WO2013136673A1 - 電動工具 - Google Patents

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WO2013136673A1
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brushless motor
motor
control unit
abnormality detection
detection time
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French (fr)
Inventor
宮崎　博
昌樹 池田
Original Assignee
パナソニック 株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to an electric tool provided with a brushless motor.
  • a protective operation for preventing a motor failure due to an abnormality in the rotor position signal by the rotational position detection sensor is performed.
  • the appearance pattern of the rotational position signal is continuous when normal, but the appearance pattern may be shifted when abnormal.
  • the motor is stopped to stop the motor.
  • the inventor of the present application has studied a method for detecting an abnormality of a power tool.
  • the output interval of the position information signal from the rotational position detection sensor is set as the abnormality detection time, and the next position information is detected within the abnormality detection time after the actual position information signal is detected. When a signal cannot be detected, it is determined as abnormal.
  • the inventor of the present application has found that in the abnormality determination method of the reference example, when the abnormality detection time is extremely short, there is a possibility that the abnormality is determined although it is normal. Conversely, if the abnormality detection time is extremely long, there may be a situation where power is supplied to the switching element of the brushless motor during the period when the abnormality occurs, and there is a possibility that damage to the switching element cannot be avoided. The present inventor has noticed.
  • An object of the present invention is to provide an electric tool capable of more appropriately setting the length of the abnormality detection time.
  • an electric tool includes a brushless motor capable of rotating forward and reverse, and a sensor that detects a rotational position of the brushless motor and outputs a position information signal that notifies a change in the rotational position.
  • a drive circuit that has a plurality of switching elements and supplies power to the brushless motor, and a control unit that controls the drive circuit based on the rotational position of the brushless motor detected by the sensor unit.
  • the control unit estimates an output interval of the position information signal from the sensor unit based on a rotation speed of the brushless motor, and sets an abnormality detection time according to the estimated output interval.
  • the controller determines that the position information signal from the sensor section is abnormal when the next position information signal cannot be confirmed within the abnormality detection time after actually detecting the position information signal from the sensor section.
  • the control unit includes an abnormality time setting algorithm for setting the abnormality detection time to be shorter as the rotation speed of the brushless motor is faster and setting the detection time to be longer as the rotation speed of the brushless motor is slower.
  • control unit determines that the abnormality has occurred, the control unit performs an abnormal stop to stop power supply from the drive circuit to the brushless motor.
  • the electric tool includes an operation state selection unit that selects either driving or stopping of the brushless motor according to a user's operation
  • the control unit includes the operation state selection unit after executing the abnormal stop. If the drive of the brushless motor is selected via the control, the brushless motor is redriven.
  • control unit controls the switching element of the drive circuit at a duty ratio lower than the duty ratio before execution of the abnormal stop to redrive the brushless motor.
  • control unit limits the number of times the re-driving operation is performed to a predetermined number.
  • control unit notifies the user that the re-driving operation has reached a predetermined number of times.
  • control unit preferably performs advance angle control of the brushless motor before the re-drive, and does not perform the advance angle control at the start of the re-drive.
  • FIG. 1 It is a fragmentary sectional view of the electric tool in an embodiment. It is a block diagram which shows the electric constitution of an electric tool same as the above. It is a block diagram of a drive circuit.
  • (A) (b) is explanatory drawing for demonstrating the state of the signal input into each switching element.
  • (A)-(d) is a flowchart for demonstrating operation
  • the electric tool 1 of the present embodiment includes a motor 3 as a drive source, and a hall as a sensor unit that detects a rotational position of the motor 3 and outputs a position information signal that notifies a change in the rotational position.
  • An element S, a drive circuit 15 that supplies power to the motor 3, and a control circuit 14 as a control unit that controls the drive circuit 15 are provided.
  • the motor 3 is accommodated in a cylindrical motor housing 2 having an open end 2 a and a bottom, and the rotating shaft 4 of the motor 3 is in the axial direction of the motor housing 2 (left and right direction in FIG. 1). It is extended.
  • a dome portion 5 that gradually decreases in diameter from the proximal end toward the distal end 5 a is attached to the opening end 2 a of the motor housing 2.
  • the output shaft 6 protrudes from the opening end 2 a of the dome portion 5.
  • the output shaft 6 is connected to the rotating shaft 4 of the motor 3 via a torque amplifier 7 accommodated in the dome portion 5.
  • a bit mounting portion 8 to which a tool (bit) (not shown) can be mounted is formed at the tip 6 a of the output shaft 6.
  • a trigger switch 10 as an operation state selection unit that selects either driving or stopping of the motor 3 according to a user's operation is a handle unit 9 formed in the vicinity of the opening end 2 a of the motor housing 2.
  • the trigger switch 10 has a main body portion 10a fixed in the handle portion 9, and an operation portion 10b having a tip protruding from the front end of the handle portion 9 and urged in the protruding direction from the main body portion 10a.
  • the trigger switch 10 supplies the control circuit 14 with a speed signal corresponding to a user's operation amount (a pulling amount of the trigger switch 10) for adjusting the rotation speed of the motor 3.
  • a rotation direction selection unit (forward / reverse switch) 11 that selects the rotation direction of the motor 3 in accordance with a user operation is disposed on the surface of the handle unit 9 slightly above the trigger switch 10.
  • the rotation direction selection unit 11 has an operation knob supported so as to be movable, and the rotation direction of the motor 3 is switched to a rotation direction corresponding to the movement direction of the operation knob.
