JP2006315117A

JP2006315117A - コードレス電動工具

Info

Publication number: JP2006315117A
Application number: JP2005139141A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ishikawa; 将之石川
Original assignee: Nidec Shibaura Corp
Current assignee: Nidec Shibaura Corp
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】リチウムイオン電池などの高圧の充電池を用いてもアークによる経年劣化などを引き起こすことなく、長寿命でその構造は簡単なコードレス電動工具を提供する。
【解決手段】ドライバーを回転させるブラシレスＤＣモータ１８と、インバータ回路５２と、制御回路５４とを有し、インバータ回路５２と制御回路５４へ３０Ｖ〜４２Ｖの高圧の電源を供給する充電池３２と、充電池３２から制御回路５４への電源の供給をＯＮ／ＯＦＦさせるメインスイッチ３４とから構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、充電池によって駆動するコードレス電動工具に関するものである。

インパクトドライバー、グラインダーなどの電動工具の駆動源としてブラシレスＤＣモータが用いられている。このブラシレスＤＣモータを駆動させるために、電動工具内部にはインバータ回路、このインバータ回路を制御する制御回路などが内蔵されている。そして、電動工具のハウジングに設けられたトリガースイッチを作業者の指で操作することにより工具の回転速度を可変にしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２３８２３公報

上記のような電動工具においては、従来より充電池を取り付けたコードレス電動工具がある。このコードレス電動工具に用いられている充電池は、Ｎｉ−Ｃｄ電池またはＮｉ−ＭＨ充電池が主流となっている。そして、このような充電池を用いた場合には、その最大電圧は２４Ｖ程度が限度であった。ところで、最近３０Ｖ〜４２Ｖの高圧の電源を供給できるリチウムイオン電池が普及してきているが、このようなリチウムイオン電池を電動工具に使用した場合には、ブラシレスＤＣモータを駆動するインバーター回路に大電流が流れ、このインバーター回路の電源接続部分をスイッチによってＯＮ／ＯＦＦすると、アークによる経年劣化を引き起こすこととなる。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、リチウムイオン電池などの高圧の充電池を用いてもアークによる経年劣化などを引き起こすことなく、長寿命でその構造は簡単なコードレス電動工具を提供する。

請求項１に係る発明は、工具を回転させるモータと、前記モータに駆動電流を供給するインバーター回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを有するコードレス電動工具において、前記インバータ回路と前記制御回路へ３０〜４２Ｖの高圧の電源を供給する充電池と、前記充電池から前記制御回路への電源の供給をＯＮ／ＯＦＦさせるメインスイッチと、を有することを特徴とするコードレス電動工具である。

請求項２に係る発明は、前記制御回路は、速度指令信号に基づいて前記モータの回転速度を制御する速度制御回路を有し、前記速度制御回路は、前記メインスイッチがＯＮ状態でトリガースイッチのトリガー部のストローク状態によって前記速度指令信号を出力し、また、前記メインスイッチがＯＮ状態で前記速度指令信号が出力されるまでブレーキ信号を前記制御回路へ出力し、前記制御回路は前記ブレーキ信号が入力しているときは前記モータを停止状態にすることを特徴とする請求項１記載のコードレス電動工具である。

請求項３に係る発明は、工具を回転させるモータと、前記モータに駆動電流を供給するインバーター回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを有するコードレス電動工具において、前記インバータ回路と前記制御回路へ３０〜４２Ｖの高圧の電源を供給する充電池と、前記充電池から前記インバータ回路への電源の供給をＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチング素子と、前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせるメインスイッチと、を有することを特徴とするコードレス電動工具である。

請求項４に係る発明は、前記充電池は、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１または３記載のコードレス電動工具である。

請求項５に係る発明は、前記モータがブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１または３記載のコードレス電動工具である。

本発明のコードレス電動工具であると、３０Ｖ〜４２Ｖの高圧の電源を供給する充電池を用いても、充電池から制御回路への電源の供給をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、インバーター回路に直接流れる大電流をＯＮ／ＯＦＦさせることがないため、アーク等が発生することがなく経年劣化を起こすことがない。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態のコードレス電動工具１０について、図１〜図４に基づいて説明する。

