JP3091975U - 直流モータの回転速度を制御するための制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流モータの原設計に対して少ない電子部品
を用いるだけで設計変更することなく、簡単な設計によ
り直流モータの回転速度を制御することができる制御回
路を提供する。 【解決手段】 簡単な制御回路２０が直流（ＤＣ）モー
タの回転速度を制御するために提供される。その制御回
路は、電圧基準部材２２と、電圧基準部材の状態を制御
するためのスイッチング回路２４とを含む。直流モータ
３０および電圧基準部材に提供される電圧が電圧基準部
材の予め定められた電圧以下の場合、スイッチング回路
は働かず、直流モータは第１の動作モードにしたがって
加速される。直流モータおよび電圧基準部材に提供され
る電圧が電圧基準部材の予め定められた電圧よりも高い
場合、スイッチング回路が働いて、直流モータは第２の
動作モードにしたがって最高回転数まで加速される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、直流モータの回転速度を制御するための制御回路、より具体的には 、直流モータの動作モードを切り替える簡単な制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術および考案の解決しようとする課題】

膨大な量の電子データの処理および拡散は、情報および知識の迅速な交換を促 進し、技術的発展を加速して、我々の暮らしを豊かにしている。しかし、大量の データ転送を処理するとき、たとえばラップトップコンピュータの中央処理装置 （ＣＰＵ）は過熱する傾向がある。したがって、この過熱の問題を解決するため に、ラップトップコンピュータなどの装置が、最小の電力消費を実現し得る優れ た熱消散装置を有することは、重要である。

【０００３】 図５を参照する。図５は、従来の熱消散装置１０により実行されるＣＰＵ１２ の熱消散プロセスの簡単なブロック図である。図５に示すように、熱消散装置１ ０は、直流モータ１４、電気的に直流モータ１４に接続される駆動回路１６、お よび直流モータ１４に接続されるファン１８を備えている。熱消散装置１０がＣ ＰＵ１２から熱を放散させる場合、駆動回路１６はまず、回転信号、通常は電流 信号を送信して、直流モータ１４の回転を制御する。次に、ファン１８は、直流 モータ１４によってオンされ、それによってＣＰＵ１２を冷却する。一般に、フ ァン１８は、直流モータ１４に直接取り付けられる。すなわち、ファン１８の回 転速度は、直流モータ１４の回転速度である。ＣＰＵ１２により生成される熱が 増加するとき、駆動回路１６から出力される電流信号は段階的に増加し、直流モ ータ１４およびファン１８の回転速度は、同様に増加する。ほとんどデータが処 理されていないときなど、ＣＰＵ１２により生成される熱が比較的小さいとき、 直流モータ１４は、速く回転することを要求されない。すなわち、駆動回路１６ は、直流モータ１４に、より小さい電流を出力し、こうして電力を節約する。

【０００４】 一般の直流モータについての特性が、設計段階の後に設定される。すなわち、 モータの入力電圧および回転速度が、直接関係する。図６は、従来技術による一 般の直流モータ１４の入力電圧に対する回転速度のグラフである。直流モータ１ ４の入力電圧と回転速度の関係がカーブＴ１により示されると仮定した場合、直 流モータ１４に対する入力が５ボルトであるとき、直流モータ１４の回転速度は ４０００ｒｐｍ（回転数／分）である。また、直流モータ１４に対する入力が２ ．５ボルトであるとき、直流モータ１４の回転速度は２０００ｒｐｍであり、そ れはあまりにも高い所定状況である（すなわち、入力電流が大きすぎる）。

【０００５】 直流モータ１４内部のコイル巻線は、低い入力電圧でモータの回転速度を減少 するように再設計され得る。たとえば、直流モータ１４は、２．５ボルトの入力 電圧に対して、１５００ｒｐｍで運転するように設計され得る。そのとき、直流 モータ１４の入力／出力グラフは、新規な特性カーブＴ２にしたがう。しかし、 より低い入力電圧で回転速度を落とす目的が特性カーブＴ２にしたがうことによ り達成されるものの、より高い電圧での回転速度は、大きく妥協させられてしま う。図６に示すように、５ボルトの入力電圧での回転速度は、３５００ｒｐｍし かない。

