JPS5914383A - 直流モ−タのスイツチングガバナ装置 - 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】 産業上の利用分野 本考案は電池使用の音響機器や映像機器に使用される直
流モータの速度制御装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 特別な速度発電機を必要とせずに、きわめて簡単な構成
で直流モータの回転速度を定速制御する装置として、従
来、第′１図に示すようなブリッジ検出型の電子ガバナ
装置が良く知られている第１図において、被制御直流モ
ータ１と抵抗２の直列回路によってブリッジ回路の低抵
抗辺側か構成され、抵抗３と抵抗４の直列回路によって
ブリッジ回路の高抵抗辺側か構成されている。

前記ブリッジ回路の平衡条件が成立しているときには検
出端子ａ、　　ｂ間には前記直流モータ１の３ベー二゛ 回転速度に依存した検出電圧が現われる。

この検出電圧は比較器５によって基準電圧源６の電圧と
比較され、前記検出電圧が基準電圧より小さければ給電
制御トランジスタ７のベース電流が増加して前記直流モ
ータ１への給電電流を増加せしめ、反対に前記検出電圧
が前記基準電圧より大きければ前記給電制御トランジス
タ７のベース電流が減少して前記直流モータ１への給電
電流を減少せしめる。

その結果、前記直流モータ１は負荷の変動などに対して
も回転速度を一定に保つことができる。

ところで、第１図に示すような従来の電子ガバーす装置
では、通常状態において給電制御トランジスタ７が能動
状態にあり、そのエミッタ・コレクタ間には電池８の出
力電圧からブリッジ回路の給電端子ｃ、　６間の電圧を
差し引いた分の電圧が常時印加されているため、きわめ
て効率が悪いという問題があった。

さて、最近、音響機器や映像機器のポータプル化に伴な
い消費電力の節減による使用電池の長寿命化が強く要望
され、それらの機器に使用される直流モータの速度制御
装置であるブリッジ検出型の電子ガバナ装置の効率改善
のだめ給電制御トランジスタをスイッチング駆動させる
方法が用いられる。

その方法の特徴とするところは、給電制御トランジスタ
のコレクタとブリッジ回路の一方の給電端子の間にイン
ダクタンス素子を挿入し、まだ、前記ブリッジ回路の給
電端子間および同高抵抗辺側の検出端子にそれぞれ交流
インピーダンスを低減せしめる平滑手段を接続し、さら
に給電制御トランジスタのコレクタと前記ブリッジ回路
の他方の給電端子の間にダイオードを接続することによ
り、前記給電制御トランジスタをスイッチング駆動させ
ることにある。

第２図は上記のごときスイッチングガバナ装置の回路結
線図を示しだもので、第１図に示した素子と同様なもの
は同図番を付して表わしである。

第２図において、ブリッジ回路は被制御直流モータ１と
抵抗２の直列回路によって低抵抗辺側か構成され、抵抗
３と抵抗４の直列回路によって高抵抗辺側か構成されて
いる。基準電圧は定電圧回路９の出力電圧を抵抗′１０
と抵抗１１からなる分圧回路にて分圧し、前記抵抗１１
０両端の電圧Ｅｒとして与えられる。ところで、定電梳
回路１２は定電流Ｉｒを前記定電圧回路９に供給してい
る。

そして、前記ブリッジ回路の検出端子ａ、　　ｂ間の検
出電圧ご前記基準電圧Ｅｒと比較器５によって比較され
、前記比較器５の出力（１点）はスイッチングトランジ
スタ７′の前段トランジスタ１３０ベースに印加される
。前記トランジスタ１３のエミッタは抵抗１４を介して
電池８のマイナス側端子（Ｇ点）に接続され、まだ同コ
レクタは前記スイッチングトランジスタ７′のベースに
接続されている。

また、前記ブリッジ回路の給電端子ｃ、　　６間と、同
高抵抗辺側の一辺を構成する抵抗４０両端す。

６間にはスイッチングリップルを平滑するだめのコンデ
ンサ１５．１６がそれぞれ接続され、前記スイッチング
トランジスタ７′のコレクタと前記ブリッジ回路の一方
の給電端子Ｃの間にはインダクタンス素子１７、そして
前記スイッチングトランジスタ撃′のコレクタと前記ブ
リクジ回路の他方の給電端子ｄの間にはダイオード１８
が接続されている。

