JPS6373894A - ブラシ付直流モ−タの速度制御回路 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、ブラシ付直流モータの速度制御回路に関し、
特に、速度制御及び位相制御を簡単な回路構成にて実現
するブラシ付直流モータの速度１ｉ１＋御に関する。

Ｂ１発明の（既要 本発明は、ブラシ付直流モータのブラシを流れるモータ
電流をスイッチングトランジスタ等の制で１０素子によ
り制御するようなブラシ付直流モータの速度制御回路に
おいて、このブラシに流れるモータ電流を微分して得ら
れた位相検出回路を基準周波数信号と位相比較するとと
もに、この位相比較出力１３号を、モータ電流を電圧に
変（Ｑして得られるモータの逆起電圧検出回路と加算し
、この加算出力によりモータ電流を制？ｆｆ［ｌするこ
とにより、簡単な回路構成で、速度１ｉ１＋御及び位１
１１制御を実現するものである。

Ｃ３従来の技術 従来において、直流モータの速度・位相制御方法として
種々の方法が知られている。例えば、機械的な手法とし
ては、ガバナ等を利用した遠心力調速法等が古くから知
られているが、電気的な手法としては、大別して速度制
御と位相制御とに分類される。速度制御方法には、逆起
電力サーボ、電圧サーボ、周波数サーボ等が挙げられる
。さらに、速度制御と位相制御とを組み合わせたものも
知られている。これらのうち、位相制御（所謂ＰＬＬサ
ーボ）に含められる方法は、速度偏差を基準に対してゼ
ロにすることができ、モータの速度制御方法の中では高
度な方法である。他の方法は、いずれも微小ながら速度
偏差が生じ、いかに精度を高めようとしても原理的にこ
れをゼロにすることはできない。

ここで、上記位相制御を実現するために必要とされる構
成要素は、位相センサ、基準周波数発振器及び位相比較
器であり、この位相比較出力により、制御コ■対象であ
る直流モータの電流制御ゴロスイッチング素子（パワー
トランジスタ等）を制御するようにしている。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 ところで、上記位相制御回路構成を実現するためには、
通常、上記位相センサをモーフ軸上に別に設ける必要が
あり、構成が複雑で、高価格となり易い。また、単純な
位相制御では、一般的に微視的な速度安定度が悪いため
、これを改善する必要から速度制御を併用して、速度・
位相制御■形態とすることが普通である。この場合、上
記位相制御のための回路構成に加えて、速度センサ、速
度・電圧変換器、速度基準電圧源及び電圧減算器を必要
とする。このため、構成がさらに複雑化し、従って費用
も嵩むことになり、好ましくない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり
、簡単で安価な回路構成で速度・位相制御を可能とする
ブラシ付直流モータの速度制御回路の提供を目的とする
。

Ｅ３問題点を解決するための手段 本発明に係るブラシ付直流モータの速度制御回路は、上
述の問題点を解決するために、制御素子によりブラシに
流れる電流が制御されるブラシ付直流モータと、上記ブ
ラシに流れる電流を微分してモータ回転位相を検出する
位相検出回路と、基準となる周波数の信号を発生する基
準周波数発生回路と、この基準周波数の信号と上記微分
回路からの出力信号とを位相比較する位相比較回路と、
上記モータを流れる電流を電圧変換することによリモー
タの逆起電圧を検出しこの逆起電圧検出回路と上記位相
比較回路からの出力信号とを加算した加算出力に基づい
て上記制御素子を制御′＃する逆起電圧サーボ回路とを
有し、このサーボ回路により上記モータの回転数並びに
位相を制御することを特徴としている。

Ｆ１作用 モータのブラシに流れる電流波形を微分することにより
、位相センサを用いることなくモータの回転位相検出が
行え、またモータの逆起電圧を利用することにより、速
度センサ無しでモータの回転速度検出が行え、これらの
検出回路に基づく速度・位相サーボを実現できる。