  • the electric power tool 1 is battery-driven, and a battery mounting portion 12 is formed at the lower end of the handle portion 9, and a battery 13 as a power source is mounted on the battery mounting portion 12.
  • the control circuit 14 controls the operation of the motor 3 as a drive source via the drive circuit 15 based on the operation state of the trigger switch 10 and the rotation direction selection unit 11.
  • the drive circuit 15 generates and supplies drive power to the motor 3 according to the control of the control circuit 14.
  • the control circuit 14 is accommodated in the handle portion 9, for example, and the drive circuit 15 is accommodated in the motor housing 2, for example.
  • ⁇ A brushless motor is used for the motor 3.
  • the Hall element S is electrically connected to the control circuit 14, detects the rotational position of the rotor of the brushless motor, and sends a position information signal notifying the change of the rotational position to the control circuit 14. To supply.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic electrical configuration of the electric power tool 1.
  • the drive circuit 15 may include a PWM inverter formed by connecting a plurality of (for example, six) switching elements 16 to 21.
  • the drive circuit 15 includes a series circuit of switching elements 16 and 19, a series circuit of switching elements 17 and 20, and a series circuit of switching elements 18 and 21 connected in parallel.
  • the upper switching elements 16, 17 and 18 are connected to the positive terminal of the battery 13, and the lower switching elements 19, 20 and 21 are connected to the negative terminal of the battery 13.
  • a node between the switching elements 16 and 19, a node between the switching elements 17 and 20, and a node between the switching elements 18 and 21 are connected to the motor coils 3 u, 3 v, 3 w of the motor 3 via connection points 22 u, 22 v, 22 w.
  • Each of the switching elements 16 to 21 can be composed of, for example, an FET.
  • the control circuit 14 can control the drive circuit 15 according to the rotational position information of the motor 3 based on the position information signal from the Hall element S. For example, the control circuit 14 generates a motor control signal according to the rotational position information of the motor 3, and supplies the control signal to the switching elements 16-21. Each of the switching elements 16 to 21 operates at a duty ratio (that is, an ON / OFF ratio) of the motor control signal. The control circuit 14 changes the duty ratio of the switching elements 16 to 21 by appropriately changing the duty ratio of the motor control signal.
  • the drive circuit 15 converts the DC voltage of the battery 13 into three-phase drive power and supplies it to the motor 3. When the switching elements 16 to 21 are FETs, the motor control signal may be called a gate on / off signal supplied to the gates of the switching elements 16 to 21.
  • the control circuit 14 of the electric power tool 1 sequentially switches the motor control signals supplied to the switching elements 16 to 21 when rotating the motor 3 between the modes A to F shown in FIG. Output.
  • the switching elements 16 to 21 are turned on / off as shown in FIG.
  • the control circuit 14 supplies motor control signals corresponding to the modes to the terminals U +, U ⁇ , V +, V ⁇ , W +, W ⁇ connected to the switching elements 16 to 21, respectively.
  • the commutation control is executed.
  • the switching element is an FET, each terminal U +, U ⁇ , V +, V ⁇ , W +, W ⁇ is connected to the gate of the corresponding switching element.
  • the control circuit 14 controls the current supplied to the motor coils 3u, 3v, and 3w by PWM control of the motor control signal, and controls the rotation speed of the motor 3.
  • Modes A to F are selected according to the sensor signal from the hall element S constituting the rotor position detection sensor.
  • the control circuit 14 first performs an initial setting process as shown in FIG. 5A (step S10).
  • the control circuit 14 reads the signal from the rotation direction selection unit 11 and determines the rotation direction of the motor 3 (step S11).
  • the control circuit 14 executes volume input processing for processing the speed signal acquired from the trigger switch 10 according to a predetermined algorithm (step S12), and calculates a duty ratio according to the input speed signal (step S13).
  • the control circuit 14 calculates the time to be advanced in accordance with the rotational speed of the motor 3 (step S14), and then performs a driving process for the motor 3 (step S15). Thereafter, steps S11 to S15 are repeated.
  • the control circuit 14 converts the input speed signal into a volume signal corresponding to the pull-in amount of the trigger switch 10, and takes it in.
  • the advance angle is ⁇ °
  • the timing of the external interrupt that is, the sensor signal input timing is 60 ° in electrical angle.
  • the timer interrupt signal is output with a delay of 60- ⁇ ) °.
  • the control circuit 14 can perform advance angle control of the advance angle ⁇ °.
  • This interrupt process is performed using the edge of the sensor signal (position information signal) from the Hall element S that detects the rotor position of the motor 3 as a trigger.
  • the control circuit 14 receives the count value of the edge of the sensor signal input at the previous Step S20 and the current Step S20.
  • the edge interval (sensor signal interval) is calculated from the edge count value of the sensor signal (step S21).
  • the control circuit 14 starts a drive output timer (step S22).
  • the control circuit 14 calculates the rotation speed of the motor 3 from the cycle between edges calculated in step S21, and calculates the abnormality detection time from the calculated rotation speed (step S23). For example, the control circuit 14 estimates the output interval of the sensor signal (position information signal) from the Hall element S based on the calculated rotation speed, and sets the abnormality detection time (detection window) according to the estimated output interval.
