JPS6238958B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、モータの電機子巻線切換装置に関
し、特にたとえばブラシレスの直流モータを高効
率で回転速度制御するために電機子巻線の巻数を
スイツチによつて切換えるための電機子巻線切換
装置の改良に関する。

近年VTRの回転ドラム駆動モータ、キヤプス
タン駆動モータあるいはリール駆動モータとして
直流ブラシレスのトランジスタDD（Direct
Drive）モータが多用されるようになつてきた。
DDモータはその回転軸で負荷軸を直接駆動する
ものであり、駆動モータ軸と負荷軸との間に動力
伝達機構が存在しないため、経年変化や回転むら
等の性能に対して安定した特性が得られ、ベルト
やアイドラなどを介して駆動する方式と比較して
信頼性、寿命の点で優れている。

ところで、たとえばDDモータが用いられる
VTRのキヤプスタン駆動では再生時の低速回
転、スローモーシヨン再生時の超低速回転さらに
は早送り再生時の高速回転といつた種々のモード
変化がある。また、リール駆動モータについても
高、低速運転モードがある。そして、DDモータ
を使つて種々の運転モードを実現するためには、
各モードの要求回転数および負荷に対して効率良
くモータを運転しなければならない。ところが
DDモータではベルトドライブ方式などと違つて
動力伝達機構で減速等による制御をすることがで
きないため、従来は主としてモータへの供給電圧
を変化させて回転数を変化させていた。しかし、
この電圧調整にたとえばドロツパ方式を採用した
場合、低速回転時の電力損失が多く、たとえばバ
ツテリを電源とした携帯用VTR等には不適当で
ある。また、チヨツパ方式を採用した場合、電力
損失は少なくなるが、高コスト、大形化、ノイズ
等の問題が生じる。そこでこのような従来の方式
の欠点を除去し、モータの高、低速各状態で常に
高効率の回転速度制御を行なうために、回転モー
ドに応じて電機子巻線（の巻数）を切換える方法
が提案されている。

第１図は従来のモータの電機子巻線切換装置を
示す概略回路図である。構成において、この回路
で用いられているモータはいわゆるブラシレスの
トランジスタモータであり、そのモータの電機子
巻線は３相であり、電機子巻線１Ｕ，１Ｖ，１Ｗ
を含む。これら３相の電機子巻線１Ｕ，１Ｖ，１
Ｗには、それぞれ、中間タツプ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ
が設置されている。そして、電機子巻線１Ｕない
し１Ｗのそれぞれの一端はリレー回路Ｂに接続さ
れ、またそれぞれの他端はドライブ回路７に接続
されている。中間タツプ２Ｕないし２Ｗはそれぞ
れリレー回路Ａに接続されている。リレー回路Ａ
は中間タツプ２Ｕと２Ｖとの間に介挿される常開
接点３１と、中間タツプ２Ｖと２Ｗとの間に介挿
される常開接点３２とを含む。またリレー回路Ａ
は切換信号入力端子１０，１１からの切換信号を
受けるリレーコイル５を含む。そして、切換信号
があるときすなわち切換信号入力端子１０，１１
にたとえばレー電源（図示せず）から直流電圧が
印加されているときリレーコイル５は付勢され、
応じて常開接点３１，３２が短絡される。一方、
リレー回路Ｂは電機子巻線１Ｕと１Ｖとの間に介
挿される常閉接点４１と、電機子巻線１Ｖと１Ｗ
との間に介挿される常閉接点４２とを含む。ま
た、リレー回路Ｂは切換信号入力端子１０，１１
からの切換信号を受けるリレーコイル６を含む。
そして、リレーコイル６はリレーコイル５と同様
に切換信号があるとき付勢され、応じて常閉接点
４１，４２は開放される。ドライブ回路７はたと
えばホール素子等を含み、モータの界磁（図示せ
ず）と電機子巻線１Ｕないし１Ｗとの相対位置を
検出して、各電機子巻線１Ｕないし１Ｗに所定の
電機子電流を流すための電圧を印加する。

