JP6294322B2 - 手持ち式電動工具の電動モータ制御方法及び電動モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、手持ち式電動工具の電動モータ制御方法及び電動モータ制御装置に関する。また、本発明は、例えば電動ドライバや手持ち式電動ドリルといった、手持ち式電動工具に関するだけでなく、当該電動モータ制御装置を有した手持ち式電動工具のための制御ユニットにも関するものである。

通常、手持ち式電動工具の電動モータは、速度調整器を用いて回転速度が目標回転速度に調整される。

しかしながら、近年の速度調整器は極めて精密に作動するものもあり、共鳴作用によって、機械式整流子モータの整流子が、真円状には回転しなくなる可能性がある。これにより、機械式整流子モータにおけるカーボンブラシの摩耗が過度に進む可能性がある。このようなカーボンブラシの摩耗により、手持ち式電動工具に用いた機械式整流子モータの耐用年数が減少することになる。

このような背景から、本発明の目的は、手持ち式電動工具の電動モータの制御を改善することにある。

本発明により提案される手持ち式電動工具の電動モータ制御方法は、電動モータの目標回転速度を設定する工程と、所定の期間が経過するたびに、所定の変動範囲内で、所定の変化量により目標回転速度を変化させて変更目標回転速度を定める工程と、電動モータの実際の回転速度を変更目標回転速度に制御する工程とを備え、変更目標回転速度を定める工程は、無作為発生器を用いて個々に設定される期間が経過するたびに、目標回転速度を変化させる。

目標回転速度を変化させることにより、電動モータの実際の回転速度を、特定の動作点まで意図的に変化させることが可能となる。この動作点は、手持ち式電動工具の操作スイッチに対する使用者の操作に応じて定められる。電動モータの実際の回転速度を意図的に変化させることにより、機械式整流子モータの整流子における共鳴作用が防止される。このようにして、機械式整流子モータの整流子が真円状に回転しなくなるのを防止または回避することができ、その結果、カーボンブラシの過剰な摩耗が防止される。これにより、手持ち式電動工具の耐用年数が増大することになる。特に、無作為生成器を用いて期間を個々に設定することにより、期間が次々と変化し、機械式整流子モータの整流子における共鳴作用が、より一層良好に防止される。

一態様において、目標回転速度は、手持ち式電動工具の操作スイッチに対する操作により設定される。

このようにして、作業者または使用者により手持ち式電動工具の目標回転速度が設定され、本発明により、この目標回転速度を、所定の変動範囲内で（少しの）変化量だけ変化させる。

別の態様として、電動モータ制御方法は、目標回転速度を変化させるための変化量として特定の変化量を設定する工程を備え、当該特定の変化量により、所定の期間が経過するたびに目標回転速度を変化させて変更目標回転速度を定める。

目標回転速度の値または目標回転速度を変化させるための変化量の値を、事前に、即ち手持ち式電動工具を初めて使用する前に、特定しておくことができる。この特定の値は、手持ち式電動工具のメモリに保存しておくことが可能である。

別の態様において、目標回転速度は、ｎを自然数とするとき、２ｎ番目の期間が経過するたびに、特定の変化量によって増大され、（２ｎ＋１）番目の期間が経過するたびに、特定の変化量によって減少される。このようにして、目標回転速度は交互に増減される。これにより、目標回転速度を変化させるための簡易な態様が構成される。回転速度の平均値は一定となる。期間は、ロータの１回転に要する期間の１０倍以上の長さである。

別の態様では、無作為生成器を用いて個々に設定される変化量により、所定の期間が経過するたびに目標回転速度を変化させて変更目標回転速度を定める。

このような態様は、目標回転速度を変化させるのに特定の変化量を用いる態様の代替となるものである。このように、無作為生成器を用いて個々に設定される変化量を使用することで、機械式整流子モータの整流子における共鳴作用が、より一層抑制される。

別の態様では、所定の期間が経過するたびに、少なくとも５０ｒｐｍの変化量で目標回転速度を変化させて変更目標回転速度を定める。この５０ｒｐｍの変化量は、目標回転速度の変化の最小値となる。

別の態様では、目標回転速度を変化させる変動範囲が、目標回転速度の５％、好ましくは目標回転速度の３％、特に好ましくは目標回転速度の２％である。

別の態様では、実際の回転速度を制御するための制御変数として、位相角が電動モータの位相角制御に用いられる。

別の態様において、電動モータはブラシ付モータからなる。

手持ち式電動工具の電動モータ制御装置も同様に提供される。電動モータ制御装置は、入力手段、変動手段、及び制御手段を有する。入力手段は、電動モータの目標回転速度を設定する。変動手段は、所定の期間が経過するたびに、所定の変動範囲内で、所定の変化量により目標回転速度を変化させて変更目標回転速度を定める。制御手段は、電動モータの実際の回転速度を変更目標回転速度に制御する。このような電動モータ制御装置において、変動手段は、無作為発生器を用いて個々に設定される期間が経過するたびに、目標回転速度を変化させる。

