JP2022063784A - 電動工具、モータ制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】不安定挙動を精度よく検出する。
【解決手段】電動工具１は、モータ２と、取付部と、伝達機構と、駆動制御部６４と、回転数検出部６２と、トルク検出部６３と、を備える。取付部には、先端工具が取り付けられる。伝達機構は、モータ２の動力を取付部に伝達する。駆動制御部６４は、モータ２を制御する。回転数検出部６２は、モータ２と先端工具との間に配置されている第１検出対象軸の回転数を検出する。トルク検出部６３は、モータ２と先端工具との間に配置されている第２検出対象軸の負荷トルクを検出する。駆動制御部６４は、検出される回転数と負荷トルクとに基づいて先端工具、第１検出対象軸及び第２検出対象軸のうちの少なくとも１つの不安定挙動を検出し、不安定挙動を検出した場合に、モータ２を減速又は停止させる。
【選択図】図１

Description

本開示は、一般に電動工具、モータ制御方法及びプログラムに関し、より詳細には、モータを制御することが可能な電動工具、モータ制御方法及びプログラムに関する。

特許文献１には、キックバックが発生した場合など負荷の急激な上昇が生じた場合に、モータを停止又は減速させる電動工具が記載されている。具体的には、特許文献１に記載の電動工具は、モータの慣性トルクを算出し、算出したモータの慣性トルクが慣性トルク基準値を超える場合に、モータを停止または減速させる。

特開２０１５－１００８５８号公報

近年、特許文献１に記載のような電動工具では、キックバック等が発生し得る不安定挙動を精度よく検出することが望まれている。

本開示は上記事由に鑑みてなされており、不安定挙動を精度よく検出することができる電動工具、モータ制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る電動工具は、モータと、取付部と、伝達機構と、駆動制御部と、回転数検出部と、トルク検出部と、を備える。前記取付部には、先端工具が取り付けられる。前記伝達機構は、前記モータの動力を前記取付部に伝達する。前記駆動制御部は、前記モータを制御する。前記回転数検出部は、前記モータと前記先端工具との間に配置されている第１検出対象軸の回転数を検出する。前記トルク検出部は、前記モータと前記先端工具との間に配置されている第２検出対象軸の前記負荷トルクを検出する。前記駆動制御部は、前記回転数検出部によって検出される前記回転数と、前記トルク検出部によって検出される前記負荷トルクとに基づいて前記先端工具、前記第１検出対象軸及び前記第２検出対象軸のうちの少なくとも１つの不安定挙動を検出し、前記不安定挙動を検出した場合に、前記モータを減速又は停止させる。

本開示の一態様に係るモータ制御方法は、モータと、先端工具が取り付けられる取付部と、前記モータの動力を前記取付部に伝達する伝達機構とを備える電動工具における前記モータを制御するモータ制御方法である。前記モータ制御方法は、回転数検出ステップと、トルク検出ステップと、不安定挙動検出ステップと、制御ステップとを有する。前記回転数検出ステップでは、前記モータと前記先端工具との間に配置されている第１検出対象軸の前記回転数を検出する。前記トルク検出ステップでは、前記モータと前記先端工具との間に配置されている第２検出対象軸の前記負荷トルクを検出する。前記不安定挙動検出ステップでは、前記回転数検出ステップにおいて検出する前記回転数と、前記トルク検出ステップにおいて検出する前記負荷トルクとに基づいて前記先端工具、前記第１検出対象軸及び前記第２検出対象軸のうちの少なくとも１つの不安定挙動を検出する。前記制御ステップでは、前記不安定挙動検出ステップにおいて前記不安定挙動を検出した場合に、前記モータを減速又は停止させる。

本開示の一態様に係るプログラムは、上記方法を１以上のプロセッサに実行させるためのプログラムである。

本開示によれば、不安定挙動をより精度よく検出することができる電動工具、モータ制御方法及びプログラムを提供することができる。

図１は、一実施形態に係る電動工具の機能構成を示すブロック図である。 図２は、同上の電動工具の概略構成を示す概略図である。 図３は、同上の電動工具におけるトルク電流及び回転数と時間との関係を示すグラフである。 図４は、同上の電動工具の動作を示すフローチャートである。

以下、本開示に関する好ましい実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。本開示において説明する各図は、模式的な図であり、各図中の各構成要素の大きさ及び厚さのそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。なお、図面中の各方向を示す矢印は一例であり、電動工具１の使用時の方向を規定する趣旨ではない。また、図面中の各方向を示す矢印は説明のために表記しているに過ぎず、実体を伴わない。

（１）概要
まず、本実施形態に係る電動工具１の概要について、図１及び図２を参照して説明する。

図１に示すように、電動工具１は、例えば電池パック７等の動力源からの動力（電力等）によって動作する。具体的には、電池パック７から電力が供給されたモータ２の回転軸２１（図２参照）が回転し、伝達機構３（図２参照）を介して取付部４（図２参照）に回転駆動力が伝達される。この取付部４に例えばドライバビット９（図２参照）等の先端工具が取り付けられている場合、電動工具１は、作業対象となるワーク（加工対象物）に対して、締結部品（例えば、ネジ等）を取り付けることができる。すなわち、本実施形態の電動工具１は電動ドライバである。また、本実施形態の電動工具１は、先端工具にインパクトを加えることにより締結部品を締め付けるインパクトドライバではなく、ドリルドライバである。

