JPS602877B2 - 小型直流モータの速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はブリッジ検出型の直流モータの速度制御装置に
おいて、直流モータの起動をより少ない構成部品点数で
容易ならしめるとともに「電流損失が皆無な起動装置を
提供するものである。

従来より、この種の装置としては第１図に示すように、
給電線路間に抵抗とダイオードの直列回絡による基準電
位点を設け、起動用のスイッチングトランジスタによっ
てモータ電圧を検出して、給電制御トランジス外こ起動
用ベース電流を流すものが考えられれている。０ ここ
で、第１図についても動作の概要を説明すると、１Ｇま
速度を制御すべき直流モータの回転子、２および２′は
そのブラシ、３および３′は固定子磁石であり、この直
流モータのブラシ２および２′を含む回転子１と抵抗４
，５，６とでそれ夕ぞれを各辺とするブリッジ回路を構
成している。

いま、この直流モータの等価内部抵抗をＲａとし、抵抗
４，５，６の抵抗値をそれぞれ「 Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６と
すると、ブリッジの平衡条件Ｒａ，Ｒ５＝Ｒ４・Ｒ６ が成立しているときには図中のブリッジ検出端子ａ−ｂ
間の電圧は回転速度のみに依存する。

したがって、検出トランジスタ７により、前記ａ−ｂ間
の電圧と基準電圧用のダイオード８，９の電圧値Ｅｓと
の差電圧を検出し、直流モータの回転速度が上昇したと
きに、ブリッジ回路と直流電源１４の間に挿入した給電
制御用トランジスタ１０の内部抵抗が大きくなり、一方
、回転速度が下降したときには内部抵抗は小さくなるよ
うにトそのベース電流を制御すれば直流モータの回転速
度は一定に保たれることになる。この回路では、直流モ
ータの回転速度が下降したときにはａ点の電位が下がる
からトランジスタ７のベース電流は増加し、これによっ
てコレクタ電流も増加するからトランジスター０の内部
抵抗は小さくなり、直流モータの回転速度を上昇させる
方向に働く。

一方、直流モータの回転速度が上昇したときもこはａ点
の電位が上がるから、トランジスタ７のベース電流は減
少し、これによってコレクタ電流も減少するからトラン
ジスタ１０の内部抵抗は大きくなり、直流モー夕の回転
速度を下降させる方向に働く。

さて、第で図において、プラス側給電線路とマイナス側
給電線路の間には、抵抗１１トダィオード１２，１３が
直列に接続され、抵抗とダィオ−ドの接続部こは抵抗１
４を介して起動用トランジスタ１５のベースが接続され
ている。

また、前記起動用トランジスタ１５のェミッタは検出ト
ランジスタ７のヱミッタに、コレクタは給電制御用ト３
ランジスタ１０のベースにそれぞれ接続されている。つ
ぎに「これらの素子の効果を説明するために、いま、電
源スイッチ１６をオン状態にして、直流電流１７の電圧
値を零から除々に上昇させて３いく場合について考える
。

ただし〜ダイオード蔓２，１３、トランジスター５のベ
ースＧエミツ夕闇は全て完全な折れ線特性を有するもの
としもそれぞれの順方向電圧がＶＦ，ＶＢに達したとき
始めて電流が流れるものとする。 ４
さて、電源電圧Ｅ。がＥ。くＶＢのときはダイオード、
トランジスタは全てオフ状態で、制御回路に電流は流れ
ない。したがって抵抗量３の両端の電圧も零である。Ｅ
ｏＺＶＢとなったときトランジスタ１５のベース・ェミ
ッタ間に順方向電流、すなわちベース電流が流れるから
コレクタ電流も流れ、これが給電制御用トランジスター
０のベース電源となるから直流モータの両端には電圧が
現われる。

２ＶＦ〉ＥｏＺＶ８の範囲ではダイオード１２，１３は
オフ状態を続けるが、Ｅｏ≧ＷＦとなるとダイオード１
２，貴３はオフ状態になり、以後ｃ点の電位は２ＶＦに
保たれる。

さらにＥｏが大きくなるにしたがって直流モータ両端の
電圧が高くなり、ダイオード８，９にも順方向電流が流
れるようになるが、直流モータ両端の電圧が（４ＶＦｍ
ＶＢ）よりも大きくなったとき、トランジスター５のベ
ース電流は流れなくな・り、直流モータ両端の電圧がさ
らに大きくなればトランジスタ１５のベース・ェミツタ
間は逆バイアスされ、ここに至って起動回路は完全に制
御回路から切り離される。

