JPS6029353Y2 - 小型直流モ−タの速度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はブリッジ検出型の直流モータの速度制御装置に
おいて、直流モータの起動をより少ない構成部品点数で
容易ならしめるとともに、電流損失が皆無な起動装置を
提供するものである。

従来より、この種の装置としては第１図に示すように、
給電線路間に抵抗とダイオードの直列回路による基準電
位点を設け、起動用のスイッチングトランジスタによっ
てモータ電圧を検出して、給電制御トランジスタに起動
用ベース電流を流すものが考えられている。

ここで、第１図について動作の概要を説明すると、１は
速度を制御すべき直流モータの回転子、２および２′は
そのブラシ、３および３′は固定子磁石であり、この直
流モータのブラシ２および２′を含む回転子１と抵抗４
，５，６とでそれぞれを各辺とするブリッジ回路を構成
している。

いま、この直流モータの等価内部抵抗をＲａとし、抵抗
４，５．６の抵抗値をそれぞれＲ１゜Ｒ６，Ｒ６とする
と、ブリッジの平衡条件Ｒ６・Ｒ５＝Ｒ１・Ｒ６ が成立しているときには図中のブリッジ検出端子ａ−ｂ
間の電圧は回転速度のみに依存する。

したがって、この電圧と基準電圧用のダイオード８，９
の電圧値Ｅｓとの差電圧を検出用トランジスタ７により
検出し、直流モータの回転速度が上昇したときに、ブリ
ッジ回路と直流電源１４の間に挿入した給電制御用トラ
ンジスタ１０の内部抵抗が大きくなり、一方、回転速度
が下降したときには内部抵抗は小さくなるように、その
ベース電流を制御すれば直流モータの回転速度は一定に
保たれることになる。

この回路では、直流モータの回転速度が下降してときに
はａ点の電位が下がるからトランジスタ７のベース電流
は増加し、これによってコレクタ電流も増加するからト
ランジスタ１０の内部抵抗は小さくなり、直流モータの
回転速度を上昇させる方向に働く。

一方、直流モータの回転速度が上昇したときにはａ点の
電位が上がるから、トランジスタ７のベース電流は減少
し、これによってコレクタ電流も減少するからトランジ
スタ１０の内部抵抗は大きくなり、直流モータの回転速
度を下降させる方向に働く。

さて、第１図において、プラス側給電線路とマイナス側
給電線路の間には、抵抗１５、ダイオード１６．１７が
直列に接続され、抵抗１５とダイオード１６の接続点に
は抵抗１８を介して起動用トランジスタ１２のベースが
接続されている。

また、前記起動用トランジスタ１２のエミッタは検出ト
ランジスタ７のエミッタに、コレクタは給電制御用トラ
ンジスタ１０のベースにそれぞれ接続されている。

つぎに、これらの素子の効果を説明するためにいま、電
源スィッチ１１をオン状態にして、直流電源１４の電圧
値を零から徐々に上昇させていく場合について考える。

ただし、ダイオード１６゜１７、トランジスタ１２のベ
ース・エミッタ間は全て完全な折れ線替性を有するもの
とし、それぞれの順方向電圧がＶ、、Ｖ８に達したとき
初めて電流が流れるものとする。

さて、電源電圧Ｅ。

が、Ｅ ｏ ＜ Ｖ ａのときはダイオード、トランジ
スタは全てオフ状態で、制御回路に電流は流れない。

したがって抵抗１３の両端の電圧も零である。

Ｅｏ≧ＶＢとなったときトランジスタ１２のベース・エ
ミッタ間に順方向電流、すなわちベース電流が流れるか
らコレクタ電流も流れ、これが給電制御用トランジスタ
１０のベース電流となるから直流モータの両端には電圧
が現われる。

２ＶＦ ＞ Ｅ ｏ≧■８の範囲ではダイオード１６，
１７はオフ状態を続けるが、ＥＯ≧２Ｖｐとなるとダイ
オード１６．１７はオン状態になり、以後Ｃ点の電位は
２ＶＦに保たれる。

さらにＥＯが大きくなるにしたがって直流モータ両端の
電圧が高くなり、ダイオード８，９にも順方向電流が流
れるようになるが、直流モータ両端の電圧が（４ＶＦ−
ＶＢ）より大きくなったとき、トランジスタ１２のベー
ス電流は流れなくなり、直流モータ両端の電圧がさらに
大きくなればトランジスタ１２のベース・エミッタ間は
逆バイアスされ、ここに至って起動回路は完全に制御回
路から切り離される。

