WO2018230140A1 - 電動工具 - Google Patents

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WO2018230140A1
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文生 米田
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/26—Rotor flux based control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40—Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load

Definitions

  • the present disclosure relates to an electric tool including a motor control unit that controls a motor, for example.
  • Patent Document 1 proposes an electric tool characterized in that a tightening torque is calculated from a motor driving current and a motor rotation speed, and the motor is stopped when the tightening torque exceeds a preset value.
  • Patent Document 2 discloses a control device for an electric driver that detects screw tightening torque in the electric driver and intermittently supplies drive torque to the chuck until the completion of tightening is detected based on the detected torque. Has been.
  • Motor excitation current includes motor excitation current that does not contribute to rotational torque.
  • the inertial energy of the rotating body is not considered, There was a problem such as, and the correct tightening torque could not be set.
  • An object of the present disclosure is to provide an electric tool capable of eliminating or simplifying a mechanical clutch mechanism by solving the above problems and enabling more accurate tightening torque setting only by motor control. is there.
  • An electric tool comprising a permanent magnet synchronous motor and a control unit for controlling the operation of the permanent magnet synchronous motor
  • the control unit includes a limiting unit that limits a current contributing to torque generation of the permanent magnet synchronous motor to a predetermined maximum set value based on a predetermined tightening torque.
  • the generated torque of the motor can be controlled only by the current that contributes to the torque generation.
  • the current value contributing to the generated torque can be dynamically limited to a maximum value that also takes into account the influence of the inertia energy of the rotating body. Therefore, according to the electric tool according to the present disclosure, more accurate tightening torque can be set only by motor control, and the mechanical clutch mechanism can be omitted or simplified.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of the power tool according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the electric tool according to the first embodiment is, for example, an electric driver, and includes a motor 1, an inverter circuit unit 2, a motor control unit 3, a gear 4, a chuck 5, and a user interface unit (UI unit). ) 6.
  • UI unit user interface unit
  • a motor 1 is constituted by a three-phase permanent magnet synchronous motor in which a permanent magnet is provided on a rotor (not shown) and an armature winding is provided on a stator (not shown), for example.
  • armature winding and a rotor when an armature winding and a rotor are simply used, they mean an armature winding and a rotor of the motor 1 provided on the stator of the motor 1, respectively.
  • the motor 1 is, for example, a salient pole machine (motor having salient polarity) represented by an embedded magnet type synchronous motor (IPMSM), but may be a non-salient pole machine.
  • the motor 1 is rotatably connected to a chuck 5 on which a screw rotating bit is mounted, for example, via a gear 4.
  • the inverter circuit unit 2 supplies a three-phase AC voltage composed of a U phase, a V phase, and a W phase to the armature winding of the motor 1 according to the rotor position of the motor 1.
  • the motor control unit 3 has a position sensor-less control function for example, to estimate the rotor position and rotation speed of the motor 1 with a motor current I a, the operation of the motor 1 at a desired rotation speed and the target tightening torque A signal for causing this is given to the inverter circuit section 2.
  • the desired rotational speed and the target tightening torque are set in advance by the user interface unit 6, and are linked to a motor switch command value by the motor control unit 3 in conjunction with a trigger switch (not shown) operated by the user. Output as ⁇ * and target tightening torque T * .
  • FIG. 2 is an analysis model diagram of the motor 1 of the electric tool of FIG.
  • U-phase, V-phase, and W-phase armature winding fixed axes are shown.
  • the direction of the magnetic flux generated by the permanent magnet 1a is taken as the d-axis
  • the estimated axis for control corresponding to the d-axis Is the ⁇ -axis.
  • the q axis is taken as a phase advanced by 90 degrees in electrical angle from the d axis
  • the estimated ⁇ axis is taken as phase advanced by 90 degrees in electrical angle from the ⁇ axis.
  • the coordinate axis of the rotating coordinate system in which the d axis and the q axis are selected as the coordinate axes is referred to as a dq axis (real axis).
  • the rotational coordinate system for control is a coordinate system in which the ⁇ -axis and the ⁇ -axis are selected as coordinate axes, and the coordinate axes are called ⁇ - ⁇ axes.
  • the dq axes are rotating, and the rotation speed (that is, the rotation speed of the rotor of the motor 1) is called the actual motor speed ⁇ .
  • the ⁇ - ⁇ axis is also rotating, and the rotation speed is called an estimated motor speed ⁇ e .
  • the phase of the d axis is represented by ⁇ (actual rotor position ⁇ ) with respect to the U-phase armature winding fixed axis.
  • the phase of the ⁇ axis is represented by ⁇ e (estimated rotor position ⁇ e ) with respect to the U-phase armature winding fixed axis.
  • ⁇ e estimated rotor position
  • the parameters ⁇ * , ⁇ , and ⁇ e are represented by electrical angular velocities.
  • the ⁇ -axis component, ⁇ -axis component, d-axis component and q-axis component of the motor voltage V a are respectively expressed as ⁇ -axis voltage v ⁇ , ⁇ -axis voltage v ⁇ , d-axis voltage v d and q-axis voltage v.
  • the ⁇ -axis component, ⁇ -axis component, d-axis component, and q-axis component of the motor current I a are respectively expressed as q , i.e., ⁇ -axis current i ⁇ , ⁇ -axis current i ⁇ , d-axis current i d, and q-axis current i q.
  • Ra is a motor resistance (resistance value of the armature winding of the motor 1)
  • L d and L q are d-axis inductance (d-axis component of inductance of the armature winding of the motor 1)
  • q an axis inductance (q-axis component of inductance of the armature winding of the motor 1)
  • the [Phi a the armature flux linkage ascribable to the permanent magnet 1a.
  • L d , L q , R a and ⁇ a are values determined at the time of manufacturing the motor drive system for the electric tool, and these values are used in the calculation of the motor control unit 3.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration example of the electric tool of FIG.
