JP2852716B2 - Kickback state detection method and power tool controlled by the method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、総括的には電動工具お
よびかかる工具用モータ制御方法に係わり、特に、工具
の種々の作動パラメータを監視かつ制御するためのマイ
クロプロセッサまたはマイクロコンピュータに基づいて
キックバック状態を検出するキックバック状態検出方法
及び該方法により制御される電動工具に関する。 【０００２】 【従来の技術】電動工具に使用するモータの速度制御技
術において、電気的エネルギをモータに周期的に伝達す
るため、サイリスタまたはトライアックのようなゲート
付き電子電力制御装置を使用することが一般に知られて
いる。一般に普及している多くの電気工具は、このよう
なゲート付き制御装置により容易に制御できる交直両用
モータを使用している。 【０００３】一般に、ゲート付き速度制御回路は、交流
電流または電圧波形のゼロ交差に関連して周期的にモー
タ電流をオンおよびオフすることにより作動する。これ
らの周期は交流波形と同期して発生するようになされか
つ多数の角度として測定される導電角によって測定され
る。導電角は電気エネルギがモータに供給される交流波
形上の点を決定する。例えば、半サイクル当り180 度の
導電角は遮断されない全交流電流がモータに印加される
全導電の状態に対応する。同様に、90度導電角は、与え
られた半サイクル中のモータ起動電圧を交差する供給電
圧の発生に対応し、したがってモータが利用可能な約半
分のエネルギ供給に対応する。90度以下の導電角は、よ
り少ない量のモータへのエネルギ導電に対応する。 【０００４】従来のモータ速度制御技術は、モータに予
め定められた量のエネルギを供給するために導電角を変
更し、かつそれにより予め定めたモータ速度を得るのに
ゲート付き装置を使用していた。電動工具に一般に使用
される交直両用モータによれば、モータ速度はまたモー
タに設定される負荷に関係づけられる。すなわち、無負
荷下で、モータは一定速度（無負荷速度）を送出し、そ
して負荷下で、モータ速度は負荷の増大とともに減少す
る。速度（R,P,M,）と負荷（トルク）との間の逆の関係
は、付与されたモータの種々の導電角において速度−ト
ルクダイアグラムの曲線グループとしてグラフ的に表わ
される。 【０００５】また、より複雑化されたモータ速度制御技
術に依存する他の特徴は、切迫したキックバック状態が
検出されるとき工具から電力を除去するためのアンチキ
ックバックである。一般に、キックバック状態は、工具
が加工片を掴むかまたは加工片内で止まるとき発生し、
加工片または工具の逆スラストを生じるような、極めて
急激な負荷の変化に対応する。キックバックは高トルク
を発生する電動工具による最も重要な問題である。幾つ
かのアンチキックバック検出技術が提案されており、そ
のようなアンチキックバック技術の一つはモータ電流の
変化量を監視することを伴ない、他の技術はモータ速度
の変化量を監視することを伴なう。モータ電流の変化量
検出技術の例は1981年２月３日に発行されたアメリカ合
衆国特許第4,249,117 号に認められる。モータ速度の変
化量の検出技術の例は1981年５月19日に発行されたアメ
リカ合衆国特許第4,467,914 号に認められる。 【０００６】両キックバック検出技術は有用であること
が判っているが、これまでは広範囲の運転速度にこのよ
うな技術を適応させるのは困難であった。より高い運転
速度で十分な感度を有するために、従来のキックバック
感知技術は低運転速度において間違ったキックバック検
出を発生するかも知れない。さらに、これまでは１つの
キックバック検出技術を広範囲で変化する電力工具に容
易に適応させることは出来なかった。この点において、
例えば、多目的の半インチドリルは高いギア比を有しか
つ多くのトルクを発生する。かかるドリルに関しては高
いキックバック感度が望ましい。しかしながら、1/4 イ
ンチドリルに関しては、比較的低いギア比を有しかつ多
くのトルクを発生せず、負荷の変化による急激な速度変
化はよくあることであり、したがってキックバック感度
は低くすべきである。従来のキックバック検出技術はか
かる広範囲の工具による使用のため異なる感度設定に容
易に適応し得ない。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みて成されたもので、低速度において感応し過ぎるこ
となく高速度で十分な感度を供給するためにモータ速度
の変化に反応することができるキックバック状態検出方
法及び該方法により制御される電動工具を提供すること
を目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明に係わるキックバ
ック状態検出方法は、モータ駆動工具におけるキックバ
ック状態検出方法において、モータの回転速度を監視し
て予め設定された一定時間間隔で順次前記モータの回転
速度を検知し、最初の一定時間で決定される前記モータ
の第１の回転速度を得、次の一定時間で決定される前記
モータの第２の回転速度を得、前記第１及び第２の回転
速度を比較して前記第１の回転速度に対する前記第２の
回転速度の比率を得、前記比率がキックバック状態を検
出するための予め設定された比率を超えたときは、前記
モータに対して所定の制御を行うものである。特に、前
記所定の制御は前記モータへの電力遮断である。 【０００９】本発明に係わる電動工具は、モータ駆動工
具におけるキックバック状態を検出するための制御装置
を有する電動工具において、予め設定された一定時間間
隔でモータの回転速度を順次検知する検知手段と、最初
の一定時間で決定された前記モータの第１の回転速度
と、次の一定時間で決定された前記モータの第２の回転
速度とを比較して、前記第１の回転速度に対する前記第
２の回転速度の比率を得、前記比率がキックバッ ク状
態を検出するための予め設定された比率を越えたとき
は、前記モータに対して所定の制御を行う制御手段とを
具備したものである。特に、前記所定の制御は前記モー
タへの電力遮断である。 【００１０】 【００１１】 【００１２】 【作用】以上説明した上記手段によれば、予め設定され
た一定時間間隔（交流半サイクル）で順次モータの回転
速度を検知し、最初の一定時間で第１の回転速度を得、
次の一定時間で第２の回転速度を得る。そして、第１及
び第２の回転速度を比較し、第１の回転速度に対する第
２の回転速度の比率（パーセンテージ）を得る。この比
率が、キックバック状態を検出するための予め設定され
た比率（キックバック状態を検出するための限界値、以
下、単に「限界値」と記す）を越えたときは、モータへ
の電力が遮断される。例えば、キックバック状態を検出
するための予め設定された比率が１０パーセントに設定
され、最初の一定時間で検出されるモータの回転速度が
１０，０００ｒｐｍ（第１の回転速度）である場合を仮
定する。その後、次の一定時間で検出されるモータの回
転速度が９，０００ｒｐｍ（第２の回転速度）である場
合、第２の回転速度（９，０００ｒｐｍ）は、第１の回
転速度（１０，０００ｒｐｍ）に対して１０パーセント
低下している。従って、予め設定された比率（１０パー
セント）に達することになる。その後、さらに第２の回
転速度が低下して予め設定された比率を越えてモータの
速度が低下してときは、キックバック状態として検出さ
れる。また、第１の回転速度が１，０００ｒｐｍである
場合を仮定する。その後、第２の回転速度が９００ｒｐ
ｍである場合、第２の回転速度（９００ｒｐｍ）は、第
１の回転速度（１，０００ｒｐｍ）に対して１０パーセ
ント低下している。従って、予め設定された比率（１０
パーセント）に達することになる。その後、さらに第２
の回転速度が低下して予め設定された比率を越えてモー
タの速度が低下してときは、キックバック状態として検
出される。第２の回転速度が第１の回転速度に対して予
め定めた比率を越えて回転速度が低下したときは、予め
定めた応答が発生される。予め定めた応答は代表的には
モータへの電力供給の除去または遮断を含み、そしてさ
らにモータの回転速度を減じるような制動ルーチン開始
を含むことができる。加えて、本発明は安全設備を含み
それにより電力がキックバックルーチン中一端遮断され
ると、オペレータからの指示が受信されるまで遮断され
たままである。この指示は、例えば、手動操作可能なト
リガをそのオフ位置に解除することによって取られるリ
セット作用であっても良い。 【００１３】アンチキックバック技術は広範囲の電力工
具との使用のため異なる感度速度設定に容易に適合し得
る。 【００１４】 【実施例】本発明、ならびにその目的および従来のモー
タ制御技術に優る利点をさらに理解するために、以下の
明細書および添付図面そしてフローチャートを参照する
ことができる。図１には、本発明を実施するための装置
に係わる電子制御回路の回路図が示してある。制御回路
はマイクロコンピュータ10からなり、マイクロコンピュ
ータ10は、好適な実施例においては、オン−チップ発振
器、CPU 、RAM 、ROM 、I/O 、およびタイマを含んでい
