JP2011136399A - 電動工具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電動工具1のマイコン14にて実行される電動機駆動処理では、トリガスイッチ12がオフされて、電動機の各相U,V,Wのコイルへの電流が停止された後、電動機18の回転子の回転速度Nが規定回転速度ThN以下になるまで待ち、回転子の回転速度Nが規定回転速度ThN以下になると、制動処理が実行される(S110〜S190)。
【選択図】図4
Description
このカッターの回転を停止させるための1つの方法として、回生制動を用いることが考えられる(特許文献1参照)。回生制動では、電動機のコイルへの通電が遮断され、コイルの両端が短絡されることで、電動機の回転子に対して、大きな制動力が発生する。つまり、回生制動を用いると、回転子の回転、ひいてはカッターの回転を急激に停止させることができる。
この電動工具では、電動機が、駆動対象を回転させる駆動力を発生する一方で、回転速度検出手段が、電動機の回転速度を検出する。電機機への電流供給を遮断するための停止指令が発行されてから、回転速度検出手段で検出された回転速度が、任意に設定された規定回転速度以下となると、回転速度基準作動手段が、制動手段を作動させ、制動手段が、電動機を制動させる制動制御を実行する。
このため、この電動工具では、電動機の回転速度が、規定回転速度まで低下した後で電動機を制動するため、電動機の制動によって当該電動工具に加わる反動を低減することができる。つまり、この電動工具では、電動機の制動に起因する使用感の低下を抑制することができる。
なお、制動制御開始時間は、当該電動工具の使用状況に応じて設定されるものでもよい。この場合、本発明の電動工具は、制動制御開始時間を設定する時間設定手段を備えているとよい。
また、本発明の電動工具は、回転速度検出手段の検出結果に基づいて、電動機の回転速度が単位期間に減少する割合である減少率を順次導出する減少率導出手段を備えてもよく、この場合、時間設定手段は、減少率導出手段によって導出された減少率に基づいて、制動制御開始時間を設定するように構成されているとよい。
なお、時間設定手段は、減少率が大きいほど短い時間長を制動制御開始時間として設定することが好ましい。
この場合、時間設定手段は、オフ時回転速度が大きいほど長い時間長を制動制御開始時間として設定することが好ましい。
なお、電動工具は、オフ時回転速度を直接検出するセンサーなどを備えてもよいし、指令値取得手段によって取得された指令値に基づいて、オフ時回転速度を推定する推定手段を備えてもよい。
また、駆動対象は、複数種類の駆動対象を含み、電動工具は、複数種類の駆動対象のうちの1つを装着可能に構成されていてもよい。この場合、時間設定手段は、複数種類の駆動対象のうち、慣性が最大である駆動対象に対応する制動制御開始時間を、電動工具の制動制御開始時間として設定するように構成されているとよい。
例えば、正転方向に比べて、逆転方向の回転速度が低くなるように電動工具が構成されている場合には、逆転方向に対する制動制御開始時間は、正転方向に対する制動制御開始時間よりも短い時間長に設定されていることが好ましい。
このように構成された電動工具では、想定以上に大きな運動エネルギが、駆動力伝達機構に加わる可能性を低減できる。この結果、駆動力伝達機構への疲労の蓄積を抑制でき、駆動力伝達機構の寿命を長くすることができる。
[第1実施形態]
〈電動工具の全体構成〉
図1に示すように、電動工具1は、草や小径木を刈り払う、所謂、刈払機として構成され、シャフトパイプ2と、モータユニット3と、カッター4とを備えている。
バッテリ7は、充電可能な二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)を当該バッテリ7の内部に備えている。このバッテリ7は、モータユニット3に対して着脱可能に構成されている。
また、シャフトパイプ2の内部には、駆動力伝達軸(以下、伝達軸と略称する)21が収容されている。伝達軸21は、当該伝達軸21の上端側において、電動機18の駆動軸に連結され、当該伝達軸21の下端側において、複数のギアを含むギア部6を介してカッター4に連結されている。
〈電動工具の電気的構成〉
図2に示すように、電動工具1は、上述の電動機18と、ブリッジ回路20と、6基のゲート回路31〜36と、制御回路14とを備えている。
ブリッジ回路20は、6つのスイッチング素子Q1〜Q6を備える周知の三相ブリッジ回路である。このブリッジ回路20では、直列接続されたスイッチング素子Q1,Q4の一組と、直列接続されたスイッチング素子Q2,Q5の一組と、直列接続されたスイッチング素子Q3,Q6の一組とがバッテリ7の正極と負極との間で互いに並列接続されている。そして、スイッチング素子Q1,Q4の間と、スイッチング素子Q2,Q5の間と、スイッチング素子Q3,Q6の間とにそれぞれ、電動機18の各相U,V,Wのコイルが接続されている。
