JPH10136673A - 二速式電動機用制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機の巻線を付勢し消勢するための電子ス
イッチを有する制御回路を提供する。 【解決手段】 二速式電動機Ｍのための制御回路であっ
て、高速用電子スイッチＣ及び低速用電子スイッチＡを
含んでいる。高速用電子スイッチは低速用電子スイッチ
がオンに切り換えられるとオフに切り換えられる。電動
機の低速運転巻線１９は低速用電子スイッチを介しての
み付勢可能である。これに対し電動機の高速運転巻線１
６は速度選択スイッチが高速位置１４にあるときには速
度選択スイッチにより付勢可能であり、また速度選択ス
イッチが低速位置１４ａにあるときには高速用電子スイ
ッチにより付勢可能である。電動機の始動巻線が付勢さ
れると、低速用電子スイッチはオフに切り換えられ、高
速用電子スイッチはオンに切り換えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御回路の技術分
野に係り、更に詳細には電動機のための制御回路に係
る。特に本発明はコンデンサ始動型の二速式電動機に適
用可能なものであり、これについて本発明を説明する
が、本発明の幾つかの特徴は広い局面を有し、は他の用
途にも使用可能である。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電動機
を始動させる際には電動機の始動巻線が付勢され、電動
機が所定の速度に上昇すると始動巻線は消勢される。電
動機の速度が予め設定された速度に低下すると、始動巻
線は電動機の速度が適正な速度に戻るまで再度付勢され
る。始動巻線を付勢し消勢するための偏心スイッチを有
する電動機に於いては、電動機が低速運転巻線又は高速
運転巻線の何れにて運転されているかに拘らず、始動巻
線が再度付勢される低い電動機速度は常に一定である。
従って電動機が高速運転巻線又は低速運転の巻線の何れ
にて運転されているかに応じて互いに異なる再付勢速度
にて始動巻線を再度付勢する制御装置が必要とされてい
る。

【０００３】電動機が低速運転巻線にて運転されてお
り、始動巻線が再度付勢されるときには、電動機が所定
の速度に戻るまで低速運転巻線を消勢すると共に高速運
転巻線を付勢することが望ましい。これらの制御機能を
果たすべく、従来の多くの装置に於いては電子機械式の
リレーが使用されている。上述の全ての制御機能を果た
す電子制御装置が望まれている。

【０００４】

【発明の概要】本発明の改良された電子切り換え装置
は、電動機の電源電圧に対応する基準値及び電動機電流
に対応する検出値を監視する電動機用制御回路に使用さ
れる。基準値及び検出値は、検出値が基準値よりも高い
か低いかに応じて状態を変化し電動機の始動巻線を付勢
し消勢する比較器により互いに比較される。

【０００５】本発明の電動機用制御回路は、電動機の低
速運転巻線と直列に接続された低速用電子スイッチと、
電動機の高速運転巻線と直列に接続された高速用電子ス
イッチと、電動機の始動巻線と直列に接続された始動用
電子スイッチとを含んでいる。

【０００６】一つの好ましい構成に於いては、低速運転
巻線は低速用電子スイッチによってのみ付勢可能であ
る。高速運転巻線は高速用電子スイッチ又は速度選択ス
イッチにより付勢可能である。低速用電子スイッチがオ
ンに切り換えられると、高速用電子スイッチがオフに切
り換えられ、速度選択スイッチが低速運転巻線のみを付
勢する位置に設定される。

【０００７】電動機が低速運転巻線にて運転されている
状況に於いて始動巻線が再度付勢されると、低速用電子
スイッチはオフに切り換えられ、高速電子スイッチはオ
ンに切り換えられる。従って高速運転巻線は高速用電子
スイッチ及び低速位置に設定された速度選択スイッチを
介して付勢される。

【０００８】電動機が高速運転巻線又は低速運転巻線の
何れにて運転されているかに応じて電動機の互いに異な
る再付勢速度に於いて始動巻線を再度付勢すべく、電動
機が低速運転巻線にて運転されているか否かを検出する
検出器が設けられる。

【０００９】本発明の主要な目的は、電動機の巻線を付
勢し消勢するための電子スイッチを有する制御回路を提
供することである。

【００１０】本発明の他の一つの目的は、電動機が高速
運転巻線又は低速運転巻線の何れにて運転されているか
に応じて互いに異なる低い電動機速度に於いて電動機の
始動巻線を再度付勢する電子スイッチを有する制御回路
を提供することである。

【００１１】本発明の更に他の一つの目的は、電動機が
低速運転巻線にて運転されている状況に於いて始動巻線
が再度付勢されるときには、低速運転巻線を消勢し高速
運転巻線を付勢する電子スイッチを有する制御回路を提
供することである。

【００１２】

【発明の実施の形態】添付の図に於いて、符号１〜７は
図１の右側に於いて切断された回路の導線を示してお
り、特にこれらの導線が図２の左側に於いて同一の符号
１〜７により示された導線とそれぞれ対応していること
を示している。

【００１３】図１及び図２はメインスイッチ１２と高速
位置１４及び低速位置１４ａを有する速度選択スイッチ
を介して交流電源１０の導線Ｌ１及びＬ２を横切って接
続された電動機Ｍを示している。

【００１４】電動機Ｍは導線１７及び１８により導線１
６及びＬ２を横切って接続された高速運転巻線１６を含
んでいる。低速用電子スイッチＡと直列に接続された低
速運転巻線１９が、導線４、１８、２０により導線２及
びＬ２を横切って接続されている。

【００１５】電子始動スイッチＢと直列に接続された始
動巻線２１が、導線１８、２２により導線Ｌ１及びＬ２
を横切って接続されている。始動巻線２１と直列に接続
されたコンデンサ２３が始動巻線電流と運転巻線電流と
の間に約９０°の位相ずれを与える。

