JPH0251393A - 直流電動機の制御回路 - 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】 （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〕

ブリッジ構成の正転用駆動トランジスタ対及び逆転用駆
動トランジスタ対で直流電動機を正逆転駆動すると共に
、電動機の誘導起電圧を検知してオンとなる回転検知用
トランジスタを各駆動トランジスタ対に接続して、外力
によって一旦電動機を回転させると給電が保持されて回
転が持続するようにし、その後電動機が拘束されたとき
再起動しないように構成し、各回転検知用トランジスタ
の電動機端子に連らなる電極間にコンデンサを結合して
、拘束停止時に反転起動がかからないようにした電動機
制御回路である。

〔従来の技術〕

例えば、玩具自動車においては、−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停止しないため
、走行を阻止された場合、必要以上の電気エネルギーが
消費されて不経済である上に、モータ、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ていた。

そこで玩具自動車の車軸やモータ軸に遠心カスインチを
結合してモータをオン・オフさせ、スイッチ操作によら
ずにはずみ車代自動車のような操作性を得ることが考え
られる。しかし遠心力スイッチを用いると、正逆転切換
えが困難である上、故障し易くなる。

本発明の発明者はこの問題を解消して、遠心力スイッチ
と同等の動作が得られ、可逆切換式にすることが容易で
あり、−旦駆動が停止させられると、必要以上の電気エ
ネルギーを消費させることがなく、またモータ機構等に
無理な負荷を与えないでそれだけ寿命を長＜シトラブル
を無くすことを可能にした直流電動機の制御回路を提案
している（特願昭６２−１３５３９４号）。

即ち、ブリ・ノジ構成の正転用駆動トランジスタ対及び
逆転用駆動トランジスタ対で直流電動機を正逆転駆動す
ると共に、電動機の誘導起電圧を検知してオンとなる回
転検知用トランジスタを各駆動トランジスタ対に接続し
て、外力によって一旦電動機を正転又は逆転させると給
電が保持されて回転が持続するようにし、その後電動機
が拘束されたとき再起動しないように構成した電動機制
御回路を開示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の電動機制御回路では、電動機を瞬間的に拘束停止
させたときに、その反動で逆転方向の起動がかかってし
まうことがあった。

本発明はこの問題を解消し、確実に拘束停止させる得る
ようにすることを目的とする。

〔課題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、ブリッジの橋絡二点
間に接続した直流電動機Ｍに正逆転駆動電圧を供給する
ために、ブリッジの各対向辺に配置された正転用駆動ト
ランジスタ対Ｑ１２、Ｃ３２及び逆転用駆動トランジス
タ対Ｑ２２、Ｃ４２を備える。

上記直流電動機の端子には、正回転及び逆回転の誘導起
電圧を夫々検出してオンとなって上記各駆動トランジス
タ対をオンにさせると共に、上記電動機Ｍの整流子の極
性切換点ごとに電機子巻線に発生ずるパルスによって瞬
間オフにされる一対の回転検知用トランジスタＱｌｌ、
Ｃ２１が接続されている。

上記正転用及び逆転用の駆動トランジスタ対は、各対の
一方のトランジスタＱ１２（Ｃ２２）がオンしたとき、
その電圧出力により対の他方のトランジスタＱ３２　（
Ｃ４２）がオンするように結合されている。

上記一対の回転検知用トランジスタＱｌｌ、Ｃ２１の夫
々の上記電動機の両端子に連らなる電掻間（ベース、エ
ミッタ）に、反転抑制用コンデンサＣ１ｌ、Ｃ２１を夫
々接続しである。

〔作用〕

回転検知用トランジスタＱｌｌ（Ｃ２１）が瞬時オフす
るごとに、電動機の回転に伴う誘導起電圧が検知される
。電動機を拘束すると、停止直前には誘動起電圧は極め
て小さくなり、検知用トランジスタが一旦オフとなると
、再びオンになることができない。従って駆動トランジ
スタもオフになり、給電遮断状態となる。このとき逆転
方向のトランジスタＱ２１はコンデンサＣ２１により瞬
時逆バイアスされ、反転起動が生じない。

