JPS62247784A - モ−タの速度制御回路 - 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） 本発明は電動ドリルや電動ドライバーなどの電動工具に
適用されるモータの速度制御回路に関する。

（従来技術） 一般に、電動ドライバー、ドリルなどの電動工具では、
穴のあけ始め、ねじの締め始めには低速回転させてビッ
トの位置合わせを行ない易いようにし、その後、高速回
転さゼるように機能する速度制御回路が備えられている
。

しかし、多種多用な材お１、伯楽に対応ザるためにはさ
らに広い速度制御範囲と低速回転が望まれている。

現在、この要請に応えるものとして、ギア切換による機
械式の２段切換え構成のものがあるが、この機械式の−
ｂのは構成が筒中でないばかりか、多段とすることが困
ガで、しかも騒名が大きいといった問題がある。またフ
ィードバック制御回路付きの電動工具において、モータ
の速度制御範囲を広げて、上記要請に対応しようとする
と、フィードバック系の安定点をはずれ制御回路動伯が
安定せずモータががたついて安定した回転が得られない
という問題があった。

（発明の目的） 本発明は前記従来の問題点を解消するもので、電気信号
を切換えることにより、機械式の２段機構などを用いる
ことなく、速度制御範囲が広く、かつ低速制御が可能で
電動工具に適したモータの速度制御回路を提供すること
を目的とする、。

（発明の構成） 本発明は、モータの回転数に比例する信号を出力する速
度検出回路と、前記速度検出回路からの速度信号により
タイミングパルスを発生するタイミングパルス発生回路
と、前記タイミングパルス発生回路のタイミングパルス
を用いてモータの速度信号を周波数−電圧変換する周波
数−電圧変換回路と、前記周波数−電圧変換回路からの
周波数−電圧変換した信号と前記速度可変回路の電圧の
差を増幅する誤差増幅回路と、その誤差増幅した信号と
所定の基準三角波とを比較する比較回路と、前記比較回
路の出力によりモータへ駆動電源を供給するスイッチン
グ回路とを備え、前記周波数−電圧変換回路を、前記タ
イミングパルス発生回路のタイミングパルスにて鋸歯状
波を発／１させる鋸歯状波発生回路と、前記タイミング
パルス発生回路のタイミングパルスにてその時の鋸歯状
波の電圧を勺ンブルホールドするリンゲルホールド回路
とで構成したモータの速度制御回路であって、前記速度
検出回路または前記タイミングパルス発生回路に、タイ
ミングパルスの周波数をｎいに異なる複数の周波数に変
換する変換手段を設【」たちのである。

この構成により、タイミングパルスの周波数を適宜切換
え使用することにより、達磨可変範囲が広範囲で、かつ
低速まで制御可能となる。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例によるモータ速度制御回路
を示し、第２図はそのタイムチャートを示す。

第１図において、ＤＣモータＭの回転数に比例する信号
を出力する速度検出回路１は、後述するごとく前記モー
タＭの回転軸に連結される１回転当たり互いに異なる周
波数のパルスを出力する周一　　５　− 波数発電機ＦＧ１．ＦＧ２　、これらの周波数発電１！
ｒＧ１．ＦＧｔの選択切換えを行なう切換スイッヂＳＷ
、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ，Ｒ８、およびコンデンサ
ＣＦ、Ｃ８などから構成されている。前記周波数発電Ｉ
ＦＧｔ　、ＦＧ２は後記タイミングパルスの周波数を互
いに異なる複数の周波数に変換する変換手段を構成する
ものである。

この速度検出回路１におけるモータＭの１回転当たりの
出力パルス数が異なる周波数発電機ＦＧ１゜ＦＧ２は、
第３図に示すようにモータシャフトに並べて配置したも
のを用いればよく、いま、ここでは１回転当たりの出力
パルス数が周波数発電機ＦＧ１に対して周波数発電ｔａ
ＦＧ２が２倍となる２種類の周波数発電機を用いている
。

一方、リンプルパルスやリセットパルスといったタイミ
ングパルスを発生するタイミングパルス発生回路である
りンブル・リセットパルス発生回路２は、台形波を発生
する台形波回路１１と、ヒステリシスコンパレータＯＰ
２と、ＩＣからなるサンプル争リセットパルス発生器２
ａなどから構成され、サンプル・リセットパルス発／ｌ
器２ａに台形波を入力する台形波回路１１４よ、定”＋
ｔｊ流源１１、コンデンサＯＲなどからなる、。

