(57)【要約】【課題】従来と比較して過負荷保護機能の作動を回避しやすい制御が可能な電動工具を提供。【解決手段】制御部は、モータに流れる電流Ｉを検出し、電流ＩがＩ１を超えたか否かを判断する（Ｓ１）。電流ＩがＩ１を超えると（Ｓ１のYes）、デューティ比調整モードを開始する。電流ＩがＩmaxを超えたときは（Ｓ２のYes）、デューティ比の調整より保護を優先してモータへの通電を停止する（Ｓ３）。電流ＩがＩmaxを超えていなければ（Ｓ２のNo）、デューティ比を低下させる（Ｓ４）。電流ＩがＩ２未満になると（Ｓ５のYes）、デューティ比を上昇させる（Ｓ６）。【選択図】図４
2014091167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、負荷が第１閾値を超えると前記モータに印加する電圧のデューティ比を低下させる、電動工具。
【請求項２】
前記制御部は、負荷が前記第１閾値を超えた後に前記第１閾値より小さい第２閾値未満になると前記デューティ比を上昇させる、請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
モータと、前記モータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、負荷が第１閾値を超えると、前記第１閾値以下という条件を満たす目標負荷範囲内となるように前記モータに印加する電圧のデューティ比を調整するデューティ比調整モードを開始する、電動工具。
【請求項４】
前記制御部は、所定のデューティ比において負荷が前記第１閾値より小さい第２閾値未満になると前記デューティ比調整モードを終了する、請求項３に記載の電動工具。
【請求項５】
前記制御部は、前記デューティ比と前記モータの回転数との組合せ、及び前記モータに流れる電流のいずれか又は両方により負荷を監視する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項６】
前記制御部は、負荷が前記第１閾値より大きい過負荷保護閾値を超えると前記モータへの通電を停止する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラインダやドリル等の電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動工具において、モータや他の部品の焼損を防ぐために、負荷が閾値を超えるとモータを停止する過負荷保護機能を備えるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
過負荷保護機能が作動すると、製品が突然停止して、使用者は作業の中断を余儀なくされ、作業効率の低下を招く。
【０００５】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、従来と比較して過負荷保護機能の作動を回避する制御が可能な電動工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、電動工具である。この電動工具は、モータと、前記モータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、負荷が第１閾値を超えると前記モータに印加する電圧のデューティ比を低下させる。
【０００７】
前記制御部は、負荷が前記第１閾値を超えた後に前記第１閾値より小さい第２閾値未満になると前記デューティ比を上昇させてもよい。
【０００８】
本発明のもう１つの態様は、電動工具である。この電動工具は、モータと、前記モータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、負荷が第１閾値を超えると、前記第１閾値以下という条件を満たす目標負荷範囲内となるように前記モータに印加する電圧のデューティ比を調整するデューティ比調整モードを開始する。
【０００９】
前記制御部は、所定のデューティ比において負荷が前記第１閾値より小さい第２閾値未満になると前記デューティ比調整モードを終了してもよい。
【００１０】
前記制御部は、前記デューティ比と前記モータの回転数との組合せ、及び前記モータに流れる電流のいずれか又は両方により負荷を監視してもよい。
【００１１】
前記制御部は、負荷が前記第１閾値より大きい過負荷保護閾値を超えると前記モータへの通電を停止してもよい。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来と比較して過負荷保護機能の作動を回避する制御が可能な電動工具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動工具の内部構成図。
