JP3618697B2

JP3618697B2 - 電動工具のスイッチ回路

Info

Publication number: JP3618697B2
Application number: JP2001218615A
Authority: JP
Inventors: 泰治岡田; 康男和田; 克茂安納
Original assignee: Ryobi Ltd
Current assignee: Ryobi Ltd
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: JP2002281777A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動工具のスイッチ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭５３−３５１１６号は電動工具のスイッチ回路について開示する。このスイッチ回路は、整流電源の両出力端子を一回路二接点の切換スイッチのＯＮ用切換端子と、ＯＦＦ用切換端子とに夫々接続し、モータの両端を切換スイッチの共通端子とＯＦＦ用切換端子との間に接続した構成となっている。切換スイッチをＯＮ用切換端子側に投入するとモータに電源が供給されモータが動作し、切換スイッチをＯＦＦ用切換端子側に切換投入すると、モータの両端が短絡しモータ短絡回路を構成する。このモータ短絡回路によってモータが慣性により回転している間、モータの両端に逆起電力が生じ、モータ短絡回路に電流が流れてモータに制動作用を及ぼしモータは速やかに停止する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭５３−３５１１６号のスイッチ回路は、切換スイッチＯＦＦ時に電動工具のＤＣモータにブレーキをかけることができるが、ＤＣモータの速度制御をすることができない。
【０００４】
一方、低電圧仕様（１２Ｖ程度）のブレーキ付きＤＣ用速度制御スイッチが存在するが、このスイッチは高電圧のＡＣ電源を使用しＤＣモータを駆動させる高電圧仕様の電動工具には使用できない。また、高電圧仕様のブレーキ付きＡＣ用速度制御スイッチが存在するが、このスイッチはＡＣ側にブレーキ接点があるため、ＤＣモータの速度制御には使用することができない。
【０００５】
また、高電圧仕様のＤＣモータにブレーキをかける場合、ブレーキ時にブレーキ接点に流れる電流、及びモータが慣性で回転することにより発生するモータ間の電圧が非常に大きく、高い電流、電圧に耐えられるブレーキ接点が必要となる。特に２３０ＶのＡＣ電源で駆動させるＤＣモータの場合、前記のように高い電流、電圧に耐えられるブレーキ接点は世の中に現存しない。
【０００６】
また、高い電流、電圧でブレーキをかけた場合、ブレーキ力が強すぎるため、ブレーキをかけた瞬間の反動が非常に大きく、使いにくい工具となってしまう。
【０００７】
また、上記の高い電流、及び電圧の影響を避けようとした場合、電流制限用の抵抗を通し、ブレーキ電流を流すことが考えられるが、抵抗で電流を制限した場合、その抵抗は発熱するため工具本体の中に入らない非常に大きなものとなってしまう。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決することを目的とし、汎用性のあるＡＣ用速度制御スイッチを使用した場合であってもＤＣモータに対しブレーキを掛けることができるスイッチ回路を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、ブレーキ用接点に流れるブレーキ電流を低減することができるスイッチ回路を提供することを目的とする。
【００１０】
さらに、本発明は、ブレーキ電流を低減する際の発熱を防止することができるスイッチ回路を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、請求項１に係る発明は、高電圧のＡＣ電源（５）を使用しＤＣモータ（１０）を駆動する高電圧仕様の電動工具のスイッチ回路において、ＡＣ側に２個の接点（３，４）とサイリスタ（２）からなるＡＣ用速度制御スイッチ（１）を設け、ブリッジダイオード（７）を介してＤＣ側にブレーキ用接点（８）を独立させて形成し、当該ブレーキ用接点（８）が、前記ＡＣ用速度制御スイッチの２個の接点がＯＮ状態のとき常時ＯＦＦ状態を維持し、前記ＡＣ用速度制御スイッチ（１）の２個の接点（３，４）が０ＦＦ状態にされたときにＯＮ状態に閉成され回生制動動作し、さらに前記２個の接点が電動工具のトリガースイッチに連動し、当該トリガースイッチの引き量に応じて前記サイリスタ（２）により位相を制御し、前記ＤＣモータ（１０）に流れる電流を制御する電動工具のスイッチ回路を採用する。