JP2023519125A - 力センサを含む電動工具のためのキックバック制御方法 - Google Patents

力センサを含む電動工具のためのキックバック制御方法 Download PDF

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Abstract

電動工具は、ハウジングと、回転子及び固定子を有するモータと、グリップパラメータを生成するよう構成される少なくとも1つのグリップセンサと、ブラシレスDCモータに電気的に結合されるスイッチングネットワークとを含む。電子プロセッサは、スイッチングネットワーク及び少なくとも1つのグリップセンサに接続され、電動工具のキックバック制御を実施するよう構成される。電子プロセッサは、グリップパラメータに基づいてキックバック閾値を特定し、スイッチングネットワークを制御してモータを駆動し、電動工具特性に関連する信号を受信し、電動工具特性がキックバック閾値以上であることに基づいて、電動工具のキックバック事象が生じていることを特定し、キックバック事象が生じていることを特定することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止するよう構成される。【選択図】図2A

Description

関連出願
本願は、2020年3月10日出願の米国仮特許出願第62/987,515号明細書の利益を主張し、その内容の全てを引用して本明細書中に組み込む。
本発明は、電動工具のキックバックを防止及び低減し、電動工具を制御することに関する。
本明細書中に説明する実施形態は、モータハウジング部、ハンドル部、及びバッテリパックインターフェースを有するハウジングを含む電動工具を提供する。電動工具は、更に、モータハウジング部内にあり、且つ回転子及び固定子を有するモータを含む。回転子は、回転軸を中心としてモータシャフトを回転駆動するよう構成される。電動工具は、更に、ハウジングによって支持され、グリップパラメータを生成するよう構成される少なくとも1つのグリップセンサと、モータに電気的に結合されるスイッチングネットワークと、スイッチングネットワーク及び少なくとも1つのグリップセンサに接続される電子プロセッサとを含む。電子プロセッサは、キックバック制御を実施するよう構成され、キックバック制御を実施するために、電子プロセッサは、グリップパラメータに基づいてキックバック閾値を特定し、スイッチングネットワークを制御してモータを駆動し、電動工具特性に関連する信号を受信し、電動工具特性がキックバック閾値以上であることに基づいて、電動工具のキックバックが生じていることを特定し、キックバック事象が生じていることを特定することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止するよう構成される。
幾つかの実施形態において、電動工具特性は、時間間隔で受信する電動工具のハウジングの角速度の測定値を含み、電子プロセッサは、第1の期間内に、電動工具のハウジングの角速度の複数の測定値を受信し、角速度の各測定値がキックバック閾値以上であるかどうかを特定し、キックバック閾値以上であると特定される角速度の各測定値に対してカウンタを増加させ、カウンタがカウンタ閾値以上であることを特定し、カウンタがカウンタ閾値以上であると特定することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止するよう構成される。
幾つかの実施形態において、少なくとも1つのグリップセンサは、ハンドル部によって支持される第1のグリップセンサと、モータハウジング部によって支持される第2のグリップセンサとを含み、グリップパラメータは、片手握持又は両手握持の指示を含む。幾つかの実施形態において、グリップパラメータが片手握持を示す場合、キックバック閾値は第1の閾値であり、グリップパラメータが両手握持を示す場合、キックバック閾値は第2の閾値であり、第2の閾値は、第1の閾値よりも大きい。幾つかの実施形態において、少なくとも1つのグリップセンサは、圧力センサを含み、グリップパラメータは、握力を示す。幾つかの実施形態において、電動工具は、握力が非0値ではない限り、操作されることが防止される。
幾つかの実施形態において、電動工具特性は、第1の電動工具特性であり、キックバック閾値は、第1のキックバック閾値であり、電子プロセッサは、第1の電動工具特性が第1のキックバック閾値以上であることに応じて、第2の電動工具特性を監視し、第2の電動工具特性が第2のキックバック閾値以上であることに基づいて、電動工具のキックバックが生じていることを特定する、よう構成される。幾つかの実施形態において、第1の監視される電動工具特性は、モータ電流であり、第2の電動工具特性は、ハウジングの回転速度である。
幾つかの実施形態は、ハウジングを有する電動工具のキックバック制御のための方法を提供する。方法は、グリップパラメータに基づいてキックバック閾値を特定することであって、グリップパラメータは、ハウジングによって支持され、グリップパラメータを生成するよう構成される少なくとも1つのグリップセンサによって提供される、ことと、スイッチングネットワークを制御してモータを駆動することであって、モータは、ハウジングのモータハウジング部内に収容され、回転子及び固定子を有し、回転子は、回転軸を中心としてモータシャフトを回転駆動するよう構成され、スイッチングネットワークは、モータに電気的に結合される、ことと、電動工具特性に関連する信号を受信することと、電動工具特性がキックバック閾値以上であることに基づいて、電動工具のキックバック事象が生じていることを特定することと、キックバック事象が生じていることを特定することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止することと、を含む。
幾つかの実施形態において、電動工具特性は、時間間隔で受信する電動工具のハウジングの角速度の測定値を含み、方法は、更に、第1の期間内に、電動工具のハウジングの角速度の複数の測定値を受信することと、角速度の各測定値がキックバック閾値以上であるかどうかを特定することと、キックバック閾値以上であると特定される角速度の各測定値に対してカウンタを増加させることと、カウンタがカウンタ閾値以上であることを特定することと、カウンタがカウンタ閾値以上であると特定することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止することと、を含む。
幾つかの実施形態において、少なくとも1つのグリップセンサは、ハンドル部によって支持される第1のグリップセンサと、モータハウジング部によって支持される第2のグリップセンサとを含み、ここでグリップパラメータは、片手握持又は両手握持の指示を含む。幾つかの実施形態において、グリップパラメータが片手握持を示す場合、キックバック閾値は第1の閾値であり、グリップパラメータが両手握持を示す場合、キックバック閾値は第2の閾値であり、第2の閾値は第1の閾値よりも大きい。幾つかの実施形態において、少なくとも1つのグリップセンサは、圧力センサを含み、グリップパラメータは、握力を示す。幾つかの実施形態において、電動工具は、握力が非0値ではない限り、操作されることが防止される。
幾つかの実施形態において、電動工具特性は第1の電動工具特性であり、キックバック閾値は第1のキックバック閾値であり、方法は、更に、第1の電動工具特性が第1のキックバック閾値以上であることに応じて、第2の電動工具特性を監視することと、第2の電動工具特性が第2のキックバック閾値以上であることに基づいて、電動工具のキックバックが生じていることを特定することと、を含む。幾つかの実施形態において、第1の監視される電動工具特性は、モータ電流であり、第2の電動工具特性は、ハウジングの回転速度である。
幾つかの実施形態は、モータハウジング部、ハンドル部、及びバッテリパックインターフェースを有するハウジングを含む電動工具を提供する。電動工具は、更に、モータハウジング部内にあり、且つ回転子及び固定子を有するモータを含む。回転子は、回転軸を中心としてモータシャフトを回転駆動するよう構成される。電動工具は、ハンドル部によって支持される第1のグリップセンサと、モータハウジング部によって支持される第2のグリップセンサとを含む。第1のグリップセンサ及び第2のグリップセンサは、グリップパラメータを生成するよう構成され、グリップパラメータは、片手握持又は両手握持の指示を含む。電動工具は、モータに電気的に結合されるスイッチングネットワークと、スイッチングネットワーク及び少なくとも1つのグリップセンサに結合される電子プロセッサとを含む。電子プロセッサは、グリップパラメータに基づいて第1の閾値及び第2の閾値のうちの1つを選択し、第1の閾値は、グリップパラメータが片手握持を示す場合に選択され、第2の閾値は、グリップパラメータが両手握持を示す場合に選択される。電子プロセッサは、電動工具特性に関連する信号を受信し、電動工具特性が第1の閾値及び第2の閾値のうちの選択された一方以上であるかどうかに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を制御するよう構成される。
幾つかの実施形態において、第2の閾値は第1の閾値よりも大きい。幾つかの実施形態において、グリップパラメータは握力を示し、電動工具は、握力が非0値ではない限り、操作されることが防止される。幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、電動工具特性が第1の閾値及び第2の閾値のうちの選択された一方以上であるかどうかに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止するよう構成される。
他の実施形態は、上部本体部と、ハンドル部と、バッテリインターフェースとを有するハウジングを含む電動工具を提供する。電動工具は、更に、ハウジングによって支持され、第1の力又は圧力センサに印加される力の量に基づいて出力信号を生成するよう構成される第1の力又は圧力センサを含む。
幾つかの実施形態は、ハウジングと、ハウジング内部のモータとを含む電動工具を含む。モータは、回転子及び固定子を含み、回転子は、出力を生成するよう駆動装置に結合される。電動工具は、更に、モータに電気的に結合されるスイッチングネットワークと、電動工具の向きを監視するよう構成される方向センサとを含む。電動工具は、更に、スイッチングネットワーク及び方向センサに結合される電子プロセッサを含む。電子プロセッサは、方向センサから受信する情報に基づいて電動工具の向きを特定するよう構成される。電子プロセッサは、更に、電動工具の向きに基づいてキックバック感度パラメータを設定するよう構成される。電子プロセッサは、更に、キックバック感度パラメータに関連付けられる電動工具特性を監視するよう構成される。電子プロセッサは、更に、監視した電動工具特性がキックバック閾値に達することに基づいて、電動工具のキックバックが生じていることを特定するよう構成される。電子プロセッサは、更に、監視した電動工具特性がキックバック閾値に達することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止するよう構成される。
他の実施形態は、ハウジングと、ハウジング内部のモータとを含む電動工具を含む。モータは、回転子及び固定子を含み、回転子は、出力を生成するよう駆動装置に結合される。電動工具はモータに電気的に結合されるスイッチングネットワークと、スイッチングネットワークに結合される電子プロセッサとを含む。電子プロセッサは、電動工具に結合されるバッテリパックのバッテリ特性を特定するよう構成される。電子プロセッサは、更に、バッテリパックのバッテリ特性に基づいてキックバック感度パラメータを設定するよう構成される。電子プロセッサは、更に、キックバック感度パラメータに関連付けられる電動工具特性を監視するよう構成される。電子プロセッサは、更に、監視した電動工具特性がキックバック閾値に達することに基づいて、電動工具のキックバックが生じていることを特定するよう構成される。電子プロセッサは、更に、電動工具特性がキックバック閾値に達することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止するよう構成される。
他の実施形態は、ハウジングと、ハウジング内部のモータとを含む電動工具を含む。モータは、回転子及び固定子を含み、回転子は、出力を生成するよう駆動装置に結合される。電動工具は、更に、モータに電気的に結合されるスイッチングネットワークと、電動工具のキックバックを示す状態を監視するよう構成されるセンサとを含む。電動工具は、更に、スイッチングネットワーク及びセンサに結合される電子プロセッサを含む。電子プロセッサは、キックバック感度パラメータを設定し、キックバック感度パラメータに関連付けられる電動工具特性を監視するよう構成される。電子プロセッサは、更に、監視した電動工具特性に基づいて、キックバック事象が生じていることを特定するよう構成される。電子プロセッサは、更に、キックバック事象に基づいて、キックバック感度パラメータを調整するよう構成される。電子プロセッサは、更に、監視した電動工具特性がキックバック閾値に達することに基づいて、電動工具のキックバックが生じていることを特定するよう構成される。電子プロセッサは、更に、監視した電動工具特性がキックバック閾値に達することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止するよう構成される。
他の実施形態は、ハウジングと、ハウジング内部のモータとを含む電動工具を含む。モータは、回転子及び固定子を含み、回転子は、出力を生成するよう駆動装置に結合される。電動工具は、更に、トリガと、モータに電気的に結合されるスイッチングネットワークとを含む。電動工具は、更に、電動工具の向きを監視するよう構成される方向センサと、スイッチングネットワーク及び方向センサに結合される電子プロセッサとを含む。電子プロセッサは、方向センサから受信した情報に基づいて、トリガが最初に作動される時の電動工具の初期ロール位置を特定するよう構成される。電子プロセッサは、更に、電動工具のロール位置を監視するよう構成される。電子プロセッサは、更に、ロール位置と初期ロール位置との間の差がロール位置閾値以上であるように、電動工具のロール位置が変化したことを特定するよう構成される。電子プロセッサは、更に、ロール位置と初期ロール位置との間の差がロール位置閾値以上であると特定することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータに供給される電力を低減するよう構成される。
幾つかの実施形態において、モータに供給される電力が低減された後、電子プロセッサは、更に、ロール位置が初期ロール位置に対応するように電動工具のロール位置が更に変化したことを特定するよう構成される。電子プロセッサはまた、更に、ロール位置が初期ロール位置に対応すると特定することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータに供給される電力を増加させるよう構成される。
他の実施形態は、ハウジングと、ハウジング内部のモータとを含む電動工具を含む。モータは、回転子及び固定子を含み、回転子は、出力を生成するよう駆動装置に結合される。電動工具は、更に、トリガと、モータに電気的に結合されるスイッチングネットワークとを含む。電動工具は、更に、電動工具のキックバックを示す状態を監視するよう構成されるセンサと、スイッチングネットワーク及びセンサに結合される電子プロセッサとを含む。電子プロセッサは、トリガが作動される場合にモータが第1の速度で正方向に回転するように、スイッチングネットワークを制御するよう構成される。電子プロセッサは、更に、センサから受信した情報に基づいて、電動工具がキックバックを経験したことを特定するよう構成され、ここでキックバックは、駆動装置がワークピース内に固着していることを示す。電子プロセッサは、更に、電動工具がキックバックを経験したと特定することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止するよう構成される。電子プロセッサは、更に、電動工具がキックバックを経験したと特定することに応じて、モータが第1の速度未満である第2の速度で逆方向に回転するように、スイッチングネットワークを制御するよう構成される。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、トリガが作動される場合にモータが第2の速度で逆方向に回転するように、スイッチングネットワークを制御するよう構成される。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、トリガが作動されることなくモータが逆方向に回転するように、スイッチングネットワークを制御するよう構成される。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、電動工具のハウジングが所望位置まで回転したことを特定し、電動工具のハウジングが所望位置まで回転したと特定することに応じて、スイッチングネットワークを制御してモータの駆動を中止するよう構成される。
