JPH01164283A - 直流電動機の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流電動機の制御回路に関する。

〔発明の概要〕

直流電動機の端子に生じる誘導起電力を回転検出用トラ
ンジスタで検出して電動機駆動用トランジスタをオンに
すると共に、拘束時には誘導起電圧が無くなることによ
り、上記駆動用トランジスタをオフ（給電遮断）にする
ために、所定の時定数で定まる周期ごとにオンとなる制
御用トランジスタを設けて、上記回転検出用トランジス
タを周期的にオフにして、所定周期ごとに回転／拘束の
監視を行うようにした電動機制御回路である。

〔従来の技術〕

例えばラジオコントロール式の電動玩具自動車において
は、リモートコントローラによって電動機のオン・オフ
制御や回転速度の制御を行っている。従ってリモートコ
ントローラによって一旦駆動（走行）させるとスイッチ
をオフにしない限り駆動が停止しない、このため、ラジ
オコントロール不能状態で障害物に走行を阻止された場
合、或いは駆動輪が拘束された状態で、例えば雑音等に
よって回路がオンになった場合、電動機に拘束電流が流
れる。このため必要以上に電気エネルギーが消費されて
不経済である上に、電動機、その他の機構に無理な負荷
を与え、玩具自動車の寿命を短縮させたり、トラブルの
原因となった。また電動機に拘束電流が流れると、電動
機や抵抗器、バッテリー等からの発熱で火災が発生する
ことがあった。

この問題を解消するために本願出願人は、電動機が拘束
停止したときには給電を遮断する直流電動機の制御回路
を提案している（特願昭６２−９７０８２号）。この制
御回路は、直流電動機の誘導起電力でオンとなる回転検
知用トランジスタ等と、この検知用トランジスタによっ
てオンとなって駆動電圧を上記直流電動機に供給する駆
動用トランジスタとを備える。また上記直流電動機の整
流子の極性切換点では電機子巻線に発生するパルスによ
って上記検知用トランジスタが瞬時オフするように、上
記直流電動機の電機子巻線に連なる端子と上記検知用ト
ランジスタとを接続しである。

電動機に外力を与えて強制回転させると、誘導起電力が
発生し、これによって回転検知用トランジスタがオンと
なり、更に駆動用トランジスタがオンとなる。従って電
動機が回転を続ける。

電動機の回転に伴って、整流子の極性切換点で電機子巻
線に発生するパルスで検知用トランジスタが周期的に強
制オフさせられる。しかし回転系の慣性で電動機が誘導
起電力を発生している限りは、検知用トランジスタは即
座にオンに復帰するので、駆動用トランジスタもオンと
なり、回転は維持される。上記パルスは電動機の拘束（
回転停止）を検知するためのサンプリングパルスとして
機能している。

電動機を拘束すると、停止直前には誘導起電力は極めて
小さくなり、整流切換点で発生する上記のパルスでもっ
て検知用トランジスタがオフにされると、もはや検知用
トランジスタがオンとなることができない。従って駆動
用トランジスタもオフになり、電動機は停止する。

一方、速度制御に関しては、従来は電動機に印加する電
圧を変えて回転速度を制御していて、印加電圧を変える
ために電動機と直列に、可変抵抗器を接続したり、或い
は複数のバッテリーを設けて電源から異なる電圧を出力
できるようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特願昭６２−９７０８２号で提案した制御回路は、整流
子の極性切換点で電機子巻線に発生するスパイク状パル
スによって回転検知用トランジスタをオフさせている。

このためパルスを発生する電動機しか拘束検出及び給電
遮断を行うことができない。従って、スパイク状パルス
を発生しないような電動機を制御する場合には、回転検
知用トランジスタを周期的にオフさせる必要がある。こ
のため外部からオフ用のパルスを回転検知用トランジス
タの制御電極に与えたり、或いは検知用トランジスタを
周期的にオフさせるための発振器を組み込まなければな
らないので、制御回路の構成が複雑になっていた。

また従来の制御回路は拘束検出及び給電遮断と、電動機
の回転速度制御とを別々に行っているので、更に回路構
成が複雑になっていた。

また単一電圧の電源で速度制御を行うために可変抵抗器
を用いると電気エネルギーの損失がある上、駆動電流が
大きい場合は発熱が大きく危険である。一方複数個のバ
ッテリーを配設して電源の出力電圧を変えるようにする
と、高速走行時及び低速走行時において使用されるバッ
テリーが異なるため、個々のバッテリーの消費量に差が
出てしまう不都合がある。

