JP6154242B2 - 電動機械器具 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動源として動作する電動機械器具に関する。

モータを駆動源として動作する電動工具や電動作業機等の各種の電動機械器具として、 駆動開始から無負荷状態の間はモータの出力を抑えて負荷が検出されたら出力を上げる、いわゆるソフトノーロード制御の機能を備えた電動機械器具が知られている。ソフトノーロード制御機能を備えた電動機械器具では、無負荷時にはソフトノーロード制御の実行によりモータが低速回転する。そして、負荷が検出されると、ソフトノーロード制御が解除されて高速回転する（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載のように、従来のソフトノーロード制御では、モータに流れる電流に対して閾値が設定される。そして、電流値がその閾値を超えたら、無負荷状態から負荷状態に変化したものと判断して、ソフトノーロード制御を解除し、モータの回転速度を上昇させるようにしている。

特開昭６０−７７６９４号公報

しかし、製品個体のばらつきや、モータの電源電圧（例えばバッテリ電圧）のばらつきなどによって、同じ負荷条件であってもモータに流れる電流の値（絶対値）にはばらつきが生じる。このようなばらつきによって、負荷の検出感度には差が出てしまう。

そのため、電流値（絶対値）と閾値との比較結果に基づく負荷の検知方法では、負荷がかかったことを精度良く検知することが困難である。検出感度を高めるために、例えば閾を低く設定するという方法が考えられるが、検出されやすくなる反面、誤検出の可能性も高まる。逆に、閾値を高く設定すると、誤検出の可能性は下がるものの、検出漏れの可能性が高まる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、駆動源としてモータを備えた電動機械器具において、モータの負荷状態（負荷がかかった状態）を精度良く検出できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一局面は、モータと、モータへの駆動出力を制御する制御部とを備える電動機械器具である。制御部は、状態量検出部と、変化量導出部と、負荷状態検出部と、駆動出力部とを備える。

状態量検出部は、モータの動作状態を示す状態量を検出する。変化量導出部は、状態量検出部により検出された状態量に基づいて、状態量の変化量を導出する。負荷状態検出部は、変化量導出部により導出された変化量に基づいて、モータが負荷のかかった負荷状態であることを検出する。駆動出力部は、負荷状態検出部による負荷状態の検出の有無に応じてモータへの駆動出力を行う。

このように構成された電動機械器具によれば、モータの状態量の変化量に基づいてモータの負荷状態が検出されるため、モータの負荷状態を精度良く検出することができる。また、モータの状態量そのものを用いずに、状態量の変化量を用いて負荷状態の検出を行うようにしている。そのため、本発明は、モータに負荷がかかっていない場合と負荷がかかっている場合とで状態量の差があまり大きくないような場合に特に効果的である。

駆動出力部は、負荷状態検出部により負荷状態が検出されていない場合は、所定の無負荷時駆動方式にてモータへの駆動出力を行い、負荷状態検出部により負荷状態が検出された場合は、所定の負荷時駆動方式にてモータへの駆動出力を行うようにしてもよい。

このようにすることで、負荷状態が検出されていない場合と負荷状態が検出された場合のそれぞれにおいてモータを適切に駆動することができ、当該電動機械器具を効率的に機能させることができる。

負荷状態検出部は、変化量導出部により導出された変化量が、状態量が増加したことを示す正の値であること、及び変化量が所定の正の閾値よりも大きいこと、の少なくとも一方が成立した場合に、モータが負荷状態であることを検出するようにしてもよい。

モータに負荷がかかると、状態量が増加したり、変化量が大きくなったりする。そのため、状態量が増加したことや変化量が大きいことなどに基づいて負荷状態を検出することで、高い精度での負荷状態の検出を容易に実現できる。

負荷状態検出のためのより具体的な構成は種々考えられる。例えば、電動機械器具を次のように構成してもよい。即ち、状態量検出部は、所定の検出タイミング毎に状態量を検出するようにする。変化量導出部は、検出タイミング毎に、前回の検出タイミングで状態量検出部が検出した状態量から今回の検出タイミングで状態量検出部が検出した状態量への変化量を導出する。更に、制御部は、増加判断部と、カウント部とを備える。増加判断部は、検出タイミング毎に、変化量導出部により導出された変化量が正の値であるか否か判断する。カウント部は、検出タイミング毎に、今回の検出タイミングよりも所定時間前の検出タイミングから今回の検出タイミングまでの検出期間内に増加判断部により変化量が正の値と判断された回数である増加回数をカウントする。そして、負荷状態検出部は、カウント部によりカウントされた増加回数が所定の回数閾値より多い場合に、モータが負荷状態であることを検出する。

このように、検出期間内に変化量が正になった回数が回数閾値より多い場合に負荷状態であることを検出することで、誤検出を防ぐことができ、負荷検出の精度をより高めることができる。

また例えば、電動機械器具を、次のように構成してもよい。即ち、制御部は、総和算出部を備える。この総和算出部は、検出タイミング毎に、今回の検出タイミングよりも所定時間前の検出タイミングから今回の検出タイミングまでの検出期間内に変化量導出部により導出された変化量の総和を算出する。そして、負荷状態検出部は、総和算出部により算出された総和が所定の総和閾値より大きい場合に、モータが負荷状態であることを検出する。

このように、検出期間内の変化量の総和が総和閾値より大きい場合に負荷状態であることを検出することによっても、誤検出を防ぐことができ、負荷検出の精度をより高めることができる。

さらに、検出期間内に状態量の変化量が正になった回数が回数閾値より多い場合であって、且つ、総和算出部により算出された総和が総和閾値より大きい場合に、モータが負荷状態であることを検出するようにしてもよい。

このように、２つの条件が共に成立したことをもって負荷状態と検出することで、負荷検出の精度をさらに高めることができる。
制御部は、駆動出力部によるモータの駆動開始から所定の経過時間が経過するまでの間とその経過時間が経過した後とで、回数閾値を異なる値に切り替える回数閾値設定部を備えるようにしてもよい。

