JPWO2017115594A1 - 電動工具 - Google Patents

Abstract

モータに異常が発生したときにトリガスイッチをオフにすることなくモータを制動させる電動工具を提供する。電動工具（１０）は、電源（ＰＳ）からの給電により回転するモータ（２０）と、モータの回転を制御する制御部（３８）と、電源からモータへの給電のオンオフを手動で切り替えるスイッチ（１２）と、スイッチ（１２）がオンからオフに切り替わるとモータを制動する第１制動手段（２３）と、スイッチ（１２）がオンの状態で制御部（３８）からの所定信号に基づきモータ（２０）を制動する第２制動手段（２３、４５）とを有する。

Description

本発明は、電動工具に関する。

例えば電動丸鋸やグラインダなどの電動工具では、作業性の観点からトリガスイッチをオフにしたときにモータにブレーキをかけ、先端工具を素早く停止させることが求められてきた。

そこで、従来の電動工具２０１では、図１に示されるように、トリガスイッチ２０２がオンになると、電源２０３が、モータを構成するアーマチュア２０４と界磁コイル２０５とで閉回路を構成してアーマチュア２０４を回転させることにより先端工具を動作させていた。一方、トリガスイッチ２０２がオフになると、アーマチュア２０４は電源２０３から切り離されてブレーキコイル２０６と閉回路を構成する。このとき、ブレーキコイル２０６に流れる電流によってアーマチュア２０４の回転を制動し、先端工具の動作を停止させていた。

特開２００２−２７７７０号公報

ディスクグラインダや電動丸鋸で加工部材を切断しているとき、先端工具が加工部材に噛み込んでモータのトルクが急激に増大すると、その反力が電動工具本体に作用してキックバックが発生する場合がある。キックバックが発生すると、加工部材が傷つくことがあるため、モータにブレーキをかけて電動工具の動作を早急に停止させる必要があった。また、キックバックのほか、モータの過電流などが発生したときにも同様に、電動工具の動作を早急に停止させる必要があった。

しかしながら、図１に示す電動工具では、モータを制動するためにはトリガスイッチ２０２をオフにする必要があり、トリガスイッチ２０２がオンのままではモータを制動することが困難であった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、トリガスイッチがオンであってもモータを停止させることができる電動工具を提供することである。

本発明の電動工具は、電源から供給される電力により回転すると共にハウジングに収容されたモータと、前記モータの回転を制御する制御部と、前記電源から前記モータへの電力供給のオン・オフを手動で切り替え可能なスイッチと、前記スイッチがオンからオフに切り替わると前記モータを制動する第１制動手段と、前記スイッチがオンの状態で前記制御部からの所定信号に基づき前記モータを制動する第２制動手段とを有する

上記構成により、電動工具を用いた作業中に、例えばキックバックなどの、モータを緊急に停止させる必要が生じたときに、オン状態のスイッチをオフに切り替えなくても、第２制動手段が、制御部からの信号により電源からモータへの電力供給を遮断してモータを制動する。よって、電動工具の駆動を速やかに停止させることができ、加工部材への予期せぬ傷つけを防ぐことができる。また、制御部が加工部材への作業終了を検知したとき、トリガスイッチをオフにする前にモータを制動して電動工具の駆動を停止させることができる。

好ましくは、前記第２制動手段は、前記電源から前記モータへの前記電力の供給を停止する。これにより、電源からモータへの給電が行われないため、モータは速やかに制動されて電動工具の駆動は停止される。

好ましくは、前記所定信号は、前記モータに関する所定以上の変化を検出したときに前記制御部が出力する信号である。

好ましくは、前記所定以上の変化は、回転数、電流値及び位置のうちの少なくとも１つの変化量である。従って、制御部は、所定以上の変化に反応してモータを制動し、スイッチをオフに切り替えなくても電動工具の動作を速やかに停止させることができる。

好ましくは、前記制御部を含んだ制御回路を有し、前記第１制動手段は、前記スイッチの切替え時に生成される第１閉回路であり、前記第２制動手段は、前記制御部によって生成される第２閉回路であり、前記第１閉回路と前記第２閉回路とは、前記制御回路に生成される。

スイッチがオフに切り替えられて第１閉回路が生成されると、当該閉回路を流れる電流によってモータの制動力が生成されてモータは制動され、電動工具の動作は停止する。一方、第２閉回路が生成されると、スイッチをオフに切り替えなくても第２閉回路を流れる電流によってモータの制動力が生成されてモータは制動され、電動工具の動作は停止する。

