特許 7075179 モータ駆動システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-17

(45)【発行日】2022-05-25

(54)【発明の名称】モータ駆動システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20220518BHJP

   B25F 5/00 20060101ALI20220518BHJP

【ＦＩ】

H02P27/06

B25F5/00 C

B25F5/00 G

【請求項の数】 9

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2016193414

(22)【出願日】2016-09-30

(65)【公開番号】P2017070200

(43)【公開日】2017-04-06

【審査請求日】2019-07-29

(31)【優先権主張番号】201510641142.0

(32)【優先日】2015-09-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】518263944

【氏名又は名称】ジョンソン エレクトリック インターナショナル アクチェンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(72)【発明者】

【氏名】ユク トゥン ロ

(72)【発明者】

【氏名】ハイ ボ マ

(72)【発明者】

【氏名】ソン チェン

(72)【発明者】

【氏名】シウ チュン イプ

(72)【発明者】

【氏名】ヨン シェン ガオ

(72)【発明者】

【氏名】ジャン シュン ゾウ

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２３６０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７５３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／００５９０００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０６８３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

Ｂ２５Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の半導体スイッチ要素を含む電源に結合され、かつ該電源によって供給される電圧を交流電力に変換して電気モータに給電するように構成されたインバータと、
前記インバータ内の前記半導体スイッチ要素の電力モードを制御する駆動信号を出力するように構成されたモータ駆動制御回路と、
トリガスイッチと、
前記電源と前記モータ駆動制御回路の間に接続された第１の電子スイッチと、
第２の電子スイッチを含むスイッチ制御回路であって、前記第２の電子スイッチの制御端子は前記トリガスイッチに結合され、前記第２の電子スイッチの第１の端子は第１の抵抗を通して前記第１の電子スイッチの制御端子に結合され、前記第２の電子スイッチの前記第１の端子は前記第１の抵抗及び第２の抵抗を通して前記電源に結合され、前記トリガスイッチの状態に基づいて前記第１の電子スイッチをオン及びオフにするように構成されたスイッチ制御回路と、
を含み、
前記スイッチ制御回路は、前記第２の電子スイッチの制御端子と前記トリガスイッチの間に接続され、かつ該トリガスイッチがオフにされてからの遅延時間にわたって前記第１の電子スイッチをオフにするのを遅延させるように構成された遅延ユニットを含むことを特徴とするモータ駆動システム。

【請求項2】

前記モータ駆動制御回路は、前記トリガスイッチの状態を検出するとともに、前記遅延時間中に制動するように前記モータを制御するように構成されたマイクロコントローラを含むことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。

【請求項3】

前記スイッチ制御回路はダイオードを更に含み、該ダイオードのカソードは前記遅延ユニットを通して前記第２の電子スイッチの制御端子に結合され、該ダイオードのアノードは前記トリガスイッチを通して前記電源に結合され、前記第１の電子スイッチの第１の端子は該電源に結合され、該第１の電子スイッチの第２の端子は前記モータ駆動制御回路に結合され、該第２の電子スイッチの該制御端子は、第３の抵抗器を通して該第２の電子スイッチの第２の端子に結合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動システム。

【請求項4】

前記モータ駆動制御回路は、前記トリガスイッチの作動を検出して、該トリガスイッチがオフにされたことを知った後に制動作動を実行するように前記モータを制御するように構成され、かつ該モータの該制動作動が完了した後で前記第１の電子スイッチをオフにする制御信号を前記スイッチ制御回路に送るように構成されているマイクロコントローラを含むことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。

【請求項5】

前記スイッチ制御回路は、第１のダイオード、及び第２のダイオードを含み、
前記第２の電子スイッチの制御端子は、第３の抵抗器を通して前記第１のダイオードのカソードに結合され、該第１のダイオードのアノードは、前記トリガスイッチを通して前記電源に結合され、前記第１の電子スイッチの第１の端子は、該電源に結合され、該第１の電子スイッチの第２の端子、は前記モータ駆動制御回路に結合され、前記第２の電子スイッチの第２の端子は接地に結合され、該第２の電子スイッチの該制御端子は、第４の抵抗器を通して該第２の電子スイッチの該第２の端子に結合され、前記第２のダイオードのカソードは該第１のダイオードの該カソードに結合され、該第２のダイオードのアノードは前記マイクロコントローラに結合されている、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動システム。

