JPH084396B2 - 直流モータ回転制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、小型テープレコーダ等に用いる直流ブラシ
モータ回転制御回路に関するものである。

従来の技術 近年、小型テープレコーダはオートリバース型が一般
化しており、また、より一層の小型化が要求されてい
る。従来、テープ走行方向の切換えはメカニズムによっ
て機械的に行われていたが、装置の小型化のために電気
的に切換えを行い、メカニズムの簡略化が図られてい
る。従って、直流モータ回転制御回路は、モータ回転方
向を電気的に切換えられるものが用いられている。

以下図面を参照しながら、従来の直流モータ回転制御
回路の一例について説明する。第７図は従来の直流モー
タ回転制御回路の構成を示すものである。

第７図の回路では対称な制御回路を２組み構成し、そ
のどちらを動作させるかによってモータ回転方向を切換
えているため、一方の回路についてその構成を説明す
る。第７図において、トランジスタ１がモータ電流制御
用トランジスタであり、モータ端子と接続されたＡ点の
電圧を差動増幅回路５によって基準電圧との電圧差を検
出して回転数を一定に保つように制御回路3,4によって
モータ電流を制御する。トランジスタ２は基本的にはス
イッチング素子として用いているが、モータ起動時、あ
るいはモータ負荷が重くなった場合等、モータ電流、つ
まりトランジスタ２のコレクタ電流が増加した場合でも
コレクタ・エミッタ間飽和電圧を低く保つ必要があるた
め、トランジスタ２についても制御回路４によってベー
ス電流の制御を行っている。トランジスタ1,2が動作し
ている場合、モータには図中にＩM1で示す方向にモータ
電流が流れる。一方、トランジスタ1,2と対称に接続さ
れているトランジスタ6,7が動作した場合、モータ500に
は図中にＩM2で示す方向に電流が流れる。従って、上記
トランジスタや制御回路の組み合わせのどちらか一方が
動作するようにすることにより、モータの回転方向を切
換えることが出来る。この構成では、モータ回転方向を
電気的に切換える為、正転、及び反転時の制御回路の特
性が同一でないことによる回転偏差が問題となる。回転
偏差の原因は主として差動増幅回路5,10の直流的なオフ
セットによるものである。

これを補正する方法として、まず第８図に示すよう
に、スイッチ102によって正転及び反転時の基準電圧を
切換えることによって正転、及び反転時の回転偏差を補
正する方法がある。第８図において、制御回路50が第７
図における制御回路３に、制御回路51が第７図における
制御回路４に、制御回路250が第７図における制御回路
８に、制御回路251が第７図における制御回路９にそれ
ぞれ対応する。そして差動増幅器20と抵抗21,22、差動
増幅器220と抵抗221,222とが各々第７図の差動増幅回路
５及び10に対応する。

また、第９図に示すように、制御回路の利得を調整す
ることによって回転偏差を補正する方法もとられる。第
９図において、トランジスタ24,26、抵抗23,25,39が第
７図における制御回路３に、トランジスタ24,27,29,3
0、抵抗23,25,39が第７図における制御回路４に対応す
る。抵抗25と並列に接続してある抵抗39の抵抗値を調整
することにより、制御系の利得を変更し、平衡状態にお
けるモータ回転数の調整を行う。各々の制御回路の利得
を調整することによって、正反転時の回転偏差の補正を
行うことが出来る。

第９図の回路において、モータ500を電圧源及び抵抗
の直列回路で、又、スイッチング用トランジスタ２を定
電圧源で置き換えた場合、比較回路20の入力インピーダ
ンスは無限大と仮定すると、制御回路の平衡状態では、
次式が成立する。

