JP2915918B2 - 可変素子破壊防止回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、電子機器の自動調整にモーターが使用され
る際、該モーターによって回転動作を受ける可変抵抗
器、可変コンデンサ等の回転式可変素子（以下、可変素
子と記す）を機構的な破壊より防ぎ、且つその保全を図
る機能を有する可変素子破壊防止回路に関するものであ
る。

＜従来の技術＞ 電子機器は、その製造過程及び一定期間使用後の校正
等において、所期の機能、特性を具備または維持させる
ために微小な調整を必要とする。この調整は一般に、可
変抵抗器、可変コンデンサなどの可変素子の回転操作に
より行われるが、従来この回転操作の手段としては、 1. 人手による調整 2. モーターを使用した自動制御 があった。１による方法は、調整者が自らの資格等によ
る判断をもって機器が所期の特性を満足するよう調整す
るものであり、これに対し２による調整方法は電子的に
行なわれ、またその調整手段としてはモーターが使用さ
れるものである。

ところで、上記に示す調整において、他部品の不良或
いは可変素子自身の経時劣化等の要因から、可変素子の
回転範囲内、即ち機構的調整限界内で調整しきれない場
合がある。この際、上記１による方法のように人手によ
る調整であれば、可変素子が回転終端に達した時にただ
ちに操作を停止し得るが、上記２による方法のようにモ
ーターを利用した自動制御の場合には、回転終端に達し
てもなおモーターが回転操作を続けようとし、その結果
可変素子を破壊してしまうという問題点があった。この
問題点を解決すべく本発明者は先に、平成元年２月20日
付特許出願「可変素子終端検出回路」を提案している。
この、本発明者が先に提案した「可変素子終端検出回
路」は、第10図に示すように構成されている。同図にお
いて、調整用ドライバー３は、モーター２の回転部に接
続されており、該モーター２の回転運動を回転部が樹脂
からなる可変素子４に伝達するように設置されている。
モーター２の駆動端子の一端は、駆動回路１に接続さ
れ、他端はリレー５を介し、抵抗11に接続され、さらに
該抵抗11の他端は接地されている。またリレー５と抵抗
11との接続点は電圧増幅器６に接続され、該電圧増幅器
６の出力はアクティブフィルタ７を介し、シュミットト
リガ回路によって構成される比較回路13の入力端子に接
続されている。さらに、該比較回路13の出力はフリップ
フロップによって構成される記憶回路10を介し、リレー
５の駆動端子に接続されている。

本発明者が先に提案した上記第10図のブロック図に示
す構成において、可変素子４を回転させる駆動モーター
２の負荷電流変化を常に監視する。もし、可変素子４の
回転が終端に達したことによって、モーター２の負荷電
流増加が認められた場合は、リレー５を用いてモーター
２の電流経路を遮断し、モーター２の回転を停止させる
ことにより可変素子４の破壊を防いでいる。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、その後種々検討の結果、本発明者が先
に提案した「可変素子終端検出回路」において、以下に
示すように、より改良すべき点があることが判明した。
即ち、モーター２の負荷電流変化は、可変素子４が回転
終端に達した時に発生する場合以外に、可変素子４によ
る調整が目標値に徐々に近づくことによって起こるモー
ター２の減速によって発生する場合、調整結果を示す測
定値のドリフト変動によって起こるモーター２の停止、
始動の繰り返し動作によって発生する場合、モーター２
の慣性から発生するオーバーシュート的な減速→停止→
始動→加速→減速→停止→反転始動の繰り返し動作によ
って発生する場合、さらに外部からのノイズ等によって
発生する場合等がある。本発明者が先に提案した第10図
に示す回路において、上記に示す負荷電流変化発生の各
場合を識別することは非常に困難であり、そのため上記
の負荷電流変化発生の毎に、モーター２の電流経路が遮
断され、全システムが停止するという危険性があり、現
在ではオーバーシュート現象や減速加速動作をなくすた
め、モーター２の回転を非常に低速で行い、且つ一定の
回転速度を維持するようにしているが、この方法では調
整に多くの時間を要するだけでなく、信頼性にも欠け、
さらにノイズ発生に対しては何ら効果を期待することは
できなかった。

