JP2022159375A - 電動作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスモータを備えた電動作業機において、モータの低回転時に、回転センサを用いることなく回転位置を検出でき、しかも、低コストで実現できるようにする。【解決手段】電動作業機は、インバータ部と、インバータ部を介して通電パターンを切り替え、モータへの通電電流をＰＷＭ制御する制御部とを備える。制御部は、転流タイミング毎に切り換える通電パターンとして、複数のスイッチング素子のオンオフ状態が異なる複数のスイッチパターンを有し、ＰＷＭ制御の周期に同期して、スイッチパターンを順次切り換え、スイッチパターンの切り替えにより生じるブラシレスモータのインダクタンスの大小関係から、ブラシレスモータの回転位置を検出して、転流タイミングを設定する。【選択図】図２

Description

本開示は、動力源としてブラシレスモータを備えた電動作業機に関する。

ブラシレスモータは、ロータの所定の回転角度毎に、ステータ巻線への通電パターンを切り換える必要がある。このため、ブラシレスモータを備えた電動作業機には、ブラシレスモータ（詳しくはロータ）の回転位置を検出する検出部が備えられている。

検出部としては、一般に、ロータの回転角度に応じて信号を発生する回転センサ、若しくは、ロータの回転により発生する誘起電圧から回転位置を検出するセンサレス方式のものが知られている。

そして、ブラシレスモータ（換言すればロータ）の回転位置を誘起電圧に基づき検出するよう構成されたセンサレス方式の検出部によれば、ブラシレスモータの各相の端子の電圧を検出し、検出した電圧がゼロクロス点を横切ったときに、所定の回転位置を検出するようにすればよい。

このため、センサレス方式の検出部を備えた電動作業機によれば、回転センサを用いて回転位置を検出するように構成した場合に比べて、装置構成を簡単にすることができる。
しかし、誘起電圧は、ブラシレスモータの回転数に比例することから、ブラシレスモータの低速回転時には、回転位置の検出に必要な電圧レベルに達することができず、回転位置を検出できないことがある。

これに対し、誘起電圧を利用することなくブラシレスモータの回転位置を検出する、センサレス方式の検出部として、ロータに回転トルクを発生させる通電期間と、位置検出用の検出期間とを交互に発生させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この提案の装置では、ブラシレスモータに回転トルクを発生させる通電期間に比べて充分短い時間だけ、ブラシレスモータの巻線に位置検出用の電流を流し、その電流値を測定して、ステータ巻線のインダクタンスを算出する。そして、インダクタンスが最大となるタイミングを、所定の回転位置として検出する。

米国特許出願公開第２０１１／０２７９０７３号明細書

上記提案の装置によれば、ブラシレスモータの回転位置に応じて変化するインダクタンスを求め、そのインダクタンスが最大となるタイミングで、回転位置を検出することから、ブラシレスモータが低速回転しているときにも、回転位置を検出できる。

しかしながら、上記提案の装置では、回転位置を検出するために、ロータに回転トルクを発生させることのない位置検出用の低電流を流し、その電流を検出して、インダクタンスを求めることから、インダクタンスの演算精度が要求される。

このため、上記提案の装置では、回転センサを不要にすることはできるものの、位置検
出に用いる演算回路に、演算能力の高い高価なものを使用しなければならず、これによってコストアップを招くという問題がある。

また、上記提案の装置では、ロータに回転トルクを発生させる駆動電流と、位置検出電流とを交互に流す必要があるので、位置検出期間中は、ロータに回転トルクを発生させることができない。このため、ブラシレスモータの回転を上昇させる際の加速特性が低下し、ブラシレスモータの出力軸に負荷が加わった場合に停止してしまうこともある。

本開示の一局面は、ブラシレスモータを備えた電動作業機において、ブラシレスモータの低回転時に、回転センサを用いることなく回転位置を検出でき、しかも、低コストで実現できるようにすることが望ましい。

本開示の一局面の電動作業機においては、動力源としてブラシレスモータを備え、ブラシレスモータを駆動するために、インバータ部及び制御部を備える。
インバータ部は、直流電源とブラシレスモータの複数の端子との間の通電経路に設けられた複数のスイッチング素子を備え、その複数のスイッチング素子を介して、ブラシレスモータの複数の巻線への通電及び通電方向を制御可能に構成されている。

制御部は、ブラシレスモータの所定の転流タイミング毎に、インバータ部を介して複数の巻線へ通電する通電パターンを切り替え、その通電パターンに従いインバータ部の複数のスイッチング素子をオンオフさせて、複数の巻線への通電電流をＰＷＭ制御する。

また、制御部は、転流タイミング毎に切り換える通電パターンとして、複数のスイッチング素子のオンオフ状態が異なる複数のスイッチパターンを有する。そして、制御部は、ＰＷＭ制御の周期に同期して、スイッチング素子のオンオフ状態を制御するスイッチパターンを、複数のスイッチパターンの一つに順次切り換える。

このようにスイッチパターンを切り替えると、ブラシレスモータに流れる電流の経路が変化し、回転位置が同じであっても、ロータに設けられた磁石による透磁率の違いにより、電流経路毎に生じるインダクタンスが変化する（所謂、ロータの突極性）。

つまり、制御部は、転流タイミングから次の転流タイミングまでのロータの回転角度範囲内で、通電パターンを、複数のスイッチパターンの一つに順次切り換えることで、ステータ巻線のインダクタンスを変化させるのである。

そして、制御部は、スイッチパターンの切り替えにより異なる電流経路毎に生じるインダクタンスの大小関係から、ブラシレスモータ（ロータ）の回転位置を検出し、転流パターンを設定する。

従って、本開示の電動作業機によれば、ブラシレスモータの低回転時であっても、回転センサを用いることなく回転位置を検出できる。
また、上述した従来装置のように、ロータに回転トルクを発生させる通電期間と位置検出用の検出期間とを交互に発生させて、検出期間中に位置検出用の電流を流し、電流値から巻線のインダクタンスを正確に算出する必要はない。

つまり、本開示の電動作業機では、ブラシレスモータの回転位置を検出するためには、スイッチパターンの違いによって生じるインダクタンスの大小関係を判定できればよく、従来のように、位置検出電流からインダクタンスを正確に算出する必要がない。

このため、本開示の電動作業機によれば、回転位置を検出する制御部に、従来装置のような演算能力の高い高価な演算回路を設ける必要が無く、制御部の構成を簡素化して、コストを低減することができる。

また、制御部において、回転位置を検出するためには、スイッチパターンの違いによって生じるインダクタンスの大小関係を判定できればよいので、従来のように、ブラシレスモータに流れる電流等からインダクタンスを算出しなくてもよい。

具体的には、ブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出部を設ける。そして、制御部は、複数のスイッチパターンでブラシレスモータへ通電したときに電流検出部にて検出される電流値を、それぞれ、インダクタンスを表すパラメータとして取得し、取得した電流値の大小関係から、回転位置を検出するように構成する。

このようにすれば、ブラシレスモータに流れる電流等からインダクタンスを算出することなく、電流検出部を介して得られる電流値の大小関係だけで、回転位置を検出できるようになるので、装置構成をより簡単にすることができる。

ところで、制御部は、スイッチパターンに応じてインバータ部のスイッチング素子をオンさせることで、ブラシレスモータへの通電経路を形成するが、スイッチング素子がオフされて、通電経路が遮断されても、ブラシレスモータには還流電流または回生電流が流れる。

これは、ブラシレスモータへの通電を遮断すると、通電により巻線に蓄積されたエネルギによって電圧が発生するため、インバータ部には、その電圧によりブラシレスモータに電流を流し続ける、還流用または回生用のダイオードが備えられているためである。

還流電流または回生電流は、ＰＷＭ制御の１周期当たりのスイッチング素子のオン時間が短い場合（つまりデューティ比が小さい場合）には、スイッチング素子を介して直流電源からの通電経路を遮断してから、次に導通するまでの間にゼロにすることができる。これは、直流電源からの通電時にブラシレスモータの巻線に蓄積されるエネルギが小さいためである。

しかし、ＰＷＭ制御の１周期当たりのスイッチング素子のオン時間が長くなると（デューティ比が大きくなると）、巻線に蓄積されるエネルギが大きくなるので、直流電源からの通電経路を遮断してから、次に導通するまで、還流電流または回生電流が流れ続ける。

そして、還流電流または回生電流が流れている状態で、スイッチパターンに応じてインバータ部のスイッチング素子をオンさせると、直流電源からブラシレスモータへの通電経路には、還流電流または回生電流が初期電流として流れ、その後通電経路に流れる電流は、初期電流から変化する。

従って、ＰＷＭ制御の１周期内で還流電流または回生電流をゼロにすることのできない使用条件下で、電流値の大小関係から回転位置を検出する場合には、制御部を下記のように構成するとよい。

つまり、制御部は、スイッチパターンでブラシレスモータへ通電する際、通電を開始したときの通電開始電流と通電を終了するときの通電終了電流との差分を、ブラシレスモータのインダクタンス値を表すパラメータとして取得するよう構成するとよい。

