JPH0116394Y2

JPH0116394Y2 -

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Publication number: JPH0116394Y2
Application number: JP1979072051U
Authority: JP
Priority date: 1979-05-29
Filing date: 1979-05-29
Publication date: 1989-05-15
Also published as: JPS55173297U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、モータの回転軸に連結された多極磁
石よりなる磁石回転板に、ホール発電体を対向さ
せることにより、従来の回転速度検出機構を簡略
化するとともに、制御精度が高く、制御特性がき
わめて安定な直流モータの速度制御装置を提供す
るものである。

特にホール発電体と、信号波形形成回路部や速
度制御回路部などの信号処理部、定電圧回路、駆
動回路などを同一チツプに形成した集積回路
（IC）を構成し、このICをモータ回転軸に連結さ
れた多極磁石よりなる磁石回転板に対向させるこ
とにより速度検出機構を簡略化するとともに、制
御特性にすぐれた周波数制御方式の直流モータの
定速制御装置を実現するのに有効な手段を供給す
るものである。

さて、従来の周波数制御方式の直流モータの速
度制御装置に多用されてきた代表的な周波数発電
機を第１図に示す。

第１図において、モータの回転軸１には外周に
多数個の歯をもつ、磁性体よりなる円板状の歯車
２が取り付けられ、前記歯車２には図の方向に着
磁された円板状の永久磁石３が重ねて取り付けら
れている。また、前記歯車２と前記永久磁石３を
囲む位置に、前記歯車２の歯車と対応して同数の
歯を有する固定子４が配設され、前記固定子４の
内部には検出コイル５が取り付けられている。

さて、第１図において回転軸１を回転させる
と、磁気抵抗の変化により、この装置は周波数発
電機となり、検出コイル５の両端には歯車２およ
び固定子４の歯数と回転数に比例した周波数の交
流電圧が現われる。

そして、従来より、周波数制御方式の直流モー
タの速度制御装置としては第２図に一例を示すよ
うなものが多用されてきた。

その構成を図面にもとづいて説明すると、直流
モータ６に連結された第１図に示す周波数発電機
７の出力側は波形整形回路８の入力側に接続さ
れ、前記波形整形回路８の出力側は微分パルス発
生回路９に接続されている。また前記微分パルス
発生回路９の出力側は基準時間幅発生回路１０の
入力側に接続され、前記基準時間幅発生回路１０
の出力側は積分回路１１に接続されている。さら
に前記積分回路１１の出力側は駆動回路１２に接
続され、前記駆動回路１２の出力側には前記直流
モータ６が接続されている。

ここで、第３図に第２図の各部の信号波形図を
示し、以下、第３図の信号波形図とともに動作の
概要を説明する。

まず、直流モータ６の回転速度が負荷の変動な
どにより徐々に遅くなつたとすると、周波数発電
機７に出力信号波形、すなわち第２図のａ点の波
形は第３図ａの如くなる。この信号波形ａは波形
整形回路８により第３図ｂに示すような矩形波に
整形される。この矩形波信号ｂは微分パルス発生
回路９によつてパルス化され、第２図ｃ点には第
３図ｃに示すような信号波形が現われる。信号波
形ｃの正の部分だけが基準時間幅発生回路１０の
トリガパルスとして利用され、前記基準時間幅発
生回路１０の出力信号波形、すなわち第２図ｄ点
は第３図ｄの如く、トリガパルスの周期に応じて
繰り返し周期が変化し、一定の時間幅Ｔを有する
矩形波となる。この出力信号波形ｄを積分回路１
１にて平滑化すると、前記積分回路１１の出力
側、すなわち第２図ｅ点には第３図ｅに示すよう
な信号波形が現われる。

したがつて、直流モータ６の回転速度が徐々に
遅くなつたとき、第２図ｅ点の電位は徐々に高く
なり、入力電圧が高くなつたとき出力電圧も増大
するように駆動回路１２を設計しておけば前記直
流モータ６の回転速度は一定に保たれることにな
る。

ところで、最近、前記のような直流モータの速
度制御装置の制御回路のIC化が急速に進み、制
御回路部品を組み込んだ回路基板もモータ本体に
直接取り付けたもの、あるいはモータ本体に内蔵
させたものが主流を占めるようになつてきた。

これらは、いずれも使用部品点数の削減、構造
の簡略化を図つて、製造コストの低減、信頼性の
向上を目ざすものであるが、第１図の如き構造を
有する周波数発電機付直流モータはまだまだその
構造の複雑さ、部品点数に起因する問題が多々あ
つた。

