JPS648554B2

JPS648554B2 -

Info

Publication number: JPS648554B2
Application number: JP54083017A
Authority: JP
Inventors: Makoto Goto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-06-29
Filing date: 1979-06-29
Publication date: 1989-02-14
Also published as: JPS5610093A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はオーデイオ信号またはビデオ信号を記
録、再生するテープレコーダに使用するリール駆
動装置に関するものであり、特に、電源から供給
される電力を効率よく利用するようになしたリー
ル駆動装置を提供するものである。

第１図にオーデイオ用テープレコーダおよび従
来のリール駆動装置の構成を示す。第１図におい
て、１はテープ、２は供給リール、３は巻取リー
ル、４は記録、再生を行なう磁気ヘツド、５は一
定速度にて回転しているキヤプスタン軸、６はピ
ンチローラである。また、７は巻取リール３を回
転駆動する直流モータ、８はモータ７への供給電
圧を制御する制御トランジスタ、９は指令信号、
１０は電力供給源（直流電源）である。電力供給
源１０の直流電源電圧E_Sから得られた直流電圧
E_Mはモータ７への供給電圧であり、リール３と
モータ７と制御トランジスタ８と電力供給源１０
によつてリール駆動装置を構成している。

次に、その動作について説明する。プレイ時に
は、ピンチローラ６がテープ１をキヤプスタン軸
５に圧接し、テープ１を所定速度にて供給リール
２より巻取リール３に定速走行させる。また、磁
気ヘツド４は移動してテープ１と接触し、記録、
再生を行なう。このとき、指令信号９は低電圧値
となり、モータ７への供給電圧E_Mは直流電源電
圧E_Sよりもかなり低い値とされ、モータ７は所要
のトルクにて巻取リール３を回転駆動して定速走
行しているテープ１を巻取つている。一方、早巻
時には、磁気ヘツド４とピンチローラ６はテープ
１より離れ（図示の状態）モータ７を高速回転さ
せることによりテープ１を巻取リール３に高速に
巻取つている。このとき、指令信号９は高電圧値
となり、モータ７への供給電圧E_Mは直流電源電
圧E_Sとほぼ等しい値となり、モータ７を高速回転
するようにしている。

第２図にモータ７のトルク−速度特性を示す。
直流モータにおいては、供給電圧E_Mを一定とす
るとき発生トルクΦを大きくする程速度Ｎは比例
して小さくなり、また、供給電圧E_Mを大きくす
る程最大トルクおよび最高回転速度は大きくな
る。巻取リール３の駆動においては、プレイ時の
モータ７への供給電圧E_M1は小さくされ、定速走
行しているテープ１の巻取回転速度N₁における
モータ７の発生トルクΦ₁を所要の値にまで下げ
ている。また、早巻時のモータ７への供給電圧
E_M2は大きくなされ、モータ７の最大回転速度を
大きくしている。通常、早巻時の負荷トルクΦ₂
はかなり小さいために、モータ７の早巻時の回転
速度N₂は大きくなる。

このように、従来のリール駆動装置において
は、一定値の直流電源電圧E_Sから制御トランジス
タ８によりモータ７への供給電圧E_Mを変化させ、
プレイ時の所要トルクと早巻時に所要回転速度を
得ていた。その結果、電力供給源１０の供給電力
はモータ７での有効消費電力と制御トランジスタ
８のコレクタ損失の和となる。通常のリール駆動
装置においては、プレイ時の制御トランジスタ８
のコレクタ損失がかなり大きく、電力供給源１０
の供給電力に対する有効消費電力の比（電力効
率）は小さく、20〜40％程度であつた。

本発明は、そのような点を考慮し、可変出力の
直流電圧をとり出せるスイツチング方式の電圧変
換器を使用してモータに電圧を供給し、早巻時の
モータへの供給電圧に比較してプレイ時の供給電
圧を低くしながらも、プレイ時の電力効率を良く
したリール駆動装置を提供するものである。

