JP2009190118A - 電動回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】コードレス型電動回転工具において、電動モータのロック状態（負荷状態）に対応して適切なロック状態を検出することが可能な電動回転工具を提供する。
【解決手段】
電動回転工具３０は、ブラシレス直流モータ２と、インバータ回路部３と、制御回路部４とを含み、制御回路部４は、ステータ巻線２ｄの駆動電流がロック電流閾値Ｉｒを超えたことを検出する電流検出手段１８と、ロータ２ａの回転数がロック回転数閾値Ｎｒより低下したことを検出する回転数検出手段１７と、インバータ回路部３の半導体スイッチング素子３ａの駆動制御信号を出力する演算手段２０とを具備し、モータ２のＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーに対応してロック電流閾値Ｉｒおよびロック回転数閾値Ｎｒを設定し、モータ電流Ｉが設定されたロック電流閾値Ｉｒを超え、かつその回転数Ｎがロック回転数閾値Ｎｒより低下した時に、ロック状態であると判別する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動回転工具に関し、特に、駆動源としてブラシレスＤＣモータを用いる電動回転工具のロック検出技術に関する。

従来、ボルトやナット、またはネジ等の締付け作業には、インパクトドライバやドライバドリルのような留め具の締付け電動回転工具が知られている。かかるインパクトドライバでは、電動モータの回転力を減速して伝達する動力伝達軸にハンマを含むインパクト機構を介して結合されたアンビルを有し、ハンマとアンビルとを打撃的に係合する動作を繰り返すことにより、間欠的な回転打撃力をアンビルに保持されたドライバビット等の先端工具に伝達するように構成される。このインパクト回転工具では、ネジ等の締付け作業において、ドライバビットに強力な負荷トルクが加わった場合、予め設定した締付けトルクで動作するクラッチ機構の機能により、電動モータの減速出力軸とアンビル（ドライバビット）との結合が一時的に遮断され、電動モータの減速出力軸が空転するように構成される。

また、ドライバドリルをドライバモードとして使用する場合には、電動モータの減速出力軸とスピンドルとの間にトルク調整機構を含むクラッチ機構が配置され、スピンドルに取付けられたドライバの負荷が回転トルクより大きくなると、スピンドルへの回転伝達が遮断されるクラッチモードとなる。

他方、金属等へ穴開けする切削作業では、ドライバドリルまたはドリルが電動回転工具として使用される。切削電動回転工具では、ドリル電動モータの減速出力軸は、クラッチ機構を介すことなく、アンビルまたはスピンドルから離れないようにドリル動作を行うものが一般的である。特に、ドライバドリルでは、上述したように留め具の締付け作業を行う場合はクラッチモードに、金属板等の切削作業を行う場合はドリルモードに予め切替える回転工具が一般的である。

しかし、ドライバドリルのようにドリルモードで使用する電動回転工具においては、切削作業における負荷が電動モータの許容トルク以上になると、電動モータにはロック状態による大電流が流れて、急激な温度上昇を来たすことになる。この温度上昇を一旦冷却するために、モータを停止させて締付け作業または切削作業を一時中断する必要がある。このため作業効率が低下するという問題がある。また、電動モータのロックによる過大電流に基づいて急激な温度上昇を生じ、モータ部絶縁層の焼損やモータ駆動回路の半導体スイッチング素子の熱的損傷を生ずるという問題もある。

従って、上述したような問題点を解消するために、本発明の一つの目的は、充電式電池パックを使用するコードレス型の電動回転工具において、電動モータの負荷状態に対応して適切なロック状態を検出することが可能な電動回転工具を提供することにある。

本発明の他の目的は、ブラシレス直流モータを使用するコードレス型電動回転工具に適用して好適なロック検出手段を有する電動回転工具を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、電動モータがロック状態になってから焼損しない範囲内の所定時間までロック運転させることが可能な、電動モータの過電流保護手段を有する電動回転工具を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、充電式電池パックを使用するコードレス型の電動回転工具において、電池パックの一充電当たりにおける作業量の効率を向上させた電動回転工具を提供することにある。

上記本発明の目的を達成するために、本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。

本発明の一つの特徴によれば、ハウジング部と、前記ハウジング部内に装着されたモータ部と、ドリル等の先端工具を着脱自在に取付ける先端工具取付部と、前記モータ部の回転出力を前記先端工具取付部へ駆動力として伝達する動力伝達部と、前記モータ部を制御する制御回路部と、トリガ操作部を有し、該トリガ操作部の押込量に応答して前記モータ部の動作を制御するためのスイッチトリガと、前記モータ部および前記制御回路部に給電する電池パックとを具備する電動回転工具において、前記モータ部は、ロータおよびステータ巻線を有するブラシレス直流モータと、前記ロータを回転駆動させるために前記ステータ巻線に駆動電流を供給するための半導体スイッチング素子から成るインバータ回路部と、を具備し、前記制御回路部は、前記ステータ巻線の前記駆動電流が所定のロック電流閾値を超えたことを検出する電流検出手段と、前記ロータの回転数が所定のロック回転数閾値より低下したことを検出する回転数検出手段と、前記スイッチトリガ、前記電流検出手段および前記回転数検出手段の検出信号に基づいて前記インバータ回路部の前記半導体スイッチング素子を駆動する制御信号を出力する演算手段と、を具備し、前記制御回路部は、前記電流検出手段によって検出した前記駆動電流値が前記ロック電流閾値を超え、かつ前記回転数検出手段によって検出した前記回転数が前記ロック回転数閾値より低下したことを検出した時に、前記ブラシレス直流モータはロック状態にあると判別する。

本発明の他の特徴によれば、前記制御回路部は、前記ブラシレス直流モータのロック状態を判別する前記ロック電流閾値および前記ロック回転数閾値を、前記半導体スイッチング素子を駆動するＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーの大きさに対応して可変させた値に設定する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御回路部は、ロック状態において前記ブラシレス直流モータを運転することが可能なロック運転可能時間を、前記ロック電流閾値の大きさに対応して所定時間設定しておき、前記ロック電流閾値を検出した時点でロック状態にあると判別し、判別した時点から前記ロック運転可能時間の間、前記ブラシレス直流モータを運転させ、前記ロック運転可能時間を経過後に前記ブラシレス直流モータの運転を停止させる。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御回路部は、前記モータ部または前記インバータ回路部の温度を測定する温度測定回路手段をさらに具備し、前記制御回路部は、ロック状態と判別する前記ロック電流閾値と、前記モータ部または前記インバータ回路部の温度と、に基づいて前記ロック運転可能時間を設定する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記ロック運転可能時間は、前記温度測定回路手段で測定された、ロック時点での前記モータ部または前記インバータ回路部の温度が、ロック状態において焼損温度に上昇する温度上昇時間を推定して設定されている。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御回路部は、ロック状態の判別時における前記駆動電流が前記ロック電流閾値より大きい電流値である場合、前記ロック運転可能時間内において、該駆動電流を前記ロック電流閾値より小さい所定の電流制限値に制限する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御回路部は、前記駆動電流を前記ロック電流閾値から前記電流制限値に制限するために、前記半導体スイッチング素子の駆動信号の前記ＰＷＭデューティーを小さく制限する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御回路部は、ブラシレス直流モータの回転方向を制御する回転方向設定手段をさらに具備し、前記制御回路部は、ブラシレス直流モータがロック状態にあると判別した場合、前記ブラシレス直流モータの運転を停止させ、前記回転方向設定手段の情報に基づいて前記ブラシレス直流モータの回転方向を逆回転方向に設定し、その後、前記ブラシレス直流モータを前記逆回転方向に所定時間、回転させ、停止させる。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御回路部は、前記ブラシレス直流モータの前記逆回転方向の運転を停止させた後、前記ブラシレス直流モータの回転方向を正回転方向に再設定し、前記ブラシレス直流モータを正回転方向に起動可能に制御する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御回路部は、前記スイッチトリガの前記トリガ操作部のトリガ押込量に応答して、前記インバータ回路部の前記半導体スイッチング素子を駆動する前記ＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーを可変させるように制御する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記制御回路部は、前記ブラシレス直流モータがロック状態にあることを判別した場合、前記胴体ハウジング部に装着された表示手段を点灯させる。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記電動回転工具は、ドライバドリル、ドリル、インパクトドライバ、ドライバまたはディスクグラインダから選択された一つの工具である。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記電池パックはリチウムイオン電池等の二次電池によって構成される。

