JP2630930B2 - Motor speed control method - Google Patents

Motor speed control method

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JP2630930B2
JP2630930B2 JP60057635A JP5763585A JP2630930B2 JP 2630930 B2 JP2630930 B2 JP 2630930B2 JP 60057635 A JP60057635 A JP 60057635A JP 5763585 A JP5763585 A JP 5763585A JP 2630930 B2 JP2630930 B2 JP 2630930B2
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speed
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0077Characterised by the use of a particular software algorithm
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/10Commutator motors, e.g. repulsion motors
    • H02P25/14Universal motors
    • H02P25/145Universal motors whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value, speed feedback

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、総括的には電動工具およびかかる工具用モ
ータ制御方法に係わり、特に、工具の種々の作動パラメ
ータを監視かつ制御するためのマイクロプロセッサまた
はマイクロコンピュータに基づくモータ速度制御方法に
関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to power tools and motor control methods for such tools, and more particularly, to a microcontroller for monitoring and controlling various operating parameters of a tool. The present invention relates to a motor speed control method based on a processor or a microcomputer.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電動工具に使用するモータの速度制御技術において、
電気的エネルギをモータに周期的に伝達するため、サイ
リスタまたはトライアックのようなゲート付き電子電力
制御装置を使用することが一般に知られている。一般に
普及している多くの電動工具は、このようなゲート付き
制御装置により簡易に制御できる交直両用モータを使用
している。
In motor speed control technology used for power tools,
It is generally known to use a gated electronic power controller such as a thyristor or triac to periodically transfer electrical energy to a motor. Many power tools that are widely used use an AC / DC motor that can be easily controlled by such a gated control device.

一般に、ゲート付き速度制御回路は、交流電流または
電圧波形のゼロ交差に関して周期的にモータ電流をオン
およびオフすることにより作動する。これらの周期は交
流波形と同期して発生するようになされ、かつ多数の角
度として測定される導電角によって測定される。導電角
は電気エネルギがモータに供給される交流波形上の点を
決定する。例えば、半サイクル当り180度の導電角は、
遮断されない全交流電流がモータに印加される全導電の
状態に対応する。同様に、90度導電角は、与えられた半
サイクル中のモータ起動電圧を交差する供給電圧の発生
に対応し、したがってモータが利用可能な約半分のエネ
ルギ供給に対応する。90度以下の導電角は、さらに少な
い量のモータへのエネルギ伝達に対応する。
In general, gated speed control circuits operate by periodically turning on and off the motor current with respect to a zero crossing of an alternating current or voltage waveform. These periods are made to occur in synchronism with the alternating waveform and are measured by conduction angles measured as multiple angles. The conduction angle determines the point on the AC waveform where electrical energy is supplied to the motor. For example, a conduction angle of 180 degrees per half cycle is
All uninterrupted alternating currents correspond to all conductive states applied to the motor. Similarly, a 90 degree conduction angle corresponds to the generation of a supply voltage that crosses the motor starting voltage during a given half cycle, and thus corresponds to approximately half the energy supply available to the motor. Conduction angles of 90 degrees or less correspond to a smaller amount of energy transfer to the motor.

従来のモータ速度制御回路は、モータに予め定められ
た量のエネルギを供給するために導電角を変更し、それ
により予め定めたモータ速度を達成するためにゲート付
き装置を使用していた。電動工具に一般に使用される交
直両用モータによれば、モータ速度は、またモータに定
められた負荷に関係づけられる。すなわち、無負荷下
で、モータは一定速度(無負荷速度)を送出し、そして
負荷下で、モータ速度は負荷が増大すると減少する。速
度(R,P,M,)と負荷(トルク)との間の逆の関係は、付
与されたモータの種々の導電角において、速度−トルク
ダイアグラムの曲線グループとしてグラフ的に表わされ
る。
Conventional motor speed control circuits have used gated devices to alter the conduction angle to provide a predetermined amount of energy to the motor, thereby achieving a predetermined motor speed. With an AC / DC motor commonly used in power tools, motor speed is also related to the load defined on the motor. That is, under no load, the motor delivers a constant speed (no load speed), and under load, the motor speed decreases as the load increases. The inverse relationship between speed (R, P, M,) and load (torque) is graphically represented as a group of curves in a speed-torque diagram at various conduction angles of the applied motor.

モータ速度を制御するための1つの技術として、適当
な導電角を選択して所望の無負荷速度を選択する技術が
ある。この技術を実施するための速度制御回路は、開ル
ープ形態から成り、この回路は、負荷が変化するときに
所望の速度を維持するための帰還信号を供給する速度感
知機構が使用されないことを意味する。したがって、開
ループモータ速度制御回路は予め選択された無負荷速度
を供給することができるが、変化する負荷下で速度を一
定に維持するための機構を有していない。開ループにお
いて、モータ速度は負荷が工具にかかるとき速度−トル
ク関係にしたがって減速する。熟練したオペレータの手
において、開ループ形態は、出力を必要とする工具をも
たらし、そこで有害な過熱状態はモータ速度の減少によ
って感知される。しかし、この形態は定速度運転を備え
ていない。
One technique for controlling motor speed is to select an appropriate conduction angle to select a desired no-load speed. The speed control circuit for implementing this technique consists of an open loop configuration, which means that no speed sensing mechanism is used to provide a feedback signal to maintain the desired speed when the load changes. I do. Thus, the open loop motor speed control circuit can provide a preselected no-load speed, but does not have a mechanism for maintaining a constant speed under changing loads. In an open loop, the motor speed is reduced according to a speed-torque relationship when a load is applied to the tool. In the hands of a skilled operator, the open loop configuration results in a tool requiring power, where a detrimental overheating condition is perceived by a reduction in motor speed. However, this configuration does not include constant speed operation.

開ループ形態に対して、幾つかのモータ速度制御回路
は閉ループ形態として設計される。閉ループ形態におい
て、実際のモータ速度を示す帰還信号を供給するように
モータの回転速度またはモータによって引き込まれた電
流を感知するための手段が設けられる。帰還信号は誤差
信号を決定するためにオペレータ選択の所望速度と比較
される。その場合に誤差信号は、実質上、一定回転速度
が達成されるようにモータを加速または減速するのに用
いられる。閉ループモータ速度制御形態は、モータに定
められた負荷に関係ない広い範囲にわたって、比較的一
定の速度でモータを作動することができるが、問題が無
い訳ではない。
For an open loop configuration, some motor speed control circuits are designed as a closed loop configuration. In a closed loop configuration, means are provided for sensing the rotational speed of the motor or the current drawn by the motor to provide a feedback signal indicative of the actual motor speed. The feedback signal is compared to an operator selected desired speed to determine an error signal. The error signal is then used to accelerate or decelerate the motor such that a substantially constant rotational speed is achieved. Although the closed loop motor speed control configuration allows the motor to operate at a relatively constant speed over a wide range independent of the load defined for the motor, it is not without problems.

閉ループモータ速度制御技術による重大な問題は、低
速度大負荷でモータが過熱する可能性があるという点に
ある。今日電動工具はモータによって発生された熱を消
散するために、モータ電機子によって駆動される冷却フ
ァンを使用している。このような冷却ファンは、過熱が
重大な問題となるかも知れないときに、モータ速度が減
少するにつれて次第に効率が低くなる。閉ループ形態に
おいて、電動工具は有効なファン冷却を発生するに不十
分な電機子速度(例えば10,000RPM以下)に対応する所
望速度が選択されるとき容易に過熱する。とくに、電動
工具が大負荷下に置かれるならば、モータ速度制御回路
は、モータの負荷が一定速度を維持するような作用にお
いて、導電角を増分する。これは温度の劇的上昇により
非常に増加した高電流をモータの巻線を通って流れさせ
る。適切なファン冷却無しでは工具が急速に過熱し、こ
れは工具の潤滑油含浸ベアリングまたは他の構成要素に
永久的損傷を生じるかも知れない。同様に、熟練したオ
ペレータの手においてでさえ、過熱状態が余りに遅くま
で生じていることは明らかではない。一定の低運転速度
は、閉ループ速度制御回路の作動により電力が実際には
高いときでも、小電力がモータに供給されているような
間違った感じを与えるかも知れない。この状態におい
て、過熱および損傷は全く急激に発生するかも知れな
い。過熱の問題に対抗するための熱的保護回路および過
電流保護回路が知られているが、過熱に対して十分に保
護するために、これらの回路の感度は高くなければなら
ず、したがってオペレータが、工具への永久的な損傷が
如何なる危険もなしに、工具を瞬間的にのみ過負荷する
とき、これらの回路が停止されたモータをしばしば間違
ってトリガする。
A significant problem with closed loop motor speed control techniques is that the motor can overheat at low speeds and large loads. Today power tools use cooling fans driven by motor armatures to dissipate the heat generated by the motor. Such cooling fans become progressively less efficient as motor speed decreases, when overheating may be a significant problem. In a closed loop configuration, the power tool easily overheats when a desired speed is selected that corresponds to insufficient armature speed (eg, 10,000 RPM or less) to produce effective fan cooling. In particular, if the power tool is placed under heavy load, the motor speed control circuit increments the conduction angle in such a way that the load on the motor maintains a constant speed. This causes a very high current to flow through the motor windings due to a dramatic increase in temperature. Without proper fan cooling, the tool quickly overheats, which may cause permanent damage to the lubricant-impregnated bearings or other components of the tool. Similarly, even in the hands of a skilled operator, it is not clear that the overheating condition has occurred too late. A constant low operating speed may give the impression that small power is being supplied to the motor, even when the power is actually high due to the operation of the closed loop speed control circuit. In this situation, overheating and damage may occur quite rapidly. Thermal and overcurrent protection circuits to combat the problem of overheating are known, but in order to provide sufficient protection against overheating, the sensitivity of these circuits must be high, thus requiring the operator These circuits often falsely trigger a stopped motor when the tool is only momentarily overloaded without any danger of permanent damage to the tool.