制御回路14には、定電圧電源回路(Reg)15が接続されており、制御回路14は、Reg15にて、バッテリ7の直流電圧(例えば36VDC)を降圧して生成された所定の制御電圧Vcc(例えば5VDC)によって動作するように設定されている。
ロックオフスイッチ11は、電動工具1の使用者が、電動機18を誤って駆動させてしまうのを防止するためのスイッチである。より具体的には、ロックオフスイッチ11がオフされると、ロックオフスイッチ11から制御回路14に入力される信号(駆動禁止信号)の電圧の論理レベルがローレベルに設定される(つまり、電動機18の駆動は禁止される)一方、ロックオフスイッチ11がオンされると、駆動禁止信号の電圧の論理レベルがハイレベルに設定される(電動機18の駆動は許可される)。
つまり、制御回路14は、ロックオフスイッチ11及びトリガスイッチ12が共にオンされているときに、トリガスイッチ12からの速度指令値Cvに応じた回転速度で電動機18の回転子を回動させるように、駆動信号を各ゲート回路31〜36へ出力する。
〈制御回路における処理〉
以下、制御回路14(より正確にはマイコン14A)が実行する処理について説明する。
トリガスイッチ検出処理では、トリガスイッチ12から入力される速度指令値Cvを検出する。より具体的には、使用者がトリガスイッチ12を操作する操作量により可変抵抗器12Bの抵抗値が変化し、その抵抗値に応じた電圧を速度指令値Cvとして検出する。
そして、S180では、S170にて取得された回転速度Nが、S150またはS160のいずれかにて取得された規定回転速度ThN以下であるか否かを判定する。その判定の結果、回転速度Nが規定回転速度ThN以下であれば(S180:YES)、S190へと進む。
[第1実施形態の効果]
以上説明したように、本実施形態の電動機駆動処理において、制動処理は、電動機18の各相U,V,Wのコイルへの電流供給が停止された後、回転速度Nが規定回転速度ThN以下となると実行される。
特に、本実施形態の電動機駆動処理では、回転速度Nと比較される規定回転速度ThNは、電動工具1に装着可能な複数種類のカッターのうち、電動機18の駆動軸を回転中心とした慣性モーメントが最大であるカッターに対応する値である。このため、電動工具1にどのようなカッターが装着されていても、制動処理の実行を、回転中のカッターにおける運動エネルギが設定値以下となった後とすることができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
このため、本第2実施形態では、上記第1実施形態に記載の電動工具1とは異なる電動機駆動処理を中心に説明し、上記第1実施形態の電動工具1と同様の構成については、同一の符合を付して説明を省略する。
〈電動機駆動処理〉
図5に示すように、本第2実施形態の電動機駆動処理は、まず、速度指令値Cvが規定値Thv未満であるか否かを判定する(S310)。
一方、S340での判定の結果、正逆切替スイッチ13からの正転信号がローレベルであれば(S340:NO)、電動機18の回転子の回転方向が逆転方向であるものと判定して、S360へと進み、逆転方向の制動開始時間BTを取得する。
[第2実施形態の効果]
以上説明したように、本第2実施形態の電動機駆動処理において、制動処理は、トリガスイッチ12がオフされてから、制動開始時間BTが経過すると実行される。
ところで、本第2実施形態の電動工具は、正転方向に比べて、逆転方向の回転速度が低くなるように構成されている。このため、回転子を逆転方向に最高速で回転させたとしても、回転子を正転方向に最高速で回転させた場合よりも、回転中のカッターが有する運動エネルギは小さい。しかも、本第2実施形態では、逆転方向に対する制動開始時間BTが、正転方向に対する制動開始時間BTよりも、短い時間長に規定されている。
なお、逆転方向に対する制動開始時間BTは、正転方向に対する制動開始時間BTと同じであっても異なっていても良い。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
このため、本第3実施形態においては、上記第1,第2実施形態に記載の電動工具1とは異なる電動機駆動処理を中心に説明し、上記第1,第2実施形態に記載の電動工具1と同様の構成については、同一の符合を付して説明を省略する。
〈電動機駆動処理〉
図6に示すように、本第3実施形態の電動機駆動処理では、まず、速度指令値Cvが規定値Thv未満であるか否かを判定する(S510)。そのS510での判定の結果、速度指令値Cvが規定値Thv以上であれば(S510:NO)、S520へと進む。すなわち、ロックオフスイッチ11とトリガスイッチ12とが共にオンされているとみなすことができる場合に、S520へと進む。
