专利名称：电动工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用了交流电机的螺栓紧固机等电动工具，更详细而言涉及将晶体管用作开关元件来进行交流电机的相位控制或者反相位控制(逆位相制御)的电动工具。
背景技术：
在使用交流电机的螺栓紧固机等电动工具中，通过对交流电机进行相位控制或者反相位控制可控制螺栓的紧固扭矩等。在进行相位控制或者反相位控制的电气设备中，起因于开关时的急剧电流变化而发生电磁噪声。在使用以商用交流电源为电源的交流电机的电动工具中，因在交流电机上流过大电流，故起因于开关时的电流变化所发生的电磁噪声变大，所以就特别担心对于周边的电气设备及人体的不良影响。 例如，在日本专利特开2009-12149号公报及日本专利特开平08-154392号公报中公开了使用三端双相可控硅开关(TRIAC)或SSR作为开关元件，进行以商用交流电源为电源的交流电机的相位控制的电动工具。通过在这种电动工具中设置缓冲电路(7 t 〃回路)能够降低起因于电流变化的电磁噪声，但却产生要确保用于设置缓冲电路的空间及成本高等问题。另外，通过减小交流电机上流过的电流能够降低起因于电流变化的电磁噪声，但因为使交流电机的功率下降所以从电动工具的性能方面来看并不理想。近年来，在功率电子学领域，MOSFET及IGBT等可控制大电流的晶体管不断普及。因有利于开关时的电流变化的降低，所以人们考虑通过取代三端双相可控硅(TRIAC)及SSR而使用晶体管，以抑制进行相位控制或者反相位控制的电动工具发生的电磁噪声。例如，在日本专利特开平11-161346号公报中公开了使用反向串联(逆直列)连接的两个MOSFET来进行相位控制或者反相位控制的相位控制装置。人们考虑在使用交流电机的电动工具中采用这种相位控制装置的构成，来进行相位控制或者反相位控制。现有技术文献 专利文献
专利文献I:日本专利特开2009-12149号公报；
专利文献2:日本专利特开平08-154392号公报；
专利文献3:日本专利特开平11-161346号公报。
发明内容
在具有从商用交流电源供给电力的交流电机的电动工具中，进行利用晶体管的相位控制或者反相位控制时，使用可控制大电流的晶体管。因此，需要从交流电压生成比较大的恒定电压，并输入至晶体管的控制端子、也就是栅极或者基极。在日本专利特开平11-161346号公报的图2所示的相位控制装置中，使用利用变压器的栅极电源部，从交流电压获得栅极驱动电压。但是，这种栅极电源部在空间、成本高、重量增加等方面并不理想。另外，在日本专利特开平11-161346号公报的图8所示的相位控制装置中，交流电源与负载的串联电路连接在二极管电桥的输入端子间。即便用二极管电桥对这些端子间所施加的交流电压进行全波整流，也无法稳定获得高的直流电压。故这种构成对于使用了可控制大电流的晶体管的相位控制或者反相位控制而言并不理想。本发明解决上述问题，其目的是在进行交流电机的相位控制或者反相位控制的电动工具中，以低价、节省空间、重量轻且简单的构成实现使用了晶体管的相位控制或者反相位控制，并且降低起因于开关的电磁噪声。本发明的电动工具，具备从交流电源供给电力的交流电机和从交流电压生成恒定电压的恒压生成部件，使用与所述交流电机串联连接的开关部件对供给所述交流电机的电力进行相位控制或者反相位控制，其特征在于所述开关部件包含源极彼此或者发射极彼此连接而反向串联配置的两个晶体管，所述恒压生成部件包含第I电阻和二极管的串联电路以及电容器和齐纳二极管的并联电路，所述第I电阻的一端连接到所述交流电源与所述交流电机的连接点，所述二极管的阴极与所述电容器的一端和所述齐纳二极管的阴极相连接，所述电容器的另一端和齐纳二极管的阳极与所述两个晶体管的源极或者发射极相连接，所述两个晶体管的一个晶体管的控制端子与第2电阻的一端相连接，所述两个晶体管 的另一个晶体管的控制端子与第3电阻的一端相连接，通过在所述串联电路和所述并联电路的连接点的电压与所述两个晶体管的源极或者发射极的电压之间切换所述第2电阻的另一端的电压和所述第3电阻的另一端的电压，使所述两个晶体管导通或者截止。