WO2016031715A1 - モータ駆動回路及び電動工具 - Google Patents

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WO2016031715A1
WO2016031715A1 PCT/JP2015/073533 JP2015073533W WO2016031715A1 WO 2016031715 A1 WO2016031715 A1 WO 2016031715A1 JP 2015073533 W JP2015073533 W JP 2015073533W WO 2016031715 A1 WO2016031715 A1 WO 2016031715A1
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voltage
circuit
inverter circuit
control
brushless motor
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PCT/JP2015/073533
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French (fr)
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拓家 吉成
俊彰 小泉
Original Assignee
日立工機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor

Definitions

  • the present invention relates to a motor drive circuit and a power tool having switching elements such as IGBTs and FETs.
  • a motor drive circuit for driving a brushless motor generally includes an inverter circuit in which a plurality of switching elements such as IGBTs and FETs are bridge-connected, and the inverter circuit is energized to the stator coil of the brushless motor, for example, by PWM control.
  • Patent Document 1 discloses an electric tool that can finely control the rotation speed of a brushless motor by a microcomputer mounted on a control board.
  • One of the abnormalities in the motor drive circuit is a decrease in the gate voltage (control terminal voltage) of each switching element of the inverter circuit.
  • the power supply voltage of the gate driver IC that drives the gate (control terminal) of each switching element is monitored by a microcomputer.
  • the present invention has been made in recognition of such a situation, and an object of the present invention is to provide a motor drive circuit capable of accurately monitoring the voltage of the control terminal of each switching element constituting the inverter circuit as compared with the conventional one. It is to provide a power tool.
  • the motor drive circuit includes an inverter circuit that generates a drive voltage of a brushless motor, and a control unit that controls the inverter circuit.
  • the inverter circuit includes a plurality of switching elements, and the control unit includes the inverter The voltage at the control terminal of each switching element of the circuit is monitored.
  • the control unit may perform the monitoring by performing PWM control on the inverter circuit and taking into account the duty of the PWM control.
  • the inverter circuit includes a plurality of switching elements on each of the high voltage side and the low voltage side, and alternatively selects the voltage of the control terminal of the switching element that is currently turned on on each of the high voltage side and the low voltage side.
  • a selection circuit may be provided, and each selection circuit and the control unit may be connected to each other by a single signal line.
  • the selection circuit may be a plurality of diodes separately connected to control terminals of the switching elements of the inverter circuit.
  • the selection circuit may be provided on a substrate on which the inverter circuit is mounted.
  • flow conversion circuit which approaches the voltage of the control terminal of each switching element of the said inverter circuit to a direct current voltage, and inputs into the said control part.
  • the motor drive circuit includes a plurality of switching elements, an inverter circuit that generates a driving voltage for the brushless motor, a control unit that controls the inverter circuit, and a control signal from the control unit.
  • the first transmission path is provided with a drive circuit that outputs a drive signal of the switching element in accordance with a control signal from the control unit, and in the state where the drive signal is output from the drive circuit, When the drive signal is not transmitted to the second transmission path, the brushless motor may not be stopped or started.
  • Having a trigger for switching between supply and interruption of power to the brushless motor and configured to maintain the stopped state of the brushless motor regardless of operation of the trigger after the brushless motor is not stopped or started May be.
  • the motor drive circuit includes a plurality of switching elements, an inverter circuit that generates a driving voltage for the brushless motor, a control unit that controls the inverter circuit, and a control signal from the control unit.
  • a drive circuit that outputs a drive signal, a first transmission path that transmits the drive signal to the control terminal of the switching element via the drive circuit, and the control unit and the control separately from the first transmission path
  • a second transmission path for connecting the terminal and transmitting the drive signal to the control unit.
  • the motor driving circuit includes a plurality of switching elements, and generates an inverter circuit that generates a driving voltage for the brushless motor, a control unit that controls the inverter circuit, and a control signal from the control unit.
  • a first transmission path for transmitting a drive signal and configured such that the brushless motor is not stopped or started when the first transmission path is interrupted, and the first transmission path is reconnected. Further, the brushless motor is configured to maintain a stopped state.
  • Having a trigger for switching between supply and interruption of power to the brushless motor and configured to maintain the stopped state of the brushless motor regardless of operation of the trigger after the brushless motor is not stopped or started May be.
  • a second transmission path that detects blocking of the first transmission path may be provided.
