JP7506912B2 - Electric cutting tools - Google Patents

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Description

本発明は、例えばヘッジトリマー、レシプロソー、バリカンなどの樹木や植栽を切断する園芸用の電動切断工具に係り、特に駆動源として直流モータを用いた電動切断工具に関する。 The present invention relates to electric cutting tools for horticulture, such as hedge trimmers, reciprocating saws, and clippers, used to cut trees and plantings, and in particular to electric cutting tools that use a DC motor as the drive source.

ネオジム磁石やリチウムイオン電池の普及によりガソリンエンジンを用いていた園芸用の切断工具、例えばヘッジトリマーやレシプロソーなども電動化が可能となり、低騒音化や化石燃料の使用量削減など環境問題の解決に貢献することができる。 With the widespread use of neodymium magnets and lithium-ion batteries, gardening cutting tools that previously used gasoline engines, such as hedge trimmers and reciprocating saws, can now be electrified, contributing to solving environmental problems by reducing noise and the use of fossil fuels.

これらの機器に用いられる電動機は効率とトルク特性からブラシレスDCモータあるいはブラシ付きDCモータなどの直流モータが適している。
図7に、直流モータ101の代表例としてブラシ付きDCモータを示す。ステータ102は外周ケースを兼用し、内周面に2極の永久磁石界磁102aを備えている。ステータ102に囲まれた外周ケース内には、ロータ103が回転可能に設けられたインナーロータ型モータである。ロータ103は、ロータ軸103aを中心にロータコア103bが回転可能に設けられている。ロータコア103bには径方向外向きに3本の極歯103cが突設されており、極歯103cの周囲には三相コイル103dが巻かれている。三相コイル103dはデルタ結線されており、ロータ軸103aに設けられたコミュテータ104に接続されている。コミュテータ104には、ブラシ105が摺動可能に当接している。尚、三相コイル103dの一端を共通接続としコモンとするスター結線でもよい。電源端子105a及び105bから供給された直流電流はブラシ105とコミュテータ104により整流されて三相コイル103dに120°通電されて回転磁界が発生し、ロータ103が連続回転する。
The electric motors used in these devices are preferably DC motors such as brushless DC motors or DC motors with brushes, in view of their efficiency and torque characteristics.
FIG. 7 shows a brushed DC motor as a representative example of a DC motor 101. A stator 102 doubles as an outer circumferential case, and is provided with a two-pole permanent magnet field 102a on its inner circumferential surface. The rotor 103 is an inner rotor type motor in which a rotor 103 is rotatably provided inside the outer circumferential case surrounded by the stator 102. The rotor 103 is provided with a rotor core 103b rotatably provided around a rotor shaft 103a. Three pole teeth 103c are provided on the rotor core 103b so as to protrude radially outward, and a three-phase coil 103d is wound around the pole teeth 103c. The three-phase coil 103d is delta-connected and connected to a commutator 104 provided on the rotor shaft 103a. A brush 105 is slidably in contact with the commutator 104. The three-phase coil 103d may be star-connected, with one end of the three-phase coil 103d being commonly connected as a common. A direct current supplied from power supply terminals 105a and 105b is rectified by brushes 105 and a commutator 104, and is passed through a three-phase coil 103d at 120 degrees to generate a rotating magnetic field, causing the rotor 103 to rotate continuously.

図8に、ブラシ付きDCモータ駆動回路ブロック図の一例を示す。
電源は充電式バッテリー51(BATTERY)である。電源電流は電源スイッチ52(PWR-SW)を通って駆動回路53(DRIVER)の電源端子(IN-A、B)に給電され、駆動回路53(DRIVER)はマイクロコントローラによる制御回路54(MPU)とHブリッジ構成の出力回路55(INV)で構成され、コイル出力(OUT-A、B)はブラシ付きDCモータ56(MOTOR)の電源端子(P、N)に接続される。またモータ近傍には回転センサ57(SENSOR)が配置され回転信号(FG)を制御回路54(MPU)に送出する。
コイル電流センサ58(抵抗:RS)はコイル電流を検出し電流信号(CUR)を制御回路54(MPU)へ送出する。
FIG. 8 shows an example of a block diagram of a brushed DC motor drive circuit.
The power source is a rechargeable battery 51 (BATTERY). The power current is supplied to the power terminals (IN-A, B) of the drive circuit 53 (DRIVER) through a power switch 52 (PWR-SW). The drive circuit 53 (DRIVER) is composed of a microcontroller control circuit 54 (MPU) and an H-bridge output circuit 55 (INV), and the coil outputs (OUT-A, B) are connected to the power terminals (P, N) of a brushed DC motor 56 (MOTOR). A rotation sensor 57 (SENSOR) is also disposed near the motor and sends a rotation signal (FG) to the control circuit 54 (MPU).
The coil current sensor 58 (resistor: RS) detects the coil current and sends a current signal (CUR) to the control circuit 54 (MPU).

制御回路54(MPU)は回転指令スイッチ(RUN-SW)の信号(RUN)と回転方向指令スイッチ(DIR-SW)の信号(DIR)及び回転センサ57(SENSOR)の信号(FG)とコイル電流センサ58(RS)の信号(CUR)を入力し、出力回路55(INV)にゲート信号(GATE-1~4)を出力する。
ゲート信号を適宜出力することでコイル出力が通電し、正転、逆転、ブレーキ、停止の各通電モードを選択できまたPWM制御によりトルク制御できる。通電モードについては例えばGATE-1とGATE-4をオンすればモータP端子が+V、N端子がGNDと接続され正転する。GATE-2とGATE-3をオンすればモータP端子がGND、N端子が+Vと接続され逆転する。GATE-2とGATE-4をオンすればモータP端子・N端子ともGNDに接続され短絡ブレーキがかかる。GATE-1~4をオフすればモータP端子・N端子とも解放(ハイインピーダンス状態)となり停止する。なお、三相ブラシ付きDCモータに代えて三相ブラシレスDCモータを用いる場合は、駆動回路(DRIVER53)のHブリッジ回路を三相インバータ回路に置き換え、ホールICなどの位置センサ信号を入力すれば駆動することができる。
A control circuit 54 (MPU) inputs a signal (RUN) from a rotation command switch (RUN-SW), a signal (DIR) from a rotation direction command switch (DIR-SW), a signal (FG) from a rotation sensor 57 (SENSOR), and a signal (CUR) from a coil current sensor 58 (RS), and outputs gate signals (GATE-1 to 4) to an output circuit 55 (INV).
By outputting the gate signal appropriately, the coil output is energized, and the energization modes of forward rotation, reverse rotation, brake, and stop can be selected, and torque can be controlled by PWM control. Regarding the energization modes, for example, when GATE-1 and GATE-4 are turned on, the motor P terminal is connected to +V and the N terminal is connected to GND, and the motor rotates forward. When GATE-2 and GATE-3 are turned on, the motor P terminal is connected to GND and the N terminal is connected to +V, and the motor rotates reversely. When GATE-2 and GATE-4 are turned on, both the motor P terminal and N terminal are connected to GND, and a short-circuit brake is applied. When GATE-1 to 4 are turned off, both the motor P terminal and N terminal are released (high impedance state), and the motor stops. If a three-phase brushless DC motor is used instead of a three-phase brushed DC motor, the H-bridge circuit of the drive circuit (DRIVER53) can be replaced with a three-phase inverter circuit, and the motor can be driven by inputting a position sensor signal such as a Hall IC.

以下に、直流モータを用いた園芸用電動切断工具に関する先行技術を例示する。
第1の文献はヘッジトリマーの操作性を向上する案であり、電動ヘッジトリマーの構成例を示すものである。ヘッジトリマーは、三角形の刃が多数並んだ直線状の刃物を2枚重ねそれぞれ逆方向に往復運動させて生垣や植木の枝先を刈り込む植木用と、複数の三角刃のある2枚重ねの刃物がそれぞれ逆方向に揺動運動して芝生を刈りこむ芝生用(バリカンと呼ぶ)とがある(特許文献1参照)。
Below, examples of prior art relating to electric gardening cutting tools using DC motors are given.
The first document is a proposal for improving the operability of a hedge trimmer, and shows an example of the configuration of an electric hedge trimmer. There are two types of hedge trimmers: one for trimming the tips of hedges or tree branches by stacking two linear blades with many triangular blades and reciprocating them in opposite directions, and one for trimming lawns (called clippers) by stacking two blades with multiple triangular blades and oscillating them in opposite directions (see Patent Document 1).