好ましくは、前記第２閉回路は、前記所定信号によってオンするスイッチング素子を有する。

好ましくは、前記第１制動手段は、ブレーキコイルを有し、前記モータを制動する。当該構成により、ブレーキコイルに流れるコイル電流によってモータの制動力が生成されて、モータは制動され、スイッチをオフに切り替えなくても電動工具の動作を停止させる。

好ましくは、前記モータは、ブラシ付きモータである。制御部がモータに関する所定以上の変化を検出すると、スイッチがオン状態でも、第２制動手段がモータを制動するので、電動工具を速やかに停止させることができる。

好ましくは、前記第２制動手段は、前記第１制動手段のブレーキコイルを用いて前記モータを制動する。ブレーキコイルを第１制動手段と第２制動手段とで共有することにより、電動工具を小型に、且つ軽量に構成することができる。

好ましくは、前記モータは、ブラシレスモータである。制御部がモータに関する所定以上の変化を検出すると、スイッチがオン状態でも、第２制動手段がモータを制動するので、電動工具を速やかに停止させることができる。

本発明の電動工具によれば、モータの制動手段を２つ備えているので、スイッチをオフにできなくてもモータを確実に制動して、電動工具を速やかに停止させるという優れた効果を奏し得る。

従来の電動工具のモータの回路図。 本発明の第１の実施の形態に係る電動工具の回路図。 図２に示す電動工具の動作を示すフローチャート。 図２に示す電動工具の制御波形図。 本発明の第２の実施の形態に係る電動工具の回路図。 図５に示す電動工具の動作を示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

本発明の第１の実施の形態の電動工具１は、ハウジング１０内に、図２に示されるようなモータ２０を含む駆動回路１１を収容する。駆動回路１１内には、モータ２０を制御する制御回路３０が設けられている。モータ２０の回転軸には先端工具が連結され、モータ２０の回転により先端工具を駆動するようになっている。

モータ２０は、交流電力を供給する商用電源を電源ＰＳとして、トリガスイッチ１２と直列に接続されて第１電流路ＩＰ_１を形成する。

モータ２０は、ブラシ付きモータであり、アーマチュア２１と、界磁コイル２２と、ブレーキコイル２３とを有する。アーマチュア２１にはモータ２０の回転軸が設けられている。アーマチュア２１は、回転子、ロータ又は電機子とも称される。界磁コイル２２は、アーマチュア２１と直列に接続され、第１電流路ＩＰ_１に含まれる。界磁コイル２２に流れる電流によって生成される磁束によりアーマチュア２１を回転させる。ブレーキコイル２３は、アーマチュア２１と直列に接続され、ブレーキコイル２３に流れる電流によって生成される磁束によりアーマチュア２１の回転を制動する。なお、界磁コイル２２とブレーキコイル２３とは、同時にアーマチュア２１に電気的に接続されることはない。ブレーキコイル２３は、第１制動手段の一部である。

トリガスイッチ１２は、オン接点（図２のＯＮ）とオフ接点（図２のＯＦＦ）とを有し、作業者によって手動でオンオフを切り換えて、モータ２０に接続される接点を変更可能なメカニカルスイッチである。トリガスイッチ１２は、オン状態（オン接点選択時）にあるときはモータ２０を電源ＰＳに接続し、オフ状態（オフ接点選択時）にあるときはモータ２０を電源ＰＳから切り離す。トリガスイッチ１２のオン接点は第１電流路ＩＰ_１に接続され、オフ接点は後述の第２電流路ＩＰ_２に接続される。トリガスイッチ１２は、スイッチの一例である。

制御回路３０は、制御用電源回路３１と、ゼロクロス検出回路３２と、モータ２０の回転数を検出する回転数検出回路３３と、モータ電流を検出するための電流検出回路３４と、加速度センサ３５と、第１スイッチング素子３６と、ブレーキ制御回路３７と、マイコン３８と、を有する。マイコン３８は、制御部の一例である。

制御用電源回路３１は、ツエナーダイオードＺ、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１により構成される半波整流回路である。ツエナーダイオードＺは、カソードが第１電位Ｇ１に接続され、アノードが出力端子に接続されると共に抵抗Ｒ１を介してダイオードＤ１のアノードに接続される。ダイオードＤ１のカソードは、第１電流路ＩＰのノードＮ１に接続されている。また、ツエナーダイオードＺには、コンデンサＣ１が並列に接続されている。ツエナーダイオードＺは、カソードとアノードとの間に降伏電圧以上の電圧が印加されると基準電圧Ｖｃｃを出力端子に生成する。基準電圧Ｖｃｃは出力端子を介してマイコンに供給される。