进而，本发明的电动工具，还具备在所述串联电路和所述并联电路的连接点的电压与所述至少一个晶体管的源极或者发射极的电压之间切换所述第2电阻的另一端的电压和所述第3电阻的另一端的电压的控制部件，所述控制部件包含光电耦合器(photocoupler)，所述光电耦合器的光电晶体管的集电极与所述串联电路和所述并联电路的连接点相连接，所述光电晶体管的发射极与所述第2电阻的另一端以及所述第3电阻的另一端相连接，并且经由电阻与所述两个晶体管的源极或者发射极相连接。本发明的电动工具，具备从交流电源供给电力的交流电机和从交流电压生成恒定电压的恒压生成部件，使用与所述交流电机串联连接的开关部件对供给所述交流电机的电力进行相位控制或者反相位控制，其特征在于所述开关部件包含一个输入端子连接到所述交流电机、并且另一个输入端与所述交流电源相连接的二极管电桥；以及配置在所述二极管电桥的输出端子间、使所述输出端子间的电流导通或者截止的晶体管，所述恒压生成部件包含第I电阻和二极管的串联电路以及电容器和齐纳二极管的并联电路，所述第I电阻的一端连接到所述交流电源与所述交流电机的连接点，所述二极管的阴极与所述电容器的一端和所述齐纳二极管的阴极相连接，所述电容器的另一端和齐纳二极管的阳极与所述晶体管的源极或者发射极相连接，所述晶体管的控制端子与第2电阻的一端相连接，通过在所述串联电路和所述并联电路的连接点的电压与所述晶体管的源极或者发射极的电压之间切换所述第2电阻的另一端的电压，使所述晶体管导通或者截止。进而，本发明的电动工具，还具备在所述串联电路和所述并联电路的连接点的电压与所述晶体管的源极或者发射极的电压之间切换所述第2电阻的另一端的电压的控制部件，所述控制部件包含光电耦合器，所述光电耦合器的光电晶体管的集电极与所述串联电路和所述并联电路的连接点相连接，所述光电晶体管的发射极与所述第2电阻的另一端相连接，并且经由电阻与所述晶体管的源极或者发射极相连接。在本发明中，使用如下的恒压生成部件包含电阻和二极管的串联电路以及电容器和齐纳二极管的并联电路，该电阻的一端连接到交流电源与交流电机的连接点。由此，就不用使用变压器等电气零部件而通过低价、节省空间、重量轻且简单的电路构成从交流电压生成恒定电压，并施加于晶体管的控制端子。所生成的恒定电压经由与晶体管的控制端子连接的电阻而施加于晶体管的控制端子，所以开关时的电流变化得以缓和，起因于电流变化的电磁噪声的发生得以抑制。另外，在例如使用商用交流电源作为交流电源的情况下，通过本发明所涉及的恒压生成部件可 生成对可控制大电流的晶体管的控制而言充分大的恒压，所以可进行将大电流的晶体管用作开关元件的交流电机的相位控制或者反相位控制。
图I是示出本发明的电动工具的第I实施例的电气结构的电路图； 图2是示出本发明的电动工具的第2实施例的电气结构的电路图。(标号说明)
(I)交流电源；⑶交流电机；(5)开关部件；(7)控制部件；(9)恒压生成部件；(51)MOSFET ； (52)MOSFET ； (53)栅极电阻；(54)栅极电阻；(55)MOSFET ； (56) 二极管电桥；(57)栅极电阻;(84)光电耦合器；(91)电阻；(93) 二极管；(95)电容器；(97)齐纳二极管。