Ｇ、実施例 次に、本発明の一実施例としてのブラシ付直流モータの
速度制御回路について、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例の基本構成を概略的に示すブロ
ック図であり、この第１図においてブラシ付の直流モー
タ１は、制御素子（図示せず）によりブラシに流れる電
流が制御されるようになっている。この直流モータ１の
回転位相を検出するための位相検出回路２は、本発明に
おいては、直流モータ１のブラシに流れる電流を微分す
る微分回路を用いて構成しており、これによって従来必
要とされていた位相センサを省略可能とするものである
。基準周波数発生回路３は、基準となる周波数の信号を
発生する発振器により構成されている。この基準周波数
の１５号と、位相検出回路２からの位相検出回路とは、
位相比較回路４に送られて位相比較され、この位相比較
出力は逆起電圧サーボ回路５に送られる。逆起電圧サー
ボ回路５は、上記モータを流れる電流を電圧変換するこ
とによりモータの逆起電圧を検出し、この逆起電圧検出
回路と上記位相比較回路からの出ノＪ信号とを加算した
加算出力に基づいて上記制御素子を制御する。

この逆起電圧サーボ回路により、上記直流モータ１の回
転数並びに位相が制御される。

次に、第２図は本発明の第１の実施例を示し、この第２
図中の上記第１図の各部と対応する部分には同一の指示
符号を付している。また、第３図Ａ−Ｄは、第２図中の
各部Ａ−Ｄにおける信号波形を示している。

第２図において、ブラシ付直流モータ１は、パワートラ
ンジスタ等の制御素子６により、ブラシに流れる電流が
制御されるようになっている。すなわち、一段にブラシ
付直流モータ１には、図示しないがコイルを巻いた電機
子と、これにｉＩ電するだめのブラシ及び整流子とが設
けられており、整流子は電機子の極数に応して円周を分
割されている。このため、ブラシに流れ込む電流は、整
流子の上記分割の切れ口の箇所で波形が不連続に急変し
、第３図への如き形状を示す。この電流波形を何らかの
方法で電圧波形に変換する。例えば第２図の構成の場合
には、モータ１に直列に制御素子６が接続されており、
モータ１側から見た制御素子６のインピーダンスはモー
タ１の内部抵抗より充分に高いから、第２図のＡ点にお
いては、結果的にモータ１の内部抵抗と電流との積とし
て、モータ電流波形（第３図Ａ）の形状の電■信号を得
ることができる。

次に、この第３図Ａの波形の信号を位相検出回路２に送
ってモータの回転位相検出を行う。この位相検出回路２
は、演算増幅器２１、コンデンサ２２及び抵抗２３より
成る微分回路により構成されている。この微分回路によ
り第３図Ａの波形のパルス成分のみを取り出し、適当な
レベルにまで増幅すれば（第３図Ｂ参照）、これをモー
タ１の回転位相検出回路として汲）ことができる。この
第３図Ｂの位相検出回路は、位相比較回路４の一方の入
力端子に送られている。基準周波数発生回路３は、種々
の発振回路構成が可能であるが、この実施例においては
、２個の所謂ＣＭＯＳインバータ等のインバータ３１．
３２と、コンデンサ３３と、可変抵抗３４とを用いた通
常の矩形波発振器構成としている。この基準周波数発生
回路３からは、例えば第３図Ｃのような発振出力信号が
得られ、位相比較回路４の他方の入力端子に送られてい
る。位相比較回路４は、２個のＮ　Ａ　Ｎ　Ｄゲート４
１．４２を所謂たすき掛は接続して成るフリップフロッ
プにより構成されており、第３図Ｂ、Ｃの入力に応じて
、第３図りのような位相比較出力が得られる。すなわち
、基準周波数信号Ｂに対する位相検出回路Ｃの位相差に
応じたパルス幅の位相比較出力りが得られる。ここで直
流モータの回）転位相；ｔａｌ＋御を行わせるためには
、この位（目止ｈ：〉出力りをローパスフィルタ等によ
り１１度に高域成分を除去してトランジスタ等の制御素
子に加えることにより、ＰＬＬ構成を完成すればよいわ
けであるが、−Ｉｎ的には、直流モータをＰＬＬ制御し
ても、モータ自体の連応性が良好でないと、外乱負荷に
対し充分な制御性が得られないことが知られている。