  • the motor control unit 3 includes a current detector 11, a coordinate converter 12, a subtractor 13, a subtractor 14, a current control unit 15, a magnetic flux control unit 16, a speed control unit 17, a coordinate converter 18, a position A speed estimation unit 20 and a step-out detection unit 21 are provided.
  • the current detector 11 is composed of, for example, a Hall element and the like.
  • These currents may be detected by various existing current detection methods in which a shunt resistor or the like is incorporated in the inverter circuit unit 2.
  • Coordinate converter 12 receives the detection result of the U-phase current i u and the V-phase current i v from the current detector 11, based on the estimated rotor position theta e from the position and speed estimation unit 20, the following equation According to (1), it is converted into ⁇ -axis current i ⁇ (current that controls the magnetic flux of the motor) and ⁇ -axis current i ⁇ (current that is directly proportional to the motor supply torque and directly contributes to the generation of motor rotation torque). To do.
  • the position / speed estimation unit 20 estimates and outputs the estimated rotor position ⁇ e and the estimated motor speed ⁇ e .
  • the method of estimating the estimated motor speed ⁇ e and the estimated rotor position theta e it is possible to use the method for example disclosed in Patent Document 3.
  • the speed control unit 17 subtracts the estimated motor speed ⁇ e given from the position / speed estimation unit 20 from the motor speed command value ⁇ * given from the user interface unit 6, and obtains the subtraction result ( ⁇ * ⁇ e ).
  • a ⁇ -axis current command value i ⁇ * is generated by inputting it into a PI (Proportional Interval) controller 51 (FIG. 4).
  • * [delta] -axis current value i [delta] represents the current value to be followed by the motor current I a [delta] -axis component of a [delta] -axis current i [delta] is.
  • the magnetic flux controller 16 outputs a ⁇ -axis current command value i ⁇ * .
  • the ⁇ -axis current command value i ⁇ * and the estimated motor speed ⁇ e are referred to as necessary.
  • the ⁇ -axis current command value i ⁇ * represents the value of the current that the ⁇ -axis current i ⁇ that is the ⁇ -axis component of the motor current I a should follow.
  • the subtractor 13 subtracts the ⁇ -axis current i ⁇ output from the coordinate converter 12 from the ⁇ -axis current command value i ⁇ * output from the magnetic flux control unit 16, and obtains a current error (i ⁇ * as a result of the subtraction . -i ⁇ ) is calculated.
  • the subtracter 14 subtracts the ⁇ -axis current i ⁇ output from the coordinate converter 12 from the ⁇ -axis current command value i ⁇ * output from the speed control unit 17, and obtains a current error (i ⁇ ) as a subtraction result. * ⁇ i ⁇ ) is calculated.
  • the current control unit 15 receives each current error calculated by the subtractors 13 and 14 so that the ⁇ -axis current i ⁇ follows the ⁇ -axis current command value i ⁇ * , and the ⁇ -axis current i ⁇ is ⁇ .
  • the ⁇ -axis voltage command value v ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value v ⁇ * are calculated and output so as to follow the shaft current command value i ⁇ * .
  • the coordinate converter 18 performs reverse conversion of the ⁇ -axis voltage command value v ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value v ⁇ * based on the estimated rotor position ⁇ e given from the position / speed estimation unit 20, and voltage V a of the U-phase component, the U-phase voltage command value representing a V-phase component and a W-phase component v u *, V-phase voltage value v v * and the voltage command of the W-phase voltage command value v consisting w * three-phase Values are generated and output to the inverter circuit unit 2.
  • equation (2) is used for this inverse transformation.
  • the inverter circuit unit 2 generates a pulse-width-modulated signal based on three-phase voltage command values (v u * , v v *, and v w * ) representing the voltage to be applied to the motor 1, and voltage command value of the phase (v u *, v v * and v w *) of the motor current I a corresponding to the supplied to the armature winding of the motor 1 drives the motor 1.
  • the step-out detection unit 21 estimates the rotation speed of the rotor using an estimation method (for example, refer to Patent Document 4) different from the estimation method of the rotation speed of the rotor employed in the position / speed estimation unit 20. If the difference is large, the motor 1 is forcibly stopped by assuming that the step-out has occurred.
  • an estimation method for example, refer to Patent Document 4
  • FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration example of the speed control unit 17 of FIG.
  • the output of the PI controller 51 generates a ⁇ -axis current command value i ⁇ * before current limit based on the subtraction result ( ⁇ * ⁇ e ) of the subtracter 50 and outputs the ⁇ -axis current command value i ⁇ * to the limiter 52.
  • the limiter 52 outputs the output of the PI controller 51 as it is when the output of the PI controller 51 is equal to or less than the maximum set value i ⁇ * max of the limiter 52.
  • the limit value calculation unit 53 calculates the maximum set value i ⁇ * max of the limiter 52 using the following equation (3), and sequentially updates the maximum set value i ⁇ * max of the limiter 52.
  • K and J are constants
  • d ⁇ / dt is a differential value of the angular velocity of the motor
  • T is a predetermined target tightening torque.
  • T0 is a predetermined loss torque, and may be previously set in a table or the like in the internal memory of the limit value calculation unit 53 as, for example, a dependent variable of the angular velocity ⁇ of the motor. Note that the angular speed ⁇ of the motor can be substituted by the estimated motor speed ⁇ e .
  • the ⁇ -axis current is a current that is directly proportional to the supplied torque of the motor, and does not include an excitation current that does not directly contribute to the generation of the rotational torque of the motor.
  • the command value i ⁇ * of the ⁇ -axis current is dynamically limited using the above-described equation (3). Therefore, more accurate tightening torque can be controlled in consideration of the inertia energy of the rotating body.
  • the motor when the screw that is the work target of the electric tool is seated and the load torque increases rapidly, the motor is decelerated and finally stops. As the motor current decreases, the motor current gradually increases. During this time, tightening with a constant torque can be performed. Therefore, more accurate tightening torque can be set, and the mechanical clutch mechanism can be omitted or simplified.

