JPH11215871A

JPH11215871A - モータ制御装置

Info

Publication number: JPH11215871A
Application number: JP10013618A
Authority: JP
Inventors: 多津彦 ▲松▼本; Tatsuhiko Matsumoto; Hideo Nagahama; 英雄長浜; Toshiharu Ohashi; 敏治大橋; Atsumasa Kubota; 篤優久保田; Hideki Shimizu; 秀規清水
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 1999-08-06
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JP3511879B2

Abstract

(57)【要約】【課題】異常が検出されたときに直流モータの回転をた
だちに停止させ、かつＭＯＳＦＥＴの電圧ストレスや電
流ストレスを軽減する。【解決手段】スイッチ回路１は直流モータＭに直列接続
されたＭＯＳＦＥＴＱ１と、直流モータＭに並列接続さ
れたＭＯＳＦＥＴＱ２とを備える。直流モータＭとＭＯ
ＳＦＥＴＱ１との直列回路は低電圧の電池Ｂに接続され
る。制御信号発生回路２２によりＭＯＳＦＥＴＱ１をオ
ンにすれば直流モータＭが駆動される。また、直流モー
タＭの負荷が大きくなって過負荷信号が発生すると、制
御信号発生回路２２は、ＭＯＳＦＥＴＱ１をオフ、ＭＯ
ＳＦＥＴＱ２をオンにし、直流モータＭの回生電流をＭ
ＯＳＦＥＴＱ２に流す。つまり、回生電流を流して直流
モータＭを短時間で停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として電動工具
用の直流モータを制御するモータ制御装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より電動工具として、電動ドライバ
や電動ドリルのように直流モータを用いてビットを正逆
に回転させるものが提供されている。この種の電動工具
では、直流モータへの印加電圧の極性を電源スイッチと
兼用された切換スイッチで切り換えることによって直流
モータの回転方向を正逆に切り換えている。切換スイッ
チは、直流電源と直流モータとの間に機械式の接点を挿
入するものであり、電動工具では比較的大きなトルクを
確保するために、直流モータに比較的大きな電流を流す
から、切換スイッチの接点がアークによって消耗しやす
いという問題がある。一般にこの種の切換スイッチの寿
命は２〜３年と言われており、直流モータなど電動工具
を構成する他の部材の寿命と比較すると極端に短いもの
になっている。そこで、直流電源と直流モータとの間に
機械式の接点を用いる代わりに半導体スイッチ要素を用
いることによって長寿命化することが考えられている。

【０００３】ところで、電動工具では商用電源を電源と
するものが従来より提供されてきたが、商用電源を電源
とすると電源コードが邪魔になるという問題があり、ま
た近年では２次電池が高性能化して体積当たりの電流容
量が大きくなってきたことから、２次電池を内蔵した電
動工具が普及してきている。一方、半導体スイッチ要素
としては電力制御の容易なＭＯＳＦＥＴを用いることが
多いが、ＭＯＳＦＥＴはゲート−ソース間電圧が低いと
オン抵抗が大きくなるものであるから、オン抵抗が十分
に小さくなる（たとえば５ｍΩ程度）ように比較的高い
（たとえば１５Ｖ）ゲート−ソース間電圧を確保する必
要がある。つまり、２次電池を用いるとゲート−ソース
間電圧としての高電圧を確保するために直列接続が必要
になって、結局は電動工具に閉める２次電池の重量比が
大きくなるという不都合が生じる。

【０００４】そこで、２次電池の出力電圧を昇圧する昇
圧回路を設けることによってゲート−ソース間電圧を確
保し、半導体スイッチ要素に用いるＭＯＳＦＥＴのオン
抵抗を小さくすることが考えられている（特開平２−２
５４９９５号公報など）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ＭＯ
ＳＦＥＴよりなる半導体スイッチ要素を用いて直流モー
タのオンオフや回転方向の切換を行なうと、寿命が長く
なるとともに、無接点化によって外部へのノイズの発生
も低減されることになる。ところで、直流モータに過負
荷が作用したときに、それ以上の回転を継続すると直流
モータの負荷を破損するおそれがあるから、直流モータ
を停止させる必要がある。また、ＭＯＳＦＥＴは電圧ス
トレスや電流ストレスによって破損しやすいものである
から、直流モータの負荷がさらに大きくなってロックさ
れたときなどに、直流モータのコイルにより生じる逆起
電圧がＭＯＳＦＥＴに印加されたり、直流モータのコイ
ルに直流電流が流れることによる過電流がＭＯＳＦＥＴ
に流れたりすることがないように保護する必要がある。

【０００６】このような要求を満たすには、過負荷が検
出されたときに直流モータへの給電を停止することが考
えられるが、直流モータへの給電を停止するだけでは、
慣性によって直流モータの回転がしばらく継続し、負荷
を破損することがある。また、直流モータへの給電を停
止しただけでは直流モータがロックされたときに生じる
電圧ストレスや電流ストレスは解決されない。

