モータの始動装置およびモータの運転方法
【課題】低電圧の長距離配線で使用する場合に、その配線距離に伴う電圧降下を補償できる上に、省スペース化を実現できるようにしたモータの始動装置の提供。
【解決手段】この発明は、主巻線１１と補助巻線１２とを有する変圧器１と、主巻線１１に並列接続されるスイッチ２と、補助巻線１２の両端の各端子と電源４とを接続する選択スイッチ３と、を備えている。主巻線１１の一方の端子をモータ５に接続させている。補助巻線１２のタップと主巻線１１の他方の端子とを共通接続させてこの共通接続部を電源４の一方の端子に接続させている。選択スイッチ３は、第１の動作モードのときに補助巻線１２の一方の端子を電源４の他方の端子に接続させ、第２の動作モードのときに補助巻線１２の他方の端子を電源４の他方の端子に接続させ、かつ、第３の動作モードのときに補助巻線１２の双方の端子と電源４の他方の端子との接続を解くようになっている。
【解決手段】この発明は、主巻線１１と補助巻線１２とを有する変圧器１と、主巻線１１に並列接続されるスイッチ２と、補助巻線１２の両端の各端子と電源４とを接続する選択スイッチ３と、を備えている。主巻線１１の一方の端子をモータ５に接続させている。補助巻線１２のタップと主巻線１１の他方の端子とを共通接続させてこの共通接続部を電源４の一方の端子に接続させている。選択スイッチ３は、第１の動作モードのときに補助巻線１２の一方の端子を電源４の他方の端子に接続させ、第２の動作モードのときに補助巻線１２の他方の端子を電源４の他方の端子に接続させ、かつ、第３の動作モードのときに補助巻線１２の双方の端子と電源４の他方の端子との接続を解くようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの始動装置、およびモータの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導電動機のモータの始動装置として、例えばリアクトル始動器及びコンドルファ始動器が知られている（例えば特許文献１など）。リアクトル始動器はモータと電源の間に始動リアクトルを挿入し、コンドルファ始動器はモータと電源の間に単巻変圧器を挿入して、モータを減電圧始動する。また、この種のモータの始動装置として、例えばスター・デルタ結線の切り換えにより減電圧始動するものが知られている（例えば特許文献２など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７１０６０号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、トンネル工事などの工事現場では、従来のモータの始動装置を設置したままとし、工事の進捗に応じてモータの移動が必要な場合がある。この場合には、工事の進捗に伴って始動装置とモータとの間の配電線路の距離が長くなるので、その距離が長くなるにしたがって配電線路の電圧降下が大きくなり、モータの起動が完了できないことがある。このような不具合は、従来のモータの始動装置を低電圧の長距離配電（例えば数１００ｍ程度）で使用する場合に顕著である。
【０００５】
このような不具合を回避するためには、例えば、上記の電圧降下を補償するためのトランスをモータの始動装置とは別個に設置することで解消できる。しかし、そのために新たなトランスが必要になる上に、そのトランスをモータの始動装置とは別個に設置するためのスペースが必要になる。
そこで、本発明の目的は、例えば低電圧の長距離配線で使用する場合に、その配線距離に伴う電圧降下を補償できる上に、省スペース化を実現できるようにしたモータの始動装置などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第１の発明は、主巻線と補助巻線とを有する変圧器と、前記主巻線に並列接続され開閉動作する第１のスイッチと、前記補助巻線の両端の各端子と電源とを接続する第２のスイッチと、を備え、前記主巻線の一方の端子をモータに接続させ、前記補助巻線にタップを設け、前記タップと前記主巻線の他方の端子とを共通接続させてこの共通接続部を前記電源の一方の端子に接続させ、前記第２のスイッチは、第１の動作モードのときに前記補助巻線の一方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、第２の動作モードのときに前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、かつ、第３の動作モードのときに前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解くようになっている。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１の動作モードのときには、前記第１のスイッチを開動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の一方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、前記第２の動作モードのときには、前記第１のスイッチを開動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、前記第３の動作モードのときには、前記第１のスイッチを閉動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解くようにした。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記補助巻線は複数のタップを有し、前記複数のタップのうちの１つを任意に選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させる第３のスイッチを、さらに備えている。
第４の発明は、第１または第２の発明において、前記補助巻線は複数のタップを有し、前記複数のタップのうちの１つを前記モータに流れる電流に応じて選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させる第３のスイッチを、さらに備えている。
【０００９】
第５の発明は、主巻線と補助巻線とを有する変圧器を使用するモータの運転方法であって、前記補助巻線にタップを設けておき、前記タップと前記主巻線の一方の端子とを共通接続させ、この共通接続部を前記電源の一方の端子に接続させておくとともに、前記主巻線の他方の端子をモータに接続させておき、第１の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の一方の端子を電源の他方の端子に接続し、第２の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続し、第３の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解き、かつ、前記主巻線の両端を電気的に接続する。
第６の発明は、第５の発明において、前記補助巻線には複数のタップを設けておき、前記複数のタップのうちの１つを選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させておく。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、モータの印加電圧として、電源電圧よりも低い電圧、電源電圧、および電源電圧よりも高い電圧をそれぞれ生成し、その生成した電圧のうちの１つを選択してモータに供給（印加）できる。
このため、例えば、トンネル工事などの工事現場において、工事の進捗に伴ってモータのモータの始動装置とモータとの間の配電線路の距離が変化する場合には、配電線路の距離の変化に応じてモータの供給電圧を変更（調整）できる。このため、配電線路の距離の変化に応じて適正な電圧で始動、運転ができる上に、配電線路の距離が長くなって配電線路の電圧降下が無視できない場合には、その電圧降下を補償することができる。
【００１１】
また、本発明は、変圧器と複数のスイッチの組み合わせた簡易な構成で、始動機能の他に電源電圧の昇圧機能も備えるようにしたので、新たな昇圧機能が追加されたにもかかわらず、その設置スペースが従来のモータの始動装置と殆ど変わることがなく省スペース化を図ることができる。
