JP2005102371A - Driving unit for power tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動工具の駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a power tool drive device.
誘導モータ(インダクションモータ)は、電動工具の駆動源として用いられている(特許文献1)。 An induction motor (induction motor) is used as a drive source for an electric tool (Patent Document 1).
例えば、その電動工具としては刃物研ぎ機や高周波グラインダーが挙げられる。
上記のような誘導モータの利点として、ある程度までトルクが上がっても回転数の落ち込みが小さく、また、ブラシがなく長寿命であるということが挙げられる。しかしながら、誘導モータはロックトルクが小さいという問題点がある。 As an advantage of the induction motor as described above, there is a small drop in the rotational speed even if the torque is increased to a certain extent, and there is no brush and the life is long. However, the induction motor has a problem that the lock torque is small.
そのため、一般的な電動工具の駆動源として誘導モータを用いることは少なく、ロックトルクの大きいシリースモータが主流である。しかし、このシリースモータにおいてはブラシ寿命が誘導モータに比べて短いという問題点がある。 Therefore, an induction motor is rarely used as a drive source for a general electric tool, and a series motor having a large lock torque is mainstream. However, this series motor has a problem that the brush life is shorter than that of the induction motor.
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、誘導モータにおいてもロックトルクを大きくすることができ、シリースモータと変わらない用途に用いることができる電動工具の制御装置を提供するものである。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a control device for an electric tool that can increase the lock torque even in an induction motor and can be used for the same application as a series motor.
請求項1に係る発明は、三相の誘導モータで駆動する電動工具の駆動装置であって、前記誘導モータの固定子巻線へ三相の駆動電流を供給するインバーター回路と、前記インバーター回路へPWM信号を供給するPWM制御回路と、前記三相の駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、前記検出した三相の駆動電流に基づいて磁束に対応した電流成分であるd軸電流と、前記誘導モータのトルクに対応した電流成分であるq軸電流とに変換する3相/2相変換手段と、前記誘導モータの回転速度を検出する速度検出手段と、速度指令信号を出力する速度指令信号出力手段と、前記変換したq軸電流、前記検出した回転速度、前記速度指令信号とに基づいて、前記速度指令信号に対応した回転速度になるように前記PWM制御回路へ制御信号を出力する制御手段と、を有することを特徴とする電動工具の駆動装置である。 The invention according to claim 1 is a drive device for an electric tool driven by a three-phase induction motor, wherein the inverter circuit supplies a three-phase drive current to a stator winding of the induction motor, and the inverter circuit A PWM control circuit for supplying a PWM signal; drive current detection means for detecting the three-phase drive current; a d-axis current that is a current component corresponding to a magnetic flux based on the detected three-phase drive current; A three-phase / two-phase conversion means for converting to a q-axis current that is a current component corresponding to the torque of the induction motor, a speed detection means for detecting the rotational speed of the induction motor, and a speed command signal for outputting a speed command signal Based on the output means, the converted q-axis current, the detected rotation speed, and the speed command signal, a control signal is sent to the PWM control circuit so that the rotation speed corresponds to the speed command signal. A force control means is a drive device for an electric tool, characterized in that it comprises a.
請求項2に係る発明は、前記制御手段は、前記q軸電流が増加するとトルクが上がるように制御することを特徴とする請求項1記載の電動工具の駆動装置である。 The invention according to claim 2 is the power tool drive device according to claim 1, wherein the control means controls the torque to increase as the q-axis current increases.
請求項3に係る発明は、前記制御手段は、前記q軸電流の減少するとトルクが下がるように制御することを特徴とする請求項1記載の電動工具の駆動装置である。
The invention according to
請求項1に係る発明の電動工具の駆動装置においては、制御手段は、誘導モータのトルクに対応したq軸電流、検出した誘導モータの現在の回転速度、外部から入力する速度指令信号に基づいて、その速度指令信号に対応した回転速度になるようにPWM回路へ制御信号を出力し、PWM回路はインバータ回路へPWM信号を出力して、誘導モータを回転させる。 In the power tool drive device according to the first aspect of the present invention, the control means is based on the q-axis current corresponding to the torque of the induction motor, the detected current rotation speed of the induction motor, and a speed command signal input from the outside. Then, a control signal is output to the PWM circuit so that the rotation speed corresponds to the speed command signal, and the PWM circuit outputs a PWM signal to the inverter circuit to rotate the induction motor.
このように、トルクに対応した電流成分であるq軸電流によって回転速度をベクトル制御を行うことにより、トルクを減少させることなく回転速度を維持することができる。 As described above, the rotational speed can be maintained without reducing the torque by performing vector control of the rotational speed using the q-axis current which is a current component corresponding to the torque.
