JPH0424711A

JPH0424711A - 電動工具

Info

Publication number: JPH0424711A
Application number: JP12509790A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Okamoto; 真一岡本; Koji Soshin; 耕児宗進
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1992-01-28

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、回転数−トルク特性が直線的なＤＣモータを
備える電動工具に関するものである。

［従来の技１）Ｆｒｌ電動ドライバ等の電動工具としては回転数−トルク特性
が直線的なＤＣモータを備えたものがある。この種の電
動工具におけるトルク制御方法としては、予め所望のト
ルクに応じた電流値を換算して求めておき、上記設定電
流値を越えると、例えば三相フィルを短絡させて急ブレ
ーキをかけ、モータを急激に停止させる方法と、モータ
の回転速度を検出し、設定速度の約８０％で一度モータ
を停止し、それから徐々に設定速度に近付けていく方法
とがある。

［発明が解決しようとする課題１しかしながら、電動ドライバにおいて前者のトルク制御
方法を用いてモータを急に停止させると、ねじを締め付
けるストロークの長さや回転数により時には大きな衝撃
トルクがねじ山にかかり、結果的にプラスチックねじの
ねじ山を破壊したり、ねじの締付力を一定にできないと
いった問題を生じる。

また、後者のトルク制御方法では、回路構成がＩ！雑に
なり、操作性も悪いという問題があった。

本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、トルクを所定値以下に制御でき、且
つ構成が簡単で、操作性も良い電動工具を提供すること
にある。

［！１題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明はモータコイルに流
れる電流を検知し、この電流が所望のトルクが得られる
所定電流値以上にならないように制限する電流制限手段
を備えている。

なお、上記電流制限手段は、例えばモータコイルへの供
給電流を制御して、モータコイルに流れる電流が所望の
トルクが得られる所定電流値以上にならないように制限
すれば良い。

また、上記電流制限手段は、モータコイルに流れる電流
の増加に伴って徐々に電流制限量を増加させるようにし
ても良い。

［作用１回（敗−トルク特性が直線的なＤＣモータでは、モータ
コイルに流れる電流とトルク（最大トルク）とが比例し
、モータコイルに流れる電流を所定電流値以上とならな
いように制限すれば、トルクも制限することができる。

そこで、本発明では上述の構成を備えることにより、モ
ータコイルに流れる電流が所望のトルクが得られる所定
電流値以上にならないように制限して、トルクを所定値
以下に制御するようにしたものである。

［実施例１）第１図乃至第４図に本発明の一冥施例を示す。

本実施例は３相ＤＣブラシレスモータを備える電動工具
に本発明を適用したもので、このＤＣブラシレスモータ
では永久磁石回転子１の位置をホール素子Ｈ６，Ｈｖ、
Ｈ，で検出し、このホール素子）（ｕ＋Ｈｖ、Ｈｖの出
力に応じて第１図に示すモータ駆動回路によって固定子
巻線Ｌ　ｕ　、Ｌ　ｖ　、Ｌ　ｖに切換的に電流を流し
て永久磁石回転子１を回転させるものである。ここで、
上記ホール素子Ｈ，ｌＨｖ、Ｈ，は第２図に示すように
機械角で６０゛の位置に配置され、永久磁石回転子１の
各磁極あるいは位置検出用磁石に空隙を介して対向させ
て磁束密度に応じた信号を出力する。このホール素子Ｈ
、、ＨＶｔ　Ｈｌの出力の電圧波形は第３　［（ａ）〜
（ｅｌに示すように各々の位相が２に／３ずつずれた正
弦波状となる。上記モータ駆動回路はバフ−ＭＯ５ＦＥ
ＴＱ〜Ｑ６をスイッチング素子として用いたトランクス
タインバータ２で構成してあり、このインバータ２は２
個のＦＥＴ（ＱｌとＱ、、Ｑ、とＱ９．Ｑ、とＱ６）を
駆動電源子Ｖに直列接続し、夫々の接続、克に一端が共
通接続された固定子＠　１）１　Ｌ　ｕ　、Ｌ　ｖ　、
Ｌ　ｖの他端を接続した構成となっており、ホール素子
Ｈｇ　ｒ　Ｈｖ　ｔ　Ｈｖの出力から駆動信号を作成す
る分配回路３の出力に応じてインバータ２のＦＥＴＱＱ
６をオン、オフ制御する。分配回路３はホール素子Ｈｕ
　、Ｈｖ　、Ｈｖの出力を受けて第３図（ｄ）−（ｉ）
に示す矩形波のタイミング信号を出力する。第１図中の
上側のＦＥＴＱ、〜ＱつはトランジスタＱ　１３ｔＱ　
、、、Ｑ　１３（例えば、ＦＥＴＱ、の場合には、トラ
ンジスタＱ１．）で反転した分配回路３の出力で駆動制
御されるドライブ回路（例えば、ＦＥＴＱ、の場合には
トーテムポール接続されたＮＰＮ形及びＰＮＰ形の２個
のトランジスタＱ　１＋　ｒ　Ｑ　＋　：で構成されて
いる）５１〜５つでオン、オフ制御される。また、上側
のＦＥＴＱ、〜Ｑ、のドライブ回路５５、には駆動電源
＋Ｖとグランドとの開に逆流阻止用のグイオードＤ１〜
Ｄ３を介して直列＃ＭされたコンデンサＣ１〜Ｃ１及び
抵抗Ｒ，−Ｒ，からなる７０−ティング電源６１〜６．
から駆動電源を供給するよう（こしである。、これは、
上側のＦＥ丁Ｑ〜Ｑ３は下側のＦＥＴＱ、〜Ｑ６のドレ
インに接続され、グランドから見た電位が下側のＦＥＴ
Ｑイ〜Ｑ６のオン、オフ状態で変動するためである。

