(57)【要約】【課題】巻線仕様を変更して２種類以上のモータ特性を得るモータを備える場合に、各巻線仕様のモータ特性に対して中間的な特性を経て前記巻線仕様の切替えを行うことで、切替えた瞬間に生じる急激なトルク変化や回転数変化を回避する。【解決手段】永久磁石回転子と、固定子４と、固定子の各ティース毎に２つのコイルを持つ巻線を有するモータと、これによって駆動される先端工具と、前記巻線へ駆動電力を供給するインバータ回路１６９と、これを制御する制御部１７０と、前記モータの起動及び回転の制御を行うためのスイッチとを備え、前記巻線は前記ティース毎に２つのコイルを有することで、２種の巻線仕様を有するものであり、制御部１７０は、前記モータに流れる電流に応じて２つのコイルへの通電を変化させることにより各巻線仕様のモータ特性に対して中間的な特性を経て前記巻線仕様の切替えを行う。【選択図】図６
2013111734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する回転子と、複数のティースを有する固定子と、前記ティースに巻かれた巻線を有するモータと、
前記モータによって駆動される先端工具と、
前記巻線へ駆動電力を供給する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御部と、
前記モータの起動及び回転の制御を行うためのスイッチとを備え、
前記巻線は複数のコイル同士の接続関係を切替えることで、複数の巻線仕様を有するものであり、
前記制御部は、前記複数のコイルの接続関係の切替えを繰り返すことにより各巻線仕様のモータ特性に対して中間的な特性となるように前記モータを制御することを特徴とする電動工具。
【請求項２】
永久磁石を有する回転子と、複数のティースを有する固定子と、前記ティースに巻かれた巻線を有するモータと、
前記モータによって駆動される先端工具と、
前記巻線へ駆動電力を供給する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御部と、
前記モータの起動及び回転の制御を行うためのスイッチとを備え、
前記巻線は複数のコイル同士の接続関係を切替えることで、複数の巻線仕様を有するものであり、
前記制御部は、前記複数のコイルの接続関係の切替えを繰り返すことにより各巻線仕様のモータ特性に対して中間的な特性を経て前記巻線仕様の切替えを行うことを特徴とする電動工具。
【請求項３】
前記複数のコイルが相互に並列に接続可能な構成である請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項４】
前記複数のコイルが直列に接続可能な構成である請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項５】
前記複数のコイルにそれぞれ流れる電流の通電時間を段階的に変化させ、各コイルに流れる電流の割合を徐々に変化させることで前記複数の巻線仕様のうちの特定の巻線仕様のモータ特性から別の巻線仕様のモータ特性への緩やかな特性切替えを行う請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項６】
前記複数のコイルにそれぞれ流れる電流をオン、オフするスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のデューティー比を変化させる、請求項５に記載の電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータを用いた電動工具に関し、特に複数コイルの巻線（複数の巻線仕様）を有するモータの駆動制御において作業状況に応じてモータ特性を変更可能とした電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ドリルやドライバ等の先端工具をモータによって回転駆動して所要の作業を行う電動工具において、ブラシレスモータが使われるようになってきた。ブラシレスモータは、例えばブラシ（整流用刷子）の無いＤＣ（直流）モータであり、コイル（巻線）を固定子側に、永久磁石を回転子側に用い、インバータで駆動された電力を所定のコイルへ順次通電することにより回転子を回転させる。ブラシレスモータでは、固定子に巻かれたコイルへの通電をオン、オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）させるためのスイッチング素子を、モータの近傍の設けられた回路基板上に配置する。スイッチング素子を配置する場所は、例えば、モータの後側（先端工具と反対側）に取り付けられる略円形の回路基板上に配置している。
【０００３】
図１１に従来例の電動工具で用いられるブラシレスモータの固定子部分の構造を示す。固定子２０４は、固定子コア２４１と、固定子コア２４１に形成された複数のティース２４４―１〜６に巻かれるコイル２６１−１〜６を含んで構成される。固定子コア２４１は、鉄板などの薄い金属板を軸方向に複数積層して製造するもので外形が略円筒状であって、周方向に所定間隔をあけて円筒部分から半径方向内側に延びる複数のティース２４４―１〜６が形成される。これらのティース２４４―１〜６の最内周側は、図示しない円筒状の回転子と微小の隙間を隔てるようにその形状が円弧状に形成され、各ティース２４４―１〜６には銅線が所定回数巻かれてコイル２６１−１〜６が形成される。図１１ではコイル２６１−１〜６間の接続線を図示していないが、対向するコイルどうしが接続され、コイル２６１−１と２によりＵ相が形成され、コイル２６１−３と４によりＶ相が形成され、コイル２６１−５と６によりＷ相が形成される。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の一方は駆動回路としてのインバータ回路の所定のスイッチング素子に接続され、他方は互いに接続される。
【０００４】
図１２は、従来例によるブラシレスモータの駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。ブラシレスモータは、スター結線されたコイル２６１−１〜６（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を含む固定子２０４及び図示しない回転子を有する。ブラシレスモータを駆動及び制御するためにインバータ回路２６９及び制御部２７０が設けられている。