本発明は上述の問題点にかんがみ、電動機からパルスが
出なくても拘束検出及び給電遮断ができると共に、所望
の回転速度が得られるようにすることができる制御回路
の回路構成を簡略化することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段） 本発明の直流電動機の制御回路は、直流電動機Ｍの端子
に接続され誘導起電力でオンとなる回転検知用トランジ
スタＱ１と、この回転検知用トランジスタＱ１のオン出
力によりオンとなって駆動電圧Ｅを上記直流電動機Ｍに
供給する駆動用トランジスタＱ２と、上記駆動用トラン
ジスタＱ２のオン出力によってオンとなって上記回転検
知用トランジスタＱ１をオフにし、これにより上記駆動
用トランジスタＱ２をオフにする制御用トランジスタＱ
３と、上記駆動用トランジスタＱ３のオン出力により作
動して所定時間後に上記制御用トランジスタＱ３をオン
にする電圧を形成すると共に、上記駆動用トランジスタ
Ｑ２がオフになったときに電動機Ｍの誘導パルスにより
上記電圧がリセットされる時定数回路７とを具備してい
る。

〔作用〕

電動機Ｍを一旦回転させると、誘導起電力が発生して、
これによって回転検知用トランジスタＱ１がオンとなり
、更に駆動用トランジスタＱ２がオンとなるので、電動
機Ｍが回転を続ける。

駆動用トランジスタのオン時点から一定時間後には時定
数回路７の働きにより制御用トランジスタＱ３がオンと
なり、回転検知用トランジスタＱ１がオフにされ、駆動
用トランジスタＱ２がオフにされる。このとき電動機Ｍ
が拘束状態でなければ、回転検知用トランジスタＱ１が
オンし、駆動用トランジスタＱ２が再びオンとなる。即
ち制御用トランジスタＱ３がオンになることにより、電
動機Ｍの回転状態がサンプリングされる。

サンプリング時点で駆動用トランジスタＱ２が瞬時オフ
すると、電動機Ｍの端子に生じる誘導パルスにより、時
定数回路７がリセットされて制御用トランジスタＱ３が
オフになる。しかし電動機Ｍが回転していれば上述のよ
うに駆動用トランジスタＱ２がオンとなるので、一定時
間後には時定数回路により制御用トランジスタＱ３がオ
ンとなる。このようにして制御用トランジスタＱ３及び
回転検知用トランジスタＱ１は一定周期でオン／オフを
繰り返し、回転／拘束の検出を行っている。

電動機Ｍを拘束すると、誘導起電力が無くなるので、制
御用トランジスタＱ３がオンとなることにより、回転検
知用トランジスタＱ１が一旦オフになると、駆動用トラ
ンジスタＱ２がオフとなり、給電遮断状態となる。従っ
て外力による拘束停止ができる。

また時定数回路７の時定数を適宜設定することにより、
制御用トランジスタＱ３のオン／オフの周期を任意に定
めることができるから、駆動用トランジスタＱ２による
電動機Ｍへの給電のデユーティに対応して所望の回転速
度を得ることができる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例の直流電動機用制御回路を示
す。この制御回路は例えば玩具のラジオコントロール式
電池自動車に組込まれたものである。

電動機Ｍの端子Ｔ１には、電源電圧Ｅを供給する駆動用
トランジスタＱ２のエミッターコレクタが直列に結合さ
れ、またこのトランジスタＱ２のベースに回転検知用ト
ランジスタＱｌのコレクターエミッタが直列に直結され
ている。この検知用トランジスタＱ１のベースは抵抗器
Ｒ２を介して電動機Ｍの端子Ｔ１に接続され、抵抗器Ｒ
５を介して入力端子１に接続されている。またそのエミ
ッタはトランジスタＱ４のコレクターエミッタ及び抵抗
器Ｒ１を介して電動機Ｍの端子Ｔ２　（接地電位）に接
続されている。トランジスタＱ４のベースは抵抗器Ｒ４
を介して駆動入力端子２に接続されている。

