JPH01164292A - 電動工具の電池駆動による制御回路 - 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） 本発明は電池を電源とする電動工具のトルク及び回転数
制御Ｉｌ＠置に関するものである。

（従来の技術） 従来、直流モータのトルク−回転数特性は第１１図に示
す通りで、電池駆動電動工具が例えば電動ドライバの場
合、第１１図のＮ１の回転数でネジ締めをすると、締め
工程終了のモーターロック時にはＴ１のロックトルクが
発生し、このロックトルクによってネジが切れてしまう
おそれがあり、そのため、このような場合には、モータ
軸心上に機械的トルクリミッタのクラッチを取付けてモ
ータが第１２図のＴｌｏで空転するようにしている。

一方、機械的トルクリミッタは、リミッタ磯構部の摩耗
のため寿命が短＜、′短期間で部品を交換する必要があ
り、そこで、第８図に示すように、電池１、電源スィッ
チ２、モータ３、パワーＭＯ３ＦＥＴ４、電流検出抵抗
５を直列に接続し、電池１を電源とする三角波発生ｉ？
！！６からの出力を任意デユーティ−比のパルスに変換
してＭＯ８ＦＥｒ４のゲートに入力させる比較器７と、
電流検出抵抗５からの出力に比例して比較器７から出力
されるパルスのデユーティ−比を制御部するデユーティ
−比１ＩＩＩＪ１１１回路８と、電流検出抵抗５からの
出力が予め設定したモータ３の設定トルクに対応したと
きにＭＯＳ　　ＦＥＴ４のゲート電圧を制御してモータ
３に対する電源の供給を停止させるトルクリミッタ回路
９とのそれぞれからなる電子式トルクリミッタ装置が考
えられ、この第８図の回路によってモータ３は第１０図
に示すトルク−回転数特性で制御される。

このような電子式トルクリミッタ装置の場合、第９図に
示すようにソース端子Ｓと０■間に電流検出抵抗５を用
いて、その両端の電圧降下を負荷電流と見做すことがで
き、その場合の電流検出抵抗５の値は通常１０〜２０ｍ
Ω程度であるが、通電電流としてＩＯＡ以上が流れるた
め、電流検出抵抗５としては Ｐ＝Ｉ　　Ｒ＝１０　　Ｘ（２０ｘ１０’）＝２ｗａｔ
ｔ で、Ｐ＝２ｗａｔｔ以上の抵抗を要することになり、こ
のような低抵抗値、高電力抵抗を実現するためには、例
えば０．７５ｘｔｓ２位の絶縁リード線を０．５〜１ｍ
コイル状に巻いて用いているが、この電流検出抵抗５か
らはワット数に対応した発熱があることから、この電流
検出抵抗５の実装には非常に苦慮し、特に、モータ特性
を考慮して十分な放熱を考慮すると電動工具の形状が大
ぎくなって、電動工具を用いての作業性、携帯性等に支
障を来たすと言う欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は電池駆動式電動工具（例えば電動ドライバ）に
おいて、機械的トルクリミッタを用いた場合のような寿
命の低下がなく、かつ、電動工具の外形形状を大きくす
ることなく、トルクリミッタ特性の優れた電動工具の電
池駆動による制御回路を提供する巳とにある。

（問題を解決するための手段） 本発明は？ｆ源用電池にモータと電流センス端子付ＭＯ
８ＦＥＴと電流検出抵抗とのそれぞれを直列に接続し、
前記電池を電源とする三角波発生器からの出力を任意デ
ユーティ−比のパルスに変換して前記電流センス端子付
ＭＯ８ＦＥＴのゲートに入力させる比較器と、前記電流
検出抵抗からの出力が予め設定したモータの設定トルク
出力に対応したときに前記三角波発生器の発振を停止さ
せモータに対する電源の供給を停止させるトルクリミッ
タ回路とのそれぞれを備えた電動工具の電池駆動による
制御回路にある。