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。第３図に本発明の原理を説明するための基本
構成図を示す。第３図において、９は指令信号、
１０は直流電源、１１はスイツチング方式の電圧
変換器、１２はスイツチング制御器、１３は通電
切換器、１４はモータ電動部である。指令信号９
と電圧変換器１１の出力電圧E_Mに応じて、スイ
ツチング制御器１２は電圧変換器１１のスイツチ
ングトランジスタ１５のオン時間のデユテイを制
御する。直流電源１０に直列に接続されたスイツ
チングトランジスタ１５がオンのときにはE₁
E_S（直流電源電圧）となり、直流電源電圧E_Sによ
りインダクター１７、コンデンサ１８および負荷
側に電流が供給され、出力電圧E_Mは徐々に大き
くなる。トランジスタ１５がオフのときには、イ
ンダクター１７に蓄えられたエネルギーはフライ
ホイールダイオード１６を通してコンデンサ１８
および負荷側に供給され、出力電圧E_Mは徐々に
小さくなる。従つて、電圧変換器１１の出力電圧
E_Mはトランジスタ１５のオ時間のデユテイに比
例して広範囲に変化でき、出力電圧E_Mは指令信
号９に応じた値となる。すなわち、出力電圧E_M
が指令信号より小さいときには、スイツチング制
御器１２の動作により電圧変換器１１のスイツチ
ングトランジスタ１５のオン時間のデユテイを大
きくして、出力電圧E_Mを大きくする。逆に、出
力電圧E_Mが指令信号９より大きくなると、スイ
ツチング制御器１２はトランジスタ１５のオン時
間のデユテイを小さくして、出力電圧E_Mを小さ
くする。指令信号９はテープレコーダの動作状態
に応じて変化し、早巻時の電圧変換器１１の出力
電圧に比較してプレイ時の出力電圧を小さくして
いる。電圧変換器１１の出力電圧E_Mは通電切換
器１３を介してモータ電動部１４に供給される。

一般に、モータ電動部１４は多極着磁されたマ
グネツトとマグネツトの発生する界磁磁束と鎖交
する位置に配設された複数個のコイルによつて構
成され、マグネツトとコイルのうちいずれか一方
が他方に対して回転自在となされている。その構
造は周知の各種のモータ構造が使用可能である
が、本実施例では２極着磁されたマグネツト１９
と３相コイルＸ，Ｙ，Ｚを有するモータ電動部１
４としている。

また、通電切換器１３は、たとえば刷子、整流
子や半導体スイツチ素子等によつて構成され、モ
ータ電動部１４のコイルＸ，Ｙ，Ｚとマグネツト
１９の相対位置に対応して電圧変換器１１の出力
電圧E_Mと３相コイルＸ，Ｙ，Ｚへの通電路を切
換えてゆき、同一方向への連続的な回転トルクを
発生するようになしている。その結果、モータ電
動部１４のコイルＸ，Ｙ，Ｚとマグネツト１９の
うちいずれか一方が他方に対して回転し、リール
を共軸または連動して回転駆動している。

このように、スイツチング方式の電圧変換器１
１を使用して、その出力電圧を必要な値に変換し
てモータ電動部１４に印加するならば、電圧変換
器１１における電力損失が極めて小さくなる。そ
の結果、直流電源１０の供給電力はそのままモー
タ電動部１４での有効消費電力となり、プレイ時
での電力効率が著しく改善される。また、電圧変
換にともなうスイツチングノイズおよびリツプル
は電圧変換器１１の部分のみで生じてコイルには
生じないために不要輻射に対するシールドが簡単
であり、また、発生トルクのむらも小さくなる。

次に、電子整流子形モータを使用した本発明の
一実施例を第４図および第５図に基づいて説明す
る。第４図は電子整流子形モータの要部構成図で
あり、第５図はその駆動回路である。

