CN101590640B - 充电式电动工具 - Google Patents

Abstract

提供一种不论设定速度怎样，均可切实地测出工具的非常规状态的充电式电动工具。根据由使用者设定的速度模式和触发开关的勾动量设定直流电机的DUTY(S140)，根据该DUTY设定用于检测工具的非常规状态的电压检测阈值(Vt)和锁定判定时间(Tr)(S150)。即，以DUTY越大，电压检测阈值(Vt)越低，锁定判定时间(Tr)为越短的时间的方式进行设定。与DUTY对应的直流电机的通电开始后(S160)，霍尔信号未被更新的状态是否经过锁定判定时间(Tr)(S190：是)，如果电池电压(Vb)低于电压检测阈值(Vt)(S220：是)，则判断为非常规状态并停止向直流电机的通电(S230、S250)。

Description

充电式电动工具

技术领域

本发明涉及具备利用来自电池(二次电池)的电力旋转的直流电机作为动力源，构成为根据触发开关等的速度设定用开关的操作状态控制该直流电机的旋转速度的充电式电动工具。

背景技术

以往，作为这种充电式电动工具，已知例如作为直流电机的驱动电路设置有由在直流电机的各端子与直流电源(电池)的正极和负极之间分别设置的开关元件(高端开关和低端开关)构成的电桥电路(换言之为倒相电路)的电动工具。

在这种结构的充电式电动工具中，当使用者操作作为速度设定用开关的触发开关时，控制器基于该操作量，求得用于PWM控制直流电机的驱动占空比，根据该驱动占空比通、断电桥电路内的开关元件，由此控制直流电机的旋转。

此外，作为速度设定用的开关，除了上述的触发开关以外，还知道具备可将旋转速度切换成例如高速模式和低速模式的两个梯段的速度切换开关的开关。在这种结构的充电式电动工具中，当使用者将速度切换开关设定为高速模式或低速模式的任何一个(切换操作)而勾动触发开关时，控制器会控制直流电机而达到与该设定的某一速度模式对应的旋转速度。然后，直流电机的旋转驱动力直接或通过减速机构等传达到工具输出轴。

但是，在充电式电动工具中，在作为动力源的直流电机的驱动时，如果发生直流电机机械地锁定、控制器产生异常、或作为负载的直流电机短路等的非常规状态(异常状态)，则在直流电机或其驱动电路中流动过电流，上述各部发热，有根据情况不同而烧损的时候。

因此，在充电式电动工具中设置有保护电路，该保护电路通常在直流电机的驱动时，判断该充电式电动工具是否处于上述的非常规状态，在判断为非常规状态的情况下进行停止直流电机的驱动等保护动作。

考虑到多种保护电路的结构，例如采用设置检测直流电机的通电电流值的电流检测机构，在超过了通电电流值的某一阈值的情况下判断为非常规状态(发生过电流)的结构当然是可行的。

但是，为了电路的小型化和成本降低，近年来，提出了多种不设置电流检测机构而检测过电流的方法。作为其中的一个例子，有监视电池电压，如果由于负载短路而发生过电流并且电池电压降低则停止向负载通电(关闭设置在通电路径上的开关元件)的结构(例如参照专利文献1)。

【专利文献1】日本特开平5-174874号公报

但是，对于上述充电式电动工具那样的具备速度设定用开关且构成为根据其设定内容PWM控制直流电机的工具，当应用上述专利文献1所记载的基于电池电压降低的过电流检测的技术时，存在根据旋转速度的设定内容无法正确地检测非常规状态(过电流)的可能性。

即，在PWM控制直流电机的情况下，当接通开关元件时，直流电机的通电电流值上升，伴随与此电池电压渐渐降低。如果在这种状态下继续开关元件接通的状态，则最终通电电流值的上升和电池电压的降低停止，进入到恒定状态。然后，如果关闭开关元件，通电电流值朝向零渐渐降低并且电池电压朝向开路电压渐渐上升。另外，在开关元件的接通期间中是否进入到恒定状态取决于通电路径的时间常数和驱动占空比(即接通期间的长度)。

在此，在向直流电机的通电时，如果该充电式电动工具出现非常规状态而发生过电流，则相对于正常时电池电压会进一步降低。

因此，能够以如下方式构成保护电路，例如设定规定电压值、即低于向直流电机的通电处于恒定状态时的电池电压的电压值作为过电流判定用的电压检测阈值，在电池电压比该电压检测阈值低的情况下，判断产生过电流，进而进行保护动作。

但是，速度设定用开关所设定的速度越低，会使驱动占空比越小，开关元件的接通期间越短。因此，在基于开关元件的接通的通电开始后的过渡状态下，设定速度越低，电池电压的降低量也越小。即，通电电流的上升或电池电压的降低量取决于PWM控制中的驱动占空比，驱动占空比越低(即设定速度越低)则电池电压降低的时间越短并且其降低量越小。

因此，如果电压检测阈值对应例如驱动占空比较大时(即设定速度高时)而被设定为较低值，则即使在设定速度低时出现非常规状态而在开关元件的接通时发生过电流的情况下，也会由于在电池电压低于电压检测阈值之前开关元件被断开而使电池电压再次转变为上升的缘故，而存在无法检测到过电流的可能性。

为了避免该情况，如果对应驱动占空比较小时(即设定速度低时)将电压检测阈值设定为较高值，则相反会在驱动占空比大时，担心会出现尽管是正常状态电池电压也低于该电压检测阈值，即出现误检测出发生过电流的情况。