動作において、まずリレー回路Ａの常開接点３
１，３２が開放、リレー回路Ｂの常閉接点４１，
４２が短絡のときの動作（以下モード１と称す
る）について説明する。このとき常閉接点４１，
４２が短絡しているため、各電機子巻線１Ｕない
し１Ｗのそれぞれの一端が短絡状態になる。ま
た、常開接点３１，３２が開放しているので各中
間タツプ２Ｕないし２Ｗ間は開放状態となる。し
たがつて、ドライブ回路７からの電流は各電機子
巻線１Ｕないし１Ｗの所定のものの全巻数に供給
される。

次に、切換信号入力端子１０，１１間に直流電
圧を印加してリレーコイル５および６を付勢して
常開接点３１，３２を短絡し常閉接点４１，４２
を開放したときの動作（以下モード２と称する）
について説明する。このとき、各中間タツプ２Ｕ
ないし２Ｗ間はリレー回路Ａによつて短絡され、
各電機子巻線１Ｕないし１Ｗのそれぞれの一端は
開放される。したがつて、ドライブ回路７からの
電流は各電機子巻線１Ｕないし１Ｗの全巻数には
供給されない。すなわち、各電機子巻線１Ｕない
し１Ｗの各中間タツプ２Ｕないし２Ｗからドライ
ブ回路７側部分の巻線にのみ電流が流されること
になり、各電機子巻線１Ｕないし１Ｗの各中間タ
ツプ２Ｕないし２Ｗからリレー回路Ｂ側部分の巻
線はモータの動作には関係しなくなる。

ところで、ブラシレストランジスタモータは直
流モータと同じ特性を持つが、このトルク対速度
特性は次式で表わされる。

Ｔ＝Ｋ_Ｔ／Ｒ（Ｖ−Ｋ_EＮ） ただし、Ｔはトルク、Ｖは供給電圧、Ｒは電機
子巻線の抵抗、Ｎは回転数、Ｋ_Tはトルク定数、
Ｋ_Eは逆起電力定数を示す。

上式の関係を図示するとたとえば第２図の直線
群または群のようになる。モータの無負荷最
高回転速度Nmaxは上式からNmax＝Ｖ／Ｋ_Ｅであるこ とがわかる。今、モード１のモータ特性が第２図
の直線群であるとする。ただしパラメータＶ
１，Ｖ２，Ｖ３は供給電圧である。そして、モー
ド２のようにモータの電機子巻線１Ｕないし１Ｗ
の一部分だけを使つた場合、モータが同じ速度で
回転したときの逆起電力は電機子巻線１Ｕないし
１Ｗ全体を使つた場合と比較し小さくなる。すな
わち、モード２の動作時の逆起電力定数Ｋ_Eはモ
ード１の場合よりも小さくなる。トルク定数Ｋ_T
と逆起電力定数Ｋ_Eとは一定関係にあることか
ら、モード２のモータ特性はそれぞれ同じ供給電
圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のとき第２図の直線群のよ
うになる。第２図において回転数Ｎ＝０のときの
トルクＴの値が直線群と直線群と等しくなつ
ているが、これはモード１，モード２でのトルク
定数Ｋ_T1，Ｋ_T2と電機子巻線抵抗Ｒ１，Ｒ２との
間にＫ_Ｔ１／Ｒ１≒Ｋ_Ｔ２／Ｒ２の関係があるものとし
て一致させ ているものである。第２図の２つの特性曲線を見
ると直線群は低速、高トルク、直線群は高
速、低トルクの負荷に適する特性であるといえ
る。このように電機子巻線を切換可能に構成すれ
ば、モータを低速回転、高速回転のいずれの場合
にも高効率で使用できる。

しかし、第１図の回路ではモータを高速から停
止、または高速から低速に切換える際にドライブ
回路７を遮断するだけなのでモータの減速に時間
を要してしまう。また、減速が十分行なわれてい
ない状態で常開接点３１，３２を開放し、常閉接
点４１，４２を短絡すると各電機子巻線１Ｕない
し１Ｗに発生している逆起電力がまだ高い状態に
あり接点の切換によつて高圧の過渡電圧が生じ
る。したがつて、接点に火花等が生じたりし接点
寿命を縮める等の欠点がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は上述の欠
点を解消し素早く減速ができまた電機子巻線を切
換えてもリレー回路の接点を劣化させることのな
いモータの電機子巻線切換装置を提供することで
ある。