ゼロクロス検出回路３２は、抵抗Ｒ２，Ｒ３と、フォトカプラＰ１とからなる。入力側では、第１電流路ＩＰ_１のノードＮ１と第１電位Ｇ１との間に、抵抗Ｒ２とフォトカプラＰ１の発光部とが直列に接続される。出力側では、第１電位Ｇ１とＶｃｃとの間に、抵抗Ｒ３とフォトカプラＰ１の受光部とが直列に接続されている。ゼロクロス検出回路３２は、交流電圧のゼロクロスを検出してマイコン３８に出力する。

回転数検出回路３３は、モータ２０の回転数を検出する回転数センサ４０と、回転数センサ４０からの出力を増幅するための交流増幅回路４１とからなる。交流増幅回路４１は、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７と、コンデンサＣ２，Ｃ３とからなる。交流増幅回路４１では、第１電位Ｇ１とＶｃｃとの間に、抵抗Ｒ４とトランジスタＴ１と抵抗Ｒ５とが順に直列に接続されている。トランジスタＴ１は、コレクタが抵抗Ｒ４に、エミッタが抵抗Ｒ５にそれぞれ接続される。抵抗Ｒ５には、コンデンサＣ２が並列接続される。第１電位Ｇ１とＶｃｃとの間では、更に、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７とが直列に接続され、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７とを接続するノードＮ２は、トランジスタＴ１のベースに接続されている。回転数センサ４０は、一端子がＶｃｃに接続され、他端子がコンデンサＣ３及びノードＮ２を介してトランジスタＴ１のベースに接続されている。上記構成により、回転数検出回路３３は、回転数センサ４０からの出力信号を０〜Ｖｃｃの範囲で増幅して、マイコン３８に出力する。

電流検出回路３４は、第１電流路ＩＰ_１に直列接続されたシャント抵抗からなり、モータ２０に流れるモータ電流を検出する。電流検出回路３４の出力は、抵抗Ｒ８を介してマイコン３８に入力される。

加速度センサ３５は、電動工具１の位置変化を検知し、例えば電動工具１の落下時などには重力加速度を検出してマイコン３８に出力する。

第１スイッチング素子３６は、トライアックからなり、第１電流路ＩＰ_１に直列接続されて第１電流路ＩＰ_１のオンオフ（通電状態・無通電状態）を切り替える。第１スイッチング素子３６は、マイコン３８から抵抗Ｒ９を介してトライアックのゲート端子に入力されるゲート信号によりオン（通電状態）となる。また、ゲート信号の入力タイミングによりトライアックの導通角を制御して、モータ回転の位相制御を行う。

ブレーキ制御回路３７は、第２スイッチング素子４５と、フォトトライアック４６とからなる。第２スイッチング素子４５は、トライアックからなり、電源ＰＳとトリガスイッチ１２との間のノードＮ３とブレーキコイルとの間に直列接続される。第２スイッチング素子４５は、オンになると、オン状態のトリガスイッチ１２と、モータ２０のアーマチュア２１及びブレーキコイル２３とを順に直列接続して、モータ２０のブレーキ用電流路を第２電流路ＩＰ_２として形成する。このとき生成される閉回路、すなわちオン接点と、第２スイッチング素子４５と、ブレーキコイル２３と、アーマチュア２１とで構成される閉回路が本発明における第２閉回路の一例である。

フォトトライアック４６は、入力部が、マイコン３８の出力端子とＶｃｃとの間に、抵抗Ｒ１０と直列に接続される。フォトトライアック４６の出力部は、２つの抵抗Ｒ１１，Ｒ１２が両側にそれぞれ接続されて、第２スイッチング素子４５に並列接続されると共に、出力部の一方の端子がトライアックのゲート端子に接続されて、第２スイッチング素子４５のオンオフを切り替える。ブレーキ制御回路３７は、第２制動手段の一部である。

マイコン３８は、制御用電源回路３１から給電されて、ゼロクロス検出回路３２、回転数検出回路３３、電流検出回路３４又は加速度センサ３５からの出力に基づき、第１スイッチング素子３６の導通角を調整してモータ２０の回転を制御する。マイコン３８は、モータ２０の状態について所定以上の変化を検出したときは、ブレーキ制御回路３７によりモータ２０の回転を制動し、先端工具の動作を停止させる。モータ２０の所定以上の変化は、例えば先端工具が加工部材に噛み込むこと（キックバック発生の直前）によるアーマチュア２１の回転数の急激な変動、加工部材の負荷変動に起因するモータ２０への過電流、キックバックの発生時や電動工具の落下によって生じるモータ２０を含んだ電動工具１の所定以上の移動量などである。

