JP2017070103A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】相補ＰＷＭにてモータを駆動する制御装置において、モータ駆動時に回生電流が流れて電源電圧が上昇するのを抑制する。【解決手段】制御装置は、操作部２２と、ブリッジ回路３２と、制御部３６とを備え、制御部は、操作部２２から駆動指令が入力されると、モータ１０の回転位置に応じて、ブリッジ回路内でモータの通電経路を形成するハイサイド及びローサイドのスイッチング素子を選択する。制御部は、選択した２つのスイッチング素子の一方をオン状態にし、他方をＰＷＭ信号にて駆動する相補無しＰＷＭと、相補無しＰＷＭと同様の制御に加えて、ＰＷＭ信号にて駆動されるスイッチング素子と同じモータ端子に接続されたスイッチング素子を、逆相のＰＷＭ信号にて駆動する相補ＰＷＭとを、選択的に実行可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、モータへの通電経路を形成するブリッジ回路内のスイッチング素子をＰＷＭ（pulse width modulation ）制御するモータの制御装置に関する。

この種の制御装置は、モータの複数の端子と直流電源の正極側及び負極側との間にそれぞれ接続される複数のスイッチング素子（複数のハイサイドスイッチ及び複数のローサイドスイッチ）を有するブリッジ回路を備える。

そして、モータの駆動時には、モータの回転位置に応じて、通電経路の形成に用いるハイサイドスイッチとローサイドスイッチを選択し、一方をオン状態とし、他方を所定デューティ比のＰＷＭ信号にてオン・オフさせて、モータに流れる電流をＰＷＭ制御する。

また、ＰＷＭ制御としては、直流電源からモータへの通電経路上のスイッチング素子をＰＷＭ信号にてオン・オフさせるだけでなく、そのスイッチング素子と同じモータ端子に接続されたスイッチング素子を逆方向にオン・オフさせる制御方式も知られている（例えば、特許文献１参照）。

この制御方式は、相補ＰＷＭと呼ばれ、ＰＷＭ信号にて一つのスイッチング素子をオン・オフさせる相補無しＰＷＭに比べて、ブリッジ回路の温度上昇を抑えることができる。
つまり、ブリッジ回路内のスイッチング素子には、他のスイッチング素子によりモータへの通電経路が遮断されたときに、モータ巻線に蓄積されたエネルギにより、直流電源の負極側から正極側に向けて電流を流すためのダイオードが並列接続されている。

このため、相補無しＰＷＭでは、ＰＷＭ信号にてオン・オフされるスイッチング素子がオフ状態になったときには、モータ巻線に電流が流れ続けるように、そのスイッチング素子と同じモータ端子に接続されたスイッチング素子のダイオードに電流が流れる。

このようにダイオードに電流が流れた場合、内部抵抗にてダイオードが発熱し、ダイオードが設けられたスイッチング素子（延いてはブリッジ回路）が温度上昇する。
これに対し、相補ＰＷＭでは、直流電源からモータへの通電経路上のスイッチング素子が、ＰＷＭ信号にてオフ状態となると、そのスイッチング素子と同一のモータ端子に接続されたスイッチング素子がオン状態となって、電流が流れるようになる。

この結果、相補ＰＷＭによれば、モータ駆動時にダイオードに流れる電流を抑え、ダイオードの発熱により生じるスイッチング素子（延いてはブリッジ回路）の温度上昇を抑えることができる。

特開２００９−２６１２２３号公報

ところで、相補ＰＷＭでは、モータへの通電経路上のスイッチング素子がＰＷＭ信号にてオフ状態になったときには、このスイッチング素子と同じモータ端子に接続されたスイッチング素子と、通電経路上のもう一方のスイッチング素子とがオン状態になる。

この状態では、オン状態となっている２つのスイッチング素子（２つのハイサイドスイッチ又は２つのローサイドスイッチ）とモータ巻線とで閉ループが形成され、その閉ループ内で電流が還流する。

そして、この閉ループでは、電流は、モータを駆動する正方向だけでなく、モータを制動する逆方向にも流れることができる。
従って、モータの駆動開始時にモータが回転している場合、ＰＷＭ信号のデューティ比がモータの回転速度に見合ったデューティ比よりも小さいと、上記閉ループには、駆動電流の還流が終わってから、モータの回転により発生する誘起電圧にて逆向きの電流が流れる。

この逆向きの電流は、モータに制動力を発生させるブレーキ電流であり、ブレーキ電流が流れているときにＰＷＭ信号のオン・オフが切り替わると、上記閉ループで電流が還流できずに、電源への回生電流が流れ、電源電圧が上昇する。

本発明の一局面では、相補ＰＷＭにてモータを駆動する制御装置において、モータ駆動時に回生電流が流れて電源電圧が上昇するのを抑制することを目的とする。

本発明のモータの制御装置は、モータの駆動指令を入力するための操作部と、モータへの通電経路を切り替える複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路と、制御部とを備える。

制御部は、操作部から駆動指令が入力されると、モータの回転位置に応じて、ブリッジ回路内で直流電源の正極側から負極側に至るモータの通電経路を形成する正負一対のスイッチング素子を選択する。そして、その選択した一方のスイッチング素子をオン状態にし、他方のスイッチング素子をＰＷＭ信号にてオン・オフさせる。

