JPH10225156A - 電動機の起動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短いサイクルでＯＮ、ＯＦＦを繰り返した場
合でもソフトスタートでき、かつ、定格回転数を発生で
きる電動機の起動装置を実現する。 【解決手段】 抵抗Ｒ１を通った電流はバイパス電路３
１にバイパスされ、このバイパス電流はダイオードブリ
ッジＤＢ１により整流され、電解コンデンサＣ１の充電
を開始し、この充電が進むにつれてコンデンサＣ３の充
電時間が短くなるため、トリガダイオードＱ２の点弧角
を次第に大きくしてモータ１２の回転数を滑らかに立ち
上げることができる。また、バイパス電流により充電さ
れた電解コンデンサＣ２の両端電位がトランジスタＱ３
のエミッタ電位より大きいため、モータ１２の駆動中
は、トランジスタＱ３がＯＦＦし、バイパス電流が流れ
ない。一方、スイッチ１４をＯＦＦにすると電解コンデ
ンサＣ２が放電され、その電位低下によりトランジスタ
Ｑ３がＯＮし、電解コンデンサＣ１が放電される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機の起動時に
交流電源から電動機に印加される電圧の位相を制御する
ことにより、電動機を滑らかに立ち上がらせる起動装置
であって、電動工具に用いられる整流子モータの起動装
置として好適なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、交流電源により駆動される負荷を
起動する装置において、起動時に負荷に突入電流が流れ
ることにより、その負荷と電源系統を同じとする他の負
荷に電圧降下が発生するため、その発生を防止する起動
装置として、たとえば、図２に示すものが提案されてい
る。図２において、スイッチ５０をＯＮすると、交流電
源５１から負荷５２に供給される交流電流は、抵抗Ｒ１
０を通って電路５３へバイパスされる。続いて、そのバ
イパスされたバイパス電流は、ダイオードブリッジＤＢ
２により整流され、この整流された電流によりコンデン
サＣ１１が充電される。続いて、そのコンデンサＣ１１
の充電が完了すると、バイパス電流は流れなくなり、交
流電源５１から負荷５２に供給される交流電流は、抵抗
Ｒ１０および抵抗Ｒ１１を通ってコンデンサＣ１０を充
電する。

【０００３】そして、コンデンサＣ１０の両端の電圧が
トリガダイオードＱ５のスイッチング電圧に達すると、
トリガダイオードＱ５がＯＮされるとともに、トライア
ックＱ４がＯＮされ、負荷５２に電圧が印加される。以
後、トリガダイオードＱ５のスイッチング位相は、抵抗
Ｒ１０、抵抗Ｒ１１およびコンデンサＣ１０の充電時定
数で決まる値に落ち着き、負荷５２が定常で駆動され
る。以上のように、起動時に負荷５２に流れる電流をバ
イパスすることにより、負荷５２への突入電流の流入を
防止できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電動工具の
場合にあっては、使用中に起動および停止を頻繁に行う
ことが多い。その場合、停止させてから短い間隔で起動
させた際にも、突入電流を防止して滑らかに起動できな
ければならない。そこで、上記従来のものを電動工具の
起動装置に適用した場合を考えてみる。コンデンサＣ１
１が放電を終了していない場合には、コンデンサＣ１０
に流れる充電電流をバイパスできないため、スイッチ５
０をＯＦＦしてから再びＯＮしたときにソフトスタート
するためには、スイッチ５０をＯＦＦしてから再びＯＮ
するまでの間にコンデンサＣ１１を放電させておく必要
がある。

【０００５】その放電時間を短くするためには、抵抗Ｒ
１２の抵抗値（たとえば、２００ＫΩ）を小さくする必
要があるが、抵抗Ｒ１２の抵抗値を小さくすると、定常
運転状態においてもバイパス電流が流れるため、モータ
に印加される電圧が低下し、モータの回転数が低下する
という問題がある。つまり、短いサイクルで、スイッチ
をＯＦＦし、再度ＯＮした場合であってもソフトスター
トを行うことができるようにすると、整流子モータが定
格回転数を発生できないという問題がある。

