[发明专利]直流电机控制电路

说明书

本申请是申请日为1995年6月9日，申请号为95107318.4，发明名称为直流电动机控制电路的分案申请。

本发明涉及直流电机控制电路，其适用于由直流电动机驱动的动力工具，例如电动改锥、电钻和电锯。

图1所示为动力工具的常规直流电机控制电路，其中E代表装在动力工具内的电源，M代表直流电动机，52代表电源开关。当动力工具的操作杆的压缩量(行程)达到一个预定值时(和操作杆的运动相应)，电源开关52闭合。当电源开关52的触头52a和52b处于图1所示的状态时，在直流电机M两侧的电机端子被短路，从而使电机M被制动。为了在一个方向使直流电机旋转，只使触头52a转换到与图1相反的状态。为了使直流电机朝另一个方向旋转，只使触头52b转换到与图1相反的状态。这就是说，当只有触头52a、52b中的一个转换到与图1所示的相反的状态时，就有电流流过电机，从而使其旋转。

标号53代表半导体开关元件，例如FET。当动力工具的操作杠杆被压到最大行程时，闭合触头54接通，从而短路半导体开关元件53的开关部分。电压设定电位器59的电阻底板上，有一滑动件和动力工具的操作杆连动。这样，设定电位器59输出相应于操作量的设定电压b。驱动信号输出电路51包括：三角形波振荡器57，用来根据电源电压E产生图2(a)所示的三角形波电压，电源电压E是通过电源开关52和二极管55、56被施加的；一比较器58，在其反相输入端接收三角形波电压而在同相输入端接收设定电压b；以及开关电路60，其根据比较器58的比较输出向半导体开关元件53的控制极提供驱动信号C(见图2(b))。

在上述常规的直流电机控制电路中，当压下动力工具的操作杆时，相应于压缩量(行程)的设定电压b输入给比较器58，驱动信号C的占空比(dutycycle)按设定电压b被控制，如图2(b)所示。这样便控制直流电机M的速度。

然而，一般说来，直流电机M的转速N和驱动信号C的占空比D的关系是非线性的，如图3的特性曲线所示。并且驱动信号C的占空比D和操作杆的行程S的关系是线性的，如图4的特性曲线所示。因此，直流电机M的转速N和操作杆的行程之间的关系是非线性的，即由图5所示的向上凸起的曲线所示。

一般说来，使用动力工具拧紧螺丝时，例如电动改锥，希望直流电机M的转速N在开始时是低的，此时需要定位。然而，常规的控制电路因为转速N和行程S具有非线性关系，即如图5的上凸起曲线所示，在低速范围内，对于直流电机M的转速N一个恒定的增量而言，行程S的间隔很小，这便难于实现精确的调整，因而带来使用的不便。

为解决上述问题，可以设想改变电压设定电位器59薄膜电阻器的形状，使得在操作杆行程和电阻之间呈现非线性关系。然而，这种方法未必能提供所需的特性。

图6所示为一种常规的电机控制电路，它与图1所示的电路相似。参见图6，电位器VR1和操作开关(未示出)连动地滑动。固定端子C和D之间的电压以任意的比值进行分配，所得到的分压从动端子A输出。根据所述分压，电压设定部件(电压设定电路)61产生具有门限电压VH(设定电压)的设定信号V0，电压设定部分具有电阻R51、R53和R54。一三角形波振荡器57和电容器C1相连产生具有预定周期的三角形波信号V4。一比较器58将设定电压信号V0和三角形波信号V4进行比较并输出比较信号V5，根据V5，开关电路60产生用来驱动开关晶体管TR1的信号以驱动电机M。

现在说明上述电机控制电路的操作。当操作开关被按下时，开关1的闭合断开触头66打开以释放电机M的制动。当操作开关再进一步压下时，开关1的触头67闭合，从而把电源(直流电压)加到电路的各个部分上。三角形波信号V4和设定信号V0进行比较，当三角形波信号(电压)V4大于门限电压VH即设定信号(电压)V0时，晶体管TR1导通，从而使电流流过电机。这就是说，借助于具有相应于门限电压VH的脉冲信号使晶体管TR1导通。占空比越大，流过电机M的平均电流越大(电机的转速越高)。另一方面，因为设定信号V0的门限电压VH和操作开关的压缩量(行程)相关连，电机M的转速就可按照操作开关的行程调节。当操作开关被进一步压下时，开关2的触头68闭合。结果使电源E1直接加到电机M上，电机M达最大转速。