JPH0239197B2 - - Google Patents

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JPH0239197B2
JPH0239197B2 JP57082083A JP8208382A JPH0239197B2 JP H0239197 B2 JPH0239197 B2 JP H0239197B2 JP 57082083 A JP57082083 A JP 57082083A JP 8208382 A JP8208382 A JP 8208382A JP H0239197 B2 JPH0239197 B2 JP H0239197B2
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JP
Japan
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current
voltage
speed
output
signal
Prior art date
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JP57082083A
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Japanese (ja)
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JPS58198182A (en
Inventor
Makoto Goto
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS58198182A publication Critical patent/JPS58198182A/en
Publication of JPH0239197B2 publication Critical patent/JPH0239197B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H02P6/085Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流モータに関するものであり、特に
電源から供給される電力を効率良く利用するよう
にしたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a DC motor, and particularly to a DC motor that efficiently utilizes electric power supplied from a power source.

従来、たとえば直流モータに速度制御を施こす
場合などでは、出力電圧の一定な直流電流からト
ランジスタ等を用いて減圧・制御し、モータの速
度に対応した駆動電圧をコイルに供給していた。
この様な構成では、直流電源の供給電力はコイル
での有効消費電力とトランジスタのコレクタ損失
の和となる。通常の直流モータにおいては、電源
の供給電力に対する有効消費電力の比(電力効
率)は小さく、10〜80%程度であつた。特に、速
度可変範囲の広い多段速度切換えができる直流モ
ータや、駆動力の可変範囲の広い巻取用の直流モ
ータでは、低速度動作時や低駆動力動作時の効率
が著しく悪くなつていた。
Conventionally, when controlling the speed of a DC motor, for example, a transistor or the like is used to reduce and control the DC current with a constant output voltage, and a drive voltage corresponding to the speed of the motor is supplied to the coil.
In such a configuration, the power supplied by the DC power supply is the sum of the effective power consumption in the coil and the collector loss of the transistor. In normal DC motors, the ratio of effective power consumption to power supplied by the power source (power efficiency) is small, about 10 to 80%. In particular, DC motors with a wide variable speed range and multi-speed switching, and DC motors for take-up with a wide variable range of driving force, have significantly poor efficiency during low speed or low driving force operations.

そのような欠点を解決するために、本出願人は
特願昭54−17375において、可変出力の直流電圧
をとり出すことのできるスイツチング方式の電圧
変換器を使用した電力効率の良い直流モータにつ
いて、電子整流子形(ブラシレス形)の直流モー
タを例にとつて説明している。ところで、この様
な構成の直流モータにおいては、電圧変換器のス
イツチングトランジスタを介してコイルに電流を
供給している。いま、速度制御を施こす場合を考
えると、モータの起動・加速段階では、前記電圧
変換器の出力電圧が大きくなりコイルに大電流を
供給する必要があり、電圧変換器のスイツチング
トランジスタコイルも大電流を供給するためにオ
ン時のベース電流を大きくしなければならない。
一方、所定速度にて制御されている状態(定速回
転制御状態)において、電圧変換器の出力電圧は
負荷トルクと逆起電圧(モータの回転速度に比
例)に応動した所要の値となり、コイルへの供給
電流は起動・加速時と比較すればかなり小さな値
となる(一例をあげれば、起動時約2Aで定速制
御時250mAとなる)。従つて、起動時の大電流時
に必要とされるスイツチングトランジスタのベー
ス電流(オン時)に較べて、定速制御時に必要と
されているベース電流(オン時)は大幅に小さく
なる。その結果、起動時の大電流通電(起動トル
クを大きくするために必要とされる)を可能とす
るベース電流をスイツチングトランジスタに与え
るようにするならば、定速回転時の小電流電時に
おいて大幅な電力損失を生じて好ましくない。
In order to solve such drawbacks, the present applicant has proposed in Japanese Patent Application No. 17375/1983 a power-efficient DC motor using a switching type voltage converter capable of extracting a variable output DC voltage. The explanation is given using an electronic commutator type (brushless type) DC motor as an example. Incidentally, in a DC motor having such a configuration, current is supplied to the coil through a switching transistor of a voltage converter. Now, if we consider the case of speed control, during the startup and acceleration stages of the motor, the output voltage of the voltage converter increases and it is necessary to supply a large current to the coil, and the switching transistor coil of the voltage converter also needs to be supplied with a large current. In order to supply a large current, the base current when turned on must be increased.
On the other hand, in a state where the speed is controlled at a predetermined speed (constant speed rotation control state), the output voltage of the voltage converter becomes the required value in response to the load torque and the back electromotive force (proportional to the rotational speed of the motor). The current supplied to the motor is quite small compared to that during startup and acceleration (for example, approximately 2A during startup and 250mA during constant speed control). Therefore, the base current (when on) required during constant speed control is significantly smaller than the base current (when on) of the switching transistor that is required at the time of large current at startup. As a result, if the switching transistor is provided with a base current that enables large current conduction (required to increase the starting torque) at startup, it is possible to This is undesirable as it causes significant power loss.