まず、第４図について説明する。ロータ２１に
とりつけられたマグネツト２２は、内面を20極に
多極着磁され、ステータにとりつけられた電機子
鉄心２３の15個の突極と対向して回転する。各突
極にはそれぞれ１個のコイルX₁，Y₁，Z₁，……
X₅，Y₅，Z₅が順次巻回され、Xi、Yi、Zi（ｉ＝
１、……、５）はそれぞれ直列接続されて３相の
コイルＸ，Ｙ，Ｚを形成し、それらは星形結線さ
れている。ロータ２１の回転軸２４には位置検出
ロータ２５がとりつけられ、同軸に回転してい
る。この位置検出ロータ２５にはマグネツト２２
の磁極周期に対応した10個の突起があり、位置検
出用の１次側コイル２６，２８，３０および２次
側コイル２７，２９，３１が巻回されている電機
子鉄心２３の突起と対向して該位置検出ロータ２
５は回転し、その回転位置に応じて１次側コイル
と２次側コイルの結合度を変化させている。ま
た、ロータ２１の回転軸２４は共軸または連動し
てリールを回転駆動している。

次に、第５図の駆動回路について説明する。

第５図において、破線で囲まれたブロツク３２
はスイツチング方式の電圧変換器、３３は位置検
出手段と駆動トランジスタ（半導体）を有し、電
子的に通電するコイルを切換える通電切換器、３
４は通電切換器３３の駆動トランジスタの動作電
圧を検出する動作検出器である。また、３５は動
作検出器３４の出力に応じて電圧変換器３２を制
御するスイツチング制御器、５９は通電切換器３
３の駆動トランジスタの通電電流を制御する電流
制御器、６０，６１，６２は駆動トランジスタ、
６３は電流検出器を構成する電流検出抵抗、６９
は電流源である。

電圧変換器３２の出力電圧E_Mはスイツチング
トランジスタ４０のオン時間、オフ時間に関係し
て変化する。直流電源１０に直列に接続されたト
ランジスタ４０がオン時にはE₁≒E_S（直流電源電
圧）となり、直流電源電圧E_Sによりインダクター
４５、コンデンサ４６および負荷側に電流が供給
され、電圧変換器３２の出力電圧E_Mは大きくな
る。トランジスタ４０がオフ時にはフライホイー
ルダイオード４４がオンとなり、インダクター４
５に蓄えられたエネルギーはコンデンサ４６およ
び負荷側に供給され、電圧変換器３２の出力電圧
E_Mは小さくなる。その結果、電圧変換器３２の
出力電圧E_Mはトランジスタ４０のオン時間のデ
ユテイに対応した値となる。従つて、トランジス
タ４０のオン時間のデユテイを制御するならば、
所望の出力電圧E_Mを得ることができる。

電圧変換器３２の出力電圧E_Mは通電切換器３
３を介してコイルＸ，Ｙ，Ｚに供給される。これ
について説明すれば、１次側コイル２６，２８，
３０には発振器４８により50KHz程度の高周波信
号が加えられる。検出ロータ２５の位置に応じて
１次側コイルと２次側コイルの結合度が変調され
るために、２次側コイル２７，２９，３１には検
出ロータ２５の位置、すなわち第４図のマグネツ
ト３２とコイルＸ，Ｙ，Ｚの相対位置に応じた振
幅を有する３相の交流信号が得られる。そして２
次側コイル２７，２９，３１に生じる交流信号を
ダイオード４９，５１，５３とコンデンサ５０，
５２，５４によつて整流、平滑すると、トランジ
スタ５６，５７，５８のベースにはロータ２１の
回転位置に応じた電圧が得られる。トランジスタ
５６，５７，５８はエミツタが共通接続された３
差動動作を行なう。今、ベース電位の最も高いト
ランジスタ、たとえば５６のみがオンとなつた場
合を考えると、他のトランジスタ５７，５８はオ
フとなり、電流制御器５９によるエミツタ電流I_E
はトランジスタ５６を介して駆動トランジスタ６
０のベース電流となり、その駆動トランジスタ６
０をオンにし、コイルＸに電流を供給する。他の
相の駆動トランジスタ６１，６２はオフ状態とな
る。

このようにして、位置検出手段の出力信号に応
じて通電状態となる駆動トランジスタを切換えて
いくことにより、電圧変換器３２の出力電圧E_M
からコイルＸ，Ｙ，Ｚへの通電路を順次切換え
て、一定方向への接続的な駆動力を得ている。な
お５５は電圧源であり、トランジスタ５６，５
７，５８の共通ベース電圧を与えている。本実施
例では、電流検出器を構成する電流検出用の抵抗
６３の電圧降下によりコイルへの供給電流を検出
し、その電流検出信号と指令信号９が電流制御器
５９にて比較され、両者の差に応じたエミツタ電
流I_Eを３差動トランジスタ５６，５７，５８に与
えて、コイルへの供給電流を指令信号９に応じた
値となすようにしている。これにより、ロータ２
１の回転に伴つて通電状態となる駆動トランジス
タが切り換わつても、コイルへの供給電流は常に
指令信号９に対応した一定値に制御されている。

