JPS58195464A - 直流電動機の回転速度比例信号発生方法及び装置 - 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】 本発明は、直流電動機の回転速度を調節するためにその
回転速度に比例する変化量を得るための方法及び調節さ
れた回転速度を有する直流駆動装置に関する。

エネルギー変換器が直流電動機である電気機械駆動装置
システムにおいて、電気的に予め決定された目標値変数
を利用し調節システムを通じて直流電動機の回転速度を
正確に制御する必要性が度々存在する。電動機の正確な
回転速度に関する直接の情報は、電気的変化量としての
電動機電圧あるいは電動機電流からは導き出すことが出
来ない。

このため、電動機のシャフトに装設されたセンサーがし
はしば使用され、それは実測定値の信号として回転速度
に比例した電気的変化鰍を出力する。

従来最もしばしば使用されたセンサーは次の２グループ
に本質的に分類出来る。

１、光の点滅の原理によって動作する光学式センサー、
例えば光源及びスリット付回転板と組合されて動作する
フォトレジスタ、フォトトランジスタ又は光素子。

２、交流発電機、直流発電機又はホール効果プローブ等
の磁気式センサ。

センサーのタイプは多くの場合、駆動装置システムによ
って成し遂げられる仕事に応じて使い分けられている。

しかしながら回転速度を得るために使用された全てのセ
ンサーのタイプは、望ましいと思われる応用においてさ
えそれらの一般的使用を不可能にする次の２つの本質的
欠点を有すＡｏすなわち、１、　それらセンサーは、通
常それと一体構造ユニットとされる電動機の構造的大き
さを増加させる。

２、　それらセンサーは、特に予め決定された構造上の
サイズにより小型化が要求される場合憂こシステムの価
格を増加させる。

典型的なそして特に問題のある例としては、カセットレ
コーダを有するカーラジオのカセット駆動装置かある。

このカセット駆動装置はチーフリール及びキャプスタン
シャフトを駆動する電動機を備えている。負荷に影響さ
れない一定のテープ速度を確保するため、この電動機の
回転スピードは調節されなくてはならない。規格化され
た部品寸法及びカーラジオの規格化されたケース寸法か
らみて、カーラジオ及びカセットレコーダの電気的機械
的システムのためのスペースは別としてカセットの駆動
装置のためには小さな構造スペースしか確保出来ない。

これが金塩、カセット駆動にｎ おいて最大限±１％の速度ずれしか示さな−）低−）□
、、５ 長期ワウフラッタ特性の電動、―、、が必要であるにも
かかわらず、タコメータを備えた調節システム＃よ限ら
れた範囲でしか使用されなかったことの主な理由の一つ
である。

そのような理由のため、そこでは大部分の場合間接的な
調節システムが用いられている。ここでは負荷に依存す
る電動機電流は電圧に変換され、その電圧は外部から供
給される電動機電圧に加えられ、電動機内部抵抗におけ
る負荷に依存した変化する電圧降下を相当程度補償する
。しかじなか　−ら、実際には存在しない安定した状態
を前提としている。電動機の内部抵抗における製造技術
や熱又は経年誤差並びに変化が原因となって、実際には
この原理では制限された正確さしか持たない回転速度し
か得られない。現在最もよく用いられる電動機において
は、約±８％の変動をもつ長期のワウフラッタ特性が得
られている。もし、現行のハイファイのドイツ工業規格
を満足させる場合にはこれらの値と対比してより高度の
精密さの為の”″（７）Ｗｆｆｉ！−、ご′°゛′″６
ｙ、ｚｔ＋゛。

他の既知の方　　して電動機を同時にタコメータとして
用いる方蔽１１・がある。この場合には２つの基本的に
異なる次の原理が知られている。

すなわち、 １、電動機の電流は一瞬切れるそしてこの切れる段階で
その電動機の逆起電力が測定され調節システムに対する
実測変化量として記憶される。

しかしながら、この原理は発電機として動作する際速度
電圧中に少ししか雑音がない鉄心のない電動機にのみ応
用可能である。そしてカーラジオカセット駆動−装置中
に使われている鉄心電機予電−動機には応用出来ない。

２、　その電動機はその電流によって駆動されるそれ故
、整流によって生じた交流電動機電圧の周波数は同時に
適当な増幅器及びリミッタの組み合せによって分析され
る。この周波数は電動機の回転速度に同期している。そ
のため測定値変数として用い得る。