【００１６】高速用電子スイッチＣが導線３により低速
電子スイッチＡに接続されている。導線２４及び２５が
高速用電子スイッチＣを導線１及び２に接続している。

【００１７】導線２６に与えられる比較器Ｇの出力がロ
ーになると、電流制限抵抗器２８と直列に接続されたＰ
ＮＰトランジスタ２７がオンに切り換えられ、オプトア
イソレータ３０のフォトダイオード２９に電流を供給す
る。フォトダイオード２９が付勢されると、オプトアイ
ソレータ３０のトライアック部３２がオンに切り換えら
れ、これによりトライアック３３がオンに切り換えられ
る。従って低速運転巻線１９が導線２、導線２０、トラ
イアック３３、導線４、導線１８を経て付勢される。フ
ォトダイオード２９には電流制限抵抗器３１が接続され
ている。抵抗器３４及び３５によりトライアック３３へ
のゲート電流が制限され、またトライアック３３が誤っ
てトリガされることが防止される。

【００１８】低速用電子スイッチＡは導線３により電流
制限抵抗器３７を介して高速用電子スイッチＣのトライ
アック３８に接続されている。トライアック３８は電流
制限抵抗器３９を介して高電流トライアック４０に接続
されている。電流制限抵抗器４１及び４２が電流制限抵
抗器３７及び３９と共働してトライアック３８及び４０
への電流を制限し、またこれらのトライアックが誤って
トリガされることを防止する。

【００１９】低速用電子スイッチＡがオン状態にあると
きには、トライアック３３を経て導線３のトライアック
３８へ至る電流によりトライアック３８がオフ状態に切
り換えられる。従って低速用電子スイッチＡがオン状態
にあるときには高速用電子スイッチＣは常にオフ状態に
あり、逆に低速用電子スイッチＡがオフ状態にあるとき
には高速用電子スイッチＣは常にオン状態にある。

【００２０】速度選択スイッチが低速位置１４ａにある
ときには、電動機Ｍは電子スイッチＡを介して低速運転
巻線１９にて運転され、比較器Ｇの出力はローになる。
電動機の速度が始動巻線再付勢速度まで低下すると、導
線２６に与えられる比較器Ｇの出力がハイになり、トラ
ンジスタ２７がオフに切り換えられて低速用電子スイッ
チＡが消勢され、これにより低速運転巻線１９が消勢さ
れる。これと同時に高速用電子スイッチＣがオンに切り
換わる。何故ならば、導線３にはトライアック３８をオ
フ状態に設定する電流がもはや存在しないからである。
従って高速運転巻線１６が速度選択スイッチの低速位置
１４ａ、導線２、導線２５、トライアック４０、導線２
４、導線１、導線１７を経て高速用電子スイッチＣと直
列に接続される。始動巻線２１及び高速運転巻線１６の
両方が付勢され、これにより電動機Ｍの速度が適正な速
度に加速される。電動機速度が適正な速度に戻ると、導
線２６に与えられる比較器Ｇの出力が再度ローになり、
低速用電子スイッチＡがオンに切り換えられ、始動用電
子スイッチＢ及び高速用電子スイッチＣがオフに切り換
えられる。従って電動機は低速運転巻線１９にて運転さ
れる状態に戻る。

【００２１】始動用電子スイッチＢは、論理トライアッ
ク４６及び高電流スナッバレストライアック４７が誤っ
てトリガされことを防止する電流制限抵抗器４３、４
４、４５を含んでいる。始動用電子スイッチＢは導線５
及び１５４により比較器Ｇの出力導線２６に接続されて
いる。導線２６に与えられる比較器Ｇの出力がローであ
るときには、始動用電子スイッチＢはオフである。導線
２６に与えられる比較器Ｇの出力がハイになると、始動
用電子スイッチＢの論理トライアック４６がオンに切り
換わり、高電流スナッバレストライアック４７もオンに
切り換えられる。従って始動巻線２１が導線２７、トラ
イアック４７、導線１８を介して付勢される。

【００２２】高速用電子スイッチＣは、速度選択スイッ
チがその低速位置１４ａにあるときにのみ高速運転巻線
１６と直列に接続される。速度選択スイッチが高速位置
１４にあるときには、導線２が導線Ｌ１より遮断される
ので、高速用電子スイッチＣより高速運転巻線１６へ至
る回路が遮断される。

【００２３】速度選択スイッチがその高速位置１４にあ
るときには、高速運転巻線１６は導線１７及び１８によ
り導線１及びＬ２を横切って直接接続される。従って高
速運転巻線１６を付勢する二つの二者択一的な経路が存
在する。始動用電子スイッチＢ及び始動巻線２１が付勢
されるときには常に低速運転巻線１９及び低速用電子ス
イッチＡが消勢される。

【００２４】速度選択スイッチが実線にて示された高速
位置１４にあり、導線Ｌ１が導線１に接続されて電動機
Ｍが導線１７を介して高速運転巻線１６にて運転されて
いるときには、制御回路は電動機の速度を適正な速度に
維持すべく、電子スイッチＢをオン、オフして始動巻線
２１を付勢し消勢する。かかる状況に於いては、速度選
択スイッチが高速位置１４にあることにより導線２が遮
断されるので、電子スイッチＡは動作しない。また導線
２が遮断されるので、高速用電子スイッチＣも動作しな
い。

【００２５】本発明の制御回路は、速度選択スイッチが
高速位置１４に設定されることにより電動機が高速運転
巻線１６にて運転されているか又は速度選択スイッチが
低速位置１４ａに設定されることにより電動機が低速運
転巻線１９にて運転されているかに応じて、電動機の互
いに異なる低い速度に於いて始動巻線２１を再度付勢す
る。このことは低速運転巻線１９が付勢されているか否
かを検出する低速運転巻線検出器Ｄを設けることにより
達成される。

【００２６】低速運転巻線検出器Ｄは導線７により低速
用電子スイッチＡと低速運転巻線１９との間の導線４に
接続されている。低速用電子スイッチＡがオンに切り換
えられ、導線７と導線４との接続部に交流９０Ｖよりも
高い電圧が存在するときには、検出器Ｄにより比較器５
２の正の入力端子５０に与えられる直流電圧は比較器５
２の負の入力端子５４に於ける電圧よりも高くなり、比
較器５２の出力はハイになる。このことにより、始動巻
線を低い電動機速度に於いて付勢するためのゲインであ
って、電動機Ｍがその高速運転巻線にて運転されている
ときよりも高いゲインが増幅器に与えられることによっ
て制御回路が調節される。制御回路のこの点については
これ以降より一層詳細に説明する。