〔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、電動機Ｍは、周知の直流３極（相）タイプ整
流子〜電動機（マイクロモータ）である。

４つの駆動トランジスタＱ１２、Ｑ２２、Ｑ３２、Ｑ４
２はブリッジに接続され、その橋絡二点Ａ、Ｂ間に電動
機Ｍが接続されている。ブリッジの対向辺のトランジス
タＱ１２とＱ３２とがオンになったとき、電動機Ｍの端
子Ｔ１、Ｔ２間に正電圧Ｅが加わり、正転する。また他
の対向辺のトランジスタＱ２２、Ｑ４２がオンになった
とき、電動機Ｍの端子Ｔ１、Ｔ２間に逆電圧が加わり、
逆転する。

電動機Ｍの誘導起電圧を検出する回転検知用トランジス
タＱ１１　（正転用）及びＱ２１　（逆転用）が設けら
れていて、これらのトランジスタＱ１１又はＱ２１がオ
ンしたとき、駆動トランジスタＱ１２又はＱ２２がオン
になり、駆動電圧が電動機Ｍの端子に供給されるように
なっている。なお駆動トランジスタＱ１２又はＱ２２の
対向辺にある駆動トランジスタＱ３２又はＱ４２は、後
述のようにＱｌｌ又はＱ２２のオンに伴って自動的にオ
ンとなる。

第１図の正転回路と逆転回路とは対称形であるので、以
下正転回路について詳述する。

駆動トランジスタＱ１２はＰＮＰであり、そのベースに
ＮＰＮの回転検知用トランジスタＱｌｌのコレクターエ
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Ｑｌｌのベースは抵抗Ｒ１を介
して電動機Ｍの端子Ｔ１に接続され、またエミッタは抵
抗Ｒ５を介して電動機Ｍの端子Ｔ２（接地電位）に接続
されている。

これらのトランジスタＱｌｌ、Ｑｌｌはオン状態が自己
保持される接続になっている。即ち、旦Ｑｌｌがオンに
なると、そのコレクタ電流がＱｌｌのベース電流となっ
てＱｌｌがオンする。従ってＱｌｌのコレクタ電圧が上
昇して電動機Ｍに駆動電圧が供給される。このときＱｌ
ｌのコレクタからＱｌｌにベース電流が供給されるので
、Ｑｌｌのオン状態が保持される。

電動機Ｍの端子Ｔ１に駆動電圧が供給されると、端子Ｔ
１に抵抗Ｒ４を介してベースを接続した駆動トランジス
タＱ３２がオンとなる。従って電動機Ｍの端子Ｔ１、Ｔ
２間に正転方向の電圧が供給される。

逆転用の制御回路は上記の抵抗Ｒ５、Ｒ１、Ｒ４を夫々
回転検知用トランジスタＱ２１のエミッタ負荷抵抗Ｒ６
及びベース抵抗Ｒ２、駆動トランジスタＱ４２のベース
抵抗Ｒ３に置き換えた構成である。

第１図の電動機制御回路は静止状態においてオフに保た
れている。ここで電動機Ｍの端子ＴＩに正、端子Ｔ２に
負電圧が発生するように電動機Ｍを外力によって回転さ
せる（この方向を正転とする）。誘導起電圧Ｅ７は電機
子の回転速度Ｎに比例する。

Ｅ、＝Ａ−Ｎ　（Ａは定数） ＥｎがトランジスタＱｌｌのベース・エミッタ順方向電
圧ＶＩＩＥ＋を越えると、抵抗Ｒ１、Ｒ５を通してベー
ス電流が流れ、ＱＬＩがオンとなる。