この発明は、要約すれば、高速回転用の電機子
巻線と低速回転用の電機子巻線とを含むモータ
に、高速回転用の電機子巻線の各一端を相互に開
放または短絡させるための第１のリレー回路と、
低速回転用の電機子巻線の各一端を相互に短絡ま
たは開放させるための第２のリレー回路とを設
け、第１のリレー回路によつて低速回転用電機子
巻線のそれぞれの相互の一端が短絡されたとき第
２のリレー回路による高速回転用電機子巻線のそ
れぞれの一端の開放を所定時間遅延させるように
したものである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は、図面を参照して行なう以下の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。

第３図はこの発明の一実施例を示す概略回路図
である。構成において、この実施例は切換信号入
力端子１０とリレーコイル５との間にダイオード
８を設けたこととリレーコイル５の両端に並列態
様にコンデンサ９を設けたこと以外は第１図と同
様であつてよい。したがつて相当する部分には同
様の参照番号を付しその詳細な説明を省略する。

動作において、切換信号入力端子１０，１１に
直流電圧が印加されていないときはリレーコイル
５および６は付勢されていないので、常開接点３
１，３２は開放、常閉接点４１，４２は短絡であ
る。このときドライブ回路７によつてモータを低
速回転させ、たとえばVTRのキヤプスタンモー
タにあつては、通常再生を行なうべくテープを通
常走行させる。逆に、切換信号入力端子１０，１
１に直流電圧が印加されているときは、リレーコ
イル５および６が付勢されるので、常開接点３
１，３２は短絡、常閉接点４１，４２は開放であ
る。このときドライブ回路７によつてモータを高
速回転させ、たとえばキヤプスタンを20倍速で回
転させ20倍速の再生を行なう。

次に、モータの回転速度を高速回転から低速回
転に移行させるときの動作について説明する。こ
のときドライブ回路７から各電機子巻線１Ｕない
し１Ｗへの電流の供給は停止される。また切換信
号入力端子１０，１１への直流電圧の印加も停止
される。すると、リレーコイル６は即座に通電を
解かれて消勢され、常閉接点４１，４２は元の短
絡状態に復帰する。しかし、コンデンサ９に充電
された電荷はダイオード８によつて切換信号入力
端子１０側への放電が阻止されているためリレー
コイル５へ流れ込む。したがつて、リレーコイル
５には切換信号が除去されてもしばらくの間第４
図に示すようなコンデンサ９の容量とリレーコイ
ル５の抵抗成分とによる時定数で決まる曲線にし
たがつて時間と共に減少する電流が流れる。この
結果リレーコイル５の電圧が復帰電圧（第３図の
ｉ１における電圧）に下がるまでは常開接点３
１，３２の状態は変化せず一定時間Ｔ（第４図参
照）だけ短絡状態を保持する。この短絡状態保持
期間中は各電機子巻線１Ｕないし１Ｗのそれぞれ
の中間タツプ２Ｕないし２Ｗからリレー回路Ｂ側
部分が閉ループを形成するのでモータは発電機と
して機能する。したがつてモータには発電制動が
かかり速やかに減速させられる。

上述のようにこの実施例によればモータの高速
回転から低速回転への移行が短縮できる。また電
機子巻線１Ｕないし１Ｗに発生する逆起電力が十
分小さくなつてから常開接点３１，３２を開放す
るので接点を劣化させることがない。さらに、こ
の実施例では電機子巻線１Ｕないし１Ｗの中間タ
ツプ２Ｕないし２Ｗ側に常開接点を配し、電機子
巻線１Ｕないし１Ｗの一端側に常閉接点を配して
いるので、たとえばVTRのキヤプスタンモータ
の場合ように、モータの駆動の大半を低速回転さ
せ高速回転させる時間は比較的少ないといつた使
用条件では、リレーコイル５および６への通電時
間を短くすることができる。したがつて消費電力
の低減が図れる。

第５図はこの発明の他の実施例を示す概略回路
図である。この実施例は第３図とは異なり低速回
転用の電機子巻線１Ｕないし１Ｗと高速回転用の
電機子巻線１U′ないし１W′とを別々に設け、そ
れぞれの一端をリレー回路ＡおよびＢで切換える
ようにした。

