JP2021044988A - 電動作業機およびモータ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】短絡ブレーキ動作時の突入電流のピークを低減することが可能な技術を提供する。【解決手段】本明細書は、電動作業機を開示する。電動作業機は、ブラシレスモータと、モータ制御装置を備えていてもよい。モータ制御装置は、3つの上側スイッチング素子と、3つの下側スイッチング素子と、制御ユニットを備えていてもよい。制御ユニットは、3つの上側スイッチング素子を非導通とし、3つの下側スイッチング素子を導通とすることで、ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であってもよい。制御ユニットは、そのタイミングで短絡ブレーキ動作を開始した場合に、その後にブラシレスモータの電気角が180度進むまでの間に、ブラシレスモータの第1相端子、第2相端子および第3相端子のそれぞれの誘起電圧の極性が反転する所定のタイミングで、短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。【選択図】図7

Description

本明細書で開示する技術は、電動作業機およびモータ制御装置に関する。
特許文献1には、電動作業機が開示されている。前記電動作業機は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを制御するモータ制御装置を備えている。前記ブラシレスモータは、複数の磁極を備えるロータと、前記ロータに対向する複数のティースを備えるステータと、前記複数のティースに巻回されており、第1相端子、第2相端子および第3相端子に印可される電圧に応じて前記複数のティースのそれぞれに磁力を発生させるコイルを備えている。前記モータ制御装置は、前記第1相端子と正極側電源電位を接続する第1上側スイッチング素子と、前記第1相端子と負極側電源電位を接続する第1下側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記正極側電源電位を接続する第2上側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記負極側電源電位を接続する第2下側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記正極側電源電位を接続する第3上側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記負極側電源電位を接続する第3下側スイッチング素子と、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子のそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能な制御ユニットを備えている。前記制御ユニットは、前記第1上側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子および前記第3上側スイッチング素子を非導通とし、前記第1下側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を導通とすることで、前記ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能である。
特開平3−74194号公報
上記のような電動作業機において、短絡ブレーキ動作時には、ブラシレスモータの第1相端子、第2相端子、第3相端子のそれぞれの端子間に誘起電圧が生じ、図8に示すように、第1下側スイッチング素子、第2下側スイッチング素子、第3下側スイッチング素子のそれぞれに誘起電圧に応じた突入電流が流れる。この突入電流に大きなピークが存在すると、その突入電流が流れる下側スイッチング素子での発熱量が増大して、その下側スイッチング素子が過熱されるおそれがある。本明細書では、短絡ブレーキ動作時の突入電流のピークを低減することが可能な技術を提供する。
本明細書は、電動作業機を開示する。前記電動作業機は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを制御するモータ制御装置を備えていてもよい。前記ブラシレスモータは、複数の磁極を備えるロータと、前記ロータに対向する複数のティースを備えるステータと、前記複数のティースに巻回されており、第1相端子、第2相端子および第3相端子に印可される電圧に応じて前記複数のティースのそれぞれに磁力を発生させるコイルを備えていてもよい。前記モータ制御装置は、前記第1相端子と正極側電源電位を接続する第1上側スイッチング素子と、前記第1相端子と負極側電源電位を接続する第1下側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記正極側電源電位を接続する第2上側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記負極側電源電位を接続する第2下側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記正極側電源電位を接続する第3上側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記負極側電源電位を接続する第3下側スイッチング素子と、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子のそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能な制御ユニットを備えていてもよい。前記制御ユニットは、前記第1上側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子および前記第3上側スイッチング素子を非導通とし、前記第1下側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を導通とすることで、前記ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であってもよい。前記制御ユニットは、所定のタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。前記所定のタイミングは、そのタイミングで前記短絡ブレーキ動作を開始した場合に、前記短絡ブレーキ動作を開始してから前記ブラシレスモータの電気角が180度進むまでの間に、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のそれぞれの誘起電圧の極性が反転するタイミングであってもよい。
本明細書は、モータ制御装置も開示する。前記モータ制御装置は、ブラシレスモータを制御するように構成されていてもよい。前記ブラシレスモータは、複数の磁極を備えるロータと、前記ロータに対向する複数のティースを備えるステータと、前記複数のティースに巻回されており、第1相端子、第2相端子および第3相端子に印可される電圧に応じて前記複数のティースのそれぞれに磁力を発生させるコイルを備えていてもよい。前記モータ制御装置は、前記第1相端子と正極側電源電位を接続する第1上側スイッチング素子と、前記第1相端子と負極側電源電位を接続する第1下側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記正極側電源電位を接続する第2上側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記負極側電源電位を接続する第2下側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記正極側電源電位を接続する第3上側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記負極側電源電位を接続する第3下側スイッチング素子と、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子のそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能な制御ユニットを備えていてもよい。前記制御ユニットは、前記第1上側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子および前記第3上側スイッチング素子を非導通とし、前記第1下側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を導通とすることで、前記ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であってもよい。前記制御ユニットは、所定のタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。前記所定のタイミングは、そのタイミングで前記短絡ブレーキ動作を開始した場合に、前記短絡ブレーキ動作を開始してから前記ブラシレスモータの電気角が180度進むまでの間に、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のそれぞれの誘起電圧の極性が反転するタイミングであってもよい。
短絡ブレーキ動作時の下側スイッチング素子への突入電流のピークは、短絡ブレーキ動作を開始してから電気角が180度進むまでの期間において生じる。図10に例示するように、この期間において、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの何れか(図10の例では第1相端子)において、誘起電圧の極性が反転しない場合、その端子に対応する下側スイッチング素子(例えば第1下側スイッチング素子)には同じ方向の突入電流が流れ続けることとなり、その下側スイッチング素子において突入電流の大きなピークが生じる。これに対して、図11に例示するように、短絡ブレーキ動作を開始してから電気角が180度進むまでの期間において、第1相端子、第2相端子および第3相端子のそれぞれにおいて、誘起電圧の極性が反転する場合、それぞれの下側スイッチング素子に流れる突入電流の向きが反転するので、それぞれの下側スイッチング素子の突入電流のピークを抑制することができる。上記の構成によれば、短絡ブレーキ動作の開始からブラシレスモータの電気角が180度進むまでの間に、第1相端子、第2相端子および第3相端子のそれぞれの誘起電圧の極性が反転するタイミングで、短絡ブレーキ動作を開始するので、短絡ブレーキ動作時の突入電流のピークを低減することができる。
