JP5729597B2 - Electric tool - Google Patents
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Description
本発明は電動工具に関する。 The present invention relates to a power tool.
従来、インバータ回路でモータを制御することによりモータに接続された先端工具を動作させる電動工具が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an electric tool that operates a tip tool connected to a motor by controlling the motor with an inverter circuit (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記インバータ回路は、使用可能範囲内の電圧によって駆動するものであり、使用可能範囲外の電圧が供給された場合には故障する虞がある。 By the way, the inverter circuit is driven by a voltage within a usable range, and may fail if a voltage outside the usable range is supplied.
そこで、本発明は、使用可能範囲外の電圧が供給されることよりインバータ回路が故障することを防止することのできる電動工具を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric tool that can prevent an inverter circuit from being broken by supplying a voltage outside the usable range.
本発明の電動工具は、モータと、直流電圧からモータ用駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、前記直流電圧を検出する電圧検出部と、前記直流電圧が所定範囲から外れている場合に前記インバータ回路による前記モータへの前記モータ用駆動電圧の供給を禁止する制御部と、を備えたことを特徴としている。 An electric power tool of the present invention includes a motor, an inverter circuit that generates a motor drive voltage from a DC voltage and supplies the motor drive voltage, a voltage detection unit that detects the DC voltage, and the DC voltage is out of a predetermined range. And a control unit that prohibits supply of the motor drive voltage to the motor by the inverter circuit.
このような構成によれば、使用可能範囲外の電圧が供給されることよりインバータ回路が故障することを防止することができる。 According to such a configuration, it is possible to prevent the inverter circuit from failing because the voltage outside the usable range is supplied.
また、本発明の別の観点による電動工具は、モータと、交流電圧を整流して整流電圧として出力する整流回路と、前記整流電圧から駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、前記整流電圧を検出する電圧検出部と、前記整流電圧が所定範囲から外れている場合に前記インバータ回路による前記モータへの駆動電圧の供給を禁止する制御部と、を備えたことを特徴としている。 An electric tool according to another aspect of the present invention includes a motor, a rectifier circuit that rectifies an alternating voltage and outputs the rectified voltage, an inverter circuit that generates a drive voltage from the rectified voltage and supplies the drive voltage to the motor, A voltage detection unit that detects the rectified voltage; and a control unit that prohibits supply of a drive voltage to the motor by the inverter circuit when the rectified voltage is out of a predetermined range. .
このような構成によれば、使用可能範囲外の電圧が供給されることよりインバータ回路が故障することを防止することができる。 According to such a configuration, it is possible to prevent the inverter circuit from failing because the voltage outside the usable range is supplied.
また、本発明の別の観点による電動工具は、モータと、交流電圧を整流して整流電圧として出力する整流回路と、前記整流電圧から駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、前記整流電圧のピーク値を検出する電圧検出部と、前記ピーク値が所定範囲から外れている場合に前記インバータ回路による前記モータへの駆動電圧の供給を禁止する制御部と、を備えたことを特徴としている。 An electric tool according to another aspect of the present invention includes a motor, a rectifier circuit that rectifies an alternating voltage and outputs the rectified voltage, an inverter circuit that generates a drive voltage from the rectified voltage and supplies the drive voltage to the motor, A voltage detection unit that detects a peak value of the rectified voltage, and a control unit that prohibits supply of a drive voltage to the motor by the inverter circuit when the peak value is out of a predetermined range. It is a feature.
このような構成によれば、使用可能範囲外の電圧が供給されることよりインバータ回路が故障することを防止することができる。 According to such a configuration, it is possible to prevent the inverter circuit from failing because the voltage outside the usable range is supplied.
また、本発明の別の観点による電動工具は、交流電源に接続可能な電源コードと、前記電源コードによって回転駆動されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータによって駆動される先端工具と、前記ブラシレスモータに駆動電圧を供給する電圧供給部と、前記ブラシレスモータに流れる電流値を検出する電流検出部と、を有し、前記電圧供給部はパルス幅変調信号を用いる電動工具であって、前記電流値が第1の電流値よりも大きい場合に、前記電流値と前記第1の電流値との差によって、前記パルス幅変調信号のデューティを規定することを特徴としている。 An electric power tool according to another aspect of the present invention includes a power cord that can be connected to an AC power source, a brushless motor that is rotationally driven by the power cord, a tip tool that is driven by the brushless motor, and the brushless motor. A voltage supply unit that supplies a drive voltage; and a current detection unit that detects a current value flowing through the brushless motor, wherein the voltage supply unit is an electric tool that uses a pulse width modulation signal, and the current value is When the current value is larger than the first current value, a duty of the pulse width modulation signal is defined by a difference between the current value and the first current value.
また、本発明の別の観点による電動工具は、交流電源に接続可能な電源コードと、前記電源コードによって回転駆動されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータによって駆動される先端工具と、前記ブラシレスモータに駆動電圧を供給する電圧供給部と、前記ブラシレスモータに流れる電流値を検出する電流検出部と、を有し、前記電圧供給部はパルス幅変調記号を用いる電動工具であって、前記駆動電圧値が第1の電圧値よりも大きい場合に、前記パルス幅変調信号のデューティを低減することを特徴としている。 An electric power tool according to another aspect of the present invention includes a power cord that can be connected to an AC power source, a brushless motor that is rotationally driven by the power cord, a tip tool that is driven by the brushless motor, and the brushless motor. A voltage supply unit that supplies a drive voltage; and a current detection unit that detects a current value flowing through the brushless motor, wherein the voltage supply unit is a power tool using a pulse width modulation symbol, and the drive voltage value Is greater than the first voltage value, the duty of the pulse width modulation signal is reduced.
