JP2021049587A - 電動作業機 - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリパックとの組み合わせによらず、適切に動作可能な電動作業機を提供する。【解決手段】電動作業機は、モータと、制御部と、を備える。モータは、バッテリパックに電気的に接続され、バッテリパックから電力の供給を受けて駆動するように構成される。制御部は、バッテリパックの内部抵抗情報を取得し、取得した内部抵抗情報に基づいて、モータの制御を変更するように構成される。【選択図】図7

Description

本開示は、電動作業機に関する。
特許文献1に記載の電動工具のように、バッテリパックから電力の供給を受けて駆動するモータを備えた電動作業機が知られている。
特開2005-131770号公報
ところで、近年、バッテリパックが多様化している。そのため、同じ定格電圧のバッテリパックと電動作業機との組み合わせであっても、電動作業機とバッテリパックの組み合わせによって、過電流状態になってモータが停止したり、電動作業機の起動が遅くなったりすることがある。すなわち、バッテリパックとの組み合せによって、電動作業機が適切に動作しないことがある。
本開示の1つの局面は、バッテリパックとの組み合わせによらず、適切に動作可能な電動作業機を提供する。
本開示の1つの局面は、電動作業機であって、モータと、制御部と、を備える。モータは、バッテリパックに電気的に接続され、バッテリパックから電力の供給を受けて駆動するように構成される。制御部は、バッテリパックの内部抵抗情報を取得し、取得した内部抵抗情報に基づいて、モータの制御を変更するように構成される。
本開示の1つの局面によれば、バッテリパックの内部抵抗情報が取得され、取得された内部抵抗情報に基づいて、モータの制御が変更される。本発明者は、内部抵抗値が小さいバッテリパックにモータの制御が適合された電動作業機に、内部抵抗値が大きいバッテリパックを接続すると、電動作業機の始動が遅くなったり、電動作業機の出力が低下したりすることがあるとの知見を得た。また、本発明者は、内部抵抗値が大きいバッテリパックにモータの制御が適合された電動作業機に、内部抵抗値が小さいバッテリパックを接続すると、電動作業機の始動時に電流が流れすぎてモータが停止することがあるとの知見を得た。バッテリパックの内部抵抗情報に基づいてモータの制御を変更することにより、適切に動作可能な電動作業機を実現することができる。
また、モータの制御は、モータの始動に関する制御を含んでもよい。
バッテリパックの内部抵抗情報に基づいて、モータの始動に関する制御が変更される。これにより、バッテリパックの内部抵抗値にかかわらず、過電流停止及び始動遅延を抑制して、適切にモータを始動させることができる。
また、制御部は、内部抵抗情報に基づいて、モータの始動に関する始動パラメータを設定するように構成されていてもよい。
バッテリパックの内部抵抗情報に基づいて、モータの始動パラメータが設定されることにより、バッテリパックの内部抵抗情報に応じて、モータの始動に関する制御を変更することができる。
また、モータを駆動させるためのスイッチを備えてもよい。制御部は、指令デューティ比のパルス幅変調信号に基づいてモータのオープンループ制御を実行し、オープンループ制御において、スイッチがオンになると、指令デューティ比を目標デューティ比まで徐々に増加させるソフトスタート実行し、ソフトスタートにおいて、内部抵抗情報に基づいて、スイッチがオンになってから、指令デューティ比が目標デューティ比に到達するまでの時間を変化させるように構成されていてもよい。
ソフトスタートにおいて、スイッチがオンになってから指令デューティ比が目標デューティ比に到達するまでの時間を一定にした場合、内部抵抗値が小さいほどモータに印加される電圧が大きくなるため、モータに流れる電流値が大きくなる。そこで、ソフトスタートにおいて、内部抵抗情報に基づいて、スイッチがオンになってから、指令デューティ比が目標デューティ比に到達するまでの時間を変化させる。これにより、内部抵抗値にかかわらず、モータに過電流が流れることを抑制できる。
また、モータを駆動させるためのスイッチを備えてもよい。制御部は、モータの回転数を指令回転数と一致させるように制御する定回転数制御を実行し、前記定回転数制御において、スイッチがオンになると、指令回転数を目標回転数まで徐々に増加させるソフトスタート実行し、ソフトスタートにおいて、内部抵抗情報に基づいて、スイッチがオンになってから、指令回転数が目標回転数に到達するまでの時間を変化させるように構成されていてもよい。
ソフトスタートにおいて、スイッチがオンになってから、指令回転数が目標回転数に到達するまでの時間を一定にした場合、内部抵抗値が大きいほどバッテリパックの電圧降下が大きくなるため、モータに流れる電流が大きくなる。そこで、ソフトスタートにおいて、内部抵抗情報に基づいて、スイッチがオンになってから、指令回転数が目標回転数に到達するまでの時間を変化させる。これにより、内部抵抗値にかかわらず、モータに過電流が流れることを抑制できる。
また、始動パラメータは、指令デューティ比の変化率を含んでもよい。
内部抵抗情報に基づいて指令デューティ比の変化率を変えることによって、指令回デューティ比が目標デューティ比に到達するまでの時間を変化させることができる。
また、制御部は、内部抵抗情報に基づいたバッテリパックの内部抵抗値が小さいほど、指令デューティ比の変化率を小さく設定するように構成されていてもよい。
内部抵抗値が小さいほど、指令デューティ比の変化率が小さく設定されることにより、内部抵抗値が比較的小さい場合でも、モータ始動時における電流値の急激な増加を抑制することができる。ひいては、内部抵抗値が比較的小さい場合でも、モータ始動時における過電流を抑制することができる。
また、始動パラメータは、指令回転数の変化率を含んでもよい。
内部抵抗情報に基づいて指令回転数の変化率を変えることによって、指令回転数が目標回転数に到達するまでの時間を変化させることができる。
また、制御部は、内部抵抗情報に基づいたバッテリパックの内部抵抗値が大きいほど、指令回転数の変化率を小さく設定するように構成されていてもよい。
