JPS5833990A - トルクリプルを除去した直流電動機 - 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】 本発明装置は、直流電動機の出力トルクのトルクリプル
を除去して、磁気記録再生装置の磁気テープの巻きとり
リールの駆動源を得る手段に関するものである。

磁気記録再生機の磁気テープの巻きとシリールの駆動電
動機としては、次の２つの特性が必要となる。第１には
、巻きとるべき磁気テープの張力が常に１定となってい
ることである。これが変化すると、キャプスタンとピン
チローラ間の滑シの量が変化して、走行速度が変化する
欠点が発生する。周知の手段によると、駆動電動機に定
電流を通電しているのみなので、駆動トルクが１定とな
るのみとなる。従ってリールに磁気テープが巻かれた初
期の状態と、末期の状態では、磁気テープの張力は、捲
回された磁気テープの径に差を生じてくるので、磁気テ
ープの張力に差を生じ、従って走行速度に変化を生ずる
欠点がある。

第２に駆動する直流電動機は、２相若しくは３相の電機
′子コイルとなっているので、トルクリプルを有し、そ
♀大きさは駆動トルクの２０優位となっている。かかる
トルクリプルは磁気テープの走行速度を変化させてワウ
の大きい発生原因となる欠点がある。

ワウフラッタをＷＲ８Ｍの値で０．０３−以下とする為
には、実測によ°るとトルクリプルは１％位に低下する
必要がある。トルクリプルを上記した値とすることは困
難なので、１般にフェルト板を介する摩擦機構によシ、
トルクリプルを除去しているが、この手段はトルクリプ
ルのフィルタ作用が不安定で、摩耗による事故が多くな
る欠点がある。

又早送シのときに、上述したフェルト板による摩擦機構
を不作用として、駆動源よシの大きい動力伝達に耐える
機構を付設しなければならないという錯雑な手段を必要
とする欠点がある。

本発明装置は、１般の直流電動機に制御回路を付設する
のみで、上記した諸欠点が除去でき、更に小型、廉価に
作ることのできる特徴を有するものである。

本発明装置によると、上述した諸拠点が除去される特徴
がある。

本発明の思想は、周知の２相若しくは３相の電機子コイ
ルを具備した半導体電動機若しくは整流子電動機のいず
れにも適用できるものであるが後述するように、３相の
電機子コイルを有する直流電動機でＹ型結線と呼称され
るもの−に適用すると、その効果はより大きくなるもの
である。　５ 以上のような諸特徴を有する本発明装置の詳細を実施例
につき次に説明する。

第１図において、記号ＩＦｉ直流電動機で、側体には、
電源正電圧端子９ａよシ供電される。

記号２４は、マルチバイブレータで、その２つの出力は
、次のようになっている。即ち端子Ａの出力は負の矩形
波パルスで、その巾が広く５ミリセコンド位、又端子Ｂ
の出力は正の矩形波ノくルスで、その巾が０．１ミリセ
コンド位で、かかる２個の電気パルスは交互に出力され
てい仝。

従って端子Ａの出力のあるときには、トランジスタ５は
飽和領域で導通し、その他のときには不導通となってい
る。かかる不導通区間では、端子Ｂの出力によシ、アナ
ログスイッチ部が閉じられるので、その出力はローノ（
スフイルタ２６を介して、除算回路７のＸ端子の入力と
女っている。トランジスタ５のペースに端子Ｂの出力を
入力せしめて不導通としても同じ効果がある。

従って必ずしもマルチバイブレータを使用する必９！社
なく、同じ目的を達するものであれば、力の曲線を示す
ものである。曲線２８ａ、２８ｂ・・・は、トランジス
タ５が導通しているときの電機子電流を示し、この電流
は、トランジスタ５が不導通となると、切断され、前述
したように、０．１ミ、リセコンド位通電が断たれる。

この区間が記号２９ａ、２９ｂ・・・で示されている。

又このときに、アナログスイッチ部が閉じるので、電動
機１の逆起電力が記号３０ａ、３０ｂ・・・で示すよう
に、ローパスフィルタ２６に入力される。グラフ（６）
にローパスフィルタ２６の出力曲線（９）が示されてい
る。ローパスフィルタ２６の代りにコンデンサ２６　ａ
を使用することもできる。曲線３０は逆起電力Ｅを示す
もので、回転数Ｎにも比例する屯のとなっている。

