JPH02307392A - モータの回転数制御装置 - 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］ この発明は、例えば自動車用のカーエアコン用のブロア
モータ、あるいは電動ファンモータのような直流モータ
の回転数を安定制御するモータの回転数制御装置に関す
る。

［従来の技術］ 負荷の動作状態を安定制御するために、こ６の負荷の動
力源となるモータの回転数を制御することが行われてい
る、例えば自動車に搭載された機器にあっては、この自
動車に搭載されたバッテリによる直流電源を使用するも
のとして、直流モータが一般的に使用される。

第７図は一般的に使用されている直流モータの制御回路
を示すもので、入力端子１１に供給される入力電圧信号
を、直流電源電圧ＶＢを抵抗１２および１３で分圧した
基準電圧とオペアンプ１４で比較し、その比較出力によ
ってトランジスタ１５を制御する。

そして、このトランジスタ１５のエミッタ出力によって
トランジスタ１６のベースを制御し、このトランジスタ
１６によって負荷である直流モータ１７に印加される電
圧を制御して、このモータ１７の回転数が制御されるよ
うにしている。

しかしこのような構成では、モータ１７に作用する負荷
の量が変化したり、あるいは電源電圧が変化する状態と
なると、モータ１７の回転数が変化する。この第７図で
示した回路においては、モータ印加電圧と入力電圧との
間に、電源電圧に対応して第８図で示すような関係があ
り、モータ１７の回転数を入力電圧信号により確実に制
御することができない。

従来、例えば特公昭６２−１８３６１号公報に開示され
ている技術では、第７図で示したような回路においても
、抵抗値を適切に設定することで、電源電圧の変動を除
去している。

しかし、ここに開示されているような技術のように抵抗
値の比率を設定するのみでは、依然として負荷変動によ
る影響によって回転数が変動する。

また抵抗値がｓｉ電圧変動除去のために固定されている
ため、回路設計の自由度が小さくなるという問題点があ
った。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、電源
電圧が変動したような場合においても、入力信号に対応
してモータの回転数が正確に且つ安定して制御されるよ
うにし、例えばバッテリ電源によって駆動されるように
なる自動車搭裁機器の駆動源としての直流モータの制御
が効果的に実行されるようにするモータの回転数制御装
置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るモータの回転数制御装置にあっては、演
算増幅器を備え、この演算増幅器の一方に入力端子信号
を電源電圧からの電圧降下分として入力し、他方にモー
タに印加される電圧の電源電圧からの電圧降下分として
入力するものであり、この演算増幅器からの出力によっ
て、前記モータに印加される電圧が制御されるようにす
る。

［作用］ このように構成されるモータの回転数制御装置にあって
は、入力電圧信号に基づく信号が、電源電圧基僧の電圧
増幅されるようになり、電源電圧の変動に対する補償が
行われるようになる。ナなイっち、モータの逆起電力を
一定に保つことによって、電源電圧の変動に対する影響
を受けないモータの回転数制御が実行され、例えば自動
車用バッテリを電源として使用するカーエアコン用等に
効果的に適用できる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はその構成を示したもので、入力端子２１にはモ
ータ回転数の制御用の入力電圧信号Ｖｉｎが入力される
。この入力端子信号Ｖｌｎは、演算増幅器２２の非反転
入力に入力され、この演算増幅器２２からの出力信号は
、トランジスタ２４のベースに制御信号として供給され
る。

トランジスタ２４のコレクタには、抵抗２３を介して直
流電源ＶＢが供給され、エミッタは抵抗２５を介して接
地する。そして、トランジスタ２４のエミッタが、演算
増幅器２２の反転入力に接続されるようにする。そして
、この演算増幅器２２、トランジスタ２４、および抵抗
２５によって電圧−電流変換回路を構成するもので、抵
抗２３によってこの電圧−電流変換された電流を再び電
圧に変換する。

トランジスタ２４に流れる電流に対応して抵抗２３によ
り発生された電圧信号ＶＲは、演算増幅器２６の反転転
入力に供給する。この演算増幅器２６の非反転入力には
、直流モータ２７の両端の電圧を、抵抗２８および２９
で分圧した電圧が供給されるもので、この演算増幅器２
Ｇでは抵抗２３による電圧降下分を電圧増幅する。