より複雑化されたモータ速度制御技術に依存する他の
特徴は、切迫したキックバック状態が検出されるとき工
具から電力を除去するためのアンチキックバックにあ
る。一般に、キックバック状態は、工具が加工片を掴む
かまたは加工片内で止まるとき発生し、加工片または工
具の逆スラストを生じるような、極めて急激な負荷の変
化に対応する。キックバックは高トルクを発生する電動
工具による最も重要な問題である。幾つかのアンチキッ
クバック検出技術が提案されており、そのようなアンチ
キックバック技術の1つはモータ電流の変化量を監視す
ることを伴ない、一方、他の技術はモータ速度の変化量
を監視することを伴なう。
Another feature that relies on more sophisticated motor speed control techniques is anti-kickback for removing power from the tool when an imminent kickback condition is detected. In general, a kickback condition occurs when a tool grips or stops in a workpiece and corresponds to a very abrupt change in load that causes reverse thrust of the workpiece or tool. Kickback is the most important problem with power tools that produce high torque. Several anti-kickback detection techniques have been proposed, one such anti-kickback technique involves monitoring changes in motor current, while other techniques detect changes in motor speed. Involves monitoring.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

本発明は、上記事情に鑑みて成されたもので、総括的
に、開ループおよび閉ループモータ制御形態の利点を提
供する一方、これらの形態に関連する問題を除去するマ
イクロプロセッサまたはマイクロコンピュータに基づく
モータ速度制御方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is generally based on a microprocessor or microcomputer that provides the advantages of open-loop and closed-loop motor control configurations while eliminating the problems associated with these configurations. It is an object to provide a motor speed control method.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明に係わるモータ速度制御方法は、設定値(導電
角)を選択操作してモータの速度を制御する可変速度選
択手段を有する電動工具のモータ速度制御方法におい
て、前記可変速度選択手段が一領域(46)の境界を示す
予め設定された第1の設定値(導電角)を下回る値に設
定されているときは、前記モータを開ループ形態で操作
し、前記可変速度選択手段が前記一領域(46)を上回る
他領域(50)の境界を示す予め設定された第2の設定値
(導電角)より大きい値に設定されているときは、前記
モータを閉ループ形態で操作するようにしたものであ
る。
According to a motor speed control method according to the present invention, in the motor speed control method for a power tool having variable speed selection means for controlling the speed of the motor by selecting and operating a set value (conduction angle), the variable speed selection means may include one area When the value is set to a value smaller than a first set value (conductive angle) indicating the boundary of (46), the motor is operated in an open-loop mode, and the variable speed selecting means sets the one region. When the motor is set to a value larger than a second predetermined set value (conduction angle) indicating a boundary of the other region (50) exceeding (46), the motor is operated in a closed loop form. It is.

さらに、前記可変速度選択手段が前記第1の設定値と
前記第2の設定値との間の値に設定されているときは、
前記モータを開ループ及び閉ループ制御の間の遷移モー
ドで操作するようにしたものである。
Further, when the variable speed selecting means is set to a value between the first set value and the second set value,
The motor is operated in a transition mode between open loop and closed loop control.

また、前記遷移モードが、前記可変速度選択手段に設
定される前記第1の設定値を上回り、かつ前記第2の設
定値を下回るときは、前記一領域(46)と前記他領域
(50)との間の領域(48)で前記モータを操作すること
を有するものである。
Further, when the transition mode exceeds the first set value set in the variable speed selection means and falls below the second set value, the one area (46) and the other area (50) Operating the motor in the area (48) between

また、前記遷移モードが、前記モータに加えられる負
荷に応じて前記第1の設定値と前記第2の設定値との間
で前記モータへ供給される電力を可変することにより、
前記可変速度選択手段に設定される値が、前記第1の設
定値と前記第2の設定値との間にあるときは、前記モー
タの速度を略前記一領域(46)での無負荷速度に実質的
に対応する一定速度に維持するように操作するようにし
たものである。
Further, the transition mode varies electric power supplied to the motor between the first set value and the second set value according to a load applied to the motor,
When the value set in the variable speed selection means is between the first set value and the second set value, the speed of the motor is substantially reduced to the no-load speed in the one area (46). The operation is performed so as to maintain the constant speed substantially corresponding to.

前記可変速度選択手段に設定される値が、所要モータ
速度に対応するようにしたものである。
The value set in the variable speed selecting means corresponds to a required motor speed.

前記モータへの電力が、実質的に前記所望速度を維持
するために、前記モータに加えられる負荷に応じて可変
されるように、前記可変速度選択手段は、前記一領域
(46)で略無負荷速度より大きい所望速度に対応すると
き、前記モータを前記閉ループ形態で操作するようにし
たものである。
The variable speed selection means is configured to provide substantially no power in the one area (46) such that the power to the motor is varied in response to the load applied to the motor to substantially maintain the desired speed. The motor is operated in the closed loop configuration when corresponding to a desired speed greater than the load speed.

〔作用〕[Action]

以上説明した本発明に係わる前記手段によれば、モー
タ速度制御方法を実施するための制御装置が提供され、
かつ導電角の範囲にわたって作動し得るモータ速度制御
方法が開示される。モータの速度−トルク作動特性は開
ループ/閉ループ形態組合せをもたらすために種々の作
動領域に分割または分離される。第1作動領域は、予め
定めた第1角以下の導電角に対比して限定される。第2
作動領域は、第1導電角と第1角より大きい予め定めた
第2導電角との間の導電角に対応して限定される。第3
作動領域は、第2導電角より大きい導電角に対応して限
定される。本発明によれば、上記作動領域の1つが選択
され、そして選択された領域に基づいて以下の工程が実
施される。
According to the means according to the present invention described above, a control device for implementing a motor speed control method is provided,
A motor speed control method is disclosed that can operate over a range of conduction angles. The speed-torque operating characteristics of the motor are divided or separated into various operating regions to provide an open loop / closed loop configuration combination. The first operation region is defined in comparison with a predetermined conductive angle equal to or less than the first angle. Second
The operating area is defined corresponding to a conduction angle between the first conduction angle and a predetermined second conduction angle that is greater than the first angle. Third
The working area is defined corresponding to a conduction angle greater than the second conduction angle. According to the invention, one of the operating areas is selected, and the following steps are performed based on the selected area.

第1領域が選択された場合、モータは開ループ形態に
おいて作動される。
When the first region is selected, the motor is operated in an open loop configuration.

第2領域が選択された場合、モータはハイブリッド形
態で作動されそれにより導電角は所要導電角が選択導電
角を越えない限り、予め定めた定速度を維持するために
負荷に関連して変化される。言い換えれば、モータは予
め定めた第2角以下の選択導電角について制限された閉
ループ形態で作動される。しかしながら、負荷が増大し
続けると、モータ速度は一定に保持されず、むしろモー
タの独特な速度−トルク関係に応じて減少せしめられ
る。
When the second region is selected, the motor is operated in a hybrid configuration, whereby the conduction angle is varied in relation to the load to maintain a predetermined constant speed as long as the required conduction angle does not exceed the selected conduction angle. You. In other words, the motor is operated in a closed loop configuration limited for a selected conduction angle less than or equal to the second predetermined angle. However, as the load continues to increase, the motor speed is not held constant, but rather is reduced according to the motor's unique speed-torque relationship.

第3作動領域が選択された場合、モータは閉ループ形
態で操作される。第3領域において、選択導電角は所望
の運転速度として判断され、そしてモータは該モータの
最大出力が達成されるまでその所望速度で運転される。
When the third operating region is selected, the motor operates in a closed loop configuration. In the third region, the selected conduction angle is determined as the desired operating speed, and the motor is operated at the desired speed until the maximum output of the motor is achieved.

