JPH03190677A - 電動工具 - 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、ブラシレスモータと、このブラシレスモータ
を駆動するパワーＭＯ８ＦＥＴと、このパワーＭＯ８Ｆ
ＥＴのゲートを制御してブラシレスモータを回転制御す
る制御回路とを備えた充電式のドリルやドライバ等の電
動工具に関するものである。

［従来の技術］ この種の電動工具は第５図に示すものが一般的な形状で
ある。その本体１の内部には、ブラシ式あるいは無刷子
式のモータ２が配設されており、モータ２の回転軸には
減速用のギアボックス３が取着され、ギアボックス３の
出力軸にはチャック４が設けである。また、ハンドル５
の内部には充電可能な電池６が給袋してあり、ハンドル
５の上部には電源用のスイッチレバー７が取着されてい
る。

モータの内、特にブラシレスモータの場合、その駆動素
子にパワーＭＯ８ＦＥＴが使用されたバイポーラ駆動型
（コイルに流れる電流が電子スイッチ等により＋／−両
方向に流されトルクを強める駆動方式）の制御回路につ
いて、第６図〜第８図により詳しく説明する。

まず、第６図は、ブラシレスモータ２の構造の−例を示
し、回転子１１は多極着磁された磁石でできており、こ
れが固定子鉄心１２に巻かれたコイル１３で発生する磁
界で回転力を得て回転する。コイル１３に流す電流の切
替タイミングは、位置検出素子１４及び位置検知磁石（
あるいは回転子１１自身の磁界）１５より得られる回転
子１１の位置信号を第８図に示す信号分配回路１６によ
り、第７図に示す所定のタイミングでオンオフするゲー
ト信号となる。

次に、制御回路１０について説明する。ホール素子から
なる位置検知素子１４がら位置検知磁石１５の着磁分布
と同じ形状の位置信号が第７図（、ｉ）に示すように得
られる。位置検知素子１４は３個（ホール素子Ａ、Ｂ、
Ｃ）設置されており、各々の位相は電気角で１２０°ず
つずらされて配置されており、当然出力の位置信号も第
７図（ｂ）に示すように１２０°の位相差を持っている
。この信号を信号分配回路１６に入力し、各々の位置信
号のタイミングで第７図（ｅ）に示すようなパワーＭ　
ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　＋〜Ｑ６のゲートに必要な信号
ｄを作る。

第８図に示す従来例における信号ｄは、上下に設置され
た３組のパワーＭ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　ｌ＝　Ｑ　
＊のゲートと駆動するためのトランジスタブリッジＢ、
〜Ｂ、で電力増幅され、各パワーＭＯ５ＦＥＴＱ１〜Ｑ
、のゲートを駆動する。ここで、本方式のような上下２
段に組まれたパワーＭＯ８ＦＥＴのブリッジ（Ｑ、、Ｑ
、）、（Ｑ、、Ｑ、）、（ＱＳ。

Ｑ、）において、上側のパワーＭ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　
Ｑ　Ｉ。

Ｑ、、Ｑ、の駆動には一般にグランドを回路のグランド
から切り離したフローティング方式を用いる。

すなわち、パワーＭＯＳ　Ｆ　ＥＴは出力をオンオフす
るためには、そのソースとゲート間に所定の電圧を印加
することでオン、ゲートをソースと同電位にすることで
オフできる。

しかしながら、この従来例のような回路構成においては
、上側のパワーＭＯ８ＦＥＴＱＩ、Ｑ３゜Ｑ、のソース
は、下側のパワーＭ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　２　。

Ｑ４．ＱＳのドレインに接続されているため、下側のパ
ワーＭＯ３Ｉ？ＥＴＱ２．Ｑ４．Ｑ＋＋のオンオフ状態
により、上側のパワーＭＯ８ＦＥＴＱ１．Ｑ３゜Ｑ、の
グランドからのソース電位は変動する。従って、本従来
例のような回路構成において、上側にくるパワーＭ　Ｏ
Ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　＋　、　Ｑ　ｓ　、　Ｑ　ｓのゲ
ートを駆動する回路は全体の回路グランドから分離して
いる必要がある。第８図に示すパワーＭＯ８ＦＥ　Ｔ　
Ｑ　＋　、　Ｑ　３　、　Ｑ　ｓのゲート駆動用のトラ
ンジスタブリッジＢ＋、Ｒ３，ＢＳは、グランド分離抵
抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３により分離されており、ゲート駆動
に必要な電荷は同じくグランド分離抵抗ＲＲｚ、Ｒｚに
より分離されたコンデンサＣ，，Ｃ２゜Ｃ１に蓄えられ
た電荷により供給される。こうして上ｆｉ１１のパワー
ＭＯＳＦＥＴＱ＋、Ｑ３．ＱＳが駆動される。