具体实施例方式下面，使用附图就本发明进行说明。图I是就作为本发明第I实施例的电动工具示出其电气结构之概要的电路图。电动工具具备以交流电源⑴为电源的交流电机⑶；使对该交流电机(3)的交流电压的施加接通或者关断的开关部件(5);控制开关部件(5)的动作以便就既定的相位角或者触发角(点弧角)对交流电机(3)施加电压的控制部件(7)；从交流电压生成用于控制开关部件(5)的恒定电压并供给控制部件(7)的恒压生成部件(9)。例如，交流电源(I)是单相交流的商用交流电源，还可以使用50Hz或者60Hz的100V单相交流电源及50Hz的220V单相交流电源等。本发明的电动工具例如是螺栓紧固机，使用交流电机(3)来旋转驱动螺栓(螺钉)的头部或者与螺栓螺纹结合的螺母和自由拆装地嵌合的套筒(socket)。此外，在本说明书中，省略关于与本发明没有关系的电动工具的细节的说明。开关部件(5)包含通过将源极彼此耦合而反向串联地耦合的两个N沟道MOSFET(51) (52)。在M0SFET(51)的漏极-源极间设置有容许电流逆流的二极管(61)。同样地在MOSFET(52)的漏极-源极间也设置有容许电流逆流的二极管(62)。对这些MOSFET(51) (52)的控制端子也就是栅极，从控制部件(7)供给相同的栅极控制信号。若栅极控制信号成为高电平、也就是说如果将栅极驱动电压提供给M0SFET(51) (52)，则这些MOSFET (51) (52)都成为导通状态。两个MOSFET (51) (52)与交流电机(3)串联连接，若MOSFET(51) (52)都成为导通状态，则在图I中从交流电机(3)的上侧流到下侧的电流就流经MOSFET (51)的漏极-源极间和二极管(62)。在图I中从交流电机(3)的下侧流到上侧的电流就流经MOSFET(52)的漏极-源极间和二极管(61)。故若MOSFET(51) (52)成为导通状态，则在交流电机(3)上流过交流电流，从而对交流电机(3)供给电力。若栅极控制信号成为低电平，则这些MOSFET (51) (52)都成为截止状态，从而开关部件(5)(或者由交流电机
(3)和开关部件(5)组成的电路)成为非导通状态，所以不对交流电机(3)供给电力。此夕卜，在能够取代二极管(61) (62)而利用MOSFET (51) (52)的寄生二极管的情况下，不需要设置这些二极管(61) (62)。控制部件(7)包含过零检测电路(71)、定时电路(73)、CPU(75)、时钟(77)和触发器电路(79)。在过零检测电路(71)的输出端子间连接有第I光电耦合器(81)的发光二极管和电阻(82)的串联电路。第I光电耦合器(81)的光电晶体管的集电极连接到省略图示的电源，该光电晶体管的发射极连接到定时电路(73)的输入端子和触发器电路(79)的复位端子，并且经由电阻(83)而接地。在过零检测电路(71)的输入端子间施加有交流电源
(I)的交流电压，过零检测电路(71)检测交流电源(I)的交流电压成为零的状态也就是过零点，并生成以交流电压的半周期的脉冲间隔具有与交流电压的过零点相应的短时间脉冲 的信号。所生成的脉冲信号经由第I光电耦合器(81)被输入到定时电路(73)和触发器电路(79)。定时电路(73)每当接收从过零检测电路(71)输出的脉冲，就开始计时。然后，当计至既定的设定时间就对触发器电路(79)的置位端子输出脉冲。换言之，定时电路(73)使过零检测电路(71)输出的脉冲信号相应地延迟该设定时间再输出到触发器电路(79)。时钟(77)生成定时电路(73)用于计时的时钟信号。CPU(75)设定上述的设定时间也就是脉冲信号的延迟时间并提供给定时电路(73)。本发明的电动工具例如是螺栓紧固机，电动工具的使用者通过省略图示的操作部件能够任意地设定螺栓的紧固扭矩。CPU(75)按照使用者所设定的紧固扭矩的设定值来决定设定时间，并提供给定时电路(73)。过零检测电路(71)输出的脉冲信号被输入到触发器电路(79)的复位端子，并且使其相应地延迟设定时间再输入到触发器电路(79)的置位端子。图I的触发器电路(79)通过脉冲输入至复位端子而成为复位状态，在从该脉冲输入起经过设定时间后脉冲被输入到置位端子而成为置位状态。