しかしながら、このときにはトランジスタ１０の導通状
態にあるから検出トランジスタ７のベース・エミッタ間
には順方向電流が流れ、電源電圧ＥＯが規定値以上にな
ったときには、直流モータの回転速度を定速に制御する
ようにトランジスタ７および１０は動作する。

尚、トランジスタ１２のベース側に挿入された抵抗１８
はトランジスタ１２のベース・エミッタ間逆バイアスが
深くなりすぎたとき、なだれ降伏によって接合が破壊す
るのを防止するためのもので、プラス側給電線路と直流
モータのプラス側給電端子の間に挿入された抵抗１９は
電圧特性補正用の抵抗であり、さらにトランジスタ１０
のベース・エミッタ間に挿入された抵抗２０は漏洩電流
補償用の抵抗である。

ところで、第１図の回路のうち、トランジスタ１２、抵
抗１５．１Ｂ、ダイオード１６．１７は起動用の素子で
あり、モータが正常に回転しているときには全く必要の
ない部品であるにもかかわらず、回路部品の総コストの
４分の１以上を占め部品点数でも総部品点数（モータ、
スイッチ、電源は除く。

）の３分のｌを占めている。また、直流モータが起動し
た後もダイオード１６．１７には順方向電流が、トラン
ジスタ１２のエミッタ・ベース間には逆方向電流が損失
電流となって流れる。

さらには、この逆方向電流を少なくするために抵抗１８
の値を大きくするとモータに必要な起動電流が流れなく
なったり、抵抗１８の値が零であっても、起動時にトラ
ンジスタ１２によってトランジスタ１０のベースに流さ
れる電流はほぼダイオード１６または１７の両端の電圧
値を抵抗１３の抵抗値で除した値であるため、直流モー
タの内部抵抗が小さい場合には直流モータが起動するに
充分な電圧がかからないなどの問題があった。

本考案の小型直流モータ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。

第２図は本願考案に関連して構成された小型直流モータ
の速度制御装置の回路結線図を示したものである。

尚、第２図において、構成ならびに機能が第１図と同一
のものについては同一図番にて示し、説明は昇略する。

第２図では基準電圧用ダイオード９の代わりに起動用ス
イッチングトランジスタ２１のベース・エミッタ間接合
がダイオード８と直列に接続され、前記トランジスタ２
１のコレクタとプラス側給電線路の間には起動用と電圧
補償用を兼ねた抵抗１９が接続されるとともに前記トラ
ンジスタ２１のコレクタと検出トランジスタ７のベース
の間には抵抗２２が接続されている。

さて、動作の概要を説明すると、スイッチ１１を閉じて
直流電源１４の電圧Ｅ。

を徐々に上昇させたとき、始めは直流モータのブラシ２
−２′間には電圧が現われないのでトランジスタ２１は
オフ状態であるからトランジスタ７には抵抗１９および
抵抗２２を通してベース電流が流れる。

トランジスタ７にベース電流が流れ、これによってコレ
クタ電流も流れると、給電制御トランジスタ１０にもベ
ース電流、コレクタ電流が流れるから、直流モータに給
電されて、前記直流モータが起動するようになる。

前記直流モータのブラシ２−２′間に電圧が現われると
、ダイオード８、トランジスタ２１のベース・エミッタ
間には順方向電流が流れるから、前記トランジスタ２１
はオン状態となり、そのコレクタ・エミッタ間の飽和電
圧はほぼ零であるのでトランジスタ７のベース・エミッ
タ間に抵抗２２が接続され、同エミッタとプラス側給電
線路の間に電圧補償用の抵抗１９が接続されたのと同じ
形となる。

これで起動回路の動作が完了した訳で、直流モータが起
動後は起動トランジスタ２１はそのベース・エミッタ間
接合によって基準電圧用の素子として働き、抵抗１９は
電圧補償用の抵抗として働き、さらに抵抗２２はトラン
ジスタ７の漏洩電流補償用の抵抗として働く。

