TWI685404B - 馬達控制裝置及電動工具 - Google Patents

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遠藤大輔
清水裕之
宮城貴則
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日商日東工器股份有限公司
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Abstract

此馬達控制裝置32具有開關22、主控制部36、馬達控制電路38、操作電壓生成電路40、SW/AC監視部46、操作電壓監視部48。SW/AC監視部46監視開關SW的狀態或開關SW與馬達30之間之饋電線35的狀態。操作電壓監視部48監視從操作電壓生成電路40輸出之操作電壓VCC 的電壓位準。主控制部36雙重檢查來自SW/AC監視部46的SW/AC監控訊號MS與來自操作電壓監視部48的操作電壓監控訊號MV以控制馬達30的啟動及停止。

Description

馬達控制裝置及電動工具
本發明係關於將外部電源之電力用於馬達之操作及控制的馬達控制裝置及電動工具。
現今，馬達（電動機）在家電、工業等領域中用於各種用途。其中，在我們周遭有很多可攜型電氣機器，其將透過電力線安裝至主機體之插頭插入插座，並從例如商用交流電源之外部電源接受電力供給以操作主機體內建之馬達。通常，此種電器機器，藉由使用者手動操作配備於主機體中之開關，使用者可隨自己意願來控制該機器的運轉/停止。
儘管如此，會有使用者在不慎開啟開關之狀態下將插頭插入插座的情況，在此情況下，當該電氣機器意外啟動時，會產生各式各樣的麻煩。當外部電源在該機器運轉期間突然斷電、馬達停止、隨後立即斷電復電而馬達意外再啟動時，同樣會產生各式各樣的麻煩。
過去，在電動工具的領域中，為了提升安全性及工作性，已開發各種馬達控制裝置，其具備在插座插頭插拔時及斷電復電時防止馬達意外啟動或再啟動的功能（專利文獻1、2、3）。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開昭60-174079號公報 [專利文獻2] 日本特開平8-308098號公報 [專利文獻3] 日本特開平8-336779號公報
[發明所欲解決之問題]
如上所述的外部供電方式之可攜型電器機器中，在插座插頭插拔或短暫斷電之際，當馬達停止後過了一段時間（通常是經過數秒以上）插回插頭或斷電復電時，由於馬達控制裝置一度重新設定並作出反應，可預先防止馬達的意外啟動或再啟動。但是，若在馬達停止後的1～2秒以內斷電復電或插回插頭，馬達控制裝置在不穩定或不確定的操作電壓下沒有重新設定而對插頭插回或斷電回復作出反應，因此，與使用者之意圖相反地，會意外啟動或再啟動馬達。
本發明係用於解決上述先前技術之問題，提供馬達控制裝置以及具備此馬達控制裝置的電動工具，以準確且確實地防止非出自使用者意圖的馬達啟動或再啟動。 [解決問題之手段]
本發明第1形態中之馬達控制裝置，係用於從外部電源接受電力供給而控制旋轉之馬達的操作，包括：開關，其相對於該外部電源而與該馬達電氣串聯地設置；操作電壓生成電路，其輸入來自該外部電源之電力而輸出直流的操作電壓；以及第1監視部，其監視該開關的狀態或該開關與該馬達之間之饋電線的狀態，並產生第1監控訊號，該第1監控訊號表示是否從該外部電源供給電力至該饋電線上；其特徵在於具有：第2監視部，其監視該操作電壓，並產生第2監控訊號，該第2監控訊號表示該操作電壓之電壓位準高於或低於預先設定之監視值；以及控制部，其在該操作電壓下操作，並基於該第1監控制訊號之資訊與該第2監控制訊號之資訊而控制該馬達的啟動及停止。
上述構成之馬達控制裝置中，在第1監視部監視開關的狀態或開關與馬達之間之饋電線的狀態，同時，在第2監視部監視操作電壓的電壓位準，由於控制部雙重檢查來自第1監視部的第1監控訊號與來自第2監視部的第2監控訊號以控制馬達的啟動及停止，即使來自外部電源的電力輸入意外停止隨即再啟，仍可準確且確實地防止非出自使用者意圖的馬達啟動或再啟動。
本發明第2形態中之馬達控制裝置，係用於控制從外部電源接受電力供給而旋轉之馬達的操作，包括：開關，其相對於該外部電源而與該馬達電氣串聯地設置；操作電壓生成電路，其輸入來自該外部電源之電力而輸出直流的操作電壓；以及第1監視部，其監視該開關的狀態或該開關與該馬達之間之饋電線的狀態；其特徵在於具有：第2監視部，其監視該操作電壓之電壓位準高於或低於預先設定之監視值；以及控制部，其在該操作電壓下操作，並基於該第1監視部及該第2監視部的監視資訊而控制該馬達的啟動及停止；該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值高的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出該開關從關閉狀態切換至開啟狀態的監視資訊時，該控制部回應來自該第1監視部的監視資訊而啟動該馬達；該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值高的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出從該外部電源至該饋電線的電力輸入切斷的監視資訊時，該控制部回應來自該第1監視部的監視資訊而停止該馬達；該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值低的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出從該外部電源至該饋電線的電力輸入開始或再啟的監視資訊時，該控制部不啟動該馬達。
上述構成之馬達控制裝置中，在第1監視部監視開關的狀態或開關與馬達之間之饋電線的狀態，同時，在第2監視部監視操作電壓的電壓位準，由於控制部雙重檢查來自第1監視部的監視資訊與來自第2監視部的監視資訊以控制馬達的啟動及停止，即使來自外部電源的電力輸入意外停止隨即再啟，仍可準確且確實地防止非出自使用者意圖的馬達啟動或再啟動。