本発明は、そのような点を考慮し、モータの速
度を検出し、その検出値に応動してスイツチング
トランジスタのオン時のベース電流を増減すこと
によつて(スイツチングトランジスタはオン・オ
フ動作)、定速回転制御時のベース電流損失を小
さくできる直流モータを提供することを目的する
ものであり、界磁手段と、複数相のコイルと、前
記コイルと直流電源との間に挿入され、オン・オ
フ動作するスイツチングトランジスタのデユーテ
イに比例もしくは略比例した出力電圧を得る電圧
変換手段と、前記電圧変換手段の出力端子から前
記コイルへの電流路を切換え制御する分配手段
と、モータ可動部の速度に対応した直流的な電圧
の速度電圧信号を得る速度検出手段を具備する直
流モータであつて、前記電圧変換手段は、所定周
波数の三角波状信号を得る三角波発生手段と、前
記三角波状信号と速度電圧信号を比較し、前記速
度電圧信号の電圧値に対応したデユーテイのパル
ス信号を得るコンパレータ手段と、前記速度電圧
信号に応じた電流と所定電流の加算電流が入力さ
れ、前記加算電流に比例もしくは略比例した電流
を出力するカレントミラー手段と、前記カレント
ミラー手段の入力側を前記コンパレータ手段のパ
ルス信号によりオン・オフすることにより、前記
カレントミラー手段の出力をパルス電流にするパ
ルス化手段と、前記パルス電流を前記スイツチン
グトランジスタのベース端子に供給する供給手段
と、前記スイツチングトランジスタのオン・オフ
動作によるパルス電圧をインダクタンス素子とコ
ンデンサとダイオードを用いて平滑する平滑手段
を有することによつて所期の目的を達成したもの
である。
Taking these points into consideration, the present invention detects the speed of the motor and responds to the detected value by increasing or decreasing the base current when the switching transistor is turned on (the switching transistor is turned on and off). The purpose of the present invention is to provide a DC motor that can reduce base current loss during constant speed rotation control, and includes a field means, a multi-phase coil, and a DC motor inserted between the coil and a DC power source. , a voltage conversion means for obtaining an output voltage proportional or substantially proportional to the duty of a switching transistor that operates on and off; a distribution means for switching and controlling a current path from an output terminal of the voltage conversion means to the coil; A DC motor is provided with a speed detection means for obtaining a speed voltage signal of a DC voltage corresponding to the speed of a motor, the voltage conversion means includes a triangular wave generating means for obtaining a triangular wave signal of a predetermined frequency, and a a comparator means which compares the signal and the speed voltage signal and obtains a duty pulse signal corresponding to the voltage value of the speed voltage signal; and a comparator means which receives an added current of a current corresponding to the speed voltage signal and a predetermined current, and calculates the added current. current mirror means for outputting a current proportional or substantially proportional to , and pulsing the output of the current mirror means into a pulse current by turning on and off the input side of the current mirror means according to the pulse signal of the comparator means. supply means for supplying the pulse current to the base terminal of the switching transistor; and smoothing means for smoothing the pulse voltage caused by the on/off operation of the switching transistor using an inductance element, a capacitor, and a diode. Through this, the intended purpose was achieved.

以下、本発明を図示の実施例にもとづいて説明
する。第1図は本発明の一実施例を表わす電気回
路である。第1図において、1は直流電流、2は
界磁用のマグネツト、3,4,5はマグネツト2
の磁束と鎖交する3相のコイル、6はモータ可動
部(ロータ)の位置に応じてコイル3,4,5へ
の電流路を切換える分配器、7はモータ可動部の
速度を検出する速度検出器、8は直流電流1より
可変出力の直流電圧VMを得るスイツチング方式
の電圧変換器である。
The present invention will be explained below based on illustrated embodiments. FIG. 1 is an electrical circuit representing one embodiment of the present invention. In Fig. 1, 1 is a direct current, 2 is a field magnet, and 3, 4, and 5 are magnets 2.
6 is a distributor that switches the current path to the coils 3, 4, and 5 according to the position of the motor moving part (rotor), and 7 is a speed that detects the speed of the motor moving part. The detector 8 is a switching type voltage converter that obtains a variable output DC voltage VM from the DC current 1.

分配器6をたとえばブラシコミユテータにて構
成すれば、モータ可動部はコイル3,4,5とな
り、速度検出器7はコイルの回転速度を検出す
る。また、分配器6をたとえばホール素子とトラ
ンジスタ群によつて構成すれば、マグネツト2が
モータ可動部となり、速度検出部7はマグネツト
2の回転速度を検出する。
If the distributor 6 is constituted by a brush commutator, for example, the motor movable parts will be the coils 3, 4, and 5, and the speed detector 7 will detect the rotational speed of the coils. Further, if the distributor 6 is constructed of, for example, a Hall element and a group of transistors, the magnet 2 becomes a movable part of the motor, and the speed detection part 7 detects the rotational speed of the magnet 2.

速度検出部7は、たとえば周波数発電機と周
期・電圧変換器にて構成され、モータ可動部の速
度が遅い時は、その検出電圧Vdは大きく、速度
が所定速度近傍およびそれ以上になると検出電圧
Vdは速度に応動して変化し、速度が速くなると
小さくなる。
The speed detection unit 7 is composed of, for example, a frequency generator and a period/voltage converter, and when the speed of the motor moving part is slow, the detection voltage Vd is large, and when the speed is near or above a predetermined speed, the detection voltage Vd is high.
Vd changes in response to speed, and becomes smaller as speed increases.

