JP2023121232A - 作業機及び進角調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】進角の誤差を抑制可能な作業機及び進角調整方法を提供する。【解決手段】作業機１において演算部５０は、進角調整制御を実行可能である。演算部５０は、進角調整制御では、モータ３に流れる電流がインバータ回路５１への入力電圧によらない目標電流値に近づくように電気進角を調整する。演算部５０は、進角調整制御が電気進角を大きくしていく調整となるように、進角調整制御における初期進角を小さく設定する。演算部５０は、モータ３を無負荷状態で駆動しているときに進角調整制御を実行する。【選択図】図３

Description

本発明は、ブラシレスモータを有する作業機、及び当該作業機におけるブラシレスモータの進角調整方法に関する。

下記特許文献１は、ブラシレスモータの負荷に応じてブラシレスモータに印加する電圧の進角を制御するように構成された作業機を開示する。

特開2020-93368号公報

ブラシレスモータの回転位置を検出には、ホール素子等の位置検出素子が用いられる。作業機の個体により、位置検出素子の取付け位置に微妙なずれが生じる。位置検出素子の取付け位置がずれていると、想定した進角でブラシレスモータを制御できない。ロータマグネットとは別にセンサマグネットを設ける場合、作業機の個体によるセンサマグネットの位置ずれも、進角の誤差の要因となる。

本発明の目的は、進角の誤差を抑制可能な作業機及び進角調整方法を提供することである。

本発明のある態様は、作業機である。この作業機は、
ブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータを駆動する駆動部と、
前記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出部と、
前記回転位置検出部からの信号に応じて前記駆動部を制御する制御部と、
前記ブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出部と、を備え、
前記制御部は、
前記電流検出部での電流検出値が目標電流値に近づくように前記ブラシレスモータに印加する電圧の進角を調整する進角調整制御を実行可能に構成され、
前記進角調整制御における前記電流のサンプリング周波数を前記駆動部への入力電圧のサンプリング周波数よりも高くするよう構成される。

本発明の別の態様は、作業機である。この作業機は、
ブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータを駆動する駆動部と、
前記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出部と、
前記回転位置検出部からの信号に応じて前記駆動部を制御する制御部と、
前記ブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出部と、を備え、
前記制御部は、複数の基準進角と、各々の基準進角に対応する対応電流値と、の関係を記憶していて、進角調整制御を実行可能に構成され、
前記進角調整制御は、ある進角で前記ブラシレスモータの駆動を制御しているときの前記電流検出値と前記対応電流値との関係に基づいて、基準進角に対する前記進角のずれ量を導出し、当該ずれ量に応じて設定進角を変更する制御である。

本発明のさらに別の態様は、作業機のブラシレスモータに印加する電圧の進角を調整する方法であって、前記作業機の出荷前に、所定の負荷状態で前記ブラシレスモータを駆動し、前記ブラシレスモータに流れる電流の値が目標電流値に近づくように前記進角を調整し、調整後の前記進角を前記作業機の制御部に記憶させるものである。

本発明の「作業機」は「電動作業機」や「電動工具」、「電気機器」等と表現されてもよく、そのように表現されたものも本発明の態様として有効である。

本発明によれば、進角の誤差を抑制可能な作業機及び進角調整方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る作業機１の側面図。 作業機１のモータ３の模式断面図。 作業機１の回路ブロック図。 (Ａ)は、モータ３に印加する電圧の電気進角θが０°、通電角αが１２０°の場合の、位置センサＨ１～Ｈ３のオンオフ及びスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のオンオフのタイミングを示すタイムチャート。(Ｂ)は、モータ３に印加する電圧の電気進角θが３０°、通電角αが１２０°の場合の、位置センサＨ１～Ｈ３のオンオフ及びスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のオンオフのタイミングを示すタイムチャート。 (Ａ)は、進角制御による転流タイミングの一例を示す模式図。(Ｂ)は、位置センサＨ１～Ｈ３の配置にずれが存在する場合の進角制御による意図しない転流タイミングの一例を示す模式図。 (Ａ)は、モータ３に印加する電圧の電気進角とモータ３の回転数との関係の一例を作業機１の個体毎に示すグラフ。(Ｂ)は、モータ３に印加する電圧の電気進角とモータ３に流れる電流との関係の一例を作業機１の個体毎に示すグラフ。(Ｃ)は、基準となる作業機１における、モータ３に印加する電圧の電気進角と、モータ３の回転数及びモータ３に流れる電流と、の関係の一例を示すグラフ。(Ｄ)は、電池パック１３の残量とモータ３に印加する電圧の電気進角とに応じたモータ３に流れる電流の実効値をまとめた表。 (Ａ)は、作業機１の制御フローチャート。(Ｂ)は、モータ電流の時間変化を示すグラフであって、進角調整制御（Ｓ２）の実行中におけるモータ３に流れる電流のサンプリングのタイミングと、進角調整制御（Ｓ２）の完了後におけるモータ３に流れる電流のサンプリングのタイミングと、を示すグラフ。(Ｃ)は、基準となる作業機１における複数の基準進角と、各々の基準進角でのモータ電流の実効値（対応電流値）と、の関係をまとめた表。 (Ａ)は、図７(Ａ)の通常モータ制御（Ｓ３）のフローチャート。(Ｂ)は、図７(Ａ)の進角調整制御（Ｓ２）の第１例のフローチャート。 図７(Ａ)の進角調整制御（Ｓ２）の第２例のフローチャート。