本明細書は、別の電動作業機も開示する。前記電動作業機は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを制御するモータ制御装置を備えていてもよい。前記ブラシレスモータは、複数の磁極を備えるロータと、前記ロータに対向する複数のティースを備えるステータと、前記複数のティースに巻回されており、第1相端子、第2相端子および第3相端子に印可される電圧に応じて前記複数のティースのそれぞれに磁力を発生させるコイルを備えていてもよい。前記モータ制御装置は、前記第1相端子と正極側電源電位を接続する第1上側スイッチング素子と、前記第1相端子と負極側電源電位を接続する第1下側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記正極側電源電位を接続する第2上側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記負極側電源電位を接続する第2下側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記正極側電源電位を接続する第3上側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記負極側電源電位を接続する第3下側スイッチング素子と、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子のそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能な制御ユニットを備えていてもよい。前記制御ユニットは、前記第1上側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子および前記第3上側スイッチング素子を非導通とし、前記第1下側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を導通とすることで、前記ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であってもよい。前記制御ユニットは、前記短絡ブレーキ動作を実行する前に、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を非導通とする通電遮断動作を実行するように構成されていてもよい。前記制御ユニットは、前記通電遮断動作の実行後、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの2つの誘起電圧が実質的に一致するタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。
ブラシレスモータが回転駆動されている状態から、制御ユニットが通電遮断動作を行った場合、ブラシレスモータは惰性により回転を継続し、第1相端子、第2相端子および第3相端子には、それぞれ正弦波状の誘起電圧が生じる。この場合に、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの2つ(例えば第1相端子と第3相端子)の誘起電圧が一致するタイミングで短絡ブレーキ動作を開始すると、短絡ブレーキ動作を開始してから電気角が180度進むまでの期間において、それら2つの端子に対応する下側スイッチング素子(例えば第1下側スイッチング素子と第3下側スイッチング素子)を流れる突入電流は同程度の大きさとなり、残りの1つの端子(例えば第2相端子)に対応する下側スイッチング素子(例えば第2下側スイッチング素子)を流れる突入電流は最も小さくなる。上記の構成によれば、短絡ブレーキ動作時に、下側スイッチング素子のうちの1つに突入電流が集中して流れることを抑制することができるので、突入電流のピークを大幅に低減することができる。
実施例1に係る電動作業機2の回路構成の例を示す図である。 実施例1に係るブラシレスモータ6の機械的な構成の例を模式的に示す図である。 実施例1に係るモータドライバ回路28の回路構成の例を示す図である。 実施例1に係るコンパレータ回路30の回路構成の例を示す図である。 実施例1に係るブラシレスモータ6について、第1コイル20aと、第2コイル20bと、第3コイル20cがデルタ結線されている場合の回路構成の例を示す図である。 実施例1に係るブラシレスモータ6について、第1コイル20aと、第2コイル20bと、第3コイル20cがスター結線されている場合の回路構成の例を示す図である。 実施例1において、ブラシレスモータ6が惰性で回転している時の、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのそれぞれの誘起電圧と、コンパレータ回路30の出力の関係を示すタイミングチャートである。 ブラシレスモータ6の短絡ブレーキ動作において、第1下側スイッチング素子34a、第2下側スイッチング素子34bおよび第3下側スイッチング素子34cに流れる突入電流の経時的な変化の例を示すグラフである。 ブラシレスモータ6の短絡ブレーキ動作の開始時のロータ12の回転角度と、第1下側スイッチング素子34a、第2下側スイッチング素子34bおよび第3下側スイッチング素子34cに流れる突入電流のピーク値の関係を示すグラフである。 ブラシレスモータ6の短絡ブレーキ動作の開始から電気角が180度進むまでの間の、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cの誘起電圧の経時的な変化の例を示す図である。 ブラシレスモータ6の短絡ブレーキ動作の開始から電気角が180度進むまでの間の、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cの誘起電圧の経時的な変化の別の例を示す図である。 実施例2に係る電動作業機102の回路構成の例を示す図である。 実施例2に係るコンパレータ回路106の回路構成の例を示す図である。 実施例2において、ブラシレスモータ6が惰性で回転している時の、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのそれぞれの誘起電圧と、コンパレータ回路106の出力の関係を示すタイミングチャートである。 実施例1,2の電動作業機2,102を刈払機として具現化した場合の構成を示す斜視図である。
1つまたはそれ以上の実施形態において、電動作業機は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを制御するモータ制御装置を備えていてもよい。前記ブラシレスモータは、複数の磁極を備えるロータと、前記ロータに対向する複数のティースを備えるステータと、前記複数のティースに巻回されており、第1相端子、第2相端子および第3相端子に印可される電圧に応じて前記複数のティースのそれぞれに磁力を発生させるコイルを備えていてもよい。前記モータ制御装置は、前記第1相端子と正極側電源電位を接続する第1上側スイッチング素子と、前記第1相端子と負極側電源電位を接続する第1下側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記正極側電源電位を接続する第2上側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記負極側電源電位を接続する第2下側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記正極側電源電位を接続する第3上側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記負極側電源電位を接続する第3下側スイッチング素子と、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子のそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能な制御ユニットを備えていてもよい。前記制御ユニットは、前記第1上側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子および前記第3上側スイッチング素子を非導通とし、前記第1下側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を導通とすることで、前記ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であってもよい。前記制御ユニットは、所定のタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。前記所定のタイミングは、そのタイミングで前記短絡ブレーキ動作を開始した場合に、前記短絡ブレーキ動作を開始してから前記ブラシレスモータの電気角が180度進むまでの間に、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のそれぞれの誘起電圧の極性が反転するタイミングであってもよい。
