JP2012196724A

JP2012196724A - 電動工具

Info

Publication number: JP2012196724A
Application number: JP2011060901A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Iwata; 和隆岩田; Toshiaki Koizumi; 俊彰小泉
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: JP5729597B2

Abstract

【課題】使用可能範囲外の電圧が供給されることよりインバータ回路が故障することを防止することのできる電動工具を提供する。
【解決手段】電動工具１は、モータ５と、直流電圧からモータ用駆動電圧を生成してモータ５に供給するインバータ回路８と、前記直流電圧を検出する整流電圧検出回路７２と、を備えており、制御回路７は、前記直流電圧が所定範囲から外れている場合にインバータ回路８によるモータ５へのモータ用駆動電圧の供給を禁止する。
【選択図】図４

Description

本発明は電動工具に関する。

従来、インバータ回路でモータを制御することによりモータに接続された先端工具を動作させる電動工具が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４４８７８３６号公報

ところで、上記インバータ回路は、使用可能範囲内の電圧によって駆動するものであり、使用可能範囲外の電圧が供給された場合には故障する虞がある。

そこで、本発明は、使用可能範囲外の電圧が供給されることよりインバータ回路が故障することを防止することのできる電動工具を提供することを目的としている。

本発明の電動工具は、モータと、直流電圧からモータ用駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、前記直流電圧を検出する電圧検出部と、前記直流電圧が所定範囲から外れている場合に前記インバータ回路による前記モータへの前記モータ用駆動電圧の供給を禁止する制御部と、を備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、使用可能範囲外の電圧が供給されることよりインバータ回路が故障することを防止することができる。

また、本発明の別の観点による電動工具は、モータと、交流電圧を整流して整流電圧として出力する整流回路と、前記整流電圧から駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、前記整流電圧を検出する電圧検出部と、前記整流電圧が所定範囲から外れている場合に前記インバータ回路による前記モータへの駆動電圧の供給を禁止する制御部と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明の別の観点による電動工具は、モータと、交流電圧を整流して整流電圧として出力する整流回路と、前記整流電圧から駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、前記整流電圧のピーク値を検出する電圧検出部と、前記ピーク値が所定範囲から外れている場合に前記インバータ回路による前記モータへの駆動電圧の供給を禁止する制御部と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明の別の観点による電動工具は、交流電源に接続可能な電源コードと、前記電源コードによって回転駆動されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータによって駆動される先端工具と、前記ブラシレスモータに駆動電圧を供給する電圧供給部と、前記ブラシレスモータに流れる電流値を検出する電流検出部と、を有し、前記電圧供給部はパルス幅変調信号を用いる電動工具であって、前記電流値が第１の電流値よりも大きい場合に、前記電流値と前記第１の電流値との差によって、前記パルス幅変調信号のデューティを規定することを特徴としている。

また、本発明の別の観点による電動工具は、交流電源に接続可能な電源コードと、前記電源コードによって回転駆動されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータによって駆動される先端工具と、前記ブラシレスモータに駆動電圧を供給する電圧供給部と、前記ブラシレスモータに流れる電流値を検出する電流検出部と、を有し、前記電圧供給部はパルス幅変調記号を用いる電動工具であって、前記駆動電圧値が第１の電圧値よりも大きい場合に、前記パルス幅変調信号のデューティを低減することを特徴としている。

また、本発明の別の観点による電動工具は、交流電源に接続可能な電源コードと、前記電源コードによって回転駆動されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータによって駆動される先端工具と、前記ブラシレスモータに駆動電圧を供給する電圧供給部と、前記ブラシレスモータに流れる電流値を検出する電流検出部と、を有し、前記電圧供給部はパルス幅変調記号を用いる電動工具であって、前記駆動電圧値が第１の電圧値よりも大きい場合に、前記駆動電圧値と前記第１の電圧値との差によって、前記パルス幅変調信号のデューティを規定することを特徴としている。

本発明の電動工具によれば、使用可能範囲外の電圧が供給されることよりインバータ回路が故障することを防止することができる。

実施の形態による電動工具の回路図電流と電圧の関係について説明する図交流電圧のピーク値に対する各閾値を示す図実施の形態による禁止制御のフローチャート実施の形態による電圧と目標デューティとの関係を示す図実施の形態による電圧制御の説明図一の変形例による電動工具の回路図他の変形例による電動工具の回路図従来の負荷と電流の関係を示す図第１の変形例による電圧制御の説明図第１の変形例による電圧制御のフローチャート第２の変形例による目標デューティとモータの回転数との関係を示す図第２の変形例による電圧制御の説明図第２の変形例による電圧制御のフローチャート第３の変形例による電動工具の回路図交流電源を用いて第１の変形例を実施した場合の説明図第３の変形例による電圧制御の説明図第３の変形例による電圧制御のフローチャート他の変形例による電圧制御の説明図他の変形例による電圧制御のフローチャート