以下において、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示である。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本実施の形態は、作業機１に関する。作業機１は、着脱可能な電池パック１３の電力で動作するコードレスタイプの携帯丸鋸（携帯用切断機）である。図１により、作業機１の互いに直交する前後及び上下の各方向を定義する。前後方向は、鋸刃６の側面及びベース９の底面と平行な方向である。作業機１の機械構成は従来と同様でよく、以下では簡単な説明に留める。

図１に示すように、作業機１は、ハウジング２とベース９を備える。ハウジング２は、ベース９に対して上下方向に揺動可能に連結される。ハウジング２は、図２に示すモータ３を内部に収容する。ハウジング２の後端下部に、電池パック１３が着脱可能に装着される。

ハウジング２は、ハンドル部２ａを有する。作業機１は、ハンドル部２ａにスイッチトリガ７を有する。スイッチトリガ７は、ユーザによって操作され、モータ３の起動及び停止を指示する指示部である。作業機１は、モータ３によって駆動される作業部（先端工具）としての鋸刃６を有する。

作業機１は、ハウジング２の内部にモータ３を有する。図２に示すように、モータ３はインナーロータ型のブラシレスモータである。モータ３は、出力軸３ａの周囲に設けられて出力軸３ａと一体に回転するロータ３ｂと、ロータ３ｂの外周を囲むように設けられたステータ３ｅと、を含む。

ロータ３ｂは複数の永久磁石３ｃを含む。ステータ３ｅは、Ｕ相ステータコイルＵ１、Ｕ２、Ｖ相ステータコイルＶ１、Ｖ２、Ｗ相ステータコイルＷ１、Ｗ２を含む。モータ３は、ここでは４極６スロット構成であり、永久磁石３ｃを４個、ステータコイルを６個含む。３つの位置センサＨ１～Ｈ３は、それぞれ例えばホールＩＣであり、モータ３の周方向に６０度ずつ離間して設けられる。

図３は、作業機１の回路ブロック図である。作業機１は、駆動部としてのインバータ回路５１を備える。インバータ回路５１は、３相ブリッジ接続されたＦＥＴやＩＧＢＴ等の６つのスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６からなり、モータ３に駆動電流を供給してモータ３を駆動する。抵抗Ｒｓは、モータ３に流れる電流（以下「モータ電流」）の経路に設けられる。位置センサＨ１～Ｈ３は、モータ３の回転位置（ロータ回転位置）に応じた信号を出力する。

温度センサ１２は、例えばサーミスタであって、インバータ回路５１の近傍に設けられる。動作モードスイッチ８は、ユーザによって操作され、作業機１の動作モードを切り替えるためのスイッチである。動作モードは、例えばパワーモードとサイレントモードを含む。ＬＥＤ１１は、作業機１の作業対象物（加工材）を照らす照明部である。照明ＬＥＤ駆動回路１０は、ＬＥＤ１１に駆動電流を供給する回路である。照明スイッチ１４は、ユーザによって操作され、ＬＥＤ１１の点灯状態を切り替えるスイッチである。

作業機１は、制御基板４０に、制御系電源回路４１、温度検出回路４２、電流検出回路４４、電圧検出回路４５、スイッチ操作検出回路４６、制御信号出力回路４７、回転子位置検出回路４８、動作モード検出回路４９、及び制御部としての演算部５０を備える。

制御系電源回路４１は、電池パック１３の出力電圧（以下「電池電圧」）を演算部５０等の電源電圧に変換して演算部５０等に供給する。温度検出回路４２は、温度センサ１２の出力信号を基にスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の温度を検出し、演算部５０に送信する。電流検出回路４４は、抵抗Ｒｓの両端の電圧を基にモータ電流を検出し、演算部５０に送信する。電流検出回路４４及び抵抗Ｒｓは、電流検出部を構成する。電圧検出回路４５は、電池電圧を検出し、演算部５０に送信する。

スイッチ操作検出回路４６は、スイッチトリガ７の操作（オンオフ）を検出し、演算部５０に送信する。制御信号出力回路４７は、演算部５０の制御に従い、スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の各制御端子（各ゲート）に駆動信号を印加する。回転子位置検出回路４８は、位置センサＨ１～Ｈ３の出力信号を基にモータ３の回転位置を検出し、演算部５０に送信する。回転子位置検出回路４８及び位置センサＨ１～Ｈ３は、回転位置検出部を構成する。動作モード検出回路４９は、動作モードスイッチ８によって選択された動作モードを検出し、演算部５０に送信する。

演算部５０は、例えばマイクロコントローラ（マイコン）であり、回転子位置検出回路４８からの信号に応じて、制御信号出力回路４７を介してインバータ回路５１のスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６を制御（例えばパルス幅変調制御）し、モータ３を駆動する。演算部５０は、スイッチトリガ７のオン操作に連動してモータ３の駆動制御を開始する。演算部５０は、回転子位置検出回路４８の出力信号を基にモータ３の回転数（以下「モータ回転数」）を検出できる。

スイッチトリガ７にオン操作が行われると、制御系電源回路４１が起動し、演算部５０に電源電圧が供給されて演算部５０が起動する。演算部５０は、スイッチトリガ７にオフ操作が行われてから一定時間は、自己保持信号により制御系電源回路４１から自身への電源供給を維持させる。これによりスイッチトリガ７がオフになってから一定時間は、演算部５０は起動した状態に維持される。一定時間が経過すると、演算部５０は、自己保持信号を停止し制御系電源回路４１を停止する。これにより自身への電源供給が無くなり、演算部５０は停止する。

