JP2589992B2 - 直流電動機の制御回路 - Google Patents

直流電動機の制御回路

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JP2589992B2 JP62319819A JP31981987A JP2589992B2 JP 2589992 B2 JP2589992 B2 JP 2589992B2 JP 62319819 A JP62319819 A JP 62319819A JP 31981987 A JP31981987 A JP 31981987A JP 2589992 B2 JP2589992 B2 JP 2589992B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流電動機の制御回路に関する。
〔発明の概要〕
電動機の端子に生じる誘導起電力を回転検知用トラン
ジスタで検出して電動機駆動用トランジスタをオンにす
ると共に、回転拘束により誘導起電力が無くなったとき
上記駆動用トランジスタをオフ(給電遮断)にするため
に、回転検知用トランジスタを周期的にオフさせる発振
器を設け、この発振器の出力のデューティを変えること
により、拘束検出及び給電遮断の回路を利用してチョッ
ピング駆動により回転速度の制御を行うようにした直流
電動機の制御回路である。
〔従来の技術〕
例えば、ラジオコントロール式の電動玩具自動車にお
いては、リモートコントローラで電動機の駆動及び速度
制御を行っている。従ってリモートコントローラで一旦
駆動(走行)させるとスイッチをオフにしない限り駆動
が底止しない。このため、ラジオコントロール不能状態
で障害物に走行を阻止された場合、或いは駆動輪が拘束
された状態で、例えば雑音等によって回路がオンになっ
た場合、電動機に拘束電流が流れ、必要以上に電気エネ
ルギーが消費されて不経済である上に、電動機、その他
の機構に無理な負荷を与え、玩具自動車の寿命を短縮さ
せたり、トラブルの原因となった。また電動機に拘束電
流が流れると、電動機や抵抗器、バッテリー等からの発
熱で火災が発生することがあった。
この問題を解消するために、直流電動機の誘導起電力
でオンとなる回転検知用トランジスタと、この回転検知
用トランジスタによってオンとなって駆動電圧を上記直
流電動機に供給する駆動用トランジスタと、上記回転検
知用トランジスタを周期的にオフにする発振器とから或
る制御回路が提案されている。この制御回路は、電動機
に外力を与えて強制回転させると、誘導起電力が発生
し、これによって回転検知用トランジスタがオンとな
り、更に駆動用トランジスタがオンとなる。従って電動
機が回転を続ける。
一方、発振器の出力パルスで回転検知用トランジスタ
が周期的に強制オフさせられる。しかし回転系の慣性で
電動機が誘導起電力を発生している限りは、検知用トラ
ンジスタは即座にオンに復帰するので、駆動用トランジ
スタもオンとなり、回転は維持される。上記パルスは電
動機の拘束(回転停止)を検知するためのサンプリング
パルスとして機能している。
電動機を拘束すると、停止直前に誘導起電力は極めて
小さくなり、発振器から出力される上記のパルスでもっ
て検知用トランジスタがオフにされると、もはや検知用
トランジスタがオンとなることができない。従って駆動
用トランジスタもオフになり、上記のような問題点を解
消できる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この制御回路は電動機の回転速度を制御することがで
きないので、回転速度を制御する手段を別に設けなけれ
ばならなかった。回転制御手段としては、複数のバッテ
リーを配設して電源から出力する電圧値を変えられるよ
うにしたり、或いは電動機と直列に可変抵抗器を接続す
る手段が用いられていた。
しかし複数のバッテリーを用いて出力電圧値を変える
ようにすると、低速走行時及び高速走行時において使用
されるバッテリーが異なるため、個々のバッテリーの消
費量に差が出てしまう不都合があった。また可変抵抗器
を用いると電力損失が多い上に発熱が大きく危険であっ
た。
本発明は上述の問題点にかんがみ、拘束検出して給電
遮断する回路を利用して回転速度の制御を行うことがで
きるようにすることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明の直流電動機の制御回路は、直流電動機Mの端
子に接続され誘導起電力でオンとなる回転検知用トラン
ジスタQ1と、この回転検知用トランジスタQ1のオン出力
によりオンとなって駆動電圧を上記直流電動機に供給す
る駆動用トランジスタQ2と、上記回転検知用トランジス
タQ1を周期的にオフにする制御信号を出力し、回転検知
用トランジスタQ1をオフにすることにより上記駆動用ト
ランジスタQ2をオフにする発振器5と、上記発振器5に
設けられ、上記制御信号による回転検知用トランジスタ
Q1のオン/オフのデューティを変化させるデューティ制
御手段(可変抵抗器VR)とを具備している。
〔作用〕
電動機Mを一旦回転させると、誘導起電力が発生し
て、これによって回転検知用トランジスタQ1がオンとな
り、更に駆動用トランジスタQ2がオンとなるので、電動
機Mが回転を続ける。
発振器5の発振出力によって回転検知用トランジスタ
Q1が周期的にオフにされ、これによって駆動用トランジ
スタQ2がオフにされる。このとき電動機Mが拘束状態で
なければ、回転検知用トランジスタQ1がオンし、駆動用
トランジスタQ2が再びオンとなり、回転が持続する。即
ち発振器5が回転検知用トランジスタQ1をオフにするこ
とにより、電動機Mの回転状態がサンプリングされる。
電動機Mを拘束すると、誘導起電力が無くなるので、
発振器5の発振出力により、回転検知用トランジスタQ1
が一旦オフになると、駆動用トランジスタQ2がオフとな
り、給電遮断状態となる。従って外力による拘束停止が
できる。
速度制御手段として設けられている可変抵抗器VRの抵
抗値を変化させることにより、回転検知用トランジスタ
Q1がオンしている期間とオフしている期間との比を変え
て、駆動用トランジスタQ2による電動機Mへの給電のデ
ューティに対応させて回転速度の制御を行う。
〔実施例〕
第1図に本発明の一実施例の直流電動機用制御回路を
示す。この制御回路は例えば玩具の電池自動車に組込ま
れたものである。
電動機Mの端子M1には、電源電圧Eを供給する駆動用
トランジスタQ2のエミッタ−コレクタが直列に結合さ
れ、またこのトランジスタQ2のベースに回転検知用トラ
ンジスタQ1のコレクタ−エミッタが直列に直結されてい
る。この検知用トランジスタQ1のベースは電流制限用の
抵抗器R1を介して電動機Mの端子M1に接続され、またエ
ミッタは抵抗器R2を介して回転動作用トランジスタQ5の
コレクタに接続されている。この回路動作用トランジス
タQ5のベースは抵抗器R5を介して動作信号入力端子1に
接続され、またエミッタは電動機Mの端子M2(接地ライ
ン2)に接続されている。
駆動用トランジスタQ2のベースは、抵抗器R3及びコン
デンサC5の直列回路を介して回路動作用トランジスタQ5
のコレクタに接続されている。またR3とC5との接続点と
電源ラインとが、C5の放電用ダイオードD1を介して接続
されている。動作信号入力端子1に動作電圧3を与えて
Q5をオンにすると、コンデンサC5が充電される迄の期
間、駆動用トランジスタQ2のエミッタ・ベース→抵抗器
R3→コンデンサC5→Q5のコレクタ・エミッタ→接地ライ
ン2のループで流れる電流によってQ2が瞬間的にオンす
る。従ってQ2のコレクタ電圧が上昇して電動機Mに駆動
電圧Eが供給される。このときQ2のコレクタからQ1にベ
ース電流が供給されるのでQ1がオンする。なおC5に蓄え
られた電荷は、動作電圧3をオフにしたときに抵抗器R4
を通して放電されて、次の動作開始時に再び充電され
る。
これらのトランジスタQ1、Q2はオン状態が自己保持さ
れる接続になっている。即ち、一旦Q1がオンになると、
そのコレクタ電流がQ2のベース電流となってQ2がオンす
る。従ってQ2のコレクタからQ1にベース電流が供給され
るので、Q1のオン状態が保持されて電動機Mへの給電が
持続される。
回転検知用トランジスタQ1のベースは、ダイオードD2
を介して無安定形マルチバイブレータ5の出力点6に接
続されている。このマルチバイブレータ5は、発振用ト
ランジスタQ3、Q4、コンデンサC3、C4、抵抗器R6〜R9及
