JPS60249885A - 直流電動機の速度制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、複数の設定速度で運転可能な直流電動機の速
度制御装置に係り、特に、温度変化に伴って直流電動機
の速度が変化するのを、各設定速度において有効に補償
する手段を備えた直流電動機の速度制御装置に関するも
のである。

〔従来技術と問題点〕

第１Ｍは直流電動機の速度制御装置の従来例を示す図、
第２図は２つの設定速度をもつ直流電動機の速度制御装
置の従来例を示す図、第３図はトルク−速度特性を説明
する図、第４図は温度補償の改善を図った直流電動機の
速度制御装置の従来例を示す図である。図において、Ｌ
、はりアクドル、Ｃ５ないしＣ３はコンデンサ、ＤＩと
Ｄ２はダイオード、Ｒ１ないしＲ７は抵抗、ＶＲ，ない
しＶＲ，は可変抵抗、ＴＨ，とＴＨ２はサーミスタ、５
ｌｌＩＩ　と舖２はスイッチ、Ｍは直流電動機、１は制
御回路をそれぞれ示している。

第１図において、直流電動機Ｍの端子間には抵抗Ｒ３な
いしＲ３及び可変抵抗ＶＲ，よりなる抵抗回路が接続さ
れ、制御回路１においては、直流電動機Ｍを流れる電流
が端子りから端子Ｂに向かう間に当該直流電動機Ｍに生
じる逆起電力を一定に保つよう上記電流を制御する。な
お図示の場合、端子りに流入する電流と端子Ｃに流入す
る電流とが比例関係をもつようにされており、端子Ａは
直流電動機Ｍを起動する際に使用される。この場合、直
流電動機Ｍの速度（回転数）は、可変抵抗ＶＲ，の抵抗
値を変えることによって調節することができる。また１
つではなく２つ以上複数あ回転数を設定しようとする場
合には可変抵抗ＶＲ，と抵抗Ｒ３の直列回路に複数の抵
抗値の設定が必要となる。例えば抵抗Ｒ３の部分に、第
２図図示の如く、可変抵抗ＶＲｚと抵抗Ｒ４との直列回
路を並列に接続して、この直列回路と抵抗Ｒ１とをスイ
ッチＳＷ、により切り換えて直流電動機Ｍの回路に接続
するように構成すると、２つの設定速度で直流電動機Ｍ
を運転することができる。この回路における回転数の設
定は、まず、可変抵抗ＶＲ２を持たない抵抗Ｒ３側にス
イッチＳＷＩを切り換えて可変抵抗ＶＲ，を調整し、第
１の回転数を設定する。次いで、可変抵抗ＶＲ２を持つ
直列回路側にスイッチ蛋、を切り換えて可変抵抗ＶＲ２
を調整し、第２の回転数を設定する。

しかし、上述した従来の回路では、以下に説明する如く
直流電動機Ｍの温度特性に起因する温度補償の問題があ
る。

第３図において、縦軸は回転数、横軸はトルクをそれぞ
れ示し、直線■と■は第２図図示の装置をＴ、１℃で作
動させたときのそれぞれの設定速度に対応するトルク−
回転数特性を示したものである。ここで、直線■の設定
速度をＮ１、直線■の設定速度をＮ２とすると、定格ト
ルクτ。のとき、先に述べた如く、まず回転数が設定速
度Ｎ、になるように可変抵抗ＶＲ，を調整し、さらに回
転数が設定速度Ｎ２になるように可変抵抗ＶＲ２を調整
する。このときの直流電動機Ｍの端子電圧をそれぞれ■
□、ｖＨ□とすると、温度Ｔ−一定（Ｔ３）のとき、こ
の端子電圧Ｖ　Ｍ　Ｉ、■９□に対応するトルク−速度
特性は、第３図図示直線■と■の如く平行となるや ところで、一般に直流電動機の速度特性は、温度が上昇
すると、マグネットの温度特性による磁束の変化や導線
の温度特性による回転子抵抗の変化等に起因して、無負
荷時には回転数が増加し、最大負荷値が減少する傾向を
示す。また温度が下降すると、この逆の傾向を示す。従
っていま、温度がＴ３°Ｃにおいて設定速度Ｎ、及びＮ
２ではそれぞれ直線■と■の如き特性を示しているとき
、温度がＴｂ’Ｃ（但しＴｂ＞Ｔａ）になったと仮定す
ると、直線■と■は、それぞれ直線■５と■５のように
変化する。そこで、このような温度変化があった場合に
も直流電動機の回転数を一定に保つためには、直流電動
機の端子電圧を変化させ、第３図図示の如く直線■５と
■５を直線■８と■８の如くシフトさせればよい。その
目的で使用されているのが第２図図示のダイオード−Ｄ
、である。

