JPH04190658A - 直流モーター - 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］ 本発明はブラシタイプの直流モーターに係り、特に回転
速度及び回転方向検知機能を有する直流モーターに関す
る。

［従来の技術］ 従来のブラシタイプ直流モーターの一例を第８図および
第９図を用いて説明する。

第８図は、従来の３極ブラシタイプの直流モーターの電
機子回路を示す図である。この図において、Ｌｌ　”Ｌ
３はそれぞれ３相のデルタ巻線を構成する電機子コイル
であり、ＣＯＭｌ−００Ｍ３はそれぞれ整流子である。

また、Ｂ＋とＢ−は−対をなす電流供給用ブラシであっ
て、一方のブラシＢ÷は直流電源Ｅの正極に接続され、
他方のブラシＢ−は直流電源Ｅの負極に接続される。

第９図は、第８図の直流モーターのブラシＩ３＋。

Ｂ−間に発生するりアクタンス電圧を示す波形図である
。ブラシＢ＋、Ｂ−間に直流電源Ｅの電圧ＥＯが供給さ
れると、整流子ＣＯＭＩ〜Ｃ０Ｍ３及び電機子コイルＬ
ｌ−Ｌ３が時計方向に回転する。これらの回転によって
、第９図の波形図に示すようにブラシＢ＋、Ｂ−間で電
磁誘導による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。このパルス電圧は、３
極のブラシレスタイプの直流モーターでは６０度ごとに
発生し、時間的には、モーター速度が高いいほど短い周
期で発生し、モーター速度が低いほど長い周期で発生す
る。

第８図に示す直流モーターを回転検知形直流モーター制
御回路によって駆動制御する場合、かかるパルス電圧の
時間周期に基づいてモーターの回転を検出することがで
きる。なお、従来の回転検知形直流モーター制御回路に
おいては、該パルス電圧を発生しやすくするため、モー
ターの一方の端子と直流電源との間に高周波インダクタ
を挿入していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の直流モーターを一般の回転検
知形直流モーター制御回路によって駆動制御する場合、
モーターの回転方向を検出することはできなかった。し
たがって、従来は、モーターの回転速度及び回転方向を
検知したいときは、モーターにロータリエンコーダを直
結していたがこの方式によると装置機構がかさばりコス
トが高くつくという不具合があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、ロー
タリエンコーダ等の特別な検知装置を用いることなくモ
ーターの回転速度及び回転方向を同時に検知可能とする
直流モーターを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の直流モーターは
、複数の整流子と、これらの整流子に適宜接続された複
数の電機子コイルと、前記整流子に接触して前記電機子
コイルに電流を供給するための少なくとも一対の電流供
給用ブラシとを備えるとともに、前記整流子及び電機子
コイルの回転速度及び回転方向を検知するための検知電
圧を発生する少なくとも一対の回転速度及び回転方向検
知用ブラシを具備する構成とした。

［作用コ 一対の電流供給用ブラシの間に直流電圧が供給されて、
複数の整流子とそれらに適宜接続された複数の電機子コ
イルとが回転すると、各々の回転速度及び回転方向検知
用ブラシが整流子及び電機子コイルの回転に応じた検知
電圧を発生する。すなわち、整流子及び電機子コイルの
回転中に、各々の回転速度及び回転方向検知用ブラシが
整流子を介して一方の電流供給用ブラシに接続されたり
整流子及び電機子コイルを介して両方の電流供給用ブラ
シに接続されたりするため、回転速度および回転位相角
を表す検知電圧が各々の回転速度及び回転方向検知用ブ
ラシより得られる。そして、それぞれの回転速度及び回
転方向検知用ブラシの検知電圧の間では、回転方向に応
じて位相関係が変わる。したがって、この位相関係を検
出することにより、逆に直流モーターの回転方向を検出
することが可能となる。