【請求項6】

トリガスイッチと、電子スイッチと、該トリガスイッチと該電子スイッチの間に接続されたスイッチ制御回路とを含むモータ駆動システムであって、
前記トリガスイッチは、電源に直列に接続され、
前記電子スイッチは、給電がオン又はオフにされるようにモータを制御するように構成され、
前記スイッチ制御回路は、前記トリガスイッチの状態に基づいて前記電子スイッチを制御するように構成され、該電子スイッチは、該トリガスイッチがオフにされた後でオフにされるのを遅延されて該トリガスイッチがオフにされた時間よりも後で給電がオフにされるように前記モータを制御する、
ことを特徴とするモータ駆動システム。

【請求項7】

前記トリガスイッチ及び前記モータは、それぞれ２つの異なる電流分岐に配列され、該トリガスイッチを通って流れる電流が、モータ駆動システムが給電されて作動する間の該モータの作動電流よりも低いことを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動システム。

【請求項8】

前記トリガスイッチを通って流れる前記電流は、モータ駆動システムが給電されて作動する間の前記モータの前記作動電流の１パーセントよりも低いことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動システム。

【請求項9】

マイクロコントローラを更に含み、
前記電子スイッチは、前記電源と前記マイクロコントローラの間に直列に接続される、 ことを特徴とする請求項７、又は請求項７又は請求項８に記載のモータ駆動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の開示は、電気ツールに適用可能なモータ駆動システムに関する。

【背景技術】

【0002】

人々の生産活動及び生活において、通常、様々なタスクを完了するのに異なる電気ツールが必要である。例えば、チェーンソーは、森林伐採、のこぎり引き、枝分け、及び木材切削のようなタスクを実行するのに使用され、電気ドリルは、穴を穿孔するのに使用され、電気ねじ回しは、ネジを締めるか又は取り外すのに使用され、ハンドミルは、ガラス及び樹脂上の縁取り、切り落とし、及び研磨を実行するのに使用される。電気ツールは、作動させるのが容易であり、かつ労力を節約する。

【0003】

図１は、従来技術における電気ツールのための駆動回路を示している。従来技術における電気ツールでは、電気ツールを作動させるか又はしないように制御するのにトリガスイッチ９０が必要である。トリガスイッチ９０は、電源９２と電気ツールのインバータ９４の間に接続される。トリガスイッチ９０がオンにされた時に、電気ツールは、作動状態になり、駆動制御回路９３は、位置センサ９９によって検出された回転子の磁場の位置に基づいて駆動信号を出力し、モータ９５が電気ツールの加工ヘッドを駆動して作動させるように、電源９２の電力をモータ９５に供給される交流電力に変換するようにインバータ９４を制御する。トリガスイッチ９０は、電源９２と電気ツールのインバータ９４の間に接続されるので、トリガスイッチ９０は、非常に高い定格電流を有することを必要とする。例えば、電気ドリルでは、定格電流は、約１０アンペアまでである場合がある。実際には、高電流に耐えることができるトリガスイッチは高価であり、これは、電気ツールの費用を増加させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

費用を抑制する電気ツールのためのモータ駆動システムを本発明の開示によって提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

モータ駆動システムを本発明の開示における実施形態によって提供する。モータ駆動システムは、複数の半導体スイッチ要素を含む電源に結合され、かつ電源によって供給される電圧を電気モータに給電する交流電力に変換するように構成されたインバータと、インバータ内の半導体スイッチ要素の電力モードを制御する駆動信号を出力するように構成されたモータ駆動制御回路と、トリガスイッチと、電源とモータ駆動制御回路の間に接続された電子スイッチと、トリガスイッチ及び電子スイッチに結合され、かつトリガスイッチの状態に基づいて電子スイッチをオン及びオフにするように構成されたスイッチ制御回路とを含む。

【0006】

好ましくは、スイッチ制御回路は、電子スイッチとトリガスイッチの間に接続され、かつトリガスイッチがオフにされた時から遅延時間にわたって電子スイッチをオフにするのを遅延させるように構成された遅延ユニットを含む。

