(57)【要約】  課題は、モータの動作効率を改善できる電動工具、制御方法、プログラムを提供することである。電動工具は、モータ（１）と、モータ制御装置（３）と、を備える。モータ制御装置（３）は、モータ（１）の回転中におけるモータ（１）にかかる負荷の大きさ及びモータ（１）用の直流電源（８）の電圧（Ｖｄｃ）の少なくとも一方に関連するパラメータに基づいてモータ（１）の速度の指令値（ω２＊）を更新する。
2020017202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
モータ制御装置と、
を備え、
前記モータ制御装置は、前記モータの回転中における前記モータにかかる負荷の大きさ及び前記モータ用の直流電源の電圧の少なくとも一方に関連するパラメータに基づいて前記モータの速度の指令値を更新する、
電動工具。
【請求項２】
前記モータ制御装置は、前記パラメータと閾値との比較結果に基づいて前記指令値を更新する、
請求項１の電動工具。
【請求項３】
前記パラメータは、変調度を含む、
請求項２の電動工具。
【請求項４】
前記閾値は、変調度閾値を含み、
前記モータ制御装置は、前記変調度が前記変調度閾値を超えていれば、前記指令値を低下させる、
請求項３の電動工具。
【請求項５】
前記モータ制御装置は、前記変調度が前記変調度閾値以下であれば、前記指令値を前記モータの速度の目標値に近付ける、
請求項４の電動工具。
【請求項６】
前記パラメータは、前記モータに流れる電流のトルク成分の大きさを示すトルク電流値を含む、
請求項２〜５のいずれか一つの電動工具。
【請求項７】
前記閾値は、電流閾値を含み、
前記モータ制御装置は、前記トルク電流値が前記電流閾値を超えていれば、前記指令値を低下させる、
請求項６の電動工具。
【請求項８】
前記モータ制御装置は、前記トルク電流値が前記電流閾値以下であれば、前記指令値を前記モータの速度の目標値に近付ける、
請求項７の電動工具。
【請求項９】
前記パラメータは、前記直流電源の電圧の大きさを示す電源電圧値を含む、
請求項２〜８のいずれか一つの電動工具。
【請求項１０】
前記閾値は、電圧閾値を含み、
前記モータ制御装置は、前記電源電圧値が前記電圧閾値未満であれば、前記指令値を低下させる、
請求項９の電動工具。
【請求項１１】
前記モータ制御装置は、前記電源電圧値が前記電圧閾値以上であれば、前記指令値を前記モータの速度の目標値に近付ける、
請求項１０の電動工具。
【請求項１２】
前記モータは、ブラシレスモータである、
請求項１〜１１のいずれか一つの電動工具。
【請求項１３】
前記直流電源から駆動電圧を生成してモータに出力するインバータ回路部を更に備え、
前記モータ制御装置は、前記モータの速度が前記指令値に一致するように前記駆動電圧の目標値を決定して前記インバータ回路部に与える、
請求項１２の電動工具。
【請求項１４】
モータの制御方法であって、
前記モータの回転中における前記モータにかかる負荷の大きさ及び前記モータ用の直流電源の電圧の少なくとも一方に関連するパラメータに基づいて前記モータの速度の指令値を更新する、
制御方法。
【請求項１５】
コンピュータシステムに、請求項１４の制御方法を実行させるための、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、電動工具、制御方法、及びプログラムに関する。本開示は、より詳細には、直流電源によりモータを制御する電動工具、直流電源によりモータを制御する制御方法、及び当該制御方法を実行するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、電動工具を開示する。特許文献１の電動工具は、モータと、電源からの電力をモータに供給する駆動回路と、複数モードの目標回転数を設け、設定されたモードの目標回転数にてモータを回転させる制御部を有する。更に、電動工具は、モータが停止しているときの電源の電圧値を検出する電圧検出回路を備え、検出された電圧値をもとに目標回転数を可変に設定する。【０００３】
特許文献１では、モータが停止しているときの電源の電圧値をもとに目標回転数（モータの速度）を設定する。しかしながら、モータの回転時には、モータにかかる負荷の大きさや電源の電圧値は変動し得る。したがって、特許文献１では、モータの動作効率が低下したままで、モータの回転が継続され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４０８５３５号公報
【発明の概要】
【０００５】
課題は、モータの動作効率を改善できる電動工具、制御方法、プログラムを提供することである。
【０００６】
本開示の一態様の電動工具は、モータと、モータ制御装置と、を備える。前記モータ制御装置は、パラメータに基づいて前記モータの速度の指令値を更新する。前記パラメータは、前記モータの回転中における前記モータにかかる負荷の大きさ及び前記モータ用の直流電源の電圧の少なくとも一方に関連する。
【０００７】
本開示の一態様の制御方法は、モータの制御方法であって、パラメータに基づいて前記モータの速度の指令値を更新する。前記パラメータは、前記モータの回転中における前記モータにかかる負荷の大きさ及び前記モータ用の直流電源の電圧の少なくとも一方に関連する。
【０００８】
本開示の一態様のプログラムは、コンピュータシステムに、前記制御方法を実行させるための、プログラムである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態の電動工具のブロック図である。
【図２】図２は、上記電動工具のモータ制御装置による制御の説明図である。
【図３】図３は、上記モータ制御装置の動作のフローチャートである。
