JPWO2015129358A1 - 作業工具 - Google Patents

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Abstract

モータ又はスイッチング素子の温度上昇を抑制可能な作業工具を提供する。モータと、モータへの通電を許容するオン状態と、モータへの通電を遮断するオフ状態とを切替えるスイッチング素子と、モータの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、スイッチング素子のスイッチング周期におけるオン時間を可変させることによって、モータの回転数が目標回転数になるように制御する回転数制御手段と、モータ及びスイッチング素子の少なくとも一方の温度を検出する温度検出手段と、を備える作業工具であって、回転数制御手段は、温度検出手段が検出した検出温度に応じてオン時間の上限値を設定可能であり、上限値以下の範囲においてオン時間を可変させる。

Description

本発明は、モータを駆動源とする作業工具に関し、特にモータの回転数を制御する作業工具に関する。
従来より、被加工材を載置可能なベース部と、モータを収容し丸鋸刃を回転可能に支持する切断部と、ベース部から立設し切断部をベース部に対向するように支持する支持台部と、交流電源又は直流電源から選択的に電力供給を受けモータの駆動に適した電力をモータへ供給可能な電源部と、を備えた作業工具が知られている(特許文献1)。
特開2011−167830号公報
近年、従来使用されてきたモータよりも高出力のモータが使用されることが多くなっている。高出力のモータを使用した場合、モータ及びモータの制御に使用されるスイッチング素子に流れる電流が大きくなるため、モータ及びスイッチング素子の温度上昇はより厳しくなる傾向にある。しかしながら、上記の作業工具においては、モータ及びスイッチング素子の温度上昇については考慮されていないため、モータ又はスイッチング素子の温度上昇を抑制することができずモータ及びスイッチング素子が劣化してしまうという問題があった。
そこで本発明は、モータ及びスイッチング素子の温度上昇を抑制することで、モータ及びスイッチング素子の温度上昇による劣化を抑制することができる作業工具を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、モータと、該モータへの通電を許容するオン状態と、該モータへの通電を遮断するオフ状態とを切替えるスイッチング素子と、該モータの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、該スイッチング素子のスイッチング周期におけるオン時間を可変させることによって、該モータの回転数が該目標回転数になるように制御する回転数制御手段と、該モータ及び該スイッチング素子の少なくとも一方の温度を検出する温度検出手段と、を備える作業工具であって、該回転数制御手段は、該温度検出手段が検出した検出温度に応じて該オン時間の上限値を設定可能であり、該上限値以下の範囲において該オン時間を可変させることを特徴とする作業工具を提供する。
このような構成によると、検出温度に応じてスイッチング素子のスイッチング周期におけるオン時間に上限値を設定することができるため、モータ及びスイッチング素子の温度上昇に応じた上限値を用いることでモータ及びスイッチング素子に流れる電流を抑制することができる。このため、大きな電流が流れることによる温度上昇を抑制でき、モータ及びスイッチング素子の温度上昇による劣化を抑制することができる。
上記構成において、該回転数制御手段は、該検出温度が高くなるに従って、該上限値を低下させることが好ましい。
このような構成によると、検出温度が高くなるに従って上限値を低下させるため、モータ及びスイッチング素子の温度が上昇した場合にモータ及びスイッチング素子に流れる電流を抑制することができる。このため、モータ及びスイッチング素子の温度上昇を効果的に抑制することができモータ及びスイッチング素子の温度上昇による劣化を効果的に抑制することができる。
また、該回転数制御手段は、温度閾値を設定可能であり、該検出温度が該温度閾値未満である場合に、該上限値を第1上限値に設定し、該検出温度が該温度閾値以上である場合に、該上限値を該第1上限値よりも低い第2上限値に設定することが好ましい。
このような構成によると、検出温度が温度閾値以上となった場合に上限値を低下させるため、モータ及びスイッチング素子の温度が上昇して温度閾値以上となった場合にモータ及びスイッチング素子に流れる電流を抑制することができる。このため、モータ及びスイッチング素子の温度上昇を効果的に抑制することができモータ及びスイッチング素子の温度上昇による劣化を効果的に抑制することができる。
また、該回転数制御手段は、複数の温度閾値を設定可能であり、該複数の温度閾値は、該検出温度が高くなるに従って、該上限値を低下させるように設定されていることが好ましい。
このような構成によると、検出温度が高くなるに従って上限値を低下させるように温度閾値が設定されているため、モータ及びスイッチング素子の温度が上昇するに従ってモータ及びスイッチング素子に流れる電流をより小さくすることができる。このため、モータ及びスイッチング素子の温度上昇をより効果的に抑制することができモータ及びスイッチング素子の温度上昇による劣化をより抑制することができる。
また、該回転数制御手段は、該モータの該目標回転数が第1回転数のときは、該上限値を低下させる低下幅を第1低下幅とし、該モータの該目標回転数が第1回転数よりも小さい第2回転数のときには、該上限値を低下させる低下幅を第1低下幅よりも大きい第2低下幅とすることが好ましい。
このような構成によると、目標回転数が小さくなるに従って上限値を低下させる低下幅を大きくすることができる。このため、モータの駆動によりファンが回転することでモータ又はスイッチング素子を冷却する構成である場合において、目標回転数が小さくファンの冷却能力が十分でないときに、目標回転数が大きくファンの冷却能力が十分であるときと比較してモータ及びスイッチング素子を流れる電流をより小さくすることができる。これにより、モータ及びスイッチング素子の温度上昇を効果的に抑制することができる。
