JPH07337065A

JPH07337065A - 直流モータ制御回路

Info

Publication number: JPH07337065A
Application number: JP6128731A
Authority: JP
Inventors: Koji Omori; 浩二大盛; Tomohiro Kataoka; 朋宏片岡; Kazunori Kajitani; 和則梶谷
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】直流モータＭの回転の初期段階において、スト
ロークの変化に対する直流モータＭの回転数の変化量を
小さくして、電動工具に適用した場合に、その使い勝手
を向上させることを目的とする。【構成】半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端の平滑電
圧Ｖ６と電圧設定用ボリウムＶＲで設定された設定電圧
Ｖ０とを比較して比較出力Ｖ３を与える反転増幅回路３
と、三角波発振器１からの三角波電圧Ｖ４と反転増幅回
路３の出力Ｖ３とを比較して駆動信号Ｖ５を出力するオ
ペアンプ５とを備え、電圧設定用ボリウムＶＲで設定さ
れた設定電圧Ｖ０と、モータの回転数と逆比例の関係に
ある半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端の平滑電圧Ｖ
６とが、一致するように半導体スイッチング素子ＴＲ１
に対して負帰還をかける構成としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、電気鋸などのように直流モータによっ
て駆動される電動工具に好適な直流モータ制御回路に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、従来例の電動工具の直流モー
タ制御回路の回路図である。

【０００３】同図において、Ｅは電動工具内蔵の電源、
Ｍは直流モータ、５２は電源スイッチであり、この電源
スイッチ５２は、電動工具の操作レバーの引き込み量
（ストローク）が所定量（遊び分の操作量）に達したと
きに、これに応じて閉じるようになっており、この電源
スイッチ５２においては、図示の接点位置では、直流モ
ータＭの両端のモータ端子を短絡して制動しており、直
流モータＭを一方側に回転駆動させるときは図で一方側
の接点５２ａだけが図とは反対側に、また他方側に回転
駆動させるときは図で他方側の接点５２ｂだけが図とは
反対側に、それぞれ切り替わる。すなわち、電源スイッ
チ５２のいずれか一方の接点５２ａ（５２ｂ）だけが図
の状態から切り替わることで直流モータＭに駆動電流が
流れて該直流モータＭが回転駆動される。

【０００４】また、５３は半導体スイッチング素子とし
てのＦＥＴ、５４は電動工具の操作レバーを最大ストロ
ークまで引き込んだ際に閉じて半導体スイッチング素子
５３の開閉部を短絡させる短絡接点、５９は電動工具の
操作レバーの操作に連動して摺動子が抵抗基板上を摺動
することにより、その操作に応じて設定電圧を出力する
電圧設定用ボリウム、５１は駆動信号出力回路であっ
て、電源スイッチ５２およびダイオード５５，５６を介
して与えられる電源Ｅに基づいて、図１７（ａ）に示さ
れる三角波電圧を発生出力する三角波発振器５７と、反
転入力部（−）に三角波電圧ａが入力されるとともに、
非反転入力部（＋）に電圧設定用ボリウム５９による設
定電圧ｂが入力される比較器５８と、比較器５８の比較
出力に応じて図１７（ｂ）に示される駆動信号ｃを半導
体スイッチング素子５３のゲートに出力するスイッチン
グ回路６０とを備えている。

【０００５】かかる従来例の直流モータ制御回路は、電
動工具の操作レバーを引き込み操作することにより、そ
のストロークに応じた設定電圧ｂが比較器５８に入力さ
れることになり、この設定電圧ｂに応じて図１７（ｂ）
に示されるように駆動信号ｃのデューティが制御されて
直流モータＭの回転数が制御されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、一般に、直
流モータの回転数Ｎと駆動信号の出力デューティＤと
は、図１８の特性図に示されるように、非線形となって
おり、一方、駆動信号の出力デューティＤと操作レバー
のストロークＳとは、図１９の特性図に示されるように
直線関係が成立するので、直流モータＭの回転数Ｎと操
作レバーのストロークＳとは、図２０に示されるように
上に凸の非線形な関係となっている。

【０００７】一般に電動工具、例えば、電気ドライバで
ネジを締め付ける際には、位置決めが必要な初期の段階
においては、直流モータの回転数Ｎは低い方が望ましい
が、図２０に示されるように、従来例においては、回転
数ＮとストロークＳとの関係は、上に凸の非線形な関係
であるために、直流モータの回転数Ｎが低い領域のスト
ロークＳの幅は狭く、このため、微調整が難しく、使い
勝手の悪いものであった。

