JP2007236029A - 電動工具用制御駆動回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】ブリッジ構造となっているスイッチング素子の貫通電流による破壊を防ぐ。
【解決手段】スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ６とモータ本体とからなるブリッジ構造のモータが電源部Ｄに機械的接点を介することなく接続されているとともに、上記スイッチング素子の制御用の制御回路ＳＰＵがトリガースイッチＳＷ１入力で電源供給されるものである。上記スイッチング素子の駆動用のドライブ回路３，４の電源供給側に該ドライブ回路への電源供給遮断用であり且つ上記制御回路により制御される回路スイッチＱ４を設けている。ドライブ回路の不用意なオン動作を回路スイッチで防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は電動工具における制御駆動回路に関するものである。
モータを動力源とするとともに二次電池を電源部とする電動工具に関し、そのモータ駆動について各種の制御駆動回路が提供されている（特許文献１参照）。
そして近年においては、耐振動の向上や耐久性の向上などを目的として電源部からモータに至るまでの回路中に機械的接点を無くすとともに、二次電池の無用な消耗を避けるためにトリガースイッチのオン操作で制御回路に通電され、トリガースイッチがオフとなれば制御回路に電源が供給されなくなるようにしたものが提供されている。
図３に一例を示す。図中Ｄは複数の二次電池セルを直列接続した電池パック、ＣＰＵは１チップマイクロコンピュータからなる制御回路、ＳＷ１はトリガースイッチであり、ここではモータとして巻線がブリッジ接続されているブラシレスモータを用いている。図中のＵ，Ｖ，Ｗはモータの各巻線への接続点を示しており、これら巻線へは各相の上段用のスイッチング素子Ｆ１，Ｆ３，Ｆ５及び各相の下段用のスイッチング素子Ｆ２，Ｆ４，Ｆ６を通じて給電される。図中３は上記上段のスイッチング素子用ドライブ回路、４は上記下段のスイッチング素子用ドライブ回路であり、図中のＶ・３，Ｗ・３及びＶ・４，Ｗ・４は制御回路ＣＰＵとＶ・Ｗ相の各ドライブ回路３，４との接続を示す。
トリガースイッチＳＷ１をオンとすれば、制御回路ＣＰＵに電源が供給され、制御回路ＣＰＵの出力で例えばトランジスタＱ６，Ｑ７，Ｑ８で構成されるＵ相のスイッチング素子用ドライブ回路３でスイッチング素子Ｆ１がオンとなる時、Ｖ相下段のスイッチング素子用ドライブ回路４でスイッチング素子Ｆ４がオンとなり、次にＶ相のスイッチング素子駆動回路３でスイッチング素子Ｆ３がオンとなる時、Ｗ相下段のスイッチング素子用ドライブ回路４でスイッチング素子Ｆ６がオンとなり、更にＷ相のスイッチング素子駆動回路３でスイッチング素子Ｆ５がオンとなる時、トランジスタＱ９，Ｑ１０，Ｑ１１で構成されるＵ相下段のスイッチング素子用ドライブ回路４でスイッチング素子Ｆ２がオンとなることで、３相モータの駆動がなされる。なお、各ドライブ回路３は昇圧回路５を通じて経て給電される。また、上記各スイッチング素子Ｆ１〜Ｆ６に逆並列接続されたダイオードは給電オフによるモータ停止時に制動がかかるようにするためのものであり、このためにトリガースイッチＳＷ１のオフの後もしばらくは制御回路ＣＰＵにも電源が供給されるように自己保持用のトランジスタＱ１，Ｑ２を設けている。
ここにおいて、トリガースイッチＳＷ１をオフとして停止させる時、上記ドライブ回路３，４の電源遮断が制御回路ＣＰＵの電源遮断よりも先になされるようになっている時は問題ないのであるが、制御回路ＣＰＵへの電源遮断が先になされる時、制御回路ＣＰＵの出力がＬｏｗとなった時にドライブ回路４がオン（Ｕ相についてはトランジスタＱ１１，Ｑ１０がＨｉ）となるためにスイッチング素子Ｆ２が導通することになり、この時、昇圧回路５を介して接続されたドライブ回路３で駆動されるスイッチング素子Ｆ１も導通状態にあることから、ブリッジ構造のスイッチング素子に貫通電流が流れることになり、スイッチング素子が破壊してしまう。他の相のスイッチング素子も同じである。