また、該回転数制御手段は、該上限値が所定上限値である場合、該モータの該目標回転数が第1回転数のときには該温度閾値を第1閾値とし、該モータの該目標回転数が該第1回転数よりも小さい第2回転数のときには該温度閾値を該第1閾値よりも低い第2閾値とすることが好ましい。
このような構成によると、モータの駆動によりファンが回転することでモータ又はスイッチング素子を冷却する構成である場合において、目標回転数が小さくファンの冷却能力が十分でないときに、目標回転数が大きくファンの冷却能力が十分であるときと比較して温度閾値を低くすることできる。これにより、モータ及びスイッチング素子を流れる電流をより小さくすることができ、モータ及びスイッチング素子の温度上昇を効果的に抑制することができる。
また、該回転数制御手段は、該検出温度が所定温度である場合、該モータの該目標回転数が第1回転数のときには該上限値を第1上限値とし、該モータの該目標回転数が該第1回転数よりも小さい第2回転数のときには該上限値を該第1上限値よりも低い第2上限値とすることが好ましい。
このような構成によると、モータの駆動によりファンが回転することでモータ又はスイッチング素子を冷却する構成である場合において、目標回転数が小さくファンの冷却能力が十分でないときに、目標回転数が大きくファンの冷却能力が十分であるときと比較して上限値を低くすることでき、モータ及びスイッチング素子を流れる電流をより小さくすることができる。これにより、モータ及びスイッチング素子の温度上昇を効果的に抑制することができる。
また、該回転数制御手段は、該上限値を低下させる場合、該スイッチング周期の2倍以上をかけて該上限値を段階的に低下させることが好ましい。
このような構成によると、上限値を低下させる場合にスイッチング周期の2倍以上をかけて該上限値を段階的に低下させるため、上限値を滑らかに変化させることができる。これにより、モータの回転数が滑らかに変化するため、被加工材の仕上げ程度が良好となる。
また、該検出温度が所定温度以上となった場合に該モータの駆動を停止させるモータ停止手段を更に備えることが好ましい。
このような構成によると、所定温度をモータ又はスイッチング素子が許容することができる限界の温度に設定することで、モータ又はスイッチング素子を過度の温度上昇を抑制することができる。このため、過度の温度上昇によるモータ又はスイッチング素子の破損等を抑制することができる。
また、該回転数制御手段が該上限値を設定する第1のモードと、該上限値を設定しない第2のモードとを切替えるモード切替手段を更に備えることが好ましい。
このような構成によると、ユーザが第1のモードと第2のモードとを選択可能となるため、ユーザは作業状況に応じて上限値を設定するか否かを選択でき、作業性及び利便性が向上する。
また、該モータと該スイッチング素子とが収容された収容室が画成された筐体を更に備え、該検出温度検出手段は、該収容室に収容されていることが好ましい。
このような構成によると、収容室内に温度検出手段とモータ及びスイッチング素子とが収容されているため、温度検出手段による温度検出の精度が向上する。
本発明の作業工具によれば、モータ及びスイッチング素子の温度上昇を抑制することで、モータ及びスイッチング素子の温度上昇による劣化を抑制可能な作業工具を提供することが可能である。
本発明の第1の実施の形態に係る電動丸鋸の外観を示す右側面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る電動丸鋸の外観を示す左側面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る電動丸鋸の外観を示す平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る電動丸鋸のハウジング内部を示す一部断面平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る電動丸鋸の制御基板を示すブロック図を含む回路図である。 本発明の第1の実施の形態に係る電動丸鋸におけるモータの回転数制御に関する検出温度とデューティ比の上限値との関係を示す上限値設定テーブルである。 本発明の第1の実施の形態に係る電動丸鋸における駆動制御を示すフローチャートである。 本発明の第1の実施の形態に係る電動丸鋸と従来の電動丸鋸との駆動時における回転数、検出温度及びデューティ比の時間変位を比較した図である。 本発明の第1の実施の形態に係る電動丸鋸及び従来の電動丸鋸の駆動時における回転数、検出温度及びデューティ比と負荷電流との関係を示す図である。 本発明の第2の実施の形態に係る電動丸鋸における電動丸鋸の外観を示す平面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る電動丸鋸における駆動制御回路を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施の形態に係る電動丸鋸における駆動制御を示すフローチャートである。
本発明の第1の実施の形態による作業工具について図1乃至図9に基づき説明する。図1に示される作業工具である電動丸鋸1は、鋸刃8を回転可能に支持するハウジング2と、ベース3とを備えており、ベース3を被加工材に摺動させて鋸刃8の回転により被加工材を切断する工具である。説明の便宜のため、図1において、図中に示す前を前方向、後を後方向、上を上方向、下を下方向と定義し、後方向から見て右を右方向と定義し、左を左方向と定義する(図1の紙面手前が右方向、逆が左方向)。
図1及び図4に示すように、ハウジング2は、本体ハウジング21と、ハンドル部22と、ソーカバー23とにより主に構成されており、ベース3に対して左右に傾動可能に設けられている。またベース3は、例えばアルミ等の金属製の板形状の部材であり、ベース3には上下方向に貫通し前後方向に延びる図示せぬ孔が形成されており、図示せぬ孔は鋸刃8の進入を許容している。ベース3の長手方向(前後方向)は切断方向と一致する。