【0007】

好ましくは、モータ駆動制御回路は、トリガスイッチの状態を検出し、かつ遅延時間中に制動するようにモータを制御するように構成されたマイクロコントローラを含む。

【0008】

好ましくは、電子スイッチは、第１の電子スイッチであり、スイッチ制御回路は、第２の電子スイッチ及びダイオードを更に含み、第２の電子スイッチの制御端子は、遅延ユニットを通してダイオードのカソードに結合され、ダイオードのアノードは、トリガスイッチを通して電源に結合され、第２の電子スイッチの第１の端子は、第１の抵抗器を通して第１の電子スイッチの制御端子に結合され、第１の電子スイッチの制御端子は、第２の抵抗器を通して電源に結合され、第１の電子スイッチの第１の端子は、電源に結合され、第１の電子スイッチの第２の端子は、モータ駆動制御回路に結合され、第２の電子スイッチの制御端子は、第３の抵抗器を通して第２の電子スイッチの第２の端子に結合される。

【0009】

好ましくは、遅延ユニットは、コンデンサ及び第４の抵抗器を含み、第４の抵抗器は、ダイオードのカソードと第２の電子スイッチの制御端子の間に接続され、コンデンサは、ダイオードのカソードと接地の間に接続される。

【0010】

好ましくは、トリガスイッチの定格電流は、１００ミリアンペアよりも低い。

【0011】

好ましくは、モータ駆動制御回路は、トリガスイッチの作動を検出し、かつトリガスイッチがオフにされたことを知った後に制動作動を実行するようにモータを制御するように構成され、かつモータの制動作動が完了した後に電子スイッチをオフにする制御信号をスイッチ制御回路に送るように構成されたマイクロコントローラを含む。

【0012】

好ましくは、電子スイッチは、第１の電子スイッチであり、スイッチ制御回路は、第２のスイッチ、第１のダイオード、及び第２のダイオードを含み、第２の電子スイッチの制御端子は、第１の抵抗器を通して第１のダイオードのカソードに結合され、第１のダイオードのアノードは、トリガスイッチを通して電源に結合され、第２の電子スイッチの第１の端子は、第２の抵抗器を通して第１の電子スイッチの制御端子に結合され、第１の電子スイッチの制御端子は、第３の抵抗器を通して第１の電子スイッチの第１の端子に結合され、第１の電子スイッチの第１の端子は、電源に結合され、第１の電子スイッチの第２の端子は、モータ駆動制御回路に結合され、第２の電子スイッチの第２の端子は、接地に結合され、第２の電子スイッチの制御端子は、第４の抵抗器を通して第２の電子スイッチの第２の端子に結合され、第２のダイオードのカソードは、第１のダイオードのカソードに結合され、第２のダイオードのアノードは、マイクロコントローラに結合される。

【0013】

好ましくは、スイッチ制御回路は、第２の電子スイッチの制御端子と接地の間に接続されたコンデンサを含む。

【0014】

好ましくは、マイクロコントローラは、トリガスイッチがオンにされた後に第１の電子スイッチをオンにされた状態に維持するようにスイッチ制御回路を制御する高レベル制御信号を第２のダイオードのアノードに送り、トリガスイッチがオフにされたことを知った後に高レベル制御信号を第２のダイオードのアノードに送り続け、かつモータの制動作動が完了した後に第１の電子スイッチをオフにするようにスイッチ制御回路を制御する低レベル制御信号を第２のダイオードのアノードに送るように構成される。

【0015】

トリガスイッチと、電子スイッチと、トリガスイッチと電子スイッチの間に接続されたスイッチ制御回路とを含むモータ駆動システムを本発明の開示における実施形態によって更に提供する。トリガスイッチは、電源に直列に接続される。電子スイッチは、給電がオン又はオフにされるようにモータを制御するように構成され、スイッチ制御回路は、トリガスイッチの状態に基づいて電子スイッチを制御するように構成され、電子スイッチは、トリガスイッチがオフにされた後にオフにされるのを遅延され、トリガスイッチがオフにされた時間よりも後で給電がオフにされるようにモータを制御する。

