JPH036750B2

JPH036750B2 -

Info

Publication number: JPH036750B2
Application number: JP57081265A
Authority: JP
Inventors: Makoto Goto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1991-01-30
Also published as: JPS58198187A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電子整流子型の電動機に関するもので
あり、特に、電源から供給される電力を効率良く
利用するようにしたものである。

従来、電子整流子型の電動機では、出力電圧の
一定な直流電源からトランジスタ等を用いて減圧
制御し、たとえば電動機の速度に対応した駆動電
圧を供給していた。第１図に従来の電子整流子型
電動機の構成例を示す。第１図において、１は直
流電源、２は通電制御器、３，４，５は駆動トラ
ンジスタ、６，７，８は３相のコイル、９はロー
タにとりつけられた界磁用のマグネツトである。

上記通電制御器２はマグネツト９の回転に応じ
て通電状態となる駆動トランジスタを切換えると
ともに、回転速度に応じた電圧をコイル６，７，
８に供給する。従つて、直流電源１の電圧は、駆
動トランジスタ３，４，５とコイル６，７，８に
分割してかかる。その結果、直流電源１の供給電
力はコイルでの有効消費電力と駆動トランジスタ
のコレクタ損失の和となる。

通常の電動機においては、駆動トランジスタの
コレクタ損失がかなり大きく、電源の供給電力に
対する有効消費電力の比（電力効率）は小さく、
10％〜30％程度であつた。特に、速度可変範囲の
広い、たとえば多段速度切換えができる電動機
や、駆動力の可変範囲の広い、たとえば巻取用の
電動機では、低速度動作時および低駆動力動作時
の効率が著しく悪くなつていた。

また、第１図のごとき構成では、コイル６，
７，８に片方向の電流しか流れないために、コイ
ル利用率が低く、電動機効率はさらに低かつた。

本発明は、そのような点を考慮し、コイルに両
方向の電流を供給するようにし、かつ可変出力の
直流電圧を取り出すことのできるスイツチング方
式の電圧変換手段を使用した電力効率の良い電子
整流子型の電動機を提供することを目的とし、特
に、可変速度電動装置や可変駆動力電動装置等に
好適なものであり、低速度動作時および低駆動力
動作時での電力効率のすぐれた電動機を得ようと
するものである。

すなわち、本発明の構成は、モータ可動部の位
置を検出する位置検出手段と、複数相のコイル
と、直流電源から可変出力の直流電圧を得るスイ
ツチング方式の電圧変換手段と、前記電圧変換手
段の一方の出力端子と前記コイルの各給電端子の
間に接続されたＫ個（Ｋは３以上の整数）の駆動
トランジスタからなる第１の駆動トランジスタ群
と、前記コイルへの電流供給を指令する指令信号
に対応し、かつ、前記位置検出手段の出力に応動
して前記第１の駆動トランジスタ群の通電を分配
制御する第１の分配制御手段と、前記電圧変換手
段の他方の出力端子と前記コイルの前記各給電端
子の間に接続されたＫ個の駆動トランジスタから
なる第２の駆動トランジスタ群と、前記コイルの
前記各給電端子の端子電圧の平均値に対応した電
圧信号を得る電圧検出手段と、前記電圧変換手段
の出力電圧に応動した応動電圧を得る応動電圧検
出手段と、前記電圧検出手段の電圧信号と前記応
動電圧検出手段の応動電圧の差に対応し、かつ、
前記位置検出手段の出力に応動して前記第２の駆
動トランジスタ群の通電を分配制御する第２の分
配制御手段と、前記電圧変換手段の出力電圧を制
御する動作検出制御手段を具備し、前記動作検出
手段は、基準電圧信号を得る基準電圧発生手段
と、前記第１の駆動トランジスタ群の通電状態に
ある前記駆動トランジスタの動作電圧と前記基準
電圧信号を比較する比較手段を含んで構成され、
通電状態にある前記駆動トランジスタの動作電圧
が大きくなると前記電圧変換手段の出力電圧を小
さくし、動作電圧が小さくなると出力電圧を大き
くするように、前記比較手段の出力に応じて前記
電圧変換手段の出力電圧を制御するようになさ
れ、かつ、前記基準電圧発生手段は前記指令信号
に応動して前記基準電圧信号を変化するように構
成され、前記コイルへの供給電流が小さくなると
前記基準電圧信号を小さくするようにしたことを
特徴とするものであり、これにより所期の目的を
達成したものである。

また、本発明の他の構成は、モータ可動部の位
置を検出する位置検出手段と、複数相のコイル
と、直流電源から可変出力の直流電圧を得るスイ
ツチング方式の電圧変換手段と、前記電圧変換手
段の一方の出力端子と前記コイルの各給電端子の
間に接続されたＫ個（ここに、Ｋは３以上の整
数）の駆動トランジスタからなる第１の駆動トラ
ンジスタ群と、前記コイルへの電流供給を指令す
る指令信号に対応し、かつ、前記位置検出手段の
出力に応動して前記第１の駆動トランジスタ群の
通電を分配制御する第１の分配制御手段と、前記
電圧変換手段の他方の出力端子と前記コイルの前
記各給電端子の間に接続されたＫ個の駆動トラン
ジスタからなる第２の駆動トランジスタ群と、前
記コイルの前記各給電端子の端子電圧の平均値に
対応した電圧信号を得る電圧検出手段と、前記電
圧変換手段の出力電圧に応動した応動電圧を得る
応動電圧検出手段と、前記電圧検出手段の電圧信
号と前記応動電圧検出手段の応動電圧の差に対応
し、かつ、前記位置検出手段の出力に応動して前
記第２の駆動トランジスタ群の通電を分配制御す
る第２の分配制御手段と、前記電圧変換手段の出
力電圧を制御する動作検出制御手段を具備し、前
記動作検出制御手段は、基準電圧信号を得る基準
電圧発生手段と、前記第２の駆動トランジスタ群
の通電状態にある前記駆動トランジスタの動作電
圧と前記基準電圧信号を比較する比較手段を含ん
で構成され、通電状態にある前記駆動トランジス
タの動作電圧が大きくなると前記電圧変換手段の
出力電圧を小さくし、動作電圧が小さくなると出
力電圧を大きくするように、前記比較手段の出力
に応じて前記電圧変換手段の出力電圧を制御する
ようになされ、かつ、前記基準電圧発生手段は前
記指令信号に応動して前記基準電圧信号を変化す
るように構成され、前記コイルへの供給電流が小
さくなると前記基準電圧信号を小さくするように
したことを特徴とするものであり、これにより所
期の目的を達成したものである。