本体ハウジング21は、例えば樹脂製であり、内部にはモータ4と、温度検出部5と、制御基板6とが収容されている。図4に示すようにモータ4、温度検出部5及び制御基板6は、本体ハウジング21内部に画成された収容室21a内に収容されている。また図3に示すように本体ハウジング21は、電源コード21Aと、目標回転数設定スイッチ21Bとを備え、鋸刃8を回転可能に支承している。モータ4、温度検出部5及び制御基板6の詳細については後述する。
図3に示すように電源コード21Aは、本体ハウジング21の後部左側から左方に延出しており、商用交流電源500に接続可能に構成されている。また電源コード21Aは、本体ハウジング21内部において制御基板6に電気的に接続されており、商用交流電源500の電力は電源コード21A及び制御基板6を介してモータ4に供給される。
図3に示すように目標回転数設定スイッチ21Bは、モータ4の回転数を選択するためのスイッチであり、本体ハウジング21の上面に設けられている。また目標回転数設定スイッチ21Bは、本体ハウジング21内部において制御基板6と電気的に接続されており、目標回転数を示す信号を制御基板6に出力している。ユーザは、目標回転数設定スイッチ21Bを操作することによりモータ4の回転数を「高速」、「中速」、「低速」の3種類の中から選択することが可能である。目標回転数設定スイッチ21Bは、ユーザに押される毎に「高速」、「中速」、「低速」の順に目標回転数の選択状態が切替わり、ユーザは目標回転数設定スイッチ21Bを複数回押すことで所望の回転数を選択することができる。なお、本実施の形態においては「高速」は5000rpm、「中速」は4000rpm、「低速」は3000rpmである。
図1に示すように鋸刃8は、円板形状をなし、本体ハウジング21の右側において回転可能に設けられており、モータ4の回転により回転駆動される。
図2に示すようにハンドル部22は、ユーザが電動丸鋸1を使用する際に把持する部分であり、本体ハウジング21の上方において前後方向に延びている。またハンドル部22には、モータ4の駆動を制御するためのトリガ22Aが設けられている。トリガ22Aは、本体ハウジング21内部において制御基板6と電気的に接続されており、ユーザがトリガ22Aを上方に押し込むことによってモータ4を始動させる始動信号を制御基板6に出力する。
図1及び図3に示すようにソーカバー23は、例えば金属製であり、鋸刃8の外縁に沿う側面視において円弧形状をなしており、本体ハウジング21の右側に設けられて鋸刃8の上側の略半分を覆っている。またソーカバー23は、保護カバー23Aを備えている。保護カバー23Aは、例えば樹脂製であり、ソーカバー23の後方側に鋸刃8の外縁に沿って回動可能に設けられている。ソーカバー23と保護カバー23Aとの間には図示せぬ付勢部材が設けられている。図示せぬ付勢部材は、ソーカバー23の円周方向において鋸刃8の下側半分を覆う方向に保護カバー23Aを付勢している。切断作業を行っていない状態では、保護カバー23Aは鋸刃8の前方の一部を除いて下側半分を覆っている。
次にモータ4、温度検出部5、及び制御基板6について説明する。図4及び図5に示すようにモータ4は、ステータ41と、ロータ42と、回転軸43とを備える3相ブラシレスDCモータである。ステータ41はスター結線された3相のコイルU、V、Wにより構成され、コイルU、V、Wはそれぞれ制御基板6に接続されている。ロータ42はN極、S極を1組とした永久磁石を2組含んで構成され、永久磁石に対向する位置にはホール素子42Aが配置されている。ホール素子42Aは、ロータ42の位置信号を制御基板6に出力している。回転軸43は、本体ハウジング21に回転可能に支承された左右方向に延びる軸であって、モータ4が駆動されることで回転駆動する。回転軸43には同軸回転可能にファン43Aが設けられている。回転軸43が回転駆動されることで、ファン43Aが回転してモータ4及び制御基板6は冷却される。また回転軸43は図示せぬ減速機構を介して鋸刃8に接続されており、回転軸43の回転駆動によって鋸刃8は回転する。
図5に示すように制御基板6は、整流平滑回路61と、スイッチング回路62と、電流検出抵抗63と、制御部64とを備えている。整流平滑回路61は、ダイオードブリッジ回路61Aと、平滑コンデンサ61Bとを備え、商用交流電源500及びスイッチング回路62のそれぞれに接続されている。図4及び図5に示すようにダイオードブリッジ回路61Aは制御基板6上に配置され、商用交流電源500から入力された交流電圧を全波整流している。平滑コンデンサ61Bは制御基板6上に配置され、全波整流された電圧を平滑化する。整流平滑回路61は、商用交流電源500から入力される交流電圧をダイオードブリッジ回路61Aによって全波整流し、平滑コンデンサ61Bによって平滑化してスイッチング回路62に出力している。
図4及び図5に示すようにスイッチング回路62は、制御基板6上に配置されており、3相ブリッジ形式に接続された6個のFETQ1〜Q6から構成されている。6個のFETQ1〜Q6の各ゲートは制御部64に接続され、6個のFETQ1〜Q6の各ドレイン又は各ソースは、スター結線されたコイルU、V、Wに接続されている。6個のFETQ1〜Q6は、制御部64から入力された駆動信号によってオン/オフを繰り返すスイッチング動作を行い、整流平滑回路61によって全波整流された直流電圧を3相電圧としてコイルU、V、Wに供給する。FETQ1〜Q6はスイッチング素子に相当する。
電流検出抵抗63は、モータ4に流れる電流を検出するための抵抗であり、整流平滑回路61とスイッチング回路62との間に接続されている。
図4及び図5に示すように温度検出部5は、本体ハウジング21内においてモータ4と制御基板6との間に設けられた例えばサーミスタ等の温度検出素子であり、モータ4及びスイッチング回路62のFETQ1〜Q6の温度を検出している。また温度検出部5は、検出したモータ4及びFETQ1〜Q6の温度のうち最も高い温度を検出温度として制御部64に出力している。なお、本実施の形態においては、検出したモータ4及びFETQ1〜Q6の温度のうち最も高い温度を検出温度として制御部64に出力しているが、これに限定されない。制御部64に出力する検出温度は、モータ4のみの温度、モータ4及びFETQ1〜Q6の温度の平均、FETQ1〜Q6のうち温度を代表するFETを一つ定め当該一のFETの温度であってもよい。温度検出部5は温度検出手段に相当する。