【0016】

好ましくは、トリガスイッチ及びモータは、それぞれ２つの異なる電流分岐に配列され、トリガスイッチを通って流れる電流は、モータ駆動システムが給電されて作動する間のモータの作動電流よりも低い。

【0017】

好ましくは、トリガスイッチを通って流れる電流は、モータ駆動システムが給電されて作動する間のモータの作動電流の１パーセントよりも低い。

【0018】

好ましくは、モータ駆動システムは、マイクロコントローラを更に含み、電子スイッチは、電源とマイクロコントローラの間に直列に接続される。

【0019】

好ましくは、トリガスイッチは、ユーザによって手動で作動可能なスイッチである。

【0020】

上述の電気ツールでは、トリガスイッチ及びモータは、それぞれ２つの異なる電流スイッチに配列され、トリガスイッチは、電源とインバータの間に接続されない。このようにして、トリガスイッチを通って流れる電流は、大きく低減され、電気ツールは、費用が抑制されるように高価な高電流トリガスイッチを含む必要がない。これに加えて、電源とモータ駆動制御回路の間の供給経路は、トリガスイッチがオフにされた時間からの遅延時間にわたって遅延した後で遮断され、制動作動は、遅延時間内にモータによって完了され、これは、モータを実質的に保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】従来技術における電気ツールのための駆動回路の概略図である。

【図2】本発明の開示における実施形態によるモータ駆動システムの概略図である。

【図3】図２に示されているマイクロコントローラ、電源、及び電圧調整器に接続されたスイッチ制御回路の具体的な回路図である。

【図4】本発明の開示における別の実施形態によるモータ駆動システムの概略図である。

【図5】図４に示されているマイクロコントローラ、電源、及び電圧調整器に接続されたスイッチ制御回路の具体的な回路図である。

【図6】上述のモータ駆動システムを有する電気ドリルの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の開示における技術的解決法及び他の有利な効果をより明確にするために、本発明の開示における実施形態について図面と共に以下に詳細に説明する。図面は、本発明の開示を限定することなく参照及び例示するためにのみ提供されることを理解することができる。図面の中で示されている大きさは、単に説明を明確にするためのものであり、スケーリング関係を限定するものではない。

【0023】

図２に示すように、本発明の開示によるモータ駆動システムは、モータ７０を駆動して作動させるように構成される。実施形態において、モータ７０は、固定子と固定子に対して回転可能な回転子とを含むブラシレス直流モータ（ＢＬＤＣ）である。固定子は、固定子コアと固定子コアに巻かれた固定子巻線とを含む。固定子コアは、純鉄、鋳鉄、鋳鋼、電気鋼、シリコン鋼のような軟磁性材料から製作することができる。回転子は、永久磁石及び冷却ファンを含む。

【0024】

電源１０は、モータ７０のための電力を提供する。実施形態において、電源１０は、リチウムイオンバッテリである。他の実施形態において、電源は、ニッケル水素バッテリ、リチウムポリマーバッテリ、燃料電池、及び太陽電池のような他のタイプのバッテリとすることができる。電源１０はまた、再充電可能バッテリとすることができる。電源は、モータ７０が設けられた電気ツール内に取外し可能に配列される。

【0025】

モータ駆動システムは、トリガスイッチ２０、スイッチ制御回路３０、電子スイッチ４０、モータ駆動制御回路、インバータ６０、及び位置センサ８０を含む。モータ駆動制御回路は、電圧調整器５０、マイクロコントローラ５５、及びドライバ５８を含み、かつインバータ６０の電力モードを制御する駆動信号を出力するように構成される。

【0026】

トリガスイッチ２０は、電源１０とスイッチ制御回路３０の間に接続される。トリガスイッチ２０は、モータ７０が作動する必要がある場合にオンにされ、トリガスイッチ２０は、モータ７０が作動停止する必要がある場合にオフにされる。

【0027】

電子スイッチ４０は、電源１０と電圧調整器５０の間に接続され、かつ電源１０と電圧調整器５０の間の供給経路をオン又はオンにするように制御するように構成される。電圧調整器５０は、マイクロコントローラ５５及びドライバ５８に接続され、かつ電源１０によって供給される電圧を５ボルトの電圧及び１２ボルトの電圧に低減するように構成される。５ボルトの電圧は、マイクロコントローラ５５に供給され、１２ボルトの電圧は、ドライバ５８に供給される。他の実施形態において、電圧調整器５０は、異なるモータ内の電子要素の要件に基づいて、電源１０の電圧を調整して異なる大きさの他の電圧にすることができる。電源１０によって供給される電圧がマイクロコントローラ５５及びドライバ５８を直接に駆動することができる場合に、電圧調整器５０は提供されない場合がある。