作動領域の1つが選択導電角に対応するアナログ信号
を供給することにより工具にオペレータによって(手動
操作し得るトリガ等の使用により)選択される。第1作
動領域において、選択導電角は第1導電角より小さく、
そして導電角は一定のままで選択導電角において作動さ
れ、一方モータの速度は加えられた負荷に応じて変化せ
しめられる。第2領域において、選択導電角は第2導電
角より小さく、かつ第2導電角より大きく、そしてモー
タは第1導電角においてモータの無負荷運転速度に実質
上対応する予め定めた回転速度で作動される。この第2
領域において、導電角は、所要導電角が選択導電角を越
えない限り、予め定めた速度を維持するために自動的に
増大または減少される。負荷が導電角が選択導電角に達
する点に増加される場合、導電角は選択導電角に保持さ
れそしてモータ速度は負荷のさらに他の増大によりその
後減少せしめられる。第3領域において、選択導電角は
第2導電角より大きくそして所望の速度指示として判断
される。この所望速度は一定に保持される一方導電角は
一定速度を維持するのに要求されるように変化せしめら
れる。
One of the active areas is selected by the operator (by use of a manually operable trigger or the like) by supplying an analog signal corresponding to the selected conduction angle. In the first operating region, the selected conductive angle is smaller than the first conductive angle,
The conduction angle is then kept constant and operated at the selected conduction angle, while the speed of the motor is varied depending on the applied load. In the second region, the selected conduction angle is less than the second conduction angle and greater than the second conduction angle, and the motor operates at the first conduction angle at a predetermined rotational speed substantially corresponding to a no-load operating speed of the motor. Is done. This second
In the region, the conduction angle is automatically increased or decreased to maintain the predetermined speed as long as the required conduction angle does not exceed the selected conduction angle. If the load is increased to the point where the conduction angle reaches the selected conduction angle, the conduction angle is held at the selected conduction angle and the motor speed is subsequently reduced by yet another increase in load. In the third region, the selected conduction angle is greater than the second conduction angle and is determined as the desired speed indication. The desired speed is kept constant while the conduction angle is varied as required to maintain the constant speed.

〔実施例〕〔Example〕

本発明、ならびにその目的および従来のモータ制御方
法に優る利点をさらに理解するために、以下の明細書お
よび添付図面そしてフローチャートを参照することがで
きる。
For a better understanding of the present invention, its objects and advantages over conventional motor control methods, reference may be made to the following specification and accompanying drawings and flow charts.

第1図には、本発明を実施するために装置に利用され
る電子制御回路の回路図が示してある。制御回路はマイ
クロコンピュータ10からなり、マイクロコンピュータ10
は、好適な実施例においては、オン−チップ発振器、CP
U、RAM、ROM、I/O、およびタイマを含んでいるMC 14680
5F 2、単一チップの8ビットのマイクロコンピュータユ
ニット(MCU)である。ここに記載されている好適な実
施例はマイクロコンピュータ実行を開示するけれども、
本発明を実施するための装置の教示はまた分離したディ
ジタル論理集積回路のごとき他の形のデジタル回路を利
用して実行されても良いことを理解されたい。
FIG. 1 is a circuit diagram of an electronic control circuit used in an apparatus for carrying out the present invention. The control circuit comprises a microcomputer 10 and the microcomputer 10
In the preferred embodiment, an on-chip oscillator, CP
MC 14680 including U, RAM, ROM, I / O, and timer
5F 2 is a single chip 8-bit microcomputer unit (MCU). Although the preferred embodiment described herein discloses a microcomputer implementation,
It is to be understood that the teachings of an apparatus for practicing the invention may also be implemented using other forms of digital circuitry, such as a separate digital logic integrated circuit.

マイクロコンピュータ10は115〜120ボルト交流入力信
号を+5ボルト直流信号に変換する電源回路12を通って
受電する。800kHz共振器14はマイクロコンピュータ10を
作動するための安定クロックを供給するように発振器端
子(ピン4および5)に結合される。
The microcomputer 10 receives power through a power supply circuit 12 that converts a 115-120 volt AC input signal to a +5 volt DC signal. An 800 kHz resonator 14 is coupled to the oscillator terminals (pins 4 and 5) to provide a stable clock for operating microcomputer 10.

マイクロコンピュータ10は第1グループのポートAを
含む8本の入力/出力ラインおよび第2グループのポー
トBを含む8本の入力/出力ラインを備えている。加え
て、マイクロコンピュータ10は第3グループのポートc
を含む4本のラインを含んでいる。ポートAおよびポー
トBを含む各ラインの状態はプログラム可能なソフトウ
エアである。ポートCは固定入力ポートである。第1図
においてポートA,BおよびCを含むラインは文字と数字
を組み合わせた表示PA5,PB0,PC2によって識別され、そ
して以後、数字はパイナリライン数(0〜7)を指示し
かつ文字(A,BまたはC)はポート表示である。
The microcomputer 10 has eight input / output lines including a first group of ports A and eight input / output lines including a second group of ports B. In addition, the microcomputer 10 has a third group of ports c.
And four lines. The state of each line, including Port A and Port B, is programmable software. Port C is a fixed input port. In FIG. 1, the line containing ports A, B and C is identified by a letter and number combination display PA5, PB0, PC2, and thereafter the number indicates the number of pinary lines (0-7) and the letter (A, B or C) is a port indication.

また、マイクロコンピュータ10は「リセット」で示さ
れるリセット端子、IRQで示されるマスク可能な遮断要
求端子、ならびに通常電源接続端子VDDおよびVSSを含ん
でいる。「タイマ」およびNUMで示される端子は、浮動
アースであるVSSに接続される。
Further, the microcomputer 10 includes a reset terminal indicated by “reset”, a maskable cutoff request terminal indicated by IRQ, and normal power supply connection terminals VDD and VSS. The terminals labeled "Timer" and NUM are connected to VSS, a floating earth.

本発明を実施するための装置はさらに、信号処理回路
20を用いており、この信号処理回路20は整流、パワーオ
ンリセット制御、ゲート電流制御および速度信号調節の
機能を供給する。以下に十分に説明される信号処理回路
20は速度信号をマイクロコンピュータ10の遮断要求ライ
ンIRQに供給する。また信号処理回路20はリセット信号
をマイクロコンピュータ10の「リセット」端子に供給す
る。順次、信号処理回路20はトライアック点弧信号をマ
イクロコンピュータ10から受信する。トライアック点弧
信号に応答して、回路20はモータ23への電力の流れを制
御するトライアック装置22へリード線22上のゲート信号
を供給する。タコメータ、または同等のモータ速度感知
装置はモータ23の電機子の回転速度または回転周期を決
定すべく位置決めされる。タコメータ24は、その周波数
がモータ23の回転速度または回転周期を示す正弦波信号
を発生する。この信号は信号処理回路20に供給され、こ
の回路は信号を調節しかつそれを以下に説明されるよう
にマイクロコンピュータ10によってさらに処理するため
遮断要求端子IRQに印加する。
The apparatus for carrying out the present invention further comprises a signal processing circuit.
The signal processing circuit 20 provides functions of rectification, power-on reset control, gate current control, and speed signal adjustment. Signal processing circuit fully described below
20 supplies a speed signal to the shut-down request line IRQ of the microcomputer 10. Further, the signal processing circuit 20 supplies a reset signal to a “reset” terminal of the microcomputer 10. The signal processing circuit 20 sequentially receives the triac firing signal from the microcomputer 10. In response to the triac firing signal, circuit 20 provides a gating signal on lead 22 to triac device 22 which controls the flow of power to motor 23. A tachometer or equivalent motor speed sensing device is positioned to determine the rotational speed or period of the armature of the motor 23. The tachometer 24 generates a sine wave signal whose frequency indicates the rotation speed or rotation cycle of the motor 23. This signal is supplied to a signal processing circuit 20, which modulates the signal and applies it to the shut-off request terminal IRQ for further processing by the microcomputer 10 as described below.

信号処理回路20は、ノード63と浮動アース64との間に
結合された整流回路62を含んでいる。整流回路62はアー
ス64からノード63への方向に電流を導くように極性付け
られたダイオードにより実行されても良く、それにより
浮動アース電位に(またはそれ以下の少なくとも1つの
ダイオード降下に)ノード63を置く、さらに、信号処理
回路20は、好ましくは、マイクロコンピュータ10からの
トライアック点弧信号に応答してトライアック22を点弧
するための電流信号を供給するための電流スイッチから
なるゲート制御回路66を含む。それによりゲート制御回
路66は、マイクロコンピュータ10をトライアック22から
絶縁する一方トライアックをトリガするのに必要な電流
を供給する。さらに、信号処理回路20は、タコメータ24
の比較的遅い立ち上がりおよび立ち下がり時間正弦波信
号出力に応答してマイクロコンピュータ10に速い立ち上
がりおよび立ち下がり時間パルスを供給するためのシュ
ミットトリガ比較回路のごとき速度信号調節回路68を含
んでいる。また、信号処理回路20はパワーオンリセット
制御回路70を備え、パワーオンリセット制御回路70は初
期パワーアップ時リセット信号をマイクロコンピュータ
10に供給するように電源12のVDD端子に結合される。
Signal processing circuit 20 includes a rectifier circuit 62 coupled between node 63 and floating ground 64. Rectifier circuit 62 may be implemented by a diode that is polarized to conduct current in the direction from ground 64 to node 63, thereby bringing node 63 to floating ground potential (or to at least one diode drop below). Further, the signal processing circuit 20 preferably includes a gate control circuit 66 including a current switch for supplying a current signal for firing the triac 22 in response to the triac ignition signal from the microcomputer 10. including. The gate control circuit 66 thereby isolates the microcomputer 10 from the triac 22, while providing the necessary current to trigger the triac. Further, the signal processing circuit 20 includes a tachometer 24
A speed signal conditioning circuit 68, such as a Schmitt trigger comparison circuit, for providing fast rise and fall time pulses to the microcomputer 10 in response to the relatively slow rise and fall time sine wave signal output of the microcomputer 10. The signal processing circuit 20 includes a power-on reset control circuit 70. The power-on reset control circuit 70 outputs a reset signal at initial power-up to a microcomputer.
It is coupled to the VDD terminal of the power supply 12 to supply to 10.

