JPS586393B2 - カイテンタイノカイテンソクドセイギヨソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は供給電圧の変動に対しても、回転速度の安定な
回転体の回転速度制御装置を消費電流が少なく、簡単な
構成で実現するものである。

従来より、回転体に内蔵あるいは連結された、いわゆる
タコジエネレータと呼ばれる交流発電機の出力信号を利
用して回転体の回転速度を一定に制御する方法には犬別
して電圧制御方式と周波数制御方式の二通りの方法が存
在するのは、よ《知られているが、前者が簡単な回路構
成で実現できる反面、回転速度の環境変化、経年変化を
おこし易く、後者がこれらの欠点が無い代わりに回路構
成が複雑になってしまうと云うことも周知の事実である
。

いま、第１図に従来より多用されている電圧制御方式を
用いた直流モータの回転速度制御回路の一例を示し、以
下、その問題点について述べる。

第１図において、直流モータ１０に内蔵あるいは連結さ
れ、前記直流モータ１０の回転速度に応じて周波数の変
化する交流信号を発生する交流発電機９の一端はマイナ
ス側給電線路に接続され、他端は抵抗１を介してスイッ
チングトランジスタ２０ベースに接続されている。

前記スイッチングトランジスタ２のエミツタはマイナス
側給電線路に接続され、さらに、前記スイッチングトラ
ンジスタ２０ベースとマイナス側給電線路の間には抵抗
３が接続されている。

前記スイッチングトランジスタ２のコレクタは抵抗４を
介してプラス側給電線路に接続され、前記スイッチング
トランジスタ２のコレクタとマイナス側給電線路の間に
はコンデンサ５が接続されている。

さらに前記スイッチングトランジスタ２のコレクタには
トランジスタ６０ベースが接続され、前記トランジスタ
６のコレクタは抵抗７を介してプラス側給電線路に接続
されている。

また、前記トランジスタ６のエミツクはトランジスタ８
０ベースに接続され、前記トランジスタ８のエミツタは
マイナス側給電線路に直接接続され、コレクタは前記直
流モータ１０の一方の端子に接続され、前記直流モータ
１０の他方の端子はプラス側給電線路に接続されている
。

第１図に示した直流モータの回転速度制御装置は回転体
に内蔵あるいは連結された交流発電機の出力交流信号を
トランジスタ２によるスイツチング回路に印加して矩形
波状のスイッチング信号を得、抵抗４とコンデンサ５か
らなる平滑回路によって直流モータ１０の回転速度に依
存した直流電圧に変換し、この直流電圧によってトラン
ジスタ６および８からなる駆動回路を働かせて、前記直
流モータ１０の回転速度を一定に制御するものである。

さて、第１図においてはスイッチング出力波形の平滑電
圧Ｅ■とトランジスタ６ならびに８０ベース・エミツタ
間順方向電圧の和 （ＥＢＥ６＋ＥＢＥ８）が等しくなるように直流モータ
１０の回転速度が制御される。

第１図において、交流発電機９０発流流圧をＥｇ（Ｖｐ
−ｐ）、出力信号サイクルを Ｋｆ（ｃ／ｒ６ｙ．）、発電巻線の内部抵抗をＲＧ、抵
抗１および３の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ３としたとき
、ベース電流が流れない状態でのトランジスタ２のベー
ス電圧ＥＢは次式で与えられる。

ただし、Ｎ（ｒｐｍ）はモータの回転数である。

トランジスタ２０ベースｔ圧ＥＢがペース・エミツタ間
順方向電圧ＥＢＥ２を越えたときトランジスタ２は導通
し、その時刻をｔ１とすると、ただし、 したがって、トランジスタ２の遮断区間の幅ＴＦは次式
によって与えられる。