【０００６】そこで、本発明は、上記課題を解決するた
めになされたものであり、電動機の起動および停止を短
いサイクルで繰り返して行った場合であってもソフトス
タートを行うことができ、かつ、電動機が定格回転数を
発生できる電動機の起動装置を実現することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、請求項１に記載の発明では、起動時に交流
電源から電動機に印加される電圧の位相を制御して前記
電動機の回転を滑らかに立ち上げる電動機の起動装置に
おいて、ゲートにトリガ電流が入力された際に導通する
とともに、前記交流電源から前記電動機に供給される電
流を整流する半導体制御素子と、この半導体制御素子へ
前記トリガ電流を出力するトリガ素子と、このトリガ素
子から出力されるトリガ電流の出力タイミングを制御す
る第１のコンデンサとを有するトリガ手段と、前記第１
のコンデンサへの充電電流をバイパスするバイパス電路
と、このバイパス電路によりバイパスされたバイパス電
流により充電される第２のコンデンサとを有するバイパ
ス手段と、前記第２のコンデンサの放電電流を入力する
とともに、出力するトランジスタと、このトランジスタ
から出力される放電電流を流す第１の抵抗と、前記電動
機へ前記電流が供給されている場合は、前記トランジス
タを非動作状態にするとともに、前記電動機へ前記電流
が供給されていない場合は、前記トランジスタを動作状
態に制御する制御回路とを有する放電制御手段と、が備
えられたという技術的手段を採用する。

【０００８】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の電動機の起動装置において、前記制御回路には、前
記バイパス電路によりバイパスされた充電電流により充
電されるとともに、その充電により発生する電位により
前記トランジスタを非動作状態にし、かつ、前記電動機
への前記電流の供給が停止した場合に放電されるととも
に、その放電による電位の低下により前記トランジスタ
を動作状態に制御する第３のコンデンサと、この第３の
コンデンサから出力される放電電流を流す第２の抵抗と
が備えられたという技術的手段を採用する。

【０００９】

【作用】請求項１または請求項２に記載の発明では、上
記第１のコンデンサへの充電電流は、バイパス電路によ
りバイパスされ、このバイパスされたバイパス電流は、
第２のコンデンサを充電する。これにより、電動機に突
入電流が流れるのを防止できる。そして、第２のコンデ
ンサの充電が進むと、上記バイパス電流が減少し、第１
のコンデンサの充電電流が増加する。第１のコンデンサ
の両端の電圧が上記トリガ素子をＯＮする電圧に達する
と、トリガ素子からトリガ電流が半導体制御素子のゲー
トへ出力され、半導体制御素子が導通し、上記交流電源
から電動機に電圧が印加され、電動機が回転を開始す
る。そして、第１のコンデンサへの充電電流がさらに増
大すると、第１のコンデンサの充電時間が短くなり、ト
リガ素子の点弧角が大きくなるため、半導体制御素子か
ら電動機に印加される電圧の平均値が大きくなり、電動
機の回転速度が上昇する。その後、バイパス電流が流れ
なくなると、電動機に印加される電圧の位相は、第１の
コンデンサなどにより設定される時定数により制御さ
れ、電動機は定常運転される。

【００１０】また、上記第２のコンデンサの放電電流を
入力するとともに、出力するトランジスタは、電動機へ
電流が供給されている場合は、上記制御回路により、非
動作状態にされているため、第２のコンデンサの放電電
流がトランジスタを介して上記第１の抵抗に流れ、第２
のコンデンサが放電されることがない。一方、上記トラ
ンジスタは、電動機への電流の供給が停止した場合は、
上記制御回路により、動作状態にされるため、第２のコ
ンデンサの放電電流がトランジスタを介して第１の抵抗
に流れ、第２のコンデンサが放電される。つまり、上記
トランジスタが動作しない限り、上記第２のコンデンサ
は放電しないため、上記第１の抵抗に上記バイパス電流
が流れることがない。したがって、上記第１の抵抗の抵
抗値を従来の抵抗値より小さく設定することができるた
め、従来のものよりも、上記第２のコンデンサを短時間
で放電させることができる。

【００１１】特に、請求項２に記載の発明では、上記制
御回路に備えられた第３のコンデンサは、上記バイパス
電路によりバイパスされた充電電流により充電されると
ともに、その充電により発生する電位により上記トラン
ジスタを非動作状態にし、かつ、上記電動機への上記電
流の供給が停止した場合に上記第２の抵抗に放電電流を
流すことにより放電されるとともに、その放電による電
位の低下により上記トランジスタを動作状態に制御す
る。つまり、上記第３のコンデンサの充放電により、上
記トランジスタの動作を制御して上記第１のコンデンサ
の充放電を制御することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電動機の起動
装置（以下、起動装置と略称する）の一実施形態につい
て図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の起動
装置の主要構成を示す回路図である。なお、本実施形態
では、電動工具に用いられる交流の整流子モータ（以
下、モータと略称する）の起動装置を代表に説明する。

