JP6241694B2 - 電動工具 - Google Patents

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Description

本発明は、ブラシレスモータを駆動源とする電動工具に関する。
従来、ブラシレスモータを駆動源とし、交流電圧を整流する整流回路と、ブラシレスモータに電圧を供給するインバータ回路との間に、静電容量の小さな平滑コンデンサが設けられた小型の電動工具が知られている（下記特許文献１参照）。
特開２０１２−１９６７２５号公報
近年、小型で且つ出力の大きな電動工具が求められている。しかしながら、出力の大きな電動工具では、通常よりも過負荷領域での実用作業の場合、電流のピーク値、すなわちピーク電流が高くなってしまう。その結果、例えばインバータ回路に実装されるスイッチング素子や、モータ、スイッチ等の部品の破損や、電源となる発電機や電動工具に搭載された過電流保護回路の作動による工具の駆動停止等の不具合が発生するという問題があった。
ピーク電流を抑制するためには、静電容量の大きな平滑コンデンサを使用することが考えられるが、この場合、工具本体が大型化してしまうという問題があった。
かかる課題に鑑み、本発明は、工具本体を大型化することなくピーク電流を抑制可能な電動工具を提供することを目的とする。 また、本発明は、工具本体を大型化することなくピーク電流を抑制可能で、製品寿命の向上を図ることが可能な電動工具を提供することを他の目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る電動工具は、ブラシレスモータと、交流電圧を整流して出力する整流回路と、整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、スイッチング動作を行うことにより、平滑回路の出力をブラシレスモータに供給するインバータ回路と、インバータ回路のスイッチング動作を制御する制御手段と、作業者が操作可能な操作部と、を備え、平滑回路は、並列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、整流回路とインバータ回路との間に設けられ、操作部の操作に連動してオン・オフされ、オン状態では整流回路とインバータ回路とを電気的に接続し、オフ状態では整流回路とインバータ回路との電気的な接続を遮断するスイッチと、を有し、制御手段は、スイッチをオン状態とする操作部の操作によって入力される信号に基づいて、インバータ回路のスイッチング動作を制御してブラシレスモータを駆動し、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサは異なるインピーダンスを有し、スイッチは、第１のコンデンサとインバータ回路との間に配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る電動工具は、ブラシレスモータと、交流電圧を整流して出力する整流回路と、整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、スイッチング動作を行うことにより、平滑回路の出力をブラシレスモータに供給するインバータ回路と、インバータ回路のスイッチング動作を制御する制御手段と、作業者が操作可能な操作部と、操作部の操作に基づきオン・オフ信号を制御手段に出力する信号出力部と、を備え、平滑回路は、並列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、整流回路とインバータ回路との間に設けられ、操作部の操作に基づきオン・オフされ、オン状態では整流回路とインバータ回路とを電気的に接続し、オフ状態では整流回路とインバータ回路との電気的な接続を遮断するスイッチと、を有し、スイッチは、第１のコンデンサとインバータ回路との間に接続され、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサは異なるインピーダンスを有し、制御手段は、ブラシレスモータに流れる電流値が閾値を超えていると判断した場合、操作部の操作にかかわらず、スイッチング動作を停止させるべくインバータ回路を制御することを特徴とする。
また、本発明に係る電動工具は、ブラシレスモータと、交流電圧を整流して出力する整流回路と、整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、スイッチング動作を行うことにより、平滑回路の出力をブラシレスモータに供給するインバータ回路と、を備え、平滑回路は、並列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを有し、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサは異なるインピーダンスを有することを特徴とする。
かかる構成によれば、インピーダンスの異なる２つのコンデンサが平滑回路に設けられるので、出力の大きな電動工具においても、工具本体を大型化せずともピーク電流を効率的に抑制可能となる。したがって、ブラシレスモータへの安定した電圧の供給が可能となり、作業性が向上される。
上記した電動工具において、第１のコンデンサは、有極性コンデンサであり、第２のコンデンサは、無極性コンデンサであることが好ましい。
かかる構成によれば、有極性コンデンサはサイズに比して静電容量が大きいため、工具本体を大型化せずとも必要な静電容量を得ることが可能となる。また、無極性コンデンサは、高周波成分の吸収性能が高いため、瞬間的なピーク電流の発生を抑制可能となる。
また、有極性コンデンサは、電解コンデンサであり、無極性コンデンサは、フィルムコンデンサであることが好ましい。
かかる構成によれば、電解コンデンサに加えてフィルムコンデンサが設けられるので、ピーク電流を効率的に抑制可能となる。
第１のコンデンサの容量は、第２のコンデンサの容量よりも大きいことが好ましい。
かかる構成によれば、容量の異なる２つのコンデンサが平滑回路に設けられるので、ピーク電流を効率的に抑制可能となる。
上記した電動工具において、ブラシレスモータは、誘起電圧を発生する固定子巻線を有し、平滑回路は、誘起電圧の電圧値よりも小さな最小値を有する脈動電圧を出力することが好ましい。
