JP2018058143A - 電動作業機 - Google Patents

電動作業機 Download PDF

Info

Publication number
JP2018058143A
JP2018058143A JP2016196501A JP2016196501A JP2018058143A JP 2018058143 A JP2018058143 A JP 2018058143A JP 2016196501 A JP2016196501 A JP 2016196501A JP 2016196501 A JP2016196501 A JP 2016196501A JP 2018058143 A JP2018058143 A JP 2018058143A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
duty ratio
pwm
turned
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016196501A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6845655B2 (ja
Inventor
幸市 竹田
Koichi Takeda
幸市 竹田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Makita Corp
Original Assignee
Makita Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Makita Corp filed Critical Makita Corp
Priority to JP2016196501A priority Critical patent/JP6845655B2/ja
Priority to DE102017122785.7A priority patent/DE102017122785A1/de
Publication of JP2018058143A publication Critical patent/JP2018058143A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6845655B2 publication Critical patent/JP6845655B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/085—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Harvester Elements (AREA)
  • Portable Power Tools In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

【課題】相補ＰＷＭを用いてモータの通電をＰＷＭ制御するよう構成された電動作業機において、設定されたデューティ比にて適切にＰＷＭ制御することができるようにする。
【解決手段】電動作業機１は、モータ２５と、モータ駆動用のブリッジ回路３１と、制御回路３３とを備える。ブリッジ回路３１は、複数のスイッチング素子を備える。制御回路３３は、設定されたデューティ比に従ってブリッジ回路３１の複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。制御回路３３は、デューティ比が閾値未満の場合は、ＰＷＭ制御として相補ＰＷＭを実行し、デューティ比が閾値以上の場合は、ＰＷＭ制御として相補無しＰＷＭを実行する。
【選択図】図１

