JPS6318817B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、単相モータ始動用リレーに関し、特
に改良型サーマルリレーを用いた電気冷蔵庫の圧
縮機等で使用される単相非同期モータの始動用リ
レーに関する。より詳しく述べると、本発明は、
電気抵抗が正の温度係数（PTC）を持つ物質の
ウエーフア（wafer）を使つた、ソリツド・ステ
ートサーマルリレーを用いる。そのPTC材料と
しては、この方面の技術に熟達した者がよく知つ
ている種類の材料を使う。

［従来の技術］ 従来は、モータ始動用として、冷蔵庫の圧縮機
モータ等の始動巻線には正の抵抗温度係数を持つ
抵抗素子を直列に接続して、モータ始動時には始
動巻線に大きな始動電流が流れるようにしてい
る。その後この抵抗素子はモータ電流により自己
加熱し、モータの回転中は高抵抗状態に保たれ
る。つまり、始動動作完了後始動巻線に流れる電
流は非常に小さくなるようにしている。また、モ
ータ保護装置その他の働きによりモータの回転が
停止されると、この抵抗素子の温度は下がり、次
のモータ始動に備えるようにしている。以上のよ
うな従来の構成においては、モータの正常回転中
も抵抗素子で電力消費が行なわれ、少くなくとも
ある程度は、モータの動作効率に影響を及ぼす。
更に、抵抗素子が十分冷えていないときには、モ
ータを再始動させようとしても、抵抗素子の状態
により正常な再始動が行なわれないかもしれな
い。そこで、抵抗素子の電力消費を非常に低いレ
ベルに抑え、同時に、モータの停止後すぐ再始動
させたい場合にもすみやかにモータ再始動が可能
となるよう、モータ停止後急速に冷えるような抵
抗を利用することが望ましい。

［発明が解決すべき問題点］ 本発明は、正の抵抗温度係数を持つ抵抗素子を
用い、モータ回転中の抵抗素子における電力消費
損失を非常に低いレベルに抑え、かつ、モータ回
転の中断後モータの再始動に備え素早くリレーを
リセツトするため上記抵抗素子が急速に冷えるこ
とのできるモータ始動用リレーを提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 始動用リレーは、正の抵抗温度係数をもち、あ
る選択された温度レベル以上に熱せられると抵抗
率が急激に増加する材料で作つた抵抗器と、上記
抵抗器をモータの始動巻線と直列に接続するため
上記抵抗器の反対側の両面にそれぞれ電気的に接
触する弾力性ある導電性金属の一対の接触装置
と、熱絶縁材料で作られこれらの抵抗器と接触装
置を収める容器とからなり、一対の接触装置は、
容器と抵抗器のそれぞれの両面との間に配置さ
れ、抵抗器の表面の大部分は、容器から離して保
持され、接触装置は比較的高い熱抵抗の材料の少
なくともいくらかの導電性金属部分をもちまた、
容器は、接触装置の熱伝導特性と協力するため始
動用リレーの熱質量及び容器の表面積対体積比を
制限するために、小形で球形で抵抗器及び接触装
置の本質的部分を実質的に囲みかつしつかりと取
り巻いている。

［作用］ 抵抗器は、一対の接触装置を通つてモータの始
動巻線と電源の間に直列に接続され、始動時には
抵抗器は抵抗率が低いので十分な始動電流が流れ
てモータは始動するが、始動が完了すると抵抗器
の自己加熱により抵抗率が急激に増加して始動巻
線には電流が流れなくなりモータは主巻線に流れ
る電流により回転を続ける。抵抗器の両面は一対
の接触装置により容器から離れて保持され、抵抗
器から容器への直接の熱伝導を阻止し、また接触
装置はその比較的高い熱抵抗の導電性金属部分に
より抵抗器から接触装置を経て容器への熱伝導も
阻止する。また、抵抗器及び接触装置を取り囲む
小形で球形の容器は、その表面積対体積比を制限
する。