続くS560では、S510にて最初に速度指令値Cvが規定値Thv未満であると判定されてから、予め規定された時間長(例えば、数十[ms])である第1設定時間が経過したか否かを判定する。そのS560での判定の結果、第1設定時間が経過していなければ(S560:NO)、S570へと移行する。すなわち、S570へと移行する条件は、トリガスイッチ12がオフされた直後である場合である。
なお、S560での判定の結果、S510にて速度指令値Cvが規定値Thv未満であると判定されてから第1設定時間が経過している場合にも、S590へと進む。
続く、S610では、所定の単位期間において、第2回転速度N_oldから第1回転速度N_newに回転速度が減少する減少率を算出する。
減少率に対応する規定回転速度は、減少率と対応付けられた回転子の回転速度である。ただし、減少率に対応する回転速度は、回転中であるカッター4が有する運動エネルギが予め設定された設定値以下となる回転速度であり、減少率が大きいほど大きくなる。
そのS630では、S570で設定した制動開始時間BT1よりもS620で設定した制動開始時間BT2が小さいか否かを判定する。S630の判定の結果、制動開始時間BT1よりも制動開始時間BT2が小さければ(S630:YES)、S640に処理を移行する。S630の判定の結果、制動開始時間BT2が制動開始時間BT1以上であれば(S630:NO)、S650に移行する。なお、S620を一度も実行することなくS630に移行した場合には、制動開始時間BT2に適正な値が設定されていないので、S630では、制動開始時間BT2が制動開始時間BT1以上であると判定される。
S660では、S550にて取得された回転速度Nが、S620にて設定された規定回転速度ThN以下であるか否かを判定する。その判定の結果、回転速度Nが規定回転速度ThNよりも大きければ(S660:NO)、S670へと進む。ただし、S620を一度も実行することなくS660へと移行した場合には、S660では回転速度Nが規定回転速度ThNよりも大きいと判定される。
[第3実施形態の効果]
以上説明したように、本第3実施形態の電動機駆動処理において、制動処理は、トリガスイッチ12がオフされてから、制動開始時間BTが経過した場合、もしくは回転速度Nが規定回転速度ThN以下となった場合に実行される。
特に、本第3実施形態の電動機駆動処理では、制動開始時間BTの設定がトリガスイッチ12がオフされた直後から実行される。このため、本第3実施形態の電動工具によれば、制動開始時間BTを、電動機18の回転子の回転を停止させようとした際の電動工具の使用状況に応じて規定することができる。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
このため、本第4実施形態においては、第1〜第3実施形態の電動工具1とは異なる電動機、及びその電動機を駆動するための電気的構成を中心に説明し、第1〜第3実施形態の電動工具1と同様の構成及び処理については、同一の符合を付して説明を省略する。
〈電動工具の電気的構成〉
ここで、図7は、本第4実施形態における電動工具の電気的構成を示したブロック図である。
なお、電動機76の駆動軸には、駆動軸の回転角度を検出するための位置検出部75が設けられている。この位置検出部75は、周知のエンコーダ(いわゆるロータリエンコーダ)を備え、エンコーダからの検出信号を制御回路14に出力する。
〈制動処理〉
本第4実施形態における制動処理では、ハイサイドスイッチとして機能するスイッチング素子Q41,Q42の群、またはローサイドスイッチとして機能するスイッチング素子Q43,Q44の群のうち、何れか一方の群のみをオンするように、ゲート回路31〜34に駆動信号を出力する。このような制動処理により、電動機76のコイルの両端が短絡する。これにより、いわゆる回生制動が発生し、慣性によって回転中であった電動機76の回転子に制動力が加えられる。
[第4実施形態の効果]
以上説明したように、本第4実施形態の電動工具70においては、カッター4を回転させるための動力源として、ブラシ付きDCモータを用い、そのブラシ付きDCモータを駆動するための駆動回路として、Hブリッジ回路を用いた。
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
しかし、スイッチング素子Q52がオフされ、スイッチング素子Q51のみがオンされると、バッテリ7から電動機76のコイルへの電流供給が遮断されると共に、コイルの両端が短絡される。これにより、いわゆる回生制動が発生し、慣性によって回転中であった電動機76の回転子に制動力が加えられる。