このようにすれば、スッチパターンに応じてインバータ部のスイッチング素子をオンさ
せた際に、還流電流または回生電流が流れていても、制御部は、その還流電流または回生電流を通電初期値として、通電初期値から通電終了電流までの電流変化量を、位置検出用の電流値として取得できる。

よって、この場合には、例えば、ＰＷＭ制御のデューティ比が大きく、スイッチパターンでブラシレスモータへ通電する際に還流電流または回生電流が流れていても、ブラシレスモータの回転位置を、還流電流または回生電流の影響を受けることなく検出することができるようになる。

一方、制御部は、複数のスイッチパターンでブラシレスモータへの通電を開始してから、電流検出部にて検出される電流値が所定の閾値に達するまでの時間を、それぞれ、ブラシレスモータのインダクタンスを表すパラメータとして計測するようにしてもよい。

このようにすれば、ブラシレスモータの回転位置は、インダクタンスを算出することなく、計測した時間の大小関係だけで検出できるようになり、電流値の大小関係から回転位置を検出する場合と同様、装置構成をより簡単にすることができる。

なお、ＰＷＭ制御の１周期内で還流電流または回生電流をゼロにすることのできない使用条件下で、電流値が所定の閾値に達するまでの時間を、インダクタンスを表すパラメータとして計測する際には、制御部を、以下のように構成するとよい。

つまり、制御部は、スイッチパターンでブラシレスモータへ通電する際、電流値が、通電を開始した時の通電開始電流から所定の閾値だけ変化するまでの時間を、ブラシレスモータのインダクタンス値を表すパラメータとして計測するよう構成するとよい。

このようにすれば、スッチパターンでブラシレスモータへ通電する際に還流電流または回生電流が流れていても、制御部は、還流電流または回生電流を通電初期値として、電流値が通電初期値から所定の閾値だけ変化するまでの時間を取得できる。

よって、制御部をこのように構成しても、還流電流または回生電流の影響を受けることなく、ブラシレスモータの回転位置を検出することができる。
次に、複数のスイッチパターンは、それぞれ、各スイッチパターンでスイッチング素子のオンオフ状態を制御した際に、ロータに回転トルクが発生するように設定されているとよい。

このようにすれば、スイッチパターンを切り替えても、ロータに回転トルクを発生させて、モータを駆動できるので、上述した従来装置のように、位置検出期間中に、ロータに回転トルクを発生させることができなくなるのを抑制できる。

よって、本開示の電動作業機によれば、位置検出のために、ブラシレスモータの回転を上昇させる際の加速特性が低下したり、ブラシレスモータの出力軸に負荷が加わった場合にその回転が停止したり、するのを抑制できる。

また、制御部は、複数のスイッチパターンの切り替えにより、ブラシレスモータのインダクタンスの大小関係が入れ替わるタイミングを、検出タイミングとして、回転位置を検出するよう構成されていてもよい。

具体的には、インダクタンスを表すパラメータとして取得した電流値の大小関係が入れ替わるタイミング、或いは、インダクタンスを表すパラメータとして取得した時間の大小関係が入れ替わるタイミングを、ロータの所定の回転位置として検出するにしてもよい。

このようにすれば、これら各パラメータの最新値と前回値とを比較するだけで所定の回転位置を検出できるようになるので、各パラメータの補正演算等が不要となり、回転位置をより簡単に検出することができるようになる。

なお、上記各パラメータ（つまりインダクタンス、電流値、時間等）の大小関係は、ノイズ等によって入れ替わることも考えられるので、大小関係が入れ替わってから一定期間大小関係が安定していることを確認した後、回転位置を確定するようにしてもよい。

また、転流タイミングで通電パターンを切り替えた直後は、ブラシレスモータに流れる電流値が安定しないこともあるので、転流タイミング後、所定時間が経過してから、上記各パラメータの大小関係を判定する位置検出動作に入るようにしてもよい。

また、制御部は、スイッチパターンでブラシレスモータをＰＷＭ制御するときのスイッチング素子のオン時間を、直流電源の電源電圧に応じて調整するよう構成されていてもよい。

つまり、ブラシレスモータに流れる電流は、電源電圧に応じて変化し、スイッチング素子のオン時間（換言すれば、ステータ巻線への通電時間）が一定であっても、電源電圧が変化すると、電流も変化する。

このため、スイッチング素子のオン時間を直流電源の電源電圧に応じて調整するようにすれば、電源電圧が変動することによる、ブラシレスモータに流れる電流の変動を抑制し、位置検出を安定して実施できるようになる。

実施形態の電動作業機の外観を表す斜視図である。 第１実施形態の電動作業機の電気的構成を表すブロック図である。 高速モードでのモータへの通電パターンを説明する説明図である。 低速モードでのモータへの通電パターンを説明する説明図である。 低速モードでのスイッチパターンの切り替えによる電流変化を説明する説明図である。 制御部にて実行される制御処理を表すフローチャートである。 図６に示すモータ制御処理を表すフローチャートである。 図７に示すモータ停止処理を表すフローチャートである。 図７に示すモータ駆動処理を表すフローチャートである。 制御部にて実行されるオフタイミングでのＰＷＭキャリア割り込み処理を表すフローチャートである。 第１実施形態での電流値による位置検出動作を表すタイムチャートである。 第１変形例の位置検出動作を説明するタイムチャートである。 第１変形例のオンタイミングでのＰＷＭキャリア割り込み処理を表すフローチャートである。 第１変形例のオフタイミングでのＰＷＭキャリア割り込み処理を表すフローチャートである。 第２実施形態の電動作業機の電気的構成を表すブロック図である。 第２実施形態のモータ停止処理を表すフローチャートである。 第２実施形態のモータ駆動処理を表すフローチャートである。 制御部にて実行される電流値比較部出力信号割り込み処理を表すフローチャートである。 制御部にて実行されるＰＷＭタイマオーバーフロー割り込み処理を表すフローチャートである。 ＰＷＭタイマを用いたスイッチパターンの切り替え動作を説明するタイムチャートである。 第２実施形態でのタイマ値による位置検出動作を表すタイムチャートである。 第２変形例の位置検出動作を説明するタイムチャートである。 第２変形例のＰＷＭタイマオーバーフロー割り込み処理を表すフローチャートである。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
本実施形態では、電動作業機として草刈機を例にとり説明する。

図１に示すように、本実施形態の電動作業機１は、メインパイプ２と、制御ユニット３と、駆動ユニット４と、ハンドル７とを備えた草刈機である。メインパイプ２は、長尺かつ中空の棒状に形成されている。メインパイプ２の後端側に制御ユニット３が設けられ、メインパイプ２の前端側に駆動ユニット４が設けられている。

駆動ユニット４には、回転刃５が、着脱可能且つ回転可能に取り付けられている。回転刃５は、草や小径木などの刈り取り対象物を刈り取るためのものであり、図１に示すものは、いわゆるチップソーである。

つまり、回転刃５は、金属製であって、円板状の形状をなし、外周全体に渡って鋸刃状の歯が形成されている。各歯の先端には、硬質のチップが取り付けられている。
メインパイプ２の前端側には、カバー６が設けられている。このカバー６は、回転刃５により刈り取られた草等が作業者側に飛んでくるのを抑制するために設けられている。

駆動ユニット４には、回転刃５を回転駆動させるための駆動源であるモータ２０（図２参照）やモータ２０の回転を出力軸に伝達するギヤ機構が収納されており、その出力軸に回転刃５が着脱可能に装着される。

モータ２０は、ロータ２２に磁石が埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet
）型の３相ブラシレスモータであり、制御ユニット３内の制御部３０（図２参照）により駆動制御される。

ハンドル７は、メインパイプ２の長さ方向における中間位置近傍でメインパイプ２に接続されている。ハンドル７は、作業者が電動作業機１を用いて草刈り作業を行う際に把持するためのものであり、本実施形態では、両端にグリップが設けられた所謂Ｕ字ハンドルにて構成されている。なお、ハンドル７は、ループハンドル等、他のハンドルであってもよい。

ハンドル７の一方のグリップ部分には、作業者が指で操作し、且つ動作状態を確認できるようにするための操作・表示ユニット８が設けられている。
操作・表示ユニット８には、トリガスイッチ１０、ロックオフスイッチ１２、及び、表示パネル１４が設けられている。

表示パネル１４は、モータ２０の回転状態やバッテリパック１８の残容量（バッテリパック１８内のバッテリに残っている電力量）等を表示するためのものである。また、表示
パネル１４には、作業者が、モータ２０（換言すれば回転刃５）の回転方向等を設定するための操作スイッチも設けられている。

なお、バッテリパック１８は、図１に示すように、制御ユニット３の後端側に着脱自在に装着され、制御ユニット３に直流電力を供給するためのものである。
また、トリガスイッチ１０は、モータ２０の駆動指令を入力するための操作スイッチであり、ロックオフスイッチ１２は、作業者が押下することで、トリガスイッチ１０を操作できるようにするためのものである。