第６図はこの発明のさらに他の実施例を示す概
略回路図である。この実施例は第３図とは異なり
電機子巻線１Ｕないし１Ｗとドライブ回路７との
間にリレー回路ＡおよびＢを設けた。

以上のように、この発明によれば、一方のリレ
ー回路によつて低速回転用の電機子巻線のそれぞ
れの一端が短絡されたとき他方のリレー回路によ
る高速回転用の電機子巻線のそれぞれの一端の開
放を所定時間遅延させて電機子巻線に発生する逆
起電力が十分小さくなつてから行なうようにした
ので、リレー回路の接点を保護することができ
る。また、他方のリレー回路の動作が遅延されて
いる間はモータが発電機として機能するので、高
速回転から低速回転への減速時間を短縮すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のモータの電機子巻線切換装置を
示す概略回路図である。第２図はモータの回転数
―トルク特性を示すグラフである。第３図はこの
発明の一実施例を示す概略回路図である。第４図
はリレーコイル５に流れる電流を示すグラフであ
る。第５図はこの発明の他の実施例を示す概略回
路図である。第６図はこの発明のさらに他の実施
例を示す概略回路図である。 図において、１Ｕ，１Ｖおよび１Ｗは電機子巻
線、１U′，１V′および１W′は高速回転用電機子
巻線、３１，３２および３３は常開接点、４１，
４２および４３は常閉接点、５および６はリレー
コイル、７はドライブ回路、８はダイオード、９
はコンデンサ、１０および１１は切換信号入力端
子を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高速回転用の複数相の電機子巻線と低速回転
   用の複数相の電機子巻線とを含むモータの高速回
   転用または低速回転用の電機子巻線を切換えるた
   めのモータの電機子巻線切換装置であつて、 切換信号が与えられる切換信号入力端子、 前記切換信号に応答して前記高速回転用電機子
   巻線の各相の一端を相互に短絡または開放させる
   第１のリレー回路、 前記切換信号に応答して前記低速回転用電機子
   巻線の各相の一端を相互に開放または短絡させる
   第２のリレー回路、および 前記第１のリレー回路によつて前記低速回転用
   電機子巻線の各相のそれぞれの一端が相互に短絡
   されたとき前記第２のリレー回路による前記高速
   回転用電機子巻線の各相のそれぞれの一端の開放
   を所定時間遅延させるための遅延手段を備える、
   モータの電機子巻線切換装置。 ２ 前記第１のリレー回路は、 前記切換信号が与えられ前記切換信号に応答し
   て付勢または消勢される第１のリレーコイルと、 前記第１のリレーコイルの付勢または消勢に応
   答して前記高速回転用電機子巻線の各相のそれぞ
   れの一端を相互に短絡または開放する第１のスイ
   ツチとを含み、 前記第２のリレー回路は、 前記切換信号が与えられ前記切換信号に応答し
   て付勢または消勢される第２のリレーコイルと、 前記第２のリレーコイルの付勢または消勢に応
   答して前記低速回転用電機子巻線のそれぞれの一
   端を相互に開放または短絡する第２のスイツチと
   を含み、 前記遅延手段は前記第１のリレーコイルの両端
   に並列態様に接続されるコンデンサを含む、特許
   請求の範囲第１項記載のモータの電機子巻線切換
   装置。 ３ 前記第１のスイツチは常開接点であり、 前記第２のスイツチは常閉接点である、特許請
   求の範囲第２項記載のモータの電機子巻線切換装
   置。 ４ 前記低速回転用電機子巻線の一部と前記高速
   回転用電機子巻線とは共通的に設けられる、特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   のモータの電機子巻線切換装置。 ５ 前記各相の低速回転用電機子巻線にはそれぞ
   れ中間タツプが設けられ、 前記第１のリレー回路は前記各中間タツプ間を
   相互に短絡または開放させ、 前記各中間タツプ間が相互に短絡されたとき前
   記各相の低速回転用電機子巻線の他端と前記各中
   間タツプとの間の巻線部分が前記高速回転用電機
   子巻線として作用する、特許請求の範囲第４項記
   載のモータの電機子巻線切換装置。