【図２】同電動工具の回路図。
【図３】同電動工具のモータ回転数対モータ電流特性図。
【図４】同電動工具の制御フローチャート。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電動工具の内部構成図。
【図６】同電動工具におけるピックアップコイル１１の設置位置説明図。
【図７】同電動工具の回路図。
【図８】同電動工具の制御フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動工具の内部構成図である。この電動工具は、ストレートグラインダであり、商用電源から電力供給を受けて動作する。ハウジング１の内側にモータ２が固定され、モータ２の先端側にスピンドル３が連結され、スピンドル３の先端には不図示の砥石が取り付けられる。モータ２は交流ブラシ付きモータである。モータ２の回転により砥石を回転させ、研削等の作業を実施する。シャント抵抗４は電流検出（負荷検出）のために設けられる。こうした電動工具の構成は周知なのでこれ以上の詳細な説明は省略する。
【００１７】
図２は、図１に示す電動工具の回路図である。電源５は商用電源等の交流電源であって電動工具にケーブルにて接続される。スイッチ６は使用者によりオンオフ操作される。トライアック９は、モータ２への供給電力を制御するための半導体素子の例示である。シャント抵抗４は、モータ２に流れる電流を電圧に変換する。電源５の両端子間にモータ２とトライアック９とシャント抵抗４とが直列接続される。制御部７は、トライアック９のゲートに信号を送り、トライアック９を所定のデューティ比でオンオフ制御する。制御部７は、また、シャント抵抗４の端子電圧により、モータ２に流れる電流、すなわち負荷（トルク）を検出（監視）する。制御部７における各種の演算は演算素子８が実施する。
【００１８】
図３は、同電動工具のモータ回転数対モータ電流特性図である。図３において縦軸はモータ２の回転数Ｒ、横軸はモータ２に流れる電流Ｉ、すなわち負荷である。また、特性１はデューティ比がＤ１（例えば１００％）の場合、特性２はデューティ比がＤ２（Ｄ２＜Ｄ１）の場合をそれぞれ示す。図３に示すように、デューティ比が一定であれば、モータ２は回転数が低いほど電流（負荷）が大きくなる。なお、電流ＩがＩmax（過負荷閾値）を超える領域は過負荷保護範囲であり、制御部７は電流ＩがＩmaxを超えるとモータ２を停止する。また、電流ＩがＩ３以下の領域は定速度制御範囲であり、制御部７は回転数ＲがＲ３を超えないように制御する。
【００１９】
図４は、図１及び図２に示す電動工具の制御フローチャートである。以下、図３も参照して制御部７による制御の流れを説明する。使用者は電動工具のスイッチ６をオンし、作業を開始する。制御部７は、デューティ比Ｄ１でモータ２を駆動しながら、シャント抵抗４の端子電圧によりモータ２に流れる電流Ｉを検出（監視）し、電流ＩがＩ１を超えたか否かを判断する（Ｓ１）。Ｉ１は第１閾値であり、Ｉ１＝Ｉmax−Ｘ１の関係にある。Ｘ１の値は事前に任意に設定できる。制御部７は、電流ＩがＩ１を超えると（Ｓ１のYes）、デューティ比調整モードを開始する。
【００２０】
デューティ比調整モードでは、電流Ｉが目標負荷範囲内、すなわちＩ２≦Ｉ≦Ｉ１となるようにモータ２に印加する電圧のデューティ比を調整する。ここで、目標負荷中心値Ｉｍは、Ｉｍ＝Ｉ１−Ｘ２の関係にある。Ｉ２は第２閾値であり、Ｉ２＝Ｉｍ−Ｘ２の関係にある。Ｘ２の値は事前に任意に設定できる。デューティ比調整モードにおいても、制御部７は、電流ＩがＩmaxを超えたときは（Ｓ２のYes）、デューティ比の調整より保護を優先してモータ２への通電を停止する（Ｓ３）。制御部７は、電流ＩがＩmaxを超えていなければ（Ｓ２のNo）、デューティ比を例えばＤ１からＤ２に低下させる（Ｓ４）。すると、モータ２の特性が図３に示す特性１から特性２に移行し、回転数と電流が共に低下する。このときの回転数の低下により使用者は過負荷に近い状態を認識し、例えば被削材への砥石の押付け力を弱めて負荷を低下させることができる。
【００２１】
制御部７は、電流ＩがＩ２未満になると（Ｓ５のYes）、デューティ比を例えばＤ２からＤ１に上昇させる（Ｓ６）。すると、モータ２の特性が図３に示す特性２から特性１に移行し、回転数と電流が共に上昇する。このときの回転数の上昇により使用者は負荷に余裕があることを認識し、例えば被削材への砥石の押付け力を強めて負荷を上昇させることができる。このように、デューティ比調整モードでは、電流ＩがＩ１を超えるとデューティ比をＤ１からＤ２に低下させ、電流ＩがＩ２未満になるとデューティ比をＤ２からＤ１に上昇させることにより、モータ２を目標負荷範囲内で動作させる。デューティ比調整モードは、電流ＩがＩmaxを超える、あるいはデューティ比Ｄ１において電流ＩがＩ２未満になると終了する。
