JPH04109846A - 制御回路内蔵形直流電動機 - 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〕 本発明は制御回路内蔵形直流電動機に係り、特に、制御
回路を電動機ケース内に内蔵したブラシタイプの小型直
流電動機に関する。

〔従来の技術］ 従来、本願出願人は第５図のような直流電動機の制御回
路を提案している（特願昭６２−１３５３９５号）。ま
た、本願出願人は第６図のような直流電動機の制御回路
を提案している（特願昭６２−１３５３９４号）。

第５図の制御回路において、直流電動機Ｍの端子Ｔｌ（
このＴ１はブラシに接続されている。）には、電源電圧
（直流電圧）Ｅを供給する駆動用トランジスタＱ２のエ
ミッターコレクタが直列に結合されている。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Ｑ
１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Ｑｌのベースは電動機Ｍの端子Ｔ１
に接続され、またエミッタは抵抗Ｒ１を介して電動機Ｍ
の端子Ｔ２（このＴ２はブラシに接続されている。）に
接続されている。

なお、端子Ｔ２は接地電位になっている。

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、−旦ＱＩ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、Ｑ２のコレ
クタからＱｌにベース電流が供給されるので、Ｑｌのオ
ン状態が保持される。

第５図の制御回路は、電動機Ｍの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に正電圧
、端子Ｔ２に負電圧が発注するように電動機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
力Ｅｎは電動機Ｍの電機子の回転速度Ｎに比例する。

Ｅｎ＝Ａ−Ｎ　　（Ａは定数） ＥｎがトランジスタＱ１のベース・エミッタ順方向電圧
■□１を越えると、抵抗Ｒ１を通してベース電流が流れ
、Ｑｌがオンになる。従って、トランジスタＱ２もオン
になり、電動機Ｍの正回転が持続する。電動機Ｍの所定
の回転位置ではブラシ間の電機子巻線のインピーダンス
が栄、激に変化し、端子Ｔ１．１２間に電磁誘導による
連続した急峻な正負のパルス電圧（リアクタンス電圧と
称されている）が発生する。

従って、トランジスタＱ２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ＴＩ、１２間に発生する
負のパルスで検知用トランジスタＱ１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の回転中に一瞬オフになる。しかし、電動機Ｍ
が回転している限りは、その正の誘導起電力によって制
御回路はオンに保たれる。

ここで、電動機Ｍを外力で拘束すると、一般には拘束電
流が流れ続けようとするが、拘束直前に発生する負パル
スにより、トランジスタＱ１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Ｔｌ、１
２間の誘導起電力Ｅｎが著しく小さくなっていて、Ｅｎ
≦ＶＩＩＥＩ　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、制御回路は自動
的にオフになる。

なお第５図の制御回路において、トランジスタＱｌのエ
ミッタに挿入された抵抗Ｒ１は、Ｑｌのコレクタ電流に
対し負帰還として作用する。即ち、Ｑｌ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Ｑ１を能動領域で動作させることができ、
そのへ−ス領域の過剰少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＠Ｍの回転に伴って電機子巻線に発生するパルス
でもって、トランジスタＱ１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なわれる。

このように第５図の制御回路は、直流電動機を外力で強
制回転させたときには、その誘導起電力によって回転を
検知して駆動トランジスタをオンさせて回転を持続させ
、回転中には回転検知用トランジスタを周期的に瞬時オ
フさせて、誘導起電力に基づく回転及び停止の検出が周
期的に確実に行なわれるようにし、電動機を拘束停止さ
せたときには、回転検知用トランジスタがオフした時点
の誘導起電力が低くて再度オンしないことにより、駆動
トランジスタをオフにし、電圧供給を断つように構成さ
れている。

従って、電動機の強制回転、拘束停止により制御回路の
自動オン／オフができる。

次に、第６図の制御回路において、４つの駆動用トラン
ジスタＱ１２、Ｑ２２、Ｑ３２、Ｑ４２はブリッジに接
続され、その橋絡２点Ａ、Ｂ間に直流電動機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Ｑ
３２とがオンになったとき、電動機Ｍの端子Ｔ１、Ｔ２
（これらＴＩ、Ｔ２はブラシに接続されている。）間に
正の直流電圧Ｅが加わり、正転する。又、他の対向辺の
トランジスタＱ２２、Ｑ４２がオンになったとき、端子
ＴＩ、Ｔ２間に逆電圧が加わり、逆転する。

