JP2017192993A - 電動作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源から供給される交流電圧を整流して、コンデンサにて平滑化する電源部を備えた電動作業機において、交流電源からの電力供給が遮断されているときにモータを駆動できないようにする。
【解決手段】電動作業機は、モータと、交流電源から供給される交流電圧を整流し、コンデンサにて平滑化することで、モータを駆動するための直流電圧を生成する電源部と、モータへの通電を制御する制御部と、交流電圧を検出する電圧検出部とを備える。制御部は、電圧検出部にて交流電圧が検出されないときには、モータへの通電を遮断してモータを停止させる。
【選択図】図２

Description

本開示は、交流電源から電力供給を受けて動作する電動作業機に関する。

電動工具等の電動作業機には、商用電源等の交流電源から供給される交流電圧をダイオードブリッジ等の整流回路で整流し、整流回路からの出力をコンデンサにて平滑化することで、モータを駆動するための直流電圧を生成するように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−９３１６号公報

この種の電動作業機においては、使用者が、電源プラグを交流電源のコンセントに差し差し込むことによって、交流電源から電力供給がなされ、整流回路を介して平滑化用のコンデンサが充電されることになる。

このため、電源プラグが交流電源のコンセントから抜かれ、交流電源からの電力供給が遮断されたときには、モータには、コンデンサから直流電圧が供給されることになり、コンデンサが放電されるまで、モータを駆動できるようになる。

このような挙動は、「電気製品は電源プラグをコンセントから抜けば動作しない」という意識の使用者にとっては、意図しない挙動であり、使用者に違和感を与えてしまう。

本開示の一局面は、交流電源から供給される交流電圧を整流して、コンデンサにて平滑化する電源部を備えた電動作業機において、交流電源からの電力供給が遮断されているときにモータを駆動できないようにすることが好ましい。

本開示の一局面の電動作業機は、モータと、電源部と、制御部と、電圧検出部とを備える。
電源部は、外部の交流電源から供給される交流電圧を整流して、コンデンサにて平滑化することで、モータを駆動するための直流電圧を生成するためのものであり、制御部は、電源部からモータへの通電を制御するためのものである。また、電圧検出部は、外部の交流電源から供給される交流電圧を検出するためのものである。

そして、制御部は、電圧検出部にて交流電圧が検出されていないときには、モータへの通電を遮断してモータを停止させる。
従って、この電動作業機によれば、電源プラグが交流電源のコンセントから抜かれ、交流電源からの電力供給が遮断されているときには、電圧検出部にて交流電圧が検出されなくなり、モータへの通電が遮断されてモータが停止することになる。

よって、本開示の電動作業機によれば、電源プラグが交流電源のコンセントから抜かれているときの挙動が、「電気機器は電源プラグをコンセントから抜けば動作しない」という意識の使用者に対し違和感を与えるのを防止し、電動作業機の使い勝手を向上できる。

また、停電等によって交流電源からの電力供給が遮断されたときにも、モータへの通電を遮断して、モータを停止させることができるので、停電時等にコンデンサに蓄積された電荷によってモータが回転するのを防止することもできる。

ここで、電圧検出部は、交流電圧の電圧値を検出するよう構成されていてもよく、交流電圧のゼロクロス点を検出するよう構成されていてもよい。この場合、制御部は、電圧検出部にて検出される電圧値が一定時間以上閾値未満であるとき、或いは、電圧検出部にてゼロクロス点が検出されないときに、交流電圧が検出されていないと判断するように構成すればよい。

また、本開示の電動作業機は、電源部からコンデンサを介して出力される直流電圧を受けて、制御部を駆動するための駆動電圧を生成する電圧生成部を備えていてもよい。
このようにすれば、交流電源からの電力供給が遮断されているときに、コンデンサに蓄積された電荷を、電圧生成部及び制御部の動作によって放電させることができるようになり、コンデンサに長期間電荷が蓄積されるのを抑制できる。

つまり、コンデンサにモータを駆動可能な電荷が蓄積された状態で、モータの駆動を停止させると、コンデンサを放電させるのに時間がかかり、例えば、保守点検等のために使用者が電動作業機内に手を入れた際に、コンデンサに触って感電することが考えられる。しかし、電圧生成部及び制御部の動作によってコンデンサを放電させるようにすれば、こうした問題が発生するのを抑制できる。