另一方面，作为非常规状态的一种有直流电机的锁定状态，也已知有多种检测该锁定状态的方法。具体而言，存在如下的方法：设置每当直流电机旋转一定量就输出脉冲信号的旋转传感器，在发自该传感器的脉冲信号未在预先设定的锁定判定时间内输出的情况下检测出锁定状态。

在这种情况下，如果也将锁定判定时间对应于例如驱动占空比小时(即设定速度低时)设定为较长的时间，则基于速度设定用开关的设定速度越高，会使处于锁定状态时过电流持续流动的时间越长。

为了防止这种情况，如果对应例如驱动占空比大时(即设定速度高时)将锁定判定时间设定为短的时间，则相反会在驱动占空比小时，担心出现尽管为正常状态在该锁定判定时间内也未从传感器输出脉冲信号，即出现误检测出锁定状态。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的是在构成为根据设定速度对直流电机的旋转进行PWM控制的充电式电动工具中，不论设定速度怎样，均可切实地测出工具的非常规状态。

为了解决上述课题而完成的第一方面的充电式电动工具，包括：驱动工具输出轴的直流电机；内置有作为该直流电机的电源的二次电池的电池组；由在从二次电池通向直流电机的通电路径上设置的至少一个开关元件构成的开关电路；可供使用者操作而用来设定直流电机的旋转速度的至少一个速度设定机构；控制机构，其基于由速度设定机构的操作设定的旋转速度设定用于通过开关电路PWM控制直流电机的驱动占空比；驱动机构，其按照由该控制机构设定的驱动占空比，使开关电路内的开关元件通断，来使直流电机旋转；动作量检测机构，在由该驱动机构使直流电机旋转时，该动作量检测机构检测除该直流电机的通电电流值之外的直接或间接表示该充电式电动工具的动作状态的至少一个种类的动作量；异常判断机构，其通过比较由该动作量检测机构检测出的动作量和针对该动作量设定的判定阈值，判断该充电式电动工具的动作状态是否为异常；和判定阈值设定机构，其设定判定阈值。

而且特别是在本发明中，判定阈值设定机构根据由所述速度设定机构设定的旋转速度连续或梯段性地设定判定阈值。

在这样构成的充电式电动工具中，在直流电机旋转时，基于动作量检测机构检测出的动作量和判定阈值设定机构设定的判定阈值，判断该充电式电动工具的动作状态。此时，如果将判定阈值固定为一定值，根据速度设定机构所设定的旋转速度(进而由控制机构设定的驱动占空比)，异常判断机构可能无法做出正确的判断。

因此在本发明中，不将判定阈值固定成一定值，而是根据速度设定机构设定的旋转速度(进而根据驱动占空比)来使(连续或梯段性地设定)判定阈值变化。

适宜考虑使判定阈值根据被设定的旋转速度(驱动占空比)具体怎样改变，例如针对每一设定的旋转速度下，电动机在以该旋转速度旋转时发生了异常状态的情况下假想的动作量的变化的程度，以能够切实地测出该动作量的变化的方式设定判定阈值即可。

因而，根据第一方面的充电式电动工具，由于设定为判定阈值与设定的旋转速度对应也连续或梯段性地变化，所以对该渐变的旋转速度就可依次设定适当的判定阈值。因此，不论设定旋转速度怎样，都能够切实地检测充电式电动工具的异常状态。

接着，第二方面的发明，在第一方面的充电式电动工具中，动作量检测机构检测二次电池的电压作为动作量，判定阈值设定机构，将作为判定阈值的电压阈值设定为随着速度设定机构设定的旋转速度的增大而降低的值，异常判断机构，在由动作量检测机构检测出的二次电池的电压比电压阈值低的情况下，判断该充电式电动工具的动作状态为异常。

如果出现在直流电机中流动过电流那样的异常状态，则二次电池的电压比通常时更低。而且，设定的旋转速度越大(即驱动占空比越大且接通时间越长)，过电流时的二次电池电压的降低程度也变得越大。

因此，如第二方面所述那样，将电压阈值设定为随着所设定的旋转速度增大而降低的值，使用该电压阈值就能够切实地进行基于二次电池电压的降低的异常状态的判断，而不受设定旋转速度怎样变化的影响。

接着，第三方面的发明，在第一方面的充电式电动工具中，每当直流电机旋转一定量时，动作量检测机构即输出作为动作量的检测信号，判定阈值设定机构，将作为判定阈值的时间阈值设定为随着速度设定机构设定的旋转速度的增大而变短的值，异常判断机构，在从动作量检测机构未输出检测信号的时间达到所述时间阈值以上的情况下，判断该充电式电动工具的动作状态为异常。

作为异常状态的一种有直流电机的锁定状态。在直流电机为非锁定状态的正常状态时，每当直流电机旋转一定量时，该一定时间内输出的检测信号的数量会与设定的旋转速度对应。即，设定旋转速度越高，一定时间内输出的检测信号越多。另一方面，如果直流电机成为锁定状态，则一定时间内的检测信号的数量会急剧减少(或完全无法检测)。

因此，设定时间阈值，根据不输出检测信号的时间是否持续该时间阈值以上就能够判断锁定状态。在这种情况下，在进行设定旋转速度较高的高速旋转时，通常状态下一定时间内输出的检测信号的数量变多，相反地在低速旋转时该数量变少。

因此，如第三方面所述那样，将时间阈值设定为随设定的旋转速度增大而变短，使用该时间阈值，就能够切实且迅速地判断作为异常状态之一的锁定状态，而不受设定旋转速度怎样变化的影响。