図5に示すように制御部64は、電流検出回路64Aと、回転子位置検出回路64Bと、目標回転数設定回路64Cと、制御信号出力部64Dと、演算部64Eとを備えている。電流検出回路64Aは、電流検出抵抗63の電圧降下値を取り込んで演算部64Eに出力している。回転子位置検出回路64Bは、モータ4のホール素子42Aから入力されたロータ42の位置信号を演算部64Eに出力している。目標回転数設定回路64Cは、目標回転数設定スイッチ21Bによって選択された目標回転数を示す信号を演算部64Eに出力している。制御信号出力部64Dは、6個のFETQ1〜Q6の各ゲートに接続され、演算部64Eから入力される駆動信号に基づいて6個のFETQ1〜Q6の各ゲートに電圧を印加している。6個のFETQ1〜Q6のうち、ゲートに電圧が印加されたFETはオン状態となりモータ4への通電を許容し、ゲートに電圧が印加されていないFETはオフ状態となりモータ4への通電を遮断する。
演算部64Eは、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための図示せぬ中央処理装置(CPU)と、処理プログラム、制御データ、各種閾値等を記憶するための図示せぬROMと、データを一時記憶するための図示せぬRAMと、を含んで構成されている。また演算部64Eは、回転子位置検出回路64Bから入力されたロータ42の位置信号に基づいて、所定のFETQ1〜Q6を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、その制御信号を制御信号出力部64Dに出力する。これによってコイルU、V、Wのうちの所定のコイルに交互に通電し、ロータ42を所定の回転方向に回転させる。この場合、負電源側に接続されているFETQ4〜Q6に出力する駆動信号は、パルス幅変調信号(PWM信号)として出力される。
演算部64Eは、目標回転数設定回路64Cからの目標回転数を示す信号に基づいてPWM信号のデューティ比を変化させ、FETQ4〜Q6を高速でオン/オフさせることによってモータ4への電力供給量を調整し、モータ4の回転数(回転速度)を制御する。PWM信号は、FETをオン/オフさせるスイッチング周期(所定時間)における信号出力時間(パルス幅)を変更することができる信号である。デューティ比は、スイッチング周期(所定時間)における信号出力時間の占める割合である。演算部64Eは、デューティ比を変化させ、FETQ4〜Q6のスイッチング周期におけるオン時間を変化させることで、モータ4への電力供給量を変化させる。また、演算部64Eは、トリガ22Aからの始動信号に基づいてモータ4の起動/停止と制御している。
モータ4に供給される電力は、回転子位置検出回路64Bから入力されるロータ42の位置信号から算出されたモータ4の回転数と目標回転数設定回路64Cから入力された目標回転数とを比較した結果に基づいて決定され、モータ4の回転数が設定された目標回転数となるように調整される。このように、制御部64はモータ4の回転数が目標回転数となる定回転数制御を行っている。
さらに演算部64Eは、温度検出部5から入力された検出温度に基づいてFETQ4〜Q6のスイッチング周期におけるオン時間の上限値、言い換えればデューティ比の上限値を設定可能である。演算部64Eは検出温度に基づいてデューティ比の上限値を設定する上限値設定制御を行う。上限値設定制御は、設定された上限値以下の範囲内においてデューティ比を変更することで定回転数制御を行う制御である。すなわち、当該上限値を超えるデューティ比にしなければ定回転数制御を維持できない状態となった場合には、定回転数制御よりもデューティ比が当該上限値を超えないことを優先させる制御である。
図6に示すテーブルは、上限値設定制御において検出温度に基づいて上限値を設定する場合の検出温度と上限値との関係、換言すれば温度閾値と上限値との関係を示す上限値設定テーブルであり、演算部64Eの図示せぬROMに記憶されている。なお、図6の上限値設定テーブルにおいてはスイッチング周期におけるFETQ1〜Q6のオン時間は、デューティ比(%表示)で表されており、Tは検出温度を表している。
上限値設定テーブルに示すように温度閾値は、検出温度が高くなるに従って上限値を低下させるように設定されている。例えば、目標回転数が「高速」に設定されている場合において検出温度が110℃以上120℃未満であるときの上限値は60%(第1上限値の一例)であり、当該温度範囲に対する温度閾値は120℃(温度閾値の一例)に設定されている。検出温度が当該温度閾値以上に上昇して検出温度が120℃以上130℃未満となった場合の上限値は50%(第2上限値の一例)に設定されており、当該温度範囲に対する温度閾値は130℃(温度閾値の一例)に設定されている。
このように、検出温度が高くなるに従って上限値を低下させるように温度閾値が設定されているため、モータ4及びFETQ1〜Q6の温度が上昇した場合にモータ4及びFETQ1〜Q6に流れる電流を抑制することができる。このため、温度上昇を効果的に抑制することができモータ4及びFETQ1〜Q6の温度上昇による劣化を抑制することが可能となる。
また上限値設定テーブルに示すように、検出温度が設定された温度閾値以上になった場合に上限値を低下させる低下幅は、目標回転数が小さくなるに従って大きくなるように設定されている。例えば、目標回転数が「低速」(第2回転数の一例)に設定されている場合において検出温度が60℃未満であるときの上限値は100%であり、当該温度範囲に対する温度閾値は60℃に設定されている。検出温度が当該温度閾値以上に上昇して検出温度が60℃以上70℃未満となった場合の上限値は80%に設定されており、上限値の低下幅は20%(第2低下幅の一例)である。一方、目標回転数が「中速」(第1回転数の一例)に設定されている場合において検出温度が90℃以上100℃未満であるときの上限値は65%であり、当該温度範囲に対する温度閾値は100℃に設定されている。検出温度が当該温度閾値以上に上昇して検出温度が100℃以上110℃未満となった場合の上限値は55%に設定されており、上限値の低下幅は10%(第1低下幅の一例)である。