  • the motor drive circuit includes a plurality of switching elements, an inverter circuit that generates a drive voltage for the brushless motor, a control unit that controls the inverter circuit, and a voltage detection unit that detects a voltage at a control terminal of the switching element And comprising.
  • Another aspect of the present invention is an electric tool, which includes a brushless motor and the motor driving circuit that drives the brushless motor.
  • the motor drive circuit and electric tool which can monitor correctly the voltage of the control terminal of each switching element which comprises an inverter circuit compared with the past can be provided.
  • the sectional side view of the electric tool which concerns on embodiment of this invention.
  • the control block diagram of the electric tool shown in FIG. The time chart of the voltage of each part of FIG. 2 at the normal time (when the duty of PWM control is 70%).
  • the time chart of the voltage of each part of FIG. 2 at the time of abnormality (when the duty of PWM control is 70%).
  • Explanatory drawing which shows an example of the relationship between the duty of PWM control, and the microcomputer input voltage (the input voltage from DC circuit 88,89 to the calculating part 83) in each time of normality and abnormality.
  • the control flowchart of the electric tool shown in FIG. The time chart of the voltage of each part of FIG. 2 when abnormality occurs in a part of each part of FIG. 2 (at the time of PWM control no-duty 70%).
  • FIG. 1 is a side sectional view of a power tool according to an embodiment of the present invention.
  • the electric power tool of the present embodiment is an impact driver, and the housing 1 is connected to the body part 2 that houses a part of the brushless motor 10, the striking mechanism part 20, and the output part 30, and one end is connected to the body part 2.
  • the brushless motor 10 includes an output shaft 11 that extends in the front-rear direction, a rotor 12 that is fixed to the output shaft 11 and includes a plurality of permanent magnets, a stator 14 that is disposed so as to surround the rotor 12 and includes a plurality of stator coils 13, and an output And a cooling fan 15 fixed to the shaft 11. Both sides of the output shaft 11 are axially supported (supported by bearings), and the stator 14 is fixed to the body portion 2 of the housing 1. The rotation of the output shaft 11 is decelerated via the planetary gear mechanism 16 and applied to the hammer 21 of the striking mechanism unit 20.
  • the striking mechanism 20 includes a hammer 21 disposed in the hammer case 25 and a spring 23 that biases the hammer 21 forward.
  • the hammer 21 has a collision portion 22 at the front end, and is rotated by the output shaft of the planetary gear mechanism 16.
  • the anvil 31 constituting the output unit 30 has a collided portion 32 at the rear end.
  • the spring 23 urges the hammer 21 forward so that when the hammer 21 rotates, the collision part 22 collides with the collided part 32 in the rotation direction. With such a configuration, when the hammer 21 rotates, a rotating impact force is applied to the anvil 31 of the output unit 30.
  • the hammer 21 is also configured to move backward against the biasing force of the spring 23, and the hammer 21 resists the biasing force of the spring 23 after the collision between the collision part 22 and the collision target part 32. Then move backward while rotating. And when the collision part 22 gets over the collision part 32, the elastic energy stored in the spring 23 is released, the hammer 21 moves forward, and the collision part 22 and the collision part 32 collide again.
  • the anvil 31 constituting the output unit 30 is rotatably supported at the front end portion of the body portion 2, that is, the front end side of the hammer case 25, and a front end tool can be detachably attached to the anvil 31.
  • the handle portion 3 is provided with a trigger 5, and the trigger 5 is connected to a switch mechanism 6 accommodated in the handle portion 3.
  • the user can switch between supply and interruption of power to the brushless motor 10 by the trigger 5.
  • a power cord 40 for connecting to an external AC power source such as a commercial power source is pulled out from a lower outlet 48 of the storage unit 4.
  • a power supply box 50 stored in the storage unit 4 is connected to the base end side of the power cord 40.
  • a rectifier circuit board on which a rectifier circuit that converts AC power input from the power cord 40 into DC power is mounted is provided in the power supply box 50.
  • a control circuit board 60 on which a control circuit 81 shown in FIG. 2 for controlling the rotation of the brushless motor 10 and the like is mounted is stored in the storage unit 4.
  • a film capacitor 42 (an example of a nonpolar capacitor) for removing noise generated from the inverter circuit 85 shown in FIG. 2 is housed in the handle portion 3.
  • the inverter circuit controlled by the control circuit is mounted on an inverter circuit board (switching element board) 70 that is fixed to the body portion 2 and located behind the brushless motor 10.