また、本発明の別の観点による電動工具は、交流電源に接続可能な電源コードと、前記電源コードによって回転駆動されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータによって駆動される先端工具と、前記ブラシレスモータに駆動電圧を供給する電圧供給部と、前記ブラシレスモータに流れる電流値を検出する電流検出部と、を有し、前記電圧供給部はパルス幅変調記号を用いる電動工具であって、前記駆動電圧値が第1の電圧値よりも大きい場合に、前記駆動電圧値と前記第1の電圧値との差によって、前記パルス幅変調信号のデューティを規定することを特徴としている。 An electric power tool according to another aspect of the present invention includes a power cord that can be connected to an AC power source, a brushless motor that is rotationally driven by the power cord, a tip tool that is driven by the brushless motor, and the brushless motor. A voltage supply unit that supplies a drive voltage; and a current detection unit that detects a current value flowing through the brushless motor, wherein the voltage supply unit is a power tool using a pulse width modulation symbol, and the drive voltage value Is greater than the first voltage value, the duty of the pulse width modulation signal is defined by the difference between the drive voltage value and the first voltage value.
本発明の電動工具によれば、使用可能範囲外の電圧が供給されることよりインバータ回路が故障することを防止することができる。 According to the electric tool of the present invention, it is possible to prevent the inverter circuit from being broken by supplying a voltage outside the usable range.
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図6を参照して説明する。 A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は、第1の形態による電動工具1の回路図である。図1に示すように、電動工具1は、トリガスイッチ3と、制御回路電圧供給回路4と、モータ5と、回転子位置検出素子6と、制御回路7と、インバータ回路8と、ノーマルモードフィルタ9と、整流回路10と、平滑コンデンサ11と、を備えており、トリガスイッチ3が操作されると、商用電源2から出力された交流電圧が整流回路10によって整流される。本実施の形態によるコンデンサ11は、小容量のものを使用しているので、整流した電圧を完全には平滑されないものとなっている(例えば図2を参照)。このため、整流後の電圧には平滑できていないリップルを含んだ電圧となっている。また、トリガスイッチ3が操作されると、制御回路電圧供給回路4により商用電源2からの交流電圧が降圧され、制御回路用駆動電圧として制御回路7に供給される。
FIG. 1 is a circuit diagram of a
モータ5は、3相のブラシレスDCモータであり、複数組(本実施の形態では2組)のN極とS極を含む永久磁石からなるロータ5Aと、スター結線された3相の固定子巻線U、V、Wからなるステータ5Bと、を備えている。モータ5(ロータ5A)は、電流が流れる固定子巻線U、V、Wが順次切り替わることにより回転する。固定子巻線U、V、Wの切り替えについては後述する。
The
回転子位置検出素子6は、ロータ5Aの永久磁石に対向する位置に、ロータ5Aの周方向に所定の間隔毎(例えば角度60°毎)に配置されており、回転子(ロータ6A)の回転位置に応じた信号を出力する。
The rotor
制御回路7は、モータ電流検出回路71と、整流電圧検出回路72と、制御回路電圧検出回路73と、スイッチ操作検出回路74と、印加電圧設定回路75と、回転子位置検出回路76と、モータ回転数検出回路77と、演算部78と、制御信号出力回路79と、AC入力電圧検出回路80と、を備えている。
The control circuit 7 includes a motor
AC入力電圧検出回路80は、商用電源2から出力された交流電圧のピーク値を検出し、演算部78に出力する。なお、本実施の形態では、実際のピーク値と十分に近似した値を検出することができるようなサンプリング期間で交流電圧を検出するものとする。
The AC input
モータ電流検出回路71は、モータ5に供給される電流を検出し、演算部78に出力する。整流電圧検出回路72は、整流回路10及び平滑コンデンサ11から出力された電圧を検出し、演算部78に出力する。制御回路電圧検出回路73は、制御回路電圧供給回路4から供給された制御回路用駆動電圧を検出し、演算部78に出力する。スイッチ操作検出回路74は、トリガスイッチ3の操作の有無を検出し、演算部78に出力する。印加電圧設定回路75は、トリガスイッチ3の操作量を検出し、演算部78に出力する。
The motor
回転子位置検出回路76は、回転子位置検出素子6からの信号に基づき回転子(ロータ6A)の回転位置を検出し、モータ回転数検出回路77及び演算部78に出力する。モータ回転数検出回路77は、回転子位置検出回路76からの信号に基づき回転子(ロータ6A)の回転数を検出し、演算部78へ出力する。
The rotor
演算部78は、回転子位置検出回路76とモータ回転数検出回路77からの信号に基づき、切替信号H1−H6を生成し、制御信号出力回路79に出力する。また、演算部78は、印加電圧設定回路75からの信号に基づき、切替信号H4−H6をパルス幅変調信号(PWM信号)として調整し、制御信号出力回路79に出力する。切替信号H1−H6は、制御信号出力回路79を介してインバータ回路8に出力される。なお、切替信号H1−H3をPWM信号として調整する構成であってもよい。
The
