JPH07194161A - 直流モータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】自転車の走行速度をアナログ的に記憶して、補
助動力用の直流モータをペダルの操作に合わせて効率良
く制御する。 【構成】自転車の補助動力として取付られる直流モータ
２をコイル４及び第１ブラシ３を経てバッテリ１に接続
する。直流モータ２の第２ブラシ５をリレー接点６を介
して接地する。リレー接点６を開き、回転時の直流モー
タ２に発生する誘導電圧を誘導電圧検知回路即ち比較器
７で検知し、同出力をリレー制御回路８に印加する。ブ
ラシ３に、直流モータ２の回転速度をパルス間隔で検出
する回転速度検出回路９を接続し、パルスで充放電を繰
り返す時定数回路の最大アナログ電圧値を記憶回路１０
に記憶する。記憶電圧値が自転車の加速時に更新され、
現在の電圧値と記憶電圧値とを制御回路８で比較し、比
較結果がＬからＨレベルに立上がった時に直流モータ２
の誘導電圧の有無を検知してリレー接点６を制御する。
記憶回路１０が回転速度を示すアナログ電圧を走行速度
に対応して記憶するコンデンサと、このコンデンサの値
を更新するダイオードとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に自転車の補助動力
に用いて好適な直流モータの駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、直流モータ駆動回路を特願
平１−１８１３４８号で提案している。この直流モータ
駆動回路は、直流モータＭの回転速度をパルスの発生間
隔で検出すると共に、拘束停止を誘導電圧の大きさに基
いて検出し、これらの検出出力でリレーをオン・オフ制
御している。また、直流モータが拘束された時には、駆
動回路を遮断し、遮断後に回転が継続していれば駆動回
路を再度オンにする制御をリレーを用いて行なってい
る。

【０００３】即ち、直流モータＭの回転速度が低下した
時には、駆動回路を遮断して誘導電圧の大きさを検出
し、その検出結果に基いて、駆動回路を遮断或は再度オ
ンにする制御を、半導体素子と比較して応答速度が遅い
リレーを用いて行なっている。この直流モータ駆動回路
を特願昭６２−９７０８３号に示す自転車の「補助動力
装置」に記載した駆動回路と置換した場合には、次のよ
うな問題が生じる。

【０００４】

【発明が解決しようする課題】この従来の直流モータ駆
動回路は、自転車の補助動力の駆動回路として適用した
場合、ペダルを踏んで自転車を加速した後、漕ぐ事を止
めても直流モータへの給電を遮断することが困難であ
る。従って、これはオン状態になる回転レベルが一定で
あるため、操作が不自然でバッテリの消耗につながる。

【０００５】また、自転車を高速で走行している間、そ
の同期速度より遅くペダルを踏み込むと、直流モータを
回転させために通電され、自転車を走行させる補助動力
源とならずにバッテリのエネルギーを浪費してしまう。
このような問題は、自転車本体に取付られた走行速度セ
ンサを用いて解決できるが、この走行速度センサの付加
は部品点数の増加と共に製造原価の上昇の原因となる。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、自転車の走行速度を計測する速度センサの代りに、
走行速度に対応したアナログ値を記憶する手段を用い
て、補助動力用の直流モータを効率良く制御できる直流
モータの駆動回路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による直流モータ
の駆動回路は、負電極が接地されるバッテリと、自転車
の補助動力として取付けられる直流モータと、この直流
モータの第１ブラシ及び前記バッテリの正電極間に接続
されるコイルと、前記直流モータの第２ブラシ及び接地
間に接続されるスイッチ素子と、前記第２ブラシに接続
されて、前記直流モータの誘導電圧を検知する誘導電圧
検知回路と、前記第１ブラシに接続されて、前記自転車
の走行速度に対応して前記直流モータの回転速度を検出
する回転速度検出回路と、この回転速度を示すアナログ
電圧を走行速度に対応して記憶する記憶回路と、前記誘
導電圧検知回路の出力によって前記スイッチ素子をオン
状態にさせ、前記回転速度検出回路及び前記記憶回路か
らの出力に基づいて、前記スイッチ素子をオフ状態にさ
せる制御回路とを備えている。