【０００５】
駆動回路としてのインバータ回路２６９に含まれる電子素子には、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴ（Field effect transistor）などの６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む。
【０００６】
ブラシレスモータの回転数等を制御する制御部２７０は、演算部７１と、回転子位置検出回路７３と、回転数検出回路７４と、電流検出回路７５と、印加電圧設定回路７６と、回転方向設定回路７６と、制御信号出力回路２７９とを有する。
【０００７】
また、モータの動作開始、回転速度設定等のためにスイッチ機能を有するトリガ８ａが設けられており、これにより印加電圧設定回路７６が作動され、トリガ操作量（ストローク）に応じた電圧信号が演算部７１に出力される。モータの正転、逆転の切替のために正逆切替レバー１０が設けられており、回転方向設定回路７６を介して回転方向の設定が演算部７１に出力される。
【０００８】
スター結線されたコイル２６１−１〜６（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を含む固定子２０４により回転される回転子の近傍には、回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置された３つの位置検出素子３３が設けられる。これら位置検出素子３３からの回転位置検出信号に基づいて、回転子位置検出回路７３は回転子位置検出信号を演算部７１に出力するとともに、回転数検出回路７４は回転子の回転数検出信号を演算部７１に出力し、演算部７１で制御された制御信号出力回路２７９の出力信号によりインバータ回路２６９が制御され、固定子巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する各コイル２６１−１〜６への通電方向と時間が制御されてモータが回転可能となっている。
【０００９】
ブリッジ接続が可能な６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートは、制御信号出力回路２７９に接続され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレインまたは各ソースは、スター結線された固定子巻線Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。これによって、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路２７９から入力されたスイッチング素子駆動信号（Ｈ１〜Ｈ６の駆動信号）によってスイッチング動作を行い、インバータ回路２６９に印加されるバッテリ１１の直流電圧は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして固定子巻線Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に供給される。
【００１０】
演算部７１は、トリガ８ａのトリガ操作量（ストローク）に応じて、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号（３相信号）のうち、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６にパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）をＨ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、トリガ８ａのトリガ操作量（ストローク）の検出信号に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）を変化させることによってモータ３への電力供給量を調整する。
【００１１】
また、モータの回転制御において各ティースに２個のコイルを有する巻線を配置し、これらのコイルを必要に応じて切り替え、２種類のモータ特性を得られるようにしたモータが知られている。切替え方法としてはトリガの引き量に閾値を持たせた例や具体的な詳細例は記載されていないが半導体素子を用いた例（下記特許文献１）が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭５９−５９０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記の２種類のモータ特性を得られるようにしたモータは、巻線を切り替えた瞬間回転数やトルクが急激に変化するため扱いづらい。例としてドライバドリルにおいてはトルクが急激に増大するため作業者がその変化に対応しきれず、工具が振り回されてねじ等から工具が外れる、いわゆるカムアウトの原因となる。
【００１４】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、固定子の各ティース毎に複数のコイルを有する巻線を設け、状況に応じて巻線仕様を変更して２種類以上のモータ特性を得ることができるモータを備える場合に、各巻線仕様のモータ特性に対して中間的な特性を経て前記巻線仕様の切替えを行うことで、前記巻線仕様を切替えた瞬間に生じる急激なトルク変化や回転数変化を回避して、緩やかなモータ特性の切り替えを行うことができる扱い易い電動工具を提供することにある。
【００１５】
さらに、もう一つの目的は、固定子の各ティース毎に複数のコイルを有する巻線を設け、状況に応じて巻線仕様を変更して２種類以上のモータ特性を得ることができるモータを備える場合に、各巻線仕様のモータ特性に対して中間的なモータ特性で動作可能で、多様な状況に対応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】
【００１６】
