JPS61185093A

JPS61185093A - 交直両用モータの可変速度制御装置

Info

Publication number: JPS61185093A
Application number: JP61025666A
Authority: JP
Inventors: マイケル　アントニー　ダミアノ; リチヤード　フランシス　シユメルダ; ローレンス　ギルバート　シーリング
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1985-02-07
Filing date: 1986-02-07
Publication date: 1986-08-18
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: DE3603545A1; JPH0785668B2; US4638226A

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）本発明はモータの速度制御装ｆｔＫ関し、特にハンド・
ベルト式の携待用電動具に用いられる交直両用モータの
可変速度制御装置に関する。

（従来の技術）従来、この種の制御装置は、通常、１９７３年１１月２
７日にバリーＷ、ブラウンに公示された米国特許第５，
７７５．り　７６号等で示した内蔵式スイッチ構造に組
み込まれている。このタイプのスイッチは携待用電動具
のハンドル内に収容され、道具を持つ手の人さし指で制
御する押下可能な操作部を有する。操作部を押下すると
スイッチが作動し、モータを電源に接続して、操作部の
押下量を関数としてモータを加速させる。

モータが、使用者の手の中で電動具に回転を与えたり振
動したりさせることなしに、電動具をオフ状態から始動
できるのが望ましい。さらに１電動具に負荷が作用して
いる場合にモータの速度が選択レベルに維持されること
が望ましい。

上記の望ましい特性は、制御装置にソフト・スタートお
よびフィード・バック回路を提供することにより得られ
る。しかし、費用およびコンパクトなパッケージングを
考慮に入れると、このようなシステムの部品の数、寸法
および費用に特に注意を払う必要がある。現在まで主と
して半波制御装置が使用され、特にフィード・バックを
組み込んだ場合はこの半波制御装置が多かったが、その
理由は部品の数を大幅に低減できたからである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、この半波制御装置はモータの速度範囲を
全速の約８５チに制限する。全波制御装置はより大きな
範囲でモータの速度を制御するが、一般に大電力消費部
品をいくつか必要とし、このため制御装置を収容するス
イッチの価格が上がりパッケージ寸法が増大して、部品
の熱放射の問題が生じる。

また、ソフト、スタートおよびフィードバック機能を備
えた従来のモータ速度制御装置は、感知抵抗、単接合ト
ランジスタ、パルス変成器、およびサーミスタを使用し
ている。これらの部品は電力消費部品で、価格が比較的
高く、物理的に大きくてかなりのスペースを占有し、制
御およびその組立動作の複雑さが増大する。さらに、制
御装置から除去する必要があり制御中のモータに有効で
ない部品により、大量の電力が　　　　ゝ・散逸する。

このような事情に鑑みて、本発明はモータシャフトの出
力速度の約５０チから１００％の速度範囲で全波速度制
御を行ない、フィードバックおよびソフトスタート機能
を付加した交直両用モータの可変速度制御装置を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明は２重の時定数トリガ
回路を使用してモータ制御サイリスタの導電角度を制御
する。この時定数回路の接続法は独特で、モータの対向
する側に個々に接続された各時定数分岐を有する。これ
Ｋよって２重の時定数回路の一方の分岐が制御装置の半
サイクルおＩＫモータの逆起電力を感知し、制御システ
ムＩＣフィード・バックを提供する。２重の時定数回路
の他方の分岐は、モータの他方側に接続され、速度可変
抵抗の加減により速度設定機能を有することになる。ソ
フト・スタート機能は、速度可変抵抗と直列の時間可変
抵抗回路により速度設定分岐内に組み込まれる。時間可
変抵抗回路はサイリスタ用のゲート制御回路もしくはト
リガ回路内にあるので、部品はゲート・トリガ電流をサ
イリスタに流すのく十分なだけの定格を必要とする。