［実施例］ 以下に添付図面を参照しながら、本発明をその
望ましい実施例について説明する。

まず第１図において、サーマルリレーを用いる
本発明による始動用リレー５０には電気的及び熱
的な絶縁材料でできたケース（容器）１があり、
そのケース１の中には、この方面の技術に熟達し
た者ならよく知つているような種類の正の温度係
数（PTC）を持つ材料（例えば、ダンホス
（Danfoss）Ａ／Ｓの米国特許第3750082号及び第
3842188号を参照）でできた抵抗器としてのウエ
ーフア２が配置してある。このPTCウエーフア
２は、モータの始動巻線と直列に接続されるよう
になつており（第１０ａ図〜第１０ｃ図）、モー
タの始動時には始動巻線はウエーフア２を通して
励磁され、そしてモータの始動が完了すると非励
磁となる。モータの始動開始時にはウエーフア２
は比較的に冷えており電気抵抗が低くモータ始動
のため大きな電流を流す。この大きな電流により
ウエーフア２は直ちに自己加熱を始めて次第に抵
抗が大きくなり、これにより始動巻線の電流も減
少する。これは、ウエーフア２を流れる減少した
電流により発生する熱がウエーフア２で消費され
る熱と平衡するまで続く。平衡した状態では始動
巻線電流は極めて小さいので始動巻線は実質的に
非励磁となるが、ウエーフア２はその平衡した温
度に維持される。ウエーフア２の大きさは、始動
巻線の必要な機能を十分に実現できる範囲内で、
より小さいことが望ましい。PTC材料としては、
従来からあるドーピングによるチタン酸バリウム
セラミツクを使つていて、そのキユリー点温度は
130℃である。標準的なウエーフア２の寸法は直
径1.75cmで、その重さは220Vモータ用の場合約
５ｇ、120Vモータ始動用の場合は小さくなつて
約３ｇである。

ウエーフア２の位置は、ケース１の内面にある
リブ（rib）３と、電気的な接続装置６，７に固
定されている二つの板ばね４，５とによつて決め
られている。接続装置６，７と板ばね４，５によ
り一対の接触装置を構成する。接続装置６，７に
ついては以下で詳しく説明する。板ばね４，５に
はフイン（もしくはアーム）４ａ，４ｂ及び５
ａ，５ｂがあつて、それぞれ、ウエーフア２の両
面に従来の方法で付着されている金属面８，９に
接触するようになつている。

電気接続装置６，７には、上部に「クイツク・
コネクト（quick−connect）」型端子１０，１
０′，１１，１１′が、下部には弾力性のある「プ
ラグ・オン（plug−on）」コネクター１２，１３
が付いている。「プラグ・オン」コネクター１２，
１３は、冷蔵庫圧縮機の、参照番号５１で示す、
気密コネクタ（フユーザイト（fusite））上もし
くは適当な端子板上のピン５１．１に差し込む
と、自動的に調節されてはまるようになつてい
る。このような気密コネクタ５１を使用する理由
は、冷蔵庫圧縮機用モータは、従来から密閉ケー
スに収められ、このため外部配線との接続のため
気密コネクタ５１を必要とする。気密コネクタ５
１（一般にフユーザイトコネクタと呼ばれる）
は、ガラス封止の引出しピンをもち、これらのピ
ンはモータ巻線に接続されると共にモータのケー
スから相互にも、またケースに対しても封止さ
れ、電気的に絶縁されてモータのケースから突出
する。「プラグ・オン」コネクター１２，１３は、
これら気密のコネクタピンに自動的に調節されて
嵌まるようになつている。このような引出しピン
のための気密コネクタ５１は、第１図及び第１１
ａ図〜第１１ｃ図に示され、ピンは参照番号５
１．１で示され、また第１０ａ図〜第１０ｃ図で
は、黒点がこれに相当する。また電気接続装置
６，７は、ケース１の内側に作つてある突出部
（もしくはリブ）１４，１５及び１６，１７によ
つて適切な位置に保持されている。ケース１の外
側には孔１８，１９があつて、装置のふたに作つ
てあるつめ（もしくは舌）をはめるようになつて
いる。第１図にはそのつめは示されていない。

第２図は第１図を２−２の線で切つた断面図
で、ケース１にふた２０が嵌つているところを示
してある。ふた２０のはつきり図示しなかつた部
分は破線２１で外形を示した。つまり曲面部分２
０ａは波状の平面部分２０ｂとつながつていて、
本発明の装置を気密コネクタ５１もしくは他の電
気接続装置のピン５１．１に差し込むのに便利な
ようになつている。