る MC 146805F 2、単一チップの８ビットマイクロコン
ピュータユニット(MCU) である。ここに記載される好適
な実施例はマイクロコンピュータ実行を開示するけれど
も、本発明を実施するための装置の教示はまた分離した
ディジタル論理集積回路のごとき他の形のデジタル回路
を利用して実行されても良いことを理解されたい。 【００１５】マイクロコンピュータ10は、115 〜120 ボ
ルト交流入力信号を＋５ボルト直流信号に変換する電源
回路12を通って受電する。800kHz共振器14はマイクロコ
ンピュータ10を作動するための安定クロックを供給する
ように発振器端子（ピン４および５）に結合される。マ
イクロコンピュータ10は第１グループのポートＡを含む
８本の入力／出力ラインおよび第２グループのポートＢ
を含む８本の入力／出力ラインを備えている。加えて、
マイクロコンピュータ10は第３グループのポートｃを含
む４本のラインを含んでいる。ポートＡおよびポートＢ
を含む各ラインの状態はプログラム可能なソフトウエア
である。ポートＣは固定入力ポートである。図１におい
てポートＡ，ＢおよびＣを含むラインは文字と数字を組
み合わせた表示PA5,PB0,PC2 によって識別され、そして
以後、数字はパイナリライン数(0〜7)を指示しかつ文字
（A,B またはC)はポート表示である。 【００１６】また、マイクロコンピュータ10は「リセッ
ト」で示されるリセット端子、ＩＲＱで示されるマスク
可能な遮断要求端子、ならびに通常電源接続端子ＶＤＤ
およびＶＳＳを含んでいる。「タイマ」およびＮＵＭで
示される端子は浮動アースであるＶＳＳに接続される。
本発明を実施するための装置は信号処理回路20を利用
し、この信号処理回路20は整流、パワーオンリセット制
御、ゲート電流制御および速度信号調節の機能を供給す
る。以下に十分に説明される信号処理回路20は、速度信
号をマイクロコンピュータ10の遮断要求ラインＩＲＱに
供給する。また、信号処理回路20は、リセット信号をマ
イクロコンピュータ10の「リセット」端子に供給する。
順次、信号処理回路20はトライアック点弧信号をマイク
ロコンピュータ10から受信する。トライアック点弧信号
に応答して、回路20はモータ23への電力の流れを制御す
るトライアック装置22へリード線22上のゲート信号を供
給する。タコメータ、または同等のモータ速度感知装置
は、モータ23の電機子の回転速度または回転周期を決定
すべく位置決めされる。タコメータ24はその周波数がモ
ータ23の回転速度または回転周期を示す正弦波信号を発
生する。この信号は信号処理回路20に供給され、この回
路は信号を調節しかつそれを以下に説明されるようにマ
イクロコンピュータ10によってさらに処理するため遮断
要求端子ＩＲＱに印加する。 【００１７】信号処理回路20は、ノード63と浮動アース
64との間に結合された整流回路62を含んでいる。整流回
路62は、アース64からノード63への方向に電流を導くよ
うに極性付けられたダイオードにより実行されても良
く、それにより浮動アース電位に（またはそれ以下の少
なくとも１つのダイオード降下に）ノード63を置く。さ
らに信号処理回路20は、好ましくは、マイクロコンピュ
ータ10からのトライアック点弧信号に応答してトライア
ック22を点弧するための電流信号を供給するための電流
スイッチからなるゲート制御回路66を含む。それにより
ゲート制御回路66は、マイクロコンピュータ10をトライ
アック22から絶縁する一方トライアックをトリガするの
に必要な電流を供給する。さらに、信号処理回路20はタ
コメータ24の比較的遅い立ち上がりおよび立ち下がり時
間正弦波信号出力に応答してマイクロコンピュータ10に
速い立ち上がりおよび立ち下がり時間パルスを供給する
ためのシュミットトリガ比較回路の如き速度信号調節回
路68を含んでいる。また、信号処理回路20はパワーオン
リセット制御回路70を備え、該回路70は初期パワーアッ
プ時リセット信号をマイクロコンピュータ10に供給する
ように電源12のＶＤＤ端子に結合される。 【００１８】電源12に含まれるのはゼロ交差検出信号を
供給するようにマイクロコンピュータ10の端子ＰＡ５に
結合されるダイオード72である。電源12のライン74が交
流電源ラインの反対側に対して正であるとき、電流は抵
抗76と77およびダイオード78を通って流れる。したがっ
て、ノード63は浮動アース電位以下のダイオード降下に
あり、そして端子ＰＡ５は論理ロー状態を取る。ライン
75が次の半サイクル中正であるとき、ダイオード72およ
び78は電流の流れを遮断する。それゆえ抵抗76を横切る
電圧降下はなく、かつ端子ＰＡ５は論理ハイ状態を取る
ようにＶＤＤ電位にある。端子ＰＡ５が交流波形の各半
サイクルと同期して交互のローとハイ状態間でトグルさ
れかつしたがって各ゼロ交差が発生するとき決定するよ
うに使用されることが理解される。 【００１９】本発明は広範囲の種々の電動工具用途にお
いて多数の種々の型および大きさのモータとともに利用
されることができるモータ速度制御方法を併用すること
ができる。予め定めた運転パラメータまたは予め定めた
電動工具に対応するように回路の作動特性をブリセット
するために、符号26で総括的に示されるオプションスト
ラップ配置が設けられる。ポートＡ、ポートＢおよびポ
ートＣのラインの幾つかは１または複数の予め定めた所
望の作動特性をマイクロコンピュータ10に搬送するため
に論理ロー電圧または論理ハイ電圧に接続されても良
い。例えば、図１において、ストラップ32はポートＡの
第４ビットに論理ハイ信号を置くようにＰＡ４に接続し
て示される。ストラップオプションの特別な配置および
マイクロコンピュータ10がストラップオプションに入れ
られたピットパターンを判断する方法は当業者が認める
ようなソフトウエアに依存することは理解されよう。一
般に、ストラップオプション選択はジャンパ線またはス
イッチの使用を含む適切な手段によって、または開また
は閉ループ回路になっている適宜なトレースを有するプ
リント回路基板を選択することにより行なうことができ
る。 【００２０】本発明は、さらに工具の運転中オペレータ
によって実際に選択されるモータの所望運転特性を表す
アナログ信号を発生するための手段を用いることができ
る。しばしば、所望運転パラメータは所望モータ速度、
または所望トライアック点弧角等を示し、そして手動操
作し得るトリガを使用して入力される。オペレータの希
望に応じて制御回路に指示を供給するために種々の装置
を案出することができるけれども、この好適な実施例は
トリガ位置変換器として加減抵抗器34を使用する。この
加減抵抗器34は順次アースに接続されるコンデンサ36と
直列である。入力／出力ラインＰＢ１を適宜設定するこ
とにより、コンデンサ36は加減抵抗器34を通って交互に
充放電される。充電時間は手動操作可能なトリガ設定に
応じて変化されることができる加減抵抗器34の抵抗に比
例する。したがって充放電時間はトリガの位置を表示す
る。コンデンサ36、加減抵抗器34およびソフトウエアタ
イミングの適宜な選択により、以下に説明するように、
所望運転パラメータを示すアナログ信号はトリガ位置に
応じて決定されることができる。このアナログ信号は、
その場合にマイクロコンピュータ10において使用のため
デジタル信号に変換される。 【００２１】前記では所望運転パラメータを入力する一
方、または例えば所望運転の選択を示すが、他の機構も
本発明の範囲から逸脱することなく使用することができ
る。一般に、種々のデジタルまたはアナログ変換器がマ
イクロコンピュータ10と連通するため適宜なインターフ
ェース回路（例えば、A/D コンバータのような）ととも
に使用されることができる。 【００２２】本発明による運転をさらに理解するために
図３乃至図１１のフローチャートおよび図２のグラフを
参照することができる。図２には種々の導電角でのモー
タの速度対トルク曲線が示されている。最上方の斜線44
は全導電(180度）を示している。曲線による区域は、３
つの作動範囲または領域、すなわち第１領域46、第２領
域48および第３領域50に分割される。とくに、第１領域
46は、約70度の導電角に対応する斜線52によって上方か
ら境界付けられる。第２領域48は、斜線52と約88度の導
電角を示す斜線54との間で境界付けられる。さらに、第
２領域48は10,000RPM の定速度に対応する水平線56によ
って境界付けられる。図２に見られるごとく、水平線56
は点Ａで速度軸と交差しかつ点Ｂで斜線54と交差する。
第３領域50は最上方斜線44によって上方からかつ10,000
RPM 以上のモータ速度に対応する水平線58によって下方
から境界付けられる。 【００２３】上述した３つの領域の外側に置かれる区域
60は不必要な過熱状態の電位に上昇するように認められ
ている低速度高トルク作動状態を示す。とくに、モータ
の温度を制御する要因はモータによって引き出される電
流およびモータによって発生された熱を消散するために
設けられる手段である。多くの電動工具において、モー
タの電機子から直接駆動される冷却ファンを備えてい
る。したがって、低速度かつ高負荷においてファンによ
って付与される冷却作用は過熱を阻止するに十分でない
