JPH09163699A

JPH09163699A - コンデンサモータの過負荷検知方法

Info

Publication number: JPH09163699A
Application number: JP32192395A
Authority: JP
Inventors: Ikuji Watanabe; 郁司渡辺; Koichi Watanabe; 孝一渡辺; Kuniyoshi Kanda; 邦義神田
Original assignee: YUASA TSUSHINKI KOGYO KK; OM Kiki Co Ltd
Current assignee: YUASA TSUSHINKI KOGYO KK; OM Kiki Co Ltd
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】コンデンサモータにおける過負荷の状態を確
実に判別する。【解決手段】回転子に対して主コイルと補助コイルと
を90度隔て２相に配し、この補助コイルにコンデンサを
直列に接続するコンデンサモータにおいて、すべりが増
加する際に生ずる補助コイル又はコンデンサの電圧が閾
値を下回った状態を過負荷として検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単相交流を電源と
するコンデンサモータの過負荷を検知する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】コンデンサモータは、単相交流(例え
ば、家庭用電源AC100Ｖ)を電源とする交流モータで、起
動トルクが大きい特徴がある。構造が簡単なために容易
かつ安価に製造でき、高力率、高効率、そして低消費電
力等の動特性に優れているので他の単相モータに比べて
小型化しやすいうえ、振動も少なく静かであるといった
ことから、広く使用されている。従来は、供給電流Ｉと
予め定めた閾値Ｉthとをハード的又はソフト的に比較
し、閾値Ｉthを上回った供給電流Ｉは過電流Ｉovである
と判定して過負荷の状態を検知し、回転子を逆転又は電
源の印加電圧Ｖを０Ｖに落として過負荷による破損回避
を図っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】交流モータは、直流モ
ータに比べて過負荷時の電流変動が少ないため、過電流
Ｉovを判定するための上記閾値Ｉthを決定しにくいとい
った問題があった。特にコンデンサモータの場合には交
流素子のみで回路が構成されるため、前記問題が顕著に
なる。例えば、回転子の回転が停止された場合でも供給
電流Ｉがあまり増加せず、閾値Ｉthを上回らないために
過負荷と判定できなかったり、逆に回転子は十分に回転
しているにも拘わらず、供給電流Ｉが過剰に増加してし
まって過電流Ｉovと判定され、必要もないのに回転子を
逆転又は電源の印加電圧Ｖを０Ｖにしてしまう、いわゆ
る誤動作がしばしば見られていたのである。

【０００４】そこで、コンデンサモータにおける過負荷
の状態を確実に判別して、現実に破損回避を図る必要が
ある場合にのみ、回転子を逆転又は電源の印加電圧Ｖを
０Ｖにできるように、改めて過負荷の検知方法を検討す
ることにした。

【０００５】

【課題を解決するための手段】検討の結果、回転子に対
して主コイルと補助コイルとを90度隔てて配し、この補
助コイルにコンデンサを直列に接続するコンデンサモー
タの過負荷状態を判別するものとして確立したのが、す
べりＳが増加する際に生ずる補助コイルＬs又はコンデ
ンサＣの電圧Ｖs,Ｖcが閾値Ｖthを下回った状態を過負
荷として検知するコンデンサモータの過負荷検知方法で
ある。実際の製品では、２相に配したコイルそれぞれに
対し、スイッチSWを切り替えることでいずれか一方にコ
ンデンサＣを直列に挿入して一方を補助コイルＬs、他
方を主コイルＬmとして扱い、前記スイッチSWの切り替
えで容易に回転子を正転又は逆転させるようにしてい
る。よって、検知精度の観点からは補助コイルＬsの電
圧Ｖsを測定する方法が好ましいのであるが、計測回路
を少なくするという観点からはコンデンサＣの電圧Ｖc
を測定する方法によってもよいのである。

【０００６】コンデンサモータ(図１参照)における等価
回路を、まず、主コイルＬm側について考える。主コイ
ルＬm側の等価回路は、主コイルＬmからなるインピーダ
ンスＺm(数１)のjＸmに対して、固定子側へ等価変換し
た回転子のインピーダンスＺr(数２)及び負荷のインピ
ーダンスＺw(数３、Ｒw0は回転子固有の定数、Ｓはすべ
り)を並列に接続したものとなる(図２参照)。