Claims (16)
- 駆動対象を回転させる駆動力を発生する電動機と、
前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記電動機を制動させる制動制御を実行する制動手段と、
前記電動機への電流供給を遮断するための停止指令が発行されてから、前記回転速度検出手段で検出された回転速度が、任意に設定された規定回転速度以下となると、前記制動手段を作動させる回転速度基準作動手段と
を備えることを特徴とする電動工具。 - 前記停止指令が発行されてから、任意に設定された時間長である制動制御開始時間が経過すると、前記制動手段を作動させる時間基準作動手段を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の電動工具。 - 前記規定回転速度を設定する規定速度設定手段を備える
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動工具。 - 前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記電動機の回転速度が単位期間に減少する割合である減少率を順次導出する減少率導出手段を備え、
前記規定速度設定手段は、
前記減少率導出手段によって導出された前記減少率に基づいて、前記規定回転速度を設定する
ことを特徴とする請求項3に記載の電動工具。 - 前記規定速度設定手段は、
前記減少率が大きいほど大きな値を前記規定回転速度として設定する
ことを特徴とする請求項4に記載の電動工具。 - 前記電動機は、正転方向及び逆転方向に回転可能に構成されており、
前記規定速度設定手段は、
前記正転方向、前記逆転方向それぞれに対して、個別の前記規定回転速度を設定する
ことを特徴とする請求項3から請求項5の何れか一項に記載の電動工具。 - 前記制動制御開始時間を設定する時間設定手段を備える
ことを特徴とする請求項2に記載の電動工具。 - 前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記電動機の回転速度が単位期間に減少する割合である減少率を順次導出する減少率導出手段を備え、
前記時間設定手段は、
前記減少率導出手段によって導出された減少率に基づいて、前記制動制御開始時間を設定する
ことを特徴とする請求項7に記載の電動工具。 - 前記時間設定手段は、
前記減少率が大きいほど短い時間長を前記制動制御開始時間として設定する
ことを特徴とする請求項8に記載の電動工具。 - 前記電動機の回転速度の指令値を設定するための回転速度指令スイッチと、
前記回転速度指令スイッチによって設定された前記指令値を取得する指令値取得手段と
を備え、
前記時間設定手段は、
前記指令値取得手段によって取得された前記指令値が、前記電動機の停止が指令されたとみなされる停止範囲内となった際の回転速度であるオフ時回転速度に基づいて、前記制動制御開始時間を設定する
ことを特徴とする請求項7から請求項9の何れか一項に記載の電動工具。 - 前記時間設定手段は、
前記オフ時回転速度が大きいほど長い時間長を前記制動制御開始時間として設定することを特徴とする請求項10に記載の電動工具。 - 前記時間設定手段は、
前記指令値取得手段によって取得された前記指令値に基づいて、前記オフ時回転速度を推定する推定手段
を備えることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の電動工具。 - 前記推定手段は、
前記指令値が前記停止範囲内となる規定時間前の前記指令値の値が大きいほど大きな値として、前記オフ時回転速度を推定することを特徴とする請求項12に記載の電動工具。 - 前記駆動対象は、複数種類の駆動対象を含み、
当該電動工具は、前記複数種類の駆動対象のうちの1つを装着可能に構成されており、
前記時間設定手段は、
前記複数種類の駆動対象のうち、慣性が最大である駆動対象に対応する制動制御開始時間を、当該電動工具の前記制動制御開始時間として設定する
ことを特徴とする請求項7から請求項13の何れか一項に記載の電動工具。 - 前記電動機は、正転方向及び逆転方向に回転可能に構成されており、
前記時間設定手段は、
前記正転、前記逆転それぞれに対して、個別の前記制動制御開始時間を設定することを特徴とする請求項7から請求項14の何れか一項に記載の電動工具。 - 前記駆動対象に前記電動機の駆動力を伝達する駆動力伝達機構を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項15の何れか一項に記載の電動工具。
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