(57)【要約】センサレス駆動方式において安定してモータを制御することができる電動機器の提供するため、ロータと巻線を有するステータとを有するモータと、該巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、該誘起電圧に基づいて該モータを制御するモータ制御手段と、を備え、該誘起電圧検出手段は、該誘起電圧に応じたデジタル信号を該モータ制御手段に出力するデジタル信号出力手段と、該誘起電圧に応じたアナログ信号を該モータ制御手段に出力するアナログ信号出力手段と、を有する。
2016067811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、巻線を有するステータと、を有するモータと、
該巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
該誘起電圧に基づいて該モータを制御するモータ制御手段と、を備え、
該誘起電圧検出手段は、該誘起電圧に応じたデジタル信号を該モータ制御手段に出力するデジタル信号出力手段と、該誘起電圧に応じたアナログ信号を該モータ制御手段に出力するアナログ信号出力手段と、を有することを特徴とする電動機器。
【請求項２】
該モータ制御手段は、該モータの駆動状態に応じて該デジタル信号及び該アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項１に記載の電動機器。
【請求項３】
該モータの駆動状態を検出する駆動状態検出手段をさらに備え、
該駆動状態検出手段は、該ロータの回転数を検出する回転数検出手段を含み、
該モータ制御手段は、該回転数に応じて、該デジタル信号及び該アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機器。
【請求項４】
該モータ制御手段は、該回転数が回転数閾値以下である場合、該アナログ信号に基づいて該モータを制御し、該回転数が該回転数閾値よりも大きい場合、該デジタル信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項３に記載の電動機器。
【請求項５】
該モータ制御手段は、該モータの駆動開始時に該アナログ信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電動機器。
【請求項６】
該モータ制御手段は、該モータの駆動開始時から所定時間が経過するまでは、該アナログ信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電動機器。
【請求項７】
該モータ制御手段は、該アナログ信号に基づいて該モータを制御した後に該デジタル信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動機器。
【請求項８】
ロータと、巻線を有するステータと、を有するモータと、
該モータの起動を指示するトリガと、
該巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
該誘起電圧に基づいて該モータを制御するモータ制御手段と、を備え、
該誘起電圧検出手段は、該誘起電圧に応じたデジタル信号を出力するデジタル信号出力手段と、該誘起電圧に応じたアナログ信号を出力するアナログ信号出力手段と、を有し、
該モータ制御手段は、該トリガが操作されると該アナログ信号に基づいて該モータを制御し、その後、該デジタル信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする電動機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを有する電動機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータの回転位置（回転角度）を検出するホール素子と、検出されたロータの回転位置に基づいてモータを制御する制御部と、を備えた電動機器が広く用いられている。このようなホール素子を用いてモータを制御する電動機器においては、ホール素子をロータの近傍に設置し、当該ホール素子と制御部とを接続するケーブルを電動機器内に設けなければならないため、部品点数が多くなり組立性が悪くなるという問題があった。上記問題を解決すべく、ホール素子を用いずにモータを制御するセンサレス駆動方式を採用した電動機器が提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載の電動機器においては、ステータの巻線に発生する誘起電圧と所定の基準電圧とをコンパレータを用いて比較することで当該誘起電圧の方向（向き）に応じたデジタル信号（二値信号）を出力し、当該デジタル信号に基づいてロータの回転位置を判断してモータを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１１７１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した電動機器においては、ロータの回転数が低い状態（低回転数域、例えばモータの駆動開始時等）では、ステータの巻線に発生する誘起電圧が低いため、比較対象となる基準電圧との差が小さくなり、チャタリング等が発生しコンパレータによる比較及び当該比較結果として出力されるデジタル信号（二値信号）が不正確となる場合があり、低回転数域でのモータの制御が不安定になるという問題があった。【０００５】
そこで本発明は、センサレス駆動方式において、安定してモータを制御することができる電動機器を提供することを目的とする。
【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本発明は、ロータと、巻線を有するステータと、を有するモータと、該巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、該誘起電圧に基づいて該モータを制御するモータ制御手段と、を備え、該誘起電圧検出手段は、該誘起電圧に応じたデジタル信号を該モータ制御手段に出力するデジタル信号出力手段と、該誘起電圧に応じたアナログ信号を該モータ制御手段に出力するアナログ信号出力手段と、を有することを特徴とする電動機器を提供する。【０００７】
このような構成によると、誘起電圧に応じたデジタル信号及びアナログ信号を出力することができる。このため、モータの制御に用いる信号を適宜選択することができるため、より安定して良好にモータを制御することができ、操作性を向上させることができる。すなわち、センサレス駆動方式において、安定してモータを制御することができる。また、誘起電圧に応じた信号に基づいてモータを制御する構成であるため、電動機器にホール素子を設ける必要がない。これにより、部品点数を減らし組立性を向上させることができる。【０００８】
上記構成において、該モータ制御手段は、該モータの駆動状態に応じて該デジタル信号及び該アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいて該モータを制御するが好ましい。【０００９】
このような構成によると、モータ制御手段は、モータの制御に用いる誘起電圧に応じた信号としてデジタル信号及びアナログ信号のいずれか一方を駆動状態に応じて選択可能である。これにより、当該デジタル信号に基づいてモータを制御すると当該制御が不安定になる虞のある駆動状態の場合（例えば、モータの駆動開始時等）、モータの制御に当該デジタル信号を用いず、当該アナログ信号に基づいてモータを制御することが可能となる。このため、駆動状態に応じて両信号の中からモータの制御に用いる信号を適宜選択することができない構成と比較して、より安定して良好にモータを制御することができ、操作性を向上させることができる。【００１０】
上記構成において、該駆動状態検出手段は、該ロータの回転数を検出する回転数検出手段を含み、該モータ制御手段は、該回転数に応じて、該デジタル信号及び該アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいて該モータを制御することが好ましい。【００１１】
このような構成によると、駆動状態の中でも特にモータの制御の安定性に大きな影響を与える要素であるロータの回転数状態（ロータの回転数）に応じて、誘起電圧に応じたデジタル信号及びアナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいてモータを制御することができるため、モータの制御をより安定させることができる。【００１２】