（作　　用）交流全波電圧により電力供給されたモーターは、２重の
時定数トリガ回路に制御されたトライアック（Ｑ２）に
より制御され、これにより速度設定分岐（１１，３−０
２）がモータ（財）のトライブック（Ｑ２］側に接続さ
れ、他方の時定数分岐（几１−ＣＩ）がモーターの供給
側に接続されて、第１時定数同様フィードバック機能も
提供する。１方向ダイオード（１）１　）がフィードバ
ック感知時定数分岐に組み込まれ、これによって半サイ
クルおきにのみフィードバック信号が発生し、フィード
バック信号によるモータ速度の振動および過補償を防止
する。半波にも適用できるソフト・スタート回路が、速
度可変抵抗を包含する分岐に組み込すれ、コレクタ・エ
ミック回路が速度可変抵抗（Ｒ３）と直列に接続された
トランジスタ（Ｑ３）を包含する。抵抗（几４）・コン
デンサ（Ｃ３）時定数回路を設けそ時間可変電流を抵抗
（Ｒ５）を介してトランジスタ（Ｑ３）のベースに供給
し、トランジスタ（Ｑ５）を徐々に導電させ、これＫよ
りトランジスタ（Ｑ３）の抵抗が徐々に低下するので、
トライアック（Ｑ２）の点火角が徐々に増大する。

（実　施　例）本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

全図を通じて同様の構成部分には、同じ参照番号がつい
ている。第１図は本発明に従って構成したフィードバッ
ク金有する全波速度制御装置を示す。モータＭは双方向
性導電サイリスタ、すなわちトライアックＱ２の主電極
と直列に端子２および４に接続される。端子２および端
子４は、交流電源に接続されるよう調整する。手゛動ス
イッチを端子２とモータＭの間の導線に接続し、制御回
路を交流電源に選択的に接続する。

２重の時定数トリガ回路を設けてトライアックＱ２の導
電角度を制御する。直列に接続された抵抗比１およびコ
ンデンサＣ１が交流電源端子２および４を介してモータ
Ｍの供給側に接続されるので、第１時定数が得られる。

第２時定数は、速度可変抵抗Ｒ３をコンデンサＣ２と直
列に、かつ交流電源の両側でモータＭの反対側、すなわ
ちトライアックＱ２側に接続することにより得られる。

トリミング抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との
接合部と速度可変抵抗比５とコンデンサＣ２との接合部
の間に接続される。後者の接合部は、両方向性ダイアッ
ク、すなわちシリコン製両方向性スイッチＱ１を介して
トライアックＱ２のゲート電極に接続される。ダイアッ
クＱ１は、トライアックＱ２のトリガの電圧スレシーホ
ールドを明確にすることにより、トリガリング・プロセ
スを支援する。

抵抗Ｒ３およびコンデンサＣ２は、本装置の速度設定制
御を形成する。コンデンサＣ２の値はダイアックＱ１の
スレシーホールド値に充電した場合に十分な電流を流し
てトライアックＱ２を点火し、当該部分の導電性を維持
できるように選定する。抵抗比１およびコンデンサＣ１
を包含する回路分岐の時定数により交流線電圧が回路分
岐に印加し、コンデンサＣ１は、コンデンサＣ２の充電
値より大きい固定値まで実質的に充電される。トリミン
グ抵抗Ｒ２によりコンデンサＣ１が放電し、コンデンサ
Ｃ２に微少電流を流して、トライアックＱ２の点火後に
コンデンサＣ２がゼロ・レベルまで完全に放電するのを
防止する。

前述したように、抵抗比１およびコンデンサＣ１を包含
する２重の時定数回路の分岐は、モータＭの供給側に接
続され、速度可変抵抗比３およびコンデンサＣ２から構
成される速度設定分岐はモータＭの反対側、すなわちト
ライアック側に接続される。この配置により、抵抗Ｂ、
１およびコンデンサＣ１を包含する分岐は、モータＭへ
の負荷を感知してトリガ回路へのフィードバックを提供
する役割を果たす。点Ａにおける電圧は実際に供給電圧
であり、点Ｂにおける電圧はモータＭの両側で現れるい
かなる電圧降下によっても低下する。モータによる逆起
電力は点ＡおよびＢにおける電圧に等しくなる傾向があ
るが、モータに負荷をかけると逆起電力が減小するため
点Ｂにおける電圧が点Ａにおける電圧より小さくなる。

