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発明の名称 モータの制御装置及びこれを用いた電気機器、電気掃除機
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2007−60753(P2007−60753A)
公開日 平成19年3月8日(2007.3.8)
出願番号 特願2005−240629(P2005−240629)
出願日 平成17年8月23日(2005.8.23)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 西村 剛 / 湯朝 康裕 / 藤原 俊明 / 中尾 浩
要約 課題
高調波電流を抑えたモータの制御装置を提供すること。

解決手段
本発明のモータの制御装置は、交流電源1に直列に接続されたモータ2と、前記モータ2に印加される電圧を位相制御する双方向性サイリスタ3を直列に接続し、交流電源1の半周期単位で負荷のオン、オフを行い、かつ連続する複数周期において、交流1周期の前半周期をオンする回数と、後半周期をオンする回数が等しくなるように制御する構成としたことにより、複数周期で合成したモータ2に印加される電圧は正弦波形となり、その高調波電流も正弦波に近い波形となり、高調波(特に低次高調波)、振動、騒音の発生を抑えることが可能になる。
特許請求の範囲
【請求項1】
交流電源に直列に接続されたモータと、前記モータに印加される電圧を位相制御する双方向サイリスタを直列に接続し、交流電源の半周期単位で負荷のオン、オフを行い、かつ連続する複数周期において、交流1周期の前半周期をオンする回数と、後半周期をオンする回数が等しくなるように制御することを特徴とするモータの制御装置。
【請求項2】
交流1周期の前半周期をオンする回数と、後半周期をオンする回数が等しくなるような制御周期(区間A)の途中に、従来の位相制御を1周期または複数周期(区間B)加えたことを特徴とする請求項1に記載のモータの制御装置。
【請求項3】
交流電源の半周期単位で負荷のオン・オフを行う位相区間(区間A)は、半周期完全オンではなく、従来の位相制御とすることを特徴とする請求項1または2に記載のモータの制御装置。
【請求項4】
交流電源の半周期単位で負荷のオン・オフを行う位相区間(区間A)は、半周期完全オンではなく、従来の位相制御とし、制御周期の途中に加えた、1周期または複数周期(区間B)の位相制御とは、別々に位相角を設定することが可能な請求項2に記載のモータの制御装置。
【請求項5】
区間Aの位相制御角を、負荷電流の小さい状態から上昇方向に制御したとき、その位相制御角がある所定の位相角になった時点で、負荷電流はほぼ一定のまま、半周期単位の制御から、通常の全周期の位相制御に切替えることを特徴とする請求項3または4に記載のモータの制御装置。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれか1項に記載のモータの制御装置を用いた電気機器。
【請求項7】
請求項1〜5のいずれか1項に記載のモータの制御装置を用いた電気掃除機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、交流電源に接続する消費者用機器のモータ制御装置に関するものであり、特にその入力制御に関するものである。
【背景技術】
【0002】
交流電源に接続される機器のモータ制御装置としては、一般的に位相制御方式が広く用いられている。交流電源とモータ及び、前記モータに印加される電圧を位相制御する双方向サイリスタを直列に接続し、前記モータが所定の入力になるように前記双方向サイリスタを所定の位相角でオンするというものである。しかし、常に位相角が一定であるということは、生成される高調波成分も偏り、結果として大きな高調波の発生に繋がる。特に位相角が90°の時に、生成される高調波が(特に奇数次周波数において)最大となることは既に周知の事実である。この対策として、近年様々な制御装置が提案されおり、その中でも効果の高いものとして、位相角を一定にするのではなく、位相角を狙いの近辺で大小に変化させることにより、生成される高調波の周波数を分散させるというものが挙げられる(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開昭63−274396号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら前記従来の構成においては、より高入力のモータに対して高調波を抑えようとする場合には、位相角の変化量をかなり大きく(入力に換算すると、1500Wモータを使用する場合、90°位相の時に200W以上の変化量)取る必要があり、そのために振動が発生して騒音が大きくなるという課題があり、今後の家庭用電化機器の高性能化に伴うモータの高出力化に対して、従来の方式では限界の感があった。
【0004】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、従来とは全く異なる方式で、高調波の発生を抑えるとともに、振動、騒音を抑えたモータ制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記従来の課題を解決するために本発明は、交流電源に直列に接続されたモータと、前記モータに印加される電圧を位相制御する双方向性サイリスタを直列に接続し、交流電源の半周期単位で負荷のオン・オフを行い、かつ連続する複数周期において、交流1周期の前半周期をオンする回数と、後半周期をオンする回数が等しくなるように制御することを特徴とするモータの制御装置としたことにより、複数周期で合成したモータに印加される電圧は正弦波形となるため、その高調波電流も、急峻な立ち上がりのない正弦波に近い波形となり、高調波(特に低次高調波)の発生は劇的に抑えられるとともに、周期ごとに位相角を変化させることがないため、振動、騒音も抑えられる。
