JPH04172992A - 直流モータ制御回路 - 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、例えば電気トライバ、電気トリル、電気のこ
ぎり等のように直流モータによって駆動される電動工具
、その他の回転を制御する直流モータ制御回路に関する
。

（従来の技術） 上記した電動工具の直流モータ制御回路として、従来、
第３図で示されるものか提案されている。

これは、ＦＥＴで構成されたスイッチング素子ＴＲのス
イッチ部（トレイン−ソース間）Ｄ−ｓを電源Ｅと直流
モータＭとの間に接続し、スイッチング素子ＴＲのゲー
トに発振回路ＯＣからの発振パルス出力を与えて、スイ
ッチ部Ｄ−Ｓ間をオシオフすることにより、スイッチ部
Ｄ−９のオン状態ては電源Ｅを直流モータ〜１に印加さ
せる。

一方、抵抗ＲとツェナーダイオードＺＤとからなる定電
圧回路に並列に電圧設定回路ＶＲＩと、発振回路ＯＣと
を接続し、可変抵抗器で構成された電圧設定回路ＶＲＩ
の可動端子Ｔを、電動工具の操作レバーに連動させるこ
とで、操作レバーのフリーボノンヨンからの操作ストロ
ーク（操作レバーの引き量）に比例した設定電圧を該電
圧設定回路ＶＲＩから発生させる一方、発振回路ＯＣは
、人力された設定電圧の大きさ、つまり、操作レバーの
操作ストロークに対応して発振パルスのパルス幅を変調
して出力する。

しｆこかって、スイッチング素子ＴＲは、操作ストロー
クに対応してオンオフ駆動されることになり、これに伴
い、直流モータＭはその回転数が制御されることとなる
。

このような直流モータ制御回路では、直流モータＭのト
ルクと回転数とは第４図のようになる。

第４図は、直流モータＭに関して横軸をトルク、縦軸を
回転数としてあられすとともに、スイッチング素子ＴＲ
が発振回路ＯＣ出力によってオンオフするときのオフ期
間とオン期間とを合計し、その合計期間に対するオン期
間の比率（オンデユーテイ−）か４０％〜１００％のと
きの直流モータＭのトルクと回転数との関係か示されで
ある。

すなわち、この第４図から明らかなように、従来の直流
モータ制御回路を例えば電気トライバに適用し、該電気
ドライバでネジを締め付けるときでは、操作レバーの操
作ストロークか一定で、そのときの操作ストロークで定
まる発振回路ＯＣからの発振パルスの変調度に基づいて
、オンデユーテイ−が例えば５０％であったとした場合
に、ネジの締め付は開始からその締め付：＋が進むに従
って、直流モータＭにかかるトルクが大きくなってくる
と、回転数はそのオンデユーテイ−の５０％特性線に沿
って低下してくることになる。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の直流モータ制御回路にあっては、ネジ
の締め付は度合いか進んでいくと、回転数が低下してく
るものの、ネジには直流モータＭから大きなトルクが加
わってくることになり、その結果、そのトルクが過大に
なると、ネジがその過大なトルクで破損するおそれがあ
る。

しかるに、従来の直流モータ制御回路そのものはトルク
リミット機能を具備したものがなく、このようなネジの
破損という事態回避のためには、これまで電動工具その
ものにトルクリミット機構を配備したものはあったが、
このトルクリミット機構は、機械的に直流モータＭの回
転をスリップさせてトルクをリミットするといったクラ
ッチ機構であったから、トルクリミット動作時に作業者
に不快感を与えてしまうような大きなスリップ音が発生
したり、トルクリミット動作が段階的であったからトル
クリミットの設定精度を上げることが困難であったり、
機械的強度を必要とする部材が必要であるから、その搭
載部材が重量化し、結果、電動工具そのものが重量化し
て操作性の低下をもたらしていたり、おおかかすなりラ
ッチ機構のために電動工具のコストが高くつくものとな
るうえ、クラッチ機構の設置スペースのために電動工具
そのものの設計自由度を阻害するといった、各種の課題
をかかえたものとなっていた。

したがって、本発明は、上述の課題に鑑み、クラッチ機
構を用いることなく、直流モータのトルクをリミットで
きるようにして、クラッチ機構を用いることによりもた
らされていた上述の不具合を解消できるようにすること
を目的としている。