【図４】図４は、モータの速度の指令値の時間的変化のグラフである。
【図５】図５は、モータの速度の指令値の時間的変化の別のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
１．実施形態
１．１  概要
図１は、一実施形態の電動工具１００のブロック図を示す。電動工具１００は、モータ１と、モータ制御装置３と、を備える。モータ制御装置３は、モータ１の回転中におけるモータ１にかかる負荷の大きさ及びモータ１用の直流電源８の電圧Ｖｄｃの少なくとも一方に関連するパラメータに基づいてモータ１の速度の指令値ω２＊を更新する。
【００１１】
電動工具１００では、モータ１の回転中の状態を指令値ω２＊に反映させることができる。つまり、モータ制御装置３は、モータ１の速度の指令値ω２＊を一定に維持するのではなく、動的に（適応的に）制御することが可能となる。特に、モータ１の回転中の状態は、モータ１にかかる負荷の大きさ及びモータ１用の直流電源８の電圧Ｖｄｃの少なくとも一方を含んでおり、これらは、モータ１の動作効率の改善に寄与し得る。上記より、電動工具１００によれば、モータ１の動作効率を改善できる、という効果を奏し得る。
【００１２】
１．２  構成
以下、本実施形態の電動工具１００について更に詳細に説明する。電動工具１００は、回転打撃工具（インパクトドライバ）である。電動工具１００は、図１に示すように、モータ１と、インバータ回路部２と、モータ制御装置３と、スピンドル４と、ハンマ５と、アンビル６と、入出力部７と、直流電源８と、を備える。また、電動工具１００は、２つの相電流センサ１１を備える。
【００１３】
スピンドル４と、ハンマ５と、アンビル６とは、電動工具１００において、所定の作業を実現するための装置である。スピンドル４は、モータ１の出力軸（回転子）に連結されている。スピンドル４は、モータ１の回転により回転する。ハンマ５は、スピンドル４に連結されている。ハンマ５は、スピンドル４とともに回転する。また、ハンマ５は、ばね等によりアンビル６に付勢され、ハンマ５とアンビル６とが係合し、ハンマ５の回転がアンビル６に伝達される。
【００１４】
モータ１は、スピンドル４に連結される。モータ１は、ブラシ付きＤＣモータもしくは、ＤＣブラシレスモータである。本実施形態では、モータ１はＤＣブラシレスモータ（三相永久磁石同期モータ）であり、モータ１は、永久磁石を備えた回転子と３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分の電機子巻線を備えた固定子とを備える。
【００１５】
直流電源８は、モータ１の駆動に用いられる電源である。直流電源８は、本実施形態では、二次電池である。直流電源８は、いわゆる、電池パックである。直流電源８は、インバータ回路部２及びモータ制御装置３の電源としても利用される。
【００１６】
インバータ回路部２は、モータ１を駆動するための回路である。インバータ回路部２は、直流電源８からの電圧Ｖｄｃを、モータ１用の駆動電圧Ｖａに変換する。本実施形態では、駆動電圧Ｖａは、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧及びＷ相電圧を含む三相交流電圧である。以下では、必要に応じて、Ｕ相電圧をｖｕ、Ｖ相電圧をｖｖ、Ｗ相電圧をｖｗで表す。また、各電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗは、正弦波電圧である。インバータ回路部２は、ＰＷＭインバータとＰＷＭ変換器とを利用して実現できる。ＰＷＭ変換器は、駆動電圧Ｖａ（Ｕ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ、Ｗ相電圧ｖｗ）の目標値（電圧指令値）ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に従って、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭインバータは、このＰＷＭ信号に応じた駆動電圧Ｖａ（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）をモータ１に与えてモータ１を駆動する。より具体的には、ＰＷＭインバータは、３相分のハーフブリッジ回路とドライバとを備える。ＰＷＭインバータでは、ドライバがＰＷＭ信号に従って各ハーフブリッジ回路におけるスイッチング素子をオン／オフすることにより、電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に従った駆動電圧Ｖａ（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）がモータ１に与えられる。これによって、モータ１には、駆動電圧Ｖａ（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）に応じた駆動電流が供給される。駆動電流は、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、及びＷ相電流ｉｗを含む。より詳細には、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、及びＷ相電流ｉｗは、モータ１の固定子における、Ｕ相の電機子巻線の電流、Ｖ相の電機子巻線の電流及びＷ相の電機子巻線の電流である。
【００１７】
２つの相電流センサ１１は、インバータ回路部２からモータ１に供給される駆動電流のうちＵ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖを測定する。なお、Ｗ相電流ｉｗは、Ｕ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖから求めることができる。なお、電動工具１０は、相電流センサ１１の代わりに、シャント抵抗等を利用した電流検出器を備えていてもよい。