また、電動作業機は、制御部からの指令に従いコンデンサの電荷を放電させる放電部を備え、制御部は、電圧検出部にて交流電圧が検出されなくなると、放電部に、コンデンサの電荷を放電させる指令を出力するよう構成されていてもよい。このようにすれば、交流電源からの電力供給が遮断された際に、コンデンサに蓄積された電荷をより速やかに放電させて、上記問題が発生するのを抑制できる。

実施形態のマルノコの外観を表す斜視図である。 実施形態の駆動装置の構成を表すブロック図である。 図２に示すＭＣＵにて実行される制御処理を表すフローチャートである。

以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動作業機としてのマルノコ１は、切断対象の被加工部材（図示略）の上面に当接させる略矩形のベース２と、このベース２の上面側に配置された本体部３とを備える。

本体部３は、円形のノコ刃４と、このノコ刃４の上側ほぼ半周の範囲の周縁を内部に収容して覆うノコ刃ケース５を備えている。ノコ刃４の下側ほぼ半周の範囲の周縁は、開閉式のカバー６により覆われている。このカバー６は、被加工部材の切断時に本マルノコ１を切断進行方向に移動させることにより、ノコ刃４の回転中心を中心に図中時計回り方向に回動して徐々に開かれていく。これにより、ノコ刃４が露出され、その露出部分が被加工部材に切り込まれて行く。

ノコ刃４は、本体部３の切断進行方向右側に設けられており、本体部３の切断進行方向左側には、略円筒状のモータケース７が設けられている。モータケース７には、当該マルノコ１の駆動源としてのモータ２０（図２参照）が収納されており、モータケース７とノコ刃４との間の本体部３中央にはギヤ機構が収容されている。

なお、ギヤ機構は、モータ２０の回転をノコ刃４へ伝達するためのものである。また、モータ２０は、本実施形態では、ブラシレスモータにて構成されている。
次に、本体部３中央の上側には、使用者が把持するためのハンドル８がアーチ状に取り付けられている。すなわち、ハンドル８は、一端が本体部３の切断進行方向後端側に固定され、他端がその後端よりも切断進行方向前方に固定されている。

そして、ハンドル８の内周側には、使用者がハンドル８を握った状態で操作できるように、トリガ形式の操作スイッチ９が設けられている。なお、操作スイッチ９は、ロックボタン（図示略）を介して、操作時のオン状態に保持することができる。

また、本体部３の切断進行方向後端からは、先端に電源プラグ（図示略）が設けられた電源コード１０が引き出されている。電源コード１０は、電源プラグが商用電源等の交流電源１２（図２参照）のコンセントに差し込まれることで、交流電源１２からモータ２０駆動用の電力（交流電圧）を取り込むためのものである。そして、本体部３には、電源コード１０を保護するための筒状のコードガード１０Ａが設けられている。

次に、本体部３内には、電源コード１０を介して外部の交流電源１２から電力供給を受けて動作し、操作スイッチ９が操作状態（オン状態）であるときにモータ２０（延いてはノコ刃４）を回転させる駆動装置３０（図２参照）が収納されている。

図２に示すように、駆動装置３０は、モータ２０を駆動するための直流電圧を生成する電源部３２として、交流電源１２から電源コード１０及びヒューズ１４を介して入力される交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ３４と、コンデンサＣ１とを備える。

コンデンサＣ１は、ダイオードブリッジ３４からの出力を平滑化するためのものであり、コンデンサＣ１にて平滑化された直流電圧は、電源供給経路を介してモータ制御回路３６に出力される。

操作スイッチ９は、電源部３２からモータ制御回路３６への電源供給経路（図では正極側）上に設けられ、操作スイッチ９がオン状態であるとき、モータ制御回路３６に直流電圧が供給されて、モータ２０を駆動できるようになる。

モータ２０は、３相ブラシレスモータにて構成されており、モータ２０の各相の端子は、モータ制御回路３６を介して、電源部３２からの電源供給経路に接続される。
すなわち、モータ制御回路３６は、モータ２０の各相の端子を、それぞれ、電源供給経路の正極側及び負極側に接続するためのハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを備えたフルブリッジ回路（換言すればインバータ回路）にて構成されている。なお、モータ制御回路３６内のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチは、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子にて構成されている。

そして、各スイッチング素子は、制御部としてのＭＣＵ（Micro Control Unit)４０からの制御信号によりオン・オフされ、そのオン時に、モータ２０の各相の端子を、電源供給経路の正極側若しくは負極側に接続して、モータ２０への通電経路を形成する。

ＭＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を中心として構成される周知のものであり、ＲＯＭ内に記憶されたプログラムに従い、モータ２０を駆動制御する。そして、モータ２０の駆動時には、モータ２０モータ制御回路３６内のスイッチング素子をオン・オフさせて、モータ２０の各相に流れる電流を制御する。

また、駆動装置３０には、操作スイッチ９のオン・オフ状態を検出するためのスイッチ検出回路４２、及び、電源コード１０及びヒューズ１４を介して外部の交流電源から供給される交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路４４が設けられている。

なお、スイッチ検出回路４２は、本開示のスイッチ検出部の一例であり、ゼロクロス検出回路４４は、本開示の電圧検出部の一例である。そして、これら各検出回路４２、４４からの検出信号は、ＭＣＵ４０に入力され、ＭＣＵ４０がモータ２０を駆動制御するのに利用される。

また、電源部３２からモータ制御回路３６への電源供給経路には、抵抗Ｒ１及び放電部４６が設けられている。抵抗Ｒ１及び放電部４６は、それぞれ、コンデンサＣ１に対し並列接続されており、抵抗Ｒ１は、交流電源１２からの電力供給が停止しているときにコンデンサＣ１に蓄積された電荷を徐々に放電させるのに利用される。

また、放電部４６は、抵抗Ｒ１と同様にコンデンサＣ１に蓄積された電荷を放電させるための抵抗Ｒ２と、ＭＣＵ４０からの放電指令によりオン状態となって抵抗Ｒ２をコンデンサＣ１に並列接続するトランジスタＴｒ１とを備える。なお、トランジスタＴｒ１は、図ではＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであるが、ＭＯＳＦＥＴ等の電界効果トランジスタを利用してもよい。

この放電部４６は、ＭＣＵ４０が後述の制御処理で交流電源１２からの電力供給が停止したと判断したときに、コンデンサＣ１に蓄積された電荷を速やかに放電させるのに利用される。このため、抵抗Ｒ２の抵抗値は、抵抗Ｒ１の抵抗値よりも小さい。

また、電源部３２からモータ制御回路３６への電源供給経路には、ＭＣＵ４０やその周辺回路を駆動するための直流定電圧Ｖｃｃを生成するＤＣ−ＤＣコンバータ（以下単にコンバータという）４８も接続されている。このコンバータ４８は、本開示の電圧生成部の一例であり、ＭＣＵ４０は、コンバータ４８にて生成された直流定電圧Ｖｃｃを受けて動作する。

このため、本実施形態のマルノコ１においては、電源プラグが交流電源１２のコンセントに差し込まれ、電源コード１０を介して交流電源１２から電力供給を受けると、コンバータ４８にて直流定電圧Ｖｃｃが生成されて、ＭＣＵ４０が起動する。

そして、ＭＣＵ４０は、起動後、図３に示す制御処理を実行し、モータ２０を駆動制御する。以下、この制御処理について説明する。
図３に示すように、この制御処理では、まずＳ１１０にて、ゼロクロス検出回路４４にて交流電圧のゼロクロス点が検出されているか否かを判断する。そして、ゼロクロス点が検出されていなければ、再度Ｓ１１０の処理を実行することで、ゼロクロス点が検出されるのを待機する。

Ｓ１１０にて、ゼロクロス点が検出されたと判断されると、Ｓ１２０に移行して、操作スイッチ９が操作されてオン状態になっているか否かを判断する。そして、操作スイッチ９がオン状態でなければ、再度Ｓ１２０の処理を実行することで、操作スイッチ９が操作されてオン状態になるのを待機する。

Ｓ１２０にて、操作スイッチ９がオン状態であると判断されると、Ｓ１３０に移行し、Ｓ１１０にてゼロクロス点が検出されたと判断されてからＳ１２０にて操作スイッチ９がオン状態であると判断されるまでの経過時間が、設定時間Ｔｔｈ以上であるか否かを判定する。

この判定処理は、上記経過時間が短い場合には、操作スイッチ９がオン状態になっている状態で電源プラグがコンセントに挿入されたことが考えられるので、この状態を判断するために実行される。

つまり、例えば、操作スイッチ９がロックボタンによりオン状態になっている状態で、電源プラグがコンセントに挿入されて交流電源１２から交流電圧が供給されたときに、モータ２０の駆動を開始すると、使用者を驚かせてしまうことが考えられる。