本發明第1形態中之電動工具，包括：主機體；可動之工具，以進行一定運動的方式安裝至該主機體；馬達，其設置於該主機體中，用於從外部電源接受電力供給而驅動該工具；馬達控制裝置，其設置於該主機體中，用於從該外部電源接受電力供給而控制該馬達的操作，包括：開關，其相對於該外部電源而與該馬達電氣串聯地設置；操作電壓生成電路，其輸入來自該外部電源之電力而輸出直流的操作電壓；以及第1監視部，其監視該開關的狀態或該開關與該馬達之間之饋電線的狀態，並產生第1監控訊號，該第1監控訊號表示是否從該外部電源供給電力至該饋電線上；其特徵在於具有：第2監視部，其監視該操作電壓，並產生第2監控訊號，該第2監控訊號表示該操作電壓之電壓位準高於或低於預先設定之監視值；以及控制部，其在該操作電壓下操作，並基於該第1監控制訊號之資訊與該第2監控制訊號之資訊而控制該馬達的啟動及停止。
上述構成之電動工具中，藉由具有本發明第1形態中之馬達控制裝置，即使來自外部電源的電力輸入意外停止隨即再啟，仍可準確且確實地防止非出自使用者意圖的馬達啟動或再啟動，提升安全性及工作性。
本發明第2形態中之電動工具，包括：主機體；可動之工具，以進行一定運動的方式安裝至該主機體；馬達，其設置於該主機體中，用於從外部電源接受電力供給而驅動該工具；馬達控制裝置，其設置於該主機體中，用於從該外部電源接受電力供給而控制該馬達的操作，包括：開關，其相對於該外部電源而與該馬達電氣串聯地設置；操作電壓生成電路，其輸入來自該外部電源之電力而輸出直流的操作電壓；以及第1監視部，其監視該開關的狀態或該開關與該馬達之間之饋電線的狀態；其特徵在於具有：第2監視部，其監視該操作電壓之電壓位準高於或低於預先設定之監視值；以及控制部，其在該操作電壓下操作，並基於該第1監視部及該第2監視部的監視資訊而控制該馬達的啟動及停止；該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值高的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出該開關從關閉狀態切換至開啟狀態的監視資訊時，該控制部回應來自該第1監視部的監視資訊而啟動該馬達；該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值高的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出從該外部電源至該饋電線的電力輸入切斷的監視資訊時，該控制部回應來自該第1監視部的監視資訊而停止該馬達；該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值低的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出從該外部電源至該饋電線的電力輸入開始或再啟的監視資訊時，該控制部不啟動該馬達。
上述構成之電動工具中，藉由具有本發明第2形態中之馬達控制裝置，即使來自外部電源的電力輸入意外停止隨即再啟，仍可準確且確實地防止非出自使用者意圖的馬達啟動或再啟動，提升安全性及工作性。 [發明效果]
根據本發明之馬達控制裝置，藉由如上所述之構成及作用，針對來自外部電源之電力的輸入停止及隨後的輸入再啟，可準確且確實地防止非出自使用者意圖的馬達啟動或再啟動。
根據本發明之電動工具，藉由如上所述之構成及作用，可準確且確實地防止非出自使用者意圖的馬達啟動或再啟動，並提升安全性及工作性。
以下參照所附圖式說明本發明的一實施形態。
[電動工具的外觀構成] 圖1係表示作為本發明一實施形態中之電動工具的電動式帶磨機的外觀。此電動式帶磨機1具有圓筒狀之主機體10、透過電力線12安裝至此主機體10之基端部的插座插頭14、可旋轉地安裝至主機體10之前端部的研削帶16、從研削帶16之基端部延伸至前端部的可動之研削帶18、固定至研削帶16的棒狀之把手20、設置於主機體10之外部周圍表面適當位置的開關22以及顯示部24。
主機體10亦用作與把手20成對的另一握持部，且其內部容納下述之馬達30及馬達控制裝置32（圖2及圖3）的電路基板。並且，主機體10的前端部中，亦容納將馬達30之旋轉驅動力傳至研削帶16的齒輪等的傳動機構（未圖示）。研削帶16，其基端部中容納驅動帶輪（未圖示），並且，其前端部中安裝從動帶輪（未圖示），循環式之研削帶18係伸張於兩帶輪之間。加工期間，馬達30之旋轉驅動力透過上述傳動機構及驅動帶輪等傳至研削帶18，研削帶18磨擦被加工物（未圖示）的同時在兩帶輪之間直線運動，藉此以研削或研磨被加工物。
開關22，由例如滑動式之手動開關組成，當使用者在其開啟位置或關閉位置放開手指時，在其放開位置鎖住。顯示部24，具有例如複數個LED或燈，以預設之發光色開亮或閃爍顯示此帶磨機之操作狀況或異常情形時的警示。
[馬達控制裝置之構成] 圖2係表示此電動式帶磨機所搭載之馬達30及馬達控制裝置32的系統構成的示意圖。
馬達30，由例如單相交流馬達組成，透過插座插頭14、電線12（圖1）以及開關22，從例如商用之AC（交流）電源34接受具有固定有效值VE （例如100伏特）之商用頻率的AC電力E的供給，以在馬達控制裝置32的控制下旋轉操作。
馬達控制裝置32，作為基本構成，具有開關22、主控制部36、馬達控制電路38、操作電壓生成電路40、基準時脈/時序部42、馬達旋轉計測部44、SW/AC監視部46、操作電壓監視部48。
操作電壓生成電路40係相對於AC電源34而與馬達30電氣並聯地設置，構成為輸入來自AC電源34之AC電力E，並以預設之額定值（例如5伏特）輸出直流之操作電壓VCC 。從操作電壓生成電路40輸出的操作電壓VCC 係透過操作電壓供給線供給至此馬達控制裝置32內需要操作電壓的所有單元。