  • the inverter circuit has, for example, six FETs 71 as switching elements that turn on and off the energization of the brushless motor 10, and each FET 71 is cooled by an air flow by a fan 15 that rotates together with the brushless motor 10. Yes.
  • the control circuit includes a drive circuit (gate driver) that outputs a drive signal (PWM signal) for turning on and off each FET 71 and a microcomputer, and electrical connection between the control circuit board 60 and the inverter circuit board 70 is performed by a cable 72. Done.
  • the switching element may be an IGBT.
  • FIG. 2 is a control block diagram of the power tool shown in FIG. 3A to 3D are time charts of voltages of the respective parts in FIG. 2 in a normal state (when the duty of PWM control is 70%), and FIG. 3A is a diagram illustrating gates of FETs Q1 to Q6 of the inverter circuit 85.
  • 3B shows the output voltage of the selection circuits 86 and 87
  • FIG. 3C shows the voltage after voltage division by the voltage dividing resistors R1 and R2 and the voltage dividing resistors R3 and R4, and
  • FIG. 3D shows the calculation.
  • An input voltage to the unit 83 output voltages of the DC circuits 88 and 89
  • the motor drive circuit 80 includes a control circuit 81, an inverter circuit 85, selection circuits 86 and 87, voltage dividing resistors R1 to R4, and direct current circuits (low-pass filters) 88 and 89.
  • the electric power tool of the present embodiment is connected to an AC power source 46 such as a commercial power source by a power cord 40.
  • Commercial AC power supplied from the power cord 40 (for example, AC 100 V in Japan, AC 200 V, AC 230 V, etc. in overseas) is full-wave rectified by a diode bridge (rectifier circuit) 45.
  • a film capacitor 42 is provided between the output terminals of the diode bridge 45.
  • a power supply circuit 44 such as a switching power supply circuit generates power supply voltages (gate drive voltage Vgate) of gate drive circuits (gate driver ICs) 82u, 82v, and 82w.
  • the output voltage of the diode bridge 45 is input to the inverter circuit 85.
  • the inverter circuit 85 includes FETs Q1 to Q6 connected in a three-phase bridge.
  • the FETs Q1 to Q6 correspond to the FET 71 in FIG.
  • the inverter circuit 85 energizes each stator coil 13 of the brushless motor 10 under the control of the control circuit 81 (by the gate voltage shown in FIG. 3A) to drive the brushless motor 10.
  • the bootstrap capacitors Cu, Cv, and Cw are provided in order to make the gate voltage of the FETs Q1 to Q3 on the upper arm (high side) side higher than the output voltage of the diode bridge 45.
  • Bootstrap capacitors Cu, Cv, Cw are provided on the control circuit board 60.
  • the selection circuit 86 is a circuit that selectively passes the gate voltage of the FETs Q1 to Q3 on the upper arm side that are currently turned on.
  • the selection circuit 86 includes diodes D1 to D3 separately connected to the gates (control terminals) of the FETs Q1 to Q3 on the upper arm side.
  • the diodes D1 to D3 are provided on the inverter circuit board 70 on which the inverter circuit 85 is mounted.
  • the anodes of the diodes D1 to D3 are connected to the gates of the FETs Q1 to Q3 on the inverter circuit board 70, respectively.
  • the cathodes of the diodes D1 to D3 are connected to each other, and are connected to the arithmetic unit 83 by a common signal line.
  • the output voltage of the selection circuit 86 is the logical sum (OR) of the gate voltages of the FETs Q1 to Q3 shown in FIG.
  • Voltage dividing resistors R1 and R2 forming a voltage dividing circuit that divides the gate voltage at a predetermined voltage dividing ratio are provided on the control circuit board 60, and are connected in series between the cathodes of the diodes D1 to D3 and the ground.
  • the resistance value of the voltage dividing resistor R1 is, for example, 100 k ⁇
  • the resistance value of the voltage dividing resistor R2 is, for example, 1.5 k ⁇ .
  • the voltage at the interconnection point of the voltage dividing resistors R 1 and R 2 (the voltage after voltage division shown in the upper part of FIG. 3C) is input to the calculation unit 83 via the DC circuit 88.
  • the DC circuit 88 is an integrating circuit including a resistor R6 and a capacitor C1. One end of the resistor R6 is connected to the interconnection point of the voltage dividing resistors R1 and R2, and the other end is connected to the calculation unit 83.
  • the capacitor C1 is provided between the other end of the resistor R6 and the ground.
  • the DC circuit 88 is provided on the control circuit board 60, and inputs the voltage at the interconnection point of the voltage dividing resistors R1 and R2 close to the DC voltage as shown in the upper part of FIG.
