(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池パックからの電力供給によって駆動するモータと、作業者による操作が可能なトリガスイッチの操作量に応じて前記モータを制御する制御部とを備えた電動工具であって、
前記モータの停止時における前記電池パックの端子間電圧を基準電圧とし、前記モータ駆動中における前記基準電圧からの電圧降下量と、前記トリガスイッチの操作量と、前記トリガスイッチの操作時間との関係より前記モータの負荷を判定する負荷判定部を有することを特徴とする電動工具。
【請求項２】
請求項１に記載の電動工具において、
前記負荷判定部は、前記モータ駆動中における前記基準電圧からの電圧降下量により前記モータに流れる電流を推定し、推定した前記電流での前記モータの動作時間が所定時間以上の場合に前記モータに過負荷が与えられていると判定し、
前記制御部は、前記負荷判定部により前記モータに過負荷が与えられていると判定されると前記モータを停止させる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、電動工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
手持ち式の電動工具においては、モータや制御回路等を備える電動工具本体に対して電池パックが着脱可能に構成されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。電池パックは、複数個の電池セルから構成される二次電池を内蔵し、電動工具本体に駆動電力を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１３４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような電動工具では、モータの高出力化が図られており、それに伴ってモータに対する負荷が増大しモータ自身が発熱し易くなりやすい傾向になる。このようにモータに対して負荷が増大すると電動工具自体が作動しなくなる虞がある。そこで、例えばモータの温度を検出する温度センサ、モータの回転数を検出する回転センサやモータに流れる電流を検出する電流検出センサを用いてモータの状態を監視し、モータに対する過負荷を判定することが考えられる。しかしながら、センサの数の増大や設置場所の確保が難しく、部品点数を抑えつつモータの負荷を判定することができる電動工具の開発が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、部品点数の増加を抑えつつモータの負荷を判定す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】
【０００６】
上記課題を解決するために、電動工具は、電池パックからの電力供給によって駆動するモータと、作業者による操作が可能なトリガの操作量に応じて前記モータの回転速度を変化させる制御部とを備えた電動工具であって、前記モータの停止時における前記電池パックの端子間電圧を基準電圧とし、前記モータ駆動中における前記基準電圧からの電圧降下量と、前記トリガスイッチの操作量と、前記トリガスイッチの操作時間との関係より前記モータの負荷を判定する負荷判定部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電動工具によれば、部品点数の増加を抑えつつモータの負荷を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態における電動工具の概略構成を示す側面図である。
【図２】同上における電動工具の概略構成を示すブロック図である。
【図３】同上における電動工具のトリガスイッチのトリガ操作量と制御部でのデューティー比の関係について説明するためのグラフである。
【図４】同上における電動工具のトリガスイッチの操作量と電池パックの電圧降下量とに基づく推定電流について説明するためのグラフである。
【図５】同上における電動工具のモータに流れる電流量の違いによるモータの温度上昇について説明するためのグラフである。
【図６】同上における電動工具の一動作例における電圧降下量を説明するためのグラフである。