請求項2に係る発明の電動工具の駆動装置においては、電動工具が何かの原因によって駆動が停止しロックトルクの状態になった場合に、q軸電流が増加するため、制御手段はトルクが上がるように制御する。これによって、従来はロックトルクが小さいという問題点を解決することができる。 In the power tool drive device according to the second aspect of the present invention, the q-axis current increases when the drive is stopped due to some cause of the power tool to enter the lock torque state. Control to go up. As a result, the conventional problem that the lock torque is small can be solved.
請求項3に係る発明の電動工具の駆動装置においては、制御手段はトルクが軽くなりq軸電流が減少するとトルクが下がるように制御して、省エネルギーを実現することができる。 In the power tool drive device according to the third aspect of the invention, the control means can control the torque to decrease when the torque becomes light and the q-axis current decreases, thereby realizing energy saving.
以下、本発明の一実施形態の電動工具の一つであるグラインダー10について図1と図2に基づいて説明する。
Hereinafter, the
(1)グラインダー10の構造
図2は、本実施形態のグラインダー10の斜視図であり、グラインダー10のフレーム50内部には、その駆動源である誘導モータ12が内蔵され、フレーム50の側部にある速度調整スイッチ52によって、その回転速度を変更することができる。
(1) Structure of the
(2)駆動装置14の構成
グラインダー10を駆動する誘導モータ(インダクションモータ)12の駆動装置14の構成に図1のブロック図に基づいて説明する。
(2) Configuration of
駆動装置14は、インバーター回路16と、整流回路18、交流電源20と、PWM制御回路22と、3相/2相変換回路24と、速度検出回路26、2相/3相変換回路32、トリガー回路34とから構成されている。
The
インバーター回路16は、誘導モータ12の三相(u相、v相、w相)の固定子巻線36u,36v,36Wに三相の駆動電流を流す。インバーター回路16は、6個のパワースイッチング半導体であるトランジスタTr1〜Tr6より構成され、このスイッチングトランジスタTr1〜Tr6に対して並列に逆方向にダイオードが接続されている。また、三相の駆動電流を検出するための検出抵抗R1、R2、R3が接続されている。さらに、交流電源20から整流回路18を経てインバーター回路16に直流電源が供給される。
The
PWM制御回路22は、6個のスイッチングトランジスタTr1〜Tr6のゲート端子に、PWM信号を供給する。PWM制御回路22は、後から説明する三相の電圧Vu,Vv,Vwに基づいてパルス幅変調を行い、所定のタイミングで各スイッチングトランジスタTr1〜Tr6をON/OFFする。
The
3相/2相変換回路24は、AD変換された駆動電流Iu,Iv,Iwを、磁束に対応した電流成分であるd軸電流Idと、誘導モータ12のトルクに対応した電流成分であるq軸電流Iqに変換する。
The three-phase / two-
この変換方法は、(1)式に示すように、三相の駆動電流Iu,Iv,Iwを二相のIα,Iβに変換する。
制御部30は、速度検出回路26から回転角θと回転速度ωが入力し、3相/2相変換回路24からq軸電流Iqとd軸電流Idが入力すると共に、トリガー回路34から速度指令信号Sが入力する。そして、これらの信号に基づいてd軸電圧Vdとq軸電圧Vqを出力する。この制御方法については後から説明する。
The
トリガー回路34は、図2に示すグラインダー10の速度調整スイッチ52の操作状態に合わせて速度指令信号Sを出力する。
The
2相/3相変換回路32では、d軸電圧Vdとq軸電圧Vqを、まず二相の電圧に(3)式に基づいて変換する。
(3)グラインダー10の制御方法
次に上記構成のグラインダー10の駆動装置14の制御方法について説明する。
(3) Control Method of
グラインダー10のユーザーは、電源をオン状態にして、速度調整スイッチ52を調整してグラインダー10を所定の回転速度で回転させようとする。トリガー回路34は、速度調整スイッチ52に合わせて速度指令信号Sを制御部30に出力する。制御部30では、その速度指令信号Sに合わせてq軸電圧Iqとd軸電圧Idを2相/3相変換回路32に出力する。
The user of the
2相/3相変換回路32では、q軸電圧Iqとd軸電圧Idを上記したように三相の電圧Vu,Vv,Vwに変換してPWM制御回路22に出力する。
In the 2-phase / 3-
PWM制御回路22では、その三相の電圧Vu,Vv,Vwに合わせてインバータ回路16の6個のスイッチングトランジスタのゲート端子にPWM信号を出力する。
The
インバータ回路16では、そのPWM信号に合わせてスイッチングトランジスタをオン/オフすることにより三相の駆動電流Iu,Iv,Iwを三相の固定子巻線36u,36v,36wに出力して、誘導モータ12を回転させる。
The
また、3個のホールIC28,28,28は、誘導モータ12の回転子の回転状態を位置検出信号によって表し、速度検出回路26に出力する。速度検出回路26では、送られてきた3個のホールIC28,28,28からの位置検出信号によって現在の回転子の回転角θと回転速度ωを制御部30に出力する。
Further, the three
制御部30では、速度指令信号Sと入力した現在の回転角θと回転速度ωを比較し、現在の回転速度ωが速度指令信号Sに対応した回転速度ωになるようにd軸電圧Idとq軸電圧Iqをフィードバック制御する。
The