上記本発明の特徴によれば、モータ駆動信号のＰＷＭデューティーの大きさに応じてロック電流閾値（Ｉｒ）およびロック回転数閾値（Ｎｒ）を設定するので、ＰＷＭデューティーが小さく、回転トルクの小さい作業時においても、ドリルモード等の負荷トルクに対応してモータのロック電流を正確もしくは適切に検出することができる。すなわち、電動モータの負荷の大きさに対応した適切なロック状態を検出することができる。これにより、モータ部およびインバータ回路部（モータ駆動回路部）の焼損を防止することが可能となる。また、負荷状態に対応したロック検出が可能となるので、電池パックの一充電当たりの作業効率を向上させることができる。

上記本発明の他の特徴によれば、ロック状態に突入してからロック状態におけるロック許容時間（Ｔｓｔｏｐ）の間、焼損しないロック許容範囲内でモータを運転できるので、モータ駆動回路部の半導体スイッチング素子によるスイッチングノイズやモータのノイズ（スパイク電圧）の影響を受けないロック検出および過電流保護が達成できる。また、モータ部またはモータ駆動回路部が焼損しない範囲内で可及的にモータを運転するので、ドリル作業等の途中でモータの停止を行うことなく、作業を継続できる場合があり、作業効率を向上させることができる。従って、電池パックの一充電当たりの作業効率をより向上させることができる。

上記本発明のさらに他の特徴によれば、ロック検出後において、所定時間、モータの回転方向を逆回転するように制御するので、ロック解除を自動的に行うことが可能である。

本発明のさらに他の目的、ならびに本発明のさらに他の新規な特徴は、本明細書の以下の記述および添付図面からさらに明らかにされるであろう。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図１は本発明の実施態様に係るコードレスタイプのドライバドリルの全体構造図、図２は図１に示したドライバドリルのＡ−Ａ線に沿うブラシレス直流モータ部の部分断面図、図３は図１に示したドライバドリルの全体を示す機能ブロック図である。

［電動回転工具の組立構成］
図１に示すように、ドライバドリル３０は、胴体ハウジング部１ａ内にブラシレス直流モータ２が収納されており、ブラシレス直流モータ２の駆動力を伝達する動力伝達部５により、スピンドル（出力軸）５ｅに装着されたチャック５ｃに着脱自在に保持されるドライバまたはドリルの先端工具（図示なし）に回転力を与える。すなわち、胴体ハウジング部１ａの左端部側には、ブラシレス直流モータ２を駆動するためのインバータ回路部（回路基板）３が収容され、胴体ハウジング部１ａの中間部および右端部側には、ブラシレス直流モータ２の回転出力軸２ｅ方向に回転力を伝達し、モータ２の回転数を減速するための減速機構部５ａと、減速機構部５ａの出力軸に得られる回転トルクをスピンドル５ｅの負荷に応答してスピンドル５ｅに伝達するか否かを制御するトルク調整部５ｂとが収容されている。

トルク調整部５ｂは、モード切替およびトルク調整ダイヤル（クラッチダイヤル）５ｄを有し、ダイヤル５ｄによってドライバモードまたはドリルモードを設定できるように構成されている。また、ダイヤル５ｄがドライバモードを選択している場合、トルク調整ダイヤル５ｄを複数段階の所定の回転角度に回転させることによって、トルク調整部５ｂは、ダイヤル５ｄの回転角度に従って減速機構部５ａの出力軸からスピンドル５ｅに伝達される回転トルクを負荷に対応する所望の締付けトルクに調整することができる。このトルク調整部５ｂに装着されるトルク調整ダイヤル５ｄは、例えば１０段階のトルク設定が可能である。もし、設定した締付けトルク（滑り出しトルク）以上の負荷トルクがスピンドル５ｅに加わると、トルク調整部５ｂのクラッチ機構により減速機構部５ａの出力軸はスピンドル５ｅとの結合から遮断されて空転することになり、これによってモータ２のロックが防止される。このようにダイヤル５ｄがドライバモードに設定されている場合は、モータ部２およびインバータ回路部３には空転によりロック電流が流れないので、モータ部２およびインバータ回路部３のロック電流に基づく焼損が防止される。

一方、ダイヤル５ｄをドリルモードに設定する場合は、ダイヤル５ｄを最大限の回転角度に回転させて減速機構部５ａで得られる回転力を、クラッチ機構を介さずにスピンドルに伝達させるように切替える。このドリルモードにおいて負荷がスピンドルの締付けトルクより大きい場合、クラッチ機能が無くなるので、スピンドルに保持された先端工具はロックされ、モータ２はロック状態となる。このロック状態によってモータ部２およびインバータ回路部３には好ましくない過大な駆動電流が流れて、モータ部２およびインバータ回路部３の半導体スイッチング素子３ａが焼損する原因となるので、これを防止するために、本発明に従って、後述するロック検出手段が設けられる。

減速機構部５ａは、一般技術によって構成され、ブラシレス直流モータ２の回転出力軸２ｅのピニオンギアに噛合う、例えば、２段の遊星歯車減速機構（変速ギアケース）（図示なし）から構成される。

トルク調整部５ｂは、例えば、減速機構部５ａの回転出力軸（図示なし）に対するスピンドル５ｅの押圧力をコイルバネ（図示なし）の付勢力で調整し、そのコイルバネの付勢力を調整することによって締付けトルク（負荷トルク）を調整できるように構成する。もし、スピンドル５ｅへの締付けトルクがコイルバネによる減速機構部５ａへの付勢力を超えると、減速機構部５ａの回転出力軸は空転してスピンドル５ｅへの回転伝達を遮断するクラッチ機能を有する。上記クラッチ機能の負荷トルク（締付けトルク）の調整は、ドライバモードにおいてクラッチ調整ダイヤル５ｄを複数段階の所定の回転角度に回転させて上記コイルバネの付勢力を調整することによって行われる。

