JPH0374193A - 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、電子整流子型の電流機では、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）は通電制御器
、（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ットである。

上記通電制御器（２）はマグネット（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。従って、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
あった。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っていた。

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った。

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ッ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、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
電圧を得るスイッ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
の間に接続されたに個（ここに、Ｋば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、前記コイルヘ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に個の第
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）は界磁用のマグネット、破線で囲まれ
ている部分ＯＤはマグネット（９）の磁束を感知するホ
ール素子０Ｄ（社）１３　！１４Ｊ　ＱＧ　Ｍからなり
、マグネット（９）（モータ可動部）の回転位置を検出
する位置検出器、θのは位置検出器０１）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、０粉０４）　Ｇ
６）はコイル（６）　（７）（８）と第１の駆動トラン
ジスタ（３）　（４）　（５）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、０６）
は位置検出器００の出力に応動して第２の駆動トランジ
スタａつＧ４１０５）の通電を分配制御する第２の分配
制御器、θ″Ｉ）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ッチング方式の電
圧変換器、ａ印は第２の駆動トランジスタ０３）０４）
０５）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Ｇ７）の出力電圧を制御する動作検出制御
器である。また、＠＠は直流電圧源、（支）は指令信号
、（至）は指令信号（至）に対応した電流１１を出力す
る電流変換器、０＄は電流変換器（財）の出力電流ｉ、
に応動した電流Ｌ＋１３　＋　　’４を発生する相似電
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）は電
流変換器（財）に入力され、電力源＠の電圧値と比較さ
れ、その両者の差に応じた電流ｉＩに変換される。指令
信号（至）は周知の速度検出手段および速度・電圧変換
手段によって得られるものであり、マグネット（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（至）の具体的な構成例を示す。

指令信号■と電圧源■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）からなるカレントミ
ラーによって反転され、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（財）の出力ｉ、は相似電流発生器０９）に
入力される。相似電流発生器０９）はトランジスタ（２
）＠＠＠（２）抵抗０００Ｄ　０３０３からなる第１の
カレント２ラーと、ダイオード（ロ）、トランジスタ（
至）、抵抗ＯＧＯ力からなる第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ｉｌに相似（比
例または略比例）の電流ｆｚ＋　　ｊｆｆ＋　　ｉ４を
出力する。電流１２は第１の分配制御器ｑ″ＩＪのダイ
オード（５４）、抵抗（５５）により電圧信号Ｖｔに変
換され、電流ｉ３は第２の分配制御器θωの抵抗（６１
）、ダイオード（６２）（６３）により電圧信号■２に
変換され、電流ｉ４は動作検出制御器００のダイオード
（８１）　（８２）、抵抗（８３）により電圧信号ｖ３
に変換されている。この電圧Ｖｔ　、Ｖｚ　、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■Ｈを一定と考える。第１の分配制御器ｑつは、
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＠力
と、抵抗的の電圧降下と指令信号■に応動する電圧信号
■１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（至）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＠・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ｖｌを入
力し、エミッタ側に抵抗＠Ｄ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って
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）のエミッタは共通接続され、ベース側に位
置検出器（１１）のホール素子（６）（転）＠１の出力
電圧がそれぞれ印加されている。ホール素子（ＡＤ　Ｋ
ａ　Ｕはマグネット（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
に応じて共通エミッ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１力の電
圧降下として検出され、電流制御器＠・に入力される。

これにより、電流制御器（ハ）、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＠Ｄによって第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Ｖｔ（従って、指令信号■）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ｈＦＥバラツキの影響は著しく小
さくなる。また、マグネット（９）の回転に伴ってホー
ル素子（２）Ｏ毬ｊ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）の電流を制御し、切り換えてゆく
。

なお、コンデンサ（至）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０６）は、第１の駆動トランジスタ（
３）　（４）　（５）の通電時の動作電圧（コレクタ・
エミッタ間電圧ＶＣＥの絶対値）を検出する検出・比較
器（７１）と、トランジスタ（７３）　（７４）　（７
５）からなる第２の選択器（７６）によって構成されて
いる。

