JPH04178192A - 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、例えば電気ドライバ、電気ドリル、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制御回路に関する。

（従来の技術） この種の電動工具においては、直流モータの両端に制動
接点を設け、操作レバーが引かれていないフリーポジシ
ョンにあるか、あるいは殆ど引かれていないときにのみ
該制動接点を閉じて直流モータの両端を短絡させる構成
とし、操作レバーがある程度引かれて直流モータが回転
しているときに急に操作レバーをフリーポジションにま
で戻すと、その制動接点で直流モータの両端を短絡して
該直流モータに制動をかけて急停止させるようにしたも
のがある。

（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、制動接
点が操作レバーに連動して開閉することから、操作レバ
ーがフリーポジションにないときに、例えば電動工具を
用いて何等かの作業中に直流モータを急停止させようと
しても、作業者が手指を操作レバーから離してそれをフ
リーポジションに戻すまでに若干の時間がかかり、した
がって、直流モータのタイムリーな急停止ができなかっ
た。

このような直流モータを急停止させる場合として、例え
ば電気ドライバで１ジを締め付けていくと直流モータに
働く負荷が増大し負荷電流が増加する。そして、ネジの
締め付けの完了時点で負荷が最大となり直流モータの回
転数がゼロに近付くことで該直流モータに大電流か流れ
るから、ネジの締め付は完了後では作業者か操作レバー
をフリーポジションに戻して電源スィッチをオフにして
電源をオフにするのであるが、操作レバーがフリーポジ
ションになるまでの待ち時間の間に、直流モータに大電
流が流れ続け、電源の消耗が激しくなる。

また、直流モータに対するトルクが設定トルクを越えた
ときに直流モータを急停止させようとしても直流モータ
とかそれの減速ギヤ機構などの慣性の作用で直ちに直流
モータは急停止できず、このためネジに必要以上のトル
クがかかつて、ネジの頭部が損傷する場合がある。

したがって、本発明は、直流モータの回転数とかトルク
が所要値のときに直流モータをタイムリーに急停止動作
仕ることかできるようにしたものである。

（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
制御回路においては、直流モータの両端に、閉状態で該
両端を短絡して直流モータに制動をかける制動手段を設
け、直流モータの回転数あるいはトルクか所要値のとき
に、制動手段を閉側に駆動する駆動回路を設けｆ二こと
を特徴としている。

（作用） 直流モータの回転数あるいはトルクが所要値のときには
、操作レバーの引き量とは無関係に駆動回路により制動
手段が閉側に駆動されて直流モータ両端が短絡されるか
ら、例えば負荷が増大し直流モータに大電流が流れるよ
うな回転数のときとか、あるいは直流モータのトルクが
所要値になったときには、操作レバーかフリーポジショ
ンに戻って電源スィッチをオフにして直流モータを急停
止するのを待つ必要なく、直流モータは両端短絡によっ
て急停止する。

（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ＳＷ１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−Ｓ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−Ｓ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ＪＨＣ２は第２の
平滑回路であっ−て、モータ電流開閉素子ＴＲ２のドレ
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■、■が成立
する。

ＶＭ＝　Ｉ　ａ　−ｒ　ａ　＋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
、Ｖｃ　ｃ　：　ｌｉ源電圧 Ｖｄ：モータ電流開閉素子ＴＲ２ のドレイン電圧の平滑電圧 また、■、■式により下記の■式か求められる。

ＫＥ−Ｎ＝Ｖｃ　ｃ　−Ｖｄ　−１ａ　−ｒ　ａ−・■
したがって、Ｖｃｃ　−Ｖｄ−１ａ　−ｒａを演算演算
することで、直流モータＭの実際回転数を得ることかで
きるから、演算１ＳＥＣにおいては、電源電圧Ｖｃｃが
直接、平滑電圧Ｖｄが第２の平滑回路ＨＣ２から、電流
ｒａに対応した電圧が第１の平滑回路ＨＣＩからそれぞ
れ得ることができ、かつ、比例定数ＫＥと電機子抵抗ｒ
ａ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ができる。

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に出力する。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の摺動位置で直流モータ
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（＋）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
ショルド電圧を出力する。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第１の比較器ＡＰ１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、第１の比較器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
転数が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。