ブラシレス直流モータ２は、本実施形態では３相ブラシレス直流モータからなる。ブラシレス直流モータ２は、図２に示すように、円筒状の外形をもつステータ２ｃと、ステータ２ｃのティース部２ｈの内周部内に同心軸状に設けられ、回転出力軸２ｅ方向に延びるＮ極およびＳ極の永久磁石（マグネット）が埋め込まれた内部磁石配置形であるロータ（マグネットロータ）２ａと、ステータ２ｃの３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなるステータ巻線（電機子巻線）２ｄとから構成される。

ステータ巻線２ｄは、ステータヨーク２ｃのティース部２ｈを取り囲むように、樹脂材料からなる絶縁層（図示なし）を介してスロット２ｇ内に巻回されている。ロータ２ａの近傍には、ロータ２ａの回転位置を検出するために、回転方向に６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホールＩＣ）１０、１１、１２（図３参照）が配置される。スター結線されたステータ２ｃの３相巻線２ｄ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）には、インバータ回路部３より回転位置検出素子１０、１１、１２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供給される。なお、ブラシレス直流モータ２のロータ２ｂの回転位置検出手段（１０、１１、１２）は、ホールＩＣによって電磁結合的に検出する他に、ステータ巻線２ｄの誘起起電圧（逆起電力）を、フィルタを通して論理信号として取出すことによってロータ位置を検出するセンサレス方式を採用することもできる。

図１に示すように、胴体ハウジング部１ａは、ハンドルハウジング部１ｂと共に一体に形成された合成樹脂材料からなり、ハンドルハウジング部１ｂと一体に形成される、ブラシレス直流モータ２の回転軸中心に沿った垂直面で２分される断面形状が半円状の胴体ハウジング部１ａの一対を準備し、予め、図１の部分断面図で示すような一方の胴体ハウジング部１ａに、ブラシレス直流モータ２のロータ回転軸２ｅやステータ２ｃ等の組込みを行い、しかる後、図１に示すように一対のハウジング部材１ａ、１ｂの他方を重ねて、ネジ締め等で一対のハウジング部材１ａ、１ｂを締結させる方法が取られる。したがって、一対の胴体ハウジング部１ａおよびハンドルハウジング部１ｂの締結体（完成体）において、ステータ２ｃの外周面は、胴体ハウジング部１ａと一体形成された複数のステータ保持部（リブ部）によって把持または挟持される。

モータ２の右端部側には冷却用ファン２４が設けられ、冷却用ファン２４近傍の胴体ハウジング部１ａには、図示されていないが、排気口（通風口）が形成されている。一方、胴体ハウジング部１ａの左端部には吸気口（通風口）２１が形成され、この吸気口２１から冷却用ファン２４の近傍に形成される上記排気口に至る通路２３は、冷却用空気の流通路を形成し、インバータ回路部３の半導体スイッチング素子３ａの温度上昇、およびモータ２のステータ巻線２ｄの温度上昇を抑制する。特に、ドライバモードまたはドリルモードにおいて、モータ２の負荷状況によってはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に大電流が流れてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の発熱が大きくなるので、冷却用ファン２４によってインバータ回路部３を強制的に空冷する必要がある。

なお、インバータ回路部３は、円形状の回路基板からなり、モータ２のステータ２ｃの一端部側を全面的に覆っている。一方、ステータ２ｃの他端部側には、防塵カバー２２が設けられ、インバータ回路部３と同様に、ステータ２ｃの他端部側面を覆っている。これらインバータ回路部３および防塵カバー２２の両者は、ステータ２ｃと共に、ロータ２ａを閉塞または密封する防塵構造（密閉構造）を形成している。これにより、モータ２への粉塵の侵入を防止できる。

ハンドルハウジング部１ｂの下端部には、ブラシレス直流モータ２の駆動電源となる電池パック８が着脱可能に装着されている。また、電池パック８の上部には、モータ２のインバータ回路部３を制御するための制御回路部（（回路基板）４が、紙面を横切る方向に延在するように設けられている。

一方、ハンドルハウジング部１ｂの上端部にはスイッチトリガ７が配設され、スイッチトリガ７のトリガ操作部７ａがバネ力によって付勢された状態でハンドルハウジング部１ｂから突出している。作業者がトリガ操作部７ａをバネ力に抗してハンドルハウジング部１ｂ内方向へ把持することによって、トリガ押込量（操作量）を調整し、モータ２の回転数を制御することができる。本実施態様によれば、スイッチトリガ７は、トリガ押込量をインバータ回路部３の半導体スイッチング素子３ａを駆動するＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーに変換するために、後述する印加電圧設定回路１４（図３参照）に電気的接続されている。

電池パック８は、スイッチトリガ７および制御回路部４へ駆動電源を供給し、かつインバータ回路部３へ駆動電力を供給するように電気的接続されている。電池パック８を構成する二次電池は、リチウムイオン電池が使用されている。リチウムイオン電池は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に比較して約３倍のエネルギー密度を持ち、小形軽量であるという利点をもっている。このため、ハンドルハウジング部１ｂ内に収納する電池パック８の収納部分を少なくすることができるので、ハンドルハウジング部１ｂの把持部には電池パックの収納を省略し、その把持部の外周長を他の電池種を使用する場合より短く形成し、握り易いハンドル形状にすることができる。このリチウムイオン電池の電源電圧は、例えば、１４．４Ｖに設定される。

［電動回転工具の回路的構成］
ブラシレス直流モータ２のインバータ回路部３および制御回路部４について、図３を参照して説明する。
インバータ回路部（電力変換器）３は、３相ブリッジ形式に接続された６個の半導体スイッチング素子３ａを有し、半導体スイッチング素子３ａは、本実施態様によれば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｑ１〜Ｑ６から構成されている。ブリッジ接続された６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートは、制御回路部４の制御信号出力回路１３に接続され、また、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタまたはエミッタはスター結線されたステータ巻線２ｄ（巻線：Ｕ、Ｖ、Ｗ）に接続される。これによって、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路１３から入力されたスイッチング素子のＰＷＭ駆動信号Ｈ１〜Ｈ６によってスイッチング動作を行い、インバータ回路部３に印加される電池パック８の直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して、ステータ巻線２ｄ（３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗ）へ電力を供給する。