  • the control circuit 14 includes an abnormality time setting algorithm for setting the abnormality detection time longer as the calculated rotation speed is slower and setting the abnormality detection time shorter as the calculated rotation speed is faster.
  • the abnormality detection is performed according to the abnormality time setting algorithm. You can set the time.
  • the abnormal time setting algorithm may include a function or a map indicating the relationship between the calculated rotation speed and the abnormality detection time, for example, as shown in FIG.
  • control circuit 14 starts an abnormality detection timer (step S24) and returns to the main routine.
  • control circuit 14 turns off the drive output timer when the advance time calculated in step S13 of the main routine has elapsed, and starts the interrupt process of FIG.
  • the control circuit 14 outputs a motor drive signal and a PWM signal (step S25), and then returns to the main routine.
  • the control circuit 14 determines that an abnormality has occurred when the abnormality detection time has elapsed before the next sensor signal edge is input, and turns off the abnormality detection timer, as shown in FIG.
  • the abnormal stop process is started as an interrupt process.
  • the control circuit 14 performs an abnormal stop in step S30.
  • the abnormal stop may be referred to as a drive power supply stop triggered by abnormality detection or abnormality determination.
  • an H level motor control signal is supplied to the terminals U +, U ⁇ , V +, V ⁇ , W +, and W ⁇ so that all the switching elements 16 to 21 receive the signals.
  • the output is turned off and the power supply to the motor 3 is cut off.
  • the control circuit 14 can count and hold the number of abnormal stops.
  • the held count value can be reset by a predetermined procedure.
  • control circuit 14 determines whether or not the trigger switch 10 is turned on (drawn) after the abnormal stop (step S31). If the trigger switch 10 is in an off state (step S31: NO), the control circuit 14 continues the abnormal stop state (step S32).
  • step S31 if the trigger switch 10 is turned on (step S31: YES), the control circuit 14 determines whether or not the number of abnormal stops exceeds a predetermined number (for example, 10 times) (step S33). If the number of abnormal stops exceeds the predetermined number (step S33: YES), the control circuit 14 continues the abnormal stop state.
  • a predetermined number for example, 10 times
  • step S33 determines whether the number of abnormal stops is equal to or less than the predetermined number. If the number of abnormal stops is equal to or less than the predetermined number (step S33: NO), the control circuit 14 executes a volume input process for processing the speed signal of the trigger switch 10 according to a predetermined algorithm (step S34). Next, the control circuit 14 calculates a duty ratio according to the input speed signal (step S35).
  • step S36 compares the duty ratio calculated in step S35 with the duty ratio before the abnormal stop. If the duty ratio calculated in step S35 is equal to or higher than the duty ratio before the abnormal stop (step S36: YES), the control circuit 14 changes the calculated duty ratio to a duty ratio lower than the duty ratio before the abnormal stop. The motor 3 is driven again (step S37). On the other hand, if the duty ratio calculated in step S35 is less than the duty ratio before the abnormal stop (step S36: NO), the control circuit 14 determines that the calculated duty ratio (that is, the duty ratio lower than the duty ratio before the abnormal stop). ) To drive the motor 3 again (step S38).
  • control circuit 14 does not perform the advance angle control at the time of re-driving in step S37 and step S38. After driving the motor 3 in step S37 or step S38, the control circuit 14 returns to step S11 of the main routine shown in FIG.
  • the control circuit 14 estimates the sensor signal output interval from the Hall element S based on the rotational speed of the motor 3, and sets the abnormality detection time according to the estimated output interval.
  • the control circuit 14 determines that there is an abnormality when the next sensor signal is not confirmed within the abnormality detection time after actually detecting the sensor signal from the Hall element S.
  • the control circuit 14 includes an algorithm for setting the abnormality detection time to be shorter as the rotation speed of the motor 3 is higher, and setting the abnormality detection time to be longer as the rotation speed of the motor 3 is lower. Thus, even if the abnormality detection time is set to be shorter as the rotational speed of the motor 3 is faster, the output interval of the sensor signal is shortened according to the rotational speed of the motor 3 to appropriately detect whether or not there is an abnormality. It becomes possible.
  • the abnormality detection time it is possible to suppress the energization of the switching elements 16 to 21 of the motor 3 in an abnormal state, so that the damage to the switching elements 16 to 21 can be suppressed.
  • the abnormality detection time is lengthened as the rotational speed of the motor 3 is slower, the output interval becomes longer according to the rotational speed of the motor 3, so that it is suppressed from being judged abnormal even though it is normal. Can do.
  • control circuit 14 determines that there is an abnormality, the control circuit 14 stops the power supply from the drive circuit 15 to the motor 3 and executes an abnormal stop to stop the motor 3, so that the switching elements 16 to 21 are in an abnormal state. It is possible to suppress the flow of current, and it is possible to suppress damage to the switching element.
  • the control circuit 14 is connected to a trigger switch 10 as an operation state selection unit that selects either driving or stopping of the motor 3 in accordance with a user operation.
  • the control circuit 14 drives the motor 3 again.
  • the control circuit 14 re-drives the motor 3 by controlling the switching elements 16 to 21 of the drive circuit 15 at a duty ratio lower than the duty ratio before the abnormal stop is executed.
  • the speed of the motor 3 is reduced due to the abnormal stop, when the motor 3 is turned on at the same duty ratio as before the abnormal stop, the bit rotates rapidly due to the current overshoot and the user is expected. There is a risk of giving a reaction.