【００１８】
入出力部７は、ユーザインタフェースである。入出力部７は、電動工具１００の動作に関する表示、電動工具１００の動作の設定、及び、電動工具１００の操作に利用される装置（例えば、表示器、入力器、操作器）を備える。本実施形態では、入出力部７は、モータ１の速度の目標値ω１＊を設定する機能を有している。例えば、入出力部７は、ユーザの操作に応じて、目標値ω１＊を決定し、モータ制御装置３に与える。
【００１９】
モータ制御装置３は、モータ１の速度の指令値ω２＊を決定し、更新する。特に、モータ制御装置３は、入出力部７から与えられるモータ１の速度の目標値ω１＊に基づいて、モータ１の速度の指令値ω２＊を決定し、更新する。また、モータ制御装置３は、モータ１の速度が指令値ω２＊に一致するように駆動電圧Ｖａの目標値（電圧指令値）ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊を決定してインバータ回路部２に与える。
【００２０】
以下、モータ制御装置３について更に詳細に説明する。モータ制御装置３は、本実施形態では、ベクトル制御を利用して、モータ１の制御を行う。ベクトル制御は、モータ電流を、トルク（回転力）を発生する電流成分と磁束を発生する電流成分とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御するモータ制御方式の一種である。
【００２１】
図２は、ベクトル制御におけるモータ１の解析モデル図である。図２には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線固定軸が示されている。ベクトル制御では、モータ１の回転子に設けられた永久磁石が作る磁束の回転速度と同じ速度で回転する回転座標系が考慮される。回転座標系において、永久磁石が作る磁束の方向をｄ軸にとり、ｄ軸に対応する制御上の回転軸をγ軸とする。また、ｄ軸から電気角で９０度進んだ位相にｑ軸をとり、γ軸から電気角で９０度進んだ位相にδ軸をとる。実軸に対応する回転座標系はｄ軸とｑ軸を座標軸に選んだ座標系であり、その座標軸をｄｑ軸と呼ぶ。制御上の回転座標系はγ軸とδ軸を座標軸に選んだ座標系であり、その座標軸をγδ軸と呼ぶ。
【００２２】
ｄｑ軸は回転しており、その回転速度をωで表す。γδ軸も回転しており、その回転速度をωｅで表す。また、ｄｑ軸において、Ｕ相の電機子巻線固定軸から見たｄ軸の角度（位相）をθで表す。同様に、γδ軸において、Ｕ相の電機子巻線固定軸から見たγ軸の角度（位相）をθｅで表す。θ及びθｅにて表される角度は、電気角における角度であり、それらは一般的に回転子位置又は磁極位置とも呼ばれる。ω及びωｅにて表される回転速度は、電気角における角速度である。以下、必要に応じて、θ又はθｅを、回転子位置と呼び、ω又はωｅを単に速度と呼ぶことがある。回転子位置及びモータの速度を推定によって導出する場合、γ軸及びδ軸を制御上の推定軸と呼ぶことがある。
【００２３】
モータ制御装置３は、基本的に、θとθｅとが一致するようにベクトル制御を行う。θとθｅとが一致しているとき、ｄ軸及びｑ軸は夫々γ軸及びδ軸と一致することになる。なお、以下の説明では、必要に応じて、駆動電圧Ｖａのγ軸成分及びδ軸成分を、それぞれγ軸電圧ｖγ及びδ軸電圧ｖδで表し、駆動電流のγ軸成分及びδ軸成分を、それぞれγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδで表す。
【００２４】
また、γ軸電圧ｖγ及びδ軸電圧ｖδの目標値を表す電圧指令値を、それぞれγ軸電圧指令値ｖγ＊及びδ軸電圧指令値ｖδ＊により表す。γ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδの目標値を表す電流指令値を、それぞれγ軸電流指令値ｉγ＊及びδ軸電流指令値ｉδ＊により表す。
【００２５】
モータ制御装置３は、γ軸電圧ｖγ及びδ軸電圧ｖδの値がそれぞれγ軸電圧指令値ｖγ＊及びδ軸電圧指令値ｖδ＊に追従しかつγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδの値がそれぞれγ軸電流指令値ｉγ＊及びδ軸電流指令値ｉδ＊に追従するようにベクトル制御を行う。
【００２６】
モータ制御装置３は、所定の更新周期にて自身が算出（又は検出）して出力する指令値（ｉγ＊、ｉδ＊、ｖγ＊、ｖδ＊、ｖｕ＊、ｖｖ＊及びｖｗ＊）、状態量（ｉｕ、ｉｖ、ｉγ、ｉδ、θｅ及びωｅ）を更新する。
【００２７】
モータ制御装置３は、例えば、１以上のプロセッサ（一例としてはマイクロプロセッサ）と１以上のメモリとを含むコンピュータシステムにより実現され得る。つまり、１以上のプロセッサが１以上のメモリに記憶された１以上のプログラムを実行することで、モータ制御装置３として機能する。１以上のプログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
【００２８】
モータ制御装置３は、図１に示すように、座標変換器１２と、減算器１３と、減算器１４と、電流制御部１５と、磁束制御部１６と、速度制御部１７と、座標変換器１８と、減算器１９と、位置・速度推定部２０と、脱調検出部２１と、設定部２２と、を備える。なお、座標変換器１２、減算器１３，１４，１９、電流制御部１５、磁束制御部１６、速度制御部１７、座標変換器１８、位置・速度推定部２０、脱調検出部２１、及び設定部２２は、必ずしも実体のある構成を示しているわけではない。これらは、モータ制御装置３によって実現される機能を示している。よって、モータ制御装置３の各要素は、モータ制御装置３内で生成された各値を自由に利用可能となっている。