また、該モータ制御手段は、該回転数が回転数閾値以下である場合、該アナログ信号に基づいて該モータを制御し、該回転数が該回転数閾値よりも大きい場合、該デジタル信号に基づいて該モータを制御することが好ましい。【００１３】
このような構成によると、誘起電圧に応じたデジタル信号に基づいてモータを制御した場合に当該制御が不安定になる虞のある駆動状態すなわちロータの回転数が低い状態（低回転数状態）では、アナログ信号に基づいてモータを制御し、誘起電圧に応じたアナログ信号に基づいてモータを制御すると当該制御が不安定になる虞のある駆動状態すなわち回転数が高い状態（高回転数状態）では、デジタル信号に基づいてモータを制御することができる。したがって、より安定してモータを制御することができる。【００１４】
また、該モータ制御手段は、該モータの駆動開始時に該アナログ信号に基づいて該モータを制御することが好ましい。【００１５】
このような構成によると、モータの駆動開始時の低回転数状態において確実に当該アナログ信号に基づいてモータを制御することができる。すなわち、モータの駆動開始時の低回転数状態において、モータの制御が不安定になる虞のある当該デジタル信号に基づくモータの制御を確実に回避することができる。したがって、モータをより安定して制御することが可能となる。【００１６】
また、該モータ制御手段は、該モータの駆動開始時から所定時間が経過するまでは、該アナログ信号に基づいて該モータを制御することが好ましい。【００１７】
このような構成によると、モータの駆動開始時から所定時間が経過するまでの間の当該アナログ信号に基づいてモータを制御することができる。すなわち、モータの駆動開始時の低回転数状態において、当該状態でモータの制御が不安定になる虞のある当該デジタル信号に基づくモータの制御をより確実に回避することができる。したがって、モータをより安定して良好に制御することが可能となる。【００１８】
また、該モータ制御手段は、該アナログ信号に基づいて該モータを制御した後に該デジタル信号に基づいて該モータを制御することが好ましい。【００１９】
このような構成によると、例えばモータの起動時（駆動開始時）の低回転数状態において、当該状態でモータの制御が不安定になる虞のある当該デジタル信号に基づくモータの制御をより確実に回避することができる。したがって、モータをより安定して良好に制御することが可能となる。【００２０】
上記課題を解決するために本発明はさらに、ロータと、巻線を有するステータと、を有するモータと、該モータの起動を指示するトリガと、該巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、該誘起電圧に基づいて該モータを制御するモータ制御手段と、を備え、該誘起電圧検出手段は、該誘起電圧に応じたデジタル信号を出力するデジタル信号出力手段と、該誘起電圧に応じたアナログ信号を出力するアナログ信号出力手段と、を有し、該モータ制御手段は、該トリガが操作されると該アナログ信号に基づいて該モータを制御し、その後、該デジタル信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする電動機器を提供する。【００２１】
このような構成によると、例えばモータの起動時（駆動開始時）の低回転数状態において、当該状態でモータの制御が不安定になる虞のある当該デジタル信号に基づくモータの制御をより確実に回避することができる。したがって、モータをより安定して良好に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の電動機器によれば、センサレス駆動方式において、安定してモータを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態によるインパクトドライバの部分断面側面図である。
【図２】本発明の実施の形態によるインパクトドライバの駆動制御系を示すブロック図を含む回路図である。
【図３】本発明の実施の形態によるインパクトドライバの誘起電圧検出回路部及び同回路部が備えるＵ相信号出力回路の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態によるインパクトドライバのロータが最大回転数で回転している状態での各電圧信号及び電圧の波形を示す図であり、（ａ）はＵ相対応電圧の波形を示す図、（ｂ）はＵ相アナログ信号の波形を示す図、（ｃ）はＵ相デジタル信号の波形を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態によるインパクトドライバの制御部によるモータの制御を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態によるインパクトドライバの制御部による制御フローを用いてモータを制御した場合の各部の電圧、電圧信号、回転数及びデューティ比のタイミングチャートを示す図であり、（ａ）はＵ相対応電圧の波形を示す図、（ｂ）はＵ相アナログ信号の波形を示す図、（ｃ）はＵ相デジタル信号の波形を示す図、（ｄ）はロータの回転数を示す図、（ｅ）はデューティ比を示す図である。
【図７】従来の電動機器におけるロータが低回転数状態である場合の各部の電圧信号を示す図であり、（ａ）はコンパレータに入力される誘起電圧に応じた信号の波形を示す図、（ｂ）はコンパレータが出力するデジタル信号の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。ここでは、本発明をコードレスタイプのインパクトドライバに適用した場合を例に、説明を行う。
【００２５】
以下の説明において、具体的な数値に言及した場合、例えば、電気角度について「９０°」等のように言及した場合、当該数値と完全に一致する場合だけでなく、当該数値と略同一である場合も含むものとする。また、位置関係等に言及した場合、例えば、平行、直交、反対等のように言及した場合、完全に平行、直交、反対等である場合だけでなく、略平行、略直交、略反対等である場合を含むものとする。
【００２６】
図１に示されているように、本発明の実施の形態による電動機器の一例であるインパクトドライバ１は、ハウジング２、モータ３、駆動回路部４、冷却ファン５、動力伝達部６及び制御基板部７を備えている。図１は、インパクトドライバ１の部分断面側面図であり、電池パックＰを装着した状態のインパクトドライバ１を示す図である。なお、図１においてモータ３に対して動力伝達部６が設けられている方向を前方向、前方向と逆の方向を後方向と定義する。また、モータ３に対して制御基板部７が設けられている方向を下方向と定義し、下方向と逆の方向を上方向と定義する。さらに、インパクトドライバ１を後方から見た場合の左を左方向、右を右方向と定義する。
【００２７】
ハウジング２は、インパクトドライバ１の外郭をなしており、モータハウジング２１と、ハンドルハウジング２２と、基板収容部２３とを備えている。
【００２８】
モータハウジング２１は、前後方向に延びる略筒形状をなし、その内部にモータ３、駆動回路部４、冷却ファン５、動力伝達部６を収容している。また、モータハウジング２１の前側内部には、ハンマケース２１Ａが配置されている。ハンマケース２１Ａは、前方に向かうに従って徐々に径が細くなる略漏斗形状をなしており、その前端部分には開口２１ａが形成されている。
【００２９】
モータ３は、モータハウジング２１の後側内部に収容されており、回転軸３１と、ロータ３２と、ステータ３３とを有している。回転軸３１は、前後方向に延びる軸であって、軸受を介してモータハウジング２１に回転可能に支承されている。ロータ３２は、複数の永久磁石３２Ａを有する回転子であり、回転軸３１に固定されて回転軸３１と一体に回転するように構成されている。ステータ３３は、ステータ巻線３３Ａを有する固定子である。ステータ巻線３３Ａは、ロータ３２を囲むように対向配置されている。
【００３０】
駆動回路部４は、モータ３のステータ巻線３３Ａに駆動電流を通電するためのインバータ回路であり、ステータ３３の後面に位置している。駆動回路部４の詳細については、後述する。
【００３１】
冷却ファン５は、遠心ファンであり、回転軸３１の前側部において回転軸３１と同軸的に固定されている。冷却ファン５は、その回転によってモータハウジング２１内に冷却風を発生させ、モータ３、駆動回路部４等を冷却する。
【００３２】
動力伝達部６は、ハンマケース２１Ａの内部に収容されており、減速機構６１、インパクト機構６２、アンビル部６３を備えている。減速機構６１、インパクト機構６２、アンビル部６３は、回転軸３１の軸方向（前後方向）において、モータ３側から当該順に並んで配置されている。
