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発明の名称 2次抵抗器制御装置及び電動機運転装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−32495
公開日 平成11年(1999)2月2日
出願番号 特願平9−183775
出願日 平成9年(1997)7月9日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 (外6名)
発明者 加藤 清春
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 巻線形電動機の2次抵抗器を制御する2次抵抗器制御装置にあって、前記巻線形電動機が負荷運転となることを検出する負荷運転検出手段と、前記負荷運転となることが検出されたときに、前記2次抵抗器の一部又は全部を前記巻線形電動機に接続する負荷耐量増大手段とを備えたことを特徴とする2次抵抗器制御装置。
【請求項2】 前記負荷耐量増大手段による2次抵抗器の接続がされたときに、2次抵抗器を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の2次抵抗器制御装置。
【請求項3】 前記負荷運転検出手段は、前記巻線形電動機の震度を検出する震度検出手段であることを特徴とする請求項1又は2記載の2次抵抗器制御装置。
【請求項4】 前記請求項1乃至3のうち何れか1項記載の2次抵抗器制御装置を備えたことを特徴とする電動機運転装置。
【請求項5】 電動機が負荷運転となることを検出する負荷運転検出手段と、前記負荷運転となることが検出されたときに、前記電動機を停止し、かつ逆転させる電動機逆転手段とを備えたことを特徴とする電動機運転装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は2次抵抗器制御装置及び電動機運転装置、特に破砕機用電動機等に用いられる2次抵抗器制御装置及び電動機運転装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】巻線形電動機には、2次抵抗器制御装置が設けられており、これによって電動機始動時のトルクや回転速度の制御が行われている。このような巻線形電動機は粗大ゴミ用破砕機等やその他の設備に広く用いられている。
【0003】例えば巻線形電動機を粗大ゴミ用破砕機に用いた場合、その運転時に冷蔵庫のコンプレッサなど堅いものが破砕機に投入されると、振動による破損が生じたり過負荷により運転不能になってしまう。また、上記の場合、巻線形電動機でなく通常の電動機を用いた場合であっても運転不能になることにはかわりない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】すなわち巻線形電動機を例えば粗大ゴミ用破砕機に用いた場合に、堅いものが投入されても、出力トルクを一時的に増大させて、すなわち一時的に過負荷耐量を大きくして当該堅いものを粉砕できる巻線形電動機が要望されている。また、このようなトルクを一時的に増大できる巻線形電動機は粗大ゴミ用破砕機のみならず他の種々の設備においても要求される。
【0005】一方、巻線形電動機に限らず他の形式の電動機も含め、堅いものをかみ込んで電動機の負荷が上昇するような場合であっても、その状態を回避して電動機を保護するとともに、設備の運転を継続できる電動機運転装置が要望されている。
【0006】本発明は、このような実情を考慮してなされたもので、その第1の目的は、巻線形電動機の過負荷耐量を一時的に大きくすることが可能な2次抵抗器制御装置及び電動機運転装置を提供することにある。
【0007】また、第2の目的は、電動機の負荷が上昇するような状況が生じても、その状況を解消して電動機を保護するとともに、設備の運転を継続可能とする電動機運転装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項1に対応する発明は、巻線形電動機の2次抵抗器を制御する2次抵抗器制御装置についてなされるものである。まず、負荷運転検出手段によって、モータ負荷が増大するような場合に、当該巻線形電動機が負荷運転となることが検出されるようになっている。
【0009】このような負荷運転となることが検出されたときに、負荷耐量増大手段によって、2次抵抗器の一部又は全部が巻線形電動機に接続される。これにより、まず、巻線形電動機のスリップが大きくなり負荷原因による衝撃等がスリップによって吸収される。さらに、2次抵抗器が接続されたことで、電動機接続先の回転体によるフライホール効果によって、その回転速度低下時の放出エネルギが巻線形電動機のトルクに加算され、2次抵抗器が接続されないときよりも、巻線形電動機の過負荷耐量が大きくなる。
【0010】次に、請求項2に対応する発明は、請求項1に対応する発明において、負荷耐量増大手段による2次抵抗器の接続がされたときに、2次抵抗器を冷却する冷却手段を備えた2次抵抗器制御装置である。