Description

本開示は、電動作業機のモータをＰＷＭ制御する技術に関する。
モータへの通電をＰＷＭ制御するよう構成された各種の電動作業機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この種の電動作業機は、一般に、複数のスイッチング素子を有するブリッジ回路を備える。ブリッジ回路は、直流電源の正極側とモータの各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（以下、ハイサイドスイッチ）、及び直流電源の負極側とモータの各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（以下、ローサイドスイッチ）を有する。
ＰＷＭ制御においては、直流電源からモータへの通電経路を形成する一対のハイサイドスイッチとローサイドスイッチとが選択され、このうち一方がオン状態に維持され、他方が所定デューティ比で周期的にオン・オフされることで、モータに流れる電流が制御される。
また、ＰＷＭ制御としては、相補ＰＷＭと呼ばれる制御方式が知られている。相補ＰＷＭは、周期的にオン・オフされるスイッチング素子のオフ期間中に、そのスイッチング素子が接続されているモータ端子に対して接続されている別のスイッチング素子をオンさせるというものである。
特開２０１１−１０１９３２号公報
相補ＰＷＭにおいては、同じモータ端子に接続されているハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが同時にオンされることを抑制するために、両者のうち一方がオフされてから他方がオンされるまでの間に両者が共にオフに維持されるデッドタイムを設けることが一般である。
しかし、デッドタイムを設けることで、相補ＰＷＭにおいては、デューティ比が１００％に近い領域ではデューティ比を適切に調整することが困難な場合がある。一例として、ＰＷＭキャリア周期中に占めるデッドタイムの割合が７％である場合を想定する。この場合、デッドタイムを考慮すると、９３％を超えるデューティ比でＰＷＭ制御することが困難となる。そのため、相補ＰＷＭにおいては、１００％に近い高いデューティ比で制御しようとすると、モータのハンチングや騒音などが発生する可能性がある。
本開示の一局面は、相補ＰＷＭを用いてモータの通電をＰＷＭ制御するよう構成された電動作業機において、設定されたデューティ比にて適切にＰＷＭ制御することができるようにすることを目的とする。
本開示の一局面は、電動作業機であって、モータと、ブリッジ回路と、制御部とを備える。モータは、電力入力用の複数の端子を有する。ブリッジ回路は、直流電源の正極側とモータの複数の端子の各々との間、及び直流電源の負極側とモータの複数の端子の各々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。制御部は、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のうち一方の第１スイッチング素子をオン状態に維持させ、他方の第２スイッチング素子を、設定されたデューティ比に従ってオン・オフさせることで、デューティ比に応じた電流がモータに流れるように制御するＰＷＭ制御を実行する。
そして、制御部は、ＰＷＭ制御として、相補ＰＷＭと、相補無しＰＷＭとを実行する。相補ＰＷＭは、第２スイッチング素子が接続されているモータの端子に対して接続されている他のスイッチング素子である第３スイッチング素子を、第２スイッチング素子がオフされる毎にそのオフされる間における特定のオン期間にオンさせるよう構成されている。相補無しＰＷＭは、第２スイッチング素子のオン・オフにかかわらず第３スイッチング素子をオフ状態に維持させる相補無しＰＷＭを実行するよう構成されている。
そして、制御部は、設定されたデューティ比が閾値未満の場合に相補ＰＷＭを実行し、設定されたデューティ比が閾値以上の場合は相補無しＰＷＭを実行する。
このような構成によれば、設定されたデューティ比が閾値以上の場合は相補無しＰＷＭが実行されるため、閾値を適宜設定することで、全体として、設定されたデューティ比にて適切にＰＷＭ制御することが可能となる。
相補ＰＷＭは、ＰＷＭキャリア周期毎に、第２スイッチング素子のオフ後、デッドタイムの経過後に第３スイッチング素子をオンさせ、そのオンさせた第３スイッチング素子のオフ後、デッドタイムの経過後に第２スイッチング素子をオンさせるよう構成されていてもよい。なお、ＰＷＭキャリア周期は、第２スイッチング素子がデューティ比に従って周期的にオン・オフされる際の周期である。また、デッドタイムは、第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子を共にオフさせるよう設定された時間である。
そして、閾値は、ＰＷＭキャリア周期に対する、ＰＷＭキャリア周期から少なくともデッドタイムの２倍以上の特定時間を減じた時間の割合の値であってもよい。つまり、ＰＷＭキャリア周期から少なくともデッドタイムの２倍以上の特定時間を減じた時間と、ＰＷＭキャリア周期と、の比率を、閾値としてもよい。
このような構成によれば、設定されたデューティ比が示す第２スイッチング素子のオン時間が、少なくとも、ＰＷＭキャリア周期からデッドタイムの２倍を減じた時間以上の場合は、相補ＰＷＭは実行されずに相補無しＰＷＭが実行されることになる。そのため、デッドタイムを考慮した適切な閾値を設定することが可能となる。
相補ＰＷＭにおいて、第３スイッチング素子のオン期間の長さの最小値である最小オン時間が決められていて、オン期間の長さを少なくとも最小オン時間以上に設定するよう構成されている場合は、上記特定時間は、デッドタイムの２倍に最小オン時間を加えた時間以上であってもよい。
このような構成によれば、設定されたデューティ比が示す第２スイッチング素子のオン時間が、少なくとも、ＰＷＭキャリア周期からデッドタイムの２倍と第３スイッチング素子の最小オン時間との和を減じた時間以上の場合は、相補ＰＷＭは実行されずに相補無しＰＷＭが実行されることになる。そのため、デッドタイムに加えて第３スイッチング素子の最小オン時間をも考慮したより適切な閾値を設定することが可能となる。
相補ＰＷＭにおいて第３スイッチング素子の最小オン時間が設定されている場合、上記特定時間は、デッドタイムの２倍に最小オン時間を加えた時間であってもよい。このような構成によれば、デッドタイム及び第３スイッチング素子の最小オン時間の影響を受けない最大限のデューティ比まで相補ＰＷＭを実行させることができる。そのため、全体として適切なＰＷＭ制御の実現を可能としつつ、相補ＰＷＭを用いることにより得られる効果を最大限に享受することが可能となる。
実施形態の電動作業機の構成を示す斜視図である。 実施形態の電動作業機の電気的構成を示すブロック図である。 実施形態のＰＷＭ制御の概要を示す説明図である。 相補無しＰＷＭの一例を示す説明図である。 第１実施形態の相補ＰＷＭの一例を示す説明図である。 相補ＰＷＭ実行時の電流の流れを説明するための説明図である。 相補ＰＷＭを正常に実行可能な設定デューティ比に上限があることを説明するための説明図である。 相補ＰＷＭを用いる場合に生じる問題点を説明するための説明図である。 第１実施形態のＰＷＭ制御が有する特徴を示す説明図である。 第１実施形態のＰＷＭ制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の相補ＰＷＭの一例を示す説明図である。 第２実施形態の相補ＰＷＭにおいて設定可能な設定デューティ比の上限を説明するための説明図である。 第２実施形態のＰＷＭ制御が有する特徴を示す説明図である。 第２実施形態のＰＷＭ制御処理を示すフローチャートである。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
（１−１）電動作業機の構成
図１に示す電動作業機１は、草や小径木などの刈り取り対象物を刈り取ることを主目的として使用される刈払機として構成されている。本実施形態の電動作業機１は、メインパイプ２と、後端ユニット３と、先端ユニット４と、ハンドル６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。先端ユニット４は、メインパイプ２の長手方向両端のうち前端側に設けられている。後端ユニット３は、メインパイプ２の長手方向両端のうち後端側に設けられている。
先端ユニット４には、刈刃５が着脱可能に装着される。刈刃５は、刈り取り対象物を刈り取るための作業要素である。メインパイプ２の前端側には、カバー１３が設けられている。このカバー１３は、刈刃５により刈り取られた刈り取り対象物が電動作業機１の使用者に飛んでくることを抑制するために設けられている。
先端ユニット４には、刈刃５を回転駆動させるためのモータ２５が搭載されている。なお、モータ２５は図１では図示を省略し、図２で図示している。モータ２５の回転力は、不図示の減速機構を介して不図示の駆動軸に伝達される。この駆動軸に刈刃５が装着されており、モータ２５が回転すると、その回転力が駆動軸に伝達され、駆動軸と共に刈刃５が回転する。刈刃５の回転速度とモータ２５の回転速度とは略線形関係にあり、モータ２５の回転速度が高いほど刈刃５の回転速度も高くなる。
ハンドル６は、Ｕ字状に形成されており、メインパイプ２の前後方向における中間位置近傍でメインパイプ２に接続されている。ハンドル６の両端のうち一端側には使用者が右手で把持する右グリップ７が設けられ、他端側には使用者が左手で把持する左グリップ８が設けられている。
右グリップ７の先端側には、正逆切替レバー９、ロックオフボタン１０、及びトリガ操作部１１が設けられている。正逆切替レバー９は、モータ２５の回転方向、つまり刈刃５の回転方向を、正回転又は逆回転の何れかに切り替えるためのスイッチである。
トリガ操作部１１は、電動作業機１の使用者による、モータ２５を回転駆動させるための駆動操作を受け付ける操作部材である。トリガ操作部１１は、ロックオフボタン１０を押した状態でなければ駆動操作することはできない。ロックオフボタン１０は、刈刃５の誤動作を抑制するためのボタンである。
右グリップ７の内部には、トリガ操作部１１と連動して動作するトリガスイッチ３８が内蔵されている。なお、トリガスイッチ３８は図１では図示を省略し、図２で図示している。
トリガスイッチ３８は、トリガ操作部１１が駆動操作（例えば引き操作）されるとオンし、トリガ操作部１１が駆動操作されていない場合はオフする。後述するメインスイッチ１６がオンされることにより電動作業機１が起動した状態で、作業者がトリガ操作部１１を駆動操作することによりトリガスイッチ３８がオンすると、モータ２５への通電が行われ、モータ２５が回転する。