そこで、本発明実施例においては、位相比較回路４から
の位相比較出力りを、ツェナダイオード７１を用いた基
準電圧源７を介して逆起電圧サーボ回路５に送っている
。

逆起電圧サーボ回路５は、モータＪに接続された抵抗５
１と、演算増幅器５２と、抵抗５３．５４とから構成さ
れている。すなわち、この逆起電圧サーボ回路５は、モ
ータ１の逆起電圧を利用した抵抗ブリ、ジ方式の速度１
ｔｆｌｉ　ｎｉｌループ構成を存するものであり、モー
タ１に流れる電流を抵抗５１により電圧に変換して逆起
電圧を青ている。ここで、モータ１の端子電圧をＥ。、
上記２□ＶＢＨぽ源７の出刃電圧をＥｒ９ｆｓ抵抗５１
．５３．５４の各抵抗値をＲｓ　、Ｒｔ　、Ｒｔとし、
演算増幅器５２の増幅度をＡ、モータ１のブラシを流れ
る電流を１８とするとき、 Ｅｏ＝Ａ（Ｅ＋−ｅｒＲｚ／（Ｒ＋＋Ｒｉ）　＋　ＥＪ
＋／（Ｒ＋＋Ｒｚ）Ｅ６＋　Ｒｓ　Ｉ　Ｍ　） ＃Ｅ□ｔ　　Ｒｓ　Ｉ　Ｍ（ＲＩ＋ＲＺ）／Ｒ２また、
モータ１の回転に応じて生ずる逆起電圧をＥｗ、モータ
の内部抵抗をＲイとするとき、Ｅｓ＝Ｅｗ＋（Ｒ，＋Ｒ
Ｍ）Ｉ、！ であるから、 Ｅｗ＃Ｅｒ＊ｒ　　（ＲＭ＋（Ｒ１／Ｒ１）Ｒ３）　Ｉ
ｌｌとなる。すなわち、モータの内部抵抗Ｒｘが、見掛
は上ＲＭ　＋　（Ｒ１／Ｒ２）　Ｒ３と少なくなるため
、負荷変動による回転速度のレギュレーションが改善さ
れると同時に、負荷変動に対する連応性が改善されるこ
とになる。

以上の構成を有する本発明の第１の実施例によれば、位
相センサや速度センサ等を個別に設けることなく、モー
タの駆動電流波形の微分出力や逆起電圧を利用して、回
転位相情報や速度情報を得ることができ、速度偏差を基
準に対してゼロにし、しかも微視的な速度安定度の良好
な速度・位相サーボを安価に実現できる。

次に、上記第２図に示す実施例の回路構成における正負
の極性を逆転させた場合の構成を、第４図の第２の実施
例に示す。

この第４図に示す本発明の第２の実施例は、電源の正負
極性に対する各部の接続関係を逆とした他は、上記第２
図の第１の実施例と同様であるため、対応する部分に同
じ指示符号を付して説明を省略する。

次に第５図は、本発明の第３の実施例として、各回路部
を演算増幅器を用いて構成した例を示し、第６図は第５
図の各点Ａ−Ｄにおける信号波形の例を示している。

第５図において、ブラシ付直流モータ１−よ、パワート
ランジスタ等の制御素子６によりブラシに流れる電流が
制御されるようになっている。位相検出回路２は、演算
増幅器２１、コンデンサ２２及び抵抗２３より成る微分
回路により構成されており、制御素子６よりモータ１　
（のブラシ）に供給される電流波形（第６図Ａ参照）を
微分することにより（第６図Ｂ参照）、モータ１の回転
位相検出を行っている。この第６図Ｂの位相検出回路は
、位相比較回路４の一方の入力端子に送られている。基
準周波数発生回路３は、コンデンサ３３、可変抵抗３４
及び演算増幅器３５を用いて構成されている。この基準
周波数発生回路３からは、例えば第６図Ｃのような発振
出力信号が得られ、位相比較回路４の他方の入力端子に
送られている。