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Abstract

永久磁石同期モータと、前記永久磁石同期モータの動作を制御する制御部を備えた電動工具において、前記制御部は、所定の締め付けトルクに基づいて、前記永久磁石同期モータのトルク発生に寄与する電流を、所定の最大設定値で制限する制限手段を備える。前記制御部は、前記トルク発生に寄与する電流の最大設定値を前記永久磁石同期モータの回転数、あるいは角速度で補正して演算する。また、前記制御部は次式を用いて前記トルク発生に寄与する電流の最大設定値ｉδ ＊ ｍａｘを演算する。ｉδ ＊ ｍａｘ＝Ｋ（Ｔ－Ｊ・ｄω／ｄｔ＋Ｔ０）。ここで、Ｋ、Ｊは定数であり、ｄω／ｄｔは前記永久磁石同期モータの角速度の微分値であり、Ｔは所定の目標の締め付けトルクであり、Ｔ０は所定の損失トルクである。

Description

電動工具
　本開示は、例えばモータを制御するモータ制御部を備えた電動工具に関する。
　ドリルドライバ等の電動工具は、一般的に機械的なクラッチ機構でトルク設定を行っている。しかし近年、それを電子化する試みが行われている。その一例として、例えば特許文献１では、モータ駆動電流やモータ回転数から締め付けトルクを算出し、予め設定した締め付けトルク以上となったらモータを停止させることを特徴とする電動工具が提案されている。
　また、例えば特許文献２では、電動ドライバにおいて、ネジ締め付けトルクを検出して、その検出されたトルクに基づいて、締め付け完了検出まで駆動トルクを断続的にチャックに供給する電動ドライバの制御装置が開示されている。
特許第５１８２５６２号公報 特許第３６６３６３８号公報 特許第４４８０６９６号公報 特許第４１９８１６２号公報
　しかしながら、上記の特許文献１にかかる方法では、
（１）モータ駆動電流に回転トルクに寄与しないモータの励磁電流が含まれてしまう、
（２）回転体の慣性エネルギー等が考慮されていない、
等の問題点があり、正確な締め付けトルクが設定できなかった。
　本開示の目的は以上の問題点を解決し、モータ制御だけでより正確な締め付けトルク設定を可能にすることで、機械的なクラッチ機構の省略もしくは簡略化が可能な電動工具を提供することにある。
　本開示の一態様にかかる電動工具は、
　永久磁石同期モータと、前記永久磁石同期モータの動作を制御する制御部を備えた電動工具において、
　前記制御部は、所定の締め付けトルクに基づいて、前記永久磁石同期モータのトルク発生に寄与する電流を、所定の最大設定値で制限する制限手段を備えたことを特徴とする。
　以上で述べた手段により、トルク発生に寄与する電流のみで、モータの発生トルクが制御できる。加えて、その発生トルクに寄与する電流値を動的に回転体の慣性エネルギー等の影響も加味した最大値で制限できる。
　そのため、本開示に係る電動工具によれば、モータ制御だけでより正確な締め付けトルクの設定が可能になり、機械的なクラッチ機構の省略もしくは簡略化ができる。
本開示の実施形態１にかかる電動工具の構成例を示すブロック図である。 図１の電動工具のモータ１の解析モデル図である。 図１の電動工具の詳細構成例を示すブロック図である。 図３の速度制御部１７の詳細構成例を示すブロック図である。 図１の電動工具のネジ締め時の動作例を示すタイムチャートである。
　以下、本開示の実施形態につき、図面を参照して具体的に説明する。参照する各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。また、参照する各図において、同一の記号（θ、ωなど）を付したものは同一のものである。また、説明の簡略化上、状態量などを記号のみにて表記する場合がある。つまり、例えば、「推定モータ速度ωｅ」を、単に「ωｅ」と記すことがあるが、両者は同一のものを意味する。
