(57)【要約】【課題】モータを無負荷時には低速で、負荷駆動時には高速で定回転制御する回転数制御装置において、低速から高速に切り替わる遷移期間におけるモータの回転数を制御し、電動工具等に使用した場合の作業上の安全性を図ること。【解決手段】電流検出回路から出力された電流検出信号が第１の所定値以下の場合（無負荷時）には、回転数設定回路は第１の回転数を表す回転数設定信号を出力してモータを一定の速度で低速回転し、電流検出信号が第２の所定値以上の場合（負荷駆動時）には、第２の回転数を表す回転数設定信号を出力してモータを一定の速度で高速回転する。電流検出回路から出力された電流検出信号が第１の所定値と第２の所定値の間にある場合には、第１の回転数以上第２の回転数以下の範囲で、電流検出信号のレベルにほぼ比例した回転数を表す回転数設定信号が回転数設定回路から出力される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータへの印加電圧を制御する半導体素子と、モータの回転数を検出し回転数検出信号を出力する回転数検出手段と、モータの回転数を設定し回転数設定信号を出力する回転数設定手段と、前記回転数検出信号と前記回転数設定信号とを比較し比較結果を表す信号を出力する比較手段と、前記比較手段から出力される信号に基づいて前記半導体素子の導通角を制御する位相制御手段と、前記モータに流れる電流を検出し電流検出信号を出力する電流検出手段とを備えた回転数制御装置において、
前記回転数設定手段は、前記電流検出手段から出力された電流検出信号が第１の所定値以下の場合には、第１の回転数を表す回転数設定信号を出力し、前記電流検出手段から出力された電流検出信号が第２の所定値以上の場合には、第１の回転数より大きい第２の回転数を表す回転数設定信号を出力し、前記電流検出手段から出力された電流検出信号が第１の所定値と第２の所定値の間にあるときには、電流検出信号の増減に対応して第１の回転数以上第２の回転数以下の範囲で増減した回転数を表す回転数設定信号を出力することを特徴とする回転数制御装置。
【請求項２】
前記回転数設定手段は、前記第１の所定値を設定するための第１の所定値設定手段と、前記第２の所定値を設定するための第２の所定値設定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の回転数制御装置。
【請求項３】
前記第１の所定値設定手段は、前記第１の所定値を可変するための第１の調整手段を有することを特徴とする請求項２記載の回転数制御装置。
【請求項４】
前記第２の所定値設定手段は、前記第２の所定値を可変するための第２の調整手段を有することを特徴とする請求項２もしくは３のいずれかに記載の回転数制御装置。
【請求項５】
第１の回転数を可変するための第１の回転数可変手段を有することを特徴とする請求項１記載の回転数制御装置。
【請求項６】
第２の回転数を可変するための第２の回転数可変手段を有することを特徴とする請求項１記載の回転数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータにかかる負荷に対応して、モータの回転数を適切に制御する回転数制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電動工具等に用いるモータの回転数を、無負荷時には所定の空転速度まで自動的に低下させ、負荷状態にある作業時には所定の作業速度まで自動的に上昇させるという回転制御方法が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−７７６９４号公報
【特許文献２】
特許第３３０１５３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術では、モータの始動時に発生する初期電流に起因してモータの回転数が始動と同時に作業速度に切り換わらないようにする配慮や、負荷状態動作が短時間だけ中断された場合に、モータの回転数が作業速度から直ちに空転速度に切り替わらないようにする配慮はされているものの、基本的に負荷電流が増加して基準値を超えた場合にモータを空転速度から作業速度に切り替え、逆に負荷電流が減少して基準値を下回った場合には作業速度から空転速度に切り替えるようにしている。
【０００５】