馬達控制電路38係相對於AC電源34而與開關22及馬達30電氣串聯地設置。從AC電源34透過插頭14及電線12輸入AC電力E、並且開關22處於開啟狀態時，在主控制部36之控制下，馬達控制電路38控制流至馬達30之電流。
基準時脈/時序部42包括振盪器50及零交叉檢出部52。振盪器46，由例如水晶振盪器組成，生成主控制部36內之運算及其他處理所需要的時脈CK。零交叉檢出部52，檢出AC電源34所供給之商用頻率之交流與零位準交叉的時序，並生成主控制部36進行馬達30之點火控制或相位控制所需要的基準之時序脈波訊號CZ。
馬達旋轉數計測部44包括檢出馬達30之旋轉體（轉子）之位置的旋轉檢出感測器54以及基於此旋轉檢出感測器54之輸出訊號運算馬達30之旋轉速度的旋轉數運算部56。
SW/AC監視部46，係此實施形態中之第1監視部，構成為監視開關SW的狀態或開關SW與馬達30之間之饋電線35的狀態，並產生SW/AC監控訊號（第1監控訊號）MS，其表示來自AC電源34之電力是否輸入至饋電線35。
操作電壓監視部48，係此實施形態中之第2監視部，構成為輸入並監視與從操作電壓生成電路40供給至主控制部36之操作電壓VCC 相同的電壓，並產生操作電壓監控訊號（第2監控訊號）MV，其表示操作電壓VCC 之電壓位準高於還是低於預先設定之監視值。
主控制部36，如上所述，從操作電壓生成電路40輸入操作電壓VCC ，從基準時脈/時序部42（50、52）輸入基本時脈CK及時序脈波訊號CZ，從馬達旋轉數計測部44（54、56）輸入表示馬達30之旋轉速度的旋轉數計測值，從SW/AC監視部46輸入SW/AC監控訊號MS，並從操作電壓監視部48輸入操作電壓監控訊號MV。主控制部36，具有訊號處理及運算處理功能，通過馬達控制電路38控制馬達30的啟動、旋轉操作及停止。
圖3中表示此實施形態中之馬達控制裝置32的具體電路構成。主控制部36及旋轉數運算部56，作為優選形態，係由微電腦(microcomputer)構成。旋轉檢出感測器54，作為優選形態，係由霍爾IC構成。操作電壓生成電路40，係由交直流轉換電路組成，作為優選形態，具有輸入電容60、橋接4個二極體所組成之全波整流電路62、包括用於平滑化或漣波抑制之齊納二極體64、66、電阻68、70及電容72之輸出電路74。
零交叉檢出部52，作為優選形態，係由光耦合器76構成。從AC電源34輸入AC電力E時，只有當此商用頻率之交流與零位準交叉時光耦合器76之光電晶體76a才瞬間關閉，並在此光電晶體76a之集極端子得到時序脈波訊號CZ，其表示商用交流頻率各半周期的開始時序。此時序脈波訊號CZ係供給至主控制部36的預定輸入埠。
馬達控制電路38，作為優選形態，具有雙向閘流體(bidirectional thyristor)78及光雙向性三極閘流體(photo triac)80。在此，雙向閘流體78構成開關元件，並相對於AC電源34而與開關22及馬達30電氣串聯連接。光雙向性三極閘流體80，結合周邊的電容82及電阻83、84而構成點火電路或相位控制電路，其發光二極體80a連接至主控制部36之預定輸出埠。主控制部36，藉由控制發光二極體80a的開啟（開燈）及關閉（關燈），透過光雙向性三極閘流體80用同步於時序脈波訊號CZ之預設點火角或相位角控制雙向閘流體78，而可任意控制流至馬達30的電流。
如此一來，馬達控制電路38，藉由在點火電路或相位控制電路中使用光雙向性三極閘流體80，電氣地絕緣分離AC電源34之高電壓(AC100伏特)下操作的馬達驅動系統的電路與用操作電壓(DC5伏特)操作的控制系統的電路。
SW/AC監視部46，作為優選形態，具有電氣並聯連接至饋電線35或馬達30的支路或分支電路86，而光耦合器88及電流限制用之電阻90串聯連接至此分支電路86。在此，光耦合器88之光電晶體88a，其集極端子透過上拉電阻92連接至操作電壓VCC之電壓供給線或端子並且連接至主控制部36之預定輸入埠，而其射極端子連接至接地電位端子。
如此構成之SW/AC監視部46中，來自AC電源34之AC電力E透過開關22輸入至饋電線35時，無論馬達30的狀態(運轉/停止)為何，電流流至分支電路86且光耦合器88之光電晶體88a開啟，在其集極端子得到的SW/AC監控訊號MS成為接地電位集極即L位準。但是，AC電力E輸入至操作電壓生成電路40但沒有輸入至饋電線35時(開關22為關閉狀態時)，光耦合器88之光電晶體88a關閉，在其集極端子得到的SW/AC監控訊號MS成為操作電壓VCC之電位即H位準。主控制部36，隨時接收並監視SW/AC監控訊號MS，其電壓位準比預定之H位準閾值VH(例如2.0伏特)高時，判斷監控訊號MS為H位準(MS=「H」)，而比預定之L位準閾值VL(例如0.8伏特)低時，判斷監控訊號MS為L位準(MS=「L」)。此外，監控訊號MS之電壓位準在L位準閾值VL與H位準閾值VH之間時，則為不確定。
如此一來，SW/AC監視部46，藉由在用於檢出電流是否流至分支電路86的電流檢出部中使用光耦合器88，電氣絕緣分離AC電源34之高電壓(AC100伏特)下操作的電流檢出電路與用操作電壓(DC5伏特)操作的監控訊號輸出電路。
操作電壓監視部48，作為優選形態，係由積體電路構成，雖然省略圖示，但具有比較器及輸出電路，此比較器比較從操作電壓生成電路40輸入 之操作電壓VCC的電壓位準與預先設定之監視值VK並輸出表示兩者高低關係的比較結果，輸出電路將出自此比較器的比較結果作為2值的操作電壓監控訊號MV給至主控制部36。更詳細而言，操作電壓VCC之電壓位準比監視值VK高時，以H位準輸出監控訊號MV，而操作電壓VCC之電壓位準比監視值VK低時，以L位準輸出監控訊號MV。操作電壓VCC之電壓位準與監視值VK相同時，可判斷為MV=「H」或MV=「L」。監視值VK係設定為比主控制部36可正常運作的操作電壓VCC的界限值高的值。例如，若操作電壓VCC的額定值VS為5伏特，監視值VK係設定為4.5伏特。
