JPS6295986A - 直流モ−タの速度制御回路 - 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） 本発明は負荷変動の著しい電動工具などに用いる直流モ
ータの速度制御回路に関するものである。

（発明の概要） ＰＷＭ（パルス幅変調）制御されているモータの端子電
圧の平均値を一定に維持するためのフィードバック系を
設け、負荷が増加した時にはモータ電流の増加分に応じ
て上記フィードバック系の基準の基準入力を自動的に調
整するようにし、負荷の増加によるモータ電流の増加を
モータ電圧の増加に変換するようにして、簡易な構成に
よる速度制御回路を実現した。

（従来技術） タップ加工やドリル加工に用いられる電動工具において
は、負荷運転時にも無負荷時と同じ回転数が維持される
ことが品質の安定化のために望ましいのであるが、通常
の速度制御方式を採用すると、速度検出器などを必要と
するのでコスト高になるという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は高価な速度検出器を用いずに、モータの電流と
電圧を検出するだけで回転数を一定にコントロールでき
る直流モータの速度制御回路を提供することを目的とす
るものである。

一般に直流モータの駆動回路は、第３図のように表すこ
とができ、モータの電機子抵抗をＲａ。

モータ電流をＩａ、電機子逆起電力をＥ、端子電圧をＶ
とすると、 Ｖ＝　Ｉ　ａ−ＲａＸＥ・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１）電機子逆起電力Ｅは回転数Ｎに比
例するから、ＮｏｃＶ−１ａＲａ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（，２）従って負荷がか
かっても回転数Ｎを一定に維持するためには、負荷が増
加しモータ電流１ａが増加した分だけモータ端子電圧Ｖ
を増加させればよいことがわかる。しかしながら回転数
Ｎがモータ電圧Ｖとモータ電流１ａとの関数であるため
に、モータ電流をフィードバックするだけでは、モータ
電圧Ｖと回転数Ｎとが一意的に定まらず、回転数を一定
に制御できにないという問題があった。

（問題点を解決するための手段） 上記の問題点を解決すめために、本発明によるｉ流モー
タの速度制御回路は、モータをパルス電流で駆動し、パ
ルス幅を変えることで、モータに印加される平均電圧を
調節可能とし、モータ電流検出抵抗の両端電圧を平滑化
して、速度設定電圧を基準人力とする第１の差動増幅器
にフィードバックすると共に、モータ電圧を平滑化して
、第１の差動増幅器の出力を基準入力とする第２の差動
増幅器にフィードバックし、第２の差動増幅器の出力と
鋸歯状波発生回路の出力とを両入力とする電圧比較器の
出力により、モータ電流をパルス幅変調するスイッチン
グ素子を制御せしめたものである。

（作用） 上記の構成によれば、負荷トルクの増加によるモータ電
流の増加分が第１の差動増幅器で検出され、この差動増
幅器の出力が第２の差動増幅器の基準入力となるので、
モータ電圧は出力負荷増大に伴って増加したモータ電流
に合わせて制御され、従ってモータ電流の増加分がモー
タ電圧の増加によって補償されることになり、槽負荷時
にも回転数が一定に維持される。

設定部１はモータ９の回転数を所望の値に設定するため
のものであり、本発明回路は負荷の変動に拘わらず常に
モータ速度をこの設定値に維持するためのものである。

モータ電流検出回路２は電流検出抵抗１１の両端電圧を
コンデンサ１２で平滑化して第１の差動増幅器３の反転
入力端子に印加している。この第１の差動増幅器３の出
力を反転入力とし、モータ電圧検出回路４の出力を非反
転入力とする第２の差動増幅器５の出力は、電圧比較器
７の反転入力端子に接続されており、電圧比較器７の非
反転入力端子には鋸歯状波発生回路６の出力が接続され
ている。この電圧比較器７のパルス出力によりトランジ
スタ８がオンオフ制御され、このトランジスタ８の出力
により、モータ９に直列接続されたスイッチング素子１
０がＰＷＭ（パルス幅変調〉制御されている。図中１３
は直流電源、１４は定電圧ダイオードである。

いま第１図の構成において、モータ９に負荷が加わると
、回転数Ｎが減少すると共にモータ電流ｌａが増加する
。この電流の増加によりモータ電流検出抵抗１１の電圧
降下が増加してａ点の電圧が上昇し、これが第１の差動
増幅器３にフィードバックされて設定電圧と比較され、
その結果第１の差動増幅器３の出力すなわちｂ点の電圧
が低下する。すなわち第２の差動増幅器５の反転入力端
子に印加されていた基準電圧がモータ電流の増加に伴っ
て低下したことになる。第２の差動増幅器５の非反転入
力端子には、モータ端子電圧であるＣ点の電圧がコンデ
ンサ１５で平滑化されてフィードバックされており、こ
のフィードバック電圧が上記基準電圧と一致するように
モータの平均電圧が制御されている。従って基準電圧が
低下するとＣ点の平均電圧も低下し、モータの平均電圧
Ｖが増加することになる。