図１に示すように、本実施形態の電動工具１は、回転数検出部６２と、トルク検出部６３と、駆動制御部６４とを備えている。

本実施形態の回転数検出部６２は、モータ２と先端工具との間に配置されている第１検出対象軸の回転数を検出する。ここで、「モータ２と先端工具との間に配置されている第１検出対象軸」とは、モータ２が有する回転軸２１や、ドライバビット９等の先端工具の軸を含む。また、本開示でいう「回転数を検出する」とは、回転速度（角速度）及び角加速度を検出することを含む。

本実施形態のトルク検出部６３は、モータ２と先端工具との間に配置されている第２検出対象軸の負荷トルクを検出する。ここで、「モータ２と先端工具との間に配置されている第２検出対象軸」とは、モータ２が有する回転軸２１や、ドライバビット９等の先端工具の軸を含む。なお、第１検出対象軸と第２検出対象軸とは、同一の軸であってもよいし、異なる軸であってもよい。本実施形態では、第１検出対象軸及び第２検出対象軸は、モータ２の回転軸２１（図２参照）である。

駆動制御部６４は、モータ２を制御する。また、本実施形態の駆動制御部６４は、回転数検出部６２によって検出される回転数と、トルク検出部６３によって検出される負荷トルクとに基づいて、不安定挙動を検出する。本開示でいう「不安定挙動」は、モータ２の回転数と負荷トルクとのバランスが崩れた状態であるときの挙動のことをいい、負荷トルクが増大し、いわゆるキックバック等が発生し得る挙動のことをいう。ここで、「回転数と負荷トルクとのバランスが崩れた状態」とは、負荷トルクの大きさに対して回転数が低い状態を含む。更に具体的には、「不安定挙動」は、モータ２の回転数と、負荷トルクとのバランスが崩れることにより、ドライバビット９等の先端工具、出力軸３１及びモータ２の回転軸２１の少なくとも１つの挙動が不安定になることをいう。例えば、本実施形態の駆動制御部６４は、モータ２の回転軸２１の回転数ｒ１が低下し、かつ、回転軸２１の負荷トルクＴｑ１が増大している場合等に、不安定挙動を検出する。駆動制御部６４は、不安定挙動を検出した場合に、モータ２を減速又は停止させる制御（以下、「モータ停止処理」ということがある。）を行う。

本実施形態の電動工具１では、駆動制御部６４が、回転数検出部６２によって検出される回転数と、トルク検出部６３によって検出される負荷トルクとに基づいて不安定挙動を検出することで、不安定挙動を精度よく検出することができる。

（２）電動工具の構成
以下、本実施形態に係る電動工具１の詳細な構成について、図１～図２を参照して説明する。以下の説明では、図２に示す回転軸２１及び出力軸３１が並んでいる方向を前後方向と規定し、出力軸３１から見て取付部４側を前とし、出力軸３１から見てモータ２側を後とする。また、以下の説明では、後述する胴体部１２とグリップ部１３とが並んでいる方向を上下方向と規定し、グリップ部１３から見て胴体部１２側を上とし、胴体部１２から見てグリップ部１３側を下とする。

図２に示すように、電動工具１は、ボディ１１と、トリガスイッチ８とを備えている。

ボディ１１は、胴体部１２と、グリップ部１３と、装着部１４とを有している。胴体部１２の形状は、先端（前端）が開口であり、後端が有底の筒状である。胴体部１２は、モータ２及び伝達機構３を収容している。グリップ部１３は、胴体部１２から下側に突出している。グリップ部１３は、トリガスイッチ８の一部を収容している。装着部１４は、電池パック７が取外し可能に装着されるように構成されている。本実施形態では、装着部１４は、グリップ部１３の先端部（下端部）に設けられている。言い換えれば、胴体部１２と装着部１４とが、グリップ部１３にて連結されている。

本実施形態の電動工具１は、電池パック７を電源として動作する。すなわち、電池パック７は、モータ２を駆動する電流を供給する電源である。電池パック７は、電動工具１の構成要素ではない。ただし、電動工具１は、電池パック７を構成要素として備えていてもよい。電池パック７は、複数の二次電池（例えば、リチウムイオン電池）を直列接続して構成された組電池と、組電池を収容したケースとを備えている。

図２に示すように、トリガスイッチ８は、グリップ部１３から突出している。トリガスイッチ８は、モータ２の回転を制御するための操作を受け付ける操作部である。トリガスイッチ８を引く操作により、モータ２のオンオフを切替可能である。また、トリガスイッチ８を引く操作の引込み量で、モータ２の回転速度を調整可能である。上記引込み量が大きいほど、モータ２の回転速度が速くなる。

図１に示すように、電動工具１は、モータ２と、伝達機構３（図２参照）と、取付部４(図２参照)と、インバータ回路５と、制御部６と、複数（図１の例では２つ）の電流検出部１０とを備えている。

モータ２は、例えばブラシレスモータである。特に、本実施形態のモータ２は、同期電動機であり、より詳細には、永久磁石同期電動機（Permanent Magnet Synchronous Motor：ＰＭＳＭ）である。モータ２は、永久磁石を備えた回転子と、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分の電機子巻線を備えた固定子とを備える。回転子は回転軸２１（図２参照）を有している。

図２に示すように、伝達機構３は、モータ２よりも前側に配置されており、モータ２の回転軸２１が機械的に接続されている。伝達機構３は、モータ２の回転駆動力（動力）を所定の減速比で減速して出力軸３１に伝達する。出力軸３１には、取付部４が機械的に接続されている。言い換えると、伝達機構３は、モータ２の回転駆動力を取付部４に伝達する。

