JPH1169873A - 電動工具のモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が極めて簡単であり、スイッチング素子を
駆動する発振回路は極めて簡単な回路で構成される電動
工具のモータ制御装置を提供すること。 【解決手段】駆動電源１と、これに対して直列に接続さ
れたモータ３とスイッチング素子４と、出力される方形
波のオン・オフデューティーサイクルが可変であり、出
力信号により該スイッチング素子４を駆動する発振回路
６と、モータ３とスイッチング素子４に印加される駆動
電源電圧をスイッチ手段を介することなく前記発振回路
に印加する電源供給手段５と、を具備してなる電動工具
のモータ制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動工具のモータ
制御装置に関し、特に、駆動するモータの速度制御を必
要とする例えば、電気ドリルのような電動工具のモータ
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の電動工具の内、とりわけ電気ねじ
廻しや電気ドリルに使用されているモータは、速度制御
が可能で、ゆっくりした回転から高速回転まで、トリガ
の操作によって自由に速度制御することが出来る。これ
ら電動工具の一般的な回路は、電池等の直流電源に対し
て、電源スイッチ、直流モータ、該直流モータに印加す
る電流をチョッピングするトランジスタのようなスイッ
チング素子を直列に接続し、電源スイッチをオンにした
状態で、スイッチング素子のオン・オフのデューティー
を変化させて直流モータの速度制御を行っている。

【０００３】上記スイッチング素子のオン・オフのデュ
ーティーを変化させる方法としては、例えば実開平７−
３０５９８号公報に記載されているように、非安定マル
チバイブレータの発振出力によりスイッチング素子をオ
ン・オフし、直流モータに印加する直流電流をチョッピ
ングするように構成し、かつ非安定マルチバイブレータ
出力のデューティーサイクルを変化させて、直流モータ
の速度を可変自在に制御している。

【０００４】また、他の方法として、例えば特開昭６１
−４６１８７号公報に記載されているように、回転して
いるモータへの電源供給が絶たれた時、スイッチング素
子の両端に発生する逆起電圧が第１の基準電圧を超えた
とき、スイッチング素子をオンにしてモータを力行さ
せ、そのオン信号により直ちにこの第１の基準電圧をこ
れよりも低い第２の基準電圧に切り換える。一方、この
逆起電圧源はスイッチング素子のオンによって短絡され
る形となるが、直ちにゼロにならず、ある時定数をもっ
て低下する。そしてその電圧が第２の基準電圧よりも下
回った時、スイッチング素子をオフとしてモータへの電
源供給を絶つと同時に第２の基準電圧を第１の基準電圧
に戻す。この電源オフによりスイッチング素子の両端に
はモータの逆起電圧が発生するが、このスイッチング素
子の両端に発生する逆起電圧は第１の基準電圧と比較さ
れ、この逆起電圧が第１の逆起電圧を越えていれば、ス
イッチング素子をオンにしてモータを力行させ、そのオ
ン信号により直ちにこの第１の基準電圧をこれよりも低
い第２の基準電圧に切り換える、という動作を繰り返
し、モータをオン・オフさせる。この装置において、第
１の基準電圧を高くすれば比較される逆起電圧も高い状
態であるので、モータは高速回転し、又、第１の逆起電
圧を低くすれば、比較される逆起電圧も低い状態である
ので、モータは低速回転となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記２つの従来例にお
いて、前者は、モ−タから発生する逆起電圧に応じた電
流を流すダイオードの両端電圧により動作するトランジ
スタが設けられ、このトランジスタによりスイッチング
素子をオンオフ制御する非安定マルチバイブレータを動
作させており、回路全体が複雑となる嫌いがある。又後
者は、最初に電源を投入したとき、直流モータに逆起電
圧が発生していないため、電源電圧そのものが第１の基
準電圧として設定されるが、その電圧が通常の動作状態
での第１の基準電圧と比較して極めて高いため、電源投
入時のトリガの設定量とは無関係に電源の投入と同時に
モータが高速回転を始め、一定時間経過してはじめてト
リガで設定した回転数に落ち着く。このため、オペレー
タが怪我をしたり、扱いがやっかいな部分がある。本発
明は、上述の如き従来の不都合を解消しようとするもの
であり、その目的は、構造が極めて簡単であり、スイッ
チング素子を駆動する発振回路は極めて簡単な回路で構
成される電動工具のモータ制御装置を提供しようとする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の如き本発明の目的
を達成するために、本発明は、駆動電源と、これに対し
て直列に接続されたモータとスイッチング素子と、出力
される方形波のオン・オフデューティーサイクルが可変
であり、出力信号により該スイッチング素子を駆動する
発振回路と、モータとスイッチング素子に印加される駆
動電源電圧をスイッチ手段を介することなく前記発振回
路に印加する電源供給手段と、を具備してなる電動工具
のモータ制御装置が提供される。さらに、前記発振回路
は非安定マルチバイブレータ発振回路であることを特徴
とし、前記非安定マルチバイブレータ発振回路の能動素
子は、インバータであることを特徴とし、このインバー
タは、１つのパッケージに収納されたものであることを
特徴とする。また、発振回路のスイッチング素子を駆動
するインバータは複数個並列に接続されていることを特
徴とする。このほか、前記電源供給手段は、モータとス
イッチング素子間に印加される電圧を発振回路の動作電
圧まで低減する電源供給手段であることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に本発明の一実施の形態を、図
面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の回路ブロ
ック図である。図１において、１は電源となるバッテリ
であり、このバッテリには直列に電源スイッチ２が接続
されている。さらに、バッテリ１と電源スイッチ２に対
して直列に直流モータ３とスイッチング素子４が接続さ
れ、これらがクローズド回路を形成している。直流モー
タ３の一端とスイッチング素子４の一端には、定電圧回
路５が接続されている。定電圧回路５は、ドロップ抵抗
Ｒｄ、コンデンサＣ、ツェナーダイオードＺＤを持ち、
点線内の発振回路（ＯＳＣ）６に電源を供給する。