第２図は上記の動作を各部の波形図で示したもので、無
負荷時には鋸歯状波Ｖｅと第１図のｄ焦電圧Ｖｄ＋とが
比較され、電圧比較器出力ＶｆｌがＬレベルの区間Ｔｏ
ｎのみでモータ電流が流れており、その他の区間Ｔｏｆ
ｆではスイッチング素子１０がオフとなって、Ｃ点の電
位Ｖ　Ｃｌが直流電源１３と同電位になっている。ＡＶ
ＩはＶｃ＋の平均電圧を示しており、図中Ｖが平均のモ
ータ電圧を示している。モータに負荷がかかると、モー
タ電流が増加するので第１の差動増幅器３の出力が低下
し、第２の差動増幅器５の基準電圧が低下するので、そ
の出力電圧Ｖｄ２が上昇し、電圧比較器７の基準レベル
が上昇して、電圧比較器７の出力Ｖｆ２のパルス幅が小
さくなり、トランジスタ８のオン期間も短くなる。その
結果スイッチング素子１０のオン時間Ｔｏｎが長（なり
、モータ９の端子電圧の平均値Ｖが上昇して回転数が回
復する。このとき０点の平均電圧はＡｖ２まで下がり、
負荷運転中はこの状態で安定するのである。

本発明回路の特徴は単にモータ電流を一定にするような
フィードバック系ではなく、また単にモータの印加電圧
を一定に保つフィードバック系でもない。モータ電流の
基準値との差をＯにするのでな（、差をモータ電圧制御
の基準値にしてモータ電圧を制御している。このような
制御が成立する理由は次の通りである。

固定界磁の直流モータの回転数電流の特性は一般的に第
３図のようになっている。こ＼でモータがイ点の状態で
回転している（無負荷時）としてモータ負荷が増すと、
何等の制御もない場合、回転数が低下し電流が増してモ
ータトルクが増加し、０点の状態に移行して負荷の増加
とバランスする。０点の状態からモータ電圧を適当に上
げると、モータ電流が増加し回転数が上昇しようとする
が、回転数が上昇すると電流が減少しようとする。つま
りモータ電圧を上げると回転数が上がってモータ電流の
増加を抑えるので、モータの状、Ｉ２１！は０点から水
平に右に移行して行（。こ＼で本発明では電圧の増加量
を電流増加Δｉに比例した一定値となるようにしている
ので、状態は０点からハ点に移行して安定する。次にこ
の状態からもとの無負荷状態になると、電圧固定の場合
回転数が上がって電流が減少し二点に移行する。そこで
今度は電圧がΔｉに相当する分低下して、この低下量は
先の増加量と等しいから状態はイ点に戻る。

従ってこの回路の制御特性はイ、ハ両点を結ぶ鎖線にな
り、電流変化Δｉに対応する電圧変化量をどのように設
定するかで、この特性線の傾が調節され、適当に設定す
ることで特性線を完熱に垂直にすることができる。この
調節は例えば電流検出抵抗１１を調整することによって
行われる。

（発明の効果） 本発明によれば上述のように、フィードバックループを
２段に設けて、負荷によって増加したモータ電流に合わ
せてモータ電圧を制御するようにしたので、負荷の増加
をモータ電圧の増加によって補償することができ、従っ
て速度検出器を用いることなく、電動工具に適した速度
制御回路を安価に構成し得るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は同上
の動作説明図、第３図はモータの等価回路、第４図は制
御動作を説明するグラフである。 １・・・レベル設定部、２・・・モータ電流検出回路、
３・・・第１の差動増幅器、４・・・モータ電圧検出回
路、５・・・第２の差動増幅器、６・・・鋸歯状波発生
回路、７・・・電圧比較器、８・・・トランジスタ、９
・・・直流モータ、１０・・・スイッチング素子、１１
・・・モータ電流検出抵抗、１２・・・平滑用コンデン
サ、１３・・・直流電源、１４・・・定電圧ダイオード
、１５・・・平滑用コンデンサ。 代理人　　弁理士　縣　　浩　介 第２図 回転数 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータ電流検出抵抗の両端電圧を平滑化して、速
   度設定電圧を基準入力とする第１の作動増幅器にフィー
   ドバックすると共に、モータ電圧を平滑化して、第１の
   差動増幅器の出力を基準入力とする第２の差動増幅器に
   フィードバックし、第２の差動増幅器の出力と鋸歯状波
   発生回路の出力とを両入力とする電圧比較器の出力によ
   り、モータ電流をパルス幅変調するスイッチング素子を
   制御せしめて成る直流モータの速度制御回路。