(57)【要約】【課題】電源回路の大型化及び発熱を抑えることができる交流モータの駆動制御装置を提供する。【解決手段】交流電源によって駆動される交流モータ２の駆動を制御する制御回路５と、交流モータを構成する固定子コイルを一次巻線として、この一次巻線７と磁気結合させて交流電源の交流電圧を降圧して取り出すための二次巻線８を備えたトランス９と、二次巻線８により降圧された交流電圧を整流する整流回路１０と、整流回路１０により整流された直流電圧を平滑する平滑回路としてのコンデンサ１１とを設けた。【選択図】図１
2014217129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源によって駆動される交流モータの駆動を制御する制御回路を備えた交流モータの駆動制御装置であって、
前記制御回路に電源電圧として直流電圧を供給する直流電圧供給部を備え、この直流電圧供給部は、前記交流モータを構成する固定子コイルを一次巻線として、この一次巻線と磁気結合させて前記交流電源の交流電圧を降圧して取り出すための二次巻線を備えたトランスと、この二次巻線により降圧された交流電圧を整流する整流回路と、この整流回路により整流された直流電圧を平滑する平滑回路とを備えることを特徴とする交流モータの駆動制御装置。
【請求項２】
前記制御回路と前記交流モータとの間に、該交流モータを駆動するための駆動回路が接続され、前記交流電源と前記交流モータとの間に、該交流電源によって該交流モータを起動させるための起動回路が接続され、前記交流モータの起動後に該起動回路を前記交流電源から切り離すべく該起動回路と該制御回路とが第１スイッチング素子により接続され、更に前記駆動回路と前記制御回路とが、前記第１スイッチング素子がＯＮした後にＯＮする第２スイッチング素子により接続されており、前記交流モータの起動によって前記制御回路に前記電源電圧が供給されると、該制御回路は、前記第１スイッチング素子をＯＮして該起動回路を前記交流電源から切り離した後、前記第２スイッチング素子をＯＮ−ＯＦＦ制御することにより前記駆動回路への通電を制御して該交流モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１に記載の交流モータの駆動制御装置。
【請求項３】
前記駆動回路が、双方向サイリスタを備え、前記起動回路が、前記双方向サイリスタのゲートに電流を流して該双方向サイリスタをＯＮして前記交流モータの駆動を行うためのトリガダイオードを備えていることを特徴とする請求項２に記載の交流モータの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力によって駆動される交流モータの駆動を制御するように構成した交流モータの駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる交流モータの駆動制御装置は、例えば電動工具に用いられることがある。この交流モータの駆動制御装置が電動工具に用いられる場合には、マイコンに備えている制御回路へ電源電圧を供給する電源回路を備えることになる。その電源回路は、交流電圧を降圧するための抵抗を備えている。そして、その抵抗で降圧した電圧で作動する制御回路が、交流モータへの通電を制御することによって、交流モータの回転数を変更することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４１２２２号公報（図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の構成では、交流電圧を降圧する抵抗の消費電力が、制御装置の消費電流の二乗に比例する。このため、制御装置の消費電流が増大してしまうと、抵抗の消費電力が非常に大きな値になってしまう。このような状況において、電源回路を構成するためには、大きな消費電力に対応できる電力容量を有する抵抗を用いなければならない。その結果、抵抗を備える電源回路が大型化してしまうという不具合がある。また、抵抗の発熱による周辺部品への影響を配慮すると、抵抗の実装場所に制約を受けるという不具合もあった。
【０００５】