本発明のいずれかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明に記載されているか、又は以下の図面に図示している構造の詳細及びコンポーネントの配置の用途に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々なやり方で実践すること、又は行うことが可能である。また、本明細書において用いられる語法及び専門用語は説明を目的としたものであり、限定と見なすものではないことを理解されたい。本明細書のおける「含む(including)」、「含む(comprising)」又は「有する(having)」及びそれらの変形の使用は、その後に列挙されている項目及びそれらの均等物、並びに追加の項目を包含することを意図する。「装着された(mounted)」、「接続された(connected)」及び「結合された(coupled)」という用語は、広義に用いられ、直接的な装着、接続、結合、及び間接的な装着、接続、結合の両方を包含している。さらに、「接続された」及び「結合された」は、物理的又は機械的な接続又は結合に限定されず、直接的又は間接的にかかわらず、電気的な接続又は結合を含むことができる。加えて、別段の記載のない限り、「付近」、「約」、及び略とは、特定の値の5%若しくは10%以内、又は角度の場合には特定の角度の5度若しくは10度以内を指してもよい。
複数のハードウェア及びソフトウェアベースの装置、並びに複数の異なる構造上のコンポーネントを利用して、本発明を実装してもよいことに留意されたい。さらに、後段で説明するように、図面に示している具体的な構成は、本発明の実施形態を例示することを意図しており、他の代替的な構成が可能であることを意図している。「プロセッサ」「中央処理装置」及び「CPU」という用語は、特に記載のない限り、同じ意味で使用されている。「プロセッサ」又は「中央処理装置」若しくは「CPU」という用語が、特定の機能を実行するユニットを識別するものとして用いられる場合、特に記載のない限り、これらの機能は、単一のプロセッサ、又は並列プロセッサ、直列プロセッサ、タンデムプロセッサ若しくはクラウド処理/クラウドコンピューティング構成を含む任意の形態で配置された複数のプロセッサによって行うことが可能であることを理解されたい。
本発明の一実施形態による通信システムを示す。 2つの例示的な実施形態による図1の通信システムの例示的な電動工具を示す。 2つの例示的な実施形態による図1の通信システムの例示的な電動工具を示す。 例示的な一実施形態による図2A及び2Bの電動工具のブロック図を示す。 図2A及び2Bの電動工具のキックバックを検出し、キックバックを検出することに応じて電動工具のモータの駆動を中止する例示的な方法のフロー図を示す。 図1の通信システムの外部装置のユーザインターフェースの例示的スクリーンショットを示す。 図2A及び2Bの電動工具の3つの例示的な向きを示す。 図2A及び2Bの電動工具の向きに基づいてキックバック感度パラメータを設定する例示的な方法のフロー図を示す。 幾つかの実施形態による図2A及び2Bの電動工具の過度クイックリリース機能を示すチャートである。 幾つかの実施形態による図2A及び2Bの電動工具の過度クイックリリース機能を示すチャートである。 図2A及び2Bの電動工具に結合されるバッテリパックのバッテリ特性に基づいてキックバック感度パラメータを設定する例示的な方法のフロー図を示す。 図2A及び2Bの電動工具のキックバック事象に基づいてキックバック感度パラメータを調整する例示的な方法のフロー図を示す。 図2A及び2Bの電動工具の3つの例示的なロール位置を示す。 電動工具の検出された工具ウォークに基づいて、図2A及び2Bの電動工具のモータに供給される電力を低減する例示的な方法のフロー図を示す。 電動工具102aがワークピース内で固着した後に図2A及び2Bの電動工具を制御する例示的な方法のフロー図を示す。 電動工具102aがワークピース内で固着した後に図2A及び2Bの電動工具を制御する例示的な方法のフロー図を示す。 図2A及び2Bの電動工具のキックバックを検出し、キックバックを検出することに応じてモータの駆動を中止する別の方法のフロー図を示す。 図2A及び2Bの電動工具のキックバックを検出する例示的な方法のフロー図を示し、ここで方法は、図2A及び2Bの電動工具のハウジングの監視した角速度に基づいて作業動作角度範囲を調整する。 別の例示的な実施形態による図1の通信システムの例示的な電動工具を示す。
図1は、通信システム100を示している。通信システム100は、電動工具装置102と、外部装置108とを含んでいる。各電動工具装置102(例えば、電動工具102a及び電動工具バッテリパック102b)並びに外部装置108は、互いの通信範囲内にある間、無線で通信することができる。各電動工具装置102は、電動工具の状態、電動工具の動作上の統計値、電動工具の識別、格納済みの電動工具の使用情報、電動工具のメンテナンスデータ等を通信することができる。従って、外部装置108を用いて、ユーザは、格納された電動工具の使用データ又は電動工具のメンテナンスデータにクセスすることができる。この工具データにより、ユーザは、電動工具装置102がどのように使用されてきたか、メンテナンスが推奨されているか、又は過去に実施されてきたかどうかを特定し、誤作動しているコンポーネント又はある特定の性能問題の他の理由を識別することができる。外部装置108はまた、電動工具構成のためのデータを電動工具装置102に送信し、ファームウェアを更新し、又はコマンド(例えば、作業灯の点灯)を送信するよう構成される。外部装置108はまた、ユーザが電動工具装置102のための動作パラメータ、安全パラメータを設定し、ツールモード等を選択することを可能にしている。
外部装置108は、例えば、スマートフォン(図示するような)、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、又は電動工具装置102と無線通信し、ユーザインターフェースを提供することが可能な別の電子装置であってもよい。外部装置108は、ユーザインターフェースを提供し、ユーザが工具情報にアクセスし、対話することを可能にする。外部装置108は、ユーザ入力を受信して、動作パラメータを特定し、機能を有効化又は無効化する等を行うよう構成される。外部装置108のユーザインターフェースは、ユーザが電動工具102aの動作を制御及びカスタマイズすることに使い易いインターフェースを提供する。
外部装置108は、電動工具装置102の無線通信インターフェース(例えば、図3に示すトランシーバ315)と互換性のある通信インターフェースを含む。外部装置108の通信インターフェースは、無線通信コントローラ(例えば、Bluetooth(登録商標)モジュール)、又は同様のコンポーネントを含んでいてもよい。外部装置108は、従って、電動工具装置102に関連するデータへのアクセスをユーザに付与し、ユーザが電動工具装置102の電子プロセッサと対話することができるようにユーザインターフェースを提供する。
加えて、図1に示すように、外部装置108はまた、電動工具装置102から取得する情報を、ネットワーク114によって接続されるリモートサーバ112と共有することもできる。リモートサーバ112は、外部装置108から取得されるデータを格納し、ユーザに追加の機能及びサービスを提供し、又はそれらの組合せのために用いられてもよい。一実施形態において、リモートサーバ112に情報を格納することにより、ユーザが、複数の異なる位置から情報にアクセスすることが可能になる。別の実施形態において、リモートサーバ112は、様々なユーザから、ユーザの電動工具装置に関する情報を収集し、異なる電動工具から取得する情報に基づいて、ユーザに統計又は統計的尺度を提供してもよい。例えば、リモートサーバ112は、経験から得られた電動工具装置102の効率、電動工具装置102の典型的な使用法、並びに、電動工具装置102の他の関連する特性及び/又は尺度に関する統計を提供してもよい。ネットワーク114は、例えば、インターネット、セルラーデータネットワーク、ローカルネットワーク、又はそれらの組み合わせに接続するための種々のネットワーキング要素(ルータ、ハブ、スイッチ、セルラータワー、有線接続、無線接続等)を含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、電動工具装置102は、追加のワイヤレスインターフェースを通して、又は電動工具装置102が外部装置108と通信するために用いるのと同じワイヤレスインターフェースで、サーバ112と直接通信するよう構成されてもよい。
幾つかの実施形態において、電動工具102a及び電動工具バッテリパック102bは、各装置内部のそれぞれの無線トランシーバを介して互いに無線通信してもよい。例えば、電動工具バッテリパック102bは、バッテリ特性(例えば、バッテリパック識別、バッテリパック種類、バッテリパック重量、バッテリパック102bの電流出力能力等)を電動工具102aに通信してもよい。かかる通信は、バッテリパック102bが電動工具102aに結合されている間に行われてもよい。追加として又は代替として、バッテリパック102b及び電動工具102aは、バッテリパック102bが電動工具102aに結合されている間、通信端子を用いて互いに通信してもよい。例えば、通信端子は、図2A及び2Bのバッテリパック受入部206内のバッテリ端子の付近に位置していてもよい。
電動工具装置102は、1つ以上の特定のタスク(例えば、穿孔、切断、固定、押圧、潤滑剤塗布、サンディング、加熱、研削、曲げ、成形、衝撃付与、研磨、照明等)を実行するよう構成される。例えば、インパクトレンチ及びハンマードリルは、(例えば、ビットを駆動するよう)回転出力を生成するタスクに関連付けられる。
図2A及び2Bは、2つの例示的な実施形態による電動工具102aを示している。図2Aに示す実施形態において、電動工具102aはインパクトドライバである。図2Bに示す実施形態において、電動工具102aはハンマードリルである。図2A及び2Bにおいて、同様の要素には同じ参照番号を付している。図2A及び2Bの電動工具102aは、システム100内部で動作する様々な種類の電動工具を代表している。従って、システム100における電動工具102aに関する説明は、直角ドリル、ジョイスト及びスタッドドリル、他のドリル、ラチェット、スクリュードライバ、コンクリートミキサ、穴掘機、回転工具等のような他の種類の電動工具にも同様に適用可能である。
図2Aに示すように、電動工具102aは、上部本体202と、ハンドル204と、バッテリパック受入部206と、出力ドライバ210と、トリガ212と、作業灯217と、正転/逆転セレクタ219と、電動工具102aに印加される力の大きさ及び/又は方向を検出するための1つ以上の力センサ220(例えば、グリップセンサ、圧力センサ、グリップ圧センサ等)とを含んでいる。電動工具102aのハウジング(例えば、本体202及びハンドル204)は、耐久性のある軽量のプラスチック材料で構成されている。出力ドライバ210は、金属(例えば、鋼)で構成されている。電動工具102a上の出力ドライバ210は、ビット又は同様の装置を保持するよう構成される雌ソケットである。しかし、他の電動工具は、ドリルビットを保持するチャック(図2B参照)、鋸刃を保持するアーバ、往復鋸刃ホルダ、又は雄ソケットドライバ等の他の電動工具に関連するタスクのために特別に設計される異なる出力ドライバ210を有していてもよい。バッテリパック受入部206は、電動工具102aに電力を供給するバッテリパック(例えば、図1のバッテリパック102b)を受け入れ、結合するよう構成される。バッテリパック受入部206は、バッテリパックを固定する機構と係合する接続構造と、バッテリパックを電動工具102aに電気的に接続する端子台とを含む。
電動工具102aは、上部本体202内部に収容されるモータを含む。モータは、回転子と固定子とを含んでいる。回転子は出力ドライバ210に結合されて、回転軸211を中心とする出力を生成して、出力ドライバ210が特定のタスクを実行することを可能にしている。幾つかの実施形態において、トリガ212は、電動工具102aのユーザがトリガ212をどれだけ係合させるかに応じて作動信号を生成する機械スイッチである。幾つかの実施形態において、トリガ212は圧力センサであり、ユーザがトリガ212を押した場合に動かない。むしろ、トリガ212は、ユーザがトリガ212及び圧力センサをどれだけ強く押しているかを示す作動信号を生成する。幾つかの実施形態において、メタルオンキャパシタ感知配置が用いられている。モータは、機械式スイッチの場合にはトリガ212の位置に基づいて、又は、圧力センサの場合にはトリガ212に印加される圧力の量に基づいて通電される。トリガ212を押し込むという言葉は、本明細書中で用いられるように、トリガ212の動きを必ずしも意味しない。
オーバーライド制御機能が作動しない限り、トリガ212が押し込まれると、モータが通電され、トリガ212が解放されると、モータは通電を停止する。図示する実施形態において、トリガ212は、ハンドル204の長さに部分的に下方に延在するが、しかし、他の実施形態において、トリガ212は、ハンドル204の全長に下方に延在するか、又は電動工具102a上の他の場所に位置決めされてもよい。
機械式トリガ212の場合には、トリガ212は、トリガ212が工具ハウジングに対して移動するようにハンドル204に移動可能に結合される。トリガ212は、トリガスイッチと係合可能であるプッシュロッドに結合される。トリガ212がユーザによって押し込まれると、トリガ212は、ハンドル204に向かう第1の方向に移動する。トリガ212がユーザによって解放されると、トリガ212は、(例えば、ばねにより)付勢され、ハンドル204から離れる第2の方向に移動するようになっている。トリガ212がユーザによって押し込まれると、プッシュロッドはトリガスイッチを作動させ、トリガ212がユーザによって解放されると、トリガスイッチは作動を停止する。
他の実施形態において、トリガ212は電気トリガスイッチに結合される。かかる実施形態において、トリガスイッチは、例えば、トランジスタを含んでいてもよい。加えて、かかる電子的実施形態の場合には、トリガ212は、機械的スイッチを作動させるプッシュロッドを含まなくてもよい。むしろ、電気トリガスイッチは、例えば、工具ハウジング又は電気トリガスイッチに対するトリガ212の相対位置に関する情報を中継する位置センサ(例えば、ホール効果センサ)によって作動されてもよい。トリガスイッチは、トリガ212の位置を示す信号を出力する。幾つかの例において、信号はバイナリであり、トリガ212が押し込まれたか又は解放されたかのどちらか一方を示す。他の例において、信号は、トリガ212の位置をより正確に示す。例えば、トリガスイッチは、トリガ212が押し込まれる程度に応じて0から5ボルトまで変化するアナログ信号を出力してもよい。例えば、0V出力はトリガ212が解放されたことを示し、1V出力はトリガ212が20%押し込まれたことを示し、2V出力はトリガ212が40%押し込まれたことを示し、3V出力はトリガ212が60%押し込まれたことを示し、4V出力はトリガ212が80%押し込まれたことを示し、そして、5Vはトリガ212が100%押し込まれたことを示す。トリガスイッチによって出力される信号は、アナログ又はデジタルであってもよい。
他の実施形態において、トリガ212は、ユーザによって押し込まれた場合に位置を著しく変化させない力又は圧力センサを含む。圧力センサは、ユーザによって印加される圧力の量に応じて0ボルトから5ボルトまで変化するアナログ作動信号を出力してもよい。圧力センサによって出力される作動信号は、アナログ又はデジタルであってもよい。
グリップセンサ220は、ユーザが電動工具102aを保持していること、及びユーザが電動工具102aをどのように保持しているかを示すグリップパラメータを提供する出力信号を生成する。例えば、ユーザが電動工具102a上に片手を有する場合、ハンドル204上のグリップセンサ220は、ユーザの手を感知する。ユーザが上部本体202上に第2の手を有する場合、1つ以上のグリップセンサ220が、第2の手の存在を検出する。幾つかの実施形態において、グリップセンサ220は、それらが作動された場合にバイナリ信号を生成するタッチセンサ(例えば、容量センサ)である。他の実施形態において、グリップセンサ220は、センサに印加される力の強さ(例えば、ユーザのグリップ圧)に比例する信号を提供する力又は圧力センサである。従って、グリップパラメータは、グリップ位置(例えば、電動工具102aがどのように保持されているか)及び握力(例えば、存在を示す非0握力値)を含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、電動工具102aは、(例えば、グラインダ、チェーンソー等のために)ハンドル204上でユーザの握持が検出されない限り(例えば、非0握力値)、使用又は動作されることが防止される(例えば、動作しない)。幾つかの実施形態において、電動工具102aは、(例えば、真空掃除機等のために)ユーザの握持がハンドル204上で検出されない限り、電源オフになることが防止される(例えば、常に動作可能である)。
図2Bに示すように、電動工具102aは、図2Aに示す電動工具102aと同様の多くのコンポーネントを含んでいる。例えば、図2Bのハンマードリルは、上部本体202と、ハンドル204と、バッテリパック受入部206と、トリガ212と、作業灯217と、正転/逆転セレクタ219と、1つ以上の力センサ220(例えば、グリップセンサ、圧力センサ、グリップ圧センサ等)とを含んでいる。ハンマードリルはまた、チャック221及びトルク設定ダイヤル223を含む。上述したように、図2Bのハンマードリルの多くの要素は、図2Aのインパクトドライバのそれぞれの要素と参照番号を共有している。従って、図2Bのこれらの同様に符号付与された要素は、図2Aに関して上で説明したものと同様の機能を含んでいてもよい。
