(57)【要約】商用電源から供給される交流電圧を直流電圧へと整流する整流回路と、その出力を平滑する平滑コンデンサと、平滑された脈動する直流電圧をインバータ回路にてモータに供給する電動工具において、先端工具に負荷がかからない状態でモータを駆動した場合に、平滑された直流電圧が交流電圧の変動に同期するように極大値と極小値を繰り返し発生する。この変動の極小値付近において、電流がゼロとなる区間が生じないように、無負荷時のＰＷＭ制御のデューティ比１６１〜１６６を低く制限した。無負荷回転時には、速度ダイヤル設定値１〜６のいずれにおいてもギヤ音が鳴り始めるデューティ比の閾値Ｄ１よりも小さい値にて駆動するよう制御する。これにより、無負荷回転時に動力伝達機構から発生するギヤ音を抑えることができる。
2017154523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から供給される交流電圧を脈動する直流電圧へと整流する整流回路と、
脈動する直流電圧の脈動状態を低減する平滑コンデンサを有する平滑回路と、
平滑された直流電圧をモータに供給する回路と、
前記モータの駆動力を先端工具に伝達する動力伝達機構と、を備えた電動工具において、
前記先端工具に負荷がかからない状態で前記モータを駆動した場合には、前記モータに連続的に電流が流れ、前記先端工具に負荷がかかった状態で前記モータを駆動した場合には、前記モータに断続的に電流が流れるように構成したことを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記動力伝達機構は、複数の歯車を用いた減速機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
前記平滑回路と前記モータとの間に設けられ、前記モータに供給する電圧を制御するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を駆動して前記モータの回転を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記先端工具に負荷がかからない状態で前記モータを回転させた場合に、前記スイッチング素子に供給される平滑された直流電流が、入力された商用電源の周波数の２倍の周波数で脈動し、この脈動する直流電流の極小時に電流ゼロの区間が存在しないように前記スイッチング素子のＰＷＭデューティを低減させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項４】
前記スイッチング素子を複数用いてインバータ回路を構成し、該インバータ回路を前記平滑回路と前記モータとの間に設け、
前記制御部は前記モータの無負荷回転時において、前記インバータ回路のＰＷＭデューティを制御することによって前記交流電圧の変動に同期するように極大値と極小値の間で繰り返し変動する前記直流電流の極小値の実効値をゼロ以上に維持することを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
【請求項５】
前記制御部に接続され前記モータの回転速度を設定するための回転速度設定手段を設け、
前記回転速度設定手段によりいずれの回転速度を設定しても、無負荷回転時においては前記直流電流の極小値の実効値がゼロ以上に維持されることを特徴とする請求項３又は４に記載の電動工具。
【請求項６】
前記先端工具によって被加工材に対する作業が行われている負荷時の直流電流の実効値の極小値がゼロになる区間が存在する程度に前記平滑コンデンサの容量を設定したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項７】
商用電源から供給される交流電圧を脈動する直流電圧へと整流する整流回路と、
脈動する直流電圧の脈動状態を低減する平滑コンデンサを有する平滑回路と、
平滑された直流電圧をモータに供給する回路と、
前記モータの駆動力を先端工具に伝達する動力伝達機構と、を備えた電動工具において、
前記モータの回転数を制御する制御部を設け、
前記制御部は設定された回転数を維持するように前記モータを定速制御し、
前記制御部によって設定される無負荷回転時のデューティ比が、前記平滑された直流電圧の極小値付近においてもゼロとならないように設定されることを特徴とする電動工具。
【請求項８】
前記モータの目標回転数を設定する回転速度設定手段を設け、
前記制御部は前記回転速度設定手段によって設定された目標回転数を維持するように前記モータを定速制御し、
前記制御部によって設定される無負荷回転時のデューティ比が、前記回転速度設定手段によって設定されたいずれの目標回転数においても、前記平滑された直流電圧の極小値付近においてゼロとならないように構成されることを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
【請求項９】
モータと、
商用電源から供給される交流電圧を脈動する直流電圧へと整流する整流回路と、
脈動する直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する平滑回路と、
前記平滑回路と前記モータの間に設けられ、前記モータに供給される電圧を制御するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する制御部と、
前記制御部に接続され、前記モータに供給する電圧を制御するために操作される設定部と、
前記モータの駆動力を先端工具に伝達する動力伝達機構と、を備えた電動工具において、
前記設定部を前記モータに供給される電圧が最大値となる第１の設定値に設定して、前記先端工具に負荷がかからない状態で前記モータを駆動した場合に、前記平滑された直流電圧が前記交流電圧の変動に同期するように極大値と極小値を繰り返し発生するとともに、前記平滑された直流電圧が前記極大値の付近にある期間と、前記平滑された直流電圧が前記極小値の付近にある期間の、両方の期間にわたって、前記ＰＷＭ制御のデューティ比を１００％よりも小さい第１のデューティ比に制限するよう構成したことを特徴とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源から供給される交流電圧によって駆動されるモータを備えた電動工具に関し、特にモータの回転制御の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
商用電源から供給される交流電圧を整流してブラシレスモータを駆動する電動工具が知られている。ブラシレスモータは、磁気センサを用いてロータの回転位置を検出し、コントローラで制御することによりインバータ回路からモータの所定の巻線に駆動電流を供給する。このようなブラシレスモータを用いた電動工具の一例（グラインダ）として特許文献１の技術が知られている。特許文献１では、筒状のハウジングと同軸上にブラシレスモータを収容する。モータは外周側にコイルを有するステータが配置され、内周側には回転軸によって回転するもので永久磁石を保持するロータコアが設けられる。回転軸は、モータの前方側と後方側において軸受によって軸支され、後方側軸受の後方にロータの回転位置を検出するための円筒形のセンサ磁石が設けられる。ハウジングの後方側の内部にはモータの制御を行うコントローラと電源回路が収容される。また、モータのコイルに回転磁界（三相交流）を供給するためのインバータ回路を搭載する。【０００３】