取付部４は、胴体部１２の先端に配置されており、ドライバビット９等の先端工具を取り付け可能である。取付部４は、伝達機構３から伝達される回転駆動力をドライバビット９に伝達する。これにより、モータ２の回転軸２１が回転すると、ドライバビット９が回転する。ドライバビット９が締結部材に当てられた状態でドライバビット９が回転することにより、締結部材を締め付ける又は緩めるといった作業が可能となる。

なお、ドライバビット９は、取付部４に着脱可能である。本実施形態では、ドライバビット９等の先端工具は、電動工具１の構成に含まれていない。ただし、先端工具は、電動工具１の構成に含まれていてもよい。

図１に示すように、インバータ回路５は、電池パック７から供給される電力を、制御部６（駆動制御部６４）の指令に応じた３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）電力に変換して、変換した３相電力をモータ２に供給する。

２つの電流検出部１０は、インバータ回路５からモータ２に供給される３相の駆動電流のうち、少なくとも２相の駆動電流を測定する。本実施形態では、２つの電流検出部１０は、Ｕ相の駆動電流と、Ｖ相の駆動電流とを測定する。本実施形態の電流検出部１０は、例えばシャント抵抗素子である。

制御部６は、１以上のプロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムを、コンピュータシステムのプロセッサが実行することにより、制御部６の少なくとも一部の機能が実現される。プログラムは、メモリに記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通して提供されてもよく、メモリカード等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。

本実施形態の制御部６は、モータ電流を、トルクを発生するトルク電流ｉ１（ｑ軸電流）と磁束を発生させる励磁電流（ｄ軸電流）とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御するベクトル制御を行う。ベクトル制御では、モータ２の回転子に設けられた永久磁石が作る磁束の回転速度と同じ速度で回転する回転座標系が考慮される。回転座標系において、永久磁石が作る磁束の方向をｄ軸にとり、ｄ軸に対応する制御上の推定軸をγ軸とする。また、ｄ軸から電気角で９０度進んだ位相にｑ軸をとり、γ軸から電気角で９０度進んだ位相に制御上の推定軸であるδ軸をとる。実軸に対応する回転座標系はｄ軸及びｑ軸を座標軸とする座標系であり、その座標軸をｄｑ軸と呼ぶ。制御上の回転座標系はγ軸及びδ軸を座標軸とする座標系であり、その座標軸をγδ軸と呼ぶ。制御部６は、基本的に、ｄｑ軸の位相と、γδ軸の位相とが一致するようにベクトル制御を行う。より具体的には、制御部６は、ｄｑ軸の位相とγδ軸の位相との位相差が０になるようにＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御を行う。

図１に示すように、本実施形態の制御部６は、座標変換部６１と、回転数検出部６２と、トルク検出部６３と、駆動制御部６４とを有している。

座標変換部６１は、２つの電流検出部１０によって検出されるＵ相の駆動電流及びＶ相の駆動電流を座標変換して、γ軸電流及びδ軸電流を算出する。座標変換部６１は、γ軸電流及びｑ軸電流の情報を回転数検出部６２及びトルク検出部６３に出力する。

回転数検出部６２は、ＰＬＬ制御を行うために、γ軸電流又はδ軸電流等を用いて比例積分制御等を行うことで、ｄｑ軸座標を推定する。本実施形態の回転数検出部６２は、推定したｄｑ軸座標に基づいて、モータ２の回転軸２１の回転数を検出する。本実施形態の回転数検出部６２は、ｄ軸電流（励磁電流）の値に基づいて、モータ２の回転軸２１の回転数ｒ１を算出する。本実施形態の回転数検出部６２は、ベクトル制御（ＰＰＬ制御）に必要な励磁電流の値に基づいてモータ２の回転数ｒ１を算出するため、電動工具１が別途エンコーダ等のセンサを有する必要がないという利点がある。なお、回転数ｒ１の算出方法として従来から様々な方法が提案されており、回転数検出部６２は、公知の何れの方法をも採用可能である。回転数検出部６２は、算出した回転数ｒ１を駆動制御部６４に出力する。

トルク検出部６３は、ＰＬＬ制御を行うために、γ軸電流又はδ軸電流等を用いて比例積分制御等を行うことで、ｄｑ軸座標を推定する。本実施形態のトルク検出部６３は、推定したｄｑ軸座標に基づいて、モータ２の回転軸２１の負荷トルクを検出する。本実施形態のトルク検出部６３は、ｑ軸電流（トルク電流ｉ１）の値に基づいて、モータ２の回転軸２１の負荷トルクＴｑ１を算出する。本実施形態のトルク検出部６３は、ベクトル制御（ＰＰＬ制御）に必要なトルク電流ｉ１の値に基づいてモータ２の負荷トルクＴｑ１を算出するため、電動工具１が別途トルクセンサを有する必要がないという利点がある。トルク検出部６３は、算出した負荷トルクＴｑ１を駆動制御部６４に出力する。なお、トルク検出部６３は、座標変換部６１から入力されるトルク電流ｉ１の値を、そのまま駆動制御部６４に出力してもよい。

駆動制御部６４は、モータ２を制御する。例えばトリガスイッチ８の引込み量等で設定されるモータ２の速度（回転速度）の目標値等に基づいて、駆動制御部６４は、モータ２の速度の指令値を決定する。そして、駆動制御部６４は、モータ２の速度が指令値に一致するように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動電圧の目標値（電圧指令値）を決定してインバータ回路５に出力する。

