JPH04208085A - 直流モータ制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば電気ドライバ、電気ドリル、電気のこ
ぎり、等のように直流モータによって駆動される電動工
具等に好適に実施できる直流モータ制御回路に関する。

（従来の技術） この種の電動工具においては、直流モータと電源との間
にモータ電流開閉素子を設け、該モータ電流開閉素子を
オンデユーテイ−（一定期間内における直流モータの駆
動パルスの印加期間比のこと、）を操作レバーの操作ス
トローク量に応じて変化させることで直流モータを駆動
制御するようにしたものがある。

そして、この場合、操作レバーの最大操作ストロークに
おいてモータ電流開閉素子両端を短絡させて直流モータ
を最大回転数および最大トルクで回転制御できるように
する機械的な短絡スイッチを該両端に設けたものがある
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来回路においては、短絡ス
イッチが機械的なものであるから、作業の繰り返しで短
絡スイッチの接点が開閉するときの発生アークで接点摩
耗を来すという不具合がある。

また、操作レバーの全操作ストロークの範囲で直流モー
タの回転速度およびトルク制御を自動的に行おうとして
も最大操作ストローク位置においては短絡スイッチが閉
じるから、その最大操作ストローク位置ではその回転速
度とトルク制御の自動化ができず、したがって、最大操
作ストローク位置において直流モータを最大回転数およ
び最大トルクで制御するためのものとしての短絡スイッ
チがかえって、電動工具としての高機能化の面では必ず
しも好ましくなかった。

したがって、本発明においては、操作レバーの最大操作
ストローク位置において閉じるように配備された従来の
短絡スイッチを省略して、操作レバーの全操作ストロー
クの範囲において直流モータを所望の回転速度とトルク
とで自動制御できるようにしたものである。

（課題を解決するための手段） このような目的を達成するために、本発明においては、
直流モータと電源との間にモータ電流開閉素子を設け、
このモータ電流開閉素子両端に短絡スイッチを設け、直
流モータの回転数あるいはトルクに応じてモータ電流開
閉素子のオンデューティーを変えるとともに、操作レバ
ーの最大操作ストローク位置においては該短絡スイッチ
を閉しるようにした直流モータ制御回路において、前記
短絡スイッチを省略して操作レバーの全操作ストローク
に合わせて直流モータの回転数あるいはトルクを制御す
ることを特徴としている。

（作用） 操作レバーの最大操作ストローク位置においてオンする
ように配備されてあった従来の短絡スイッチが省略され
であるから、操作レバーの全操作ストロークの範囲にお
いて直流モータを所望の回転速度とトルクで自動制御で
きる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は、電動工具の直流モータ制御回路の回路図であ
る。第１図において、Ｅは電動工具内蔵の電源、Ｍは直
流モータ、ＴＲ２はモータ電流開閉素子であり、Ｄ、Ｓ
はモータ電流開閉素子ＴＲ２の開閉部であって電源Ｅと
直流モータＭとの間に接続されている。

ＳＷｌは電源スィッチ、ＳＷ２は制動接点である。そし
て、これらは電動工具の操作レバーがフリーポジション
（操作していない状態）にあるときは、電源スィッチＳ
ＷＩは開いており、制動接点ＳＷ２は閉じている。

Ｒ２は電流検出抵抗であって、直流モータＭからモータ
電流開閉素子ＴＲ２の開閉部Ｄ−Ｓを介して流れる電流
を検出する。ＨＣＩは第１の平滑回路であって、電流検
出抵抗Ｒ２の両端電圧を平滑出力する。ＨＯ２は第２の
平滑回路であって、モータ電流開閉素子ＴＲ２のドレイ
ン電圧を平滑出力する。

ＥＣは演算器であって、直流モータＭの実際回転数を次
式に従って演算する。

すなわち、直流モータＭの電機子抵抗をｒａとし、直流
モータＭの印加電圧をＶＭとすると、次式■、■が成立
する。

ＶＭ＝　Ｉ　ａ　−ｒ　ａ　＋ＫＥ　−Ｎ　　・−・・
・−■ただし、ＫＥ　　比例定数 Ｎ・直流モータＭの回転数 Ｉａ　　電機子電流 ＶＭ＝Ｖｃｃ　−Ｖｄ　　　　　・・■ただし、Ｖｃｃ
　　電源電圧 ｖｄ：モータ電流開閉素子ＴＲ２ のトレイン電圧の平滑電圧 また、■、■式により下記の■式か求められる。