【００３３】
減速機構６１は、回転軸３１と一体回転するサンギヤ６１Ａと、サンギヤ６１Ａに噛合する遊星ギヤ６１Ｂと、遊星ギヤ６１Ｂと噛合するリングギア６１Ｃとを備えている。サンギヤ６１Ａが回転することによって、遊星ギヤ６１Ｂはサンギヤ６１Ａの周りを周回する。
【００３４】
インパクト機構６２は、スピンドル６２Ａ及びハンマ６２Ｂを有している。スピンドル６２Ａは、遊星ギヤ６１Ｂの周回運動によって回転軸３１と同軸の位置で回転する。ハンマ６２Ｂは、スピンドル６２Ａ上に前後摺動可能に配され、その前端に一対の衝突部６２Ｃを備えている。またハンマ６２Ｂは、スプリング６２Ｄによって前方に付勢された状態で回転打撃力が与えられ、さらにスプリング６２Ｄの付勢力に反して後方に移動することも可能に構成されている。
【００３５】
アンビル部６３は、ハンマ６２Ｂの前方に配置され、ハンマケース２１Ａにスピンドル６２Ａと同軸の位置で回転可能に支持されており、先端工具保持部６３Ａ及びアンビル６３Ｂを備えている。先端工具保持部６３Ａは、略円筒形状に形成されており、ハンマケース２１Ａの開口２１ａから前方に突出している。先端工具保持部６３Ａには、図示せぬ先端工具が挿入される保持孔６３ａが前後方向へ穿設されており、先端工具保持部６３Ａの前端部分には、図示せぬビットを保持するチャック６３Ｃが設けられている。ここで、先端工具は例えば、ドライバビットやボルト締付用ビット等である。
【００３６】
アンビル６３Ｂは、先端工具保持部６３Ａの後方であってハンマケース２１Ａ内に先端工具保持部６３Ａと一体に構成されている。またアンビル６３Ｂは、アンビル６３Ｂ及び先端工具保持部６３Ａの回転中心に対して対称の位置に配置された一対の被衝突部６３Ｄを有している。
【００３７】
ハンドルハウジング２２は、上下方向に延びる略筒形状をなし、その上端がモータハウジング２１に接続されている。ハンドルハウジング２２は、スイッチトリガ２２Ａ及びスイッチ機構２２Ｂを備えている。スイッチトリガ２２Ａは、ハンドルハウジング２２の上端部前側に設けられており、ハンドルハウジング２２内部においてスイッチ機構２２Ｂと接続されている。スイッチトリガ２２Ａが押込まれた場合、モータ３が起動する。すなわち、スイッチトリガ２２Ａは、モータ３の起動を指示するトリガとして機能する。スイッチ機構２２Ｂは、制御基板部７に接続されており、スイッチトリガ２２Ａが押込まれた場合、スイッチトリガ２２Ａの押込量（操作量）に応じたトリガ信号を制御基板部７に出力する。
【００３８】
基板収容部２３は、ハンドルハウジング２２の下端に接続されており、その内部にはスイッチ機構２２Ｂ及び駆動回路部４に接続された制御基板部７が収容されている。制御基板部７は、スイッチ機構２２Ｂ等から入力される各種信号に基づいて駆動回路部４にモータ３を制御するための駆動信号を出力し、モータ３を制御する。また、基板収容部２３の下端部は、電池パックＰを着脱可能に構成されている。制御基板部７の詳細については後述する。
【００３９】
電池パックＰは、基板収容部２３の下端部に着脱可能に装着されており、モータ３、駆動回路部４及び制御基板部７の電源となるリチウムイオン二次電池、ニッケル・カドミウム二次電池等からなる電池組を収容している。電池組は、電池パックＰが基板収容部２３に装着された状態で、駆動回路部４等に電気的に接続されるように構成されている。
【００４０】
次に、インパクトドライバ１の動作についてネジを締める場合について説明する。作業者がスイッチトリガ２２Ａを引くと、スイッチ機構２２Ｂから制御基板部７に信号が出力され、制御基板部７はモータ３の駆動制御を開始する。モータ３が制御基板部７によって駆動制御されると、モータ３の回転軸３１及びロータ３２はスイッチトリガ２２Ａの押込量に応じた回転数で一体に回転する。これと同時に冷却ファン５も回転して、モータハウジング２１に形成された図示せぬ吸気孔からモータハウジング２１内に外気が取込まれる。この外気は、モータ３や駆動回路部４を冷却し、モータハウジング２１に形成された図示せぬ排気孔から外部に排出される。
【００４１】
回転軸３１が回転すると、回転軸３１の回転力は、その回転速度が減速機構６１によって減速されてスピンドル６２Ａに伝達される。回転力がスピンドル６２Ａに伝達されると、スピンドル６２Ａ及びハンマ６２Ｂが一体に回転する。ハンマ６２Ｂが回転すると、一方の衝突部６２Ｃとアンビル部６３の一方の被衝突部６３Ｄとが衝突し、当該衝突と同時に、他方の衝突部６２Ｃと他方の被衝突部６３Ｄとが衝突する。これにより、ハンマ６２Ｂの回転力がアンビル６３Ｂに伝達され、アンビル６３Ｂに打撃が与えられる。
【００４２】
また、衝突部６２Ｃと被衝突部６３Ｄとの衝突後、衝突部６２Ｃと被衝突部６３Ｄとが当接した状態でスピンドル６２Ａとハンマ６２Ｂとが一体に回転し、ハンマ６２Ｂの回転トルクが所定値を超えるとハンマ６２Ｂに対してスピンドル６２Ａが相対回転を開始する。スピンドル６２Ａとハンマ６２Ｂとが相対回転を開始すると、ハンマ６２Ｂはスプリング６２Ｄの付勢力に抗して回転しながら後退する。そして、衝突部６２Ｃが被衝突部６３Ｄを乗り越えると、スプリング６２Ｄに蓄えられた弾性エネルギーの解放によって、ハンマ６２Ｂは、回転しながら前方に高速で移動する。ハンマ６２Ｂの当該移動によって、衝突部６２Ｃと被衝突部６３Ｄとが再び衝突する。このように、衝突部６２Ｃと被衝突部６３Ｄとの衝突及びハンマ６２Ｂの後退を繰り返すことで、アンビル部６３の先端工具保持部６３Ａに装着されている先端工具に回転打撃力を与えてネジを締め付ける。なお、作業者がスイッチトリガ２２Ａを離すことによりモータ３は停止する。
【００４３】
次に、モータ３及びモータ３の駆動制御系の構成について図２に基づいて説明する。図２は、インパクトドライバ１の駆動制御系を示すブロック図を含む回路図である。
【００４４】
図２に示されているように、モータ３はＤＣブラシレスモータであり、モータ３のロータ３２は、Ｎ極及びＳ極を１組とした永久磁石３２Ａを２組備えている。また、ステータ３３のステータ巻線３３Ａは、スター結線された３相のコイルＵ、Ｖ、Ｗを有し、コイルＵ、Ｖ、Ｗはそれぞれ駆動回路部４に接続されている。ステータ巻線３３Ａは、本発明の巻線の一例である。
【００４５】
駆動回路部４は、３相ブリッジ形式に接続された６個のＦＥＴＱ１〜Ｑ６を備えている。ＦＥＴＱ１のソースとＦＥＴＱ４のドレインとの接続点４ａはコイルＵの一端と接続され、ＦＥＴＱ２のソースとＦＥＴＱ５のドレインとの接続点４ｂはコイルＶの一端と接続され、ＦＥＴＱ３のソースとＦＥＴＱ６のドレインとの接続点４ｃはコイルＷの一端と接続されており、６個のＦＥＴＱ１〜Ｑ６の各ゲートは制御基板部７に接続されている。６個のＦＥＴＱ１〜Ｑ６は、制御基板部７から当該各ゲートに入力された駆動信号によってオン／オフを繰り返すスイッチング動作を行う。また、接続点４ａ、接続点４ｂ及び接続点４ｃは、それぞれ接続線４Ａ、接続線４Ｂ及び接続線４Ｃによって制御基板部７に接続されている。
【００４６】
制御基板部７は、スイッチ機構２２Ｂ及び駆動回路部４に接続されており、誘起電圧検出回路部７１と、制御信号出力回路７５と、制御部７６とを備えている。
【００４７】
誘起電圧検出回路部７１は、接続線４Ａ、接続線４Ｂ及び接続線４Ｃによってステータ巻線３３ＡのコイルＵ、Ｖ、Ｗのそれぞれの一端と接続されており、ロータ３２の回転によってステータ巻線３３Ａに発生する誘起電圧を検出し、当該誘起電圧に応じたアナログ信号（誘起電圧アナログ信号）及び当該誘起電圧に応じたデジタル信号（誘起電圧デジタル信号）を制御部７６に出力する回路部である。誘起電圧検出回路部７１は、本発明の誘起電圧検出手段として機能する。
【００４８】
誘起電圧検出回路部７１は、Ｕ相信号出力回路７２と、Ｖ相信号出力回路７３と、Ｗ相信号出力回路７４とを備えている。Ｕ相信号出力回路７２は、コイルＵに発生する誘起電圧（Ｕ相誘起電圧）を検出し、Ｕ相誘起電圧に応じたアナログ信号（Ｕ相アナログ信号）及びＵ相誘起電圧に応じたデジタル信号（Ｕ相デジタル信号）を制御部７６に出力する回路である。Ｖ相信号出力回路７３は、コイルＶに発生する誘起電圧（Ｖ相誘起電圧）を検出し、Ｖ相誘起電圧に応じたアナログ信号（Ｖ相アナログ信号）及びＶ相誘起電圧に応じたデジタル信号（Ｖデジタル信号）を制御部７６に出力する回路である。Ｗ相信号出力回路７４は、コイルＷに発生する誘起電圧（Ｗ相誘起電圧）を検出し、Ｗ相誘起電圧に応じたアナログ信号（Ｗ相アナログ信号）及びＷ相誘起電圧に応じたデジタル信号（Ｗ相デジタル信号）を制御部７６に出力する回路である。
【００４９】