すなわち、第１図の如き構造を有する周波数発
電機付直流モータでは、第２図に示す制御回路の
主要部分をIC化して回路基板上に組み込み、前
記回路基板円モータ本体に取り付けたとしても、
前記周波数発電機部分の構造が複雑で高価であ
り、さらには前記周波数発電機からの出力信号を
IC内部に導くために周波数発電機側には出力端
子を必要とし、IC側には信号入力端子を必要と
するだけでなく、その間の配線も必要となり問題
が多かつた。

本考案はホール発電体と、信号波形形成回路部
や速度制御回路部などの信号処理部、定電圧回
路、駆動回路などの主要部分を同一チツプに形成
したICを、モータ回転軸に連結された多極磁石
よりなる磁石回転板に対向させることにより速度
検出機構を簡略化し上記のような問題を解消する
とともに、制御特性のすぐれた周波数制御方式の
直流モータの定速制御装置を得るものである。

第４図は本考案の実施例における速度制御装置
の回転速度検出器部分を示す構造図であり、モー
タの回転軸１３には磁石回転板１４が連結されて
おり、回路基板１５上にはホール発電体を内蔵し
た制御用IC１６がその天面を前記磁石回転板１
４に対向させて取り付けられている。

なお、前記磁石回転板１４は、第５図に示すよ
うに、その外周部に多数のＮ極及びＳ極が交互に
着磁されている。さらに、前記制御用IC１６は
第６図に示すようにその内部のシリコンチツプ１
６ａの一部をホール発電体１６ｂが形成されてい
る。

上記のような構成によれば、モータの回転軸１
３が回転するにしたがつてホール効果によりホー
ル発電体１６ｂには回転速度に比例した周波数の
検出信号が誘起される。

そしてこのような回転速度検出器からの検出信
号をそのまま前記制御用IC１６の内部で処理し
て、モータの回転速度を定速制御する信号を作り
出すことができる。すなわち、回転速度検出器の
構造としてはモータの回転軸１３に連結された磁
石回転板１４に制御用IC１６を対向させるだけ
でよく、周波数発電機と制御用IC間の配線も端
子も不要であり、構造が簡略化できるばかりでな
くモータの製造コストを引き下げるとともに信頼
性も向上することができる。

次に本考案の直流モータの速度制御装置を第７
図により詳しく説明する。

４８は正側給電線路４６と負側給電線路３７の
間に接続された直流電源であり、直流モータ３１
の回転軸に連結された磁石回転板３２に対向して
ホール発電体３３が内蔵された制御用ICが取り
付けられている。

前記ホール発電体３３の出力側は増幅器３４の
入力側に接続され、前記増幅器３４の出力側は波
形整形回路３５に接続されている。前記増幅器３
４と前記波形整形回路３５とで信号波形形成回路
部３６を構成している。そして、前記ホール発電
体３３と前記信号波形形成回路部３６は前記負側
給電線路３７を基準として構成された第１の定電
圧回路３８で駆動されている。また、前記波形整
形回路３５の出力側は基準レベル反転回路３９の
入力側に接続され、前記基準レベル反転回路３９
の出力側は微分パルス発生回路４０の入力側に接
続され、前記微分パルス発生回路４０の出力側は
基準時間幅発生回路４１の入力側に接続され、前
記基準時間幅発生回路４１の出力側は積分回路４
２の入力側に接続され、前記積分回路４２の出力
側は比較回路４３に接続されている。前記微分パ
ルス発生回路４０、基準時間発生回路４１、積分
回路４２及び比較回路４３とで速度制御回路部４
４を構成している。そして前記速度制御回路部４
４は前記正側給電線路４６を基準として構成され
た第２の定電圧回路４７により駆動されている。
また、前記比較回路４３の出力側は駆動回路４５
に接続され、前記駆動回路４５の出力側には前記
直流モータ３１が接続されている。

