JP2020203357A - 電動工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】課題は、電動工具の使い勝手を向上させることである。【解決手段】電動工具100は、モータ1と、電流測定部110と、トルク電流算出部120と、上限値設定部220と、駆動制御部150と、を備えている。電流測定部110は、モータ1に流れる電流を測定する。トルク電流算出部120は、電流測定部110で測定される電流に基づいて、トルク電流値を算出する。上限値設定部220は、トルク電流算出部120で算出されるトルク電流値に応じて、モータ1の速度の上限値ω10*を設定する。駆動制御部150は、上限値設定部220で設定された上限値ω10*に基づいて、モータ1の回転動作を制御する。【選択図】図1
Description
本開示は一般に電動工具に関し、より詳細には、電源によりモータを制御する電動工具に関する。
特許文献1は、電動工具を開示する。特許文献1の電動工具は、モータと、電源からの電力をモータに供給する駆動回路と、複数モードの目標回転数を設け、設定されたモードの目標回転数にてモータを回転させる制御部を有する。この電動工具には、モータが停止しているときの電源の電圧値を検出する電圧検出回路が設けられている。電動工具は、検出された電圧値をもとに目標回転数を可変に設定するように構成されている。
特許文献1の電動工具では、ネジ等の締付け作業の開始時に、モータの速度が大きく(速く)なり過ぎて作業が行いにくい場合があった。そのため、特許文献1の電動工具では、使い勝手が悪くなる可能性があった。
本開示は、上記事由に鑑みてなされており、電動工具の使い勝手を向上することを目的とする。
本開示の一態様に係る電動工具は、モータと、電流測定部と、トルク電流算出部と、上限値設定部と、駆動制御部と、を備える。前記電流測定部は、前記モータに流れる電流を検出する。前記トルク電流算出部は、前記電流測定部で測定される前記電流に基づいて、トルク電流値を算出する。前記上限値設定部は、前記トルク電流算出部で算出される前記トルク電流値に応じて、前記モータの速度の上限値を設定する。前記駆動制御部は、前記上限値設定部で設定された前記上限値に基づいて、前記モータの回転動作を制御する。
本開示によれば、電動工具の使い勝手を向上させることができる、という利点がある。
以下、実施形態に係る電動工具100について、図面を用いて説明する。
(1)概要
図1は、一実施形態の電動工具100のブロック図を示す。電動工具100は、モータ1と、モータ制御装置3と、を備える。モータ制御装置3は、電流測定部110と、トルク電流算出部120と、上限値設定部220と、駆動制御部150と、を備える。
図1は、一実施形態の電動工具100のブロック図を示す。電動工具100は、モータ1と、モータ制御装置3と、を備える。モータ制御装置3は、電流測定部110と、トルク電流算出部120と、上限値設定部220と、駆動制御部150と、を備える。
電流測定部110は、モータ1に流れる電流を測定する。トルク電流算出部120は、電流測定部110で測定される電流に基づいて、トルク電流値を算出する。上限値設定部220は、トルク電流算出部120で算出されるトルク電流値に応じて、モータ1の速度の上限値ω10 *を設定する。駆動制御部150は、上限値設定部220で設定された上限値ω10 *に基づいて、モータ1の回転動作を制御する。
電動工具100では、トルク電流の測定値に応じてモータ1の回転数の上限値ω10 *が設定されるので、モータ1の速度(回転数)が大きくなりすぎる可能性が低減される。そのため、電動工具100の使い勝手が向上する。
(2)詳細
以下、本実施形態の電動工具100について、図面を参照して更に詳細に説明する。
以下、本実施形態の電動工具100について、図面を参照して更に詳細に説明する。
電動工具100は、回転打撃工具(インパクトドライバ)である。電動工具100は、図1、図2に示すように、モータ1と、インバータ回路部2と、モータ制御装置3と、スピンドル4と、ハンマ5と、アンビル6と、入出力部7と、直流電源8と、電流測定部110と、を備える。
スピンドル4と、ハンマ5と、アンビル6とは、電動工具100において、所定の作業を実現するための装置である。スピンドル4は、モータ1の回転軸(回転子)に連結されている。スピンドル4は、モータ1の回転により回転する。ハンマ5は、カム機構を介して、スピンドル4に連結されている。ハンマ5は、スピンドル4とともに回転する。また、ハンマ5は、ばね50等によりアンビル6に向かって付勢され、ハンマ5とアンビル6とが結合し、ハンマ5の回転がアンビル6に伝達される。アンビル6と一体に形成された出力軸60には、例えば、先端工具が着脱自在に取付けられるソケット9が結合されている。