動作検出器３４は、電圧変換器３２の一方の出
力端子側（正極側）からコイルＸ，Ｙ，Ｚへの電
流供給を相補的に行う３個の駆動トランジスタ６
０，６１，６２の電流入出力端子間（エミツタ−
コレクタ間）の電圧降下（動作電圧）のうちで最
小の電圧値を常時検出するようにしている。定電
圧素子７５、抵抗７６，７７，７８によつてE_M
より所定電圧（通常0.5V〜5V程度）低い電圧を
つくり、トランジスタ７１のベースに加えてい
る。一方、駆動トランジスタ６０，６１，６２の
コレクタ側の電圧をカソードが共通接続されたダ
イオード６４，６５，６６にて検出し、トランジ
スタ７０のベースに加えている。トランジスタ７
０，７１は差動接続されており、駆動トランジス
タ６０，６１，６２の通電時の動作電圧と所定電
圧値が比較される。動作電圧が所定値より小さい
場合には、トランジスタ７０がオフ、７１がオン
となり、抵抗７２の端子電圧、すなわち動作検出
信号４７はアース電位となる。このとき、スイツ
チング制御器３５はトランジスタ４３のオン時間
のデユテイ、すなわちスイツチングトランジスタ
４０のオン時間のデユテイを大きくする。その結
果、電圧変換器３２の出力電圧E_Mは高くなり、
駆動トランジスタ６０，６１，６２の動作電圧を
所定値に近づける。逆に、動作電圧が所定値より
大きい場合には、トランジスタ７０がオン、７１
がオフとなり、抵抗７２に電流が供給されて動作
検出信号４７は高くなる。このとき、スイツチン
グ制御器３５はスイツチングトランジスタ４０の
オン時間のデユテイを動作検出信号４７の電圧値
に応じて小さくしていく。その結果、電圧変換器
３２の出力電圧E_Mは低くなり、駆動トランジス
タ６０，６１，６２の動作電圧を所定値に近づけ
る。

なお、抵抗６８はダイオード６４，６５，６６
およびトランジスタ７０の電流路を形成するもの
であり、コンデンサ６７は通電状態となる駆動ト
ランジスタ６０，６１，６２の切換わりに伴なう
リツプルを平滑するものであり、また、ダイオー
ド７４はトランジスタ７１の保護ダイオードであ
る。

次に、プレイ時および早巻時の動作について説
明する。プレイ時においては、指令信号９に応じ
た電流がコイルＸ，Ｙ，Ｚに通電され、所要のト
ルクを発生させてロータ２１およびリールを回転
駆動し、ロータ２１はテープの走行速度およびリ
ールのテープ巻径に応じた回転速度にて回転す
る。通電状態にあるコイルＸ，Ｙ，Ｚの端子電圧
は電流による電圧降下とロータ２１の回転速度に
比例した逆起電圧の和となる。また、電圧変換器
３２の出力電圧E_Mは通電状態にあるコイルＸ，
Ｙ，Ｚの端子電圧と駆動トランジスタ６０，６
１，６２の動作電圧と電流検出抵抗６３の電圧降
下の和となる。その結果、プレイ時における電圧
変換器３２の出力電圧E_Mは直流電源電圧E_Sより
もかなり小さくなる。

一方、早巻時においては、コイルＸ，Ｙ，Ｚに
通電される電流により発生するトルクによつて、
ロータ２１はリールを高速にて回転駆動する。ロ
ータ２１の高速回転に伴なう逆起電圧によつて通
電状態となるコイルＸ，Ｙ，Ｚの端子電圧は大き
くなり、早巻時における電圧変換器３２の出力電
圧E_Mは直流電源電圧E_Sとほぼ等しい値にまで大
きくなる。