一般に、商用電源により駆動するモータを備えた電気機器においては、商用電源から供給される交流電圧を脈動する直流電圧へと整流する整流回路と、脈動する直流電圧を平滑する平滑コンデンサを含む平滑回路が設けられる。この際、平滑コンデンサの容量を比較的大きく設定することで、脈動する直流電圧を十分に平坦な直流電圧へと平滑することが多い。しかしながらこのような回路においては、整流回路から出力される直流電圧が、平滑コンデンサに生じる電圧よりも高くなる期間においてのみ、整流回路から平滑コンデンサに向けて電流が流れるという特性がある。【０００４】
平滑コンデンサの容量を大きくした場合、整流回路から平滑コンデンサに向けて電流の流れる期間が短くなる傾向があり、その結果、高調波成分を含む電流が商用電源を流れて送電設備にかかる負荷が大きくなるので、好ましくない。また送電設備から供給される商用電源は、家庭に配置された分電盤を介して電動工具に接続されるが、分電盤においては流すことのできる電流の大きさに上限値があるので、電流がこの上限値を超えないようにすることも重要である。さらに電流に含まれる高調波成分が大きくなると力率が悪化するので、わずかな電流が電動工具のモータに流れただけで大きな電流が商用電源に流れることになるので、力率の改善を図ることが重要である。【０００５】
特許文献２には、商用電源から供給される交流電圧を脈動する直流電圧へと整流する整流回路と、脈動する直流電圧をわずかに平滑する平滑コンデンサを備えた電動工具が開示されている。この技術では平滑コンデンサの容量を比較的小さく設定することで、整流回路から平滑コンデンサに向けて電流が流れる期間を長くして、商用電源に流れる電流に含まれる高調波成分を減じている。また平滑コンデンサの容量を比較的小さく設定することで収容空間を節約し、整流回路と平滑コンデンサの電動工具内への内蔵を可能とした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２６９４０９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９６７２５号公報
【特許文献３】特開２０１３−２０２７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載された電動工具においては、平滑コンデンサの容量が比較的小さいため、平滑コンデンサからモータに供給される電圧は、商用電源の周波数に同期するように、大きく脈動する。よってモータが回転した場合に、平滑コンデンサからモータに向けて出力される電圧がモータの回転によって生じた誘起起電圧よりも大きくなる期間では、平滑コンデンサからモータに向けて電流が流れるが、平滑コンデンサからモータに向けて出力される電圧がモータの回転によって生じた誘起起電圧以下となる期間では、平滑コンデンサからモータに向けて電流が流れなくなる。このため、モータから発生するトルクが大きく脈動して、この脈動が原因で電動工具の制御が困難となるおそれがあった。【０００８】
これに対して特許文献３の図９および図１０に記載された電動工具においては、整流回路から出力される電圧が極大値の付近にある期間では、平滑コンデンサからモータに向けて出力される電圧が小さくなるよう、ＰＷＭ制御のデューティ比を小さく設定し、整流回路から出力される電圧が極小値の付近にある期間では、平滑コンデンサからモータに向けて出力される電圧が大きくなるよう、ＰＷＭ制御のデューティ比を大きく設定している。このようにして平滑コンデンサからモータに向けて出力される電圧の脈動を小さくすることで、モータから発生するトルクの脈動を抑えている。しかしながら、このように頻繁にＰＷＭ制御のデューティ比を切り替えることは、ＰＷＭ制御を行うマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）に大きな負担がかかり、処理速度の高い高価なマイコンを用いる必要がある。【０００９】
これらの問題点を検討する過程において発明者らは、モータに電流が流れない期間とモータに電流が流れる期間とが交互に生じることにより、モータから発生するトルクが脈動して、モータの駆動力を先端工具に伝達する動力伝達機構から騒音が発生する場合があるということを見いだした。具体的には、モータに負荷がかからない状態でモータから発生するトルクが脈動した場合に、先端工具は慣性によって一定の回転速度を維持しようとするのに対して、モータは脈動した回転速度で回転しようとするので、先端工具とモータの間に介在する動力伝達機構を構成する歯車どうしが衝突と離反を繰り返すことにより通常と異なる回転音や打撃音等が発生するものである。【００１０】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、無負荷回転時に動力伝達機構から発生する騒音を抑えた電動工具を提供することにある。  本発明の他の目的は、商用電源に流れる電流に含まれる高調波成分を抑えることができる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】
【００１１】
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。本発明の一つの特徴によれば、商用電源から供給される交流電圧を脈動する直流電圧へと整流する整流回路と、脈動する直流電圧の脈動状態を低減する平滑コンデンサを有する平滑回路と、平滑された直流電圧をモータに供給する回路と、モータの駆動力を先端工具に伝達するものであって複数の歯車を用いた動力伝達機構と、を備えた電動工具において、先端工具に負荷がかからない状態でモータを駆動した場合には、モータに連続的に電流が流れ、先端工具に負荷がかかった状態でモータを駆動した場合には、モータに断続的に電流が流れるように構成した。また、平滑回路とモータとの間に設けられモータに供給する電圧を制御するためのスイッチング素子と、スイッチング素子を駆動してモータの回転を制御する制御部を設け、制御部は先端工具に負荷がかからない状態でモータを回転させた場合に、スイッチング素子に供給される平滑された直流電流が、入力された商用電源の周波数の２倍の周波数で脈動し、この脈動する直流電流の極小時に電流ゼロの区間が存在しないようにスイッチング素子のＰＷＭデューティを低減させるようにした。先端工具に負荷がかからない状態でモータを駆動した場合には、モータに連続的に電流が流れるよう構成したことにより、モータから発生するトルクが安定し、動力伝達機構から生じる騒音を抑えることができる。また先端工具に負荷がかかった状態でモータを駆動した場合には、モータに断続的に電流が流れるよう構成したことにより、商用電源を流れる電流に含まれる高調波成分を減ずることができる。【００１２】
本発明の他の特徴によれば、スイッチング素子を複数用いてインバータ回路を構成し、インバータ回路を平滑回路とモータとの間に設け、制御部はモータの無負荷回転時において、インバータ回路のＰＷＭデューティを制御することによって交流電圧の変動に同期するように極大値と極小値の間で繰り返し変動する直流電流の極小値の実効値をゼロ以上に維持するようにした。また、制御部に接続されモータの回転速度を設定するための回転速度設定手段を設け、回転速度設定手段によりいずれの回転速度を設定しても、無負荷回転時においては直流電流の極小値の実効値がゼロ以上に維持されるようにした。さらに、先端工具によって被加工材に対する作業が行われている負荷時の直流電流の実効値の極小値がゼロになる区間が存在する程度に平滑コンデンサの容量を小さく設定した。先端工具に負荷がかかった状態でモータを駆動した場合には、大きな電流が流れる傾向にあり、電流に含まれる高調波成分がより大きくなる傾向にあるが、このような場合においてはモータに断続的に電流が流れる程度まで平滑コンデンサの容量を小さく設定することができ、電流に含まれる高調波成分を抑えることができる。【００１３】