第３図は、第１図の３−３の線で切つたときの
断面図で、同図装置を気密コネクタ（フユーザイ
ト）５１（もしくは他の接続装置）と切り離した
状態で示してある。この図では、ふた２０がケー
ス１にはめてあつて、孔１８，１９にはふた２０
のスナツプ動作をするつめ（もしくは舌）２２，
２３が係合している。端子１０，１１はピン・ケ
ーブル５６へとつながつている。その他の要素に
ついては説明済みであるから、ここで繰り返すこ
とはしない。

第４図には、第２図及び第３図に部分的に示し
た、ふたを上からみたところが表わしてある。図
のように四角形のフランジ素子２４には、接続端
子１０，１０′，１１，１１′を通す孔２５，２
６，２７，２８と、ケース１の孔１８，１９には
め込むつめ（もしくは舌）２２，２３とが付いて
いる。また第４図中には曲面部分２０ａと波状部
分２０ｂも示してある。第５図は、第４図を線５
−５で切つたときの断面図である。

第６図及び第７図は、それぞれ、第２図及び第
３図に部分的に示したふたを下から見たときの図
と、７−７の線で切つたときの断面図とである。
これらの図にはふた２０の内側にあるリブ３．
１，３．２が示してあつて、これらのリブによ
り、第７図中に破線２ａで示すウエーフア２の位
置を定めている。またこれらのリブはウエーフア
２を囲むようになつているが、ウエーフア２の温
度がモータ回転中の温度に達した後は、ウエーフ
ア２からケース１への熱伝導が最少になるよう、
つまりはウエーフア２の電力損失が最少になるよ
うにしてある。ケース１及びふた２０の形もリレ
ー全体としてみれば、図にあるように、だいたい
球形の外形をしていて、サーマルリレーの構造を
表面積対体積比が最少になるようにすることによ
り、サーマルリレーの温度がモータ回転中の温度
に達した後の電力損失をさらに小さくしている。

第８図には、本発明による始動用リレーの電気
接続装置６もしくは７の細部が示してある。接続
装置７について説明すると、その本体２９上には
「クイツク・コネクト」型の端子１１，１１′が形
成され、また「プラグ・オン」型のソケツト１３
が本体２９に溶接されている。ソケツト１３は気
密コネクタ５１上のピン５１．１に接続されるよ
うになつている。本体２９の中央部には、先に第
１図の４，５について説明したように、ウエーフ
ア２を保持し、それと接触する薄いばね５が固定
されている。その、本体への固定法としてはスポ
ツト溶接が望ましい。

第９ａ図及び第９ｂ図は、本発明による始動用
リレー（サーマルリレー）のウエーフア２を、保
持しそれと接触するばね５の細部を表わした図で
ある。

ばね５の本体３０は適当な導電率を持ち、か
つ、比較的高い熱抵抗を持つ、ステンレス・スチ
ールのような金属材料でできていて、その中央部
分３１は、この始動用リレーの電気接続装置７本
体２９に固定（スポツト溶接によることが望まし
い）するようになつている。またこのばね本体３
０には２つのフイン（fin）３２，３３があつて、
それらの狭くなつている端３４，３５は折り返し
になつている。これらの端部分にはそれぞれ高導
電性物質（銀等）の層３６が付けてあつて、ウエ
ーフア２の金属面８もしくは９と良好な電気的接
触をするようになつている。銀コーテイングは、
「トツプ・レイ（top−lay）」、「メツキ」、「テープ
溶接」等の適当な方法によつて行なう。ばね４，
５を高熱抵抗材料で作り、その断面積を比較的小
さいものにし、また、ウエーフア２との間の熱伝
導部分を小さくしてあるのは、ウエーフア２から
ケース１への熱伝導を小さくし、それによつてリ
レーの温度がモータ回転時の温度に達してからの
電力損失を少なくするためである。つまり、それ
らのばねを、ウエーフア２とサーマルリレー容器
１との間の熱的障壁にしているのである。ウエー
フア２の熱消失を効果的に阻止するため、ばね
４，５の熱抵抗R_T（秒・℃／カロリー）は1000程
度以上であることが望ましい。