ここで、第８図に第７図の各部の信号波形図を
示し、以下、第８図の信号波形図とともに動作の
概要を説明する。

まず、直流モータ３１の回転に伴い、前記直流
モータ３１の回転軸に連結された磁石回転板３２
より、ホール発電体３３に誘起された検出信号は
増幅器３４により増幅され第７図ｌ点の波形は第
８図ｌの如くなる。この信号波形ｌは波形整形回
路３５により第８図ｍに示すような矩形波に整形
される。この矩形波信号ｍは負側給電線路３７を
基準レベルとしている。前記矩形波信号ｍは基準
レベル反転回路３９により基準レベルを反転さ
れ、正側給電線路４６の基準レベルとした矩形波
信号となる。したがつて第７図ｎ点の信号波形は
第８図ｎに示すような信号波形となる。この矩形
波信号ｎは微分パルス発生回路４０によつてパル
ス化され、第７図ｏ点には第８図ｏに示すような
信号波形が現われる。信号波形ｏの正の部分だけ
が基準時間発生回路４１のトリガパルスとして利
用され、前記基準時間発生回路４１の出力信号波
形、すなわち第７図ｐ点は第８図ｐの如く、トリ
ガパルスの周期に応じて繰り返し周期が変化し、
一定の時間幅T_sを有する矩形波となる。この出
力信号波形ｐを積分回路４２にて平滑化すると、
前記積分回路４２の出力側、すなわち第７図ｑ点
には第８図ｑに示すような信号波形が現われる。
前記信号波形ｑは比較回路４３によつて、第２の
定電圧回路４７の出力電圧V_p47を分割して得られ
た基準電圧E_gと比較され、前記比較回路４３の
出力側、すなわち第７図ｒ点には第８図ｒに示す
ような信号波形が現われ、前記直流モータ３１の
回転速度を一定に保つように駆動回路４５が動作
する。

すなわち、負荷の増大はどにより直流モータ３
１の回転速度が下降したとすると、波形整形回路
３５の出力波形は第８図ｍの如くなる。これに伴
つて第７図のｎ，ｏ，ｐ，ｑの各点には第８図
ｎ，ｏ，ｐ，ｑに示したように信号波形が現われ
る。そして積分回路４２の出力電圧E_gすなわち
信号波形ｑが比較回路４３によつて基準電圧E_sと
比較され、E_qがE_sを越えたとき前記比較回路４
３の出力レベル、すなわち第７図ｒ点の波形は第
８図ｒに示すように急激に変化する。前記比較回
路４３の出力信号ｒは駆動回路４５によつて直流
モータ３１を駆動するのに必要なパワーにまで電
流増幅あるいは電圧増幅され、前記駆動回路４５
の出力信号波形は前記比較回路４３の出力信号波
形第８図ｒと同じ形となる。

すなわち、直流モータ３１の回転速度が徐々に
下降して前記積分回路４２の出力電圧E_gが基準
電圧E_sを越えたとき、前記直流モータ３１への給
電が開始され、前記直流モータ３１はフル加速さ
れる。逆に前記直流モータ３１の回転速度が徐々
に上昇して前記積分回路４２の出力電圧E_qが基
準電圧E_sより小さくなつたとき、前記直流モータ
３１への給電が停止され、前記直流モータ３１は
減速され回転速度を元にもどす動作が実行され
る。結局、制御系の制御ゲインを十分大きくした
ときには最終的には前記積分回路４２の出力電圧
E_qと基準電圧E_sが等しくなるように前記直流モ
ータ３１の回転速度が制御される。

以上が第７図に示した本考案の実施例のものの
直流モータの速度制御装置の説明である。

さて、第７図に示した本考案の実施例の直流モ
ータの速度制御装置においては、ホール発電体及
び信号波形形成回路部を第１の定電圧回路で駆動
し、速度制御回路部を第２の定電圧回路で駆動す
るという形式をとつている。

すなわち、直流モータの回転軸に連結された磁
石回転板によりホール発電体に誘起された検出信
号を増幅、波形整形し、前記直流モータの回転速
度に応じて周波数、周期などの変化する回転信号
波形を得る第１過程までを第１の定電圧回路の負
荷とし、一方、波形整形回路からの出力信号又は
波形整形回路からの出力信号の基準レベルを反転
した信号を、基準時間幅発生回路により時間幅が
一定の矩形波に変換し、前記矩形波を平滑化して
前記直流モータの回転速度に応じて電位の変化す
る直流電圧を得、前記直流電圧の電位の大小によ
り前記直流モータの回転速度を定速制御するため
の速度制御信号波形を得る第２過程までを第２の
定電圧回路の負荷とすることにより、第１過程と
第２過程を分離した形となつている。

