JPH04208097A - 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） 直流モータを用いた電動工具例えば電気トライバにおい
ては一般には直流モータと電気ドライバとの間に減速ギ
ヤ機構を介在させて直流モータを回転制御させている。

そして、このような電気ドライバにおいては、直流モー
タを高速回転させてネジを締め付けていくときに直流モ
ータのトルクが急激に増大してきているのに、そのまま
継続してネジを更に締め付は続けると、ネジの頭部に過
大なトルクが作用する結果、該頭部が漬れてしまうこと
になる。そこで、直流モータのトルクがリミットトルク
に達すると動作するようにクラッチ機構を設け、直流モ
ータのトルクが一定のリミットトルクに達したときには
、クラッチ機構を動作させて直流モータの回転力が電気
ドライバに伝達されないようにして直流モータが過大ト
ルク状態にならないようし、結果として、ネジ頭部に過
大なトルクがかからないようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このようなりラッチ機構を用いたものは装置
としては大掛かりなものとなるので、これを避けるへく
クラッチ機構をまっｆこく用いずにこれと同等の機能を
電子的な回路構成でちってドルクリミツＹを気、けられ
るようにし、も。も提案されている。

この電子的方式による従来のトルクリミットについて第
３図を参照して説明する。なお、この明細書におけるデ
ユーティ−とは、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と定義する。

いま、代表的に示される各デユーティ−４０％。

６０％、８０％に対して直流モータの回転数とトルクと
が第３図に示すような関係にあり、かつトルクＡ、Ｂ、
Ｃをそれぞれ、必要に応じて設定される直流モータの各
トルクリミット値とする。そして、電気ドライバの操作
レバーの引き込み量（操作ストローク位置）Ｐ２Ｏ，Ｐ
２Ｏ，Ｐ２Ｏに応じて直流モータのデユーティ−がそれ
ぞれ４０％。

６０％、８０％と変化するものとする。

仮に、操作レバーの引き込み位置をＰ２Ｏに維持して回
転数とトルクとの関係がデユーティ−４，０％になるよ
うに設定し、かつ、トルクリミット値をＡとして直流モ
ータを回転させて電気トライバでネジ締め作業をしてい
るときに、ネジが締められることで電気トライバの負荷
が増大し、結果、その回転数が第３図のデユーティ−４
０％の特性線に沿って低下してくると、それに伴って直
流モータのトルクが増大してくるが、その増大）・ルク
かトルクＡに増大しｆこときの回転数は、ａのように比
較的低い状態にある。このように回転数が低いと直流モ
ータとその減速ギヤ機構の慣性も小さくなっているから
、直流モータにトルクリミットがかかると、直流モータ
は容易に回転停止でき、ネジ頭部の潰れはなくなる。

しかしながら、トルクリミット値をＡに設定しである一
方で、直流モータの回転数を上げるために操作レバーの
引き込み位置をＰ２ＯとかＰ２Ｏにしてデユーティ−を
６０％とか８０％とかに維持している場合では直流モー
タの回転数とトルクとの関係は特性線６０％とか８０％
になっているから、トルクリミット値がＢとかＣとかで
はなくＡの場合には、直流モータの負荷の増大に応じて
直流モータのトルクが増大してそのトルクリミット値Ａ
に達したときでは該直流モータの回転数はｂあるいはＣ
のように比較的高くなっている。

したがって、このように高い回転数すまたはＣのときで
は直流モータと減速ギヤ機構の慣性が大きいから、この
ときに直流モータにトルクリミットがかかってしまった
のでは、直流モータは容易には停止せず、したがって、
直流モータの過大なトルクでネジの頭部が潰れてしまい
、作業がしづらくなる。

したがって、本発明においては、作業者がどのようにト
ルクリミット値を設定しても、操作レバーの操作ストロ
ークが最大になったときのデユーティ−を、前記設定ト
ルクリミット値に応じた最大デユーティ−とし、これに
よって直流モータのトルクが設定トルクリミット値にな
ったときは、該直流モータか低速回転になっているよう
にし、作業者が同等意識的な制御操作をすることなく、
直流モータ等の慣性の影響を殆ど受けることなく容易に
作業を進めることができるようにすることを目的として
いる。