図3は、電動工具102aのブロック図を示している。図3に示すように、電動工具102aは、電子プロセッサ305(例えば、マイクロプロセッサ又は他の電子装置)と、メモリ310と、トランシーバ315と、バッテリパックインターフェース320と、スイッチングネットワーク325と、モータ330と、ホールセンサ335と、電流センサ340と、方向センサ345と、動作センサ350と、1つ以上の力センサ220(例えば、グリップセンサ、圧力センサ、グリップ圧センサ等)とを含んでいる。幾つかの実施形態において、電動工具102aは、図3に示した構成とは異なる構成において、より少ない又は追加のコンポーネントを含んでいてもよい。例えば、幾つかの実施形態において、電動工具102aは、電動工具102aの状態又は電動工具102aのモードを示す発光ダイオード(LED)等の1つ以上のインジケータを含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、電動工具102aは、複数の方向センサ345及び/又は動作センサ350を含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、電動工具102aは、以下に説明する機能以外の機能を実行してもよい。
例えば、電子プロセッサ305は、以下でより詳細に説明するように、電動工具102aの1つ以上のセンサから受信する信号に基づいて、電動工具102aの設定、モード、及びモータ速度のうちの1つ以上を調整するよう構成される。
トランシーバ315は、上で説明したように、外部装置108、ネットワーク114、又はその両方との間でデータを送受信する。例えば、トランシーバ315を介して、電子プロセッサ305は、格納された電動工具の使用又は保守データを外部装置108に送信してもよく、外部装置108から動作パラメータ又は工具モードを受信してもよい。
バッテリパックインターフェース320は、バッテリパックから受け取った電力を電子プロセッサ305及びスイッチングネットワーク325に伝送する。図3には示していないが、幾つかの実施形態において、電動工具102aは、バッテリパックインターフェース320を介して受け取り、電子プロセッサ305及び/又はモータ330に提供される電力を調整又は制御する能動及び/又は受動コンポーネント(例えば、降圧コントローラ、電圧コンバータ、整流器、フィルタ等)を含む。
スイッチングネットワーク325により、電子プロセッサ305は、モータ330の動作を制御することが可能になる。概して、トリガ212が押し込まれると、電流が、バッテリパックインターフェース320からスイッチングネットワーク325を介してモータ330に供給される。トリガ212が押し込まれないと、電流は、バッテリパックインターフェース320からモータ330に供給されない。電子プロセッサ305は、スイッチングネットワーク325を制御して、モータ330に対して利用可能な電流の量を制御し、それにより、モータ330の速度及びトルク出力を制御する。スイッチングネットワーク325は、多数のFET、バイポーラトランジスタ、又は他の種類の電気スイッチを含んでいてもよい。例えば、スイッチングネットワーク325は、電子プロセッサ305からパルス幅変調(PWM)信号を受信してモータ330を駆動する6-FETブリッジを含んでいてもよい。
センサ335、340、345、及び350は、電子プロセッサ305に結合され、電動工具102a又はモータ330の異なるパラメータを示す様々な信号を電子プロセッサ305に通信する。図3には示していないが、幾つかの実施形態において、電動工具102aは、1つ以上の電圧センサ、1つ以上の温度センサ、1つ以上のトルクセンサ等のような追加のセンサを含む。
幾つかの実施形態において、各ホールセンサ335は、モータの回転子の磁石がホールセンサ335の面を横切って回転する場合の指標(例えば、パルス)等のモータフィードバック情報を電子プロセッサ305に出力する。ホールセンサ335からのモータフィードバック情報に基づいて、電子プロセッサ305は、回転子の位置、速度、及び加速度を特定することができる。モータフィードバック情報及びトリガ212の位置に応じて、電子プロセッサ305は、制御信号を送信して、スイッチングネットワーク325を制御して、モータ330を駆動する。例えば、スイッチングネットワーク325のFETを選択的に有効及び無効にすることによって、バッテリパックインターフェース320から受け取る電力を、モータ330の固定子コイルに選択的に印加してその回転子を回転させる。モータフィードバック情報は、電子プロセッサ305によって用いられて、スイッチングネットワーク325への制御信号の適切なタイミングを確保し、場合によっては、閉ループフィードバックを提供して、モータ330の速度を所望のレベルになるよう制御する。例えば、ホールセンサ335からのフィードバックが回転子の回転を示すと、電子プロセッサ305は、順次、(a)関連する固定子コイルによって生成される磁界が回転子を連続的に駆動するように、スイッチングネットワーク325の選択FET対を有効にし、(b)電流が適切な固定子コイルから分流されないように、且つ、固定子コイルが回転子の回転を抑制する磁界を生成しないように、スイッチングネットワーク325の残りのFETを無効にする。
幾つかの実施形態において、電流センサ340は、モータ330によって引き出される電流(即ち、モータ電流)を監視する。幾つかの実施形態において、方向センサ345は加速度計であり、重力に対する電動工具102aの向きを示す信号を電子プロセッサ305に送信する。例えば、方向センサ345は、電動工具102aのピッチ又はロールを示してもよい。電動工具102aのピッチは、ピッチ角αによって表され、出力ドライバ210が図2A及び2Bのピッチ軸240に沿って向いている方向(例えば、上向き、下向き、又は水平)を示す。点として示すピッチ軸240は、図2A及び2Bの図においてページの内側及び外側に延在している。電動工具102aのロールは、(通常、電動工具102aが水平に向けられている場合に)回転軸211を中心とする電動工具102aの重力に対する位置/角度を示す。例えば、図2A及び2Bは、回転軸211を中心とするロール運動245を示す。
幾つかの実施形態において、動作センサ350はジャイロスコープであり、電動工具102aの角速度を示す信号を電子プロセッサ305に送信する。例えば、電動工具102aの出力がワークピース内に固着している状況において(即ち、以下でより詳細に説明するように、電動工具102aのキックバック中に)、動作センサ350からの信号は、電動工具102aのハウジングがその回転軸を中心に回転する角速度(例えば、1秒当たりの角度)を示す可能性がある。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置を監視して、電動工具102aのキックバックが発生している場合を特定する。例えば、電子プロセッサ305は、動作中の電動工具102aの現在のロール位置を、トリガ212が作動された場合の初期ロール位置と、又は好ましいロール位置(例えば、図6に示すように、電動工具102aの回転軸が重力に対して90度である水平方向605)と比較してもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置を示す信号を方向センサ345から受信することによって、電動工具102aの現在のロール位置を直接監視する。他の実施形態において、電子プロセッサ305は、トリガ212が作動された場合の初期ロール位置(方向センサ345からの直接測定によって特定されるような)と、電動工具102のハウジングの監視された角速度(動作センサ350によって特定されるような)とに基づいて、電動工具102aの現在のロール位置を推測する。言い換えれば、電子プロセッサ305は、現在の角速度測定値に角速度測定値間の時間量を乗算してロール運動を特定することによって、電動工具102aの現在のロール位置を間接的に特定する。電子プロセッサ305は、次いで、電動工具102aの初期ロール位置にロール運動を加算して、電動工具102aの現在のロール位置を特定する。
幾つかの実施形態において、センサ345及び350は、別個であるか又は単一のアセンブリに一体化されてもよい、1つ以上の加速度計、ジャイロスコープ、又は磁石を含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、センサ345及び350は、電動工具102aの動きが1~9軸から監視されることを可能にする(例えば、3軸監視、6軸監視、及び9軸監視のうちの少なくとも1つ)。幾つかの実施形態において、電動工具102aは、センサ345及び350を含む慣性測定ユニット(IMU)プリント回路基板(PCB)を含む。幾つかの実施形態において、IMU PCBは、電動工具102aの足部(即ち、バッテリパック受入部206の付近)に位置し、センサ345及び350によって取得される情報を、電動工具102aのハンドル204内の制御PCB上に位置する電子プロセッサ305に通信する。かかる実施形態において、IMU PCBは、モータ330によって生じる振動から隔離され、回転軸211を中心とする電動工具102aのロール位置を正確に監視してもよい。幾つかの実施形態において、IMU PCBは、電動工具102a内の他の位置に位置する。例えば、IMU PCBは、モータ330の下(例えば、ハンドル204の上、又はハンドル204の上部)に位置してもよい。別の実施例として、IMU PCBは、モータ330の上に位置してもよい。
幾つかの状況において、電動工具102aは、電動工具102aの出力が静止したままになるように、出力がワークピース内で固着する場合に、キックバックする可能性がある。かかる状況において、電動工具102aの回転慣性によって提供されるトルクは、電動工具102a上のユーザの片手又は両手の力を圧倒し、電動工具102aのハウジングをユーザの制御が効かない状態で回転させる可能性がある。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、センサ220、335、340、345、及び350のうちの1つ以上から受信する信号に基づいて、電動工具102aのキックバックを防止又は低減するようキックバック制御機能を実装している。
図4は、電動工具102aのキックバックを検出し、キックバックを検出することに応じてモータ330の駆動を中止する(例えば、制御する)例示的な方法400のフロー図を示している。ブロック405において、電子プロセッサ305は、1つ以上のセンサを用いて電動工具102aの電動工具特性を監視する。例えば、電動工具特性は、電流センサ340を用いて監視するモータ電流、動作センサ350を用いて監視する電動工具102aのハウジングの角速度、方向センサ345を用いて直接監視するか又は方向センサ345及び動作センサ350の組み合わせを用いて間接的に監視する電動工具102aのロール位置等であってもよい。
幾つかの実施形態において、電動工具特性を監視する場合、電子プロセッサ305は、受信データの精度を制御するよう、センサから受信するデータをフィルタリングするフィルタリング方法を実装してもよい。例えば、電子プロセッサ305は、データを低域フィルタに通して、通常の工具動作によって引き起こされる可能性があるか又はセンサによって行われるエラーに起因して生成される可能性があるデータ内のスパイクを除去してもよい。他の状況において、電子プロセッサ305は、電子プロセッサ305がセンサから受信するデータ内のより短い方向のスパイクを認識するように、低域フィルタの効果を低減してもよいか、又は低域フィルタを実装しなくてもよい。フィルタリング方法の別の実施例として、複数の方向における動きを示す信号を動作センサ350から受信する場合、電子プロセッサ305は、特定の方向における動きにより多くの重みを与えてもよい。
ブロック410において、電子プロセッサ305は、電動工具特性がキックバック閾値に到達したかどうかを特定する。この特定は、電動工具102aのハウジングがユーザの制御が効かない状態で回転する場合に電動工具102aのキックバックが発生しているかどうかを示す可能性がある。幾つかの実施形態において、キックバック閾値は、最小値又は最大値であってもよい。例えば、幾つかの状況において、モータ電流の減少は、キックバックの開始、又はユーザによる電動工具102aの制御の何らかの他の喪失を示している。例えば、モータ電流の減少は、ユーザがもはやワークピースに向かって電動工具102aに圧力を印加していないことを示している可能性がある。しかし、他の状況において、モータ電流の増加は、キックバックの開始を示す(例えば、電動工具102aが、木片の背後の鉄筋等のワークピースよりも強靭な材料に遭遇する場合)。電動工具特性が電流である実施形態において、キックバック閾値は、アンペアでの電流閾値又はアンペア/秒での電流の変化率であってもよい。電動工具特性が角速度である実施形態において、キックバック閾値は、電動工具102aのハウジングの回転速度閾値(例えば、度/秒での)である。電動工具特性がロール位置である実施形態において、キックバック閾値は、モータ330が停止される前に電動工具102aのハウジングが回転する可能性がある作業動作角度範囲(例えば、電動工具102aの初期ロール位置又は好ましいロール位置からプラス又はマイナス数度)である。異なる電動工具特性を有する実施形態において、電子プロセッサ305は、異なる電動工具特性に対応するキックバック閾値を用いる。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、モータ330の速度に基づいてキックバック閾値を設定する。例えば、幾つかの実施形態において、方法400は、電子プロセッサ305がモータ速度を特定するための第1の追加ブロック(例えば、ブロック405と410との間)と、電子プロセッサ305が、特定されたモータ速度に基づいて(例えば、モータ速度を閾値にマッピングするルックアップテーブルを用いて)キックバック閾値を更新するための第2の追加ブロック(例えば、第1の追加ブロックとブロック410との間)とを含むよう更新される。一実施例において、モータ330の速度が増加するにつれて、キックバック閾値は、より敏感になるよう更新される。例えば、電動工具特性が角速度である実施形態において、電子プロセッサ305は、モータ330の速度が高い場合に、モータ330の速度が低い場合よりも低いキックバック閾値(即ち、より高いキックバック感度)を用いてもよい。この実施例において、キックバック閾値は、モータ330の速度に基づいて動的に変化する。幾つかの実施形態において、キックバック閾値は、ユーザの検出された手の位置に基づいて設定又は更新される。力センサ220が片手使用を示した場合、デフォルトのキックバック閾値が採用される。力センサ220が両手使用又は増加した握力を示した場合、ユーザは両手でより良好に工具を制御している可能性が高いため、キックバック閾値は、その感度を減少させるよう増加される。キックバック閾値は、ユーザの握持の変化が力センサ220によって検出される際に、動的に更新されてもよい。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、2つの異なるキックバック閾値を利用するよう構成される。例えば、電動工具特性が角速度であり、キックバック閾値が電動工具102aのハウジングの回転速度閾値である実施形態において、第2の回転速度閾値よりも低い(即ち、より敏感な)第1の回転速度閾値が電子プロセッサ305によって利用されてもよい。電動工具102aのキックバックは、モータ330の回転と反対方向に生じることが最も多いため、電子プロセッサ305は、第1の回転速度閾値を利用して、モータ330の回転と反対方向のキックバックを検出する。幾つかの実施形態において、第1の回転速度閾値は、モータ330の回転の同じ方向におけるキックバックを検出するよう利用される第2の回転速度閾値よりも低い(即ち、より敏感になる)。従って、正転/逆転セレクタ219が、出力ドライバ210が駆動される回転方向を変更するよう作動する場合、第1及び第2の回転速度閾値は、キックバック閾値がより敏感になり、且つモータ330の回転の反対方向における電動工具102aのハウジングの角速度に基づいて電動工具102aをより迅速に停止させるように、対応して変化する。例えば、出力ドライバ210が時計回り方向に回転される場合、電動工具102aのキックバックが反時計回りの方向に生じる可能性が高い。従って、時計回り方向の角速度を示すサンプル(電動工具102aのキックバックである可能性が低いか又は可能性がない)は、反時計回り方向の角速度を示すサンプル(電動工具102aのキックバックである可能性が高い)よりも大きな公差と共に扱われる。出力ドライバ210の回転方向に対して測定される角速度の方向に応じて異なる回転速度閾値は、例えば、オペレータが操作中に工具自体を回転させる使用事例において、煩わしい動作停止を低減することを意図している。幾つかの実施形態において、回転速度閾値は、両手又は強い握持が採用された場合、モータ方向及びグリップパラメータに基づいて調整されて、相対感度を低減する。