速度検出器7の出力電圧Vdは電圧変換器8に
入力され、三角波発生器11の所定周波数(50K
Hz程度)の三角波信号とコンパレータ12にて比
較され、速度検出信号Vdに対応したデユテイに
てトランジスタ13をオン・オフ動作させる。ト
ランジスタ13がオンの時にはトランジスタ17
はオフとなり、スイツチングトランジスタ20の
ベース電流が零となり、スイツチングトランジス
タ20はオフとなる。トランジスタ13がオフの
時には、定電流源15の電流i1および速度検出電
圧Vdに対応した電流i2がダイオード16、トラ
ンジスタ17、抵抗18,19からなるカレント
ミラーに供給され、i1+i2に対応(比例)した電
流をトランジスタ17のコレクタ側より吸引す
る。トランジスタ17のコレクタ電流はスイツチ
ングトランジスタ20のベース電流となり、スイ
ツチングトランジスタ20のオンにする。すなわ
ち、スイツチングトランジスタ20は速度検出信
号Vdに対応したオン時間比率(デユテイ)にて
オン・オフ動作し、オン時のベース電流は速度検
出器7の信号Vdに応動して変化する。
The output voltage Vd of the speed detector 7 is input to the voltage converter 8, and the output voltage Vd of the speed detector 7 is inputted to the voltage converter 8, and the output voltage Vd of the speed detector 7 is inputted to the voltage converter 8.
A comparator 12 compares the signal with a triangular wave signal (approximately Hz), and turns the transistor 13 on and off at a duty corresponding to the speed detection signal Vd. When transistor 13 is on, transistor 17
is turned off, the base current of the switching transistor 20 becomes zero, and the switching transistor 20 is turned off. When the transistor 13 is off, the current i 1 of the constant current source 15 and the current i 2 corresponding to the speed detection voltage Vd are supplied to the current mirror consisting of the diode 16, the transistor 17, and the resistors 18 and 19, and the current i 1 +i 2 is A corresponding (proportional) current is drawn from the collector side of the transistor 17. The collector current of transistor 17 becomes the base current of switching transistor 20, turning switching transistor 20 on. That is, the switching transistor 20 operates on and off at an on-time ratio (duty) corresponding to the speed detection signal Vd, and the base current when it is on changes in response to the signal Vd of the speed detector 7.

スイツチングトランジスタ20がオンになると
直流電源1の電圧Vs(20V)が出力され(Vi
Vs)、インダクタンス素子22を介してコンデン
サ23および分配器6に供給される。スイツチン
グトランジスタ20がオフとなるとフライホイー
ルダイオード21が導通し、インダクタンス素子
22に蓄えられたエネルギーを負荷側に供給す
る。その結果、ダイオード21、インダクタンス
素子22、コンデンサ23にて平滑され、電圧変
換器8の出力電圧VMはスイツチングトランジス
タ20のオン時間比率に対応した値(速度検出信
号Vdに対応した値)となる。
When the switching transistor 20 is turned on, the voltage Vs (20V) of the DC power supply 1 is output (Vi
Vs) is supplied to the capacitor 23 and the distributor 6 via the inductance element 22. When the switching transistor 20 is turned off, the flywheel diode 21 becomes conductive and supplies the energy stored in the inductance element 22 to the load side. As a result, the output voltage V M of the voltage converter 8 is smoothed by the diode 21, the inductance element 22, and the capacitor 23, and becomes a value corresponding to the on-time ratio of the switching transistor 20 (a value corresponding to the speed detection signal Vd). Become.

電圧変換器8の出力電圧VMは分配器6を介し
てコイル3,4,5に供給され、コイルへの供給
電力、従つてモータの発生力を制御する。従つ
て、速度検出器7、電圧変換器8およびコイル
3,4,5によつて速度制御ループが構成され、
モータ可動部は所定の速度にて回転制御される。
The output voltage V M of the voltage converter 8 is supplied to the coils 3, 4, and 5 via the distributor 6 to control the power supplied to the coils and, therefore, the power generated by the motor. Therefore, a speed control loop is constituted by the speed detector 7, the voltage converter 8, and the coils 3, 4, and 5.
The motor movable part is rotationally controlled at a predetermined speed.

第1図に示した実施例では、電圧変換器8のス
イツチングトランジスタ20のベース電流を速度
検出器7の出力Vdに応動して変化させているた
めに、定速制御状態におけるベース電流損失が小
さくなつている。これについて説明すれば、モー
タの起動・加速段階において速度検出器7の出力
Vdは大きくなり、スイツチングトランジスタ2
0のオン時間比率が大きくなり、電圧変換器8の
出力電圧VMを大きくし、コイル3,4,5への
供給電流を大きくする。コイルへの電流を大きく
するためには、スイツチングトランジスタ20の
オン時の通電電流(コレクタ電流)を大きくする
必要があり、従つて、そのベース電流を大きくす
る必要がある。いま、コイルへの供給電流を2A
とし、スイツチングトランジスタのオン時での電
流増幅度hFEを30とすると、そのベース電流とし
て2A/3067mAを供給する必要がある。
In the embodiment shown in FIG. 1, since the base current of the switching transistor 20 of the voltage converter 8 is changed in response to the output Vd of the speed detector 7, the base current loss in the constant speed control state is reduced. It's getting smaller. To explain this, the output of the speed detector 7 during the motor startup/acceleration stage is
Vd increases and switching transistor 2
0 becomes larger, the output voltage V M of the voltage converter 8 becomes larger, and the current supplied to the coils 3, 4, and 5 becomes larger. In order to increase the current to the coil, it is necessary to increase the current flowing through the switching transistor 20 when it is on (collector current), and therefore, it is necessary to increase its base current. Now, the current supplied to the coil is 2A.
Assuming that the current amplification h FE when the switching transistor is on is 30, it is necessary to supply 2A/3067mA as its base current.