【００２７】低速運転巻線検出器Ｄは抵抗器５６、５８
を含み、これらの抵抗器はライン電圧の値を基準値に低
減する分圧器を構成している。ダイオード６０がライン
電圧を正の直流パルス電圧に整流し、電流制限抵抗器６
２と直列に接続されている。ツェナーダイオード６４が
所望の直流電圧値をクランプする。コンデンサ６６が正
のパルス電圧を定常的な直流電圧にフィルタリングし、
抵抗器６８がフィルタコンデンサ６６のための制御され
た放電経路を与える。ダイオード７０及び抵抗器７２が
低速用電子スイッチＡがオフに切り換えられる際にコン
デンサ６６の迅速な放電経路を与える。

【００２８】検出抵抗器８０が導線１８に於いて電動機
Ｍと直列に接続されている。一つの構成に於いては、検
出抵抗器８０は短い長さのワイヤである。試験された一
つの好ましい例は長さ１５inch（３８cm）の１８ゲージ
の銅線であり、ワイヤゲージは米国ワイヤゲージ規格に
対応している。電動機Ｍを通過する電流は図３のグラフ
に示されている如く電動機の回転速度に対応している。
また電動機電流は検出抵抗器８０を通過して流れ、従っ
て検出抵抗器８０を横切る電圧降下を測定することは電
動機電流又は電動機電流に対応する値を測定する一つの
方法である。電圧降下は電動機電流に対応しており、電
動機電流は電動機速度に対応しているので、電圧降下も
電動機速度に対応している。

【００２９】検出抵抗器は他の金属、他のゲージ、又は
他の長さのものであってもよく、また短い長さのワイヤ
以外の検出抵抗器が使用されてもよい。検出抵抗器は電
動機の巻線と実質的に同一の温度に曝されるよう電動機
の巻線に近接して電動機のハウジング内に配置されるこ
とが好ましい。但し検出抵抗器の温度が電動機及びその
巻線の温度と実質的に同一の温度環境にある限り、検出
抵抗器は電動機のハウジング外の如き他の位置に配置さ
れてもよい。

【００３０】電動機電流は電動機巻線の温度変化に応じ
て変化する。しかし温度変化のみに起因する電動機電流
の変化は電動機速度に殆ど影響を及ぼさない。かかる電
動機電流の変化に敏感な制御回路が電動機速度の変化に
応じて電動機電流を遮断し、始動巻線の付勢及び消勢を
切り換える切り換え点電動機速度の不正確さを大きく改
善する。

【００３１】検出抵抗器８０の抵抗は温度と共に変化
し、検出抵抗器は電動機巻線と実質的に同一の温度環境
に曝されるよう配置されている。従って電流はＶを電圧
とし、Ｉを電流とし、Ｒを抵抗としてＶ＝ＩＲの関係が
あることを示すオームの法則に従って抵抗の増大につれ
て電流が低下するので、温度の変化に起因する電流の変
化が自動的に補償される。従って検出抵抗器８０を横切
る電圧降下は、電動機電流の変化（電動機巻線の温度変
化のみにより発生され電動機速度に殆ど影響を及ぼさな
い）に拘らず、実質的に一定に維持される。

【００３２】検出抵抗器８０に対し電動機Ｍとは反対の
側の点８６に接続された導線８４は、基準電位を示すべ
く矢印８８にて終わっている。図１及び図２の回路に於
ける他の全ての矢印は矢印８８と同一の電位にあること
を示している。

【００３３】導線６は電動機Ｍと検出抵抗器８０との間
の点９０に於いて増幅器Ｅ内の演算増幅器９４の正の入
力端子９２に接続されている。検出抵抗器８０を横切る
電圧は直流電圧に変換されるよう増幅器Ｅにより増幅さ
れる。演算増幅器９４の入力端子９２に於ける入力電圧
はミリボルトの範囲の正弦波であり、演算増幅器９４の
出力はシングルディジットボルトの範囲の正の直流パル
ス電圧である。増幅器Ｅはインピーダンス適合化抵抗器
９６と、増幅器により与えられる電圧ゲインの大きさを
設定する抵抗器９８及び１００とを含んでいる。

【００３４】ピーク検出器Ｆが導線１０２により増幅器
Ｅの出力端子に接続されており、増幅器Ｅよりの正の直
流パルス電圧を定常的な直流電圧に変換する。定常的な
直流電圧の大きさは増幅器Ｅよりの直流パルス電圧のピ
ーク値に近く、電動機Ｍの速度に対応している。ピーク
検出器Ｆは正の直流パルス電圧を定常的な直流電圧にフ
ィルタリングするコンデンサ１０４を含み、ダイオード
１０６がコンデンサ１０４によって増幅器Ｅへ逆流放電
されることを防止する。抵抗器１０８がコンデンサ１０
４のための制御された放電経路を与え、ツェナーダイオ
ード１１０が所望の直流電圧値をクランプする。入力イ
ンピーダンス適合化抵抗器１１２がピーク検出器Ｆの出
力端子を比較器Ｇの正の入力端子に接続する導線１１４
に設けられている。

【００３５】比較器Ｇの負の入力端子は導線１２０によ
り基準電源Ｈに接続されており、基準電源Ｈは導線１２
２によりダイオード１２４及び１２６を介して導線１及
び２に接続されている。基準電源Ｈはライン電圧の大き
さを基準電圧値に低減する分圧器を構成する抵抗器１３
０及び１３２を含んでいる。基準電源により比較器Ｇの
負の入力端子に与えられる基準電圧は、ライン電圧に対
する基準電圧の比が実質的に一定に維持されるよう、ラ
イン電圧の変動に応じて変動する。またライン電圧の変
動により電動機電流が変動され、このことにより検出抵
抗器８０を横切る電圧降下が変化され、この電圧降下の
変化は基準電圧の変化に実質的に比例する。従って基準
電圧の増減は検出抵抗器８０を横切る電圧降下が対応し
て増減することにより実質的に適合化されるので、制御
回路はライン電圧の変化に起因する電動機電流の変動を
自動的に補償する。このことにより始動巻線の消勢及び
付勢を切り換える切り換え点電動機回転速度の精度が改
善される。電動機回転速度の実際の切り換え点は電動機
回転速度の最適の切り換え点より±１５０rpm 以上逸れ
ることはない。

