JP2018027611A - 電動作業機 - Google Patents
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Abstract
Description
このため、モータに流れる電流とモータへの通電時間とから、モータの蓄熱量(換言すれば発熱量)を推定し、推定した発熱量が設定値に達すると、モータに流れる電流を低下させて、モータを保護することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、制御部は、速度設定部にてモータの駆動速度に応じてモータを駆動し、その駆動時には、負荷検出部にて検出される負荷状態からモータの発熱量を推定して、その推定値が所定の閾値に達すると、モータの駆動を停止するか又はモータの回転を低減する。
そして、このように閾値を設定するようにすれば、モータの駆動速度が低いほど、閾値が小さくなり、モータの駆動速度に影響されることなく、モータの過負荷運転を良好に検知して、モータを過負荷運転から保護することが可能となる。
制御部をこのように構成すれば、モータの駆動速度が低いほど推定値が上昇し易くなり、推定値と閾値とを比較することで、モータの駆動速度に影響されることなく、モータの過負荷運転を検知して、モータを保護することが可能となる。
この場合、モータへの通電電流がPWM制御されているときには、PWM信号のオン時にモータに流れる電流は検出できるものの、PWM信号のオフ時にモータ内で巻線に流れる電流を検出できない。
なお、本実施形態では、電動作業機として草刈機を例にとり説明する。
[第1実施形態]
図1に示すように、本実施形態の草刈機1は、メインパイプ2と、制御ユニット3と、駆動ユニット4と、ハンドル7とを備えている。メインパイプ2は、長尺かつ中空の棒状に形成されている。メインパイプ2の後端側に制御ユニット3が設けられ、メインパイプ2の前端側に駆動ユニット4が設けられている。
メインパイプ2の前端側には、カバー6が設けられている。このカバー6は、回転刃5により刈り取られた草等が作業者側に飛んでくることを抑止するために設けられている。
図3に示すように、操作・表示ユニット8には、トリガスイッチ10、モード切替スイッチ11、逆転スイッチ12、モード表示部14、逆転表示部15、及び、残容量表示部16が設けられている。
駆動回路32は、バッテリパック18(詳しくはバッテリパック18内のバッテリ)から電源供給を受けて、モータ20の各相の巻線に電流を流すためのものであり、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。なお、各スイッチング素子Q1〜Q6は、本実施形態ではMOSFETである。
制御回路30は、本開示の制御部に相当するものであり、CPU30a、ROM30b、RAM30c等を含むマイクロコンピュータ(マイコン)にて構成されている。
図5に示すように、モータ駆動処理では、まずS100(Sはステップを表す)にてトリガスイッチ10がオン状態であるか否かを判断し、トリガスイッチ10がオン状態であれば、S110に移行して、保護動作フラグがセットされているか否かを判断する。
S130では、モータ20の実回転速度が速度モードに対応した駆動速度(目標速度)となるよう、モータ20の制御量である駆動デューティ比を算出する。
この過負荷保護処理では、電流検出回路38を介して検出されるモータ電流に基づき、モータ20の発熱量を推定し、その推定値(換言すれば発熱量相当値)が所定の閾値に達すると、モータ20が過負荷状態になったと判断して、モータ20の駆動を停止させる。
図5に示すように、S200の駆動状態判定処理では、まずS210にて、モータ20の駆動が可能か否かを判断する。S210では、各種エラー判定処理でエラーが検出されておらず、且つ、トリガスイッチ10がオン状態であるときに、モータ20の駆動が可能であると判断する。
S230では、現在、何らかのエラーが検出されているか否かを判断し、エラーが検出されていれば、S240に移行して、トリガスイッチ10がオフ状態であるか否かを判断する。
また、S230にて、エラーは検出されていないと判断されるか、或いは、S240にて、トリガスイッチ10はオン状態であると判断された場合にも、当該過負荷保護処理を一旦終了する。
カウンタA閾値設定処理では、まずS310にて、保護動作フラグをセットしてモータ20を保護した保護回数が「0」であるか否かを判断する。そして、保護回数が「0」であれば、S320にて、カウンタAの閾値TAを予め設定された設定値「A1」に設定し、S400の加算値設定処理に移行する。
そして、速度モードが高速モードであれば、S420に移行して、電流閾値It1、It2、It3を、それぞれ、高速モード用の設定値I1H、I2H、I3Hに設定する。また続くS430では、カウンタAの加算値D1、D2、D3を、高速モード用の設定値D1H、D2H、D3Hに設定する。