内部抵抗値が大きいほど指令回転数の変化率が小さく設定されることにより、内部抵抗値が比較的大きい場合でも、モータ始動時における電流値の急激な増加を抑制することができる。ひいては、内部抵抗値が比較的大きい場合でも、モータ始動時における過電流を抑制することができる。
また、モータの制御は、モータの出力制限に関する制御を含んでもよい。
バッテリパックの内部抵抗情報に基づいて、モータの出力制限に関する制御が変更される。これにより、バッテリパックの内部抵抗値にかかわらず、モータの出力を適切に制御することができる。
また、制御部は、内部抵抗情報に基づいたバッテリパックの内部抵抗値が小さいほど、電流制限値を小さく設定し、且つ、バッテリパックからモータへ流れる放電電流を、設定した電流上限値以下に制御するように構成されていてもよい。
バッテリパックの内部抵抗値が小さいほど、バッテリパックの電圧降下が小さくなり、モータに印加される電圧が大きくなる。よって、内部抵抗値が小さいほど、電流制限値を小さくすることで、バッテリパックの内部抵抗値にかかわらず、モータの出力を一定に制御することができる。
第1実施形態に係る電動作業機とバッテリパックの構成を示すブロック図である。 第1実施形態に係るマイコンが実行するメイン処理を示すフローチャートである。 第1実施形態に係るマイコンが実行するバッテリ状態処理を示すフローチャートである。 第1実施形態に係るバッテリ通信処理を示すフローチャートである。 第1実施形態に係るモータ制御処理を示すフローチャートである。 第1実施形態に係るモータ駆動処理を示すフローチャートである。 第1実施形態に係る指令デューティ比設定処理を示すフローチャートである。 指令デューティ比の変化率を一定にした場合における、指令デューティ比と、放電電流値と、トリガスイッチ状態のタイムチャートである。 第1実施形態に係る指令デューティ比と、放電電流値と、トリガスイッチ状態のタイムチャートである。 第2実施形態に係るモータ駆動処理を示すフローチャートである。 第2実施形態に係る指令回転数設定処理を示すフローチャートである。 指令回転数の変化率を一定にした場合における、指令回転数と、放電電流値と、トリガスイッチ状態のタイムチャートである。 第2実施形態に係る指令回転数と、放電電流値と、トリガスイッチ状態のタイムチャートである。 第3実施形態に係るモータ駆動処理を示すフローチャートである。 第3実施形態に係る電流制限値設定処理を示すフローチャートである。 バッテリの内部抵抗とバッテリ出力電圧と放電電流との関係を示す図である。 第3実施形態に係る認証中及び認証成功のそれぞれにおいて使用する電流制限値を示す図である。 第3実施形態に係る認証中及び認証失敗のそれぞれにおいて使用する電流制限値を示す図である。 第3実施形態に係る認証待ち、認証失敗及び認証成功のそれぞれにおいて使用する過負荷マップ、バッテリパックの内部抵抗値、過電流閾値を示す図である。 第3実施形態に係る過負荷マップの一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態を説明する。
(第1実施形態)
<1−1.構成>
<1−1−1.バッテリパックの電気的構成>
次に、バッテリパック70A,70Bの電気的構成について、図1を参照して説明する。バッテリパック70A,70Bは、同じ定格電圧で内部抵抗値が異なるバッテリパックであり、基本的な構成は同じである。バッテリパック70A,70Bは、繰り返し充電可能な電源であり、例えば、リチウムイオン2次バッテリである。
バッテリパック70A,70Bは、1つ又は複数のバッテリブロック80と、制御回路75と、バッテリ正極端子71と、バッテリ負極端子72と、バッテリ信号端子73と、バッテリシリアル通信端子74A,74Bと、を備える。
バッテリパック70A,70Bは、備えているバッテリブロック80の数が異なり、バッテリブロック80の数以外の構成は同じである。バッテリブロック80のそれぞれは、複数のバッテリセルが直列に接続されて構成されている。バッテリブロック80のそれぞれの正極は、バッテリ正極端子71に接続されており、バッテリブロック80のそれぞれの負極は、バッテリ負極端子72に接続されている。
本実施形態では、バッテリパック70Aは、1つのバッテリブロック80を備える。一方、バッテリパック70Bは、2つの並列に接続されたバッテリブロック80を備える。したがって、バッテリパック70Aの内部抵抗値は、バッテリパック70Bの内部抵抗値よりも大きい。
制御回路75は、CPU76と、メモリ77と、を備える。メモリ77は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを含む半導体メモリである。CPU76は、メモリ77に記憶されている各種プログラムを実行することにより、各種の処理を実行する。
具体的には、制御回路75は、バッテリブロック80が放電可能な場合には、バッテリ信号端子73を介して、電動作業機10へ放電許可信号を出力する。また、制御回路75は、バッテリブロック80が放電不可能な場合には、バッテリ信号端子73を介して、電動作業機10へ放電禁止信号を出力する。放電許可信号は、例えば、ローレベルの信号であり、放電禁止信号は、例えば、ハイレベルの信号である。
また、制御回路75は、バッテリシリアル通信端子74A,74Bを介して、電動作業機1と全二重のシリアル通信を実行する。具体的には、制御回路75は、バッテリシリアル通信端子74Aを介して、電動作業機1へバッテリパック70A,70Bの情報(すなわち、シリアル信号)を送信し、バッテリシリアル通信端子74Bを介して、電動作業機1から電動作業機1の情報を受信する。
<1−1−1.電動作業機の電気的構成>
まず、電動作業機10の電気的構成について、図1を参照して説明する。電動作業機10は、電動工具、園芸工具などのモータの駆動力で先端工具を駆動させる作業機である。電動工具としては、例えば、マルノコ、ドライバドリル、インパクトドライバ、クリーナー、ハンマドリルが挙げられる。園芸工具としては、例えば、草刈機、バリカン、ブロワなどが挙げられる。
電動作業機10は、コントローラ20と、モータ60と、回転センサ26と、図示しない先端工具と、を備え、バッテリパック70A又はバッテリパック70Bから電力の供給を受けて駆動する。
