JPS61121796A - 電動工具の電池駆動による制御装置 - Google Patents

電動工具の電池駆動による制御装置

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JPS61121796A
JPS61121796A JP59242631A JP24263184A JPS61121796A JP S61121796 A JPS61121796 A JP S61121796A JP 59242631 A JP59242631 A JP 59242631A JP 24263184 A JP24263184 A JP 24263184A JP S61121796 A JPS61121796 A JP S61121796A
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JP
Japan
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motor
output
duty ratio
mosfet
battery
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JP59242631A
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English (en)
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Takao Iwatsuki
岩月 高雄
Koichi Suzuki
孝一 鈴木
Norio Isotani
磯谷 紀男
Katsuhiko Hata
勝彦 秦
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Makita Corp
Original Assignee
Makita Electric Works Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/288Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using variable impedance

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

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 本発明は電池を電源とする電動工具のトルク及び回転数
制御装置に関するものである。
(従来の技術) 従来、直流モータのトルク−回転数特性は第3  図に
示すとおりで、電池駆動電動工具が例えば電動ドライバ
の場合、ネジ締め対象ネジの大きさに応じて第4図に示
す要求特性のように、ネジ締め回転数を変えなければな
らず、従って鉄製の対象物に対して第4図に示すN1の
回転数でネジ締めをした場合、締め工程終了時にはT1
のロックトルクを発生し、これによってネジをネジ切っ
てしまわないよう通常は機械的トルクリミッタのクラッ
チを用いてモータがトルクT1で空転するようにし、こ
れがアルミサツシ等へのネジ締めの場合は、モータ回転
数を第4図のN4に設定することによって、ロックトル
クは第4図のT4に設定されてアルミサツシ等のネジ穴
が破壊されないようにしている。
このように第4図の可変速特性を電池駆動の直流モータ
に実現する手段としては、第5図に示すように、スイッ
チSW1による電池端子の切替え方式が用いられ、この
場合、モータMは第6図に示すトルク−回転数特性を得
ることができ、これにトルクリミッタのクラッチを組合
わせることによって理想的な制御特性を得ることができ
るが、この方法だと、■直列電池バックの途中から任意
電圧のリード線を引き出さなければならないため、電池
の価格が高くなって製品のコストアップにつながる他、
■大多数の電池駆動電動工具のように電池がカートリッ
ジ式の場合、各引き出し端子数に応じて摺動接点を用意
しなければならず、設計が極めて困難になると言う欠点
があった。
この対策として、例えば第7図に示すスイッチSWIに
よる抵抗切替え方式も考えられるが、モータMが大容量
(例えば7.2V、10A等)の場合、■図示R1、R
2、R3に大容量の抵抗を用いなければならないため、
スペース的に実装が困難になる他、■トルクー回転数特
性が第8図に示すようになるため、モータMが減速する
とトルクが急激に落込んでネジ締めが困難になる等の欠
点があった。
又、第9図に示すトランジスタ制御方式は第10図に示
す理想的な特性を示すものの、■大言ヱモータMを制御
するときはTrに大きなコレクタ損失のトランジスタを
必要とし高価になる他、■バイポーラトランジスタはコ
レクタ・エミッタ間電圧降下が大きいため大きな電力損
失をともない、非常に大きな放熱板を必要とし、スペー
ス的に工具への実装が困難であり、■ダーリントン駆動
では大きなベース電流を供給する必要があるため、可変
抵抗器VRに大きな電力を必要とする等の欠点があった
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は電池駆動式電動工具における直流モータの可変
制御において、減速によるトルクの急激な低下を防止し
た状態で、モータに印加される電圧の平均レベル制御に
際して発生する回路からの発熱mを低く抑えて、電池駆
動式電動工具の形状を小形にした状態で動作特性を大幅
に向上させることにある。
(問題を解決するための手段) 第1番目の発明は第1図に示すように、電源用電池1に
モータ2とMOS  FET3と電流検出抵抗4とのそ