そこで、本実施形態では、Ｓ１３０にて、この状態を上記経過時間に基づき判定し、上記経過時間が設定時間Ｔｔｈ未満であれば、モータ２０を駆動（再起動）することなく、Ｓ１４０に移行する。そして、Ｓ１４０では、ＬＥＤ等にて構成される表示ランプ（図示せず）を点灯することで、再起動を防止したことを通知する。

また、Ｓ１４０の処理実行後は、Ｓ１５０に移行し、操作スイッチ９がオフ状態になったか否かを判断することにより、操作スイッチ９がオフ状態になるのを待つ。そして、操作スイッチ９がオフ状態になると、Ｓ１６０に移行して、Ｓ１４０にて点灯した表示ランプを消灯することで、再起動防止の通知を解除し、再度Ｓ１１０に移行する。

次に、Ｓ１３０にて、上記経過時間が設定時間Ｔｔｈ以上であると判断されると、Ｓ１７０に移行し、モータ２０の駆動を開始する。そして、続くＳ１８０では、操作スイッチ９がオフ状態になったか否かを判断し、操作スイッチ９がオフ状態になっていれば、Ｓ１９０に移行して、モータ２０の駆動を停止した後、再度Ｓ１１０に移行する。

一方、Ｓ１８０にて、操作スイッチ９はオフ状態ではないと判断された場合には、Ｓ２００に移行し、ゼロクロス検出回路４４にて交流電圧のゼロクロス点が検出されたか否かを判断する。そして、ゼロクロス点が検出されていれば、Ｓ１８０に移行し、ゼロクロス点が検出されていなければ、Ｓ２１０に移行して、モータ２０の駆動を停止させる。

つまり、Ｓ２００でゼロクロス点が検出されないと判断されたときには、モータ２０の駆動中に交流電源１２からの電力供給が遮断されたと判断できるので、Ｓ２１０にて、モータ２０の駆動を強制的に停止させるのである。

そして、続くＳ２２０では、放電部４６のトランジスタＴｒ１を所定時間オンさせることで、コンデンサＣ１に蓄積された電荷を、抵抗Ｒ２を介して放電させ、Ｓ２３０に移行する。

Ｓ２３０では、操作スイッチ９がオフ状態になったか否かを判断することで、操作スイッチ９がオフ状態になるのを待ち、操作スイッチ９がオフ状態になると、再度Ｓ１１０に移行する。

以上説明したように、本実施形態のマルノコ１においては、外部の交流電源１２から電源部３２に電力供給がなされ、モータ２０を駆動可能になると、ＭＣＵ４０も起動されて、制御処理を開始する。

この制御処理では、ゼロクロス検出回路４４にて交流電圧のゼロクロス点が検出されていないときには、モータ２０の駆動を禁止する。また、ゼロクロス検出回路４４にて交流電圧のゼロクロス点が検出されているときに、操作スイッチ９がオン状態になると、モータ２０の駆動を開始し、操作スイッチ９がオフ状態になると、モータ２０の駆動を停止する。また、モータ２０の駆動中に、ゼロクロス検出回路４４にて交流電圧のゼロクロス点が検出されなくなると、交流電源１２からの電力供給が遮断されたと判断して、モータ２０の駆動を強制的に停止させる。

このため、本実施形態のマルノコ１によれば、電源プラグが交流電源１２のコンセントから抜かれているときに、モータ２０の駆動が継続されるのを防止できる。従って、「電気機器は電源プラグをコンセントから抜けば動作しない」という意識の使用者に対し、違和感を与えるのを防止し、そのような使用者に対する使い勝手を向上できる。また、交流電源１２の停電時やヒューズ１４が切れたときに、コンデンサＣ１に蓄積された電荷によってモータ２０が回転することも防止できる。

また、ＭＣＵ４０は、電源部３２からの出力により直流定電圧Ｖｃｃを生成するコンバータ４８から電力供給を受けて動作することから、交流電源１２からの電力供給が遮断されているときに、コンデンサＣ１の電荷を放電させることができる。

また、本実施形態の駆動装置３０には、コンデンサＣ１を急速に放電させる放電部４６が設けられている。そして、ＭＣＵ４０は、交流電源１２からの電力供給が遮断されてモータ２０の駆動を強制的に停止した際に、この放電部４６のトランジスタＴｒ１に駆動信号を出力してトランジスタＴｒ１をオンさせ、コンデンサＣ１に蓄積された電荷を放電させる。