  • the selection circuit 87 is a circuit that selectively passes the gate voltage of the currently turned-on FETs Q4 to Q6 on the lower arm side.
  • the selection circuit 87 includes diodes D4 to D6 separately connected to the gates (control terminals) of the lower arm side FETs Q4 to Q6.
  • the diodes D4 to D6 are provided on the inverter circuit board 70 on which the inverter circuit 85 is mounted.
  • the anodes of the diodes D4 to D6 are connected to the gates of the FETs Q4 to Q6 on the inverter circuit board 70, respectively.
  • the cathodes of the diodes D4 to D6 are connected to each other, and are connected to the arithmetic unit 83 by a common signal line.
  • the output voltage of the selection circuit 87 is the logical sum (OR) of the gate voltages of the FETs Q4 to Q6 shown in FIG.
  • Voltage dividing resistors R3 and R4 forming a voltage dividing circuit for dividing the gate voltage at a predetermined voltage dividing ratio are provided on the control circuit board 60 and are connected in series between the cathodes of the diodes D4 to D6 and the ground.
  • the resistance value of the voltage dividing resistor R3 is, for example, 10 k ⁇
  • the resistance value of the voltage dividing resistor R4 is, for example, 2.7 k ⁇ .
  • the voltage at the interconnection point of the voltage dividing resistors R 3 and R 4 (the voltage after voltage division shown in the lower part of FIG. 3C) is input to the calculation unit 83 via the DC circuit 89.
  • the DC circuit 89 is an integrating circuit including a resistor R5 and a capacitor C2. One end of the resistor R5 is connected to the interconnection point of the voltage dividing resistors R3 and R4, and the other end is connected to the calculation unit 83.
  • the capacitor C2 is provided between the other end of the resistor R5 and the ground.
  • the DC circuit 89 is provided on the control circuit board 60, and inputs the voltage at the interconnection point of the voltage dividing resistors R3 and R4 close to the DC voltage as shown in the lower part of FIG.
  • the control circuit 81 as a control unit includes gate drive circuits 82u, 82v, and 82w that output drive signals (FIG. 3A) for turning on and off the FETs Q1 to Q6 of the inverter circuit 85, and an arithmetic unit (micro) that controls them.
  • Computer 83.
  • the gate drive circuit 82u drives the gates of the FETs Q1 and Q4
  • the gate drive circuit 82v drives the gates of the FETs Q2 and Q5
  • the gate drive circuit 82w drives the gates of the FETs Q3 and Q6.
  • the Hall IC 91 is an example of a rotational position detection element that detects the rotational position of the rotor 12 of the brushless motor 10, and three Hall ICs 91 are disposed at an interval of 60 °, for example. Based on the rotational position detection output of each Hall IC 91, the calculation unit 83 detects the rotational position of the rotor 12. The calculation unit 83 also monitors the motor drive current based on the terminal voltage of the detection resistor Rs provided on the motor drive current path.
  • the control circuit 81 controls the gate drive circuits 82u, 82v, and 82w based on the detection output of the rotor position by each Hall IC 91 when the switch mechanism 6 of FIG. As shown in FIG. 3 (A), the FETs Q1 to Q6 of the inverter circuit 85 are turned on / off (PWM control), and the rotor 12 is controlled to rotate in a predetermined direction at a predetermined rotational speed.
  • the path through which the control voltage (PWM signal) of the inverter circuit 85 is transmitted (applied) in the order of the arithmetic unit 83, the gate drive circuits 82u, 82v, and 82w, and the inverter circuit 85 (FETs Q1 to Q6) is the first of the present invention.
  • the transmission path is configured.
  • the drive signals (PWM signals) output from the gate drive circuits 82u, 82v, and 82w based on the control signal from the calculation unit 83 are input to the FETs Q1 to Q6 of the inverter circuit 85.
  • the brushless motor 10 can be driven.
  • the voltages applied to the control terminals (gate terminals) of the inverter circuit 85 are selected by the selection circuits 86 and 87 and the voltage dividing circuits (resistors R1 to R4).
  • the path transmitted (input) to the arithmetic unit 83 via the DC circuits 88 and 89 constitutes the second transmission path of the present invention. With this second transmission path, it is possible to detect whether or not the drive signals input to the FETs Q1 to Q6 are normal.