  • steps S37 and S38 by re-driving the motor 3 after an abnormal stop at a duty ratio lower than the duty ratio before the abnormal stop (see steps S37 and S38), current overshoot and unexpected reaction can be reduced or prevented. This can improve the safety of the electric power tool 1.
  • control circuit 14 limits the number of re-drives to a predetermined number. In this case, it is possible to reduce breakage of the switching elements 16 to 21 that are overused by repeating the abnormality detection and the restart of the motor 3.
  • the control circuit 14 performs commutation control of the motor 3 before re-driving, and does not perform advance angle control at the start of re-driving.
  • the rotation of the motor 3 is unstable at the start of redrive, particularly at the start of redrive immediately after an abnormal stop. By stopping the advance angle control during unstable rotation, the rotation state of the motor 3 can be quickly stabilized.
  • the length of the abnormality detection time is changed according to the rotation speed of the motor 3, but in addition to this, as shown in FIG. You may change the size.
  • the control circuit 14 can include an abnormality time setting algorithm for shortening the abnormality detection time if the duty ratio is large and increasing the abnormality detection time if the duty ratio is small.
  • the number of re-drivings is limited to a predetermined number, but the present invention is not limited to this.
  • the configuration is such that the advance angle control of the motor 3 is not performed at the start of re-driving, but this is not restrictive.
  • control circuit 14 may notify the user that the motor 3 has been redriven a predetermined number of times. With such a configuration, it is possible to make the user recognize an abnormal state.
  • the method of this notification is not specifically limited, For example, it can carry out via the visual, auditory, or tactile notification part which can be provided in the electric tool 1.
  • SYMBOLS 1 Electric tool, 3 ... Motor (brushless motor), 10 ... Trigger switch as an operation state selection part, 11 ... Rotation direction selection part, 14 ... Control circuit as a control part, 15 ... Drive circuit, 16-21 ... Switching Element, S: Hall element as a sensor part.

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Abstract

電動工具（１）の制御回路（１４）は、モータ（３）の回転速度に基づいてホール素子（Ｓ）からのセンサ信号の出力間隔を推測し、その推定した出力間隔に従って異常検出時間を設定する。制御回路（１４）はホール素子（Ｓ）からのセンサ信号を実際に検出してから次のセンサ信号が前記異常検出時間内に確認されない場合には異常と判定する。制御回路（１４）は、モータ（３）の回転速度が速いほど異常検出時間を短く設定し、前記モータの回転速度が遅いほど前記異常検出時間を長く設定する異常検出時間アルゴリズムを備える。

Description

電動工具
　本発明は、ブラシレスモータを備えた電動工具に関するものである。