インバータ回路５１は、電池パック１３の正極端子と負極端子との間にそれぞれ直列に接続された、２つのスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２と、２つのスイッチング素子Ｔｒ３、Ｔｒ４と、２つのスイッチング素子Ｔｒ５、Ｔｒ６と、を有する。２つのスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２の間には、直列接続されたＵ相ステータコイルＵ１、Ｕ２の一方の端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔｒ３、Ｔｒ４の間には、直列接続されたＶ相ステータコイルＶ１、Ｖ２の一方の端子が接続される。２つのスイッチング素子Ｔｒ５、Ｔｒ６の間には、直列接続されたＷ相ステータコイルＷ１、Ｗ２の一方の端子が接続される。各相のステータコイルの他方の端子は、相互に接続される。

例えばスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ４がオンされると、Ｕ相ステータコイルＵ１、Ｕ２及びＶ相ステータコイルＶ１、Ｖ２に電流が流れる。演算部５０は、スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のオンオフのタイミングを制御することにより、各ステータコイルの通電タイミングを制御し、モータ３に印加する電圧の進角や通電角を制御する。進角は、電気角で表した電気進角である。通電角も電気角で表される。モータ３は４極６スロット構成のため、モータ３の機械角１８０度は電気角３６０度に対応する。以下、モータ３に印加する電圧の電気進角を「電気進角」、モータ３に印加する電圧の通電角を「通電角」と表記する。

図４(Ａ)は、電気進角θが０°、通電角αが１２０°の場合の、位置センサＨ１～Ｈ３のオンオフ及びスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のオンオフのタイミングを示すタイムチャートである。図４(Ｂ)は、電気進角θが３０°、通電角αが１２０°の場合の、位置センサＨ１～Ｈ３のオンオフ及びスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のオンオフのタイミングを示すタイムチャートである。図４(Ａ)、(Ｂ)において、横軸のロータ回転角（機械角）の０°は、図２の状態とする。ステータ３ｅに対するロータ３ｂの回転方向は、図２における反時計回り（左回り）とする。

位置センサＨ１～Ｈ３は、ロータ３ｂの極間の境界（永久磁石３ｃの円周方向の境界）が位置センサＨ１～Ｈ３の正面を横切るときに、オンオフが切り替わる。位置センサＨ１～Ｈ３は、ロータ３ｂのＮ極との対向でオン（出力信号HIGHレベル）、Ｓ極との対向でオフ（出力信号LOWレベル）となる。ロータ３ｂには４つの永久磁石３ｃが設けられるので、それぞれの位置センサＨ１～Ｈ３は、ロータ３ｂが９０度回転する毎にオンオフが切り替わる。３つの位置センサＨ１～Ｈ３は、円周方向に６０度ずつずれた配置のため、相互に６０度の位相でオンオフの切り替わりのタイミングがずれる。

図４(Ａ)に示すように、電気進角θが０度の場合、例えば、ロータ３ｂが図２で示す０度の位置から機械角で１８０度回転したときに、すなわち位置センサＨ２がターンオフするのと同じタイミングで、スイッチング素子Ｔｒ１がオフからオンに切り替えられ、Ｕ相ステータコイルＵ１、Ｕ２に電流が供給される。各ステータコイルによるロータ３ｂに対する界磁は、スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５がそれぞれオンの場合にＵ、Ｖ、Ｗの各相がＮ極界磁、スイッチング素子Ｔｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６がそれぞれオンの場合にＵ、Ｖ、Ｗの各相がＳ極界磁となる。各ステータコイルには、ロータ３ｂが機械角で１８０度、電気角で３６０度回転する間に、機械角で６０度、電気角で１２０度の範囲において電流が供給されるので、各ステータコイルの通電角αは１２０度である。

図４(Ｂ)に示すように、電気進角θが３０度の場合、０度の場合と比較して、ステータ３ｅに対するロータ３ｂの回転位置が電気角で３０度（機械角で１５度）だけ手前のタイミングで、スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６のオンオフが切り替えられる。

図５(Ａ)は、進角制御による転流タイミングの一例を示す模式図である。本図に示すように、進角を大きくすることは、位置センサＨ１～Ｈ３のオンオフの切り替わりよりも進角の分だけ早いタイミングで転流する、すなわち通電する相の組合せを切り替えることである。

図５(Ｂ)は、位置センサＨ１～Ｈ３の配置にずれが存在する場合の進角制御による意図しない転流タイミングの一例を示す模式図である。位置センサＨ１～Ｈ３の配置にずれが存在すると、ずれた配置の位置センサＨ１～Ｈ３のオンオフの切り替わりタイミングを基準に進角が定められる。このため、進角として同じ値を設定していても、位置センサＨ１～Ｈ３の配置にずれがない場合に対して、転流タイミングにずれが発生する。図５(Ｂ)の例では、位置センサＨ１～Ｈ３の配置にずれがない場合に対して転流タイミングが早くなっているが、転流タイミングが遅くなることもある。転流タイミングのずれ量は、位置センサＨ１～Ｈ３の配置のずれ量等に依存し、またセンサマグネットを設ける場合にはそのセンサマグネットの配置のずれ量等にも依存し、個体毎に異なる。