この原理においては、電動機整流信号は負荷トルク、電
動機の経年及び雰囲気温度に大きく依存しているため、
低い信号／雑音比しか得れない。

このため、今日までこの原理ば°カーラジオのカセット
駆動装置に応用するのに適していなかった。

本発明は、従来の直流電動機の回転速度の調節システム
における問題点を解消することを目的とする。

この目的は直流電動機の同転速度を調節するため、回転
速度に比例する変化量を得る方法によって達成され、そ
の特徴は、奇数の整流子巻線と対応する奇数の゛整流子
セグメントを有する直流電動機が用いられ、その整流子
セグメントはブラシに対して、いくつかの整流子セグメ
ントで同時に切分が検出され回転速度を調節するための
実測変化量として処理されるように、配列されている。

整流子セグメントが切換えられた場合、回転速度に依存
する全電動機電流中の電流変動を引き起す電流変化が個
々の整流子巻線中に起り、その全グメントを有する直流
電動機には適用可能である。

しかしながら、整流子巻線及び整流子セグメントの数が
多くなればなる程、整流子セグメントが切換えられた除
起る特有の電流変動は弱くなる。このため、８極直流電
動機の使用が特に望ましい。

８極直流電動機についてのそのような好ましい電動機電
流自身のスペクト、ラムの高周波数成分を用いて実測変
化量を作るよう分析され、又は回転速度の実測変化量と
して針状パルスの形で電動機電流に比例した変化量とし
て分析される。

本発明はタコメータを備えた従来の電動機調節システム
と比較して、タコメータを省くことによって、構造サイ
ズを減少させ又製造コストも減少させることが出来ると
ともに正確な回転速度調節を維持し得る。更にタコメー
タを用いずに、間接の電動機電流制御システムに代えて
高い精度の真・ト の目標値／実測値調節システムを用いることが可＠＠’
　ｈ　ｆｔ　ｖ　ｆ：。　　　　１・１：′１：。

本発明のより望ましく、より改良したものとしでは、電
動機電流に比例した電圧信号を電流／電圧変換器により
得て、この電圧信号を微分することにより回転速度を調
節するための実測値変化量として用いられる針状パルス
が得られる。

この微分された信号はそれから電動機電流変動のスペク
トラムの低周波数成分を除くため比較器において閾値と
比較することが出来る。

望ましい態様としては、このようにして得られたパルス
信号は周波数／電圧変換段階において、微分及び閾値と
の比較によって得られたパルスの周波数に対応する直流
電圧信号に変換される。この直流電圧信号はそれから測
定値として目標値／測定値比較器へ供給される。

特に好ましい態様としては、後に続く積分段に直列接続
された単安定マルチバイブレータを、周波数／電圧変換
器として用いることが出来る。微分及び閾値との比較に
よって得られたパルスは単５７”ＪＬＩ　ｆ　ｔ＜“１
．ヒ、、′１°ｃ＊ｔａ　＋−“順−ｔ＜　）Ｉｔ　２
として用いられ、１．そしてそのマルでバイブレータは
、端部急峻性及びパルスの幅が、そのマルチバ　　　１
イブレータにだけは依存するが、例えば瞬時の回転速度
には依存しないパルスを積分部へ供給する。

低回転速度について適切な測定値信号を得るためには、
比較的大きい積分時定数が必要である。

これは、調節（ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　）において顕著
な遅れを生み出す。このため、調節動作はトルクの速い
変化において不十分である。このため、特に望ましい実
施例においては、負性抵抗インピーダンスにより電動機
の内部抵抗を補償することによって粗い調節を行い、本
願発明の原理に従って精密な調節を行う。この実施例に
おいては、負性抵抗のインピーダンスは電動機の内部抵
抗の約９０％とされることが望ましい。これによって精
密な調節の為に比較的狭い調節レンジが残される。

これは積分部においては調節プロセスの単に１０％しか
処理される必要がないため短い調節時間の積分部を可能
とし又負荷トルク中の急激な変化によっても実際上目標
回転速度をイナーシャなしに調節することが出来る。

本願発明及びそれより改良′した発明を図面に示す実施
例によってより詳細に以下に説明する。

第１図はΔ−結線の回転巻線Ｌｌ　、Ｌ２及びＬ８を有
する８極又は８回転巻線の直流電動機の着想原理を示す
ものである。Δ−結線の接続部において、８つの回転巻
線のうち夫々の２つが整流子セグメントＫｌ、に２又は
に８に接続されている。２個のブラシＳを介して８つの
整流子セグメントのうち夫々の２つが電動機電源電圧Ｕ
Ｍに接続されている。

