JPS63123676A - ナツトランナのモ−タ駆動回路 - 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】 本願発明は次に述べる問題点の解決を目的とする。

（産業上の利用分野）　この発明は種々の機械装置例え
ば自動車の構成部品であるボルトを締付ける為のナンド
ランチに関し、詳しくはそのナツトランナにおけるモー
タを駆動するようにした駆動回路に関するものである。

（従来の技術）　上記のようなボルトはその締付トルク
を精度良く締付けることが必要である。この為上記ナツ
トランナにおいてはモータのトルク変動を押さえる為に
モータ電流をコントロールすることは勿論であるが、モ
ータの回転慣性による遇締付を防止する為にモータの回
転速度を所定速度に制御する必要がある。そこで従来よ
り、上記モータにその回転速度を検出する為のパルスジ
ェネレータを付設し、そのパルスジェネレータの出力信
号をｆ−Ｖ変換した信号を回転速度のフィードバック信
号として、上記モータへの電流を制擾する為の回路に与
えることにより、上記モータの回転が定速となるように
している。しかしボルトが着座してモータの回転速度が
遅くなると、上記パルスジェネレータからのパルス信号
の間隔が長くなる為ｒ−■変換器からの信号に脈動が生
じ、その脈動を有する信号がフィードパ、ツク信号とし
て前記電流の制御回路に与えられる。この為モータに供
給される電流が上記の脈動の影響を受けて大きく脈動し
、その為モータのトルクに大きな脈動が生じてボルト着
座後の締付が極めて不円滑となってしまう問題点があっ
た。

（発明が解決しようとする問題点）　この発明は上記従
来の問題点を除き、モータの回転速度を定速制御できる
は勿論のこと、ボルト着座後においてもモータの回転を
滑らかに制御できるようにしたナツトランナのモータ駆
動回路を提供しようとするものである。

本願発明の構成は次の通りである。

（問題点を解決する為の手段）　本願発明は前記請求の
範囲記載の通りの手段を講じたものであってその作用は
次の通りである。

（作用）　入力端子に指令信号が与えられると電流制御
回路に制御されてモータに通電がなされ、モータが回動
する。モータの回動は回転速度フィードバック回路で検
出され、それに対応する信号が電流制御回路に与えられ
、モータの回転が定速制御される。

（実施例）以下本願の実施例を示す図面について説明す
る。第１図において、１はナツトランナを示す、これに
おいて、２はモータで、例えば３相ブラシレスモータが
用いれる。３はモータの回転を減速するようにした減速
機で、例えば１３５：１乃至３０：１程度のものが用い
られる。４は減速機の出力軸３ａに取付けたボックスで
、ボルト５或いはナツトを嵌合させる為のものである。

６は駆動回路、７は直流電源を夫々示す。

次に上記駆動回路６の回路構成を示す第２図において、
１１は指令電圧信号の入力端子、１２は速度制御アンプ
で、１３は回転速度指令信号の入力端、１４は回転速度
フィードバック信号の入力端、１５はゲインコントロー
ル信号の入力端、１６は電流指令信号の出力端を夫々示
す、　１７は加算器、１８は増幅回路、１９はパルス巾
変調（ＰＷＭ）回路、２０はペースドライブ回路、２１
はパワー回路、２２はモータ電流検出器、２３は整流回
路、２４は平滑回路、２５は増幅回路、２６は電圧設定
器、２７は電流制限回路、２８はｆ−■変換器で、これ
らは何れも公知のものである。２９はモータ２に付設し
たパルスジェネレータを示し、第５図に示される如くモ
ータ２の回転軸３０に連結しである。尚、第５図におい
て、３１は電機子鉄心、３２は電機子巻線、３３はロー
タ、３４はベアリングを夫々示す。

次に上記速度制御アンプ１２の一つの回路例を示す第３
図において、４０は増幅回路、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ５
はゲイン設定用の抵抗器で、その値は一例としてＲ１，
Ｒ２，Ｒ５が夫々　１００ＫΩ、　Ｒ３が５１にΩであ
る。

ＣＩは微分回路を構成するコンデンサ（値は例えば０．
２２μＦ）で、抵抗Ｒ３と共に微分回路を構成している
。４１はＦＥＴで、ゲインコントロール信号の大きさに
応じて抵抗値Ｒ４が変化する素子として用いられている
。