出力軸60に所定の大きさ以上の負荷がかかっていないときには、スピンドル4とハンマ5とが一体に回転し、ハンマ5とアンビル6とが一体に回転するので、アンビル6と一体に形成された出力軸60が回転する。一方で、出力軸60に所定の大きさ以上の負荷がかかったときには、ハンマ5がカム機構による規制を受けながらばね50に抗して後退し、ハンマ5がアンビル6から離れる。そして、ハンマ5とアンビル6との結合が外れた時点で、ハンマ5は回転しながら前進してアンビル6に回転方向の打撃衝撃を与え、出力軸60を回転させる(インパクト動作)。
モータ1は、スピンドル4に連結される。モータ1は、ブラシ付きDCモータもしくは、DCブラシレスモータである。本実施形態では、モータ1はDCブラシレスモータ(三相永久磁石同期モータ)であり、モータ1は、永久磁石を備えた回転子と3相(U相、V相、W相)分の電機子巻線を備えた固定子とを備える。
直流電源8は、モータ1の駆動に用いられる電源である。直流電源8は、本実施形態では、二次電池を有している。直流電源8は、いわゆる、電池パックである。直流電源8は、インバータ回路部2及びモータ制御装置3の電源としても利用される。
インバータ回路部2は、モータ1を駆動するための回路である。インバータ回路部2は、直流電源8からの電圧Vdcを、モータ1用の駆動電圧Vaに変換する。本実施形態では、駆動電圧Vaは、U相電圧、V相電圧及びW相電圧を含む三相交流電圧である。以下では、必要に応じて、U相電圧をvu、V相電圧をvv、W相電圧をvwで表す。また、各電圧vu,vv,vwは、正弦波電圧である。
インバータ回路部2は、PWMインバータとPWM変換器とを利用して実現できる。PWM変換器は、駆動電圧Va(U相電圧vu、V相電圧vv、W相電圧vw)の目標値(電圧指令値)vu *,vv *,vw *に従って、パルス幅変調されたPWM信号を生成する。PWMインバータは、このPWM信号に応じた駆動電圧Va(vu,vv,vw)をモータ1に与えてモータ1を駆動する。より具体的には、PWMインバータは、3相分のハーフブリッジ回路とドライバとを備える。PWMインバータでは、ドライバがPWM信号に従って各ハーフブリッジ回路におけるスイッチング素子をオン/オフすることにより、電圧指令値vu *,vv *,vw *に従った駆動電圧Va(vu,vv,vw)がモータ1に与えられる。これによって、モータ1には、駆動電圧Va(vu,vv,vw)に応じた駆動電流が供給される。駆動電流は、U相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwを含む。より詳細には、U相電流iu、V相電流iv、及びW相電流iwは、モータ1の固定子における、U相の電機子巻線の電流、V相の電機子巻線の電流及びW相の電機子巻線の電流である。
電流測定部110は、2つの相電流センサ11を備える。2つの相電流センサ11は、ここでは、インバータ回路部2からモータ1に供給される駆動電流のうちU相電流iu及びV相電流ivを測定する。なお、W相電流iwは、U相電流iu及びV相電流ivから求めることができる。なお、電流測定部110は、相電流センサ11の代わりに、シャント抵抗等を利用した電流検出器を備えていてもよい。
入出力部7は、ユーザインタフェースである。入出力部7は、電動工具100の動作に関する表示、電動工具100の動作の設定、及び、電動工具100の操作に利用される装置(例えば、表示器、入力器、操作器)を備える。本実施形態では、入出力部7は、モータ1の速度の目標値ω1 *を設定する機能を有している。
本実施形態では、入出力部7は、ユーザからの操作を受け付ける操作器として、トリガボリューム(トリガスイッチ)70を備える。トリガボリューム70は、押しボタンスイッチの一種である。トリガボリューム70は、操作量(押し込み量)に応じて操作信号が変化する多段階スイッチ又は無段階スイッチ(可変抵抗器)である。入出力部7は、トリガボリューム70の操作量に応じて、目標値ω1 *を決定し、モータ制御装置3に与える。
モータ制御装置3は、モータ1の速度の指令値ω2 *を決定し、更新する。特に、モータ制御装置3は、入出力部7から与えられるモータ1の速度の目標値ω1 *に基づいて、モータ1の速度の指令値ω2 *を決定し、更新する。なお、モータ制御装置3は、モータ1の速度の指令値ω2 *を決定及び更新する際にトルク電流値を参照するが、この点については後述する。また、モータ制御装置3は、モータ1の速度が指令値ω2 *に一致するように駆動電圧Vaの目標値(電圧指令値)vu *,vv *,vw *を決定してインバータ回路部2に与える。