また、機械的な意味から、フイン３２，３３に
はフイン強化用リブ３７，３８が付けてあつて、
フイン３２，３３をウエーフア２に適当な圧力で
押し付けるようにしてある。さらに、図示してい
ないが、フイン３２，３３に溝を設けて、ばね
４，５を通しての熱伝導を抑えることも考えられ
る。溝を設ける場所としては、フイン中央のリブ
３７のところや、リブ３８のところが考えられ
る。上に説明した構造のばね３０は１つの実用的
な例であるが、本発明の始動用リレー５０にはコ
イルばねを使うこともできる。

本発明の望ましい実施例においては、ウエーフ
ア２の寸法を小さく選んであり、先に述べたよう
にサーマルリレーの容器の外形はだいたい球形
で、ばね４及び５も先に説明したように熱抵抗が
大きいため、モータ回転時の温度でのこのサーマ
ルリレーからの損失は、120Vもしくは220Vのモ
ータに使用した場合、モータ停止後再始動に備え
200秒程度以下の時間で冷えるようにしていても、
2.0W程度以下という小さい値になつている。つ
まり、サーマルリレーでの電力損失をできるだけ
小さくするため、高抵抗状態でウエーフア２に流
れる電流レベルが低くなるよう熱消失速度を抑え
たとしても、先に説明したようにこのサーマルリ
レーは熱容量が小さい構造をしているから、モー
タ停止後比較的短い時間の内に冷えて、元の状態
に戻ることができるのである。

付け加えると、ウエーフア２とばね４，５との
系の機械共振周波数が通常遭遇する励振周波数よ
り遠く離れた適切な周波数となるよう、ばねの構
造及び係数Ｋ＝応力／歪を選ぶべきである。励振
周波数としては、冷蔵庫用モータ圧縮機の場合、
50Hzから60Hzの電源により発生するものが考えら
れる。したがつて、ばね−ウエーフア系の共振周
波数は300Hz以上にすることが望ましい。

ウエーフア２の各面に２つずつある「クイツ
ク・コネクト」端子により、第１０ａ図、第１０
ｂ図、第１０ｃ図のような各利用法が可能となつ
ている。

第１０ａ図はウエーフア２だけを使つての始
動、第１０ｂ図はウエーフア２と並列コンデンサ
５５を使つての始動、第１０ｃ図はウエーフア２
と直列コンデンサ５５を使つての始動をそれぞれ
示している。このような構成において、ウエーフ
ア２はモータ始動のため最初は大きな電流を始動
巻線に流すが、自己加熱の期間が過ぎると温度が
上昇して抵抗が増加し、モータ始動が完了すると
本質的に非励磁とする。これらの回路構成は、こ
の方面の技術に熟達した者ならよく知つているの
で、ここでは詳しく説明しない。

第１０ａ図及び第１０ｂ図の回路構成の場合、
サーマルリレーを第１図や第２図に示したような
気密コネクタにつなぐ、つまりサーマルリレーを
気密コネクタの２つのピンに差し込んで電気的に
接続するのである。

一方、第１０ｃ図のように直列コンデンサを使
う場合は、気密コネクタの１つのピンはサーマル
リレーと電気的に接続するが、もう１つの別のピ
ンとは電気的にではなく物理的に補助構成要素で
つないで、サーマルリレーを支えるようにする。

第１１ａ図、第１１ｂ図、第１１ｃ図には、第
１０ｃ図の回路でサーマルリレー５０をモータ上
の三極気密コネクタ５１に固定する、本発明によ
る３つの例が示してある。

第１１ａ図では、「プラグ・オン」コネクター
１２，１３の一方と、補助ブラケツト５３とを使
つて、サーマルリレー５０を気密コネクタ５１に
固定している。第１１ｂ図は、サーマルリレー５
０のケース上に直接支持部分５４が形成されてい
る例である。第１１ｃ図は第１１ｂ図の変形で、
第１１ｂ図とは異なる位置に支持部分５４があ
る。