（１）コードレス電動工具１０の構造
図１に基づいて、コードレス電動工具１０の構造について説明する。

コードレス電動工具１０は、図１に示すようにインパクトドライバーであって、ビストル型のハウジング１２から構成され、このハウジング１２は筒状の本体１４と、この本体１４の後部下面から突出した把持部１６とを有している。本体１４の内部には、ブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータという）１８と、このモータ１８の出力軸に連結されたギヤボックス２０を有し、ギヤボックス２０の出力軸には、チャック２２を介してドライバ２４が取り付けられている。

モータ１８の下方には、モータ１８を駆動させるための駆動回路５０が設けられた配線基板２８が取り付けられている。

本体１４と把持部１６の境目の部分には、後から詳しく説明するトリガースイッチ３０が設けられている。また、把持部１６の下端には、リチウムイオン電池よりなる充電池３２が着脱自在に設けられている。

（２）トリガースイッチ３０の構造
次に、トリガースイッチ３０の構造について、図２に基づいて説明する。

トリガースイッチ３０は、箱状のスイッチ本体３６と、このスイッチ本体３６に対し摺動自在に設けられたトリガー部３８を有している。トリガー部３８からスイッチ本体３６の方向に向かって棒状の移動部材４０が突出している。この移動部材４０の先端部にはマグネット４２が取り付けられ、このマグネット４２を有する移動部材４０の先端部が、スイッチ本体３６内部に挿入されている。また、トリガー部３８はコイル状のバネ４４によって、常に外方に付勢されている。

スイッチ本体３６の内部であって、移動部材４０の摺動方向に沿って千鳥状に２個のホールＩＣ４６，４８が設けられている。第１のホールＩＣ４６が、移動部材４０の下方であって、かつ、トリガー部３８に近い部分に設けられている。第２のホールＩＣ４８は、移動部材４０の上方であって、トリガー部３８から離れた位置に取り付けられ、第１のホールＩＣ４６と第２のホールＩＣ４８とは、移動部材４０の摺動方向に関して重なった部分が存在する。

また、第１のホールＩＣ４６の前方には、マイクロスイッチよりなるメインスイッチ３４が配されている。このメインスイッチ３４は、トリガー部３８が全く押圧されていない状態の移動部材４０の位置である初期位置を検出するものであり、トリガー部３８が少しでも押圧されて移動部材４０が移動するとＯＦＦ状態からＯＮ状態になる。

これらメインスイッチ３４と第１のホールＩＣ４６と第２のホールＩＣ４８とは、不図示の配線基板に設けられ、この配線基板はスイッチ本体３６に収納されている。

トリガースイッチ３０のトリガー部３８を全く押圧していない状態では、バネ４４の付勢力によって、図２の初期位置に保持されている。そして、トリガー部３８を指で押圧することにより、移動部材４０が移動し、図２における初期位置、Ａの範囲、Ｂの範囲、Ｃの範囲、Ｄの範囲に移動する。

マグネット４２がＡの範囲にあるときは、トリガー部３８が初期位置から押圧されて移動部材４０が移動しているので、メインスイッチ３４がＯＦＦ状態からＯＮ状態になる。また、図４に示すように、第１のホールＩＣ４６と第２のホールＩＣ４８からのホール信号は、両方ともＯＦＦ状態となっている。

マグネット４２がＢの範囲にあるときは、第１のホールＩＣ４６のみに対応するため、第１のホールＩＣ４６のみからホールＩＣがホール信号がＯＮ状態となり、第２のホールＩＣ４８からのホール信号はＯＦＦ状態となる。

マグネット４２がＣの範囲にあるときは、第１のホールＩＣ４６と第２のホールＩＣ４８の重なった位置に対応するため、第１のホールＩＣ４６と第２のホールＩＣ４８からの両方のホール信号がＯＮ状態となる。