さらに、本発明は、例えば、電源電圧よりも低い電圧でモータを始動させ、その後に電源電圧で通常動作をさせている場合において、モータが軽負荷のときには電源電圧よりも低い電圧で動作させることができる。このような場合には、省エネルギー効果を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第４実施形態の構成を示す回路図である。
【図５】トンネル工事の進捗状況と、この進捗状況に対応する始動装置およびモータの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の構成を示す回路図である。
この第１実施形態に係るモータの始動装置１００は、図１に示すように、変圧器１と、スイッチ２と、選択スイッチ３とを備え、誘導型のモータ（電動機）５に適用する３相結線のうち１相について（仮想の中性点間に接続されたモータとして）示したものである。そして、このモータの始動装置１００では、スイッチ２と選択スイッチ３の操作に応じてモータ５に供給する電圧を調整できるようになっている。
【００１４】
変圧器１は、主巻線（第１巻線）１１と補助巻線（第２巻線）１２とを有し、これらの巻線１１、１２は同一（共通）の鉄心に巻かれている。主巻線１１は、巻線数がｎ３からなり、その両端が端子１１−１、１１−２にそれぞれ接続されている。
補助巻線１２は、その両端が端子１２−１、１２−２にそれぞれ接続されている。また、補助巻線１２の所定位置（この例では中間位置）にはタップ１２−３が設けられている。さらに、端子１２−１とタップ１２−３との間の巻線数はｎ１であり、端子１２−２とタップ１２−３との間の巻線数はｎ２である。
【００１５】
ここで、この例では、巻線数ｎ１、ｎ２は、ｎ１＝ｎ２に設定されている。また、巻線数ｎ１、ｎ２、ｎ３は、ｎ１＞ｎ３、ｎ２＞ｎ３に設定されている。
主巻線１１の両端の端子１１−１、１１−２には、接点が開閉自在なスイッチ２が接続されている。また、主巻線１１の端子１１−１はモータ５の端子５−１と接続され、モータ５の端子５−２は電源４の端子４−２に接続されている。
補助巻線１２の端子１２−１、１２−２は、後述のように選択スイッチ３を介して電源４の端子４−２と接続されるようになっている。また、補助巻線１２のタップ１２−３は主巻線１１の端子１１−２と共通接続され、この共通接続部が電源４の端子４−１に接続されている。
【００１６】
選択スイッチ３は、通常は中立位置にある切り換え接点３−１と、切り換え接点３−１と接続される接点３−２、３−３とを有する。そして、切り換え接点３−１が電源４の端子４−２に接続され、接点３−２が補助巻線１２の端子１２−１に接続され、接点３−３が補助巻線１２の端子１２−２に接続されている。
このような接続により、選択スイッチ３は、後述のように動作モードに応じて、補助巻線１２の端子１２−１を電源４の端子４−２に接続させたり、補助巻線１２の端子１２−２を電源４の端子４−２に接続させたり、あるいは補助巻線１２の端子１２−１、１２−２の双方を電源４の端子４−２から切り離すことができる。
【００１７】
次に、このような構成の第１実施形態は３つの動作モードを有するので、これについて図１を参照して説明する。
３つの動作モードは、「減電圧動作モード」、「昇電圧動作モード」、および「運転動作モード」である。
まず、「減電圧動作モード」の場合には、スイッチ２の接点を開いた状態とし、この状態で選択スイッチ３の切り換え接点３−１を接点３−３側に接続させる。このときには、変圧器１の主巻線１１と補助巻線１２とは、減極性の接続になる。
【００１８】
上記のように、主巻線１１の巻線数ｎ３と補助巻線１２の端子１２−２とタップ１２−３との間の巻線数ｎ２は、ｎ２＞ｎ３の関係にある。このため、主巻線１１と補助巻線１２と間の電圧、すなわちモータ５の印加電圧ＶＭは、補助巻線１２の端子１２−１とタップ１２−３との間の電圧をＶＡ、主巻線１１の誘起電圧をＶＢとすると、次の（１）式のようになる。
ＶＭ＝ＶＡ−ＶＢ・・・（１）
このように、「減電圧動作モード」の場合には、電源４の電圧が主巻線１１の誘起電圧ＶＢ分だけ減圧されることになるので、モータ５の印加電圧ＶＭは電源４の電圧よりも低い電圧となる。ここで、印加電圧ＶＭの大きさは、主巻線１１の巻線数ｎ３と補助巻線１２の巻線数ｎ２とによって決まるので、その巻線数の比を任意に設定できる。
【００１９】
次に、「昇電圧動作モード」の場合には、スイッチ２の接点を開いた状態とし、この状態で選択スイッチ３の切り換え接点３−１を接点３−２側に接続させる。このときには、変圧器１の主巻線１１と補助巻線１２とは、加極性の接続になる。
上記のように、主巻線１１の巻線数ｎ３と補助巻線１２の端子１２−１とタップ１２−３との間の巻線数ｎ１は、ｎ１＞ｎ３の関係にある。このため、主巻線１１と補助巻線１２と間の電圧、すなわちモータ５の印加電圧ＶＭは、補助巻線１２の端子１２−１とタップ１２−３との間の電圧をＶＡとし、主巻線１１の誘起電圧をＶＢとすると、（２）式のようになる。
ＶＭ＝ＶＡ＋ＶＢ・・・（２）
【００２０】
このように、「昇電圧動作モード」の場合には、電源４の電圧に主巻線１１の誘起電圧ＶＢ分だけ加わることになるので、モータ５の印加電圧ＶＭは電源４の電圧よりも高い電圧となる。ここで、印加電圧ＶＭの大きさは、主巻線１１の巻線数ｎ３と補助巻線１２の巻線数ｎ１とによって決まるので、その巻線数の比を任意に設定できる。
さらに、「運転動作モード」の場合には、選択スイッチ３の切り換え接点３−１を図１のように中立位置とし、かつ、スイッチ２の接点を閉じた状態にする。これにより、変圧器１はその動作を停止し、電源４の電圧がモータ５に印加される。
【００２１】
次に、第１実施形態では、上記の３つの動作モードを使用してモータを運転させることができる。そこで、第１実施形態をトンネル工事で使用するモータに適用した場合について、図１および図５を参照して説明する。
工事の進捗状況が図５（Ａ）〜（Ｂ）の状態では、始動装置１００とモータ５との配電線路２０の距離が比較的短く、配電線路２０における電圧降下が小さいので、その電圧降下を無視できる。
そこで、この場合には、最初に「減電圧動作モード」を選択し、モータ５の印加電圧として電源４の電圧よりも低い電圧を印加させてモータ５を始動させる。その後、「減電圧動作モード」から「運転動作モード」に切り換え、モータ５の印加電圧として電源４の電圧（定格電圧）を印加させてモータ５の通常の運転を行なう。
【００２２】
そして、モータ５の運転の開始後に、モータ５の負荷が軽くなった場合には、「運転動作モード」から「減電圧動作モード」に運転を変更することができ、モータ５の回転数を落とさずに省エネルギー運転を実現できる。
そして、再びモータ５が負荷が重くなった場合には、「減電圧動作モード」から「運転動作モード」に運転を変更することができ、モータ５を通常の定格運転に復帰させることができる。
【００２３】
一方、工事の進捗状況が図５（Ｂ）〜（Ｃ）の状態では、始動装置１００とモータ５との配電線路２０の距離が比較的長く、配電線路２０における電圧降下が大きくなり、その電圧降下が無視できなくなる。
この場合には、配電線路の電圧降下のために「減電圧動作モード」を使用すると、モータ５の始動が完了しないおそれがある。そこで、最初に「昇電圧動作モード」を選択するので、その配電線路の電圧降下が補償され、モータ５の始動は円滑に行なわれる。
その後、配電線路の電圧降下が程度が大きくなく、モータ５の負荷が軽いような場合には、「昇電圧動作モード」から「運転動作モード」に切り換えても運転を継続することができる。一方、配電線路の電圧降下が程度が大きい上に、モータ５の負荷が重いような場合には、「昇電圧動作モード」のまま運転を継続すれば良い。
【００２４】
以上のように、第１実施形態では、トンネル工事などの工事現場において、工事の進捗に伴って始動装置とモータとの間の配電線路の距離が変化する場合には、配電線路の距離の変化に応じてモータの供給電圧を変更（調整）できる。このため、配電線路の距離の変化に応じて適正な電圧で始動、運転ができる上に、配電線路の距離が長くなって配電線路の電圧降下が無視できない場合には、その電圧降下を補償することができる。
また、第１実施形態では、変圧器と複数のスイッチの組み合わせた簡易な構成で、始動機能の他に電源電圧の昇圧機能も備えるようにしたので、新たな昇圧機能が追加されたにもかかわらず、その設置スペースが従来のモータの始動装置と殆ど変わることがなく省スペース化を図ることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の構成を示す回路図である。