本発明のさらに他の特徴によれば、電動工具においてモータの回転数を制御する制御部を設け、制御部は設定された回転数を維持するようにモータを定速制御し、制御部によって設定される無負荷回転時のデューティ比が、平滑された直流電圧の極小値付近においてもゼロとならないように設定する。また、モータの目標回転数を設定する回転速度設定手段を設け、制御部は回転速度設定手段によって設定された目標回転数を維持するようにモータを定速制御し、制御部によって設定される無負荷回転時のデューティ比が、回転速度設定手段によって設定されたいずれの目標回転数においても、平滑された直流電圧の極小値付近においてゼロとならないように構成した。【００１４】
本発明のさらに他の特徴によれば、電動工具において設定部をモータに供給される電圧が最大値となる第１の設定値（速度設定ダイヤルの最も速度の高い設定値、又は、速度調整用のトリガスイッチを一杯に引いた状態）に設定して、先端工具に負荷がかからない状態でモータを駆動した場合に、平滑された直流電圧が交流電圧の変動に同期するように極大値と極小値を繰り返し発生するとともに、平滑された直流電圧が極大値の付近にある期間と、平滑された直流電圧が極小値の付近にある期間の、両方の期間にわたって、ＰＷＭ制御のデューティ比を１００％よりも小さい第１のデューティ比に制限するように構成した。このように設定部をモータに供給する電圧が最大値となる第１の値に設定して、先端工具に負荷がかからない状態でモータを駆動した場合に、平滑された直流電圧が極大値の付近にある期間と、平滑された直流電圧が極小値の付近にある期間の、両方の期間にわたって、ＰＷＭ制御のデューティ比が１００％よりも小さい第１のデューティ比に制限されるので、平滑コンデンサからモータに向けて流れる電流が抑えられ、平滑コンデンサの電圧が低下しにくくなる。平滑コンデンサの電圧が低下しにくくなるので、平滑コンデンサからモータに向けて出力される電圧がモータの回転によって生じた誘起起電圧以下となる期間が短くなり、モータに電流が連続的に流れやすくなる。よってモータから発生するトルクが安定し、動力伝達機構から生じる騒音を抑えることができる。またデューティ比を頻繁に切り替える必要がないので、処理速度の高くない安価なマイコンで実現することができ、安価な電動工具を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、動力伝達機構から発生する騒音を抑えるとともに、商用電源に流れる電流に含まれる高調波成分を抑えた電動工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る電動工具１の全体構造を示す縦断面図であり、電動工具１の内部に示す矢印はスイッチをオンにした状態における冷却風の流れを示す。
【図２】図１の後方部分をＡ方向から見た矢視図であり、ケース４０と回路基板６０を示す図である。
【図３】図１のモータ５の駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。
【図４】図１の電動工具１におけるスピンドル回転数、ＰＷＭのデューティ比、平滑回路からの出力電圧、モータ５に印加されるモータに流れる電流の関係を示す図である。
【図５】本実施例のモータの制御手順を説明するフローチャートである。
【図６】変速ダイヤル１７の設定値と、目標回転数と、デューティ比の関係を示す表である。
【図７】変速ダイヤル１７の設定値ごとの負荷の大きさと設定されるデューティ比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。尚、以下の図において、同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書において前後左右、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。【００１８】
図１は、本発明の実施例に係る電動工具１の上面図である。ここでは電動工具１の一例として、モータ５の回転軸６と直交方向に回転するスピンドル２４を設け、スピンドル２４に接続される作業機器が円形の砥石３０であるディスクグラインダを示している。電動工具１のハウジング（外枠又は筐体）は、動力伝達機構を収容するギヤケース２１と、モータ５を収容する筒形状のモータハウジング２と、モータハウジング２の後方に取り付けられ電気機器類を収容するリヤカバー３の３つの主要部品により構成される。ハウジングの形成の仕方は任意であり、本実施例のように前後方向に３つに分割された部分により構成しても良いし、その他の分割形状で形成しても良い。モータハウジング２は樹脂又は金属の一体構成であって、前方側に開口を有する略円筒形に構成される。モータハウジング２の内径はモータ５のステータコア９の外径よりも僅かに大きい径を有し、モータハウジング２の外面側は作業者が片手で把持する部分（把持部）を構成する。モータハウジング２の後方には、リヤカバー３が取り付けられる。リヤカバー３は、長手方向中心軸（モータの回転軸の延長線）を通る鉛直面で左右方向に分割可能に構成され、モータハウジング２の後方側開口部を挟む位置にて左右の部品が図示しないネジによって固定される。また、リヤカバー３の外径はモータハウジング２の外径と比較して、ほぼ同等もしくは僅かに小さい外径となっている。【００１９】
モータ５はモータハウジング２の中心軸方向（前後方向）に沿うように回転軸６が配置され、制御部がロータコア７の回転位置をホールＩＣから構成される回転位置検出素子６９にて検出し、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（後述する図２参照）で構成されるインバータ回路８０を制御することにより、モータ５の所定のコイル１３に順次駆動電力を供給することにより回転磁界を形成してロータを回転させる。モータ５は３相ブラシレスＤＣモータであり、略円筒状の形状をもつステータコア９の内周側空間内にてロータが回転するもので、いわゆるインナーロータタイプである。ステータコア９は、プレス加工によって製造された円環状の薄い鉄板を軸方向に多数枚積層した積層構造で製造される。ステータコア９の内周側には６つのティース（図示せず）が形成され、各ティースの軸方向前後方向には、樹脂製のインシュレータ１１、１２が装着され、インシュレータ１１、１２間にティースを挟んだ形で銅線が巻かれてコイル１３が形成される。本実施例では、コイル１３をＵ、Ｖ、Ｗ相の３相を有するスター結線とすることが好ましく、コイル１３へ駆動電力を供給するためのＵ、Ｖ、Ｗ相用の３本のリード線（図示せず）が回路基板６０に接続される。ステータコア９の内周側では、回転軸６にロータコア７が固定される。ロータコア７はプレス加工にて製造した円環状の薄い鉄板を軸方向に多数枚積層したロータコアに、軸方向と平行して形成され、その断面形状が長方形のスロット部分にＮ極およびＳ極を有する平板状の永久磁石８が挿入される。【００２０】
