JPH04185299A - 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
、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） 本出願人は、平成２年１．１月５日付けて、トルクリミ
ット機能を有する直流モータ制御回路を出願している。

例えば電気ドライバでネジを締め付けていったときに、
そのネジの締め付は度合いが進んでいくと、直流モータ
の回転数が低下するのに反してトルクが増大し、この増
大トルクが過大になってネジが破損するおそれがある。

この過大なトルクにリミットをかけるものとして機械的
なトルクリミット機構はあったが、トルクリミット動作
時に大きな雑音か発生ずるしのであったり、重量化する
ものであったり、あるいは大掛かりでコスト高になった
りするなどの不具合がある。

そこで、上記先願に係る直流モータ制御回路においては
、直流モータと電源との間にスイッチング素子例えばＰ
ＥＴのドレイン−ソースを設け、そのスイッチング素子
のゲートに発振回路出力を与えて該スイッチング素子を
オンオフ駆動させる一方、トルク検出回路で検出された
トルクか上限トルクになると直流モータを停止させるこ
とてトルクを電子的にリミットするようにしたものであ
り、これによって、トルクリミット機構を用いることに
よる上述の不具合を解消したものである。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような電子的にトルクリミット機能を有
する直流モータ制御回路てらって、電気ドライバでのネ
ジ締於は作業を直流モータをフルパワー駆動させて行い
たい場合がある。このような場合では、作業中に発生す
る最大！・ルク以上にトルクリミットを設定すると、そ
れか可能となる。

しかしながら、トルクリミットがかからないようにして
もスイッチン素子か直流モータと電源との間に介在して
いる以上は、スイッチング素子での残電圧分がロス分と
なって、直流モータに印加される電源電圧が低下する結
果、単にスイッチング素子両端に短絡スイッチを設け、
その短絡スイッチを最大操作ストロークでオンにさし−
て電源と直流モータとを直結させるものにくらべて直流
モータの最大回転数、最大トルクのいずれにおいても劣
ったものとなる。

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（ＴＲ４）と、
トルクリミット回路（ＴＬＣ）と、短絡手段（ＳＷ１）
と、選択手段（ＳＷ２）とを有し、スイッチング素子（
ＴＲ４）は、スイッチ部（Ｄ−９）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、駆動信
号の入力に応答して該スイッチ部（Ｄ−Ｓ）がオンオフ
駆動されるものであり、トルクリミット回路（ＴＬＣ）
は、モータ主回路（Ａ）を流れる電流に基づいて直流モ
ータ（Ｍ）のトルクを検出し、検出トルクが一定のトル
クに達したときにスイッチング素子（ＴＲ４）への駆動
信号の入力を遮断するものであり、短絡手段（ＳＷ１）
は、操作レバーか最大操作ストローク位置にあるときに
応動して閉しる少なくとも一対の短絡部（ｓｉｔ、５１
２）を有しており、一方の短！３部（ｓｌ１）はスイツ
ヂ部一端側（Ｄ）に接続されており、　選択手段（ＳＷ
２）は、少なくとも２つの選択接続対（Ｓ２１、Ｓ２２
゜Ｓ２１．５２３）を有し、トルクリミット機能選択モ
ード時には、一方の選択接続対（Ｓ２１、ｓ２２）は、
トルクリミット回路（ＴＬＣ）とモータ主回路（Ａ）と
を接続する一方、他方の選択接続対（Ｓ２１、ｓ２３）
は、スイッ′ヂ部他端側（Ｓ）と短絡手段（ＳＷ１）の
他方の短絡部（Ｓ１２）とを非接続状態にし、　　トル
クリミット機能非選択モード時には、一方の選択接続対
（ｓ２１　、ｓ２２）は、トルクリミット回路（ＴＬＣ
）とモータ主回路（Ａ）とを非接続状態にする一方、他
方の選択接続対（ｓ２１　、ｓ２３　）はスイソヂ部他
端側（Ｓ）と短絡手段（ＳＷ１）の他方の短絡部他端側
（ｓ！２）とを接続状態にするしのであることを特徴と
している。

