JP2004015986A - Control device of motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動ドライバや電動インパクトドライバ等の電動工具に用いられるブラシレスDCモータ(以下、単にモータという)の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動インパクトドライバにおいては、打撃機構において強大なトルクを発生させる反面、用途によってはトルクが大き過ぎるために小ネジなどの締まり過ぎや破損を招く場合がある。そのために、この問題を解決するために、機械的なクラッチ機構を追加し、用途に合わせて、打撃機構と前記クラッチ機構とを切り替えられるタイプのものがある。
【0003】
そして、トルク設定を行う場合には、このクラッチ機構を用いて設定を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなタイプの電動インパクトドライバであると、クラッチ機構を設けるため構造が複雑となり部品点数も多くなって、コストが上昇するという問題点がある。
【0005】
また、電動インパクトドライバの外形寸法が大きく、かつ、重たくなり作業性に不利となる問題点がある。
【0006】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、トルクコントロールを容易にすることができるモータの制御装置を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、電動ドライバ、または、電動インパクトドライバ等の電動工具を駆動するブラシレスDCモータへ駆動信号を出力するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するゲートドライブ回路と、前記ゲートドライブ回路をPWM制御する演算回路とを有したモータの制御装置であって、前記電動工具を操作するためのトリガースイッチからの信号によって前記演算回路へ速度指令信号を出力する速度指令回路と、前記モータが設定トルク値以上に回転しないように設定するためのトルクコントロールスイッチと、を有し、前記演算回路は、前記トルクコントロールスイッチがON状態のときは前記モータが設定トルク値以上に回転しないようにPWM制御することを特徴とするモータの制御装置である。
【0008】
請求項2の発明は、直流電源から前記インバータ回路へ流れる駆動電流を検知し、この検知した駆動電流が設定値以上になったときに制御信号を前記演算回路へ出力する電流制御回路を有し、前記トルクコントロールスイッチが前記電流制御回路に接続され、前記電流制御回路は、前記トルクコントロールスイッチがON状態のときは前記演算回路へ設定トルク値以上に回転しないようにする閾値信号を出力することを特徴とする請求項1記載のモータの制御装置である。
【0009】
請求項3の発明は、前記トルクコントロールスイッチが前記速度指令回路に接続され、前記速度指令回路は、前記トルクコントロールスイッチがON状態のときは前記演算回路へ設定トルク値以上の速度指令信号を出力しないことを特徴とする請求項1記載のモータの制御装置である。
【0010】
【作 用】
本発明のモータの制御装置であると、演算回路は、トルクコントロールスイッチがON状態の時はモータが設定トルク値以上に回転しないようにPWM制御を行うため、電動ドライバまたは電動インパクトドライバで小さいネジを締める場合に、締まり過ぎなどによって破損することがない。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を、図1及び図2に基づいて説明する。
【0012】
図1は、本発明の一実施例を示す電動インパクトドライバの正面図であり、図2は電動インパクトドライバ11の制御装置18を示すブロック図である。
【0013】
(1)電動インパクトドライバ11の構成
図1に基づいて、電動インパクトドライバ11の構成について説明する。
【0014】
電動インパクトドライバ11は、胴部である略円筒状の外形の本体12と、本体12の先端部に工具が装着されるチャック部13と、ピストル型になるように形成される把持部14とを備えている。
【0015】
本体12の後部には、ブラシレスDCモータ(以下、単にモータという)15と、ギアボックスと打撃機構を兼ねた打撃部16とが内蔵されている。
【0016】
把持部14は作業者が手で把持できるように形成され、把持状態で指が位置する個所に引金状のトリガースイッチ17が配されている。
【0017】
このトリガースイッチ17の操作により、モータ15を所定の回転速度とトルクによって制御する制御装置18の回路基板が、モータ15の下方に配されている。
【0018】
把持部14の内部には、バッテリー19と、このバッテリー19と電気的に並列に接続された大容量の電源電圧平滑用コンデンサ20が収納されている。
【0019】
(2)制御装置18の構成
次に、図2を参照して電動インパクトドライバ11を制御する制御装置18について説明する。
【0020】
ブラシレスDCモータであるモータ15は3相であって、U相、V相、W相の駆動信号がインバータ回路21から供給される。即ち、インバータ回路21を構成する6個のスイッチングトランジスタを用い、モータ15のY結線された3相のコイルに双方向電流を流して駆動するバイポーラ駆動を行うものである。バイポーラ駆動の方法としては、120°通電矩形波駆動法が挙げられる。
【0021】
モータ15の回転子の回転位置を検出するために3つのホール素子H1、H2、H3(以下、総称する場合はHと呼ぶ)が設けられ、回転子の回転による各相毎の磁極変化に対応した回転信号S1、S2、S3(以下、総称する場合はSと呼ぶ)をそれぞれ位置検出回路23へ出力する。
【0022】