【０００７】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、過負荷などの異常が検出されたとき
に直流モータの回転をただちに停止させ、しかもＭＯＳ
ＦＥＴの電圧ストレスや電流ストレスを軽減したモータ
制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、低電
圧の直流電源により駆動される直流モータと、前記直流
電源と直流モータとの間に挿入されたＭＯＳＦＥＴより
なる第１の半導体スイッチ要素と、直流モータに並列接
続されたＭＯＳＦＥＴよりなる第２の半導体スイッチ要
素と、前記直流電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
昇圧回路の出力を電源とし各半導体スイッチ要素をそれ
ぞれオンオフさせる制御信号発生回路と、直流モータの
負荷が規定値以上になると過負荷信号を出力する過負荷
検知回路とを備え、制御信号発生回路は過負荷信号が発
生すると第１の半導体スイッチ要素をオフにし第２の半
導体スイッチ要素をオンにするブレーキ信号を発生する
ものである。この構成によれば、過負荷時にブレーキ信
号を発生して直流モータに並列接続された第２の半導体
スイッチ要素をオンにしているから、直流モータの停止
時に発生する回生電流を第２の半導体スイッチ要素を通
して流すことができ、結果的に電気ブレーキとして機能
して直流モータの回転を短時間で停止させることができ
る。つまり、直流モータの慣性による回り過ぎを防止す
ることができ、直流モータによってドライバのビットを
回転させる場合であれば、ねじの締まり過ぎを防止する
ことができ、またドリルのビットを回転させる場合であ
れば過負荷によるビットの折損を防止することができ
る。また、直流モータに並列接続した第２の半導体スイ
ッチ要素に回生電流を流すから、第２の半導体スイッチ
要素に過大な電流が流れたり過大な電圧が印加されたり
するのを防止することができ、第１および第２の半導体
スイッチ要素への電流ストレスや電圧ストレスを軽減す
ることができる。さらに、電池から直流モータへの給電
経路の入切を第１の半導体スイッチ要素により行なうか
ら、比較的大きな電流が流れる箇所での電流の入切を機
械式のスイッチで行なう場合に比較して輻射ノイズの発
生が少なく、各種機器へのノイズの影響を防止すること
ができる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、第１の半導体スイッチ要素が直流モータの第１の端
子と前記直流電源の正極との間に挿入された第１のＭＯ
ＳＦＥＴよりなり、直流モータの第２の端子が前記直流
電源の負極に接続されたものである。この構成によれ
ば、直流モータと電源との間に１個のＭＯＳＦＥＴが挿
入されているだけであるから、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗
による電力損失が少ない。

【００１０】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、第１の半導体スイッチ要素が直流モータの第１の端
子と前記直流電源の負極との間に挿入された第１のＭＯ
ＳＦＥＴよりなり、直流モータの第２の端子が前記直流
電源の正極に接続されたものである。この構成によれ
ば、直流モータと電源との間に１個のＭＯＳＦＥＴが挿
入されているだけであるから、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗
による電力損失が少ない。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、第１の半導体スイッチ要素が、直流モータの第１の
端子と前記直流電源の一方の出力端との間に挿入された
第１のＭＯＳＦＥＴと、直流モータの第２の端子と前記
直流電源の他方の出力端との間に挿入された第２のＭＯ
ＳＦＥＴと、直流モータの第２の端子と前記直流電源の
一方の出力端との間に挿入された第３のＭＯＳＦＥＴ
と、直流モータの第１の端子と前記直流電源の他方の出
力端との間に挿入された第４のＭＯＳＦＥＴとからな
り、第２の半導体スイッチ要素が、第２および第４のＭ
ＯＳＦＥＴからなるものである。この構成によれば、４
個のＭＯＳＦＥＴによるブリッジ回路を構成しているか
ら、ＭＯＳＦＥＴの制御によって回生電流の流れる経路
を形成するだけではなく、直流モータの回転方向を正逆
に切り換えることも可能になる。

【００１２】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、制御信号を、第１および第４のＭＯＳＦＥＴを同時
にオンにし第２および第３のＭＯＳＦＥＴをともにオフ
にする正転信号と、第１および第４のＭＯＳＦＥＴをと
もにオフにし第２および第３のＭＯＳＦＥＴを同時にオ
ンにする逆転信号と、第２および第４のＭＯＳＦＥＴを
ともにオンにし第１および第３のＭＯＳＦＥＴをともに
オフにするブレーキ信号としたものである。この構成に
よれば、正転信号と逆点信号とによって直流モータの回
転方向を正逆に切り換えることができ、またブレーキ信
号によって回生電流を流す経路を形成することができ
る。

【００１３】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、直流モータが回転している状態からブレーキ信号を
発生したときに、第１の半導体スイッチ要素をオフにし
た後に第２の半導体スイッチ要素をオンにするまでの時
間を遅延する遅延回路を制御信号発生回路に設けたもの
である。この構成によれば、直列接続されている第１お
よび第２の半導体スイッチ要素が同時にオンになること
が防止され、電池の両端間が第１および第２の半導体ス
イッチ要素を介して短絡されるのを防止することができ
る。

【００１４】請求項７の発明は、請求項１の発明におい
て、前記直流モータにより回転駆動されるビットに押圧
力が作用したときに前記昇圧回路への給電を開始させる
スタート回路を設け、スタート回路は前記ビットに押圧
力が作用したときのビットの移動に伴ってオンになる機
械式の接点を備え、前記接点を介して電池から昇圧回路
に給電するものである。この構成によれば、電動ドライ
バや電動ドリルのビットを対象物に押し付けてビットに
押圧力を作用させるだけで自動的に直流モータを回転さ
せることができるのはもちろんのこと、機械式の接点を
用いているから、非使用時に電力が消費されることもな
い。

【００１５】請求項８の発明は、請求項１の発明におい
て、前記直流モータにより回転駆動されるビットに押圧
力が作用したときに前記昇圧回路への給電を開始させる
スタート回路を設け、スタート回路は前記ビットに押圧
力が作用したときのビットの移動を検出する光電センサ
であって、前記光電センサを介して電池から昇圧回路に
給電するものである。この構成によれば、電動ドライバ
や電動ドリルのビットを対象物に押し付けてビットに押
圧力を作用させるだけで自動的に直流モータを回転させ
ることができるのはもちろんのこと、ビットに非接触な
状態でビットに押圧力が作用したことを検出することが
できるから、ビットの回転に影響を与えることがない。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態は、電
動ドライバまたは電動ドリルに用いることを想定し、直
流モータによってドライバやドリルのビットを回転させ
る例を説明するが、本発明の技術思想は直流モータを用
いる他の装置にも適用可能である。

【００１７】図２に回路の全体構成を示す。本実施形態
では、電源として比較的低電圧（１〜３．６Ｖ）の電池
Ｂを用いている。電池Ｂは１次電池と２次電池とのどち
らでもよいが、電動工具では一般的に２次電池を用い
る。電池Ｂはスイッチ回路１を介して直流モータＭに接
続される。スイッチ回路１は後述するようにＭＯＳＦＥ
Ｔよりなる半導体スイッチ要素を備え、半導体スイッチ
要素のオンオフによって直流モータＭと電池Ｂとの接続
関係を切り換えたり直流モータＭの停止に伴って生じる
回生電流を流す経路を形成したりする。