1つまたはそれ以上の実施形態において、モータ制御装置は、ブラシレスモータを制御するように構成されていてもよい。前記ブラシレスモータは、複数の磁極を備えるロータと、前記ロータに対向する複数のティースを備えるステータと、前記複数のティースに巻回されており、第1相端子、第2相端子および第3相端子に印可される電圧に応じて前記複数のティースのそれぞれに磁力を発生させるコイルを備えていてもよい。前記モータ制御装置は、前記第1相端子と正極側電源電位を接続する第1上側スイッチング素子と、前記第1相端子と負極側電源電位を接続する第1下側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記正極側電源電位を接続する第2上側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記負極側電源電位を接続する第2下側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記正極側電源電位を接続する第3上側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記負極側電源電位を接続する第3下側スイッチング素子と、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子のそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能な制御ユニットを備えていてもよい。前記制御ユニットは、前記第1上側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子および前記第3上側スイッチング素子を非導通とし、前記第1下側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を導通とすることで、前記ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であってもよい。前記制御ユニットは、所定のタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。前記所定のタイミングは、そのタイミングで前記短絡ブレーキ動作を開始した場合に、前記短絡ブレーキ動作を開始してから前記ブラシレスモータの電気角が180度進むまでの間に、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のそれぞれの誘起電圧の極性が反転するタイミングであってもよい。
1つまたはそれ以上の実施形態において、前記制御ユニットは、前記短絡ブレーキ動作を実行する前に、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を非導通とする通電遮断動作を実行するように構成されていてもよい。前記制御ユニットは、前記通電遮断動作の実行後、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの2つの誘起電圧が実質的に一致するタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。なお、ここでいう「2つの誘起電圧が実質的に一致する」とは、例えば、2つの誘起電圧が±10%の範囲内で一致することをいう。
1つまたはそれ以上の実施形態において、電動作業機は、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを制御するモータ制御装置を備えていてもよい。前記ブラシレスモータは、複数の磁極を備えるロータと、前記ロータに対向する複数のティースを備えるステータと、前記複数のティースに巻回されており、第1相端子、第2相端子および第3相端子に印可される電圧に応じて前記複数のティースのそれぞれに磁力を発生させるコイルを備えていてもよい。前記モータ制御装置は、前記第1相端子と正極側電源電位を接続する第1上側スイッチング素子と、前記第1相端子と負極側電源電位を接続する第1下側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記正極側電源電位を接続する第2上側スイッチング素子と、前記第2相端子と前記負極側電源電位を接続する第2下側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記正極側電源電位を接続する第3上側スイッチング素子と、前記第3相端子と前記負極側電源電位を接続する第3下側スイッチング素子と、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子のそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能な制御ユニットを備えていてもよい。前記制御ユニットは、前記第1上側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子および前記第3上側スイッチング素子を非導通とし、前記第1下側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を導通とすることで、前記ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であってもよい。前記制御ユニットは、前記短絡ブレーキ動作を実行する前に、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を非導通とする通電遮断動作を実行するように構成されていてもよい。前記制御ユニットは、前記通電遮断動作の実行後、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの2つの誘起電圧が実質的に一致するタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。
ブラシレスモータが回転駆動されている状態から、制御ユニットが通電遮断動作を行った場合、ブラシレスモータは惰性により回転を継続し、第1相端子、第2相端子および第3相端子には、それぞれ正弦波状の誘起電圧が生じる。この場合に、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの2つ(例えば第1相端子と第3相端子)の誘起電圧が一致するタイミングで短絡ブレーキ動作を開始すると、短絡ブレーキ動作を開始してから電気角が180度進むまでの期間において、それら2つの端子に対応する下側スイッチング素子(例えば第1下側スイッチング素子と第3下側スイッチング素子)を流れる突入電流は同程度の大きさとなり、残りの1つの端子(例えば第2相端子)に対応する下側スイッチング素子(例えば第2下側スイッチング素子)を流れる突入電流は最も小さくなる。上記の構成によれば、短絡ブレーキ動作時に、下側スイッチング素子のうちの1つに突入電流が集中して流れることを抑制することができるので、突入電流のピークを大幅に低減することができる。
1つまたはそれ以上の実施形態において、前記モータ制御装置は、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの前記2つの誘起電圧を比較するコンパレータをさらに備えていてもよい。前記制御ユニットは、前記通電遮断動作の実行後、前記コンパレータの出力が反転するタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。
上記の構成によれば、短絡ブレーキ動作を開始するタイミングを、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの2つの誘起電圧が一致するタイミングに精度よく合わせることができる。
1つまたはそれ以上の実施形態において、前記モータ制御装置は、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの1つの誘起電圧と基準電位を比較する第1コンパレータをさらに備えていてもよい。前記制御ユニットは、前記通電遮断動作の実行後、前記第1コンパレータの出力が反転してから前記ブラシレスモータの電気角が30度進んだタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。
ブラシレスモータが惰性によって回転している場合、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの1つの誘起電圧と基準電位が一致するタイミングから、電気角が30度進むと、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの2つの誘起電圧が一致する。このため、上記の構成によれば、短絡ブレーキ動作を開始するタイミングを、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの2つの誘起電圧が一致するタイミングに精度よく合わせることができる。
1つまたはそれ以上の実施形態において、前記モータ制御装置は、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの他の1つの誘起電圧と前記基準電位を比較する第2コンパレータをさらに備えていてもよい。前記制御ユニットは、前記通電遮断動作の実行後、前記第1コンパレータの出力が反転するタイミングと、前記第2コンパレータの出力が反転するタイミングの間の時間に基づいて、前記ブラシレスモータの電気角が30度進むのに要する時間を特定するように構成されていてもよい。
ブラシレスモータが惰性によって回転している場合、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの1つの誘起電圧と基準電位が一致するタイミングから、電気角が60度進むと、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの他の1つの誘起電圧と基準電位が一致する。従って、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの1つの誘起電圧と基準電位が一致するタイミングから、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの他の1つの誘起電圧と基準電位が一致するタイミングまでの時間を計測することで、電気角が60度進むのに要する時間を特定することができ、そこから電気角が30度進むのに要する時間を特定することができる。上記の構成によれば、実際のブラシレスモータにおいて、電気角が30度進むまでに要する時間を精度よく特定することができる。
1つまたはそれ以上の実施形態において、前記ブラシレスモータは、前記ステータに対する相対的な位置が固定されており、前記ロータからの磁力の変化を検出するホール素子をさらに備えていてもよい。前記制御ユニットは、前記ホール素子の検出信号に基づいて、前記ロータの前記複数の磁極のうちの1つが前記ステータの前記複数のティースのうちの1つに対向するタイミングを特定し、当該タイミングで前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。