かかる構成によれば、平滑回路のコンデンサ容量は、整流回路の出力を完全には平滑せず、平滑回路の出力電圧値が固定子巻線に発生する誘起電圧の電圧値よりも大きくなる期間ではブラシレスモータに電流が流れ、小さくなる期間ではブラシレスモータに電流が流れなくなるような脈動電圧を出力する小さな容量である。したがって、平滑回路の小型化が可能となり、電動工具本体の大型化の抑制が可能となる。
また、作業者が操作可能な操作部と、整流回路とインバータ回路との間に設けられ、操作部の操作に基づきオン・オフされるスイッチと、を更に備え、スイッチは、第１のコンデンサとインバータ回路との間に配置されていることが好ましい。
かかる構成によれば、整流回路からの出力電流は、第１のコンデンサを介してスイッチに入力されるので、ブラシレスモータの起動時に突入電流が発生した場合も、第１のコンデンサにより電流のピーク値が抑制され、当該突入電流がスイッチに直接入力されることを防止可能となる。したがって、スイッチの溶着等の発生を防止可能となり、スイッチ及び工具の寿命が向上される。
スイッチは、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間に配置され、第２のコンデンサは、スイッチとインバータ回路との間に配置されていることが好ましい。
かかる構成によれば、スイッチとインバータ回路との間に第２のコンデンサが設けられるので、スイッチのオフ時におけるインバータ回路への入力電圧の跳ね上がりを抑制可能となる。したがって、インバータ回路に実装されるＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子や、ブラシレスモータ等の破損を抑制可能となる。
また、インバータ回路のスイッチング動作を制御する制御手段と、操作部の操作に基づきオン・オフ信号を制御手段に出力する信号出力部と、を更に備えることが好ましい。
かかる構成によれば、操作部の操作に伴い、確実にブラシレスモータの駆動を開始及び停止可能となるので、良好な作業性の確保が可能となる。
制御手段は、ブラシレスモータに流れる電流値が閾値を超えていると判断した場合、操作部の操作にかかわらず、スイッチング動作を停止させるべくインバータ回路を制御することが好ましい。
かかる構成によれば、過電流によるブラシレスモータの焼損等の発生を防止可能となり、工具の寿命が向上される。
上記した電動工具において、整流回路、平滑回路及びインバータ回路を搭載する基板を更に備えることが好ましい。この場合、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサは、基板に電気的に接続され、基板の寸法内に配置されると共に、基板から突設される回路素子と同程度の高さ寸法を有することが好ましい。
かかる構成によれば、基板上又は基板近傍に小さなコンデンサを配置した構成となるため、コンパクトな電動工具の提供が可能となる。
本発明に係る電動工具は、ブラシレスモータと、交流電圧を整流して出力する整流回路と、整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、スイッチング動作を行うことにより、平滑回路の出力をブラシレスモータに供給するインバータ回路と、インバータ回路のスイッチング動作を制御する制御手段と、作業者が操作可能な操作部と、操作部の操作に連動してオン・オフ信号を制御手段に出力する信号出力部と、を備え、平滑回路は、並列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサの間に配置され、操作部に操作に基づきオン・オフされ、オン状態では整流回路とインバータ回路とを電気的に接続し、オフ状態では整流回路とインバータ回路との電気的な接続を遮断するスイッチと、を有し、制御手段は、スイッチをオン状態とする操作部の操作に伴い入力されるオン信号に基づいて、インバータ回路のスイッチング動作を制御してブラシレスモータを駆動し、第１のコンデンサは、スイッチの整流回路側に接続され、第２のコンデンサは、スイッチのインバータ回路側に接続されることを特徴とする。
また、本発明に係る電動工具は、ブラシレスモータと、交流電圧を整流して出力する整流回路と、記整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、スイッチング動作を行うことにより、平滑回路の出力をブラシレスモータに供給するインバータ回路と、インバータ回路のスイッチング動作を制御する制御手段と、作業者が操作可能な操作部と、操作部の操作に基づきオン・オフ信号を制御手段に出力する信号出力部と、を備え、平滑回路は、並列に接続された２つのコンデンサと、２つのコンデンサの間に配置され、操作部の操作に基づきオン・オフされる、オン状態では整流回路とインバータ回路とを電気的に接続し、オフ状態では整流回路とインバータ回路との電気的な接続を遮断するスイッチと、を有し、制御手段は、ブラシレスモータに流れる電流値が閾値を超えていると判断した場合、操作部の操作にかかわらず、スイッチング動作を停止させるべくインバータ回路を制御することを特徴とする。
また、本発明に係る電動工具は、ブラシレスモータと、交流電圧を整流して出力する整流回路と、整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、スイッチング動作を行うことにより、平滑回路の出力をブラシレスモータに供給するインバータ回路と、を備え、平滑回路は、並列に接続された２つのコンデンサと、２つのコンデンサ間に配置されるスイッチと、を有することを特徴とする。
かかる構成によれば、整流回路とスイッチとの間にコンデンサが設けられ、整流回路からの出力電流はコンデンサを介してスイッチに入力されるので、ブラシレスモータの起動時に突入電流が発生した場合も、コンデンサにより電流のピーク値が抑制され、当該突入電流がスイッチに直接入力されることを防止可能となる。したがって、スイッチの溶着などの発生を防止可能となり、スイッチ及び工具の寿命が向上される。また、スイッチとインバータ回路との間にもコンデンサが設けられるので、スイッチのオフ時におけるインバータ回路の電圧の跳ね上がりを抑制可能となる。したがって、インバータ回路に実装されるＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのスイッチング素子や、ブラシレスモータ等の破損を抑制可能となり、製品寿命の向上を図ることができる。
