JP2021079509A - Electric tool, control method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は一般に電動工具、制御方法、及びプログラムに関し、より詳細には、ベクトル制御を用いてモータを制御する電動工具、電動工具の制御方法、及びプログラムに関する。 The present disclosure relates generally to power tools, control methods, and programs, and more specifically to power tools that control motors using vector control, power tool control methods, and programs.
特許文献1は、電動工具を開示する。特許文献1記載の電動工具は、モータと、トリガスイッチと、制御部と、チャックと、を備える。制御部は、トリガスイッチの引き込み量に基づいてモータの回転数を制御する。チャックは、ホールソー等の先端工具が着脱可能となっている。トリガスイッチが引き込まれることで制御部によってモータが駆動される。これにより先端工具が回転し、穴開け等の作業が可能となっている。 Patent Document 1 discloses a power tool. The power tool described in Patent Document 1 includes a motor, a trigger switch, a control unit, and a chuck. The control unit controls the rotation speed of the motor based on the pull-in amount of the trigger switch. A tip tool such as a hole saw can be attached to and detached from the chuck. The motor is driven by the control unit when the trigger switch is pulled in. As a result, the tip tool rotates, and work such as drilling is possible.
特許文献1に記載されているような電動工具では、板材等の作業対象への穴開け作業中に、先端工具が作業対象を噛み込むと、先端工具の回転が阻害される場合がある。その場合、工具本体(ハウジング)が先端工具を中心として作業対象に対して回転する等して、工具本体に急峻な移動が起こる可能性がある。工具本体が急激に移動する可能性があると、使用者はその動きに対して身構えることとなるため、使用者にとって電動工具の使い勝手が低下する可能性がある。 In an electric tool as described in Patent Document 1, if the tip tool bites the work object during the drilling work of a work object such as a plate material, the rotation of the tip tool may be hindered. In that case, the tool body (housing) may rotate with respect to the work object around the tip tool, causing a steep movement of the tool body. If the tool body may move abruptly, the user will be prepared for the movement, which may reduce the usability of the power tool for the user.
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させることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above reasons, and an object of the present disclosure is to improve the usability of the power tool.
本開示の一態様に係る電動工具は、モータと、操作部と、制御部と、伝達機構と、ハウジングと、を備える。前記操作部は、ユーザからの操作を受け付ける。前記制御部は、ベクトル制御を利用して、前記操作部への操作に応じて前記モータの回転動作を制御する。前記伝達機構は、前記モータの回転軸の回転力を、作業対象に対して作業を行う先端工具へと伝達する。前記ハウジングは、前記モータ及び前記伝達機構を少なくとも収容する。前記制御部は、検出機能を有する。前記検出機能において、前記制御部は、前記モータに供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、前記作業対象に対する前記ハウジングの急峻な移動又はその予兆を検出する。 The power tool according to one aspect of the present disclosure includes a motor, an operation unit, a control unit, a transmission mechanism, and a housing. The operation unit receives an operation from the user. The control unit uses vector control to control the rotational operation of the motor in response to an operation on the operation unit. The transmission mechanism transmits the rotational force of the rotating shaft of the motor to the tip tool that performs the work on the work object. The housing houses at least the motor and the transmission mechanism. The control unit has a detection function. In the detection function, the control unit detects a steep movement of the housing with respect to the work target or a sign thereof, based on at least one of a torque current and an exciting current supplied to the motor.
本開示の一態様に係る制御方法は、電動工具の制御方法である。前記電動工具は、モータと、操作部と、伝達機構と、ハウジングと、を備える。前記操作部は、ユーザからの操作を受け付ける。前記伝達機構は、前記モータの回転軸の回転力を、作業対象に対して作業を行う先端工具へと伝達する。前記ハウジングは、前記モータ及び前記伝達機構を少なくとも収容する。前記制御方法は、ベクトル制御を利用して、前記操作部への操作に応じて前記モータの回転動作を制御することを含む。前記制御方法は、前記モータに供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、前記作業対象に対する前記ハウジングの急峻な移動又はその予兆を検出することを含む。 The control method according to one aspect of the present disclosure is a power tool control method. The power tool includes a motor, an operation unit, a transmission mechanism, and a housing. The operation unit receives an operation from the user. The transmission mechanism transmits the rotational force of the rotating shaft of the motor to the tip tool that performs the work on the work object. The housing houses at least the motor and the transmission mechanism. The control method includes controlling the rotational operation of the motor in response to an operation on the operation unit by utilizing vector control. The control method includes detecting a steep movement of the housing with respect to the work object or a sign thereof, based on at least one of a torque current and an exciting current supplied to the motor.
本開示の一態様に係るプログラムは、1以上のプロセッサに前記制御方法を実行させるためのプログラムである。 The program according to one aspect of the present disclosure is a program for causing one or more processors to execute the control method.
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。 According to the present disclosure, there is an advantage that the usability of the power tool can be improved.
以下、実施形態に係る電動工具1について、図面を用いて説明する。ただし、下記の実施形態は、本開示の様々な実施形態の1つに過ぎない。下記の実施形態は、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。また、下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。 Hereinafter, the power tool 1 according to the embodiment will be described with reference to the drawings. However, the following embodiments are only one of the various embodiments of the present disclosure. The following embodiments can be variously modified according to the design and the like as long as the object of the present disclosure can be achieved. Further, each figure described in the following embodiment is a schematic view, and the ratio of the size and the thickness of each component in the figure does not necessarily reflect the actual dimensional ratio. ..
(1)概要
図1、図2に示すように、電動工具1は、モータ15と、操作部29と、制御部4と、伝達機構18と、ハウジング9と、を備える。
(1) Outline As shown in FIGS. 1 and 2, the power tool 1 includes a
操作部29は、ユーザからの操作を受け付ける。制御部4は、ベクトル制御を利用して、操作部29への操作に応じてモータ15の回転動作を制御する。伝達機構18は、モータ15の回転軸16の回転力を、作業対象100に対して作業を行う先端工具28へと伝達する。ハウジング9は、少なくとも、モータ15及び伝達機構18を収容する。先端工具28は、例えばソケットビット、レンチビット、ドライバビット、トルクス(登録商標)ビット等である。作業対象100は、例えば木材、壁等である。
The
制御部4は、検出機能を有している。検出機能は、作業対象100に対するハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する機能である。制御部4は、検出機能において、モータ15に供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、作業対象100に対するハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する。
The control unit 4 has a detection function. The detection function is a function of detecting a steep movement of the
また、電動工具1は、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出すると、ハウジング9の急峻な移動を抑制するための保護動作を実行する。一例において、制御部4は、保護動作として、モータ15の速度を低下させる又はモータ15を停止させる。ここでは、制御部4は、保護動作として、モータ15を停止させる。
Further, when the power tool 1 detects a steep movement of the
電動工具1の検出機能では、モータ15に供給されるトルク電流及び/又は励磁電流に基づいて、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆が検出される。そのため、制御部4は、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆の検出に応じて、モータ15を停止させる等の対処を行うことが可能となる。そのため、検出機能を設けることで、電動工具1の使い勝手を向上できる。
In the detection function of the power tool 1, a steep movement of the
また、検出機能で用いられるトルク電流及び励磁電流は、モータ15のベクトル制御にも用いられている。そのため、ハウジング9の動きを検出するための専用のセンサ(例えば加速度センサ)等を新たに追加する必要がなく、電動工具1の大型化及びコストの上昇を抑えることができる。
The torque current and exciting current used in the detection function are also used for vector control of the
(2)詳細
(2.1)電動工具
以下、本実施形態の電動工具1について、図面を参照して更に詳細に説明する。本実施形態の電動工具1は、いわゆるインパクト工具である。インパクト工具は、例えば、インパクトドライバ、ハンマドリル、インパクトドリル、インパクトドリルドライバ又はインパクトレンチとして用いられる。本実施形態では、代表例として、電動工具1がインパクトドライバとして用いられる場合について説明する。
(2) Details (2.1) Power tool The power tool 1 of the present embodiment will be described in more detail with reference to the drawings. The power tool 1 of this embodiment is a so-called impact tool. The impact tool is used as, for example, an impact driver, a hammer drill, an impact drill, an impact drill driver or an impact wrench. In this embodiment, as a typical example, a case where the power tool 1 is used as an impact driver will be described.
