JPH114975A - 直流モータ制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラジコン等の直流モータの破損、又は焼損を
防止するための直流モータ制御回路の提供。 【解決手段】 モータの作動温度を検出する温度検出部
４１と、この温度検出４１の信号を電圧出力とする電圧
検出部４２と、電圧Ｖouを電流に変換する制御回路部４
３（電圧電流変換部）を備え、この電圧電流変換部の出
力によってエラーパルス信号のパルス幅を拡大するスト
レッチャ回路４４の利得を制御する。モータの温度上昇
が所定以上になると、ストレッチャ回路４４の出力パル
ス幅を設定する時定数回路の充電電流が増加するように
構成されているので、モータが何らかの原因で過負荷に
なると、駆動信号が制限されるように制御され、モータ
の破損事故を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線電波によって
送信されてきた制御データに基づいて遠隔地点にある制
御対象物をコントロールするようなラジコン技術に好適
な直流モータ制御回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電波等に制御情報を乗せて、制御位置か
ら離れた位置で移動するような装置、又は機器を操縦す
るものとして、ラジオコントロール（以下、ラジコンと
いう）技術が普及しており、被制御機器として小さな模
型の自動車や、船等の移動物体を操縦することが一般的
に行われている。特に、複数の制御情報を同時に発信す
るような高級なラジコン装置の場合は微妙な操作が要求
され、その操作に対応して忠実に駆動される直流モータ
として、サーボ系回路を備えているサーボモータが必要
になる。

【０００３】図５はかかるリモコン装置の概要を示した
もので、１０は被制御対象物とされている飛行物体１３
を操縦するための操縦板でジョイスティックや種種の設
定用のスイッチ類によって構成されている。１１は操縦
板１０から出力される種種の制御信号を例えばパルス幅
変換し、かつ、これらの複数の制御信号を所定のフレー
ム周期で完結するパルス列に変換して出力するエンコー
ダを示す。所定の周期で完結されている１フレーム単位
のパルス列は、操縦中は常時、高周波部１２（送信部）
に供給され、たとえば、ＡＭ変調、又はＦＭ変調された
電波が飛行物体１３に対して送信されるようになされて
いる。

【０００４】図６は、上記したフレーム単位で完結され
たパルス列のパタンを示したものであって、飛行物体１
３の方向回転制御、上昇下降制御、速度コントロール、
その他の制御信号はチャンネル１、２、３、４・・・・
としてパルス信号CH1,CH2,CH3,CH4 ・・・・・に変換さ
れ、１フレーム、例えば、１４ｍＳ〜２０ｍＳで繰り返
すようなパルス列とされている。なお、さらに詳細に説
明すると、各パルス信号CH1,CH2,CH3,・・・の間隔・Ｐ
ｗ１，Ｐｗ２、Ｐｗ３・・・・は、複数の制御情報によ
って変化するように配置され、たとえば、変化の中心値
を１５２０μＳとして±６００μＳ（制御回転角で約６
０度）程度変化するように設定し、１フレームの終了す
る点を示すために最後に５ｍＳの同期信号（スペース）
が生じるようにしている。

【０００５】このようの形式の制御情報は、電波によっ
て飛行物体１３に常時送信されている。受信側となる飛
行物体１３はこの受信電波を例えばＷスーパヘトロダイ
ン受信機で受信し、受信信号の処理をデコーダで行うこ
とによって、送信側の操縦者から送信されている制御信
号を復調し、各チャンネルの制御信号を分離して自己の
制御用の直流モータ（以下、サーボモータともいう）
や、アクチュエータに供給する。

【０００６】図７(a) は復調された一連のパルス列信号
（ＰＰＭ）から各チャンネルの制御信号を分離して出力
するデコーダの概要を示したものであって、２１は同期
信号に対して検出出力を発生するリセット回路、２２、
２３、２４、２５・・・・はＤフリップフロップ回路
（ＤＦＦという）である。復調されたパルス列信号ＰＰ
Ｍは、シフトレジスタを構成する各ＤＦＦ２、２２、２
３、２４・・・のクロック信号として入力されると共
に、リセット回路２１に供給されている。リセット回路
２１はパルス列信号ＰＰＭの中に５ｍＳ程度のＬレベル
期間を検出すると、出力がハイレベルとなるリセット信
号を発生し、その信号が初段のシフトレジスタＤＦＦ２
２のＤ入力に供給される。そして以後は継続するパルス
が順次シフトレジスタに転送されることにより、図７
（ｂ）の波形図に示されているようにパルス位置が変調
されたパルス列信号ＰＰＭのパルス間隔に相当する制御
パルス信号ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４・・・がシ
フトレジスタの各段から出力される。