また、制御部は、駆動出力部によるモータの駆動開始から所定の経過時間が経過するまでの間とその経過時間が経過した後とで、総和閾値を異なる値に切り替える総和閾値設定部を備えるようにしてもよい。

このように、回数閾値あるいは総和閾値を、駆動開始からの経過時間によって異なる値に切り替えることで、モータの駆動状態に応じた適切な閾値を設定することが可能となり、その分、負荷状態の検出精度のさらなる向上が可能となる。

状態量検出部は、状態量としてモータに流れる電流を検出するようにしてもよい。その場合、変化量導出部は、変化量として状態量検出部により検出される電流の変化量を導出するようにしてもよい。

モータに流れる電流は、比較的容易に検出することができる。また、モータに流れる電流には、モータの動作状態が比較的良く反映され、負荷が有るときと無いときとで電流は変化する。そのため、モータに流れる電流を参照することで、負荷状態の検出を容易且つ適切に行うことができる。

実施形態の電動工具１の外観を表す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 実施形態の電動工具１の電気的構成を表す構成図である。 無負荷状態から負荷状態へ切り替わる過程における、電流値、回転数、及び電流変化量の変化例を表す説明図である。 メイン処理を表すフローチャートである。 図４のメイン処理におけるＳ３００のソフトノーロード解除の判定処理の詳細を表すフローチャートである。 図４のメイン処理におけるＳ４００のＰＷＭデューティの決定処理の詳細を表すフローチャートである。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の形態を採り得る。例えば、下記の実施形態の構成の一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えたり、他の実施形態の構成に対して付加、置換等したり、課題を解決できる限りにおいて省略したりしてもよい。また、下記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成してもよい。

（１）電動工具１の全体構成
図１に示す電動工具１は、本発明の電動機械器具の一例であり、木材や金属などの被加工材を切断するいわゆるジグソーとして構成されている。

電動工具１は、工具本体２と、バッテリ３とを備えている。工具本体２の端部は、バッテリ３を着脱可能に構成されている。バッテリ３は、繰り返し充電可能な二次電池を有している。図１は、工具本体２にバッテリ３が装着された状態を示している。

工具本体２は、把持部４と、ベース５と、ブレード６と、トリガ７と、ロックオフボタン８と、モータ９と、伝達機構１０と、モータ駆動装置１１とを備えている。このうちモータ９、伝達機構１０、およびモータ駆動装置１１は、工具本体２の筐体内部に収容されている。

把持部４は、電動工具１を使用する使用者がその使用の際に手で握り持つ部分である。ベース５は、被加工材の切断等の作業を安定的に行えるようにするための平板状の部材である。被加工材の切断等の作業時、ベース５を被加工材の上面に当接させた状態で作業を行うことで、切断作業等を安定的、効率的に行うことができる。

ブレード６は、被加工材を切断するための長尺細板状の金属部材であり、一方の端辺（図１（ｂ）においては図中右側の端辺）に鋸刃が形成されている。ブレード６は、モータ９の回転力によって、上下方向（図１（ｂ）、（ｃ）における図中上下方向）に往復移動する。即ち、図１（ｂ）に示すように上死点から下死点の間を往復駆動される。ブレード６が往復駆動されている状態で、ブレード６の鋸刃側を被加工材に押し当てることで、ブレード６により被加工材を切断することができる。

トリガ７は、ブレード６の往復駆動を操作するために使用者により操作されるスイッチである。使用者がトリガ７を引き操作すると、トリガスイッチ１５（図１では図示略。図２参照。）がオンし、モータ９が回転してブレード６が作動（往復駆動）する。ロックオフボタン８は、トリガ７の引き操作を許可又は禁止するためのボタンである。ロックオフボタン８をロック側の状態にするとトリガ７を引き操作できなくなり、ロックオフボタン８を非ロック側の状態にするとトリガ７を引き操作できるようになる。

モータ９は、３相ブラシレスモータであり、バッテリ３からの電力により回転する。モータ９の回転力は、伝達機構１０を介してブレード６に伝達される。伝達機構１０は、モータ９の回転運動を直線運動に変換してブレード６に伝達する。ブレード６の駆動速度とモータ９の回転数とは略線形関係にあり、モータ９の回転数が高いほどブレード６の駆動速度も高くなる。なお、モータ９の回転数とは、単位時間あたりの回転数、即ち回転速度（角速度）を意味する。

モータ駆動装置１１は、モータ９の回転駆動を制御するものであり、ひいてはブレード６の往復駆動を制御するものである。
（２）電動工具１の電気的構成
次に、電動工具１の電気的構成、即ちモータ駆動装置１１の具体的構成について、図２を用いて説明する。図２に示すように、モータ駆動装置１１には、バッテリ３の正極に接続される電源ラインと、バッテリ３の負極に接続されるグランドラインとが備えられている。

正極側の電源ラインと負極側のグランドラインとの間には、モータ９の各相Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流を制御するためのスイッチング回路１２が設けられている。
スイッチング回路１２は、モータ９の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの端子と電源ラインとの間の正極側通電経路に設けられた３つのスイッチング素子（いわゆるハイサイドスイッチ）Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３と、モータ９の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの端子とグランドラインとの間の負極側通電経路に設けられた３つのスイッチング素子（いわゆるローサイドスイッチ）Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６とを有している。

スイッチング回路１２とグランドラインとの間（つまり、負極側の各スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６とグランドラインとの間）の負極側通電経路には、通電遮断用のスイッチング素子（通電遮断スイッチ）Ｑ７及び抵抗Ｒ１が設けられている。

この抵抗Ｒ１の両端には、抵抗Ｒ１の両端電圧からモータ９に流れた電流を検出する電流検出回路１３が接続されている。この電流検出回路１３からの検出信号は、制御回路２０に入力される。