据此，触发器电路(79)生成脉冲间隔为交流的半周期、脉冲宽度为从交流的半周期减去设定时间后的时间的脉冲信号。脉冲信号的各脉冲的脉冲宽度对应于相位控制的相位角。触发器电路(79)的输出端子经由第2光电耦合器(84)的发光二极管和电阻(85)而接地。第2光电耦合器(84)的光电晶体管的集电极与供给恒压生成部件(9)所生成的恒定电压的电源线相连接，第2光电耦合器(84)的光电晶体管的发射极经由栅极电阻(53)(54)与MOSFET (51) (52)的各栅极相连接。另外，该光电晶体管的发射极经由电阻(86)与MOSFET (51) (52)的源极相连接。在从触发器电路(79)输出的脉冲信号为高电平的情况下，第2光电耦合器(84)的光电晶体管通过第2光电耦合器(84)的发光二极管的光而成为导通状态。据此，恒压生成部件(9)所生成的恒定电压施加于MOSFET(51) (52)的栅极，MOSFET(51) (52)成为导通状态。在从触发器电路(79)输出的脉冲信号为低电平的情况下，MOSFET(51) (52)成为截止状态。M0SFET(51) (52)与交流电压的过零点相应地成为截止状态，另外，当从成为截止状态起经过与相位角对应的时间，MOSFET(51) (52)就成为导通状态，通过反复这一过程来达成交流电机(3)的相位控制。本发明的电动工具例如是螺栓紧固机，通过用与使用者所设定的紧固扭矩的设定值相应的相位角对交流电机(3)施加交流电压，能调整交流电机(3)的电力以使紧固扭矩成为设定值。当从触发器电路(79)输出的脉冲信号成为高电平，施加于MOSFET(51) (52)的栅极电阻(53) (54)的电压就成为恒压生成部件(9)所生成的恒定电压、也就是说成为栅极驱动电压，当成为低电平，则施加于MOSFET(51) (52)的栅极电阻(53) (54)的电压就成为MOSFET(51) (52)的源极电压、也就是说成为基准电压。若进行交流电机(3)的相位控制，则施加于MOSFET(51) (52)的栅极电阻(53) (54)的电压就这样在栅极驱动电压与基准电压之间反复变化，但栅极电阻(53)和M0SFET(51)的栅极-源极间的寄生电容即栅极电容作为RC延迟电路发挥功能，因而MOSFET(51)的栅极上的电压变化变得平缓。另外，栅极电阻
(54)和M0SFET(52)的栅极-源极间的寄生电容即栅极电容作为RC延迟电路发挥功能，因而M0SFET(52)的栅极上的电压变化变得平缓。由此，流经MOSFET(51) (52)的漏极-源极间的电流的变化得以缓和，伴随于交流电机⑶的相位控制所发生的电磁噪声得以抑制。 在本实施例中，为了调节延迟时间也就是RC时间常数，在MOSFET(51)的栅极与源极之间连接有电容器(63)，在MOSFET (52)的栅极与源极之间也连接有电容器￠4)。用栅极电阻(53) (54)和M0SFET(51) (52)的栅极电容适当地赋予延迟时间，在MOSFET(51) (52)的电流变化能够充分缓和的情况下，就不需要设置这些电容器￠3) (64)。恒压生成部件(9)包含电阻(91)和二极管(93)的串联电路以及电容器(95)和齐纳二极管(97)的并联电路，串联电路和并联电路的连接点的电压为恒压生成部件(9)生成的恒定电压。电阻(91)的一端连接到交流电源⑴与交流电机(3)的连接点。二极管(93)的阴极与电容器(95)的一端和齐纳二极管(97)的阴极相连接，电容器(95)的另一端和齐纳二极管(97)的阳极与MOSFET (51) (52)的源极相连接。恒压生成部件(9)的二极管(93)对交流电源(I)的交流电压进行半波整流，电容器(95)使经整流的直流电压平滑化。