　近年、駆動源としてブラシレスモータを採用した電動工具が知られている。特許文献１に示される電動工具においては、ブラシレスモータの回転子の位置を回転位置検出センサで検知し、その位置情報に基づいてブラシレスモータの電機子巻線への通電タイミングを設定している。
　また、特許文献１の電動工具では、回転位置検出センサによる回転子の位置信号の異常によるモータの故障を防ぐ保護動作が実施されている。具体的には、特許文献１の図６に示されているように、正常時には回転位置信号の出現パターンは連続するが、異常時にはその出現パターンがずれることがある。異常を検出した場合には、モータを停止させることで、モータの保護動作を実施している。
特開２０１１－１１３１３号公報
　本願発明者は、電動工具の異常を検出する方法を研究した。本願発明者による参考例の方法では、回転位置検出センサからの位置情報信号の出力間隔を異常検出時間として設定し、実際の位置情報信号を検出してから前記異常検出時間内に次の位置情報信号を検出できない場合に異常と判定する。
　しかしながら、参考例の異常判定方法では、異常検出時間が極端に短い場合には、正常であるにも関わらず異常と判定される虞があることに本願発明者は気付いた。逆に異常検出時間が極端に長い場合には、異常が生じている期間中にブラシレスモータのスイッチング素子に対して通電を行う状況が生じ得ることとなり、スイッチング素子の破損を回避できない虞があることに本願発明者は気付いた。
　本発明の目的は、異常検出時間の長さをより適切に設定することができる電動工具を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明の一局面に従う電動工具は、正逆回転可能なブラシレスモータと、前記ブラシレスモータの回転位置を検出し、回転位置の変化を知らせる位置情報信号を出力するセンサ部と、複数のスイッチング素子を有して前記ブラシレスモータへの給電を行う駆動回路と、前記センサ部により検出された、前記ブラシレスモータの回転位置に基づいて前記駆動回路を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記ブラシレスモータの回転速度に基づいて前記センサ部からの前記位置情報信号の出力間隔を推測し、その推測した出力間隔に従って異常検出時間を設定する。前記制御部は、前記センサ部からの前記位置情報信号を実際に検出してから次の位置情報信号が前記異常検出時間内に確認できない場合には異常と判定する。前記制御部は、前記ブラシレスモータの回転速度が速いほど前記異常検出時間を短く設定し、前記ブラシレスモータの回転速度が遅いほど前記検出時間を長く設定するための異常時間設定アルゴリズムを備える。
　好ましい例では、制御部は、前記異常と判定した場合には、前記駆動回路から前記ブラシレスモータへの給電を停止する異常停止を実行する。
　好ましい例では、電動工具は、使用者の操作に従ってブラシレスモータの駆動と停止のいずれかを選択する運転状態選択部を備え、前記制御部は、前記異常停止の実行後、前記運転状態選択部を介してブラシレスモータの駆動が選択された場合には、前記ブラシレスモータを再駆動させる。
　好ましい例では、制御部は、前記異常停止の実行前のデューティ比よりも低いデューティ比で前記駆動回路のスイッチング素子を制御して前記ブラシレスモータを再駆動させる。
　好ましい例では、制御部は、前記再駆動動作を行う回数を所定回数に制限する。
　好ましい例では、制御部は、前記再駆動同動作が所定回数に達したことを前記使用者に報知する。
　好ましい例では、制御部は、前記再駆動前に前記ブラシレスモータの進角制御を行うとともに、前記再駆動開始時には前記進角制御を行わないことが好ましい。
　本発明によれば、異常方検出時間の長さを適切に設定することができる電動工具を提供することができる。
実施形態における電動工具の部分断面図である。 同上の電動工具の電気的構成を示すブロック図である。 駆動回路のブロック図である。 （ａ）（ｂ）は、各スイッチング素子に入力される信号の状態を説明するための説明図である。 （ａ）～（ｄ）は、電動工具の動作を説明するためのフローチャートである。 電動工具の異常停止処理について説明するためのフローチャートである。 通常停止時と異常停止時との信号状態を説明するための説明図である。 モータの回転速度に応じた異常検出時間の設定方法について説明するためのグラフである。 デューティ比に応じた異常検出時間の設定方法について説明するためのグラフである。
　以下、本発明の一実施形態に従う電動工具を図面に従って説明する。
　図２に示すように、本実施形態の電動工具１は、駆動源としてのモータ３と、モータ３の回転位置を検出し、回転位置の変化を知らせる位置情報信号を出力するセンサ部としてのホール素子Ｓと、モータ３への給電を行う駆動回路１５と、駆動回路１５を制御する制御部としての制御回路１４とを備える。
　図１に示す例では、モータ３は、開口端２ａと底とを有する筒状のモータハウジング２に収容され、モータ３の回転軸４はモータハウジング２の軸線方向（図１の左右方向）に延在している。モータハウジング２の開口端２ａには、基端から先端５ａに向って徐々に小径となるドーム部５が取着されている。出力軸６はドーム部５の開口端２ａから突出している。出力軸６は、ドーム部５内に収容されたトルク増幅器７を介してモータ３の回転軸４に連結されている。出力軸６の先端６ａには図示しない工具（ビット）を装着可能なビット装着部８が形成されている。
　図１に示す例では、使用者の操作に従ってモータ３の駆動と停止のいずれかを選択する運転状態選択部としてのトリガスイッチ１０は、モータハウジング２の開口端２ａ近傍に形成されたハンドル部９に設けられている。トリガスイッチ１０は、ハンドル部９内に固定された本体部１０ａと、ハンドル部９の前端から突出する先端を有するとともに本体部１０ａから突出方向に付勢された操作部１０ｂとを有している。トリガスイッチ１０は、モータ３の回転速度を調整するための使用者の操作量（トリガスイッチ１０の引込量）に応じた速度信号を制御回路１４に供給する。