図６(Ａ)は、電気進角とモータ回転数との関係の一例を作業機１の個体毎に示すグラフである。図６(Ｂ)は、電気進角とモータ電流との関係の一例を作業機１の個体毎に示すグラフである。これらの図に示すように、同じ仕様の作業機１でも、個体毎に異なる位置センサＨ１～Ｈ３の配置ずれのために、個体間で例えば、モータ回転数で１０％程度、モータ電流で２０％程度の誤差が発生する。特にモータ電流のばらつきは、故障や軽負荷での温度保護機能の作動による停止等につながる。

図６(Ｃ)は、基準となる作業機１（以下「基準作業機」）における、電気進角とモータ回転数及びモータ電流との関係の一例を示すグラフである。基準作業機は、無負荷状態でのモータ電流やモータ回転数が設計値となるように電気進角を設定した作業機１であり、例えば開発時のベース機（試作機）である。無負荷状態は、所定の負荷状態の一例であり、モータ３に作業機１の外部からの負荷がかかっていない状態である。作業対象物と接触していない鋸刃６の回転（空転）によってモータ３にかかる負荷は、作業機１の外部からの負荷ではない。すなわち、作業対象物と接触していない鋸刃６が回転している状態は、無負荷状態である。

図６(Ｃ)に示すように、電気進角の変化によってモータ回転数及びモータ電流が大きく変化する領域が存在する。作業機１において当該領域内の電気進角に設定する場合、位置センサＨ１～Ｈ３の配置のずれが僅かでも、図６(Ａ)及び図６(Ｂ)に示すように個体間でモータ回転数やモータ電流に大きな誤差が発生する。

図６(Ｄ)は、電池パック１３の残量と電気進角とに応じたモータ電流の実効値（電流検出回路４４での電流検出値の実効値）をまとめた表である。本図は、モータ電流の実効値が電気進角によって大きく変化する一方、電池パック１３の残量によっては相対的に殆ど変化しないことを示している。このことは、後述の進角調整制御においてモータ電流の実効値を目標電流値に近づけるにあたり、当該目標電流値を電池パック１３の残量（電池電圧）によらずに定めても、高精度な進角調整ができることを意味する。あるいは、当該目標電流値を電池パック１３の残量（電池電圧）によって変えるとしても、電池電圧はモータ電流ほど正確に検出しなくても進角調整の精度に与える影響が軽微であることを意味する。なお、進角調整制御においてモータ回転数を目標値に近づけるとした場合、電池電圧が低下するとモータ回転数も低下してしまうため、モータ回転数と電池電圧の両方を高精度に検出する必要があり、制御が複雑になる。このため、本実施の形態では進角調整制御をモータ電流の実効値に基づくものとしてシンプルな制御内容としている。

図７(Ａ)は、作業機１の制御フローチャートである。スイッチトリガ７のオン操作（起動操作）により演算部５０に電源が投入され（Ｓ１）、演算部５０が起動する。演算部５０は、進角調整制御を実行し（Ｓ２）、その後、通常モータ制御（モータ３の通常駆動制御）を行う（Ｓ３）。

図７(Ａ)のフローチャートは、演算部５０が進角調整制御（Ｓ２）による調整後の進角値を自身の有する揮発性メモリに記憶することを前提とする。このため、演算部５０は、起動する度に進角調整制御（Ｓ２）を実行する。すなわち、演算部５０は、起動後の最初のモータ３の駆動時に進角調整制御（Ｓ２）を実行する。

変形例として、演算部５０は、進角調整制御（Ｓ２）による調整後の進角値を自身の有する不揮発性メモリに記憶してもよい。この場合、その後の演算部５０の起動時には進角調整制御（Ｓ２）を実行しなくてもよく、例えば、作業機１の工場出荷前に一度調整後の進角値を記憶しておけば、作業機１のユーザは進角調整制御（Ｓ２）を行う必要がない。また作業機１のメンテナンス時など、任意のタイミングで進角調整が可能である。

図７(Ｂ)は、モータ電流の時間変化を示すグラフであって、進角調整制御（Ｓ２）の実行中におけるモータ３に流れる電流のサンプリングのタイミングと、進角調整制御（Ｓ２）の完了後（例えば通常制御（Ｓ３））におけるモータ３に流れる電流のサンプリングのタイミングと、を示すグラフである。

前述の図６(Ｄ)に示したように、モータ電流の実効値は電気進角によって大きく変化する。このため、モータ電流の実効値を目標値に近づけることで電気進角の調整を行う場合、モータ電流の実効値を高精度で検出することが、電気進角の高精度な調整のために重要となる。

一方、図７(Ｂ)に示すように、モータ電流は振動波形となる。これは、ロータ３ｂの回転によって各ステータコイルに発生する誘起電圧や各ステータコイルの自己誘導起電力により、転流前後でモータ電流の山と谷が生じるためである。したがって、モータ電流の実効値を高精度で検出するためには、演算部５０によるモータ電流のサンプリング周波数を高くする必要がある。なお、本実施の形態の進角制御では、モータ電流の位相を誘起電圧に対し進み位相にすることで弱め界磁をかなり大きく行うため、誘起電圧が小さいタイミング、つまり転流直後のタイミングでモータ電流が大きくなる。