【００１３】まず、起動装置の主要構成について説明す
る。起動装置１０には、モータ１２の起動および停止を
行うスイッチ１４と、交流電源１３から供給される交流
電圧の制御を行う半導体制御素子たるトライアックＱ１
と、このトライアックＱ１のゲートへトリガ電流を出力
するトリガ回路２０と、このトリガ回路２０に備えられ
た第１のコンデンサたるコンデンサＣ３への充電電流を
バイパスするとともに、バイパスしている時間を制御す
るバイパス遅延回路３０と、このバイパス遅延回路３０
に設けられた第２のコンデンサたる電解コンデンサＣ１
の放電を制御する放電制御手段たる放電制御回路５０と
が備えられている。この放電制御回路５０には、電解コ
ンデンサＣ１の放電電流を入力するとともに出力するト
ランジスタＱ３のＯＮ，ＯＦＦを制御する制御回路４０
が備えられている。

【００１４】なお、本実施形態では、電解コンデンサＣ
１およびＣ２の静電容量は、それぞれ３３μＦ、１μＦ
であり、コンデンサＣ３の静電容量は、０．１μＦであ
る。また、抵抗Ｒ１ないし抵抗Ｒ５の抵抗値は、それぞ
れ５６ＫΩ、３９ＫΩ、２．７ＫΩ、１ＫΩ、４７０Ｋ
Ωである。さらに、トランジスタＱ３は、２ＳＡ１０１
５（東芝製）である。

【００１５】次に、起動装置１０の動作について説明す
る。電動工具を使用する者が、スイッチ１４をＯＮする
と、交流電源１３から供給される交流電流の多くは、ト
リガ回路２０の抵抗Ｒ１を通ってバイパス遅延回路３０
のバイパス電路３１によりバイパスされ、一部は、トリ
ガ回路２０の抵抗Ｒ２を通ってコンデンサＣ３を充電す
る。これにより、起動時にモータ１２に突入電流が流れ
るのを防止できる。上記バイパスされたバイパス電流
は、バイパス遅延回路３０のダイオードブリッジＤＢ１
により整流され、この整流された電流は、ダイオードＤ
１および抵抗Ｒ３を通って電解コンデンサＣ１を充電す
る。

【００１６】そして、電解コンデンサＣ１の充電が進む
と、上記バイパス電流が減少するため、コンデンサＣ３
の充電電流が増大し、コンデンサＣ３の両端の電圧がト
リガ素子たるトリガダイオードＱ２をＯＮ（導通）する
電圧に達する。すると、トリガダイオードＱ２からトリ
ガ電流がトライアックＱ１のゲートへ出力されるため、
トライアックＱ１がＯＮする。このトライアックＱ１の
ＯＮにより、モータ１２に電圧が印加され、モータ１２
が回転を開始する。このとき、コンデンサＣ３の充電時
間が長いため、トリガダイオードＱ２の点弧角は小さ
い。このため、トライアックＱ１からモータ１２に印加
される電圧の平均電圧は小さく、モータ１２はゆっくり
回転する。

【００１７】その後、電解コンデンサＣ１の充電が進む
につれてバイパス電流が減少するため、抵抗Ｒ２を通っ
てコンデンサＣ３を充電する電流が増大する。これによ
り、コンデンサＣ３の充電時間が短くなり、トリガダイ
オードＱ２の点弧角が大きくなるため、トライアックＱ
１からモータ１２に印加される電圧の平均電圧が大きく
なり、モータ１２の回転速度が上昇する。そして、電解
コンデンサＣ１の充電が完了すると、バイパス電流がバ
イパス電路３１に流れなくなるため、抵抗Ｒ１を通った
交流電流は、抵抗Ｒ２を通ってコンデンサＣ３を充電す
る。これにより、トリガダイオードＱ２の点弧角は、抵
抗Ｒ１、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ３の充電時定数で
定まる値に落ち着き、モータ１２が定常運転される。

【００１８】一方、モータ１２の起動時にダイオードブ
リッジＤＢ１により整流された電流により、制御回路４
０の第３のコンデンサたる電解コンデンサＣ２が充電さ
れ、この電解コンデンサＣ２の両端の電位（たとえば、
３４Ｖ）が、トランジスタＱ３のエミッタ電位（たとえ
ば、３３Ｖ）より高くなり、放電制御回路５０のトラン
ジスタＱ３のＯＦＦ状態が維持されるため、電解コンデ
ンサＣ１の放電が阻止される。これにより、コンデンサ
Ｃ３への充電電流がバイパス電路３１にバイパスされな
いため、モータ１２を定格回転数で効率良く駆動するこ
とができる。