本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、電源回路の大型化及び発熱を抑えることができる交流モータの駆動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の交流モータの駆動制御装置は、前述の課題解決のために、交流電源によって駆動される交流モータの駆動を制御する制御回路を備えた交流モータの駆動制御装置であって、前記制御回路に電源電圧として直流電圧を供給する直流電圧供給部を備え、この直流電圧供給部は、前記交流モータを構成する固定子コイルを一次巻線として、この一次巻線と磁気結合させて前記交流電源の交流電圧を降圧して取り出すための二次巻線を備えたトランスと、この二次巻線により降圧された交流電圧を整流する整流回路と、この整流回路により整流された直流電圧を平滑する平滑回路とを備えることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、一次巻線とする固定子コイルに対して電気的に絶縁された二次巻線を備えて構成されたトランスで、交流電源の交流電圧を降圧することによって、熱エネルギーに変換して電圧降下を行う抵抗により構成した場合に比べて発熱が少ない。しかも、直流電圧供給部は、従来の電源回路を抵抗により構成する場合でも必要となる整流回路を同様に備えつつ、予め備えている一次巻線とする固定子コイルよりも巻数の少ない二次巻線を備えるとともに、平滑回路を備えるだけで直流電圧供給部を構成できるので、電源回路の大型化を抑制することができる。また、降圧された交流電圧は、整流回路で整流され、平滑回路で平滑されることによって、交流モータの駆動を制御する制御回路に安定した電源電圧を供給して交流モータをスムーズに駆動することができる。
【０００８】
また、本発明の交流モータの駆動制御装置は、前記制御回路と前記交流モータとの間に、該交流モータを駆動するための駆動回路が接続され、前記交流電源と前記交流モータとの間に、該交流電源によって該交流モータを起動させるための起動回路が接続され、前記交流モータの起動後に該起動回路を前記交流電源から切り離すべく該起動回路と該制御回路とが第１スイッチング素子により接続され、更に前記駆動回路と前記制御回路とが、前記第１スイッチング素子がＯＮした後にＯＮする第２スイッチング素子により接続されており、前記交流モータの起動によって前記制御回路に前記電源電圧が供給されると、該制御回路は、前記第１スイッチング素子をＯＮして該起動回路を前記交流電源から切り離した後、前記第２スイッチング素子をＯＮ−ＯＦＦ制御することにより前記駆動回路への通電を制御して該交流モータの駆動を制御する構成であってもよい。
【０００９】
上記構成によれば、交流電源によって起動回路に電流が流れると、交流モータを起動させる。これにより、二次巻線に電流が流れ、制御回路に降圧された電源電圧が供給される。電源電圧が供給されて作動状態となった制御回路は、第１スイッチング素子をＯＮして起動回路を交流電源から切り離した後、第２スイッチング素子をＯＮ−ＯＦＦ制御することにより駆動回路への通電を制御して交流モータの駆動を制御し、交流モータの回転数を変更することができる。
【００１０】
また、本発明の交流モータの駆動制御装置は、前記駆動回路が、双方向サイリスタを備え、前記起動回路が、前記双方向サイリスタのゲートに電流を流して該双方向サイリスタをＯＮして前記交流モータの駆動を行うためのトリガダイオードを備えた構成であってもよい。
【００１１】
上記構成によれば、駆動回路の双方向サイリスタのゲートに起動回路のトリガダイオードから電流が流れると、双方向サイリスタがＯＮ（導通）状態になる。このＯＮ状態になると、交流モータの駆動を開始する。交流モータが駆動すると、制御回路へ電源電圧が供給される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、交流モータに備えている固定子コイルを一次巻線として、この一次巻線に対して二次巻線を備えてトランスを構成するだけで、交流電圧を降圧して交流モータの駆動を制御することができる。よって、抵抗により交流電圧を降圧する場合に比べて、電源回路の大型化及び発熱を抑えることができる交流モータの駆動制御装置を提供することができる。また、二次巻線は、電気的に絶縁されているため、交流モータを回転させることにより発生するノイズが制御回路に入ってきて制御回路が悪影響を受けるといった不具合も発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の交流モータの駆動制御装置の概略を示す回路図である。
【図２】本発明の交流モータの駆動制御装置の詳細を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、電動ドリルやレシプロソーあるいはグラインダー等の電動工具駆動用の交流モータの駆動制御装置の概略を示す回路図である。
【００１５】
駆動制御装置は、交流電源からの交流電力を取り込むための電源プラグ１と、電源プラグ１を介して取り込んだ交流電力により駆動可能な電動工具駆動用の交流モータ２と、電源プラグ１と交流モータ２とで形成される閉回路を入り切り（断続）するための電源スイッチ３と、電源プラグ１からの交流電力を降圧して直流に変換するための直流電圧供給部４と、直流電圧供給部４から供給される電圧により交流モータ２の駆動を制御する制御回路５とを備えている。
【００１６】