【図７】同上における電動工具の一動作例について説明するための説明図である。
【図８】同上における電動工具の一動作例について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、電動工具の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動工具１０は、電動工具本体１１と、電動工具本体１１に対して着脱可能な電池パック１２とを有する。
【００１０】
電動工具本体１１の外郭をなすハウジング１３は、略円筒状の本体部１４と、この本体部１４の長手方向途中から下方に延びた把持部１５と、把持部１５の下端部に電池パック１２を装着する電池パック装着部１６とを有している。
【００１１】
図１に示すように、本体部１４の内部には、モータ１７と、モータ１７のモータ軸１７ａと連結される駆動伝達部１８が配置されている。駆動伝達部１８は、モータ１７の回転駆動力を駆動伝達部１８の前方に配置された出力軸（図示略）に伝達するものであり、例えば減速機構及びクラッチ機構等を含む。
【００１２】
駆動伝達部１８は、前記出力軸の先端側で先端工具装着部１９と連結される。これによって、モータ１７の回転に伴って駆動伝達部１８を介して先端工具装着部１９が回転される。先端工具装着部１９には、ドライバービットやタップ等の先端工具が着脱可能に装着され、先端工具装着部１９の回転と共に回転する。なお、本実施形態では、モータ１７のモータ軸１７ａの軸方向を電動工具１０の前後方向、把持部１５の略延出方向を上下方向、前後及び上下方向と直交する電動工具１０の幅方向を左右方向として説明する。
【００１３】
電動工具本体１１の把持部１５は、本体部１４の長手方向である前後方向に対して下方向に延びるように形成されている。また、把持部１５の上端には、作業者が電動工具本体１１の運転・停止を指示するためのトリガスイッチ２０が設けられている。
【００１４】
トリガスイッチ２０のやや上側寄りには、作業者が工具（ビット）の回転方向、即ちモータ１７の回転方向を指示するための正逆切替部としての正逆スイッチ２１が把持部１５の表面から突出する形で露設されている。正逆スイッチ２１は、把持部１５を左右方向に貫通する操作ノブを有し、その操作ノブを左右方向に移動させることにより、モータ１７の回転方向を指示する。
【００１５】
把持部１５の下端には、電池パック装着部１６が設けられている。電池パック装着部１６は前後方向に長い扁平な直方体状をなしている。
次に、本実施形態の電動工具１０の電気的構成について主に図２を用いて説明する。
【００１６】
電動工具１０は、図２に示すように、モータ１７と、制御部ＣＰと、トリガスイッチ２０と、トリガ検出回路２２と、タイマ２３と、メモリ２４と、電池パック１２と、電圧検出部２５とを有する。
【００１７】
図２に示すように、トリガ検出回路２２は、制御部ＣＰと電気的に接続され、モータ１７を駆動するための操作信号をトリガスイッチ２０の操作量（引き込み量）に応じて制御部ＣＰに出力する。ちなみに、このようなトリガ検出回路２２は、従来の電動工具でも同様に設けられている。
【００１８】
図２に示すように、タイマ２３は、制御部ＣＰと電気的に接続され、トリガスイッチ２０の操作時間を計測するためのものであり、例えばカウンタ回路で構成される。
メモリ２４は、各種の情報を記憶する。その一例として、トリガスイッチ２０の操作直前、即ちモータ１７等の駆動前の状態の電池パック１２の端子間電圧Ｖｂを基準電圧Ｖｂ１（図６参照）として記憶する。
【００１９】
電圧検出部２５は、電池パック１２の端子間電圧Ｖｂを検出するものであり、その検出した端子間電圧Ｖｂの情報を制御部ＣＰに出力するようになっている。
制御部ＣＰは、トリガ検出回路２２から出力される操作信号に基づいてモータ１７に対して電池パック１２からの電力供給を行うように動作する。
【００２０】
具体的には、図２及び図３に示すように、制御部ＣＰは、トリガ操作量Ｌが大きいほど、制御部ＣＰによってＰＷＭ制御されるスイッチング素子（図示略）のデューティー比が高くなるようにモータ１７の制御を行う。
【００２１】
また、図２に示すように制御部ＣＰは、トリガ検出回路２２から操作信号が入力されると、タイマ２３を作動させてトリガスイッチ２０の操作時間を計測させる。