トリガスイッチ１０及び表示パネル１４は、ケーブル１９を介して、制御ユニット３内の制御部３０に接続されている。制御部３０は、トリガスイッチ１０や表示パネル１４の操作状態を監視し、モータ２０の駆動、回転方向の切り替え、或いは、表示パネル１４への表示を行う。

図２に示すように、制御ユニット３には、制御部３０とは別に、モータ２０へ通電して回転させるインバータ部３２が設けられている。
インバータ部３２は、バッテリパック１８（詳しくはバッテリパック１８内のバッテリ）から電源供給を受けて、モータ２０の各相のステータに巻回された巻線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに電流を流すためのものであり、３相フルブリッジ回路にて構成されている。

つまり、インバータ部３２は、ＭＯＳＦＥＴからなる６つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６にて構成されている。
インバータ部３２において、３つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ３は、それぞれ、モータ２０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの端子と、バッテリパック１８の正極側に接続された電源ラインとの間に、いわゆるハイサイドスイッチとして設けられている。

また、他の３つのスイッチング素子Ｑ４～Ｑ６は、モータ２０の各端子と、バッテリパック１８の負極側に接続されたグランドラインとの間に、いわゆるローサイドスイッチとして設けられている。

そして、インバータ部３２からバッテリパック１８の負極側に至るモータ２０への通電経路には、モータ２０に流れた電流を検出するための電流検出部３４が設けられており、電流検出部３４から制御部３０には、電流検出信号が入力される。

また、制御ユニット３には、モータ２０を高速モードで駆動しているときに、モータ２０の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの端子電圧から、モータ２０（詳しくはロータ）の回転位置を検出するための位置検出部３６が設けられている。

位置検出部３６は、モータ２０の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの端子から誘起電圧を取り込み、その誘起電圧と、電源電圧から生成される基準電圧とを比較し、誘起電圧が基準電圧を横切ったときに、モータ２０の所定の回転位置を検出するものである。

つまり、高速モードでは、図３に示すように、インバータ部３２内のハイサイドスイッチＱ１～Ｑ３の一つと、ローサイドスイッチＱ４～Ｑ６の一つが、通電用として順次選択されて、モータ２０の各相巻線への通電及び通電方向が切り替えられる。

このため、その切り替え毎に、モータ２０の３つの端子の一つはオープン状態となり、その端子にはモータ２０の回転に伴い誘起電圧が発生する。この誘起電圧は、インバータ部３２の正極側から負極側、或いはその逆方向へと変化し、その変動中心を検出すれば、モータ２０の回転位置を特定できる。

そこで、位置検出部３６では、電源電圧を１／２に分圧することにより、誘起電圧の変動中心である基準電圧を生成し、この基準電圧とモータ２０の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとを、それぞれ、コンパレータにて比較する。

このため、位置検出部３６において、オープン状態となっている端子から得られる誘起電圧と基準電圧とを比較するコンパレータからの出力が反転したときに、誘起電圧が基準電圧を横切ったと判断できる。

そして、位置検出部３６は、誘起電圧が基準電圧を横切ったタイミングをゼロクロス点として検出し、制御部３０は、そのゼロクロス点からモータ２０の回転位置を特定するようにされている。

なお、本実施形態では、図３に示すように、モータ２０の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの端子に正又は負の電圧を印加してモータ２０を駆動する際、各端子への電圧印加期間の後半で印加電圧をＰＷＭ制御することで、モータ２０への通電電流を制御するようにされている。以下、この駆動方式を、後半ＰＷＭ駆動という。

次に、制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータ（マイコン）にて構成されている。
制御部３０は、トリガスイッチ１０が操作されてモータ２０の駆動指令が入力されると、モータ２０へ所定の通電パターンで通電することで初期駆動する。そして、初期駆動後は、位置検出部３６からの検出信号に基づきモータ２０の回転位置及び回転数（具体的には単位時間当たりの回転数である回転速度）を求め、モータ２０の駆動を継続する。

ところで、位置検出部３６は、モータ２０の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの端子から得られる誘起電圧に基づき、モータ２０の回転位置を検出するため、モータ２０の低速回転時には、誘起電圧が低くなって、回転位置を正確に検出できないことがある。

そこで、制御部３０は、モータ２０の初期駆動後、モータ２０の回転数が基準回転数Ｎｔｈに達するまでの間は、低速モードでモータ２０を駆動し、モータ２０の回転数が基準回転数Ｎｔｈ以上になると、モータ２０を高速モードで駆動するようにされている。

つまり、制御部３０は、高速モードでは、上述した後半ＰＷＭ駆動にてモータ２０を駆動し、低速モードでは、インバータ部３２のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を図４Ｂに示すスイッチパターンで駆動することで、回転位置を検出しつつモータ２０を駆動する。

図４Ｂに示すスイッチパターンは、図４Ａに示すように、ロータ２２の１回転を６０度毎に分割して、回転範囲毎にインバータ部３２内でオンさせるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を規定したものであり、制御部３０内の不揮発性メモリ３０Ａに記憶されている。

スイッチパターンは、モータ２０の正（＋）、負（－）の回転方向毎に設定されており、しかも、各回転範囲、回転方向毎に、スイッチパターンとして、モータ２０のロータ２２に回転トルクを発生させことのできる２つのパターンが設定されている。

そして、制御部３０は、モータ２０をＰＷＭ制御する制御周期に同期して、スイッチパターンを、２つのパターン（パターン１，パターン２）の何れかに交互に切り替えて、インバータ部３２のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオンさせる。

この結果、スイッチパターンにて特定されるモータ２０の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの端子は、正
（ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ）又は負（ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ）の電位となって、各端子間の巻線２４Ａ～２４Ｃに電流が流れ、ロータ２２に回転トルクが発生する。

なお、ＰＷＭ制御一周期当たりのモータ２０への通電期間（オン時間）は、例えば、モータ２０の目標回転数等に応じて設定され、モータ２０の回転数が低いほど短くなる。
また、スイッチパターンがＰＷＭ制御周期に同期してパターン１又はパターン２に交互に切り替えられることにより、電流検出部３４にて検出される電流がモータ２０の回転位置に応じて変化する。

そこで、制御部３０は、スイッチパターンの切り替えにより生じる電流変化に基づき、モータ２０（ロータ２２）の回転位置を検出し、回転範囲毎にスイッチパターンを切り替える転流タイミングを特定する。

なお、スイッチパターンの切り替えにより電流が変化するのは、ブラシレスモータにおいては、回転位置が同じであっても、ロータ２２に設けられた磁石による透磁率の違いにより、インダクタンスが変化するためである（所謂ロータの突極性）。

つまり、図４Ｂに示すスイッチパターンでは、例えば、モータ２０の回転位置（ロータ位置）が３３０度の場合、モータ２０を正方向に回転させる際には、パターン１で、Ｕ、Ｖ相の端子からＷ相の端子に至る経路で巻線２４Ｂ、２４Ｃに通電することになる。またパターン２では、Ｖ相の端子からＵ、Ｗ相の端子に至る経路で巻線２４Ａ、２４Ｂに通電することになる。

そして、このようにパターン１，２でモータ２０の巻線２４Ｂ、２４Ｃ又は２４Ａ、２４Ｂに通電すると、図５に示すように、パターン１では、磁路が広くなっているので透磁率が大となり、パターン２では、磁路が狭くなっているので透磁率が小となる。この結果、この場合に電流検出部３４にて検出される電流は、パターン１で検出される電流Ｉ１よりもパターン２で検出される電流Ｉ２の方が大きくなる。

また、スイッチパターンを変更せずに、ロータ２２を正方向に回転させると、回転位置が０度のときに、各パターン１，２での透磁率が一致して、電流Ｉ１，Ｉ２が一致するようになる。また、回転位置が６０度のときには、各パターン１，２での透磁率の大小関係が反転し、電流Ｉ１，Ｉ２の大小関係も反転する。

そこで、低速モードでは、モータ２０の６０度毎の回転範囲でモータ２０をＰＷＭ駆動する際のスイッチパターンを、パターン１とパターン２とで交互に切り替えることにより、電流Ｉ１，Ｉ２を監視する。

そして、電流Ｉ１，Ｉ２が反転したタイミングを、モータ２０の所定の回転位置（例えばロータ位置：０度）として検出して、回転範囲毎のスイッチパターンの切り替えタイミング（つまり転流タイミング）を特定するのである。

以下、このようにモータ２０を駆動するために制御部３０にて実行される制御処理について、図６～図１０に示すフローチャートに沿って説明する。
なお、以下の説明では、低速モードでのモータ２０の駆動を、パターンＰＷＭ駆動という。また、モータ２０の回転位置を、単にロータ位置ともいう。