図1、図2に示すように、電動工具1は、モータ15と、伝達機構18と、出力軸21と、ソケット23と、先端工具28と、電源部32と、操作部29と、制御部4と、インバータ回路部51と、ハウジング9と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the power tool 1 includes a
ハウジング9は、モータ15と、伝達機構18と、制御部4と、インバータ回路部51と、出力軸21の一部と、を収容している。ハウジング9は、例えば樹脂製である。ハウジング9は、胴体部91と、グリップ部92と、を有している。胴体部91の形状は、円筒状である。グリップ部92は、胴体部91から突出している。
The
モータ15は、ブラシレスモータである。特に、本実施形態のモータ15は、同期電動機であり、より詳細には、永久磁石同期電動機(PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor))である。モータ15は、永久磁石131を有する回転子13と、コイル141を有する固定子14と、を含んでいる。回転子13は、回転動力を出力する回転軸16を有している。コイル141と永久磁石131との電磁的相互作用により、回転子13は、固定子14に対して回転する。
The
出力軸21は、モータ15から伝達機構18を介して伝達された駆動力により回転する部分である。ソケット23は、出力軸21に固定されている。ソケット23には、先端工具28が着脱自在に取り付けられる。すなわち、出力軸21には、先端工具28が連結される。先端工具28は、出力軸21と一緒に回転する。
The
電動工具1は、モータ15の駆動力で出力軸21を回転させることで、先端工具28を回転させる。すなわち、電動工具1は、先端工具28をモータ15の駆動力で駆動する工具である。各種の先端工具28のうち用途に応じた先端工具28が、ソケット23に取り付けられて用いられる。なお、出力軸21に直接に先端工具28が装着されてもよい。
The electric tool 1 rotates the
なお、本実施形態の電動工具1はソケット23を備えることで、先端工具28を用途に応じて交換可能であるが、先端工具28が交換可能であることは必須ではない。例えば、電動工具1は、特定の先端工具28のみ用いることができる工具であってもよい。
The power tool 1 of the present embodiment is provided with the
本実施形態の先端工具28は、締付部材30(ねじ)を締める又は緩めるためのドライバビットである。より詳細には、先端工具28は、先端部280が+(プラス)形に形成されたプラスドライバビットである。すなわち、出力軸21は、ねじを締める又は緩めるためのドライバビットを保持し、モータ15から動力を得て回転する。ねじの種類は特に限定されず、例えば、ボルト、ビス又はナットであってよい。
The
伝達機構18は、インパクト機構17と、遊星歯車機構25と、駆動軸22と、を有している。伝達機構18は、モータ15の回転軸16の回転動力を出力軸21に伝達する。より詳細には、伝達機構18は、モータ15の回転軸16の回転動力を調整して、出力軸21の回転として出力する。
The
モータ15の回転軸16は、遊星歯車機構25に接続されている。駆動軸22は、遊星歯車機構25と、インパクト機構17と、に接続されている。遊星歯車機構25は、モータ15の回転軸16の回転動力を所定の減速比で減速して、駆動軸22の回転として出力する。
The rotating
インパクト機構17は、出力軸21と連結されている。インパクト機構17は、遊星歯車機構25及び駆動軸22を介して受け取ったモータ15(回転軸16)の回転動力を、出力軸21に伝達する。
The
インパクト機構17は、出力軸21に加えられるトルクの大きさに応じて打撃動作を行う。インパクト機構17は、打撃動作において、出力軸21に打撃力を加える。
The
図2に示すように、インパクト機構17は、ハンマ19と、アンビル20と、ばね24と、を備えている。ハンマ19は、駆動軸22にカム機構を介して取り付けられている。アンビル20はハンマ19に接触しており、ハンマ19と一体に回転する。ばね24は、ハンマ19をアンビル20側に押している。アンビル20は、出力軸21と一体に形成されている。なお、アンビル20は、出力軸21とは別体に形成されて出力軸21に固定されていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
出力軸21にかかる負荷(トルク)が所定の閾値より小さい場合には、インパクト機構17は、モータ15の回転動力により出力軸21を連続的に回転させる。すなわち、この場合には、カム機構により連結された駆動軸22とハンマ19とが一体に回転し、更にハンマ19とアンビル20とが一体に回転するので、アンビル20と一体に形成された出力軸21が駆動軸22と一緒に回転する。
When the load (torque) applied to the
一方で、出力軸21に所定の閾値以上の負荷がかかった場合には、インパクト機構17は、打撃動作を行う。インパクト機構17は、打撃動作において、モータ15の回転動力をパルス状のトルクに変換して打撃力を発生する。すなわち、打撃動作では、ハンマ19は、駆動軸22との間のカム機構による規制を受けながら、ばね24に抗して後退する(アンビル20から離れる)。ハンマ19の後退によりハンマ19とアンビル20との結合が外れた時点で、ハンマ19は回転しながら前進して(出力軸21側へ移動して)アンビル20に回転方向の打撃力を加え、出力軸21を回転させる。つまり、インパクト機構17は、アンビル20を介して出力軸21に軸(出力軸21)周りの回転打撃を加える。インパクト機構17の打撃動作では、ハンマ19がアンビル20に回転方向の打撃力を加える動作が繰り返される。ハンマ19が後退して前進する度に、打撃力が1回発生する。
On the other hand, when a load equal to or higher than a predetermined threshold is applied to the
電源部32は、モータ15を駆動する電流を供給する。電源部32は、例えば、電池パックである。電源部32は、例えば、1又は複数の2次電池を含む。電源部32は、例えば、グリップ部92に着脱可能に取り付けられる。
The
操作部29は、トリガスイッチを備えている。トリガスイッチは、グリップ部92から突出している。トリガスイッチを引く操作により、モータ15のオンオフを切換可能である。また、トリガスイッチを引く操作の引込み量で、モータの回転速度を調整可能である。その結果として、トリガスイッチを引く操作の引込み量で、出力軸21の回転速度を調整可能である。上記引込み量が大きいほど、モータ15及び出力軸21の回転速度が速くなる。制御部4は、トリガスイッチを引く操作の引込み量に応じて、モータ15及び出力軸21を回転又は停止させ、また、モータ15及び出力軸21の回転速度を制御する。この電動工具1では、先端工具28がソケット23を介して出力軸21に連結される。そして、トリガスイッチへの操作によってモータ15及び出力軸21の回転速度が制御されることで、先端工具28の回転速度が制御される。
The
より詳細には、トリガスイッチは、操作信号を出力する多段階スイッチ又は無段階スイッチ(可変抵抗器)を備える。操作信号は、トリガスイッチへの操作量(引込み量)に応じて変化する。トリガスイッチは、操作信号に応じてモータ15の速度(回転数)の目標値ω1 *を決定し、制御部4に与える。制御部4は、トリガスイッチから受け取った目標値ω1 *に基づいて、モータ15の回転を制御する。
More specifically, the trigger switch includes a multi-step switch or a stepless switch (variable resistor) that outputs an operation signal. The operation signal changes according to the operation amount (pull-in amount) to the trigger switch. The trigger switch determines the target value ω 1 * of the speed (rotation speed) of the
インバータ回路部51は、モータ15を駆動するための回路である。インバータ回路部51は、電源部32からの電圧Vdcを、モータ15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。各電圧vu,vv,vwは、正弦波電圧である。
The
インバータ回路部51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15に与えてモータ15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15に与えられる。これによって、モータ15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15の固定子14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。
The
制御部4は、操作部29から与えられるモータ15の速度の目標値ω1 *に基づいて、モータ15の速度の指令値ω2 *を定める。また、制御部4は、モータ15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51に与える。
The control unit 4 determines the command value ω 2 * of the speed of the
(2.2)制御部
以下、制御部4について更に詳細に説明する。制御部4は、本実施形態では、ベクトル制御を利用して、モータ15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(トルク電流)と磁束を発生する電流成分(励磁電流)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。
(2.2) Control Unit The control unit 4 will be described in more detail below. In the present embodiment, the control unit 4 controls the
図3は、ベクトル制御におけるモータ15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15の回転子13に設けられた永久磁石131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131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。
FIG. 3 is an analysis model diagram of the
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。 The dq axis is rotating, and its rotation speed is represented by ω. The γδ axis is also rotating, and its rotation speed is represented by ω e. Further, on the dq axis, the angle (phase) of the d axis as seen from the U-phase armature winding fixed axis is represented by θ. Similarly, on the γδ axis, the angle (phase) of the γ axis as seen from the U-phase armature winding fixed axis is represented by θ e. The angles represented by θ and θ e are angles in electrical angles, which are also commonly referred to as rotor positions or magnetic pole positions. The rotation speed represented by ω and ω e is the angular velocity at the electric angle. Hereinafter, if necessary, θ or θ e may be referred to as a rotor position, and ω or ω e may be simply referred to as a velocity.