次に上記構成のものの作動について説明する。

尚速度制御アンプにおける各入力端１３〜１５及び出力
端１６の信号（夫々ａｘｃ、ｄで示す）、モータ２の回
転数及び平滑回路２４の出力信号は第４図に示される通
りである。第４図（イ）に示されるようにナフトランナ
のボックス４をボルト５に嵌合させ、入力端子１１に指
令電圧信号ａを与える。その信号は入力端子１１から速
度制御アンプ１２の入力端１３に入力される。するとそ
の速度制御アンプ１２の出力信号ｄは加算器１７を通っ
た後増幅回路１８で増幅され、ＰＷＭ回路１９にて周知
のごとくパルス巾変調される。ＰＷＭ回路１９がらの出
力パルス信号はドライブ回路２０を経てパワー回路２１
を構成する三相トランジスタブリフジに至り、モータ２
のロータ位置に対応したトランジスタを断続的に導通さ
せる。その結果直流電源７からの直流電圧はモータ２に
断続的に供給される。即ちモータへの電流が制御される
。このようにしてモータ２に電流が流れることによりモ
ータ２が回転する。モータ２が回転するとパルスジェネ
レータ２９からパルス信号が発せられる。パルスジェネ
レータ原点がらのパルス数は、モータ２のロータ位置と
対応しているので、パルスジェネレータ２９がらのパル
ス信号によりロータ位置を算出し、パワー回路２１にお
いて次に導通させるべきトランジスタをベースドライブ
回路２０がコントロールする。この制御は周知の通り、
である。

前記パルスジェネレータ２９からのパルス信号はｆ−■
変換器２８を通って、モータの回転数に比例した直流電
圧に変換され、回転速度フィー・ドパツク信号すとして
、前記速度制御アンプ１２の入力端１４に入力される。

一方上記のようにモータに電流が流れる場合、その電流
は電流検出器２２で検出され、整流回路２３、平滑回路
２４を経て直流レベルに変換され（信号ｅ）、増幅回路
２５で増幅され、ゲインコントロール信号Ｃとして、前
記速度制御アンプ１２の入力端１５に入力される。この
速度制御アンプ１２においては、前記入力信号ａと、回
転速度フィードバック信号すとの誤差を検出してそれに
おおじた誤差補正信号を出力し、加算器１７、増幅回路
１８を介して、ＰＷＭ回路１９へ至る信号に補正が加え
られる。その結果、ＰＷＭ回路１９から出力されるパル
ス信号のパルス巾に補正が加えられ、モータ２に流れる
電流に補正が加えられる。従ってモータ２は予め定めら
れた所定の速度で回転する。

その結果、ボックス４によりボルト５の螺合が進められ
第４図（ロ）に示されるような状態即ち、ボルト５が着
座する状態となる。

上記（イ）の状態から（ロ）の状態となる間はボルト５
の螺合を進めるのに大きな力は必要でな（、従ってモー
タ２は軽負荷高速回転の状態となっている。その時間は
例えば３秒程度、モータ回転数は５０００ｒｐ＋ｗ程度
である。この時には周知のごとく、モータ逆起電力の為
、モータ２に流れる電流はごく小さくなるので、電流検
出器２２で検出される信号も小さくなり、整流回路２３
、平滑回路２４を通った信号ｅ及び増幅回路２５を経た
ゲインコントロール信号Ｃも小さくなる。このようにゲ
インコントロール信号Ｃが小さいと、ＦＥＴ４１の内部
抵抗Ｒ４が小さくなり、Ｒ３，Ｃ１，Ｒ４の合成抵抗が
小さくなる。このＲ３，ＣＩ、Ｒ４は速度制御アンプ１
２において、微分要素として働き、回転速度フィードバ
ック信号すを、系の遅れを補正するに充分なだけ増幅し
得るゲインを与える（大きな進み補償がなされ、モータ
の高速回転に対する追随が可能となる）。