第１２図は、本発明に使用するサーマルリレー
製造の、円形構成を持つ組み立てラインを例示し
たものである。以下に説明する、本発明による方
式では、「オン・ライン」の部品組み立てと「回
転台」上の部品組み立てとが組み合わせてあり、
それらの間に同期がとられている。これらのライ
ンの各工程を以下に説明する。

まず、ストリツプ（strip）形式の接続装置６，
７を２つの組み立てラインＡ，Ｂ及びA′，B′に
入れる。Ａ，A′では、コネクタ１２，１３が供
給され、これらを接続装置６，７上に位置決めし
て溶接する。Ｂ，B′では、ストリツプ形式のば
ね４，５が供給され、このばねを接続装置６，７
上に位置決めして溶接し、さらにばねストリツプ
から切り離す。

以上の工程によつて、上記ライン終端では、コ
ネクター１２，１３及びばね４，５が取り付けら
れたストリツプ形式になつている接続装置６，７
が得られ、あとはこれらをケース１に差し込めば
よい。

その組み立て工程内容は以下の通りである。

回転台装置５６のステーシヨン（station）Ｃ
にケース１が振動ルーラーで送られてくると、こ
のステーシヨンではそのケースを回転台上にある
適当な取り付け具に載せる。

台が回転すると、載せられたケースはステーシ
ヨンＤに移る。

その間に上記補助ラインＡ，Ｂ及びA′，B′か
ら、コネクターとばねの付いた、依然ストリツプ
形式の接続装置６，７がステーシヨンＤ及びＥに
送られる。

ステーシヨンＤ及びＥでは、コネクター及びば
ねの付いた接続装置をつかみ、これをストリツプ
から切り離し、続いてケース１に押し込む。

ステーシヨンＦでは、送り装置によりPTCウ
エーフアを接点（ばね４，５の）の間に差し込
み、それらの接点の力でウエーフアを保持させ
る。

以上のようにして組み立てられたサーマルリレ
ー構成要素は、回転台によつてステーシヨンＧに
移動する。ステーシヨンＧへはふた２０が振動ル
ーラーで運ばれてきていて、ここでケースにふた
を載せ、はめ込む。

組み立て終わつたサーマルリレーはステーシヨ
ンＨで吐き出され、自動的に処理ラインＪ及びＫ
に送られる。ラインＪ及びＫでは以上に説明した
装置等の各種データの記録及び管理を行なう。

