JP2009077456A - モータの過熱防止方法およびそれを用いた電動はさみ - Google Patents

Abstract

【課題】なるべくモータの回転を停止させないで、モータの過熱を検出する精度を上げたモータ加熱防止方法およびそれを採用した電動はさみを提案する。
【解決手段】
本発明におけるモータ１０の過熱防止方法は、所定時間が経過する毎に、モータ１０の駆動中に検出した駆動電流の最大電流値が電流許容値Ａｓよりも低く設定された過熱判断電流値Ａｗを超えた否かを判断し、単位時間内で過熱判断電流値Ａｗを上回った回数が所定回数を上回ったら、電流許容値Ａｓを過熱判断電流値Ａｗ以下に低下させ、検出した駆動電流が低下させた電流許容値Ａｓを超えたときに過電流と判断して回転中の前記モータ１０を異常停止させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、モータが過熱したと判断した時にモータの回転を停止させるモータ過熱防止方法、および、これを用いてモータを駆動源にして刃部を開閉させることで、枝等を切断することができる電動はさみに関する。

一般的に電動はさみは、モータを動力源にしてその刃部を開閉させることで被切断物を切断している。電動はさみで被切断物を切断する際には、被切断物が非常に硬かったり、径の大きいものだったりすると、切断できないときがある。このとき、被切断物を切断するために、モータの駆動力を増大させるために、モータへの電力供給が増加することになり、過電流が流れてモータが過熱してしまい、モータ故障の原因となる問題があった。

この問題に対処するため、特許文献１に記載されている通り、電動はさみは、被切断物を切断する際に、制御部において、しきい値以上の過電流を検知すると、モータへの電力供給を遮断している。しかし、しきい値を超える寸前の電流が長時間流れることによるモータの過熱を検知することができないという問題があった。しきい値を超えないが集中して流れることにより、モータが過熱する程度の電流が集中して流れたときには、モータが過熱しているにもかかわらず、これを検知することができない問題があった。また、この問題に対処するため、しきい値を下げてしまうと、モータが過熱することはなくなるが、しきい値を下げる前に比べて切断の際にモータの回転を停止してしまうことが多くなり、使い勝手の点で問題があった。
特開２００５−５２３８４号

そこで、本発明が解決しようとしている課題は、なるべくモータの回転を停止させないで、モータの過熱を検出する精度を上げる点にある。

このような課題を解決するために本発明は、断続的に回転するモータから、その駆動力に応じて変化する駆動電流を検出して、検出した駆動電流が電流許容値を超えたか否かを判断し、超えたときに過電流と判断して回転中の前記モータを異常停止させるモータの過熱防止方法において、所定時間が経過する毎に、前記モータの駆動中に検出した駆動電流の最大電流値が前記電流許容値よりも低く設定された過熱判断電流値を超えた否かを判断し、単位時間内で前記過熱判断電流値を上回った回数が所定回数を上回ったら、前記電流許容値を前記過熱判断電流値以下に低下させることを特徴とする。

また、単位時間内で前記過熱判断電流値を上回った回数が所定回数を下回ったら、前記電流許容値を初期値に戻すようにする。

また、少なくとも１枚が自在に揺動する複数の刃からなり、これらを閉じ互いに作用させることで切断を行う刃部と、該刃部を揺動させるための駆動源となり、正回転することで前記刃部を閉じ、逆回転することで前記刃部を開くモータと、該モータに駆動力に応じて変動する駆動電流を検出する電流検出手段と、検出される駆動電流が電流許容値を超えたか否かを判断し、超えたときに過電流と判断して前記回転中のモータを異常停止させる制御部とを備えた電動はさみにおいて、前記制御部は、所定時間が経過する毎に、前記モータの駆動中に検出した駆動電流の最大電流値が前記電流許容値よりも低く設定された過熱判断電流値を超えた否かを判断し、単位時間内で前記過熱判断電流値を上回った回数が所定回数を上回ったら、前記電流許容値を前記過熱判断電流値以下に低下させることを特徴とする。

制御部は、単位時間内で過熱判断電流値を上回った回数が所定回数を下回ったら、前記電流許容値を初期値に戻すようにする。また、低下させた電流許容値を超える駆動電流が、モータを正回転させているときに検出されたときに、モータを異常停止させるとともに、モータを逆回転させて刃部を全開にするまで、モータを正回転させることを不可にする。