トランジスタＱ１のベースと抵抗器Ｒ２とを接続するラ
イン３と接地ライン４との間に速度制御用トランジスタ
Ｑ３のコレクターエミッタが直列に接続され、そのベー
スと接地ライン４との間にコンデンサＣ３が接続されて
いる。また抵抗器Ｒ２と電動機Ｍの端子ＴＩとを接続す
るライン５と接地ライン４との間に、抵抗器Ｒ３と可変
抵抗器ＶＲの直列回路が接続されていて、可変抵抗器Ｖ
Ｒの可動端子とコンデンサＣ３の一端（非接地側）とが
接続されている。抵抗器Ｒ３、可変抵抗器ＶＲ及びコン
デンサＣ３で時定数回路７が構成されていて、コンデン
サＣ３の充電電圧が速度制御用トランジスタＱ３のベー
スに与えられる。

２個のトランジスタＱＩ　Ｑ２はオン状態が自己保持さ
れる接続になっている。即ち、−旦Ｑ１がオンになると
、そのコレクタ電流がＱ２のベース電流となって０２が
オンする。従って０２のコレクタ電圧が上昇して電動機
Ｍに駆動電圧が供給される。このときＱ２のコレクタか
らＱｌにベース電流が供給されるので、Ｑｌのオン状態
が保持される。

第１図の電動機制御回路は静止状態においてオフに保た
れている。ここで電源スィッチ（図示せず）を入れて駆
動入力端子２に所定の動作電圧８を印加するとＱ４がオ
ンとなる。これによりＱｌがスタンバイ状態となり、例
えばリモートコントローラを操作して起動入力端子１に
起動パルス６を与えるとＱｌがオンとなる。従ってトラ
ンジスタＱ２もオンとなり、電動機Ｍに駆動電圧Ｅが供
給されて正回転する。この正回転によって誘導起電力Ｅ
７が発生する。誘導起電力Ｅ７は電機子の回転速度Ｎに
比例する。

Ｅ、＝Ａ−Ｎ　（Ａは定数） Ｅ、がトランジスタＱ１のベース・エミッタ順方向電圧
■１ＩＥ１を越えると、抵抗Ｒ２を通してベース電流が
流れ、Ｑｌがオンとなる。従ってトランジスタＱ２もオ
ンとなり、正回転が持続する。

電動機Ｍの端子ＴＩ　７２間の電圧ｖ８を、抵抗器Ｒ３
及び可変抵抗器ＶＲの分割抵抗ＶＲＩと、可変抵抗器Ｖ
Ｒの分割抵抗ＶＲ２とで分圧してコンデンサＣ３に印加
している。従って駆動用トランジスタＱ２がオンとなっ
て電動機Ｍに駆動電圧Ｅが印加されているときにはコン
デンサＣ３に、の電圧が印加される。

この電圧によってコンデンサＣ３は充電され、Ｃ３・　
（Ｒ３＋ＶＲ１）の時定数で端子電圧が上昇して行く。

従ってＱ３のベース電圧Ｖｌ１１が上記時定数で上昇し
、第２図Ａに示すように時点ｔ０でＱ３のベース・エミ
ッタ順方向電圧ｖ０３に達すると、第２図Ｂに示すよう
にＱ３がオンとなる。

Ｑ３のオンによってＱｌはベースが接地されるので、時
点１．でオフとなる（第２図Ｃ）。従って第２図りに示
すようにＱ２がオフとなって電動機Ｍへの給電が遮断さ
れる（第２図Ｅ）。

電動機Ｍへの給電が遮断されると、電動機Ｍに生じるス
パイク状の誘導パルスによって端子Ｔ１が負電位となる
。このためコンデンサＣ３に充電されていた電荷が可変
抵抗器ＶＲ１抵抗器Ｒ３を通して瞬時に放電されてベー
ス電圧Ｖｌ１１が低下する。従ってＱ３にはベース電流
が流れなくなるので、ベース領域に流入したキャリア蓄
積が無くなる一定時間ｔが経過した第２図の時点ｔ、に
おいてＱ３がオフとなる。これによりＱｌのベースに誘
導起電力Ｅ、ｌが印加されてＱｌがオンとなる。

従ってＱ２がオンとなり電動機Ｍに駆動電圧Ｅが印加さ
れる。

時点１．で給電が開始されるとコンデンサＣ３が端子Ｔ
１．７２間の電圧ｖＭによって再び充電されることによ
って、前記したように制御用トランジスタＱ３のベース
電圧ＶＢ３が上昇していく。