このような従来技術によれば、切断作業に使用するセーバソーや丸のこを駆動するためのモータの場合には、モータに流れる負荷電流は、刃をワークに当てた瞬間から増加し、基準値を超えた時点でモータの回転数は空転速度から作業速度へ急峻に切り替わってしまい、安全性に問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の欠点を無くし、モータの空転速度から作業速度への遷移期間におけるモータの回転数をモータにかかる負荷に対応して適切に制御することができる回転数制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の回転数制御装置は、モータへの印加電圧を制御する半導体素子と、モータの回転数を検出し回転数検出信号を出力する回転数検出手段と、モータの回転数を設定し回転数設定信号を出力する回転数設定手段と、前記回転数検出信号と前記回転数設定信号とを比較し比較結果を表す信号を出力する比較手段と、前記比較手段から出力される信号に基づいて前記半導体素子の導通角を制御する位相制御手段と、前記モータに流れる電流を検出し電流検出信号を出力する電流検出手段とを備えた回転数制御装置において、前記回転数設定手段は、前記電流検出手段から出力された電流検出信号が第１の所定値以下の場合には、第１の回転数を表す回転数設定信号を出力し、前記電流検出手段から出力された電流検出信号が第２の所定値以上の場合には、第１の回転数より大きい第２の回転数を表す回転数設定信号を出力し、前記電流検出手段から出力された電流検出信号が第１の所定値と第２の所定値の間にあるときには、電流検出信号の増減に対応して第１の回転数以上第２の回転数以下の範囲で増減した回転数を表す回転数設定信号を出力することを特徴としている。
【０００８】
かかる構成の回転数制御装置によれば、無負荷状態のため前記電流検出手段から出力された電流検出信号が第１の所定値以下の場合には、回転数設定手段は第１の回転数を表す回転数設定信号を出力してモータを一定の速度で低速回転し、電流検出信号が第２の所定値以上の場合には、回転数設定手段は第２の回転数を表す回転数設定信号を出力してモータを一定の速度で高速回転する。電流検出手段から出力された電流検出信号が第１の所定値と第２の所定値の間にある場合には、第１の回転数以上第２の回転数以下の範囲で、電流検出信号のレベルにほぼ比例した回転数を表す回転数設定信号が回転数設定手段から出力される。このため第１の回転数と第２の回転数の間の遷移期間におけるモータの回転数がゆっくりと上昇あるいは下降するので、電動工具に適用した場合には作業上の安全性が向上する。
【０００９】
請求項２記載の回転数制御装置は、請求項１記載の特徴に加えて、前記回転数設定手段が、前記第１の所定値を設定するための第１の所定値設定手段と、前記第２の所定値を設定するための第２の所定値設定手段を備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の回転数制御装置は、請求項２記載の特徴に加えて、前記第１の所定値設定手段が、前記第１の所定値を可変するための第１の調整手段を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の回転数制御装置は、請求項２もしくは３記載の特徴に加えて、前記第２の所定値設定手段が、前記第２の所定値を可変するための第２の調整手段を有することを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の回転数制御装置は、請求項１記載の特徴に加えて、第１の回転数を可変するための第１の回転数可変手段を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項６記載の回転数制御装置は、請求項１記載の特徴に加えて、第２の回転数を可変するための第２の回転数可変手段を有することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る回転数制御装置について、図１を参照しながら説明する。図１は回転数制御装置の構成図である。回転数制御装置は、モータ１０３の回転数を制御するための装置であって、交流電源１０１、コイル１０２、１０４、トライアック１０５及び電流検出用抵抗１０６からなる回路によりモータ１０３は駆動される。回転数制御装置は、基本的に、モータ１０３の回転数を検出するための回転数検出器１０７と、モータ１０３の回転数を設定するための回転数設定回路１１０と、検出回転数と設定回転数とに基づいてモータ１０３の回転を制御する回転数制御用ＩＣ１０９とから構成されている。
【００１５】
回転数制御用ＩＣ１０９は、モータ１０３の回転数を検出する回転数検出器１０７に接続された回転数検出回路１１４と、反転入力端子が回転数検出回路１１４の出力に、非反転入力端子が回転数設定回路１１０の出力にそれぞれ接続され、モータ１０３の回転数と回転数設定値を比較演算する比較演算回路１１７と、比較演算回路１１７の演算結果に応じてトライアック１０５を駆動する位相制御回路１１５と、電流検出用抵抗１０６から分岐して接続され、モータ１０３に流れる電流を検出するための電流検出回路１１６とから構成されている。かかる構成の回転数制御用ＩＣ１０９は市販されており、公知である。
【００１６】
回転数制御装置はまた、回転数設定回路１１０の各部に供給する基準電圧を発生するための基準電圧回路１０８を備えている。基準電圧回路１０８はダイオード１１１、抵抗器１１２、コンデンサ１１３から構成されており、交流電源１０１から出力された交流電圧から直流の基準電圧Ｖｃｃを作るための回路である。
【００１７】