かも知れない。図２の区域60はファンによって付与され
る冷却作用は高トルクにおける大電流引出しによって発
生される熱加熱作用に打ち勝つのに不十分である潜在的
に危険な過熱領域を示す。 【００２４】モータが損傷発生前に停止されることがで
きるように単に過熱状態を検知するようになされた従来
の過負荷保護技術と違って、本発明は、加えて、最も重
大な過熱の問題を生じる範囲におけるモータの運転を実
質的に阻止することにより重大な温度上昇を回避するこ
とを併用することができる。以下で十分に説明するよう
に、本発明と併用することができる方法は、上述した３
つの領域46,48 および50のいずれか１つにおいて工具を
作動させしめる一方、危険領域に落ち込む状態を慎重に
回避する。 【００２５】本発明と併用することができる方法は、結
合開ループ／閉ループ形態を供給するために上述した３
つの作動領域を利用する。第１領域46において、モータ
は開ループ形態で作動され、それによりモータ速度およ
びトルクは第１領域46内の斜線速度トルク曲線によって
示されるように逆に関係づけられる。第１領域46の斜線
曲線の各々は、個々のオペレータ選択導電角を示す。し
たがって、例えば、オペレータがトリガスイッチの位置
を介して約70度より小さい導電角を選択するならば、モ
ータの速度はそれに加えられた負荷に応じて単に決定さ
れる。 【００２６】第２領域48において、モータは結合開ルー
プ／閉ループ形態において作動される。とくに、約70度
（点Ａ）と約88度（点Ｂ）との間のオペレータ選択導電
角に関して制御回路は選択された70度と88度との間の特
性導電角に関係なく、10,000RPM の公称作動速度を供給
するように設計される。さらに、モータが無負荷トルク
ｔ₀ 以上に負荷がかけられるとき、制御回路は最初に閉
ループモードで作動しかつオペレータ選択導電角に導電
角を増大することにより10,000RPM にモータ速度を維持
するように試みる。しかしながら、オペレータ選択導電
角がモータの負荷に与えられた10,000RPM にモータ速度
を維持するのに十分でないならば、モータ速度はその後
開ループモードで下方に向けられる。したがって、例え
ば、88度の導電角が選択されかつ増加した負荷がモータ
に置かれたならば、モータ速度はまず、導電角が、点Ｂ
が達成される（トルク負荷ｔ₁ に対応する）まで70度
の、次の水平線56の無負荷導電角から増大されるとき1
0,000RPM で一定に保持される。負荷がこの点を越える
とき、モータ速度は88度の導電角の開ループ対トルク曲
線に対応する次の斜線54を下に向け始める。 【００２７】第３領域50において、オペレータ選択導電
角は所望速度要求として判断される。したがって、第３
作動領域に落ち込む導電角は、所望運転速度と１：１の
関係に各々対応する。速度制御回路は全導電が達成され
るまで負荷に応じて導電角を増加または減少することに
より定速度を維持するように努力する。最上方斜線44に
よって示される全導電(180度) はモータによって供給さ
れることができる最大パワーを示す。モータが第３領域
50において全伝導で作動しているならば、そこでモータ
の如何なる負荷の増加もモータ速度を次の線44に降下さ
せる。 【００２８】この結合開ループ／閉ループ形態を実行す
るためのこの好適な実施例は、後述されるアルゴリズム
を実施するようにプログラムされるマイクロコンピュー
タ10を使用する。しかしながら、記載される一方ここで
好適である特別なアルゴリズムが３つの領域の速度制御
方法または結合開ループ／閉ループ形態を実行するため
に考え得るすべてのアルゴリズムを使い果さないことが
理解される。したがって、次のアルゴリズムの変化は、
特許請求の範囲に定義されたような本発明の範囲を逸脱
することなく当業者によってなされることができる。 【００２９】図３乃至図６には、結合開ループ／閉ルー
プ速度モードを実行するための好適なアルゴリズムがフ
ローチャートにおいて十分に説明される。装置のリセッ
トに続いて、入力／出力ポートは本発明が適用される特
別な工具に関する所望の運転パラメータを予め供給する
ように応答指令信号が送られる。次に、初期低速度、低
導電角および高キックバック試験限界が初期始動状態を
安全値に標準化するように供給される。初期値が設定さ
れた後、現在の半サイクルを決定するために交流波形が
決定され、そして適切ならば、所望のオペレータ選択パ
ラメータが図７及び図８に関連して後述されるアナログ
入力サブルーチンを呼ぶことにより入力される。一般
に、アナログ入力サブルーチンは、手動操作可能なトリ
ガまたは他の加減抵抗器に応答指令信号を送りかつオペ
レータ選択導電角を示すデジタル値を供給する。そこ
で、プログラムは交流波形とソフトウエアタイミングを
同期させるように電力線ゼロ交差を持ち、そしてトリガ
スイッチが実際に押下されたならば、実際のモータ速度
がタコメータ24によって決定または測定される。この実
際のモータ速度（またはモータ回転周期）の値が現在の
実際の速度データを収容するためメモリセルに供給され
る。 【００３０】次に、図９乃至図１１に関連してより十分
に説明されるキックバック検出アルゴリズムは切迫した
キックバック状態が存在するかどうかを試験する。この
試験が行なわれたならば、次に回避策が取られ、試験が
行なわれないならば、次にプログラムは電力線半サイク
ルが偶数かまたは奇数かを決定する。偶数の半サイクル
において、作動はオペレータ選択導電角に基礎を置いた
所望速度を決定するプログラムの１部分に分岐する。奇
数の半サイクルにおいて、プログラムは速度決定アルゴ
リズムのまわりに分岐しかつその代りとして、所望導電
角に基づいた適宜な時間にトライアック22を点弧するよ
うなカウントダウン手順を実施する。とくに、カウント
ダウンシーケンスはトライアックがそのサイクルにおい
て早くまたは遅く点弧されるかどうかを試験するための
手順を含んでいる。一般に、これは速度制御計算を実行
しかつアナログ入力サブルーチンを実施するのに必要と
される時間を補償するかまたはバランスさせるために行
なわれる。トライアックがその半サイクルにおいて早く
点弧できるならば、補償値は速度制御計算を達成するの
に必要とされる時間量を補償するために始動時間に加算
される。次いでカウントダウンシーケンスが開始されか
つトライアックが点弧され、アナログ入力サブルーチン
への呼びかけにより追随される。トライアックがその半
サイクルにおいて遅く点弧できるならば、アナログ入力
サブルーチンは早く実行され、かつそのサブルーチンに
続いて、始動時間値は、速度制御計算に必要とされる時
間量を除いて、アナログ入力サブルーチンを実行するの
に費やされる時間量を表わすように補償される。最後
に、カウントダウンシーケンスが実行されかつトライア
ックが点弧される。 【００３１】図３乃至図６のフローチャートと続くため
に、動作は偶数の半サイクルであると仮定し、その結
果、制御は点Ｄで始まる速度制御計算アルゴリズムに分
岐した。アルゴリズムは、次に、オペレータ選択導電角
が88度より小さいかどうかを決定すべく試験する。88度
以下ならば、所望速度は10,000RPM に自動的に設定され
る。代って、オペレータ選択導電角が88度より大きいな
らば、選択導電角は再び所望のオペレータ選択速度に変
換される。この計算はｙ＝ａｘ＋ｂ型の式を使用する直
線近似に基礎が置かれ、ここで“ｙ”は速度を、かつ
“ｘ”はオペレータ選択導電角を示し、そして“ａ”お
よび“ｂ”は“ｘ”が88度に等しいとき“y”が10,000
に等しくかつ“ｘ”が180 度に等しいとき“ｙ”が工具
の最大安全作動速度に等しいように予め選択される定数
を示す。 【００３２】所望速度が一旦決定されると、回路は次に
所望速度が工具に設定される予め定められた最大速度限
界を越えるかどうかを決定する。所望速度が最大速度限
界以下であると仮定すると、その場合に計算は所望速度
を達成しかつ維持するのに必要な適宜な導電角を決定す
べく実行される。オペレータ選択導電角が88度以下であ
るならば、回路はオペレータ選択導電角が所望速度を維
持するのに必要とされる全帰還導電角より大きいかどう
かを決定する。オペレータ選択導電角が全帰還導電角よ
り大きいならば、回避は全帰還導電角に等しい所望導電
角を設定しそして閉ループ制御が行なわれる。しかしな
がら、オペレータ選択導電角が全帰還導電角より大きく
ないならば、所望導電角はオペレータ選択導電角に等し
く設定されかつ回路は開ループ形態において作動する。 【００３３】したがって、例えば、オペレータ選択導電
角が85度に等しくかつ単に75の導電角がモータの現在負
荷で与えられる10,000RPM のモータ速度の維持が必要と
されるならば、制御回路はこの状態におて、モータ速度
が増大する負荷により傾斜する前に、最大85度オペレー
タ選択導電角に必要なような導電角を増大することによ
り10,000RPM を維持するように試みる。他方において、
オペレータ選択導電角が88度より大きいならば、回路は
完全な閉ループ形態を自動的に取りかつ所望導電角は全
帰還導電角に等しく設定される。 【００３４】所望導電角が一旦設定されると、カウント
シーケンスが始まりかつトライアックが所望導電角に基