この結果、モータに流れる電流（延いてはモータの回転状態）が、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて制御（ＰＷＭ制御）されることになる。
また、制御部は、ＰＷＭ制御として、相補無しＰＷＭ及び相補ＰＷＭの何れかを選択して実行する。

つまり、制御部は、相補無しＰＷＭでは、モータの通電経路を形成するスイッチング素子として選択された正負一対のスイッチング素子の内、他方のスイッチング素子だけをＰＷＭ信号にてオン・オフさせる。

また、相補ＰＷＭでは、その他方のスイッチング素子をＰＷＭ信号にてオン・オフさせるだけでなく、他方のスイッチング素子と同じモータ端子に接続されたスイッチング素子を、他方のスイッチング素子とはオン・オフ状態が反転するようにオン・オフさせる。

このように、本発明のモータの制御装置によれば、制御部が、モータのＰＷＭ制御として、相補ＰＷＭと相補無しＰＷＭとの何れかを選択的に実行できる。
このため、例えば、上述したように相補ＰＷＭで回生電流が流れる条件下では、相補無しＰＷＭを選択するように構成することで、回生電流を低減し、電源電圧の上昇を抑制することができる。

ここで、制御部によるモータ制御の切り替え（つまり、相補無しＰＷＭと相補ＰＷＭとの切り替え）は、モータの状態に応じて行うようにしてもよい。
また、制御部は、操作部が操作されたときに、モータの状態に基づいてモータの制御を切り替えるように構成されていてもよい。

より具体的には、例えば、制御部は、操作部が操作されたときに、モータが回転していれば、相補無しＰＷＭを選択するようにされていてもよい。
このようにすれば、モータが回転している状態で、操作部から駆動指令が入力されて、モータの駆動を開始するときに、モータが相補ＰＷＭにて駆動されるのを抑制できる。

従って、モータが回転しているときに、その回転速度に見合ったデューティ比よりも小さいデューティ比のＰＷＭ信号にて相補ＰＷＭが実行されて、回生電流が流れ、電源電圧が上昇するのを抑制できる。

なお、制御部は、操作部が操作されたときに、モータが回転していなければ、相補ＰＷＭを選択するように構成されていてもよい。
次に、制御部は、相補無しＰＷＭにてモータを制御しているときに、相補ＰＷＭへの切り替え条件が成立すると、モータの制御を相補ＰＷＭに切り替えるように構成されていてもよい。

このようにすれば、切り替え条件の設定により、相補ＰＷＭによって回生電流が発生するという問題を防止しつつ、相補ＰＷＭを実行させることができるようになり、相補ＰＷＭにより得られる効果を発揮することができる。

つまり、相補ＰＷＭを実行することにより、ブリッジ回路内でスイッチング素子に並列接続されるダイオードが発熱し、スイッチング素子、延いてはブリッジ回路が温度上昇するのを抑えることができる。

ところで、このように切り替え条件を設定する場合、制御部は、モータの駆動時間が設定時間よりも長くなると、切り替え条件が成立したとして、モータの制御を相補ＰＷＭに切り替えるように構成されていてもよい。

また、制御部は、操作部から駆動指令が入力されてからの経過時間が設定時間よりも長くなると、切り替え条件が成立したとして、モータの制御を相補ＰＷＭに切り替えるように構成されていてもよい。

つまり、モータの駆動時間や駆動指令入力の経過時間が長くなれば、その間の相補無しＰＷＭによって、モータの回転速度はＰＷＭ信号のデューティ比に対応した回転速度に制御されており、相補ＰＷＭに切り替えても回生電流は発生しないと考えられる。

このため、相補ＰＷＭへの切り替え条件を、モータの駆動時間や駆動指令入力の経過時間にて設定するようにすれば、相補ＰＷＭへの切り替え後に回生電流が流れるのを抑制し、電源電圧が上昇するのを抑制できる。

次に、制御部は、モータに流れる電流に基づき、ＰＷＭ制御の切り替え条件が成立したか否かを判断するよう構成されていてもよい。
より具体的には、例えば、制御部は、モータに流れる電流が予め設定された閾値電流以上になると、切り替え条件が成立したと判断して、モータの制御を相補ＰＷＭに切り替えるように構成されていてもよい。

つまり、モータの駆動時に、モータに流れる電流が閾値以上になれば、モータの回転速度は駆動指令に対応した回転速度まで上昇して、モータは、ＰＷＭ信号のデューティ比に
対応した回転速度で駆動されていると考えられる。

このため、相補ＰＷＭへの切り替え条件を、モータに流れる電流に基づき設定するようにしても、相補ＰＷＭへの切り替え後に回生電流が流れるのを抑制し、電源電圧が上昇するのを抑制できる。

また、制御部は、モータの回転速度に基づき、切り替え条件が成立したか否かを判断するよう構成されていてもよい。例えば、制御部は、モータの回転速度が、モータの駆動開始時の回転速度よりも高くなると、切り替え条件が成立したと判断して、モータの制御を相補ＰＷＭに切り替えるように構成されていてもよい。

つまり、モータの駆動開始後、モータの回転速度が、駆動開始時の回転速度よりも高くなれば、モータは、ＰＷＭ信号のデューティ比に対応した回転速度で駆動されていると考えられる。

このため、相補ＰＷＭへの切り替え条件を、モータの回転速度に基づき設定するようにしても、相補ＰＷＭへの切り替え後に回生電流が流れるのを抑制し、電源電圧が上昇するのを抑制できる。