【００３６】基準電源Ｈは正弦波を正の直流パルス電圧
に整流するダイオード１３０を含んでいる。コンデンサ
１３６が正の直流パルス電圧を定常的な直流電圧にフィ
ルタリングし、抵抗器１３８がコンデンサ１３６のため
の制御された放電経路を与える。

【００３７】導線１及び２に接続された直流電源Ｊが交
流ライン電圧を直流電圧を必要とする回路素子のための
直流電圧に変換する。直流電源Ｊにより与えられる直流
電圧１４０は符号１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４
０ｄ、１４０ｅ、１４０ｆにて示されている如き他の回
路素子に接続されている。直流電源Ｊはライン電圧を正
の直流パルス電圧に整流するダイオード１４４を含んで
いる。コンデンサ１４６が正の直流パルス電圧を定常的
な直流電圧１４０にフィルタリングし、ツェナーダイオ
ード１４８が所望の直流電圧値をクランプする。ダイオ
ード１４４と直列に接続された抵抗器１５０は電流を制
限し電圧を降下させる抵抗器である。

【００３８】符号変換器Ｋが符号変換比較器１５２を使
用することによって比較器Ｇの出力を符号反転するため
に設けられている。導線１５４が比較器Ｇの出力端子を
インピーダンス適合化抵抗器１５８を介して符号変換比
較器１５２の負の入力端子１５６に接続している。

【００３９】符号変換比較器１５２よりの出力導線１６
０は導線１６２により比較器Ｇの負の入力導線１２０に
接続されている。符号変換比較器１５２の正の入力導線
１６４は電流制限抵抗器１６６及びインピーダンス適合
化抵抗器１６８を含んでいる。ツェナーダイオード１７
０が正の入力端子を所望の直流電圧値にクランプし、符
号変換器Ｋのための基準電圧を設定する。

【００４０】比較器Ｇの出力がローになると、導線１５
４による符号変換比較器１５２の負の入力端子１５６に
対する接続部の電圧が入力導線１６４に於ける制御され
た正の基準電圧入力以下に低下し、これにより符号変換
比較器１５２の出力はハイになる。導線１６２に設けら
れたコンデンサ１７２はヒステリシスを与え、符号変換
器Ｋの出力がハイになると比較器Ｇへの負の入力を高く
する。このことにより切り換わり時、即ち比較器Ｇがハ
イの状態とローの状態との間に切り換わる際に於ける比
較器Ｇのチャタリングが防止される。符号変換器Ｋの出
力がローになると、コンデンサ１７２は比較器Ｇへの負
の入力を低くし、これにより比較器Ｇが逆の状態に変化
する際に於ける比較器Ｇのチャタリングが防止される。

【００４１】始動巻線が消勢状態にあるときの増幅器Ｅ
のゲインを調節する始動巻線ゲイン調節器Ｐが設けられ
ている。始動巻線２１が付勢状態にあるときには、電動
機電流と電動機速度との間の関係は図３のグラフに示さ
れている如く始動巻線２１が消勢状態にある場合とは異
なる。ゲイン調節器Ｐの目的は電動機回転速度及び始動
巻線２１の付勢及び消勢を切り換える切り換え点電動機
電流を最適化するよう増幅器Ｅのゲインを調節すること
である。

【００４２】比較器Ｇの出力がハイになり始動巻線２１
が付勢されると、ゲイン調節器ＰのＮＰＮ型のトランジ
スタ１８０がオフの状態になる。何故ならば、符号変換
比較器１５２の負の入力端子１５６に与えられる導線１
５４の入力電圧は正の入力端子１６４に与えられる基準
電圧よりも高く、導線１６０に与えられる出力がローに
なるからである。かかる条件下に於いては、ゲイン調節
器Ｐは始動巻線２１が付勢状態にあっても作動せず、従
って増幅器Ｅのゲインは調節されない。

【００４３】比較器Ｇの出力はローになり、これにより
始動巻線２１が消勢され、符号変換比較器１５２の負の
入力端子１５６に与えられる導線１５４の基準電圧は正
の入力端子１６４に於ける基準電圧よりも低くなる。こ
のことにより符号変換比較器１５２の出力がハイにな
り、トランジスタ１８０のベースに接続された電流制限
抵抗器１８４を介してトランジスタ１８０をオンに切り
換える。この状態に於いては、ゲイン調節器Ｐの抵抗器
１８２は増幅器Ｅの抵抗器１００と並列に接続され、こ
れにより抵抗器１００と１８２との間の関係により増幅
器Ｅの電圧ゲインが高くされる。トランジスタ１８０が
オフに切り換えられると、抵抗器１８２は増幅器Ｅに全
く影響を与えなくなる。

【００４４】低速運転巻線ゲイン調節器Ｒが低速検出器
Ｄの出力端子及び演算増幅器９４の負の入力端子１９０
に接続されている。電子スイッチＡが電動機Ｍをその低
速運転巻線１９にて運転させるオン位置にあるときに
は、電動機電流と電動機速度との間の関係は図３に示さ
れている如く変化する。ゲイン調節器Ｒは低速運転巻線
１９が付勢状態にあるときには電動機速度及び電動機電
流の適正な切り換え点が得られるよう増幅器Ｅのゲイン
を調節する。切り換え点は始動巻線２４が付勢され消勢
される際の電動機の回転速度及び電動機電流である。