｛Ｎ・Ke＋Vt＋Ia・（Ra＋R11）｝ ・R21/（R21＋R22） ＝ΔＶ＋Ia・R11＋Vref …（１） Ａ・ΔＶ＝Ia …（２） 但し、 Ke:モータの発電定数［V/rpm］ N:モータ回転数［rpm］ Vt:トランジスタ２の飽和電圧［Ｖ］ Ia:モータ電流［Ａ］ Vref:基準電圧［Ｖ］ A:制御回路の変換利得 Ａ＝Ia/ΔＶ［A/V］ ΔV:平衡状態における差動増幅回路入力電位差［Ｖ］ （２）式を（１）式に代入すると、 Ｎ・Ke＝（Ia・R11＋Ia/A＋Vref） ・（R21＋R22）/R21−Vt−Ia ・（Ra＋R11） …（３） 制御回路の変換利得が無限大であれば、（３）式にお
いて、Ia/Aの項は零となり無視出来るが、実際の回路で
は無限大でないため、正転側制御回路と反転側制御回路
で利得を変えた場合、モータ負荷が変化した時の平衡条
件に偏差を生じ、正反転の回転偏差が大きくなってしま
う。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、第８図に示す回路においては、正転及
び反転時に基準電圧を切換えるためのスイッチ回路が必
要となる。差動増幅回路20、及び220、の正入力端子に
別々の基準電圧を常に与える構成とすればスイッチ102
は省略出来るが、IC化を考えた場合、出力ピンが増加し
てしまうという欠点がある。また、第９図に示す回路で
は、制御回路の利得を変化させるため、正転及び反転用
の制御回路の利得が異なり、モータ負荷が変化した場
合、正転及び反転時の制御回路の平衡状態の変化が同一
でないため、回転偏差が増加するという問題点を有して
いた。即ち、制御回路の変換利得が無限大であれば、
（３）式において、Ia/Aの項は零となり無視出来るが、
実際の回路では無限大でないため、正転側制御回路と反
転側制御回路で利得を変えた場合、モータ負荷が変化し
た時の平衡条件に偏差を生じることになる。

本発明は上記問題点に鑑み、スイッチ回路を増加させ
ることなくモータ負荷の変動の影響を受けないようにす
ることを目的とするものである。

また、従来の構成においては、正転側を基準とした場
合、反転側の回転偏差がプラス方向の偏差であるかマイ
ナス方向の偏差であるかが明らかでないため、正転側制
御回路及び反転側制御回路に付加する補正回路は各々調
整可能な構成とする必要があるため、この直流モータ制
御回路をIC化した場合、少なくとも２個の半固定抵抗が
外付け部品として必要となり、コスト、及び省スペース
という点で問題があった。即ち、第８図においては基準
電圧調整用抵抗104,107が、第９図に示す回路では、利
得調整用抵抗39、及び対称に構成した回路における抵抗
239、更に、基準電圧調整用抵抗が半固定抵抗となる。

本発明は上記問題点に鑑み、正転側を基準とした場
合、反転側の回転偏差の方向を規定し、回転偏差の補正
を容易ならしめると共に、IC化した場合の外付け部品の
少ない直流モータ制御回路を提供することを目的とする
ものである。

課題を解決するための手段 本願の請求項１の発明は、コレクタが直流モータの第
１の端子に接続された第１のトランジスタ、コレクタが
前記直流モータの第２の端子に接続された第２のトラン
ジスタ、前記第１のトランジスタのコレクタ電圧と基準
電圧との電圧差を出力する第１の差動増幅回路、前記第
１の差動増幅回路の出力によって前記第1,第２のトラン
ジスタのベース電流を各々制御する第1,第２の制御回
路、を有する第１のモータ制御回路と、コレクタが前記
直流モータの第２の端子に制御された第３のトランジス
タ、コレクタが前記直流モータの第１の端子に制御され
た第４のトランジスタ、前記第３のトランジスタのコレ
クタ電圧と基準電圧との差を出力する第２の差動増幅回
路、前記第２の差動増幅回路の出力により前記第3,第４
のトランジスタのベース電流を各々制御する第3,第４の
制御回路、を有する第２のモータ制御回路を有し、前記
第1,第２のモータ制御回路を択一的に動作させることに
よってモータの回転方向を切換ると共に、前記第1,第２
のモータ制御回路の制御回路の少なくとも一方に対して
その平衡状態を直流的に変化させる回転偏差補正回路を
設けたことを特徴とするものである。