本発明の第１の態様は電動工具である。この電動工具は、永久磁石を有する回転子と、複数のティースを有する固定子と、前記ティースに巻かれた巻線を有するモータと、前記モータによって駆動される先端工具と、前記巻線へ駆動電力を供給する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御部と、前記モータの起動及び回転の制御を行うためのスイッチとを備え、
前記巻線は複数のコイル同士の接続関係を切替えることで、複数の巻線仕様を有するものであり、
前記制御部は、前記複数のコイルの接続関係の切替えを繰り返すことにより各巻線仕様のモータ特性に対して中間的な特性となるように前記モータを制御することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の態様は電動工具である。この電動工具は、永久磁石を有する回転子と、複数のティースを有する固定子と、前記ティースに巻かれた巻線を有するモータと、前記モータによって駆動される先端工具と、前記巻線へ駆動電力を供給する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御部と、前記モータの起動及び回転の制御を行うためのスイッチとを備え、
前記巻線は複数のコイル同士の接続関係を切替えることで、複数の巻線仕様を有するものであり、
前記制御部は、前記複数のコイルの接続関係の切替えを繰り返すことにより各巻線仕様のモータ特性に対して中間的な特性を経て前記巻線仕様の切替えを行うことを特徴とする。
【００１８】
前記第１又は第２の態様において、前記複数のコイルが相互に並列に接続可能な構成であるとよい。
【００１９】
前記第１又は第２の態様において、前記複数のコイルが直列に接続可能な構成であってもよい。
【００２０】
前記第１又は第２の態様において、前記複数のコイルにそれぞれ流れる電流の通電時間を段階的に変化させ、各コイルに流れる電流の割合を徐々に変化させることで前記複数の巻線仕様のうちの特定の巻線仕様のモータ特性から別の巻線仕様のモータ特性への緩やかな特性切替えを行うとよい。また、前記複数のコイルにそれぞれ流れる電流をオン、オフするスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のデューティー比を変化させる構成でもよい。
【００２１】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る電動工具によれば、固定子の各ティース毎に複数のコイルを有する巻線を設け、状況に応じて巻線仕様を変更して２種類以上のモータ特性を得ることができるモータを用いるとともに、各巻線仕様のモータ特性に対して中間的な特性を経て前記巻線仕様の切替えを行うことで、前記巻線仕様を切替えた瞬間に生じる急激なトルク変化や回転数変化を回避して、緩やかなモータ特性の切り替えが可能である。従って、急激なトルク変化や回転数変化によるカムアウトを防ぐことが可能で、扱い易い電動工具を実現できる。また、各巻線仕様のモータ特性で動作することが可能であることに加えて、中間的なモータ特性において動作を継続することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態であって、電動工具としてのインパクトドライバの内部構造を示す側断面図である。
【図２】同インパクトドライバの外観を示す側面図である。
【図３】図１のモータの固定子の正面図である。
【図４】前記インパクトドライバの制御手順を示すフローチャートである。
【図５−１】実施の形態に係る電流及び回転数の時間的変化を示すグラフである。
【図５−２】実施の形態に係る電流の時間的変化を拡大して示すグラフである。
【図６】実施の形態に係るブラシレスモータの駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態に係るブラシレスモータのコイル切り替え制御手順を示す概略ブロック図である。
【図８】実施の形態におけるコイルへの駆動電圧の供給経路（その１）を示す正面図である。
【図９】実施の形態におけるコイルへの駆動電圧の供給経路（その２）を示す正面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態におけるブラシレスモータの駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。
【図１１】従来例の電動工具におけるブラシレスモータの固定子の正面図である。
【図１２】従来例の電動工具における駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２５】
図１は本発明に係る電動工具の一実施の形態としてのインパクトドライバの内部構造を示す側断面図、図２はそのインパクトドライバの外観を示す側面図である。尚、以下の説明において、上下、前後の方向は、図１中に示した方向として説明する。
【００２６】
インパクトドライバ１は、充電可能なバッテリ１１を電源とし、モータ３を駆動源として回転打撃機構２１を駆動し、出力軸であるアンビル３０に回転力と打撃力を与え、スリーブ３１に覆われる取付穴３０ａに保持されるドライバビット等の図示しない先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してねじ締めやボルト締め等の作業を行うものである。
【００２７】
モータ３はブラシレスＤＣモータであり、内周側に２組の永久磁石を一体化した回転子５を有し、外周側に６つのスロットを有する固定子４が配置されるもので、いわゆる４極６スロットのモータである。回転子５は外周面に２つのＮ極と２つのＳ極を有し、Ｎ極とＳ極が交互に配置されている。固定子４には後述する固定子巻線６が設けられている。尚、本発明は４極６スロットのモータだけに限られずに、他の極数、他のスロット数のモータであっても良い。
【００２８】
モータ３は側面視で略Ｔ字状の形状を成すハウジング２の筒状の胴体部２ａ内に収容される。モータ３の回転軸７（回転子５と一体）は、ハウジング２の胴体部２ａの中央部付近に設けられるベアリング１９ａと後端側のベアリング１９ｂによって回転可能に保持され、モータ３の前方には、回転軸７と同軸に取り付けられモータ３と同期して回転する回転子ファン１３が設けられ、モータ３の後方には、モータ３を駆動するためのインバータ回路基板１２が配設される。