顯示部24，具有例如發光色為紅、黃、藍(或綠)的3個LED 94R、94Y、94B。這些LED 94R、94Y、94B並聯連接至主控制部36的輸出埠，且各自的開燈、關燈係個別控制。
[馬達控制裝置之作用]
接著，參照圖4~圖11，說明此實施形態中之馬達控制裝置32的作用。
圖4中以流程圖表示此馬達控制裝置32中關於馬達30的啟動及停止的主控制部36之基本控制程序。另外，圖5及圖6中以時序圖表示本電動式帶磨機運轉期間從AC電源34正常供電AC電力之情況下各部狀態的變化。
此馬達控制裝置32中，當插頭14插入AC電源34的插座時，不管開關22的狀態為何，來自AC電源34的AC電力E輸入至操作電壓生成電路40，並從操作電壓生成電路40輸出操作電壓VCC。此時，操作電壓VCC從之前的0伏特瞬間上揚至額定值VS(DC5伏特)。當此操作電壓VCC上升至額定值VS時，在操作電壓VCC下操作的各部，即主控制部36、馬達旋轉數計測部44(54、56)、操作電壓監視部48等變成活化。另一方面，AC電力E開始輸入的同時，開始自零交叉檢出部52對主控制部36供給時序脈波訊號CZ。
主控制部36，首先藉由初始化，進行此次使用之暫存器和輸出埠 等所需要的初始設定(步驟S101)。此初始化當中，設定單位延遲時間TP的設定值(例如10ms)及延遲次數NS的設定值(例如5次)。然後，進行延遲次數的初始化(N=0)(步驟SR)。此外，單位延遲時間TP係設定為比後述之監視值到達時間TK短的值。接著，主控制部36，通過預設之輸入埠接收來自SW/AC監視部46的SW/AC監控訊號MS而讀取其邏輯值(步驟S102)。
如圖5所示，通常，使用者將插頭14插入AC電源34的插座時(時間點t0)，開關22成為關閉狀態。此情況下，SW/AC監視部46中，由於沒有電流流至分支電路86，光耦合器88的光電晶體88a處於關閉狀態。藉此，AC電力E開始輸入的同時，即時間點t0下，隨著操作電壓VCC上升，SW/AC監控訊號MS從之前的L位準變化為H位準。因此，主控制部36，判斷MS=「H」，經過延遲時間TP(步驟SF)之後，讀取來自操作電壓監視部48的操作電壓監控訊號MV的值(步驟S103)。此時，操作電壓VCC上升至額定值(5伏特)，MV=「H」。
主控制部36，當確認MS=「H」且MV=「H」的狀態時，進行5次迴路[C](步驟SP→S104c→S105→S102→SF→S103→SP→‧‧)，而當延遲次數N達到設定次數NS(5次)時，意即從時間點t0經過50ms(10ms×5)時，離開迴路[C]並進行為了啟動馬達30的準備(步驟SP→S106)，然後持續循環迴路[D](步驟S107→S108→S107→‧‧)，等待SW/AC監控訊號MS從H位準變化為L位準。
如圖5所示，SW/AC監控訊號MS從H位準變化為L位準，即使用者開啟開關22時(時間點t1)。此時，SW/AC監視部46中，電流開始流至分支電路86，光耦合器88的光電晶體88a從之前的關閉狀態變成開啟狀態，SW/AC監控訊號MS從H位準變成L位準。
主控制部36，當SW/AC監控訊號MS從H位準變成L位準時(時間點t1)，通過馬達控制電路38啟動馬達30(步驟S107→S109)。其後，主控制部36，監視SW/AC監控訊號MS，在確認此監控訊號MS為L位準的同時，持續循環迴路 [E](步驟S109→S110→S111→S109→‧‧)，繼續馬達30的旋轉操作。
如此繼續馬達30的旋轉操作期間，主控制部36，在通過馬達旋轉數計測部44(54、56)計測馬達30的旋轉數或負載的同時，通過馬達控制電路馬38控制流至馬達30的電流，並通過顯示部24即時向使用者通知操作狀況(特別是負載狀況)。例如，平時或無負載(旋轉數最大)時將藍(綠)LED 94B開燈，輕負載(旋轉數80%)時將黃LED 94Y開燈，而高負載(旋轉數60%)時將燈紅LED 94R開燈。並且，過負載時，可進行下列顯示控制，以例如0.2秒之間隔高速閃爍紅LED 94R而停止馬達30，緊接著停止之後，將紅LED 94R從高速閃爍切換至以例如1秒之間隔低速閃爍。
然後，此電動式帶磨機的研削加工結束，當使用者關閉開關22時(時間點t2)，SW/AC監控訊號MS從之前的L位準變化為H位準。此時，SW/AC監視部46中，沒有電流流至分支電路86，光耦合器88的光電晶體88a成為關閉。
主控制部36，當SW/AC監控訊號MS從L位準變化為H位準時，在此時間點上將馬達控制電路38的開關元件(雙向閘流體78)完全關閉而停止馬達30(步驟S110→S112)。然後，進行延遲次數的初始化(N=0)(步驟S113→SR)，與AC電力E開始輸入之後同樣地循環迴路[C]，以延遲次數設定次數NS(5次)重複MS=「H」且MV=「H」的確認，進入馬達啟動的準備(步驟SP→S106)，然後持續循環迴路[D]，等待開關22切換為開啟。
圖5所示之例子中，表示了使用者在此後一段時間(例如經過數秒以上)的時間點t3上將插頭14從插座拔出的情況。此情況下，主控制部36，當插頭14從插座拔出時，來自AC電源34的AC電力E不再輸入至操作電壓生成電路40，操作電壓生成電路40的輸出電壓即操作電壓VCC從額定值下降至零伏特。此情況下，操作電壓生成電路操40的輸出電容72所蓄積的電荷透過電阻70放電，因此操作電壓VCC以固定的時間常數逐漸下降。然後，當操作電壓VCC比預設的 操作界限值(例如約1.8伏特)低時，主控制部36變成非活化狀態。
圖6係使用者在開關22處於開啟狀態時將插頭14插入AC電源34之插座的情況。此情況下，無論開關22的狀態為何，在開始輸入來自AC電源34之AC電力E的同時(時間點t0)，操作電壓生成電路40將操作電壓VCC上升至額定值VS，操作電壓監控訊號MV從之前的L位準上升至H位準。