相似電流発生器（１９）の出力ｉ、は検出・比較器（７
１）に入力され、抵抗（６１）、ダイオード（６２）　
（６３）によって第１の駆動トランジスタ（３）（４）
（５）の共通接続端子（エミッタ側）から所定電圧値の
基準電圧信号ｖ２を発生する。電圧信号ｖｔは電圧信号
ｖｌに連動して変化しくＶ＋　、Ｖｚは共に指令信号の
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）の通電電流）が大きい時に信号■２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（６４）　（６５）　（６６）の各エ
ミッタ側は入力端子として基準電位点（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、各ベース側は検出端子として第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と基準
電圧信号ｖ２とが比較され、その動作電圧値が信号Ｖｔ
よりもエミッタ・ベース間順方向電圧Ｖ０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０つと（４）が活性となって
いる場合の電流路を示す。その電流路は電圧変化器０′
７）の出力Ｖ、４→第４→駆動トランジスタ０３）→コ
イル（６）および（７）→第１の駆動トランジスタ（４
）→抵抗１７）→ｅ側電源 となり、通電状態にある第１の駆動トランジスタ（４）
の動作電圧ＶＣＥが他の駆動トランジスタ（３）（５）
の電圧ｖｃｉよりも小さくなる。そして、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）の電圧ＶｃＥ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１の駆動トランジスタ（４）
の動作電圧が電圧信号ｖ２よりもベース・エミッタ間順
方向電圧Ｖ０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って反転増幅され、第２の選択
器（７６）に供給する。従って、通電時の第１の駆動ト
ランジスタの動作電圧に応じた出力電流が得られる。

第２の選択器（７６）のトランジスタ（７３）　（７４
）　（７５）はエミッタを共通接続され、各ベース端子
に位置検出器（１１）のホール素子（財）四（財）の出
力が印加され、そのベース電圧に応じて共通エミッタ電
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Ｑ’り　０４）（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。

従って、検出・比較器（７１）、第２の選択器（７６）
、第２の駆動トランジスタ（１３）　０４）　Ｏω、コ
イル（６）　（７）（８）によって第２の帰還ループが
構成され、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ＶＣＥ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□□□に対応）と等しい電流が第２の
駆動トランジスタＱ３）　（＋４１０５）にも流れ、コ
イル（６）　（７）（８）には両方向の電流（マグネッ
ト（９）の回転に伴っ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
電電流が過度的に第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少する。この動作電圧
の減少は検出・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、従っ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１の駆動トランジスタの動作電圧は基準電圧Ｖ
２に対応した能動領域内の小さな値（大体Ｖ、−Ｖ。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
って、位置検出器（ＩＩ）の出力に対応したコイルに指
令信号（至）に対応した電流が安定に供給され、マグネ
ット（９）の回転に伴ってコイル（６）　（７）　（８
）への電流路は順次切り換わり、両方向の電流が供給さ
れる。