図６に示すように、この制御処理は、所定の制御周期でＳ１２０～Ｓ１４０（Ｓはステップを表す）の処理を繰り返し実行することにより、実施される。
すなわち、制御部３０は、Ｓ１１０にて、制御周期の基準時間（ベースタイム）が経過
したか否かを判断することにより、所定の制御周期が経過するのを待ち、Ｓ１１０にて基準時間（ベースタイム）が経過したと判断すると、Ｓ１２０に移行する。

Ｓ１２０では、トリガスイッチ１０や表示パネル１４に設けられた操作スイッチからの駆動指令を取得する駆動指令取得処理を実行する。また、Ｓ１３０では、操作・表示ユニット８内の上記各部やモータ２０或いはバッテリパック１８の異常を検出するエラー検出処理を実行する。そして、続くＳ１４０にて、モータ２０を駆動或いは停止させるモータ制御処理を実行し、Ｓ１１０に移行する。

次に、Ｓ１４０のモータ制御処理においては、図７に示すように、まずＳ１５０にて、Ｓ１２０の駆動指令取得処理の結果に基づき、現在、モータ２０の駆動指令が入力されているか否かを判断する。

そして、Ｓ１５０にて、駆動指令が入力されていると判断されると、Ｓ１６０に移行して、Ｓ１３０のエラー検出処理での検出結果に基づき、現在、何らかの異常（エラー）が発生しているか否かを判断する。

Ｓ１５０にて、駆動指令は入力されていないと判断されるか、或いは、Ｓ１６０にて、エラーが発生していると判断された場合には、Ｓ１８０に移行して、モータ２０を停止させるモータ停止処理を実行し、当該モータ制御処理を終了する。

また、Ｓ１６０にて、エラーは発生していないと判断された場合には、Ｓ１７０に移行して、モータ２０を駆動するモータ駆動処理を実行し、当該モータ制御処理を終了する。
次に、Ｓ１８０のモータ停止処理においては、図８に示すように、Ｓ２００にて、インバータ部３２への駆動信号の出力（ＰＷＭ出力）を停止することで、モータ２０の後半ＰＷＭ駆動若しくはパターンＰＷＭ駆動を停止させる。

そして、続くＳ２１０、Ｓ２２０では、電流取得初回及び低速駆動初回を表すフラグを、それぞれ、「未」に設定し、Ｓ２３０に移行する。
Ｓ２３０では、位置検出部３６からロータ位置を取得し、Ｓ２４０にて、位置検出部３６を介してロータ位置を検出できたか否かを判断する。つまり、位置検出部３６では、モータ２０が極低速回転しているときには、ロータ位置を検出できないので、Ｓ２４０では、ロータ位置が検出されているか否かによって、モータ２０が略停止しているのか否かを判断する。

そして、Ｓ２４０にて、位置検出部３６ではロータ位置を検出できていないと判断されると、Ｓ２５０に移行して、制御部３０の動作モードを初期位置モードに設定して、モータ停止処理を終了する。

一方、Ｓ２４０にて、位置検出部３６ではロータ位置を検出できていると判断されると、Ｓ２６０に移行して、例えば、位置検出部３６にて検出されるモータ２０の端子電圧の変化等に基づき、モータ２０のフリーラン回転数を検出する。

そして、続くＳ２７０では、Ｓ２６０にて検出された回転数が高速判定用の基準回転数Ｎｔｈより低いか否かを判定し、回転数が基準回転数Ｎｔｈよりも低い場合には、Ｓ２８０に移行して、動作モードを低速モードに設定して、モータ停止処理を終了する。

また、Ｓ２７０にて、回転数が基準回転数Ｎｔｈ以上であると判断された場合には、Ｓ２９０に移行して、動作モードを高速モードに設定して、モータ停止処理を終了する。
次に、Ｓ１７０のモータ駆動処理においては、図９に示すように、まず３００にて、制
御部３０の動作モードは、上述した初期位置モードであるか、低速モードであるか、或いは、高速モードであるか、を判断する。

そして、動作モードが、初期位置モードであれば、Ｓ３１０にて、ロータ位置を予め設定された初期位置に設定し、Ｓ４００に移行する。尚、Ｓ３１０は、例えば、インバータ部３２を介して、モータ２０において予め設定されている巻線に通電することで、ロータ位置を初期位置に設定する。

次に、Ｓ３００にて、動作モードは低速モードであると判断された際には、モータ２０を上述したパターンＰＷＭ駆動で低速回転させるために、Ｓ３２０にて、インバータ部３２への駆動信号の出力方式を、パターンＰＷＭ出力に設定し、Ｓ３３０に移行する。

なお、Ｓ３２０では、駆動信号の出力方式として、モータ２０を後半ＰＷＭ駆動するための後半ＰＷＭ出力が設定されているときに出力方式をパターンＰＷＭ出力に切り替え、既にパターンＰＷＭ出力が設定されている場合には、そのままＳ３３０に移行する。

次に、Ｓ３３０では、低速駆動初回フラグが「済」に設定されているか否かを判断することにより、現在、モータ２０の低速駆動を既に実施しているか否かを判断する。
そして、低速駆動初回フラグが「済」に設定されていて、既に低速駆動が開始されている場合には、Ｓ３８０に移行し、低速駆動初回フラグが「未」で、低速駆動は開始されていない場合には、Ｓ３４０に移行する。

Ｓ３４０では、現在のロータ位置及びモータ２０の回転方向に基づき、図４Ｂに示したスイッチパターンの設定に従い、モータ２０を低速駆動するのに必要な２種類のスイッチパターン（パターン１、パターン２）を選択する。

そして、続くＳ３５０では、Ｓ３４０にて選択した２つのスイッチパターンの内の一つ（ここではパターン１）を、インバータ部３２を介してモータ２０を低速駆動するのに用いるパターンＰＷＭとして設定し、Ｓ３６０に移行する。

Ｓ３６０では、低速駆動初回フラグを「済」に設定し、続くＳ３７０にて、Ｓ３５０にてパターンＰＷＭとして設定したパターン１で、インバータ部３２への駆動信号の出力（パターンＰＷＭ出力）を開始する。

なお、Ｓ３７０にて、パターンＰＷＭ出力を開始すると、その後、ＰＷＭ制御の制御周期（一定時間）毎に発生するオンタイミングで、パターン１に対応した駆動信号がインバータ部３２へ出力されて、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の一部がオン状態になる。

次に、Ｓ３００にて、動作モードは高速モードであると判断された際には、モータ２０を上述した後半ＰＷＭ駆動で高速駆動するために、Ｓ４２０に移行して、インバータ部３２への駆動信号の出力方式を、後半ＰＷＭ出力に設定する。

そして、続くＳ４３０及びＳ４４０では、低速モードでモータ２０をパターンＰＷＭで駆動する際に用いられる電流取得初回及び低速駆動初回の各フラグを、それぞれ、「未」に設定し、Ｓ４５０に移行する。

Ｓ４５０では、図３に示す高速駆動用の通電パターンでモータ２０を高速回転させる高速回転駆動（後半ＰＷＭ駆動）を実施し、Ｓ３８０に移行する。
次に、Ｓ３８０では、モータ２０の回転数を取得する。具体的には、低速モードでは、後述のＰＷＭキャリア割り込み処理によるロータ位置の更新時間間隔から、モータ２０の
回転数を算出し、高速モードでは、位置検出部３６からモータ２０の回転数を取得する。

そして、続くＳ３９０では、Ｓ３８０にて取得された回転数が高速判定用の基準回転数Ｎｔｈより低いか否かを判定し、回転数が基準回転数Ｎｔｈよりも低い場合には、Ｓ４００に移行して、動作モードを低速モードに設定し、モータ駆動処理を終了する。

また、Ｓ３９０にて、回転数が基準回転数Ｎｔｈ以上であると判断された場合には、Ｓ４１０に移行して、動作モードを高速モードに設定して、モータ駆動処理を終了する。
次に、制御部３０において、モータ２０をＰＷＭ制御する際に、ＰＷＭ制御の一周期毎に発振器若しくはタイマから出力されるタイミング信号（キャリア）に対応して、ＰＷＭ制御の一周期に１回実施される、ＰＷＭキャリア割り込み処理について説明する。

具体的には、このＰＷＭキャリア割り込み処理は、ＰＷＭ制御でインバータ部３２へ駆動信号を出力してスイッチング素子をオンさせるオンタイミングではなく、その後、所定のオン時間が経過してスイッチング素子をオフさせるオフタイミングに実行される。

このＰＷＭキャリア割り込み処理は、低速モードでモータ２０をパターンＰＷＭ駆動しているときに、電流検出部３４にて検出される電流値に基づき、ロータ位置を更新して、モータ２０への通電パターンを切り替える（転流）ための処理である。

図１０に示すように、ＰＷＭキャリア割り込み処理では、まずＳ５００にて、現在の動作モードが低速モードであるか、高速モードであるかを判断し、高速モードであれば、ＰＷＭキャリア割り込み処理を終了する。

Ｓ５００にて、動作モードは低速モードであると判断されると、Ｓ５１０に移行して、今回の割り込みは、スッチパターンがパターン１に設定されているときの割り込みであるか、或いは、パターン２に設定されているときの割り込みであるかを判定する。