れぞれを直列に接続し、前記電池1を電源とする三角波
発生器5からの出力を任意デユーティ−比のパルスに変
換して前記MOSFET3のゲートに入力させる比較器
6と、前記電流検出抵抗4からの出力に比例して前記比
較器6から出力されるパルスのデユーティ−比を制御す
るデユーティ−比制御回路7とのそれぞれを備えた電動
工具の電池駆動による制御装置にある。
第2番目の発明は第2図に示すように、電源用電池1に
モータ2とMOS  FET3と電流検出抵抗4とのそ
れぞれを直列に接続し、前記電池1を電源とする三角波
発生器5からの出力を任意デユーティ−比のパルスに変
換して前記MOSFET3のゲートに入力させる比較器
6と、前記電流検出抵抗4からの出力に比例して前記比
較器6から出力されるパルスのデユーティ−比を制御す
るデユーティ−比制御回路7と、前記電流検出抵抗4か
らの出力が予め設定したモータ2の設定トルク出力に対
応したときに前記MOSFET3のゲート電圧を制御し
てモータ2に対する電源の供給を停止させるトルクリミ
ッタ回路8とのそれぞれを備えた電動工具の電池駆動に
よる制御装置にある。
(実施例) 次に本発明の一実施例の構・成を第11図〜第15図に
よって説明する。
電源用電池Bには電源スィッチSW1と、電動工具駆動
用直流モータMと、モータMに対する電力制御用パワー
MOSFETt−ランジスタでバイボーラトランジスタ
に比してオン抵抗が小さく放熱板を小さくできるととも
に何個でも並列に接続して例えば2個並列に接続するこ
とによって1個の場合に比較して電力損失を半分にする
ことができるMOS FETトランジスタTr1と、モ
ータM電流検出用10一30 1とのそれぞれが直列に接続され、MOS  FETト
ランジスタTr1のゲート端子には、オペアンプIC1
と抵抗R2〜R5と可変抵抗VR1、VR2とコンデン
サC1とのそれぞれからなる三角波発生器であって、C
1と(R4+VR1)とで発振周波数が設定され、抵抗
R2、R3、R5、VR2で振幅が定まり、VR2によ
るオフセット電圧EOの変化例えばEOl,EO2、E
O3で無負荷回転数を調節できる三角波発生器10から
の出力が、オペアンプIC2と抵抗R6〜R9とからな
るヒステリシス特性を持った電圧比較回路11であって
後述インピーダンス変換器14からの比較電圧の変化に
よってデユーティ−比を変化させるパルス発生回路を介
して任意デユーティ−比のパルスに変換された状態で入
力され、電流検出抵抗R1からの出力は、電流波形にの
る高周波成分をカットするローパスフィルタのコンデン
サC2から、オペアンプIC3と抵抗R 1 0−R 
14と可変抵抗VR3とのそれぞれからなり可変抵抗V
R3で後述フィードバックff1Efを調整してモータ
Mのトルクニー回転数N特性の傾きを変化させる非反転
増幅器12と、抵抗R15とコンデンサC3とからなり
非反転増幅器12からの出力パルスをレベル電圧にする
積分回路13と、ボルテージフォロワとして作動するオ
ペアンプIC4のインピーダンス変換器14とのそれぞ
れを介して前記電圧比較回路11の非反転端子に入力さ
れる他、オペアンプIC5と抵抗R16〜R19と可変
抵抗■R4とからなる電圧比較回路15と、トランジス
タTr2と抵抗R20〜R22とからなる出力回路16
とを介して前記トランジスタTr1のゲート電圧を制御
するスイッチングトランジスタTr3のベース端子に入
力されている。
次に、本実施例の作用について説明する。
まず、直流モータの無負荷回転数を変える手段として、
本実施例の前記制御回路はパルスのデユーティ−比制御
でモータへの平均印加電圧を変えるものであって、モー
タの電圧をvt,iii子反作用Ea,電機子抵抗Ra
、モータ電流1aどの間には Vt=Ea+ Ia − Ra t−Ea 従って、  la=□が成立つ Ra その結果、トルクが増大して回転数が減少すると電橢子
反作用Eaが小さくなるためモータ電流laが増大する
ことになと、これはモータ電流■a、即ち、駆動パルス
電流の振幅を増大させることになる。
従って、この駆動パルス電流の振幅を固定低抵抗、例え
ばAWG18位のリード線を10〜30α程度切断して
用いることができる固定低抵抗のR1にて電圧に変換し
て増幅した後、積分器にてレベル電圧に変えてパルス発
生器の電圧比較回路11にフィードバックさせることに
よって、モータを次のように制御することができる。
即ち、第13図は可変抵抗VR2でオペアンプIC1の
オフセット電圧EOをEOl、EO2、EO3のように
変化させた場合のモータ無負荷時動作特性であって、こ
の場合、無負荷でモータ電流Iaがほぼ一定のためイン
ピーダンス変換器14からのフィードバック電圧Efも
ほぼ一定で、従って、可変抵抗VR2でオペアンプIC
Iのオフセット電圧EOをEOl、EO2、EO3のよ
うに変化させることによって、パルス発生の電圧比較回
路11からのパルスのデユーティ−比がt1/lo〜t
 3/l Oのように変化して、モータMの回転数は低
速から高速に変化することができる。
次に、第14図はオペアンプIC1のオフセット電圧E
Oを一定にした無負荷状態においてモータMに約50%
の電圧が印加されるようにパルスのデユーティ−比を無
負何時的1/2に設定し、このときのフィードバック電
圧をEflとしてモ−タMの負荷を増大させた場合であ
って、今、モータMの負荷が増大すると、モータMの回
転数が減少してモータ電流1aが増大するとともに、電
流検出抵抗R1両端からのパルス電圧ECの振幅も増大
して、フィードバック電圧もEflからEf2のように
増大するため、電圧比較回路11から出力されるパルス
のデユーティ−比も増大して、モータMへの平均印加電