次に、動作検出制御器０８）と電圧変換器０７）による
出力電圧Ｖ８の制御方法について説明する。相似電流発
生器０９）の出力ｉ４は動作検出制御器０８）に入力さ
れ、ダイオード（８１）　（８２）　、抵抗（８３）に
よって第２の駆動トランジスタ（１３）Ｇ４）　０５）
の共通接続端子（工果ツタ側）から所定電圧値の基準電
圧信号Ｖ３を発生する。電圧信号Ｖ、は電圧信号Ｖ１に
連動して変化しくＶ＋　、Ｖ３は共に指令信号（至）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Ｖ、を大きくし、供給電
流の小さい時に信号Ｖ、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点（信号Ｖ３の点）に直流的に接
続され、各エミッタ側は検出端子としてそれぞれ抵抗（
８４）　（８５）　（８６）を介して直流的に第２の駆
動トランジスタ（１３）　０４）　Ｇ５）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
０３１　Ｇ４１　Ｇ５）の通電状態にあるトランジスタ
の動作電圧（コレクタ・工ξツタ間電圧降下の絶対値）
と基準電圧信号Ｖ、とが比較され、その動作電圧値が信
号Ｖ３よりもエミッタ・ベース間順方向電圧■。分小さ
くなると、対応する検出トランジスタ（８７）　（８８
）　（８９）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０３）と（
４）が活性となっている場合では、通電状態にある第２
の駆動トランジスタＱ３）の動作電圧が他の駆動トラン
ジスタ圓０ツの電圧よりも小さくなる。検出トランジス
タ（８７）　（８Ｂ）　（８９）は第２の駆動トランジ
スタ０３）　０４）０５）の動作電圧と基準電圧信号Ｖ
３を比較し、第５図においては、第２の駆動トランジス
タ０３）の動作電圧が電圧信号Ｖ、よりもＶＤ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（８７）（８
８）　（８９）の出力電流は台底され（コレクタ側を共
通接続）、ダイオード（８０）、トランジスタ（９１）
、抵抗（９２）　（９３）からなるカレントミラーによ
って反転増幅され、電圧変換器θ力に供給される。従っ
て、通電時の第２の駆動トランジスタ（１３）０４）０
５）の動作電圧に応じた出力電流が得られる。

電圧変換器０７）は、直流電源（１）の正極端子（Ｖ、
＝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ッチ
ング素子を構成するところのスイッチングトランジスタ
（１０１）と、そのバイアス用抵抗（１０２）　（１０
３）と、上記スイッチングトランジスタ　（１０１）を
オン・オフ制御するスイッチング制御器（１００）と、
フライホイール・ダイオード（１０５）と、インダクタ
ンス素子（１０６）と、コンデンサ（１０７）によって
構成されている。

スイッチング制御器（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０８）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０印の出力信号に応じたデユーテ
ィのパルス信号を得て、スイッチングトランジスタ　（
１０１）をオン・オフ制御する。

電圧変換器０′７）の出力電圧Ｖ、は、スイッチングト
ランジスタ（１０１）のオン時間、オフ時間（実質的な
デユーティ比率）に関係して変化する。このスイッチン
グトランジスタ　（１０１）がオンの時には■ｉＺ　Ｖ
　Ｓとなり、直流電源（１）はインダクタンス素子（１
０６）を通して負荷側に電流を供給する。スイッチング
トランジスタ（１０１）がオフになると、フライホイー
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０′７）の出力電圧ｖ、
４はトランジスタ　（１０１）のオン時間のデユーティ
（オン時間比率）に対応した値となる。

動作検出制御器０■の出力電流は電圧変換器０′７）に
入力され、電流値が大きくなるとスイッチングトランジ
スタ　（１０１）のオン時間比率を大きくして出力電圧
Ｖ、４を大きくし、電流値が小さくなるとオン時間比率
を小さくして出力電圧Ｖ８を小さくする。従って、動作
検出制御器０８）、電圧変換器０７）および第２の駆動
トランジスタ０３）　０４）　Ｑ５）によって第３の帰
還ループが構成され、前述の第２の駆動トランジスタ０
３）　０４）（１５）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
Ｖ、−Ｖ。程度）となるように電圧変換器Ｑ７）の出力
電圧Ｖ８を制御している。これについて説明すれば、第
２の駆動トランジスタ（＋３３（＋４）　０５）の動作
電圧が減少すると、動作検出制御器０８）の出力電流が
大きくなり、スイッチング制御器（１００）の動作によ
りスイッ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０７）の出力電圧Ｖ。

を大きくして、第２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＠力の電圧降下は指令信号■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０３）　０４）
　（１５）は位置検出器００により選択されたコイルに
指令信号（至）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動作電圧は電圧
信号ＶＺ（従って、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
２の駆動トランジスタ（１３）（＋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■ｌ（従
って、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、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のが微小量小さくなった場
合を考える。

■　指令信号■の減少は電流変換器（財）の出力１１を
大きくし、相似電流発生器０９）の出力電流ｉ２ｉ、、
ｔ４（７）値を大キ＜シ、電圧信号Ｖ、、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、従ってコレクタ電流が大きくなり（第１の帰
還ループ）、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
電流より大きくなる）。