モータ60は、3相のブラシレスモータである。回転センサ26は、例えば、ホールICを備え、モータ60のロータの回転位置を検出する。回転センサ26は、検出したロータの回転位置を、後述するマイクロコンピュータ(以下、マイコン)30へ出力する。マイコン30は、回転センサ26から取得したロータの回転位置と、検出時間間隔とから、モータ60の回転数を算出する。ここでの回転数は、所定期間(例えば、1分)における回転数である。
コントローラ20は、正極端子11と、負極端子12と、信号端子13と、シリアル通信端子14A,14Bと、を備える。正極端子11は、バッテリ正極端子71に接続される。負極端子12は、バッテリ負極端子72に接続される。信号端子13は、バッテリ信号端子73に接続される。シリアル通信端子14Aはバッテリシリアル通信端子74Aに接続され、シリアル通信端子14Bはバッテリシリアル通信端子74Bに接続される。
さらに、コントローラ20は、レギュレータ21と、バッテリ電圧検出部22と、トリガスイッチ23と、表示LED24と、電流検出回路25と、マイコン30と、ゲート回路40と、駆動回路50と、を備える。
レギュレータ21は、バッテリパック70A又は70Bが電動作業機10に接続されると、1つ又は2つのバッテリブロック80から電力供給を受けて、マイコン30を作動させるために必要な電源電圧(例えば、直流5V)を生成する。
バッテリ電圧検出部22は、正極端子11と負極端子12との間に印加されるバッテリパック70A,70Bの電圧値を検出し、検出した電圧値をマイコン30へ出力する。
トリガスイッチ23は、モータ60を駆動又は停止させるために、使用者により操作されるスイッチである。トリガスイッチ23は、使用者により引かれるとオンになり、マイコン30へオン信号を出力する。また、トリガスイッチ23は、使用者により離されるとオフになり、マイコン30へオフ信号を出力する。
さらに、トリガスイッチ23は、モータ60の回転数やトルクを調整するために、使用者により操作される。モータ60の巻線には、指令デューティ比のパルス(すなわち、PWM信号)が印加される。目標デューティ比は、指令デューティ比の目標値であり、使用者によるトリガスイッチ23の引き量に応じて設定される。使用者は、どの程度の回転数やトルクでモータ60を回転させたいかに応じて、トリガスイッチ23の引き量を調整する。例えば、モータ60の回転数を低くしたい場合や、トルクを小さくしたい場合には、トリガスイッチ23の引き量を少なくする。また、モータ60の回転数を高くしたい場合や、トルクを大きくしたい場合には、トリガスイッチ23の引き量を多くする。
なお、トリガスイッチ23以外に、使用者が電動作業機1の動作モードや目標デューティ比を設定するためのスイッチやダイヤルが設けられていてもよい。また、動作モードに応じて、目標デューティ比が設定されていてもよい。
表示LED24は、電動作業機1の動作状態や異常等を使用者に報知するために設けられている。表示LED24は、作業機の動作モード、モータ60の回転数、回転方向、バッテリパック70A,70Bの残容量等を示す複数のLEDを備える。表示LED24の各LEDは、マイコン30からの指令に応じて、点灯、点滅、消灯する。
駆動回路50は、バッテリパック70A,70Bから電力供給を受けて、モータ60の各相に対応する巻線に電流を流す回路である。駆動回路50は、ハイサイドのスイッチング素子Q1〜Q3と、ローサイドのスイッチング素子Q4〜Q6を備える3相フルブリッジ回路である。各スイッチング素子Q1〜Q6は、例えばMOSFETで構成されるが、これに限定されるものではない。
ゲート回路40は、マイコン30から出力された制御信号に従い、駆動回路50のスイッチング素子Q1〜Q6のそれぞれをオン又はオフさせ、モータ60の各相の巻線に順次電流を流すことで、モータ60を回転させる。なお、スイッチング素子Q1〜Q6を全てオフさせた場合、モータ60はフリーランの状態となる。また、スイッチング素子Q1〜Q3をいずれもオフ、且つスイッチング素子Q4〜Q6をいずれもオンさせた場合、モータ60はいわゆる短絡ブレーキがかかった状態となる。
電流検出回路25は、駆動回路59から負極端子12に至る負極ラインに設けられており、バッテリパック70A,70Bからモータ60へ出力された放電電流値を検出する。電流検出回路25は、検出した放電電流値をマイコン30へ出力する。
マイコン30は、CPU31と、メモリ32と、を備える。メモリ32は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリを含む半導体メモリである。CPU31は、メモリ32に記憶されている各種プログラムを実行することにより、各種の処理を実行する。マイコン30が実行する処理は後述する。
<1−2.処理>
<1−2−1.メイン処理>
次に、電動作業機10のマイコン30が実行するメイン処理について、図2のフローチャートを参照して説明する。電動作業機10には、バッテリパック70A又はバッテリパック70Bが接続されている。以下では、電動作業機10に接続されているバッテリパック70A又はバッテリパック70Bをバッテリパック70と称する。
まず、S10では、マイコン30はタイムベースが経過したか否か判定する。マイコン30は、タイムベースが経過していない場合には待機し、タイムベースが経過した場合にはS20の処理へ進む。タイムベースは、マイコン30の制御周期に相当する。
S20では、マイコン30は、スイッチ操作検出処理を実行する。詳しくは、マイコン30は、トリガスイッチ23からの信号に基づいて、トリガスイッチ23がオン状態かオフ状態かを検出する。
S30では、マイコン30は、バッテリパック70から出力された情報に基づいて、バッテリ状態処理を実行する。バッテリ状態処理の詳細は後述する。
続いて、S40では、マイコン30は、AD変換処理を実行する。詳しくは、マイコン30は、バッテリ電圧検出部22、電流検出回路25等から入力された検出信号をAD変換する。これにより、マイコン30は、バッテリパック70からモータ60へ流れる放電電流値、バッテリパック70の電圧値等を取得する。
続いて、S50では、マイコン30は、異常検出処理を実行する。詳しくは、マイコン30は、S40において取得した放電電流値、電圧値等とそれぞれの閾値とを比較して、過電流、電圧低下などの異常を検出する。
続いて、S60では、マイコン30は、トリガスイッチ23の状態、バッテリ状態、異常の検出結果に基づいて、モータ制御処理を実行する。モータ制御処理の詳細は後述する。