（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、本発明の直流モータ
制御回路においては、トルクリミット値設定手段と、ト
ルクリミット値に応して最大デユーティ−を決定する最
大デユーティ−決定手段と、操作レバーの操作ストロー
ク位置に応じてデユーティ−を設定するとともに、最大
の操作ストローク位置におけるデユーティ−が最大デユ
ーティ−に従うデユーティ−設定手段と、デユーティ−
に従って直流モータの駆動パルスを出力制御する手段と
を具備したことを特徴としている。

（作用） トルクリミット値設定手段でトルクリミット値を設定す
る。最大デユーティ−決定手段は、その設定トルクリミ
ット値に応じた最大デユーティ−を決定する。そして、
操作レバーを操作すると、デーユティー設定手段は、そ
の操作ストロークに応じたデユーティ−を出力するので
あるが、その操作ストロークが最大になってもそのデユ
ーティ−は、設定トルクリミット値に応した最大デユー
ティ−であるから、直流モータのトルクかトルクリミッ
ト値に達したときは、出力制御手段によって直流モータ
は低速回転されており、したかって、直流モータのトル
クかトルクリミット値になったときは直流モータとかそ
の減速ギヤ機構の慣性は小さくなっている。

（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
。なお、この実施例では電動工具の一例として電気ドラ
イバに適用して説明することにするが、他の電動工具は
勿論のこと、他の駆動対象にも適用することができるの
は勿論である。

第１図は、本発明の実施例に係る直流モータ制御回路を
示す回路図である。

同図において、ＣＣは抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺ
Ｄとからなる定電圧回路であって、定電圧ＶＺを発生出
力している。ＤＤは３個の直列接続されたダイオードか
らなり、各ダイオードそれぞれの順方向電圧をＶｆどし
ｆコ場合に、定電圧〜′Ｚから３Ｖｆ差し引いｆ二電圧
Ｖｍ　ａ　ｘを出力している。この〜“ｍａＸは、三角
波発振器ＯＣの三角波電圧の上限値に対応している。

ＶＲＩは可動端子Ｔが電気ドライバの操作レバーに連動
するデユーティ−設定器であり、該可動端子Ｔを介して
操作レバーにおけるフリーボノノヨン（操作ストローク
位置がゼロ）　Ｐｍ　ｉ　ｎかう最大操作ストローク位
置Ｐｍ　ａ　ｘの間における操作ストローク位置Ｐｘに
比例した設定電圧Ｖｘを発生するようになっている。

ここで、デユーティ−設定器ＶＲＩの可動端子Ｔの位置
を示す点Ｘは、操作レバーの操作ストロークがＰｍ　ｉ
　ｎからＰｍ　ａ　ｘになるにつれて、点ａから点Ｃに
移動する。なお、この設定電圧ＶＸについて、詳しくは
後述するが、ここで簡単に言えば、ａ−Ｘ間の抵抗値（
ダイオードＤＤのカソード側と可動端子Ｔとの間の設定
器ＶＲＩの抵抗値〕をｒｘｌ、ｘ−ｃ間の抵抗値（設定
器ＶＲＩの全抵抗値からｒｘｌを差し引いた抵抗値）を
ｒｘ２、抵抗Ｒ４の抵抗値をｒｙとしたとき、次式■で
あられされる。

Ｖｘ−（ｒｙ＊ｒｘ　２／（ｒｘ　　１＋ｒｙ＊ｒｘ２
））ｘＶｍａｘ　＋（ｒｘ　　［＊ｒｘ　２／（ｒｙ　
＋ｒ　ｘ　　ｌ　＊ｒ　ｘ　２）　　）　ＸＶＹ　’　
−−■たたし、＊は、並列接続された２つの抵抗の合成
抵抗値を示す記号、■ｙ′は、反転増幅器ＡＭＰの出力
電圧である。

三角波発振器ＯＣは、三角波電圧を発生し、かつ三角波
電圧における設定電圧Ｖｘを上回る電圧部分を駆動パル
スとして出力するものであって、該駆動パルスを抵抗Ｒ
７を介してスイッチング素子ＴＲ４のゲートＧに出力す
るようになっている。