電源12には、ゼロ交差検出信号を供給するようにマイ
クロコンピュータ10の端子PA5に結合されるダイオード7
2が含まれる。電源12のライン74が交流電源ラインの反
対側に対して正であるとき、電流は抵抗76と77およびダ
イオード78を通って流れる。したがって、ノード63は浮
動アース電位以下のダイオード降下にあり、そして端子
PA5は論理ロー状態を取る。ライン75が次の半サイクル
中正であるとき、ダイオード72および78は電流の流れを
遮断する。それゆえ抵抗76を横切る電圧降下はなくかつ
端子PA5は論理ハイ状態を取るようにVDD電位にある。端
子PA5が交流波形の各半サイクルと同期して交互のロー
とハイ状態間でトグルされかつしたがって各ゼロ交差が
発生するとき決定するように使用されることが理解され
る。
Power supply 12 includes a diode 7 coupled to terminal PA5 of microcomputer 10 to provide a zero crossing detection signal.
2 is included. When the line 74 of the power supply 12 is positive with respect to the other side of the AC power supply line, current flows through the resistors 76 and 77 and the diode 78. Therefore, node 63 is at a diode drop below the floating ground potential and
PA5 assumes a logic low state. When line 75 is positive during the next half cycle, diodes 72 and 78 block current flow. Therefore there is no voltage drop across resistor 76 and terminal PA5 is at VDD potential to assume a logic high state. It is understood that terminal PA5 is toggled between alternating low and high states in synchronization with each half cycle of the alternating waveform and is thus used to determine when each zero crossing occurs.

本発明は、広範囲の種々の電動工具用途において、多
数の種々の型および大きさのモータとともに利用するこ
とができるモータ速度制御方法を提供する。予め定めた
運転パラメータまたは予め定めた電動工具に対応するよ
うに回路の作動特性をブリセットするために、符号26で
総括的に示されるオプションストラップ配置が設けられ
る。ポートA、ポートBおよびポートCのラインの幾つ
かは1または複数の予め定めた所望の作動特性をマイク
ロコンピュータ10に搬送するために論理ロー電圧または
論理ハイ電圧に接続されても良い。例えば、第1図にお
いて、ストラップ32はポートAの第4ビットに論理ハイ
信号を置くようにPA4に接続して示される。ストラップ
オプションの特別な配置およびマイクロコンピュータ10
がストラップオプションに入れられたピットパターンを
判断する方法は当業者が認めるようなソフトウエアに依
存することは理解されよう。一般に、ストラップオプシ
ョン選択はジャンパ線またはスイッチの使用を含む適切
な手段によって、または開または閉ループ回路になって
いる適宜なトレースを有するプリント回路基板を選択す
ることにより行なうことができる。
The present invention provides a motor speed control method that can be used with a large number of different types and sizes of motors in a wide variety of different power tool applications. An optional strap arrangement, indicated generally at 26, is provided for resetting the operating characteristics of the circuit to correspond to predetermined operating parameters or predetermined power tools. Some of the port A, port B, and port C lines may be connected to a logic low or logic high voltage to convey one or more predetermined desired operating characteristics to microcomputer 10. For example, in FIG. 1, strap 32 is shown connected to PA4 to place a logic high signal on the fourth bit of port A. Special arrangement of strap options and microcomputer 10
It will be appreciated that the manner in which the pit pattern determined in the strap option depends on software as will be appreciated by those skilled in the art. In general, strap option selection can be made by any suitable means, including the use of jumpers or switches, or by selecting a printed circuit board with appropriate traces in an open or closed loop circuit.

本発明を実施するための装置はさらに工具の運転中オ
ペレータによって実際に選択されるモータの所望運転特
性を表すアナログ信号を発生するための手段からなる。
しばしば、所望運転パラメータは所望モータ速度、また
は所望トライアック点弧角等を示し、そして手動操作し
得るトリガを使用して入力される。オペレータの希望に
応じて制御回路に指示を供給するために種々の装置を案
出することができるけれども、この好適な実施例はトリ
ガ位置変換器として加減抵抗器34を使用する。この加減
抵抗器34は順次アースに接続されるコンデンサ36と直列
である。入力/出力ラインPB1を適宜設定することによ
り、コンデンサ36は加減抵抗器34を通って交互に充放電
される。充電時間は手動操作可能なトリガ設定に応じて
変化されることができる加減抵抗器34の抵抗に比例す
る。したがって充放電時間はトリガの位置を表示する。
コンデンサ36、加減抵抗器34およびソフトウエアタイミ
ングの適宜な選択により、以下に説明するように、所望
運転パラメータを示すアナログ信号はトリガ位置に応じ
て決定されることができる。このアナログ信号は、その
場合にマイクロコンピュータ10において使用のためデジ
タル信号に変換される。
The apparatus for practicing the invention further comprises means for generating an analog signal representative of the desired operating characteristics of the motor which is actually selected by the operator during operation of the tool.
Often, the desired operating parameters indicate the desired motor speed, or the desired triac firing angle, etc., and are entered using a manually operable trigger. Although various devices can be devised to provide instructions to the control circuit as desired by the operator, this preferred embodiment uses a rheostat 34 as a trigger position transducer. This rheostat 34 is in series with a capacitor 36 which is in turn connected to ground. By appropriately setting the input / output line PB1, the capacitor 36 is charged and discharged alternately through the rheostat 34. The charging time is proportional to the resistance of rheostat 34, which can be changed in response to a manually operable trigger setting. Therefore, the charging / discharging time indicates the position of the trigger.
By appropriate selection of the capacitor 36, the rheostat 34 and the software timing, an analog signal indicating the desired operating parameter can be determined according to the trigger position, as described below. This analog signal is then converted to a digital signal for use in microcomputer 10.

前記では所望運転パラメータを入力する一方、または
例えば所望運転の選択を示すが、他の機構も本発明の範
囲から逸脱することなく使用することができる。一般
に、種々のデジタルまたはアナログ変換器がマイクロコ
ンピュータ10と連通するため適宜なインターフェース回
路(例えば、A/Dコンバータのような)とともに使用さ
れることができる。
While the above describes inputting the desired operating parameters, or indicating, for example, the selection of the desired operation, other mechanisms may be used without departing from the scope of the present invention. In general, various digital or analog converters can be used with an appropriate interface circuit (such as an A / D converter) to communicate with the microcomputer 10.

本発明による運転をさらに理解するために第3図ない
し図5のフローチャートおよび第2図のグラフを参照す
ることができる。
For a better understanding of the operation according to the invention, reference can be made to the flow charts of FIGS. 3 to 5 and the graph of FIG.

第2図には、種々の導電角でのモータの速度対トルク
曲線が示されている。最上方の斜線44は全導電(180
度)を示す。曲線による区域は、3つの作動範囲または
領域、すなわち第1領域46、第2領域48および第3領域
50に分割される。とくに、第1領域46は約70度の導電角
に対応する斜線52によって上方から境界付けられる。第
2領域48は斜線52と約88度の導電角を示す斜線54との間
で境界付けられる。さらに、第2領域48は、10,000RPM
の定速度に対応する水平線56によって境界付けられる。
第2図に見られるごとく、水平線56は点Aで速度軸と交
差しかつ点Bで斜線54と交差する。第3領域50は最上方
斜線44によって上方からかつ10,000RPM以上のモータ速
度に対応する水平線58によって下方から境界付けられ
る。
FIG. 2 shows the speed versus torque curves of the motor at various conduction angles. The uppermost diagonal line 44 indicates all conductive (180
Degree). The curved area has three operating ranges or regions, a first region 46, a second region 48 and a third region.
Divided into 50. In particular, the first region 46 is bounded from above by a diagonal line 52 corresponding to a conduction angle of about 70 degrees. The second region 48 is bounded by a diagonal line 52 and a diagonal line 54 indicating a conduction angle of about 88 degrees. In addition, the second region 48 is 10,000 RPM
Are bounded by a horizontal line 56 corresponding to a constant speed of.
As can be seen in FIG. 2, horizontal line 56 intersects the velocity axis at point A and intersects oblique line 54 at point B. The third region 50 is bounded from above by the uppermost diagonal line 44 and from below by a horizontal line 58 corresponding to a motor speed of 10,000 RPM or more.