（作用） このように構成された電動工具の電池駆動による制御回
路において、電源スィッチをＯＮにすると、電池駆動モ
ータと直列に接続された電流センス端子付ＭＯ８ＦＥＴ
のゲート端子に、三角波発生器と比較回路を組合わせた
回路からのパルスが入力され、モータはパルス通電のデ
ユーティ−比に対応した速度で回転し、駆動トランジス
タの電力損失を大幅に減らして放熱板を小形化し電気回
路の実装を容易にすることができ、更に、電流センス端
子付ＭＯ８ＦＥＴの電流センス端子に接続された電流検
出抵抗にはモータの回転トルクに対応した電流が流れる
ものの、負荷電流は流れず、低電力の電流検出抵抗を用
いることができ、しか６、電流検出抵抗からの出力が予
め設定した偵を越えたとき、トルクリミッタ回路から出
力が発生して三角波発生器の発振を停止させて、ＭＯＳ
ＦＥＴを遮断することにより、モータに対する電源の供
給が停止し、これによって、機械式クラッチのトルクリ
ミッタを省いて電子回路にドルクリミーツタ機能を持た
せることができる上、トルクリミッタが働いたときに三
角波発生器の発振を停止さゼることによって、電池の消
費電力を大幅に減らし、しかも、電池駆動式電動工具（
例えば電動ドライバ）において、機械的トルクリミッタ
を用いた場合のような寿命の低下がなく、かつ、電動■
貝の外形形状を大きくすることなく、トルクリミッタ特
性の優れた電動工具の電池駆動ににる制御回路を得るこ
とができる。

（実施例） 次に、本発明の実施例の構成を第１図〜第７図によって
説明する。

次に第１図は電池ドライバの構造図を示す。電池ドライ
バ１１は本体１２の下部にある塩１！！挿入ＩＬ１３に
電池バック１４が挿入され、メインスイッチＳＷ１は付
属のバッテリ端子と接合し、モータＭの上部には電気υ
１１１１回路１５、ダイアル１６によって調節される可
変抵抗ＶＲＩ　、ダイアル１７によって調節される可変
抵抗ＶＲ２があり、■Ｒ１は変速用に用い、ＶＲ２はト
ルクリミッタ調節用に用い、かつ、モータＭにはギヤ列
１８を介してチャック１９が結合している。

次に、第２図は本実施例のブロック回路図、第３図はそ
の電気回路図であって、第２図中のＥａ〜Ｅ−、ｈはモ
ータＭが無ｆＬＡｉのときの電圧であって、第４図に示
す動作をするとともに、負荷が増加するとＥｈは第５図
のように変化する。

電源用電池Ｂには電源スィッチＳＷ１と、電動工具駆動
用直流モータＭど、モータＭに対する電力制御用パワー
ＭＯ８ＦＥＴトランジスタでバイポーラトランジスタに
比してオン抵抗が小さく放熱板を小さくできるとともに
何個でも並列に接続して例えば２個並列に接続すること
によって１個の場合に比較して電力損失を半分にするこ
とができる電流センス端子付ＭＯＳＦＥＴトランジスタ
Ｔｒ２と、モータＭＷ流検出用２０〜３００程度の抵抗
Ｒ１とのそれぞれが直列に接続され、ＭＯＳ　　ＦＥＴ
トランジスタＴｒ２のゲート端子には、コンパレータＩ
ＣＩと抵抗Ｒ２〜Ｒ６，Ｒ１５とコンデンサＣＩ、Ｃ２
とのそれぞれからなる三角波発生器であって、Ｃ１とＲ
３とで発振周波数が設定され、抵抗Ｒ２〜Ｒ６，ＲＩｓ
で振幅が定まる三角波発生器２０からの出力が、コンパ
レータＩＣ２と抵抗Ｒ７〜Ｒ１ＧとＶＲｌからなる電圧
比較回路２１であってＶＲｌの変化によって生ずる比較
電圧の変化でデユーティ−比を変化させるパルス発生回
路２２を介して任意デユーティ−比のパルスに変換され
た状態でトランジスタＴｒｌに入力され、電流検出抵抗
Ｒ１からの出力は、電流波形°にのる高周波成分をカッ
トするローパスフィルタのコンデンサＣ４から、コンパ
レータＩＣ３と抵抗Ｒ１（ｉ〜Ｒ１９とコンデンサＣ５
とからなる非反転増幅器２３と、抵抗Ｒ２Ｇとコンデン
サＣ３、ダイオードＤ２とからなり、非反転増幅器２３
からの出力パルスをレベル電圧にする積分回路２４と、
コンパレータＩＣ４と抵抗Ｒ２１〜Ｒ２５と可変抵抗Ｖ
Ｒ２とからなる電圧比較回路２５と、トランジスタＴｒ
４と抵抗Ｒ２６〜Ｒ２８とからなる出力回路２６を介し
て停止回路２７を形成する５ＣＲ１のゲート端子に入力
されている。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、直流モータＭの無負荷回転数を変える手段として
、本実施例の前記制御回路はパルスのデユーティ−比制
御でｔ−タＭへの平均印加電圧を変えるものであって、
モータＭの電圧をｖｔ１電機子反作用Ｅａ１無電機子抵
抗Ｒａ、モータ電流１ａとの間には Ｖ　ｔ　＝　Ｅ　ａ　＋Ｉ　ａ　−Ｒａｔ−Ｅａ 従って、ｌａ＝□が成立つ。

