JPH09277195A - Control method of power tool and control circuit thereof - Google Patents
Control method of power tool and control circuit thereofInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は電気的に駆動される
動力工具に関し、特に可能ならばモータのストール(失
速)(例えば、キックバックまたはブレークスルー(打
ち破り))条件を克服するためモータへパルス電流を供
給することによりモータのストール条件の開始を検出し
かつ応答するための動力工具用モータの制御方法と制御
回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to electrically driven power tools, and more particularly to pulse motors to overcome motor stall (eg kickback or breakthrough) conditions. The present invention relates to a control method and a control circuit for a power tool motor for detecting and responding to the start of a motor stall condition by supplying an electric current.
【0002】[0002]
【従来の技術】電動工具は、典型的には回転軸を介して
工具にトルクを加えるモータを使用する。電気ドリルの
場合、モータの回転軸は一連の減速ギアを介してチャッ
ク部に接続され、順にチャック部はドリル用ビットまた
はホールソー、グラインディングウィール、等の他の切
削用または研磨用工具を把持する。スクリュードライバ
用ビットを把持するチャック部を有する動力スクリュー
ドライバは同様な原理で動作する。両方の場合におい
て、ギアまたはギアトレイン(歯車列)を減らす機能に
より工具の回転トルクが増大され一方では工具の回転速
度が減少される。BACKGROUND OF THE INVENTION Power tools typically use a motor that torques the tool via a rotating shaft. In the case of electric drills, the rotating shaft of the motor is connected to the chuck part through a series of reduction gears, which in turn grip other cutting or polishing tools such as drill bits or hole saws, grinding wheels, etc. . A power screwdriver having a chuck portion that holds a screwdriver bit operates on the same principle. In both cases, the ability to reduce gears or gear trains increases the rotational torque of the tool while reducing the rotational speed of the tool.
【0003】動力ルーター(丸のみなどえぐる工具)は
幾分か異なる。典型的な手持ちルーターの切削工具(ル
ータービット)は典型的にはモータの回転軸に直接結合
される。このようにルータービットを高速で回転するた
めモータの全回転速度またはRPMがギアの減速無しに
使用される。往復運動する鋸やジグソーの使用は往復運
動するためモータの回転軸の回転運動を変換する他の形
式のギアトレインを使用する。Power routers (such as round chisel tools) are somewhat different. A typical handheld router cutting tool (router bit) is typically directly coupled to the rotary shaft of a motor. Thus, to rotate the router bit at high speed, the full rotational speed or RPM of the motor is used without gear reduction. The use of reciprocating saws and jigsaws uses other types of gear trains to translate the rotational movement of the motor's rotating shaft to reciprocate.
【0004】一般的に、これらの動力工具は突然な今に
も停止しようとする(急迫した)ストール条件に出くわ
し、そのとき加工物の固さの局地変化、加工物の束縛ま
たは詰り、削り目(ばり)による工具障害物、等の理由
で出力トルクは急激に上昇する。この条件の原因が克服
されないとき、工具は詰りモータはストールする。動力
ドリルで穴をドリルするとき、例えば工具出口側にばり
を発生する加工物があり、これらのばりはドリルビット
の縦溝に溜まり、ドリルビットが束縛から解放されると
きのトルクが急激に上昇する。ある場合、特に金属加工
物の場合は、ばりは実際にドリルビットの回転を停止
し、モータが(ドリルビットを回転させる代わりに)操
作者の手の中の工具を回転させるので、工具の操作者に
強い反動トルクを加えることになる。In general, these power tools encounter sudden (immediately) stalling conditions that are about to stop, at which time local changes in the hardness of the work piece, binding or clogging of the work piece, and scoring ( The output torque rises sharply due to tool obstacles caused by burrs. If the cause of this condition is not overcome, the tool will jam and the motor will stall. When drilling a hole with a power drill, for example, there are workpieces that produce burrs on the tool exit side, these burrs collect in the flutes of the drill bit and the torque rises sharply when the drill bit is released from restraint. To do. In some cases, especially in metal workpieces, the burr actually stops the rotation of the drill bit and the motor rotates the tool in the operator's hand (instead of rotating the drill bit), thus manipulating the tool. A strong reaction torque will be applied to the person.
【0005】関連する現象は動力鋸で発生する。キック
バックとして引用され、鋸の切削が完了間際のときおよ
び支持されない加工物が鋸刃を動かなくさせたとき、鋸
刃の切削移動は部分的または全体的に加工物により阻止
されることがしばしばある。鋸刃の移動が妨げられる
と、大きなモータトルクが発生し、ある場合モータは実
際ストールする。A related phenomenon occurs in power saws. Quoted as kickback, the saw blade cutting movement is often partially or wholly blocked by the workpiece when the saw is nearing completion and when the unsupported workpiece immobilizes the saw blade. is there. When the movement of the saw blade is disturbed, a large motor torque is generated, and in some cases the motor actually stalls.
【0006】これらの条件は特別な動力工具かまたは今
にも停止しようとするキックバックやストール条件を生
じる特別な環境にも関わらず、以下全体として「キック
バック」または「ストール」条件として称する。[0006] These conditions are generally referred to below as "kickback" or "stall" conditions, regardless of the special power tools or special circumstances that result in kickback or stall conditions that are about to stop.
【0007】本出願の譲受人はこれまで今にも停止しよ
うとする(急迫した)キックバック条件を検出したり工
具への動力の供給を禁止したり、そして/または急迫し
たキックバック条件に応答して工具に付加的に制動を加
えるというアンチキックバック動力工具制御技術を開発
してきた。これらのシステムは1981年5月19日に
発行された「アンチキックバック動力工具制御」と題す
るSaarに付与された米国特許NO.4,267,914および198
1年2月3日に発行された「アンチキックバック動力工
具制御」と題するLeukhardt et al.に付与された米国特
許NO.4,249,117に詳細に記載されている。これらの特許
文献に記載されたアンチキックバック制御システムは、
一度急迫したキックバック条件が発生したときにはモー
タへの動力を中断するように設計されている。動力を再
び工具へ供給するため、トリガースイッチは完全に解放
され、次いで引っ込められなければならないか、または
操作者によって何か他の信号が設けられねばならない。The assignee of the present application has previously detected (immediately) kickback conditions that are about to stop, inhibit the powering of the tool, and / or respond to imminent kickback conditions. We have developed an anti-kickback power tool control technology that applies additional braking to the tool. These systems are described in US Pat. Nos. 4,267,914 and 198 issued to Saar entitled "Anti-Kickback Power Tool Control", issued May 19, 1981.
It is described in detail in U.S. Pat. No. 4,249,117 issued to Leukhardt et al. Entitled "Anti-Kickback Power Tool Control", issued February 3, 1st. The anti-kickback control system described in these patent documents,
It is designed to interrupt the power to the motor once an imminent kickback condition occurs. In order to re-power the tool, the trigger switch must either be fully released and then retracted or some other signal must be provided by the operator.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の特許文献に記載されたシステムはキックバック条件を
検出し阻止することに有効ではあるが、これらの特許文
献に開示された制御回路のキックバック条件を妨げる応
答は所望の仕事を完成するための操作者の能力を妨害す
る。すなわち操作者により完成可能な作業を中断する。
例えば、ブレークスルー(打ち破り)時に形成されるば
りで束縛されるドリルビットにより動力が中断されたと
き、ストール条件を繰り返すことなく、かつモータへの
動力の再中断を引き起こすとなく、操作者が穴から完全
にばりをなくすようにばりを破壊し穴あけを完成するこ
とは困難である。その結果、キックバック条件を検出し
阻止するために有効なだけでなく、操作者が邪魔を克服
し意図された仕事を完成することにも有効となるように
前記特許文献に記載のアンチキックバック技術を改善す
ることが必要である。However, although the systems described in these patent documents are effective in detecting and preventing the kickback condition, the kickback condition of the control circuit disclosed in these patent documents is not effective. Responses that hinder the ability of the operator to accomplish the desired task. That is, the work that can be completed by the operator is interrupted.
For example, when power is interrupted by a burr-tightened drill bit that is formed during a breakthrough, the operator may not be able to re-interrupt power to the motor without repeating stall conditions. It is difficult to destroy the burr and complete the drilling so that it completely eliminates the burr. As a result, the anti-kickback described in the above patent document is effective not only for detecting and preventing the kickback condition, but also for helping the operator overcome obstacles and complete the intended work. It is necessary to improve the technology.