【００１８】スイッチ回路１の半導体スイッチ要素は制
御回路２によりオンオフされる。制御回路２は、スター
ト回路３を介して電池Ｂから給電される。スタート回路
３は、ビットを相手側の部材に押し付けることによる押
圧力がビットに作用している間に制御回路２への給電を
行なう。具体的には、図３に示すように、永久磁石３１
とリードスイッチ３２とを備え、リードスイッチ３２と
抵抗Ｒ１との直列回路が電池Ｂの両端間に接続される。
また、リードスイッチ３２と抵抗Ｒ１との接続点が抵抗
Ｒ２を介してｐｎｐ形のトランジスタＴｒ１のベースに
接続される。トランジスタＴｒ１は電池Ｂから制御回路
２への給電路に挿入されており、トランジスタＴｒ１が
オンになると、制御回路２への給電が開始される。

【００１９】ビットは押圧力を受けて移動するように取
り付けられ、永久磁石３１はビットの移動に伴って移動
しリードスイッチ３２に近づくように配置されている。
したがって、ビットを孔空けの対象物やねじに押し付け
るとビットが移動してリードスイッチ３２がオンにな
り、このときトランジスタＴｒ１がオンになるから、制
御回路２に給電されて制御回路２が動作を開始する。

【００２０】制御回路２は、図２に示すように、電池Ｂ
の出力電圧を昇圧する昇圧回路２１と、昇圧回路２１の
出力を電源としてスイッチ回路１を制御する制御信号を
発生する制御信号発生回路２２とを備える。また、電池
Ｂの電圧を監視する電圧監視回路２３と、直流モータＭ
に過負荷がかかったことを検出する過負荷検出回路２４
も制御回路２に設けられる。昇圧回路２１を設けている
のは、スイッチ回路１を構成するＭＯＳＦＥＴのゲート
−ソース間に電池Ｂの出力電圧を印加したのではオン抵
抗が大きく損失が大きくなるからであって、電池Ｂの出
力電圧を昇圧してＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間に所
要の電圧（たとえば、１５Ｖ）を印加することによっ
て、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を小さく（たとえば、８ｍ
Ω以下）することができる。ここに、昇圧回路２１とし
てはチョッパ回路を用いてインダクタに蓄積した磁気エ
ネルギにより昇圧しているが、チャージポンプ形の昇圧
回路を用いてコンデンサに蓄積した電荷により昇圧して
もよい。昇圧回路２１は出力電圧を一定に保つように制
御されている（チョッパ回路では、出力電圧に応じてス
イッチング素子をＰＷＭ制御することにより出力電圧を
一定に保つことができる）。

【００２１】電圧監視回路２３は、昇圧回路２１の出力
電圧に基づいて基準電圧を生成し、電池Ｂの出力電圧と
基準電圧とを比較するものであって、電池Ｂの出力電圧
が基準電圧よりも低下すると電圧低下信号（Ｌレベル）
を発生する。つまり、昇圧回路２１の出力電圧は電池Ｂ
の出力電圧がある程度低下するまでは一定に保たれてい
るから、昇圧回路２１の出力電圧がほぼ一定に保たれて
いる間に電池Ｂの出力電圧が低下すると、これを検出し
て電池Ｂの電圧低下を報知するのである。

【００２２】過負荷検出回路２４は、ビットに作用する
負荷が所定値を超えると過負荷信号（Ｈレベル）を出力
するものであって、電動ドライバであればねじが締まっ
たことを検出することになり、電動ドリルであれば回転
がロックされたことを検出することになる。過負荷を検
出する具体構成は特開平７−２０５０５０号公報などに
記載されている。つまり、直流モータＭとビットとの間
にクラッチを設け、負荷が大きくなったときのクラッチ
の主動側（直流モータＭ側）と従動側（ビット側）との
相対的な移動を検出することによって過負荷を検出する
ようになっている。

【００２３】ところで、スイッチ回路１は、図１に示す
ように、半導体スイッチ要素としての２個のＭＯＳＦＥ
ＴＱ１，Ｑ２を直列接続したものであって、図示例では
電池Ｂの正極側のＭＯＳＦＥＴＱ１を直流モータＭに直
列接続し、電池Ｂの負極側のＭＯＳＦＥＴＱ２を直流モ
ータＭに並列接続している。ここに、直流モータＭの両
端には回転方向を正逆に切り換えるための機械式の切換
スイッチの接点ｒ１，ｒ２が挿入されている（図１では
模式化して接点ｒ１，ｒ２を記載しているが、直流モー
タＭの接続極性を切り換えることができるものであ
る）。したがって、切換スイッチの操作によって直流モ
ータＭの回転方向を切り換えることができるようになっ
ている。

【００２４】制御回路２（制御信号発生回路２２）は、
直流モータＭに直列接続されているＭＯＳＦＥＴＱ１を
オンにする状態と、直流モータＭに並列接続されている
ＭＯＳＦＥＴＱ２をオンにする状態と、両ＭＯＳＦＥＴ
Ｑ１，Ｑ２をオフにする状態とを選択する。ここで、Ｍ
ＯＳＦＥＴＱ１がオンのときには電池Ｂが直流モータＭ
に接続されて直流モータＭが回転する（この状態を回転
モードと呼ぶ）。また、両ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２がオ
フになれば直流モータＭに給電されないから、直流モー
タＭは停止する（この状態を停止モードと呼ぶ）。この
状態は、制御回路２に給電されていない状態と同様であ
る。