此情況下，主控制部36，當在初始設定(步驟S101)之後隨即讀取SW/AC監控訊號MS時(步驟S102)，此監控訊號MS保持在L位準。意即，SW/AC監視部46中，由於開關22為開啟狀態，AC電力E開始輸入的同時電流開始流至分支電路86，光耦合器88的光電晶體88a變成開啟狀態，因此SW/AC監控訊號MS保持在L位準。主控制部36，持續循環迴路[A](步驟S102→S104a→SR→S102→S104a‧‧‧‧)，等待監控訊號MS從L位準變成H位準。
然後，當使用者將開關22切換至關閉時，SW/AC監視部46中沒有電流流至分支電路86，光耦合器88的光電晶體88a關閉，且SW/AC監控訊號MS從L位準變化為H位準。因此，主控制部36，確認MS=「H」且MV=「H」的狀態，當進行5次迴路[C]而延遲次數N達到設定次數NS(5次)時，意即從時間點t0經過50ms(10ms×5)時，進入為了啟動馬達30的準備(步驟SP→S106)，持續循環迴路[D]直到開關22切換至開啟。
然後，當使用者開啟開關22時(時間點t1)，由於SW/AC監控訊號MS從H位準變化為L位準，離開迴路[D]而啟動馬達30(步驟S107→S109)，循環迴路[E]而繼續馬達30的旋轉操作。然後，當使用者關閉開關22時，或者插頭14從插座拔出時，由於監控訊號MS從L位準變化為H位準，停止馬達30(步驟S110→S112)。其後的控制程序及操作與圖5之情況相同。
如此一來，在此實施形態中，即使使用者在開關22處於開啟狀態時將插頭14插入AC電源34之插座，馬達30仍不會啟動，將開關22一度切換至關 閉然後再切換至開啟時才啟動馬達30。
偶然地，如圖7所示，正在繼續馬達30之旋轉操作期間，在例如時間點ta上，突然發生停電，或者插頭14意外從插座中拔出。此情況下，AC電力E的輸入一度中止，因而即使開關22處於開啟狀態，饋電線35及至馬達30的供電仍中止，至操作電壓生成電路40的供電亦中止。但是，操作電壓生成電路40中，由於輸出電路74之電容72所蓄積的電力以固定的時間常數放電，其輸出電壓即操作電壓VCC從額定值VS以指數方式下降，如同正常將插頭14從插座拔出時一樣。
因此，在AC電力E輸入停止的同時，SW/AC監視部46中，迄今流至分支電路86的電流被切斷，光耦合器88的光電晶體88a關閉，SW/AC監控訊號MS從之前的L位準變化為H位準。主控制部36，在此監控訊號MS變化(MS=「L」→「H」)的時間點上，通過馬達控制電路38停止馬達控制電路馬30(步驟S110→S112)。
圖7之例子中，其表示下列情況，即，在經過從AC電力E輸入停止的時間點ta至操作電壓VCC之電壓位準減為監視值VK為止的一定時間(監視值到達時間)TK(例如30ms)後的時間點(例如從AC電力E輸入停止時間點ta經過40ms的時間點tc)上，使用者將插頭14再度插入插座。
此情況下，當在時間點tc上來自AC電源34之AC電力E的輸入再啟時，操作電壓生成電路40瞬間使操作電壓VCC返回額定值VS，操作電壓監視部48亦使操作電壓監控訊號操MV瞬間從L位準變化為H位準。另一方面，AC電力E之輸入再啟的同時，SW/AC監視部46開啟光耦合器88的光電晶體88a，使SW/AC監控訊號MS的電壓位準瞬間從之前的H位準落至零伏特(L位準)。另外，SW/AC監控訊號MS的電壓位準，當AC電力E之輸入停止時，一度上升至額定值VS附近，然後仿照操作電壓VCC以指數方式下降。主控制部36判斷MS=「H」直到SW/AC監控訊號MS的電壓位準減為H位準閾值VH 。
此情況下之主控制部36的處理程序如下所述。意即，馬達30停止之後，進行延遲次數的初始化（N＝0）（步驟S113 →SR ），確認MS＝「H」且MV＝「H」，持續循環迴路[C]。在此期間，當經過上述監視值到達時間TK (30ms)時，由於在此操作電壓監控訊號MV從H位準變化為L位準，從迴路[C]移至迴路[B]（步驟S103 →S104b →SR →S102 →SF →S103 →‧‧）。然後，在隨後的時間點tc 上，當AC電力E之輸入再啟而操作電壓監控訊號MV從L位準回復H位準時，從迴路[B]離開，進行延遲次數的檢查（步驟S103 →SP ）。此時，由於延遲次數尚未到達設定次數NS （5次），進入迴路[C]而檢查SW/AC監控訊號MS（步驟SP →S104c →S105 →S102 ）。然後，由於MS＝「L」，進入迴路[A]（步驟S102 →S104a →SR →‧‧），其後亦持續循環迴路[A]。
在本實施例中，即使在AC電力E輸入再啟時間點tc 超過單位延遲時間(10ms)乘以延遲設定次數NS 所得之時間(50ms)的情況下，主控制部36仍留在迴路[A]〜[C]內，不會移行至馬達啟動準備（步驟S106 ）。意即，當進行4次迴路[C]時，即在從AC電力E輸入停止時間點ta 經過40ms時的時間點tb 上，操作電壓監控訊號MV從H位準變化為L位準，藉此從迴路[C]移行至迴路[B]（步驟S103 →S104b →SR →‧‧）。其後，當在時間點tc 上AC電力E輸入再啟時，雖然從迴路[B]離開（步驟S103 →SP ），但由於延遲次數未達到設定次數NS （5次），一度進入迴路[C]（步驟SP →S104c →S105 →S102 ）。但是，由於此時SW/AC監控訊號MS為L位準，從迴路[C]移行至迴路[A]（步驟S102 →S104a →SR →‧‧），然後留在迴路[A]內。
圖8之例子中，其表示下列情況，即，在從AC電力E輸入停止的時間點ta 經過監視值到達時間TK (30ms)前的時間點（例如從AC電力輸入停止時間點ta 經過20ms的時間點）tβ 上，使用者將插頭14再度插入插座，AC電力E的輸入再啟。
此情況下之主控制部36的處理程序如下所述。意即，馬達30停止之後，進行延遲次數的初始化(N=0)(步驟S113→SR)，接著檢查SW/AC監控訊號MS及操作電壓監控訊號MV的邏輯值(步驟S102、S103)。然後，AC電力輸入停止之後，即為MS=「H」、MV=「H」，因此持續循環迴路[C]。然後，當在監視值到達時間TK(30ms)前的時間點tβ上AC電力E的輸入再啟時，於迴路[C]中檢查SW/AC監控訊號MS(步驟S103→S104c→S105→S102)。然後，由於SW/AC監控訊號MS亦在時間點tβ上從H位準變化為L位準，進入迴路[A]，其後亦留在迴路[A]內。
