JPS5927193B2 - 電動機の速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は簡単な構成で、効率がきわめて高い、スイッチ
ング方式の電動機の速度制御装置を得ることにある。

まず、第１図にこの種の装置として従来より多用されて
きた回路構成例をブロックダイアグラムにて示すととも
に、第２図にその具体的な回路例を示し、詳しく説明す
る。

第１図において、電動機１に連結された交流発電機２の
出力信号は波形整形回路イに加えられ矩形波に整形され
てトリガパルス発生回路口に加えられる。

前記矩形波はここでインパルス状のトリガパルスに変え
られ、このトリガパルスによつて次段の単安定回路ハを
トリガする。

前記単安定回路ハの出力矩形波は一定のマークあるいは
スペース時間幅を有し、その繰り返し周波数は前記交流
発電機２の出力信号周波数と同じで、電動機１の回転速
度に依存し、このため前記電動機１の回転速度が変化す
ると、前記出力矩形波のマーク・スペース比が変化し、
次段の積分回路二を通すことによつて、前記電動機１の
回転速度に依存して変化する直流電圧が得られる。

さて、前記積分回路二の出力電圧は適当な繰り返し周波
数を有する鋸歯状波を発生する鋸歯状波発生回路ホの出
力信号とともに比較回路へに加えられている。さらに、
前記比較回路への出力信号は駆動回路卜に加えられ、前
記駆動回路卜によつて電動機１が駆動されている。

つぎに、第２図は第１図に示した装置の具体的な回路構
成を示す回路結線図で、波形整形回路イの入力端子ａ−
ｂ間に交流発電機２が接続され、出力端子ｄには給電線
路ｃ−ｂ間の給電電圧にほ・ぼ等しい振幅を有し、繰り
返し周波数は前記交流発電機２の出力信号周波数に等し
い矩形波が得られる。

トリガパルス発生回路口はコンデンサ３と抵抗４による
微分回路とダイオード５による検波回路′を組み合わせ
たもので、ｅ−ｃ間に接続された抵抗６の両端には前記
交流発電機２の出力信号周波数に応じた繰り返し周期を
有する負方向のトリガパルス列が得られる。

第２図に示した単安定回路ハの具体例は単安定； マル
チバイブレータの最も一般的なものであり出力端子ｆの
電位は通常、ほぼ零となつているが入力端子ｅに負方向
のトリガパルスが印加される毎に、一定期間だけ給電線
路Ｃの電位まで上昇する。

積分回路二は抵抗７とコンデンサ８によつて構成されて
おり、前記コンデンサ８の両端には電動機１の回転速度
の上昇に応じて電位の上昇する信号が現われる。さて、
第２図に示した鋸歯状波発生回路ホでは、ユニジヤツク
シヨントランジスタ９と、抵抗１０、コンデンサ１１に
よる弛張発振回路が構成され、出力信号の鋸歯状波は前
記ユニジヤンクシヨントランジスタ９のエミツタから取
り出されている。

また、比較回路へはエミツタ結合の差動増幅器によつて
構成され、比較用入力端子Ｇ，ｈにそれぞれ積分回路二
の出力電圧、鋸歯状波発生回路ホの出力信号を印加する
と、前記積分回路二の出力電圧よりも鋸歯状波の電位が
高くなつた区間だけ出力側のトランジスタ１２が導通す
る。さらに、駆動回路卜はダーリントン接続された２個
のＰＮＰトランジスタ１３および１４と、逆方向接続さ
れたアイドリング用ダイオード１５、前記ダイオード１
５に並列に接続されたチヨーク ニコィル１６とコンデ
ンサ１７の直列回路、前記コンデンサ１７に並列に接続
された電動機１によつて構成されている。

いま、電動機１の回転速度が何らかの原因で上昇したと
すると、積分回路二の出力電圧も上昇す ２るから、比
較回路への出力トランジスタ１２の導通区間が短かくな
り、そのために電動機１へのスイツチングサィクル中の
給電区間が短かくなり、この結果、電動機１の回転速度
は下降する。

また、電動機１の回転速度が下降したときには ５全く
逆の過程を経て、電動機１の回転速度が上昇するように
制御される。結局、第１図ならびに第２図に示した装置
では電動機の負荷の変動などに関わりなく、あらかじめ
設定された回転速度で変動機が回転するように ３制御
されるわけである。

ところで、第１図および第２図に示した従来の装置では
、電動機１に印加される電力の断続、すなわちスィツチ
ングによつて前記電動機１に供給される平均電力の制御
を行なうため、非常に効率４１が高くなると云う利点を
有しているが、その反面一般の速度制御装置に比べて、
鋸歯状波発生回路のような発振回路が余分に必要になり
、装置が複雑になると云う問題があつた。