【０００７】

【数１】

【０００８】

【数２】

【０００９】

【数３】

【００１０】次に、補助コイルＬs側について等価回路
を考える。補助コイルＬs側の等価回路は、補助コイル
Ｌs及びコンデンサＣからなるインピーダンスＺs(数４)
のjＸmに対して、固定子側へ等価変換した回転子のイン
ピーダンスＺr(数２)及び負荷のインピーダンスＺw(数
３、Ｒw0は回転子固有の定数、Ｓはすべり)を並列に接
続したものとなる(図３参照)。

【００１１】

【数４】

【００１２】通常の運転時、すなわち殆ど無負荷状態で
ある場合、Ｓ≒０であるからＲwが非常に大きくなり、
主コイルＬm側の等価回路におけるインピーダンスＺmeq
はＺmとほぼ等しくなる(数５)。また、補助コイルＬs側
の等価回路におけるインピーダンスＺseqはＺsにほぼ等
しくなる(数６)。両インピーダンスＺmeq,Ｚseqを比較
すると、Ｚseqの方がコンデンサＣの分だけ小さくなる
ことがわかる。供給電流Ｉは、各インピーダンスＺmeq,
Ｚseqの大きさに反比例して分流されるから、結果、主
コイルＬm側へ流れる電流Ｉmよりも補助コイルＬs側へ
流れる電流Ｉsの方が大きい。

【００１３】

【数５】

【００１４】

【数６】

【００１５】この無負荷状態では、補助コイルＬsに発
生する電圧Ｖsは、補助コイルＬsのインピーダンスＸs
に上記電流Ｉsを掛け合わせた大きさになる(数７、Ｖは
供給電圧)。また、コンデンサＣに発生する電圧Ｖcは、
コンデンサＣのインピーダンスＸcを上記電流Ｉsに掛け
合わせた大きさになる(数８)。

【００１６】

【数７】

【００１７】

【数８】

【００１８】次に、過負荷状態を考えると、Ｓ≒１とな
ってＲwは非常に小さくなるため、各等価回路における
インピーダンスＺmeq,Ｚseqについては、回転子側の負
荷分をも考慮しなければならない(数９、数10、近似
式)。加えて、各インピーダンスＺmeq,Ｚseqはぞれぞれ
の増加分が等しく(数９と数10とを比較参照)、その増加
分に対するコンデンサＣのインピーダンスＸcの割合が
減少することにより分流比が小さくなり、補助コイルＬ
s側の電流Ｉsは主コイルＬm側に流れる電流Ｉmに比較し
て大幅に低下することになる。

【００１９】

【数９】

【００２０】

【数10】

【００２１】この過負荷状態で、補助コイルＬsに発生
する電圧Ｖsは、補助コイルＬsのインピーダンス(Ｘr/
(Ｘs+Ｘr))Ｘsを上記電流Ｉsに掛け合わせた大きさにな
る(数11)。無負荷状態から過負荷状態へと移った際に見
られる電圧Ｖsの変動は、上記説明に示した電流Ｉsの減
少と、前記補助コイルＬsのインピーダンス(Ｘr/(Ｘs+
Ｘr))Ｘsの減少(数７と数11とを比較参照)との相乗効果
により、大きく減少することがわかる。本発明では、こ
のように無負荷状態から過負荷状態へと変動した場合に
大きな変動を示す電圧Ｖsを測定し、閾値Ｖthと比較す
ることで、コンデンサモータの過負荷状態を正確かつ迅
速に検知するのである。

【００２２】

【数11】

【００２３】また、同じ過負荷状態で、コンデンサＣに
発生する電圧Ｖcは、コンデンサＣのインピーダンスＸc
を上記電流Ｉsに掛け合わせた大きさになる(数12)。コ
ンデンサＣにかかる成分は、電流Ｉsが減少するために
減少するが、上記電圧Ｖsほどその減少は顕著に現れな
い(数８と数12とを比較参照、Ｚseqが増加するのみ)。
しかし、上記説明に示した電流Ｉsの減少が大きく現れ
ることから、なお電圧Ｖcには減少が見られ、この電圧
Ｖcの変動を閾値Ｖthと比較することで、コンデンサモ
ータの過負荷状態を正確かつ迅速に検知することができ
る。