トルク検出回路ＴＤは、直流モータＭからスイッチング
素子Ｔ　Ｒ，４のスイッチ部Ｄ−Ｓを介して流れる電流
を検出する電流検出抵抗Ｒ１６と、抵抗Ｒ１５およびコ
ンデンサＣからなる平滑回路とからなり、スイッチング
素子ＴＲ４のスイッチ部り−Ｓを流れる電流を電流検出
抵抗Ｒ１６で検出するとともに、その検出出力を平滑回
路で平滑してそれを直流モータＭの現）・ルク出力とし
て、トルク比較回路ＡＰＩの非反転入力部（十）に出力
するようになっている。

トルクリミット値設定回路ＴＬは、トルクリミット値設
定器ＶＲ２、抵抗Ｒ］３、ＲＩ４で構成されていて、ト
ルクリミット値設定器ＶＲ２て直流モータＭのトルクの
上限値をトルクリミット値として設定できるようになっ
ていて、そのトルクリミット値をトルク比較回路ＡＰＩ
の反転入力部（−）に出力できるようになっている。ト
ルク比較回路ＡＰＩは、トルク検出回路ＴＤとトルクリ
ミット値設定回路ＴＬそれぞれからの現トルク値とトル
クリミット値との各出力を比較し、現トルクが直流モー
タＭのトルクリミット値に達したときには出力部から直
流モータ停止出力を出力するようになっている。バイパ
ス用トランジスタＴＲＩは、ベースがトルク比較回路Ａ
ＰＩの出力部に接続され、スイッチ部（コレクタ・エミ
ッタ、以下、同様。）Ｃ１−Ｅｌが前記発振パルス出力
に対するバイパス通ＢＰ回路内に挿入されており、かつ
、前記直流モータ停止出力の入力に応答してスイ、ツチ
部ＣＩ−Ｅｌかオフして発振パルス出力をバイパスする
ようになっている。

自己保持回路ＳＨは、操作ストローク検出回路Ｏ８と、
第１および第２の自己保持用トランジスタＴＲ２，ＴＲ
３とを有している。操作ストローク検出回路ＯＳは、抵
抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ８、および比較回路ＡＰ２で構成され
ており、抵抗Ｒ２，Ｒ３はツェナーダイオードＺＤ両端
間電圧を分圧して、これを比較回路ＡＰ２の非反転入力
部（＋）に対する基準電圧Ｖｒ　ｅ　ｆとして出力する
ものであり、比較回路ＡＰ２は、デユーティ−設定器■
Ｒ１から反転入力部（−）に与えられる設定電圧Ｖｘと
、前記のようにして非反転入力部（＋）に与えられる基
準電圧Ｖｒ　ｅ　ｆとを比較するものであり、直電圧Ｖ
ＸとＶｒ　ｅ　ｆとに基づいて操作レバーが、フリーポ
ジションにいないときの操作ストロークに対応して第１
の自己保持用トランジスタＴＲ２をオン可能にさせるハ
イレベルの自己保持出力を比較出力し、フリーポジショ
ンにあるときは第１の自己保持用トランジスタＴＲ２を
オフにするローレベルの自己保持解除出力を比較出力す
るようになっている。第１の自己保持用トランジスタＴ
Ｒ２は、スイッチ部Ｃ２−Ｅ２か、トルク比較回路ＡＰ
Ｉからの直流モータ停止出力に対するバイパス通路ＢＰ
２内に挿入されており、かつ、操作ストローク検出回路
Ｏ８から自己保持出力が与えられている状態でバイパス
用トランジスタＴＲＩのスイッチ部ＣＩ　−Ｅ　Ｉか直
流モータ停止出力によってオンしたときに当該スイッチ
部Ｃ２−Ｅ２がオンするようになっている。第２の自己
保持用トランジスタＴＲ３は、スイッチ部Ｃ３−Ｅ３が
トルクリミット値設定回路ＴＬからのトルクリミット値
の設定出力に対するバイパス通路ＢＰａ内に挿入されて
おり、かつ、第１の自己保持用トランジスタＴＲ２のス
イッチ部ＣＩ　−Ｅ　１がオンしているときに、当該ス
イッチ部Ｃ３−Ｅ３がオンしてトルクリミット値の設定
出力をバイパスするようになっている。