このため、本実施形態のマルノコ１によれば、交流電源１２からの電力供給が遮断されているときに、コンデンサＣ１に長時間電荷が蓄積されるのを抑制し、使用者がコンデンサＣ１に触って感電することも抑制できる。

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、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、電源部３２からモータ制御回路３６、延いてはモータ２０に至る電源供給経路に、放電部４６を設けているが、放電部４６は必ずしも設ける必要はない。但し、電源供給経路には、抵抗Ｒ１等、コンデンサＣ１を放電可能な電気負荷を設けておくことが望ましい。

また、制御部としてのＭＣＵ４０を動作させるための駆動電圧は、電源部３２から電力供給を受けて動作するコンバータ４８にて生成するものとして説明したが、ＭＣＵ４０は、内蔵電池等の別電源から電力供給を受けて動作するようになっていてもよい。

また、本実施形態では、モータ２０はブラシレスモータであり、駆動装置３０内には、このモータ２０への通電電流を制御するモータ制御回路３６が設けられているものとして説明した。

しかし、例えば、モータ２０は、ブラシ付きモータであり、制御部としてのＭＣＵ４０は、電源部３２からモータ２０への電源供給経路に設けられたスイッチング素子を、操作スイッチ９のオン・オフ状態に応じてオン・オフさせるように構成されていてもよい。

また次に、上記実施形態では、電圧検出部は、ゼロクロス点検出回路にて構成されるものとして説明したが、電圧検出部は、制御部側で交流電圧が入力されているか否かを判断できればよいので、必ずしもゼロクロス点検出回路を利用する必要はない。

また、上記実施形態では、電動作業機の一例としてマルノコ１を挙げたが、本開示の電動作業機は、交流電源から供給される交流電圧を整流、平滑化して、モータ駆動用の直流電圧を生成する電源部を備えていればよく、例えば、石工用の電動工具、金工用の電動工具、木工用の電動工具、園芸用の電動工具、等を挙げることができる。

より具体的には、本開示は、電動ハンマ、電動ハンマドリル、電動ドリル、電動ドライバ、電動レンチ、電動グラインダ、電動レシプロソー、電動ジグソー、電動ハンマ、電動カッター、電動チェンソー、電動カンナ、電動釘打ち機（鋲打ち機を含む）、電動ヘッジトリマ、電動芝刈り機、電動芝生バリカン、電動刈払機、電動クリーナ、電動ブロア、等の電動作業機に適用することができる。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

また、本開示の技術は、電動作業機の他、電動作業機を構成要素とするシステム、電動作業機としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、電動作業機の制御方法など、種々の形態で実現することもできる。

１…マルノコ、２…ベース、３…本体部、４…ノコ刃、５…ノコ刃ケース、６…カバー、７…モータケース、８…ハンドル、９…操作スイッチ、１０…電源コード、１０Ａ…コードガード、１２…交流電源、１４…ヒューズ、２０…モータ、３０…駆動装置、３２…電源部、３４…ダイオードブリッジ、３６…モータ制御回路、４２…スイッチ検出回路、４４…ゼロクロス検出回路、４６…放電部、４８…コンバータ、Ｃ１…コンデンサ。

Claims (4)

1. モータと、
   外部の交流電源から供給される交流電圧を整流し、コンデンサにて平滑化することで、前記モータを駆動するための直流電圧を生成する電源部と、
   前記電源部から前記モータへの通電を制御する制御部と、
   前記交流電圧を検出する電圧検出部と、
   を備え、前記制御部は、前記電圧検出部にて前記交流電圧が検出されていないときには、前記通電を遮断して前記モータを停止させるように構成されている、電動作業機。
2. 前記電圧検出部は、前記交流電圧のゼロクロス点を検出するよう構成されている、請求項１に記載の電動作業機。
3. 前記電源部から前記コンデンサを介して出力される直流電圧を受けて、前記制御部を駆動するための駆動電圧を生成する電圧生成部を備えている、請求項１又は請求項２に記載の電動作業機。
4. 前記制御部からの指令に従い前記コンデンサの電荷を放電させる放電部を備え、
   前記制御部は、前記電圧検出部にて前記交流電圧が検出されなくなると、前記放電部に前記指令を出力して、前記コンデンサの電荷を放電させるように構成されている、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電動作業機。