本実施の形態では、図７(Ｂ)に示すように、演算部５０は、進角調整制御（Ｓ２）の実行中におけるモータ電流のサンプリング周波数を、進角調整制御（Ｓ２）の実行中以外におけるモータ電流のサンプリング周波数よりも高くする。具体的には、演算部５０は、進角調整制御（Ｓ２）の実行中におけるモータ電流のサンプリング周波数を２０ｋＨｚ以上とし、進角調整制御（Ｓ２）の実行中以外におけるモータ電流のサンプリング周波数を１０ｋＨｚ以下とする。これにより、モータ電流の実効値を高精度で検出できる。好ましくは演算部５０は、少なくとも、モータ電流の転流直前の最小値及び転流直後の最大値をサンプリングするよう構成される。

進角調整制御（Ｓ２）の実行中以外におけるモータ電流のサンプリング周波数を進角調整制御（Ｓ２）の実行中と同様に高くしないのは、温度監視等の他の制御のために演算部５０の能力を割り当てるためである。これにより、演算部５０として性能の高い高価なマイクロコントローラを使用する必要がなくなり、コストを低減できる。

図７(Ｃ)は、基準作業機における複数の基準進角と、各々の基準進角でのモータ電流の実効値（対応電流値）と、の関係をまとめた表である。この表に示すデータを演算部５０が予め記憶しておくことで、進角調整制御（Ｓ２）として後述の図９に示す定速度制御付きの進角調整制御が可能となる。

図８(Ａ)は、図７(Ａ)の通常モータ制御（Ｓ３）のフローチャートである。演算部５０は、スイッチトリガ７がオフの場合は待機する（Ｓ１１のＮｏ）。演算部５０は、スイッチトリガ７がオンの場合（Ｓ１１のＹｅｓ）、進角調整制御（Ｓ２）により調整した電気進角値（調整進角値）を設定進角値とし（Ｓ１２）、モータ３を駆動する（Ｓ１３）。演算部５０は、スイッチトリガ７がオンであればモータ３の駆動を継続し（Ｓ１４のＹｅｓ）、スイッチトリガ７がオフになると（Ｓ１４のＮｏ）、モータ３を停止し（Ｓ１５）、Ｓ１１に戻る。

図８(Ｂ)は、図７(Ａ)の進角調整制御（Ｓ２）の第１例のフローチャートである。このフローチャートの場合、演算部５０は、基準作業機においてデューティ１００％かつ無負荷状態でモータ３を所定の電気進角（設定進角）で駆動した場合のモータ電流の実効値を目標電流値として記憶している。目標電流値は、インバータ回路５１への入力電圧（以下「インバータ入力電圧」）、すなわち電池電圧によらない単一の値である。このため、図８(Ｂ)に示す進角調整制御において、演算部５０は、インバータ入力電圧をサンプリングせず、モータ電流の高速サンプリングとモータ電流の実効値算出の処理にリソースを集中させる。ここで、サンプリングしないことは、サンプリング周波数を低くしてゼロにしたことを含む。

演算部５０は、初期進角を設定する（Ｓ２１）。ここで、初期進角は、基準作業機における設定進角に対して低い（小さい）値とする。これは、進角調整制御において電気進角を大きくしていく（増加させる）調整となるようにするためである。進角調整制御が電気進角を小さくしていく（減少させる）調整の場合、進角調整制御においてモータ回転数が低下していくことになり、ユーザのフィーリングが良くない（ユーザが違和感を持ちやすい）。これに対し進角調整制御が電気進角を大きくしていく調整の場合、進角調整制御においてモータ回転数が高まっていくことになり、ユーザのフィーリングが良い。

演算部５０は、スイッチトリガ７がオフの場合は待機する（Ｓ２２のＮｏ）。演算部５０は、スイッチトリガ７がオンの場合（Ｓ２２のＹｅｓ）、モータ３を駆動し（Ｓ２４）、現在の電気進角でのモータ３の駆動が安定するまで所定時間待機する（Ｓ２５）。

演算部５０は、その後スイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の駆動信号のデューティ（以下「デューティ」）が１００％（最大）か否かを確認する（Ｓ２６）。デューティは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御のデューティである。演算部５０は、デューティ制御によりモータ回転数を事前に設定した目標回転数に向けて制御する。ここでは、目標回転数は通常は到達しない高い回転数に設定してあり、またＳ２１で初期進角を低めの設定にしていることから、通常、最初に実行するＳ２６の処理の時点ではデューティは１００％となっている。

演算部５０は、デューティが１００％の場合（Ｓ２６のＹｅｓ）、モータ電流の実効値を算出する処理を行い（Ｓ２７）、算出したモータ電流の実効値が目標値未満か否かを確認する（Ｓ２８）。デューティが１００％の状態でモータ電流の実効値を算出するのは、モータ電流の実効値を正確かつ容易に導出するためである。Ｓ２１で初期進角を低めの設定にしていることから、通常、最初に実行するＳ２８の処理の時点ではモータ電流の実効値は目標電流値未満である。

演算部５０は、モータ電流の実効値が目標電流値未満の場合（Ｓ２８のＹｅｓ）において、進角調整状態が「減少」でなければ（Ｓ２９のＮｏ）、電気進角値を増加させ（Ｓ３０）、進角調整状態を「増加」にセットする（Ｓ３１）。「進角調整状態」は、最後に行った進角調整が進角の増加であるか減少であるかを記憶する変数であり、初期値は「減少」又は「Null値」である。

演算部５０は、スイッチトリガ７のオン状態が継続していれば（Ｓ３８のＹｅｓ）、Ｓ２５に戻る。演算部５０は、スイッチトリガ７のオン状態が継続していなければ（Ｓ３８のＮｏ）、モータ３を停止し（Ｓ３９）、Ｓ２１に戻る。