また、マイコン３８は、トリガスイッチ１２のオンオフを検出するために、界磁コイル２２の一端部が抵抗Ｒ１３を介して接続されている。マイコン３８は、制御部の一例である。

次に、図２に示す回路の動作について説明する。

電源ＰＳから交流電力が投入されると、制御用電源回路３１からＶｃｃがマイコン３８と制御回路３０の所定箇所に投入される。

作業者がトリガスイッチ１２をオンに切り替えると、抵抗Ｒ１３を介してマイコン３８にスイッチオン信号が入力される。次に、マイコン３８は、第１スイッチング素子３６のゲート端子にゲート信号を入力するので第１スイッチング素子３６はオンになる。これによって、第１電流路ＩＰ_１が通電し、モータ２０内でアーマチュア２１及び界磁コイル２２に電流が流れ始めて、界磁コイル２２が発生する磁束によってアーマチュア２１の回転が始まり、モータ２０が起動する。マイコン３８は、電源電圧と同期して第１スイッチング素子３６をオンにするオン信号を周期的に第１スイッチング素子３６に対し出力する。

次に、マイコン３８は、ゼロクロス検出回路３２によって検出された交流電力のゼロクロス点から第１スイッチング素子３６へのゲート信号を出すタイミングを変えることによって、第１スイッチング素子３６の導通角を徐々に広げていき、アーマチュア２１の回転数が目標回転数になるように制御する。また、マイコン３８は、回転数検出回路３３によって検出されるアーマチュア２１の回転数を監視する。そして、マイコン３８は、アーマチュア２１の回転数が目標回転数より低いときは第１スイッチング素子３６の導通角を広げ、一方、アーマチュア２１の回転数が目標回転数より高いときは第１スイッチング素子３６の導通角を狭めるよう、ゼロクロス点に対するゲート信号の入力タイミングを制御して位相制御を行い、アーマチュア２１の回転数が常に一定になるよう定回転数制御を行う（ステップＳ２）。

通常の作業において、作業者は、作業が完了するとトリガスイッチ１２をオフにする（アーマチュア２１をオフ接点に接続する）。すると、駆動回路１１には、オフ接点と、ブレーキコイル２３と、アーマチュア２１とからなる閉回路が形成される。このとき形成された閉回路が本発明における第１閉回路の一例である。トリガスイッチ１２をオンからオフに切り替え、電源ＰＳからアーマチュア２１に流れる電流を遮断しつつ第１閉回路を形成すると、アーマチュア２１の回転に伴う磁束変化によってブレーキコイル２３に電流が流れ、いわゆる発電（回生）ブレーキの働きによってアーマチュア２１に制動力を働かせる。このときの、トリガスイッチ１２をオンからオフした後の一連の流れが本発明における第１制動手段の一例である。すなわち、第１制動手段は機械的操作でアーマチュア２１に制動力を発生させる手段である。第１閉回路は第１制動手段の一部である。

次に、トリガスイッチ１２がオン状態でのモータ２０の制動について図３を参照しながら説明する。作業者がトリガスイッチ１２をオンに切り替えると、通常作業時と同様にモータ２０が起動する（ステップＳ１）。次に、マイコン３８は、位相制御を行い、アーマチュア２１の回転数が常に一定になるよう定回転数制御を行う（ステップＳ２）。次に、マイコン３８は、アーマチュア回転数の単位時間あたりの減少量と、第１規定値とを比較してキックバックの発生を判別する（ステップＳ３）。第１既定値は、キックバック状態になったときにのみ発生するアーマチュア回転数の変化に対応した値であり、通常の作業では発生することのない値である。

ステップＳ３において、アーマチュア２１の回転数の単位時間あたりの減少量が第１規定値より大きいときはキックバックが発生した、又は発生する可能性があると判断し（ステップＳ３：ＹＥＳ）、マイコン３８は、所定変化検出フラグを１にしてステップＳ４に進む。一方、回転数の単位時間あたりの減少量が第１規定値未満のときは、ステップＳ２に戻り、定回転数制御を行い、キックバック現象の発生の有無を監視する。

ステップＳ４では、所定変化検出フラグが１となった後に、最初にゼロクロスが生じたときからの経過時間が第２規定値よりも長いか否かを判別する（ステップＳ４）。第２規定値は、第１スイッチング素子３６がゼロクロスからゲート信号の入力によってオンに切り替わり可能な最小時間間隔に対応する。