ブラシレスモータが惰性により回転をしている時に、第1相端子、第2相端子および第3相端子のうちの2つの誘起電圧が一致するタイミングは、ロータの複数の磁極のうちの1つがステータの複数のティースのうちの1つに対向するタイミングでもある。上記の構成では、ホール素子を用いてロータの複数の磁極のうちの1つがステータの複数のティースのうちの1つに対向するタイミングを特定し、そのタイミングで短絡ブレーキ動作を開始する。このような構成とすることで、短絡ブレーキ動作時に、下側スイッチング素子のうちの1つに突入電流が集中して流れることを抑制することができ、突入電流のピークを大幅に低減することができる。
(実施例1)
図1に示す電動作業機2は、直流電源4と、ブラシレスモータ6と、ホールセンサ8と、モータ制御装置10を備えている。電動作業機2では、直流電源4から供給される電力が、モータ制御装置10を介してブラシレスモータ6に供給される。電動作業機2は、例えばブラシレスモータ6によって工具(図示せず)を駆動してワークの加工を行う電動工具であってもよいし、ブラシレスモータ6によってファン(図示せず)や車輪(図示せず)を駆動して種々の作業を行う、電動工具以外の電動作業機であってもよい。
例えば、図15に示すように、電動作業機2は、草木を刈り払うために用いられる刈払機であってもよい。図15に示す例では、電動作業機2は、支持棹50と、支持棹50の前端50aに設けられた前端ユニット52と、支持棹50の後端50bに設けられた後端ユニット54と、支持棹50の中間部に設けられたループハンドル56と、支持棹50のループハンドル56と後端ユニット54の間に設けられたグリップ58を備えている。後端ユニット54には、直流電源4と、モータ制御装置10(図15では図示せず)が設けられている。前端ユニット52には、ブラシレスモータ6(図15では図示せず)と、ホールセンサ8(図15では図示せず)と、コードホルダ60が設けられている。コードホルダ60は、ブラシレスモータ6によって回転駆動される。コードホルダ60は、紐状のカッターコード62を保持している。カッターコード62の先端は、コードホルダ60から引き出されており、コードホルダ60とともに回転する。図15に示す例では、電動作業機2は、高速で周回するカッターコード62によって草木を切断する。
図1に示すように、直流電源4は、例えばバッテリ4aが内部に収容されており、電動作業機2に着脱可能なバッテリパックである。バッテリ4aは、例えばリチウムイオン電池等の二次電池である。
図2に示すように、ブラシレスモータ6は、回転軸RX周りに回転可能なロータ12と、ロータ12を囲うように配置されたステータ14を備える、インナロータ型のブラシレスモータである。ロータ12は永久磁石からなり、ロータ12の表面にはN極16aおよびS極16bが周方向に交互に配置されている。なお、以下の説明では、N極16aおよびS極16bを総称して、単に磁極16ともいう。ステータ14は、コア18と、コイル20を備えている。コア18は、ロータ12に向けて突出する複数のティース18aを備えている。図2に示す例では、ロータ12の表面には8つの磁極16が配置されており、コア18には12本のティース18aが設けられている。コイル20は、第1コイル20aと、第2コイル20bと、第3コイル20cを備えている。第1コイル20aと、第2コイル20bと、第3コイル20cは、それぞれ対応するティース18aに巻回されている。
第1コイル20aと、第2コイル20bと、第3コイル20cは、図5に示すように、いわゆるデルタ結線によって接続されていてもよいし、図6に示すように、いわゆるスター結線によって接続されていてもよい。図5に示すデルタ結線の場合には、第1コイル20aは第1相端子6aと第2相端子6bの間を接続しており、第2コイル20bは第2相端子6bと第3相端子6cの間を接続しており、第3コイル20cは第3相端子6cと第1相端子6aの間を接続している。図6に示すスター結線の場合には、第1コイル20aは第1相端子6aと中性点6dの間を接続しており、第2コイル20bは第2相端子6bと中性点6dの間を接続しており、第3コイル20cは第3相端子6cと中性点6dの間を接続している。
なお、図1に示すように、ブラシレスモータ6には、ホールセンサ8が設けられている。ホールセンサ8は、例えば、第1ホール素子8a、第2ホール素子8b、第3ホール素子8cを備えている。第1ホール素子8a、第2ホール素子8b、第3ホール素子8cは、ステータ14に対する相対的な位置が固定されており、ロータ12の磁極16からの磁力の変化を検出可能である。例えば、第1ホール素子8aは、第1コイル20aの近傍に配置されており、第2ホール素子8bは、第2コイル20bの近傍に配置されており、第3ホール素子8cは、第3コイル20cの近傍に配置されている。
図1に示すように、モータ制御装置10は、レギュレータ22と、スイッチ回路24と、マイコン26と、モータドライバ回路28と、コンパレータ回路30を備えている。
レギュレータ22は、直流電源4から供給される直流電力を所定の電圧(例えば5V)の直流電力に降圧してマイコン26へ供給する。なお、モータ制御装置10において、直流電源4の負極は、接地電位GNDに接続されており、直流電源4の正極は、第1電源電位VDD1に接続されている。また、レギュレータ22の出力は、第2電源電位VDD2に接続されている。
スイッチ回路24は、電動作業機2のトリガスイッチ(図1では図示せず)に対するユーザの操作に連動して導動と非導通の間で切り換わる。スイッチ回路24は、マイコン26にトリガ操作信号を入力する。ユーザがトリガスイッチを操作していない場合、スイッチ回路24は非導通となり、マイコン26にトリガ操作信号としてオフ(例えばH電位)が入力される。ユーザがトリガスイッチを操作している間、スイッチ回路24は導通となり、マイコン26にトリガ操作信号としてオン(例えばL電位)が入力される。
マイコン26は、スイッチ回路24から入力されるトリガ操作信号がオフからオンに切り換わると、モータドライバ回路28を介して、ブラシレスモータ6を回転駆動する。また、マイコン26は、スイッチ回路24から入力されるトリガ操作信号がオンからオフに切り換わると、モータドライバ回路28を介して、ブラシレスモータ6を停止する。
図3に示すように、モータドライバ回路28は、複数のスイッチング素子33を備えている。複数のスイッチング素子33のそれぞれは、例えばMOSFETである。複数のスイッチング素子33は、第1上側スイッチング素子32aと、第1下側スイッチング素子34aと、第2上側スイッチング素子32bと、第2下側スイッチング素子34bと、第3上側スイッチング素子32cと、第3下側スイッチング素子34cを備えている。以下の説明では、第1上側スイッチング素子32aと、第2上側スイッチング素子32bと、第3上側スイッチング素子32cを総称して単に上側スイッチング素子32ともいい、第1下側スイッチング素子34aと、第2下側スイッチング素子34bと、第3下側スイッチング素子34cを総称して下側スイッチング素子34ともいう。第1上側スイッチング素子32aは、第1電源電位VDD1とブラシレスモータ6の第1相端子6aを接続しており、第1下側スイッチング素子34aは、接地電位GNDとブラシレスモータ6の第1相端子6aを接続している。第2上側スイッチング素子32bは、第1電源電位VDD1とブラシレスモータ6の第2相端子6bを接続しており、第2下側スイッチング素子34bは、接地電位GNDとブラシレスモータ6の第2相端子6bを接続している。第3上側スイッチング素子32cは、第1電源電位VDD1とブラシレスモータ6の第3相端子6cを接続しており、第3下側スイッチング素子34cは、接地電位GNDとブラシレスモータ6の第3相端子6cを接続している。
マイコン26は、複数のスイッチング素子33のそれぞれの導通および非導通を切り替えることによって、ブラシレスモータ6の第1コイル20a、第2コイル20b、第3コイル20cに印加される電圧を制御する。これによって、ステータ14のティース18aのそれぞれに生じる磁力が変化し、ロータ12がステータ14に対して回転する。マイコン26は、ホールセンサ8の検出信号からロータ12のステータ14に対する回転角度を特定し、それに応じて、複数のスイッチング素子33のそれぞれの導通および非導通を切り換えるタイミングを制御することで、ブラシレスモータ6を所望の回転数で回転させることができる。
マイコン26が、ブラシレスモータ6を回転駆動中に、複数のスイッチング素子33を全て非導通とすると、直流電源4からブラシレスモータ6への電力の供給が遮断される。このようなマイコン26の動作を通電遮断動作ともいう。図7に示すように、マイコン26が通電遮断動作を行った場合でも、ブラシレスモータ6は惰性によってそのまま回転を継続し、第1相端子6a、第2相端子6b、第3相端子6cには正弦波状の誘起電圧が生じる。この際に、第1相端子6aと、第2相端子6bと、第3相端子6cの振幅中心電位(以下では基準電位ともいう)が不定とならないように、モータ制御装置10には、図1に示す抵抗器R1,R2,R3,R4,R5が設けられている。図5、図6に示すように、抵抗器R1は、第1電源電位VDD1と基準電位VREFの間を接続しており、抵抗器R2は、接地電位GNDと基準電位VREFの間を接続しており、抵抗器R3は、第1相端子6aと基準電位VREFの間を接続しており、抵抗器R4は、第2相端子6bと基準電位VREFの間を接続しており、抵抗器R5は、第3相端子6cと基準電位VREFの間を接続している。本実施例では、抵抗器R1の抵抗値と、抵抗器R2の抵抗値は、略同一である。抵抗器R3の抵抗値と、抵抗器R4の抵抗値と、抵抗器R5の抵抗値は、略同一である。抵抗器R1の抵抗値は、抵抗器R3の抵抗値よりも十分に小さく、例えば1/10以下である。