第2の文献はレシプロソーの振動を抑制する案であり、電動レシプロソーの構成例を示すものである。レシプロソーは、三角形の刃が多数並んだ直線状の1枚の刃物を往復運動させて樹木の枝を切断するもので、高枝用は長い支柱の先端にモータ及び刃物が配置される(特許文献2参照)。 The second document is a proposal for suppressing vibrations in reciprocating saws, and shows an example of the configuration of an electric reciprocating saw. A reciprocating saw cuts tree branches by reciprocating a single linear blade with multiple triangular blades arranged in a row, and for high branches, the motor and blade are placed at the tip of a long pole (see Patent Document 2).

ヘッジトリマー、レシプロソー、バリカンなどの樹木や植栽を切断する園芸用電動切断工具において、モータの回転運動を往復運動に変換するための機構(カムあるいはクランク)が必要でありモータは常に一定方向に回転することから偏摩耗しやすく振動や騒音あるいは効率低下の原因となる。
またブラシ付きモータを使う場合は定方向運転するとブラシ部分にゴミがたまり故障しやすいことが知られている。
また切断作業中に刃物が被切断物に食い込み停止する、あるいはヘッジトリマーのように2枚刃構成の場合は切断面だけでなく摺動面の隙間に着衣やゴミなどの異物が挟まるなどして急停止する不具合(以後、噛みこみ停止と言う)が多発する。作業を再開するためには刃物から被切断物を除去する必要があり手間がかかりケガをする恐れもあり、さらには工具を分解修理しなければ除去できないケースも発生し作業効率と工具の維持管理費を大きく損なうことになる。
Electric gardening cutting tools used to cut trees and plants, such as hedge trimmers, reciprocating saws, and clippers, require a mechanism (cam or crank) to convert the rotational motion of the motor into reciprocating motion. Because the motor always rotates in the same direction, it is prone to uneven wear, which can cause vibration, noise, and reduced efficiency.
It is also known that when using a brushed motor, running it in a fixed direction causes dirt to accumulate on the brushes, making it prone to breakdowns.
In addition, during cutting work, the blade may bite into the material being cut and stop the tool, or in the case of a two-blade structure like a hedge trimmer, foreign objects such as clothing or dirt may get caught in the gap between the sliding surface and the cutting surface, causing a sudden stop (hereinafter referred to as a jamming stop). In order to resume work, the material to be cut must be removed from the blade, which is time-consuming and may cause injury. Furthermore, there are cases where the tool cannot be removed without disassembling and repairing it, which significantly reduces work efficiency and the maintenance costs of the tool.

図9に上記電動切断工具の切削刃形状の一例を図示する。切削刃61の水平断面(X-X'断面)は概台形状をしており両斜辺は刃が設けられた刃部62となっている。図中のピッチより長い距離で切削刃61が往復運動すると両面の刃部62が交互に被切断物に接触し、前進方向と後退方向とで切削能力は等しく切削刃61の動作方向には依存しないという特徴がある。したがって、駆動源であるモータ56は正転と逆転のどちらに回転駆動しても構わない。 Figure 9 shows an example of the cutting blade shape of the electric cutting tool. The horizontal cross section (X-X' cross section) of the cutting blade 61 is roughly trapezoidal, with both oblique sides being blade portions 62 with blades. When the cutting blade 61 reciprocates over a distance longer than the pitch in the figure, the blade portions 62 on both sides come into contact with the workpiece alternately, and the cutting ability is equal in the forward and backward directions and is not dependent on the direction of movement of the cutting blade 61. Therefore, the motor 56, which is the driving source, may be driven to rotate in either forward or reverse direction.

この特徴を利用して、噛みこみ停止時に被切断物と切削刃を分離する手段として、モータの回転方向を逆転させて切削刃の動作方向を切り変える方法が提案されている。特許文献3はその一例で、ヘッジトリマーの切削刃の動作方向を反転させる切り替え手段に連動して変速機構を切り替えるものである。一般的に切削刃の動作方向を切り替えるには、モータの回転方向指令スイッチを設けて回転方向を切り替えてから回転指令スイッチを操作するようになっており、回転指令スイッチのほかに回転方向を指定するための回転方向指令スイッチの切り替え操作が必要である(特許文献3参照)。 Taking advantage of this feature, a method has been proposed in which the rotation direction of the motor is reversed to change the operating direction of the cutting blade as a means of separating the cutting blade from the workpiece when the cutting blade stops due to engagement. Patent Document 3 is one example, in which the speed change mechanism is switched in conjunction with a switching means that reverses the operating direction of the cutting blade of a hedge trimmer. In general, to switch the operating direction of the cutting blade, a rotation direction command switch is provided for the motor, and the rotation direction is switched before the rotation command switch is operated, and in addition to the rotation command switch, a rotation direction command switch switching operation is required to specify the rotation direction (see Patent Document 3).

特開2019-134693号公報JP 2019-134693 A 特開2019-198961号公報JP 2019-198961 A 特開2005-269972公報JP 2005-269972 A

切断作業時モータは常に同じ方向に回転しており、モータの定方向回転に起因するカム機構等の偏摩耗による振動や騒音を低減し、またブラシ付きモータのブラシ部の故障を低減し信頼性を向上することが望まれる。
また、噛みこみ停止時の復旧作業すなわち切削刃を被切断物から分離する復旧作業はいったん切断作業を中断して行う必要があり、上述のモータを逆転させる方法を講じたとしても手間と時間がかかり作業効率の低下を招いている。
図10に、モータを逆転させて噛みこみ停止を解除するタイミングチャート例を示し作業効率の低下について詳述する。PWR-SWは電源スイッチ、RUN-SWは回転指令スイッチ、DIR-SWは回転方向指令スイッチ、FGは回転信号である。MOTORはモータであり、RUN-SW入力に応じて回転し、回転方向はDIR-SWに応じて切り替わり図中にCW(正転)とCCW(逆転)を記入した。電動機をオンしオフする一連の工程をオンサイクルとして、最下段にオンサイクルの回数を記入し、以下オンサイクルごとに具体的な復旧手順を説明する。
During cutting operations, the motor always rotates in the same direction, and it is desirable to reduce vibration and noise caused by uneven wear on the cam mechanism, etc., which results from the motor rotating in a fixed direction, and to reduce failure of the brushes in brush motors and improve reliability.
In addition, the recovery operation when the cutting blade stops due to biting, i.e., the recovery operation of separating the cutting blade from the workpiece, requires the cutting operation to be interrupted once, and even if the method described above of reversing the motor is adopted, it takes time and effort, resulting in a decrease in work efficiency.
Figure 10 shows an example of a timing chart for reversing the motor to release the jammed stop, and will explain the decrease in work efficiency in detail. PWR-SW is the power switch, RUN-SW is the rotation command switch, DIR-SW is the rotation direction command switch, and FG is the rotation signal. MOTOR is the motor, which rotates according to the RUN-SW input, and the rotation direction is switched according to the DIR-SW, with CW (forward rotation) and CCW (reverse rotation) written in the diagram. The series of processes that turn the motor on and off is called an on cycle, and the number of on cycles is written at the bottom, and the specific recovery procedure will be explained below for each on cycle.

オンサイクル1にて切削刃の噛みこみが発生して停止した場合を例示した。
噛みこみ停止が発生すると作業者は直ちにRUN-SWをオフし、モータへの通電を停止する。次にDIR-SW(回転方向指令スイッチ)を切り替えて逆転方向にセットしてから再びRUN-SW(回転指令スイッチ)をオンにして逆転始動させる(オンサイクル2)。被切断物が分離されたことを目視で確認し分離しきれていないときは再度モータを停止させて手で取り除き再始動する(オンサイクル3)。被切断物を分離できたらRUN-SW(回転指令スイッチ)を再びオフとしモータが停止したらDIR-SW(回転方向指令スイッチ)を正転に戻し、RUN-SW(回転指令スイッチ)を再びオンにして切削作業を再開する(オンサイクル4)。
このように噛みこみ停止時の復旧手順は煩雑で時間を要し切削刃が指先に触れてけがをするおそれもあった。
The case where the cutting blade jammed during on cycle 1 and the cutting operation stopped is shown as an example.
When a jam occurs, the operator immediately turns off the RUN-SW and stops the power supply to the motor. Next, the DIR-SW (rotation direction command switch) is switched to the reverse direction, and then the RUN-SW (rotation command switch) is turned on again to start the reverse rotation (ON cycle 2). The operator visually checks whether the workpiece has been separated, and if it has not been completely separated, stops the motor again, removes it by hand, and restarts it (ON cycle 3). Once the workpiece has been separated, the RUN-SW (rotation command switch) is turned off again, and when the motor has stopped, the DIR-SW (rotation direction command switch) is returned to the forward direction, and the RUN-SW (rotation command switch) is turned on again to resume the cutting operation (ON cycle 4).
As such, the recovery procedure when the cutting blade stopped working was complicated and time-consuming, and there was also a risk of injury to the fingertips if the cutting blade came into contact with them.