演算部５０がＳ２５、Ｓ２６のＹｅｓ、Ｓ２７、Ｓ２８のＹｅｓ、Ｓ２９のＮｏ、Ｓ３０、Ｓ３１、Ｓ３８のＹｅｓ、Ｓ２５、・・・というループ処理で電気進角値を徐々に増加させていくと、あるところでモータ電流の実効値が目標電流値以上になる。

演算部５０は、Ｓ２８においてモータ電流の実効値が目標電流値以上の場合（Ｓ２８のＮｏ）、電気進角値を減少させ（Ｓ３２）、進角調整状態を「減少」にセットし（Ｓ３３）、Ｓ３８に進む。Ｓ３２で電気進角を低くする幅は、Ｓ３０で電気進角を高くする幅と同じか、好ましくはそれよりも小さくする。例えば、Ｓ３２で電気進角を低くする幅は、Ｓ３０で電気進角を高くする幅の半分ないし１／３以下とするのが好ましい。

演算部５０は、進角調整状態が「減少」の状態でＳ２８においてモータ電流の実効値が目標電流値未満の場合（Ｓ２８のＹｅｓ）、その後のＳ２９ではＹｅｓに進み、調整進角値を現在の電気進角値に決定し（Ｓ３７）、進角調整制御を終了する。

演算部５０は、Ｓ２６においてデューティが１００％でない場合（Ｓ２６のＮｏ）、電気進角を減少させ（Ｓ３５）、進角調整状態を「減少」にセットし（Ｓ３６）、Ｓ３８に進む。

図９は、図７(Ａ)の進角調整制御（Ｓ２）の第２例のフローチャートである。演算部５０は、演算部５０は、基準作業機における設定進角値Ｋを取得する（Ｓ５０）。演算部５０は、図７(Ｃ)に示すような、基準作業機における複数の基準進角と、各々の基準進角でのモータ電流の実効値（対応電流値）と、の関係をまとめたデータを取得（ロード）する（Ｓ５１）。このデータにおける対応電流値は、デューティが１００％の場合のものであり、インバータ入力電圧すなわち電池電圧によらず基準進角毎に単一の値である。このため、図９に示す進角調整制御において、演算部５０は、インバータ入力電圧をサンプリングせず、モータ電流の高速サンプリングとモータ電流の実効値算出の処理にリソースを集中させる。なお、Ｓ５１において取得したデータにおける基準進角の間隔が例えば５度の場合、隣り合う基準進角の間を例えば線形補間してもよい。

演算部５０は、初期進角を設定する（Ｓ５２）。ここで、前述の図８(Ｂ)のＳ２１で説明したのと同じ理由により、初期進角は、基準作業機における設定進角に対して低い（小さい）値とする。

演算部５０は、スイッチトリガ７がオフの場合は待機する（Ｓ５３のＮｏ）。演算部５０は、スイッチトリガ７がオンの場合（Ｓ５３のＹｅｓ）、モータ３を駆動し（Ｓ５５）、現在の電気進角でのモータ３の駆動が安定するまで所定時間待機する（Ｓ５６）。演算部５０は、その後デューティが１００％か否かを確認する（Ｓ５７）。ここでは、目標回転数は通常は到達しない高い回転数に設定してあり、またＳ５２で初期進角を低めの設定にしていることから、通常、最初に実行するＳ５７の処理の時点ではデューティは１００％となっている。

演算部５０は、デューティが１００％の場合（Ｓ５７のＹｅｓ）、モータ電流の実効値を算出する処理を行う（Ｓ５８）。デューティが１００％の状態でモータ電流の実効値を算出するのは、モータ電流の実効値を正確かつ容易に導出するためである。演算部５０は、現在の電気進角値を検出する（Ｓ５９）。演算部５０は、Ｓ５１で取得したデータの対応電流値のうちＳ５８で算出したモータ電流の実効値に最も近い対応電流値を導出し、当該対応電流値となる基準進角値を導出する（Ｓ６０）。演算部５０は、Ｓ６０で導出した基準進角値とＳ５９で検出した現在の電気進角値のずれを導出する（Ｓ６１）。

演算部５０は、進角調整が完了していない場合（Ｓ６２のＮｏ）、電気進角値が調整目標値、すなわちＳ５０で取得した設定進角値ＫにＳ６１で導出したずれの分だけ補正をした調整目標値に近づくように、電気進角値を例えば１°だけ増加又は減少させ（Ｓ６３）、デューティ制御による定速度制御を行い（Ｓ６４）、現在の電気進角値でのモータ３の駆動が安定するまで所定時間待機する（Ｓ６５）。Ｓ６２における完了条件は、現在の電気進角値が調整目標値と一致することである。Ｓ６３において電気進角値の増減幅を１°とするのは、モータ回転数を定速度にしつつモータ３の回転に脈動が生じないようにするためである。１°は例示であり、１°に替えて任意の所定角度としてもよい。

演算部５０は、Ｓ６５の後、スイッチトリガ７のオン状態が継続していれば（Ｓ６６のＹｅｓ）、Ｓ６２に戻る。演算部５０がＳ６２のＮｏ、Ｓ６３、Ｓ６４、Ｓ６５、Ｓ６６のＹｅｓ、Ｓ６２のＮｏ・・・というループ処理で電気進角値を調整目標値に向けて近づけていくと、あるところで電気進角値が調整目標値と一致する。演算部５０は、Ｓ６２において進角調整が完了している場合（Ｓ６２のＹｅｓ）、すなわち現在の電気進角値が調整目標値と一致している場合、調整進角値を現在の電気進角値に決定して進角調整制御を終了する。