【0009】それゆえ、本発明は従来技術である出願人
のアンチキックバック技術を改善することを目的とす
る。Therefore, the present invention aims to improve the applicant's anti-kickback technology which is prior art.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】工具への動力を単に中断
する(そして/または制動をかける)ことによって今に
も停止しようとする(急迫する)キックバック条件に応
答する代わりに、本発明は多くの場合、工具が停止し再
開始する必要がないように、ブレークスルーまたはキッ
クバック条件を実際に分析または明白にすることができ
るモータへのパルス入力の操作を有効にする。本発明が
動力ドリルと使用されるとき、例えば、本発明のコント
ローラは急迫するストール(例えばキックバックまたは
ブレークスルー)条件を検出し、かつ一連のトルクパル
スを伝えるため所定期間モータへパルス入力することに
よりその条件に応答する間、使用者はトリガースイッチ
を作動側に保持できる。これらのトルクパルスは一連の
パルス供給中に伝えられる平均トルクより実質的に大き
いピークトルクを各々有する。これらのトルクパルスの
衝撃は急迫するストールまたはキックバックの条件の原
因となるばりまたは加工物の制限を介して工具がブレー
クスルーする(打ち破る)ことを可能とする。一実施例
において、動力工具のギアトレインの特有周波数に関連
して調和するように設けられたシーケンスでパルスは伝
えられる。これはギアトレインの特有周波数において励
磁状態と非励磁状態との間でギアトレインに振動を起こ
させることによって、ピークトルクよりもさらに大きい
出力を供給する。Instead of responding to a kickback condition that is about to stop (immediately) by simply interrupting (and / or braking) power to the tool, the present invention provides many In that case, enable manipulation of the pulse input to the motor that can actually analyze or account for breakthrough or kickback conditions so that the tool does not have to stop and restart. When the present invention is used with a power drill, for example, the controller of the present invention detects an impending stall (eg, kickback or breakthrough) condition and pulses the motor for a predetermined period of time to deliver a series of torque pulses. Allows the user to hold the trigger switch in the actuated side while responding to the condition. Each of these torque pulses has a peak torque that is substantially greater than the average torque delivered during the series of pulse deliveries. The impact of these torque pulses allows the tool to break through (burst) through flash or work piece limitations that cause imminent stall or kickback conditions. In one embodiment, the pulses are delivered in a sequence arranged to be matched in relation to the characteristic frequency of the power tool gear train. This causes the gear train to oscillate between an excited state and a non-excited state at the gear train's characteristic frequency, thereby providing an output even greater than the peak torque.
【0011】本発明は実際上如何なる動力駆動工具とも
使用できる。回転鋸のモータ制御と一体化されたとき、
モータへのパルス入力は、加工物の詰まりを除去するの
に有効であり、または急迫するストールまたはキックバ
ックを最初に引き起こした束縛条件を打ち破ったりする
のに有効である。The present invention can be used with virtually any power driven tool. When integrated with the rotary saw motor control,
The pulsed input to the motor is effective in clearing the work piece jam, or in breaking the constraint that initially caused the imminent stall or kickback.
【0012】したがって、本発明は操作者により作動可
能なスイッチが作動されたとき、モータの出力回転軸に
トルクが加えられるモータを有する実際上如何なる動力
工具をも制御する方法と回路を提供する。本発明の方法
はストール条件の開始を示すモータのパラメータを検出
するステップを含む。検出されたパラメータはモータ電
流でもよく、例えば、ストールの開始はモータ電流の時
間に関する変化率をモニターすることによって推測され
る。トリガースイッチが作動されたままのとき、モータ
は一連のトルクパルスを伝えるため所定期間パルス入力
を受ける。ここで各ピークパルスは実質的に一連のトル
クパルス中に伝えられる平均トルクより大きいピークト
ルクを有する。多くの場合、これらのトルクパルスは急
迫するストールを引き起こす条件を取り除く。この条件
が取り除かれたとき、次に通常のモータ動作が再開す
る。この条件が取り除かれなかったとき、モータの焼損
を避けるため所定時間経過後モータへの動力は取り除か
れる。Accordingly, the present invention provides a method and circuit for controlling virtually any power tool having a motor in which torque is applied to the output rotary shaft of the motor when an operator actuable switch is actuated. The method of the present invention includes the step of detecting a parameter of the motor that indicates the start of a stall condition. The detected parameter may be the motor current, for example the onset of stall is inferred by monitoring the rate of change of the motor current over time. When the trigger switch remains activated, the motor is pulsed for a period of time to deliver a series of torque pulses. Here, each peak pulse has a peak torque substantially greater than the average torque transmitted during the series of torque pulses. In many cases, these torque pulses remove the condition that causes an imminent stall. When this condition is removed, then normal motor operation resumes. If this condition is not removed, the power to the motor is removed after a lapse of a predetermined time in order to avoid burnout of the motor.
【0013】本発明は広範囲に及ぶ種々の動力工具に有
用である。本発明の原理を説明する前に、添付図面を参
照しつつパワードリル(動力ドリル)について以下に詳
細に説明する。また、以下の説明で本発明が他の形式の
動力工具にも同様に実施可能なことは容易に明白となろ
う。また本発明をより完全に理解するため、本発明の目
的と利点を添付図面を参照にしつつ以下に説明する。The present invention is useful in a wide variety of power tools. Before describing the principle of the present invention, a power drill will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Also, it will be readily apparent from the following description that the present invention is equally applicable to other types of power tools. In order to more fully understand the present invention, the objects and advantages of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】図1は本発明の制御回路を使用可
能な典型的可変速パワードリルの側面図である。図1に
おいて符号10はパワードリル全体を示す。パワードリ
ル10は本発明の好適実施例に従って制御回路12と一
体に構成されている。パワードリル10は、一般的な構
造、すなわちモータ16、ギアトレイン(歯車列)20
および工具用刃収容チャック22を有する。トリガース
イッチ24はモータ16への電流の供給を制御し、かつ
パワードリル10の種々の使用目的に適するようにモー
タ速度を変更するために使用できる。ドリル用刃26は
図示の如く工具用刃収容チャック22内に取り付けられ
る。ドリル用刃26は一般的構成である flutedshank
(溝部)28と切削先端部(刃先)30とを有する。1 is a side view of a typical variable speed power drill in which the control circuit of the present invention may be used. In FIG. 1, reference numeral 10 indicates the entire power drill. Power drill 10 is integrally formed with control circuit 12 in accordance with the preferred embodiment of the present invention. The power drill 10 has a general structure, that is, a motor 16, a gear train (gear train) 20.
And a tool blade accommodating chuck 22. The trigger switch 24 controls the supply of current to the motor 16 and can be used to change the motor speed to suit various uses of the power drill 10. The drill blade 26 is mounted within the tool blade receiving chuck 22 as shown. The drill blade 26 has a general configuration of flutedshank.
It has a (groove portion) 28 and a cutting tip portion (blade edge) 30.
【0015】図2は本発明の制御回路の好適実施例を概
略して示すブロック図である。制御回路12は、本発明
に従って通常動作(連続)およびパルスモード動作の両
方に対しモータ16へ電流を供給する。制御回路12
は、マイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータか
らなる小形コントローラ30を有する。電力供給回路3
2はAC(交流)電源ライン入力に接続され、小形コン
トローラ30を動作させるために適切なDC(直流)電
圧を供給する。図示するように、トリガースイッチ24
は小形コントローラ30へトリガー信号を供給する。こ
のトリガー信号はトリガースイッチがその工具の操作者
により手動操作されているときのトリガースイッチの位
置または設定を示す。要求されるなら、小形コントロー
ラ30は作動されたときに小形コントローラ30を再度
初期化させるリセット回路34を含むこともできる。FIG. 2 is a block diagram schematically showing a preferred embodiment of the control circuit of the present invention. The control circuit 12 supplies current to the motor 16 for both normal (continuous) and pulse mode operation in accordance with the present invention. Control circuit 12
Has a small controller 30 which is a microprocessor or a microcomputer. Power supply circuit 3
2 is connected to the AC (alternating current) power supply line input and supplies an appropriate DC (direct current) voltage for operating the small controller 30. As shown, the trigger switch 24
Supplies a trigger signal to the compact controller 30. The trigger signal indicates the position or setting of the trigger switch when the trigger switch is being manually operated by the operator of the tool. If required, the miniature controller 30 may also include a reset circuit 34 that reinitializes the miniature controller 30 when activated.
【0016】モータ16を操作する駆動電流は、トライ
アック(商標名であってゲート制御式半導体スイッチの
こと)駆動回路36により制御される。トライアック駆
動回路36は順に小形コントローラ30により供給され
る信号により制御される。電流センサ38はモータ16
およびトライアック駆動回路36に直列接続されてい
る。電流センサ38は、例えば低抵抗高ワット量の抵抗
器とすることができる。電流センサ38の電圧降下は実
際のモータの瞬間電流を示すものとして測定できる。瞬
間電流は、このように測定され、平均電流測定回路40
へ供給され、平均電流測定回路40は順に小形コントロ
ーラ30へその平均電流値を供給する。小形コントロー
ラ30はパルスモード動作への切換えまたはパルスモー
ド動作からの切換えかを評価するため平均電流を使用す
る。平均電流に加えて、小形コントローラ30には電流
検出回路42からの信号が供給される。電流検出回路4
2は、トライアック駆動回路36に接続され、トライア
ック駆動回路36が導通状態であることを示す信号を供
給する。何らかの理由でトライアックが小形コントロー
ラ30からの制御信号に応答してターンオンしなかった
とき、電流検出回路42はこのことを検出し、他の制御
信号が小形コントローラ30により送られるようにこの
ことを小形コントローラ30に知らせる。特にトライア
ックのゲート電圧が0(トライアックが非導通状態)の
とき、電流検出回路42はこの状態を示す信号を小形コ
ントローラ30へ供給する。The drive current for operating the motor 16 is controlled by a triac (trademark, gate control type semiconductor switch) drive circuit 36. The triac drive circuit 36 is in turn controlled by signals provided by the small controller 30. The current sensor 38 is the motor 16
And is connected in series to the triac drive circuit 36. The current sensor 38 can be, for example, a low resistance, high wattage resistor. The voltage drop of the current sensor 38 can be measured as an indication of the actual motor instantaneous current. The instantaneous current is measured in this way, and the average current measuring circuit 40
The average current measuring circuit 40 in turn supplies the average current value to the small controller 30. Small controller 30 uses the average current to evaluate whether to switch to or from pulse mode operation. In addition to the average current, the small controller 30 is supplied with a signal from the current detection circuit 42. Current detection circuit 4
2 is connected to the triac drive circuit 36 and supplies a signal indicating that the triac drive circuit 36 is in a conductive state. If, for some reason, the triac did not turn on in response to the control signal from the miniature controller 30, the current sensing circuit 42 would detect this and reduce this so that another control signal could be sent by the miniature controller 30. Notify the controller 30. In particular, when the gate voltage of the triac is 0 (the triac is in a non-conducting state), the current detection circuit 42 supplies a signal indicating this state to the small controller 30.