マグネット４２がＤの範囲にあるときは、第１のホールＩＣ４６から離れ、第２のホールＩＣ４８にのみに対応するため、第２のホールＩＣ４８のみからＯＮ状態のホール信号が出力される。

したがって、２個のホールＩＣ４６，４８によって、図４に示すように停止、低速、中速、高速の４通りの状態を実現することができる。

（３）駆動回路５０の構成
次に、駆動回路５０の構成について、図３に基づいて説明する。

図３に示すように、駆動回路５０は、インバータ回路５２とインバータ回路５２を制御する制御回路５４と上記で説明したメインスイッチ回路３３と、速度制御回路５６と、上記で説明したトリガースイッチ３０とから構成されている。

インバータ回路５２は、６個のＦＥＴ１〜６から構成され、２個のＦＥＴが直列に接続された回路が３組並列に取り付けられたフルブリッジ回路である。そして、各直列に接続されたＦＥＴ１〜６の中間点からモータ１８の固定子巻線に駆動電流を供給する。６個のＦＥＴ１〜６は、制御回路５４に内蔵されている論理回路からのゲート信号によってＯＮ／ＯＦＦすることができる。また、このインバータ回路５２は、リチウムイオン電池よりなる充電池３２から３０Ｖ〜４２Ｖの高圧の電圧が供給される。

制御回路５４は、上記で説明した論理回路以外に、モータ１８の回転速度を検出する回転速度検出回路と、この回転検出回路からの回転信号と、速度制御回路５６から入力する速度指令信号に基づいてフィードバック制御を行い、論理回路を経てモータ１８を速度指令信号に基づく回転速度のＰＷＭ制御をしている。

制御回路５４は、充電池３２からその駆動のための電源が供給され、かつ、充電池３２と制御回路５４との間には、メインスイッチ回路３３が設けられている。このメインスイッチ回路３３は、メインスイッチ３４とスイッチングトランジスタ３５から構成され、メインスイッチ３４をＯＮ状態になると、スイッチングトランジスタ３５もＯＮ状態になり、充電池３２から直流電源が供給されて制御回路５４が駆動する。

また、速度制御回路５６からは速度指令信号以外に、ブレーキ信号が入力する。ブレーキ信号が入力しているときは、インバータ回路５２における６個のＦＥＴ１〜６の中で、上段にあるＦＥＴ１，ＦＥＴ３，ＦＥＴ５を全てＯＮ状態にし、他の下段にあるＦＥＴ２，４，６をＯＦＦ状態にして、モータ１８の回転を停止させる。なお、この場合に上段のＦＥＴ１，３，５を全てＯＦＦ状態にし、下段のＦＥＴ２，４，６をＯＮ状態にしてもよい。この場合であってもモータ１８の回転を停止させることができる。

（４）コードレス電動工具１０の動作状態
次に、図４に基づいてコードレス電動工具１０の動作状態について説明する。

メインスイッチ３４がＯＦＦ状態のときは、制御回路５４に電源が供給されていないため、モータ１８は停止状態となっている。但し、この場合においても充電池３２からインバータ回路５２には電圧がかかった状態となっている。

コードレス電動工具１０の作業者が、トリガー部３８を初期位置から少しでも押圧してメインスイッチ３４をＯＮ状態にすると、すなわち、Ａの範囲にあるときは、制御回路５４に電源が投入される。しかし、マグネット４２が図２におけるＡの範囲にあるときは、図４に示すように速度制御回路５６からはブレーキ信号が出力され、制御回路５４は上記したようにモータ１８を停止状態にしている。ここで、メインスイッチ３４をＯＮ状態にした場合に、制御回路５４に流れる電流は微小な電流となるため、このメインスイッチ３４をＯＮ／ＯＦＦしても、スイッチングトランジスタ３５が動作するだけであるため、アークが発生がない。

作業者がトリガー部３８を押圧しマグネット４２がＢの範囲にくると、上記で説明したように低速の速度指令信号が速度制御回路５６から出力される。また、ブレーキ信号はＯＦＦ状態となる。制御回路５４は、低速の速度指令信号に併せてモータ１８を低速で回転させる。

