JP5009673B2 - モータ制御装置とそれを用いた電動工具 - Google Patents
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Description
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、2つのパルス幅変調回路を利用するモータ制御装置において、モータの回転速度を指示された目標回転速度に正しく調節することができる技術を提供する。
この制御装置によると、モータに供給する電力を無用に制限することがなく、モータの回転速度を指示された目標回転速度に正しく調節することができる。
第2パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間は、論理積回路がオン信号を出力しない期間となり、モータへの電力供給が停止される期間となる。モータへの電力供給が停止された期間では、モータの回転速度が低下しやすく、大きな負荷トルクが加えられればモータは停止してしまうこともある。このとき、第2パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間にモータの実際回転速度を検出し、検出された実際回転速度を用いて修正目標回転速度を設定することによって、モータの回転速度が過剰に低下するのを防止することができる。
第2パルス幅変調回路がオン信号を出力している期間はモータに電力が供給され、第2パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間はモータに電力が供給されない。そのことから、第2パルス幅変調回路が出力するオン信号列に同期して、即ち、第2パルス幅変調回路のキャリア周波数(第2キャリア周波数)に同期して、モータの回転速度は脈動しやすい。このとき、第2キャリア周波数と同期するタイミングで実際回転速度を検出すると、モータの回転速度に生じている脈動に起因する検出誤差を排除することができる。そして、そのように検出された実際回転速度を用いることによって、モータの回転速度に生じている脈動の影響を過剰に受けることなく、目標回転速度を正しく修正することができる。
各パルス幅変調回路が出力するオン信号のパルス幅は、速度処理部が先に設定した修正目標回転速度に応じて設定されている。従って、速度偏差に対する目標回転速度の修正量を先に設定した修正目標回転速度に応じて変更することは、速度偏差に対する目標回転速度の修正量を各パルス幅変調回路が出力しているオン信号のパルス幅に応じて変更することに相当する。この制御装置によると、例えば、第2パルス幅変調回路が出力するオン信号のパルス幅(第2パルス幅)が小さい場合には、速度偏差に対する目標回転速度の修正量を大きくするといったことが可能となる。
この制御装置では、修正目標回転速度が所定の閾値速度未満の時に、第2パルス幅変調回路がオン信号を断続的に出力し、モータへの電力供給を制限する。第2パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間では、モータへの電力供給が比較的に停止されることから、モータの回転速度が低下しやすい。また、大きな負荷トルクが加えられれば、モータは停止してしまうこともある。このとき、前記速度偏差に対する目標回転速度の修正量を大きくすると、モータの回転速度が過剰に低下するのを防止することができる。
(特徴1) 第1パルス幅変調回路は、目標回転速度が閾値速度未満であれば出力するオン信号のパルス幅(第1パルス幅)を一定に維持し、目標回転速度が閾値速度以上であれば出力するオン信号のパルス幅を目標回転速度に応じて変化させる。
(特徴2) 第2パルス幅変調回路は、目標回転速度が閾値速度未満であれば出力するオン信号のパルス幅(第2パルス幅)を目標回転速度に応じて変化させ、目標回転速度が閾値速度以上であれば出力するオン信号のパルス幅を一定(例えば100パーセント、即ち、常にオン信号を出力する)に維持する。
(特徴3) モータ制御装置は、モータの目標回転速度を設定する速度指令手段を備えている。
(特徴4) 第1パルス幅変調回路のキャリア周波数は3キロヘルツ以上であり、第2パルス幅変調回路のキャリア周波数は1キロヘルツ以下である。
図1は、電動ドライバ10の構成を示す側方断面図である。図1に示すように、電動ドライバ10は、本体12と、本体12に着脱可能に取付けられている電池パック50を備えている。本体12は、概して、略円柱形状の胴体部14と、胴体部14の側方に伸びるグリップ部16を備えている。電池パック50は、グリップ部16の先端に取付けられている。
また、本体12の胴体部14には、モータ32の回転位置(回転角)を検出する位置検出センサ34が設けられている。位置検出センサ34は、モータ32の回転子に固定されているマグネット34aと、マグネット34aの位置を検出するセンサ基板34bを備えている。