以下に、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。第２図は本発明の一実施例を表わす回路結
線図である。第２図において、１は直流電源、
３，４，５は第１の駆動トランジスタ、６，７，
８は３相のコイル、９はロータにとりつけられた
界磁用のマグネツト、破線で囲まれている部分１
１はマグネツト９の磁束を感知するホール素子４
１，４２，４３，４４，４５，４６からなり、マ
グネツト９（モータ可動部）の回転位置を検出す
る位置検出器、１２は位置検出器１１の出力に応
動して第１の駆動トランジスタ３，４，５の通電
を分配制御する第１の分配制御器、１３，１４，
１５はコイル６，７，８と第１の駆動トランジス
タ群３，４，５とによる電流路に直列に接続され
た（各入力端子を電源側に接続され、各出力端子
を第１の駆動トランジスタ３，４，５の各出力端
子に接続された）第２の駆動トランジスタ、１６
は位置検出器１１の出力に応動して第２の駆動ト
ランジスタ１３，１４，１５の通電を分配制御す
る第２の分配制御器、１７は直流電源１からコイ
ル６，７，８への電流路に直列に挿入され、直流
電源１から可変出力の直流電圧V_Mを得るスイツ
チング方式の電圧変換器、１８は第１の駆動トラ
ンジスタ３，４，５の通電時の動作電圧を検出
し、その検出信号により電圧変換器１７の出力電
圧を制御する動作検出制御器である。また、２
１，２２は直流電圧源、２３は指令信号、２４は
指令信号２３に対応した電流i₁を出力する電流変
換器、１９は電流変換器２４の出力電流i₁に応動
した電流i₂，i₃を発生する相似電流発生器である。

次に、その動作について説明する。指令信号２
３は電流変換器２４に入力され、電圧源２２の電
圧値と比較され、その両者の差に応じた電流i₁に
変換される。指令信号２３は周知の速度検出手段
および速度電圧変換手段によつて得られるもので
あり、マグネツト９の回転速度に対応してその値
を変化する。

第３図に電流変換器２４の具体的な構成例を示
す。指令信号２３と電圧源２２は差動トランジス
タ１１１，１１２のベースにそれぞれ印加され、
その電圧差に応じて定電流源１１５の電流値が各
コレクタ側に分配される。トランジスタ１１１の
コレクタ電流は、トランジスタ１１６と１１７の
カレントミラーによつて反転され、トランジスタ
１１２のコレクタ電流と比較され、トランジスタ
１１８を介して出力（電流吸込）される。

電流変換器２４の出力i₁は相似電流発生器１９
に入力される。相似電流発生器１９はトランジス
タ２５，２６，２７，２８、抵抗２９，３０，３
１からなるカレントミラー回路により構成され、
電流変換器２４の出力i₁に相似（比例または略比
例）の電流i₂，i₃を出力する。電流i₂は第１の分
配制御器１２のダイオード５４、抵抗５５により
電圧信号V₁に変換され電流i₃は動作検出制御器１
８の抵抗６１、ダイオード６２，６３により電圧
信号V₂に変換されている。この電圧V₁，V₂は指
令信号２３に応動して変化する（それぞれに連動
変化する）。

まず、通常の回転駆動動作について説明する。
ここで、V_Mを一定と考える。第１の分配制御器
１２は、コイル６，７，８への電流路（第１の駆
動トランジスタ３，４，５の通電電流路）に直列
に挿入され、その供給電流を検出する電流検出用
の抵抗４７と、抵抗４７の電圧降下と指令信号２
３に応動する電圧信号V₁が入力され、その両者
に応動した出力電流を得る第１の電流制御器４８
と、トランジスタ５０，５１，５２からなる第１
の選択器５３とにより構成されている。

第４図に第１の電流制御器４８の具体的な構成
例を示す。トランジスタ１２１のベース側に電圧
信号V₁を入力し、エミツタ側に抵抗４７の電圧
降下信号を入力し、その両者の差に応動するコル
クタ電流を得て、トランジスタ１２２，１２３の
カレントミラーによつて電流反転して出力され、
第１の選択器５３に供給される。

第１の選択器５３のトランジスタ５０，５１，
５２のエミツタは共通接続され、ベース側に位置
検出器１１のホール素子４１，４２，４３の出力
電圧がそれぞれ印加されている。ホール素子４
１，４２，４３はマグネツト９の磁束を感知し、
その回転位置に応じたアナログ電圧信号を発生す
る。トランジスタ５０，５１，５２は、そのベー
ス電圧の差に応じて共通エミツタ電流を各コレク
タ電流に分配され、ベース電圧の最も低いトラン
ジスタのコレクタ電流が最も大きくなり、他のト
ランジスタのコレクタ電流は零となる。トランジ
スタ５０，５１，５２の各コレクタ電流は第１の
駆動トランジスタ３，４，５の各ベース電流とな
り、電流増幅されてコイル６，７，８へ供給され
る。