制御部4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。 The control unit 4 basically performs vector control so that θ and θ e match. When θ and θ e coincide with each other, the d-axis and the q-axis coincide with the γ-axis and the δ-axis, respectively. In the following description, if necessary, the gamma-axis component and [delta] -axis component of the drive voltage V a, respectively expressed in gamma-axis voltage v gamma and [delta] -axis voltage v [delta], gamma-axis component and [delta] axis of the drive current The components are represented by the γ-axis current i γ and the δ-axis current i δ , respectively.
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。 Further, the voltage command values representing the target values of the γ-axis voltage v γ and the δ-axis voltage v δ are represented by the γ-axis voltage command value v γ * and the δ-axis voltage command value v δ * , respectively. The current command values representing the target values of the γ-axis current i γ and the δ-axis current i δ are represented by the γ-axis current command value i γ * and the δ-axis current command value i δ * , respectively.
制御部4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。 In the control unit 4, the values of the γ-axis voltage v γ and the δ-axis voltage v δ follow the γ-axis voltage command value v γ * and the δ-axis voltage command value v δ * , respectively, and the γ-axis current i γ and the δ-axis current the value of i [delta] is to follow the gamma-axis current value i gamma * and [delta] -axis current value i [delta] *, respectively, performs the vector control.
制御部4は、1以上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を含んでいる。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、コンピュータシステムのプロセッサが実行することにより、制御部4の少なくとも一部の機能が実現される。プログラムは、メモリに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して提供されてもよく、メモリカード等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。 The control unit 4 includes a computer system having one or more processors and memories. When the processor of the computer system executes the program recorded in the memory of the computer system, at least a part of the functions of the control unit 4 are realized. The program may be recorded in a memory, provided through a telecommunication line such as the Internet, or may be recorded and provided on a non-temporary recording medium such as a memory card.
図1に示すように、制御部4は、座標変換器411,412と、減算器421,422,423と、電流制御部43と、磁束制御部44と、速度制御部45と、位置・速度推定部46と、脱調検出部47と、指令値生成部48と、移動検出部49と、を備える。なお、座標変換器411、減算器421,422,423、電流制御部43、磁束制御部44、速度制御部45、位置・速度推定部46、脱調検出部47、指令値生成部48及び移動検出部49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、制御部4によって実現される機能を示している。よって、制御部4の各要素は、制御部4内で生成された各値を自由に利用可能となっている。また、電動工具1は、複数(図1では2つ)の電流センサ61,62を備えている。
As shown in FIG. 1, the control unit 4 includes a coordinate
複数の電流センサ61,62の各々は、例えば、ホール素子電流センサ又はシャント抵抗素子を含んでいる。複数の電流センサ61,62は、電源部32からインバータ回路部51を介してモータ15に供給される電流を測定する。複数の電流センサ61,62は、少なくとも2相の電流を測定する。図1では、電流センサ61がU相電流iuを測定し、電流センサ62が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。
Each of the plurality of
座標変換器(第1の座標変換器)411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46にて算出される。
The coordinate converter (first coordinate converter) 411 transforms the U-phase current i u and the V-phase current i v on the γ δ axis based on the rotor position θ e , thereby performing the γ-axis current i γ and the γ-axis current i γ. δ-axis current i δ is calculated and output. Here, the γ-axis current i γ is an exciting current corresponding to the d-axis current and hardly contributes to torque. The δ-axis current i δ is a current that corresponds to the q-axis current and greatly contributes to torque. The rotor position θ e is calculated by the position /
減算器423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46にて算出される。
The
速度制御部45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。
The
磁束制御部44は、γ軸電流指令値iγ *を決定して減算器421に出力する。γ軸電流指令値iγ *は、制御部4にて実行されるベクトル制御の種類やモータ15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。
The magnetic
減算器421は、磁束制御部44から出力されるγ軸電流指令値iγ *より座標変換器411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422は、速度制御部45から出力される値iδ *より座標変換器411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。
The subtractor 421 subtracts the γ-axis current i γ output from the coordinate
電流制御部43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。
The
座標変換器(第2の座標変換器)412は、位置・速度推定部46から出力される回転子位置θeに基づいて電流制御部43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。
The coordinate converter (second coordinate converter) 412 has γ-axis voltage command values v γ * and δ given by the
位置・速度推定部46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46は、座標変換器411からのiγ及びiδ並びに電流制御部43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46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46は公知の何れの手法をも採用可能である。
The position /
脱調検出部47は、モータ15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47は、モータ15の磁束に基づいて、モータ15が脱調しているか否かを判定する。モータ15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47は、モータ15の磁束の振幅が閾値未満であれば、モータ15が脱調していると判断してよい。なお、閾値は、モータ15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47は公知の何れの手法をも採用可能である。
The step-out
指令値生成部48は、制御部4において、モータ15の速度の指令値ω2 *を求める部分である。ここでは、指令値生成部48は、指令値ω2 *として、操作部29から受け取った目標値ω1 *を設定する。
The command
移動検出部49は、上述の検出機能の実行主体である。検出機能において、移動検出部49は、モータ15に供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、作業対象100に対するハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する。移動検出部49は、検出機能において、モータ15に供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、ハウジング9に加わる加速度の急激な増加を検出することで、作業対象100に対するハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する。なお、本開示では、これから作業対象100に対するハウジング9の急峻な移動が起きることが予測されるとき、作業対象100に対するハウジング9の急峻な移動の予兆がある、という。
The
移動検出部49は、座標変換器411で算出したγ軸電流iγを励磁電流の測定値、δ軸電流iδをトルク電流の測定値としてそれぞれ用いて、検出機能を実行する。
The movement detection unit 49 executes the detection function by using the γ-axis current i γ calculated by the coordinate
