JPS6141437Y2

JPS6141437Y2 -

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Publication number: JPS6141437Y2
Application number: JP1979120224U
Authority: JP
Priority date: 1979-08-31
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1986-11-25
Also published as: JPS5638599U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、４つの端子を備えた速度制御用IC
を用いて、小型直流モータの回転速度の制御を行
なう装置に関するものである。

一般に、界磁を有する直流モータは、内部抵孔
Ｒ_Oと直流モータの回転によつて誘起される逆起
電力Ｅ_Oとを直列に結線した等価回路であらわさ
れる。

今今直流モータの回転速度をＮとし、Ｚを電機
子に巻かれた線材の巻線数、Φを直流モータに生
ずる磁束Ｎと、K₂比例定数とするとき、回転速
度Ｎと逆起電力Ｅ_Oとの間には、次の関係式があ
る。

Ｅ_O＝Ｎ・Ｋ₂Φ ……(1) また、直流モータに流れる電流をＩ_a、直流モ
ータの負荷トルクをＴ_dとするとき、負荷トルク
Ｔ_dと電流Ｉ_aとの間には、次の関係式がある。

Ｔ_d＝Ｋ₁ＺΦ・Ｉ_a ……(2) 更に、直流モータの両端に生ずる端子電圧をＶ
_nとすると、逆起電力Ｅ_Oと電流Ｉ_aと端子電圧Ｖ_n
との間には、次の関係式がある。

Ｖ_n＝Ｅ_O＋Ｒ_OＩ_a ……(3) そして、この(3)式を変形すると、下記に示す
(3)′式が得られる。

Ｅ_O＝Ｖ_n−Ｒ_OＩ_a ……(3)′ (3)′式から明らかなように、起電力Ｅ_Oは直流モ
ータに流れる電流Ｉ_aに依存する。

このように、直流モータに流れる電流Ｉ_aの変
動によつて、起電力Ｅ_Oが変動するので、(1)式か
ら明らかに回転速度Ｎも変動する。そして、(2)式
から明らかに、電流Ｉ_aは負荷トルクＴ_dによつて
変化する。従つて、負荷トルクＴ_dの変化にかか
わらず、回転速度Ｎを一定に保つようにするため
には、式(3)′の端子電圧Ｖにより、式(3)′の−Ｒ_O
Ｉ_aを相殺するようにすればよいことがわかる。

つまり、直流モータの両端に−Ｒ_OＩ_aを相殺す
る電圧を加えてやると、直流モータは負荷の変化
等に依存しない一定の回転速度を得ることがで
き、回転速度の制御を行なうことができることと
なる。

従来から、以上に説明した原理は知られてお
り、たとえば特開昭53−142611号公報には３つの
端子を有する速度制御用ICを用いて、回転速度
の制御を行なう装置が開示されている。

第１図はこの３端子を有する速度制御用ICを
用いた速度制御装置の回路図で、図中において、
１は速度制御用IC、Rt、Rsはそれぞれ抵抗、Ｑ
₁、Ｑ₂はトランジスタ、１は入力用端子ピン、２
は出力用端子ピン、３は基準用端子ピンをそれぞ
れ示す。また、Ia、Itはそれぞれ図中の矢印に示
す部分に流れる電流、Roは直流モータの等価回
路の内部抵抗、Eoは等価回路の逆起電力、Eref
は基準電圧、Ｖ_ccは電源電圧、１ａは誤差検出回
路をそれぞれ示す。

この３端子の速度制御用ICを備えた速度制御
装置にあつては、直流モータに加わる電圧Ｅ_S
は、Ｅ_S＝Eref＋（Eref／Rs）・Ｒ_t＋Ｒ_t・Ｉ_a／Ｋ ……(4)′となる。

一方、直流モータの両端に生ずる端子電圧Ｖ_n
は、式(3)から、Ｖ_n＝Eo＋Ｒ_OＩ_aであるので、直
流モータの端子電圧Ｖ_nと直流モータに加わる電
圧Ｅ_Sとにより、下記の式が求まる。

Ｅ_O＝Eref＋（Eref／Rs）・Ｒ_t＋Ｒ_t／Ｋ−Ｒ_O）Ｉ_a ……(4) また、(4)式と(1)式と(2)式とにより、下記の式が
求まる。

Ｎ＝Ｅｒｅｆ＋（Ｅｒｅｆ／Ｒｓ）・Ｒ_ｔ／Ｋ_２ＺΦ −Ｔｄ（Ｒｏ−Ｒ_ｔ／Ｋ）／Ｋ_１ＺΦ・Ｋ_２ＺΦ……
(5) (5)式において、Ｒ_O−Ｒ_t／Ｋ＝０となるように
Ｒ_tを設定すれば、回転速度Ｎを負荷トルクTdの
変化にかかわらず一定に保つことができる。