【０００６】 本考案は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、本考案の目的は、直流モ ータの回転速度を制御するための制御回路を提供することである。本考案は、直 流モータの原設計に対して少ない電子部品を用いるだけで設計変更することなく 、簡単な設計により上記目的を達成する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記した本考案の目的は、直流モータに電気的に接続され直流モータの回転速 度を制御するための制御回路であって、直流モータの入力ノードとともに可変電 圧源に接続される入力ノードと、制御回路の入力ノードに電気的に接続され、予 め定められた基準電圧を提供する電圧基準部材と、直流モータと電圧基準部材と の間に電気的に接続され、電圧基準部材の状態を制御するスイッチング回路とを 有し、前記スイッチング回路は、グランドノードと、直流モータに接続されるコ ネクタノードとを備え、可変電圧源によって直流モータおよび電圧基準部材に提 供される電圧が、電圧基準部材の予め定められた電圧以下である場合、スイッチ ング回路は働かず、直流モータは第１の動作モードにしたがって加速され、直流 モータおよび電圧基準部材に提供される電圧が、電圧基準部材の予め定められた 電圧よりも高い場合、スイッチング回路が働いて、直流モータは第２の動作モー ドにしたがって最高回転数まで加速されてなる、直流モータの回転速度を制御す るための制御回路、を提供することによって達成される。

【０００８】 また、本考案の目的は、直流モータに電気的に接続され直流モータの回転速度 を制御するための制御回路であって、可変電圧源に接続される入力ノードと、グ ランドノードと、電気的に入力ノードに接続され、可変電圧源から生成される電 流が通ったときに電圧降下を発現する第１の電圧降下部材と、一方の端部で電気 的に第１の電圧降下部材に接続されるとともに他方の端部でグランドに接続され 、予め定められた基準電圧を提供する電圧基準部材と、入力ノードと直流モータ との間に電気的に接続され、電圧基準部材の状態を制御するために使用されるス イッチング回路とを有し、前記スイッチング回路は、第１の電圧降下部材と電圧 基準部材との間のノードに接続されるコネクタノードと、制御回路の入力ノード と直流モータとの間に電気的に接続され、可変電圧源から直流モータへ生成され る電流のためのパスを提供する第２の電圧降下部材とを備え、可変電圧源によっ てスイッチング回路および電圧基準部材に提供される電圧が、第１の電圧降下部 材の両端の電圧よりも大きく、電圧基準部材の予め定められた電圧以下である場 合、スイッチング回路は働かず、直流モータは第１の動作モードにしたがって加 速され、可変電圧源によってスイッチング回路および電圧基準部材に提供される 電圧が、電圧基準部材の予め定められた電圧よりも大きい場合、スイッチング回 路が働いて、直流モータは第２の動作モードにしたがって最高回転数まで加速さ れてなる、直流モータの回転速度を制御するための制御回路、を提供することに よって達成される。

【０００９】

【考案の実施の形態】

本考案の内容および技術の具体的な詳細は、図面を参照して、以下の考案の実 施の形態において説明する。本考案は、以下の詳細な説明から、より完全に理解 されるようになる。ただし、図面は、図示するだけの目的に用いられており、本 考案を限定するものではない。

【００１０】 図１を参照する。図１は、本考案の第１の実施形態による直流モータ３０に適 用される制御回路２０の回路図である。図１に示すように、制御回路２０は、直 流モータ３０の入力ノード３１とともに可変電圧源５０に接続される入力ノード ２１と、入力ノード２１に電気的に接続される電圧基準部材２２と、直流モータ ３０と電圧基準部材２２との間に接続されるスイッチング回路２４と、接地端（ グランドノード）Ｇとを有している。

【００１１】 本考案の電圧基準部材２２は、予め定められた基準電圧Ｖｚｄを提供するツェ ナーダイオードＺＤを有している。ツェナーダイオードと入力ノード２１のカソ ードとの間には、通常、限流抵抗器Ｒｌがあり、それにより電圧基準部材２２の 抵抗を増加させて、ツェナーダイオードＺＤを通る電流を効果的に制限し、よっ てツェナーダイオードの寿命を長くする。

【００１２】 本考案の第１の実施形態のスイッチング回路２４は、電圧基準部材２２の状態 を制御するのに使用され、コネクタノード２５を経由して直流モータ３０に接続 される。スイッチング回路２４は、ｎｐｎバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ ）Ｔｒと、電圧降下部材とから構成されている。トランジスタＴｒのベースＢは 、電圧基準部材２２に接続され、コレクタＣとエミッタＥとは、それぞれ、直流 モータ３０とスイッチング回路２４のグランドノードＧとに接続される。スイッ チング回路２４が働くとき、可変電圧源５０により生成される電流が、直流モー タ３０およびコレクタＣ、または電圧基準部材２２およびベースＢを通って、エ ミッタＥに流れる。さらに、コレクタＣおよびエミッタＥに渡って接続される抵 抗器Ｒ２は、電圧降下部材として機能し、こうして、コレクタＣとエミッタＥと の間の電圧差を確保する。電圧降下部材の目的はスイッチング回路２４のトラン ジスタＴｒのコレクタＣおよびエミッタＥ間に電圧差を与えることであるので、 かかる部材はまた、ツェナーダイオード、あるいは任意の電気抵抗部材であり得 る。