本発明の電動機の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。

本発明の一実施例における電動機の速度制御装置の回路
結線図を第３図に示す。

第３図において交流発電機２の出力端子ａは抵抗１８を
介してトランジスタ１９のベースに接続され、前記トラ
ンジスタ１９のエミツタはマイナス側給電線路ｂに接続
されるとともに、同トランジスタのベース・エミツタ間
には抵抗２０が接続されている。

前記トランジスタ１９のコレクタは抵抗２１を介してプ
ラス側給電線路ｃに接続されている。

また、前記トランジスタ１９のコレクタはチヨークコィ
ル２２を介してトランジスタ２３のベースに接続され、
前記トランジスタ２３のエミツタは電動機駆動用トラン
ジスタ２４のベースに接続されるとともに、同コレタタ
は抵抗２５を介してプラス側給電線路ｃに接続されてい
る。さらに、前記チヨークコィル２２のトランジスタ２
３側、すなわち出力端とマイナス側給電線路ｂの間にコ
ンデンサ２６が接続され、前記電動機駆動用トランジス
タ２４のコレクタとプラス側給電線路ｃの間にはダイオ
ード２７と直流電動機１が接続され、前記プラス側給電
線路Ｃとマイナス側給電線路ｂの間にはコンデンサ２８
が接続され、プラス側給電線路ｃはチヨークコイル２９
を介して直流電源３０のプラス極に接続され、マイナス
側給電線路ｂは直接前記直流電源３０のマイナス極に接
続されている。

さて、第３図に示した電動機の速度制御装置の動作の概
要を、第４図に示した各部の信号波形図とともに説明す
る。

直流電動機１が回転すると、交流発電機２からは前記直
流電動機１の回転速度に比例した振幅ならびに周波数を
有する正弦波交流が得られる。

いま、何らかの原因で前記直流電動機１の回転速度が徐
々に下降したとすると、第３図ａ点の信号波形は第４図
ｕの如くなる。トランジスタ１９のベース・エミツタ間
順方向立ち上がり電圧をＶＢへ抵抗１８および２０の抵
抗値をＲａおよびＲｂとすると、前記トランジスタ１９
がオン状態になる電圧ＥＢは次のようｌこなる。

すなわち、ａ点の電位が＋ＥＢを越えたとき、前記トラ
ンジスタ１９はオフ状態からオン状態に移行し、再びａ
点の電位が＋ＥＢ以下になつたとき前記トランジスタ１
９はオフ状態に戻る。前記トランジスタ１９がオフ状態
に戻つた瞬間にチヨークコイル２２によつて一定期間の
振動、すなわちリンギングが生じ、前記トランジスタ１
９のコレクタに現われる信号波形は第４図ｖの如くなる
。前記トランジスタ１９のコレクタ電位が上昇して、ト
ランジスタ２３、電動機駆動用トランジスタ２４にベー
ス電流が流れると、前記トランジスタ２３、電動機駆動
用トランジスタ２４はオン状態になるから、ａ点の信号
波形が第４図ｕのようになつたとき、前記電動機１駆動
用トランジスタ２４のコレクタに現われる信号波形は第
４図Ｗに示す如くなる。

結局、第４図からもわかるように、直流電動機１の回転
速度が下降すると、電動機駆動用トランジスタ２４のオ
フパルスがオン区間に比べて少なくなり、直流電動機１
に供給される電力は増加する。

反対Ｃこ直流電動機１の回転速度が何らかの原因で上昇
したときには、電動機駆動用トランジスタ２４のオフパ
ルスが多くなり、直流電動機１に供給される電力は減少
する。

一般にスイツチング方式の電動機の速度制御装置では、
スィツチング効率を上げるにはスィツチング周波数を電
動機の電気的時定数に比べて、充分高い周波数（１０Ｋ
Ｈｚ以上）に選ぶことが必要であるが、反面、回路配線
、部品などによる損失のため、スィツチング周波数が１
ＭＨ似上になると急激に効率が悪化する。

第３図に示した装置では、コンデンサ２６を挿入しなく
ともトランジスタの接合容量や配線の浮遊容量などが存
在するので、スィツチング駆動のためのリンギングが生
じるが、コンデンサ２６を挿入してリンギング周波数を
下げた方がより望ましい結果が得られる。

また、第３図には示されていないが、トランジスタ１９
のコレクタに前記トランジスタ１９のス４ツチング信号
を平滑するためのコンデンサを接続すると、交流発電機
２の出力周波数成分が減少して、直流電動機１の振動が
軽減されるなど、特性的に好ましい結果が得られる。

第５図は本発明の他の実施例を示したもので、トランジ
スタ１９のコレクタ・エミツタ間にはコンデンサ３１が
接続され、電動機駆動用トランジスタ２４のコレクタは
、チヨークコィル３２、チヨークコイル３３を介して直
流電動機１の給電端に接続し、前記チヨークコイル３２
の電動機側とチヨークコィル２２の駆動回路側の間にコ
ンデンサ３４が接続され、直流電動機１の両端にはコン
デンサ３５が接続されている。