位相比較回路４は、ダイオード４４が上記一方の入力端
子に、ダイオード４５が上記他方の入力端子にそれぞれ
設けられ、これらのダイオード４４．４５を介して入力
される第６図Ｂ、Ｃのパルス信号に応じて、第６図りの
ような信号が位相比較出力として得られる。すなわち、
位相検出回路Ｃの正パルス入力時には演算増幅器４３の
出力が正側になりこれが帰還されて正極性の出力が保持
され、基準周波数信号Ｂの負パルス入力時には演算増幅
器４３の出力が負側に移行してこれが帰還されることに
より負極性の出力が保持される。従って、出力信号りは
、位相検出回路Ｃの入力により立上り、基準周波数信号
Ｂの人力により立下るような矩形波となり、基準周波数
信号Ｂと位相検出回路Ｃとの間の位相差に応じたパルス
幅の位相比較出力りが得られる。この位相比較出力りは
、ツェナダイオード７１を用いた基準電圧源７に送られ
、この基準電圧源７からの出力が逆起電圧サーボ回路５
に送られている。逆起電圧サーボ回路５は、モータ１に
接続された抵抗５１の端子間電圧を逆起電圧として検出
し、この検出電圧と、上記２，１１１電圧ａ７からの電
圧とに基づいて、制御素子６を駆動制御する。

このような構成を有する本発明の第３の実施例の作用及
び効果は、上記第１の実施例と同様であり、さらにこの
第３の実施例の場合には、各回路２．３．４．５を全て
演算増幅器を用いてＩｌｌ成していることより、集積回
路化〈所謂ＩＣ化）に好適な回路構成となっている。

なお、本発明は、上記実施例のみに限定されるものでは
なく、例えば、第５図の第３の実施例についても、電源
の正負関係が逆となるような接続の回路構成とすること
ができ、その−例を第７図に示す。この第７図において
、第５図の各部と対応する部分については同じ指示符号
を付して説明を省略する。この他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々の回路構成を実現できることは勿論
である。

Ｈ１発明の効果 本発明に係るブラシ付直流モータの速度制御回路によれ
ば、モータのブラシに流れる電流波形を微分することに
より、位相センサを用いることなくモータの回転位相検
出を行い、またモータの逆起電圧を利用することにより
、速度センサ無しでモータの回転速度検出を行っている
ため、速度偏差が基準に対してゼロでありかつ（故視的
な速度安定度の良好な速度・位相サーボを、簡単な回路
構成で安価に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るブラシ付直流モータの速度制御回
路の基本構成を示すブロック図、第２図は本発明の第１
の実施例を示す回路図、第３図は該第１の実施例の動作
を説明するだめのタイムチャート、第４図は本発明の第
２の実施例を示す回路図、第５図は本発明の第３の実施
例を示す四Ｓ３図、第６図は該第３の実施例の動作を説
明するためのタイムチャート、第７図は本発明の第４の
実施例を示す回路図である。 １・・・ブラシ付直流モータ ２・・・位相検出回路 ３・・・基準周波数発生回路 ４・・・位相比較回路 ５・・・逆起電圧サーボ回路 ６・・・制御素子 ７・・・基準電圧源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 制御素子によりブラシに流れる電流が制御されるブラシ
   付直流モータと、 上記ブラシに流れる電流を微分してモータ回転位相を検
   出する位相検出回路と、 基準となる周波数の信号を発生する基準周波数発生回路
   と、 この基準周波数の信号と上記微分回路からの出力信号と
   を位相比較する位相比較回路と、 上記モータを流れる電流を電圧変換することによりモー
   タの逆起電圧を検出し、この逆起電圧検出信号と上記位
   相比較回路からの出力信号とを加算した加算出力に基づ
   いて上記制御素子を制御する逆起電圧サーボ回路とを有
   し、 このサーボ回路により上記モータの回転数並びに位相を
   制御することを特徴とするブラシ付直流モータの速度制
   御回路。