上記した電動工具において、コンデンサは、フィルムコンデンサであることが好ましい。
かかる構成によれば、２つのフィルムコンデンサが平滑回路に設けられるので、ピーク電流の効率的な抑制が可能となる。
また、ブラシレスモータは、誘起電圧を発生する固定子巻線を有し、平滑回路は、誘起電圧の電圧値よりも小さな最小値を有する脈動電圧を出力することが好ましい。
かかる構成によれば、平滑回路のコンデンサ容量は、整流回路の出力を完全には平滑せず、平滑回路の出力電圧値が固定子巻線に発生する誘起電圧の電圧値よりも大きくなる期間ではブラシレスモータに電流が流れ、小さくなる期間ではブラシレスモータに電流が流れなくなるような脈動電圧を出力する小さな容量である。したがって、平滑回路の小型化が可能となり、電動工具本体の大型化の抑制が可能となる。
また、作業者が操作可能な操作部を更に備え、スイッチは、操作部の操作に基づきオン・オフされることが好ましい。
かかる構成によれば、操作部の操作に伴い、確実にブラシレスモータの駆動を開始及び停止可能となるので、良好な作業性の確保が可能となる。
また、インバータ回路のスイッチング動作を制御する制御手段と、操作部の操作に基づきオン・オフ信号を制御手段に出力する信号出力部と、を更に備えることが好ましい。
かかる構成によれば、操作部の操作に伴い、確実にブラシレスモータの駆動を開始及び停止可能となるので、良好な作業性の確保が可能となる。
制御手段は、ブラシレスモータに流れる電流値が閾値を超えていると判断した場合、操作部の操作にかかわらず、スイッチング動作を停止させるべくインバータ回路を制御することが好ましい。
かかる構成によれば、過電流によるブラシレスモータの焼損等の発生を防止可能となり、工具の寿命が向上される。
本発明に係る電動工具によれば、工具本体を大型化することなくピーク電流の抑制が可能となる。 また、本発明に係る他の電動工具によれば、工具本体を大型化することなくピーク電流を抑制可能で、製品寿命の向上を図ることができる。
本発明の実施の形態に係る電動丸鋸の外観を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る電動丸鋸のハウジング内部を示す平面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 第１の実施の形態に係る電動丸鋸の電気的構成を示す回路図である。 制御基板の構成を示す平面図であり、図１のＩＶ−ＩＶ断面図である。 平滑回路の出力電圧値及びインバータ回路に流れる電流値の時間変化を示す説明図である。（ａ）は平滑回路の出力電圧値の時間変化を示し、（ｂ）はインバータ回路に流れる電流値の時間変化を示す。 比較例である電動丸鋸におけるインバータ回路に流れる電流値の時間変化を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る電動丸鋸におけるインバータ回路に流れる電流値の時間変化を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る電動丸鋸の電気的構成を示す回路図である。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。ここでは、本発明を電動丸鋸に適用した場合を例に、説明を行う。尚、各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。また、各実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、各実施の形態に記載されるすべての特徴やその組み合わせ等は、必ずしも本質的なものであるとは限らない。
まず、本発明の実施の形態に係る電動丸鋸の構成について、図１及び図２に基づき説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電動丸鋸の外観を示す側面図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る電動丸鋸のハウジング内部を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る電動丸鋸１００は、ハウジング２、ハンドル３、鋸刃４、ソーカバー５及びベース６を備えており、ベース６を木材等の被切断材上で摺動させて鋸刃４の回転により被切断材を切断する工具である。説明の便宜のため、図面において、図中に示す前を前方向、後を後方向、上を上方向、下を下方向と定義し、後方向から見て右を右方向、左を左方向と定義する。
電動丸鋸１００において、ハウジング２は、例えば樹脂製であり、モータ１及び制御基板８を内部に収容する。ハウジング２には、また、商用交流電源や発電機等に接続するための図示せぬ電源コードが設けられる。
モータ１は、ブラシレスモータであり、鋸刃４を回転駆動する駆動源であるモータ１は、図２に示されるように、ハウジング２内部の左側中央部分に画成されたモータ収容部２ａ内に収容される。モータ１は、回転軸１ａを有し、当該回転軸１ａの軸方向が左右方向と一致するように配置される。
制御基板８は、ハウジング２内部の左側後方部分に画成された基板収容部２ｂ内に収容される。制御基板８は、基板平面がモータ１の回転軸１ａの軸方向に略平行になるように配置される。制御基板８には、モータ１の動作を制御するための制御部（後述）が搭載される。制御基板８は、本発明の基板に相当する。
ハンドル３は、ユーザが電動丸鋸１００を使用する際に把持する部分であり、ハウジング２と一体もしくは別部材として連結して設けられる。また、ハンドル３には、図１に示されるように、モータ１の駆動を制御するためのトリガ３ａが設けられる。トリガ３ａは、ハンドル３内部においてスイッチ（後述）と、またハウジング２内部において制御基板８と、それぞれ電気的に接続されており、ユーザがトリガ３ａを上方に押し込むことによって、モータ１を始動させる始動信号（オン信号）がスイッチ及び制御基板８に出力される。トリガ３ａは、本発明の操作部及び信号出力部に相当する。
鋸刃４は、円板形状をなし、ハウジング２の右側において、モータ１の回転軸１ａと同軸に回転可能に支持される。
