JPS6237084A

JPS6237084A - 静電誘導サイリスタ直流電動機

Info

Publication number: JPS6237084A
Application number: JP60175336A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nishizawa; 潤一西澤
Original assignee: Semiconductor Research Foundation
Current assignee: Semiconductor Research Foundation
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1985-08-09
Publication date: 1987-02-18

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〕本発明は静電誘導サイリスタを備え、直流電動機の出力
を制御する静電誘導サイリスタ直流電動機に関する。

直流電動機は大きな起動トルクを発生し、低電圧でも大
電流を流して高トルクを得る事などの特徴を有している
が、負荷トルクの変動によって、著しく速度が変化し無
負荷時には回転数が大幅に増加し、暴走することがある
欠点を有している。

〔従来の技術〕

従来、叙上の特徴を有する直流電動機を制御する方法と
して直流電源と電動機の間に抵抗器を直列に入れ、抵抗
可変により電動機に流れる電流を制御し、電動機の出力
を制御する方法が取られていたが、この方法は抵抗器に
よるジュール熱損失が非常に大きく、その分電力損失が
非常に多くなり又放熱器などの装置も必要であり装置を
小型化する事が困難であった。

又、バッテリーや電池を電源とする低電圧小型直流電動
機に対してはバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ等
をスイッチングさせ、直流をパルス化して直流モータを
駆動する方式が取られているが、バイポーラトランジス
タを低電圧で電動機を駆動すべく大電流を流す際にはベ
ースドライブ電流を非常に大きくする必要があり、その
為に大きなドライバーが必要となり効率が悪くなるとい
う欠点を有し、又これを避ける為ダーリントン接続を行
なってドライブ電流を低減すればスイッチング時の立上
り、立下りが悪くなり、その時に電力損失が生じ大きな
発熱を生じる等の欠点が生じていた。又これに換わるス
イッチングスピードの速いＦＥＴを使用した場合、ドレ
イン−ソース間の電圧が小さくなるに従って、入力ゲー
トキャパシタが大きくなり、これを高速でスイッチング
する為にはドライバの出力インピーダンスが充分低くな
ければならず、その為ドライブ電力が天吊に必要となり
、やはり大きな電力損失が生じるという欠点を有し、特
に低電圧駆動の電動機に対しては電動機出力に対してド
ライブ電力や発熱損失が極めて大きな割合を有していた
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、叙上の従来技術の欠点を除去するものであり
、エネルギー損失を極めて減少させかつ軽量小型にて構
成のできる静電誘導サイリスタ直流電動機を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

本発明の静電誘導サイリスタ直流電動機は直流電動機の
前に少なくとも、静電誘導サイリスタから成るか、もし
くは静電誘導サイリスタを一部に有するスイッチング部
を具備して構成される。

〔問題点を解決するための手段〕

静電誘導サイリスタは、西澤潤−博士発明に係り、本願
出願人が既に特公昭５７−９２２６号（特願昭４８−５
６００２号）　「サイリスタ」その他により出願してあ
り、ゲート電圧を零ボルトにするか、順方向に１Ｖ前後
の順方向電圧を加えるだけでターン・オンし、また逆方
向のゲート・カソード間電圧によって順阻止状態にでき
る利点を有している。更に、静電誘導サイリスタを本発
明の制御部のスイッチング部、又はこのスイッチング部
を直流電動機と一体にして組み込めば応答速度が速く、
電子的制御もかけ易く、しかも素子内部での発熱は無く
、たとえあったとしても、従来の大電力用トランジスタ
の発熱に比し桁違いに少なく、きわめて効率良くスイッ
チングができ電力損失を非常に少なくでき、特に低電圧
において効果が著しい特徴を有する。

〔作用・実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である。

この実施例において３は直流電源であり、バッテリーや
太陽電池等使用目的にあったものを用いる。２は静電誘
導サイリスタを含むスイッチング部、１は直流電動機、
４はパルス幅制御部、５はパルス発振部である。

動作は、直流電源３を静電誘導サイリスタを含むスイッ
チング部２によりスイッチングさせ直流電動機１にその
電流を供給する。又スイッチング部２に対しては、パル
ス幅を制御するパルス幅制御部より必要時間のパルス幅
電圧が供給される。パルス幅制御部４に対してパルス発
振部５により時間間隔が制御されたパルス列が供給され
る。従って直流電動Ｒ１はパルス発振部５により出力さ
れるパルス周期とパルス幅制御部４によって変化するパ
ルス幅の比により、回転出力が制御される。

