JP2002292509A - 回転式電動工具装置及びその作動方法 - Google Patents
回転式電動工具装置及びその作動方法Info
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Abstract
ロセッサ制御の安全ルーチンを更に改良し、低容量の電
源回路で使用する場合でも、電動工具装置における始動
時のブロックに確実に対応可能とすることにある。 【解決手段】 電動工具装置の始動時における工具ブロ
ックを防止するための安全始動ルーチンにおいて、所定
の短時間(T0)に亙って電気モータを抵抗を介して電
源回路に接続し、所定時間(T0)におけるロータの始
動特性に依存するロータ回転角(ψ)をその時間
(T0)に亙って測定することにより、電気モータの限
界値(αG)及び/又は工具ブロッキングに対する安全
ルーチンに係る停止時点(tA)を確定する。
Description
マードリル装置又は複合ハンマ装置などの回転式電動工
具装置、並びにその作動方法に関するものである。
いては、装置内に蓄積された運動エネルギに起因する突
発的な工具ブロッキングによりハウジングがねじられ、
使用者が負傷する恐れがある。特に、起動時に工具がブ
ロックされる始動ブロッキングの場合、装置ハウジング
が静止状態から突発的にねじられることにより、負傷の
危険性が高まる。
れを生じる大きい角運動量を制限するため、スリップク
ラッチ又は安全クラッチにより工具に対するトルク伝達
を遮断するか、あるいはトルクを低下させる。しかしな
がら、トルク伝達の遮断は遅延することも稀ではない。
そのため、装置ハウジングに伝達された回転エネルギ及
び相当の残留トルクによるハウジングのねじれ現象を回
避することはできない。
は、電動工具装置をガイドするグリップを介して、ハウ
ジングに作用するトルクを測定することが記載されてい
る。トルクが所定の限界値を超えると、トルクに比例す
る信号のアナログ積分により、工具のブロッキングやク
ランプ等を回避するために安全手段を作動させる。この
場合にはグリップに反力が作用するため、使用者が電動
工具をガイドする必要がある点で不利である。
は、電動工具装置の大きなねじれを回避するための方法
及び装置が開示されている。ここでは、マイクロプロセ
ッサにより将来の一時点で予測されるハウジングのねじ
れ角をハウジングの実際の角加速度から予測すると共
に、ねじれ角が限界値を超えるのを回避するために安全
手段を作動させる。しかしながら、始動時のブロックに
ついては、特に電力容量の制約された電源回路で使用す
る場合、当初は緩慢に立ち上がる電気モータのロータ加
速度により、ハウジングの角加速度が僅かに生じるた
め、予測されたハウジングのねじれ角が限界値を超え
ず、安全手段は作動しない。
場合に生じる。即ち、全般的に弱電供給用である場合、
電源ケーブルの断面積が小さくて電流値が制限される場
合、長い延長ケーブルを使用する場合、分離トランスが
出力回路に存在する場合、あるいは低容量の発電機で装
置に給電する場合である。本発明で対象とする高出力の
電動工具装置の起動電流は、230V/110Vの電源
回路では約30A/60Aのオーダである。
した問題点を解消するため、回転式電動工具装置を対象
とするマイクロプロセッサ制御の安全ルーチンを更に改
良し、低容量の電源回路で使用する場合でも、電動工具
装置における始動時のブロックに確実に対応可能とする
ことにある。
よる回転式電動工具装置の作動方法は、マイクロプロセ
ッサにより実行される安全ルーチンの第1段階で、電気
モータを、所定の短時間に亙り固定抵抗又はマイクロプ
ロセッサにより実効抵抗値が設定される可変抵抗を介し
て電源回路と結合するか、あるいは電源回路と直結し、
第2段階で、ロータリーセンサにより前記所定時間に亙
るロータ回転角を測定し、更なる段階で、ロータ角加速
度又はその従属値を算出し、最終段階では、ロータ角速
度又はその従属値に基づき、所定のマップを介して安全
ルーチンの限界値及び/又は電気モータの停止時点を確
定することを特徴とするものである。
は、電気モータと、好適には予め算出されたハウジング
のねじれ限界値を超えるとマイクロプロセッサにより作
動する安全手段とを具え、この安全手段により工具に対
する電気モータからののトルク伝達を遮断する。
ーチンを実行する電動工具装置において、起動直後の所
定の短時間T0では、電気モータに完全な実効電圧を供
給する。その所定時間T0に亙ってロータ回転角ψを測