【００２５】ところで、ＭＯＳＦＥＴＱ２のみがオンの
ときには、直流モータＭに給電されないから直流モータ
Ｍが停止するが、このとき、ＭＯＳＦＥＴＱ２は寄生ダ
イオードによって逆方向にも導通していることになる。
つまり、ＭＯＳＦＥＴＱ２は双方向に導通することにな
り、ＭＯＳＦＥＴＱ２と直流モータＭとにより形成され
るループ回路に電流を流すことができる。その結果、直
流モータＭの停止時にモータコイルにより生じる回生電
流を上記ループ回路に流すことができ、回生電流を熱エ
ネルギに変えて直流モータＭの停止時間を短縮すること
ができる（一種の電気ブレーキとして機能する）。この
状態をブレーキモードと呼ぶ。

【００２６】上述のような回転モード、停止モード、ブ
レーキモードの制御を可能とするために、制御信号発生
回路２２は図１のようにロジック回路を用いて構成され
ている。ここに、制御信号発生回路２２の電源は昇圧回
路２１の出力電圧であるから、１５Ｖ程度の耐圧を得る
ためにＣＭＯＳ論理回路を用いるのが望ましい。制御信
号発生回路２２は、回転モードと停止モードとを選択す
るための機械式のメインスイッチＳＷを備え、メインス
イッチＳＷはアンド回路ＡＮ１の一方の入力端にＨレベ
ルの信号を入力（オン）するかＬレベルの信号を入力
（オフ）するかを選択する。ここで、Ｈレベルの信号が
アンド回路ＡＮ１に入力される状態がオン状態に対応す
る。アンド回路ＡＮ１の他方の入力端には、上述した電
圧監視回路２３からの電圧低下信号が入力される。した
がって、電池Ｂの出力電圧が正常であればアンド回路Ａ
Ｎ１はバッファとして機能し、メインスイッチＳＷから
の信号を通過させる。

【００２７】アンド回路ＡＮ１の出力はアンド回路ＡＮ
２の一方の入力端に入力される。アンド回路ＡＮ２の他
方の入力端には、過負荷検出回路２４からの過負荷信号
をノット回路ＮＴ１で反転させた信号が入力される。つ
まり、メインスイッチＳＷがオンであって、電圧低下信
号も過負荷信号も発生していない状態では、アンド回路
ＡＮ２の出力はＨレベルになり、ＭＯＳＦＥＴＱ１をオ
ンにする。

【００２８】また、メインスイッチＳＷがオンであっ
て、過負荷信号が発生していない状態で電圧低下信号が
発生すれば、アンド回路ＡＮ２の出力がＬレベルにな
り、ＭＯＳＦＥＴＱ１がオフになる。電圧低下信号と過
負荷信号とが発生していない状態でもメインスイッチＳ
ＷがオフであればＭＯＳＦＥＴＱ１はオフになる。とこ
ろで、過負荷信号は、４個のノット回路ＮＴ２〜ＮＴ５
と、コンデンサＣ３と、抵抗Ｒ３と、ダイオードＤ３と
からなる遅延回路を通してＭＯＳＦＥＴＱ２のゲートに
与えられる。つまり、過負荷信号が発生すると、コンデ
ンサＣ３が抵抗Ｒ３を介して放電する時間分（ここで
は、７５μ秒に設定している）だけ遅延されてＭＯＳＦ
ＥＴＱ２がオンになる。過負荷信号が発生すればアンド
回路ＡＮ２の出力がＬレベルになってＭＯＳＦＥＴＱ１
がオフになるから、ＭＯＳＦＥＴＱ２はＭＯＳＦＥＴＱ
１のオフに遅れてオンになる。つまり、直列接続された
２個のＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２が同時にオンになって電
池Ｂの両端間が短絡されるのを防止することができる。
なお、過負荷信号が解除されたときには、ＭＯＳＦＥＴ
Ｑ１がオンになるが、このとき、ダイオードＤ３を通し
てコンデンサＣ３が瞬時に充電されるから、ＭＯＳＦＥ
ＴＱ２も遅滞なくオフになり、仮に両ＭＯＳＦＥＴＱ
１，Ｑ２が同時にオンになる期間が生じたとしてもごく
短時間であって問題が生じることはない。また、各ＭＯ
ＳＦＥＴＱ１，Ｑ２のゲートにはそれぞれプルダウン抵
抗Ｒ４，Ｒ５が接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２は常
時はオフになるようにしている。

【００２９】以上の動作をまとめると図４のようにな
る。つまり、使用時には直流モータＭの回転方向を切換
スイッチ（接点ｒ１，ｒ２）により選択し（Ｓ１）、メ
インスイッチＳＷをオンにしておく。この状態でビット
に押圧力が作用したこと（以下では、ビットプッシュと
いう）がリードスイッチ３２により検知されると（Ｓ
２）、制御回路２に給電されて昇圧回路２１による電池
Ｂの出力電圧の昇圧が開始される（Ｓ３）。つまり、制
御信号発生回路２２、電圧監視回路２３、過負荷検出回
路２４に給電され、制御信号発生回路２２はスイッチ回
路１のＭＯＳＦＥＴＱ１をオンにする（Ｓ４）。ただ
し、電圧監視回路２３より電圧低下信号が発生している
ときには（つまり、電池Ｂの出力電圧が低下していると
きには）（Ｓ５）、両ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２をオフに
する停止モード（Ｓ６）に移行し、直流モータＭの回転
を停止させる（Ｓ７）。直流モータＭの回転が停止すれ
ば、ビッドプッシュを解除して（つまり、ビットを対象
物から離して）（Ｓ８）、スタート回路３のリードスイ
ッチＳＷ３２をオフにし、昇圧回路２１への給電を停止
させて回路全体を停止させる（Ｓ９）。

【００３０】ところで、ビットプッシュしたときに電圧
低下信号が発生していなければ過負荷信号の有無が判断
される（Ｓ１０）。過負荷信号が発生していなければ直
流モータＭは回転を継続する。こうして作業が終了すれ
ば（Ｓ１１）、ビットプッシュを解除して（Ｓ８）、回
路全体を停止させる（Ｓ９）。一方、過負荷信号が発生
すれば（Ｓ１０）、上述したようにＭＯＳＦＥＴＱ１が
オフになった後にＭＯＳＦＥＴＱ２がオンになって直流
モータＭの回生電流を流すブレーキモードになり（Ｓ１
２）、直流モータＭを急速に停止させる（Ｓ１３）。こ
のブレーキモードによりねじの締め過ぎなどの不都合を
防止する。その後、ビットプッシュを解除すれば（Ｓ
８）、昇圧回路２１への給電が停止して回路全体が停止
する（Ｓ９）。