また、本実施形態の駆動制御部６４は、回転数検出部６２によって検出（算出）される回転軸２１の回転数ｒ１と、トルク検出部６３によって検出（算出）される回転軸２１の負荷トルクＴｑ１とに基づいて、不安定挙動を検出する。不安定挙動とは、キックバック等が発生し得る不安定な挙動をいう。ここで、駆動制御部６４は、回転数検出部６２によって検出される回転軸２１の回転数ｒ１と、トルク検出部６３によって検出されるトルク電流ｉ１とに基づいて、不安定挙動を検出してもよい。駆動制御部６４は、不安定挙動を検出した場合、モータ２を減速又は停止させる。なお、駆動制御部６４は、不安定挙動を検出しない場合、トリガスイッチ８に対するユーザの操作に基づいてモータ２を制御する。

（３）動作
次に、駆動制御部６４が不安定挙動を検出する動作（モータ制御方法）について図３及び図４を参照して説明する。

図３は、トルク電流ｉ１（負荷トルクＴｑ１）及び回転数ｒ１と時間との関係を示すグラフである。図３中のグラフＧ１は、トルク電流ｉ１と時間との関係を示すグラフであり、グラフＧ２は、トルク電流ｉ１の増加度合いＤ１と時間との関係を示すグラフである。また、図３中のグラフＧ３は、回転数ｒ１と時間との関係を示すグラフであり、グラフＧ４は、回転数ｒ１の減少度合いＤ２と時間との関係を示すグラフである。

本実施形態の駆動制御部６４は、トルク電流ｉ１の増加度合いＤ１と、回転数ｒ１の減少度合いＤ２とに基づいて不安定挙動を検出する。増加度合いＤ１は、第１所定期間Ｔ１の開始時のトルク電流ｉ１を基準としたときの第１所定期間Ｔ１の終了時のトルク電流ｉ１の増加度合いである。言い換えると、増加度合いＤ１は、第１所定期間Ｔ１の終了時のトルク電流ｉ１から第１所定期間Ｔ１の開始時のトルク電流ｉ１を差し引いた値である。第１所定期間Ｔ１は、増加度合いＤ１を算出するタイミングを終点とする所定の長さの期間である。本実施形態の駆動制御部６４は、増加度合いＤ１を算出するタイミングごとに、増加度合いＤ１を算出するタイミングを第１所定期間Ｔ１の終点とした増加度合いＤ１を算出する。図３中に記載の第１所定期間Ｔ１は、駆動制御部６４が不安定挙動を検出する動作を開始した後の最初の第１所定期間Ｔ１である。つまり、図３中に記載の第１所定期間Ｔ１は、タイミングｔ２における第１所定期間Ｔ１である。第１所定期間Ｔ１は、例えば２００ｍｓである。

減少度合いＤ２は、第２所定期間Ｔ２の開始時の回転数ｒ１を基準としたときの第２所定期間Ｔ２の終了時の回転数ｒ１の減少度合いである。言い換えると、第２所定期間Ｔ２の終了時の回転数ｒ１から第２所定期間Ｔ２の開始時の回転数ｒ１を差し引いた値である。また、減少度合いＤ２は、回転速度（角速度）又は角加速度の減少度合いであってもよい。本開示では、第２所定期間Ｔ２の終了時の回転数ｒ１から第２所定期間Ｔ２の開始時の回転数ｒ１を差し引いた値が小さい程（マイナスの値が大きい程）、減少度合いＤ２が大きいとする。第２所定期間Ｔ２は、減少度合いＤ２を算出するタイミングを終点とする所定の長さの期間である。本実施形態の駆動制御部６４は、減少度合いＤ２を算出するタイミング毎に、減少度合いＤ２を算出するタイミングを第２所定期間Ｔ２の終点とした減少度合いＤ２を算出する。図３中に記載の第２所定期間Ｔ２は、駆動制御部６４が不安定挙動を検出する動作を開始した後の最初の第２所定期間Ｔ２である。つまり、図３中に記載の第２所定期間Ｔ２は、タイミングｔ２における第２所定期間Ｔ２である。第２所定期間Ｔ２は、例えば２００ｍｓであり、本実施形態では第１所定期間Ｔ１と同じ長さである。

駆動制御部６４は、トルク電流ｉ１の増加度合いＤ１が増加閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、回転数ｒ１の減少度合いＤ２が減少閾値Ｔｈ２以上である場合に、不安定挙動を検出する。トルク電流ｉ１の増加度合いＤ１の増加閾値Ｔｈ１は、２０Ａ～３５Ａ程度であることが好ましく、例えば２５Ａである。また、回転数ｒ１の減少度合いＤ２の減少閾値Ｔｈ２は、例えば０である。すなわち、本実施形態の駆動制御部６４は、トルク電流ｉ１の増加度合いＤ１が２５Ａ以上であり、かつ、回転数ｒ１の減少度合いＤ２が０以上（第２所定期間Ｔ２の終了時の回転数ｒ１から第２所定期間Ｔ２の開始時の回転数ｒ１を差し引いた値が０以下）である場合に、不安定挙動を検出する。図３の例では、タイミングｔ３において、トルク電流ｉ１の増加度合いＤ１が増加閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、回転数ｒ１の減少度合いＤ２が減少閾値Ｔｈ２以上である。したがって、駆動制御部６４は、タイミングｔ３において不安定挙動を検出する。