び抵抗器R7と直列に接続された可変抵抗器VRで構成され
ていて、バッテリー4の電圧Eが駆動電圧として印加さ
れている。またトランジスタQ5のコレクタ・エミッタを
介して、Q3、Q4のエミッタが接地ライン2に接続されて
いる。従ってQ5がオンするとマルチバイブレータ5は発
振を開始し、低レベル期間と高レベル期間とが交互の方
形波を出力する。このため出力点6の電位は第2図Aに
示すように、交互に低レベルT1及び高レベルT2となる。
出力点6の電位が低レベルとなるとダイオードD2がオ
ンとなるので、Q1のベース電位が低レベルとなる。従っ
て第2図B、Cに示すように、出力点6の電位が低レベ
ルとなっている期間T1においてはQ1、Q2がオフとなり電
動機Mへの給電が遮断される(第2図D)。
一方、出力点6の電位が高レベルT2となるとダイオー
ドD2がオフとなるので、Q1のベースに電動機Mの端子電
圧VMが印加される。電動機Mは、一旦正回転されると誘
導起電力により端子M1に正、端子M2に負電圧が発生す
る。この誘導起電力Enは電機子の回転速度Nに比例す
る。
En=A・N(Aは定数) 従って、駆動用トランジスタQ2がオフとなって電動機
Mに電源電圧Eが供給されていなくても、この誘導起電
力Enが回転検知用トランジスタQ1のベース・エミッタ順
方向電圧VBE1を超えると、抵抗器R1を通してベース電流
を流れ、Q1がオンとなる。従って駆動用トランジスタQ2
もオンとなり、電動機Mに駆動電圧Eが供給される。
ここで電動機Mを外力で拘束すると一般には拘束電流
が流れようとするが、回転検知用トランジスタQ1はマル
チバイブレータ5によって周期的にオフにされている。
従って、オフされた時点で電動機Mの回転速度が底止に
近い速度迄低下していると、端子M1、M2の誘導起電力En
が著しく小さくなっていて、En≦VBE1となり、検知用ト
ランジスタQ1はもはやオンになることができない。従っ
てQ2もオンになることができず、拘束時においては電動
機Mへの給電が遮断される。
可変抵抗器VRの抵抗値を変えることによって、出力点
6の低レベル時間T1が変化し、直流電動機Mに電源電圧
Eを供給する期間と供給しない期間との比が変化する。
即ち、マルチバイブレータ5の発振周波期Tは二つの時
定数C3・(R7+VR)及びC4・R8で定まる。第2図の時点
t0において、Q4がオフ、Q3がオンになったとする。時点
t0においては、Q4のベース電圧VB4がカットオフ電圧よ
り負に落ち込み、Q3のベース電圧VB3は飽和ベース電圧
となっている。
Q3がオンとなるとC3に蓄えられた負の電荷が放電され
るので、Q4のベース電圧VB4は時点t0からt1に移るに従
って、C3・(R7+VR)の時定数で上昇して行き、時点t1
においてカットオフ電圧よりわずかに正となる。このた
めQ4にわずかなベース電流ΔIB4が流れるので、Q4のコ
レクタにはベース電流ΔIB4のhFE倍のコレクタ電流ΔI
C4が流れる。従ってQ4のコレクタ・エミッタ間電圧VCE4
がΔIC4・R9だけ低くなり、このためQ3のベース電流が
ΔIB3だけ減るので、Q3のコレクタ電流がΔIC3だけ減少
する。このため、Q3のコレクタ・エミッタ間の電圧
VCE3、即ち出力的6の電位がΔIC3・R6だけ上昇し、こ
の変化がC3を通してQ4のベースに入り、ベース電圧VB4
をΔIC3・R6だけ上昇させるので、それに比例してQ4の
ベース電流ΔIB4がさらに増加してコレクタ電流ΔIC4を
大きくする。これによりQ4のベース電圧VB4がベース飽
和電圧に達するため、時点t1においてQ4がオンとなると
共に、Q3はベース電圧VB3がカットオフ電圧よりも負に
落ち込むためにオフとなる。従って出力点6の電位は、
時点t1において高レベルT2に反転する。
Q4がオンとなると、C4に蓄えられた負の電荷が放電さ
れるので、Q3のベース電圧VB3は時点t1からt2に移るに
従って、C4・R8の時定数で上昇して行く。そして、Q4が
オフからオンとなるときと同様な動作によって、時点t2
においてQ3がオンとなると共にQ4がオフとなり、出力点
6の電位が低レベルT1となる。
トランジスタQ3がオンして出力点6が低レベルとなっ
ている期間T1を、可変抵抗器VRによって加減することに