この第２実施形態に係るモータの始動装置１００ａは、図１に示す第１実施形態のモータの始動装置１００の構成を基本とし、その第１実施形態の変圧器１を図２に示す変圧器１ａに変更するとともに、選択スイッチ６を追加したものである。
したがって、図１の第１実施形態と同一の構成要素には同一符号を付してその説明をできるだけ省略し、以下では変更、追加した点の構成について主に説明する。
【００２６】
変圧器１ａは、図１の変圧器１と同様に主巻線１１と補助巻線１２とを有し、これらの巻線１１、１２は同一の鉄心に巻かれている。補助巻線１２には、タップ１２−３の他にタップ１２−４、１２−５が追加され、タップが複数になっている点が異なる。
選択スイッチ６は、補助巻線１２のタップ１２−３、１２−４、１２−５と電源４の端子４−１との接続を選択するものであり、通常は、補助巻線１２のタップ１２−３と電源４の端子４−１の接続が選択されている。
【００２７】
このため、選択スイッチ６は、切り換え接点６−１と、３つの端子６−２、６−３、６−４とを有する。そして、切り換え接点６−１は、電源４の端子４−１に接続されている。また、端子６−２は補助巻線１２のタップ１２−４に接続され、端子６−３は補助巻線１２のタップ１２−３に接続され、端子６−４は補助巻線１２のタップ１２−５に接続されている。
【００２８】
次に、このような構成の第２実施形態は３つの動作モードがあるので、これについて図２を参照して説明する。
３つの動作モードは、第１実施形態の場合と同様であって、「減電圧動作モード」、「昇電圧動作モード」、および「運転動作モード」であるが、選択スイッチ６を追加などしているのでその点で以下のように異なる。
【００２９】
「減電圧動作モード」の場合には、スイッチ２の接点を開いた状態とし、この状態で選択スイッチ３の切り換え接点３−１を接点３−３側に接続させ、かつ、選択スイッチ６の切り換え接点６−１を例えば接点６−３の位置に接続させたままとする。この場合には、第１実施形態において「減電圧動作モード」を設定した場合に相当する。
しかし、第２実施形態では、選択スイッチ６の切り換え接点６−１を接点６−３の位置から接点６−４の位置に切り換えておくことができるので、モータ５の印加電圧を第１実施形態の「減電圧動作モード」の場合に比べて細かに調整できる。
【００３０】
次に、「昇電圧動作モード」の場合には、スイッチ２の接点を開いた状態とし、この状態で選択スイッチ３の切り換え接点３−１を接点３−２側に接続させ、かつ、選択スイッチ６の切り換え接点６−１を例えば接点６−３の位置に接続させたままとする。この場合には、第１実施形態において「昇電圧動作モード」を設定した場合に相当する。
しかし、第２実施形態では、選択スイッチ６の切り換え接点６−１を接点６−３の位置から接点６−２の位置に切り換えておくことができるので、モータ５の印加電圧を第１実施形態の「減電圧動作モード」の場合に比べて細かに調整できる。
【００３１】
さらに、「運転動作モード」の場合には、選択スイッチ３の切り換え接点３−１を図２のように中立位置にするとともに、選択スイッチ６の切り換え接点６−１を図２の位置とし、かつ、スイッチ２の接点を閉じた状態にする。この場合には、第１実施形態において「運転動作モード」を設定した場合に相当する。
ここで、第２実施形態を適用したモータの運転例は、第１実施形態を適用したモータの運転例が適用できる。
【００３２】
ただし、この２実施形態では、選択スイッチ６を追加するようにした。このため、「減電圧動作モード」あるいは「昇圧電圧動作モード」で運転中において、モータ５に流れる電流を電流センサ（図示せず）で検出し、この検出値に応じて選択スイッチ６の切り換え接点６−１の切り換えを行なうようにしても良い。
以上のように、第２実施形態では、第１実施形態の構成を基本にし、さらに、変圧器１ａの補助巻線１２のタップを複数にするとともに、選択スイッチ６を追加するようにした。このため、選択スイッチ６を使用することにより、「減電圧動作モード」や「昇電圧動作モード」を設定するときに、モータ５の印加電圧ＶＭを細かに調整できる（増減することができる）。
【００３３】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態の構成を示す回路図である。
この第３実施形態に係るモータの始動装置１００ｂは、図３に示すように、図２に示す第２実施形態のモータの始動装置１００ａの構成を基本にし、これに電流センサ７、設定・指示部８、およびコントローラ９を追加するようにしたものである。
したがって、図２の第２実施形態と同一の構成要素には同一符号を付してその説明をできるだけ省略し、以下では追加した点の構成について主に説明する。
【００３４】
電流センサ７は、モータ５に流れる電流を検出し、この検出電流をコントローラ９に出力するようになっている。設定・指示部８は、操作者がモータ５の始動、運転などを設定、指示すると、その設定、指示の内容がコントローラ９に入力されるようになっている。コントローラ９は、電流センサ７の検出電流、設定・指示部８で設定、指示される内容に基づき、スイッチ２の開閉制御を行なう制御信号Ｓ１、選択スイッチ３の選択信号Ｓ２、および選択スイッチ６の選択信号Ｓ３を制御するようになっている。
【００３５】
ここで、スイッチ２、選択スイッチ３、および選択スイッチ６は、コントローラ９からの制御信号Ｓ１、選択信号Ｓ２、および選択信号Ｓ３により制御できるようにトランジスタなどの電子的なスイッチにより構成されている。
このような構成の第３実施形態では、設定・指示部８によって、３つの動作モードを設定できるので、設定した場合のコントローラ９の制御について以下に説明する。
【００３６】
このように設定・指示部８で設定できる３つの動作モードは、第２実施形態の場合と同様であって、「減電圧動作モード」、「昇電圧動作モード」、および「運転動作モード」からなる。
まず、「減電圧動作モード」が設定された場合には、制御信号Ｓ１によってスイッチ２が開いた状態となり、その後に選択信号Ｓ２によって選択スイッチ３の切り換え接点３−１が接点３−３側に接続され、かつ、選択信号Ｓ３によって選択スイッチ６の切り換え接点６−１が接点６−３の位置に接続されたまま、あるいは接点６−４と接続される。
【００３７】
次に、「昇電圧動作モード」が設定された場合には、制御信号Ｓ１によってスイッチ２が開いた状態となり、その後に選択信号Ｓ２によって選択スイッチ３の切り換え接点３−１が接点３−２側に接続され、かつ、選択信号Ｓ３によって選択スイッチ６の切り換え接点６−１が接点６−３の位置に接続されたまま、あるいは接点６−２と接続される。
さらに、「運転動作モード」が設定された場合には、選択信号Ｓ２によって選択スイッチ３の切り換え接点３−１を図３のように中立位置になるとともに、選択信号Ｓ３によって選択スイッチ６の切り換え接点６−１が図３の位置になり、かつ、制御信号Ｓ１によってスイッチ２が閉じた状態になる。
【００３８】
次に、第３実施形態では、設定・指示部８によって、３つの動作モードを設定できる上に、その３つの動作モードを適宜組み合わせることにより所望の運転パターンを設定できるので、以下にこれらについて説明する。
まず、「第１の運転パターン」として、第３実施形態とモータ５との配電線路の距離が短く配電線路における電圧降下が無視できる場合であって、モータ５を始動させて定格電圧で運転させる場合について説明する。
この場合には、操作者が、設定・指示部８に配置される「運転パターンボタン」を押下した後、「減電圧動作モード」と「運転動作モード」の各選択ボタンを順に押下し、さらに「設定完了ボタン」を押下する。これにより、「第１の運転パターン」の設定が完了する。
【００３９】
そして、その設定した「第１の運転パターン」の運転が開始されると、まず「減電圧動作モード」による動作が開始され、モータ５の印加電圧ＶＭとして電源４の電圧よりも低い電圧を印加させて、モータ５を始動させる。その後、「減電圧動作モード」から「運転動作モード」による動作に切り換わり、モータ５の印加電圧ＶＭとして電源４の電圧（定格電圧）を印加させて、モータ５の定格運転を行なう。
【００４０】
次に、「第１の運転パターン」に運転に加え、モータ５の運転中にその負荷に応じて運転を制御する「第２の運転パターン」について説明する。
この場合には、操作者が、設定・指示部８上で「第１の運転パターン」の設定をするときに、「モータ負荷制御」というボタンを押下すれば良い。