回転数設定回路１１０は、抵抗器１１８、１２０、１２４、１２５、１２６、１２７、１２９、１３３、１３４、１３６、１３７、１３９、１４０、可変抵抗器１１９、１３０、１３２、１３５、コンデンサ１２１、オペアンプ１２２、１２３、１２８、１３８、トランジスタ１３１から構成されており、回転数設定電圧を比較演算回路１１７の非反転入力端子に出力する。回転数設定回路１１０から出力される回転数設定電圧は、無負荷時にモータ１０３を低速で回転させるための無負荷回転数に対応した第１の電圧値か、負荷駆動時にモータ１０３を定回転制御するための最高回転数に対応した第２の電圧値か、第１の電圧値以上で第２の電圧値以下の範囲にある電圧値である。
【００１８】
すなわち、回転数設定回路１１０は、無負荷時には無負荷回転数でモータ１０３を回転させるための信号を出力し、負荷駆動時には最高回転数でモータ１０３を回転させるための信号を出力する。そして、無負荷時から負荷駆動時への遷移期間では、負荷電流の増加に伴ってモータ１０３の回転数を無負荷回転数から最高回転数まで漸増するようにしている。
【００１９】
次に、上記のように構成された回転数制御装置の動作を説明する。
【００２０】
まず、回転数検出器１０７によってモータ１０３の回転数を検出する。回転数検出器１０７はモータ１０３の回転数に応じたパルス信号を出力し、出力されたパルス信号は回転数検出回路１１４に入力される。入力されたパルス信号は回転数検出回路１１４によって直流信号に変換され、比較演算回路１１７の反転入力端子に入力される。入力された直流信号は回転数設定回路１１０により設定された回転数設定値と比較演算を行ない、その結果を位相制御回路１１５に入力する。位相制御回路１１５は、比較演算の結果に基づいてトライアック１０５の導通角の制御を行なう。このとき、モータ１０３にかかる負荷が増加してモータ１０３の回転数が低下した場合には、トライアック１０５の導通角を増加させてモータ１０３の回転数が常に設定値と同じになるように制御をする。これによりモータ１０３にかかる負荷が変動してもモータ１０３の回転数を常に一定に保つような定回転制御が可能となる。
【００２１】
一方、電流検出用抵抗器１０６によってモータ１０３に流れる電流値を検出し、その結果を電流検出回路１１６によって電流検出信号（直流信号）に変換し、この電流検出信号が予め設定された値以上になるとモータ１０３の駆動を停止させるなどしてモータ１０３やトライアック１０５に対する過電流保護を図っている。
【００２２】
電流検出回路１１６から出力される電流検出信号は、抵抗器１２０、コンデンサ１２１によって平均化される。そして、オペアンプ１２３（ボルテージフォロア）を介してオペアンプ１２８の非反転端子に入力される。また、同時に抵抗器１１８、可変抵抗器１１９によって設定された制御開始設定電圧もオペアンプ１２２（ボルテージフォロア）を介してオペアンプ１２８の反転端子に入力される。オペアンプ１２８は加減算増幅器であり、抵抗器１２４、１２５、１２６、１２７の設定値に応じて入力された信号の加減算及び増幅を行なう。その後、演算された電流検出信号は抵抗器１２９、可変抵抗器１３０によって分圧され、トランジスタ１３１のベース端子に入力される。
【００２３】
トランジスタ１３１のエミッタ端子は抵抗器１３３、可変抵抗器１３２によって設定された最高回転数設定電圧が入力されており、ベース端子に入力された電流検出信号に応じてエミッタ電圧が変化するようになっている。すなわち、電流検出信号（ベース電圧）が十分大きい時はトランジスタ１３１はＯＦＦ状態であるため、エミッタ電圧は抵抗器１３３、可変抵抗器１３２によって設定された最高回転数設定電圧となるが、電流検出信号（ベース電圧）が小さい時にはトランジスタ１３１はＯＮ状態になり、電流検出信号（ベース電圧）に応じてエミッタ電圧が低下するようになっている。
【００２４】
次に、トランジスタ１３１のエミッタ電圧はオペアンプ１３８の非反転端子に入力される。このオペアンプ１３８は加算器であり、抵抗器１３６、１３７、１３９、１４０の設定値に応じて抵抗器１３４、可変抵抗器１３５によって設定された無負荷回転数設定電圧と加算されて、回転数設定電圧として回転数制御用ＩＣ１０９に入力される。
【００２５】
次に、モータ１０３にかかる負荷の大きさ（モータ１０３に流れる電流）に対するモータ１０３の回転数（回転数設定電圧）の関係を図２を用いて説明する。
【００２６】
まず、モータ１０３に流れる電流（電流検出回路１１６から出力される電流検出信号）が小さい時はトランジスタ１３１がＯＮ状態であるため、エミッタ電圧はベース・エミッタ間電圧分しか出力されず、抵抗器１３４、可変抵抗器１３５によって設定された無負荷回転数設定電圧とこのベース・エミッタ間電圧の和に相当する電圧が回転数設定電圧として回転数制御用ＩＣ１０９に入力されることになる。
【００２７】
その後、モータ１０３に流れる電流（電流検出信号）に対応する電圧が、抵抗器１１８、可変抵抗器１１９によって設定された制御開始設定電圧を超え始めるとトランジスタ１３１のエミッタ電圧もそれに伴い上昇し、その結果、回転数制御用ＩＣ１０９に入力される回転数設定電圧も上昇する。その後、モータ１０３に流れる電流を表すトランジスタ１３１のベース電圧が抵抗器１３３、可変抵抗器１３２によって設定された最高回転数設定電圧以上になるとトランジスタ１３１はＯＦＦ状態になり、エミッタ電圧は抵抗器１３３、可変抵抗器１３２によって設定された最高回転数設定電圧までしか上昇しなくなるため、回転数制御用ＩＣ１０９に入力される回転数設定電圧も一定になる。