このように、電圧変換器３２の一方の出力端子
側からコイルＸ，Ｙ，Ｚへの電流供給を相補的に
行う３個の駆動トランジスタ６０，６１，６２の
電流入出力端子間の電圧降下（動作電圧）のうち
で最小の電圧値を常時検出し、その電圧を所定の
小さな値（通常2V程度）、または所定の小さな電
圧の範囲内となすように、電圧変換器３２の出力
電圧を変化させるならば、プレイ時の電力効率は
大幅に向上する。これについて、さらに詳しく説
明する。

たとえば、駆動トランジスタ６０が通電状態に
あり、コイルＸに1Aの電流を給電している場合
を考える。ここで、コイルＸの抵抗値を3Ω、直
流電源１０の電圧を20V、コイルＸの逆起電力を
2Vとすると、電圧変換器３２が無い場合には、
駆動トランジスタ６０の動作電圧は20V−2V−
3Ω×1A＝15Vとなり、その電力損失は15V×1A
＝15Wにもなる。

これに対して、上記本実施例のように電圧変換
器３２によつて駆動トランジスタ６０の動作電圧
を2V程度に制御すれば、その電力損失は2V×1A
＝2Wになる。また、電圧変換器３２はスイツチ
ングトランジスタ４０のオン・オフ動作によつて
電圧変換しているので、電圧変換器３２における
電力損失も小さい（1A出力時に0.5W程度）。そ
の結果、本実施例のリール駆動装置全体のプレイ
時の電力損失（2.5W程度）が大幅に小さくなり
（約１／６）、電力効率が大幅に向上する。このよ
うな効果は、リールが低速回転しているプレイ時
においてコイルの逆起電圧が小さいので、特に顕
著にあらわれる。また、プレイ時の逆起電圧を小
さくすればするほど、早巻時の高速回転数を確保
することができる。

また、通電状態にある駆動トランジスタ６０の
動作電圧が2Vもあるので、駆動トランジスタ６
０は能動領域で動作しているから、電圧変換器３
２と動作検出器３４とスイツチング制御器３５に
よる駆動トランジスタ６０の動作電圧の制御精度
が多少悪くても、前述の電流検出器や電流制御器
の動作によつて駆動トランジスタ６０を介して指
令信号９に応じた供給電流がコイルＸに正確かつ
高精度に供給される。すなわち、動作検出器３４
や電圧変換器３２による駆動トランジスタ６０の
動作電圧の制御が多少不完全であつても、発生ト
ルクのむらにはならないという利点もある（発生
トルクは供給電流に比例）。

さらに、動作検出器３４と電圧変換器３２とス
イツチング制御器３５による動作電圧の制御に関
しては、その応答速度が多少遅くても発生トルク
のむらは生じない。電圧変換器３２においてイン
ダクター４５とコンデンサ４６によるかなり大き
な応答遅れが必ず生じることを考えると、上記の
点は実用上の大きな利点といえる。

以上の効果をまとめると、本発明のリール駆動
装置においては、次のような各種の利点を有して
いる。

(1) プレイ時（定速走行時）におけるリール駆動
装置全体の電力効率が大幅に改善される。

(2) 早巻時の高速回転の回転数を十分に高くでき
る。

(3) プレイ時では、駆動トランジスタの動作電圧
が能動領域内の所定の小さな値に制御されてい
るために（飽和していない）、通電されるコイ
ルの切換えが非常にスムーズとなり、切換えに
伴う通電電流の乱れが生じなくなり、切換え時
のトルクむらもほとんどなくなる。

(4) 駆動トランジスタおよび電圧変換器の電力損
失が少ないために、発熱や放熱が少ない。

(5) 電圧変換に伴うスイツチングノイズおよびリ
ツプルがコイルに生じないので、シールドが簡
単になる。

(6) プレイ時におけるコイルへの供給電流の相間
のバラツキは極めて小さくなり、発生トルクの
むらが小さくなる。

(7) プレイ時における駆動トランジスタの動作電
圧のトランジスタ間のバラツキが小さくなり、
動作電圧の検出が容易かつ確実になる。

(8) 指令信号、従つてコイルへの供給電流をリー
ルのテープ巻径に比例させることにより、テー
プの巻取テンシヨンを一定にできる。

(9) 駆動トランジスタの動作電圧自体の制御精度
が重要ではないので、動作検出器や電圧変換器
による駆動トランジスタの動作電圧の制御がや
や不完全であつても、発生トルクのむらにはな
らない（発生トルクは供給電流に比例）。