幾つかの実施形態において、監視される電動工具特性は、トリガ212からの作動信号であり、キックバック閾値は、トリガ作動量の所定の変化、又は所定の期間にわたるトリガ作動量の所定の変化(即ち、トリガ解放速度)である。かかる実施形態において、キックバック閾値は、トリガ212が解放されて、電子プロセッサ305に、モータ330の駆動を中止させるようスイッチングネットワーク325を制御させる場合を示す。例えば、電子プロセッサ305は、トリガ212からの作動信号が、トリガ212がユーザによって解放されている又は解放されたように変化したことを特定してもよい。従って、このキックバック閾値は、電子プロセッサ305がトリガ212の位置の変化に応じてスイッチングネットワーク325をいかに迅速に制御してモータ330の駆動を中止するかを特定するため、電動工具102aのトリガ解放感度と称される可能性がある。
監視された電動工具特性がキックバック閾値に達していないことを電子プロセッサ305が特定すると(ブロック410において)、方法400はブロック405に戻って、電動工具特性の監視を継続する。監視した電動工具特性がキックバック閾値に達したことを電子プロセッサ305が特定すると、ブロック415において、電子プロセッサ305は、スイッチングネットワーク325を制御してモータ330の駆動を中止する。例えば、電子プロセッサ305は、スイッチングネットワーク325がモータ330に電力を供給することを防止してもよいか、アクティブブレーキを用いてモータ330を停止してもよいか、又は別の方法でモータ330の駆動を中止してもよい。
方法400は、1つの電動工具特性に関して上で説明されているが、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、複数の電動工具特性を監視し、監視した電動工具特性のそれぞれをそれぞれのキックバック閾値と比較している。これらの実施形態のうちの幾つかにおいて、電子プロセッサ305は、複数の電動工具特性のうちの所定数がそれらそれぞれのキックバック閾値に達することに応じて、スイッチングネットワーク325を制御して、モータ330の駆動を中止する。幾つかの実施形態において、第1の監視された電動工具特性(例えば、モータ電流)がそのそれぞれのキックバック閾値に達する(例えば、低電流閾値を下回って減少する)と、電子プロセッサ305は、第2の電動工具特性(例えば、電動工具102aの角速度)の監視を開始する。かかる実施形態において、第2の電動工具特性がそのそれぞれの閾値に達する(例えば、回転速度閾値を上回って増加する)と、電子プロセッサ305は、スイッチングネットワーク325を制御してモータ330の駆動を中止する。加えて、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、複数の電動工具特性を監視し、監視した電動工具特性のうちの少なくとも1つに基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを調整する(例えば、図10及び16並びに以下の対応する説明を参照)。幾つかの実施形態において、電動工具特性の複数の測定値をそれらそれぞれのキックバック閾値と比較することによって、電子プロセッサ305が、電動工具102aのキックバックを検出し、モータ330を停止させることを可能にしているが、モータ330の煩わしい動作停止も防止している(即ち、ユーザが依然として電動工具102aを制御している場合にモータ330の頻繁な停止を防止する)。例えば、電子プロセッサは、単一の電動工具特性の複数の測定値がそれぞれのキックバック閾値を超えること、又は複数の電動工具特性の測定値がそれらそれぞれのキックバック閾値を超えることに応じて、モータ330を停止させる。言い換えれば、幾つかの実施形態において、そのキックバック閾値を超える電動工具特性の単一の測定値は、電子プロセッサ305にモータ330の駆動を中止させなくてもよく、従って、モータ330の煩わしい動作停止を防止することによってオペレータ体験を改善してもよい。
図15は、電動工具102aのキックバックを検出し、キックバックを検出することに応じてモータ330の駆動を中止する別の方法のフロー図を示している。方法1500は、電動工具102aのハウジングの角速度が期間内に所定回数、回転速度閾値を超えた場合に、電子プロセッサ305が電動工具102aのキックバックを検出することを可能にする。しかし、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、異なる電動工具特性を監視して、異なる電動工具特性が、期間内に所定回数、それぞれのキックバック閾値を超える場合を特定してもよい。幾つかの実施形態において、期間は、所定期間(例えば、250ミリ秒、500ミリ秒、1秒等)である。他の実施形態において、期間は予め特定されず、代わりに、期間は、トリガ212が作動され、電動工具102aが動作している限り続く。言い換えれば、図15に関して以下に説明するカウンタは、電動工具102aが動作している限り上昇及び下降してもよく、トリガ212が解放される場合にリセットしてもよい。かかる実施形態において、方法1500は、電子プロセッサ305が、回転速度閾値を超える電動工具102aのハウジングの角速度に応じて増加する漏洩アキュムレータの閾値交差によって、電動工具102aのキックバックを検出することを可能にしている。加えて、幾つかの実施形態において、漏洩アキュムレータは、回転速度又は幾つかの他の電動工具特性の幾つかの関数の漏洩アキュムレータとして機能し、それによって、キックバックは、漏洩アキュムレータが他の電動工具特性のための関連する閾値を上回って増加する際に検出される。同様に、漏洩アキュムレータの漏洩率は一定でなくてもよく、電動工具特性の関数として電子プロセッサ305によって設定されてもよい。幾つかの実施形態において、本明細書中に説明するような漏洩アキュムレータは、電子プロセッサ305によって実装される機能であってもよい。
ブロック1505において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのハウジングの角速度を監視する(例えば、動作センサ350から受信する情報を用いて)。ブロック1510において、電子プロセッサ305は、角速度が回転速度閾値よりも大きいかどうかを特定する。角速度が回転速度閾値より大きい場合、方法1500はブロック1515に進み、ここで電子プロセッサ305は、カウンタがカウンタ閾値より大きいかどうかを特定する。カウンタがカウンタ閾値より大きくない場合、方法1500はブロック1520に進み、ここで電子プロセッサ305は、角速度が回転速度閾値を超えているため、カウンタを1だけ増加させる。次いで、方法1500はブロック1505に戻って、電動工具102aのハウジングの角速度の監視を継続する。幾つかの実施形態において、ブロック1505に戻る前に、電子プロセッサ305は、動作センサ350からの角速度データを所定間隔でサンプリングするために、所定期間を遅延させてもよい。幾つかの実施形態において、動作センサ350からの角速度データのサンプリングレートを定義する所定期間は、別の電動工具特性に基づいて(例えば、電動工具102aの向き又はグリップパラメータに基づいて)電子プロセッサ305によって動的に特定される。
角速度が回転速度閾値よりも大きくない場合(ブロック1510において)、方法1500はブロック1525に進み、ここで電子プロセッサ305は、カウンタが0に等しいかどうかを特定する。カウンタが0に等しい場合、方法1500はブロック1505に戻って、電動工具102aのハウジングの角速度の監視を継続する。カウンタが0に等しくない場合、ブロック1530において、電子プロセッサ305は、角速度が回転速度閾値よりも大きくないため、カウンタを1だけ減少させる。次いで、方法1500はブロック1505に戻って、電動工具102aのハウジングの角速度の監視を継続する。幾つかの実施形態において、ブロック1505に戻る前に、電子プロセッサ305は、動作センサ350からの角速度データを所定間隔でサンプリングするために、所定期間を遅延させてもよい。上述のように、幾つかの実施形態において、動作センサ350からの角速度データのサンプリングレートを定義する所定期間は、別の電動工具特性に基づいて(例えば、電動工具102aの向き又はグリップパラメータに基づいて)電子プロセッサ305によって動的に特定される。
カウンタがカウンタ閾値よりも大きい場合(ブロック1515において)、方法1500はブロック1535に進み、ここで電子プロセッサ305は、スイッチングネットワーク325を制御して、モータ330の駆動を中止する。従って、方法1500は、電動工具102aのハウジングの角速度が、カウンタ閾値によって定義されるような期間内に所定回数、回転速度閾値を超えた場合に、電子プロセッサ305が電動工具102aのキックバックを検出することを可能にする。言い換えれば、上記の漏洩アキュムレータの説明に関連して、方法1500は、電動工具102aのハウジングの角速度が漏洩アキュムレータをある閾値をよりも増大させた場合に、電子プロセッサ305が電動工具102aのキックバックを検出することを可能にする。幾つかの実施形態において、回転速度閾値、カウンタ閾値、及び角速度の監視されたサンプリング間の時間遅延は、本願の他の部分に従って電動工具102aのキックバック制御を精緻化するよう調整されてもよいキックバック感度パラメータと称してもよい。例えば、回転速度閾値、カウンタ閾値、及び時間遅延のうちの1つ以上は、外部装置108(図5参照)を介してユーザによって調整されてもよい。幾つかの実施形態において、回転速度閾値、カウンタ閾値、及び時間遅延のうちの1つ以上は、グリップパラメータに基づいて調整されてもよい。電動工具102aは、次いで、これらのキックバック感度パラメータのうちの1つ以上を外部装置108から受信し、電子プロセッサ305は、受信したキックバック感度パラメータの値を用いて方法1500を実行する。例えば、回転速度閾値、カウンタ閾値、及び時間遅延が低いほど、キックバック制御の感度が高くなる。力センサ220によって検出されるように、ユーザが両手又は強い握持を採用する場合、より高く、より感度の低いキックバック制御が採用されてもよい。上述したように、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aが動作している際に方法1500を実行し、トリガ212が解放された場合又は所定期間が経過した場合にカウンタをリセットしてもよい。例えば、電子プロセッサ305が、所定期間が経過したかどうか、トリガが解放されたかどうか、又はその両方であるかどうかを特定し、真である場合、カウンタを0にリセットするブロック1505にループバックする前に、追加の条件ブロックが追加されてもよい。更に、トリガが解放され、カウンタがリセットされると、プロセッサは、次のトリガ引き込みまで方法1500の実行を中止しても良い。
幾つかの実施形態において、方法1500は、電動工具102aのキックバックを検出し、モータ330を停止させるが、モータ330の煩わしい動作停止も防止する(即ち、ユーザが依然として電動工具102aを制御している場合にモータ330の頻繁な停止を防止する)。例えば、カウンタの使用により、方法1500は、回転速度閾値を超える電動工具102aのハウジングの角速度の複数の測定値に応じて、モータ330を停止させる。言い換えれば、幾つかの実施形態において、回転速度閾値を超える角速度の単一の測定値は、電子プロセッサ305にモータ330の駆動を中止させなくてもよく、従って、モータ330の煩わしい動作停止を防止することによってオペレータ体験を改善してもよい。
上述したように、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、複数の電動工具特性を監視し、監視した電動工具特性のうちの少なくとも1つに基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを調整する。図16は、電動工具102aのキックバックを検出する例示的な方法1600のフロー図を示し、ここで方法1600は、電動工具102aのハウジングの監視された角速度(即ち、監視された電動工具特性)に基づいて、作業動作角度範囲(即ち、キックバック感度パラメータ)を調整する。方法1600は、電動工具102aのロール位置が、電動工具102aのハウジングの角速度に基づいて更新される作業動作角度範囲外にある場合に、電子プロセッサ305が電動工具102aのキックバックを検出することを可能にする。方法1600のブロックの幾つかは、以下で説明する他の方法(例えば、図7及び図10)からのブロックと同様である。
図16のブロック1605及び1610は、以下で説明する図7のブロック705及び710と同様である。ブロック1605において、電子プロセッサ305は、トリガ212を作動する場合に方向センサ345から受信する情報に基づいて電動工具102aの初期方向を特定する。幾つかの実施形態において、初期位置は、力センサ220によって検出されるグリップパラメータも含んでいる。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、初期ロール位置のゼロに対応するよう初期方向を設定する。ブロック1610において、電子プロセッサ305は、電動工具102aの初期方向に基づいて、電動工具102aの作業動作角度範囲を特定する。例えば、電動工具102aのピッチが、電動工具102aが上向きである(即ち、図6の垂直上向き方向610にある)ことを示している場合、ユーザは、電動工具102aを良好に制御できない可能性があるように、頭上で穿孔しているか、及び/又は梯子若しくは足場上に立っている可能性がある。従って、電動工具102aの出力ドライバ210が上向きであることを、電子プロセッサ305が特定すると、電子プロセッサ305は、より少ないキックバックが感知される場合(即ち、より高いキックバック感度)に、モータ330の駆動が中止されるように、電動工具102aの作業動作角度範囲を小さく(例えば、初期ロール位置から±15度)設定してもよい。キックバック感度は、片手握持に対して両手握持の場合、又は弱い握持に対して強い握持(例えば、力センサ220に印加される力に対する値に基づく握力)の場合、低下されてもよい。電動工具102aの向きに基づいて作業動作角度範囲等のキックバック感度パラメータを設定する追加の実施例を、図7のブロック705及び710に関して以下で説明する。
ブロック1615において、電子プロセッサ305は、動作センサ350を用いて電動工具102aのハウジングの角速度を監視する。ブロック1620において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのハウジングの角速度が作業動作角度範囲調整閾値よりも大きいかどうかを特定する。幾つかの実施形態において、作業動作角度範囲調整閾値を上回る角速度は、ユーザが電動工具102aの制御を失い始めていること(即ち、図10に関して以下で説明するようなキックバックに近い事象)を示す可能性がある。従って、角速度が作業動作角度範囲調整閾値を上回る場合、ブロック1625において、電子プロセッサ305は、角速度及び/又はグリップパラメータに基づいて作業動作角度範囲を調整する。例えば、ユーザは、片手握持から両手握持に変更してもよく、又は、ユーザが電動工具102aの制御を失い始める場合、ユーザは、電動工具102aをより強く握持してもよい。グリップパラメータの変化が力センサ220によって検出された場合、作業動作角度範囲を動的に調整してもよい。
上記の実施例を続けると、電子プロセッサ305は、作業動作角度範囲を、電動工具102aの初期ロール位置から±15度から、電動工具102aの初期ロール位置から±10度に減少させてもよい。言い換えれば、電子プロセッサ305は、キックバックの検出によりモータ330を停止させることなく電動工具102aを回転させることができるロール位置の範囲を減少させることによって、キックバック感度を増加させる。作業動作角度範囲を調整した後、方法1600はブロック1630に進む。ブロック1620において、角速度が作業動作角度範囲調整閾値よりも大きくない場合、方法1600は、作業動作角度範囲を調整することなくブロック1630に進む。言い換えれば、角速度測定値が、電動工具102aのハウジングが回転していないか又はゆっくりと回転していることを示し、ユーザが電動工具102aの制御を失う可能性が低いため、作業動作角度範囲は変化せずに残る。
ブロック1630において、電子プロセッサ305は、電動工具102aの現在のロール位置を特定する。上で説明したように、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置を直接又は間接的に特定してもよい。ブロック1635において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置が作業動作角度範囲内にあるかどうかを特定する。ロール位置が作業動作角度範囲内にある場合、方法1600はブロック1615に戻って、電動工具102aのハウジングの角速度を監視し続ける。ロール位置が作業動作角度範囲内にない場合(即ち、電動工具102aのハウジングが作業動作角度範囲外に回転した場合)、ブロック1640において、電子プロセッサは、スイッチングネットワーク325を制御してモータ330の駆動を中止する。