上述した3つの領域の外側に置かれる区域60は不必要
な過熱状態の電位に上昇するように認められている低速
度高トルク作動状態を示す。とくに、モータの温度を制
御する要因はモータによって引き出される電流およびモ
ータによって発生された熱を消散するために設けられる
手段である。多くの電動工具において、モータの電機子
から直接駆動される冷却ファンを備えている。したがっ
て、低速度かつ高負荷においてファンによって付与され
る冷却作用は加熱を阻止するに十分でないかも知れな
い。第2図の区域60はファンによって付与される冷却作
用は高トルクにおける大電流引出しによって発生される
熱加熱作用に打ち勝つのに不十分である潜在的に危険な
加熱領域を示す。
Area 60 located outside of the three regions described above shows a low speed, high torque operating condition that is perceived to rise to an unwanted superheated potential. In particular, the factor controlling the temperature of the motor is the means provided to dissipate the current drawn by the motor and the heat generated by the motor. Many power tools include a cooling fan driven directly from the armature of the motor. Thus, the cooling provided by the fan at low speeds and high loads may not be sufficient to prevent heating. Area 60 in FIG. 2 shows a potentially dangerous heating zone in which the cooling action provided by the fan is insufficient to overcome the thermal heating action generated by the high current draw at high torque.

モータが損傷発生前に停止されることができるように
単に加熱状態を検知するようになされた従来の過負荷保
護方法と違って、本発明は、加えて、最も重大な加熱の
問題を生じる範囲におけるモータの運転を実質的に阻止
することにより重大な温度上昇を回避するようにする。
以下で十分に説明するように、本発明は上述した3つの
領域46,48および50のいずれか1つにおいて工具を作動
させしめる一方、危険領域に落ち込む状態を慎重に回避
する。
Unlike conventional overload protection methods that simply detect a heating condition so that the motor can be stopped before damage occurs, the present invention additionally provides an area that creates the most serious heating problems. To prevent a significant temperature rise by substantially preventing the motor from operating.
As will be explained more fully below, the present invention allows the tool to operate in any one of the three regions 46, 48 and 50 described above, while carefully avoiding falling into a danger zone.

本発明は、結合開ループ/閉ループ形態を供給するた
めに上述した3つの作動領域を利用する。第1領域46に
おいて、モータは開ループ形態で作動され、それにより
モータ速度およびトルクは第1領域46内の斜線速度トル
ク曲線によって示されるように逆に関係づけられる。第
1領域46の斜線曲線の各々は此処のオペレータ選択導電
角を示す。したがって、例えば、オペレータがトリガス
イッチの位置を介して約70度より小さい導電角を選択す
るならば、モータの速度はそれに加えられた負荷に応じ
て単に決定される。
The present invention utilizes the three operating regions described above to provide a combined open loop / closed loop configuration. In the first region 46, the motor is operated in an open loop configuration, whereby the motor speed and torque are inversely related as shown by the diagonal speed torque curve in the first region 46. Each of the diagonal curves in the first region 46 indicates an operator selected conduction angle here. Thus, for example, if the operator selects a conduction angle of less than about 70 degrees via the position of the trigger switch, the speed of the motor is simply determined according to the load applied to it.

第2領域48において、モータは結合開ループ/閉ルー
プ形態において作動される。とくに、約70度(点A)と
約88度(点B)との間のオペレータ選択導電角に関して
制御回路は選択された70度と88度との間の特性導電角に
関係なく、10,000RPMの公称作動速度を供給するように
設計される。さらに、モータが無負荷トルクt0以上に負
荷がかけられるとき、制御回路は最初に閉ループモード
で作動しかつオペレータ選択導電角に導電角を増大する
ことにより10,000RPMにモータ速度を維持するように試
みる。しかしながら、オペレータ選択導電角がモータの
負荷に与えられた10,000RPMにモータ速度を維持するの
に十分でないならば、モータ速度はその後開ループモー
ドで下方に向けられる。したがって、例えば、88度の導
電角が選択されかつ増加した負荷がモータに置かれたな
らば、モータ速度はまず、導電角が、点Bが達成される
(トルク負荷t1に対応する)まで70度の、次の水平線56
の無負荷導電角から増大されるとき10,000RPMで一定に
保持される。負荷がこの点を越えるとき、モータ速度は
88度の導電角の開ループ対トルク曲線に対応する次の斜
線54を下に向け始める。
In the second region 48, the motor is operated in a combined open loop / closed loop configuration. In particular, for operator-selected conduction angles between about 70 degrees (point A) and about 88 degrees (point B), the control circuit will operate at 10,000 RPM regardless of the selected characteristic conduction angle between 70 and 88 degrees. Designed to provide a nominal operating speed of Further, when the motor load unloaded torque t 0 or more is applied, the control circuit is so initially operating in a closed loop mode and maintains the motor speed 10,000RPM by increasing the conduction angle on the operator selected conduction angle Try. However, if the operator selected conduction angle is not sufficient to maintain the motor speed at 10,000 RPM applied to the motor load, the motor speed is then directed downward in open loop mode. Thus, for example, if 88 degree load conduction angle has been and increased selection of is placed on the motor, the motor speed is first conduction angle is, until the point B is achieved (corresponding to the torque load t 1) 70 degrees next horizontal line 56
It is held constant at 10,000 RPM when increased from the no-load conduction angle. When the load exceeds this point, the motor speed
The next diagonal line 54 corresponding to the open loop vs. torque curve with a conduction angle of 88 degrees begins to turn down.

第3領域50において、オペレータ選択導電角は所望速
度要求として判断される。したがって第3作動領域に落
込む導電角は所望運転速度と1:1の関係に各々対応す
る。速度制御回路は全導電が達成されるまで負荷に応じ
て導電角を増加または減少することにより定速度を維持
するように努力する。最上方斜線44によって示される全
導電(180度)はモータによって供給されることができ
る最大パワーを示す。モータが第3領域50において全導
電で作動しているならば、そこで、モータの如何なる負
荷の増加もモータ速度を次の線44に降下させる。
In the third region 50, the operator selected conduction angle is determined as a desired speed requirement. Therefore, the conduction angles falling into the third operation region correspond to the desired operation speed and the relation of 1: 1 respectively. The speed control circuit strives to maintain a constant speed by increasing or decreasing the conduction angle depending on the load until full conduction is achieved. The total conductivity (180 degrees) indicated by the uppermost diagonal line 44 indicates the maximum power that can be provided by the motor. If the motor is operating at full conductivity in the third region 50, then any increase in the load on the motor will cause the motor speed to drop to the next line 44.

この結合開ループ/閉ループ形態を実行するためこの
好適な実施例は後述されるアルゴリズムを実施するよう
にプログラムされるマイクロコンピュータ10を使用す
る。しかしながら、記載される一方ここで好適である特
別なアルゴリズムが本発明による3つの領域の速度制御
方法または結合開ループ/閉ループ形態を実行するため
に考え得るすべてのアルゴリズムを使い果さないことが
理解される。したがって、次のアルゴリムズの変化は特
許請求の範囲に定義されたような本発明の範囲を逸脱す
ることなく当業者によってなされることができる。
To implement this combined open / closed loop configuration, this preferred embodiment uses a microcomputer 10 which is programmed to implement the algorithm described below. However, it is understood that the particular algorithm described, but preferred here, does not exhaust all possible algorithms for implementing the three-region velocity control method or the combined open / closed loop configuration according to the invention. Is done. Accordingly, the following algorithmic changes can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention, as defined in the appended claims.

第3図には、結合開ループ/閉ループ速度モードを実
行するための好適なアルゴリズムがフローチャートにお
いて十分に説明される。装置のリセットに続いて、入力
/出力ポートは本発明が適用される特別な工具に関する
所望の運転パラメータを予め供給するように応答指令信
号が送られる。次に、初期低速度、低導電角および高キ
ックバック試験限界が初期始動状態を安全値に標準化す
るように供給される。初期値が設定された後、現在の半
サイクルを決定するために交流波形が決定され、そして
適切ならば、所望のオペレータ選択パラメータが第4図
に関連して後述されるアナログ入力サブルーチンと呼ぶ
ことにより入力される。一般に、アナログ入力サブルー
チンは手動操作可能なトリガまたは他の加減抵抗器に応
答指令信号を送りかつオペレータ選択導電角を示すデジ
タル値を供給する。そこで、プログラムは交流波形とソ
フトウエアタイミングを同期させるように電力線ゼロ交
差を持ち、そしてトリガスイッチが実際に押下されたな
ら、実際のモータ速度がタコメータ24によって決定また
は測定される。この実際のモータ速度(またはモータ回
転周期)の値が現在の実際の速度データを収容するため
メモリセルに供給される。
In FIG. 3, the preferred algorithm for implementing the combined open loop / closed loop speed mode is fully described in a flow chart. Following a reset of the device, the input / output ports are responded to pre-supply the desired operating parameters for the particular tool to which the invention applies. Next, initial low speed, low conductivity angle and high kickback test limits are provided to normalize the initial starting conditions to safe values. After the initial values have been set, the AC waveform is determined to determine the current half cycle, and if appropriate, the desired operator selected parameters are referred to as the analog input subroutine described below in connection with FIG. Is entered. Generally, the analog input subroutine sends a response signal to a manually operable trigger or other rheostat and provides a digital value indicative of an operator selected conduction angle. There, the program has a power line zero crossing to synchronize the AC waveform with the software timing, and the actual motor speed is determined or measured by the tachometer 24 if the trigger switch is actually depressed. The value of this actual motor speed (or motor rotation period) is supplied to a memory cell to contain the current actual speed data.