【０００８】また、前記誘導電圧検知回路は、前記第２
ブラシの電圧と基準電圧とを比較する第１比較器を含
む。さらに、前記制御回路は、前記回転速度検出回路の
出力と、前記アナログ電圧とを比較する第２比較器と、
前記第２比較器の出力の立ち上がり時に、所定期間前記
スイッチ素子をオフ状態にさせる手段とを備えている。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明による直流モータの駆動回路
の概略ブロック図を示している。この図において、バッ
テリ１の負電極が接地されている。このバッテリ１の正
電極及び直流モータ２の第１ブラシ３間には、パルスに
対して高抵抗となるインダクタ即ちコイル４が接続され
る。また、第２ブラシ５及び接地間には、導通時に直流
モータ２を回転させるリレー接点６が接続されている。
回転時の直流モータ２には、リレー接点６が開いている
時に、誘導電圧が第２ブラシ５に発生する。この誘導電
圧は、誘導電圧検知回路７において、電源電圧Ｖccの分
圧電圧とを比較し、その出力がリレー制御回路８に印加
される。このコイル４はシャント抵抗と置換してもよ
い。

【００１０】一方、ブラシ３とコイル４との接続点に
は、リレー接点６の導通時において直流モータ２の回転
速度を検出する回転速度検出回路９が接続される。この
回転速度検出回路９は、直流モータ２の整流子（図示
略）の極性切換時に発生するパルス毎に充電を繰り返す
時定数回路を含み、その出力が制御回路８及び記憶回路
１０に入力される。この記憶回路１０は、上記回転速度
を示すアナログ電圧を走行速度に対応して記憶するコン
デンサと、このコンデンサの値を更新するダイオード
と、誘導電圧検知回路７に入力される基準電圧とを含
み、その出力が制御回路８に入力される。

【００１１】従って、直流モータ２の出力軸が自転車
（図示略）の後輪（図示略）に回転自在に取付られて、
操作者がペダルを踏み込んだ場合には、動力がチェーン
を伝わって後輪を回転させると共に直流モータ２が回転
する。この時、直流モータ２にはバッテリ１から電力が
供給されていないが、誘導電圧が発生する。誘導電圧検
知回路７は、この誘導電圧を基準電圧と比較し、電源電
圧から誘導電圧を引算した値が基準電圧値を下回った時
に、その出力が制御回路８に入力されて、リレー接点６
をオン状態にラッチさせる。

【００１２】走行中の自転車は、直流モータ２にバッテ
リ１からの電力が供給され続けて、直流モータによる補
助動力が自転車の後輪に伝達される。ペダルを更に踏ん
で自転車を加速した場合には、回転速度検出回路９の出
力電圧が低下すると共に、同出力が記憶回路１０のアナ
ログ電圧を低下させる。自転車を所定量以上に減速させ
た場合は、出力電圧がアナログ電圧より高くなって、制
御回路８内の比較器の出力がＬからＨに立上がる。この
立上がり時刻から所定期間、制御回路８は、リレー接点
をオフ状態にさせて、直流モータ２の回転状態を検知す
る期間を設けている。

【００１３】図２は、本発明による直流モータの駆動回
路の一実施例を示している。この図において、図１に示
す部品と対応する部品には同一の符号が付してある。直
流モータ２は、第１ブラシ３がコイル４を介して例えば
１２ボルトのバッテリ１の正電圧（Ｖcc）ラインに接続
され、第２ブラシ５がリレー接点６を介して接地されて
いる。直流モータ２の第２ブラシ５は、誘導電圧を検知
する誘導電圧検知回路即ち第１比較器７の反転入力端に
接続される。

【００１４】この第１比較器７は、非反転入力端が記憶
回路１０の分圧回路即ち基準電圧源に接続され、出力が
制御回路８内の第１ナンドゲート２１に接続される。こ
の制御回路８は、第２比較器２２と、第２比較器２２の
出力を遅延して第１ナンドゲート２１に印加する遅延回
路２３と、第２比較器２２の出力が印加される第２ナン
ドゲート２４とを備える。

【００１５】遅延回路２３は、比較器２２の出力とナン
ドゲート２１の入力との間に接続された例えば１ＭΩの
抵抗と、同入力と接地との間に接続された例えば１μＦ
のコンデンサとを含み、或は遅延素子例えばクロックが
入力されるＤ型ＦＦと置換できる。第１ナンドゲート２
１の出力が第２ナンドゲート２４に接続される。この第
２ナンドゲート２４は、出力が抵抗２５を介してエミッ
タ接地のＮＰＮトランジスタ２６のベースに接続され、
コレクタが電磁リレー２７のコイル２８を経て正電圧ラ
インに接続される。

【００１６】従って、直流モータ２が停止している時
は、リレー接点６がオフ状態を保ち、バッテリ１から直
流モータ２に電力が供給されない。また、第１比較器
７、第１ナンドゲート２１及び第２比較器２２の出力が
各々Ｌ、Ｈ及びＨレベルである。ここで、直流モータ２
を外力で回転させると、直流モータ２のブラシ３及び５
間に誘導電圧が発生する。この誘導電圧を電源電圧から
引算した値が分圧回路による基準電圧より低くなると、
これら比較器７、ナンドゲート２１及び比較器２２の出
力が各々Ｈ、Ｌ及びＨレベルとなり、第２ナンドゲート
２４の出力がＨレベルになる。更に、トランジスタ２６
がオンになり、コイル２８が励起されて、接点６が閉じ
られる。これにより、バッテリ１から直流モータ２に電
力が供給されて、直流モータ２は回転が維持される。