　図１は本開示の実施形態１にかかる電動工具の構成例を示すブロック図である。図１において、実施形態１にかかる電動工具は例えば電動ドライバなどであって、モータ１と、インバータ回路部２と、モータ制御部３と、ギア４と、チャック５と、ユーザーインターフェース部（ＵＩ部）６を備えて構成する。
　図１において、モータ１は、例えば永久磁石を回転子（図示せず）に、電機子巻線を固定子（図示せず）に設けた三相永久磁石同期モータで構成する。以下の説明において、単に、電機子巻線及び回転子といった場合、それらは、それぞれ、モータ１の固定子に設けられた電機子巻線及びモータ１の回転子を意味するものとする。モータ１は、例えば埋込磁石形同期モータ（ＩＰＭＳＭ）に代表される突極機（突極性を有するモータ）であるが、非突極機であっても構わない。ここで、モータ１は、例えばギア４を介して、ネジ回転用ビットを装着するチャック５に回転可能に連結されている。
　インバータ回路部２は、モータ１の回転子位置に応じてモータ１の電機子巻線にＵ相、Ｖ相及びＷ相から成る三相交流電圧を供給する。モータ１の電機子巻線に供給される電圧をモータ電圧（電機子電圧）Ｖａとし、インバータ回路部２からモータ１の電機子巻線に供給される電流をモータ電流（電機子電流）Ｉａとする。
　モータ制御部３は例えば位置センサレス制御機能を有し、モータ電流Ｉａを用いてモータ１の回転子位置や回転速度等を推定して、モータ１を所望の回転速度と目標の締め付けトルクで動作させるための信号をインバータ回路部２に与える。
　なお、この所望の回転速度と目標の締め付けトルクは、ユーザーインターフェース部６で予め設定され、ユーザが操作するトリガスイッチ（図示せず）に連動して、モータ制御部３に、それぞれモータ速度指令値ω＊、目標締め付けトルクＴ＊として出力する。
　図２は図１の電動工具のモータ１の解析モデル図である。図２において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線固定軸が示されている。モータ１の回転子を構成する永久磁石１ａが発生する磁束と同じ速度で回転する回転座標系において、永久磁石１ａが発生する磁束の方向をｄ軸にとり、ｄ軸に対応する制御上の推定軸をγ軸とする。また、図示していないが、ｄ軸から電気角で９０度進んだ位相にｑ軸をとり、γ軸から電気角で９０度進んだ位相に推定軸であるδ軸をとる。ｄ軸とｑ軸を座標軸に選んだ回転座標系の座標軸をｄ－ｑ軸（実軸）と呼ぶ。制御上の回転座標系（推定回転座標系）はγ軸とδ軸を座標軸に選んだ座標系であり、その座標軸をγ－δ軸と呼ぶ。
　ｄ－ｑ軸は回転しており、その回転速度（すなわち、モータ１の回転子の回転速度）を実モータ速度ωと呼ぶ。γ－δ軸も回転しており、その回転速度を推定モータ速度ωｅと呼ぶ。また、ある瞬間の回転しているｄ－ｑ軸において、ｄ軸の位相をＵ相の電機子巻線固定軸を基準としてθ（実回転子位置θ）により表す。同様に、ある瞬間の回転しているγ－δ軸において、γ軸の位相をＵ相の電機子巻線固定軸を基準としてθｅ（推定回転子位置θｅ）により表す。そうすると、ｄ軸とγ軸との軸誤差Δθ（ｄ－ｑ軸とγ－δ軸との軸誤差Δθ）は、Δθ＝θ―θｅで表される。また、パラメータω＊、ω及びωｅは、電気角速度にて表される。
　以下の記述において、モータ電圧Ｖａのγ軸成分、δ軸成分、ｄ軸成分及びｑ軸成分を、それぞれγ軸電圧ｖγ、δ軸電圧ｖδ、ｄ軸電圧ｖｄ及びｑ軸電圧ｖｑで表し、モータ電流Ｉａのγ軸成分、δ軸成分、ｄ軸成分及びｑ軸成分を、それぞれγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδ、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑで表す。