するとＱｌｌのエミッターベース−Ｑｌｌのコレクター
エミッター抵抗Ｒ５、Ｒ３の経路で駆動トランジスタＱ
４２のベースに電流が流れ、Ｑｌｌ、Ｑ４２がオンにな
る。この瞬間、Ｂ点の電圧が上昇するので、抵抗Ｒ４を
介して駆動トランジスタＱ３２にベース電流が流れ、Ｑ
３２がオンとなる。

これにより電動機Ｍの端子Ｔ１が正電位で端子Ｔ２が接
地電位となり、駆動トランジスタＱ４２はオフとなって
、電動機Ｍは正転を続ける。

これとは逆に、電動機Ｍを外力で逆回転させると、トラ
ンジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ４２が順にオンとなり、電
動機Ｍは逆転を続ける。

このようにして電動機Ｍを起動させた後、例えば電池自
動車が障害物に当たって電動機Ｍが拘束停止されると、
第１図の制御回路は以下の原理により自動的にオフとな
る。

第２図ａ　”−ｃは第１図の電動機Ｍの電機子回路を示
し、この例では三相のデルタ巻線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の３
極の整流子ＣｌＳＣ２、Ｃ３及び一対のブラシＢ＋、Ｂ
ｚから成る。（ａ）の回転位置では、７’　７　’／　
Ｂ　＋　、Ｂ　を間で巻！ｆｙ’ｌ　Ｌ　ｚ　（！：　
Ｌ　３　）直列が巻′ｆａＬ　ｌ　と並列になっている
。（ｂ）の回転位置では、巻ｖＡＬ　：ｌが短絡で、巻
線Ｌ＋−Ｌｚとが並列、更に（ｃ）の回転位置では巻線
Ｌ１とＬ３との直列が巻線Ｌ２と並列になっている。従
って（ｂ）の回転位置では第３図の波形図に示すように
電動機Ｍの端子Ｔ１、ＴＺ間で電ｖ？Ｌ誘導による急峻
な正負のパルス電圧が発生する。第２図（ｂ）と同様な
接続状態が電機子の１回転につき６回生じるので、この
パルス電圧は６０６ごとに発生する。

従って第１図において例えばＱｌ　１．Ｑｌ　２、Ｃ３
２がオンとなっていて電動機Ｍが正転しているときには
、端子Ｔ１、Ｔ２間に発生する負のパルスで検知用トラ
ンジスタＱｌｌのベース・エミッタ間が逆バイアスされ
るので、これらのトランジスタが電動機Ｍの６０°回転
ごとに一瞬オフになる。しかし電動機Ｍが回転している
限りは、その正の誘導起電圧でもって制御回路はオンに
保たれている。

ここで電動機Ｍを外力で拘束すると、一般には拘束電流
が流れ続けようとするが、拘束直前に第２図（ｂ）のよ
うな接続状態にて発生する負パルスにより、トランジス
タＱｌｌがオフになる。この時点で停止に近い回転速度
まで低下していると、端子Ｔ１、Ｔ２の誘導起電圧Ｅ７
が著しく小さくなっていて、Ｅ、、≦Ｖｌ！＋　となり
、検知用トランジスタＱｌｌはもはやオンになることが
できない。

従って制御回路はオフになる。

なお第１図の制御回路において、トランジスタＱｌｌの
エミッタに挿入された抵抗Ｒ５は、Ｑｌｌのコレクタ電
流に対し負帰還として作用する。

即ち、Ｑｌｌのベース電流が増大してコレクタ電流が増
加しようとすると、エミッタ電圧が上昇するので、ベー
ス電流が減少する。従ってトランジスタＱｌｌを能動領
域が動作させることができ、そのベース領域の過剰小数
キャリアを無くして、ターンオフ時の遅れ時間を微小に
することができる。このため電動機Ｍの回転に伴って整
流子の極性切換点で電機子巻線に発生するパルスでもっ
て、トランジスタＱＩＬを瞬時完全にオフさせることが
できる。従って拘束検出が確実に行われる。