  • the signal lines are input to the control terminals due to disconnection or the like before being transmitted to the control terminals of the FETs Q1 to Q6. Is not normal but abnormal (voltage value is small, signal behavior is deviated, etc.). Therefore, this abnormality can be detected by the second transmission circuit independent of the first transmission circuit.
  • the selection circuits 85 and 87, the voltage dividing circuits (resistors R1 to R4), the DC circuits 88 and 89, and the calculation unit 83 that constitute the second transmission path constitute a voltage detection unit of the present invention.
  • FIG. 4 is a time chart of the voltages of the respective parts in FIG. 2 at the time of abnormality (when the duty of PWM control is 70%)
  • FIG. 4A is the gate voltage of FETs Q1 to Q6 of the inverter circuit 85
  • FIG. I s the output voltage of the selection circuits 86 and 87
  • FIG. 4C is the voltage after voltage division by the voltage dividing resistors R1 and R2 and the voltage dividing resistors R3 and R4
  • FIG. 4D is the input voltage ( The output voltages of the DC circuits 88 and 89) are shown.
  • the amplitude of the gate voltages of the FETs Q1 to Q6 is 16V
  • the amplitude is reduced to 10V. Accordingly, the output voltages of the selection circuits 86 and 87 shown in FIG. 4B, the divided voltage shown in FIG. 4C, and the input voltage to the calculation unit 83 shown in FIG. Compared with the case of (B) to FIG.
  • FIG. 5A and 5B are examples of the relationship between the duty of PWM control and the microcomputer input voltage (the input voltage from the DC circuit 88, 89 to the calculation unit 83) in each of the normal time and the abnormal time.
  • FIG. 5A shows an example when normal
  • FIG. 5B shows an example when abnormal.
  • FIG. 6 is a control flowchart of the power tool shown in FIG. This flowchart is started when the user pulls the trigger 5 shown in FIG.
  • the control circuit 81 detects the pull amount of the trigger 5 and starts PWM control of each gate of the FETs Q1 to Q6 of the inverter circuit 85 with a duty corresponding to the pull amount of the trigger 5 (S1).
  • the calculation unit 83 detects the gate voltages of the FETs Q1 to Q6 based on the input voltages from the DC circuits 88 and 89 (S2), and considers whether or not the gate voltage is within the normal range in consideration of the current PWM control duty. Is determined (S3). Specifically, the calculation unit 83 has an error of the microcomputer input voltage ⁇ 5% at the normal time shown in FIG. 5A with respect to the current PWM control duty. Determine whether it is in range. If the gate voltage is within the normal range (S3, Yes), the calculation unit 83 continues the PWM control with the duty corresponding to the pull amount of the trigger 5 (S4).
  • the calculation unit 83 stops the PWM control so that the brushless motor 10 is not stopped or started (S5). Thereafter, when the trigger 5 is released and the trigger 5 is pulled again, or when the abnormal state is resolved, the brushless motor 10 maintains the stopped state. Thereby, since the drive of the brushless motor 10 is restricted in a state where the inputs to the control terminals (gate terminals) of the FETs Q1 to Q6 are unstable, further failure can be suppressed.
  • the calculation unit 83 monitors each gate voltage of the FETs Q1 to Q6 constituting the inverter circuit 85. Damage to the gate drive circuits 82u, 82v, 82w that could not be detected, breakage or disconnection between the gate drive circuits 82u, 82v, 82w and the gates of the FETs Q1 to Q6, boot for supplying the gate voltage on the upper arm side It is possible to detect a decrease in gate voltage due to solder peeling or damage of the strap capacitors Cu, Cv, Cw. That is, the gate voltages of the FETs Q1 to Q6 constituting the inverter circuit 85 can be accurately monitored as compared with the conventional one. Further, since the decrease in the gate voltage can be detected immediately after the trigger 5 is operated, the abnormal state can be detected before the motor is driven.
  • the calculation unit 83 determines whether each gate voltage is normal in consideration of the duty of the current PWM control, so that each DC voltage (averaged) by each DC circuit 88, 89 is used to determine whether each gate voltage is normal. Therefore, it is possible to accurately determine the presence or absence of an abnormality corresponding to the change in duty.
  • the diodes D1 to D6 constituting the selection circuits 86 and 87 can prevent the gate voltages of the FETs Q1 to Q6 from affecting each other.
  • the gate drive circuits 82u, 82v, and 83w normally output the drive signals (PWM signals) of the FETs Q1 to Q6 via the first transmission path, they are driven to the control terminals of the FETs Q1 to Q6.