本発明によれば、モータに流れる駆動電流が電流許容値を超えたときに、過電流と判断して、モータの回転を停止させるのに加え、過電流と判断してモータの回転を停止させるに至らない電流値が集中して流れたときでも、モータが過熱したと判断してモータの回転を停止させることができる。また、過電流と判断してモータの回転を停止させるに至らない駆動電流が集中して流れたときに、モータの回転を停止させずに過電流と判断してモータの回転を停止させる電流許容値を集中して流れてもモータが加熱しない程度の駆動電流に低下させるので、モータを断続的に回転させ続けても、モータが過熱することがない。さらに、過電流と判断してモータの回転を停止させるに至らない駆動電流が集中して流れたときに、モータの回転を停止させずに過電流と判断してモータの回転を停止させる電流許容値を集中して流れてもモータが過熱しない程度の駆動電流に低下させて、低下させた電流許容値を超えた駆動電流が検出されるまで、モータの停止を遅延させることで、モータをなるべく停止させずにモータの過熱を検出することができる。

これらに加え本発明によれば、モータが過熱したと判断したときに、モータを正回転させて刃部を閉じることは不可にする一方、モータを逆回転させて刃部を開くことは可能にしたので、被切断物に刃部が食い込んだときにも、モータを逆回転させて刃部を開くことで、刃部から被切断物を取り除くことができる。

以下、本発明の実施形態を図１に従って説明する。
電動はさみ１は、主にはさみ本体２と制御ボックス３とから構成されている。はさみ本体２と制御ボックス３とは、本体ケーブル４によって接続されており、このケーブル４を通じて、はさみ本体２の情報を制御ボックス３に送信したり、制御ボックス３からはさみ本体２に電力を供給したりしている。制御ボックス３には、本体ケーブル４とは別にメインスイッチケーブル５が接続されており、このメインスイッチケーブル５の先端に設けたメインスイッチ６により装置全体の電源をＯＮ／ＯＦＦするようになっている。使用者は、電動はさみ１を使用するにあたり、はさみ本体２を一方の手に持ち、メインスイッチ６を他方の手に持ち、制御ボックス３を専用のベストに入れて背負った状態で作業することになる。

次に、はさみ本体２について詳細に説明する。はさみ本体２は、グリップ７・操作部８・刃部９からなり、グリップ７を握り、操作部８に指をかけ、刃部９を前方に向けた状態で使用される。

操作部８において、８ａはトリガースイッチで、指で押し込んだ押し位置と指を離した戻り位置とに変位し、押し位置で刃部９が閉じて枝を切断し、戻り位置で刃部９が開く信号を与える。８ｂはガード体で、トリガースイッチ８ａの下方をアーチ状に囲うように取り付けられ、はさみ本体２を誤って落下させた場合などにトリガースイッチ８ａが押されてしまうことを防ぐものである。８ｃはロックスイッチで、指で押し込んだ押し位置と指を離した戻り位置とに変位し、押し位置でトリガースイッチ８ａの押し込み可能とし、戻り位置でトリガースイッチ８ａの押し込みを不可とする。すなわち、このロックスイッチ８ｃを押し位置にしない限り、トリガースイッチ８ａを操作することができないようになっている。なお、ロックスイッチ８ｃは、トリガースイッチ８ａの後方で、ガード体８ｂで囲われた領域の外に配置されており、使用者の意図的な操作以外でトリガースイッチ８ａと同時に押しされることが防止されるようになっている。電動はさみ１の使用時には、ガード体８ｂの内に人差し指をくぐらせ、トリガースイッチ８ａを人差し指で押さえ、ロックスイッチ８ｃを中指で押さえ、それぞれを操作することになる。

刃部９は、上刃９ａと下受け９ｂの２枚の刃を備え、これら２枚の刃の間に枝を挟み、上刃９ａが上下方向に揺動することにより、枝が切断される。この仕組みをはさみ本体２の内部構造を示す図２に従って説明する。１０はモータであり、これが回転駆動することでボールねじ１１のねじ軸１１ａが回転し、これによりボールねじ１１のナット部１１ｂが前後移動する。そして、このナット部１１ｂの前後移動がリンク１２により連結した上刃９ａの腕部９ｃに伝わると、上刃９ａの腕部９ｃが前後方向に揺動して支点部９ｄを支点にし、上刃９ａが上下方向に揺動するのである。上刃９ａの全閉／全開の判別は、はさみ本体２内の全閉検出磁気センサー１３、及び全開検出磁気センサー１４がナット部１１ｂに取り付けられた磁石１１ｃを検出することで行われる。