接着，第四方面的发明，在第一方面的充电式电动工具中，动作量检测机构，检测二次电池的电压作为动作量的一种，并且每当直流电机旋转一定量就输出作为动作量的一种的检测信号，判定阈值设定机构，将作为判定阈值的电压阈值和时间阈值设定为：随着速度设定机构设定的旋转速度的增大电压阈值的值降低，随着速度设定机构设定的旋转速度的增大时间阈值的值变短，异常判断机构，在由动作量检测机构检测出的二次电池的电压比电压阈值低的情况下，或在从动作量检测机构未输出检测信号的时间达到时间阈值以上的情况下，判断该充电式电动工具的动作状态为异常。

即，第四方面的充电式电动工具，兼备上述第二方面的充电式电动工具所具备的结构(基于二次电压的异常状态判断功能)和第三方面的充电式电动工具所具备的结构(锁定状态的检测功能)。

因此，根据第三方面的充电式电动工具，能够更切实地进行异常状态的判断。

在此，考虑到多种速度设定机构的具体的结构，能够采用如下结构：例如第五方面所述那样具有速度切换开关的结构，或例如第六方面所述那样具有触发开关的结构，甚至例如第七方面所述那样具有速度切换开关和触发开关的双方的结构。

即，第五方面的发明，在第一方面～第四方面任一方面记载的充电式电动工具中，速度设定机构具有速度切换开关，该速度切换开关用于供使用者操作而将直流电机的旋转速度选择性地设定为至少两种，控制机构基于所述速度切换开关的操作状态来设定驱动占空比。

此外，第六方面的发明，在第一方面～第四方面任一方面记载的充电式电动工具中，速度设定机构，具有用于根据使用者的操作量设定直流电机的旋转速度的触发开关。而且，控制机构根据触发开关的操作量设定驱动占空比。

此外，第七方面的发明，在第一方面～第四方面任一方面记载的充电式电动工具中，速度设定机构具有：速度切换开关，其用于供使用者操作而将直流电机的速度模式选择性地设定为至少两种；和触发开关，其用于根据使用者的操作量来设定直流电机的旋转速度，控制机构，根据触发开关的操作量来设定该驱动占空比，且使该操作量最大时的驱动占空比、即最大驱动占空比在每个速度模式中各异。

能够根据工具所要求的规格等适当决定采用上述第五方面～第七方面中的哪一结构。而且，在任一个结构中，通过使用者的操作设定旋转速度(设定驱动占空比)，根据该设定内容，适当设定判定阈值。因此，能够切实地进行异常状态的判断。

而且，在第一方面～第七方面任一方面记载的充电式电动工具中，例如第八方面记载的那样，能够构成为包括保护机构，其在由异常判断机构判断该充电式电动工具的动作状态为异常时，通过停止向直流电机的通电保护该直流电机。

作为停止向直流电机的通电的具体方法，考虑到各种方法：例如通过将驱动占空比设定为0而将开关电路中的开关元件全部断开，或在从二次电池通向直流电机的通电路径上设置开关，通过断开该开关强制性地切断向直流电机的电力供给等。

根据这样构成的充电式电动工具，由于当判断动作状态为异常时停止直流电机的通电，所以能够切实地在异常状态下保护直流电机，进而能够切实地保护该充电式电动工具。

附图说明

图1是表示实施方式的充电式冲击改锥(impact driver)的结构的说明图。

图2是表示实施方式的直流电机的驱动装置的结构的电路图。

图3是表示每个速度模式的相对于触发开关的勾动量(LEVEL)的DUTY(驱动占空比)的变化的概略的说明图。

图4是表示每个速度模式的相对于触发开关的勾动量(LEVEL)的，DUTY(驱动占空比)、锁定判定时间和电压检测阈值的说明图。

图5是表示微机驱动直流电机而执行的控制处理的流程图。

符号说明

1…充电式冲击改锥；2、3…对开壳体；4…把手部；5…本体壳体；6…电池组；7…电机收纳部；8…开缝夹套(Chuck Sleeve)；9…速度切换开关；10…触发开关；11…电池电压检测电路；12…电机驱动电路；13…微机；14…旋转位置传感器；16…驱动开始开关；17…可变电阻器；18…电池；19…存储器；20…直流电机；21～26…栅极电路；Q1～Q6…开关元件；R1、R2…电阻；R3、R4…分压电阻；

具体实施方式

以下基于附图对本发明的优选的实施方式进行说明。

图1是表示应有有本发明的实施方式的充电式冲击改锥(impactdriver)1的外观的立体图。

本实施方式的充电式冲击改锥1包括：本体壳体5，其通过组装左右对开的壳体2、3而形成，且下方延伸设置有把手部4；和装卸自如地安装在本体壳体5的把手部4的下端的电池组6。

此外，本体壳体5的后方(图1的左侧)为收纳作为该充电式冲击改锥1的动力源的直流电机20(参照图2)的电机收纳部7，在比电机收纳部7更靠近前方处收纳有减速机构和打击机构。

而且，在本体壳体5的前端突设有开缝夹套8，用于在打击机构的前端安装工具头(未图示)。另外，开缝夹套8与工具头一起相当于本发明的工具输出轴。

在此，打击机构例如包括：经由减速机构而旋转的主轴；与主轴一起旋转且可在轴方向上移动的锤子；和位于锤子的前方且前端供于安装工具头的砧座构成，其按如下方式进行动作。

即，在打击装置中，当主轴随动直流电机20的旋转而旋转时，经由锤子会使砧座旋转，进而使工具头(例如改锥头)旋转，之后，当进行工具头的紧固而提高了对砧座的负荷时，锤子会克服盘簧的作用力后退而与砧座分离，在这之后一边与主轴一起旋转一边在盘簧的作用力下前进而与砧座再卡合，由此向砧座施加间歇的打击，进行拧紧。