本発明は、上記問題点を解決するために考えられたも
のであり、その目的は、いかなる要因によっても可変素
子が回転終端に達した場合には、該可変素子の破壊を未
然に防ぎ、保全を図ることにより、電子機器の自動調整
の信頼性を高め、さらに調整時間の短縮化を可能にする
回路を提供するものである。

＜課題を解決する手段＞ 上記の目的を達成するため、本発明は、上記モーター
に流れる負荷電流から電流電圧変換した電圧を増幅させ
る電圧増幅器と、該電圧増幅器の出力の特性周波数成分
のみを通過させるフィルタと、該フィルタの出力信号が
第１及び第２の電圧レベルの間にあるか否かを判定する
第１の判定手段と、該第１の判定手段の出力信号が所定
時間範囲以上であるか否かを判定する第２の判定手段
と、該第２の判定手段の出力信号を記憶する記憶回路
と、該記憶回路の出力信号によりモーターの電流経路を
遮断するリレーとを備える構成とした。

＜作用＞ 可変素子を回転させるモーターの負荷電流の変化を常
に監視し、その中から可変素子が回転終端に達した時の
負荷電流増加のみを検出し、その信号によってモーター
の電流経路に組み込んだリレーをオフさせ、該電流経路
を遮断しモーターの回転操作を停止させる。

まず、モーターの負荷電流変化を検出する原理につい
て下記の（１），（２）式に従って、詳細に説明する。

Ｖ＝Ｅ＋IaRa ………………（１） Ｅ＝K₁φＮ ………………（２） 上式において、Ｖはモーターの駆動電圧、Ｅは逆起電
力、Iaはモーターの負荷電流、Raは電機子抵抗、K₁は比
例定数、φはモーターの毎極当たりの磁束数、Ｎはモー
ターの回転数である。（１）式は、モーターに供給され
る駆動電圧と、モーターの逆起電力、負荷電流、電機子
抵抗の関係を表わす。（２）式はモーター単体の逆起電
力についての基本式である。

モーターによって回転操作されている可変素子が回転
終端に達し、機構的な回転の限界に達した時、或いはモ
ーターの始動時、加速時等にモーターに加わる化が増加
しモーターの回転数は急激に減少しようとする。この時
（２）式より、逆起電力Ｅは回転数Ｎに比例することか
ら、回転数Ｎが減少すると逆起電力Ｅも減少する。ここ
で（１）式より駆動電圧Ｖ、電機子抵抗Raが一定とする
と、逆起電力Ｅの減少に応じ負荷電流Iaは増加する。負
荷電流は、モーターの回転数に影響されるため、負荷電
流波形の変化は、モーターの回転数の変化によります。
つまり、モーターの始動時、加速時等には、モーターの
回転数は急激に変化するため、負荷電流の増加が急激に
なる。

一方、可変素子の回転が回転終端に達したときには、
同様に負荷がかかり負荷電流を増やそうとしますが、こ
の時、可変素子の回転部の樹脂が徐々に破壊され、完全
に破壊されるまで回転し続けようとするため、モーター
の回転数は緩やかに変化し、負荷電流の増加が緩やかに
なる。

本発明は、可変素子の回転が回転終端に達した時の負
荷電流の時間変化と、モーターの始動時、加速時等の負
荷電流の時間変化とに違いがあるのを利用して、モータ
ーの負荷電流の時間変化を常に監視し、可変素子が回転
終端に達した時の負荷電流のみを選択的に検出し、その
検出信号によりモーターの電流経路に組込んであるリレ
ーをオフし、モーターを停止させる。

＜実施例＞ 本発明の一実施例を第１〜８図を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
図である。同図において調整用ドライバー３はモーター
２の回転部に接続されており、該モーター２の回転運動
を回転部が樹脂からなる可変素子４に伝達するように設
置されている。モーター２の駆動端子の一端は駆動回路
１に接続され、他端はリレー５を介し、抵抗11に接続さ
れ、さらに該抵抗11の他端は接地されている。またリレ
ー５と抵抗11との接続点は電圧増幅器６に接続され該電
圧増幅器６の出力はアクティブフィルタ７を介し、第１
の比較回路8aと第２の比較回路8bと論理回路8cとから構
成されてなる第１の判定手段８に接続されている。上記
アクティブフィルタ７の出力は、上記第１の比較回路8a
及び第２の比較回路8bに接続されており、それぞれの回
路の出力は上記論理回路8cに接続されている。上記論理
回路8cの出力は、モノステーブルマルチバイブレータ9a
とAND回路9bとから構成されてなる第２の判定手段９に
接続されている。上記論理回路8cの出力は、モノステー
ブルマルチバイブレータ9aとAND回路9bの一端にそれぞ
れ接続され、該AND回路9bの他端には上記モノステーブ
ルマルチバイブレータの出力が接続されている。上記AN
D回路9bの出力は、記憶回路10を介しリレー５の駆動端
子に接続されている。