［実施例］ 以下、第１図〜第７図を参照して本発明の一実施例を説
明する。

第１図は、本発明の一実施例による３極のブラシタイプ
の直流モータＭにおける電機子回路を示す図である。第
１図において、Ｌｌ−Ｌ３はそれぞれ３相のデルタ巻線
を構成する電機子コイルであり、ＣＯＭＩ−Ｃ０Ｍ３は
それぞれ整流子である。また、Ｂ＋とＢ−は一対をなす
電流供給用ブラシであって、一方のブラシＢ＋は直流電
源Ｅの正極に接続され、他方のブラシＢ−は直流電源Ｅ
の負極に接続されている。そして、ＢＡとＢは一対をな
す回転速度及び回転方向検知用ブラシである。

第１図に示すように、一方の回転速度及び回転方向検知
用ブラシＢＡは、正極側の電流供給用ブラシＢ＋に対し
て回転方向において４０度進んだ位置に配置されており
、他方の回転速度及び回転方向検知用ブラシＢＢは、負
極側の電流供給用ブラシＢ−に対して回転方向において
４０度遅れた位置に配置されている。

第２図は、第１図の回転速度及び回転方向検知用ブラシ
ＢＡ１ＢＢから出力される検知電圧ＶＢＡ。

ＶＢＢを示す波形図である・。ブラシＢ＋、Ｂ−間に直
流電源Ｅの電圧ＥＯが供給されると、第１図の状態から
電機子は時計方向に回転する。この回転状態において、
両ブラシＢＡ１ＢＢが出力する検知電圧ＶＢＡ１ＶＢＢ
は、電機子回転角θの変化につれて第２図（Ａ）、（Ｂ
）の波形図に示すように変化する。すなわち、一方の検
知電圧ＶＢＡは、電機子回転角θの１２０度毎に、電源
電圧レベルＥＯを基準として４０度の幅で電圧振幅−Ｅ
Ｏ／２を有するパルス電圧である。他方の検知電圧ＶＢ
Ｂは、電機子回転角θの１２０度毎に、グランドレベル
（Ｏボルト）を基準として４０度の幅で電圧振幅ＥＯ／
２を有するパルス電圧である。そして両検知電圧ＶＢＡ
、　ＶＢＢノ間テハ、前者（ＶＢＡ）！ｌ（後者（ＶＢ
Ｂ）に対して位相が２０度進んでいる関係にある。

第３図は、第１図に示す３相ブラシ直流モ一タＭの電機
子の回転方向を反転させるため、モータＭに対する直流
電源Ｅの極性を反転した場合を示す図である。この場合
、第１図の場合に対して電流供給用ブラシＢ＋、Ｂ−の
位置が互いに入れ替わることにより、回転及び回転方向
検知用ブラシ１３ＢＡ、　ＢＢＢの相対位置関係も相互
に入れ替わる。

すなわち、一方の回転速度及び回転方向検知用ブラシＢ
Ａは負極側の電流供給用ブラシＢ−に対し回転方向にお
いて４０度遅れた位置に配置され、他方の回転速度及び
回転方向検知用ブラシＢＢは正極側の電流供給用ブラシ
Ｂ＋に対して回転方向に４０度進んだ位置に配置されて
いる。

第４図は、第３図の回転速度及び回転方向検知用ブラシ
ＢＡ、ＢＢから出力される検知電圧ＶＢＡＶＢＢを示す
波形図である。第２図の波形図と比較してわかるように
、このモーターＭにおいて電機子の回転方向が逆転する
と、検知電圧ＶＢＡ、　ＶＢＨの波形及び位相が相互に
入れ替わる。すなわち、第４図（Ａ）に示すように、検
知電圧ＶＢＡは電機子回転角θの１２０度毎に、グラン
ドレベル（０ボルト）を基準として４０度の幅で電圧振
幅ＥＯ／２のパルス電圧となる。他方、第４図（Ｂ）に
示すように、検知電圧ＶＢＢは、電機子回転角θの１２
０度毎に電源電圧レベルＥＯを基準として４０度の幅で
電圧振幅−ＥＯ／２のパルス電圧となる。そして、両検
知電圧ＶＢＡ、　ＶＢＨの間では、後者（Ｖ　ＢＢ）が
前者（Ｖ　ＢＡ）に対して位相が２０度進む関係になる
。