従って、方法1600は、電動工具102aのロール位置が、電動工具102aのハウジングの角速度及びグリップパラメータに基づいて更新される作業動作角度範囲外にある場合に、電子プロセッサ305が電動工具102aのキックバックを検出することを可能にする。幾つかの実施形態において、作業動作角度範囲及び作業動作角度範囲調整閾値は、本願の他の部分に従って電動工具102aのキックバック制御を精緻化するよう調整されてもよいキックバック感度パラメータと称してもよい。図16には示していないが、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのハウジングの角速度が所定値未満に減少したか、又はゼロに減少したことを特定することに応じて、作業動作角度範囲をその最初に設定された値に戻すよう再調整してもよい。
幾つかの実施形態において、作業動作角度範囲外にある電動工具のロール位置に応じてモータ330を動作停止することに加えて、電子プロセッサ305はまた、角速度が回転速度閾値を超えた場合にモータを動作停止させてもよい。幾つかの実施形態において、作業動作角度範囲調整閾値は、回転速度閾値未満である。他の実施形態において、電子プロセッサ305は、作業動作角度範囲を更新する目的のためだけに電動工具102aのハウジングの角速度を監視してもよく、回転速度閾値を超える角速度に基づいて電動工具102aを動作停止させなくてもよい。幾つかの実施形態において、ブロック1610において、電子プロセッサ305は、作業動作角度範囲に関して上で説明したものと同様の方法で、電動工具102aの初期方向及びグリップパラメータに基づいて、作業動作角度範囲調整閾値の初期値を特定する。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305によって実装されるキックバック制御は、外部装置108を介して制御可能である。図5は、キックバック感度パラメータ(例えば、キックバック閾値、フィルタリング方法等)をユーザによって調整することを可能にする外部装置108のユーザインターフェース505の例示的スクリーンショットを示している。図5に示すように、キックバック制御は、トグルスイッチ510を用いて、任意にオン又はオフにすることができる。言い換えれば、電子プロセッサ305は、トグルスイッチ510及び外部装置108を介して、上で説明した方法400を実施するかどうかを示すユーザ選択を受信する。幾つかの実施形態において、電動工具102aは、キックバック制御が起動されていることを示すよう点灯するLEDを含んでいてもよい。
また、図5に示すように、キックバック制御の感度レベルは、スライダバー515を用いて任意に設定することができる。幾つかの実施形態において、感度レベルは、上で説明したキックバック閾値(例えば、電流閾値、回転速度閾値、トリガ解放感度、作動動作角度範囲等)のうちの少なくとも1つを設定する。言い換えれば、電子プロセッサ305は、スライダバー515及び外部装置108を介して感度レベルの指示を受信し、指示に応じて1つ以上のキックバック閾値を調整する。幾つかの実施形態において、ユーザインターフェース505は、各キックバック閾値の個別の調整を可能にする別個のスライダバーを含んでいる。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、キックバック制御の感度レベルがより低く設定されている場合よりも、キックバック制御の感度レベルがより高く設定されている場合に、電動工具102aのより小さいキックバックに応じて、モータ330を停止させる。言い換えれば、電子プロセッサ305は、キックバック制御の感度レベルがより低く設定されている場合よりも、キックバック制御の感度レベルがより高く設定されている場合に、キックバック閾値をより容易に満たされるレベル(例えば、より低い回転速度閾値又はより高いトリガ解放感度)に設定してもよい。
幾つかの実施形態において、感度レベルは、センサからデータを受信する場合に電子プロセッサ305によって用いられるフィルタリング方法を設定する。例えば、キックバック制御の感度レベルがより高く設定されている場合、電子プロセッサ305は、データ内のスパイクによりモータ330の駆動を中止させるキックバック閾値に到達する可能性があるように、1つ以上のセンサ信号の低域フィルタリングの効果を減少させてもよい。一方、キックバック制御の感度レベルがより低く設定されている場合、電子プロセッサ305は、データ内のスパイクが平滑化されて、監視した電動工具特性がそのそれぞれのキックバック閾値を超える可能性が高くなることを防ぐように、1つ以上のセンサ信号の低域フィルタリングの効果を増加させてもよい。別の言い方をすれば、電子プロセッサ305は、速い応答時間のために精度を犠牲にするよう(キックバック制御の感度レベルがより高く設定される場合)、又は代替として、精度のために速い応答時間を犠牲にするよう(キックバック制御の感度レベルがより低く設定される場合)、電動工具102aの1つ以上のセンサのフィルタリングレートを変更してもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、モータ330の速度に基づいて、1つ以上のセンサから受信するデータのフィルタリング方法を設定又は調整する。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aの向きに基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを確立及び/又は調整する。図6は、水平方向605、垂直上向き方向610、及び垂直下向き方向615を含む、電動工具102aの3つの例示的な向きを示している。向きは、重力に対する電動工具の回転軸(例えば、図2A及び2Bにおける電動工具102aの回転軸211を参照)に基づいて説明されてもよい。例えば、回転軸が重力に対して90度であるか、又は重力に対して90度の所定範囲内(例えば、5、10、15、25、35、又は45度内)にある場合、電動工具は、水平方向605にあると考えてもよい。同様に、回転軸が重力に対して180度であるか、又は重力に対して180度の所定範囲内(例えば、5、10、15、25、35、又は45度内)にある場合、電動工具は、垂直上向き方向610にあると考えてもよい。同様に、回転軸が重力に対して0度である(即ち、整列している)か、又は重力に対して0度の所定範囲内(例えば、5、10、15、25、35、又は45度内)にある場合、電動工具は、垂直下向き方向615にあると考えてもよい。他の実施形態において、工具ハウジングの長手方向軸又はモータ回転軸等の工具の別の軸が、電動工具の向きを特定するために用いられる。
図7は、電動工具102aの向きに基づいてキックバック感度パラメータを設定する例示的な方法700のフロー図を示している。ブロック705において、電子プロセッサ305は、方向センサ345及びグリップセンサ220から受信する情報に基づいて電動工具102aの向きを特定する。例えば、電子プロセッサ305は、ピッチ角αを示す信号を方向センサ345から受信し、ピッチ角を、図6に示す方向605、610、及び615のそれぞれの閾値範囲と比較する。力センサ220は、片手握持又は両手握持の指示を提供する。幾つかの実施形態において、力センサ220はまた、握力の測定も提供する。
ブロック710において、電子プロセッサは、電動工具102aの向きに基づいてキックバック感度パラメータを設定する。例えば、電動工具102aのピッチが、電動工具102aが上向きである(即ち、図6の垂直上向き方向610にある)ことを示している場合、ユーザは、電動工具102aを良好に制御できない可能性があるように、頭上で穿孔しているか、及び/又は梯子若しくは足場上に立っている可能性がある。従って、電動工具102aの出力ドライバ210が上向きであると電子プロセッサ305が特定する場合、電子プロセッサ305は、より小さなキックバックが感知された場合にモータ330の駆動を中止するように、少なくとも1つのキックバック感度パラメータをより感度が高くなるよう設定してもよい。例えば、電子プロセッサ305は、電動工具102aの角速度が監視されている実施形態において、回転速度閾値を低下させてもよい。別の実施例として、電子プロセッサ305は、データ内のスパイクによりモータ330の駆動を中止させるキックバック閾値に到達する可能性があるように、低域フィルタリングの影響を低減するようフィルタリング方法を調整してもよい。別の実施例として、電子プロセッサ305は、ユーザによる監視したトリガ解放の速さを誇張するようトリガ解放感度を設定してもよい。例えば、電子プロセッサ305は、ユーザが電動工具102aを良好に制御している可能性がある他の状況において行われる可能性があるように、モータ330の速度を減速させるのではなく、ユーザによる僅かなトリガ解放に応じて、モータ330の駆動を中止してもよい。別の実施例として、電動工具102aの向きが、(図6の3つの向きにおいて示すように)電動工具102aが上向き、下向き、又は水平に向く90度の角度で用いられていないことを示す場合、ユーザは、電動工具102aを良好に制御できない可能性がある(例えば、45度の角度で穿孔する場合)。従って、電動工具102aの出力ドライバ210が上向き、下向き、又は水平に向く90度の角度ではないと電子プロセッサ305が特定する場合、電子プロセッサ305は、より小さなキックバックが感知された場合にモータ330の駆動を中止するように、少なくとも1つのキックバック感度パラメータをより感度が高くなるよう設定してもよい。例えば、電子プロセッサ305は、電動工具102aの角速度が監視されている実施形態において回転速度閾値を低下させてもよいか、又は電動工具102aのロール位置が監視されている場合、作業動作角度範囲を減少させてもよい。
図8A及び8Bは、幾つかの実施形態による電子プロセッサ305によって実施される過度クイックリリースを示すチャートである。図8Aの線805は、ユーザがトリガ212を解放する期間にわたるトリガ212の実際の位置を表している。図8Aに示すように、ユーザがトリガ212を完全に解放するのに約22ミリ秒かかる。しかし、トリガ解放感度が高められる状況において、電子プロセッサ305は、ユーザがトリガ212を完全に解放する前に、モータ330の駆動を中止してもよい。例えば、図8Aの線810によって示すように、電子プロセッサ305は、トリガ212の位置の変化を認識し、約5ミリ秒後にモータの駆動を中止してもよい。かかる制御は、トリガ212の解放が電動工具102aの制御の喪失を示す可能性がある状況(例えば、電動工具102aが図6の垂直上向き方向610にある場合)において有用であってもよい。
図8Bは、トリガ212が部分的にのみ解放され、完全には解放されていない状況(即ち、ユーザが、例えば、トリガ212を部分的にのみ解放して、モータ330の速度を低減することを意図した状況)を示している。図8Aと同様に、線815は、ユーザがトリガ212を部分的に解放する期間にわたるトリガ212の実際の位置を示している。図8Bに示すように、図8Aの線810と同様に、線820は、電子プロセッサ305が、トリガ212の位置の検出した変化に応じて、約3ミリ秒でモータ330の駆動を中止させることを示している。しかし、数ミリ秒後、電子プロセッサ305は、トリガ212の位置が部分的に押し込まれたままである(例えば、約45%の作動で安定している)と特定し、スイッチングネットワーク325を制御して、トリガ212の45%の作動に対応する電力をモータ330に提供する。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305がモータ330の駆動を中止する短い期間は、ユーザにとって認識できないほど迅速に生じる可能性がある。従って、電動工具102aのトリガ解放感度が過度のクイックリリースを実施するよう設定される場合、電子プロセッサ305は、電動工具102aの通常動作を依然として維持しながら、トリガ解放に対してより敏感であってもよい。
図7のブロック710に戻って、電動工具102aの向きに基づいてキックバック感度パラメータを設定する別の実施例として、電動工具102aのピッチが、電動工具102aが下向きである(即ち、図6の垂直下向き方向615にある)ことを示す場合、ユーザは、より安定した状況にある(例えば、両手が電動工具102a上にある状態で床に位置する)可能性がある。従って、電動工具102aの出力ドライバ210が下向きであると電子プロセッサ305が特定する場合、電子プロセッサ305は、小さなキックバックが感知された場合にモータ330の駆動を中止しないように、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを感度が低くなるよう設定してもよい。かかる状況において、トリガ解放感度は、トリガ212の過度のクイックリリースを実施しないよう設定されてもよい。
電動工具102aの向きに基づいてキックバック感度パラメータを設定する更に別の実施例として、電動工具102aのピッチが、電動工具102aが水平に向いている(即ち、図6の水平方向605にある)ことを示す場合に、電動工具102aのロールが、電動工具102aが地面に対して横向きであることを示す場合、ユーザの腕は、例えば、キックバックが生じた場合、それ以上回転することができないような位置にあってもよい。従って、電動工具102aが地面に対して横向きである(即ち、ハンドルが重力に対して約90度の角度まで回転されている)と電子プロセッサ305が特定する場合、電子プロセッサ305は、モータ330の駆動を、小さなキックバックが感知された場合に中止するか、又はトリガ解放が検出された場合により迅速に中止するように、少なくとも1つのキックバック感度パラメータをより感度が高くなるよう設定する。
電動工具102aの向きに基づいてキックバック感度パラメータを設定する別の実施例として、電子プロセッサ305は、電動工具102aの向きに基づいて、キックバック制御方法中に用いられるフィルタリング方法を設定してもよい。例えば、複数の方向の動きを示す信号が動作センサ350から受信されると、電子プロセッサ305は、電動工具102aの向きに応じてある特定の方向(例えば、キックバックが生じた場合に電動工具102aが動く可能性が高い方向)の動きにより多くの重みを与えてもよい。
従って、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのピッチ、電動工具102aのロール、又はその両方に基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを設定する。幾つかの実施形態において、図7のブロック705及び710は、電動工具102aの向きが変化するにつれて電子プロセッサ305が少なくとも1つのキックバック感度パラメータを準連続的に調整するように繰り返されてもよい。例えば、ロール位置が初期ロール位置に対して10度増加する毎に、電子プロセッサ305は、回転速度閾値を10パーセント減少させて、電子プロセッサ305をキックバックに対してより敏感にしてもよい。他の例示的な実施形態において、異なる度数及び閾値調整量が用いられる。
上で示したように、電子プロセッサ305は、電動工具102aの向きに基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを確立及び/又は調整してもよい。言い換えれば、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのトリガ212が作動されることに応じて、ブロック705及び710を実行する。かかる実施形態において、電子プロセッサ305は、トリガ212が作動される時間における電動工具102aの初期方向に基づいて、キックバック感度パラメータ(例えば、回転速度閾値、カウンタ閾値、監視した角速度サンプル間の遅延時間、作業動作角度範囲、及び/又は同様のもの)を確立する。例えば、トリガ212が作動するたびに、電子プロセッサ305は、方向センサ345を用いて特定されるような電動工具102aの向きに基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを確立する。キックバック感度パラメータに対する相対的変化は、グリップパラメータに基づいて調整されてもよく、ここで工具の向きに基づいて行われる調整の大きさは、両手又は強い握持に対して低減されてもよい。追加として又は代替として、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、トリガ212が作動されたままである間の動作中の電動工具102aの変化する向き又はグリップパラメータに基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを動的に更新する。例えば、電子プロセッサ305は、動作中の電動工具102aのロール位置の変化に基づいて回転速度閾値を調整する。