そして、スイッチパターンがパターン１に設定されているときには、Ｓ５２０に移行して、インバータ部３２を現在のパターン１で駆動しているときに電流検出部３４にて検出される電流値Ｉ１を取得し、Ｓ５３０に移行する。

Ｓ５３０では、パターンＰＷＭのスイッチパターンを、パターン２に変更して、Ｓ５４０に移行し、電流取得初回フラグが「済」になっているか否かを判断する。
電流取得初回フラグが「済」になっていなければ、現在のロータ位置（回転範囲）でのスイッチパターン（パターン１）による通電が開始された直後であることから、Ｓ６００に移行し、電流取得初回フラグが「済」になっていれば、Ｓ５５０に移行する。

次に、Ｓ５１０にて、今回の割り込みは、スッチパターンがパターン２に設定されているときの割り込みであると判定された場合には、Ｓ６１０に移行する。そして、Ｓ６１０では、インバータ部３２を現在のパターン２で駆動しているときに電流検出部３４にて検出される電流値Ｉ２を取得し、Ｓ６２０に移行する。

Ｓ６２０では、パターンＰＷＭのスイッチパターンを、パターン１に変更して、Ｓ６３０に移行し、電流取得初回フラグを「済」に設定した後、Ｓ５５０に移行する。
そして、Ｓ５５０では、Ｓ５２０及びＳ６１０にて取得された最新の電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係を判定して、その大小関係が反転したか否かを判断する。

つまり、図５に示したように、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係は、ロータ２２の回転に応じて変化し、所定の回転位置（図ではロータ位置：０度）で反転する。
このため、Ｓ５５０では、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係が反転したか否かを判断することにより、ロータ２２が所定の回転位置（例えば、０度、６０度，１２０度，１８０度，２４０度，３００度の基準角度）を通過したか否かを判断するのである。

そして、Ｓ５５０にて、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係は反転していないと判断されると、Ｓ６００に移行し、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係は反転したと判断されると、Ｓ５６０に移行して、ロータ位置を更新する。

なお、Ｓ５５０において、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係が反転したか否かを最初に判定する際には、前回の大小関係が不明である。このため、この大小関係は、図４Ｂに示すように、モータ２０の回転範囲及び回転方向毎に初期状態が設定されており、スイッチパターンと共に、制御部３０に設けられた不揮発性メモリ３０Ａに記憶されている。

次に、Ｓ５７０では、その更新後のロータ位置に応じて、モータ２０を低速駆動するのに用いるスイッチパターン（パターン１、パターン２）を選択する。
そして、Ｓ５８０にて、その選択した２つのスイッチパターンの内の一つ（ここではパターン１）を、インバータ部３２を介してモータ２０を低速駆動するのに用いるパターンＰＷＭとして設定し、Ｓ５９０に移行する。

また、Ｓ５９０では、ロータ位置更新後のモータ駆動を新たに開始するために、電流取得初回フラグを「未」に設定し、Ｓ６００に移行する。
そして、Ｓ６００では、現在設定されているスイッチパターン（パターン２又はパターン１）でのパターンＰＷＭ出力を開始し、ＰＷＭキャリア割り込み処理を終了する。

なお、Ｓ６００にてパターンＰＷＭ出力を開始した際には、Ｓ３７０で出力を開始したときと同様、ＰＷＭ制御のオンタイミングで、現在のスイッチパターンに対応した駆動信号がインバータ部３２へ出力され、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の一部がオンされる。

また、制御部３０において、Ｓ５２０，Ｓ６１０での電流値Ｉ１，Ｉ２の取得は、Ａ／Ｄ変換を利用することになるが、その、Ａ／Ｄ変換のタイミングは、ＰＷＭ制御でインバータ部３２のスイッチング素子をオフするオフタイミングにするとよい。或いは、オフタイミングよりも所定時間前のタイミングで行うようにしてもよい。

このようにすれば、図５に示したパターン１、パターン２で流れる電流の最大値若しくは最大値付近で、電流値Ｉ１，Ｉ２を取得できるようになり、Ｓ５５０にて大小関係を判定するときの電流値Ｉ１，Ｉ２の差を大きくすることができる。この結果、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係が反転したタイミング（換言すればロータ位置）を、より正確に検知できるようになる。

以上説明したように、本実施形態の電動作業機１においては、モータ２０の回転数が基準回転数Ｎｔｈ以上となる高速回転時には、制御部３０は、位置検出部３６にて誘起電圧に基づき検出されるロータ位置に応じて、モータ２０を駆動制御する。

一方、モータ２０の回転数が基準回転数Ｎｔｈよりも低い低速回転時には、制御部３０は、モータ２０への通電パターンを切り替える回転範囲毎に、通電パターンとしてパターン１，パターン２のスイッチパターンを設定する。

また、モータ２０の駆動は、図１１に示すように、ＰＷＭ制御の周期に同期して、スイッチパターンをパターン１とパターン２の間で交互に切り替えることにより実施する。なお、図１１において、Ｐ１はパターン１を表し、Ｐ２はパターン２を表す。

また、制御部３０は、各パターン１，２でモータ２０へ通電したとき、スイッチング素子のオフタイミングで、電流検出部３４にて検出される電流値Ｉ１，Ｉ２を取得する。そして、このように取得した電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係から、ロータ位置を検出し、更新すると共に、その更新後のロータ位置に応じて、モータ２０への通電パターン（スイッチパターン）を切り替える。

このため、本実施形態の電動作業機１によれば、位置検出部３６ではロータ位置を正確に検出できなくなるモータ２０の低速回転時であっても、上述したモータ２０のパターンＰＷＭ駆動によって、ロータ位置を正確に検出できるようになる。

よって、モータ２０を、極低速回転から高速回転に至る極めて広い回転範囲にて、モータ２０の回転位置を把握して、モータ２０への通電パターンを適正に制御することができるようになる。

また、低速モードにて、インバータ部３２の各スイッチング素子を駆動するスイッチパターンは、パターン１とパターン２の両方で、モータ２０のロータ２２に回転トルクを発生させるように設定されている。

このため、本実施形態の電動作業機１によれば、上述した従来装置のように、モータ２０の低速駆動時に、ロータ位置検出のために、モータ２０に回転トルクが発生しない駆動停止期間が生じ、モータ２０の加速特性が低下するのを抑制できる。また、モータ２０の出力軸に負荷が加わった場合に、モータ２０の回転が停止するのを抑制できる。

また、本実施形態では、スイッチパターンを切り替えることによって生じる電流値Ｉ１，Ｉ２の差が反転したときに、ロータ位置を検出することから、従来のように、電流値Ｉ１，Ｉ２からインダクタンスを算出する必要はない。このため、インダクタンスを算出するために、制御部３０に高速演算が可能な高価な演算回路を設ける必要がなく、装置構成を簡単にして、低コストで実現できる。
（第１変形例）
次に、第１実施形態の変形例（第１変形例）について説明する。

本実施形態では、制御部３０は、低速モードで、パターン１，２の各スイッチパターンでモータ２０へ通電した際、スイッチング素子のオフタイミングで電流値Ｉ１，Ｉ２を取得し、その大小関係から、ロータ位置を検出する。

このため、スイッチング素子のオンタイミングで、ブラシレスモータ２０の巻線に還流電流または回生電流が流れていると、電流値Ｉ１，Ｉ２が還流電流または回生電流の分だけ増加して、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係からロータ位置を正確に検出することができなくなる。

つまり、ＰＷＭ制御のオフタイミングで、直流電源としてのバッテリパック１８からブラシレスモータ２０への通電経路を遮断しても、ブラシレスモータ２０には、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に備えられている周知の寄生ダイオードを介して電流が流れる。

そして、この電流（つまり還流電流または回生電流）が、ＰＷＭ制御のオンタイミングでゼロになっていないと、図１２に示すように、オンタイミングｔｏｎ後、還流電流または回生電流は、バッテリパック１８からブラシレスモータ２０への通電経路に流れる。

この結果、その後、電流検出部３４にて検出される電流値は、還流電流分または回生電
流分だけ高くなり、オフタイミングで検出される電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係からロータ位置を正確に検出することができなくなるのである。

そこで、本変形例では、ＰＷＭ制御のオンタイミングｔｏｎで、電流検出部３４を介して、還流電流または回生電流を通電開始電流値Ｉ11，Ｉ21として検出し、ＰＷＭ制御のオフタイミングでは、電流検出部３４を介して通電終了電流値Ｉ12，Ｉ22を検出する。

そして、このように検出した通電終了電流値Ｉ12，Ｉ22から、通電開始電流値Ｉ11，Ｉ21をオフセット値として減算し、その減算結果である差分（Ｉ12－I11，I22－I21）を、
それぞれ、位置検出用の電流値Ｉ１，Ｉ２として取得する。