ただし、 一方、平滑平均電圧Ｅ工は電源電圧をＥｓとすると次の
ようにして求めることができる。

（６）式においてＣ５はコンデンサ５の容量であり、Ｒ
４は抵抗４の抵抗値である。

ここで、ＥＩとＮの関係をよりわかりやす《するために
（６）式を次のような近似式で表わす。

（４）式を考慮して（７）式を計算すると、ここで、 とすると、（８）式は次のようになる。

（１０）式において、α／ＥｇはＯから１までの値をと
り、これによってｓｉｎ−１Ｃα／Ｅｇ〕はＯからπ／
２まで変化する。

α／Ｅｇが０附近の値をとるときには、α／Ｅｇの変化
に対してｓｉｎ−１ｃα／Ｅｇ ）もまた一次的に変化
するが、α／Ｅｇが１附近の値をとるときにはα／Ｅｇ
の変化に対するｓｉｎ−１〔α／Ｅｇ）の変化は非常に
大きくなる。

すなわち、α／Ｅｇが１に近ずくほど回転数一直流電圧
変換ゲインが大きくなる代わりに、検出電圧の変動成分
の影響を太き《受け、制御形態も純粋の電圧制御方式に
近くなる。

さて、直流モータ１０の発電定数をＫａ、トランジスタ
６および８による直流アンプ部のゲインに平滑電圧ＥＩ
のリツプル含有率を考慮した総合ゲインをＡとすると、
通常のフィードバックループでは、基準電圧ＥＲ帰還電
圧βＮが与えられたとき直流モータ１０の回転数Ｎは となり、基準電圧Ｆ２Ｒが大きくなればＮはそれに比例
して太き《なり、また帰還電圧βＮはＮに比例して変化
する。

ところが、第１図の回路において、トランジスタ６およ
びトランジスタ８０ベース・エミツタ間電圧の和を基準
電圧とみなし、さらに（１０）式で与えられるＥ■を帰
還電圧とみなした場合、実際の動作と理論上の現象が逆
になってしまう。

すなわち、実際の動作を考えてみると、（１０）式より
明らかな様に帰還電圧ＥＩはＮに反比例し、さらにトラ
ンジスタ６およびトランジスタ８０ベース・エミツタ間
電圧が大きくなると、帰還電圧Ｅ■を太き《するように
フィードバックループが動作するのでモータ１０の回転
数は低くなる。

これらの不合埋を解消するために、ここでは便宜上、基
準電圧の代わりに逆数の１／ＥＲを与え、さらに帰還電
圧βＮ（Ｅ■）の代わりに逆数の１／βＮを与える。

また、これらの操作によって生じるテイメンジョンの不
一致を解消するためにＢｕ２なる特殊な単位関数を用い
る。

第１図の回路において、トランジスタ６，８のベース・
エミツタ間電圧をそれぞれ、ＥＢＥ６，ＥＢＥｓとする
と、１／ＥＲは（ＥＢＥ６＋ＥＢＥ８）−１に等しく、
１／βＮは１／ＥＩに等しいから（１０）式を考慮する
と、直流モータ１０の回転数Ｎは次の１値に制御される
。

（ＩＩ）式において、Ｅ２ｕは電圧の２乗のデイメンジ
ョンを有する単位関係で、 ところで、駆動部の総合ゲインＡは、リツプル含有率を
ｒ（％）、トランジスタ６および８による直流ゲインを
Ａ。

とじたとき、次式によって表わされる。

ところで、（１１）式をみると給電電圧Ｅｓが変化する
と回転数Ｎも変化することがわかる。

すなわち、ＥＳが大きくなると回転数Ｎは上昇し、Ｅｓ
が小さくなると回転数Ｎは下降するのである。

この不都合を避けるために、従来のこの種の装置では給
電線路間の電圧を安定化したり、第２図に示すように、
抵抗１２と定電圧ダイオード１１によってコンデンサ５
の充電電圧を安定比する方法がとられてきた。

しかしながら、これらの方法は回路構成が複雑になるだ
けでなく、回路効率が悪くなると云う欠点があった。

例えば、給電線路間の電圧を安定化する場合には、本来
の電源電圧から給電線路間の電圧を差し引いた電圧が電
圧損失となるし、第２図の例では定電圧ダイオード１１
に流れる電流が電流損失となる。