【0011】このような手段を設けたことにより、請求項1に対応する発明と同様な作用効果が得られる他、2次抵抗器が冷却され、抵抗器の小形化に寄与できる。また、請求項3に対応する発明は、請求項1又は2に対応する発明において、負荷運転検出手段は、巻線形電動機の震度を検出する震度検出手段である2次抵抗器制御装置である。
【0012】このような手段を設けたことにより、請求項1又は2に対応する発明と同様な作用効果が得られる他、確実に負荷運転検出することができる。さらに、請求項4に対応する発明は、請求項1〜3に対応する発明の2次抵抗器制御装置を備えた電動機運転装置である。
【0013】このような手段を設けたことにより、請求項1〜3に対応する発明が奏する作用効果が得られる電動機運転装置を実現することができる。さらに、請求項5に対応する発明は、まず、負荷運転検出手段によって、電動機が負荷運転となることが検出されるようになっている。
【0014】次に、負荷運転となることが検出されたときには、電動機逆転手段によって、電動機が停止され、さらにその回転が逆転される。これにより、例えば電動機接続先に処理しきれないものかみ込まれたような,電動機の負荷が上昇するような状況が生じても、その状況を解消して電動機を保護するとともに、電動機を用いる設備を運転継続とすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明する。
(発明の第1の実施の形態)図1は本発明の第1の実施の形態に係る2次抵抗器制御装置を適用した電動機運転装置の一例を示す構成図である。
【0016】この電動機運転装置は、巻線形電動機100と電動機盤200とによって構成されている。また、この電動機運転装置は、本実施形態では粗大ゴミ用破砕機に用いられている。
【0017】巻線形電動機100は、モータ本体110と、このモータ本体110の振動を検出する震度計10とを備えている。また巻線形電動機100の主回路は、2次抵抗器301,302,303,304及び電磁接触器311,312,313,314と、電動機盤200に設けられる部分とからなっている。ここで、電動機盤200に設けられた主回路部分は、パワーヒューズ201、電磁接触器202及び変流器203を介して巻線形電動機100に外部電源を供給するとともに、変流器203に設けられた電流検出リレー204により制御回路内の接点をオンオフするようになっている。
【0018】この電動機運転装置各部は、主回路及び図2に示す制御回路によって、その動作が制御される。図2は本実施形態における電動機運転装置の制御回路を示す回路図である。
【0019】制御回路においては、直流制御電源母線(以下、単に制御母線あるいは母線という)PN間に、運転押ボタン401とリレー403とが直列に接続され、リレー403のa接点403aと電磁接触器202のクローズコイル202cとが直列に接続されている。また、制御母線PN間には、停止押ボタン402と電磁接触器202のトリップコイル202Tとが直列に接続されている。
【0020】また、震度計10は、回路上は制御母線PN間に設けられている。そして、この震度計10の接点10aは、母線Pから接続され、さらにタイマリレー405、母線Nと接続される。
【0021】また、母線Pから並列に接続された電磁接触器202のb接点202b及び電流検出リレー204のa接点204aは、カウンタリレー404に直列接続され、さらに母線Nに接続されている。
【0022】2次抵抗器301,302,303,304の接続を制御する電磁接触器311,312,313,314の制御回路部分は次のようになっている。まず、制御母線Pに電磁接触器202のa接点202aが接続され、a接点202aに並列に、カウンタリレー404の接点404#1,404#2,404#3,404#4が接続されている。各接点404#1,404#2,404#3,404#4には、それぞれが電磁接触器311,312,313,314のコイル311c,312c,313c,314cが接続され、さらに制御母線Nに接続される。なお、接点404#1とコイル311c間には、タイマリレー405の接点405bが直列接続されており、当該接点405bは初期状態は閉である。
【0023】次に、以上のように構成された本発明の実施の形態に係る2次抵抗器制御装置を適用した電動機運転装置の動作について説明する。まず、図2の運転押ボタン401を閉じるとリレー403のa接点403aが閉じられ、さらに、電磁接触器202のクローズコイル202cが励磁される。これによって図1の電磁接触器202が接続され、モータ本体110が動き始める(図3のt1)。なお、このとき、図2において、電磁接触器202のa接点202aが閉じられ、b接点202bが開かれるが、b接点202bが開く前のカウンタリレー404の動作により、この時点ではその接点404#1,404#2,404#3,404#4はすべて閉じている。
【0024】図3は本実施形態においてモータ本体の回転速度及び発生トルクの関係を示す図である。同図におけるタイミングt1からt2の間は、2次抵抗器301,302,303,304が主回路に接続されている。