【００２２】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００２３】
(1) 過負荷保護閾値に到達する手前でモータ２に印加する電圧のデューティ比を低下させるので、こうした制御を行わない場合と比較して過負荷保護機能の作動を回避でき、作業効率が高められる。
【００２４】
(2) デューティ比調整モードでは予め設定された目標負荷範囲内になるようにデューティ比を制御するため、こうした制御を行わない場合と比較して作業の仕上がりを均一にできる。例えば、材料によっては負荷を大きくしすぎると焦げ付きが発生する場合もあるが、本実施の形態ではそうした問題に好適に対処できる。
【００２５】
図５は、本発明の実施の形態２に係る電動工具の内部構成図である。図６は、同電動工具におけるピックアップコイル１１の設置位置説明図である。図７は、同電動工具の回路図である。本実施の形態の電動工具は、図１及び図２に示した実施の形態１のものと比較して、シャント抵抗４に替えてマグネット１０及びピックアップコイル１１が設けられ、モータ２に流れる電流に替えてモータ２の回転数により負荷を検出（監視）する点で相違し、その他の点で一致する。以下、相違点を中心に説明する。
【００２６】
マグネット１０は、モータ２の後端に取り付けられてモータ２と一体に回転する。ピックアップコイル１１は、マグネット１０の側方に設けられ、マグネット１０の発生する磁界が印加される。磁界はモータ２の回転に伴って周期的に変化する。制御部７は、ピックアップコイル１１からの電圧信号（パルス波）によりモータ２の回転数を検出する。
【００２７】
図８は、図５〜図７に示す電動工具の制御フローチャートである。以下、図３も参照して制御部７による制御の流れを説明する。使用者は電動工具のスイッチ６をオンし、作業を開始する。制御部７は、デューティ比Ｄ１でモータ２を駆動しながら、ピックアップコイル１１からの電圧信号によりモータ２の回転数を検出（監視）し、回転数ＲがＲ１未満になったか否かを判断する（Ｓ１１）。Ｒ１は、現在のデューティ比における第１閾値であり、デューティ比がＤ１であればＲ１＝ＲＨ１、デューティ比がＤ２であればＲ１＝ＲＬ１である。制御部７は、デューティ比がＤ１において回転数ＲがＲ１未満になると（Ｓ１１のYes）、デューティ比調整モードを開始する。制御部７は、回転数ＲがＲmin未満になったときは（Ｓ１２のYes）、デューティ比の調整より保護を優先してモータ２への通電を停止する（Ｓ１３）。Ｒminは、現在のデューティ比における過負荷保護閾値であり、デューティ比がＤ１であればＲmin＝ＲＨmin、デューティ比がＤ２であればＲmin＝ＲＬminである。制御部７は、回転数ＲがＲmin未満でなければ（Ｓ１２のNo）、デューティ比を例えばＤ１からＤ２に低下させる（Ｓ１４）。制御部７は、回転数ＲがＲ２を超えると（Ｓ１５のYes）、デューティ比を例えばＤ２からＤ１に上昇させる（Ｓ１６）。Ｒ２は、現在のデューティ比における第２閾値であり、デューティ比がＤ２であればＲ２＝ＲＬ２、デューティ比がＤ１であればＲ２＝ＲＨ２である。デューティ比調整モードは、回転数ＲがＲmin未満になる、あるいはデューティ比Ｄ１において回転数ＲがＲ２を超えると終了する。
【００２８】
本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００２９】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
【００３０】
電動工具はグラインダに限定されず、ドリルやその他の工具であってもよい。また電動工具は電池駆動であってもよく、モータ２はＤＣモータ（ブラシ付き又はブラシレス）であってもよい。デューティ比はＤ１，Ｄ２の２段階に限らず、３段階以上としてもよい。目標負荷範囲の上限値は第１の閾値Ｉ１より低くしてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  ハウジング、２  モータ、３  スピンドル、４  シャント抵抗、５  電源、６  スイッチ、７  制御部、８  演算素子、９  トライアック、１０  マグネット、１１  ピックアップコイル
【図１】
2014091167.tif 000003
【図２】
2014091167.tif 000004
【図３】
2014091167.tif 000005
【図４】
2014091167.tif 000006
【図５】
2014091167.tif 000007
【図６】
2014091167.tif 000008
【図７】
2014091167.tif 000009
【図８】
2014091167.tif 000010