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、前記ブレーキ用接点（８）が閉じることにより初めて通電する導電路（１２）上に抵抗成分としてのコイル（１１）を設け、この導電路（１２）を流れるブレーキ電流（Ｉ_x）を抵抗成分としてのコイル（１１）により低減させるようにした請求項１に記載の電動工具のスイッチ回路を採用する。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、前記抵抗成分としてのコイル（１１）が、ＤＣモータ（１０）のヨーク（１５）とＤＣモータ用冷却ファン（１６）との間に巻回した導線により形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動工具のスイッチ回路を採用する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
＜実施の形態１＞
このスイッチ回路は、携帯用電気ドリル、インパクトドライバ、ジグソー、刈込み機等、ＤＣモータを使用した電動工具に利用可能であり、図１に示すように、ＡＣ電源５側に形成されたメイン接点としてのＡＣ用速度制御スイッチ１と、整流回路としてのブリッジダイオード７を介してＤＣ側に形成されたＤＣモータ１０と、このＤＣモータ１０に並列に接続された常時閉の接点８ａを有するブレーキ用接点８とを具備する。
【００１７】
ＡＣ用速度制御スイッチ１は、２個の常時開の接点３，４と、サイリスタ２（ＳＣＲ：一方向制御素子）とを有し、図示しない電動工具のトリガーの引き量と、接点３，４と、サイリスタ２との働きにより位相を制御し、スイッチ回路に流れる電流を制御する。接点３，４は図示しないトリガーに連動するようになっている。
【００１８】
ブリッジダイオード７は、交流電源を整流して全波もしくは半波の直流に変え、ＤＣモータ１０に供給するようになっている。
【００１９】
ＤＣモータ１０は、ブリッジダイオード７から直流電源を供給されることで回転するようになっている。
【００２０】
ブレーキ用接点８は、ＤＣモータ１０に並列に設けられ、その接点８ａは作業者がトリガーから指を離した際にＡＣ用速度制御スイッチ１の接点３，４が同時に開くことで閉じるようになっている。
【００２１】
尚、ブリッジダイオード７とＤＣモータ１０との間には、ＤＣモータ１０の回転方向を切り換える正逆切替え用接点９ａ，９ｂを有する正逆切替え部９が必要に応じて形成される。また、このスイッチ回路には雑音防止用コンデンサ６が設けられ、電動工具の作動時に生じる雑音電波を低下させるようになっている。
【００２２】
次に、上記構成のスイッチ回路の作用を図２〜４を用いて説明する。
【００２３】
作業者が電動工具のトリガースイッチを少し引くと、図２に示すように、ＡＣ用速度制御スイッチ１の接点３が閉じ、スイッチ回路にはＡＣ電源５から供給される電流がｉ_１，ｉ_２，ｉ_３，ｉ_４，ｉ_５，ｉ_６の順路で流れる。すなわち、電流がブリッジダイオード７，ＤＣモータ１０、ブリッジダイオード７、サイリスタ２、接点３と経由して流れＤＣモータ１０が正転又は逆転する。そして、電動工具のトリガースイッチの引き量に応じて、サイリスタ２により位相が制御されＤＣモータ１０に流れる電流の大きさが制御されることにより、電動工具の回転速度が制御される。
【００２４】
尚、上記の状態のときは、ＡＣ用速度制御スイッチ１の接点４は開いており、サイリスタ２は逆方向（Ｒ方向）の電流は流さないので、Ｒ方向の電流は流れない。
【００２５】
作業者が電動工具のトリガースイッチをいっぱいに引くと、図３に示すように、ＡＣ用速度制御スイッチ１の接点３と接点４が閉じ、スイッチ回路にはＡＣ電源から供給される電流が、ｉ_１，ｉ_２，ｉ_３，ｉ_４，ｉ_５，ｉ_７の順路で流れる。また、接点４が閉じたことにより、同時にＩ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４，Ｉ_５，Ｉ_６，Ｉ_７の順路でも流れる。これによりＤＣモータ１０には、接点３だけを閉じた図２の状態の最大電流に比較しておよそ２倍の電流を流すことができ、ＤＣモータ１０の出力、すなわち電動工具の出力を高出力とすることができる。
【００２６】
作業者がトリガースイッチから指を離すと、図４に示すように、ＡＣ用速度制御スイッチ１の接点３と接点４が同時に開き、同時にブレーキ用接点８の接点８ａが閉じる。すると、ＤＣモータ１０で発電される電流が、この接点８ａを経由してＤＣモータ１０を回転させる方向とは逆方向にＩ_ａ，Ｉ_ｂ，Ｉ_ｃの順路で流れる。これにより、ＤＣモータ１０にブレーキ（回生制動）がかけられ、ＤＣモータ１０、すなわち電動工具が速やかに停止する。
