JP2015145032A

JP2015145032A - 電動工具

Info

Publication number: JP2015145032A
Application number: JP2014017784A
Authority: JP
Inventors: 元治武藤; Motoharu Muto; 英澄岡村; Hidesumi Okamura; 敦竹山; Atsushi Takeyama
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-08-13

Abstract

【課題】無負荷状態になった際のオーバーシュートの発生を抑えることができる電動工具を提供する。【解決手段】モータ１０と並列に接続される放電負荷部６１と、モータ１０と並列且つ放電負荷部６１と直列に接続される放電負荷スイッチング部６２と、放電負荷スイッチング部６２のオン・オフを切り替え制御するマイコンＭＣを有する。マイコンＭＣはモータ１０が駆動する際に放電負荷スイッチング部６２をオフし、前記モータが停止する際に前記放電負荷スイッチング部６２をオンする。【選択図】図１

Description

本発明は、電動工具に関するものである。

従来、電動工具は、昇圧回路を用いて、電源からの供給電力（電圧）を調整しているものが知られている。例えば、特許文献１の電動工具は、定格電圧の異なる電池パックを使用した場合でも、昇圧又は降圧回路により昇圧又は降圧を行って電動工具への供給電力を調整している。

特開２０１２−３５３４９号公報

ところで、上記のような電動工具では、高負荷な作業を行う際に、負荷（例えばモータ）に対して数十Ａ必要となり、電源回路からは同等の電流がモータに供給される。
また、作業中に例えばトリガを離すことでモータを急停止させた場合、電源回路の制御遅れのために、数十Ａを出力し続けようとする。しかしながら、このとき、モータ等は駆動されることがなく無負荷状態となるため、出力電圧がオーバーシュートすることとなり、モータ等を制御する電子部品が破損する虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、無負荷状態になった際のオーバーシュートの発生を抑えることができる電動工具を提供することにある。

上記課題を解決するために、電動工具は、電池パックから供給される電圧を昇圧して負荷に出力する昇圧電源部と、前記負荷と並列に接続される放電負荷部と、前記負荷と並列且つ前記放電負荷部と直列に接続される放電負荷スイッチング部と、前記負荷が駆動する際に前記放電負荷スイッチング部をオフし、前記負荷が停止する際に前記放電負荷スイッチング部をオンする制御部と、有することを特徴とする。

また上記構成において、前記制御部は、前記負荷を停止させる際に、前記放電負荷スイッチング部をオンした後、所定時間後に前記放電負荷スイッチング部をオフすることが好ましい。

本発明の電動工具によれば、無負荷状態になった際のオーバーシュートの発生を抑えることができる。

実施形態における電動工具の概略構成を示す回路図である。（ａ）〜（ｄ）は、モータの動作フローを説明するためのタイミングチャートである。別例におけるモータ停止の際の放電負荷スイッチング部の動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下、電動工具の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電動工具は、電動工具本体１と、電動工具本体１に対して着脱可能な電池パック２を有する。

電動工具本体１は、電池パック２から印加される電圧を昇圧する昇圧電源部３と、昇圧電源部３から電力（電圧）が供給されるモータ１０とを備えている。
モータ１０は、直流モータであって、昇圧電源部３に対して直列接続されるスイッチング素子５０（ＦＥＴ）が昇圧電源部３から供給される電力の入／切を制御するＰＷＭ制御により回転が調整される。

電池パック２は、１又は複数の電池セル（例えば、リチウムイオン電池）にて構成された二次電池を備えている。電池パック２は、電動工具本体１に電気的に接続される第１及び第２の電源端子２１，２２を備えている。本実施形態では、第１の電源端子２１は正極端子であり、第２の電源端子２２は負極端子である。

電動工具本体１は、電池パック２を電気的に接続させるための第１及び第２の入力端子３１，３２を備えている。本実施形態では、第１の入力端子３１は正極端子であり、第２の入力端子３２は負極端子である。つまり、電動工具本体１は、第１の入力端子３１に電池パック２の第１の電源端子２１が接続され、第２の入力端子３２に電池パック２の第２の電源端子２２が接続される。