ところが、温度変化によってタイオードＤ＋の端子間に
得られる電圧の変化分ΔＶ、は温度変化に対応して一義
的に決まるものである。これに対して、設定速度Ｎ１に
対する端子電圧の変化分ΔＶＭＩと設定速度Ｎ２に対す
る端子電圧の変化分ΔＶＭ２とは同しにはならない。従
って、端子電圧の変化分をΔ■□〉Δ■９□としたとき
、ダイオード１１．の端子間に得られる電圧の変化分Δ
■１を端子電圧の変化分ΔＶゎに適合するように設定す
ると、端子電圧の変化分ΔＶＭ２、即ち設定速度Ｎ２に
対しては過補償となってしまう。そのため、端子電圧の
変化分ΔＶＭＩとΔＶＭ２との差を補う手段がさらに必
要となる。

上述の欠点を改良し各設定速度に対して温度補償が適切
ムこ行えるようにした例を示したのが第４図である。第
４図図示の例は、端子電圧の変化分ΔＶＭＩとΔＶ□と
の差を補う手段としてサーミスタＴＩ（＋　とＴＨ□を
利用し、並列に接続された速度設定用の回路部分の合成
抵抗を変化させて設定速度の切り換えを行うようにした
ものである。なお第４図図示の制御回路ｌば、第１図図
示のそれにおける端子Ｃと端子Ａとが共通化されている
ものと考えてよい。しかし、このようなサーミスタＴ１
１゜とＴＨｚの利用は、その抵抗値と温度係数の２点を
同時に管理する必要があるため、多くの労力を要するこ
ととなる。このことは、部品構成の観点から決して好ま
しいことではない。

〔発明の目的と構成〕

本発明は、上記の考察に基づくものであって、複数の設
定速度をもつ直流電動機の速度制御装置において、簡単
な回路素子を追加するだけで各設定速度に対して過補償
になることなく温度補償を行うことができる直流電動機
の速度制御装置を提供することを目的とするものである
。そしてそのため本発明の直流電動機の速度制御装置は
、直流電動機の端子間に抵抗回路を接続して端子電圧を
検出し速度を制御すると共に、該抵抗回路に設定速度を
選択する複数の抵抗回路部分をもち、該複数の抵抗回路
部分を切り換えて抵抗値を調整することにより複数の設
定速度をもって運転される直流電動機の速度制御装置で
あって、温度変化に伴う直流電動機の速度変化を補償す
るように第１の非直線抵抗素子を抵抗回路に対して共通
に接続し、且つ切り換えを行って設定速度を選択する複
数の抵抗回路部分のうちの少なくとも１つに温度補償機
能をもつ第２の非直線抵抗素子を接続したことを特徴と
するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第５図は本発明の１実施例回路構成を示す図、第６図は
ダイオードの温度特性を説明する図である。

第５図において、第２図の記号と同しものは第２図に対
応する回路構成素子を示し、Ｄ、はダイオード、Ｒ８は
抵抗をそれぞれ示している。そして、第２図の回路では
、抵抗Ｒ３と並列にｉｉＪ変抵抗ＶＲ。

と抵抗Ｒ４との直列回路を接続し、抵抗Ｒ３と可変抵抗
Ｖｌ？２を含む直列回路とのどちらかをスイッチＳＷ１
により切り換えて可変抵抗ＶＲ，に接続するように構成
しているのに対し、第５図の回路では、スイッチＳＷＩ
により可変抵抗νＲ１と抵抗Ｒ３との直列回路にダイオ
ードＤ３と抵抗ＲＩｌと可変抵抗ＶＲ２との直列回路を
接続するかこれを短絡するかのいずれかに切り換えるよ
うに構成しているが、第２図図示の可変抵抗ＶＲ２と抵
抗Ｒ６との直列回路をダイオードＤ３と抵抗Ｒ８と可変
抵抗ＶＲ，との直列回路で置き換えてもよいことは云う
までもない。