なお、禽２図及び第４図においては、電機子コイルＬｌ
−Ｌ３の直流抵抗分子　ＬＩ＝　ｒ　Ｌ３が等しいもの
として図示している。また、電機子の回転に伴う誘導起
電力の影響も無視して図示している。

次に、第１図〜第４図に示した直流モーターＭを用いた
回転速度及び回転方向検知形直流モーター制御回路の一
例を第５図〜第７図につき説明する。

第５図は、本発明の一実施例である直流モーターＭを応
用した回転速度及び回転方向検知形直流モーター制御回
路の一例を示す回路図である。また、第６図および第７
図は第５図の主要部の動作波形図である。

第５図において、直流モーターＭの出力軸（図示せず）
が回転していない時には、エミッタを接地されたトラン
ジスタＱ３２はオフしており、電圧コンパレータＣｏｔ
はその出力部に高レベルの電圧を出力している。このた
め、それぞれアノードを駆動用リレーの１次コイルＸＬ
に接続されたダイオードＤ３１１Ｄ３２はともにオフし
ている。したがって、ダイオードＤ３１．　Ｄ３２と直
流電源Ｅの正極との間に接続された駆動用リレーの１次
コイルＸＬには、直流電源Ｅから電流は供給されない。

１次コイルＸＬに電流が流れないので、直流電源Ｅの正
極と直流モーターＭの端子ＴＩとの間に接続された駆動
用リレーの２次接点Ｘｓはオフとなっている。

２次接点ＸＳがオフであるので、この２次接点ＸＳと直
列に接続された直流モーターＭの端子Ｔには電源電圧Ｅ
Ｏが供給されていない。ここで、端子ＴＩは、第１図の
ブラシＢ＋に接続されており、接地された端子Ｔ２はブ
ラシＢ−に接続されている。したがって、第１ｒＲＪの
回転検知用ブラシＢＢに接続された端子Ｔ３は、整流子
（ＣＯＭＩ〜Ｃ０Ｍ３）とブラシＢ−を介して端子Ｔ２
に接続されているか、または整流子と電機子コイル（Ｌ
ｌ　−Ｌ３　）及びブラシＢ＋を介して端子ＴＩに接続
されている。また、第１図の回転検知用ブラシＢＡに接
続された端子Ｔ４は整流子（ＣＯＭＩ〜Ｃ０Ｍ３）とブ
ラシＢ十を介して端子ＴＩに接続されているか、または
整流子と電機子コイル（Ｌｌ　−Ｌ３　）及びブラシＢ
−を介して端子Ｔ２に接続されている。すなわち、直流
モーターＭの端子Ｔ３、Ｔ４の一端は接地されているか
、またはオープンの状態になっている。

また、端子Ｔ３の他端は、回転検出のために、コンデン
サＣ３１と、接地された抵抗Ｒ３１とからなる微分回路
に接続されている。直流モーターＭの出力軸が回転して
いない時、コンデンサＣ３１と抵抗Ｒ３１との接続点３
０の電圧、すなわちリセット信号８３２はＯボルトにな
っている。このリセット信号Ｓ３２は、抵抗Ｒ３２を介
してＮＰＮ形のリセット用トランジスタＱ３１のベース
に供給される。なお、抵抗Ｒ３１と並列接続されたダイ
オードＤ３０はクランプ用のダイオードである。

エミッタを接地されたトランジスタＱ３１は、そのベー
スに供給されるリセット信号８３２がＯボルトであるの
で、オフしている。トランジスタＱ３１のコレクタには
、抵抗Ｒ３３とコンデンサＣ３２との並列回路である時
定数回路５０の一端が接続されている。なお、この時定
数回路５０の他端は直流電源Ｅの正極に接続されている
。したがって、トランジスタＱ３１のコレクタと接続さ
れた時定数回路５０の出力端子５０ａは、ドライブ制御
信号Ｓ３３として直流電源Ｅの電圧ＥＯを出力している
。