ここで、図３に基づいて誘起電圧検出回路部７１の構成及び同回路部が備えるＵ相信号出力回路７２、Ｖ相信号出力回路７３及びＷ相信号出力回路７４の構成について説明する。なお、Ｕ相信号出力回路７２、Ｖ相信号出力回路７３及びＷ相信号出力回路７４のそれぞれの構成は互いに略同一であるため、以下の説明においてＵ相信号出力回路７２の構成を例にとって説明し、Ｖ相信号出力回路７３及びＷ相信号出力回路７４の構成についての説明は簡略化する。図３は、誘起電圧検出回路部７１及び同回路部が備えるＵ相信号出力回路７２の構成を示す図である。なお、図３において、Ｖ相信号出力回路７３及びＷ相信号出力回路７４は、図面の煩雑を避けるため省略している。
【００５０】
図３に示されているように誘起電圧検出回路部７１は、抵抗７１Ａ、抵抗７１Ｂ、抵抗７１Ｃ、抵抗７１Ｄ及び抵抗７１Ｅを備えている。抵抗７１Ａ、抵抗７１Ｂ及び抵抗７１Ｃのそれぞれの一端は中性点７１ａにおいて共通接続されている、言い換えれば、抵抗７１Ａ、抵抗７１Ｂ及び抵抗７１Ｃはスター結線されている。また、抵抗７１Ａの他端は接続線４Ａ及び接続点４ａを介してステータ巻線３３ＡのコイルＵの一端に接続され、抵抗７１Ｂの他端は接続線４Ｂ及び接続点４ｂを介してコイルＶの一端に接続され、抵抗７１Ｃの他端は接続線４Ｃ及び接続点４ｃを介してステータ巻線３３ＡのコイルＷの一端に接続されている。
【００５１】
このように、抵抗７１Ａ、抵抗７１Ｂ及び抵抗７１Ｃはスター結線され、抵抗７１Ａ、抵抗７１Ｂ及び抵抗７１Ｃのそれぞれの他端はコイルＵ、Ｖ、Ｗのそれぞれの一端にそれぞれ接続されているため、抵抗７１Ａの電圧降下分はＵ相誘起電圧に相当し、抵抗７１Ｂの電圧降下分はＶ相誘起電圧に相当し、抵抗７１Ｃの電圧降下分はＷ相誘起電圧に相当する。言い換えれば、抵抗７１Ａ、抵抗７１Ｂ及び抵抗７１Ｃのそれぞれの一端を接続している接続点すなわち中性点７１ａと抵抗７１Ａの他端に設けられたＵ相電圧点７１ｂとの電位差は、Ｕ相誘起電圧に相当し、中性点７１ａと抵抗７１Ｂの他端に設けられたＶ相電圧点７１ｃとの電位差はＶ相誘起電圧に相当し、中性点７１ａと抵抗７１Ｃの他端に設けられたＷ相電圧点７１ｄとの電位差はＷ相誘起電圧に相当する。
【００５２】
抵抗７１Ｄ及び抵抗７１Ｅは、中性点７１ａとグランドとの間に直列に接続されており、中性点７１ａの電圧を分圧する。抵抗７１Ｄと抵抗７１Ｅとの間の接続点すなわち中性点分圧点７１ｅの電圧は、中性点７１ａの電圧を抵抗７１Ｄ及び抵抗７１Ｅで分圧した値である。
【００５３】
Ｕ相信号出力回路７２は、Ｕ相アナログ信号を出力するＵ相アナログ信号出力回路８と、Ｕ相デジタル信号を出力するＵ相デジタル信号出力回路９とを備えている。
【００５４】
Ｕ相アナログ信号出力回路８は、分圧回路８１と差動増幅回路８２とを備えている。分圧回路８１は、Ｕ相電圧点７１ｂの電圧を分圧する回路であり、Ｕ相電圧点７１ｂとグランドとの間に直列に接続された抵抗８１Ａ及び抵抗８１Ｂを有している。抵抗８１Ａと抵抗８１Ｂとの間の接続点すなわちＵ相分圧点８１ａの電圧は、Ｕ相電圧点７１ｂの電圧を抵抗８１Ａと抵抗８１Ｂとで分圧した値である。また、抵抗８１Ａの抵抗値は抵抗７１Ｄの抵抗値と同一の値に設定され、且つ抵抗８１Ｂの抵抗値は抵抗７１Ｅの抵抗値と同一の値に設定されている。このため、中性点分圧点７１ｅとＵ相分圧点８１ａとの電位差、すなわち中性点分圧点７１ｅを基準としたＵ相分圧点８１ａの電圧は、Ｕ相誘起電圧に比例する電圧（Ｕ相対応電圧）となる。
【００５５】
差動増幅回路８２は、オペアンプ８２Ａ、抵抗８２Ｂ、抵抗８２Ｃ、抵抗８２Ｄ及びコンデンサ８２Ｅを備えている。オペアンプ８２Ａの非反転入力端子は抵抗８２Ｂを介してＵ相分圧点８１ａに接続され、反転入力端子は抵抗８２Ｃを介して中性点分圧点７１ｅに接続されている。またオペアンプ８２Ａの出力端子は、制御部７６のＡ／Ｄポート及びＵ相デジタル信号出力回路９に接続されており、当該出力端子と反転入力端子との間には、抵抗８２Ｄとノイズを低減するローパスフィルタの役割を果たすコンデンサ８２Ｅとが並列に接続されている。
【００５６】
差動増幅回路８２は、中性点分圧点７１ｅを基準としたＵ相分圧点８１ａの電圧、すなわちＵ相対応電圧を制御部７６の入力レベルに増幅且つオフセットするとともにノイズを低減して、制御部７６のＡ／Ｄ入力ポート及びＵ相デジタル信号出力回路９にアナログ信号（Ｕ相アナログ信号）として出力する。すなわち、差動増幅回路８２は、Ｕ相誘起電圧に応じたアナログ信号（Ｕ相アナログ信号）を制御部７６及びＵ相デジタル信号出力回路９に出力する。
【００５７】
Ｕ相デジタル信号出力回路９は、分圧回路９１とコンパレータ９２とを備えている。分圧回路９１は、基準電圧Ｖｃｃを分圧する回路であり、基準電圧Ｖｃｃとグランドとの間に直列に接続された抵抗９１Ａ及び抵抗９１Ｂを有している。抵抗９１Ａの抵抗値と抵抗９１Ｂの抵抗値とは同一の値に設定されており、抵抗９１Ａと抵抗９１Ｂとの間の接続点すなわち基準分圧点９１ａの電圧は、基準電圧Ｖｃｃの二分の一の電圧である。本実施の形態においては、基準電圧Ｖｃｃは５Ｖであり、基準分圧点９１ａの電圧は２．５Ｖである。
【００５８】
コンパレータ９２は、反転入力端子及び非反転入力端子に入力された電圧（電圧信号）を比較する回路である。コンパレータ９２の反転入力端子は、分圧回路９１の基準分圧点９１ａに接続されており、当該反転入力端子には基準分圧点９１ａの電圧（基準電圧信号）が入力される。コンパレータ９２の非反転入力端子は、オペアンプ８２Ａの出力端子に接続されており、当該非反転入力端子にはＵ相アナログ信号が入力される。コンパレータ９２の出力端子は、制御部７６の入力ポートに接続されている。
【００５９】
コンパレータ９２は、基準電圧信号とＵ相アナログ信号とを比較し、Ｕ相誘起電圧の向きに応じたデジタル信号（二値信号）を制御部７６に出力する。具体的には、Ｕ相アナログ信号が基準電圧信号よりも大きい場合に制御部７６の入力ポートにハイ信号を出力し、Ｕ相アナログ信号が基準電圧信号以下である場合は、制御部７６にロー信号を出力する（電圧信号を出力しない）。言い換えれば、コンパレータ９２は、Ｕ相誘起電圧に応じたデジタル信号（Ｕ相デジタル信号）を制御部７６に出力する。
【００６０】
なお、Ｖ相信号出力回路７３は、Ｖ相電圧点７１ｃ及び中性点分圧点７１ｅに接続されており、当該接続構成以外はＵ相アナログ信号出力回路８と同様の構成であるＶ相アナログ信号出力回路、及びＵ相デジタル信号出力回路９と同様の構成であるＶ相デジタル信号出力回路を有している。また、Ｗ相信号出力回路７４は、Ｗ相電圧点７１ｄ及び中性点分圧点７１ｅに接続されており、当該接続構成以外はＵ相アナログ信号出力回路８と同様の構成であるＷ相アナログ信号出力回路、及びＵ相デジタル信号出力回路９と同様の構成であるＷ相デジタル信号出力回路を有している。すなわち、制御部７６には、Ｕ相アナログ信号、Ｕ相デジタル信号、Ｖ相アナログ信号、Ｖ相デジタル信号、Ｗ相アナログ信号及びＷ相デジタル信号の合計６系統の信号が入力される。Ｕ相アナログ信号出力回路８、Ｖ相アナログ信号出力回路及びＷ相アナログ信号出力回路は、本発明のアナログ信号出力手段として機能する。また、Ｕ相デジタル信号出力回路９、Ｖ相デジタル信号出力回路及びＷ相デジタル信号出力回路は、本発明のデジタル信号出力手段として機能する。
【００６１】
ここで、Ｕ相対応電圧、Ｕ相アナログ信号及びＵ相デジタル信号について図４に基づいて説明する。なお、Ｕ相誘起電圧は、ロータ３２の回転が回転することによって略正弦波を描く。これは、ロータ３２が回転することで、コイルＵの近傍をロータ３２の永久磁石３２ＡのＮ極及びＳ極が交互に通過してコイルＵを貫く磁力が周期的に変化するためである。図４は、ロータ３２が最大回転数で回転している状態での各電圧信号及び電圧の波形を示す図であり、（ａ）はＵ相対応電圧の波形を示す図、（ｂ）はＵ相アナログ信号の波形を示す図、（ｃ）はＵ相デジタル信号の波形を示す図である。
【００６２】
図４（ａ）に示されているようにＵ相対応電圧は、０Ｖを中心として上下に振動する略正弦波である。本実施の形態においては、２組４極の永久磁石３２Ａを備えているため、Ｕ相対応電圧の１周期分すなわち電気角で３６０°分はロータ３２の半回転に相当し、２周期分すなわち電気角で７２０°分はロータ３２の１回転に相当する。
【００６３】
Ｕ相対応電圧が０Ｖを通過する点であるゼロクロスポイントは、Ｕ相対応電圧の半周期毎すなわち電気角で１８０°毎に存在し、ロータ３２の１回転（電気角で７２０°分）の間にゼロクロスポイントは４点存在する。なお、ゼロクロスポイントの中でもＵ相対応電圧が０Ｖよりも小さい値から０Ｖを通過して０Ｖよりも大きな値に変化する「立ち上がり」のゼロクロスポイントは、１周期毎すなわち電気角で３６０°毎に存在し、ロータ３２の１回転の間に２点存在する。