ステップＳ４にて、ゼロクロスが生じたときからの経過時間が第２規定値よりも長い場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、当該経過時間が第３規定値よりも小さいか否かを判別する。第３規定値は、モータ２０を短時間で確実に停止するために、ゼロクロスとゼロクロスとの時間間隔、すなわち、交流電圧の半周期よりも短い時間間隔に設定されている。

ステップＳ５では、当該経過時間が第３規定値よりも小さい場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ステップＳ６に進む。ステップＳ６にて、マイコン３８から第１スイッチング素子３６にゲート信号を入力して第１スイッチング素子３６をオン状態にする。第１スイッチング素子３６がオンになることで、第２スイッチング素子４５の両端に電圧が印加される。

次に、ステップＳ６にて、マイコン３８からフォトトライアック４６を介して第２スイッチング素子４５にゲート信号を入力して第２スイッチング素子４５をオンにする。第２スイッチング素子４５がオンになると、オン状態のトリガスイッチ１２（オン接点）と、アーマチュア２１と、ブレーキコイル２３と、第２スイッチング素子４５とによって閉回路が形成される。このとき形成された閉回路が本発明における第２閉回路の一例である。当該閉回路では、アーマチュア２１に流れていた電流によって生じた磁束に、ブレーキコイル２３に流れる電流によって生成される磁束が加算され、ブレーキコイル２３に流れる電流に基づき、アーマチュア２１の回転方向とは反対方向の制動力が発生する。この制動力により、アーマチュア２１の回転は制動されて瞬時に停止するので、モータ２０は停止され、電動工具１の動作は停止される（ステップＳ８）。このときの、マイコン３８から第１スイッチング素子３６にゲート信号を入力することにより第２閉回路を形成し、アーマチュア２１に制動力を働かせるまでの一連の流れが本発明における第２制動手段の一例である。すなわち、第２制動手段は、電子的制御でアーマチュア２１に制動力を発生させる手段である。第２閉回路は第２制動手段の一部である。

ステップＳ３のキックバック発生の検出は、アーマチュア回転数の単位時間あたりの減少量と第１規定値との比較の他に、加速度センサ３５によってモータ２０を含む電動工具のハウジング１０に作用する加速度を検出し、検出した加速度とキックバック発生に対応して予め設定された加速度との比較により行うこともできる。また、電流検出回路３４によって検出されたモータ電流に基づき、モータ２０への過負荷や過電流を検出して、第２電流路ＩＰ_２によってブレーキコイル２３に電流を流して、アーマチュア２１の回転を制動することもできる。

次に、電動工具１の動作を図４を参照しながら説明する。

作業者がトリガスイッチ１２をオンに切り替えると、マイコン３８は、第１スイッチング素子３６をオンにしてモータ２０を起動させる。このとき、マイコン３８は、モータ２０に印加される交流電圧に対して第１スイッチング素子３６を位相制御するので、モータ２０のアーマチュア２１は目標回転数で回転する（ステップＳ１、Ｓ２に対応、図４（ａ），（ｅ）参照）。

次に、時刻ｔ_１で、マイコン３８は、キックバックの発生を検出すると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、所定変化検出フラグを０から１にする（図４（ｄ）参照）。所定変化検出フラグが１になった時刻ｔ_１の後、最初にマイコン３８が交流電力のゼロクロスを時刻ｔ_２で検出し、時刻ｔ_２からの経過時間を図３のステップＳ４、Ｓ５で判別する。時刻ｔ_３で、ゼロクロスの検出から第２規定値を超え且つ第３規定値未満の時間が経過したと判断されると、マイコン３８は第１スイッチング素子３６にゲート信号を印加してオン状態にする（図４（ｅ）参照）。このとき、第２スイッチング素子にも図４（ｂ）に示す電圧が印加されるので、時刻ｔ_４にて、マイコン３８から、第２スイッチング素子にゲート信号を入力して第２スイッチング素子をオン状態にする（図４（ｂ））。これによって、第２電流路ＩＰ_２に電流が流れ、ブレーキコイル２３に電流（ブレーキ電流）が流れる（図４（ｃ）参照）。ブレーキコイル２３に電流が流れると、アーマチュア２１の回転を制動する制動力が発生し、モータ２０の回転は停止される。

時刻ｔ_４以降、キックバックを検出したマイコン３８は、第１スイッチング素子３６へのゲート信号の印加を停止する。これにより、第１電流路ＩＰ_１は電源ＰＳから切り離される。一方、第２電流路ＩＰ_２では、ブレーキ電流は、第２電流路ＩＰ_２の抵抗成分による損失を生じつつ連続的に流れるので、アーマチュア２１に対し制動力が連続的に作用して、確実にアーマチュア２１の回転を止める。