電源電圧の変動に対して回転数がどれだけ変動するかを
示すことばとして、一般に電圧特性と云う用語が用いら
れるが、第２図に示した回路では抵抗１２の抵抗値を小
さくするほど、つまり、回路損失が大きいほど電圧特性
は良くなる。

第２図のような回路では、通常、スイッチングトランジ
スタ２のコレクタ電流の１０倍程度の電流を定電圧ダイ
オード１１に流す必要がある。

本発明の回転体の回転速度制御装置は以上のような問題
を解消するものである。

本発明の実施例における回転体の回転速度制御装置の一
例を第３図に示す。

第３図の中で第１図および第２図において示したものと
機能ならびに構成が全く同一のものについては第１図、
第２図と同一図番で示し、構成ならびに機能、動作の説
明は省略する。

第３図ではトランジスタ２０ベースにダイオード２１お
よび抵抗１を通して交流発電機９の出力信号が印加され
ている。

また、トランジスタ２０のコレクタ・ベース間にはダイ
オード１２，１３が直列に接続され、前記トランジスタ
２０のコレクタとプラス側給電線路の間には抵抗１４が
接続されている。

さらに、トランジスタ２０のコレクタとマイナス側給電
線路の間には抵抗４とコンデンサ５からなる平滑回路が
構成されるとともに、前記抵抗４と前記コンデンサ５の
接続点にはトランジスタ６のベースが接続されている。

さて、第３図において交流発電機９の内部抵抗Ｒｏが抵
抗１，３，１４の抵抗値に比べて充分小さいものとする
と、ダイオード２１およびトランジスタ２０は交流発電
機９の出力信号波形の正の半サイクルの中でオン状態と
なる。

正の半サイクルの中でトランジスタ２０がオン状態にな
っている期間は交流発電機９の出力電圧および出力周波
数に依存するのは第１図の回路と同じである。

交流発電機９の出力信号波形の負の半サイクルと正の半
サイクルの一部の区間ではダイオード２１がオフ状態と
なるから交流発電機９からはトランジスタ２０のベース
電流が供給されなくなる。

このとき、トランジスタ２００ベース電流はダイオード
１２，１３によって供給され、前記トランジスタ２０は
定電圧動作を行なう。

すなわち、周知のようにダイオード１２，１３０順方向
電圧はほぼ一定値に維持されるから給電線路間の電圧が
上昇したとき、トランジスタ２００ベース電流は急激に
増加し、コレクタ電流も増加してコレクタ電位を下降さ
せるように働き、反対に給電線路間の電圧が下降したと
きにはトランジスタ２００ベース電流、コレクタ電流も
急激に減少してコレクタ電位を上昇させるように働く。

いま、トランジスタ２０のコレクタ・エミツタ間電圧を
ＥＣ、ベース・エミツタ間順方向電圧をＥＢＥ２、ダイ
オード１２，１３の順方向電圧の相を２ＥＤとするとト
ランジスタ２０のコレクタ電位は次の値に保たれる。

ＥＣ−２ＥＤ＋ＥＢＥ２ （１４）（１４）式
において、ＥＤおよびＥＢＥ２は電源電圧が変動しても
あまり太き《は変化しない。

例えば、右辺第２項のＥＥＥ２は、トランジスタ２０の
エミッタ電流をＩＥ、トランジスタの製造プロセスなら
びに接合温度によって定まる飽和電流を■ｓ、ボルツマ
ン定数をｋ、電子の電荷をｑ、接合部の温度をＴ（０Ｋ
）としたとき、 となるから、第３図の抵抗１４の値を適当に選んでＩＥ
本０とならないようにしておけば、電源電圧の変動、す
なわち■Ｅの変動によってもあまり大きくは変化しなく
なる。