【0025】モータ本体110の回転数が上がり、トルク(すなわち電流)が図3のXまで下がると(t2)、主回路の電流値を検出している電流検出リレー204(図1)が動作し、これによりそのa接点204a(図2)が閉じられ、カウンタリレー404に電流が流れる。
【0026】カウンタリレー404は、電流が流れる毎に、カウントアップを行い、その接点を接点404#4,404#3,404#2,404#1の順番で閉じるようになっている。なお、上記したように、b接点202bが閉のときには全接点404#1,404#2,404#3,404#4をすべて開くようになっている。
【0027】さて、図3のタイミングt2の前は、接点404#1,404#2,404#3,404#4がすべて開である。タイミングt2で、上記したようにカウンタリレー404が動作し、接点404#4が閉じられると、コイル314cが励磁され図1の電磁接触器314が閉となる。これにより、2次抵抗器301,302,303が主回路に接続された状態となり、トルクが上昇する(図3のt3)。
【0028】以下、同様な動作が繰り返され、コイル313c,312c,311cが順次励磁され、最終的には各2次抵抗器の接続がすべて主回路から切り離される(t4,t5,t6,t7)。こうして、巻線形電動機100が始動が完了する。
【0029】次に、巻線形電動機100が始動完了後、定常運転しているときに、例えば冷蔵庫のコンプレッサ等の堅いものが破砕機に投入される場合を考える。このとき、巻線形電動機100の震度計10により堅いものをかみ込んだことによる振動が検出され、震度検出接点信号が出力される。図2の震度計10の接点10aは、所定の震度値で動作するようになっており、接点10aが動作して閉となるとタイマリレー405が動作する。すなわちタイマリレー405により、b接点405bが開となる。その後、震度が低下し接点10aが開となるとb接点405bは所定時間をもって開となる。
【0030】タイマリレー405のb接点405bが開かれると、電磁接触器311のコイル311cへの電力供給が遮断され、図1の電磁接触器311が開かれる。これにより、タイマリレー405に設定された時間ほど2次抵抗器301がモータ本体110に接続される。
【0031】2次抵抗器301が一時的に接続されることにより実現される状態について、図3を用いて説明する。図3において、まず、巻線形電動機100が運転時に震度計10の接点10aが動作する運転点Aとする。
【0032】このとき、仮に抵抗器301が接続されないとすると、その状態で巻線形電動機100が発生し得る最大トルクは図3の点Cである。ここまでトルクを発生して負荷を解消できなければ巻線形電動機100は停止せざるを得ない。
【0033】ところが、上述したように、運転点Aで電磁接触器311が開路し巻線形電動機100に抵抗器301が接続されると、巻線形電動機100の速度−トルク曲線はR1の曲線に移る。この場合には、破砕機のフライホイール効果で速度−トルク曲線Fに従うエネルギが放出され、この放出されるエネルギ分が速度−トルク曲線R1に加えられる。これにより速度−トルク曲線R1Fの過負荷運転耐量の増大が可能となり、最大トルクB点までのトルク特性となる。
【0034】言い換えると、巻線形電動機100の通常運転時には開放されている始動用の2次抵抗器の一部が再び巻線形電動機に接続され定格運転時のスリップを大きくすることによって、冷蔵庫のコンプレッサなどの堅い負荷投入時の衝撃が巻線形電動機のスリップで吸収される。このとき、さらに破砕機のフライホール効果による放出エネルギ分が巻線形電動機のトルクに加算されることで過負荷耐量も大きくなり、巻線形電動機の震動による破損が防護される。
【0035】上述したように、本発明の実施の形態に係る2次抵抗器制御装置及び電動機運転装置は、震度計10,10aと、タイマリレー405,405bを設け、当該震度計出力に応じ2次抵抗器301を一時的に巻線形電動機に接続するようにしたので、例えば冷蔵庫のコンプレッサ等の堅い負荷が入ってきたときに生ずる大震動を検出し、始動時に使用した2次抵抗器を巻線形電動機に接続して巻線形電動機に加わる衝撃を速度スリップで吸収し、かつフライホイール効果によって過負荷耐量を大きくすることができる。
【0036】なお、本実施形態では電動機運転装置を粗大ゴミ用破砕機に適用する場合について説明したが、本発明の適用はこのような場合に限られるものではなく、電動機運転装置を他の設備に適用する場合にも適用可能である。
【0037】また、本実施形態では、震度計10によってモータ本体110の負荷運転の発生を検出しているが、負荷運転の検出手段は震度計に限られるものではない。例えば巻線形電動機のトルク変化や電流値変化を検出する等、種々の方法で負荷運転を検出することが考えられる。