そして、その設定した「第２の運転パターン」の運転が開始されると、「第１の運転パターン」の設定の場合と同様に、「減電圧動作モード」によりモータ５が始動し、運転動作モード」によりモータ５の定格運転を行なう。
【００４１】
その後、モータが「運転動作モード」で動作中において、電流センサ７の検出電流が所定値以下になった場合には、例えばモータ５が無負荷の状態になったと判断し、「運転動作モード」から「減電圧動作モード」に運転を変更させる。これにより、モータ５の回転数を落とさずに省エネルギー運転を実現できる。
そして、電流センサ７の検出電流が所定値以上になった場合には、再びモータ５が負荷のある状態になったと判断し、「減電圧動作モード」から「運転動作モード」に運転を変更させ、モータ５を通常の定格運転に復帰させる。
【００４２】
次に、「第３の運転パターン」として、第３実施形態とモータ５との配電線路の距離が長く配電線路における電圧降下が無視できない場合であって、モータ５を始動させて定格電圧で運転させる場合について説明する。
この場合には、操作者が、設定・指示部８に配置される「運転パターンボタン」を押下した後、「昇電圧動作モード」と「運転動作モード」の各選択ボタンを順に押下し、さらに「設定完了ボタン」を押下する。これにより、「第３の運転パターン」の設定が完了する。
【００４３】
そして、その設定した「第３の運転パターン」の運転が開始されると、まず「昇電圧動作モード」による動作が開始され、モータ５の印加電圧ＶＭとして電源４の電圧よりも高い電圧を印加させて、モータ５を始動させる。その後、「運転動作モード」による動作に切り換わり、モータ５の印加電圧ＶＭとして電源４の電圧を印加させて、モータ５の定格運転を行なう。
【００４４】
（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態の構成を示す回路図である。
この第４実施形態に係るモータの始動装置は、図１に示す第１実施形態のモータの始動装置１００を３相誘導電動機に適用したものであり、３つの始動装置１００−１、１００−２、１００−３からなる。これらの始動装置１００−１、１００−２、１００−３のそれぞれは、図１の始動装置１００と構成が同じであるので、同一の構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
【００４５】
次に、始動装置１００−１、１００−２、１００−３のそれぞれは、図４に示すように、３相電源２００および３相誘導電動機３００に接続されるので、この接続について説明する。
始動装置１００−１の主巻線１１の一端側は３相電源２００の端子２０１に接続され、主巻線１１の他端側は３相誘導電動機３００の端子３０１に接続される。始動装置１００−１の主巻線１２のタップは３相電源２００の端子２０１に接続される。
【００４６】
始動装置１００−２の主巻線１１の一端側は３相電源２００の端子２０２に接続され、主巻線１１の他端側は３相誘導電動機３００の端子３０２に接続される。始動装置１００−２の主巻線１２のタップは３相電源２００の端子２０２に接続される。
始動装置１００−３の主巻線１１の一端側は３相電源２００の端子２０３に接続され、主巻線１１の他端側は３相誘導電動機３００の端子３０３に接続される。始動装置１００−３の主巻線１２のタップは３相電源２００の端子２０３に接続される。
【００４７】
さらに、始動装置１００−１、１００−２、１００−３の各選択スイッチ３の切り換え接点は共通接続されている。
このような構成の第４実施形態では、３つの動作モードがあるので、これについて図４を参照して説明する。
３つの動作モードは、第１実施形態の始動装置１００の場合と同様であって、「減電圧動作モード」、「昇電圧動作モード」、および「運転動作モード」である。
【００４８】
しかし、第４実施形態では、第１実施形態のように始動装置１００が１つではなく３つの始動装置１００−１、１００−２、１００−３を備えているので、各動作モードは３つの始動装置１００−１、１００−２、１００−３に対して同時に設定するようにしなければならない点が異なる。
ここで、第４実施形態を適用した３相誘導電動機の運転例は、第１実施形態を適用したモータの運転例が適用できるので、その説明は省略する。
【００４９】
（その他の実施形態）
上記の第４実施形態は、図１に示す第１実施形態のモータの始動装置１００を３相誘導電動機に適用した場合について説明した。
しかし、他の実施形態として、これに代えて図２に示す第２実施形態のモータの始動装置１００ａあるいは図３に示す第３実施形態のモータの始動装置１００ｂを、３相誘導電動機に適用するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１、１ａ 変圧器
２ スイッチ
３、６ 選択スイッチ
４ 電源
５ モータ
７ 電流センサ
８ 設定・指示部
９ コントローラ
１１ 主巻線
１２ 補助巻線
１００、１００ａ、１００ｂ 始動装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの始動装置、およびモータの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導電動機のモータの始動装置として、例えばリアクトル始動器及びコンドルファ始動器が知られている（例えば特許文献１など）。リアクトル始動器はモータと電源の間に始動リアクトルを挿入し、コンドルファ始動器はモータと電源の間に単巻変圧器を挿入して、モータを減電圧始動する。また、この種のモータの始動装置として、例えばスター・デルタ結線の切り換えにより減電圧始動するものが知られている（例えば特許文献２など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７１０６０号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、トンネル工事などの工事現場では、従来のモータの始動装置を設置したままとし、工事の進捗に応じてモータの移動が必要な場合がある。この場合には、工事の進捗に伴って始動装置とモータとの間の配電線路の距離が長くなるので、その距離が長くなるにしたがって配電線路の電圧降下が大きくなり、モータの起動が完了できないことがある。このような不具合は、従来のモータの始動装置を低電圧の長距離配電（例えば数１００ｍ程度）で使用する場合に顕著である。
【０００５】
このような不具合を回避するためには、例えば、上記の電圧降下を補償するためのトランスをモータの始動装置とは別個に設置することで解消できる。しかし、そのために新たなトランスが必要になる上に、そのトランスをモータの始動装置とは別個に設置するためのスペースが必要になる。
そこで、本発明の目的は、例えば低電圧の長距離配線で使用する場合に、その配線距離に伴う電圧降下を補償できる上に、省スペース化を実現できるようにしたモータの始動装置などを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第１の発明は、主巻線と補助巻線とを有する変圧器と、前記主巻線に並列接続され開閉動作する第１のスイッチと、前記補助巻線の両端の各端子と電源とを接続する第２のスイッチと、を備え、前記主巻線の一方の端子をモータに接続させ、前記補助巻線にタップを設け、前記タップと前記主巻線の他方の端子とを共通接続させてこの共通接続部を前記電源の一方の端子に接続させ、前記第２のスイッチは、第１の動作モードのときに前記補助巻線の一方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、第２の動作モードのときに前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、かつ、第３の動作モードのときに前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解くようになっている。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１の動作モードのときには、前記第１のスイッチを開動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の一方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、前記第２の動作モードのときには、前記第１のスイッチを開動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、前記第３の動作モードのときには、前記第１のスイッチを閉動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解くようにした。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記補助巻線は複数のタップを有し、前記複数のタップのうちの１つを任意に選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させる第３のスイッチを、さらに備えている。