その直流電圧電源ＵＭから全電流輸が電動機へ流れる。

回転位置合においては、回転巻線Ｌ１には電動機電圧Ｕ
Ｍが供給され、他の２つの回転巻線Ｌ２及びＬ８は、回
転巻線Ｌ１に並列接続された直列回路をなしている。回
転位置Ｂにおいては、回転巻線Ｌ２には電動機電圧ＵＭ
が供給され、回転巻線Ｌｌ及びＬ８は回転巻線Ｌ２に並
列な直列回路を形成する。

第２図は回転位置Ａ及びＢに対する等価回路を形成する
。この場合には、部分電流Ｉｌｌは回転巻線Ｌｌ中゛を
流れ、部分電流ｌＬ、は回転巻線Ｌ２中を流れそして部
分電流ＩＬＩは回転巻線ＬＢ中を流れる。

個々の回転巻線Ｌｌ、Ｌ２及びＬ８は同じインピーダン
スを有するという従来の実施例を基礎として考えると、
直列に接続された回転巻線中を流れる部分電流の大きさ
は、各場合において残る８番目のものであって、電動機
電圧が印加されているところの回転巻線中を流れる部分
電流の大きさの半分である。従って回転位置Ａにおいて
は、部分電流Ｉｌｌは回転巻線Ｌｌ中を流れ、回転巻線
Ｌ２及びＬ８中を流れる部分電流の２倍の大きさを有す
る。回転位ＩＢにおいては、これに反して回転巻線Ｌ２
中を流れる部分電流は回転巻線Ｌ１及びＬ８中を流れる
電流の２倍の大きさを有する。例えば、回転巻線Ｌ１に
着目すると、そこを流れる部分電流１１１は回転位置Ｂ
の場合に：・、キベ回転位１１Ａの方が２倍の大きさに
なる。

ζｊ１１ 回転位！Ａ及びＢそして切：換え位相ｔにおける部分電
流ＩＬｌ　　＋　ＩＬａ　ｅ　Ｉい及び全電流■ヨにつ
いての曲線が第８図に示されている。回転位置Ａの状態
の間は、２つの直列接続された回転巻線のコイル抵抗が
それに並列接続された回転巻線Ｌｌのコイル抵抗の２倍
の大きさであるという事実により回転巻線Ｌｌ中には大
きさｌの電流が流れ、回転巻線Ｌ２及びＬ８中はこの大
きさの半分即ち±の共通電流が流れる。電機子巻線の位
置Ｂへの過渡期においては電圧ＵＭが直接印加されて回
転巻線ｄｙＱ−Ｌ　２中の電流は時間を内に−から■へ
増加する。

られ、−瞬の間零になる。回転位置Ｂにおいては、回転
巻線Ｌ１は回転巻線Ｌ８に直列接続されるため、回転巻
線Ｌｌ中の電流もまた、■から落ちてｉに落ち着く前に
瞬時零になる。

このようにして：、、全電流■、は回転位置Ａから回転
位置Ｂへの切、、換状態の間、短時間の１の降下：・１ あ、。お、あ、。しかじ４からそれと同時、３全電　　
　１υ 流の降下量（ｄｉｐ）は、回転巻線の数が増加するによ
イ、ＭＩＥｍ＆＋ヨ＃ｌｔ、ＭＬ、Ａ＜　ｆｔ−＞Ｔ＊
Ｚ。　　　１実際上においては、巻線又は部分電流ＩＬ
ｌ　＋　’Ｌ１及びＩＬａは電動機電圧ＵＭ及び電動機
の内部抵抗ＲＭのみでなく、電動機の逆起電力及び負萄
トルクによって決定される。このため電流曲線は第４Ａ
図のような形になる。電動機電流の璽畳されたリップル
の存在のため、リップル成分に関して信号差が小さすぎ
るので、振幅分析手段による切換え状態の検出は不可能
である。

従って、高い周波数の成分を全電流特性のスペ。

クトラムから引き出し、またその全電流を微分すること
により引き出すのが望ましい。これは、切換状態中の電
流変化は電動機電流中のリップル成分よりも、時間的変
動が大きいからである。

電動機電流のリップルに基く全でのノイズ成分は、第８
図の電流降下の場合よりその単位時間当りの変化割合が
比較的小さいから、微分により除去される。第４Ｂ図は
第４八図中の電流特性の微分された形状の描写を示す。