【００２９】
回転子５とベアリング１９ａの間には、スリーブ３６と回転子ファン１３とが回転軸７と同軸上に取り付けられる。回転子５は、永久磁石５ａが発生する磁束の磁路を形成するものである。スリーブ３６は、例えばプラスチック又は金属によって構成できるが、金属製にする場合は、回転子５の磁路に影響しないように非磁性体であることが好ましい。スリーブ３６の外周部には、必要に応じてバランス修正用溝を形成する。回転子ファン１３は、例えばプラスチックのモールドにより一体成型されるものであり、後方の内周側から空気を吸引し、前方側の半径方向外側に排出する、いわば遠心ファンである。
【００３０】
回転子ファン１３によって起こされる空気流は、空気取入孔１７ａ及びインバータ回路基板１２の周囲のハウジング部分に形成された図２のスリット１７ｂから胴体部２ａの内部に取り込まれ、主に回転子５と固定子４の間を通過するように流れ、回転子ファン１３の後方から吸引されて回転子ファン１３の半径方向に流れ、回転子ファン１３の周囲のハウジング部分に形成された図２のスリット１８からハウジング２の外部に排出される。インバータ回路基板１２はモータ３の外形とほぼ同形の略円形の両面基板であり、この基板上にはＦＥＴ等の複数のスイッチング素子１４や、ホールＩＣ等の位置検出素子３３が搭載される。
【００３１】
回転子５とベアリング１９ｂの間には、プラスチック製のスペーサ３５が設けられる。スペーサ３５の形状は略円筒形で、ベアリング１９ｂと回転子５との間の間隔を設定する。この間隔はインバータ回路基板１２を同軸上に配置するためと、スイッチング素子１４を冷却する空気流の流路として必要とされる空間を形成するために必要とされるものである。
【００３２】
ハウジング２の胴体部２ａから略直角に一体に延びるハンドル部２ｂ内の上部にはトリガ８ａが配設され、トリガ８ａの下方にはスイッチ回路８が設けられる。ハンドル部２ｂ内の下部には、トリガ８ａの引き動作によって前記モータ３の速度を制御する機能を備えた制御回路基板９が収容され、この制御回路基板９は、バッテリ１１とトリガ８ａに電気的に接続される。制御回路基板９は、信号線を介してインバータ回路基板１２と接続される。ハンドル部２ｂの下方には、ニカド電池、リチウムイオン電池等のバッテリ１１が着脱可能に装着される。また、胴体部２ａの前側には照明用のライト１６が設けられている。
【００３３】
回転打撃機構２１は、胴体部２ａの前側に一体化されたハンマケース１５と、回転軸７に連結された遊星歯車減速機構２２と、スピンドル２７と、ハンマ２４とを備え、後端がベアリング２０、前端がハンマケース１５に固定のメタル軸受２９により保持される。トリガ８ａが引かれてモータ３が起動されると、正逆切替レバー１０で設定された方向にモータ３が回転を始め、その回転力は遊星歯車減速機構２２によって減速されてスピンドル２７に伝達され、スピンドル２７が所定の速度で回転駆動される。ここで、スピンドル２７とハンマ２４とはカム機構によって連結され、このカム機構は、スピンドル２７の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝２５と、ハンマ２４の内周面に形成されたハンマカム溝２８と、これらのカム溝２５、２８に係合するボール２６によって構成される。
【００３４】
ハンマ２４は、スプリング２３によって常に前方に付勢されており、静止時にはボール２６とカム溝２５、２８との係合によってアンビル３０の端面とは隙間を隔てた位置にある。そして、ハンマ２４とアンビル３０の相対向する回転平面上の２箇所には図示しない凸部がそれぞれ対称的に形成されている。
【００３５】
スピンドル２７が回転駆動されると、その回転はカム機構を介してハンマ２４に伝達され、ハンマ２４が半回転しないうちにハンマ２４の凸部がアンビル３０の凸部に係合してアンビル３０を回転させるが、そのときの係合反力によってスピンドル２７とハンマ２４との間に相対回転が生ずると、ハンマ２４はカム機構のスピンドルカム溝２５に沿ってスプリング２３を圧縮しながらモータ３側へと後退を始める。
【００３６】
そして、ハンマ２４の後退動によってハンマ２４の凸部がアンビル３０の凸部を乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ２４は、スピンドル２７の回転力に加え、スプリング２３に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング２３の付勢力によって前方へ移動し、その凸部がアンビル３０の凸部に再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル３０に加えられるため、アンビル３０の取付穴３０ａに装着される図示しない先端工具を介してねじに回転打撃力が伝達される。以後、同様の動作が繰り返されて先端工具からねじに回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、例えば、ねじが木材等の図示しない被締め付け材にねじ込まれる。
【００３７】
次に図３を用いて、固定子４に対する巻線の配置状態を説明する。固定子４は外形が略円筒形の固定子コア４１の内周側に６つのティース４４―１〜６を有し、各ティース部分には、銅線が巻かれており図１の固定子巻線６を形成する。本実施の形態では、固定子巻線６は、ティース４４−１〜６の内周側に巻かれるコイル６１−１〜６と、それらの外周側に巻かれるコイル６２−１〜６により構成される。つまり、ティース４４−１には複数のコイル６１−１，６２−１からなる巻線が施され、ティース４４−２には複数のコイル６１−２，６２−２からなる巻線が施され、ティース４４−３には複数のコイル６１−３，６２−３からなる巻線が施され、ティース４４−４には複数のコイル６１−４，６２−４１からなる巻線が施され、ティース４４−５には複数のコイル６１−５，６２−５からなる巻線が施され、ティース４４−６には複数のコイル６１−６，６２−６からなる巻線が施される。