【０００８】発振回路６内には、３個のインバータ７、
８、９が直列に接続されており、インバータ９の出力
は、スイッチング素子４のゲートＧに接続されている。
又該ゲート９の出力端には、２つのダイオード１０、１
１のそれぞれの一端が互いに逆方向に接続され、これら
ダイオード１０、１１の他方の端子間には、ボリューム
ＶＲが接続され、その摺動子片は、時定数抵抗Ｒｔを介
してインバータ７の入力端に接続されている。又、イン
バータ７の入力端とインバータ８の出力端間には、時定
数コンデンサＣｔが接続されている。なお、インバータ
７の出力端に接続されているコンデンサは、バイパス用
のコンデンサである。

【０００９】次に図１に示す電動工具のモータ制御装置
の動作について説明する。電源スイッチ２を投入する
と、発振回路６に直ちに電源が投入され、これが発振動
作を始める。例えば、インバータ９の出力端が“Ｌ”で
あると、スイッチング素子４のゲートがローであるので
モータは回転しない。一方、インバータ８の出力端は
“Ｈ”であるので、時定数コンデンサＣｔに蓄積された
電荷は、時定数抵抗Ｒｔ、ボリュームＶＲ、ダイオード
１０を通過して放電する。

【００１０】インバータ７の入力端の電圧が、インバー
タ７のしきい値以下となると、インバータ９の出力値が
“Ｈ”となり、スイッチング素子４がオンとなって、直
流モータ３は回転する。これと同時にインバータ９の出
力電圧により、ダイオード１１、ボリュームＶＲ、時定
数抵抗Ｒｔを通して時定数コンデンサＣｔが所定の時間
経過して充電される。そして、その充電電圧がインバー
タ７の入力しきい値を越えたとき、インバータ９の出力
が“Ｌ”となり、スイッチング素子４がオフとなってモ
ータへの通電は停止する。

【００１１】この発振回路６において、ボリュームＶＲ
の摺動子を移動させると、時定数コンデンサＣｔへの充
電時間が変化し、インバータ９から出力される方形波
（パルス信号）のオン・オフのデューティサイクルが変
わる。このため、ボリュームＶＲのａ、ｂ部分の抵抗値
を変え、オン時間を長くし、オフ時間を短くすると、直
流モータ３への電力供給が多くなるので、回転が速くな
る。反対に、オン時間を短くし、オフ時間を長くする
と、直流モータ３への電力供給が少なくなるので、回転
が遅くなる。

