図中、1は電動機、8は位相検出部、9は変流器、10
は第1のコンパレータ、11は第2のコンパレータ、1
2は第1の分圧回路、13は第2の分圧回路、14は第
3のコンパレータ、15は第4のコンパレータ、16は
負荷状態判定部、26は最小値保持回路、27は脱水タ
イマー、31はサンプリング回路(負荷状態判定部)、
32は負荷状態判定部、38はモータ、45は位相検出
部、46は位相比較部、47は変化率判定回路(負荷状
態判定部)、48は基準位相設定部、49は基準変化率
設定部、50はモータ停止制御回路である。
1図の各部の電圧,電流波形図、第3図は主に回転速度
特性及び位相検出信号特性を状態判定信号のタイムチャ
ートと共に示す図、第4図は電動機の等価回路図、第5
図はそのベクトル図、第6図は電動機のトルク,回転速
度,及び位相差曲線を示す図、第7図は本発明の第2実
施例を示す回路図、第8図は第7図の各部の信号の時間
的特性をサンプリング信号及び状態判定信号と共に示す
図、第9図は本発明の第3実施例を示す回路図、第10
図乃至第13図は本発明の第4実施例を示すものであ
り、そのうち第10図は運転回路のブロック図、第11
図は回転速度に対するトルクおよび位相差の関係を示す
特性曲線図、第12図は電動機の回転速度の時間的変化
率を示す特性曲線図、第13図はマイクロコンピュータ
を用いた場合のフローチャートである。 図中、1は電動機、8は位相検出部、9は変流器、10
は第1のコンパレータ、11は第2のコンパレータ、1
2は第1の分圧回路、13は第2の分圧回路、14は第
3のコンパレータ、15は第4のコンパレータ、16は
負荷状態判定部、26は最小値保持回路、27は脱水タ
イマー、31はサンプリング回路(負荷状態判定部)、
32は負荷状態判定部、38はモータ、45は位相検出
部、46は位相比較部、47は変化率判定回路(負荷状
態判定部)、48は基準位相設定部、49は基準変化率
設定部、50はモータ停止制御回路である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02P 7/36 S 9178−5H (56)参考文献 特開 昭63−35293(JP,A) 特開 昭63−31490(JP,A) 特開 昭62−2887(JP,A) 特開 昭61−191394(JP,A) 特開 昭61−82127(JP,A) 特開 昭51−113673(JP,A) 特開 昭49−100547(JP,A) 特開 昭49−35085(JP,A) 特公 平5−52233(JP,B2)
Claims (1)
- 【請求項1】誘導電動機のコイル電流と印加電圧との間
の位相差を夫々のゼロクロス時点の差により検出する位
相検出部と、この位相検出部から出力される位相検出信
号を基準値と比較して負荷状態信号に変換する負荷状態
判定部とを具備し、前記位相検出部は、コイル電流及び
印加電圧を夫々のゼロクロス時点で立上がり・立下がり
変化する矩形波信号に変換して出力する第1のコンパレ
ータ及び第2のコンパレータと、この第1のコンパレー
タからの出力にレベル差を与える第1の分圧回路と、前
記第2のコンパレータからの出力にレベル差を与える第
2の分圧回路と、第1のコンパレータからの出力と第2
の分圧回路からの分圧出力とが入力され各入力に応じた
比較結果を出力する第3のコンパレータと、第2のコン
パレータからの出力と第1の分圧回路からの分圧出力と
が入力され各入力に応じた比較結果を出力する第4のコ
ンパレータとを有し、第3及び第4のコンパレータの各
比較結果の論理和を位相検出信号とする構成であること
を特徴とする誘導電動機の負荷状態検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61260977A JPH0621826B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 誘導電動機の負荷状態検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61260977A JPH0621826B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 誘導電動機の負荷状態検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63115024A JPS63115024A (ja) | 1988-05-19 |
| JPH0621826B2 true JPH0621826B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=17355369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61260977A Expired - Lifetime JPH0621826B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 誘導電動機の負荷状態検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621826B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH099493A (ja) * | 1995-06-20 | 1997-01-10 | Nippondenso Co Ltd | 交流電動機の運転状態判定装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5061621B2 (ja) * | 2007-01-25 | 2012-10-31 | パナソニック株式会社 | 食器洗い機 |
-
1986
- 1986-10-31 JP JP61260977A patent/JPH0621826B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH099493A (ja) * | 1995-06-20 | 1997-01-10 | Nippondenso Co Ltd | 交流電動機の運転状態判定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63115024A (ja) | 1988-05-19 |
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