移動検出部49が検出対象とするハウジング9の急峻な移動は、ここでは、作業対象100からの反力によるハウジング9の移動を含む。移動検出部49が検出対象とするハウジング9の急峻な移動の予兆は、ここでは、作業対象100からの反力に起因してハウジング9に加わる加速度の急激な増加を含む。
The steep movement of the
例えば、電動工具1としてのインパクトドライバ(図2参照)を用いて、木材(作業対象100)にねじ(締付部材30)を締めている途中において、ねじの先端が木材の硬い部分に接触する場合がある。この場合、木材から受ける負荷が急激に増加することで出力軸21の回転速度が低下するが、その一方、モータ15は、出力軸21の速度を維持しようとして回転軸16の速度を維持しようとする。そのため、モータ15の本体(固定子14を収容する部分)ひいてはモータ15を保持するハウジング9には、出力軸21の回転速度の低下にともなうモータ15の回転力が、木材(作業対象100)からの反力として作用する。そのため、電動工具1のハウジング9は、出力軸21の回転方向と反対方向に回転しようとする(ハウジング9の急峻な移動)。
For example, while tightening a screw (tightening member 30) to wood (working object 100) using an impact driver (see FIG. 2) as a power tool 1, the tip of the screw comes into contact with a hard portion of wood. In some cases. In this case, the rotation speed of the
本実施形態の電動工具1の制御部4の移動検出部49は、トルク電流と励磁電流との少なくとも一方、ここでは両方に基づいて、このようなハウジング9の急峻な移動(出力軸21周りの回転)又はその予兆を検出する。
The
図4に、電動工具1(インパクトドライバ)によってねじを作業対象100に締め付ける際の、モータ15の速度ω、δ軸電流iδ(トルク電流)及びγ軸電流iγ(励磁電流)の概略の一例を示す。
FIG. 4 shows an outline of the speed ω of the motor 15, the δ-axis current i δ (torque current), and the γ-axis current i γ (excitation current) when the screw is tightened to the
図4では、時点t0にモータ15への電流の供給が開始し、時点t1でインパクト機構17が打撃動作を開始する。また、時点t2で、出力軸21にかかる負荷が増大している。なお、以下では、便宜上、時点t0〜t1の間の期間を第1期間T1、時点t1〜t2の間の期間を第2期間T2、時点t2以降の期間を第3期間T3ということがある。
In FIG. 4, the supply of the electric current to the
第1期間T1では、トリガスイッチの引込み量の増加(モータ15の指令値ω2 *の増加)に追従して、モータ15の速度ωが増加している。そして、トリガスイッチの引込み量が上限値で一定となった時点t4以降は、モータ15の速度ωも一定値に収束している。第1期間T1では、出力軸21にかかる負荷が、インパクト機構17が打撃動作を開始する閾値を超えていない。そのため、インパクト機構17は打撃動作を行わず、出力軸21は駆動軸22と一体に回転する。なお、実際には、モータ15の速度ωが増加する状態から一定値に維持される状態に転じる際(時点t4)に、モータ15の速度ωが指令値ω2 *を所定量以上超える状態であるオーバーシュートが発生することがあるが、ここでは無視している。
In the first period T1, the speed ω of the
時点t1において、出力軸21にかかる負荷が、インパクト機構17が打撃動作を開始する閾値に達する。そして、時点t1以降の第2期間T2では、インパクト機構17が打撃動作を行う。第2期間T2では、モータ15の速度ωは、インパクト機構17の打撃動作に応じて、指令値ω2 *の周りで振動する。
At the time point t1, the load applied to the
第2期間T2において、δ軸電流iδ(トルク電流)は、インパクト機構17の打撃動作に応じて、所定値Ipδ1周りで振動する。具体的には、インパクト機構17の打撃動作において、ハンマ19が後退する間は、モータ15の回転軸16にかかる負荷は徐々に増加する。そして、ハンマ19とアンビル20との結合が外れると、モータ15の回転軸16にかかる負荷が減少する。上述のように、制御部4は、dq軸における回転子位置θとγδ軸における回転子位置θeとが一致するように制御を行う。そのため、制御部4は、モータ15の回転軸16にかかる負荷が増加又は減少すると、これにより生じるθとθeとの差分を補償するように制御を行うので、δ軸電流iδの測定値が増加又は減少する。具体的には、モータ15にかかる負荷が小さくなった直後は、δ軸電流iδの測定値が減少し、モータ15にかかる負荷が大きくなった瞬間は、δ軸電流iδの測定値が増加する。なお、図4におけるδ軸電流iδの振動の一往復が、インパクト機構17による1回の打撃動作に相当している。
In the second period T2, the δ-axis current i δ (torque current) oscillates around a predetermined value Ip δ 1 according to the striking operation of the
また、第2期間T2において、γ軸電流iγ(励磁電流)は、インパクト機構17の打撃動作に応じて、電流値ゼロの周りで振動する。すなわち、制御部4が、モータ15の回転軸16にかかる負荷の増加又は減少に応じてθとθeとの差分を補償するように制御を行うことで、δ軸電流iδと同様(詳細にはδ軸電流iδと逆位相で)、γ軸電流iγが振動する。図4におけるγ軸電流iγの振動の一往復が、インパクト機構17による1回の打撃動作に相当している。
Further, in the second period T2, the γ-axis current i γ (exciting current) oscillates around a current value of zero according to the striking operation of the
このように、制御部4は、δ軸電流iδ(トルク電流)又はγ軸電流iγ(励磁電流)の振動の有無を検出することで、インパクト機構17の打撃動作の有無(打撃動作の開始及び終了)を検出できる。制御部4は、例えば、δ軸電流iδ又はγ軸電流iγの振幅を所定の閾値と比較することで、δ軸電流iδ又はγ軸電流iγの振動の有無を検出する。なお、電流の振幅は、例えば、単位時間あたりの電流の最大値と最小値との差分の1/2として定義される。
In this way, the control unit 4 detects the presence or absence of vibration of the δ-axis current i δ (torque current) or the γ-axis current i γ (excitation current), thereby causing the
時点t2において、ねじにかかる負荷が急増することで、出力軸21にかかる負荷が増加する。図4に示すように、時点t2以降の第3期間T3において、ねじにかかる負荷が増加した時点(時点t2)の直後は、インパクト機構17が打撃動作を継続している。
At the time point t2, the load applied to the screw increases rapidly, so that the load applied to the
ここで、第3期間T3では、第2期間T2に比べて出力軸21にかかる負荷が増加し、ひいてはモータ15の回転軸16にかかる負荷が増加する。第3期間T3においては、制御部4は、回転軸16にかかる負荷の増加に応じて、モータ15に供給するトルク電流(δ軸電流iδ)を増加させる。そのため、第3期間T3において、δ軸電流iδ(トルク電流)は、インパクト機構17の打撃動作に応じて、所定値Ipδ2(>Ipδ1)周りで振動する。
Here, in the third period T3, the load applied to the
移動検出部49は、このδ軸電流iδ(トルク電流)の増加を検出することで、回転軸16にかかる負荷の増加に起因したハウジング9の急峻な移動又はその予兆を、検出している。具体的には、移動検出部49は、トルク電流(δ軸電流iδ)の最大値、最小値及び平均値のうちのいずれか一つが増加したことを検出することで、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する。例えば、移動検出部49は、単位時間あたりのトルク電流の最大値(又は最小値又は平均値)が、打撃動作の開始直後の値よりも所定の閾値以上増加していることを検出すると、ハウジング9に急峻な移動が起こった又はその予兆があると判定する。
By detecting the increase in the δ-axis current i δ (torque current), the
要するに、制御部4(移動検出部49)は、検出機能において、トルク電流に基づいて求めた回転軸16にかかる負荷が、所定値以上となると、ハウジング9の急峻な移動があると判定する。ここでの所定値は、例えば、検出対象がトルク電流の平均値の場合、上記の所定値Ipδ1に設定され得る。
In short, the control unit 4 (movement detection unit 49) determines in the detection function that there is a steep movement of the
また、第3期間T3では、上述のように、第2期間T2に比べて出力軸21にかかる負荷が増加し、モータ15の回転軸16にかかる負荷が増加する。そのため、第3期間T3では、インパクト機構17の打撃動作において、ハンマ19が後退する間に生じるθとθeとの差分が、第2期間T2に比べて大きくなる。制御部4はθとθeとの差分を補償するように制御を行うので、θとθeとの差分の増加は、γ軸電流iγの最小値の低下(負の方向の最大値の絶対値の増加)として現れる(図4参照)。
Further, in the third period T3, as described above, the load applied to the
移動検出部49は、このγ軸電流iγ(励磁電流)の最小値の低下を検出することで、回転軸16にかかる負荷の増加に起因したハウジング9の急峻な移動又はその予兆を、検出している。具体的には、移動検出部49は、打撃動作の開始直後の値よりも、励磁電流(γ軸電流iγ)の最小値が減少したこと(絶対値で見た場合、増加したこと)を検出することで、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する。例えば、移動検出部49は、単位時間あたりの励磁電流の最小値が、所定の閾値以下となったことを検出すると、ハウジング9に急峻な移動が起こった又はその予兆があると判定してもよい。
By detecting a decrease in the minimum value of the γ-axis current i γ (excitation current), the
このように、移動検出部49は、モータ15に供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、作業対象100に対するハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する。移動検出部49は、励磁電流に基づく検出結果とトルク電流に基づく検出結果との論理和に基づいて、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出してもよいし、論理積に基づいてハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出してもよい。
In this way, the
制御部4は、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出すると、保護動作を実行する。ここでは、制御部4は、保護動作として、モータ15を停止させる。制御部4は、例えば、インバータ回路部51に与えられる駆動電圧Vaの目標値(電圧指令値)vu *,vv *,vw *を0とすることで、モータ15を停止させる。これにより、ハウジング9に急峻な移動又はその予兆があった場合に、その原因となるモータ15の回転が停止されるので、電動工具1から使用者にかかる負荷が低減される。そのため、本実施形態の電動工具1によれば、使い勝手を向上させることが可能となる。
