JPH04172993A - 直流モータの定速制御回路 - 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
具等に好適に実施できる直流モータの定速制御回路に関
する。

（従来の技術） 直流モータを用いた電動工具においては、直流モータと
電源との間にモータ電流開閉素子の開閉部を設け、モー
タ電流開閉素子に開閉駆動信号を与えてその開閉部を開
閉駆動して直流モータに電源を印加する場合に、その開
閉駆動信号のデューティーザイクル制御で直流モータを
定速制御するようにしたものかある。

このような定速制御においては、従来、直流モータの近
辺にピンクアップコイル等の回転数検出セッサを設け、
その回転数検出セッサの信号の周波数、つまり、直流モ
ータの実際回転数を、操作レバーの操作ストローク（し
／く−引き量）に応しｆこ設定回転数に合わせ込むよう
に開閉駆動信号をデユーティ−サイクル制御して直流モ
ータを定速回転させているものかある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来回路においては、回転数
検出センサが必要不可欠な構造となるか、回転数検出セ
ンサを市販購入するとしても安価で性能に優れたものの
入手が比較的困難であること、それの配設にリード線配
線とかセンサ取付治具の設置とか、リート線とセンサと
の半田接続なとて作業コストが高くつくこと、加えて、
直流モータの回転数を精度高く検出するためにセンサの
組み込み箇所にも制約があるから他の部品の配置とも絡
みあって設計の自由度が低下するといつ１こ問題が指摘
される。

本発明は、ピックアップコイル等のセンサを用いること
なく直流モータを高精度で定速制御できるようにして前
記課題を一挙に解決しｆ二しのである。

（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
の定速制御回路においては、モータ電流開閉素子、演算
器、スレッショルド電圧設定器、および開閉駆動信号出
力回路を有し、モータ電流開閉素子は、開閉部が電源と
直流モータとの間に接続されているとともに、開閉駆動
信号に応答して該開閉部が開閉動作するものであって、
その開閉タイミンクが開閉駆動信号のデユーティ−サイ
クルで決定されるものであり、演算器は、直流モータの
実際回転数を前記開閉部を流れる電流から演算して電圧
値に変換するしのであり、スレッノヨルド電圧設定器は
、前記電圧値と、操作レバーの操作ストロークにより与
えられる直流モータの設定回転数に対応した電圧値とを
入力し、両電圧値から実際回転数と設定回転数との差に
対応しｆニスレッショルド電圧を出力するしのであり、
開閉駆動信号出力回路は、スレツンヨルド電圧を取Ｃつ
込むとともに、取り込んたスレ・ソショルド゛電圧力＼
ら直流モータを定速回転制御させるようなデユーティ−
サイクルを有する開閉駆動信号を出力するものであるこ
とを特徴としている。

（作用） 操作レバーが操作されて電源が印加されて開閉駆動信号
出力回路から開閉駆動信号カベ出力されると、モータ電
流開閉素子の開閉部かその開閉駆動信号のデユーティ−
サイクルに対応して開閉駆動される。回転を開始した直
流モータは、演算器（こよってその実際回転数が演算さ
れる。演算器（よ、その演算結果に対応した電圧値を出
力する。スレツンヨルド電圧設定器は、演算器からの電
圧値と、操作レバーの操作ストロークにより与えられる
直流モータの設定回転数に対応した電圧値とを２＼力し
、両電圧値から実際回転数と設定回転数との差に対応し
たスレッンヨルト電圧を出力する。開閉駆動信号出力回
路は、スレツンヨルド電圧を取り込むとともに、取り込
んだスレ・ソノヨルド電圧から直流モータを定速制御さ
せるようなデユーティ−サイクルを有する開閉駆動信号
を出力する。

（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
。

第１図は、電動工具の直流モータの定速制御回路の回路
図である。第１図において、Ｅは電動工具内蔵の電源、
Ｍは直流モータ、ＴＲ２はモータ電流開閉素子であり、
Ｄ、Ｓはモータ電流開閉素子ＴＲ２の開閉部であって電
源Ｅと直流モータＭとの間に接続されている。