この種のブラシレスモータの起動／停止は、−ｍに信号
分配回路１６内にその機能が内蔵されており、外部に設
けられたスタート／ストップ用のスイッチＳＷ１で行わ
れる０例えば、ＩＣのロジックレベルの信号でＬレベル
にすることで、パワーＭ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　＋〜
Ｑ、へのゲート信号を全部Ｌレベル状態にしてブラシレ
スモータをストップ状態にでき、また、Ｈレベルの信号
で第７図に示すタイムチャートのようなゲート信号列を
発生し回転する。また、ブレーキスイッチＳＷ３をオン
して、信号分配回路１６のブレーキ端子すをＬレベルに
することで、上側のパワーＭＯＳＦＥＴＱ＋＋　Ｑ、、
Ｑ、を全部オンし、下側のパワーＭＯ３Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ
　２　、　Ｑ　＜　、　Ｑ　ａを全部オフして、ブラシ
レスモータ２の全コイル１３ａ、１３ｂ、１３ｃを短絡
状態とし、ブレーキ停止する。尚、スイッチＳＷ２は、
回転方向切替用である。

また、この種のブラシレスモータで速度制御を行う場き
には、位置検知信号の位相を速度信号としてサンプリン
グし、外部のボリューム等で設定された電圧値と比較後
、その差をパワーＭＯ８ＦＥＴのゲート信号にＰＷＭ信
号でフィードバックする場合が多い。

以上の制御回路１０に加え、この従来例のブラシレスモ
ータあるいはパワーＭＯＳＦＥＴで速度制御を行うブラ
シ付きモータにおいては、通常、昇圧回路１７が付属し
ている。これは、通常用いられる再充電可能な電池電圧
が一般にパワーＭＯＳＦＥＴを駆動するのに必要な所定
電圧以上比ない場合や、あるいは電池の消耗により所定
電圧以下になっても充分パワーＭＯＳＦＥＴを駆動でき
る電圧を確保するためからである。パワーＭＯＳＦＥＴ
は、ゲート電圧が所定の電圧より低下した場合は完全に
スイッチング状態で使用できず、リニア領域となり、モ
ータに充分な電流を流せず発熱が増し、ついには破壊す
ることがある。

上記のようなパワーＭＯ８ＦＥＴ及び該パワーＭＯ８Ｆ
ＥＴを制御する制御回路１０を持つブラシレスモータを
工具に応用するのは、長寿命化や低ノイズ化が実現可能
であるためだが、その設置はブラシ付きモータと何ら変
わるところはなく、第５図に示すように、チャック４、
ギアボックス３、モータ２、再充電可能な電池６等で構
成されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のようなパワーＭＯＳＦＥＴとその制御回路１０を
持つ充電工具において、従来のスイッチレバーを押して
いる間だけ回転する動作では、回転数の管理はオンオフ
スイッチでしかできないため、ネジの絞め過ぎによるネ
ジ山破損やネジの高さ合わせが難しいという問題があっ
た。

本発明は、上述の点に鑑みて提供したものであって、ブ
ラシレスモータの回転出力軸先端の延べ回転数を設定し
、設定した回転数で自動停止させることで、ネジの絞め
すぎを防止するようにした電動工具を提供することを目
的としたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、外部からブラシレスモータの所望の延べ回転
数を設定する設定スイッチと、起動後から上記設定スイ
ッチで設定した延べ回転数に達した時に制御回路を制御
して自動停止させる自動停止制御回路とを備えたもので
ある。

［作　用］ 自動停止制御回路により、延べ回転数が設定した回転数
になった時に、ブラシレスモータの回転を自動停止する
ようにしている。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図は本発明の自動停止制御回路２０の基本原理を示すブ
ロック図を示し、切替スイッチ２１により、延べ回転数
に達した場合に自動停止制御回路２０からのブレーキ信
号と、従来の制御回路１０からのブレーキ信号とを切り
譬えるようにしている。位置信号を入力とする分周器２
２は、３相４極モータの位置信号をＮ分周することで、
ドリルの軸先端の回転数に変換する。この分周比はブラ
シレスモータの回転子極数と、工具の減速ギアのギア比
で決定される。すなわち、４極のブラシレスモータの場
合、位置信号の１／２がモータの回転数であるから、ギ
ア比をｎとすると、工具の軸回転数は位置信号を１７（
２ｎ）倍した値となる。

従って、分周比Ｎは、Ｎ＝２ｎとなる。

カウンタ２３は分周器２２からの信号をカウントするも
のであり、また、設定スイッチ２４は延べ回転数を設定
するスイッチであり、外部に設けである。カウンタ２３
及び設定スイッチ２４からの信号をコンパレータ２５で
比較する。すなわち、コンパレータ２５にて回転数と設
定値とを比較して、一致した場合、切替スイッチ２１を
介してＬレベルの信号を信号分配回路１６のブレーキ端
子すに入力するようにしている。

工具を動作させると、第７図（ｃ）に示すパワーＭＯＳ
ＦＥＴのゲート信号のいずれかを位置信号として分周器
２２に入力する。ここで、分周器２２の出力は工具の軸
先端出力となり、カウンタ２３へ入力される。カウンタ
２３でカウントされた回転数は、延べ回転数設定用の設
定スイッチ２４のデータとコンパレータ２５で比較され
る。コンパレータ２５は回転数設定値と検出した回転数
が一致、または回転数検出信号の数が多くなった場合に
出力を反転させ、第８図に示す制御回路１０の信号分配
回路１６のブレーキ端子すへと入力され、ブラシレスモ
ータは停止する。