第５図図示の回路構成に従って以下に作用を説明する。

制御回路１の端子ＣＤ間の電圧ＶＣＯは常に一定になる
ように制御されるので、スイッチ舗。

が端子Ｉ側に接続、即ちダイオードＤ３と抵抗Ｒ６と可
変抵抗νＲ２との直列回路が短絡されている場合には、
直流電動機Ｍの端子電圧ＶＭＩは、次式により表わされ
る。

ＶＭｌ＝ＶＣ，＋Ｖ、＋Ｒ，１，，・・・・・−（１１
）ただし、■、はダイオードＤ１の順方向端子電圧、１
＋１１は抵抗Ｒ１に流れる電流であり、電流ｒ＋ｔ＋は
直流電動機Ｍに流れる電流■８と次のような関係にある
。

■□−１，／Ｋ　＋　α　・・・・・・（１２）ただし
、Ｋは定数、αは変数であって、次の式により与えられ
る。

ＶＣＤ＋ＶＦ α＝β＋□　・・・・・・（１３） ＲＡ ただし、Ｒ７は可変抵抗ＶＲ，と抵抗ＲＪとの合成抵抗
、βは定数である。そこで、上記の（１２）及び（１３
）式を（１１）式に代入して整理すると、　ＡＲＡ １゜ ＋Ｒ１（□＋β）　・・・・・・（１４）となるが、上
記の（１４）式において、電流■。は温度に対する変動
がダイオードＤ１の順方向電圧■。

に比べて小さいので、（１４）式は次の（１５）式に置
き換えることができる。

Ｒ２ ■Ｍ１″−，（１＋　）ＶＦ　＋β′・・・・・・（１
５）ＲＡ　（β′一定数） ここで、上記の（１５）式から明らかなように、直流電
動機の端子電圧■９とダイオードＤ１の順方向電圧■、
とはほぼ比例関係にあることが判る。

ダイオードの電圧対電流特性曲線を温度が異なる場合に
ついて示したのが第６図である。第６図から明らかなよ
うに、電流Ｉが一定（■ｏ）であるとすると、温度がＴ
３からＴｂへ上昇するのに伴って、ダイオードの順方向
端子電圧は、■、から■１．へと逆に減少することが判
る。このようなグイオートの特性と（１５）式との関係
を利用することによって温度補償がなされる。例えは温
度が上昇すると、その上昇に伴って順方向電圧Ｖ、は減
少するが、端子電圧■９とダイオードＤＩの順方向電圧
■、とはほぼ比例関係にあるため、端子電圧■８も同様
に減少する。従って、この端子電圧■８の減少が、直流
電動機の特性であるところの温度上昇による回転数の増
加と相殺され、直流電動機は設定速度を維持することに
なる。

次に、スイッチ、ｙｖを端子Ｈ側に接続し、可変抵抗Ｖ
Ｒ＋　と抵抗Ｒ３との直列回路にタイオードＤ３と抵抗
Ｒ８と可変抵抗ＶＲ２との直列回路を接続した場合、即
ち設定速度Ｎ、から温度の再補償をする必要がある設定
速度Ｎ２に切り換えた場合を説明する。

この場合にも先に説明したと同様に、 １／Ｈｚ＝　ｖＣｎ十ｖ、＋　Ｒ＋　Ｉ　Ｒ１−−（２
１）Ｉ　Ｒ＋　＝　Ｉ　Ｍ　Ｚ　Ｋ　十　α　′　・・
・川　（２２）の弐が成り立つ。ただしα′は次のよう
な変数である。

■ＣＤ＋ｖＦ　十■ｆ ＲＩＩ ただし、■、はダイオードＤ、の順方向電圧であり、Ｒ
８は抵抗Ｒ３、Ｒｅ、可変抵抗ＶＲＩ　Ｖｒ２を含む回
路の合成抵抗である。そして、先に説明したと同様に、
」１記の（２２）式及び（２３）式を（２１）式に代入
すると、（２１）式のＶ。２は、 ＲＩＩ　Ｋ　ＲＢ Ｒｌｌ　Ｒ。

となる。従って、温度による変動の差を考慮すると、先
に述べた（１４）式と同様、（２４）式は次の（２５）
式に置き換えることができる。

即ち、回転数を設定速度Ｎ２に保つのに適当な電圧変動
をΔ■８□とすると、〜（Ｒ＋　／　Ｒ＋＋　）　Ｖ　
ｒの項によって、過補償分である Δ−（１＋　Ｒ１／ＲＢ　）Δ■、−Δ■Ｈ２なる電圧
の差が相殺される。