ところで、このモータ駆動回路には固定子巻線Ｌ　ｕ　
＋　ｆ−Ｖ　＋　Ｌ　ｖに流れる電流を検知して、こめ
電流が所望のトルクが得られる所定電流値以上にならな
いように制限する電流制限手段を備え、下側のＦＥＴＱ
、〜Ｑ６の共通接続されたソースとグランドとの開に接
続された抵抗Ｒｓの両端電圧を可変抵抗ＶＲで設定され
た基準電圧ｖＲと比較するフンパレータＣＰで構成され
た電流検知回路７と、電流検知回路７の出力と分配回路
３の出力とのノアをとるノアゲー１４１〜４つとで上記
電流制限手段を構成しである。

まず、第１図回路の基本動作を説明する。この動作説明
はモータが定常駆動されている状態のもので、このとき
ホール素子Ｈｕｔ　Ｈｖ、　ＨＶから第３図（ａ）〜（
ｃ）に示す出力が得られ、分配回路３から第３図（，１
）〜（ｉ）に示す出力がドライブ回路５５６に与えられ
ている場合を説明する。また、固定千巻ＩＩＡＬＵ、Ｌ
ｖ、Ｌｖに流れる電流は所望のトルクが得られる所定電
流値以上にならず、電流検知回路７の出力がローレベル
状態にある場合について説明する。まず、時刻ｔ１にお
いてはｌ＠３図（ｅ）。

（ｈ）に示すように分配回路３の２番端子及び５番端子
出力がローレベルになるので、ＦＥＴＱ、、Ｑ、がオン
し、駆動電源子Ｖ、ＦＥＴＱ３、固定巻線Ｌｖ、固定８
線り、、ＦＥＴＱ、の経路で固定千巻＃ｉｌ　ｌ−ｔｌ
ｒ　Ｌ　ｗに電流が流れる。そして、時刻し。になると
、分配回路３の４番端子及び５番端子がローレベルにな
るので、このときＦＥＴＱ３．Ｑ、がオンし、駆動電源
子■、ＦＥＴＱ、、固定巻線Ｌｖ、固定巻線Ｌｖ、ＦＥ
ＴＱ、の経路で固定子巻線Ｌｖ。

Ｌｖに電流が流れる。なお、このときには固定千巻ＩＲ
Ｌ　ｗには時刻ｔ１から引き続いて同方向の電流が流れ
ると共に、固定千巻＠　Ｌ　ｕへの電流の供給が遮断さ
れ、代わりに固定千巻１）　Ｌ　ｖに電流が供給される
。時刻り、では分配回路３の１番端子と４番端子がロー
レベルになり、ＦＥＴＱ、、Ｑ５がオンジ、駆動’ｌａ
＋Ｖ、ＦＥＴＱ、、固定巻ＩＩＡＬ　ｕ、固定巻＠ＬＶ
、ＦＥＴＱ５の経路で固定子巻線ＬＬＩＩＬｖに電流が
流れ、このときには固定巻ＩＩ　Ｌ　ｖには時刻ｔ２か
ら引き続いて同方向の電流が流されると共に、固定千巻
＃Ｘ　Ｌ　ｖへの電流の供給が遮断され、代わりに固定
子巻線Ｌｕに電流が供給される。なお、固定千巻１）１
　Ｌ　ｕに流れる電流の方向は以前とは逆になっている
。さらに、時刻ｔ４では、分配回路３の１番及び６番端
子がローレベルとなり、ＦＥＴＱ、、Ｑ６がオンし、固
定千巻＠　Ｌ　ｕには時刻Ｅ３から引き続いて電流が流
れ、固定千巻ｉｌｌ　Ｌ　ｖへの電流の供給が遮断され
、固定千巻４１　Ｌ　ｗ　ｌ：以前とは逆方向の電流が
流れる。つまり、本実施例のモータ駆動回路では固定千
巻＃ｉｌ　Ｌ　ｕ　、Ｌ　ｖ　、Ｌ　ｗの内のいずれが
２相に常に電流を流し、新たに電流が流される固定子巻
線りの電流方向は以前と逆になるようにしである。