【０００８】このため、電圧設定用ボリウム５９の厚膜
抵抗の形状を変えて、操作レバーのストロークに対して
抵抗値を非線形に取り出すことも考えられるが、所望の
特性を得るには限界のあるものであった。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、特に、直流モータの回転の初期段階におい
て、ストロークの変化に対する直流モータの回転数の変
化量を小さくし、電動工具に適用した場合に、その使い
勝手を向上させることを目的とする。

【００１０】また、本発明は、直流モータ制御回路にお
いて、半導体スイッチング素子に過電流が流れたり、異
常発熱を生じた場合に、半導体スイッチング素子が破損
するのを防止することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【００１２】すなわち、請求項１の本発明は、直流モー
タに半導体スイッチング素子を接続するとともに、半導
体スイッチング素子を駆動信号でスイッチング制御して
直流モータに流れる電流を可変制御する直流モータ制御
回路であって、前記半導体スイッチング素子の両端電圧
と電圧設定器で設定された設定電圧とを比較して比較出
力を与える第１比較回路と、基準電圧発生回路からの基
準電圧と前記第１比較回路の比較出力とを比較して前記
駆動信号を出力する第２比較回路とを備えている。

【００１３】請求項２の本発明は、請求項１の直流モー
タ制御回路において、前記スイッチング素子の両端電圧
を平滑化して前記第１比較回路に出力する平滑回路を備
えている。

【００１４】請求項３の本発明は、請求項１または２の
直流モータ制御回路において、前記電圧設定器で設定さ
れた設定電圧を、非線形な特性で補正して前記第１比較
回路に出力する電圧補正回路を備えている。

【００１５】請求項４の本発明は、請求項１ないし３の
いずれかの直流モータ制御回路において、前記半導体ス
イッチング素子がオフしている期間の該半導体スイッチ
ング素子の両端電圧を、前記第１比較回路に出力するス
イッチ回路を備えている。

【００１６】請求項５の本発明は、直流モータに半導体
スイッチング素子を接続するとともに、半導体スイッチ
ング素子を駆動信号でスイッチング制御して直流モータ
に流れる電流を可変制御する直流モータ制御回路であっ
て、前記半導体スイッチング素子がオンしている期間の
該半導体スイッチング素子の両端電圧と参照電圧とを比
較し、前記両端電圧が参照電圧よりも大きくなったとき
に、前記半導体スイッチング素子を強制的にオフする保
護回路を備えている。

【００１７】請求項６の本発明は、請求項１ないし４の
いずれかの直流モータ制御回路において、前記半導体ス
イッチング素子がオンしている期間の該半導体スイッチ
ング素子の両端電圧と参照電圧と比較し、前記両端電圧
が参照電圧よりも大きくなったときに、前記半導体スイ
ッチング素子を強制的にオフする保護回路を備えてい
る。

【００１８】

【作用】本発明の直流モータ制御回路は、半導体スイッ
チング素子の両端電圧を利用することを、その主要な構
成としており、この両端電圧は、後述するように無負荷
の状態においては、モータの回転数との間に、逆比例の
関係が成立するものである。

【００１９】先ず、請求項１の本発明によれば、半導体
スイッチング素子の両端電圧と電動工具の操作レバーの
ストロークに対応する電圧設定器で設定された設定電圧
とを比較し、その比較出力と三角波電圧などの基準電圧
とを比較し、その比較出力を駆動信号として半導体スイ
ッチング素子に与えてスイッチング素子を制御してい
る、すなわち、電圧設定器で設定された設定電圧と、モ
ータの回転数と逆比例の関係にある半導体スイッチング
素子の両端電圧とが、一致するように半導体スイッチン
グ素子に対して負帰還をかける構成としているので、上
述の図２０に示される直流モータの回転数Ｎと操作レバ
ーのストロークＳとの関係を、従来の上に凸から直線状
にすることができ、これによって、直流モータの回転数
Ｎが低い領域におけるストロークＳの幅が広くなる。

【００２０】請求項３の本発明によれば、さらに、電圧
設定器で設定された設定電圧を、非線形な特性で補正し
て第１比較回路に出力する電圧補正回路を備えているの
で、上述の図２０に示される直流モータの回転数Ｎと操
作レバーのストロークＳとの関係を、直線状から下に凸
の非線形な特性にすることができ、これによって、直流
モータの回転数Ｎが低い領域におけるストロークＳの幅
を、一層広くすることができる。