づいて点弧される。トライアックの点弧に続いて新たな
キックバック限界値は後述されるようなキックバック検
出アルゴリズムにおいて使用するために決定される。図
７及び図８を参照して、上述したアナログ入力サブルー
チンをさらに詳しく説明する。アナログ入力サブルーチ
ンは、ループカウンタに負荷をかけ、ループカウンタは
トリガスイッチのアナログ位置を問うためのの予め定め
た時間間隔を設定するのに使用され、トリガスイッチの
位置を示す値を記憶するのに使用されるスレッシュホー
ルドカウンタをクリアする。回路は電力線電圧が奇数の
半サイクルにあるかまたは偶数の半サイクルにあるかを
決定する。奇数の半サイクルにおいて、コンデンサ36
は、予め定めたタイミングループが実施される間、コン
デンサが入力／出力ポートのスレッシュホールド以上で
あるかどうかを決定するための各試験時間値が加減抵抗
器34を介して充電される。コンデンサ36が入力スッレシ
ュホールド以上で充電されるループ毎に、スレッシュホ
ールドカウンタが増分される。したがって、奇数半サイ
クルループの終りにおいてスレッシュホールドカウンタ
に保持される値はコンデンサ36がそこで加減抵抗器34を
通って充電された量を示す。充電率は加減抵抗器34のア
ナログ位置によって決定されるので、トリガスイッチを
介してオペレータによって設定されるように、スレッシ
ュホールドカウンタ値または充電カウントは所望または
オペレータ選択導電角を示す。 【００３５】同様に、各偶数半サイクル中コンデンサ36
は、加減抵抗器34を通して放電される一方同様なタイミ
ングループは、入力スレッシュホールド電圧以下にコン
デンサが放電するのにどの位長くかかるかを決定する。
この放電カウントは、その場合に前の充電カウントで平
均され、そしてオペレータ選択導電角は、ｙ＝ａｘ＋ｂ
の形式の直線近似を使用する平均値に応じて計算され、
ここで“ｙ”はオペレータ選択導電角を示し、“ｘ”は
以前に決定された平均カウント値を示し、そして“ａ”
および“ｂ”はスケーリング定数を示す。 【００３６】したがって、決定されたオペレータ選択導
電角は、次いで２値間の差の絶対値が予め選択された
「ヒステリシス」限界を越えるかどうかを決定するよう
に前に選択導電角と比較される。そうでないならば、ア
ナログ入力サブルーチンは主プログラムに戻る。絶対値
がヒステリシス限界以上であるならば、そのように決定
された新たなオペレータ選択導電角は以前のオペレータ
選択導電角に取って代わりそして制御は主プログラムに
戻る。この手順の目的は、とくに工具の全帰還作動中、
オペレータの選択導電角の比較的小さな変動に感応して
生じる「ジッタリング」から工具を阻止することであ
る。 【００３７】図９乃至図１１は図３乃至図６に関連して
上述された主プログラムのリセット入口点で始まるアン
チキックバックルーチンを略述する。上述のごとく、レ
ジスタに予め負荷をかけかつ電力線電圧ゼロ交差を待っ
た後、回路はトリガスイッチがオンするかどうか決定す
るために試験する。トリガスイッチがオンしないなら
ば、回路はスイッチがオペレータによって投入されるま
で初期ブリセットステップを介して循環し続ける。これ
が一旦発生してしまうと、モータの実際の速度はタコメ
ータ24のごとき速度感知装置によって決定される。この
好適な実施例において速度は実際に速度センサからパル
ス間の時間間隔または周期として測定される。この好適
な実施例はそのコスト節減の利点のためタコメータを利
用している。しかしながら、低回転速度において、タコ
メータは速度測定に不十分である出力電圧を発生する。
間違った結果を回避するために、プログラムは測定速度
がタコメータの信頼性限界以下であるかどうかを決定す
る。より正確には、プログラムはタコメータパルス間の
時間周期がセンサの限界近傍またはそれ以上であるかど
うかを決定する。計測された期間が限界値の近傍または
それ以上であるときは、プログラムはアンチキックバッ
ク検出点を避けて分岐しそして図示のごとく継続する。
回転速度が信頼し得るタコメータ読出しに十分であるな
らば、プログラムは最新の決定された速度周期がプログ
ラムを通る以前に決定されたアンチキックバック限界よ
り大きいかどうかを決定すべく試験する。最後の速度周
期がアンチキックバックより大きいならば、キックバッ
ク状態が検出されそしてプログラムは、トライアック、
サイリスタまたは他のゲート装置がトリガされることを
禁止する無限ループを実行するトラップ回路に分解す
る。無限ループからの出口はトリガスイッチを解放また
はオフすることにより行なわれ、そこでプログラム制御
は主プログラムの開始近くでブリセット点Ａに分岐す
る。 【００３８】アンチキックバック試験に続いて、プログ
ラムは、導電角を決定するのに要求される時間を考慮す
る適宜な時間において、トライアックまたはサイリスタ
を点弧すべく進行する。必要とされるステップの詳細な
説明は、図３乃至図６に関連して先に与えられた。点弧
が起こりかつ所望作動領域がオペレータ選択導電角に応
じて選択された（図３乃至図６に関連して説明されたよ
うに）後、プログラムは開ループ低パワー相制御が選択
されたかどうかを決定する。開ループ低パワー相制御が
存在するならば、次いで作動は図２の第１領域46内に発
生させられる。作動が第１領域においてであるならば、
非常に高いアンチキックバック限界値がアンチキックバ
ック限界値を記憶するためメモリアドレスに負荷がかけ
られる。これは低電力がモータに供給されておりかつし
たがってキックバックが問題でないこの低速度モードで
の工具の作動中、キックバック特徴を効果的に奪うのに
役立つ。作動が第１領域内にないならば、入力／出力ポ
ートはアンチキックバック感度値を決定すべく応答指令
信号が送られる。この値はオプションストラップ配置26
を介して適宜なストラップオプションの選択によって工
場でプリセットされても良い。「無限界」のキックバッ
ク感度が選択されるならば、アンチキックバック限界値
は非常に高い値に設定される。「無限界」感度以外がオ
プションストラップ配置によって選択されるならば、入
力ポートから読み取られた入力選択は数値感度値に変換
される。タコメータ24によって決定されかつ速度レジス
タに記憶されたモータの回転周期は、それを予め定めた
値で割り算することにより概算される。実際上、２進数
として表わされる速度周期は右方へ５桁シフトされ、そ
れは32での割り算を行なう。概算された速度周期は、次
いで感度値で掛け算され、そしてその積は速度周期値に
加算される。この積はその場合に次の電力線電圧ゼロ交
差に続いて決定されるような次の速度周期に対して試験
するため新たなアンチキックバック限界としてセーブさ
れる。 【００３９】したがって、アンチキックバックルーチン
は、キックバック状態が存在するときの決定において、
モータの実際の運転速度を利用する。限界値は、実際の
運転速度がそれに対してキックバック検出のため比較さ
れるパーセンテージ変化技術を使用して計算される。例
えば、最初の一定時間として、一定の半サイクル中モー
タが140 マイクロセコンドカウンタに対応する速度で作
動され、そしてアンチキックバック要因がパーセントで
設定されるならば、切迫したキックバック状態は、次の
一定時間として、次の半サイクルで実際の速度周期が11
0 のカウントを越えるならば、検出される。その周期が
110 カウント以下ならば、測定された実際の速度周期に
基づいて新たな限界値が計算されかつ記入されそして運
転が継続する。モータ電流の変化率(dI/dt) またはモー
タ速度の変化率(ds/dt) によってキックバックを監視す
るように試みる従来のキックバック検出方法と違って、
本方法はモータ速度のパーセンテージ（比率）変化とし
てキッキバック状態を検出する。したがって本発明を実
施するための装置はdI/dt 技術を使用するのに要求され
る分流回路およびアナログ／デジタル変換器を要しな
い。さらに、パーセンテージ（比率）変化技術は、それ
らの特質によって高速運転で小さな速度変化を検出でき
ることが劣っている従来のds/dt 技術と違って、高速度
でより正確である。 【００４０】上記説明は本発明の好適な実施例を構成
し、本発明は特許請求の範囲の適切な範囲または正しい
意味から逸脱することなく改変、変化および変更可能で
あることは理解されよう。 【発明の効果】以上説明した発明によれば、予め設定さ
れた一定時間間隔で順次モータの回転速度を検知し、最
初の一定時間で第１の回転速度を得、次の一定時間で第
２の回転速度を得、第２の回転速度が第１の回転速度に
対してキックバック状態を検出するための予め設定され
た比率を越えて低下したときは、キックバック状態であ
ることを判別している。このように、キックバック状態
を検出するための比率の変化に基づいてモータ速度を落
ち込みを検出することで、モータの実際の運転速度に左
右されず、高速運転乃至低速運転において、常に同一割
合の感度でキックバック状態を検出することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] The present invention relates generally to power tools and tools.