電動機Ｍの誘導起電力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ＱＩ２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Ｑ１２又はＱ２２のオンに伴って自動的にオン
になる。

第６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述べる。

駆動トランジスタＱ１２はＰＮＰ形であり、そのベース
にＮＰＮ形の回転検知用トランジスタＱ１１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Ｒ１１を介して電動機Ｍの
端子Ｔ１に接続され、又、エミッタは抵抗Ｒ１２を介し
て電動機Ｍの端子Ｔ２（接地電位）に接続されている。

−旦Ｑｌｌがオンになると、そのコレクタ電流がＱ１２
のベース電流となってＱ１２がオンする。

従って、Ｑ１２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Ｑ１２のコレクタからＱ
ｌｌ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ＴＩに駆動電圧が供給さ
れると、端子ＴＩに抵抗Ｒ１４を介してベース接続した
駆動トランジスタＱ３２がオンになる。従って、電動機
Ｍの端子Ｔ１．１２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Ｒ１１、Ｒ１２をそれぞ
れ回転検知用トランジスタＱ２１のエミッタ抵抗及びベ
ース抵抗として兼用している。又、端子Ｔ２と駆動トラ
ンジスタ、Ｑ４２のベースとが抵抗Ｒ１３を介して結合
されている。

第６図の制御回路は、電動機Ｍの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Ｔ１に正電圧
、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）。すると、
電機子の回転速度−Ｎに比例する誘導起電力Ｅｎが発生
する。

ＥｎがトランジスタＱｌｌのベース・エミッタ順方向電
圧ＶＩＥ１１を越えると、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を通して
ベース電流が流れ、Ｑｌｌがオンになる。すると、Ｑ１
２のエミッターベース、Ｑｌｌのコレクターエミッタ、
抵抗Ｒ１２、Ｒ１３の経路で駆動トランジスタＱ４２の
ベースに電流が流れ、Ｑ１２、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Ｒ１４を介し
て駆動トランジスタＱ３２にベース電流が流れ、Ｑ３２
がオンになる。これにより電動機Ｍの端子Ｔ１が正電圧
で端子Ｔ２が接地電位となり、駆動トランジスタＱ４２
はオフになる。

なお、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が順にオンになり
、電動機Ｍは逆転を続ける。

電動機Ｍの回転中において、電動機Ｍの所定の回転位置
ではブラシ間の電機子巻線のインピーダンスが急激に変
化し、端子Ｔ１．１２間に電磁誘導による連続した急峻
な正負のパルス電圧が発生する。

従って、例えばＱｌｌ、Ｑ１２、Ｑ３２がオンになって
いて電動機Ｍが正転しているときには、端子Ｔ１．１２
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の回転中に一瞬オフになる。し
かし、電動機Ｍが回転している限りは、その正の誘導起
電力によって制御回路はオンに保たれる。

ここで、電動機Ｍを外力で拘束すると、−ｉには拘束電
流が流れ続けようとするが、拘束直前に発生する負パル
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ＴＩ、
Ｔ２の誘導起電力Ｅｎが著しく小さくなっていて、Ｅｎ
≦ＶＢＥＩ＋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、制御回路は自動
的にオフになる。

なお、正転中に電動機Ｍの端子Ｔ１．１２間に発生する
負パルスが逆転用の回転検知トランジスタＱ２１のベー
ス−エミッタに印加されるが、このパルスは、トランジ
スタＱｌｌとＱ２１とのベース間に接続されたコンデン
サＣＯで吸収される。

従って、トランジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ４２がオンに
なることはない。

上述のように第６図の制御回路では、第５図の制御回路
の場合と同様にして、電動機の強制回転、拘束停止によ
り制御回路の自動オン／オフができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来は、上記の制御回路と直流電動機とを別々に構成し
て組合せていたため、直流電動機の使用に際して制御回
路用のスペースが必要であった。