制御回路部４は、図１に示したスイッチトリガ７および制御回路基板４の回路装置を含み、インバータ回路部３へＰＷＭ駆動信号を出力するために設けられている。機能的には処理プログラムとデータに基づいて、制御信号出力回路１３の出力駆動信号を形成するための演算部２０と、上記３つのホールＩＣ１０、１１、１２の出力信号に基づいてロータ２ａとステータ２ｃのステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗとの関係位置を検出し、演算部２０へ通常のロータ２ａの位置情報を出力する回転子位置検出部１６と、ホールＩＣ１０、１１、１２から一定間隔で出力される信号の時間間隔からモータ２の回転数を検出する回転数検出回路１７と、モータ部２およびインバータ回路部３のスイッチング素子３ａの近傍にサーミスタ（感熱素子）１９ａを設けて、モータ部２またはスイッチング素子３ａの温度上昇を感熱素子１９ａによって測定し、その測定信号を演算部２０へ出力する温度上昇測定回路１９と、モータ２の駆動電流を常に検出して、その情報を演算部２０に出力する電流検出回路１８と、上記したスイッチトリガ７のトリガ操作部７ａによるトリガ押込量に応答してスイッチトリガ７において発生する出力制御信号に対応するＰＷＭ信号のＰＷＭデューティーを設定するための印加電圧設定回路１４と、モータ２の正逆切替レバー９（図１参照）による正方向回転または逆方向回転の操作を検出してモータ２（ロータ２ａ）の回転方向を設定するための回転方向設定回路１５と、から構成されている。

演算部２０は、印加電圧設定回路１４の情報を基にインバータ回路部３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動信号をＰＷＭ制御してモータ部２への印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを制御する。また、回転方向設定回路１５と回転子位置検出回路１６の情報を基に、所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を所定の順序にスイッチングすることによってステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを所定の順序に供給するように制御し、これによって、設定した回転方向にモータ２を回転させるように制御する。この演算部２０は、図示されていないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するためのＣＰＵ、後述するような制御フローを実行する処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ、データを一時記憶するためのＲＡＭ、時間をカウントするためのタイマ等を含むマイコンによって構成されている。

制御回路部４は、６個の半導体スイッチング素子３ａ（Ｑ１〜Ｑ６）の各ゲートを駆動するスイッチング駆動信号（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をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、スイッチトリガ７（図１参照）のトリガ操作部７ａのトリガ押込量に応答する印加電圧設定回路１４の出力信号に基づいて、ＰＷＭ信号のパルス幅のデューティー比（以下、「ＰＷＭデューティー」と称する）を変化させることによりモータ２への電力を調整し、モータ２の起動および速度を制御する。スイッチトリガ７のトリガ操作部７ａのトリガ押込量（ｄ）とＰＷＭデューティー（ＰＷＭ ＤＵＴＹ）との関係図の一例を図４に示す。なお、ＰＷＭ信号は、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に供給する代わりに、正電源側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のインバータ駆動信号Ｈ１〜Ｈ３をＰＷＭ信号として形成しても、結果的に、電池パック８の直流電圧から各ステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ供給する印加電圧を制御することができる。

以上の構成により、制御回路部４は、回転方向設定回路１５によって設定された正回転方向または逆回転方向の回転設定信号、回転子位置検出回路１６の位置検出信号、回転数検出回路１７の回転数検出信号、電流検出回路１８のモータ電流検出信号、および印加電圧設定回路１４のＰＷＭデューティー設定信号に基づいて、制御信号出力回路１３からインバータ回路部３へＰＷＭ駆動信号Ｈ１〜Ｈ６を出力し、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを交互に制御することにより、３相交流電圧がモータ２のステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ出力されるように制御する。この制御回路部４の制御により、モータの起動または停止を行う。また、制御回路部４は、ＰＷＭ駆動信号Ｈ１〜Ｈ６のＰＷＭデューティーを調整することによりモータ電流およびモータ回転数（回転速度）を制御する。

［電動回転工具のロック検出および過電流保護のための制御フロー］
（制御フローの第１の実施形態）
図６は、電動回転工具３０の制御回路部４がモータ２のロック検出を行う制御フローの第１の実施形態を示す。
上記ドライバドリル３０のモータ２が起動し（ステップ４００）、ドリルモードで切削作業をしている場合、モータ２の過負荷等によってロック状態になった時、モータ２のステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗには、ロック電流閾値Ｉｒ（ロック状態になった時のモータ電流）以上の大電流が流れ始め、かつモータの回転数はロック回転数閾値Ｎｒ（ロック状態になった時のモータ回転数）以下に低下し始める。このロック電流閾値Ｉｒおよびロック回転数閾値Ｎｒは、図５に示すように、モータ２を駆動するインバータ回路部３におけるＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーの設定値によって変化する。すなわち、ＰＷＭデューティーが大きければロック時の電流Ｉｒが大きくなり、また、ロック時の回転数Ｎｒは急激に低下する。図５において、ＰＷＭデューティーＰＷＭ ＤＵＴＹと電流閾値Ｉｒおよび回転数閾値Ｎｒは比例関係にある。このため、本実施形態によれば、ロック状態を判別する電流閾値Ｉｒおよび回転数閾値Ｎｒを、ＰＷＭデューティーの大きさに従って可変させる。

図６のロック検出のための制御フローチャートにおいて、ステップ４０１で、スイッチトリガ７がオン操作されているか否かを判断し、オンしている場合、印加電圧設定回路１４を介してスイッチトリガ７のトリガ操作量（トリガ押込量）ｄを検出し（ステップ４０２）、演算部２０によって、モータ２のＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーを設定する。さらに、ステップ４０４で、ＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーに基づいて、図５に示す特性図より、ロック状態に突入したことを判定するロック回転数閾値Ｎｒおよびロック電流閾値Ｉｒを演算部２０の比較部に設定する。この場合、ＰＷＭデューティーの大きさによって回転数閾値Ｎｒおよび電流閾値Ｉｒを設定すれば良く、図５の特性図に示されるような比例関係に限られるものではない。

さらに、ステップ４０５において、回転数検出回路１７によって運転時のモータ２の回転数Ｎを検出し、ステップ４０６において、検出回転数Ｎが、ステップ４０４で設定したロック回転数閾値Ｎｒ以下に低下しているか否かを判別する。検出回転数Ｎがロック回転数閾値Ｎｒ以下に低下している場合、ステップ４０７において、電流検出回路１８によってモータ電流Ｉを検出する。引き続いてステップ４０８において、検出モータ電流Ｉが、ステップ４０４で設定したロック電流閾値Ｉｒ以上に過大電流となっているか否かを判別する。もし、検出モータ電流Ｉがロック電流閾値Ｉｒ以上と判別されれば、モータ２は、ロック状態であることを検出し（ステップ４０９）、必要に応じて、演算部２０の検出信号に基づいて電動回転工具３０の先端工具の先端を照明する照明用ライト（例えば、ＬＥＤ）２５（図１参照）等の表示灯に点滅表示する。この表示灯２５の点灯により、作業者はロック状態と判断して作業の中断等の後処置を容易にすることができる。

なお、ステップ４０６において検出回転数Ｎがロック回転数閾値Ｎｒ以下でない場合、またはステップ４０８において検出電流Ｉがロック電流閾値Ｉｒに達していない場合は、ステップ４０１に戻り、モータ２の継続運転を可能にする。このとき、ステップ４０１においてスイッチトリガ７がオンされなければ、モータ２は停止される（ステップ４１０）。