コイル６，７，８への供給電流（駆動トランジ
スタ３，４，５の通電電流）は抵抗４７の電圧降
下として検出され、第１の電流制御器４８に入力
される。これにより、第１の電流制御器４８、第
１の選択器５３、第１の駆動トランジスタ３，
４，５および抵抗４７によつて第１の帰還ループ
（電流帰還ループ）が構成され、コイル６，７，
８への供給電流を確実に電圧信号V₁（従つて、指
令信号２３に対応した電流値となしている。その
結果、第１の駆動トランジスタ３，４，５のh_FE
バラツキの影響は著しく小さくなる。また、マグ
ネツト９の回転に伴つてホール素子４１，４２，
４３の出力電圧が変化し、対応するコイルに電流
を供給するように、第１の駆動トランジスタ３，
４，５の通電を制御し、切り換えてゆく。

なおコンデンサ４９は上述の帰還ループの位相
補償（発振防止）のためにつけられている。ま
た、コイル６，７，８に並列に接続されたコンデ
ンサ９４，９６，９８と抵抗９５，９７，９９の
直列回路は、通電路の切り換えに伴うスパイク電
圧を低減するものである。

第２の分配制御器１６は、コイル６，７，８の
端子の電圧の平均的な値（ここでは星形結線の中
性点の電圧）を検出する検出・比較器７１と、ト
ランジスタ７７，７８，７９からなる第２の選択
器８０によつて構成されている。検出・比較器７
１は、コイル６，７，８の中性点の電圧（側電
源端子からコイル６，７，８の端子をみた電圧の
平均的な値）を抵抗７２を介して入力される第２
の電流制御器７６と、抵抗７３，７４により電圧
変換器１７の出力電圧V_Mの分圧電圧Vrを得る基
準電圧器７５により構成されている。基準電圧器
７５による基準電圧Vrも第２の電流制御器７６
に入力され、検出電圧（中性点の電圧）との差に
応じた電流が第２の電流制御器７６より出力（電
流吸込）される。

第５図に第２の電流制御器７６の具体的な構成
例を示す。トランジスタ１３１のベース側に検出
電圧を印加じ、トランジスタ１３２のベース側に
基準電圧Vrを印加すると、その両者の差に応じ
て定電流源３５の電流がトランジスタ１３１，１
３２のコレクタ側に分配される。トランジスタ１
３１，１３２のコレクタ電流はトランジスタ１３
６，１３７のカレントミラーにより反転され、ト
ランジスタ１３２のコレクタ電流と比較され、そ
の差に応じた電流がトランジスタ１４０を介して
出力（電流吸込）され、第２の選択器８０に供給
される。第２の電流制御器７６の出力電流は検出
電圧（中性点の電圧）が小さくなると大きくな
る。

第２の選択器８０のトランジスタ７７，７８，
７９はエミツタを共通接続され、各ベース端子に
位置検出器１１のホール素子４４，４５，４６の
出力が印加され、そのベース電圧に応じて共通エ
ミツタ電流をコレクタ側に分配する。トランジス
タ７７，７８，７９の各コレクタ電流は第２の駆
動トランジスタ１３，１４，１５の各ベース電流
となり、コイル６，７，８への通電を切換え制御
している。

従つて、検出・比較器７１、第２の選択器８
０、第２の駆動トランジスタ１３，１４，１５、
コイル６，７，８によつて第２の帰還ループが構
成され、検出電圧（中性点の電圧）が所定の電圧
（基準電圧Vrに対応）となるように動作し、第１
の駆動トランジスタ３，４，５の通電電流（指令
信号２３に対応）と等しい電流が第２の駆動トラ
ンジスタ１３，１４，１５にも流れ、コイル６，
７，８には両方向の電流（マグネツト９の回転に
伴つて電流の向きが変る電流）が安定に供給され
る。

これについて説明すれば、第１の駆動トランジ
スタの通電電流が過渡的に第２の駆動トランジス
タの通電電流よりも大きくなると、コイルの端子
の電圧（側電源電圧を基準）は全体的に小さく
なり、それに伴つて検出・比較器７１の検出電圧
は小さくなる。この検出電圧の減小は第２の電流
制御器７６の出力電流を大きくし、第２の選択器
８０を介して第２の駆動トランジスタのベース電
流、従つてコレクタ電流を大きくする。その結
果、第１の駆動トランジスタの通電電流（コレク
タ電流）と等しい電流が第２の駆動トランジスタ
より出力される。また、検出・比較器７１の検出
電圧は基準電圧器７５の基準電圧Vrに等しい、
もしくは略等しい値に安定に制御される。なお、
コンデンサ８１は第２の帰還ループの位相補償
（発振防止）のためにつけている。

このように、第１の帰還ループと第２の帰還ル
ープによつて、位置検出器１１の出力に対応した
コイルに指令信号２３に対応した電流が安定に供
給され、マグネツト９の回転に伴つてコイル６，
７，８への電流路は順次切り換わり、両方向の電
流が供給される。