また、本願の請求項２の発明は請求項１の発明に加え
て、前記第1,第２のモータ制御回路の制御回路に対する
前記回路偏差補正回路によるモータ回転補正量の初期設
定値を各々異なった値としたことを特徴とするものであ
る。

作用 本願の請求項１の発明は、第１及び第２のトランジス
タ、第１及び第２の制御回路によって構成される第１の
モータ制御回路、及びこれと対称な第２の制御回路のす
くなくとも一方の組の各々の制御回路に対して補正回路
によってモータ回転制御回路の平衡条件を直流的に変
え、正反転時の回転偏差を補正するようにしている。こ
うすれば、モータ負荷が変動してもモータの正反転回転
偏差が変化しなくなる。

また、本願の請求項２の発明では、第１及び第２のト
ランジスタ、第１及び第２の制御回路によって構成され
る第１のモータ制御回路の平衡条件を変えるための第１
の補正回路、及び第３及び第４のトランジスタ、第３及
び第４の制御回路により構成される第２のモータ制御回
路の平衡条件を変えるための第２の補正回路の補正量の
初期設定値を各々異なった値とし、一方のモータ制御回
路を動作させた場合に他方のモータ制御回路を動作させ
た場合の回転偏差の分布を変えることにより、一方の補
正回路の補正量の調整のみでモータの正反転回転偏差を
許容範囲に抑えるようにしている。

実施例 以下本発明の直流モータ回転制御回路について、図面
を参照しながら説明する。第１図は本発明の第１の構成
を示す。第１図の構成は、回転偏差補正回路12、13以外
は第７図の構成と同一である。すなわち、トランジスタ
1,2は第１のモータ制御回路の各々第1,第２のトランジ
スタを構成しており、これらのトランジスタのベース電
流が各々第1,第２の制御回路3,4によって、制御され
る。このとき、モータの一端の電圧は第１の差動増幅回
路５に与えられその出力が回転偏差補正回路12によって
補正されて第1,第２の制御回路に与えられる。同様にし
てトランジスタ6,7は第２のモータ制御回路の各々第3,
第４のトランジスタ、制御回路8,9は各々第3,第４の制
御回路を構成している。そして他方のモータの他端の電
圧が第２の差動増幅回路10によって基準電圧と比較さ
れ、その出力が回転偏差補正回路13によって補正されて
制御されて制御回路8,9に与えられる。

第２図は本発明をより具体化した実施例である。第２
図において、トランジスタ24,26が第１図の制御回路３
に、トランジスタ24,27,29,30が第１図の制御回路４
に、トランジスタ224,226が第１図の制御回路８に、ト
ランジスタ224,227,229,230が第１図の制御回路９にそ
れぞれ対応する。また、スイッチ100,101は連動してお
り、モータの回転方向を切換えるために用い、一方が閉
じた状態ではもう一方は開放状態となる。トランジスタ
1,2が動作している場合、即ちスイッチ100が閉じた場合
について、回路動作の説明を行う。