前記サンプル・リセットパルス発生器２ａのリセットパ
ルスによってＩｉｉ歯状波を形成する！Ｉｉ歯状波発生
回路３は定電流源Ｔ２、−’ンデン”Ｊ’　ＣＩなどか
ら構成されるとともに、前記リンプル・リセットパルス
発生器２ａの１ノンプルパルスによって鋸南状波電■−
をサンプルホールドするり゛ンプルホールド回路４は、
バッファ４ａ、４ｂ、＝＋ンデンサＣ１１などから構成
されている。

前記モータＭの適宜な速１αを設定する速度可変回路７
は抵抗Ｒｘ１可変抵抗Ｖ　Ｒ、バッファ７８などからな
り、その出力は誤差増幅回路としてのエラーアンプ１２
に人ＩＪされて＋ノンプルホールド回路４からの出力と
比較され、イの差が反転増幅される。さらに、エラーア
ンプ１２の出力は！ＩＬ三角波発生回路５からの基準三
角波と比較回路としての］ンパレータ１３で比較され、
この］コンパレータ３の出力が１ルベルのときに、出力
回路８を駆動する。そして、この出力回路８の出力にて
スイッチング回路を構成するパワーＭＯＳ電界効果トラ
ンジスタ（ＦＦＴ）１４がオン駆動され、前記モータＭ
が駆動されるようになっている。

なお、モータＭの速度信号を周波数−電ＩＴ、（Ｆ−Ｖ
）変換するＦ−Ｖ変換回路は、鋸歯状波発生回路３とサ
ンプルホールド回路４とで構成されている。また、モー
タＭの電源としては電池Ｂを用いている。

また、ロック保護回路９は、モータＭの回転数が設定値
以下になるとモータＭの駆動を停止させるための回路で
あって、モータＭに過負荷がかかると、モータＭの回転
数が落ち、従って、周波数発電ＩＦＧ１またはＦＧ２の
出力周波数が小さくなり、リンプルホールド回路４の出
力電圧が高くなるが、ロック保護回路９はその電圧を抵
抗Ｒ１、とＲ１□とで分圧された電圧とコンパレータ１
５により比較し、回転数が設定１１以下に低下すると、
前記コンパレータ１３の出力を遮断し、モータＭを停止
トさゼるものである。また、出力回路８には昇圧回路１
０が接続されている９゜次に第１図と第２図とに基づい
（！ｌｌ伯を説明−１−る。第２図の（ａ）〜（ｉ）は
第１図のａ　＋ｌ〜ｉＱの波形を示す。モータＭの同転
数に比例した速度信号が切換スイッチＳＷにより選択さ
れた周波数発電Ｉｌ！ＦＧ１またはＦＧ２のいずれかか
ら出力され、その出力された速度信号はオベアンゾ０１
）１によりＲ，／Ｒ８倍に増幅される。この速度信シ］
に相当する第２図（ａ）に示すよう＜Ｌ　ＡペアンプＯ
ｌ）　１の出力は、ヒステリシスコンパレータＯＰ２に
入力され、この］ンパレータ０１）２から第２図（ｂ）
に示すような同転数に比例した周波数のｈ形波パルスが
得られる。この方形波によりリン１ル・リセットパルス
発生回路２０台形波回路１１で第２図（Ｃ）のような台
形波を得る。この台形波のやち上がりを基準電圧発生回
路６からの１メ準ｆｆｆｒｆＶ１゜Ｖ２　、Ｖ３と比較
しく第２図　（ｃ））　、’ｔ　ンフルパルス（第２図
（ｅ））とリセットパルス（第２図（ｄ））の発生する
タイミングを決定する。

一方、鋸歯状波発生回路３では、］ンゲン＋ＪＣ■を定
電流ｌ１ｉ１２により充電し、リセットパルスが発生し
た時にコンデンサＣＩに充電された電荷を放電し、第２
図（ｆ）に示すような鋸歯状波を発生する。リンプルホ
ールド回路４では、）ノンプルパルスが発生した時に、
ボールド］ンデン）ｉｃ、。

を充電あるいは放電することにより、その時の鋸南状波
電斤を１ノンプルホールドする。、従って、サンプルホ
ールド回路４にはリンプルホールド電圧として第２図（
（＋）に示すような回転数に比例したＤＣ信号が出力さ
れることになる。