ブロック715において、電子プロセッサ305は、キックバック感度パラメータに関連する電動工具特性を監視する。例えば、電動工具特性は、モータ電流、電動工具102の角速度、電動工具102aのロール位置、及びトリガ212の位置等の上で説明した電動工具特性のうちの1つであってもよい。幾つかの実施形態において、ブロック715において、電子プロセッサ305は、先に説明したように2つ以上の電動工具特性を監視し、各電動工具特性は、キックバック感度パラメータに関連付けられる。ブロック720において、電子プロセッサ305は、監視した電動工具特性がキックバック閾値に達することに基づいて、電動工具102aのキックバックが生じていることを特定する。幾つかの実施形態において、ブロック720において、電子プロセッサ305は、そのそれぞれのキックバック閾値を満たす2つ以上の電動工具特性に基づいて、電動工具102aのキックバックが生じていることを特定する。例えば、図4に関して上で説明したように、キックバックは、モータ電流が低電流閾値未満に減少し、角速度が回転速度閾値を超えた両方の後に特定されてもよい。ブロック725において、電子プロセッサは、電動工具特性がキックバック閾値に達することに応じて、スイッチングネットワーク325を制御して、モータ330の駆動を中止する。幾つかの実施形態において、図7のブロック715、720、及び725は、図4のそれぞれのブロック405、410、及び415と同様であり、図4に関して上で説明したものと同様の機能を含んでいてもよい。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aに結合されるバッテリパックのバッテリ特性に基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを確立及び/又は調整する。図9は、電動工具102aに結合されるバッテリパックのバッテリ特性に基づいてキックバック感度パラメータを設定する例示的な方法900のフロー図を示している。ブロック905において、電子プロセッサ305は、電動工具102aに結合されるバッテリパックのバッテリ特性を特定する。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、バッテリパックから情報(例えば、バッテリパック識別、バッテリパック種類等)を受信してもよく、メモリ310に格納されるルックアップテーブルを用いて、バッテリパックの大きさ又は重量を特定してもよい。他の実施形態において、電子プロセッサは、バッテリパックの大きさ又は重量に対応する情報をバッテリパックから受信してもよい。
方法900の残りのブロック(ブロック910、915、920、及び925)は、図7のブロック710、715、720、及び725と同様である。従って、図7のこれらのブロックに関して説明した機能、実施例、及び代替実施形態はまた、図9の対応するブロックにも適用される。ブロック910において、電子プロセッサ305は、バッテリパックのバッテリ特性に基づいてキックバック感度パラメータを設定する。例えば、電子プロセッサ305は、バッテリパックの重量が電動工具102aの回転慣性に影響する可能性があるため、バッテリパックの重量に基づいて回転速度閾値を調整してもよい。ブロック915において、電子プロセッサ305は、キックバック感度パラメータに関連する電動工具特性を監視する。ブロック920において、電子プロセッサ305は、監視した電動工具特性がキックバック閾値に達することに基づいて、電動工具102aのキックバックが生じていることを特定する。ブロック925において、電子プロセッサ305は、電動工具特性がキックバック閾値に達することに応じて、スイッチングネットワーク325を制御して、モータ330の駆動を中止する。
図9に関して上で説明した実施形態と同様に、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aに結合されるアタッチメントの特性に基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを確立及び/又は調整する。かかる確立又は調整により、電子プロセッサ305は、アタッチメントの存在が電動工具102aの慣性モーメントに及ぼす影響を補償することが可能となる。図9に関して上で説明したようなバッテリパックに加えて、そのアタッチメントは、例えば、真空システム、サイドハンドル等であってもよい。幾つかの実施形態において、電動工具102aは、アタッチメントの存在を検出するセンサ、又はアタッチメントが電動工具102aに取り付けられた場合に作動する電子スイッチを含んでいてもよい。他の実施形態において、アタッチメントは、電子プロセッサ及び電動工具102aと無線で又は有線接続を介して通信する通信装置のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。例えば、アタッチメントは、アタッチメント種類、アタッチメント場所/位置、アタッチメント重量等のアタッチメントの特性を電動工具102aに通信してもよい。幾つかの実施形態において、電動工具102aのモードは、アタッチメントが電動工具102aに結合されていることを示していてもよい。例えば、電動工具102aが真空モードに置かれている場合、電子プロセッサ305は、真空システムが電動工具102aに取り付けられていることを特定する。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、軽微な使用中又は電動工具102aが静止している間に、方向センサ345及び動作センサ350のうちの1つ以上からの情報に基づいてアタッチメントの存在を特定してもよい。例えば、電子プロセッサ305は、センサ345及び350から受信した情報を、メモリ310に格納されたルックアップテーブル内の情報と比較して、センサ345及び350からの情報が、アタッチメントが電動工具102aに取り付けられていることを示しているかどうかを特定してもよい。アタッチメントの検出及びアタッチメントの特性の受信のうちの少なくとも1つに基づいて、電子プロセッサ305は、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを確立及び/又は調整してもよい。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、疑わしいキックバック事象、キックバックに近い事象、又は検出したキックバック事象等のキックバック事象に基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを調整する。図10は、電動工具102aのキックバック事象に基づいてキックバック感度パラメータを調整する例示的な方法1000のフロー図を示している。ブロック1005において、電子プロセッサ305は、キックバック感度パラメータ(例えば、上で説明したようなキックバック閾値又はフィルタリング方法)を設定する。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、上で説明したように、電動工具102の向き又はグリップパラメータに基づいて1つ以上のキックバック感度パラメータを設定する。
ブロック1010において、電子プロセッサ305は、キックバック感度パラメータに関連する電動工具特性(例えば、前で説明したような、モータ電流、電動工具102の角速度、トリガ位置等のうちの少なくとも1つ)を監視する。ブロック1015において、電子プロセッサ305は、監視した電動工具特性又は第2の監視した電動工具特性に基づいて、キックバック事象が生じていることを特定する。上記のように、キックバック事象は、以下でより詳細に説明するように、疑わしいキックバック事象、キックバックに近い事象、又は検出したキックバック事象であってもよい。
幾つかの実施形態において、疑わしいキックバック事象は、電動工具102aが最初に動作される場合に検出される。例えば、電子プロセッサ305が、電動工具102aの出力ドライバ210が始動時に予想されるよりも遅く移動することを特定する場合、電子プロセッサ305は、キックバック事象がより起こりやすい(例えば、電動工具102aのビットがワークピース内の小さな固着又は剪断を克服するよう回転モーメントを有していないため)ことを特定してもよい。幾つかの実施形態において、疑わしいキックバック事象は、工具ウォークと称する可能性がある動作中の電動工具102aのロール位置の変化(図12参照)に基づいて、電動工具102aの動作中に検出されてもよい。幾つかの状況において、工具ウォークは、ユーザによる電動工具102aの制御の緩慢な喪失を示す可能性がある。例えば、電子プロセッサ305は、電動工具102aが最初に動作される場合に電動工具の初期ロール位置を特定してもよい(図12のブロック1205を参照)。電子プロセッサ305は、次いで、動作中に電動工具102aのロール位置を監視し、現在のロール位置を初期ロール位置と比較してもよい(図12のブロック1210及び1215を参照)。電動工具102aの現在のロール位置が初期ロール位置から所定量変化した場合(即ち、工具ウォークが発生した場合)、電子プロセッサ305は、疑わしいキックバック事象が発生していると特定してもよい。
幾つかの実施形態において、キックバックに近い事象は、監視した角速度が回転速度閾値(即ち、電動工具102aのキックバックを示す回転速度閾値よりも低い第2の回転速度閾値)から所定量以内であるように、電動工具102aのハウジングが回転したことを動作センサ350が示す場合に検出される。言い換えれば、キックバックに近い事象は、電動工具102aの出力ドライバ210がワークピース内で一時的に固着するが、迅速に固着解除される場合に発生する可能性がある。
幾つかの実施形態において、検出したキックバック事象は、出力が静止したままであるように、電動工具102aの出力がワークピース内で固着する場合に発生し、電子プロセッサ305は、スイッチングネットワーク325を制御してモータ330の駆動を中止する(例えば、図4の方法400を参照)。
ブロック1020において、電子プロセッサ305は、キックバック事象に基づいてキックバック感度パラメータを調整する。例えば、疑わしいキックバック事象(即ち、ロール位置の検出した変化)に基づいて、電子プロセッサ305は、ユーザが電動工具102aを完全に制御できない可能性があるため、回転速度閾値を減少させ、及び/又はトリガ解放感度を増加させて電動工具102aをキックバックに対してより敏感にしてもよい(即ち、モータ330の駆動をより迅速に中止する)。幾つかの実施形態において、キックバック感度パラメータに対する調整の大きさは、力センサ220によって検出されるグリップパラメータに依存してもよい。
別の実施例として、キックバックに近い事象が検出されると、電子プロセッサ305は、(例えば、ユーザが電動工具102aをより良好に制御する可能性がある場合)キックバックを誤って検出しないように、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを低感度に調整する。他の状況において、キックバックに近い事象が検出されると、電子プロセッサ305は、(例えば、ユーザが電動工具102aをあまり制御できていない可能性がある場合)少なくとも1つのキックバック感度パラメータをより感度が高くなるよう調整する。従って、電子プロセッサ305によるキックバック感度パラメータの調整(ブロック1020における)はまた、電動工具102aが垂直上向き方向610にある場合よりも水平方向605又は垂直下向き方向615にある場合に、ユーザがより良好に制御できると特定される可能性があるという点で、電動工具102aの方向を考慮してもよい。
別の実施例として、キックバックに近い事象が検出されると(例えば、作業動作角度範囲調整閾値を超える電動工具102aのハウジングの角速度に基づいて)、電子プロセッサ305は、上で説明したように図16の方法1600に示すように作業動作角度範囲を調整する。言い換えれば、図16の方法1600は、図10の方法1000の特定の実施態様の一実施例であり、ここで電子プロセッサ305は、所定の閾値を超える電動工具102aのハウジングの監視した角速度(即ち、キックバックに近い事象の検出)に基づいて、作業動作角度範囲(即ち、キックバック感度パラメータ)を調整する。図16に関して上記の実施例において説明したように、電子プロセッサ305は、作業動作角度範囲を、電動工具102aの初期ロール位置から±15度から、電動工具102の初期ロール位置から±10度に減少させてもよい。この実施例において、電子プロセッサ305は、ユーザが電動工具102aを完全に制御していないことを角速度測定値が示す可能性があるため、キックバック感度パラメータ(即ち、作業動作角度範囲)を、キックバックに対してより敏感になるよう調整する(即ち、モータ330の駆動をより迅速に中止する)。作業動作角度範囲を電動工具102aの初期ロール位置から±15度から電動工具102の初期ロール位置から±10度まで減少させるこの実施例に関して、角度範囲の値は単なる例であり、他の角度範囲が用いられてもよい。加えて、本説明全体を通して、速度、角度、閾値、範囲等の他の例示的な値及びそれらの間の関係に関して、これらの値及び関係は単なる例であり、他の値及び関係が他の状況及び実施形態において可能である。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、例えば、メモリ310を用いて、発生したキックバック事象の数を記録してもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、所定数のキックバック事象の発生に基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを調整してもよい。例えば、電子プロセッサ305は、3回のキックバック事象が検出された後にキックバック閾値の感度を減少させて、モータ330が使用中に頻繁に動作停止することを防止してもよい。更に、かかる実施形態において、電子プロセッサ305は、所定期間(例えば、30秒)内に発生する所定数のキックバック事象に基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを調整してもよい。例えば、電子プロセッサ305は、3つの検出したキックバック事象が30秒以内に発生する場合、キックバック閾値の感度を減少させてもよい。
幾つかの実施形態において、キックバック事象は、電動工具102aの単一の連続動作中(即ち、トリガ212が解放される前の単一のトリガ作動中)に検出されてもよい。しかし、他の実施形態において、これらのキックバック事象は、複数のトリガ作動にわたって検出されてもよい。両方の実施形態において、電子プロセッサ305は、キックバック事象の数をメモリ310に格納してもよく、これらの事象のうちの1つ以上の所定の発生回数に基づいて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを調整してもよい。例えば、3回のキックバックに近い事象が検出されると、電子プロセッサ305は、電動工具102aの回転速度閾値を調整してもよい。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aの以前の動作モード中に用いられたキックバック感度パラメータ(即ち、ユーザによって選択されたモードの履歴及びモード中に用いられたキックバック感度パラメータの対応する履歴)を格納してもよい。電動工具102aがモードを切り替える場合、電子プロセッサ305は、例えば、選択されたモード中に以前に用いられたキックバック感度パラメータに対応するよう、電動工具102aの選択されたモードに基づいて少なくとも1つのキックバック感度パラメータを調整してもよい。
幾つかの実施形態において、方法1000のブロック1010、1015、及び1020は、キックバック事象が電子プロセッサ305によって検出されるにつれて、1つ以上のキックバック感度パラメータが複数回調整されるように、繰り返される。
方法1000の残りのブロック(ブロック1025及び1030)は、図7のブロック720及び725と同様である。従って、図7のこれらのブロックに関して説明した機能、実施例、及び代替実施形態はまた、図10の対応するブロックにも適用される。ブロック1025において、電子プロセッサ305は、監視した電動工具特性がキックバック閾値に達することに基づいて、電動工具のキックバックが生じていることを特定する。ブロック1030において、電子プロセッサ305は、監視した電動工具特性がキックバック閾値に達することに応じて、スイッチングネットワークを制御して、モータ330の駆動を中止する。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aの始動中に少なくとも1つのキックバック感度パラメータを確立又は調整するよう構成される。例えば、電動工具102aは、モータ330が既に動いていて幾らかの回転モーメントを有する場合よりも、モータ330が静止状態から始動されている場合に、キックバックを経験する可能性が高くなる可能性がある。電子プロセッサ305が、モータ330が停止状態から始動していると特定する場合のかかる状況において、電子プロセッサ305は、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを低感度に設定して、電動工具102aが、ワークピース内の小さな固着又は剪断によって引き起こされる軽微なキックバックを通して電力を供給することを可能にしてもよい(例えば、電動工具102aの向きが、電動工具102aが良好に制御される位置にあることを示す場合)。代替として、電子プロセッサ305は、軽微なキックバックであっても検出された場合(例えば、電動工具102aの向きが、電動工具102aがあまり制御されていない位置にあることを示す場合)、モータ330への電力の供給を中止しようと試みるよう、少なくとも1つのキックバック感度パラメータをより感度が高くなるよう設定してもよい。幾つかの実施形態において、モータ330が所望の動作速度に到達した後、電子プロセッサ305は、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを更に調整してもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、モータ330の速度が変化するにつれて、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを準連続的に調整するよう構成されてもよい。例えば、モータ330の速度が静止状態から所望の動作速度まで増加するにつれて、電子プロセッサ305は、少なくとも1つのキックバック感度パラメータを徐々に増加又は減少させてもよい。