次に、第5図に関連してより十分に説明されるキック
バック検出アルゴリズムは切迫したキックバック状態が
存在するかどうかを試験する。この試験が行なわれたな
らば、次に回避策が取られ、試験が行なわれないなら
ば、次にプログラムは電力線半サイクルが偶数かまたは
奇数かを決定する。偶数の半サイクルにおいては、作動
はオペレータ選択導電角に基礎を置いた所望速度を決定
するプログラムの1部分に分岐する。奇数の半サイクル
において、プログラムは速度決定アルゴリズムのまわり
に分岐しかつその代りとして、所望導電角に基礎を置い
た適宜な時間にトライアック22を点弧するようなカウン
トダウン手順を実施する。とくに、カウントダウンシー
ケンスはトライアックがそのサイクルにおいて早くまた
は遅く点弧されるかどうかを試験するための手順を含ん
でいる。一般に、これは速度制御計算を実行しかつアナ
ログ入力サブルーチンを実施するのに必要とされる時間
を補償するかまたはバランスさせるために行なわれる。
トライアックがその半サイクルにおいて早く点弧できる
ならば、補償値は速度制御計算を達成するのに必要とさ
れる時間量を補償するために始動時間に加算される。次
いでカウントダウンシーケンスが開始されかつトライア
ックが点弧され、アナログ入力サブルーチンへの呼びか
けにより追随される。トライアックがその半サイクルに
おいて遅く点弧できるならば、アナログ入力サブルーチ
ンは早く実行され、かつそのサブルーチンに続いて、始
動時間値は、速度制御計算に必要とされる時間量を除い
て、アナログ入力サブルーチンを実行するのに費やされ
る時間量を表わすように補償される。最後に、カウント
ダウンシーケンスが実行されかつトライアックが点弧さ
れる。
Next, the kickback detection algorithm, described more fully in connection with FIG. 5, tests whether an imminent kickback condition exists. If this test is performed, then a workaround is taken; if the test is not performed, then the program determines whether the power line half cycle is even or odd. In the even half cycle, operation branches to a portion of the program that determines the desired speed based on the operator selected conduction angle. In the odd half cycle, the program branches around the speed determination algorithm and instead performs a countdown procedure such as firing the triac 22 at the appropriate time based on the desired conduction angle. In particular, the countdown sequence includes a procedure for testing whether the triac is fired early or late in the cycle. Generally, this is done to perform speed control calculations and to compensate or balance the time required to perform the analog input subroutine.
If the triac can fire early in its half cycle, the compensation value is added to the start-up time to compensate for the amount of time required to accomplish the speed control calculation. The countdown sequence is then started and the triac is fired and followed by a call to the analog input subroutine. If the triac can fire late in its half cycle, the analog input subroutine will be executed earlier, and following that subroutine, the start time value will be reduced by the analog input subroutine except for the amount of time required for speed control calculations. Is compensated to represent the amount of time spent performing. Finally, a countdown sequence is performed and the triac is fired.

第3図のフローチャートと続くために、作動は偶数の
半サイクルであると仮定し、その結果、制御は点Dで始
まる速度制御計算アルゴリズムに分岐した。アルゴリズ
ムは、次に、オペレータ選択導電角が88度より小さいか
どうかを決定すべく試験する。88度以下ならば、所望速
度は10,000RPMに自動的に設定される。代って、オペレ
ータ選択導電角が88度より大きいならば、選択導電角は
再び所望のオペレータ選択速度に変換される。この計算
はy=ax+b型の式を使用する直線近似に基礎が置か
れ、ここで“y"は速度を、かつ“x"はオペレータ選択導
電角を示し、そして“a"および“b"は“x"が88度に等し
いとき“y"が10,000に等しくかつ“x"が180度に等しい
とき“y"が工具の最大安全作動速度に等しいように予め
選択される定数を示す。
To continue with the flowchart of FIG. 3, the operation was assumed to be an even number of half cycles, so that control diverged to a speed control calculation algorithm starting at point D. The algorithm then tests to determine if the operator selected conduction angle is less than 88 degrees. If below 88 degrees, the desired speed is automatically set to 10,000 RPM. Alternatively, if the operator selected conduction angle is greater than 88 degrees, the selected conduction angle is again converted to the desired operator selected speed. This calculation is based on a linear approximation using an equation of the form y = ax + b, where “y” indicates the velocity, “x” indicates the operator-selected conduction angle, and “a” and “b” "Y" is equal to 10,000 when "x" is equal to 88 degrees and indicates a constant that is preselected such that "y" is equal to the maximum safe working speed of the tool when "x" is equal to 180 degrees.

所望速度が一旦決定されると、回路は次に所望速度が
工具に設定される予め定められた最大速度限界を越える
かどうかを決定する。所望速度が最大速度限界以下であ
ると仮定すると、その場合に計算は所望速度を達成しか
つ維持するのに必要な適宜な導電角を決定すべく実行さ
れる。オペレータ選択導電角が88度以下であるならば、
回路はオペレータ選択導電角が所望速度を維持するのに
必要とされる全帰還導電角より大きいかどうかを決定す
る。オペレータ選択導電角が全帰還導電角より大きいな
らば、回避は全帰還導電角に等しい所望導電角を設定し
そして閉ループ制御が行なわれる。しかしながら、オペ
レータ選択導電角が全帰還導電角より大きくないなら
ば、所望導電角はオペレータ選択導電角に等しく設定さ
れかつ回路は開ループ形態において作動する。
Once the desired speed is determined, the circuit then determines whether the desired speed exceeds a predetermined maximum speed limit set for the tool. Assuming that the desired speed is below the maximum speed limit, then the calculations are performed to determine the appropriate conduction angle required to achieve and maintain the desired speed. If the operator selected conduction angle is less than 88 degrees,
The circuit determines whether the operator selected conduction angle is greater than the total feedback conduction angle required to maintain the desired speed. If the operator selected conduction angle is greater than the full feedback conduction angle, the avoidance sets the desired conduction angle equal to the full feedback conduction angle and closed loop control is performed. However, if the operator selected conduction angle is not greater than the total feedback conduction angle, the desired conduction angle is set equal to the operator selected conduction angle and the circuit operates in an open loop configuration.

したがって、例えば、オペレータ選択導電角が85度に
等しくかつ単に75の導電角がモータの現在負荷で与えら
れる10,000RPMのモータ速度の維持が必要とされるなら
ば、制御回路はこの状態において、モータ速度が増大す
る負荷により傾斜する前に、最大85度オペレータ選択導
電角に必要なような導電角を増大することにより10,000
RPMを維持するように試みる。他方において、オペレー
タ選択導電角が88度より大きいならば、回路は完全な閉
ループ形態を自動的に取りかつ所望導電角は全帰還導電
角に等しく設定される。
Thus, for example, if it is necessary to maintain a motor speed of 10,000 RPM where the operator selected conduction angle is equal to 85 degrees and only a conduction angle of 75 is provided at the current load of the motor, the control circuit will determine the motor speed in this state. Increase the conduction angle as required by the operator-selected conduction angle by up to 85 degrees before tilting with increasing speed loads by 10,000
Attempt to maintain RPM. On the other hand, if the operator selected conduction angle is greater than 88 degrees, the circuit will automatically take a fully closed loop configuration and the desired conduction angle will be set equal to the total feedback conduction angle.

所望導電角が一旦設定されると、カウントシーケンス
が始まりかつトライアックが所望導電角に基づいて点弧
される。トライアックの点弧に続いて新たなキックバッ
ク限界値は後述されるようなキックバック検出アルゴリ
ズムにおいて使用するために決定される。
Once the desired conduction angle is set, the counting sequence begins and the triac is fired based on the desired conduction angle. Following the firing of the triac, a new kickback limit is determined for use in a kickback detection algorithm as described below.