又、上記の制御回路を別の容量の電動機に適用してしま
うと適正に作動せず、回路定数の変更を行なわなければ
ならないという問題点があった。

本発明の目的は、上記の問題点を解消し、上記制御回路
を電動機ケース内に内蔵した制御回路内敵影直流電動機
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の制御回路内敵影直
流電動機は、この直流電動機本体のブラシに接続されて
誘導起電力によってオンとなると共に、電機子巻線に発
生するパルスによって瞬時オフするようにした回転検知
用トランジスタと、この回転検知用トランジスタの出力
電流が制ｉｔ流となるように直結され、上記回転検知用
トランジスタがオンしたときに上記ブラシに駆動電圧を
供給するためにオンされる駆動用トランジスタと、上記
回転検知用トランジスタの負荷抵抗であり且つその制御
入力に対して負帰還作用を及ぼす抵抗とを有する制御回
路を備え、上記制御回路が上記直流電動機本体と共に電
動機ケース内に封入されるように構成する。

また上記目的を達成するために、本発明の別の制御回路
内敵影直流電動機は、ブリッジの橋絡２点間に接続した
直流電動機本体のブラシ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、各対の一方のトラ
ンジスタがオンしたときに、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
、上記ブラシに接続されて、正回転及び逆回転の誘導起
電力をそれぞれ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、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
ンジスタとを有する制御回路を備え、上記制御回路が上
記直流電動機本体と共に電動機ケース内に封入されるよ
うに構成する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の制御回路内敵影直流電動機の第１の実
施例を示す外形図である。第１図（ａ）はその正面図で
あり、第１図（ｂ）はその右側面図である。また、第３
図は第１図の直流電動機の電動機ケースのブラケット部
に封入されている制御回路を示す回路図であって、第５
図に示す制御回路と同様の回路図である（第１図の各端
子を○印にて示している）。この電動８！１１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）
であって、第３図の制御回路をＩＣ化した上で電動機ケ
ースのブラケット部１２の内部に設けたものである。

ただし、電ａ電圧Ｅを発生する直流電源は、この電動機
１１の外部に設けられる。

第１図において、１は第３図のトランジスタＱ２のエミ
ッタに接続された電源入力端子である。

この電源入力端子１には電源電圧Ｅの電源の正側が接続
される。２は電動機内部の一方のブラシと抵抗Ｒ１の一
端とに接続された電源入力端子である。この電源入力端
子２には電源の負側か接続される。３は電動機内部の他
方のブラシとトランジスタＱ２のコレクタ及びトランジ
スタＱ１のベースに接続された出力端子である。

そして、５はトランジスタＱ１のコレクタに接続された
スイッチ用端子であり、６はＱｌのエミッタに接続され
たスイッチ用端子である。なお、１３は電動機１１の出
力軸である。

電動機１１の出力軸１３を外力で正転方向に回転させる
と、上述したように制御回路がオンになる。また、回転
中の出力軸１３を拘束すると制御回路はオフになる。従
って、出力端子３と電源入力端子２との間に他の負荷を
接続すると、電動機１１のオン／オフと同時に、この負
荷も駆動される。

また、端子５と端子６とを外部に設けられたスイッチ（
外部スイッチ）で−瞬短絡すると、電源入力端子１、ト
ランジスタＱ２のエミッターベース、外部スイッチ、抵
抗Ｒ１、電源入力端子２の経路に電流が流れるので、駆
動用トランジスタＱ２がオンする。従って、電動機１１
の外力による起動の外に、外部スイッチによる起動の制
御もできる。

なお、電動機１１の出力軸１３が拘束されている場合に
端子５．６間を短絡すると、トランジスタＱ２は導通す
る。しかし、Ｑ２は不飽和状態（コレクタ・エミッタ間
電圧ＶＣＥＩ＞Ｏ）になるように予め回路定数が定めら
れている。一方、トランジスタＱ１のエミッタ電圧Ｖ。