　また、Ｒａは、モータ抵抗（モータ１の電機子巻線の抵抗値）であり、Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれｄ軸インダクタンス（モータ１の電機子巻線のインダクタンスのｄ軸成分）、ｑ軸インダクタンス（モータ１の電機子巻線のインダクタンスのｑ軸成分）であり、Φａは、永久磁石１ａによる電機子鎖交磁束である。なお、Ｌｄ、Ｌｑ、Ｒａ及びΦａは、電動工具のためのモータ駆動システムの製造時に定まる値であり、それらの値はモータ制御部３の演算にて使用する。
　図３は図１の電動工具の詳細構成例を示すブロック図である。図３において、モータ制御部３は、電流検出器１１と、座標変換器１２、減算器１３、減算器１４、電流制御部１５、磁束制御部１６、速度制御部１７、座標変換器１８、位置・速度推定部２０、脱調検出部２１とを備えて構成する。
　電流検出器１１は、例えばホール素子等から成り、インバータ回路部２からモータ１に供給されるモータ電流ＩａのＵ相電流（Ｕ相の電機子巻線に流れる電流）ｉｕ及びＶ相電流（Ｖ相の電機子巻線に流れる電流）ｉｖを検出する。なお、これらの電流は、インバータ回路部２にシャント抵抗等を組み込んだ各種既存の電流検出方式で検出しても構わない。座標変換器１２は、電流検出器１１からのＵ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖの検出結果を受信し、位置・速度推定部２０からの推定回転子位置θｅに基づいて、次式（１）により、γ軸電流ｉγ（モータの磁束を制御する電流）と、δ軸電流ｉδ（モータの供給トルクに正比例し、モータの回転トルクの発生に直接寄与する電流）とに変換する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　位置・速度推定部２０は、推定回転子位置θｅと推定モータ速度ωｅを推定して出力する。推定回転子位置θｅと推定モータ速度ωｅの推定手法については、例えば特許文献３で開示された方法を用いることができる。
　速度制御部１７は、ユーザーインターフェース部６から与えられるモータ速度指令値ω＊から、位置・速度推定部２０から与えられる推定モータ速度ωｅを減算し、その減算結果（ω＊－ωｅ）を、例えばＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｔｅｒｇｒａｌ）制御器５１（図４）に入力することで、δ軸電流指令値ｉδ ＊を生成する。δ軸電流指令値ｉδ ＊は、モータ電流Ｉａのδ軸成分であるδ軸電流ｉδが追従すべき電流の値を表す。磁束制御部１６は、γ軸電流指令値ｉγ ＊を出力する。この際、必要に応じて、δ軸電流指令値ｉδ ＊及び推定モータ速度ωｅを参照する。γ軸電流指令値ｉγ ＊は、モータ電流Ｉａのγ軸成分であるγ軸電流ｉγが追従すべき電流の値を表す。
　減算器１３は、磁束制御部１６から出力されるγ軸電流指令値ｉγ ＊から、座標変換器１２から出力されるγ軸電流ｉγを減算して、減算結果の電流誤差（ｉγ ＊－ｉγ）を算出する。減算器１４は、速度制御部１７から出力されるδ軸電流指令値ｉδ ＊から、座標変換器１２から出力されるδ軸電流ｉδを減算して、減算結果である電流誤差（ｉδ ＊－ｉδ）を算出する。
　電流制御部１５は、減算器１３及び１４で算出された各電流誤差を受信し、γ軸電流ｉγがγ軸電流指令値ｉγ ＊に追従するように、かつδ軸電流ｉδがδ軸電流指令値ｉδ ＊に追従するように、γ軸電圧指令値ｖγ ＊とδ軸電圧指令値ｖδ ＊を算出して出力する。