【００３８】
図６で後述するが、コイル６１−１〜６はスター結線となるように接続されＵ相、Ｖ相、Ｗ相が形成される。コイル６２−１〜６は、スター結線されたコイル６１−１〜６にそれぞれ直列関係となるように接続されるものであり、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相が形成される。コイル６１−１〜６（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）、コイル６２−１〜６（Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相）には、位置検出素子３３の位置検出信号に基づいて電気角１２０°の通電区間に制御された電流が、図１のスイッチング素子１４を介して供給される。
【００３９】
図３では図示していないが、固定子４の内周側には、回転軸７を一体化した回転子５が回転可能に保持される。ティース４４―１〜６の内周側は、円筒形の回転子５の外周面と僅かな空隙を隔てて位置し、その内周面の形状も回転子５の外周面と対応する曲面状に形成される。
【００４０】
固定子コア４１は、高珪素鋼板等の板材を図３に示すように６つのティース４４−１〜６を形成するように型抜いて、軸方向に複数枚積層することで構成された積層鉄心とすることが好ましい。また、固定子コア４１はネジ穴４３を有するモータハウジング４２の内側に配設されている。４つのネジ穴４３はモータハウジング４２にインバータ回路基板１２を固定するためのものである。
【００４１】
次に図４のフローチャート及び図５、図６を用いて本実施の形態に係るインパクトドライバ１の制御手順を説明する。ここではボルト締めを想定し説明する。インパクトドライバ１では、通電させるコイルとして、第１のコイル（コイル６１−１〜６）、又は第１のコイルと第２のコイル（コイル６２−１〜６）とを直列に接続した巻線のいずれかの組を選択するようにしたものである。
【００４２】
インパクトドライバ１にバッテリ１１が装着された後、トリガ８ａが引かれていない状態では、モータ３のコイルへの通電は停止しておりモータ３の回転が停止している（図４のステップ８１）。この状態で、作業者が先端工具をネジ等の締め付け部材に当ててから、作業者によってトリガ８ａが引かれたこと、つまりトリガスイッチがオンにされたか否かを制御部１７０が検出し（ステップ８２）、オンにされた場合はコイル６１−１〜６を選択する“巻線仕様１”（高回転モード）で通電する（ステップ８３）。このとき、スイッチング素子（ＦＥＴなど）Ｑ７〜Ｑ９がオン状態である。ステップ８２でトリガがオンされていない場合はステップ８１に戻る。
【００４３】
制御部１７０は、負荷によるモータ電流（固定子の巻線電流）の変化を常にモニタしており、巻線電流が閾電流値１以上であるかを判別する（ステップ８４）。具体的には図６のインバータ回路１６９からバッテリ１１に戻る電流経路の電流値を電流検出回路７５で検出して演算部７１に出力することでモニタしている。なお、後述のよう巻線電流をＰＷＭ制御する場合、巻線電流はパルス状に変動するため、閾電流値との比較に際しては平均値処理した巻線電流値を用いる。
【００４４】
閾電流値１以上に達した場合、コイル１のみ通電の“巻線仕様１”とコイル１とコイル２とを直列に接続した“巻線仕様２”をスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９を用いてある一定の時間毎、例えば０．１秒毎に設定回数、例えば１０回交互に切り替えて通電させる。この状態を以下“巻線仕様３”とする（ステップ８５）。
【００４５】
ステップ８５の後、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９をオフ状態として、“巻線仕様２”（高トルクモード）での運転に切替える（ステップ８６）。
【００４６】
巻線仕様２で動作中、巻線電流が閾電流値２未満か否かをモニタする（ステップ８７）。巻線電流が閾電流値２未満となった場合はスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９を用いて上記巻線仕様３を経てステップ８２へ戻る（ステップ８８）。
【００４７】
以上のように、本実施の形態ではスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９を用いることにより高速モードと高トルクモードの切替えを自動で緩やかに行うことができ、モータの特性が切替わる瞬間に起こり易いカムアウトを防止することができる。
【００４８】
図５−１は図４におけるスイッチング動作期間Ｔの分割数Ｎ＝１のときと、分割数Ｎ＝１０のときの電流及び回転数の時間変化を概略的にグラフとして図示したものである。スイッチング動作期間Ｔの分割数Ｎを増やすことで、より緩やかな特性変化が得られる。
【００４９】
図５−２は分割数Ｎ＝１０のときの電流の時間変化のグラフのＡ部を拡大して図示したものである。巻線仕様１で動作中に閾電流値１に達すると、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９のスイッチングを開始するが、１回オン、オフする毎に徐々に導通期間（デューティー比Ｄ）を減少させて行く制御を行う。例えば、スイッチング動作期間Ｔ＝１秒の場合、最初の０〜０．１秒の区間ではスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９のデューティー比を９１％とし、次の０．１〜０．２秒の区間ではデューティー比を８２％とし、以下同様にデューティー比を減じて、最後の０．９〜１．０秒の区間ではデューティー比を９％とする。
【００５０】