速度処理部106は、速度指令部102から目標回転速度Raを入力するとともに、位置検出センサ34の出力信号に基づいてモータ32の実際回転速度Rdを検出する。そして、速度処理部106は、目標回転速度Raと実際回転速度Rdの差異に基づいて、目標回転速度Raを修正した修正目標回転速度Rbを設定する。具体的には、目標回転速度Raと実際回転速度Rdの差分値(速度偏差)Ra−RdにフィードバックゲインGを乗じ、その乗算値G・(Ra−Rd)を目標回転速度Raに加算することによって、修正目標回転速度Rbを得る。即ち、Rb=Ra+G・(Ra−Rd)の関係が成立する。速度処理部106が設定した修正目標回転速度Rbは、第1パルス幅変調回路110と第2パルス幅変調回路120に入力される。
第1オン信号生成部116は、主に、差分増幅回路によって構成されており、第1キャリア信号faと第1デューティ比Daを入力し、両者の大小関係に対応する二値化信号を出力する。それにより、第1オン信号生成部116は、パルス状のオン信号Paを第1キャリア周波数の頻度で繰り返し出力することができる。
図5(a)に示すように、修正目標回転速度Rbが閾値速度R1以上の場合、第1パルス幅変調回路110は、パルス状のオン信号を第1キャリア周期Ta毎に繰り返し出力する。ここで、第1キャリア周期Taは、第1キャリア周波数に対応する周期であり、第1キャリア周波数の逆数である。第1パルス幅変調回路110が出力するオン信号Paのパルス幅(以下、単に第1パルス幅と称する)taは、第1キャリア周期Taと第1デューティ比Daとの積であり、第1デューティ比Daに応じて変化する。修正目標回転速度Rbが閾値速度R1以上の場合、修正目標回転速度Rbが大きいほど、第1パルス幅taも大きくなる。そして、修正目標回転速度Rbが十分に大きい場合、第1デューティ比Daが1に設定されることから、第1パルス幅taは第1キャリア周期Taに等しくなる。この場合、第1パルス幅変調回路110は、オン信号を出力し続けることになる。
第2オン信号生成部126は、主に、差分増幅回路によって構成されており、第2キャリア信号fbと第2デューティ比Dbを入力し、両者の大小関係に対応する二値化信号を出力する。それにより、第2オン信号生成部126は、パルス状のオン信号Pbを第2キャリア周波数の頻度で繰り返し出力することができる。
図5(b)に示すように、修正目標回転速度Rbが閾値速度R1以上の場合、第2デューティ比Dbが1に設定されることから、第2パルス幅変調回路120はオン信号Pbを出力し続ける。
図5(c)に示すように、修正目標回転速度Rbが閾値速度R1以上の場合、論理積演算回路130が出力するオン信号列Pcは、第1パルス幅変調回路110が出力するオン信号列Paと等しくなる。即ち、修正目標回転速度Rbが閾値速度R1以上の場合、論理積演算回路130は、修正目標回転速度Rbに比例する第1パルス幅taのオン信号Pcを、第1キャリア周期Ta毎に繰り返し出力する。この場合、論理積演算回路130が出力するオン信号列Pcのデューティ比Dcは、第1デューティ比Da=ta/Taに等しくなる。
モータ32は、電池パック50から電力の供給を受けて回転する。モータ32に供給される電力は、論理積演算回路130が出力するオン信号列Pcのデューティ比Dcに応じて変化する。
しかしながら、図7に示すように、修正目標回転速度Rbが閾値速度R1以下の低速運転時では、論理積演算回路130が出力するオン信号列Pcに同期して、モータ32の実際回転速度Rdは脈動する。詳しくは、論理積演算回路130がオン信号列Pcを出力する期間、即ち、第2パルス幅変調回路120がオン信号Pbを出力する期間tbでは、電池パック50からの電力がモータ32に供給されることによって、モータ32の実際回転速度Rdは増大する。一方、論理積演算回路130がオン信号列Pcを出力しない期間、即ち、第2パルス幅変調回路120がオン信号Pbを出力しない期間では、電池パック50からの電力がモータ32に供給されないことから、モータ32の実際回転速度Rdは低下する。このとき、モータ32に大きな負荷が加えられていると、モータ32の回転が停止してしまうこともある。
また、図7(b)に示すように、速度処理部106は、実際回転速度Rdを検出するタイミングを、第2パルス幅変調回路120の第2キャリア周波数と同期させる。即ち、実際回転速度Rdを検出する時間間隔を、第2キャリア周波数Tbに等しくする。それにより、実際回転速度Rdの脈動に起因する検出誤差を排除することができる。モータ32を低速運転させる場合でも、モータ32を停止させることなく安定した速度で回転させることができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
12・・本体
14・・胴体部
16・・グリップ部
22・・工具チャック
30・・制御基板
32・・モータ
50・・電池パック
102・・速度指令部
104・・マイクロコンピュータ
106・・速度処理部
110・・第1パルス幅変調回路