ＭＤは最大デユーティ−決定回路であって、反転増幅器
ＡＭＰと、抵抗Ｒ４とからなる。反転増幅器ＡＭＰは、
抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１ｌ、Ｒ１２およびオペレーノヨナ
ルアンプＯＰで構成されている。そして、最大デユーテ
ィ−決定回路ＭＤは、トルクリミット値設定器ＶＲ２で
の設定電圧ｖｙを反転増幅器ＡＭＰで反転増幅してなる
電圧をトルクリミット値設定電圧Ｖｙ′とする。　まず
、本実施例のトルクリミット動作を説明する。

トルクリミット値設定器ＶＲ２でトルクリミット値をト
ルクＡとしたうえで、操作レバーを操作し、これに連動
するデユーティ−設定器ＶＲＩによって設定される電圧
ＶＸで直流モータＭが回転駆動されている状態でネジが
締め付けられているときに、トルク検出回路ＴＤにおい
て、直流モータＭの現トルクが検出出力されている。こ
の状態で、トルク比較回路ＡＰＩにおいては、その現ト
ルク検出出力と、トルクリミット値設定器ＶＲ２による
トルクＡに対応のトルクリミット値設定出力とが常時、
比較されている。

この比較において、ネジが締め付けられていって直流モ
ータＭの回転数が低下する一方、現トルクか増大して直
流モータＭのトルクがトルクリミット値Ａに達したとき
には、トルク比較回路ＡＰＩの出力部からは直流モータ
Ｍの回転を停止させる回転停止出力が出力される。そう
すると、バイパス用トランジスタＴＲＩは、この直流モ
ータ停止出力の人力に応答してスイッチ部ＣＩ−Ｅｌか
オンにされるから、発振回路ＯＣからの発振ノくルス出
力は、バイパス通路ＢＰＩにバイパスされてしまう結果
、スイッチング素子ＴＲ４はオフして直流モータＭは回
転停止させられる。

一方、自己保持回路ＳＨにおける操作ストローク検出回
路Ｏ８が、第１の自己保持用トランジスタＴＲ２をオン
可能にさせるハイレベルの自己保持出力を出力している
ときに、第１の自己保持用トランジスタＴＲ２は、それ
のスイッチ部Ｃ２−Ｅ２が、バイパス用トランジスタＴ
ＲＩのスイッチ部ＣＩ　−Ｅ　ｌへの直流モータ停止出
力があるときにオンする。その結果、第２の自己保持用
トランジスタＴＲ３は、それのスイッチ部Ｃ３−Ｅ　３
かオンするから、バイパス通路ＢＰ３を介してドルクリ
ミントの設定出力をバイパスする。

このように、第２の自己保持用トランジスタＴＲ３かオ
ンすると、トルク比較回路ＡＰＩは常に、直流モータ回
転停止出力を出力することになり、これによってバイパ
ス用トランジスタＴＲＩは、発振回路ＯＣ出力をハ１′
パスするから、トルク比較回路ＡＰＩにトルク検出回路
ＴＤからいかなる現トルク検出出力が与えられても、直
流モータＭはトルクリミット値Ａに到達した時点で回転
停止する。その結果、直流モータＭはそれのトルクがト
ルクリミット値を越えて回転することがない。

なお、この場合、操作レバーをフリーポンンヨンにする
と、操作ストローク検出回路Ｏ８からローレベルの自己
保持解除出力が出力され、これによって、第１の自己保
持トランジスタＴＲ２かオフし、第２の自己保持トラン
ジスタＴＲ３もオフする結果、直流モータＭは回転停止
状態から解除され、操作レバーの操作ストロークに対応
して再び回転操作させることができる。

つぎに、本実施例の要部の動作を第２図を参、照して説
明する。

いま、トルクリミット値設定器ＶＲ２を操作してトルク
リミット値を第３図のＢにしたとする。

そして、操作レバーを引き込んでいくと、各部の電圧は
第２図（ａ）のように変化する。ます、点ａの電圧は’
ｖ’ｍａχで固定されている。反転増幅器ＡＭＰの出力
電圧ｖｙ’　もＶＢに固定される。

