JPS6029358Y2 - 直流機の定速制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、主として小型（出力が５００ワット以下位）
に適用して有効な定速制御装置に関するものである。

周知の定速制御装置としては、音響機器に主として使用
されているブリッジサーボ回路で代表されるトランジス
タを使用するものがある。

これは直流器に直列に接続したトランジスタのエミッタ
ー・コレクター間の電圧降下を利用しているので、制御
はジュール損失により行なわれている。

従って熱損失が太きく３０ワツト〜５００ワツトの直流
機に使用すると、大きい電力損失を伴なう欠点がある。

又半導体素子により通電時間を制御して定速制御を行な
う手段も知られている。

この場合には所謂チョッパー制御となるので、制御用半
導体スイッチング素子によるジュール損失は著しく小さ
くなる。

しかしバッテリーを電源とする場合には、短絡時に近い
電流が流れるので、バッテリーの損傷が大きくなる欠点
がある。

又広い範囲の速度制御が困難となる欠点がある。

これはあまりみじかい電流パルスが、直流機のインダク
タンスの為に得られないからである。

本考案は上述した諸欠点を除去した定速制御装置を得る
ことに成功したもので、３０〜５００ワット位の出力の
直流機で、バッテリー（１２〜２４ボルト）を電源とし
た場合に、構成の簡素化され、廉価に作ることができ、
故障の頻度が少ない、ジュール損失の僅少な装置が得ら
れ、有効な技術的手段を供与できる特徴を有するもので
ある。

従って電動自転車、電動車椅子の駆動源として最適な手
段を得ることができるものである。

ジュール損失を小さくして、電機子電流を制御する手段
として、大型機の場合には、電機子電流の検知装置を設
け、大型機及び直列された大容量のインダクタンス、フ
ライホイールダイオードを介して、電機子電流を制御す
る手段は周知である。

かかる手段は大きさ、価格よりみて小型機には適用でき
ないし、又定速制御を行なうことは更に困難となる現状
にある。

本考案装置によれば、上述した困難が排除される効果を
有するものである。

上述した諸特徴を有する本考案装置の詳細を第１図以下
について説明する。

第１図において、記号１は使用される直流電動機で、記
号１−１は直流機１の電機子コイルである。

記号２は電流検出用の抵抗である。

検出抵抗２は直流機１と直列に接続され、検出抵抗２の
他方の端子は直流電源の正極３ａに接続されている。

直流機１の他方の端子はトランジスタ４（半導体スイッ
チング素子となっている。

）のコレクタ側と接続されている。記号３ｂは直流電源
の負極で、トランジスタ４のエミッタ側が接続している
。

記号５はフライホイールダイオードで直列に接続された
直流機１と検出抵抗２に対して並列に接続されている。

記号６は差動増巾回路で、抵抗？、８，９，１０，１２
．１３及びトランジスタ１１でシュミット・トリガ回路
を構成している。

記号１５は電界効果トランジスタでダイオード１４と直
列に接続している。

電界効果トランジスタ１５とダイオード１４は差動増巾
回路６の帰還抵抗９に並列に接続されている。

記号１６．１７．１８．１９は抵抗で、記号２０はトラ
ンジスタで電界効果トランジスタ１５のゲート電圧を与
えている。

記号２１で示すものは、直流機１の回転速度に対応した
電圧の得られる、例えばタコジェネレータである。

タコジェネレータ２１の回転速度に対応して誘起された
電圧を差動増巾回路の反転入力、及び抵抗１６と１７を
介してトランジスタ２０のベースに入力している。

記号２２は可変抵抗でタコジェネレータの負極の電圧を
可変している。

次に第１図、第２図、第３図を用いて、電流制御の詳細
を説明する。

第２図のグラフの横軸は時間Ｔであり、縦軸は電機子電
流■である。

記号２３ ａ、 ２３ ｂｙ ２３ ｃで示す曲線
はトランジスタ４の導通している時間帯を示し、記号２
４ａ及び２４ｂは電機子電流のりプルの上限値と下限値
を示している。

第３図の横軸は電機子電流■であり、縦軸は検出抵抗２
の電圧■である。

記号２５ａで示すものはシュミット・トリガ回路の上側
スライスレベルであり、記号２５ｂで示すものはシュミ
ット・トリガ回路の下側スライスレベルである。

検出抵抗２の電圧がシュミット・トリガ回路の上側スラ
イスレベル２５ａ以上の時、トランジスタ４は導通し、
電機子電流は増加する。

この増加曲線は電機子コイル１−１の抵抗とインダクタ
ンスの値によって規制される。

電機子電流が増加すると検出抵抗２の電圧が降下し、シ
ュミット・トリガ回路の下側スライスレベル２５ｂ以下
になるとトランジスタ４は遮断し、電機子コイル１−１
に蓄えられた磁気エネルギーはフライホイールダイオー
ド５を介して放電して電機子電流は漸減する。

電機子電流が減少すると検出抵抗２の電圧は上昇して、
シュミット・トリガ回路の上側スライスレベル２５ａを
越えるとトランジスタ４は導通して電機子電流は再び増
加し始める。

かくして電機子電流はりプルの幅がシュミット・トリガ
回路のヒステリシス特性で定められる脈流となる。

記号２６の接続点の電圧が上昇するとシュミット・トリ
ガ回路のスライスレベルが上昇し、スライスレベルに対
応する電機子電流が流れ、電機子電流が減少する。

記号２６の接続点の電圧が下降するとシュミツトリガ回
路のスライスレベルが下降し、スライスレベルに対応す
る電機子電流が流れ、電機子電流は増加する。

従って記号２６の接続点の電圧を上下することにより、
電機子電流を制御することができる。

電機子電流が少ない時には第１図のトランジスタ４のス
イッチング周波数が小さく数ＫＨｚ位であるが、電機子
電流が多くなるとトランジスタ４のスイッチング周波数
が著しく増加腰数十ＫＨｚ位となる。

この理由は電機子電流は電機子コイル１−１のインダク
タンスと抵抗によって過渡時に指数曲線を描く。

トランジスタ４が導通した時、電機子電流の時間に対す
る傾きは時間とともにゆるやかになる。

トランジスタ４が不導通になった時、電機子電流の時間
に対する傾きは時間とともにゆるやかになる。

電機子電流が起動電流値の半分の時、電機子電流の立上
り、立下りの傾きの絶対値は同じ大きさである。

電機子電流が上述した値より小さい時、立上りの傾きは
立下りの傾きより急であり、電機子電流が上述した値よ
り大きい時、立上りの傾きは立下りの傾きよりゆるやか
である。

従って電機子電流が起動電流値の半分の値で極値をもち
、中心より離れるに従ってトランジスタ４のスイッチン
グ周波数は小さくなるからである。

トランジスタ４のスイッチング周波数が大きくなると、
対応して損失（活性領域通過の為）も比例して大きくな
り本考案の目的が阻害される。

かかる欠点を除去する手段を次に詳細に説明する。

この手段は電機子電流に対応してヒステリシスの幅を変
化させ、電機子電流が増加した時のトランジスタ４のス
イッチング周波数の増加を押えることにより達成するこ
とができる。

記号２６で示す接続点の電圧が降下すると電機子電流は
増加し、トランジスタ２０を介して電界効果トランジス
タ１５のゲート電圧を上昇させ、差動増巾回路の帰還抵
抗を小さくし、シュミット・トリガ回路のヒステリシス
幅を広くする。

従ってトランジスタ４のスイッチング周波数の増加を押
えることになり、スイッチング損失を減らすことができ
る。

シュミット・トリガ回路のヒステリシス幅を変化させる
のに他の周知の方法を使用しても同様の効果を得ること
ができる。

次に直流機１の定速制御について説明する。

可変抵抗２２を任意に設定すると、可変抵抗２２の設定
の位置に対応して直流機１の回転速度が一定に保持され
る。

直流機１の回転速度が上昇すると記号２６の接続点の電
圧が上昇し、電機子電流は減少し、回転速度は下降する
。

直流機１の回転速度が下降すると、記号２６の接続点の
電圧は下降腰電機子電流は増加し、回転速度は上昇する
。

従って定速回転が保持される可変抵抗２２の設定位置を
変えることによりタコジェネレータ２１の負極電圧を変
化させ、直流機１の設定回転数を変化させることができ
る。

第４図を用いて第１図の他の実施例について説明する。

第１図と同一記号のものは同一部材で作用効果も同じな
ので説明を省略する。

第１図との違いは直流機１の設定回転速度を変化させる
手段である。

記号２７．２８は抵抗で、記号２９は可変抵抗である。

抵抗２７．２８はタコジェネレータ２１の負極電圧を固
定する。

タコジェネレータ２１の出力を可変抵抗２９で分圧して
記号２６の接続点に入力する。

可変抵抗２９の分圧比を変えて直流機１の設定回転速度
を任意に設定することができる。

第５図を用いて第１図の他の実施例について詳細の説明
をする。

第１図と同一記号のものは同一部材で作用効果も同じな
ので説明を省略する。

記号３０は差動増巾回路で抵抗３１，３２，３３を用い
て非反転増巾回路を構成している。

記号３４．３５，３６は抵抗で差動増巾回路６とでシュ
ミット・トリガ回路を構成している。

記号３９はダイオードで、記号４０は電界効果トランジ
スタであり、ダイオード３９、電界効果トランジスタ４
０によってシュミット・トリガ回路の帰還抵抗値を電界
効果トランジスタ４０のゲート電圧で制御している。