【００２９】
座標変換器１２は、回転子位置θｅに基づいてＵ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖをγδ軸上に座標変換することにより、γ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδを算出して出力する。ここで、γ軸電流ｉγは、ｄ軸電流に対応し、励磁的な電流であり、トルクには殆ど寄与しない電流である。δ軸電流ｉδは、ｑ軸電流に対応し、トルクに大きく寄与する電流である。回転子位置θｅは、位置・速度推定部２０から算出される。
【００３０】
減算器１９は、速度ωｅと指令値ω２＊とを参照し、両者間の速度偏差（ω２＊−ωｅ）を算出する。速度ωｅは、位置・速度推定部２０にて算出される。
【００３１】
速度制御部１７は、比例積分制御などを用いることによって、速度偏差（ω２＊−ωｅ）がゼロに収束するようにδ軸電流指令値ｉδ＊を算出して出力する。
【００３２】
磁束制御部１６は、γ軸電流指令値ｉγ＊を決定して減算器１４に出力する。γ軸電流指令値ｉγ＊は、モータ制御装置３にて実行されるベクトル制御の種類やモータ１の速度ωに応じて、様々な値をとりうる。例えば、ｄ軸電流をゼロとして最大トルク制御を行う場合は、γ軸電流指令値ｉγ＊が０とされる。また、ｄ軸電流を流して弱め磁束制御を行う場合は、γ軸電流指令値ｉγ＊が速度ωｅに応じた負の値とされる。以下の説明では、γ軸電流指令値ｉγ＊が０である場合を取り扱う。
【００３３】
減算器１３は、磁束制御部１６から出力されるγ軸電流指令値ｉγ＊より座標変換器１２から出力されるγ軸電流ｉγを減算し、電流誤差（ｉγ＊−ｉγ）を算出する。減算器１４は、速度制御部１７から出力される値ｉδ＊より座標変換器１２から出力されるδ軸電流ｉδを減算し、電流誤差（ｉδ＊−ｉδ）を算出する。
【００３４】
電流制御部１５は、電流誤差（ｉγ＊−ｉγ）及び（ｉδ＊−ｉδ）が共にゼロに収束するように、比例積分制御などを用いた電流フィードバック制御を行う。この際、γ軸とδ軸との間の干渉を排除するための非干渉制御を利用し、（ｉγ＊−ｉγ）及び（ｉδ＊−ｉδ）が共にゼロに収束するようにγ軸電圧指令値ｖγ＊及びδ軸電圧指令値ｖδ＊を算出する。
【００３５】
座標変換器１８は、位置・速度推定部２０から出力される回転子位置θｅに基づいて電流制御部１５から与えられたｖγ＊及びｖδ＊を三相の固定座標軸上に座標変換することにより、電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊及びｖｗ＊）を算出して出力する。
【００３６】
位置・速度推定部２０は、回転子位置θｅ及び速度ωｅを推定する。より詳細には、位置・速度推定部２０は、座標変換器１２からのｉγ及びｉδ並びに電流制御部１５からのｖγ＊及びｖδ＊の内の全部又は一部を用いて、比例積分制御等を行う。位置・速度推定部２０は、ｄ軸とγ軸との間の軸誤差（θｅ−θ）がゼロに収束するように回転子位置θｅ及び速度ωｅを推定する。なお、回転子位置θｅ及び速度ωｅの推定手法として従来から様々な手法が提案されており、位置・速度推定部２０は公知の何れの手法をも採用可能である。
【００３７】
脱調検出部２１は、モータ１が脱調しているか否かを判定する。より詳細には、脱調検出部２１は、モータ１の磁束に基づいて、モータ１が脱調しているか否かを判定する。モータ１の磁束は、ｄ軸電流及びｑ軸電流及びγ軸電圧指令値ｖγ＊及びδ軸電圧指令値ｖδ＊から求められる。脱調検出部２１は、モータ１の磁束の振幅が閾値未満であれば、モータ１が脱調していると判断してよい。なお、閾値は、モータ１の永久磁石が作る磁束の振幅に基づいて適宜定められる。なお、脱調検出手法として従来から様々な手法が提案されており、脱調検出部１５４は公知の何れの手法をも採用可能である。
【００３８】
設定部２２は、モータ制御装置３において、指令値ω２＊の決定及び更新を行う。なお、設定部２２が、入出力部７から目標値ω１＊を受け取った際に、指令値ω２＊を定めることを、「指令値ω２＊の決定」ということがある。一方、設定部２２が、「指令値ω２＊の決定」を行った後に、何らかのタイミングで、指令値ω２＊を定めることを、「指令値ω２＊の更新」ということがある。
【００３９】
より詳細には、設定部２２は、入出力部７から受け取った目標値ω１＊に基づいて、指令値ω２＊の決定及び更新を行う。設定部２２は、指令値ω２＊の決定及び更新を行うにあたって、パラメータを参照する。パラメータは、モータ１の回転中におけるモータ１にかかる負荷の大きさ及びモータ１用の直流電源８の電圧Ｖｄｃの少なくとも一方に関連する値で定義される。本実施形態では、パラメータは、変調度と、トルク電流値と、を含む。
【００４０】