第５図は本願発明に依る第１の調節システムの実施例を
示す。そこでは全ての調節は微分にょって引き出された
電動機電流切換降下によって実行される。ブロックダイ
アグラムはこの実施例を表電圧変換器２の助けによって
比例する電圧に変換される。この電流／電圧変換器２に
続いて、高い変化割合をもつ信号成分のみを通す微分部
８が接続されている。ξれらは微分部８に続く比較器４
によって特定の大きさ及び端部急峻な信号に変換される
。この比較器４の後に周波数／電圧変換器６が接続され
ている。その周波数／電圧変換器５の出力信号は周波数
に比例した直流電圧を供給する。その直流電圧は回転速
度の測定値として比較器６中において目標とする回転速
度７と比較される。比較器６から出力される差成分８は
電動機尾〜 流１２を供給する調節誤差増幅器９を制御する。

８回転巻線ｖＩｔ動機は一回転につき微分部８の出力に
おいて６つのパルスを供給する。例えば毎分２．０００
回転（Ｕｍ−’）の電動機速度においてはこれは２００
ルのパルス周波数を意味する。もし、望ましい最も簡単
化された形において、積分器を後に接続した単安定マル
チバイブレータが周波数／電圧変換器として使用される
と、負荷トルクの早い変化があると、低い速度周波数の
場合積分時定数が必然的に長くなるので調節動作は顕著
な遅れを生じて不満足なものとなりうる。これは第６図
に示される別の実施例の手段によって直すことが出来る
。そこでは本発明に基く調節手段は別のタイプの粗い調
節に組み合わされる精密な調節にのみ用いられている。

第６図の実施例は第６図のそれと次の点において異なる
。すなわち、調節誤差増幅器９と電動機１との間に接続
された加算器１１を有し、又電流／電圧変換器２の出力
部と加算器１１への入力部との間に接続線１０を有する
。ブーツク図の残る要素は１．１１１１ 第５図の実施例のそれらに、罠、応する。従ってそれら
の相互接続及び動作方法゛゛はｐここでは再び説明する
を要しない。

第６図の実施例においては、電流比例直流電圧１０は電
流電圧変換器２から取り出され、加算器１１中で調節誤
差増幅器９の出力信号に加えられる。

こうすることは電動機電流の関数としての電動機ば圧１
２を増加させる。これは間接的な粗調節又は直接の電圧
成分１０によって制卸されうる前調節をもたらす。この
前調節は、加算器１１の出力において創られる負出力イ
ンピーダンスによって、電動機の内部抵抗のほぼ９０％
が補償されるように設計されるのが望ましい。

こうすることにより、単に１ｉ）９６のみを調節ループ
２，８，４，５．６及び９における精密調節により調節
すればよいこととなり、これは短時間の調節ですむ。。

。よう１４シアイオーツヤー。４い調節が可　　　１能
になる。言葉をかえていえば、第６図の実施例は、第５
図の実施例中において起りえた低速度周波数における遅
れの欠点を除去することに用いう６゜　　　　ｍ１ｌ１
１・・ １− 第７図は、比”較ｉ・器４の測定値周波数を有する出力
信号１８が、周波数及び位相偏差の点に関して目　　　
ｌ標値周波数１４と、ＰＬＬ回路１呼段によって比較さ
れる実施例を示している。調節における偏差に比例する
誤差信号１６１ｉ電動機ｌを制御する増幅部１７に直流
電圧１６の形で供給される。要素！乃至４及びそれらの
相互接続関係の点については第５図の実施例に一致する
。

第５図乃至第７図に示された実施例の相互接続の詳細に
ついては、図面に明瞭に示しである。

第１Ｂ図に示された電動機の各回転位置における等価回
路図、第８図は第１図の電動機中に生じており、回転巻
線切換に基く特性電流曲線を示すグラフ、第４Ａ図は電
動機の逆起電力及び負荷トルクの影響を考慮した第１図
の電動機の電流曲線を示すグラフ、第４Ｂ図は第４Ａ図
に示された電流曲線の微分された形を示すグラフ、第６
図は本発明の第１の実施例を示すブロック線図、第６図
は本発明の第２の実施例であって粗い調節及び精密な調
節を行うブロック線図、第７図はＰＬＬ　（位相〜ロッ
クループ）が用いられた本発明の第８の実施例を示すブ
ロック線図である。