圧も増大するとともに、モータMの速度が増加して負荷
増大によるモータM回転数の低下を補償し、又、ネジ締
め終了等のトルク過大状態になってモータM電流1aが
大幅に増大して、インピーダンス変換器14からのフィ
ードバック電圧Ef3がネジ締めトルク等に合せて可変
抵抗VR4で設定された基準電圧Egを越えると、電圧
比較回路15の出力がオンになって、トランジスタTr
2とTr3がオンになるため、MOS  FETトラン
ジスタTr1のゲート電圧がOVになってトランジスタ
Tr1とともにモータMはオフし、一種の機械式クラッ
チのトルクリミッタとしての作動をして、モータMは第
15図に示すようにロックトルクToで遮断し、電気ド
ライバ等の締め過ぎによってネジがネジ切られることは
なく、又、過負荷時におけるモータMの焼損も確実に防
止することができる。
(発明の効果) 本発明は電池駆動モータと直列に接続されたMOS  
FETのゲート端子に、三角波発生器からの出力を前記
モータと直列に接続した電流検出抵抗からの出力に比例
したデユーティ−比に変化させる比較回路からのパルス
を入力させることによって、駆動トランジスタの電力損
失を大幅に減らして放熱板を小形化し電気回路の実装を
容易にし、モータ電流をフィードバックさせてMOS 
 FETのゲート端子に入力されるパルスのデユーティ
−比を変化させて減速時のトルクの落込みを防止するこ
とができ、しかも、電流検出抵抗からの出力が予め設定
した値を越えたときにMOS  FETを遮断すること
によって、機械式クラッチのトルクリミッタを省いて電
子回路にトルクリミッタ殿能を持たせることができる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1番目の発明の構成を明示するブロック図、
第2図は第2番目の発明の構成を明示するブロック図、
第3図と第4図は従来実施例と本願発明が対象とする直
流モータのトルク−回転数特性図、第5図は従来の第1
実施例の電気回路図、第6図はそのトルク−回転数特性
図、第7図は従来の第2実施例の電気回路図、第8図は
そのトルク−回転数特性図、第9図は従来の第3実施例
の電気回路図、第10図はそのトルク−回転数特性図、
第11図は本発明の一実施例のブロック図、第12図は
その電気回路図、第13図と第14図はその動作線図、
第15図はそのトルク−回転数特性図である。 1・・・電池      2・・・モータ3・・・MO
S  FET  4・・・電流検出抵抗5・・・三角波
発生器  6・・・比較器7・・・デユーティ−比制御
回路 8・・・トルクリミッタ回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電源用電池にモータとMOSFETと電流検出抵
    抗とのそれぞれを直列に接続し、前記電池を電源とする
    三角波発生器からの出力を任意デューティー比のパルス
    に変換して前記MOSFETのゲートに入力させる比較
    器と、前記電流検出抵抗からの出力に比例して前記比較
    器から出力されるパルスのデューティー比を制御するデ
    ューティー比制御回路とのそれぞれを備えることを特徴
    とする電動工具の電池駆動による制御装置。
  2. (2)電源用電池にモータとMOSFETと電流検出抵
    抗とのそれぞれを直列に接続し、前記電池を電源とする
    三角波発生器からの出力を任意デューティー比のパルス
    に変換して前記MOSFETのゲートに入力させる比較
    器と、前記電流検出抵抗からの出力に比例して前記比較
    器から出力されるパルスデューティー比を制御するデュ
    ーティー比制御回路と、前記電流検出抵抗からの出力が
    予め設定したモータの設定トルク出力に対応したときに
    前記MOSFETのゲート電圧を制御してモータに対す
    る電源の供給を停止させるトルクリミッタ回路とのそれ
    ぞれを備えることを特徴とする電動工具の電池駆動によ
    る制御装置。
JP59242631A 1984-11-16 1984-11-16 電動工具の電池駆動による制御装置 Pending JPS61121796A (ja)

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JPS61121796A true JPS61121796A (ja) 1986-06-09

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01164292A (ja) * 1987-12-18 1989-06-28 Makita Electric Works Ltd 電動工具の電池駆動による制御回路
FR2634959A1 (fr) * 1988-08-01 1990-02-02 Marchal Equip Auto Circuit electronique de commande de moteur

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01164292A (ja) * 1987-12-18 1989-06-28 Makita Electric Works Ltd 電動工具の電池駆動による制御回路
FR2634959A1 (fr) * 1988-08-01 1990-02-02 Marchal Equip Auto Circuit electronique de commande de moteur

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