(57)【要約】【課題】例えば、電動工具等のモータを有する電力消費体の開発プロセスを簡素化することが可能な電力消費体およびこれを備えた制御システムを提供する。【解決手段】電動工具１０は、モータ１１１と、トリガスイッチ１２１と、センサ回路１２２と、ログ出力部１４とを備えている。トリガスイッチ１２１は、操作者によって操作され操作量に応じてモータ１１１の出力を調整する。センサ回路１２２は、モータ１１１の制御に関する値を検出する。ログ出力部１４は、モータ１１１の駆動に関する目標値、モータの出力値およびセンサの値を含むログデータを出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
操作者によって操作され、操作量に応じて前記モータの出力を調整するトリガスイッチと、
前記モータの制御に関する値を検出するセンサと、
前記モータの駆動に関する目標値、前記モータの出力値および前記センサの値を含むログデータを出力するログ出力部と、
を備えている電力消費体。
【請求項２】
前記目標値は、前記モータの回転速度、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御におけるＯＮデューティ比、前記トリガスイッチの操作量、リミット値を含む、
請求項１に記載の電力消費体。
【請求項３】
前記センサは、前記トリガスイッチの操作量を検出するセンサ、前記モータに印加される電圧を検出する電圧センサ、前記モータに流れる電流を検出する電流センサ、前記モータの温度を検出する温度センサを含む、
請求項１または２に記載の電力消費体。
【請求項４】
前記ログ出力部から出力された前記データに基づいて設定された制約条件のもとで、フィードバック制御を行うフィードバック制御部を、さらに備えている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の電力消費体。
【請求項５】
前記モータは、ブラシレスモータである、
請求項１から４のいずれか１項に記載の電力消費体。
【請求項６】
電動工具、園芸工具、モビリティ、ロボット、ドローンのいずれかである、
請求項１から５のいずれか１項に記載の電力消費体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の電力消費体と、
前記ログ出力部から出力された前記データを保存する記憶部と、
前記データに基づく情報を表示する表示部と、
を備えた制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電動工具等のようなモータを有する電力消費体およびこれを備えた制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
作業現場や工場において、ドリルやドライバなどの先端工具をモータによって回転駆動して所望の作業を行う電動工具が広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
このような電動工具では、トリガの引き量に応じた回転数制御の方法や過負荷時のリミット条件等は、シミュレーション、プログラミングおよび実機テストという大掛かりなプロセスを繰り返すことで、決定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６１０７３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電動工具では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示された電動工具では、シミュレーションに使用するモータ条件や負荷条件を決め切ることが難しく、現場の実態を読み切れない割に、評価期間と評価コストが大きくかかるという課題があった。
本発明の課題は、例えば、電動工具等のモータを有する電力消費体の開発プロセスを簡素化することが可能な電力消費体およびこれを備えた制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明に係る電力消費体は、モータと、トリガスイッチと、センサと、ログ出力部と、を備えている。トリガスイッチは、操作者によって操作され操作量に応じてモータの出力を調整する。センサは、モータの制御に関する値を検出する。ログ出力部は、モータの駆動に関する目標値、モータの出力値およびセンサの値を含むログデータを出力する。
例えば、電力消費体として電動工具を用いた場合、電動工具の開発設計者等は、トリガの引き量に応じた回転数制御の方法や、過負荷時のリミット条件等を、シミュレーション、プログラミングおよび実機テストという大掛かりなプロセスを繰り返して決定していたため、負担が大きかった。
【０００６】
そこで、本発明の電力消費体では、このような開発プロセスを簡素化して開発設計者の負荷を軽減するために、目標値、出力値およびセンサの値を含むデータをログとして、外部端末等へ出力する。
これにより、開発設計者等は、例えば、電力消費体から出力されたデータを用いてフィードバック制御を行って制約条件等を決定し、製品を作り込んでいくことができる。よって、従来のシミュレーション、プログラミング、実機テストを繰り返す方法と比較して、開発プロセスを簡素化して、開発設計者等の負担を軽減することができる。