【００２７】
＜実施の形態２＞
実施の形態１のスイッチ回路によれば、ＤＣモータ１０にブレーキ（回生制動）がかけられる時、ＡＣ用速度制御スイッチ１の接点３，４が切れた瞬間に図１のＡ，Ｂ間に発生する電圧は、例えばＡＣ１００Ｖ入力の電動工具の場合、ＤＣ１３０Ｖ程度になる。これは、ＤＣモータ１０がマグネットモータであるため、アーマチュアが回転することにより、発電し、電圧が発生するためである。また、ブレーキ用接点に流れるブレーキ電流は、例えば３００Ｗクラスの電動工具で、十数Ａ程度になる。このような電圧、電流により、ブレーキ用接点８ａが閉じた瞬間にブレーキ用接点８ａにアークが発生しやすくなる。また、高電圧仕様のＤＣモータ１０においては、ブレーキ力が強いので、ＡＣ用速度制御スイッチ１のＯＦＦ時の反動が大きくなる。
【００２８】
この実施の形態２では、ブレーキ用接点８ａでのアークの発生を防止し、またＡＣ用速度制御スイッチ１のＯＦＦ時の反動を低減するため、図５に示すように、実施の形態１におけるスイッチ回路中に抵抗成分としてのコイル１１が付加されている。
【００２９】
すなわち、ブレーキ用接点８ａが閉じることにより初めて通電する導電路１２上に抵抗成分としてのコイル１１が設けられ、ブレーキ用接点８ａが閉じることによりこの導電路１２を流れるブレーキ電流Ｉ_ｘが抵抗成分としてのコイル１１により低減するようになっている。通常市販されている抵抗をブレーキ電流の制限抵抗として使用した場合は、電流、電圧ともに高いため、大電力容量の抵抗が必要となるのであるが、本発明のように抵抗をコイルとして形成することで、後述する如くＤＣモータ１０のヨークとＤＣモータ用冷却ファンとの間の狭いスペース内にも設置することが可能になる。
【００３０】
この抵抗成分としてのコイル１１は、スイッチ回路内に図５に示すような状態で組み込まれる。すなわち、コイル１１の一方の端子がブリッジダイオード７の＋側端子と正逆切替え部９の一方の接点９ａの端子とを結ぶ導電路１３に連結され、コイル１１の他方の端子がブレーキ用接点８ａの一方の端子に直列状に連結される。そして、ブレーキ用接点８ａの他方の端子は、ブリッジダイオード７の−側端子と正逆切替え部９の他方の接点９ｂの端子とを結ぶ導電路１４に連結される。
【００３１】
上記構成のスイッチ回路において、実施の形態１の場合と同様に、作業者がトリガースイッチから指を離すと、ＡＣ用速度制御スイッチ１の接点３と接点４が同時に開き、同時にブレーキ用接点８の接点８ａが閉じる。すると、ＤＣモータ１０で発電される電流がブレーキ電流としてこの接点８ａを経由してＤＣモータ１０を回転させる方向とは逆方向に流れ、ＤＣモータ１０にブレーキ（回生制動）をかけてＤＣモータ１０すなわち電動工具を速やかに停止させる。また、このブレーキ電流は抵抗成分としてのコイル１１を通ることで軽減され、ブレーキ用接点８でのアークの発生を防止すると共に、ＤＣモータ１０に掛るブレーキ力を緩和し、ブレーキによる反動を低減する。
【００３２】
また、上記抵抗成分としてのコイル１１は、図６及び図７に示すように、電動工具におけるＤＣモータ１０のヨーク１５とＤＣモータ用冷却ファン１６との間に多数回巻回される導線により形成される。具体的には、コイル１１はエナメル銅線等からなる導線が樹脂等で成形されたボビン１７に巻き付けられることにより形成される。通常市販されている抵抗をブレーキ電流Ｉ_ｘの制限抵抗として使用した場合は、電流、電圧ともに高いため、かなり大きな電力容量の抵抗が必要となるのであるが、本発明のように抵抗をコイル１１として形成することで、ＤＣモータ１０のヨーク１５とＤＣモータ用冷却ファン１６との間の狭隘なスペース内に設置することが可能になる。コイル１１はボビン１７が電動工具のハウジング１８の内壁面に固定されることにより上記スペース内に固定される。この抵抗成分としてのコイル１１はブレーキ電流Ｉ_ｘが流れることにより発熱するが、ＤＣモータ１０の回転と共に回転するＤＣモータ用冷却ファン１６からの風が当たることで冷却され過熱が防止される。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、高電圧のＡＣ電源を使用しＤＣモータを駆動する高電圧仕様の電動工具のスイッチ回路において、ＡＣ側に２個の接点とサイリスタからなるＡＣ用速度制御スイッチを設け、ブリッジダイオードを介してＤＣ側にブレーキ用接点を独立させて形成した電動工具のスイッチ回路であり、広く流通している汎用性のある高電圧仕様のＡＣ用速度制御スイッチを使用し、ブレーキ回路をＤＣ側に独立して形成したので、高電圧仕様の電動工具のＤＣモータの速度制御が可能になり、かつ電動工具の駆動を停止する時はＤＣモータに対しブレーキを掛けることができる。また、ＡＣ用速度制御スイッチとＤＣモータを使用して速度制御とブレーキ仕様を可能としたので電動工具のコンパクト化と高性能化を同時に達成することができる。
【００３４】
また、請求項１に係る発明によれば、ブレーキ用接点は、ＡＣ用速度制御スイッチの２個の接点がＯＮ状態のとき常時ＯＦＦ状態を維持し、ＡＣ用速度制御スイッチの２個の接点が０ＦＦ状態にされたときにＯＮ状態に閉成され、回生制動動作するようにしたので、ＡＣ用速度制御スイッチを作動させるトリガーをいっぱいに引いた状態の最高速度の状態からトリガースイッチをはなすだけで回生制動動作が可能であるので、操作が簡単である。
さらに、請求項１に係る発明によれば、２個の接点が電動工具のトリガースイッチに連動し、当該トリガースイッチの引き量に応じてサイリスタにより位相を制御し、ＤＣモータに流れる電流を制御するようにしたので、電動工具の回転速度を制御することができる。
【００３５】
請求項２に係る発明によれば、ブレーキ用接点が閉じることにより初めて通電する導電路上に抵抗成分としてのコイルを設け、この導電路を流れるブレーキ電流を抵抗成分としてのコイルにより低減させるようにした請求項１に記載の電動工具のスイッチ回路であるから、ブレーキ電流を軽減し、ブレーキ接点の耐久性を格段にアップさせることができる。また、ブレーキ電流を軽減しブレーキ力を低減することで、電動工具をＯＦＦにした時の反動がなくなるので、電動工具としての使い勝手が格段に向上する。また、抵抗をコイルとして形成したから、ブレーキ電流を軽減するための大電力の抵抗を電動工具の狭いスペース内に配置することができる。
【００３６】
請求項３に係る発明によれば、抵抗成分としてのコイルが、ＤＣモータのヨークとＤＣモータ用冷却ファンとの間に巻回した導線により形成された請求項１又は請求項２に記載の電動工具のスイッチ回路であるから、ＤＣモータのヨークとＤＣモータ用冷却ファンとの間の狭隘なスペース内に大電力の抵抗を設置することが可能になり、また、ブレーキ電流が流れることによりコイルが発熱してもＤＣモータ用冷却ファンにより冷却され過熱が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスイッチ回路の回路図である。
【図２】トリガースイッチを少し引いた状態におけるスイッチ回路の動作説明図である。
【図３】トリガースイッチをいっぱいに引いた状態におけるスイッチ回路の動作説明図である。
【図４】トリガースイッチから指を離した状態におけるスイッチ回路の動作説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るスイッチ回路の回路図である。
【図６】図５に示したスイッチ回路を備えた電動工具の部分切欠立面図である。
【図７】図６中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【符号の説明】
１…ＡＣ用速度制御スイッチ
２…サイリスタ
３，４…接点
５…ＡＣ電源
７…ブリッジダイオード
８…ブレーキ用接点
１０…ＤＣモータ
１１…コイル
１２…導電路
１５…ヨーク
１６…ＤＣモータ用冷却ファン
Ｉ_ｘ…ブレーキ電流

Claims

高電圧のＡＣ電源を使用しＤＣモータを駆動する高電圧仕様の電動工具のスイッチ回路において、ＡＣ側に２個の接点とサイリスタからなるＡＣ用速度制御スイッチを設け、ブリッジダイオードを介してＤＣ側にブレーキ用接点を独立させて形成し、当該ブレーキ用接点は、前記ＡＣ用速度制御スイッチの２個の接点がＯＮ状態のとき常時ＯＦＦ状態を維持し、前記ＡＣ用速度制御スイッチの２個の接点がＯＦＦ状態にされたときにＯＮ状態に閉成され回生制動動作し、さらに前記２個の接点が電動工具のトリガースイッチに連動し、当該トリガースイッチの引き量に応じて前記サイリスタにより位相を制御し、前記ＤＣモータに流れる電流を制御することを特徴とする電動工具のスイッチ回路。
前記ブレーキ用接点が閉じることにより初めて通電する導電路上に抵抗成分としてのコイルを設け、この導電路を流れるブレーキ電流を抵抗成分としてのコイルにより低減させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動工具のスイッチ回路。
前記抵抗成分としてのコイルが、ＤＣモータのヨークとＤＣモータ用冷却ファンとの間に巻回した導線により形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動工具のスイッチ回路。