第１図め除算回路７には、ローパスフィルタ２６の出力
及び設定電圧（この電圧は、電動機１の出力トルクを所
望値とする為に入力されるものである。）が、端子７ｂ
を介して図示しない規準電圧源よ多入力されている。

記号６はオペアンプで、除算回路７の出力を増巾して、
トランジスタ４のベース電流を制御している。

オペアンプ６の他力の入力は、抵抗３の電圧降下即ち電
機子電流に比例する電圧が入力されている。従って除算
回路７の出力と電機子電流が等しくなるように、トラン
ジスタ４を介して電機子電流が制御されている。記号１
ａはフライホイールダイオードである。

電動機１の電機子コイル２１＆、２１ｂ、２１ｃ。

と整流子片２０　ａ　、　２０　ｂ　、　２０　ｃ　、
刷子２２＆、２２　ｂとの関係が第４図に示されている
。即ち電機子コイル２１ｍ、２１ｂ、２１ｅの１端は共
通端子となシ、他端は、それぞれ整流子片２０　ａ　１
２０　ｂ　、２０ｃに接続されている。界磁はＮ、Ｓの
２極で、各磁極の開角は１８０度であるが省略して図示
していない。刷子２２ａ、２２ｂの開角はｉｓｏ　［で
ある。

電機子が回転すると、各電機子コイルは２個づつ直列に
接続されて、端子２３よυ供電され、１個は遊びコイル
となる。又通電の角度は１２０度づつである。従って刷
子２２ａ、２２ｂ間に発生する逆起電力Ｅは、 Ｅ＝に１Ｎ　　（Ｈ１＋Ｈ，＋Ｈ８）・・・・・・・・
・（１１となる。但しに０は常数、Ｎは回転速度である
。

又Ｈ１、Ｈ８、Ｈ３はそれぞれ電機子コイル２１ａ１２
１ｂ、２１ｅの通電されている区間の界磁磁界の強さを
表わしている。

発生する出力トルクＴは、 ’ｒ＝＝に、　Ｉ　（Ｈｔ　＋Ｈ２＋　Ｈａ　）　Ｋｌ
は常数・・・・・・・・・（２）となる。従って（１）
式は変形されて、Ｅ＝に１ＮＴ／ＩＫ、＝に８ＮＴ／Ｉ Ｋ、は常数・・・・・・・・・（３） となる。即ち出力トルクと回転速度との積力；逆した逆
起電力Ｅとなっている。端子７ｂの入力電圧をＶ、とす
ると、その出力はＶ。／Ｅとなるので、トランジスタ４
％’コレクタ電流即ち電動機＼１の電機子コイルは、オ
ペアンプ６によ！１ｌｖ０／Ｅに比例するものとなって
いる。従って電機子コイルは次の関係式を満足疹るよう
に通電されていることになる。

Ｉ＝Ｖ、／Ｅ　　・・・・・・・・・（４）又（３）式
を代入すると Ｉ＝Ｖ、　Ｉ／に、ＮＴ　即ちｖ０＝に、　ＮＴ・−−
−−−・・−（５）となる。この式は回転速度と出力ト
ルクの積が１定であることを示している。反面に又回転
速度が１定であれば、出力トルクも１定となるととを示
している。しかしく４）式より判るようにＥと工の積が
１定となっているので、（１）、（２）式よシ得られる
次の式 ％式％ よシ判るように出力トルクＴは１定となシ、トルクリプ
ルは除去される効果がある。出力トルクリプルはＨ１＋
Ｈ２＋Ｈ，の変動により発生するが、本発明装置によれ
ば、トルクリプルが消滅するように電機子電流が制御さ
れているものである。