そして、上記実施例においては、第１および第３の比較
器ＡＰ２．ＡＰ３を有している。比較器ＡＰ２は、反転
入力部（−）に演算器ＥＣの出力が、非反転入力部（＋
）に基準可変電源ＲＶＩがそれぞれ接続されており、比
較器ＡＰ３は、非反転入力部（＋）に平滑回路ＨＣＩの
出力が、反転入力部（−）に基準可変電源ＲＶ２がそれ
ぞれ接続されている。

そして、基準可変電源ＲＶＩは、直流モータＭの最低回
転数に対応した電圧を比較器ＡＰ２の非反転入力部（＋
）に与え、基準可変電源ＲＶ２は、直流モータＭの設定
トルクに対応した電圧を比較器ＡＰ３の反転入力部（−
）に与えるようになっている。また、各比較器ＡＰ２．
ＡＰ３は、それぞれトランジスタＴＲ３のベースに接続
されており、ハイレベル出力をそのベースに出力するこ
とによって、該トランジスタＴＲ３をオン駆動するよう
になっている。ここで、制動接点ＳＷ２はリレーＲＬが
通電状態にあるときに閉側に駆動されるようになってい
る。

この場合、制動接点ＳＷ２はメカニカルであるが、この
メカニカルな制動接点ＳＷ２の代えて、トランジスタ等
の半導体スイッチを設けても−よい。

この半導体スイッチの場合では、リレーＲＬを設けず、
直接比較器ＡＰ２．ＡＰ３の出力でその半導体スイッチ
を駆動するようにしてもよい。

第１図の回路の全体の動作を第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ＨＣ３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だ
け抵抗基板ＲＢ上を摺動する。これによって、スレッシ
ョルド電圧設定器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
応した設定電圧値が与えられて直流モータＭはその設定
回転数が第２図（ａ）のようなＮｓに設定される。

一方、操作レバーの操作により電源スィッチＳＷ１が閉
じてモータ電流開閉素子ＴＲ２のゲートに電源Ｅが印加
されると、該モータ電流開閉素子ＴＲ２がオンして直流
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ＴＶにおいて、オペアンプＯ
Ｐ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で平滑化し
て出力（第２図（ｂ）のＨＯ２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（−）に与えられた該平滑化
出力（ＨＯ２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Ｔｏ
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（比較器出力）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Ｎ
ｒが設定回転数Ｎｓよりも高くなる時刻ｔ１までは、演
算器ＥＣで演算されてオペレーンヨナルアンブＯＰ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、
したかって、第２図（ｂ）のようにスレッショルド電圧
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（スレッショルド電圧）は高くなってい
く。したがって、この時刻ｔＯ〜ｔｌの間は、スレッシ
ョルド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Ｔ
Ｒ２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が増大していく。そし
て、時刻１１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ｔ１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ｔ３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か増大し始める。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
。

つぎに、本実施例の要部の動作を説明すると、今、直流
モータＭの実際回転数Ｎｒが、基準可変電源ＲＶＩで設
定された最低回転数ＮＩ　ＯＷになるとか、そのトルク
が設定トルクになると、比較器ＡＰ２．ＡＰ３それぞれ
の出力はローレベルからハイレベルに反転し、その結果
トランジスタＴＲ３がオン駆動され、リレ―ＲＬが通電
されて、′制動接点ＳＷ２が閉側に駆動される。これよ
って直流モータＭは操作レバーの操作とは無関係に制動
されて急停止することとなる。

（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、
直流モータの回転数とかトルクが所要値のときには、制
動手段によって直流モータの両端か短絡されるように構
成したから、該直流モータをタイムリーに急停止動作せ
ることができる。

【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ニタの定速制御回
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、ＳＷ２・・・制動接点、ＥＣ・・・演
算器、ＡＰ２．ＡＰ３・・比較器、ＴＲ３・・・リレー
駆動用トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流モータの両端に、閉状態で該両端を短絡して
   直流モータに制動をかける制動手段を設け、直流モータ
   の回転数あるいはトルクが所要値のときに、制動手段を
   閉側に駆動する駆動回路を設けたことを特徴とする直流
   モータ制御回路。