JPH036751B2 - - Google Patents

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
制御機、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共に、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、本発明は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）の第１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個の第２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、前記第２の分配制御
手段は、第１の基準電圧信号を得る第１の基準電
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第２の駆動トランジスタの動
作電圧と前記第１の基準電圧信号を比較し、該比
較出力に応じて前記第２の駆動トランジスタの通
電電流を制御する第１の比較手段を含んで構成さ
れ、かつ、前記動作検出制御手段は、第２の基準
電圧信号を得る第２の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
第１の駆動トランジスタの動作電圧と前記第２の
基準電圧信号を比較し、該比較出力に応じて前記
電圧変換手段の出力電圧を制御する第２の比較手
段を含んで構成され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は界磁用のマグネツト、破
線で囲まれている部分１１はマグネツト９の磁束
を感知するホール素子４１，４２，４３，４４，
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１３，１４，１
５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、２１，２２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、i₄を発生する相以電
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
２５，２６，２７，２８，２９、抵抗３０，３
１，３２，３３からなる第１のカレントミラーと
ダイオード３４、トランジスタ３５、抵抗３６，
３７からなる第２のカレントミラーにより構成さ
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、i₄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は第２の分
配制御器１６のダイオード８１，８２、抵抗８３
により電圧信号V₂に変換され、電流i₄は動作検出
制御器１８の抵抗６１、ダイオード６２，６３に
より電圧信号V₃に変換されている。この電圧V₁、
V₂、V₃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１
２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２３
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レクタ
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、電流制御器４８に入力され
る。これにより、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、第２の駆動トランジ
スタ１３，１４，１５の通電時の動作電圧（コレ
クタ・エミツタ間電圧V_CEの絶対値）を検出する
検出・比較器７１と、トランジスタ７３，７４，
７５からなる第２の選択器７６によつて構成され
ている。

相似電流発生器１９の出力i₃は検出・比較器７
１に入力され、ダイオード８１，８２、抵抗８３
によつて第２の駆動トランジスタ１３，１４，１
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２３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の駆動トランジ
スタ３，４，５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８７，８８，８９の各ベース
側は入力端子として基準電位（信号V₂の点）に
直流的に（直接または抵抗、ダイオード等を介し
て）接続され、各エミツタ側は検出端子としてそ
れぞれ抵抗８４，８５，８６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
続されている。その結果、第２の駆動トランジス
タ１３，１４，１５の通電状態にあるトランジス
タの動作電圧と基準電圧信号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
トランジスタが導通し、コレクタ側に電流を出力
する。

第５図に駆動トランジスタ１３と４が活性とな
つている場合の電流路を示す。この電流路は 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および７→第１の駆動トラ
ンジスタ４→抵抗４７→側電源 となり、通電状態にある第２の駆動トランジスタ
１３の動作電圧V_CEが他の駆動トランジスタ１
４，１５の電圧V_CEよりも小さくなる。そして、
検出トランジスタ８７，８８，８９は第２の駆動
トランジスタ１３，１４，１５の電圧V_CEと基準
電圧信号V₂を比較して、その差に応じたコレク
タ電流を出力する。第５図においては、第２の駆
動トランジスタ１３の動作電圧が電圧信号V₂よ
りもベース・エミツタ間順方向電圧V_D分小さく
なると、検出トランジスタ８７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８
７，８８，８９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９０と抵抗９１によ
つて電圧に変換され、トランジスタ９２のベース
に印加される。また、トランジスタ９３のベース
には抵抗９５，９７とダイオード９６による所定
の電圧信号が印加されている。トランジスタ９
２，９３のベース電圧差に応じて定電流源９４の
電流値はトランジスタ９２，９３のコレクタ電流
に分配され、トランジスタ９３のコレクタ電流は
検出トランジスタ８７，８８，８９の出力電流が
小さい時に大きくなり、大きい時に小さくなる。
従つて、通電時の第２の駆動トランジスタの動作
電圧に応じた電流が検出・比較器７１のトランジ
スタ９３より出力（電流吸込）され、第２の選択
器７６に供給する。その供給電流は、第２の駆動
トランジスタの通電時の動作電圧が大きい時に大
きく、小さい時に小さくなる。