ＫＥ　−Ｎ＝Ｖｃ　ｃ　−Ｖｄ　−Ｉａ　−ｒ　ａ’　
　■したがって、Ｖｃ　Ｃ−Ｖｄ−Ｉａ　−ｒ　ａを演
算することで、直流モータＭの実際回転数を得ることが
できるから、演算器ＥＣにおいては、電源電圧Ｖｃｃが
直接、平滑電圧Ｖｄが第２の平滑回路ＨＣ２から、電流
Ｉａに対応した電圧が第１の平滑回路ＨＣＩからそれぞ
れ得ることができ、かつ、比例定数ＫＥと電機子抵抗ｒ
ａとは既知の定数として得ていることから、直流モータ
Ｍの実際回転数の演算を行うことができる。

そして、演算器ＥＣは、その演算結果を直流モータＭの
実際回転数に対応した演算電圧値とじてスレッショルド
電圧設定器ＴＶに出力する。ＶＲは電圧設定器であって
、操作レバーの操作に連動して摺動子ＭＴか抵抗基板Ｒ
Ｂ上を摺動し、その摺動子ＭＴの摺動位置て直流モータ
Ｍの設定回転数に対応した設定電圧値を出力する。

ＴＶは前記スレッンヨルド電圧設定器であって、オペア
ンプＯＰと第３の平滑回路ＨＣ３とからなり、オペアン
プ○Ｐの反転入力部（−）に演算器ＥＣからの前記演算
電圧値を、非反転入力部（＋）に電圧設定器ＶＲによる
設定電圧値をそれぞれ入力し、該オペアンプＯＰの出力
部から実際回転数と設定回転数との差に対応したスレッ
ショルド電圧を出力する。第３の平滑回路ＨＣ３は、オ
ペアンプＯＰ出力を平滑出力する。

ＰＯＣは開閉駆動信号出力回路であって、三角波発振器
Ｔｏ、第１の比較器ＡＰＩ、およびバッファトランジス
タＴＲＩを含む。三角波発振器ＴＯは、三角波電圧を発
生出力し、第１の比較器ＡＰＩは、非反転入力部（＋）
に三角波電圧を入力し、反転入力部（−）にスレッショ
ルド電圧を入力し、両電圧の大小を比較し、その比較出
力を開閉駆動信号としてバッファトランジスタＴＲＩを
介してモータ電流開閉素子ＴＲ２のゲートに出力する。

すなわち、開閉駆動信号出力回路ＰＯＣからの開閉駆動
信号は、そのオンデユーテイ−が直流モータＭの実際回
転数が設定回転数に合わせ込ませて直流モータを定速回
転制御させるように制御するものとして、モータ電流開
閉素子ＴＲ２のゲートに出力される。

そして、上記実施例においては、第２および第３の比較
器ＡＰ２．ＡＰ３を有している。比較器ＡＰ２は、反転
入力部（−）に演算器ＥＣの出力が、非反転入力部（＋
）に基準可変電源ＲＶＩがそれぞれ接続されており、比
較器Ａ、Ｐ３は、非反転入力部（＋）に平滑回路ＭＣＩ
の出力が、反転入力部（−）に基準、可変電源ＲＶ２が
それぞれ接続されている。

そして、基準可変電源ＲＶＩは、直流モータＭの最低回
転数に対応した電圧を比較器ＡＰ２の非反転入力部（＋
）に与え、基準可変電源ＲＶ２は、直流モータＭの設定
トルクに対応した電圧を比較器ＡＰ３の反転入力部（−
）に与えるようになっている。また、各比較器ＡＰ２．
Ａ’Ｐ３は、それぞれトランジスタＴＲ３のベースに接
続されており、ハイレベル出力をそのベースに出力する
ことによって、該トランジスタＴＲ３をオン駆動するよ
うになっている。ここで、制動接点ＳＷ２はリレーＲＬ
が通電状態にあるときに閉側に駆動されるようになって
いる。