【0038】さらに、本実施形態では、巻線形電動機の始動用の2次抵抗器301を過負荷耐量増大用の抵抗器として流用しているが、本発明の実施はこのような形態に限られるものではない。例えば巻線形電動機の始動用の2次抵抗器301〜304とは別に、過負荷耐量増大用の抵抗器を設けて負荷検出時にはこれに接続するようにしてもよい。また、例えば2次抵抗器301のみでなく、2次抵抗器301とともに他の2次抵抗器302,303,304の一部又は全部を接続するようにしてもよい。
(発明の第2の実施の形態)本実施形態の2次抵抗器制御装置は、第1の実施形態に2次抵抗器冷却用の冷却ファン及びその制御回路を付加したものである。
【0039】図4は本発明の第2の実施の形態に係る2次抵抗器制御装置を適用した電動機運転装置の一例を示す構成図であり、図5は本実施形態における電動機運転装置の制御回路を示す回路図である。ここで、図1又は図2と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0040】この巻線形電動機100の主回路は、図4に示すように、電動機盤200のパワーヒューズ201〜電磁接触器202間から変圧器205、電磁接触器206が直列に接続され、さらに、電磁接触器206から電力が2次抵抗器冷却ファン用電動機500に供給されるようになっている他、第1の実施形態と同様に構成されている。
【0041】2次抵抗器冷却ファン用電動機500は、その動作により、2次抵抗器301,302,303,304を冷却するように配置されている。一方、制御回路は、図5に示すように、制御母線PN間にタイマリレー405の接点405a1とタイマリレー406とが直列に接続され、タイマリレー406の接点406aと電磁接触器206のコイル206cとが直列に接続される他、第1の実施形態と同様に構成されている。なお、接点405a1と接点406aは定常状態では開である。
【0042】次に、以上のように構成された本発明の実施の形態に係る2次抵抗器制御装置を適用した電動機運転装置の動作について説明する。まず、第1の実施形態と同様に巻線形電動機100が始動完了し、定常運転されているときに、堅いものが破砕機に投入されると、所定値以上の震度値を検出した震度計10の出力により接点10aが動作し、タイマリレー405が動作して、その接点405bが開かれ、所定時間で接点405a1が閉じられる。
【0043】接点405bが開かれることで2次抵抗器301が接続され、これに対応する動作は第1の実施形態の場合と同様である。一方、接点405a1が閉じられることで、タイマリレー406が動作し、このタイマリレー406に対応して設定された所定時間ほど接点406aが閉じられる。これにより、電磁接触器206のコイル206cが励磁され、図4の2次抵抗器冷却ファン用電動機500が運転となり、抵抗器301が冷却される。
【0044】上述したように、本発明の実施の形態に係る2次抵抗器制御装置及び電動機運転装置は、第1の実施形態と同様な効果を奏する他、運転時に使用される巻線形電動機の始動用電動機を冷却することによって、始動用抵抗器をそのまま使用することができ、抵抗器の小形化に寄与することができる。
(発明の第3の実施の形態)図6は本発明の第3の実施の形態に係る電動機運転装置の一例を示す構成図である。
【0045】また、図7は本実施形態における電動機運転装置の制御回路を示す回路図である。この電動機運転装置は、インダクションモータからなるモータ本体111と震度10を備えた電動機101と、電動機盤210とによって構成されている。
【0046】電動機101の主回路は、電動機盤210において、外部電源に接続されるパワーヒューズ201と、このパワーヒューズ201に並列に接続される正転用電磁接触器211及び可逆用電磁接触器212とから構成されている。また、各電磁接触器211及び212がモータ本体111に接続される。
【0047】一方、制御回路は、正転用制御部分20と逆転用制御部分21とから構成されている。正転用制御部分20においては、まず、制御母線PN間に運転用押ボタンスイッチ401と、可逆用電磁接触器212のb接点212bと、リレー411とが直列に接続され、母線PN間にリレー411のa接点411aと、正転用電磁接触器211のクローズコイル211cとが直列に接続されている。さらに、制御母線Pから並列にリレー413のa接点413a及び停止用押ボタンスイッチ402が接続され、両者が正転用電磁接触器211のトリップコイル211Tに直列に接続され、制御母線Nに接続されている。
【0048】次に、逆転用制御部分21においては、まず、制御母線PN間に逆転用押ボタンスイッチ421とリレー412とが直列に接続され、母線PN間に停止用押ボタンスイッチ402と可逆用電磁接触器212のトリップコイル212Tとが直列に接続されている。また、制御母線Pから並列にリレー412のa接点412a及びリレー413のa接点413a1が接続され、両者が正転用電磁接触器211のb接点211bに直列接続され、さらに可逆用電磁接触器212のクローズコイル212c、制御母線Nへと接続されている。