（作用） トルクリミット機能選択時においては、選択手段（ＳＷ
２）の一方の選択接続対（ｓ２１、ｓ２２）によって、
トルクリミット回路（ＴＬＣ）とモータ主回路（Ａ）と
か接続されているから、トルクリミット回路（ＴＬＣ）
は、モータ主回路（Ａ）を流れる電流に基づいて直流モ
ータ（Ｍ）のトルクを検出し、検出トルクが一定のトル
クに達したときにスイッチング素子（ＴＲ４）への駆動
信号の入ツノを遮断してドルクリミツ）・動作を行う。

トルクリミット機能非選択時においては、選択手段（Ｓ
Ｗ２）の他方の選択接続対（ｓ２１、ｓ２３）によって
、ドルクリミツ）・回路（ＴＬＣ）はモータ主回路（Δ
）から非接続状態にされるとともに、短絡手段（ＳＷ１
）の両短絡部（ｓｌｌ。

ｓ　１２）は、該選択接続対（ｓ２１、ｓ２３）を介し
てスイッチング素子（ＴＲ４）両端を短絡するから、直
流モータ（Ｍ）は該スイッチング素子（Ｔ、Ｒ４）で電
源（Ｅ）からの電圧をロスされることなく、直接、印加
されることになって最大回転数でかつ最大トルクで動作
することができる。

（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トラ
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の直流モータ制御
回路は、抵抗Ｒ１とツェナーダイオ−１’　Ｚ　Ｄとか
らなる定電圧回路、スイッチング素子Ｔ　Ｒ４、電圧設
定回路ＶＲＩ、および発振回路ＯＣ、トルクリミット回
路ＴＬＣ、バイパス用トランジスタＴＲ＋、自己保持回
路ＳＨを有しているとともに、短絡手段としての短絡ス
イッチＳＷ　Ｉ　、および選択手段としての選択スイッ
チＳＷ２を有している。

以下、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、Ｆ　ＥＴて構成されていて、スイッチ
部Ｄ−Ｓが電源Ｅと直流モータＮ１との間、詳しくは、
スイッチ部一端側であるトレインＤが直ゐモータＭの一
端に、スイッチ部他端側であるソース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、その可動端子Ｔか電動工
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（プるフリーボン
ンヨ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駆動信号と
して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■Ｓに応して変調されるようになっていて、該
駆動信号を電流制限抵抗Ｒ４を介してスイッチング素子
ＴＲ４のゲートＧに出力して該スイッチング素子ＴＲ４
をオンオフ駆動するようになっている。

トルクリミット回路ゴＬＣは、ｌ・ルク検出回路ＴＤと
、トルクリミット・設定回路ＴＬと、トルク比較回路Ａ
ＰＩとから構成されている。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
−Ｓを介してモータ主回路Ａ１．：流れるｒｉ流を検出
する電流検出抵抗Ｒ１１と、トルクリミット機能非選択
時にＢ点電圧を０（ゼロ）■に固定するための抵抗Ｒ１
２、抵抗Ｒ１０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１）　
−８を介してモータ主回路Ａ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
で平滑してそれを直流モータＭの現トルクの検出出力と
して、トルク比較回路ＡＰＩ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■Ｒ２、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ＡＰｌ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Ｔ　Ｌ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（ｉ出
力部から直流モータ停止出力を出ツノするようになって
いる。バイパス用トランジスタＴＲ１は、ベースがトル
ク比較回路ＡＰＩの出力部に接続され、スイッチ部（コ
レクタ・エミッタ、以下、同様。）ＣＩ−Ｅｌが前記駆
動信号出力に対するバイパス通路ＢＰＩ内に挿入されて
おり、かつ、前記直流モータ停止出力の入力に応答して
スイッチ部Ｃｌ　−Ｅ　Ｉがオンして駆動信号をバイパ
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！・ローフ検出回路ＯＳは、
抵抗Ｒ２，Ｒ３，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（４）に対する基準電圧Ｖｒｅｆとして出力するし
のであり、比較回路Ａ　Ｐ　２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（＋）にり・えられる基準
電圧Ｖｒｅｆとを比較するものであり、両Ｗ圧ＶＳとＶ
ｒｃｆとに基づいて操作レバーが、フリーボッンヨンに
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Ｔ　Ｒ２をオン可能にさせるハイレヘル
の自己保持出力を比較出力し、フリーボッジョンにある
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か、トルク比較回路Ａ、Ｐｌ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、がっ、操作ストローク検出回路Ｏ８か
ら自己保持出力が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か直流モータ停
止出力によってオンしたときに当該スイッチ１ｌ（０２
−Ｅ　２が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−Ｅ３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ＢＰａ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
−Ｅｌ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。