電源プラグ１は、雄型プラグからなり、交流電力が発生する電源用のコンセント（図示せず）の差込口に抜き差し自在に構成されている。
【００１７】
交流モータ２は、モータ軸（図示せず）を回転させる回転子６と、回転子６の外側に対向して配置された固定子コイル７とを備えている。図１では、線図で描いている関係上、回転子６と固定子コイル７とが内外の関係になっていない。
【００１８】
直流電圧供給部４は、制御回路５に電源電圧として直流電圧を供給するように構成されている。この直流電圧供給部４は、固定子コイル７を一次巻線として、この一次巻線と磁気結合させて交流電源の交流電圧を降圧して取り出すための二次巻線８を備えたトランス９と、この二次巻線８により降圧された交流電圧を整流する整流回路１０と、この整流回路１０により整流された直流電圧を平滑する平滑回路としての電解コンデンサ１１とを備えている。そして、電解コンデンサ１１により平滑された直流電圧を制御回路５に電源電圧として供給して、交流モータ２の駆動を制御する。
【００１９】
前記のようにトランス９によって、交流電源の交流電圧を降圧することによって、抵抗により電圧降下を行う構成に比べて発熱が少ない。しかも、直流電圧供給部４は、従来の電源回路を抵抗により構成する場合でも必要となる整流回路１０を同様に備えつつ、予め備えている一次巻線とする固定子コイル７よりも巻数の少ない二次巻線８を備えるとともに、平滑回路としての小さな容量の電解コンデンサ１１を回路に備えるだけで直流電圧供給部４を構成できるので、電源回路の大型化を抑制することができる。また、二次巻線８は、電気的に絶縁されているため、交流モータ２を回転させることにより発生するノイズが制御回路５に入ってきて制御回路５が悪影響を受けるといった不具合も発生することがない。
【００２０】
二次巻線８は、電気的に絶縁された状態で配置され、固定子コイル（一次巻線）７の巻数よりも少ない巻数になっているので、一次側の電圧よりも二次側の電圧を低い電圧にすることができる。例えば、固定子コイル７の巻数を１００にし、二次巻線８の巻数を１０にすると、一次側の交流電圧１００Ｖに対して二次側の交流電圧が１０Ｖになる。要するに、一次巻線７に対して二次巻線８の巻数を変えることによって、制御回路５に予め設定されている１００Ｖよりも低い所定の電源電圧に変換することができる。
【００２１】
整流回路１０は、例えば４個のダイオードからなるブリッジ形全波整流回路を用い、交流を直流に変換する機能を有する。
【００２２】
平滑回路としての電解コンデンサ１１は、前記のように整流された直流電圧を平滑するために備えている。従って、この電解コンデンサ１１で直流電圧を平滑することによって、交流モータ２の駆動を制御する制御回路５に安定した電源電圧を供給することができる。
【００２３】
直流電圧供給部４を構成する電解コンデンサ１１と並列になるように、抵抗１２とツェナーダイオード１３とが接続され、制御回路５へ供給する電流を調整している。
【００２４】
図２に示すように、交流電源に接続される電源プラグ１と交流モータ２との間に、交流電源によって交流モータ２を起動可能な起動回路１４が接続され、制御回路５と交流モータ２との間に、交流モータ２を駆動するための駆動回路１５が接続されており、それら起動回路１４及び駆動回路１５について説明する。
【００２５】
起動回路１４は、コンデンサ１６と、このコンデンサ１６に直列に接続された抵抗１７と、コンデンサ１６と抵抗１７との間に一端が接続され、かつ、他端が後述する双方向サイリスタ２１のゲートに接続されるトリガダイオード１８とから構成されている。そして、起動回路１４と制御回路５とが、起動回路１４を短絡するための第１のスイッチング素子としての第１のフォトカプラ（具体的には、フォトトライアックカプラ）１９により接続されている。この第１フォトトライアックカプラ１９は、発光部１９Ａと、受光部１９Ｂとを備えている。発光部１９Ａは、制御回路５から供給される電気信号を光信号に変換するダイオードから構成されている。また、受光部１９Ｂは、発光部１９Ａからの光信号を電気信号に変換するトライアックから構成されている。
【００２６】
駆動回路１５は、双方向サイリスタ２１と、この双方向サイリスタ２１のゲートへ供給する電流を決めるための抵抗２０とから構成されている。また、制御回路５と駆動回路１５とが、第２のスイッチング素子としての第２のフォトカプラ（具体的には、フォトトライアックカプラ）２２により接続されている。この第２フォトトライアックカプラ２２は、発光部２２Ａと、受光部２２Ｂとを備えている。発光部２２Ａは、制御回路５から供給される電気信号を光信号に変換するダイオードから構成されている。また、受光部２２Ｂは、発光部２２Ａからの光信号を電気信号に変換するトライアックから構成されている。
【００２７】