上述したように、マイコン26が通電遮断動作を行った場合でも、ブラシレスモータ6は惰性によってそのまま回転を継続する。このため、マイコン26は、ブラシレスモータ6を停止させる際には、通電遮断動作を行った後に、第1上側スイッチング素子32aと、第2上側スイッチング素子32bと、第3上側スイッチング素子32cを全て非導通とし、第1下側スイッチング素子34aと、第2下側スイッチング素子34bと、第3下側スイッチング素子34cを、全て導通とする。この場合、ブラシレスモータ6の第1相端子6aと、第2相端子6bと、第3相端子6cが全て接地電位GNDに維持されることで、ステータ14からロータ12に大きな制動力が作用し、ブラシレスモータ6の回転が速やかに停止する。このようなマイコン26の動作を、短絡ブレーキ動作ともいう。
図8に示すように、上記のような短絡ブレーキ動作の実行時には、第1下側スイッチング素子34aと、第2下側スイッチング素子34bと、第3下側スイッチング素子34cのそれぞれに、突入電流が流れる。この突入電流に大きなピークが存在すると、その突入電流が流れる下側スイッチング素子34での発熱量が増大して、その下側スイッチング素子34が過熱されるおそれがある。
図9に示すように、第1下側スイッチング素子34aと、第2下側スイッチング素子34bと、第3下側スイッチング素子34cにおける突入電流のピークの大きさは、短絡ブレーキ動作を開始した時点でのロータ12の回転角度に応じて変化する。これは、短絡ブレーキ動作を開始した時点でのロータ12の回転角度に応じて、短絡ブレーキ動作を実行している間の第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cでの誘起電圧の挙動が変化し、それに応じて第1下側スイッチング素子34a、第2下側スイッチング素子34bおよび第3下側スイッチング素子34cを流れる突入電流の挙動が変化するためと考えられる。
短絡ブレーキ動作時の下側スイッチング素子34への突入電流のピークは、短絡ブレーキ動作を開始してから電気角が180度進むまでの期間において生じる。図10に例示するように、この期間において、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの何れかで、誘起電圧の極性が反転しない場合、その端子に対応する下側スイッチング素子34には同じ方向の突入電流が流れ続けることとなり、その下側スイッチング素子34において突入電流の大きなピークが生じる。これに対して、図11に例示するように、短絡ブレーキ動作を開始してから電気角が180度進むまでの期間において、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのそれぞれで、誘起電圧の極性が反転する場合、それぞれの下側スイッチング素子34に流れる突入電流の向きが反転するので、それぞれの下側スイッチング素子34の突入電流のピークを抑制することができる。
特に、図11に示すように、第1相端子6a、第2相端子6b、第3相端子6cのうちの2つ(図11の例では、第1相端子6aと第3相端子6c)の誘起電圧が一致するタイミングで短絡ブレーキ動作を開始すると、短絡ブレーキ動作を開始してから電気角が180度進むまでの期間において、それら2つの端子に対応する下側スイッチング素子34(例えば第1下側スイッチング素子34aと第3下側スイッチング素子34c)を流れる突入電流は同程度の大きさとなり、残りの1つの端子(例えば第2相端子6b)に対応する下側スイッチング素子34(例えば第2下側スイッチング素子34b)を流れる突入電流は最も小さくなる。このようなタイミングで短絡ブレーキ動作を開始することができれば、短絡ブレーキ動作時に、下側スイッチング素子34のうちの1つに突入電流が集中して流れることを抑制することができるので、突入電流のピークを大幅に低減することができる。本実施例のモータ制御装置10では、コンパレータ回路30を利用して、上記のようなタイミングを検出する。
図4に示すように、コンパレータ回路30は、第1コンパレータ30aと、第2コンパレータ30bと、第3コンパレータ30cを備えている。第1コンパレータ30aと、第2コンパレータ30bと、第3コンパレータ30cは、例えばオペアンプである。第1コンパレータ30aと、第2コンパレータ30bと、第3コンパレータ30cは、いずれも、正側電源端子が第1電源電位VDD1に接続されており、負側電源端子が接地電位GNDに接続されている。第1コンパレータ30aでは、非反転入力端子はブラシレスモータ6の第1相端子6aに接続されており、反転入力端子はブラシレスモータ6の第2相端子6bに接続されており、出力端子は第1コンパレータ出力としてマイコン26に接続されている。第2コンパレータ30bでは、非反転入力端子はブラシレスモータ6の第2相端子6bに接続されており、反転入力端子はブラシレスモータ6の第3相端子6cに接続されており、出力端子は第2コンパレータ出力としてマイコン26に接続されている。第3コンパレータ30cでは、非反転入力端子はブラシレスモータ6の第3相端子6cに接続されており、反転入力端子はブラシレスモータ6の第1相端子6aに接続されており、出力端子は第3コンパレータ出力としてマイコン26に接続されている。
図7に示すように、第1コンパレータ30aからマイコン26に入力される第1コンパレータ出力は、第1相端子6aの電圧が第2相端子6bの電圧よりも大きい場合にH電位となり、第1相端子6aの電圧が第2相端子6bの電圧よりも小さい場合にL電位となる。第2コンパレータ30bからマイコン26に入力される第2コンパレータ出力は、第2相端子6bの電圧が第3相端子6cの電圧よりも大きい場合にH電位となり、第2相端子6bの電圧が第3相端子6cの電圧よりも小さい場合にL電位となる。第3コンパレータ30cからマイコン26に入力される第3コンパレータ出力は、第3相端子6cの電圧が第1相端子6aの電圧よりも大きい場合にH電位となり、第3相端子6cの電圧が第1相端子6aの電圧よりも小さい場合にL電位となる。
本実施例のモータ制御装置10では、マイコン26は、第1コンパレータ出力、第2コンパレータ出力および第3コンパレータ出力のうちの1つが反転するタイミングT1、すなわち、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つが同電位となるタイミングT1で、短絡ブレーキ動作を開始する。このようなタイミングT1で短絡ブレーキ動作を開始することで、短絡ブレーキ動作を開始してから電気角が180度進む期間において、下側スイッチング素子34のうちの1つに突入電流が集中して流れることを抑制することができ、突入電流のピークを低減することができる。
上記のように、第1コンパレータ30aと、第2コンパレータ30bと、第3コンパレータ30cによって、ブラシレスモータ6が惰性によって回転している時の、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つの誘起電圧が一致するタイミングを検出する構成では、そのタイミングでの誘起電圧が第1コンパレータ30aと、第2コンパレータ30bと、第3コンパレータ30cで検出可能な範囲に入っている必要がある。本実施例では、第1コンパレータ30aと、第2コンパレータ30bと、第3コンパレータ30cのそれぞれについて、正側電源端子が第1電源電位VDD1に接続されており、負側電源端子が接地電位GNDに接続されている。また、抵抗器R1,R2,R3,R4,R5によって、ブラシレスモータ6の基準電位VREFが、第1電源電位VDD1と接地電位GNDの中間の電位に設定されている。このような構成とすることによって、第1コンパレータ30aと、第2コンパレータ30bと、第3コンパレータ30cによって、ブラシレスモータ6が惰性によって回転している時の、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つの誘起電圧が一致するタイミングを検出することができる。
なお、マイコン26が、ホールセンサ8からの検出信号によって、複数のティース18aのうちの1つの中心位置と、複数の磁極16のうちの1つの最大磁束密度を有する位置が対向するタイミングを特定可能な場合には、マイコン26は、そのタイミングで短絡ブレーキ動作を開始してもよい。このようなタイミングで短絡ブレーキ動作を開始することでも、短絡ブレーキ動作を開始してから電気角が180度進む期間において、下側スイッチング素子34のうちの1つに突入電流が集中して流れることを抑制することができ、突入電流のピークを低減することができる。このような構成とする場合には、コンパレータ回路30を設けることなく、突入電流のピークを低減できるタイミングで、マイコン26が短絡ブレーキ動作を開始することができる。なお、上記のようなタイミングは、第1コイル20aが巻回されたティース18aと、第2コイル20bが巻回されたティース18aと、第3コイル20cが巻回されたティース18aのうちの2つの磁束変化量の絶対値が同じとなるタイミングということもできる。
(実施例2)
図12に示す電動作業機102は、実施例1の電動作業機2と略同様の構成を備えている。電動作業機102は、モータ制御装置10の代わりに、モータ制御装置104を備えている。モータ制御装置104は、コンパレータ回路30の代わりに、コンパレータ回路106を備えている。また、電動作業機102は、ホールセンサ8を備えていない。代わりに、本実施例の電動作業機102では、モータ制御装置104のマイコン26は、コンパレータ回路106を利用して、ロータ12の回転角度を特定する。
図13に示すように、コンパレータ回路106は、第1コンパレータ106aと、第2コンパレータ106bと、第3コンパレータ106cを備えている。第1コンパレータ106aと、第2コンパレータ106bと、第3コンパレータ106cは、例えばオペアンプである。第1コンパレータ106aと、第2コンパレータ106bと、第3コンパレータ106cは、いずれも、正側電源端子が第1電源電位VDD1に接続されており、負側電源端子が接地電位GNDに接続されている。第1コンパレータ106aでは、非反転入力端子はブラシレスモータ6の第1相端子6aに接続されており、反転入力端子はブラシレスモータ6の基準電位VREFに接続されており、出力端子は第1コンパレータ出力としてマイコン26に接続されている。第2コンパレータ106bでは、非反転入力端子はブラシレスモータ6の第2相端子6bに接続されており、反転入力端子はブラシレスモータ6の基準電位VREFに接続されており、出力端子は第2コンパレータ出力としてマイコン26に接続されている。第3コンパレータ106cでは、非反転入力端子はブラシレスモータ6の第3相端子6cに接続されており、反転入力端子はブラシレスモータ6の基準電位VREFに接続されており、出力端子は第3コンパレータ出力としてマイコン26に接続されている。