（課題を解決するための手段） このような目的を達成するために、本発明の直流モータ
制御回路においては、スイッチング素子、トルク検出回
路、トルクリミット設定回路、およびトルク比較回路を
有しており、スイッチング素子は、スイッチ部が電源と
直流モータとの間に接続されているとともに、発振パル
ス出力で該スイッチ部がオンオフ駆動されるものであり
、トルク検出回路は、スイッチング素子のスイッチ部を
流れる電流から直流モータの現トルクを検出出力するも
のであり、トルクリミット設定回路は、直流モータのト
ルクの上限値（上限トルク）を設定出力するものであり
、トルク比較回路は、トルク検出回路とトルクリミット
設定回路それぞれからの現トルクと上限トルクとを比較
し、現トルクか直流モータの上限トルクに達したときに
は出力部から直流モータ停止出力を出力して直流モータ
を停止するものであることを特徴としている。

（作用） トルク検出回路において、直流モータの現トルクか検出
出力される。トルク比較回路においては、その現トルク
検出出力と、トルクリミット設定回路からの上限トルク
設定出力とが比較され、現トルクが直流モータの上限ト
ルクに達したときには、その出力部から直流モータ停止
出力が出力され、これにより、直流モータは回転停止さ
せられる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。なお、この実施例では電動工具の一例として電気ドラ
イバに適用して説明することにするが、他の電動工具は
勿論のこと、他の駆動対象にも適用することができるの
は勿論である。

第１図は本発明の実施例に係る直流モータ制御回路の回
路図である。同図に示される本実施例９直流モータ制御
回路は、従来と同様にして、抵抗Ｒ１とツェナーダイオ
ードＺＤとからなる定電圧回路、スイッチング素子ＴＲ
４、電圧設定回路ＶＲ１、および発振回路ＯＣを有しで
いる。

本実施例制御回路は、上記構成に加えて、トルク検出回
路ＴＤ、トルクリミット設定回路ＴＬ、トルク比較回路
ＡＰ　Ｉ、バイパス用トランジスタＴＲＩ、および自己
保持回路ＳＨを有している。

以下、さらに詳しく本実施例の構成を説明すると、スイ
ッチング素子ＴＲ４は、従来と同様に、ＦＥＴで構成さ
れていて、スイッチ部Ｄ−５が電源Ｅと直流モータＭと
の間、詳しくは、ドレインＤが直流モータＭの一端に、
ソースＳが直流電源Ｅのマイナス電極にそれぞれ接続さ
れている。電圧設定回路ＶＲＩは、ツェナーダイオード
ＺＤに並列に接続された可変抵抗器で構成されていて、
従来と同様に、その可動端子Ｔが電動工具の図示してい
ない操作レバーに連動することにより、該可動端子Ｔを
介して操作レバーにおけるフリーポジションからの操作
ストロークに比例した設定電圧Ｖｓを発生するようにな
っている。

発振回路ＯＣは、一定周波数の発振パルスを出力するも
のであって、該発振パルスのパルス幅が設定電圧Ｖｓに
応じて変調されるようになっていて、該発振パルスを電
流制限抵抗Ｒ４を介してスイッチング素子ＴＲ４のゲー
トに出力するようになっている。トルク検出回路ＴＤは
、直流モータＭからスイッチング素子ＴＲ４のスイッチ
部Ｄ−８を介して流れる電流を検出する電流検出抵抗Ｒ
１Ｏと、抵抗ＲＩＯおよびコンデンサＣからなる平滑回
路とからなり、スイッチング素子ＴＲ４のスイッチ部Ｄ
−Ｓを流れる電流を電流検出抵抗Ｒ１１で検出するとと
もに、その検出出力を平滑回路で平滑回路してそれを直
流モータＭの現トルク出力として、トルク比較回路ＡＰ
Ｉの非反転入力部（＋）に出力するようになっている。

トルクリミット設定回路ＴＬは、可変抵抗器ＶＲ２、抵
抗Ｒ８、Ｒ９で構成されていて、可変抵抗器ＶＲ２で直
流モータＭのトルクの上限値（上限トルク）を設定でき
るようになっていて、その設定値を上限トルク出力とし
てトルク比較回路ＡＰＩの反転入力部（−）に出力でき
るようになっている。トルク比較回路ＡＰＩは、トルク
検出回路ＴＤとトルクリミット設定回路ＴＬそれぞれか
らの現トルクと上限トルクとの各出力を比較し、現トル
クが直流モータＭの上限トルクに達したときには出力部
から直流モータ停止出力を出力するようになっている。