モータ２７は、電源Ｖ８と接地点ＧＮＤとの間に、制御
用のＭＯ５ＦＥＴ３０と直列に接続して設定されるもの
で、ＭＯ３ＦＥＴ３０は演算増幅器２６の出力によって
制御されるようにする。そして、演算増幅器２６におい
ては、電源電圧２！準の電圧増幅が行われるようにする
。

制御用のＭＯＳＦＥＴ３０には、さらに並列にしてＭＯ
ＳＦＥＴ３１が接続され、このＭＯＳＦＥＴ３１には直
列に抵抗３２が接続されている。このＭＯＳＦＥＴ３１
は、演算増幅器２Ｇからの出力信号によって、ＭＯＳＦ
ＥＴ３０と同様に制御されるようになっているもので、
ＭＯＳＦＥＴ３１にはモータ２７に流れる電流の一部を
分岐して取出し、抵抗３２でこの電流量に対応した電圧
信号が発生されるようになる。

すなわち、抵抗３２においてモータ２７に流れる電流ユ
に対応した電圧信号を得る電流−電圧変換回路が構成さ
れるもので、この電圧信号は演算増幅器３３の非反転入
力に供給する。この演算増幅器３３からの出力信号は、
トランジスタ３４のベースに供給されるもので、このト
ランジスタ３４のエミッタは抵抗３５を介して接地し、
コレクタはトランジスタ２４のコレクタに接続する。そ
して、演算増幅器３３の反転入力には、トランジスタ３
４のエミッタが接続される。

この演算増幅器３３、トランジスタ３４および抵抗３５
の回路は、抵抗３２部において発生された電圧を電流に
変換するもので、この電流は抵抗２３に加算して流され
るようになる。

このように構成される装置にあっては、入力電圧信号に
対応してモータ２７の回転数が制御されるもので、この
モータ２７の回転数に対して、電源電圧変動補正、およ
び負荷変動補正が同時に行われるようになっている。

まず、電源電圧変動補正について説明すると、この補正
動作には、演算増幅器２２および２Ｇ、さらにトランジ
スタ２４に関連する回路部分が関与する。

ここで、以下の説明においてはトランジスタ３４がオフ
状態とされているものとする。

すなわち、入力端子２１からの入力電圧をＶｉｎとすれ
ば、抵抗２５の抵抗値をＲ１とした場合、この抵抗２５
に流れる電流は“Ｖｊｎ／Ｒ１″であるから、抵抗値Ｒ
４の抵抗２３に流れる電流もこれに等しいと考えられる
。したがって、電圧増幅を行う演算増幅器２６の非反転
入力に対する入力電圧ｖＲは、電源電圧をＶＢとすれば
次式で表現される。

ＶＲ−Ｖａ　−（Ｒ４／Ｒ１）　・Ｖｉｎ−（１）モー
タ２７の端子電圧（電源ＶＢの反対端子側）をＶＱとす
れば、演算増幅器２６によって下記の式％式％ ここで、抵抗値Ｒ５，およびＲ６はそれぞれ抵抗２８お
よび２９それぞれの値である。

そして、この（２）式に（１）式を代入すると、次の（
３）式のようになる。

Ｖｏ−ＶＢ−（１＋Ｒ８／Ｒ５） Ｘ　（Ｒ４／Ｒ１）　　・Ｖｌｎ・（３）したがって、
モータ２７に印加設定されるようになる電圧ＶＭは、次
の式で与えられる。

ＶＭ−ＶＢ−ＶＱ −＋１＋　（Ｒｅ　／Ｒ５）　１ ｘ　（Ｒ４／Ｒ１）　Ｖｌｎ−（４） （４）式から明らかなように、電源電圧ＶＢの項は打ち
消され、モータ電圧ＶＭに対して電ｒｉ、電圧Ｖ８が影
響を与えていない。すなわち、電源電圧変動が補正され
たことになる。

このように、上記実施例に示した装置にあっては、各抵
抗の値として任意の定数を用いることができ、温度変化
によって抵抗値が変化するような状態となった場合でも
、電源電圧の変動に対して同等影響を受けることがない
。