【００２１】請求項４の本発明によれば、直流モータの
回転数と逆比例の関係が成立する半導体スイッチング素
子がオフしている期間における該半導体スイッチング素
子の両端電圧を、第１比較回路に出力するスイッチ回路
を備えているので、直流モータを、そのトルクが変動し
ても設定電圧に対応した回転数で定速回転させる定速制
御が可能となる。

【００２２】請求項５または請求項６の本発明によれ
ば、前記半導体スイッチング素子がオンしている期間の
該半導体スイッチング素子の両端電圧と参照電圧とを比
較し、前記両端電圧が参照電圧よりも大きくなったとき
に、前記半導体スイッチング素子を強制的にオフする保
護回路を備えているので、半導体スイッチング素子に過
電流が流れたり、異常発熱を生じて前記両端電圧が増大
したときには、保護回路が動作して半導体スイッチング
素子をオフされるので、動作不良や破損が防止されるこ
とになる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００２４】図１は、本発明の一実施例の直流モータ制
御回路の回路図であり、この実施例の直流モータ制御回
路は、電動工具に備えられている。

【００２５】同図において、ＣＶは定電圧回路であっ
て、抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１とを直列に接
続してなり、駆動電流供給・遮断用のスイッチＳＷ１を
介して与えられる電動工具内蔵の電源Ｅ１に基づいて、
ツェナーダイオードＺＤ１のカソードに所定の定電圧Ｅ
２を生成出力する。

【００２６】１は基準電圧発生回路としての三角波発振
器であって、発振用コンデンサＣ１と共に、三角波電圧
を生成出力する。

【００２７】２は直流モータＭの回転速度を設定する速
度設定部であり、この速度設定部２には、電動工具の操
作レバーの引き込み操作に連動してその可動端子が動
き、この可動端子からその引き込み操作量（ストロー
ク）に対応した電圧を設定電圧Ｖ０として出力する電圧
設定用ボリウムＶＲが設けられている。

【００２８】３は第１比較回路としての反転増幅回路で
あって、オペアンプ６、抵抗Ｒ５，Ｒ６およびコンデン
サＣ２を有しており、電圧設定用ボリウムＶＲからの設
定電圧Ｖ０を非反転入力部（＋）に入力するとともに、
平滑回路４で平滑化された電圧Ｖ６を反転入力部（−）
に入力し、両電圧の差に対応した電圧Ｖ３を駆動信号と
して出力する。

【００２９】平滑回路４は、分圧抵抗Ｒ７，８および平
滑コンデンサＣ３を備えており、半導体スイッチング素
子ＴＲ１の両端電圧Ｖ７を平滑化してオペアンプ６の反
転入力部（−）に出力する。

【００３０】半導体スイッチング素子ＴＲ１は、ＦＥＴ
で構成されており、スイッチ部Ｄ−Ｓが電源Ｅ１と直流
モータＭとの間、詳しくは、スイッチ部一端側であるド
レインＤが直流モータＭの一端に、スイッチ部他端側で
あるソースＳが電源Ｅ１のマイナス電極にそれぞれ接続
されている。この半導体スイッチング素子ＴＲ１のゲー
トには、第２比較回路としてのオペアンプ５からの駆動
信号が、電流制限抵抗Ｒ９を介して与えられる。

【００３１】このオペアンプ５の非反転入力部（＋）に
は、三角波発振器１からの三角波電圧Ｖ４が入力され、
反転入力部（−）には、反転増幅回路３の出力電圧Ｖ３
が入力され、両電圧を比較してその比較出力を駆動信号
Ｖ５として半導体スイッチング素子ＴＲ１のゲートに出
力する。なお、直流モータＭには、保護ダイオードＤ１
が並列に接続されている。

【００３２】以上の構成を有する直流モータ制御回路の
無負荷運転時の動作を、図２および図３の信号波形図に
基づいて説明する。

【００３３】これらの図において、（ａ）はオペアンプ
５に入力される反転増幅回路３の出力電圧Ｖ３および三
角波電圧Ｖ４、（ｂ）は駆動信号であるオペアンプ５の
出力電圧Ｖ５、（ｃ）は半導体スイッチング素子ＴＲ１
の両端電圧Ｖ７およびその平滑電圧Ｖ６、（ｄ）は電圧
設定用ボリウムＶＲによる設定電圧Ｖ０を、それぞれ示
しており、図２および図３は、電圧設定用ボリウムＶＲ
による設定電圧Ｖ０が異なる状態を示している。