第２図は第１図における第１の比較回路8a及び第２の
比較回路8bの具体的な回路図を示す図である。同図にお
いて、入力端子200はコンパレータ20a,21a,20b,21bの各
プラス端子に接続され、またそれぞれの出力はインバー
タ素子，トランジスタを介して各出力端子200a,210a,20
0b,210bに接続される。また上記コンパレータ20a,21a,2
0b,21bの各マイナス端子には、各コンパレータ毎の比較
基準電圧が入力されている。

第３図は第１図における論理回路8cの具達的な回路図
を示す図である。同図において、入力端子300bは、EX−
OR素子31aの一端に接続され、該EX−OR素子31aの他端に
は、入力端子300aがバッファ回路30aを介して接続され
ている。上記と同様にして、入力端子310bはEX−OR素子
31bの一端に接続され、該EX−OR素子31bの他端には、入
力端子310aがバッファ回路30bを介して接続されてい
る。また上記EX−OR素子31a及び31bのそれぞれの出力
は、別のEX−OR素子32に入力され、該EX−OR素子32の出
力は、さらに別のEX−OR素子33の一端に入力されてい
る。上記EX−OR素子33の他端はGNDに接続されている。

本実施例は上記のように構成されているが、次に本実
施例を詳細に説明するための第４〜８図について述べ
る。

第４図は、第１図に示すモーター２の正転時の負荷電
流波形図、第５図は第１図及び第２図に示す比較回路8
a,8bの各レベルしきい値を示す図、第６図は様々な要因
に起因する負荷電流の波形図及び該負荷電流波形図に対
応する論理回路出力を示した図、第７図は第１図に示し
た本発明の一実施例の動作説明のための信号波形図、第
８図は第１図及び第２図に示す比較回路におけるしきい
値の判断動作を説明するための図である。

以下、本実施例の動作について具体的、且つ詳細に説
明する。まず第１図において、自動制御による電子機器
の調整はモーター２及びモーター２に取付けられた調整
用専用ドライバー３を駆動回路１により、低速回転にて
正転または逆転駆動し、可変素子４を回転運動すること
により行う。

本実施例においては、モーター２の正転の場合をとり
あげる。可変素子４の調整結果の判断は自動制御による
ため、電子機器の特性が目標値に一致するまでモーター
２は可変素子４の回転を続ける。この調整時、モーター
２に流れる負荷電流を、モーター２に影響を与えない程
度の低い抵抗11により電流電圧変換を行い、電圧増幅器
６によりα倍に増幅させることにより負荷電流の小さな
変化を拡大し、可変素子４が回転終端に達してからの応
答性を良くし検出し易くする。但し、電圧増幅器６から
の出力は、雑音を含む全ての信号成分がα倍されるた
め、負荷電流の変化と雑音との判別が不可能となる。そ
こで、アクティブフィルタ７により特定の周波数成分の
みを通過させることにより、負荷電流増加による信号の
レベル変化を判別可能な信号に変換させる。アクティブ
フィルタ７によって減衰された信号（第４図）はモータ
ー２の負荷電流変化によって連続的に変化する。第５図
及び第６図に示す負荷電流波形図も上記と同様の過程を
経て得られる。

以下、モーター２の負荷電流変化の中から、可変素子
４が回転終端に達した時の負荷電流変化のみを検出する
手段について詳細に説明する。

第６図はモーター２の始動時、加速時における負荷電
流変化の波形図及びモーター２の回転により、各変素子
４が回転終端に達し、さらに破壊に至るまでの期間にお
ける負荷電流変化の波形図である。同図のＳ点において
可変素子４が回転終端に達し、負荷電流の増加が始ま
り、Ｂ時間後に可変素子４が破壊される。そこで破壊に
至るまでにモーター２を停止するべくＡ時間を設定し、
この時間からしきい値電圧レベルである＋ａレベルを定
める。