【発明の効果】
【0006】
以上のように本発明のモータの制御装置は、高入力のモータに対しても、高調波および振動、騒音を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
第1の発明は、交流電源に直列に接続されたモータと、前記モータに印加される電圧を位相制御する双方向サイリスタを直列に接続し、交流電源の半周期単位で負荷のオン・オフを行い、かつ連続する複数周期において、交流1周期の前半周期をオンする回数と、後半周期をオンする回数が等しくなるように制御することを特徴とするモータの制御装置としたことにより、複数周期で合成したモータに印加される電圧は正弦波形となるため、その高調波電流も急峻な立ち上がりのない正弦波に近い波形となり、高調波(特に低次高調波)の発生は劇的に抑えられるとともに、周期ごとに位相角を変化させることがないため、振動、騒音も抑えられる。
【0008】
第2の発明は、特に、第1の発明のモータの制御装置を、交流1周期の前半周期をオンする回数と、後半周期をオンする回数が等しくなるような制御周期(以降区間Aと呼ぶ)の途中に、従来の位相制御を1周期または複数周期(以降区間Bと呼ぶ)加えたことを特徴とするモータ制御装置としたことにより、複数周期で合成したモータに印加される電圧は正弦波に近い波形となるため、その高調波電流も急峻な立ち上がりのない正弦波に近い波形となり、高調波の発生は抑えられるとともに、周期ごとに位相角を変化させることがないため、騒音・振動の発生は抑えられる。また、加えた波形の位相制御によって、ある程度の入力コントロールが可能となる。
【0009】
第3の発明は、特に、第1または第2の発明のモータの制御装置を、交流電源の半周期単位で負荷のオン・オフを行う位相区間(区間A)は、半周期完全オンではなく、従来の位相制御とすることを特徴とするモータ制御装置としたことにより、複数周期間でのモータに印加される電圧は正弦波に近く、そのため高調波電流波形も正弦波に近く、高調波の発生は抑えられるとともに、周期ごとに位相角を変化させることがないため、騒音・振動の発生は抑えられる。また、各波形を位相制御することにより、より幅の広い入力コントロールが可能となる。
【0010】
第4の発明は、特に、第2の発明のモータの制御装置を、交流電源の半周期単位で負荷のオン・オフを行う位相区間(区間A)は、半周期完全オンではなく、従来の位相制御とし、制御周期の途中に加えた、1周期または複数周期(区間B)の位相制御とは、別々に位相角を設定することが可能なモータ制御装置としたことにより、複数周期間でのモータに印加される電圧は正弦波に近く、そのため高調波電流波形も正弦波に近く、高調波の発生は抑えられるとともに、周期ごとに位相角を変化させることがないため、騒音・振動の発生は抑えられる。また、各波形を位相制御することにより、より幅の広い入力コントロールが可能となる。
【0011】
第5の発明は、特に、第3または第4の発明のモータの制御装置を、区間Aの位相制御角を、負荷電流の小さい状態から上昇方向に制御したとき、その位相制御角がある所定の位相角になった時点で、負荷電流はほぼ一定のまま、半周期単位の制御から、通常の全周期の位相制御に切替えることを特徴とするモータ制御装置としたことにより、複数周期間でのモータに印加される電圧は正弦波に近く、そのため高調波電流波形も正弦波に近く、高調波の発生は抑えられるとともに、周期ごとに位相角を変化させることがないため、騒音・振動の発生は抑えられる。また、各波形を位相制御することにより、より幅の広い入力コントロールが可能となるとともに、所定の位相において、従来の位相制御に切替えた後は、フルに入力コントロールすることが可能となる。
【0012】
第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか1つの発明のモータの制御装置を、電気機器にいたことにより、機器から発生する高調波電流および振動、騒音を抑えることが可能となる。
【0013】
第7の発明は、特に、第1〜5のいずれか1つの発明のモータの制御装置を、モータ制御装置を電気掃除機に用いたことにより、電気掃除機から発生する高調波電流および振動、騒音を抑えることが可能となる。
【0014】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0015】
(実施の形態1)
以下、本発明の第1の実施の形態について図1および図2を用いて説明する。
【0016】
図1は実施の形態1のモータの制御装置を示しており、交流電源1に負荷となるモータ2を直列に、さらにモータ2に印加される電圧を制御する双方向性サイリスタ3が直列に接続されている。4は前記双方向性サイリスタ3のゲートに制御信号を送る制御部を表している。図2には、図1の制御部から発せられる前記双方向性サイリスタ3のゲートに入力される制御信号波形(a)と、前記モータ2に印加される電圧波形(b)(図中、破線はオフ期間を示す)と、前記モータ2に流れる電流波形(c)との関係を表している。
【0017】