　座標変換器１８は、位置・速度推定部２０から与えられた推定回転子位置θｅに基づいて、γ軸電圧指令値ｖγ ＊及びδ軸電圧指令値ｖδ ＊の逆変換を行い、モータ電圧ＶａのＵ相成分、Ｖ相成分及びＷ相成分を表すＵ相電圧指令値ｖｕ ＊、Ｖ相電圧指令値ｖｖ ＊及びＷ相電圧指令値ｖｗ ＊から成る三相の電圧指令値を生成して、それらをインバータ回路部２に出力する。この逆変換には、次式（２）を用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　インバータ回路部２は、モータ１に印加されるべき電圧を表す三相の電圧指令値（ｖｕ ＊、ｖｖ ＊及びｖｗ ＊）に基づいてパルス幅変調された信号を生成し、当該三相の電圧指令値（ｖｕ ＊、ｖｖ ＊及びｖｗ ＊）に応じたモータ電流Ｉａをモータ１の電機子巻線に供給してモータ１を駆動する。
　脱調検出部２１は、位置・速度推定部２０にて採用する回転子の回転速度の推定方式とは異なる推定方式（例えば、特許文献４参照）を用いて、回転子の回転速度を推定し、その差異が大きい場合に脱調と見なして、モータ１を強制停止させる。
　図４は図３の速度制御部１７の詳細構成例を示すブロック図である。図４において、ＰＩ制御器５１の出力は、減算器５０の減算結果（ω＊－ωｅ）に基づいて、電流制限前のδ軸電流指令値ｉδ ＊を生成し、リミッタ５２に出力する。リミッタ５２は、ＰＩ制御器５１の出力が、リミッタ５２の最大設定値ｉδ ＊ ｍａｘ以下では、ＰＩ制御器５１の出力をそのまま出力する。一方、ＰＩ制御器５１の出力が、リミッタ５２の最大設定値ｉδ ＊ ｍａｘを超えると、ｉδ ＊をｉδ ＊ ｍａｘに制限した値を出力する。リミット値演算部５３は、リミッタ５２の前記最大設定値ｉδ ＊ ｍａｘを、次式（３）を用いて演算し、リミッタ５２の最大設定値ｉδ ＊ ｍａｘを逐次、更新する。
　ｉδ ＊ ｍａｘ＝Ｋ（Ｔ－Ｊ・ｄω／ｄｔ＋Ｔ０）・・・（３）
　ここで、Ｋ、Ｊは定数であり、ｄω／ｄｔはモータの角速度の微分値であり、Ｔは所定の目標の締め付けトルクである。また、Ｔ０は所定の損失トルクで、例えばモータの角速度ωの従属変数として、リミット値演算部５３の内部メモリに予めテーブル等で設定しておいてもよい。なお、モータの角速度ωは、推定モータ速度ωｅで代用することも可能である。
　δ軸電流は、前述の通り、モータの供給トルクに正比例する電流であり、モータの回転トルクの発生に直接寄与しない励磁電流等を含まない。また、そのδ軸電流の指令値ｉδ ＊は、上述の式（３）を用いて、動的に制限する。そのため、回転体の慣性エネルギー等を考慮した、より正確な締め付けトルクの制御が可能になる。
　言い換えれば、電動工具の作業対象であるネジが着座して負荷トルクが急増すると、負荷トルクの増加により、δ軸電流が増加し、やがて、式（３）の最大設定値でδ軸電流が制限される。その時、同時にモータの回転数も低下するが、モータの回転数の低下に伴い、回転体の慣性エネルギーや損失トルクが減少する。そのため、式（３）の最大設定値（モータの供給トルクに比例する電流）は大きくなり、最終的にｉδ ＊ ｍａｘ＝Ｋ（Ｔ）で、δ軸電流が一定になる。その後、モータが停止する直前で脱調、もしくはモータ回転数が規定値以下（たとえば零）になり、それを検知してモータ１が停止する（図５）。
　そのため、本実施形態によれば、電動工具の作業対象であるネジが着座して負荷トルクが急増すると、モータが減速して最後に停止するが、回転子の着座から締め付け完了まで、モータ回転数の低下に伴いモータ電流が徐々に増加し、その間、一定トルクでの締め付けができる。そのため、より正確な締め付けトルクの設定が可能になり、機械的なクラッチ機構の省略もしくは簡略化ができる。
１　モータ
２　インバータ回路部
３　モータ制御部
４　ギア
５　チャック
６　ユーザーインターフェース部（ＵＩ部）
１１　電流検出器
１２　座標変換器
１３，１４　減算器
１５　電流制御部
１６　磁束制御部
１７　速度制御部
１８　座標変換器
１９　減算器
２０　位置・速度推定部
２１　脱調検出部
５０　減算器
５１　ＰＩ制御器
５２　リミッタ
５３　リミット値演算部