【００１７】一方、回転速度検出回路９は、パルスの波
高値を高くさせるコイル４と、コイル４及び第１ブラシ
３の接続点にコンデンサ３１を介して接続されるインバ
ータ３２と、インバータ３２及び第２ナンドゲート２４
の出力が各々接続される第３ナンドゲート３３とを備え
る。このインバータ３２は、負成分のパルスを反転して
ロジックレベルに変換するもので、シュミット型を用い
ている。

【００１８】また、インバータ３２は、正電圧ラインに
エミッタ接地されたＰＮＰトランジスタで置換できる。
この場合、トランジスタは、ベースが抵抗を介してコン
デンサ３１の他端に接続され、コレクタが接地抵抗に接
続される。このコンデンサ３１の他端がプルアップ抵抗
を経て正電圧ラインに接続される。正成分のパルスは、
約６Ｖを越えるとトランジスタを破損する恐れがあるの
で、約０．６Ｖにクランプする汎用ダイオードがプルア
ップ抵抗と並列接続されてもよい。

【００１９】また、回転速度検出回路９は、第３ナンド
ゲート３３の出力がダイオード３４を経由して接続され
る時定数回路３５を含む。この第３ナンドゲート３３
は、オープンコレクタ或はオープンドレイン型を用い
て、ダイオード３４を省略することができる。この時定
数回路３５は、各々が正電圧ラインとノード３６間に接
続されたコンデンサ３７及びプルアップ抵抗３８を含
み、ノード３６がバッファ即ち利得１のＯＰアンプ３９
に接続される。

【００２０】従って、リレー接点６が閉じて、直流モー
タ２が回転すると、回転中の整流子がブラシと断続する
時に正負のパルスが瞬時に現われる。この給電中の直流
モータの回転速度を示すパルス列は、第１ブラシ３から
コンデンサ３１及びインバータ３２を経由して第３ナン
ドゲート３３に印加される。一方、第３ナンドゲート３
３は、第２ナンドゲート２４のＨレベルも印加されるの
で、直流モータ２の回転によるパルスが順次に印加され
る毎に、コンデンサ３７が急速に充電され、その後抵抗
３８によって所定の時定数で放電される。

【００２１】ノード３６の電圧は、パルスが印加される
毎に約０．６ボルトに下降しその後放物線を描きながら
上昇する略鋸波形の軌跡をたどり、鋸波形の最大電圧が
自転車の走行速度に対応する。このＯＰアンプ３９は、
出力端が反転入力端、第２比較器２２の非反転入力端及
びダイオード４１のカソードに接続されている。上記記
憶回路１０は、同ダイオード４１と、このダイオード４
１のアノードに接続された分圧回路４２と、正電圧ライ
ン及びダイオード４１のアノード間に接続されたコンデ
ンサ４３とを含む。

【００２２】この分圧回路４２は、電源電圧を分圧した
高抵抗値のポテンショメータ或は可変抵抗が用いられ
る。ダイオード４１のアノード即ちアナログ或は基準電
圧は、第１比較器７の非反転入力端及び制御回路８内の
第２比較器２２の反転入力端に各々接続される。このコ
ンデンサ４１は、アナログ記憶素子として用いられ、従
って、自己放電の少ない大容量のポリカーボネートフィ
ルムコンデンサが用いられる。また、分圧比は、自転車
の停車時に第２比較器２２の出力がＨレベルになるよう
に予め設定される。

【００２３】この直流モータ２の駆動回路を自転車に取
り付けた際の動作を説明する。まず、自転車のペダルを
踏んで所定の走行速度まで漕ぐと、直流モータ２が回転
して、対応の誘導電圧を発生する。この誘導電圧を電源
電圧から差し引いた値が基準電圧を下回ると、直流モー
タ２が給電されて、直流モータ２が自転車の補助動力と
して作用し、ペダルを漕ぐ負荷も軽くなる。

【００２４】自転車の走行速度が速くなると、第１ブラ
シ３からのパルスが多くなり、コンデンサ３７が充電後
十分放電しきらない間に次のパルスで充電され、従っ
て、走行速度に対応するノード３６の最大電圧が低くな
る。この最大電圧は、バッファ３９及びダイオード４１
を経てコンデンサ４３によって記憶される。