And related to such a motor control method for a tool.
To monitor and control various operating parameters of the
Based on microprocessor or microcomputer
Kickback state detection method for detecting kickback state
And a power tool controlled by the method. [0002] 2. Description of the Related Art Speed control technology for a motor used in a power tool.
In operation, the electrical energy is periodically transmitted to the motor
Because the gate like a thyristor or triac
It is generally known to use electronic power controllers with
I have. Many common electric tools are
AC / DC dual use that can be easily controlled by a simple gated controller
You are using a motor. In general, a speed control circuit with a gate has an AC
Periodic mode related to the zero crossing of the current or voltage waveform
It works by turning the current on and off. this
These cycles occur in synchronization with the AC waveform?
Measured by the conduction angle measured as one angle
You. The conduction angle is the AC wave where the electric energy is supplied to the motor
Determine the points on the shape. For example, 180 degrees per half cycle
Conduction angle is not interrupted All AC current is applied to the motor
Corresponds to all conductive states. Similarly, a 90 degree conduction angle is given
Supply that crosses the motor starting voltage during the specified half cycle
About half of the available pressure
Min energy supply. Conduction angles of 90 degrees or less
A smaller amount of energy is transferred to the motor. [0004] Conventional motor speed control technology is based on motors.
The conduction angle to provide a defined amount of energy.
To obtain a predetermined motor speed
A gated device was used. Commonly used for power tools
The motor speed is also reduced
Associated with the load set for the data. That is, no negative
Under unloading, the motor sends out a constant speed (no load speed).
Under load, the motor speed decreases with increasing load
You. Inverse relationship between speed (R, P, M,) and load (torque)
At different conduction angles of a given motor.
Represented graphically as a curve group in a luc diagram
Is done. Further, a more complicated motor speed control technique
Another feature that depends on the technique is the imminent kickback condition
Anti-key to remove power from tool when detected
It is a back. Generally, the kickback state is
Occurs when the workpiece grips or stops in the workpiece,
Extremely thrust of the workpiece or tool
Respond to sudden changes in load. Kickback is high torque
Is the most important problem with power tools. how many
Some anti-kickback detection technologies have been proposed.
One of the anti-kickback technologies, such as
Another technique that involves monitoring changes is motor speed.
It involves monitoring the amount of change. Motor current change
An example of a detection technology is the United States published on February 3, 1981.
Recognized in U.S. Pat. No. 4,249,117. Motor speed change
An example of the technology for detecting the amount of
Recognized in Rica US Patent 4,467,914. [0006] Both kickback detection techniques are useful
It has been known that this
It was difficult to adapt such techniques. Higher driving
Conventional kickback to have enough sensitivity at speed
Sensing technology incorrectly detects kickback at low driving speeds
May cause out. In addition, one
Apply kickback detection technology to power tools that vary widely
It could not be easily adapted. In this regard,
For example, does a versatile half-inch drill have a high gear ratio?
Generates more torque. High for such drills
High kickback sensitivity is desirable. However, 1/4 b
For drills, they have relatively low gear ratios and
Sudden speed change due to load change without generating excessive torque
Is common and therefore kickback sensitivity
Should be low. What is the conventional kickback detection technology?
Different sensitivity settings for use with such a wide range of tools
Not easily adaptable. [0007] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention
It was made in light of this and is too sensitive at low speeds.
Motor speed to provide sufficient sensitivity at high speed
Kickback state detection method that can respond to changes in
Provided is a method and a power tool controlled by the method
With the goal. [0008] A kick bar according to the present invention is provided.
The kick state detection method is based on the kick bar
Monitoring the motor rotation speed in the
Rotation of the motor at predetermined time intervals
Speed is detected and the first fixed timeDecisionSaid motor
Of the first rotation speed of the following, in the next fixed timeDecisionSaid
Second rotational speed of the motorToObtaining said first and second rotations
Comparing the speed to the second rotational speed with respect to the first rotational speed.
Obtain the rotational speed ratio, and the ratio detects the kickback state.
If you exceed the preset ratio for issuingSaid
Perform predetermined control on the motorThings.In particular, before
The predetermined control is power cutoff to the motor. A power tool according to the present invention is a motor-driven tool.
Control device for detecting kickback state in a tool
For a predetermined period of time
Detection means for sequentially detecting the rotation speed of the motor at intervals,
In a certain timeDecisionFirst rotational speed of the motor determined
And in the next fixed timeDecisionSecond rotation of said motor
Comparing the speed with the first rotational speed.
2 rotation speed ratio, the ratio is kickback
When the preset ratio for detecting the condition is exceeded
IsPerform predetermined control on the motorControl means
It is provided.In particular, the predetermined control is the mode.
Power to the power supply. [0010] [0011] [0012] According to the means described above, the preset
Motor rotation at fixed time intervals (AC half cycle)
Detect the speed, obtain the first rotation speed in the first fixed time,
The second rotation speed is obtained in the next fixed time. And the first
And the second rotational speed are compared, and the first rotational speed is compared with the first rotational speed.
A rotation speed ratio of 2 is obtained. This ratio
Rate is set in advance to detect kickback condition
Ratio (the limit value for detecting the kickback condition.
Below, simply write “limit value”).
Power is cut off. For example, a kickback condition is detected
Preset ratio to set to 10%
And the motor speed detected in the first fixed time
It is assumed that the rotation speed is 10,000 rpm (first rotation speed).
Set. Then, the motor rotation detected in the next fixed time
When the rotation speed is 9,000 rpm (second rotation speed)
In this case, the second rotation speed (9,000 rpm) is equal to the first rotation speed.
10% for rolling speed (10,000 rpm)
Is declining. Therefore, the preset ratio (10%
Cents). After that, the second round
The rotation speed decreases and the motor speed exceeds the preset ratio.
If the speed decreases, it is detected as a kickback condition.
It is. Also, the first rotation speed is 1,000 rpm
Suppose the case. After that, the second rotation speed becomes 900 rpm
m, the second rotation speed (900 rpm)
10 pars for 1 rotation speed (1,000 rpm)
Has decreased. Therefore, the preset ratio (10
Percent). Then, the second
The rotation speed of the motor decreases and exceeds the preset ratio.
If the speed of the
Will be issued. The second rotation speed is ahead of the first rotation speed.
If the rotation speed drops below the specified ratio,
A defined response is generated. The predefined response is typically
Including removal or interruption of power to the motor, and
Start the braking routine to reduce the motor speed
Can be included. In addition, the present invention includes safety equipment
This shuts off power during the kickback routine
Will shut off until an instruction from the operator is received.
Remains intact. This instruction can be, for example, a manually operable
Rig taken by releasing the rig into its off position
It may be a set action. [0013] The anti-kickback technology is widely used
Can easily adapt to different sensitivity speed settings for use with tools
You. [0014] DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention, its objects and conventional modes
To better understand the advantages over data control technology,
Refer to the specification, accompanying drawings and flowcharts
be able to. FIG. 1 shows an apparatus for carrying out the present invention.
1 is a circuit diagram of an electronic control circuit according to the first embodiment. Control circuit
Consists of a microcomputer 10 and a microcomputer
Data 10 is, in the preferred embodiment, an on-chip oscillator.
Includes hardware, CPU, RAM, ROM, I / O, and timer
MC 146805F 2, single chip 8-bit microcontroller
Computer unit (MCU). Preferred described here
Although the preferred embodiment discloses a microcomputer implementation,
Even the teaching of the device for practicing the invention is also separate
Other forms of digital circuits, such as digital logic integrated circuits
It should be understood that this may be implemented using The microcomputer 10 has 115 to 120 buttons.
Power supply that converts AC input signals to + 5V DC signals
Power is received through the circuit 12. 800kHz resonator 14
Provides a stable clock to operate computer 10
To the oscillator terminals (pins 4 and 5). Ma
Microcomputer 10 includes a first group of ports A
Eight input / output lines and a second group of ports B
And eight input / output lines. in addition,
The microcomputer 10 includes a third group of ports c.
Four lines. Port A and Port B
The state of each line including
It is. Port C is a fixed input port. Figure 1
The line containing ports A, B and C is a combination of letters and numbers.
Identified by the combined display PA5, PB0, PC2, and
Hereafter, the number indicates the number of pinary lines (0 to 7) and
(A, B or C) is the port indication. The microcomputer 10 operates as a “reset”
Reset terminal indicated by "G" and a mask indicated by IRQ
Possible shutdown request terminal and normal power supply connection terminal VDD
And VSS. With "timer" and NUM
The terminal shown is connected to VSS which is a floating ground.
Apparatus for implementing the present invention utilizes signal processing circuit 20
This signal processing circuit 20 is rectified and power-on reset controlled.