以下、モータ制御装置3について更に詳細に説明する。モータ制御装置3は、本実施形態では、ベクトル制御を利用して、モータ1の制御を行う。ベクトル制御は、モータ電流を、トルク(回転力)を発生する電流成分と磁束を発生する電流成分とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御するモータ制御方式の一種である。
図3は、ベクトル制御におけるモータ1の解析モデル図である。図3には、U相、V相、W相の電機子巻線固定軸が示されている。ベクトル制御では、モータ1の回転子に設けられた永久磁石が作る磁束の回転速度と同じ速度で回転する回転座標系が考慮される。回転座標系において、永久磁石が作る磁束の方向をd軸にとり、d軸に対応する制御上の回転軸をγ軸とする。また、d軸から電気角で90度進んだ位相にq軸をとり、γ軸から電気角で90度進んだ位相にδ軸をとる。実軸に対応する回転座標系はd軸とq軸を座標軸に選んだ座標系であり、その座標軸をdq軸と呼ぶ。制御上の回転座標系はγ軸とδ軸を座標軸に選んだ座標系であり、その座標軸をγδ軸と呼ぶ。
dq軸は回転しており、その回転速度をωで表す。γδ軸も回転しており、その回転速度をωeで表す。また、dq軸において、U相の電機子巻線固定軸から見たd軸の角度(位相)をθで表す。同様に、γδ軸において、U相の電機子巻線固定軸から見たγ軸の角度(位相)をθeで表す。θ及びθeにて表される角度は、電気角における角度であり、それらは一般的に回転子位置又は磁極位置とも呼ばれる。ω及びωeにて表される回転速度は、電気角における角速度である。以下、必要に応じて、θ又はθeを、回転子位置と呼び、ω又はωeを単に速度と呼ぶことがある。回転子位置及びモータの速度を推定によって導出する場合、γ軸及びδ軸を制御上の推定軸と呼ぶことがある。
モータ制御装置3は、基本的に、θとθeとが一致するようにベクトル制御を行う。θとθeとが一致しているとき、d軸及びq軸は夫々γ軸及びδ軸と一致することになる。なお、以下の説明では、必要に応じて、駆動電圧Vaのγ軸成分及びδ軸成分を、それぞれγ軸電圧vγ及びδ軸電圧vδで表し、駆動電流のγ軸成分及びδ軸成分を、それぞれγ軸電流iγ及びδ軸電流iδで表す。
また、γ軸電圧vγ及びδ軸電圧vδの目標値を表す電圧指令値を、それぞれγ軸電圧指令値vγ *及びδ軸電圧指令値vδ *により表す。γ軸電流iγ及びδ軸電流iδの目標値を表す電流指令値を、それぞれγ軸電流指令値iγ *及びδ軸電流指令値iδ *により表す。
モータ制御装置3は、γ軸電圧vγ及びδ軸電圧vδの値がそれぞれγ軸電圧指令値vγ *及びδ軸電圧指令値vδ *に追従しかつγ軸電流iγ及びδ軸電流iδの値がそれぞれγ軸電流指令値iγ *及びδ軸電流指令値iδ *に追従するようにベクトル制御を行う。
モータ制御装置3は、所定の更新周期にて自身が算出(又は検出)して出力する指令値(iγ *、iδ *、vγ *、vδ *、vu *、vv *及びvw *)、状態量(iu、iv、iγ、iδ、θe及びωe)を更新する。
モータ制御装置3は、例えば、1以上のプロセッサ(一例としてはマイクロプロセッサ)と1以上のメモリとを含むコンピュータシステムにより実現され得る。つまり、1以上のプロセッサが1以上のメモリに記憶された1以上のプログラムを実行することで、モータ制御装置3として機能する。1以上のプログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
モータ制御装置3は、図1に示すように、座標変換器12と、減算器13と、減算器14と、電流制御部15と、磁束制御部16と、速度制御部17と、座標変換器18と、減算器19と、位置・速度推定部20と、脱調検出部21と、設定部22と、を備える。なお、座標変換器12、減算器13,14,19、電流制御部15、磁束制御部16、速度制御部17、座標変換器18、位置・速度推定部20、脱調検出部21、及び設定部22は、必ずしも実体のある構成を示しているわけではない。これらは、モータ制御装置3によって実現される機能を示している。よって、モータ制御装置3の各要素は、モータ制御装置3内で生成された各値を自由に利用可能となっている。
座標変換器12は、回転子位置θeに基づいてU相電流iu及びV相電流ivをγδ軸上に座標変換することにより、γ軸電流iγ及びδ軸電流iδを算出して出力する。ここで、γ軸電流iγは、d軸電流に対応し、励磁的な電流であり、トルクには殆ど寄与しない電流である。δ軸電流iδは、q軸電流に対応し、トルクに大きく寄与する電流である。回転子位置θeは、位置・速度推定部20にて算出される。