【００１３】 図６、図１、および図２を参照する。図２は、第１の実施形態の直流モータ３ ０の入力電圧と回転速度との間の関係を示すグラフである。以下に説明する制御 回路２０の構成要素は、動作原理の説明を容易にするために、図６で説明したよ うな値を仮定する。図１および図２に示すように、ツェナーダイオードＺＤの基 準電圧Ｖｚｄは３ボルトであり、直流モータ３０は特性カーブＴ２を有するよう に設計されていると仮定する。

【００１４】 可変電圧源５０が直流モータ３０に２．５ボルトの電圧を出力するとき、直流 モータ３０の回転速度は１５００ｒｐｍである。この点では、入力電圧はツェナ ーダイオードＺＤの基準電圧Ｖｚｄ（３ボルト）よりもまだ小さく、したがって 、スイッチング回路２４のｎｐｎバイポーラ接合トランジスタＴｒは働かない。 したがって、可変電圧源５０によって出力される電流は、直流モータ３０および 抵抗器Ｒ２を通って、グランドノードＧに流れるだけであり、モータは特性カー ブＴ２にしたがって動作する。

【００１５】 可変電圧源５０が、限流抵抗器ＲｌおよびツェナーダイオードＺＤの基準電圧 Ｖｚｄに渡る電位差の合計よりも大きい電圧、たとえば３．５ボルトの電圧を出 力するとき、ツェナーダイオードが働いて、結果としてｎｐｎバイポーラ接合ト ランジスタＴｒをオンに切り替える。そして、可変電圧源５０から生成される電 流は、大部分は直流モータ３０、バイポーラ接合トランジスタＴｒのコレクタＣ 、バイポーラ接合トランジスタＴｒのエミッタＥ、およびグランドノードＧを通 過し、一方、ごく少量の電流がツェナーダイオードＺＤおよび抵抗器Ｒ２を通過 して流れる。その結果、直流モータ３０の特性カーブがＴ２からＴ１に切り替わ り、可変電圧源５０が５ボルトの入力を与えるとき、モータは４０００ｒｐｍの 回転速度に到達する。

【００１６】 図３を参照する。図３は、本考案の第２の好適な実施形態による直流モータ３ ０の回転速度を制御するための制御回路６０の回路図である。第１および第２の 実施形態間の最も大きな相違は、制御回路の第２の実施形態のスイッチング回路 がｐｎｐバイポーラ接合トランジスタを採用しているということである。図３に 示すように、制御回路６０は、可変電圧源５０に接続される入力ノード６１と、 入力ノード６１に接続され可変電圧源５０から生成される電流のために電圧差が 両端に発現する抵抗器Ｒ３と、抵抗器Ｒ３とグランドノードＧとの間に電気的に 接続される電圧基準部材２２と、入力ノード６１と直流モータ３０との間に電気 的に接続されるスイッチング回路６４とを有している。

【００１７】 第２の実施形態の電圧基準部材２２もまた、予め定められた基準電圧Ｖｚｄを 与えるためにツェナーダイオードＺＤを利用する。また、ツェナーダイオードＺ Ｄのカソードと入力ノード６１との間に接続される限流抵抗器Ｒｌがある。限流 抵抗器Ｒｌは、ツェナーダイオードＺＤが働いている間、ツェナーダイオードＺ Ｄを通って流れる電流を減少するように、電圧基準部材２２の抵抗力を高める。 これにより、ツェナーダイオードＺＤの寿命が長くなる。

【００１８】 本考案の第２の実施形態のスイッチング回路６４は、電圧基準部材２２の状態 を制御するのに使用され、コネクタノード６５を経由して抵抗器Ｒ３と電圧基準 部材２２との間のノードに接続される。スイッチング回路６４は、ｐｎｐバイポ ーラ接合トランジスタＴｒと、電圧降下部材とから構成されている。トランジス タＴｒのベースＢは、コネクタノード６５に接続され、コレクタＣとエミッタＥ とは、それぞれ、直流モータ３０と制御回路６０の入力ノード６１とに接続され る。スイッチング回路６４が働くとき、可変電圧源５０により生成される電流が 、ｐｎｐトランジスタＴｒのコレクタＣまたはエミッタＥを通って、直流モータ ３０に流れる。さらに、コレクタＣおよびエミッタＥに渡って接続される抵抗器 Ｒ２は、電圧降下部材として機能し、こうして、コレクタＣとエミッタＥとの間 の電圧差を確保する。電圧降下部材の目的はスイッチング回路２４のトランジス タＴｒのコレクタＣおよびエミッタＥ間に電圧差を与えることであるので、かか る部材はまた、ツェナーダイオード、あるいは抵抗特性を備えた任意の他の部材 であり得る。