モータ回転状態において、第２図Ａ点の電圧は、抵抗
21,22によって分圧され、このＣ点の電圧と基準電圧103
のＤ点の電圧とが差動増幅回路20によって比較される。
そして両者の電圧が等しくなるようにトランジスタ24,2
6を介して制御用トランジスタ１のベース電流を制御
し、そのコレクタ電流、つまりモータ電流を制御する。
一方、差動増幅回路20の出力はトランジスタ24を介して
トランジスタ27に与えられ電流信号と変換され、カレン
トミラー回路を構成するトランジスタ29,30を介してス
イッチングトランジスタ２のベース電流を制御する。上
記トランジスタ29,30のミラー比は、所望するモータ動
作状態において、トランジスタ２のコレクタ・エミッタ
間電圧を十分小さく（0.1V以下）保つことの可能な比に
設定する。以上の動作により、モータの端子間電圧（逆
起電圧）とトランジスタ２のコレクタ・エミッタ間飽和
電圧の和を抵抗21,22によって分圧された電圧（Ｃ点電
圧）が、基準電圧（Ｄ点電圧）と等しくなる状態で平衡
状態となる。しかし、実際にはモータ巻線抵抗、トラン
ジスタのコレクタ抵抗等の直列抵抗損失が加わるため、
モータ負荷が増加するに従ってモータ電流が増加し、こ
の直列抵抗成分による電圧損失が増加するため、平衡状
態でのモータ逆起電圧が低くなる、つまり、モータ回転
数が低下することになる。これを補正するため、第２図
において抵抗11をスイッチングトランジスタ２のエミッ
タ及びアース間に挿入し、基準電圧の−側を上記トラン
ジスタ２のエミッタに接続することにより、モータ電流
の増加に伴って、抵抗11の両端における電位差が増加
し、差動増幅回路20の一方の入力端の基準電圧（Ｄ点電
位）が高くなり、モータ回転数の低下を抑える。この動
作は正帰還となるため、モータ及びトランジスタ２によ
る直列抵抗成分と抵抗11の抵抗比は、抵抗21,22の抵抗
比以下に設定する必要がある。ここで抵抗R5と並列接続
されたコンデンサ28は制御系の周波数特性を決定する。
上述の回路動作により、第２図の回路は直流モータ回転
制御回路として動作する。本回路では、スイッチングト
ランジスタ２のベース電流を制御しているため、モータ
起動時のようにモータ電流が増加した場合には、トラン
ジスタ２のベース電流が増加し、コレクタ・エミッタ間
電圧を下げるように動作するため、最低起動電圧を低く
することが出来、減電圧特性を改善出来る。

トランジスタ6,7が動作している場合についても、ト
ランジスタ1,2が動作している場合と同様の回路動作と
なり、スイッチ100,101の開閉により、トランジスタ1,2
あるいはトランジスタ6,7のどちらを動作させるかによ
って直流モータの回転方向を切換える。

第２図において、定電流源41、トランジスタ37,38、
抵抗35,36が回転偏差補正回路12を構成する。今、この
回路によって抵抗21に供給される定電流値をI1とし、第
９図の場合と同様に仮定した場合の平衡条件は、次式で
与えられる。

Ｎ・Ke＝（Ia・R11＋Ia/A＋Vref） ・（R21＋R22）/R21−Vt −Ia（Ra＋R11）−I1・R22 …（４） 但し、 Ke:モータの発電定数［V/rpm］ N:モータ回転数［rpm］ Vt:トランジスタ２の飽和電圧［Ｖ］ Ia:モータ電流［Ａ］ Vref:基準電圧［Ｖ］ A:制御回路の変換利得 Ａ＝Ia/ΔＶ［A/V］ ΔV:平衡状態における差動増幅回路入力電位差［Ｖ］ （４）式において、I1は一定値であるため、I1を抵抗
21に供給することは、基準電圧を、 Vref・（R21＋R22）/R21から、 Vref・（R21＋R22）/R21−I1・R22 に変更することと等価である。また、モータ負荷の変化
によらず、補正量は一定となる。I1を供給することによ
り、回転数を低下させる方向での補正が出来る。I1の値
は抵抗35を調節し、トランジスタ37,38、抵抗35,36で構
成されるカレントミラー回路のミラー比を変えることで
調整出来る。定電流源241、トランジスタ237,238、抵抗
235,236によって構成される、トランジスタ6,7を動作さ
せた場合の補正回路についても、同様の動作となる。

従って、正転及び反転制御回路における差動増幅回路
20,220の直流オフセット量に応じて各々の補正回路の補
正量を調整することにより、正反転時の回転偏差をなく
すことが出来る。

第３図は本発明の第２の実施例である。第３図の回路
は回転偏差補正回路14,15以外は第２図に示す第１の実
施例と同一であり、同一部分は同一符号を付している。
定電流源40、トランジスタ33,34、抵抗31,32が回転偏差
補正回路14を構成する。この回路がトランジスタ１から
抵抗22を経由し、トランジスタ33のコレクタ電流として
吸い込む電流をI2とすると第２図の場合と同様に平衡条
件は次式で与えられる。