続いて、S70では、マイコン30は、表示処理を実行する。詳しくは、マイコン30は、モータ60の動作状態、バッテリパック70の残容量、検出された異常などを、表示LED24を介して使用者に報知する。以上で本処理を終了する。
<1−2−2.バッテリ状態処理>
次に、マイコン30がS30において実行するバッテリ状態処理の詳細について、図3のフローチャートを参照して説明する。
まず、S100では、マイコン30は、バッテリ通信処理を実行する。バッテリ通信処理の詳細は後述する。
続いて、S110では、マイコン30は、放電許可状態設定処理を実行する。具体的には、マイコン30は、信号端子13を介して、バッテリパック70から放電許可信号を受信した場合には、放電許可フラグをセットする。また、マイコン30は、信号端子13を介して、放電禁止信号を受信した場合には、放電許可フラグをクリアする。以上で本処理を終了する。
<1−2−3.バッテ通信処理>
次に、マイコン30がS100において実行するバッテリ通信処理の詳細について、図4のフローチャートを参照して説明する。
まず、S200において、マイコン30は、初期通信が完了したか否か判定する。S200において、初期通信が完了していないと判定した場合は、S210の処理へ進み、初期通信が完了していると判定した場合は、S220の処理へ進む。
S210では、マイコン30は、初期通信処理を実行する。具体的には、マイコン30は、シリアル通信端子14Aを介して、バッテリパック70へ電動作業機1のモデルナンバー等の電動作業機1の情報を送信する。また、マイコン30は、シリアル通信端子14Bを介して、バッテリパック70から内部抵抗情報やモデルナンバー等を受信する。内部抵抗情報は、バッテリパック70の内部抵抗値でもよいし、バッテリブロック80の並列数でもよい。すなわち、内部抵抗情報は、内部抵抗値そのものでもよいし、内部抵抗値が算出又は推定できる情報でもよい。
一方、S220では、常時情報取得処理を実行する。具体的には、マイコン30は、シリアル通信端子14Bを介して、バッテリパック70の温度、残容量、過負荷カウンタ値などを受信する。以上で本処理を終了する。
<1−2−4.モータ制御処理>
次に、マイコン30がS60において実行するモータ制御処理の詳細について、図5のフローチャートを参照して説明する。
まず、S300では、マイコン30は、トリガスイッチ23がオン状態か否か判定する。マイコン30は、トリガスイッチ23がオン状態であると判定した場合には、S310の処理へ進み、トリガスイッチ23がオフ状態であると判定した場合には、S340の処理へ進む。
S310では、マイコン30は、S50において異常が検出されたか否か判定する。マイコン30は、異常が検出されていないと判定した場合には、S320の処理へ進む。また、マイコン30は、異常が検出されていると判定した場合には、S340の処理へ進む。
S320では、マイコン30は、放電許可フラグがセットされているか否か判定する。マイコン30は、放電許可フラグがセットされていると判定した場合には、S330の処理へ進み、放電許可フラグがクリアされていると判定した場合には、S340の処理へ進む。
S330では、マイコン30は、バッテリパック70からの電力供給を受けて、モータ駆動処理を実行し、本処理を終了する。モータ駆動処理の詳細は後述する。
一方、S340では、マイコン30は、ブレーキ制御を実施するか否か判定する。具体的には、マイコン30は、モータ60が回転しており、且つ、モータ60に制動力を発生させてもコントローラ20に影響がない場合には、ブレーキ制御を実行すると判定する。この場合、マイコン30は、S350においてブレーキフラグをセットし、本処理を終了する。これにより、バッテリパック70からモータ60への電力供給が停止されて、短絡ブレーキが実行される。
また、マイコン30は、モータ60が回転していない場合、及び、モータ60が回転しているがモータ60に制動力を発生させるとコントローラ20に影響がある場合には、ブレーキ制御を実施しないと判定する。この場合、マイコン30は、S360においてブレーキフラグをクリアし、本処理を終了する。これにより、バッテリパック70からモータ60への電力供給が停止される。そして、モータ60が回転している場合には、フリーランなどが実行される。以上で本処理を終了する。
<1−2−5.モータ駆動処理>
次に、マイコン30がS330において実行するモータ駆動処理の詳細について、図6のフローチャートを参照して説明する。
まず、S400では、マイコン30は、指令デューティ比設定処理を実行する。本実施形態では、マイコン30は、モータ60の巻線に、設定した指令デューティ比のパルスを印加するPWM制御を実行する。指令デューティ比設定処理の詳細は後述する。
続いて、S410では、マイコン30は、指令デューティ比出力処理を実行する。詳しくは、マイコン30は、S400において設定した指令デューティ比に基づいた制御指令を生成し、生成した制御指令をゲート回路40へ出力する。以上で本処理を終了する。
<1−2−6.指令デューティ比設定処理>
次に、マイコン30がS400において実行する指令デューティ比設定処理の詳細について、図7のフローチャートを参照して説明する。
まず、S500では、マイコン30は、目標デューティ比取得処理を実行する。具体的には、マイコン30は、トリガスイッチ23等を介してマイコン30に入力された目標デューティ比を取得する。
本実施形態では、マイコン30は、指令デューティ比が目標デューティ比となるように、モータ60の駆動を制御する。そして、モータ60の始動時には、モータ60への突入電流を抑制するように、ソフトスタートを実行する。ソフトスタートは、トリガスイッチ23がオンになった後、指令デューティ比を0から目標デューティ比まで徐々に上げるスタートである。指令デューティ比の初期値は0である。なお、本実施形態では指令デューティ比の初期値を0としているが、突入電流を抑制できる程度に低いデューティ比であれば初期値は0でなくてもよい。
続いて、S510では、マイコン30は、現時点の指令デューティ比が、S500において取得した目標デューティ比よりも小さいか否か判定する。S510において、指令デューティ比が目標デューティ比よりも小さいと判定した場合には、S520の処理へ進む。