ここで、定速制御状態におけるコイルへの供給
電流が250mA(負荷トルクに対応)になるものと
すると、スイツチングトランジスタ20のオン時
のベース電流として250/308.3mAを必要とさ
れるにすぎない。このとき、起動・加速時に必要
とされるベース電流(67mA以上)をそのまま流
すものとすれば、67mA−8.3mA=58.7mAの
損失(58.7mA×20V=1.17W程度)を常時生じ
ることになる。
Here, assuming that the current supplied to the coil in the constant speed control state is 250 mA (corresponding to the load torque), only 250/308.3 mA is required as the base current when the switching transistor 20 is turned on. . At this time, if the base current (67 mA or more) required during startup and acceleration is allowed to flow as is, a loss of 67 mA - 8.3 mA = 58.7 mA (58.7 mA × 20 V = about 1.17 W) will always occur. .

本実施例では、速度検出器7の出力Vdに応じ
てスイツチングトランジスタ20のベース電流を
変化させ、起動・加速時では十分なベース電流
(67mA以上)を供給すると共に、定速制御状態
においてはそのベース電流を小さくするようにな
している。いま、67mAの半分まで小さくするも
のとすれば33.5mAの損失(33.5mA×20V=
670mW程度)の軽減となり、67mAの3分の1
まで小さくするものとすれば67×2/344.7m
Aの損失(44.7mA×20V=893mW程度)の軽
減となる。
In this embodiment, the base current of the switching transistor 20 is changed according to the output Vd of the speed detector 7, and a sufficient base current (67 mA or more) is supplied during startup and acceleration, and in the constant speed control state. The base current is made small. Now, if we reduce it to half of 67mA, the loss will be 33.5mA (33.5mA x 20V =
670mW), which is one third of 67mA.
If it were to be made as small as 67×2/344.7m
The loss of A (44.7mA x 20V = about 893mW) is reduced.

第2図は本発明の他の実施例を表わす電気回路
図である。本実施例では、第1図の実施例の電圧
変換器8の定電流源15を抵抗31で置き換え、
また、コンパレータ12の入力端子の、を交
換し、コンパレータ12に応動するトランジスタ
32のコレクタ側にカレントミラー(ダイオード
16、トランジスタ17、抵抗18,19)を接
続したものである。
FIG. 2 is an electrical circuit diagram representing another embodiment of the invention. In this embodiment, the constant current source 15 of the voltage converter 8 in the embodiment of FIG. 1 is replaced with a resistor 31,
In addition, the input terminals of the comparator 12 are replaced, and a current mirror (diode 16, transistor 17, resistors 18, 19) is connected to the collector side of the transistor 32 which responds to the comparator 12.

第3図に本発明のさらに他の実施例を表わす電
気回路図を示す。本実施例では、第1図の実施例
において分配器6を電子的な構成にし(トランジ
スタを使用)、マグネツト2が回転する構成とな
している。これについて説明すれば、マグネツト
2の磁束を検知するホール素子とその出力を整形
する回路からなる位置検出器41と、コイル3,
4,5への電流路を切換える駆動トランジスタ4
2,43,44と、位置検出器41の出力に応動
してオンとなる駆動トランジスタ42,43,4
4を選択する選択器45と、選択器45に電流を
供給する電流供給器46によつて分配器6を構成
している。
FIG. 3 shows an electric circuit diagram representing still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the distributor 6 in the embodiment shown in FIG. 1 has an electronic configuration (using a transistor), and the magnet 2 is configured to rotate. To explain this, a position detector 41 consisting of a Hall element that detects the magnetic flux of the magnet 2 and a circuit that shapes its output, a coil 3,
Drive transistor 4 that switches the current path to 4 and 5
2, 43, 44, and drive transistors 42, 43, 4 that are turned on in response to the output of the position detector 41.
The distributor 6 is constituted by a selector 45 that selects 4, and a current supply 46 that supplies current to the selector 45.

選択器45はエミツタ側を共通接続されたトラ
ンジスタ59,60,61によつて構成され、各
トランジスタ59,60,61のベース側には位
置検出器41の出力が印加され、そのベース電圧
の最も低いトランジスタが活性となりエミツタ電
流をコレクタ側に分配する。トランジスタ59,
60,61の各コレクタ電流はそれぞれ駆動トラ
ンジスタ42,43,44の各ベース電流とな
り、選択器45にて選択された(従つて位置検出
器41の出力に対応した)駆動トランジスタがオ
ン、他の駆動トランジスタはオフとなる。マグネ
ツト2の回転に伴なつてオンとなる駆動トランジ
スタは切換えられ、コイル3,4,5への電流路
が移り変つていく。
The selector 45 is composed of transistors 59, 60, and 61 whose emitters are connected in common, and the output of the position detector 41 is applied to the base side of each transistor 59, 60, and 61, and the highest of the base voltages is applied to the base side of each transistor. The low transistor becomes active and distributes the emitter current to the collector side. transistor 59,
The collector currents 60 and 61 become the base currents of the drive transistors 42, 43, and 44, respectively, so that the drive transistor selected by the selector 45 (therefore corresponding to the output of the position detector 41) is turned on, and the other drive transistors are turned on. The drive transistor is turned off. As the magnet 2 rotates, the drive transistors that are turned on are switched, and the current paths to the coils 3, 4, and 5 change.