【００６４】
またＵ相対応電圧は、Ｕ相誘起電圧と比例関係にあるため、Ｕ相誘起電圧はＵ相対応電圧に同期した略正弦波であり、Ｕ相誘起電圧のゼロクロスポイントのタイミングもＵ相対応電圧のゼロクロスポイントのタイミングと同期する。なお、Ｖ相誘起電圧はＵ相誘起電圧よりも電気角で１２０°遅れた略正弦波であり、Ｗ相誘起電圧はＵ相誘起電圧よりも電気角で２４０°遅れた略正弦波である。
【００６５】
Ｕ相誘起電圧、Ｖ相誘起電圧及びＷ相誘起電圧の３相分全てのゼロクロスポイントの数は、ロータ３２の一回転の間に１２点存在し、ロータ３２が３０°回転する毎（電気角で６０°毎）にＵ相誘起電圧、Ｖ相誘起電圧、Ｗ相誘起電圧のいずれかの誘起電圧がゼロクロスポイントを通過する。なお、３相分全ての「立ち上がり」のゼロクロスポイントの数は６点存在し、ロータ３２が６０°回転する毎（電気角で１２０°毎）にＵ相誘起電圧、Ｖ相誘起電圧、Ｗ相誘起電圧の順に「立ち上がり」のゼロクロスポイントを通過する。
【００６６】
図４（ｂ）に示されているようにＵ相アナログ信号は、差動増幅回路８２によってＵ相対応電圧が増幅且つオフセットされた信号であり、本実施の形態においては、２．５Ｖを中心として振動し、振幅が１．３Ｖ、最大値３．８Ｖ、最小値１．２Ｖである略正弦波である。また、Ｕ相アナログ信号が２．５Ｖを通過するタイミングは、Ｕ相誘起電圧（又はＵ相対応電圧）のゼロクロスポイントに相当する。また、図４（ｂ）の破線Ｂは、基準電圧信号を示しており、本実施の形態においては２．５Ｖである。
【００６７】
図４（ｃ）に示されているようにＵ相デジタル信号は、コンパレータ９２による比較結果であるハイ信号（５Ｖ）及びロー信号（０Ｖ）を組み合わせた矩形波である。Ｕ相デジタル信号は、基準電圧信号よりもＵ相アナログ信号が大きい期間（電気角で０°から１８０°の間、３６０°から５４０°の間等）、ハイ信号を出力し続ける。また、Ｕ相アナログ信号が基準電圧信号以下である期間（電気角で１８０°から３６０°の間、５４０°から７２０°の間等）は、ロー信号を出力し続ける。また、Ｕ相デジタル信号の出力がハイ信号からロー信号に切り換わるタイミング、又はロー信号からハイ信号に切り換わるタイミングは、Ｕ相誘起電圧のゼロクロスポイントのタイミングに相当する。なお、Ｕ相デジタル信号の出力がロー信号からハイ信号に切り換わるタイミングは、Ｕ相誘起電圧の「立ち上がり」のゼロクロスポイントのタイミングに相当する。
【００６８】
図２に戻り、制御信号出力回路７５は、６個のＦＥＴＱ１〜Ｑ６の各ゲートに接続され、制御部７６から入力される駆動信号に基づいて６個のＦＥＴＱ１〜Ｑ６の各ゲートに電圧信号（Ｈ１〜Ｈ６）を出力する回路である。６個のＦＥＴＱ１〜Ｑ６のうち、ゲートに電圧信号が入力されたＦＥＴはオン状態となりモータ３のステータ巻線３３Ａへの通電を許容し、ゲートに当該電圧信号が入力されていないＦＥＴはオフ状態となりステータ巻線３３Ａの通電を遮断する。
【００６９】
制御部７６は、処理プログラム及び各種データに基づいて駆動信号を出力するための演算、比較等を行う図示せぬ中央処理装置（ＣＰＵ）と、処理プログラム、制御データ、各種閾値等を記憶するための図示せぬＲＯＭと、各種データを一時記憶するための図示せぬＲＡＭと、時間を測定することができる計時機能とを備えている。また制御部７６は、アナログ信号をデジタル情報に変換するＡ／Ｄ入力ポート、デジタル信号が入力される入力ポート、各種信号を出力する出力ポートをそれぞれ複数有している。本実施の形態において制御部７６は、マイコンである。
【００７０】
制御部７６は、各種ポートに入力されるステータ巻線３３Ａに発生する誘起電圧に応じた信号（誘起電圧アナログ信号又は誘起電圧デジタル信号）に基づいてロータ３２の回転位置（回転角度）を算出し、当該回転位置の情報に基づいてモータ３を制御する。すなわちホール素子を用いることなくステータ巻線３３Ａに発生する誘起電圧に基づいてロータ３２の回転制御を行うセンサレス方式でモータ３を制御する。また制御部７６は、ロータ３２の回転数を算出し、当該回転数及びスイッチトリガ２２Ａの引き量に基づいてロータ３２の回転数を制御する。
【００７１】
制御部７６による回転位置の算出は、ステータ巻線３３ＡのコイルＵ、Ｖ、Ｗに発生する誘起電圧（Ｕ相誘起電圧、Ｖ相誘起電圧、Ｗ相誘起電圧）のゼロクロスポイントを検出することで行う。制御部７６は、各相の誘起電圧に応じた各アナログ信号（Ｕ相アナログ信号、Ｖ相アナログ信号及びＷ相アナログ信号）、又は、各デジタル信号（Ｕ相デジタル信号、Ｖ相デジタル信号及びＷ相デジタル信号）のゼロクロスポイントを検出することで、Ｕ相誘起電圧、Ｖ相誘起電圧及びＷ相誘起電圧のそれぞれのゼロクロスポイントを検出し、当該ゼロクロスポイントに基づいてロータ３２の回転位置を算出する。上述したようにゼロクロスポイントは、ロータ３２が一回転する間に１２点存在し、ロータ３２が３０°回転する毎に検出されるため、ロータ３２の回転位置を３０°毎に検出可能である。
【００７２】
制御部７６による各アナログ信号のゼロクロスポイントの検出は、各アナログ信号のゼロクロスポイントに対応する電圧信号閾値を用い、各アナログ信号が当該電圧閾値を通過するタイミングを検出することで行う。本実施の形態における電圧信号閾値は２．５Ｖである。また、制御部７６による各デジタル信号のゼロクロスポイントの検出は、各デジタル信号のハイ信号及びロー信号の切替わるタイミングを検出することで行う。
【００７３】
このように制御部７６は、ゼロクロスポイントの検出により、ロータ３２の回転位置を検出し、当該回転位置に基づいて、所定のＦＥＴＱ１〜Ｑ６を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、その駆動信号を制御信号出力回路７５に出力する。これによってコイルＵ、Ｖ、Ｗのうちの所定のコイルに交互に通電し、ロータ３２を所定の回転方向に回転させる。この場合、負電源側に接続されているＦＥＴＱ４〜Ｑ６をスイッチングさせるための駆動信号は、パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）として出力される。なお、ＰＷＭ信号は、ＦＥＴをオン／オフさせるスイッチング周期（所定時間）における信号出力時間（パルス幅）を変更することができる信号である。
【００７４】
制御部７６による回転数の算出は、ゼロクロスポイントの時間間隔を検出し、この時間間隔に基づき、ロータ３２の１分間あたりの回転数値（ｒｐｍ）を算出する。例えば、ゼロクロスポイントの時間間隔をＴ（ｍｓ）とすると、ロータ３２の１回転あたりに要する時間は、Ｔ×１２（ｍｓ）となり、ロータ３２の１秒間の回転数は、１０００／（Ｔ×１２）（回）となり、回転数Ｎ（ｒｐｍ）は、Ｎ＝（１０００／（Ｔ×１２））×６０と算出される。
【００７５】
制御部７６によるロータ３２の回転数の制御は、スイッチトリガ２２Ａから出力される押込量に応じたトリガ信号に基づいて行われる。制御部７６は、トリガ信号に応じた目標回転数を設定し、当該目標回転数と検出したロータ３２の回転数とを比較し、当該比較結果に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を変化させるフィードバック制御を行い、モータ３への電力供給量を調整し、ロータ３２の回転数を制御する。制御部７６は、本発明のモータ制御手段、駆動状態検出手段及び回転数検出手段として機能する。
【００７６】
次に、制御部７６によるモータ３の制御について説明する。制御部７６は、誘起電圧アナログ信号に基づいてロータ３２の回転位置を算出してモータ３を制御するアナログ信号制御モードと、誘起電圧デジタル信号に基づいてロータ３２の回転位置を算出してモータ３を制御するデジタル信号制御モードとを有しており、駆動状態（駆動開始状態であるか否か、ロータ３２の回転数が低回転数状態であるか否か）に応じて当該２つの制御モードを切替えてモータ３を制御する。すなわち、制御部７６は、誘起電圧アナログ信号及び誘起電圧デジタル信号のいずれか一方を駆動状態に応じて選択し、選択された一方の信号に基づいてモータ３を制御する。
【００７７】
ここで、デジタル信号制御モードの特性及びアナログ信号制御モードの特性について説明する。
【００７８】