When the control unit 4 detects a steep movement of the
(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。
(3) Modified Example The embodiment of the present disclosure is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment can be variously modified depending on the design and the like as long as the object of the present disclosure can be achieved. Examples of modifications of the above embodiment are listed below.
電動工具1の制御部4と同様の機能は、電動工具1の制御方法、(コンピュータ)プログラム、又はプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。 The same function as the control unit 4 of the power tool 1 may be embodied by a control method of the power tool 1, a (computer) program, a non-temporary recording medium on which the program is recorded, or the like.
一態様に係る電動工具1の制御方法は、ベクトル制御を利用して、操作部29への操作に応じてモータ15の回転動作を制御することを含む。また、制御方法は、モータ15に供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、作業対象100に対するハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出することを含む。
The control method of the power tool 1 according to one aspect includes controlling the rotational operation of the
具体的には、図5に示すように、制御部4は、操作部29が操作されると、操作部29への操作量に応じて設定した指令値ω2 *を用いて、モータ15をベクトル制御する(ST1)。また、制御部4は、モータ15をベクトル制御している間、トルク電流に基づいてハウジング9の急峻な移動又はその予兆の存否を判定し(ST2)、励磁電流に基づいてハウジング9の急峻な移動の存否又はその予兆を判定する(ST3)。制御部4は、トルク電流及び励磁電流のうちの一方又は両方に基づいてハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出すると(ST4:Yes)、保護動作としてモータ15を停止させる(ST5)。
Specifically, as shown in FIG. 5, when the
なお、図5は、本実施形態の制御方法の一例であり、必ずしも図5のフローチャートの通りに処理が実行される必要はない。例えば、ステップST2とステップST3とが逆の順序で実行されてもよいし、同時に実行されてもよい。 Note that FIG. 5 is an example of the control method of the present embodiment, and it is not always necessary to execute the process according to the flowchart of FIG. For example, step ST2 and step ST3 may be executed in the reverse order or may be executed at the same time.
一態様に係るプログラムは、1以上のプロセッサに、上記の電動工具1の制御方法を実行させるためのプログラムである。 The program according to one aspect is a program for causing one or more processors to execute the control method of the power tool 1 described above.
以上述べた制御部4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主構成とする。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、本開示における制御部4としての機能の一部が実現される。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もよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、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ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうIC又はLSI等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムLSI、VLSI(Very Large Scale Integration)、又はULSI(Ultra Large Scale Integration)と呼ばれる集積回路を含む。さらに、LSIの製造後にプログラムされる、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又はLSI内部の接合関係の再構成若しくはLSI内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。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。ここでいうコンピュータシステムは、1以上のプロセッサ及び1以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む1ないし複数の電子回路で構成される。 The execution subject of the control unit 4 described above includes a computer system. The main configuration of a computer system is a processor and memory as hardware. When the processor executes the program recorded in the memory of the computer system, a part of the function as the control unit 4 in the present disclosure is realized. The program may be pre-recorded in the memory of the computer system, may be provided through a telecommunications line, and may be recorded on a non-temporary recording medium such as a memory card, optical disk, hard disk drive, etc. that can be read by the computer system. May be provided. A processor in a computer system is composed of one or more electronic circuits including a semiconductor integrated circuit (IC) or a large scale integrated circuit (LSI). The integrated circuit such as IC or LSI referred to here has a different name depending on the degree of integration, and includes an integrated circuit called a system LSI, VLSI (Very Large Scale Integration), or ULSI (Ultra Large Scale Integration). Further, an FPGA (Field-Programmable Gate Array) programmed after the LSI is manufactured, or a logical device capable of reconfiguring the junction relationship inside the LSI or reconfiguring the circuit partition inside the LSI should also be adopted as a processor. Can be done. A plurality of electronic circuits may be integrated on one chip, or may be distributed on a plurality of chips. The plurality of chips may be integrated in one device, or may be distributed in a plurality of devices. The computer system referred to here includes a microprocessor having one or more processors and one or more memories. Therefore, the microprocessor is also composed of one or a plurality of electronic circuits including a semiconductor integrated circuit or a large-scale integrated circuit.
また、制御部4における複数の機能が、1つのハウジング内に集約されていることは必須の構成ではない。制御部4の構成要素は、複数のハウジングに分散して設けられていてもよい。反対に、制御部4における複数の機能が、基本例のように、1つのハウジング内に集約されてもよい。さらに、制御部4の少なくとも一部の機能、例えば、制御部4の一部の機能がクラウド(クラウドコンピューティング)等によって実現されてもよい。 Further, it is not an essential configuration that a plurality of functions of the control unit 4 are integrated in one housing. The components of the control unit 4 may be dispersedly provided in a plurality of housings. On the contrary, a plurality of functions in the control unit 4 may be integrated in one housing as in the basic example. Further, at least a part of the functions of the control unit 4, for example, a part of the functions of the control unit 4 may be realized by a cloud (cloud computing) or the like.
(3−1)変形例1
以下、変形例1に係る電動工具1について説明する。本変形例の電動工具1において、実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(3-1) Modification 1
Hereinafter, the power tool 1 according to the modification 1 will be described. In the power tool 1 of this modified example, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the embodiment, and the description thereof will be omitted.