【０００７】
具体的には、例えば、電動工具等の作業現場で出力されたログデータを確認することで、その場で制約条件が適切であるか否かを判断し、必要に応じて制約条件を変更することができる。これにより、従来実施されていたシミュレーションとプログラミングの工程を省いて、開発を進めることができる。
さらに、最適な制御則をリアルタイムに解析して選択することができる。
【０００８】
よって、ログ出力部から出力されたログデータを用いて、開発プロセスに有効に活用することができる。
なお、電力消費体としては、例えば、上述した電動工具、園芸工具、モビリティ、ロボット、およびドローン等を挙げることができる。
また、ログデータが出力される外部端末としては、例えば、ＰＣ（Personal Computer）、タブレット端末、スマートフォン等が含まれる。
【０００９】
第２の発明に係る電力消費体は、第１の発明に係る電力消費体であって、目標値は、モータの回転速度、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御におけるＯＮデューティ比、トリガスイッチの操作量、リミット値を含む。
これにより、上記モータの回転速度、ＯＮデューティ比等を含む各種目標値をログデータとして出力することで、開発プロセスを簡素化して、開発設計者等の負担を軽減することができる。
【００１０】
第３の発明に係る電力消費体は、第１または第２の発明に係る電力消費体であって、センサは、トリガスイッチの操作量を検出するセンサ、モータに印加される電圧を検出する電圧センサ、モータに流れる電流を検出する電流センサ、モータの温度を検出する温度センサを含む。
これにより、トリガスイッチの操作量を検出するセンサ、モータの電圧センサ、電流センサ、温度センサ等における検出結果をログデータとして出力することができる。
【００１１】
この結果、これらのログデータを用いて、例えば、電力消費体のフィードバック制御を実施することで、電力消費体の開発プロセスを従来よりも簡素化して、開発設計者の負荷を軽減することができる。
第４の発明に係る電力消費体は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る電力消費体であって、ログ出力部から出力されたデータに基づいて設定された制約条件のもとで、フィードバック制御を行うフィードバック制御部を、さらに備えている。
【００１２】
これにより、例えば、ログ出力部から出力されたログデータに基づいてＰＣやスマートフォン等の外部端末等において設定された制約条件を受信し、その制約条件のもとで、モータのフィードバック制御を実施することができる。
この結果、電力消費体の開発プロセスを従来よりも簡素化して、開発設計者の負荷を軽減することができる。
【００１３】
第５の発明に係る電力消費体は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る電力消費体であって、モータは、ブラシレスモータである。
これにより、長寿命で小型化が可能であり高出力、高効率という特徴を持つブラシレスモータを備えた電力消費体の開発プロセスを簡素化して、開発設計者の負荷を軽減することができる。
【００１４】
第６の発明に係る電力消費体は、第１から第５の発明のいずれか１つに係る電力消費体であって、電動工具、園芸工具、モビリティ、ロボット、ドローンのいずれかである。
これにより、電動工具、園芸工具等のモータを搭載した各種装置（電力消費体）の開発プロセスを従来よりも簡素化して、開発設計者の負荷を軽減することができる。
第７の発明に係る制御システムは、第１から第６の発明のいずれか１つに係る電力消費体と、ログ出力部から出力されたデータを保存する記憶部と、データに基づく情報を表示する表示部と、を備えている。
【００１５】
これにより、電力消費体のログ出力部から出力されたログデータを記憶部に保存するとともに、保存されたログデータを表示部に表示させることで、例えば、開発設計者は、表示部に表示されたデータやグラフ等を見ながら、より適切な制約条件等を設定することができる。
この結果、電力消費体の開発プロセスを従来よりも簡素化して、開発設計者の負荷を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る電力消費体によれば、例えば、電動工具等のモータを有する電力消費体の開発プロセスを簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動工具と外部端末とを含む電動工具の制御システムの構成を示す制御ブロック図。
【図２】図１の外部端末の表示部の表示画面に表示される設定画面を示す図。
【図３】図１の外部端末の表示部の表示画面に表示されるグラフを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る電動工具（電力消費体）１０およびこれを備えた制御システム１００について、図１〜図３を用いて説明すれば以下の通りである。