しかしながら、このときにはトランジスタ１川ま導適状
態にあるから検出トランジスタＴのベース・ェミッタ間
には順万向電流が流れ、電源電圧Ｅ。が起定値以上にな
ったときには直流モータの回転速度を定遼に制御するよ
うにトランジスタ？および１川ま動作する。尚「トラン
ジスタ竃５のベース側に挿入された抵抗１４はトランジ
スタ竃５のベース・ヱミツタ間逆バイアスが深くなりす
ぎたときトなだれ降状によって接合が破壊するのを防止
するためのもので、プラス側給電線路と直流モータのブ
ラス側給電端子の間に挿入された抵抗竃８は電圧特性補
正用の抵抗であり「 されにトランジスタ１０のべ−ス
。ェミッタ間に挿入された抵抗軍９は漏洩電流補償用の
抵抗である。ところで「第１図の回路のうち、トランジ
スタＩ馬、抵抗ｉ翼，１４、ダイオード１２，翼３は起
動用の素子であり「モータが正常に回転しているときに
は全く必要のない部品であるにもかかわらず〜回路部品
の総コストの４分の１以上を占め、部品点数でも総部品
点数（モータ、スイッチら電源は除く。

）の３分の１を占めている。また、直流モータが起動し
た後もダイオード１２，？３には順方向電流「トランジ
スタ１５のェミッ夕８ベース間には逆方向電流が損失電
流となって流れる。さらには〜 この逆方向電流を少な
くするために抵抗１４の値を大きくするとモータに必要
な起動電流が流れなくなったり、抵抗１４の値が零であ
っても、起動時にトランジスタ１５によってトランジス
タ１０のベースに流される電流はほぼダイオード１２ま
たは１３の両端の電圧値を抵抗２０の抵抗値で除した値
であるため、直流モータの内部抵抗が小さい場合には充
分な起動電流が流れないなどの問題があった。

本発明の小型直流モータの速度制御装置は以上のような
問題を解消するものである。

第２図は本発明の一実施例における回路結線図を示す。

尚、第２図において、構成ならびに機能が第１図と同一
のものについては同一図番にて示し、説明は省略する。
第２図では基純電圧用ダイオード９の代わりに起動用ス
イッチングトランジスタ２１のベース−ェミツタ間接舎
がダイオード８と直列に接続され、前記トランジスタ２
１のコレクタには第２のスイッチングトランジスタ２２
のベースが接続され、ェミッ外こは抵抗２３を介して前
記トランジスタ２２のェミッタが接続されている。また
、前記トランジスタ２２のコレクタは検出トランジスタ
７のコレクタとともに給電制御トランジスタ１０のベー
スに接続されている。

さらに、前記トランジスタ２１のコレクタとプラス側給
電線路の間には電圧特性補償用抵抗１８が接続されてい
る。

さてト動作の概要を説明すると、スイッチ１６を閉じて
直流電源１７の電圧Ｅｏを徐々に上昇させたとき、始め
は直流モータの両端には電圧が現われないのでトランジ
スタ２１はオフ状態であるから、トランジスタ２２には
抵抗１８を通してベース電流が流れる。

トランジスタ２２のコレクタ電流は給電制御トランジス
タ１０のベースを通って流れるから、検出トランジスタ
７も導適状態となり、直流モータの両端には電圧が印加
され、直流モー外ま起動する。

一方、直流モータの両端に電圧が印加され、直流モータ
が起動するようになると、ダイオード８、トランジスタ
２１のベース・エミツタ間には順方向電流が流れるから
、トランジスタ２１‘まオフ状態となり、トランジスタ
２２にはベース電流が流れなくなる。

これで起動回路の動作が完了した訳で、以後は検出トラ
ンジスタ７と給電制御トランジスタ１０によって直流モ
ータが定遼に制御される。

第２図において抵抗１８は直流モータを起動させるため
にスイッチングトランジスタ２２にベース電流を流すた
めの起動用抵抗であるが、その抵抗値を適当に選ぶこと
によって、直流モータの起動後は第１図と同様に電圧特
性補償用の抵抗として利用することが出来る。

したがって、第２図の装置では直流モータの起動後は制
御回路の動作に寄与しない素子はトランジスタ２２と抵
抗２３だけであり、起動回路の電流損失も皆無である。

尚、第２図において第２のスイッチングトランジスタ２
２のェミツタに接続されている抵抗２３は直流モ−夕が
定速制御状態に確実に移行出釆るようにするための抵抗
であり、抵抗２３の抵抗値が４・さすぎると、直流モー
タの起動後もｂ点の電位がａ点の電位よりも低くならず
、トランジスタ２２がオン状態を維持してしまうので定
速制御を行なうことが出来なくなってしまう。つぎに、
第３図は起動回路の電流損失を皆無にするだけでなく、
起動回路を付加したことによって制御回路の電流損失も
低減するよう構成された本発明の実施例であり、検出ト
ランジスタ７のェミツタとマイナス側給電線路の間は抵
抗２０ａと抵抗２０ｂによって電位分割され、この分割
点には定電圧ダイオード２４を介して第２のスイッチン
グトランジスタ２２のェミッ夕が接続されている。