１は、Ｖ１□ヲＱ２のベース・エミッタ間電圧とすると
、Ｑｌのコレクタ・エミッタ間が短絡されているので、
ＥＶＩＥ□で表わされる。また、Ｑｌのベース電圧■１
はＥ　　ＶｃｔＩである。

そして、Ｑｌのベースからエミッタに電流が流れるため
には、ＶＩＥＩをＱｌのベース・エミッタ間電圧とする
と、ＶＥＩ　＋　ＶＩＥＩ　＜　Ｖｌｌ　テなければな
らない。しかし、ＶＩＩＥＩ　とＶ　１ｌＥ２とはほぼ
等しいので、Ｅ＜ＶＩＩＩ−Ｅ　　ＶＣＥＩが成立しな
い。従って、Ｑｌのベースからエミッタに電流は流れな
い。この結果、出力軸１３が拘束されている場合に、端
子５．６間を短絡すると電動機１１に給電が行なわれる
が、再び端子５．６間を開放すると確実に制御回路はオ
フになる。

次に、第２図は本発明の制御回路内敵影直流電動機の第
２の実施例を示す外形図である。第２図（ａ）はその正
面図であり、第２図（ｂ）はその右側面図である。また
、第４図は第２図の直流電動機の電動機ケース内のブラ
ケット部に封入されている制御回路を示す回路図であっ
て、第５図に示す制御回路と同様の回路図である（第２
図の各端子をＯ印にて示している）。この電動機３１は
周知の直流３極タイプ整流子電動機であって、第４図の
制御回路をＩＣ化した上で電動機ケースのブラケット部
３２の内部に設けたものである。

ただし、電源電圧Ｅを発生する直流電源は、この電動機
３１の外部に設けられる。

第２図において、２１は第４図のトランジスタＱ１２の
エミッタとトランジスタＱ２２のエミッタとに接続され
た電源入力端子である。この電源入力端子２１には電源
電圧Ｅの電源の正側が接続される。２２は第４図のトラ
ンジスタＱ３２、Ｑ４２のそれぞれのエミッタに接続さ
れた電源入力端子である。この電源入力端子２２には電
源電圧Ｅの電源の負側か接続される。また、２３は電動
機内部の一方のブラシと、トランジスタＱ１２、Ｑ４２
のそれぞれのコレクタとに接続された出力端子である。

２４は電動機内部の他方のブラシと、トランジスタＱ２
２、Ｑ３２のそれぞれのコレクタとに接続された出力端
子である。

そして、２５はトランジスタＱｌｌのコレクタに接続さ
れた正転側スイッチ用端子であり、２６はＱｌｌのエミ
ッタに接続された正転倒スイッチ用端子である。２７は
トランジスタＱ２１のコレクタに接続された逆転側スイ
ッチ用端子であり、２８はＱ２１のエミッタに接続され
た逆転側スイッチ用端子である。なお、３３は電動機３
１の出力軸である。

電動機３１の出力軸３３を外力で正転方向（又は逆転方
向）に回転させると、上述したように制御回路がオンに
なる。また、回転中の出力軸３３を拘束すると制御回路
はオフになる。従って、出力端子２３と電源入力端子２
２との間に他の負荷を接続すると、電動機３１の出力軸
３３が正転したときに、この他の負荷が駆動される。ま
た、出力端子２４と電源入力端子２２との間に他の負荷
を接続すると、出力軸が逆転したときに、この他の負荷
が駆動される。

また、端子２５と端子２６とを外部スイ・ンチで一瞬短
絡すると、電源入力端子２１、トランジスタＱ１２のエ
ミッターベース、外部スイ・ンチ、抵抗Ｒ１２、Ｒ１３
、トランジスタＱ４２のベースエミッタ、電源入力端子
２２の経路に電流が流れるので、上述したように駆動用
トランジスタＱ１２、Ｑ３２がオンする。Ｑ１２とＱ３
２とがオンすると、電動機３１の出力軸３３が正転する
。