第２の選択器７６のトランジスタ７３，７４，
７５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７３，７４，７５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７
６、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、第２の駆動トランジスタ１３，１４，１
５の通電状態にあるトランジスタの動作電圧V_CE
を能動領域内の所定の小さな電圧値に一致させる
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２の駆動トランジ
スタの通電電流が過渡的に第１の駆動トランジス
タの通電電流よりも小さくなると、コイルによる
負荷効果により第１の駆動トランジスタの動作電
圧が減小し、第２の駆動トランジスタの動作電圧
が増加する。この動作電圧の増加は検出・比較器
７１により検出され、第２の選択器７６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し、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、第２の駆動トランジスタの動作電圧は
基準電圧V₂に対応した能動領域内の小さな値
（大体V₂−V_Dに等しい）に安定に制御される。な
おコンデンサ７７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i₄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V₃を発生する。電圧信号V₃は電圧信号
V₁に連動して変化し（V₁、V₃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V₃を大
きくし、供給電流の小さい時に信号V₃を小さく
している。検出トランジスタ６４，６５，６６の
各エミツタ側は入力端子として基準電位点（信号
V₃の点）に直流的に接続され、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・
エミツタ間電圧降下の絶対値）と基準電圧信号
V₃とが比較され、その動作電圧値が信号V₃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６４，６５，６
６が導通し、コレクタ側に電流を出力する。

たとえば、第５図のように駆動トランジスタ１
３と４が活性となつている場合では、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V₃を比較し、第５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V₃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、電圧変換器１
７に供給される。従つて、通常時の第１の駆動ト
ランジスタ３，４，５の動作電圧に応じた出力電
流が得られる。

電圧変換器１７は、直流電源１の正極端子
（V_S＝20V）からコイル６，７，８に至る給電路
に直列に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、そのバイアス用抵抗１０２，
１０３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１０７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１
０１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（実質的なオン時間比率）
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V_i〓V_sとなり、直流
電源１はインダクタンス素子１０６を通て負荷側
に電流を供給する。スイツチングトランジスタ１
０１がオフになると、フライホール・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
とオン時間比率を少さくして出力電圧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V₃
に対応した所定値（大体V₃−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
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
の小さな値となり（第２の帰還ループ）、第１の
駆動トランジスタ３，４，５の通電状態にあるト
ランジスタの動作電圧は電圧信号V₃（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）。すなわち、直
流電源１の電圧V_Sは第６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、i₄の値を大きくし、電圧信号V₁、V₂、
V₃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が大きく
なり、指令信号２３に対応した電流を通電する
（第１の帰還ループ）。従つて、その動作電圧は
小さくなる（第１の駆動トランジスタの通電電
流が第２の駆動トランジスタの通電電流より過
渡的に大きくなる）。

第１の駆動トランジスタの動作電圧の減小は
第２の駆動トランジスタの動作電圧の増加を引
き起す。その動作電圧の増加は電圧信号V₂の
増加より大きく（V₂の増加はi₃により定まる）、
第２の分配制御器１６の検出・比較器７１の検
出トランジスタのベース・エミツタ間にかかる
電圧が小さくなり、検出トランジスタの出力電
流を小さくし、検出・比較器７１の出力電流
（トランジスタ９３のコレクタ電流）を大きく
する。従つて、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、従つてその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
流が第１の駆動トランジスタの通電電流に等し
くなつて安定となる。また第２の駆動トランジ
スタの動作電圧は電圧信号V₂に対応した所定
の値となつている。

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への供給電流が定まり、その
電圧降下も定まる。従つて、第１の駆動トラン
ジスタの通電時の動作電圧は、電圧変換器１７
の出力電圧V_Mからコイル６，７，８、抵抗４
７の電圧降下と第２の駆動トランジスタの動作
電圧を引いた残り分となり、通電電流の増加に
伴つて減小する。この第１の駆動トランジスタ
の動作電圧の減小および電圧信号V₃の増加は、
動作検出制御器１８によつて検出され、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）。その結果、第１の駆動トラン
ジスタの動作電圧を電圧信号V₃に対応した所
定の値となすような出力電圧V_Mを発生して安
定となる（全体が安定状態となる）。

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も良い）。

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所定の小
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、入力端子側を直流的に
（直接または抵抗、ダイオード等を介して）基準
電圧信号V₂またはV₃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また
は１３，１４，１５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
６４，６５，６６，８７，８８，８９を使用して
いるために、第１の駆動トランジスタ３，４，５
または第２の駆動トランジスタ１３，１４，１５
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２の駆動トランジスタ
１３，１４，１５の動作電圧と比較する基準電圧
信号V₂または第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V₃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、V₃を大きくし、
供給電流の小さい時に電圧V₂、V₃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の出力電圧および第２の駆動トランジスタの
通電電流が制御される。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、第１の駆動トランジスタ３，
４，５の動作電圧の制御（第３の帰還ループ）を
例にとり説明する。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７
図参照）。