ここで、図４では、トリガ操作量Ｌと電圧降下量ΔＶとの関係を示している。
【００２２】
図４において直線Ｗ１〜Ｗ４で示すように、トリガ操作量と電圧降下量ΔＶとの関係は、トリガ操作量Ｌが大きいほど電圧降下量ΔＶが大きくなる関係となっている。なお、図４において各直線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４は、作業によって異なる必要なトルクの違いを示している。具体的には、直線Ｗ１、直線Ｗ２、直線Ｗ３、直線Ｗ４の順に必要トルクが高くなる場合を示しており、モータのＴ−Ｉ特性から自ずと必要となる電流値も高くなる。一例としては、直線Ｗ１が電流値５Ａの作業を示し、直線Ｗ２が電流値２０Ａの作業を示し、直線Ｗ３が電流値４０Ａの作業を示し、直線Ｗ４が電流値１００Ａの作業を示している。
【００２３】
本実施形態の電動工具１０では、上述のような関係は予めメモリ２４内に電流推定用のテーブルとして記憶されている。これにより、制御部ＣＰは、電圧検出部２５で検出されるモータ１７駆動時における電圧降下量ΔＶとトリガ検出回路２２で検出されるトリガ操作量Ｌとをメモリ２４内に記憶された電流推定用のテーブルで参照してモータ１７に流れる電流値を推定することができる。
【００２４】
ここで、図５では、モータに流れる電流値の違いによるモータの温度上昇に関するグラフを示している。
図５において線Ｘ１〜Ｘ３で示すように、モータを駆動させると徐々にモータの温度が上昇する。なお、図５において、各線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は、モータに流れる電流値の違いを示している。具体的には、線Ｘ１、線Ｘ２、線Ｘ３の順にモータに流れる電流値が高くなり、線Ｘ１が１０Ａ、線Ｘ２が５０Ａ、線Ｘ３が１００Ａの場合を示している。
【００２５】
上述のことから、例えば制御部ＣＰで推定した電流値（推定電流値）からモータ１７の温度を推定することが可能であると言える。これによって制御部ＣＰでは、モータ１７の負荷を判定することが可能となっている。以下では、モータ負荷判定の一例を説明する。以下のモータ負荷判定においては、図５に示すように電流値１００Ａである線Ｘ３におけるモータの動作可能時間Ｙ１（例えば４秒）における温度Ｔ１を過負荷として判定する。
【００２６】
（モータ負荷判定機能）
図２に示すように、制御部ＣＰは、作業開始直前の電池パック１２の端子間電圧Ｖｂ（基準電圧Ｖｂ１（図６参照））を電圧検出部２５によって計測（取得）して、メモリ２４に記憶させる。
【００２７】
そして、制御部ＣＰは、トリガスイッチ２０が操作されてトリガ検出回路２２から操作信号が入力されるとモータ１７に電力供給を行ってモータ１７を駆動させる。このとき、制御部ＣＰは、タイマ２３を起動して作業時間のカウントを開始させる。
【００２８】
また、制御部ＣＰは、常時又は所定タイミングで電圧検出部２５によって電池パック１２の端子間電圧Ｖｂを検出する。
ここで、図６に示す或る時刻ｔ１において所定値よりも大きな電圧降下が発生した場合、その時の電圧降下量ΔＶ１に基づき制御部ＣＰ（図２参照）は、メモリ２４（図２参照）の前記テーブルを参照してモータ１７（図２参照）の電流値を推定によって算出する。
【００２９】
図２に示すように制御部ＣＰは、推定によって算出した電流値がどの程度継続したかをタイマ２３によって算出する。本例では電圧降下量ΔＶ１が発生した期間Δｔ１（時刻ｔ１〜時刻ｔ２間）における推定電流値は、図７に示すように８０Ａで６秒間の作業であり、１００Ａに換算すると約１秒の作業内容であるため、過負荷とは判定しない。このとき、制御部ＣＰは、期間Δｔ１での作業内容（８０Ａ、６秒）についてメモリ２４に一時的に記憶させる。
【００３０】
その後、図２および図６に示すように、期間Δｔ１後における期間Δｔ２（時刻ｔ２〜時刻ｔ３間）が予め決められた時間（例えば３秒）以上の場合には、制御部ＣＰは、前述の期間Δｔ１における作業でのモータの熱が十分に冷却されたと判断し、作業内容をメモリ２４から削除する。
【００３１】
その後、図６に示す或る時刻ｔ３において所定値よりも大きな電圧降下が発生した場合、その時の電圧降下量ΔＶ２に基づき制御部ＣＰ（図２参照）は、メモリ２４（図２参照）の前記テーブルを参照してモータ１７（図２参照）の電流値を推定によって算出する。