上述した電動機１がコアレス型で、フレミングの力（エ
レクトロダイナミックなトルク）により駆動されている
場合には、（５）式がそのまま適用される。

しかしコアのある例えば３極型の電動機の場合には、コ
ツギングによる若干のトルクリプルが残ることになるが
実用上は差支えない。又半導体電動機の場合にも同じ理
論が適用されることは明らかである。２相、３相のいづ
れの形式の電機子コイルの場合にも適用できる。

電機子コイルがΔ結線の場合には、（５）式は正確には
適用されない。この理由は次に述べる点である。

第４図で前述したようにＹ型結絨の場合には、電機子コ
イル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれの逆起電力は加
算されて、刷子２２１１Ｌ、２２ｂよりとシ出されてい
る。又各電機子コイルのそれぞれの出力トルクも加算さ
れて合成出力トルクとなつる理由となっている。Δ型結
線の場合には、二２コイルが直列回路、１コイルが蓋側
回路となっているので、上述した逆起電力は刷子間に加
重するので、実用的には、目的によって使用できるもの
である。

次に本発明電動機を、磁気録音再生機若しくは磁気録音
再生機の磁気テープの巻きとシリールの駆動源とした場
合につき、第３図によシ説明する。カセットレコーダ本
体の底部に植立したリール軸１４．１４ａＫは、リール
１５．１５ａが回転自在に反承され、リール１５．１５
ａには歯車１３．１３　ａが固定されている。カセット
を上刃よシ装置すると、その操シ出し側のハブは、リー
ル１５ａに嵌合するものであるが、省略して図示してい
ない。又巻きとり側のハブ１７　＆は、リール１５に嵌
合してリール１５により反時計方向に駆動されている。

ハブ１７ａには磁気テープ１６が渦巻状に捲回され、外
側の磁気テープ１６　ａは、反時計方向に回転する翫キ
ャプスタン１７及びこれと圧接するピンチローラ１８に
より左方に送られ定速度で走行している。レバー１９Ｖ
ｉ支軸１９　ａに反承され、矢印Ｄｊｊ向にスプリング
によシ弾撥され、しｊｊ−１９の右端には、ピンチロー
ラ１８が設けられている。

電動機１の回転軸１ａには、レバー１ｂが遊嵌され、レ
バー１ｂの遊端部には、支軸によシ歯車１２が支承され
ている。回転軸のｌａに固定した歯車１１と１２は噛合
している。また歯車１２と１３とは噛合している。電動
機１が反時計方向に回転していると、回転軸１ａと摩擦
結合しているレバー１ｂも同方向に回転して、歯車１２
と１３は噛合し、又電動機１上に植立した抑止ピンＩＣ
とレバー１ｂは当接して、上記した噛合状態を保持して
いる。従ってハブ１７　ａも反時計方向に回転して、磁
気テープ１６ａを巻きとる。磁気テープ１６　ａは、そ
の走行速度がキャプスタン１７とピンチローラ１８によ
シ拘束されているので、電動機ｌの回転速ｆＮと磁気テ
ープの速度Ｓと磁気テープ１６０半径ｒとの間には次の
関係式が成立する。回転速度Ｎと半径ｒとの積は磁気テ
ープの走行速度Ｓに比例するが、速寒ｓは１定なので、
Ｎｒ＝に４　（Ｋ４Ｆｉ常数）となる。又電動機１′め
出力トルクＴＦｉ半径ｒと磁気テープ（１６ａの部分）
の張力Ｆの積に等しいので、Ｔ＝ｒＦとなる。従ってと
のｒを上４式に代入すると、ＮＴ／Ｆ＝Ｋ　４川曲・・
（６） となる。

（６）弐〇Ｎ’ｌ’を（５）式ヨシ得られルＮＴ＝Ｖ、
　／に、３”ｔ’置換すると、 Ｖｌ　／に、　Ｆ＝に４従ツテＶＯ＝Ｋｓ　Ｆ　（Ｋｓ
は常数）上式よシＶ６　を１定とすることにより、磁気
テープの張力を常に１定とすることができる。又張力を
変更するときには、第１図の端子７ｂの入力電圧Ｖ、を
変更することにょ多自由に調整することができるもので
ある。