【0017】動作において、トリガースイッチ24はス
イッチ設定に比例して変化するトリガー信号を小形コン
トローラ30へ供給する。このトリガー信号に基づいて
小形コントローラ30は、トライアック駆動回路36を
導通させる制御信号を発生し、それによりモータ16へ
電流を流すことを可能とする。このモータを回転させる
モータ電流は略モータトルクに比例する。平均電流測定
回路40および電流センサ38は、モータ電流をモニタ
ーし、小形コントローラ30へ平均電流信号を供給す
る。この平均電流信号は、以下に説明するように、急迫
したストール(失速)条件が何時発生したかを検出する
ため小形コントローラ30により処理される。急迫した
ストール条件が検出されたとき、小形コントローラ30
はパルスモード動作に切換え、モータ16への急激なオ
ン/オフ電流パルスをトライアック駆動回路36に供給
さしめる。これらの電流パルスは、パルスモード動作中
に送られる平均トルクより各々が実質的に大きいピーク
トルクを有する一連のトルクパルスを与える。多くの場
合、これらのトルクパルスは、急激なインストールの原
因となる条件をクリアする。そうであれば、すなわちこ
のインストールの原因となる条件が解除されると、次に
小形コントローラ30はこの平均交流をモニターするこ
とによりこの条件の解除を検出し、通常モータ動作に自
動的に復帰する。In operation, the trigger switch 24 provides the small controller 30 with a trigger signal that varies proportionally to the switch setting. Based on this trigger signal, the small controller 30 generates a control signal for causing the triac drive circuit 36 to conduct, thereby allowing a current to flow to the motor 16. The motor current that rotates this motor is approximately proportional to the motor torque. Average current measurement circuit 40 and current sensor 38 monitor the motor current and provide an average current signal to small controller 30. This average current signal is processed by the small controller 30 to detect when an impending stall condition has occurred, as described below. When a urgent stall condition is detected, the small controller 30
Switches to pulse mode operation and supplies abrupt on / off current pulses to the motor 16 to the triac drive circuit 36. These current pulses provide a series of torque pulses each having a peak torque that is substantially greater than the average torque delivered during pulse mode operation. In many cases, these torque pulses clear the conditions that cause abrupt installation. If so, that is, if the condition causing this installation is removed, then the small controller 30 detects the release of this condition by monitoring this average AC and automatically returns to normal motor operation. .
【0018】本発明のパルスモード動作は、マイクロプ
ロセッサにより実行される種々の処理により実施可能で
ある。以下に2つの処理を説明する。第1の処理を図3
に示し、第2の処理を図5に示す。また、ACパワード
リル用モータ制御回路の詳細を図10に示す。さらに、
1つの考えられるパルスモードルーチン、すなわち偽コ
ードルーチンの詳細を以下に示す。The pulse mode operation of the present invention can be implemented by various processes executed by a microprocessor. Two processes will be described below. The first process is shown in FIG.
And the second process is shown in FIG. FIG. 10 shows details of the AC power drill motor control circuit. further,
The details of one possible pulse mode routine, the pseudocode routine, are given below.
【0019】 パルスモードルーチン 電流オン時間の初期化 電流オフ時間の初期化 パルスモードの存続時間の初期化 電流閾の初期化 パルスモード継続時間カウンタを開始 パルスモード継続時間が経過しない間 開始 〔オン時間としてモータにパルス入力〕 電流オン時間カウンタ開始 電流オン時間カウンタが経過しない間 電流のターンオン モータの平均電流を測定 モータの平均電流が電流閾より低いとき モータパルスルーチンへ移行 〔ストールが解放されたとき早期に移行〕 他の場合、 スイッチが開のとき、 モータパルスルーチンへ移行 〔スイッチが開のとき早期に移行〕 他の場合、 終了、一方 〔モータのパルス入力オンオフ時間〕 電流のターンオフ 電流オフ時間カウンタの開始 電流オフ時間カウンタが経過しない間 スイッチが開のとき、 モータパルスルーチンへ移行 〔スイッチが開のとき早期に移行〕 終了、一方 〔パルスモード継続時間が経過するまで上記の繰り返し〕 モータの電力供給をターンオフ トリガースイッチのロックアウト(物理的リセット位置まで) 終了Pulse mode routine Initialization of current on time Initialization of current off time Initialization of duration of pulse mode Initialization of current threshold Initialization of pulse mode duration counter Start while pulse mode duration is not elapsed [On time As a pulse input to the motor] Current on-time counter start While current on-time counter has not elapsed Turn on current Measure motor average current When motor average current is lower than current threshold Move to motor pulse routine [When stall is released Early transition] In other cases, when the switch is open, shifts to the motor pulse routine [When switch is open, shifts to early] In other cases, it ends, while [motor pulse input on / off time] Current turn-off current off time Counter start Current off time When, the motor pulse routine is entered [earlier when the switch is open] ends, while [the above is repeated until the pulse mode duration elapses] the motor power supply is turned off and the trigger switch lockout (physical reset position) Until end
【0020】図3は本発明の第一実施例に係るモータ制
御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンはステ
ップ100で開始し、ステップ102では操作スイッチ
が閉じられているか否かを判別する。この操作スイッチ
は、例えばパワードリルの手動で作動するトリガースイ
ッチ24でよい。操作スイッチが閉じられていないと
き、モータへの電力は切りとされ(ステップ104)、
ステップ102へ戻る。操作スイッチが閉じられている
とき、電力はモータへ供給され(ステップ106)、モ
ータは工具によりモータに加えられた負荷に比例して電
流を流す。モータ電流はモニターされ(ステップ10
8)、モータ電流の変化率が測定される(ステップ11
0)。モータ電流の変化率が正のとき(ステップ11
2)、かつモータ電流の変化率が所定の閾を越えたとき
(ステップ114)、パルスルーチンが呼び出される
(ステップ116)。モータ電流の変化率が正でない
か、またはモータ電流の変化率が所定の閾を越えないと
き、本制御ルーチンはステップ102へ戻る。FIG. 3 is a flow chart of a motor control routine according to the first embodiment of the present invention. This routine starts at step 100, and at step 102 it is determined whether or not the operation switch is closed. This operating switch may be, for example, a manually operated trigger switch 24 of a power drill. When the operation switch is not closed, the power to the motor is cut off (step 104),
Return to step 102. When the operating switch is closed, power is supplied to the motor (step 106) and the motor conducts current in proportion to the load applied to the motor by the tool. The motor current is monitored (step 10
8) The rate of change of motor current is measured (step 11
0). When the rate of change of the motor current is positive (step 11
2) and when the rate of change of motor current exceeds a predetermined threshold (step 114), the pulse routine is called (step 116). When the rate of change of the motor current is not positive or the rate of change of the motor current does not exceed the predetermined threshold, the control routine returns to step 102.
【0021】図4は本発明の理解に有用なパルスモード
のタイムチャートである。本パルスモードのルーチンは
マイクロプロセッサにより実行される種々の処理により
実施可能である。上記偽コードルーチンはこのような処
理の一例を示す。この偽コードルーチンを参照すると、
この処理は電流オン時間と電流オフ時間とを定義する。
これらの時間は図4に示すモータ電流パルス波形を発生
させるために使用される。所望ならば、オン時間とオフ
時間とは等しく(デューティ比50%)でき、他のデュ
ーティ比でもよい。いくつかの実施例において、オン時
間とオフ時間はAC電源ラインの周波数から導かれる。
他に、オン時間とオフ時間は小形コントローラ30に搭
載のクロックにより発生することもできる。オン時間と
オフ時間を適切に選択することにより、パルス電流信号
の周波数はシステム設計中に設定できる。FIG. 4 is a time chart of a pulse mode useful for understanding the present invention. The pulse mode routine can be implemented by various processes executed by the microprocessor. The pseudo code routine above illustrates an example of such a process. With reference to this fake code routine,
This process defines a current on time and a current off time.