　図１に示す例では、使用者の操作に従ってモータ３の回転方向を選択する回転方向選択部（正逆スイッチ）１１が、トリガスイッチ１０のやや上方のハンドル部９の表面に配置されている。回転方向選択部１１は、移動可能に支持された操作ノブを有し、その操作ノブの移動方向に対応する回転方向にモータ３の回転方向は切り替えられる。
　図１に示す例では、電動工具１はバッテリ駆動式であり、ハンドル部９の下端にバッテリ装着部１２が形成され、そのバッテリ装着部１２には電源であるバッテリ１３が装着されている。
　制御回路１４は、トリガスイッチ１０及び回転方向選択部１１の操作状態に基づいて、駆動回路１５を介して、駆動源であるモータ３の作動を制御する。駆動回路１５は、制御回路１４の制御に従ってモータ３に対する駆動電力の生成及び供給を実行する。図１に示すように、制御回路１４は例えばハンドル部９に収容され、駆動回路１５は例えばモータハウジング２に収容される。
　モータ３にブラシレスモータが採用されている。図２に示すように、ホール素子Ｓは、制御回路１４と電気的に接続されており、このブラシレスモータの回転子の回転位置を検出し、回転位置の変化を知らせる位置情報信号を制御回路１４に供給する。
　図３は、電動工具１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。駆動回路１５は、複数（例えば６個）のスイッチング素子１６～２１を接続してなるＰＷＭインバータを含み得る。
　図示した例では、駆動回路１５は、スイッチング素子１６，１９の直列回路、スイッチング素子１７，２０の直列回路、及びスイッチング素子１８，２１の直列回路が並列接続されて構成されている。上段側のスイッチング素子１６、１７、１８は、バッテリ１３のプラス端子に接続され、下段側のスイッチング素子１９、２０、２１はバッテリ１３のマイナス端子に接続されている。スイッチング素子１６，１９間のノード、スイッチング素子１７、２０間のノード、及びスイッチング素子１８、２１間のノードは、接続点２２ｕ，２２ｖ，２２ｗを介して、モータ３のモータコイル３ｕ，３ｖ，３ｗにそれぞれ接続されている。各スイッチング素子１６～２１は、例えばＦＥＴで構成することが可能である。
　制御回路１４は、ホール素子Ｓからの位置情報信号に基づくモータ３の回転位置情報に従って駆動回路１５を制御することができる。例えば、制御回路１４は、モータ３の回転位置情報に従ってモータ制御信号を生成し、その制御信号をスイッチング素子１６～２１に供給する。各スイッチング素子１６～２１は、モータ制御信号のデューティ比（すなわちオンとオフの比率）で動作する。制御回路１４は、モータ制御信号のデューティ比を適宜変更することによりスイッチング素子１６～２１のデューティ比を変更する。駆動回路１５は、バッテリ１３の直流電圧を三相の駆動電力に変換してモータ３へ供給する。スイッチング素子１６～２１がＦＥＴである場合、モータ制御信号はスイッチング素子１６～２１のゲートに供給されるゲートオン／オフ信号と呼ぶことがある。
　本実施形態の電動工具１の制御回路１４は、モータ３を回転させる際にスイッチング素子１６～２１にそれぞれ供給されるモータ制御信号を、図４（ａ）に示すモードＡ～Ｆを順に切り替えながら出力する。スイッチング素子１６～２１は、図４（ｂ）に示すようにオン／オフされる。モータ３を駆動させる場合には、制御回路１４は、スイッチング素子１６～２１にそれぞれ接続された端子Ｕ＋，Ｕ－，Ｖ＋，Ｖ－，Ｗ＋，Ｗ－に、モードに応じたモータ制御信号を供給する転流制御を実行する。スイッチング素子がＦＥＴである場合、各端子Ｕ＋，Ｕ－，Ｖ＋，Ｖ－，Ｗ＋，Ｗ－は対応するスイッチング素子のゲートに接続される。制御回路１４がモータ制御信号をＰＷＭ制御することでモータコイル３ｕ，３ｖ，３ｗに供給する電流を制御し、モータ３の回転数を制御する。なお、モードＡ～Ｆは、ロータ位置検出センサを構成するホール素子Ｓからのセンサ信号に応じて選択される。
　次に、本実施形態の電動工具１の動作について図５及び図６を参照しながら説明する。
　モータの駆動制御を行うためのメインルーチンとして、制御回路１４は、図５（ａ）に示すように、先ず、初期設定処理を行う（ステップＳ１０）。制御回路１４は、回転方向選択部１１の信号を読み取り、モータ３の回転方向を決定する（ステップＳ１１）。制御回路１４は、トリガスイッチ１０から取り込んだ速度信号を所定のアルゴリズムにしたがって処理するボリューム入力処理を実行し（ステップＳ１２）、入力された速度信号に応じたデューティ比を算出する（ステップＳ１３）。制御回路１４は、モータ３の回転数に応じて進角すべき時間を算出し（ステップＳ１４）、その後、モータ３の駆動処理を行う（ステップＳ１５）。その後、ステップＳ１１～Ｓ１５を繰り返す。
　ここで、ステップＳ１２のボリューム入力処理では、制御回路１４は、入力された速度信号を、トリガスイッチ１０の引き込み量に応じたボリューム信号に変換して取り込む。進角すべき時間の算出は、例えば進角をα°とすると、外部割り込みのタイミング即ちセンサ信号の入力タイミングが電気角で６０°であることから、制御回路１４は、外部割り込みに対して（６０－α）°分の時間を遅らせてタイマ割り込み信号を出力する。このようにして、制御回路１４は、進角α°の進角制御を行うことができる。進角すべき時間をｔｎは、ｔｎ＝（Ｔ－２×（６０－α））／６０の式に従って算出することができる。
　次に、図５（ｂ）の割り込み処理について説明する。モータ３のロータ位置を検出するホール素子Ｓからのセンサ信号（位置情報信号）のエッジをトリガとして本割り込み処理が行われる。