Control, gate current control and speed signal adjustment functions.
You. The signal processing circuit 20, which will be fully described below,
No. to the shutdown request line IRQ of the microcomputer 10
Supply. Further, the signal processing circuit 20 generates a reset signal.
It is supplied to the "reset" terminal of the micro computer 10.
The signal processing circuit 20 sequentially outputs the triac ignition signal to the microphone.
Received from the computer 10. Triac firing signal
In response, the circuit 20 controls the flow of power to the motor 23.
Supply the gate signal on the lead wire 22 to the triac device 22
Pay. Tachometer or equivalent motor speed sensing device
Determines the rotation speed or rotation period of the armature of the motor 23
It is positioned to The tachometer 24
Generates a sine wave signal indicating the rotation speed or rotation cycle of
Live. This signal is supplied to the signal processing circuit 20, which
The path modulates the signal and maps it as described below.
Shut off for further processing by microcomputer 10
Apply to request terminal IRQ. The signal processing circuit 20 includes a node 63 and a floating ground.
A rectifier circuit 62 is coupled between the rectifier circuit 64 and the rectifier circuit 62. Rectification times
Path 62 conducts current in the direction from ground 64 to node 63.
Can be implemented by a polarized diode
To a floating earth potential (or less
Place node 63 (at least one diode drop). Sa
Further, the signal processing circuit 20 is preferably provided with a microcomputer.
Triac in response to the triac ignition signal from
Current to supply a current signal to fire the lock 22
A gate control circuit 66 including a switch is included. Thereby
The gate control circuit 66 tries the microcomputer 10
Triggering the triac while isolating it from the ack 22
Supply the necessary current to the Further, the signal processing circuit 20
Relatively slow rise and fall of comometer 24
To the microcomputer 10 in response to the sinusoidal signal output
Provides fast rise and fall time pulses
Speed signal adjustment circuit such as a Schmitt trigger comparison circuit for
Road 68 is included. The signal processing circuit 20 is powered on.
A reset control circuit 70 is provided.
Supply a reset signal to the microcomputer 10
To the VDD terminal of the power supply 12. Power supply 12 includes a zero crossing detection signal.
To supply to terminal PA5 of microcomputer 10
Diode 72 to be coupled. Power supply 12 line 74
Current is positive with respect to the other side of the
It flows through anti-76 and 77 and diode 78. Accordingly
And node 63 experiences a diode drop below the floating earth potential.
Yes, and terminal PA5 assumes a logic low state. line
When 75 is positive during the next half cycle, diodes 72 and
And 78 block the flow of current. Therefore crosses resistance 76
No voltage drop and terminal PA5 assumes a logic high state
At the VDD potential. Terminal PA5 is half of the AC waveform
Toggle between alternate low and high states in synchronization with the cycle
And therefore determine when each zero crossing occurs
It will be understood that it is used as follows. The present invention is applicable to a wide variety of power tool applications.
For use with many different types and sizes of motors
Using a motor speed control method that can be performed
Can be. Predefined operating parameters or predefined
Preset circuit operating characteristics for power tools
Option list, indicated generally at 26.
A wrap arrangement is provided. Port A, Port B and Port
Some of the lines on the card C may have one or more predetermined locations.
To transfer desired operating characteristics to the microcomputer 10
May be connected to a logic low voltage or a logic high voltage.
No. For example, in FIG.
Connect to PA4 to put a logic high signal on the fourth bit
Shown. Special arrangement of strap options and
Microcomputer 10 put in strap option
Those skilled in the art will recognize how to determine the pit pattern
It will be appreciated that it depends on such software. one
Generally, the strap option selection is jumper wire or strap.
By appropriate means, including the use of
Has a suitable trace in a closed loop circuit.
This can be done by selecting a lint circuit board.
You. The present invention further provides an operator during tool operation.
Represents the desired operating characteristics of the motor actually selected by
Means for generating analog signals can be used
You. Often the desired operating parameter is the desired motor speed,
Alternatively, indicate the desired triac firing angle, etc., and
Entered using possible triggers. Operator rare
Various devices to supply instructions to the control circuit as desired
Can be devised, but this preferred embodiment is
The rheostat 34 is used as a trigger position converter. this
The rheostat 34 is connected to a capacitor 36 which is sequentially connected to ground.
It is in series. Set input / output line PB1 appropriately
And the capacitor 36 alternates through the rheostat 34
It is charged and discharged. Charging time is set to trigger settings that can be manually operated
The resistance of the rheostat 34, which can be varied
For example. Therefore, the charge / discharge time indicates the trigger position.
You. Capacitor 36, rheostat 34 and software
With the proper choice of imaging, as explained below,
An analog signal indicating the desired operating parameter is located at the trigger position.
Can be determined accordingly. This analog signal
In that case, for use in the microcomputer 10
It is converted to a digital signal. In the above description, the input of a desired operation parameter is performed.
Or the choice of the desired operation, for example, but other mechanisms
Can be used without departing from the scope of the invention
You. Generally, various digital or analog converters are
An appropriate interface to communicate with the microcomputer 10
Base circuit (for example, A / D converter)
Can be used for For a better understanding of the operation according to the invention
3 through 11 and the graph of FIG.
Can be referenced. FIG. 2 shows the mode at various conduction angles.
The speed vs. torque curve of the motor is shown. Uppermost diagonal line 44
Indicates the entire conductivity (180 degrees). The area with the curve is 3
Operating ranges or regions, ie, first region 46, second region
It is divided into an area 48 and a third area 50. In particular, the first area
46 is above by a diagonal line 52 corresponding to a conduction angle of about 70 degrees.
Are bounded. The second area 48 is formed by a diagonal line 52 and an angle of about 88 degrees.
It is bounded by an oblique line 54 indicating an electrical angle. In addition,
Two areas 48 are defined by horizontal lines 56 corresponding to a constant speed of 10,000 RPM.
Is bounded. As can be seen in FIG.
Crosses the velocity axis at point A and crosses the oblique line 54 at point B.
The third region 50 is from the top by the uppermost oblique line 44 and 10,000.
Below by horizontal line 58 corresponding to motor speed above RPM
Bounded by Areas located outside the above three areas
60 is allowed to rise to unwanted overheated potential
1 shows a low speed and high torque operating state. In particular, the motor
The factor controlling the temperature of the motor is the power drawn by the motor.
To dissipate heat generated by the flow and motor
It is a means provided. In many power tools,
Equipped with a cooling fan driven directly from the armature
You. Therefore, the fan operates at low speed and high load.
Cooling effect is not sufficient to prevent overheating
May. Area 60 in FIG. 2 is provided by a fan.
Cooling effect is generated by drawing large current at high torque.
Potential inadequate to overcome the thermal heating effect produced
Shows a dangerous overheating zone. The motor can be stopped before damage occurs.
To detect overheating condition
Unlike overload protection techniques, the present invention additionally provides the most
Operate the motor in a range that may cause a major overheating problem.
Avoid significant temperature rise by qualitatively blocking
And can be used in combination. As explained fully below
In addition, the method which can be used in combination with the present invention is described in the above 3
Tool in one of the two areas 46, 48 and 50
While operating, carefully check the state of falling into the danger area.
To avoid. The method which can be used in combination with the present invention is as follows.
3 above to provide open / closed loop configuration
Utilizes two working areas. In the first area 46, the motor
Is operated in an open-loop configuration, thereby increasing motor speed and
And torque are determined by the oblique velocity torque curve in the first area 46.
They are related in reverse as shown. Oblique lines in the first area 46
Each of the curves shows an individual operator selected conduction angle. I
Thus, for example, if the operator
If you choose a conduction angle smaller than about 70 degrees via
Speed is simply determined by the load applied to it.
It is. In the second area 48, the motor is connected to the open loop.
Operated in a loop / closed loop configuration. Especially about 70 degrees
Operator selected conductivity between (point A) and about 88 degrees (point B)
With respect to the angle, the control circuit will select a characteristic between 70 and 88 degrees.
Provides a nominal operating speed of 10,000 RPM regardless of conductive angle
Designed to be. In addition, the motor has no load torque
t₀When more load is applied, the control circuit first closes.
Operates in loop mode and conducts to operator-selected conduction angles
Maintain motor speed at 10,000RPM by increasing angle
Try to do. However, the operator chooses conductive
Motor speed to 10,000RPM given the angle to the motor load
If not enough to maintain the motor speed then
Pointed downward in open loop mode. Therefore, for example
If a conduction angle of 88 degrees is selected and the increased load is
If the motor speed is first set to point B
Is achieved (torque load t₁Up to 70 degrees)
1 when increased from the unloaded conduction angle of the next horizontal line 56
It is kept constant at 0,000 RPM. Load exceeds this point
When the motor speed is 88 degrees conduction angle open loop vs torque curve
The next diagonal line 54 corresponding to the line begins to turn down. In a third region 50, an operator-selected conduction
The angle is determined as the desired speed requirement. Therefore, the third
The conduction angle falling into the working area is 1: 1 with the desired operating speed.