本変形例の電動工具1は、例えばハンマドリルである。本変形例の電動工具1では、移動検出部49が検出対象とするハウジング9の急峻な移動は、作業対象100から先端工具28(出力軸21)にかかる負荷の急激な減少(負荷の喪失)に起因するハウジング9の移動を含む。移動検出部49が検出対象とするハウジング9の急峻な移動の予兆は、作業対象100から出力軸21にかかる負荷の急激な減少(負荷の喪失)に起因してハウジング9に加わる加速度の急激な増加を含む。
The power tool 1 of this modification is, for example, a hammer drill. In the power tool 1 of this modification, the steep movement of the
例えば、先端工具28としてドリルビットを用いて、木材(作業対象100)に穴開け作業を行っているときに、ビットが木材を貫通する場合がある。この場合、木材から受ける負荷が急激に減少することで、ハウジング9が先端工具28とともに前方へ急激に移動する可能性がある(ハウジング9の急峻な移動)。
For example, when a drill bit is used as the
本変形例の電動工具1の制御部4の移動検出部49は、トルク電流と励磁電流との少なくとも一方、ここでは両方に基づいて、このようなハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する。
The
以下、本変形例の電動工具1の動作について、簡単に説明する。 Hereinafter, the operation of the power tool 1 of this modified example will be briefly described.
本変形例の電動工具1によって木材(作業対象100)に穴開け作業を行う場合、ドリルビットが木材を貫通する前におけるモータ15の速度ω、δ軸電流iδ(トルク電流)、及びγ軸電流iγ(励磁電流)の概略は、実施形態の第1期間T1及び第2期間T2のそれらと同様である。
When drilling a hole in wood (work target 100) with the power tool 1 of this modified example, the speed ω of the
一方、ドリルビットが木材を貫通すると、貫通する前に比べて出力軸21にかかる負荷が減少し、モータ15の回転軸16にかかる負荷が減少する。
On the other hand, when the drill bit penetrates the wood, the load applied to the
そのため、ドリルビットが木材を貫通した後の期間(以下、「貫通後期間」という)では、回転軸16にかかる負荷の減少に応じて、δ軸電流iδ(トルク電流)が減少する。つまり、作業対象100の穴開けの完了に伴うハウジング9の急峻な移動は、作業対象100からの反力によるハウジング9の急峻な移動の場合(実施形態参照)とは反対に、トルク電流の電流値の最大値、最小値、及び平均値の減少として現れる。移動検出部49は、このδ軸電流iδ(トルク電流)の減少を検出することで、出力軸21にかかる負荷の減少に起因したハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する。
Therefore, in the period after the drill bit penetrates the wood (hereinafter, referred to as “post-penetration period”), the δ-axis current i δ (torque current) decreases as the load applied to the
また、貫通後期間においては、ハンマ19が後退する間に生じるθとθeとの差分は、ドリルビットが木材を貫通する前に比べて小さくなる。そのため、貫通後期間においては、γ軸電流iγの測定値の最小値が増加する(負の方向の最大値の絶対値が減少する;ゼロに近づく)。移動検出部49は、このγ軸電流iγ(励磁電流)の最小値の増加を検出することで、出力軸21にかかる負荷の減少に起因したハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する。
Further, in the post-penetration period, the difference between θ and θ e that occurs while the hammer 19 retracts is smaller than that before the drill bit penetrates the wood. Therefore, in the post-penetration period, the minimum value of the measured value of the γ-axis current i γ increases (the absolute value of the maximum value in the negative direction decreases; it approaches zero). By detecting an increase in the minimum value of the γ-axis current i γ (excitation current), the
このように、移動検出部49は、モータ15に供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、作業対象100に対するハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する。移動検出部49は、励磁電流に基づく検出結果とトルク電流に基づく検出結果との論理和に基づいて、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出してもよいし、論理積に基づいてハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出してもよい。
In this way, the
本変形例の電動工具1でも、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆の検出に応じて、モータ15を停止させる等の対処を行うことが可能となり、電動工具1の使い勝手を向上できる。
Even with the power tool 1 of this modified example, it is possible to take measures such as stopping the
電動工具1は、本変形例の検出機能と上記実施形態の検出機能との両方を兼ね備えていてもよい。 The power tool 1 may have both the detection function of the present modification and the detection function of the above embodiment.
(3−2)変形例2
以下、変形例2に係る電動工具1について説明する。本変形例の電動工具1において、実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(3-2) Modification 2
Hereinafter, the power tool 1 according to the second modification will be described. In the power tool 1 of this modified example, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the embodiment, and the description thereof will be omitted.
本変形例の電動工具1では、伝達機構18がインパクト機構17を備えておらず、例えば駆動軸22と出力軸21とが一体に結合されている点で、実施形態の電動工具1と相違する。本変形例の電動工具1は、例えばドリルドライバである。
The power tool 1 of this modification is different from the power tool 1 of the embodiment in that the
以下、本変形例の電動工具1の動作について、簡単に説明する。 Hereinafter, the operation of the power tool 1 of this modified example will be briefly described.
ドリルドライバとしての本変形例の電動工具1を用いて、ねじ締め作業を行う場合、モータ15の速度ω、δ軸電流iδ(トルク電流)、及びγ軸電流iγ(励磁電流)の概略は、実施形態の第1期間T1のそれらと同様である。また、出力軸21にかかる負荷が増加した後の、モータ15の速度ω、δ軸電流iδ、及びγ軸電流iγの概略は、実施形態の第3期間T3のそれらと同様である。つまり、本変形例の電動工具1(ドリルドライバ)を用いてねじ締め作業を行う場合、モータ15の速度ω、δ軸電流iδ、及びγ軸電流iγの概略は、第2期間T2が無い以外は、実施形態のそれらと同様である。
Outline of speed ω of motor 15, δ-axis current i δ (torque current), and γ-axis current i γ (excitation current) when screw tightening work is performed using the power tool 1 of this modified example as a drill driver. Is similar to those of the first period T1 of the embodiment. Further, the outline of the speed ω, the δ-axis current i δ , and the γ-axis current i γ of the
また、本変形例の電動工具1を用いて、穴開け作業を行う場合、モータ15の速度ω、δ軸電流iδ、及びγ軸電流iγの概略は、第2期間T2が無い以外は、変形例1で説明したのと同様である。 Further, when drilling is performed using the electric tool 1 of this modified example, the outlines of the speed ω of the motor 15, the δ-axis current i δ , and the γ-axis current i γ are as follows, except that there is no second period T2. , The same as described in the first modification.
したがって、本変形例の電動工具1でも、制御部4(移動検出部49)は、モータ15に供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、作業対象100に対するハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出できる。
Therefore, even in the power tool 1 of the present modification, the control unit 4 (movement detection unit 49) has a
なお、作業対象100によっては、第3期間T3(或いは貫通後期間)において、δ軸電流iδの電流値及びγ軸電流iγの電流値が振動しない場合もあり得る。 Depending on the work target 100, the current value of the δ-axis current i δ and the current value of the γ-axis current i γ may not oscillate in the third period T3 (or the period after penetration).