このように、キックバックが発生したとき、作業者がトリガスイッチ１２をオフに切り替えることができずトリガスイッチ１２がオンであっても、ブレーキコイル２３に電流を流して、確実に且つ速やかにモータ２０の回転を制動する。従って、電動工具１の動作を停止させることができる。

また、キックバックの他に、マイコン３８が、モータ電流の過電流やハウジング１０の落下などを検出した場合にも、トリガスイッチ１２をオフにしなくても、モータ２０の回転を制動して、電動工具１の動作を停止させることができる。すなわち、電動工具１に関する状態（回転数、電流値、位置など）において所定以上の変化を検出した場合、速やかにモータ２０にブレーキをかけることができる。

さらに、ブレーキコイル２３には、トリガスイッチ１２のオフ、または、ブレーキ制御回路３７による第２スイッチング素子４５のオンのいずれでもあっても、アーマチュア２１の回転を制動するための電流を流すことができる。すなわち、当該構成では、第１制動手段と第２制動手段との両方でブレーキコイル２３を共有しているので、電動工具１の回路をコンパクト且つ安価に構成することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態の電動工具２を図５を参照して説明する。

図５に示されるように、交流電力を供給する商用電源ＰＳを電源として、ハウジング１００内に駆動回路１０１が設けられる。駆動回路１０１は、整流回路１１０と、インバータ回路１２０と、ブラシレスモータ１３０と、マイコン１４０とを有し、ブラシレスモータ１３０の駆動を制御する。

整流回路１１０は、ダイオードブリッジからなり、出力側では、ラインＬ１を高電位側、ラインＬ２を低電位側となるように整流する。

ブラシレスモータ１３０は、永久磁石を有するロータ１３１と、ステータ１３２とからなる。ステータ１３２には、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線がスター結線されている。ブラシレスモータ１３０はモータの一例である。

整流回路１１０とインバータ回路１２０との間の高電位ラインＬ１には、作業者によって切り換え可能であってブラシレスモータ１３０への給電をオンオフするトリガスイッチ１５１が設けられている。また、整流回路１１０とインバータ回路１２０との間には、コンデンサ１５４が設けられている。

インバータ回路１２０は、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６からなり、高電位ラインＬ１側に、第１、第２及び第３スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が配置され、低電位ラインＬ２側に、第４、第５及び第６スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６が配置される。さらに、高電位ラインＬ１と低電位ラインＬ２との間で、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４とが直列に接続され、第２スイッチング素子Ｑ２と第５スイッチング素子Ｑ５とが直列に接続され、第３スイッチング素子Ｑ３と第６スイッチング素子Ｑ６と直列に接続されている。

また、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４との間のノードＶｕは、第１配線Ｌ４を介してＵ相巻線に接続されている。第２スイッチング素子Ｑ２と第５スイッチング素子Ｑ５との間のノードＶｖは、第２配線Ｌ５を介してＵ相巻線に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ３と第６スイッチング素子Ｑ６との間のノードＶｗは、第３配線Ｌ６を介してＷ相巻線に接続されている。また、第１から第６スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各々のスイッチング動作は、マイコン１４０からの制御信号Ｈ１〜Ｈ６によって制御される。

第１配線Ｌ４は、オンオフを切り替え可能な第１補助スイッチ１５２を有する。第１補助スイッチは、メカニカルスイッチであり、オン状態になると、ノードＶｕをＵ相巻線に電気的に接続する。第１補助スイッチ１５２は、オフ状態になると、抵抗Ｒ２０を介してＵ相巻線をＶ相巻線に電気的に接続する。

また、第３配線Ｌ６は、オンオフを切り替え可能な第２補助スイッチ１５３を有する。第２補助スイッチは、メカニカルスイッチであり、オン状態になると、ノードＶｗをＷ相巻線に電気的に接続する。第２補助スイッチ１５３は、オフ状態になると、抵抗Ｒ２１を介してＷ相巻線をＶ相巻線に電気的に接続する。

第１補助スイッチ１５２と第２補助スイッチ１５３とは、作業者によるトリガスイッチ１５１のオンオフと連動してオンオフが切り替わるように構成されている。すなわち、トリガスイッチ１５１が作業者によりオンになると、連動して第１補助スイッチ１５２及び第２補助スイッチ１５３は共にオンになる。一方、トリガスイッチ１５１が作業者によりオフになると、連動して第１補助スイッチ１５２及び第２補助スイッチ１５３は共にオフになる。トリガスイッチ１５１と第１及び第２補助スイッチ１５２、１５３との連動は、同時であってもよい。なお、トリガスイッチ１５１と第１補助スイッチ１５２と第２補助スイッチ１５３とは、スイッチの一例である。