上述した磁気テープの張力が１定となる装置の逆起電力
、電機子電流、出方トルクのタイムチャートが第２図の
グラフに示されている。よこ軸は時間軸である。グラフ
Ａの曲線１０　ａは逆起電力を示すもので、磁気テープ
が巻きとられるに従って電動機１の回転速度が低下する
ので、逆起電力は小さくなる。グラフＢの曲線９は、電
機子電流値で、徐々に増加して、出力トルクを増加して
ゆくものである。グラフＣの曲線１０は、出力トルクで
、徐々に増加するとともにトルクリプルが除去されて、
直線状となっている、第３図の歯車１１．１２．１３は
、周知の手段によシゴムリングを周囲に被冠したアイド
ラを利用することもできる。早送シのときには、第１図
の電気スイッチ５ｅを閉じるのみでよい。このとき、ト
ランジスタ４は飽和領域で作動して、電動機１を高速で
回転して磁気テープを高速で巻きとシ早送シのモードと
なる。このときにピンチロー２１８とキャプスタン１７
は離間せしめられている。

以上の場合に電動機ｌを時計方向に回転すると、レバー
１ｂも同方向に回転して、電動機ｌに植立した抑止ビン
１ｄに当接して停止する。

このときに歯車１２と１３ａは、食い込み角で噛合する
ので、リール１５　ａを時計方向に回転して磁気テープ
を巻きとる。従って巻き戻しのモードとするととができ
る。

以上の説明より理解されるように再生又は記録モードの
ときに、トルクリプルが除去され、しかも磁気テープの
張力を常に１定に保持することができ、又電気スイッチ
５ｅの開閉のみで早送り及び巻き戻しのモードに転化せ
しめることのできる効果がある。従って冒頭において述
べた従来のこの種の手段の欠点が完全に除去される特徴
がある。

次に第５図の実施例について説明する。第１図と同一記
号のものは同一部材で、その作用も又同じである。従っ
てその説明は省略する。

ローパスフィルタ２６の出力は、乗算回路７ａのＸ端子
の入力となシ、又抵抗３の電圧降下即ち電機子電流に比
例する電圧がＸ端子の入力とな）、両者の積が出力とな
シ、オペアンプ６の非反転端子の入力となっている。

ローパスフィルタ２６の出力は、第（１）式と同じであ
る。又出力トルクは第（２）式と同じである。

従って第（３）式も成立することは明らかである。

乗算回路７ａの入力は、電機子電流Ｉ（抵抗３の電圧降
下として得られている。）と第（３）式なので、その出
力は、Ｋ、ＮＴ／Ｉと電流工の積即ちに、ＮＴとなる。

出力Ｋ１１ＮＴが端子７ｂの入力規準電圧（出力トルク
に対応する値）■、と等しくなるように、オペアンプ６
を介して、トランジスタ４のベース入力を供給している
ので、Ｖ０＝に、ＮＴ　の式即ち第（５）式が成立する
ような電機子電流の制御が行なわれている。従って第１
図の実施例と全く何様な特徴と効果を有するものである
。

次に第６図の実施例の説明をする。第１図と同一記号の
ものは同一部材なので、その説明は省略する。

第６図において、記号２７Ｆｉ、シュミットトリガ回路
で、次のよう表性質のものである。端子Ｃの入力が、端
子りの入力より、所定値だけ大きくなる七、その出力は
正転して、トランジスタを不導通に保持し、又端子Ｃの
入力が端子りの入力より所定値だけ小さくなると、その
出力は反転して、トランジスタ４は、飽和領域において
導通する。電源が投入された始動時においては、逆起電
力Ｅは小さいので、ローパスフィルタ届の出力も小さい
。従って除算回路７の出力が大きい。又電機子電流は、
電機子コイルのインダクタンスによシ零よυ急増する。