従りてモータにかかる負荷が大きくなるＫつれて、コン
デンサＣ２に対するコンデンサＣ１の充電値がますます
大きくなり、抵抗比２を包含する分岐からコンデンサＣ
２への電流も多くなるため、コンデンサＣ２は充電され
て電圧および電流のレベルが高くなる。フィードバック
信号を全波電源の両手サイクルに印加することにより生
ずるモータ速度の振動および過補償を防止するため、ダ
イオードＤ１をフィードバック感知分岐内に抵抗Ｒ，１
と直列に挿入し、端子２における電圧が、端子４におけ
る電圧に対して正である場合に１当該分岐内の電流を遮
断する。これによりフィードバック信号は半サイクルお
きにのみトリガ回路に印加され、モータ速度が増大する
につれて、フィードバック信号によりこの速度が安定す
る傾向となる。第１図の制御回路は、モータＭ用の望ま
しい２重の時定数トリガ回路を有する制御装置であり、
さらに、２重の時定数トリガ回路をモータに接続する特
別な方法を用いてダイオード１個を加えただけでモータ
への望ましい半Ｖイードバック信号を提供する。

第２図は、第１図のフィードバックを有し、さらにソフ
トスタート回路を組み込んだ全波速度制御回路を示す。

この目的のため速度可変抵抗Ｒ３を包含する２重の時定
数トリガ回路の分岐に全波整流ブリッジを設け、このブ
リッジはダイオードＤ２ないしＤ５を包含し、その交流
端子は、トライアックＱ２の主電極とモータＭとの接合
部と、トライアックＱ２のゲート制御回路内にあるダイ
アックＱ１とコンデンサＣ２との接合部の間に接続され
る。速度可変抵抗回路は全波整流ブリッジの整流端子の
両側に接続され、これにより、速度可変抵抗Ｒ，３はそ
の出力回路に接続される。トランジスタＱ５が時間可変
抵抗素子として使用され、これによりそのコレクタ・エ
ミッタ回路が、整流ブリッジの負の整流端子に隣接する
抵抗Ｒ３と直列に接続される。直列に接続した抵抗ＩＬ
　４およびコンデ／すＣ３を包含する時定数回路は、速
度可変抵抗Ｒ５およびトランジスタＱ５のコレクタ・エ
ミッタ回路と並列に整流ブリッジの整流端子の両側にも
接続される。抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３の間の共通点は
、抵抗几５を介してトランジスタＱ３のベースに接続さ
れる。第２図の回路が、スイッチＳを閉じることにより
交流電源に初期接続されると、トランジスタＱ３は非導
通となり、無限大の抵抗として作用する。従りて充電信
号がコンデンサＣ２に送られず、トライアックＱ２は非
導通となる。回路圧電力が印加されると、抵抗Ｒ４を介
してコンデンサＣ３が望ましい電圧まで充電され、この
電圧により抵抗几５を介してトランジスタＱ３のベース
・エミッタ間に小電流を流すので、トランジスタＱ３を
多少オン状態にする。トランジスタＱ３は増幅素子とし
て使用され、コンデンサＣ２に小充電電流を流し、次に
コンデンサＣ２に、印加電圧の第１半サイクルの後半の
点でトライアックＱ２をオン状態にするのに十分な電圧
が充電される。コンデンサＣ２には抵抗５およびトラン
ジスタＱ３のベース・エミッタ回路以外ｌＫ＃′ｉ放電
通路がないので、次の半サイクルの開始時にコンデンサ
Ｃ５には多少の残留充電がある。従ってコンデンサＣ３
は半サイクルごとに電圧が増分されて高電圧に充電され
、これにより半サイクルごとにトランジスタＱ３へ供給
する電流値が高くなるので、印加電圧の連続する半サイ
クルを通してトランジスタＱ３の導電性が徐々に向上し
、抵抗は徐々に低下する。抵抗が低下するにつれ、コン
デンサＣ２の充電値が高まり、トライアックＱ２は各半
サイクルの半分以上で導電性となり、これによりモータ
Ｍの速度が増加する。トランジスタＱ３は完全に導電性
となるが、これはＲ４−０３用に選定した値で決定した
時間の関数として行われる。これによりトランジスタＱ
３の抵抗がほとんどなくなるので、速度可変抵抗比３が
回路内で重要な抵抗を提供する機能を果たし、速度設定
機能として働く。

ソフト・スタート制御回路がトライアックＱ２のゲート
制御回路内圧包含されているので、この部品は高い電流
定格を必要としないが、交流入力のライン電圧のピーク
より高い逆電圧定格を有する必要がある。速度可変抵抗
Ｒ３がトランジスタＱ３の出力回路内に配置されている
ので、ソフトスタート遅延は選択速度の影響を比較的受
けない。ソフト・スタートは基本的に抵抗Ｒ４およびコ
ンデンサＣ３のＲＣ時定数により制御される。几４の値
は、ソフト・スタート遅延の完了後にトランジスタＱ３
がトライアックＱ２に全ゲート電流を流すほど低くなけ
ればならない。ソフト・スタート回路によりモータＭへ
の最大電圧がわずかに低下するが、実際にはモータＭが
全速の約９５％に達することがわかっている。