さて、上記のような構成からなる直流モータのスイッチ
ングガバナ装置の回路各部の信号波形を第３図に示しで
あるが、その信号波形に基づき回路動作を説明する。

比較器５の一方の入力端子ｅのリップル波形をｖｅとす
ると、その波形の概略図は第３図（イ）に示すような波
形となる。ブリッジ回路の給電端子Ｃ２ｄ間に接続され
たコンデンサ１６によりスイッチングリップルが平滑さ
れ、さらに直流モータ１と抵抗２の直列回路によって分
圧され、ａ点のリップル波形が決まる。一般に前記直流
モータ１の電機子巻線が有するインダクタンスは大きい
（たとえば、マイクロカセットテープレコーダのキャプ
スタンを駆動するだめの小型直流モータにおいては数百
μＨから数十ｍＨ程度）ので、ｄ点から見７ベー・・ だａ点のリップル分は小さい。

そして、前記比較器５の一方の入力端子ｅのリップル波
形Ｖｅは、前記ａ点のリップル波形に基準電圧にである
直流電圧外を重畳したものである。

一方、前記比較器５の他方の入力端子すのリップル波形
を■とすると、その波形の概略図は第３図（ロ）に示す
ような波形となる。ブリッジ回路の給電端子ｃ、　　ｄ
間に接続されたコンデンサ１５によりスイッチングリッ
プルが平滑され、さらにブリッジ回路の高抵抗辺側を構
成する抵抗３と抵抗４の直列回路および前記抵抗４に並
列に接続されたコンデンサ１６によって分圧され、前記
す点のリップル波形が決まる。

そして、前記比較器６０２つの入力端子にはそれぞれリ
ップル波形Ｖｅおよび■の信号が入力され同出力端子ｆ
点には第３図（ハ）に示すようなリップルを有した出力
波形ｖｒが現われる。

前記比較器５の出力波形Ｖｆはトランジスタ１３のベー
スに印加される。しだがって、前記出力波形Ｖｆすなわ
ち前記トランジスタ１３０ベース電圧が、該トランジス
タ１３がＯＮ状態となるためのベース・エミッタ間の閾
値電圧ＶＢ＊ｏＮ＋ｓ以上の期間においては前記トラン
ジスタ１３はスイッチングトランジスタ７′のベース電
流を引き込み、前記スイッチングトランジスタ７１をＯ
Ｎ状態とし、一方、前記闇値電圧ＶＢＩＩＯＮ　＋ｓ以
下の期間においては前記トランジスタ１３はスイッチン
グトランジスタ７′のベース電流を引き込まないので、
前記スイッチングトランジスタ７′をＯＦＦ状態とする
。前記スイッチングトランジスタ７′のコレクタとイン
ダクタンス素子１７の接続点をｇ点とし、電池８の電圧
をＶｃｃ　、前記スイッチングトランジスタ７′がＯＮ
状態のときのエミッタ・コレクタ間飽和電圧をＶａｎｓ
　、ダイオード１８の順方向電圧をＶｎとすると、前記
ｇ点の波形Ｖｇは第３図に）に示すような矩形波状のス
イッチング波形となる。

さて、第２図の回路において、負荷や電池８の電圧Ｖｃ
ｃの変動などにより直流モータ１の回転速度が下降した
とすると、前記直流モータ１の逆起電力Ｅａの減少に伴
ない、ｂ点から見たａ点の電位は上昇し、したがって比
較器５の非反転入力端子である０点の電圧も上昇する。

これを第３図に対応させると、前記０点のリップル波形
Ｗｅは（イ）から（イ）′に上昇したことになる。した
がって前記比較器５の出力波形Ｖｆは（ハ）から（ハ）
′に上昇しトランジスタ１３の閾値電圧ＶＢＩＩＯ旧３
　より高い期間が増大するので、スイッチングトランジ
スタ７′のベース電流を引き込む期間も長くなる。それ
により前記スイッチングトランジスタ７′のＯＮ期間が
長くなりＯＦＦ期間が短かくなる。すなわち、ｇ点のス
イッチング波形Ｖｇは第３図に）′のようになる。

その結果、前記スイッチングトランジスタ７′のコレク
タから出力される電流パルスの平均電流、すなわち前記
直流モータ１に供給される平均電流が増大し前記直流モ
ータ１の回転速度を上昇せしめる。

前記直流モータ１の回転速度が設定値より上昇したとき
にはまったく逆の過程を経て前記直流モータ１に供給さ
れる平均電流が減少し前記直流モータ１の回転速度を下
降せしめる。