減算器19は、速度ωeと指令値ω2 *とを参照し、両者間の速度偏差(ω2 *−ωe)を算出する。速度ωeは、位置・速度推定部20にて算出される。
速度制御部17は、比例積分制御などを用いることによって、速度偏差(ω2 *−ωe)がゼロに収束するようにδ軸電流指令値iδ *を算出して出力する。
磁束制御部16は、γ軸電流指令値iγ *を決定して減算器13に出力する。γ軸電流指令値iγ *は、モータ制御装置3にて実行されるベクトル制御の種類やモータ1の速度ωに応じて、様々な値をとりうる。例えば、d軸電流をゼロとして最大トルク制御を行う場合は、γ軸電流指令値iγ *が0とされる。また、d軸電流を流して弱め磁束制御を行う場合は、γ軸電流指令値iγ *が速度ωeに応じた負の値とされる。以下の説明では、γ軸電流指令値iγ *が0である場合を取り扱う。
減算器13は、磁束制御部16から出力されるγ軸電流指令値iγ *より座標変換器12から出力されるγ軸電流iγを減算し、電流誤差(iγ *−iγ)を算出する。減算器14は、速度制御部17から出力される値iδ *より座標変換器12から出力されるδ軸電流iδを減算し、電流誤差(iδ *−iδ)を算出する。
電流制御部15は、電流誤差(iγ *−iγ)及び(iδ *−iδ)が共にゼロに収束するように、比例積分制御などを用いた電流フィードバック制御を行う。この際、γ軸とδ軸との間の干渉を排除するための非干渉制御を利用し、(iγ *−iγ)及び(iδ *−iδ)が共にゼロに収束するようにγ軸電圧指令値vγ *及びδ軸電圧指令値vδ *を算出する。
座標変換器18は、位置・速度推定部20から出力される回転子位置θeに基づいて電流制御部15から与えられたγ軸電圧指令値vγ *及びδ軸電圧指令値vδ *を三相の固定座標軸上に座標変換することにより、電圧指令値(vu *、vv *及びvw *)を算出して出力する。
位置・速度推定部20は、回転子位置θe及び速度ωeを推定する。より詳細には、位置・速度推定部20は、座標変換器12からのiγ及びiδ並びに電流制御部15からのvγ *及びvδ *の内の全部又は一部を用いて、比例積分制御等を行う。位置・速度推定部20は、d軸とγ軸との間の軸誤差(θe−θ)がゼロに収束するように回転子位置θe及び速度ωeを推定する。なお、回転子位置θe及び速度ωeの推定手法として従来から様々な手法が提案されており、位置・速度推定部20は公知の何れの手法をも採用可能である。
脱調検出部21は、モータ1が脱調しているか否かを判定する。より詳細には、脱調検出部21は、モータ1の磁束に基づいて、モータ1が脱調しているか否かを判定する。モータ1の磁束は、d軸電流及びq軸電流及びγ軸電圧指令値vγ *及びδ軸電圧指令値vδ *から求められる。脱調検出部21は、モータ1の磁束の振幅が閾値未満であれば、モータ1が脱調していると判断してよい。なお、閾値は、モータ1の永久磁石が作る磁束の振幅に基づいて適宜定められる。なお、脱調検出手法として従来から様々な手法が提案されており、脱調検出部21は公知の何れの手法をも採用可能である。
設定部22は、モータ制御装置3において、指令値ω2 *の決定及び更新を行う。なお、設定部22が、入出力部7から目標値ω1 *を受け取った際に、指令値ω2 *を定めることを、「指令値ω2 *の決定」ということがある。一方、設定部22が、「指令値ω2 *の決定」を行った後に、何らかのタイミングで、指令値ω2 *を定めることを、「指令値ω2 *の更新」ということがある。
設定部22は、入出力部7から受け取った目標値ω1 *に基づいて、指令値ω2 *の決定及び更新を行う。設定部22は、指令値ω2 *の決定及び更新を行うにあたって、トルク電流値を参照する。
図1に示すように、設定部22は、上限値設定部220と、指令値設定部221とを備えている。
上限値設定部220は、トルク電流値に応じて、モータ1の速度の上限値ω10 *を設定する。
ここで、トルク電流値は、モータ1に流れる電流(相電流iu、iv、iw)のトルク成分の大きさを示す。本実施形態では、q軸電流の値に対応するδ軸電流iδの値が、トルク電流値として用いられる。つまり、本実施形態では、上限値設定部220は、トルク電流値として、座標変換器12で算出されるδ軸電流iδの値を用いる。そのため、座標変換器12は、電流測定部110で測定される電流に基づいてトルク電流値を算出するトルク電流算出部120である。