図14に示すように、第1コンパレータ106aからマイコン26に入力される第1コンパレータ出力は、第1相端子6aの電圧が基準電位VREFよりも大きい場合にH電位となり、第1相端子6aの電圧が基準電位VREFよりも小さい場合にL電位となる。第2コンパレータ30bからマイコン26に入力される第2コンパレータ出力は、第2相端子6bの電圧が基準電位VREFよりも大きい場合にH電位となり、第2相端子6bの電圧が基準電位VREFよりも小さい場合にL電位となる。第3コンパレータ30cからマイコン26に入力される第3コンパレータ出力は、第3相端子6cの電圧が基準電位VREFよりも大きい場合にH電位となり、第3相端子6cの電圧が基準電位VREFよりも小さい場合にL電位となる。
本実施例の電動作業機102では、マイコン26は、第1コンパレータ出力、第2コンパレータ出力および第3コンパレータ出力のうちの1つが反転するタイミングT0、すなわち、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの1つの誘起電圧が基準電位と一致するタイミングT0を検出可能である。マイコン26が通電遮断動作を実行し、ブラシレスモータ6が惰性によって回転している場合、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの1つの誘起電圧と基準電位が一致するタイミングから、電気角が30度進むと、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つの誘起電圧が一致する。そこで、本実施例の電動作業機102では、マイコン26は、上記のタイミングT0から、電気角が30度進むのに要する時間ΔTが経過したタイミングT1で、短絡ブレーキ動作を開始する。
まず、マイコン26は、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの1つの誘起電圧が基準電位と一致するタイミングT0’から、次に第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの別の1つの誘起電圧が基準電位と一致するタイミングT0’’までの時間2×ΔTを計測する。ここで計測される時間2×ΔTは、電気角が60度進むのに要する時間である。次いで、マイコン26は、電気角が60度進むのに要する時間2×ΔTから、電気角が30度進むのに要する時間ΔTを特定する。そして、マイコン26は、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの1つの誘起電圧が基準電位と一致するタイミングT0から、電気角が30度進むのに要する時間ΔTが経過したタイミングT1で、短絡ブレーキ動作を開始する。このようなタイミングT1で短絡ブレーキ動作を開始することで、短絡ブレーキ動作を開始してから電気角が180度進む期間において、下側スイッチング素子34のうちの1つに突入電流が集中して流れることを抑制することができ、突入電流のピークを低減することができる。
なお、上記の各実施例において、直流電源4は、直流電力を供給する電源であればどのようなものであってもよい。例えば、直流電源4のバッテリ4aは、二次電池以外の電池であってもよい。あるいは、直流電源4は、バッテリ4aが内部に収容されており、電動作業機2に対して着脱不能なバッテリ収容部であってもよい。あるいは、直流電源4は、外部の交流電源(図示せず)から供給される交流電力を直流電力に変換する電源回路であってもよい。
ブラシレスモータ6は、インナロータ型のブラシレスモータでなくてもよく、アウタロータ型のブラシレスモータであってもよい。ロータ12の磁極16の個数は、8つより少なくてもよいし、多くてもよい。ステータ14のティース18aの個数は、12本より少なくてもよいし、多くてもよい。
以上のように、1つまたはそれ以上の実施形態において、電動作業機2は、ブラシレスモータ6と、ブラシレスモータ6を制御するモータ制御装置10,104を備えていてもよい。ブラシレスモータ6は、複数の磁極16を備えるロータ12と、ロータ12に対向する複数のティース18aを備えるステータ14と、複数のティース18aに巻回されており、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cに印可される電圧に応じて複数のティース18aのそれぞれに磁力を発生させるコイル20を備えていてもよい。モータ制御装置10,104は、第1相端子6aと第1電源電位VDD1(正極側電源電位の例)を接続する第1上側スイッチング素子32aと、第1相端子6aと接地電位GND(負極側電源電位の例)を接続する第1下側スイッチング素子34aと、第2相端子6bと第1電源電位VDD1を接続する第2上側スイッチング素子32bと、第2相端子6bと接地電位GNDを接続する第2下側スイッチング素子34bと、第3相端子6cと第1電源電位VDD1を接続する第3上側スイッチング素子32cと、第3相端子6cと接地電位GNDを接続する第3下側スイッチング素子34cと、第1上側スイッチング素子32a、第1下側スイッチング素子34a、第2上側スイッチング素子32b、第2下側スイッチング素子34b、第3上側スイッチング素子32cおよび第3下側スイッチング素子34cのそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能なマイコン26(制御ユニットの例)を備えていてもよい。マイコン26は、第1上側スイッチング素子32a、第2上側スイッチング素子32bおよび第3上側スイッチング素子32cを非導通とし、第1下側スイッチング素子34a、第2下側スイッチング素子34bおよび第3下側スイッチング素子34cを導通とすることで、ブラシレスモータ6に制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であってもよい。マイコン26は、所定のタイミングで、短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。所定のタイミングは、そのタイミングで短絡ブレーキ動作を開始した場合に、短絡ブレーキ動作を開始してからブラシレスモータ6の電気角が180度進むまでの間に、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのそれぞれの誘起電圧の極性が反転するタイミングであってもよい。
1つまたはそれ以上の実施形態において、モータ制御装置10,104は、ブラシレスモータ6を制御するように構成されていてもよい。ブラシレスモータ6は、複数の磁極16を備えるロータ12と、ロータ12に対向する複数のティース18aを備えるステータ14と、複数のティース18aに巻回されており、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cに印可される電圧に応じて複数のティース18aのそれぞれに磁力を発生させるコイル20を備えていてもよい。モータ制御装置10,104は、第1相端子6aと第1電源電位VDD1(正極側電源電位の例)を接続する第1上側スイッチング素子32aと、第1相端子6aと接地電位GND(負極側電源電位の例)を接続する第1下側スイッチング素子34aと、第2相端子6bと第1電源電位VDD1を接続する第2上側スイッチング素子32bと、第2相端子6bと接地電位GNDを接続する第2下側スイッチング素子34bと、第3相端子6cと第1電源電位VDD1を接続する第3上側スイッチング素子32cと、第3相端子6cと接地電位GNDを接続する第3下側スイッチング素子34cと、第1上側スイッチング素子32a、第1下側スイッチング素子34a、第2上側スイッチング素子32b、第2下側スイッチング素子34b、第3上側スイッチング素子32cおよび第3下側スイッチング素子34cのそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能なマイコン26(制御ユニットの例)を備えていてもよい。マイコン26は、第1上側スイッチング素子32a、第2上側スイッチング素子32bおよび第3上側スイッチング素子32cを非導通とし、第1下側スイッチング素子34a、第2下側スイッチング素子34bおよび第3下側スイッチング素子34cを導通とすることで、ブラシレスモータ6に制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であってもよい。マイコン26は、所定のタイミングで、短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。所定のタイミングは、そのタイミングで短絡ブレーキ動作を開始した場合に、短絡ブレーキ動作を開始してからブラシレスモータ6の電気角が180度進むまでの間に、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのそれぞれの誘起電圧の極性が反転するタイミングであってもよい。
上記の構成によれば、短絡ブレーキ動作の開始からブラシレスモータ6の電気角が180度進むまでの間に、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのそれぞれの誘起電圧の極性が反転するタイミングで、短絡ブレーキ動作を開始するので、短絡ブレーキ動作時の突入電流のピークを低減することができる。
1つまたはそれ以上の実施形態において、マイコン26は、短絡ブレーキ動作を実行する前に、第1上側スイッチング素子32a、第1下側スイッチング素子34a、第2上側スイッチング素子32b、第2下側スイッチング素子34b、第3上側スイッチング素子32cおよび第3下側スイッチング素子34cを非導通とする通電遮断動作を実行するように構成されていてもよい。マイコン26は、通電遮断動作の実行後、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つの誘起電圧が実質的に一致するタイミングで、短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。