そしてベース電圧Ｖｌｌｉｌが時点ｔ２において、Ｑ３
のベース・エミッタ順方向電圧Ｂ　ＢＩ３に達するとＱ
３が再びオンとなる。以後、Ｑｌオフ→Ｑ２オフ→誘導
パルス発生→Ｃ３が放電−Ｑ３オフ−Ｃ３を充電→Ｑ３
オンのサイクルで自励発振して電動機Ｍへの給電を断続
的に行い、給電遮断時に回転状態をサンプリングする。

回転検知用トランジスタＱｌがオフになったとき電動機
Ｍが拘束されていると、誘導起電力が無いので、Ｑｌが
再びオンにならない。従って制御回路は継続的にオフに
なる。

速度制御用トランジスタＱ３がオフとなっている期間、
即ち電動機Ｍに給電している期間Ｔを変化させることに
より、Ｃ３がオンして給電遮断している期間ｔとの比を
変えて回転速度を制御できる。即ち、例えばリモート動
作する駆動機構によって可変抵抗器ＶＲの可動端子を第
１図において矢印１０方向に動かすと、抵抗値ＶＲＩが
小さくなると共にＶＨ２が大きくなる。従ってコンデン
サＣ３の充電の時定数が短くなるので、電動機Ｍへ給電
している期間Ｔが短くなって回転速度が遅くなる。

反対に可変抵抗器ＶＲの可動端子を第１図において矢印
１１方向に動かすと、抵抗値ＶＲＩが大きくなると共に
ＶＨ２が小さくなるので、電動機Ｍへ給電している期間
Ｔが長くなって回転速度が早くなる。

このようにトランジスタＱ３がオフとなってい　゛る期
間Ｔを変えて電動機Ｍの回転速度を制御するので、可変
抵抗器を用いる従来の方式と比較して電力損失を大幅に
軽減できると共に、発熱を最小限に抑えることができる
。また可変抵抗器を使用しない速度制御を、出力電圧の
大きさが単一の電源で行うことができる。なお時定数回
路７の時定数を固定又は半固定にし、設定した所望回転
数を維持するようにしてもよい。

また実施例の回路は自動発振して電動機Ｍへの給電を周
期的に遮断し、電動機Ｍの回転状態を所定時間ごとにサ
ンプリングしている。従って、例えば回転検知用トラン
ジスタＱ１をオフさせるための負パルスを外部から与え
たり、或いはＱｌを周期的にオフさせるための発振器を
組み込む必要がない。このため電動機の制御回路の構成
を簡略化できる。

第１図の制御回路は、可変抵抗器ＶＲの可動端子を矢印
ｌｌ側の移動限界まで動かして電動機Ｍを最高速度で回
転させると、コンデンサＣ３が充電されなくなることに
よって速度制御用トランジスタＱ３が周期的にオンしな
くなる。従って、回転検知用及び駆動用トランジスタＱ
ｌ、Ｑ２を周期的にオフさせることができない。しかし
、例えば第３図に示すような直流３極（相）タイプの整
流子電動機を使用すれば、コンデンサＣ３が充電されな
い状態で動作させても、Ｑｌ及びＣ２を周期的にオフさ
せて拘束検出を行うことができる。

第３図の電動機を用いた場合、第１図の制御回路は以下
の原理により自動的にオフとなる。

即ち、第３図の電動機Ｍは三相のデルタ巻線り８、Ｌｘ
、Ｌｓの３極の整流子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及び一対のブラ
シＢ＋　、Ｂｚから成る。（ａ）の回転位置では、ブラ
シＢ、、８２間で巻線Ｌ２とＬ３の直列が巻線り、と並
列になっている。（ｂ）の回転位置では、巻線り、が短
絡で、巻＆ｌ＋、ｔ、、ｚとが並列、更に（ｃ）の回転
位置では巻線り、とＬ３との直列が巻線Ｌ２と並列にな
っている。従って（ｂ）の回転位置では、第４図の波形
図に示すように電動機Ｍの端子Ｔ１．１２間で電磁誘導
による急峻な正負のパルス電圧が発生する。第３図（ｂ
）と同様な接続状態が電機子の１回転につき６回生じる
ので、このパルス電圧は６０’ごとに発生する。

従って第１図において例えば制御回路がオンとなってい
て電動機Ｍが正転しているときには、端子Ｔ１．１２間
に発生する負のパルスで検知用トランジスタＱ１のベー
ス・エミッタ間が逆バイアスされるので、トランジスタ
Ｑ１及びＣ２が電動機Ｍの６０°回転ごとに一瞬オフに
なる。しかし電動機Ｍが回転している限りは、前記した
ようにその正の誘導起電圧でもって制御回路は再びオン
となる。