第4図を参照して、上述したアナログ入力サブルーチ
ンをさらに詳しく説明する。アナログ入力サブルーチン
は、ループカウンタに負荷をかけ、ループカウンタは、
トリガスイッチのアナログ位置を問うための予め定めた
時間間隔を設定するのに使用され、トリガスイッチの位
置を示す値を記憶するのに使用されるスレッシュホール
ドカウンタをクリアする。回路は電力線電圧が奇数の半
サイクルにあるかまたは偶数の半サイクルにあるかを決
定する。奇数の半サイクルにおいて、コンデンサ36は、
予め定めたタイミングループが実施される間、コンデン
サが入力/出力ポートのスレッシュホールド以上である
かどうかを決定するための各試験時間値が加減抵抗器34
を介して充電される。コンデンサ36が入力スレッシュホ
ールド以上で充電されるループ毎に、スレッシュホール
ドカウンタが増分される。したがって、奇数半サイクル
ループの終りにおいてスレッシュホールドカウンタに保
持される値はコンデンサ36がそこで加減抵抗器34を通っ
て充電された量を表示する。充電率は加減抵抗器34のア
ナログ位置によって決定されるので、トリガスイッチを
介してオペレータによって設定されるように、スレッシ
ュホールドカウンタ値または充電カウントは所望または
オペレータ選択導電角を表示する。
With reference to FIG. 4, the above-described analog input subroutine will be described in further detail. The analog input subroutine puts a load on the loop counter, and the loop counter
Used to set a predetermined time interval for interrogating the analog position of the trigger switch, clearing a threshold counter used to store a value indicating the position of the trigger switch. The circuit determines whether the power line voltage is in an odd half cycle or an even half cycle. In odd half cycles, capacitor 36
During the execution of the predetermined timing loop, each test time value to determine whether the capacitor is above the input / output port threshold is adjusted by the rheostat 34.
Is charged through. For each loop in which capacitor 36 is charged above the input threshold, the threshold counter is incremented. Thus, the value held in the threshold counter at the end of the odd half cycle loop indicates the amount of capacitor 36 charged there through rheostat 34. Since the charge rate is determined by the analog position of the rheostat 34, the threshold counter value or charge count, as set by the operator via the trigger switch, indicates the desired or operator selected conduction angle.

同様に、各偶数半サイクル中コンデンサ36は、加減抵
抗器34を通して放電される一方同様なタイミングループ
は、入力スレッシュホールド電圧以下にコンデンサが放
電するのにどの位長くかかるかを決定する。この放電カ
ウントは、その場合に前の充電カウントで平均され、そ
してオペレータ選択導電角は、y=ax+bの形式の直線
近似を使用する平均値に応じて計算され、ここで“y"は
オペレータ選択導電角を示し、“x"は以前に決定された
平均カウント値を示し、そして“a"および“b"はスケー
リング定数を示す。
Similarly, during each even half cycle, capacitor 36 is discharged through rheostat 34 while a similar timing loop determines how long it takes for the capacitor to discharge below the input threshold voltage. This discharge count is then averaged with the previous charge count, and the operator selected conduction angle is calculated according to an average using a linear approximation of the form y = ax + b, where "y" is the operator selected Indicates the conduction angle, "x" indicates the previously determined average count value, and "a" and "b" indicate the scaling constant.

したがって、決定されたオペレータ選択導電角は次い
で2値間の差の絶対値が予め選択された「ヒステリシ
ス」限界を越えるかどうかを決定するように前に選択さ
れた導電角と比較される。そうでないならば、アナログ
入力サブルーチンは主プログラムに戻る。絶対値がヒス
テリシス限界以上であるならば、そのように決定され
た、新たなオペレータ選択導電角は以前のオペレータ選
択導電角に取って代わりそして制御は主プログラムに戻
る。この手順の目的は、とくに工具の全帰還作動中、オ
ペレータの選択導電角の比較的小さな変動に感応して生
じる「ジッタリング」から工具を阻止することである。
Thus, the determined operator selected conduction angle is then compared to a previously selected conduction angle to determine whether the absolute value of the difference between the two values exceeds a preselected "hysteresis" limit. If not, the analog input subroutine returns to the main program. If the absolute value is above the hysteresis limit, the new operator selected conduction angle so determined replaces the previous operator selected conduction angle and control returns to the main program. The purpose of this procedure is to prevent the tool from "jittering" that occurs in response to relatively small variations in the operator's selected conduction angle, especially during full feedback operation of the tool.

第5図は第3図に関連して上述した主プログラムのリ
セット入口点で始まるアンチキックバックルーチンを略
述する。上述のごとく、レジスタに予め負荷をかけかつ
電力線電圧ゼロ交差を待った後、回路はトリガスイッチ
がオンするか否かを決定するために試験する。トリガス
イッチがオンしないなら、回路はスイッチがオペレータ
によって投入されるまで初期ブリセットステップを介し
て循環し続ける。これが一旦発生してしまうと、モータ
の実際の速度はタコメータ24のごとき速度感知装置によ
って決定される。この好適な実施例において、速度は実
際に速度センサからパルス間の時間間隔または周期とし
て測定される。この好適な実施例は、そのコスト節減の
利点のためタコメータを利用している。しかしながら、
低回転速度においてタコメータは速度測定に不十分であ
る出力電圧を発生する。間違った結果を回避するため
に、プログラムは測定速度がタコメータの信頼性限界以
下であるかどうかを決定する。より正確には、プログラ
ムはタコメータパルス間の時間周期が、センサの限界近
傍またはそれ以上であるかどうかを決定する。計測され
た期間が限界値の近傍またはそれ以上であるときは、プ
ログラムはアンチキックバック検出点を避けて分岐しそ
して図示のごとく継続する。回転速度が信頼し得るタコ
メータ読出しに十分であるならば、プログラムは最新の
決定された速度周期がプログラムを通る以前に決定され
たアンチキックバック限界より大きいかどうかを決定す
べく試験する。最後の速度周期がアンチキックバックよ
り大きいならば、キックバック状態が検出されそしてプ
ログラムは、トライアック、サイリスタまたは他のゲー
ト装置がトリガされることを禁止する無限ループを実行
するトラック回路に分解する。無限ループからの出口は
トリガスイッチを解放またはオフすることにより行なわ
れ、そこでプログラム制御は主プログラムの開始近くで
ブリセット点Aに分岐する。
FIG. 5 outlines an anti-kickback routine starting at the reset entry point of the main program described above in connection with FIG. As described above, after pre-loading the registers and waiting for the power line voltage zero crossing, the circuit tests to determine if the trigger switch is turned on. If the trigger switch does not turn on, the circuit will continue to cycle through the initial reset step until the switch is turned on by the operator. Once this has occurred, the actual speed of the motor is determined by a speed sensing device, such as tachometer 24. In this preferred embodiment, the speed is actually measured from the speed sensor as the time interval or period between pulses. This preferred embodiment utilizes a tachometer due to its cost saving advantages. However,
At low rotational speeds, the tachometer produces an output voltage that is insufficient for speed measurement. To avoid erroneous results, the program determines whether the measurement speed is below the reliability limit of the tachometer. More precisely, the program determines whether the time period between tachometer pulses is near or above the limit of the sensor. If the measured period is near or above the limit, the program branches around the anti-kickback detection point and continues as shown. If the rotational speed is sufficient for reliable tachometer readings, the program tests to determine whether the most recent determined speed period is greater than the anti-kickback limit determined before passing through the program. If the last speed period is greater than the anti-kickback, a kickback condition is detected and the program breaks down into a track circuit that performs an infinite loop that prohibits a triac, thyristor or other gating device from being triggered. Exit from the infinite loop is accomplished by releasing or turning off the trigger switch, where program control branches to the BRESET point A near the beginning of the main program.

アンチキックバック試験に続いて、プログラムは、導
電角を決定するのに要求される時間を考慮する適宜な時
間においてトライアックまたはサイリスタを点弧すべく
進行する。必要とされるステップの詳細な説明は第3図
に関連して先に与えられた。点弧が起こりかつ所望作動
領域がオペレータ選択導電角に応じて選択された(第3
図に関連して説明されたように)後、プログラムは開ル
ープ低パワー相制御が選択されたかどうかを決定する。
開ループ低パワー相制御が存在するならば、次いで作動
は第2図の第1領域46内に発生させられる。作動が第1
領域においてであるならば、非常に高いアンチキックバ
ック限界値がアンチキックバック限界値を記憶するため
メモリアドレスに負荷がかけられる。これは低電力がモ
ータに供給されておりかつしたがってキックバックが問
題でないこの低速度モードでの工具の作動中キックバッ
ク特徴を効果的に奪うのに役立つ。作動が第1領域内に
ないならば、入力/出力ポートはアンチキックバック感
度値を決定すべく応答指令信号が送られる。この値はオ
プションストラップ配置26を介して適宜なストラップオ
プションの選択によって工場でプリセットされても良
い。「無限界」のキックバック感度が選択されるなら
ば、アンチキックバック限界値は非常に高い値で設定さ
れる。「無限界」感度以外がオプションストラップ配置
によって選択されるならば、入力ポートから読み取られ
た入力選択は数値感度値に変換される。タコメータ24に
よって決定されかつ速度レジスタに記憶されたモータの
回転周期はそれを予め定めた値で割り算することにより
概算される。実際上、2進数として表わされる速度周期
は右方へ5桁シフトされ、それは32での割り算を行な
う。概算された速度周期は次いで感度値で掛け算され、
そしてその積は速度周期値に加算される。この積は、こ
の場合に次の電力線電圧ゼロ交差に続いて決定されるよ
うな次の速度周期に対して試験するため新たなアンチキ
ックバック限界としてセーブされる。
Following the anti-kickback test, the program proceeds to fire the triac or thyristor at an appropriate time that takes into account the time required to determine the conduction angle. A detailed description of the required steps has been given earlier in connection with FIG. Firing has occurred and the desired operating area has been selected according to the operator selected conduction angle (third.
After (as described in connection with the figure), the program determines whether open loop low power phase control has been selected.
If open loop low power phase control is present, then actuation occurs in the first region 46 of FIG. Operation is first
If in the region, a very high anti-kickback limit would load the memory address to store the anti-kickback limit. This helps to effectively defeat the kickback feature during operation of the tool in this low speed mode where low power is being supplied to the motor and therefore kickback is not an issue. If the operation is not within the first region, the input / output port is responded to determine an anti-kickback sensitivity value. This value may be preset at the factory by selecting the appropriate strap option via the optional strap arrangement 26. If "unlimited" kickback sensitivity is selected, the anti-kickback limit is set to a very high value. If an option other than "unlimited" sensitivity is selected by the option strap arrangement, the input selection read from the input port is converted to a numerical sensitivity value. The rotation period of the motor determined by the tachometer 24 and stored in the speed register is approximated by dividing it by a predetermined value. In effect, the velocity period, expressed as a binary number, is shifted five places to the right, which divides by thirty-two. The estimated speed period is then multiplied by the sensitivity value,
Then, the product is added to the speed period value. This product is saved in this case as a new anti-kickback limit to test for the next speed period as determined following the next power line voltage zero crossing.