また、本実施形態の駆動制御部６４は、不安定挙動を検出したタイミングｔ３から所定時間経過したタイミングで、モータ停止処理を行う。言い換えると、駆動制御部６４は、不安定挙動を検出したタイミングｔ３から所定時間遅らせてからモータ停止処理を行う。所定時間中は不安定挙動を継続させることで、ユーザに不安定挙動が発生していることを認知させることができる。ここで、駆動制御部６４が、不安定挙動を検出してからモータ停止処理を行うまでの所定時間は、１０ｍｓ～９０ｍｓ程度であることが好ましく、例えば１０ｍｓである。

また、駆動制御部６４は、トリガスイッチ８が操作されたタイミングｔ０からモータ２が始動するタイミングｔ１までの期間において、不安定挙動を検出する処理を行わない。タイミングｔ０からタイミングｔ１までの期間は、モータ２に突入電流が流れることがあるため、駆動制御部６４は、モータ２が始動するタイミングｔ１から不安定挙動を検出する処理を行う。これにより、突入電流が原因となる不安定挙動の誤検出を低減させることができる。

また、駆動制御部６４は、モータ２が始動するタイミングｔ１（不安定挙動の検出を開始するタイミング）から第１所定期間Ｔ１が経過するまでの間においては、トルク電流ｉ１の絶対値が閾値Ｔｈ３以上である場合に、不安定挙動を検出する。そして、モータ２が始動するタイミングｔ１から第１所定期間Ｔ１が経過した後においては、上述したように、駆動制御部６４は、トルク電流ｉ１の増加度合いＤ１と回転数ｒ１の減少度合いＤ２とに基づいて不安定挙動を検出する。不安定挙動の検出を開始するタイミングｔ１から第１所定期間Ｔ１が経過するまでの間は、トルク電流ｉ１の増加度合いＤ１を検出することができないためである。すなわち、タイミングｔ１から第１所定期間Ｔ１が経過するまでの間は、トルク電流ｉ１の絶対値に基づいて不安定挙動を検出することで、トルク電流ｉ１の増加度合いＤ１を検出することができない期間においても不安定挙動を検出することができる。

ここで、例えばトルク電流ｉ１の絶対値の閾値Ｔｈ３は、４０Ａ～７０Ａ程度であることが好ましく、例えば５０Ａである。閾値Ｔｈ３を増加閾値Ｔｈ１より大きい値としている理由は、モータ２の始動時にはモータ２の回転子（回転軸２１）を回しだすのに大きなトルク電流ｉ１が必要となるからである。閾値Ｔｈ３を増加閾値Ｔｈ１より大きい値とすることで、モータ２の始動時のトルク電流ｉ１が原因となる不安定挙動の誤検出を低減することができる。

次に、駆動制御部６４が不安定挙動を検出する動作について図４を参照して説明する。駆動制御部６４は、トリガスイッチ８に対するユーザの操作を検知すると、不安定挙動を検出するための処理を開始する。また、駆動制御部６４は、不安定挙動を検出するための処理を行っている最中にトリガスイッチ８に対するユーザの操作が検知されなくなった場合に、不安定挙動を検出するための処理を終了する。

駆動制御部６４は、不安定挙動を検出するための処理を開始すると、モータ２の回転数ｒ１を確認する（Ｓ１）。モータ２の回転数ｒ１が０であり、モータ２が始動していない場合（Ｓ２でＮｏ）、処理はステップＳ１に戻る。一方、モータ２の回転数ｒ１が０でなく、モータ２が始動している場合（Ｓ２でＹｅｓ）、駆動制御部６４は、モータ２の始動から第１所定期間Ｔ１が経過したか否かを確認する（Ｓ３）。モータ２の始動から第１所定期間Ｔ１が経過している場合（Ｓ３でＹｅｓ）、駆動制御部６４は、トルク電流ｉ１（負荷トルクＴｑ１）の増加度合いＤ１と、回転数ｒ１の減少度合いＤ２とを算出する（Ｓ４，Ｓ５）。増加度合いＤ１が増加閾値Ｔｈ１以上であり、かつ、減少度合いＤ２が減少閾値Ｔｈ２以上である場合（Ｓ６でＹｅｓ）、駆動制御部６４は、不安定挙動を検出する。不安定挙動を検出した駆動制御部６４は、不安定挙動を検出してから所定時間が経過するまで待機し（Ｓ７のＮｏ）、所定時間が経過すると（Ｓ７でＹｅｓ）、駆動制御部６４は、モータ停止処理を行う（Ｓ８）。駆動制御部６４は、モータ停止処理を行うと、不安定挙動を検出するための処理を終了する。

一方、ステップＳ６の処理において、増加度合いＤ１が増加閾値Ｔｈ１より小さい場合（Ｓ６でＮｏ）、又は、減少度合いＤ２が減少閾値Ｔｈ２より小さい場合（Ｓ６でＮｏ）、処理はステップＳ４に戻る。また、ステップＳ６の処理において、増加度合いＤ１が増加閾値Ｔｈ１より小さく、かつ、減少度合いＤ２が減少閾値Ｔｈ２より小さい場合（Ｓ６でＮｏ）も、処理はステップＳ４に戻る。