次に、モータ３の駆動制御系の構成と作用を図６を用いて説明する。図６はモータの駆動制御系の構成を示すブロック図であり、本実施の形態では、モータ３は３相のブラシレスＤＣモータで構成される。このブラシレスＤＣモータは、いわゆるインナーロータ型であって、複数組（本実施の形態では２組）のＮ極とＳ極を含む永久磁石５ａ（図１参照）を有する回転子５（図１参照）と、スター結線された３相固定子巻線｛Ｕ相（コイル６１−１，６１−２）、Ｖ相（コイル６１−３，６１−４）、Ｗ相（コイル６１−５，６１−６）、及びそれらに直列関係となるＵ２相（コイル６２−１，６２−２）、Ｖ２相（コイル６２−３，６２−４）、Ｗ２相（コイル６２−５，６２−６）｝を有する固定子４と、回転子５の回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置された３つの位置検出素子３３を有する。これら位置検出素子３３からの回転位置検出信号に基づいて固定子巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、及びＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相）への通電方向と時間が制御される。
【００５１】
駆動回路としてのインバータ回路１６９に含まれる電子素子には、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴなどの６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む。さらに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに対して直列に接続されたＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルの両端を短絡して、それらの励磁を停止させるための３つのスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９を設けた。スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９の各ゲートには制御信号出力回路１７９からスイッチング素子駆動信号（Ｈ１３〜Ｈ１５の駆動信号）が入力される。３つのスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９をオンにして導通状態とすると、固定子４はＵ相（コイル６１−１，６１−２）、Ｖ相（コイル６１−３，６１−４）、Ｗ相（コイル６１−５，６１−６）だけの固定子巻線で駆動（励磁）されることになり、３つのスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９をオフにして非導通状態とすると固定子４はＵ相（コイル６１−１，６１−２）、Ｖ相（コイル６１−３，６１−４）、Ｗ相（コイル６１−５，６１−６）、及びそれらに直列関係となるＵ２相（コイル６２−１，６２−２）、Ｖ２相（コイル６２−３，６２−４）、Ｗ２相（コイル６２−５，６２−６）で構成された固定子巻線で稼働することになる。
【００５２】
ブリッジ接続が可能な６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートは、図１の制御回路基板９に搭載される制御信号出力回路１７９に接続され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレインまたは各ソースは、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相のコイルに接続される。これによって、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路１７９から入力されたスイッチング素子駆動信号（Ｈ１〜Ｈ６の駆動信号）によってスイッチング動作を行い、インバータ回路１６９に印加されるバッテリ１１の直流電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして固定子巻線Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に供給するか、あるいは、３相電圧として固定子巻線（Ｕ相＋Ｕ２相、Ｖ相＋Ｖ２相、Ｗ相＋Ｗ２相）に供給する。
【００５３】
固定子巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流値が閾値未満の場合は、図４のフローチャートで説明したようにスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９がオンとされ、固定子４は（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルからなる固定子巻線だけで励磁される。この際の、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動は、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、制御回路基板９上に搭載された演算部７１によって、電流検出回路７５の検出信号に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）を変化させることによってモータへの電力供給量を調整する。
【００５４】
同様にして固定子巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流値が閾値以上の場合は、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９がオフとされ、固定子４はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルとＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルとの直列接続状態となった固定子巻線で励磁される。この際の、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動は、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、制御回路基板９上に搭載された演算部７１によって、電流検出回路７５の検出信号に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）を変化させることによってモータへの電力供給量を調整する。
【００５５】