より詳細には、上限値設定部220は、トルク電流値と閾値とを比較する。上限値設定部220は、トルク電流値が閾値以下の場合、上限値ω10 *として、所定値を設定する。所定値は、ここでは固定値である。閾値及び所定値は、例えばデータテーブルの形式で、モータ制御装置3を構成するコンピュータシステムのメモリに記憶されている。一方、上限値設定部220は、トルク電流値が閾値よりも大きい場合、上限値を設定しない。これは、制御上十分大きな値(例えば∞)を、上限値ω10 *として設定しているとみなすこともできる。
指令値設定部221は、入出力部7から受け取った目標値ω1 *と、上限値設定部220で設定された上限値ω10 *とに基づいて、指令値ω2 *の決定及び更新を行う。
指令値設定部221は、目標値ω1 *と上限値ω10 *とに基づいて、指令値ω2 *を定める。指令値ω2 *は、目標値ω1 *と上限値ω10 *とのうちの小さい方である。つまり、目標値ω1 *が上限値ω10 *以下の場合、指令値ω2 *は、目標値ω1 *である。目標値ω1 *が上限値ω10 *よりも大きい場合、指令値ω2 *は、上限値ω10 *である。
要するに、設定部22は、トリガボリューム70の操作量に応じて決まる目標値ω1 *と、トルク電流値で決まる上限値ω10 *とに基づいて、指令値ω2 *の決定及び更新を行う。そして、トルク電流値が閾値以下の場合には、指令値ω2 *は、上記の所定値以下の値に制限される。
インバータ回路部2、電流制御部15、磁束制御部16、速度制御部17等から構成される駆動制御部150は、設定部22で決定(更新)された指令値ω2 *に基づいて、モータ1の回転動作を制御する。つまり、駆動制御部150は、トリガボリューム70の操作量に応じて、上限値ω10 *で決まる範囲内でモータ1の速度を変更する。
ここにおいて、トルク電流値は、モータが発生するトルク(先端工具から負荷に出力されるトルク;負荷トルク)と相関を有している。無負荷状態でモータを動作させるために必要な電流等が存在するため、一概には言えないが、トルク電流値は負荷トルクに略正比例する。すなわち、設定部22は、指令値ω2 *の決定及び更新を行うにあたって、トルク電流値を参照することで負荷トルクを参照していると言える。
本実施形態の電動工具100では、負荷トルクが小さい場合(トルク電流値が小さい場合)に、ユーザがトリガボリューム70を最大の押し込み量で押し込んだとしても、設定部22から出力される指令値ω2 *は、トリガボリューム70の押し込み量で決まる目標値ω1 *だけによっては決まらず、トルク電流値で決まる上限値ω10 *(上記の所定値)によって制限を受ける。要するに、電動工具100の駆動制御部150は、トルク電流算出部120で算出されるトルク電流値の大きさが閾値を超えるまでは、モータ1の速度が上限値ω10 *を超えないように、モータ1の回転動作を制御する。そのため、負荷トルクが小さい場合(トルク電流値が小さい場合)には、指令値ω2 *は上記の所定値以下となるよう制限されることとなり、モータ1の速度が大きくなりすぎる可能性が低減される。
例えば、ネジ締め作業の開始時等の負荷トルクが小さい場合に、モータ1の速度が急激に上昇すると、ネジが倒れやすく締付け作業が行いにくい。これに対し、本実施形態の電動工具100では、負荷トルクが小さい場合にはモータ1が低速(上記の「所定値」以下)で回転するように制御されるため、ネジが倒れにくくネジ締め作業が行いやすくなる。また、トルク電流値が閾値を超えると、上限値設定部220による上限値ω10 *が十分大きな値(例えば∞)となり、指令値設定部221は、トリガボリューム70の操作量で決まる目標値ω1 *に応じて指令値ω2 *を決定(更新)することとなる。すなわち、この時点では、目標値ω1 *に応じた速度でモータ1を回転させることで、ネジ締め作業をスムーズに行うことができる。
このように、本実施形態の電動工具100によれば、使い勝手が向上する。
なお、負荷トルクは、例えば、ねじり歪みの検出が可能な磁歪式歪センサ等で測定することもできる。磁歪式歪センサは、モータ1の回転軸にトルクが加わることにより発生する歪みに応じた透磁率の変化を、モータ1の非回転部分に設置したコイルで検出し、歪みに比例した電圧信号を出力する。しかしながら、この場合、専用のセンサが必要となる。本実施形態の電動工具100では、ベクトル制御に必須のトルク電流値を用いることで、構成の簡略化を図ることが可能となる。
要するに、本実施形態の電動工具100は、電流測定部110で測定される電流を、トルクを発生する電流成分と磁束を発生する電流成分とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御するベクトル制御を行っている。そして、上限値設定部220での上限値ω10 *の設定の判断に用いられるトルク電流値は、ベクトル制御において用いられる、トルクを発生する電流成分である。