トランジスタＱｌｌのコレクタ電流はトランジスタＱ１
２のベース電流であるので、オン時にＱｌ２がほぼ飽和
領域で動作するように抵抗Ｒ５の値を定めることができ
る。またＱｌ２がオンで電動機Ｍが回転しているときに
これを拘束すると、Ｑｌ２は能動領域を経てから遮断領
域に至り、オフする。即ち、電動機Ｍが回転していると
きには、その端子Ｔ１に略電源電圧Ｅが生じている。従
ってＱｌｌは略オンで、Ｑｌ２に十分なベース電流が流
れ、Ｑｌ２はベース電流がオーバードライブになってい
る状態でオンとなっている。電動機Ｍを減速して拘束に
至らしめると、その端子Ｔｌの電位は急速に低下し、Ｑ
ｌｌのコレクタ電流（Ｑｌ２のベース電流）が絞られる
。このためＱｌ２は、そのベース電流の略直流増幅率倍
がコレクタ電流となるような能動領域で一旦動作するの
で、Ｑｌｌが上述のように電動ｉＭのパルスノイズで瞬
時オフすることにより、即座にＱｌ２はオフとなる。Ｑ
ｌ２がオフになると、Ｃ３２もオフとなる。

従って第１図の制御回路によれば、電動機Ｍを拘束した
ときにターンオフに失敗することがなく、確実に拘束検
出及び給電遮断が行われる。

電動機Ｍを拘束停止させたとき、その反動で逆転起動さ
れることがないように、回転検出用のトランジスタＱｌ
ｌ及びＣ２１の夫々のベース−エミッタ間にコンデンサ
Ｃ１ｌ、Ｃ２１を接続しである。

今、トランジスタＱｌｌ、Ｑｌ２、Ｃ３２がオンで、電
動機Ｍが正転している場合、コンデンサＣ１ｌはベース
・エミッタの順方向電圧で充電されているが、コンデン
サＣ２１は、ブリッジのＢ点が正、Ａ点が接地であるた
め、電源電圧で充電されている。従って拘束停止の直後
は逆転検出用のトランジスタＱ２１のベース・エミッタ
が大きく逆バイアスされているため、逆転起動がかかる
恐れは極めて少ない。

同様にトランジスタＱ２１．Ｑ２２、Ｃ４２がオンで電
動機Ｍが逆転している場合も、コンデンサＣ１１が電源
電圧で充電されていて、拘束停止時に正転検出用のトラ
ンジスタＱｌｌのベース・エミッタが逆バイアスとなる
ため、正転に移行する恐れはない。

なお冒頭に述べた特願昭６２−１３５３９４号に開示の
電動機制御回路は第４図のようになっていて、トランジ
スタＱｌｌ、Ｃ２ｌのベース間にコンデンサＣ０を接続
して、拘束停止時点で逆転方向の回転トランジスタＱｌ
ｌ又はＣ２ｌのベースに生じるパルス又は誘導電圧を吸
収している。

しかしこの回路構成では、コンデンサＣ０の容量を大き
くして逆転移行しないようにすると、強制回転による起
動がかかりにくくなる問題が生じる。

一方、第１図のＣ１ｌ、Ｃ２１は比較的小容量で所要の
作用が得られるので、上述のような不都合は生じない。

実施例の電動機制御回路を玩具自動車に適用した場合に
は、玩具自動車を走らせようと前方あるいは後方に、押
せば、回路はオンになり走行を続け、障害物に走行を阻
止されたり、駆動輪を手で止めたりすると瞬時に回路は
オフになる。

従って、特に、幼児にとっては難しいスライドスイッチ
等の操作がないため、思いのまま操作することができる
。また直流電動機の起動電流、拘束電流（ともに走行時
より大きい）を流すことがないので、電池等のエネルギ
ーを浪費することが極めて少ない。更に電動機、機構等
にも無理な負荷がかからないからトラブルが減少し、玩
具自動車の寿命を長くすることもできる。

また、回路がシンプルであるため、安価で容易にこれら
の機能を得られ、過電流リミッタのようにモータに流れ
る電流を検知して制御する方式と異なり、回路の供給電
圧が変動（低下）してもこの機能を損なうことはない。