另外，关于该打击机构，由于可从现有技术得知(例如参照日本特开2006-218605号公报等)，所以在此省略详细的说明。

在本体壳体5的把手部4上设置有可供使用者在握住把手部4的状态下进行操作的触发开关10。

此外，在本体壳体5中的把手部4的下侧设置有用于设定直流电机20的速度模式(进而设定工具头的速度模式)的按钮式的速度切换开关9。

使用者通过操作速度切换开关9，可将本实施方式的充电式冲击改锥1的速度模式切换设定为高速模式、中速模式和低速模式这三个种类。而且，每一速度模式下的直流电机20的最大旋转速度(最大驱动占空比)不同，高速模式下的最大旋转速度(最大驱动占空比)最大，低速模式下的最大旋转速度最小。

而且，当使用者操作触发开关10时，直流电机20会以与速度切换开关9设定的速度模式对应的最大旋转速度作为上限，以与该触发开关10的操作量(勾动量)对应的设定旋转速度进行旋转。

电池组6内置有由规定电压的二次电池单元串联连接而成的电池18(参照图2)。而且，在把手部4内收纳有驱动装置，其从电池组6内的电池18接受电力供给而动作，在触发开关10被操作时使直流电机20旋转。

图2是表示该驱动装置的结构的电路图。

如图2所示，本实施方式的直流电机20，由三相无刷电机构成，直流电机20的各相端子通过电机驱动电路12与作为直流电源的电池组6(详细来说为电池18)连接。

电机驱动电路12相当于本发明的开关电路，构成为电桥电路，包括：连接直流电机20的各相端子和电池18的正极侧的作为所谓高端开关的三个开关元件Q1～Q3；和相同地连接直流电机20的各相端子和电池18的负极侧的作为所谓低端开关的三个开关元件Q4～Q6。

此外，构成电机驱动电路12的开关元件Q1～Q6由n沟道的FET构成，在各开关元件Q1～Q6上连接有在栅极-源极之间外加阈值以上的驱动电压时可使各开关元件Q1～Q6接通的栅极电路21～26。该栅极电路21～26用于分别通断电机驱动电路12内的各开关元件Q1～Q6，相当于本发明的驱动机构。

而且，各栅极电路21～26由微型计算机(以下简称“微机”)13控制。

即，微机13，在触发开关10被操作时，基于发自设置在直流电机20中的旋转位置传感器14的检测信号，通过栅极电路21～26使电机驱动电路12内的各开关元件Q1～Q6通断，由此控制流向直流电机20的各相线圈的通电电流，使直流电机20旋转，从微机13向栅极电路21～26输入用于驱动各开关元件Q1～Q6的控制信号。

旋转位置传感器14由一个或多个霍尔IC构成，根据直流电机20的旋转位置(即每逢直流电机20旋转规定量)向微机13输出脉冲信号。微机13基于发自该旋转位置传感器14的脉冲信号运算直流电机20的旋转位置、旋转速度，对直流电机20进行PWM控制，使得该旋转速度与由速度切换开关9和触发开关10决定的设定旋转速度一致。

此外，在驱动装置内，虽然省略图示，但具备生成将电池18的电压降压到规定的稳压Vcc(例如5V)的稳压电源的稳压电源装置。该稳压电源(Vcc)作为用于使包括微机13的该驱动装置内的规定电路动作的电源而使用。

速度切换开关9是常开状态的众所周知的按压开关，一端与恒压Vcc的恒压电源线连接，另一端通过电阻R1与地线(接地电位)连接并且与微机13的规定的端口(速度切换信号输入端口)连接。即，与速度切换开关9的操作装置对应的速度切换信号被输入到微机13的速度切换信号输入端口。

根据这样的结构，在通常时，由于速度切换开关9的触点断开，所以处于微机13的速度切换信号输入端口经由电阻R1接地的状态。即，从速度切换开关9输入到微机13的速度切换信号输入端口的速度切换信号为低电平(0V)的信号。另一方面，当使用者按压操作速度切换开关9而闭合该接点时，微机13的速度切换信号输入端口通过速度切换开关9与恒压电源的恒压Vcc成为同电位。即，从速度切换开关9输入到微机13的速度切换信号输入端口的速度切换信号为高电平(5V)的信号。另外，当使用者停止按压操作时，速度切换开关9由于弹簧的弹性力而再次成为断开状态。

在微机13中，根据使用者对速度切换开关9的操作，设定直流电机20的速度模式。即，当使用者操作一次速度切换开关9时，输入到微机13的速度切换信号在该按压操作期间会从低电平转变为高电平。微机13，以高速模式作为默认状态，在每次速度切换信号从低电平转变为高电平时(即每当使用者进行按压操作时)，将速度模式依次切换为高速模式→中速模式→低速模式→高速模式→……。

另外，作为向使用者显示充电式冲击改锥1当前被设定为何种模式的方法，想到如下的方法，例如每次操作速度切换开关9时，产生与设定速度模式对应的通知音，或者设置LED等，使之对应设定速度模式亮灯。当然这些方法是一个例子。

此外，具体而言，如图2所示，触发开关10是由驱动开始开关16和可变电阻器17构成的开关。驱动开始开关16的一端经由电阻R2与恒压Vcc连接并且连接到微机13的规定的端口(驱动开始信号输入端口)，另一端与地线连接。