以下に、本実施例のｖｆ徴とする電流制限手段の動作に
ついて説明する。なお、固定千巻＃ｉＬ　Ｌ　ｔ５．Ｌ
Ｖ＋ＬＷに流れる電流が少なく、！ＰＪ４図（、）に示
すように抵抗Ｒｓの両端電圧がコンパレータＣＰの基準
電圧ｖＲに達していない場合には、コンパレータＣＰの
出力がローレベルで、電流制限手段はインバータ２の動
作に何等影響を与えず、インバータ２は上述したと同様
の動作を行う。

今、固定千巻１ｉＬｕ、Ｌｖ−Ｌｗに流れる電流が増加
して、抵抗Ｒｓの両端電圧がフンパレータＣＰの基準電
圧■６に達したとすると、この場合には第４図（ｈ）に
示すようにフンパレータＣＰの出力がハイレベルとなる
ので、同図（ｄ）に示すように分配回路３の２．４．６
番端子出力に関係なくノア’ｙ’−）　４　＋〜４．の
出力はすべてローレベルに固定され、同図（ｅ）に示す
ようにドライブ回路５．〜５、の出力もローレベルに固
定される。このため、トランジスタインバータ２の下側
のＦＥＴＱ。

Ｑ６がすべてオフされることになり、すべての固定子巻
線Ｌ　ｕ　、Ｌ　ｖ　、Ｌ　ｗへの電流の供給が連断さ
れ、従って固定子巻線Ｌ　ｕ　＝　Ｌ　ｖ　、Ｌ　ｖに
流れる電流が所定値以上にならないように制限されるこ
とになる。

但し、第４図では同図（ｂ）に示すように分配回路３の
２．４．６番端子がＦＥＴＱ、〜Ｑ、をオンするローレ
ベルである場合を示す。

ところで、この種の回転数−トルク特性が直線的なＤＣ
ブラシレスモータ等のＤＣモータでは、固定千巻Ａ１Ｌ
ｕ、Ｌｖ、Ｌｗに流れる電流に最大トルク（ｋｇ−ｃｍ
）が比例し、第７図に示すように固定子巻線ＬυＨＬ　
Ｖ　＋　Ｌ　Ｗに流れる電流を制限すれば、最大トルク
が制限される。従って、上述のように、電流制限手段で
固定子巻線Ｌ　ｕ　＝　Ｌ　ｖ　、Ｌ　ｗに流れる電流
が所定値以上にならないように制限すると、トルクを所
望の値以下に制御することができる。

例えば、本実施例を電動ドライバに適用した場合、上記
固定千巻ＭＬυｔ　Ｌ　Ｖ　ｔ　Ｌ　Ｖに流れる電流が
所定値に達した状態は、ねじの締付トルクが所望の値に
大きくなった状態であり、このためモータの回転は停止
する。従って、設定電流値を越えると、例えば固定子巻
線Ｌυｙ　Ｌ　Ｖ　ｙ　Ｌ　Ｖを短絡させて急ブレーキ
をかけ、モータを急激に停止させる従来方法のように、
ねじを締め付けるストロークの長さや回餐数により時に
は大きな衝撃トルクがねじ山にかがり、結果的にプラス
チックねじのねじ山を破壊したり、ねじの締付力を一定
にできないといった問題を生じない。

但し、固定子巻線Ｌ　ｕ　、Ｌ　ｖ　−Ｌ　ｗへの電流
の供給が遮断され、抵抗Ｒｓの両端電圧が基準電圧ＶＲ
以下になった場合には、固定千巻＃Ｌｕ、Ｌｖ−Ｌｗへ
の電流の供給が再開されるが、例えば電動ドライバでは
締付トルクが小さくならない限りはモータは回転を停止
した状態に保たれる。

