(57)【要約】【課題】誘導モータにおいてもロックトルクを大きくすることができ、シリースモータと変わらない用途に用いることができる電動工具の制御装置を提供する。【解決手段】グラインダー１０を回転させる三相の誘導モータ１２の三相の駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄに変換し、この変換したｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄに基づいて誘導モータ１２の回転速度をＰＷＭ制御回路２２とインバーター回路１６でＰＷＭ制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の誘導モータで駆動する電動工具の駆動装置であって、
前記誘導モータの固定子巻線へ三相の駆動電流を供給するインバーター回路と、
前記インバーター回路へＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ制御回路と、
前記三相の駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記検出した三相の駆動電流に基づいて磁束に対応した電流成分であるｄ軸電流と、前記誘導モータのトルクに対応した電流成分であるｑ軸電流とに変換する３相／２相変換手段と、
前記誘導モータの回転速度を検出する速度検出手段と、
速度指令信号を出力する速度指令信号出力手段と、
前記変換したｑ軸電流、前記検出した回転速度、前記速度指令信号とに基づいて、前記速度指令信号に対応した回転速度になるように前記ＰＷＭ制御回路へ制御信号を出力する制御手段と、
を有する
ことを特徴とする電動工具の駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記ｑ軸電流が増加するとトルクが上がるように制御する
ことを特徴とする請求項１記載の電動工具の駆動装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記ｑ軸電流の減少するとトルクが下がるように制御する
ことを特徴とする請求項１記載の電動工具の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動工具の駆動装置に関するものである。
【０００２】
誘導モータ（インダクションモータ）は、電動工具の駆動源として用いられている（特許文献１）。
【０００３】
例えば、その電動工具としては刃物研ぎ機や高周波グラインダーが挙げられる。
【特許文献１】特開平７−１４２９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような誘導モータの利点として、ある程度までトルクが上がっても回転数の落ち込みが小さく、また、ブラシがなく長寿命であるということが挙げられる。しかしながら、誘導モータはロックトルクが小さいという問題点がある。
【０００５】
そのため、一般的な電動工具の駆動源として誘導モータを用いることは少なく、ロックトルクの大きいシリースモータが主流である。しかし、このシリースモータにおいてはブラシ寿命が誘導モータに比べて短いという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、誘導モータにおいてもロックトルクを大きくすることができ、シリースモータと変わらない用途に用いることができる電動工具の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、三相の誘導モータで駆動する電動工具の駆動装置であって、前記誘導モータの固定子巻線へ三相の駆動電流を供給するインバーター回路と、前記インバーター回路へＰＷＭ信号を供給するＰＷＭ制御回路と、前記三相の駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、前記検出した三相の駆動電流に基づいて磁束に対応した電流成分であるｄ軸電流と、前記誘導モータのトルクに対応した電流成分であるｑ軸電流とに変換する３相／２相変換手段と、前記誘導モータの回転速度を検出する速度検出手段と、速度指令信号を出力する速度指令信号出力手段と、前記変換したｑ軸電流、前記検出した回転速度、前記速度指令信号とに基づいて、前記速度指令信号に対応した回転速度になるように前記ＰＷＭ制御回路へ制御信号を出力する制御手段と、を有することを特徴とする電動工具の駆動装置である。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記制御手段は、前記ｑ軸電流が増加するとトルクが上がるように制御することを特徴とする請求項１記載の電動工具の駆動装置である。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記制御手段は、前記ｑ軸電流の減少するとトルクが下がるように制御することを特徴とする請求項１記載の電動工具の駆動装置である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明の電動工具の駆動装置においては、制御手段は、誘導モータのトルクに対応したｑ軸電流、検出した誘導モータの現在の回転速度、外部から入力する速度指令信号に基づいて、その速度指令信号に対応した回転速度になるようにＰＷＭ回路へ制御信号を出力し、ＰＷＭ回路はインバータ回路へＰＷＭ信号を出力して、誘導モータを回転させる。
【００１１】
このように、トルクに対応した電流成分であるｑ軸電流によって回転速度をベクトル制御を行うことにより、トルクを減少させることなく回転速度を維持することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明の電動工具の駆動装置においては、電動工具が何かの原因によって駆動が停止しロックトルクの状態になった場合に、ｑ軸電流が増加するため、制御手段はトルクが上がるように制御する。これによって、従来はロックトルクが小さいという問題点を解決することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明の電動工具の駆動装置においては、制御手段はトルクが軽くなりｑ軸電流が減少するとトルクが下がるように制御して、省エネルギーを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態の電動工具の一つであるグラインダー１０について図１と図２に基づいて説明する。
【００１５】
（１）グラインダー１０の構造
図２は、本実施形態のグラインダー１０の斜視図であり、グラインダー１０のフレーム５０内部には、その駆動源である誘導モータ１２が内蔵され、フレーム５０の側部にある速度調整スイッチ５２によって、その回転速度を変更することができる。
【００１６】
（２）駆動装置１４の構成
グラインダー１０を駆動する誘導モータ（インダクションモータ）１２の駆動装置１４の構成に図１のブロック図に基づいて説明する。
【００１７】
駆動装置１４は、インバーター回路１６と、整流回路１８、交流電源２０と、ＰＷＭ制御回路２２と、３相／２相変換回路２４と、速度検出回路２６、２相／３相変換回路３２、トリガー回路３４とから構成されている。
【００１８】