可变电阻器17构成为所谓的分压器，以恒压Vcc作为电源，将与触发开关10的操作量(勾动量)对应的电压(触发操作量信号)输入到微机13的触发操作量信号输入端口。

根据这样的结构，当使用者开始勾动触发开关10(例如少量勾动)时，驱动开始开关16接通，表示该情况的驱动开始信号被输入到微机13。微机13在该驱动开始信号被输入时，根据发自可变电阻器17的触发操作量信号，开始对直流电机20的PWM控制，使得速度旋转直流电机20以与表示该触发操作量信号的触发开关10的操作量(勾动量)对应的旋转速度旋转。

即，将与由速度切换开关9设定的速度模式对应的最大旋转速度作为上限，以触发开关10的勾动量越大而旋转速度越大(即驱动占空比越大)的方式来设定电机驱动电路12的驱动占空比。在使用者将触发开关10勾到底的状态下，驱动占空比成为与设定的速度模式的最大旋转速度对应的值。

图3表示每一速度模式下的、相对于触发开关10的勾动量(LEVEL)的DUTY(驱动占空比)的大致变化情况。在本实施方式中，触发开关10的勾动量被设定为20梯段(LEVEL1～LEVEL20)，每个梯段(LEVEL)都设定DUTY。相对于触发开关10的勾动量(LEVEL)的DUTY在各速度模式中都被设为：DUTY随着勾动量增加而增加(一部分不变)。

但是，DUTY的增加的倾向，在每个速度设定模式下各异，当设定为高速模式时，将最大DUTY设为NHmax(在本例中为100％)，随着触发开关10的勾动量增加，DUTY逐渐向该NHmax增加。然后，当使用者将触发开关10完全勾到底时，DUTY成为最大的NHmax。当设定为中速模式时，将最大DUTY设为NMmax(在本例中为65％)，随着触发开关10的勾动量增加，DUTY逐渐向该NMmax增加。然后，当使用者将触发开关10完全勾到底时，DUTY成为最大的NMmax。当设定为低速模式时，将最大DUTY设为NLmax(在本例中为38％)，随着触发开关10的勾动量增加，DUTY逐渐向该NLmax增加。然后，当使用者将触发开关10完全勾到底时，DUTY成为最大的NLmax。

另外，图3所示的DUTY的变化大致表示DUTY相对于触发开关10的勾动量的变化的倾向，相对于勾动量的DUTY的具体的值如图4所示。图4是表示每个速度模式下的相对于触发开关10的勾动量(LEVEL)的，DUTY(驱动占空比)、锁定判定时间和电压检测阈值的说明图。另外，关于锁定判定时间和电压检测阈值将在后面进行阐述。

这样，微机13相当于本发明的控制机构，其基于由速度切换开关9设定的速度模式和与发自触发开关10的触发操作量信号对应的旋转速度，设定用于PWM控制直流电机20的驱动占空比，并按照该驱动占空比占空驱动电机驱动电路12内的开关元件。由此，控制流入直流电机20的各相的电流，直流电机20就以设定的速度模式和与触发开关10的操作量对应的旋转速度进行旋转。另外，速度切换开关9和触发开关10均相当于本发明的速度设定机构。

此外，在本实施方式的驱动装置中设置有用于检测电池电压Vb(相当于本发明的动作量)的电池电压检测电路11。该电池电压检测电路11是用于对电池电压Vb进行分压的由串联连接的两个分压电阻R3、R4构成的最一般的电路。由两个分压电阻R3、R4分压后的电池电压作为电池电压检测信号，输入到微机13的电池电压检测信号输入端口。此外，如上所述，也向微机13输入发自旋转位置传感器14的脉冲信号(相当于本发明的动作量)。另外，电池电压检测电路11和旋转位置传感器14均相当于本发明的动作量检测机构。

然后，微机13基于发自电池电压检测电路11的电池电压检测信号，和发自旋转位置传感器14的脉冲信号这两个信号，判断在该充电式冲击改锥1中是否没有发生在直流电机20中产生过电流那样的非常规状态(异常状态)。以下，对该非常规状态的判断进行详细说明。

首先，对基于发自电池电压检测电路11的电池电压检测信号判断非常规状态的情况进行说明。当充电式冲击改锥1成为非常规状态而在直流电机20中流动过电流时，电池电压Vb变得比正常时低。因此，针对表示电池电压检测信号的电池电压Vb的值预先设定电压检测阈值Vt，在电池电压Vb低于该电池检测阈值Vt的情况下，能够判断出非常规状态。

但是，如基于电池电压的现有的过电流检测方法那样，如果将电池检测阈值Vt固定在一定值，则根据设定速度(驱动占空比)不一定能够正确地判断(检测)非常规状态。

在此，如果考察电池电压相对于驱动占空比的变化，则会发现驱动占空比越大，PWM控制的通电时间(开关元件的接通期间)越长，相应地电池电压也越低。

因此，即使成为过电流状态，在驱动占空比小的情况下电池电压的降低也不是那么大，因此电压检测阈值Vt也可以与之相应地设定为比较大的值。假设电压检测阈值Vt过低，则在驱动占空比小的情况下，如上所述，无论是否处于过电流状态电池电压Vb都不低于电压检测阈值Vt，有可能无法检测出过电流状态。

另一方面，随着驱动占空比越来越大，电池电压的降低也变大，因此电压检测阈值Vt也可以与之对应地设定为比较小的值。假设电压检测阈值Vt过大，则在驱动占空比大的情况下，如上所述，无论是否处于正常状态电池电压Vb都会低于电压检测阈值Vt，有可能误判断为过电流状态。