かがる周波数は、１ワット位の出力の電動機の場合に、
加キロサイクル位である。

オペアンプ６の非反転端子の入力が前述したように大き
いので、端子りの入力電圧も大きい。

従って端子Ｃの入力は端子りの入力よシ小さい状態なの
で、トランジスタ４は導通したまま保持され、最大値の
電機子電流が流れて始動する。

電動機１０回転速度が上昇すると、対応して乗算回路７
の出力は減少し、従って端子りの入力電圧も減少するの
で、トランジスタ４は不導通となる。従ってフライホイ
ールダイオード１ａを介して電磁エネルギーが放出され
、電機子電流は引続いて流れるが、急速に減少する。従
って端子Ｃの入力は端子りの入力よシ小さくなるので、
トランジスタ４は導通して、電機子電流は急増する。か
くして回転速度Ｎが、再生時における巻きとシリールの
回転速度により拘束された所定の速度に達すると、逆起
電力Ｅ即ちローパスフィルタ２６の出力も対応した値と
なる。

抵抗３の電圧降下は、バッファアンプ公、コンデンサ２
８　ａによシ平滑化され、オペアンプ６の反転端子の入
力となっているので、オペアンプ６の出力即ち端子りの
入力は、トルクリプルが消滅するように制御された電機
子電流に比例する電圧となっている。かかる制御を第７
図のグラフ（ｃ）によシ説明する。

曲＠３４は、トランジスタ５が導通したときの電機子電
流の立上多曲線である。曲４Ｉ３３は端子りの入力電圧
の曲線である。この電圧を越えて、電機子電流が増大し
て、曲線３１との交点においトランジスタ４が導通して
、再び電機子電流は急増する。かくして曲線３３ａ、３
３ｂで示すように、加キロサイクル位の周波数で、増減
し、その平均電流は、曲４１３３で示すものとなる。曲
線部で示す電機子電流により、トルクリプルが消滅する
ものである。バッファアンプ２８、コンデンサ２８　ａ
　Ｆｉ、上述した曲線３３　ａ　、　３３　ｂで示すリ
プル電圧をフィルタするもので、これより大きい周波数
の電圧の変動（これは、オペフッ１６０反転端子２０入
力電圧で、トルクリプルを消滅させる為に負帰還作用に
より、電機子電流を変化した為に生じた電圧変動）は残
存するように、フィルタ特性が選択されたフィルタであ
る。

