(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の正極ブラシと複数の負極ブラシとからなる複数対のブラシを有するモータと、
前記モータの駆動を制御する半導体スイッチ手段と、
前記正極ブラシのそれぞれを電源側に接続する正極通電路と、
前記複数の負極ブラシと前記半導体スイッチ手段とに接続され、前記複数の負極ブラシのうち、少なくとも一つの負極ブラシを直接接地し、他の負極ブラシを前記半導体スイッチ手段を介して接地する負極通電路と、
前記半導体スイッチ手段の制御のための周期信号を発生する周期信号発生手段と、
前記周期信号発生手段から供給される周期信号に基づいて、前記半導体スイッチ手段を制御するためのＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生回路と、
前記ＰＷＭ信号発生回路に接続され、前記ＰＷＭ信号発生回路が発生するＰＷＭ信号のデューティー比を調整する調整手段と、
前記ＰＷＭ信号発生回路からＰＷＭ信号が供給され、前記半導体スイッチ手段を介して前記モータをＰＷＭ制御する駆動回路とを有することを特徴とするモータ制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータを用いた電動芝刈り機や電動工具などの制御回路に関し、特にＦＥＴなどの半導体スイッチを用いたモータ制御回路に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、発明者が検討した技術として、モータの制御回路において、モータの電源側か接地側にＦＥＴなどの半導体スイッチを用いたものが一般的である。このものは、ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ制御（ＰＷＭ制御など）することで駆動電流を制御することが可能となり、モータの回転数やトルクを自由に制御できるのでモータの制御として有効である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようなモータ制御回路において、モータの制御時にはモータの起動電流や高負荷時の大電流がＦＥＴなどの半導体スイッチを流れることになるため、ＦＥＴなどの半導体スイッチはその電流量に充分に耐え得る素子が選定されることになる。この場合、素子は大型化し、またＦＥＴなどの半導体スイッチの放熱を考慮すると装置の大型化を招くことになる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、耐圧の大きなＦＥＴなどの半導体スイッチを用いることなく、ひいては装置を大型化することなく高負荷時に充分な駆動電流を流すことができるモータ制御回路を提供することにある。
【０００５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００７】
すなわち、本発明のモータ制御回路は、複数の正極ブラシと複数の負極ブラシとからなる複数対のブラシを有するモータと、前記モータの駆動を制御する半導体スイッチ手段と、前記正極ブラシのそれぞれを電源側に接続する正極通電路と、前記複数の負極ブラシと前記半導体スイッチ手段とに接続され、前記複数の負極ブラシのうち、少なくとも一つの負極ブラシを直接接地し、他の負極ブラシを前記半導体スイッチ手段を介して接地する負極通電路と、前記半導体スイッチ手段の制御のための周期信号を発生する周期信号発生手段と、前記周期信号発生手段から供給される周期信号に基づいて、前記半導体スイッチ手段を制御するためのＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生回路と、前記ＰＷＭ信号発生回路に接続され、前記ＰＷＭ信号発生回路が発生するＰＷＭ信号のデューティー比を調整する調整手段と、前記ＰＷＭ信号発生回路からＰＷＭ信号が供給され、前記半導体スイッチ手段を介して前記モータをＰＷＭ制御する駆動回路とを有することを特徴とする。
【０００８】
よって、前記モータ制御回路によれば、モータのブラシへの通電回路の一部に設けたスイッチ手段を、入力手段の入力信号により決定されたＰＷＭ制御のデューティ比により制御することができる。すなわち、制御手段は、デューティ比によりスイッチ手段をＯＮ／ＯＦＦ制御してモータをＰＷＭ制御することができる。