また、制御回路５には、電動工具に備えているトリガスイッチ（図示せず）の操作量に応じて抵抗値が変更される可変抵抗２３が接続されている。従って、トリガスイッチの操作量に応じて変化する可変抵抗２３の抵抗値に基づいて、制御回路５が第２フォトトライアックカプラ２２をＯＮするタイミング（交流電圧のゼロクロス時点からＯＮさせるまでの時間）を設定する。これにより交流モータ２の回転数が変更される。また、電源スイッチ３が、トリガスイッチの操作に伴ってＯＮされるように電源スイッチ３とトリガスイッチとが連動され（図示せず）、図２において電源スイッチ３と可変抵抗２３とが連動されている（点線で囲っている部分参照）。従って、トリガスイッチを引き操作することによって、まず電源スイッチ３がＯＮし、更にトリガスイッチを引き操作すると、トリガスイッチの操作量に応じて可変抵抗２３の抵抗値が変化する。
【００２８】
次に、前記構成の駆動制御装置により交流モータ２の駆動が制御されることについて説明する。
【００２９】
電源プラグ１がコンセント（図示せず）に差し込まれてから、トリガスイッチを操作して電源スイッチ３がＯＮすると、起動回路１４に交流電圧が加わる。この交流電圧が印加されることによって、起動回路１４のコンデンサ１６が充電されるとともに、トリガダイオード１８に交流電圧が加わる。この交流電圧が所定電圧になると、トリガダイオード１８がＯＮ（導通状態）になる。ＯＮになると、充電された充電電流がトリガダイオード１８を介して双方向サイリスタ２１のゲートに流れる。これにより、双方向サイリスタ２１がＯＮ（導通状態）して、交流モータ２の起動（回転）を開始する。この起動（回転）によって固定子コイル７に電流が流れる。これにより、トランス９の二次巻線８に発生する交流電圧を降圧して所定の交流電圧を取り出すことができる。この取り出した交流電圧が整流回路１０で整流されて直流に変換される。変換された直流電圧は、電解コンデンサ１１で平滑された後、抵抗１２を介して制御回路５に所定の電源電圧として供給される。そして、電源電圧が供給されて作動状態となった制御回路５は、第１フォトトライアックカプラ１９をＯＮすることによって、コンデンサ１６の両端を短絡して起動回路１４を交流電源から切り離す。制御回路５は、起動回路１４を交流電源から切り離した後、トリガスイッチの操作量に応じて第２フォトトライアックカプラ２２のＯＮするタイミング（交流電圧のゼロクロス時点からＯＮさせるまでの時間）を調整する。これにより、駆動回路１５への通電時間を制御して該交流モータ２の駆動（回転数）を制御することができる。
【００３０】
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３１】
前記実施形態では、電源スイッチ３とトリガスイッチとを別々に構成し、それら両者が連動する構成としたが、電源スイッチ３を省略してトリガスイッチのみから構成してもよい。この場合、トリガスイッチを少し引き操作した状態で交流モータ２の電源が入り、それ以上の引き操作で交流モータ２の回転数を変更（増大）することができるように構成することになる。
【００３２】
また、前記実施形態では、整流回路として、全波整流回路を用いたが、半波整流回路を用いてもよい。また、前記実施形態では、平滑回路として、電解コンデンサを用いたが、チョークコイルを備える平滑回路を用いてもよい。
【００３３】
また、前記実施形態では、スイッチング素子として、フォトカプラ（具体的にはフォトトライアックカプラ）を用いることによって、回路同士を電気的に絶縁した状態で結合することができる利点があるが、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタあるいはサイリスタ（ＳＣＲ）等であってもよい。
【００３４】
また、前記実施形態では、本発明の交流モータの駆動制御装置を、電動工具に用いた場合を示したが、交流モータを備える各種の電気機器に用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…電源プラグ、２…交流モータ、３…電源スイッチ、４…直流電圧供給部、５…制御回路、６…回転子、７…固定子コイル（一次巻線）、８…二次巻線、９…トランス、１０…整流回路、１１…電解コンデンサ（平滑回路）、１２…抵抗、１３…ツェナーダイオード、１４…起動回路、１５…駆動回路、１６…コンデンサ、１７…抵抗、１８…トリガダイオード、１９…フォトトライアックカプラ、１９Ａ…発光部、１９Ｂ…受光部、２０…抵抗、２１…双方向サイリスタ、２２…フォトトライアックカプラ、２２Ａ…発光部、２２Ｂ…受光部、２３…可変抵抗
【図１】
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【図２】
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