如此一來，在此實施形態中，主控制部36雙重檢查來自SW/AC監視部46的監視資訊(MS)與來自操作電壓監視部48的監視資訊(MV)，在操作電壓監視部48給出操作電壓VCC之電壓位準比預設之監視值VK低的監視資訊(MV=「L」)的狀態下，即使SW/AC監視部46給出開始或再啟從AC電源34輸入AC電力至饋電線35的監視資訊(MS=「H」→「L」)，馬達30仍不會啟動。
藉此，正在用此電動式帶磨機進行研削加工的期間，當插頭14與使用者之意圖相反地從插座拔出時，即使倉促將插頭14插回插座，馬達30仍不會啟動。即使研削加工期間AC電源34突然停電而立即復電的情況下亦是如此。在此種情況下，使用者藉由一度關閉開關22然後再度開啟開關22，可以再啟動馬達30。
此外，主控制部36，當如上所述阻止馬達30的再啟動時，通過顯示部24的警示，例如低速閃爍綠LED 94G，以敦促使用者操作開關22。
附帶地，作為比較例，在從此實施形態中之馬達控制裝置去除操作電壓監視部48的情況下，主控制部36的控制程序係如圖9所示，各部的電壓位準或邏輯值如圖10所示地變化。此情況下，包括檢查來自操作電壓監視部(48)之監視資訊（操作電壓監控訊號MV）的程序（步驟S103 ）、延遲相關程序（步驟SR 、SF 、SP ）、迴路[B]、[C]等。主控制部36僅基於來自SW/AC監視部46的監視資訊（SW/AC監控訊號MS）而控制馬達30的啟動及停止。為此，當研削加工期間AC電力E的輸入突然停止而立即再啟時（時間點tc ），SW/AC監控訊號MS從H位準變化為L位準，主控制部36回應此而再啟動馬達30（步驟S106 →S109 ）。但是，由於此種再啟動並非使用者意圖所在，會對使用者本人或周圍的人造成危險，亦非工作所望。
[其他實施形態或變形例] 以上雖說明本發明的優選實施形態，但本發明並非限定於上述實施形態。在不脫離具體實施形態中本發明之技術思想及技術範圍的情況下，本領域技術人員可以進行各種修改及變化。
例如，上述實施形態中，亦可將主控制部36的控制程序（圖4）變形為圖11所示。此變形例或第2實施例，省略延遲初始化程序（步驟SR ）、延遲次數檢查程序（步驟SP ）及迴路[C]，取而代之地加入SW/AC監控訊號再檢查程序（步驟SG ）及迴路[F]。在此，延遲程序（步驟SF ）中之延遲時間TP 係設定為等於或稍大於監視值到達時間TＫ (30ms)的值（例如30～35ms）。藉由此實施例的控制程序，亦可進行與圖7及圖8相同的操作。
意即，在圖7的情況下，從AC電力E輸入停止時間點ta 計時延遲時間TP 當中，經過監視值到達時間TK (30ms)而操作電壓監控訊號MV從H位準變化為L位準。藉此，當在經過延遲時間TP 之後檢查操作電壓監控訊號MV時，MV＝「L」，進入迴路[B]（步驟S103 →S104b →S102 →SF →S103 →S104b ‧‧‧‧）。然後，當在此後之時間點tc 上AC電力輸入再啟時，由於SW/AC監控訊號MS成為L位準，進入迴路[A]（步驟S102 →S104a →S102 →‧‧），其後亦留在迴路[A]內。
另外，在圖8的情況下，從AC電力E輸入停止時間點ta 計時延遲時間TP當中，在時間點tβ上AC電力E輸入再啟，雖然操作電壓監控訊號MV從L位準變化為H位準(步驟S103)，但由於SW/AC監控訊號MS為L位準，因此經由迴路[F]進入迴路[A](步驟SG→S104d→S102‧‧)，其後亦留在迴路[A]內。
關於主控制部36周圍的電路，例如操作電壓生成電路40可生成複數種類的操作電壓。在此情況下，操作電壓監視部48可監視此複數種類的操作電壓其中任1者，通常是監視供給至主控制部36者的電壓位準。另外，外部電源34不限定為單相的商用交流電源，可以是具有任意頻率之單相或三相交流電源，亦可以是直流電源。因此，操作電壓生成電路40亦不限定為單相的交直流轉換電路，可以是三相的交直流轉換電路，或者可以由開關電源電路和反向器電路等構成。馬達30亦不限定為單相交流馬達，可以是任意的馬達。SW/AC監視部46中，雖然使用如上述實施形態中之光耦合器可構成高速電流檢出部，但亦可使用例如繼電器等來取代光耦合器。
上述實施形態中之電動式帶磨機係本發明之電動工具的一例，本發明可適用於電動式倒棱機、盤式研削機、盤式研磨機、剝離機、切割機、穿孔機等等將馬達用於動力源之外部供電方式的任意電動工具。並且，本發明之馬達控制裝置不限於電動工具，可適用於將馬達用於動力源之外部供電方式的任意電氣機器。
1‧‧‧電動式帶磨機
10‧‧‧主機體
12‧‧‧電力線
14‧‧‧插座插頭
16‧‧‧研削帶
18‧‧‧研削帶
20‧‧‧把手
22‧‧‧開關
24‧‧‧顯示部
30‧‧‧馬達
32‧‧‧馬達控制裝置
34‧‧‧AC電源
35‧‧‧饋電線
36‧‧‧主控制部
38‧‧‧馬達控制電路
40‧‧‧操作電壓生成電路
42‧‧‧基準時脈/時序部
44‧‧‧馬達旋轉計測部
46‧‧‧SW/AC監視部
48‧‧‧操作電壓監視部
50‧‧‧振盪器
52‧‧‧零交叉檢出部
54‧‧‧旋轉檢出感測器
56‧‧‧旋轉數運算部
60‧‧‧輸入電容
62‧‧‧全波整流電路
64、66‧‧‧齊納二極體
68、70‧‧‧電阻
72‧‧‧電容
74‧‧‧輸出電路
76‧‧‧光耦合器
76a‧‧‧光電晶體
78‧‧‧雙向閘流體
80‧‧‧光雙向性三極閘流體
80a‧‧‧發光二極體
82‧‧‧電容
83、84‧‧‧電阻
86‧‧‧分支電路
88‧‧‧光耦合器
88a‧‧‧光電晶體
90‧‧‧電阻
92‧‧‧上拉電阻
94R、94Y、94B‧‧‧LED
[A]、[B]、[C]、[D]、[E]、[F]‧‧‧迴路
CK‧‧‧時脈
CZ‧‧‧時序脈波訊號
E‧‧‧AC電力
MS‧‧‧SW/AC監控訊號