一方、操作部が、モータの駆動指令として、モータの回転速度を指令する速度指令を入力可能に構成されている場合には、制御部は、その操作部からの速度指令に基づいて、モータの制御を相補無しＰＷＭ又は相補ＰＷＭに切り替えるようにしてもよい。

この場合、制御部は、操作部からの速度指令がモータの回転を停止若しくは減速させる指令であるときに、モータの制御を、相補ＰＷＭから相補無しＰＷＭに切り替えるようにしてもよい。

つまり、操作部からの指令がモータの回転を停止若しくは減速させる指令であるときには、モータは減速運転（ブレーキ制御）される。
そして、この減速運転時に、モータの制御を相補無しＰＷＭに切り替えるようにすれば、その後、操作部からモータの回転を加速（上昇）させる指令が入力されたときに、モータの駆動を相補無しＰＷＭで再開することができる。

このため、モータの減速運転時にモータの駆動を再開する場合に、モータの回転速度に見合ったデューティ比よりも小さいデューティ比のＰＷＭ信号にて相補ＰＷＭが実行されて、回生電流が流れ、電源電圧が上昇するのを抑制できる。

また次に、制御部は、モータの制御を、相補無しＰＷＭ又は相補ＰＷＭに切り替えるときには、他方のスイッチング素子のオン・オフ時間の比率が変化することのないよう、ＰＷＭ信号のデューティ比を補正するよう構成されていてもよい。

このようにすれば、相補無しＰＷＭから相補ＰＷＭ、若しくは、その逆方向へのＰＷＭ制御の制御方式を切り替えたときに、他方のスイッチング素子のオン・オフ時間の比率（デューティ比）が変化して、モータに流れる電流が変動するのを抑制できる。

つまり、相補ＰＷＭでは、ＰＷＭ制御によってオン・オフされる２つのスイッチング素子（ハイサイドスイッチとローサイドスイッチ）が同時にオン状態となることのないように、各スイッチング素子のＰＷＭ信号にデッドタイムが設定される。

このため、本発明のように、モータの制御を、相補無しＰＷＭと相補ＰＷＭとで切り替
えるようにした場合、場合によっては、その制御の切り替えによって他方のスイッチング素子のオン・オフ時間の比率（デューティ比）が変化することも考えられる。

これに対し、上記のようにＰＷＭ信号のデューティ比を補正するようにすれば、モータの制御の切り替え時に、他方のスイッチング素子のオン・オフ時間の比率（デューティ比）が変化するのを抑制し、モータに流れる電流が変動するのを抑制できる。

実施形態の電動工具１の概略構成を表す説明図である。 電動工具に設けられたモータ駆動回路の構成を表すブロック図である。 制御回路にてモータ制御のために実行される制御処理を表すフローチャートである。 図３に示すモータ制御処理の詳細を表すフローチャートである。 制御回路にて実行される相補ＰＷＭ許可設定処理を表すフローチャートである。 ＰＷＭ制御の切り替え動作及び電源電圧・電流の変化を表すタイムチャートである。 ＰＷＭ制御の切り替えタイミングでの駆動信号の変化を表すタイムチャートである。 相補ＰＷＭにてモータを駆動する従来装置での電源電圧・電流の変化を表すタイムチャートである。 相補ＰＷＭ許可設定処理の変形例１を表すフローチャートである。 相補ＰＷＭ許可設定処理の変形例２を表すフローチャートである。 相補ＰＷＭ許可設定処理の変形例３を表すフローチャートである。

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動工具１は、木材や金属などの被加工材を切断するのに利用されるレシプロソーであり、工具本体２と、バッテリパック３とを備えている。工具本体２の端部は、バッテリパック３を着脱可能に構成されている。図１は、工具本体２にバッテリパック３が装着された状態を示している。

工具本体２は、把持部４と、ブレードフォルダ５と、ブレード６と、トリガ７と、ロックオフボタン８と、モータ１０と、伝達機構１２と、モータ駆動回路２０とを備えている。このうちモータ１０、伝達機構１２、およびモータ駆動回路２０は、工具本体２の筐体内部に収容されている。

把持部４は、電動工具１を使用する使用者がその使用の際に手で握り持つ部分である。ブレード６は、被加工材を切断するための長尺細板状の金属部材であり、長手方向一端側が、工具本体２の筐体から突出されたブレードフォルダ５に着脱自在に固定されている。

ブレード６には、長手方向に沿った一辺に鋸刃が形成されており、ブレードフォルダ５がモータ１０の回転力によってブレード６の長手方向に往復移動することで、ブレード６により被加工材を切断することができる。

トリガ７は、ブレード６の往復駆動（換言すればモータ１０の駆動）を指令するために使用者により操作される操作部である。使用者がトリガ７を引き操作すると、工具本体２の筐体内部のトリガスイッチ２２（図２参照）がオン状態となり、モータ１０が回転してブレード６が作動（往復駆動）する。

ロックオフボタン８は、トリガ７の引き操作を許可又は禁止するためのボタンである。
ロックオフボタン８をロック側の状態にするとトリガ７を引き操作できなくなり、ロックオフボタン８を非ロック側の状態にするとトリガ７を引き操作できるようになる。

モータ１０は、バッテリパック３からの電力により回転する。モータ１０の回転力は、伝達機構１２及びブレードフォルダ５を介してブレード６に伝達される。伝達機構１２は、モータ１０の回転運動を直線運動に変換して、ブレードフォルダ５（延いてはブレード６）に伝達する。

ブレード６の駆動速度とモータ１０の回転速度とは略線形関係にあり、モータ１０の回転速度が高いほどブレード６の駆動速度も高くなる。
モータ駆動回路２０は、バッテリパック３内のバッテリ３０から電力供給を受けて、モータ１０（本実施形態では３相ブラシレスモータ）を駆動制御するためのものである。

図２に示すように、モータ駆動回路２０は、ブリッジ回路３２、ゲート回路３４、制御回路３６、及び、レギュレータ４０を備える。
ブリッジ回路３２は、バッテリ３０から電力供給を受けて、モータ１０の各相巻線に電流を流すためのものであり、本実施形態では、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６からなる３相フルブリッジ回路として構成されている。

ブリッジ回路３２において、３つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、モータ１０の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗと、バッテリ３０の正極側に接続された電源ライン（正極側電源ライン）との間に、いわゆるハイサイドスイッチとして設けられている。

また、他の３つのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６は、モータ１０の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗと、バッテリ３０の負極側に接続されたグラウンドライン（負極側電源ライン）との間に、いわゆるローサイドスイッチとして設けられている。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、本実施形態では、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴにて構成されている。このため、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を構成するＦＥＴのドレイン−ソース間には、ソースからドレインに向けて順方向となるダイオードＤ１〜Ｄ６（所謂、寄生ダイオード）が並列に接続されることになる。

従って、これら各ダイオードＤ１〜Ｄ６は、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がオフ状態であるとき、バッテリ３０の正極側から負極側に至る正方向とは逆方向に電流を流すことができる。

ゲート回路３４は、制御回路３６から出力された制御信号に従い、ブリッジ回路３２内の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフさせることで、モータ１０の各相巻線に電流を流し、モータ１０を回転させるものである。

制御回路３６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心とするＭＣＵ（Micro Control Unit）にて構成されており、ゲート回路３４を介してモータ１０の駆動及び制動を制御する。
制御回路３６には、制御対象となるモータ１０やモータ駆動回路２０の状態（異常等）を記憶するための不揮発性のメモリ３８が設けられている。

また、制御回路３６には、トリガスイッチ（以下、スイッチをＳＷと記載する）２２、バッテリ電圧検出部２４、電流検出回路２６、及び、ロータ位置検出回路２８が接続されている。

トリガＳＷ２２は、トリガ７が操作されているときにオン状態となり、トリガ７の操作
量（引き量）に応じて抵抗値が変化するように構成されている。
また、バッテリ電圧検出部２４は、バッテリパック３からモータ駆動回路２０に入力されるバッテリ電圧を検出するためのものである。

電流検出回路２６は、ブリッジ回路３２からグラウンドラインに至るモータ１０への通電経路上に設けられて、モータ１０に流れる電流を検出するためのものである。
また、ロータ位置検出回路２８は、モータ１０に設けられた回転センサ２９からの検出信号を波形整形することで、モータ１０の回転位置（換言すれば回転角度）を検出するためのものである。

つまり、回転センサ２９は、モータ１０のロータの周囲に配置された３つのホールセンサを備える。そして、この３つのホールセンサからは、ロータが電気角１８０度回転する度に増減方向が反転する、モータ１０のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応したホール信号が出力される。

ロータ位置検出回路２８は、これら各相Ｕ、Ｖ、Ｗのホール信号を波形整形することで、ロータの電気角１８０度毎に正負が反転するパルス状のホール信号（図６参照）を生成し、各ホール信号のエッジから電気角６０度間隔でモータ１０（詳しくはロータ）の回転位置を検出する。

なお、ロータ位置検出回路２８から制御回路３６には、波形整形後の各相Ｕ、Ｖ、Ｗのホール信号が入力され、制御回路３６は各ホール信号の信号レベルからモータ１０の回転位置を検知する。

レギュレータ４０は、バッテリ３０から電源供給を受けて、モータ駆動回路２０内の各部の動作用電源電圧（直流定電圧）を生成する。制御回路３６をはじめ、モータ駆動回路２０内の各部は、レギュレータ４０からの動作用電源電圧を電源として動作する。

次に、制御回路３６にて、モータ１０の駆動及び制動を制御するために実行される制御処理について説明する。
なお、本実施形態において、モータ駆動回路２０は、本発明のモータの制御装置に相当し、制御回路３６は、本発明の制御部として機能する。

図３に示すように、制御回路３６は、所定の制御周期（タイムベース）でＳ１２０〜Ｓ１４０（Ｓはステップを表す）の一連の処理を繰り返し実行する。
すなわち、制御回路３６は、Ｓ１１０にて、タイムベースが経過したか否かを判断することにより、所定の制御周期が経過するのを待ち、Ｓ１１０にてタイムベースが経過したと判断すると、Ｓ１２０に移行する。

Ｓ１２０では、トリガＳＷ２２のオン・オフ状態を確認することで、使用者によるトリガＳＷ２２の操作を検出する、スイッチ操作検出処理を実行し、Ｓ１３０に移行する。
Ｓ１３０では、トリガＳＷ２２がオン状態であるときに入力されるトリガ７の操作量を表す信号や、バッテリ電圧検出部２４及び電流検出回路２６からの検出信号を、Ａ／Ｄ変換して取り込むＡ／Ｄ変換処理を実行する。

そして、続くＳ１４０では、Ｓ１２０、Ｓ１３０にて読み込んだトリガＳＷ２２のオン・オフ状態、トリガ７の操作量、バッテリ電圧、電流、等に基づきモータ１０の駆動及び制動を制御するモータ制御処理を実行し、Ｓ１１０に移行する。

図４に示すように、このモータ制御処理では、Ｓ２１０にて、トリガＳＷ２２がオン状
態か否かを判断し、トリガＳＷ２２がオン状態でなければ、外部（使用者）からモータ１０の駆動指令は入力されていないので、Ｓ２３０に移行する。

また、Ｓ２１０にて、トリガＳＷ２２がオン状態であると判断されると、Ｓ２２０に移行して、上述したバッテリ電圧、電流に基づき、モータ１０を駆動可能であるか否かを判断する。そして、モータ１０を駆動可能であれば、Ｓ２５０に移行し、モータを駆動可能でなければ、Ｓ２３０に移行する。

Ｓ２３０では、上述したホール信号の変化から、現在、モータ１０が回転しているか否かを判断して、モータ１０が回転している場合に、モータ１０の回転が停止するまで、モータ１０にブレーキ電流を流して制動力を発生させる、モータ駆動停止処理を実行する。そして、続くＳ２４０では、後述の相補ＰＷＭ許可フラグをクリアし、当該モータ制御処理を終了する。

なお、モータ駆動停止処理では、例えば、トリガＳＷ２２がオフ状態となると、２相短絡ブレーキによるソフトブレーキを実施する。そして、その後所定時間が経過するか、或いはモータ１０が所定回転状態まで減速されると、ソフトブレーキから３相短絡ブレーキへとブレーキ制御を切り替え、モータ１０を停止させる。

また、相補ＰＷＭ許可フラグは、モータ１０を駆動するに当たって、相補ＰＷＭでのＰＷＭ制御を許可するか否かを表すフラグである。
そして、Ｓ２５０では、モータ１０の状態に基づき、相補ＰＷＭの実行を許可するか否かを判定し、相補ＰＷＭの実行を許可する場合に、相補ＰＷＭフラグをセットする、相補ＰＷＭ許可設定処理を実行する。

この相補ＰＷＭ許可設定処理は、本実施形態では、図５に示す手順で実行される。
すなわち、相補ＰＷＭ許可設定処理では、まずＳ３１０にて、現在モータ１０を駆動中であるか否かを判断する。そして、モータ１０を駆動中であれば、Ｓ３２０に移行して、モータ駆動時間（詳しくはモータ１０の駆動を開始してからの経過時間）は、予め設定された設定時間を超えたか否かを判断する。

なお、この設定時間には、モータ１０の減速運転中にトリガＳＷ２２がオン状態となってモータ１０の駆動を開始した際に、回生電流が発生しなくなるのに要する時間が、実験若しくはシミュレーションにより予め設定されている。

Ｓ３２０にて、モータ駆動時間は設定時間を超えたと判断されると、Ｓ３３０に移行して、相補ＰＷＭ許可フラグをセットし、相補ＰＷＭ許可設定処理を終了する。
また、Ｓ３１０にてモータ１０は駆動中ではないと判断されるか、或いは、Ｓ３２０にてモータ駆動時間は設定時間を超えていないと判断された場合には、Ｓ３３０の処理を実行することなく、相補ＰＷＭ許可設定処理を終了する。

このように相補ＰＷＭ許可設定処理が実行されると、Ｓ２６０に移行し、相補ＰＷＭ許可フラグはセットされているか否かを判断する。
そして、相補ＰＷＭ許可フラグがセットされていなければ、Ｓ２７０に移行して、相補無しＰＷＭにてモータ１０を駆動するモータ駆動処理を実行し、モータ制御処理を終了する。

この相補無しＰＷＭによるモータ駆動処理では、ホール信号のエッジ毎（モータ１０の電気角６０度回転毎）に実施される割り込み処理で通電経路形成用のスッチング素子として設定されるハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチのオン・オフ状態を制御する。

つまり、図６、図７に示すように、本実施形態のような３相ブラシレスモータのＰＷＭ制御では、ホール信号に基づき、モータ１０が電気角６０度回転する度に、モータ１０への通電経路を切り替え、その通電経路を流れる電流を、ＰＷＭ信号により制御する。

また、相補無しＰＷＭでは、モータ１０の通電経路として選択されたハイサイドスイッチとローサイドスイッチの内、一方をオン状態にし、他方を所定デューティ比のＰＷＭ信号にて周期的にオン・オフさせる。

このため、Ｓ２７０では、まず、モータ１０がトリガ７の操作量に応じた回転状態となるように、モータ１０への通電電流を制御するためのデューティ比を演算する。
そして、ゲート回路３４に対し、モータ１０への通電経路を形成する２つのスイッチング素子の一方をオン状態とし、他方を上記演算したデューティ比に対応したＰＷＭ信号にてオン・オフさせるための制御信号を出力する。

なお、図６においては、モータ１０の電気角６０度回転毎に、通電経路を形成するスイッチング素子として、Ｑ１とＱ５、Ｑ５とＱ３、Ｑ３とＱ４、Ｑ４とＱ２、Ｑ２とＱ６、Ｑ６とＱ１が順次選択されている。

そして、Ｓ２７０での相補無しＰＷＭによるモータ駆動処理によって、選択された２つのスイッチング素子の内、前者のスイッチング素子がオン状態に保持され、後者のスイッチング素子がＰＷＭ信号にてオン・オフされている。

次に、Ｓ２６０にて、相補ＰＷＭ許可フラグはセットされていると判断されると、Ｓ２８０に移行し、相補ＰＷＭ許可フラグはセットされた直後であるか否か、換言すれば、現在、ＰＷＭ制御を相補ＰＷＭに切り替える切り替えタイミングであるか否か、を判断する。

そして、相補ＰＷＭへの切り替えタイミングであれば、Ｓ２９０に移行して、ブリッジ回路３２内のスイッチング素子をオン・オフさせるＰＷＭ信号のデューティ比（駆動デューティ）を補正し、Ｓ３００に移行する。

また、相補ＰＷＭへの切り替えタイミングでなければ、つまり、相補ＰＷＭによる制御が既に開始されていれば、そのままＳ３００に移行する。そして、Ｓ３００では、相補ＰＷＭにてモータ１０を駆動するモータ駆動処理を実行し、モータ制御処理を終了する。

この相補ＰＷＭによるモータ駆動処理では、通電経路形成用として選択された２つのスイッチング素子の内、一方をオン状態とし、他方をＰＷＭ信号にてオン・オフさせる、相補無しＰＷＭと同様の制御に加えて、次の制御を実行する。

つまり、ブリッジ回路３２内で、ＰＷＭ信号にてオン・オフされる他方のスイッチング素子と同じモータ１０の端子に接続されているもう一つのスイッチング素子を、他方のスイッチング素子とはオン・オフ状態が反転するように制御する。

すなわち、相補無しＰＷＭでは、ホール信号に同期してスイッチング素子Ｑ１とＱ５、Ｑ５とＱ３、Ｑ３とＱ４、Ｑ４とＱ２、Ｑ２とＱ６、Ｑ６とＱ１を順次選択し、後者のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ２、Ｑ６、Ｑ１をＰＷＭ信号にてオン・オフさせる。

これに対し、相補ＰＷＭでは、更に、相補ＰＷＭ用のスイッチング素子として、電流制
御用のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ２、Ｑ６、Ｑ１に直列接続されているスイッチング素子Ｑ２、Ｑ６、Ｑ１、Ｑ５、Ｑ３、Ｑ４が設定される（図６、図７参照）。

そして、その相補ＰＷＭ用のスイッチング素子として設定されたスイッチング素子Ｑ２、Ｑ６、Ｑ１、Ｑ５、Ｑ３、Ｑ４を、電流制御用のＰＷＭ信号とは論理が反転した逆相のＰＷＭ信号にてオン・オフする（図７参照）。

また、相補ＰＷＭでは、ブリッジ回路３２内で、電源ラインとグラウンドラインとの間に直列に接続されるハイサイドスイッチとローサイドスイッチとを交互にオン状態にすることから、各スイッチが同時にオン状態となることも考えられる。

このため、ゲート回路３４は、上記２つのスイッチを交互にオン状態にする際には、各スイッチへの駆動信号の切り替え時に両スイッチが同時にオン状態になることのないよう、駆動信号を一時的に同レベル（ローレベル）にするためのデッドタイムを設定する。

ところが、このようにデッドタイムが設定されると、相補無しＰＷＭから相補ＰＷＭへと制御を切り替える際に、デッドタイムの分だけ、電流制御のためにオン・オフされるスイッチング素子のオン時間が変化し、モータに流れる電流が変動することも考えられる。

そこで、本実施形態では、モータ１０の制御を、相補無しＰＷＭから相補ＰＷＭへ切り替える際には、Ｓ２９０にて、ＰＷＭ信号のデューティ比（駆動デューティ）を補正する。つまり、Ｓ２９０では、ゲート回路３４にて設定されるデッドタイムによって、ＰＷＭ信号にてオン・オフされる通電用のスイッチング素子のオン時間が変動するのを抑制する。

以上説明したように、本実施形態の電動工具１においては、トリガＳＷ２２がオン状態となっているときには、相補ＰＷＭ許可フラグがセットされているか否かによって、モータ１０を相補無しＰＷＭにて駆動するか、相補ＰＷＭにて駆動するかを切り替える。

また、相補ＰＷＭ許可フラグは、トリガＳＷ２２がオフ状態で、モータ１０が減速運転されるか停止されているときに、クリアされることから、トリガ７が操作されたときには相補無しＰＷＭにて、モータ１０の駆動が開始される。

そして、モータ１０の駆動開始後の経過時間（モータ駆動時間）が設定時間を超えると、相補ＰＷＭ許可フラグがセットされて、モータ１０の制御が相補無しＰＷＭから相補ＰＷＭに切り替えられる。

このため、図６に示すように、モータ１０がブレーキ制御（図では２相短絡ブレーキ）にて減速運転されているときに、時点ｔ１にてトリガＳＷ２２がオン状態となって、モータ１０の駆動を開始する際には、必ず相補無しＰＷＭが選択されることになる。

このように、本実施形態の電動工具１によれば、図８に示す従来例のように、モータ１０の回転中に時点ｔ１でトリガ７が操作されて、モータ１０の駆動を開始する際に、相補ＰＷＭにてモータ１０の駆動が開始されることはない。