【００３１】上述したように、本実施形態では、電池Ｂ
から直流モータＭへの給電経路にＭＯＳＦＥＴＱ１を挿
入し、ＭＯＳＦＥＴＱ１をオンオフさせることによっ
て、直流モータＭを回転、停止させているから、直流モ
ータＭに流す比較的大きな電流を機械式のスイッチでオ
ンオフする場合に比較すると輻射ノイズの発生が少なく
また長寿命化することが可能である。ここで、本実施形
態では直流モータＭの回転方向の正逆の切換には電池Ｂ
と直流モータＭとの間に挿入した切換スイッチ（接点ｒ
１，ｒ２）を用いているが、回転方向の切換は一般には
直流モータＭの回転を開始させる前に選択されるから、
回転方向の切換によって輻射ノイズが発生することはな
く、装置の寿命にもほとんど影響がない。

【００３２】また、過負荷時にＭＯＳＦＥＴＱ２をオン
にするブレーキモードが選択され、直流モータＭの回生
電流をＭＯＳＦＥＴＱ２に流すことで直流モータＭを急
速に停止させるから、ねじの締め過ぎなどの不都合を防
止することができる。しかも、直流モータＭの両端間を
ＭＯＳＦＥＴＱ２で短絡するから、電圧ストレスや電流
ストレスがかかることによるＭＯＳＦＥＴＱ１の破損を
防止することができる。

【００３３】（実施形態２）実施形態１では、直流モー
タＭとＭＯＳＦＥＴＱ１との直列回路において、ＭＯＳ
ＦＥＴＱ１を電池Ｂの正極側に接続していたが、本実施
形態では図５に示すように、ＭＯＳＦＥＴＱ１を電池Ｂ
の負極側に接続している。この構成でも実施形態１と同
様に制御することにより同様に動作する。他の構成は実
施形態１と同様である。

【００３４】（実施形態３）本実施形態は、図６に示す
ように、半導体スイッチ要素としての４個のＭＯＳＦＥ
ＴＱ１１〜Ｑ１４をブリッジ接続してスイッチ回路１を
構成したものであって、各アームを形成する各一対のＭ
ＯＳＦＥＴＱ１１，Ｑ１２、Ｑ１３，Ｑ１４の接続点間
に直流モータＭが接続されている。制御回路２（制御信
号発生回路２２）は、直流モータＭを挟んで電池Ｂの両
端間に直列接続されている２個のＭＯＳＦＥＴＱ１１，
Ｑ１４をオンにする状態と、直流モータＭを挟んで電池
Ｂの両端間に直列接続されている２個のＭＯＳＦＥＴＱ
１２，Ｑ１３をオンにする状態と、直流モータＭととも
にループ回路を形成する２個のＭＯＳＦＥＴＱ１２，Ｑ
１４をオンにする状態とを選択する。いま、ＭＯＳＦＥ
ＴＱ１１，Ｑ１４がオンのときに直流モータＭが正転す
るとすれば（この状態を正転モードと呼ぶ）、ＭＯＳＦ
ＥＴＱ１２，Ｑ１３がオンのときには直流モータＭが逆
転することになる（この状態を逆転モードと呼ぶ）。つ
まり、直流モータＭの正転と逆転とをスイッチ回路１に
よって切り換えることができる。また、ＭＯＳＦＥＴＱ
１１，Ｑ１３がオフになれば（ＭＯＳＦＥＴＱ１２，Ｑ
１４をオンにする状態では）直流モータＭに給電されな
いから、直流モータＭは停止する（この状態を停止モー
ドと呼ぶ）。

【００３５】ところで、ＭＯＳＦＥＴＱ１２，Ｑ１４が
オンのときには、直流モータＭに給電されないから直流
モータＭが停止するが、このとき、両ＭＯＳＦＥＴＱ１
２，Ｑ１４は寄生ダイオードによって逆方向にも導通し
ていることになる。つまり、両ＭＯＳＦＥＴＱ１２，Ｑ
１４は双方向に導通することになり、ＭＯＳＦＥＴＱ１
２，Ｑ１４と直流モータＭとにより形成されるループ回
路に電流を流すことができる。その結果、直流モータＭ
の停止時にモータコイルにより生じる回生電流を上記ル
ープ回路に流すことができ、回生電流を熱エネルギに変
えて直流モータＭの停止時間を短縮することができる
（一種の電気ブレーキとして機能する）。この状態をブ
レーキモードと呼ぶ。ここで、本実施形態では、停止モ
ードとブレーキモードとでのＭＯＳＦＥＴＱ１１〜Ｑ１
４のオンオフの状態は同じになっている。

【００３６】上述のような正転モード、逆転モード、停
止モード、ブレーキモードの制御を可能とするために、
制御信号発生回路２２は図６の構成を有する。つまり、
制御信号発生回路２２は、停止モードと正転モードと逆
転モードとを選択することができる機械式のメインスイ
ッチＳＷを備え、メインスイッチＳＷは２つの出力Ｖ
０，Ｖ１を持ち、両出力Ｖ０，Ｖ１の状態として（Ｈレ
ベル，Ｈレベル）、（Ｈレベル，Ｌレベル）、（Ｌレベ
ル，Ｌレベル）の３つの組み合わせが選択可能になって
いる。なお、（Ｌレベル，Ｈレベル）の組み合わせが生
じたとしても、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とダイオードＤ１１
とにより（Ｈレベル，Ｈレベル）の組み合わせと等価に
なるようにしてある。つまり、メインスイッチＳＷの出
力Ｖ０がＬレベルであっても出力Ｖ１がＨレベルである
と、抵抗Ｒ１１によりプルアップされてメインスイッチ
ＳＷの出力Ｖ０が実質的にＨレベルとして扱われるよう
になっている。