ＳＷＩは電源スィッチ、ＳＷ２は制動接点、ＳＷ３は短
絡接点であって、電源スィッチＳＷＩは電動工具の操作
レバーに連動し、制動接点ＳＷ２は電源オフ時に閉じて
直流モータＭに制動をかけ、短絡接点ＳＷ３は操作レバ
ーを最大ストロークまで引いた際に閉じてモータ電流開
閉素子ＴＲ２の開閉部Ｄ−５を短絡させるようになって
いる。

Ｒ２は電流検出抵抗であって、直流モータＭからモータ
電流開閉素子ＴＲ２の開閉部Ｄ−３を介して流れる電流
を検出する。ＨＣＩは第１の平滑回路であって、電流検
出抵抗Ｒ２の両端電圧を平滑出力する。ＨＯ２は第２の
平滑回路であって、モータ電流開閉素子ＴＲ２のトレイ
ン電圧を平滑出力する。

ＥＣは演算器であって、直流モータＭの実際回転数を次
式に従って演算する。

すなわち、直流モータＭの電機子抵抗をｒａとし、直流
モータＭの印加電圧をＶＭとすると、次式■、■か成立
する。

ＶＭ＝Ｉａ−ｒａ−１−ＫＥ−Ｎ　　−・−■ただし、
ＫＥ・比例定数 Ｎ：直流モータＭの回転数 Ｉａ・電機子電流 ＶＭ＝Ｖｃ　ｃ　−Ｖｄ　　　　　・・・・■ただし、
Ｖｃｃ　　電源電圧 Ｖｄ　　モータ電流開閉素子ＴＲ２ のトし・イン電圧の平滑電圧 まに、■、２式により下記の■式か求められる。

ＫＥ　−Ｎ＝■（ｃ　−Ｖｄ　−１ａ　−ｒ　ａ　　■
したかって、Ｖｃ　ｃ　−Ｖｄ　−１ａ　−ｒ　ａを演
算演算することて、直流モータ〜１の実際回転数を得る
ことができるから、演算器ＥＣにおいては、電源電圧Ｖ
ｃｃが直接、平滑電圧Ｖ　ｄか第２の平滑回路ＨＣ２か
ら、電流Ｉａに対応し几電圧か第１の平滑回路ＨＣＩか
らそれぞれ得る二とかてさ、かつ、比例定数ＫＥと電機
子抵抗ｒａとは既知の定数として得ていることから、直
流モータＭの実際回転数の演算を行うことかできる。

そして、演算器ＥＣは、その演算結果を直流モータＭの
実際回転数に対応した演算電圧値としてスレッショルド
電圧設定器ＴＶに出力スル。ＶＲは電圧設定器であって
、操作レバーの操作に連動して摺動子ＭＴが抵抗基板Ｒ
Ｂ上を摺動し、その摺動子ＭＴの摺動位置て直流モータ
Ｍの設定回転数に対応した設定電圧値を出力する。

ＴＶは前記スレッショルド電圧設定器であって、オペア
ンプＯＰと第３の平滑回路ＨＣ３とからなり、オペアン
プＯＰの反転入力部（−）に演算器ＥＣからの前記演算
電圧値を、非反転入力部（士）に電圧設定器ＶＲによる
設定電圧値をそれぞれ入力し、該オペアンプＯＰの出力
部から実際回転数と設定回転数との差に対応したスレッ
ンヨルト電圧を出力する。第３の平滑回路ＨＣ３は、オ
ペアンプＯＰ出力を平滑出力する。

ＰＯＣは開閉駆動信号出力回路であって、三角波発振器
ＴＯ１比較器ＡＰ、およびバッファトランジスタＴＲＩ
を含む。三角波発振器ＴＯは、三角波電圧を発生出力し
、比較器ＡＰは、非反転入力部（＋）に三角波電圧を入
力し、反転入力部（−）にスレッショルド電圧を入力し
、両型圧の大小を比較し、その比較出力を開閉駆動信号
としてバッファトランジスタＴＲＩを介してモータ電流
開閉素子ＴＲ２のゲートに出力する。すなわち、開閉駆
動信号出力回路ＰＯＣからの開閉駆動信号は、そのデユ
ーティ−サイクルが直流モータＭの実際回転数か設定回
転数に合わせ込ませて直流モータを定速回転制御させる
ように制御して、その開閉駆動信号をモータ電流開閉素
子ＴＲ２のゲートに出力する。