演算部５０は、Ｓ６５の後、スイッチトリガ７のオン状態が継続していなければ（Ｓ６６のＮｏ）、モータ３を停止し（Ｓ６７）、調整進角値を調整目標値に決定し（Ｓ６８）、進角調整制御を終了する。なお、Ｓ６６のＮｏ、Ｓ６７の後に、Ｓ５２に戻らずに、進角調整制御を終了できるのは、Ｓ６１の時点で調整目標値が特定されているためである。なお、進角調整制御を終了する前に、再度進角ずれの調整を行い、進角が確かなことを確認してから進角調整制御を終了するようにしてもよい。

演算部５０は、Ｓ５７においてデューティが１００％でない場合（Ｓ５７のＮｏ）、電気進角を低くする（Ｓ６９）。その後、演算部５０は、スイッチトリガ７のオン状態が継続していれば（Ｓ７０のＹｅｓ）、Ｓ５６に戻り、スイッチトリガ７のオン状態が継続していなければ（Ｓ７０のＮｏ）、モータ３を停止し（Ｓ７１）、Ｓ５２に戻る。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) モータ電流の実効値が電気進角によって大きく変化する一方で電池パック１３の残量によっては相対的に殆ど変化しないという本発明者の知見を基に、演算部５０は、インバータ入力電圧によらずモータ電流により電気進角を調整する構成としているため、進角調整制御の処理が容易となり、演算部５０への制御負担を軽減できる。具体的には、図８(Ｂ)に示す進角調整制御は、モータ電流がインバータ入力電圧によらない目標電流値に近づくように電気進角を調整するものとしている。また、図９に示す進角調整制御は、基準作業機におけるインバータ入力電圧によらない対応電流値と、調整対象の作業機１におけるモータ電流の実効値と、の関係から電気進角の必要調整量を導出し、必要調整量の分だけ電気進角を調整するものとしている。このため、進角調整制御の実行中において演算部５０は、モータ電流の高速サンプリングとモータ電流の実効値の算出にリソースを集中させてモータ電流の実効値を高精度で検出できる。よって、演算部５０として性能の高い高価なマイクロコントローラを使用しなくても（例えば低クロックの安価なマイクロコントローラであっても）、電気進角の高精度な調整、すなわち電気進角の誤差の抑制が可能となる。その結果、作業機１は、モータ３の通常制御において正確な進角制御を実行できる。

(2) 演算部５０は、進角調整制御の実行中におけるモータ電流のサンプリング周波数を、進角調整制御の実行中以外におけるモータ電流のサンプリング周波数よりも高くする。このため、演算部５０として性能の高い高価なマイクロコントローラを使用しなくても、進角調整制御の実行中にモータ電流の実効値を高精度で検出可能とする一方で、進角調整制御の実行中以外はモータ電流の検出以外の制御、例えば電池電圧やスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６の温度監視等も適切に実行できる。

(3) 演算部５０は、進角調整制御における初期進角を、基準作業機における設定進角に対して小さい値とすることで、進角調整制御が電気進角を大きくしていく調整となるようにしている。これにより、進角調整制御においてモータ回転数が高まっていくことになり、ユーザのフィーリングが良い。すなわち、進角調整制御においてモータ回転数が低下していくことによる違和感を低減できる。

(4) 位置センサＨ１～Ｈ３の配置にずれがあって電気進角に誤差が出るような場合でも上記のように進角調整制御により電気進角の誤差を抑制できるため、位置センサＨ１～Ｈ３の配置にずれが発生しないようにするための開発コストや製造コストを抑制できる。

(5) 基準作業機との進角調整対象の作業機１との間の電気進角のずれ量が分かるので、重負荷時に高回転型の電気進角からトルク型の電気進角に変更する場合、当該ずれ量により基準作業機におけるトルク型の電気進角に対して補正を行うことで、トルク型の電気進角の誤差も抑制できる。

(6) 演算部５０は、モータ３を無負荷状態で駆動しているときに進角調整制御を実行する。このため、無負荷状態以外の所定の負荷状態を準備する必要がなく、進角調整制御を容易に実行できる。

(7) 演算部５０は、デューティが１００％の状態で進角調整制御におけるモータ電流の実効値の導出を行うため、モータ電流の実効値の測定、導出を正確かつ容易に行える。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

図８(Ｂ)に示した進角調整制御において、目標電流値は、インバータ入力電圧によって異なるものとしてもよい。同様に図９に示した進角調整制御において、基準作業機における各々の基準進角でのモータ電流の実効値（対応電流値）は、インバータ入力電圧によって異なるものとしてもよい。その場合、目標電流値や対応電流値を特定するためにはインバータ入力電圧の検出を要する。ただし図６(Ｄ)での説明のとおり、インバータ入力電圧がモータ電流に及ぼす影響は電気進角がモータ電流に及ぼす影響と比較して顕著に小さいため、インバータ入力電圧の検出精度はモータ電流の検出精度ほど高くする必要がない。このため、進角調整制御におけるインバータ入力電圧を検出する場合、インバータ入力電圧のサンプリング周波数は、モータ電流のサンプリング周波数と比較して大幅に低く（例えば１／２０００以下に）抑えることができる。あるいは、インバータ入力電圧は、進角調整制御の開始前、あるいは開始直後に一度だけ検出すれば足りる。よって、インバータ入力電圧を検出する場合でも、モータ電流のサンプリング周波数を高くしてモータ電流の実効値を高精度に検出できる。