回転軸６は、２つの軸受１４ａ、１４ｂにより回転可能に保持される。回転軸６の軸方向に見て軸受１４ｂとモータ５の間には冷却ファン１５が設けられる。冷却ファン１５は例えばプラスチック製の遠心ファンであって、モータ５が回転すると回転軸６と同期して回転することにより、ハウジングの内部において複数の黒矢印で示す方向に、モータ５や制御回路等を冷却するための風の流れ（冷却風）を発生させる。冷却風は、回路基板６０の後端付近においてリヤカバー３の上下面に設けられた吸入口３ａから吸引され、回路基板６０を収容するケース４０の周囲を後方から前方側に流れて、モータハウジング２の軸受ホルダ部２０に設けられた開口（図示せず）を通過して、モータ５の収容空間内に流入する。モータ５の収容空間に流入した冷却風は、ステータコア９の外周側であってモータハウジング２との間の隙間（図中の黒矢印参照）やステータコア９の内側空間を通って冷却ファン１５によって吸引され、ファンカバー１６の貫通穴を通ってギヤケース２１の貫通穴２１ｂから前方側に、又はファンカバー１６の下側の貫通穴２１ｃから前方に排出される。本実施例では、モータ５の回転軸６の軸線上に見て、後方（風上側）から前方側にかけて、回路基板６０、センサ磁石１８、軸受１４ａ、モータ５、冷却ファン１５、及び、軸受１４ｂが軸方向に直列（一直線上）に配置される。そして、外気を吸入する風窓たる吸入口３ａは、回路基板６０の周囲であって発熱の大きい素子、特に整流回路７１やスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（後述する図２参照）よりも後方側に配置される。このように、本実施例ではモータ５の回転軸方向にみて、ハウジングの後方側から前方側の全外周面にほぼ接するようにして冷却風が流れるものである。【００２１】
ギヤケース２１は、例えばアルミニウム等の金属の一体成形により構成され、１組の傘歯車機構（２２、２３）を収容すると共に、出力軸となるスピンドル２４を回転可能に保持する。スピンドル２４は、モータ５の回転軸の軸線方向（ここでは前後方向）とは略直交方向（ここでは上下方向）に延びるように配置され、回転軸６の前端部分には第１の傘歯車２２が設けられ、第１の傘歯車２２はスピンドル２４の上側端部に取り付けられた第２の傘歯車２３に噛合する。第２の傘歯車２３は直径が大きく、第１の傘歯車２２に比べて歯車数が多いので、これらの動力伝達機構は減速手段として作用する。スピンドル２４の上端側はメタル２５によって回転可能にギヤケース２１に軸支され、中央付近にはボールベアリングによる軸受２６によって軸支される。軸受２６はスピンドルカバー２７を介してギヤケース２１に固定される。【００２２】
スピンドル２４の先端には取付ベース２８が設けられ、ワッシャナット３１によって砥石３０等の先端工具が装着される。砥石３０は、例えば直径１００ｍｍのレジノイドフレキシブルトイシ、フレキシブルトイシ、レジノイドトイシ、サンディングディスク等であり、用いる砥粒の種類の選択により金属、合成樹脂、大理石、コンクリートなどの表面研磨、曲面研磨が可能である。砥石３０の後方側の径方向外側及び上側はホイールガード３２にて覆われる。尚、電動工具１に装着される先端工具としては、砥石３０だけに限られず、ベベルワイヤブラシ、不織布ブラシ、ダイヤモンドホイール等のその他の工具を取り付けるようにしても良い。【００２３】
モータ５の回転軸６の後端には、回転方向に磁極が異なる磁性体であるセンサ磁石１８が取り付けられる。センサ磁石１８はロータコア７の回転位置の検出のために取り付けられる薄い円筒形の永久磁石であって、周方向に９０度ずつ隔ててＮＳＮＳ極が順に形成される。センサ磁石１８の後ろ側であってケース４０の内側部分には、回転軸６と垂直方向に配置される略半円形のセンサ基板６８が設けられ、センサ基板６８にはセンサ磁石１８の位置を検出する回転位置検出素子６９が設けられる。回転位置検出素子６９は、回転するセンサ磁石１８の磁界の変化を検出することにより、ロータコア７の回転位置を検出するものであり、回転方向に所定角度毎、ここでは６０°毎に３つ設けられる。【００２４】
略円筒形に形成されるリヤカバー３の内部には、モータ５の回転制御を行う制御部（後述）と、モータ５を駆動させるためのインバータ回路８０と、外部から電源コード３ｂにて供給される交流を直流に変換するための電源回路７０が収容される。本実施例では、これらの回路は共通する回路基板６０に搭載している。回路基板６０は電動工具１の長手方向中心軸（モータ５の回転軸６と同軸）に対して平行になるように配置される。ここでは、基板の表面及び裏面が、前後及び左右方向に延びるように配置される。回路基板６０は、一面が開口部となっている略直方体の容器状のケース４０の内部に配置され、ケース４０はネジ４２ｃ、４２ｄによってモータハウジング２の軸受ホルダ部２０にネジ止めされる。さらに、ケース４０の後端側はネジ４２ｅによってリヤカバー３に固定される。ケース４０の内部は、図示しない液体状の樹脂を硬化させる硬化性樹脂によって全体が固められる。ここでは電動工具１の砥石３０が下になる時（図１の向きの時）に、ケース４０の開口部が下側を向くように配置され、インバータ回路８０に含まれる複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（後述）が、回路基板６０から下側に延びるように配置される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は回路基板６０に近い側の略半分程度が樹脂の内部に位置し、半分程度が樹脂に覆われずに外部に露出する。【００２５】
インバータ回路８０は、コイル１３に大駆動電流を通電する必要があるため、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６として、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のような大容量の出力トランジスタが用いられる。 スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の放熱板に冷却用の金属板が更に取り付けられる。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の後方側には電源回路が設けられる。本実施例の電源回路７０は、外部から供給される商用電源（交流）を直流に変換する整流回路を含んで構成される。電源回路７０は配線の効率性から、リヤカバー３の後端面から外部に伸びるように配線される電源コード３ｂに近い位置、つまりケース４０の後方側に搭載される。【００２６】
インバータ回路８０の隣には、モータ５をオン又はオフさせるためのスイッチ６４が設けられる。図の丸の内部にはスイッチ６４の部分を透視図にて示している。スイッチ６４はプランジャ６４ａと、プランジャ６４ａを押圧するための金属製の板バネ６４ｂを有し、図２にて後述するスイッチ操作部に連動して移動する当接部４ｂが、板バネ６４ｂを変形させることによりスイッチ６４をオンにする。図１ではプランジャ６４ａが押されていない状態を示し、図１の状態から当接部４ｂが前方側に移動するとスイッチ６４がオンになる。【００２７】