(3−3)その他の変形例
一変形例において、制御部4は、保護動作として、指令値生成部48で生成する指令値ω2 *を0とすることでモータ15を停止させてもよい。
(3-3) Other Modifications In one modification, the control unit 4 may stop the
一変形例において、電動工具1の制御部4は、保護動作として、モータ15の回転速度を低下させてもよい。
In one modification, the control unit 4 of the power tool 1 may reduce the rotation speed of the
一変形例において、制御部4は、保護動作として、モータ15の回転軸16の回転力の、先端工具28への伝達を遮断させてもよい。例えば、伝達機構18がクラッチ機構を含んでいる場合、クラッチ機構により、モータ15の回転軸16の回転力の先端工具28への伝達を遮断させてもよい。クラッチ機構は、例えば電子クラッチにより実現されてもよい。
In one modification, the control unit 4 may block the transmission of the rotational force of the
一変形例において、伝達機構18(例えば遊星歯車機構25)が変速機構を含んでいる場合、制御部4は、保護動作として、モータ15の回転軸16の速度に対する先端工具28の速度の比(減速比)を低下させてもよい。
In one modification, when the transmission mechanism 18 (for example, the planetary gear mechanism 25) includes a transmission mechanism, the control unit 4 performs the ratio of the speed of the
一変形例において、電動工具1は、先端工具28としての丸鋸刃を備える電動のソーであってもよい。
In one modification, the power tool 1 may be an electric saw provided with a circular saw blade as the
一変形例において、電動工具1は、電動の油圧式工具(オイルパルスインパクト工具等)であってもよい。 In one modification, the power tool 1 may be an electric hydraulic tool (oil pulse impact tool or the like).
一変形例において、電動工具1は、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出する加速度センサ又はジャイロセンサを備えてもよい。制御部4は、センサの検出結果を更に参照して、ハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出してもよい。
In one modification, the power tool 1 may include an acceleration sensor or a gyro sensor that detects a steep movement of the
一変形例において、電動工具1は、検出機能の有効と無効とを切り換える切換部を備えていてもよい。切換部は、例えば、ユーザの操作を受け付けるスイッチ等を備え得る。スイッチへの操作に応じて、検出機能の有効と無効とが切り換えられる。 In one modification, the power tool 1 may include a switching unit for switching between enabling and disabling the detection function. The switching unit may include, for example, a switch that accepts a user's operation. The detection function is enabled or disabled according to the operation of the switch.
一変形例において、制御部4は、モータ15の速度ωが所定の速度閾値以下の場合、検出機能と保護動作とのうちの少なくとも一方を無効としてもよい。
In one modification, when the speed ω of the
一変形例において、制御部4は、保護動作の履歴を記憶する記憶部を備えていてもよい。制御部4は、例えば、保護動作を実行してから所定時間内にハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出した場合、保護動作を行わないように構成されていてもよい。例えば、一旦ハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出してモータ15を停止(保護動作を実行)した後、所定時間内に再度ハウジング9の急峻な移動又はその予兆を検出した場合、制御部4は、モータ15を停止させずにモータ15の回転動作を維持する。これにより、作業効率の向上を図ることができる。
In one modification, the control unit 4 may include a storage unit that stores the history of the protection operation. The control unit 4 may be configured not to perform the protection operation when, for example, a steep movement of the
(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。
(4) Aspects The following aspects are disclosed from the embodiments and modifications described above.
第1の態様の電動工具(1)は、モータ(15)と、操作部(29)と、制御部(4)と、伝達機構(18)と、ハウジング(9)と、を備える。操作部(29)は、ユーザからの操作を受け付ける。制御部(4)は、ベクトル制御を利用して、操作部(29)への操作に応じてモータ(15)の回転動作を制御する。伝達機構(18)は、モータ(15)の回転軸(16)の回転力を、作業対象(100)に対して作業を行う先端工具(28)へと伝達する。ハウジング(9)は、モータ(15)及び伝達機構(18)を少なくとも収容する。制御部(4)は、モータ(15)に供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、作業対象(100)に対するハウジング(9)の急峻な移動又はその予兆を検出する検出機能を有する。 The power tool (1) of the first aspect includes a motor (15), an operation unit (29), a control unit (4), a transmission mechanism (18), and a housing (9). The operation unit (29) receives an operation from the user. The control unit (4) uses vector control to control the rotational operation of the motor (15) in response to an operation on the operation unit (29). The transmission mechanism (18) transmits the rotational force of the rotating shaft (16) of the motor (15) to the tip tool (28) that performs the work on the work target (100). The housing (9) houses at least the motor (15) and the transmission mechanism (18). The control unit (4) has a detection function that detects a steep movement of the housing (9) with respect to the work target (100) or a sign thereof based on at least one of the torque current and the exciting current supplied to the motor (15). Has.
この態様によれば、ハウジング(9)の急峻な移動又はその予兆の検出に応じて、モータ(15)を停止させる等の対処を行うことが可能となり、電動工具(1)の使い勝手を向上できる。 According to this aspect, it is possible to take measures such as stopping the motor (15) in response to the sudden movement of the housing (9) or the detection of a sign thereof, and the usability of the power tool (1) can be improved. ..
第2の態様の電動工具(1)では、第1の態様において、制御部(4)は、検出機能において、トルク電流に基づいて求めた回転軸(16)にかかる負荷が、所定値以上となると、ハウジング(9)の急峻な移動又はその予兆があると判定する。 In the power tool (1) of the second aspect, in the first aspect, the control unit (4) has a detection function in which the load applied to the rotating shaft (16) obtained based on the torque current is equal to or more than a predetermined value. Then, it is determined that there is a steep movement of the housing (9) or a sign thereof.
この態様によれば、回転軸(16)にかかる負荷の増加に起因するハウジング(9)の急峻な移動又はその予兆を、検出可能となる。 According to this aspect, a steep movement of the housing (9) due to an increase in the load applied to the rotating shaft (16) or a sign thereof can be detected.
第3の態様の電動工具(1)では、第1又は第2の態様において、ハウジング(9)の急峻な移動は、作業対象(100)からの反力によるハウジング(9)の移動を含む。 In the power tool (1) of the third aspect, in the first or second aspect, the steep movement of the housing (9) includes the movement of the housing (9) due to the reaction force from the work object (100).
この態様によれば、作業対象(100)からの反力に起因するハウジング(9)の急峻な移動を、検出可能となる。 According to this aspect, the steep movement of the housing (9) due to the reaction force from the work object (100) can be detected.
第4の態様の電動工具(1)では、第1〜第3のいずれか1つの態様において、制御部(4)は、ハウジング(9)の急峻な移動又はその予兆を検出すると、モータ(15)の速度を低下させる又はモータ(15)を停止させる。 In the power tool (1) of the fourth aspect, in any one of the first to third aspects, when the control unit (4) detects a steep movement of the housing (9) or a sign thereof, the motor (15) ) Is reduced or the motor (15) is stopped.
この態様によれば、ハウジング(9)に急峻な移動又はその予兆があった場合に、その原因となるモータ(15)が停止又は減速されるので、電動工具(1)からその使用者にかかる負荷が低減される。そのため、電動工具(1)の使い勝手が向上する。 According to this aspect, when the housing (9) has a steep movement or a sign thereof, the motor (15) which causes the sudden movement is stopped or decelerated, so that the power tool (1) is applied to the user. The load is reduced. Therefore, the usability of the power tool (1) is improved.
第5の態様の電動工具(1)では、第1〜第4のいずれか1つの態様において、制御部(4)は、ハウジング(9)の急峻な移動又はその予兆を検出すると、モータ(15)の回転軸(16)の回転力の先端工具(28)への伝達を遮断させる。 In the power tool (1) of the fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects, when the control unit (4) detects a steep movement of the housing (9) or a sign thereof, the motor (15) ) Is blocked from transmitting the rotational force of the rotating shaft (16) to the tip tool (28).