【０００７】上記したようなデコーダによって検出され
た各チャンネルの制御パルス信号は、それぞれ被制御機
器の各制御手段（モータ、アクチュエータ等）のサーボ
回路に注入され、操縦者からの操作に対応したコントロ
ールが行われる。図８はサーボ系のモータ制御回路を示
したものであって、各ブロックの信号波形は図９の波形
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，で示されている。この図に見
られるように、抽出された、例えばチャンネルｉの制御
パルス信号Ａは、１フレーム周期毎に比較回路３１に供
給される。

【０００８】この比較回路３１は一対のインバータＩＮ
１とＩＮ２、およびノア回路ＮＲ１とＮＲ２およびオア
ゲートＯＲ１を備えており、位置信号発生回路３９から
出力されている位置パルス信号Ｂと、受信された制御パ
ルスＡのパルス幅を比較する。そして、その比較出力が
エラーパルス信号Ｃとしてオア回路ＯＲ１から出力さ
れ、次のデッドパルス信号発生回路３２をトリガしてデ
ッドパルス信号Ｄを発生すると共に、もしデッドパルス
信号Ｄより小さいエラー信号Ｃ１（Ｃ２）で有れば、第
２の比較回路３３およびストレッチャ回路３４から信号
を出力しないようにしてノイズによる誤動作を防止して
いる。

【０００９】第２の比較回路３３から出力された信号Ｅ
は、次のストレッチャ回路３４においてパルス幅が所定
の割合で拡張され、拡大された駆動パルス信号Ｆが回転
方向切換回路３５を介して制御対象となるモータＭの駆
動電圧を形成し、ドライブ回路３７に供給される。ま
た、前記比較回路３１のノア回路ＮＲ１とＮＲ２の出力
は、フリップフロップ回路（ＦＦ）３６のＳ、Ｒ端子に
入力され、前記制御パルス信号Ａと位置パルス信号Ｂの
パルス幅の大小によってＦＦ回路３６の出力を反転し、
回転方向切り替え回路３５のアンドゲートＡＤ１，ＡＤ
２を介してモータＭの回転方向を決定するようにしてい
る。

【００１０】すなわち、回転方向切換回路３５は、制御
パルス信号Ａが現在のモータの制御位置に対してどちら
の方向に制御する信号かによって、モータの回転方向を
変更するものであって、例えば位置信号発生回路３９か
ら得られる現在の位置パルス信号Ｂが、制御パルス信号
Ａのパルス幅より小さいときは図９のエラーパルス信号
Ｃ１によりモータの回転方向を正転し、逆の場合は図９
のエラーパルス信号Ｃ２が発生し、アンドゲートＡＤ
１、ＡＤ２のいずれか一方が閉じてモータの回転方向を
逆転するように駆動するものである。

【００１１】この実施の形態では、制御対象３８は直流
モータＭと、その回転トルクを減速して伝達するギヤ機
構ＧＡと、回転位置を検出するポテンションメータＰＭ
によって構成されており、このポテンションメータＰＭ
から出力される電圧が制御位置（回転角度）を示してい
る。そして、この制御位置を示すポテンションメータＰ
Ｍの出力信号を、前記制御量位置信号発生回路３９にお
いてパルス幅変調して位置パルスＢを形成すると共に、
この位置パルス信号Ｂと制御パルス信号Ａを比較した時
のエラーパルス信号Ｃのパルス幅を拡大した駆動パルス
信号Ｆによってモータをドライブすることにより、制御
パルス信号Ａに基づいたサーボモータ制御回路が構築さ
れることになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記したようなサーボ
系を有する制御回路では、目標値を示す制御パルス信号
Ａのパルス幅と等しい制御動作をモータＭによって達成
することができるが、何らかの原因によってサーボモー
タの回転運動を伝達する機構が破損したときや、サーボ
モータ自体が過負荷状態になって、異常な温度上昇が発
生したときは、サーボモータが損傷、又は焼損すること
により大きな事故を招くという問題が生じる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の直流モータ制御
回路は、このような問題点を解消するためになされたも
のであって、所定の周期で供給される制御パルス信号
と、直流モータの制御位置を示す位置パルス信号を比較
する比較手段と、前記比較手段から出力されたサーボ誤
差信号を増幅するパルスストレッチャと、前記パルスス
トレッチャの出力を前記直流モータに供給する手段を備
えている直流モータ制御回路において、前記直流モータ
の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の
出力により前記パルスストレッチャを制御する制御回路
を設け、前記直流モータが所定の温度となったときに前
記パルスストレッチャのゲインが低下するように制御す
るようにしたものである。

【００１４】このような温度検出手段は前記直流モータ
に直接固定されている温度センサ、または、モータ駆動
電源ラインに挿入されている電流検出手段によって構成
され、これらの検出信号が制御回路を構成する電圧電流
変換回路を介してストレッチャ回路の感度と低下するよ
うにしている。