Ｎ・Ke＝（Ia・R11＋Ia/A＋Vref） ・（R21＋R22）/R21＋I2 ・R22−Vt−Ia・（Ra＋R11） …（５） 但し、 Ke:モータの発電定数［V/rpm］ N:モータ回転数［rpm］ Vt:トランジスタ２の飽和電圧［Ｖ］ Ia:モータ電流［Ａ］ Vref:基準電圧［Ｖ］ A:制御回路の変換利得 Ａ＝Ia/ΔＶ［A/V］ ΔV:平衡状態における差動増幅回路入力電位差［Ｖ］ （５）式において、I2は一定値であるため、I2を抵抗
22に供給することは、基準電圧を、 Vref・（R21＋R22）/R21から、 Vref・（R21＋R22）/R21＋I2・R22 に変更することと等価であり、第２図の場合と同様にモ
ータ負荷によらず、補正量は一定となり、I2を吸い込む
ことにより、回転数を増加させる方向での補正が出来
る。この場合、トランジスタ１はモータ電流以外に上記
I2も供給することになるが、モータ電流が100mA以上で
あるのに対して、I2の値は数十μＡ程度でありこの影響
は無視出来る。

第４図は本発明の第３の実施例である。第４図は回転
偏差補正回路16,17のうち一方の回転偏差補正回路16の
補正電流値が一定で調整出来ないような構成となってい
る以外は第３図と同様である。

実際の製品においては、正反転偏差は、製品として特
性上問題ない範囲で許容される。本実施例の回路をIC化
した場合、回転偏差補正回路を付加しなければ、一方の
制御回路に対するもう一方の制御回路の回転偏差は一般
的に、第５図（ａ）に示すように正負に対称な正規分布
に近い分布を示す。今、補正を行わない場合の偏差を±
ａ［rpm］とする。一方、許容しうる偏差の範囲を±ｂ
［rpm］（ｂ＜ａ）とし、トランジスタ1,2を駆動する方
の制御回路を基準側（正転側）と考える。基準側の補正
電流I1をもう一方の制御回路（反転側）の補正電流I1＋
に対して、回転数ａ−ｂ［rpm］に相当するだけ大きな
補正を与えられる値に設定する。これによって、第５図
（ａ）の回転偏差分布を第５図（ｂ）のようにすること
が出来る。この結果、基準側に対する反転側の偏差補正
は回転数を下げる方向のみを考えれば良い。従って、第
５図（ｂ）に斜線で示す偏差＋ｂ〜＋Ｃ（＝2a−ｂ）
［rpm］の範囲の場合、外付の半固定抵抗250によってI1
＋の値を大きくし、反転側の回転数を下げ、±ｂの範囲
に入るように調整する。また、固定抵抗を並列に接続す
ることにより、偏差に応じて許容範囲にはいるような何
段階かの補正を行うことにより、半固定抵抗をなくすこ
とも可能である。このように、従来の第９図の構成にお
いては、正転側を基準とした場合、反転側の回転偏差が
プラス方向の偏差であるかマイナス方向の偏差であるか
が明らかでないため、正転側制御回路及び反転側制御回
路に付加する補正回路は各々調整可能な構成とする必要
があり、この直流モータ制御回路をIC化した場合、少な
くとも２個の半固定抵抗が外づけ部品として必要とな
り、コスト、及び省スペースという点で問題があった
が、上述のように補正量にオフセットを与えることによ
り、IC化した場合の外付部品を削減し、又、調整も容易
に行う事が出来る。また、第８図の構成と比較した場
合、基準電圧切換え用スイッチが不要となる。