定し、マイクロプロセッサによりロータ角加速度を算出
する。その算出結果は、電源回路の内部抵抗に依存する
ものであるが、その結果と予め算出したハウジングのね
じれ角αとにより、安全手段を作動されるための限界値
αG及び/又は電気モータの停止時点tAを確定する。か
くして、所定時間T0内における電気モータのロータの
始動特性に依存し、マイクロプロセッサで読出可能とし
たマップを参照して、安全始動ルーチンのパラメータを
適応調整することができる。
低下させるための位相角制御をバイパスさせるのが有利
である。その場合、電気モータは始動段階では電源回路
に直結される。
所定時間T0に亙って電動工具装置の始動特性をモニタ
することにより検出可能であるが、ハウジングの僅かな
ねじれ角(例えば60°以下)しか生じない特性が有利
である。
ため、始動時のブロッキングに際し、電源回路の定格電
圧限界を超えても、好適には予めハウジングのねじれを
算出する安全ルーチンが確実に応答性を実現する上で有
利である。
差異に起因する仕向け国別の事前調整は不要となる。
を超えるパラメータ変化なしに、ねじれ角を予め算出す
る既存の安全ルーチンに付加するのが有利である。この
場合、本発明に係る安全始動ルーチンは、既存安全ルー
チンに併行して、そのプログラムよりも時間的に先行す
るか、又はマイクロプロセッサにより優先的に遂行され
る。
ンを具える本発明の回転式電動工具装置は、回転角又は
回転数を検出するためのロータリーセンサを接続したも
のである。マイクロプロセッサには、少なくともタイマ
で作用する可変抵抗を介して電気モータを電源回路に切
替えるための手段を接続し、可変抵抗の実効抵抗値はゼ
ロ又は無限大とすることが可能である。
抵抗は、回転数を調節するために実効電圧を低下させる
既存の位相角制御手段に接続すると共に、この位相角制
御手段の一部とするのが有利であり、更に、電気的にバ
イパス可能とするのが有利である。
数までの立ち上がり時間に対して著しく短い始動時間の
間に完全に終了する。
体的に説明する。
動工具装置における電気モータは、起動時点t=0にロ
ータ回転角ψ=0とするロータの静止状態において電源
回路に接続されている。それにより、ロータ回転角ψ
(t)は第1曲線部分1に対応して放物線状に時間tに
亙り、頂点と共に座標原点で上昇する。起動時点(t=
0)に引き続く所定の短時間T0(好適には100m
s)は、レベル制御の一部であり、予定回転速度ωSま
での立ち上がり時間より短い。この所定時間T0に亙
り、電気モータには電源回路の完全な実効電圧が供給さ
れ、ロータ回転角ψは時間t1=T0で値ψ1に達す
る。後の時間t>T0では、電気モータと電源回路との
間で切替えるのが有利な位相角制御により、緩慢な始動
特性に係る実効電圧の低下又は予定回転速度ωSの調節
が達成される。それにより、曲線部分2における慣性に
限定された平滑な遷移領域の後では、ロータ回転角ψ
(t)が時間tに亙る一定の上昇と共に上昇する。図示
した工具の始動ブロックの場合、曲線部分2に従い、ハ
ウジングのねじれ角αがロータ回転角ψに比例すると共
に、60°を超える。
るため、マイクロプロセッサは第1曲線部分1及び値ψ
1から、ψ(t)の時間的な二次導関数を求めると共
に、ψ 1の平方根を算定することにより、電気モータの
アンペア数に比例するロータ始動加速度を算出する。少
なくとも不連続の時点でマイクロプロセッサにより読出
可能とする、電源回路の内部抵抗に対するロータ始動加
速度のマップから、マイクロプロセッサにより限界値α
Gを確定する。好適には同一のマイクロプロセッサによ
り実行される安全ルーチンは、電気モータの停止時点t
Aに先行してハウジングのねじれ角αを安全手段の応答
に対応させて算出する。この安全ルーチンは、予め算定
したねじれ角αを超えると、電気モータに対するトルク
伝達を遮断すると共に、電気モータの回転を制動する。
その結果、ねじれ角が60°を超えない曲線部分3が生
じる。内部抵抗が大きい低容量の電源回路においては、
曲線部分1’,3’に対応して、予め算出された後の停
止時点t'Aに限界値α'Gが低下する。
に、固定抵抗または実効抵抗値を調整可能とした可変抵
抗を電気モータと電源回路との間に接続することができ
る。大出力の電動工具装置においては、回転数を検出す
るための磁気リング等のホールセンサとを具え、ホール
センサにより少なくとも不連続的にロータ回転角ψ
(t)を測定する。電源回路の内部抵抗に対するロータ