しかしながら、ある温度において、Ro＝Rt／
Ｋとなるように抵抗Ｒ_tを設定したとしても、温
度が変動した場合には、正の温度係数を有する内
部抵抗Ｒ_Oの抵抗値が変動するので、Ro≠Ｒ_t／Ｋ
となり、負荷トルクTdの変化による影響が温度
変動との相乗作用で回転速度Ｎに生ずることとな
る。従つて、温度変動があつた場合にあつても、
負荷トルクTdに対して回転速度Ｎを一定に保つ
ためには、抵抗Ｒ_tに正の温度係数を持たせる必
要がある。

しかし、抵抗Rtに正の温度係数を与えた場
合、式(5)のＥｒｅｆｆ＋（Ｅｒｅｆ／Ｒｓ）・Ｒ_ｔ
／Ｋ_２ＺΦにＲ_tの項が含まれているので、回転速度Ｎは温度変化により変
動することとなる。

即ち。従来の３端子の速度制御用ICを用いた
速度制御装置にあつては、温度変化があつた場合
において負荷トルクTdに対して安定した回転速
度Ｎを得ようとすると、温度変化により回転速度
Ｎが変動するという欠点つまり温度変化に対して
回転速度の制御ができないという欠点があつた。

また、磁束Φは温度が上昇すると共に減少する
ものであるから、式(5)から明らかなように、回転
速度Ｎは磁束Φの変化によつても変動するという
欠点があつた。

本考案は上記欠点に鑑みて為されたもので、本
考案の目的は、温度上昇により抵抗Ｒ_t、磁束
Φ、内部抵抗Ｒ_Oなどが変化したとしても、回転
速度Ｎを一定に保つことができる速度制御装置を
提供する点にある。

以下に、第２図に示した図面をもとにして本考
案の１実施例を説明する。

図中において、直流モータの速度制御用IC１
０は、基準端子１と、逆起電力Ｅ_Oの等価電圧を
検出する検出端子２と、出力端子３と、接地され
た端子４とを備えている。以下、説明の便宜上、
端子１乃至４を、それぞれ順に第１、第２、第
３、第４の端子と呼ぶことにする。そして、この
第１の端子１と第４の端子４との間には、分流用
トランジスタＱ₁のコレクタ・エミツタが順方向
に抵抗Ｒ₁を介して接続してある。また、第３の
端子３と第４の端子４との間には、複数の駆動ト
ランジスタＱ₂乃至Ｑ_oのコレクタ・エミツタが順
方向に各抵抗Ｒ₂……Ｒ_oを介してそれぞれ接続し
てある。そして、これらのトランジスタＱ₁Ｑ₂…
…Ｑ_oの各ベースは、それぞれ誤差検出回路１０
ａの出力端子に接続してある。そして、この誤差
検出回路には、たとえば差動増巾器が用いてあ
り、この差動増巾器の入力端子Ｂと第１の端子１
との間には、基準電圧源Erefが設けてある。ま
た他方、この差動増巾器の入力端子Ｃは、第２の
端子２に接続してある。このようにして、４端子
を有する速度制御用IC１０は構成される。

次に、外部回路素子の構成について説明する。

電源端子Vccと第３の端子３との間には直流モ
ータＭが接続してあり、一方、電源端子Vccと第
１の端子１との間には、抵抗Ｒ_tが接続してあ
る。更に、第１の端子１と第３の端子３とには、
互いに温度係数が異なる抵抗Ｒ^a、Ｒ_bが直列に接
続してある。抵抗Ra、Rbは分圧回路となつてお
り、抵抗Ｒ_aと抵抗Rbの接続点、云いかえると分
圧点は第２の端子２に接続してある。この場合、
抵抗Ｒ_aの抵抗部材として、金属被膜抵抗器を用
い、抵抗Rbの抵抗部材としてカーボン抵抗器あ
るいはサーミスタを用うれば、抵抗Ｒ_bの温度係
数よりも、抵抗Raの温度係数を大きめに設定で
きる。また、逆に抵抗Raの抵抗部材として、カ
ーボン抵抗器あるいはサーミスタを用い、抵抗Ｒ
_bの抵抗部材として金属被膜抵抗器を用うれば、
抵抗Raの温度係数よりも、抵抗Ｒ_bの温度係数を
大きめに設定できる。