電流供給器46は、定電流源52の電流i3と速
度検出器7の出力Vdに応動する電流i4が合成さ
れてカレントミラー(ダイオード53、トランジ
スタ54、抵抗55,56)に入力され、反転増
幅されてトランジスタ57,58のカレントミラ
ーを介して出力する。電流供給器46の出力電流
は選択器45を介して駆動トランジスタ42,4
3,44のベース電流となり、選択された駆動ト
ランジスタをオン(飽和)状態となす。電流供給
器46の出力電流は速度検出器7の出力Vdに応
動して変化し、起動・加速時(Vdが大きい)に
はその出力電流を大きくし、定速回転時(Vdが
小さい)には出力電流を小さくしている。その結
果、起動・加速時の大電流動作時にも駆動トラン
ジスタ42,43,44をオンさせるのに十分な
ベース電流を供給し、定速回転時には駆動トラン
ジスタ42,43,44のベース電流を小さく
(起動時の1/2〜1/4)してベース電流による損失
を小さくしている(駆動トランジスタ42,4
3,44はオン・オフ動作する)。
In the current supply device 46, the current i 3 of the constant current source 52 and the current i 4 responsive to the output Vd of the speed detector 7 are combined and input to a current mirror (diode 53, transistor 54, resistors 55, 56). The signal is inverted and amplified and output via a current mirror of transistors 57 and 58. The output current of the current supply device 46 is passed through the selector 45 to the drive transistors 42 and 4.
The base current becomes 3.44, and the selected drive transistor is turned on (saturated). The output current of the current supply device 46 changes in response to the output Vd of the speed detector 7, increasing the output current during startup/acceleration (when Vd is large), and increasing the output current during constant speed rotation (when Vd is small). reduces the output current. As a result, sufficient base current is supplied to turn on the drive transistors 42, 43, 44 even during large current operation during startup and acceleration, and the base current of the drive transistors 42, 43, 44 is reduced during constant speed rotation ( (1/2 to 1/4 at startup) to reduce loss due to base current (drive transistors 42, 4
3 and 44 operate on and off).

なお、コイル3,4,5に並列に接続された抵
抗62′,64′,66′とコンデンサ63′,6
5′,67′の直列回路は電流路の切換えに伴うス
パイク電圧を小さくしている。また、速度検出器
7および電圧変換器8の構成および動作は第1図
の実施例と同様であり、説明を省略する。
In addition, resistors 62', 64', 66' and capacitors 63', 6 are connected in parallel to the coils 3, 4, 5.
The series circuit of 5' and 67' reduces the spike voltage caused by switching the current path. Furthermore, the configuration and operation of the speed detector 7 and the voltage converter 8 are the same as those in the embodiment shown in FIG. 1, and their explanation will be omitted.

第4図に本発明のさらに他の実施例を表わす電
気回路図を示す。第4図において、1は直流電
源、2は界磁用のマグネツト、3,4,5は3相
のコイル、6は分配器、7は速度検出器、8は電
圧変換器、9は動作検出制御器である。本例で
は、速度検出器7の出力電圧Vdに対応した電流
を駆動トランジスタ78,79,80によつてコ
イル3,4,5に供給すると共に、駆動トランジ
スタ78,79,80の通電時の動作電圧を動作
検出制御器9にて検出し、その動作電圧が能動領
域内の所定の値となるように電圧変換器8の出力
電圧VMを変化させている。
FIG. 4 shows an electric circuit diagram representing still another embodiment of the present invention. In Fig. 4, 1 is a DC power supply, 2 is a field magnet, 3, 4, and 5 are three-phase coils, 6 is a distributor, 7 is a speed detector, 8 is a voltage converter, and 9 is an operation detector. It is a controller. In this example, a current corresponding to the output voltage Vd of the speed detector 7 is supplied to the coils 3, 4, 5 by the drive transistors 78, 79, 80, and the operation of the drive transistors 78, 79, 80 when energized is performed. The voltage is detected by the operation detection controller 9, and the output voltage VM of the voltage converter 8 is changed so that the operation voltage becomes a predetermined value within the active region.

これについて説明すれば、マグネツト2(モー
タ可動部)の速度を速度検出器7にて検出し、そ
の検出信号Vdを分配器6に入力する。検出信号
Vdはモータの速度が遅い時に大きく、速い時に
小さくなる。分配器6はレベル変換器62と、電
流制御器67と、位置検出器69と選択器74
と、駆動トランジスタ78,79,80と、電流
検出器81によつて構成されている。
To explain this, the speed of the magnet 2 (motor movable part) is detected by the speed detector 7, and the detected signal Vd is inputted to the distributor 6. detection signal
Vd increases when the motor speed is slow and decreases when the motor speed is fast. The distributor 6 includes a level converter 62, a current controller 67, a position detector 69, and a selector 74.
, drive transistors 78 , 79 , and 80 , and a current detector 81 .

レベル変換器62は、直流電圧源63の電圧と
速度検出器7の出力電圧Vdを比較し、その差に
応じた電流を出力する電流変換器64と、その出
力電流に応じた電圧V1を生じるダイオード65
と抵抗66の直列回路により構成されている。第
5図に電流変換器64の具体的な構成例を示す。
検出電圧Vdと直流電源63の電圧はそれぞれト
ランジスタ111と112のベースに印加され、
その差電圧に応じて定電流源115の電流をコレ
クタ側に分配している。トランジスタ111,1
12のコレクタ電流はトランジスタ116,11
7のカレントミラーによつて反転・比較され、ト
ランジスタ118およびカレントミラー(トラン
ジスタ121,122)を介して出力される。
The level converter 62 compares the voltage of the DC voltage source 63 and the output voltage Vd of the speed detector 7, and the current converter 64 outputs a current according to the difference, and the voltage V 1 according to the output current. resulting diode 65
and a resistor 66 in series. FIG. 5 shows a specific example of the configuration of the current converter 64.
The detection voltage Vd and the voltage of the DC power supply 63 are applied to the bases of the transistors 111 and 112, respectively,
The current of the constant current source 115 is distributed to the collector side according to the voltage difference. Transistor 111,1
The collector current of transistors 116 and 11
The signal is inverted and compared by a current mirror No. 7, and output via a transistor 118 and a current mirror (transistors 121 and 122).