時定数回路５０の出力端子５０ａは電圧コンパレータＣ
ｏｔの非反転入力部に接続されている。

したがって、電圧コンパレータＣｏｔの非反転入力部に
は電圧ＥＯが供給されている。一方、直流電源Ｅと並列
にトルクコントロール用可変抵抗ＶＲ３１が接続されて
おり、この可変抵抗ＶＲ３１の摺動接点が電圧コンパレ
ータＣｏｔの反転入力部に接続されている。可変抵抗Ｖ
Ｒ３１の摺動接点は電圧ＥＯを分圧した電圧ｅＯを電圧
コンパレータＣＯ１の反転入力部に供給している。

したがって、電圧コンパレータＣＯＩは、その非反転入
力部に供給される電圧ＥＯが反転入力部に供給される電
圧ｅＯよりも大きいために、出力部に高レベルの電圧を
出力し続ける。この結果、カソードを電圧コンパレータ
ＣＯＩの出力部に接続されたダイオードＤ３１はオフし
ている。また、カソードをトランジスタＱ３２のコレク
タに接続されたダイオードＤ３２もオフしているので、
直流モーターＭの出力軸は回転しない状態を保っている
いま、抵抗Ｒ３４と一端を接地された抵抗Ｒ３５とから
なる分圧回路を介して、トランジスタＱ３２のベースに
高レベルの電圧である起動信号８３１が供給されたとす
る。すると、トランジスタＱ３２がオンする。このトラ
ンジスタＱ３２のオンによって、ダイオードＤ３２もオ
ンする。したがって、駆動用リレーの１次コイルＸＬに
直流電源Ｅから電流が供給される。１次コイルＸＬに電
流が流れるので、駆動用リレーの２次接点ＸＳはオンに
なる。

２次接点ＸＳがオンになると、直流モーターＭに直流電
源Ｅから電圧ＥＯが供給される。これにより、直流モー
ターＭの出力軸（図示せず）が回転する。すなわち、直
流モーターＭの電機子（整流子ＣＯＭＩ−ＣＯＭ３及び
電機子コイルＬｌ〜Ｌ３）が回転する。電機子が回転す
ると端子Ｔ３に検知電圧ＶＢＢが発生する。この検知電
圧ＶＢＢは第６図（Ａ）に示すようなパルスＰ’ｌ〜Ｐ
　’ｎ＋１を有している。なお、そのパルスの電圧振幅
は、電圧ＥＯを２つの電機子で分圧したＥＯ／２となっ
ている。

端子Ｔ３に発生した検知電圧ＶＢＢは、コンデンサＣ３
１と抵抗Ｒ３１とからなる微分回路により微分される。

微分された検知電圧ＶＢＢは、第６図（Ｂ）に示すよう
なパルスを有するリセット信号Ｓ３２になる。このリセ
ット信号Ｓ３２は、抵抗Ｒ３２を介してトランジスタＱ
３１のベースに供給される。したがって、トランジスタ
Ｑ３１はリセット信号Ｓ３２の正のパルスが供給される
毎に瞬時オンする。

このトランジスタＱ３１が瞬時オンすることによリ、時
定数回路５０の出力端子５０ａの電圧レベル（信号Ｓ３
３のレベル）が低レベルになるとともに、コンデンサＣ
３２が充電される。この充電によって一コンデンサＣ３
２に蓄えられた電荷は、リセット用トランジスタＱ３１
がオフした後に放電されるしたがって、時定数回路５０
の出力端子５０ａの電圧は、トランジスタＱ３１のオフ
後、コンデンサＣ３２、抵抗Ｒ３３によって定まる時定
数で次第に上昇する。

出力端子５０ａから出力される電圧は、ドライブ制御信
号Ｓ３３として電圧コンパレータＣｏｔの非反転入力部
に供給される。したがって、第６図（Ｃ）に示すように
、電圧コンパレータＣｏｔの非反転入力部の電圧は、リ
セット信号８３２の正のパルスが発生するとＯボルト（
グランドレベル）に下がり、その後にＯボルトから直流
電源Ｅの電圧ＥＯに向かって立上がるパターンを繰り返
す。