これによって、操作レバーの操作ストローク位置ＰＸに
応じて変化するのは、点Ｘの電圧ＶＸのみとなる。この
電圧Ｖｘは、トルクリミット値設定器ＶＲ２によりトル
クリミット値がＡ、Ｂ、Ｃに設定されて反転増幅器ＡＭ
Ｐの出力電圧ｖｙ’がそれぞれｖｙ　’　−ＶＡ、ＶＢ
、ＶＣに設定されたときに、それぞれ、ＶＸ　＝ＶＸ　
Ａ、Ｖｘ　Ｂ、Ｖｘ　Ｃの電圧特性線に沿って操作レバ
ーの操作ストローク位置ＰＸに応じて変化していくこと
になる。　すなわち、トルクリミット値設定器ＶＲ２で
トルクリミット値がＢでは、反転増幅器ＡＭＰの出力電
圧ｖｙ′がＶＢであるから、操作レバーの操作ストロー
ク位置ＰＸが変化すると、三角波発振器ＯＣへの電ｒｆ
Ｖ　Ｘは、前記式■に従ってＶｘＢのように変化するか
ら、操作レバーの操作ストローク位置Ｐｘが最大位置Ｐ
ｍ　ａ　ｘになっても、デユーティ−は第２図（ｂ）の
ように最大で６０％に変化するたけであるから、デユー
ティ−か６０％では、トルクリミット値がＢでは第３図
から明らかなように直流モータＭの回転数はａの低い値
になっている。同様に、トルクリミット値をＡに設定し
た場合もＣに設定した場合も、それぞれ、出力電圧ｖｙ
′はＶＡ、ＶＣであるから、操作レバーの操作ストロー
ク位置Ｐｘが最大位置Ｐｍ　ａ　ｘになってもデユーテ
ィ−が第２図（ｂ）のように最大でそれぞれ、４０％、
８０％％に変化するだけであるから、その結果、第３図
に従うと、直流モータＭのトルクがトルクリミット値Ａ
、Ｃに達したときの直流モータＭの回転数はａの低い値
になっている。

このようにして、作業者は、操作レバーをどのように操
作しても直流モータＭにトルクリミットかかかったとき
の該直流モータＭの回転数を低くすることができ、結果
として、直流モータＭとかその減速ギヤ機構の慣性の影
響をほとんと受けることなく、直流モータＭを回転停止
させて、ネジ頭部に過大なトルクがかかることによるそ
の損傷を防止することができる。

（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、
操作レバーの操作ストロークが最大になってもそのデユ
ーティ−は設定トルクリミット値に応じた最大デユーテ
ィ−であるから、直流モータのトルクがトルクリミット
値になったときは、直流モータは低速回転になっており
、したがって、作業者は同等意識的な操作をすることな
く、直流モータ等の慣性の影響をはとんと受けることな
く作業を容易に進めることができる。

【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制御回路の回
路図、第２図は第１図の制御回路の動作説明に供する各
部の電圧変化を示す図、第３図はデユーテイ−に対応し
１こ直流モータの回転数とトルクとの関係を示す図であ
る。 ＴＲ４・・・スイッチング素子、ＶＲＩ　　デユーティ
−設定回路、Ｖ　Ｒ２−１−ルクリミソト値設定器、Ｍ
Ｄ・・・最大デユーティ−決定回路、ＯＣ・発振回路、
ＴＤ・トルク検出回路、Ｔ　Ｌ　　トルクリミット設定
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）トルクリミット値設定手段と、トルクリミット値
   に応じて最大デューティーを決定する最大デューティー
   決定手段と、操作レバーの操作ストローク位置に応じて
   デューティーを設定するとともに、最大の操作ストロー
   ク位置におけるデューティーが最大デューティーに従う
   デューティー設定手段と、デューティーに従って直流モ
   ータの駆動パルスを出力制御する手段と、を具備したこ
   とを特徴とする直流モータ制御回路。