以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図６を参照して説明する。

図１は、第１の形態による電動工具１の回路図である。図１に示すように、電動工具１は、トリガスイッチ３と、制御回路電圧供給回路４と、モータ５と、回転子位置検出素子６と、制御回路７と、インバータ回路８と、ノーマルモードフィルタ９と、整流回路１０と、平滑コンデンサ１１と、を備えており、トリガスイッチ３が操作されると、商用電源２から出力された交流電圧が整流回路１０によって整流される。本実施の形態によるコンデンサ１１は、小容量のものを使用しているので、整流した電圧を完全には平滑されないものとなっている（例えば図２を参照）。このため、整流後の電圧には平滑できていないリップルを含んだ電圧となっている。また、トリガスイッチ３が操作されると、制御回路電圧供給回路４により商用電源２からの交流電圧が昇圧され、制御回路用駆動電圧として制御回路７に供給される。

モータ５は、３相のブラシレスＤＣモータであり、複数組（本実施の形態では２組）のＮ極とＳ極を含む永久磁石からなるロータ５Ａと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなるステータ５Ｂと、を備えている。モータ５（ロータ５Ａ）は、電流が流れる固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗが順次切り替わることにより回転する。固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの切り替えについては後述する。

回転子位置検出素子６は、ロータ５Ａの永久磁石に対向する位置に、ロータ５Ａの周方向に所定の間隔毎（例えば角度６０°毎）に配置されており、回転子（ロータ６Ａ）の回転位置に応じた信号を出力する。

制御回路７は、モータ電流検出回路７１と、整流電圧検出回路７２と、制御回路電圧検出回路７３と、スイッチ操作検出回路７４と、印加電圧設定回路７５と、回転子位置検出回路７６と、モータ回転数検出回路７７と、演算部７８と、制御信号出力回路７９と、ＡＣ入力電圧検出回路８０と、を備えている。

ＡＣ入力電圧検出回路８０は、商用電源２から出力された交流電圧のピーク値を検出し、演算部７８に出力する。なお、本実施の形態では、実際のピーク値と十分に近似した値を検出することができるようなサンプリング期間で交流電圧を検出するものとする。

モータ電流検出回路７１は、モータ５に供給される電流を検出し、演算部７８に出力する。整流電圧検出回路７２は、整流回路１０及び平滑コンデンサ１１から出力された電圧を検出し、演算部７８に出力する。制御回路電圧検出回路７３は、制御回路電圧供給回路４から供給された制御回路用駆動電圧を検出し、演算部７８に出力する。スイッチ操作検出回路７４は、トリガスイッチ３の操作の有無を検出し、演算部７８に出力する。印加電圧設定回路７５は、トリガスイッチ３の操作量を検出し、演算部７８に出力する。

回転子位置検出回路７６は、回転子位置検出素子６からの信号に基づき回転子（ロータ６Ａ）の回転位置を検出し、モータ回転数検出回路７７及び演算部７８に出力する。モータ回転数検出回路７７は、回転子位置検出回路７６からの信号に基づき回転子（ロータ６Ａ）の回転数を検出し、演算部７８へ出力する。

演算部７８は、回転子位置検出回路７６とモータ回転数検出回路７７からの信号に基づき、切替信号Ｈ１−Ｈ６を生成し、制御信号出力回路７９に出力する。また、演算部７８は、印加電圧設定回路７５からの信号に基づき、切替信号Ｈ４−Ｈ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）として調整し、制御信号出力回路７９に出力する。切替信号Ｈ１−Ｈ６は、制御信号出力回路７９を介してインバータ回路８に出力される。なお、切替信号Ｈ１−Ｈ３をＰＷＭ信号として調整する構成であってもよい。

インバータ回路８は、スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６から構成されている。各スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６のゲートは、制御信号出力回路７９に接続され、各スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６のドレイン又はソースは、ステータ５Ｂの固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されている。

各スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６は、制御信号出力回路７９から入力される切替信号Ｈ１−Ｈ６に基づきスイッチング動作を行い、インバータ回路８に印加される電池パック２の直流電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに電力を供給する。