【００３４】この実施例では、操作レバーの引き込み操
作量（ストローク）に対応した電圧Ｖ０が、電圧設定用
ボリウムＶＲから反転増幅回路３のオペアンプ６の非反
転入力部（＋）に与えられるとともに、半導体スイッチ
ング素子ＴＲ１の両端電圧Ｖ７を平滑した平滑電圧Ｖ６
が、オペアンプ６の反転入力部（−）に与えられ、オペ
アンプ６は、その差に対応した出力電圧Ｖ３を、オペア
ンプ５の反転入力部（−）に与える。オペアンプ５は、
反転入力部（−）に与えられる出力電圧Ｖ３と非反転入
力部（＋）に与えられる三角波電圧Ｖ４との差に対応し
た出力電圧Ｖ５を駆動信号として半導体スイッチング素
子ＴＲ１のゲートに出力し、これによって、半導体スイ
ッチング素子ＴＲ１がオンオフ制御されて直流モータＭ
の駆動が制御される。

【００３５】このように、半導体スイッチング素子ＴＲ
１の両端の平滑電圧Ｖ６と、電圧設定用ボリウムＶＲの
設定電圧Ｖ０とをオペアンプ６で比較し、その比較出力
Ｖ３と三角波電圧Ｖ４とを比較し、その比較出力Ｖ５を
駆動信号として半導体スイッチング素子ＴＲ１を制御し
ているので、図２（ｃ），（ｄ）および図３（ｃ），
（ｄ）にそれぞれ示されるように、電圧設定用ボリウム
ＶＲで設定した設定電圧Ｖ０と、半導体スイッチング素
子ＴＲ１の両端の平滑電圧Ｖ６とが一致するように制御
されることになる。

【００３６】ここで、半導体スイッチング素子ＴＲ１の
両端の平滑電圧Ｖ６と直流モータＭの回転数Ｎとの関係
について説明する。

【００３７】今、図４に示されるように、電機子の巻線
抵抗がＲａである直流モータＭに、スイッチング素子Ｔ
Ｒを接続し、電源電圧Ｅを印加したときの駆動電流をＩ
ａ、モータ固有の比例定数をＫ_E、モータの回転数を
Ｎ、スイッチング素子ＴＲの両端の平均電圧をＶ_TRとす
ると、電源電圧Ｅは、一般に、次式で示される。

【００３８】Ｅ＝Ｉａ・Ｒａ＋Ｋ_E・Ｎ＋Ｖ_TR …… したがって、直流モータＭの両端の平均電圧Ｖ_TRは、次
のように表される。

【００３９】Ｖ_TR＝Ｅ−Ｉａ・Ｒａ−Ｋ_E・Ｎここで、直流モータＭに負荷がかかっていない無負荷状
態では、Ｉａ・Ｒａは、小さく無視することができ、ま
た、電源電圧Ｅおよび比例定数Ｋ_Eは一定であるので、
この状態では、スイッチング素子ＴＲの両端の平均電圧
Ｖ_TRは、直流モータＭの回転数Ｎに逆比例することにな
る。

【００４０】したがって、図１の実施例によれば、直流
モータＭの無負荷運転時には、電圧設定用ボリウムＶＲ
で設定された設定電圧Ｖ０に、直流モータＭの回転数Ｎ
と逆比例の関係にある半導体スイッチング素子ＴＲ１の
両端の平滑電圧Ｖ６を一致させるように制御するので、
設定電圧Ｖ０に対応する電動工具の操作レバーのストロ
ークと直流モータＭの回転数Ｎとを比例関係とすること
ができる。

【００４１】図５は、この実施例における電圧設定用ボ
リウムＶＲの設定位置（ストローク）、設定電圧Ｖ０、
半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端の平滑電圧Ｖ６お
よび直流モータＭの回転数Ｎの関係をそれぞれ示す特性
図である。

【００４２】同図（ａ）は、直流モータＭの回転数Ｎと
半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端の平滑電圧Ｖ６と
の関係を示す特性図、同図（ｂ）は電圧設定用ボリウム
ＶＲの設定位置と設定電圧Ｖ０との関係を示す特性図、
同図（ｃ）は電圧設定用ボリウムＶＲの設定位置と直流
モータＭの回転数Ｎとの関係を示す特性図である。

【００４３】同図（ｂ）に示されるように、操作レバー
の引き込み量に対応する電圧設定用ボリウムＶＲの設定
位置と、設定電圧Ｖ０とは、逆比例の関係にあり、引き
込み量が大きくなれば、設定電圧Ｖ０が低下する。

【００４４】一方、この設定電圧Ｖ０に等しくなるよう
に、半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端の平滑電圧Ｖ
６は、制御されるとともに、同図（ａ）に示されるよう
に、半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端の平滑電圧Ｖ
６と直流モータＭの回転数Ｎとは、逆比例の関係にある
ので、同図（ｂ）の電圧設定用ボリウムＶＲの設定位置
は、その設定電圧Ｖ０に等しい平滑電圧Ｖ６に対応する
直流モータＭの回転数Ｎに対して、同図（ｃ）に示され
るように比例関係が成立することになる。

【００４５】すなわち、従来例において、上述の図２０
に示されるように、直流モータの回転数Ｎとストローク
Ｓとの関係は、上に凸の非線形な関係であるために、直
流モータの回転数Ｎが低い領域のストロークＳの幅は狭
くなっており、微調整が難しく、使い勝手の悪いもので
あったが、この実施例によれば、図５（ｃ）に示される
ように、直流モータの回転数ＮとストロークＳ（電圧設
定用ボリウムＶＲの設定位置）との関係は、直線関係と
なり、従来例に比べて、直流モータＭの回転数Ｎが低い
領域のストロークＳの幅は広くなり、使い勝手が向上す
る。

【００４６】また、この実施例では、電圧設定用ボリウ
ムＶＲで設定された設定電圧Ｖ０に、半導体スイッチン
グ素子ＴＲ１の両端の平滑電圧Ｖ６が、一致するように
負帰還をかける構成としているので、図３に示される無
負荷運転の状態から図６に示される負荷運転に移行する
と、平滑電圧Ｖ６を、設定電圧Ｖ０に維持するようにフ
ィードバックがかかり、図６（ａ）に示されるように反
転増幅回路３の出力電圧Ｖ３のレベルが低下し、図６
（ｂ）に示されるように駆動信号であるオペアンプ５の
出力電圧Ｖ５のデューティが増加することになり、これ
によって、直流モータＭの回転数Ｎの低下の度合いが少
なくなる。

【００４７】図７は、このような直流モータＭの回転数
Ｎと負荷に対応する発生トルクＴとの関係を示す特性図
であり、実線は、従来例の特性を示し、破線は、この実
施例の特性を示している。

【００４８】図７の破線に示されるように、この実施例
では、負荷が増加するにつれて、上述のようにデューテ
ィを増加させるようにフィードバックがかかるために、
直流モータＭがロック状態となるまでの特性がなだらか
となり、負荷に対して安定に動作し、使い勝手が向上す
る。

【００４９】図８は、本発明の他の実施例の直流モータ
制御回路の回路図であり、上述の実施例に対応する部分
には、同一の参照符号を付す。

【００５０】この実施例の直流モータ制御回路は、直流
モータＭの回転数ＮとストロークＳとの関係を、上述の
実施例の直線関係から下に凸の非線形の関係にすること
により、一層の使い勝手の向上を図るものであり、この
ため、電圧設定用ボリウムＶＲで設定された設定電圧
を、後述する非線形な特性で補正してオペアンプ６の非
反転入力部（＋）に与える電圧補正回路１０を設けてお
り、その他の構成は、上述の実施例と同様である。

【００５１】この電圧補正回路１０は、電圧設定用ボリ
ウムＶＲの一端側と他端側との間に、分圧抵抗Ｒ２，Ｒ
３，Ｒ４が接続されるとともに、電圧設定用ボリウムＶ
Ｒの可動端子と、分圧抵抗Ｒ２とＲ３との接続点との間
には、分圧抵抗Ｒ１０とダイオードＤ２との並列回路が
接続され、分圧抵抗Ｒ３とＲ４との接続点が、反転増幅
回路３の非反転入力部（＋）に接続されている。

【００５２】この電圧補正回路１０の動作を、図９の特
性図に基づいて説明する。

【００５３】同図（ａ）は、直流モータＭの回転数Ｎと
半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端の平滑電圧Ｖ６と
の関係を示す特性図、同図（ｂ）は電圧設定用ボリウム
ＶＲの設定位置と、ダイオードＤ２のカソード側の電圧
Ｖ_K、ダイオードＤ２のアノード側の電圧Ｖ_Aおよび補正
された電圧Ｖ１との関係をそれぞれ示す特性図、同図
（ｃ）は電圧設定用ボリウムＶＲの設定位置と直流モー
タＭの回転数Ｎとの関係を示す特性図である。

【００５４】同図（ｂ）に示されるように、電圧設定用
ボリウムＶＲの設定電圧に対応するダイオードＤ２のカ
ソード側の電圧Ｖ_Kは、電圧設定用ボリウムＶＲの設定
位置と逆比例の関係にあり、一方、ダイオードＤ２のア
ノード側の電圧Ｖ_Aは、操作レバーの引き込み量が増加
して所定の電圧になると、ダイオードＤ２が導通し、カ
ソード側よりも０.６Ｖ高い電圧となり、このアノード
側の電圧Ｖ_Aが、抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧されて補正電圧
Ｖ１とされる。すなわち、この実施例では、ダイオード
Ｄ２の特性によって、電圧設定用ボリウムＶＲの設定位
置と補正電圧Ｖ１とが非線形な関係とされる。

【００５５】一方、この補正電圧Ｖ１に等しくなるよう
に、半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端の平滑電圧Ｖ
６は、制御されるとともに、同図（ａ）に示されるよう
に、半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端の平滑電圧Ｖ
６と直流モータＭの回転数Ｎとは、逆比例の関係にある
ので、同図（ｂ）の電圧設定用ボリウムＶＲの設定位置
は、その補正電圧Ｖ１に等しい平滑電圧Ｖ６に対応する
直流モータＭの回転数Ｎに対して、同図（ｃ）に示され
るように、下に凸の非線形な関係が成立することにな
る。

【００５６】すなわち、この実施例によれば、図９
（ｃ）に示されるように、直流モータＭの回転数Ｎとス
トロークＳ（電圧設定用ボリウムの設定位置）との関係
は、下に凸の非線形な関係となり、従来例に比べて、直
流モータＭの回転数Ｎが低い領域のストロークの幅は広
くなり、使い勝手が一層向上することになる。なお、本
発明の他の実施例として、ダイオードＤ２に代えて、ツ
ェナーダイオードを用いてもよい。

【００５７】図１０は、本発明のさらに他の実施例の直
流モータ制御回路の回路図であり、図１の実施例に対応
する部分には、同一の参照符号を付す。

【００５８】この実施例では、直流モータＭを、図１１
の特性図に示されるように、負荷が変動しても設定電圧
に対応した回転数Ｎで定速回転させる定速制御を可能に
するものであり、そのために、次のように構成してい
る。

【００５９】すなわち、この実施例では、半導体スイッ
チング素子ＴＲ１の両端の電圧を平滑化する平滑回路４
と、反転増幅回路３のオペアンプ６の反転入力部（−）
との間には、半導体スイッチング素子ＴＲ１がオフして
いる期間の両端電圧Ｖ７を取り出すためのスイッチ回路
１１が設けられている。このスイッチ回路１１は、オペ
アンプ５の出力が与えられるインバータ９と、このイン
バータ９の出力によってオンオフ制御されるアナログス
イッチ８とを備えている。なお、アナログスイッチ８が
完全にオフしているときに、不定になるのを防止するた
めに放電用抵抗Ｒ１１を平滑コンデンサＣ３に並列に接
続している。その他の構成は、図１の実施例と同様であ
る。

【００６０】この実施例では、スイッチ回路１１によっ
て、直流モータＭの回転数Ｎと逆比例の関係が成立する
半導体スイッチング素子ＴＲ１のオフ期間の両端電圧Ｖ
７を取り出して平滑電圧Ｖ１０としている。

【００６１】すなわち、上述の式に示されるように、
半導体スイッチング素子ＴＲ１がオフしている期間は、
駆動電流Ｉａは０であり、負荷の変動に拘わらず、半導
体スイッチング素子ＴＲ１の平均電圧と、直流モータＭ
の回転数Ｎとは、逆比例の関係が成立することになる。

【００６２】したがって、この実施例によれば、スイッ
チ回路１１を介して半導体スイッチング素子ＴＲ１がオ
フしている期間の両端の平滑電圧Ｖ１０を、反転増幅回
路３に入力しているので、負荷の変動に拘わらず、直流
モータＭの回転数Ｎが、電圧設定用ボリウムＶＲで設定
した設定電圧Ｖ０に対応した回転数に維持されることに
なり、定速制御が可能となる。

【００６３】なお、図１２〜１４は、図１の実施例の図
２，図３および図６にそれぞれ対応する信号波形図であ
り、各図において、（ｅ）はインバータ９の出力電圧Ｖ
８を示し、（ｆ）は半導体スイッチング素子ＴＲ１の両
端の平滑電圧Ｖ１０を示している。

【００６４】図１５は、本発明のさらに他の実施例の直
流モータ制御回路の回路図であり、図１の実施例に対応
する部分には、同一の参照符号を付す。

【００６５】この実施例では、半導体スイッチング素子
ＴＲ１の両端の電圧を平滑化する平滑回路４₁は、分圧
抵抗Ｒ９，Ｒ１０および平滑コンデンサＣ４から構成さ
れており、この平滑電圧が入力される反転増幅回路３₁
は、オペアンプ６の出力側に抵抗Ｒ４が接続されてい
る。

【００６６】この実施例も、図１の実施例と同様に、直
流モータＭの回転数Ｎとストロークとの関係を直線関係
とすることができ、使い勝手が向上するが、さらに、こ
の実施例では、半導体スイッチング素子ＴＲ１に過電流
が流れたり、異常発熱が生じた場合に、半導体スイッチ
ング素子ＴＲ１を強制的にオフして半導体スイッチング
素子ＴＲ１を保護する保護回路１２を設けており、この
保護回路１２は、半導体スイッチング素子ＴＲ１がオン
している期間の該半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端
電圧を平滑化し、この平滑電圧と参照電圧とを比較し、
参照電圧よりも大きくなったときに、半導体スイッチン
グ素子ＴＲ１を強制的にオフするものである。

【００６７】この保護回路１２は、オペアンプ４の出力
によってオンオフ制御されるアナログスイッチ５と、分
圧抵抗Ｒ１２，１３と、平滑コンデンサＣ２と、アナロ
グスイッチ５が完全にオフしているときに、不定になる
のを防止するために放電用抵抗Ｒ１６と、参照電圧Ｖ
_REFが反転入力部（−）に与えられるとともに、平滑化
された半導体スイッチング素子ＴＲ１の両端電圧が非反
転入力部（＋）に与えられるオペアンプ１３と、逆流防
止用ダイオードＤ２と、自己保持用ダイオードＤ３とを
備えている。

【００６８】この保護回路１２では、負荷が過大となっ
て過大な駆動電流が流れると、半導体スイッチング素子
ＴＲ１の両端電圧が、参照電圧Ｖ_REFよりも大きくな
り、これによって、オペアンプ１３の出力がハイレベル
となって、オペアンプ４の出力を強制的にローレベルと
して半導体スイッチング素子ＴＲ１をオフし、半導体ス
イッチング素子ＴＲ１を保護するものである。

【００６９】また、半導体スイッチング素子ＴＲ１は、
発熱による温度上昇に伴ってその抵抗値が増大するの
で、大きな駆動電流が長時間流れて発熱すると、半導体
スイッチング素子ＴＲ１の両端電圧が、参照電圧Ｖ_REF
よりも大きくなり、過電流の場合と同様に、半導体スイ
ッチング素子ＴＲ１を強制的にオフするものである。

【００７０】すなわち、この保護回路１２は、電流リミ
ッタおよび熱リミッタとしての機能を備えている。

【００７１】この実施例では、図１の実施例の構成に、
保護回路１２を設けたけれども、本発明の他の実施例と
して、従来の構成に保護回路１２を設けるようにしても
よい。

【００７２】上述の各実施例では、基準電圧発生回路と
して三角波発振器１を用いたけれども、本発明は、三角
波電圧に限ることなく、例えば、一定の基準電圧であっ
てもよい。

【００７３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電圧設定
器で設定された設定電圧と、無負荷状態においてモータ
の回転数と逆比例の関係が成立する半導体スイッチング
素子の両端電圧とが、一致するように半導体スイッチン
グ素子に対して負帰還をかける構成としているので、電
動工具に適用した場合に、直流モータの回転数と操作レ
バーのストロークとの関係を、直線状にすることがで
き、これによって、直流モータの回転数が低い領域にお
けるストロークの幅を広くすることができ、電動工具の
使い勝手が向上して作業効率が高まる。

【００７４】さらに、電圧設定器で設定された設定電圧
を、非線形な特性で補正し、この補正電圧と半導体スイ
ッチング素子の両端電圧とが一致するように構成してい
るので、直流モータの回転数と操作レバーのストローク
との関係を、直線状から下に凸の所望の特性にすること
ができ、これによって、直流モータの回転数が低い領域
におけるストロークの幅を、一層広くすることができ、
使い勝手が一層向上する。

【００７５】また、直流モータの回転数と逆比例の関係
が成立する半導体スイッチング素子がオフしている期間
における該半導体スイッチング素子の両端電圧が、電圧
設定器で設定された設定電圧に一致するように半導体ス
イッチング素子に対して負帰還をかける構成としている
ので、直流モータを、そのトルクが変動しても設定電圧
に対応した回転数で定速回転させる定速制御が可能とな
る。

【００７６】また、前記半導体スイッチング素子がオン
している期間の該半導体スイッチング素子の両端電圧が
参照電圧よりも大きくなったときに、前記半導体スイッ
チング素子を強制的にオフする保護回路を備えているの
で、半導体スイッチング素子に過電流が流れたり、異常
発熱を生じて前記両端電圧が増大したときには、保護回
路が動作して半導体スイッチング素子がオフされるの
で、半導体スイッチング素子の動作不良や破損が防止さ
れることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る直流モータ制御回路の
回路図である。

【図２】図１の実施例の無負荷運転時における信号波形
図である。

【図３】図１の実施例の無負荷運転時における信号波形
図である。

【図４】半導体スイッチング素子の両端電圧と直流モー
タの回転数との関係を説明するための回路図である。

【図５】図１の実施例の電圧設定用ボリウムの設定位
置、設定電圧、半導体スイッチング素子の両端の平滑電
圧および直流モータの回転数の関係を説明するための特
性図である。

【図６】図１の実施例の負荷運転時における信号波形図
である。

【図７】図１の実施例のモータ回転数とモータ発生トル
クと関係を示す特性図である。

【図８】本発明の他の実施例の回路図である。

【図９】図８の実施例の電圧設定用ボリウムの設定位
置、設定電圧、半導体スイッチング素子の両端の平滑電
圧および直流モータの回転数の関係を説明するための特
性図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施例の回路図である。

【図１１】図１０の実施例のモータ回転数とモータ発生
トルクとの関係を示す特性図である。

【図１２】図１０の実施例の図２に対応する信号波形図
である。

【図１３】図１０の実施例の図３に対応する信号波形図
である。

【図１４】図１０の実施例の図６に対応する信号波形図
である。

【図１５】本発明のさらに他の実施例の回路図である。

【図１６】従来例の回路図である。

【図１７】従来例の信号波形図である。

【図１８】モータ回転数と駆動信号のデューティとの関
係を示す特性図である。

【図１９】操作レバーのストロークと駆動信号のデュー
ティとの関係を示す特性図である。

【図２０】操作レバーのストロークとモータ回転数との
関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１三角波発振器３反転増幅回路４平滑回路５オペアンプ１０補正回路１１スイッチ回路１２保護回路Ｍ直流モータＴＲ１半導体スイッチング素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流モータに半導体スイッチング素子を
接続するとともに、半導体スイッチング素子を駆動信号
でスイッチング制御して直流モータに流れる電流を可変
制御する直流モータ制御回路であって、前記半導体スイッチング素子の両端電圧と電圧設定器で
設定された設定電圧とを比較して比較出力を与える第１
比較回路と、基準電圧発生回路からの基準電圧と前記第１比較回路の
比較出力とを比較して前記駆動信号を出力する第２比較
回路と、を備えることを特徴とする直流モータ制御回路。
【請求項２】前記スイッチング素子の両端電圧を平滑
化して前記第１比較回路に出力する平滑回路を備える前
記請求項１の直流モータ制御回路。
【請求項３】前記電圧設定器で設定された設定電圧
を、非線形な特性で補正して前記第１比較回路に出力す
る電圧補正回路を備える前記請求項１または２の直流モ
ータ制御回路。
【請求項４】前記半導体スイッチング素子がオフして
いる期間の該半導体スイッチング素子の両端電圧を、前
記第１比較回路に出力するスイッチ回路を備える前記請
求項１ないし３のいずれかに記載の直流モータ制御回
路。
【請求項５】直流モータに半導体スイッチング素子を
接続するとともに、半導体スイッチング素子を駆動信号
でスイッチング制御して直流モータに流れる電流を可変
制御する直流モータ制御回路であって、前記半導体スイッチング素子がオンしている期間の該半
導体スイッチング素子の両端電圧と参照電圧とを比較
し、前記両端電圧が参照電圧よりも大きくなったとき
に、前記半導体スイッチング素子を強制的にオフする保
護回路を備えることを特徴とする直流モータ制御回路。
【請求項６】前記半導体スイッチング素子がオンして
いる期間の該半導体スイッチング素子の両端電圧と参照
電圧と比較し、前記両端電圧が参照電圧よりも大きくな
ったときに、前記半導体スイッチング素子を強制的にオ
フする保護回路を備える前記請求項１ないし４のいずれ
かに記載の直流モータ制御回路。