ソーカバー５は、例えば金属製であり、鋸刃４の外縁に沿う側面視において円弧形状をなし、ハウジング２の右側に設けられ、鋸刃４の上側略半分を覆っている。また、ソーカバー５は、保護カバー５ａを備えている。保護カバー５ａは、例えば樹脂製であり、ソーカバー５の後方側に鋸刃４の外縁に沿って回動可能に設けられている。保護カバー５ａは、電動丸鋸１００が切断作業を行っていない状態では、鋸刃４の前方の一部を除く下側半部を覆っている。
ベース６は、例えばアルミ等の金属製の略矩形の板材である。ベース６は、ソーカバー５を介してハウジング２と連結される。ベース６の長手方向は、電動丸鋸１００の切断方向、すなわち図１及び図２に示す前後方向に一致する。また、ベース６の底面６ａは、被切断材との摺動面である。ベース６には、上下方向に貫通し前後方向に延びる図示せぬ開口部が形成されており、鋸刃４の下側部分が、当該開口部から底面６ａより下方に突出している。
次に、第１の実施の形態に係る電動丸鋸１００の回路構成について、説明する。図３は、第１の実施の形態に係る電動丸鋸１００の電気的構成を示す回路図である。電動丸鋸１００は、図３に示されるように、モータ１、トリガ３ａ及び制御部９を含んで構成される。
モータ１は、本実施の形態では３相のブラシレスモータから構成され、回転軸１ａ（図２）及び複数の永久磁石を備えるロータ１１と、当該ロータ１１と対向する位置に配置されるステータ１２とを含んで構成される。
ロータ１１は、Ｎ極及びＳ極を１組とした２組の永久磁石を含んで構成される。ロータ１１の永久磁石に対向する位置には、３つの磁気センサ１３が配置されている。磁気センサ１３は、例えばホール素子であり、ロータ１１の回転位置を検出し、位置信号を制御部９に出力する。
ステータ１２は、スター結線された３相のコイルＵ、Ｖ、Ｗにより構成される。コイルＵ、Ｖ、Ｗは、それぞれ制御基板８に接続される。モータ１において、ロータ１１が回転すると、ステータ１２の各コイルＵ、Ｖ、Ｗには誘起電圧が発生する。
制御部９は、図３に示されるように、整流回路９１、平滑回路９２、インバータ回路９３、演算部９４、電流検出抵抗９５及び定電圧電源回路９６を含んで構成される。これらのうち、整流回路９１、インバータ回路９３、演算部９４及び定電圧電源回路９６は、制御基板８に搭載される。図４は、制御基板８の平面図である。制御基板８には、図４に示されるように、基板平面上に複数の回路素子が突設される。
整流回路９１は、ダイオードブリッジ回路であり、図３に示されるように、入力側が例えば商用交流電源３００に接続され、出力側が平滑回路９２に接続される。整流回路９１は、商用交流電源３００から入力される交流電圧を全波整流し、平滑回路９２へ出力する。整流回路９１は、図４に示されるように、制御基板８に搭載される。
平滑回路９２は、図３に示されるように、整流回路９１とインバータ回路９３との間に配置され、整流回路９１からの入力電圧を平滑し、インバータ回路９３へ出力する。平滑回路９２は、本実施の形態では、電解コンデンサ９２１、フィルムコンデンサ９２２、放電用抵抗９２３及びスイッチ９２４を含んで構成される。
電解コンデンサ９２１は、有極性のコンデンサであり、図３に示されるように、整流回路９１からの入力側に接続される。電解コンデンサ９２１は、本発明の第１のコンデンサの相当し、本実施の形態では、静電容量が１５０〜２００μＦの小型のコンデンサである。
電解コンデンサ９２１は、図２に示されるように、制御基板８と基板収容部２ｂの前側部分との間の空間に配置され、制御基板８に接続される。このとき、電解コンデンサ９２１は、図４に破線で示されるように、制御基板８の基板平面の寸法内に配置される。また、電解コンデンサ９２１の高さ寸法（電動丸鋸１００の前後方向における寸法）は、図２に示されるように、制御基板８上に突設された各回路素子の突設方向の寸法と同程度である。
フィルムコンデンサ９２２は、無極性のコンデンサであり、図３に示されるように、電解コンデンサ９２１に並列に接続され、平滑回路９２の入力側である整流回路９１と出力側であるインバータ回路９３との間で、インバータ回路９３側に配置される。フィルムコンデンサ９２２は、本発明の第２のコンデンサに相当し、本実施の形態では、静電容量が４．７μＦの小型のコンデンサである。
フィルムコンデンサ９２２は、図２に示されるように、制御基板８と基板収容部２ｂの前側部分との間の空間に配置され、制御基板８に接続される。このとき、フィルムコンデンサ９２２は、図４に破線で示されるように、制御基板８の基板平面の寸法内に配置される。また、フィルムコンデンサ９２２の高さ寸法（電動丸鋸１００の前後方向における寸法）は、図２に示されるように、制御基板８上に突設された各回路素子の突設方向の寸法及び電解コンデンサ９２１の高さ寸法と同程度である。
スイッチ９２４は、電解コンデンサ９２１とフィルムコンデンサ９２２との間に配置され、トリガ３ａからの始動信号の入力に基づきオンされ、始動信号の入力停止或いは始動停止信号（オフ信号）の入力に基づきオフされる。スイッチ９２４は、本実施の形態の電動丸鋸１００では、ハンドル３の内部に収容される（不図示）。
インバータ回路９３は、３相ブリッジ形式に接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含んで構成される。ここで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、図４に示されるように、制御基板８に搭載される。インバータ回路９３は、図３に示されるように、平滑回路９２の出力側に接続され、スイッチング動作を行うことにより、モータ１のコイルＵ、Ｖ、Ｗに駆動電力を供給する。
演算部９４は、本発明の制御手段に相当し、本実施の形態ではマイクロコンピュータである。演算部９４は、図４に示されるように、制御基板８に搭載され、トリガ３ａの操作に伴い入力される始動信号に基づき、モータ１の回転方向や回転速度等を制御すべく、コイルＵ、Ｖ、Ｗへの通電方向及び通電時間を制御する。演算部９４は、インバータ回路９３の６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートに接続され、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン・オフするための駆動信号Ｈ１〜Ｈ６を供給する。