【０００９】
これにより、スイッチ手段としてＦＥＴなどの半導体素子を用いた場合でも、この半導体スイッチを小型化しながらも、モータに対して負荷に見合った駆動電流を供給することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施の形態であるモータ制御回路を電動芝刈り機や電動工具などに用いた電動モータ制御回路の概略を示す構成図である。
【００１２】
まず、図１により本実施の形態のモータ制御回路を用いた電動モータ制御回路の概略構成を説明する。
【００１３】
本実施の形態のモータ制御回路を用いた電動モータ制御回路は、たとえば電動芝刈り機や電動工具などの電動モータの回転数を制御する制御回路とされ、複数の正極ブラシと複数の負極ブラシとからなる複数のブラシ対を有するモータ１と、このモータ１のブラシへの通電回路の一部に設けた半導体スイッチ手段としてのＦＥＴ２と、直流電源をたとえば５Ｖに変換する定電圧回路３と、三角波を発生する周期信号発生手段としての三角波発生回路４と、三角波発生回路４の出力と調整手段としての可変抵抗５による基準電圧とを比較してＰＷＭ制御のデューティー比を決定するＰＷＭ信号発生回路としての比較回路６と、このデューティー比によりＦＥＴ２をＯＮ／ＯＦＦ制御する駆動回路としてのＦＥＴ駆動回路７とから構成されている。
【００１４】
モータ１は、永久磁石により磁界を発生させるステータと、このステータによる磁界中でトルクを発生させて回転するロータとからなり、たとえばロータのアーマチュアには６つの並列回路にコイルが重ね巻され、それぞれの並列回路に対してブラシが備えられ、６個のブラシを有する６極モータ構造となっており、これらのブラシには複数の通電回路が接続されており、３個の正極ブラシは共通にスイッチ８を介して正極通電回路により直流電源９の電源電圧に接続され、３個の負極ブラシのうちの１個は直接、２個は共通にＦＥＴ２を介してそれぞれ負極通電回路により直流電源９の接地側に接続されている。
【００１５】
ＦＥＴ２は、ＦＥＴ駆動回路７からの出力信号を入力として、モータ１の負極をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチ手段であり、ＦＥＴ駆動回路７からのＯＮ信号に対してはモータ１の２個の負極ブラシを接地側に接続してモータ１の６つのブラシ回路が通電状態とされ、一方ＯＦＦ信号に対しては２個の負極ブラシから接地側への接続を断って、４つのブラシ回路のみが通電状態とされる。このスイッチ手段は、ＦＥＴ２の他に、たとえばトランジスタなどの他の半導体スイッチについても適用可能である。
【００１６】
定電圧回路３は、直流電源９の電圧をたとえば５Ｖに変換して、三角波発生回路４や可変抵抗５の変換した電圧を供給するためのものである。
【００１７】
三角波発生回路４は、モータ１を駆動するＰＷＭ制御のデューティ比を設定するために、任意の発振周波数による三角波の波形を周期的に発生する回路であり、この三角波発生回路４の出力は比較回路６に出力されて、定電圧回路３の電圧から可変抵抗５により任意に設定された基準電圧と比較される。
【００１８】
比較回路６は、三角波発生回路４の出力をプラス入力（＋）、可変抵抗５による基準電圧をマイナス入力（−）として、これらの電圧を比較してＰＷＭ制御のデューティ比を決定する回路であり、三角波の波形が基準電圧を超えた部分と基準電圧未満の部分との比率に基づいてデューティ比が決定され、基準電圧を超えた部分で高レベル（“Ｈ”）、基準電圧未満の部分で低レベル（“Ｌ”）の電圧がそれぞれ周期的に出力される。
【００１９】
ＦＥＴ駆動回路７は、比較回路６からの出力電圧を入力として、この電圧に基づいてＦＥＴ２をＯＮ／ＯＦＦ制御する回路であり、比較回路６からの出力電圧が“Ｈ”のときにはＦＥＴ２をＯＮ状態にする“Ｈ”の電圧が出力され、“Ｌ”のときにはＦＥＴ２をＯＦＦ状態にする“Ｌ”の電圧が出力される。
【００２０】
次に、本実施の形態の作用について、電動モータ制御回路の作動におけるＰＷＭ制御を説明する。
【００２１】
(1).比較回路６は、三角波発生回路４から出力される周期的な三角波が可変抵抗５による基準電圧を超えた部分で“Ｈ”、基準電圧未満の部分で“Ｌ”の電圧をそれぞれ出力する。これにより、モータ１をＰＷＭ制御するためのデューティ比を決定することができる。
