(57)【要約】  電池とＤＣブラシレスモータを用いた電動工具のための制御装置であって、前記ＤＣブラシレスモータに流れる瞬時電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流の平均値又は実効値を計算する電流計算部と、前記電流計算部の結果を検出値として利用する電流制御部と、前記電流制御部の目標値を生成する速度制御部を備え、前記速度制御部の出力段に、前記電流制御部の目標値を制限するリミッタを備える。
2018230142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池とＤＣブラシレスモータを用いた電動工具のための制御装置であって、
前記ＤＣブラシレスモータに流れる瞬時電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流の平均値又は実効値を計算する電流計算部と、
前記電流計算部の結果を検出値として利用する電流制御部と、
前記電流制御部の目標値を生成する速度制御部を備え、
前記速度制御部の出力段に、前記電流制御部の目標値を制限するリミッタを備えたことを特徴とする電動工具の制御装置。
【請求項２】
電池とＤＣブラシレスモータを用いた電動工具のための制御方法であって、
前記ＤＣブラシレスモータに流れる瞬時電流を検出する電流検出ステップと、
前記電流検出ステップにより検出された電流の平均値又は実効値を計算する電流計算ステップと、
前記電流計算ステップの結果を検出値として利用する電流制御ステップと、
前記電流制御ステップの目標値を生成する速度制御ステップと、
前記速度制御ステップの出力段に設けたリミッタが、前記電流制御ステップの目標値を制限するステップとを含むことを特徴とする電動工具の制御方法。
【請求項３】
電池とＤＣブラシレスモータを用いた電動工具であって、
請求項１に記載の電動工具の制御装置を備え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】
本開示は、例えばＤＣブラシレスモータを用いた電動工具の制御装置及び制御方法、並びに電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動工具において、ＤＣブラシレスモータが多く用いられる。
このＤＣブラシレスモータは、従来のＤＣモータと比較して、ブラシ交換が不要で長寿命であるが、ブラシの代わりにスイッチング素子を用いており、モーターロック時や過負荷時等に流れる大電流から電池とスイッチング素子の両方を保護する必要がある。【０００３】
その課題解決手法の一例として、特許文献１では、ひとつの電流検出回路にカットオフ周波数の違う２つのフィルタを設けて、電池（平均電流）とスイッチング素子（瞬時電流）の両方を保護する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８１４０６５号公報
【特許文献２】特開平４−３６８４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、電池とスイッチング素子の過電流保護はできても、電動工具自体の制御性改善には繋がらない。また、電動工具の使用継続性の観点からは、過電流を検知する以前の段階で、過電流に至らない制御を行うことが重要になる。【０００６】
本開示の目的は以上の問題点を解決し、過電流を検知する以前の段階で、過電流に至らない制御を行うことができる電動工具の制御装置及び制御方法、並びに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】
【０００７】
本開示の第１の態様にかかる電動工具の制御装置は、電池とＤＣブラシレスモータを用いた電動工具のための制御装置であって、
前記ＤＣブラシレスモータに流れる瞬時電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流の平均値又は実効値を計算する電流計算部と、
前記電流計算部の結果を検出値として利用する電流制御部と、
前記電流制御部の目標値を生成する速度制御部を備え、
前記速度制御部の出力段に、前記電流制御部の目標値を制限するリミッタを備えたことを特徴とする。【０００８】
本開示の第２の態様にかかる電動工具の制御方法は、電池とＤＣブラシレスモータを用いた電動工具のための制御方法であって、
前記ＤＣブラシレスモータに流れる瞬時電流を検出する電流検出ステップと、
前記電流検出部により検出された電流の平均値又は実効値を計算する電流計算ステップと、
前記電流計算ステップの結果を検出値として利用する電流制御ステップと、
前記電流制御ステップの目標値を生成する速度制御ステップと、
前記速度制御ステップの出力段に設けたリミッタが、前記電流制御ステップの目標値を制限するステップとを含むことを特徴とする。【０００９】
本開示の第３の態様にかかる電動工具は、
電池とＤＣブラシレスモータを用いた電動工具であって、
前記電動工具の制御装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の制御装置及び制御方法等によれば、ひとつの電流検出部で、電池とスイッチング素子および回路の過電流保護が可能になると共に、過電流保護が動作する前に電流制御のリミッタが働くため過電流が事前に予防できる。またそれに加えて、電流制御部を速度制御部のマイナーループとすることで、電動工具全体の制御性能の向上が図れると共に、過電流を検知する以前の段階で、過電流に至らない制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態にかかる電動工具の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本開示の一実施形態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、実施形態にかかる電動工具は、例えばＤＣブラシレスモータ（以下、モータという）１と、ＰＷＭインバータ回路２と、ギア３と、チャック４と、充電池５と、キャパシタ６と、電流検出抵抗７と、モータ制御装置１０とを備えて構成する。ここで、モータ制御装置１０は、電流検出部１１と、電流計算部１２と、過電流検出部５１と、速度制御部５２と、電流制御部５３と、ゲート制御部２０とを備えて構成する。