第２図に具体的な実施例を示す。設定スイッチ２４は、
回転数（延べ回転数）の設定であるから。

１０進のデジタルスイッチが使用される。すなわち、そ
のデジタルスイッチは、ＢＣＤ４ビットであるから、１
桁につき４個のスイッチを用いている。これを、ＢＣＤ
カウンタのうち初期値設定、及び減算のできる７４１９
０タイプのＩＣのカウンタ２３１・・・のＡ、Ｂ、Ｃ，
Ｄ端子に入力する。このＩＣの動作は、電源が投入され
ると、設定スイッチ２４の状態を初期値とし、出力端子
ＱＡ−ＱＤにそのままのデータが現れる。次に、クロッ
ク端子ＣＬＫにクロック（本発明では、位置信号を分周
器２２で分周した工具の回転数“）が入力される度に出
力の値が減算され、出力が０になった場きに、端子ＲＩ
ＰＰＬＥ、Ｃ０ＵＮＴＥＲ（ＲＣＯ）にＬレベルが現れ
る。第３図にカウンタ２３として用いているＩＣの７４
１９０のタイムチャートを示す。

従って、全部の桁がゼロになれば、設定した値（延べ回
転数）だけ回転したことが判明する。

そこで、各桁（各カウンタ２３．・・・）の端子ＲＣＯ
の信号をオアゲート２６に入力し、全端子ＲＣＯがゼロ
になった場合のみ出力がＬレベルになるようにする。次
に、このオアゲート２６からの信号によりＨ／Ｌが反転
し、その状態を維持するためにＲＳフリップフロップ２
７で受け、その出力を切替スイッチ２１を介して上述の
ブレーキ端子すに入力する。そして、制御回路１０にて
ブレーキがかかりブラシレスモータは自動的に停止する
。

尚、ブレーキで停止させた場合、ブラシレスモータの回
転は急に停止できず、数回転は惰性で回転するが、一般
に電動工具の減速ギア比は１１５０とか、１／１００と
、かなり大きいため、軸先端部への影響は小さくなり、
実用上問題はない。

ここで、リセット回路２８は、工具を回転させる場合に
電源のオンオフを行うが、その際に、カウンタ２３．・
・・とＲＳフリップフロップ２７のリセットを行う回路
である。また、分周器２２の分周比は上述のようにブラ
シレスモータの極数と工具の減速ギア比で決まる。

第４図は、従来の制御回路１０に本発明の自動停止制御
回路２０の接続示した回路を示し、切替スイッチ２１に
より、従来のブレーキスイッチと、本発明の延べ回転数
に達した場合の自動停止機能とを備えたものである。

尚、工具としては、通常動作させない場合には、メイン
スイッチを設け、第５図のスイッチレバー７を引かなけ
ればメインスイッチがオフし、ブラシレスモータ及び各
制御回路への電源供給は、なされないので、本発明の実
施例においては、設定回転数だけ回転した後は、必ず、
スイ・ンチレノく−７を戻すことによって、制御電源を
切断しリセ・ントがかかる構成となっている。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、外部からブラシレスモータの所
望の延べ回転数を設定する設定スイ・ンチと、起動後か
ら上記設定スイッチで設定した延べ回転数に達した時に
制御回路を制御して自動停止させる自動停止制御回路と
を備えたものであるから、自動停止制御回路により、延
べ回転数が設定した回転数になった時に、ブラシレスモ
ータの回転を自動停止するようにしているものであり、
そのため、希望する回転数で工具が停止して、ネジの絞
めすぎがなく、ネジを破損することがなく、また、仮止
めの場合と同じ程度に絞めることができ、都合が良いと
いう効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の自動停止制御回路の基本原理
を示すブロック図、第２図は同上の具体回路図、第３図
は同上のＩＣカウンタのタイムチャート５第４図は同上
の全体のブロック回路図、第５図は電動工具の破断側面
図、第６図（、＞　（ｂ）はブラシレスモータの横断面
図及び縦断面図、第７図は信号分配回路のタイムチャー
ト、第８図は従来例の具体回路図である。 ２はブラシレスモータ、１０は制御回路、２０は自動停
止制御回路、２４は設定スイッチ、Ｑ１〜Ｑ６はパワー
ＭＯＳＦＥＴである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブラシレスモータと、このブラシレスモータを駆
   動するパワーＭＯＳＦＥＴと、このパワーＭＯＳＦＥＴ
   のゲートを制御してブラシレスモータを回転制御する制
   御回路とを備えた電動工具において、外部からブラシレ
   スモータの所望の延べ回転数を設定する設定スイッチと
   、起動後から上記設定スイッチで設定した延べ回転数に
   達した時に上記制御回路を制御して自動停止させる自動
   停止制御回路とを備えたことを特徴とする電動工具。