刃部９を閉じるときには、磁石１１ｃが全閉検出磁気センサー１３に検出されるまでモータ１０を正転させ、ナット部１１ｂを後方に移動させる。そして、磁石１１ｃが全閉検出磁気センサー１３に検出されたときにモータ１０にブレーキをかけて停止させる。これにより、刃部９の開度が全閉となる。一方、刃部９を開くときには、磁石１１ｃが全開検出磁気センサー１４に検出されるまでモータ１０を逆転させ、ナット部１１ｂを前方に移動させる。そして、磁石１１ｃが全開検出磁気センサー１４に検出されたときにモータ１０にブレーキをかけて停止させる。これにより、刃部９の開度が全開となる。

続いて、制御ボックス３について詳細に説明する。図１には使用者によって背負われた制御ボックス３が、使用者の後から正面視して描かれている。制御ボックス３の上部には刃部開閉の制御を行う制御基板３ａが搭載されている。一方、制御ボックス３の下部にはニッケル水素電池からなる蓄電池３ｂが搭載されている。なお、制御基板３ａは、蓄電池３ｂの残存容量検出、充電制御等を行う機能を備えており、蓄電池３ｂからの電力を本体ケーブル４によってはさみ本体２に供給することで、商用電源から電力供給を受けることなく、使用時に電源ケーブルを引き回さなくてもすむ。

図３は制御基板３ａと各種装置とのやり取りを示すブロック図である。
制御基板３ａは、トリガースイッチ８ａ・全閉検出磁気センサー１３・全開検出磁気センサー１４からの信号に基づいてモータ１０を制御し、刃部９の開閉を制御している。１５は電流検出回路で、モータ１０の駆動電流を検出する。なお、制御基板３ａには、記憶部３ｃが備えられ、はさみ本体２の処理動作を制御する上で必要な様々な数値を記憶している。

以上のように構成する電動はさみの動作について図４、５を用いて説明する。
使用者がトリガースイッチ８ａをＯＮしたことを検出する（Ｓ１）と、モータ１０を正回転させ（Ｓ２）、刃部９を閉じる方向に駆動する。モータ１０の正回転中には、全閉検出磁気センサー１３で刃部９が全閉となること（Ｓ３）と、モータ１０の駆動電流が電流許容値を超えること（Ｓ４）が監視される。処理（Ｓ３）で刃部９の全閉を検知すると、正常に枝の切断が行えたと判断して、モータ１０にブレーキ信号を送信し、短絡によってモータ１０を正常停止させる（Ｓ５）。処理（Ｓ３）で刃部９の全閉を検知しないと、処理（Ｓ４）でモータ１０の駆動電流が電流許容値を超えたか否か確認し、電流許容値を超えたらモータ１０に過電流が流れたと判断して、モータ１０を異常停止させ（Ｓ６）、電流許容値を超えていなければ、トリガースイッチ８ａがＯＦＦされたかの確認を行う（Ｓ７）。

処理（Ｓ７）で、使用者がトリガースイッチ８ａをＯＦＦしたことを検出すると、モータ１０を逆回転させ（Ｓ８）、刃部９を開く方向に駆動する。モータ１０の逆回転中には、全開検知磁気センサー１４により刃部９が全開となること（Ｓ９）と、モータ１０の駆動電流が電流許容値を超えること（Ｓ１０）が監視される。処理（Ｓ９）で刃部９の全開を検知すると、正常に刃部９が開いたと判断して、モータ１０にブレーキ信号を送信し、短絡によってモータ１０を正常停止させる（Ｓ１１）。処理（Ｓ９）で刃部９の全開を検知しないと、処理（Ｓ１０）でモータ１０の駆動電流が電流許容値を超えたか否か確認し、電流許容値を超えたらモータ１０に過電流が流れたと判断して、モータ１０を異常停止させる（Ｓ１２）。

切断する被切断物が硬かったり、径の大きいものであったりすると、刃部９はロックした状態となってモータ１０に過電流が流れて過熱してしまう。これに対処して、予め設定されている電流許容値以上の駆動電流がモータ１０に流れたときには、モータ１０が過熱したと判断してモータ１０を停止させるようにしているのである。