（制御システム１００の概要）
図１は、本発明に係る実施の形態における制御システム１００の構成を示すブロック図である。
【００１９】
本発明に係る実施の形態における制御システム１００は、図１に示すように、電動工具１０と、外部端末２０と、を備えている。電動工具１０は、ドリルビットやドライバービットなどの先端工具をモータによって回転駆動して所望の作業を行うインパクト工具などである。外部端末２０は、例えば、電動工具１０に搭載されたモータ１１１の駆動に関する制御値のログデータを表示し、制御値の閾値を設定する。
【００２０】
なお、制御値は、例えば、モータの回転速度、モータのＰＷＭ制御におけるＯＮデューティ比、電動工具のトリガ引き量、バッテリ電圧、モータ電流、モータ温度、ＦＥＴ（field effect transistor）温度、電流比等である。
（電動工具１０）
電動工具１０は、モータ１１１を搭載した電力消費体の一種であって、図１に示すように、機構部１１と、入力部１２と、制御部１３と、ログ出力部１４と、電源部１５とを備えている。
【００２１】
機構部１１は、ドリルやドライバなどの先端工具を駆動する。
入力部１２は、電動工具１０に設けられた各種センサによって検出された値を、制御部１３へと送信する。
制御部１３は、入力部１２からの入力情報などに基づいて機構部１１の駆動の制御を行う。
【００２２】
ログ出力部１４は、駆動時における制御値のログデータを外部端末２０に送信する。
電源部１５は、機構部１１、入力部１２、制御部１３およびログ出力部１４に対して、電力を供給する。
（機構部１１）
機構部１１は、図１に示すように、モータ１１１と、減速機１１２と、出力部１１３と、位置検出部１１４と、を有する。
【００２３】
モータ１１１は、制御部１３からの指示に基づいて回転駆動される。モータ１１１としては、例えば、三相ＤＣブラシレスモータを用いることができる。
減速機１１２は、ギア機構などによって構成されており、モータ１１１のトルクを増幅する。減速機１１２とモータ１１１との間は、回転の同期がとられており、モータ１１１の回転を減速して出力部１１３へと伝達する。
【００２４】
出力部１１３は、例えば、ドリルビット等であり、穴あけ、研磨などの目的に応じてモータ１１１の出力を機械的な仕事に変換する。減速機１１２と出力部１１３との間は、回転の同期が取られており、モータ１１１の回転を出力する。
位置検出部１１４は、ホールＩＣに代表される磁気センサ等である。位置検出部１１４は、モータ１１１の回転角度位置を検出し、制御部１３へ送信する。位置検出部１１４は、センサを用いない構成であってもよく、電流を検出することによりモータ１１１の回転角度位置を検出する。位置検出部１１４とモータ１１１の間において回転の同期がとられている。
【００２５】
（入力部１２）
入力部１２は、図１に示すように、トリガスイッチ１２１と、センサ回路１２２と、を有する。
トリガスイッチ１２１は、アナログスイッチであって、電動工具１０の持ち手部分に設けられたトリガ（図示せず）の引き量（操作量）に応じてモータ１１１の出力を調整する。
【００２６】
センサ回路１２２は、入力されたトリガの引き量を、制御部１３へと出力する。センサ回路１２２は、引き量センサ１２２ａと、電圧センサ１２２ｂと、電流センサ１２２ｃと、トルクセンサ１２２ｄと、第１温度センサ１２２ｅと、第２温度センサ１２２ｆと、加速度センサ１２２ｇと、角速度センサ１２２ｈとを含む。
引き量センサ１２２ａは、トリガスイッチ１２１の引き量（操作量）を検出する。
【００２７】
電圧センサ１２２ｂは、モータ１１１への印加される電圧を検出する。
電流センサ１２２ｃは、モータ１１１に流れる電流を検出する。
トルクセンサ１２２ｄは、例えば、電動工具１０を用いて所定の材料にボルト止め作業を実施する際に、モータ１１１の回転時に生じるトルクを検出する。
第１温度センサ１２２ｅは、モータ１１１の温度を検出する。
【００２８】
第２温度センサ１２２ｆは、ＦＥＴ（field effect transistor）の温度を検出する。
加速度センサ１２２ｇは、電動工具１０に生じる加速度を検出する。
角速度センサ１２２ｈは、電動工具１０に生じる角速度を検出する。
なお、センサ回路１２２は、これらのセンサ以外のセンサ、例えば、周囲環境を計測するセンサ（湿度センサ）等を有していてもよい。
【００２９】
（制御部１３）
制御部１３は、図１に示すように、電動工具１０と通信可能な外部端末２０によって設定された制約条件に基づいて、機構部１１の駆動を制御する。制御部１３は、フィードバック制御部１３１と、モータ駆動回路１３２と、回転速度演算部１３３と、を有する。
フィードバック制御部１３１は、操作者によるトリガスイッチ１２１の引き量（操作量）に応じて、外部端末２０から受信した制約条件のもとで、センサ回路１２２から入力される各種センサ情報と、回転速度演算部１３３から入力される回転角度位置および回転速度とに基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width modulation）信号の出力を決定する。
【００３０】