次に、動作検出制御器１８と電圧変換器１７に
よる出力電圧V_Mの制御方法について説明する。
相似電流発生器１９の出力i₃は動作検出制御器１
８に入力され、抵抗６１、ダイオード６２，６３
によつて第１の駆動トランジスタ３，４，５の共
通接続端子（エミツタ側）から所定電圧値の基準
電圧信号V₂を発生する。電圧信号V₂は電圧信号
V₁に連動して変化し（V₁，V₂は共に指令信号２
３に応動して変化する）、コイル６，７，８への
供給電流（すなわち、第１および第２の駆動トラ
ンジスタの通電電流）が大きい時に信号V₂を大
きくし、供給電流の小さい時に信号V₂を小さく
している。検出トランジスタ６４，６５，６６の
各エミツタ側は基準端子として基準電位点（信号
V₂の点）に直流的（直接もしくは抵抗、ダイオ
ード等を介して）に接続され、各ベース側は検出
端子として直流的に第１の駆動トランジスタ３，
４，５の各出力端子に接続されている。その結
果、第１の駆動トランジスタ３，４，５の通電状
態にあるトランジスタの動作電圧（コレクタ・エ
ミツタ間電圧V_CEの絶対値）と基準電圧信号V₂と
が比較され、その動作電圧値が信号V₂よりもエ
ミツタ・ベース間順方向電圧V_D分小さくなると、
対応する検出トランジスタ６４，６５，６６が導
通し、コレクタ側に電流を出力する。

たとえば、駆動トランジスタ１３と４が活性と
なつている場合の電流路を第６図に示す。その電
流路は、電圧変換器１７の出力V_M→第２の駆動トラン
ジスタ１３→コイル６，７→第１の駆動トランジ
スタ４→抵抗４７→側電源となつている。従つて、通電状態にある第１の駆
動トランジスタ４の動作電圧が他の駆動トランジ
スタ３，５の電圧よりも小さくなる。検出トラン
ジスタ６４，６５，６６は第１の駆動トランジス
タ３，４，５の動作電圧と基準電圧信号V₂を比
較し、第６図においては、第１の駆動トランジス
タ４の動作電圧が電圧信号V₂よりもV_D分小さく
なると、検出トランジスタ６５が活性となり、コ
レクタ電流を出力する。

各検出トランジスタ６４，６５，６６の出力電
流は合成され（コレクタ側を共通接続）、ダイオ
ード６７、トランジスタ６９、抵抗６８，７０か
らなるカレントミラーによつて反転増幅される。
すなわち、通電時の第１の駆動トランジスタの動
作電圧に応じた出力電流が得られ、電圧変換器１
７に供給される。

電圧変換器１７は、直流電源１の正極端子
（Vs＝20V）からコイル６，７，８に至る給電路
に直列して挿入された給電制御用半導体スイツチ
ング素子を構成するところのスイツチングトラン
ジスタ１０１と、上記スイツチングトランジスタ
１０１をオン・オフ制御するスイツチング制御器
１００と、フライホイール・ダイオード１０５
と、インダクタンス素子１０６と、コンデンサ１
０７によつて構成されている。スイツチング制御
器１００は、たとえば50KHzの三角波電圧信号を
作る三角波発生器と、動作検出制御器１８の出力
を電圧信号に変換した後に前記三角波信号と比較
するコンパレータ等の周知の種々の構成を利用で
き、動作検出制御器１８の出力信号に応じたデユ
ーテイのパルス信号を得て、スイツチングトラン
ジスタ１０１をオン・オフ制御する。電圧変換器
１７の出力電圧V_Mは、スイツチングトランジス
タ１０１のオン時間・オフ時間（実質的なデユー
テイ比率）に関係して変化する。このスイツチン
グトランジスタ１０１がオンの時にはViVsと
なり、直流電源１はインダクタンス素子１０６を
通して負荷側に電流を供給する。スイツチングト
ランジスタ１０１がオフになると、フライホイー
ル・ダイオード１０５がオンとなり、インダクタ
ンス素子１０６に蓄えられたエネルギーを負荷側
に供給する。その結果、電圧変換器１７の出力電
圧V_Mはトランジスタ１０１のオン時間のデユー
テイ（オン時間比率）に対応した値となる。

動作検出制御器１８の出力電流は電圧変換器１
７に入力され、電流値が大きくなるとスイツチン
グトランジスタ１０１のオン時間比率を大きくし
て出力電圧V_Mを大きくし、電流値が小さくなる
とオン時間比率を小さくして出力電圧V_Mを小さ
くする。従つて、動作検出制御器１８、電圧変換
器１７および第１の駆動トランジスタ３，４，５
によつて第３の帰還ループが構成され、前述の第
１の駆動トランジスタ３，４，５の通電時の動作
電圧を検出し、その動作電圧が基準電圧信号V₂
に対応した所定値（大体V₂−V_D程度）となるよ
うに電圧変換器１７の出力電圧V_Mを制御してい
る。これについて説明すれば、第１の駆動トラン
ジスタ３，４，５の動作電圧が減小すると、動作
検出制御器１８の出力電流が大きくなり、スイツ
チング制御器１００の動作によりスイツチングト
ランジスタ１０１のオン時間比率を大きくし、電
圧変換器１７の出力電圧V_Mを大きくして、第１
の駆動トランジスタの動作電圧を大きくする。逆
の場合も同様である。