【００１９】 図４は、本考案の第３の好適な実施形態による図１に表される直流モータに適 用される制御回路の簡単なブロック図である。

【００２０】 駆動回路７０は、直流モータ３０を駆動する。制御回路２０および６０は、直 流モータ３０の回転速度を調整および制御するのに使用される。制御回路２０お よび６０の機能および原理は、本考案の第１および第２の好適な実施形態におい て完全に説明されており、したがって、ここでは、さらなる説明は行わない。

【００２１】 本考案のスイッチング回路２４および６４は、ｎｐｎおよびｐｎｐバイポーラ 接合トランジスタＴｒでのみ具体化された。しかし、スイッチとして、Ｐ型金属 酸化膜半導体（ＰＭＯＳ）トランジスタ、Ｎ型金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ）ト ランジスタ、あるいはリレーを使用することもまた可能であり、それらの全ては 本考案の範囲に含まれており、ここではさらなる詳細を省略する。

【００２２】 なお、図１〜図３を参照して、スイッチング回路２４および６４が働かない場 合、直流モータ３０の特性は、原設計は別として、抵抗器Ｒ２のみによって影響 を受ける。すなわち、ユーザーが所定の電圧に対する直流モータ３０の回転速度 を低くする必要があるとき、より大きい抵抗器Ｒ２がこの目標を達成するために 使用され得る。

【００２３】 従来技術とは対照的に、本考案の最も大きな特徴は、制御回路２０および６０ が、直流モータの回転速度を調整および制御するという目標を達成するために、 きわめて簡単な電子部品のみを必要とし、モータの内部巻線に対する変更、ある いは付加的な複雑な回路は要求されないということである。

【００２４】 本考案は上記のように説明されているが、同様のものがさまざまな方法で変化 ないし変更され得ることは明らかである。このようなバリエーションは、本考案 の精神および範囲から逸脱するものと見なされるものではなく、当業者にとって 明らかな全ての変更は、実用新案登録請求の範囲の範囲内に含まれるものである 。

【００２５】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の制御回路によれば、直流モータの原設計に対し て少ない電子部品を用いるだけで設計変更することなく、簡単な設計により直流 モータの回転速度を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の第１の実施形態による直流モータに
適用される制御回路の回路図である。

【図２】 図１に表される直流モータの入力電圧と回転
速度との間の関係を示すグラフである。

【図３】 本考案の第２の好適な実施形態による図１に
表される直流モータに適用される制御回路の回路図であ
る。

【図４】 本考案の第３の好適な実施形態による図１に
表される直流モータに適用される制御回路の簡単なブロ
ック図である。

【図５】 従来の熱消散装置により実行されるＣＰＵに
よる熱消散プロセスの簡単なブロック図である。

【図６】 従来技術による直流モータの入力電圧と回転
速度との間の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…熱消散装置、 １２…ＣＰＵ、 １４、３０…直流モータ、 １６、７０…駆動回路、 １８…ファン、 ２０、６０…制御回路、 ２１、６１…入力ノード、 ２２…電圧基準部材、 ２４、６４…スイッチング回路、 ２５、６５…コネクタノード、 ３１…直流モータの入力ノード、 ５０…可変電圧源、 Ｔｒ…バイポーラ接合トランジスタ、 Ｂ…ベース、 Ｃ…コレクタ、 Ｅ…エミッタ、 ＺＤ…ツェナーダイオード、 Ｖｚｄ…基準電圧、 Ｒｌ…限流抵抗器、 Ｒ２、Ｒ３…抵抗器、 Ｔ１、Ｔ２…特性カーブ、 Ｇ…グランドノード。