この場合、制動接点ＳＷ２はメカニカルであるが、この
メカニカルな制動接点ＳＷ２の代えて、トランジスタ等
の半導体スイッチを設けてもよい。

この半導体スイッチの場合では、リレーＲＬを設けず、
直接比較器ＡＰ２．’ＡＰ３の出力でその半導体スイッ
チを駆動するようにしてもよい。

第１図の回路の全体の動作を第２図を参照して説明する
。第２図（ａ’）は、設定回転数Ｎｓ（設定電圧値）と
実際回転数Ｎｒとを示し、第２図（ｂ）はスレッショル
ド電圧設定器ＴＶのオペアンプＯＰの出力と第３の平滑
回路ＨＣ３の出力とを示し、第２図（ｃ）は、三角波発
振器Ｔ、Ｏの三角波電圧と、スレッンヨルド電圧設定器
ＴＶの第３の平滑回路ＨＣ３の出力（スレッショルド電
圧）とを示し、第２図（ｄ）は比較器ＡＰＩの出力を示
している。

今、時刻ｔｏにおいて、直流モータＭを設定回転数Ｎｓ
において定速回転させるべく、操作レバーをそれに対応
じてフリーポジションの位置から引くと、電圧設定器Ｖ
Ｒの摺動子ＭＴもその操作レバーの操作ストローク分だ
け抵抗基板ＲＢ上を摺動する。これによって、スレッシ
ョルド電圧設定器ＴＶのオペアンプＯＰの非反転入力部
（＋）には可動端子ＭＴを介して設定回転数Ｎｓに対応
した設定電圧値が与えられて直流モータＭはその設定回
転数が第２図（ａ）のようなＮｓに設定される。

一方、操作レバーの操作により電源スィッチＳＷｌが閉
じてモータ電流開閉素子ＴＲ２のゲートに電源Ｅが印加
されると、該モータ電流開閉素子ＴＲ２がオンして直流
モータＭには電源Ｅが印加される結果、該直流モータＭ
は回転を開始する。

このときの直流モータＭの実際回転数Ｎｒはゼロから開
始するから、その実際回転数Ｎｒは第２図（ａ）の時刻
ｔｏのところから変化していく。そして、この実際回転
数Ｎｒは上述のように演算器ＥＣで演算され、その演算
電圧値かスレッンヨルド電圧設定器ＴＶのオペアンプＯ
Ｐの反転入力部（−）に与えられる。

スレッショルド電圧設定器ＴＶにおいて、オペアンプＯ
Ｐは、設定回転数Ｎｓに対応の設定電圧値と、実際回転
数Ｎｒに対応の演算電圧値とから直流モータＭの両回転
数差Ｎｄに対応した電圧（第２図（ｂ）のＯＰの出力）
を出力し、かつそれを第３の平滑回路ＨＣ３で平滑化し
て出力（第２図（ｂ）のＨＯ２の出力）する。そして、
この平滑化出力は、比較器ＡＰＩの反転入力部（−）に
出力される。

比較器ＡＰＩは、反転入力部（−）に与えられた該平滑
化出力（ＨＯ２の出力）、つまりスレッショルド電圧と
、非反転入力部（＋）に与えられている三角波発振器Ｔ
ｏからの三角波電圧とを比較し、第２図（ｄ）に示すよ
うに、該比較に見合うオンデユーテイ−の開閉駆動信号
（比較器出力）を出力する。その開閉駆動信号は、バッ
ファトランジスタＴＲＩを介してモータ電流開閉素子Ｔ
Ｒ２のケートに与えられる。このとき、実際回転数Ｎｒ
か設定回転数Ｎｓよりも高くなる時刻ｔ　１までは、演
算器ＥＣで演算されてオペレーンヨナルアンプＯＰの反
転入力部（−）側に与えられる演算電圧の方が、非反転
入力部（＋）側の設定電圧よりも低くなっているから、
したがって、第２図、　（ｂ）のようにスレッンヨルド
電圧設定器ＴＶのオペアンプＯＰの出力はハイレベルで
、それの平滑化出力（スレッンヨルド電圧）は高くなっ
ていく。したがって、この時刻ｔＯ〜ｔ　１の間は、ス
レッンヨルド電圧が高くなっていくから、比較器ＡＰＩ
からの出力のオンデユーテイ−１つまりスイッチング素
子ＴＲ２の開閉駆動信号のオンデユーテイ−は第２図（
ｄ）のように増加していき、結果、第２図（ａ）のよう
に直流モータＭの実際回転数Ｎｒが増大していく。そし
て、時刻ｔｌで実際回転数Ｎｒが設定回転数Ｎｓに到達
したとき、スレッショルド電圧設定器ＴＶのオペアンプ
ＯＰの出力はローレベルに反転する結果、第３の平滑回
路ＨＣ３の出力であるスレッンヨルド電圧は低下し始め
てオンデユーテイ−が減少し直流モータＭの回転数も低
下し始める。ただし、時刻ｔ　１ではただちに実際回転
数Ｎｒが低下せず、時刻ｔ２から低下しているのは、上
記回路で構成されたフィードバックループの応答速度の
遅れに起因している。