電流検出器81はコイル3,4,5への電流路
に直列に挿入された抵抗82によつて構成され、
コイル3,4,5への合成供給電流に応じた電圧
降下信号を発生する。
The current detector 81 is composed of a resistor 82 inserted in series in the current path to the coils 3, 4, and 5.
A voltage drop signal is generated according to the combined supply current to the coils 3, 4, and 5.

レベル変換器62の出力V1と電流検出器81
の出力は電流制御器67に入力され、その差に応
じた電流を出力する。第6図に電流制御器67の
具体的な構成例を示す。トランジスタ131のベ
ース側にレベル変換器62の出力V1を加え、エ
ミツタ側に電流検出器81の出力信号を加えてい
る。トランジスタ131のコレクタ電流はベー
ス・エミツタ間の電圧に応じて変化し、カレント
ミラー(トランジスタ132,133)を介して
出力される。
Output V 1 of level converter 62 and current detector 81
The output is input to a current controller 67, which outputs a current according to the difference. FIG. 6 shows a specific example of the configuration of the current controller 67. The output V 1 of the level converter 62 is applied to the base side of the transistor 131, and the output signal of the current detector 81 is applied to the emitter side. The collector current of the transistor 131 changes depending on the voltage between the base and emitter, and is outputted via a current mirror (transistors 132 and 133).

電流制御器67の出力電流は選択器74の差動
トランジスタ75,76,77の共通エミツタ電
流となる。トランジスタ75,76,77の各ベ
ース側には、マグネツト2の磁束を感知するホー
ル素子70,71,72の出力電圧(位置検出器
69の出力)が印加され、そのベース電圧差に応
じてトランジスタ75,76,77は共通エミツ
タ電流をコレクタ側に分配する。トランジスタ7
5,76,77の各コレクタ電流は駆動トランジ
スタ78,79,80の各ベース電流となり、電
流増幅されて対応するコイル3,4,5に電流が
供給される。
The output current of the current controller 67 becomes the common emitter current of the differential transistors 75, 76, and 77 of the selector 74. The output voltages (outputs of the position detector 69) of the Hall elements 70, 71, 72 that sense the magnetic flux of the magnet 2 are applied to the base sides of the transistors 75, 76, 77, and the transistors 75, 76, and 77 distribute the common emitter current to the collector side. transistor 7
The collector currents 5, 76, and 77 become base currents of drive transistors 78, 79, and 80, and the currents are amplified and supplied to the corresponding coils 3, 4, and 5.

コイル3,4,5への供給電流は電流検出器8
1にて検出され、電流制御器67に入力される。
従つて、電流制御器67、選択器74、駆動トラ
ンジスタ78,79,80および電流検出器81
によつて第1の帰還ループ(電流帰還ループ)が
構成され、レベル変換器62の出力V1、従つて
速度検出器7の出力Vdに対応した電流コイル3,
4,5に供給するようになしている。これによ
り、駆動トランジスタ78,79,80の電流増
幅度hFEのバラツキの影響を低減し、位置検出器
69の出力に応動する電流路の切換えを円滑にす
る。なお、コンデンサ68は第1の帰還ループの
位相補償(発振防止)のためにとりつけている。
Current detector 8 supplies current to coils 3, 4, and 5.
1 and input to the current controller 67.
Therefore, current controller 67, selector 74, drive transistors 78, 79, 80 and current detector 81
A first feedback loop (current feedback loop) is constituted by the current coil 3, which corresponds to the output V 1 of the level converter 62, and therefore the output Vd of the speed detector 7.
4 and 5. This reduces the influence of variations in the current amplification hFE of the drive transistors 78, 79, and 80, and facilitates switching of the current path in response to the output of the position detector 69. Note that the capacitor 68 is provided for phase compensation (to prevent oscillation) of the first feedback loop.

次に、動作検出制御器9および電圧変換器8の
動作について説明する。動作検出制御器9は定電
流源91と抵抗92とダイオード93,94によ
り駆動トランジスタ78,79,80の共通接続
点(エミツタ側)から所定電圧V2の基準電圧を
発生し、その基準電位点に一端(エミツタ側)を
直流的に接続され、一端(ベース側)を駆動トラ
ンジスタ78,79,80の各出力端子(コレク
タ端子)に接続された検出トランジスタ95,9
6,97の各出力電流は合成されて(コレクタ側
が共通接続されて)、ダイオード98、トランジ
スタ99、抵抗100,101からなるカレント
ミラーに入力され反転・増幅されて出力(電流吸
込)される。すなわち、検出トランジスタ95,
96,97は駆動トランジスタ78,79,80
の各動作電圧(コレクタ・エミツタ間電圧)を所
定電圧V2−VD(ここに、VDはトランジスタのエ
ミツタ・ベース間の順方向電圧降下)と比較する
ことにより、通電時の駆動トランジスタ78,7
9,80の動作電圧が所定電圧V2−VDよりも小
さくなると検出トランジスタ95,96,97は
コレクタ側に電流を出力する。従つて、駆動トラ
ンジスタ78,79,80の通電時の動作電圧に
応じた電流が動作検出制御器9に吸引される。
Next, the operations of the motion detection controller 9 and the voltage converter 8 will be explained. The operation detection controller 9 generates a reference voltage of a predetermined voltage V 2 from the common connection point (emitter side) of the drive transistors 78, 79, 80 by a constant current source 91, a resistor 92, and diodes 93, 94, and the reference voltage point Detection transistors 95 and 9 have one end (emitter side) connected in a DC manner to
The respective output currents of 6 and 97 are combined (collector sides are commonly connected), input to a current mirror consisting of a diode 98, a transistor 99, and resistors 100 and 101, inverted and amplified, and output (current sucked). That is, the detection transistor 95,
96, 97 are drive transistors 78, 79, 80
By comparing each operating voltage (collector-emitter voltage) with a predetermined voltage V 2 −V D (where V D is the forward voltage drop between the emitter and base of the transistor), the drive transistor 78 when energized is determined. ,7
When the operating voltages of transistors 9 and 80 become lower than a predetermined voltage V 2 -V D , detection transistors 95, 96 and 97 output current to the collector side. Therefore, a current corresponding to the operating voltage when the drive transistors 78, 79, and 80 are energized is drawn into the operation detection controller 9.