第４の発明は、第１または第２の発明において、前記補助巻線は複数のタップを有し、前記複数のタップのうちの１つを前記モータに流れる電流に応じて選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させる第３のスイッチを、さらに備えている。
【０００９】
第５の発明は、主巻線と補助巻線とを有する変圧器を使用するモータの運転方法であって、前記補助巻線にタップを設けておき、前記タップと前記主巻線の一方の端子とを共通接続させ、この共通接続部を前記電源の一方の端子に接続させておくとともに、前記主巻線の他方の端子をモータに接続させておき、第１の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の一方の端子を電源の他方の端子に接続し、第２の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続し、第３の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解き、かつ、前記主巻線の両端を電気的に接続する。
第６の発明は、第５の発明において、前記補助巻線には複数のタップを設けておき、前記複数のタップのうちの１つを選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させておく。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、モータの印加電圧として、電源電圧よりも低い電圧、電源電圧、および電源電圧よりも高い電圧をそれぞれ生成し、その生成した電圧のうちの１つを選択してモータに供給（印加）できる。
このため、例えば、トンネル工事などの工事現場において、工事の進捗に伴ってモータのモータの始動装置とモータとの間の配電線路の距離が変化する場合には、配電線路の距離の変化に応じてモータの供給電圧を変更（調整）できる。このため、配電線路の距離の変化に応じて適正な電圧で始動、運転ができる上に、配電線路の距離が長くなって配電線路の電圧降下が無視できない場合には、その電圧降下を補償することができる。
【００１１】
また、本発明は、変圧器と複数のスイッチの組み合わせた簡易な構成で、始動機能の他に電源電圧の昇圧機能も備えるようにしたので、新たな昇圧機能が追加されたにもかかわらず、その設置スペースが従来のモータの始動装置と殆ど変わることがなく省スペース化を図ることができる。
さらに、本発明は、例えば、電源電圧よりも低い電圧でモータを始動させ、その後に電源電圧で通常動作をさせている場合において、モータが軽負荷のときには電源電圧よりも低い電圧で動作させることができる。このような場合には、省エネルギー効果を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第４実施形態の構成を示す回路図である。
【図５】トンネル工事の進捗状況と、この進捗状況に対応する始動装置およびモータの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の構成を示す回路図である。
この第１実施形態に係るモータの始動装置１００は、図１に示すように、変圧器１と、スイッチ２と、選択スイッチ３とを備え、誘導型のモータ（電動機）５に適用する３相結線のうち１相について（仮想の中性点間に接続されたモータとして）示したものである。そして、このモータの始動装置１００では、スイッチ２と選択スイッチ３の操作に応じてモータ５に供給する電圧を調整できるようになっている。
【００１４】
変圧器１は、主巻線（第１巻線）１１と補助巻線（第２巻線）１２とを有し、これらの巻線１１、１２は同一（共通）の鉄心に巻かれている。主巻線１１は、巻線数がｎ３からなり、その両端が端子１１−１、１１−２にそれぞれ接続されている。
補助巻線１２は、その両端が端子１２−１、１２−２にそれぞれ接続されている。また、補助巻線１２の所定位置（この例では中間位置）にはタップ１２−３が設けられている。さらに、端子１２−１とタップ１２−３との間の巻線数はｎ１であり、端子１２−２とタップ１２−３との間の巻線数はｎ２である。
【００１５】
ここで、この例では、巻線数ｎ１、ｎ２は、ｎ１＝ｎ２に設定されている。また、巻線数ｎ１、ｎ２、ｎ３は、ｎ１＞ｎ３、ｎ２＞ｎ３に設定されている。
主巻線１１の両端の端子１１−１、１１−２には、接点が開閉自在なスイッチ２が接続されている。また、主巻線１１の端子１１−１はモータ５の端子５−１と接続され、モータ５の端子５−２は電源４の端子４−２に接続されている。
補助巻線１２の端子１２−１、１２−２は、後述のように選択スイッチ３を介して電源４の端子４−２と接続されるようになっている。また、補助巻線１２のタップ１２−３は主巻線１１の端子１１−２と共通接続され、この共通接続部が電源４の端子４−１に接続されている。
【００１６】
選択スイッチ３は、通常は中立位置にある切り換え接点３−１と、切り換え接点３−１と接続される接点３−２、３−３とを有する。そして、切り換え接点３−１が電源４の端子４−２に接続され、接点３−２が補助巻線１２の端子１２−１に接続され、接点３−３が補助巻線１２の端子１２−２に接続されている。
このような接続により、選択スイッチ３は、後述のように動作モードに応じて、補助巻線１２の端子１２−１を電源４の端子４−２に接続させたり、補助巻線１２の端子１２−２を電源４の端子４−２に接続させたり、あるいは補助巻線１２の端子１２−１、１２−２の双方を電源４の端子４−２から切り離すことができる。
【００１７】
次に、このような構成の第１実施形態は３つの動作モードを有するので、これについて図１を参照して説明する。
３つの動作モードは、「減電圧動作モード」、「昇電圧動作モード」、および「運転動作モード」である。
まず、「減電圧動作モード」の場合には、スイッチ２の接点を開いた状態とし、この状態で選択スイッチ３の切り換え接点３−１を接点３−３側に接続させる。このときには、変圧器１の主巻線１１と補助巻線１２とは、減極性の接続になる。
【００１８】
上記のように、主巻線１１の巻線数ｎ３と補助巻線１２の端子１２−２とタップ１２−３との間の巻線数ｎ２は、ｎ２＞ｎ３の関係にある。このため、主巻線１１と補助巻線１２と間の電圧、すなわちモータ５の印加電圧ＶＭは、補助巻線１２の端子１２−１とタップ１２−３との間の電圧をＶＡ、主巻線１１の誘起電圧をＶＢとすると、次の（１）式のようになる。
ＶＭ＝ＶＡ−ＶＢ・・・（１）
このように、「減電圧動作モード」の場合には、電源４の電圧が主巻線１１の誘起電圧ＶＢ分だけ減圧されることになるので、モータ５の印加電圧ＶＭは電源４の電圧よりも低い電圧となる。ここで、印加電圧ＶＭの大きさは、主巻線１１の巻線数ｎ３と補助巻線１２の巻線数ｎ２とによって決まるので、その巻線数の比を任意に設定できる。
【００１９】
次に、「昇電圧動作モード」の場合には、スイッチ２の接点を開いた状態とし、この状態で選択スイッチ３の切り換え接点３−１を接点３−２側に接続させる。このときには、変圧器１の主巻線１１と補助巻線１２とは、加極性の接続になる。
上記のように、主巻線１１の巻線数ｎ３と補助巻線１２の端子１２−１とタップ１２−３との間の巻線数ｎ１は、ｎ１＞ｎ３の関係にある。このため、主巻線１１と補助巻線１２と間の電圧、すなわちモータ５の印加電圧ＶＭは、補助巻線１２の端子１２−１とタップ１２−３との間の電圧をＶＡとし、主巻線１１の誘起電圧をＶＢとすると、（２）式のようになる。
ＶＭ＝ＶＡ＋ＶＢ・・・（２）
【００２０】