このように、小型直流モータの速度制御装置を
構成すると、直流モータＭに流れる電流Ｉ_aは、
抵抗Ｒ_tに流れる電流ItのＫ倍となる。

Ia＝Ｋ・It ……(6) また、抵抗Ｒ_tを流れてIC１０を作動させる微
小なバイアス電流をIr、抵抗Rt、Ra、Rbを流れ
る微小な電流をIsとする。ここで、入力端子BC
間は短絡状態とみなせることから、下記に示す式
が得られる。

Is＝Eref／Ra ……(7) 更に、抵抗Ｒ_tには電流It、Is、Irが流れている
ので、電源端子Ｖ^CCと誤差検出回路１０ａの入力
端子Ｂとの間の電圧VABは、下記に示す式によ
つて与えられる。

Ｖ^AB＝Ｅ_ref＋（Is＋Ir＋It）・Ｒ_t ……(8)′ (8)′式は、Ｉ_tに比較してIs、Irを微小に設定で
きるので、下記に示す式に変形することができ
る。

Ｖ^AB＝Eref＋Ｉ_t・Ｒ_t ……(8) 一方、電源端子Vccと誤差検出回路１０ａの入
力端Ｃとの間の電圧Ｖ_AC、即ち直流モータＭと抵
抗Rbとからなる直列回路の電圧Ｖ_ACは、低抵抗
Ｒ_Oに電流Iaが流れており、抵抗Ｒ_bに電流Isが流
れているので、下記に示す式によつて与えられ
る。

Ｖ^AC＝Ｅ_O＋Ia・Ro−Ｒ_bＩ_S ……(9)′ (9)′式を(7)式を用いて変形すると、Ｖ^AC＝Ｅ_O＋Ro・Ia−Ｒ_b・Ｅ_ref／Ｒ_a ……(9) 式を得ることができる。

Ｖ^ABはＶ^ACと等しいので、(8)式と(9)式とによ
り、下記の式を得る。

Ｅ_OEref（１＋Rb／Ra）＋Ｉ_t・Ｒ_t−Ｉ_aＲ_O ……(10) そして、(10)式のＩ_tを(6)式を用いて消去する
と、下記の式が得られる。

Ｅ_O＝Ｅ_ref（１＋Rb／Ｒ_a）＋（Ｒ_t／Ｋ−Ｒ_O）Ｉ_a ……（11）また、(1)式、(2)式を（11）式に適用すると、下
記の式を得ることができる。

Ｎ＝Ｅｒｅｆ／Ｋ_２ＺΦ（１＋Ｒｂ／Ｒａ） −Ｔ_ｄ（Ｒ_Ｏ−Ｒ_ｔ／Ｋ）／Ｋ_１ＺΦ・Ｋ_２ＺΦ……
（12）なお、この式（12）は以下のようにして求める
ことができる。

即ち式(1)、式(2)、式(3)、式(6)、式(7)、式(8)、式
(9)、及びモータのトルクＴ_nと回転速度Ｎとの間
にある関係式Ｎ＝Ｔ_nJSと、Ｉ_a＝（VAB−VAC）
gmとの関係式により信号伝達線図を作成し、こ
れにより基準電圧Ｅ_ref（Ｓ）と回転速度Ｎ
（Ｓ）との関係式、Ｎ（Ｓ）／Ｅｒｅｆ（Ｓ）＝（１＋Ｒｂ／Ｒａ）／Ｋ_２ＺΦ／Ｓ｛Ｊ（Ｒ_Ｏ−Ｒ_ｔ／Ｋ）／Ｋ．ＺΦ・Ｋ_２ＺΦ｝
＋１及び、負荷トルクTLと回転速度Ｎ（Ｓ）との関
係式、Ｎ（Ｓ）／Ｔｄ（Ｓ）＝−（Ｒ_Ｏ−Ｒｔ／Ｋ）／Ｋ_１ＺΦ・Ｋ２ＺΦ／Ｓ｛Ｊ（ＲＯ−Ｒ_ｔＫ）／Ｋ１ＺΦ・Ｋ_２ＺΦ｝＋１を得る。

これら両式において、ラプラス変換素子Ｓ＝
０、ゲインgm→∞とすると、（12）式を得ること
ができる。

そして、式（12）において、Rt／Ｋ＝Ｒ_Oとな
るように抵抗Ｒ_tを設定すると、式（12）の負荷
トルクＴ_dを含む項が０となるので、回転速度Ｎ
は負荷トルクＴ_dの変化にかかわれず回転速度Ｎ
を定に保つことができる。