【００３７】両出力Ｖ０，Ｖ１（実際には抵抗Ｒ１１の
両端の電圧値）は、アンド回路ＡＮ１１，ＡＮ１２に入
力され、一方のアンド回路ＡＮ１１の出力はノット回路
ＮＴ１１により反転される。ノット回路ＮＴ１１の出力
とアンド回路ＡＮ１２の出力とは、各種に組み合わさ
れ、ＭＯＳＦＥＴＱ１１，Ｑ１４がオンでＭＯＳＦＥＴ
Ｑ１２，Ｑ１３がオフの正転モード、ＭＯＳＦＥＴＱ１
２，Ｑ１３がオンでＭＯＳＦＥＴＱ１１，Ｑ１４がオフ
の逆転モード、ＭＯＳＦＥＴＱ１２，Ｑ１４がオンでＭ
ＯＳＦＥＴＱ１１，Ｑ１３がオフの停止モード（または
ブレーキモード）の各制御信号（正転信号、逆転信号、
ブレーキ信号）を生成する。

【００３８】ＭＯＳＦＥＴＱ１１への制御信号は、ノッ
ト回路ＮＴ１１とアンド回路ＡＮ１２との出力の論理和
を求めるオア回路ＯＲ１１と、オア回路ＯＲ１１の出力
を反転するノット回路ＮＴ１２とにより生成される。つ
まり、アンド回路ＡＮ１１の出力がＬレベルかアンド回
路ＡＮ１２の出力がＨレベルであればＨレベルになる。

【００３９】ＭＯＳＦＥＴＱ１２への制御信号は、アン
ド回路ＡＮ１２の出力を反転させるノット回路ＮＴ１３
と、両ノット回路ＮＴ１１，ＮＴ１３の出力の論理積を
求めるアンド回路ＡＮ１３と、ノット回路ＮＴ１１の出
力を反転させるノット回路ＮＴ１４と、アンド回路ＡＮ
１２とノット回路ＮＴ１４との出力の論理積を求めるア
ンド回路ＡＮ１４と、両アンド回路ＡＮ１３，ＡＮ１４
の出力の論理和を求めるオア回路ＯＲ１２とにより生成
される。つまり、アンド回路ＡＮ１１，ＡＮ１２の出力
値がともにＨレベルかＬレベルのときにＨレベルにな
る。

【００４０】ＭＯＳＦＥＴＱ１３への制御信号は、上述
したノット回路ＮＴ１４とアンド回路ＡＮ１２との出力
値の論理積としてアンド回路ＡＮ１５により生成され
る。つまり、アンド回路ＡＮ１５の出力がＨレベルにな
るのは両アンド回路ＡＮ１１，ＡＮ１２の出力値がとも
にＨレベルになるときである。ＭＯＳＦＥＴＱ１４への
制御信号は、アンド回路ＡＮ１２の出力を反転させるノ
ット回路ＮＴ１３の出力であり、アンド回路ＡＮ１２の
出力がＬレベルのときにＨレベルになる。

【００４１】上述した各制御信号は、それぞれ抵抗Ｒ３
１〜Ｒ３４と，コンデンサＣ３１〜Ｃ３４と、ダイオー
ドＤ３１〜Ｄ３４とからなる遅延回路に通され、過負荷
信号により開閉されるゲートを介して各ＭＯＳＦＥＴＱ
１１〜Ｑ１４に与えられる。ゲートは、過負荷信号を抵
抗Ｒ３とコンデンサＣ３とダイオードＤ３からなる遅延
回路により遅延させた信号とＭＯＳＦＥＴＱ１２，Ｑ１
４への制御信号との論理和を求めるオア回路ＯＲ２１，
ＯＲ２２と、過負荷信号をノット回路ＮＴ２１により反
転させた信号とＭＯＳＦＥＴＱ１１，Ｑ１３への制御信
号との論理積を求めるアンド回路ＡＮ２１，ＡＮ２２と
により構成される。つまり、Ｈレベルの過負荷信号が発
生したときに、ＭＯＳＦＥＴＱ１１，Ｑ１３は強制的に
オフにされ、ＭＯＳＦＥＴＱ１２，Ｑ１４は強制的にオ
ンにされる。これはブレーキモードの状態である。

【００４２】また、上述した各ＭＯＳＦＥＴＱ１１〜Ｑ
１４への制御信号とメインスイッチＳＷの出力Ｖ０，Ｖ
１との組み合わせから明らかなように、過負荷信号が発
生していないときには、メインスイッチＳＷの出力Ｖ
０，Ｖ１に応じて、ＭＯＳＦＥＴＱ１１，Ｑ１４がオン
（正転モード）、ＭＯＳＦＥＴＱ１２，Ｑ１３がオン
（逆転モード）、ＭＯＳＦＥＴＱ１２，Ｑ１３がオン
（停止モードおよびブレーキモード）の３状態が選択さ
れるのである。ここで、遅延回路を設けていることによ
って、ブリッジ回路の各アームを形成する各一対のＭＯ
ＳＦＥＴＱ１１，Ｑ１２またはＱ１３，Ｑ１４が、各モ
ードの切換時に同時にオンになることが防止される。な
お、本実施形態では遅延回路の時定数を５０μ秒に設定
してある。

【００４３】本実施形態の他の構成および動作は実施形
態１と同様であるから説明を省略する。（実施形態４）実施形態１においては、ビットプッシュ
を永久磁石３１とリードスイッチ３２とにより検出して
いたが、図７に示すように、フォトインタラプタ３３を
用いて検出することができる。フォトインタラプタ３３
は、発光ダイオードＬＥＤとフォトトランジスタＰＴと
を対向させたものであって、発光ダイオードＬＥＤと抵
抗Ｒ６との直列回路およびフォトトランジスタＰＴと抵
抗Ｒ１との直列回路がそれぞれ電池Ｂの両端間に接続さ
れ、抵抗Ｒ１とフォトトランジスタＰＴとの接続点に抵
抗Ｒ２を介してトランジスタＴｒ１のベースを接続した
構成を有する。