本発明では、再補償の手段にも温度補償に用いたものと
同じ手段、即ちダイオードを用いるので、１４以した温
度特性のものを用いることが容易であり、全体として温
度に対する変動が小さい、安定した回路とすることがで
きる。また、ダイオードＤい制御回路のＣ−Ｄ端子、可
変抵抗ＶＲ＋　と抵抗Ｒ１との直列回路、ダイオードＤ
、と抵抗ＲＩｌと可変抵抗ＶＲｚとの直列回路からなる
閉回路では、ｖＦ　”Ｖｃｏ＋（ＶＲＢ）　＋（Ｖｒ　
）　＝Ｏとなり、再補償回路が直列に接続されるごとに
なるため、ダイオードＤ１の端子電圧ＶＦとタイオード
Ｄ３の端子電圧■、との関係がＭｍ、明瞭に表わされる
。従って、再補償に関しては、ダイオードＤ、とダイオ
ード′Ｄ３の温度特性の差がどのように作用するかを推
定することが容易になり、２つの設定速度に対して最適
なダイオ−Ｆ　Ｄ、の端子電圧Ｖ、とダイオードＤ３の
端子電圧■、との対応関係をもったダイオードＤ、とダ
イオードＤ３との組み合わせを採用することができる。

以下に実際の数値を用いて、設定速度Ｎ、七膜設定速度
２での直流電動機の端子電圧の温度変化分Δ■、とΔＶ
Ｍ２を推定すると、 Ｒ，＝３００Ω、ＲＡ＝１５０Ω、Ｒ，＝６００Ωとし
た場合、 Δ■□−Δｖ、（１＋　３００／１５０）−３Δ■。

また、 ΔＶＭ２””ΔＶ、（１＋　３００／６００）−Ａ　Ｖ
　、−３００／６００）−ΔｖＦとなる。ただし、ダイ
オードＤ１とダイオードＤ３は同一の素子を用いたもの
とする。従って、この例の場合には、ΔＶＭＩ＝３Δｖ
Ｍ２　となり、低速回転のときのΔ■Ｍ２は、高速回転
のときの４７Ｍ１に比べ１／３の値となる。

〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、温度
補償に用いるダイオードの如き非直線抵抗素子をその過
補償にも用い、簡単な回路構成の変更で複数の設定速度
Ｇこ対しても最適な温度補償を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流電動機の速度制御装置の従来例を示す図、
第２図は２つの設定速度をもつ直流電動機の速度制御装
置の従来例を示す図、第３図はトルク−速度特性を説明
する図、第４図は温度補償の改善を図った直流電動機の
速度制御装置の従来例を示す図、第５図は本発明の１実
施例回路構成を示す図、第６図はダイオードの温度特性
を説明する図である。 Ｌ、・・・リアクトル、Ｃ１ないしＣ１・・・コンデン
サ、ＤｌとＤ３・・・ダイオ−ト、Ｒ１ないしＲ１１・
・・抵抗、ＶＲ，ないしＶＲ４・・可変抵抗、ＴＨｌ　
とＴＨ２・・・サーミスタ、鉢１　とＳＷｚ・・・スイ
ッチ、Ｍ・・・直流電動機、１・・制御回路。 特許出願人　マブチモーター株式会社 代理人弁理士　森　１）　寛（外２名）第　１　図 １ 第　２１２］ 第　４　図 １ つ 第　５　図 １ 第　６［２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電動機の端子間に抵抗回路を接続して端子電圧を検
   出し速度を制御すると共ムこ、該抵抗回路に設定速度を
   選択する複数の抵抗回路部分をもち、該複数の抵抗回路
   部分を切り換えて抵抗値を調整することにより複数の設
   定速度をもって運転される直流電動機の速度制御装置で
   あって、温度変化に伴う直流電動機の速度変化を補償す
   るように第１の非直線抵抗素子を抵抗回路に対して共通
   に接続し、且つ切り換えを行って設定速度を選択する複
   数の抵抗回路部分のうちの少なくとも１つに温度補償機
   能をもつ第２の非直線抵抗素子を接続したことを特徴と
   する直流電動機の速度制御装置。