S520では、マイコン30は、バッテリパック70から取得した内部抵抗情報に含まれる内部抵抗値、あるいは、内部抵抗情報から算出又は推定した内部抵抗値に応じた、加算値を算出する。この加算値は、現時点の指令デューティ比に加算する値である。加算値が大きいほど、指令デューティ比の増加率は大きくなる。
図8に示すように、ソフトスタートにおいて、指令デューティ比が目標デューティ比に到達するまでの時間を一定にした場合、内部抵抗値が小さいほどモータ60に印加される電圧が大きくなるため、モータ60に流れる放電電流値が大きくなる。その結果、内部抵抗値が比較的小さい場合に、ソフトスタートにおいて、放電電流値が過電流閾値を超え、モータ60が停止することがある。過電流閾値は、例えば、100Aである。過電流閾値を100Aにした場合、放電電流値は、70〜80A以下に抑えることが望ましい。
そこで、マイコン30は、内部抵抗値に基づいて、トリガスイッチ23がオンになってから、指令デューティ比が目標デューティ比に到達するまでの時間を変化させる。具体的には、マイコン30は、内部抵抗値が小さいほど、加算値を小さく算出することによって、指令デューティ比の増加率を小さく設定する。本実施形態では、モータ60の始動時における指令デューティ比が始動パラメータの一例に相当する。
続いて、S530では、指令デューティ比を、現時点の指令デューティ比に加算値を加算した値に更新する。
一方、S510において、現時点の指令デューティ比が目標デューティ比以上であると判定した場合は、S540の処理へ進む。
S540では、マイコン30は、指令デューティ比を、現時点の指令デューティ比から減算値を減算した値に更新する。減算値は、予め設定されている値であり、内部抵抗値によらず一定の値である。すなわち、本実施形態では、指令デューティ比が目標デューティ比未満の場合には、内部抵抗値が小さいほど、指令デューティ比の増加率を小さくし、指令デューティ比が目標デューティ比以上の場合には、内部抵抗値にかかわらず、指令デューティ比の減少率を一定にする。以上で本処理を終了する。
<1−3.動作>
次に、マイコン30が図7に示す指令デューティ比設定処理を実行した場合における、モータ60の始動時における指令デューティ比及び放電電流値について、図9のタイムチャートを参照して説明する。
トリガスイッチ23がオフからオンに変わると、指令デューティ比及び放電電流値が0から増加し始める。内部抵抗値が小さい場合は、内部抵抗値が大きい場合よりも、指令デューティ比の増加率が小さく、指令デューティ比が緩やかに増加する。これに伴い、内部抵抗値が小さい場合は、内部抵抗値が大きい場合よりも、放電電流値が緩やかに増加する。その結果、内部抵抗値が大きい場合だけでなく、内部抵抗値が小さい場合も、放電電流値のピーク値が過電流閾値未満に抑制される。
<1−4.効果>
以上説明した第1実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)バッテリパック70A,70Bの内部抵抗情報が取得され、取得された内部抵抗情報に基づいて、モータ60の制御が変更される。内部抵抗値が小さいバッテリパック70Bにモータ60の制御が適合された電動作業機10に、内部抵抗値が大きいバッテリパック70Aを接続すると、電動作業機10の始動が遅くなることがある。一方、内部抵抗値が大きいバッテリパック70Aにモータ60の制御が適合された電動作業機10に、内部抵抗値が小さいバッテリパック70Bを接続すると、電動作業機10の始動時に電流が流れすぎてモータ60が停止することがある。バッテリパック70A,70Bの内部抵抗情報に基づいてモータ60の制御を変更することにより、適切に動作可能な電動作業機10を実現することができる。
(2)バッテリパック70A,70Bの内部抵抗情報に基づいて、モータ60の始動に関する制御が変更される。これにより、バッテリパック70A,70Bの内部抵抗値にかかわらず、過電流停止及び始動遅延を抑制して、適切にモータ60を始動させることができる。
(3)バッテリパック70A,70Bの内部抵抗情報に基づいて、モータ60の始動時における指令デューティ比が設定されることにより、バッテリパック70A,70Bの内部抵抗情報に応じて、モータ60の始動に関する制御を変更することができる。
(4)内部抵抗情報に基づいて、指令デューティ比が目標デューティ比に到達するまでの時間を変化させることにより、内部抵抗値にかかわらず、モータ60に過電流が流れることを抑制できる。
(5)モータ60の始動時において、内部抵抗値に応じて指令デューティ比の増加率を変えることにより、指令デューティ比が目標デューティ比に到達するまでの時間を変化させることができる。
(6)内部抵抗値が小さいほど、指令デューティ比の変化率が小さく設定される。これにより、内部抵抗値が比較的小さい場合でも、モータ始動時における電流値の急激な増加を抑制することができる。ひいては、内部抵抗値が比較的小さい場合でも、モータ始動時における過電流を抑制することができる。
(第2実施形態)
<2−1.第1実施形態との相違点>
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、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。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。
前述した第1実施形態では、マイコン30は、指令デューティ比が目標デューティ比となるように、モータ60の駆動を制御した。これに対し、第2実施形態では、マイコン30は、定回転数制御を実行し、指令回転数が目標回転数となるように、モータ60の駆動を制御する点で、第1実施形態と相違する。目標回転数は、指令回転数の目標値である。また、第1実施形態では、トリガスイッチ23等を介してマイコン30に目標デューティ比が入力された。これに対して、第2実施形態では、トリガスイッチ23等を介してマイコン30に目標回転数が入力される点で、第1実施形態と相違する。
具体的には、第2実施形態に係るマイコン30は、S330におけるモータ駆動処理において、図6に示すフローチャートの代わりに、図10に示すフローチャートを実行する。なお、定回転数制御は、草刈機やハンマドリル、ブロワなど、負荷が増加したときに回転数を低下させたくない電動作業機10において実行される。また、動作モードに応じて、第2実施形態に係る定回転数制御と、第1実施形態に係るデューティ制御とが切替えらてもよい。