こうして負荷や電池８の電圧Ｖｃｃが変動したとしても
前記直流モータ１は定速制御されることになる。

ところで、一般にこのような逆起電力を利用した速度制
御装置では制御性を上げるにはブリッジ回路の平衡を精
密に調整し、かつ、増幅器の利得を上げなければならな
い。

しかし、制御系の利得を大きくするとブリッジ回路の平
衡がくずれ制御回路が正帰還となって不明なハンティン
グが発生し、速度が充分制御されないことが生じる。す
なわち、ブリッジ回路の検出端子ａ、　　ｂ間に現われ
る検出電圧には刷子、整流子間の摺動にともなうパルス
性のノイズを多鵬に含み、また、リップルをも含んでお
り、したがって、多くの周波数成分を含んでいることに
なる。

まだ、電機子巻線の巻線むらなどに起因する比較的低い
周波数のリップルも含んでいる。

したがって、ブリッジ回路の低抵抗辺側の検出端子ａの
電位もリップルを含むことになる。比較器５におけるブ
リッジ回路の低抵抗辺側の入力端子０点は前記＆点の電
位に基準電圧すなわち抵抗１１０両端の電圧ｋ（これは
直流電圧である）を重畳した電位となるので、その電位
もやけリリノプルを含むことに１す、前記比較器５の出
力信号がトランジスタ１３およびスイッチングトランジ
スタ７′により増幅される。このため直流モータ１は大
きな電流リップルを有した状態で駆動され、回転速度の
安定性に欠は回転むらの原因となったり、ハンティング
を発生することがあった。

発明の目的 本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、
ブリッジ検出型の電子ガバナ装置を基本として、きわめ
て効率が良好でかつハンティングがなく、回転むらの小
さな高安定性のスイッチングガバナ装置を実現すること
にある。

発明の構成 本発明では速度を制御すべき直流モータと第１の抵抗素
子の直列回路でブリッジ回路の低抵抗辺側を構成し、第
２の抵抗素子と第３の抵抗素子の直列回路で同高抵抗辺
側を構成している。そｔ、、　、ｊ−１−前記ブリッジ
回路の検出端子間の電圧と基準電圧を比較器で比較し、
その出力を増幅して給電制御トランジスタであるスイッ
チングトランジスタのベースに印加している。さらに、
給電制御トランジスタにスイッチング動作をさせるため
に、前記ブリッジ回路の給電端子間の交流インピーダン
スを低減せしめる第１の平滑手段と、同低抵抗辺側の検
出端子の交流インピーダンスを低減せしめる第２の平滑
手段と、スイッチングトランジスタのコレクタと前記ブ
リッジ回路の一方の給電端子の間に挿入されたインダク
タンス素子と、前記スイッチングトランジスタのコレク
タと前記ブリッジ回路の他方の給電端子の間に接続され
たダイオードを有している。このような構成をもつ直流
モータのスイッチングガバナ装置に、さらに、前記比較
器における前記低抵抗辺側の入力端子と直流電源（電池
）の一方の端子との間に、第１のコンデンサと第４の抵
抗素子の直列回路およびその直列回路に並列接続された
第２のコンデンサを備えている。

すなわち、前記ブリッジ回路で検出される検出電圧には
前述のように多くの周波数成分を有するノイズ、リップ
ル等を含んでいるが、電機子巻線の巻線むらなどに起因
する比較的低い周波数のリップルは前記第１のコンデン
サと前記第４の抵抗素子の直列回路によって減少され、
また、比較的高い周波数のリップルは前記第２のコンデ
ンサで減少される。ここで、第２のコンデンサの容量は
第１のコンデンサの容量よりも小さいのが普通である。

実施例の説明 第４図は本発明の実施例にかかる直流モータのスイッチ
ングガバナ装置の回路結線図を示したものである。

第４図において、速度を制御すべき直流モータ１と第１
の抵抗素子２によってブリッジ回路の低抵抗辺側か構成
され、第２の抵抗素子３と第３の抵抗素子４によって同
高抵抗辺側か構成されている。