このように、上限値を低下させる場合の低下幅を目標回転数が小さくなるに従って大きくなるように設定しているため、目標回転数が大きくモータ4の回転軸43に設けられたファン43Aの冷却能力が一定程度ある場合と比較して目標回転数が小さくファン43Aの冷却能力が低い場合にデューティ比の上限値をより大きく低下させることができる。このため、ファン43Aの冷却能力が低くモータ4及びFETQ1〜Q6の温度上昇をファン43Aの冷却能力のみでは抑制することが不完全な場合に、デューティ比の上限値をより大きく低下させることで、モータ4及びFETQ1〜Q6に流れる電流を抑制し、モータ4及びFETQ1〜Q6の劣化をより効果的に抑制することができる。
また同様に目標回転数が小さくなるとファン43Aの冷却能力が低下することを考慮して、デューティ比が所定の上限値に設定されている場合において温度閾値は、目標回転数が小さくなるに従ってより低くなるように設定されている。例えば、上限値が100%に設定されている場合において目標回転数が「高速」(第1回転数の一例)であるときの温度閾値は80℃(第1閾値の一例)、「中速」(第1回転数又は第2回転数の一例)であるときの温度閾値は70℃(第1閾値又は第2閾値の一例)、「低速」(第2回転数の一例)であるときの温度閾値は60℃(第2閾値の一例)に設定されている。
さらに、目標回転数が小さくなるとファン43Aの冷却能力が低下することを考慮して、検出温度が所定の温度である場合において上限値は、目標回転数が小さくなるに従ってより低くなるように設定されている。例えば、検出温度が130℃以上140℃未満である場合において、目標回転数が「高速」(第1回転数の一例)であるときの上限値は40%(第1上限値の一例)、「中速」(第1回転数又は第2回転数の一例)であるときの上限値は25%(第1上限値又は第2上限値の一例)、「低速」(第2回転数の一例)であるときの上限値は10%(第2上限値の一例)に設定されている。
このように検出温度、上限値及び温度閾値の関係は、モータ4の目標回転数等を考慮して適宜決定されることが好ましい。
また演算部64Eは、目標回転数が「高速」、「中速」、「低速」のいずれであっても検出温度が140℃以上になった場合は、制御信号出力部64Dに駆動信号を出力することを停止してモータ4の駆動を停止させる。このため、いずれの目標回転数であってもモータ4及びFETQ1〜Q6に負担が大きい温度となった場合にはモータ4の駆動を停止してモータ4及びFETQ1〜Q6への通電を遮断し、モータ4及びFETQ1〜Q6を過度な温度上昇による破損等から保護する。演算部64Eは、目標回転数設定手段、回転数制御手段及びモータ停止手段に相当する。
次に、電動丸鋸1の駆動制御について図7のフローチャートを参照しながら説明する。ユーザが電動丸鋸1のトリガ22Aを操作すると、モータ4に対する駆動制御が開始される(S101)。駆動制御が開始されると、演算部64Eは目標回転数を設定する(S102)。ユーザによって選択された目標回転数を目標回転数設定回路64Cが演算部64Eに出力することで、演算部64Eが目標回転数を設定する。目標回転数を設定した後は、モータ4及びFETQ1〜Q6の温度を検出する(S103)。上述の検出温度が温度検出部5から演算部64Eに入力されることで温度検出は行われる。
温度検出が行われた後に、検出温度と上限値設定テーブルとからデューティ比の上限値を設定する、すなわちFETQ4〜Q6のスイッチング周期におけるオン時間に上限値を設定する(S104)。例えば、上限値設定テーブルに示されるように目標回転数が「中速」に設定されている場合において、検出温度が70℃以上80℃未満であれば上限値は85%に設定され、当該温度範囲に対する温度閾値は80℃に設定される。
次にモータ4の回転数を検出する(S105)。モータ4の回転数は、回転子位置検出回路64Bから演算部64Eにロータ42の位置信号が入力されることにより検出される。次にFETQ4〜Q6に出力するPWM信号のデューティ比を決定する(S106)。デューティ比は、ステップ104において設定された上限値以下の範囲内で、モータ4の回転数と目標回転数とを比較した結果に基づいて決定される。
デューティ比が決定された後にFETQ1〜Q6のスイッチングを行う(S107)。この場合、FETQ4〜Q6は、決定されたデューティ比を用いたPWM信号によって駆動される。次に検出温度が140℃以上であるか否かを判別する(S108)。検出温度が140℃以上であると判別した場合(S108のYES)、FETQ1〜Q6に駆動信号を出力しないことでモータ4の駆動を停止させる(S110)。
一方、検出温度が140℃以上でないと判別した場合(S108のNO)、トリガ22AがOFFか否か判別する(S109)。トリガ22AがOFFであると判別した場合(S109のYES)、モータ4を停止させる(S110)。トリガ22AがOFFでないと判別した場合(S109のNO)、ステップ102に戻りトリガ22AがOFFされるまでステップ102〜109を繰り返しモータ4は駆動を継続する。ステップ102〜109を繰り返す間に検出温度が上昇した場合は、ステップ104において検出温度と上限値設定テーブルとからデューティ比の上限値が再設定され、当該温度範囲に対する温度閾値も再設定される。上限値が再設定される場合、演算部64Eは上限値をスイッチング周期の2倍以上をかけて段階的に低下させる。上限値を滑らかに変化させることで、モータの回転数を滑らかに変化させ、作業の仕上げ程度を良好とすることが可能となる。特に電動丸鋸1の鋸刃8の回転により切断作業を行う場合等においては、切断作業中に回転数が急激に変化すると被加工材の切断面の仕上げ程度が極端に悪くなるため、モータの回転数を滑らかに変化させることは被加工材の切断面の仕上げ程度を良好にする上で好適である。
このように、検出温度に基づいてデューティ比の上限値を設定してモータ4の回転数を制御することで、モータ4及びFETQ1〜Q6の温度上昇を抑制することができる。図8及び図9は、本発明の第1の実施の形態に係る電動丸鋸1によるモータ4の駆動制御(回転数制御)とモータ及びスイッチング素子の温度上昇を考慮していない従来の作業工具による駆動制御とを比較した図である。