上記、第２図から第４図に示す実施例においては、正
転側、及び、反転側制御回路において、回転補正のため
の回転偏差補正回路を各々別々にもうけているが、第６
図に示す第４の実施例のように共通の電流源50からトラ
ンジスタ51と共にカレントミラー回路を構成するベース
が共通なトランジスタ52、及び、53によって補正用電流
を供給するようにし、回転偏差補正回路18を構成しても
よい。この場合、各々の電流値は、エミッタ抵抗55、及
び56の比によって決定される。また、比較回路反転側入
力端子に直接補正電流を供給あるいは吸い出すのではな
く、抵抗21、あるいは抵抗22を何個かの抵抗の直列回路
として構成し、適当な接続点に電流を供給してもよい。
この場合、直流的な補正量は変わるが、効果としては既
述の通りである。但し、条件によっては非動作状態の制
御回路側に補正電流を供給するトランジスタが飽和状態
となる場合があるため、その場合は各々別のミラー回路
を構成する必要がある。なお、モータ回転制御回路、あ
るいは回転偏差補正回路の構成については、上記実施例
の回路に限定されるものではなく、電流制限回路、ブレ
ーキ回路を付加してもよい。また、モータ制御回路はパ
ルス駆動方式であってもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、まず正転及び反転時の回転数
を制御する直流モータ回転制御回路において、モータ正
反転時の回転偏差を直流的に補正する回路を付加するこ
とにより、モータ負荷の変動によらず一定の補正を加え
ることが可能なモータ制御回路を実現することができ
る。又、正転及び反転用制御回路における補正量にオフ
セットを与えることにより、IC化した場合の外付部品を
削減するとともに、回転偏差補正を容易ならしめるモー
タ制御回路を実現することができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の直流モータ回転制御回路の第１の構成
図、第２図は第１図に示す構成の第１の実施例の回路
図、第３図は本発明の直流モータ回転制御回路の第２の
実施例の回路図、第４図は本発明の直流モータ回転制御
回路の第３の実施例を示す回路図、第５図は回転偏差分
布図、第６図は本発明の直流モータ回転制御回路の第四
の実施例を示す回路図、第７図は従来の直流モータ回転
制御回路の構成図、第８図は従来の直流モータ回転制御
回路の第１の回路例を示す回路図、第９図は従来の直流
モータ回転制御回路の第２の回路例を示す回路図であ
る。 1,6……制御用トランジスタ、2,7……スイッチングトラ
ンジスタ、3,4,8,9……制御回路、5,10……差動増幅回
路、12〜18……回転偏差補正回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エミッタを電源に接続しコレクタを直流モ
   ータの第１の端子に接続した第１のトランジスタと、コ
   レクタを前記直流モータの第２の端子に接続しエミッタ
   を抵抗を介してグランドに接続した第２のトランジスタ
   と、前記第１のトランジスタのコレクタと前記直流モー
   タとの接続点の電圧を基準電圧と比較する第１の電圧比
   較回路と、前記第１の電圧比較回路の出力によって前記
   第１のトランジスタのベース電流を制御する第１の制御
   回路と、前記第１の電圧比較回路の出力によって前記第
   ２のトランジスタのベース電流を制御する第２の制御回
   路と、前記第１の電圧比較回路に所定の直流電流を加え
   るか又は前記第１の電圧比較回路から所定の直流電流を
   減じる第１の補正回路からなる第１のモータ制御回路
   と、 エミッタを前記電源に接続しコレクタを前記直流モータ
   の第２の端子に接続した第３のトランジスタと、コレク
   タを前記直流モータの第１の端子に接続しエミッタを前
   記抵抗を介して前記グランドに接続した第４のトランジ
   スタと、前記第３のトランジスタのコレクタと前記直流
   モータとの接続点の電圧を前記基準電圧と比較する第２
   の電圧比較回路と、前記第２の電圧比較回路の出力によ
   って第３のトランジスタのベース電流を制御する第３の
   制御回路と、前記第２の電圧比較回路の出力によって第
   ４のトランジスタのベース電流を制御する第４の制御回
   路からなる第２のモータ制御回路と、を備え、 前記第1,第２のモータ制御回路を択一的に動作させるこ
   とにより、前記直流モータの回転方向の切り換えを行え
   るように構成した直流モータ回転制御回路。
2. 【請求項２】第２の電圧比較回路に所定の直流電流を加
   えるか又は前記第１の電圧比較回路から所定の直流電流
   を減じる第２の補正回路を第２のモータ制御回路に付加
   した請求項１記載の直流モータ回転制御回路。