ステップＳ３の処理において、モータ２の始動から第１所定期間Ｔ１が経過していない場合（Ｓ３でＮｏ）、駆動制御部６４は、トルク電流ｉ１（負荷トルクＴｑ１）を確認する（Ｓ９）。トルク電流ｉ１が閾値Ｔｈ３より小さい場合（Ｓ１０でＮｏ）、処理はステップＳ３に戻る。一方、トルク電流ｉ１が閾値Ｔｈ３以上である場合（Ｓ１０でＹｅｓ）、駆動制御部６４は、不安定挙動を検出する。不安定挙動を検出した駆動制御部６４は、不安定挙動を検出してから所定時間が経過するまで待機し（Ｓ７のＮｏ）、所定時間が経過すると（Ｓ７でＹｅｓ）、駆動制御部６４は、モータ停止処理を行う（Ｓ８）。駆動制御部６４は、モータ停止処理を行うと、不安定挙動を検出するための処理を終了する。

（４）変形例
以下、上記実施形態の変形例を列挙する。以下の説明する変形例は、上記実施形態と適宜組み合わせて適用可能である。

上記実施形態に係る電動工具１と同等の機能は、モータ制御方法、（コンピュータ）プログラム、又はプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。一態様に係るモータ制御方法は、モータ２と、先端工具が取り付けられる取付部４と、モータ２の動力を取付部４に伝達する伝達機構３とを備える電動工具１におけるモータ２を制御するモータ制御方法である。モータ制御方法は、回転数検出ステップと、トルク検出ステップと、不安定挙動検出ステップと、制御ステップとを有する。回転数検出ステップでは、モータ２と先端工具との間に配置されている第１検出対象軸（回転軸２１）の回転数ｒ１を検出する。トルク検出ステップでは、モータ２と先端工具との間に配置されている第２検出対象軸（回転軸２１）の負荷トルクＴｑ１を検出する。不安定挙動検出ステップでは、回転数検出ステップにおいて検出する回転数ｒ１と、トルク検出ステップにおいて検出する負荷トルクＴｑ１とに基づいて先端工具、第１検出対象軸及び第２検出対象軸のうちの少なくとも１つの不安定挙動を検出する。制御ステップでは、不安定挙動ステップにおいて不安定挙動を検出した場合に、モータ２を減速又は停止させる。一態様に係るプログラムは、上記のモータ制御方法を、１以上のプロセッサに実行させるためのプログラムである。

電動工具１は、制御部６等にコンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における制御部６としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうＩＣ又はＬＳＩ等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なる。ＩＣ又はＬＳＩ等の集積回路は、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又はＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれる集積回路を含む。さらに、ＬＳＩの製造後にプログラムされる、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成若しくはＬＳＩ内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスも、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む１ないし複数の電子回路で構成される。

電動工具１は、不安定挙動を検出した場合に、不安定挙動を検出したことをユーザに通知するための表示部や、スピーカ等を備えていてもよい。表示部には、液晶ディスプレイやＬＥＤ等の発光部が含まれる。また、電動工具１は、不安定挙動を検出したことを、振動や、風圧でユーザに通知してもよい。

電流検出部１０は、ホール素子電流センサ等であってもよい。

回転数検出部６２は、ホール素子電流センサ、光電式エンコーダ又は磁気式エンコーダを用いて、モータ２の回転軸２１の回転数ｒ１を検出してもよい。また、回転数検出部６２は、モータ２の回転軸２１の回転数ｒ１ではなく、出力軸３１、取付部４又はドライバビット９等の先端工具の回転数を検出してもよい。

トルク検出部６３は、モータ２の回転軸２１の負荷トルクＴｑ１を、トルクセンサを用いて検出してもよい。ここで、トルクセンサは、例えば、ねじり歪みの検出が可能な磁歪式歪センサである。磁歪式歪センサは、回転軸２１にトルクが加わることにより発生する歪みに応じた透磁率の変化を検出し、歪みに比例した電圧信号を出力するセンサである。また、トルク検出部６３は、モータ２の回転軸２１の負荷トルクＴｑ１ではなく、出力軸３１又はドライバビット９等の先端工具の負荷トルクを検出してもよい。

第１所定期間Ｔ１の長さと第２所定期間Ｔ２の長さとが異なっていてもよい。なお、第１所定期間Ｔ１及び第２所定期間Ｔ２の長さは、５０ｍｓ～５００ｍｓ程度であることが好ましい。

（まとめ）
以上説明したように、第１の態様に係る電動工具（１）は、モータ（２）と、取付部（４）と、伝達機構（３）と、駆動制御部（６４）と、回転数検出部（６２）と、トルク検出部（６３）と、を備える。取付部（４）には、先端工具（ドライバビット９）が取り付けられる。伝達機構（３）は、モータ（２）の動力を取付部（４）に伝達する。駆動制御部（６４）は、モータ（２）を制御する。回転数検出部（６２）は、モータ（２）と先端工具（ドライバビット９）との間に配置されている第１検出対象軸（回転軸２１）の回転数（ｒ１）を検出する。トルク検出部（６３）は、モータ（２）と先端工具（ドライバビット９）との間に配置されている第２検出対象軸（回転軸２１）の負荷トルク（Ｔｑ１）を検出する。駆動制御部（６４）は、回転数検出部（６２）によって検出される回転数（ｒ１）と、トルク検出部（６３）によって検出される負荷トルク（Ｔｑ１）とに基づいて、先端工具（ドライバビット９）、第１検出対象軸（回転軸２１）及び第２検出対象軸（回転軸２１）のうちの少なくとも１つの不安定挙動を検出し、不安定挙動を検出した場合に、モータ（２）を減速又は停止させる。

この態様によれば、回転数検出部（６２）によって検出される回転数（ｒ１）及びトルク検出部（６３）によって検出される負荷トルク（Ｔｑ１）に基づくことで不安定挙動を精度よく検出することができる。