右グリップ７と後端ユニット３との間には、配線用パイプ１２が設けられている。配線用パイプ１２は、中空の棒状に形成されており、内部には、トリガスイッチ３８及び正逆切替レバー９を後端ユニット３と電気的に接続するための配線が配設されている。
後端ユニット３は、その後端側の面においてバッテリパック２０を着脱可能に構成されている。バッテリパック２０には、バッテリ２１が収容されている。電動作業機１は、バッテリパック２０が後端ユニット３に装着されている場合に、バッテリ２１から供給される電力であるバッテリ電力によってモータ２５が回転駆動可能に構成されている。
後端ユニット３の上面における前方側には、変速ダイヤル１５及びメインスイッチ１６が、作業者が操作可能な状態で設けられており、さらにランプ１７が設けられている。
メインスイッチ１６は、電動作業機１を使用可能な状態にするためのスイッチである。作業者がメインスイッチ１６をオンすると、後端ユニット３内の各部が起動し、トリガ操作部１１への駆動操作によってモータ２５を回転させることが可能な状態となる。
変速ダイヤル１５は、モータ２５の回転速度の目標値である目標回転速度を設定するために作業者により操作される回転型の操作部材である。ランプ１７は、電動作業機１の各種状態を表示するために設けられている。
電動作業機１の電気的構成について、図２を用いて説明する。図２に示すように、電動作業機１は、バッテリパック２０と、モータ２５と、コントローラ３０とを備える。
コントローラ３０は、バッテリパック２０内のバッテリ２１から電力供給を受けて、モータ２５を駆動制御するよう構成されている。
モータ２５は、本実施形態では３相電力によって回転するよう構成されたブラシレスモータである。モータ２５は、３つの巻線２６，２７，２８を有する。本実施形態では、一例として、これら３つの巻線２６，２７，２８がデルタ結線されている。また、モータ２５は、電力入力用の端子として３つの端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃを備えている。
コントローラ３０は、ブリッジ回路３１、ゲート回路３２、制御回路３３、及び、レギュレータ３４を備える。ブリッジ回路３１は、バッテリ２１から電力供給を受けて、モータ２５の各巻線２６，２７，２８に電流を流すための回路である。ブリッジ回路３１は、本実施形態では、６つのスイッチング素子ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを有する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３１において、ハイサイドスイッチとしての３つのスイッチング素子ＵＨ、ＶＨ、ＷＨは、モータ２５の各端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、バッテリ２１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、それぞれ設けられている。また、ローサイドスイッチとしての３つのスイッチング素子ＵＬ、ＶＬ、ＷＬは、モータ２５の各端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、バッテリ２１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、それぞれ設けられている。
つまり、モータ２５の３つの端子２５ａ，２５ｂ，２５ｃのうち、端子２５ａには、ハイサイドスイッチとしてのスイッチング素子ＵＨ（以下、「Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨ」とも称する）とローサイドスイッチとしてのスイッチング素子ＵＬ（以下、「Ｕ相ローサイドスイッチＵＬ」とも称する）が接続されている。また、端子２５ｂには、ハイサイドスイッチとしてのスイッチング素子ＶＨ（以下、「Ｖ相ハイサイドスイッチＶＨ」とも称する）とローサイドスイッチとしてのスイッチング素子ＶＬ（以下、「Ｖ相ローサイドスイッチＶＬ」とも称する）が接続されている。また、端子２５ｃには、ハイサイドスイッチとしてのスイッチング素子ＷＨ（以下、「Ｗ相ハイサイドスイッチＷＨ」とも称する）とローサイドスイッチとしてのスイッチング素子ＷＬ（以下、「Ｗ相ローサイドスイッチＷＬ」とも称する）が接続されている。
各スイッチング素子ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬは、本実施形態では、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。このため、各スイッチング素子ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ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（いわゆる寄生ダイオード）が並列に接続されることになる。
ゲート回路３２は、制御回路３３から出力された制御信号に従い、ブリッジ回路３１内の各スイッチング素子ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬをオン・オフさせることで、モータ２５の各巻線２６，２７，２８に電流を流し、モータ２５を回転させるものである。
制御回路３３は、本実施形態では、ＣＰＵ４１、メモリ４２等を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。メモリ４２には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の各種半導体メモリの少なくとも１つが含まれる。制御回路３３は、ゲート回路３２を介してモータ２５の駆動を制御する。
制御回路３３の各種機能は、ＣＰＵ４１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ４２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。なお、制御回路３３が有するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。また、制御回路３３が有する機能は、ソフトウェアによって実現されることに限定されるものではなく、機能の一部又は全部を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。
制御回路３３には、トリガスイッチ３８、バッテリ電圧検出部３７、電流検出回路３６、ロータ位置検出回路３５、変速ダイヤル１５、メインスイッチ１６、及びランプ１７が接続されている。
制御回路３３には、トリガスイッチ３８から、トリガスイッチ３８のオン、オフの状態を示す信号が入力される。なお、トリガスイッチ３８から、オン時におけるトリガ操作部１１の操作量（引き量）を示す信号が入力される構成であってもよい。
バッテリ電圧検出部３７は、バッテリパック２０からコントローラ３０に入力されるバッテリ電圧を検出するよう構成されている。電流検出回路３６は、ブリッジ回路３１からグラウンドラインに至るモータ２５の通電経路上に設けられて、モータ２５に流れる電流の値を示す信号を出力するよう構成されている。
ロータ位置検出回路３５は、モータ２５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２５の回転位置、即ち回転角度を検出する。なお、以下の説明において、モータ２５について回転位置あるいは回転角度と言うときは、具体的には、モータ２５のロータの電気角を意味するものとする。
回転センサ２９は、モータ２５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２５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３５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２５の回転位置を検出する。ロータ位置検出回路３５から制御回路３３には、波形整形後の各相Ｕ、Ｖ、Ｗのホール信号が入力される。
制御回路３３は、入力される各ホール信号の信号レベルから、モータ２５の回転位置を検知する。また、制御回路３３は、入力される各ホール信号の少なくとも１つに基づいて、モータ２５の回転速度を検知する。
レギュレータ３４は、バッテリ２１から電源供給を受けて、直流の動作用電源電圧を生成する。制御回路３３をはじめ、コントローラ３０内の各部は、レギュレータ３４からの動作用電源電圧を電源として動作する。
制御回路３３には、変速ダイヤル１５から、変速ダイヤル１５の操作位置を示す信号、即ち設定されている回転速度を示す信号（以下、設定速度信号）が入力される。制御回路３３は、トリガスイッチ３８がオンされている間、モータ２５の回転速度が、変速ダイヤル１５から入力される設定速度信号が示す回転速度になるよう、回転数フィードバック制御を行う。
（１−２）制御回路によるＰＷＭ制御の説明
制御回路３３は、モータ２５の駆動制御を、ＰＷＭ制御により行うよう構成されている。具体的に、制御回路３３は、モータ２５の回転位置に基づいて、ブリッジ回路３１内の各スイッチング素子のうち、バッテリ２１の正極側からモータ２５を経て負極側に至る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。例えば、モータ２５に対して端子２５ａから流入して端子２５ｂから流出するような電流を通電させるべきタイミングでは、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨとＶ相ローサイドスイッチＶＬを選択する。
そして、選択した正負一対のスイッチング素子のうち一方の第１スイッチング素子をオン状態に維持させ、他方の第２スイッチング素子を、設定されたデューティ比に従ってＰＷＭキャリア周期で周期的にオン・オフさせる。制御回路３３は、このようなＰＷＭ制御を行うことで、モータ２５にデューティ比に応じた電流が流れるように制御する。
なお、ＰＷＭ制御において、選択した正負一対のスイッチング素子のうちどちらを第１スイッチング素子としてオン状態に維持させ、どちらを第２スイッチング素子としてデューティ比に従ってオン・オフをさせるかについては、適宜決めてもよい。