第１過程と第２過程を別々な定電圧回路により
駆動することの効果を次に述べることにする。

まず、回転信号波形を得る第１過程と速度制御
信号波形を得る第２過程を同一の定電圧回路で駆
動すると、直流モータの刷子整流子間などから発
生するパルスノイズが定電圧回路の出力線路や給
電線路にのり、同一定電圧回路により駆動される
波形整形回路の出力信号波形に前記パルスノイズ
に対応したパルスノイズが重畳されるため基準時
間発生回路がトリガされて誤動作の原因となるこ
とがあつたが、第１過程を駆動する定電圧回路と
第２過程を駆動する定電圧回路を別々に分離して
構成することにより、上記のような問題点を解消
できる。

また、ホール発電体の感度はホール発電体へ入
力電圧（第１の定電圧回路より印加される。）が
大きい程感度は良くなるし、小さい程感度は悪く
なる。本考案においては、第１の定電圧回路の出
力電圧を第２過程を駆動する第２の定電圧回路の
出力電圧とは無関係に設定でき、ホール発電体の
感度設定をしやすくなる。

また、この種の直流モータの速度制御装置にお
いて検出精度を上げ、応答性の良い制御を実行す
るには、１回転当りの検出パルス数を増やさなく
てはならない。そのためには直流モータの回転軸
に連結された磁石回転板（第５図参照）の着磁極
数を増やさらくてはならない。ところが、前記磁
石回転板の径に寸法上限度がある場合は極間ピツ
チを小さくして着磁極性を増やさなくてはならな
く、１極当りの着磁面積が小さくなり、１極当り
の磁束数が小さくなる。したがつてホール発電体
に誘起される検出信号波形も非常に小さなものと
なるので、増幅器のゲインを大きくとり前記検出
信号を十分増幅する必要がある。

したがつて、回転信号波形を得る第１過程と速
度制御信号波形を得る第２過程を同一の定電圧回
路で駆動すると、検出信号の増幅器のゲインが高
い場合に直流モータの電機子からの高周波成分な
とが原因となり発振するという問題があつたが、
第１過程を駆動する定電圧回路と第２過程を駆動
する定電圧回路を別々に分離することにより、上
記のような問題点を解消できる。

さらに、第７図に示した本考案の実施例の直流
モータの速度制御装置ではホール発電体３３及び
信号波形形成回路部３６を負側給電線路３７を基
準として構成された第１の定電圧回路３８で駆動
し、前記信号波形形成回路部３６からの信号波形
の基準レベルを基準レベル反転回路３９により反
転し、かつ、この被反転信号波形により直流モー
タ３１の回転速度を定速制御する信号を得るため
の速度制御回路部４４を正側給電線路４６を基準
として構成された第２の定電圧回路４７で駆動し
ている。

この効果を説明するためにまずIC内のシリコ
ンの同一チツプに形成されるホール発電体の一般
的な構造図を第９図に示す。

Ｐ形基板４８上にエピタキシヤル成長によりＮ
形のエピタキシヤル層４９が形成され、前記エピ
タキシヤル層４９をＰ形の分離拡散５０で他の基
子からPN接合により分離する。次に同一チツプ
に形成される他のトランジスタのエミツタ拡散と
同時に高濃度のＮ形（N⁺）を拡散して入力端子
５１，５２及び出力端子５３，５４が形成されホ
ール発電体が完成する。

ICにおいてはＰ形基板４８は通常、回路中の
最低電位に保たれなければならないので負側給電
線路と接続されており、Ｎ形のエピタキシヤル層
４９との間のPN接合に逆方向電圧がかかつた状
態で動作てしおり、前記Ｐ形基板４８とＮ形エピ
タキシヤル層４９の間には接合容量をもつてい
る。ところで、一般にPN接合の接合容量は印加
電圧によりその容量が変化する。

さて、第７図に示した本考案の実施例の直流モ
ータの速度制御装置においては、ホール発電体３
３は負側給電線路３７を基準として構成された第
１の定電圧回路３８によつて駆動されており、す
なわち、ホール発電体３３の入力端子ｘ，ｙ（第
９図の入力端子５１，５２に相当する。）の間に
定電圧回路３８の出力電圧V_p38が印加されてい
る。今、正負両給電端子間の電圧が変化したとし
ても前記定電圧回路３８の出力電圧V_p38はほとん
ど変化しないし、前記定電圧回路３８の基準とな
つている負側給電線路３７とホール発電体３８の
基板を構成しているＰ形基板４８が同電位なの
で、エピタキシヤル層４９と前記基板４８間に印
加されている電圧は変化なく、その間に存在する
接合容量も一定に保たれるためホール発電体３３
は安定に動作する。