バッテリ３の正極からスイッチング回路１２に至る電源ライン（正極側通電経路）とグランドラインとの間には、平滑用のコンデンサＣ１が設けられている。モータ駆動装置１１には、モータ９の回転位置（ロータの回転方向の位置）を検出するロータ位置検出回路１４も設けられている。ロータ位置検出回路１４からの検出信号も、制御回路２０に入力される。

なお、ロータ位置検出回路１４は、モータ９に設けられた回転位置検出用の３つのホールセンサ９ａ，９ｂ，９ｃからの検出信号（ホール信号）に基づき、モータ９の回転位置（換言すれば回転角度）を検出するものである。

すなわち、ホールセンサ９ａ，９ｂ，９ｃは、それぞれ、モータ９のロータの周囲に１２０度の間隔で配置されており、ロータが１８０度回転する度に増減方向が反転する、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のホール信号を出力する。

ロータ位置検出回路１４は、各ホールセンサ９ａ，９ｂ，９ｃからの各相Ｕ，Ｖ，Ｗのホール信号を波形整形することで、ロータの１８０度毎に正負が反転するパルス状のホール信号を生成し、各ホール信号のエッジから６０度間隔でモータ９（詳しくはロータ）の回転位置を検出する。

制御回路２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを中心に構成されるマイクロコンピュータ（マイコン）にて構成されており、使用者がトリガ７を操作することによって変化するトリガスイッチ１５の状態に従い、モータ９の駆動制御を実行する。

トリガスイッチ１５は、より詳しくは、トリガ７が引き操作されたか否かを検出してその検出信号を制御回路２０へ出力するスイッチ部と、トリガ７の引き量に応じたアナログの操作量信号を制御回路２０へ出力する操作量出力部とを有している。

使用者によりトリガ７が引き操作されると、トリガスイッチ１５内のスイッチ部から、トリガ７が引き操作されたことを示す検出信号が制御回路２０へ出力される。制御回路２０は、トリガスイッチ１５から検出信号が入力されると、駆動指令が入力されたと判断して、モータ９を駆動する。トリガ７の引き操作が解除されて検出信号が入力されなくなると、制御回路２０は、モータ９にブレーキをかける。

なお、トリガ７が引き操作されている間に制御回路２０がモータ９をどのように駆動制御するかについては、トリガ７の引き量や、負荷の状態、ソフトノーロード制御（詳細は後述）の機能が有効設定されているか否か、などによって異なる。

こうしたモータ９の駆動制御を実行するために、制御回路２０は、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムを実行することで、図２に示す電流変化検出部２１、ソフトノーロード検出部２２、ロータ回転速度演算部２３，タイマ２４、ＰＷＭ生成部２５、及びゲート駆動信号生成部２６としての機能を実現する。

電流変化検出部２１は、所定の情報取得周期（本実施形態では後述する制御周期と同期）の情報取得タイミング毎に、電流検出回路１３からの検出信号に基づいてモータ９に流れる電流を検出する。そして、その検出した今回の検出値の、前回の情報取得タイミングで取得した検出値からの変化量、及びその変化量が正（増加）又は負（減少）のどちらであるか、を検出する。この電流変化検出部２１の機能は、後述する図４のＳ１００の処理により実現される。

なお、本実施形態では、電流変化検出部２１は、電流の変化量を、離散的な数値に変換して検出する。具体的には、ある電流量を基準値Ｉｏとして、電流の増加量がその基準値Ｉｏ以上だった場合に、電流変化量が「＋１」であると判定する。また、電流の増加量が基準値Ｉｏの２倍以上だった場合は、電流変化量が「＋２」であると判定する。逆に、電流が減少していてその減少量が基準値Ｉｏ以上だった場合は、電流変化量が「−１」であると判定する。また、電流の減少量が基準値Ｉｏの２倍以上だった場合は、電流変化量が「−２」であると判定する。

なお、電流変化量を離散的な数値に変換する方法は上記方法に限定されるものではない。例えば、電流の増加量が基準値Ｉｏのｎ倍（ｎは例えば自然数）以上だった場合は電流変化量を「＋ｎ」とし、電流の減少量が基準値Ｉｏのｎ倍以上だった場合は電流変化量を「−ｎ」とするなど、電流の増加量（又は減少量）が大きくなるほど電流変化量（離散値）の絶対値も大きくなるようにしてもよい。また、基準値Ｉｏを基準に電流変化量を算出する方法に限らず、電流の変化量に応じた他の所定の方法で電流変化量（離散的な数値）を算出するようにしてもよい。

また、電流変化量を離散的な数値とすること自体も必須ではない。電流の変化に基づいて電流変化量をどのように算出するかについては、種々の方法を採用できる。
ソフトノーロード検出部２２は、モータ９が無負荷状態か負荷状態かを判定し、その判定結果に基づいてソフトノーロード制御の実行又は解除を示す指令を生成（具体的には後述するソフトノーロード解除判定フラグをセット又はクリア）する。なお、ソフトノーロード制御の詳細については後述する。このソフトノーロード検出部２２の機能は、後述する図４のＳ３００の処理により実現される。

ロータ回転速度演算部２３は、ロータ位置検出回路１４により検出されたモータ９の回転位置とタイマ２４からの時間情報とに基づいて、モータ９の回転速度（ロータの回転速度）を演算する。このロータ回転速度演算部２３の機能は、後述する図４のＳ１００の処理により実現される。なお、タイマ２４は、周知の計時手段である。このタイマ２４を具体的にハードウェアで構成するかそれともソフトウェアで構成するかについては適宜決めることができる。

ＰＷＭ生成部２５は、モータ９への通電をＰＷＭ制御するための駆動デューティ比（以下「ＰＷＭデューティ」という）を演算し、そのＰＷＭデューティを表すＰＷＭ指令を生成してゲート駆動信号生成部２６へ出力する。より詳しくは、ＰＷＭ生成部２５は、ロータ回転速度演算部２３により演算された回転速度やトリガ７の引き量、ソフトノーロード検出部２２からの指令などの各種情報に基づいて、ＰＷＭデューティを演算する。このＰＷＭ生成部２５の機能は、後述する図４のＳ２００及びＳ４００の処理により実現される。なお、ＰＷＭデューティの具体的な演算方法については後述する。