112・・第1発振部
114・・第1デューティ比設定部
116・・第1オン信号生成部
120・・第2パルス幅変調回路
122・・第2発振部
124・・第2デューティ比設定部
126・・第2オン信号生成部
130・・論理積回路
132・・ドライバ回路
134・・電圧印加回路
Claims (5)
- モータの回転速度を目標回転速度に調節するモータ制御装置であって、
指示されたモータの目標回転速度と検出されたモータの実際回転速度の速度偏差に基づいて、目標回転速度を修正した修正目標回転速度を設定する速度処理部と、
修正目標回転速度に応じた第1パルス幅のオン信号を、第1キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第1パルス幅変調回路と、
修正目標回転速度に応じた第1パルス幅と異なる第2パルス幅のオン信号を、第1キャリア周波数よりも低い第2キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第2パルス幅変調回路と、
第1パルス幅変調回路が出力するオン信号列と、第2パルス幅変調回路が出力するオン信号列を入力し、それらの論理積である第3のオン信号列を出力する論理積回路と、
論理積回路が出力する第3のオン信号列に同期して、モータに電圧を断続的に印加する電圧印加回路とを備え、
前記速度処理部は、前記第2パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間に検出された実際回転速度を用いて、前記修正目標回転速度を設定することを特徴とするモータ制御回路。 - モータの回転速度を目標回転速度に調節するモータ制御装置であって、
指示されたモータの目標回転速度と検出されたモータの実際回転速度の速度偏差に基づいて、目標回転速度を修正した修正目標回転速度を設定する速度処理部と、
修正目標回転速度に応じた第1パルス幅のオン信号を、第1キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第1パルス幅変調回路と、
修正目標回転速度に応じた第1パルス幅と異なる第2パルス幅のオン信号を、第1キャリア周波数よりも低い第2キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第2パルス幅変調回路と、
第1パルス幅変調回路が出力するオン信号列と、第2パルス幅変調回路が出力するオン信号列を入力し、それらの論理積である第3のオン信号列を出力する論理積回路と、
論理積回路が出力する第3のオン信号列に同期して、モータに電圧を断続的に印加する電圧印加回路とを備え、
前記速度処理部は、前記第2キャリア周波数と同期するタイミングで検出された実際回転速度を用いて、前記修正目標回転速度を設定することを特徴とするモータ制御回路。 - 前記速度処理部は、先に設定した修正目標回転速度に応じて、前記速度偏差に対する目標回転速度の修正量を変更することを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ制御装置。
- モータの回転速度を目標回転速度に調節するモータ制御装置であって、
指示されたモータの目標回転速度と検出されたモータの実際回転速度の速度偏差に基づいて、目標回転速度を修正した修正目標回転速度を設定する速度処理部と、
修正目標回転速度に応じた第1パルス幅のオン信号を、第1キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第1パルス幅変調回路と、
修正目標回転速度に応じた第1パルス幅と異なる第2パルス幅のオン信号を、第1キャリア周波数よりも低い第2キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第2パルス幅変調回路と、
第1パルス幅変調回路が出力するオン信号列と、第2パルス幅変調回路が出力するオン信号列を入力し、それらの論理積である第3のオン信号列を出力する論理積回路と、
論理積回路が出力する第3のオン信号列に同期して、モータに電圧を断続的に印加する電圧印加回路とを備え、
前記第2パルス幅変調回路は、前記修正目標回転速度が所定の閾値速度未満であれば修正目標回転速度に比例するパルス幅のオン信号を出力し、前記修正目標回転速度が前記閾値速度以上であればオン信号を常に出力し、
前記速度処理部は、前記速度偏差に対する目標回転速度の修正量を、先に設定した修正目標回転速度が前記閾値速度未満の時には大きくし、先に設定した修正目標回転速度が前記所定回転速度以上の時には小さくすることを特徴とするモータ制御装置。 - モータと、
そのモータの回転速度を目標回転速度に調節する請求項1から4のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を備える電動工具。
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