なお、トルクを発生する電流成分(トルク電流値)は、モータ制御装置3のうちの、トルク電流算出部120で算出される。磁束を発生する電流成分(磁束電流値)は、モータ制御装置3のうちの、磁束電流算出部121で算出される。本実施形態の電動工具100では、δ軸電流iδがトルク電流値として用いられ、γ軸電流iγが磁束電流値として用いられるので、δ軸電流iδ及びγ軸電流iγを算出する座標変換器12が、トルク電流算出部120及び磁束電流算出部121である。
図1に示すように、入出力部7は、ユーザの操作に応じてトルク電流値の閾値を設定する閾値設定部71を備えていることが好ましい。例えば、ネジ締め作業の開始時において、どの程度までネジ締めが進行した時点でモータの速度を増加させるべきか(上限値ω10 *を十分大きな値とすべきか)は、ネジ締めの対象物、ユーザの熟練度等に応じて変わる。そのため、閾値設定部71によりトルク電流値の閾値を変更可能とすることで、電動工具100の使い勝手を向上させることが可能となる。
また、閾値設定部71によって閾値を適宜設定することで、例えば、インパクト動作が開始されるときのトルク電流値を閾値として設定することもできるし、逆に、インパクト動作に関連付けずに、トルク電流値の閾値を設定することもできる。
上限値設定部220は、上限値ω10 *を多段階で設定可能であってもよい。例えば、上限値設定部220は、トルク電流値を第1閾値及び第2閾値(>第1閾値)と比較する。上限値設定部220は、トルク電流値が第1閾値以下の場合、上限値ω10 *として第1所定値を設定する。そして、駆動制御部150は、モータ1の速度が第1所定値を超えないようにモータ1の回転動作を制御する。また、上限値設定部220は、トルク電流値が、第1閾値を超え、かつ、第1閾値よりも大きな第2閾値以下の場合、上限値ω10 *として第2所定値を設定する。そして、駆動制御部150は、モータ1の速度が第2所定値を超えないようにモータ1の回転動作を制御する。第2所定値は、第1所定値よりも大きい。
このように、上限値ω10 *を多段階で設定することで、低負荷トルク領域ではモータ1の速度(回転数)を低速で維持し、高負荷トルク領域では高速で維持する制御が可能となる。これにより、電動工具100の使い勝手を向上させることが可能となる。
(3)変形例
本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
上記実施形態では、駆動電圧VaのU相、V相、及びW相の電圧vu,vv,vwは、正弦波電圧である。しかしながら、駆動電圧VaのU相、V相、及びW相の電圧vu,vv,vwは、矩形波電圧であってもよい。つまり、インバータ回路部2は、モータ1を正弦波駆動してもよいし、矩形波駆動してもよい。
上記実施形態では、電動工具100は、所定の作業を実現するための装置として、スピンドル4、ハンマ5、及びアンビル6を備えている。しかしながら、電動工具100は、スピンドル4、ハンマ5、及びアンビル6を備えている構成に限定されない。つまり、電動工具100は、インパクトドライバに限定されず、ドリルドライバ、ジグソーであってもよい。
以上述べたモータ制御装置3の実行主体は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを有する。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示におけるモータ制御装置3の実行主体としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよい。また、プログラムは、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路(IC)又は大規模集積回路(LSI)を含む1乃至複数の電子回路で構成される。ここでは、ICやLSIと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わる。例えば、システムLSI、VLSI(very large scale integration)、若しくはULSI(ultralarge scale integration)と呼ばれるものであってもよい。LSIの製造後にプログラムされる、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FGPA)、又はLSI内部の接合関係の再構成又はLSI内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ目的で使うことができる。複数の電子回路は、1つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、1つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。