インバータ回路8は、スイッチング素子Q1−Q6から構成されている。各スイッチング素子Q1−Q6のゲートは、制御信号出力回路79に接続され、各スイッチング素子Q1−Q6のドレイン又はソースは、ステータ5Bの固定子巻線U、V、Wに接続されている。
各スイッチング素子Q1−Q6は、制御信号出力回路79から入力される切替信号H1−H6に基づきスイッチング動作を行い、平滑コンデンサ11から出力されインバータ回路8に印加される電圧を3相(U相、V相及びW相)電圧Vu、Vv、Vwとして固定子巻線U、V、Wに電力を供給する。
Each of the switching elements Q1-Q6, the control signal performs a switching operation based on the switching signal H1-H6 inputted from the
詳細には、スイッチング素子Q1−Q6には切替信号H1−H6がそれぞれ入力され、これにより、通電される固定子巻線U、V、W、すなわち、ロータ5Aの回転方向が制御される。また、その際、PWM信号でもあるH4−H6によって、固定子巻線U、V、Wへの電力供給量が制御される。
Specifically, switching signals H1-H6 are input to switching elements Q1-Q6, respectively, and thereby the energized stator windings U, V, W, that is, the rotation direction of
以上の構成により、電動工具1は、トリガスイッチ3の操作量に応じた駆動電圧をモータ5に供給することが可能となる。
With the above configuration, the
ところで、インバータ回路8は、使用可能範囲内の電圧(例えば、整流後の電圧では、約110〜200V、AC入力電圧では、約80〜120V)によって駆動するものである。ところが、例えば、図2に示すように、回路に流れる電流が大きい場合には、回路内のL成分により生じた電圧が、整流回路10及び平滑コンデンサ11から出力された整流電圧、すなわち、インバータ回路8に供給される電圧に重畳される場合があり、この電圧がインバータ回路8の使用可能範囲から外れていた場合には、インバータ回路8は故障する虞がある。
By the way, the
そこで、本実施の形態による電動工具1では、インバータ回路8(演算部78)に所定範囲外の電圧が供給された場合にはモータ5への電力の供給を禁止及びモータへの電力の供給を制限する制御を行う。なお、所定範囲は、インバータ回路8(演算部78)の使用可能範囲に含まれるものとする。
Therefore, in the
例えば、図3に示すように、AC入力電圧検出回路80によって検出された電圧V1が電圧閾値A(例えば、80V)以下、又は、電圧閾値B(例えば、120V)以上の場合に、スイッチング素子Q4−Q6に出力されるPWM信号H4−H6のPWMデューティをゼロにすることにより、モータ5への電力の供給を禁止する。これにより、インバータ回路8に使用可能範囲外の電圧が供給されることが防止されるため、インバータ回路8が故障することを防止することが可能となる。
For example, as shown in FIG. 3, when the voltage V1 detected by the AC input
また、本実施の形態では、整流電圧検出回路72によって検出された電圧V2が電圧閾値C(例えば、110V)以下、又は、電圧閾値D(例えば、200V)以上の場合にも、インバータ回路8に使用可能範囲外の電圧が供給されることを防止するために、モータ5への電力の供給を禁止する。
In the present embodiment, the
更に、本実施の形態では、演算部78に使用可能範囲外の電圧が供給されることを防止するために、制御回路電圧検出回路73によって検出された電圧V3が電圧閾値E(例えば、10V)以下、又は、電圧閾値F(例えば、20V)以上の場合にも、モータ5への電力の供給を禁止する。
Further, in the present embodiment, in order to prevent the voltage outside the usable range from being supplied to the
ここで、図4を用いて、演算部78により行われる上記禁止制御について詳細に説明する。図4は、本実施の形態による禁止制御のフローチャートである。本フローチャートは、電動工具1の電源スイッチ(図示せず)がオンされた時に始まる。
Here, the prohibition control performed by the
まず、演算部78は、AC入力電圧検出回路80によって検出された電圧V1が、電圧閾値A以下、又は、電圧閾値B以上であるか否かを判断する(S101)。
First, the
電圧V1が電圧閾値A以下、又は、電圧閾値B以上であった場合には(S101:YES)、PWM信号H4、H5、H6の目標デューティDtを0%に設定することでモータ5への電力の供給を禁止する(S102)。これにより、インバータ回路8に使用可能範囲外の電圧が供給されることが防止される。
When the voltage V1 is equal to or lower than the voltage threshold A or equal to or higher than the voltage threshold B (S101: YES), the power to the
一方、電圧V1が電圧閾値Aより大きく電圧閾値Bより小さかった場合には(S101:NO)、続いて、整流電圧検出回路72によって検出された電圧V2が、電圧閾値C以下、又は、電圧閾値D以上であるか否かを判断する(S103)。
On the other hand, if the voltage V1 is larger than the voltage threshold A and smaller than the voltage threshold B (S101: NO), then the voltage V2 detected by the rectified
電圧V2が電圧閾値C、又は、電圧閾値D以上であった場合には(S103:YES)、PWM信号H4、H5、H6の目標デューティDtを0%に設定することでモータ5への電力の供給を禁止する(S102)。これにより、インバータ回路8に使用可能範囲外の電圧が供給されることがより確実に防止される。
If the voltage V2 is equal to or higher than the voltage threshold C or the voltage threshold D (S103: YES), the target duty Dt of the PWM signals H4, H5, and H6 is set to 0% to set the power to the