【００４５】速度選択スイッチが低速位置１４ａにあり
低速用電子スイッチＡがオン位置にあり、これにより電
動機Ｍが低速運転巻線１９にて運転される状況にあると
きには、比較器５２の正の入力端子５０に於ける電圧は
負の入力端子５４に於ける基準電圧よりも高い。従って
電流制限抵抗器２０２を介して導線２００に与えられる
比較器５２の出力はハイになり、ＮＰＮ型のトランジス
タ２０４がオンに切り換えられる。このことにより抵抗
器２０６が増幅器Ｅ内の抵抗器１００と並列に接続さ
れ、これにより抵抗器１００と２０６との間の関係によ
り電圧ゲインが高くされる。

【００４６】電動機速度選択スイッチが実線にて示され
た高速位置１４にあるときには、或いは低速用電子スイ
ッチＡがオフ位置にあるときには、低速検出器Ｄは導線
４と導線７との接続部に於いて交流９０Ｖよりも低い電
圧を検出する。従って比較器５２の正の入力端子５０に
於ける電圧は負の入力端子５４に於ける基準電圧よりも
低く、比較器５２の出力はローになり、従ってトランジ
スタ２０４はオフの状態を維持し、ゲイン調節器Ｒは低
速運転巻線が消勢状態にあるときには増幅器Ｅに影響を
及ぼさない。

【００４７】制御回路が始動巻線の付勢を要求すると、
比較器Ｇの出力はハイになる。始動用電子スイッチＢの
論理トライアック４６が導線５と導線１５４との間の接
続部を経て比較器Ｇの出力導線２６に接続されることに
よりオンに切換えられる。論理トライアック４６がオン
に切り換わると、高電流スナッバレストライアック４７
がオンに切り換えられて始動巻線２１が付勢される。

【００４８】検出抵抗器８０を横切る電圧降下により与
えられる検出値は常時監視され、増幅器Ｅはピーク検出
器Ｆと共に比較器Ｇの正の入力端子へ検出値を入力す
る。比較器Ｇの負の入力端子にはライン電圧を監視する
基準電源Ｈより基準値が供給される。増幅器Ｅ及びピー
ク検出器Ｆより比較器Ｇに入力される正の検出値が基準
電源Ｈより比較器Ｇへ入力される負の基準値よりも大き
いときには、比較器Ｇの出力はハイになり、始動用電子
スイッチＢがオンに切り換えられて始動巻線２１が付勢
される。

【００４９】検出抵抗器８０を横切る電圧降下は電動機
電流に対応しているので、ピーク検出器Ｆよりの出力の
大きさは電動機電流に対応しており、電動機電流は図２
に示されている如く電動機速度に対応している。基準電
源Ｈにより比較器Ｇの負の入力端子に与えられる基準電
圧の大きさはライン電圧の大きさに対応している。これ
らの関係により、ライン電圧の変動によって電動機電流
が変動される場合に始動巻線２１の再付勢及び消勢を切
り換える切り換え点電動機回転速度の精度が改善され
る。

【００５０】電動機速度選択スイッチが実線にて示され
た高速位置１４にある状況にて電動機Ｍがオンに切り換
えられると、検出抵抗器８０を横切る電圧降下が増幅器
Ｅ及びピーク検出器Ｆが比較器Ｇの出力をハイにする正
の検出値を比較器Ｇへ入力するに十分な値になるまで、
高速運転巻線１６を通過する電流が増大する。電子スイ
ッチＡは動作しない。何故ならば、電動機速度選択スイ
ッチが実線にて示された高速位置１４にあるときには電
子スイッチＡには導線２を経て電力が供給されないから
である。また比較器Ｇがハイになることにより電子スイ
ッチＢがオンに切り換えられ、始動巻線２１が付勢され
る。これにより電動機は高速運転巻線１６及び始動巻線
２１の両方が付勢される速度まで上昇する。

【００５１】比較器Ｇの出力がハイになり始動巻線が付
勢されると、符号変換器Ｋの出力がローになってゲイン
調節器Ｐがオフに切り換えられ、従って制御回路は高速
運転巻線１６及び始動巻線２１の両方が付勢されること
に起因する高い電動機電流を自動的に補償する。高速運
転巻線１６及び始動巻線２１を通過する電流は、電動機
の速度がその予め設定された所望の回転速度に近付くに
つれて低下する。検出抵抗器８０を横切る電圧降下によ
り与えられる検出値も電動機電流の低下と共に低下し、
遂には増幅器Ｅ及びピーク検出器Ｆより導線１１４を経
て比較器Ｇへ供給される正の入力が比較器Ｇの負の入力
端子２１０へ供給される基準電圧よりも低くなり、比較
器Ｇの出力がローになる。このことにより電子スイッチ
Ｂがオフに切り換えられ、始動巻線２１が消勢される。
またこのことにより符号変換器Ｋの出力がハイになり、
ゲイン調節器Ｐがオンに切り換えられる。

【００５２】電動機の回転速度が低下すると、電動機は
より高い電流を消費し、検出抵抗器８０を横切る電圧降
下は増幅器Ｅ及びピーク検出器Ｆより比較器Ｇに与えら
れる正の入力がもう一度電子スイッチＢをオンに切り換
えて始動巻線２１を付勢するに十分な値になるまで再度
増大する。

【００５３】電動機速度選択スイッチがその低速位置１
４ａにある状態にて電動機Ｍがオンに切り換えられる
と、比較器Ｇの出力はローになり、電子スイッチＡがオ
ンに切り換えられて低速運転巻線１９が付勢される。低
速運転巻線検出器Ｄが導線７を経て導線４の電圧を検出
し、検出器Ｄ内の比較器５２の出力がハイになって低速
ゲイン調節器Ｒが付勢される。これと同時に検出抵抗器
８０を横切る電圧降下が増幅器Ｅ及びピーク検出器Ｆよ
り比較器Ｇへ入力を与えて比較器Ｇの出力がハイになる
まで、低速運転巻線１９及び検出抵抗器８０を通過する
電流が増大する。ゲイン調節器Ｒは、高速運転巻線１６
又は低速運転巻線１９の何れが付勢されているかに応じ
て増幅器Ｅのゲインを調節し、これにより電動機Ｍを流
れる電流が異なることを補償する。ゲイン調節器Ｒは低
速運転巻線１９が消勢されると消勢される。