更に、本実施例にあつては、抵抗Raの温度係
数を抵抗Ｒ_bの温度係数よりも大きめに設定すれ
ば、たとえ磁束Φが温度上昇によつて減少したと
しても、式（12）のＥ_ｒｅｆ／Ｋ_２ＺΦ（１＋Ｒ_b／Ra
）に含まれるＲ_b／Raを温度上昇によつて減少させるこ
とができるので、分母に含まれる磁束Φの変動と
分子に含まれる抵抗比Ｒ_b／Raの変動とが相殺さ
れることとなり、回転速度Ｎを温度上昇に対して
一定とすることができる。

また、逆に抵抗Ｒ_bの温度係数を抵抗Ｒ_aの温度
係数よりも大きめに設定した場合について第４図
を参照しつつ説明する。

図において、実線は温度ｔにおいて、Ｒ_t／Ｋ
≒Ｒに設定した場合の回転速度Ｎと負荷トルク
Tdとのグラフを示している。理論的にはＲ_t／Ｋ
＝Ｒ_OとなるようにＲ_tを設定できるが、実際には
Rt／Ｋ＝Ｒとなるように近似的にＲ_tが設定され
るので、回転速度Ｎは負荷トルクの変化によつて
若干の影響を受ける。温度ｔが、温度ｔ＋αに上
昇すると、回転速度Ｎは破線に示すグラフで表わ
される。

この時、たとえば負荷トルクT′_dで直流モータ
使用した場合、負荷トルクT′_dにおける回転速度
はN′_Oとなる。この場合、式（12）の第１項
Ｅ_ｒｅｆ（１＋Ｒ_ｂ／Ｒ_ａ）／Ｋ_２ＺΦに含まれる抵抗
Rb／Raは温度上昇によつて増大することとなり、磁束Φは減少す
ることとなるので、Ｅ_ｒｅｆ（１＋Ｒ_ｂ／Ｒａ）／Ｋ_２ＺΦは増大する。

この場合の回転速度Ｎを一点鎖線でグラフに示
す。ここでわかる事は、負荷トルクT′_dにおいて
温度がｔからｔ＋αに上昇したとしても、負荷ト
ルクT′_dにおける温度ｔ＋αでの回転速度Ｎを負
荷トルクT′dにおける温度ｔでの回転速度Ｎに近
づけることができる。即ち、本考案にあつては、
温度変化によつて抵抗Ｒ_t、磁束Φが変化したと
しても回転速度Ｎが一となるように制御をかける
ことができるという事である。

本考案は、以上説明したように４端子を備えた
速度制御用ICの第１の端子と第３の端子との間
に分圧回路を設け、分圧回路の分圧点の両側に互
いに抵抗の温度係数が異なる抵抗部材をそれぞれ
設けたので、負荷トルクの変動にかかわらず回転
速度を安定に保つことができるという効果を奏す
ると共に、温度変化に伴つて変動する磁束等にか
かわらず回転速度を安定に保つことができるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の直流モータの速度制御装置を
示す回路図、第２図は本考案に係る小型直流モー
タの速度制御装置を示す回路図、第３図は本考案
に係る小型直流モータの速度制御装置の制御の流
れを示す信号伝達線図、第４図は制御をかけた場
合における回転速度と負荷トルクとの関係図であ
る。１０……直流モータの速度制御用IC、１０ａ
……誤差検出回路、Ra、Ｒ_b……分圧回路に設け
られた抵抗、Ｍ……直流モータ、Ｒ……負荷トル
クに無関係に回転速度を制御するための抵抗、Ｑ
₁……分流トランジスタ、Ｑ₂〜Ｑ_o……駆動トラ
ンジスタ、Eref……基準電圧、１……第１の端
子、２……第２の端子、３……第３の端子、４…
…第４の端子。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

第１及び第２の端子とこの各端子に対応した誤
差検出回路の２つの入力端子との線路間に基準電
圧源を設け、第３の端子と接地された第４の端子
との間に駆動トランジスタを接続し、前記第１の
端子と第４の端子との間に分流トランジスタを設
け、前記第３の端子に流れる負荷電流に比例した
電流が前記第１の端子に流れるように構成され、
かつ前記第１及び第３の端子の間に発生する電圧
に対応した電圧を前記第２の端子に加え、この電
圧と前記基準電圧とを前記誤差検出回路によつて
検出し、この誤差検出回路の出力信号を前記分流
及び駆動トランジスタの制御入力端子に加えてな
る直流モータ制御用ICを備え、電源端子と前記
第３の端子との間に直流モータを接続する一方、
前記電源端子と前記第１の端子との間に抵抗を接
続し、前記第１の端子と第３の端子との間に分圧
回路を接続し、この分圧回路の分圧点を前記第２
の端子に接続した速度制御装置において、前記分
圧回路の分圧点の両側に互いに温度係数が異なる
抵抗部材を夫々設けたことを特徴とする小型直流
モータの速度制御装置。