最初に、デジタル信号制御モードの特性、すなわち誘起電圧デジタル信号に基づくモータ３の制御の特性について説明する。デジタル信号制御モードの場合、制御部７６が演算処理する対象は、二値信号である誘起電圧デジタル信号であるため、制御部７６は高速にロータ３２の回転位置を算出することができる。このため、ロータ３２が高回転数状態であっても算出されたロータ３２の回転位置と実際の回転位置とのずれは僅かにしか生じず、安定してモータ３を制御することができる。しかしながら、デジタル信号制御モードにおいてロータ３２が低回転数状態である場合、ステータ巻線３３Ａに発生する誘起電圧が低くなり、回転時に発生するトルクリプル等に起因した逆転が発生し易く、誘起電圧アナログ信号が基準電圧信号付近で上下するため、誘起電圧デジタル信号を出力するコンパレータ（例えば、Ｕ相デジタル信号を出力するコンパレータ９２）がチャタリングを起こす可能性が高く、安定してモータ３を制御することができない虞がある。また、ロータ３２が低回転数状態である場合、ステータ巻線３３Ａに発生する誘起電圧が低くなり、誘起電圧アナログ信号と基準電圧信号との差が僅かとなるため、コンパレータ（例えば、Ｕ相デジタル信号を出力するコンパレータ９２）の分解能の程度、ヒステリシス特性によっては、誤作動を起こす虞もある。当該誤作動は、例えば、誘起電圧アナログ信号が基準電圧信号よりも大きいが、その差が僅かであるため、コンパレータがロー信号を出力してしまうといった誤作動である。
【００７９】
図７を参照しながら、誘起電圧に応じたデジタル信号に基づいたモータの制御における低回転数状態でのチャタリングについて従来の電動機器を例にとって説明する。図７は、誘起電圧に応じたデジタル信号に基づいてモータを制御する従来の電動機器におけるロータが低回転数状態である場合の各部の電圧信号を示す図であり、（ａ）はコンパレータに入力される誘起電圧に応じた信号の波形を示す図、（ｂ）はコンパレータが出力するデジタル信号の波形を示す図である。
【００８０】
図７（ａ）に示されているように、一般に、ロータが低回転数状態である場合、モータのコイルに発生する誘起電圧が低いため、回転時に発生するトルクリプル等に起因した逆転が発生し易く、コンパレータに入力される誘起電圧に応じた信号がゼロクロスポイント近傍（電気角で１８０°、３６０°近傍）で０Ｖを跨いで高速で上下する現象が起こる場合がある。このような場合、従来の電動機器におけるコンパレータは、図７（ｂ）に示されているように、ゼロクロスポイント近傍で誘起電圧に応じたデジタル信号としてハイ信号とロー信号と交互に高速に繰り返して出力するチャタリングを起こす可能性が高まる。当該コンパレータがチャタリングを起こすと、当該デジタル信号に基づいたゼロクロスポイントの検出が正確性を欠き、ロータの回転位置検出（回転位置算出）が不正確となり、ひいてはモータの制御が不安定となる。このように誘起電圧に応じたデジタル信号に基づいてモータを制御する従来の電動機器においてはロータが低回転数状態である場合、モータの制御が不安定となる虞があった。
【００８１】
このように、デジタル信号制御モードは、ロータ３２が低回転数状態である場合にはモータ３の制御が不安定となる虞があるが、ロータ３２が高回転数状態である場合にはモータ３の制御に好適であるという特性を持つ。
【００８２】
次に、アナログ信号制御モードの特性、すなわち誘起電圧アナログ信号に基づくモータ３の制御の特性について説明する。アナログ信号制御モードの場合、Ａ／Ｄ入力ポートでＡ／Ｄ変換された誘起電圧アナログ信号は、ＲＯＭに予め記憶されたチャタリング成分を除去するプログラムに基づいて制御部７６によって処理される。このため、低回転数状態であっても正確にゼロクロスポイントを算出することができる。これにより、ロータ３２が低回転数状態であっても、制御部７６は正確にゼロクロスポイントを検出（算出）することができ、安定してモータ３を制御することができる。しかしながら、一般にＡ／Ｄ入力ポートの分解能はコンパレータ（例えば、Ｕ相デジタル信号を出力するコンパレータ９２）の分解能よりも高く誘起電圧アナログ信号のＡ／Ｄ変換は、当該コンパレータでの比較処理よりも時間を要し、さらに制御部７６による上記プログラムに基づいた処理にも時間を要するため、アナログ信号制御モードにおけるロータ３２の回転位置の算出速度は、デジタル信号制御モードにおける当該算出速度よりも遅くなる。このため、アナログ信号制御モードにおける高回転数状態では、算出されたロータ３２の回転位置と実際の回転位置とずれが大きくなり、安定してモータ３を制御することができない虞がある。なお、当該回転位置の算出に要する時間は、低回転数状態においてモータ３の制御が不安定となる程度のものではない。
【００８３】
このように、アナログ信号制御モードは、ロータ３２が高回転数状態である場合にはモータ３の制御が不安定となる虞があるが、ロータ３２が低回転数状態である場合にはモータ３の制御に好適であるという特性を持つ。
【００８４】
上述した各制御モードの特性に鑑みて、本実施の形態における制御部７６は、駆動開始状態である場合又は低回転数状態である場合は、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ３を制御（アナログ信号制御モードを選択）し、駆動開始状態でなく且つ低回転数状態でない場合には、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ３を制御（デジタル信号制御モードを選択）する。言い換えると、アナログ信号制御モードを実行した後にデジタル信号制御モードに移行する。これにより、センサレス方式における低回転数状態での安定したモータ３の制御と高回転数状態での安定したモータ３の制御とを両立させることができる。
【００８５】
図５に基づいて制御部７６によるモータ３の制御フローの一例を説明する。図５は制御部７６の制御フローを示すフローチャート図である。
【００８６】
図５に示されているように、電池パックＰがインパクトドライバ１に装着されると、制御部７６はモータ３の制御を開始する（Ｓ２０１）。制御部７６は、モータ３の制御を開始した後にモータ３を停止状態とする（Ｓ２０２）。これにより、例えば、電池パックＰがインパクトドライバ１に装着された瞬間にモータ３が駆動して先端工具が駆動してしまう、といった作業者の意図しないタイミングでの先端工具の駆動を防止することができる。特にスイッチトリガ２２Ａがオン状態となっている状態で電池パックＰが装着された場合に有効である。
【００８７】
次に、スイッチトリガ２２Ａがオン状態であるか否か（押込まれたか否か）を判断する。オン状態であるか否かの判断は、スイッチトリガ２２Ａからトリガ信号が制御部７６に入力されているか否かで判断する。スイッチトリガ２２Ａがオン状態でないと判断した場合（Ｓ２０３：Ｎｏ）、モータ３を停止状態とし（Ｓ２０２）、再び、スイッチトリガ２２Ａがオン状態であるか否かを判断する（Ｓ２０３）。すなわち、ステップ２０２でスイッチトリガ２２Ａがオン状態であると判断するまで、ステップ２０２及びステップ２０３を繰り返しながらモータ３の駆動停止状態を維持する。
【００８８】
スイッチトリガ２２Ａがオン状態であると判断した場合（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、制御モードとしてアナログ信号制御モードを選択し、モータ３の駆動を開始する（Ｓ２０４）。モータ３の駆動開始時（駆動開始状態）は、ロータ３２が低回転数状態であるため、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御する。
【００８９】
モータ３の駆動が開始されると、算出されたロータ３２の回転数Ｎが回転数閾値Ａ以下であるか否かを判断する（ステップ２０５）。回転数Ｎが回転数閾値Ａ以下であると判断した場合（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、ロータ３２の回転数が低回転数状態（低回転数域）であるため、制御部７６はアナログ信号制御モードを選択し、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御する。これにより、低回転数状態であっても安定してモータ３を制御することができる。なお、制御部７６は、低回転数状態であるか否かの判断は、算出されたロータ３２の回転数Ｎが制御部７６のＲＯＭに予め記憶された回転数閾値Ａ以下であるか否かで判断する。本実施の形態において回転数閾値Ａは、当該値よりも高い回転数であればコンパレータ（例えば、Ｕ相デジタル信号を出力するコンパレータ９２）がチャタリングを起こす可能性が低いと判断される回転数の値に設定されている。
【００９０】