また、制御回路３３は、モータ２５の実際の回転速度と、変速ダイヤル１５からの設定速度信号が示す目標回転速度とを比較し、実際の回転速度を目標回転速度に一致させるためのデューティ比を算出する。そして、その算出したデューティ比を、ブリッジ回路３１の駆動用のデューティ比に設定する。
制御回路３３は、選択した正負一対のスイッチング素子及び設定したデューティ比（以下、設定デューティ比）を示す制御信号をゲート回路３２へ出力することにより、ゲート回路３２を介してＰＷＭ制御を実行する。
また、本実施形態のＰＷＭ制御は、より詳しくは、相補ＰＷＭと、相補無しＰＷＭの、二種類の制御方法を有する。相補ＰＷＭは、設定デューティ比に従ってオン・オフさせる第２スイッチング素子のオフ期間に、モータ２５の各端子のうちその第２スイッチング素子が接続されている端子に対して接続されている他のスイッチング素子である第３スイッチング素子をオンさせる、というものである。
つまり、相補ＰＷＭにおいては、第２スイッチング素子がオフされる毎に、そのオフされる期間中における特定のオン期間に、第３スイッチング素子をオンさせる。例えば、前述の例のように正負一対のスイッチング素子としてＵ相ハイサイドスイッチＵＨとＶ相ローサイドスイッチＶＬが選択された場合を想定する。さらに、Ｖ相ローサイドスイッチが第１スイッチング素子としてはオン状態に維持され、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨが、第２スイッチング素子として、ＰＷＭキャリア周期で周期的にオン・オフされる場合を想定する。この場合、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨがオフされる毎に、そのオフ期間に、第３スイッチング素子としてのＵ相ローサイドスイッチＵＬがオンされる。
第３スイッチング素子をオンさせるオン期間は、第２スイッチング素子のオフ期間中において適宜設定してもよい。例えば、第２スイッチング素子のオフ期間全体に渡って第３スイッチング素子をオンさせるようにしてもよい。ただしそのようにすると、第２スイッチング素子と第３スイッチング素子のオン、オフの切り替わり時に、一時的に、両者が同時にオンされた状態が発生する可能性がある。
そこで、本実施形態の相補ＰＷＭでは、ＰＷＭキャリア周期毎に、第２スイッチング素子のオフ後、デッドタイムの経過後に第３スイッチング素子をオンさせる。そして、そのオンさせた第３スイッチング素子のオフ後、デッドタイムの経過後に第２スイッチング素子をオンさせる。つまり、第２スイッチング素子のオフ期間中における第３スイッチング素子のオン期間は、本実施形態では、第２スイッチング素子のオフ後デッドタイムが経過したタイミングから、第２スイッチング素子が再びオンされるタイミングよりもデッドタイム前のタイミングまで、に設定されている。なお、デッドタイムとは、相補ＰＷＭにおいて、第２スイッチング素子をオフさせてから第３スイッチング素子をオンさせるまでの間、及び第３スイッチング素子をオフさせてから第２スイッチング素子をオンさせるまでの間に設定される、第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子を共にオフ状態にさせる時間である。
前述の例のように通電用の正負一対のスイッチング素子としてＵ相ハイサイドスイッチＵＨとＶ相ローサイドスイッチＶＬが選択された場合においては、ＰＷＭキャリア周期毎に、第２スイッチング素子としてのＵ相ハイサイドスイッチＵＨがオフされた後、デッドタイム経過後に、第３スイッチング素子としてのＵ相ローサイドスイッチＵＬがオンされる。そして、Ｕ相ローサイドスイッチＵＬがオフされた後、デッドタイム経過後に、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨがオンされる。
相補無しＰＷＭは、第２スイッチング素子のオン・オフにかかわらず第３スイッチング素子をオンさせずにオフ状態に維持させる、というものである。つまり、相補無しＰＷＭにおいてオンされるスイッチング素子は、選択された正負一対のスイッチング素子だけである。
制御回路３３は、ＰＷＭ制御として、相補ＰＷＭ及び相補無しＰＷＭの何れか一方を用いてモータ２５を制御するよう構成されている。具体的に、本実施形態の制御回路３３は、設定デューティ比が閾値未満の場合は、ＰＷＭ制御として、相補ＰＷＭを実行する。一方、設定デューティ比が閾値以上の場合は、ＰＷＭ制御として、相補無しＰＷＭを実行する。
なお、制御回路３３が設定可能な設定デューティ比は、上限値が例えば１００％、下限値が例えば０％である。よって、本実施形態では、設定デューティ比が０％以上閾値未満の場合は相補ＰＷＭが行われ、設定デューティ比が閾値以上１００％以下の場合は相補無しＰＷＭが行われることになる。
なお、設定デューティ比の下限値及び上限値は適宜決めてよく、例えば下限値については０％よりも大きい値であってもよいし、上限値については１００％よりも小さい値であってもよい。そして、設定可能な設定デューティ比の範囲内において、閾値を適宜決定し、その閾値以上のデューティ比が設定された場合は相補無しＰＷＭ、その閾値未満のデューティ比が設定された場合は相補ＰＷＭを実行するようにすればよい。
また、閾値未満の範囲において、一律に相補ＰＷＭにすることは必須ではなく、設定デューティ比の値によっては相補無しＰＷＭを実行することがあってもよい。即ち、少なくとも、設定デューティ比が特定のデューティ比以上で閾値未満の範囲内の場合は相補ＰＷＭを実行するが、特定のデューティ比未満の範囲において、相補ＰＷＭを実行するか相補無しＰＷＭを実行するかは適宜決めてもよい。特定のデューティ比未満の範囲においては、例えば複数の範囲に区分して範囲毎にどちらか一方を定めてもよいし、例えばモータ回転数やモータ電流値、バッテリ電圧値などの、動作状態を示す種々のパラメータの値に応じてどちらを実行するかを決定するよう構成してもよい。また、特定のデューティ比は、閾値未満の範囲内で適宜決めてもよい。
図３に、制御回路３３によりＰＷＭ制御されるブリッジ回路３１の各スイッチング素子ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬの動作例を示す。なお、図３において「ｄｅｇ」は電気角の単位である「度」を意味する。
図３は、一例として、常に相補ＰＷＭが実行されている状態を例示している。即ち、例えばモータ２５の回転角度（即ち電気角）が０度〜６０度の区間Ａにおいては、正負一対のスイッチング素子としてＵ相ハイサイドスイッチＵＨとＶ相ローサイドスイッチＶＬが選択される。この区間Ａでは、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨがＰＷＭキャリア周期で周期的にオン・オフされる。
また、図３に示すように、ＰＷＭ制御においては、モータ２５の回転が６０度進む毎に、現在選択されている正負一対のスイッチング素子のうち１つが選択から外れ、新たに別のスイッチング素子が選択される。例えば回転位置が１２０度の場合、図３に示すように、１２０度になる前はＵ相ハイサイドスイッチＵＨとＷ相ローサイドスイッチＷＬが正負一対のスイッチング素子として選択されていたのに対し、１２０度になると、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨに代わってＶ相ハイサイドスイッチＶＨが選択される。そして、選択されるスイッチング素子が切り替わる毎に、その新たに選択されたスイッチング素子が、その切り替わりタイミングから６０度回転して次の切り替わりタイミングに至るまでの間、第２スイッチング素子として周期的にオン・オフされる。
なお、各スイッチング素子は、通電用の正負一対のスイッチング素子として選択された場合、その選択されたタイミングから１２０度回転するまでの間は選択された状態が維持される。ただし、選択されたスイッチング素子が第２スイッチング素子として周期的にオン・オフされるのは、１２０度回転される間のうち前半の６０度回転されるまでの間であり、後半の６０度は、第１スイッチング素子としてオン状態が維持される。
図３の区間Ａにおいて、仮に相補無しＰＷＭが実行される場合は、ＰＷＭキャリア周期毎にオン・オフされるのはＵ相ハイサイドスイッチＵＨのみであって、Ｕ相ローサイドスイッチＵＬはオフ状態に維持される。なお、区間ＡにおいてはＶ相ローサイドスイッチＶＬはオン状態に維持される。
一方、相補ＰＷＭの場合は、図３に示すように、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨがＰＷＭキャリア周期毎にオン・オフされるのに加え、Ｕ相ローサイドスイッチＵＬも、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨがオフされる毎に、そのオフ期間中における特定のオン期間、オンされる。
区間Ａのより具体的な動作内容について、例えば、ＰＷＭキャリア周期が５０μｓ、設定デューティ比が５０％、デッドタイムが３．５μｓである場合を例に挙げて、図４及び図５を用いて説明する。なお、「μｓ」は、マイクロ秒を示す。
ＰＷＭ制御として仮に相補無しＰＷＭが実行された場合、区間Ａにおいては、図４に示すように、第１スイッチング素子としてのＶ相ローサイドスイッチＶＬがオン状態に維持される。そして、第２スイッチング素子としてのＵ相ハイサイドスイッチＵＨが周期的にオン・オフされる。図４の例では、ＰＷＭキャリア周期におけるＵ相ハイサイドスイッチＵＨのオフ時間及びオン時間はいずれも２５μｓである。
一方、ＰＷＭ制御として相補ＰＷＭが実行された場合、区間Ａにおいては、図５に示すように、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨ及びＶ相ローサイドスイッチＶＬの正負一対のスイッチング素子については相補無しＰＷＭと同様に動作し、加えて、第３スイッチング素子としてのＵ相ローサイドスイッチＵＬがオン・オフされる。
即ち、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨがオンされている間は、Ｕ相ローサイドスイッチＵＬはオフされる。この場合、図６に実線矢印で示すような通電経路が形成される。即ち、バッテリ２１の正極からＵ相ハイサイドスイッチＵＨ、モータ２５の巻線２６、及びＶ相ローサイドスイッチＶＬを経てバッテリ２１の負極に至る通電経路が形成される。
