JP2012071363A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング部の温度上昇を高精度で検知することのできる電動工具を提供する。
【解決手段】
本発明の電動工具においては、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部２が上下段に配された３相ブリッジ形式のモータ回路１と、モータ回路１を通じて供給される電力によって回転駆動されるブラシレスモータ１０と、スイッチング部２の温度を検出する温度検出部３とを具備し、温度検出部３の検出結果に応じてブラシレスモータ１０の駆動を制限又は停止する。そして、このモータ回路１を、回路基板の実装面上の６箇所にスイッチング部２を実装することで形成し、回路基板の実装面とは反対側の面上に、温度検出部３を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータを備えた電動工具に関する。

電動工具として、ブラシレスモータと、これに電力を供給するモータ回路とを備えたものが周知である。モータ回路は、６箇所のスイッチング部を用いて３相ブリッジ形式に構成される。

このような電動工具においては、使用中に大きな負荷がかかってモータロック状態になったときに、モータ回路を構成する特定のスイッチング部に電流が流れつづける場合がある。この場合、特定のスイッチング部の温度が高くなり、熱的損傷が起こるおそれがある。

これに対して、特許文献１では、スイッチング部を配置する回路基板の実装面上に温度検出部を隣接配置し、この温度検出部の検知結果に基づいて、モータ駆動を制限することが提案されている。

特開２０１０−６９５９８号公報

特許文献１に開示される従来の電動工具では、スイッチング部と温度検出部とが、同一実装面上の互いに距離を隔てた箇所に、配置されている。そのため、スイッチング部に対する温度検出部の温度追従性が、十分ではない。つまり、従来の電動工具では、温度検出部が検出する温度と、実際のスイッチング部の温度との間に差が生じやすいという問題がある。

本発明は前記問題点に鑑みて発明したものであって、スイッチング部の温度上昇を高精度で検知することができ、これにより、モータロック状態になったときでもスイッチング部等に熱的損傷が生じることを精度よく回避することのできる電動工具を提供することを、課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の電動工具を、下記構成を具備したものとする。

本発明の電動工具は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部が上下段に配された３相ブリッジ形式のモータ回路と、前記モータ回路を通じて供給される電力によって回転駆動されるブラシレスモータと、前記スイッチング部の温度を検出する温度検出部とを具備し、前記温度検出部の検出結果に応じて前記ブラシレスモータの駆動を制限又は停止する電動工具であって、前記モータ回路を、回路基板の実装面上の６箇所に前記スイッチング部を実装することで形成し、前記回路基板の前記実装面とは反対側の面上に、前記温度検出部を配置することを特徴とする。

また、本発明の電動工具では、前記温度検出部を、上段のＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部のそれぞれの裏側となる箇所に配置するか、或いは、下段のＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部のそれぞれの裏側となる箇所に配置することが好ましい。

また、本発明の電動工具では、前記スイッチング部を、複数のスイッチング素子で形成し、前記スイッチング部の温度を検出する前記温度検出部を、１つの温度検出素子で形成することも好ましい。

本発明は、スイッチング部の温度上昇を高精度で検知することができ、これにより、モータがロック状態になったときでもスイッチング部等に熱的損傷が生じることを精度よく回避することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１の電動工具の概略的な結線図である。 同上の電動工具が備える回路基板を示し、（ａ）は表面側、（ｂ）は裏面側を示している。 本発明の実施形態２の電動工具の概略的な結線図である。 同上の電動工具が備える回路基板を示し、（ａ）は表面側、（ｂ）は裏面側を示している。

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１、図２には、本発明の実施形態１の電動工具の構成を示している。図３、図４には、本発明の実施形態２の電動工具の構成を示している。

まず、本発明の実施形態１の電動工具について説明する。本実施形態の電動工具は、図１に概略的な結線図を示すように、充電式の電池パックからなる電池部５と、電池部５に接続されるモータ回路１とを備えている。モータ回路１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部２がそれぞれ上下段に配された３相ブリッジ形式の回路である。

つまり、モータ回路１においては、スイッチング部２として、Ｕ相の上段及び下段のスイッチング部２と、Ｖ相の上段及び下段のスイッチング部２と、Ｗ相の上段及び下段のスイッチング部２を有している。上段及び下段のスイッチング部２同士は、各相において直列接続され、この直列接続されたスイッチング部２の組同士が、さらに並列接続されている。なお、直列接続されたスイッチング部２のそれぞれの組において、電池部５の正極に接続される側が上段、負極に接続される側が下段となる。