Ｅａ その結果、トルクが増大して回転数が減少すると電機子
反作用Ｅａが小さくなるため、モータ電流１ａが増大す
ることになり、これはモータ電流ｌａ、即ち、駆動パル
ス電流の振幅を増大させることになる。

従って、この駆動パルス電流の振幅を固定低抵抗のＲ１
にて電圧に変換して増幅した後、積分回路２４にてレベ
ル電圧に変えて電圧比較回路２５に入力することによっ
てリミッタ動作を行なわせることができる。

次に、モータＭの可変速は次のようにして行なわれる。

即ち、第４図は可変抵抗ＶＲ１でコンパレータＩＣ２の
比較電圧ＥＯをＥＯＩ、ＥＯ２，ＥＯ３のように変化さ
せた場合のモータ無負荷時動作特性であって、従って、
可変抵抗ＶＲＩでコンパレータＩＣ２の比較電圧ＥＯを
ＥＯＩ、ＥＯ２，ＥＯ３のように変化させることによっ
て、パルス発生の電圧比較回路２５からのパルスのデユ
ーティ−比が１１　／ｌｏ　−、−ｔ３　／ｌｏのよう
に変化して、モータＭの回転数は低速から高速に変化す
ることができる。

次に、第５図はコンパレータＩＣ２の比較電圧ＥＯを一
定にした無負荷状態においてモータＭに約５０％の電圧
が印加されるようにパルスのデユーティ−比を無負荷特
約１７２に設定して、モータＭの負荷を増大させた場合
であって、今、モータＭの負荷が増大すると、モータＭ
の回転数が減少してモータ電流１ａが増大するとともに
、電流検出抵抗Ｒ１両端からのパルス電圧ＥＣの振幅も
増大して、積分回路２４の出力電圧もＥｅｌからＥｅｌ
に増大する。

更に、ネジ締め終了等のトルク過大状態になってモータ
Ｍ電流１ａが大幅に増大して、積分回路２４らの出力電
圧Ｅｅ３がネジ締めトルク等に合せて可変抵抗ＶＲ２で
設定された基準電圧Ｅｇを越えると、電圧比較回路２５
の出力がオンになって、トランジスタＴｒ４と５ＣＲ１
がオンになるため、三角波発生器２０の発振が停止して
、コンパレータＩＣＩの一端子がＯｖとなり、コンパレ
ータＩＣ２の出力電圧もＯＶ、トランジスタＴｒ１もＯ
ＦＦとなって、ＭＯＳ　　ＦＥＴトランジスタＴｒ２．
Ｔｒ３のゲート電圧がＯｖになり、トランジスタＴｒ２
．Ｔｒ３とともにモー、りＭはオフする。