■　電圧信号Ｖ２の増加および第１の駆動トランジスタ
の動作電圧の減少は第２の分配制御器０６）の検出・比
較器（７１）の出力電流を増加し、第２の駆動トランジ
スタ０■（１４１０５）の通電状態のトランジスタのベ
ース電流、従って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に等しくなって安定とな
る。また、第１の駆動トランジスタの動作電圧は電圧信
号Ｖ２に対流した所定の値となっている。

■　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）への供給電源が増加しその電圧降下が
大きくなるため、第２の駆動トランジスタの動作電圧が
小さくなる（第１の駆動トランジスタの動作電圧は第２
の帰還ループによって決まる）。

■　第２の駆動トランジスタ（１３）Ｑ４）０５）の通
電時のトランジスタの動作電圧の減少および電圧信号Ｖ
３の増加は動作検出制御器側にて検出され、その出力電
流を大きくし、電圧変換器ａ′７）のスイッチングトラ
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、４を大きくする（第３の帰還ループ）。

その結果、第２の駆動トランジスタの動作電圧を電圧信
号Ｖ、に対応した所定の値となすような出力電圧Ｖ、４
を発生して安定する（全体が安定状態となる）、指令信
号■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、コイルの
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）スイッ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、コイルヘの供給
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、その検出が容易にかつ安定となる。

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■２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ｑ９０４）
　０５）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）　０４）　（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・チッ
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ック集
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、べ・−ス・工藁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■２また
は第２の駆動トランジスタＱ３）　０４）　０５）の動
作電圧と比較する基準電圧信号■、を指令信号＠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Ｖ、、Ｖ３を大きくし、供給電流の小さい時に
電圧Ｖ、、Ｖ、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０′７）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２の駆動トランジスタ０■（１４）（
＋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
領域は狭くなってゆく（第７図参照）。

いま、電圧信号Ｖ、を一定（抵抗〈８１）、ダイオード
（８２）　（８３）の両端電圧が一定）の場合を考える
。

第２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
大に伴って動作電圧（この場合は飽和電圧）が大きくな
る。従って、基準電圧信号Ｖ。

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０つの出力電圧ｖ１４
を小さくする。その結果、電圧変換器ＯＤ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
０８）の出力電流が小さいために電圧■イが小さな値で
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Ｖ、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０印の出力電流は
大きくなり、電圧変換器θ′７）の出力電圧ｖ、４も出
力範囲の最大値まで大きくなる。すなわち、コイルヘの
供給電流にかかわらず、電圧変換器０７）の出力の応動
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、コイルヘ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０６）と第２の駆動ト
ランジスタ（１に１０４）０５）からなる第２の帰還ル
ープの動作における、第１の駆動トランジスタ（３）　
（４）（５）の動作電圧を検出する検出・比較器の動作
にもあてはまり、電圧信号ｖ２をコイルヘの供給電流（
すなわち第１の駆動トランジスタの通電電流）に連動変
化させることが好ましい。

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■３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ｖ２を一定となし、定電
流源（２０２）の電流を抵抗（８３）、ダイオード（８
１）、　（８２）に供給して■、を一定している。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Ｖ、、Ｖ、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０の０４）　０５）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０８）の構成では、第２の駆動トランジス
タの動作電圧が所定値（Ｖ３　　ｖｏ）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　　ｖｏ）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２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、確実となる
。また、動作検出制御器０８）の応動範囲は狭くて良く
、構成も容易となる。なお、第２の駆動トランジスタの
動作電圧がＶ３−ＶＤよりも十分に大きい場合には動作
検出制御器０８）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０８）の出力電流が
動作電圧に応動する領域になって安定する。

また、同様に、第２の分配器０６）の検出・比較器（７
１）の特性も、第９図のごとき特性となし、第１の駆動
トランジスタが大電流を通過して飽和するときの第２の
帰還ループの動作を安定、確実にすると共に、検出・比
較器（７１）の応動範囲を狭くして構成を簡単にしてい
る。