モータ２が上記のように軽負荷高速回転のときは、パル
スジェネレータ２９からのパルス信号周波数は高（なる
為、ｆ−■変換器を通った信号である回転速度フィード
バック信号すの脈動分は比較的小さい、この脈動分によ
る回転速度フィードバック信号すの変化は前述のゲイン
コントロール信号Ｃの働きによってアンプ１２で充分に
増幅される。これにより、速度制御アンプ１２の誤差出
力ｄにより、加算器１７、増幅回路１８を介してＰＷＭ
回路１９へ至る信号に適正な補正を加えることができる
。その結果、ＰＷＭ回路１９から出力されるパルス信号
のパルス巾に適正な補正が加えられ、モータ２に流れる
電流をコントロールしてモータ２の回転が所定速度かつ
滑らかになるように制御がなされる。

次に第４図（ロ）に示されるようにボルト５が着座する
と、そのボルト５を回すには大きなトルクが必要となり
、又その結果、モータ２の回転は低速度となる。即ちモ
ータ２は重負荷低速回転の状態になる。このような状態
になると、パルスジェネレータ２９からのパルス信号周
波数は次第に低くなる（第６図（ａ）参照）為、ｒ−ｖ
変換器２８を通つた信号である回転速度フィードバック
信号の脈動分が大きくなる（第６図（ｂ）参照）。

ところが、重負荷低速回転ではモータ２の電流が大きく
なってくるので、電流検出器２２、整流回路２３、平滑
回路２４、増幅回路２５を経た信号であるゲインコント
ロール信号Ｃが大きくなる。この結果、ＦＥＴ４１の内
部抵抗Ｒ４が大きくなり、Ｒ３，ＣＩ、　Ｒ４の合成抵
抗が大きくなる。即ち、速度制御アンプ１２において回
転速度フィードバック信号すを増幅するゲインは、モー
タ電流が大きくなるにつれて小さくなる。この為、回転
速度フィードバック信号の脈動は必要以上に増幅されず
（第６図（Ｃ）参照）、即ちモータ２の現在の回転を滑
らかに持続させられる程度の小さな進み補償がなされ、
速度制御アンプの誤差出力ｄによってＰＷＭ回路１９へ
適正な補正がなされる。その結果、モータ電流に脈動分
は現われず、適正な電流制御がなされ、モータの回転も
なめらかとなり、精度のよい締付トルクが得られる。

次に第４図（ハ）のように締付終了付近となると（第４
図（ロ）から（ハ）までの時間は例えば１秒程度である
）、ボルト５を回すのに要するトルクは更に大きくなっ
て、モータ２はさらに重負荷となる。するとモータ電流
がさらに大きくなるので、電流検出器２２、整流回路２
３、平滑回８２４、増幅回路２５を経た信号が電圧設定
器２６の電圧をこえることとなる。すると電流制限回路
２７が働き、両者の偏差を積分した信号が速度制御アン
プ１２からの出力とは異符号で加算器１７に加えられ、
その出力を増幅回路１８で増幅した信号により、ＰＷＭ
回路１９の出力であるパルス信号のパルス巾が狭くされ
る。その結果モータ２に流れる平均電流が制限される（
第４図（ニ）参照）ので締付トルクが規制される。尚電
流の上限は電圧設定器２６の電圧を変更することによっ
て任意に選ぶことができ、任意の締付トルクを選択する
ことができる。

上記の場合において、重負荷にて（締付終了後）モータ
の回転が止ったときは、パルスジェネレータ２９からの
パルス信号がなくなるので、回転速度フィードバック信
号すもゼロとなる。従うて入力制御電圧は速度制御アン
プ１２でそのまま増幅された後、前述の電流制御回路２
７の出力と加算器１７にて異符号加算され、電圧設定器
２６で定まるモータ電流に保たれる。

（発明の効果）　以上のように本発明にあワては、モー
タを軽負荷状態においても重負荷状態においてもなめら
かに回転させることのできる特長がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図はナツトラン
チのブロック構成図、第２図は駆動回路のブロック図、
第３図は速度制御アンプの一例を示す回路図、第４図は
動作説明用波形図、第５図はモータとパルスジェネレー
タとの関係を略示する図、第６図は重負荷低速回転状態
での各部の信号波形を示す図。 １１・・・入力端子、２・・・モータ、２９・・・パル
スジェネレータ、１２・・・速度制御アンプ。 第５因 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 指令信号の入力端子とナットランナのモータとの間に上
   記入力端子に入来する信号に応じてモータへの電流を制
   御するようにした電流制御回路を介設したことを特徴と
   するナットランナのモータ駆動回路。