These times are used to generate the motor current pulse waveform shown in FIG. If desired, the on-time and off-time can be equal (duty ratio 50%) and other duty ratios may be used. In some embodiments, the on and off times are derived from the frequency of the AC power line.
Alternatively, the on-time and off-time can be generated by a clock mounted on the small controller 30. With proper choice of on-time and off-time, the frequency of the pulsed current signal can be set during system design.
【0022】本発明はオン時間とオフ時間を種々に組み
合わせた実施が可能であるが、工具のギアトレインの共
振周波数に対応したオン時間とオフ時間の選択によるも
のが有益である。典型的には動力工具のギアトレインに
はある程度のバックラッシュ(遊び)があり、このバッ
クラッシュはモータに動力が加えられる励磁位置と動力
が取り除かれる非励磁位置との間でモータの主軸を回転
可能とする。多くの物理的システムにおいて、モータと
そのギアトレイン特有の共振周波数、すなわち励磁状態
と非励磁状態との間で振動が最も自然に発生する周波数
を有する。パルス電流がこの自然周波数と同期して加え
られたとき、振動エネルギは増強される。この原理を例
証するため、バスケットボールが跳ね返り周波数に同期
して各跳ね返りの頂上でまたはその近傍で手でエネルギ
を加えることによってどのようにドリブルされるかを考
えてみることにする。エネルギは振動(跳ね返り)が増
強されるような適切な時間に加えられる。エネルギはほ
とんど同様な方法でこの振動ギアトレインシステムに加
えることができる。Although the present invention can be implemented in various combinations of on-time and off-time, it is advantageous to select the on-time and off-time corresponding to the resonance frequency of the gear train of the tool. Power tool gear trains typically have some degree of backlash (play) that causes the motor spindle to rotate between an excited position where power is applied to the motor and a non-excited position where power is removed. It is possible. In many physical systems, it has a resonance frequency that is characteristic of the motor and its gear train, that is, the frequency at which vibrations most naturally occur between excited and de-energized states. When a pulsed current is applied synchronously with this natural frequency, the vibrational energy is enhanced. To illustrate this principle, consider how a basketball is dribbled by applying energy by hand at or near the top of each bounce in synchronization with the bounce frequency. Energy is applied at appropriate times such that vibrations (rebounds) are enhanced. Energy can be applied to this oscillating gear train system in much the same way.
【0023】動力工具のギアトレインの特有共振周波数
は、前記偽コードルーチンに示された偽コードに記す手
順を用いて実験的に測定できる。特有共振周波数を検出
するため、マイクロコントローラは工具のトルク出力が
測定される間に種々のオン時間とオフ時間の範囲を反復
的に選択するようプログラムされる。これらの最大トル
ク出力に相当するオン時間とオフ時間の値は、ギアトレ
インシステム(またはある場合はこれらのハーモニッ
ク)の特有共振周波数に相当する。The characteristic resonant frequency of the power tool gear train can be measured empirically using the procedure described in Pseudo Code shown in the Pseudo Code Routine above. To detect the characteristic resonant frequency, the microcontroller is programmed to iteratively select various on and off time ranges while the torque output of the tool is measured. The on-time and off-time values corresponding to these maximum torque outputs correspond to the characteristic resonant frequencies of the gear train system (or their harmonics, if any).
【0024】前記偽コードルーチンに示される偽コード
リストを参照すると、この処理もまたパルスモードの継
続時間を定義する。図4にもまた示されるように、パル
スモードの継続時間はパルスモードルーチンが呼び出さ
れたときに動作する予め決定した時間である。本発明の
好適実施例はパルスモードのパルス継続時間が経過した
後に、所定の条件下でパルスモードルーチンを終結す
る。したがって、ストール条件が予め定義したパルスモ
ードのパルス継続時間内で除去されないとき、モータは
焼損を避けるべく停止する。Referring to the bogus code listing shown in the bogus code routine, this process also defines the duration of the pulse mode. As also shown in FIG. 4, the duration of the pulse mode is a predetermined time that runs when the pulse mode routine is called. The preferred embodiment of the present invention terminates the pulse mode routine under certain conditions after the pulse duration of the pulse mode has elapsed. Thus, if the stall condition is not removed within the pulse duration of the predefined pulse mode, the motor will stop to avoid burnout.
【0025】前記偽コードの処理はまた、急迫したスト
ール条件がクリアーされているのでパルスモードルーチ
ンが終結できる電流閾を定義する。この処理は、上記値
を初期化することによって開始する。次いで、パルスモ
ードのパルス継続時間カウンタが開始される。ルーチン
の残りの処理はパルスモードのパルス継続時間カウンタ
が経過する(カウントアップする)までの間に実行され
る。The processing of the false code also defines the current threshold at which the pulse mode routine can terminate because the imminent stall condition has been cleared. This process starts by initializing the above values. The pulse duration counter in pulse mode is then started. The rest of the routine is executed until the pulse duration counter in the pulse mode elapses (counts up).
【0026】モータの電流は電流オン時間により指令さ
れている間ターンオンされる。これは電流オン時間カウ
ンタを開始し、次いで電流オン時間カウンタが経過する
までの間モータ電流をターンオンすることにより達成さ
れる。モータ電流がターンオンの間、電流検出システム
は平均モータ電流を測定する。好ましくは、この測定は
上述の回路を用いてサイクルサイクルに基づいて行われ
る。平均モータ電流が初期化された電流閾より小さいと
き、モータパルスルーチンは早くに終了する。また、電
流オンタイマが経過しないときに操作者がスイッチを開
いたとき、モータパルスルーチンは終了する。The motor current is turned on while commanded by the current on time. This is accomplished by starting the current on-time counter and then turning on the motor current until the current on-time counter expires. While the motor current is turning on, the current sensing system measures the average motor current. Preferably, this measurement is done on a cycle-by-cycle basis using the circuit described above. When the average motor current is less than the initialized current threshold, the motor pulse routine ends prematurely. Also, when the operator opens the switch when the current-on timer has not elapsed, the motor pulse routine ends.
【0027】オンタイマが経過した後オフタイマが測定
される。モータ電流はターンオフされ電流オフ時間カウ
ンタが開始する。電流オフ時間カウンタが経過するま
で、操作者がこのスイッチを開いたか否かを見るようル
ーチンはモニタする。このモニタ結果がYESのときは
モータパルスルーチンは終了する。モータオフ時間が経
過した後、制御はこの処理のオン時間セグメントへブラ
ンチ(分岐)して戻り、それによりこのサイクルはパル
スモードのパルス継続時間が経過するまで繰り返され
る。The off-timer is measured after the on-timer has elapsed. The motor current is turned off and the current off time counter starts. The routine monitors to see if the operator has opened this switch until the current off time counter has expired. When the result of this monitor is YES, the motor pulse routine ends. After the motor off time has elapsed, control branches back to the on time segment of the process so that the cycle repeats until the pulse duration of the pulse mode has elapsed.
【0028】パルスモードのパルス継続時間カウンタが
経過したとき、ストール条件がクリアーされないときに
のみ1つの条件が達せられ、モータへの動力はスイッチ
オフに切換えられ、ブレーキが加えられ、所望なら、操
作者により物理的にリセットされるまでトリガースイッ
チはロックアウトされる。When the pulse duration counter in pulse mode has expired, one condition is reached only if the stall condition is not cleared, the power to the motor is switched off, the brake is applied and, if desired, the operation. The trigger switch is locked out until it is physically reset by the operator.
【0029】図5は本発明の第二実施例に係るモータ制
御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンはステ
ップ130から始まり、ステップ132では先ずトリガ
ースイッチ24の現在の設定を測定するためトリガーの
移動を測定する。次いでスイッチ134では、平均モー
タ電流が測定され、スイッチ136ではモータへの印加
電圧がトリガーの移動に比例して設定される。このよう
に、モータはトリガーの設定により指令された速度で運
転されるよう設定される。FIG. 5 is a flow chart of a motor control routine according to the second embodiment of the present invention. The routine begins at step 130 and at step 132 first measures the movement of the trigger to measure the current setting of the trigger switch 24. The switch 134 then measures the average motor current and the switch 136 sets the voltage applied to the motor in proportion to the movement of the trigger. In this way, the motor is set to operate at the speed commanded by the setting of the trigger.