したがって、第３図の回路は第１図の回路に比べて、そ
の電圧特性は大幅に向上する。

本発明の大きな特徴はトランジスタに定電圧動作を行な
わせたことにあり、通常の動作に無関係な電流経路が無
いから、回路損失も少なくなるとともに回路構成も簡単
になる。

つぎに、第４図は本発明の他の実施例を示したもので、
トランジスタ２０のコレクタ・ベース間にはダイオード
の代わりにトランジスタ１５のコレクタ・エミソタ間が
接続され、前記トランジスタ１５のコレクタ・ベース間
、ベース・エミツタ間にはそれぞれ抵抗１６、抵抗１７
が接続されている。

第４図において、コレクタ・ベース間，ベース・エミツ
タ間にそれぞれ抵抗１６，１７を接続されたトランジス
タ１５のコレクタ・エミツタ間は第３図のダイオード１
２，１３と同様に定電圧特性を有するから、トランジス
タ１５、抵抗１６，１７からなる回路はダイオード１２
，１３と同様な定電圧素子とみなすことができる。

すなわち、周矧のように、トランジスタ１５のコレクタ
・エミツタ間の電圧が増大したとき、トランジスタ１５
０ベース電流は増加するから、コレクタ電流も増加して
、コレクタ・エミツタ間の電圧を減少させるように働き
、反対にコレクタ・エミツタ間の電圧が減少したときに
は、トランジスタ１５０ベース電源、コレクタ電流も減
少してコレクタ・エミソタ間の電圧を増大させるように
働く。

この回路の利点は抵抗１６，１７の分圧比を適当に選ぶ
ことによってコンデンサ５の充電電圧を任意に設計でき
ることである。

例えば、電源電圧がＩＯＶ以上あるような場合にはコン
デンサ５の充電電圧、つまり定電圧動作時のトランジス
タ２０のコレクタ・エミツタ間電圧を５ｖ前後にしてお
けば、抵抗４の抵抗値を第３図の場合の２倍以上にする
ことができ、その分だけコンテンサ５の容量を小さくす
ることができるので装置の小型化に有利である。

尚、本発明は第３図、第４図に限定されるものではなく
、モータ、ガソリンエンジンを始めとする。

あらゆる回転体の回転速度制御装置に適用できるもので
ある。

以上の説明から明らかなように本発明の回転体の回転速
度制御装置では、交流発電機の出力信号を、この出力信
号の少なくとも正負一方の半サイクルにおいて不導通と
なるダイオードなどのスイッチング手段を介してトラン
ジスタのベースに印加するとともに、前記スイッチング
トランジスタにスイッチング作用だけでなく、定電圧動
作をも行なわせているので、簡単な構成で消費電流が少
なく電源電圧の変動に対して回転速度の安定な装置を実
現することができ、きわめて犬なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来例を示す直流モータの回転速
度制御装置の回路結線図であり、第３図、第４図はそれ
ぞれ本発明の実施例を示す直流モータの回転速度制御装
置の回路結線図である。 ４・・・・・・抵抗、５・・・・・・コンデンサ（積分
回路を構成）、６，８・・・・・・トランジスタ（駆動
回路を構成）、９・・・・・・交流発電機、１０・・・
・・・直流モータ（回転体）、１２，１３・・・・・・
ダイオード（定電圧素子）、２０・・・・・・トランジ
スタ、２１・・・・・・ダイオード（スイッチング手段
）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転体に内蔵あるいは連結され、前記回転体の回転
   速度に応じて周波数の変化する交流信号を発生する交流
   発電機と、前記交流発電機にその出力信号の少なくとも
   正負一方の半サイクルにおいて不導通となるスイッチン
   グ手段を介してベースが接続されたトランジスタと、前
   記トランジスタのコレクタ・ベース間に接続された電圧
   手段と、前記トランジスタのコレクタと一方の給電線路
   の間に接続された抵抗手段と、前記トランジスタのコレ
   クタ側に接続された平滑回路と、前記平滑回路の出力電
   圧によって前記回転体の回転速度を制御する駆動回路を
   備えた回転体の回転速度制御装置。