この結果、本変形例によれば、ＰＷＭ制御の１周期内で還流電流または回生電流をゼロにすることのできない使用条件下でブラシレスモータ２０を駆動しても、還流電流または回生電流の影響を受けることなく、ブラシレスモータ２０の回転位置を検出することができるようになる。

なお、上記のように通電開始電流値Ｉ11，Ｉ21を取得するには、図１３に示すように、ＰＷＭ制御のオンタイミングでも、ＰＷＭキャリア割り込み処理を実行する。
そして、このＰＷＭキャリア割り込み処理では、まず、Ｓ６５０にて、現在の動作モードが低速モードであるか、高速モードであるかを判断し、高速モードであれば、ＰＷＭキャリア割り込み処理を終了する。

また、Ｓ６５０にて、動作モードは低速モードであると判断されると、Ｓ６６０に移行して、今回の割り込みは、スッチパターンがパターン１に設定されているときの割り込みであるか、或いは、パターン２に設定されているときの割り込みであるかを判定する。

Ｓ６５０にて、スイッチパターンがパターン１に設定されていると判断されると、Ｓ６７０に移行し、電流検出部３４を介して、通電開始電流値Ｉ11を取得する。
また、Ｓ６５０にて、スイッチパターンがパターン２に設定されていると判断されると、Ｓ６８０に移行し、電流検出部３４を介して、通電開始電流値Ｉ21を取得する。そして、このように通電開始電流値Ｉ11又はＩ21を取得すると、当該ＰＷＭキャリア割り込み処理を終了する。

一方、ＰＷＭ制御のオフタイミングで実行されるＰＷＭキャリア割り込み処理においては、図１４に示すように、Ｓ５１０にて、スイッチパターンがパターン１に設定されていると判断されると、Ｓ５２０の処理に変えて、Ｓ５２２及びＳ５２４の処理を実行する。

また、Ｓ５１０にて、スイッチパターンがパターン２に設定されていると判断されると、Ｓ６１０の処理に変えて、Ｓ６１２及びＳ６１４の処理を実行する。
そして、Ｓ５２２では、電流検出部３４を介して通電終了電流値Ｉ12を取得し、Ｓ５２４では、通電終了電流値Ｉ12と通電開始電流値Ｉ11との差分（Ｉ12－Ｉ11）を、電流値Ｉ１として算出し、Ｓ５３０に移行する。

また、Ｓ６１２では、電流検出部３４を介して通電終了電流値Ｉ22を取得し、Ｓ６１４では、通電終了電流値Ｉ22と通電開始電流値Ｉ21との差分（Ｉ22－Ｉ21）を、電流値Ｉ２として算出し、Ｓ６２０に移行する。

このようにＰＷＭ制御のオンタイミングとオフタイミングとで、ＰＷＭキャリア割り込み処理を実行することで、還流電流または回生電流の影響を受けることなく、インバータ部３２のスイッチング素子がオン状態であるときに流れる電流値Ｉ１，Ｉ２を取得できる
。この結果、本変形例によれば、この電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係から、ロータ位置を、より正確に検出できるようになる。

なお、本実施形態では、モータ２０をパターンＰＷＭ駆動する際のスイッチパターンは、パターン１とパターン２の２つであるものとして説明したが、図４Ｂの点線枠内に記載のように、スイッチパターンとして、パターン３を追加してもよい。

つまり、スイッチパターンとして３つ或いは更に多くのパターンを設定しても、ＰＷＭ制御の制御周期に同期してパターンを順次切り替え、その切り替え前後で得られる電流値の大小関係を判定するようにすれば、上記実施形態と同様にロータ位置を検出できる。

また、本実施形態では、インバータ部３２をパターン１又はパターン２で駆動して、モータ２０を低速駆動する際の、ＰＷＭ制御一周期当たりのモータ２０への通電期間（オン時間）は、モータ２０の目標回転数等に応じて設定するものとして説明した。

しかし、モータ２０に流れる電流は、バッテリパック１８から供給される電源電圧によって変化し、電源電圧が変動すると、電流値Ｉ１，Ｉ２も変動する。
このため、各パターン１，２でモータ２０を低速駆動する際の、ＰＷＭ制御一周期当たりのモータ２０への通電期間（オン時間）は、モータ２０の駆動に用いられる電源電圧の電圧値に応じて、電圧値が低いほどオン時間が長くなるよう、設定するようにしてもよい。

このようにすれば、モータ２０のパターンＰＷＭ駆動時に、電源電圧が変動することにより、ブラシレスモータに流れる電流が変化するのを抑制し、ロータ位置の検出精度を高めることができる。

また、本実施形態では、スイッチパターンを切り替えることにより生じる電流値の大小関係は、制御部３０を構成するマイクロコンピュータの演算処理にて検出するものとして説明した。

これに対して、例えば、複数のスイッチパターンで電流検出部３４にて検出される電流値（より好ましくはピーク電流値）を、制御部３０外部の保持回路に記憶させ、各記憶回路に記憶された電流値を、コンパレータ等の比較回路で比較するようにしてもよい。つまり、スイッチパターンを切り替えることにより生じる電流値の大小関係を、制御部３０の外部回路で判定するようにしてもよい。

このようにすれば、制御部３０は、外部回路で判定された大小関係を読み込み、大小関係が反転したか否かを判断するだけで良いため、制御部３０の処理負荷を軽減することができる。
［第２実施形態］
次に、第１実施形態では、モータ２０をパターンＰＷＭ駆動にて低速駆動しているときに、スイッチパターンの切り替えにより生じる電流値の大小関係から、ロータ位置を検出するものとして説明した。

しかし、ロータ位置は、スイッチパターンを切り替えることにより生じるインダクタンスの大小関係から検出できる。
このため、ロータ位置を検出するためには、第１実施形態のように、スイッチパターンをパターン１，２に順次切り替えてモータ２０を低速駆動したときの電流値を検出する必要はなく、その電流値が所定の閾値に達するまでの時間を計測するようにしてもよい。

そこで、本実施形態では、電流値が所定の閾値に達するまでの時間を計測して、その時間の大小関係から、ロータ位置を検出するようにした、電動作業機について説明する。
本実施形態の電動作業機１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。

図１５に示すように、本実施形態の制御ユニット３には、制御部３０、インバータ部３２、電流検出部３４及び位置検出部３６に加えて、電流値比較部３８が備えられている。
電流値比較部３８は、電流検出部３４にて検出される電流値と、制御部３０から出力される閾値としての参照電流値とを比較し、モータ２０への通電により検出された電流値が上昇して参照電流値に達したときに、制御部３０に信号を出力するよう構成されている。

また、制御部３０は、第１実施形態のＰＷＭキャリア割り込み処理に変えて、図１８に示す電流値比較部出力信号割り込み処理と、図１９に示すＰＷＭタイマオーバーフロー割り込み処理を実施する。尚、ＰＷＭタイマは、ＰＷＭ制御の一周期を計時するタイマカウンタである。

また、制御部３０は、図１６に示すように、モータ停止処理において、電流取得初回フラグを「未」に設定するＳ２１０の処理に変えて、Ｓ２１２，Ｓ２１４の処理を実行する。

また、図１７に示すように、モータ駆動処理において、Ｓ３４０とＳ３５０の間に、Ｓ３４５の処理を実行し、Ｓ３７０の処理に変えて、Ｓ３６２，Ｓ３６４及びＳ３７５の処理を実行し、更に、Ｓ３００からＳ４２０に移行する間に、Ｓ４１５の処理を実行する。

ここで、モータ停止処理において実行されるＳ２１２の処理は、電流値比較部３８からの出力信号による割り込み処理（電流値比較部出力信号割り込み処理）を禁止する処理であり、Ｓ２１４の処理は、タイマ値取得初回フラグを「未」に設定する処理である。

なお、タイマ値取得初回フラグは、パターン１でのモータ２０の駆動開始後、ＰＷＭタイマからタイマ値を取得したか否かを判定するのに用いられるフラグである。
次に、モータ駆動処理において実行されるＳ３４５の処理は、モータ２０をパターン１又はパターン２で駆動したときにＰＷＭタイマから得られるタイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係の初期状態を設定する処理である。

尚、タイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係の初期状態は、図４Ｂの右欄に例示するように、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係の初期状態と同様、モータ２０の回転範囲及び回転方向毎に予め設定されており、スイッチパターンと共に不揮発性メモリ３０Ａに記憶されている。このため、Ｓ３４５では、不揮発性メモリ３０Ａから、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係の初期状態を読み込み、設定する。

また、モータ駆動処理において実行されるＳ３６２においては、電流値比較部３８からの出力信号による割り込みを許可し、Ｓ３６４においては、ＰＷＭタイマに初期値を設定する。また、Ｓ３７５では、上記実施形態のＳ３７０と同様、Ｓ３５０にてパターンＰＷＭとして設定したパターン１で、インバータ部３２への駆動信号の出力（パターンＰＷＭ出力）を開始すると共に、ＰＷＭタイマによる計時（カウント動作）を開始する。