以上のロック検出手段を有するドライバドリル３０によれば、次のような効果を得ることができる。

（１）ロック検出手段の基本的な構成は、モータ電流（負荷電流）Ｉおよびモータ回転数Ｎを同時に検出しているので、負荷状態（負荷トルク）に応じたロック状態を適切もしくは正確に検出することができる。例えば、比較的大きな回転トルクを出力している場合、モータ電流のみを比較的低いロック電流閾値Ｉｒに設定すると、正常運転の出力不足にある通常状態をロック状態として誤検出することになり、正確なロック状態の判別が不可能となるが、上記実施態様によれば、ロック回転数閾値Ｎｒも検出するので、そのような不具合が防止できる。

（２）上記実施態様によれば、図５に示すように、モータ駆動信号のＰＷＭデューティーの大きさに応じてロック電流閾値Ｉｒおよびロック回転数閾値Ｎｒを設定するので、ＰＷＭデューティーが小さく、回転トルクの小さい作業時においても、ドリルモード等の過負荷時におけるモータ２のロック電流を適切に検出することができる。例えば、図７に示すように、モータの回転トルクが比較的小さい作業時において、ＰＷＭデューティーが２５％のロック回転数閾値をＮｒ１、ロック電流閾値をＩｒ１に設定した場合、ＰＷＭデューティーが１００％のロック回転数閾値をＮｒ２（Ｎｒ２＞Ｎｒ１）、ロック電流閾値をＩｒ２（Ｉｒ２＞Ｉｒ１）の設定に対して検出不能となるが、ＰＷＭデューティーが２５％で回転トルクが比較的小さい作業に対して正確なロック状態（ロック許容範囲Ｒａ１の状態）を検出できる。他方、ＰＷＭデューティーが１００％の大きな回転トルクの運転に対しては、別途、ロック回転数閾値Ｎｒ２およびロック電流閾値Ｉｒ２が設定されるので、ＰＷＭデューティーが１００％の場合にも適切なロック状態（ロック許容範囲Ｒａ２の状態）を検出でき、逆に、ＰＷＭデューティーが２５％の時の運転に対して過負荷状態となるような制御は禁止される。

（３）以上のロック検出の機能により、モータ部２およびモータ駆動回路部３の熱的損傷を防止することが可能である。また、効率のよいロック検出が可能となり、電池パック８の一充電当たりの作業効率を向上させることができる。

（制御フローの第２の実施形態）
図８は、電動回転工具３０の制御回路部４が、モータ２のロック状態を検出し、ロック状態のモータ２の過電流から保護する制御フローの第２の実施形態を示す。なお、図８に示す第２の実施形態に係る制御フローの判断または処理ステップ（工程）において、図６に示す上記第１の実施形態に係る制御フローの判断または処理ステップと同一するステップは、同一の参照番号を付してそのステップの詳細な説明を省略する。

本実施態様では、ロック検出手段によりモータ２がロック状態へ突入したことを検出した後に、さらに、モータ２の運転を停止させるまでのモータ停止手段を含んでいる。図８に示すように、モータ２の起動ステップ４００からロック検出ステップ４０９までのロック検出フローは、上記第１の実施態様と同一である。本実施態様では、ステップ４０９においてモータの回転数および電流のロック閾値を検出、すなわち、ロック状態に突入したことを検出した場合、そのロック状態がモータ部に焼損もしくは電流破壊等の損傷を与えないような許容時間、ロック状態のままモータ２を運転させた後に、該モータ２の運転を停止させることを基本的な制御フローとしている。このモータ停止は、次のような制御フローにより実行される。

ステップ４０９でロック状態の突入を検出した後、ステップ４２０において、演算部２０のロック運転計測タイマ（図示なし）をスタートさせ、ロック状態の時間（ロック開始時間）Ｔｒｏｃｋをカウントする。

次に、ステップ４２１において、演算部２０のロック運転計測タイマ（図示なし）によりロック開始時間Ｔｒｏｃｋが、所定時間（ロック許容時間）Ｔｓｔｏｐをカウントアップしたか否かを判断する。もしロック開始時間Ｔｒｏｃｋがロック許容時間Ｔｓｔｏｐを経過すれば、ステップ４２２においてモータ２を停止させる。これによって、モータ２は過電流から保護され、焼損が防止される。

ここで、ロック許容時間Ｔｓｔｏｐは、モータ部２およびインバータ回路部３に焼損を与えないような許容時間に決定される。本実施形態によれば、インバータ回路部３およびモータのステータ巻線２ｄに流れるモータ電流（スイッチング電流）のロック電流閾値Ｉｒによる温度上昇を考慮してモータ部２やインバータ回路部３に焼損が生じない制限温度Ｔｔｒ（以下、「焼損温度Ｔｔｒ」と称する）まで通電可能な許容時間Ｔｓｔｏｐとして実験的に決定する。すなわち、ロック電流閾値Ｉｒに対応するロック許容時間Ｔｓｔｏｐを実験的に決定しておき、演算部２０のメモリに記憶しておく。

図９は、モータのロック電流閾値Ｉｒによる上昇温度Ｔｅｍｐと上昇時間Ｔｉｍｅとの関係を示した特性図である。図９に示すように、焼損温度Ｔｔｒを限界許容温度とした場合、モータロック電流閾値Ｉｒが１００Ａの場合のロック許容時間Ｔｓｔｏｐ１は、ロック電流閾値Ｉｒが２５Ａの場合のロック許容時間Ｔｓｔｏｐ２に比較して短時間となる。この場合、図１０に示すように、ロック電流閾値Ｉｒの大きさに対する単位時間当たりの温度上昇率（Ｔｅｍｐ／Ｔｉｍｅ）は、モータ電流が大きいほど指数関数的に増加する。

図１１は、ロック状態に突入した後のロック許容時間Ｔｓｔｏｐにおけるモータ電流Ｉおよびモータ回転数Ｎの変化を示す特性図である。ロック電流閾値Ｉｒを超えたロック状態において、モータ電流Ｉは飽和するように変化する。この飽和電流状態で、モータ部２またはインバータ回路部３は、図９に示すように、モータの焼損温度Ｔｔｒに達する。

上記制御フローにおいて、もし、ステップ４２０でロック運転計測タイマがカウントをスタートしていない場合は、ステップ４２３でロック運転計測タイマをスタートさせてロック開始時間Ｔｒｏｃｋをカウントする。さらに、ステップ４２４においてモータ電流のロック電流閾値Ｉｒの大きさからモータ２のロック許容時間（モータ停止時間）Ｔｓｔｏｐを設定し、上述したステップ４２１におけるロック開始時間Ｔｒｏｃｋとロック許容時間Ｔｓｔｏｐとの比較を行う。ステップ４２１において、もしロック開始時間Ｔｒｏｃｋがロック許容時間Ｔｓｔｏｐより少ない時間であれば、ステップ４０１に戻り、スイッチトリガ７を再操作することができる。