第３図は、別の形態のサイリスタで制御される半波モー
タ制御回路へのソフト・スタート回路の適用を示してい
る。この図では、端子６および８を用いて交流電源を接
続し、これにより一方の半サイクル時に端子６が端子８
に対して正となる。手動スイッチＳを端子６からモータ
Ｍへの線に設け、回路と電源を選択的に接続もしくは切
断する。シリコン制御整流素子（ＳＣＩＬ）Ｑ４の陽極
と陰極は端子６および８の両端でモータＭと直列に接続
される。速度可変抵抗ｋＬ５およびコンデンサＣ２を包
含する速度設定回路が５ＣＲＱ４の陽極・陰極回路の両
側に接続され、コンデンサＣ２の正側が８ＣＲＱ４のゲ
ートに接続されて、Ｓ（、ＲＱ４の導電角を制御し、こ
れによってモータＭの速度を制御する。第２図に関する
記述のように、トランジスタＱ５のコレクタ・エミッタ
回路を速度可変抵抗Ｒ３およびコンデンサＣ２と直列に
接続することにより、ソフト・スタート回路をトリガ回
路の速度設定分岐に組み込む。ソフト・スタート回路の
時定数回路ＩＬ４−Ｃ５は正の供給側からトランジスタ
Ｑ３のエミッタへ直接接続され、抵抗凡４とコンデンサ
Ｃ３の間の共通点は抵抗几５を介してトランジスタＱ３
のベースに接続される。第６図の回路はダイオードＤ６
による半波整流を有する半波回路であるので、第２図に
よる全波整流ブリッジを採用する必要はない。ダイオー
ドＤ６により、トランジスタＱ３のベース・エミッタ間
の接合部に大きい負の電圧がかかるのを防止する。他の
あらゆる面において、第３図のソフト・スタート回路は
第２図の回路に関する記述と同様に作動する。トランジ
スタＱ３は電流で作動する素子であるので制御回路のベ
ースに抵抗Ｒ５を必要とするが、これに対してＦＥＴ等
の電圧から影響を受けない素子でトランジスタＱ３を代
用でき、この場合抵抗Ｒ５は必要でない。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明における交直両
用モータの可変速度制御を高定格な部品を大量に用いる
ことなく、簡易な方法で半波フィードバックおよびソフ
トスタート機能ヲ　　　　・組込むので、電力消費を少
なくして電動具の作業性を向上させることができ、かつ
従来のものに比較して製造コストを低減できる。

また、ソフトスタート機能は増巾トランジスタの出力回
路内に速度設定が可能な速度可変抵抗を内蔵しており、
さらに、このトランジスタは時間可変抵抗として機能す
るので、モータの速度設定に係わりなくソフトスタート
を実行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る実施例を示す、フィードバック
を有する全波速度制御回路図、第２図は、他の実施例に
おけるフィードバックおよびソフトスタートの両機能を
有する全波速度制御回路図、第５図は、さらに他のソフトスタート機能を組み込んだ
半波速度制御回路である。Ｑｌ・・・ダイアック（ゲート電極に接続する手段）Ｑ
２・・・双方向導電性サイリスタ几２・・・抵抗Ｍ　・・・モータＱ３・・・トランジスタＱ４・・・シリコン制御整流素子 ’Ｉ？−許出Ｍ人出８人イートン　コーポレーシ璽ン。、ヵ、１名ご