なお、可変抵抗器ＶＲと接地ライン４との間に所定値の
抵抗器を挿入すれば、可動端子を矢印１１方向の移動限
界まで動かした場合でも速度制御用トランジスタＱ３を
周期的にオンさせることができる。

また第５図に示すように、Ｑｌのエミッタに抵抗器を接
続しないで、Ｃ２のベースに電流制限用抵抗Ｒ１２、Ｑ
ｌのコレクタに負荷抵抗Ｒ１１を接続してもよい。

また必要に応じて第１図の制御回路に停止スイッチを付
加してもよい。停止スイッチは例えばトランジスタＱ１
又はＱ２のベース・エミッタ間を短絡するブツシュスイ
ッチであってよい。停止スイッチを設ければ、電動機Ｍ
の外力による起動及び拘束による停止の外に、スイッチ
による起動／停止の制御もできるようになる。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように、電動機の誘導起電圧を検出する
回転検知用トランジスタと、電動機に給電する駆動用ト
ランジスタとを正帰還結合して回転により誘導起電圧が
発生している限りは回転が持続するようにすると共に、
駆動用トランジスタがオンになってから所定時間後に上
記回転検知用トランジスタを瞬時オフにするための制御
用トランジスタ及び時定数回路を設けて、周期的に回転
検知用トランジスタをオフにし、これにより電動機の回
転／拘束を所定周期ごとに検知できるようにしたので、
簡単な回路構成で拘束検出と拘束時の給電遮断を行うこ
とができる。特に、電動機として整流子からスパイクノ
イズが発生しないようなタイプに適用しても、自動発振
で回転検知用トランジスタを周期的にオフにできるので
、オフ用の発振器を組み込む必要が無い。

また時定数回路の時定数を適宜設定することにより、所
望のデユーティでチョッパ駆動が行われるので、電動機
への給電のデユーティに対応して所望の回転速度を得る
ことができる。従って給電遮断制御を行う回路の部品と
所望の回転速度を得るためのチョッパ駆動回路の部品と
が共用になっているから、部品点数が少なく、回路構成
が簡単で、電力損失や発熱の少ない電動機制御回路が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す直流電動機の制御回路
図、第２図は各部の動作を説明するためのタイムチャー
ト、第３図ａ　ｘ　ｃは電動機の電機子回路図、第４図
は電動機の端子電圧波形図、第５図は第１図とは別の実
施例を示す制御回路図である。 なお図面に用いた符号において、 Ｍ−ｍ−〜・−・−・・−−−−−・・・・−・−電動
機Ｑ１・−・−・・−・−−−一−・・−・・−−−−
ｍ−回転検知用トランジスタＱ２・・−・・−・−−−
一−−−−−−−−・−駆動用トランジスタＱ３・−・
−・・・〜−−−−−−−−−−・−・・−速度制御用
トランジスタＲ９・−一−−−−−−・〜・−・・−・
−・−抵抗り、〜Ｌ、−・・−・・−・−・電機子巻線
Ｃ，−Ｃ２−・・−一一−−−−−整流子Ｂ　１１Ｂ　
ｚ　−−−−−−−−−ブラシＴ　Ｉ、　Ｔ　ｔ・・・
−・・一端子 ７−・・・・−・−−−−一一−−−−−−−−−−・
時定数回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流電動機の端子に接続され誘導起電力でオンとな
   る回転検知用トランジスタと、 この回転検知用トランジスタのオン出力によりオンとな
   って駆動電圧を上記直流電動機に供給する駆動用トラン
   ジスタと、 上記駆動用トランジスタのオン出力によってオンとなっ
   て上記回転検知用トランジスタをオフにし、これにより
   上記駆動用トランジスタをオフにする制御用トランジス
   タと、 上記駆動用トランジスタのオン出力により作動して所定
   時間後に上記制御用トランジスタをオンにする電圧を形
   成すると共に、上記駆動用トランジスタがオフになった
   ときに電動機の誘導パルスにより上記電圧がリセットさ
   れる時定数回路とを具備する直流電動機の制御回路。 ２、上記時定数回路が時定数可変手段を具備することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の直流電動機の
   制御回路。