また、電動切断工具はイナーシャが大きく通電を遮断しても数秒間は惰性回転するため、惰性回転中に回転方向を切り替えて始動すると誘起電圧に比例する逆転ブレーキが発生する。実際の切断作業においては短時間の停止指令などロータがまだ停止せず惰性回転中に再始動するケースも多発し、回転方向を切り替える方式を採用する場合は惰性回転方向とは反対方向に始動してしまい逆転ブレーキが発生することも考慮しなければならない。逆転ブレーキが発生すると機構部にストレスがかかり機械的な故障を誘発し、また過大なブレーキ電流が流れることからモータコイルあるいは駆動回路あるいはバッテリー等が劣化し破損や焼損する可能性もあり、この問題を解決しない工具はひどく信頼性の低い製品とならざるを得ない。
また駆動回路にて自動的に噛みこみ停止を検出して解除する方法も種々考えられるが、負荷条件は様々であり完璧な自動化は困難でありコスト増ともなり、しかも作業者が手あるいは剪定バサミ等を用いて挟まれた切断物を取り除く可能性のある手持ち工具であることから、作業者が意図せずに自動的に切断刃が作動することは工具に対する安心感を損ないまたケガを誘発する恐れさえあり安全上好ましくない。
In addition, electric cutting tools have a large inertia and will continue to rotate by inertia for several seconds even after the power supply is cut off, so if the direction of rotation is switched during inertia and the tool is started, a reverse brake proportional to the induced voltage will occur. In actual cutting work, there are many cases where the rotor does not stop after a short stop command and restarts during inertia, so when adopting a method of switching the direction of rotation, it is necessary to consider the possibility of starting in the opposite direction to the inertia rotation and causing a reverse brake. When a reverse brake occurs, stress is applied to the mechanism, inducing a mechanical failure, and an excessive brake current flows, which may deteriorate the motor coil, drive circuit, battery, etc., causing damage or burning. Tools that do not solve this problem will inevitably be products with extremely low reliability.
There are also various methods that can be considered for automatically detecting and releasing the jammed state using the drive circuit, but the load conditions vary widely, making perfect automation difficult and increasing costs. Moreover, since this is a hand-held tool that the operator may need to remove the jammed material using his or her hands or pruning shears, for the cutting blade to operate automatically without the operator's intention, this reduces the operator's sense of security regarding the tool and could even cause injury, making it unsafe from a safety standpoint.

本発明の目的は、前述した従来技術の課題を解決し、機構部の偏摩耗あるいはブラシ付きモータのブラシ部の故障を低減し装置の信頼性を向上し、切削刃の被切断物に対する噛みこみ停止が発生した場合は切断作業を中断することなく噛みこみ状態を解消し作業の効率と安全性を向上し、あわせて工具の低コスト化と長寿命化も可能な電動切断工具を提供することにある。 The object of the present invention is to provide an electric cutting tool that solves the problems of the prior art described above, reduces uneven wear of the mechanism or failure of the brushes of the brush motor, improves the reliability of the device, and, if the cutting blade jams into the workpiece and stops, resolves the jammed state without interrupting the cutting operation, improving work efficiency and safety, while also reducing the cost of the tool and extending its lifespan.

前進方向及び後退方向の両面に切削刃を備えた切断部を直流モータにより往復運動させる電動切断工具であって、前記切断部を駆動する直流モータを正逆回転可能な駆動回路と、前記駆動回路に回転指令を送出する回転指令入力部と、を備え、前記駆動回路は、前記回転指令入力部からの入力に応じてモータの回転状態を検出する回転状態検出部と、前記駆動回路の電源が遮断されてもモータの回転方向情報を保持する不揮発性メモリーを有する回転方向記憶部と、モータの回転方向に応じたゲート信号を出力するゲート出力部を有する制御回路と、前記ゲート出力部から出力されたゲート信号に応じて出力素子群を通じて前記直流モータに通電する出力回路と、を備え、前記回転指令入力部より回転指令が入力されると前記回転状態検出部によりモータの回転状態を検出し、前記回転状態検出部は非通電状態のコイル電圧を測定して誘起電圧を検出しあるいは回転センサ信号の周期を検出し、それらの検出結果から前記制御回路はモータが回転中と判定したら、前記回転方向記憶部に記憶した回転方向情報を変更せず保持し、モータが停止中と判断したら、前記回転方向記憶部に記憶した回転方向情報を反転するように書き換えて始動ルーチンを実行し、前記回転方向記憶部に記憶された回転方向情報に応じてモータの回転方向を決定し前記ゲート出力部からゲート信号を出力して前記出力回路を通じて前記直流モータに通電して始動することを特徴とする。 An electric cutting tool in which a cutting section having cutting blades on both sides in a forward and backward directions is reciprocated by a DC motor, the cutting section being provided with: a drive circuit capable of rotating the DC motor that drives the cutting section in forward and reverse directions; and a rotation command input unit that sends a rotation command to the drive circuit, the drive circuit being provided with: a rotation state detection unit that detects the rotation state of the motor in response to an input from the rotation command input unit; a rotation direction storage unit having a non-volatile memory that retains information on the rotation direction of the motor even when power to the drive circuit is cut off; a control circuit having a gate output unit that outputs a gate signal in accordance with the rotation direction of the motor; and an output circuit that energizes the DC motor through an output element group in response to the gate signal output from the gate output unit, When a rotation command is input from a command input unit , the rotation state of the motor is detected by the rotation state detection unit, and the rotation state detection unit measures the coil voltage in a non-energized state to detect an induced voltage or detects a period of a rotation sensor signal. If the control circuit determines that the motor is rotating based on these detection results, it holds the rotation direction information stored in the rotation direction memory unit without changing it, and if it determines that the motor is stopped, it rewrites the rotation direction information stored in the rotation direction memory unit so as to invert it and executes a start-up routine, determines the rotation direction of the motor in accordance with the rotation direction information stored in the rotation direction memory unit, outputs a gate signal from the gate output unit, and energizes the DC motor via the output circuit to start it.

電動切断工具はイナーシャが大きく通電を遮断しても数秒間惰性回転し、惰性回転中に反対方向に再始動すると逆転ブレーキがかかり機構部や回路部の破損などのおそれがある。そこで前回の回転方向を不揮発性メモリーに記憶しておき回転指令が入力された時に回転状態検出部によりモータの回転状態を検出して所要の始動ルーチンで始動することとする。これにより惰性回転方向と始動方向を一致させることで逆転ブレーキを回避することができる。また、機構部にストレスは発生せず機械的な故障を防ぎ、また過大なブレーキ電流が流れることもないためモータコイルあるいは駆動回路あるいはバッテリー等が劣化し破損や焼損する可能性もなく、信頼性が向上する。
具体的には、回転指令が入力された際にモータが回転していたら前回と同じ方向で始動する。惰性回転と前回回転方向は一致することは自明であり、従って惰性回転方向と始動方向は一致し逆転ブレーキを回避することができる。また、回転指令が入力された際にモータが停止していたらいずれの方向でも始動可能であるが前回とは反対の方向で始動する。これによりモータ停止ごとに反転することで機構部の偏摩耗やブラシ付きモータのブラシ故障を低減し、さらに噛みこみ停止時は切断作業を中断することなく噛みこみ状態を解除することができる。
Electric cutting tools have a large inertia and will continue to rotate by inertia for several seconds even after the power supply is cut off. If the tool is restarted in the opposite direction while rotating by inertia, reverse braking will be applied, which may cause damage to the mechanism and circuitry. Therefore, the previous rotation direction is stored in a non-volatile memory, and when a rotation command is input, the rotation state of the motor is detected by the rotation state detection unit and the tool is started according to the required start routine. This makes it possible to avoid reverse braking by matching the direction of inertia rotation with the starting direction. In addition, no stress is generated in the mechanism, preventing mechanical failures, and since excessive braking current does not flow, there is no possibility of the motor coil, drive circuit, battery, etc. deteriorating and being damaged or burned, improving reliability.
Specifically, if the motor is rotating when a rotation command is input, it will start in the same direction as the previous time. It is self-evident that the inertial rotation and the previous rotation direction will match, so the inertial rotation direction and the starting direction will match, making it possible to avoid reverse braking. Also, if the motor is stopped when a rotation command is input, it can start in either direction, but it will start in the opposite direction to the previous time. This reduces uneven wear on the mechanism and brush failure in brushed motors by reversing the rotation every time the motor stops, and furthermore, when the motor stops due to jamming, the jammed state can be released without interrupting the cutting operation.