Claims

【特許請求の範囲】

（１）モータに全波交流電力を供給する電源回路にモー
タとともに直列に接続された１対の主電極、およびゲー
ト電極を有する双方向導電サイリスタと、前記電源回路の両端に該サイリスタと並列に接続され、
該ゲート電極と接続されて、該サイリスタの導電角度を
制御する２重の時定数トリガ回路と、から構成され、し
かも前記トリガ回路が、電源回路を介してモータの一方に直列に接続した第１抵
抗およびコンデンサを有し、モータの逆起電力を感知し
てトリガ回路内にフィード・バック信号を供給する第１
時定数回路と、電源回路を介してモータの他方に直列に接続した速度可
変抵抗および第２コンデンサを有し、モータの速度を設
定する第２時定数回路と、モータの両端で、第１抵抗とコンデンサの接合部を速度
可変抵抗と第２コンデンサの接合部に接続する第３抵抗
と、前記速度可変抵抗と第２コンデンサの接合部を前記ゲー
ト電極に接続する手段とからなることを特徴とする交直
両用モータの可変速度制御装置。
（２）第１時定数回路が、１方向性ダイオードを備えて
、この第１時定数回路が全波交流電力の半サイクルおき
にのみモータの逆起電力を感知することを特徴とする、
特許請求の範囲第１項に記載した交直両用モータの可変
速度制御装置。
（３）速度可変抵抗と第２コンデンサの接合部を前記ゲ
ート電極に接続する手段が、半導体両方向性スイッチで
あることを特徴とする、特許請求の範囲第２項に記載し
た交直両用モータの可変速度制御装置。
（４）第２時定数回路が、さらに前記速度可変抵抗に直
列に時間可変抵抗手段を有し、モータにソフト・スター
ト機能を提供することを特徴とする、特許請求の範囲第
１項に記載した交直両用モータの可変速度制御装置。
（５）前記時間可変抵抗手段の抵抗が、交流電力のモー
タへの印加後の時間の関数として減少することを特徴と
する、特許請求の範囲第４項に記載した交直両用モータ
の可変速度制御装置。
（６）第２時定数回路が、モータの他方と第２コンデンサの間に接続された全波整
流ブリッジと、該整流ブリッジの整流端子間に接続された可変抵抗手段
とから構成され、前記速度可変抵抗が時間可変抵抗手段
の出力回路内に接続されてモータにソフト・スタート機
能を提供することを特徴とする、特許請求の範囲第１項
に記載した交直両用モータの可変速度制御装置。
（７）前記時間可変抵抗手段が、速度可変抵抗とともに
整流端子間に直列に接続された主電極を有するスイッチ
ング素子と、該スイッチング素子の主電極と整流端子間
に並列に接続された抵抗・コンデンサ回路と、該抵抗・
コンデンサ回路の抵抗とコンデンサの接合部をスイッチ
ング素子の制御電極に接続する手段、とから構成される
ことを特徴とする、特許請求の範囲第６項に記載した交
直両用モータの可変速度制御装置。
（８）前記速度可変抵抗が整流ブリッジの陽極側整流端
子とスイッチング素子の主電極間に接続されることを特
徴とする、特許請求の範囲第７項に記載した交直両用モ
ータの可変速度制御装置。
（９）前記抵抗・コンデンサ回路の抵抗とコンデンサの
接合部をスイッチング素子のゲート電極に接続する手段
が抵抗を有することを特徴とする、特許請求の範囲第８
項に記載した交直両用モータの可変速度制御装置。
（１０）モータと直列に接続されたサイリスタの主電極
、該サイリスタおよびモータを電源に接続するスイッチ
手段、コンデンサと並列で電源を介してサイリスタの主
電極と並列に接続される速度可変抵抗を有する速度設定
回路、およびサイリスタのゲート電極に接続されてサイ
リスタの導電角度を変化させるコンデンサの陽極、とを
備え、速度可変抵抗とコンデンサの間に接続された速度設定回
路の可変抵抗手段が、電源との接続時にモータにソフト
・スタート機能を提供することを特徴とする交直両用モ
ータの可変速度制御装置。
（１１）前記時間可変抵抗の抵抗が、電力のモータへの
印加後の時間の関数として減少することを特徴とする、
特許請求の範囲第１０項に記載した交直両用モータの可
変速度制御装置。
（１２）前記時間可変抵抗が、速度可変抵抗とコンデン
サの間に接続された主電極を有する半導体スイッチング
素子、および電源の一方から該コンデンサへ直列に接続
された抵抗および第２コンデンサを有するタイミング回
路とから構成され、該抵抗と第２コンデンサの接合部が
半導体スイッチング素子のゲート電極に接続されて、こ
れに時間変数制御信号を提供することを特徴とする特許
請求の範囲第１０項に記載した交直両用モータの可変速
度制御装置。
（１３）第２抵抗が回路内でゲート電極に接続されるこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第１２項に記載した交
直両用モータの可変速度制御装置。