【００１２】図２は、本発明の第２の実施形態を示す回
路ブロック図である。この実施形態では、図１に示すイ
ンバータ９の代わりに４個のインバータ９１，９２，９
３，９４を並列に接続したものである。このように、イ
ンバータを複数個並列に接続した場合、スイッチング素
子４を駆動するパワーが大きくなるので、スイッチング
素子４のゲートの前にドライバーを設けなくとも、スイ
ッチング容量の大きなものを駆動することが出来るほ
か、１個のパッケージに６個のインバータを装填したＩ
Ｃを用いた場合、これら６個のインバータを遊ばせるこ
となく利用できて都合がよい。

【００１３】以上、本発明を上述の実施の形態により説
明したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が
可能である。例えば、発振回路６の動作電圧がバッテリ
１の電圧と同じ場合には、定電圧回路５は不要として省
略することができるなどの変形を施すことが出来る。そ
してこれらの変形や他の応用を本発明の範囲から排除す
るものではない。

【００１４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１に
記載の発明では、従来のもののように、発振回路を動作
させるための特別の回路もなく、構造が極めて簡単であ
り、スイッチング素子を駆動する発振回路は極めて簡単
な回路で駆動されることが出来る。また、電源をオンし
たとき、モータが急に高速回転するようなこともないの
で、極めて安全に動作する。請求項２に記載の発明で
は、発振回路が非安定マルチバイブレータ回路であるた
め、発振が安定しており、回路構成が簡単になる。請求
項３に記載の発明では、非安定マルチバイブレータの能
動素子がインバータで構成されていて、安価なＩＣを使
用することが出来る。請求項４に記載の発明では、１個
のパッケージの中に複数個のインバータが収納されてい
る安価なＩＣを使用できるので、電動工具のモータ制御
装置の構造を簡単にするほか、これを安価に製造でき
る。請求項５に記載の発明では、スイッチング素子を駆
動するインバータが複数個並列に接続されているので、
スイッチング素子の駆動回路を設けることなく、大型の
スイッチング素子を駆動でき、かつ、パッケージ内に収
容されているインバータを無駄なく使用することが出来
る。請求項６に記載の発明では、発振回路を電動工具に
使用する電源電圧で直接駆動できるので、回路構成を簡
単に出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施形態を示す回路ブ
ロック図である。

【図２】図２は、本発明の第２の実施形態を示す回路ブ
ロック図である。

【符号の説明】

Ｒｄ・・・・・ドロップ抵抗 Ｃ・・・・・コンデンサ ＺＤ・・・・・ツェナーダイオード ＶＲ・・・・・ボリューム Ｒｔ・・・・・時定数抵抗 Ｃｔ・・・・・時定数コンデンサ Ｃｐ・・・・・バイパスコンデンサ １・・・・・バッテリ ２・・・・・電源スイッチ ３・・・・・直流モータ ４・・・・・スイッチング素子 ５・・・・・定電圧回路 ６・・・・・発振回路 ７・・・・・インバータ ８・・・・・インバータ ９・・・・・インバータ １０・・・・・ダイオード １１・・・・・ダイオード

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動電源と、これに対して直列に接続され
   たモータとスイッチング素子と、出力される方形波のオ
   ン・オフデューティーサイクルが可変であり、出力信号
   により該スイッチング素子を駆動する発振回路と、モー
   タとスイッチング素子に印加される駆動電源電圧をスイ
   ッチ手段を介することなく前記発振回路に印加する電源
   供給手段と、を具備してなる電動工具のモータ制御装
   置。
2. 【請求項２】前記発振回路は非安定マルチバイブレータ
   発振回路であることを特徴とする請求項１に記載の電動
   工具のモータ制御装置。
3. 【請求項３】前記非安定マルチバイブレータ発振回路の
   能動素子は、インバータであることを特徴とする請求項
   １に記載の電動工具のモータ制御装置。
4. 【請求項４】前記インバータは、１つのパッケージに収
   納されたものであることを特徴とする請求項３に記載の
   電動工具のモータ制御装置。
5. 【請求項５】発振回路のスイッチング素子を駆動するイ
   ンバータは複数個並列に接続されていることを特徴とす
   る請求項３に記載の電動工具のモータ制御装置。
6. 【請求項６】前記電源供給手段は、モータとスイッチン
   グ素子間に印加される電圧を発振回路の動作電圧まで低
   減する電源供給手段であることを特徴とする請求項１〜
   ５の内の１つの電動工具のモータ制御装置。