ここで、インバータ回路９３の６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレイン又は各ソースは、モータ１のコイルＵ、Ｖ、Ｗに接続される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、演算部９４から入力される駆動信号Ｈ１〜Ｈ６に基づきスイッチング動作を行い、商用交流電源３００から整流回路９１及び平滑回路９２を介して供給された電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、モータ１のコイルＵ、Ｖ、Ｗに駆動電力を供給する。
電流検出抵抗９５は、モータ１及びインバータ回路９３に流れる電流を検出するための抵抗であり、図３に示されるように、平滑回路９２とインバータ回路９３との間に接続される。
演算部９４は、電流検出抵抗９５の両端の電圧を測定することにより、モータ１及びインバータ回路９３に流れる電流の値を検出する。演算部９４には、所定の閾値が予め設定されており、検出した電流値が閾値を超えると、モータ１の駆動を停止すべく、インバータ回路９３のスイッチング動作を停止させる。これにより、過電流がモータ１に流れることによる焼損等の発生が防止される。
定電圧電源回路９６は、図３に示されるように、整流回路９１の出力側に接続され、ダイオード９６１、コンデンサ９６２、ＩＰＤ回路９６３、コンデンサ９６４及びレギュレータ９６５を含んで構成される。定電圧電源回路９６は、整流回路９１からの出力に基づいて、演算部９４等へ安定化した基準電圧を供給するための回路である。定電圧電源回路９６の各部は、図４に示されるように、制御基板８に搭載される。
次に、本実施の形態に係る電動丸鋸１００の平滑回路９２について、更に詳しく説明する。
図５は、平滑回路９２の出力電圧値及びインバータ回路９３に流れる電流値の時間変化を示す説明図である。図５（ａ）は平滑回路９２の出力電圧値の時間変化を示し、縦軸が平滑回路９２の出力電圧値Ｖを、横軸が時間ｔをそれぞれ表す。また、図５（ｂ）はインバータ回路９３に流れる電流値の時間変化を示し、縦軸がインバータ回路９３に流れる電流値Ｉを、横軸が時間ｔをそれぞれ表す。この電流値Ｉは、電流検出抵抗９５の両端の電圧を測定することにより検出される。
電動丸鋸１００は、他の電動工具（例えばインパクトドライバ等）に比較して大きな出力が必要となることから、整流回路９１から平滑回路９２に入力される電圧値も高くなっている。一方、本実施の形態の電動丸鋸１００では、平滑回路９２に設けられる電解コンデンサ９２１及びフィルムコンデンサ９２２は、何れも小型で静電容量が小さい。そのため、整流回路９１から平滑回路９２に入力される電圧は、完全には平滑されない。平滑回路９２は、図５（ａ）に示されるように、周期的に電圧値が変動する脈動電圧Ｖを出力する。ここで、脈動電圧Ｖは、商用交流電源３００の電源周波数を有する。
平滑回路９２から出力された脈動電圧は、インバータ回路９３を介してモータ１に供給される。モータ１では、電圧の供給に伴いロータ１１が回転駆動される。このとき、ステータ１２の各コイルには、誘起電圧Ｖ１が発生する。
平滑回路９２から出力される脈動電圧Ｖは、図５（ａ）に示されるように、コイルに発生する誘起電圧Ｖ１よりも小さな最小値を有する。そのため、インバータ回路９３には、脈動電圧Ｖの電圧値が誘起電圧Ｖ１よりも大きくなる期間Ｔ１では電流が流れる（Ｉ＞０）一方、脈動電圧Ｖの電圧値が誘起電圧Ｖ１以下となる期間Ｔ２では電流は流れない（Ｉ＝０）。そのため、インバータ回路９３に流れる電流Ｉの波形は、巨視的には、期間Ｔ１における脈動電圧Ｖの波形に略相似形となる。つまり、電流Ｉは、巨視的には、商用交流電源３００の電源周波数を有する脈動電流となる。
ところで、モータ１は、インバータ回路９３及びモータ１に電流が流れる期間Ｔ１において回転駆動されるため、電流が流れない期間Ｔ２においても慣性により回転している。このＶ＞Ｖ１となる期間Ｔ１が周期的に生じ、モータ１が周期的に駆動される場合、モータ１は、電流が流れる期間Ｔ１及び流れない期間Ｔ２を通じて、回転を継続することが可能となる。
次に、インバータ回路に流れる電流Ｉについて、図６Ａ及び図６Ｂに基づき更に詳しく説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、インバータ回路に流れる電流値Ｉの時間変化を示す説明図である。図６Ａは、比較例である電動丸鋸に対応する図であり、図６Ｂは、本実施の形態に係る電動丸鋸１００に対応する図である。図６Ａ及び図６Ｂの何れも、縦軸はインバータ回路に流れる電流値Ｉを表し、横軸は時間ｔを表す。
比較例となる電動丸鋸では、平滑回路には、平滑コンデンサとして１つの電解コンデンサが設けられる。平滑回路は、整流回路の出力を平滑して、インバータ回路に入力する。ここで、静電容量の小さな小型の電解コンデンサを用いた場合、整流回路の出力は完全には平滑されず、脈動電圧がインバータ回路に入力される点は、上記した本実施の形態の電動丸鋸１００の場合と同様である。
このとき、インバータ回路に流れる電流Ｉは、図６Ａに破線で示されるように、巨視的には期間Ｔ１における脈動電圧Ｖの波形に略相似形の値をとるが、図６Ａに実線で示されるように、微視的には短い周期で変動している。
電解コンデンサは、サイズに比して静電容量が大きく、低周波領域でのインピーダンスが小さいため、例えば同じサイズのフィルムコンデンサに比較して、整流回路の出力をより平滑可能である。つまり、電解コンデンサは、電源周波数を有する巨視的な電流波形を平滑する。
一方、電解コンデンサは、内部の寄生抵抗が大きく、高周波領域におけるインピーダンスが大きい。そのため、電解コンデンサは、高周波成分の吸収性能が低く、電源である発電機の動作状態や電源事情が要因となり発生する瞬間的なサージ電流を平滑することが困難である。したがって、図６Ａの実線で示されるように、比較例である電動丸鋸においてインバータ回路に流れる電流Ｉは、瞬間的なサージ電流を含んでいる。
これに対し、本実施の形態の電動丸鋸１００では、平滑回路９２には、電解コンデンサ９２１に加えて、フィルムコンデンサ９２２が設けられる。フィルムコンデンサ９２２は、静電容量が極めて小さく、低周波領域でのインピーダンスが大きい。したがって、図６Ａ及び図６Ｂの破線の波形を比較すると、電源周波数を有する巨視的な電流波形について、フィルムコンデンサ９２２を設けたことによる変化はほとんど見られない。