ブラシレスモータ１０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の巻線１１によりステータを構成する。Ｕ相の巻線１１は、Ｕ相の上段及び下段のスイッチング部２の接続点に、電気接続される。同様に、Ｖ相の巻線１１は、Ｖ相の上段及び下段のスイッチング部２の接続点に電気接続され、Ｗ相の巻線１１は、Ｗ相の上段及び下段のスイッチング部２の接続点に電気接続される。

ここで、本実施形態においては、スイッチング部２を、ＦＥＴから成る１つのスイッチング素子２０で構成している。スイッチング素子２０を成すＦＥＴの各ゲートは、電動工具の制御回路６に接続される。制御回路６は、スイッチング素子２０に対して信号を出力してスイッチング動作を行わせ、これにより、電池部５から供給される直流電圧を、３相の電圧として各巻線１１に供給する。

本実施形態の電動工具においては、これらスイッチング部２の温度を検出するために、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ごとに専用の温度検出部３を配置している。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、スイッチング部２と温度検出部３は、同一の回路基板４の表側と裏側に配置している。具体的には、薄板状の回路基板４の表側にある平坦な実装面４ａ上に、６つのスイッチング部２（つまり、都合６つのスイッチング素子２０）を実装している。図２（ａ）では、左側の３つのスイッチング部２が、各相の下側のスイッチング部２であり、右側の３つのスイッチング部２が、各相の上側のスイッチング部２である。

一方、実装面４ａの反対側の平坦な面４ｂ（以下「反対面４ｂ」という。）においては、温度検出部３を３箇所に実装させている。各温度検出部３は、１つの温度検出素子３０から成る。つまり、回路基板４の反対面４ｂには、都合３つの温度検出素子３０を配置している。温度検出素子３０としては、面実装タイプのサーミスタやポジスタを用いる。

より具体的には、図２（ｂ）に示すように、下段のＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部２のそれぞれの裏側となる箇所に、温度検出部３を１つずつ配置している。図２（ｂ）では、スイッチング部２の裏側となる範囲を、点線で示している。図中において点線で囲まれる左側の３つの範囲が、各相の上側のスイッチング部２の裏側となる範囲であり、図中において点線で囲まれる右側の３つの範囲が、各相の下側のスイッチング部２の裏側となる範囲である。

それぞれの温度検出素子３０は、制御回路６が有するマイコン６０に接続される。マイコン６０には温度検出素子３０の検出結果が入力され、入力された検出結果が所定の閾値を越える場合には、モータ駆動のデューティ比を制御することでブラシレスモータ１０の駆動を制限又は停止させる。

ここで、それぞれの温度検出素子３０は、回路基板４を挟んでスイッチング部２の真裏の箇所にあるため、スイッチング部２の温度を精度よく検出することができる。したがって、使用中にブラシレスモータ１０がロック状態になったときには、これにより特定のスイッチング部２が高温になったことを高い温度追従性で検知し、適切にブラシレスモータ１０の駆動を制限又は停止させることで、スイッチング部２等の熱的損傷を精度よく回避することができる。

ところで、ブラシレスモータ１０が上述のようなロック状態となるとき、上段の３相のうち１つのスイッチング部２と、下段の３相のうち１つのスイッチング部２に電流が流れつづけ、発熱を生じる。そのため、６つ全てのスイッチング部２の裏側に温度検出素子３０を配置せずとも、本実施形態のように、下段の３相のスイッチング部２の裏側に１つずつ配置しておけば、ロックによる発熱状態を問題なく検知することができる。上段の３相のスイッチング部２の裏側に１つずつ配置することでも、ロックによる発熱状態を問題なく検知することができる。なお、全てのスイッチング部２の裏側に配置してもよいことは勿論である。

次に、本発明の実施形態２の電動工具について、説明する。なお、上述した実施形態１と同様の構成のついては詳しい説明を省略し、実施形態１とは相違する特徴的な構成についてのみ、以下に詳述する。