因此在本实施方式中，不将电压检测阈值Vt固定在一定值，而使之随着驱动占空比增大成为低的值。具体而言，如图4所示，在每个由速度切换开关9的操作设定的速度模式(高速、中速、低速模式)中，将电压检测阈值Vt设定为与触发开关10的勾动量(LEVEL)对应并随着DUTY的增大而变小。相反，电压检测阈值Vt随着DUTY的减小而变大。

接着，对基于发自旋转位置传感器14的脉冲信号判断非常规状态的情况进行说明。在充电式冲击改锥1的使用中，当由于冲击机构的异常等而导致直流电机20成为锁定状态时，会成为在直流电机20中有过电流流过的非常规状态。因此，当成为了锁定状态时需要迅速将其检测出来并进行通电停止等的保护动作。

为了判定锁定状态，预先设定作为判定用时间的锁定判定时间Tr，当发自旋转位置传感器14的脉冲信号没有在该锁定判定时间Tr的期间内被输入的情况下，能够判断为锁定状态。

但是，如上所述，如果将锁定判定时间Tr固定为一定值，则根据设定速度(驱动占空比)不一定能够正确、迅速地判断出(检测出)锁定状态。

在此，如果考察相对于驱动占空比的旋转速度的变化，则会发现驱动占空比越大，旋转速度越大，在每单位时间内从旋转位置传感器14输入到微机13的脉冲信号的数量也越多。因此，在驱动占空比大的情况下锁定判定时间Tr也可以与之相应地设定为比较短的时间。假设锁定判定时间Tr过长，在驱动占空比大的情况下，如上所述，无论是否处于锁定状态而持续流动过电流，都无法迅速检测出该锁定状态，有可能对直流电机20造成恶劣影响。

另一方面，随着驱动占空比越来越小，旋转速度变小，在单位时间内从旋转位置传感器14输入到微机13的脉冲信号的数量也变少。因此，在驱动占空比小的情况下锁定判定时间Tr也可以与之相应地设定为比较长的时间。假设锁定判定时间Tr过短，在驱动占空比小的情况下，如上所述，担心在非锁定状态而以低速正常旋转的情况下，却误判定为锁定状态等，给使用者的实际操作造成影响。

因此在本实施方式中，不将锁定判定时间Tr固定为一定值，而使之随驱动占空比增大而成为短的时间。具体而言，如图4所示，在每个由速度切换开关9的操作设定的速度模式(高速、中速、低速模式)中，将锁定判定时间Tr设定为：与触发开关10的勾动量(LEVEL)对应且随着DUTY增大而缩短。相反，随着DUTY的减小锁定判定时间Tr变长。

另外，图4所示的相对于速度模式和触发开关10的勾动量(LEVEL)的DUTY、锁定判定时间和电压检测阈值的各值，存储在微机13内的存储器19中。

以下，基于图5所示的流程图对由微机13执行的控制处理进行说明。在本实施方式的充电式冲击改锥1中，在把手部4的下端安装有电池组6，向驱动装置(图2)的各部提供电力，由此当微机13起动时，微机13根据在存储器19中存储的控制处理程序，执行图5所示的控制处理。

当该控制处理开始时，首先进行初期处理(S110)。在此，进行包括后述的对计数器进行清零的处理在内的，微机13的动作所需要的各种初始化处理。当该初期处理结束时，判断该充电式冲击改锥1是否为非常规状态(S120)。

该判断是基于在微机13内预先设定的异常插头而进行的，只有在正常状态下，该异常插头才被断开，从而从S120移至S130。另一方面，当因出现了非常规状态而在后述的S240或S260的处理中异常插头被接通时，除非微机13被再次初始化(即微机13照原样继续动作期间)，否则异常插头会一直保持接通状态。因此，在异常插头被接通后，在S120中持续肯定判定，无法向S130以后的处理进行。

当在S120的判断处理中判断为不是非常规状态而进入S130时，会对触发开关10是否被使用者操作而成为接通状态进行判断。具体而言，该判断是基于构成触发开关10的驱动开始开关16是否处于接通状态而进行的。然后，如果触发开关10不是接通状态(即驱动开始开关16为接通状态)则返回到S120，如果触发开关10是接通状态，则移至S140。

在S140中，基于由速度切换开关9设定的速度模式(高速、中速、低速模式的任一个)和触发开关10的勾动量，设定驱动占空比(DUTY)。如上所述，根据存储在存储器19中的值(参照图4)进行对该DUTY的设定。例如，在设定为高速模式的状态下触发开关10被勾动至LEVEL10时，DUTY被设定为58％。

如果DUTY被设定，则在接下来的S150中，将设定与该设定的DUTY对应的锁定判定时间Tr和电压检测阈值Vt。根据存储在存储器19中的值(参照图4)进行上述各值(Tr、Vt)的设定。例如，在设定为中速模式的状态下触发开关10被勾动至LEVEL20时锁定判定时间Tr被设定为0.2秒并且电压检测阈值Vt被设定为9.3V。

如果锁定判定时间Tr和电压检测阈值Vt被设定，则在S160中，向直流电机20外加与在S140设定的DUTY对应的电压。即，基于设定的DUTY对向直流电机20的通电进行PWM控制。

然后，在S170中更新计数器的值(计数结束)，在接下来的S180中，判断是否已更新了霍尔信号、即发自由霍尔IC构成的旋转位置传感器14的脉冲信号。即，在S110或S200对计数器清零之后，判断是否重新输入了霍尔信号。此时，如果更新了霍尔信号，则在S200将计数器清零之后进入S210，但在没有更新霍尔信号的情况下，进入S190，判断当前的计数值(即是没有更新霍尔信号状态的继续时间，也是上次更新霍尔信号后的经过时间)是否在锁定判定时间Tr以上。