以上のロック検出手段およびモータ停止手段を有するドライバドリル３０によれば、上記した第１の実施態様と同様な効果を得ることができる。

さらに、ロック状態に突入してからロック状態におけるロック許容時間Ｔｓｔｏｐの間、焼損しないロック許容範囲Ｒａ（図７参照）で運転できるので、半導体スイッチング素子（３ａ）によるスイッチングノイズやモータのノイズ（スパイク電圧）の影響を受けない正確なロック検出および過電流保護を達成することができる。また、モータ２が焼損しない範囲内で可及的に運転できるので、ドリル作業等の途中でモータ停止を行うことなく、作業を継続できる場合があり、作業効率を向上させることができる。従って、電池パック８の一充電当たりの作業効率も向上させることができる。

（制御フローの第３の実施形態）
図１２は、電動回転工具３０の制御回路部４が、モータ２のロック状態を検出し、ロック状態のモータ２の過電流から保護する制御フローの第３の実施形態を示す。なお、図１２に示す第３の実施形態に係る制御フローの判断または処理ステップ（工程）において、上記第１および第２の実施形態に係る制御フローの判断または処理ステップと同一するステップは、同一の参照番号を付してそのステップの詳細な説明を省略する。

図１２に示す本実施態様が、上記図８に示す第２の実施態様と異なる点は、ステップ４２４におけるモータ停止タイマの設定において、上記第２の実施態様では、ロック許容時間Ｔｓｔｏｐを、モータ電流の大きさ、すなわち、ロック電流閾値Ｉｒの大きさのみに基づいて一義的に決定したが、本第３の実施態様ではモータ部の周囲温度も考慮して決定するものである。

すなわち、本実施態様では、制御回路部４の感熱素子１９ａおよび温度上昇測定回路１９（図３参照）によって、ロック状態に入る直前のモータ部２またはインバータ回路部３の周囲温度Ｔｅｍｐを検出し、その検出温度Ｔｅｍｐおよびロック電流閾値Ｉｒに基づいて、演算部２０によりロック許容時間Ｔｓｔｏｐを決定している。これにより、正確もしくは適切なロック許容時間Ｔｓｔｏｐを設定することができる。

図１３の特性図は、ロック電流閾値ＩｒがＩｒ＝Ｉｒ３で互いに同一電流値Ｉｒ３に設定されているが、ロック状態直前のモータ部の周囲温度Ｔｃが、Ｔｃ１およびＴｃ２と互いに異なる場合のロック許容時間Ｔｓｔｏｐを示している。ロック許容時間Ｔｓｔｏｐは、周囲温度Ｔｃが低いＴｃ１（Ｔｃ１＜Ｔｃ２）の場合、Ｔｃ２の場合より長い時間Ｔｓｔｏｐ４（Ｔｓｔｏｐ４＞Ｔｓｔｏｐ３）となり、焼損温度Ｔｔｒに上昇するまでのロック状態の許容範囲が大きくなり、無駄のないロック検出とモータ停止が可能となる。この場合、焼損温度Ｔｔｒは、ロック状態に入る直前のモータ部２またはインバータ回路部３の周囲温度Ｔｃと、ロック状態に入る時のロック電流閾値Ｉｒと、ロック許容時間Ｔｓｔｏｐとの情報に基づいて算定（推定）する。モータのロック時のように、瞬間的に大電流が流れると、モータ部２およびインバータ回路部３は急激に温度上昇するが、サーミスタ等の感熱素子１９ａは、熱抵抗等があるために急激な温度上昇に追従できない。このため、温度上昇測定回路１９のみではロック時のモータ部２およびインバータ回路部３の温度上昇を正確に測定できない。上記のように温度上昇を推定することによりロック時の温度上昇からより実際的もしくは確実に保護することができる。なお、ロック許容時間Ｔｓｔｏｐは、周囲温度Ｔｃが低い程、長い時間に設定できる理由は、モータ部の発熱温度と周囲温度Ｔｃとの温度差が大きくなり、放熱効果が良くなり、焼損温度Ｔｔｒに到達する時間が長くなるためである。

また、図１４の特性図に示すように、周囲温度Ｔｃに対するロック許容時間Ｔｓｔｏｐの依存性は、モータ電流Ｉの大きさによって異なる。モータ電流Ｉが大きい程、ロック許容時間Ｔｓｔｏｐは短くなる。この理由は、モータ電流Ｉが大きいほどモータ部の発熱量が多くなるからである。

以上のロック検出手段およびモータ停止手段を有するドライバドリル３０によれば、上記した第１および第２の実施態様の場合と同様な効果を得ることができる。特に、第３の実施態様によれば、ロック状態に入った時点からモータ部が焼損する直前までのロック状態の許容時間Ｔｓｔｏｐを有効に活用できるので、作業効率をより向上させることができる。

（制御フローの第４の実施形態）
図１５は、電動回転工具３０の制御回路部４が、モータ２のロック状態を検出し、ロック状態のモータ２の過電流から保護する制御フローの第４の実施形態を示す。なお、図１５に示す第４の実施形態に係る制御フローの判断または処理ステップ（工程）において、上記第１実施形態乃至第３の実施形態に係る制御フローの判断または処理ステップと同一するステップは、同一の参照番号を付してそのステップの詳細な説明を省略する。

図１５に示す第４の実施態様において、ステップ４００乃至ステップ４０９のロック検出のための制御フローは、図６に示す上記第１の実施態様と同様な制御フローであり、その詳細な説明を省略する。

ステップ４０９でロック検出を行った後、ステップ４３０においてスイッチトリガ７がオンされているか否かを再びチェックする。もしステップ４３０でスイッチトリガ７がオンされていると判断されれば、上記第２の実施態様と同様に、ステップ４３１において、演算部２０のロック運転計測タイマをスタートさせ、ロック状態の時間（ロック開始時間）Ｔｒｏｃｋをカウントする。

次に、ステップ４３２に進み、電流検出回路１８によってモータ電流Ｉを検出する。検出したモータ電流Ｉは、ステップ４３３において電流制限値Ｉｓと比較される。
図１６（ａ）の特性図に示すように、この電流制限値Ｉｓは、ステップ４０８で設定されたロック電流閾値Ｉｒの大きさに対応して決定される電流値で、ロック電流閾値Ｉｒと焼損温度Ｔｔｒとの関係を考慮して、ロック電流閾値Ｉｒより小さい値、すなわち、Ｉｓ＜Ｉｒの関係に設定される。この電流制限値ＩｓをＩｓ＜Ｉｒの関係に設定することにより、モータ部２またはインバータ回路部３がロック状態に入った場合、その焼損温度Ｔｔｒまでの温度上昇を極力長い時間に延長させようとするものである。すなわち、電流制限値Ｉｓの設定により、ロック状態でモータを運転状態に保持できる許容時間Ｔｓｔｏｐをさらに延長させることができる。なお、Ｉｓ＜Ｉｒの関係は、演算部２０のメモリ部に予め記憶させておく。