このように、リセット信号Ｓ３２の正のパルスの発生ご
とにドライブ制御信号８３３をＯボルトにリセットして
いるので、直流モーターＭの出力軸が所定の速度以上で
回転していれば、ドライブ制御信号３３３は高低レベル
のしきい値電圧である電圧ｅＯを越えることはない。つ
まり、通常の駆動状態においては、電圧コンパレータＣ
ＯＩは、その非反転入力部に供給されるドライブ制御信
号８３３が反転入力部に供給される電圧ｅＯより小さい
ために、出力部に低レベルの電圧を出力する。

この結果、ダイオードＤ３１がオンするので、起動信号
８３１の供給が停止してトランジスタＱ３２とダイオー
ドＤ３２とがオフしても、駆動用リレーの１次フィルＸ
Ｌに直流電源Ｅからの電流が供給され続ける。１次コイ
ルＸＬに電流が流れ続けるので、２次接点ＸＳはオンを
保ち、直流モーターＭに直流電源Ｅから電圧ＥＯが供給
され続ける。したがって、直流モーターＭの出力軸は回
転を続ける。

しかし、起動信号８３１の供給が停止している状態にお
い゛て、直流モーターＭの出力軸の回転が下がり、検知
電圧ＶＢＢのパルスの発生間隔が第８図のＰ’ｎとＰ’
ｎ＋１との間隔ＴＹのように長くなると、ドライブ制御
信号８３３の電圧値が電圧ｅＯを越えて高レベルになる
。これにより、電圧コンパレータＣＯＩは、その非反転
入力部に供給される信号Ｓ３３が反転入力部に供給され
る電圧ｅＯよりも大きいために、出力部に高レベルの電
圧を出力する。

この結果、ダイオードＤ３１はオフし、ダイオードＤ３
２もオフしているので、駆動用リレーの１次コイルＸＬ
に電流が流れなくなり、２次接点ＸＳはオフになる。２
次接点ＸＳがオフであるので、直流モーターＭの端子Ｔ
Ｉには電圧ＥＯが供給されない。したがって、直流モー
ターＭが拘束された時に拘束電流が流れるのを確実に防
止することができる。

また、トルクコントロール用可変抵抗ＶＲ３１で電圧ｅ
Ｏを変えることにより、駆動用リレーの２次接点ｘＳの
オン状態が継続可能な検知電圧ＶＢＨのパルスの最長間
隔を任意に設定できる。したがって、可変抵抗ＶＲ３１
の摺動接点の位置を変えることにより、停止直前の直流
モーターＭの回転速度を任意に制御することができ、こ
のために直流モーターＭのトルクコントロールが可能に
なる。

このように、本直流モーター制御回路では、モーターＭ
の回転速度を表す信号を、電流供給用ブラシＢ＋、Ｂ−
からモーターパルスとして得るのではなく、検知ブラシ
ＢＢから検知電圧ＶＢＢとして得るので、モーターパル
スの発生を助長するための高周波インダクタンスが不要
となっている。

なお、検知ブラシＢＢからの検知電圧ＶＢＨに代わりに
、検知ブラシＢＡからの検知電圧ＶＢＡを用いても、同
様な作用効果が得られる。

次に、第５図及び第７図を参照して本直流モーター制御
回路におけるモーター回転方向検出機能について説明す
る。

第５図において、端子Ｔ３　、Ｔ４の他端は、回転方向
検出のために、電圧変換回路１０．１２の入力端子にそ
れぞれ接続されている。これら電圧変換回路１０．１２
は、端子Ｔ３　、Ｔ４からのパルスｔｅ検知ＩＥ圧Ｖｎ
Ａ、　ｖＢＢヲＴ’Ｔ’Ｌレベルのパルス信号ＳＡ、Ｓ
Ｈに変換するための回路であり、それらの出力端子はＤ
形フリップフロップ１４のデータ端子り、クロック端子
Ｃにそれぞれ接続されている。