図２は図１の後半部分を矢印Ａの方向から見た矢視図であって、ケース４０及び回路基板６０を示す図である。この図ではリヤカバー３をモータハウジング２から取り外した状態を示している。ケース４０の内部に収容される回路基板６０の形状は、ケース４０の内形とほぼ同等の外側輪郭をもって形成される。図では示していないが、回路基板６０は液体状態から硬化させて固める樹脂にて容器内の半分以上の空間が浸漬される。回路基板６０に搭載されるのは、主に、ダイオードブリッジ７２からなる整流回路７１と、電解コンデンサ７６を含む平滑回路から主に構成される電源回路７０と、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含むインバータ回路８０と、インバータ回路８０を制御するものであってマイコン１０１を含む制御部と、制御部用の定電圧の直流を生成する定電圧電源回路（図示せず）である。回路基板６０の入力側には、電動工具１の外部から電源コード３ｂが接続され、商用交流が電源回路７０に入力される。電源コード３ｂは電源コード保持部４３によって固定される。インバータ回路８０の右側にはスイッチ６４が配置される。モータハウジング２の左側側面には、モータ５の回転をオン又はオフするためのスイッチ操作部４が設けられる。スイッチ操作部４は軸方向に移動可能なスイッチバー４ａの前端付近に接続され、モータハウジング２の前後方向に摺動可能とされる。モータハウジング２には突起部２ｂが形成され、スイッチ操作部４の凹部と係合することにより、モータ５のオン状態で保持する、いわゆるオンロック機構が実現される。スイッチバー４ａの後方端部には、スイッチ６４の板バネ６４ｂ（図１参照）を変形させるための当接部４ｂが設けられ、スイッチバー４ａは圧縮バネ４ｃによって後方側（スイッチ６４がオフになる方向）に付勢される。【００２８】
インバータ回路８０は３個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３、Ｑ４〜Ｑ６がそれぞれ軸方向に一列に並ぶように配置される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、半導体素子がセラミック等の略直方体のパッケージに封入され、３本の金属端子がパッケージの下側から延びるものであって、パッケージの背面側には金属製の放熱板が埋め込まれる。この放熱板は面状であって面の広がり方向が、回路基板６０の長手方向（図２では前後方向）と水平かつ直交方向となるようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が配置される。また、パッケージ背面の放熱板には、放熱用の金属板８２がさらに設けられる。通常、ＩＧＢＴのコレクタ端子、ＦＥＴのドレイン端子がパッケージ背面側の放熱板と導通されているので、回路構成上、コレクタ端子又はドレイン端子が共通接続の場合には、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に共通の金属板８２が設けられる。他方、インバータ回路８０の残りの３個のスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６は一列に並ぶように配置され、かつ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３と平行になるように配置される。スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のパッケージ背面の放熱板には、放熱用の金属板が設けられるが、これらのコレクタ端子又はドレイン端子は共通接続ではないため、互いに独立した金属板が設けられる。【００２９】
回路基板６０には更にモータ５の回転制御を行う制御部を構成するマイコン（マイクロコンピュータ）１０１が搭載される。マイコン１０１は、インバータ回路８０を駆動することによりモータ５の起動及び停止と回転速度の制御を行う。回路基板６０には更に、後述する定電圧電源回路が搭載される。これらは回路基板６０上の任意のスペースに搭載することができる。本実施例ではマイコン１０１は、スイッチ６４の後方側に搭載される。回路基板６０の前方側には、３つの回転位置検出素子６９（図１参照）を搭載するセンサ基板６８が、回路基板６０と直交するように配置される。回路基板６０とセンサ基板６８は、仕切り部材５０によって固定される。仕切り部材５０は、回路基板６０をケース４０に保持させるための固定部材と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の間にスイッチング素子同士の短絡を抑制する仕切り板を設けるための区画部材を兼ねるものである。ケース４０の後方側には可変抵抗６６を搭載するスイッチ基板６５が設けられる。スイッチ基板６５はケース４０の容器状の部分から後方側に突出する独立した部分に設けられ、可変抵抗６６の回転軸にはリヤカバー３の後壁面から一部が露出する変速ダイヤル１７が設けられる。【００３０】
次に図３を用いてモータ５の駆動制御系の回路構成を説明する。電源回路７０は整流回路７１と、平滑回路７５により構成される。ここでは整流回路７１をダイオードブリッジ７２により構成した。整流回路７１の出力側であって、インバータ回路８０との間には平滑回路７５が接続される。平滑回路７５は、直流電圧の脈動状態を低減する電解コンデンサ７６と放電用の抵抗７８を含んで構成される。インバータ回路８０は６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含んで構成され、制御部１００から供給されるゲート信号Ｈ１〜Ｈ６によってスイッチング動作が制御される。インバータ回路８０の出力は、モータ５のコイル１３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。整流回路７１の出力側には定電圧電源回路９０が接続される。【００３１】
整流回路７１は入力側が例えば商用交流電源３５に接続され、入力される交流を全波整流し、平滑回路７５へ出力する。平滑回路７５は、整流回路７１によって整流された電流の中に含まれている脈流をできるだけ平滑化してインバータ回路８０へ出力する。電動工具１がディスクグラインダの場合は、他の電動工具（例えばインパクトドライバ等）に比較して大きな出力が必要となることから、電源回路７０から平滑回路７５に入力される電圧値も高く、例えば入力電圧が交流２３０Ｖの場合はピークで約３２４Ｖである。【００３２】
インバータ回路８０は、３相ブリッジ形式に接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含んで構成される。ここで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるが、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いても良い。【００３３】
モータ５のステータコア９の内側では、永久磁石８を有するロータが回転する。ロータの回転軸６には位置検出用のセンサ磁石１８が接続され、センサ磁石１８の位置をホールＩＣ等の回転位置検出素子６９にて検出することにより制御部１００はモータ５の回転位置を検出する。【００３４】
制御部１００は、モータのオン・オフ及び回転制御を行うための手段であって、マイコン１０１（図２参照）を含んで構成される。制御部１００は回路基板６０に搭載され、スイッチ６４のオン操作に伴って入力される起動信号と、変速ダイヤル１７によって設定された可変抵抗６６の出力信号に基づき、モータ５の回転速度を設定し、設定された回転数でモータ５を定速にて回転させるように、コイル１３のＵ、Ｖ、Ｗ相への通電時間と駆動電圧を制御する。制御部１００からの信号（駆動信号Ｈ１〜Ｈ６）は、インバータ回路８０の６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートに接続され、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン・オフ制御のために用いられる。インバータ回路８０の６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレイン又は各ソースは、スター接続されたコイル１３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。一方、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のドレイン端子はモータのＶ相、Ｕ相、Ｗ相の端子にそれぞれ接続される。【００３５】