次に、図６及び図７を用いて、モータ３の制御切り替え手順を説明する。まず図１のトリガ８ａが引かれると、電流値（モータ電流＝固定子巻線電流）が電流検出回路７５に入力され、さらに電流検出回路７５で検出された巻線電流が、巻線切替設定回路７７で設定閾値電流値と比較され、演算部７１に入力される。
【００５６】
固定子巻線の電流値が閾値より小さい場合は、図７のボックス８６に示すように「スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の何れかと、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９の何れかをオン」にする制御を行う（但し、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９はオン状態を継続する動作でもよい）。この制御はつまり、ボックス８７のように固定子巻線Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相だけを使ってモータ３を回転させるもので、ボックス８８で示す直列接続状態に比べてコイルの巻数が減ることになるので、トルクは低下するものの高回転数にてモータ３を駆動することができる。例として木ねじ締付け作業の前半のように比較的大きなトルクを必要とせず、回転速度が高いことが重要である場合に有効である（巻線仕様１）。
【００５７】
固定子巻線の電流値が閾値より大きい場合は図７のボックス８８に示すように「スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の何れかと、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の何れかをオン」にする制御を行う。この制御はつまり、ボックス８９に示すようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルとＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各コイルとの直列接続状態となった固定子巻線で励磁されるもので、例として木ねじ締付け作業後半のように高いトルクが必要である場合に有効である（巻線仕様２）。
【００５８】
本実施の形態で固定子巻線の電流値が閾値以上の場合（巻線仕様２）のコイルへの給電状況を示すのが図８である。固定子巻線の電流値が閾値以上の場合では、回転子５のある回転位置において駆動電流は、丸１から丸２のようにＵ２相（６２−１、６２−２）に流れた後に、丸３から丸４のように直列接続されているＵ相（６１−１、６１−２）に流れ、その後、丸４と接続されているＶ相（６１−３、６１−４）の方向に丸５、丸６と流れ、その後丸７から丸８のように直列接続されているＶ２相（６２−３、６２−４）に流れる。ここで、本発明で特徴的なことは、ティース４−１〜４に巻かれている外周側のコイル６２−１〜４（Ｕ２相、Ｖ２相）と内周側のコイル６１−１〜４（Ｕ相、Ｖ相）の双方に直列に駆動電流を流すことである。従って、固定子巻線の電流値が閾値以上の状態においては、各ティース４−１〜６は、内周側のコイル６１−１〜６と外周側のコイル６２−１〜６の双方で励磁されることになる。
【００５９】
次に図９で固定子巻線の電流値が閾値未満の場合（巻線仕様１）の制御について説明する。固定子巻線の電流値が閾値未満の状態では、回転子５のある回転位置において駆動電流は、丸１から丸２のように直列接続されているうちのＵ相（６１−１、６１−２）にだけ流れ、その後、丸２と接続されている丸３から丸４へＶ相（６１−３、６１−４）にだけ流れるようにしている。ここで、本発明で特徴的なことは、ティース４−１〜４に巻かれている外周側のコイル６２−１〜４（Ｕ２相、Ｖ２相）には駆動電流を流さないことである。従って、固定子巻線の電流値が閾値未満の場合においては、各ティース４４−１〜６は、内周側のコイル６１−１〜６だけで励磁されることになる。
【００６０】
上記巻線仕様１と巻線仕様２の切り替え時にはスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９を設定した時間間隔、例えば０．１秒毎にオン、オフを繰り返すことにより巻線仕様１と巻線仕様２の中間的な特性を介してモータ特性を切替えることができるため、急激なトルク変化、回転数変化を緩和することができる。
【００６１】
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
【００６２】
(1)   固定子巻線６は固定子コア４１の各ティース毎に複数のコイルを有することで、複数の巻線仕様（例えば巻線仕様１と巻線仕様２）を有するものであり、制御部１７０によって、モータ３に流れる電流に応じて前記複数のコイルへの通電を変化させることにより各巻線仕様のモータ特性に対して中間的なモータ特性（巻線仕様３）を経て前記巻線仕様の切替えを行うことが可能である。これにより切替え時に発生する急激な回転数変化やトルク変化を緩和し、急激なトルク増加や回転数変化によるカムアウトを防ぐことができる。
【００６３】
(2) 巻線仕様１から巻線仕様２に切り替える際、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ９のデューティー比を徐々に変化させることで、各コイルの通電時間を徐々に変化させることが可能になり、より滑らかな切り替えが可能となる。また、モータ３を搭載する電動工具製品に応じ、切替えの緩やかさを任意に設定することができる。
【００６４】
図１０は本発明の他の実施の形態であって、ブラシレスモータの駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。この場合、固定子４のスター結線された３相固定子巻線は、各相の複数コイル｛（コイル６１−１，２と６２−１，２の組）（コイル６１−３，４と６２−３，４の組）（コイル６１−５，６と６２−５，６の組）｝を並列接続可能な結線となっている。また、インバータ回路６９にはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に加えてスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２が追加されている。制御部７０は制御信号出力回路７９において、スイッチング素子駆動信号（Ｈ１〜Ｈ１２の駆動信号）を作成してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２のゲートにそれぞれ出力する。