【0049】また、震度計10は、回路上は逆転用制御部分21の制御母線PN間に設けられている。そして、この震度計10の接点10aは、母線Pから接続され、さらにリレー413、母線Nへと接続される。
【0050】次に、以上のように構成された本発明の実施の形態に係る電動機運転装置の動作について説明する。まず、図7において、運転用押ボタンスイッチ401が押されることで、a接点411aが閉じられ、クローズコイル211cが励磁されて正転用電磁接触器211(図6)が閉となって電動機101の運転が開始される。なお、電動機101の運転を終了させるには、停止用押ボタンスイッチ402を押せばよい。
【0051】次に、電動機101が定常運転されているときに、冷蔵庫のコンプレッサなど堅いものが破砕機に投入される場合を考える。このとき、電動機101に取付けられている震度計10により震動が検出され、その震度値が許容震度値を越えている場合には、接点10aが閉となり、リレー413が励磁される。
【0052】リレー413が励磁されると、正転用制御部分20ではa接点413aが閉じることによりトリップコイル211Tが励磁され、正転用電磁接触器211が開となって電動機101の運転が停止する。
【0053】一方、逆転用制御部分21では、トリップコイル211Tによってb接点211bが閉じられ、また、上記リレー413の励磁によってa接点413a1が閉じられる。これにより、可逆用電磁接触器212のクローズコイル212cが励磁され、逆転用電磁接触器212が閉路されて電動機101は逆回転動作する。こうして破砕機よりコンプレッサ等の堅い物質がはき出されることになる。
【0054】こののち、再び運転用押ボタンスイッチ401を押せば、b接点211bが開き、電動機101の正転運転が再開される。なお、図7の制御回路では、単に停止時から逆回転動作をさせたいときには逆転用押ボタンスイッチ421をオンすればよい。
【0055】上述したように、本発明の実施の形態に係る電動機運転装置は、正転用電磁接触器211、可逆用電磁接触器212、及びこれらに制御信号を出力する震度計10,10a,リレー413を設けたので、電動機保護のために電動機の許容震度値を検出して電動機を停止、逆転させ破砕機よりコンプレッサ等の堅い物質をはき出すことができる。これにより、はき出し後に、すぐ破砕機設備の運転を再開・継続させることが可能となる。
(発明の第4の実施の形態)第3の実施形態は巻線形電動機でなく、インダクション電動機を用いた場合について説明したが、同実施形態は巻線形電動機についても適用できる。そこで、本実施形態は、第1の実施形態に第3の実施形態を組み合わせた電動機運転装置について説明する。
【0056】この電動機運転装置では、図6,図7に示す正転用電磁接触器211及び可逆用電磁接触器212の双方が電動機盤に設けられ、また、モータとしては、図1に示す巻線形電動機が用いられて、これに図2と同様な2次抵抗器を制御する回路が組み込まれている。
【0057】なお、震度計10には、2つの設定値が設けられており、第1の設定値G1で2次抵抗器311を接続し、第2の設定値G2でモータ回転を逆転させるように制御回路が組まれている。すなわち、それぞれ対応する設定値G1,G2で各接点10aが閉じるようになっている。
【0058】図8は本発明の第4の実施の形態に係る電動機運転装置の動作を示す図である。同図に示すように、まず、タイミングT1で堅いものをかみ込むと、そのトルクが上昇し、その震度が震度計10に検出される。この震度が第1の設定値G1に達すると2次抵抗器311が接続され、フライホール効果によるトルク加算がなされて(T2)、トルクがさらに上昇する。
【0059】このトルク上昇によっても堅いものが粉砕できなければ、震度が第2の設定値G2に至ったところで(T3)、巻線形電動機の逆転動作が開始される。これにより、破砕機よりコンプレッサ等の堅い物質がはき出され、通常状態に復帰できることとなる。
【0060】上述したように、本発明の実施の形態に係る電動機運転装置は、第1及び第3の実施形態の構成を組み合わせ、負荷耐量増大時の運転でも負荷状態を解消できないときには、さらに電動機の回転を逆転させるようにしたので、上記各実施形態の効果を組み合わせることができ、より安定した電動機運転が実現できるとともに、電動機の確実な保護をも達成することができる。なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
【0061】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、定常運転時に2次抵抗器を一時的に接続するようにしたので、巻線形電動機の過負荷耐量を一時的に大きくすることができる2次抵抗器制御装置及び電動機運転装置を提供することができる。
【0062】また、本発明によれば、電動機の負荷が上昇するような状況が生じても、その状況を解消して電動機を保護するとともに、設備の運転を継続可能とする電動機運転装置を提供することができる。




 

 


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