定電圧回路９は一方の端子が前記ブリッジ回路の低抵抗
辺側の検出端子ａに接続され、また他方の端子は定電流
回路１２を介して電池８のプラス側端子に接続されてい
る。前記定電圧回路９の出力電圧を抵抗１ｏと抵抗１１
からなる分圧回路にて分圧し、前記抵抗１１０両端の電
圧なとして基準電圧が与えられる。前記抵抗１ｏと抵抗
１１の接続点ｅは比較器６の一方の入力端子に接続され
、また、前記ブリッジ回路の高抵抗辺側の検出端子すは
前記比較器６の他方の入力端子に接続されている。前記
比較器５の出力はトランジスタ１３０ベースに接続され
、前記トランジスタ１３のエミッタは抵抗１４を介して
前記型ｉｓのマイナス側端子に、コレクタはスイッチン
グトランジスタ７′のベースにそれぞれ接続されている
。前記スイッチングトランジスタ７′のエミッタは前記
電池８のプラス側端子に、コレクタはインダクタンス素
子１７を介してブリッジ回路の一方の給電端子Ｃにそれ
ぞれ接続されている。ダイオード１８はカンードが前記
スイッチングトランジスタ７′のコレクタと前記インダ
クタンス素子１７の接続点ｇに接’ｔＩ：ｌベー：す 続され、アノードが前記ブリッジ回路の他方の給電端子
ｄに接続されている。前記ブリッジ回路の給電端子ｃ、
　　ｄ間と、同高抵抗辺側の一辺を構成する抵抗４０両
端す、ｄ間には、それぞれスイッチングリップルを平滑
するだめのコンデンサ１６および１６が接続されている
。さらに、前記比較器５における前記ブリッジ回路の低
抵抗辺側の入力端子ｅと前記電池８のマイナス側端子と
の間に第１のコンデンサ１９と第４の抵抗素子２０の直
列回路およびその直列回路に並列に第２のコンデンサ２
１が接続されている。

上記のように構成された本発明の実施例にかかる直流モ
ータのスイッチングガバナ装置においては、ブリッジ回
路で検出される検出電圧に多くの周波数成分を有するノ
イズ、リップル等を含んでいても、電機子巻線の巻線む
らなどに起因する比較的低い周波数のリップルは第１の
コンデンサ１９と第４の抵抗素子２ｏの直列回路によっ
て減少され、壕だ、比較的高い周波数のリップルは第２
のコンデンサ２１で減少されるのである。

１￥開口Ｕ３９−　１４：（８：（（６）発明の効果 以上に述べたように本発明の直流モータのスイッチング
ガバナ装置は、きわめて簡単な構成にてブリッジ検出型
の電子ガバナ装置をスイッチング゛駆動させ、消費電力
の大幅な節減を可能とし使用電池の寿命を伸ばすととも
に、ハンティングがなく、回転むらの小さな高安定性の
スイッチングガバナ装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来゛の直流モータのブリッジ検出型の速度制
御装置の回路結線図、第２図は従来例のスイッチングガ
バナ装置の回路結線図、第３図は第２図に示したスイッ
チングガバナ装置の回路各部の信号波形図、第４図は本
発明の一実施例にかがるスイッチングガバナ装置の回路
結線図である。 １・・・・・・被制御直流モータ、２・・・・・・第１
の抵抗素子、３・・・・・・第２の抵抗素子、４・・・
・・・第３の抵抗素子、６・・・・・・比較器、７′・
・・・・・スイッチングトランジスタ、１５・・・・・
・第１の平滑手段、１６・山・・第２の平滑手段、１７
・・・・・・インダクタンス素子、１８・・・・・ダイ
オード、１９・・・・・・第１のコンデンサ、　２０・
・・・・・第４の抵抗素子、２１・・・・・・第２のコ
ンデンサ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被制御直流モータと第１の抵抗素子の直列回路で低抵抗
   辺側を構成し、第２の抵抗素子と第３の抵抗素子の直列
   回路で高抵抗辺側を構成するブリッジ回路と、前記ブリ
   ッジ回路の検出端子間の電圧と基準電圧とを比較する比
   較器と、前記ブリッジ回路の給電端子間の交流インピー
   ダンスを低減せしめる第１の平滑手段と、前記ブリッジ
   回路の高抵抗辺側の検出端子の交流インピーダンスを低
   減せしめる第２の平滑手段と、前記比較器の出力が印加
   されるスイッチングトランジスタと、前記スイッチング
   トランジスタのコレクタと前記ブリッジ回路の一方の給
   電端子の間に挿入されたインダクタンス素子と、前記ス
   イッチングトランジスタのコレクタと前記ブリッジ回路
   の他方の給電端子の間に接続されたダイオードと、前記
   比較器における前記低抵抗辺側の入力端子と直流電源の
   一方の端子との間に、第１のコンデンサと第４の抵抗素
   子の直列回路および該直列回路に並列接続された第２の
   コンデンサを備えだ直流モータのスイッチングガバナ装
   置。