Claims (14)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流モータに電気的に接続され直流モー
   タの回転速度を制御するための制御回路であって、 直流モータの入力ノードとともに可変電圧源に接続され
   る入力ノードと、 制御回路の入力ノードに電気的に接続され、予め定めら
   れた基準電圧を提供する電圧基準部材と、 直流モータと電圧基準部材との間に電気的に接続され、
   電圧基準部材の状態を制御するスイッチング回路とを有
   し、 前記スイッチング回路は、グランドノードと、直流モー
   タに接続されるコネクタノードとを備え、 可変電圧源によって直流モータおよび電圧基準部材に提
   供される電圧が、電圧基準部材の予め定められた電圧以
   下である場合、スイッチング回路は働かず、直流モータ
   は第１の動作モードにしたがって加速され、直流モータ
   および電圧基準部材に提供される電圧が、電圧基準部材
   の予め定められた電圧よりも高い場合、スイッチング回
   路が働いて、直流モータは第２の動作モードにしたがっ
   て最高回転数まで加速されてなる、直流モータの回転速
   度を制御するための制御回路。
2. 【請求項２】 前記直流モータの第２の動作モードは、
   所定の電圧に対して、第１の動作モードよりも高い回転
   速度で直流モータが動作するモードであることを特徴と
   する請求項１に記載の制御回路。
3. 【請求項３】 前記電圧基準部材は、ツェナーダイオー
   ドを有することを特徴とする請求項１に記載の制御回
   路。
4. 【請求項４】 前記電圧基準部材は、制御回路の入力ノ
   ードとツェナーダイオードとの間に接続されツェナーダ
   イオードに対する保護手段としてツェナーダイオードを
   通る電流を減少させるために使用される限流抵抗器をさ
   らに有することを特徴とする請求項３に記載の制御回
   路。
5. 【請求項５】 前記スイッチング回路は、ｎｐｎバイポ
   ーラ接合トランジスタ、ＮＭＯＳトランジスタ、または
   リレーであることを特徴とする請求項１に記載の制御回
   路。
6. 【請求項６】 前記スイッチング回路は、スイッチング
   回路において並列に接続されスイッチング回路全体の電
   圧降下を提供する電圧降下部材をさらに有することを特
   徴とする請求項５に記載の制御回路。
7. 【請求項７】 前記電圧降下部材は、抵抗器またはツェ
   ナーダイオードであることを特徴とする請求項６に記載
   の制御回路。
8. 【請求項８】 直流モータに電気的に接続され直流モー
   タの回転速度を制御するための制御回路であって、 可変電圧源に接続される入力ノードと、 グランドノードと、 電気的に入力ノードに接続され、可変電圧源から生成さ
   れる電流が通ったときに電圧降下を発現する第１の電圧
   降下部材と、 一方の端部で電気的に第１の電圧降下部材に接続される
   とともに他方の端部でグランドに接続され、予め定めら
   れた基準電圧を提供する電圧基準部材と、 入力ノードと直流モータとの間に電気的に接続され、電
   圧基準部材の状態を制御するために使用されるスイッチ
   ング回路とを有し、 前記スイッチング回路は、第１の電圧降下部材と電圧基
   準部材との間のノードに接続されるコネクタノードと、
   制御回路の入力ノードと直流モータとの間に電気的に接
   続され、可変電圧源から直流モータへ生成される電流の
   ためのパスを提供する第２の電圧降下部材とを備え、 可変電圧源によってスイッチング回路および電圧基準部
   材に提供される電圧が、第１の電圧降下部材の両端の電
   圧よりも大きく、電圧基準部材の予め定められた電圧以
   下である場合、スイッチング回路は働かず、直流モータ
   は第１の動作モードにしたがって加速され、可変電圧源
   によってスイッチング回路および電圧基準部材に提供さ
   れる電圧が、電圧基準部材の予め定められた電圧よりも
   大きい場合、スイッチング回路が働いて、直流モータは
   第２の動作モードにしたがって最高回転数まで加速され
   てなる、直流モータの回転速度を制御するための制御回
   路。
9. 【請求項９】 前記直流モータの第２の動作モードは、
   所定の電圧に対して、第１の動作モードよりも高い回転
   速度で直流モータが動作するモードであることを特徴と
   する請求項８に記載の制御回路。
10. 【請求項１０】 前記第１の電圧降下部材は、抵抗器で
    あることを特徴とする請求項８に記載の制御回路。
11. 【請求項１１】 前記電圧基準部材は、ツェナーダイオ
    ードを有することを特徴とする請求項８に記載の制御回
    路。
12. 【請求項１２】 前記電圧基準部材は、制御回路の入力
    ノードとツェナーダイオードとの間に接続されツェナー
    ダイオードに対する保護手段としてツェナーダイオード
    を通る電流を減少させるために使用される限流抵抗器を
    さらに有することを特徴とする請求項１１に記載の制御
    回路。
13. 【請求項１３】 前記スイッチング回路は、ｐｎｐバイ
    ポーラ接合トランジスタ、ＰＭＯＳトランジスタ、また
    はリレーであることを特徴とする請求項８に記載の制御
    回路。
14. 【請求項１４】 前記第２の電圧降下部材は、抵抗器ま
    たはツェナーダイオードであることを特徴とする請求項
    １３に記載の制御回路。