短絡スイッチＳＷＩは、操作レバーが最大操作ストロー
ク位置にあるときに応動して閉じる少なくとも一対の短
絡接点ｓｌｌ、ｓ１２を有しており、一方の短絡接点ｓ
１１はスイッチ部一端側りに接続されている。

選択スイッチＳＷ２は、２つの選択接続部としての接点
対ｓ　２１．ｓ　２２；　ｓ　２１．ｓ　２３を有して
いる。ただし、可動接点ｓ２１は共用している。

そして、一方の接点対ｓ２１．ｓ２２は、トルクリミッ
ト機能選択モード時に、閉じてトルクリミット回路ＴＬ
Ｃのトルク検出回路ＴＤと、モータ主回路へとを接続す
るものであり、他方の接点対Ｓ２１、ｓ２３は、トルク
リミット機能非選択モード時に、閉してスイＪチ部他端
側Ｓと短絡手段ＳＷ１の他方の短絡接点ｓ１２とを接続
するしのである。

まず、全体の基本動作を第２図を参照して説明する。第
２図は、横軸に直流モーフ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テイ−がそれぞ
れ６０％、５ｏ％、４０％として本実施例の制御回路に
よる直流モーフ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ＶＲ１によってオンデユープイー
が例えば５０％で直流モータＭが回転駆動されている状
態でネジが締め付けられているときに、ｌ・ルク検出回
路ＴＤにおいて、直流モーフＭの現トルクか検出出力さ
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
Ｔ　Ｌがらの上限トルク設定出力とが常時、比較されて
いる。

この比較において、不ンが締め付けられていって直流モ
ータＭの回転数が低下する一方、現ｌ・ルクが増大して
直流モータＭの」−限トルクに達したときには、トルク
比較回路Ａ、　Ｐ　Ｉの出ノＪ部からは直流モータＭの
回転を停止させる回転停止出力か出力される。そうする
と、バイパス用トランジスタＴＲＩは、この直流モータ
停止出力の入力に応答してスイッチ部Ｃ１−Ｅｌかオン
にされるから、発振回路ＯＣからの駆動信号出力は、バ
イパス通路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ＳＩ！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／＼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Ｔ　Ｒ２は
、それのスイッチ部Ｃ２−Ｅ２が、バイパス用）・ラン
ノスタＴＲ＋のスイッチ部ＣＩ　−Ｅ　Ｉへの直流モー
タ停止用ツノかあるときにオンする。その結果、第１２
の自己保持用）ランジスタＴ　Ｒ３は、それのスイッチ
部Ｃ３−Ｅ３かオンするから、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。

コノヨうに、第２の自己保持用トランジスタＴＲ３かオ
ンすると、トルク比較回路ＡＰＩ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ＴＲ＋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Ｔ
Ｄがらいが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て回転停止す
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が回転することがない。

なお、この場合、操作レバーをフリーボノノヨンにする
と、操作ストローク検出回路ｏｓがらローレヘルの自己
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がオフし、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Ｍは回転停止
状態がら解除サレ・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廿ることができる・ つぎに、本実施例の要部の動作を説明すると、トルクリ
ミット機能選択時におＬ）では、選択スイッチＳＷ２の
一方の接点対ｓ２１．ｓ２２によって、）゛ルクリミッ
ト回路ＴＬＣとモータ主回路へとが接続さイするから、
トルクリミット回路Ｔ　Ｌ　Ｃは、モータ主回路Ａを流
れる電流に基づいて直流モータＭのトルクを検出し、検
出トルクが一定のトルクに達したときにスイッチング素
子ＴＲ４への駆動信号の入力を遮断してｌ・ルクリミッ
ト動作を行うことができる。