直流モータが起動するまでの動作は第２図の場合と全く
同じであるが、この回路では抵抗２０ａの抵抗値をかな
り大きく出来るので定速制御時の回路損失電流が非常に
小なくなる。

このことをもう少し詳しく説明するため第４図に代表的
な直流モータの定速制御時のトルク特性を示す。

第４図では電源電圧が飢のとき、直流モータの定速制御
時の最大トルクは２雌−ので、このときの電流が２０皿
Ａであり、起動トル外ま６雌‐伽で、そのときの起動電
流は５２皿Ａであることを示している。

さて、第１図に戻って考えると、起動トルクを６雌−伽
得るには直流モータに５２伍ｈＡ以上の電流を流すだけ
の余裕が給電制御トランジスタ１０に与えられている必
要がある。

仮に、飽和時のトランジスタ１０の直流電流増幅率を４
０とすると、１３ｈＡ以上のベース電流を流してやる必
要がある。給電制御トランジスター０のベース電流は抵
抗２８を流れるので「以上の条件から抵抗２０の抵抗値
の上限が決定される。

ところが〜定速制御されている間はそれだけのベース電
流を必要としないため「抵抗２８‘こは給電制御トラン
ジスタ亀０のベース蟹流は１〜２ｈＡ程度しか流れず「
殆んどの電流がダイオード８，９を通って流れる。

定速制御時にダイオード８，鯵を流れる電流の一部はダ
ィオ−ドーこ順方向電流を流して基準電圧を得るための
バイアス電流として不可決のものであるが、バイアス電
流として必要なのは最低２〜３ｈＡ程度であり〜 それ
以上は損失電流となる。

さて、第３図では給電制御トランジスター鰭が飽和した
ときには検出トランジスタ７のヱミツタ電位が上昇して
ダイオード鰭および起動用スイッチングトランジスタ傘
亀のベースＱエミツタ間の順方向電流が流れなくなるこ
とを巧みに利用したもので「最大トルク以上の負荷トル
クが印加されたときにはスイッチングトランジスタ空２
がオン状態となるので「抵抗２０ｂの抵抗値が充分小さ
くしておけば「給電制御トランジスタ亀鰭が飽和するの
に必要なべース電流をスイッチングトランジスタ２２に
よって供給することが出来る。一方「定速制御時にはス
イッチングトランジスタ２２はオフ状態であるから「燈
抗２鰭ａの抵抗値を定速制御に最低限必要な電流が流れ
るだけの値に選定することによって「制御回路の損失電
流をかなり小さくすることが出来る。第３図において、
トランジスタ２２のェミツタに接続されている定電圧ダ
イオード雲川ま起動用スイッチングトランジスタ鉾竜が
オン状態となったとき、スイッチングトランジスタ２２
を確実にオフ状態に移行させるための素子である。

さて、第裏図は本発明の別の実施例を示したもので、第
２図に比べてダイオード蚤とスイッチングトランジスタ
２軍およびスイッチングトランジスタ２２の接続位置を
入れ替えただけのものでも動作については第２図の場合
と全く同じである。

つぎに「第６図もまた本発明の他の実施例を示したもの
で、起動用スイッチングトランジスタ２亀のコレクタと
検出トランジスタ７のベースの間にはダイオード２５が
後続されている。第６図の回路では直流モータが起動す
るまでは起動用スイッチングトランジスタ２１はオフ状
黍であるから、抵抗亀８、ダイオード２５を通して検出
トランジスタ７にベース電流が流れる。

直流モータが起動した後はスイッチングトランジスタ２
川まオン状態となり、そのコレクタ電位は、検出トラン
ジスタ７のェミッタ電位にほぼ等しくなるので〜 ダイ
オード２５はオフ状態となり起動回路の動作が完了する
。また、直流モ−夕の起動後はスイッチングトランジス
タ２１のベース・ェミッタ間接合は基準電圧用ダィオ−
ドの一部として用いられ〜抵抗１８はその抵抗値を適当
に選定することによって電圧特性補償用の抵抗として用
いることが出釆るので第亀図において、起動にしか寄与
しない素子はダイオード２６だけとなる。

さらに「第７図もまた本発明の一実施例を示すもので「
この回路では差動接続された２個の検出トランジスタ
７および２６を用いているため〜起動用スイッチングト
ランジスタ２貫のベース。