【0030】図5で示す第二実施例において、トリガー
の travel (移動)またはmovement(運動)における変
化が所定の閾より大きいときにのみパルスモード動作が
実行される。したがって、ステップ138において、ト
リガーの移動における変化はデルタトリガー閾と比較さ
れる。トリガーの移動における変化が閾より大きくない
とき、制御は単にステップ132へ戻る。他の場合は、
制御はステップ140へ進み、そこで絶対値の電流は絶
対値の電流閾と比較される。その絶対値の電流がその電
流閾より大のとき、パルスモード動作が開始される(ス
テップ142)。その絶対値の電流がその電流閾以下の
とき、制御はステップ144へ進み、平均電流における
時間変化率が分析される。平均電流における時間変化
(di/dt)が上限閾より大のとき、または2つの連
続サイクルを越える中間閾より大のとき、パルスモード
動作は開始される(ステップ142)。これらのテスト
の何れも満足されないとき、制御は132へ戻る(ステ
ップ144)。In the second embodiment shown in FIG. 5, pulse mode operation is only performed when the change in travel or movement of the trigger is greater than a predetermined threshold. Therefore, in step 138, the change in trigger movement is compared to the delta trigger threshold. When the change in trigger movement is not greater than the threshold, control simply returns to step 132. In other cases,
Control proceeds to step 140, where the absolute current is compared to the absolute current threshold. When the absolute value of the current is greater than the current threshold, pulse mode operation is initiated (step 142). When the absolute current is less than or equal to the current threshold, control proceeds to step 144 and the rate of change in average current over time is analyzed. Pulse mode operation is initiated (step 142) when the time change in average current (di / dt) is greater than an upper threshold or greater than an intermediate threshold over two consecutive cycles. If none of these tests are satisfied, control returns to 132 (step 144).
【0031】モータは何かのイベントが発生するまでパ
ルスモード動作に留まる。ステップ146と148にお
いて示したように、パルスモード動作中に平均電流が上
限閾より大きいとき、モータは停止される。また、ステ
ップ150に示されるように平均電流が下限閾より小さ
いとき、パルスモード動作は終結し、制御はステップ1
32へ戻る。The motor remains in pulse mode operation until some event occurs. As shown in steps 146 and 148, the motor is stopped when the average current is greater than the upper threshold during pulse mode operation. Also, when the average current is less than the lower threshold as shown in step 150, pulse mode operation is terminated and control proceeds to step 1
Return to 32.
【0032】図6は通常モード動作およびパルスモード
動作におけるモータの制御方法を示す時間関数としての
モータ電流を示す図である。図6は他の例として、本発
明に装備されたパワードリルのモータ電流を図示したも
のである。モータのトルクはモータの電流に比例する。
それゆえ図6の描写はまたモータトルクがどのように制
御されるかを示すものである。工具がスイッチオンされ
たとき、工具は最高速度まで加速されるのでモータ電流
は図中Aに示すように急激に上昇する。その後にモータ
電流は図中Bに示すように通常動作電流に落ち着く。加
工物がドリルされるとき、モータ電流は加工物の固さの
変化や操作者の印加力に依存して上下に僅かに変動す
る。これらの小さな変化の他に、モータ電流は図6の挿
入図Iに示すようにドリルビット(穴あけ工具)が加工
物内へ進むとき略一定である。FIG. 6 is a diagram showing the motor current as a function of time showing the method of controlling the motor in the normal mode operation and the pulse mode operation. FIG. 6 illustrates, as another example, the motor current of the power drill equipped in the present invention. Motor torque is proportional to motor current.
Therefore, the depiction in FIG. 6 also shows how the motor torque is controlled. When the tool is switched on, it accelerates to full speed and the motor current rises sharply as shown at A in the figure. After that, the motor current settles to the normal operation current as shown by B in the figure. When the work piece is drilled, the motor current fluctuates slightly up and down depending on the hardness of the work piece and the applied force of the operator. In addition to these small changes, the motor current is approximately constant as the drill bit advances into the workpiece as shown in inset I of FIG.
【0033】ブレークスルー(打ち破り)が発生したと
き、挿入図IIに示すように、モータ電流は図中Cに示す
ように急激に上昇する。特に、モータ電流における変化
率は図中Aに示す最初の加速中より急激である。このモ
ータ電流が急激に上昇する理由は加工物の出口側におけ
る穴が完全には丸くはなっておらず、ばりまたはドリル
ビットの溝部にたまった材料の取り除かれない部分を有
し得るからである。When a breakthrough occurs, the motor current sharply rises as shown in C in the figure as shown in the inset II. In particular, the rate of change in the motor current is steeper than during the initial acceleration shown by A in the figure. The reason for this sudden increase in motor current is that the holes on the exit side of the work piece are not perfectly round and can have irremovable material in the burrs or drill bit grooves. .
【0034】モータ電流における急激な上昇が本発明に
より検出されたとき、パルスモードルーチンが呼び出さ
れ、図中Dに示すようにモータ電流がパルス状に流れ
る。このパルスモード動作中に生じるモータ電流(トル
ク)のピークはこの期間中の平均モータ電流(トルク)
より実質的に大きいことは注意すべきことである。ピー
クモータ電流およびピークトルクはまた図中Bに示すよ
うに通常ドリル中、平均トルクより実質的に大きい。図
中Eにおいて最大値に達するピーク電流は、その後相次
ぐピークをもって減少することも注意すべきことであ
る。最後に、ピーク電流は図中Fにおいて閾電流まで降
下し、そこで通常(非パルス)動作が再開される。When a rapid rise in motor current is detected by the present invention, the pulse mode routine is called and the motor current flows in pulses, as shown at D in the figure. The peak of the motor current (torque) that occurs during this pulse mode operation is the average motor current (torque) during this period.
It should be noted that it is substantially larger. Peak motor current and peak torque are also substantially greater than average torque during normal drilling, as shown at B in the figure. It should also be noted that the peak current reaching the maximum value in E in the figure decreases with successive peaks. Finally, the peak current drops to the threshold current at F in the figure, where normal (non-pulsed) operation is resumed.
【0035】パルス動作モードにおいて各パルス電流が
流れる間、ドリルビットの切削端部はチゼル(のみ、た
がね)のように、バール(ばり,切り口のぎざぎざやま
くれ)または加工物の削り残された加工物に衝突するよ
う駆動される。各衝突の後、ギアトレインが解放される
ことを可能とし、ドリルビットの切削端部が次の衝突の
ため僅かに後退することを可能とする。このように、ド
リルビットの切削端部はチョッピング動作を有効にし、
各チョップ中に発生したピークトルクは実質的にモータ
が他も場合に供給できる平均トルクより大きい。このパ
ルス動作は工具が残されたばりまたは他の材料の障害物
をブレークスルー(打ち破る)ことを可能とする。この
ブレークスルーが発生した後、工具は通常動作を再開
し、それゆえ挿入図III に示されるように穴はさらに清
掃され得る。パルス動作はまた上述の条件が発生したこ
とを操作者に警告する。While each pulse current is flowing in the pulse operation mode, the cutting end of the drill bit is left uncut like a chisel (only chisel) or a burr (burr). Driven to collide with the workpiece. After each crash, the gear train is allowed to release, allowing the cutting end of the drill bit to retract slightly for the next crash. In this way, the cutting end of the drill bit enables chopping motion,
The peak torque generated during each chop is substantially greater than the average torque that the motor could otherwise provide. This pulsing action allows the tool to break through burrs or other material obstructions left behind. After this breakthrough occurs, the tool resumes normal operation, so the hole can be further cleaned as shown in inset III. The pulsed operation also alerts the operator that the above conditions have occurred.
【0036】この全パルス動作中トリガースイッチはオ
ンのままに、すなわち工具の操作者により作動されたま
まに残されることは明白である。システムはモータ電流
における急激な上昇が指令されるときに自動的にパルス
モード動作に入り、操作者はドリルまたは切削動作に集
中している間、単にトリガースイッチを閉じの状態に保
持し続けることができる。Obviously, the trigger switch remains on, ie activated by the tool operator, during this full pulse operation. The system will automatically enter pulse mode operation when a sudden rise in motor current is commanded, and the operator can simply keep the trigger switch closed while concentrating on the drill or cutting operation. it can.
【0037】パルスモード動作がストール条件に打ち勝
つことができないとき、所定パルスモードのパルス継続
時間が経過した後モータは停止する。When the pulse mode operation cannot overcome the stall condition, the motor is stopped after the pulse duration of the predetermined pulse mode has elapsed.
【0038】図6における挿入図I〜III によりドリル
ビットを示したが、本発明は上述したような他の形式の
動力工具にもまた有用である。動力鋸の場合、潜在的ス
トール条件は切削が完了した後に発生し得る。そして取
り除かれた材料の部分は鋸刃とリップフェンス(引き裂
き防御部)または他のガイドとの間で詰まる。パルスモ
ード動作のパルスの作動はしばしば詰まることのない加
工物を振動し、また操作者にこの条件を警告する。この
ように、本発明はドリルや鋸を含む広範囲の動力工具に
適用できる。Although a drill bit is shown by insets I-III in FIG. 6, the present invention is also useful with other types of power tools as described above. In the case of power saws, potential stall conditions can occur after cutting is complete. The stripped material then jams between the saw blade and the rip fence or other guide. The actuation of pulses in pulse mode operation often vibrates the unobstructed workpiece and also alerts the operator to this condition. Thus, the present invention is applicable to a wide range of power tools including drills and saws.
【0039】図5に示すモータ制御ルーチンをより詳細
に理解するため図7、8および9を参照して以下に説明
する。これらの図は(ラインサイクルで測定した)時間
関数としてのモータの平均電流(小形コントローラ30
のアナログ/デジタル変換回路により出力されたA/D
変換値)を示す。A more detailed understanding of the motor control routine shown in FIG. 5 is described below with reference to FIGS. 7, 8 and 9. These figures show the average current of the motor as a function of time (measured in line cycles) (small controller 30
A / D output by the analog / digital conversion circuit of
Conversion value).