より速度制御を行うことができる。即ち、R8=(R7+V
R)となるように可変抵抗期VRの抵抗値を設定すれば、
第2図の時点t0からt4で示すように、出力点6の低レベ
ル期間T1と高レベル期間T2とを同じ長さにすることがで
きる。従ってこの場合、電動機Mへの給電のデューティ
は1/2となる。
また可変抵抗器VRの抵抗値を変えて、R8>(R7+VR)
とすれば、時点t4からt5に示すように、低レベル期間T1
が高レベル期間T2よりも短くなる。反対にR8<(R7+V
R)とすれば、時点t6からt7に示すように、低レベル期
間T1が高レベル期間T2よりも長くなる。
前記したように、出力点6の低レベル期間T1は電動機
Mへの給電遮断期間となる。従って、低レベル期間T1の
長さを変化させることにより、電源電圧Eを電動機Mに
供給する期間と供給しない期間との比、即ち電動機Mへ
の給電のデューティを変えることができるので、そのデ
ューティで電動機Mをチョッピング駆動でき、回転速度
を自由に変えることができる。
なお実施例ではQ3のコレクタと抵抗R6との間の出力点
6と、回転検知用トランジスタQ1のベースとを接続した
が、Q4とR9との間の出力点7とQ1のベースとを接続して
もよい。また発振器としては無安定マルチバイブレータ
の他に種々の発振器を用いることができる。またデュー
ティ制御手段としては可変抵抗器VRに代えて他の手段を
用いることができる。例えばパルスカウンタを設けて発
振器の発振パルス数をカウントし、そのカウント値に基
づいて回転検知用トランジスタをオフさせてもよい。こ
の場合、例えば発振パルス数をm個単位でカウントし、
m個カウントする間のn個分(0個からn個カウントす
る迄の期間)の期間だけ回転検知用トランジスタQ1をオ
フにすればよい。
〔発明の効果〕
本発明は上述のように、電動機の誘導起電力によって
回転検知用トランジスタをオンさせ、この回転検知用ト
ランジスタのオン出力で駆動用トランジスタをオンさせ
て電動機に給電し、回転により誘導起電力が発生してい
る限りは回転が持続するようにすると共に、回転検知用
トランジスタを周期的にオフさせるための発振器に、回
転検知用トランジスタのオン/オフのデューティを変え
るデューティ制御手段を設けたので、周期的に回転検知
用トランジスタをオフにして電動機の回転/拘束を検出
しながら、電動機への給電のデューティを変化させるこ
とができ、拘束検出用の発振器を利用したチョッパー駆
動で電動機の回転速度制御を行うことができる。従っ
て、回転検出及び給電遮断制御を行う回路の部品と、回
転速度制御を行うチョッパー駆動回路の部品とが共用に
なっているから、部品点数が少なく、回路構成が簡略
で、電力損失や発熱が少ない電動機制御回路が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す直流電動機の制御回路
図、第2図は各部の動作を説明するためのタイムチャー
トである。 なお図面に用いた符号において、 5……マルチバイブレータ Q1……回転検知用トランジスタ Q2……駆動用トランジスタ M……直流電動機 VR……可変抵抗器 である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電動機の端子に接続され誘導起電力で
    オンとなる回転検知用トランジスタと、 この回転検知用トランジスタのオン出力によりオンとな
    って駆動電圧を上記直流電動機に供給する駆動用トラン
    ジスタと、 上記回転検知用トランジスタを周期的にオフにする制御
    信号を出力し、回転検知用トランジスタをオフにするこ
    とにより上記駆動用トランジスタをオフにする発振器
    と、 上記発振器に設けられ、上記制御信号による回転検知用
    トランジスタのオン/オフのデューティを変化させるデ
    ューティ制御手段とを具備する直流電動機の制御回路。
JP62319819A 1987-12-17 1987-12-17 直流電動機の制御回路 Expired - Lifetime JP2589992B2 (ja)

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