このように、「昇電圧動作モード」の場合には、電源４の電圧に主巻線１１の誘起電圧ＶＢ分だけ加わることになるので、モータ５の印加電圧ＶＭは電源４の電圧よりも高い電圧となる。ここで、印加電圧ＶＭの大きさは、主巻線１１の巻線数ｎ３と補助巻線１２の巻線数ｎ１とによって決まるので、その巻線数の比を任意に設定できる。
さらに、「運転動作モード」の場合には、選択スイッチ３の切り換え接点３−１を図１のように中立位置とし、かつ、スイッチ２の接点を閉じた状態にする。これにより、変圧器１はその動作を停止し、電源４の電圧がモータ５に印加される。
【００２１】
次に、第１実施形態では、上記の３つの動作モードを使用してモータを運転させることができる。そこで、第１実施形態をトンネル工事で使用するモータに適用した場合について、図１および図５を参照して説明する。
工事の進捗状況が図５（Ａ）〜（Ｂ）の状態では、始動装置１００とモータ５との配電線路２０の距離が比較的短く、配電線路２０における電圧降下が小さいので、その電圧降下を無視できる。
そこで、この場合には、最初に「減電圧動作モード」を選択し、モータ５の印加電圧として電源４の電圧よりも低い電圧を印加させてモータ５を始動させる。その後、「減電圧動作モード」から「運転動作モード」に切り換え、モータ５の印加電圧として電源４の電圧（定格電圧）を印加させてモータ５の通常の運転を行なう。
【００２２】
そして、モータ５の運転の開始後に、モータ５の負荷が軽くなった場合には、「運転動作モード」から「減電圧動作モード」に運転を変更することができ、モータ５の回転数を落とさずに省エネルギー運転を実現できる。
そして、再びモータ５が負荷が重くなった場合には、「減電圧動作モード」から「運転動作モード」に運転を変更することができ、モータ５を通常の定格運転に復帰させることができる。
【００２３】
一方、工事の進捗状況が図５（Ｂ）〜（Ｃ）の状態では、始動装置１００とモータ５との配電線路２０の距離が比較的長く、配電線路２０における電圧降下が大きくなり、その電圧降下が無視できなくなる。
この場合には、配電線路の電圧降下のために「減電圧動作モード」を使用すると、モータ５の始動が完了しないおそれがある。そこで、最初に「昇電圧動作モード」を選択するので、その配電線路の電圧降下が補償され、モータ５の始動は円滑に行なわれる。
その後、配電線路の電圧降下が程度が大きくなく、モータ５の負荷が軽いような場合には、「昇電圧動作モード」から「運転動作モード」に切り換えても運転を継続することができる。一方、配電線路の電圧降下が程度が大きい上に、モータ５の負荷が重いような場合には、「昇電圧動作モード」のまま運転を継続すれば良い。
【００２４】
以上のように、第１実施形態では、トンネル工事などの工事現場において、工事の進捗に伴って始動装置とモータとの間の配電線路の距離が変化する場合には、配電線路の距離の変化に応じてモータの供給電圧を変更（調整）できる。このため、配電線路の距離の変化に応じて適正な電圧で始動、運転ができる上に、配電線路の距離が長くなって配電線路の電圧降下が無視できない場合には、その電圧降下を補償することができる。
また、第１実施形態では、変圧器と複数のスイッチの組み合わせた簡易な構成で、始動機能の他に電源電圧の昇圧機能も備えるようにしたので、新たな昇圧機能が追加されたにもかかわらず、その設置スペースが従来のモータの始動装置と殆ど変わることがなく省スペース化を図ることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の構成を示す回路図である。
この第２実施形態に係るモータの始動装置１００ａは、図１に示す第１実施形態のモータの始動装置１００の構成を基本とし、その第１実施形態の変圧器１を図２に示す変圧器１ａに変更するとともに、選択スイッチ６を追加したものである。
したがって、図１の第１実施形態と同一の構成要素には同一符号を付してその説明をできるだけ省略し、以下では変更、追加した点の構成について主に説明する。
【００２６】
変圧器１ａは、図１の変圧器１と同様に主巻線１１と補助巻線１２とを有し、これらの巻線１１、１２は同一の鉄心に巻かれている。補助巻線１２には、タップ１２−３の他にタップ１２−４、１２−５が追加され、タップが複数になっている点が異なる。
選択スイッチ６は、補助巻線１２のタップ１２−３、１２−４、１２−５と電源４の端子４−１との接続を選択するものであり、通常は、補助巻線１２のタップ１２−３と電源４の端子４−１の接続が選択されている。
【００２７】
このため、選択スイッチ６は、切り換え接点６−１と、３つの端子６−２、６−３、６−４とを有する。そして、切り換え接点６−１は、電源４の端子４−１に接続されている。また、端子６−２は補助巻線１２のタップ１２−４に接続され、端子６−３は補助巻線１２のタップ１２−３に接続され、端子６−４は補助巻線１２のタップ１２−５に接続されている。
【００２８】
次に、このような構成の第２実施形態は３つの動作モードがあるので、これについて図２を参照して説明する。
３つの動作モードは、第１実施形態の場合と同様であって、「減電圧動作モード」、「昇電圧動作モード」、および「運転動作モード」であるが、選択スイッチ６を追加などしているのでその点で以下のように異なる。
【００２９】
「減電圧動作モード」の場合には、スイッチ２の接点を開いた状態とし、この状態で選択スイッチ３の切り換え接点３−１を接点３−３側に接続させ、かつ、選択スイッチ６の切り換え接点６−１を例えば接点６−３の位置に接続させたままとする。この場合には、第１実施形態において「減電圧動作モード」を設定した場合に相当する。
しかし、第２実施形態では、選択スイッチ６の切り換え接点６−１を接点６−３の位置から接点６−４の位置に切り換えておくことができるので、モータ５の印加電圧を第１実施形態の「減電圧動作モード」の場合に比べて細かに調整できる。
【００３０】
次に、「昇電圧動作モード」の場合には、スイッチ２の接点を開いた状態とし、この状態で選択スイッチ３の切り換え接点３−１を接点３−２側に接続させ、かつ、選択スイッチ６の切り換え接点６−１を例えば接点６−３の位置に接続させたままとする。この場合には、第１実施形態において「昇電圧動作モード」を設定した場合に相当する。
しかし、第２実施形態では、選択スイッチ６の切り換え接点６−１を接点６−３の位置から接点６−２の位置に切り換えておくことができるので、モータ５の印加電圧を第１実施形態の「減電圧動作モード」の場合に比べて細かに調整できる。
【００３１】
さらに、「運転動作モード」の場合には、選択スイッチ３の切り換え接点３−１を図２のように中立位置にするとともに、選択スイッチ６の切り換え接点６−１を図２の位置とし、かつ、スイッチ２の接点を閉じた状態にする。この場合には、第１実施形態において「運転動作モード」を設定した場合に相当する。
ここで、第２実施形態を適用したモータの運転例は、第１実施形態を適用したモータの運転例が適用できる。
【００３２】
ただし、この２実施形態では、選択スイッチ６を追加するようにした。このため、「減電圧動作モード」あるいは「昇圧電圧動作モード」で運転中において、モータ５に流れる電流を電流センサ（図示せず）で検出し、この検出値に応じて選択スイッチ６の切り換え接点６−１の切り換えを行なうようにしても良い。
以上のように、第２実施形態では、第１実施形態の構成を基本にし、さらに、変圧器１ａの補助巻線１２のタップを複数にするとともに、選択スイッチ６を追加するようにした。このため、選択スイッチ６を使用することにより、「減電圧動作モード」や「昇電圧動作モード」を設定するときに、モータ５の印加電圧ＶＭを細かに調整できる（増減することができる）。
【００３３】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態の構成を示す回路図である。
この第３実施形態に係るモータの始動装置１００ｂは、図３に示すように、図２に示す第２実施形態のモータの始動装置１００ａの構成を基本にし、これに電流センサ７、設定・指示部８、およびコントローラ９を追加するようにしたものである。
したがって、図２の第２実施形態と同一の構成要素には同一符号を付してその説明をできるだけ省略し、以下では追加した点の構成について主に説明する。
【００３４】