【0040】図5の好適実施例はACライン周波数に同
期したパルスモード動作を実行する例を示す。前述の偽
コードリストにおいて、パルスモード動作が必ずしもラ
イン周波数に同期されないさらに一般化された場合が示
されている。偽コードリストにおいて、オンオフ時間は
マイクロプロセッサのクロック回路により測定された如
何なる値でもよい。図7〜9に示される実施例におい
て、オンオフ時間はマイクロプロセッサのクロック回路
を使用する代わりにACサイクルの予め決定された数を
計数することにより測定される。AC動力工具に対し、
図7〜9の実施例は好適である。コードレスのバッテリ
により駆動される動力工具のようなDCにより駆動され
る動力工具に対し、マイクロプロセッサのクロックに基
づいた実施例が使用できる。The preferred embodiment of FIG. 5 shows an example of performing pulse mode operation synchronized to the AC line frequency. In the false code listing above, a more generalized case is shown where pulse mode operation is not necessarily synchronized to line frequency. In the fake code list, the on / off time can be any value measured by the clock circuit of the microprocessor. In the embodiment shown in FIGS. 7-9, the on / off time is measured by counting a predetermined number of AC cycles instead of using the clock circuit of the microprocessor. For AC power tools,
The embodiment of Figures 7-9 is preferred. For DC-powered power tools, such as cordless battery-powered power tools, the microprocessor clock-based embodiment can be used.
【0041】図7は本発明の動作の理解に有用な時間関
数(ラインサイクル)としてのモータ電流(デジタル
値)を示す図である。図7は図5のシステムの動作の一
例を示す。図中Aで示すようにスイッチがターンオンし
た後、図中Bで示すようにモータの平均電流は安定した
動作値で落ち着く。この電流は急迫したストール条件無
しの通常工具動作を示す。図中Cで電流は急激に上昇
し、急迫したストール条件を示す。図5に示されるよう
に、急迫したストール条件は下記の2つの条件の内1つ
が満足されたときに発生する。 条件1:時間の関数としてモータの平均電流が予め決定
したデルタ閾より大であること。図7は予め決定した電
流上昇率または傾斜に対応する変化率または第1の導関
数の値としてのこのデルタ閾を示す。 条件2:モータの平均電流が絶対値の閾を越えること。
図7は示される下限の閾を越える電流としての絶対値の
閾を示す。これらの2つの条件が一度満たされたとき
(この場合、第1の条件が満たされたとき)、パルスモ
ード動作が開始される。急迫するストールする条件の原
因が所定時間後(ラインサイクルの予め決定した数が計
数された後)に明瞭でないとき、図中Gで示すようにモ
ータは停止される。停止はこの場合平均電流が上限閾を
越えるので生じる。FIG. 7 is a diagram showing a motor current (digital value) as a time function (line cycle) useful for understanding the operation of the present invention. FIG. 7 shows an example of the operation of the system of FIG. After the switch is turned on as shown by A in the figure, the average current of the motor settles at a stable operation value as shown by B in the figure. This current indicates normal tool operation without imminent stall conditions. At C in the figure, the current sharply rises, indicating an imminent stall condition. As shown in FIG. 5, the imminent stall condition occurs when one of the following two conditions is satisfied. Condition 1: The average motor current as a function of time is greater than a predetermined delta threshold. FIG. 7 shows this delta threshold as the rate of change or the value of the first derivative corresponding to a predetermined rate of current rise or slope. Condition 2: The average current of the motor exceeds the threshold of absolute value.
FIG. 7 shows the absolute threshold as the current exceeds the lower threshold shown. When these two conditions are met once (in this case, the first condition is met), pulse mode operation is initiated. When the cause of the imminent stalling condition is not clear after a predetermined time (after the predetermined number of line cycles have been counted), the motor is stopped, as indicated by G in the figure. Stopping occurs in this case because the average current exceeds the upper threshold.
【0042】図8は本発明の動作の理解に有用な時間関
数(ラインサイクル)としてのモータ電流(デジタル
値)を示す図である。図8は図中Cで示すようにモータ
の電流がパルスモード動作に入り、次いで図中Fで示す
ように通常動作に戻ることを示す。通常動作はモータの
電流が下限の閾以下に降下するので再開される。FIG. 8 is a diagram showing a motor current (digital value) as a time function (line cycle) useful for understanding the operation of the present invention. FIG. 8 shows that the motor current enters pulse mode operation as indicated by C in the figure and then returns to normal operation as indicated by F in the figure. Normal operation is resumed as the motor current drops below the lower threshold.
【0043】図9は本発明の動作の理解に有用な時間関
数(ラインサイクル)としてのモータ電流(デジタル
値)を示す図である。図9は図中Cで示すようにパルス
モード動作が開始しモータの停止を呼び出すことなくこ
のモードを続ける場合を示す。このモータのピーク電流
はパルスモード動作中において上限電流閾以下に降下す
る。何故ならば、上限閾は到達されず、パルスモード動
作は続行するからである。図9を図7と比較すると、図
7において平均電流のピーク等はパルスモード動作中上
限閾を越える。したがって、図7においてパルスモード
動作は終結し、モータは図中Gで停止し、一方図9にお
いてパルスモードは終結しない。FIG. 9 is a diagram showing a motor current (digital value) as a time function (line cycle) useful for understanding the operation of the present invention. FIG. 9 shows a case where the pulse mode operation is started as shown by C in the figure and this mode is continued without calling the stop of the motor. The peak current of this motor drops below the upper current threshold during pulse mode operation. This is because the upper threshold is not reached and pulse mode operation continues. When FIG. 9 is compared with FIG. 7, the peak of the average current in FIG. 7 exceeds the upper limit threshold during the pulse mode operation. Therefore, in FIG. 7, pulse mode operation is terminated and the motor is stopped at G in the figure, while in FIG. 9 pulse mode is not terminated.
【0044】図10は本発明のAC動力ドリル用への実
施例におけるモータ制御回路の詳細電気回路図である。
図10の実施例における一群の構成要素は図2のブロッ
ク図の構成要素に対応する。したがって、これらの回路
の構成要素の機能における概略は図2を参照できる。図
10を参照すると、本発明の好適動力用電源供給回路3
2は5VDCと12VDCとを含む低電圧電源電圧を回
路の種々の部分に供給するためツェナーダイオードを使
用している。FIG. 10 is a detailed electrical schematic diagram of a motor control circuit in an embodiment for an AC power drill of the present invention.
The group of components in the embodiment of FIG. 10 corresponds to the components of the block diagram of FIG. Therefore, reference can be made to FIG. 2 for an overview of the function of the components of these circuits. Referring to FIG. 10, a preferred power supply circuit 3 for power of the present invention
2 uses Zener diodes to supply low voltage power supply voltages including 5 VDC and 12 VDC to various parts of the circuit.
【0045】図10の回路は、図示するピンアウトによ
り接続される小形コントローラ回路ST6210Aを用いて構
成できる。共振器200は小形コントローラ30の適切
なクロック周波数を保持する。トリガースイッチ回路2
4は小形コントローラ30のA/D入力ピン10に接続
される。小形コントローラ30はしたがってトリガース
イッチの設定をモニターできる。ACライン周波数は高
インピーダンス入力ピン8に接続される検出用抵抗器2
02を介して小形コントローラ30に供給される。これ
は小形コントローラ30に信号を供給し、その信号から
同期用およびパルスモード動作の比率を制御する時間ベ
ースの発生用としてACライン周波数を得ることができ
る。The circuit of FIG. 10 can be constructed using a small controller circuit ST6210A connected by the pinout shown. Resonator 200 holds the appropriate clock frequency for small controller 30. Trigger switch circuit 2
4 is connected to the A / D input pin 10 of the small controller 30. The compact controller 30 can therefore monitor the setting of the trigger switch. AC line frequency is a detection resistor 2 connected to high impedance input pin 8
It is supplied to the small controller 30 via 02. It supplies a signal to the miniature controller 30 from which the AC line frequency can be obtained for synchronization and for generating a time base controlling the ratio of pulse mode operation.
【0046】所定の条件下で、小形コントローラ30は
光学的表示のためLEDへの電源を切る。小形コントロ
ーラ30はこのためトランジスタ204のベースへ供給
される信号をピン12へ供給する。それゆえ、小形コン
トローラ30はピン15がプルアップ抵抗器206を介
してDC5V電源に接続されるトライアック駆動回路の
状態をモニターできる。ピン15はまた抵抗器208を
介してトライアック36のトリガー端子に接続される。
トライアックの状態により、小形コントローラ30のピ
ン15は低い電圧に抑えられ、それによりトライアック
駆動回路の状態における変化を信号出力する。Under certain conditions, the miniature controller 30 powers off the LEDs for optical display. Small controller 30 therefore provides a signal on pin 12 which is provided to the base of transistor 204. Therefore, the miniature controller 30 can monitor the status of the TRIAC drive circuit in which pin 15 is connected to the DC 5V power supply through the pull-up resistor 206. Pin 15 is also connected to the trigger terminal of triac 36 via resistor 208.