詳細には、スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６には切替信号Ｈ１−Ｈ６がそれぞれ入力され、これにより、通電される固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗ、すなわち、ロータ５Ａの回転方向が制御される。また、その際、ＰＷＭ信号でもあるＨ４−Ｈ６によって、固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへの電力供給量が制御される。

以上の構成により、電動工具１は、トリガスイッチ３の操作量に応じた駆動電圧をモータ５に供給することが可能となる。

ところで、インバータ回路８は、使用可能範囲内の電圧（例えば、整流後の電圧では、約１１０〜２００Ｖ、ＡＣ入力電圧では、約８０〜１２０Ｖ）によって駆動するものである。ところが、例えば、図２に示すように、回路に流れる電流が大きい場合には、回路内のＬ成分により生じた電圧が、整流回路１０及び平滑コンデンサ１１から出力された整流電圧、すなわち、インバータ回路８に供給される電圧に重畳される場合があり、この電圧がインバータ回路８の使用可能範囲から外れていた場合には、インバータ回路８は故障する虞がある。

そこで、本実施の形態による電動工具１では、インバータ回路８（演算部７８）に所定範囲外の電圧が供給された場合にはモータ５への電力の供給を禁止及びモータへの電力の供給を制限する制御を行う。なお、所定範囲は、インバータ回路８（演算部７８）の使用可能範囲に含まれるものとする。

例えば、図３に示すように、ＡＣ入力電圧検出回路８０によって検出された電圧Ｖ１が電圧閾値Ａ（例えば、８０Ｖ）以下、又は、電圧閾値Ｂ（例えば、１２０Ｖ）以上の場合に、スイッチング素子Ｑ４−Ｑ６に出力されるＰＷＭ信号Ｈ４−Ｈ６のＰＷＭデューティをゼロにすることにより、モータ５への電力の供給を禁止する。これにより、インバータ回路８に使用可能範囲外の電圧が供給されることが防止されるため、インバータ回路８が故障することを防止することが可能となる。

また、本実施の形態では、整流電圧検出回路７２によって検出された電圧Ｖ２が電圧閾値Ｃ（例えば、１１０Ｖ）以下、又は、電圧閾値Ｄ（例えば、２００Ｖ）以上の場合にも、インバータ回路８に使用可能範囲外の電圧が供給されることを防止するために、モータ５への電力の供給を禁止する。

更に、本実施の形態では、演算部７８に使用可能範囲外の電圧が供給されることを防止するために、制御回路電圧検出回路７３によって検出された電圧Ｖ３が電圧閾値Ｅ（例えば、１０Ｖ）以下、又は、電圧閾値Ｆ（例えば、２０Ｖ）以上の場合にも、モータ５への電力の供給を禁止する。

ここで、図４を用いて、演算部７８により行われる上記禁止制御について詳細に説明する。図４は、本実施の形態による禁止制御のフローチャートである。本フローチャートは、電動工具１の電源スイッチ（図示せず）がオンされた時に始まる。

まず、演算部７８は、ＡＣ入力電圧検出回路８０によって検出された電圧Ｖ１が、電圧閾値Ａ以下、又は、電圧閾値Ｂ以上であるか否かを判断する（Ｓ１０１）。

電圧Ｖ１が電圧閾値Ａ以下、又は、電圧閾値Ｂ以上であった場合には（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ＰＷＭ信号Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６の目標デューティＤｔを０％に設定することでモータ５への電力の供給を禁止する（Ｓ１０２）。これにより、インバータ回路８に使用可能範囲外の電圧が供給されることが防止される。

一方、電圧Ｖ１が電圧閾値Ａより大きく電圧閾値Ｂより小さかった場合には（Ｓ１０１：ＮＯ）、続いて、整流電圧検出回路７２によって検出された電圧Ｖ２が、電圧閾値Ｃ以下、又は、電圧閾値Ｄ以上であるか否かを判断する（Ｓ１０３）。

電圧Ｖ２が電圧閾値Ｃ、又は、電圧閾値Ｄ以上であった場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ＰＷＭ信号Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６の目標デューティＤｔを０％に設定することでモータ５への電力の供給を禁止する（Ｓ１０２）。これにより、インバータ回路８に使用可能範囲外の電圧が供給されることがより確実に防止される。