(4)態様
以上説明した実施形態及び変形例等から以下の態様が開示されている。
以上説明した実施形態及び変形例等から以下の態様が開示されている。
第1の態様の電動工具(100)は、モータ(1)と、電流測定部(110)と、トルク電流算出部(120)と、上限値設定部(220)と、駆動制御部(150)と、を備えている。電流測定部(110)は、モータ(1)に流れる電流を測定する。トルク電流算出部(120)は、電流測定部(110)で測定される電流に基づいて、トルク電流値を算出する。上限値設定部(220)は、トルク電流算出部(120)で算出されるトルク電流値に応じて、モータ(1)の速度の上限値(ω10 *)を設定する。駆動制御部(150)は、上限値設定部(220)で設定された上限値(ω10 *)に基づいて、モータ(1)の回転動作を制御する。
この態様によれば、電動工具(100)の使い勝手を向上させることができる。
第2の態様の電動工具(100)は、第1の態様において、ユーザによる操作を受け付けるトリガボリューム(70)を備える。駆動制御部(150)は、トリガボリューム(70)の操作量に応じて、上限値(ω10 *)で決まる範囲内でモータ(1)の速度を変更する。
この態様によれば、電動工具(100)の使い勝手を向上させることができる。
第3の態様の電動工具(100)は、第1又は第2の態様において、トルク電流値は、ベクトル制御において用いられる、トルクを発生する電流成分である。ベクトル制御では、電流測定部(110)で測定される電流を、トルクを発生する電流成分と磁束を発生する電流成分とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御する。
この態様によれば、電動工具(100)の使い勝手を向上させることができる。
第4の態様の電動工具(100)では、第1〜第3のいずれか1つの態様において、駆動制御部(150)は、トルク電流算出部(120)で算出されるトルク電流値の大きさが閾値を超えるまでは、モータ(1)の速度が上限値(ω10 *)を超えないようにモータ(1)の回転動作を制御する。
この態様によれば、電動工具(100)の使い勝手を向上させることができる。
第5の態様の電動工具(100)では、第4の態様において、閾値は可変である。電動工具(100)は、ユーザの操作に応じて閾値を設定する閾値設定部(71)を備える。
この態様によれば、電動工具(100)の使い勝手を向上させることができる。
第6の態様の電動工具(100)では、第4又は第5の態様において、閾値は、第1閾値と、第1閾値より大きな第2閾値とを含む。上限値設定部(220)は、トルク電流算出部(120)で算出されたトルク電流値が第1閾値以下の場合、上限値(ω10 *)として第1所定値を設定する。上限値設定部(220)は、トルク電流値が、第1閾値を超え、かつ、第2閾値以下の場合、上限値(ω10 *)として第2所定値を設定する。駆動制御部(150)は、上限値(ω10 *)として第1所定値が設定されると、モータ(1)の速度が第1所定値を超えないようにモータ(1)の回転動作を制御する。駆動制御部(150)は、上限値(ω10 *)として第2所定値が設定されると、モータ(1)の速度が第2所定値を超えないようにモータ(1)の回転動作を制御する。第2所定値は、第1所定値よりも大きい。
この態様によれば、電動工具(100)の使い勝手を向上させることができる。
1 モータ
70 トリガボリューム
71 閾値設定部
110 電流測定部
120 トルク電流算出部
121 磁束電流算出部
150 駆動制御部
220 上限値設定部
100 電動工具
ω10 * 上限値
70 トリガボリューム
71 閾値設定部
110 電流測定部
120 トルク電流算出部
121 磁束電流算出部
150 駆動制御部
220 上限値設定部
100 電動工具
ω10 * 上限値
Claims (6)
- モータと、
前記モータに流れる電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部で測定される前記電流に基づいて、トルク電流値を算出するトルク電流算出部と、
前記トルク電流算出部で算出される前記トルク電流値に応じて、前記モータの速度の上限値を設定する上限値設定部と、
前記上限値設定部で設定された前記上限値に基づいて、前記モータの回転動作を制御する駆動制御部と、
を備える、
電動工具。 - ユーザによる操作を受け付けるトリガボリュームを備え、
