JPS6139880A - 直流モ−タの速度制御装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は音響機器などに使用することのできる直流モー
タのブリッジ検出形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 近年、カセットテープレコーダなどの音響機器の駆動用
として、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ブリッ
ジ検出形の直流モータの速度制御装置が実用化されてい
る。

以下図面を参照しながら従来の直流モータの速度制御装
置について説明する。

第２図は従来の直流モータの速度制御装置の回路結線図
である。１は被制御直流モータであυ、この直流モータ
１の等髄内部抵抗と抵抗２．抵抗３、抵抗４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。６は直流
電源であり１、この電源６の正側給電線路１６と、前記
直流モータ１と前記抵抗２の接続点すなわちブリッジ回
路の一方の検出端子ｄとの間に抵抗９とダイオード８の
直列回路が接続されている。。前記ダイオード８の順方
向電圧は抵抗１０と抵抗１１からなる分圧回路で分圧さ
れ、その分圧点Ｃが差動増幅器の一方の入力端子すなわ
ちトランジスタ１２のベースに接続されている。捷た、
前記抵抗３と前記抵抗４の接続点すなわちブリッジ回路
の他方の検出端子すが差動増幅器の他方の入力端子すな
わちトランジスタ１３のベースに接続されている。前記
トランジスタ１２．１３のエミッタは共通接続されると
共に抵抗１４を介して前記電源正側給電線路１６に接続
されている。前記トランジスタ１２のコレクタは電源負
側給電線路１了に接続され、前記トランジスタ１３のコ
レクタはトランジスタ５のベースに接続されると共に発
振防止用コンデンサ１５を介して前記電源負側給電線路
１７に接続されている。前記トランジスタ６のエミッタ
は前記電源負側給電線路１７に接続され、同コレクタは
給電制御トランジスタγのベースに接続されている。

前記給電制御トランジスタ７のエミッタは前記電源正側
給電線路１６に接続され、同コレクタは前記ブリッジ回
路の一方の給電端子ｄに接続されている。また、前記ブ
リッジ回路の他方の給電端子ｅは前記電源負側給電線路
１７に接続されている。

以上のように構成された従来の直流モータの速度制御装
置について、以下その動作について説明する。

いま、この直流モータ１の等側内部抵抗をＲａとし、抵
抗２．抵抗３．抵抗４の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，
Ｒ３さするとブリッジの平衡条件Ｒ１＠Ｒ２＝Ｒ３−Ｒ
ａ が成立しているときには、図中のブリッジ回路の検出端
子ａ、ｂ間の電圧は回転速度のみに依存し、負荷トルク
すなわち電機子電流には関係しない。

したがって、この電圧と基準電圧とを差動増幅器にて比
較増幅し、その出力をトランジスタ６で増幅し、前記ト
ランジスタ６の出力にてブリッジ回路と直流電源６間に
挿入した給電制御トランジスタ７を制御して直流モータ
１の回転速度が上昇したときにブリッジ回路に供給する
電流Ｉを減少させ、また、回転速度が下降したときに電
流Ｉを増加させるようにすれば直流モータ１の回転速度
は一定に保たれることになる。ところで、ダイオード８
には前記直流電源６の正側給電線路１６よシ抵抗９を通
して電流が供給され、その順方向電圧を抵抗１ｏと抵抗
１１からなる分圧回路で分圧し、その分圧点Ｃが差動増
幅器の一方の入力端子すなわちトランジスタ１２のベー
スに接続されている。

ここで、基準電圧は前記抵抗１１の端子電圧として与え
られる。

しかしながら、上記のような構成においては、前記直流
電源６の電圧が増加すると前記抵抗９゜ダイオード８．
抵抗２からなる直列回路に流れる電流が増加し、それに
伴ない前記ダイオード８の順方向電圧が増加し、前記抵
抗１１の端子電圧である基準電圧も増加するので、回転
速度が上昇する。逆に前記直流電源６の電圧が減少する
と、前記ダイオード８に流れる電流が減少し、その順方
向電圧も減少するので回転速度が下降する。