第２図は、パルス制御の一例である。（ａ　）はパルス
発振部５により出力されるパルス列を示し、時間間ＩＴ
にて出力され、パルス幅制御部４に入力される。（ｂ　
）はパルス幅制御部よりスイッチング部２を制御し直流
電動機に加えられるパルス波形である。電動機出力はパ
ルス周期Ｔ対パルス幅１１．１２．１．によって変化し
、Ｔ　：　ｔ　ａの時最大出力となる。

第３図は静電誘導サイリスタ直流型ｆ７１機の具体的−
例である。この実施例における静電誘導サイリスタ直流
電動機は、直流電動機１１の前に、静電誘導サイリスタ
１２を有するスイッチング部を具備している。

図中Ｅは電動機駆動用直流電源、１４は静電誘導サイリ
スタをターン・オンさせるためのｎチャンネルＭＯＳト
ランジスタ、１３はターン・オフさせるためのｎチャン
ネルＭＯＳトランジスタであり、Ｅ、、Ｅ２はそれぞれ
の直流電源である。１５はパルス幅制御部、１６はパル
ス発振部である。

第３図の動作例を第４図及び第５図に示す。

第３図におけるパルス発振部１５から出力されるパルス
列を第４図（ａ　）に示ず。第４図ａ）は時間周期Ｔの
パルス列であり、この出力が第３図１４のパルス幅制御
部に入力されるとパルス幅制御部１４からは、時間のず
れた第４図（ｂ）のパルス及び入力された第４図（ａ）
のパルスが出力される。第４図（ａ）のパルスはｎチャ
ンネルＭＯＳトランジスタに入力され、静電誘導トラン
ジスタ１２のターン・オン信号となる。又、第４図（ｂ
）のパルスはｎチャンネルＭＯＳトランジスタに入力さ
れ、静電誘導トランジスタのターン・オフ信号となり、
直流電動機には電源Ｅにより第４図（Ｃ）のパルス電圧
波形となる。従って電動機出力は、パルス幅制御部１４
の出力パルス幅の間隔により制御できる特徴を有する。

第５図は、第３図パルス幅制御部１４によって制■する
パルス幅を一定時間とし、パルス発振部１５より出力さ
れるパルス周波数を制御し、電動機出力を制御する場合
の動作例である。

この場合、発振周期を変化させることにより第５図（ａ
　）、（ｂ）に示されるＴ、：ｔ１〜Ｔ２：ｊｌ　の比
が変化しｔ／Ｔが１となった時電動機は最大出力となる
。

第６図は、静電誘導サイリスタを有するスイッチング部
を使い直流−直流の変換をし、直流電動機に加える電圧
値を制御する一実施例である。

図中Ｅは直流電源、２０はチョークコイル、２２は中間
タップつきの変圧器で、Ｌ１〜Ｌ４の巻線を利用して形
成されるもの。６２は静電誘導サイリスタＡ及びＢの各
ゲートを駆動するトランジスタＱ、乃至Ｑ４の駆動回路
、Ｑｌ、Ｑ３はそれぞれ静電誘導サイリスタＡ、Ｂをタ
ーン・オンさせるｎチャンネルのＭｏＳトランジスタ、
Ｑ２、Ｑ４はそれぞれ静電誘導サイリスタＡ、Ｂをター
ン・オフさせるｎチャンネルのＭＯＳトランジスタ、Ｖ
　　１■６３　は静電誘導サイリスタＡ、Ｂをターン・
オンさせる直流電源、Ｖ６２　、Ｖ　（，４は静電誘導
サイリスタＡ１Ｂをターン・オフさせる直流電源、６３
は駆動回路６２の電源、２３．２４は整流器からの出力
を両波整流するためのｐｉｎダイオード、２５はチョー
クコイルＬ。、２６は平滑用コンデンサＣ０である。

チョークコイル２５、平滑用コンデンサ２６により、両
波整流波形のリップルが除去され直流電圧が２７．２８
の出力端子間に（ｑられる。

高周波電力は、静電誘導サイリスタ△、Ｂを交互に導通
させることによって発生する。

発生した高周波電力は、変圧機２２により変圧されて、
整流器２３．２４及びろ波器２５．２６により直流に変
換される。ここで、変圧器２２の一次側と二次側の巻線
比を設計条件にもとづき変えることにより、−次側の直
流電源より電圧の高い、又は低い直流−直流変換装置と
なる。