前記制御回路は、前記駆動回路に電源が供給された時に、モータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行するようにしてもよい。
これにより、駆動回路に電源スイッチにて通電し、回転指令入力部の入力操作に代えてモータを始動する場合に適用できる。このとき、駆動回路の電源が投入されたらモータを始動するように駆動回路を構成すれば、回転指令を与える必要がなく、回転指令入力部を省略して電源スイッチのみで動作できる。
The control circuit may detect a rotation state of the motor when power is supplied to the drive circuit and execute a start-up routine.
This can be applied to cases where the drive circuit is energized by a power switch and the motor is started instead of by operating the rotation command input unit. In this case, if the drive circuit is configured to start the motor when the power supply to the drive circuit is turned on, there is no need to give a rotation command, and the rotation command input unit can be omitted and the motor can be operated using only the power switch.

前記駆動回路に直流電源を常時印加し、前記制御回路はマイクロコントローラがスタンバイ状態となるスリープモードとしておき、前記回転指令入力部から回転指令が前記制御回路に入力されると、入力された回転指令に基づいて前記マイクロコントローラはスリープモードからウェイクアップモードに切り替わり、前記制御回路はウェイクアップモードに切り替わった時にモータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行するようにしてもよい。
これにより、回転指令入力部から回転指令が制御回路に入力されると、入力された回転指令に基づいてマイクロコントローラはスリープモードからウェイクアップモードに切り替わり駆動回路にウェイクアップモードにて通電し、このタイミングでモータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行することができる。即ち、駆動回路に通電したままで使用することができ、電源スイッチを省略し回転指令スイッチのみで動作することができる。また、モータ停止時には駆動回路はスリープモードとなり、ほとんど電力を消費せず省エネルギー化を図ることができる。
A DC power source may be constantly applied to the drive circuit, and the control circuit may be in a sleep mode in which the microcontroller is in a standby state; when a rotation command is input from the rotation command input unit to the control circuit, the microcontroller switches from the sleep mode to a wake-up mode based on the input rotation command; and when the control circuit switches to the wake-up mode, it detects the rotation state of the motor and executes a start-up routine.
As a result, when a rotation command is input from the rotation command input unit to the control circuit, the microcontroller switches from sleep mode to wake-up mode based on the input rotation command, energizes the drive circuit in wake-up mode, and at this timing detects the rotation state of the motor and executes a start-up routine. In other words, the device can be used with the drive circuit energized, and can be operated with only the rotation command switch without a power switch. Also, when the motor stops, the drive circuit goes into sleep mode, consuming almost no power and thus saving energy.

上述した電動切断工具によれば、切削刃の被切断物に対する噛みこみ停止が発生した場合、切断作業を中断することなく噛みこみ状態を解消し作業の効率と安全性を向上し、あわせて工具の低コスト化と長寿命化を実現することができる。
また煩雑なスイッチ操作と時間を要していた噛みこみ停止の解消作業が回転指令入力部(回転指令スイッチ)の操作のみとなり、操作性と作業効率と安全性が飛躍的に向上する。また回転方向指令スイッチ、回転センサ等を省略して低コスト化できる。また、始動停止ごとに反転することで機構部の偏摩耗を減らし振動や騒音を低減でき、ブラシ付きモータの場合はブラシのゴミが排出されブラシに起因する故障を減らすことができる。
また電源スイッチあるいは回転指令スイッチを瞬間的にオフにする瞬時オフ操作が行われ惰性回転している場合は反転せずに同じ方向にスムーズに回転し、逆転ブレーキを防止し機構部や回路部の破損を防ぐことができる。
また、高出力工具の場合は、駆動回路に通電しておき小容量の回転指令スイッチで始動停止を制御し容量の大きな出力素子でモータに通電することができる。
With the electric cutting tool described above, if the cutting blade becomes stuck in the workpiece and stops, the stuck state can be resolved without interrupting the cutting operation, improving work efficiency and safety, while also achieving low cost and long life for the tool.
In addition, the work to resolve jamming, which previously required complicated switch operations and time, can now be done by simply operating the rotation command input unit (rotation command switch), dramatically improving operability, work efficiency, and safety. Costs can also be reduced by omitting the rotation direction command switch and rotation sensor. In addition, by reversing the rotation at each start and stop, uneven wear on the mechanism can be reduced, reducing vibration and noise, and in the case of brushed motors, dust from the brushes can be removed, reducing failures caused by the brushes.
In addition, when an instantaneous off operation is performed to momentarily turn off the power switch or rotation command switch and the motor is rotating by inertia, the motor will rotate smoothly in the same direction without reversing, preventing reverse braking and damage to the mechanism and circuitry.
In the case of a high-power tool, the drive circuit can be energized, start and stop can be controlled by a small-capacity rotation command switch, and current can be applied to the motor by a large-capacity output element.

図1は園芸用電動切断工具の構成図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an electric gardening cutting tool. 図2は噛みこみ停止時に始動するタイミングチャートである。FIG. 2 is a timing chart showing the start when the engagement stops. 図3は惰性回転時に始動するタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart showing the start-up during coasting. 図4は回転指令入力のモータ駆動回路例である。FIG. 4 shows an example of a motor drive circuit for inputting a rotation command. 図5は電源をオンオフするモータ駆動回路例である。FIG. 5 shows an example of a motor drive circuit that turns the power supply on and off. 図6はモータの始動ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 6 is a flow chart showing a motor starting routine. 図7はブラシ付きDCモータ例である。FIG. 7 shows an example of a brushed DC motor. 図8は従来構成のモータ駆動回路例である。FIG. 8 shows an example of a motor drive circuit having a conventional configuration. 図9は切削刃の形状例である。FIG. 9 shows examples of the shapes of the cutting blade. 図10は従来回路の噛みこみ停止タイミングチャートである。FIG. 10 is a timing chart showing the stop of engagement in a conventional circuit. 図11はヘッジトリマーの要部を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main part of a hedge trimmer.

以下、本発明に係る電動切断工具の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本願発明は、ヘッジトリマー、レシプロソー、バリカンなどの樹木や植栽等を切断する園芸用電動切断工具を例示して説明する。直流モータは、図7に示すデルタ結線されたインナーロータ型のブラシ付き直流モータであってもよいし、回転子に永久磁石界磁を備え、固定子に巻き線を120°位相差で配置してスター結線し、相端がモータ出力回路に接続されたBLDC(ブラシレス直流)モータであってもよい。 Embodiments of an electric cutting tool according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The present invention will be described by taking as an example an electric cutting tool for gardening, such as a hedge trimmer, a reciprocating saw, or a clipper, for cutting trees, plantings, etc. The DC motor may be a delta-connected inner rotor type brushed DC motor as shown in FIG. 7, or a BLDC (brushless DC) motor with a permanent magnet field in the rotor, a star-connected stator with windings arranged with a 120° phase difference, and a phase end connected to a motor output circuit.

図1に園芸用電動切断工具の構成例を示す。
筐体状の外装ケース1内には、バッテリー2、モータ駆動回路3、直流モータ4、モータ軸5(出力軸)および切削刃6を有する切断部7を有する。外装ケース1よりモータ軸5が外部に延設され、該モータ軸5を中心に切削刃6を往復駆動して被切断部(樹木や植栽等)を切断する。バッテリー2は、商用電源から充電可能なバッテリーであり、外装ケース1に着脱可能に装着されている。
FIG. 1 shows an example of the configuration of an electric gardening cutting tool.
The housing-shaped exterior case 1 contains a battery 2, a motor drive circuit 3, a DC motor 4, a motor shaft 5 (output shaft), and a cutting unit 7 having a cutting blade 6. The motor shaft 5 extends from the exterior case 1 to the outside, and the cutting blade 6 is driven to reciprocate around the motor shaft 5 to cut the part to be cut (trees, plantings, etc.). The battery 2 is a battery that can be charged from a commercial power source, and is detachably attached to the exterior case 1.

