JP2004195643A - 電動工具モータの運転方法およびこの方法を実施する電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】電動工具の運転中にモータの十分な冷却を保証し、過熱によるモータ故障を回避する電動工具モータの運転方法及び電動工具を得る。
【解決手段】電子制御装置により、運転アイドリング回転数が選択した作業回転数ｎ_１に等しい値に設定される電動工具のモータのための運転方法において、負荷モーメントＭ_２がモータに作用しない場合に、冷却のために、モータをプリセット可能な上昇アイドリング回転数ｎ_２で運転する。電動工具は、モータの回転数を制御する電子制御装置を有し、この電子制御装置によって運転アイドリング回転数を選択した作業回転数ｎ_１に等しい値にセットする電動工具において、負荷モーメントＭ_２がモータに加わらない場合に、冷却のため適正にプリセットされる上昇アイドリング回転数ｎ_２にモータの回転数を上昇させる電子制御装置を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御装置により、運転アイドリング回転数が選択した作動回転数に等しい値に設定される電動工具、例えば、ハンマードリルのモータのための運転方法に関するものである。さらに、本発明は、この運転方法を実現する電動工具に関する。

電動工具のモータの寿命及び運転条件は、モータ温度に決定的に左右される。高すぎるモータ温度になると、モータが冷却されているまでの所定期間中は、モータを運転することができない結果となる。そのため、運転中は、モータの温度が設定値を越えないようにしなければならない。モータ温度は、モータに課される負荷モーメントが高ければ高いほど一層上昇する。これに対し、モータがアイドリング状態で運転されるとモータ温度は低下する。このとき、高い回転数にすると、空気流速が増大してよりよく冷却される。

作業回転数は、負荷がかかるときのモータの回転数であり、使用プロセスまたは所定の使用条件によりプリセットされる。モータに極めて高いモーメントが課せられると、回転数はモータ固有の負荷特性曲線に従って、低下する（図３参照）。

モータにもはや負荷が加わらず、即ち、モータがアイドリング状態で回転するようになる場合、電動工具の快適な操作のための運転アイドリング回転数は、作業回転数を大幅に越えてはならない。さもないと、例えば、工具が対象物から離され、次に、再び対象物に当てられハンマードリルのように、違和感を覚えるようになる。同様に、運転アイドリング回転数も不快感を与える大きな変動がないようにすべきである。従って、モータの運転アイドリング回転数は、常に、選択した作業回転数を僅かに越える適度なレベルに限定する。

モータがアイドリング状態にある時間及び負荷加わって運転されている時間に基づいて負荷の度合いを確認し、この負荷度によって僅かなコストでモータ温度を決定するものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、温度が所定値を越えると、損傷を避けるためにモータをスイッチオフする。電動工具はモータが冷却されたときに再びスイッチオンされるが、電動工具はこの冷却の所定期間中は使用できない。
米国特許４，３０７，３２５号明細書

モータの完全なスイッチオフは冷却空気流を遮断することになり、従って、極めて緩慢な冷却が行われる。そのため、過負荷の場合にモータをスイッチオフせずに、出力を制限し、それでも運転アイドリング回転数以下の依然として高い回転数を保持し、モータを冷却することを提案しているものがある（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、このことは、モータ巻線の過熱の場合だけに行われる。さらに、モータの回転数は出力制限により、場合によっては十分に高くないので、冷却作用は最適ではない。このような状況では、過熱のためのモータ故障は避けることはできない。
ドイツ特許公開第３０２１６８９号公報

従って、本発明の目的は、電動工具の運転中にモータの十分な冷却を保証し、過熱によるモータ故障を回避する電動工具モータの運転方法及び電動工具を得るにある。

この目的を達成するため、本発明は、電子制御装置により、運転アイドリング回転数が選択した作業回転数に等しい値に設定される電動工具のモータのための運転方法において、負荷モーメントがモータに作用しない場合に、冷却のために、モータをプリセット可能な上昇アイドリング回転数で運転することを特徴とする。

本発明によれば、通常の運転中にモータは連続的かつ効率的に冷却され、過熱を回避することができる。

更に、本発明電動工具は、モータの回転数を制御し、かつ運転アイドリング回転数を選択した作業回転数に等しい値にセットする電子制御装置と、確認できるアイドリング時間の経過後にトリガ信号を電子制御装置に出力する計時装置とを設け、冷却のため適正にプリセットされる上昇アイドリング回転数にモータの回転数を上昇させる。この構成によって、計時装置がトリガ信号を出力すると直ちに、即ち、遅延なくアイドリング回転数を上昇アイドリング回転数に切り換えることができる。