【００１９】次に、スイッチ１４がＯＦＦすると、電解
コンデンサＣ２の放電電流が抵抗Ｒ５に流れ、電解コン
デンサＣ２の両端電圧がトランジスタＱ３のエミッタ電
位より低くなるため、トランジスタＱ３がＯＮし、電解
コンデンサＣ１の放電電流がトランジスタＱ３のエミッ
タに入力されるとともに増幅され、コレクタから抵抗Ｒ
４に流れる。つまり、スイッチ１４のＯＦＦにより、電
解コンデンサＣ１を放電することができる。

【００２０】ここで、本実施形態では、電解コンデンサ
Ｃ１の静電容量は、３３μＦであり、従来の電解コンデ
ンサＣ１１と同じであるが、抵抗Ｒ４が１ＫΩであり、
従来の抵抗Ｒ１２（たとえば、２００ＫΩ）よりはるか
に小さいため、従来のもよりも電解コンデンサＣ１を短
時間で放電させることができる。したがって、モータ１
２の定常運転中にスイッチ１４をＯＦＦし、その後直ぐ
にスイッチ１４をＯＮした場合であっても、電解コンデ
ンサＣ１を急速に放電させることができるため、コンデ
ンサＣ３の充電電流をバイパスして再度ソフトスタート
を行うことができる。

【００２１】そして、本発明者らの実験によれば、上記
値の素子を用いた起動装置１０を入力電圧２３０Ｖ、消
費電力２ＫＷのモータ１２に用いた場合のモータ１２の
起動から定常運転状態へ推移するまでの時間、つまりソ
フトスタートに要する時間は、約１秒であった。また、
定常運転中にスイッチ１４をＯＦＦし、その直後にスイ
ッチ１４をＯＮした場合であっても、再び約１秒のソフ
トスタートを行うことができた。

【００２２】以上のように、本実施形態の起動装置１０
によれば、モータ１２の起動および停止を短いサイクル
で繰り返して行った場合であってもソフトスタートを行
うことができ、かつ、モータ１２が定格回転数を発生で
きる起動装置を実現することができる。なお、ソフトス
タートに要する時間は、電解コンデンサＣ１の静電容量
の値を大きくすることにより、長くすることができる。
また、トランジスタＱ３の動作を制御する制御回路４０
の構成は、スイッチ１４のＯＮ時にトランジスタＱ３を
ＯＦＦし、スイッチ１４のＯＦＦ時にトランジスタＱ３
をＯＮできれば、他の回路構成を用いることもできる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明の起動装置によれ
ば、電動機の起動および停止を短いサイクルで繰り返し
て行った場合であってもソフトスタートを行うことがで
き、かつ、電動機が定格回転数を発生できる起動装置を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態の起動装置の主要構成を示す回
路図である。

【図２】従来の突入電流を防止するための回路図であ
る。

【符号の説明】

１０ 起動装置 ２０ トリガ回路 ３０ バイパス遅延回路 ４０ 制御回路 ５０ 放電制御回路 Ｃ１，Ｃ２ 電解コンデンサ Ｑ１ トライアック Ｑ２ トリガダイオード Ｑ３ トランジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 起動時に交流電源から電動機に印加され
   る電圧の位相を制御して前記電動機の回転を滑らかに立
   ち上げる電動機の起動装置において、 ゲートにトリガ電流が入力された際に導通するととも
   に、前記交流電源から前記電動機に供給される電流を整
   流する半導体制御素子と、 この半導体制御素子へ前記トリガ電流を出力するトリガ
   素子と、 このトリガ素子から出力されるトリガ電流の出力タイミ
   ングを制御する第１のコンデンサとを有するトリガ手段
   と、 前記第１のコンデンサへの充電電流をバイパスするバイ
   パス電路と、 このバイパス電路によりバイパスされたバイパス電流に
   より充電される第２のコンデンサとを有するバイパス手
   段と、 前記第２のコンデンサの放電電流を入力するとともに、
   出力するトランジスタと、 このトランジスタから出力される放電電流を流す第１の
   抵抗と、 前記電動機へ前記電流が供給されている場合は、前記ト
   ランジスタを非動作状態にするとともに、前記電動機へ
   前記電流が供給されていない場合は、前記トランジスタ
   を動作状態に制御する制御回路とを有する放電制御手段
   と、 が備えられたことを特徴とする電動機の起動装置。
2. 【請求項２】 前記制御回路には、 前記バイパス電路によりバイパスされた充電電流により
   充電されるとともに、その充電により発生する電位によ
   り前記トランジスタを非動作状態にし、かつ、前記電動
   機への前記電流の供給が停止した場合に放電されるとと
   もに、その放電による電位の低下により前記トランジス
   タを動作状態に制御する第３のコンデンサと、 この第３のコンデンサから出力される放電電流を流す第
   ２の抵抗とが備えられたことを特徴とする請求項１に記
   載の電動機の起動装置。