インバーター回路１６は、誘導モータ１２の三相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の固定子巻線３６ｕ，３６ｖ，３６Ｗに三相の駆動電流を流す。インバーター回路１６は、６個のパワースイッチング半導体であるトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６より構成され、このスイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に対して並列に逆方向にダイオードが接続されている。また、三相の駆動電流を検出するための検出抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が接続されている。さらに、交流電源２０から整流回路１８を経てインバーター回路１６に直流電源が供給される。
【００１９】
ＰＷＭ制御回路２２は、６個のスイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のゲート端子に、ＰＷＭ信号を供給する。ＰＷＭ制御回路２２は、後から説明する三相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいてパルス幅変調を行い、所定のタイミングで各スイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をＯＮ／ＯＦＦする。
【００２０】
３相／２相変換回路２４は、ＡＤ変換された駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、磁束に対応した電流成分であるｄ軸電流Ｉｄと、誘導モータ１２のトルクに対応した電流成分であるｑ軸電流Ｉｑに変換する。
【００２１】
この変換方法は、（１）式に示すように、三相の駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを二相のＩα，Ｉβに変換する。
【数１】
2005102371.tif 000003
次に、このように変換した二相の電流Ｉα，Ｉβをｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄに（２）式を用いて変換する。
【数２】
2005102371.tif 000004
速度検出回路２６では、３個のホールＩＣ２８，２８，２８からの位置検出信号に基づいて誘導モータ１２の回転子の回転角θと回転速度ωを検出する。
【００２２】
制御部３０は、速度検出回路２６から回転角θと回転速度ωが入力し、３相／２相変換回路２４からｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄが入力すると共に、トリガー回路３４から速度指令信号Ｓが入力する。そして、これらの信号に基づいてｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑを出力する。この制御方法については後から説明する。
【００２３】
トリガー回路３４は、図２に示すグラインダー１０の速度調整スイッチ５２の操作状態に合わせて速度指令信号Ｓを出力する。
【００２４】
２相／３相変換回路３２では、ｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑを、まず二相の電圧に（３）式に基づいて変換する。
【数３】
2005102371.tif 000005
この変換された二相の電圧Ｖα，Ｖβを、三相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに（４）式に基づいて変換する。
【数４】
2005102371.tif 000006
この変換された三相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを前記したＰＷＭ制御回路２２に出力する。
【００２５】
（３）グラインダー１０の制御方法
次に上記構成のグラインダー１０の駆動装置１４の制御方法について説明する。
【００２６】
グラインダー１０のユーザーは、電源をオン状態にして、速度調整スイッチ５２を調整してグラインダー１０を所定の回転速度で回転させようとする。トリガー回路３４は、速度調整スイッチ５２に合わせて速度指令信号Ｓを制御部３０に出力する。制御部３０では、その速度指令信号Ｓに合わせてｑ軸電圧Ｉｑとｄ軸電圧Ｉｄを２相／３相変換回路３２に出力する。
【００２７】
２相／３相変換回路３２では、ｑ軸電圧Ｉｑとｄ軸電圧Ｉｄを上記したように三相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換してＰＷＭ制御回路２２に出力する。
【００２８】
ＰＷＭ制御回路２２では、その三相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに合わせてインバータ回路１６の６個のスイッチングトランジスタのゲート端子にＰＷＭ信号を出力する。
【００２９】
インバータ回路１６では、そのＰＷＭ信号に合わせてスイッチングトランジスタをオン／オフすることにより三相の駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを三相の固定子巻線３６ｕ，３６ｖ，３６ｗに出力して、誘導モータ１２を回転させる。
【００３０】
また、３個のホールＩＣ２８，２８，２８は、誘導モータ１２の回転子の回転状態を位置検出信号によって表し、速度検出回路２６に出力する。速度検出回路２６では、送られてきた３個のホールＩＣ２８，２８，２８からの位置検出信号によって現在の回転子の回転角θと回転速度ωを制御部３０に出力する。
【００３１】
制御部３０では、速度指令信号Ｓと入力した現在の回転角θと回転速度ωを比較し、現在の回転速度ωが速度指令信号Ｓに対応した回転速度ωになるようにｄ軸電圧Ｉｄとｑ軸電圧Ｉｑをフィードバック制御する。
【００３２】
上記のようなＰＷＭ制御中に、グラインダー１０がロック状態となり、グラインダー１０の回転が停止する場合がある。この場合には、３相／２相変換回路２４によって変換されたｑ軸電流Ｉｑが増加することとなる。これは、トルクが増加することによりｑ軸電流Ｉｑが増加するためである。制御部３０では入力したｑ軸電流Ｉｑが増加することにより、グラインダー１０がロック状態であることを検知し、誘導モータ１２のロックトルクが上がるようにｑ軸電圧Ｖｑとｄ軸電圧Ｖｄを制御する。
【００３３】
これによって、従来小さいとされていたロック時のロックトルクが大きくとることができ、作業を行い易くすることができる。
【００３４】
また、逆に誘導モータ１２のトルクが小さくなるとｑ軸電流Ｉｑも小さくなるため、それに合わせて制御部３０は２相／３相変換回路３２を制御する。
【００３５】
これによって、必要以上のトルクを与えることなく省エネルギーでグラインダー１０を回転させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明はグラインダーに限らず、刃物研ぎ機、ドリルなどの電動工具の駆動装置として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態を示すグラインダーの駆動装置のブロック図である。
【図２】グラインダーの斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  グラインダー
１２  誘導モータ
１４  駆動装置
１６  インバータ回路
１８  整流回路
２０  交流電源
２２  ＰＷＭ制御回路
２４  ３相／２相変換回路
２６  速度検出回路
２８  ホールＩＣ
３０  制御部
３２  ２相／３相変換回路
３４  トリガー回路
【図１】
2005102371.tif 000007
【図２】
2005102371.tif 000008