一方、フィルムコンデンサ９２２は、高周波領域におけるインピーダンスが小さいという特性を有する。そのため、フィルムコンデンサ９２２は、高周波成分の吸収性能が高く、図６Ｂに実線で示されるように、図６Ａで生じていた瞬間的なサージ電流を平滑することができる。したがって、本実施の形態に係る電動丸鋸１００においてインバータ回路９３に流れる電流Ｉは、従来の電動丸鋸の場合と比較して、サージ電流によるピーク電流の発生が抑制されている。
電動丸鋸では、例えば、スイッチをオンしてモータを起動した直後に、しばしば突入電流が発生することが知られている。ここで、突入電流とは、高周波数で電流値の極めて大きなピーク電流である。また、電源周波数の波形のピークにおいて電流値が跳ね上がった場合にも、同様のピーク電流が発生する。更に、発電機を電源として使用した場合に突発的に生じるサージ電流も、突入電流と同様に、高周波数で電流値の極めて大きなピーク電流である。本実施の形態の電動丸鋸１００では、電解コンデンサ９２１に加えてフィルムコンデンサ９２２を平滑回路９２に設けることにより、高周波数の電流を平滑可能となるので、ピーク電流の発生を効果的に抑制することができる。
また、本実施の形態の電動丸鋸１００では、図３に示されるように、スイッチ９２４が電解コンデンサ９２１及びフィルムコンデンサ９２２の間に配置されている。このように配置することにより、整流回路９１とスイッチ９２４との間に電解コンデンサ９２１が配置され、スイッチ９２４とインバータ回路９３との間にフィルムコンデンサ９２２が配置されることとなる。
したがって、スイッチ９２４をオンしてモータ１を起動した際に、整流回路９１の出力が大きくなった場合も、整流回路９１からの出力電流はスイッチ９２４に直接入力されず、電解コンデンサ９２１を介して入力されるので、スイッチ９２４の接点が溶着する等の不具合の発生を防止可能となる。
また、スイッチ９２４をオフした場合、コイルＵ、Ｖ、Ｗに蓄積されたエネルギーがインバータ回路９３に加わるが、本実施の形態の電動丸鋸１００では、スイッチ９２４がオフされた場合にもインバータ回路９３と接続されるように、フィルムコンデンサ９２２が配置されているため、前記エネルギーがフィルムコンデンサ９２２によって吸収される。したがって、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の破損を抑制可能となる。
すなわち、本実施の形態の電動丸鋸１００では、トリガ３ａの操作を解除した際に、スイッチ９２４がオフされ、制御部９の指示にかかわらず確実にモータ１の駆動が停止される構成であって、スイッチ９２４及びインバータ回路９３の寿命を向上した構成を実現することができる。
以上のように、第１の実施の形態に係る電動丸鋸１００では、特性の異なる２つの小型コンデンサ、すなわち電解コンデンサ９２１及びフィルムコンデンサ９２２が平滑回路９２に設けられるので、大型で静電容量の大きな平滑コンデンサを設けずともピーク電流の効率的な抑制が可能となる。したがって、小型で且つ作業性の良好な電動丸鋸１００の実現が可能となる。
また、スイッチ９２４を電解コンデンサ９２１及びフィルムコンデンサ９２２の間に配置することにより、スイッチ９２４の溶着を防止可能となるとともに、インバータ回路９３に実装されるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の破損も抑制可能となる。したがって、電動丸鋸１００の寿命が向上される。
次に、第２の実施の形態に係る電動丸鋸２００について、説明する。本実施の形態に係る電動丸鋸２００は、平滑回路２９２に２つのフィルムコンデンサ９２５、９２６を設ける構成が、第１の実施の形態とは異なる。尚、第１の実施の形態と同一又は同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
図７は、第２の実施の形態に係る電動丸鋸２００の電気的構成を示す回路図である。電動丸鋸２００は、図７に示されるように、モータ１、トリガ３ａ及び制御部２０９を含んで構成される。
制御部２０９は、図７に示されるように、整流回路９１、平滑回路２９２、インバータ回路９３、演算部９４、電流検出抵抗９５及び定電圧電源回路２９６を含んで構成される。これらのうち、整流回路９１、インバータ回路９３、演算部９４及び定電圧電源回路２９６は、制御基板８に搭載される。
平滑回路２９２は、図７に示されるように、整流回路９１とインバータ回路９３との間に配置され、整流回路９１からの入力電圧を平滑し、インバータ回路９３へ出力する。平滑回路２９２は、本実施の形態では、フィルムコンデンサ９２５、フィルムコンデンサ９２６及びスイッチ９２７を含んで構成される。
フィルムコンデンサ９２５、９２６は、それぞれ無極性のコンデンサであり、図７に示されるように、互いに並列に接続された状態で、フィルムコンデンサ９２５が整流回路９１からの入力側に接続され、フィルムコンデンサ９２６がインバータ回路９３への出力側に接続される。本実施の形態では、フィルムコンデンサ９２５、９２６は、それぞれ、静電容量が４．７μＦの小型のコンデンサである。
また、フィルムコンデンサ９２５、９２６は、第１の実施の形態の場合と同様に、制御基板８と基板収容部２ｂの前側部分との間の空間に配置され、制御基板８に接続される。このとき、フィルムコンデンサ９２５、９２６は、制御基板８の基板平面の寸法内に配置される。また、フィルムコンデンサ９２５、９２６の高さ寸法（電動丸鋸２００の前後方向における寸法）は、制御基板８上に突設された各回路素子の突設方向の寸法と同程度である。
スイッチ９２７は、フィルムコンデンサ９２５とフィルムコンデンサ９２６との間に配置され、トリガ３ａからの始動信号の入力に基づきオンされ、始動信号の入力停止に基づきオフされる。スイッチ９２７は、第１の実施の形態と同様に、ハンドル３の内部に収容される。
定電圧電源回路２９６は、図７に示されるように、整流回路９１の出力側に接続され、ダイオード９６１、コンデンサ９６２、コンデンサ９６６、ＩＰＤ回路９６３、コンデンサ９６４及びレギュレータ９６５を含んで構成される。定電圧電源回路２９６は、整流回路９１からの出力に基づいて、演算部９４等へ安定化した基準電圧を供給するための回路である。