ゲート駆動信号生成部２６は、ＰＷＭ生成部２５からのＰＷＭ指令に従ってスイッチング回路１２内の各スイッチング素子をデューティ駆動する。これにより、モータ９の各相Ｕ，Ｖ，Ｗに、ＰＷＭデューティに対応した電流が流れ、モータ９は、そのＰＷＭデューティに対応した回転速度で回転することになる。このゲート駆動信号生成部２６の機能は、後述する図４のＳ５００の処理により実現される。

（３）ソフトノーロード制御機能の説明
ここで、ソフトノーロード制御機能について説明する。本実施形態の電動工具１は、モータ９の制御機能として、ソフトノーロード制御機能を備えている。ソフトノーロード制御機能とは、一般的には、モータ９が無負荷状態か負荷状態かを判断して、無負荷時にはモータ９を低回転数で回転（つまりソフトノーロード制御を実行）させ、負荷時には高回転数で回転（つまりソフトノーロード制御を解除）させるという制御方法である。

なお、無負荷時（無負荷状態）とは、モータ９に負荷がかかっていない状態、即ち、ブレード６が被加工材に触れておらずブレード６が空転している状態を意味する。一方、負荷時（負荷状態）とは、モータ９に負荷がかかっている状態、即ち、ブレード６が被加工材等の他の物体に接触している状態を意味する。

本実施形態では、モータ９の起動時は、無負荷状態であるものとして、ソフトノーロード制御が実行される。即ち、トリガ７の引き量にかかわらず、所定の低回転数（例えばＰＷＭデューティ５０％に対応した規定の低回転数）を目標回転数としてモータ９を回転駆動させる。そのため、ソフトノーロード制御の実行中（負荷状態が検出されない間）は、トリガ７をたとえ大きく引き操作しても、モータ９の回転数は所定の低回転数に制限される。

なお、本実施形態では、無負荷状態における低回転数での回転駆動、即ちソフトノーロード制御の実行時は、ＰＷＭデューティが一定（例えば５０％一定）のオープン制御ではなく、実際の回転数が低回転数に一致するようにＰＷＭデューティを補正する定回転制御（フィードバック制御）にて行われる。

ただし、本実施形態では、トリガ７の引き量が所定引き量より少ない場合（例えば引き操作可能な最大量の所定％よりも少ない場合）は、ソフトノーロード制御を実行しないように構成されている。そのため、たとえ無負荷状態であっても、トリガ７の引き量が所定引き量より少ない場合は、トリガ７の引き量に応じたＰＷＭデューティにてモータ９が駆動される。

モータ９の起動後、負荷状態が検出されると、ソフトノーロード制御が解除される。具体的には、本実施形態ではトリガ７の引き量に応じたＰＷＭデューティにてモータ９が駆動される。そのため、トリガ７の引き量が大きくなればなるほどモータ９の回転速度も高くなる。

なお、ソフトノーロード制御の解除中（負荷時）にモータ９を具体的にどのように駆動させるかについては種々考えられ、例えば、ソフトノーロード制御実行中の上記低回転数よりも高い所定の回転数で（例えばＰＷＭデューティ１００％で）駆動させるようにしてもよい。また、モータ９の駆動制御をオープン制御で行うか、それとも定回転制御（フィードバック制御）で行うかについても、適宜決めることができる。

（４）負荷状態の検出方法
次に、負荷状態の検出方法、即ちモータ９の起動後、モータ９が負荷状態になったか否かをどのようにして検出するかについて説明する。

モータ９が無負荷状態から負荷状態に変化すると、一般に、モータ９に流れる電流は、無負荷状態のときの電流値から上昇していく。そこで、本実施形態では、モータ９に流れる電流の上昇状態に基づいて、負荷状態を検出する。具体的には、情報取得タイミング毎に、現タイミングから所定期間（例えば情報取得周期の１０倍の期間）前までの期間を検出期間として、次の２つの条件１，２が共に成立した場合に、負荷状態になったものと判定する。
条件１：電流の変化量を周期的に（情報取得タイミング毎に）検出し、所定の検出期間中に電流の変化量が正（増加）と検出された回数が所定の回数閾値Ａ（例えば４回）を超えたこと。
条件２：電流の変化量を周期的に（情報取得タイミング毎に）検出し、所定の検出期間内の電流変化量の総和が所定の総和閾値Ｂ（例えば＋４）を超えたこと。

なお、上記２つの条件１，２が共に成立した場合に負荷状態と判定することは必須ではなく、上記２つの条件１，２のうち何れか一方だけでも成立したら負荷状態になったものと判定するようにしてもよい。

即ち、例えば条件１が成立したら条件２の成立有無にかかわらず負荷状態になったものと判定してもよい。
しかし、モータ９の電流の変動は実際には多く発生し、制御回路２０内の図示しないＡＤ変換器の精度が高いほど、細かい変動であっても電流の変動として検出されてしまう。すると、無負荷状態時に微小な電流変動が発生した場合でも、その微小な電流変動が検出され、その結果、まだ無負荷状態であるにもかかわらず電流変化量の正の検出回数が回数閾値Ａを超えてしまって負荷状態と誤検出されてしまうおそれがある。そのため、本実施形態では、条件１だけでなく条件２も考慮して負荷状態を検出するようにしている。

逆に、例えば条件２が成立したら条件１の成立有無にかかわらず負荷状態になったものと判定してもよい。
しかし、負荷の状態によっては、瞬間的な衝撃（例えばブレード６が他の物体に瞬間的に当たっただけ）で、電流が大きく変化し、ごく短時間で電流変化量の総和が総和閾値Ｂを超えてしまうおそれがある。具体的な例としては、作業者としては被加工材を切断作業するつもりはなかったものの間違えてブレード６を何らかの他の物体に当ててしまい、慌ててブレード６をその物体から離す、といった例が想定される。このような場合に、電流変化量が短時間で総和閾値Ｂを超えると、被加工材を切断加工するつもりがなかったにもかかわらず、誤って負荷状態と判定されて、モータ９の回転数が上昇してしまう。そのため、本実施形態では、条件２だけではなく条件１も考慮して負荷状態を検出するようにしている。