そして、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨがオフされると、Ｕ相ローサイドスイッチＵＬが、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨのオフ後、デッドタイムである３．５μｓの経過後にオンされる。そして、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨが再びオンされるタイミングよりもデッドタイム分の３．５μｓ前のタイミング、即ちＵ相ローサイドスイッチＵＬがオンしてから１８μｓのオン期間が経過したタイミングで、Ｕ相ローサイドスイッチＵＬがオフされる。
Ｕ相ローサイドスイッチＵＬがオンされている間は、図６に破線矢印で示すような電流経路が形成される。即ち、モータ２５の巻線２６からＵ相ローサイドスイッチＵＬを経て再び巻線２６に戻る電流経路が形成される。
図５の例では、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨのオフ期間中にＵ相ローサイドスイッチＵＬがオンされるオン期間の長さは、１８μｓである。Ｕ相ローサイドスイッチＵＬのオン期間の長さ、即ち相補ＰＷＭにおける第３スイッチング素子のオン期間の長さは、本実施形態では、デッドタイムの長さに依存する。即ち、設定デューティ比に従ってオン・オフされる第２スイッチング素子のオフ期間の長さから、デッドタイムの２倍を減じた長さが、第３スイッチング素子のオン時間となる。
なお、デッドタイムの長さは適宜決めてもよい。また、図５の例では、第２スイッチング素子がオンされてから第３スイッチング素子がオンされるまでのデッドタイムと、第３スイッチング素子がオフされてから第２スイッチング素子がオンされるまでのデッドタイムとが、何れも同じ３．５μｓであったが、これらが異なる長さであってもよい。
ところで、相補ＰＷＭの場合、本実施形態では上記のようにデッドタイムを設けているため、設定デューティ比が１００％に近い高い領域では、所望のデューティ比を設定することが難しい。
即ち、本実施形態ではデッドタイムが例えば３．５μｓに設定されているため、ＰＷＭキャリア周期である５０μｓ中、少なくともデッドタイムの２倍の７μｓは、第２スイッチング素子をオンさせることができない。つまり、第２スイッチング素子をオンさせることが可能な時間は、１周期あたり最大でも４３μｓに制限される。
更に、本実施形態では、相補ＰＷＭにおいて、第３スイッチング素子のオン期間に対してその長さの最小値、即ち最小オン時間が設定されている。具体的に、本実施形態では最小オン時間が例えば０．５μｓに設定されている。そのため、本実施形態では、ＰＷＭキャリア周期中、少なくとも、デッドタイムの２倍に最小オン時間を加えた７．５μｓは、第２スイッチング素子をオンさせることができない。つまり、第２スイッチング素子をオンさせることが可能な時間は、１周期あたり最大でも４２．５μｓに制限される。
図７は、その最大の４２．５μｓが第２スイッチング素子のオン時間に設定されている場合、即ち設定デューティ比が８５％に設定されている場合の動作例を示している。本実施形態では、第２スイッチング素子としてのＵ相ハイサイドスイッチＵＨのオン時間が４２．５μｓを超えるような設定デューティ比、即ち８５％を超える所望の設定デューティが設定されても、その所望の設定デューティ比の通りに通電させることが困難となる。なお、仮に、第３スイッチング素子の最小オン時間の制約がない場合であっても、デッドタイムを考慮すると、１周期の長さからデッドタイムの２倍を減じた長さが４３μｓであることから、相補ＰＷＭにおいては第２スイッチング素子を４３μｓ以上オンさせることはできない。
このようなことから、従来、ＰＷＭ制御として相補ＰＷＭを用いる場合、例えば、設定デューティ比が、相補ＰＷＭを正常に実行可能な上限値以上の場合は、図８に例示するように、設定デューティ比の値にかかわらず、第２スイッチング素子をオフさせず実質的にデューティ比１００％でモータ２５を駆動させることがあった。つまり、従来、相補ＰＷＭにおいては、設定デューティ比が１００％に近い高い領域では、設定デューティ比通りにモータ２５への通電を行うことが困難であった。
そこで本実施形態では、制御回路３３は、相補ＰＷＭを正常に実行可能な上限値を閾値として、設定デューティ比が閾値未満の場合はＰＷＭ制御として相補ＰＷＭを実行し、設定デューティ比が閾値以上の場合はＰＷＭ制御として相補無しＰＷＭを実行するよう構成されている。本実施形態では閾値は８５％である。なお、厳密には、設定デューティ比が８５％までは相補ＰＷＭを正常に実行可能であるため、設定デューティ比が閾値以下の場合に相補ＰＷＭを実行して閾値を超えた場合に相補無しＰＷＭを実行するようにしてもよい。また、仮に、第３スイッチング素子の最小オン時間の制約がない場合は、８６％までは相補ＰＷＭにて設定デューティ比の通りに通電させることができるため、閾値を８６％に設定してもよい。
なお、閾値は、上記のように相補ＰＷＭを正常に実行可能な上限値に設定することは必須ではなく、上限値より低い値に設定してもよい。例えば、上記例においては、８５％よりも低い所定値を閾値に設定してもよい。第３スイッチング素子の最小オン時間の制約がない場合は、８６％よりも低い所定値を閾値に設定してもよい。
上記のようなＰＷＭ制御方法の切り替えを行うことにより、本実施形態では、図９に例示するように、設定デューティ比が８５％未満の場合は相補ＰＷＭが行われ、これによりブリッジ回路３１は設定デューティ比の通りに作動する。一方、設定デューティ比が８５%以上の場合は、相補無しＰＷＭが行われるため、この場合も設定デューティ比の通りにブリッジ回路３１が作動する。つまり、本実施形態では、設定デューティ比の値にかかわらず、設定デューティ比の通りにブリッジ回路３１を作動させることができ、これにより設定デューティ比に対応した電流をモータ２５に流すことができる。
（１−３）ＰＷＭ制御処理
次に、制御回路３３が実行するＰＷＭ制御処理について、図１０を用いて説明する。制御回路３３のＣＰＵ４１は、起動後、トリガスイッチ３８がオンされると、前述の通り、モータ２５の回転位置に基づいて、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。より具体的に、図３に例示したように、モータ２５の回転位置が６０度進む毎に、選択対象のスイッチング素子を切り替えていく。
そして、ＣＰＵ４１は、回転位置が６０度進んで選択対象のスイッチング素子を切り替える度に、図１０のＰＷＭ制御処理を周期的に実行する。なお、ＰＷＭ制御処理の実行周期は、前述のＰＷＭキャリア周期よりも十分に短い。また、図１０のＰＷＭ制御処理のプログラムは、メモリ４２に記憶されている。
制御回路３３のＣＰＵ４１は、図１０のＰＷＭ制御処理を開始すると、Ｓ１１０で、定回転制御による設定デューティ比Ｄｓを算出する。ここでいう定回転制御とは、いわゆる速度フィードバック制御を意味する。具体的に、ＣＰＵ４１は、変速ダイヤル１５の設定位置に対応した目標回転速度と、モータ２５の実際の回転速度との差分に基づき、その差分が０になるように設定デューティ比Ｄｓを算出する。
Ｓ１２０では、設定デューティ比Ｄｓが閾値以上か否か判断する。設定デューティ比Ｄｓが閾値未満の場合は、Ｓ１４０で、ＰＷＭ制御として、相補ＰＷＭ制御を実行する。
設定デューティ比Ｄｓが閾値以上の場合は、Ｓ１３０で、ＰＷＭ制御として、相補無しＰＷＭを実行する。なお、Ｓ１１０で算出される設定デューティ比Ｄｓは１００％以上であることもあり得る。Ｓ１１０で算出された設定デューティ比Ｄｓが１００％以上の場合は、Ｓ１３０では、デューティ比１００％の通電を行う。即ち、第２スイッチング素子を、ＰＷＭキャリア周期中、常時オンさせる。
（１−４）第１実施形態の効果
以上説明した第１実施形態によれば、以下の（１ａ）〜（１ｃ）の効果を奏する。
（１ａ）制御回路３３は、設定デューティ比が閾値未満の場合に相補ＰＷＭを実行し、設定デューティ比が閾値以上の場合は相補無しＰＷＭを実行する。そのため、閾値を適宜設定することで、全体として、設定デューティ比にて適切にＰＷＭ制御することが可能となる。
（１ｂ）設定デューティ比が閾値未満の場合であっても、一部領域においては相補無しＰＷＭを実行するようにしてもよいが、本実施形態では、閾値未満の場合は一律に相補ＰＷＭを実行するよう構成されている。そのため、ＰＷＭ制御として相補ＰＷＭを用いることにより得られる効果、即ち相補無しＰＷＭを用いる場合よりも優れた効果を、より多く享受することができる。
（１ｃ）閾値は、ＰＷＭキャリア周期に対する、ＰＷＭキャリア周期から特定時間を減じた時間の割合の値である。そして、本実施形態におけるその特定時間とは、デッドタイムの２倍に第３スイッチング素子の最小オン時間を加えた時間である。そのため、デッドタイム及び第３スイッチング素子の最小オン時間の影響を受けない最大限の設定デューティ比までは相補ＰＷＭを実行させることができる。これにより、全体として適切なＰＷＭ制御の実現を可能としつつ、相補ＰＷＭを用いることにより得られる効果を最大限に享受することが可能となる。
（１−５）特許請求の範囲の文言との対応関係
ここで、第１実施形態の文言と特許請求の範囲の文言との対応関係について補足説明する。バッテリ２１は、直流電源の一例に相当する。制御回路３３は、制御部の一例に相当する。
［２．第２実施形態］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
まず、デューティ比の算出方法について、第１実施形態では、いわゆる回転数フィードバック制御によってデューティ比を算出したが、第２実施形態では、フィードバック制御は行わず、オープンループによりデューティ比を算出する。具体的に、変速ダイヤル１５から入力される設定速度信号に対応したデューティ比を算出する。よって、変速ダイヤル１５で設定されている回転速度が高いほど、算出されるデューティ比も大きくなる。なお、オープンループにより算出されるデューティ比を、以下、演算デューティ比とも言う。
また、前述した第１実施形態における相補ＰＷＭでは、図５を用いて説明したように、ＰＷＭキャリア周期でオン・オフさせる第２スイッチング素子のオン時間が、設定デューティ比に応じた時間の通りであった。即ち、図５の例のように、設定デューティ比が５０％の場合、第２スイッチング素子であるＵ相ハイサイドスイッチのオン時間は、設定デューティ比に応じた時間である２５μｓが確保されていた。
これに対し、第２実施形態の相補ＰＷＭでは、第２スイッチング素子をオンさせるべきタイミング（以下、ＰＷＭオンタイミング）ですぐにオンさせず、そのＰＷＭオンタイミングからデッドタイム経過後にオンさせる。