【００４４】この回路では、発光ダイオードＬＥＤとフ
ォトトランジスタＰＴとの間が常時は遮光されており、
ビットを対象物に押し付けてビットが移動したときに発
光ダイオードＬＥＤからの光をフォトトランジスタＰＴ
で受光することができるようにしてある。こうしてフォ
トトランジスタＰＴがオンになると、トランジスタＴｒ
１が導通し、制御回路２に給電されるのである。この構
成では発光ダイオードＬＥＤを常時点灯させているから
電池Ｂの放電寿命を考慮しない場合にのみ採用すること
が可能である。他の構成および動作は実施形態１と同様
である。

【００４５】（実施形態５）本実施形態は、図８に示す
ように、ビットプッシュを検出する構成としてマイクロ
スイッチなどの機械式の検出スイッチ３４を用いたもの
である。要するに、図３に示したリードスイッチ３２に
代えて検出スイッチ３４を接続すればよいのであって、
回路構成は実施形態１と同様になる（抵抗Ｒ１は図示し
ていないが、図示例では検出スイッチ３４に含まれてい
る）。検出スイッチ３４はビットの移動時にオンになる
位置に配置しておけばよい。他の構成および動作は実施
形態１と同様である。

【００４６】

【発明の効果】請求項１の発明は、低電圧の直流電源に
より駆動される直流モータと、前記直流電源と直流モー
タとの間に挿入されたＭＯＳＦＥＴよりなる第１の半導
体スイッチ要素と、直流モータに並列接続されたＭＯＳ
ＦＥＴよりなる第２の半導体スイッチ要素と、前記直流
電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路の出力
を電源とし各半導体スイッチ要素をそれぞれオンオフさ
せる制御信号発生回路と、直流モータの負荷が規定値以
上になると過負荷信号を出力する過負荷検知回路とを備
え、制御信号発生回路は過負荷信号が発生すると第１の
半導体スイッチ要素をオフにし第２の半導体スイッチ要
素をオンにするブレーキ信号を発生するものであり、過
負荷時にブレーキ信号を発生して直流モータに並列接続
された第２の半導体スイッチ要素をオンにしているか
ら、直流モータの停止時に発生する回生電流を第２の半
導体スイッチ要素を通して流すことができ、結果的に電
気ブレーキとして機能して直流モータの回転を短時間で
停止させることができるという利点がある。つまり、直
流モータの慣性による回り過ぎを防止することができ、
直流モータによってドライバのビットを回転させる場合
であれば、ねじの締まり過ぎを防止することができ、ま
たドリルのビットを回転させる場合であれば過負荷によ
るビットの折損を防止することができる。また、直流モ
ータに並列接続した第２の半導体スイッチ要素に回生電
流を流すから、第２の半導体スイッチ要素に過大な電流
が流れたり過大な電圧が印加されたりするのを防止する
ことができ、第１および第２の半導体スイッチ要素への
電流ストレスや電圧ストレスを軽減することができると
いう利点がある。さらに、電池から直流モータへの給電
経路の入切を第１の半導体スイッチ要素により行なうか
ら、比較的大きな電流が流れる箇所での電流の入切を機
械式のスイッチで行なう場合に比較して輻射ノイズの発
生が少なく、各種機器へのノイズの影響を防止すること
ができるという利点を有する。

【００４７】請求項２の発明のように、第１の半導体ス
イッチ要素が直流モータの第１の端子と前記直流電源の
正極との間に挿入された第１のＭＯＳＦＥＴよりなり、
直流モータの第２の端子が前記直流電源の負極に接続さ
れたものでは、直流モータと電源との間に１個のＭＯＳ
ＦＥＴが挿入されているだけであるから、ＭＯＳＦＥＴ
のオン抵抗による電力損失が少ないという利点がある。

【００４８】請求項３の発明のように、第１の半導体ス
イッチ要素が直流モータの第１の端子と前記直流電源の
負極との間に挿入された第１のＭＯＳＦＥＴよりなり、
直流モータの第２の端子が前記直流電源の正極に接続さ
れたものでは、直流モータと電源との間に１個のＭＯＳ
ＦＥＴが挿入されているだけであるから、ＭＯＳＦＥＴ
のオン抵抗による電力損失が少ないという利点がある。

【００４９】請求項４の発明のように、第１の半導体ス
イッチ要素が、直流モータの第１の端子と前記直流電源
の一方の出力端との間に挿入された第１のＭＯＳＦＥＴ
と、直流モータの第２の端子と前記直流電源の他方の出
力端との間に挿入された第２のＭＯＳＦＥＴと、直流モ
ータの第２の端子と前記直流電源の一方の出力端との間
に挿入された第３のＭＯＳＦＥＴと、直流モータの第１
の端子と前記直流電源の他方の出力端との間に挿入され
た第４のＭＯＳＦＥＴとからなり、第２の半導体スイッ
チ要素が、第２および第４のＭＯＳＦＥＴからなるもの
では、４個のＭＯＳＦＥＴによるブリッジ回路を構成し
ているから、ＭＯＳＦＥＴの制御によって回生電流の流
れる経路を形成するだけではなく、直流モータの回転方
向を正逆に切り換えることも可能になるという利点を有
する。請求項５の発明のように、制御信号を、第１およ
び第４のＭＯＳＦＥＴを同時にオンにし第２および第３
のＭＯＳＦＥＴをともにオフにする正転信号と、第１お
よび第４のＭＯＳＦＥＴをともにオフにし第２および第
３のＭＯＳＦＥＴを同時にオンにする逆転信号と、第２
および第４のＭＯＳＦＥＴをともにオンにし第１および
第３のＭＯＳＦＥＴをともにオフにするブレーキ信号と
したものでは、正転信号と逆点信号とによって直流モー
タの回転方向を正逆に切り換えることができ、またブレ
ーキ信号によって回生電流を流す経路を形成することが
できるという利点がある。