【0028】

ドライバ５８は、マイクロコントローラ５５によって出力される駆動信号に対して電圧ブースト又は電流増幅を実行するように構成され、次に、処理された信号をインバータ６０に送信する。ドライバ５８は、ゲートドライバとすることができる。マイクロコントローラ５５によって出力される駆動信号が、インバータ６０の半導体スイッチ要素を駆動する程に大きい場合に、ドライバ５８は提供されない場合があることを理解しなければならない。

【0029】

ドライバ５８は、マイクロコントローラ５５とインバータ６０の間に接続される。インバータ６０は、電源１０にわたって直接に接続され、かつモータ７０に接続される。インバータ６０は、複数、例えば、６個の半導体スイッチ要素を含む３相インバータとすることができる。位置センサ８０は、好ましくは、固定子上に配列されるか又は回転子の近くの位置に配列され、かつ回転子の磁極の位置を検出するように構成されたホール効果センサである場合がある。代替例として、回転子の磁極の位置は、センサレス方式で検出される場合があることを理解しなければならない。マイクロコントローラ５５は、モータと通信する及び／又はモータの速度を制御するモータ７０の電力モードを制御するために、位置センサ８０によって検出された回転子の磁極の位置に基づいてインバータ６０内の半導体スイッチ要素をオン又はオフにするように制御するＰＷＭ駆動信号を出力する。

【0030】

インバータ６０は、常に電源１０にわたって接続されるので、モータ７０は、モータ駆動制御回路と電源１０の間の供給経路を単にオン又はオフにするように制御することによってオン又はオフにすることができることを以上の説明から見ることができる。駆動制御回路の電圧調整器５０が給電されて作動する時に、モータ駆動システムは、モータ７０を駆動して作動させ、モータ７０は、モータを収容する電気ツールの加工ヘッドを駆動して作動させる。スイッチ制御回路３０は、トリガスイッチ２０を通して電源１０に接続され、かつトリガスイッチ２０のオン又はオフアクションに基づいて電子スイッチ４０をオン又はオフにするように制御し、それによってモータ駆動システム全体の作動状態を制御する。

【0031】

図３に示すように、スイッチ制御回路３０は、トライオードＱ２、抵抗器Ｒ１からＲ４、及びダイオードＤ１を含む。ダイオードＤ１のアノードは、トリガスイッチ２０を通して電源１０に接続され、ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１を通して接地に接続され、かつ抵抗器Ｒ４を通してトライオードＱ２のベースにも接続される。トライオードＱ２のベースはまた、抵抗器Ｒ３を通してトライオードＱ２のエミッタに接続される。トライオードＱ２のコレクターは、直列に接続された抵抗器Ｒ１及び抵抗器Ｒ２を通して電源１０に接続され、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２の間のノードは、電子スイッチ４０の制御端子に接続される。実施形態において、電子スイッチ４０は、電子スイッチ４０の制御端子として機能して抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２の間のノードに接続されたゲートと、電子スイッチ４０の第１の端子として機能して電源１０に接続されたソースと、電子スイッチ４０の第２の端子として機能して電圧調整器５０に接続されたドレインとを有するｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１である。他の実施形態において、第１の電子スイッチ４０は、それぞれ、電子スイッチ４０の制御端子、第１の端子、及び第２の端子として機能するベース、エミッタ、及びコレクターを有するＰＮＰトライオードＱ２である場合がある。実施形態において、トライオードＱ２は、電子スイッチ要素としても機能する。他の実施形態において、トライオードＱ２は、ＭＯＳＦＥＴ要素で置換することができる。