電流センサ７は、モータ５に流れる電流を検出し、この検出電流をコントローラ９に出力するようになっている。設定・指示部８は、操作者がモータ５の始動、運転などを設定、指示すると、その設定、指示の内容がコントローラ９に入力されるようになっている。コントローラ９は、電流センサ７の検出電流、設定・指示部８で設定、指示される内容に基づき、スイッチ２の開閉制御を行なう制御信号Ｓ１、選択スイッチ３の選択信号Ｓ２、および選択スイッチ６の選択信号Ｓ３を制御するようになっている。
【００３５】
ここで、スイッチ２、選択スイッチ３、および選択スイッチ６は、コントローラ９からの制御信号Ｓ１、選択信号Ｓ２、および選択信号Ｓ３により制御できるようにトランジスタなどの電子的なスイッチにより構成されている。
このような構成の第３実施形態では、設定・指示部８によって、３つの動作モードを設定できるので、設定した場合のコントローラ９の制御について以下に説明する。
【００３６】
このように設定・指示部８で設定できる３つの動作モードは、第２実施形態の場合と同様であって、「減電圧動作モード」、「昇電圧動作モード」、および「運転動作モード」からなる。
まず、「減電圧動作モード」が設定された場合には、制御信号Ｓ１によってスイッチ２が開いた状態となり、その後に選択信号Ｓ２によって選択スイッチ３の切り換え接点３−１が接点３−３側に接続され、かつ、選択信号Ｓ３によって選択スイッチ６の切り換え接点６−１が接点６−３の位置に接続されたまま、あるいは接点６−４と接続される。
【００３７】
次に、「昇電圧動作モード」が設定された場合には、制御信号Ｓ１によってスイッチ２が開いた状態となり、その後に選択信号Ｓ２によって選択スイッチ３の切り換え接点３−１が接点３−２側に接続され、かつ、選択信号Ｓ３によって選択スイッチ６の切り換え接点６−１が接点６−３の位置に接続されたまま、あるいは接点６−２と接続される。
さらに、「運転動作モード」が設定された場合には、選択信号Ｓ２によって選択スイッチ３の切り換え接点３−１を図３のように中立位置になるとともに、選択信号Ｓ３によって選択スイッチ６の切り換え接点６−１が図３の位置になり、かつ、制御信号Ｓ１によってスイッチ２が閉じた状態になる。
【００３８】
次に、第３実施形態では、設定・指示部８によって、３つの動作モードを設定できる上に、その３つの動作モードを適宜組み合わせることにより所望の運転パターンを設定できるので、以下にこれらについて説明する。
まず、「第１の運転パターン」として、第３実施形態とモータ５との配電線路の距離が短く配電線路における電圧降下が無視できる場合であって、モータ５を始動させて定格電圧で運転させる場合について説明する。
この場合には、操作者が、設定・指示部８に配置される「運転パターンボタン」を押下した後、「減電圧動作モード」と「運転動作モード」の各選択ボタンを順に押下し、さらに「設定完了ボタン」を押下する。これにより、「第１の運転パターン」の設定が完了する。
【００３９】
そして、その設定した「第１の運転パターン」の運転が開始されると、まず「減電圧動作モード」による動作が開始され、モータ５の印加電圧ＶＭとして電源４の電圧よりも低い電圧を印加させて、モータ５を始動させる。その後、「減電圧動作モード」から「運転動作モード」による動作に切り換わり、モータ５の印加電圧ＶＭとして電源４の電圧（定格電圧）を印加させて、モータ５の定格運転を行なう。
【００４０】
次に、「第１の運転パターン」に運転に加え、モータ５の運転中にその負荷に応じて運転を制御する「第２の運転パターン」について説明する。
この場合には、操作者が、設定・指示部８上で「第１の運転パターン」の設定をするときに、「モータ負荷制御」というボタンを押下すれば良い。
そして、その設定した「第２の運転パターン」の運転が開始されると、「第１の運転パターン」の設定の場合と同様に、「減電圧動作モード」によりモータ５が始動し、運転動作モード」によりモータ５の定格運転を行なう。
【００４１】
その後、モータが「運転動作モード」で動作中において、電流センサ７の検出電流が所定値以下になった場合には、例えばモータ５が無負荷の状態になったと判断し、「運転動作モード」から「減電圧動作モード」に運転を変更させる。これにより、モータ５の回転数を落とさずに省エネルギー運転を実現できる。
そして、電流センサ７の検出電流が所定値以上になった場合には、再びモータ５が負荷のある状態になったと判断し、「減電圧動作モード」から「運転動作モード」に運転を変更させ、モータ５を通常の定格運転に復帰させる。
【００４２】
次に、「第３の運転パターン」として、第３実施形態とモータ５との配電線路の距離が長く配電線路における電圧降下が無視できない場合であって、モータ５を始動させて定格電圧で運転させる場合について説明する。
この場合には、操作者が、設定・指示部８に配置される「運転パターンボタン」を押下した後、「昇電圧動作モード」と「運転動作モード」の各選択ボタンを順に押下し、さらに「設定完了ボタン」を押下する。これにより、「第３の運転パターン」の設定が完了する。
【００４３】
そして、その設定した「第３の運転パターン」の運転が開始されると、まず「昇電圧動作モード」による動作が開始され、モータ５の印加電圧ＶＭとして電源４の電圧よりも高い電圧を印加させて、モータ５を始動させる。その後、「運転動作モード」による動作に切り換わり、モータ５の印加電圧ＶＭとして電源４の電圧を印加させて、モータ５の定格運転を行なう。
【００４４】
（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態の構成を示す回路図である。
この第４実施形態に係るモータの始動装置は、図１に示す第１実施形態のモータの始動装置１００を３相誘導電動機に適用したものであり、３つの始動装置１００−１、１００−２、１００−３からなる。これらの始動装置１００−１、１００−２、１００−３のそれぞれは、図１の始動装置１００と構成が同じであるので、同一の構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
【００４５】
次に、始動装置１００−１、１００−２、１００−３のそれぞれは、図４に示すように、３相電源２００および３相誘導電動機３００に接続されるので、この接続について説明する。
始動装置１００−１の主巻線１１の一端側は３相電源２００の端子２０１に接続され、主巻線１１の他端側は３相誘導電動機３００の端子３０１に接続される。始動装置１００−１の主巻線１２のタップは３相電源２００の端子２０１に接続される。
【００４６】
始動装置１００−２の主巻線１１の一端側は３相電源２００の端子２０２に接続され、主巻線１１の他端側は３相誘導電動機３００の端子３０２に接続される。始動装置１００−２の主巻線１２のタップは３相電源２００の端子２０２に接続される。
始動装置１００−３の主巻線１１の一端側は３相電源２００の端子２０３に接続され、主巻線１１の他端側は３相誘導電動機３００の端子３０３に接続される。始動装置１００−３の主巻線１２のタップは３相電源２００の端子２０３に接続される。
【００４７】
さらに、始動装置１００−１、１００−２、１００−３の各選択スイッチ３の切り換え接点は共通接続されている。
このような構成の第４実施形態では、３つの動作モードがあるので、これについて図４を参照して説明する。
３つの動作モードは、第１実施形態の始動装置１００の場合と同様であって、「減電圧動作モード」、「昇電圧動作モード」、および「運転動作モード」である。
【００４８】
しかし、第４実施形態では、第１実施形態のように始動装置１００が１つではなく３つの始動装置１００−１、１００−２、１００−３を備えているので、各動作モードは３つの始動装置１００−１、１００−２、１００−３に対して同時に設定するようにしなければならない点が異なる。
ここで、第４実施形態を適用した３相誘導電動機の運転例は、第１実施形態を適用したモータの運転例が適用できるので、その説明は省略する。
【００４９】
（その他の実施形態）
上記の第４実施形態は、図１に示す第１実施形態のモータの始動装置１００を３相誘導電動機に適用した場合について説明した。
しかし、他の実施形態として、これに代えて図２に示す第２実施形態のモータの始動装置１００ａあるいは図３に示す第３実施形態のモータの始動装置１００ｂを、３相誘導電動機に適用するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１、１ａ 変圧器
２ スイッチ
３、６ 選択スイッチ
４ 電源
５ モータ
７ 電流センサ
８ 設定・指示部
９ コントローラ
１１ 主巻線
１２ 補助巻線