一方、電圧V2が電圧閾値Cより大きく電圧閾値Dより小さかった場合には(S103:NO)、続いて、制御回路電圧検出回路73によって検出された電圧V3が、電圧閾値E以下、又は、電圧閾値F以上であるか否かを判断する(S104)。
On the other hand, when the voltage V2 is larger than the voltage threshold C and smaller than the voltage threshold D (S103: NO), the voltage V3 detected by the control circuit
電圧V3が電圧閾値E、又は、電圧閾値F以上であった場合には(S104:YES)、PWM信号H4、H5、H6の目標デューティDtを0%に設定することでモータ5への電力の供給を禁止する(S102)。これにより、演算部78に使用可能範囲外の電圧が供給されることが防止される。
When the voltage V3 is equal to or higher than the voltage threshold value E or the voltage threshold value F (S104: YES), the target duty Dt of the PWM signals H4, H5, and H6 is set to 0% so that the electric power to the
電圧V3が電圧閾値Eより大きく電圧閾値Fより小さかった場合には(S104:NO)、続いて、トリガスイッチ3がオンされたか否かを判断する(S105)。
When the voltage V3 is larger than the voltage threshold E and smaller than the voltage threshold F (S104: NO), it is subsequently determined whether or not the
トリガスイッチ3がオンされていない場合には(S105:NO)、S101へ戻る。
If the
一方、トリガスイッチ3がオンされていた場合には(S105:YES)、続いて、電圧V1が電圧閾値G以上であるか否かを判断する(S106)。
On the other hand, when the
ここで、図3に示すように、電圧V1が、電圧V1が電圧閾値Bより小さくても電圧閾値G以上の予防範囲に含まれる場合には、現時点ではインバータ回路8を故障させることはないが、電流が増加した場合やノイズが生じた場合には容易に所定範囲から外れてしまう可能性がある。
Here, as shown in FIG. 3, if the voltage V1 is included in the prevention range equal to or higher than the voltage threshold G even if the voltage V1 is smaller than the voltage threshold B, the
従って、本実施の形態では、電圧V1が電圧閾値G以上であった場合には(S106:YES)、目標デューティDtを100%未満に設定した上で(S107)、S101に戻る。詳細には、図5に示すように、Dt=(G/V1)×100で示される目標デューティDtを設定、S101に戻る。これにより、図6に示すように、V1が電圧閾値G以上となった場合に、インバータ回路8及び演算部78に供給される電圧を低下させることができる。なお、V2についても電圧閾値H以上となった場合にも同様の制御を行うことで、インバータ回路8及び演算部78に供給される電圧を低下させることができる。これにより、高電圧入力によりモーター回転数が上昇しメカ部とモータ部の機械的破損が生じることを防止することができる。更に、電流が大きくなると回路のL成分の影響で電圧が上昇するので、デューティを下げることにより電流も下げて、整流後の電圧の上昇を予防することができる。
Therefore, in the present embodiment, when the voltage V1 is equal to or higher than the voltage threshold G (S106: YES), the target duty Dt is set to less than 100% (S107), and the process returns to S101. Specifically, as shown in FIG. 5, a target duty Dt represented by Dt = ( G / V1 ) × 100 is set, and the process returns to S101. Thereby, as shown in FIG. 6, when V1 becomes more than the voltage threshold G, the voltage supplied to the
一方、電圧V1が電圧閾値Gより小さい場合には(S106:NO)、電圧V1は正常範囲に含まれているので、目標デューティDtを100%に設定した上で(S108)、S101に戻る。 On the other hand, when the voltage V1 is smaller than the voltage threshold G (S106: NO), the voltage V1 is included in the normal range, so the target duty Dt is set to 100% (S108) and the process returns to S101.
このように、本実施の形態による電動工具1では、インバータ回路8(演算部78)の使用可能範囲に含まれる所定範囲を設定し、インバータ回路8(演算部78)に所定範囲外の電圧が供給された場合にモータ5への電力の供給を禁止するので、インバータ回路8(演算部78)に使用可能範囲外の電圧が供給されてインバータ回路8(演算部78)が故障することを防止することが可能となる。
Thus, in the
また、本実施の形態による電動工具1では、モータ5が駆動されている状態において、インバータ回路8(演算部78)に供給されている電圧が所定範囲には含まれているが正常範囲から外れている場合には、電圧を低下させるよう制御するので、インバータ回路8(演算部78)に使用可能範囲外の電圧が供給されることを予防することが可能となる。
Further, in the
尚、本発明の電動工具は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。 The power tool of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope described in the claims.