図11は、電動工具102aの3つの例示的なロール位置を示している。位置1105は、トリガ212が引かれてワークピースに対する作業を開始する場合の電動工具102aの初期位置を表している。この例示的な状況において、電動工具102aは、水平位置で用いられており、重力に対して約0度のロール位置で垂直に直立している。位置1110において、電動工具102aは、ワークピースとの軽微な固着に起因して回転している(即ち、工具ウォークが生じている)。位置1115において、電動工具102aの出力はワークピース内に固着し、キックバックが生じている。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、工具ウォークが検出されると、モータ330に供給される電力を低減する。かかる電力低減は、電動工具102aのロール位置が動作中に変化したこと(図11の位置1110)をユーザに示していてもよい。幾つかの実施形態において、ユーザが、例えば、電動工具102aの初期ロール位置(図11の位置1105)に対応するようロール位置を修正した場合、電子プロセッサ305は、トリガ212の位置に従って、全電力がモータ330に供給されることを可能にしてもよい。幾つかの実施形態において、力センサ220が、ユーザが両手握持又はより強い握持に変更したことを検出した場合、電子プロセッサ305は、トリガ212の位置に従ってモータ330に全電力が供給されることを可能にしてもよい。
図12は、電動工具102aの検出された工具ウォークに基づいてモータ330に供給される電力を低減する例示的な方法1200のフロー図を示している。ブロック1205において、電子プロセッサ305は、方向センサ345から受信する情報(例えば、図11の位置1105)に基づいて、トリガ212が最初に作動される時間における電動工具102aの初期ロール位置(例えば、重力に対する)を特定する。電子プロセッサ305は、初期ロール位置に関する情報をメモリ310内に格納してもよい。
ブロック1210において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置を監視する。ブロック1215において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置が、ロール位置と初期ロール位置との間の差がロール位置閾値を超えるように変化したかどうかを特定する。幾つかの実施形態において、ロール位置閾値は、初期ロール位置からの所定の度数である。追加として又は代替として、ロール位置閾値は、所望の動作位置(例えば、水平動作中、重力に対していずれかの方向に70度の工具位置をもたらす工具ウォーク)に対する所定の度数であってもよい。電子プロセッサ305が、ロール位置と初期ロール位置との間の差がロール位置閾値に達していないことを特定した場合、方法1200はブロック1210に戻って、電動工具102aのロール位置の監視を継続する。
電子プロセッサ305が、ロール位置と初期ロール位置との間の差がロール位置閾値(例えば、図11の位置1110)を超えると特定する場合、ブロック1220において、電子プロセッサ305は、ロール位置と初期ロール位置との間の差がロール位置閾値を超えると特定することに応じて、スイッチングネットワーク325を制御してモータ330に供給される電力を低減させる。幾つかの実施形態において、ロール位置閾値は、単一の離散閾値ではない。むしろ、電子プロセッサ305は、ロール位置が変化するにつれて、電動工具102aのロール位置に基づいて準連続的にモータ330に供給される電力を調整してもよい。例えば、ロール位置が初期ロール位置に対して10度増加する毎に、電子プロセッサ305は、モータ330の速度を20パーセント減少させてもよい。
上述したように、ブロック1220において生じる電力の低減は、工具ウォークが生じたことをユーザに通知してもよい。幾つかの実施形態において、ユーザが、例えば、電動工具102aの初期ロール位置に対応するようロール位置を修正した場合、電子プロセッサ305は、トリガ212の位置に従って、全電力がモータ330に供給されることを可能にしてもよい。かかる実施形態において、電子プロセッサ305は、モータ330に供給される電力を(例えば、時間遅延を用いて)全電力まで徐々に増加させてもよい。上で説明した電力の低減と同様に、電動工具102aのロール位置が修正される際の電力の回復は、準連続的に提供されてもよい。加えて、幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置が所望のロール位置(例えば、水平動作中、重力に対して約0度の工具位置を有する垂直に直立した工具)に対応することを要求して、電動工具が初期ロール位置に再度向けられる場合に、全電力をモータ330に回復させるのではなく、全電力がモータ330に供給されることを再度可能にしてもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置が初期ロール位置から又は所望のロール位置から所定量以内であるよう修正されることに応じて、全電力又は部分電力をモータ330に回復させてもよい。言い換えれば、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置が完全にではなく部分的に修正された場合に、モータ330への全電力又は部分電力を回復させてもよい。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、方法1200の実行中に、電子プロセッサ305が電動工具102aのキックバックを検出し、モータ330の駆動を中止してもよいように、先に説明した方法のうちの1つと併せて方法1200を実行する。加えて、電子プロセッサ305は、図10に関して上で詳細に説明したように、検出した工具ウォークに基づいてキックバック感度パラメータを調整してもよい。
図12の別の実施形態において、ブロック1215において、電子プロセッサ305は、ブロック1220に進んで、電動工具102aのロール位置が所定のロール位置閾値を超えたことに応じて、モータ330に供給される電力を低減してもよい。かかる実施形態において、電子プロセッサ305は、ロール位置と初期ロール位置との間の差を特定しなくてもよい。むしろ、電子プロセッサ305は、電動工具102のロール位置のみに基づいてモータ330に供給される電力を低減する。例えば、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置が地面に対して水平である(即ち、ハンドルが重力に対して約90度の角度に回転されている)ことを特定することに応じて、モータ330に供給される電力を低減してもよい。
電動工具102aのキックバックが発生すると、電動工具102aは、ユーザが電動工具102aを握持又は操作することが困難であるように、扱いにくい角度でワークピース内に固着されたままである可能性がある。多くの場合、ユーザは、電動工具102aのハウジング及び出力ドライバ210を手動で回転させるよう電動工具102aのハウジングに力を印加することによって電動工具102aの固着を解除しようとする。しかし、ユーザは、電動工具102aの固着を解除するのに十分な力を印加することができない可能性があり、電動工具102aが固着解除された場合に、ユーザによって印加された力によってそれが急に移動/揺動する可能性がある。他の実施例において、電動工具102aの固着解除を試みるため、ユーザは、電動工具102aのモータ330の回転方向を切り替え、電動工具102aを逆転モードで動作させる可能性がある。しかし、これはまた、電動工具102aが固着解放された後に電動工具102aを急に移動/揺動させる可能性がある。
図13は、電動工具102aがワークピース内で固着した後に電動工具102aを制御する方法1300のフロー図を示している。方法1300は、ユーザが電動工具102aの固着を解除しようと試みることができるように、電動工具102aのハウジングが所望の位置に戻ることを可能にする。幾つかの状況において、電動工具102aは、方法1300の実行中に固着解放される可能性がある。幾つかの実施形態において、方法1300は、電動工具102aの他の固着解除方法に関して上述した急な移動/揺動を防止するよう、電動工具102aのハウジングが逆方向にゆっくりと動くことを可能にする。
ブロック1305において、電子プロセッサ305は、トリガ212が作動される場合にモータ330が第1の速度で正方向に回転するように、スイッチングネットワーク325を制御する。ブロック1310において、電子プロセッサ305は、電動工具102aがワークピース内で固着しているかどうかを特定する。例えば、監視した電動工具特性がキックバック閾値に達したことに応じて、電子プロセッサ305がモータ330の駆動を中止する場合、電子プロセッサ305は、電動工具102がワークピース内で固着したことを特定してもよい。電動工具102aがワークピース内で固着していない場合、方法1300はブロック1310に留まり、電子プロセッサ305は、モータ330がトリガ212の作動に従って第1の速度で正方向に回転するように、スイッチングネットワーク325を制御し続ける。
電動工具102aがワークピース内で固着していると電子プロセッサ305が特定した場合(ブロック1310において)、ブロック1315において、電子プロセッサ305は、電動工具102aを逆転モードに切り替える。幾つかの実施形態において、この逆転モードへの切り替えは、ユーザが正転/逆転セレクタ219を作動させることによって引き起こされてもよい。他の実施形態において、電子プロセッサ305は、ユーザが正転/逆転セレクタ219を作動させることを必要とせずに、電動工具102aを逆転モードに切り替える。言い換えれば、電子プロセッサ305は、電動工具102aがワークピース内で固着したと特定することに応じて、電動工具102aを逆転モードに切り替える。
ブロック1320において、電子プロセッサ305は、モータ330が、トリガ212の作動に従って第1の速度未満である第2の速度で(例えば、所定の逆転速度未満である速度で)逆方向に回転するように、スイッチングネットワーク325を制御する。例えば、電子プロセッサ305は、電動工具102aがワークピース内で固着した後にトリガ212が作動することに応じて、このようにモータ330を制御してもよい。言い換えれば、電子プロセッサ305は、ユーザがトリガ212を作動させるまでブロック1320を実行しなくてもよい。出力ドライバ210がワークピース内に固着し、回転することができないため、モータ330の低速逆回転は、電動工具102aをあまり急に揺動/移動させることなく、電動工具102aのハウジングが所望の位置に戻ることを可能にする。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、トリガ212が作動される距離に関わらず、第2の速度をモータ330の単一速度として設定する。他の実施形態において、電子プロセッサ305は、第2の速度をモータ330の最大速度として設定し、最大距離未満にトリガ212を作動させることによって、ユーザがモータ330をより遅い速度で動作させることを可能にする。幾つかの実施形態において、第2の速度は、第1の速度の所定のパーセント減少である。幾つかの実施形態において、モータ330の第2の速度は、第1の速度付近で開始し、所定のレベルに達するまで徐々に下降してもよい。
電子プロセッサ305が、トリガ212がもはや作動されていないことを特定すると、電子プロセッサ305は、スイッチングネットワーク325を制御して、モータ330の駆動を中止する。逆転モードへの切り替え(ブロック1315における)が、正転/逆転セレクタ219を作動させるユーザによって引き起こされる実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aを逆転モードに維持するが、次にトリガが作動する時にモータ330の速度を制限しなくてもよい。言い換えれば、次にトリガ212が作動する時、電動工具102aは、トリガ212の作動に従って完全逆転速度で動作してもよい。一方、ユーザが正転/逆転セレクタ219を作動させることを必要とせずに、電子プロセッサ305が電動工具102aを逆転モードに切り替える実施形態において(ブロック1315において)、電子プロセッサ305は、電動工具102aを正転モードに戻って切り替えてもよい。かかる実施形態において、次にトリガ212が作動する時、電動工具102aは、トリガ212の作動に従って最大正転速度で動作してもよい。これらの実施形態の一方又は両方において、電子プロセッサ305は、速度を徐々に増加させるようモータ330の速度を制御して、モータ330が動作するよう設定される方向及び速度をユーザが認識することを可能にしてもよい。
図14は、電動工具102aがワークピース内で固着した後に電動工具102aを制御する別の方法のフロー図を示している。ブロック1405、1410、及び1415は、電動工具102aがワークピース内で固着する場合に、電子プロセッサ305が電動工具102aを逆転モードに切り替えるように、上で説明した図13の方法1300のブロック1305、1310、及び1315と同様である。
ブロック1420において、電子プロセッサ305は、モータ330が逆方向に回転するように、スイッチングネットワーク325を制御する。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、いずれのユーザ操作も必要とせずに逆方向に回転させる(即ち、自動逆転)よう、モータ330を制御する。例えば、電子プロセッサ305は、電動工具102aがワークピース内で固着したと特定することに応じて、逆方向に回転させるようモータ330を制御してもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aがワークピース内で固着したことを電子プロセッサ305が特定してから所定時間(例えば、3秒、1秒、200ミリ秒等)が経過した後に、逆方向に回転させるようモータ330を制御してもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、図13のブロック1320に関して上で説明した第2の速度と同様の所定速度で回転させるようモータ330を制御する。
他の実施形態において、電子プロセッサ305は、ユーザが電動工具102aに逆方向の力を印加したこと(即ち、ユーザ支援逆転)の検出に応じて、逆方向に回転させるようモータ330を制御する。例えば、電動工具102aがワークピース内で固着すると、電子プロセッサ305は、モータ330の回転位置及び回転軸211を中心とする電動工具102aの位置を特定する。幾つかの実施形態において、電動工具102aは、出力ドライバ210がワークピース内に固着した場合に、電動工具102aのハウジングが出力ドライバ210に対して僅かに(例えば、10~15度)手動で回転されることを可能にするクラッチを有する。かかる特性は、「クラッチの遊び」と称し、例えば、方向センサ345及びホールセンサ335を用いて、電子プロセッサ305によって監視されてもよい。例えば、これらのセンサから受信した値に基づいて、電子プロセッサは、モータ330のシャフトの位置と電動工具102aのハウジングの位置との間の差を特定してもよい。電動工具102aがワークピース内で固着した後に、モータ330の回転位置及び回転軸211に対する電動工具102aの位置を監視し続けることによって、電子プロセッサ305は、力がユーザによって電動工具102aに印加されているかどうかを特定することができる。力は、回転軸211に対する電動工具102aのハウジングの位置が、モータ330の回転位置に対してある特定の閾値(例えば、10又は15度)を超えて変化する場合に、電子プロセッサ305によって認識されてもよく、これは、クラッチの遊びによるハウジングの手動回転によって実現されてもよい。従って、幾つかの実施形態において、力が逆方向に電動工具102aに印加されていると電子プロセッサ305が特定した場合、電子プロセッサ305は、モータ330を逆方向に回転させるよう制御する。モータ330のかかる逆回転は、出力ドライバ210がワークピース内に固着したまま回転できない間に、ユーザが電動工具102aのハウジングを回転させて所望の位置に戻すことを可能にしてもよい。幾つかの実施形態において、モータ330が逆方向に回転する速度は、電動工具102aがクラッチの遊び内で回転される量に依存する。