【００１３】
本実施形態にかかるモータ制御装置１０は、ＰＷＭインバータ回路２に供給される電流の瞬時電流と平均電流を検出して、スイッチング素子と回路および電池の保護を行うと同時に、その検出した平均電流を制御し、その電流制御器である速度制御部５２の出力段にその目標値を制限する電流リミッタ２４を設けることで、過電流を事前に予防することを特徴とする。また加えて、電流制御部５３の手前に速度制御部５２を配置し、電流制御を速度制御のマイナーループとすることで、電動工具の速度制御の速応度と安定度を向上させる。
【００１４】
図１において、充電池５からのＤＣ電圧はキャパシタ６及び電流検出抵抗７を介してＰＷＭインバータ回路２に供給される。ＰＷＭインバータ回路２は、供給されるＤＣ電圧を、ゲート制御部２０からの６個のゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６で変調し、交流の電圧に変換してモータ１に出力する。ここで、モータ１の回転はギア３を介して電動工具のチャック４に対して伝達される。ゲート制御部２０は、モータ１に設けられたホール素子４１〜４３からのモータ回転位置信号と、電流制御部５３からのＰＷＭ信号、および、過電流検出部５１からのゲートブロック信号に基づいて、速度検出値とゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６を生成する。
【００１５】
電流検出抵抗７で検出された電圧は電流検出部１１に出力され、電流検出部１１は当該電圧を、対応する電流値に変換して比較器１３の非反転入力端子及び電流計算部１２に出力する。電流計算部１２では、例えば、加算器を用いてその電流値を所定期間加算し、その平均値を計算して、減算器２５に出力する。なお、電流計算部１２は所定期間の電流平均値に代えて、所定期間の電流実効値等を計算してもよい。
【００１６】
過電流検出部５１は、比較器１３と、最大電流信号発生器１４とを備えて構成する。比較器１３は、電流検出部１１からの瞬時電流信号と、最大電流信号発生器１４からの最大電流値を示す最大電流信号とを比較し、その比較結果からゲートブロック信号を発生させて、ゲート制御部２０に出力する。ゲート制御部２０は、瞬時電流が最大電流値を超える場合、ＰＷＭインバータ回路２の駆動を直ちに停止させ、スイッチング素子を保護する。
【００１７】
速度制御部５２は、絶対値演算器３０と、速度目標値発生器２１と、減算器２２と、モータ速度に対して比例積分制御を行うＰＩ制御器２３と、電流リミッタ２４とを備えて構成する。絶対値演算器３０は、ゲート制御部２０からの速度検出値の絶対値を演算して減算器２２に出力する。減算器２２は、速度目標値発生器２１からの速度目標値から速度検出値の絶対値を減算し、その減算結果をＰＩ制御器２３に出力する。ＰＩ制御器２３は、入力される減算結果に基づいて、モータ速度に対して比例積分制御を行って、その制御のための電流目標値を、電流リミッタ２４を介して減算器２５に出力する。ここで、電流リミッタ２４は、速度目標値に対応する電流目標値を所定値以内に制限することで、過電流を事前に予防し、回路および電池を保護する。
【００１８】
電流制御部５３は、減算器２５と、ＰＩ制御器２６と、リミッタ２７と、比較器２８と、三角波発生器２９とを備えて構成する。減算器２５は、電流目標値を示す電流目標値信号から電流計算部１２からの平均電流信号を減算することで、減算結果の電流制御値の信号をＰＩ制御器２６に出力する。ＰＩ制御器２６は、電流制御値に対して比例積分制御を行って、その制御信号をリミッタ２７を介して比較器２８の非反転入力端子に出力する。ここで、リミッタ２７は、比較器２８が出力するＰＷＭ信号の振幅値を所定値以内に制御する。比較器２８は、リミッタ２７からの制御信号と、三角波発生器２９からの三角波とを比較することで、モータ１をＰＷＭ変調で駆動するためのＰＷＭ信号を発生してゲート制御部２０に出力する。
【００１９】
ゲート制御部２０は、ＰＷＭ信号とゲートブロック信号に基づいて、６個のゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６を発生してＰＷＭインバータ回路２に出力することでＰＷＭインバータ回路２の動作を制御する。
【００２０】
以上のように構成された実施形態にかかる電動工具の制御装置１０においては、１個の電流検出部１１で、ＰＷＭインバータ回路２内のスイッチング素子と回路および電池５の過電流保護が可能になる。加えて、過電流保護が動作する前に電流制御の電流リミッタ２４が働くため過電流が事前に予防できる。またそれに加えて、ＰＷＭ信号を発生する電流制御部５３に対して、電流目標値を速度制御部５２から与えて速度制御部５２のマイナーループとすることで、電動工具自体の制御性能の向上が図れるという特有の効果を有する。
【００２１】
以上の実施形態においては、例えばドリルドライバの回転式電動工具について説明しているが、本開示はこれに限らず、インパクト式電動工具にも適用することができる。
【００２２】
以上の実施形態においては、二次電池である充電池５を備えているが、本開示はこれに限らず、一次電池など他の種類の電池であってもよい。
【００２３】
以上の実施形態においては、モータ制御装置１０は、ハードウェアを主体に構成されたものであっても、ソフトウェアを主体に構成されたものであってもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１  モータ
２  ＰＷＭインバータ回路
３  ギア
４  チャック
５  充電池
６  キャパシタ
７  電流検出抵抗
１０  モータ制御装置
１１  電流検出部
１２  電流計算部
１３  比較器
１４  最大電流信号発生器
２０  ゲート制御部
２１  速度目標値発生器
２２  減算器
２３  ＰＩ制御器
２４  電流リミッタ
２５  減算器
２６  ＰＩ制御器
２７  リミッタ
２８  比較器
２９  三角波発生器
３０  絶対値演算器
４１〜４３  ホール素子
５１  過電流検出部
５２  速度制御部
５３  電流制御部
【図１】
2018230142.tif 000003
【国際調査報告】
2018230142.tif 000004
2018230142.tif 000005