【００１５】本発明は、上記したように直流モータが所
定の温度に上昇すると、ストレッチャの感度を低下して
いるので、特に、大型のモータを使用したラジコン模型
の場合、加熱によって直流モータが焼損するような致命
的な事故を防止することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に関連する直流モー
タ制御回路の一部分を示したもので、図８のストレッチ
ャの部分の制御を説明するための回路図である。この図
において４１はサーボモータの温度状態を検出している
温度センサー部であり、その出力は電圧検出部４２を介
して出力電圧を電流に変換するような制御回路部４３に
供給されている。そして変換された電流出力が前記した
ストレッチャ回路４４に供給されるように構成されてい
ることを示している。

【００１７】温度センサー部４１は図２に示すように、
サーボモータアセンブリ５０内のモータＭの表面に固定
されている温度センサＴＳによって構成され、この温度
センサＴＳが温度によって抵抗特性を変換する、例えば
サーミスタで構成されているときは、電圧ＶX が印加さ
れている。また、熱起電力を有する熱電対を使用するよ
うにしてもよい。なお、図２のＣＴはサーボモータ制御
回路に電源電圧及び制御信号を供給するためのコネク
タ、ＡＣはギヤ等を介して減速されたモータＭの回転力
で変位されるアクチュエータを示す。電圧検出部４２は
基準電圧を形成するためのツエナーダイオードＤZ と、
抵抗Ｒ１、帰還抵抗Ｒ２を設けた差動増幅器ＤＡ１によ
って構成されており、抵抗Ｒ１を介して供給される温度
検出電圧がツエナーダイオードＤZ のツエナー電圧を超
えたときに電圧Ｖｏｕｔが出力されるように構成されて
いる。

【００１８】制御回路部４３はトランジスタＱ１、Ｑ
２、Ｑ３によって構成され、入力された電圧Ｖout によ
って設定された電流ｉをトランジスタＱ１から出力する
ように構成される電圧電流変換回路とされている。すな
わち、トランジスタＱ２、Ｑ３がカレントミラ接続とさ
れることによって、電流ｉ＝（Ｖout ー２Ｖbe）／Ｒx
となる電流を次のストレッチャ回路４４に供給するよう
な作用を有する。（但し、Ｖbeはトランジスタのベース
エミッタ間電圧） ストレッチャ回路４４は定電流源Ｉで充電される抵抗Ｒ
及びコンデンサＣと、この抵抗Ｒ、コンデンサＣの時定
数回路を放電するトランジスタＱ４と、パルス幅が拡大
された駆動パルスＦを出力するトランジスタＱ５によっ
て構成されており、トランジスタＱ４に入力された前記
エラーパルス信号Ｃのパルス幅を拡大する作用を有す
る。

【００１９】すなわち、図３の波形図に示すように、エ
ラーパルス信号Ｃが入力され、トランジスタＱ４がオフ
状態の時は、トランジスタＱ５のベース電圧ＶB にはほ
ぼ０．７Ｖ電圧が印加されており、トランジスタＱ５の
コレクタ電圧は、このトランジスタがオン状態になるこ
とによって、低レベルの信号ＶＣが出力されている。エ
ラーパルス信号ＣがトランジスタＱ４をオンにすると、
トランジスタＱ５のベース電圧ＶB はゼロになり、不導
通状態になることによって、その出力がハイレベルに反
転するが、エラーパルス信号Ｃのパルス期間ｔが終了す
るとコンデンサＣが定電流源Ｉによって充電され、コン
デンサＣが所定の電圧に充電されると、再びトランジス
タＱ５がオンに反転してパルス幅が拡大された駆動パル
スＦが形成される。

【００２０】この駆動パルスＦのパルス幅Ｔはコンデン
サＣと定電流源Ｉの充電電流値Ｉ0よって設定されるこ
とになるが、トランジスタＱ４がオンとなっているとき
の期間であるエラーパルス信号Ｃのパルス幅ｔによって
も異なる。すなわち、エラーパルス信号Ｃのパルス幅ｔ
が狭いと、抵抗Ｒ及びトランジスタＱ４によって放電さ
れるコンデンサＣの端子電圧ＣＶの電位の低下は少な
い。したがって、この放電時間が終了した後は、より早
い時間でコンデンサＣの電位が回復するが、エラーパル
ス信号Ｃのパルス幅ｔが広いとコンデンサＣの放電によ
る端子電圧ＣＶの低下は大きくなり、次に、トランジス
タＱ５がオンとなる電位に回復するまでの時間が長くな
る。このようにして、ストレッチャ回路４４はエラーパ
ルス信号Ｃのパルス幅を拡大して出力する作用を有する
ことになる。