【００２４】

【数12】

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の過負荷検知方法を
用いたコンデンサモータの実施形態として、電動シャッ
タの例を図示しながら説明する。図４は、シャッタ１の
巻取用コンデンサモータ２を内蔵したシャッタケース３
を上方に配した電動シャッタの正面図である。シャッタ
１は、離れた場所に設置したスイッチ４を切り替えるこ
とでコンデンサモータ２が正転又は逆転して上げ下げさ
れる。シャッタレール５の下端と上端とにそれぞれリミ
ットスイッチが配され(図示せず)、送出したシャッタ１
の下縁がシャッタレール５の下端に到達する、又は巻取
ったシャッタ１の下縁がシャッタレール５の上端に到達
すると自動的にコンデンサモータ２が切られる仕組みに
なっている。

【００２６】更に、コンデンサモータ２には、送り出し
時にシャッタ１の下縁に障害物(例えば、人や荷物)が当
ってそれ以上シャッタ１を降ろすことができない場合
や、巻戻し時にシャッタ１に障害物が引っかかって上げ
ることができない場合など、過負荷状態で、自動的に切
断、又は逆転させるため、本発明の方法を用いた安全装
置を設けている。本例のコンデンサモータ２は、図５に
見られるように、コンデンサＣの接続を切り替えること
で、２相のコイルの一方を主コイルＬm、他方を補助コ
イルＬsとするもので、常にコンデンサＣの電圧Ｖcを監
視し、この電圧Ｖcが閾値Ｖthを下回った場合を比較回
路６(図４参照)で検知した場合にコンデンサモータ２が
過負荷状態にあると判断して、停止又は逆転させるよう
にしている。電圧Ｖcと閾値Ｖthとの比較はハード又は
ソフト的のいずれでもよい。

【００２７】図６は図１に見られるシャッタ１を降ろし
ている状態の図１相当図、図７は同状態での電圧Ｖcを
表わしたグラフであり、図８は図６の状態からシャッタ
１の下縁に障害物(箱)７が当接し、シャッタ１がこれ以
上降ろせなくなった状態の図１相当図、図９は同状態の
電圧Ｖcを表わしたグラフである。各グラフは、横軸が
時系列ｔ(sec)、縦軸が電圧Ｖc(Ｖ)であり、閾値Ｖthを
破線で示してある。図６に見られるようにシャッタ１を
下降させる際、図７に見られるように電圧Ｖcは比較的
高い値を示しており、閾値Ｖthとは大きな隔たりがあ
る。この電圧Ｖcと閾値Ｖthと差は、電動シャッタを囲
む環境の変化や電源周波数の違い等により現れる電圧Ｖ
cの変動幅を吸収するマージンである。従来の供給電流
Ｉを監視する検知方法では、このマージンを大きく採る
ことができなかったのである。

【００２８】図８に見られるようにシャッタ１の下縁が
障害物７に当接すると、コンデンサモータ２のすべりＳ
は急激に大きくなり、遂には回ることができなくなって
過負荷状態となる。このときの電圧Ｖcは、図９に見ら
れるように急激に減少し、過負荷状態になると閾値Ｖth
を下回るようになる。電圧Ｖcと閾値Ｖthとは、比較回
路６で常に比較され、前記のように電圧Ｖcが閾値Ｖth
を下回ると比較回路６が電源８を切ったり、スイッチSW
を切り替えてコンデンサモータ２を逆転させるのであ
る。こうして、シャッタ１は一時停止するか、再びシャ
ッターケース３へ巻取られていく。このほか、比較回路
６がコンデンサモータ２の過負荷状態を検知すれば、ラ
ンプやブザーで外部に警報を出するようにしてもよい。

【００２９】以上の過負荷検出手順は、シャッタを巻戻
す際も同様で、巻取るシャッタに障害物が引っかかった
場合には、比較回路がコンデンサモータを切ることにな
る。このように、本発明の過負荷検知方法は、従来変動
が小さく、また外部の環境要因によって変化しやすい供
給電流を監視する場合に比べて、容易かつ正確に過負荷
状態を検知することができる。しかも、電圧を測定する
のであるから、供給電流は少なくしてコンデンサモータ
の構成素子を保護することもでき、極めて合理的な過負
荷検知方法ということができる。