したがってアンチキックバックルーチンは、キックバ
ック状態が存在するときの決定において、モータの実際
の運転速度を利用する。限界は、実際の運転速度がそれ
に対してキックバック検出のため比較されるパーセンテ
ージ変化技術を使用して計算される。例えば、一定の半
サイクル中モータが140マイクロセコンドカウンタに対
応する速度で作動され、そしてアンチキックバック要因
がパーセントで設定されるならば、切迫したキックバッ
ク状態は、次の半サイクルで実際の速度周期が110のカ
ウントを越えるならば、検出される。その周期が110カ
ウント以下ならば、測定された実際の速度周期に基づい
て新たな限界が計算されかつ記入され、そして運転が継
続する。モータ電流の変化率(dI/dt)またはモータ速
度の変化率(ds/dt)によってキックバックを監視する
ように試みる従来のキックバック検出技術と違って、本
発明はモータ速度のパーセンテージ変化としてキッキバ
ック状態を検出する。したがって本発明を実施するため
の装置はdI/dt技術を使用するのに要求される分流回路
およびアナログ/デジタル変換器を要しない。さらに、
パーセンテージ変化技術は、それらの特質によって高運
転速度で小さな速度変化を検出できることが劣っている
従来のds/dt方法と違って、高速度でより正確である。
Thus, the anti-kickback routine utilizes the actual operating speed of the motor in determining when a kickback condition exists. The limit is calculated using a percentage change technique against which the actual driving speed is compared for kickback detection. For example, if during a certain half cycle the motor is run at a speed corresponding to a 140 microsecond counter and the anti-kickback factor is set in percent, the imminent kickback condition will be the actual speed in the next half cycle. If the period exceeds 110 counts, it will be detected. If the cycle is less than 110 counts, a new limit is calculated and entered based on the measured actual speed cycle, and operation continues. Unlike conventional kickback detection techniques that attempt to monitor kickback by the rate of change of motor current (dI / dt) or the rate of change of motor speed (ds / dt), the present invention provides kickback as a percentage change in motor speed. Detect the back state. Thus, an apparatus for practicing the present invention does not require the shunt circuits and analog to digital converters required to use dI / dt technology. further,
Percentage change techniques are more accurate at high speeds, unlike conventional ds / dt methods, where their nature makes it inferior to detect small speed changes at high operating speeds.

上記説明は本発明の好適な実施例を構成し、本発明は
特許請求の範囲の適切な範囲または正しい意味から逸脱
することなく改変、変化および変更可能であることは理
解されよう。
It will be understood that the above description constitutes preferred embodiments of the invention, and that the invention can be modified, changed, and changed without departing from the proper scope or the proper meaning of the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明を実施するための装置に係わるマイクロ
コンピュータに基づく制御回路を示す概略回路図、 第2図は本発明に係わる種々の作動領域を示す、本発明
によって制御されるモータの速度対トルク曲線を示すグ
ラフ、 第3図は本発明によってモータを制御する結合開ループ
/閉ループ方法を実行するためのステップを示すフロー
チャート、 第4図は本発明を実施するのに有用な、所望運転パラメ
ータを表示するアナログ信号を得る好適な方法を示すフ
ローチャート、 第5図はアンチキックバック検出および応答発生方法を
示すフローチャートである。 図中、符号10はマイクロコンピュータ、20は信号処理回
路、46は第1作動領域、48は第2作動領域、50は第3作
動領域である。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing a microcomputer-based control circuit according to an apparatus for carrying out the present invention. FIG. 2 is a diagram showing various operating regions according to the present invention. FIG. 3 is a flow chart showing steps for performing a combined open / closed loop method for controlling a motor according to the present invention; FIG. 4 is a desired operation useful in practicing the present invention; FIG. 5 is a flowchart showing a preferred method for obtaining an analog signal indicating a parameter, and FIG. 5 is a flowchart showing a method for detecting an anti-kickback and generating a response. In the figure, reference numeral 10 is a microcomputer, 20 is a signal processing circuit, 46 is a first operating area, 48 is a second operating area, and 50 is a third operating area.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−34852(JP,A) 特開 昭50−58513(JP,A) 特開 昭56−145792(JP,A) 特開 昭56−33211(JP,A) 実開 昭55−69899(JP,U) 実開 昭57−203698(JP,U) 米国特許4249117(US,A)Continuation of the front page (56) References JP-A-55-34852 (JP, A) JP-A-50-58513 (JP, A) JP-A-56-145792 (JP, A) JP-A-56-33211 (JP, A) U.S. Pat. No. 4,249,117 (US, A) U.S. Pat. No. 4,249,117 (JP, U) U.S. Pat.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】設定値(導電角)を選択操作してモータの
速度を制御する可変速度選択手段を有する電動工具のモ
ータ速度制御方法において、 前記可変速度選択手段が予め設定された第1の設定値
(導電角)を下回る値に設定されているときは、選択さ
れた設定値(導電角)で前記モータを開ループ形態で操
作し、 前記可変速度選択手段が前記予め設定された第1の設定
値(導電角)を上回る予め設定された第2の設定値(導
電角)より大きい値に設定されているときは、選択され
た設定値(導電角)を速度指示として前記モータを閉ル
ープ形態で操作するようにしたことを特徴とするモータ
速度制御方法。
1. A motor speed control method for a power tool having variable speed selection means for controlling a speed of a motor by selecting and operating a set value (conductive angle), wherein said variable speed selection means has a preset first speed. When the set value (conductive angle) is set to a value smaller than the set value (conductive angle), the motor is operated in an open loop mode with the selected set value (conductive angle), When the set value (conduction angle) is set to a value larger than a second preset value (conduction angle) exceeding the set value (conduction angle), the selected set value (conduction angle) is used as a speed instruction to close the motor. A motor speed control method characterized by operating in a form.
【請求項2】前記可変速度選択手段が前記予め設定され
た第1の設定値と第2の設定値との間の値に設定されて
いるときは、前記モータを開ループ及び閉ループ制御の
間の遷移モードで操作するようにしたことを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載のモータ速度制御方法。
2. When the variable speed selection means is set to a value between the first set value and the second set value, the motor is controlled between open loop and closed loop control. 2. The motor speed control method according to claim 1, wherein the operation is performed in the transition mode.
【請求項3】少なくとも部分的に前記モータの速度を略
前記第1の予め設定された設定値での無負荷速度に実質
的に対応する一定速度に維持するために、前記遷移モー
ドは、負荷に関与する前記導電角を前記第2の導電角を
越えずに可変することを有することを特徴とする特許請
求の範囲第2項に記載のモータ速度制御方法。
3. The method of claim 1, wherein the transition mode comprises: loading the motor at least partially at a constant speed substantially corresponding to a no-load speed at the first preset setting. 3. The motor speed control method according to claim 2, further comprising: changing the conductive angle related to the second conductive angle without exceeding the second conductive angle.
【請求項4】前記モータへの電力が、実質的に前記所望
速度を維持するために、前記モータに加えられる負荷に
応じて可変されるように、前記可変速度選択手段の設定
値が、前記予め設定された第1の設定値での略無負荷速
度より大きい所望速度に対応するとき、前記モータを前
記閉ループ形態で操作するようにしたことを特徴とする
特許請求の範囲第3項に記載のモータ速度制御方法。
4. The variable speed selector according to claim 1, wherein said variable speed selecting means sets said variable speed selecting means such that electric power to said motor is varied according to a load applied to said motor in order to substantially maintain said desired speed. 4. The motor according to claim 3, wherein the motor is operated in the closed-loop mode when a desired speed greater than the substantially no-load speed at the first set value is set. Motor speed control method.
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