1つまたはそれ以上の実施形態において、電動作業機2は、ブラシレスモータ6と、ブラシレスモータ6を制御するモータ制御装置10,104を備えていてもよい。ブラシレスモータ6は、複数の磁極16を備えるロータ12と、ロータ12に対向する複数のティース18aを備えるステータ14と、複数のティース18aに巻回されており、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cに印可される電圧に応じて複数のティース18aのそれぞれに磁力を発生させるコイル20を備えていてもよい。モータ制御装置10,104は、第1相端子6aと第1電源電位VDD1(正極側電源電位の例)を接続する第1上側スイッチング素子32aと、第1相端子6aと接地電位GND(負極側電源電位の例)を接続する第1下側スイッチング素子34aと、第2相端子6bと第1電源電位VDD1を接続する第2上側スイッチング素子32bと、第2相端子6bと接地電位GNDを接続する第2下側スイッチング素子34bと、第3相端子6cと第1電源電位VDD1を接続する第3上側スイッチング素子32cと、第3相端子6cと接地電位GNDを接続する第3下側スイッチング素子34cと、第1上側スイッチング素子32a、第1下側スイッチング素子34a、第2上側スイッチング素子32b、第2下側スイッチング素子34b、第3上側スイッチング素子32cおよび第3下側スイッチング素子34cのそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能なマイコン26(制御ユニットの例)を備えていてもよい。マイコン26は、第1上側スイッチング素子32a、第2上側スイッチング素子32bおよび第3上側スイッチング素子32cを非導通とし、第1下側スイッチング素子34a、第2下側スイッチング素子34bおよび第3下側スイッチング素子34cを導通とすることで、ブラシレスモータ6に制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であってもよい。マイコン26は、短絡ブレーキ動作を実行する前に、第1上側スイッチング素子32a、第1下側スイッチング素子34a、第2上側スイッチング素子32b、第2下側スイッチング素子34b、第3上側スイッチング素子32cおよび第3下側スイッチング素子34cを非導通とする通電遮断動作を実行するように構成されていてもよい。マイコン26は、通電遮断動作の実行後、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つの誘起電圧が実質的に一致するタイミングで、短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。
上記の構成によれば、短絡ブレーキ動作時に、下側スイッチング素子34のうちの1つに突入電流が集中して流れることを抑制することができるので、突入電流のピークを大幅に低減することができる。
1つまたはそれ以上の実施形態において、モータ制御装置10は、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つの誘起電圧を比較する、第1コンパレータ30a、第2コンパレータ30bおよび第3コンパレータ30cのうちの1つ(コンパレータの例)をさらに備えていてもよい。マイコン26は、通電遮断動作の実行後、第1コンパレータ30a、第2コンパレータ30bまたは第3コンパレータ30cのうちの1つの出力が反転するタイミングで、短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。
上記の構成によれば、短絡ブレーキ動作を開始するタイミングを、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つの誘起電圧が一致するタイミングに精度よく合わせることができる。
1つまたはそれ以上の実施形態において、モータ制御装置104は、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの1つの誘起電圧と基準電位を比較する、第1コンパレータ106a、第2コンパレータ106bおよび第3コンパレータ106cのうちの1つ(第1コンパレータの例)をさらに備えていてもよい。マイコン26は、通電遮断動作の実行後、第1コンパレータ106a、第2コンパレータ106bおよび第3コンパレータ106cのうちの1つの出力が反転してからブラシレスモータ6の電気角が30度進んだタイミングで、短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。
ブラシレスモータ6が惰性によって回転している場合、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの1つの誘起電圧と基準電位が一致するタイミングから、電気角が30度進むと、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つの誘起電圧が一致する。このため、上記の構成によれば、短絡ブレーキ動作を開始するタイミングを、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つの誘起電圧が一致するタイミングに精度よく合わせることができる。
1つまたはそれ以上の実施形態において、モータ制御装置104は、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの他の1つの誘起電圧と基準電位を比較する、第1コンパレータ106a、第2コンパレータ106bおよび第3コンパレータ106cのうちの他の1つ(第2コンパレータの例)をさらに備えていてもよい。マイコン26は、通電遮断動作の実行後、第1コンパレータ106a、第2コンパレータ106bおよび第3コンパレータ106cのうちの1つの出力が反転するタイミングと、第1コンパレータ106a、第2コンパレータ106bおよび第3コンパレータ106cのうちの他の1つの出力が反転するタイミングの間の時間に基づいて、ブラシレスモータ6の電気角が30度進むのに要する時間を特定するように構成されていてもよい。
ブラシレスモータ6が惰性によって回転している場合、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの1つの誘起電圧と基準電位が一致するタイミングから、電気角が60度進むと、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの他の1つの誘起電圧と基準電位が一致する。従って、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの1つの誘起電圧と基準電位が一致するタイミングから、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの他の1つの誘起電圧と基準電位が一致するタイミングまでの時間を計測することで、電気角が60度進むのに要する時間を特定することができ、そこから電気角が30度進むのに要する時間を特定することができる。上記の構成によれば、実際のブラシレスモータ6において、電気角が30度進むまでに要する時間を精度よく特定することができる。
1つまたはそれ以上の実施形態において、ブラシレスモータ6は、ステータ14に対する相対的な位置が固定されており、ロータ12からの磁力の変化を検出する第1ホール素子8a、第2ホール素子8bおよび第3ホール素子8c(ホール素子の例)をさらに備えていてもよい。マイコン26は、第1ホール素子8a、第2ホール素子8bおよび第3ホール素子8cの検出信号に基づいて、ロータ12の複数の磁極16のうちの1つがステータ14の複数のティース18aのうちの1つに対向するタイミングを特定し、当該タイミングで短絡ブレーキ動作を開始するように構成されていてもよい。
ブラシレスモータ6が惰性により回転をしている時に、第1相端子6a、第2相端子6bおよび第3相端子6cのうちの2つの誘起電圧が一致するタイミングは、ロータ12の複数の磁極16のうちの1つがステータ14の複数のティース18aのうちの1つに対向するタイミングでもある。上記の構成では、第1ホール素子8a、第2ホール素子8bおよび第3ホール素子8cを用いてロータ12の複数の磁極16のうちの1つがステータ14の複数のティース18aのうちの1つに対向するタイミングを特定し、そのタイミングで短絡ブレーキ動作を開始する。このような構成とすることで、短絡ブレーキ動作時に、下側スイッチング素子34のうちの1つに突入電流が集中して流れることを抑制することができ、突入電流のピークを大幅に低減することができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
2 :電動作業機
4 :直流電源
4a :バッテリ
6 :ブラシレスモータ
6a :第1相端子
6b :第2相端子
6c :第3相端子
6d :中性点
8 :ホールセンサ
8a :第1ホール素子
8b :第2ホール素子
8c :第3ホール素子
10 :モータ制御装置
12 :ロータ
14 :ステータ
16 :磁極
16a :N極
16b :S極
18 :コア
18a :ティース
20 :コイル
20a :第1コイル
20b :第2コイル
20c :第3コイル
22 :レギュレータ
24 :スイッチ回路
26 :マイコン
28 :モータドライバ回路
30 :コンパレータ回路
30a :第1コンパレータ
30b :第2コンパレータ
30c :第3コンパレータ
32 :上側スイッチング素子
32a :第1上側スイッチング素子
32b :第2上側スイッチング素子
32c :第3上側スイッチング素子
33 :スイッチング素子
34 :下側スイッチング素子
34a :第1下側スイッチング素子
34b :第2下側スイッチング素子
34c :第3下側スイッチング素子
50 :支持棹
50a :前端
50b :後端
52 :前端ユニット
54 :後端ユニット
56 :ループハンドル
58 :グリップ
60 :コードホルダ
62 :カッターコード
102 :電動作業機
104 :モータ制御装置
106 :コンパレータ回路
106a :第1コンパレータ
106b :第2コンパレータ