【００２１】ところで、本発明の直流モータ制御回路に
よると、電圧検出部４２でモータの温度が所定の温度以
上となったことが検出されると、その出力Ｖout が高く
なるように制御され、電圧電流変換部４３から吐き出さ
れる電流i が増加する。すると、コンデンサＣは定電流
源Ｉからの電流とこの吐き出された電流i の双方によっ
て充電されることになるから、一点鎖線で示すように駆
動パルス信号Ｆのパルス幅が、同じエラーパルス信号Ｃ
の場合でもその幅が短縮される。したがって、温度セン
サＴＳの温度が所定の温度以上になると、ストレッチャ
回路４４の出力パルス幅が短縮する（ストレッチャ回路
の感度が低下する）方向に制御され、モータの駆動力が
一定の温度以上では低下するように補償することができ
る。

【００２２】なお、電圧検出部４２はこの実施例に示す
ほかに、図４に示すようにモータのドライブ回路の電源
ラインに電流検出素子ＣＤを挿入することによって構成
することができる。この回路では直流モータに電流を供
給す電源ラインＶCCと接地電位の間に４個のスイッチＳ
１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が設けられ、前記した切換反転回
路３５の出力によって、スイッチＳ１、Ｓ３とスイッチ
Ｓ２、Ｓ４が交互にオン／オフするように構成され、モ
ータＭに対して逆方向の電流を流して、モータの回転方
向を反転するように構成したものである。なお、抵抗ｒ
はモータが停止している時に印加される電圧が、1/2 Ｖ
CCとなるように設定するものである。この実施例はモー
タが回転できないような過負荷の状態になると、モータ
の駆動電流は異常に上昇するから、結果的にモータの温
度を測定することになる。電流検出素子としては、数ｍ
Ω〜数十ｍΩのセンス抵抗ＲS を挿入し、このセンス抵
抗ＲＳの両端に発生する電位差ＡーＢを前記した電圧検
出部４２に供給して検出電圧Ｖout を形成するものであ
る。従って、この図４の電圧検出部４２から出力された
検出電圧Ｖout を、前記した図１の電圧電流変換部４３
に供給し、ストレッチャ回路４４の感度を設定するよう
に構成すると、結果的にモータが停止するような過負荷
状態になると、電圧降下が急激に増大し、ストレッチャ
回路から出力される駆動パルスＦの大きさを制限するこ
とになるから、モータが過負荷によって焼損、又は破損
することを防止することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の直流モー
タ制御回路は、例えばラジコン模型とされている被制御
機器のモータの温度上昇を検出する手段を設け、この温
度検出手段の出力によって直流モータ制御回路のストレ
ッチャの感度をコントロールすることにより、モータの
破損や、焼損事故を簡単な回路の付加によって防止する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直流モータ制御回路の主要な点を示す
ブロック図である。

【図２】図１の温度検出素子の実施例を示す説明図であ
る。

【図３】ストレッチャ回路の動作を示す信号波形図であ
る。

【図４】本発明の温度検出手段の他の実施例を示す回路
図である。

【図５】遠隔制御装置の一般的な説明図である。

【図６】複数チャンネルの制御対象に対する制御信号を
示すパルス列の波形図である。

【図７】受信した制御パルスをエンコードするブロック
図とその波形図である。

【図８】制御対象（モータ）の制御位置を制御するサー
ボ系のブロック図である。

【図９】図８の各部の波形図を示す。

【符号の説明】

４１ 温度検出部、４２ 電圧検出部、４３ 電圧電流
変換部、４４ ストレッチャ回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の周期で供給される制御パルス信号
   と、直流モータの制御位置を示す位置信号を比較する比
   較手段と、 前記比較手段から出力されたサーボ誤差信号を増幅する
   パルスストレッチャと、 前記パルスストレッチャの出力を前記直流モータに供給
   する手段を備えている直流モータ制御回路において、 前記直流モータの温度を検出する温度検出手段と、前記
   温度検出手段の出力により前記パルスストレッチャを制
   御する制御回路を設け、 前記直流モータが所定の温度となったときに前記パルス
   ストレッチャのゲインが低下するように制御することを
   特徴とする直流モータ制御回路。
2. 【請求項２】 前記温度検出手段は前記直流モータの直
   接固定されている温度センサによって構成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の直流モータ制御回路。
3. 【請求項３】 前記温度検出手段はモータ駆動電源ライ
   ンに挿入されている電流検出手段によって構成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の直流モータ制御回
   路。
4. 【請求項４】 前記制御回路は電圧電流変換回路によっ
   て構成されていることを特徴とする請求項１、２、又は
   ３に記載の直流モータ制御回路。