そして、時刻ｔ２から実際回転数Ｎｒが低下していき、
時刻ｔ３で設定回転数Ｎｓよりも到達すると、今度は、
設定電圧よりもスレッショルド電圧が大きくなるから、
開閉駆動信号のオンデユーテイ−があがって実際回転数
Ｎｒが増大し始める。

この場合も時刻ｔ３からただちに実際回転数Ｎｒが増大
するのではなく、フィードバックループの応答速度の遅
れから時刻ｔ４までは実際回転数Ｎｒが減少しいてき、
時刻ｔ４から実際回転数Ｎｒが増大していく。

このような一連の動作の繰り返しの結果、直流モータＭ
の実際回転数Ｎｒは最終的には設定回転数Ｎｓに落ち着
く。つまり、直流モータＭは定速制御されることになる
。

一方、今、直流モータＭの実際回転数Ｎｒが、基準可変
電源ＲＶＩて設定された最低回転数Ｎ１０Ｗになるとか
、そのトルクが設定トルクになると、比較器ＡＰ２．Ａ
Ｐ３それぞれの出力はローレベルからハイレベルに反転
し、その結果トランジスタＴＲ３がオン駆動され、リレ
ーＲＬが通電されて、制動接点ＳＷ２が閉側に駆動され
る。これよって直流モータＭは操作レバーの操作とは無
関係に制動されて急停止することとなる。

このような急停止動作は、っぎのような効果がある。

すなわち、電気ドライバにおいてネジの締め付は作業が
完了すると、操作レバーから手指を離してそれをフリー
ボジンヨンに戻し電源スィッチＳＷｔを開いて直流モー
タＭを停止させるのであるか、操作レバーがフリーボノ
ノヨンに戻っているのに直流モータＭかそれの慣性の作
用で停止するまでに若干の時間かかかったのでは、その
間、直流モータＭに大電流が流れ続ける結果、電源Ｅの
消耗が激しくなるばかりか、直流モータＭのトルクが設
定トルクを越えているのに停止しない１こめにネジに必
要以上のトルクかかかってネジ頭部か損傷するおれそが
あるといっ１こ不具合があるが、本実施例においては、
直流モータＭが上述のように急停止することから、その
ような電源Ｅの消耗とかネジ頭部の損傷とかを有効に避
けることができる。

ところで、本実施例においては、従来、操作レバーの最
大操作ストローク位置において閉じることでモータ電流
開閉素子ＴＲ２のドレイン−ソースＤ−９間を短絡させ
る機械的な短絡スイッチが設けられていないから、該短
絡スイッチの接点摩耗による短寿命化による不具合の解
消と、部品点数の削減化とを図れるとともに、全操作ス
トローク範囲での直流モータＭの回転数制御とトルク制
御とを行うことができろ。

（発明の効果） 以上説明したことから明らかなように本発明によれば、
短絡スイッチの省略化によって操作レバーの全操作スト
ロークの範囲で直流モータの回転速度およびトルク制御
を自動的に行うことができることから、電動工具として
の高機能化の而ではたいへん有利になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る直流モータの定速制御回
路の回路図、第２図は該制御回路の動作説明に供するタ
イミングチャートである。 Ｅ・・電源、Ｍ・・直流モータ、ＴＲ２・・モータ電流
開閉素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流モータと電源との間にモータ電流開閉素子を
   設け、このモータ電流開閉素子両端に短絡スイッチを設
   け、直流モータの回転数あるいはトルクに応じてモータ
   電流開閉素子のオンデューティーを変えるとともに、操
   作レバーの最大操作ストローク位置においては該短絡ス
   イッチを閉じるようにした直流モータ制御回路において
   、 前記短絡スイッチを省略して操作レバーの全操作ストロ
   ークに合わせて直流モータの回転数あるいはトルクを制
   御することを特徴とする直流モータ制御回路。