次に、第１、第２および第３の帰還ループの全
体の動作について説明する。いま、帰還ループが
平衡状態にあるものとすれば、抵抗４７の電圧降
下は指令信号２３に対応した値となり、第１の駆
動トランジスタ３，４，５および第２の駆動トラ
ンジスタ１３，１４，１５は位置検出器１１によ
り選択されたコイルに指令信号２３に対応した電
流を供給して（第１および第２の帰還ループ）、
第１の駆動トランジスタ３，４，５の通電状態の
トランジスタの動作電圧は電圧信号V₂（従つて、
指令信号２３）に対応した能動領域内の所定の小
さな値となる（第３の帰還ループ）。また、コイ
ル６，７，８の端子の電圧の平均値（中性点の電
圧）は基準電圧器７５の基準電圧信号Vrに対応
した所定の値となつている（第２の帰還ループ）。
ここで、基準電圧器７５は電圧変換器１７の出力
電圧V_Mを抵抗７３，７４にて分割することによ
り基準電圧Vrを得ており、ここではVrをV_M／２
もしくは略V_M／２となしている。その結果、第
２の駆動トランジスタ１３，１４，１５の通電時
の動作電圧は第１の駆動トランジスタ３，４，５
の通電時の動作電圧に等しくもしくは略等しくな
り、能動領域内の小さな値となる。これにより、
直流電源１の電圧Vsは第７図に示すように回路
の各部分に印加される。

このような状態から指令信号２３が微小量小さ
くなつた場合を考える。

指令信号２３の減小は電流変換器２４の出力
i₁を大きくし、相似電流発生器１９の出力電流
i₂，ｉのを値を大きくし、電圧信号V₁，V₂を
大きくする。

電圧信号V₁が大きくなると、第１の駆動ト
ランジスタ３，４，５の通電状態のトランジス
タのベース電流、従つてコレクタ電流を大きく
し、電圧信号V₁に対応した電流をコイル６，
７，８に供給する（第１の帰還ループ）。

第１の駆動トランジスタ３，４，５の通電電
流が過渡的に第２の駆動トランジスタ１３，１
４，１５の通電電流よりも大きくなり、コイル
６，７，８の端子の電圧が小さくなる。それに
伴つて、検出・比較器７１の検出電圧信号が基
準電圧信号Vrよりも小さくなり、その出力電
流を大きくし、第２の駆動トランジスタ１３，
１４，１５の通電状態のトランジスタのベース
電流、従つてコレクタ電流が大きくなり（第２
の帰還ループ）、第２の駆動トランジスタの通
電電流が第１の駆動トランジスタの通電電流に
等しくなる。

第１および第２の帰還ループの動作により、
コイル６，７，８への供給電流が増加し、その
電圧降下が大きくなるために、第１の駆動トラ
ンジスタおよび第２の駆動トランジスタの動作
電圧が小さくなる。

第１の駆動トランジスタ３，４，５の通電時
のトランジスタの動作電圧の減小および電圧信
号V₂の増加は、動作検出制御器１８にて検出
され、その出力電流を大きくし、電圧変換器１
７のスイツチングトランジスタ１０１のオン時
間比率を大きくして、その出力電圧V_Mを大き
くする（第３の帰還ループ）。

V_Mの増加は第２の分配制御器１６の検出・
比較器７１の基準電圧Vrを大きくし、コイル
６，７，８の端子の電圧の平均値を大きくす
る。

、の動作により（実際には、〜の動
作はほぼ同時に起る）、第１の駆動トランジス
タの通電時の動作電圧を電圧信号V₂に対応し
た所定の値となすような出力電圧V_Mを電圧変
換器１７が発生して安定となる（全体が安定、
平衡状態になる）。

指令信号２３が大幅に変化する場合でも同様に
安定状態におちつく（上述の微小変化が連続的に
生じるものと考えて良い）。

本実施例の電動機は、次の点で大幅に効率が向
上している。

(1) コイルに両方向の電流を流すため、コイルの
利用率が高い。

(2) 第１の駆動トランジスタおよび第２の駆動ト
ランジスタの動作電圧が能動領域内の小さな値
であり、そのコレクタ損失が小さい（第２の帰
還ループおよび第３の帰還ループの動作によ
る）。

(3) スイツチング方式の電圧変換器を使用してい
るため、電圧変換器に伴う損失は極めて小さ
い。

また、第１の帰還ループの動作によりコイルへ
の供給電流は確実に指令信号に対応した値とな
り、前述の第１の駆動トランジスタの通電時の動
作電圧（および第２の駆動トランジスタの通電時
の動作電圧）の相間のバラツキが小さくなり、そ
の検出が容易かつ安定となる。

さらに、本実施例では、基準端子側を直流的に
（直接または抵抗・ダイオード等を介して）基準
電圧信号V₂の電位点に接続し、検出端子側を直
流的に駆動トランジスタ３，４，５の各出力端子
に接続したPNP形トランジスタからなる検出ト
ランジスタ６４，６５，６６を使用しているため
に、第１の駆動トランジスタ３，４，５の動作電
圧の検出に必要とされる素子は、トランジスタ、
ダイオード、抵抗だけであり、単一のシリコン・
チツプ上に集積回路化することが可能となる。

その結果、第２図の電動機の回路部分をモノリ
シツク集積回路にて構成する場合に、外付部品が
少なく製造が容易となる。また、その検出特性も
相間のバラツキも小さく、検出に必要な電流も小
さくて良い。さらに、ラテラル構造のPNP形ト
ランジスタを検出トランジスタに使用すれば、ベ
ース・エミツタ間耐圧およびベース・コレクタ間
耐圧が大きくとれ、信頼性が向上する。