上記の構成において、動作を説明すると、制御部4より図2の(a)のようなパルス状の制御信号が発せられると、そのタイミングに応じて双方向性サイリスタ3がオンし、モータ2に図2の(b)のような波形の電圧が印加される。そして、モータ2には、図2の(c)のような波形の電流が流れることになる。モータ2に印加される電圧は、交流電源波形の半周期単位で負荷のオン・オフが行われ、かつ連続する複数周期において、交流1周期の前半周期をオンする回数と、後半周期をオンする回数が等しくなるように制御部4の信号によって、制御されている。図2では、正の半波が2波分続いた後、負の半波が2波続き、これが制御周期となって、連続的にモータに印加されている。これは、負荷への供給電力という意味では、従来の位相制御で言えば、位相角90°の制御に相当する。従来の位相制御の場合、この90°の位相角付近で運転した状態が、高調波電流がもっとも厳しくなるが、本実施の形態の制御によれば、連続する複数周期の波形を合成したものは、正弦波に近いものとなり、同じ負荷電流でありながら、高調波電流を抑えた運転が可能となる。また、電流波形は正弦波に近いため、モータの振動・騒音も抑えられる。なお、連続する正および負の半波は同数であれば、その数に制約はない。
【0018】
以上のように本実施の形態によれば、従来の位相制御では、高い高調波電流が発生する位相角での運転と同等の負荷電流でありながら、高調波電流、振動および騒音を低く抑えたモータ駆動ができるモータ制御装置を与えるものである。
【0019】
(実施の形態2)
以下、本発明の第2の実施の形態について、図3および図4を用いて説明する。なお第1の実施の形態と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。
【0020】
図3に、図1の制御部から発せられる前記双方向性サイリスタ3のゲートに入力される制御信号波形(a)と、前記モータ2に印加される電圧波形(b)(図中、破線はオフ期間を示す)と、前記モータ2に流れる電流波形(c)との関係を表している。
【0021】
上記の構成において、動作を説明すると、制御部4より図3の(a)のようなパルス状の制御信号が発せられると、そのタイミングに応じて双方向性サイリスタ3がオンし、モータ2に図3の(b)のような波形の電圧が印加される。そして、モータ2には、図3の(c)のような波形の電流が流れることになるが、図3では、正の半波が2波続いた後、負の半波が2波続く制御周期(区間A)が連続する波形の間に、従来の位相制御1周期分(区間B)が加えられている。それらが一つの制御周期となって、連続的にモータに印加されている。これは、第1の実施例に従来の実施例を組み合わせた波形となっており、連続する複数周期の合成波形は、ほぼ正弦波に近いものになる。よって、従来の技術よりも高調波電流、振動・騒音は抑えられる。また、従来の位相制御の部分でモータに供給される電力をある程度制御することができる。さらに、正または負の完全オンの半波に対しても、位相制御を加えることにより、より幅の広い電力の制御が可能となる(図4参照)。
【0022】
以上のように本発明の実施の形態によれば、負荷への電力コントロールを行いながら、高調波電流、振動および騒音を抑えたモータ制御装置を提供できる。
【0023】
(実施の形態3)
以下、本発明の第3の実施の形態について、図5を用いて説明する。なお上記実施の形態1、2と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。
【0024】
図5の波形(a)は、図4と同じで、実施の形態2で述べたように、正または負の半波に対して位相制御を行った様子を示しており、図中の位相角αは、半波の位相制御から、従来の全波の位相制御へと切替える所定の位相角を表している。すなわち、半波の位相制御が電力の低い状態から高くなる方向へと進み、位相角αに達したときに、図5の波形(b)のように、通常の全波の位相制御に切替える。このとき、切替え前後でモータの負荷電流の実効値がほぼ同じとなるよう、切替え後の位相角α’を設定する。これにより、モータのトルク変動を少なく出来、幅の広いなめらかな電力コントロールが可能となる。区間Aの周期を区間Bよりも多く設定すれば、周期ごとに位相角を変化させることがないため、騒音・振動の発生は抑えられる。
【0025】
以上のように本発明の実施の形態によれば、より広範囲な負荷の電力コントロールを行いながら、高調波電流、振動および騒音を抑えたモータ制御装置を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【0026】
以上のように、本発明にかかるモータの制御装置は、高調波電流、振動、騒音の発生を抑えることが可能となり、特にモータ搭載の電気機器において有用であるが、電灯の調光器やヒータ機器等、位相制御で入力制御を行う機器にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の実施の形態1におけるモータの制御装置の回路図
【図2】同制御装置のモータに印加される電圧波形と電流波形と制御信号波形の関係図
【図3】本発明の実施の形態2におけるモータに印加される電圧波形と電流波形と制御信号波形の関係図
【図4】同制御装置のモータに印加される半波位相制御時の電圧波形図
【図5】(a)本発明の実施の形態3における半波の位相性御時のモータに印加される電圧波形図(b)同、全波の位相性御時のモータに印加される電圧波形図
【符号の説明】
【0028】
1 交流電源
2 モータ
3 双方向性サイリスタ
4 制御部




 

 


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