ステップ４３３で検出したモータ電流Ｉが電流制限値Ｉｓより大きい場合、ステップ４３４において、モータ電流ＩをＩｓに設定するために、図１６（ｂ）に示すように、モータの駆動信号のＰＷＭデューティーを、Ａ（％）からＢ（％）へ徐々に低減させるように制御する。ＰＷＭデューティーを低減させた後、ステップ４３５で１ｍｓｅｃの期間（インターバル）をおき、引き続くステップ４３６において、演算部２０のロック運転計測タイマによりロック開始時間Ｔｒｏｃｋが、所定時間（ロック許容時間）Ｔｓｔｏｐをカウントアップしたか否かを判断する。もしロック開始時間Ｔｒｏｃｋがロック許容時間Ｔｓｔｏｐを経過すれば、ステップ４３７においてモータ２を停止させる。これによって、モータ２は過電流から保護され、焼損が防止される。

上記第４の実施形態の制御フローにおいて、ステップ４３０において、スイッチトリガ７がオンされない場合はステップ４３８でモータ２は停止される。また、ステップ４３１でロック運転計測タイマがカウントをスタートしていない場合は、ステップ４３９でロック運転計測タイマをスタートさせてロック開始時間Ｔｒｏｃｋをカウントする。さらに、ステップ４４０においてモータ電流のロック電流閾値Ｉｒの大きさからモータ２のロック許容時間（モータ停止時間）Ｔｓｔｏｐを設定し、上述したステップ４３６に進み、ロック開始時間Ｔｒｏｃｋとロック許容時間Ｔｓｔｏｐとの比較を行う。ステップ４３６において、もしロック開始時間Ｔｒｏｃｋがロック許容時間Ｔｓｔｏｐより少ない時間であれば、ステップ４３０に戻り、スイッチトリガ７を操作することができる。

以上のロック検出手段およびモータ停止手段を有するドライバドリル３０によれば、上記した第１乃至第３の実施態様の場合と同様な効果を得ることができる。特に、第４の実施態様によれば、ロック状態に入った時点からモータ部が焼損する直前までのロック状態の許容時間Ｔｓｔｏｐを有効に活用できるので、作業効率をより向上させることができる。また、ロック時のモータ電流の調整は、モータの駆動信号のＰＷＭデューティーを変えることによって容易にできる。

（制御フローの第５の実施形態）
図１７は、上記第１の実施態様の制御フローに従ってロック状態を検出した場合、モータ回転をロックした時の回転と逆方向に回転させて自動的にロック状態を解除するための逆回転制御を実行するための制御フローを示す。

ステップ４５０で、ロック状態を検出したら、ステップ４５１でモータ２の運転を停止する。次に、ステップ４５２において、これまでの回転方向設定回路１５の情報に基づいて、ロック状態になった時のモータ回転方向に対して逆回転方向の回転を設定する。

次に、ステップ４５３においてスイッチトリガ７をオンさせて逆回転運転させる。逆回転運転させたら、ステップ４５４において逆回転運転開始タイマ（図２に図示なし）により逆回転の運転時間Ｔａｒのカウントを開始する。続いて、ステップ４５５において逆回転運転を所定時間Ｔｓｒ（所定回転量）だけ回転したか否かを判別する。この逆回転設定時間Ｔｓｒは、ドリル作業のようにロック時における電動回転工具３０と負荷との係合を解除するために必要な逆回転量を与えるための時間である。

ステップ４５５において逆回転時間Ｔａｒが所定設定時間Ｔｓｒを越えれば、ステップ４５６においてモータの逆回転を停止させ、再び、ステップ４５７において回転方向設定回路１５の情報に基づいて正回転方向に設定する。しかる後、ステップ４５８において、スイッチトリガ７をオンさせ、ステップ４５９でモータ２を正回転方向に起動させる。
以上の制御フローによれば、負荷によりモータ２がロックした場合、ロック時の回転方向に対して逆回転方向の回転を与えるので、自動的なロック解除が可能となる。

以上の実施態様の説明から明らかにされるように、本発明によれば、電動モータの負荷状態に対応する電動モータのロック電流閾値（ロック検出電流）およびロック回転数閾値（ロック検出回転数）の大きさを検出してロック状態を判別するので、電動モータの負荷状態に対応したロック状態を検出することができる。これにより、モータ部の焼損をより確実に防止することができる。

また、本発明によれば、ブラシレス直流モータのＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーに対応するロック検出電流およびロック検出回転数を設定してロック状態の検出をおこなうので、ブラシレス直流モータを動力駆動源とする電動回転工具に適用して好適となる。

さらに、本発明によれば、モータがロック状態になってから焼損しない範囲内の所定時間まで、モータをロック運転させるので、ロック状態における作業の無駄な中断を低減させることができる。

さらに、本発明によれば、上記作業の無駄な中断の低減に加え、負荷状態またはＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーに対応してロック状態を検出するので、電池パックの一充電当たりにおける作業量の効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態では、ブラシレス直流モータとして３相ブラシレス直流モータを使用した場合について説明したが、３相以外のブラシレス直流モータを使用することもできる。また、本発明は、上記実施態様で説明したドライバドリル以外に、ドリル、ドライバ、インパクトドライバ、ディスクグラインダ等の他の電動回転工具に適用することもできる。さらに、電動回転工具の電池パックの二次電池としてリチウムイオン電池を使用したが、ニカド電池、ニッケル水素電池等の他の二次電池で構成できる。特に、リチウムイオン電池を使用する場合は、電池パックの小型、軽量化が可能となり、電動回転工具の作業効率の向上と、小型、軽量化による操作性の向上とが期待できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明の実施形態に係る電動回転工具の全体構造図。 図１に示した電動回転工具のＡ−Ａ線に沿うブラシレス直流モータの断面図。 図１に示した電動回転工具の機能ブロック図。 図１に示した電動回転工具におけるスイッチトリガの押込量とＰＷＭ信号のデューティーとの関係を示す特性図。 図２に示した電動回転工具におけるブラシレス直流モータのＰＷＭ信号のデューティーとロック電流閾値およびロック回転数閾値との関係を示す特性図。 図２示した電動回転工具におけるロック検出手段の第１の実施態様に係る制御フローチャート。 図２に示した電動回転工具におけるブラシレス直流モータのロック電流閾値とロック回転数閾値との関係を示す特性図。 図２示した電動回転工具におけるロック検出手段およびモータ停止手段の第２の実施態様に係る制御フローチャート。 図２に示した電動回転工具におけるブラシレス直流モータのロック電流による発熱温度と温度上昇時間との関係示す特性図。 図２に示した電動回転工具におけるブラシレス直流モータのロック電流による発熱温度と温度上昇率との関係示す特性図。 図２に示した電動回転工具におけるブラシレス直流モータのロック電流およびロック回転数と時間との関係示す特性図。 図２示した電動回転工具におけるロック検出手段およびモータ停止手段の第３の実施態様に係る制御フローチャート。 図２に示した電動回転工具におけるブラシレス直流モータのロック電流による発熱温度と温度上昇時間との関係示す特性図。 図２に示した電動回転工具におけるブラシレス直流モータのロック電流による発熱温度と温度上昇時間との関係示す特性図。 図２示した電動回転工具におけるロック検出手段およびモータ停止手段の第４の実施態様に係る制御フローチャート。 図２に示した電動回転工具におけるブラシレス直流モータのロック電流およびＰＷＭ信号のデューティーと時間との関係示す特性図。 図２示した電動回転工具におけるロック検出手段およびモータ停止手段の第５の実施態様に係る制御フローチャート。