Due to the triac state, pin 15 of the miniature controller 30 is held low, thereby signaling a change in the state of the triac drive circuit.
【0047】小形コントローラ30はピン19を介して
トライアック駆動回路36の動作を制御する。ピン19
はトライアック駆動回路用のトランジスタ212のベー
スに接続される。可変デューティサイクルの交流信号が
トランジスタ212に加えられ、順にトライアックを作
動する。トライアックは図示のようにモータ回路のニュ
ートラル(接地)側に接続される。The small controller 30 controls the operation of the triac drive circuit 36 via the pin 19. Pin 19
Is connected to the base of a transistor 212 for the triac drive circuit. A variable duty cycle AC signal is applied to transistor 212, which in turn activates the triac. The triac is connected to the neutral (ground) side of the motor circuit as shown.
【0048】モータが動作するにつれて、モータ電流は
電流検出抵抗器38を流れる。電流検出抵抗器38は低
抵抗(0.01Ω)高出力のものがよい。電流検出抵抗
器38の電圧降下は平均電流モニター回路40により測
定される。平均電流モニター回路40の出力は小形コン
トローラ30のA/D入力ピン11に供給される。この
信号はパルスモード動作のオンオフ切換え時刻およびモ
ータへの電力供給遮断時刻を決定するために使用され
る。As the motor operates, motor current flows through the current sense resistor 38. The current detection resistor 38 preferably has a low resistance (0.01Ω) and a high output. The voltage drop across the current sense resistor 38 is measured by the average current monitor circuit 40. The output of the average current monitor circuit 40 is supplied to the A / D input pin 11 of the small controller 30. This signal is used to determine when to turn on and off pulse mode operation and when to shut off power to the motor.
【0049】本発明の好適平均電流モニター回路40は
サイクルサイクルに基づいた平均電流測定を実行する。
演算増幅器214は電流検出抵抗器38を測定して得ら
れた降下電圧をミラー(反映)する。この反映された電
圧はトランジスタ216のベースに供給され、トランジ
スタ216と抵抗器220の値によって設定された電圧
を保持するためコンデンサ218を介して電流を取り出
す。サイクルサイクルのモータ電流iave はコンデンサ
218上の電圧Vc から下式を用いて計算できる。ここ
で、Rs は抵抗器38の抵抗値、Ri は抵抗器220の
抵抗値、TはACライン電流の周期である(例えば10
msec)。 iave =(Ri C/Rs T)・Vc The preferred average current monitor circuit 40 of the present invention performs cycle-based average current measurements.
The operational amplifier 214 mirrors (reflects) the voltage drop obtained by measuring the current detection resistor 38. This reflected voltage is supplied to the base of transistor 216 and draws current through capacitor 218 to hold the voltage set by the values of transistor 216 and resistor 220. The cycle motor current i ave can be calculated from the voltage V c on capacitor 218 using the following equation: Here, R s is the resistance value of the resistor 38, R i is the resistance value of the resistor 220, and T is the period of the AC line current (for example, 10).
msec). i ave = (R i C / R s T) · V c
【0050】コンデンサ218上の電圧Vc は抵抗器2
21を介してA/D入力ピン11へ供給される。小形コ
ントローラによるA/D変換が一度完了すると、ピン1
1は出力ハイの状態に設定され、電流の次の正の半サイ
クルを受けるようサイクルサイクルの平均電流回路をリ
セットするため抵抗器221を介してコンデンサ218
は放電する。平均電流回路をリセットすることにより、
システムがモータの平均電流をラインサイクルの応答時
間で測定することを可能とする。これはモータ電流の急
激な上昇を正確かつ瞬時に検出するときに重要である。The voltage V c on capacitor 218 is determined by resistor 2
It is supplied to the A / D input pin 11 via 21. Once A / D conversion by the small controller is completed, pin 1
1 is set to a state of output high and capacitor 218 via resistor 221 resets the average current circuit of the cycle cycle to receive the next positive half cycle of current.
Discharges. By resetting the average current circuit,
Allows the system to measure the average current of the motor with the response time of the line cycle. This is important when accurately and instantaneously detecting a sudden increase in motor current.
【0051】以上の説明から、本発明は急迫するストー
ル条件を検出しある場合はそのストール条件を克服する
ため各種の動力工具と一体化可能なモータ制御回路およ
び制御方法を提供する。操作者がブレークスルー時の留
まりやキックバック条件のようなストール条件を気にす
ることなくドリルまたは切削を正確に行うことに専念で
きるので、本発明を装備することにより動力工具は操作
がより容易かつ便利となる。他の利点として、急迫する
ストール条件が発生したとき、本発明のパルス動作はそ
のストール条件が克服されるようにトルクのバースト
(連発)を与えるが、平均トルクが低いままであるので
操作者はこのトルクを感じることはない。このパルスの
動作は、しかしながら潜在的ストール条件が存在すると
いう操作者への警告として働く。したがって、本発明を
装備した動力工具が操作者の手にからまるという傾向が
少なくなる。From the above description, the present invention provides a motor control circuit and a control method which can be integrated with various power tools in order to detect an urgent stall condition and overcome the stall condition in some cases. By equipping the present invention, the power tool is easier to operate because the operator can concentrate on making accurate drills or cuts without worrying about stall conditions such as breakthrough stalls and kickback conditions. And it becomes convenient. As another advantage, when an urgent stall condition occurs, the pulsed operation of the present invention provides a burst of torque so that the stall condition is overcome, but the average torque remains low so the operator You will never feel this torque. The action of this pulse, however, serves as a warning to the operator that a potential stall condition exists. Therefore, the power tool equipped with the present invention is less likely to get caught in the operator's hand.
【0052】以上本発明の好適実施例を説明してきた
が、本発明の請求項に記載した範囲内で本発明の修正や
変形は可能であることが理解できる。例えば、本発明は
第一にACパワードリルの応用について開示されたがバ
ッテリを用いた動力工具にも等しく応用できる。Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, it can be understood that the present invention can be modified or altered within the scope of the claims of the present invention. For example, although the present invention was first disclosed for AC power drill applications, it is equally applicable to battery powered power tools.
【0053】[0053]
【発明の効果】本発明によれば、ブレークスルー(打ち
破り)時に形成されるばりで束縛されるドリルビットに
より動力が中断されたとき、ストール条件を繰り返すこ
となく、かつモータへの動力の再中断を引き起こすとな
く、操作者が穴から完全にばりをなくすようにばりを破
壊し穴あけを完成することを中断なしに可能とし、すな
わち、キックバック条件を検出し阻止するために有効な
だけでなく、操作者が邪魔を克服し意図された仕事を完
成することにも有効とするモータを有する動力工具の制
御方法および制御回路が提供できる。According to the present invention, when power is interrupted by a burr-constrained drill bit formed during breakthrough, the motor is re-interrupted without repeating stall conditions. It allows the operator to break the burr and complete the drilling without interruption, so as to eliminate the burr completely from the hole, i.e. not only useful for detecting and blocking kickback conditions. A control method and a control circuit for a power tool having a motor that is effective for an operator to overcome obstacles and complete an intended work can be provided.
【図1】本発明の制御回路を使用可能な典型的可変速パ
ワードリルの側面図である。FIG. 1 is a side view of a typical variable speed power drill that can use the control circuit of the present invention.
【図2】本発明の制御回路の好適実施例を概略して示す
ブロック図である。FIG. 2 is a block diagram schematically showing a preferred embodiment of the control circuit of the present invention.
【図3】本発明の第一実施例に係るモータ制御ルーチン
のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of a motor control routine according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の理解に有用なパルスモードのタイムチ
ャートである。FIG. 4 is a time chart of a pulse mode useful for understanding the present invention.
【図5】本発明の第二実施例に係るモータ制御ルーチン
のフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart of a motor control routine according to a second embodiment of the present invention.
【図6】通常モード動作およびパルスモード動作におけ
るモータの制御方法を示す時間関数としてのモータ電流
を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing motor current as a function of time showing a method of controlling a motor in normal mode operation and pulse mode operation.
【図7】本発明の動作の理解に有用な時間関数(ライン
サイクル)としてのモータ電流(デジタル値)を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing a motor current (digital value) as a time function (line cycle) useful for understanding the operation of the present invention.
【図8】本発明の動作の理解に有用な時間関数(ライン
サイクル)としてのモータ電流(デジタル値)を示す図
である。FIG. 8 is a diagram showing a motor current (digital value) as a time function (line cycle) useful for understanding the operation of the present invention.
【図9】本発明の動作の理解に有用な時間関数(ライン
サイクル)としてのモータ電流(デジタル値)を示す図
である。FIG. 9 is a diagram showing a motor current (digital value) as a time function (line cycle) useful for understanding the operation of the present invention.
【図10】本発明のAC動力ドリル用への実施例におけ
るモータ制御回路の詳細電気回路図である。FIG. 10 is a detailed electrical schematic of a motor control circuit in an embodiment for an AC power drill of the present invention.