ｌ・・・電動機、２・・・電流／電圧変換器、８・・・
微分部、４・・・比較器、６・・・周波数／電圧変換器
、６・・・比較器、７・・・回転速度、８・・・差成分
、９・・・調節誤差増幅器、１１・・・加算器、１２・
・・電動機電圧、ＩＬＩ・・・巻線Ｌｌ中を流れる電流
、■４．・・・巻線Ｌ２中を流れる電流、■Ｌ１・・巻
線Ｌａ中を流れる電流、ＩＭ・・・電動機の電流 代理人　弁理士　東島隆治

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流整流子電動機の回転速度を調節するため、回転
   速度に比例した変化量を得る方法において、 奇数個の整流子セグメントを有し、それらがブラシに対
   して、いくつかの整流子セグメントで同時には切換が起
   らないように配列された直流電動機が用いられ、 又電動機電流に比例し且つ回転速度を調節するための実
   測変化量として処理される信号の周波数スペクトラムか
   ら、整流子セグメントの切換による高周波数成分が針状
   パルスの形で検出されることを特徴とする直流電動機の
   回転速度比例信号発生方法 ２．８つの整流子セグメン鼾が用いられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の直流電動機の回転
   速度比例信号発生方法。 ８、　　［動機電流に比例した信号を発生するため、電
   動機電流信号が比例する電圧信号に変換されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の直流電動機の回転
   速度比例信号発生方法。 ４、　１１Ｅ動機電流に比例した信号を微分することに
   よって針状パルスを発生することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第８項中のいずれかの直流電動機の回
   転速度比例信号発生方法。 ５、針状パルスが閾値と比較される仁とを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第４項中のいずれかの直流電動
   機の回転速度比例信号発生方法。。 ６、針状パルスを明確な端部急峻性と明確なパルス長を
   もつ測定値パルスに変換することを特徴とする特許請求
   の範囲第１乃至第６項中のいずれ。 かの直流電動轟転速度比例信号発生方法。 ７、　針状パルス又は測定値パルスが周波、数に比。 列した直流電圧信号に変換され、この直流電圧信号は実
   測定値信号として用いられることを特徴とする特許請求
   の範囲第１乃至第６項中のいずれかの直流電動機の回転
   速度比例信号発生方法。 ８．直流電動機の回転速度を調節する方法において、直
   流電動機の内部抵抗よりも小さい抵抗値の負性インピー
   ダンスが電動機電流に比例する信号に作用させて大まか
   な調節処理が実行され、精密な制御を行うため、特許請
   求の範囲第１乃至６項中のいずれかの方法が用いられる
   直流電動機における回転速度を調節する方法。 ９、　いくつかの整流子巻線及びブラシを有する直流電
   動機とその回転速度を調節する回路を備えた調節された
   直流駆動装置において、いくつかの整流子セグメントの
   切換が同時に起らないようにブラシ（Ｓ）に対して配置
   された奇数個の整流子セグメントを直流電動機（１）が
   備え、直流電動機（１）に置部（３）の出力信号は、回
   転速度：′□）ｉ調節するため、■１ 標値／測定値比較器（６）の測定値入力端子へ供給され
   るようにしたことを特徴とする直流駆動装置。 １０、　　直流電動機（１）は８つの整流子セグメント
   （Ｋｌ、に２．に８）を備えた仁とを特徴とする特許請
   求の範囲第９項記載の直流駆動装置。 １１、　　比較器（４）が微分部（３）及び目標値／測
   定値比較器（６）の間に接続されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第９又は１０項記載の直流駆動装置。 １２、　　目標値／測定値比較器（６）の前に周波数／
   電圧変換部（５）が設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第９乃至１１項中のいずれかの直流駆動装
   置。 １８、周波数／電圧変換部（５）は単安定マルチバイブ
   レータ及びそれに続く積分部を備えたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１２項記載の直流駆動装置。 １４、　　目標値／測定値比較器としてＰＬＬ回路（ハ
   ）が備えられ、そこへ実測定値信号として微分部（３）
   又は比較部（４）の出＝：二号が供給され、又目標値信
   号として目標値局　　が供給され、そこからの出力信号
   は電動機（１）の回転速度を調節するための調節　　　
   １偏差信号を形成することを特徴とする特許請求の範囲
   第９乃至１１項中のいずれかの直流駆動装置。 １５、加算部Ｏηが備えられ、目標値／測定値比較器（
   ６）の出力部がその一つの入力部に接続され、他の一つ
   の入力部には電流／電圧変換器（２）の出力部が接続さ
   れそして、その加算部０珍の出力部は直流電動機（１）
   に接続されている仁とを特徴とする特許請求の範囲第９
   乃至１４項中のいずれかの直流駆動装置。