Claims (3)

  1. 　永久磁石同期モータと、前記永久磁石同期モータの動作を制御する制御部を備えた電動工具において、
    　前記制御部は、所定の締め付けトルクに基づいて、前記永久磁石同期モータのトルク発生に寄与する電流を、所定の最大設定値で制限する制限手段を備えたことを特徴とする電動工具。
  2. 　前記制御部は、前記トルク発生に寄与する電流の最大設定値を、前記永久磁石同期モータの回転数、あるいは角速度で補正して演算することを特徴とする請求項１記載の電動工具。
  3. 　前記制御部は、次式を用いて前記トルク発生に寄与する電流の最大設定値ｉδ ＊ ｍａｘを演算し、
    ｉδ ＊ ｍａｘ＝Ｋ（Ｔ－Ｊ・ｄω／ｄｔ＋Ｔ０）
    　ここで、Ｋ、Ｊは定数であり、ｄω／ｄｔは前記永久磁石同期モータの角速度の微分値であり、Ｔは所定の目標の締め付けトルクであり、Ｔ０は所定の損失トルクであることを特徴とする請求項２記載の電動工具。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021033432A1 (ja) * 2019-08-22 2021-02-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電動工具
WO2021095533A1 (ja) * 2019-11-15 2021-05-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電動工具、制御方法、カムアウト検知方法、及びプログラム
JP2021079471A (ja) * 2019-11-15 2021-05-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電動工具、カムアウト検知方法及びプログラム
JP2021079509A (ja) * 2019-11-21 2021-05-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電動工具、制御方法、及びプログラム

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11374520B2 (en) * 2019-06-10 2022-06-28 Black & Decker Inc. Field-oriented sensorless brushless motor control in a power tool

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5264098A (en) * 1975-11-14 1977-05-27 Atlas Copco Ab Motor type nut runner for fastening bolt joint up to desired fastening torque or fastening force
JPS5890474A (ja) * 1981-11-18 1983-05-30 芝浦メカトロニクス株式会社 締付方法選択式ボルト締付装置
JPH0326431A (ja) * 1989-06-26 1991-02-05 Nippon Mining Co Ltd ねじ締め方法及び装置
JPH05104454A (ja) * 1991-10-15 1993-04-27 Matsushita Electric Works Ltd 電動工具
JPH1080872A (ja) * 1996-09-10 1998-03-31 Toyota Motor Corp 締め付け装置
JPH10328952A (ja) * 1997-06-02 1998-12-15 Wako Giken:Kk モータの制御方法及び装置並びにねじ締め方法及び装置
JP3663638B2 (ja) 1994-06-27 2005-06-22 松下電工株式会社 電動ドライバのトルク制御装置
JP4198162B2 (ja) 2006-04-07 2008-12-17 三洋電機株式会社 モータ制御装置
JP4480696B2 (ja) 2005-08-26 2010-06-16 三洋電機株式会社 モータ制御装置
JP5182562B2 (ja) 2008-02-29 2013-04-17 日立工機株式会社 電動工具
JP2015100858A (ja) * 2013-11-21 2015-06-04 株式会社マキタ 電動工具