【００５４】低速運転巻線１９が付勢され、比較器Ｇの
出力がハイになって始動巻線２１が電子スイッチＢを介
して付勢されると、電子スイッチＡもオフに切り換えら
れて高速用電子スイッチＣがオンに切り換えられる。こ
れにより低速運転巻線１９が消勢されると共に高速運転
巻線１６が付勢される。またゲイン調節器Ｐ及びＲの何
れもオフに切り換えられる。従って電動機の回転速度は
高速運転巻線１６及び始動巻線２１の両方が付勢される
速度まで漸次上昇する。電動機Ｍの回転速度が予め設定
された所望の回転速度に到達すると、検出抵抗器８０を
横切る電圧降下が基準電源よりの負の入力よりも低い正
の入力が増幅器Ｅ及びピーク検出器Ｆより比較器Ｇに与
えられ比較器Ｇの出力がローになるまで、電動機を通過
する電流が低下する。このことにより電子スイッチＡが
オンに切り換えられて電子スイッチＣがオフに切り換え
られ、これにより低速運転巻線１９が付勢されると共に
高速運転巻線１６が消勢される。また比較器の出力がロ
ーになることにより電子スイッチＢが開かれ、これによ
り始動巻線２１が消勢され、ゲイン調節器Ｐ及びＲがオ
ンに切り換えられる。従って低速運転巻線１９及び検出
抵抗器８０を通過する電流が比較器Ｇの出力をハイに切
り換える電圧降下を発生するに十分なほど電動機の回転
速度が低下するまで、電動機は低速運転巻線１９によっ
てのみ運転される。

【００５５】電動機Ｍは三つの互いに異なる運転状態を
有する。第一の状態は高速運転巻線１６及び始動巻線１
２の両方が付勢される状態である。この状態に於いて
は、ゲイン調節器Ｐ及びＲの何れも動作しない。この状
態は電動機電流が最も高く且つ検出抵抗器８０を横切る
電圧降下が最も大きい図３の曲線２５０に対応してい
る。第二の状態は低速運転巻線１９のみが付勢される状
態である。この状態に於いては、ゲイン調節器Ｐ及びＲ
の両方が動作する。この状態は電動機電流が最も低く且
つ検出抵抗器８０を横切る電圧降下が最も小さい図３の
直線２６２に対応している。この条件下に於いては、増
幅器Ｅには最も高いゲインが与えられる。第三の状態は
高速運転巻線１６のみが付勢される状態である。この状
態に於いては、ゲイン調節器Ｐは動作するが、ゲイン調
節器Ｒは動作しない。従って増幅器Ｅのゲインは第二の
状態の場合よりも低い。この第三の状態は電動機電流が
第一及び第二の状態に於ける電動機電流の中間値である
図３の曲線２６０に対応している。

【００５６】図３に於いて、電動機が直線２６２により
示されている如く低速運転巻線１９によってのみ運転さ
れているときには、低速ゲイン調節器Ｒ及び始動ゲイン
調節器Ｐの両方がオン状態になり、これにより最も高い
ゲインが増幅器Ｅに与えられる。電動機が曲線２６０に
より示されている如く高速運転巻線１６によってのみ運
転されているときには、低速ゲイン調節器Ｒはオフの状
態になり、始動ゲイン調節器Ｐはオンの状態になり、こ
れにより増幅器Ｅは中間のゲインを有するようになる。
更に電動機が曲線２５０により示されている如く始動巻
線２１及び高速運転巻線１６の両方により運転されてい
るときには、ゲイン調節器Ｐ及びＲの両方がオフの状態
になり、増幅器Ｅはゲイン調節器Ｐ又はＲの何れからも
ブーストされない状態で組み込まれる最も低いゲインを
有するようになる。

【００５７】比較器Ｇの出力がハイになると、始動巻線
２１及び高速運転巻線１６の両方が付勢され、低速運転
巻線１９は消勢され、ゲイン調節器Ｐ及びＲはオフに切
り換えられる。逆に比較器Ｇの出力がローになると、始
動巻線２１が消勢され、ゲイン調節器Ｐがオンに切り換
えられ、電動機は速度選択スイッチの位置が１４である
か１４ａであるかに応じて高速運転巻線１６又は低速運
転巻線１９の何れかにより運転される。速度選択スイッ
チが低速運転巻線１９を付勢する位置１４ａにある状態
で比較器Ｇの出力がローになると、ゲイン調節器Ｒがオ
ンに切り換えられ、速度選択スイッチが高速運転巻線１
６を付勢する位置１４にある状態で比較器Ｇの出力がロ
ーになると、ゲイン調節器Ｒがオフの状態に維持され
る。

【００５８】比較器Ｇの出力は検出抵抗器８０を通過す
る電動機電流が高いことに応答してハイになり、検出抵
抗器８０を通過して流れる電動機電流が低いことに応答
してローになる。

【００５９】図３に於いて、曲線２５０は始動巻線及び
高速運転巻線の両方が付勢された場合に於ける電動機速
度と電動機電流との間の関係を示している。電動機速度
が約１２５０rpm であるときには、始動巻線が消勢さ
れ、水平の矢印の線２５２及び２５４により示されてい
る如く電動機電流が低下する。電動機は曲線２６０によ
り示された高速運転巻線のみによって運転される状態を
維持し、或いは曲線２６２により示された低速運転巻線
のみによって運転される状態を維持する。

【００６０】約１２５０rpm の速度に於いて始動巻線が
消勢され、電動機が高速運転巻線のみによって運転され
る状態を維持する場合には、電動機の速度は約１６００
〜１８００rpm の運転速度まで上昇する。

【００６１】約１２５０rpm の電動機速度に於いて始動
巻線が消勢され、電動機が低速運転巻線のみによって運
転される状態を維持する場合には、電動機速度は約１０
００〜１２００rpm の運転速度まで僅かに低下する。