また、本実施形態では、上記各閾値（回数閾値Ａ及び総和閾値Ｂ）を、モータ９の駆動開始からの経過時間によって二種類に切り替えるようにしている。具体的には、駆動開始から所定時間が経過するまでの間は、回数閾値Ａを第１回数閾値Ａ１、総和閾値Ｂを第１総和閾値Ｂ１とする。そして、駆動開始から所定時間が経過した後は、回数閾値Ａについては第１回数閾値Ａ１よりも少ない第２回数閾値Ａ２、総和閾値Ｂについては第１総和閾値Ｂ１よりも少ない第２総和閾値Ｂ２とする。

このように、各閾値Ａ，Ｂを、駆動開始から所定時間が経過するまでは相対的に大きくして、駆動開始から所定時間経過後は相対的に小さくしているのは、特に駆動開始直後の不安定な状態における、負荷状態の誤判定を抑制するためである。駆動開始からしばらくの間は各閾値Ａ，Ｂを大きい値にすることで、駆動開始直後の不安定な状態のときに誤って負荷状態と判定されてしまうのを抑制することができる。

起動後、無負荷状態から負荷状態へと変化する際の具体的な動作例を、図３に示す。図３は、起動後、無負荷状態がしばらく継続した後に負荷状態に切り替わる場合における、モータ９の電流値と回転数、及び電流変化量の変化を示している。

無負荷状態の間はソフトノーロード制御が実行され、トリガ７の引き量にかかわらずモータ９の回転速度が一定の低回転数に制御される。ただし、既述の通り、ソフトノーロード制御が実行されるのは、トリガの引き量が所定引き量以上の場合である。そして、負荷状態が検出されると、ソフトノーロード制御が解除され、トリガ７の引き量に応じた回転速度でモータ９が駆動される。

なお、図３では、時刻ｔ_ｎ−１０あたりで無負荷状態から負荷状態に切り替わっている。また、図３の説明においては、説明の便宜上、回数閾値Ａが４回、総和閾値Ｂが＋４であるものとする。

起動後、情報取得タイミング毎に、電流値を検出して、前回の情報取得タイミングでの検出値からの変化量が算出される。例えば時刻ｔ_ｎ−１０では、電流値が前回と同じであるため、電流変化量は０である。また例えば、時刻ｔ_ｎ−９では、電流値が前回（時刻ｔ_ｎ−１０）よりも増加しており、その電流変化量は＋２である。

制御回路２０は、情報取得タイミング毎に、所定の検出期間前から現在の情報取得タイミングまでの検出期間内における、電流の変化量が正（増加）だった回数、及び電流変化量の総和を算出する。そして、電流の変化量が正の回数が回数閾値Ａを超えたかどうか（即ち条件１が成立したか否か）、及び電流変化量の総和が総和閾値Ｂを超えたかどうか（即ち条件２が成立したか否か）を判定する。

図３の例では、時刻ｔ_ｎ−１０あたりで負荷状態となって、電流が上昇し始めている。そして、そこから検出期間が経過した時刻ｔ_ｎのタイミングになったとき、検出期間中（時刻ｔ_ｎ−１０〜時刻ｔ_ｎの間）において電流の変化量が正（増加）だった回数が５回（時刻ｔ_ｎ−９，ｔ_ｎ−８，ｔ_ｎ−４，ｔ_ｎ−２，ｔ_ｎ）となり、且つ、電流変化量の総和が＋５（＝０＋２＋２＋０−１＋０＋１−１＋２−１＋１）となって、上記２つの条件１，２が共に成立する。そのため、時刻ｔ_ｎのタイミングで負荷状態が判定され、これにより、ソフトノーロード制御が解除される。

（５）メイン処理の説明
電動工具１の制御回路２０が実行するメイン処理について、図４〜図６を用いて説明する。電動工具１の制御回路２０において、ＣＰＵは、動作を開始すると、ＲＯＭから図４のメイン処理のプログラムを読み込んで実行する。なお、ＣＰＵは、図４のメイン処理を所定の制御周期（本例では情報取得周期と同じ）で繰り返し実行する。

制御回路２０のＣＰＵは、図４のメイン処理を開始すると、Ｓ１００で、モータ情報取得処理を実行する。具体的には、トリガ７の引き量、モータ９の回転速度、モータ９に流れる電流の変化量（詳しくは変化量が正又は負のどちらか、及び基準値Ｉｏに基づく電流変化量（離散値））などをそれぞれ取得する。

なお、図４では図示を省略したが、メイン処理の開始後、Ｓ１００の処理の前に、所定の初期処理が実行される。この初期処理において、後述するノーロード解除判定フラグがクリアされる。つまり、初期状態としてはモータ９は無負荷状態であるものとして扱われ、よって、ノーロード制御が実行される。

Ｓ２００では、定回転制御（フィードバック制御）時のＰＷＭデューティ補正量の算出処理を行う。即ち、モータ９をフィードバック制御する場合にＰＷＭデューティを規定値（例えば５０％）からどの程度補正すべきかを示す補正量を算出する。既述の通り、本実施形態では、ノーロード制御実行中は、ＰＷＭデューティ５０％に相当する規定の回転数を目標回転数として、実際の回転数がその目標回転数に一致するようにフィードバック制御される。Ｓ２００では、そのフィードバック制御における、ＰＷＭデューティの規定値（５０％）に対する補正量を算出するのである。ここで算出したＰＷＭデューティ補正量は、後述する図６のＳ４２５で用いられる。