<2−2.処理>
<2−2−1.モータ駆動処理>
次に、マイコン30がS330において実行するモータ駆動処理の詳細について、図10のフローチャートを参照して説明する。
まず、S600では、マイコン30は、指令回転数設定処理を実行し、指令回転数を設定する。指令回転数設定処理の詳細は後述する。
続いて、S610では、マイコン30は、指令デューティ比算出処理を実行する。具体的には、マイコン30は、S600において設定した指令回転数と、回転数検出センサ26により検出されたモータ60の実回転数との差分に基づいて、実回転数が指令回転数と一致するように、指令デューティ比を算出する。すなわち、マイコン30は、モータ60の回転数のフィードバック制御を行う。
続いて、S620では、マイコン30は、S410の処理と同様に、指令デューティ比出力処理を実行する。以上で本処理を終了する。
<2−2−2.指令回転数設定処理>
次に、マイコン30がS600において実行する指令回転数設定処理の詳細について、図11のフローチャートを参照して説明する。
まず、S700では、マイコン30は、目標回転数取得処理を実行する。具体的には、マイコン30は、トリガスイッチ23等を介してマイコン30に入力された目標回転数を取得する。
本実施形態では、マイコン30は、指令回転数が目標回転数となるように、モータ60の駆動を制御する。そして、モータ60の始動には、指令回転数を0から目標回転数まで徐々に上げるソフトスタートを実行する。指令回転数の初期値は0である。なお、本実施形態では、指令回転数の初期値を0としているが、突入電流が抑制できる程度に低い回転数であれば初期値は0でなくてもよい。
続いて、S710では、マイコン30は、現時点の指令回転数が、S700において取得した目標回転数よりも小さいか否か判定する。S710において、指令回転数が目標回転数よりも小さいと判定した場合には、S720の処理へ進む。
S720では、マイコン30は、バッテリパック70から取得した内部抵抗情報に含まれる内部抵抗値、あるいは、内部抵抗情報から算出又は推定した内部抵抗値に応じた、加算値を算出する。この加算値は、現時点の指令回転数に加算する値である。加算値が大きいほど、指令回転数の増加率は大きくなる。
図12に示すように、ソフトスタートにおいて、指令回転数が目標回転数に到達するまでの時間を一定にした場合、内部抵抗値が大きいほどバッテリパック70の電圧降下が大きくなるため、モータ60に流れる放電電流値が大きくなる。その結果、内部抵抗値が比較的大きい場合に、ソフトスタートにおいて、放電電流値が過電流閾値を超え、モータ60が停止することがある。
そこで、マイコン30は、内部抵抗値に基づいて、トリガスイッチ23がオンになってから、指令回転数が目標回転数に到達するまでの時間を変化させる。具体的には、マイコン30は、内部抵抗値が大きいほど、加算値を小さく算出することによって、指令回転数の変化率を小さく設定する。本実施形態では、モータ60の始動時における指令回転数が始動パラメータの一例に相当する。
続いて、S730では、指令回転数を、現時点の指令回転数に加算値を加算した値に更新する。
一方、S710において、現時点の指令回転数が目標回転数以上であると判定した場合は、S740の処理へ進む。
S740では、マイコン30は、指令回転数を、現時点の指令回転数から減算値を減算した値に更新する。減算値は、予め設定されている値であり、内部抵抗値によらず一定の値である。すなわち、本実施形態では、指令回転数が目標回転数未満の場合には、内部抵抗値が大きいほど、指令回転数の増加率を小さくし、指令回転数が目標回転数以上の場合には、内部抵抗値にかかわらず、指令回転数の減少率を一定にする。以上で本処理を終了する。
<2−3.動作>
次に、マイコン30が図11に示す指令回転数設定処理を実行した場合における、モータ60の始動時における指令回転数及び放電電流値について、図13のフローチャートを参照して説明する。
トリガスイッチ23がオフからオンに変わると、指令回転数及び放電電流値が0から増加し始める。内部抵抗値が大きい場合は、内部抵抗値が小さい場合よりも、指令回転数の増加率が小さく、指令回転数が緩やかに増加する。これに伴い、内部抵抗値が大きい場合は、内部抵抗値が小さい場合よりも、放電電流値が緩やかに増加する。その結果、内部抵抗値が大きい場合だけでなく、内部抵抗値が小さい場合も、放電電流値のピーク値が過電流閾値未満に抑制される。
<2−4.効果>
以上説明した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1)〜(2)に加え、以下の効果が得られる。
(7)バッテリパック70A,70Bの内部抵抗情報に基づいて、モータ60の始動時における指令回転数が設定されることにより、バッテリパック70A,70Bの内部抵抗情報に応じて、モータ60の始動に関する制御を変更することができる。
(8)内部抵抗情報に基づいて、指令回転数が目標回転数に到達するまでの時間を変化させることにより、内部抵抗値にかかわらず、モータ60に過電流が流れることを抑制できる。
(9)モータ60の始動時において、内部抵抗値に応じて指令回転数の増加率を変えることにより、指令回転数が目標回転数に到達するまでの時間を変化させることができる。
(10)内部抵抗値が大きいほど指令回転数の増加率が小さく設定される。これにより、内部抵抗値が比較的大きい場合でも、モータ60の始動時における放電電流値の急激な増加を抑制することができる。ひいては、内部抵抗値が比較的大きい場合でも、モータ60の始動時における過電流を抑制することができる。
(第3実施形態)
<3−1.第2実施形態との相違点>
第3実施形態は、基本的な構成は第2実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第2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。
第3実施形態では、マイコン30が、第2実施形態の処理に加えて、モータ60の出力制限に関する制御を実行する点で、第2実施形態と異なる。具体的には、第3実施形態に係るマイコン30は、S330におけるモータ駆動処理において、図10に示すフローチャートの代わりに、図14に示すフローチャートを実行する。