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御部１００から入力される駆動信号Ｈ１〜Ｈ６に基づきスイッチング動作を行い、商用交流電源３５から整流回路７１及び平滑回路７５を介して供給された直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、モータ５に供給する。モータ５に供給される電流の大きさは、平滑回路７５とインバータ回路８０との間に接続された電流検出抵抗１０２の両端の電圧値を検出することにより制御部１００によって検出される。制御部１００には、モータ５の設定回転に応じた所定の電流閾値が予め設定されており、検出した電流値が閾値を超えると、モータ５の駆動を停止すべく、インバータ回路８０のスイッチング動作を停止させる。これにより、過電流がモータ５に流れることによる焼損等の発生が防止される。【００３６】
定電圧電源回路９０は、整流回路７１の出力側に直接接続され、マイコン等により構成される制御部１００への安定化した基準電圧（低電圧）の直流を供給するための電源回路である。定電圧電源回路９０は、ダイオード９６、平滑用の電解コンデンサ９４、ＩＰＤ回路９１、コンデンサ９３及びレギュレータ９２を含んで構成される。定電圧電源回路９０の各部は、電解コンデンサ９４を除いて図２には図示していないが回路基板６０に搭載される。【００３７】
図４はモータ５に印加される電圧と電流の関係を説明するための図であって、モータ５の目標回転数を設定する回転速度設定手段たる変速ダイヤル１７が、最も回転速度の速い“ダイヤル１”に設定された状態である。横軸は時間（単位ミリ秒）であり、（１）〜（４）の横軸の時間を合わせて図示している。縦軸はスピンドル２４の回転数、ＰＷＭ制御のデューティ比、モータ電圧、モータ電流である。ここではスイッチ６４をオンとしてモータ５が回転し、時間が０から時刻ｔ１の間にモータ５が無負荷状態で回転する。時刻ｔ２にて砥石３０を被研磨材に軽く押しつけることによりモータ５に中程度の負荷がかかり、時刻ｔ２以降はさらに被研磨材への押しつけや被研磨材等の状態により最も高い高負荷状態で回転している状態を示している。尚、モータの起動直後の加速過程の部分は図示していない。また、説明の都合から、無負荷、中負荷、高負荷と段階的に負荷が切り替わったものとして説明している（実際の研削作業においては、砥石を押しつける強さ、被加工材の接触部位の堅さや状態、砥石の種類などで負荷の大きさは刻々と変動する）。ここでいう無負荷回転とは、電動工具に先端工具を取り付けて作業可能な状態でモータ５を回転させ、先端工具を被加工材等に全く接触させていない状態における回転状態である。尚、取り付ける先端工具の種類によっては、無負荷状態の負荷が僅かに異なることもある。【００３８】
図４（１）において、スピンドル回転数１１０は、無負荷時から中負荷時においては９５００ｍｉｎ−１を維持する。この際のデューティ比１２０は、図４（２）に示すように。６８％、８５％である。高負荷時にはデューティ比１２０が１００％とされてモータ５のフルパワー状態であるが、負荷が大きいため例えば８５００ｍｉｎ−１に減少してしまう。平滑回路７５の出力電圧１３０を示すのが図４（３）である。出力電圧１３０はダイオードブリッジ７２により全波整流されるため、入力される交流電圧の周波数の２倍の周波数で脈動する。この際のモータ５に流れる電流波形を示すのが図４（４）である。モータ５に流れる電流値１４０はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより調整される。無負荷回転時にはデューティ比が６８％と低めに設定されるため、その波形のピーク位置を結ぶ線は出力電圧１３０にほぼ対応するような極大値１４０ａ、１４０ｃと極小値１４０ｂ、１４０ｄを有するように変動する。極小値１４０ｂ、１４０ｄにおいてはピーク位置を結ぶ線がゼロになる区間が存在せず、脈動する直流電流の極小時に電流がゼロとならずに、連続的に電流が流れている。ここで、連続的とはＰＷＭ制御のためにスイッチングされる第２の周波数の１サイクル分の期間内での断続状態を無視して、波形のピーク位置を結ぶ線でみた、換言すると第１の周波数を基準としてみた際の状態を指すものである。【００３９】
中負荷時になると、デューティ比がさらに高く設定され、例えば８５％となるため、電流値１４０波形のピーク位置を結ぶ線のピーク位置（矢印１４０ｅ、１４０ｇ）が高くなる。一方、極小値となる部分たる矢印１４０ｆ、１４０ｈでは電流が流れない時間ＴＡが存在するため、モータ５に断続的に電流が流れるように流れるようになる。ここで、断続的とはＰＷＭ制御のためにスイッチングされる第２の周波数の１サイクル分の期間内での断続状態を指すのでは無く、波形のピーク位置を結ぶ線でみた第１の周波数でみた際の状態を指すものである。高負荷時においてはデューティ比が更に高く設定されて１００％になるため、ＰＷＭ制御のオフ期間がなくなる。この際の電流値１４０は、矢印１４０ｉ、１４０ｋのようにピーク値が大きくなり、矢印１４０ｊのように電流の流れない時間ＴＢが長くなる。【００４０】
本実施例ではスイッチング素子に供給される平滑された直流電流が、入力された商用電源の周波数の２倍の周波数で脈動し、この脈動する直流電流の極小時に電流ゼロの区間が存在しないようにスイッチング素子のＰＷＭデューティを低減させた。この結果、無負荷運転時の極小値１４０ｂ、１４０ｄ付近においても電流がゼロになる区間、即ちＰＷＭ制御の周波数（第２の周波数）の１サイクル分以上のゼロ電流区間が存在せずに、電流の実効値をゼロ以上に維持することができた。この制御により、モータ５の駆動力が失われることがないので、歯車同士が離れたり接触したりを繰り返すこと無く、接触状態を維持したまま回転を続けることができ、歯車があたる音の発生を防止できる。尚、中負荷時や高負荷時においては極小値１４０ｆ、１４０ｈ、１４０ｊのように電流がゼロになる区間（時間ＴＡ、ＴＢ）が存在するが、先端工具に負荷がかかった状態でモータ５を駆動する場合には、先端工具と相手材との間で発生する騒音が動力伝達機構から発生する騒音よりも大きくなることが一般的であり、このときに動力伝達機構から発生する騒音は作業者によって大きな違和感を覚えるものではない。【００４１】
図５はモータ５の電流制御の手順を示すフローチャートである。図５に示す一連の手順は、制御部１００のマイコン１０１にあらかじめ格納されたプログラムによってソフトウェア的に実行可能である。作業者がスイッチバー４ａをオンにすることにより図４の手順の制御が開始される。最初にマイコン１０１は、変速ダイヤル１７の設定位置を読み取る（ステップ１５１）。次に、マイコン１０１は変速ダイヤル１７に対応するモータ５の目標回転数を決定する（ステップ１５２）。図６は変速ダイヤル１７のダイヤル設定値１９１と、スピンドル２４の設定回転数１９２と、無負荷回転時のデューティ比１９３との関係を示す図である。電動工具１においては、ダイヤル設定値１９１に対応する設定回転数１９２となるようにモータ５の定速度制御を行う。ここではダイヤル１〜６に対応して、スピンドル２４の設定回転数１９２を２８００ｍｉｎ−１から９５００ｍｉｎ−１に設定される。これらダイヤル設定値１９１と設定回転数１９２との関係は、予めマイコン１０１の不揮発性メモリ領域に登録しておくと良い。【００４２】