このインバータ回路21は、バッテリー19である直流電源が供給されるが、インバータ回路21とバッテリー19との間には前記した電源電圧平滑用コンデンサ20がバッテリー19と並列に接続されている。
【0023】
インバータ回路21の各スイッチングトランジスタのゲート端子へゲート信号を送るゲートドライブ回路28が設けられ、このゲートドライブ回路28に対しPWM(パルス幅変調)信号を供給する演算回路22が設けられている。この演算回路22は、位置検出回路23からの位置信号と、速度指令回路24からの速度指令信号と、回転方向指令回路25からの回転方向指令信号に基づいて、PWM信号をゲートドライブ回路28に出力する。
【0024】
速度指令信号を出力する速度指令回路24には、前記で説明したトリガースイッチ17が接続され、このトリガースイッチ17の作業者による押圧状態によって速度指令回路24が演算回路22に速度指令信号を出力する。即ち、トリガースイッチ17を多く引くことによってより早く回転するように速度指令信号が出力される。
【0025】
本体12には、回転方向切替スイッチ26が設けられ、この回転方向切替スイッチ26を正転または反転に切替えることによって、その回転方向に応じた回転方向指令信号を回転方向指令回路25が出力する。
【0026】
ゲートドライブ回路28と演算回路22との間にはロック保護回路27が設けられている。このロック保護回路27は、駆動信号がモータ15に出力されているにも係わらず、モータ15の回転がホール素子Hからの回転信号Sによっては検出されないことを位置検出回路23が検知すると、演算回路22からのゲートドライブ回路28への信号を強制的に遮断する回路である。
【0027】
バッテリー19から出力される駆動電流を検出するための抵抗32が接続され、この抵抗32を流れる駆動電流を検出する電流制御回路29が設けられている。この電流制御回路29は、2つの目的を有している。
【0028】
第1の目的は、抵抗32を流れる駆動電流が設定値以上になった場合には過電流であると判断して演算回路22に回転速度またはトルクを落とすように指示する制御信号を出力する。この制御信号が出力されると、演算回路22は、PWM波形のパルス幅を強制的に狭め、モータ15の出力を低下させる。これにより、モータ15のそれ以上の発熱が抑制され、温度上昇も起こることがなく制御装置18の熱による損傷を防止できる。
【0029】
第2の目的は、小さいネジなどを締める場合にトルクコントロールを行うことである。
【0030】
すなわち、電流制御回路29には、トルクコントロールスイッチ31が接続されている。このトルクコントロールスイッチ31は、本体12に設けられているスイッチである。このトルクコントロールスイッチ31がON状態になると、電流制御回路29は演算回路22に対し、閾値信号を出力する。この閾値信号が演算回路22に入力すると、速度指令回路24からの速度指令信号に関わらず、設定トルク値以上にならないように、PWM波形のパルス幅を制御する。なお、トルクはモータに与えられる電力によって決まり、この電力は電流と電圧の積である。そして、この電圧値を上げると回転速度も上がり、また、この電流値が上がると電力値が上がり、トルクも上がる。そこで、この電流値を調整して設定トルク値以上にならないにように演算回路22では、PWM波形のパルス幅を狭める。
【0031】
これによって、小さいネジなどを締める場合にトルクコントロールスイッチ31をON状態にしておくと、作業者はトリガースイッチ17を深く押し込んでも設定値以上の出力にならないため、小さいネジが潰れたりすることがない。
【0032】
このようにすることで打撃運転時においてもある程度のトルクコントロールが可能となる。そして、打撃部16にトルクコントロールを調整するための機構を設ける必要がないため打撃部16を安価に小型に制作できるため、電動インパクトドライバ11自身を小型軽量化にすることができ、作業者の作業をする際に作業性に優れている。
【0033】
(変更例1)
上記実施例では電動インパクトドライバ11について説明したが、これに代えて打撃機構を有しない通常の電動ドライバにおいてもこの制御装置18を用いれば、トルクコントロールを行うことができる。
【0034】
(変更例2)
上記実施例では電流制御回路29にトルクコントロールスイッチ31を設けたが、これに代えて速度指令回路24にトルクコントロールスイッチ31を接続し、このトルクコントロールスイッチ31がON状態の時は、速度指令回路24は、設定値以上の回転速度とトルクにならないように速度指令信号を演算回路22に出力してもよい。
【0035】
【発明の効果】
以上により本発明のモータの制御装置であると、トルクコントロールスイッチによって一定値以上のトルクが出力されないようにすることができるので、小さいネジなどを締める場合にこれらネジが潰れたりすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電動インパクトドライバの正面図である。
【図2】制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
11 電動インパクトドライバ
15 モータ
17 トリガスイッチ
18 制御装置
21 インバータ回路
22 演算回路
23 位置検出回路
24 速度指令回路
25 回転方向指令回路
26 回転方向切替スイッチ
28 ゲートドライブ回路
29 電流制御回路
31 トルクコントロールスイッチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a brushless DC motor (hereinafter, simply referred to as a motor) used for an electric tool such as an electric driver or an electric impact driver.