(10) 動作検出器や電圧変換器の応答速度が遅くて
よいので、電圧変換器内にインダクターやコン
デンサを使用しても、それらによる応答遅れは
実用上問題にならない。

なお、前述の第４図および第５図の実施例にお
いては３相駆動モータを使用するリール駆動装置
を示したが、本発明はそのような場合に限らず一
般の多相モータを使用できる。

また、マグネツトとコイルの相対位置を検出す
る位置検出手段は、前述の第４図及び第５図の実
施例に示すごとき高周波結合変調方式に限らず、
他の方法、たとえばホール素子等の磁電変換素子
を用いても良い。さらに駆動トランジスタの代り
にFET等の他の半導体素子を使用しても良い。

また、前述の実施例では電圧変換器の出力電圧
を直流電源より低くしたが、本発明はそのような
場合に限らず、たとえば乾電池等の低電圧電源か
ら高い出力電圧に変換して供給するようにしても
良い。

以上の説明にて理解されるように、本発明のリ
ール駆動装置は半導体素子の動作電圧を所定値ま
たは所定の範囲に維持してプレイ時における電力
効率が著しく改善されているため、低消費電力の
テープレコーダを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はオーデイオ用テープレコーダおよび従
来のリール駆動装置の構成図、第２図はモータの
トルク−速度特性図、第３図は本発明の原理を説
明するための基本構成図、第４図は本発明の一実
施例の電子整流子モータの要部構成図、第５図は
第４図の実施例の駆動回路図である。１……テープ、２……供給リール、３……巻取
リール、７……モータ、９……指令信号、１０…
…直流電源、１１，３２……電圧変換器、１２，
３５……スイツチング制御器、１３，３３……通
電切換器、１４……モータ電動部、３４……動作
検出器、６０，６１，６２……駆動トランジス
タ、６３……電流検出抵抗、Ｘ，Ｙ，Ｚ……コイ
ル。

Claims

【特許請求の範囲】

１定速走行または高速走行するテープ状体を巻
回するリールと、複数個の磁極を有するマグネツ
トが取り付けられ、前記リールと共軸または連動
して回転するロータと、前記マグネツトの発生す
る界磁磁束と鎖交する位置に配設された複数相の
コイルと、前記マグネツトと前記コイルの相対位
置を検出する位置検出器と、前記位置検出器の出
力に応じて前記コイルへの通電状態を変化させる
複数個の駆動トランジスタと、前記コイルへの供
給電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器
の出力信号と指令信号の比較結果に応じて前記駆
動トランジスタの通電電流を制御する電流制御器
と、スイツチングトランジスタとインダクターと
フライホイールダイオードとコンデンサを含んで
構成され、前記スイツチングトランジスタのオ
ン、オフ動作によつて所定電圧の直流電源から前
記スイツチングトランジスタのオン時間のデユー
テイに応じた直流電圧を作り出す電圧変換器と、
前記電圧変換器の一方の出力端子側から前記コイ
ルへの電流供給を相補的に行う少なくとも２個の
前記駆動トランジスタの電流入出力端子間の電圧
降下のうちで最小の電圧値を常時検出する動作検
出器と、前記動作検出器の出力に応じて前記スイ
ツチングトランジスタのオン時間のデユーテイを
制御するスイツチング制御器を具備し、前記電流
検出器と前記電流制御器により前記駆動トランジ
スタの通電電流を前記指令信号に応じて大幅に可
変制御すると同時に、前記電圧変換器と前記動作
検出器と前記スイツチング制御器により前記駆動
トランジスタの通電時の動作電圧を所定の値に制
御するように構成し、前記指令信号を、定速走行
のプレイ時には、前記リールの巻径に比例もしく
は略比例させるような値にし、高速走行の早巻時
には、前記リールを高速回転させるような値にし
たリール駆動装置。