本発明運転方法の好適な実施例においては、モータが運転アイドリング回転数で回転するプリセット可能なアイドリング期間の後に、モータを上昇アイドリング回転数に切り換えるようにする。更に、本発明方法の好適な実施例においては、アイドリング運転は、モータのモータ電流又は回転モーメントを測定することにより確認する。更にまた、アイドリング期間は、モータのアイドリング以前の負荷基づいて決定する。この際、アイドリング以前にモータが過負荷で運転された場合にアイドリング期間を短縮するようにし、またモータが、アイドリング回転モーメントを越える回転モーメントで負荷されると直ちに作動回転数に切り換えられるようにする。上昇アイドリング回転数のセットは、モータをスイッチオフしまた再度スイッチオンする、即ち、モータのスイッチオンし、それ以前のモータ負荷に応じたアイドリング期間後に、モータに負荷モーメントが加わらない場合に上昇アイドリング回転数に切り換わるようにする。また、モータに負荷モーメントが加わらない場合には、モータのスイッチオン後に直ちに上昇した回転アイドリング回転数になるようにセットすることができる。

本発明による電動工具では、好適には、モータのアイドリング運転の確認ためにモータ電流を測定し、計時装置及び電子制御装置にアイドリング信号を出力する負荷測定装置設ける。負荷測定装置はモータの運転負荷を測定し、負荷に基づいてアイドリング期間の決定のために負荷信号を計時装置に出力する。計時装置は、負荷測定装置によって、アイドリング以前にモータに大きな負荷が加わったことを測定したとき、短いアイドリング期間にセットする。更に、モータがアイドリング運転されていないことをアイドリング信号が示すと直ちに、電子制御装置はモータの回転数を作業回転数にセットする。このことによって、常に快適な操作が保証される。更に、モータがスイッチオフされて、次に再びスイッチオンされたときに、上述したようにモータの回転数を制御する。

次に、図面につき本発明の好適な実施例を説明する。

本発明によれば、モータと電子制御装置の良好な冷却を達成するために、モータのアイドリングの際に、回転数を高い上昇アイドリング回転数に設定する。回転数の上昇値Δｎは、所定の固定値として設定するか、又はそれまで行われた負荷に基づいて変化させることができる。好適には、モータの回転数は即時に高く設定されるのではなく、通常の運転アイドリング回転数の所定期間後に、上昇アイドリング回転数に高く設定される。その際、上昇アイドリング回転数はできる限り高く選択し、これにより、モータの有効な冷却が、特に、モータが過負荷状態で運転された後に行われるようになる。しかし、同時に上昇アイドリング回転数は所定値を越えてはならない。即ち、もしそうでないと、電動工具に損傷を生じるからである。また、上昇アイドリング回転数は、電動工具の運転時に、また特定の用途では、周囲に不快感を与えるからである。そのため、アイドリングモーメントより大きいモーメントがモータに必要とされると直ちに、遅延なく、上昇アイドリング回転数から運転アイドリング回転数に低下させる。この回転数変化は、作業プロセス以外で生じ、常に、快適な作業ができる。

図１は、本発明による回転数の経過を示す。最初に、通常の作業では、モータには一定の時点Ｔ_１ まで所定の作業モーメント（負荷モーメント）Ｍ_１ が要求される。時点Ｔ_１ からモータに負荷が加わらない場合、モータはアイドリングモーメントＭ_Ｌ （Ｍ_Ｌ＜Ｍ_１ ）を生ずるだけとなる。その際、このアイドリングモーメントＭ_Ｌ は、モータに受容される所定電流を下回ることによって確認される。このとき、モータは、時間間隔△Ｔの間、作業回転数ｎ_１ と等しいか、僅かに高い運転アイドリング回転数ｎ_１ で回転する。このアイドリング期間△Ｔは、時点Ｔ_１ より以前の負荷モーメントの経緯に依存する。好適な実施例では、アイドリング期間△Ｔの値は、前回の冷却と時点Ｔ_１ との間で発生される最大負荷モーメントに基づいて決める。