バイパス用トランジスタＴＲ１は、ベースかトルク比較
回路ＡＰＩの出ツノ部に接続され、スイッチ部（コレク
タ・エミッタ、以下、同様。）ＣＩ−Ｅｌが前記発振パ
ルス出力に対するバイパス通ＢＰ回路内に挿入されてお
り、かつ、前記直流モータ停止出力の人力に応答してス
イッチ部ＣＩ−Ｅｌがオンして発振パルス出力をバイパ
スするようになっている。

自己保持回路ＳＨは、操作ストローク検出回路Ｏ８と、
第１および第２の自己保持用トランジスタＴＲ２，ＴＲ
３とを有している。操作ストローり検出回路ＯＳは、抵
抗Ｒ２、Ｒｓ　、Ｒ５、および比較回路ＡＰ２で構成さ
れており、抵抗Ｒ２，Ｒ３はツェナーダイオードＺＤ両
端間電圧を分圧して、これを比較回路ＡＰ２の非反転入
力部（−）に対する基準電圧Ｖｒ　ｅ　ｆとして出力す
るものであり、比較回路ＡＰ２は、電圧設定回路ＶＲＩ
から反転入力部（−）に与えられる設定電圧Ｖｓと、前
記のようにして非反転入力部（１）に与えられる基準電
圧Ｖｒ　ｅ　ｆとを比較するものであり、両型圧Ｖｓと
Ｖｒ　ｅ　ｆとに基づいて操作レバーが、フリーボノノ
ヨンにいないときの操作ストロークに対応して第１の自
己保持用トランジスタＴＲ２をオン可能にさせるハイレ
ベルの自己保持出力を比較出力し、フリーボジンヨンに
あるときは第１の自己保持用トランジスタＴＲ２をオフ
にするローレベルの自己保持解除出力を比較出力するよ
うになっている。第１の自己保持用トランジスタＴＲ２
は、スイッチ部Ｃ２−Ｅ２が、トルク比較回路ＡＰＩか
らの直流モータ停止出力に対するバイパス通路ＢＰ２内
に挿入されており、かつ、操作ストローク検出回路Ｏ８
から自己保持出力か与えられている状態でバイパス用ト
ランジスタＴＲＩのスイッチ部ＣＩ−Ｅｌが直流モータ
停止出力によってオンしたときに当該スイッチ部Ｃ２−
Ｅ２かオンするようになっている。第２の自己保持用ト
ランジスタＴＲ３は、スイッチ部Ｃ３−Ｅ　３がトルク
リミット設定回路ＴＬからの上限トルクの設定出力に対
するバイパス通路ＢＰＢ内に挿入されており、かつ、第
１の自己保持用トランジスタＴＲ２のスイッチ部ＣＩ　
−Ｅ　Ｉがオンしているときに、当該スイッチ部Ｃ３−
Ｅ　３がオンしてトルクリミットの設定出力をバイパス
するようになっている。

動作を第２図を参照して説明する。第２図は、横軸に直
流モータＭのトルク、縦軸に直流モータＭの回転数をそ
れぞれとりオンデユープイーがそれぞれ６０％、５０％
、４０％として本実施例の制御回路による直流モータＭ
のトルクと回転数との関係を示している。

そして、電圧設定回路ＶＲＩによってオンデユープイー
か例えば５０％で直流モータＭ力く回転駆動されている
状態でネジが締め付けられてＬλるときに、トルク検出
回路ＴＤにおいて、直流モータＭの現トルクが検出出力
されている。この状態で、トルク比較回路ＡＰＩにおい
ては、その現トルク検出出力と、トルクリミット設定回
路ＴＬからの上限トルク設定出力とが常時、比較されて
０る。

この比較において、ネジが締め付けられてし）って直流
モータＭの回転数が低下する一方、現トルりが増大して
直流モータＭの上限トルクに達したときには、トルク比
較回路ＡＰＩの出力部力λら（よ直流モータＭの回転を
停止させる回転停止出力力く出力される。そうすると、
）くイノ（ス用トランジスタＴＲＩは、この直流モータ
停止出力の入力（こ応答してスイッチ部Ｃ１−Ｅｌかオ
ンにされる力１ら、発振回路ＯＣからの発振パルス出力
は、〕くイノくス通路ＢＰＩにバイパスされてしまう結
果、スイッチング素子ＴＲ４はオフして直流モータＭは
回転停止させられる。