さらに、端子２７と端子２６とを外部スイ・νチで一瞬
短絡すると、電源入力端子２１、トランジスタＱ２２の
エミッターベース、外部スイッチ、抵抗Ｒ１１、Ｒ１４
、トランジスタＱ３２のベース−エミッタ、電源入力端
子２２の経路に電流が流れるので、上述したように駆動
用トランジスタＱ２２、Ｑ４２がオンする。Ｑ２２とＱ
４２とがオンすると、電動機３１の出力軸３３が逆転す
る。

従って、電動機３１の外力による起動の外に、外部スイ
ッチによる起動の制御もできる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、次
に記載する効果を奏する。

請求項１〜４０制御回路内蔵形直流電動機においては、
直流電動機の使用に際して制御回路用のスペースを設け
る必要がなく、その電動機本体の容量に適した回路定数
に設定された制御回路を電動機ケース内に内蔵した制御
回路内蔵形直流電動機を提供することができる。

また、請求項２及び請求項４０制御回路内蔵形直流電動
機においては、制御回路に給電する直流電源が接続され
る２つの電源入力端子と、電動機本体のブラシに直結さ
れた出力端子とを電動機ケースの外側に備えているので
、出力端子と電源入力端子との間に他の負荷を接続する
と、この他の負荷を電動機本体の出力軸の回転に合わせ
て駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御回路内蔵形直流電動機の第１の実
施例を示す外形図、第２図は本発明の制御回路内蔵形直
流電動機の第２の実施例を示す外形図、第３図及び第４
図は本発明の制御回路内蔵形直流電動機の電動機ケース
のブラケット部に封入されている制御回路を示す回路図
、第５図及び第６図は本願出願人が先に提案した直流電
動機の制御回路を示す回路図である。 なお、図面に用いた符号において、 Ｍ・−・−−−−−一・−一−−−・−−−一−−・・
−−−−−−一直流電動機Ｑ１、Ｑｌｌ、’Ｑ２１ 回転検知用トランジスタ Ｑ２、Ｑ１２、Ｑ２２、Ｑ３２、Ｑ４２・−−−−−−
−−−−−−一駆動用トランジスタＲ１−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−抵抗１１．３１−−−−−
−−−−−−−−−一直流電動機１．２．２１．２２−
電源入力端子 ３．２３．２４−−−−−−−−一出力端子である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流電動機本体のブラシに接続されて誘導起電力に
   よってオンとなると共に、電機子巻線に発生するパルス
   によって瞬時オフするようにした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出力電流が制御電流とな
   るように直結され、上記回転検知用トランジスタがオン
   したときに上記ブラシに駆動電圧を供給するためにオン
   される駆動用トランジスタと、 上記回転検知用トランジスタの負荷抵抗であり且つその
   制御入力に対して負帰還作用を及ぼす抵抗とを有する制
   御回路を備え、 上記制御回路が上記直流電動機本体と共に電動機ケース
   内に封入されていることを特徴とする制御回路内蔵形直
   流電動機。 ２、請求項１に記載の直流電動機において、上記制御回
   路に給電する直流電源が接続される２つの電源入力端子
   と、上記直流電動機本体の上記ブラシに直結された出力
   端子とを上記電動機ケースの外側に備えていることを特
   徴とする制御回路内蔵形直流電動機。 ３、ブリッジの橋絡２点間に接続した直流電動機本体の
   ブラシ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、各対の一方のトランジスタがオンし
   たときに、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、 上記ブラシに接続されて、正回転及び逆回転の誘導起電
   力をそれぞれ検出してオンとなって上記各駆動トランジ
   スタ対をオンさせると共に、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
   スタとを有する制御回路を備え、 上記制御回路が上記直流電動機本体と共に電動機ケース
   内に封入されていることを特徴とする制御回路内蔵形直
   流電動機。 ４、請求項３に記載の直流電動機において、上記制御回
   路に給電する直流電源が接続される２つの電源入力端子
   と、上記電動機本体のブラシに直結された出力端子とを
   上記電動機ケースの外側に備えていることを特徴とする
   制御回路内蔵形直流電動機。