このため、相補ＰＷＭにてモータ１０の駆動が開始されることにより、相補ＰＷＭ用のスイッチング素子がオン状態であるときに、ブリッジ回路３２内でモータ１０に駆動力を発生させる方向とは逆方向にブレーキ電流が流れるのを抑制できる。

従って、本実施形態の電動工具１によれば、モータ１０の駆動開始時に、ブリッジ回路
３２内にブレーキ電流が流れ、そのブレーキ電流が回生電流として直流電源であるバッテリ３０側に回生されて、電源電圧が上昇するのを抑制できる。

また、本実施形態では、モータ１０の駆動開始後、回生電流が流れなくなるのに要する時間として予め設定された設定時間が経過すると、モータ１０の制御が相補無しＰＷＭから相補ＰＷＭに切り替えられる。

このため、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に設けられたダイオードＤ１〜Ｄ６の発熱により、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、延いてはブリッジ回路３２の温度が上昇するのを抑制することもできる。

また、相補無しＰＷＭから相補ＰＷＭへの切り替え時には、相補ＰＷＭにて設定されるデッドタイムによって、ＰＷＭ信号にてオン・オフされる電流制御用のスイッチング素子のオン時間が変化することのないよう、ＰＷＭ信号のデューティ比が補正される。

このため、本実施形態によれば、モータ１０の制御を相補無しＰＷＭから相補ＰＷＭへ切り替えることによって、モータ１０に流れる電流が変化するのを抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、相補ＰＷＭ許可設定処理において、モータ１０が駆動されていて、その駆動開始後の経過時間が設定時間を超えると、相補ＰＷＭへの切り替え条件が成立したものと判断して、相補ＰＷＭ許可フラグをセットするようにしている。

これに対し、相補ＰＷＭ許可設定処理は、図９〜図１１に示す変形例１〜３の手順で実行するようにしてもよい。
すなわち、図９に示す変形例１の相補ＰＷＭ許可設定処理では、モータ１０の駆動中（Ｓ３１０−ＹＥＳ）に、モータ電流が予め設定された設定電流を越えたか否かを判断する（Ｓ３２２）。そして、モータ電流が設定電流を越えると、相補ＰＷＭの実行条件が成立したと判断して、許可フラグをセットする（Ｓ３３０）。

また、図１０に示す変形例２の相補ＰＷＭ許可設定処理では、モータ１０の駆動中（Ｓ３１０−ＹＥＳ）に、モータ１０の回転数（速度）が変化しなくなったか否か（換言すればモータ１０の回転が安定したか否か）を判断する（Ｓ３２４）。そして、モータ１０の回転数が変化していなければ、相補ＰＷＭの実行条件が成立したと判断して、許可フラグをセットする（Ｓ３３０）。

また、図１１に示す変形例３の相補ＰＷＭ許可設定処理では、Ｓ３１０にて、トリガ７が操作されているか否かを判断し、トリガ７が操作されていれば、Ｓ３２６に移行する。そして、Ｓ３２６では、トリガ７の操作時間が予め設定された設定時間を超えたか否かを判断し、操作時間が設定時間を超えていれば、相補ＰＷＭへの切り替え条件が成立したものと判断して、Ｓ３３０に移行し、相補ＰＷＭ許可フラグをセットする。

このように、変形例１〜変形例３では、モータ１０に流れる電流、モータ１０の回転数（速度）、又は、トリガ７の操作時間、に基づき、相補ＰＷＭの切り替え条件が成立したか否かを判断する。

この判断は、トリガ７が操作されてからモータ１０が相補無しＰＷＭにて制御されて、モータ１０の回転状態（換言すればモータ１０に流れる電流）が、相補無しＰＷＭでのＰ
ＷＭ信号のデューティ比に対応した回転状態になったことを検知するための処理である。

従って、相補ＰＷＭ許可設定処理を、図９〜図１１に示す手順で実行するようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、図５及び図９〜図１１に示した相補ＰＷＭ許可設定処理は、Ｓ３２０、Ｓ３２２、Ｓ３２４、Ｓ３２６の全て若しくはその一部を組み合わせて実行することで、複数の切り替え条件の一つ又は全てが成立したときに、モータ１０の制御を切り替えるようにしてもよい。

次に、上記実施形態において、電動工具１はレシプロソーであるものとして説明した。しかし、本発明において、対象となる電動工具は、ドリルドライバ、インパクトドライバ、グラインダ等の一般的な電動工具は勿論のこと、草や小径木を刈払うための刈払機やチェーンソー等の園芸用の電動工具も含まれる。

また、本発明は、直流電源としてバッテリを備えた電動工具であっても、ＡＣアダプタ等の外部の直流電源から電源供給を受けて動作する電動工具であっても、或いは、商用電源等の交流電源から電源供給を受けて動作する電動工具であっても、適用することができる。

また、本発明は、電動工具に限定されるものではなく、ブリッジ回路を利用してモータを駆動制御する装置であれば、本発明を適用することで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また次に、上記実施形態においては、３相ブラシレスモータを制御する場合について説明したが、本発明は、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとを備えたブリッジ回路を介してモータに流れる電流を制御する制御装置であれば適用できる。つまり、モータが２相のモータであっても、より多くの相を有するモータであっても、そのモータをブリッジ回路を介して制御する制御装置であれば、上記実施形態と同様に適用して、同様の効果を得ることができる。