[0002]
[Prior art]
In a conventional electric impact driver, a strong torque is generated in a striking mechanism, but depending on the application, the torque is too large, which may cause overtightening or breakage of a small screw or the like. Therefore, in order to solve this problem, there is a type in which a mechanical clutch mechanism is added and the impact mechanism and the clutch mechanism can be switched according to the application.
[0003]
When setting the torque, the setting is performed using this clutch mechanism.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, such an electric impact driver has a problem that the structure is complicated and the number of parts is increased due to the provision of the clutch mechanism, and the cost is increased.
[0005]
Further, there is a problem that the external dimensions of the electric impact driver are large and heavy, which is disadvantageous to workability.
[0006]
In view of the above problems, the present invention provides a motor control device that can facilitate torque control.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0008]
The invention according to claim 2 has a current control circuit that detects a drive current flowing from the DC power supply to the inverter circuit, and outputs a control signal to the arithmetic circuit when the detected drive current is equal to or greater than a set value. The torque control switch is connected to the current control circuit, and the current control circuit outputs a threshold signal to the arithmetic circuit when the torque control switch is in an ON state, so as to prevent the torque control switch from rotating beyond a set torque value. The motor control device according to
[0009]
According to a third aspect of the present invention, the torque control switch is connected to the speed command circuit, and the speed command circuit outputs a speed command signal equal to or larger than a set torque value to the arithmetic circuit when the torque control switch is ON. The motor control device according to
[0010]
[Operation]
According to the motor control device of the present invention, the arithmetic circuit performs PWM control so that the motor does not rotate beyond the set torque value when the torque control switch is in the ON state. When it is tightened, it is not damaged due to excessive tightening.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0012]
FIG. 1 is a front view of an electric impact driver showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a
[0013]
(1) Configuration of
[0014]
The
[0015]
At the rear of the
[0016]
The
[0017]
A circuit board of a
[0018]
A
[0019]
(2) Configuration of
[0020]
The
[0021]
Three Hall elements H1, H2, and H3 (hereinafter, collectively referred to as H) are provided to detect the rotational position of the rotor of the
[0022]
The
[0023]
A
[0024]
The above-described
[0025]
The
[0026]
A lock protection circuit 27 is provided between the
[0027]
A
[0028]
The first object is that when the drive current flowing through the
[0029]
A second object is to perform torque control when tightening a small screw or the like.
[0030]
That is, the
[0031]
Accordingly, if the
[0032]
By doing so, it is possible to control the torque to some extent even during the striking operation. Since it is not necessary to provide a mechanism for adjusting the torque control in the hitting
[0033]
(Modification 1)
Although the
[0034]
(Modification 2)
In the above embodiment, the
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the motor control device of the present invention, it is possible to prevent the torque control switch from outputting a torque that is equal to or more than a certain value. Therefore, when a small screw is tightened, the screw is not crushed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of an electric impact driver according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a control device.
[Explanation of symbols]
Claims (3)
前記電動工具を操作するためのトリガースイッチからの信号によって前記演算回路へ速度指令信号を出力する速度指令回路と、
前記モータが設定トルク値以上に回転しないように設定するためのトルクコントロールスイッチと、
を有し、
前記演算回路は、前記トルクコントロールスイッチがON状態のときは前記モータが設定トルク値以上に回転しないようにPWM制御する
ことを特徴とするモータの制御装置。An inverter circuit that outputs a drive signal to a brushless DC motor that drives an electric tool such as an electric driver or an electric impact driver, a gate drive circuit that controls the inverter circuit, and an arithmetic circuit that performs PWM control of the gate drive circuit. A motor control device having
A speed command circuit that outputs a speed command signal to the arithmetic circuit by a signal from a trigger switch for operating the power tool;
A torque control switch for setting the motor so as not to rotate more than a set torque value,
Has,
The motor control device, wherein the arithmetic circuit performs PWM control so that the motor does not rotate beyond a set torque value when the torque control switch is ON.
前記トルクコントロールスイッチが前記電流制御回路に接続され、前記電流制御回路は、前記トルクコントロールスイッチがON状態のときは前記演算回路へ設定トルク値以上に回転しないようにする閾値信号を出力する
ことを特徴とする請求項1記載のモータの制御装置。A current control circuit that detects a drive current flowing from the DC power supply to the inverter circuit, and outputs a control signal to the arithmetic circuit when the detected drive current is equal to or greater than a set value,
The torque control switch is connected to the current control circuit, and the current control circuit outputs a threshold signal to the arithmetic circuit when the torque control switch is in an ON state, so as to prevent the operation circuit from rotating beyond a set torque value. The motor control device according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1記載のモータの制御装置。The torque control switch is connected to the speed command circuit, and the speed command circuit does not output a speed command signal having a set torque value or more to the arithmetic circuit when the torque control switch is in an ON state. Item 2. A motor control device according to Item 1.
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