一方、電圧Ｖ２が電圧閾値Ｃより大きく電圧閾値Ｄより小さかった場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、続いて、制御回路電圧検出回路７３によって検出された電圧Ｖ３が、電圧閾値Ｅ以下、又は、電圧閾値Ｆ以上であるか否かを判断する（Ｓ１０４）。

電圧Ｖ３が電圧閾値Ｅ、又は、電圧閾値Ｆ以上であった場合には（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ＰＷＭ信号Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６の目標デューティＤｔを０％に設定することでモータ５への電力の供給を禁止する（Ｓ１０２）。これにより、演算部７８に使用可能範囲外の電圧が供給されることが防止される。

電圧Ｖ３が電圧閾値Ｅより大きく電圧閾値Ｆより小さかった場合には（Ｓ１０４：ＮＯ）、続いて、トリガスイッチ３がオンされたか否かを判断する（Ｓ１０５）。

トリガスイッチ３がオンされていない場合には（Ｓ１０５：ＮＯ）、Ｓ１０１へ戻る。

一方、トリガスイッチ３がオンされていた場合には（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、続いて、電圧Ｖ１が電圧閾値Ｇ以上であるか否かを判断する（Ｓ１０６）。

ここで、図３に示すように、電圧Ｖ１が、電圧Ｖ１が電圧閾値Ｂより小さくても電圧閾値Ｇ以上の予防範囲に含まれる場合には、現時点ではインバータ回路８を故障させることはないが、電流が増加した場合やノイズが生じた場合には容易に所定範囲から外れてしまう可能性がある。

従って、本実施の形態では、電圧Ｖ１が電圧閾値Ｇ以上であった場合には（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、目標デューティＤｔを１００％未満に設定した上で（Ｓ１０７）、Ｓ１０１に戻る。詳細には、図５に示すように、Ｄｔ＝（Ｖ１／Ｇ）×１００で示される目標デューティＤｔを設定、Ｓ１０１に戻る。これにより、図６に示すように、Ｖ１が電圧閾値Ｇ以上となった場合に、インバータ回路８及び演算部７８に供給される電圧を低下させることができる。なお、Ｖ２についても電圧閾値Ｈ以上となった場合にも同様の制御を行うことで、インバータ回路８及び演算部７８に供給される電圧を低下させることができる。これにより、高電圧入力によりモーター回転数が上昇しメカ部とモータ部の機械的破損が生じることを防止することができる。更に、電流が大きくなると回路のＬ成分の影響で電圧が上昇するので、デューティを下げることにより電流も下げて、整流後の電圧の上昇を予防することができる。

一方、電圧Ｖ１が電圧閾値Ｇより小さい場合には（Ｓ１０６：ＮＯ）、電圧Ｖ１は正常範囲に含まれているので、目標デューティＤｔを１００％に設定した上で（Ｓ１０８）、Ｓ１０１に戻る。

このように、本実施の形態による電動工具１では、インバータ回路８（演算部７８）の使用可能範囲に含まれる所定範囲を設定し、インバータ回路８（演算部７８）に所定範囲外の電圧が供給された場合にモータ５への電力の供給を禁止するので、インバータ回路８（演算部７８）に使用可能範囲外の電圧が供給されてインバータ回路８（演算部７８）が故障することを防止することが可能となる。

また、本実施の形態による電動工具１では、モータ５が駆動されている状態において、インバータ回路８（演算部７８）に供給されている電圧が所定範囲には含まれているが正常範囲から外れている場合には、電圧を低下させるよう制御するので、インバータ回路８（演算部７８）に使用可能範囲外の電圧が供給されることを予防することが可能となる。

尚、本発明の電動工具は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。

例えば、上記実施の形態では、商用電源２からの交流電力を直流電力に変換した上でインバータ回路８に供給したが、図７に示すように、電池パック２０からの直流電力を直接インバータ回路８に供給する構成であってもよい。この場合には、図１の整流電圧検出回路７２の替わりに電池電圧検出回路８１を設け、電池電圧検出回路８１によって検出された検出された電圧、又は、制御回路電圧検出回路７３によって検出された電圧が所定範囲から外れていた場合にモータ５への電力の供給を禁止すればよい。

また、電池パック２０の電圧が低い場合には、図８に示すように、図７の制御回路電圧供給回路４及び制御回路電圧検出回路７３の替わりに、昇圧回路電圧供給回路４０及び昇圧回路電圧検出回路８２を設け、昇圧回路電圧供給回路４０によって昇圧した電圧を演算部７８に供給する構成が考えられる。このような構成の場合には、電池電圧検出回路８１によって検出された電圧、又は、昇圧回路電圧検出回路８２によって検出された電圧が所定範囲から外れていた場合にモータ５への電力の供給を禁止すればよい。