【0032】

マイクロコントローラ５５の外部スイッチピン５５０は、トリガスイッチ２０に接続される。マイクロコントローラ５５が給電されて作動する時に、トリガスイッチ２０の作動は、リアルタイム方式で読み取られる。一例では、トリガスイッチ２０がオンにされた場合に、外部スイッチピン５５０は、高レベル信号を受け入れ、トリガスイッチ２０がオフにされた場合に、外部スイッチピン５５０は、低レベル信号を受け入れる。マイクロコントローラ５５は、トリガスイッチ２０がオフにされたことを知った後で、制動作動を実行するようにモータ７０を制御する。

【0033】

モータ駆動システムの作動原理について以下に説明する。

【0034】

トリガスイッチ２０が押される前、すなわち、トリガスイッチ２０がオフ状態にある時に、トライオードＱ２は、オフ状態にあり、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２の間のノードでの電圧は、電源１０の電圧に等しく、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、オフ状態にあり、電源が電圧調整器５０に供給されず、モータ７０は作動しない。

【0035】

トリガスイッチ２０が押された時に、電源１０によって供給される電流は、スイッチ制御回路３０内のコンデンサＣ１を充電することになる。コンデンサＣ１にわたる電圧がトライオードＱ２のためのオン電圧に達した時に、トライオードＱ２は、オンにされ、電源１０によって供給される電流は、抵抗器Ｒ１及び抵抗器Ｒ２を通って流れ、抵抗器Ｒ２と抵抗器Ｒ１の間のノードにおける電圧降下を発生させる。従って、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１が、オンにされ、電源１０は、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１を通して電圧調整器５０のために給電する。上述のように、モータ駆動システムは、作動状態にあり、モータ７０は、マイクロコントローラ５５の駆動下で電気ツールの加工ヘッドを駆動して作動させる。この場合に、マイクロコントローラ５５の外部スイッチピン５５０は、リアルタイム方式でトリガスイッチ２０の作動を読み取る。

【0036】

トリガスイッチ２０がオフにされた時に、コンデンサＣ１は放電することになり、コンデンサＣ１にわたる電圧は、トリガスイッチ２０がオフにされた時から遅延時間の後で０．７ボルトのような事前に設定された値を下回って降下することになるので、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、即座にオフにされるのではなく、コンデンサＣ１にわたる電圧が事前に設定された値よりも大きい期間中はオン状態を維持する。マイクロコントローラ５５は、トリガスイッチ２０のオフ作動を知った時に、制動作動を実行するようにモータ７０を制御する駆動信号をドライバ５８を通してインバータ６０に送る。制動中、モータ自体は、モータの回転方向と反対の方向を有する電磁トルクを生成し、モータは、加工ヘッドからの力学的エネルギを吸収し、この力学的エネルギを電気的エネルギに変換し、電気的エネルギをモータ内部で消費して可能な限り早急にモータの回転を停止する。一例では、モータ７０が制動するのに０．３秒のみを要する。コンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ４は、遅延回路を構成する。遅延回路の遅延時間は、抵抗器Ｒ４の抵抗値及びコンデンサＣ１のキャパシタンス値に関連している。すなわち、コンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ４の値を調節することにより、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、トリガスイッチ２０がオフにされた時間から０．３秒の遅延時間にわたって遅延した後でオフにすることができ、マイクロコントローラ５５は、この遅延時間内にモータの制動作動を完了することを保証される。他の実施形態において、遅延回路の遅延時間は、モータが適用される製品の異なる要件に基づいて相応に調節することができる。コンデンサＣ１にわたる電圧がトライオードＱ２のオン電圧よりも低い時に、トライオードＱ２は、オフにされ、次に、電圧調整器５０と電源１０の間の接続経路がオフにされ、従って、モータ７０が作動停止するように、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１をオフにするように制御する。

【0037】

実施形態において、ダイオードＤ１は、マイクロコントローラ５５を保護するために、コンデンサＣ１が放電している時にトリガスイッチ２０を通ってマイクロコントローラ５５に流れる放電電流を回避することができる一方向要素である。