また本実施例では、第１の駆動トランジスタ
３，４，５の動作電圧と比較する基準電圧信号
V₂を指令信号２３に応動して変化させ、コイル
６，７，８への供給電流（すなわち、駆動トラン
ジスタの通電電流）が大きい時に電圧V₂を大き
くし、供給電流の小さい時に電圧V₂を小さくし
ている。これにより、駆動トランジスタの動作電
圧が、その通電電流の大小にかかわらず確実に能
動領域内の小さな電圧値となるように電圧変換器
１７の出力電圧が制御される。このような特性
は、特に駆動トランジスタの飽和を考慮すると、
重要である。

これについて説明する。一般に、トランジスタ
の飽和電圧は通電電流（コレクタ電流）に比例し
て大きくなり、逆に、能動領域は狭くなつてゆく
（第８図参照）。

いま、電圧信号V₂を一定（抵抗６１、ダイオ
ード６２，６３の両端電圧が一定）の場合を考え
る。第１の駆動トランジスタが飽和状態となりか
つその通電電流を大きくするように動作するなら
ば、通電電流の増大に伴つて動作電圧（この場合
は飽和電圧）が大きくなる。従つて、基準電圧信
号V₂と動作電圧との差は小さくなり、検出トラ
ンジスタの出力電流が小さくなり、電圧変換器１
７の出力電圧V_Mを小さくする。その結果、電圧
変換器１７の出力範囲にはまだ十分余裕があるに
もかかわらず、動作検出制御器１８の出力電流が
小さいために電圧V_Mが小さな値で安定してしま
う（第３の帰還ループの誤動作）。

一方、本実施例のごとく、電圧信号V₂を通電
電流に応動して連動変化させるならば、通電電流
の増大に伴う駆動トランジスタの飽和電圧の増加
よりも電圧信号V₂の増加を大きくできるために、
検出トランジスタは十分に順方向バイアスされ、
動作検出制御器１８の出力電流は大きくなり、電
圧変換器１７の出力電圧V_Mも出力範囲の最大値
まで大きくなる。すなわち、コイルへの供給電流
にかかわらず、電圧変換器１７の出力の応動範囲
内であれば、第３の帰還ループは確実に動作す
る。さらに、コイルへの供給電流の少ない時の駆
動トランジスタの動作電圧を小さく設定できるた
めに、そのコレクタ損失を著しく小さくできる。

また、動作検出制御器１８は、第２の駆動トラ
ンジスタの動作電圧が所定値（V₂−V_D）以下に
なると、その出力電流が動作電圧に応動して変化
し、動作電圧が所定値（V₂−V_D）以上に大きく
なるとその出力電流は一定（零）となり変化しな
い。第９図にその特性を示す。このような特性に
するならば、第１の駆動トランジスタの動作電圧
が小さくなり飽和すると、その動作電圧（飽和電
圧）と基準電圧V₂との差に応じた電流が出力さ
れるために、その差が大きい程出力電流が大きく
なり、第３の帰還ループの応答動作が安定、確実
となる。また、動作検出制御器１８の応動範囲は
狭くて良く、構成も容易となる。なお、第１の駆
動トランジスタの動作電圧がV₂−V_Dよりも十分
に大きい場合には動作検出制御器１８の出力電流
は過渡的に一定（零）となるが、第３の帰還ルー
プの動作により電圧変換器１７の出力電圧V_Mが
小さくなり、動作検出制御器１８の出力電流が動
作電圧に応動する領域になつて安定する。

さらに、第２の分配制御器１６の検出・比較器
７１の基準電圧Vrを電圧変換器１７の出力電圧
V_Mに連動変化（第２図の実施例ではVrV_M／
２）させるならば、コイル６，７，８の平均的な
電圧（電源端子を基準）がV_Mに連動して変化
し、第２の駆動トランジスタの通電時の動作電圧
は第１の駆動トランジスタの通電時の動作電圧と
等しくもしくは略等しくなる。その結果、第２の
駆動トランジスタの動作電圧が能動領域内の小さ
な値となり、そのコレクタ損失も十分に小さくで
きる。

第１０図に本発明の他の実施例を表わす回路結
線図を示す。本例では、第２の分配制御器１６の
検出・比較器７１においてコイル６，７，８の端
子より抵抗１５１，１５２，１５３を星形結線し
てその共通接続点の電圧を検出するようにしてい
る。また、動作検出制御器１８の抵抗６１、ダイ
オード６２，６３に定電流源１５０の電流を供給
し、基準電圧V₂を一定となしている。他の部分
および動作は第２図の実施例と同様であり、説明
を省略する。

第１１図に本発明のさらに他の実施例を表わす
回路結線図を示す。本例においては、動作検出制
御器１８が第２の駆動トランジスタ１３，１４，
１５の通電時の動作電圧を検出するようにしてい
る。それに伴つて、相似電流発生器１９にダイオ
ード２０１、トランジスタ２０２、抵抗２０３，
２０４からなるカレントミラーを追加し、電流変
換器２４の出力電流i₁に応動（比例または略比
例）する電流i₃を得て動作検出制御器１８に供給
している。他の構成および動作は第２図の実施例
と同様である。

次に動作検出制御器１８の構成と動作について
説明する。相似電流発生器１９の電流i₃は抵抗２
０５、ダイオード２０６，２０７により第２の駆
動トランジスタ１３，１４，１５の共通接続端子
より所定電圧値の基準電圧信号V₂を発生してい
る。電圧信号V₂は信号V₁と連動変化し（V₁，V₂
は共に指令信号２３に応動する）、第２の駆動ト
ランジスタ１３，１４，１５の通電電流が大きく
なるとV₂は大きくなり、通電電流が小さくなる
とV₂も小さくなる。