10…パワードリル 12…制御回路 16…モータ 20…ギアトレイン 22…工具用刃収容チャック 24…トリガースイッチ 26…ドリル用刃 28…溝部 30…切削先端部(刃先) 10 ... Power drill 12 ... Control circuit 16 ... Motor 20 ... Gear train 22 ... Tool blade accommodating chuck 24 ... Trigger switch 26 ... Drill blade 28 ... Groove 30 ... Cutting tip (blade tip)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール ジー.ヒューバー アメリカ合衆国,メリーランド 21131, ホーニックス,マノアー ロード 14710 (72)発明者 ファルガン パーテル アメリカ合衆国,メリーランド 21009, アビンドン,チェベーリー コート 3337 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Paul G. Huber United States, Maryland 21131, Hornix, Manor Road 14710 (72) Inventor Fargan Patel, Maryland 21009, Abingdon, Cheberley Court 3337
Claims (21)
作動されたときモータの出力回転軸にトルクが加えられ
るモータを有する動力工具の制御方法であって、 急迫するストール条件の開始を示すモータパラメータを
検出し、 前記スイッチが作動されたままのとき、トルクパルスが
連続供給される間に伝えられる平均トルクより実質的に
大きいピークトルクを有する一連のトルクパルスを複数
回モータへ伝えるようパルス入力することを特徴とする
動力工具の制御方法。1. A method of controlling a power tool having a motor in which a torque is applied to an output rotary shaft of the motor when actuated by a switch operable by an operator, wherein a motor parameter indicating the start of an imminent stall condition is set. Detecting and pulsing a series of torque pulses to the motor a plurality of times having a peak torque substantially greater than the average torque transmitted while the torque pulse is continuously supplied when the switch remains activated. A method for controlling a power tool, characterized by:
の前記検出されたモータパラメータの使用をさらに含む
ブレークスルー条件下でドリルを制御する請求項1に記
載の動力工具の制御方法。2. The method of controlling a power tool of claim 1, wherein the drill is controlled under breakthrough conditions further comprising the use of the detected motor parameter as an indication of the start of breakthrough.
記検出されたモータパラメータの使用をさらに含むキッ
クバック条件下で鋸を制御する請求項1に記載の動力工
具の制御方法。3. The method of controlling a power tool of claim 1, wherein the saw is controlled under kickback conditions further comprising using the detected motor parameter as an indication of kickback condition.
タ電流である請求項1に記載の動力工具の制御方法。4. The method for controlling a power tool according to claim 1, wherein the detected motor parameter is a motor current.
モータ電流の急激な上昇を検出することにより実行され
る請求項1に記載の動力工具の制御方法。5. The method of controlling a power tool according to claim 1, wherein the step of detecting the motor parameter is executed by detecting a rapid increase in the motor current.
流電流により電力供給され、前記モータパラメータの検
出ステップは該サイクル周波数に同期して繰り返し実行
される請求項1に記載の動力工具の制御方法。6. The method for controlling a power tool according to claim 1, wherein the motor is powered by an alternating current having a predetermined cycle frequency, and the step of detecting the motor parameter is repeatedly executed in synchronization with the cycle frequency.
タへの電流の流れを周期的に妨げることにより実行され
る請求項1に記載の動力工具の制御方法。7. The method for controlling a power tool according to claim 1, wherein the step of inputting pulses is executed by periodically interrupting a current flow to the motor.
き約20乃至30回前記モータへの電流の流れを妨げる
ことにより実行される請求項1に記載の動力工具の制御
方法。8. The method of controlling a power tool of claim 1, wherein the step of pulsing is performed by interrupting the flow of current to the motor about 20 to 30 times per second.
流電流により電力供給され、かつ前記パルス入力するス
テップは前記サイクル周波数と同期して前記モータへの
電流の流れを妨げることにより実行される請求項1に記
載の動力工具の制御方法。9. The motor is powered by an alternating current of a predetermined cycle frequency, and the pulsing step is performed by synchronizing current flow to the motor in synchronization with the cycle frequency. 1. A method for controlling a power tool according to 1.
以下の平均トルクを示すとき、前記パルス入力するステ
ップを終結するステップをさらに備える請求項1に記載
の動力工具の制御方法。10. The method for controlling a power tool according to claim 1, further comprising the step of terminating the pulse input step when the detected parameter indicates an average torque equal to or less than a predetermined threshold.
内で所定の閾を越える平均トルクを示すとき、前記パル
ス入力するステップを終結し、前記モータへの電力供給
を禁止するステップをさらに備える請求項1に記載の動
力工具の制御方法。11. The method further comprising the step of terminating the pulse inputting step and inhibiting power supply to the motor when the detected parameter indicates an average torque that exceeds a predetermined threshold within a predetermined time period. 1. A method for controlling a power tool according to 1.
し、前記パルス入力するステップは該特有周波数に対し
て実質的に調和する周波数で実行される請求項1に記載
の動力工具の制御方法。12. The method of controlling a power tool according to claim 1, wherein the tool has a characteristic resonance frequency, and the step of pulse input is performed at a frequency substantially in harmony with the characteristic frequency. .
され、前記モータパラメータは該交流電流の各サイクル
中に少なくとも一度モータ電流を検出することにより検
出される請求項1に記載の動力工具の制御方法。13. The method of controlling a power tool of claim 1, wherein the motor is powered by an alternating current and the motor parameter is detected by detecting the motor current at least once during each cycle of the alternating current. .
され、前記モータパラメータは該交流電流の各サイクル
中に少なくとも一度平均モータ電流を測定することによ
り検出される請求項1に記載の動力工具の制御方法。14. The control of a power tool according to claim 1, wherein the motor is powered by an alternating current and the motor parameters are detected by measuring the average motor current at least once during each cycle of the alternating current. Method.
て、前記モータへ電流を供給するよう制御するため該モ
ータに接続された駆動回路と、 前記駆動回路に接続され、該駆動回路を制御するための
プロセッサ出力信号を供給するプロセッサと、 モータ電流を示すパラメータを検出するため前記駆動回
路に接続されるとともに、第1プロセッサ入力信号を供
給するため前記プロセッサに接続される電流検出器と、 前記プロセッサは、ストール条件の初期を検出するため
前記第1プロセッサ入力信号を用いるための第1手段を
備え、 前記プロセッサは、前記検出したストール条件の開始に
応答して前記モータへパルス電流を供給するための前記
プロセッサ出力信号を用いるための第2手段をさらに備
えることを特徴とする制御回路。15. A control circuit for a motor for an electric tool, the drive circuit being connected to the motor for controlling to supply an electric current to the motor, and the drive circuit being connected to the drive circuit to control the drive circuit. A processor for providing a processor output signal for controlling a motor current, a current detector connected to the drive circuit for detecting a parameter indicative of a motor current and connected to the processor for supplying a first processor input signal, The processor comprises first means for using the first processor input signal to detect an early stall condition, the processor providing a pulsed current to the motor in response to initiation of the detected stall condition. The control circuit further comprising second means for using the processor output signal for
に、第2プロセッサ入力信号を供給するため前記プロセ
ッサに接続される操作者により作動可能なスイッチと、
前記第2手段は前記第2プロセッサ入力信号に周期的に
打ち勝ち、前記モータへの電流の供給を禁止する請求項
15に記載の制御回路。16. An operator actuatable switch connected to the processor for providing a second processor input signal such that current is supplied to the motor.
16. The control circuit of claim 15, wherein the second means periodically overcomes the second processor input signal to inhibit the supply of current to the motor.
出する請求項15に記載の制御回路。17. The control circuit according to claim 15, wherein the current detector detects an average motor current.
され、前記電流検出器は該交流電流の1サイクルにつき
少なくとも1度前記平均モータ電流を検出する請求項1
5に記載の制御回路。18. The motor is powered by an alternating current, and the current detector detects the average motor current at least once per cycle of the alternating current.
5. The control circuit according to item 5.
制御するトライアック回路を備える請求項15に記載の
制御回路。19. The control circuit according to claim 15, wherein the drive circuit includes a triac circuit that controls a speed of the motor.
ータへの電流パルスの供給を終結する手段をさらに備え
る請求項15に記載の制御回路。20. The control circuit of claim 15, wherein the processor further comprises means for terminating the supply of current pulses to the motor after a predetermined time.
がクリアーされたことを検出する前記第1プロセッサ入
力信号を用いるための手段と、 前記ストール条件がクリアーされたことの検出に応答し
て前記モータへの電流パルスの供給を終結する手段と、
をさらに備える請求項15に記載の制御回路。21. The processor includes means for using the first processor input signal to detect that the stall condition has been cleared, and to the motor in response to detecting that the stall condition has been cleared. Means for terminating the supply of the current pulse of
The control circuit according to claim 15, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8956796A JPH09277195A (en) | 1996-04-11 | 1996-04-11 | Control method of power tool and control circuit thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8956796A JPH09277195A (en) | 1996-04-11 | 1996-04-11 | Control method of power tool and control circuit thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09277195A true JPH09277195A (en) | 1997-10-28 |
Family
ID=13974398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8956796A Pending JPH09277195A (en) | 1996-04-11 | 1996-04-11 | Control method of power tool and control circuit thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09277195A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1996
- 1996-04-11 JP JP8956796A patent/JPH09277195A/en active Pending
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