另外，齐纳二极管(97)赋予经平滑化的直流电压的上限，因而电阻(91)和二极管(93)的串联电路以及电容器(95)和齐纳二极管(97)的并联电路的连接点，就相对于M0SFET(51) (52)的源极电位即基准电位以大致恒定的电压得以维持。该恒定电压也就是栅极驱动电压相对于基准电压能够提高到驱动大电流的MOSFET所需要的程度(例如+ 12V)。通过如上述那样构成恒压生成部件(9)，在本实施例的电动工具中，能够不使用变压器等电气零部件而以低价、节省空间、重量轻且简单的构成，从交流电压生成施加于MOSFET(51) (52)的栅极的栅极驱动电压。图2是就作为本发明第2实施例的电动工具示出其电气结构之概要的电路图。在第2实施例中，开关部件(5)使用I个N沟道M0SFET(55)和二极管电桥(56)而构成，并在二极管电桥(56)的输入端子间串联连接有交流电源(I)以及交流电机(3)。二极管电桥
(56)的正侧的输出端子连接到MOSFET(55)的漏极，二极管电桥(56)的负侧的输出端子连接到M0SFET(55)的源极。在M0SFET(55)为导通状态的情况下，在图2中从交流电机(3)的上侧流到下侧的电流就流经右上的二极管(56a)、M0SFET(55)以及左下的二极管(56b)，从交流电机(3)的下侧流到上侧的电流就流经左上的二极管(56c)、MOSFET(55)以及右下的二极管(56d)。故若MOSFET (55)成为导通状态，则在交流电机(3)流过交流电流，从而对该交流电机(3)供给电力。若M0SFET(55)成为截止状态，则开关部件(5)(或者由交流电机(3)和开关部件(5)组成的电路)成为非导通状态，所以不对交流电机(3)供给电力。
在第2实施例的电动工具也设置有与第I实施例同样的控制部件(7)和恒压生成部件(9)。第2光电耦合器(84)的光电晶体管的发射极经由栅极电阻(57)与M0SFET(55)的栅极相连接。在M0SFET(55)的栅极与源极间配置有电容器(65)。另外，第2光电耦合器
(84)的光电晶体管的发射极经由电阻(86)与M0SFET(55)的源极相连接。恒压生成部件
(9)的电容器(95)的一端和齐纳二极管(97)的阳极与MOSFET (55)的源极相连接。在第2实施例的电动工具中也与第I实施例的电动工具同样地进行交流电机(3)的相位控制，这一点根据上述说明就能够理解。虽然在第I实施例与第2实施例中，交流电机(3)的电力通过相位控制来控制，但在通过反相位控制来控制交流电机⑶的电力的情况下，例如在触发器电路(79)的输出端子与第2光电耦合器(84)的发光二极管的阳极之间配置倒相器(inverter)即可。虽然在第I实施例和第2实施例中，将N沟道MOSFET用于开关部件(5)的 MOSFET (51) (52) (55)，但也可以将P沟通MOSFET用于开关部件(5)。另外，还可以取代MOSFET (51) (52) (55)使用IGBT及双极型晶体管等晶体管。例如在第I实施例的MOSFET (51) (52)被置换成IGBT的情况下，通过使发射极彼此连接从而反向串联地连接两个IGBT。这些IGBT的集电极连接到交流电源⑴和交流电机(3)。另外，在第I实施例的MOSFET(51) (52)被置换成双极型晶体管的情况下，通过使发射极彼此连接从而反向串联地连接两个双极型晶体管。这些双极型晶体管的集电极连接到交流电源(I)和交流电机(3)，这些双极型晶体管的基极经由电阻(53) (54)与第2光电耦合器(84)的光电晶体管的发射极相连接。上述实施例的说明只是用于说明本发明，不应被解释成限定在权利要求的范围记 载的发明或者缩减范围。另外，不言而喻本发明的各部构成并不限于上述实施例，在权利要求的范围记载的发明的技术性范围内可以进行各种变形。
权利要求