【００３２】
図２に示すように、制御部ＣＰは、推定によって算出した電流値がどの程度継続したかをタイマ２３によって算出する。本例では電圧降下量ΔＶ２が発生した期間Δｔ３（時刻ｔ３〜時刻ｔ４間）における推定電流値は、図７に示すように、１００Ａで４秒の作業であるため、過負荷と判定する。そして、制御部ＣＰは、モータ１７を停止させる。
【００３３】
一方、図２および図６に示すように、期間Δｔ１後における期間Δｔ２が予め決められた時間（例えば３秒）未満の場合には、制御部ＣＰは、前述の期間Δｔ１における作業内容をメモリ２４に保持する。
【００３４】
その後、図６に示すように或る時刻ｔ３において所定値よりも大きな電圧降下が発生した場合、そのときの電圧降下量ΔＶ２に基づき制御部ＣＰ（図２参照）は、メモリ２４（図２参照）の前記テーブルを参照してモータに流れる電流値を推定によって算出する。制御部ＣＰは、推定によって算出した電流値がどの程度継続したかをタイマ２３によって算出する。本例では電圧降下量ΔＶ２が発生した期間Δｔ３における推定電流値は、図８に示すように、１００Ａで３．２秒の作業である。ここで、制御部ＣＰは、期間Δｔ１での作業内容と期間Δｔ３での作業内容とを合わせて１００Ａで４秒の作業であるとして過負荷と判定する。そして、制御部ＣＰは、モータ１７を停止させる。
【００３５】
次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）制御部ＣＰは、モータ１７駆動中における基準電圧Ｖｂ１からの電圧降下量ΔＶと、トリガスイッチ２０の操作量と、トリガスイッチ２０の操作時間との関係よりモータ１７の負荷を判定する。このように、従前の電動工具でも必要となるトリガスイッチ２０の操作量や電池パック１２の端子間電圧（電圧降下量）等を用いてモータ１７の負荷を判定している。即ち、別途モータ１７の回転数、温度、電流等を監視するセンサを用いる必要がないため、部品点数を抑えつつモータ１７の負荷を判定することができる。
【００３６】
（２）制御部ＣＰは、基準電圧Ｖｂ１からの電圧降下量ΔＶによりモータ１７に流れる電流を推定し、推定した電流でのモータ１７の動作時間が動作可能時間Ｙ１を超えた場合にモータ１７に過負荷が与えられていると判定してモータ１７を停止させる。このように、モータ１７に対して過負荷が与えられていると判定した場合にモータ１７が停止されるため、モータ１７への過負荷が抑えられモータ１７の発熱による故障を抑えることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、動作可能時間Ｙ１を１００Ａの作業で４秒としたが、これに限らず、電動工具自体の仕様やモータの仕様によって適宜変更してもよい。
【００３８】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（付記１）
電池パックからの電力供給によって駆動するモータと、作業者による操作が可能なトリガの操作量に応じて前記モータの回転速度を変化させる制御部とを備えた電動工具であって、
前記モータの停止時における前記電池パックの端子間電圧を基準電圧とし、前記モータ駆動中における前記基準電圧からの電圧降下量と、前記トリガスイッチの操作量と、前記トリガスイッチの操作時間との関係より前記モータの負荷を判定する負荷判定部を有することを特徴とする電動工具。
【００３９】
（付記２）
付記１に記載の電動工具において、
前記負荷判定部は、前記モータ駆動中における前記基準電圧からの電圧降下量により前記モータに流れる電流を推定し、推定した前記電流での前記モータの動作時間が所定時間以上の場合に前記モータに過負荷が与えられていると判定し、
前記制御部は、前記負荷判定部により前記モータに過負荷が与えられていると判定されると前記モータを停止させることを特徴とする電動工具。
【符号の説明】
【００４０】
１０…電動工具、１２…電池パック、１７…モータ、２０…トリガスイッチ、ＣＰ…制御部（負荷判定部）、ΔＶ，ΔＶ１，ΔＶ２…電圧降下量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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