この制御回路は玩具自動車に限らず、アコーディオンカ
ーテン、ブラインド等にも採用して自動開閉用カーテン
装置や自動開閉ブラインド装置、その他等いろいろな用
途にも使用することができる。

なお必要に応じて第１図の制御回路に起動スイッチ又は
停止スイッチを付加してもよい。起動スイッチは例えば
正転用にはトランジスタＱｌｌ又はＣ１２のコレクタ・
エミッタ間を短絡するブツシュスイッチであってよい。

停止スイッチは例えばトランジスタＱｌｌ又はＣ１２の
ベース・エミッタ間を短絡するブツシュスイッチであっ
てよい。

これらの起動スイッチ又は停止スイッチを設ければ、電
動ｉＭの外力による起動及び拘束による停止の外に、ス
イッチによる起動／停止／正転／逆転の制御もできるよ
うになる。

〔発明の効果〕

本発明は上述の如く、ブリッジ構成の正転用駆動トラン
ジスタ対及び逆転用駆動トランジスタ対で直流電動機を
正逆転駆動すると共に、電動機の誘導起電圧を検知して
オンとなる回転検知用トランジスタを各駆動トランジス
タ対に接続して、外力によって一旦電動機を正転又は逆
転させると給電が保持されて回転が持続するようにし１
．その後電動機が拘束されたとき再起動しないように構
成すると共に、拘束停止時に反動による反転起動を抑制
するコンデンサを各回転検知用トランジスタの電極（ベ
ース・エミッタ）間に接続したことを特徴とする。これ
らのコンデンサは、回転を検出している側とは逆の検知
用トランジスタのベース・エミッタ接合を、停拘停止時
に瞬時逆バイアスに保つので、逆転起動がかかることが
なく、−確実な拘束停止が可能となる。

従って電動機の正転、逆転の両方について強制回転によ
る自起動が可能であり、しかも拘束により確実に給電遮
断となる極めて安定な自己制御性能を持った電動機制御
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ａ　−ｃは電動機の電機子回路図、第３図は
電動機の端子電圧波形図、第４図は従来の直流電動機制
御回路である。 なお図面に用いた符号において、 Ｍ−・−−一−−・・・・−・・−−−−−・・−・・
・・・・電動機Ｑｌｌ、Ｃ２ｌ・・・−・−回転検知用
トランジスタＱ１２、Ｃ２２、Ｃ３２、Ｑ４２ 駆動トランジスタ Ｌ。 〜Ｌ３ 〜Ｃ３ 電機子巻線 整流子 Ｂ。 Ｔ１、Ｔ２ Ｃ１ｌ、 Ｃ２２−・・ である。 ブラシ 端子 コンデンサ 代 理 人 土 屋 勝 １に重かオ幾φ′１イ缶Ｐ回Ｙ名ｉ 第１図 電重磐＠帝１巷Ｐ回蒔 第４図 昭和 ６３年 １０月 日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ブリッジの橋絡二点間に接続した直流電動機に正逆転駆
   動電圧を供給するために、ブリッジの各対向辺に配置さ
   れた正転用駆動トランジスタ対及び逆転用駆動トランジ
   スタ対と、 上記直流電動機の端子に接続されて、正回転及び逆回転
   の誘導起電圧を夫々検出してオンとなって上記各駆動ト
   ランジスタ対をオンにさせると共に、上記電動機の整流
   子の極性切換点ごとに電機子巻線に発生するパルスによ
   って瞬時オフにされる一対の回転検知用トランジスタと
   を具備し、上記正転用及び逆転用の駆動トランジスタ対
   は、各対の一方のトランジスタがオンしたとき、その電
   圧出力により対の他方のトランジスタがオンするように
   結合されていると共に、 上記一対の回転検知用トランジスタの夫々の上記電動機
   の両端子に連らなる電極間に、反転抑制用コンデンサを
   夫々接続したことを特徴とする直流電動機の制御回路。