そして、速度モードが中速モードであれば、S450に移行して、電流閾値It1、It2、It3を、それぞれ、高速モードよりも小さい、中速モード用の設定値I1M、I2M、I3Mに設定する。
また次に、S440にて速度モードは中速モードではないと判断されると(つまり、低速モードであれば)、S470に移行して、電流閾値It1、It2、It3を、それぞれ、中速モードよりも小さい、低速モード用の設定値I1L、I2L、I3Lに設定する。
次に、S500の実電流算出処理では、まずS510にて、電流検出回路38を介して、モータ電流を検出する。
このため、電流検出回路38を介して得られるモータ電流(検出電流)は、駆動デューティ比に応じてオン・オフされるPWM信号のオン時に抵抗38Aに流れる電流を平滑化した電流値となる。
このため、例えば、モータ20が図12Aに示す駆動デューティ比30%で駆動されているときと、図12Bに示す駆動デューティ比70%で駆動されているときとでは、モータ20に実際に流れる電流と検出電流との差が大きく異なることになる。つまり、PWM信号の駆動デューティ比が小さいほど検出誤差が大きくなる。
このため、S610にて推定条件が成立していないと判断されると、以降の処理を実行することなく、そのままS700のクリア判定処理に移行し、S610にて推定条件が成立していると判断されると、S620に移行する。
そして、カウンタBの値が閾値TBよりも大きい場合には、S750にて、カウンタAをクリアして、S800のモータ保護判定処理に移行し、カウンタBの値が閾値TB以下であれば、そのままS800のモータ保護判定処理に移行する。
なお、カウンタCは、カウンタBをクリアするのに用いられ、本実施形態では、モータ電流(実電流)が電流閾値It3よりも大きくなる時間が、閾値TCに対応する設定時間を越えると、カウンタBをクリアするようにされている。
そして、保護回数が閾値N以上でなければ、S860にて過負荷表示フラグをセットした後、過負荷保護処理を終了し、保護回数が閾値N以上であれば、S850にて高温表示フラグをセットした後、過負荷保護処理を終了する。
図9に示すように、表示処理では、S910にて過負荷表示フラグがセットされているか否かを判断し、過負荷表示フラグがセットされていれば、S920にて、操作・表示ユニット8の所定の表示エリアにモータ20が過負荷運転されていることを表示する。
また、発熱量の推定に用いるモータ電流には、電流検出回路38にて検出された検出電流を用いるのではなく、検出電流をモータ20の駆動デューティ比で除算することにより得られる実電流が使用される。
[変形例]
本実施形態では、モータ20の発熱量を、モータ20の駆動速度に影響されることなく、正確に推定できるようにするために、発熱量の推定に用いるパラメータであるカウンタAの加算値及び電流閾値を速度モードに応じて設定するものとした。
つまり、図13に示す閾値設定処理においては、まずS360にて、モータ20の駆動速度として現在設定されている速度モードは、高速モードであるか否かを判断し、速度モードが高速モードであれば、S370に移行して、カウンタAの閾値TAを、高速モード用の閾値TAHに設定する。
このようにすれば、電流閾値It1、It2、It3、及び、加算値D1、D2、D3を、上記実施形態のように速度モードに応じて変更しなくても、モータ20の駆動速度が低いほど、より早く、カウンタAの値が閾値TAに達することになる。よって、このようにしても、モータ20の高負荷運転を良好に判断することができるようになる。
[第2実施形態]
上記実施形態及び変形例では、モータ20の駆動速度は、モード切替スイッチ11を介して設定される速度モードに応じて、高速・中速・低速の何れかに設定され、モータ20は、これら各回転速度で駆動されるものとしている。
従って、この種の電動作業機においては、第1実施形態のように、電流閾値It及び加算値Dを速度モードだけで設定するようにすると、モータ20の回転速度に応じてカウンタAを更新することができず、発熱量の推定精度が低下する。
次に、S404では、取得したトリガ操作量Trgが、前回電流閾値It及び加算値Dの設定に用いたトリガ操作量Trgから増加しているか否かを判断し、トリガ操作量Trgが増加していなければ、S410に移行する。
つまり、トリガ操作量Trgが増加した際、その直後から、トリガ操作量Trgに応じて電流閾値It及び加算値Dを更新すると、モータ20の温度が実際よりも低く推定されてしまうことが考えられる。
そして、速度モードが高速モードであれば、S425に移行して、電流閾値It1、It2、It3を、それぞれ、S402で取得したトリガ操作量Trgに応じて、高速モード用に設定された設定値I1H(Trg)、I2H(Trg)、I3H(Trg)に設定する。
そして、速度モードが中速モードであれば、S455に移行して、電流閾値It1、It2、It3を、それぞれ、トリガ操作量Trgに応じて、最大値が高速モードよりも小さい、中速モード用の設定値I1M(Trg)、I2M(Trg)、I3M(Trg)に設定する。