在此，在当前的计数值未达到锁定规定时间Tr的情况下，进入S210，检测电池电压Vb。然后，在接下来的S220中，判断该检测出的电池电压Vb是否比电压检测阈值Vt低。在此，如果电池电压Vb在电压检测阈值Vt以上，则返回到S120，再次进行S120以后的处理。

另一方面，当没有更新霍尔信号的状态经过锁定判定时间Tr以上时，计数值也达到锁定判定时间Tr。在这种情况下，在S190中被肯定判定后进入S230，判断为非常规状态(在此为直流电机20的锁定状态)，通过断开电机驱动电路12的各开关元件来停止向直流电机20的通电。然后，在S240中接通异常插头，返回到S120。

此外，如果电池电压Vb低于电压检测阈值Vt，会在S220中被肯定判定后进入S250，判断为非常规状态(在此为由过电流所引起的电池电压降低)，通过断开电机驱动电路12的各开关元件来停止向直流电机20的通电。然后，在S260中接通异常插头，返回到S120。

如以上说明的那样，本实施方式的充电式冲击改锥1构成为，通过使用者操作速度切换开关9能够将速度模式切换为高速模式、中速模式和低速模式中的任一个，根据该设定的速度模式和由使用者对触发开关10的勾动量(LEVEL)，如图4所示，设定直流电机20的驱动占空比。此外，基于发自旋转位置传感器14的脉冲信号(霍尔信号)或电池电压Vb能够检测该工具的非常规状态，该检测时所使用的阈值设定为根据驱动占空比而各异的值。具体而言，如图4所示，基于电池电压Vb检测非常规状态所使用的电压检测阈值Vt被设定为随着驱动占空比的增大而成为低值。此外，基于霍尔信号检测非常规状态(锁定状态)所使用的锁定判定时间Tr被设定为随着驱动占空比增大而缩短的时间。

因而，根据本实施方式的充电式冲击改锥1，由于在该充电式冲击改锥1中基于电池电压Vb和霍尔信号的双方来判断在直流电机20中流动过电流那样的非常规状态，所以能够切实地判断非常规状态。

由于在基于电池电压Vb判断非常规状态时所使用的电压检测阈值Vt被设定为：随着设定旋转速度的增大(驱动占空比越大)而减小的值，所以不论设定旋转速度如何，都能够切实地进行基于电池电压Vb的降低的非常规状态的判断。

进而，由于基于霍尔信号检测非常规状态时所使用的锁定判定时间Tr也被设定为随着设定旋转速度增大(驱动占空比越大)而减短的值，所以不论设定旋转速度如何，都能够切实且迅速地进行基于霍尔信号的非常规状态的判断。

另外，在本实施方式中，微机13也相当于本发明的异常判断机构和判定阈值设定机构。此外，电压检测阈值Vt相当于本发明的电压阈值，锁定判定时间Tr相当于本发明的时间阈值。

[变形例]

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的实施方式并不局限于上述实施方式，只要能够属于本发明的技术范围，当然可以采用各种方式。

例如，本发明也能够适用于构成为不具备速度切换开关9，仅根据触发开关10的勾动量设定驱动占空比的充电式冲击改锥。具体而言，使用例如图4(a)～(c)中任一个(例如(c)的高速模式时的值)，能够设定驱动占空比、锁定判定时间Tr和电压检测阈值Vt。即，只要将驱动占空比设定为随着触发开关的勾动量增大而变大，且设定为随着驱动占空比增大锁定判定时间Tr变短、电压检测阈值降低即可。

此外，对于触发开关10构成为仅进行对直流电机20的驱动的开启和关闭的开关，且直流电机20的旋转速度与触发开关10的勾动量无关而仅由速度切换开关9来设定构成的充电式改锥，也可以通过例如在低速模式的情况下设定图4(a)的LEVEL20中的各值，在中速模式的情况下设定图4(b)的LEVEL20中的各值，在高速模式的情况下设定图4(c)的LEVEL20中的各值，来应用本发明。即，只要按照随着速度模式从低速模式变高为中速模式、高速模式，驱动占空比变大，且锁定判定时间'变短、电压检测阈值变低的方式设定即可。

此外，在上述实施方式中，基于电池电压Vb和霍尔信号进行非常规状态的检测，如果在锁定判定时间Tr内没有更新霍尔信号，或电池电压Vb低于电压检测阈值Vt，则判断为非常规状态，但例如也可以不进行基于霍尔信号的非常规状态的检测(锁定状态检测)，而仅具备基于电池电压Vb的非常规检测功能，相反地，也可以不进行基于电池电压Vb的非常规状态的检测而仅具备基于霍尔信号的非常规检测(锁定状态检测)功能。

此外，在上述实施方式中，如图4所示，将触发开关10的勾动量划分为LEVEL1～LEVEL20的20个梯段，对于各LEVEL的每个设定DUTY、锁定判定时间Tr和电压检测阈值Vt，但这只是一个例子。即，图4所示的数值当然只是一个例子，也可以对于各LEVEL的每一个更详细地(以成为不同值的方式)设定DUTY、锁定判定时间Tr和电压检测阈值Vt，相反地，例如也可以进行使LEVEL1～7为相同的值，使LEVEL8～14为相同的值，使LEVEL15～20为相同的值等更粗略的设定。

总之，从整体来看，只要是DUTY越大，锁定判定时间Tr倾向于越短，电压检测阈值Vt倾向于越低，对于将各值设定为什么样的值，或详细程度设定成如何，都可以适宜地决定。