昇圧電源部３は、電池パック２から印加される電源電圧Ｖｂをモータ１０の駆動に必要な出力電圧Ｖｓに昇圧し、昇圧した出力電圧Ｖｓをモータ１０に供給するものである。
昇圧電源部３は、第１の入力端子３１に接続されるコイル４１及び第２の入力端子３２に接続されるコンデンサ４４から構成される直列回路を備えている。また、昇圧電源部３は、コンデンサ４４からコイル４１への電流の逆流を防止するため、コイル４１とコンデンサ４４との間にダイオード４２を備えている。

さらに、昇圧電源部３は、ダイオード４２及びコンデンサ４４から構成される直列回路に並列するスイッチング素子４３（ＦＥＴ）と、スイッチング素子４３のゲート端子に電気的に接続される昇圧制御ＩＣ４５とを備えている。コンデンサ４４の両端子間には、モータ１０が電気的に接続される。つまり、昇圧電源部３は、コンデンサ４４の両端子間から出力電圧Ｖｓをモータ１０に供給する。

昇圧制御ＩＣ４５は、例えばモータ１０へ出力する出力電圧Ｖｓを測定し、検出した検出値に応じて前記出力電圧Ｖｓが設定電圧になるようにスイッチング素子４３をＰＷＭ制御（オンオフ制御）している。

図１に示すように、モータ１０と接続されるスイッチング素子５０は、ゲート端子に駆動回路５１が電気的に接続され、駆動回路５１からの信号が入力可能となっている。この駆動回路５１は、マイコン（マイクロコンピュータ）ＭＣからの制御信号に基づいて前記ゲート端子のハイ又はローの信号が入力するものである。マイコンＭＣは、使用者により操作が可能なトリガＴの引き込み量に応じて前記スイッチング素子５０をＰＷＭ制御するべく、前記駆動回路５１に制御信号を出力する。

また、本実施形態の電動工具本体１は、前記昇圧電源部３よりも出力側（負荷側）にモータ１０と並列接続される放電負荷部６１と、モータ１０と並列接続されるとともに前記放電負荷部６１と直列接続される放電負荷スイッチング部６２とを備える。放電負荷部６１は、例えば抵抗で構成される。また、放電負荷スイッチング部６２は例えばトランジスタで構成され、マイコンＭによってオン・オフ動作が切り替えられるようになっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態の電動工具では、使用者によりトリガＴが引き込まれることで、マイコンＭＣに対して前記トリガＴの引き込み量に応じた操作信号が入力される。そして、マイコンＭＣはトリガＴの引き込み量に応じた操作信号に基づき駆動回路５１に対して制御信号を出力する。駆動回路５１は、前記マイコンＭＣの制御信号が入力されると、制御信号に基づき前記スイッチング素子５０のゲート端子にハイ又はローの信号を出力し、スイッチング素子５０がＰＷＭ制御される。これにより、負荷としてのモータ１０の駆動が制御される。

ここで、図１及び図２を用いてモータ１０（負荷）の動作フローを説明する。
図２（ａ）に示すように、例えば、あるタイミングＴ１において使用者によりトリガＴが引き込まれると、図２（ｃ）に示すようにマイコンＭＣはトリガＴの引き込み量に応じたデューティ比となるように駆動回路５１を介してスイッチング素子５０を制御する。このとき、マイコンＭＣは、図２（ｄ）に示すように放電負荷スイッチング部６２をオフ状態とする。これによって、放電負荷部６１による余分な電力消費や放電負荷部６１の発熱が抑えられている。

そして、例えばあるタイミングＴ２において使用者によるトリガＴの引き込み量が最大となったとき、図２（ｃ）に示すようにマイコンＭＣはデューティ比が１００％となるように前記駆動回路５１を介して前記スイッチング素子５０を制御する。