<3−2.処理>
<3−2−1.モータ駆動処理>
次に、マイコン30がS330において実行するモータの駆動処理の詳細について、図14のフローチャートを参照して説明する。
まず、S800では、マイコン30はS600と同様の処理を実行する。
続いて、S810では、マイコン30は、電流制限値設定処理を実行する。電流制限値設定処理の詳細は後述する。
続いて、S820では、マイコン30は、指令デューティ比算出処理を実行する。具体的には、マイコン30は、(I)実回転数が指令回転数と一致し、且つ、(II)バッテリパック70から電動作業機10へ流れる放電電流値が、S810において設定した電流制限値以下となるように、指令デューティ比を算出する。(I)と(II)の両方の条件を満たすことが不可能な場合には、(I)の条件を優先し、(I)の条件を満たす中で、できる限り実回転数と指令回転数とを近づけるように、指令デューティ比を算出する。
続いて、S830では、マイコン30は、S410の処理と同様に、指令デューティ比出力処理を実行する。以上で本処理を終了する。
<3−2−2.電流制限値設定処理>
次に、マイコン30がS810において実行する電流値設定処理の詳細について、図15のフローチャートを参照して説明する。
S900では、マイコン30は、バッテリパック70の内部抵抗値に応じて、電流制限値を設定する。図16に示すように、バッテリパック70から電動作業機10へ流れる放電電流値を一定にした場合、内部抵抗値が小さいほど、バッテリパック70の出力電圧値は大きくなり、モータ60の出力が大きくなる。
そこで、マイコン30は、内部抵抗値が比較的小さい場合に、内部抵抗値が比較的大きい場合と比べてモータ60の出力が大きくならないように、内部抵抗値が小さいほど、電流制限値を設定する。例えば、内部抵抗値×A+Bを電流制限値とする。係数A及びBは、正の整数である。以上で本処理を終了する。
<3−3.第3実施形態の別例>
次に、第3実施形態の別例について、図17〜図20を参照して説明する。第3実施形態の別例では、マイコン30は、電動作業機10にバッテリパック70が接続されたときに、シリアル通信端子14A,14Bを介して、バッテリパック70の認証を行う。認証方法は特に限定されるものではない。例えば、マイコン30は、生成した認証コードをバッテリパック70へ送信し、バッテリパック70が受信した認証コードを用いて計算した計算結果を受信する。そして、マイコン30は、自身が認証コードを用いて計算した計算結果と、バッテリパック70から受信した計算結果が一致する場合に、バッテリパック70を認証する。
そして、マイコン30は、認証中及び認証失敗の場合には、認証成功の場合よりも、モータ60の制御パラメータを安全側に設定する。すなわち、マイコン30は、認証中及び認証失敗の場合には、認証成功の場合よりも、モータ60の制御パラメータを、モータ60の出力を制限するように設定する。
具体的には、図17に示すように、マイコン30は、バッテリパック70の認証中の場合は、バッテリパック70の認証成功の場合よりも、S810において電流制限値を小さく設定する。例えば、内部抵抗値によらず、認証成功の場合は、電流制限値を25Aに設定し、認証中の場合には、電流制限値を20Aに設定する。ここでの認証中は、マイコン30による認証処理の実行中で、認証成功か認証失敗かの結果が出ていない状態である。認証中において、モータ60はバッテリパック70から電力供給を受けて回転可能である。
さらに、図18に示すように、マイコン30は、バッテリパック70の認証失敗の場合は、バッテリパック70の認証中の場合よりも、さらに、電流制限値を小さく設定する。例えば、内部抵抗値によらず、認証失敗の場合は、電流制限値を15Aに設定する。
ここで、マイコン30は、認証成功、認証中、認証失敗のそれぞれの場合において、内部抵抗値に応じて電流制限値を設定してもよい。この場合、例えば、前述の係数A及びBを、認証中の場合は、認証成功の場合よりも小さい値に設定し、認証失敗の場合は、認証中の場合よりもさらに小さい値に設定する。
さらに、マイコン30は、認証成功、認証中、認証失敗のそれぞれに応じて、用いるバッテリパック70の内部抵抗値を変更してもよい。例えば、図19に示すように、マイコン30は、認証成功の場合には、シリアル通信によりバッテリパック70から取得した内部抵抗値を用いる。通常、取得される内部抵抗値は200mΩ以上である。一方、マイコン30は、認証中及び認証失敗の場合には、バッテリパック70から取得され得る内部抵抗値よりも低い、最低値の内部抵抗値を用いる。最低値の内部抵抗値は、例えば、150mΩである。
さらに、マイコン30は、バッテリパック70の状態に応じて、電流制限値を設定してもよい。具体的には、マイコン30は、図20に示す過負荷マップを用いて、所定の周期で放電電流値に応じたカウント変化量を累積して、過負荷カウンタ値を算出する。そして、マイコン30は、過負荷カウンタ値が設定されているカウンタ閾値を超えた場合に、過負荷カウンタ値がカウンタ閾値以下の場合よりも、電流制限値を低くする。
この時、マイコン30は、認証成功、認証中、認証失敗のそれぞれに応じて、異なる過負荷マップを用いてもよい。例えば、図19に示すように、マイコン30は、認証成功の場合には、シリアル通信によりバッテリパック70から受信した過負荷マップを用いる。
図20に示すように、バッテリパック70は、バッテリの種類に応じた過負荷マップを備えている。バッテリパック70の能力に応じて、同じ放電電流値に対するカウント変化量が大きい過負荷マップが用意されている。
マイコン30は、認証成功の場合には、シリアル通信によりバッテリパック70から過負荷マップを取得する。
また、マイコン30は、認証中の場合には、予めマイコン30に予め設定されている認証中用の過負荷マップを用いる。また、マイコン30は、認証失敗の場合には、マイコン30に予め設定されている最も早く停止する過負荷マップを用いる。