次に、負荷変動補正ついて説明すると以下のようになる
。この説明においては、トランジスタ２４はオフ状態に
設定されているものとする。

この負荷変動補正に際しては、演算増幅器２６および３
３、およびトランジスタ３４の回路が関与している。

いまモータ２７に流れる電流をＩａ、、ＭＯＳＦＥＴ３
０および３１にそれぞれ流れる電流の比を１：αとすれ
ば、ＭＯＳＦＥＴ３１に直列に接続される抵抗３２に流
れる電流は“Ｉａ／（α＋１）″となり、したがって抵
抗３５に流れる電流は、 （（Ｉａ　／　（α＋１）ｌ　　・　（Ｒ３／Ｒ２）と
なる。トランジスタ２４がオフの状態では、この抵抗３
５に流れる電流と抵抗２８に流れる電流は等しいものと
考えられるので、電圧ＶＲは次のように表現される。

ＶＲ＝ＶＢ　　　（（Ｉａ　／　（ｃｒ＋１）　ｌ　　
・（Ｒ３・Ｒ４）／Ｒ２・・・（５） 前記式（２）に上記式（５）を代入すると次のようにな
る。

Ｖａ　−ＶＢ　　　（１＋　（Ｒｅ　／Ｒ５）ｌ　　・
（（Ｒ３−Ｒ４）／Ｒ２１１ａ／α ・・・・・・・・・（６） したがって Ｖ、−ＶＢ−ＶＱ −（１＋　（Ｒ６／Ｒ５）ｌ　　・ （（Ｒ３・Ｒ４）　／Ｒ２１１ａ　Ｉａ・・・・・・・
・・（７） と表現することができる。

トランジスタ２４およびトランジスタ３４が共に動作し
ている状態においては、電源電圧変動補正回路と負荷変
動補正回路とが結合され、重ね合わせの理によって、モ
ータ２７に対する印加電圧ＶＭは次のようになる。

ＶＭ　＝　ｆｌ　＋　（Ｒｅ　／Ｒ５）　ｌ　　・（Ｒ
４／Ｒ１）　　・Ｖ］ｎ＋ ＋１　＋　（Ｒｅ　／Ｒ５）ｌ　　・ （（Ｒ３・Ｒ４）　／　（α＋１）　Ｒ２１１ａ・・・
・・・・・・（８） 一方、モータ２７の逆起電圧をＶｃｌこのモータ２７の
巻線抵抗をＲａとすれば、モータ２７に対する印加電圧
Ｖ　Ｍは、以下のように表現される。

Ｖ、　−Ｖｃ　＋Ｒａ　・Ｉａ−・・・・・・・・・・
・・・・・・（９）モータ２７の回転数は、逆起電圧Ｖ
Ｃに比例して変化する。そして、負荷に変動があるとモ
ータ２７に作用するトルクが変化し、モータ２７に流れ
る電流Ｉａが変化する。このような状態でモータ２７に
印加する電圧Ｖｌ、Ｉが一定であると、逆起電圧Ｖｃが
変化するようになり、モータ２７の回転数が変化する。

そこで、第１図で示した装置において、モータ２７の巻
線抵抗Ｒａに対して下記式が成り立つように抵抗値を設
定する。

Ｒａ　　−（１＋Ｒ８／Ｒ５）　　・ （Ｒ３・　Ｒ４）　　／　　（α　＋　１）　・　Ｒ２
・・・　（１０） このようにすれば、次の式が成立する。

Ｖｃ　−（１＋ＲＧ　／Ｒ５）　　・ （Ｒ４／ＲＬ　）　　・Ｖｉｎ−（１１）したがって、
人力制御電圧Ｖｉｎによって、Ｖｃすなわちモータ２７
の回転数が制御されるようになり、モータ２７の逆起電
圧に対応したフィードバック制御が実行されるようにな
る。

但し、負荷変動が小さい状態であり、モータの回転数に
影響を及ぼすような問題が存在しない場合には、モータ
２７に対する印加電圧ＶＭを一定とすることのみで効果
がある。したがって、このような場合には第２図に示す
ような回路構成とすればよいもので、これにより電源電
圧変動に対して、モータ電圧ｖＭを一定にできる。

なお、この第２図において第１図と同一構成部分は同一
符号を付して、その説明は省略するものであるが、この
図ではＭＯ３ＦＥＴ３０に代わりトランジスタ３０１が
使用されている。

第３図は第２の実施例を示すもので、この実施例におけ
る電源電圧変動に対する補正回路部分は、第１図で示し
た実施例と同じで、同一符号を付して示している。

そして、ＭＯ３ＦＥＴ３０および３１部にモータ２７に
流れる電流が分岐して流れるものであるが、電流を検出
する回路を構成するＭＯ３ＦＥＴ３１に対しては、取り
出した電流値をトランジスタ４０および４１からなるカ
レントミラー回路で受け、このカレントミラー回路によ
り得られる電流を、抵抗２３の電圧降下に変換するよう
にしたものであ乞。