始動加速度のマップは、ロータ回転角ψ1の値によって
直接的に実現するか、あるいは別の中間結果により確定
すべき限界値で実現可能となる。いかなる場合において
も、電気モータのロータの動的始動特性が、限界値の確
定に応用される。
ムは次のとおりである:第1段階で、電気モータを、所
定の短時間(T0)に亙り固定抵抗又はマイクロプロセ
ッサにより実効抵抗値が設定される可変抵抗を介して電
源回路と結合するか、あるいは電源回路と直結する。第
2段階で、ロータリーセンサにより前記所定時間
(T0)に亙るロータ回転角(ψ)を測定する。更なる
段階で、ロータ角加速度又はその従属値を算出する。最
終段階では、ロータ角速度又はその従属値に基づき、所
定のマップを介して前記限界値(αG)及び/又は電気
モータの停止時点(tA)を確定する。
を説明するグラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 少なくとも工具の回転運動を生じさせる
ための電気モータと、マイクロプロセッサにより制御さ
れ、安全ルーチンの限界値(αG)を超えると工具と電
気モータとの間のトルク伝達を遮断する安全手段とを具
える回転式電動工具装置における安全始動ルーチンに係
る作動方法であって、マイクロプロセッサにより実行さ
れる安全ルーチンの第1段階で、電気モータを、所定の
短時間(T 0)に亙り固定抵抗又はマイクロプロセッサ
により実効抵抗値が設定される可変抵抗を介して電源回
路と結合するか、あるいは電源回路と直結し、第2段階
で、ロータリーセンサにより前記所定時間(T0)に亙
るロータ回転角(ψ)を測定し、更なる段階で、ロータ
角加速度又はその従属値を算出し、最終段階では、ロー
タ角速度又はその従属値に基づき、所定のマップを介し
て前記限界値(αG)及び/又は電気モータの停止時点
(tA)を確定することを特徴とする作動方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の方法において、前記所定
の時間(T0)を、電動工具装置の起動プロセスと同時
に開始させることを特徴とする作動方法。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の方法において、
前記可変抵抗の実効抵抗値をゼロとして、電気モータを
電源回路に直結することを特徴とする作動方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3の何れか一項に記載の方法
において、前記可変抵抗により位相角制御手段をバイパ
スさせることを特徴とする作動方法。 - 【請求項5】 請求項1〜4の何れか一項に記載の方法
において、ロータ角加速度又はその従属値を算出するた
めに、第1曲線部分(1)でロータ回転角(ψ(t))
の二次導関数を求めることを特徴とする作動方法。 - 【請求項6】 請求項1〜5の何れか一項に記載の方法
において、ロータ角加速度又はその従属値を算定するた
めに、値(ψ1)から平方根を求めることを特徴とする
作動方法。 - 【請求項7】 請求項1〜6の何れか一項に記載の作動
方法を実施するための回転式電動工具装置であって、少
なくとも工具の回転運動を生じさせるための電気モータ
と、マイクロプロセッサにより制御され、安全ルーチン
の限界値(αG)を超えると工具と電気モータとの間の
トルク伝達を遮断する安全手段とを具え、回転角又は回
転数を検出するためのロータリーセンサをマイクロプロ
セッサに接続すると共に、電気モータを、可変抵抗を介
して電源回路に切替え接続するための切替え手段をマイ
クロプロセッサに接続したことを特徴とする電動工具装
置。 - 【請求項8】 請求項7記載の装置において、マイクロ
プロセッサにより切替え接続可能な可変抵抗を、実効電
圧を低下させるための位相角制御手段に接続したことを
特徴とする電動工具装置。 - 【請求項9】 請求項8記載の装置において、マイクロ
プロセッサにより切替え接続可能な可変抵抗を、実効電
圧を低下させるための位相角制御手段に並列接続したこ
とを特徴とする電動工具装置。 - 【請求項10】 請求項7〜9の何れか一項に記載の装
置において、請求項1〜6の何れか一項に記載の安全ル
ーチンに係るプログラムがマイクロプロセッサに記憶さ
れていることを特徴とする電動工具装置。
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