以上のように、本発明の構成では、以下の種々の利点が
ある。

（ａ）　　コイルに両方向の電流を供給するのでコイル
の利用率が向上し、効率がよくなる。特に、多相のコイ
ルに電流を供給する給電端子のみの配線により安定かつ
確実に指令信号に対応した両方向の電流を供給する駆動
方式を実現した。従って、コイルの共通接続端子の接続
は不要であり、モータのコイルヘの接続端子数は少なく
てよい。

（ｂ）　　第１の駆動トランジスタの動作電圧が所定の
小さな値になるように第２の駆動トランジスタを制御し
、かつ、電力変換効率のよいスイッチング方式の電圧変
換器を使用して、第２の駆動トランジスタの動作電圧が
所定の小さな値になるように電圧変換器の出力電圧を制
御しているので、第１の駆動トランジスタおよび第２の
駆動トランジスタにおける電力損失を大幅に小さくでき
る。従って、電動機全体の電力効率が改善される。特に
、定常的な速度制御状態の時には通常電圧変換器の出力
電圧がかなり小さくなっているので、大幅な効率改善の
効果が得られる。

（Ｃ）　　第１の駆動トランジスタおよび第２の駆動ト
ランジスタは動作電圧が小さくされているけれども能動
領域内で動作しているため、コイルヘの供給電流を指令
信号に対応して高精度に制御することができる。従って
、変動の少ない高精度なトルク制御や速度制御が可能と
なる。

（ｄ）　　指令信号に対応した供給電流を第１の駆動ト
ランジスタによってコイルに供給し、第１の駆動トラン
ジスタの動作電圧を所定の小さな値にするように第２の
駆動ト、ランジスタの通電電流を制御し、第２の駆動ト
ランジスタの動作電圧を所定の小さな値にするようにス
イッチング方式の電圧変換器の出力電圧を制御するよう
に構成しているので、各部分の制御動作上の干渉が少な
く、コイルヘの供給電流レベルの変動に対して全体の制
御動作は安定確実に行なわれる。

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、マグネッ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っても使用
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０８）は第２の駆
動トランジスタＱ３）　（１４）　０５）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）
　Ｏ伺９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、スイッチ
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クなどの半導体素子
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、周波数変調型チッパ方式、パルス幅変調型チッパ方
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。

従って、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
な構成別図、第４図は電流制御器の具体的な構成別図、
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線図、第９図は動作検出制御
器または検出・比較器の特性図である。 （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）・・・・・・マグネッ
ト、（１１）・・・・・・位置検出器、０２１・・・・
・・第１の分配制御器、０粉（＋４）　０５）・・・・
・・第２の駆動トランジスタ、００・・・・・・第２の
分配制御器、叩・・・・・・電圧変換器、０８）・・・
・・・動作検出制御器、０９）・・・・・・相似電流発
生器、■・・・・・・指令信号、（至）・・・・・・電
流変換器、（社）０＠■・０■ｅ・・・・・・ホール素
子、Ωト・・・・・電流制御器、（５３）・・・・・・
第１の選択器、（６４）（６５）　（６６）　（８７）
　（８Ｂ）　（８９）・・・・・・検出トランジスタ、
（７１）・・・・・・検出・比較器、（７６）・・・・
・・第２の選択器、（１００）・・・・・・スイッチン
グ制御器、　（１０１）・・・・・・スイッチングトラ
ンジスタ。 第１図 第 ３ 図 第 第 図 動作１１Ｘ（ＶｃεΦ紀片儂）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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
   得るスイッ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（ここに、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
   、前記コイルヘ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. （２）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
   得るスイッ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（ここに、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
   、前記コイルヘ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、さらに、前記第１の基
   準電圧発生手段の前記第１の基準電圧信号を前記指令信
   号に応動して変化させるように構成された電動機。
3. （３）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電圧を得
   るスイッ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（ここに、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、さらに、前記第２の基準
   電圧発生手段の前記第２の基準電圧信号を前記指令信号
   に応動して変化させるように構成された電動機。