図５に戻り、ステップ１５２において目標回転数が決定されると、マイコン１０１はモータ５を始動する（ステップ１５３）。モータ５の始動は予め決められた制御手順に従ってモータをソフトスタートさせるとよい。次に、マイコン１０１は回転位置検出素子６９の出力からモータ５の回転数を測定し（ステップ１５４）、モータ５の回転数が目標回転数に到達又は維持されているかを判定する（ステップ１５５）。マイコン１０１は、ステップ１５５にて目標回転数でない場合であってモータの回転数が低い場合は設定されているデューティ比を増加させ、モータの回転数が低い場合は設定されているデューティ比を増加させるようにしてデューティ比を変更してステップ１５４に戻る（ステップ１５６）。ステップ１５５にてもモータ５の回転数が目標回転数にあるときは、マイコン１０１はスイッチ６４がオフになったかどうかを検出し（ステップ１５７）、オフになっていない場合はステップ１５４に戻り、オフになったらモータ５の回転を停止して処理を終了する（ステップ１５８）。【００４３】
図５のフローチャートで説明したように、モータ５を起動して徐々にＰＷＭのデューティ比を上昇させて目標回転数に到達させる。そしてその目標回転数を維持するように定速制御を行うが、この目標回転数に到達した際のデューティ比が“ダイヤル６”の時はおおよそ６８％、“ダイヤル１”の時はおおよそ１０％となるということである。よって”ダイヤル６”の状態で、無負荷運転を続ける場合はデューティ比が６８％でほぼ一定となる。【００４４】
図７は変速ダイヤル１７の設定値ごとの負荷の大きさと設定されるデューティ比との関係を示す図である。横軸がモータ５に掛かる負荷の大きさであり、縦軸がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＰＷＭ制御のデューティ比である。本実施例の電動工具１において変速ダイヤル１７は、設定値が１から６までの６段階に設定可能であり、それぞれの設定値におけるスピンドル２４の回転数が２８００〜９５００ｒｐｍにまで変化するように、モータ５に供給される電圧の大きさを設定する。そして先端工具に掛かる負荷が無負荷状態から徐々に増加して、モータの回転数が下がりそうになったら、マイコン１０１による定速度制御により目標回転数を維持するためにデューティ比を増加させるように制御する。【００４５】
無負荷運転、即ち砥石３０を何にも接触させていない状態で回転させた場合のデューティ比１６１〜１６６は黒丸のとおりとなり、その状態から被加工材に砥石３０を押し当てて作業を開始すると負荷が増大するため制御部１００はデューティ比１６１〜１６６を増加させて設定回転数１９２（図６参照）を保つように制御する。例えば、“ダイヤル５”においては、無負荷回転時には矢印１６５ａのデューティ比、即ち４７％であるが、負荷が上昇するにつれてデューティ比を増加されて、矢印１６５ｂの時点で第一の閾値Ｄ１を越え、矢印１６５ｃに示す１００％の位置までは増加する。デューティ比が１００％になるとそれ以上は増加させることができないため、１００％を保ったままで回転される。尚、ダイヤル１〜２のような低速回転モードでは、無負荷時のデューティ比１６１、１６２から負荷の上昇に伴いデューティ比１６１、１６２を増加させるが１００％まで上昇させなくても設定回転数を維持することができる。【００４６】
本実施例では、ダイヤル１から６のいずれにおいても無負荷回転時のデューティ比１６１〜１６６が第一の閾値（第一のデューティ比）Ｄ１よりも低くなるように設定した。無負荷回転時のデューティ比が第一の閾値Ｄ１よりも低ければ、電流値の極小値付近において電流がゼロになる区間（例えば図４（４）の時間ＴＡ、ＴＢのような区間）が発生しないので、音の問題が発生することがない。このデューティ比がＤ１未満の領域が動力伝達機構からギヤ音のならない範囲１７１であり、デューティ比がＤ１以上の領域が、動力伝達機構からギヤ音のなる範囲１７２である。本実施例の制御は、モータ５の特性（巻き線の巻数等）を従来から変更するとともに、マイコン１０１によるＰＷＭ制御のパラメータを変更することにより容易に実現できるので、本実施例の実現のためのコスト上昇がほとんど無く、安価な電動工具を提供することができる。尚、無負荷回転時に電流の極小値がゼロになる最低デューティ比たる第一の閾値Ｄ１は、商用交流電源の電圧、平滑回路のコンデンサの大きさ、使用するモータや動力伝達機構の特性、先端工具の種類により変動するので、電動工具の設計時点で第一の閾値Ｄ１を求めて、黒丸で示すデューティ比がすべて第一の閾値Ｄ１よりも小さくなるように設定すれば良い。【００４７】
図７における点線の丸印１８１〜１８６は従来の電動工具における無負荷回転時のデューティ比の一例である。従来の電動工具の制御の考え方は、モータの巻き線を多く巻くことでモータの出力を上げて、デューティ比の高い領域だけで制御するようにしていた。そのため、無負荷回転時のデューティ比がすでに第一の閾値Ｄ１よりも高い値になっていた。そこで本実施例では、モータの巻き線を少なくして回転数を従来よりも早くなるようにして、それに応じて減速機構の減速比を従来よりも大きく取るようにした。逆の言い方をすれば、従来用いていたモータよりもさらに高出力のモータを用いて、デューティ比を低くした状態で稼働させるようにした。このようにして無負荷時において平滑された直流電圧が極大値の付近にある期間と、平滑された直流電圧が極小値の付近にある期間の両方の期間にわたって、ＰＷＭ制御のデューティ比を１００％よりも小さい第１の閾値Ｄ１未満に制限するように構成したので、無負荷回転時にスムーズかつ低騒音で回転する電動工具を実現することができた。【００４８】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では電動工具の例としてディスクグラインダを用いて説明したが、ディスクグラインダだけに限られずに、動力源にスイッチング素子で回転制御されるモータを用いて、動力伝達機構にギヤを有する任意の工具に適用できる。また、工具の種類は砥石だけに限られずに、ドリル刃を用いたドリル、鋸歯を用いた丸鋸や電動チェンソー、刈払い刃を用いた刈払機、往復動する刃を用いたヘッジトリマ等、工具を対象物に押し当てていないでモータを回転させる無負荷回転状態を有する任意の工具に同様に適用できる。