106c :第3コンパレータ

Claims (8)

  1. 電動作業機であって、
    ブラシレスモータと、
    前記ブラシレスモータを制御するモータ制御装置を備えており、
    前記ブラシレスモータが、
    複数の磁極を備えるロータと、
    前記ロータに対向する複数のティースを備えるステータと、
    前記複数のティースに巻回されており、第1相端子、第2相端子および第3相端子に印可される電圧に応じて前記複数のティースのそれぞれに磁力を発生させるコイルを備えており、
    前記モータ制御装置が、
    前記第1相端子と正極側電源電位を接続する第1上側スイッチング素子と、
    前記第1相端子と負極側電源電位を接続する第1下側スイッチング素子と、
    前記第2相端子と前記正極側電源電位を接続する第2上側スイッチング素子と、
    前記第2相端子と前記負極側電源電位を接続する第2下側スイッチング素子と、
    前記第3相端子と前記正極側電源電位を接続する第3上側スイッチング素子と、
    前記第3相端子と前記負極側電源電位を接続する第3下側スイッチング素子と、
    前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子のそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能な制御ユニットを備えており、
    前記制御ユニットが、前記第1上側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子および前記第3上側スイッチング素子を非導通とし、前記第1下側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を導通とすることで、前記ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であって、
    前記制御ユニットが、所定のタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されており、
    前記所定のタイミングは、そのタイミングで前記短絡ブレーキ動作を開始した場合に、前記短絡ブレーキ動作を開始してから前記ブラシレスモータの電気角が180度進むまでの間に、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のそれぞれの誘起電圧の極性が反転するタイミングである、電動作業機。
  2. 前記制御ユニットが、前記短絡ブレーキ動作を実行する前に、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を非導通とする通電遮断動作を実行するように構成されており、
    前記制御ユニットが、前記通電遮断動作の実行後、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの2つの誘起電圧が実質的に一致するタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されている、請求項1の電動作業機。
  3. 電動作業機であって、
    ブラシレスモータと、
    前記ブラシレスモータを制御するモータ制御装置を備えており、
    前記ブラシレスモータが、
    複数の磁極を備えるロータと、
    前記ロータに対向する複数のティースを備えるステータと、
    前記複数のティースに巻回されており、第1相端子、第2相端子および第3相端子に印可される電圧に応じて前記複数のティースのそれぞれに磁力を発生させるコイルを備えており、
    前記モータ制御装置が、
    前記第1相端子と正極側電源電位を接続する第1上側スイッチング素子と、
    前記第1相端子と負極側電源電位を接続する第1下側スイッチング素子と、
    前記第2相端子と前記正極側電源電位を接続する第2上側スイッチング素子と、
    前記第2相端子と前記負極側電源電位を接続する第2下側スイッチング素子と、
    前記第3相端子と前記正極側電源電位を接続する第3上側スイッチング素子と、
    前記第3相端子と前記負極側電源電位を接続する第3下側スイッチング素子と、
    前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子のそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能な制御ユニットを備えており、
    前記制御ユニットが、前記第1上側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子および前記第3上側スイッチング素子を非導通とし、前記第1下側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を導通とすることで、前記ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であって、
    前記制御ユニットが、前記短絡ブレーキ動作を実行する前に、前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を非導通とする通電遮断動作を実行するように構成されており、
    前記制御ユニットが、前記通電遮断動作の実行後、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの2つの誘起電圧が実質的に一致するタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されている、電動作業機。
  4. 前記モータ制御装置が、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの前記2つの誘起電圧を比較するコンパレータをさらに備えており、
    前記制御ユニットが、前記通電遮断動作の実行後、前記コンパレータの出力が反転するタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されている、請求項2または3の電動作業機。
  5. 前記モータ制御装置が、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの1つの誘起電圧と基準電位を比較する第1コンパレータをさらに備えており、
    前記制御ユニットが、前記通電遮断動作の実行後、前記第1コンパレータの出力が反転してから前記ブラシレスモータの電気角が30度進んだタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されている、請求項2または3の電動作業機。
  6. 前記モータ制御装置が、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のうちの他の1つの誘起電圧と前記基準電位を比較する第2コンパレータをさらに備えており、
    前記制御ユニットが、前記通電遮断動作の実行後、前記第1コンパレータの出力が反転するタイミングと、前記第2コンパレータの出力が反転するタイミングの間の時間に基づいて、前記ブラシレスモータの電気角が30度進むのに要する時間を特定するように構成されている、請求項5の電動作業機。
  7. 前記ブラシレスモータが、前記ステータに対する相対的な位置が固定されており、前記ロータからの磁力の変化を検出するホール素子をさらに備えており、
    前記制御ユニットが、前記ホール素子の検出信号に基づいて、前記ロータの前記複数の磁極のうちの1つが前記ステータの前記複数のティースのうちの1つに対向するタイミングを特定し、当該タイミングで前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されている、請求項1の電動作業機。
  8. ブラシレスモータを制御するモータ制御装置であって、
    前記ブラシレスモータが、
    複数の磁極を備えるロータと、
    前記ロータに対向する複数のティースを備えるステータと、
    前記複数のティースに巻回されており、第1相端子、第2相端子および第3相端子に印可される電圧に応じて前記複数のティースのそれぞれに磁力を発生させるコイルを備えており、
    前記モータ制御装置が、
    前記第1相端子と正極側電源電位を接続する第1上側スイッチング素子と、
    前記第1相端子と負極側電源電位を接続する第1下側スイッチング素子と、
    前記第2相端子と前記正極側電源電位を接続する第2上側スイッチング素子と、
    前記第2相端子と前記負極側電源電位を接続する第2下側スイッチング素子と、
    前記第3相端子と前記正極側電源電位を接続する第3上側スイッチング素子と、
    前記第3相端子と前記負極側電源電位を接続する第3下側スイッチング素子と、
    前記第1上側スイッチング素子、前記第1下側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子、前記第3上側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子のそれぞれを、導通および非導通の間で切替可能な制御ユニットを備えており、
    前記制御ユニットが、前記第1上側スイッチング素子、前記第2上側スイッチング素子および前記第3上側スイッチング素子を非導通とし、前記第1下側スイッチング素子、前記第2下側スイッチング素子および前記第3下側スイッチング素子を導通とすることで、前記ブラシレスモータに制動力を作用させる短絡ブレーキ動作を実行可能であって、
    前記制御ユニットが、所定のタイミングで、前記短絡ブレーキ動作を開始するように構成されており、
    前記所定のタイミングは、そのタイミングで前記短絡ブレーキ動作を開始した場合に、前記短絡ブレーキ動作を開始してから前記ブラシレスモータの電気角が180度進むまでの間に、前記第1相端子、前記第2相端子および前記第3相端子のそれぞれの誘起電圧の極性が反転するタイミングである、モータ制御装置。
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