シュミットトリガ回路ｎは、前述したように、ヒステリ
シス特性を有する増巾回路となっているが、同じ特性の
他の電気回路でもよい。

上述したように、トランジスタ４．５は、ともに飽和領
域で使用されているので、ジュール損失の小さいトルク
リプル除去回路の得られる効果がある。

以上の各実施例による説明より理解されるように、磁気
テープの張力を１定とし、トルクリプルを除去した巻き
とりリールの駆動源を得ることができて効果著しきもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の電気回路図、第２図は逆起電力
、電機子電流、出力トルクのタイムチャート、第３図は
、巻きとシリール駆動装置の説明図、第４図は、電機子
コイルと整流子の説明図、第５図及び第６図は本発明装
置の他の実施例の電気回路図をそれぞれ示す。 ４．５・・・トランジスタ、　　１・・・直流電動機、
３・・・抵抗、　　１ａ・・・フライホイールダイオー
ド、Ｕ・・・マルチパイプレーク、２５・・・アナログ
スイッチ、２６・・・ローパスフィルタ、　　７・・・
除算回路、　　７ａ・・・乗算回路、　　６・・・オペ
アンプ、９ａ・・・電源正端子、　　５ｅ・・・電気ス
イッチ、７ｂ・・・規準電圧入力端子、２８・・・バッ
ファアンプ、　２８ａ・・・コンデンサ、２７・・・シ
ュミットトリガ回路、　３０ａ、３０ｂ・・・逆起電力
パルス、２８ａ、２８ｂ・・・電機子電流、　（９）・
・・逆起電力曲線、３３　ｈ　Ｘ３３　ｂ・・・インダ
クタンス制御にょろりプル電流曲線、　１０ａ１９．１
０・・・逆起電力、電機子電流、出力トルクのグラフ、
　１４ａ、１４ｂ・・・リール軸、１５．１５＆・・・
リール、　１６．１６　ａ・・・磁気テープ、１７・・
・キャブスタン、１８・・・ピンチローラ、１９．１　
ｂ　・ｖバー、　１７　＆　−ハブ、１３．１３ａ、１
２．１１　・・・歯車、　２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・
・電機子コイル、　２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・・整流
子片、　２２ａ、２２ｂ−・・刷子、 特許出願人 株式会社　セコ−技研 手続補正書（六ｇ） 昭和５７年２り／Ｄ日 特許庁長官　　島　１）春　樹　殿 １、事件の表示　　昭和５６年特許願第１３１５４９号
２発明の名称　　トルクリプルを除去した直流電動機 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 〒１５０　　東京都渋谷区神宮前１丁目加番３号４、補
正命令の日付 昭和５７年１月２６日　（発送日） ６、補正の内容 明細書の第２２頁上から第１１行目「実施例の電気回路
図をそれぞれ示す。」の記載を［実施例の電気回路図、
第７図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は、電機子電流、逆起電
力、インダクタンス制御にょろりプル電流のグラフをそ
れぞれ示す。］と補正する。 以　上。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　電機子コイルと鎖交する界磁磁界と電機子電
   流との積を設定された値となるように電機子電流を制御
   してトルクリプルを消滅せしめる直流電動機において、
   等しいピッチで、極めて小さいパルス巾で、各パルス巾
   の等しい電気パルス列を出力とする発振回路と、前記し
   た電気パルスを介して、不導通となるように電機子回路
   に直列に挿入された第１のトランジスタと、前記した電
   気パルスのある間だけ導通す条アナログスイッチを介し
   て、直流電動機の逆起電力パルス列を得る電気回路と、
   電機子回路に直列に挿入された抵抗の電圧降下を介して
   電機子電流を検出する電機子電流検出回路と、前記した
   逆起電力パルス列よシ高周波成分を除去する為のローパ
   スフィルタと、該ローパスフィルタの出力と電機子電流
   検出回路の出力が、規準電圧源の予め設定された電圧に
   対応する所定の値となるように電機子回路に直列に挿入
   された第２のトランジスタを介して、電機子電流を制御
   する負帰還回路とより構成されたことを特徴とするトル
   クリプルを除去した直流電動機。
2. （２）電機子コイルと鎖交する界磁磁界と電機子電流と
   の積を設定された値となるように電機子電流を制御して
   トルクリプルを消滅せしめる直流電動機において、勢し
   いピッチで、極めて小さいパルス巾で、各パルス巾の等
   しい電気パルス列を出力とする発振回路と、前記した電
   気パルスを介して、不導通となるように電機子回路に直
   列に挿入された第１のトランジスタと、前記した電気パ
   ルスのある間だけ導通するアナログスイッチを介して、
   直流電動機の逆起電力パルス列を得る電気回路と、電機
   子回路に直列に挿入された抵抗の電圧降下を介して電機
   子電流を検出する電機子電流検出回路と、前記した逆起
   電力パルス列より高周波成分を除去する為のローパスフ
   ィルタと、該ローパスフィルタの出力と電機子電流検出
   回路の出力が、規準電圧源の予め設定された電圧に対応
   する所定の値となるように電機子回路に直列に挿入され
   た第２のトランジスタを介して、電機子電流を制御する
   負帰還回路と、該負帰還回路よシ得られる電機子電流に
   対応する電圧を第１の入力とし、電機子電流検出回路の
   出力電圧を第２の入力とするシュミットトリガ回路のよ
   うなヒステリシス特性を持つ増巾回路と、第２の入力が
   第１の入力よシ設定値だけ大きくなると、前記した増巾
   回路の出力により電機子回路に直列に挿入された第２の
   トランジスタを不導通に転化し、第２の入力が第１の入
   力よシ設定値だけ小さくなると、前記した増巾回路の出
   力によシ、第２のトランジスタを飽和領域において導通
   状態に転化する電気回路と、直流電動機と前記した抵抗
   の直列接続体に並列に接続されたフライホイールダイク
   リプルを除去した直流電動機。
3. （３）　　第（１）項ならびに第（２）項記載の特許請
   求の範囲において、Ｙ型結線の直流電動機を膜性たこと
   を特徴とするトルクリプルを除去した直流電動機。