MV‧‧‧操作電壓監控訊號
S101、S102、S103、S104a、S104b、S104c、S104d、S105、S106、S107、S108、S109、S110、S110、S112、S113、SF、SG、SP、SR‧‧‧步驟
t0、t1、t2、t3、ta、tb、tc、td、tβ‧‧‧時間點
TK‧‧‧監視值到達時間
VCC‧‧‧操作電壓
VE‧‧‧有效值
VH‧‧‧H位準閾值
VK‧‧‧監視值
VL‧‧‧L位準閾值
VS‧‧‧額定值
圖1係表示作為本發明一實施形態中之電動工具的電動式帶磨機的外觀的立體圖。 圖2係表示上述電動式帶磨機所搭載之馬達及馬達控制裝置的系統構成的示意圖。 圖3係表示上述實施形態中之馬達控制裝置的具體電路構成的電路圖。 圖4係表示上述實施形態中與馬達啟動及停止有關的上述馬達控制裝置之主控制部的基本控制程序的流程圖。 圖5係表示上述實施形態中，當在關閉開關之狀態下將插頭插入插座時，來自外部電源之電力正常供電的情況下的各部狀態的時序圖。 圖6係表示上述實施形態中，當在開啟開關之狀態下將插頭插入插座時，來自外部電源之電力正常供電的情況下的各部狀態之變化的時序圖。 圖7係表示上述實施形態中，運轉期間來自外部電源之電力輸入一度停止隨後再啟的一例中各部狀態之變化的時序圖。 圖8係表示上述實施形態中，運轉期間來自外部電源之電力輸入一度停止隨後再啟的另一例中各部狀態之變化的時序圖。 圖9係表示從上述實施形態之馬達控制裝置去除操作電壓監視部的情況（比較例）中的主控制部的基本控制程序的流程圖。 圖10係表示比較例（圖9）中各部狀態之變化的時序圖。 圖11係表示上述馬達控制裝置中之主控制部的控制程序的一變形例的流程圖。
22‧‧‧開關
24‧‧‧顯示部
30‧‧‧馬達
32‧‧‧馬達控制裝置
34‧‧‧AC電源
35‧‧‧饋電線
36‧‧‧主控制部
38‧‧‧馬達控制電路
40‧‧‧操作電壓生成電路
42‧‧‧基準時脈/時序部
44‧‧‧馬達旋轉計測部
46‧‧‧SW/AC監視部
48‧‧‧操作電壓監視部
50‧‧‧振盪器
54‧‧‧旋轉檢出感測器
56‧‧‧旋轉數運算部
CK‧‧‧時脈
CZ‧‧‧時序脈波訊號
E‧‧‧AC電力
MS‧‧‧SW/AC監控訊號
MV‧‧‧操作電壓監控訊號
VCC‧‧‧操作電壓

Claims (18)

  1. 一種馬達控制裝置，其用於從外部電源接受電力供給而控制旋轉之馬達的操作，包括：開關，其相對於該外部電源而與該馬達電氣串聯地設置；操作電壓生成電路，其輸入來自該外部電源之電力而輸出直流的操作電壓；以及第1監視部，其監視該開關的狀態或該開關與該馬達之間之饋電線的狀態，並產生第1監控訊號，該第1監控訊號表示是否從該外部電源供給電力至該饋電線上； 其特徵在於具有： 第2監視部，其監視該操作電壓，並產生第2監控訊號，該第2監控訊號表示該操作電壓之電壓位準高於或低於預先設定之監視值；以及 控制部，其在該操作電壓下操作，並基於該第1監控制訊號之資訊與該第2監控制訊號之資訊而控制該馬達的啟動及停止。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，該第1監視部具有：分支電路，其從該外部電源看係在該開關之後段與該馬達電氣並聯連接；以及電流檢出部，其檢出電流是否流至該分支電路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之馬達控制裝置，其中，該電流檢出部具有設置於該分支電路的光耦合器， 該光耦合器之光電晶體具有第1端子及第2端子，該第1端子透過阻抗連接至該操作電壓之電壓供給端子，該第2端子連接至接地電位端子，該第1監控訊號係於該第1端子取得。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之馬達控制裝置，其中，該第1監控訊號係生成為2值訊號，該2值訊號具有設定於該動作電壓之額定值與接地電位之間的第1閾值以及比該第1閾值低的第2閾值， 當該第1監控訊號之電壓位準比該第1閾值高時，該控制部判斷該第1監控訊號具有第1邏輯值，當該第1監控訊號之電壓位準比該第2閾值低時，判斷該第1監控訊號具有第2邏輯值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之馬達控制裝置，其中，在該第2監控訊號表示該操作電壓之電壓位準比該監視值高的狀態下，當該第1監控訊號從第1邏輯值變化至第2邏輯值時，該控制部啟動該馬達， 在該第2監控訊號表示該操作電壓之電壓位準比該監視值高的狀態下，當該第1監控訊號從第2邏輯值變化至第1邏輯值時，該控制部停止該馬達。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之馬達控制裝置，其中，在該第2監控訊號表示該操作電壓之電壓位準比該監視值低的狀態下，即使該第1監控訊號從第1邏輯值變化至第2邏輯值，該控制部仍不啟動該馬達。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之馬達控制裝置，其中，該監視值經設定為，該開關為開啟狀態下中止從該外部電源輸入電力至該饋電線時，在該第1監控訊號的電壓位準低於該閾值之前，該操作電壓比該監視值低。