次に同図において、上記の＋ａレベルとは異なるしき
い値電圧レベルである＋ｂレベルを定めるが、その設定
は電圧レベルに関しては＋ａレベルより高く、また時間
的には（Ｂ−Ａ）時間より短い範囲で、且つ可能な限り
短くなるように定める。モーター２の逆転方向について
のしきい値電圧レベルも上記と同様の方法で定める。第
５図に、モーター２の正転、逆転の両方について決定し
たしきい値電圧レベルを示す。上記のようにして定めら
れたしきい値電圧レベルを、第２図に示す第１の比較回
路8aと第２の比較回路8bのしきい値電圧レベルとして決
定する。具体的には、第５図に示すしきい値電圧50a,50
b,51a,51bをそれぞれ第２図に示す各コンパレータ20a,2
0b,21a,21bのマイナス端子にそれぞれ入力する。

まず、上記第２図の入力端子200に、第１図のアクテ
ィブフィルタ７通過後の負荷電流変化信号を入力する。
この時、上記負荷電流変化信号が第５図に示すしきい値
電圧レベルの＋ａまたは＋ｂを超えると、第２図のコン
パレータ20a,21a,20b,21bは“HI"を出力する。従って上
記第２図に示す入力端子200に第６図に示す負荷電流変
化信号を入力すると、第６図のt₁期間においてコンパレ
ータ20aは“LO"、コンパレータ20bは“LO"（負のしきい
値を判定基準とするコンパレータ21a及び21bは当然“L
O"である。以下、t₂〜t₄についても同じ）、t₂期間にお
いてコンパレータ20aは“HI"、コンパレータ20bは“L
O"、t₃期間においてコンパレータ20aは“HI"、コンパレ
ータ20bは“HI"、t₄期間においてコンパレータ20aは“H
I"、コンパレータ20bは“LO"の信号をそれぞれ出力す
る。

次に、上記出力信号を第３図に示す論理回路に入力す
る。具体的には、第２図の各コンパレータ20b,21b,20a,
21aの出力端子200b,210b,200a,210aを、第３図に示す論
理回路の入力端子300b,310b,300a,310aにそれぞれ接続
する。第３図のバッファ30a及び30bの目的は、第２図の
入力端子200から同図のコンパレータ20a及び21aに入力
される信号が、上記各コンパレータの電圧しきい値レベ
ルをゆるやかに超した場合、上記入力信号の微細な変動
等により、例えば第８図に示すように電圧しきい値レベ
ルの＋ａを微笑時間に数回超える場合があるため、これ
を避け１回の立上りと判断させることにある。上記第３
図の論理回路の出力信号の一例を第６図に示す。同図の
上部に示した波形が第１図のアクティブフィルタ７通過
後の負荷電流変化信号であり、第６図の下部に示した波
形が該負荷電流変化信号に対応する論理回路の出力信号
である。

次に、上記第６図下部に示す論理回路の出力信号を第
１図のモノステーブルマルチバイブレータ9aに入力する
ことにより、第７図（71）に示す出力信号を得る。上記
出力信号において、時間Ｔは、以下のような時間となる
ように設定する。即ち、同図（70）に示す論理回路の出
力信号において、可変素子の回転終端時点の立上り70a
から可変素子の破壊時点の立下り70bより短く、且つ可
変素子に負担をかけさせない時間とし、さらに同図70c
〜70eに示すような、可変素子の回転終端時以外に発生
するパルス時間、即ち、モーターの始動、加速等または
ノイズに起因するパルス時間よりも長い時間となるよう
に設定する。

上記のようにして得た第７図（71）に示すモノステー
ブルマルチバイブレータ出力と同図（70）に示す論理回
路出力とを、第１図9bに示すAND回路に入力し、上記両
出力信号のANDをとる。この結果、上記AND回路の出力信
号が、第７図（72）に示すような出力信号として得られ
る。上記出力信号における立上り信号は、可変素子の回
転終端時に発生する信号のみであり、ここに本発明の目
的を達成する手段として不可欠な、可変素子の回転終端
時のみの負荷電流変化を把える手段が確立された。