［実施例２］第５図及び第６図の本発明の他の実施例を示す。

上述した第１の実施例の場合には固定子巻線ＬｌｌｔＬ
ｖ、Ｌｖに流れる電流が所定値に達すると、その時点で
固定子巻線Ｌυｔ　Ｌ　Ｖ？　Ｌ　Ｖへの電流の供給を
連断じて、固定子巻線Ｌυ＋　Ｌ　ｖ　＋　Ｌ　Ｖへの
電流制限を行っていたが、本実施例では固定子巻線Ｌ　
ｕ　、ＬＶ＋ＬＶの電流が増加するに従って徐々に固定
千巻＃ｊｌＬｔ、、ＬＶ、Ｌｖに流す電流の制限量を増
加させるようにしたものである。このため、本実施例で
は電流検知回路７に代えて、固定千巻＃ｉＬｕ、Ｌｖ、
Ｌ１に流れる電流に応じた出力を生じる制御信号発生回
路８を備え、矩形波信号を出力する発振器９と積分器１
０とからなり三角波を発生する三角波発生回路１）と、
抵抗Ｒｓと、上記三角発生回路１）の出力である三角波
電圧と抵抗Ｒｓの両端電圧とを比較するフンパレータＣ
Ｐとで上記制御信号発生回路８を構成しである。なお、
この三角波発生回路１）では、制限電流値を可変設定で
きるように、出力電圧を可変抵抗ＶＲで可変設定できる
ようにしである。

本実施例の場合には、固定千巻＃１Ｌｕ−Ｌｖ、Ｌｖに
流れる電流が第６図（ｂ）に示すように増加すると、制
御信号発生回路８の矩形波出力のパルス幅が徐々に増加
し、このためＦＥＴＱ、〜Ｑ６のオン期間が徐々に短く
なり、例えば電動ドライブに本実施例を適用した場合に
は締付トルクが所定値になると、速やかにモータの回転
が停止するようにしである。なお、第６図（ａ）は発振
器９の出力波形、同図（ｂ）は三角波発生回路１）の出
力波形及び抵抗Ｒｓの両端電圧、同図（ｄ）は分配回路
３の出力、同図（ｅ）はノアデーＦの出力波形、同図（
ｆ）はドライブ回路５．〜５６の出力波形を示す。

［発明の効果１本発明は上述のように、モータコイルに流れる電流を検
知し、この電流が所望のトルクが得られる所定電流値以
上にならないように制限する電流制限手段を備えている
ので、モータコイルに流れる電流が所望のトルクが得ら
れる所定電流値以上にならないように制限して、トルク
を所定値以下に制御することができ、例えば電動ドライ
バに用いた場合にねじ山を破壊したり、締付トルクがば
らつくという問題が生じない。しかも、モータコイルに
流れる電流を検知して、この電流をＩｌｆ　ｉすれば良
いので、構成を簡単にできる。さらに、モータの回転速
度を検出し、設定速度の約８０％で一度モータを停止し
、それから徐々に設定速度に近付けていく方法のように
操作がｖＪ＃になることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図はホール素
子の配置状態を示す説明図、第３図は同上の基本動作を
示す説明図、第４図は要部動作の説明図、第５図は他の
実施例の回路図、第６図は同上の要部動作の説明図、第
７図は回転数−トルク特性の説明図である。４、−４．は／アデート、Ｌ　ＩＩＩ　Ｌ　Ｖ？　Ｌ　
Ｉ、は固定子巻線、７は電流検知回路、８は制御信号発
生回路である。代理人　弁理士　石　１）艮　七第２図す）３図 ↑ ｔ２　↑３　　ｔ４第７図ト）し　７　　（ｋｉ　　ｏ、ｒＩ）手続補正書く自発平成２年７月２１日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転数−トルク特性が直線的なＤＣモータを備え
た電動工具において、モータコイルに流れる電流を検知
し、この電流が所望のトルクが得られる所定電流値以上
にならないように制限する電流制限手段を備えて成るこ
とを特徴とする電動工具。
（２）上記電流制限手段が、モータコイルへの供給電流
を制御して、モータコイルに流れる電流が所望のトルク
が得られる所定電流値以上にならないように制限して成
ることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
（３）上記電流制限手段が、モータコイルに流れる電流
の増加に伴って徐々に電流制限量を増加させて成ること
を特徴とする請求項１記載の電動工具。