動作検出制御器9の出力電流は電圧変換器8の
抵抗102によつて電圧に変えられ、三角波発生
器11の三角波信号とコンパレータ12によつて
比較され、その電圧に応じたデユテイにてトラン
ジスタ13をオン・オフ制御する。従つて、スイ
ツチングトランジスタ20がオン・オフ制御さ
れ、フライホイールダイオード21、インダクタ
ンス素子22、コンデンサ23によつて平滑さ
れ、電圧変換器8の出力電圧VMは動作検出制御
器9の出力に応じた値となる。なお、スイツチン
グトランジスタ20のオン時のベース電流は抵抗
31を介する電流i1と速度検出器7の出力Vdに
応じた電流i2の和を反転増幅したものとなり、電
圧変換器8の出力電圧VMよりコイル3,4,5
に電流が供給される。
The output current of the operation detection controller 9 is converted into a voltage by the resistor 102 of the voltage converter 8, and compared with the triangular wave signal of the triangular wave generator 11 by the comparator 12. on/off control. Therefore, the switching transistor 20 is controlled on and off, smoothed by the flywheel diode 21, the inductance element 22, and the capacitor 23, and the output voltage V M of the voltage converter 8 depends on the output of the operation detection controller 9. will be the value. Note that the base current of the switching transistor 20 when it is on is the sum of the current i 1 through the resistor 31 and the current i 2 corresponding to the output Vd of the speed detector 7, which is inverted and amplified, and the output voltage of the voltage converter 8 is Coils 3, 4, 5 from V M
Current is supplied to

従つて、動作検出制御器9、電圧変換器8およ
びコイル3,4,5によつて第2の帰還ループが
構成され、駆動トランジスタ78,79,80の
通電時の動作電圧が能動領域内の所定の小さな値
(1V〜2V程度)となるように電圧変換器8の出
力電圧VMを制御する。
Therefore, a second feedback loop is constituted by the operation detection controller 9, the voltage converter 8, and the coils 3, 4, and 5, and the operating voltage when the drive transistors 78, 79, and 80 are energized is within the active region. The output voltage VM of the voltage converter 8 is controlled to a predetermined small value (about 1V to 2V).

これについて説明すれば、速度検出器7の出力
Vdが少し大きくなると、分配器6のレベル変換
器62の出力V1は大きくなり、第1の帰還ルー
プの動作によつてコイルへの供給電流が大きくな
る。いま、駆動トランジスタ78が選択され、コ
イル3に電流を供給している場合を考える。コイ
ル3への供給電流の増大はその電圧降下を大きく
し、駆動トランジスタ78の動作電圧を小さくす
る。動作電圧の減少は動作検出制御器9の検出ト
ランジスタ95の出力電流を増加し、トランジス
タ99のコレクタ電流を大きくする。これは電圧
変換器8の抵抗102の電圧降下を大きくし、ト
ランジスタ13のオンとなるデユテイを小さく
し、スイツチングトランジスタ20のオンとなる
デユテイ(オン時間比率)を大きくする。その結
果、電圧変換器8の出力電圧VMは大きくなり、
駆動トランジスタ78の動作電圧は大きくなる
(第1の帰還ループによりコイル3への供給電流
は一定であり、その電圧降下もVMによつて変化
しない)。その結果、コイルへの供給電流にかか
わらず、駆動トランジスタ78,79,80の通
電時の動作電圧は能動領域内の所定の小さな値に
制御されている。
To explain this, the output of the speed detector 7 is
When Vd becomes slightly larger, the output V 1 of the level converter 62 of the distributor 6 becomes larger, and the operation of the first feedback loop increases the current supplied to the coil. Now, consider the case where the drive transistor 78 is selected and supplies current to the coil 3. An increase in the current supplied to the coil 3 increases its voltage drop and reduces the operating voltage of the drive transistor 78. A decrease in the operating voltage increases the output current of the detection transistor 95 of the operation detection controller 9 and increases the collector current of the transistor 99. This increases the voltage drop across the resistor 102 of the voltage converter 8, reduces the on duty of the transistor 13, and increases the on duty (on time ratio) of the switching transistor 20. As a result, the output voltage V M of the voltage converter 8 increases,
The operating voltage of the drive transistor 78 increases (the current supplied to the coil 3 is constant due to the first feedback loop, and its voltage drop also does not vary with V M ). As a result, regardless of the current supplied to the coils, the operating voltages of drive transistors 78, 79, and 80 when energized are controlled to a predetermined small value within the active region.

従つて、駆動トランジスタ78,79,80に
よりコイル3,4,5への電流は微細に精度良く
制御できると共に、そのコレクタ損失も小さくさ
れている。また、電圧変換器8のスイツチングト
ランジスタ20のオン時のベース電流は定速回転
時に小さくされ、ベース電流損失も軽減されてい
る。
Therefore, the current flowing to the coils 3, 4, 5 can be controlled finely and accurately by the drive transistors 78, 79, 80, and the collector loss thereof is also reduced. Furthermore, the base current when the switching transistor 20 of the voltage converter 8 is turned on is reduced during constant speed rotation, and base current loss is also reduced.