第５図の装置も基本的には第３図の装置と同様チヨーク
コイル２２によつて生じるリンギングを利用して高周波
信号を発生させているものであるが、トランジスタ１９
のコレクタに現われるスィツチング信号をコンデンサ３
１によつて平滑していることと、電動機駆動用トランジ
スタ２４の出力電極であるコレクタに挿入された第２の
チヨークコィル３２を介して、コンデンサ３４によつて
高域の正帰還を施し、より安定な高周波発振を期してい
る点が異なつている。

尚、チヨークコイル３２と直列に接続されたチヨークコ
イル３３は直流電動機１の給電端子間の交流インピーダ
ンスが大きい場合には必要ないが直流電動機１の給電端
子間にコンデンサ３５を接続した場合には交流インピー
ダンスが小さくなるので前記チヨークコィル３３を挿入
した方が良好な結果が得られる。

さて、第３図および第５図の実施例では速度検出器とし
て交流発電機２だけを用いた場合を示したが、第６図に
示すように、交流発電機２に接続される波形整形回路イ
、トリガパルス発生回路口、単安定回路ハを含めて速度
検出器を構成することも可能であるし、第７図に示すよ
うに、直流電動機１に連結され、遠心力によつて開閉す
る機械接点を有するスィツチによつて速度検出器とスィ
ツチング素子を兼ねることもできる。

第７図において、直流電動機１の回転子（図には示され
ていない。

）に連結され、前記回転子の回転速度が速くなるとその
遠心力によつて接点が開くスィツチ３６の出力電極ｋは
チヨークコイル２２）抵抗３７を介して電動機駆動用ト
ランジスタ２４のベースに接続されている。また、前記
スイツチ３６の出力電極ｋとプラス側給電線路ｃの間に
はコンデンサ３１が接続され、前記チヨークコィル２２
の駆動回路側とプラス側給電線路ｃの間にはコンデンサ
２６が接続されている。

さて、第７図に示した装置は、チヨークコイル２２がな
くともスィツチ３６の開閉が行なわれるので、電動機駆
動用トランジスタ２４はスイツチング動作をし、スイツ
チング方式の速度制御が行なわれるが、チヨークコィル
２２を挿入することによつて前記電動機駆動用トランジ
スタ２４のベース側にリンギングを生じさせ、より高い
周波数でのスィツチング動作を前記電動機駆動用トラン
ジスタ２４に行なわせしめて、さらに高い効率を得るも
のである。

このように、本発明の電動機の速度制御装置は速度検出
器からの速度信号に応じてスイツチング動作をするスイ
ツチの出力電極から第１のチヨークコィルを介して、電
動機駆動用トランジスタを含む電動機の駆動回路に前記
スィツチの出力信号を供給したものである。

尚、前記スィツチは実施例に示したように、トランジス
タなどの半導体素子でもよいし、機械スィツチを用いる
こともできる。

また、前記スィツチとしてトランジスタを用いる場合に
は、第８図に示すように、トランジスタ１９のエミツタ
を出力電極にすることも可能である。

さらに、本発明の実施例ではいずれも直流ブラシ付電動
機の速度制御装置の例を示したが、直流ブラシレス電動
機、交流電動機などの速度制御装置にも適用することが
でき、その場合には、実施例において直流ブラシ付電動
機が接続されている箇所に、直流ブラシレス電動機ある
いは交流電動機の駆動部を接続すればよい。

以上に示したように、本発明の電動機の速度制御装置で
は、速度検出器からの速度信号に応じてスィツチング動
作をするスイツチの出力電極から壬ヨークコイルを介し
て駆動回路に前記スイツチの出力信号を供給しているた
め、簡単な構成にもかかわらず、効率の高いスィツチン
グ方式の速度制御を行なうことができ、大なる効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は従来の電動機の速度制御装置の例
を示すプロツク図および回路結線図、第３図は本発明の
一実施例における電動機の速度制御装置を示す回路結線
図、第４図は第３図の装置の動作を説明するための信号
波形図、第５図、第６図、第７図、第８図はいずれも本
発明の他の実施例を示す回路結線図である。 １・・・・・・電動機、２４・・・・・・電動機駆動用
トランジスタ、２２・・・・・・チヨークコイル、３０
・・・・・・直流電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 給電線路間に電動機と直列に接続されたスイッチン
   グトランジスタと、前記電動機の回転速度に依存したオ
   ン・オフ比でスイッチングを行なうスイッチング手段と
   、前記スイッチング手段の出力が供給されるチョークコ
   イルと、前記チョークコイルの出力端に接続されたコン
   デンサもしくは浮遊容量を備え、前記チョークコイルの
   出力端に現われるリンギング波形を含むパルス信号に基
   づくスイッチング信号を前記スイッチングトランジスタ
   の入力側に供給した電動機の速度制御装置。