第２の態様に係る電動工具（１）では、第１の態様において、駆動制御部（６４）は、負荷トルク（Ｔｑ１）の増加度合い（Ｄ１）と、回転数（ｒ１）の減少度合い（Ｄ２）とに基づいて不安定挙動を検出する。

この態様によれば、負荷トルク（Ｔｑ１）の増加度合い（Ｄ１）及び回転数（ｒ１）の減少度合い（Ｄ２）に基づくことで、単純に負荷トルク（Ｔｑ１）が大きいだけでは不安定挙動を検出しないことが可能となる。

第３の態様に係る電動工具（１）では、第２の態様において、駆動制御部（６４）は、負荷トルク（Ｔｑ１）の増加度合い（Ｄ１）が増加閾値（Ｔｈ１）以上であり、かつ、回転数（ｒ１）の減少度合い（Ｄ２）が減少閾値（Ｔｈ２）以上である場合に不安定挙動を検出する。増加度合い（Ｄ１）は、第１所定期間（Ｔ１）の開始時の負荷トルク（Ｔｑ１）を基準としたときの第１所定期間（Ｔ１）の終了時の負荷トルク（Ｔｑ１）の増加度合いである。減少度合い（Ｄ２）は、第２所定期間（Ｔ２）の開始時の回転数（ｒ１）を基準としたときの第２所定期間（Ｔ２）の終了時の回転数（ｒ１）の減少度合いである。

この態様によれば、簡単な演算で不安定挙動を検出することができる。

第４の態様に係る電動工具（１）では、第３の態様において、第１所定期間（Ｔ１）と第２所定期間（Ｔ２）とは、同じ長さである。

この態様によれば、第１所定期間（Ｔ１）と第２所定期間（Ｔ２）とが同じ長さであるため、同じ長さの期間における負荷トルク（Ｔｑ１）の増加度合い（Ｄ１）及び回転数（ｒ１）の減少度合い（Ｄ２）を確認することができる。また、第１所定期間（Ｔ１）の開始タイミングと第２所定期間（Ｔ２）の開始タイミングとをそろえた場合、負荷トルク（Ｔｑ１）と回転数（ｒ１）の測定タイミングを揃えることができる。

第５の態様に係る電動工具（１）では、第３又は第４の態様において、駆動制御部（６４）は、モータ（２）の始動時から第１所定期間（Ｔ１）が経過するまでの間において、負荷トルク（Ｔｑ１）が閾値（Ｔｈ３）以上である場合に、不安定挙動を検出する。駆動制御部（６４）は、モータ（２）の始動時から第１所定期間（Ｔ１）が経過した後において、負荷トルク（Ｔｑ１）の増加度合いと、回転数（ｒ１）の減少度合いとに基づいて、不安定挙動を検出する。

この態様によれば、負荷トルク（Ｔｑ１）の増加度合いを検出することができないモータ（２）の始動時であっても、不安定挙動を検出することができる。

第６の態様に係る電動工具（１）では、第１から第５のいずれかの態様において、駆動制御部（６４）は、不安定挙動を検出した場合に、不安定挙動を検出したタイミングから所定時間が経過したタイミングで、モータ（２）を減速又は停止させる。

この態様によれば、所定時間は不安定挙動が続くため、ユーザに不安定挙動が起こっていることを知らせることができる。

第７の態様に係る電動工具（１）は、第１から第６のいずれかの態様において、電流検出部（１０）を更に備える。電流検出部（１０）は、モータ（２）に流れる駆動電流を検出する。モータ（２）はブラシレスモータである。回転数検出部（６２）は、駆動電流の値に基づいて算出される励磁電流の値に基づいて回転数（ｒ１）の算出を行う。トルク検出部（６３）は、駆動電流の値に基づいて算出されるトルク電流（ｉ１）の値に基づいて負荷トルク（Ｔｑ１）の算出を行う。

この態様によれば、駆動電流に基づいて算出された励磁電流及びトルク電流（ｉ１）を用いて、回転数（ｒ１）及び負荷トルク（Ｔｑ１）を算出するため、回転数（ｒ１）及び負荷トルク（Ｔｑ１）の検出タイミングが一致する。同タイミングで測定された回転数（ｒ１）及び負荷トルク（Ｔｑ１）に基づいて不安定挙動を検出するため、より正確に不安定挙動を検出することができる。

第８の態様に係る電動工具（１）では、第１から第７のいずれかの態様において、駆動制御部（６４）は、モータ（２）が始動するまでは、不安定挙動を検出しない。

この態様によれば、モータ（２）を始動させるために大きな負荷トルク（Ｔｑ１）が必要となる期間において、不安定挙動の誤検出を低減することができる。

第１の態様以外の構成については、電動工具（１）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

第９の態様に係るモータ制御方法は、モータ（２）と、先端工具（ドライバビット９）が取り付けられる取付部（４）と、モータ（２）の動力を取付部（４）に伝達する伝達機構（３）とを備える電動工具（１）におけるモータ（２）を制御するモータ制御方法である。モータ制御方法は、回転数検出ステップと、トルク検出ステップと、不安定挙動検出ステップと、制御ステップとを有する。回転数検出ステップでは、モータ（２）と先端工具（ドライバビット９）との間に配置されている第１検出対象軸（回転軸２１）の回転数（ｒ１）を検出する。トルク検出ステップでは、モータ（２）と先端工具（ドライバビット９）との間に配置されている第２検出対象軸（回転軸２１）の負荷トルク（Ｔｑ１）を検出する。不安定挙動検出ステップでは、回転数検出ステップにおいて検出する回転数（ｒ１）と、トルク検出ステップにおいて検出する負荷トルク（Ｔｑ１）とに基づいて先端工具（ドライバビット９）、第１検出対象軸（回転軸２１）及び第２検出対象軸（回転軸２１）のうちの少なくとも１つの不安定挙動を検出する。制御ステップでは、不安定挙動検出ステップにおいて不安定挙動を検出した場合に、モータ（２）を減速又は停止させる。