直流モーターＭの出力軸が回転していない時、端子Ｔ３
、Ｔ４より検知電圧ＶＢＢ、　ＶＢＡが出力されないの
で、電圧変換回路１０．１２の出力端子にパルス信号５
Ａ１ＳＢが生成されず、したがってフリップフロップ１
４は作動していない。

直流モーターＭの出力軸が回転すると、端子”３）Ｔ４
より検知電圧ＶＢＢ、　ＶＢＡが出力される。その回転
方向が、例えば第１図に示すように電機子が時計方向に
回転するような方向のとき、両検知電圧ＶＢＡ１ＶＢＢ
ハ、第２図（Ａ）、（Ｂ）　の波形図に示すようなもの
である。したがって、このとき電圧変換回路１０．１２
の出力端子に得られるＴＴＬレベルのパルス信号ＳＡ、
ＳＲは、第７図の区間ＫＯに示すようなものとなり、Ｓ
ＡがＳＲに対して位相が２０度進んでいる。そうすると
、フリップフロップ１４においては、クロック信号（Ｓ
Ｂ）の立ち上がりでデータ信号（ＳＡ　”）のレベル“
Ｌ”を取り込むことにより、その出力端子Ｑより“Ｌ”
レベルの回転方向検知信号Ｒ８が出力される。

直流モーターＭの出力軸の回転方向が逆転して第３図に
示すように電機子が反時計方向に回転しているとする。

このときの両検知電圧ＶＢＡ、　ＶＢＢは第４図（Ａ）
、（Ｂ）の波形図に示すようなものである。したがって
、このとき電圧変換回路１０．１２の出力端子に得られ
るＴＴＬレベルのパルス信号ＳＡ％ＳＢは、第７図の区
間Ｋｌに示すようなものとなり、ＳＢがＳＡに対して位
相が２０度進んでいる。そうすると、フリップフロップ
１４においては、クロック信号（ＳＢ　）の立ち上がり
でデータ信号（ＳＡ）のレベル“Ｈ”ヲ取す込むことに
より、その出力端子Ｑより“Ｈ”レベルの回転方向検知
信号Ｒ８が出力される。

このように、本直流モータ制御回路では、直流モータＭ
における出力軸ないし電機子の回転方向を表す回転方向
検知信号Ｒ８がフリップフロップ１４の出力端子に得ら
れる。

［発明の効果コ 本発明は、以上説明したように構成されていることによ
り、直流モーター自体から回転速度及び回転方向を検知
するための検知電圧を得るようにしたので、ロータリエ
ンコーダ等の特別な回転速度及び回転方向検出装置を不
要とし、小型かつ低コストな直流モーターを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の直流モーターの一実施例を示す電機子
回路図、第２図は第１図の検知電圧を示す波形図、第３
図は第１図の直流モーターにおける回転方向を反転させ
るための例を示す電機子回路図、第４図は第３図の検知
電圧を示す波形図、第５図は第１図及び第３図の直流モ
ーターを応用した回転速度及び回転方向検知形石流モー
ター制御回路の一例を示す回路図、第６図は第５図の主
要部の動作波形図、第７図は回転方向検出機能を説明す
るための第５図の主要部の動作波形図、第８図は従来の
直流モーターの一例を示す電機子回路図、第９図は第８
図のりアクタンス電圧を示す波形図である。 なお図面に用いた符号において、 ＣＯＭＩ−Ｃ０Ｍ３・・・・・・・・整流子Ｌ！〜Ｌ３
・・・・・・・・電機子コイルＢ＋、Ｂ−・・・・・・
・・電流供給用ブラシＢＡ１ＢＢ・・・・・・・・回転
及び回転方向検出用ブラシ である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の整流子と、これらの整流子に適宜接続された複数
   の電機子コイルと、前記整流子に接触して前記電機子コ
   イルに電流を供給するための少なくとも一対の電流供給
   用ブラシとを有するブラシタイプの直流モーターであっ
   て、前記整流子及び電機子コイルの回転速度及び回転方
   向を検知するための検知電圧を発生する少なくとも一対
   の回転速度及び回転方向検知ブラシを具備することを特
   徴とする直流モーター。