例えば、上記実施の形態では、商用電源2からの交流電力を直流電力に変換した上でインバータ回路8に供給したが、図7に示すように、電池パック20からの直流電力を直接インバータ回路8に供給する構成であってもよい。この場合には、図1の整流電圧検出回路72の替わりに電池電圧検出回路81を設け、電池電圧検出回路81によって検出された検出された電圧、又は、制御回路電圧検出回路73によって検出された電圧が所定範囲から外れていた場合にモータ5への電力の供給を禁止すればよい。
For example, in the above embodiment, AC power from the commercial power source 2 is converted into DC power and then supplied to the
また、電池パック20の電圧が低い場合には、図8に示すように、図7の制御回路電圧供給回路4及び制御回路電圧検出回路73の替わりに、昇圧回路電圧供給回路40及び昇圧回路電圧検出回路82を設け、昇圧回路電圧供給回路40によって昇圧した電圧を演算部78に供給する構成が考えられる。このような構成の場合には、電池電圧検出回路81によって検出された電圧、又は、昇圧回路電圧検出回路82によって検出された電圧が所定範囲から外れていた場合にモータ5への電力の供給を禁止すればよい。
In addition, when the voltage of the
また、上記実施の形態や変形例では、複数の箇所の電圧毎にモータ5への電力供給の禁止を判断したが、いずれか一箇所の電圧に基づいて電力供給の禁止を判断してもよい。
Moreover, in the said embodiment and modification, prohibition of the electric power supply to the
ところで、モータ5は、過電流が流れた場合に故障する虞がある。例えば、図9に示すように、電流は負荷に比例するため、モータ5に所定以上の負荷がかかった場合には、モータ5を破損させる大きさの電流がモータ5に流れることとなってしまう。
By the way, the
そこで、第1の変形例による電動工具1では、図10に示すように、過電流閾値Ithよりも小さな目標電流値Itを設定し、モータ電流検出回路71によって検出された電流の電流値が目標電流値Itよりも大きくなった場合にスイッチング素子Q4−Q6に出力されるPWM信号H4−H6のPWMデューティを減少させる電圧制御を行う。これにより、モータ5に流れる電流も目標電流値Itより小さくなるため、モータ5に過電流が流れることを予防することが可能となる。また、過電流によりモータ5を停止させる可能性が低くなるため、電動工具1による円滑な作業が確保される。更に、過電流に弱いインバータ回路8も保護することが可能となる。
Therefore, in the
ここで、図11を用いて、演算部78により行われる上記電圧制御について詳細に説明する。図11は、第1の変形例による電圧制御のフローチャートである。本フローチャートは、トリガスイッチ3がオンされた時に始まる。
Here, the voltage control performed by the
まず、演算部78は、モータ5に流れている電流の電流値Iをモータ電流検出回路71より取得し(S101)、電流値Iが過電流閾値Ithよりも大きいか否かを判断する(S102)。
First, the
電流値Iが過電流閾値Ithより大きかった場合には(S102:YES)、PWM信号H4、H5、H6の目標デューティDtを0%に設定することでモータ5への電力の供給を停止させる(S103)。これにより、モータ5に過電流が流れることが防止されている。
When the current value I is larger than the overcurrent threshold Ith (S102: YES), the supply of power to the
一方、電流値Iが過電流閾値Ith以下であった場合には(S102:NO)、続いて、電流値Iが目標電流値Itよりも大きいか否かを判断する(S104)。 On the other hand, when the current value I is equal to or less than the overcurrent threshold Ith (S102: NO), it is subsequently determined whether or not the current value I is larger than the target current value It (S104).
電流値Iが目標電流値It以下であった場合には(S104:NO)、電流値Iを目標電流値Itまで増加させるための目標デューティDtを設定(上昇)した上で(S105)、S101に戻る。 When the current value I is less than or equal to the target current value It (S104: NO), after setting (increasing) the target duty Dt for increasing the current value I to the target current value It (S105), S101 Return to.
詳細には、Dt=(It−I)×P+D・・・式(1)(Pはフィードバックゲイン、Dは現在のデューティ)により、目標デューティDtを設定し、目標デューティDtに向けてデューティをDa%だけ増加させる。このように、デューティをDa%ずつ増加させることにより、モータ5に過大な突入電流が流れることを防止することができる。
More specifically, Dt = (It−I) × P + D (1) (P is a feedback gain, D is a current duty), a target duty Dt is set, and the duty is set toward the target duty Dt by Da. Increase by%. Thus, by increasing the duty by Da%, it is possible to prevent an excessive inrush current from flowing through the
一方、電流値Iが目標電流値Itより大きかった場合には(S104:YES)、目標電流値Itを低下させることにより目標デューティDtを低下させた上で(105)、S101に戻る。 On the other hand, when the current value I is larger than the target current value It (S104: YES), the target duty Dt is decreased by decreasing the target current value It (105), and the process returns to S101.
このように、第1の変形例による電動工具1では、モータ5に流れる電流の電流値Iが目標電流値Itよりも大きい場合に目標デューティDtを低下させる。これにより、モータに流れる電流も目標電流値Itより小さくなるため、モータ5に過電流が流れることを予防することが可能となる。また、過電流によりモータ5を停止させる可能性が低くなるため、電動工具1による円滑な作業が確保される。更に、過電流に弱いインバータ回路8も保護することが可能となる。
Thus, in the
続いて、第2の変形例について説明する。 Subsequently, a second modification will be described.
モータ5の回転数が低い場合と高い場合に同一の電圧を供給すると、低い場合の方がモータ5に大きな電流が流れることとなる。一方、目標デューティの変更は、電流に反映されるまでに多少の時間がかかる。従って、モータ5の回転数が低い場合には、第1の変形例による制御を行ったとしても、制御が追従できずに、モータ5に過電流が流れてしまう虞がある。
If the same voltage is supplied when the rotation speed of the
そこで、本実施の形態では、図12に示すように、モータ5の回転数に応じて目標デューティDtを変更する。詳細には、モータ5の回転数が低い間は、目標デューティDtも小さな値に設定することによりモータ5に大きな電圧が供給されないような目標デューティDtを設定する。これにより、図13に示すように、モータ5の回転数が低い間はモータ5に大きな電流が流れることが防止されるので、モータ5に過電流が流れることを適切に予防することが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, the target duty Dt is changed according to the number of rotations of the
次に、図14を用いて本実施の形態による電圧制御について説明する。図14は、本実施の形態による電圧制御のフローチャートである。本フローチャートは、トリガスイッチ3がオンされた時に始まる。なお、S201−S203までのステップは図11におけるS101−S103と同一であるため、説明を省略する。
Next, voltage control according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart of voltage control according to the present embodiment. This flowchart starts when the
電流値Iが過電流閾値Ith以下であった場合には(S202:NO)、モータ回転数検出回路77よりモータ5の回転数Nを取得し(S204)、回転数Nに基づき、目標電流値Itと、電流値Iを目標電流値Itまで増加させて目標電流値Itで制限させるための目標デューティDtと、を設定した上で(S205)、S201に戻る。本実施の形態では、図12に示すように、回転数が0rpmから所定rpmまでは、目標デューティDtを100%まで比例関係で増加させ、所定rpm以降は100%に固定するものとする。 When the current value I is equal to or less than the overcurrent threshold Ith (S202: NO), the motor N is obtained from the motor speed detection circuit 77 (S204), and the target current value is based on the speed N. After setting It and the target duty Dt for increasing the current value I to the target current value It and limiting it with the target current value It (S205), the process returns to S201. In the present embodiment, as shown in FIG. 12, the target duty Dt is increased in proportion to 100% when the rotational speed is from 0 rpm to a predetermined rpm, and is fixed to 100% after the predetermined rpm.