アイドリング期間△Ｔの経過後、時点Ｔ_２ で、モータの回転数を運転アイドリング回転数ｎ_１ から値△ｎだけ上昇アイドリング回転数ｎ_２ に上昇させる。回転数の増分値△ｎは予め規定するか、又は、前回の冷却と時点Ｔ_１ との間で発生する最大負荷モーメントに基づいて決定する。アイドリングモーメントＭ_Ｌ を越える負荷モーメントＭ_２ （Ｍ_２ ＞Ｍ_Ｌ ）がモータに要求されるまでは、モータを上昇アイドリング回転数で動作させる。さらに、負荷モーメントＭ_２ の存在は、やはり、モータに受容されるモータ電流を測定することにより、または、回転数に基づいて確認される。図１で、時点Ｔ_３ でアイドリングモーメントＭ_Ｌ より大きいモータの負荷モーメントＭ_２ が要求される。これにより、モータの回転数は、時点Ｔ_３ で、直ちに、選択される作業回転数ｎ_１ に低下する。回転数の即時の低下により、電動工具の快適な操作が保証される。上昇アイドリング回転数ｎ_２ は、同様に電動工具がスイッチオフされ、次に再びスイッチオンされ、アイドリングモーメントＭ_Ｌ を越える回転モーメントがモータに要求される場合に低下する。モータは、時点Ｔ_３ でスイッチオフすることもできる。

モータをスイッチオフし、再びスイッチオンすると、上述のように、即ち、スイッチオンしてアイドリング期間△Ｔの経過後に、上昇アイドリング回転数ｎ_２ に切り換わる。しかし、スイッチオン後、直ちに上昇アイドリング回転数となるようセットすることもできる。アイドリング期間△Ｔの決定に必要なデータ、例えば、最大負荷モーメントをモータのスイッチオフ時に記憶させることができる。図１において、時点Ｔ_１ で再びスイッチオンできるであろう。

図２に示す本発明運転方法に関する機能‐ブロック回路図のモータ１は、電子制御装置４による制御信号３で回転数が制御される。電子制御装置４は、選択スイッチ２によってプリセットされるプリセット値に回転数を設定する。負荷測定装置６はモータ１の負荷を測定し、アイドリング信号８と負荷信号９とを出力する。アイドリング信号８は、モータ１が負荷モーメントを出す必要がなく、即ち、モータがアイドリングしている時には、値「１」をとり、モータ１が負荷されている場合には値「０」をとる。負荷信号９は、モータの負荷に依存する連続値をとる。負荷信号９に基づいて、計時装置５はアイドリング期間△Ｔを決める。その際、アイドリング期間△Ｔは、前回の冷却と時点Ｔ_１ との間で発生した最大負荷モーメントに依存するように設定するか、平均負荷値に依存するように設定することができる。平均負荷値は、前回の冷却段階と現時点冷却段階との間で発生する平均負荷モーメントである。冷却段階は、モータが上昇アイドリング回転数で運転される期間である。負荷値は上昇アイドリング回転数に達した後に再び設定される。

計時装置５は、アイドリング信号８が「０」から「１」へ切り換わる場合に、アイドリング始動時としてアイドリング期間△Ｔを有するタイマーを始動する。図１で、このことは、時点Ｔ_１ で起こる。アイドリング期間△Ｔの経過後、計時装置はトリガ信号７を電子制御装置４に出力する。トリガ信号７を受信すると、電子制御装置４は運転アイドリング回転数ｎ_１ を時点Ｔ_２ で△ｎだけ上昇させ、上昇アイドリング回転数ｎ_２ にする。アイドリング信号８によってアイドリングが確認されたら、遅延なく直ちに、上昇アイドリング回転数（ｎ_２ ）へ切り換えることもできる。

アイドリング信号８の値が「１」から「０」へ切り換わるか、電動工具が切換信号１０によって切り換わり、かつ、アイドリング信号８の値が「０」と等しくなる場合、回転数は電子制御装置４により時点Ｔ_３ で、直ちに再び、運転アイドリング回転数ｎ_１ に低下する。

図３は、モータが上昇アイドリング回転数ｎ_２ で運転される場合の回転数−回転モーメント−特性曲線を示す。この図から明らかなように、回転モーメントＭがアイドリング回転モーメント閾値Ｍ_０ より大きいか、等しい限りは、上昇アイドリング回転数ｎ_２ でモータが運転される。回転モーメント値がアイドリング回転モーメント閾値Ｍ_０ よりも大きいか、等しい場合、モータの回転数ｎは運転アイドリング回転数ｎ_１ に調整される。回転モーメントＭがモーメント限界値Ｍ_Ｇ 越えると、モータは、モータ固有の特性曲線３０で運転される。