Ｓ３００では、ソフトノーロード解除の判定処理を実行する。Ｓ３００のソフトノーロード解除の判定処理の詳細は、図５に示す通りである。制御回路２０のＣＰＵは、図５のソフトノーロード解除の判定処理に移行すると、Ｓ３０５で、モータ９が駆動中か否か判断する。なお、モータ９が駆動中か否かは、例えば使用者によるトリガ７の操作状態などの、電動工具１の各種状態等に基づく所定の条件の成否に基づいて判断することができる。

モータ９が停止中の場合は、Ｓ３６０でソフトノーロード解除判定フラグをクリアして、Ｓ４００（図４参照）に進む。モータ９が駆動中の場合は、Ｓ３１０で、ソフトノーロード制御が有効か否かを判断する。具体的には、トリガ７の引き量が所定引き量以上か否か判断する。

引き量が所定引き量以上の場合は、ソフトノーロード制御が有効であると判断して、Ｓ３１５に進む。つまりこの場合は、ソフトノーロード制御の実行が可能となる。一方、引き量が所定引き量より少ない場合は、ソフトノーロード制御が無効であると判断して、Ｓ４００（図４参照）に進む。つまりこの場合は、ソフトノーロード制御は実行されず、後述するように、トリガ７の引き量に応じたＰＷＭデューティにて駆動されることとなる。

Ｓ３１５では、ソフトノーロード解除判定フラグがセットされているか否か、即ち負荷状態が検出されているか否かを判断する。ソフトノーロード解除判定フラグがすでにセットされている場合、即ち負荷状態がすでに検出されている場合は、Ｓ４００（図４参照）に進む。ソフトノーロード解除判定フラグがまだセットされていない場合、即ち負荷状態がまだ検出されていない場合は、Ｓ３２０に進む。

Ｓ３２０では、所定の検出期間（現在のタイミングから検出期間前までの間）内に取得した各情報取得タイミング毎の電流の変化量について、その変化量が正（増加）であった回数をカウントする。

Ｓ３２５では、同じくその検出期間内に取得した各情報取得タイミング毎の電流の変化量について、その電流変化量（基準値Ｉｏに基づく離散値）の総和を算出する。
Ｓ３３０では、モータ駆動開始から所定時間経過済みか否か判断する。モータ駆動開始からまだ所定時間が経過していない場合は、Ｓ３３５で、電流の変化量が正であった回数（Ｓ３２０でカウントした値）が第１回数閾値Ａ１よりも多いか否か判断する。

変化量が正であった回数が第１回数閾値Ａ１以下の場合は、Ｓ４００（図４参照）に進む。変化量が正であった回数が第１回数閾値Ａ１よりも多い場合は、Ｓ３４０で、電流変化量の総和（Ｓ３２５で算出した値）が第１総和閾値Ｂ１よりも大きいか否か判断する。

電流変化量の総和が第１総和閾値Ｂ１以下の場合は、Ｓ４００（図４参照）に進む。電流変化量の総和が第１総和閾値Ｂ１よりも大きい場合は、既述の２つの条件１，２が共に成立したことになり、Ｓ３４５で、ソフトノーロード解除判定フラグをセットする。つまり、この時点で、負荷状態が検出されたことになる。Ｓ３４５の処理の後は、Ｓ４００（図４参照）に進む。

Ｓ３３０で、モータ駆動開始から所定時間が経過している場合は、Ｓ３５０で、電流の変化量が正であった回数（Ｓ３２０でカウントした値）が第２回数閾値Ａ２よりも多いか否か判断する。

変化量が正であった回数が第２回数閾値Ａ１以下の場合は、Ｓ４００（図４参照）に進む。変化量が正であった回数が第２回数閾値Ａ２よりも多い場合は、Ｓ３５５で、電流変化量の総和（Ｓ３２５で算出した値）が第２総和閾値Ｂ２よりも大きいか否か判断する。

電流変化量の総和が第２総和閾値Ｂ１以下の場合は、Ｓ４００（図４参照）に進む。電流変化量の総和が第２総和閾値Ｂ２よりも大きい場合は、既述の２つの条件１，２が共に成立したことになり、Ｓ３４５で、ソフトノーロード解除判定フラグをセットする。

図４に戻り、Ｓ３００のソフトノーロード解除の判定処理の後は、Ｓ４００に進む。Ｓ４００では、ＰＷＭデューティの決定処理を行う。Ｓ４００のＰＷＭデューティの決定処理の詳細は、図６に示す通りである。制御回路２０のＣＰＵは、図６のＰＷＭデューティの決定処理に移行すると、Ｓ４０５で、モータ９が駆動中か否か判断する。この判断は、図５のＳ３０５と同じである。

モータ９が駆動中ではない場合は、Ｓ４３５で、ＰＷＭデューティを０％に設定する。モータ９が駆動中の場合は、Ｓ４１０で、ソフトノーロード制御が有効であるか否か判断する。この判断は、図５のＳ３１０と同じである。ソフトノーロード制御が無効である場合、即ちトリガ７の引き量が所定引き量より少ない場合は、Ｓ４３０で、ＰＷＭデューティを、トリガ７の操作量（引き量）に応じた値に設定する。

ソフトノーロード制御が有効である場合は、Ｓ４１５で、ソフトノーロード解除判定フラグがセットされているか否か判断する。ソフトノーロード解除判定フラグがセットされている場合、即ち負荷状態が検出されている場合は、Ｓ４３０で、ＰＷＭデューティを、トリガ７の操作量（引き量）に応じた値に設定する。なお、負荷検出後においては、ＰＷＭデューティを、トリガ７の操作量にかかわらず一定の値（例えば１００％。Ｓ４２０の設定値よりも大きい値。）に設定するようにしてもよい。

ソフトノーロード解除フラグがセットされていない場合、即ち負荷状態が検出されていない場合は、Ｓ４２０で、ＰＷＭデューティを規定の５０％に設定セットする。更に、Ｓ４２５で、定回転制御（フィードバック制御）によるＰＷＭデューティ補正値（Ｓ２００で算出した補正値）を、ＰＷＭデューティの規定値（５０％）に加算する。