【００５０】請求項６の発明のように、直流モータが回
転している状態からブレーキ信号を発生したときに、第
１の半導体スイッチ要素をオフにした後に第２の半導体
スイッチ要素をオンにするまでの時間を遅延する遅延回
路を制御信号発生回路に設けたものでは、直列接続され
ている第１および第２の半導体スイッチ要素が同時にオ
ンになることが防止され、電池の両端間が第１および第
２の半導体スイッチ要素を介して短絡されるのを防止す
ることができるという利点がある。

【００５１】請求項７の発明のように、前記直流モータ
により回転駆動されるビットに押圧力が作用したときに
前記昇圧回路への給電を開始させるスタート回路を設
け、スタート回路は前記ビットに押圧力が作用したとき
のビットの移動に伴ってオンになる機械式の接点を備
え、前記接点を介して電池から昇圧回路に給電するもの
では、電動ドライバや電動ドリルのビットを対象物に押
し付けてビットに押圧力を作用させるだけで自動的に直
流モータを回転させることができるのはもちろんのこ
と、機械式の接点を用いているから、非使用時に電力が
消費されることもないという利点がある。

【００５２】請求項８の発明のように、前記直流モータ
により回転駆動されるビットに押圧力が作用したときに
前記昇圧回路への給電を開始させるスタート回路を設
け、スタート回路は前記ビットに押圧力が作用したとき
のビットの移動を検出する光電センサであって、前記光
電センサを介して電池から昇圧回路に給電するもので
は、電動ドライバや電動ドリルのビットを対象物に押し
付けてビットに押圧力を作用させるだけで自動的に直流
モータを回転させることができるのはもちろんのこと、
ビットに非接触な状態でビットに押圧力が作用したこと
を検出することができるから、ビットの回転に影響を与
えることがないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す要部回路図である。

【図２】同上の全体構成を示すブロック図である。

【図３】同上の要部回路図である。

【図４】同上の動作説明図である。

【図５】本発明の実施形態２を示す要部回路図である。

【図６】本発明の実施形態３を示す要部回路図である。

【図７】本発明の実施形態４を示す要部回路図である。

【図８】本発明の実施形態５を示す要部回路図である。

【符号の説明】

２１スイッチ回路２２制御信号発生回路Ｂ電池Ｍ直流モータＱ１，Ｑ２ＭＯＳＦＥＴｒ１，ｒ２切換スイッチの接点ＳＷメインスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保田篤優大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者清水秀規大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低電圧の直流電源により駆動される直流
モータと、前記直流電源と直流モータとの間に挿入され
たＭＯＳＦＥＴよりなる第１の半導体スイッチ要素と、
直流モータに並列接続されたＭＯＳＦＥＴよりなる第２
の半導体スイッチ要素と、前記直流電源の出力電圧を昇
圧する昇圧回路と、昇圧回路の出力を電源とし各半導体
スイッチ要素をそれぞれオンオフさせる制御信号発生回
路と、直流モータの負荷が規定値以上になると過負荷信
号を出力する過負荷検知回路とを備え、制御信号発生回
路は過負荷信号が発生すると第１の半導体スイッチ要素
をオフにし第２の半導体スイッチ要素をオンにするブレ
ーキ信号を発生することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】第１の半導体スイッチ要素は直流モータ
の第１の端子と前記直流電源の正極との間に挿入された
第１のＭＯＳＦＥＴよりなり、直流モータの第２の端子
が前記直流電源の負極に接続されたことを特徴とする請
求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】第１の半導体スイッチ要素は直流モータ
の第１の端子と前記直流電源の負極との間に挿入された
第１のＭＯＳＦＥＴよりなり、直流モータの第２の端子
が前記直流電源の正極に接続されたことを特徴とする請
求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】第１の半導体スイッチ要素は、直流モー
タの第１の端子と前記直流電源の一方の出力端との間に
挿入された第１のＭＯＳＦＥＴと、直流モータの第２の
端子と前記直流電源の他方の出力端との間に挿入された
第２のＭＯＳＦＥＴと、直流モータの第２の端子と前記
直流電源の一方の出力端との間に挿入された第３のＭＯ
ＳＦＥＴと、直流モータの第１の端子と前記直流電源の
他方の出力端との間に挿入された第４のＭＯＳＦＥＴと
からなり、第２の半導体スイッチ要素は、第２および第
４のＭＯＳＦＥＴからなることを特徴とする請求項１記
載のモータ制御装置。
【請求項５】制御信号は、第１および第４のＭＯＳＦ
ＥＴを同時にオンにし第２および第３のＭＯＳＦＥＴを
ともにオフにする正転信号と、第１および第４のＭＯＳ
ＦＥＴをともにオフにし第２および第３のＭＯＳＦＥＴ
を同時にオンにする逆転信号と、第２および第４のＭＯ
ＳＦＥＴをともにオンにし第１および第３のＭＯＳＦＥ
Ｔをともにオフにするブレーキ信号とであることを特徴
とする請求項４記載のモータ制御装置。
【請求項６】直流モータが回転している状態からブレ
ーキ信号を発生したときに、第１の半導体スイッチ要素
をオフにした後に第２の半導体スイッチ要素をオンにす
るまでの時間を遅延する遅延回路を制御信号発生回路に
設けたことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装
置。
【請求項７】前記直流モータにより回転駆動されるビ
ットに押圧力が作用したときに前記昇圧回路への給電を
開始させるスタート回路を設け、スタート回路は前記ビ
ットに押圧力が作用したときのビットの移動に伴ってオ
ンになる機械式の接点を備え、前記接点を介して電池か
ら昇圧回路に給電することを特徴とする請求項１記載の
モータ制御装置。
【請求項８】前記直流モータにより回転駆動されるビ
ットに押圧力が作用したときに前記昇圧回路への給電を
開始させるスタート回路を設け、スタート回路は前記ビ
ットに押圧力が作用したときのビットの移動を検出する
光電センサであって、前記光電センサを介して電池から
昇圧回路に給電することを特徴とする請求項１記載のモ
ータ制御装置。