上記のようなPWM制御中に、グラインダー10がロック状態となり、グラインダー10の回転が停止する場合がある。この場合には、3相/2相変換回路24によって変換されたq軸電流Iqが増加することとなる。これは、トルクが増加することによりq軸電流Iqが増加するためである。制御部30では入力したq軸電流Iqが増加することにより、グラインダー10がロック状態であることを検知し、誘導モータ12のロックトルクが上がるようにq軸電圧Vqとd軸電圧Vdを制御する。
During the PWM control as described above, the
これによって、従来小さいとされていたロック時のロックトルクが大きくとることができ、作業を行い易くすることができる。 As a result, the lock torque at the time of locking, which has been considered to be small in the past, can be increased, and the operation can be facilitated.
また、逆に誘導モータ12のトルクが小さくなるとq軸電流Iqも小さくなるため、それに合わせて制御部30は2相/3相変換回路32を制御する。
Conversely, when the torque of the
これによって、必要以上のトルクを与えることなく省エネルギーでグラインダー10を回転させることができる。
Thereby, the
本発明はグラインダーに限らず、刃物研ぎ機、ドリルなどの電動工具の駆動装置として使用することができる。 The present invention is not limited to a grinder, and can be used as a driving device for a power tool such as a blade sharpener or a drill.
10 グラインダー
12 誘導モータ
14 駆動装置
16 インバータ回路
18 整流回路
20 交流電源
22 PWM制御回路
24 3相/2相変換回路
26 速度検出回路
28 ホールIC
30 制御部
32 2相/3相変換回路
34 トリガー回路
DESCRIPTION OF
30
Claims (3)
前記誘導モータの固定子巻線へ三相の駆動電流を供給するインバーター回路と、
前記インバーター回路へPWM信号を供給するPWM制御回路と、
前記三相の駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記検出した三相の駆動電流に基づいて磁束に対応した電流成分であるd軸電流と、前記誘導モータのトルクに対応した電流成分であるq軸電流とに変換する3相/2相変換手段と、
前記誘導モータの回転速度を検出する速度検出手段と、
速度指令信号を出力する速度指令信号出力手段と、
前記変換したq軸電流、前記検出した回転速度、前記速度指令信号とに基づいて、前記速度指令信号に対応した回転速度になるように前記PWM制御回路へ制御信号を出力する制御手段と、
を有する
ことを特徴とする電動工具の駆動装置。 A power tool drive device driven by a three-phase induction motor,
An inverter circuit for supplying a three-phase drive current to the stator winding of the induction motor;
A PWM control circuit for supplying a PWM signal to the inverter circuit;
Drive current detection means for detecting the three-phase drive current;
Three-phase / two-phase conversion means for converting a d-axis current that is a current component corresponding to a magnetic flux and a q-axis current that is a current component corresponding to the torque of the induction motor based on the detected three-phase drive current. When,
Speed detecting means for detecting the rotational speed of the induction motor;
Speed command signal output means for outputting a speed command signal;
Control means for outputting a control signal to the PWM control circuit based on the converted q-axis current, the detected rotation speed, and the speed command signal so as to obtain a rotation speed corresponding to the speed command signal;
A power tool drive device characterized by comprising:
前記q軸電流が増加するとトルクが上がるように制御する
ことを特徴とする請求項1記載の電動工具の駆動装置。 The control means includes
The power tool drive device according to claim 1, wherein the torque is controlled to increase when the q-axis current increases.
前記q軸電流の減少するとトルクが下がるように制御する
ことを特徴とする請求項1記載の電動工具の駆動装置。 The control means includes
The power tool drive device according to claim 1, wherein the torque is controlled to decrease when the q-axis current decreases.
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