具体例を図１１に示す。図１１は、ＰＷＭキャリア周期が５０μｓ、設定デューティ比が５０％、デッドタイムが３．５μｓであり、第２スイッチング素子としてＵ相ハイサイドスイッチＵＨが選択されている例を示している。
図１１に示すように、第２実施形態では、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨのオフ後、デッドタイムが経過後に、Ｕ相ローサイドスイッチＵＬがオンされる。ここまでは第１実施形態と同じである。そして、Ｕ相ローサイドスイッチＵＬのオンは、設定デューティ比に応じたＰＷＭオンタイミングまで、即ちＰＷＭキャリア周期における２５μｓ経過時まで継続され、ＰＷＭオンタイミングでオフされる。因みに、第１実施形態では、ＰＷＭオンタイミングよりもデッドタイム前のタイミングでＵ相ローサイドスイッチＵＬがオフされる。
そして、ＰＷＭオンタイミングでＵ相ローサイドスイッチＵＬがオフされた後、デッドタイム経過後のタイミング、即ちＵ相ハイサイドスイッチＵＨがオフされてから２８．５μｓ経過したタイミングで、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨが再びオンされる。
そのため、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨの実際のオン時間は、設定デューティ比に応じた正規のオン時間よりもデッドタイム分だけ短くなる。つまり、ＰＷＭキャリア周期に対する実際のオン時間の割合である実デューティ比は、設定デューティ比よりも、デッドタイムに相当するデューティ比だけ低い値となる。図１１の例では、デッドタイムの３．５μｓをデューティ比に換算すると、７％となる。そのため、設定デューティ比が５０％であっても、実デューティ比は、設定デューティ比よりも７％低い４３％となる。
そこで、第２実施形態では、設定デューティ比と実デューティ比を一致させるべく、制御回路３３は、算出した演算デューティ比をそのまま設定デューティ比として設定するのではなく、算出した演算デューティ比をデッドタイム分オフセットさせ、そのオフセット後のデューティ比を設定デューティ比として設定する。
図１１の例の場合、モータ２５の駆動に必要な演算デューティ比として５０％という値が算出された場合、その５０％をそのまま設定デューティ比に設定するのではなく、デッドタイム分のデューティ比である７％を加算した５７％を、設定デューティ比として設定する。
この結果、Ｕ相ローサイドスイッチＵＬは、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨのオフ後、２１．５μｓ経過したタイミングでオフされることになる。そして、そのオフ時からデッドタイム３．５μｓの経過後、即ちＵ相ハイサイドスイッチＵＨがオフされてから２５μｓ経過後に、Ｕ相ハイサイドスイッチＵＨが再びオンされ、その後２５μｓの間オンされることになる。つまり、設定デューティ比そのものは、本来必要なデューティ比である５０％からオフセットされた５７％に設定されるものの、結果的に、実デューティ比は、本来必要なデューティ比である５０％となる。
なお、第２実施形態においても、一例として、デッドタイムは３．５μｓであり、且つ、第３スイッチング素子の最小オン時間が０．５μｓに設定されているものとする。そのため、相補ＰＷＭにおいては実質的には最大で８５％の実デューティ比を実現できる。
よって、第２実施形態の相補ＰＷＭにおいては、図１２に示すように、設定デューティ比として最大で９２％までは設定できる。なぜなら、９２％に設定しても、デッドタイムの影響により実デューティ比は８５％になるからである。逆に言えば、算出された演算デューティ比をオフセットさせて設定デューティ比に設定するという前提のもとで、第１実施形態と同様、算出された演算デューティ比が８５％までは、相補ＰＷＭを正常に実行できる。
そこで、第２実施形態では、図１３に例示するように、算出された演算デューティ比が８５％未満の場合は、算出された演算デューティ比をオフセットした値を設定デューティ比として、相補ＰＷＭを実行する。この結果、演算デューティ比が８５％未満の領域においては、実デューティ比は、演算デューティ比と同じ値になる。
そして、算出された演算デューティ比が８５％以上の場合は、その演算デューティ比をそのまま設定デューティ比として、相補無しＰＷＭを実行する。そのため、演算デューティ比が８５％以上の領域においても、実デューティ比は演算デューティ比と同じ値になる。つまり、全体として、演算デューティ比と実デューティ比を一致させることができる。
次に、第２実施形態のＰＷＭ制御処理について、図１４を用いて説明する。ＣＰＵ４１は、図１４のＰＷＭ制御処理を開始すると、Ｓ２１０で、オープンループによるデューティ比Ｄ１、即ち演算デューティ比Ｄ１を算出する。
Ｓ２２０では、Ｓ２１０で算出した演算デューティ比Ｄ１にオフセット量Ｄｏｆｆを加算することにより、オフセットデューティ比Ｄ２を算出する。オフセット量Ｄｏｆｆは、前述のようにＰＷＭキャリア周期に対するデッドタイムの割合であり、本実施形態では７％である。
Ｓ２３０では、Ｓ２２０で算出したオフセットデューティ比Ｄ２が１００％以上か否か判断する。１００％以上でなければＳ２５０に進み、１００％以上であればＳ２４０に進む。Ｓ２４０では、オフセットデューティ比Ｄ２を１００％に設定して、Ｓ２５０に進む。
Ｓ２５０では、Ｓ２１０で算出した演算デューティ比Ｄ１が閾値以上であるか否か判断する。閾値は第１実施形態と同じであり、例えば８５％である。演算デューティ比Ｄ１が閾値未満の場合は、Ｓ２８０で、設定デューティ比Ｄｓとしてオフセットデューティ比Ｄ２を設定する。そしてＳ２９０で、Ｓ２８０で設定した設定デューティ比Ｄｓに従って、相補ＰＷＭを実行する。
Ｓ２５０で、演算デューティ比Ｄ１が閾値以上の場合は、Ｓ２６０で、設定デューティ比Ｄｓとして演算デューティ比Ｄ１を設定する。なお、演算デューティ比Ｄ１が１００％以上の場合は、Ｓ２６０では、設定デューティ比Ｄｓとして１００％を設定する。そしてＳ２７０で、Ｓ２６０で設定した設定デューティ比Ｄｓに従って、相補無しＰＷＭを実行する。なお、設定デューティ比Ｄｓが１００％の場合は、デューティ比１００％の通電を行う。即ち、第２スイッチング素子を、ＰＷＭキャリア周期中、常時オンさせる。
以上説明した第２実施形態によっても、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、第２実施形態では、相補ＰＷＭの方法が第１実施形態とは異なっていて、実デューティ比が、デッドタイム相当分、設定デューティ比よりも小さくなる。そこで、演算デューティ比をそのまま設定デューティ比として設定するのではなく、演算デューティ比をデッドタイム相当分オフセットした値を設定デューティ比に設定している。これにより、相補ＰＷＭにおいても、結果として、実デューティ比を演算デューティ比に一致させることができる。
［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
（３−１）ＰＷＭ制御において、オンさせるべき正負一対のスイッチング素子として新たに選択されたスイッチング素子について、選択されてから再びオフ状態にされるまでの１２０度のうち前半の６０度の区間のみをＰＷＭキャリア周期に従ってオン・オフさせることは、必須ではない。例えば、選択された正負一対のスイッチング素子のうちローサイドスイッチは常にオン状態に維持させ、ハイサイドスイッチを常にＰＷＭキャリア周期に従ってオン・オフさせるようにしてもよい。
（３−２）デューティ比の算出の際に参照する情報として、上記実施形態では、変速ダイヤルからの設定速度信号を用いたが、これはあくまでも一例である。例えば、トリガ操作部１１の操作量に応じて目標速度を設定し、その目標速度に基づいて必要なデューティ比を算出するようにしてもよい。
（３−３）閾値にヒステリシスを持たせてもよい。具体的に、例えば、相補ＰＷＭから相補無しＰＷＭへ切り替えるべき閾値が８５％であるとする。この場合において、設定デューティ比が８５％未満だった状態から８５％以上になったことによってＰＷＭ制御方法が相補ＰＷＭから相補無しＰＷＭに切り替わったとする。そして、その後に設定デューティ比が再び低下していった場合は、８５％未満になった場合に相補ＰＷＭに切り替えるのではなく、８５％よりも低い所定の境界値未満になった場合に相補ＰＷＭに切り替えるようにしてもよい。
（３−４）本開示においてモータは、ブラシレスモータに限定されない。また、モータが有する電力入力用の端子の数も３つに限定されるものではない。例えば、電力入力用の端子を２つ有するブラシ付き直流モータを有する電動作業機に対して本開示を適用してもよい。
ブリッジ回路についても、上記実施形態のように６つのスイッチング素子を有する構成はあくまでも一例であり、ブリッジ回路が有するスイッチング素子の数は限定されない。例えば、モータが直流モータである場合は、ブリッジ回路として、４つのスイッチング素子を有するいわゆるＨブリッジ回路を用いてもよい。
（３−５）本開示の技術は、刈払機以外の園芸用の作業機や、石工用、金工用、木工用の電動工具などの、各種の電動作業機に適用することができる。より具体的には、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、電動マルノコ、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、電動噴霧器、電動散布機、電動集塵機、といった各種電動作業機に適用することができる。
（３−６）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から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
１…電動作業機、１１…トリガ操作部、１５…変速ダイヤル、２０…バッテリパック、２１…バッテリ、２５…モータ、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…端子、２６，２７，２８…巻線、２９…回転センサ、３０…コントローラ、３１…ブリッジ回路、３２…ゲート回路、３３…制御回路、３４…レギュレータ、３５…ロータ位置検出回路、３８…トリガスイッチ、４１…ＣＰＵ、４２…メモリ、ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ…スイッチング素子。