図４に戻り、Ｓ４００のＰＷＭデューティの決定処理の後は、Ｓ５００に進み、モータ制御処理を実行する。具体的には、Ｓ４００で設定したＰＷＭデューティを示すＰＷＭ指令値を生成し、これにより、スイッチング回路１２内の各スイッチング素子をデューティ駆動させる。これにより、モータ９は、そのＰＷＭデューティに対応した回転速度で回転することになる。

（６）実施形態の効果等
以上説明した本実施形態の電動工具１によれば、モータ９の電流の変化量に基づいてモータ９の負荷状態が検出されるため、モータ９の負荷状態を精度良く検出することができる。

なお、本実施形態の電動工具１は、無負荷時と負荷時との電流の差があまり大きくない。そのため、従来のように電流値（絶対値）に基づいて負荷状態の検出を行うようにすると、負荷状態を精度よく検出することは困難である。

これに対し、本実施形態では、モータ９の電流値そのものを用いずに、電流の変化量を用いて負荷状態の検出を行うようにしている。そのため、本実施形態の電動工具１における負荷状態の検出を高い精度で行うことができる。

また、本実施形態では、モータ９の電流の変化量が正であることや、電流変化量が大きいことをもって、負荷状態を検出するようにしている。そのため、高い精度での負荷状態の検出を容易に実現できる。

より具体的には、本実施形態では、検出期間内において変化量が正になった回数が回数閾値Ａより多い場合であって、且つ、検出期間内における電流変化量の総和が総和閾値Ｂより大きい場合に、モータ９が負荷状態になったものと判断するようにしている。このように、２つの条件が共に成立したことをもって負荷状態と検出することで、より高精度での負荷検出が可能となる。

また、本実施形態では、モータ９の駆動開始から所定時間が経過する前後で、回数閾値Ａ及び総和閾値Ｂがそれぞれ異なる値に設定される。そのため、モータ９の駆動状態に応じた適切な閾値を設定することが可能となり、その分、負荷状態の検出精度のさらなる向上が可能となる。特に、本実施形態では、駆動開始から所定時間が経過した後よりも、所定時間が経過する前の方が、上記各閾値Ａ，Ｂのいずれも、相対的に大きい値に設定される。そのため、駆動直後の不安定な状態での誤検出が効果的に抑制される。

なお、本実施形態において、制御回路２０は、本発明の制御部の一例に相当し、そのうち特に、電流変化検出部２１は本発明の状態量検出部及び変化量導出部の一例に相当し、ソフトノーロード検出部２２は本発明の負荷状態検出部、増加判断部、カウント部、総和算出部、回数閾値設定部及び総和閾値設定部の一例に相当し、ＰＷＭ生成部２５は本発明の駆動出力部の一例に相当する。

［他の実施形態］
（１）回数閾値Ａは、１回以上の任意の回数に適宜決めることができる。ただし、１回に設定すると、誤検出のおそれがあるため、好ましくは、上記実施形態のように複数回数に設定するとよい。

電流変化量についても、複数取得した電流変化量の総和を用いるのではなく、情報取得タイミング毎に電流変化量が閾値を超えているか否か判断して、閾値を超えていた場合は負荷状態である（又はその可能性がある）と判断するようにしてもよい。ただし、１つの電流変化量のみをもって負荷状態か否かを判断するようにすると誤検出のおそれがあるため、好ましくは、上記実施形態のように複数の電流変化量の総和に基づいて判断するとよい。

（２）電流の変化量に基づいて負荷状態の検出を行う方法はあくまでも一例であって、電流以外の、モータ９の動作状態を直接又は間接的に示す他の状態量の変化量に基づいて負荷状態の検出を行うようにしてもよい。

例えば、モータ９の実際の回転数、モータ９に印加されている電圧、バッテリ電圧、フィードバック制御時におけるＰＷＭデューティなどの変化量に基づいて、上記実施形態と同じ要領で負荷状態の検出を行うことができる。

ＰＷＭデューティに基づく負荷検出は、より具体的には、次のようにして行うことができる。即ち、モータ駆動開始時に、ソフトノーロード制御として一定回転数を維持するよう定回転制御を実施する。この定回転制御によってモータ９の回転速度が目標とする回転速度に達したときのＰＷＭデューティを保持しておく。その後も定回転制御を継続し、ＰＷＭデューティ補正量が予め設定していた閾値を超えた場合に、負荷状態になったものとしてソフトノーロード制御を解除する。

（３）負荷状態が検出されていない場合の規定のＰＷＭデューティを５０％としたのはあくまでも一例である。また、この規定のＰＷＭデューティを、バッテリ３の電圧に基づいて可変設定するようにしてもよい。例えば、バッテリ３の電圧が低いほど規定のＰＷＭデューティを増加させる方法が考えられる。

（４）図５のソフトノーロード解除の判定処理において、Ｓ３３０でモータ駆動開始から所定時間がまだ経過していないと判断された場合は、そのままこのソフトノーロード解除の判定処理を終了するようにしてもよい。つまり、駆動開始から所定時間が経過するまでは、負荷状態の検出を行わないようにしてもよい。

（５）上記実施形態では、情報取得周期と制御周期とが同じである（同期している）ものとして説明したが、これら両周期は異なるものであってもよい。
（６）モータ９の回転数を、トリガ７以外の他の手段、例えばダイヤル操作等によって連続的又は段階的に設定できるようにしてもよい。ダイヤルを設ける場合、図５のＳ３１０では、ダイヤルの操作位置に応じて、ソフトノーロードの有効／無効を判断するようにしてもよい。

（７）ソフトノーロードの有効／無効を、スイッチ操作等の他の手段によって設定できるようにしてもよい。
（８）上記実施形態では、電動工具１の制御回路２０がマイクロコンピュータにより構成されているものとして説明したが、制御回路２０は、マイクロコンピュータに限らず、例えばＡＳＩＣやＦＰＧＡ、その他の各種ＩＣ、ロジック回路等により構成してもよい。