[変形例]
なお、本実施形態では、カウンタA加算値設定処理において、電流閾値It1、It2、It3及び加算値D1、D2、D3を、速度モードとトリガ操作量Trgとに基づき設定するものとして説明したが、図19に示すように、モータ20の目標回転速度Wに応じて設定するようにしてもよい。
しかし、モータ20は、通電時に加熱又は放熱により温度上昇又は温度低下するだけでなく、略一定温度に保持されることもある。そして、このような温度保持期間は、カウンタA及びカウンタBの更新を共に停止させるとよい。
例えば、実施形態では、本開示の電動作業機として、草刈機1を例にとり説明したが、本開示の技術は、モータを備えた電動作業機であれば、上記実施形態と同様に適用することができる。
Claims (8)
- モータと、
前記モータの駆動速度を設定する速度設定部と、
前記モータの負荷状態を検出する負荷検出部と、
前記駆動速度に応じて前記モータを駆動制御する制御部と、
を備え、前記制御部は、
前記モータの駆動時に前記負荷検出部にて検出される負荷状態から前記モータの発熱量を推定し、その推定値が所定の閾値に達すると前記モータの過負荷運転を検知するよう構成されると共に、
前記負荷状態から前記モータの発熱量を推定するのに用いるパラメータ及び前記閾値の少なくとも一方を、前記駆動速度に応じて、前記駆動速度が低いほど前記推定値が前記閾値に達し易くなるように設定する、よう構成されている電動作業機。 - モータと、
前記モータの駆動速度を設定する速度設定部と、
前記モータの負荷状態を検出する負荷検出部と、
前記駆動速度に応じて前記モータを駆動制御する制御部と、
を備え、前記制御部は、
前記モータの駆動時に前記負荷検出部にて検出される負荷状態から前記モータの発熱量を推定し、その推定値が所定の閾値に達すると、前記モータの駆動を停止又は前記モータの回転を低減するよう構成されると共に、
前記負荷状態から前記モータの発熱量を推定するのに用いるパラメータ及び前記閾値の少なくとも一方を、前記駆動速度に応じて、前記駆動速度が低いほど前記推定値が前記閾値に達し易くなるように設定する、よう構成されている電動作業機。 - 前記制御部は、前記駆動速度が高いほど大きい値となるように前記閾値を設定する、よう構成されている請求項1又は請求項2に記載の電動作業機。
- 前記制御部は、前記モータの負荷が設定値以上であるときに、前記モータの負荷状態に応じて設定される加算値を用いて加熱カウンタを順次カウントアップし、該加熱カウンタのカウント値を前記推定値とすると共に、
前記駆動速度が低いほど大きい値となるように、前記パラメータである前記加算値を設定する、よう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。 - 前記制御部は、前記モータの負荷が前記設定値よりも低いときには、前記加熱カウンタのカウントを停止して、放熱カウンタを所定の加算値を用いて順次カウントアップし、該放熱カウンタのカウント値が所定の放熱判定値に達すると、前記加熱カウンタのカウント値をクリアするよう構成されている、請求項4に記載の電動作業機。
- 前記負荷検出部は、前記モータの負荷状態として、電源から前記モータへの通電経路に流れるモータ電流を検出するよう構成されており、
前記制御部は、前記モータの駆動速度に応じて前記モータへの通電電流をPWM制御すると共に、前記モータの発熱量の推定には、前記負荷検出部にて検出されたモータ電流を前記PWM制御の駆動デューティ比で除算して得られる実電流を用いるように構成されている、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の電動作業機。 - モータと、
通電により前記モータを駆動する駆動部と、
前記モータの駆動速度を設定する速度設定部と、
前記モータの負荷状態を検出する負荷検出部と、
前記駆動速度に応じた通電指令を前記駆動部に出力し、前記モータを駆動させる制御部と、
を備え、前記制御部は、
前記モータの駆動時に前記負荷検出部にて検出される負荷状態から前記モータの発熱量を推定し、その推定値が所定の閾値に達すると、前記モータの過負荷運転を検知するよう構成されると共に、
前記負荷状態から前記モータの発熱量を推定するのに用いるパラメータ及び前記閾値の少なくとも一方を、前記駆動速度が低いほど前記推定値が前記閾値に達し易くなるよう、前記駆動部への前記通電指令の出力に同期して切り替える、ように構成されている電動作業機。 - 前記モータの回転軸には、冷却用のファンが設けられている、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の電動作業機。
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