図8は、負荷が一定である場合のモータの回転数、検出温度及びデューティ比の上限値の時間変化を示した図である。なお、実線は電動丸鋸1の駆動制御による上記各値の変化を表し、破線は従来の作業工具の駆動制御による上記各値の変化で表している。
図8に示すように、従来の作業工具においては、時刻t0で駆動が開始され時刻t2で作業を終了するまでデューティ比に上限を設定せず一定の回転数を維持した駆動制御を行っている。
一方、電動丸鋸1においては、時刻t0で駆動が開始されて時刻t1において検出温度が温度閾値以上となったためにデューティ比の上限値を低下させてモータ4及びFETQ1〜Q6に流れる電流を抑制している。時刻t1以降の電動丸鋸1の駆動制御における温度上昇は上述のようにデューティ比の上限値を低下させてモータ4及びFETQ1〜Q6に流れる電流を抑制しているため、従来の作業工具の駆動制御と比較して緩やかになっている。
さらに使用を継続し時刻t1から時刻t2で作業を終了するまでの過程においては、検出温度が温度閾値を超える毎にデューティ比の上限値を順次低下させてモータ4及びFETQ1〜Q6に流れる電流をより抑制している。このため、電動丸鋸1の駆動制御における時刻t1から時刻t2までの温度上昇幅は、従来の作業工具の駆動制御における時刻t1から時刻t2までの温度上昇幅よりも大幅に小さくなっている。
図9は、負荷電流の上昇に伴うモータの回転数、検出温度及びデューティ比の上限値の変化を示した図である。なお、実線は電動丸鋸1の駆動制御による上記各値の変化を表し、破線は従来の作業工具の駆動制御による上記各値の変化で表している。
図9に示すように、従来の作業工具の駆動制御においては、時刻t3で駆動が開始され定回転数制御を行い時刻t4まで一定の回転数を維持している。時刻t4以降は負荷が大きくなりデューティ比を100%としても定回転数制御を維持できない状態となり、時刻t6で作業を終了するまで負荷が大きくなるに従って回転数が低下している。
一方、電動丸鋸1においては、時刻t3で駆動が開始されて時刻t4において負荷が大きくなりデューティ比を100%としても定回転数制御を維持できない状態となり、時刻t4以降は負荷の上昇に伴い回転数が低下している。その後t5において検出温度が温度閾値以上となったためにデューティ比の上限値を100%よりも低い値に低下させてモータ4及びFETQ1〜Q6に流れる電流を抑制している。この場合、デューティ比の上限値を低下させるため回転数が低下するが、負荷電流も一旦低下することで温度上昇が抑制されるため、従来の作業工具の駆動制御と比較して温度上昇が緩やかになっている。さらに電動丸鋸1の使用を継続し時刻t5から時刻t6で作業を終了するまでの過程においては、検出温度が温度閾値を超える毎にデューティ比の上限値を順次低下させてモータ4及びFETQ1〜Q6に流れる負荷電流を低下させるとともに温度上昇をより抑制している。このため、電動丸鋸1の駆動制御における時刻t5から時刻t6までの温度上昇幅は、従来の作業工具の駆動制御における時刻t5から時刻t6までの温度上昇幅よりも大幅に小さくなっている。
このように、本発明の第1の実施の形態の電動丸鋸1においては、検出温度が上昇するに従ってデューティ比の上限値を低下させてモータ4及びFETQ1〜Q6に流れる電流を抑制することでモータ4及びFETQ1〜Q6の温度上昇を効果的に抑制することができる。なお、デューティ比の上限値を低下させていることを明確にするため、図8及び図9において上述のデューティ比の上限値をスイッチング周期の2倍以上の時間をかけて段階的に低下させている様子は図示していない。
次に本発明の第2の実施の形態にかかる作業工具である電動丸鋸200について図10乃至図12に基づいて説明する。本発明の第1の実施の形態にかかる電動丸鋸1と同様の構成及び制御方法については同一の符号を付して説明を省略し、電動丸鋸1と相違する構成及び制御方法について主に説明する。
図10及び図11に示すように電動丸鋸200の本体ハウジング21は、制御切換スイッチ221Cを備えており、内部にはモータ204と、回転数検出部204Aと、温度検出部205と、駆動制御回路206とを収容している。また電動丸鋸200は、駆動制御として上限値設定制御と通常制御との2種類を備えている。駆動制御の詳細は後述する。
図10に示すように制御切換スイッチ221Cは、本体ハウジング21の上面において目標回転数設定スイッチ21Bの前方に設けられている。制御切換スイッチ221Cは、電動丸鋸200の駆動制御を切替えるスイッチであり、ユーザによって押される毎にオン/オフが交互に切替わる。制御切換スイッチ221Cがオンである場合は駆動制御として上限値設定制御が選択され、制御切換スイッチ221Cがオフである場合は通常制御が選択される。また制御切換スイッチ221Cは、本体ハウジング21内において駆動制御回路206と電気的に接続されており、上限値設定制御及び通常制御のうちユーザが選択しているいずれかのモードを示す信号を駆動制御回路206に出力している。上限値設定制御及び通常制御についての詳細は後述する。なお、制御切換スイッチ221Cはモード切替手段に相当する。また、上限値設定制御は第1のモードに相当し、通常制御は第2のモードに相当する。
図11に示すようにモータ204は、ブラシ付きACモータであり、モータ204の近傍には回転数検出部204Aが設けられている。回転数検出部204Aは、例えばマグネットセンサであり、モータ204の回転数を検出して当該検出結果を駆動制御回路206に出力している。温度検出部205は、例えばサーミスタ等の感温素子であり、モータ204及び後述のトライアック206Aの近傍に設けられている。温度検出部205は、モータ204及びトライアック206Aの温度を検出し、モータ204及びトライアック206Aの温度のうちより高い温度を検出温度として駆動制御回路206に出力している。温度検出部205は温度検出手段に相当する。
駆動制御回路206は、本体ハウジング21内部において商用交流電源500及びモータ204に接続されており、トライアック206Aと、シャント抵抗206Bと、電流検出回路206Cと、目標回転数設定回路206D、回転数検出回路206Eと、温度検出回路206Fと、ゼロクロス検出回路206Hと、電源回路206Gと、マイコン206Iとを備えている。