此外，在上述实施方式中，采用能够将速度模式切换成高速、中速、低速模式的三个梯段的结构，但三个梯段的切换只是一个例子，例如可以设为两个梯段，也可以设为四个梯段以上。或者还可以采用可连续(无梯段)切换的结构。

此外，在上述实施方式中，对旋转位置传感器14由霍尔IC构成的情形进行了说明，但这只不过是一个例子，只要是能够检测直流电机20的旋转位置、旋转速度，旋转位置传感器14的具体结构就不作特别限定。

此外，在上述实施方式中，对电机驱动电路12内的开关元件全部由n沟道的FET构成的情形进行了说明，但对于高端开关也可以使用p沟道的FET，或者对各开关元件使用双极晶体管。

此外，在上述实施方式中，对将本发明应用于充电式改锥的情况进行了说明，但只要是例如为了螺栓或螺钉等的紧固而在砧座上安装嵌套等进行使用的充电式冲击扳子、或为了对被加工部件开孔而在钻头卡盘上安装各种钻头、长钻等进行使用的充电式改锥钻、或用锯条切断被加工部件的充电式手锯、或为了研磨刃具而在轴上安装磨刀石进行使用的充电式研磨机等，作为动力源具备直流电机的电动工具，与上述实施方式可同样地应用本发明，能够得到同样的效果。

Claims (8)

1.一种充电式电动工具，其特征在于，包括：

驱动工具输出轴的直流电机；

内置有作为该直流电机的电源的二次电池的电池组；

由在从所述二次电池通向所述直流电机的通电路径上设置的至少一个开关元件构成的开关电路；

可供使用者操作而用来设定所述直流电机的旋转速度的至少一个速度设定机构；

控制机构，其基于所述速度设定机构的操作所设定的旋转速度，来设定用于通过所述开关电路PWM控制所述直流电机的驱动占空比；

驱动机构，其按照由该控制机构设定的驱动占空比，使所述开关电路内的开关元件通断，来使所述直流电机以预定的速度旋转；

动作量检测机构，在由该驱动机构使所述直流电机旋转时，该动作量检测机构检测除该直流电机的通电电流值之外的直接或间接表示该充电式电动工具的动作状态的至少一个种类的动作量；

异常判断机构，其通过比较由该动作量检测机构检测出的动作量和针对该动作量设定的判定阈值，来判断该充电式电动工具的动作状态是否为异常；和

设定所述判定阈值的判定阈值设定机构，

所述判定阈值设定机构，根据由所述速度设定机构设定的旋转速度连续地或梯段性地设定所述判定阈值。

2.如权利要求1所述的充电式电动工具，其特征在于：

所述动作量检测机构，检测所述二次电池的电压作为所述动作量，

所述判定阈值设定机构，将作为所述判定阈值的电压阈值设定为随着所述速度设定机构设定的旋转速度的增大而降低的值，

所述异常判断机构，在由所述动作量检测机构检测出的二次电池的电压比所述电压阈值低的情况下，判断该充电式电动工具的动作状态为异常。

3.如权利要求1所述的充电式电动工具，其特征在于：

每当所述直流电机旋转一定量时，所述动作量检测机构即输出作为所述动作量的检测信号，

所述判定阈值设定机构，将作为所述判定阈值的时间阈值设定为随着所述速度设定机构设定的旋转速度的增大而变短的值，

所述异常判断机构，在从所述动作量检测机构未输出所述检测信号的时间达到所述时间阈值以上的情况下，判断该充电式电动工具的动作状态为异常。

4.如权利要求1所述的充电式电动工具，其特征在于：

所述动作量检测机构，检测所述二次电池的电压作为所述动作量的一种，并且每当所述直流电机旋转一定量就输出作为所述动作量的一种的检测信号，

所述判定阈值设定机构，将作为所述判定阈值的电压阈值和时间阈值设定为：随着所述速度设定机构设定的旋转速度的增大所述电压阈值的值降低，随着所述速度设定机构设定的旋转速度的增大所述时间阈值的值变短，

所述异常判断机构，在由所述动作量检测机构检测出的二次电池的电压比所述电压阈值低的情况下，或在从所述动作量检测机构未输出所述检测信号的时间达到所述时间阈值以上的情况下，判断该充电式电动工具的动作状态为异常。

5.如权利要求1～4中任一项所述的充电式电动工具，其特征在于：

所述速度设定机构具有速度切换开关，该速度切换开关用于供使用者操作而将所述直流电机的旋转速度选择性地设定为至少两种中的一种，

所述控制机构基于所述速度切换开关的操作状态来设定所述驱动占空比。

6.如权利要求1～4中任一项所述的充电式电动工具，其特征在于：

所述速度设定机构，具有用于根据使用者的操作量来设定所述直流电机的旋转速度的触发开关，

所述控制机构根据所述触发开关的操作量来设定所述驱动占空比。

7.如权利要求1～4中任一项所述的充电式电动工具，其特征在于：

所述速度设定机构具有：

速度切换开关，其用于供使用者操作而将所述直流电机的速度模式选择性地设定为至少两种中的一种；和

触发开关，其用于根据使用者的操作量来设定所述直流电机的旋转速度，

所述控制机构，根据所述触发开关的操作量来设定该驱动占空比，且使该操作量最大时的所述驱动占空比、即最大驱动占空比在每个所述速度模式中各异。

8.如权利要求1～4中任一项所述的充电式电动工具，其特征在于：

包括保护机构，在由所述异常判断机构判断该充电式电动工具的动作状态为异常时，该保护机构通过停止向所述直流电机的通电来保护该直流电机。

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