Claims (4)

  1. 電力入力用の複数の端子を有するモータと、
    直流電源の正極側と前記複数の端子の各々との間、及び前記直流電源の負極側と前記複数の端子の各々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前記スイッチング素子のうち一方の第１スイッチング素子をオン状態に維持させ、他方の第２スイッチング素子を、設定されたデューティ比に従ってオン・オフさせることで、前記モータに前記デューティ比に応じた電流が流れるように制御するＰＷＭ制御を実行する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記デューティ比が閾値未満の場合は、前記ＰＷＭ制御として、前記第２スイッチング素子が接続されている前記モータの端子に対して接続されている他の前記スイッチング素子である第３スイッチング素子を、前記第２スイッチング素子がオフされる毎にそのオフされる間における特定のオン期間にオンさせる相補ＰＷＭを実行し、
    前記デューティ比が前記閾値以上の場合は、前記ＰＷＭ制御として、前記第２スイッチング素子のオン・オフにかかわらず前記第３スイッチング素子をオフ状態に維持させる相補無しＰＷＭを実行するよう構成されている、
    電動作業機。
  2. 請求項１に記載の電動作業機であって、
    前記相補ＰＷＭは、前記第２スイッチング素子が前記デューティ比に従って周期的にオン・オフされる際の周期であるＰＷＭキャリア周期毎に、前記第２スイッチング素子のオフ後、前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子を共にオフさせるよう設定された時間であるデッドタイムの経過後に前記第３スイッチング素子をオンさせ、そのオンさせた第３スイッチング素子のオフ後、前記デッドタイムの経過後に前記第２スイッチング素子をオンさせるよう構成されており、
    前記閾値は、前記ＰＷＭキャリア周期に対する、前記ＰＷＭキャリア周期から少なくとも前記デッドタイムの２倍以上の特定時間を減じた時間の割合の値である、
    電動作業機。
  3. 請求項２に記載の電動作業機であって、
    前記相補ＰＷＭは、前記オン期間の長さの最小値である最小オン時間が決められていて、前記オン期間の長さを少なくとも前記最小オン時間以上に設定するよう構成されており、
    前記特定時間は、前記デッドタイムの２倍に前記最小オン時間を加えた時間以上である、
    電動作業機。
  4. 請求項３に記載の電動作業機であって、
    前記特定時間は、前記デッドタイムの２倍に前記最小オン時間を加えた時間である、電動作業機。
JP2016196501A 2016-10-04 2016-10-04 電動作業機 Active JP6845655B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016196501A JP6845655B2 (ja) 2016-10-04 2016-10-04 電動作業機
DE102017122785.7A DE102017122785A1 (de) 2016-10-04 2017-09-29 Elektrische Arbeitsmaschine sowie Verfahren zum Antreiben eines Motors von einer elektrischen Arbeitsmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016196501A JP6845655B2 (ja) 2016-10-04 2016-10-04 電動作業機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018058143A true JP2018058143A (ja) 2018-04-12
JP6845655B2 JP6845655B2 (ja) 2021-03-24