動作を第２図を参照して説明する。第２図（ａ）は、設
定回転数Ｎｓ（設定電圧値）と実際回転数Ｎｒとを示し
、第２図（ｂ）はスレッショルド電圧設定器ＴＶのオペ
アンプＯＰの出力と第３の平滑回路ＨＣ３の出力とを示
し、第２図（ｃ）は、三角波発振器Ｔｏの三角波電圧と
、スレッショルド電圧設定器ＴＶの第３の平滑回路ＨＣ
３の出力（スレッショルド電圧）とを示し、第２図（ｄ
）は比較器ＡＰの出力を示している。

今、時刻ｔｏにおいて、直流モータＭを設定回転数Ｎｓ
において定速回転させるべく、操作レバーをそれに対応
してフリーポジションの位置から引くと、電圧設定器Ｖ
Ｒの摺動子ＭＴもその操作レバーの操作ストローク分た
け抵抗基板ＲＢ上を摺動する。これによって、スレッン
ヨルト電圧設定器ＴＶのオペアンプＯＰの非反転入力部
（＋）には可動端子ＭＴを介して設定回転数ＮＳに対応
し１こ設定電圧値か与えられて直流モータＭはその設定
回転数か第２図（ａ）のようなＮＳに設定される。

一方、操作しバーの操作により電源スィッチＳＷ１が閉
してモータ電流開閉素子ＴＲ２のゲートに電源Ｅか印加
されると、該モータ電流開閉素子ＴＲ２かオンして直流
モータＭには電源Ｅが印加される結果、該直流モータＭ
は回転を開始する。

このときの直流モータＭの実際回転数Ｎｒはゼロから開
始するから、その実際回転数Ｎｒは第２図（ａ）の時刻
ｔｏのところから変化していく。そして、この実際回転
数Ｎｒは上述のように演算器ＥＣで演算され、その演算
電圧値がスレッショルド電圧設定器ＴＶのオペアンプＯ
Ｐの反転入力部（＝）に与えられる。

スレッショルド電圧設定器Ｔ　Ｖにおいて、オペアンプ
ＯＰは、設定回転数Ｎｓに対応の設定電圧値と、実際回
転数Ｎｒに対応の演算電圧値とから直流モータＭの両回
転数差Ｎｄに対応した電圧（第２図（ｂ）のＯＰの出力
）を出力し、かつそれを第３の平滑回路ＨＣ３て平滑化
して出力（第２図（ｂ）のＨＣ３の出力）する。そして
、この平滑化出力は、比較器ＡＰの反転入力部（−）に
出力される。

比較器ＡＰは、反転入力部（−）に与えられｆコ該平滑
化出力（ＨＣ３の出力）、つまりスレッショルド電圧と
、非反転入力部（＋）に与えられている三角波発振器Ｔ
Ｏからの三角波電圧とを比較し、第２図（ｄ）に示すよ
うに、該比較に見合うデユーティ−サイクルの開閉駆動
信号（比較蒸出ツノ）を出力する。その開閉駆動信号は
、バッファトランジスタＴＲＩを介してモータ電流開閉
素子ＴＲ２のゲートに与えられる。このとき、実際回転
数Ｎｒか設定回転数Ｎｓよりも高くなる時刻ｔ　１まて
は、演算器ＥＣで演算されてオペレーショナルアンプＯ
Ｐの反転入力部（−）側に与えられる演算電圧の方が、
非反転入力部（＝）側の設定電圧よりも低くなっている
から、したがって、第２図（ｂ）のようにスレソンヨル
ト電圧設定器ＴＶのオペアンプＯＰの出力はハイレベル
で、それの平滑化出力（スレッンヨルト電圧）は高くな
っていく。したがって、この時刻ｔ　Ｏ−ｔ　　Ｉの間
は、スレッンヨルト電圧が高くなっていくから、比較器
ＡＰからの出力のデユーティ−サイクル、つまりスイッ
チング素子ＴＲ２の開閉駆動信号のデユーティ−サイク
ルは第２図（ｄ）のように増加していき、結果、第２図
（ａ）のように直流モータＭの実際回転数Ｎｒか増大し
ていく。そして、時刻ｔｌで実際回転数Ｎｒが設定回転
数Ｎｓに到達したとき、スレッショルド電圧設定器ＴＶ
のオペアンプＯＰの出力はローレベルに反転する結果、
第３の平滑回路ＨＣ３の出力であるスレッショルド電圧
は低下し始めてデユーティ−サイクルが減少し直流モー
タＭの回転数も低下し始める。ただし、時刻ｔｌではた
だちに実際回転数Ｎｒが低下せず、時刻ｔ２から低下し
ているのは、上記回路で構成されたフィードバックルー
プの応答速度の遅れに起因している。