いま、電圧信号V₃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V₃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V₃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V₃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。

上記の説明は、第２の分配制御器１６と第２の
駆動トランジスタ１３，１４，１５からなる第２
の帰還ループの動作における、第２の駆動トラン
ジスタ１３，１４，１５の動作電圧を検出する検
出・比較器７１の動作にもあてはまり、電圧信号
V₂をコイルへの供給電流（すなわち第２の駆動
トランジスタの通電電流）に連動変化させること
が望ましい。

しかし、本発明はそのような場合に限らず、基
準電圧信号V₂またはV₃の一方もしくは両方を一
定となしても良い。第８図に信号V₂およびV₃を
一定となした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、定電流源２０１の電流を
抵抗６１、ダイオード６２，６３に供給してV₃
を一定となし、定電流源２０２の電流を抵抗８
３、ダイオード８１，８２に供給してV₂を一定
としている。このような場合では、前述の第２お
よび第３の帰還ループの誤動作を防ぐために、基
準電圧V₂、V₃を大きく設定しておく必要がある。
その結果、駆動トランジスタ３，４，５および１
３，１４，１５でのコレクタ損失は第２図の実施
例より大きくなる。

さらに、前述の第２図または第８図の実施例に
示した動作検出制御器１８の構成では、第１の駆
動トランジスタの動作電圧が所定値（V₃−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。そして、その動作電圧が所定値
（V₃−V_D）以下になると出力電流は動作電圧に応
動して変化する。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V₃との差に応じた
（比例した）電流が出力されるために、飽和が深
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、確実になる。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V₃−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
の出力電圧が小さくなり、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。

以上の実施例のように、第１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、スイツチング方式の電圧変換器により駆動
トランジスタの動作電圧を能動領域内の所定の小
さな値に保つような電子整流子型の電動機を構成
すると、次のような数々の効果が得られる。

(1) コイル利用率が向上し、効率が良くなる。

(2) 電力効率が極めて高い。

(3) 駆動トランジスタの定格電力が小さくなる。

(4) 駆動トランジスタおよび電圧変換器での発熱
が少ない。

(5) 電圧変換に伴うスイツチング・ノイズはコイ
ルに生じない。

(6) 整流子（刷子）雑音が生じない。

(7) ノイズに対するシールドは、電圧変換器の部
分だけで良く、簡単である。

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。さらに、マグネツトによる安定
な界磁手段に限らず、固定磁化された界磁手段な
ら、いかなる構造のものでも良く、たとえば直流
励磁される磁極構造のものであつても使用可能で
あるし、コイルの相数も３相に限らず、任意であ
る。

また、前述の実施例の動作検出制御器１８は第
１の駆動トランジスタ３，４，５の通電時の動作
電圧をすべて検出するようになしたが、本発明は
そのような場合に限らず、少なくとも１個の駆動
トランジスタの動作電圧をその通電時に検出する
ようにしても良い。

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３，４，５，１３，１
４，１５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
なすことができる。

【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
変換器の具体的な構成例図、第４図は電流制御器
の具体的な構成例図、第５図は第２図の回路動作
を説明するための図、第６図は第２図の回路各部
における電圧配分を示す図、第７図はトランジス
タの動作領域を表わす図、第８図は本発明の他の
実施例を表わす回路結線図、第９図は動作検出制
御器の検出特性を表わす図である。 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……電流制御器、６３……
第１の選択器、６４，６５，６６，８７，８８，
８９……検出トランジスタ、７１……検出・比較
器、７６……第２の選択器、１００……スイツチ
ング制御器、１０１……スイツチングトランジス
タ。

Claims (1)

1. 【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）の第１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
   個の第２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、前記第２の分配制御手段は、第１の基準電
   圧信号を得る第１の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第
   ２の駆動トランジスタの動作電圧と前記第１の基
   準電圧信号を比較し、該比較出力に応じて前記第
   ２の駆動トランジスタの通電電流を制御する第１
   の比較手段を含んで構成され、かつ、前記動作検
   出制御手段は、第２の基準電圧信号を得る第２の
   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第１の駆動トランジス
   タの動作電圧と前記第２の基準電圧信号を比較
   し、該比較出力に応じて前記電圧変換手段の出力
   電圧を制御する第２の比較手段を含んで構成され
   た電動機。 ２ 第１の基準電圧発生手段は、指令信号に応動
   して第１の基準電圧信号を変化することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の電動機。 ３ 第２の基準電圧発生手段は、指令信号に応動
   して第２の基準電圧信号を変化することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の電動機。