上記のように構成した電動丸鋸２００では、平滑回路２９２には、静電容量の小さな２つのフィルムコンデンサ９２５、９２６のみが設けられている。したがって、平滑回路２９２は、第１の実施の形態と同様に、整流回路９１からの入力電圧を完全には平滑せず、モータ１のコイルに発生する誘起電圧Ｖ１よりも小さな最小値を有する脈動電圧Ｖを出力する。ここで、脈動電圧Ｖは、商用交流電源３００の電源周波数を有する。また、インバータ回路９３及びモータ１には、脈動電圧Ｖの電圧値が誘起電圧Ｖ１よりも大きくなる期間Ｔ１では電流が流れる一方、脈動電圧Ｖの電圧値が誘起電圧Ｖ１以下となる期間Ｔ２では電流が流れない。つまり、インバータ回路９３に流れる電流Ｉは、巨視的には、商用交流電源３００の電源周波数を有する脈動電流となる。
ここで、平滑回路２９２に設けられる２つのフィルムコンデンサ９２５、９２６は、静電容量は小さい一方、高周波領域におけるインピーダンスが小さく、高周波成分の吸収性能が高い。そのため、平滑回路２９２は、瞬間的なサージ電流を平滑する。したがって、本実施の形態に係る電動丸鋸２００では、平滑回路２９２によりピーク電流の発生を抑制することが可能となる。
また、平滑回路２９２には、スイッチ９２７が２つのフィルムコンデンサ９２５、９２６の間に配置されている。このように配置することにより、整流回路９１とスイッチ９２７との間にフィルムコンデンサ９２５が配置され、スイッチ９２７とインバータ回路９３との間にフィルムコンデンサ９２６が配置されることとなる。
したがって、スイッチ９２７をオンしてモータ１を起動した際に、整流回路９１から突入電流が出力された場合も、整流回路９１からの出力電流はスイッチ９２７には直接入力されず、フィルムコンデンサ９２５を介して入力されるので、突入電流をフィルムコンデンサ９２５において吸収可能となる。したがって、スイッチ９２７の接点が溶着する等の不具合の発生を防止可能となる。
また、スイッチ９２７がオフされた場合にもインバータ回路９３と接続されるように、フィルムコンデンサ９２６が配置されているため、コイルＵ、Ｖ、Ｗに蓄積されたエネルギーがフィルムコンデンサ９２６によって吸収される。したがって、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の破損を抑制可能となる。
以上のように、第２の実施の形態に係る電動丸鋸２００では、２つの小型のフィルムコンデンサ９２５、９２６が平滑回路２９２に設けられるので、大型で静電容量の大きな平滑コンデンサを設けずともピーク電流の抑制が可能となる。したがって、小型で且つ作業性の良好な電動丸鋸２００の実現が可能となる。
また、スイッチ９２７を２つのフィルムコンデンサ９２５、９２６の間に配置することにより、スイッチ９２７の溶着を防止可能となるとともに、インバータ回路９３に実装されるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の破損も抑制可能となる。したがって、電動丸鋸２００の寿命が向上される。
以上、本発明の実施の形態に基づき説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
１…モータ、３ａ…トリガ、８…制御基板、９１…整流回路、９２，２９２…平滑回路、９３…インバータ回路、９４…演算部、１００，２００…電動丸鋸、９２１…電解コンデンサ、９２２…フィルムコンデンサ、９２４，９２７…スイッチ、９２５，９２６…フィルムコンデンサ

Claims (15)

  1. ブラシレスモータと、
    交流電圧を整流して出力する整流回路と、
    前記整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、
    スイッチング動作を行うことにより、前記平滑回路の出力を前記ブラシレスモータに供給するインバータ回路と、
    前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御する制御手段と、
    作業者が操作可能な操作部と、を備え、
    前記平滑回路は、並列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、前記整流回路と前記インバータ回路との間に設けられ、前記操作部の操作に連動してオン・オフされ、オン状態では前記整流回路と前記インバータ回路とを電気的に接続し、オフ状態では前記整流回路と前記インバータ回路との電気的な接続を遮断するスイッチと、を有し、
    前記制御手段は、前記スイッチを前記オン状態とする前記操作部の操作によって入力される信号に基づいて、前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御して前記ブラシレスモータを駆動し、
    前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサは異なるインピーダンスを有し、
    前記スイッチは、前記第１のコンデンサと前記インバータ回路との間に配置されていることを特徴とする電動工具。
  2. 前記第１のコンデンサは、有極性コンデンサであり、前記第２のコンデンサは、無極性コンデンサであることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
  3. 前記有極性コンデンサは、電解コンデンサであり、前記無極性コンデンサは、フィルムコンデンサであることを特徴とする請求項２記載の電動工具。
  4. 前記第１のコンデンサの容量は、前記第２のコンデンサの容量よりも大きく、
    前記平滑回路は、脈動電圧を出力することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電動工具。
  5. 前記ブラシレスモータは、誘起電圧を発生する固定子巻線を有し、
    前記平滑回路は、前記誘起電圧の電圧値よりも小さな最小値を有する脈動電圧を出力することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動工具。
  6. ブラシレスモータと、