【００６２】電動機が高速運転巻線のみによって運転さ
れる場合には、約１６００〜１８００rpm の通常の運転
速度より約１１５０rpm の再付勢速度まで電動機の速度
が低下することにより、図３に於いて曲線２６０より曲
線２５０までの水平の矢印の線２７０により示されてい
る如く、始動巻線が再度付勢される。

【００６３】電動機が約１０００〜１２００rpm の通常
の運転速度に於いて低速運転巻線のみによって運転され
る場合には、約８００rpm の再付勢速度まで速度が低下
することにより、図３に於いて曲線２６２より曲線２５
０まで延在する水平の矢印の線２７２により示されてい
る如く、始動巻線が再度付勢される。

【００６４】ゲイン調節器Ｐのみによって或いはゲイン
調節器Ｐ及びＲによって増幅器Ｅに与えられる互いに異
なるゲインにより、電動機が高速運転巻線又は低速運転
巻線の何れにより運転されているかに応じて互いに異な
る電動機速度に於いて始動巻線を再度付勢することが可
能にされる。始動巻線の付勢及び消勢を切り換える図３
の切り換え点は例示に過ぎず、本発明を限定するもので
はない。用途に応じて多数の種々の切り換え点が設定さ
れてよく、切り換え点は概略値であり、少なくとも±１
５０rpm 又はそれ以上変化する。

【００６５】増幅器Ｅのゲインを調節することは、始動
巻線の消勢及び付勢を切り換える切り換え点電動機速度
を調節する有利な方法である。増幅器のゲインは増幅器
Ｅ及びゲイン調節器Ｐ内の抵抗１００及び１８２の抵抗
値を変化させることによって調節される。増幅器のゲイ
ンを調節することにより検出抵抗器８０を横切る検出値
と比較器Ｇにより受けられる検出値入力との間の偏差の
大きさが調節される。このことにより比較器Ｇの出力が
ハイ又はローになる電動機電流の大きさが調節され、こ
れにより始動巻線が消勢され再度付勢される電動機速度
が調節される。増幅器のゲインを増大させることによ
り、始動巻線が消勢され再度付勢される電動機速度が増
大調節される。電動機速度と電動機電流との間に反比例
の関係があるので、このことは始動巻線が消勢され再度
付勢される電動機電流の大きさを低減調節することに対
応している。増幅器のゲインを低減することは上述の効
果とは逆の効果を有する。更に低速ゲイン調節器Ｒ内の
抵抗器２０６の抵抗値を変化させることにより、電動機
がその低速運転巻線にて運転されている状況に於いて始
動巻線が付勢される電動機速度が調節される。増幅器Ｅ
のゲインを増大させる抵抗器２０６の抵抗の変化によ
り、電動機が低速運転巻線のみにて運転されている状況
に於いて始動巻線が付勢される際の電動機速度が増大さ
れ電動機電流が低下される。始動巻線が付勢されると、
ゲイン調節器Ｒがオフに切り換えられる。ゲイン調節器
Ｐは電動機がその低速運転巻線のみにて運転されている
ときにも動作するので、抵抗器１８２の抵抗が変化する
ことも電動機がその低速運転巻線のみにて運転されてい
る状況に於いて始動巻線が付勢される際の電動機速度に
影響する。

【００６６】本発明の制御回路は電動機が速度選択スイ
ッチにより低速運転巻線又は高速運転巻線の何れにて運
転されるよう接続されるかに応じて互いに異なる電動機
速度に於いて始動巻線を再度付勢する始動巻線制御を行
う。この制御は電動機が低速運転巻線にて運転されるよ
う接続された状況に於いて増幅器に高いゲインを与える
ことによって達成される。低速のゲインは低速運転巻線
が付勢されている状況を検出する検出器により与えられ
る。

【００６７】増幅器及びピーク検出器は、電動機電流に
対応する検出値を検出しその検出値を比較器へ入力する
検出回路として効果的に機能する。また基準電圧はライ
ン電圧に対応する基準値であって、検出値と比較して始
動巻線を付勢し消勢するための基準値を比較器に与え
る。

【００６８】図３のグラフは比較器の出力がハイ又はロ
ーになってそれぞれ始動巻線を付勢し消勢する電動機電
流のための基準を示している。比較器は高速運転巻線又
は低速運転巻線の何れが接続されるかに応じて互いに異
なる低い電動機速度に対応する互いに異なる電動機電流
に於いてハイになる。このことは低速運転巻線が接続さ
れることによって増幅器用の低速ゲイン調節器が動作さ
れることによる。

【００６９】低速曲線２６２の場合には、低速ゲイン調
節器及び始動ゲイン調節器の両方が動作し、比較器の出
力は約１９Ａよりも高い任意の電動機電流に於いてハイ
になる。このことにより低速運転巻線が消勢され、低速
ゲイン調節器及び始動ゲイン調節器の両方がオフに切り
換えられるが、始動巻線及び高速運転巻線が付勢され、
全電動機電流は曲線２５０へ移行する。

【００７０】高速曲線２６０の場合には、ゲイン調節器
Ｐがオン状態にあり、ゲイン調節器Ｒがオフ状態にあ
り、比較器の出力は約２８Ａよりも高い任意の電動機電
流に於いてハイになる。このことにより始動巻線が付勢
され、全電動機電流は曲線２５０へ移行するが、ゲイン
調節器Ｒはオフの状態を維持し、ゲイン調節器Ｐはオフ
に切り換えられる。

【００７１】始動巻線及び高速運転巻線の両方が曲線２
５０により示されている如く接続される場合には、比較
器の出力がハイになり、始動ゲイン調節器Ｐ及び低速ゲ
イン調節器Ｒの何れも動作せず、従って比較器の出力は
約３１Ａよりも低い任意の電動機電流に於いてローにな
る。このことにより始動巻線が消勢され、始動ゲイン調
節器Ｐが再度動作され、全電動機電流は速度選択スイッ
チが高速位置にあるか低速位置あるかに応じて曲線２６
０又は曲線２６２の何れかまで低下する。速度選択スイ
ッチが低速位置にある場合には、低速ゲイン調節器Ｒも
オンに切換えられる。