このように、本実施の形態による電動工具1では、モータ5の回転数に応じて目標デューティDtを変更する。これにより、モータ5の回転数が低い間はモータ5に大きな電圧が供給することが防止されるので、モータ5に過電流が流れることを適切に予防することが可能となる。
As described above, in the
続いて、第3の変形例について説明する。 Subsequently, a third modification will be described.
第1の変形例では、電池パック2からの直流電力を直接インバータ回路8に供給したが、商用電源からの交流電力を直流電力に整流・平滑した上でインバータ回路8に供給する構成も考えられる。このような構成として、例えば、図15に示すように、商用電源20とインバータ回路8との間に、ノーマルモードフィルタ21と、整流回路22と、平滑コンデンサ23と、を備え、制御回路7にAC入力電圧検出回路24を備えたものが考えられる。
In the first modification, the DC power from the battery pack 2 is directly supplied to the
図15に示す構成においては、コスト抑制等の理由により、平滑コンデンサ23として小容量のものを用いる場合がある。小容量のコンデンサを使用する理由は、大容量の平滑コンデンサを使用すると、力率が悪化しその対策として力率を改善する力率改善回路を付加する必要があるからである。力率改善回路を設けるためには、大きなスペースが必要となり、電動工具が大きくなってしまうものである。 In the configuration shown in FIG. 15, the smoothing capacitor 23 may have a small capacity for reasons such as cost reduction. The reason for using a small-capacitance capacitor is that if a large-capacity smoothing capacitor is used, the power factor deteriorates and it is necessary to add a power factor improving circuit for improving the power factor as a countermeasure. In order to provide the power factor correction circuit, a large space is required, and the power tool becomes large.
ここでいう小容量のコンデンサとは、例えば47μF以下の容量を持つコンデンサである。特に10μF以下である場合には、駆動電圧の脈動が起きやすくなってしまうものである。なお、本発明の実施例においては、0.47μFのコンデンサを採用している。この小容量のコンデンサを用いると、電源電圧のリプルが大きくなってしまう。例えば、リプルが70%以上であると、大きな脈動が起きているといえる。なお、リプルは、工具の入力電源の電圧の最大値をV*として、電圧の変化量をdVとした時に、(dV/V*)×100%であらわされる。 The small-capacitance capacitor here is a capacitor having a capacitance of 47 μF or less, for example. In particular, when it is 10 μF or less, pulsation of the drive voltage is likely to occur. In the embodiment of the present invention, a 0.47 μF capacitor is employed. When this small-capacitance capacitor is used, the ripple of the power supply voltage becomes large. For example, if the ripple is 70% or more, it can be said that a large pulsation occurs. The ripple is expressed as (dV / V *) × 100% when the maximum value of the voltage of the input power supply of the tool is V * and the amount of change in voltage is dV.
平滑コンデンサ23として小容量のものを用いる場合には、平滑コンデンサ23によって交流電力が完全に平滑されず、第1の周波数の脈動波形を有する電力がインバータ回路8に供給されることとなる。そして、このような構成において第1の実施の形態による制御を行うと、図16に示すように、電流値Iが目標電流値Itより大きくなってから制御が追従してきた時点で電流値Iが下がり始め、目標電流値It以下まで低下した時に再びデューティを増加させることとなる。
When a capacitor having a small capacity is used as the smoothing capacitor 23, the AC power is not completely smoothed by the smoothing capacitor 23, and power having a pulsating waveform of the first frequency is supplied to the
しかしながら、この場合に電流値Iが目標電流値It以下まで低下したのは負荷が低減したためではなく、交流電圧が低下したことによるものである。従って、交流のサイクル毎に目標電流値Itを超える電流がモータ5に流れることとなり、モータ5に不要な発熱等を生じさせることとなる。
However, in this case, the current value I has decreased to the target current value It or lower because the AC voltage has decreased, not because the load has decreased. Therefore, a current exceeding the target current value It flows to the
そこで、本実施の形態では、脈動電流のピーク値Ipが目標電流値Itよりも大きい場合にデューティを減少させる。詳細には、図17に示すように、脈動電流のピーク値Ipが目標電流値Itよりも大きい場合にデューティを減少させ、次回のピーク値Ip検出まで減少させたデューティを維持させる。そして、ピーク値Ipが目標電流値It以下となった場合に段階的にデューティを回復させていく。これにより、交流のサイクル毎に目標電流値Itを超える電流がモータ5に流れることがなくなるため、モータ5に不要な発熱等を生じさせることを防止することが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, the duty is reduced when the peak value Ip of the pulsating current is larger than the target current value It. Specifically, as shown in FIG. 17, when the peak value Ip of the pulsating current is larger than the target current value It, the duty is decreased, and the decreased duty is maintained until the next peak value Ip is detected. When the peak value Ip becomes equal to or less than the target current value It, the duty is recovered stepwise. As a result, a current exceeding the target current value It does not flow to the
ここで、図18を用いて、本実施の形態による電圧制御について詳細に説明する。図18は、本実施の形態による電圧制御のフローチャートである。本フローチャートは、トリガスイッチ3がオンされた時に始まる。なお、S301−S303までのステップは図11におけるS101−S103と同一であるため、説明を省略する。
Here, the voltage control according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 18 is a flowchart of voltage control according to the present embodiment. This flowchart starts when the
一方、電流値I(t)が過電流閾値Ith以下であった場合には(S302:NO)、続いて、電流値I(t)が記憶されている電流値I(t−1)より小さくなったか否かを判断する(S304)。 On the other hand, if the current value I (t) is equal to or less than the overcurrent threshold Ith (S302: NO), then the current value I (t) is smaller than the stored current value I (t-1). It is determined whether or not (S304).