1.一种电动工具，具备从交流电源供给电力的交流电机和从交流电压生成恒定电压的恒压生成部件，使用与所述交流电机串联连接的开关部件来对供给所述交流电机的电力进行相位控制或者反相位控制，其特征在于 所述开关部件包含源极彼此或者发射极彼此连接而反向串联配置的两个晶体管， 所述恒压生成部件包含第I电阻和二极管的串联电路以及电容器和齐纳二极管的并联电路，所述第I电阻的一端连接到所述交流电源与所述交流电机的连接点，所述二极管的阴极与所述电容器的一端和所述齐纳二极管的阴极相连接，所述电容器的另一端和齐纳二极管的阳极与所述两个晶体管的源极或者发射极相连接， 所述两个晶体管的一个晶体管的控制端子与第2电阻的一端相连接，所述两个晶体管的另一个晶体管的控制端子与第3电阻的一端相连接， 通过在所述串联电路和所述并联电路的连接点的电压与所述两个晶体管的源极或者发射极的电压之间切换所述第2电阻的另一端的电压以及所述第3电阻的另一端的电压，使所述两个晶体管导通或者截止。
2.如权利要求I所述的电动工具，其特征在于 还具备在所述串联电路和所述并联电路的连接点的电压与所述至少一个晶体管的源极或者发射极的电压之间切换所述第2电阻的另一端的电压和所述第3电阻的另一端的电压的控制部件， 所述控制部件包含光电耦合器，所述光电耦合器的光电晶体管的集电极与所述串联电路和所述并联电路的连接点相连接，所述光电晶体管的发射极与所述第2电阻的另一端及所述第3电阻的另一端相连接，并且经由电阻与所述两个晶体管的源极或者发射极相连接。
3.一种电动工具，具备从交流电源供给电力的交流电机和从交流电压生成恒定电压的恒压生成部件，使用与所述交流电机串联连接的开关部件来对供给所述交流电机的电力进行相位控制或者反相位控制，其特征在于 所述开关部件包含一个输入端子连接到所述交流电机、并且另一个输入端与所述交流电源相连接的二极管电桥；以及配置在所述二极管电桥的输出端子间、使所述输出端子间的电流导通或者截止的晶体管， 所述恒压生成部件包含第I电阻和二极管的串联电路以及电容器和齐纳二极管的并联电路，所述第I电阻的一端连接到所述交流电源与所述交流电机的连接点，所述二极管的阴极与所述电容器的一端和所述齐纳二极管的阴极相连接，所述电容器的另一端和齐纳二极管的阳极与所述晶体管的源极或者发射极相连接， 所述晶体管的控制端子与第2电阻的一端相连接， 通过在所述串联电路和所述并联电路的连接点的电压与所述晶体管的源极或者发射极的电压之间切换所述第2电阻的另一端的电压，使所述晶体管导通或者截止。
4.如权利要求3所述的电动工具，其特征在于 还具备在所述串联电路和所述并联电路的连接点的电压与所述晶体管的源极或者发射极的电压之间切换所述第2电阻的另一端的电压的控制部件， 所述控制部件包含光电耦合器，所述光电耦合器的光电晶体管的集电极与所述串联电路和所述并联电路的连接点相连接，所述光电晶体管的发射极与所述第2电阻的另一端相连接，并且经由电阻与所述晶体管的源极或者发射极 相连接。
全文摘要
在电动工具中，为了以低价且简单的构成进行使用了晶体管的相位控制或者反相位控制并且抑制电磁噪声，电动工具的恒压生成部件包含电阻(91)和二极管(93)的串联电路以及电容器(95)和齐纳二极管(97)的并联电路，电阻(91)的一端连接到交流电源(1)与交流电机(3)的连接点，二极管(93)的阴极与电容器(95)的一端和齐纳二极管(97)的阴极相连接，电容器(95)的另一端和齐纳二极管(97)的阳极与晶体管(51，52)的源极相连接。在晶体管(51，52)的栅极连接电阻(53，54)的一端，通过在上述串联电路和上述并联电路的连接点的电压与晶体管(51，52)的源极的电压之间切换电阻(53，54)的另一端的电压，使晶体管(51，52)导通或者截止。
文档编号B25F5/00GK102741019SQ201180008829
公开日2012年10月17日 申请日期2011年2月9日 优先权日2010年2月10日
发明者小畠敬良 申请人:前田金属工业株式会社