特開２００５−１３７０８７号公報
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、ブリッジ構造となっているスイッチング素子の破壊を招くことがない電動工具用制御駆動回路を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために本発明に係る電動工具用制御駆動回路は、スイッチング素子とモータ本体とからなるブリッジ構造のモータが電源部に機械的接点を介することなく接続されているとともに、上記スイッチング素子の制御用の制御回路がトリガースイッチ入力で電源供給されるものにおいて、上記スイッチング素子の駆動用のドライブ回路の電源供給側に該ドライブ回路への電源供給遮断用であり且つ上記制御回路により制御される回路スイッチを設けていることに特徴を有している。
ドライブ回路の不用意なオン動作がなくなるために制御回路の電源遮断によってスイッチング素子に貫通電流が流れるような状態になることがないようにしたものである。
制御回路の電源遮断は上記回路スイッチの遮断後に行われるものであることが好ましい。
また、制御回路への電源投入後に上記回路スイッチがオンとなるものであることが好ましい。電源投入時に貫通電流が流れる虞もなくなる。
更に上記回路スイッチはブリッジ構造における上段又は下段のどちらか一方に設ければ、回路スイッチの定格が低くて済み、両方に設ければ、いずれかのスイッチング素子がショートした場合においても貫通電流が流れることがない。
上記回路スイッチは、モータオフ時のブレーキ動作時間後に遮断されるものであると、ブレーキ動作を確実に得ることができる。
そして上記回路スイッチはダイオードが逆並列に接続されたものであると、スイッチング素子がＦＥＴである時に水分によってＤＳ−ＧＤ間に電圧が出て半オンしても、発生した電圧を逃がすことができるためにスイッチング素子が破壊してしまうことがない。
また本発明は、スイッチング素子とモータ本体とからなるブリッジ構造のモータが電源部に機械的接点を介することなく接続されているとともに、上記スイッチング素子の制御用の制御回路がトリガースイッチ入力で電源供給されるものにおいて、制御回路出力でスイッチング素子を強制オフさせる強制オフ手段を備えていることに他の特徴を有している。この場合においても、スイッチング素子に貫通電流が流れる虞を無くすことができる。
本発明は、スイッチング素子の駆動用のドライブ回路の電源供給側に設けた回路スイッチもしくはスイッチング素子を強制オフさせる強制オフ手段を備えるために、電源遮断時にスイッチング素子に貫通電流が流れることがなく、このためにスイッチング素子の貫通電流による破壊を招くことがないものである。
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図１にその一例を示す。基本的構成は図３に示した前記従来例と同じであることから説明を省略するが、ブリッジ構造となっているスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ６の各駆動用のドライブ回路３，４の電源供給側に回路スイッチ（トランジスタ）Ｑ４を挿入している。この回路スイッチＱ４は、制御回路ＣＰＵの出力でトランジスタＱ５を介してオンオフするもので、そのオフ時には各ドライブ回路３，４への電源供給を遮断する。
そして、トリガースイッチＳＷ１をオンとすることで、制御回路ＣＰＵに電源が投入された時、上記回路スイッチＱ４は制御回路ＣＰＵの出力でオンとなり、その後、ドライブ回路３，４及びスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ６が制御駆動されることによるモータ駆動がなされる。
トリガースイッチＳＷ１をオフとした時には、自己保持用トランジスタＱ２を介してしばし制御回路ＣＰＵに電源が供給されるが、この時、制御回路ＣＰＵは下段スイッチング素子Ｆ２，Ｆ４，Ｆ６をドライブ回路４を介して短時間（５０ｍｓ〜２００ｍｓ）だけオンとしてブレーキ動作を行わせ、その後、１ｍｓ〜１００ｍｓ後に回路スイッチＱ４をオフとしてドライブ回路３，４への給電を遮断することで、スイッチング素子に貫通電流が流れることを阻止する。なお、制御回路ＣＰＵへの電源遮断そのものは回路スイッチＱ４のオフ動作後（たとえば１ｍｓ〜１００ｍｓ後）になされるようにしている。