マイコン１４０は、スイッチング電源回路１４１からの給電により動作可能となる。スイッチング電源回路１４１は、トリガスイッチ１５１がオンになると電源ＰＳに接続されて動作するようになっている。マイコン１４０は、ブラシレスモータ１３０に設けられたホール素子１４２の出力に基づき、インバータ回路１２０のスイッチング動作を制御して、ブラシレスモータ１３０の回転を制御する。マイコン１４０は、制御部の一例である。

本実施の形態では、トリガスイッチ１５１と第１及び第２補助スイッチ１５２、１５３と、ステータ１３２とが、第１制動手段の一例である。また、マイコン１４０とステータ１３２とは、第２制動手段の一例である。

次に、図５に示す回路の動作について説明する。

交流電源ＰＳから交流電力が投入されると、スイッチング電源回路１４１から電力がマイコン１４０に投入される。

作業者がトリガスイッチ１５１をオンに切り替えると、インバータ回路１２０に電力が供給され、インバータ回路１２０は、マイコン１４０からの制御信号によってスイッチング動作を開始する。このとき、第１及び第２補助スイッチ１５２、１５３もオン状態になるので、インバータ回路１２０内の各ノードＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、第１から第６スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各々のスイッチング動作に伴い、対応するＵ相、Ｖ相及びＷ相巻線に接続され、ブラシレスモータ１３０は起動される。

マイコン１４０は、ホール素子１４２の出力に基づきロータ１３１の回転数を検出し、ロータ１３１の回転数が所定数を維持するようにインバータ回路１２０のスイッチング動作を制御する（ステップＳ１２）。

通常の作業時において、作業者は、作業が完了するとトリガスイッチ１５１をオフに切り替え、インバータ回路１２０及びマイコン１４０への電力供給を停止する。トリガスイッチ１５１を切り替えると、同時に第１及び第２補助スイッチ１５２、１５３がオフになり、抵抗Ｒ２０を介してＵ相巻線がＶ相巻線に電気的に接続され、抵抗Ｒ２１を介してＷ相巻線がＶ相巻線に電気的に接続される。従って、ステータ１３２内にＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの巻線が相互に接続され、オフ状態のトリガスイッチ１５１（オフ接点）と、抵抗Ｒ２０及びＲ２１と共に閉回路が形成される。このとき形成される閉回路が本発明における第１閉回路の一例である。トリガスイッチ１５１をオフした時に、ロータ１３１は回転を続けているが、永久磁石を含んだロータ１３１の回転に基づく磁束変化によって、第１閉回路に電流が流れる。従って、第１閉回路、すなわちステータ１３２の巻線に電流が流れることで電力が消費され、ロータ１３１の回転に制動力が働く。このように、トリガスイッチ１５１をオフしてからロータ１３１に制動力を働かせる一連の流れが本発明における第１制動手段の一例である。

次に、トリガスイッチ１５１がオン状態での制動について、図６を参照しながら説明する。

作業者がトリガスイッチ１５１をオンに切り替えると、通常作業時と同様にマイコン１４０からの制御信号によってブラシレスモータ１３０が起動する（ステップＳ１１）。マイコン１４０は、ロータ１３１の回転数が所定数を維持するようにインバータ回路１２０のスイッチング動作を制御する（ステップＳ１２）。次に、マイコン１４０は、ロータ回転数の単位時間あたりの減少量と、第４規定値とを比較してキックバックの発生を判別する（ステップＳ１３）。第４既定値は、キックバック状態になったときにのみ発生するロータ１３１の回転数の変化に対応した値であり、通常の作業では発生することのない値である。

ステップＳ１３において、ロータ１３１の回転数の単位時間あたりの減少量が第４規定値より大きいときはキックバックが発生した、又は発生すると判断し（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、マイコン１４０は、ステップＳ１４にて、マイコン１４０からインバータ回路１２０への制御信号により高電位ライン側の第１から第３スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の全てをオフにし、低電位ライン側の第４から第６スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のうちの１つ、例えば第６スイッチング素子Ｑ６をオフにして、第４及び第５スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５をオンにする。このとき、低電位ラインＬ２，第４スイッチング素子Ｑ４、オン状態のトリガスイッチ１５１（オン接点）、ステータ１３２のＵ相巻線及びＶ相巻線、第５スイッチング素子Ｑ５からなる閉回路（第２閉回路）が形成されるので、この閉回路でロータ１３１の回転によって発生する電力を消費して（熱へと変換して）ロータ１３１の回転を制動する（ステップＳ１４）。このときに生成される制動力は、第４スイッチング素子Ｑ４をマイコン１４０からのＰＷＭ信号でオンオフさせ、オン期間のデューティ比を変えることによって変化させることができる。オン期間のデューティ比が長くなるにつれて回生電流が流れる期間が長くなるため制動力は大きくなり、より速くブラシレスモータ１３０を停止させることができる。