検出トランジスタ２０８，２０９，２１０の各
ベース端子は基準端子として基準の電位点（V₂
の点）に接続され、各エミツタ端子は検出端子と
してそれぞれ抵抗２１１，２１２，２１３を介し
て第２の駆動トランジスタ１３，１４，１５の各
出力端子に接続され、コレクタ端子は共通接続さ
れ、ダイオード６７、トランジスタ６９、抵抗６
８，７０からなるカレントミラーに電流を供給す
るようにしている。

第１２図に駆動トランジスタ１３，４が活性と
なつている場合の電流路を示す。このとき、第２
の駆動トランジスタ１３の動作電圧が他の駆動ト
ランジスタ１４，１５の電圧よりも小さくなり、
その値が所定値（V₂−V_D）以下になると検出ト
ランジスタ２０８が導通し、コレクタ側に電流を
供給する。従つて、動作検出制御器１８は第２の
駆動トランジスタ１３，１４，１５の通電時の動
作電圧を検出し、その値に応じた出力電流（吸込
電流）を電圧変換器１７に供給する。

第１１図の実施例の全体の動作は次のようにな
る。平衡状態から指令信号２３が微小量小さくな
つた場合の応答を考えると、指令信号２３の減少は電流変換器２４の出力
i₁を大きくし、相似電流発生器１９の出力電流
i₂，i₃を大きくし、電圧信号V₁，V₂を大きくす
る。

第１の駆動トランジスタの通電電流が過渡的
に第２の駆動トランジスタの通電電流よりも大
きくなり、コイル６，７，８の端子の電圧が小
さくなる。従つて、第２の分配制御器１６の検
出電圧が基準電圧信号Vrよりも小さくなり、
検出・比較器71の出力電流を大きくし、第２の
駆動トランジスタ１３，１４，１５の通電状態
のトランジスタのベース電流、従つてコレクタ
電流が大きくなり（第２の帰還ループ）、第２
の駆動トランジスタの通電電流が第１の駆動ト
ランジスタの通電電流に等しくなる。

第１および第２の帰還ループの動作により、
コイル６，７，８への供給電流が増加しその電
圧降下が大きくなるために、第１の駆動トラン
ジスタおよび第２の駆動トランジスタの動作電
圧が小さくなる（中性点の電圧がVrに等しく
なつている）。

第２の駆動トランジスタ１３，１４，１５の
通電時のトランジスタの動作電圧の減少および
電圧信号V₂の増加は、動作検出制御器１８に
て検出されその出力電流を大きくし、電圧変換
器１７のスイツチングトランジスタ１０１のオ
ン時間比率を大きくして、その出力電圧V_Mを
大きくする（第３の帰還ループ）。

、の動作（実際には、〜の動作はほ
とんど同時に起る）、第２の駆動トランジスタ
の通電時の動作電圧を電圧信号V₂に対応した
所定の値となすような出力電圧V_Mを電圧変換
器１７が発生して安定となる（全体が安定、平
衡状態になる）。

以上の実施例のように、第１の駆動トランジス
タおよび第２の駆動トランジスタによつてコイル
に両方向の電流を供給し、コイルへの供給電流を
指令信号に応じた値になすとともに、動作検出制
御器の基準電圧信号を指冷信号に応じて変化させ
るならば、次のような効果が得ることができる。

(a) コイルへの供給電流が小さい時の第１の駆動
トランジスタおよび第２の駆動トランジスタの
動作電圧を大幅に小さくできるので、小電流供
給時の第１の駆動トランジスタおよび第２の駆
動トランジスタにおける電力損失を大幅に小さ
くでき、従つて、電力効率が改善される。特
に、定常的な速度制御状態の時には供給電流が
かなり小さくなつているので、大幅な効率改善
の効果が得られる。

(b) コイルへの供給電流が大きい時の第１の駆動
トランジスタおよび第２の駆動トランジスタの
動作電圧を大きくできるので、大電流供給時で
も第１の駆動トランジスタおよび第２の駆動ト
ランジスタは安定に能動領域で動作する。従つ
て、駆動トランジスタの動作電圧の制御は、コ
イル電流の値および変動にかかわらず安定に行
なわれる。

なお、本発明は回転運動する回転電動機に限ら
ず、モータ可動部が直進的に相対移動する、いわ
ゆる直進電動機の場合も同様に実施できることは
いうまでもない。

また、位置検出手段は前述の実施例に示したご
ときホール素子等の磁電変換素子に限らず、たと
えば高周波結合を利用する方法など周知の各種の
方法が利用可能である。また、駆動トランジスタ
３，４，５，１３，１４，１５にはバイポーラ形
のトランジスタに限らず、電界効果形のトランジ
スタを使用しても良いし、スイツチングトランジ
スタ１０１もバイポーラ形に限らず電界効果形ト
ランジスタやサイポーラ形に限らず電界効果形ト
ランジスタやサイリスタなどの半導体素子を使用
できる。

また、前述の実施例では、電圧変換器の出力電
圧は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、コイルに供給するよ
うにしても良い。また、電圧変換器の構成は前述
の実施例に限定されず、インバータ方式、周波数
変調型チツパ方式、パルス幅変調型チツパ方式等
の各種の方法、構成を採用し得る。その他、本発
明の主旨にもとづいて種々の変形が可能である。