また、あるタイミングＴ３において使用者によってトリガＴが引き込まれた状態からトリガＴを離すことで、マイコンＭＣに対してトリガＴが引き込まれていない旨の制御信号が入力される。そして、マイコンＭＣは、トリガＴが引き込まれていない旨の制御信号が入力されると、図２（ｃ）に示すようにデューティ比を０％としてモータ１０を停止させ、図２（ｄ）に示すように前記放電負荷スイッチング部６２をオン状態とする。

このとき、例えばタイミングＴ３において、デューティ比を例えば１００％から０％に低下させても、昇圧電源部３はフィードバック制御の遅れによって、モータ１０などの負荷側に対して高い電流を供給しようとする。しかしながら、モータ１０等は駆動されることがなく無負荷状態となるため、出力電圧Ｖｓが図２（ｂ）においてＶｋで示すように高くなり、オーバーシュートする。そこで、前述したように、モータ１０が停止されても、放電負荷スイッチング部６２がオン状態とされて放電負荷部６１によって電力が消費されるため、昇圧電源部３の出力電圧Ｖｓがオーバーシュートすることを抑えることができる。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）モータ１０と並列に接続される放電負荷部６１と、モータ１０と並列且つ放電負荷部６１と直列に接続される放電負荷スイッチング部６２と、放電負荷スイッチング部６２のオン・オフを切り替え制御するマイコンＭＣを有する。マイコンＭＣは、モータ１０を停止させる際に放電負荷スイッチング部６２をオンするため、前記昇圧電源部３のフィードバック制御の遅れが生じても放電負荷部６１にて電力消費が行われるため、出力電圧Ｖｓがオーバーシュートすることが抑えられる。

（２）マイコンＭＣは、モータ１０が駆動させる際に放電負荷スイッチング部６２をオフするため、モータ１０が駆動している間、放電負荷部６１による余計な電力消費を抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では特に言及していないが、例えば、図３に示すように、モータ１０の停止指示とともに放電負荷スイッチング部６２をオンした状態を所定時間ｔ１維持した後、放電負荷スイッチング部６２をオフする構成を採用してもよい。

このような構成とすることで、前記所定時間ｔ１の間のみ、放電負荷部６１に通電され、それ以後は放電負荷部６１への通電を抑制することができる。このため、電池パック２の消費電流を抑えて無駄な電力消費を抑えることができる。

・モータ１０の停止指示を受けることなく、例えばモータの回転数を検出し、モータ１０の回転数がモータ１０の停止動作と見なせる回転数以下となったら放電負荷スイッチング部６２をオフするような構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、放電負荷スイッチング部６２のオンするタイミングをスイッチング素子５０のオフするタイミングと同時としたが、例えば放電負荷スイッチング部６２をオンしてからスイッチング素子５０をオフしてもよい。スイッチング素子５０をオフしてから実際に停止動作するまでに遅れがある場合などには、スイッチング素子５０をオフしてから放電負荷スイッチング部６２をオンしてもよい。

・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

２…電池パック、３…昇圧電源部、１０…モータ（負荷）、６１…放電負荷部、６２…放電負荷スイッチング部、ＭＣ…マイコン（制御部）。

Claims

電池パックから供給される電圧を昇圧して負荷に出力する昇圧電源部と、
前記負荷と並列に接続される放電負荷部と、
前記負荷と並列且つ前記放電負荷部と直列に接続される放電負荷スイッチング部と、
前記負荷が駆動する際に前記放電負荷スイッチング部をオフし、前記負荷が停止する際に前記放電負荷スイッチング部をオンする制御部と、
を有することを特徴とする電動工具。
請求項１に記載の電動工具において、
前記制御部は、前記負荷を停止させる際に、前記放電負荷スイッチング部をオンした後、所定時間後に前記放電負荷スイッチング部をオフすることを特徴とする電動工具。