ヱミッタ間接合だけで定速制御用の基準電圧を得ている
。以上に示したように本発明の小型直流モータの速度制
御装置では〜直流モータを一辺に含ませて礎成され「一
方の給電端子が電源線路に直接に接続されたブリッジ回
路と「前記ブリッジ回路の前記直流モータを含まない側
の検出端子ａにベースが接線され「 ェミッタが抵抗を
介して前記電源採録燐に接続された検出トランジスタ７
と「他方の電源線路（実施例においてはプラス側の給電
線路）と前誌ブリッジ回路の他方の給電端子の間に挿入
されも前記検出トランジスタのコレク夕からベース電流
が供孫絵されて前記ブリッジ回路に給電を行なう給電制
御トランジスタ官蝿と「前記ブリッジ回路の他方の検出
端子から前記検出トランジスタのヱミッタに至る電流経
路中にベース。

ェミッタ間が接続されるととも昏こコレクタが起動用抵
抗亀蚤を介して前記他方の電源線路に鞍綾されも前謙道
流モ…夕が起動後はそのベース＆ヱミッタ間によって回
転速度の制御のための基準電圧の一部もしくは全部が作
れられる起動用スイッチングトランジスタ２１と、前記
起動用スイッチングトランジスタのコレクタ電位を検出
して前記起動用スイッチングトランジスタがオフ状態に
あるときに前記給電制御トランジスタのベースに起動鰭
流を供給する起動回路手段（第２図および第３図，第５
図の実施例では第２のスイッチングトランジスタ２２に
よって前記起動回路手段が機成され、第６図および第７
図の実施例ではダイオード２５と前記検出トランジスタ
７によって前記起動回路手段が構成されている。）を備
えたことを特徴とするもので「起動のためだけの部品点
数を極力少なくし、損失電流も少なく出釆るなど、大な
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す回路結線図であり、第２図および
第３図は本発明の実施例における４・型直流モー夕の速
度制御装置の回路結線図であり、第４図は第３図の装置
の効果を説明するための直流モータの代表的な特性例を
示した図であり、第５図〜第７図もまた「本発明の実施
例における小型直流モータの速度制御装置の回路結線図
である。 １・・…・直流モータの回転子、４，５，６・・・・・
・抵抗「 ７……検出用トランジスタ、１０・・・・・
・給電制御トランジスタ、１８・・…・起動用抵抗、２
０・・・・・・抵抗、２０ａ，２０ｂ・・・…抵抗、２
１・・・・・・起動用スイッチングトランジスタ、２２
……第２のスイッチングトランジスタ、２５……ダイオ
ード。 第３図第１図 第２図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流モータを一辺に含ませて構成され、一方の給電
   端子や電源線路に直接に接続されたブリツジ回路の前記
   直流モータを含まない側の検出端子にベースが接続され
   、エミツタが抵抗を介して前記電源線路に接続された検
   出トランジスタと、他方の電源線路と前記ブリツジ回路
   の他方の給電端子の間に挿入され、前記検出トランジス
   タのコレクタからベース電流が供給されて前記ブリツジ
   回路に給電を行なう給電制御トランジスタと、前記ブリ
   ツジ回路の他方の検出端子から前記検出トランジスタの
   エミツタに至る電流経路中にベース・エミツタ間が接続
   されるとともにコレクタが起動用抵抗を介して前記他方
   の電源線路に接続され、前記直流モータが起動後はその
   ベース・エミツタ間によって回転速度の制御のための基
   準電圧の一部もしくは全部が作られる起動用スイツチン
   グトランジスタと、前記起動用スイツチングトランジス
   タのコレクタ電位を検出した前記起動用スイツチングト
   ランジスタがオフ状態にあるときに前記給電制御トラン
   ジスタのベースに起動電流を供給する起動回路手段を具
   備してなる小型直流モータの速度制御装置。 ２ 起動用スイツチングトランジスタのコレクタに第２
   のスイツチングトランジスタのベースを接続し、前記第
   ２のスイツチングトランジスタのコレクタを給電制御ト
   ランジスタのベースに接続し、エミツタをブリツジ回路
   の一方の給電端子側の電源線路に接続することによって
   起動回路手段を構成してなる特許請求の範囲第１項記載
   の小型直流モータの速度制御装置。 ３ 起動用スイツチングトランジスタのコレクタを検出
   トランジスタのベースの間にダイオードを接続し、前記
   ダイオードと前記検出トランジスタによって起動回路手
   段を構成してなる特許請求の範囲第１項記載の小型直流
   モータの速度制御装置。