したがって、モータ２７に印加される電圧ＶＭは、次式
のように表現され、第１図の実施例と同様に制御される
ようになる。

ＶＭ　−ｆｌ　＋　（Ｒ６／Ｒ５）　］　　・（Ｒ４／
Ｒ１）　　・Ｖ１ｎ＋ （１＋　（Ｒｅ　／Ｒ５）　ｌ　　・ ｆＲ４／　（α＋１）ｌ　　・Ｉａ　−（１２）第４図
は第３の実施例を示すもので、この実施例においては、
第２図で示した回路の抵抗２３に直列にしてダイオード
４２を挿入するようにしている。

そして、この実施例におけるモータ２７に対する印加電
圧ＶＭは、次式で表現される。

ｖＭ−ｆｌ＋　（Ｒ４／Ｒ３）ｌ　　−（Ｒ２／Ｒ１）
　　・Ｖｉｎ十 （１＋　（Ｒ４／Ｒ３）Ｖｐ・・・（１３）そして、入
力電圧Ｖｌｎとモータ印加電圧ＶＭとの間には第５図で
示すような関係が成り立つ。

第２図およびこの第４図で示した装置においては、制御
入力端子Ｖｌｎによって、モータ２７に対する印加電圧
ＶＭを制御するようになるもので、モータ２７の逆起電
圧を制御するようにしたものではない。したがって、電
源電圧変動と負荷変動との両方に対処する真の回転数制
御回路とはならない。

これに対して、第１図および第３図で示した装置におい
ては、真の回転数制御を実行しているものであり、この
ため入力電圧Ｖｌｎは“Ｏｖ”からフルレンジで動作可
能とされる。

しかし、第２図で示した回路においては、入力電圧Ｖｌ
ｎが小さい状態であると、モータ２７に逆起電圧を与え
るだけの電圧が印加設定されないため、モータ２７は回
転されない。したがって、入力電圧Ｖｉｎが”Ｏｖ“の
状態でも、モータ２７が回転可能とされるだけの充分な
電圧が印加されるようにしたのが、この第４図で示した
第３の実施例であり、モータ２７の回転数設定の分解能
が向上される。

第６図に示した実施例においては、第４図で示した実施
例のダイオード４２に代わり定電流回路４３を接続設定
したものである。このようにしても、上記第３の実施例
と同様の効果が得られる。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明に係るモータの回転数制御装置に
よれば、電源電圧の変動に対する補正動作が実行され、
人力制御電圧に対応して直流モータの回転数が、高精度
に制御される。しかも、回路の抵抗の抵抗値を特別に設
定することなく、電源電圧変動の影響を除去することが
できる。したがって、例えば電圧の変動が激しい、自動
車に搭載されたバッテリ電源を使用するような場合に、
直流モータの回転数が制度良く制御され、自動車搭載機
器、例えばカーエアコン用のプロアモータ等の駆動制御
用として効果的に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るモータの回転数制御
装置を説明する回路構成図、第２図はこの実施例の変形
例を説明する図、第３図および第４図・はそれぞれこの
発明の第２および第３の実施例を説明する回路構成図、
第５図は上記第３の実施例におけるモータ印加電圧と入
力電圧との関係を説明する図、第６図はこの発明の第４
の実施例を示す回路構成図、第７図は従来の回転数制御
装置を説明する回路構成図、第８図はこの従来例におけ
る電源電圧が変動したときの入力電圧とモータ印加電圧
との関係を示す図である。 ２１・・・入力端子、２２．２６．３３・・・演算増幅
器、２７・・・直流モータ、３０．３１・・・ＭＯ３Ｆ
ＥＴ０出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流モータの駆動電源として設定される直流電源と、 前記直流モータに直列的に接続設定され、前記モータに
   対する駆動電流を制御する通電制御素子と、 一方に前記モータの制御用の入力電圧信号を電源電圧か
   らの電圧降下分として供給され、他方に前記モータに印
   加される電圧分を電源電圧からの電圧降下分として入力
   する演算増幅器とを具備し、 この演算増幅器からの出力信号により、前記通電制御素
   子を制御し、前記モータに印加される電圧が前記入力電
   圧信号に対応して制御されるようにしたことを特徴とす
   るモータの制御装置。