そして、時刻ｔ２から実際回転数Ｎｒが低下していき、
時刻［３で設定回転数Ｎｓよりも到達すると、今度は、
設定電圧よりもスレッショルド電圧が大きくなるから、
開閉駆動信号のデユーティ−サイクルがあがって実際回
転数Ｎｒが増大し始める。この場合も時刻ｔ３からただ
ちに、実際回転数Ｎｒが増大するのではなく、フィード
バックループの応答速度の遅れから時刻ｔ４までは実際
回転数Ｎｒが減少しいてき、時刻ｔ４から実際回転数Ｎ
ｒが増大していく。

このような一連の動作の繰り返しの結果、直流モータＭ
の実際回転数Ｎｒは最終的には設定回転数Ｎｓに落ち着
く。つまり、直流モータＭは定速制御されることになる
。

（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、
ピックアップコイル等のセンサを用いることなく直流モ
ータを高精度で定速回転数制御できるようにしたから、
安価に入手することが困難なピックアップコイル等のセ
ンサが不要であること、該センサを用いた場合にはコス
ト的に不利す−ド線配線とかセンサ取付治具の設置とか
、リート線とセッサとの半田接続なとの作業とかが不要
となコストが高くつとなること、加えて、センサの組み
込み箇所にも制約かあることに起因する設計の自由度の
低下といった問題を解決することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る直流モータの定速制御回
路の回路図、第２図は該制御回路の動作説明に供するタ
イミングチャートである。 Ｅ　電源、Ｍ・・直流モータ、ＴＲ２モータ電流開閉素
子、ＥＣ・・演算器、ＴＶ・・スレッノヨルド電圧設定
器、ＰＯＣ・開閉駆動信号出力回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータ電流開閉素子（ＴＲ２）、演算器（ＥＣ）
   、スレッショルド電圧設定器（ＴＶ）、および開閉駆動
   信号出力回路（ＰＯＣ）を有したものであって、 モータ電流開閉素子（ＴＲ２）は、開閉部（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、開閉駆動信号に応答して該開閉部（Ｄ−Ｓ）
   が開閉動作するものであって、その開閉タイミングが開
   閉駆動信号のデューティーサイクルで決定されるもので
   あり、 演算器（ＥＣ）は、直流モータ（Ｍ）の実際回転数を前
   記開閉部（Ｄ−Ｓ）を流れる電流から演算して電圧値に
   変換するものであり、 スレッショルド電圧設定器（ＴＶ）は、前記演算電圧値
   と、操作レバーの操作ストロークにより与えられる直流
   モータ（Ｍ）の設定回転数に対応した設定電圧値とを入
   力し、両電圧値から実際回転数と設定回転数との回転数
   差に対応したスレッショルド電圧を出力するものであり
   、 開閉駆動信号出力回路（ＰＯＣ）は、スレッショルド電
   圧を取り込むとともに、取り込んだスレッショルド電圧
   から直流モータ（Ｍ）を定速回転制御させるようなデュ
   ーティーサイクルを有する開閉駆動信号を出力するもの
   である ことを特徴とする直流モータの定速制御回路。