変調度は、直流電圧から交流電圧への変換に関する値である。変調度は、変調率ともいわれることがある。本実施形態では、変調度は、インバータ回路部２における直流電源８の電圧Ｖｄｃとインバータ回路部２に与える駆動電圧Ｖａの目標値（電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊）とで定義される。具体的には、変調度は、２＊Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎで与えられる。Ｖｉｎは、直流電源８の電圧Ｖｄｃの値である。Ｖｏｕｔは、駆動電圧Ｖａの目標値の波高値である。駆動電圧Ｖａの目標値の波高値は、電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に対応するＵ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ、及びＷ相電圧ｖｗの波高値である。なお、Ｕ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ、及びＷ相電圧ｖｗの波高値は一致するから、駆動電圧Ｖａの目標値の波高値は、電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に対応するＵ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ、及びＷ相電圧ｖｗの波高値のいずれかと等しい。
【００４１】
トルク電流値は、モータ１に流れる電流（相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）のトルク成分の大きさを示す。本実施形態では、ｑ軸電流の値に対応するδ軸電流ｉδの値がトルク電流値として用いられる。
【００４２】
設定部２２は、パラメータと閾値との比較結果に基づいて指令値ω２＊を決定（更新）する。より詳細には、設定部２２は、パラメータと閾値との比較結果に基づいて、パラメータが条件をみたすかどうかを判定する。この条件は、指令値ω２＊の決定・更新の仕方を切り替えるための条件であり、以下では、切替条件ともいわれることがある。設定部２２は、パラメータが切替条件を満たさない場合には、指令値ω２＊をモータ１の速度の目標値ω１＊に近付ける。一方、設定部２２は、パラメータが切替条件を満たす場合には、指令値ω２＊を低下させる。例えば、設定部２２は、指令値ω２＊を、予め定められた値で減じてもよい。あるいは、設定部２２は、指令値ω２＊を、位置・速度推定部２０で求められた速度ωｅに設定することで、低下させてよい。ただし、指令値ω２＊を変化させる際には、速度制御部１７が追従できる範囲で、指令値ω２＊を変化させる。
【００４３】
本実施形態では、パラメータが変調度とトルク電流値（ｑ軸電流の値）とを含んでいるから、閾値は、変調度に対応する変調度閾値と、トルク電流値に対応する電流閾値とを含む。
【００４４】
変調度閾値は、一例としては、インバータ回路部２の動作が許容範囲内かどうかを判断するための値である。変調度閾値は、変調度に対してインバータ回路部２の出力（駆動電圧Ｖａ）を線形に変化させることができる変調度の範囲（変調度許容範囲）から選択され得る。変調度閾値は、変調度許容範囲の上限値であってもよいし、変調度許容範囲内であれば適宜の値であってもよい。変調度許容範囲の上限値は、インバータ回路部２の構成にも依存するが、一例としては、７５〜１２５％の範囲、８５〜１１５％の範囲であることが多く、本実施形態では１００％である。もちろん、変調度閾値は、変調度許容範囲の上限値に近いほうが効率的である。
【００４５】
電流閾値は、一例としては、モータ１の回転中にモータ１にかかる負荷が許容範囲内かどうかを判断するための値である。電流閾値は、モータ１の回転中にモータ１にかかる負荷が許容範囲内にあるときのトルク電流値の範囲（負荷トルク許容範囲）から選択され得る。電流閾値は、負荷トルク許容範囲の上限値であってもよいし、負荷トルク許容範囲内であれば適宜の値であってもよい。もちろん、電流閾値は、負荷トルク許容範囲の上限値に近いほうが効率的であるが、インバータ回路部２の電流定格やモータ１の電流定格で制限される場合が多く、本実施形態ではインバータ回路部２の電流定格である。
【００４６】
設定部２２は、変調度が変調度閾値を超えるという第１条件とトルク電流値（ｑ軸電流の値）が電流閾値を超えるという第２条件との少なくとも一方が満たされれば、パラメータが切替条件を満たすと判断する。換言すれば、設定部２２は、第１条件と第２条件との両方が満たされていないときに、パラメータが切替条件を満たさないと判断する。
【００４７】
１．３  動作
次に、電動工具１００の動作、特に、モータ制御装置３の設定部２２の動作について、図３のフローチャート及び図４及び図５のグラフを参照して説明する。図４は、電動工具１００により木ねじのねじ締め作業を行った場合の、指令値ω２＊の時間的変化を示す。図５は、電動工具１００によりボルトのねじ締め作業を行った場合の、指令値ω２＊の時間的変化を示す。
【００４８】
設定部２２は、入出力部７から目標値ω１＊を受け取った際、又は、その後の任意のタイミングで、指令値ω２＊の決定・更新の処理を開始する。まず、設定部２２は、パラメータを取得する（Ｓ１１）。ここでは、設定部２２は、変調度と、トルク電流値とを取得する。次に、設定部２２は、パラメータ（変調度及びトルク電流値）が条件（切替条件）を満たすかどうかを判定する（Ｓ１２）。ここでは、設定部２２は、変調度が変調度閾値を超えるという第１条件、及び、トルク電流値が電流閾値を超えるという第２条件がそれぞれ成立するかどうかをそれぞれ判定する。
【００４９】
第１条件と第２条件とがいずれも成立しなければ、設定部２２は、パラメータが切替条件を満たしていないと判断する（Ｓ１２；Ｎｏ）。この場合、設定部２２は、指令値ω２＊が目標値ω１＊に一致しているかどうかを判断する（Ｓ１３）。指令値ω２＊が目標値ω１＊に一致していなければ（Ｓ１３；Ｎｏ）、設定部２２は、指令値ω２＊を目標値ω１＊に近付ける（Ｓ１４）。つまり、設定部２２は、指令値ω２＊が目標値ω１＊未満であれば指令値ω２＊を増加させ、指令値ω２＊が目標値ω１＊を超えていれば指令値ω２＊を低下させる。指令値ω２＊が目標値ω１＊に一致していれば（Ｓ１３；Ｙｅｓ）、設定部２２は、指令値ω２＊を維持する。例えば、図４では、時間ｔ１０までは、パラメータが切替条件を満たしていない状態であり、設定部２２は、指令値ω２＊が目標値ω１＊に一致するように指令値ω２＊を徐々に変化させる。同様に、図５では、時間ｔ２０までは、パラメータが切替条件を満たしていない状態であり、設定部２２は、指令値ω２＊が目標値ω１＊に一致するように指令値ω２＊を徐々に変化させる。
【００５０】
一方、第１条件と第２条件との少なくとも一方が成立すれば、設定部２２は、パラメータが切替条件を満たしていると判断する（Ｓ１２；Ｙｅｓ）。この場合、設定部２２は、指令値ω２＊を低下させる（Ｓ１５）。例えば、図４では、時間ｔ１０でパラメータが切替条件を満たし、これ以後、設定部２２は、指令値ω２＊を目標値ω１＊に関係なく徐々に低下させる。同様に、図５では、時間ｔ２０ではパラメータが切替条件を満たし、設定部２２は、指令値ω２＊を目標値ω１＊に関係なく徐々に低下させる。これによって、モータ制御装置３は、モータ１の速度を無理に維持しようとしなくなるから、モータ１の脱調が防止され、モータ１の駆動を継続することができる。特に、変調度閾値が、変調度許容範囲の上限値である場合には、直流電源８の電圧Ｖｄｃが変動してもそれに見合う最高速度（最大回転数）でモータ１を駆動させ続けることができる。
【００５１】
以上より、モータ制御装置３は、パラメータが切替条件を満たしていないとき（通常運転時）は、モータ１の速度ωが入出力部７から与えられた目標値ω１＊（目標回転数）になるよう、指令値ω２＊を設定する。つまり、モータ制御装置３は、指令値ω２＊を目標値ω１＊に設定する制御（通常目標値制御）を行う。一方、モータ制御装置３は、パラメータが切替条件を満たしたときは、入出力部７から与えられた目標値ω１＊に関係なく、指令値ω２＊を低下させる。つまり、モータ制御装置３は、モータ１の回転中にパラメータに応じて目標値ω１＊を更新する制御（動的速度目標値制御）を行う。
【００５２】
このように、電動工具１００によれば、モータ１の回転時にかかる負荷（例えば負荷トルク）の変動や直流電源８の電圧Ｖｄｃの変動に動的に対応できる。そのため、負荷トルクの変動や直流電源８の電圧Ｖｄｃの変動に応じて、常に、モータ１を脱調させない最大回転数で回転させることができる。
【００５３】
これにより、電圧Ｖｄｃの低下や負荷トルクの増加に備えて、モータ１の回転数を予め低めの値に設定してモータ１を動作させる必要がない。更に、直流電源８の種類や充放電状況に応じて、モータ１の最適な運転が可能となる。そのため、直流電源８の種類や充放電状況に応じて、モータ１の速度の目標値ω１＊の設定をやり直す必要がない。
【００５４】
また、作業対象物（木ネジ、ボルト等）や対象作業（ネジ締め、穴あけ、増し締め等）が変化しても、その作業物や対象作業に応じて、動的にモータ１を脱調させない最高速度（最大回転数）で運転できる。そのため、作業モードに応じた複雑な速度目標値の制御や設定が不要になる。その結果、作業が完了するまでにかかる時間を短縮でき、作業効率を高めることができる。また、直流電源８の消費電力量の低減を図ることができる。
【００５５】
このように、本実施形態の電動工具１００によれば、作業効率を改善できる。また、電動工具１００によれば、消費電力量の低減を図ることができる。更に、電動工具１００によれば、作業の安定性の向上を図ることができる。
【００５６】
１．４  まとめ
以上述べたように、電動工具１００は、モータ１と、モータ制御装置３と、を備える。モータ制御装置３は、モータ１の回転中におけるモータ１にかかる負荷の大きさ及びモータ１用の直流電源８の電圧Ｖｄｃの少なくとも一方に関連するパラメータに基づいてモータ１の速度の指令値ω２＊を更新する。したがって、この電動工具１００によれば、モータ１の動作効率を改善できる。
【００５７】
換言すれば、モータ制御装置３は、下記の制御方法（モータ制御方法）を実行しているといえる。当該制御方法は、モータ１の制御方法であって、モータ１の回転中におけるモータ１にかかる負荷の大きさ及びモータ１用の直流電源８の電圧Ｖｄｃの少なくとも一方に関連するパラメータに基づいてモータ１の速度の指令値ω２＊を更新する。この制御方法によれば、モータ１の動作効率を改善できる。
【００５８】
モータ制御装置３は、コンピュータシステムにより実現されている。つまり、モータ制御装置３は、コンピュータシステムがプログラム（モータ制御プログラム）を実行することにより実現される。このプログラムは、コンピュータシステムに上記の制御方法（モータ制御方法）を実行させるためのプログラムである。このようなプログラムによれば、上記の制御方法と同様に、モータ１の動作効率を改善できる。
【００５９】
２．変形例
本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
【００６０】
上記実施形態では、パラメータは、変調度と、トルク電流値との２つを含んでいたが、パラメータは、変調度だけであってもよい。この場合、モータ制御装置３（設定部２２）は、変調度が変調度閾値以下であれば、指令値ω２＊をモータ１の速度の目標値ω１＊に近付けてよい。一方、モータ制御装置３（設定部２２）は、変調度が変調度閾値を超えていれば、指令値ω２＊を低下させてよい。また、パラメータは、トルク電流値だけであってもよい。この場合、モータ制御装置３（設定部２２）は、トルク電流値（ｑ軸電流の値）が電流閾値以下であれば、指令値ω２＊をモータ１の速度の目標値ω１＊に近付けてよい。一方、モータ制御装置３（設定部２２）は、トルク電流値（ｑ軸電流の値）が電流閾値を超えていれば、指令値ω２＊を低下させてよい。
【００６１】
パラメータは、変調度と、トルク電流値とに限定されない。パラメータとしては、直流電源８の電圧Ｖｄｃの大きさを示す電源電圧値を利用可能である。この場合、閾値としては、電源電圧値に対応する電圧閾値が利用される。電圧閾値は、一例としては、直流電源８の電圧Ｖｄｃの値が許容範囲内かどうかを判断するための値である。電圧閾値は、直流電源８から駆動電圧Ｖａの目標値（電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊）を満足する駆動電圧Ｖａを生成できる範囲（電圧許容範囲）から選択され得る。電圧閾値は、電圧許容範囲の下限値であってよいし、電圧許容範囲内であれば適宜の値であってよい。もちろん、電圧閾値は、電圧許容範囲の上限値に近いほうが効率的である。モータ制御装置３（設定部２２）は、電源電圧値が電圧閾値以上であれば、指令値ω２＊をモータ１の速度の目標値ω１＊に近付けてよい。一方、モータ制御装置３（設定部２２）は、電源電圧値が電圧閾値未満であれば、指令値ω２＊を低下させても変調度をパラメータとするのと同じ効果が得られる。
【００６２】
このように、パラメータは、変調度とトルク電流値と電源電圧値とから選択される１以上の値を含み得る。パラメータが変調度とトルク電流値と電源電圧値とから選択される２以上の値を含む場合には、いずれかの値で、指令値ω２＊を低下させるという判定が得られた場合に、パラメータが条件を満たすと判断してよい。あるいは、パラメータが含む２以上の値に優先順位をつけて、優先順位が高い値について指令値ω２＊を低下させるという判定が得られた場合に、他とは関係なくパラメータが条件を満たすと判断してよい。
【００６３】
上記実施形態では、駆動電圧ＶａのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗは、正弦波電圧である。しかしながら、駆動電圧ＶａのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗは、矩形波電圧であってもよい。つまり、インバータ回路部２は、モータ１を正弦波駆動してもよいし、矩形波駆動してもよい。
【００６４】
上記実施形態では、モータ制御装置３は、ベクトル制御により、センサレスでモータ１の制御を実行する。モータ制御装置３の制御方式は、ベクトル制御に限定されず、１２０度通電制御等のその他の方式であってもよい。また、電動工具１００は、モータ１の位置（ロータ回転位置）を検出する位置センサを備えていてもよい。またさらに、モータ１の電流を検出するセンサ（例えば、相電流センサ１１）は、１２０度通電制御等のその他の方式の場合、無くても構わない。ベクトル制御の場合は、相電流センサ１１以外に、インバータ回路部２に設置しているシャント抵抗等を利用してもよい。つまり、相電流センサ１１の代わりにシャント抵抗等を利用した電流測定器を利用してよい。これらの場合、モータ制御装置３の制御方式としてより単純な方式を利用でき、回路や制御の簡素化に繋がる。
【００６５】
上記実施形態では、電動工具１００は、所定の作業を実現するための装置として、スピンドル４、ハンマ５、及びアンビル６を備えている。しかしながら、このような装置は、スピンドル４、ハンマ５、及びアンビル６に限定されず、ドリルや、ソーであってもよい。つまり、電動工具１００は、インパクトドライバに限定されず、ドリルドライバ、ジグソーであってもよい。
【００６６】
以上述べたモータ制御装置３の実行主体は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを有する。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示におけるモータ制御装置３の実行主体としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよい。また、プログラムは、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１乃至複数の電子回路で構成される。ここでは、ＩＣやＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わる。例えば、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（very large scale integration）、若しくはＵＬＳＩ（ultralarge scale integration）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＧＰＡ）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ目的で使うことができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。
【００６７】
３．態様
上記実施形態及び変形例から明らかなように、本開示は、下記の態様を含む。以下では、実施形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。
【００６８】
第１の態様の電動工具（１００）は、モータ（１）と、モータ制御装置（３）と、を備える。前記モータ制御装置（３）は、パラメータに基づいて前記モータ（１）の速度の指令値（ω２＊）を更新する。前記パラメータは、前記モータ（１）の回転中における前記モータ（１）にかかる負荷の大きさ及び前記モータ（１）用の直流電源（８）の電圧（Ｖｄｃ）の少なくとも一方に関連する。第１の態様によれば、モータ（１）の動作効率を改善できる。
【００６９】
第２の態様の電動工具（１００）は、第１の態様との組み合わせにより実現され得る。第２の態様では、前記モータ制御装置（３）は、前記パラメータと閾値との比較結果に基づいて前記指令値（ω２＊）を更新する。第２の態様によれば、モータ（１）の動作効率を改善できる。
【００７０】
第３の態様の電動工具（１００）は、第２の態様との組み合わせにより実現され得る。第３の態様では、前記パラメータは、変調度を含む。第３の態様によれば、モータ（１）の動作効率を改善できる。
【００７１】
第４の態様の電動工具（１００）は、第３の態様との組み合わせにより実現され得る。第４の態様では、前記閾値は、変調度閾値を含む。前記モータ制御装置（３）は、前記変調度が前記変調度閾値を超えていれば、前記指令値（ω２＊）を低下させる。第４の態様によれば、モータ（１）の脱調の可能性を低減できる。
【００７２】
第５の態様の電動工具（１００）は、第４の態様との組み合わせにより実現され得る。第５の態様では、前記モータ制御装置（３）は、前記変調度が前記変調度閾値以下であれば、前記指令値（ω２＊）を前記モータ（１）の速度の目標値（ω１＊）に近付ける。第５の態様によれば、モータ（１）の速度を所望の目標値（ω１＊）に設定できる。
【００７３】
第６の態様の電動工具（１００）は、第２〜第５の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第６の態様では、前記パラメータは、前記モータ（１）に流れる電流のトルク成分の大きさを示すトルク電流値を含む。第６の態様によれば、モータ（１）の動作効率を改善できる。
【００７４】
第７の態様の電動工具（１００）は、第６の態様との組み合わせにより実現され得る。第７の態様では、前記閾値は、電流閾値を含む。前記モータ制御装置（３）は、前記トルク電流値が前記電流閾値を超えていれば、前記指令値（ω２＊）を低下させる。第７の態様によれば、モータ（１）の脱調の可能性を低減できる。
【００７５】
第８の態様の電動工具（１００）は、第７の態様との組み合わせにより実現され得る。第８の態様では、前記モータ制御装置（３）は、前記トルク電流値が前記電流閾値以下であれば、前記指令値（ω２＊）を前記モータ（１）の速度の目標値（ω１＊）に近付ける。第８の態様によれば、モータ（１）の速度を所望の目標値（ω１＊）に設定できる。
【００７６】
第９の態様の電動工具（１００）は、第２〜第８の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第９の態様では、前記パラメータは、前記直流電源（８）の電圧（Ｖｄｃ）の大きさを示す電源電圧値を含む。第９の態様によれば、モータ（１）の動作効率を改善できる。
【００７７】
第１０の態様の電動工具（１００）は、第９の態様との組み合わせにより実現され得る。第１０の態様では、前記閾値は、電圧閾値を含む。前記モータ制御装置（３）は、前記電源電圧値が前記電圧閾値未満であれば、前記指令値（ω２＊）を低下させる。第１０の態様によれば、モータ（１）の脱調の可能性を低減できる。
【００７８】
第１１の態様の電動工具（１００）は、第１０の態様との組み合わせにより実現され得る。第１１の態様では、前記モータ制御装置（３）は、前記電源電圧値が前記電圧閾値以上であれば、前記指令値（ω２＊）を前記モータ（１）の速度の目標値（ω１＊）に近付ける。第１１の態様によれば、モータ（１）の速度を所望の目標値（ω１＊）に設定できる。
【００７９】
第１２の態様の電動工具（１００）は、第１〜第１１の態様のいずれか一つとの組み合わせにより実現され得る。第１２の態様では、前記モータ（１）は、ブラシレスモータである。第１２の態様によれば、モータ（１）の動作効率を改善できる。
【００８０】
第１３の態様の電動工具（１００）は、第１２の態様との組み合わせにより実現され得る。第１３の態様では、前記電動工具（１００）は、前記直流電源（８）から駆動電圧（Ｖａ）を生成してモータ（１）に出力するインバータ回路部（２）を更に備える。前記モータ制御装置（３）は、前記モータ（１）の速度が前記指令値（ω２＊）に一致するように前記駆動電圧（Ｖａ）の目標値（ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊）を決定して前記インバータ回路部（２）に与える。第１３の態様によれば、モータ（１）の動作効率を改善できる。
【００８１】
第１４の態様の制御方法は、モータ（１）の制御方法である。前記制御方法は、前記モータ（１）の回転中における前記モータ（１）にかかる負荷の大きさ及び前記モータ（１）用の直流電源（８）の電圧（Ｖｄｃ）の少なくとも一方に関連するパラメータに基づいて前記モータ（１）の速度の指令値（ω２＊）を更新する。第１４の態様によれば、モータ（１）の動作効率を改善できる、という効果を奏する。
【００８２】
第１５の態様のプログラムは、コンピュータシステムに、第１４の態様の制御方法を実行させるための、プログラムである。第１５の態様によれば、モータ（１）の動作効率を改善できる、という効果を奏する。
【符号の説明】
【００８３】
１００  電動工具
１  モータ
２  インバータ回路部
３  モータ制御装置
８  直流電源
ω１＊  目標値
ω２＊  指令値
Ｖａ  駆動電圧
ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊  目標値
Ｖｄｃ  電圧
【図１】
2020017202.tif 000003
【図２】
2020017202.tif 000004
【図３】
2020017202.tif 000005
【図４】
2020017202.tif 000006
【図５】
2020017202.tif 000007
【国際調査報告】
2020017202.tif 000008
2020017202.tif 000009
2020017202.tif 000010
2020017202.tif 000011