また、上記実施の形態や変形例では、複数の箇所の電圧毎にモータ５への電力供給の禁止を判断したが、いずれか一箇所の電圧に基づいて電力供給の禁止を判断してもよい。

ところで、モータ５は、過電流が流れた場合に故障する虞がある。例えば、図９に示すように、電流は負荷に比例するため、モータ５に所定以上の負荷がかかった場合には、モータ５を破損させる大きさの電流がモータ５に流れることとなってしまう。

そこで、第１の変形例による電動工具１では、図１０に示すように、過電流閾値Ｉｔｈよりも小さな目標電流値Ｉｔを設定し、モータ電流検出回路７１によって検出された電流の電流値が目標電流値Ｉｔよりも大きくなった場合にスイッチング素子Ｑ４−Ｑ６に出力されるＰＷＭ信号Ｈ４−Ｈ６のＰＷＭデューティを減少させる電圧制御を行う。これにより、モータ５に流れる電流も目標電流値Ｉｔより小さくなるため、モータ５に過電流が流れることを予防することが可能となる。また、過電流によりモータ５を停止させる可能性が低くなるため、電動工具１による円滑な作業が確保される。更に、過電流に弱いインバータ回路８も保護することが可能となる。

ここで、図１１を用いて、演算部７８により行われる上記電圧制御について詳細に説明する。図１１は、第１の変形例による電圧制御のフローチャートである。本フローチャートは、トリガスイッチ３がオンされた時に始まる。

まず、演算部７８は、モータ５に流れている電流の電流値Ｉをモータ電流検出回路７１より取得し（Ｓ１０１）、電流値Ｉが過電流閾値Ｉｔｈよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０２）。

電流値Ｉが過電流閾値Ｉｔｈより大きかった場合には（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ＰＷＭ信号Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６の目標デューティＤｔを０％に設定することでモータ５への電力の供給を停止させる（Ｓ１０３）。これにより、モータ５に過電流が流れることが防止されている。

一方、電流値Ｉが過電流閾値Ｉｔｈ以下であった場合には（Ｓ１０２：ＮＯ）、続いて、電流値Ｉが目標電流値Ｉｔよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０４）。

電流値Ｉが目標電流値Ｉｔ以下であった場合には（Ｓ１０４：ＮＯ）、電流値Ｉを目標電流値Ｉｔまで増加させるための目標デューティＤｔを設定（上昇）した上で（Ｓ１０５）、Ｓ１０１に戻る。

詳細には、Ｄｔ＝（Ｉｔ−Ｉ）×Ｐ＋Ｄ・・・式（１）（Ｐはフィードバックゲイン、Ｄは現在のデューティ）により、目標デューティＤｔを設定し、目標デューティＤｔに向けてデューティをＤａ％だけ増加させる。このように、デューティをＤａ％ずつ増加させることにより、モータ５に過大な突入電流が流れることを防止することができる。

一方、電流値Ｉが目標電流値Ｉｔより大きかった場合には（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、目標電流値Ｉｔを低下させることにより目標デューティＤｔを低下させた上で（１０５）、Ｓ１０１に戻る。

このように、第１の変形例による電動工具１では、モータ５に流れる電流の電流値Ｉが目標電流値Ｉｔよりも大きい場合に目標デューティＤｔを低下させる。これにより、モータに流れる電流も目標電流値Ｉｔより小さくなるため、モータ５に過電流が流れることを予防することが可能となる。また、過電流によりモータ５を停止させる可能性が低くなるため、電動工具１による円滑な作業が確保される。更に、過電流に弱いインバータ回路８も保護することが可能となる。

続いて、第２の変形例について説明する。

モータ５の回転数が低い場合と高い場合に同一の電圧を供給すると、低い場合の方がモータ５に大きな電流が流れることとなる。一方、目標デューティの変更は、電流に反映されるまでに多少の時間がかかる。従って、モータ５の回転数が低い場合には、第１の変形例による制御を行ったとしても、制御が追従できずに、モータ５に過電流が流れてしまう虞がある。

そこで、本実施の形態では、図１２に示すように、モータ５の回転数に応じて目標デューティＤｔを変更する。詳細には、モータ５の回転数が低い間は、目標デューティＤｔも小さな値に設定することによりモータ５に大きな電圧が供給されないような目標デューティＤｔを設定する。これにより、図１３に示すように、モータ５の回転数が低い間はモータ５に大きな電流が流れることが防止されるので、モータ５に過電流が流れることを適切に予防することが可能となる。