トライアック206Aは、商用交流電源500とモータ204との間にシャント抵抗206Bを介して接続されている。トライアック206Aは、マイコン206Iの信号に基づいてオン/オフすることで両方向の電流の導通/遮断を制御する交流用のスイッチング素子である。トライアック206Aがオン状態である場合には、商用交流電源500からモータ204への通電は許容され、トライアック206Aがオフ状態である場合には、商用交流電源500からモータ204への通電は遮断される。シャント抵抗206Bは、電流検出用の抵抗である。トライアック206Aは、スイッチング素子に相当する。
電流検出回路206Cは、シャント抵抗206Bの電圧降下値に基づいてモータ204に流れる電流を検出してマイコン206Iに出力している。目標回転数設定回路206Dは、目標回転数設定スイッチ21Bによって設定された目標回転数を示す信号をマイコン206Iに出力している。回転数検出回路206Eは、回転数検出部204Aから入力されたモータ204の回転数をマイコン206Iに出力している。温度検出回路206Fは、温度検出部205から入力される検出温度をマイコン206Iに出力している。
電源回路206Gは、商用交流電源500に接続されており、商用交流電源500の電圧を変換することでマイコン206Iの駆動電源等に使用される基準電圧Vccを出力している。
ゼロクロス検出回路206Hは、商用交流電源500とマイコン206Iとの間に接続さている。ゼロクロス検出回路206Hは、商用交流電源500の電圧が0になる換言すれば商用交流電源500の位相角が0°になるゼロクロスポイントを検出して当該ゼロクロスポイントをマイコン206Iに出力している。
マイコン206Iは、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための図示せぬ中央処理装置(CPU)と、処理プログラム、制御データ、各種閾値等を記憶するための図示せぬROMと、データを一時記憶するための図示せぬRAMと、を含んで構成されている。
マイコン206Iは、トライアック206Aをスイッチングするための駆動信号を出力可能であり、トライアック206Aの導通角を変化させる換言すればスイッチング周期におけるオン時間を変化させる導通角制御を行っている。マイコン206Iは、目標回転数設定回路206Dからの目標回転数を示す信号に基づいて導通角を変化させ、トライアック206Aを高速でオン/オフさせることによってモータ204への電力供給量を調整し、モータ204の回転数を制御する。
モータ204に供給される電力は、回転数検出回路206Eから入力される回転数と目標回転数設定回路206Dから入力される目標回転数とを比較した結果に基づいて決定され、モータ204の回転数が設定された目標回転数となるように調整される。このように、駆動制御回路206はモータ204の回転数が目標回転数となる定回転数制御を行っている。
さらにマイコン206Iは、温度検出回路206Fから入力された検出温度に基づいてトライアック206Aのスイッチング周期におけるオン時間の上限値、言い換えれば導通角の上限値を設定可能である。制御切換スイッチ221Cによって駆動制御が上限値設定制御に設定されている場合に、マイコン206Iは検出温度に基づいて導通角の上限値を設定する。上限値設定制御では、設定された上限値以下の範囲内において導通角を変更することで定回転数制御を行う。すなわち、当該上限値を超える導通角にしなければ定回転数制御を維持できない状態となった場合には、定回転数制御よりも導通角が当該上限値を超えないことを優先させる駆動制御である。なお、通常モードは導通角の上限値を設定しない通常の定回転数制御をする駆動制御である。マイコン206Iは、目標回転数設定手段、回転数制御手段及びモータ停止手段に相当する。
次に、電動丸鋸200の駆動制御について図12のフローチャートを参照しながら説明する。ユーザが電動丸鋸200のトリガ22Aを操作すると、マイコン206Iが駆動を開始してモータ204の駆動制御が開始される(S301)。駆動制御が開始されると、マイコン206Iは目標回転数を設定する(S302)。ユーザによって選択された目標回転数を目標回転数設定回路206Dがマイコン206Iに出力することで、マイコン206Iは目標回転数を設定する。目標回転数を設定した後は、モータ204及びトライアック206Aの温度を検出する(S303)。上述の検出温度が温度検出回路206Fからマイコン206Iに入力されることで温度検出は行われる。
次に制御切換スイッチ221Cがオンであるか否かを判別する(S304)。制御切換スイッチ221Cがオンでないと判別した場合は(S304のNO)、導通角の上限値を100%(角度で表すと180°)に設定する、すなわちスイッチング周期におけるトライアック206Aのオン時間に上限値を設けず通常制御を行う(S306)。一方、制御切換スイッチ221Cがオンであると判別した場合は(S304のYES)、検出温度と上限値設定テーブルとから導通角の上限値を設定する、すなわちトライアック206Aのスイッチング周期におけるオン時間に上限値を設けて上限値設定制御を行う(S305)。
次にモータ204の回転数を検出する(S307)。モータ204の回転数は、回転数検出回路206Eからマイコン206Iに回転数が入力されることにより検出される。次にトライアック206Aの導通角を決定する(S308)。導通角は、ステップ304において制御切換スイッチ221Cがオンであると判別された場合にあっては、ステップ305において設定された上限値以下の範囲内でモータ204の回転数と目標回転数とを比較した結果に基づいて決定される。ステップ304において制御切換スイッチ221Cがオンでないと判別された場合にあっては、導通角に上限値を設定せず(導通角0°〜180°の範囲内)でモータ204の回転数と目標回転数とを比較した結果に基づいて決定される。
導通角が決定された後にトライアック206Aのスイッチングを行う(S309)。この場合、トライアック206Aは決定された導通角を用いて駆動される。次に検出温度が140℃以上であるか否かを判別する(S310)。検出温度が140℃以上であると判別した場合(S310のYES)、トライアック206Aに駆動信号を出力しないことでモータ204の駆動を停止させる(S312)。