以上のように第２図に示すような従来の直流モータの速
度制御装置においては、電源電圧の変化に伴ない回転速
度が大幅に変動するという問題点を有していた。

発明の目的 本発明の目的は上記問題点に鑑みてなされたものであり
、半導体集積回路化に好適な構成を具備すると共に、電
源電圧の変化に対する回転速度の変動のきわめて小さい
直流モータの速度制御装置を提供するものである。

発明の構成 本発明の直流モータの速度制御装置は被制御直流モータ
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を構
成するブリッジ回路と、定電流供給手段によって駆動さ
れる定電圧回路と、同じく定電流供給手段によって駆動
され前記定電圧回路の出力を増幅する第１の差動増幅器
と、前記埴１の差動増幅器の出力電圧をもとに基準電圧
を発生させる手段と、前記ブリッジ回路の検出端子間の
電位差と前記基準電圧とを比較増幅する第２の差動増幅
器と、前記第２の差動増幅器の出力で電源と前記ブリッ
ジ回路間に挿入した給電制御トランジスタを制御する手
段を備えるとともに、前記第１の差動増幅器の能動負荷
としてカレントミラー回路を接続し、前記カレントミラ
ー回路を構成する２つのトランジスタのそれぞれのエミ
ッタ抵抗を異なる抵抗値に選定するように構成したもの
であシ、これによシミ源電圧に変化があった場合でも回
転速度の変動を極力補償しようとするものである。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図は本発明の一実施例における直流モータの速度制
御装置の回路結線図である。第１図において第２図に示
した従来の直流モータの速度制御装置の回路結線図に示
した構成要素と同様なものは同図番を付して表わしであ
る。

第１図において、１は被制御直流モータであシ、等測的
には逆起電力Ｅａと等側内部抵抗Ｒａの直列回路として
表わすことができ、前記直流モータ１と第１の抵抗素子
２の直列回路でブリッジ回路の低抵抗辺が構成され、第
２の抵抗素子３と第３の抵抗素子４の直列回路によって
同高抵抗辺が構成されている。

定電圧回路１８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、また他方の端子はトラ
ンジスタ２１のコレクタに接続されている。トランジス
タ２００　ベースは同コレクタ例接続されると共に前記
トランジスタ２１のベースおよびトランジスタ２２０ベ
ースに接続され、前記トランジスタ２０．２１および２
２のそれぞれのエミッタは電源正側給電線路１６に接続
されている。前記トランジスタ２０のベース・コレクタ
接線点には定電流源１９が接続され、前記定電流源１９
に流れる電流に対応した電流が前記トランジスタ２０．
２１および２２に流れるように構成されている。さらに
、前記トランジスタ２２のコレクタはトランジスタ２３
のコレクタおよびベースに接続されると共にトランジス
タ２４０ペースに接続されている。前記トランジスタ２
３および２４のそれぞれのエミッタは電源負側給電線路
１７に接続されている。前記トランジスタ２４のコレク
タはトランジスタ２５のコレクタおよびベースに接続さ
れると共にトランジスタ２６および２７０ベースに接続
されてｂる０前記トランジスタ２５．２６および２７の
それぞれのエミッタは前記電源正側給電線路１６に接続
されている。

こうして、前記定電流源１９および前記トランジスタ２
０〜２７で定電流供給手段２８が構成されている。

トランジスタ２９のベースは前記定電圧回路１８の出力
端子に接続され、同エミッタはトランジスタ３ｏのエミ
ッタに接続されると共に前記トランジスタ２６のコレク
タに接続されている。前記トランジスタ２７のコレクタ
は抵抗３６と抵抗３了の直列回路を介して前記ブリッジ
回路の低抵抗辺側の検出端子ａに接続されている。前記
抵抗３６と３７の接続点は前記トランジスタ３０のベー
スに接続されている。

前記トランジスタ２９のコレクタはトランジスタ３１の
コレクタに接続されると共にトランジスタ３３のベース
に接続されている。前記トランジスタ３ｏのコレクタは
トランジスタ３２のコレクタおよびベースに接続される
と共に前記トランジスタ３１のベースに接続されている
。前記トランジスタ３１および３２のそれぞれのエミッ
タはそれぞれ抵抗３４および抵抗３６を介して前記検出
端子ａに接続されている０前記トランジスタ３３のコレ
クタは前記トランジスタ２７のコレクタに接続され、同
エミッタは前記検出端子ａに接続されている。こうして
前記定電圧回路１８の出力を増幅する第１の差動増幅器
３８が構成されている０前記第１の差動増幅器３８の出
力トランジスタ３３のコレクタは抵抗３９と抵抗４ｏの
直列回路を介して前記検出端子ａに接続されている。前
記抵抗３９と４０の接続点Ｃは第２の差動増幅器４１の
一方の入力端子に接続されている。ここで、基準電圧は
前記抵抗４０の端子電圧として与えられる。

ブリッジ回路の高抵抗辺側の検出端子すは前記第２の差
動増幅器４１の他方の入力端子に接続され、前記差動増
幅器４１の出力端子は給電制御トラフジ２タフのベース
に接続されている。前記給電制御トランジスタ７のエミ
ッタは前記電源正側給電線路１６に接続され、同コレク
タは前記ブリッジ回路の一方の給電端子ｄに接続されて
いる。

また、前記ブリッジ回路の他方の給電端子ｅは前記電源
負側給電線路１了に接続されている。

以上のように構成された本発明の実施例の直流モータの
速度制御装置について以下その動作を説明する。

第１図に示した本実施例において直流電源６の電圧が変
化した場合について述べる。まず、定電圧回路１８に電
流を供給するトランジスタ２１はトランジスタ２ｏとカ
レントミラー構成しており、そのカレントミラーの基準
となる前記トランジスタ２０は定電流源１９ＶＣて駆動
されている。したがって、前記定電圧回路１８には定電
流が供給されているため、前記直流電源６の電圧が変化
しても前記定電圧回路１８への電流はほとんど変化せず
、前記定電圧回路１８の出力電圧ｖｒｅｆ　　の値もほ
とんど変化しない。したがって、前記出力電圧Ｖｒ　ｏ
ｆ捷たはそれを増幅した電圧を速度制御の基準電圧とし
て使用すれば、前記直流電源６の電圧が変化しても直流
モータ１の回転速度は比較的安定に保持され、第２図に
示すような従来の直流モータの速度制御装置に比べ電源
電圧の変化に対する回転速度の安定性は改善される。し
かしながら、被制御直流モータ１として発電定数Ｋａが
小さいモータ、たとえば、乾電池１本で駆動されるよう
な小形の音響機器に搭載される超小形直流モータなどを
制御する場合においては、電源電圧の変化に対する基準
電圧の変化量をさらに極力小さく抑えなければならない
。（発電定数Ｋａの小さなモータでは基準電圧の変化に
対する回転速度変動の絶対量が発電定数Ｋａの大きなモ
ータに比べて大きく現われる。） 直流電源６の電圧が変化した場合についてさらに詳細な
解析を行なうと、トランジスタ２ｏのエミッタ・コレク
タ間電圧は変化し彦いが、前記トランジスタ２ｏとカレ
ントミラー構成されたトランジスタ２１のエミッタ・コ
レクタ間電圧は変化する。そのため、前記トランジスタ
２１０ベース幅変調いわゆるアーり効果によりコレクタ
電流が多少変化する。その結果、前記定電圧回路１８へ
の電流が多少変化するため出力電圧ｖｒｅｆ　は多少変
化し、直流モータ１の回転速度の変動の原因となる。前
記アーリ効果による出力電圧ｖｒｅｆ　の変化は小さい
が、前記のような発電定数Ｋａの小さなモータを高精度
に制御しようとした場合には問題になることがある。

さて、本発明の実施例においては前記定電圧回路１８の
出力電圧Ｖ、。ｆ　を差動増幅器３８にて増幅すると共
に、前記差動増幅器３８に入力オフセット電圧を設定し
、前記入力オフセット電圧を電源電圧に基ずき変化させ
ることにより、前記定電圧回路１８の出力電圧ｖｒｅｆ
の前記アーリ効果による変化を補償し、前記差動増幅器
３８の出力電圧としてはきわめて電源電圧に対する変動
を小さくしている。

速度の基準となる基準電圧は前記差動増幅器３８の出力
電圧を抵抗３９と４０で分圧し、前記抵抗４ｏの端子電
圧として与えられるので、本発明の実施例の直流モータ
の速度制御装置においては、電源電圧の変化があったと
しても前記基準電圧の変化量はきわめて小さく、したが
って、回転速度の変動も極力小さくすることができる。

さて、前記差動増幅器３８に入力オフセット電圧を設定
する方法について説明する。前記差動増幅器３８の能動
負荷として、トランジスタ３１および３２からなるカレ
ントミラー回路が接続され、前記トランジスタ３１のエ
ミッタ抵抗３４と前記トランジスタ３２のエミッタ抵抗
３６が異なる値に設定されている。

ここで、電流電源６の電圧をＶ。。、直流モータ１の回
転速度をＮ、電機子電流をＩａ、）ランジスタ２１．２
６および２７のそれぞれのコレクタ電流をＩ２１．Ｉ２
６および工、□、抵抗３６の抵抗値をＲエ　、抵抗３７
の抵抗値をＲｙ　、抵抗３９の抵抗値をＲ４、抵抗４Ｑ
の抵抗値をＲ６とする。また、前記抵抗３４と抵抗３６
を異なる抵抗値にすることによシ生ずる差動増幅器３８
の入力オフセット電圧をｖｏｓとする。

さて、いま、前記差動増幅器３８および差動増幅器４１
の入力インピーダンスが非常に大きく、その入力電流は
きわめて小さく無視できるものとし、かつ、前記差動増
幅器４１および給電制御トランジスタ７での利得がきわ
めて大きいものとすると、直流モータ１の回転速度Ｎは
次式で表わされる。

ここで、Ｉ工＝Ｉ　２１　＋　Ｉ　２　ｅ　＋　Ｉ　２
□である。

ところで、いま、ブリッジの平衡条件 Ｒ１１１Ｒ２＝’ａ・Ｒａ　　　　　　　　−、−＜２
）が成立するようにすれば、 となり、直流モータ１は電機子電流工、すなわち負荷ト
ルクに影響されず一定回転速度となる。

さて、本装置において直流電源６の電圧Ｖ。。の変化に
対する回転速度Ｎの変動ΔＮ／Δｖ０゜は第（３）式よ
り で表わされる。ここで、 である。

直流電源６の電圧ｖｃ０の変化に対する回転速度Ｎの変
動の因子は前記第（６）〜（４式で表わされる。

まず、前記第（７）式で表わされる電流Ｉｒの変化によ
る回転速度変動であるが、これは前記直流電源６の電圧
が変化した場合、トランジスタ２１．２６および２７の
それぞれのエミッタ吻コレクタ間の電圧が変化し、それ
ぞれのコレクタ電流がアーリ効果により多少変化するこ
とが原因となるものである。第（５）式で表わされる定
電圧回路１８の出力電圧ｖｒｅｆの変化による回転速度
変動であるが、これは前記トランジスタ２１のコレクタ
電流が前記アーリ効果によシ多少変化し、その結果、前
記出力電圧ｖｒｅｆが多少変化することが原因となるも
のである。第（６）式で表わされる差動増幅器３８の入
力オフセット電圧Ｖ。８の変化による回転速度変動であ
るが、これは前記トランジスタ２６のコレクタ電流が前
記アーり効果により多少変化し、その結果、前記オフセ
ット電圧Ｖ。Ｂが多少変化すｔことが原因となるもので
ある。

さて、直流電源６の電圧Ｖ。０の変化に基ずく定電圧回
路１８の出力電圧ｖｒｅｆの変化による回転速度変動分
（第（６）式）と電流Ｉｒの変化による回転速度変動分
（第（７）式）を差動増幅器３８の入力オフセット電圧
Ｖ。Ｓの変化による回転速度変動分（第（６）式）で相
殺するようにすれば、直流モ〜り１は前記直流電源６の
電圧が変化しても回転速度の変動がなくきわめて安定に
制御されることになる０ すなわち、 とするためには を満足するようにすればよい。