なお、制約条件とは、目標値（固定値）、上下値リミッタ、目標値テーブル、シーケンス動作などであって、後述する外部端末２０において設定され、電動工具１０へ送信される。そして、フィードバック制御部１３１は、モータ駆動回路１３２にＰＷＭ信号を出力する。
フィードバック制御部１３１から出力されるＰＷＭ信号の出力は、トリガの引き量等に応じて決定され、例えば、９０％、５０％、１０％等である。これにより、トリガの引き量等に応じて、モータの出力を調整することができる。
【００３１】
モータ駆動回路１３２は、機構部１１の位置検出部１１４で検出された回転角度位置に応じて転流動作を行うとともに、フィードバック制御部１３１から入力されるＰＷＭ信号によるＯＮデューティ比に基づいてモータ１１１のＵＶＷ相に印加される平均電圧を切り替える。
回転速度演算部１３３は、機構部１１の位置検出部１１４で検出された出力パルス間隔からモータ１１１の回転速度を算出する。そして、回転速度演算部１３３は、位置検出部１１４から入力された回転角度位置と演算した回転速度とを、フィードバック制御部１３１に出力する。
【００３２】
（ログ出力部１４）
ログ出力部１４は、図１に示すように、各種制御量のデータを外部端末２０に送信する。各種制御量には、目標値（例えば、回転速度）、出力値（例えば、Ｄｕｔｙ比）、およびセンサの値（上述した各種センサの検出値、例えば、トリガ引き量）が含まれる。
ログ出力部１４には、センサ回路１２２で検出された各種センサの値、フィードバック制御部１３１で決定されたＰＷＭ出力、回転速度演算部１３３で演算された回転速度、および位置検出部１１４で検出された回転角度位置が入力される。
【００３３】
（電源部１５）
電源部１５は、機構部１１、入力部１２、制御部１３、およびログ出力部１４に対して電力を供給する。そして、電源部１５は、バッテリ１５１と、バッテリ制御部１５２とを有する。
バッテリ１５１は、例えば、１８Ｖのリチウムイオンバッテリなどを用いることができる。
【００３４】
バッテリ制御部１５２は、リチウムイオンバッテリ等のバッテリ１５１を充放電するための電子回路である。
（外部端末２０）
外部端末２０は、開発設計者等が使用する端末（例えば、電動工具１０と通信可能なＰＣ（Personal Computer）等）であって、電動工具１０のログ出力部１４から出力されたデータに基づいて、電動工具１０の制約条件を設定する。
【００３５】
外部端末２０は、ログ記憶部２１と、表示部２２と、設定部２３と、を有している。
ログ記憶部２１は、電動工具１０のログ出力部１４から送信されたログデータを受信して保存する。なお、外部端末２０と電動工具１０との間の通信は、有線・無線等、特に限定されるものではないが、無線で行われることが好ましく、インターネットを介した通信であってもよい。
【００３６】
表示部２２は、ログ記憶部２１に記憶されているログデータあるいはその波形を表示するとともに、電動工具１０の制約条件を設定する設定画面を表示する。
設定部２３は、ログ出力部１４から出力された各種制御量のログデータに基づいて、所定の制御値に対して制約条件を設定し、電動工具１０のフィードバック制御部１３１に送信する。
【００３７】
図２は、表示部２２の表示画面２２ａに表示される設定画面の一例を示す図である。図３では、電動工具１０によってネジを締めた後、抜き取った際の複数の制御値のログの波形を示す表示画面２２ａの表示例を示す図である。
なお、図３のグラフでは、機構部１１のモータ１１１の回転速度（Ｇ１）、Ｄｕｔｙ比（Ｇ２）、バッテリ電圧（Ｇ３）、モータ電流（Ｇ４）が示されている。
【００３８】
図３に示す工程では、ネジを締めた後に抜き取っているため、電動工具１０におけるモータ１１１の回転速度、ＤＵＴＹ比およびモータ電流は、約７０００ｍｓの時刻を境にして正の値から負の値になっている。
このように、表示部２２は、表示画面２２ａに、制御値として、例えば、モータ１１１の回転速度、ＤＵＴＹ比、バッテリ電圧およびモータ電流を表示する。
【００３９】
これにより、電動工具１０の開発時等において、開発設計者等は、電動工具１０のログ出力部１４から出力されたログデータに基づいて、図２に示す表示部２２の表示画面２２ａに表示される設定画面を介して、目標値（回転速度、デューティ比、トリガ引き量等）、リミット値（回転速度、モータ電流、ＦＥＴ温度等）を直接入力することで、電動工具１０の制約条件を設定することができる。
【００４０】
ここで、図２に示す表示部２２の表示画面２２ａでは、回転速度、デューティ比、およびトリガ引き量の各々の目標値について、開発設計者等によって、数値が直接入力される。このように目標値を設定することによって、電動工具１０は目標値になるようフィードバック制御を行う。
また、図２の表示画面２２ａに表示される設定画面において、回転角度、モータ電流、およびＦＥＴ温度の各々のリミット値についても、開発設計者等によって、数値が直接入力される。
【００４１】
また、本実施形態では、各々の目標値およびリミット値は数値による入力を行わずに、ログの波形を示すグラフから設定してもよい。
具体的には、各項目の数値入力欄の右側に「グラフから設定する」と文字で記載されており、この文字部分をクリックすることにより、制約条件（目標値またはリミット値など）を設定する予定の制御値に関する複数のログの波形を示すグラフが表示される。