ステップＳ１３でのキックバック発生の検出は、ロータ回転数の単位時間あたりの減少量と第４規定値との比較の他に、ハウジング１０に設けた加速度センサによって検出した電動工具２に作用する加速度に基づいて行うこともできる。また、低電位ラインＬ２に電流検出回路を設け、検出されたモータ電流に基づき、ブラシレスモータ１３０への過負荷や過電流を検出してロータ１３１の回転を制動して、電動工具２を停止させることもできる。

本実施の形態において、第１補助スイッチ１５２と第２補助スイッチ１５３とは、トリガスイッチ１５１がオンからオフに切り替わるときに連動してオフに切り替わる。このとき、ステータ１３２のＵ相巻線及びＷ相巻線と、抵抗Ｒ２０及びＲ２１とが直列に接続されて閉回路を形成する。トリガスイッチ１５１がオンからオフになると、当該閉回路内をモータ電流が流れ、抵抗Ｒ２０とＲ２１とによって電力が消費されてモータ電流は徐々に小さくなる。従って、トリガスイッチ１５１が作業者によって手動にてオフにされるとき、当該閉回路は、ブラシレスモータ１３０に対しソフトブレーキとして動作して、ブラシレスモータ１３０の急激な制動を抑制する。

このように、キックバックが発生したとき、作業者がトリガスイッチ１５１をオフに切り替えることができずトリガスイッチ１５１がオンであっても、ブラシレスモータ１３０を電源ＰＳから切り離すと共にステータ１３２を流れる電流を抵抗Ｒ２０，Ｒ２１により急速に損失させることによって、確実に且つ速やかにブラシレスモータ１３０の回転を制動する。従って、電動工具２の動作を停止させることができる。

また、キックバックの他に、マイコン１４０が、モータ電流の過電流やハウジング１００の落下などを検出した場合にも、トリガスイッチをオフにできなくても、ブラシレスモータ１３０の回転を制動して、電動工具の動作を停止させることができる。すなわち、電動工具に関する状態（回転数、電流値、位置など）において所定以上の変化を検出した場合、速やかにモータにブレーキをかけることができる。

ＰＳ…電源、１，２…電動工具、１０，１００…ハウジング、１１，１０１…駆動回路、１２，１５１…スイッチ、２０…ブラシ付きモータ、２３…ブレーキコイル、３７…ブレーキ制御回路、３８，１４０…マイコン、１２０…インバータ回路、１３０…ブラシレスモータ

Claims (10)

1. 電源から供給される電力により回転すると共にハウジングに収容されたモータと、前記モータの回転を制御する制御部と、前記電源から前記モータへの電力供給のオン・オフを手動で切り替え可能なスイッチと、前記スイッチがオンからオフに切り替わると前記モータを制動する第１制動手段と、前記スイッチがオンの状態で前記制御部からの所定信号に基づき前記モータを制動する第２制動手段とを有することを特徴とする電動工具。
2. 前記第２制動手段は、前記電源から前記モータへの前記電力の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記所定信号は、前記モータに関する所定以上の変化を検出したときに前記制御部が出力する信号であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動工具。
4. 前記所定以上の変化は、回転数、電流値及び位置のうちの少なくとも１つの変化量であることを特徴とする請求項３載の電動工具。
5. 前記制御部を含んだ制御回路を有し、前記第１制動手段は、前記スイッチの切替え時に生成される第１閉回路であり、前記第２制動手段は、前記制御部によって生成される第２閉回路であり、前記第１閉回路と前記第２閉回路とは、前記制御回路に生成されることを特徴とする請求項１から４の何れか１に記載の電動工具。
6. 前記第２閉回路は、前記所定信号によってオンするスイッチング素子を有することを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
7. 前記第１閉回路は、ブレーキコイルを有し、前記モータを制動することを特徴とする請求項５または６に記載の電動工具。
8. 前記モータは、ブラシ付きモータであることを特徴とする請求項１から７の何れか１に記載の電動工具。
9. 前記第２制動手段は、前記第１制動手段のブレーキコイルを用いて前記モータを制動することを特徴とする請求項７または８記載の電動工具。
10. 前記モータは、ブラシレスモータであることを特徴とする請求項１から６の何れか１に記載の電動工具。

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