Family

ID=61623763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016196501A Active JP6845655B2 (ja) 2016-10-04 2016-10-04 電動作業機

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6845655B2 (ja)
DE (1) DE102017122785A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110445427A (zh) * 2018-05-03 2019-11-12 南京德朔实业有限公司 电动工具
WO2020213664A1 (ja) * 2019-04-18 2020-10-22 株式会社ミツバ モータ制御装置
JPWO2021059741A1 (ja) * 2019-09-24 2021-04-01

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110417331B (zh) * 2018-04-28 2021-11-19 南京德朔实业有限公司 电动工具
DE102022207572A1 (de) 2022-07-25 2024-01-25 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines elektromechanischen Aktuatorsystems mithilfe einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007082303A (ja) * 2005-09-13 2007-03-29 Toshiba Kyaria Kk 電力変換装置
WO2010140212A1 (ja) * 2009-06-02 2010-12-09 トヨタ自動車株式会社 電圧変換装置の制御装置、それを搭載した車両および電圧変換装置の制御方法
JP2012130980A (ja) * 2010-12-21 2012-07-12 Makita Corp コードレス電動工具
JP2013021869A (ja) * 2011-07-13 2013-01-31 Honda Motor Co Ltd スイッチング回路の制御装置
JP2016163452A (ja) * 2015-03-03 2016-09-05 株式会社ジェイテクト ３相回転電機の制御装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5394895B2 (ja) 2009-11-11 2014-01-22 株式会社マキタ 電動工具

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007082303A (ja) * 2005-09-13 2007-03-29 Toshiba Kyaria Kk 電力変換装置
WO2010140212A1 (ja) * 2009-06-02 2010-12-09 トヨタ自動車株式会社 電圧変換装置の制御装置、それを搭載した車両および電圧変換装置の制御方法
JP2012130980A (ja) * 2010-12-21 2012-07-12 Makita Corp コードレス電動工具
JP2013021869A (ja) * 2011-07-13 2013-01-31 Honda Motor Co Ltd スイッチング回路の制御装置
JP2016163452A (ja) * 2015-03-03 2016-09-05 株式会社ジェイテクト ３相回転電機の制御装置

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110460269B (zh) * 2018-05-03 2021-08-27 南京德朔实业有限公司 电动工具
CN110460269A (zh) * 2018-05-03 2019-11-15 南京德朔实业有限公司 电动工具
CN110445427B (zh) * 2018-05-03 2021-11-19 南京德朔实业有限公司 电动工具
CN110445427A (zh) * 2018-05-03 2019-11-12 南京德朔实业有限公司 电动工具
JP2020178441A (ja) * 2019-04-18 2020-10-29 株式会社ミツバ モータ制御装置
WO2020213664A1 (ja) * 2019-04-18 2020-10-22 株式会社ミツバ モータ制御装置
JP7197426B2 (ja) 2019-04-18 2022-12-27 株式会社ミツバ モータ制御装置
US11716043B2 (en) 2019-04-18 2023-08-01 Mitsuba Corporation Motor control device
WO2021059741A1 (ja) * 2019-09-24 2021-04-01 愛三工業株式会社 モータ制御装置
JPWO2021059741A1 (ja) * 2019-09-24 2021-04-01
CN114430882A (zh) * 2019-09-24 2022-05-03 爱三工业株式会社 马达控制装置
DE112020003851T5 (de) 2019-09-24 2022-06-09 Aisan Kogyo Kabushiki Kaisha Motorsteuerungsvorrichtung
JP7247357B2 (ja) 2019-09-24 2023-03-28 愛三工業株式会社 モータ制御装置
CN114430882B (zh) * 2019-09-24 2023-12-12 爱三工业株式会社 马达控制装置
US11916503B2 (en) 2019-09-24 2024-02-27 Aisan Kogyo Kabushiki Kaisha Motor control device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017122785A1 (de) 2018-04-05
JP6845655B2 (ja) 2021-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2760124B1 (en) Power tool having a brushless motor and a control unit for controlling the brushless motor
JP6845655B2 (ja) 電動作業機
JP6155175B2 (ja) 電動工具の制動装置
US10644634B2 (en) Electric power tool
US10348227B2 (en) Electric power tool
US9246416B2 (en) Braking apparatus for three-phase brushless motor, and motor-driven appliance provided with same
JP6814032B2 (ja) 電動作業機
JP2017087412A (ja) 電動作業機
US10243488B2 (en) Electric working machine and method for controlling electric working machine
JP7405918B2 (ja) 電動作業機
US11533841B2 (en) Electric working machine and method for controlling motor of electric working machine
US11641798B2 (en) Electric working machine capable of determining type of tip tool
US20230065201A1 (en) Technique for controlling brushless dc motor of electric work machine
US20180152125A1 (en) Electric working machine
US20230106949A1 (en) Technique for controlling motor in electric power tool

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190718

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200629

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200804

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200925

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6845655

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250