符号の説明

１：ハウジング １ａ：胴体ハウジング部 １ｂ：ハンドルハウジング部
２：ブラシレス直流モータ ２ａ：ロータ（マグネットロータ）
２ｂ：永久磁石 ２ｃ：ステータ（ステータヨーク） ２ｄ：ステータ巻線
２ｅ：出力回転軸 ２ｆ：絶縁層 ２ｇ：スロット ２ｈ：ティース部
３：インバータ回路部 ３ａ：半導体スイッチング素子 ４：制御回路部
５：動力伝達部 ５ａ：減速機構部 ５ｂ：トルク調整部
５ｃ：チャック（先端工具取付部） ５ｄ：モード切替およびトルク調整ダイヤル
５ｅ：スピンドル ７：スイッチトリガ ７ａ：トリガ操作部
８：電池パック（リチウムイオン二次電池） ９：正逆切替レバー
１０、１１、１２：回転位置検出素子（ホールＩＣ） １３：制御信号出力回路
１４：印加電圧設定回路 １５：回転方向設定回路 １６：回転子位置検出回路
１７：回転数検出回路 １８：電流検出回路 １９：温度上昇測定回路
１９ａ：感熱素子（サーミスタ） ２０：演算部 ２１：吸気口
２２：防塵カバー ２３：空気流通路 ２４：冷却用ファン
２５：表示灯（照明用ライト） ３０：電動回転工具
Ｈ１〜Ｈ６：ＰＷＭ駆動信号 Ｉｒ：ロック電流閾値 Ｎｒ：ロック回転数閾値
Ｔｓｔｏｐ：ロック許容時間 Ｑ１〜Ｑ６：半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
Ｕ、Ｖ、Ｗ：３相ステータ巻線

Claims (14)

1. ハウジング部と、前記ハウジング部内に装着されたモータ部と、ドリル等の先端工具を着脱自在に取付ける先端工具取付部と、前記モータ部の回転出力を前記先端工具取付部へ駆動力として伝達する動力伝達部と、前記モータ部を制御する制御回路部と、トリガ操作部を有し、該トリガ操作部の押込量に応答して前記モータ部の動作を制御するためのスイッチトリガと、前記モータ部および前記制御回路部に給電する電池パックとを具備する電動回転工具において、
   前記モータ部は、ロータおよびステータ巻線を有するブラシレス直流モータと、前記ロータを回転駆動させるために前記ステータ巻線に駆動電流を供給するための半導体スイッチング素子から成るインバータ回路部と、を具備し、
   前記制御回路部は、前記ステータ巻線の前記駆動電流が所定のロック電流閾値を超えたことを検出する電流検出手段と、前記ロータの回転数が所定のロック回転数閾値より低下したことを検出する回転数検出手段と、前記スイッチトリガ、前記電流検出手段および前記回転数検出手段の検出信号に基づいて前記インバータ回路部の前記半導体スイッチング素子を駆動する制御信号を出力する演算手段と、を具備し、
   前記制御回路部は、前記電流検出手段によって検出した前記駆動電流値が前記ロック電流閾値を超え、かつ前記回転数検出手段によって検出した前記回転数が前記ロック回転数閾値より低下したことを検出した時に、前記ブラシレス直流モータはロック状態にあると判別することを特徴とする電動回転工具。
2. 前記制御回路部は、前記ブラシレス直流モータのロック状態を判別する前記ロック電流閾値および前記ロック回転数閾値を、前記半導体スイッチング素子を駆動するＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーの大きさに対応して可変させた値に設定することを特徴とする請求項１に記載された電動回転工具。
3. 前記制御回路部は、ロック状態において前記ブラシレス直流モータを運転することが可能なロック運転可能時間を、前記ロック電流閾値の大きさに対応して所定時間設定しておき、前記ロック電流閾値を検出した時点でロック状態にあると判別し、判別した時点から前記ロック運転可能時間の間、前記ブラシレス直流モータを運転させ、前記ロック運転可能時間を経過後に前記ブラシレス直流モータの運転を停止させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電動回転工具。
4. 前記制御回路部は、前記モータ部または前記インバータ回路部の温度を測定する温度測定回路手段をさらに具備し、
   前記制御回路部は、ロック状態と判別する前記ロック電流閾値と、前記モータ部または前記インバータ回路部の温度と、に基づいて前記ロック運転可能時間を設定することを特徴とする請求項３に記載された電動回転工具。
5. 前記ロック運転可能時間は、前記温度測定回路手段で測定された、ロック時点での前記モータ部または前記インバータ回路部の温度が、ロック状態において焼損温度に上昇する温度上昇時間を推定して設定されていることを特徴とする請求項４に記載された電動回転工具。
6. 前記制御回路部は、ロック状態の判別時における前記駆動電流が前記ロック電流閾値より大きい電流値である場合、前記ロック運転可能時間内において、該駆動電流を前記ロック電流閾値より小さい所定の電流制限値に制限することを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一つに記載された電動回転工具。
7. 前記制御回路部は、前記駆動電流を前記ロック電流閾値から前記電流制限値に制限するために、前記半導体スイッチング素子の駆動信号の前記ＰＷＭデューティーを小さく制限することを特徴とする請求項６に記載された電動回転工具。
8. 前記制御回路部は、ブラシレス直流モータの回転方向を制御する回転方向設定手段をさらに具備し、
   前記制御回路部は、ブラシレス直流モータがロック状態にあると判別した場合、前記ブラシレス直流モータの運転を停止させ、前記回転方向設定手段の情報に基づいて前記ブラシレス直流モータの回転方向を逆回転方向に設定し、その後、前記ブラシレス直流モータを前記逆回転方向に所定時間、回転させ、停止させることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載された電動回転工具。
9. 前記制御回路部は、前記ブラシレス直流モータの前記逆回転方向の運転を停止させた後、前記ブラシレス直流モータの回転方向を正回転方向に再設定し、前記ブラシレス直流モータを正回転方向に起動可能に制御することを特徴とする請求項８に記載された電動回転工具。
10. 前記制御回路部は、前記スイッチトリガの前記トリガ操作部のトリガ押込量に応答して、前記インバータ回路部の前記半導体スイッチング素子を駆動する前記ＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティーを可変させるように制御することを特徴とする請求項２乃至請求項９のいずれか一つに記載された電動回転工具。
11. 前記制御回路部は、前記ブラシレス直流モータがロック状態にあることを判別した場合、前記胴体ハウジング部に装着された表示手段を点灯させることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一つに記載された電動回転工具。
12. 前記電動回転工具は、ドライバドリル、ドリル、インパクトドライバ、ドライバまたはディスクグラインダから選択された一つの工具であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一つに記載された電動回転工具。
13. 前記電池パックは二次電池によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一つに記載された電動回転工具。
14. 前記電池パックはリチウムイオン二次電池で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか一つに記載された電動回転工具。

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