図11は園芸用電動切断工具の一例としてヘッジトリマーの要部断面を例示している。ヘッジトリマーは、切断部7に一対のバリカン刃(切削刃6)を有する。外装ケース1内にはモータケース4aがねじ止め固定されている。モータケース4aの内周面には固定子が一体に組み付けられている。固定子はモータケース4aの内周面に固定された固定子マグネット4b、後述するコイル5bへ給電するブラシ4cを備えている。モータケース4aは、固定子マグネット4bのバックヨークを形成している。モータケース4aと外装ケース1には一対の転がり軸受4dが各々組み付けられてモータ軸5が回転可能に支持されている。回転子は、モータ軸5に回転子コア5aが一体に組み付けられている。回転子コア5aに径方向外側に向かって突設された極歯にはコイル5bが巻かれている。コイル5bより引き出されたコイルリードは、モータ軸5の反出力側端部に設けられたコミュテータ5c(整流子)に接続されている。コミュテータ5cには、モータケース4aに固定された給電用のブラシ4cが常時当接しており、モータ軸5の回転に伴って摺動するようになっている。 Figure 11 illustrates a cross section of a main part of a hedge trimmer as an example of an electric cutting tool for gardening. The hedge trimmer has a pair of clipper blades (cutting blades 6) at the cutting section 7. A motor case 4a is fixed inside the outer case 1 with screws. A stator is integrally assembled to the inner circumferential surface of the motor case 4a. The stator includes a stator magnet 4b fixed to the inner circumferential surface of the motor case 4a and a brush 4c that supplies power to a coil 5b described later. The motor case 4a forms a back yoke for the stator magnet 4b. A pair of rolling bearings 4d are respectively assembled to the motor case 4a and the outer case 1, and the motor shaft 5 is rotatably supported. The rotor is integrally assembled to the motor shaft 5 with a rotor core 5a. A coil 5b is wound around the pole teeth protruding radially outward from the rotor core 5a. The coil lead drawn out from the coil 5b is connected to a commutator 5c (commutator) provided at the opposite output end of the motor shaft 5. A power supply brush 4c fixed to the motor case 4a is constantly in contact with the commutator 5c and slides as the motor shaft 5 rotates.

また、モータ軸5の出力側端部には切断部7が設けられている。切断部7は、モータ軸5を中心として回転する偏心カム20が抜け止めされて組み付けられている。偏心カム20は、モータ軸5を中心として180度位相が異なる一対のカム部20aを有する。各カム部20aには、バリカン刃(切削刃6)が各々組み付けられている。モータ軸5が正逆いずれかの方向に回転すると偏心カム20も回転し、一対のカム部20aに取り付けられた一対のバリカン刃(切削刃6)が逆向きに往復動する。これにより、小枝などの被切断部を一対のバリカン刃(切削刃6)により剪断するようになっている。 The cutting section 7 is provided at the output end of the motor shaft 5. The cutting section 7 is attached to an eccentric cam 20 that rotates around the motor shaft 5 and is prevented from falling off. The eccentric cam 20 has a pair of cam parts 20a that are 180 degrees out of phase with each other around the motor shaft 5. A clipper blade (cutting blade 6) is attached to each cam part 20a. When the motor shaft 5 rotates in either the forward or reverse direction, the eccentric cam 20 also rotates, and the pair of clipper blades (cutting blades 6) attached to the pair of cam parts 20a reciprocate in the opposite direction. This allows the part to be cut, such as a twig, to be sheared by the pair of clipper blades (cutting blades 6).

先ず直流モータ4の回転停止を検出して回転方向を反転する切断動作について説明する。前進方向及び後退方向の両面に対称な切削刃6を備えた切断部7を往復運動する場合、運動方向が反転しても切断工程は同じであることから双方向運転が可能である。そこで電源投入時あるいは回転指令入力時に直流モータ4が回転停止状態であったら、回転方向を反転して始動することとする。従来のガソリンエンジン式切断工具では回転方向切り替えは困難であり一定方向運転が常態となっていたが、しかし直流モータ4であれば正逆運転が容易で双方向運転が可能である。 First, we will explain the cutting operation in which the rotation direction is reversed when the rotation stop of the DC motor 4 is detected. When the cutting section 7, which has symmetrical cutting blades 6 on both the forward and backward sides, moves back and forth, the cutting process is the same even if the direction of movement is reversed, so bidirectional operation is possible. Therefore, if the DC motor 4 is in a rotation stopped state when the power is turned on or a rotation command is input, the rotation direction is reversed and it is started. With conventional gasoline engine-type cutting tools, it is difficult to change the rotation direction, and operation in a fixed direction is the norm, but with the DC motor 4, forward and reverse operation is easy, making bidirectional operation possible.

回転指令入力時に直流モータ4が停止していたら反転始動する機能を付加することで、切削刃6が被切断物を噛み込み停止した場合も直流モータ4は逆転始動し、その結果切断部7も逆方向に移動して切削刃6と被切断物が分離される。ここで重要なことは、作業者は通常作業時と同様に回転指令スイッチを操作するだけで噛みこみ状態を解除できる点である。これが従来の逆転スイッチを操作する方法あるいは自動的に噛みこみを検出して逆転始動する方法との大きな違いで操作性と安全性が改善される。尚、噛みこみ停止からの逆転始動時に大きなトルクが必要な場合は、例えば始動時にカレントリミット値を所定時間だけ大きくすることで瞬間的に始動トルクを倍増させるなどの手法で対応可能である。 By adding a function to start the DC motor 4 in reverse if it is stopped when a rotation command is input, the DC motor 4 will start in reverse even if the cutting blade 6 bites into the workpiece and stops, and as a result the cutting part 7 will also move in the opposite direction, separating the cutting blade 6 from the workpiece. What is important here is that the operator can release the jammed state simply by operating the rotation command switch, just as in normal work. This is a major difference from the conventional method of operating a reverse switch or the method of automatically detecting jamming and starting reverse rotation, improving operability and safety. Furthermore, if a large torque is required to start reverse rotation after a jammed stop, this can be achieved by, for example, instantaneously doubling the starting torque by increasing the current limit value for a specified period at start-up.

回転方向を反転する条件は回転指令入力時に直流モータ4が停止していることであり、モータの停止判定が必要である。停止判定は直流モータ4に回転センサを設け回転速度を監視することで実現できるが、回転センサを設けることはスペースやコストから不利である。回転センサとしてはロータ磁束を検出するホールセンサが多く使われるが、特にブラシ付きモータではコイルが回転しマグネットは回転しない構造のため、単にホールセンサを設けても惰性回転は検出できず、回転検出用に別途リングマグネットをモータ軸に設ける必要がありかなりのコストとスペースを要する。実際に車載補器用ブラシ付きモータなどでリングマグネットとホールセンサが追加されている例もある。 The condition for reversing the direction of rotation is that the DC motor 4 is stopped when a rotation command is input, and it is necessary to determine whether the motor has stopped. This can be achieved by installing a rotation sensor on the DC motor 4 to monitor the rotation speed, but installing a rotation sensor is disadvantageous in terms of space and cost. Hall sensors that detect rotor magnetic flux are often used as rotation sensors, but brushed motors in particular are structured so that the coil rotates but the magnet does not rotate, so simply installing a Hall sensor will not be able to detect inertial rotation; instead, a separate ring magnet must be installed on the motor shaft to detect rotation, which requires considerable cost and space. In fact, there are cases in which ring magnets and Hall sensors are added to brushed motors for on-board accessories.

そこで回転センサを用いることなくモータの停止状態を検出することが望ましく、コイル出力電流やコイル出力電圧などから回転情報を抽出し停止判定を行ってもよい。あるいは制御プログラムの制御量、例えば励磁周期などから停止判定してもよい。さらにはインテリジェント化しているバッテリーとの連携により通信あるいは電源遮断などを情報源として停止状態を検出することも可能である。これらの方法によれば、制御回路13(MPU)内に設けられた回転状態検出部13aでモータ出力を監視することで停止状態を検出できモータに設ける回転センサ及び配線を省略することができる。 Therefore, it is desirable to detect the stopped state of the motor without using a rotation sensor, and the stopped state can be determined by extracting rotation information from the coil output current or coil output voltage. Alternatively, the stopped state can be determined from the control amount of the control program, such as the excitation period. Furthermore, it is possible to detect the stopped state by using communication or power interruption as an information source in cooperation with an intelligent battery. With these methods, the stopped state can be detected by monitoring the motor output with the rotation state detection unit 13a provided in the control circuit 13 (MPU), and the rotation sensor and wiring provided on the motor can be omitted.