【００２５】勿論、コンデンサ４３に蓄積された電荷
は、分圧回路４２で設定された基準電圧方向に徐々に上
昇するが、その上昇分が無視されるように抵抗値を決定
している。即ち、現在の走行速度に対応した最大電圧か
らダイオード４１の電圧降下分差し引いた電圧がコンデ
ンサ４３に記憶される。

【００２６】従って、自転車を加速した場合には、この
最大電圧が下降してコンデンサ４３の電圧即ちメモリを
更新させる。自転車を一定或はダイオード４１の電圧降
下に対応した速度分減速させても、第２比較器２２の出
力がＬレベルを維持して、直流モータ２が自転車に補助
動力として作用する状態が変化しない。

【００２７】自転車を、ダイオード４１の電圧降下に対
応した速度分以上に減速させると、第２比較器２２の出
力がＬからＨレベルに立上がる。第２比較器２２の出力
がＬからＨレベルに立上がった時には、第２ナンドゲー
ト２４の出力がＬレベルになり、その後遅延回路２３で
設定される遅延期間の後にＨレベルに戻る。

【００２８】この遅延期間は、例えば１ＭΩ抵抗および
１μＦコンデンサによって設定される。第２ナンドゲー
ト２４の出力がＬレベルになると、接点６が開き、この
遅延期間中に、回転していれば発生する直流モータ２の
誘導電圧を第１比較器７によって検知する。

【００２９】この遅延期間は、自転車の減速中の走行状
態を監視するために設けられ、自転車がある程度の走行
速度で走っていれば、直流モータ２の回転が持続し、第
１比較器７から第１ナンドゲート２１にＨレベルが印加
されて、リレー接点６は再度オンとなる。従って、直流
モータ２が再度給電される。しかし、走行速度即ち回転
速度が拘束停止の近くまで低下していた場合は第１比較
器７の出力がＬレベルとなり、直流モータ２への給電が
遮断される。

【００３０】なお、実施例では遅延回路２３の時定数が
電磁リレー２７の応答速度よりも長くなるように抵抗お
よびコンデンサの値を選定して、電磁リレー２７の応答
速度が遅くても確実にオフとなり、また、電磁リレー２
７のオフ後に遅延回路の出力がＨレベルに立上がるよう
にしている。従って、回転速度が低下した時にも確実に
拘束検出を行なうことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の自転車に
用いた直流モータの駆動回路によれば、自転車の走行速
度に対応したアナログ電圧を、加速中には更新し、所定
値以上減速した時には、直流モータへの給電を遮断して
誘導電圧を検出している。従って、自然なペダル操作で
直流モータによる補助動力が得られると共に、直流モー
タに給電される電気エネルギの浪費を抑制できる。走行
速度に対応したアナログ電圧をコンデンサで記憶するよ
うにしたので、回路構成が簡単になり、回路の信頼性も
向上する。更に、大容量半導体素子の代りの安価な電磁
リレーとの相乗効果で製造コストも減少する利点も得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による直流モータの駆動回路の概略ブロ
ック図である。

【図２】本発明による直流モータの駆動回路の一実施例
を示す回路図である。

【符号の説明】

１ バッテリ ２ 直流モータ ３ 第１ブラシ ４ コイル ５ 第２ブラシ ６ リレー接点 ７ 誘導電圧検知回路 ８ 制御回路 ９ 回転速度検出回路 １０ 記憶回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負電極が接地されるバッテリと、 自転車の補助動力として取付けられる直流モータと、 この直流モータの第１ブラシ及び前記バッテリの正電極
   間に接続されるコイルと、 前記直流モータの第２ブラシ及び接地間に接続されるス
   イッチ素子と、 前記第２ブラシに接続されて、前記直流モータの誘導電
   圧を検知する誘導電圧検知回路と、 前記第１ブラシに接続されて、前記自転車の走行速度に
   対応して前記直流モータの回転速度を検出する回転速度
   検出回路と、 この回転速度を示すアナログ電圧を走行速度に対応して
   記憶する記憶回路と、 前記誘導電圧検知回路の出力で前記スイッチ素子をオン
   状態にさせ、前記回転速度検出回路及び前記記憶回路か
   らの出力に基づいて、前記スイッチ素子をオフ状態にさ
   せる制御回路とを備えた直流モータの駆動回路。
2. 【請求項２】前記誘導電圧検知回路は、前記第２ブラシ
   の電圧と基準電圧とを比較する第１比較器を含む請求項
   １に記載の駆動回路。
3. 【請求項３】前記制御回路は、前記回転速度検出回路の
   出力と、前記アナログ電圧とを比較する第２比較器と、
   前記第２比較器の出力の立ち上がり時に、所定期間前
   記スイッチ素子をオフ状態にさせる手段とを備えた請求
   項１に記載の駆動回路。