Each corresponds to a relationship. The speed control circuit is fully conductive
To increase or decrease the conduction angle depending on the load
Strive to maintain a more constant speed. At the top diagonal line 44
Thus, the total conductivity (180 degrees) shown is supplied by the motor.
Indicates the maximum power that can be performed. Motor is in the third area
If you are running at full conduction at 50, then the motor
Any increase in load will cause the motor speed to drop to the next line 44.
Let Execute this combined open loop / closed loop configuration
This preferred embodiment for the algorithm described below
Microcomputer programmed to implement
Use the data 10. However, while described here
A special algorithm that is preferred is speed control in three areas
Method or to perform a combined open loop / closed loop configuration
Not run out of all possible algorithms
Understood. Therefore, the next algorithm change is:
Departure from the scope of the invention as defined in the claims
It can be done by those skilled in the art without doing so. FIGS. 3 to 6 show a combined open loop / closed loop.
The preferred algorithm to execute the loop speed mode is
Fully explained in the chart. Device reset
After the input port, the input / output port
Pre-supply of desired operating parameters for different tools
Is sent. Next, the initial low speed, low
Conduction angle and high kickback test limits can reduce initial starting conditions
Supplied to standardize to a safe value. Initial value is set
After that, the AC waveform is used to determine the current half cycle.
Determined and, if appropriate, the desired operator selection
The parameters are analog as described below in connection with FIGS.
It is input by calling the input subroutine. General
The analog input subroutine has a manually operable
Send a command signal to the
Provides a digital value indicating the radiator selected conduction angle. There
The program uses the AC waveform and software timing.
Have power line zero crossing to synchronize, and trigger
If the switch was actually pressed, the actual motor speed
Is determined or measured by the tachometer 24. This fruit
The motor speed (or motor rotation period)
Supplied to the memory cells to contain the actual speed data
You. Next, more fully with reference to FIGS.
Kickback detection algorithm described in Imminent
Test if a kickback condition exists. this
Once the test has been performed, workarounds are then taken and the test
If not, then the program will go to the power line half cycle
Determine whether the number is even or odd. Even half cycle
In, actuation based on operator selected conductive angle
The process branches to a part of a program for determining a desired speed. Strange
In a few half cycles, the program
Branch around the rhythm and, instead,
I will fire the triac 22 at the appropriate time based on the angle
Implement a countdown procedure. In particular, counting
Down sequence is triac
To test for early or late ignition
Includes procedures. Generally, this performs the speed control calculation
Required to perform analog input subroutines
To compensate or balance the time spent
Be done. Triac fast in half cycle
If ignition is possible, the compensation value will achieve the speed control calculation.
Added to the start-up time to compensate for the amount of time needed for
Is done. Then the countdown sequence starts
Triac is fired and analog input subroutine
Followed by a call to. Triac is half that
Analog input if it can be fired late in the cycle
The subroutine is executed early and the subroutine
Subsequently, the starting time value is used when the speed control calculation is needed.
Execute the analog input subroutine except for the interval
Is compensated to represent the amount of time spent on last
The countdown sequence is executed and the
The lock is fired. To continue with the flowcharts of FIGS.
Then assume that the operation is an even number of half cycles,
As a result, control is divided into speed control calculation algorithms starting at point D.
Diverged. The algorithm then selects the operator selected conduction angle
Test to determine if is less than 88 degrees. 88 degrees
If below, the desired speed is automatically set to 10,000 RPM
You. Instead, the operator selected conduction angle must be greater than 88 degrees.
The selected conduction angle again changes to the desired operator selected speed.
Is replaced. This calculation is performed directly using the equation of the type y = ax + b.
Based on a line approximation, where "y" is velocity and
“X” indicates the operator selected conduction angle and “a”
And "b" is "y" is 10,000 when "x" is equal to 88 degrees
When "x" is equal to 180 degrees and "y" is the tool
Constant preselected to be equal to the maximum safe operating speed of
Is shown. Once the desired speed has been determined, the circuit
The predetermined maximum speed limit at which the desired speed is set for the tool
Decide whether to cross the world. Desired speed is the maximum speed limit
Assuming that the speed is below the
To determine the appropriate conduction angle required to achieve and maintain
It will be executed. The operator selected conduction angle is 88 degrees or less.
Circuit, the operator-selected conduction angle maintains the desired speed.
Greater than the total feedback conduction angle required to carry
To decide. Operator selected conduction angle is equal to full feedback conduction angle
If greater, avoidance is the desired conductivity equal to the total feedback conduction angle
The angle is set and closed loop control is performed. But
However, the operator selected conduction angle is larger than the total feedback conduction angle
If not, the desired conduction angle is equal to the operator selected conduction angle.
Set and the circuit operates in an open loop configuration. Thus, for example, an operator-selected conductive
Angle is equal to 85 degrees and simply the conduction angle of 75 is the current negative of the motor
Need to maintain 10,000 RPM motor speed provided by load
If this is the case, the control circuit should
Operating up to 85 degrees before tilting due to increasing load
By increasing the conduction angle as required for the selected conduction angle
Try to maintain 10,000 RPM. On the other hand,
If the operator selected conduction angle is greater than 88 degrees, the circuit is
Automatically takes a complete closed-loop configuration and ensures that the desired conduction angle is
It is set equal to the feedback conduction angle. Once the desired conduction angle has been set, a count is performed.
The sequence starts and the triac is based on the desired conduction angle.
Is fired. Following the firing of the triac, a new
The kickback limit is determined by the kickback detection
Determined for use in the exit algorithm. Figure
7 and FIG. 8, the analog input subroutine described above.
The chin will be described in more detail. Analog input subroutine
Load the loop counter, and the loop counter
Predetermined for querying analog position of trigger switch
Used to set the time interval
Threshold used to store the position value
Clear the field counter. Circuit has odd power line voltage
Whether in half cycle or even half cycle
decide. In odd half cycles, capacitor 36
During the execution of the predetermined timing loop.
When the capacitor is higher than the input / output port threshold
Each test time value to determine if there is a rheoresistance
It is charged via the container 34. Capacitor 36 is input
Threshold for each loop charged above the threshold
Field counter is incremented. Therefore, odd half size
Threshold counter at end of loop
The value held by the capacitor 36 is the value of the rheostat 34
Indicates the amount charged through. The charging rate depends on the resistance of rheostat 34.
The trigger switch is determined by the analog position.
Threshold as set by the operator via
Hold counter value or charge count
Shows the operator selected conduction angle. Similarly, during each even half cycle, capacitor 36
Is discharged through the rheostat 34 while a similar
Group is below the input threshold voltage.
Determine how long it will take for the denser to discharge.
This discharge count is then averaged with the previous charge count.
Averaged, and the operator selected conduction angle is y = ax + b
Calculated according to the average using a linear fit of the form
Where "y" indicates the operator selected conduction angle and "x" is
Indicates the previously determined average count value and "a"
And "b" indicate a scaling constant. Therefore, the determined operator selection guide
The electrical angle was then pre-selected for the absolute value of the difference between the two values
To determine if the "hysteresis" limit is exceeded
Before being compared to the selected conduction angle. If not,
The analog input subroutine returns to the main program. Absolute value
If so is greater than the hysteresis limit, so decide
The new operator selected conduction angle is
Supersedes the selected conductive angle and controls the main program
Return. The purpose of this procedure is especially during full return of the tool,
In response to relatively small fluctuations in the operator selected conduction angle
To prevent the tool from "jittering" that occurs.
You. FIGS. 9 to 11 are related to FIGS. 3 to 6.
An entry starting at the reset entry point of the main program described above
The kickback routine will be outlined. As mentioned above,
Preload the resistor and wait for power line voltage zero crossing
Circuit determines whether the trigger switch turns on.
To test for. If the trigger switch does not turn on
Circuit is switched on until the switch is turned on by the operator.
Continue to cycle through the initial reset step. this
Once the motor has occurred, the actual speed of the motor
Determined by a speed sensing device, such as this
In the preferred embodiment, the speed is actually
Measured as the time interval or period between This suitable
The simple embodiment utilizes a tachometer because of its cost savings.
I use it. However, at low rotational speeds,
The meter produces an output voltage that is insufficient for speed measurement.
To avoid incorrect results, the program must
Is below the reliability limit of the tachometer
You. More precisely, the program is between tachometer pulses
Whether the time period is near or above the sensor limit
To decide. If the measured period is near the limit or
If it is longer, the program will
Branching around the detection point and continue as shown.
Rotation speed is not enough for reliable tachometer reading
The program determines the latest determined speed cycle.
Anti-kickback limit determined before passing the ram
Test to determine if Last speed lap
If the period is greater than the anti-kickback
Lock condition is detected and the program
Make sure that a thyristor or other gating device is triggered
Break into forbidden trap circuits that execute infinite loops
You. Exit from infinite loop releases trigger switch or
Is done by turning off the program control
Branches to the reset point A near the start of the main program
You. Following the anti-kickback test,
The ram takes into account the time required to determine the conduction angle.