さらに、モータ５の回転数を設定する設定部は、速度設定ダイヤルだけに限られずに、引き量に応じてモータの回転速度が変更する可変スイッチを用いたトリガ機構を用いても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１…電動工具、２…モータハウジング、２ｂ…突起部、３…リヤカバー、３ａ…吸入口、３ｂ…電源コード、４…スイッチ操作部、４ａ…スイッチバー、４ｂ…当接部、４ｃ…圧縮バネ、５…モータ、６…回転軸、７…ロータコア、８…永久磁石、９…ステータコア、１１，１２…インシュレータ、１３…コイル、１４ａ，１４ｂ…軸受、１５…冷却ファン、１６…ファンカバー、１７…変速ダイヤル、１８…センサ磁石、２０…軸受ホルダ部、２１…ギヤケース、２１ｂ，２１ｃ…貫通穴、２２，２３…傘歯車、２４…スピンドル、２５…メタル、２６…軸受、２７…スピンドルカバー、２８…取付ベース、３０…砥石、３１…ワッシャナット、３２…ホイールガード、３５…商用交流電源、４０…ケース、４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ…ネジ、４３…電源コード保持部、５０…仕切り部材、６０…回路基板、６４…スイッチ、６４ａ…プランジャ、６４ｂ…板バネ、６５…スイッチ基板、６６…可変抵抗、６８…センサ基板、６９…回転位置検出素子、７０…電源回路、７１…整流回路、７２…ダイオードブリッジ、７５…平滑回路、７６…電解コンデンサ、７８…抵抗、８０…インバータ回路、８２…金属板、９０…定電圧電源回路、９１…ＩＰＤ回路、９２…レギュレータ、９３…コンデンサ、９４…電解コンデンサ、９６…ダイオード、１００…制御部、１０１…マイコン（マイクロコンピュータ）、１０２…電流検出抵抗、１１０…スピンドル回転数、１２０…デューティ比、１３０…出力電圧、１４０…電流値、１９１…ダイヤル設定値、１９２…設定回転数、１９３…デューティ比、Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子、ＴＡ，ＴＢ…（電流が流れない）時間、Ｄ１…第一の閾値（第一のデューティ比） 
【図１】
2017154523.tif 000003
【図２】
2017154523.tif 000004
【図３】
2017154523.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017154523.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月6日(2017.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から供給される交流電圧を脈動する直流電圧へと整流する整流回路と、
脈動する直流電圧の脈動状態を低減する平滑コンデンサを有する平滑回路と、
平滑された直流電圧をモータに供給する回路と、
前記モータの駆動力を先端工具に伝達する動力伝達機構と、を備えた電動工具において、
前記先端工具に負荷がかからない状態で前記モータを駆動した場合には、前記モータに連続的に電流が流れ、前記先端工具に負荷がかかった状態で前記先端工具にかかる負荷が増加すると、前記モータに流れる電流が断続的になるように構成したことを特徴とする電動工具。
【請求項２】
商用電源から供給される交流電圧を脈動する直流電圧へと整流する整流回路と、
脈動する直流電圧の脈動状態を低減する平滑コンデンサを有する平滑回路と、
平滑された直流電圧をモータに供給する回路と、
前記モータの駆動力を先端工具に伝達する動力伝達機構と、を備え、前記先端工具を対象物に押し当てながら作業をおこなう電動工具において、
前記先端工具を対象物に押し当てない状態で前記モータを駆動した場合には前記モータに連続的に電流が流れ、前記先端工具を対象物に押し当てて前記先端工具に加わる負荷が増加すると、前記モータに流れる電流が断続的になるように構成したことを特徴とする電動工具。
【請求項３】
前記動力伝達機構は、複数の歯車を用いた減速機構を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項４】
前記平滑回路と前記モータとの間に設けられ、前記モータに供給する電圧を制御するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を駆動して前記モータの回転を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記先端工具に負荷がかからない状態で前記モータを回転させた場合に、前記スイッチング素子に供給される平滑された直流電流が、入力された商用電源の周波数の２倍の周波数で脈動し、この脈動する直流電流の極小時に電流ゼロの区間が存在しないように前記スイッチング素子のＰＷＭデューティを低減させたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項５】
前記スイッチング素子を複数用いてインバータ回路を構成し、該インバータ回路を前記平滑回路と前記モータとの間に設け、
前記制御部は前記モータの無負荷回転時において、前記インバータ回路のＰＷＭデューティを制御することによって前記交流電圧の変動に同期するように極大値と極小値の間で繰り返し変動する前記直流電流の極小値の実効値をゼロ以上に維持することを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
【請求項６】
前記制御部に接続され前記モータの回転速度を設定するための回転速度設定手段を設け、
前記回転速度設定手段によりいずれの回転速度を設定しても、無負荷回転時においては前記直流電流の極小値の実効値がゼロ以上に維持されることを特徴とする請求項４又は５に記載の電動工具。
【請求項７】
前記先端工具によって被加工材に対する作業が行われている負荷時の直流電流の実効値の極小値がゼロになる区間が存在する程度に前記平滑コンデンサの容量を設定したことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電動工具。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
中負荷時になると、デューティ比がさらに高く設定され、例えば８５％となるため、電流値１４０波形のピーク位置を結ぶ線のピーク位置（矢印１４０ｅ、１４０ｇ）が高くなる。一方、極小値となる部分たる矢印１４０ｆ、１４０ｈでは電流が流れない時間ＴＡが存在するため、モータ５に断続的に電流が流れるようになる。ここで、断続的とはＰＷＭ制御のためにスイッチングされる第２の周波数の１サイクル分の期間内での断続状態を指すのでは無く、波形のピーク位置を結ぶ線でみた第１の周波数でみた際の状態を指すものである。高負荷時においてはデューティ比が更に高く設定されて１００％になるため、ＰＷＭ制御のオフ期間がなくなる。この際の電流値１４０は、矢印１４０ｉ、１４０ｋのようにピーク値が大きくなり、矢印１４０ｊのように電流の流れない時間ＴＢが長くなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
図７における点線の丸印１８１〜１８６は従来の電動工具における無負荷回転時のデューティ比の一例である。従来の電動工具の制御の考え方は、モータの巻き線を多く巻くことでモータの出力を上げて、デューティ比の高い領域だけで制御するようにしていた。そのため、無負荷回転時のデューティ比がすでに第一の閾値Ｄ１よりも高い値になっていた。そこで本実施例では、モータの巻き線を少なくして回転数を従来よりも高くなるようにして、それに応じて減速機構の減速比を従来よりも大きく取るようにした。逆の言い方をすれば、従来用いていたモータよりもさらに高出力のモータを用いて、デューティ比を低くした状態で稼働させるようにした。このようにして無負荷時において平滑された直流電圧が極大値の付近にある期間と、平滑された直流電圧が極小値の付近にある期間の両方の期間にわたって、ＰＷＭ制御のデューティ比を１００％よりも小さい第１の閾値Ｄ１未満に制限するように構成したので、無負荷回転時にスムーズかつ低騒音で回転する電動工具を実現することができた。
【国際調査報告】
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