また、マイコン30は、認証成功、認証中、認証失敗のそれぞれに応じて、過電流閾値を変更してもよい。例えば、図19に示すように、マイコン30は、認証成功の場合には、シリアル通信によりバッテリパック70から取得した過電流閾値を用いる。通常、取得される過電流閾値は200A以上である。一方、マイコン30は、認証中及び認証失敗の場合には、バッテリパック70から取得され得る過電流閾値よりも低い、最低値の過電流閾値を用いる。最低値の過電流閾値は、例えば80Aである。
<3−4.効果>
以上説明した第3実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1)〜(2)、(7)〜(10)に加え、以下の効果が得られる。
(11)バッテリパック70A,70Bの内部抵抗値に基づいて、モータ60の出力制限に関する制御が変更される。これにより、内部抵抗値にかかわらず、モータ60の出力を適切に制御することができる。
(12)内部抵抗値が小さいほど、電流制限値を小さくすることで、バッテリパック70A,70Bの内部抵抗値にかかわらず、モータ60の出力を一定にすることができる。
(他の実施形態)
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は前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。
(a)上記実施形態では、電動作業機10に接続するバッテリパックとして、1個又は並列2個のバッテリブロック80を備えるバッテリパック70A,70Bを示したが、バッテリパックはこれに限定されるものではない。電動作業機10に接続するバッテリパックは、並列3個以上のバッテリブロック80を備えるバッテリパックでもよい。
(b)マイコン30及び制御回路75は、マイクロコンピュータに代えて、又はマイクロコンピュータに加えて、個別の各種電子部品の組み合わせを備えてもよいし、Application Specified Integrated Circuit(ASIC)を備えてもよいし、Application Specific Standard Product(ASSP)を備えてもよいし、例えばField Programmable Gate Array(FPGA)などのプログラマブル・ロジック・デバイスを備えてもよいし、あるいはこれらの組み合わせを備えてもよい。
(c)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。
(c)前述した電動作業機の他、当該電動作業機を構成要素とするシステム、コントローラ20を機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、モータ制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
10…電動作業機、11…正極端子、12…負極端子、13…信号端子、14A,14B…シリアル通信端子、20…コントローラ、21…レギュレータ、22…バッテリ電圧検出部、23…トリガスイッチ、24…表示LED、25…電流検出回路、26…回転数検出センサ、30…マイコン、40…ゲート回路、50,59…駆動回路、60…モータ、70A,70B…バッテリパック、71…バッテリ正極端子、72…バッテリ負極端子、73…バッテリ信号端子、74A,74B…バッテリシリアル通信端子、75…制御回路、80…バッテリブロック。

Claims (11)

  1. バッテリパックに電気的に接続され、前記バッテリパックから電力の供給を受けて駆動するように構成されたモータと、
    前記バッテリパックの内部抵抗情報を取得し、取得した前記内部抵抗情報に基づいて、前記モータの制御を変更するように構成された制御部と、を備える、
    電動作業機。
  2. 前記モータの制御は、前記モータの始動に関する制御を含む、
    請求項1に記載の電動作業機。
  3. 前記制御部は、前記内部抵抗情報に基づいて、前記モータの始動に関する始動パラメータを設定するように構成されている、
    請求項2に記載の電動作業機。
  4. 前記モータを駆動させるためのスイッチを備え、
    前記制御部は、指令デューティ比のパルス幅変調信号に基づいて前記モータのオープンループ制御を実行し、前記オープンループ制御において、前記スイッチがオンになると、前記指令デューティ比を目標デューティ比まで徐々に増加させるソフトスタートを実行し、前記ソフトスタートにおいて、前記内部抵抗情報に基づいて、前記スイッチがオンになってから、前記指令デューティ比が目標デューティ比に到達するまでの時間を変化させるように構成されている、
    請求項3に記載の電動作業機。
  5. 前記モータを駆動させるためのスイッチを備え、
    前記制御部は、前記モータの回転数を指令回転数と一致させるように制御する定回転数制御を実行し、前記定回転数制御において、前記スイッチがオンになると、前記指令回転数を目標回転数まで徐々に増加させるソフトスタートを実行し、前記ソフトスタートにおいて、前記内部抵抗情報に基づいて、前記スイッチがオンになってから、前記指令回転数が目標回転数に到達するまでの時間を変化させるように構成されている、
    請求項3に記載の電動作業機。
  6. 前記始動パラメータは、前記指令デューティ比の変化率を含む、
    請求項4に記載の電動作業機。
  7. 前記制御部は、前記内部抵抗情報に基づいた前記バッテリパックの内部抵抗値が小さいほど、前記指令デューティ比の変化率を小さく設定するように構成されている、
    請求項6に記載の電動作業機。
  8. 前記始動パラメータは、前記指令回転数の変化率を含む、
    請求項5に記載の電動作業機。
  9. 前記制御部は、前記内部抵抗情報に基づいた前記バッテリパックの内部抵抗値が大きいほど、前記指令回転数の変化率を小さく設定するように構成されている、
    請求項8に記載の電動作業機。
  10. 前記モータの制御は、前記モータの出力制限に関する制御を含む、
    請求項1に記載の電動作業機。
  11. 前記制御部は、前記前記内部抵抗情報に基づいた前記バッテリパックの内部抵抗値が小さいほど、電流制限値を小さく設定し、且つ、前記バッテリパックから前記モータへ流れる放電電流を、設定した前記電流制限値以下に制御するように構成されている、
    請求項10に記載の電動作業機。
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