【００７２】基準電源Ｈはライン電圧に対応する基準値
を与え、検出抵抗器８０を横切る電圧降下は電動機電流
（電動機速度に対応している）に対応する検出値を与え
る。これらの基準値及び検出値は比較器Ｇに基準値及び
検出値の入力を与える。

【００７３】以上に於いては検出抵抗器としてある長さ
の銅線について説明したが、電動機電流は例えば電流変
圧器、ホール効果センサ、他の電流検出装置を使用する
等の他の方法により検出されてもよい。また電子スイッ
チのためのトライアックはゼロクロシング型又はノンゼ
ロクロシング型のソリッドステートリレーに置き換えら
れてもよい。またトライアックやソリッドステートリレ
ーの代わりにゼロクロシングの検出器又は回路が使用さ
れてもよい。更に図示し説明した各アナログ素子は用途
に固有の集積回路に置き換えられ集積回路に組み込まれ
てもよい。更に制御回路は検出される電動機電流に応答
して上述の制御機能を果たす適当なソフトウェアを有す
るマイクロコントローラであってもよい。

【００７４】以上に於いては本発明を特定の実施形態に
ついて詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の
実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制御回路の一部を示す回路図であ
る。

【図２】本発明による制御回路の残りを示す回路図であ
る。

【図３】電動機速度と電動機電流との間の関係を示すグ
ラフである。

【図４】本発明の制御回路に使用される検出抵抗器につ
いて抵抗と温度との間の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

Ａ…低速用電子スイッチ Ｂ…始動用電子スイッチ Ｃ…高速用電子スイッチ Ｄ…低速運転巻線検出器 Ｅ…増幅器 Ｆ…ピーク検出器 Ｇ…比較器 Ｈ…基準電源 Ｊ…直流電源 Ｋ…符号変換器 Ｍ…電動機 Ｐ…始動巻線ゲイン調節器 Ｒ…低速運転巻線ゲイン調節器 １０…交流電源 １２…メインスイッチ １６…高速運転巻線 １９…低速運転巻線 ２１…始動巻線 ５２…比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・イー・ダーキー アメリカ合衆国 14572 ニューヨーク州、 ウェイランド、ストラット・ストリート 7601 (72)発明者 ジェイソン・エス・アンダーソン アメリカ合衆国 14629 ニューヨーク州、 ロチェスター、アンソニー・ストリート 41

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】始動巻線と、低速運転巻線と、高速運転巻
   線と、高速位置及び低速位置を有する速度選択スイッチ
   と、前記低速運転巻線と直列に接続された低速用電子ス
   イッチと、前記高速運転巻線と直列に接続された高速用
   電子スイッチとを有する二速式電動機のための制御回路
   にして、前記高速用電子スイッチは前記低速用電子スイ
   ッチがオンに切り換えられるときにはオフに切り換えら
   れることを特徴とする制御回路。
2. 【請求項２】前記制御回路は前記低速用電子スイッチが
   オンに切り換えられるときには前記低速用電子スイッチ
   を経て前記高速用電子スイッチへ制御信号を供給し、前
   記高速用電子スイッチをオフに切り換えることを特徴と
   する請求項１に記載の制御回路。
3. 【請求項３】電動機電流の大きさに応答して前記始動巻
   線を選択的に付勢し消勢すべく電動機電流を検出する検
   出回路を含み、前記低速用電子スイッチは前記始動巻線
   が付勢されるときにはオフに切り換えられることを特徴
   とする請求項１に記載の制御回路。
4. 【請求項４】前記始動巻線と直列に接続された始動用電
   子スイッチを含み、前記制御回路は前記始動用電子スイ
   ッチがオンに切り換えられるときには前記低速用電子ス
   イッチをオフに切り換えることを特徴とする請求項１に
   記載の制御回路。
5. 【請求項５】前記低速用電子スイッチはオプトアイソレ
   ータを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の制
   御回路。
6. 【請求項６】前記高速用電子スイッチは前記速度選択ス
   イッチが前記低速位置にあるときには前記速度選択スイ
   ッチを介して前記電動機と直列に接続され、前記速度選
   択スイッチが前記高速位置にあるときには前記電動機よ
   り遮断されることを特徴とする請求項１に記載の制御回
   路。
7. 【請求項７】前記低速運転巻線は前記速度選択スイッチ
   が前記低速位置にあるときには前記低速用電子スイッチ
   によってのみ付勢可能であり、前記高速運転巻線は前記
   速度選択スイッチが前記高速位置にあるときには前記速
   度選択スイッチにより直接付勢可能であり、また前記速
   度選択スイッチが前記低速位置にあるときには前記高速
   用電子スイッチにより付勢可能であることを特徴とする
   請求項１に記載の制御回路。
8. 【請求項８】高速運転巻線と、低速運転巻線と、前記低
   速運転巻線と直列に接続された低速用電子スイッチと、
   前記高速運転巻線と直列に接続された高速用電子スイッ
   チとを有する電動機のための制御回路にして、前記高速
   用電子スイッチ及び前記低速用電子スイッチは前記低速
   用電子スイッチがオン状態にあるときには前記低速用電
   子スイッチを介して前記高速用電子スイッチをオフに設
   定するよう接続されていることを特徴とする制御回路。
9. 【請求項９】前記高速用電子スイッチは前記低速用電子
   スイッチがオフ状態にあるときにはオン状態にあり、前
   記制御回路は高速位置及び低速位置を有する速度選択ス
   イッチを含み、前記高速用電子スイッチは前記速度選択
   スイッチの前記低速位置を介して前記高速運転巻線と直
   列に接続されることを特徴とする請求項８に記載の制御
   回路。
10. 【請求項１０】前記高速用電子スイッチは前記速度選択
    スイッチが前記高速位置にあるときには前記高速運転巻
    線より遮断されることを特徴とする請求項９に記載の制
    御回路。