図5は、不揮発性メモリーを備えるモータ駆動回路3のブロック構成図である。
電源はバッテリー2(BATTERY)から供給され、電源スイッチ11(PWR-SW)によりオンオフされ、駆動回路12(DRIVER)のIN-A,B端子に給電される。直流モータ4(MORTOR)はブラシ付きDCモータでP端子とN端子を備え、駆動回路出力OUT-A,Bにより通電され、通電極性が反転すると逆方向回転する。駆動回路12(DRIVER)は、制御回路13(MPU)と出力回路14(INV:インバータ回路)で構成される。
FIG. 5 is a block diagram of the motor drive circuit 3 equipped with a nonvolatile memory.
Power is supplied from a battery 2 (BATTERY), which is turned on and off by a power switch 11 (PWR-SW), and power is supplied to the IN-A and IN-B terminals of a drive circuit 12 (DRIVER). A DC motor 4 (MORTOR) is a brushed DC motor equipped with P and N terminals, and is energized by drive circuit outputs OUT-A and OUT-B. When the polarity is reversed, the motor rotates in the reverse direction. The drive circuit 12 (DRIVER) is composed of a control circuit 13 (MPU) and an output circuit 14 (INV: inverter circuit).

制御回路13(MPU)は、マイクロコントローラで構成され、回転情報FG及びコイル電流センサ15(RS)の信号(CUR)が回転状態検出部13aに入力され、それに応じてHブリッジ回路のゲート信号GATE-1~4を出力して直流モータ4の始動停止及び回転方向を制御する。また不揮発性メモリー16(EEPROM)を内蔵し回転方向情報を記憶する。
出力回路14(INV)は制御回路13(MPU)のゲート信号GATE-1~GATE-4で駆動される出力素子Q1~Q4にてHブリッジ回路を構成しコイル出力OUT-A,Bを直流モータ4(MOTOR)に出力する。
The control circuit 13 (MPU) is composed of a microcontroller, and receives rotation information FG and a signal (CUR) from the coil current sensor 15 (RS) to a rotation state detection unit 13a, and outputs gate signals GATE-1 to GATE-4 of the H-bridge circuit accordingly to control the start/stop and rotation direction of the DC motor 4. It also has a built-in non-volatile memory 16 (EEPROM) to store rotation direction information.
The output circuit 14 (INV) configures an H-bridge circuit with output elements Q1 to Q4 driven by gate signals GATE-1 to GATE-4 from the control circuit 13 (MPU), and outputs coil outputs OUT-A and OUT-B to the DC motor 4 (MOTOR).

図6は、図5のモータ駆動回路3の制御プログラムに従ったモータの始動ルーチンを示すゼネラルフローチャートである。電源スイッチ11がオンすると以下の4ステップの動作が行われる。制御回路13(回転状態検出部13a)はモータの回転状態を検出しモータ回転情報を取得する(STEP1)。直流モータ4が回転中ならSTEP4に、停止中ならSTEP3に進む(STEP2)。回転方向情報を反転する(STEP3)。直流モータ4を回転させる(STEP4)。
モータ回転動作は、電源投入時にモータが回転停止状態のとき反転始動する。また、電源スイッチ11の瞬時オフ操作により電源投入時に直流モータ4が惰性回転中なら反転せずに始動する。
Fig. 6 is a general flow chart showing a motor start routine in accordance with the control program of the motor drive circuit 3 in Fig. 5. When the power switch 11 is turned on, the following four steps are performed. The control circuit 13 (rotation state detection unit 13a) detects the rotation state of the motor and obtains motor rotation information (STEP 1). If the DC motor 4 is rotating, the process proceeds to STEP 4, and if the DC motor 4 is stopped, the process proceeds to STEP 3 (STEP 2). The rotation direction information is reversed (STEP 3). The DC motor 4 is rotated (STEP 4).
The motor rotation operation starts in reverse if the motor is in a stopped state when power is turned on. Also, if the power switch 11 is turned off momentarily when power is turned on, the motor starts without reversing if the DC motor 4 is in coasting.

図2に噛みこみ停止時に始動する場合のタイミングチャート例を示す。電源スイッチでモータの始動停止を制御している。PWR-SWは電源スイッチ、MOTORはモータ出力である。最下段はオンサイクル数である。従来必要であったRUN-SW,DIR-SW,FGは不要のため省略されている。 Figure 2 shows an example of a timing chart for starting when the motor is stopped due to engagement. The power switch controls starting and stopping the motor. PWR-SW is the power switch, and MOTOR is the motor output. The bottom line is the number of on cycles. The RUN-SW, DIR-SW, and FG that were previously required have been omitted because they are no longer necessary.

オンサイクル1は電源投入時に直流モータ4が停止しているのでそれまでの回転方向情報例えばCW方向(時計回り方向)を反転し、CCW方向(反時計回り方向)で始動したことを示す。
オンサイクル2は、途中で噛みこみが発生し直流モータ4が回転停止した場合を例示している。始動時はオンサイクル1の回転方向CCW方向を反転してCW方向に回転し始めたことを示す。CW方向回転中に噛み込みが発生し停止したことから、保護回路が動作しコイル電流は遮断され、作業者はPWR-SWをオフにしてオンサイクル2は完了する。
オンサイクル3は電源投入時に直流モータ4が停止しているのでそれまでの回転方向情報CW方向を反転し、CCW方向で始動したことを示す。モータは反転始動し噛みこみが解除される。
噛みこみ停止が発生した場合に回転指令スイッチを操作することは自然な操作であり、操作性がよく作業効率も向上する。
さらに従来の方法のような制御回路の制御プログラムにより自動的に反転始動しあるいはタイマーで始動停止を繰り返すといった作業者が意図しない動作は行われないので、被切断物を手で外している最中に刃物が勝手に動くといった不測の事態も発生せず安全性も高いものがある。
また、オンサイクルごとに回転方向が反転するので機構部の偏摩耗やブラシ付きモータのブラシの不具合等も解消される。
In ON cycle 1, since the DC motor 4 is stopped when the power is turned on, the rotation direction information up to that point, for example, the CW direction (clockwise direction), is reversed and the motor starts in the CCW direction (counterclockwise direction).
ON cycle 2 illustrates an example in which jamming occurs midway and the DC motor 4 stops rotating. At start-up, the rotation direction CCW in ON cycle 1 is reversed and the motor starts rotating CW. Because jamming occurred during CW rotation and the motor stopped, the protection circuit operates and cuts off the coil current, and the operator turns off the PWR-SW, completing ON cycle 2.
On cycle 3 indicates that the DC motor 4 is stopped when the power is turned on, so the rotation direction information CW up until that point is reversed and the motor starts in the CCW direction. The motor starts in the reverse direction and the engagement is released.
Operating the rotation command switch when a jamming stop occurs is a natural operation, and this improves operability and work efficiency.
Furthermore, unintended operations by the operator, such as automatic reversal start by the control program of the control circuit or repeated start and stop by a timer as in conventional methods, are not performed, so there is no risk of the blade moving on its own while the workpiece is being removed by hand, and safety is also high.
In addition, since the direction of rotation is reversed for each ON cycle, uneven wear of the mechanism and problems with the brushes of brushed motors are also eliminated.