次に、図１４を用いて本実施の形態による電圧制御について説明する。図１４は、本実施の形態による電圧制御のフローチャートである。本フローチャートは、トリガスイッチ３がオンされた時に始まる。なお、Ｓ２０１−Ｓ２０３までのステップは図１１におけるＳ１０１−Ｓ１０３と同一であるため、説明を省略する。

電流値Ｉが過電流閾値Ｉｔｈ以下であった場合には（Ｓ２０２：ＮＯ）、モータ回転数検出回路７７よりモータ５の回転数Ｎを取得し（Ｓ２０４）、回転数Ｎに基づき、目標電流値Ｉｔと、電流値Ｉを目標電流値Ｉｔまで増加させて目標電流値Ｉｔで制限させるための目標デューティＤｔと、を設定した上で（Ｓ２０５）、Ｓ２０１に戻る。本実施の形態では、図１２に示すように、回転数が０ｒｐｍから所定ｒｐｍまでは、目標デューティＤｔを１００％まで比例関係で増加させ、所定ｒｐｍ以降は１００％に固定するものとする。

このように、本実施の形態による電動工具１では、モータ５の回転数に応じて目標デューティＤｔを変更する。これにより、モータ５の回転数が低い間はモータ５に大きな電圧が供給することが防止されるので、モータ５に過電流が流れることを適切に予防することが可能となる。

続いて、第３の変形例について説明する。

第１の変形例では、電池パック２からの直流電力を直接インバータ回路８に供給したが、商用電源からの交流電力を直流電力に整流・平滑した上でインバータ回路８に供給する構成も考えられる。このような構成として、例えば、図１５に示すように、商用電源２０とインバータ回路８との間に、ノーマルモードフィルタ２１と、整流回路２２と、平滑コンデンサ２３と、を備え、制御回路７にＡＣ入力電圧検出回路２４を備えたものが考えられる。

図１５に示す構成においては、コスト抑制等の理由により、平滑コンデンサ２３として小容量のものを用いる場合がある。小容量のコンデンサを使用する理由は、大容量の平滑コンデンサを使用すると、力率が悪化しその対策として力率を改善する力率改善回路を付加する必要があるからである。力率改善回路を設けるためには、大きなスペースが必要となり、電動工具が大きくなってしまうものである。

ここでいう小容量のコンデンサとは、例えば４７μＦ以下の容量を持つコンデンサである。特に１０μＦ以下である場合には、駆動電圧の脈動が起きやすくなってしまうものである。なお、本発明の実施例においては、０．４７μＦのコンデンサを採用している。この小容量のコンデンサを用いると、電源電圧のリプルが大きくなってしまう。例えば、リプルが７０％以上であると、大きな脈動が起きているといえる。なお、リプルは、工具の入力電源の電圧の最大値をＶ＊として、電圧の変化量をｄＶとした時に、（ｄＶ／Ｖ＊）×１００％であらわされる。

平滑コンデンサ２３として小容量のものを用いる場合には、平滑コンデンサ２３によって交流電力が完全に平滑されず、第１の周波数の脈動波形を有する電力がインバータ回路８に供給されることとなる。そして、このような構成において第１の実施の形態による制御を行うと、図１６に示すように、電流値Ｉが目標電流値Ｉｔより大きくなってから制御が追従してきた時点で電流値Ｉが下がり始め、目標電流値Ｉｔ以下まで低下した時に再びデューティを増加させることとなる。

しかしながら、この場合に電流値Ｉが目標電流値Ｉｔ以下まで低下したのは負荷が低減したためではなく、交流電圧が低下したことによるものである。従って、交流のサイクル毎に目標電流値Ｉｔを超える電流がモータ５に流れることとなり、モータ５に不要な発熱等を生じさせることとなる。

そこで、本実施の形態では、脈動電流のピーク値Ｉｐが目標電流値Ｉｔよりも大きい場合にデューティを減少させる。詳細には、図１７に示すように、脈動電流のピーク値Ｉｐが目標電流値Ｉｔよりも大きい場合にデューティを減少させ、次回のピーク値Ｉｐ検出まで減少させたデューティを維持させる。そして、ピーク値Ｉｐが目標電流値Ｉｔ以下となった場合に段階的にデューティを回復させていく。これにより、交流のサイクル毎に目標電流値Ｉｔを超える電流がモータ５に流れることがなくなるため、モータ５に不要な発熱等を生じさせることを防止することが可能となる。