【0038】

この実施形態が電気ドリルに適用される場合に、トリガスイッチ２０がオフにされた時に、モータは、遅延時間中に制動作動を完了し、これは、モータを実質的に保護する。これに加えて、トリガスイッチ２０は、電源１０とインバータ６０の間に接続されないので、モータがオン又はオフにされた時にトリガスイッチ２０を通って流れる電流は、数十ミリアンペアまで大きく低減され、その一方、モータの作動電流は、数十アンペアに達する。すなわち、トリガスイッチ２０を通って流れる電流は、モータの作動電流の１／１００よりも小さい。従って、高価な高電流トリガスイッチを使用する必要がなく、その代りに、１００ミリアンペアよりも低い定格電流を有して費用が低いトリガスイッチを選択することができる。

【0039】

図４及び図５は、本発明の開示における別の実施形態によるモータ駆動システムの回路図である。トリガスイッチ２０、電子スイッチ４０、電圧調整器５０、ドライバ５８、インバータ６０、及び位置センサ８０の機能及び接続関係は、上述の実施形態におけるものと同様である。上述の実施形態との相違点は、スイッチ制御回路３０が、ダイオードＤ２及び抵抗器Ｒ５を更に含む点にある。ダイオードＤ２のアノードは、マイクロコントローラ５５のトリガ信号ピン５５２に接続される。ダイオードＤ２のアノードは、抵抗器Ｒ５を通して電圧Ｖ３Ｐ３Ｄにも接続される。ダイオードＤ２のカソードは、ダイオードＤ１のカソードに接続される。

【0040】

実施形態において、トリガスイッチ２０がオフにされた後でモータの制動作動が完了した時に電源１０と電圧調整器５０の間の供給経路を遮断する機能は、マイクロコントローラ５５のプログラムによって達成される。マイクロコントローラ５５は、モータ制動プログラムを格納する。マイクロコントローラ５５が通常に作動している時に、マイクロコントローラ５５のトリガ信号ピン５５２は、高レベル信号をスイッチ制御回路３０に出力する。マイクロコントローラ５５の外部スイッチピン５５０が、トリガスイッチ２０がオフにされたことを示す信号を受け入れた後で、マイクロコントローラ５５は、トリガ信号ピンでの高レベル信号を維持することによってモータ制動プログラムを実行し、モータの制動作動が完了した後で高レベル信号を低レベル信号に変化させる。

【0041】

この実施形態によるモータ駆動システムの作動工程について以下に説明する。

【0042】

トリガスイッチ２０が押される前、すなわち、トリガスイッチ２０がオフ状態にある時に、トライオードＱ２は、オフ状態にあり、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２の間のノードでの電圧は、電源１０の電圧に等しく、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、オフにされ、電源が電圧調整器５０に供給されず、モータ７０は作動しない。

【0043】

トリガスイッチ２０が押された時に、電源１０によって供給される電流は、抵抗器Ｒ４及び抵抗器Ｒ３を通って流れ、トライオードＱ２は、抵抗器Ｒ３及び抵抗器Ｒ４によって生成された分割電圧がトライオードＱ２のためのオン電圧に達した時にオンにされ、電源１０によって供給される電流は、抵抗器Ｒ２及び抵抗器Ｒ１を通って流れ、抵抗器Ｒ２と抵抗器Ｒ１の間のノードにおいて電源１０に対する電圧降下を発生させる。従って、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、オンにされ、電源１０は、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１を通して電圧調整器５０のために給電する。上述のように、モータ駆動システムは、作動状態にあり、モータ７０は、マイクロコントローラ５５の駆動下で電気ツールの加工ヘッドを駆動して作動させる。この場合に、マイクロコントローラ５５は、マイクロコントローラのトリガ信号ピン５５２においてダイオードＤ２への高レベル信号を出力し、マイクロコントローラ５５はまた、マイクロコントローラ５５の外部スイッチピン５５０を通してリアルタイム方式でトリガスイッチ２０の作動をモニタする。

【0044】

トリガスイッチ２０がオフにされた時に、マイクロコントローラ５５の外部スイッチピン５５０は、トリガスイッチ２０のオフアクションを知り、マイクロコントローラ５５のトリガ信号ピン５５２は、高レベル信号を出力し続け、制動プログラムを実行して、制動作動を実行するようにモータ７０を制御する駆動信号をドライバ５８を通してインバータ６０に送る。モータの制動作動中に、トライオードＱ２及びＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、オン状態のままであり、すなわち、電源は、電圧調整器５０に給電し続ける。モータの制動作動が完了した時に、マイクロコントローラ５５のトリガ信号ピン５５２は、低レベル信号を出力する。ダイオードＤ１のアノード及びダイオードＤ２のアノードの両方が低レベル信号を受け入れるので、ダイオードＤ１及びＤ２の両方がオフにされ、トライオードＱ２がオフにされ、次に、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１がオフにされて電源１０と電圧調整器５０の間の供給経路がオフにされ、モータ７０が作動停止する。