なお、整流器２３．２４は、全波整流のものに限らず、
半波整流、ブリッジ整流のものでもよい。

第７図（ａ）は、第６図に示す駆動回路６２によって発
生するパルス列を示す図である。

図中、横軸は時間Ｔ、縦軸はパルス振幅φを示している
。

φ１によりトランジスタＱ、が導通し、ｖｅｔが静電誘
導サイリスタＡのゲート、カソード間に加わりターン・
オンする。半周開目にφ２によりトランジスタＱ２が導
通し、ＶＣｒ２　が静電誘導サイリスタＡのゲート・カ
ソード間に加わりターン・オフする。

φ２と同じ位相でφ３はトランジスタＱ３を導通させて
、ｖｏう　により静電誘導サイリスタＢがターン・オン
する。−周期口にはφ４によりトランジスタＱ４を導通
させて、ＶＳ２を静電誘導トランジスタＢに加えて静電
誘導サイリスタＢをオフさせる。φ４と同じ位相でφ、
が加わり静？！！誘導サイリスタＡが前と同じようにタ
ーン・オンする。

第７図（ｂ）は、第６図及び第７図（ａ　）で説明した
変圧器２２の一次側の電流変化を示す図である。

図中、横軸は時間ＴＳＩ軸は電流値Ｉである。チョーク
コイル２０は、交番電流が層流電源側に流れるのを阻止
するために設けている。静電誘導サイリスタは、前述し
たように、ゲート電圧によりターン・オン、ターン・オ
フできるので、転流回路を必要としない利点がある。

静電誘導サイリスタは、ターン・オン、ターン・オフが
非常に高速であり、ターン・オフ時間０．１μｓｅｃ程
度のものにより、はぼ１００ｋＨ２以上の高周波の発生
が、９０％以上の効率で１りることかできる。

上記の動作を利用し、パルス周期とパルス幅を制御する
ことにより第７図（ｂ）に示される波形の周期を変化さ
せることができ、周期時間を長くすれば端子２７〜２８
に生ずる直流電圧は下り、又周期時間を短くし、連続周
期とすれば最大電圧が生じる。このことにより直流電動
機に加える電圧パルスを、静電誘導サイリスタによりス
イッチング制御により可変でき電動機の出力を制御でき
る。又第６図６４は第３図に構成されるパルス制御部を
そのまま使用してもよい。

この場合、端子２７及び２８に出力される電圧をそのま
ま直流電源として使用でき、前記述べた電圧制御と組み
合わせると、パルス撮幅制御による直流電動機の出力制
御が可能となる。

又、切換スイッチＳ１及びＳ２を連動切換により電動機
が回生制動を行なっている時の起電力を昇圧し電源Ｅ（
バッテリー等）に充電できる特徴を有し、エネルギーの
再利用ができる特徴を有する。

以上述べたように本発明は、直流電源を必要とする電動
機に対し電力損失を楊めて少なく制御でき、又小型軽量
に構成できる工業的に価値の高い特徴を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例、第２図はパルス幅制御の
説明図、第３図は本発明の具体的回路例、第４図及び第
５図第３図の動作を示す図、第６図は直流電動機に印加
する電圧値を制御する実施例、第７図は第６図の実施例
の動作を示す図である。１・・・直流型ｅ礪、２・・・スイッチング部、３・・
・直流電源、４・・・パルス幅制御部、５・・・パルス
発振部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直流電動機の前段に少なくとも静電誘導サイリス
タを一部に有するパルス幅制御部を有し、前記パルス幅
制御部により直流電源より前記直流電動機に供給される
電流のパルス幅を変化させ前記直流電動機の出力を制御
することを特徴とする静電誘導サイリスタ直流電動機。
（２）前記パルス幅制御部が静電誘導サイリスタである
ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の静電
誘導サイリスタ直流電動機。
（３）直流電動機の前段に少なくとも静電誘導サイリス
タを一部に有するパルス周波数制御部を有し、前記パル
ス周期数制御部により直流電源より前記直流電動機に供
給される電流のパルス周波数を変化させ前記直流電動機
の出力を制御することを特徴とする静電誘導サイリスタ
直流電動機。
（４）前記パルス周波数制御部が静電誘導サイリスタで
あることを特徴とする前記特許請求の範囲第３項記載の
静電誘導サイリスタ直流電動機。
（５）直流電動機の前段に少なくとも静電誘導サイリス
タを一部に有するパルス振幅制御部を有し、前記パルス
振幅制御部により直流電源より前記直流電動機に供給さ
れる電流のパルス振幅を変化させ前記直流電動機の出力
を制御することを特徴とする静電誘導サイリスタ直流電
動機。
（６）前記パルス振幅制御部が静電誘導サイリスタであ
ることを特徴とする前記特許請求の範囲第５項記載の静
電誘導サイリスタ直流電動機。