各手段、即ち入力手段、変動手段、及び制御手段は、ハードウエア及びソフトウエアの少なくとも一方の形式により実現することができる。ハードウエアの形式でいずれかの手段を実現する場合、当該手段は、例えばコンピュータやマイクロプロセッサなど、１つの装置または装置の一部として構成することが可能である。ソフトウエアの形式でいずれかの手段を実現する場合、当該手段は、コンピュータプログラム、ファンクション、ルーチン、プログラムコードの一部、或いは実行ファイルとして構成することが可能である。

手持ち式電動工具のための制御ユニットも同様に提供され、この制御ユニットには、上述した手持ち式電動工具の電動モータ制御装置が一体的に組み込まれる。従って、電動モータ制御装置は、手持ち式電動工具の制御ユニットの一部となり、また手持ち式電動工具の作動切換制御装置の一部でもある。

上述した電動モータ制御装置を有する手持ち式電動工具も同様に提供される。この手持ち式電動工具は、例えば電動ドライバ、手持ち式電動ドリル、のみ打ちハンマ、コンビネーションハンマ、バッテリ式電動ドライバ、丸鋸、あるいは携帯用電動鋸といった電動工具である。

手持ち式電動工具を示す図である。 手持ち式電動工具の電動モータを制御する方法の概要を示すフローチャートである。 手持ち式電動工具の電動モータを制御する制御装置の一実施形態の概要を示すブロック図である。

具体的な実施形態及び図面に基づき、本発明について以下に説明する。

特に断りのない限り、同じ要素または機能的に同様な要素は、同じ参照符号をもって図中に示されている。

図１は、一例として、例えば電動ドライバのような、手持ち式電動工具３０を示す図である。手持ち式電動工具３０は、工具３を挿入、即ち工具３を装着可能な工具ソケット２を有している。この工具３は、例えばネジビット、ドリルビット、研磨用ディスク、または鋸刃である。工具ソケット２は、電動モータ２０によって駆動され、例えば本実施形態では、作動軸４を中心に回転する。工具ソケット２と電動モータ２０との間に介装される駆動機構には、回転軸５、ギヤ機構６、及び、例えば回転継手や偏心輪といった付加的部材を設けることが可能である。

使用者は、操作スイッチ７を操作することにより、手持ち式電動工具３０を起動する。操作スイッチ７は、使用者が手持ち式電動工具３０を把持して操作することが可能なハンドル８に設けられるのが好ましい。操作スイッチ７の操作に対応し、制御装置１０が電動モータ２０に電力を供給する。幾つかの二次電池セル４１を収容したバッテリパック４０は、手持ち式電動工具３０用の電力供給源の一例である。

図２は、手持ち式電動工具３０の電動モータ２０を制御する方法の概要を示すフローチャートである（図３も参照）。

ステップ１０１では、電動モータ２０の目標回転速度Ｓ１が設定される。

ここで、目標回転速度Ｓ１は、例えば、使用者による手持ち式電動工具３０の操作スイッチ７に対する操作に対応して設定される。

ステップ１０２では、所定の期間が経過するたびに、所定の変動範囲内で、所定の変化量により目標回転速度Ｓ１を変化させて変更目標回転速度Ｓ２を定める。

例えば、目標回転速度Ｓ１を変化させるための期間として特定の期間を設定し、この特定の長さの期間が経過するたびに、目標回転速度Ｓ１を変化させる。この特定の長さの期間は、手持ち式電動工具３０を初めて使用する前に、設定しておくことが可能であり、手持ち式電動工具３０のメモリに保存しておくことができる。

これに代えて、個々に設定可能な期間が経過するたびに、目標回転速度Ｓ１を変化させることも可能である。この場合、この期間は、無作為発生器を用いて個々に設定してもよい。このようにして、個々に設定される一連の期間は、実質的に無作為に異なる長さの期間となる。

また、目標回転速度Ｓ１を変化させるための変化量として、特定の変化量を設定すること、即ち、事前に設定しておくことも可能である。この場合、所定の期間が経過するたびに、特定の変化量により目標回転速度Ｓ１を変化させて変更目標回転速度Ｓ２を定めることができる。このとき、例えば、ｎを自然数として、２ｎ番目の期間が経過するたびに、特定の変化量により目標回転速度Ｓ１を増大させ、（２ｎ＋１）番目の期間が経過するたびに、特定の変化量により目標回転速度Ｓ１を減少させる。特定の変化量を用いる代わりに、無作為発生器を用いて個々に設定される変化量を用いることも可能である。この場合には、所定の期間が経過するたび、即ち、例えば特定の期間が経過するたび、または無作為発生器を用いて個々に設定される期間が経過するたびに、無作為発生器が変化量を設定するようにしてもよい。