ここで、図１８を用いて、本実施の形態による電圧制御について詳細に説明する。図１８は、本実施の形態による電圧制御のフローチャートである。本フローチャートは、トリガスイッチ３がオンされた時に始まる。なお、Ｓ３０１−Ｓ３０３までのステップは図１１におけるＳ１０１−Ｓ１０３と同一であるため、説明を省略する。

一方、電流値Ｉ（ｔ）が過電流閾値Ｉｔｈ以下であった場合には（Ｓ３０２：ＮＯ）、続いて、電流値Ｉ（ｔ）が記憶されている電流値Ｉ（ｔ−１）より小さくなったか否かを判断する（Ｓ３０４）。

電流値Ｉ（ｔ）が電流値Ｉ（ｔ−１）より以上であった場合には（Ｓ３０２：ＮＯ）、電流値Ｉ（ｔ）を電流値Ｉ（ｔ−１）として記憶した上で（Ｓ３０５）、Ｓ３０１に戻る。

一方、電流値Ｉ（ｔ）が電流値Ｉ（ｔ−１）より小さくなっていた場合には（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、電流値Ｉ（ｔ−１）をピーク値Ｉｐとして決定する（Ｓ３０６）。なお、本実施の形態では、実際のピーク値と十分に近似した値を検出することができるようなサンプリング期間で電流値Ｉ（ｔ）を検出するものとする。

続いて、ピーク値Ｉｐが目標電流値Ｉｔよりも大きいか否かを判断する（Ｓ３０７）。

ピーク値Ｉｐが目標電流値Ｉｔ以下であった場合には（Ｓ３０７：ＮＯ）、ピーク値Ｉｐを目標電流値Ｉｔまで増加させて目標電流値Ｉｔで制限させるための目標デューティＤｔを設定した上で（Ｓ３０８）、Ｓ３０１に戻る。

一方、ピーク値Ｉｐが目標電流値Ｉｔより大きかった場合には（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、目標電流値Ｉｔを低下させるために目標デューティＤｔを低下させた上で（３０９）、Ｓ３０１に戻る。

このように、本変形例による電動工具１では、脈動電流のピーク値Ｉｐが目標電流値Ｉｔよりも大きい場合にデューティを低下させるので、交流のサイクル毎に目標電流値Ｉｔを超える電流がモータ５に流れることがなくなるため、モータ５に不要な発熱等を生じさせることを防止することが可能となる。

尚、第１の変形例と第２の変形例とを同時に行ってもよい。詳細には、モータ５の回転数に応じて目標デューティＤｔを変更し、電流値Ｉが目標電流値Ｉｔよりも大きい場合に目標デューティＤｔを低下させることにより、モータ５に流れる電流を減少させてもよい。

この場合、図１９に示すように、モータ５の回転数が低い間はモータ５に大きな電圧が供給されないような目標デューティＤｔを設定し、モータ５の回転数が所定以上となった後はデューティを１００％固定する。そしてデューティを１００％に固定した後は、電流値Ｉが目標電流値Ｉｔよりも大きくなった場合に目標デューティＤｔを低下させることとなる。

ここで、図２０を用いて、変形例による電圧制御について詳細に説明する。図２０は、変形例による電圧制御のフローチャートである。本フローチャートは、トリガスイッチ３がオンされた時に始まる。

まず、演算部７８は、モータ５に流れている電流の電流値Ｉをモータ電流検出回路７１より取得し（Ｓ４０１）、電流値Ｉが過電流閾値Ｉｔｈよりも大きいか否かを判断する（Ｓ４０２）。

電流値Ｉが過電流閾値Ｉｔｈより大きかった場合には（Ｓ４０２：ＹＥＳ）、ＰＷＭ信号Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６の目標デューティＤｔを０％に設定することでモータ５への電力の供給を停止させる（Ｓ４０３）。

一方、電流値Ｉが過電流閾値Ｉｔｈ以下であった場合には（Ｓ４０２：ＮＯ）、続いて、モータ回転数検出回路７７よりモータ５の回転数Ｎを取得し（Ｓ４０４）、回転数Ｎに基づき目標電流値Ｉｔ及び電流値Ｉを目標電流値Ｉｔまで増加させるための目標デューティＤｔを設定する（Ｓ４０５）。