（９）上記実施形態のモータ９は三相ブラシレスモータであったが、他のモータ（例えばブラシ付きＤＣモータ、各種ＡＣモータなど）を備えた電動機械器具に対しても本発明を適用可能である。

（１０）上記実施形態では、本発明を電動工具（具体的にはジグソー）に適用した例を示したが、本発明は、電動工具に限らずあらゆる種類の電動機械器具に適用可能である。例えば、ジグソーと同様、モータによりブレードを往復駆動させて被加工材を切断可能なレシプロソーにも適用可能である。なお、本発明の適用は、ジグソーやレシプロソーなどのように器具要素を往復駆動させる構成の電動機械器具に限定されるものではない。

１…電動工具、２…工具本体、３…バッテリ、４…把持部、５…ベース、６…ブレード、７…トリガ、８…ロックオフボタン、９…モータ、９ａ，９ｂ，９ｃ…ホールセンサ、１０…伝達機構、１１…モータ駆動装置、１２…スイッチング回路、１３…電流検出回路、１４…ロータ位置検出回路、１５…トリガスイッチ、２０…制御回路、２１…電流変化検出部、２２…ソフトノーロード検出部、２３…ロータ回転速度演算部、２４…タイマ、２５…ＰＷＭ生成部、２６…ゲート駆動信号生成部、Ｃ１…コンデンサ、Ｒ１…抵抗。

Claims (9)

1. モータと、
   前記モータへの駆動出力を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記モータの動作状態を示す状態量を検出する状態量検出部と、
   前記状態量検出部により検出された前記状態量に基づいて、前記状態量の変化量を導出する変化量導出部と、
   前記変化量導出部により導出された前記変化量に基づいて、前記モータが負荷のかかった負荷状態であることを検出する負荷状態検出部と、
   前記負荷状態検出部による前記負荷状態の検出の有無に応じて前記モータへの駆動出力を行う駆動出力部と、
   を備えることを特徴とする電動機械器具。
2. 請求項１に記載の電動機械器具であって、
   前記駆動出力部は、前記負荷状態検出部により前記負荷状態が検出されていない場合は、所定の無負荷時駆動方式にて前記モータへの駆動出力を行い、前記負荷状態検出部により前記負荷状態が検出された場合は、所定の負荷時駆動方式にて前記モータへの駆動出力を行う
   ことを特徴とする電動機械器具。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電動機械器具であって、
   前記負荷状態検出部は、前記変化量導出部により導出された前記変化量が前記状態量が増加したことを示す正の値であること、及び前記変化量が所定の正の閾値よりも大きいこと、の少なくとも一方が成立した場合に、前記モータが前記負荷状態であることを検出する
   ことを特徴とする電動機械器具。
4. 請求項３に記載の電動機械器具であって、
   前記状態量検出部は、所定の検出タイミング毎に前記状態量を検出し、
   前記変化量導出部は、前記検出タイミング毎に、前回の前記検出タイミングで前記状態量検出部が検出した前記状態量から今回の前記検出タイミングで前記状態量検出部が検出した前記状態量への変化量を導出し、
   更に、
   前記制御部は、
   前記検出タイミング毎に、前記変化量導出部により導出された前記変化量が正の値であるか否か判断する増加判断部と、
   前記検出タイミング毎に、今回の検出タイミングよりも所定時間前の検出タイミングから今回の検出タイミングまでの検出期間内に前記増加判断部により前記変化量が正の値と判断された回数である増加回数をカウントするカウント部と、
   を備え、
   前記負荷状態検出部は、前記カウント部によりカウントされた前記増加回数が所定の回数閾値より多い場合に、前記モータが前記負荷状態であることを検出する
   ことを特徴とする電動機械器具。
5. 請求項３に記載の電動機械器具であって、
   前記状態量検出部は、所定の検出タイミング毎に前記状態量を検出し、
   前記変化量導出部は、前記検出タイミング毎に、前回の前記検出タイミングで前記状態量検出部が検出した前記状態量から今回の前記検出タイミングで前記状態量検出部が検出した前記状態量への変化量を導出し、
   更に、
   前記制御部は、
   前記検出タイミング毎に、今回の検出タイミングよりも所定時間前の検出タイミングから今回の検出タイミングまでの検出期間内に前記変化量導出部により導出された前記変化量の総和を算出する総和算出部を備え、
   前記負荷状態検出部は、前記総和算出部により算出された前記総和が所定の総和閾値より大きい場合に、前記モータが前記負荷状態であることを検出する
   ことを特徴とする電動機械器具。
6. 請求項４に記載の電動機械器具であって、
   前記制御部は、
   前記検出タイミング毎に、今回の検出タイミングよりも所定時間前の検出タイミングから今回の検出タイミングまでの検出期間内に前記変化量導出部により導出された前記変化量の総和を算出する総和算出部を備え、
   前記負荷状態検出部は、前記カウント部によりカウントされた前記増加回数が前記回数閾値より多い場合であって、且つ、前記総和算出部により算出された前記総和が所定の総和閾値より大きい場合に、前記モータが前記負荷状態であることを検出する
   ことを特徴とする電動機械器具。
7. 請求項４又は請求項６に記載の電動機械器具であって、
   前記制御部は、前記駆動出力部による前記モータの駆動開始から所定の経過時間が経過するまでの間とその経過時間が経過した後とで、前記回数閾値を異なる値に切り替える回数閾値設定部を備える
   ことを特徴とする電動機械器具。
8. 請求項５又は請求項６に記載の電動機械器具であって、
   前記制御部は、前記駆動出力部による前記モータの駆動開始から所定の経過時間が経過するまでの間とその経過時間が経過した後とで、前記総和閾値を異なる値に切り替える総和閾値設定部を備える
   ことを特徴とする電動機械器具。
9. 請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の電動機械器具であって、
   前記状態量検出部は、前記状態量として前記モータに流れる電流を検出し、
   前記変化量導出部は、前記変化量として前記状態量検出部により検出される電流の変化量を導出する
   ことを特徴とする電動機械器具。