全般に、所定の期間が経過するたびに、少なくとも５０ｒｐｍだけ目標回転速度Ｓ１を変化させて変更目標回転速度Ｓ２を定める。変更目標回転速度Ｓ２が変動する範囲は、目標回転速度Ｓ１から当該目標回転速度Ｓ１の５％までとするのが好ましい。

ステップ１０３では、電動モータ２０の実際の回転速度Ｓ４が変更目標回転速度Ｓ２に制御される。実際の回転速度Ｓ４を変更目標回転速度Ｓ２に制御するための制御変数Ｓ３として、位相角を電動モータ２０の位相角制御に用いるのが好ましい。

本発明の方法は、例えば、カーボンブラシ付電動モータを有した手持ち式電動工具に採用することが可能である。

図３は、手持ち式電動工具３０の電動モータ２０を制御する制御装置１０の一実施形態の概要を示すブロック図である。

図３に示す制御装置１０は、入力手段１１、変動手段１２、及び制御手段１３を有している。入力手段１１は、電動モータ２０の目標回転速度Ｓ１を設定するように構成されている。変動手段１２は、所定の期間が経過するたびに、所定の変動範囲内で、所定の変化量により目標回転速度Ｓ１を変化させて、変更目標回転速度Ｓ２を定めるように構成されている。制御手段１３は、電動モータ２０の実際の回転速度Ｓ４を変更目標回転速度Ｓ２に制御するように構成されている。このような目的のため、制御手段１３は、制御変数Ｓ３を用いて電動モータ２０を制御する。この制御変数Ｓ３は、例えば電動モータ２０の位相角制御を行うための位相角である。

Claims (8)

1. 手持ち式電動工具（３０）の電動モータ（２０）を制御する方法であって、
   前記電動モータ（２０）の目標回転速度（Ｓ１）を設定する工程（１０１）と、
   所定の期間が経過するたびに、所定の変動範囲内で、所定の変化量により前記目標回転速度（Ｓ１）を変化させて変更目標回転速度（Ｓ２）を定める工程（１０２）と、
   前記電動モータ（２０）の実際の回転速度（Ｓ４）を前記変更目標回転速度（Ｓ２）に制御する工程（１０３）とを備え、
   前記変更目標回転速度（Ｓ２）を定める工程（１０２）は、無作為発生器を用いて個々に設定される期間が経過するたびに、前記目標回転速度（Ｓ１）を変化させる
   ことを特徴とする手持ち式電動工具の電動モータ制御方法。
2. 前記目標回転速度（Ｓ１）は、前記手持ち式電動工具（３０）の操作スイッチ（７）に対する操作により設定されることを特徴とする請求項１に記載の手持ち式電動工具の電動モータ制御方法。
3. 前記目標回転速度（Ｓ１）を変化させるための前記変化量として特定の変化量を設定する工程を備え、
   前記変更目標回転速度（Ｓ２）を定める工程（１０２）は、前記特定の変化量により、前記期間が経過するたびに前記目標回転速度（Ｓ１）を変化させて変更目標回転速度（Ｓ２）を定める
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の手持ち式電動工具の電動モータ制御方法。
4. 前記目標回転速度（Ｓ１）は、ｎを自然数とするときに、２ｎ番目の前記期間が経過するたびに、前記特定の変化量により増大され、（２ｎ＋１）番目の前記期間が経過するたびに、前記特定の変化量により減少されることを特徴とする請求項３に記載の手持ち式電動工具の電動モータ制御方法。
5. 前記変更目標回転速度（Ｓ２）を定める工程（１０２）は、無作為発生器を用いて個々に設定される変化量により、前記期間が経過するたびに前記目標回転速度（Ｓ１）を変化させて前記変更目標回転速度（Ｓ２）を定めることを特徴とする請求項１または２に記載の手持ち式電動工具の電動モータ制御方法。
6. 手持ち式電動工具（３０）の電動モータ（２０）を制御する装置（１０）であって、
   前記電動モータ（２０）の目標回転速度（Ｓ１）を設定する入力手段（１１）と、
   所定の期間が経過するたびに、所定の変動範囲内で、所定の変化量により前記目標回転速度（Ｓ１）を変化させて変更目標回転速度（Ｓ２）を定める変動手段（１２）と、
   前記電動モータ（２０）の実際の回転速度（Ｓ４）を前記変更目標回転速度（Ｓ２）に制御する制御手段（１３）とを備え、
   前記変動手段（１２）は、無作為発生器を用いて個々に設定される期間が経過するたびに、前記目標回転速度（Ｓ１）を変化させる
   ことを特徴とする手持ち式電動工具の電動モータ制御装置。
7. 請求項６に記載の手持ち式電動工具の電動モータ制御装置が一体的に組み込まれたことを特徴とする制御ユニット。
8. 請求項６に記載の手持ち式電動工具の電動モータ制御装置を有することを特徴とする手持ち式電動工具。

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