一方、ぎりぎり切断できる程度の枝を連続して切断した場合にも、モータ１０は過熱状態となる。すなわち、刃部９はロックせず、モータ１０が電流許容値に達しないが、電流許容値に近い電流が所定時間内に集中的に流れることで、モータ１０が過熱してしまうことがある。これに対処して、本発明では、モータ１０を異常停止させる電流許容値よりも低い値に加熱電流値を設定する。加熱電流値を超えた駆動電流で刃部９の開閉が連続して行われると、モータ１０の温度変化は過熱する方向へ向かう。一方、加熱電流値以下の駆動電流で刃部９の開閉が連続して行われると、モータ１０の温度変化は冷却する方向へ向かう。モータの駆動電流値が単位時間内にこの加熱電流値を何回上回るかを検知して、電流許容値を下方修正し、モータ１０の異常停止を早めるようにしている。

図５は電流許容値の変更制御を示すフローチャート図、図６は検出の様子を示す説明図であり、この図に基づいてこの制御について説明する。尚、この制御は、メインスイッチ６をＯＮした時点から開始され、メインスイッチ６がＯＮしている間は常時実行されているものである。
処理が開始されると、電流検出回路１５でモータ１０の駆動電流Ａｔを検出する（Ｓ２０）。モータ１０が駆動していなければ駆動電流は０Ａとなり、駆動していれば駆動力に応じた駆動電流が検出されることになる。次に、検出した駆動電流Ａｔを過去に検出した駆動電流の最大値Ａｍと比較し（Ｓ２１）、検出した駆動電流が大きい場合は、検出した駆動電流Ａｔを最大値として書き換える（Ｓ２２）。所定時間（例えば１Ｓ）経過するまで（Ｓ２３）これらの処理は繰り返される。

処理（Ｓ２３）で所定時間経過したと判断されたときは、刃部９が全閉したか、すなわち枝を切断したかを判断し（Ｓ２４）、全閉していたら、それまで検出した最大駆動電流値Ａｍが加熱電流値Ａｗ以上であるかを判断する（Ｓ２５）。ここで、最大駆動電流値Ａｍが加熱電流値Ａｗ以上であれば、切断によりモータ１０が加熱したと判断して、書き込み領域Ｎに「１」を書き込み（Ｓ２６）、駆動電流の最大値を０にクリアする（Ｓ２７）。これにより、枝が切断できたことを条件に、切断するにあたってモータ１０に発生した最大駆動電流が加熱電流値に達したことが検出されるのである。

処理（Ｓ２４）で刃部９が全閉していないと判断したときは切断中と判断し、処理（Ｓ２５）で最大駆動電流値Ａｍが加熱電流値Ａｗ未満であれば、正常な切断である判断して、書き込み領域Ｍに「０」を書き込む（Ｓ２８）。

さて、図６に示すように、書き込み領域をＭ１からＭ１８０まで備えた場合、書き込み領域を順次移行させながら、処理（Ｓ２０）〜（２８）に基づいて各書き込み領域に「０」・「１」を書き込んでいく。このとき、処理を１秒ごとに実行させた場合、１８０秒分のデータ（モータ１０の最大駆動電流値Ａｍが加熱電流値Ａｗを上回った回数）を蓄積することができる。また、書き込み領域Ｍ１８０まで書き込んだら、再び書き込み領域Ｍ１に戻り、「０」・「１」データを上書きしていくことで、最新の１８０秒分のデータが更新される。尚、書き込み領域の数や処理実行時間は、使用用途や頻度等に応じて適宜設定されるもので、特に上記構成に限定されるものではない。

続いて、書き込み領域Ｍ内における「１」のデータ数をカウントする（Ｓ２９）。ここで、「１」のデータ、すなわちモータ１０の駆動電流Ａｔが加熱電流値Ａｗ以上になった回数ｎが、過熱判断回数ｎｈ（例えば８回）以上であるか否かを確認し（Ｓ３０）、過熱判断回数ｎｈを超えていたら、モータ１０が過熱の危険性が高いと判断して、モータ１０を異常停止する電流許容値Ａｓを低下させる（Ｓ３１）。例えば、図７に示すように、書き込み領域Ｍ内に加熱電流値Ａｗ以上になった回数が８回になると、電流許容値Ａｓを低下設定値Ａｌｓに低下させる。

また、冷却判断回数ｎｃ（例えば６回）未満であるか否かを確認し（Ｓ３２）、冷却判断回数ｎｃ未満になれば、モータ１０が冷却したと判断して、電流許容値Ａｌｓを初期設定値Ａｓに戻す（Ｓ３３）。尚、電動はさみで使用する場合、電流許容値を初期設定値８Ａ、低下設定値５．５Ａで良好な結果が得られた。また、電流許容値Ａｓは、刃部９を閉じるときに用いられる電流許容値（閉）と、刃部９を開くときに用いられる電流許容値（開）とを別々に設定するのが望ましい。