電流値I(t)が電流値I(t−1)より以上であった場合には(S302:NO)、電流値I(t)を電流値I(t−1)として記憶した上で(S305)、S301に戻る。 If the current value I (t) is greater than or equal to the current value I (t−1) (S302: NO), the current value I (t) is stored as the current value I (t−1) ( S305), the process returns to S301.
一方、電流値I(t)が電流値I(t−1)より小さくなっていた場合には(S302:YES)、電流値I(t−1)をピーク値Ipとして決定する(S306)。なお、本実施の形態では、実際のピーク値と十分に近似した値を検出することができるようなサンプリング期間で電流値I(t)を検出するものとする。 On the other hand, when the current value I (t) is smaller than the current value I (t−1) (S302: YES), the current value I (t−1) is determined as the peak value Ip (S306). In the present embodiment, it is assumed that the current value I (t) is detected in a sampling period in which a value sufficiently close to the actual peak value can be detected.
続いて、ピーク値Ipが目標電流値Itよりも大きいか否かを判断する(S307)。 Subsequently, it is determined whether or not the peak value Ip is larger than the target current value It (S307).
ピーク値Ipが目標電流値It以下であった場合には(S307:NO)、ピーク値Ipを目標電流値Itまで増加させて目標電流値Itで制限させるための目標デューティDtを設定した上で(S308)、S301に戻る。 When the peak value Ip is less than or equal to the target current value It (S307: NO), after setting the target duty Dt for increasing the peak value Ip to the target current value It and limiting it with the target current value It. (S308), the process returns to S301.
一方、ピーク値Ipが目標電流値Itより大きかった場合には(S307:YES)、目標電流値Itを低下させるために目標デューティDtを低下させた上で(309)、S301に戻る。 On the other hand, when the peak value Ip is larger than the target current value It (S307: YES), the target duty Dt is decreased to decrease the target current value It (309), and the process returns to S301.
このように、本変形例による電動工具1では、脈動電流のピーク値Ipが目標電流値Itよりも大きい場合にデューティを低下させるので、交流のサイクル毎に目標電流値Itを超える電流がモータ5に流れることがなくなるため、モータ5に不要な発熱等を生じさせることを防止することが可能となる。
As described above, in the
尚、第1の変形例と第2の変形例とを同時に行ってもよい。詳細には、モータ5の回転数に応じて目標デューティDtを変更し、電流値Iが目標電流値Itよりも大きい場合に目標デューティDtを低下させることにより、モータ5に流れる電流を減少させてもよい。
Note that the first modification and the second modification may be performed simultaneously. More specifically, the target duty Dt is changed according to the number of revolutions of the
この場合、図19に示すように、モータ5の回転数が低い間はモータ5に大きな電圧が供給されないような目標デューティDtを設定し、モータ5の回転数が所定以上となった後はデューティを100%固定する。そしてデューティを100%に固定した後は、電流値Iが目標電流値Itよりも大きくなった場合に目標デューティDtを低下させることとなる。
In this case, as shown in FIG. 19, a target duty Dt is set so that a large voltage is not supplied to the
ここで、図20を用いて、変形例による電圧制御について詳細に説明する。図20は、変形例による電圧制御のフローチャートである。本フローチャートは、トリガスイッチ3がオンされた時に始まる。
Here, the voltage control according to the modification will be described in detail with reference to FIG. FIG. 20 is a flowchart of voltage control according to a modification. This flowchart starts when the
まず、演算部78は、モータ5に流れている電流の電流値Iをモータ電流検出回路71より取得し(S401)、電流値Iが過電流閾値Ithよりも大きいか否かを判断する(S402)。
First, the
電流値Iが過電流閾値Ithより大きかった場合には(S402:YES)、PWM信号H4、H5、H6の目標デューティDtを0%に設定することでモータ5への電力の供給を停止させる(S403)。
When the current value I is larger than the overcurrent threshold Ith (S402: YES), the supply of power to the
一方、電流値Iが過電流閾値Ith以下であった場合には(S402:NO)、続いて、モータ回転数検出回路77よりモータ5の回転数Nを取得し(S404)、回転数Nに基づき目標電流値It及び電流値Iを目標電流値Itまで増加させるための目標デューティDtを設定する(S405)。
On the other hand, if the current value I is equal to or less than the overcurrent threshold Ith (S402: NO), then, the rotational speed N of the
続いて、電流値IがS405で設定された目標電流値Itよりも大きいか否かを判断する(S406)。 Subsequently, it is determined whether or not the current value I is larger than the target current value It set in S405 (S406).