進角調整制御において、モータ電流の実効値に替えて、モータ電流の平均値を用いてもよい。本発明の作業機は、実施の形態で例示した携帯丸鋸に限定されず、携帯丸鋸以外の電動工具であってもよいし、電動工具以外の作業機であってもよい。実施の形態や図面で具体的な数値として例示した電流値やデューティ、電気進角値、通電角、電池残量、サンプリング周波数等は、要求される仕様に合わせて任意に変更できる。

１…作業機（携帯丸鋸）、２…ハウジング、２ａ…ハンドル部、３…モータ（ブラシレスモータ）、３ａ…出力軸、３ｂ…ロータ、３ｃ…永久磁石、３ｅ…ステータ、６…鋸刃（先端工具）、７…スイッチトリガ（指示部）、８…動作モードスイッチ、９…ベース、１０…照明ＬＥＤ駆動回路、１１…ＬＥＤ、１２…温度センサ、１３…電池パック、１４…照明スイッチ、４０…制御基板、４１…制御系電源回路、４２…温度検出回路、４４…電流検出回路、４５…電圧検出回路、４６…スイッチ操作検出回路、４７…制御信号出力回路、４８…回転子位置検出回路、４９…動作モード検出回路、５０…演算部、５１…インバータ回路、Ｈ１～Ｈ３…位置センサ（磁気センサ）。

Claims (12)

1. ブラシレスモータと、
   前記ブラシレスモータを駆動する駆動部と、
   前記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出部と、
   前記回転位置検出部からの信号に応じて前記駆動部を制御する制御部と、
   前記ブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電流検出部での電流検出値が目標電流値に近づくように前記ブラシレスモータに印加する電圧の進角を調整する進角調整制御を実行可能に構成され、
   前記進角調整制御における前記電流のサンプリング周波数を前記駆動部への入力電圧のサンプリング周波数よりも高くするよう構成される、
   ことを特徴とする、作業機。
2. 請求項１に記載の作業機であって、
   前記制御部は、前記進角調整制御における前記入力電圧のサンプリング周波数をゼロにするよう構成される、
   ことを特徴とする、作業機。
3. 請求項２に記載の作業機であって、
   前記制御部は、前記進角調整制御において前記入力電圧のサンプリングを行わないよう構成される、
   ことを特徴とする、作業機。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の作業機であって、
   前記制御部は、複数の基準進角と、各々の基準進角に対応する対応電流値と、の関係を記憶していて、
   前記進角調整制御は、ある進角で前記ブラシレスモータの駆動を制御しているときの前記電流検出値と前記対応電流値との関係に基づいて、基準進角に対する前記進角のずれ量を導出し、当該ずれ量に応じて設定進角を変更する制御である、
   ことを特徴とする、作業機。
5. ブラシレスモータと、
   前記ブラシレスモータを駆動する駆動部と、
   前記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出部と、
   前記回転位置検出部からの信号に応じて前記駆動部を制御する制御部と、
   前記ブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出部と、を備え、
   前記制御部は、複数の基準進角と、各々の基準進角に対応する対応電流値と、の関係を記憶していて、進角調整制御を実行可能に構成され、
   前記進角調整制御は、ある進角で前記ブラシレスモータの駆動を制御しているときの前記電流検出値と前記対応電流値との関係に基づいて、基準進角に対する前記進角のずれ量を導出し、当該ずれ量に応じて設定進角を変更する制御である、
   ことを特徴とする、作業機。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の作業機であって、
   前記制御部は、前記制御部の起動後の最初の前記ブラシレスモータの駆動時に前記進角調整制御を実行可能に構成される、
   ことを特徴とする、作業機。
7. 請求項１から４のいずれか一項に記載の作業機であって、
   ユーザによって操作され、前記ブラシレスモータの起動及び停止を指示する指示部を備え、
   前記制御部は、前記指示部が起動操作されると前記進角調整制御を実行可能に構成される、
   ことを特徴とする、作業機。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の作業機であって、
   前記制御部は、前記進角調整制御の実行中における前記電流のサンプリング周波数を、前記進角調整制御の実行中以外における前記電流のサンプリング周波数よりも高くするよう構成される、
   ことを特徴とする、作業機。
9. 請求項８に記載の作業機であって、
   前記制御部は、少なくとも、前記電流の転流直前の最小値及び転流直後の最大値をサンプリングするよう構成される、
   ことを特徴とする、作業機。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の作業機であって、
    前記制御部は、前記進角調整制御において、前記進角を大きくする調整となるよう初期進角を設定するよう構成される、
    ことを特徴とする、作業機。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の作業機であって、
    前記制御部は、前記進角調整制御を、前記ブラシレスモータを無負荷状態で駆動しているときに実行するよう構成される、
    ことを特徴とする、作業機。
12. 作業機のブラシレスモータに印加する電圧の進角を調整する方法であって、前記作業機の出荷前に、所定の負荷状態で前記ブラシレスモータを駆動し、前記ブラシレスモータに流れる電流の値が目標電流値に近づくように前記進角を調整し、調整後の前記進角を前記作業機の制御部に記憶させる、ことを特徴とする、進角調整方法。

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