エラーアンプ１２では、速１ａ可変回路７で設定した電
圧■８とサンプルホールド回路４の出力型ＩＴ−Ｖ　ｏ
の差をＲＡ／ＲＮ倍に反転増幅し、その出力を第２図（
ｈ）に示すように基壁三角波発生回路５０Ｍ準三角波と
］ンバレータ１３で比較し、第２図（ｉ）に示すように
方形波を得て、この方形波を出力回路８を通じて出力し
て第２図（ｊ）に示すにうなＦＥＴゲート出力電汗を得
て、Ｆ　Ｅ　Ｔ　１４によりモータＭの供給電源をパル
スワイドモジュレーション（ＰＷＭ）制御するようにし
ている。

以上のように各部の信号の周波数は、周波ｒ／ｉ発電機
ＦＧ＋の信号に対して周波散発′市機ＩＧ２の場合には
２倍になるため、ｔ　ｌ　Ｔ　１４のゲート信号もその
デユーティが小さくなる。しＩごがって切換スイッチＳ
Ｗを手動にて周波数発電ＩＮ　Ｆ　Ｇ　２側へ切換える
ことにより、モータＭの回転数が低い時においてもフィ
ードバック系は安定し、従来より低い回転数まで適ｎ−
に制御することができろ。

なお、第２図（（＋）〜（ｊ）において、周波数発電機
ＦＧ２の場合の波形を太線にて示している。

第２実施例 第４図は本発明の第２実施例によるモータ速度制御回路
を示し、第５図はそのタイムチャートを示し、第６図は
この実施例における変換手段としての光エンコーダの構
成を示す。速度検出回路１には光Ｔン］−ダＥ１．Ｆ２
が設けられ、この光■ン」−ダＥ１．Ｅ２は、モータＭ
の回転軸に固定された環状の複数列に２秤類以Ｙの＋Ａ
なるスリットの入ったスリット円板１０１と、このスリ
ット円板１０１を挟んでり、　Ｆ　Ｄなどでなる発光素
子１０２および、これと対になったフォトトランジスタ
等でなる受光素Ｆ１０３とからなり、スリット円板１０
１の１回転当たり、異なる数の出力パルスが得られるよ
うになっている。例えば第６図の場合は、光Ｔン］−ダ
［１に対して光ｌン］−ダＦ２のスリット円板１０１の
スリットはスリット間隔が１／２で１回転当たりの出力
パルス数は２倍になっている。

この構成において、切換スイッチＳＷを光エンコーダＦ
２側に切換えることにより、回路各部の信号の周波数は
２倍になり、前記第１実施例と同様に、低速運転時にお
いてもフィードバック系ｔま安定し、より低速まで適正
に制御が可能となる。

第３実施例 第７図は本発明の第３実施例によるモータ制御回路を示
し、第８図はそのタイムチャートを示し、第９図！ａ）
はこの実施例における変換手段としての周波数２倍化回
路の構成、第９図（ｂ）はこの回路の入力と出力の関係
を示す。この実施例では周波数２倍化回路ＦＣがタイミ
ングパルス発生回路としての月ンプル・リセットパルス
発生回路２のヒステリシスコンパレータ０１）２の出力
の後に設けられている。周波数２倍化回路）７Ｃ【、１
第９図（ａ）に示すように、排他的論理和回路（ｅｘｃ
ｌｕｓｉｖｅＯＲ）２０１，２０２，２０３と抵抗［＜
、］ンデンサＣにより構成され、第９図（ｂ）に示すよ
うに入力に対して２出力が得られるようになっている。

また、第７図において、切換スイッチＳＷのＡ側からＢ
側への切換えにより周波数２（８化回路ＦＣが回路から
外されるように構成されている。

この構成において、切換スイツ（ＳＷを８側からＡ側へ
切換えることにより、回路各部の伏目の周波数は２倍に
なり、前記各実施例と１１様の作用が得られる。

（発明の効果） 以上のように本発明によればモータの速度検出回路また
はタイミングパルス発Ｉ」回路に、タイミングパルスの
周波数をｎいに異なる複数の周波数に変換する変換手段
を設けたものであるので、この変換手段を適宜、切換選
択使用することにより＝　　　１３　− 次の効果が得られる。

（１）速（資）制御可能な回転数を従来の１／２あるい
はそれ以下にすることができる。したがって、従来のも
のに比し、より低速で安定した運転が可能となり、した
がって電動工具に適用した場合、操作性、作業性の白土
を図ることができる。