１００、１００ａ、１００ｂ 始動装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主巻線と補助巻線とを有する変圧器と、
前記主巻線に並列接続され開閉動作する第１のスイッチと、
前記補助巻線の両端の各端子と電源とを接続する第２のスイッチと、を備え、
前記主巻線の一方の端子をモータに接続させ、
前記補助巻線にタップを設け、前記タップと前記主巻線の他方の端子とを共通接続させてこの共通接続部を前記電源の一方の端子に接続させ、
前記第２のスイッチは、第１の動作モードのときに前記補助巻線の一方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、第２の動作モードのときに前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、かつ、第３の動作モードのときに前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解くようになっていることを特徴とするモータの始動装置。
【請求項２】
前記第１の動作モードのときには、前記第１のスイッチを開動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の一方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、
前記第２の動作モードのときには、前記第１のスイッチを開動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、
前記第３の動作モードのときには、前記第１のスイッチを閉動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解くようにしたことを特徴とする請求項１に記載のモータの始動装置。
【請求項３】
前記補助巻線は複数のタップを有し、
前記複数のタップのうちの１つを任意に選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させる第３のスイッチを、さらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータの始動装置。
【請求項４】
前記補助巻線は複数のタップを有し、
前記複数のタップのうちの１つを前記モータに流れる電流に応じて選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させる第３のスイッチを、さらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータの始動装置。
【請求項５】
主巻線と補助巻線とを有する変圧器を使用するモータの運転方法であって、
前記補助巻線にタップを設けておき、前記タップと前記主巻線の一方の端子とを共通接続させ、この共通接続部を前記電源の一方の端子に接続させておくとともに、前記主巻線の他方の端子をモータに接続させておき、
第１の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の一方の端子を電源の他方の端子に接続し、
第２の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続し、
第３の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解き、かつ、前記主巻線の両端を電気的に接続することを特徴とするモータの運転方法。
【請求項６】
前記補助巻線には複数のタップを設けておき、前記複数のタップのうちの１つを選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させておくことを特徴とする請求項５に記載のモータの運転方法。
【請求項１】
主巻線と補助巻線とを有する変圧器と、
前記主巻線に並列接続され開閉動作する第１のスイッチと、
前記補助巻線の両端の各端子と電源とを接続する第２のスイッチと、を備え、
前記主巻線の一方の端子をモータに接続させ、
前記補助巻線にタップを設け、前記タップと前記主巻線の他方の端子とを共通接続させてこの共通接続部を前記電源の一方の端子に接続させ、
前記第２のスイッチは、第１の動作モードのときに前記補助巻線の一方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、第２の動作モードのときに前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、かつ、第３の動作モードのときに前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解くようになっていることを特徴とするモータの始動装置。
【請求項２】
前記第１の動作モードのときには、前記第１のスイッチを開動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の一方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、
前記第２の動作モードのときには、前記第１のスイッチを開動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続させ、
前記第３の動作モードのときには、前記第１のスイッチを閉動作させ、かつ、前記第２のスイッチは前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解くようにしたことを特徴とする請求項１に記載のモータの始動装置。
【請求項３】
前記補助巻線は複数のタップを有し、
前記複数のタップのうちの１つを任意に選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させる第３のスイッチを、さらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータの始動装置。
【請求項４】
前記補助巻線は複数のタップを有し、
前記複数のタップのうちの１つを前記モータに流れる電流に応じて選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させる第３のスイッチを、さらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータの始動装置。
【請求項５】
主巻線と補助巻線とを有する変圧器を使用するモータの運転方法であって、
前記補助巻線にタップを設けておき、前記タップと前記主巻線の一方の端子とを共通接続させ、この共通接続部を前記電源の一方の端子に接続させておくとともに、前記主巻線の他方の端子をモータに接続させておき、
第１の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の一方の端子を電源の他方の端子に接続し、
第２の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の他方の端子を前記電源の他方の端子に接続し、
第３の運転モードで運転するときには、前記補助巻線の双方の端子と前記電源の他方の端子との接続を解き、かつ、前記主巻線の両端を電気的に接続することを特徴とするモータの運転方法。
【請求項６】
前記補助巻線には複数のタップを設けておき、前記複数のタップのうちの１つを選択し、この選択したタップを前記電源の一方の端子と接続させておくことを特徴とする請求項５に記載のモータの運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２５９６６３（Ｐ２０１１−２５９６６３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４０２１（Ｐ２０１０−１３４０２１）
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【出願人】（５９４０１０４３４）電光工業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【出願人】（５９４０１０４３４）電光工業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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