なお、前述の実施例では、3相のコイルを使用
した例を示したが、本発明はそのような場合に限
らず、一般に複数相のコイルを有する直流モータ
を構成できる。また、速度検出器7、分配器6等
は周知の各種の構成が採用できる。さらに、回転
型の直流モータに限らず、モータ可動部が直進移
動する直進型の直流モータも構成できる。その
他、本発明の主旨を変えずして種々の変形が可能
である。
In addition, although the above-mentioned example showed the example which used the three-phase coil, this invention is not limited to such a case, and can generally configure a DC motor having a plurality of phase coils. Furthermore, various known configurations can be adopted for the speed detector 7, distributor 6, etc. Furthermore, not only a rotary type DC motor but also a linear type DC motor in which the motor movable part moves in a straight line can be configured. In addition, various modifications are possible without changing the gist of the present invention.

以上の説明から明らかなように、本発明の直流
モータは電力効率の良い構成にすることができ
る。従つて、本発明にもとづいて、乾電池を電源
とする音響・映像機器用の直流モータを構成する
ならば消費電力の小さい電池寿命の長い機器を実
現することができる。
As is clear from the above description, the DC motor of the present invention can be configured with high power efficiency. Therefore, if a DC motor for audio/visual equipment using a dry battery as a power source is constructed based on the present invention, equipment with low power consumption and long battery life can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を表わす電気回路
図、第2図、第3図および第4図はそれぞれ本発
明の他の実施例を表わす電気回路図、第5図は電
流変換器の具体的な構成例図、第6図は電流制御
器の具体的な構成例図である。 1……直流電源、2……マグネツト、3,4,
5……コイル、6……分配器、7……速度検出
器、8……電圧変換器、9……動作検出制御器、
11……三角波発生器、12……コンパレータ、
41,69……位置検出器、42,43,44,
78,79,80……駆動トランジスタ、45,
74……選択器、46……電流供給器、62……
レベル変換器、64……電流変換器、67……電
流制御器、70,71,72……ホール素子、9
5,96,97……検出トランジスタ。
FIG. 1 is an electric circuit diagram representing one embodiment of the present invention, FIGS. 2, 3, and 4 are electric circuit diagrams representing other embodiments of the present invention, and FIG. 5 is an electrical circuit diagram of a current converter. FIG. 6 is a diagram showing a specific example configuration of a current controller. 1...DC power supply, 2...Magnet, 3, 4,
5... Coil, 6... Distributor, 7... Speed detector, 8... Voltage converter, 9... Operation detection controller,
11... Triangular wave generator, 12... Comparator,
41, 69...Position detector, 42, 43, 44,
78, 79, 80...drive transistor, 45,
74...Selector, 46...Current supply device, 62...
Level converter, 64...Current converter, 67...Current controller, 70, 71, 72...Hall element, 9
5, 96, 97...detection transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 界磁手段と、複数相のコイルと、前記コイル
と直流電源との間に挿入され、オン・オフ動作す
るスイツチングトランジスタのデユーテイに比例
もしくは略比例した出力電圧を得る電圧変換手段
と、前記電圧変換手段の出力端子から前記コイル
への電流路を切換え制御する分配手段と、モータ
可動部の速度に対応した直流的な電圧の速度電圧
信号を得る速度検出手段を具備する直流モータで
あつて、前記電圧変換手段は、所定周波数の三角
波状信号を得る三角波発生手段と、前記三角波状
信号と速度電圧信号を比較し、前記速度電圧信号
の電圧値に対応したデユーテイのパルス信号を得
るコンパレータ手段と、前記速度電圧信号に応じ
た電流と所定電流の加算電流が入力され、前記加
算電流に比例もしくは略比例した電流を出力する
カレントミラー手段と、前記カレントミラー手段
の入力側を前記コンパレータ手段のパルス信号に
よりオン・オフすることにより、前記カレントミ
ラー手段の出力をパルス電流にするパルス化手段
と、前記パルス電流を前記スイツチングトランジ
スタのベース端子に供給する供給手段と、前記ス
イツチングトランジスタのオン・オフ動作による
パルス電圧をインダクタンス素子とコンデンサと
ダイオードを用いて平滑する平滑手段を有するこ
とを特徴とする直流モータ。
1. A field means, a plurality of phase coils, and a voltage conversion means inserted between the coil and a DC power source to obtain an output voltage proportional or approximately proportional to the duty of a switching transistor that operates on and off; A DC motor comprising: a distribution means for switching and controlling a current path from an output terminal of a voltage conversion means to the coil; and a speed detection means for obtaining a speed voltage signal of a DC-like voltage corresponding to the speed of a movable part of the motor. , the voltage conversion means includes a triangular wave generating means for obtaining a triangular wave signal of a predetermined frequency, and a comparator means for comparing the triangular wave signal and the speed voltage signal to obtain a pulse signal with a duty corresponding to the voltage value of the speed voltage signal. and current mirror means for inputting a summed current of the current corresponding to the speed voltage signal and a predetermined current and outputting a current proportional or approximately proportional to the summed current; pulsing means that turns the output of the current mirror into a pulse current by turning it on and off in response to a pulse signal; supply means that supplies the pulse current to the base terminal of the switching transistor; - A DC motor characterized by having a smoothing means for smoothing a pulse voltage caused by an OFF operation using an inductance element, a capacitor, and a diode.
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