電流値Iが目標電流値It以下であった場合には(S406:NO)、電流値Iを目標電流値Itまで増加させて目標電流値Itで制限させるための目標デューティDtを設定した上で(S407)、S401に戻る。 If the current value I is less than or equal to the target current value It (S406: NO), after setting the target duty Dt for increasing the current value I to the target current value It and limiting it with the target current value It. (S407), the process returns to S401.
一方、電流値Iが目標電流値Itより大きかった場合には(S406:YES)、目標電流値Itを低下させるために目標デューティDtを低下させた上で(408)、S401に戻る。 On the other hand, when the current value I is larger than the target current value It (S406: YES), the target duty Dt is decreased to decrease the target current value It (408), and the process returns to S401.
このように、第1の変形例と第2の変形例とを同時に行うことで、モータ5に過電流が流れることをより効果的に予防することが可能となる。
Thus, by performing the first modification and the second modification at the same time, it is possible to more effectively prevent an overcurrent from flowing through the
また、第1の変形例では、電流値Iが目標電流値Itより大きい場合に一定の低下率で電圧を低下させたが、電流値Iの大きさに応じて低下率を変更してもよい。 In the first modification, the voltage is decreased at a constant decrease rate when the current value I is larger than the target current value It. However, the decrease rate may be changed according to the magnitude of the current value I. .
また、上記変形例では、電流値Iが過電流閾値Ithより大きくなった場合にモータ5への電圧の供給を停止させたが、電流値Iが所定時間以上に亘って目標電流値Itより大きく過電流閾値Ith以下の場合にモータ5への電圧の供給を停止させてもよい。この場合、モータ5やインバータ回路8の過電流に対する弱さに応じて上記所定時間を変更してもよい。
In the above modification, the supply of voltage to the
また、例えば、電動工具1がドライバである場合の締結終了時のロック検出を行ってもよい。この場合、例えば、(1)回転数Nが所定値以下の場合、(2)回転数Nが所定値以下、かつ、電流値Iが所定値以上の場合、(3)所定値以上の電流値Iが所定時間以上継続した場合、ロック検出を行うことが考えられる。
Further, for example, lock detection at the end of fastening when the
1 電動工具
2 商用電源
3 トリガスイッチ
7 制御回路
8 インバータ回路
10 整流回路
11 平滑コンデンサ
20 電池パック
72 整流電圧検出回路
78 演算部
80 入力電圧検出回路
81 電池電圧検出回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
交流電圧を整流して整流電圧として出力する整流回路と、
前記整流回路の出力側に接続され、前記整流電圧を完全には平滑せず脈動電圧とするコンデンサと、
前記コンデンサの出力側に接続され、前記脈動電圧から駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、
前記脈動電圧を検出する電圧検出部と、
前記インバータ回路に流れる電流が大きくなったことに起因して前記脈動電圧のピーク値が大きくなり過ぎるのを防ぐように前記インバータ回路による前記モータへの前記駆動電圧の供給を禁止又は制限する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動工具。 A motor,
A rectifier circuit that rectifies an alternating voltage and outputs the rectified voltage;
A capacitor connected to the output side of the rectifier circuit, the rectified voltage is not completely smoothed and is a pulsating voltage;
An inverter circuit connected to the output side of the capacitor, generating a driving voltage from the pulsating voltage and supplying the driving voltage to the motor;
A voltage detector for detecting the pulsating voltage ;
A control unit for prohibiting or limiting the supply of the drive voltage to the motor by the inverter circuit so as to prevent the peak value of the pulsating voltage from becoming too large due to an increase in the current flowing through the inverter circuit. When,
An electric tool comprising:
前記脈動電圧のサイクル毎のピーク値が第1の電圧値よりも大きい場合に、前記パルス幅変調信号のデューティを低減することを特徴とする請求項1に記載の電動工具。2. The electric tool according to claim 1, wherein a duty of the pulse width modulation signal is reduced when a peak value of each cycle of the pulsating voltage is larger than a first voltage value.
交流電圧を整流して整流電圧として出力する整流回路と、
前記整流電圧から駆動電圧を生成して前記モータに供給するインバータ回路と、
前記交流電圧のピーク値を検出する電圧検出部と、
前記ピーク値が所定範囲から外れている場合に前記インバータ回路による前記モータへの前記駆動電圧の供給を禁止又は制限する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動工具。 A motor,
A rectifier circuit that rectifies an alternating voltage and outputs the rectified voltage;
An inverter circuit that generates a drive voltage from the rectified voltage and supplies the drive voltage to the motor;
A voltage detector for detecting a peak value of the AC voltage;
And a control unit for the peak value is prohibited or limit the supply of the drive voltage to the motor by the inverter circuit if the out of a predetermined range,
An electric tool comprising:
前記ピーク値が前記所定範囲内の第1の電圧値よりも大きい場合に、前記パルス幅変調信号のデューティを低減することを特徴とする請求項4に記載の電動工具。The power tool according to claim 4, wherein when the peak value is larger than a first voltage value within the predetermined range, the duty of the pulse width modulation signal is reduced.
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