前記駆動制御部は、前記トリガボリュームの操作量に応じて、前記上限値で決まる範囲内で前記モータの前記速度を変更する、
請求項1に記載の電動工具。 - 前記トルク電流値は、
前記電流測定部で測定される前記電流を、トルクを発生する電流成分と磁束を発生する電流成分とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御するベクトル制御において用いられる、前記トルクを発生する電流成分である、
請求項1または2に記載の電動工具。 - 前記駆動制御部は、前記トルク電流算出部で算出される前記トルク電流値の大きさが閾値を超えるまでは、前記モータの前記速度が前記上限値を超えないように前記モータの回転動作を制御する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動工具。 - 前記閾値は可変であり、
前記電動工具は、ユーザの操作に応じて前記閾値を設定する閾値設定部を備える、
請求項4に記載の電動工具。 - 前記閾値は、第1閾値と、前記第1閾値より大きな第2閾値とを含み、
前記上限値設定部は、
前記トルク電流算出部で算出された前記トルク電流値が前記第1閾値以下の場合、前記上限値として第1所定値を設定し、
前記トルク電流値が、前記第1閾値を超え、かつ、前記第2閾値以下の場合、前記上限値として第2所定値を設定し、
前記駆動制御部は、
前記上限値として前記第1所定値が設定されると、前記モータの前記速度が前記第1所定値を超えないように前記モータの回転動作を制御し、
前記上限値として前記第2所定値が設定されると、前記モータの前記速度が前記第2所定値を超えないように前記モータの回転動作を制御し、
前記第2所定値は、前記第1所定値よりも大きい、
請求項4又は5に記載の電動工具。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019113163A JP2020203357A (ja) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | 電動工具 |
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2019113163A JP2020203357A (ja) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | 電動工具 |
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Family Applications (1)
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JP2019113163A Pending JP2020203357A (ja) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | 電動工具 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2020203357A (ja) |
WO (1) | WO2020255584A1 (ja) |
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JP2013252576A (ja) * | 2012-06-05 | 2013-12-19 | Makita Corp | 電動工具 |
JP2015009289A (ja) * | 2013-06-27 | 2015-01-19 | 日立工機株式会社 | 電動工具 |
-
2019
- 2019-06-18 JP JP2019113163A patent/JP2020203357A/ja active Pending
-
2020
- 2020-05-11 WO PCT/JP2020/018831 patent/WO2020255584A1/ja active Application Filing
Patent Citations (4)
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JP2015009289A (ja) * | 2013-06-27 | 2015-01-19 | 日立工機株式会社 | 電動工具 |
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WO2020255584A1 (ja) | 2020-12-24 |
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