冷却のために回転数を上昇させる本発明モータ運転方法におけるモータアイドリングにおける回転数変化曲線のグラフを示す。 本発明による電動工具の部分のブロック回路図を示す。 本発明により運転されるモータの回転数−回転モーメント特性曲線を示す。

符号の説明

１ モータ
２ 選択スイッチ
３ 制御信号
４ 電子制御装置
５ 計時装置
６ 負荷測定装置
７ トリガ信号
８ アイドリング信号
９ 負荷信号
１０ 切換信号

Claims (15)

1. 電子制御装置（４）により、運転アイドリング回転数が選択した作業回転数（ｎ_１ ）に等しい値に設定される電動工具のモータ（１）のための運転方法において、負荷モーメント（Ｍ_２ ）がモータに作用しない場合に、冷却のために、モータをプリセット可能な上昇アイドリング回転数（ｎ_２ ）で運転することを特徴とする電動工具モータの運転方法。
2. モータが運転アイドリング回転数で回転するプリセット可能なアイドリング期間（△）の後に、モータ（１）を上昇アイドリング回転数（ｎ_２ ）に切り換える請求項１に記載の方法。
3. アイドリング運転は、モータ（１）のモータ電流（Ｉ）を測定することにより確認する請求項１又は２記載の方法。
4. アイドリング運転は、モータ（１）の回転モーメント（Ｍ）の測定により確認する請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の方法。
5. アイドリング期間（△Ｔ）は、モータ（１）のアイドリング以前の負荷基づいて決定する請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法。
6. アイドリング以前にモータ（１）が過負荷で運転された場合にアイドリング期間（△Ｔ）を短縮する請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法。
7. モータ（１）が、アイドリング回転モーメントを越える回転モーメントで負荷されると直ちに作動回転数（ｎ_１ ）に切り換えられることを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の方法。
8. モータ（１）がスイッチオフされ、再びスイッチオンされ、モータに負荷モーメントが加わらない場合、上昇アイドリング回転数（ｎ_２ ）にセットする請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法。
9. モータ（１）の回転数を制御する電子制御装置（４）を有し、この電子制御装置（４）によって運転アイドリング回転数を選択した作業回転数（ｎ_１ ）に等しい値にセットする電動工具において、
   負荷モーメント（Ｍ_２ ）がモータに加わらない場合に、冷却のため適正にプリセットされる上昇アイドリング回転数（ｎ_２ ）にモータの回転数を上昇させる電子制御装置（４）を設けたことを特徴とする電動工具。
10. モータ（１）の回転数を上昇アイドリング回転数（ｎ_２ ）に上昇するため、確認できるアイドリング時間の経過後にトリガ信号（７）を電子制御装置（４）に出力する計時装置（５）を設けた請求項９に記載の電動工具。
11. モータ（１）のアイドリング運転の確認ためにモータ電流を測定し、計時装置（５）及び電子制御装置（４）にアイドリング信号（８）を出力する負荷測定装置（６）設けた請求項９又は１０に記載の電動工具。
12. 負荷測定装置（６）はモータ（１）の運転負荷を測定し、負荷に基づいてアイドリング期間（△Ｔ）の決定のために負荷信号（９）を計時装置（５）に出力する請求項１１に記載の電動工具。
13. 計時装置（５）は、負荷測定装置（６）によって、アイドリング以前にモータに大きな負荷が加わったことを測定したとき、短いアイドリング期間（△Ｔ）にセットする請求項１２に記載の電動工具。
14. モータ（１）がアイドリング運転されていないことをアイドリング信号（８）が示すと直ちに、電子制御装置（４）は、モータ（１）の回転数を作業回転数（ｎ_１ ）にセットすることを特徴とする請求項１１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の電動工具。
15. モータ（１）がスイッチオフされ、再びスイッチオンされ、かつ、モータに負荷モーメント（Ｍ_２ ）が加わらない場合に、電子制御装置（４）はモータ（１）の回転数を上昇アイドリング回転数（ｎ_２ ）にセットする請求項９乃至１４のうちのいずれか一項に記載の電動工具。

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