本実施形態の電動工具では、図３の結線図に示すように、実施形態１と比較してモータ回路１の構成が相違している。このモータ回路１では、上下段の３相のスイッチング部２のそれぞれが、一対のスイッチング素子２０を並列接続することで形成されている。

そして、回路基板４の反対面４ｂ側には、図４（ｂ）に示すように、下段のＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部２のそれぞれの裏側となる箇所に、温度検出部３を１箇所ずつ（つまり温度検出素子３０を１つずつ）配置している。

より具体的には、スイッチング部２を形成する一対のスイッチング素子２０のうち、一方のスイッチング素子２０の裏側となる範囲にのみ、温度検出素子３０を配置している。並列接続されるスイッチング素子２０は、発熱時に互いが同程度の温度となるため、それぞれに対応して温度検出素子３０を一対配置せずとも、１つの温度検出素子３０で発熱状態を検知することができる。

なお、本実施形態のように一対のスイッチング素子２０を接続する構成に限らず、３以上の複数のスイッチング素子２０を接続して各スイッチング部２を形成してもよい。その場合であっても、スイッチング部２の裏側には、温度検出素子３０を１つ配置すればよい。

上述したように、本発明の実施形態１，２の電動工具においては、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部２が上下段に配された３相ブリッジ形式のモータ回路１と、モータ回路１を通じて供給される電力によって回転駆動されるブラシレスモータ１０と、スイッチング部２の温度を検出する温度検出部３とを具備し、温度検出部３の検出結果に応じてブラシレスモータ１０の駆動を制限又は停止する。そして、このモータ回路１を、回路基板４の実装面４ａ上の６箇所にスイッチング部２を実装することで形成し、回路基板４の実装面４ａとは反対側の面４ｂ上に、温度検出部３を配置している。

これにより、温度検出部３を、スイッチング部２の真裏に配置することが可能となる。この配置によれば、スイッチング部２と温度検出部３との距離を回路基板４の厚み分に設定することができ、高い温度追従性が実現される。したがって、電動工具を使用中にブラシレスモータ１０がロック状態になったときには、特定のスイッチング部２が高温になったことを高精度で検出し、適切にブラシレスモータ１０の駆動を制限又は停止することができる。

また、実施形態１，２の電動工具では、温度検出部３を、下段のＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部２のそれぞれの裏側となる箇所に配置している。或いは、上段のＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部２のそれぞれの裏側となる箇所に配置してもよい。

これにより、温度検出部３を３箇所に配置するだけのシンプル且つ低コストな構成で、モータロックによる発熱状態を高精度で検知することができる。

また、実施形態２の電動工具では、スイッチング部２を、複数（ここでは一対）のスイッチング素子２０で形成し、スイッチング部２の温度を検出する温度検出部３を、１つの温度検出素子３０で形成している。

これにより、それぞれのスイッチング部２が複数のスイッチング素子２０を有する場合であっても、各スイッチング部２に対応する温度検出部３としては温度検出素子３０を１つ配するだけでよい。このようなシンプル且つ低コストな構成でも、モータロックによる発熱状態を高精度で検知することができる。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記各例の実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、各例において適宜の設計変更等を行うことが可能である。

１ モータ回路
２ スイッチング部
３ 温度検出部
４ 回路基板
４ａ 実装面
４ｂ 反対面
１０ ブラシレスモータ
２０ スイッチング素子
３０ 温度検出素子

Claims (3)

1. Ｕ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部が上下段に配された３相ブリッジ形式のモータ回路と、前記モータ回路を通じて供給される電力によって回転駆動されるブラシレスモータと、前記スイッチング部の温度を検出する温度検出部とを具備し、前記温度検出部の検出結果に応じて前記ブラシレスモータの駆動を制限又は停止する電動工具であって、前記モータ回路を、回路基板の実装面上の６箇所に前記スイッチング部を実装することで形成し、前記回路基板の前記実装面とは反対側の面上に、前記温度検出部を配置することを特徴とする電動工具。
2. 前記温度検出部を、上段のＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部のそれぞれの裏側となる箇所に配置するか、或いは、下段のＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング部のそれぞれの裏側となる箇所に配置することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記スイッチング部を、複数のスイッチング素子で形成し、前記スイッチング部の温度を検出する前記温度検出部を、１つの温度検出素子で形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。

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