【0045】

実施形態において、１００ナノファラッドのような小さいキャパシタンス値を有するコンデンサをコンデンサＣ１として選択することができる。実施形態において、コンデンサＣ１のフィルタリング機能が主として適用される。トリガスイッチ２０がオフにされた時に、トライオードＱ２のベースでの電圧は変動する場合がある。コンデンサＣ１は、トリガスイッチ２０の作動に起因して発生した電圧ノイズをフィルタで除去し、トライオードＱ２の誤作動を回避する。抵抗器Ｒ５は、マイクロコントローラ５５のトリガ信号ピン５５２の出力レベルを安定化するプルアップ抵抗器である。

【0046】

上述の実施形態において、トリガスイッチがオフにされてからＭＯＳＦＥＴ Ｑ１がオフにされるまでの遅延時間は、マイクロコントローラ５５によって制御される。マイクロコントローラ５５はまた、モータの状態を示すのに使用されるＬＥＤを点滅後にオフにするように制御することのような遅延時間中の他の作動を実行することができる。

【0047】

図６は、上述のモータ駆動システムを使用した電気ドリルのような電気ツールの概略図である。電気ドリル１００は、ハウジング１１０と、ハウジングから外側に延びる加工ヘッド１２０と、ハウジング１１０内に配列される上述のモータ７０及びモータ駆動システムとを含む。トリガスイッチ２０は、ハウジング１１０の下側部分にあるハンドル上に配列され、かつ電気ツールをオン又はオフにするように制御するのにユーザによって手動で作動可能である。上述のモータ駆動システムは、電気ねじ回し、ハンドミル、及びチェーンソーのような他の電気ツールにも適用可能である。

【0048】

上述の電気ツールでは、トリガスイッチ２０は、電源１０とインバータ６０の間に接続されていないので、トリガスイッチ２０を通って流れる電流は、大きく低減され、２０ミリアンペアよりも低い場合がある。従って、２０ミリアンペアの定格電流を有するスイッチをトリガスイッチ２０として選択することができ、低い費用がもたらされる。これに加えて、電源と電圧調整器の間の供給経路は、トリガスイッチがオフにされた時間からある期間にわたって遅延した後で遮断することができ、制動作動は、遅延時間中にモータによって完了され、これは、モータを実質的に保護することができる。

【0049】

説明した実施形態は、単に本発明の開示における好ましい実施形態であり、本発明の開示を限定するように意図していない。本発明の開示における精神及び原理の範囲内で行われる様々な変更、同等な置換及び修正は、本発明の開示の保護範囲に含まれるべきである。例えば、本発明の開示によるモータ駆動システムは、ブラシレス直流モータを駆動することに適用可能であるだけでなく、他のタイプのモータを駆動することにも適用可能である。トリガスイッチが電源に直列に接続され、かつ電子スイッチが電源とマイクロコントローラの間に接続された状態で、それぞれ２つの異なる電流分岐にトリガスイッチ及びモータを配列することにより、かつトリガスイッチのオン状態及びオフ状態を含む状態に基づいて電子スイッチの状態を制御するようにスイッチ制御回路を構成することにより、トリガスイッチを通って流れる電流は、モータ駆動システムが給電されて作動する間のモータの作動電流よりも低く、電子スイッチは、トリガスイッチがオフにされた後でオフにされるのを遅延され、トリガスイッチがオフにされた時間よりも後で給電をオフにするようにモータを制御することを当業者は理解することができる。このようにして、モータが設けられた電気ツールの作動状態は、廉価で小電流のトリガスイッチを使用して制御することができるだけでなく、モータは、安全に制動されることを保証される。

【符号の説明】

【0050】

１０ 電源
２０ トリガスイッチ
３０ スイッチ制御回路
５５ マイクロコントローラ
７０ モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】