以上の説明から明らかなように、本発明の電動
機は電力効率が著しく改善される利点を有する。
従つて、本発明にもとづいて、たとえば音響・映
像機器に使用する電子整流子型の電動機を構成す
るならば、消費電力の極めて小さい省電力機器と
なすことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動機の構成図、第２図は本発
明の一実施例を表わす回路結線図、第３図は電流
交換器の具体的な構成例図、第４図は第１の電流
制御器の具体的な構成例図、第５図は第２の電流
制御器の具体的な構成例図、第６図は第２図の回
路動作を説明するための図、第７図は回路各部に
おける電圧配分を示す図、第８図はトランジスタ
の動作領域を表わす図、第９図は動作検出制御器
の検出特性を表わす図、第１０図は本発明の他の
実施例を表わす回路結線図、第１１図も本発明の
さらに他の実施例を表わす回路結線図、第１２図
は第１１図の回路動作を説明するための図であ
る。１……直流電源、３，４，５……第１の駆動ト
ランジスタ、６，７，８……コイル、９……マグ
ネツト、１１……位置検出器、１２……第１の分
配制御器、１３，１４，１５……第２の駆動トラ
ンジスタ、１６……第２の分配制御器、１７……
電圧変換器、１８……動作検出制御器、１９……
相似電流発生器、２３……指令信号、２４……電
流変換器、４１，４２，４３，４４，４５，４６
……ホール素子、４８……第１の電流制御器、５
３……第１の選択器、６４，６５，６６，２０
８，２０９，２１０……検出トランジスタ、７１
……検出・比較器、７５……基準電圧器、７６…
…第２の電流制御器、８０……第２の選択器、１
００……スイツチング制御器、１０１……スイツ
チングトランジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】１モータ可動部の位置を検出する位置検出手段
と、複数相のコイルと、直流電源から可変出力の
直流電圧を得るスイツチング方式の電圧変換手段
と、前記電圧変換手段の一方の出力端子と前記コ
イルの各給電端子の間に接続されたＫ個（Ｋは３
以上の整数）の駆動トランジスタからなる第１の
駆動トランジスタ群と、前記コイルへの電流供給
を指令する指令信号に対応し、かつ、前記位置検
出手段の出力に応動して前記第１の駆動トランジ
スタ群の通電を分配制御する第１の分配制御手段
と、前記電圧変換手段の他方の出力端子と前記コ
イルの前記各給電端子の間に接続されたＫ個の駆
動トランジスタからなる第２の駆動トランジスタ
群と、前記コイルの前記各給電端子の端子電圧の
平均値に対応した電圧信号を得る電圧検出手段
と、前記電圧変換手段の出力電圧に応動した応動
電圧を得る応動電圧検出手段と、前記電圧検出手
段の電圧信号と前記応動電圧検出手段の応動電圧
の差に対応し、かつ、前記位置検出手段の出力に
応動して前記第２の駆動トランジスタ群の通電を
分配制御する第２の分配制御手段と、前記電圧変
換手段の出力電圧を制御する動作検出制御手段を
具備し、前記動作検出制御手段は、基準電圧信号
を得る基準電圧発生手段と、前記第１の駆動トラ
ンジスタ群の通電状態にある前記駆動トランジス
タの動作電圧と前記基準電圧信号を比較する比較
手段を含んで構成され、通電状態にある前記駆動
トランジスタの動作電圧が大きくなると前記電圧
変換手段の出力電圧を小さくし、動作電圧が小さ
くなると出力電圧を大きくするように、前記比較
手段の出力に応じて前記電圧変換手段の出力電圧
を制御するようになされ、かつ、前記基準電圧発
生手段は前記指令信号に応動して前記基準電圧信
号を変化するように構成され、前記コイルへの供
給電流が小さくなると前記基準電圧信号を小さく
するようにした電動機。２モータ可動部の位置を検出する位置検出手段
と、複数相のコイルと、直流電源から可変出力の
直流電圧を得るスイツチング方式の電圧変換手段
と、前記電圧変換手段の一方の出力端子と前記コ
イルの各給電端子の間に接続されたＫ個（Ｋは３
以上の整数）の駆動トランジスタからなる第１の
駆動トランジスタ群と、前記コイルへの電流供給
を指令する指令信号に対応し、かつ、前記位置検
出手段の出力に応動して前記第１の駆動トランジ
スタ群の通電を分配制御する第１の分配制御手段
と、前記電圧変換手段の他方の出力端子と前記コ
イルの前記各給電端子の間に接続されたＫ個の駆
動トランジスタからなる第２の駆動トランジスタ
群と、前記コイルの前記各給電端子の端子電圧の
平均値に対応した電圧信号を得る電圧検出手段
と、前記電圧変換手段の出力電圧に応動した応動
電圧を得る応動電圧検出手段と、前記電圧検出手
段の電圧信号と前記応動電圧検出手段の応動電圧
の差に対応し、かつ、前記位置検出手段の出力に
応動して前記第２の駆動トランジスタ群の通電を
分配制御する第２の分配制御手段と、前記電圧変
換手段の出力電圧を制御する動作検出制御手段を
具備し、前記動作検出制御手段は、基準電圧信号
を得る基準電圧発生手段と、前記第２の駆動トラ
ンジスタ群の通電状態にある前記駆動トランジス
タの動作電圧と前記基準電圧信号を比較する比較
手段を含んで構成され、通電状態にある前記駆動
トランジスタの動作電圧が大きくなると前記電圧
変換手段の出力電圧を小さくし、動作電圧が小さ
くなると出力電圧を大きくするように、前記比較
手段の出力に応じて前記電圧変換手段の出力電圧
を制御するようになされ、かつ、前記基準電圧発
生手段は前記指令信号に応動して前記基準電圧信
号を変化するように構成され、前記コイルへの供
給電流が小さくなると前記基準電圧信号を小さく
するようにした電動機。