１…電動工具、２…工具本体、３…バッテリパック、４…把持部、５…ブレードフォルダ、６…ブレード、７…トリガ、８…ロックオフボタン、１０…モータ、１２…伝達機構、２０…モータ駆動回路、２２…トリガＳＷ、２４…バッテリ電圧検出部、２６…電流検出回路、２８…ロータ位置検出回路、２９…回転センサ、３０…バッテリ、３２…ブリッジ回路、３４…ゲート回路、３６…制御回路、３８…メモリ、４０…レギュレータ、Ｑ１〜Ｑ３…スイッチング素子（ハイサイドスイッチ）、Ｑ４〜Ｑ６…スイッチング素子（ローサイドスイッチ）、Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード。

Claims (15)

1. モータの駆動指令を入力するための操作部と、
   直流電源の正極側及び負極側と前記モータの複数の端子との間にそれぞれ設けられた複数のスイッチング素子を有するブリッジ回路と、
   前記操作部から前記駆動指令が入力されると、前記モータの回転位置に応じて、前記ブリッジ回路内で前記直流電源の正極側から負極側に至る前記モータの通電経路を形成する正負一対のスイッチング素子を選択し、該選択した一方のスイッチング素子をオン状態にし、他方のスイッチング素子をＰＷＭ信号にてオン・オフさせることで、前記モータに流れる電流をＰＷＭ制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記ＰＷＭ制御として、
   前記ブリッジ回路内の複数のスイッチング素子の内、前記他方のスイッチング素子だけを前記ＰＷＭ信号にてオン・オフさせる相補無しＰＷＭと、
   前記ブリッジ回路内の複数のスイッチング素子の内、前記他方のスイッチング素子を前記ＰＷＭ信号にてオン・オフさせ、前記他方のスイッチング素子と同じ前記モータの端子に接続されるスイッチング素子を、前記他方のスイッチング素子とはオン・オフ状態が反転するようにオン・オフさせる相補ＰＷＭと、
   の何れかを選択的に実行するよう構成されている、モータの制御装置。
2. 前記制御部は、前記モータの状態に基づいて、前記モータの制御を前記相補無しＰＷＭ又は前記相補ＰＷＭに切り替えるよう構成されている、請求項１に記載のモータの制御装置。
3. 前記制御部は、前記操作部が操作されたときに、前記モータの状態に基づいて前記モータの制御を切り替えるよう構成されている、請求項２に記載のモータの制御装置。
4. 前記制御部は、前記操作部が操作されたときに、前記モータが回転していれば、前記相補無しＰＷＭを選択するよう構成されている、請求項３に記載のモータの制御装置。
5. 前記制御部は、前記操作部が操作されたときに、前記モータが回転していなければ、前記相補ＰＷＭを選択するよう構成されている、請求項３に記載のモータの制御装置。
6. 前記制御部は、前記相補無しＰＷＭにて前記モータを制御しているときに、前記相補ＰＷＭへの切り替え条件が成立すると、前記モータの制御を前記相補ＰＷＭに切り替えるよう構成されている、請求項１に記載のモータの制御装置。
7. 前記制御部は、前記モータの駆動時間が設定時間よりも長くなると、前記切り替え条件が成立したとして、前記モータの制御を前記相補ＰＷＭに切り替えるよう構成されている、請求項６に記載のモータの制御装置。
8. 前記制御部は、前記操作部から駆動指令が入力されてからの経過時間が設定時間よりも長くなると、前記切り替え条件が成立したとして、前記モータの制御を前記相補ＰＷＭに切り替えるよう構成されている、請求項６に記載のモータの制御装置。
9. 前記制御部は、前記モータに流れる電流に基づき、前記切り替え条件が成立したか否かを判断するよう構成されている、請求項６に記載のモータの制御装置。
10. 前記制御部は、前記モータに流れる電流が予め設定された閾値電流以上になると、前記切り替え条件が成立したと判断して、前記モータの制御を前記相補ＰＷＭに切り替えるよ
    う構成されている、請求項９に記載のモータの制御装置。
11. 前記制御部は、前記モータの回転速度に基づき、前記切り替え条件が成立したか否かを判断するよう構成されている、請求項６に記載のモータの制御装置。
12. 前記制御部は、前記モータの回転速度が、前記モータの駆動開始時の回転速度よりも高くなると、前記切り替え条件が成立したと判断して、前記モータの制御を前記相補ＰＷＭに切り替えるよう構成されている、請求項１１に記載のモータの制御装置。
13. 前記操作部は、前記駆動指令として、前記モータの回転速度を指令する速度指令を入力可能に構成されており、
    前記制御部は、前記操作部からの速度指令に基づいて、前記モータの制御を前記相補無しＰＷＭ又は前記相補ＰＷＭに切り替えるよう構成されている、請求項１に記載のモータの制御装置。
14. 前記制御部は、前記操作部からの速度指令が前記モータの回転を停止若しくは減速させる指令であるときに、前記相補ＰＷＭから前記相補無しＰＷＭに切り替えるよう構成されている、請求項１３に記載のモータの制御装置。
15. 前記制御部は、前記モータの制御を、前記相補無しＰＷＭ又は前記相補ＰＷＭに切り替えるときには、前記他方のスイッチング素子のオン・オフ時間の比率が変化することのないよう、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を補正するよう構成されている、請求項１〜請求項１４の何れか１項に記載のモータの制御装置。

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