【００２８】
なお、図２に示す無負荷回転数、最高回転数、制御開始点、制御終了点は自由に設定することができる。すなわち、無負荷回転数は可変抵抗器１３５によって、最高回転数は可変抵抗器１３２によって、制御開始点は可変抵抗器１１９によって、そして制御終了点は可変抵抗器１３０によって適宜設定することができる。なお、この可変抵抗器１１９、１３０、１３２、１３５は、特に精度を必要としないのであれば、モータの特性（電流−回転数）や回転数仕様に合わせた設定値の固定抵抗器を使用しても構わない。
【００２９】
尚、本発明の回転数制御装置は、上記した実施の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内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、電流検出手段から出力された電流検出信号が第１の所定値と第２の所定値の間にあるときには、電流検出信号の増減に対応して第１の回転数以上第２の回転数以下の範囲で増減した回転数を表す回転数設定信号が回転数設定手段から出力され、モータは回転数設定信号に基づいて回転制御される。従って、モータにかかる負荷が小さければモータに流れる電流も小さく、モータは比較的低い回転数で回転するし、モータにかかる負荷が増大するとモータに流れる電流も増大し、これに伴ってモータの回転数も増大する。このように、低速（第１の回転数）での定速回転制御状態から高速（第２の回転数）での定速回転制御状態への遷移期間においては、モータにかかる負荷が増大すれば、これに伴ってモータの回転数も増大することになる。従って、本発明を切断作業に使用するセーバソーや丸のこに適用した場合には、刃の往復動速度や回転速度が刃のワークへの圧接度に応じて変化するので、作業者に不自然な作業感覚を与えることがなく、作業開始時の安全性を向上することができる。
【００３１】
請求項１乃至６記載の発明によれば、モータにかかる負荷に対応して、モータの回転数を適切に制御することにより、電流検出手段から出力された電流検出信号が第１の所定値以下の場合には、モータに負荷がかかっていない状態（無負荷時）と判断し、モータの回転数（第１の回転数）を低く設定することができる。このため、無負荷時の騒音や振動及び消費電力を低減し、なおかつモータの寿命低減も抑制することができる。また、本発明を電動工具（例えば、切断作業に使用するセーバソーや丸のこ、研削作業に使用するディスクグラインダ等）に適用することによって作業時における安全性を向上させることができる。
【００３２】
また、請求項１乃至６記載の発明によれば、電流検出手段から出力された電流検出信号が第１の所定値以下の場合、例えば、無負荷時には、第１の回転数を表す回転数設定信号を出力してモータの回転数を一定に保つようにしたため、無負荷時のモータに流れる電流値が第１の所定値以下の範囲内で変動した場合においても、無負荷時のモータの回転数を安定させることができる。
【００３３】
また、請求項１乃至６記載の発明によれば、電流検出手段から出力された電流検出信号が第２の所定値以上の場合は、第２の回転数を表す回転数設定信号を出力してモータの回転数を最高回転数に保つようにしたため、モータにかかる負荷（モータに流れる電流）が第２の所定値以上の範囲内で変動した場合においても、モータの回転数を安定させることができる。
【００３４】
また、請求項３及び４記載の本発明によれば、第１の所定値と第２の所定値を自由に設定できるようにしたため、モータの特性（電流−回転数）のばらつきに容易に対応することができる。
【００３５】
また、請求項５及び６記載の発明によれば、モータに流れる電流値が第１の所定値以下及び第２の所定値以上での定回転領域におけるモータの回転数を自由に設定できるようにしたため、例えば、電動工具に適用した場合、種々の使用目的に応じたモータの回転数仕様に容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転数制御装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る回転数制御装置で動作させたときの特性図である。
【符号の説明】
１０１…交流電源、１０２、１０４…コイル、１０３…モータ、１０５…トライアック、１０６…電流検出用抵抗器、１０７…回転数検出器、１０８…基準電圧回路、１０９…回転数制御用ＩＣ、１１０…回転数設定回路、１１９…制御開始点調整用可変抵抗器、１３０…制御終了点調整用可変抵抗器、１３２…最高回転数調整用可変抵抗器、１３５…無負荷回転数調整用可変抵抗器。
【図１】
2004194422.tif 000003
【図２】
2004194422.tif 000004