この結果、パターン１でインバータ部３２への駆動信号を出力すると、同時にＰＷＭタイマが初期値から起動されて、ＰＷＭ制御の制御周期が計時される。そして、ＰＷＭタイマがＰＷＭ制御の制御周期を計時すると、ＰＷＭタイマがオーバーフローし、図１９に示すＰＷＭタイマオーバーフロー割り込み処理が実行される。

このＰＷＭタイマオーバーフロー割り込み処理においては、図１９に示すように、Ｓ９１０にて、ＰＷＭタイマによるカウント動作を停止し、Ｓ９２０にて、Ｓ３６４と同様、ＰＷＭタイマに、ＰＷＭ制御の制御周期をカウントさせるための初期値を設定する。

また、続くＳ９３０では、パターンＰＷＭとして現在設定されているパターン１又はパターン２で、インバータ部３２への駆動信号の出力（パターンＰＷＭ出力）を開始すると共に、ＰＷＭタイマによる計時（カウント動作）を開始する。そして、Ｓ９３０の処理実行後は、ＰＷＭタイマオーバーフロー割り込み処理を終了する。

この結果、図２０，図２１に示すように、ＰＷＭタイマは、初期値からオーバーフローするまでの時間を、ＰＷＭ制御の周期を１周期として、タイマ値をカウントアップすることになる。

次に、図１８に示すように、電流値比較部出力信号割り込み処理においては、まずＳ７００にて、低速モードでのパターンＰＷＭ出力を停止させる。そして、続くＳ７１０では、今回の割り込みは、スッチパターンがパターン１に設定されているときの割り込みであるか、或いは、パターン２に設定されているときの割り込みであるかを判定する。

そして、スイッチパターンがパターン１に設定されているときには、Ｓ７２０に移行して、ＰＷＭタイマから現在のタイマ値Ｔ１を取得し、続くＳ７３０にて、パターンＰＷＭのスイッチパターンを、パターン２に変更して、Ｓ７４０に移行し、タイマ値取得初回フラグが「済」になっているか否かを判断する。

タイマ値取得初回フラグが「済」になっていなければ、現在、動作モードが低速モードに切り替えられた直後であることから、電流値比較部出力信号割り込み処理を終了し、タイマ値取得初回フラグが「済」になっていれば、Ｓ７５０に移行する。

また、Ｓ７１０にて、今回の割り込みは、スッチパターンがパターン２に設定されているときの割り込みであると判定された場合には、Ｓ８１０に移行する。そして、Ｓ８１０では、ＰＷＭタイマから現在のタイマ値Ｔ２を取得し、Ｓ８２０に移行する。

Ｓ８２０では、パターンＰＷＭのスイッチパターンを、パターン１に変更して、Ｓ８３０に移行し、タイマ値取得初回フラグを「済」に設定した後、Ｓ７５０に移行する。
そして、Ｓ７５０では、Ｓ７２０及びＳ８１０にて取得された最新のタイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係を判定して、その大小関係が反転したか否かを判断する。

つまり、電流値比較部３８は、電流検出部３４にて検出される電流値が参照電流値に達したときに、割り込み用の信号を出力する。このため、タイマ値Ｔ１，Ｔ２は、図２０に示すように、パターン１，２でインバータ部３２の駆動を開始してから、電流値が０から参照電流値に達するまでの時間を表す値となる。

そして、これら各タイマ値Ｔ１，Ｔ２は、モータ２０のインダクタンス、延いては、回転位置に応じて変化することになり、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係と同様、所定の回転位置で大小関係が反転する。

このため、Ｓ７５０では、タイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係が反転したか否かを判断することにより、ロータ２２が所定の回転位置（例えば、０度、６０度，１２０度，１８０度，２４０度，３００度の基準角度）を通過したか否かを判断するのである。

そして、Ｓ７５０にて、タイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係は反転していないと判断されると、電流値比較部出力信号割り込み処理を終了し、タイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係は反転したと判断されると、Ｓ７６０に移行して、ロータ位置を更新する。

なお、Ｓ７５０において、タイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係が反転したか否かを最初に判定する際には、前回の大小関係として、不揮発性メモリ３０Ａに記憶されたタイマ値の大小関係の初期状態が利用される。

次に、Ｓ７７０では、更新後のロータ位置に応じて、モータ２０を低速駆動するのに用いるスイッチパターン（パターン１、パターン２）を選択する。
そして、Ｓ７８０にて、次回のタイマ値Ｔ１、Ｔ２の大小関係と比較するための初期状態として、今回のタイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係をＲＡＭ等に記憶し、Ｓ７９０に移行する。

Ｓ７９０では、Ｓ７７０で選択した２つのスイッチパターンの内の一つ（ここではパターン１）を、インバータ部３２を介してモータ２０を低速駆動するのに用いるパターンＰＷＭとして設定し、Ｓ８００に移行する。

そして、Ｓ８００では、ロータ位置更新後のモータ駆動を新たに開始するために、タイマ値取得初回フラグを「未」に設定し、電流値比較部出力信号割り込み処理を終了する。
以上説明したように、本実施形態の電動作業機１においては、第１実施形態と同様、ＰＷＭ制御の制御周期に同期して、スイッチパターンをパターン１とパターン２の間で交互に切り替える。

そして、図２１に示すように、その切換後の通電により、モータ２０に流れる電流が参照電流値に達するまでの時間を、ＰＷＭタイマのカウント値を利用して、タイマ値Ｔ１，Ｔ２として計測する。

そして、このようにタイマ値Ｔ１，Ｔ２を計測する度に、前回計測したタイマ値Ｔ２，Ｔ１との大小関係を検出し、検出した大小関係が前回検出した大小関係（若しくは初期状態）から反転したときに、モータ２０の回転位置を検出して、通電パターンを切り替える。

このため、本実施形態においても、モータ２０を、極低速回転から高速回転に至る極めて広い回転範囲にて、モータ２０の回転位置を把握して、モータ２０への通電パターンを適正に制御することができるようになり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、電流検出部３４にて検出された電流値は、電流値比較部３８にて参照電流値と比較するのに用いられ、ロータ位置を検出するために、Ａ／Ｄ変換器を使って電流値をＡ／Ｄ変換して、制御部３０に入力する必要がない。

このため、制御部３０に、電流値を高速にＡ／Ｄ変換可能なＡ／Ｄ変換器を設ける必要がなく、制御部３０の構成を簡単にすることができる。
（第２変形例）
次に、第２実施形態の変形例（第２変形例）について説明する。

本実施形態では、制御部３０は、低速モードで、パターン１，２の各スイッチパターンでモータ２０へ通電した際、電流検出部３４にて検出される電流値が参照電流値に達するまでの時間を、タイマ値Ｔ１，Ｔ２として計測する。

このため、第１変形例で説明したように、インバータ部３２のスイッチング素子をオンして通電を開始したときに還流電流または回生電流が流れていれば、計測したタイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係から、ブラシレスモータ２０の回転位置を正確に検出することができなくなる。

つまり、図２２に示すように、ＰＷＭ制御の一周期内に還流電流または回生電流をゼロにできない場合、ＰＷＭ制御のオンタイミングｔｏｎで電流検出部３４にて検出される電流値は、還流電流分または回生電流だけ高くなる。

このため、電流値比較部３８に出力する参照電流値を一定にしていると、タイマ値Ｔ１，Ｔ２が、電流値が所定の閾値分上昇するのに要する時間とはならず、タイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係からロータ位置を正確に検出することができなくなるのである。

そこで、本変形例では、ＰＷＭ制御のオンタイミングｔｏｎで、電流検出部３４を介して、還流電流または回生電流を通電開始電流値Ｉｓｔとして検出し、電流値比較部３８に出力する参照電流値を、所定の閾値と通電開始電流値Ｉｓｔとを加算した電流値に設定する。

この結果、タイマ値Ｔ１，Ｔ２は、ＰＷＭ制御のオフタイミングでバッテリパック１８からブラシレスモータ１２への通電経路を導通させてから、ブラシレスモータ１２に流れる電流が所定の閾値分だけ上昇するのに要した時間となる。

従って、本変形例においても、第１変形例と同様、ＰＷＭ制御の１周期内で還流電流または回生電流をゼロにすることのできない使用条件下でブラシレスモータ２０を駆動しても、還流電流または回生電流の影響を受けることなく、ブラシレスモータ２０の回転位置を検出することができる。

なお、上記のように参照電流値を設定するには、図２３に示すように、ＰＷＭタイマオーバーフロー割り込み処理において、Ｓ９３０にて、インバータ部３２へ駆動信号を出力して、ＰＷＭタイマによる計時を開始した後、Ｓ９４０及び９５０の処理を実行する。

そして、Ｓ９４０では、そのとき電流検出部３４にて検出されている電流値を、通電開始電流値Ｉｓｔとして取得し、Ｓ９５０では、その通電開始電流値Ｉｓｔを、予め設定された閾値に加算することで、電流値比較部３８に出力する参照電流値を設定する。