検出温度が140℃以上でないと判別した場合(S310のNO)、トリガ22AがOFFか否か判別する(S311)。トリガ22AがOFFであると判別した場合(S311のYES)、モータ4を停止させる(S312)。トリガ22AがOFFでないと判別した場合(S311のNO)、ステップ302に戻りトリガ22AがOFFされるまでステップ302〜311を繰り返しながらモータ204は駆動を継続する。
このように、本発明の第2の実施の形態にかかる電動丸鋸200においては、制御切換スイッチ221Cのオン/オフを切換えることで上限値設定制御と通常制御とを切換えることができる。このため、ユーザは作業状況に応じて上限値設定制御と通常制御とを選択することが可能となり、作業性及び利便性が向上する。
なお、本発明の作業工具は、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、本発明においては作業工具として電動丸鋸1を用いているが、これに限らず、トリガがONされた際にモータの回転数を目標回転数になるように制御する回転数制御手段を有したグラインダー、卓上丸鋸、ハンマ等であってもよい。
1、200…電動丸鋸 2…ハウジング 3…ベース 4、204…モータ 5、205…温度検出部 6…制御基板 7…制御回路 8…鋸刃 21…本体ハウジング 21A…電源コード 21B…目標回転数設定スイッチ 21a…収容室 22…ハンドル部 22A…トリガ 23…ソーカバー 23A…保護カバー 41…ステータ 42…ロータ 42A…ホール素子 43…回転軸 43A…ファン 61…整流平滑回路 61A…ダイオードブリッジ回路 61B…平滑コンデンサ 62…スイッチング回路 63…電流検出抵抗 64…制御部 64A、206C…電流検出回路 64B…回転子位置検出回路 64C、206D…目標回転数設定回路 64D…制御信号出力部 64E…演算部 204A…回転数検出部 206…駆動制御回路 206A…トライアック 206B…シャント抵抗 206E…回転数検出回路 206F…温度検出回路 206G…電源回路 206H…ゼロクロス検出回路 206I…マイコン 221C…制御切換スイッチ 500…商用交流電源

Claims (11)

  1. モータと、該モータへの通電を許容するオン状態と、該モータへの通電を遮断するオフ状態とを切替えるスイッチング素子と、該モータの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、該スイッチング素子のスイッチング周期におけるオン時間を可変させることによって、該モータの回転数が該目標回転数になるように制御する回転数制御手段と、該モータ及び該スイッチング素子の少なくとも一方の温度を検出する温度検出手段と、を備える作業工具であって、該回転数制御手段は、該温度検出手段が検出した検出温度に応じて該オン時間の上限値を設定可能であり、該上限値以下の範囲において該オン時間を可変させることを特徴とする作業工具。
  2. 該回転数制御手段は、該検出温度が高くなるに従って、該上限値を低下させることを特徴とする請求項1に記載の作業工具。
  3. 該回転数制御手段は、温度閾値を設定可能であり、該検出温度が該温度閾値未満である場合に、該上限値を第1上限値に設定し、該検出温度が該温度閾値以上である場合に、該上限値を該第1上限値よりも低い第2上限値に設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の作業工具。
  4. 該回転数制御手段は、複数の温度閾値を設定可能であり、該複数の温度閾値は、該検出温度が高くなるに従って、該上限値を低下させるように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の作業工具。
  5. 該回転数制御手段は、該モータの該目標回転数が第1回転数のときは、該上限値を低下させる低下幅を第1低下幅とし、該モータの該目標回転数が第1回転数よりも小さい第2回転数のときには、該上限値を低下させる低下幅を第1低下幅よりも大きい第2低下幅とすることを特徴とする請求項4に記載の作業工具。
  6. 該回転数制御手段は、該上限値が所定上限値である場合、該モータの該目標回転数が第1回転数のときには該温度閾値を第1閾値とし、該モータの該目標回転数が該第1回転数よりも小さい第2回転数のときには該温度閾値を該第1閾値よりも低い第2閾値とすることを特徴とする請求項4に記載の作業工具。
  7. 該回転数制御手段は、該検出温度が所定温度である場合、該モータの該目標回転数が第1回転数のときには該上限値を第1上限値とし、該モータの該目標回転数が該第1回転数よりも小さい第2回転数のときには該上限値を該第1上限値よりも低い第2上限値とすることを特徴とする請求項4に記載の作業工具。
  8. 該回転数制御手段は、該上限値を低下させる場合、該スイッチング周期の2倍以上をかけて該上限値を段階的に低下させることを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の作業工具。
  9. 該検出温度が所定温度以上となった場合に該モータの駆動を停止させるモータ停止手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の作業工具。
  10. 該回転数制御手段が該上限値を設定する第1のモードと、該上限値を設定しない第2のモードとを切替えるモード切替手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の作業工具。
  11. 該モータと該スイッチング素子とが収容された収容室が画成された筐体を更に備え、該検出温度検出手段は、該収容室に収容されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の作業工具。
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