モータＭ／ｆｉＯＦＦすると、電圧ＦＣ，ＥｈもＯＶに
なるが５ＣＲ１は陽極電流が流れている限り導通状態を
維持するので三角波発生器２０の発振は停止し続け、引
続きモータ電流は遮所される。

このようにして、例えば電気ドライバは締め過ぎによっ
てネジがネジ切られることはなく、又、過負荷時におけ
るモータＭの焼損も確実に防止でき、その上、リミッタ
動作時にモータＭは一定トルク付与状態で停止している
のではなり、電源供給停止状態で確実に停止しているた
め、電池の不要な電力消費を低減できる上、リミッタ動
作後の一定トルク付与状態を続けた場合に発生する増し
締めによるネジ切れ現象をも防止することができる。

なお、第３図ではモータの駆動電流を増すため、ＭＯＳ
　　ＦＥＴ　　Ｔｒ２と並列にＭＯＳ　　ＦＥＴＴｒ３
を接続し、この場合の動作は第６図に示される。

（発明の効果） 本発明は、電源用電池にモータと電流センス端子付ＭＯ
ＳＦＥＴと電流検出抵抗とのそれぞれを直列に接続し、
前記電池を電源とする三角波発生器からの出力を任意デ
ユーティ−比のパルスに変換して前記電流センス端子付
ＭＯＳＦＥＴのゲートに入力させる比較器と、前記電流
検出抵抗、からの出力が予め設定したモータの設定トル
ク出力に対応したときに前記三角波発生器の発振を停止
させモータに対する電源の供給を停止させるトルクリミ
ッタ回路とのそれぞれを備えた電動工具の電池駆動によ
る制御回路にある。

これによって、駆動トランジスタの電力損失を大幅に減
らして放熱板を小形化し電気回路の実装を容易にし、更
に、電動工具が例えば電気ドライバの場合は締め過ぎに
よってネジがネジ切られることを確実に防止し、又、過
負荷時におけるモータの焼損も確実に防止でき、その上
、電源供給停止状態でモータを確実に停止させているた
め、電池の不要な電力消費を低減できる上、リミッタ動
作後の一定トルク付与状態を続けた場合に発生する増し
締めによるネジ切れ現象をも防止することができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電池ドライバのり↑くたい
破断側面図、第２図はその制御回路のブ０ツク図、第３
図ｔよその電気制御回路図、第４図〜第６図はその動作
線図、第７図はそのＭＯＳＦＥＴの接続図、第８図は従
来実施例の電気制御回路図、第９図は従来のＭＯＳ　　
ＦＥＴの接続図、第１０図は第８図の電気制御回路にお
ける直流モータのトルク−回転数特性図、第１１図と第
１２図は従来実施例における直流モータのトルク−回転
数特性図である。 Ｂ・・・電源用電池　　　　Ｍ・・・直流モータＴｒ２
・・・ＭＯＳ　　ＦＥＴトランジスタＲ１・・・モータ
電流検出用抵抗 ２０・・・三角波発生器　　２１・・・電圧比較回路２
２・・・パルス発生回路　２５・・・電圧比較回路２７
・・・停止回路 出願人　　　株式会社マ↑り電機製作所代理人　　　弁
理士　　岡１）英彦（外２名）１４　　　　　・ 第１図 第■図　　　　　ｆＪ　１２図 Ｅｈ　　　　　１　　　　　　　　　　　　　　　　　
・第４図 第６図 第１０図 第９１！Ｉ　　　　　　　第７ＷＪ 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電源用電池にモータと電流センス端子付ＭＯＳＦＥＴと
   電流検出抵抗とのそれぞれを直列に接続し、前記電池を
   電源とする三角波発生器からの出力を任意デューティー
   比のパルスに変換して前記電流センス端子付ＭＯＳＦＥ
   Ｔのゲートに入力させる比較器と、前記電流検出抵抗か
   らの出力が予め設定したモータの設定トルク出力に対応
   したときに前記三角波発生器の発振を停止させモータに
   対する電源の供給を停止させるトルクリミツタ回路との
   それぞれを備えることを特徴とする電動工具の電池駆動
   による制御回路。