次に第２図、第３図、第５図を用いて電流制御について
詳細に説明する。

検出抵抗２の電圧降下を抵抗３１，３２，３３及び差動
増巾回路３ｏを用いた非反転増巾回路により増巾する。

非反転増巾回路の出力電圧がシュミット・トリガ回路の
上側スライスレベル以上の時、トランジスタ４は導通し
、電機子電流は増加する。

電機子電流が増加すると非反転増巾回路の出力電圧が降
下し、シュミット・トリガ回路の下側スライスレベルを
越えるとシュミット・トリガ回路の出力が反転し、トラ
ンジスタ４を遮断し、電機子コイル１−１に蓄えられた
磁気エネルギーはフライホイールダイオード５を介して
放電して電機子電流は漸減する。

電機子電流が減少すると非反転増巾回路の出力電圧が上
昇腰シュミット・トリガ回路の上側スライスレベル以上
になると出力が反転し、トランジスタ４を導通し電機子
電流は再び増加し始める。

かくして電機子電流はりプルの幅がシュミット・トリガ
回路のヒステリシス特性で定められる脈流となる。

記号２６の接続点の電圧が下降するとシュミット・トリ
ガ回路のスライスレベルが下降し、スライスレベルに対
応する電機子電流が流れ、電機子電流は増加する。

記号２６の接続点の電圧が上昇すると電機子電流は減少
する。

従って記号２６の接続点の電圧を上下することにより電
機子電流を制御することができる。

記号２６で示す接続点の電圧が降下すると電機子電流は
増加し、トランジスタ２０を介して電界効果トランジス
タ４０のゲート電圧を上昇させ、差動増巾回路の帰還抵
抗を小さくし、シュミット・トリガ回路のヒステリシス
幅を広くする。

従ってトランジスタ４のスイッチング周波数の増加を押
えることになり、スイッチング損失を減らすことができ
る。

シュミット・トリガ回路のヒステリシス幅を変化させる
のに他の周知の方法を用いても同様の効果を得ることが
できる、次に定速制御については第１図での説明と同一
なので説明を省略する。

第５図で説明した直流機１の回転速度を任意に変更する
手段として第４図で用いた手段を用いても同様の効果を
得ることができる。

接続点２６の電圧によりシュミット・トリガ回路の上側
、下側スライスレベルが設定されて、電機子電流値が定
められる。

従って接続点２６の電圧と電機子電流値は対応するもの
である、本実施例においてはシュミット・トリガ回路の
ヒステリシス幅を接続点２６の電圧により制御している
が抵抗２の出力を信号としてシュミット・トリガ回路の
ヒステリシス幅を制御しても本考案の目的を達成するこ
とができる。

以上の説明のように、構成が簡素で、制御特性が良く、
振動及び出力トルクリップルの小さい、ジュール損失の
小さいこの種の装置が得られるので、実用上の効果著し
きものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の制御回路図、第２図は通電曲線の
グラフ、第３図は検出抵抗２の電圧のグラフ、第４図、
第５図は第１図の回路図の他の実施例をそれぞれ示す。 １・・・・・・直流電動機、１−１・・・・・・電機子
コイル、２・・・・・・電流検出抵抗、３ａｖ３ｂ・・
・・・・直流電源、４・・・・・・スイッチングトラン
ジスタ、５・・・・・・フライホイールダイオード、６
，３０・・・・・・差動増巾回路、？、 ８．９． １
０． １２． １３． １６． １７、 １８． １９
・・・・・・抵抗、１４．３９・・・・・・ダイオード
、１５．４０・・・・・・電界効果トランジスタ、２１
・・・・・・タコジェネレータ、２２．２９・・・・・
・可変抵抗、２３１％ ２３ ｂ、２３ Ｃ・・・・・
・トランジスタ４の通電パルス、２４ａ、２４ｂ・・・
・・・電機子電流のりプル上限値、下限値、２５ ａ、
２５ ｂ・・・・・・シュミット・トリガ回路のスラ
イスレベル、２７．２Ｂ、３１，３２，３３，３４，３
５，３６，３７．３８・・・・・・抵抗。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直流電源により駆動される直流電動機と、該直流電動機
   に通電されている電機子電流値を検出する電機子電流検
   出装置と、該電機子電流検出装置と前記した直流電動機
   との直列接続体に直列に接続された半導体スイッチング
   素子と、前記した半導体スイッチング素子を遮断した時
   、前記した直流電動機に電機子電流を流す為のフライホ
   イールダイオードと、前記した直流電動機の回転数を検
   出する回転数検出装置と、前記した電機子電流検出装置
   を介して電機子電流値が第１の設定値を越えて増加する
   と前記した半導体スイッチング素子を遮断状態に保持し
   、前記した第１の設定値より小さい第２の設定値を越え
   て減少すると前記した半導体スイッチング素子を導通状
   態に保持する電機子電流制御回路と、回転数設定値と前
   記した回転数検出装置の出力との速度誤差出力と、前記
   した電機子電流検出装置の出力とが入力される差動増幅
   回路を備え、該差動増幅回路の出力を前記した電機子電
   流制御回路に接続し、かつ電機子電流検出装置の出力が
   大きくなった時、該差動増幅回路の帰還抵抗を小さくす
   ることを特徴とする直流機の定速制御装置。