こうした制御により、モータの駆動電流が、単位時間（ここでは３分間）内に、モータ１０を異常停止させる電流許容値Ａｓ（ここでは８Ａ）よりも低く設定した加熱電流値Ａｗ（ここでは６Ａ）を所定回数（ここでは８回）上回ると、モータの過熱を危惧して電流許容値Ａｓを所定電流値（ここでは５．５Ａ）に低下させ、モータ１０を異常停止を早めることができる。また、単位時間当たりの加熱電流値Ａｗを上回る回数は、モータ１０を駆動させなければ減少していくので、その回数に応じてモータ１０の冷却を検知し、即座に電流許容値Ａｓを初期値に戻すことができる。そして、単位時間内のデータは随時更新されて最新のデータに書き換えられていくため、モータの状態をタイムリーに検知することができる。

以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明の具体的な実施形態は、前述した実施形態に限るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があったとしても本発明に含まれる。

電動はさみ１の各構成要素を示す説明図である。 はさみ本体２の内部構造を示す説明図である。 制御基板３ａと各種装置とのやり取りを示すブロック図である。 電動はさみの切断処理を示すフローチャート図である。 電動はさみの開放処理を示すフローチャート図である。 電流許容値Ａｓの変更制御を示すフローチャート図である。 検出の様子を示す説明図である。

１ 電動はさみ
２ はさみ本体
３ 制御ボックス
３ａ 制御部たる制御基板
３ｂ 蓄電池
３ｃ 記憶部
４ はさみ本体ケーブル
５ メインスイッチケーブル
６ メインスイッチ
７ グリップ
８ 操作部
８ａ トリガースイッチ
８ｂ ガード体
８ｃ ロックスイッチ
９ 刃部
９ａ 上刃
９ｂ 下受け
９ｃ 腕部
９ｄ 支点部
１０ モータ
１１ ボールねじ
１１ａ ねじ軸
１１ｂ ナット部
１１ｃ 磁石
１２ リンク
１３ 全閉検出磁気センサー
１４ 全開検出磁気センサー
１５ 電流検出手段
Ａｓ 電流許容値
Ａｗ 過熱判断電流値たる加熱電流値

Claims (5)

1. 断続的に回転するモータから、その駆動力に応じて変化する駆動電流を検出して、検出した駆動電流が電流許容値を超えたか否かを判断し、超えたときに過電流と判断して回転中の前記モータを異常停止させるモータの過熱防止方法において、
   所定時間が経過する毎に、モータの駆動中に検出した駆動電流の最大電流値が前記電流許容値よりも低く設定された過熱判断電流値を超えた否かを判断し、単位時間内で前記過熱判断電流値を上回った回数が所定回数を上回ったら、前記電流許容値を前記過熱判断電流値以下に低下させることを特徴とするモータの過熱防止方法。
2. 請求項１記載のモータの過熱防止方法において、
   単位時間内で前記過熱判断電流値を上回った回数が所定回数を下回ったら、前記電流許容値を初期値に戻すことを特徴とするモータの過熱防止方法。
3. 少なくとも１枚が自在に揺動する複数の刃からなり、これらを閉じ互いに作用させることで切断を行う刃部と、該刃部を揺動させるための駆動源となり、正回転することで前記刃部を閉じ、逆回転することで前記刃部を開くモータと、該モータに駆動力に応じて変動する駆動電流を検出する電流検出手段と、検出される駆動電流が電流許容値を超えたか否かを判断し、超えたときに過電流と判断して前記回転中のモータを異常停止させる制御部とを備えた電動はさみにおいて、
   前記制御部は、所定時間が経過する毎に、前記モータの駆動中に検出した駆動電流の最大電流値が前記電流許容値よりも低く設定された過熱判断電流値を超えた否かを判断し、単位時間内で前記過熱判断電流値を上回った回数が所定回数を上回ったら、前記電流許容値を前記過熱判断電流値以下に低下させることを特徴とする電動はさみ。
4. 請求項３記載の電動はさみにおいて、
   前記制御部は、単位時間内で前記過熱判断電流値を上回った回数が所定回数を下回ったら、前記電流許容値を初期値に戻すことを特徴とする電動はさみ。
5. 請求項３記載のモータの過熱防止方法において、
   前記制御部は、低下させた電流許容値を超える駆動電流が、前記モータを正回転させているときに検出されたときに、前記モータを異常停止させるとともに、前記モータを逆回転させて刃部を全開にするまで、前記モータを正回転させることを不可にすることを特徴とする電動はさみ。

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