したがって、第２図の装置では直流モータの起動後は制
御回路の動作に寄与しない素子は皆無であり、起動回路
の電流損失も皆無である。

ところで、第１図および第２図に示した装置の回転速度
の調節方法としては、一般に、ブリッジ回路の高抵抗辺
側に可変抵抗器を挿入する構成がとられ、具体的には、
抵抗５と抵抗６との間に可変抵抗器の両端を接続し、前
記可変抵抗器の中点をトランジスタ７のベースに接続す
る構成がとられている。

しかしながら、直流モータの回転速度の調節のために前
記可変抵抗器の中点を移動させるとブリッジ回路の平衡
条件がくずれてしまい、制御特性が悪化することが多々
あった。

この問題を解消する方法としては、従来からブリッジ回
路の検出端子間、すなわち、第１図のａ点とｂ点の間に
固定抵抗と可変抵抗器の直列回路を接続して、前記可変
抵抗器の抵抗値を変化させて前記ブリッジ回路の検出端
子間に現われる電圧の減衰度を変化させて直流モータの
回転速度を変化させる方法が用いられてきた。

この方法によれば、可変抵抗器の抵抗値を変化させても
ブリッジ回路の平衡条件はくずれないから、制御特性が
悪化することは殆んどない。

しかしながら、この方法では固定抵抗が１側糸分に必要
になり、部品点数の増加を招くと云う不都合があった。

本考案の小型直流モータの速度制御装置はこのような問
題を解消したものであり、第３図に本考案の実施例にお
ける回路結線図を示す。

すなわち、起動用トランジスタ２１のコレクタと検出ト
ランジスタのベースの間に抵抗２２と可変抵抗器２３の
直列回路を接続し、前記可変抵抗器２３によって直流モ
ータの回転速度を調節するように構成している。

定速制御時にはダイオード８およびトランジスタ２１の
ベース・エミッタ間の順方向電圧はほぼ一定値に保たれ
るから、可変抵抗器２３によって検出電圧の減衰度を変
化させて直流モータの回転速度を制御特性を悪化させる
ことなく、つまり、ブリッジ回路の平衡条件をくずすこ
となく変化させることが出来る。

また、前記可変抵抗器２３に直列に接続される抵抗２２
はもともと起動用あるいは漏洩電流補償用の抵抗として
存在していたものであるから部品点数が増加することも
ない。

以上に示したように本考案の小型直流モータの速度制御
装置によれば、起動用のスイッチングトランジスタのベ
ース・エミッタ間を基準電圧として用い、前記起動用ス
イッチングトランジスタのコレクタに接続される抵抗を
電圧特性補償用抵抗あるいは漏洩電流補償用抵抗ならび
に回転速度調節用抵抗として用いているので、起動のた
めだけの部品点数を皆無にし、損失電流も皆無に出来る
など、大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す回路結線図であり、第２図は本考
案に関連して構成された速度制御装置の回路結線図であ
り、第３図は本考案の実施例における小型直流モータの
速度制御装置の回路結線図である。 １・・・・・・回転子、２，２′・・・・・・ブラシ、
７・・・・・・検出トランジスタ、８・・・・・・基準
電圧用ダイオード、１９・・・・・・起動用抵抗、２１
・・・・・・起動用トランジスタ、２２・・・・・・抵
抗、２３・・・・・・可変抵抗器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直流モータと、第１．第２．第３の抵抗によってブリッ
   ジ回路を構成し、前記ブリッジ回路の一方の給電端子に
   給電制御トランジスタのコレクタを接続し、前記給電制
   御トランジスタのエミッタを一方の給電線路に接続し、
   前記ブリッジ回路の他方の給電端子を他方の給電線路に
   接続し、前記ブリッジ回路の前記直流モータを含まない
   側の検出端子に検出トランジスタのベースを接続し、前
   記検出トランジスタのコレクタを前記給電制御トランジ
   スタのベースに接続するとともにエミッタを第４の抵抗
   を介して他方の給電線路に接続し、前記ブリッジ回路の
   前記直流モータを含む側の検出端子と前記検出トランジ
   スタのエミッタの間に起動用スイッチングトランジスタ
   のベース・エミッタ間を接続し、前記起動用スイッチン
   グトランジスタのコレクタと一方の給電線路の間に第５
   の抵抗をＭし、前記起動用スイッチングトランジスタの
   コレクタと前記検出トランジスタのベースの間に第６の
   抵抗と回転速度調節用の可変抵抗器を接続してなる小型
   直流モータの速度制御装置。