図示の例では機械的かみ合わせによりケースに
ふたを組み付けているが、接着剤や超音波溶接
法、熱的方法によつてふたをケースに固定するこ
ともできよう。

またウエーフアを止めるのに板ばねを使う例を
説明したが、コイルばねを使うことにしても同じ
ことができる。

さらに、電気回路的には、サーマルリレーを気
密コネクタ（フユーザイト）に取り付けて使う例
を説明したが、それとは違う端子板に取り付けて
もよい。

目的によつて必要となる、もしくは、安全規準
に応じて必要となる場合には、上部「クイツク・
コネクト」端子をふたから伸ばしたおおいで保護
することも考えられる。

以上望ましい実施例について本発明を説明して
きたが、本発明の精神から離れることなく、変形
や修正を考えることができる。

［発明の効果］ 正の抵抗温度係数をもつ抵抗器が、始動巻線と
主巻線をもつ単相モータの始動巻線に直列に接続
されるのでモータの始動時に十分の始動電流をモ
ータに供給すると共に始動が完了後は始動巻線に
流れる電流を有効に制限することができる。抵抗
器は容器から離れて一対の接触装置により保持さ
れ、また接触装置は比較的高い熱抵抗の導電性金
属部分をもつので、抵抗器から容器へまた抵抗器
から接触装置を経て容器への熱伝導を阻止するこ
とができる。一方容器は小形で球形であるので熱
質量が小さく表面積対体積比が制限される。従つ
て、始動用リレー全体としても、モータの回転中
は始動用リレーからの放熱が最小限にされるので
モータの運転効率を高めることができ、またモー
タの運転が中断されると迅速に冷えモータの再始
動に備えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による始動用リレーをふたを
はずして上から見た図である。第２図は、第１図
の線２−２で切つたときの断面図で、ふたははめ
てある。第３図は、第１図の面３−３での断面図
で、この図でもふたははめてある。第４図は、第
２図及び第３図に部分的に示したふたを上から見
た図である。第５図は、第４図の線５−５で切つ
たときの断面図である。第６図は、第４図のふた
を下から見た図である。第７図は、第６図の線７
−７で切つたときの断面図である。第８図には、
本発明による始動用リレーの電気接点細部を示
す。第９ａ図及び第９ｂ図は、本発明による始動
用リレーで熱応答性ウエーフア（PTC）を保持
し、これと接触するばねの一つを詳しく示した図
である。第１０ａ図、第１０ｂ図、及び第１０ｃ
図には、本発明による始動用リレーのための３つ
の回路構成を示している。第１１ａ図、第１１ｂ
図、及び第１１ｃ図には、本発明による始動用リ
レーの各種機械的設置形式を示す。第１２図は、
本発明による始動用リレーの組み立てライン概略
図である。 １……ケース、２……PTCウエーフア、４，
５……板ばね、６，７……電気的接続装置、１
０，１０′，１１，１１′……「クイツク・コネク
ト」型端子、１２，１３……「プラグ・オン」コ
ネクター、５１……気密コネクタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 正の抵抗温度係数をもち、ある選択された温
   度レベル以上に熱せられると抵抗率が急激に増加
   する材料で作つた抵抗器と、 上記抵抗器をモータの始動巻線と直列に接続す
   るため上記抵抗器の反対側の両面にそれぞれ電気
   的に接触する弾力性ある導電性金属の一対の接触
   装置と、 熱絶縁材料で作られ上記抵抗器と上記接触装置
   を収める容器とからなる始動用リレーであつて、 上記一対の接触装置は、上記容器と上記抵抗器
   のそれぞれの両面との間に配置され、上記抵抗器
   の表面の大部分は、上記抵抗器から上記容器への
   直接の熱伝導を阻止するため上記容器から離して
   保持され、上記接触装置は比較的高い熱抵抗の材
   料の少なくともいくらかの導電性金属部分をも
   ち、上記抵抗器から上記容器へ及び上記抵抗器か
   ら上記接触装置を経て上記容器の外部への熱伝導
   を阻止し、また、 上記容器は、上記接触装置の上記熱伝導特性と
   協力するため上記リレーの熱質量及び上記容器の
   表面積対体積比を制限するために、小形で球形で
   上記抵抗器及び上記接触装置の本質的部分を実質
   的に囲みかつしつかりと取り巻き、 これにより、上記リレーは、上記モータの始動
   が完了した後はモータの始動巻線に流れる電流を
   制限し、また上記モータの回転中はモータの運転
   効率を高めるため上記リレーからの放熱を最小限
   にし、一方、上記モータの運転が中断されるとき
   は迅速なモータ再始動を可能にするため上記リレ
   ーの冷えた状態になるまでの期間も最小にした始
   動巻線及び主巻線をもつ単相モータのためのモー
   タ始動用リレー。 ２ 特許請求の範囲第１項のモータ始動用リレー
   であつて、上記接触装置は、上記抵抗器を上記モ
   ータの始動巻線と直列に接続するためこれと電気
   回路を作る端子部分と、上記抵抗器の上記反対側
   両面に弾力性をもつて接触するため上記端子部分
   に取り付けられた比較的薄いばね部分を含み、上
   記薄いばね部分は、上記抵抗器と上記端子部分及
   び上記容器との間の熱障壁となるために上記高い
   熱抵抗の金属で作られているモータ始動用リレ
   ー。 ３ 特許請求の範囲第２項のモータ始動用リレー
   であつて、上記比較的薄いばね部分はステンレス
   スチールに作られているモータ始動用リレー。 ４ 特許請求の範囲第１項のモータ始動用リレー
   であつて、上記接触装置は少なくとも約1000秒・
   ℃／カロリーの熱抵抗をもち、また上記リレーは
   上記モータの正常回転運転中は約２ワツト以下の
   消費であるモータ始動用リレー。 ５ 特許請求の範囲第４項のモータ始動用リレー
   であつて、上記リレーは、上記モータの運転の中
   断後通常約200秒以内に冷えてそして上記リレー
   のリセツトができるように十分に小さい熱質量に
   調整したモータ始動用リレー。