    交流電圧を整流して出力する整流回路と、
    前記整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、
    スイッチング動作を行うことにより、前記平滑回路の出力を前記ブラシレスモータに供給するインバータ回路と、
    前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御する制御手段と、
    作業者が操作可能な操作部と、
    前記操作部の操作に基づきオン・オフ信号を前記制御手段に出力する信号出力部と、を備え、
    前記平滑回路は、並列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサの間に配置され、前記操作部の操作に連動してオン・オフされ、オン状態では前記整流回路と前記インバータ回路とを電気的に接続し、オフ状態では前記整流回路と前記インバータ回路との電気的な接続を遮断するスイッチと、を有し、
    前記制御手段は、前記スイッチを前記オン状態とする前記操作部の操作に伴い入力される前記オン信号に基づいて、前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御して前記ブラシレスモータを駆動し、
    前記第１のコンデンサは、前記スイッチの前記整流回路側に接続され、前記第２のコンデンサは、前記スイッチの前記インバータ回路側に接続されることを特徴とする電動工具。
  7. 前記第１のコンデンサは、有極性コンデンサであり、前記第２のコンデンサは、無極性コンデンサであることを特徴とする請求項６記載の電動工具。
  8. 前記有極性コンデンサは、電解コンデンサであり、前記無極性コンデンサは、フィルムコンデンサであることを特徴とする請求項７記載の電動工具。
  9. 前記第１のコンデンサの容量は、前記第２のコンデンサの容量よりも大きく、
    前記平滑回路は、脈動電圧を出力することを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の電動工具。
  10. 前記ブラシレスモータは、誘起電圧を発生する固定子巻線を有し、
    前記平滑回路は、前記誘起電圧の電圧値よりも小さな最小値を有する脈動電圧を出力することを特徴とする請求項６〜９の何れか一項に記載の電動工具。
  11. ブラシレスモータと、
    交流電圧を整流して出力する整流回路と、
    前記整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、
    スイッチング動作を行うことにより、前記平滑回路の出力を前記ブラシレスモータに供給するインバータ回路と、
    前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御する制御手段と、
    作業者が操作可能な操作部と、
    前記操作部の操作に基づきオン・オフ信号を前記制御手段に出力する信号出力部と、を備え、
    前記平滑回路は、並列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、前記整流回路と前記インバータ回路との間に設けられ、前記操作部の操作に基づきオン・オフされ、オン状態では前記整流回路と前記インバータ回路とを電気的に接続し、オフ状態では前記整流回路と前記インバータ回路との電気的な接続を遮断するスイッチと、を有し、
    前記スイッチは、前記第１のコンデンサと前記インバータ回路との間に接続され、
    前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサは異なるインピーダンスを有し、
    前記制御手段は、前記ブラシレスモータに流れる電流値が閾値を超えていると判断した場合、前記操作部の操作にかかわらず、前記スイッチング動作を停止させるべく前記インバータ回路を制御することを特徴とする電動工具。
  12. 前記整流回路、前記平滑回路及び前記インバータ回路を搭載する基板を更に備え、
    前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサは、前記基板に電気的に接続され、前記基板の寸法内に配置されると共に、前記基板から突設される回路素子と同程度の高さ寸法を有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の電動工具。
  13. ブラシレスモータと、
    交流電圧を整流して出力する整流回路と、
    前記整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、
    スイッチング動作を行うことにより、前記平滑回路の出力を前記ブラシレスモータに供給するインバータ回路と、
    前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御する制御手段と、
    作業者が操作可能な操作部と、
    前記操作部の操作に基づきオン・オフ信号を前記制御手段に出力する信号出力部と、を備え、
    前記平滑回路は、並列に接続された２つのコンデンサと、前記２つのコンデンサの間に配置され、前記操作部の操作に基づきオン・オフされる、オン状態では前記整流回路と前記インバータ回路とを電気的に接続し、オフ状態では前記整流回路と前記インバータ回路との電気的な接続を遮断するスイッチと、を有し、
    前記制御手段は、前記ブラシレスモータに流れる電流値が閾値を超えていると判断した場合、前記操作部の操作にかかわらず、前記スイッチング動作を停止させるべく前記インバータ回路を制御することを特徴とする電動工具。
  14. 前記コンデンサは、フィルムコンデンサであることを特徴とする請求項１３記載の電動工具。
  15. 前記ブラシレスモータは、誘起電圧を発生する固定子巻線を有し、
    前記平滑回路は、前記誘起電圧の電圧値よりも小さな最小値を有する脈動電圧を出力することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の電動工具。
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