その後、スイッチトリガ２２Ａがオン状態であるか否かを判断する（Ｓ２０８）。スイッチトリガ２２Ａがオン状態であると判断した場合（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）、再び回転数Ｎが回転数閾値Ａ以下であるか否かを判断する（Ｓ２０５）。すなわち、制御部７６は、スイッチトリガ２２Ａがオン状態であり、且つ回転数Ｎが回転数閾値Ａ以下である状態（低回転数状態）である限り、ステップ２０５、ステップ２０６、ステップ２０８の順に繰り返しながらアナログ信号制御モードでモータ３を制御する。
【００９１】
ステップ２０５で回転数Ｎが回転数閾値Ａ以下でないと判断した場合（ステップ２０５：Ｎｏ）、ロータ３２の回転数が低回転数状態ではないため、制御部７６はデジタル信号制御モードを選択し、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ３を制御する。これにより、センサレス方式のモータ３の制御において、低回転数状態での安定したモータ３の制御と高回転数状態での安定したモータ３の制御とを両立させることができる。
【００９２】
その後、スイッチトリガ２２Ａがオン状態であるか否かを判断する（Ｓ２０８）。スイッチトリガ２２Ａがオン状態であると判断した場合（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）、再び回転数Ｎが回転数閾値Ａ以下であるか否かを判断する（Ｓ２０５）。すなわち、制御部７６は、スイッチトリガ２２Ａがオン状態であり、且つ回転数Ｎが回転数閾値Ａ以下でない状態である限り、ステップ２０５、ステップ２０７、ステップ２０８の順に繰り返しながらデジタル信号制御モードでモータ３を制御する。なお、ステップ２０５、ステップ２０７、ステップ２０８を繰り返しながらデジタル信号制御モードでモータ３を制御している間に、ロータ３２の回転数が低下し、ステップ２０５で回転数Ｎが回転数閾値Ａ以下であると判断した場合（Ｓ２０５：Ｙｅｓ）、デジタル信号制御モードからアナログ信号制御モードに切替えて誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御する。
【００９３】
ステップ２０８において、スイッチトリガ２２Ａがオン状態でないと判断した場合（Ｓ２０８：Ｎｏ）、上述したステップ２０２に戻り、モータ３の駆動を停止する。その後は、上述したように、再びスイッチトリガ２２Ａがオン状態となるまでステップ２０２及びステップ２０３を繰り返しながらモータ３の停止状態を維持する。
【００９４】
次に、図６に基づいて上述した制御部７６による制御フローを用いてモータ３を制御した場合の各部の電圧、電圧信号、回転数及びデューティ比について説明する。図６は、制御部７６による制御フローを用いてモータ３を制御した場合の各部の電圧、電圧信号、回転数及びデューティ比のタイミングチャートを示す図であり、（ａ）はＵ相対応電圧の波形を示す図、（ｂ）はＵ相アナログ信号の波形を示す図、（ｃ）はＵ相デジタル信号の波形を示す図、（ｄ）はロータ３２の回転数を示す図、（ｅ）はデューティ比を示す図である。なお、図６（ａ）〜（ｅ）の横軸は、時間（時刻）及び電気角を示しており、図６（ｂ）における破線Ｂは図４と同様に基準電圧信号を示し、図６（ｄ）における破線は回転数閾値Ａを示している。
【００９５】
図６（ａ）〜（ｅ）に示されているように、時刻ｔ０で制御部７６はアナログ信号制御モードでモータ３の駆動を開始している（図５のＳ２０３のＹｅｓ、Ｓ２０４に相当）。図６（ｄ）及び（ｅ）に示されているように時刻ｔ０〜時刻ｔ１の間は、制御部７６は回転数制御に基づいてデューティ比を時間に関する一次関数的に増加させており、回転数もデューティ比に比例して増加している。また図６（ａ）〜（ｃ）に示されているように、時刻ｔ０〜時刻ｔ１の間（電気角で０°〜３６０°）は、ロータ３２は低回転数状態であり、Ｕ相対応電圧及びＵ相アナログ信号の振幅も小さく、Ｕ相アナログ信号と基準電圧信号との差も僅かである。このため、電気角で０°〜１８０°の間においてＵ相アナログ信号は基準電圧信号よりも大きい値であるにもかかわらず、コンパレータ９２はＵ相デジタル信号としてロー信号を出力する誤作動を起こしている。しかしながら、時刻ｔ０〜時刻ｔ１の間では、回転数が回転数閾値Ａを超えていないため制御部７６は、アナログ信号制御モードでモータ３を制御しており、安定したモータ３の制御が維持されている。
【００９６】
時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間（電気角で３６０°から７２０°）では、制御部７６は回転数制御に基づいてデューティ比をさらに増加させており、回転数もさらに増加している。またＵ相対応電圧及びＵ相アナログ信号の振幅は時刻ｔ１よりも大きくなり、周期は短くなっている。さらに、当該期間ではＵ相アナログ信号と基準電圧信号との差も時刻ｔ１より大きくなっているため、Ｕ相デジタル信号は正確に出力されている（図６（ｃ））。なお、時刻ｔ０〜時刻ｔ２までの間は、図５のＳ２０５のＹｅｓ、Ｓ２０６、Ｓ２０８のＹｅｓの繰り返しに相当する。
【００９７】
図６（ｄ）に示されているように時刻ｔ２を超えると、回転数が回転数閾値Ａを超え、制御部７６は制御モードをデジタル信号制御モードに切替える（図５のＳ２０５のＮｏ及びＳ２０７に相当）。時刻ｔ２を超え、回転数が回転数閾値Ａを超えると、アナログ信号制御モードでは、安定してモータ３を制御できない虞があるが、制御部７６はデジタル信号制御モードでモータ３を制御するため安定してモータ３を制御することができる。
【００９８】
時刻ｔ３以降となると制御部７６はデューティ比を最大まで増加させており、それに伴って回転数も最高となっている。時刻ｔ３以降は、回転数が最高となり、Ｕ相対応電圧及びＵ相アナログ信号の振幅も最大となり、且つＵ相アナログ信号と基準電圧信号との差も最大とあるため、より正確にＵ相デジタル信号が出力される。この状態で、制御部７６はロータ３２の回転位置を高速算出可能なデジタル信号制御モードでモータ３を制御しているため、より安定してモータ３を制御することができる。なお、時刻ｔ２を超えてからは、図５のＳ２０５のＮｏ、Ｓ２０７、Ｓ２０８のＹｅｓの繰り返しに相当する。
【００９９】
上述したように、本発明の実施の形態による電動機器の一例であるインパクトドライバ１は、ステータ巻線３３Ａを有するステータ３３とロータ３２とを有するモータと、ステータ巻線３３Ａに発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出回路部７１と、当該誘起電圧に基づいてモータ３を制御し、モータ３の駆動状態（駆動開始状態であるか等）を検出する制御部７６と、を備えており、誘起電圧検出回路部７１は、誘起電圧に応じたデジタル信号（誘起電圧デジタル信号）を出力するＵ相デジタル信号出力回路９、Ｖ相デジタル信号出力回路及びＷ相デジタル信号出力回路と、誘起電圧に応じたアナログ信号（誘起電圧アナログ信号）を出力するＵ相アナログ信号出力回路８、Ｖ相アナログ信号出力回路及びＷ相アナログ信号出力回路と、を有し、制御部７６は、該駆動状態に応じて誘起電圧デジタル信号及び誘起電圧アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいてモータ３を制御する。
【０１００】
上記構成により、インパクトドライバ１は、誘起電圧に応じた信号に基づいてモータ３を制御する構成であるため、インパクトドライバ１にホール素子を設ける必要がない。これにより、部品点数を減らし組立性を向上させることができる。さらに、インパクトドライバ１の誘起電圧検出回路部７１は、誘起電圧に応じたデジタル信号（誘起電圧デジタル信号）を制御部７６に出力するＵ相デジタル信号出力回路９、Ｖ相デジタル信号出力回路及びＷ相デジタル信号出力回路と、誘起電圧に応じたアナログ信号（誘起電圧アナログ信号）を制御部７６に出力するＵ相アナログ信号出力回路８、Ｖ相アナログ信号出力回路及びＷ相アナログ信号出力回路とを有しているため、モータ３の制御に用いる信号を適宜選択することができる。これにより、モータ３をより安定して良好に制御することができ、操作性を向上させることができる。すなわち、センサレス駆動方式において、安定してモータ３を制御することができる。
【０１０１】
また制御部７６は、モータ３の制御に用いる誘起電圧に応じた信号として誘起電圧アナログ信号及び誘起電圧デジタル信号のいずれか一方を駆動状態に応じて選択可能である。これにより、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ３を制御すると当該制御が不安定になる虞のある駆動状態の場合（例えば、モータ３の駆動開始時等）、モータ３の制御に誘起電圧デジタル信号を用いず、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御することが可能となる。このため、駆動状態に応じて両信号の中からモータの制御に用いる信号を適宜選択することができない構成と比較して、より安定して良好にモータを制御することができ、操作性を向上させることができる。
【０１０２】
また、インパクトドライバ１における制御部７６は、ロータ３２の回転数を検出する機能を備えており、駆動状態の中でも特にモータ３の制御の安定性に大きな影響を与える要素であるロータ３２の回転数状態（ロータ３２の回転数）に応じて、誘起電圧デジタル信号及び誘起電圧アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいてモータ３を制御することができるため、モータ３の制御をより安定させることができる。
【０１０３】
また、制御部７６は、ロータ３２の回転数が回転数閾値Ａ以下である場合、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御し、当該回転数が回転数閾値Ａよりも大きい場合、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ３を制御することができる。これにより、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ３を制御した場合に当該制御が不安定になる虞のある駆動状態すなわちロータ３２の回転数が低い状態（低回転数状態）では、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御し、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御すると当該制御が不安定になる虞のある駆動状態すなわち回転数が高い状態（高回転数状態）では、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ３を制御することができる。したがって、より安定してモータ３を制御することができる。
【０１０４】
また、制御部７６は、モータ３の駆動開始時に誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御するため、モータ３の駆動開始時の低回転数状態において確実に誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御することができる。すなわち、モータ３の駆動開始時の低回転数状態において、モータ３の制御が不安定になる虞のある誘起電圧デジタル信号に基づくモータ３の制御を確実に回避することができる。したがって、モータ３をより安定して制御することが可能となる。
【０１０５】
また、制御部７６は、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御（アナログ信号制御モード）した後に誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ３を制御（デジタル信号制御モード）する。このため、例えば、モータ３の起動時（駆動開始時）の低回転数状態において、当該状態でモータ３の制御が不安定になる虞のある誘起電圧デジタル信号に基づくモータ３の制御をより確実に回避することができる。したがって、モータ３をより安定して良好に制御することが可能となる。
【０１０６】
また、インパクトドライバ１は、モータ３の起動を指示するスイッチトリガ２２Ａを備えており、制御部７６は、スイッチトリガ２２Ａが操作されると誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御し（アナログ信号制御モード）、その後、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ３を制御する（デジタル信号制御モード）。このため、例えば、モータ３の起動時（駆動開始時）の低回転数状態において、当該状態でモータ３の制御が不安定になる虞のある誘起電圧デジタル信号に基づくモータ３の制御をより確実に回避することができる。したがって、モータ３をより安定して良好に制御することが可能となる。
【０１０７】
なお、上記した実施の形態では、本発明をインパクトドライバに適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。特許請求の範囲に記載した範囲で、種々の変形や改良が可能である。例えば、本発明はインパクトドライバ以外にもＤＣブラシレスモータを備えた電動機器（電動工具、電気作業機等）に適用可能である。さらに、好ましくはハンマドリル、ドライバドリル、コンプレッサ等に代表されるロータ（回転軸）がロックしない構成の電動工具又は電気作業機等に適用可能である。また、モータとしてはＤＣブラシレスモータに限らず、誘導モータにも適用可能である。
【０１０８】
また、本実施の形態における制御部７６は、駆動状態として、駆動開始状態であるか否か、低回転数状態であるか否か、を判断して制御モードを切替える構成としたが、駆動状態として、駆動開始からの経過時間を判断して制御モードを切替える構成としても良い。
【０１０９】
例えば、駆動開始からの経過時間が所定時間未満である場合は、ロータ３２の回転数の状態が低回転数状態であることを考慮して、モータの駆動開始時から所定時間が経過するまでの間の誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ３を制御する構成としても良い。この場合、モータ３の駆動開始時の低回転数状態において、当該状態でモータ３の制御が不安定になる虞のある誘起電圧デジタル信号に基づくモータ３の制御をより確実に回避することができ、モータをより安定して良好に制御することが可能となる。
【０１１０】
また、スイッチトリガ２２Ａの引き量に応じたトリガ信号の状態（目標回転数の状態）等トリガ信号の状態を判断して制御モードを切替える構成としてもよい、すなわちトリガ信号によって定まる目標回転数が所定の閾値以下である場合（目標回転数からロータ３２が低回転数状態であると判断できる場合）、アナログ信号制御モードでモータ３を制御する構成とすれば本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１１】
また、本実施の形態においては、制御部７６が回転数を算出する構成であったが、回転数検出のための回路を制御部７６とは別に設けてもよい。
【０１１２】
また、本実施の形態においては、Ｕ相誘起電圧を検出するために、中性点７１ａを抵抗７１Ｄと抵抗７１Ｅとによって分圧した中性点分圧点７１ｅの電圧を基準としたＵ相分圧点８１ａの電圧を差動増幅回路８２で増幅且つオフセットする構成であったが、中性点７１ａをノイズ除去のためのコンデンサを介してグランドに接続し、中性点７１ａを基準としたＵ相分圧点８１ａの電圧を差動増幅回路８２で制御部７６の入力レベルに増幅且つオフセットする構成であってもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１…インパクトドライバ  ２…ハウジング  ３…モータ  ４…駆動回路部  ５…冷却ファン  ６…動力伝達部  ７…制御基板部  ８…Ｕ相アナログ信号出力回路  ９…Ｕ相デジタル信号出力回路  ２１…モータハウジング  ２２…ハンドルハウジング  ２２Ａ…スイッチトリガ  ２２Ｂ…スイッチ機構  ２３…基板収容部  ３１…回転軸  ３２…ロータ  ３２Ａ…永久磁石  ３３…ステータ  ３３Ａ…ステータ巻線  ６１…減速機構  ６２…インパクト機構  ６３…アンビル部  ７１…誘起電圧検出回路部  ７２…Ｕ相信号出力回路  ７３…Ｖ相信号出力回路  ７４…Ｗ相信号出力回路  ７５…制御信号出力回路  ７６…制御部  ８１…分圧回路  ８２…差動増幅回路  ９１…分圧回路  ９１ａ…基準分圧点  ９２…コンパレータ  Ａ…回転数閾値  Ｂ…破線  Ｎ…回転数  Ｐ…電池パック  Ｕ…コイル  Ｖ…コイル  Ｗ…コイル  Ｖｃｃ…基準電圧
【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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【国際調査報告】
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