【００２２】
(2).ＦＥＴ駆動回路７は、比較回路６により決定されたデューティ比に基づいて、出力電圧が“Ｈ”のときにはＦＥＴ２をＯＮ状態にし、２個の負極ブラシを接地側に接続して、直接、接地側に接続されている１個の負極ブラシと合わせて、モータ１の６つのブラシ回路を通電状態にすることができる。
【００２３】
一方、比較回路６の出力電圧が“Ｌ”のときにはＦＥＴ２をＯＦＦ状態にするが、１個の負極ブラシは直接、接地側に接続されているので、モータ１はこのブラシ回路のみの通電状態にすることができる。
【００２４】
(3).以上のようなＰＷＭ制御において、モータ１の接地側の３つのブラシ回路のうちの２つをＰＷＭ制御することで、この２つのブラシ回路に流れる電流量を調節することが可能となる。すなわち、ＰＷＭ制御がデューティ出力が０パーセントならモータ１に通電される電流は１つの接地側のブラシ回路のみとなり、モータ１の回転数は低くなり、デューティ出力が１００パーセントなら接地側のブラシ回路がすべて通電状態となり、モータ１の回転数は高いものとなる。そして、デューティ出力を制御することで、モータ１の回転数を先の低い回転数から高い回転数の間で制御することができる。
【００２５】
従って、本実施の形態の電動モータ制御回路によれば、モータ１の接地側の３つのブラシ回路のうち２つのブラシ回路をＦＥＴ２が受け持つため、モータ１の回転数の制御を可能としながらも、ＦＥＴ２を流れる電流はモータ１の通電電流を分割した電流のみが流れることになるので、モータ１の制御中のＦＥＴ２の負担は軽減される。
【００２６】
特に、モータ１の起動電流や高負荷時の大電流が流れる時に、ＦＥＴ２には分割した電流分だけを流せばよいので、従来のようにモータの通電電流をすべて流すような耐圧の大きいＦＥＴを用いる必要がなく、ＦＥＴ２を小型化することができる。
【００２７】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００２８】
たとえば、前記実施の形態においては、６個のブラシを有する６極のモータである場合について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、４個、８個などの多数のブラシを有する多極ブラシモータについても広く適用可能であり、モータの通電回路の一部を断続制御すればよい。
【００２９】
また、前記実施の形態においては、負極ブラシ側を通電したり、または通電を断って非通電とする場合について説明したが、逆に正極ブラシ側を通電／非通電とすることも可能であることはいうまでもない。
【００３０】
以上の説明では、主として本発明者によってなされた発明をその属する技術分野である電動芝刈り機や電動工具などに用いられるモータ制御回路に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ＤＣブラシモータを有する他の装置、機器などのモータ制御回路についても広く適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００３２】
(1).モータのブラシへの通電回路の一部に設けたスイッチ手段を、入力手段の入力信号により決定されたＰＷＭ制御のデューティ比により制御することで、スイッチ手段としてＦＥＴなどの半導体素子を用いた場合でも、半導体スイッチを流れる電流はモータの通電電流を分割したものとすることができるので、モータの回転数を制御可能としながらも、従来のようにモータの通電電流をすべて流すような耐圧の大きいＦＥＴを用いる必要がなく、ＦＥＴ２を小型化することができる。
【００３３】
(2).前記(1) により、耐圧の大きな半導体スイッチを用いることなく、ひいては装置を大型化することなく高負荷時に充分な駆動電流を流すことができるモータ制御回路を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるモータ制御回路を電動芝刈り機や電動工具などに用いた電動モータ制御回路の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
１  モータ
２  ＦＥＴ
３  定電圧回路
４  三角波発生回路
５  可変抵抗
６  比較回路
７  ＦＥＴ駆動回路
８  スイッチ
９  直流電源
【図１】
0003883662.tif 000002