引き続き制御回路13に内蔵した不揮発性メモリー16(EEPROM)により回転方向情報を記憶する理由について説明する。双方向運転においては、モータ回転中に一瞬電源スイッチ11(PWR-SW)をオフにしてすぐにオンにする瞬時オフ操作が行われた場合、電源再投入時に直流モータ4は惰性回転しており逆方向回転で始動すると逆転ブレーキがかかりショックが発生し機構部や回路部が破損するおそれがある。そのため電源投入時に惰性回転していた場合は惰性回転と同じ回転方向で始動する必要がある。
また、ランダムアクセスメモリーRAMなどの揮発性メモリーで回転方向情報を記憶していると電源投入時にはデフォルト値にリセットされるため常に正転で始動することになる。したがって逆方向回転中に瞬時オフ操作が行われると、直流モータ4は当然逆方向に惰性回転し、駆動回路は瞬時電源が遮断されることからリセットがかかり正転始動に切り替わるため逆転ブレーキがかかってしまう。
Next, the reason for storing the rotation direction information in the non-volatile memory 16 (EEPROM) built into the control circuit 13 will be explained. In bidirectional operation, if the power switch 11 (PWR-SW) is momentarily turned off and then immediately turned on while the motor is rotating, the DC motor 4 will be rotating by inertia when the power is turned back on, and if it is started in the reverse direction, the reverse brake will be applied, causing a shock and possibly damaging the mechanism and circuit. Therefore, if the motor was rotating by inertia when the power was turned on, it must be started in the same direction as the inertia.
In addition, if the rotation direction information is stored in a volatile memory such as a random access memory (RAM), it will be reset to the default value when the power is turned on, so the motor will always start in forward rotation. Therefore, if an instantaneous off operation is performed while the motor is rotating in the reverse direction, the DC motor 4 will naturally coast in the reverse direction, and the drive circuit will be reset as the power supply is momentarily cut off, switching it to a forward rotation start, and the reverse brake will be applied.

そこで、EEPROMやフラッシュメモリーなど不揮発性メモリー16を備え、回転方向情報を不揮発性メモリー16により保持し電源投入時にリセットしないこととする。不揮発性メモリー16を用いれば、電源スイッチ11が遮断されても前回の回転方向情報は記憶される。したがって、例えばCCW方向回転中に電源スイッチ11を瞬時オフ操作したときには、前回の回転方向であるCCW方向回転で直流モータ4を始動し、直流モータ4は電源スイッチオフ時は当然CCW方向に惰性回転していることから電源スイッチオン時の回転方向は一致し、逆転ブレーキが発生せずスムーズな回転が継続され機構部や回路部を破損するおそれもない。 Therefore, a non-volatile memory 16 such as an EEPROM or flash memory is provided, and the rotation direction information is stored in the non-volatile memory 16 and is not reset when the power is turned on. By using the non-volatile memory 16, the previous rotation direction information is stored even if the power switch 11 is turned off. Therefore, for example, when the power switch 11 is turned off momentarily while rotating in the CCW direction, the DC motor 4 starts rotating in the CCW direction, which is the previous rotation direction, and since the DC motor 4 is naturally rotating in the CCW direction by inertia when the power switch is off, the rotation direction when the power switch is turned on matches, and no reverse braking occurs, smooth rotation continues, and there is no risk of damaging the mechanism or circuitry.

図3に不揮発性メモリー16を用いた瞬時オフ操作時のタイミングチャートを示す。PWR-SWは電源スイッチ11、CURはコイル電流、MOTORはモータ出力である。最下段はオンサイクル数である。従来必要であったRUN-SW,DIR-SW,FGは不要のため省略されている。以下オンサイクルごとに動作を説明する。 Figure 3 shows a timing chart for instantaneous off operation using non-volatile memory 16. PWR-SW is the power switch 11, CUR is the coil current, and MOTOR is the motor output. The bottom line is the number of on cycles. The RUN-SW, DIR-SW, and FG that were previously required are no longer necessary and have been omitted. The operation for each on cycle is explained below.

オンサイクル1は電源投入時にモータが停止しているのでそれまでの回転方向情報例えばCW方向を反転し、CCW方向で始動した。
オンサイクル2は、短いオフ期間を経てオンされた瞬時オフ操作の例である。電源投入時はモータがCCW方向に惰性回転しておりそれを検出するので回転方向の反転は行われない。前回の回転方向情報CCW方向がそのまま適用されCCW方向で始動する。惰性回転方向と通電方向の両者が一致することから逆転ブレーキは発生しない。なお、コイル電流CUR欄に逆転ブレーキが発生した場合のコイル電流波形RBを破線で記載した。逆転ブレーキ時は電源電圧に誘起電圧が重畳するため大きなブレーキ電流が流れ回路やバッテリーあるいは機構部が破損するおそれがある。
オンサイクル3は電源投入時にモータが停止しているのでそれまでの回転方向情報CCWを反転し、CW回転で始動したことを示す。
このように電源スイッチ11を瞬時オフ操作が行われても、逆転ブレーキを回避してスムーズに切断作業が継続され、安全性が担保される。
In ON cycle 1, since the motor is stopped when the power is turned on, the rotation direction information up to that point, for example, the CW direction, is reversed and the motor starts in the CCW direction.
On cycle 2 is an example of an instantaneous off operation that is turned on after a short off period. When the power is turned on, the motor rotates in the CCW direction by inertia and this is detected, so the direction of rotation is not reversed. The previous rotation direction information, CCW, is applied as is and the motor starts in the CCW direction. Since the inertia rotation direction and the current direction are the same, reverse braking does not occur. Note that the coil current waveform RB in the coil current CUR column is shown by a dashed line when reverse braking occurs. During reverse braking, an induced voltage is superimposed on the power supply voltage, so a large brake current flows, which may damage the circuit, battery, or mechanism.
In ON cycle 3, since the motor is stopped when the power is turned on, the rotation direction information CCW up until that point is inverted, indicating that the motor has started rotating in the CW direction.
In this way, even if the power switch 11 is momentarily turned off, reverse braking is avoided and the cutting operation continues smoothly, thereby ensuring safety.

次に、回転指令スイッチ17によりモータの通電制御を行う場合について説明する。大電流の直流モータ4を使用する場合、電源スイッチ11で始動停止を行うには大きな接点容量のスイッチを用いなければならず無理がある。そこで駆動回路12には常に通電しておき別途回転指令スイッチ17を設け回転指令を制御回路13に入力し、回転指令により出力回路14を制御して直流モータ4の通電制御を行ってもよい。こうすれば小容量のスイッチで大電流のモータの通電制御を行うことができる。しかしながらこの方法は駆動回路の回路電流を常に消費するという欠点がある。 Next, we will explain how to control the current supply to the motor using the rotation command switch 17. When using a high-current DC motor 4, starting and stopping it with the power switch 11 requires the use of a switch with a large contact capacity, which is unreasonable. Therefore, it is possible to keep the drive circuit 12 constantly energized and provide a separate rotation command switch 17, input a rotation command to the control circuit 13, and control the current supply to the DC motor 4 by controlling the output circuit 14 using the rotation command. In this way, it is possible to control the current supply to a high-current motor using a small-capacity switch. However, this method has the disadvantage that the circuit current of the drive circuit is constantly consumed.

そこで駆動回路12には常に電源を供給しておき、制御回路13はスリープ機能を持つマイクロコントローラ(MPU)で構成し、回転指令にてスリープモードからウェイクアップモードに移行しウェイクアップモード時にモータの回転状態を検出してモータを始動するようにすれば、電源スイッチ11を省略することができる。スリープモードとはマイクロコントローラに備わった機能で、動作を自身で停止して消費電力を小さくしてスタンバイ状態としておき、必要な時に外部からウェイクアップ信号を与えることで制御プログラムが動作を開始する機能である。 Therefore, if power is constantly supplied to the drive circuit 12 and the control circuit 13 is configured as a microcontroller (MPU) with a sleep function, and a rotation command is issued to switch from sleep mode to wake-up mode, and the motor's rotation state is detected in wake-up mode to start the motor, the power switch 11 can be omitted. Sleep mode is a function provided in the microcontroller that stops operation by itself, reduces power consumption, and goes into a standby state, and when necessary, a wake-up signal is given from outside and the control program starts operation.