次に、上記のようにして得られた第７図（72）に示す
AND回路の出力信号を、リセット信号が入力されない限
り、元の信号を記憶し続ける記憶回路（第１図10）に接
続する。本実施例においては、上記記憶回路としてフリ
ップフロップを使用した。以下第１図を参照して説明す
る。この時、上記フリップフロップ10への入力信号がLO
ならば、該フリップフロップ10の出力信号もLOであり、
リレー５はオンのままである。即ち、モーター２は回転
運動を続ける。次に入力信号がHIならばつまり可変素子
４が回転終端に達した時はフリップフロップ10の出力も
HIとなり、リレー５はオフする。即ち、モーター２の電
流経路が遮断されモーター２は停止する。この時、電流
経路の遮断によって負荷電流変化信号が再びLOとなって
も、フリップフロップ10にリセット信号が入力されない
限り、フリップフロップ10の出力レベルのHI状態は維持
されるため、電流経路の遮断は保持される。以上のよう
にして、可変素子４の破壊は未然に防ぐことができる。

また、本発明の他の実施例として上記に説明した実施
例の他に、以下のように構成しても良い。

即ち第１図の論理回路8c、モノステーブルマルチバイ
ブレータ9a及びAND回路9bの代わりに例えばマイクロコ
ンピューターを使用して第９図のような構成とし、第６
図に示す負荷電流波形の変化において、該負荷電流波形
の立上り時に、電圧レベルが＋ａレベルに達した時点か
ら上記マイクロコンピューターのタイマーをカウント
し、該カウント時間が第７図（71）に示す時間Ｔを超え
た時を可変素子が回転終端に達した場合であると定め、
第９図に示す記憶回路10にHIの信号を入力する。上記手
段によっても本発明の目的を達成することが可能であ
る。

＜発明の効果＞ 以上のように本発明によれば、モーターの始動時や加
速時、或いはノイズ発生等に起因するモーターの負荷電
流変化に対して、該負荷電流変化が第１及び第２の電圧
レベルの間にあるか否かを判定し、且つ上記判定によっ
て得られた信号が所定範囲時間以上であるか否かを判定
することによって、可変素子が回転終端に達した場合の
みを選択的に検出することができる。これによって、従
来のように可変素子の回転終端時以外の負荷電流変化を
抑える目的でモーターの回転動作を常に低速度且つ一定
にする必要性がなくなった。この結果、可変素子の調整
の目標値がかなり離れている時はモーターの回転を速く
し、目標値に近づくにつれて回転を徐々に遅くすること
ができることから、従来の遅い速度での一定速度に比
べ、調整時間を短縮できると共に、ノイズによる誤動作
も解消することから、信頼性の高い動作が可能となり、
高度の技術的効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
図、第２図は比較回路図、第３図は論理回路図、第４図
はモーターの正転時の負荷電流波形図、第５図は比較回
路のしきい値を示す図、第６図は様々な要因に起因する
負荷電流波形及び該負荷電流波形に対応する論理回路出
力を示す図、第７図は第１図に示した本発明の一実施例
の動作説明のための図、第８図は比較回路におけるしき
い値の判断動作の説明のための図、第９図は本発明の他
の実施例の電気的構成を示すブロック図、第10図は従来
技術の一実施例の電気的構成を示すブロック図である。 １……駆動回路、２……駆動モーター、３……調整用専
用ドライバー、４……可変素子、５……リレー、６……
電流増幅器、７……アクティブフィルター、８……第１
の判定手段、8a……第１の比較回路、8b……第２の比較
回路、8c……論理回路、９……第２の判定手段、9a……
モノステーブルマルチバイブレータ、9b……AND回路、1
0……記憶回路、11……抵抗、12……マイクロコンピュ
ーター、13……比較回路（シュミットトリガ回路）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モーターを駆動手段とする回転式可変素子
   を調整する調整装置において、 上記モーターに流れる負荷電流から電流電圧変換した電
   圧を増幅させる電圧増幅器と、 該電圧増幅器の出力の特定周波数成分のみを通過させる
   フィルタと、 該フィルタの出力信号が第１及び第２の電圧レベルの間
   にあるか否かを判定する第１の判定手段と、 該第１の判定手段の出力信号が所定時間範囲以上である
   か否かを判定する第２の判定手段と、 該第２の判定手段の出力信号を記憶する記憶回路と、 該記憶回路の出力信号によりモーターの電流経路を遮断
   するリレーと を備えることを特徴とする可変素子破壊防止回路。