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4210852A (en) 1975-11-14 1980-07-01 Atlas Copco Aktiebolag Electric nutrunner
SE520096C2 (sv) * 1998-12-10 2003-05-27 Atlas Copco Tools Ab System för kraftverktyg innefattande till- och frånkopplingsbar minnesmodul för lagring och överföring av data mellan olika enheter
JP4175098B2 (ja) 2002-11-28 2008-11-05 富士電機機器制御株式会社 同期電動機の制御装置
EP1447177B1 (en) * 2003-02-05 2011-04-20 Makita Corporation Power tool with a torque limiter using only rotational angle detecting means
JP4082344B2 (ja) 2003-12-09 2008-04-30 松下電工株式会社 電動機駆動装置およびそれを用いる電動工具
WO2005086341A1 (en) 2004-03-05 2005-09-15 In Motion Technologies Method and apparatus for controlling an electric motor
DE102008040096A1 (de) 2008-07-02 2010-01-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Elektrowerkzeugmaschine und eine Antriebseinheit für eine Elektrowerkzeugmaschine
CN103269832A (zh) 2010-12-28 2013-08-28 日立工机株式会社 驱动工具
JP2012139767A (ja) 2010-12-28 2012-07-26 Hitachi Koki Co Ltd 締付工具
JP5726022B2 (ja) 2011-08-31 2015-05-27 株式会社マキタ 電動工具
JP2014069252A (ja) 2012-09-28 2014-04-21 Hitachi Koki Co Ltd 電動工具
JP6402472B2 (ja) 2014-04-08 2018-10-10 日産自動車株式会社 車両用駆動制御装置及び車両用駆動制御方法
CN105262394B (zh) * 2015-09-30 2018-01-16 南京埃斯顿自动控制技术有限公司 一种内置式永磁同步电机的mtpa控制方法及其控制***
CN105450123B (zh) 2015-11-25 2017-12-05 浙江工业大学 一种基于神经网络的永磁同步电机混沌***快速终端滑模控制方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5264098A (en) * 1975-11-14 1977-05-27 Atlas Copco Ab Motor type nut runner for fastening bolt joint up to desired fastening torque or fastening force
JPS5890474A (ja) * 1981-11-18 1983-05-30 芝浦メカトロニクス株式会社 締付方法選択式ボルト締付装置
JPH0326431A (ja) * 1989-06-26 1991-02-05 Nippon Mining Co Ltd ねじ締め方法及び装置
JPH05104454A (ja) * 1991-10-15 1993-04-27 Matsushita Electric Works Ltd 電動工具
JP3663638B2 (ja) 1994-06-27 2005-06-22 松下電工株式会社 電動ドライバのトルク制御装置
JPH1080872A (ja) * 1996-09-10 1998-03-31 Toyota Motor Corp 締め付け装置
JPH10328952A (ja) * 1997-06-02 1998-12-15 Wako Giken:Kk モータの制御方法及び装置並びにねじ締め方法及び装置
JP4480696B2 (ja) 2005-08-26 2010-06-16 三洋電機株式会社 モータ制御装置
JP4198162B2 (ja) 2006-04-07 2008-12-17 三洋電機株式会社 モータ制御装置
JP5182562B2 (ja) 2008-02-29 2013-04-17 日立工機株式会社 電動工具
JP2015100858A (ja) * 2013-11-21 2015-06-04 株式会社マキタ 電動工具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3639977A4

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021033432A1 (ja) * 2019-08-22 2021-02-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電動工具
WO2021095533A1 (ja) * 2019-11-15 2021-05-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電動工具、制御方法、カムアウト検知方法、及びプログラム
JP2021079471A (ja) * 2019-11-15 2021-05-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電動工具、カムアウト検知方法及びプログラム
JP7390587B2 (ja) 2019-11-15 2023-12-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電動工具、カムアウト検知方法及びプログラム
JP2021079509A (ja) * 2019-11-21 2021-05-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電動工具、制御方法、及びプログラム

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Publication number Publication date
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EP3639977A4 (en) 2020-07-29

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