この態様によれば、回転数検出ステップにおいて検出する回転数（ｒ１）及びトルク検出ステップにおいて検出する負荷トルク（Ｔｑ１）に基づくことで、不安定挙動を精度よく検出することができる。

第１０の態様に係るプログラムは、第９の態様に係るモータ制御方法を、１以上のプロセッサに実行させるためのプログラムである。

この態様によれば、回転数検出ステップにおいて検出する回転数（ｒ１）及びトルク検出ステップにおいて検出する負荷トルク（Ｔｑ１）に基づくことで、不安定挙動を精度よく検出することができる。

１ 電動工具
２ モータ
２１ 回転軸（第１検出対象軸、第２検出対象軸）
３ 伝達機構
４ 取付部
６２ 回転数検出部
６３ トルク検出部
６４ 駆動制御部
９ ドライバビット（先端工具）
１０ 電流検出部
Ｄ１ 増加度合い
Ｄ２ 減少度合い
ｉ１ トルク電流
ｒ１ 回転数
Ｔ１ 第１所定期間
Ｔ２ 第２所定期間
Ｔｈ１ 増加閾値
Ｔｈ２ 減少閾値
Ｔｈ３ 閾値
Ｔｑ１ 負荷トルク

Claims (10)

1. モータと、
   先端工具が取り付けられる取付部と、
   前記モータの動力を前記取付部に伝達する伝達機構と、
   前記モータを制御する駆動制御部と、
   前記モータと前記先端工具との間に配置されている第１検出対象軸の回転数を検出する回転数検出部と、
   前記モータと前記先端工具との間に配置されている第２検出対象軸の負荷トルクを検出するトルク検出部と、
   を備え、
   前記駆動制御部は、前記回転数検出部によって検出される前記回転数と、前記トルク検出部によって検出される前記負荷トルクとに基づいて、前記先端工具、前記第１検出対象軸及び前記第２検出対象軸のうちの少なくとも１つの不安定挙動を検出し、前記不安定挙動を検出した場合に、前記モータを減速又は停止させる、
   電動工具。
2. 前記駆動制御部は、前記負荷トルクの増加度合いと、前記回転数の減少度合いとに基づいて前記不安定挙動を検出する、
   請求項１に記載の電動工具。
3. 前記駆動制御部は、第１所定期間の開始時の前記負荷トルクを基準としたときの前記第１所定期間の終了時の前記負荷トルクの増加度合いが増加閾値以上であり、かつ、第２所定期間の開始時の前記回転数を基準としたときの前記第２所定期間の終了時の前記回転数の減少度合いが減少閾値以上である場合に前記不安定挙動を検出する、
   請求項２に記載の電動工具。
4. 前記第１所定期間と前記第２所定期間とは、同じ長さである、
   請求項３に記載の電動工具。
5. 前記駆動制御部は、
   前記モータの始動時から前記第１所定期間が経過するまでの間において、前記負荷トルクが閾値以上である場合に、前記不安定挙動を検出し、
   前記モータの始動時から前記第１所定期間が経過した後において、前記負荷トルクの増加度合いと、前記回転数の減少度合いとに基づいて、前記不安定挙動を検出する、
   請求項３又は４に記載の電動工具。
6. 前記駆動制御部は、前記不安定挙動を検出した場合に、前記不安定挙動を検出したタイミングから所定時間が経過したタイミングで、前記モータを減速又は停止させる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の電動工具。
7. 前記モータに流れる駆動電流を検出する電流検出部、を更に備え、
   前記モータはブラシレスモータであり、
   前記回転数検出部は、前記駆動電流の値に基づいて算出される励磁電流の値に基づいて前記回転数の算出を行い、
   前記トルク検出部は、前記駆動電流の値に基づいて算出されるトルク電流の値に基づいて前記負荷トルクの算出を行う、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の電動工具。
8. 前記駆動制御部は、前記モータが始動するまでは、前記不安定挙動を検出しない、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の電動工具。
9. モータと、先端工具が取り付けられる取付部と、前記モータの動力を前記取付部に伝達する伝達機構とを備える電動工具における前記モータを制御するモータ制御方法であって、
   前記モータと前記先端工具との間に配置されている第１検出対象軸の回転数を検出する回転数検出ステップと、
   前記モータと前記先端工具との間に配置されている第２検出対象軸の負荷トルクを検出するトルク検出ステップと、
   、
   前記回転数検出ステップにおいて検出する前記回転数と、前記トルク検出ステップにおいて検出する前記負荷トルクとに基づいて、前記先端工具、前記第１検出対象軸及び前記第２検出対象軸のうちの少なくとも１つの不安定挙動を検出する不安定挙動検出ステップと、
   前記不安定挙動検出ステップにおいて前記不安定挙動を検出した場合に、前記モータを減速又は停止させる制御ステップと、
   を有する、
   モータ制御方法。
10. 請求項９に記載のモータ制御方法を、１以上のプロセッサに実行させるためのプログラム。

Images