電動工具102aのモータ330が逆方向に回転している間、ブロック1425において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのハウジングが所望の位置まで回転したかどうかを特定する。例えば、電子プロセッサ305は、上で説明したように、電動工具102aのロール位置を初期ロール位置と比較してもよい。別の例として、電子プロセッサ305は、電動工具102aのロール位置を好ましいロール位置(例えば、水平動作中、重力に対して約0度の工具位置を有する垂直に直立した工具)と比較してもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのハウジングが固着ロール位置から所定の角度、回転した場合に所望位置に到達したことを特定してもよい。言い換えれば、電子プロセッサ305は、電動工具102aがワークピース内で固着した直後の時点における電動工具102aの固着ロール位置を現在のロール位置と比較してもよい。幾つかの実施形態において、所望位置は、ユーザがモータ330の逆回転を停止させるよう電動工具102aに力を印加していることを特定する電子プロセッサ305によって示されてもよい。例えば、電子プロセッサ305は、モータ電流が所定の閾値を超えて増加したことを特定してもよい(例えば、電動工具102aが逆方向に回転することを停止させるようユーザによって提供される力を克服しようと試みる)。同じ方法で、幾つかの実施形態において、所望位置は、回転軸211に対する電動工具102aのハウジングの位置がモータ330の回転位置に対してある特定の閾値(例えば、10又は15度)を超えて変化することを特定する電子プロセッサ305によって示されてもよい。この相対的な変化は、クラッチの遊びにより、モータ330によって引き起こされるハウジングの回転とは反対の方向へのハウジングの手動回転によって実現されてもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、出力ドライバ210がもはやワークピース内に固着されていないことを電子プロセッサ305が特定した場合に、所望の位置に到達したことを特定する。例えば、モータ電流の低下(例えば、閾値未満)は、出力ドライバ210がもはやワークピース内に固着されていないことを示していてもよい。幾つかの実施形態において、電子プロセッサ305は、トリガ212が作動された場合、又は電動工具102a上の幾つか他のスイッチ/ボタンが作動された場合(即ち、電動工具102aのハウジングがユーザの所望位置まで回転したため、ユーザが電動工具102aを再度使用しようと試みる場合)、所望位置に到達したと特定してもよい。
電動工具102aのハウジングが所望位置まで回転していない場合、方法1400はブロック1420に戻り、モータ330を制御し続けて逆方向にゆっくりと回転させる。電動工具102aのハウジングが所望の位置まで回転した場合、ブロック1430において、電子プロセッサ305は、電動工具102aのハウジングが所望の位置まで回転したと特定することに応じて、スイッチングネットワーク325を制御してモータ330の駆動を中止する。
上記の方法1400の説明と同様に、逆転モードへの切り替え(ブロック1415における)が、正転/逆転セレクタ219を作動させるユーザによって引き起こされる実施形態において、電子プロセッサ305は、電動工具102aを逆転モードに維持するが、次にトリガが作動する時にモータ330の速度を制限しなくてもよい。言い換えれば、次にトリガ212が作動する時、電動工具102aは、トリガ212の作動に従って完全逆転速度で動作してもよい。一方、ユーザが正転/逆転セレクタ219を作動させることを必要とせずに、電子プロセッサ305が電動工具102aを逆転モードに切り替える実施形態において(ブロック1115において)、電子プロセッサ305は、電動工具102aを正転モードに戻って切り替えてもよい。かかる実施形態において、次にトリガ212が作動する時、電動工具102aは、トリガ212の作動に従って最大正転速度で動作してもよい。これらの実施形態の一方又は両方において、電子プロセッサ305は、速度を徐々に増加させるようモータ330の速度を制御して、モータ330が動作するよう設定される方向及び速度をユーザが認識することを可能にしてもよい。
幾つかの実施形態において、先に説明したキックバック制御特徴及び方法のいずれかは、任意に、外部装置108から受信する命令に基づいて、電子プロセッサ305によって実行されてもよい。例えば、グラフィカルユーザインターフェース505は、どのキックバック制御特徴及び方法が実装されるべきか、並びに各キックバック制御特徴又は方法のキックバック感度パラメータをユーザが選択することを可能にするよう、追加のトグルスイッチを含んでいてもよい。例えば、グラフィカルユーザインターフェース505は、電動工具102a(図7)の向き、電動工具102aに結合されるバッテリパックのバッテリ特性(図9)、及びキックバック事象(図10)のうちの少なくとも1つに基づいて、キックバック感度パラメータの調整を可能にするかどうかの指示を受信してもよい。グラフィカルユーザインターフェース505はまた、電動工具102aがワークピース内で固着した場合に、工具ウォーク(図12)に基づく動力低減を可能にするかどうか、又は図13及び図14の逆回転方法のうちの1つを可能にするかどうかの指示をユーザから受信してもよい。
図17は、別の電動工具1700を示している。図17に示す実施形態において、電動工具1700はネイラである。他の実施形態において、電動工具1700は、ステープラ、ドライウォールガン等である。図17に示すように、電動工具1700は、上部本体1702と、ハンドル1704と、ファスナマガジン1706と、ノーズ部1708と、ノーズセンサ1710と、トリガ1712と、グリップセンサ1714とを含んでいる。幾つかの実施形態において、バッテリパックは、電動工具1700とインターフェース接続される(例えば、取り外し可能に固定可能である)。ファスナマガジン1706は、複数の締結装置(例えば、釘、ステープル、無頭釘等)を受け入れるよう構成される。
幾つかの実施形態において、ノーズセンサ1710は、ユーザがノーズ部1708を表面(例えば、締結具が適用される表面)に押し付ける場合に実質的に移動しない圧力センサである。幾つかの実施形態において、トリガ1712は、ユーザがトリガ1712を押す場合に実質的に移動しない圧力センサである。トリガ1712を押す又は押し込むという言葉は、本明細書中で用いられるように、トリガ1712の動きを意味しない。
ノーズセンサ1710及びトリガ1712は、電動工具1700の締結具発射部分に関連付けられる。ノーズセンサ1710は、例えば、電動工具1700のノーズ部1708が表面に押し付けられた場合に作動する。ノーズセンサ1710の作動により、結果として、電気信号が電動工具1700のコントローラに供給される。ノーズセンサ1710は、例えば、電動工具1700が非使用位置にある(例えば、表面に押し付けられていない)場合に締結具が発射されることを防止することを支援するよう設けられる。動作の衝突モードにおいて、トリガ1712は、作動状態でユーザによって保持されてもよく、電動工具1700は、ノーズセンサ1710の作動に応答して締結具を発射してもよい。動作の単一発射モードにおいて、電動工具1700は、ノーズスイッチ1710を作動させるよう表面と当接して配置され、トリガ1712は、締結具を発射するよう作動される。
幾つかの実施形態において、電動工具1700のノーズセンサ1710等のセンサは、電動工具1700の他の場所で、又は他の特徴を制御するために用いられる。例えば、ノーズ部1708において用いられる力又は圧力センサは、電動工具1700のためのモード選択ボタンとして、(例えば、バッテリパック充電状態を表示させる)バッテリゲージボタンとして、又は装置(例えば、ラジオ、掃除機、照明等)のためのユーザインターフェースとして用いることもできる。例えば、力又は圧力センサは、センサがどの程度強く又は柔らかく押圧されるかに応じて、多機能押圧を可能にする。
グリップセンサ1714は、ユーザが電動工具1700のハンドル部1704を保持していることを示す信号を提供するために用いられる。幾つかの実施形態において、グリップセンサ1714は、作動時にバイナリ信号を生成するタッチセンサ(例えば、容量性タッチセンサ)である。他の実施形態において、グリップセンサ1714は、ユーザの握持の強さに比例する信号を提供する力又は圧力センサである。
従って、本発明は、とりわけ、様々なキックバック制御機能を有する電動工具と、少なくとも1つの力センサを有する電動工具とを提供する。

Claims (20)

  1. 電動工具であって、
    モータハウジング部、ハンドル部、及びバッテリパックインターフェースを有するハウジングと、
    前記モータハウジング部内にあり、回転子及び固定子を有するモータであって、前記回転子は、回転軸を中心としてモータシャフトを回転駆動するよう構成される、モータと、
    前記ハウジングによって支持され、グリップパラメータを生成するよう構成される少なくとも1つのグリップセンサと、
    前記モータに電気的に結合されるスイッチングネットワークと、
    前記スイッチングネットワーク及び前記少なくとも1つのグリップセンサに接続される電子プロセッサであって、前記電動工具のキックバック制御を実施するよう構成され、前記キックバック制御を実施するために、
    前記グリップパラメータに基づいてキックバック閾値を特定し、
    前記スイッチングネットワークを制御して前記モータを駆動し、
    電動工具特性に関連する信号を受信し、
    前記電動工具特性が前記キックバック閾値以上であることに基づいて、前記電動工具のキックバック事象が生じていることを特定し、
    前記キックバック事象が生じていることを特定することに応じて、前記スイッチングネットワークを制御して前記モータの駆動を中止する、
    よう構成される電子プロセッサと、
    を備える、電動工具。
  2. 前記電動工具特性は、時間間隔で受信する前記電動工具の前記ハウジングの角速度の測定値を含み、前記電子プロセッサは、
    第1の期間内に、前記電動工具の前記ハウジングの前記角速度の複数の測定値を受信し、
    前記角速度の各測定値が前記キックバック閾値以上であるかどうかを特定し、
    前記キックバック閾値以上であると特定される前記角速度の各測定値に対してカウンタを増加させ、
    前記カウンタがカウンタ閾値以上であることを特定し、
    前記カウンタが前記カウンタ閾値以上であると特定することに応じて、前記スイッチングネットワークを制御して前記モータの駆動を中止する、
    よう構成される、
    請求項1に記載の電動工具。
  3. 前記少なくとも1つのグリップセンサは、前記ハンドル部によって支持される第1のグリップセンサと、前記モータハウジング部によって支持される第2のグリップセンサとを含み、
    前記グリップパラメータは、片手握持又は両手握持の指示を含む、
    請求項1に記載の電動工具。
  4. 前記グリップパラメータが前記片手握持を示す場合、前記キックバック閾値は第1の閾値であり、
    前記グリップパラメータが前記両手握持を示す場合、前記キックバック閾値は第2の閾値であり、
    前記第2の閾値は、前記第1の閾値よりも大きい、
    請求項3に記載の電動工具。
  5. 前記少なくとも1つのグリップセンサは、圧力センサを含み、
    前記グリップパラメータは、握力を示す、
    請求項3に記載の電動工具。
  6. 前記電動工具は、前記握力が非0値ではない限り、操作されることが防止される、請求項5に記載の電動工具。
  7. 前記電動工具特性は、第1の電動工具特性であり、
    前記キックバック閾値は、第1のキックバック閾値であり、
    前記電子プロセッサは、
    前記第1の電動工具特性が前記第1のキックバック閾値以上であることに応じて、第2の電動工具特性を監視し、
    前記第2の電動工具特性が第2のキックバック閾値以上であることに基づいて、前記キックバック事象が生じていることを特定する、
    よう構成される、
    請求項1に記載の電動工具。
  8. 前記第1の監視される電動工具特性は、モータ電流であり、
    前記第2の電動工具特性は、前記ハウジングの回転速度である、
    請求項7に記載の電動工具。
  9. ハウジングを有する電動工具のキックバック制御のための方法であって、
    グリップパラメータに基づいてキックバック閾値を特定することであって、前記グリップパラメータは、前記ハウジングによって支持され、グリップパラメータを生成するよう構成される少なくとも1つのグリップセンサによって提供される、ことと、
    スイッチングネットワークを制御してモータを駆動することであって、前記モータは、前記ハウジングのモータハウジング部内に収容され、回転子及び固定子を有し、前記回転子は、回転軸を中心としてモータシャフトを回転駆動するよう構成され、前記スイッチングネットワークは、前記モータに電気的に結合される、ことと、
    電動工具特性に関連する信号を受信することと、
    前記電動工具特性が前記キックバック閾値以上であることに基づいて、前記電動工具のキックバック事象が生じていることを特定することと、
    前記キックバック事象が生じていることを特定することに応じて、前記スイッチングネットワークを制御して前記モータの駆動を中止することと、
    を含む、方法。
  10. 前記電動工具特性は、時間間隔で受信する前記電動工具の前記ハウジングの角速度の測定値を含み、
    前記方法は、更に、
    第1の期間内に、前記電動工具の前記ハウジングの前記角速度の複数の測定値を受信することと、
    前記角速度の各測定値が前記キックバック閾値以上であるかどうかを特定することと、
    前記キックバック閾値以上であると特定される前記角速度の各測定値に対してカウンタを増加させることと、
    前記カウンタがカウンタ閾値以上であることを特定することと、
    前記カウンタが前記カウンタ閾値以上であると特定することに応じて、前記スイッチングネットワークを制御して前記モータの駆動を中止することと、
    を含む、
    請求項9に記載の方法。
  11. 前記少なくとも1つのグリップセンサは、ハンドル部によって支持される第1のグリップセンサと、前記モータハウジング部によって支持される第2のグリップセンサとを含み、前記グリップパラメータは、片手握持又は両手握持の指示を含む、請求項9に記載の方法。
  12. 前記グリップパラメータが前記片手握持を示す場合、前記キックバック閾値は第1の閾値であり、前記グリップパラメータが両手握持を示す場合、前記キックバック閾値は第2の閾値であり、前記第2の閾値は前記第1の閾値よりも大きい、請求項11に記載の方法。
  13. 前記少なくとも1つのグリップセンサは圧力センサを含み、前記グリップパラメータは握力を示す、請求項11に記載の方法。
  14. 前記握力が非0値でない限り、前記電動工具が操作されることが防止される、請求項13に記載の方法。
  15. 前記電動工具特性は第1の電動工具特性であり、前記キックバック閾値は第1のキックバック閾値であり、前記方法は、更に、
    前記第1の電動工具特性が前記第1のキックバック閾値以上であることに応じて、第2の電動工具特性を監視することと、
    前記第2の電動工具特性が第2のキックバック閾値以上であることに基づいて、前記電動工具の前記キックバックが生じていることを特定することと、
    を含む、
    請求項9に記載の方法。
  16. 前記第1の監視される電動工具特性はモータ電流であり、前記第2の電動工具特性は前記ハウジングの回転速度である、請求項15に記載の方法。
  17. 電動工具であって、
    モータハウジング部、ハンドル部、及びバッテリパックインターフェースを有するハウジングと、
    前記モータハウジング部内にあり、回転子及び固定子を有するモータであって、前記回転子は、回転軸を中心としてモータシャフトを回転駆動するよう構成される、モータと、
    前記ハンドル部によって支持される第1のグリップセンサ及び前記モータハウジング部によって支持される第2のグリップセンサであって、グリップパラメータを生成するために用いられるよう構成され、前記グリップパラメータは片手握持又は両手握持の指示を含む、第1のグリップセンサと、第2のグリップセンサと、
    前記モータに電気的に結合されるスイッチングネットワークと、
    前記スイッチングネットワーク及び前記少なくとも1つのグリップセンサに接続される電子プロセッサであって、
    前記グリップパラメータに基づいて第1の閾値及び第2の閾値のうちの1つを選択し、前記第1の閾値は、前記グリップパラメータが前記片手握持を示す場合に選択され、前記第2の閾値は、前記グリップパラメータが前記両手握持を示す場合に選択され、
    電動工具特性に関連する信号を受信し、
    前記電動工具特性が前記第1の閾値及び前記第2の閾値のうちの前記選択された一方以上であるかどうかに応じて、前記スイッチングネットワークを制御して前記モータの駆動を制御する、
    よう構成される電子プロセッサと、
    を備える、電動工具。
  18. 前記第2の閾値は前記第1の閾値よりも大きい、請求項17に記載の電動工具。
  19. 前記グリップパラメータは握力を示し、前記電動工具は、前記握力が非0値ではない限り、操作されることが防止される、請求項17に記載の電動工具。
  20. 前記電子プロセッサは、前記電動工具特性が前記第1の閾値及び前記第2の閾値のうちの前記選択された一方以上であるかどうかに応じて、前記スイッチングネットワークを制御して前記モータの駆動を中止するよう構成される、請求項17に記載の電動工具。

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