もし、ホール発電体を駆動する定電圧回路が負
側給電線路を基準として構成されていないと、給
電端子間の電圧が変化することにより、エピタキ
シヤル層４９の電位が変化することになり、エピ
タキシヤル層４９と基条４８間に接合容量が変化
し、ホール発電体の動作が不安定になることが考
えられる。

以上のように本考案の直流モータの速度制御装
置によれば、ホール発電体の信号波形形成回路部
や速度制御回路などの信号処理部、定電圧回路、
駆動回路などの主要部分を同一チツプに形成した
ICとして容易に構成することができ、この制御
用ICを直流モータの回転軸に連結された多極磁
石よりなる磁石回転板に対向させることにより速
度検出機構を簡略化することができる。またホー
ル発電体及び信号波形形成回路部を駆動する定電
圧回路と、速度制御回路部を駆動する定電圧回路
を別々に分離構成することにより、モータの刷子
整流子間などから発生するパルスノイズによる誤
動作を防止できる。また、ホール発電体の感度設
定を第１の定電圧回路により、第２の定電圧回路
の出力電圧とは無関係にできる。さらに、ホール
発電体に誘起される検出信号波形が非常に小さい
場合でも増幅器のゲインを大きくとり検出信号を
増幅できるため、磁石回転板の着磁極数を増やす
ことにより１回転当りの検出パルス数を増すこと
ができるため応答性が良く、制御特性の優れたモ
ータの速度制御装置を実現できる。

さらには、ホール発電体及び信号波形形成回路
部を負側給電線路を基準レベルとした第１の定電
圧回路で駆動し、前記信号波形形成回路部からの
信号波形の基準レベルを基準レベル反転回路によ
り反転し、速度制御回路部を正側給電線路を基準
レベルとした第２の定電圧回路で駆動するように
したので、ホール発電体の動作が安定に動作する
という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の周波数制御方式の直流モータの
速度制御装置に多用される周波数発電機の構造
図、第２図は従来の周波数制御方式の直流モータ
の速度制御装置の一例を示す回路結線図、第３図
は第２図の各部の信号波形図、第４図は本考案の
実施例における直流モータの速度制御装置の回転
速度検出器部分の構造図、第５図は本考案の実施
例にかかる磁石回転板の詳細図、第６図は本考案
の実施例にかかる制御用ICの詳細図、第７図は
本考案の一実施例にかかる直流モータの速度制御
装置の回路結線図、第８図は第７図の各部の信号
波形図、第９図はシリコン基板上に形成されるホ
ール発電体の構造図である。１３……モータの回転軸、１４……磁石回転
板、１６……制御用IC、３１……直流モータ、
３２……磁石回転板、３３……ホール発電体、３
４……増幅器、３５……波形整形回路、３６……
信号波形形成回路部、３８……第１の定電圧回
路、３９……基準レベル反転回路、４０……微分
パルス発生回路、４１……基準時間幅発生回路、
４２……積分回路、４３……比較回路、４４……
速度制御回路部、４５……駆動回路、４７……第
２の定電圧回路、３７……負側給電線路、４６…
…正側給電線路、４８……直流電源。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

正側給電線路と負側給電線路の間に接続された
唯一の直流電源と、モータの回転軸に前記モータ
の回転速度に比例した周波数の検出信号を発生さ
せるための多極磁された磁石回転板を連結し、前
記磁石回転板にホール発電体を内蔵した制御用
ICを対向させることにより構成される回転速度
検出器と、前記回転速度検出器からの検出信号を
増幅及び波形整形し、前記モータの回転速度に応
じて周波数、周期などの変化する信号波形を得る
ための信号波形形成回路部と、第１の定電圧回路
は前記負側給電線路を基準レベルとして構成さ
れ、前記第１の定電圧回路の出力線路と前記負側
給電線路間の電圧を前記ホール発電体及び前記信
号波形形成回路部に印加し、前記信号波形形成回
路部からの信号波形の基準レベルを基準レベル反
転回路により反転し、その反転信号波形を基準時
間幅発生回路により時間幅が一定の矩形波に変換
し、前記矩形波を平滑化して前記モータの回転速
度に応じて電位の変化する直流電圧を得、前記直
流電圧の電位の大小により前記モータの回転速度
を定速制御する信号を得るための速度制御回路部
と、第２の定電圧回路は前記正側給電線路を基準
レベルとして構成され、前記正側給電線路と前記
第２の定電圧回路の出力線路間の電圧を前記速度
制御回路部に印加し、前記速度制御回路部からの
信号により駆動回路を動作させ、前記モータの回
転速度を一定に制御する直流モータの速度制御装
置。