　制御回路１４は、ホール素子Ｓからのセンサ信号のエッジが入力されると（ステップＳ２０）、前回のステップＳ２０にて入力されたセンサ信号のエッジのカウント値と、今回のステップＳ２０にて入力されたセンサ信号のエッジのカウント値とから、エッジ間周期（センサ信号のインターバル）を算出する（ステップＳ２１）。次いで、制御回路１４は駆動出力用タイマをスタートさせる（ステップＳ２２）。制御回路１４は、ステップＳ２１にて算出したエッジ間周期からモータ３の回転速度を算出し、算出した回転速度から異常検出時間を算出する（ステップＳ２３）。例えば、制御回路１４は、算出した回転速度に基づいてホール素子Ｓからセンサ信号（位置情報信号）の出力間隔を推測し、その推測した出力間隔に従って異常検出時間（detection window）を設定する。制御回路１４は、算出した回転速度が遅いほど異常検出時間を長く設定し、算出した回転速度が速いほど異常検出時間を短く設定するための異常時間設定アルゴリズムを備え、異常時間設定アルゴリズムに従って異常検出時間を設定することができる。異常時間設定アルゴリズムは、例えば図８に示すように、算出した回転速度と異常検出時間との関係を示す関数やマップを含み得る。
　次いで、制御回路１４は、異常検出用タイマをスタートし（ステップＳ２４）、メインルーチンに戻る。
　次に、制御回路１４は、メインルーチンのステップＳ１３にて算出された進角時間が経過した時点で駆動出力用タイマをオフし、図５（ｃ）の割り込み処理を開始する。制御回路１４は、モータ駆動信号及びＰＷＭ信号を出力し（ステップＳ２５）、その後、メインルーチンに戻る。
　また、制御回路１４は、次のセンサ信号のエッジが入力されるまでに前記異常検出時間が経過した場合には異常と判断し、異常検出用タイマをオフし、図５（ｄ）に示すように異常停止処理を割り込み処理として開始する。例えば、制御回路１４は、ステップＳ３０において異常停止を実行する。異常停止は、異常検出または異常判断によってトリガされた駆動電力の供給停止と呼ぶことがある。このとき、図７に示す例では、異常停止時には、端子Ｕ＋，Ｕ－，Ｖ＋，Ｖ－，Ｗ＋，Ｗ－にＨレベルのモータ制御信号を供給することで全てのスイッチング素子１６～２１からの出力をオフ状態にし、モータ３への通電を遮断している。通常停止では、端子Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋に対応するスイッチング素子はオフ状態であるが、端子Ｕ－，Ｖ－，Ｗ－に対応するスイッチング素子はオン状態である。制御回路１４は異常停止の回数をカウントし、保持することができる。保持したカウント値は、所定の手続きによってリセットすることが出来る。
　次いで、制御回路１４は、異常停止後、トリガスイッチ１０がオンされた（引き込まれた）か否かを判定する（ステップＳ３１）。トリガスイッチ１０がオフされた状態であれば（ステップＳ３１：ＮＯ）、制御回路１４は異常停止状態を継続させる（ステップＳ３２）。
　一方、トリガスイッチ１０がオンされれば（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、制御回路１４は異常停止回数が所定回数（例えば１０回）を超えているかどうかを判定する（ステップＳ３３）。異常停止回数が所定回数を超えていれば（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、制御回路１４は異常停止状態を継続する。
　一方、異常停止回数が所定回数以下であれば（ステップＳ３３：ＮＯ）、制御回路１４は、トリガスイッチ１０の速度信号を所定のアルゴリズムにしたがって処理するボリューム入力処理を実行する（ステップＳ３４）。次いで、制御回路１４は、入力された速度信号に応じたデューティ比を算出する（ステップＳ３５）。
　次いで、制御回路１４は、ステップＳ３５にて算出したデューティ比と、前記異常停止前のデューティ比とを比較する（ステップＳ３６）。ステップＳ３５にて算出したデューティ比が異常停止前のデューティ比以上であれば（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、制御回路１４は、算出したデューティ比を異常停止前のデューティ比より低いデューティ比に変更してモータ３を再駆動する（ステップＳ３７）。一方、ステップＳ３５にて算出したデューティ比が異常停止前のデューティ比未満であれば（ステップＳ３６：ＮＯ）、制御回路１４は、その算出したデューティ比（すなわち異常停止前のデューティ比より低いデューティ比）でモータ３を再駆動する（ステップＳ３８）。ここで、異常停止を行うことでモータ３の速度が低下しているため、異常停止前と同じデューティ比でモータ３をオンすると、電流オーバーシュートのためにビットが急回転して使用者に予期しない反動を与える虞がある。そこで、異常停止後のモータ３の再駆動が異常停止前のデューティ比より低いデューティ比で行われることで、電流オーバーシュート及び予期しない反動を低減あるいは防止することができ、電動工具１の安全性が高められる。
　制御回路１４は、ステップＳ３７及びステップＳ３８の再駆動時においては、前記進角制御を実施しないことが好ましい。ステップＳ３７またはステップＳ３８においてモータ３を駆動した後には、制御回路１４は、図５（ａ）に示すメインルーチンのステップＳ１１に戻る。
　次に、本実施形態の特徴的な効果を説明する。
　（１）制御回路１４は、モータ３の回転速度に基づいてホール素子Ｓからのセンサ信号の出力間隔を推測し、その推測した出力間隔に従って異常検出時間を設定する。制御回路１４はホール素子Ｓからの前記センサ信号を実際に検出してから次のセンサ信号が前記異常検出時間内に確認されない場合には異常と判定する。制御回路１４は、前記モータ３の回転速度が速いほど異常検出時間を短く設定し、前記モータ３の回転速度が遅いほど前記異常検出時間を長く設定するアルゴリズムを備える。このように、モータ３の回転速度が速いほど異常検出時間を短く設定しても、モータ３の回転速度に応じてセンサ信号の出力間隔が短くなることで、適切に異常か否かを検出することが可能となる。また、異常検出時間を短くすることで、異常状態でモータ３のスイッチング素子１６～２１に通電することを抑えることができるため、スイッチング素子１６～２１の破損を抑えることができる。一方、モータ３の回転速度が遅いほど異常検出時間を長くしても、モータ３の回転速度に応じて出力間隔が長くなるため、正常であるにも関わらず異常と判定されることを抑えることができる。