【００３０】

【実施例】次に、コンデンサモータを単体で駆動させ、
印加電圧Ｅの電源周波数ｆが60Hzの場合及び50Hzの場合
における無負荷状態から過負荷状態へ移行した際に見ら
れる供給電流Ｉ、主コイル側に流れる電流Ｉm、補助コ
イル側に流れる電流Ｉs、補助コイルＬsに発生する電圧
ＶsとコンデンサＣに発生する電圧Ｖcの変動率((過負荷
時の値−無負荷時の値)/無負荷時の値×100％)を比較し
てみる。表１は、これらの試験結果をまとめた一覧表で
ある。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１において、供給電流Ｉ、主コイルＬm
側に流れる電流Ｉmと補助コイルＬsに発生する電圧Ｖs
とは、その変動率が大きい。しかし、供給電流Ｉは種々
の要因から変動率が変化するため、その変動から過負荷
の状態を検知するための閾値Ｉthを決定するのはマージ
ンが狭く、難しい。本発明は、補助コイルＬsに流れる
電流Ｉsと補助コイルＬsのインピーダンスＸsとが共に
減少することにより、変動率が大きく、かつ比較的一定
の変動を見せる補助コイルＬsに発生する電圧Ｖsに対し
て閾値Ｖthを定めるため、従来の供給電流Ｉによる過負
荷検知方法に比べて容易かつ確実に過負荷の状態を検知
することができるのである。この実験からも、電圧Ｖs
はおよそ60％程度の低下を示し、閾値Ｖthの決定が容易
であることがわかる。

【００３３】コンデンサＣに発生する電圧Ｖcは、すべ
りＳの変化に対してコンデンサＣのインピーダンスＸc
は殆ど変動しないことから、電圧Ｖsに比べてその変動
率は30％程度と小さくなるが、その変動率は供給電流Ｉ
に比べて比較的安定しているため、閾値Ｖthは容易に決
定できる。補助コイルＶsに発生する電圧Ｖsを計測して
過負荷を検知する場合、２つのコイルそれぞれに計測回
路が必要となるが、変動幅が大きいのでより正確かつ確
実に過負荷の検知が可能である。これに対して、コンデ
ンサＣに発生する電圧Ｖcを計測して過負荷を検知する
場合は、電圧Ｖcの変動幅は小さく、検知精度は落ちる
ものの、計測回路が１つでよいという利点があるのであ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明により、容易かつ確実にコンデン
サモータの過負荷の状態を検知できるようになる。小型
の交流モータは、過負荷の状態にあっても電流はあまり
増加せず、モータ自身を破損する虞は少ないとも言える
が、モータに付随する周辺回路の保護を考慮したとき、
過負荷の状態を確実に検知して、すぐにそのための保護
回路を働かせることができるようになり、コンデンサモ
ータを含めた回路の信頼性、安全性を高めることができ
るようになったのである。例えば、本発明を適用したコ
ンデンサモータを電動シャッタの駆動源に用いた場合、
繰り出す又は巻戻すシャッタによる事故を防止できるよ
うになるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンデンサモータの回路図である。

【図２】コンデンサモータの主コイル側の等価回路であ
る。

【図３】コンデンサモータの補助コイル側の等価回路で
ある。

【図４】コンデンサモータで送り出し、巻戻しをする電
動シャッタの正面図である。

【図５】同コンデンサモータの回路図である。

【図６】シャッタを降ろしている状態の図１相当図であ
る。

【図７】同状態でのＶcを表わしたグラフである。

【図８】シャッタ下縁に障害物が当接して降ろせなくな
った状態の図１相当図である。

【図９】同状態のＶcを表わしたグラフである。

【符号の説明】

１シャッタ２コンデンサモータ６比較回路８電源 SW スイッチＶ供給電圧Ｉ供給電流Ｌm 主コイルＶm 主コイルに発生する電圧Ｉm 主コイル側に流れる電流Ｌs 補助コイルＶs 補助コイルに発生する電圧Ｉs 補助コイル側に流れる電流ＣコンデンサＶc コンデンサに発生する電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神田邦義岡山県総社市赤浜500番地オーエム機器株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子に対して主コイルと補助コイルと
を90度隔てて２相に配し、該補助コイルにコンデンサを
直列に接続するコンデンサモータにおいて、すべりが増
加する際に生ずる補助コイル又はコンデンサの電圧が閾
値を下回った状態を過負荷として検知するコンデンサモ
ータの過負荷検知方法。