回路スイッチＱ４に逆並列で接続したダイオードは、次の場合のスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ６の破壊を防ぐためのものである。すなわち、電動工具は雨中などで使用されることもあるために、水滴が付着することでＦＥＴであるスイッチング素子のＤＳ ＧＤ間に電圧が出て半オン状態になることがある。この電圧を逃がすことができないとスイッチング素子が破壊されることになるが、上記ダイオードがある場合、上記電圧は上記ダイオードを通じて逃がすことができる。
図示例においては、回路スイッチＱ４を上段側のドライブ回路３及び下段側のドライブ回路４の両方の電源供給側に挿入することで、いずれかのスイッチング素子Ｆ１〜Ｆ６がショートした時にも貫通電流が流れないようにしたものを示したが、いずれか一方のドライブ回路３または４の電源供給側に挿入したものであってもよい。この場合、定格が半分で済むものとなる。
図２に他例を示す。これはスイッチング素子のゲート側に制御回路ＣＰＵ出力でオフとなる常閉型のリレー接点Ｒｙを接続し、制御回路ＣＰＵの電源が遮断された時にはスイッチング素子が強制オフされるようにしたものである。制御回路ＣＰＵの電源遮断後にスイッチング素子がオンとなることがないために、貫通電流が流れることがない。なお、上記リレー接点は各相のスイッチング素子のゲート側に設けている。
図示例ではブリッジ構造のモータとしてブラシレスモータを示したが、ＤＣモータであってもよいのはもちろんである。
本発明の実施の形態の一例の回路図である。 他の実施の形態の一例の回路図である。 従来例の回路図である。
符号の説明
３ ドライブ回路
４ ドライブ回路
ＣＰＵ 制御回路
Ｄ 電源部
Ｆ１〜Ｆ６ スイッチング素子
Ｑ４ 回路スイッチ
ＳＷ１ トリガースイッチ

Claims (7)

  1. スイッチング素子とモータ本体とからなるブリッジ構造のモータが電源部に機械的接点を介することなく接続されているとともに、上記スイッチング素子の制御用の制御回路がトリガースイッチ入力で電源供給されるものにおいて、上記スイッチング素子の駆動用のドライブ回路の電源供給側に該ドライブ回路への電源供給遮断用であり且つ上記制御回路により制御される回路スイッチを設けていることを特徴とする電動工具用制御駆動回路。
  2. 制御回路の電源遮断は上記回路スイッチの遮断後に行われるものであることを特徴とする請求項１記載の電動工具用制御駆動回路。
  3. 制御回路への電源投入後に上記回路スイッチがオンとなるものであることを特徴とする請求項１または２記載の電動工具用制御駆動回路。
  4. 上記回路スイッチはブリッジ構造における上段又は下段のどちらか一方もしくは両方に設けていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動工具用制御駆動回路。
  5. 上記回路スイッチは、モータオフ時のブレーキ動作時間後に遮断されるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動工具用制御駆動回路。
  6. 上記回路スイッチはダイオードが逆並列に接続されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動工具用制御駆動回路。
  7. スイッチング素子とモータ本体とからなるブリッジ構造のモータが電源部に機械的接点を介することなく接続されているとともに、上記スイッチング素子の制御用の制御回路がトリガースイッチ入力で電源供給されるものにおいて、制御回路出力でスイッチング素子を強制オフさせる強制オフ手段を備えていることを特徴とする電動工具用制御駆動回路。
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