続いて、電流値ＩがＳ４０５で設定された目標電流値Ｉｔよりも大きいか否かを判断する（Ｓ４０６）。

電流値Ｉが目標電流値Ｉｔ以下であった場合には（Ｓ４０６：ＮＯ）、電流値Ｉを目標電流値Ｉｔまで増加させて目標電流値Ｉｔで制限させるための目標デューティＤｔを設定した上で（Ｓ４０７）、Ｓ４０１に戻る。

一方、電流値Ｉが目標電流値Ｉｔより大きかった場合には（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、目標電流値Ｉｔを低下させるために目標デューティＤｔを低下させた上で（４０８）、Ｓ４０１に戻る。

このように、第１の変形例と第２の変形例とを同時に行うことで、モータ５に過電流が流れることをより効果的に予防することが可能となる。

また、第１の変形例では、電流値Ｉが目標電流値Ｉｔより大きい場合に一定の低下率で電圧を低下させたが、電流値Ｉの大きさに応じて低下率を変更してもよい。

また、上記変形例では、電流値Ｉが過電流閾値Ｉｔｈより大きくなった場合にモータ５への電圧の供給を停止させたが、電流値Ｉが所定時間以上に亘って目標電流値Ｉｔより大きく過電流閾値Ｉｔｈ以下の場合にモータ５への電圧の供給を停止させてもよい。この場合、モータ５やインバータ回路８の過電流に対する弱さに応じて上記所定時間を変更してもよい。

また、例えば、電動工具１がドライバである場合の締結終了時のロック検出を行ってもよい。この場合、例えば、（１）回転数Ｎが所定値以下の場合、（２）回転数Ｎが所定値以下、かつ、電流値Ｉが所定値以上の場合、（３）所定値以上の電流値Ｉが所定時間以上継続した場合、ロック検出を行うことが考えられる。

１電動工具
２商用電源
３トリガスイッチ
７制御回路
８インバータ回路
１０整流回路
１１平滑コンデンサ
２０電池パック
７２整流電圧検出回路
７８演算部
８０入力電圧検出回路
８１電池電圧検出回路

Claims

モータと、
直流電圧からモータ用駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、
前記直流電圧を検出する電圧検出部と、
前記直流電圧が所定範囲から外れている場合に前記インバータ回路による前記モータへの前記モータ用駆動電圧の供給を禁止する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動工具。
モータと、
交流電圧を整流して整流電圧として出力する整流回路と、
前記整流電圧から駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、
前記整流電圧を検出する電圧検出部と、
前記整流電圧が所定範囲から外れている場合に前記インバータ回路による前記モータへの駆動電圧の供給を禁止する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動工具。
モータと、
交流電圧を整流して整流電圧として出力する整流回路と、
前記整流電圧から駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、
前記整流電圧のピーク値を検出する電圧検出部と、
前記ピーク値が所定範囲から外れている場合に前記インバータ回路による前記モータへの駆動電圧の供給を禁止する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動工具。
交流電源に接続可能な電源コードと、
前記電源コードによって回転駆動されるブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータによって駆動される先端工具と、
前記ブラシレスモータに駆動電圧を供給する電圧供給部と、
前記ブラシレスモータに流れる電流値を検出する電流検出部と、
を有し、前記電圧供給部はパルス幅変調信号を用いる電動工具であって、
前記電流値が第１の電流値よりも大きい場合に、前記電流値と前記第１の電流値との差によって、前記パルス幅変調信号のデューティを規定することを特徴とする電動工具。
交流電源に接続可能な電源コードと、
前記電源コードによって回転駆動されるブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータによって駆動される先端工具と、
前記ブラシレスモータに駆動電圧を供給する電圧供給部と、
前記ブラシレスモータに流れる電流値を検出する電流検出部と、
を有し、前記電圧供給部はパルス幅変調記号を用いる電動工具であって、
前記駆動電圧値が第１の電圧値よりも大きい場合に、前記パルス幅変調信号のデューティを低減することを特徴とする電動工具。
交流電源に接続可能な電源コードと、
前記電源コードによって回転駆動されるブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータによって駆動される先端工具と、
前記ブラシレスモータに駆動電圧を供給する電圧供給部と、
前記ブラシレスモータに流れる電流値を検出する電流検出部と、
を有し、前記電圧供給部はパルス幅変調記号を用いる電動工具であって、
前記駆動電圧値が第１の電圧値よりも大きい場合に、前記駆動電圧値と前記第１の電圧値との差によって、前記パルス幅変調信号のデューティを規定することを特徴とする電気工具。