　（２）制御回路１４は、異常と判定した場合には、駆動回路１５からモータ３への給電を停止させてモータ３を停止させる異常停止を実行するため、スイッチング素子１６～２１に異常状態の電流が流れることを抑えることができ、スイッチング素子の破損を抑えることができる。
　（３）制御回路１４は、使用者の操作に従ってモータ３の駆動と停止のいずれかを選択する運転状態選択部としてのトリガスイッチ１０と接続されている。制御回路１４は、モータ３異常停止の実行後、トリガスイッチ１０介してモータ３の駆動が選択された場合には、モータ３を再駆動させる。このような構成とすることで、例えば一時的に電動工具１の負荷が増大し、モータ３の回転が一瞬異常状態となっても、正常状態に復帰した時に再起動することで作業者は作業の中断を比較的短く抑えることができ、使用者の利便性を向上させることができる。
　（４）制御回路１４は、異常停止の実行前のデューティ比よりも低いデューティ比で駆動回路１５のスイッチング素子１６～２１を制御してモータ３を再駆動させる。ここで、異常停止を行うことでモータ３の速度が低下しているため、異常停止前と同じデューティ比でモータ３をオンすると、電流オーバーシュートのためにビットが急回転して使用者に予期しない反動を与える虞がある。しかし、異常停止後のモータ３の再駆動が異常停止前のデューティ比より低いデューティ比で行われることで（ステップＳ３７及びＳ３８を参照）、電流オーバーシュート及び予期しない反動を低減あるいは防止することができ、電動工具１の安全性が高められる。
　（５）好ましい例では、制御回路１４は、再駆動の回数を所定回数に制限する。この場合、異常検出とモータ３の再起動を繰り返すことで酷使されるスイッチング素子１６～２１の破損を低減することができる。
　（６）好ましい例では、制御回路１４は、再駆動前にモータ３の転流制御を行うとともに、再駆動の開始時には進角制御を行わない。ここで、再駆動の開始時には、特に異常停止直後の再駆動の開始時には、モータ３の回転が不安定である。不安定な回転中に進角制御を停止することで、モータ３の回転状態を素早く安定させることが可能となる。
　尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
　・上記実施形態では、モータ３の回転速度に応じて異常検出時間の長さを変更する構成としたが、これに加えて図９に示すように、デューティ比も考慮して異常検出時間の長さを変更してもよい。例えば、デューティ比が大きければ異常検出時間を短くし、デューティ比が小さければ異常検出時間を長くするための異常時間設定アルゴリズムを制御回路１４は備えることができる。
　・上記実施形態では、再駆動の回数を所定回数に制限する構成としたが、これに限らない。
　・上記実施形態では、再駆動の開始時には、モータ３の進角制御を行わない構成としたが、これに限らない。
　・上記実施形態では言及していないが、制御回路１４は、モータ３の再駆動が所定回数に達したことを使用者に報知してもよい。このような構成とすることで、使用者に対して異常状態を認識させることが可能となる。この報知の方法は特に限定されないが、例えば電動工具１に設けられ得る、視覚的なまたは聴覚的なまたは触覚的な報知部を介して行うことができる。
　・好ましい例と変更例を適宜組合せてもよい。
　１…電動工具、３…モータ（ブラシレスモータ）、１０…運転状態選択部としてのトリガスイッチ、１１…回転方向選択部、１４…制御部としての制御回路、１５…駆動回路、１６～２１…スイッチング素子、Ｓ…センサ部としてのホール素子。

Claims (7)

  1. 　正逆回転可能なブラシレスモータと、
    　前記ブラシレスモータの回転位置を検出し、回転位置の変化を知らせる位置情報信号を出力するセンサ部と、
    　複数のスイッチング素子を有して前記ブラシレスモータへの給電を行う駆動回路と、
    　前記センサ部により検出された、前記ブラシレスモータの回転位置に基づいて前記駆動回路を制御する制御部とを備え、
    　前記制御部は、前記ブラシレスモータの回転速度に基づいて前記センサ部からの前記位置情報信号の出力間隔を推測し、その推測した出力間隔に従って異常検出時間を設定し、
    　前記制御部は、前記センサ部からの前記位置情報信号を実際に検出してから次の位置情報信号が前記異常検出時間内に確認できない場合には、異常と判定し、
    　前記制御部は、前記ブラシレスモータの回転速度が速いほど前記異常検出時間を短く設定し、前記ブラシレスモータの回転速度が遅いほど前記異常検出時間を長く設定するための異常時間設定アルゴリズムを備える電動工具。
  2. 　請求項１に記載の電動工具において、
    　前記制御部は、前記異常と判定した場合には、前記駆動回路から前記ブラシレスモータへの給電を停止する異常停止を実行することを特徴とする電動工具。
  3. 　請求項２に記載の電動工具は、
    　使用者の操作に従って前記ブラシレスモータの駆動と停止のいずれかを選択する運転状態選択部を備え、
    　前記制御部は、前記異常停止の実行後、前記運転状態選択部を介して前記ブラシレスモータの駆動が選択された場合には、前記ブラシレスモータを再駆動させることを特徴とする電動工具。
  4. 　請求項３に記載の電動工具において、
    　前記制御部は、前記異常停止の実行前のデューティ比よりも低いデューティ比で前記駆動回路のスイッチング素子を制御して前記ブラシレスモータを再駆動動作させることを特徴とする電動工具。
  5. 　請求項３又は４に記載の電動工具において、
    　前記制御部は、前記再駆動の回数を所定回数に制限することを特徴とする電動工具。
  6. 　請求項５に記載の電動工具において、
    　前記制御部は、前記再駆動が所定回数に達したことを前記使用者に報知することを特徴とする電動工具。
  7. 　請求項３～６のいずれか一項に記載の電動工具において、
    　前記制御部は、前記再駆動前に前記ブラシレスモータの進角制御を行うとともに、前記再駆開始時には前記進角制御を行わないことを特徴とする電動工具。
     
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