【００６５】
モータ電流＝固定子巻線電流が閾値未満の巻線仕様１ではＵ相（コイル６１−１，６１−２）、Ｖ相（コイル６１−３，６１−４）、Ｗ相（コイル６１−５，６１−６）だけの固定子巻線で駆動する。つまり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作によってモータ３を高速回転で駆動する。スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２はオフ状態を維持する。
【００６６】
高トルク動作を行うための巻線仕様２では、Ｕ相（コイル６１−１，６１−２）、Ｖ相（コイル６１−３，６１−４）、Ｗ相（コイル６１−５，６１−６）とＵ１相（コイル６２−１，６２−２）、Ｖ１相（コイル６２−３，６２−４）、Ｗ１相（コイル６２−５，６２−６）とがそれぞれ並列接続された関係で通電される。つまり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ７の組、Ｑ２，Ｑ８の組、Ｑ３，Ｑ９の組、Ｑ４，Ｑ１０の組、Ｑ５，Ｑ１１の組、Ｑ６，Ｑ１２の組がオン、オフする動作を行う。
【００６７】
固定子巻線電流が閾値以上になると（閾値に到達すると）、巻線仕様１から巻線仕様２への移行期間において、スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２のデューティー比が徐々に増加し、移行期間の最後にデューティー比が１００％となってスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６とペアになってオン、オフする。
【００６８】
この図１０のブラシレスモータの駆動制御系の場合にも、前述の図６の場合と同様の効果が得られる。
【００６９】
なお、図１０の駆動制御系において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のコイルと、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１相のコイルの巻数を異ならせておき、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６又はスイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１２のいずれか一方のスイッチング素子群を選択し、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のコイル又はＵ１，Ｖ１，Ｗ１相のコイルのいずれか一方を切り替え使用して巻線仕様１と巻線仕様２のモータ特性を実現する構成でもよい。
【００７０】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。
【００７１】
上記各実施の形態では、固定子巻線の巻線仕様を変更して異なるモータ特性を実現し、そのモータ特性の切り替えを中間的特性を経て緩やかに変化させたが、中間的モータ特性で継続的にブラシレスモータを駆動する動作も可能である。
【００７２】
また、図３の固定子巻線は各ティースに２個のコイルを設けた巻線構造としたが、本発明では３個以上のコイルを設けた巻線構造としてもよい。この場合、各コイルの結線を直列乃至並列的に切り替えることで３種類以上のモータ特性を実現可能で、かつモータ特性の切り替えを緩やかに行うことが可能である。
【００７３】
本発明が適用可能な電動工具は、インパクトドライバに限定されず、２種以上のモータ特性が要求される各種電動工具（例えばドリルなど）にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  インパクトドライバ
２  ハウジング
２ａ  胴体部
２ｂ  ハンドル部
３  モータ
４，２０４  固定子
５  回転子
５ａ  永久磁石
６  固定子巻線
７  回転軸
８  スイッチ回路
８ａ  トリガ
９  制御回路基板
１０  正逆切替レバー
１１  バッテリ
１２  インバータ回路基板
１３  回転子ファン
１４，Ｑ１〜Ｑ１２  スイッチング素子
１７ａ  空気取入孔
１７ｂ,１８  スリット
１９ａ，１９ｂ，２０  ベアリング
２１  回転打撃機構
２２  遊星歯車減速機構
２３  スプリング
２４  ハンマ
２５  スピンドルカム溝
２６  ボール
２７  スピンドル
２８  ハンマカム溝
２９  メタル軸受
３０  アンビル
３０ａ  取付穴
３１，３６  スリーブ
３３  位置検出素子
３５  スペーサ
４１  固定子コア
４３  ネジ穴
４４−１〜６，２４４−１〜６  ティース
６１−１〜６，６２−１〜６，２６１−１〜６  コイル
６９，１６９，２６９  インバータ回路
７０，１７０，２７０  制御部
７１  演算部
７３  回転子位置検出回路
７５  電流検出回路
７６  印加電圧設定回路
７７  巻線切替設定回路
７８  回転方向設定回路
７９，１７９，２７９  制御信号出力回路
【図１】
2013111734.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６】
2013111734.tif 000009
【図７】
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【図８】
2013111734.tif 000011
【図９】
2013111734.tif 000012
【図１０】
2013111734.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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