作業者がさらにトリガー部３８を押圧して、マグネット４２がＣの範囲にくると、中速の速度指令信号が速度制御回路５６から出力される。

作業者がさらにトリガー部３８を押圧して、マグネット４２がＤの範囲にくると、高速の速度指令信号が速度制御回路５６から出力される。

そして、作業者が作業を終えトリガー部３８から手を放すと、バネ４４の付勢力によりトリガー部３８がＡの範囲からさらに初期位置に復帰し、ブレーキ信号が速度制御回路５６から出力され、モータ１８が停止する。

このように、制御回路５４への電源をＯＮ／ＯＦＦするのみであるため、アークによる経年劣化を防止することができる。

また、トリガースイッチ３０は、２個のホールＩＣ４６，４８と非接触のマグネット４２とから構成されているため、機械的な接触がなく長寿命化を図ることができる。

さらに、２個のホールＩＣ４６，４８から停止、低速、中速、高速の４段階の速度指令を行うことができる。

［第２の実施形態］
上記実施形態の駆動回路５０においては、制御回路５４の手前にメインスイッチ３４を設けたが、これに代えて図５に示すように、充電池３２とインバータ回路５２との間にＦＥＴなどのスイッチング素子５８を設け、このＦＥＴ５８などのスイッチング素子をメインスイッチ３４によってＯＮ／ＯＦＦすることにより、モータ１８を回転及び停止させることもできる。

この場合においても、ＦＥＴ５８をＯＮ／ＯＦＦさせるメインスイッチ３４には、微小な電流しか流れないため、アークによって経年劣化を起こすことがない。

［変更例］
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

上記実施形態のコードレス電動工具１０では、インバクトドライバーにおいて説明したが、これに変えてグラインダーなどの他のコードレス電動工具であってもよい。

本発明の第１の実施形態のコードレス電動工具の側面図である。トリガースイッチの一部縦断面図である。駆動回路の回路図である。トリガースイッチのストローク状態と速度指令信号及びブレーキ信号との関係を示す表の図である。第２の実施形態の駆動回路の回路図である。

符号の説明

１０コードレス電動工具
１２ハウジング
１８モータ
２８配線基板
３０トリガースイッチ
３２充電池
３４メインスイッチ
３６スイッチ本体
３８トリガー部
４０移動部材
４２マグネット
４６ホールＩＣ
４８ホールＩＣ
５０駆動回路
５２インバータ回路
５４制御回路
５６速度制御回路

Claims

工具を回転させるモータと、前記モータに駆動電流を供給するインバーター回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを有するコードレス電動工具において、
前記インバータ回路と前記制御回路へ３０〜４２Ｖの高圧の電源を供給する充電池と、
前記充電池から前記制御回路への電源の供給をＯＮ／ＯＦＦさせるメインスイッチと、
を有する
ことを特徴とするコードレス電動工具。
前記制御回路は、速度指令信号に基づいて前記モータの回転速度を制御する速度制御回路を有し、
前記速度制御回路は、前記メインスイッチがＯＮ状態でトリガースイッチのトリガー部のストローク状態によって前記速度指令信号を出力し、また、前記メインスイッチがＯＮ状態で前記速度指令信号が出力されるまでブレーキ信号を前記制御回路へ出力し、
前記制御回路は前記ブレーキ信号が入力しているときは前記モータを停止状態にする
ことを特徴とする請求項１記載のコードレス電動工具。
工具を回転させるモータと、前記モータに駆動電流を供給するインバーター回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを有するコードレス電動工具において、
前記インバータ回路と前記制御回路へ３０〜４２Ｖの高圧の電源を供給する充電池と、
前記充電池から前記インバータ回路への電源の供給をＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせるメインスイッチと、
を有する
ことを特徴とするコードレス電動工具。
前記充電池は、リチウムイオン電池である
ことを特徴とする請求項１または３記載のコードレス電動工具。
前記モータがブラシレスＤＣモータである
ことを特徴とする請求項１または３記載のコードレス電動工具。