At the appropriate time, the triac or thyristor
Proceed to fire. Detailed steps required
The description has been given above in connection with FIGS. Firing
Occurs and the desired operating area corresponds to the operator-selected conduction angle.
(Refer to FIG. 3 to FIG. 6).
After the program, open loop low power phase control is selected
Determine if it was. Open loop low power phase control
If so, then actuation occurs within first region 46 of FIG.
Be born. If the operation is in the first area,
Very high anti-kickback limit
Overloading memory addresses to store
Can be This means that low power is supplied to the motor and
In this low speed mode where kickback is not a problem
To effectively remove kickback features during tool operation
Useful. If the operation is not in the first area, the input / output port
A response command to determine the anti-kickback sensitivity value
A signal is sent. This value is optional strap arrangement 26
Through the selection of the appropriate strap option via
It may be preset on the spot. `` Unlimited '' kickback
If kick sensitivity is selected, the anti-kickback limit
Is set to a very high value. Other than "unlimited" sensitivity
If selected by option strap placement
Input selection read from input port is converted to numerical sensitivity value
Is done. Determined by tachometer 24 and speed register
The rotation period of the motor stored in the
Estimated by dividing by value. Effectively binary
Is shifted five places to the right, and
It divides by 32. The estimated speed period is
Is multiplied by the sensitivity value, and the product is
Is added. This product then becomes the next power line voltage zero
Test for the next speed cycle as determined following the difference
To save as a new anti-kickback limit
It is. Therefore, the anti-kickback routine
Determines when a kickback condition exists:
Use the actual operating speed of the motor. The limit value is
Driving speeds are compared for kickback detection
Calculated using a percentage change technique. An example
For example, as the first fixed time,
Data at a speed corresponding to a 140 microsecond counter.
And the anti-kickback factor is in percent
If set, the imminent kickback state will be
As a fixed time, the actual speed cycle is 11 in the next half cycle.
If it exceeds the count of 0, it will be detected. The cycle is
If less than 110 counts, then
New limits are calculated and entered based on
Rolling continues. Motor current change rate (dI / dt) or motor
Kickback is monitored by the rate of change in data speed (ds / dt).
Unlike traditional kickback detection methods that attempt to
This method uses a percentage change in motor speed.
To detect kickback status. Therefore, the present invention
Equipment for applying is required to use dI / dt technology
No shunt circuit and analog / digital converter
No. Furthermore, the percentage (ratio) change technology
Due to these characteristics, small speed changes can be detected at high speed operation.
High speed, unlike traditional ds / dt technology
Is more accurate. The above description constitutes a preferred embodiment of the present invention.
The invention is not limited to the proper or correct claims.
Can be modified, changed and changed without departing from the meaning
It will be understood that there is. According to the invention described above, the preset
The rotation speed of the motor is detected at regular intervals
The first rotation speed is obtained in the first fixed time, and the first rotation speed is obtained in the next fixed time.
2 rotation speed, the second rotation speed becomes the first rotation speed
Preset to detect kickback conditions
If the ratio drops below the
Has been determined. Thus, the kickback state
Motor speed based on a change in the ratio to detect
By detecting the insertion, the actual operating speed of the motor
It is not always right and the same
The kickback state can be detected with the sensitivity of the case.

【図面の簡単な説明】 【図１】マイクロコンピュータに基づく本発明を実施す
るための装置に係わる制御回路を示す概略回路図。 【図２】モータ速度制御に係わる種々の作動領域を示す
モータの速度対トルク曲線を示すグラフ。 【図３】モータを制御する結合開ループ／閉ループ方法
を実行するための段階を示すフローチャート。 【図４】モータを制御する結合開ループ／閉ループ方法
を実行するための段階を示すフローチャート。 【図５】モータを制御する結合開ループ／閉ループ方法
を実行するための段階を示すフローチャート。 【図６】モータを制御する結合開ループ／閉ループ方法
を実行するための段階を示すフローチャート。 【図７】本発明を実施するのに有用な、所望運転パラメ
ータを表示するアナログ信号を得る好適な方法を示すフ
ローチャート。 【図８】本発明を実施するのに有用な、所望運転パラメ
ータを表示するアナログ信号を得る好適な方法を示すフ
ローチャート。 【図９】本発明のアンチキックバック検出方法および応
答発生方法を示すフローチャート。 【図１０】本発明のアンチキックバック検出方法および
応答発生方法を示すフローチャート。 【図１１】本発明のアンチキックバック検出方法および
応答発生方法を示すフローチャート。 【符号の説明】 １０ マイクロコンピュータ ２０ 信号処理回路 ４６ 第１作動領域 ４８ 第２作動領域 ５０ 第３作動領域BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing a control circuit relating to a microcomputer-based device for implementing the present invention. FIG. 2 is a graph showing a motor speed versus torque curve showing various operating regions involved in motor speed control. FIG. 3 is a flow chart showing steps for performing a combined open / closed loop method for controlling a motor. FIG. 4 is a flowchart illustrating steps for performing a combined open / closed loop method for controlling a motor. FIG. 5 is a flowchart illustrating steps for performing a combined open / closed loop method for controlling a motor. FIG. 6 is a flowchart showing steps for performing a combined open / closed loop method for controlling a motor. FIG. 7 is a flowchart illustrating a preferred method of obtaining an analog signal indicative of desired operating parameters useful in practicing the present invention. FIG. 8 is a flowchart illustrating a preferred method of obtaining an analog signal indicative of desired operating parameters useful in practicing the present invention. FIG. 9 is a flowchart showing an anti-kickback detection method and a response generation method of the present invention. FIG. 10 is a flowchart showing an anti-kickback detection method and a response generation method of the present invention. FIG. 11 is a flowchart showing an anti-kickback detection method and a response generation method of the present invention. [Description of Signs] 10 Microcomputer 20 Signal processing circuit 46 First operating area 48 Second operating area 50 Third operating area

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−247784（ＪＰ，Ａ) 実公 平５−12464（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 5/00 H02P 7/00 H02P 3/00Continuation of the front page (56) References JP-A-62-247784 (JP, A) Jikken Hei 5-12464 (JP, Y2) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁶ , DB name) H02P 5 / 00 H02P 7/00 H02P 3/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 １．モータ駆動工具におけるキックバック状態検出方法
において、 モータの回転速度を監視して予め設定された一定時間間
隔で順次前記モータの回転速度を検知し、 最初の一定時間で決定される前記モータの第１の回転速
度を得、 次の一定時間で決定される前記モータの第２の回転速度
を得、 前記第１及び第２の回転速度を比較して前記第１の回転
速度に対する前記第２の回転速度の比率を得、 前記比率がキックバック状態を検出するための予め設定
された比率を超えたときは、前記モータに対して所定の
制御を行うことを特徴とするキックバック状態検出方
法。 ２．前記所定の制御が前記モータへの電力遮断であるこ
とを特徴とする請求項１記載のキックバック状態検出方
法。 ３．モータ駆動工具におけるキックバック状態を検出す
るための制御装置を有する電動工具において、 予め設定された一定時間間隔でモータの回転速度を順次
検知する検知手段と、最初の一定時間で決定された前記
モータの第１の回転速度と、次の一定時間で決定された
前記モータの第２の回転速度とを比較して、前記第１の
回転速度に対する前記第２の回転速度の比率を得、前記
比率がキックバック状態を検出するための予め設定され
た比率を越えたときは、前記モータに対して所定の制御
を行う制御手段とを具備したことを特徴とする電動工
具。 ４．前記所定の制御が前記モータへの電力遮断であるこ
とを特徴とする請求項３記載の電動工具。 (57) [Claims] In a kickback state detection method for a motor driven tool, a method for monitoring the rotation speed of a motor and sequentially detecting the rotation speed of the motor at predetermined time intervals, and determining the first rotation speed of the motor at a first fixed time The second rotational speed of the motor determined in the next fixed time
The resulting, the first and by comparing the second rotation speed to obtain the ratio of the second speed to the first rotational speed, the ratio of said ratio is previously set to detect the kickback condition Exceeds the specified value for the motor.
A kickback state detection method, comprising performing control . 2. The predetermined control is a power cutoff to the motor.
The kickback state detection method according to claim 1, wherein
Law. 3. A power tool having a control device for detecting a kickback state in a motor driven tool, comprising: a detection unit for sequentially detecting a rotation speed of a motor at a predetermined time interval; and the motor determined at an initial certain time. Comparing the first rotation speed of the motor with the second rotation speed of the motor determined in the next fixed time to obtain a ratio of the second rotation speed to the first rotation speed; When the ratio exceeds a preset ratio for detecting a kickback state, a predetermined control for the motor is performed.
An electric tool, comprising: control means for performing the following . 4. The predetermined control is a power cutoff to the motor.
The power tool according to claim 3, wherein: