JP3883662B2 - モータ制御回路 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータを用いた電動芝刈り機や電動工具などの制御回路に関し、特にFETなどの半導体スイッチを用いたモータ制御回路に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、発明者が検討した技術として、モータの制御回路において、モータの電源側か接地側にFETなどの半導体スイッチを用いたものが一般的である。このものは、FETのON/OFF制御(PWM制御など)することで駆動電流を制御することが可能となり、モータの回転数やトルクを自由に制御できるのでモータの制御として有効である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようなモータ制御回路において、モータの制御時にはモータの起動電流や高負荷時の大電流がFETなどの半導体スイッチを流れることになるため、FETなどの半導体スイッチはその電流量に充分に耐え得る素子が選定されることになる。この場合、素子は大型化し、またFETなどの半導体スイッチの放熱を考慮すると装置の大型化を招くことになる。
【0004】
そこで、本発明の目的は、耐圧の大きなFETなどの半導体スイッチを用いることなく、ひいては装置を大型化することなく高負荷時に充分な駆動電流を流すことができるモータ制御回路を提供することにある。
【0005】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0007】
すなわち、本発明のモータ制御回路は、複数の正極ブラシと複数の負極ブラシとからなる複数対のブラシを有するモータと、前記モータの駆動を制御する半導体スイッチ手段と、前記正極ブラシのそれぞれを電源側に接続する正極通電路と、前記複数の負極ブラシと前記半導体スイッチ手段とに接続され、前記複数の負極ブラシのうち、少なくとも一つの負極ブラシを直接接地し、他の負極ブラシを前記半導体スイッチ手段を介して接地する負極通電路と、前記半導体スイッチ手段の制御のための周期信号を発生する周期信号発生手段と、前記周期信号発生手段から供給される周期信号に基づいて、前記半導体スイッチ手段を制御するためのPWM信号を発生するPWM信号発生回路と、前記PWM信号発生回路に接続され、前記PWM信号発生回路が発生するPWM信号のデューティー比を調整する調整手段と、前記PWM信号発生回路からPWM信号が供給され、前記半導体スイッチ手段を介して前記モータをPWM制御する駆動回路とを有することを特徴とする。
【0008】
よって、前記モータ制御回路によれば、モータのブラシへの通電回路の一部に設けたスイッチ手段を、入力手段の入力信号により決定されたPWM制御のデューティ比により制御することができる。すなわち、制御手段は、デューティ比によりスイッチ手段をON/OFF制御してモータをPWM制御することができる。
【0009】
これにより、スイッチ手段としてFETなどの半導体素子を用いた場合でも、この半導体スイッチを小型化しながらも、モータに対して負荷に見合った駆動電流を供給することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0011】
図1は本発明の一実施の形態であるモータ制御回路を電動芝刈り機や電動工具などに用いた電動モータ制御回路の概略を示す構成図である。
【0012】
まず、図1により本実施の形態のモータ制御回路を用いた電動モータ制御回路の概略構成を説明する。
【0013】
本実施の形態のモータ制御回路を用いた電動モータ制御回路は、たとえば電動芝刈り機や電動工具などの電動モータの回転数を制御する制御回路とされ、複数の正極ブラシと複数の負極ブラシとからなる複数のブラシ対を有するモータ1と、このモータ1のブラシへの通電回路の一部に設けた半導体スイッチ手段としてのFET2と、直流電源をたとえば5Vに変換する定電圧回路3と、三角波を発生する周期信号発生手段としての三角波発生回路4と、三角波発生回路4の出力と調整手段としての可変抵抗5による基準電圧とを比較してPWM制御のデューティー比を決定するPWM信号発生回路としての比較回路6と、このデューティー比によりFET2をON/OFF制御する駆動回路としてのFET駆動回路7とから構成されている。
【0014】
モータ1は、永久磁石により磁界を発生させるステータと、このステータによる磁界中でトルクを発生させて回転するロータとからなり、たとえばロータのアーマチュアには6つの並列回路にコイルが重ね巻され、それぞれの並列回路に対してブラシが備えられ、6個のブラシを有する6極モータ構造となっており、これらのブラシには複数の通電回路が接続されており、3個の正極ブラシは共通にスイッチ8を介して正極通電回路により直流電源9の電源電圧に接続され、3個の負極ブラシのうちの1個は直接、2個は共通にFET2を介してそれぞれ負極通電回路により直流電源9の接地側に接続されている。
【0015】
FET2は、FET駆動回路7からの出力信号を入力として、モータ1の負極をON/OFF制御するスイッチ手段であり、FET駆動回路7からのON信号に対してはモータ1の2個の負極ブラシを接地側に接続してモータ1の6つのブラシ回路が通電状態とされ、一方OFF信号に対しては2個の負極ブラシから接地側への接続を断って、4つのブラシ回路のみが通電状態とされる。このスイッチ手段は、FET2の他に、たとえばトランジスタなどの他の半導体スイッチについても適用可能である。
【0016】
定電圧回路3は、直流電源9の電圧をたとえば5Vに変換して、三角波発生回路4や可変抵抗5の変換した電圧を供給するためのものである。
【0017】
三角波発生回路4は、モータ1を駆動するPWM制御のデューティ比を設定するために、任意の発振周波数による三角波の波形を周期的に発生する回路であり、この三角波発生回路4の出力は比較回路6に出力されて、定電圧回路3の電圧から可変抵抗5により任意に設定された基準電圧と比較される。
【0018】
比較回路6は、三角波発生回路4の出力をプラス入力(+)、可変抵抗5による基準電圧をマイナス入力(−)として、これらの電圧を比較してPWM制御のデューティ比を決定する回路であり、三角波の波形が基準電圧を超えた部分と基準電圧未満の部分との比率に基づいてデューティ比が決定され、基準電圧を超えた部分で高レベル(“H”)、基準電圧未満の部分で低レベル(“L”)の電圧がそれぞれ周期的に出力される。
【0019】
FET駆動回路7は、比較回路6からの出力電圧を入力として、この電圧に基づいてFET2をON/OFF制御する回路であり、比較回路6からの出力電圧が“H”のときにはFET2をON状態にする“H”の電圧が出力され、“L”のときにはFET2をOFF状態にする“L”の電圧が出力される。
【0020】
次に、本実施の形態の作用について、電動モータ制御回路の作動におけるPWM制御を説明する。
【0021】
(1).比較回路6は、三角波発生回路4から出力される周期的な三角波が可変抵抗5による基準電圧を超えた部分で“H”、基準電圧未満の部分で“L”の電圧をそれぞれ出力する。これにより、モータ1をPWM制御するためのデューティ比を決定することができる。
【0022】
(2).FET駆動回路7は、比較回路6により決定されたデューティ比に基づいて、出力電圧が“H”のときにはFET2をON状態にし、2個の負極ブラシを接地側に接続して、直接、接地側に接続されている1個の負極ブラシと合わせて、モータ1の6つのブラシ回路を通電状態にすることができる。
【0023】
一方、比較回路6の出力電圧が“L”のときにはFET2をOFF状態にするが、1個の負極ブラシは直接、接地側に接続されているので、モータ1はこのブラシ回路のみの通電状態にすることができる。
【0024】
(3).以上のようなPWM制御において、モータ1の接地側の3つのブラシ回路のうちの2つをPWM制御することで、この2つのブラシ回路に流れる電流量を調節することが可能となる。すなわち、PWM制御がデューティ出力が0パーセントならモータ1に通電される電流は1つの接地側のブラシ回路のみとなり、モータ1の回転数は低くなり、デューティ出力が100パーセントなら接地側のブラシ回路がすべて通電状態となり、モータ1の回転数は高いものとなる。そして、デューティ出力を制御することで、モータ1の回転数を先の低い回転数から高い回転数の間で制御することができる。
【0025】
従って、本実施の形態の電動モータ制御回路によれば、モータ1の接地側の3つのブラシ回路のうち2つのブラシ回路をFET2が受け持つため、モータ1の回転数の制御を可能としながらも、FET2を流れる電流はモータ1の通電電流を分割した電流のみが流れることになるので、モータ1の制御中のFET2の負担は軽減される。
【0026】
特に、モータ1の起動電流や高負荷時の大電流が流れる時に、FET2には分割した電流分だけを流せばよいので、従来のようにモータの通電電流をすべて流すような耐圧の大きいFETを用いる必要がなく、FET2を小型化することができる。
【0027】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0028】
たとえば、前記実施の形態においては、6個のブラシを有する6極のモータである場合について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、4個、8個などの多数のブラシを有する多極ブラシモータについても広く適用可能であり、モータの通電回路の一部を断続制御すればよい。
【0029】
また、前記実施の形態においては、負極ブラシ側を通電したり、または通電を断って非通電とする場合について説明したが、逆に正極ブラシ側を通電/非通電とすることも可能であることはいうまでもない。
【0030】
以上の説明では、主として本発明者によってなされた発明をその属する技術分野である電動芝刈り機や電動工具などに用いられるモータ制御回路に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、DCブラシモータを有する他の装置、機器などのモータ制御回路についても広く適用可能である。
【0031】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0032】
(1).モータのブラシへの通電回路の一部に設けたスイッチ手段を、入力手段の入力信号により決定されたPWM制御のデューティ比により制御することで、スイッチ手段としてFETなどの半導体素子を用いた場合でも、半導体スイッチを流れる電流はモータの通電電流を分割したものとすることができるので、モータの回転数を制御可能としながらも、従来のようにモータの通電電流をすべて流すような耐圧の大きいFETを用いる必要がなく、FET2を小型化することができる。
【0033】
(2).前記(1) により、耐圧の大きな半導体スイッチを用いることなく、ひいては装置を大型化することなく高負荷時に充分な駆動電流を流すことができるモータ制御回路を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態であるモータ制御回路を電動芝刈り機や電動工具などに用いた電動モータ制御回路の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
1 モータ
2 FET
3 定電圧回路
4 三角波発生回路
5 可変抵抗
6 比較回路
7 FET駆動回路
8 スイッチ
9 直流電源

Claims (1)

  1. 複数の正極ブラシと複数の負極ブラシとからなる複数対のブラシを有するモータと、
    前記モータの駆動を制御する半導体スイッチ手段と、
    前記正極ブラシのそれぞれを電源側に接続する正極通電路と、
    前記複数の負極ブラシと前記半導体スイッチ手段とに接続され、前記複数の負極ブラシのうち、少なくとも一つの負極ブラシを直接接地し、他の負極ブラシを前記半導体スイッチ手段を介して接地する負極通電路と、
    前記半導体スイッチ手段の制御のための周期信号を発生する周期信号発生手段と、
    前記周期信号発生手段から供給される周期信号に基づいて、前記半導体スイッチ手段を制御するためのPWM信号を発生するPWM信号発生回路と、
    前記PWM信号発生回路に接続され、前記PWM信号発生回路が発生するPWM信号のデューティー比を調整する調整手段と、
    前記PWM信号発生回路からPWM信号が供給され、前記半導体スイッチ手段を介して前記モータをPWM制御する駆動回路とを有することを特徴とするモータ制御回路。
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