以上のように本実施例によれば差動増幅器３８の能動負
荷としてカレントミラー回路を接続し、そのカレントミ
ラー回路のエミッタ抵抗３４と３５の抵抗値を異なる値
とし、前記差動増幅器３８に入力オフセット電圧を発生
させ、そのオフセント電圧が電源電圧の変化により変化
することを利用して電源電圧の変化に対する回転速度の
変化を極力小さくすることができる。

また、半導体集積回路では一般に抵抗値の絶対値のバラ
ツキは大きいが、同一チップ内の抵抗値の比率を正確に
設計し比率のバラツキを小さくすることは容易であシ、
かつ、同一チップ内の各素子間の温度特性のバラツキも
小さい。したがって前記差動増幅器３８に入力オフセン
ト電圧を設定する前記抵抗３４および抵抗３６あるいは
ブリッジ回路を構成する抵抗２．抵抗３および抵抗４を
含めて本発明の速度制御装置を半導体集積回路で構成す
るのに好適である。

なお、上記実施例では差動増幅器３８は定電圧回路１８
の出力電圧を抵抗３６と抵抗３７の直列回路を付加する
ことにより増幅機能を持たせたものとしたが、前記差動
増幅器３８はボルテージホロワとして単なるバッフ１機
能のもので構成してよいことは言うまでもない。

発明の効果 以上の説明から明らかなように被制御直流モータを一辺
に含めて構成したブリッジ回路と、定電流供給手段によ
って駆動される定電圧回路と、同じく定電流供給手段に
よって駆動され前記定電圧回路の出力を増幅する第１の
差動増幅器と、前記第１の差動増幅器の出力電圧をもと
に基準電圧を発生させる手段と、前記ブリッジ回路の検
出端子間の電位差と前記基準電圧とを比較増幅する第２
の差動増幅器と、前記第２の差動増幅器の出力で電源と
前記ブリッジ回路間に挿入した給電制御トランジスタを
制御する手段を備えるとともに、前記第１の差動増幅器
の能動負荷としてカレントミラー回路を接続し、前記カ
レントミラー回路を構成する２つのトランジスタのエミ
ッタ抵抗を異なる抵抗値に選定するように構成している
ので、電踵電圧の変化に対する回転速度の変動のきわめ
て小さい速度制御が実現でき、発電定数の小さな縮小形
直流モータにも好適であり、半導体集積回路化するにも
好適であり、高精度でしかも優れた安定性を有する直流
モータの速度制御装置が実現でき、その実用的効果はき
わめて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における直流モータの速度制
御装置の回路結線図、第２図は従来の直流モータの速度
制御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・・電源、７・・・・・給電制御
トランジスタ、１８・・・・・・定電圧回路、２８・・
・・・定電流供給手段、３１．３２・・・・・・カレン
トミラー回路を構成するトランジスタ、３４．３５・・
・・抵抗、３８・・・・・・第１の差動増幅器、４１・
・・・・第２の差動増幅器。

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
   路で高抵抗辺を構成するブリッジ回路と、定電流供給手
   段によって駆動される定電圧回路と、同じく定電流供給
   手段によって駆動され前記定電圧回路の出力を増幅する
   第１の差動増幅器と、前記第１の差動増幅器の出力電圧
   をもとに基準電圧を発生させる手段と、前記ブリッジ回
   路の検出端子間の電位差と前記基準電圧とを比較増幅す
   る第２の差動増幅器と、前記第２の差動増幅器の出力で
   電源と前記ブリッジ回路間に挿入した給電制御トランジ
   スタを制御する手段を備えるとともに、前記第１の差動
   増幅器の能動負荷としてカレントミラー回路を接続し、
   前記カレントミラー回路を構成する２つのトランジスタ
   のそれぞれのエミッタ抵抗を異なる抵抗値に選定したこ
   とを特徴とする直流モータの速度制御装置。