【００４２】
これにより、図２の表示画面２２ａに表示される設定画面を介して、図３に示すグラフを表示させながら、グラフ上において、目標値（回転速度、デューティ比、トリガ引き量等）、リミット値（回転速度、モータ電流、ＦＥＴ温度等）を入力し、電動工具１０の制約条件を設定することができる。
ここで設定された制約条件は、外部端末２０の設定部２３から、電動工具１０のフィードバック制御部１３１へと送信され、この制約条件のもとで、電動工具１０がトリガ引き量に応じてモータ１１１が回転駆動される。そして、再び、電動工具１０のログ出力部１４から、ログデータが出力される。ログ出力部１４から出力されたログデータは、ログ記憶部２１に保存された後、表示部２２および設定部２３へと送信される。さらに、開発設計者等は、表示部２２の表示画面２２ａに表示されたグラフ等を確認しながら、制約条件を微調整してフィードバック制御部１３１へと送信する。
【００４３】
これにより、開発設計者等は、従来のシミュレーション、プログラミング、実機テストを繰り返して開発する方法と比較して、開発プロセスを簡素化して、開発設計者等の負担を軽減することができる。
より詳細には、例えば、電動工具１０の作業現場で出力されたログデータを確認することで、その場で、電動工具１０の現在の制約条件が適切であるか否かを判断し、必要に応じて制約条件を変更することができる。これにより、従来、電動工具の開発プロセスにおいて実施されていたシミュレーションとプログラミングの工程を省くことができる。
【００４４】
さらに、電動工具１０の最適な制御則をリアルタイムに解析して選択することができる。
よって、電動工具１０のログ出力部１４から出力されたログデータを用いて、開発プロセスに有効に活用することができる。
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４５】
（Ａ）
上記実施形態では、本発明の制御システム１００を構成する外部端末２０として、電動工具１０と通信可能なＰＣ（Personal Computer）を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ＰＣ以外に、スマートフォンやタブレット端末等のように、表示機能と設定機能とを備えた外部端末であってもよい。
【００４６】
（Ｂ）
上記実施形態では、電動工具１０のモータ１１１を駆動するためのアナログスイッチとして、引き量（操作量）に応じてモータ１１１の出力を調整するトリガスイッチ１２１を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、トリガスイッチ等のアナログスイッチの代わりに、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ等の他のスイッチを用いてもよい。
【００４７】
（Ｃ）
上記実施形態では、電力消費体に搭載されたモータとして、３相ＤＣブラシレスモータを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、制御対象として、ブラシ付きＤＣモータ等の他のモータを備えた電力消費体であってもよい。
【００４８】
（Ｄ）
上記実施形態では、本発明の電力消費体として、電動工具を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、電動工具以外に、芝刈り機等の園芸工具、搬送装置等のモビリティ、ロボット、ドローン等のように、モータを搭載した各種装置に対して広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の電力消費体は、例えば、電動工具等のモータを有する電力消費体の開発プロセスを簡素化することができるという効果を奏することから、モータを備えた各種装置に対して広く適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０      電動工具（電力消費体）
１１      機構部
１２      入力部
１３      制御部
１４      ログ出力部
１５      電源部
２０      外部端末
２１      ログ記憶部（記憶部）
２２      表示部
２２ａ    表示画面
２３      設定部
１００    制御システム
１１１    モータ
１１２    減速機
１１３    出力部
１１４    位置検出部
１２１    トリガスイッチ
１２２    センサ回路
１２２ａ  引き量センサ
１２２ｂ  電圧センサ
１２２ｃ  電流センサ
１２２ｄ  トルクセンサ
１２２ｅ  第１温度センサ
１２２ｆ  第２温度センサ
１２２ｇ  加速度センサ
１２２ｈ  角速度センサ
１３１    フィードバック制御部
１３２    モータ駆動回路
１３３    回転速度演算部
１５１    バッテリ
１５２    バッテリ制御部
【図１】
2019193509.tif 000003
【図２】
2019193509.tif 000004
【図３】
2019193509.tif 000005