図4に回転指令スイッチ17を設けたモータ駆動回路3のブロック構成図を示す。図10の符号を援用し同じ符号は説明を省略する。すでに述べてきた電源スイッチ11による通電制御に変えて、回転指令スイッチ17(RUN-SW)を設け、制御回路13(MPU)に回転指令RUN信号を入力するものである。
マイクロコントローラ(MPU)は不揮発性メモリー16(EEPROM)を備え、停電時或いはスリープモード時も回転方向情報を記憶する。マイクロコントローラ(MPU)のスリープ機能を利用して、回転指令RUN信号により制御回路13がスリープモードからウェイクアップモードに移行することとし、電源スイッチ11を省略した。タイミングチャートは図2あるいは図3を援用し電源スイッチ11(PWR-SW)を回転指令スイッチ17(RUN-SW)とみなせばよい。
Fig. 4 shows a block diagram of the motor drive circuit 3 equipped with a rotation command switch 17. The reference numerals in Fig. 10 are used and explanations of the same reference numerals are omitted. Instead of the current control by the power switch 11 already described, a rotation command switch 17 (RUN-SW) is provided and a rotation command RUN signal is input to the control circuit 13 (MPU).
The microcontroller (MPU) is equipped with a non-volatile memory 16 (EEPROM) and stores the rotation direction information even during a power outage or in sleep mode. By utilizing the sleep function of the microcontroller (MPU), the control circuit 13 transitions from sleep mode to wake-up mode in response to a rotation command RUN signal, and the power switch 11 is omitted. The timing chart can be seen in Figure 2 or Figure 3, and the power switch 11 (PWR-SW) can be regarded as the rotation command switch 17 (RUN-SW).

これにより、回転指令スイッチ17(RUN-SW)から回転指令が制御回路13に入力されると、入力された回転指令に基づいてマイクロコントローラ(MPU)はスリープモードからウェイクアップモードに切り換りかわり駆動回路12にウェイクアップモードにて通電し、このタイミングで制御回路13はモータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行することができる。即ち、駆動回路12に通電したままで使用することができ、電源スイッチを省略し回転指令スイッチ17(RUN-SW)のみで始動することができる。また、モータ停止時には駆動回路12はスリープモードとなり、ほとんど電力を消費せず省エネを図ることができる。尚、電源を遮断したいときは、バッテリー2を外装ケース1から取り外せばよい(図1参照)。 As a result, when a rotation command is input from the rotation command switch 17 (RUN-SW) to the control circuit 13, the microcontroller (MPU) switches from sleep mode to wake-up mode based on the input rotation command and energizes the drive circuit 12 in wake-up mode, and at this timing the control circuit 13 can detect the rotation state of the motor and execute a start-up routine. In other words, it can be used with the drive circuit 12 energized, and the power switch can be omitted and it can be started only by the rotation command switch 17 (RUN-SW). Also, when the motor stops, the drive circuit 12 goes into sleep mode, consuming almost no power and saving energy. If you want to cut off the power supply, you can simply remove the battery 2 from the exterior case 1 (see Figure 1).

尚、直流モータ4として三相ブラシ付きDCモータに代えて三相ブラシレスDCモータを用いてもよい。この場合には、駆動回路12(DRIVER)のHブリッジ回路を三相インバータ回路に置き換え、ホールICなどの位置センサ信号を制御回路13に入力すればよい。
電動切断工具は、ヘッジトリマー、レシプロソー、バリカンなどの切断部7が直流モータ4の回転に応じて往復動あるいは揺動運動する工具に好適に適用可能である。
A three-phase brushless DC motor may be used instead of the three-phase brushed DC motor as the DC motor 4. In this case, the H-bridge circuit of the drive circuit 12 (DRIVER) may be replaced with a three-phase inverter circuit, and a position sensor signal such as a Hall IC may be input to the control circuit 13.
The electric cutting tool can be suitably applied to tools such as hedge trimmers, reciprocating saws, and clippers, in which the cutting part 7 reciprocates or swings in response to the rotation of the DC motor 4.

1 外装ケース 2 バッテリー 3 モータ駆動回路 4 直流モータ 4a モータケース 4b 固定子マグネット 4c ブラシ 4d 転がり軸受 5 モータ軸 5a 回転子コア 5b コイル 5c コミュテータ 6 切削刃 7 切断部 11 電源スイッチ(PWR-SW) 12 駆動回路(DRIVER) 13 制御回路(MPU) 13a 回転状態検出部 14 出力回路(INV) 15 コイル電流センサ 16 不揮発性メモリー 17 回転指令スイッチ(RUN-SW) 20 偏心カム 20a カム部 1 Outer case 2 Battery 3 Motor drive circuit 4 DC motor 4a Motor case 4b Stator magnet 4c Brush 4d Rolling bearing 5 Motor shaft 5a Rotor core 5b Coil 5c Commutator 6 Cutting blade 7 Cutting section 11 Power switch (PWR-SW) 12 Drive circuit (DRIVER) 13 Control circuit (MPU) 13a Rotation state detection section 14 Output circuit (INV) 15 Coil current sensor 16 Non-volatile memory 17 Rotation command switch (RUN-SW) 20 Eccentric cam 20a Cam section

Claims (3)

前進方向及び後退方向の両面に切削刃を備えた切断部を直流モータにより往復運動させる電動切断工具であって、
前記切断部を駆動する直流モータを正逆回転可能な駆動回路と、
前記駆動回路に回転指令を送出する回転指令入力部と、を備え、
前記駆動回路は、
前記回転指令入力部からの入力に応じてモータの回転状態を検出する回転状態検出部と、
前記駆動回路の電源が遮断されてもモータの回転方向情報を保持する不揮発性メモリーを有する回転方向記憶部と、
モータの回転方向に応じたゲート信号を出力するゲート出力部を有する制御回路と、
前記ゲート出力部から出力されたゲート信号に応じて出力素子群を通じて前記直流モータに通電する出力回路と、を備え、
前記回転指令入力部より回転指令が入力されると前記回転状態検出部によりモータの回転状態を検出し、前記回転状態検出部は非通電状態のコイル電圧を測定して誘起電圧を検出しあるいは回転センサ信号の周期を検出し、それらの検出結果から前記制御回路はモータが回転中と判定したら、前記回転方向記憶部に記憶した回転方向情報を変更せず保持し、モータが停止中と判断したら、前記回転方向記憶部に記憶した回転方向情報を反転するように書き換えて始動ルーチンを実行し、前記回転方向記憶部に記憶された回転方向情報に応じてモータの回転方向を決定し前記ゲート出力部からゲート信号を出力して前記出力回路を通じて前記直流モータに通電して始動することを特徴とする電動切断工具。
An electric cutting tool in which a cutting part having cutting blades on both sides in a forward and backward directions is reciprocated by a DC motor,
a drive circuit capable of rotating a DC motor that drives the cutting unit in a forward and reverse direction;
a rotation command input unit that outputs a rotation command to the drive circuit,
The drive circuit includes:
a rotation state detection unit that detects a rotation state of a motor in response to an input from the rotation command input unit;
a rotation direction storage unit having a non-volatile memory that retains information on the rotation direction of the motor even when the power supply to the drive circuit is cut off;
a control circuit having a gate output unit that outputs a gate signal according to the rotation direction of the motor;
an output circuit that energizes the DC motor through an output element group in response to a gate signal output from the gate output unit,
when a rotation command is input from the rotation command input unit , the rotation state of the motor is detected by the rotation state detection unit , the rotation state detection unit measures the coil voltage in a non-energized state to detect an induced voltage or detects a period of a rotation sensor signal, and if the control circuit determines from the detection results that the motor is rotating, it holds the rotation direction information stored in the rotation direction memory unit without changing it, and if it determines that the motor is stopped, it rewrites the rotation direction information stored in the rotation direction memory unit so as to invert it and executes a start-up routine, determines the rotation direction of the motor in accordance with the rotation direction information stored in the rotation direction memory unit, and outputs a gate signal from the gate output unit to energize the DC motor via the output circuit, thereby starting it.
前記制御回路は、前記駆動回路に電源が供給された時に、モータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行する請求項1記載の電動切断工具。 The electric cutting tool according to claim 1, wherein the control circuit detects the rotation state of the motor and executes a start-up routine when power is supplied to the drive circuit. 前記駆動回路に直流電源を常時印加し、前記制御回路はマイクロコントローラがスタンバイ状態となるスリープモードとしておき、前記回転指令入力部から回転指令が前記制御回路に入力されると、入力された回転指令に基づいて前記マイクロコントローラはスリープモードからウェイクアップモードに切り替わり、前記制御回路はウェイクアップモードに切り替わった時にモータの回転状態を検出して始動ルーチンを実行する請求項1又は請求項2記載の電動切断工具。 An electric cutting tool according to claim 1 or 2, in which a DC power supply is constantly applied to the drive circuit, the control circuit is in a sleep mode in which the microcontroller is in a standby state, and when a rotation command is input from the rotation command input unit to the control circuit, the microcontroller switches from the sleep mode to a wake-up mode based on the input rotation command, and when the control circuit switches to the wake-up mode, it detects the rotation state of the motor and executes a start-up routine.
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