（２）速度制御範囲を細く区切ることにより、各範囲内
で微妙な速度調整を行なうことができるとともに、速度
安定性も良好どなる。

（３）ギア等を用いた機械式のものに較べて構成が簡単
で小型、軽量になり、またＰＪ名が低減する。

すなわち、従来の機械式の場合、速度切換範囲を多段階
にしようとするとギアの数が増加するとともに構成が複
雑になり、型状も大型になり、また騒音が大きくなり易
いが、本発明では電気信号の処理で行なうことができる
ので、構成が簡単で小型軽量化が図れ、ま／ｊ騒寓が大
きくなることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例によるモータの速度制御回
路図、第２図（ａ）・〜（６１）はそのタイ１８チヤー
ト図、第３図ＧＥＬ第１実施例にお（Ｊる変換二丁段と
しての周波数発電機の構成図、第４図は本発明の第２実
施例によるモータの速度制御回路図、第５図（ａ）〜（
Ｊ）はそのタイムチャート図、第６図は第２実施例にお
ｔ−Ｊる変換手段としての光エン」−ダの構成図、第７
図は本発明の第３実施例によるモータの速度制６１１−
１路図、第８図（ａ）〜（ｊ）はそのタイムチャート図
、第９図（ａ）　（ｂ）　’＋ま第３実施例における変
換１段としての周波数２倍化回路の回路図およびその人
力１１１竹図Ｃある。 １・・・速度検出回路、２・・・リン１ル・リセットパ
ルス発生回路（タイミングパルス発生回路）、３・・・
鋸歯状波発生回路、４・・・リンブールールド回路、１
２・・・エラ−アンプＣ１ｆｌｉ差増幅回路）、１３・
・・］ンパレータ（比較回路）、１４・・・１１　［（
スイッチング回路）、Ｍ・・・モータ、ＥＧｌ　、ＦＣ
２・・・周波数発電ＩＩ（変換手段）、Ｆｌ、ｌ−２・
・・光エンコーダ、１０１・・・スリット円板、ＦＣ・
・・周波数２倍化回路（変換手段）。 第９図 匹 手＊、、’ａ　Ｍｌ　−１［書　（方式）昭和６１年７
月Σび日 １、事件の表示 昭和６１年特許願第９１４９０号 ２、発明の名称 を−夕の速度制御回路 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　　（５８３）松下電工株式会社 ４、代理人 住所　大阪市西区西本町１丁目１０番３号新松岡ビル ５、補正命令の日付 昭和６１年６月２４日 ６、補正の対象 明細書の［図面の簡ＩＩ′Ｉな説明１の欄７、補正の内
容 （１）明細書第１５貞第１行の１第２図（ａ）〜（ｊ）
は」を「第２図は１と補正します。 （２）同第１５頁第４〜５行の「第５図（ａ）〜（」）
は１を［第５図は１と補正しまＪｏ（３）同第１５頁第
８行の［第８図（ａ）〜ｌ）は」を「第８図は」と補正
します。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、モータの回転数に比例する信号を出力する速度検出
   回路と、前記速度検出回路からの速度信号によりタイミ
   ングパルスを発生するタイミングパルス発生回路と、前
   記タイミングパルス発生回路のタイミングパルスを用い
   てモータの速度信号を周波数−電圧変換する周波数−電
   圧変換回路と、前記周波数−電圧変換回路からの周波数
   −電圧変換した信号と前記速度可変回路の電圧の差を増
   幅する誤差増幅回路と、その誤差増幅した信号と所定の
   基準三角波とを比較する比較回路と、前記比較回路の出
   力によりモータへ駆動電源を供給するスイッチング回路
   とを備え、前記周波数−電圧変換回路を、前記タイミン
   グパルス発生回路のタイミングパルスにて鋸歯状波を発
   生させる鋸歯状波発生回路と、前記タイミングパルス発
   生回路のタイミングパルスにてその時の鋸歯状波の電圧
   をサンプルホールドするサンプルホールド回路とで構成
   したモータの速度制御回路であって、前記速度検出回路
   または前記タイミングパルス発生回路に、タイミングパ
   ルスの周波数を互いに異なる複数の周波数に変換する変
   換手段を設けたことを特徴とするモータの速度制御回路
   。 ２、変換手段として、それぞれ出力パルス数の異なる周
   波数発電機を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のモータの速度制御回路。 ３、変換手段として、それぞれ出力パルス数の異なるス
   リットの入ったスリット円板を有したエンコーダを用い
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のモータ
   の速度制御回路。 ４、変換手段として、周波数２倍化回路を用いたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のモータの速度制
   御回路。