  8. 如申請專利範圍第5至7項中任一項所述之馬達控制裝置，其中，在該操作電壓的電壓位準比該監視值高時，該第2監視部以第1邏輯值產生該第2監控訊號，並且，在該操作電壓的電壓位準比該監視值低時，該第2監視部以第2邏輯值產生該第2監控訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之馬達控制裝置，其中，只要該第2監控訊號具有第2邏輯值，無論該第1監控訊號的值為何，該控制部不啟動該馬達。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，緊接於停止該馬達之後，從其停止時間開始經過預設之延遲時間之前，無論該第1監控訊號或該第2監控訊號的值為何，該控制部保持該馬達的停止狀態。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之馬達控制裝置，其中，該開關為開啟狀態下中止從該外部電源輸入電力至該饋電線時，該延遲時間設定為與該操作電壓之電壓位準從額定值下降至該監視值所需要的時間相同或比其稍長的時間。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，緊接於停止該馬達之後，該控制部在預設之延遲時間內以預定次數重複檢查該第1監控訊號與該第2監控訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之馬達控制裝置，其中，該延遲時間設定為比該操作電壓之電壓位準從額定值下降至該監視值所需要的時間短的時間。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，更包括開關元件，該開關元件相對於該外部電源而與該馬達及該開關電氣串聯， 該控制部以一定頻率切換控制該開關元件來控制該馬達的旋轉操作，並在停止該馬達時關閉該開關元件。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，該外部電源為交流電源， 該操作電壓生成電路具有將該交流電源所輸入之交流電力轉換為直流電力的交直流轉換電路， 該交直流轉換電路在其輸出段具有電容，並將該電容之充電電壓輸出為該操作電壓。
  16. 一種馬達控制裝置，其用於控制從外部電源接受電力供給而旋轉之馬達的操作，包括：開關，其相對於該外部電源而與該馬達電氣串聯地設置；操作電壓生成電路，其輸入來自該外部電源之電力而輸出直流的操作電壓；以及第1監視部，其監視該開關的狀態或該開關與該馬達之間之饋電線的狀態； 其特徵在於具有： 第2監視部，其監視該操作電壓之電壓位準高於或低於預先設定之監視值；以及 控制部，其在該操作電壓下操作，並基於該第1監視部及該第2監視部的監視資訊而控制該馬達的啟動及停止； 該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值高的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出該開關從關閉狀態切換至開啟狀態的監視資訊時，該控制部回應來自該第1監視部的監視資訊而啟動該馬達； 該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值高的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出從該外部電源至該饋電線的電力輸入切斷的監視資訊時，該控制部回應來自該第1監視部的監視資訊而停止該馬達； 該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值低的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出從該外部電源至該饋電線的電力輸入開始或再啟的監視資訊時，該控制部不啟動該馬達。
  17. 一種電動工具，其包括： 主機體； 可動之工具，以進行一定運動的方式安裝至該主機體； 馬達，其設置於該主機體中，用於從外部電源接受電力供給而驅動該工具； 馬達控制裝置，其設置於該主機體中，用於從該外部電源接受電力供給而控制該馬達的操作，包括：開關，其相對於該外部電源而與該馬達電氣串聯地設置；操作電壓生成電路，其輸入來自該外部電源之電力而輸出直流的操作電壓；以及第1監視部，其監視該開關的狀態或該開關與該馬達之間之饋電線的狀態，並產生第1監控訊號，該第1監控訊號表示是否從該外部電源供給電力至該饋電線上； 其特徵在於具有： 第2監視部，其監視該操作電壓，並產生第2監控訊號，該第2監控訊號表示該操作電壓之電壓位準高於或低於預先設定之監視值；以及控制部，其在該操作電壓下操作，並基於該第1監控制訊號之資訊與該第2監控制訊號之資訊而控制該馬達的啟動及停止。
  18. 一種電動工具，其包括： 主機體； 可動之工具，以進行一定運動的方式安裝至該主機體； 馬達，其設置於該主機體中，用於從外部電源接受電力供給而驅動該工具； 馬達控制裝置，其設置於該主機體中，用於從該外部電源接受電力供給而控制該馬達的操作，包括：開關，其相對於該外部電源而與該馬達電氣串聯地設置；操作電壓生成電路，其輸入來自該外部電源之電力而輸出直流的操作電壓；以及第1監視部，其監視該開關的狀態或該開關與該馬達之間之饋電線的狀態； 其特徵在於具有： 第2監視部，其監視該操作電壓之電壓位準高於或低於預先設定之監視值；以及 控制部，其在該操作電壓下操作，並基於該第1監視部及該第2監視部的監視資訊而控制該馬達的啟動及停止； 該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值高的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出該開關從關閉狀態切換至開啟狀態的監視資訊時，該控制部回應來自該第1監視部的監視資訊而啟動該馬達； 該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值高的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出從該外部電源至該饋電線的電力輸入切斷的監視資訊時，該控制部回應來自該第1監視部的監視資訊而停止該馬達； 該第2監視部給出該操作電壓的電壓位準比該監視值低的監視資訊的狀態下，在該第1監視部給出從該外部電源至該饋電線的電力輸入開始或再啟的監視資訊時，該控制部不啟動該馬達。
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