一方、自己保持回路ＳＨにおける操作ストローク検出回
路Ｏ５が、第１の自己保持用トランジスタＴＲ２をオン
可能にさせるハイレベルの自己保持出力を出力している
ときに、第１の自己保持用トランジスタＴＲ２は、それ
のスイッチ部Ｃ２−Ｅ２が、バイパス用トランジスタＴ
ＲＩのスイッチ部ＣＩ　−Ｅ　１への直流モータ停止出
力があるときにオンする。その結果、第２の自己保持用
トランジスタＴＲ３は、それのスイッチ部Ｃ３−Ｅ３が
オンするから、バイパス通路ＢＰ３を介してトルクリミ
ットの設定出力をバイパスする。

このように、第２の自己保持用トランジスタＴＲ３がオ
ンすると、トルク比較回路Ａ、ＰＩは常に、直流モータ
回転停止出力を出力することになり、これによってバイ
パス用トランジスタＴＲＩは、発振回路ＯＣ出力をバイ
パスするから、トルク比較回路ＡＰＩにトルク検出回路
ＴＤからいかなる現トルク検出出力が与えられても、直
流モータＭはトルクの上限値に到達した時点で回転停止
する。

その結果、直流モータＭのトルクは第２図の実線から破
線のように変化することになって、上限トルクを越えて
直流モータＭが回転することかない。

なお、この場合、操作レノ＼−をフリーポノノヨンにす
ると、操作ストローク検出回路Ｏ８からローレｌ＼ルの
自己保持解除出力が出力され、これによって、第１の自
己保持トランジスタＴＲ２かオフし、第２の自己保持ト
ランジスタＴＲ３もオフする結果、直流モータル丁は回
転停止状態から解除され、操作レバーの操作ストローク
に対応して再び回転操作させることができる。

（発明の効果） 以上説明したことから明らかなように本発明によれば、
直流モータのトルクが上限トルクに到達したときは、該
直流モータの回転を停止させるようにそのトルクをリミ
ットできることから、そのトルクリミットのために従来
のようにクラッチ機構を配備させる必要がなくなり、上
述した課題を一挙に解消することができる。

なお、従来、トルクをリミットして定トルク制御するも
のでは直流モータかロック状態で回転停止し、何等の仕
事をせずいたずらに電力損失を招いていｆこのにくらへ
て、本発明ではトルクがリミットトルクになると、直流
モータの回転を停止させるから、実質、直流モータへの
電流がカッ）・さイーることになる結果、無駄な電力損
失かなし）という効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係り、第１図は本発明の
実施例に係る直流モータ制御回路の回路図、第２図は第
１図の制御回路による直流モータの回転数とトルクとの
関係を示す図である。 第３図および第４図は従来例に係り、第３図は従来例に
係る直流モータ制御回路の回路図、第４図は第３図の制
御回路による直流モータの回転数とトルクとの関係を示
す図である。 ＴＲ４・・・スイッチング素子、ＶＲＩ　・電圧設定回
路、ＯＣ発振回路、ＴＤ　・トルク検出回路、ＴＬ・・
トルクリミット設定回路、Ａ、　Ｐ　Ｉ　　トルク比較
回路、ＴＲ＋　・・バイパス用トランンスタ、ＳＨ・自
己保持回路、Ｏ８操作ス）ｏ−り検出回路、ＴＲ２，Ｔ
Ｒ３・・自己保持用トランジスタ。 第２図 第３図 第４図 トルク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スイッチング素子（ＴＲ４）、トルク検出回路（
   ＴＤ）、トルクリミット設定回路（ＴＬ）、およびトル
   ク比較回路（ＡＰ１）を有しており、スイッチング素子
   （ＴＲ４）は、スイッチ部（Ｄ−Ｓ）が電源（Ｅ）と直
   流モータ（Ｍ）との間に接続されているとともに、発振
   パルス出力で該スイッチ部（Ｄ−Ｓ）がオンオフ駆動さ
   れるものであり、 トルク検出回路（ＴＤ）は、スイッチング素子（ＴＲ４
   ）のスイッチ部（Ｄ−Ｓ）を流れる電流から直流モータ
   （Ｍ）の現トルクを検出出力するものであり、 トルクリミット設定回路（ＴＬ）は、直流モータ（Ｍ）
   のトルクの上限値（上限トルク）を設定出力するもので
   あり、 トルク比較回路（ＡＰ１）は、トルク検出回路（ＴＤ）
   とトルクリミット設定回路（ＴＬ）それぞれからの現ト
   ルクと上限トルクとを比較し、現トルクが直流モータ（
   Ｍ）の上限トルクに達したときには出力部から直流モー
   タ停止出力を出力して直流モータ（Ｍ）を停止するもの
   である ことを特徴とする直流モータ制御回路。