トルクリミット機能非選択時においては、選択スイッチ
ＳＷ２の他方の接点対ｓ２１．ｓ２３によって、トルク
リミット回路Ｔ　Ｌ　Ｃはモータ主回路Ａから非接続状
態にされるとともに、短絡スイッチＳＷＩの両短絡接点
ｓ１１．ｓ１２は、該接点対ｓ２１．ｓ２３を介してス
イッチング素子ＴＲ４両端を短絡するから、直流モータ
Ｍは該スイッチング素子Ｔ　Ｒ４で電源Ｅがらの電圧を
ロスされることなく、直接、印加されることになって最
大回転数でかつ最大トルクで動作することができる。

（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、
］・ルクリミット機能を有するものにおいて、ドルクリ
ミント きるどともに、トルクリミット機能の非選択時には、ス
イッチング素子両端を短絡させることがら、スイッチン
グ素子での電源電圧のロスなく直流モータを最大回転数
でかつ最大トルクで制御することができるようになった
。

これは、電気ドライバでネジ締めしているときでは、例
えば操作レバーを最大限に引き込み操作し、十分なパワ
ーで作業したい場合ではトルクリミット機能を非選択状
態とし、また、ネノ頭部の損傷を避ける場合ではトルク
リミット機能を選択状態として作業することができると
いった行用な効果を奏することができる。また、電気ド
リルで穴あけ工作しているときに、設定トルクでは弱す
ぎて作業者の思い通りの作業が困難なときトルクリミッ
ト機能を非選択状態にしてその電気トリルの最大ｌ・ル
つての作業ができるのみならず穴あけ作業中にトルクリ
ミットか働いて直流モータの回転が停止してスムースな
作業ができなくなるといった不都合かなくなるという効
果を奏することができる。

【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。 ＴＲ４・スイッチング素子、Ｍ・・・直流モータ、ＴＬ
Ｃ・・・トルクリミット回路、Ｓ〜ｖ１　・短絡スイッ
チ、ＳＷ２　　選択スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スイッチング素子（ＴＲ４）と、トルクリミット
   回路（ＴＬＣ）と、短絡手段（ＳＷ１）と、選択手段（
   ＳＷ２）とを有し、 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、駆動信号の入力に応答して該スイッチ部（
   Ｄ−Ｓ）がオンオフ駆動されるものであり、 トルクリミット回路（ＴＬＣ）は、モータ主回路（Ａ）
   を流れる電流に基づいて直流モータ（Ｍ）のトルクを検
   出し、検出トルクが一定のトルクに達したときにスイッ
   チング素子（ＴＲ４）への駆動信号の入力を遮断するも
   のであり、 短絡手段（ＳＷ１）は、操作レバーが最大操作ストロー
   ク位置にあるときに応動して閉じる少なくとも一対の短
   絡部（ｓ１１、ｓ１２）を有しており、一方の短絡部（
   ｓ１１）はスイッチ部一端側（Ｄ）に接続されており、 選択手段（ＳＷ２）は、少なくとも２つの選択接続対（
   ｓ２１、ｓ２２；ｓ２１、ｓ２３）を有し、トルクリミ
   ット機能選択モード時には、一方の選択接続対（ｓ２１
   、ｓ２２）は、トルクリミット回路（ＴＬＣ）とモータ
   主回路（Ａ）とを接続する一方、他方の選択接続対（ｓ
   ２１、ｓ２３）は、スイッチ部他端側（Ｓ）と短絡手段
   （ＳＷ１）の他方の短絡部（ｓ１２）とを非接続状態に
   し、トルクリミット機能非選択モード時には、一方の選
   択接続対（ｓ２１、ｓ２２）は、トルクリミット回路（
   ＴＬＣ）とモータ主回路（Ａ）とを非接続状態にする一
   方、他方の選択接続対（ｓ２１、ｓ２３）はスイッチ部
   他端側（Ｓ）と短絡手段（ＳＷ１）の他方の短絡部他端
   側（ｓ１２）とを接続状態にするものであることを特徴
   とする直流モータ制御回路。