このように参照電流値をＰＷＭ制御の一周期毎に更新することで、バッテリパック１８からブラシレスモータ２０への通電開始後、電流値が閾値分だけ上昇するのに要する時間を、タイマ値Ｔ１，Ｔ２として取得できるようになる。

なお、本実施形態では、電流値が参照電流値に達したときに、パターンＰＷＭ出力を停止するものとして説明したが、電流値が参照電流値に達した後も、パターンＰＷＭ出力を継続して、更に多くの電流を流し、より大きな回転トルクを発生させるようにしてもよい。
［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、本開示は上述の実施形態及び変形例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。

例えば、上記実施形態では、モータ２０は、ロータ２２に磁石が埋め込まれたＩＰＭ型の３相ブラシレスモータであるものとして説明したが、ロータ２２の周りに磁石が貼り付
けられたＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のブラシレスモータであってもよい。

つまり、本開示は、ロータの回転位置によってステータ巻線のインダクタンスが変化するブラシレスモータであれば、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のブラシレスモータであっても、上記と同様に適用できる。

また、上記実施形態では、ブラシレスモータにおいて、各相の端子に対しロータ巻線が△結線されているが、本開示は、ロータ巻線がＹ結線されたブラシレスモータであっても、上記と同様に適用できる。

また、上記実施形態では、Ｓ５５０又はＳ７５０の判定処理で、電流値Ｉ１，Ｉ２の大小関係、若しくは、タイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係が反転したことを判定すると、Ｓ５６０又はＳ７６０にて、ロータ位置を更新するものとして説明した。

しかし、モータ２０のインダクタンスや、これに対応した電流値、或いはタイマ時間、の大小関係は、ノイズ等によって入れ替わることも考えられる。このため、Ｓ５５０又はＳ７５０にて大小関係が反転したことを検出すると、その後、複数回大小関係を判定して、大小関係が再度反転しないことを確認してから、ロータ位置を更新するようにしてもよい。

このようにすれば、モータ２０のインダクタンスや、これに対応した電流値、或いはタイマ時間、の大小関係が、ノイズ等によって一時的に入れ替わった場合に、ロータ位置を誤って検出し、更新するのを抑制できる。

また、上記実施形態では、モータ２０の所定の回転位置（ロータ位置）を検出すると、通電パターンをその回転位置に応じたスイッチパターン（パターン１，パターン２）に変更するが、その変更直後は、モータ２０に流れる電流値が不安定になることがある。

従って、図１１及び図２１に示すように、モータ２０の所定の回転位置を検出して、通電パターンを切り替えた際には、所定のマスク期間だけ、電流値Ｉ１，Ｉ２若しくはタイマ値Ｔ１，Ｔ２の大小関係を判定するのを禁止するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、本開示の電動作業機として、草刈機を例にとり説明したが、本開示の技術は、動力源としてブラシレスモータを備えた電動作業機であれば、上記実施形態と同様に適用することができる。

つまり、本開示の技術は、石工用、金工用、木工用の電動工具や、園芸用の作業機等に適用することができる。より具体的には、電動ハンマ、電動ハンマドリル、電動ドリル、電動ドライバ、電動レンチ、電動グラインダ、電動マルノコ、電動レシプロソー、電動ジグソー、電動ハンマ、電動カッター、電動チェンソー、電動カンナ、電動釘打ち機（鋲打ち機を含む）、電動ヘッジトリマ、電動芝生バリカン、電動刈払機、電動クリーナ、電動ブロア、電動噴霧器、電動散布機、電動集塵機、といった各種電動作業機に適用することができる。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換し
てもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…電動作業機、３…制御ユニット、４…駆動ユニット、８…操作・表示ユニット、１０…トリガスイッチ、１８…バッテリパック、２０…モータ、２２…ロータ、２４Ａ～２４Ｃ…巻線、３０…制御部、３０Ａ…不揮発性メモリ、３２…インバータ部、３４…電流検出部、３６…位置検出部、３８…電流値比較部、Ｑ１～Ｑ６…スイッチング素子。

また、制御部は、ブラシレスモータの回転時に転流タイミング毎に切り換える通電パターンとして、複数のスイッチング素子のオンオフ状態が異なる複数のスイッチパターンを有する。そして、制御部は、ＰＷＭ制御の周期に同期して、スイッチング素子のオンオフ状態を制御するスイッチパターンを、複数のスイッチパターンの一つに順次切り換える。

このため、本開示の電動作業機によれば、回転位置を検出する制御部に、従来装置のような演算能力の高い高価な演算回路を設ける必要が無く、制御部の構成を簡素化して、コストを低減することができる。
また、本開示の電動作業機において、複数のスイッチパターンは、それぞれ、各スイッチパターンでスイッチング素子のオンオフ状態を制御した際に、ロータに回転トルクが発生するように設定されている。
このため、本開示の電動作業機によれば、スイッチパターンを切り替えても、ロータに回転トルクを発生させて、モータを駆動できる。従って、上述した従来装置のように、位置検出期間中に、ロータに回転トルクを発生させることができなくなるのを抑制できる。
よって、本開示の電動作業機によれば、位置検出のために、ブラシレスモータの回転を上昇させる際の加速特性が低下したり、ブラシレスモータの出力軸に負荷が加わった場合にその回転が停止したり、するのを抑制できる。

よって、制御部をこのように構成しても、還流電流または回生電流の影響を受けることなく、ブラシレスモータの回転位置を検出することができる。

Claims (8)

1. 動力源としてブラシレスモータを備えた電動作業機であって、
   直流電源と前記ブラシレスモータの複数の端子との間の通電経路にそれぞれ設けられた複数のスイッチング素子を備え、該複数のスイッチング素子を介して、前記ブラシレスモータの複数の巻線への通電及び通電方向を制御可能に構成されたインバータ部と、
   前記ブラシレスモータの所定の転流タイミング毎に、前記インバータ部を介して前記複数の巻線へ通電する通電パターンを切り替え、該通電パターンに従い、前記インバータ部の前記複数のスイッチング素子をオンオフさせて、前記複数の巻線への通電電流をＰＷＭ制御するよう構成された制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記転流タイミング毎に切り換える通電パターンとして、前記複数のスイッチング素子のオンオフ状態が異なる複数のスイッチパターンを有し、前記ＰＷＭ制御の周期に同期して、前記スイッチング素子のオンオフ状態を制御するのに用いる前記スイッチパターンを前記複数のスイッチパターンの一つに順次切り換え、該スイッチパターンの切り替えにより異なる電流経路毎に生じるインダクタンスの大小関係から前記ブラシレスモータの回転位置を検出して、前記転流タイミングを設定するよう構成されている、電動作業機。
2. 前記ブラシレスモータに流れる電流を検出するよう構成された電流検出部を備え、
   前記制御部は、前記複数のスイッチパターンで前記ブラシレスモータへ通電したときに前記電流検出部にて検出される電流値を、それぞれ、前記ブラシレスモータのインダクタンスを表すパラメータとして取得し、該取得した電流値の大小関係から、前記回転位置を検出するよう構成されている、請求項１に記載の電動作業機。
3. 前記制御部は、前記スイッチパターンで前記ブラシレスモータへ通電する際、通電を開始したときの通電開始電流と通電を終了するときの通電終了電流との差分を、前記ブラシレスモータのインダクタンス値を表すパラメータとして取得するよう構成されている、請求項２に記載の電動作業機。
4. 前記ブラシレスモータに流れる電流を検出するよう構成された電流検出部を備え、
   前記制御部は、前記複数のスイッチパターンで前記ブラシレスモータへの通電を開始してから、前記電流検出部にて検出される電流値が所定の閾値に達するまでの時間を、それぞれ、前記ブラシレスモータのインダクタンスを表すパラメータとして計測し、該計測した時間の大小関係から、前記回転位置を検出するよう構成されている、請求項１に記載の電動作業機。
5. 前記制御部は、前記スイッチパターンで前記ブラシレスモータへ通電する際、前記電流値が、通電を開始した時の通電開始電流から所定の閾値だけ変化するまでの時間を、前記ブラシレスモータのインダクタンス値を表すパラメータとして計測するよう構成されている、請求項４に記載の電動作業機。
6. 前記複数のスイッチパターンは、それぞれ、各スイッチパターンで前記スイッチング素子のオンオフ状態を制御した際、前記ブラシレスモータのロータに回転トルクが発生するように設定されている、請求項１～請求項５の何れか１項に記載の電動作業機。
7. 前記制御部は、前記複数のスイッチパターンの切り替えにより、前記ブラシレスモータのインダクタンスの大小関係が入れ替わるタイミングで、前記回転位置を検出するよう構成されている、請求項１～請求項６の何れか１項に記載の電動作業機。
8. 前記制御部は、前記スイッチパターンで前記ブラシレスモータをＰＷＭ制御するときの前記スイッチング素子のオン時間を、前記直流電源の電源電圧に応じて調整するよう構成されている、請求項１～請求項７の何れか１項に記載の電動作業機。

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