この態様によれば、ハウジング(9)に急峻な移動又はその予兆があった場合に、その原因となる出力軸(21)の回転が停止されるので、電動工具(1)からその使用者にかかる負荷が低減される。そのため、電動工具(1)の使い勝手が向上する。 According to this aspect, when the housing (9) has a steep movement or a sign thereof, the rotation of the output shaft (21) which causes the sudden movement is stopped, so that the power tool (1) tells the user. The load is reduced. Therefore, the usability of the power tool (1) is improved.
第6の態様の電動工具(1)は、第1〜第5のいずれか1つの態様において、先端工具(28)が連結される出力軸(21)を備える。伝達機構(18)は、出力軸(21)に加えられるトルクの大きさに応じて出力軸(21)に打撃力を加える打撃動作を行うインパクト機構(17)を有する。 The power tool (1) of the sixth aspect includes an output shaft (21) to which the tip tool (28) is connected in any one of the first to fifth aspects. The transmission mechanism (18) has an impact mechanism (17) that performs a striking operation that applies a striking force to the output shaft (21) according to the magnitude of torque applied to the output shaft (21).
この態様によれば、インパクト機構(17)を備えたいわゆるインパクト工具の使い勝手を向上できる。 According to this aspect, the usability of the so-called impact tool provided with the impact mechanism (17) can be improved.
第7の態様の電動工具(1)は、第1〜第6のいずれか1つの態様において、検出機能の有効と無効とを切り換える切換部を備える。 The power tool (1) of the seventh aspect includes a switching unit for switching between valid and invalid of the detection function in any one of the first to sixth aspects.
この態様によれば、検出機能が不要な場合に、機能を無効にすることができ、電動工具(1)の使い勝手を向上できる。 According to this aspect, when the detection function is unnecessary, the function can be disabled and the usability of the power tool (1) can be improved.
第9の態様の制御方法は、電動工具の制御方法である。電動工具(1)は、モータ(15)と、操作部(29)と、伝達機構(18)と、ハウジング(9)と、を備える。操作部(29)は、ユーザからの操作を受け付ける。伝達機構(18)は、モータ(15)の回転軸(16)の回転力を、作業対象(100)に対して作業を行う先端工具(28)へと伝達する。ハウジング(9)は、モータ(15)及び伝達機構(18)を少なくとも収容する。制御方法は、ベクトル制御を利用して、操作部(29)への操作に応じてモータ(15)の回転動作を制御することを含む。制御方法は、モータ(15)に供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、作業対象(100)に対するハウジング(9)の急峻な移動又はその予兆を検出することを含む。 The control method of the ninth aspect is a power tool control method. The power tool (1) includes a motor (15), an operation unit (29), a transmission mechanism (18), and a housing (9). The operation unit (29) receives an operation from the user. The transmission mechanism (18) transmits the rotational force of the rotating shaft (16) of the motor (15) to the tip tool (28) that performs the work on the work target (100). The housing (9) houses at least the motor (15) and the transmission mechanism (18). The control method includes controlling the rotational operation of the motor (15) in response to an operation on the operation unit (29) by using vector control. The control method includes detecting a steep movement of the housing (9) with respect to the work object (100) or a sign thereof, based on at least one of a torque current and an exciting current supplied to the motor (15).
この態様によれば、ハウジング(9)の急峻な移動又はその予兆の検出に応じて、モータ(15)を停止させる等の対処を行うことが可能となり、電動工具(1)の使い勝手を向上できる。 According to this aspect, it is possible to take measures such as stopping the motor (15) in response to the sudden movement of the housing (9) or the detection of a sign thereof, and the usability of the power tool (1) can be improved. ..
第9の態様のプログラムは、1以上のプロセッサに、第8の態様の制御方法を実行させるためのプログラムである。 The program of the ninth aspect is a program for causing one or more processors to execute the control method of the eighth aspect.
この態様によれば、ハウジング(9)の急峻な移動の検出又はその予兆に応じて、モータ(15)を停止させる等の対処を行うことが可能となり、電動工具(1)の使い勝手を向上できる。 According to this aspect, it is possible to take measures such as stopping the motor (15) according to the detection of the steep movement of the housing (9) or the sign thereof, and the usability of the power tool (1) can be improved. ..
1 電動工具
4 制御部
9 ハウジング
15 モータ
16 回転軸
17 インパクト機構
18 伝達機構
21 出力軸
28 先端工具
29 操作部
100 作業対象
1 Power tool 4
Claims (9)
ユーザからの操作を受け付ける操作部と、
ベクトル制御を利用して、前記操作部への操作に応じて前記モータの回転動作を制御する制御部と、
前記モータの回転軸の回転力を、作業対象に対して作業を行う先端工具へと伝達する伝達機構と、
前記モータ及び前記伝達機構を少なくとも収容するハウジングと、
を備え、
前記制御部は、前記モータに供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、前記作業対象に対する前記ハウジングの急峻な移動又はその予兆を検出する検出機能を有する、
電動工具。 With the motor
An operation unit that accepts operations from users,
A control unit that controls the rotational operation of the motor in response to an operation on the operation unit using vector control.
A transmission mechanism that transmits the rotational force of the rotating shaft of the motor to the tip tool that performs work on the work object, and
A housing that houses at least the motor and the transmission mechanism,
With
The control unit has a detection function for detecting a steep movement of the housing with respect to the work target or a sign thereof based on at least one of a torque current and an exciting current supplied to the motor.
Electric tool.
請求項1に記載の電動工具。 In the detection function, the control unit determines that there is a steep movement of the housing or a sign thereof when the load applied to the rotating shaft obtained based on the torque current becomes a predetermined value or more.
The power tool according to claim 1.
請求項1又は2に記載の電動工具。 The steep movement of the housing includes the movement of the housing due to a reaction force from the work object.
The power tool according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動工具。 When the control unit detects a steep movement of the housing or a sign thereof, the control unit reduces the speed of the motor or stops the motor.
The power tool according to any one of claims 1 to 3.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電動工具。 When the control unit detects a steep movement of the housing or a sign thereof, it blocks the transmission of the rotational force of the rotary shaft of the motor to the tip tool.
The power tool according to any one of claims 1 to 4.
前記伝達機構は、前記出力軸に加えられるトルクの大きさに応じて前記出力軸に打撃力を加える打撃動作を行うインパクト機構を有する、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の電動工具。 The power tool includes an output shaft to which the tip tool is connected.
The transmission mechanism has an impact mechanism that performs a striking operation that applies a striking force to the output shaft according to the magnitude of torque applied to the output shaft.
The power tool according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の電動工具。 A switching unit for switching between enabling and disabling the detection function is provided.
The power tool according to any one of claims 1 to 6.
前記電動工具は、
モータと、
ユーザからの操作を受け付ける操作部と、
前記モータの回転軸の回転力を、作業対象に対して作業を行う先端工具へと伝達する伝達機構と、
前記モータ及び前記伝達機構を少なくとも収容するハウジングと、
を備え、
前記制御方法は、
ベクトル制御を利用して、前記操作部への操作に応じて前記モータの回転動作を制御することと、
前記モータに供給されるトルク電流と励磁電流との少なくとも一方に基づいて、前記作業対象に対する前記ハウジングの急峻な移動又はその予兆を検出することと、
を含む、
制御方法。 It is a control method for power tools.
The power tool
With the motor
An operation unit that accepts operations from users,
A transmission mechanism that transmits the rotational force of the rotating shaft of the motor to the tip tool that performs work on the work object, and
A housing that houses at least the motor and the transmission mechanism,
With
The control method is
Using vector control to control the rotational operation of the motor in response to an operation on the operation unit,
To detect a steep movement of the housing with respect to the work object or a sign thereof based on at least one of a torque current and an exciting current supplied to the motor.
including,
Control method.
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