  • the calculation unit 83 can detect that the signal is not normally input via the second transmission circuit, and in such a case, the signal line of the drive signal may be in an abnormal state such as disconnection. Therefore, it is possible to prevent the brushless motor 10 from being stopped or started and to prevent motor driving in an abnormal state.
  • the brushless motor 10 is driven in a state where the inputs to the control terminals (gate terminals) of the FETs Q1 to Q6 are unstable in order to maintain the brushless motor 10 in a stopped state even when the wire is temporarily connected). And further failure can be suppressed.
  • the power tool is not limited to driving by an external AC power source (AC driving), but may be a cordless type (DC driving) using a battery pack as a power source.
  • the power tool is particularly effective when used with an impact tool (eg, an impact driver or hammer drill that performs work while striking the tip tool) because the vibration is large and the signal line is easily disconnected. It is not limited to, Other electric tools provided with a brushless motor may be used.
  • the motor drive circuit 80 may be used for an electric device including a brushless motor other than the electric tool.
  • the case where all the drive signals (the gate signal serving as the input voltage to the control terminal of the FET) are abnormal has been described, but at least one drive signal is included. Even if there is an abnormality, the same control can be performed.
  • FIG. 7A for example, only the drive signal of the FET Q1 is in an abnormal state (disconnection of the output signal line of the gate drive circuit 82u connected to the gate terminal of the FET Q1) as shown in FIG. 4A.
  • the remaining gate signal is in a normal state as shown in FIG. 3A, the selection circuit output voltage is decreased only in the voltage corresponding to the drive signal of the FET Q1, as shown in FIG. As shown in FIG.
  • the divided voltage also decreases in the section corresponding to the FET Q1.
  • the microcomputer input voltage decreases only in the voltage corresponding to the FET Q1 as shown in FIG.
  • the calculation unit 83 determines that the gate voltage of the FET is not normally applied according to the flowchart of FIG. 6 (step S3), and does not stop or start the brushless motor 10 (step S5).
  • the calculation unit 83 can detect the voltage drop and stop the brushless motor 10. In addition, once the motor is not stopped or started, the trigger 5 is operated again, or the brushless motor 10 is kept stopped even when the drive signal line is in a normal connection state. .
  • Extraction outlet 50 ... Power supply box, 60 ... Control circuit board, 70 ... Inverter circuit Substrate (switching element substrate), 71 ... FET, 72 ... cable, 80 ... motor drive circuit, 81 ... control circuit, 82u, 82v, 82w ... gate drive circuit ( Driver IC), 83 .. arithmetic unit (microcomputer), 85... Inverter circuit, 86 and 87... Selection circuit, 88 and 89 .. DC circuit (low-pass filter), 91... Hall IC, C 1 and C 2.
  • Cv, Cw Bootstrap capacitor, D1 to D6 ... Diode, R1 to R4 ... Voltage dividing resistor, R5, R6 ... Resistor, Rs ... Detection resistor, Q1 to Q6 ... FET

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

インバータ回路を構成する各スイッチング素子の制御端子の電圧を従来と比較して正確に監視することの可能なモータ駆動回路及び電動工具を提供するため、インバータ回路８５は、三相ブリッジ接続されたＦＥＴＱ１～Ｑ６を有する。選択回路８６,８７は、ＦＥＴＱ１～Ｑ６のうち現在オンされているもののゲート電圧を選択して演算部８３にフィードバックする。選択回路８６,８７の出力電圧は、分圧抵抗Ｒ１,２及び分圧抵抗Ｒ３,Ｒ４によってそれぞれ分圧され、直流化回路８８,８９によって直流化されて演算部８３に入力される。演算部８３は、現在のＰＷＭ制御のデューティを加味して、直流化回路８８,８９からの入力電圧を基に、ＦＥＴＱ１～Ｑ６のゲート電圧が正常範囲内にあるか否かを判断する。

Description

モータ駆動回路及び電動工具
本発明は、ＩＧＢＴやＦＥＴ等のスイッチング素子を有するモータ駆動回路及び電動工具に関する。
ブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路は、一般に、ＩＧＢＴやＦＥＴ等の複数のスイッチング素子をブリッジ接続したインバータ回路を備え、当該インバータ回路を例えばＰＷＭ制御することで、ブラシレスモータの固定子コイルに通電する。下記特許文献１は、ブラシレスモータの回転数を制御基板に搭載したマイクロコンピュータによって細かく制御可能とした電動工具を開示している。
特開２０１２－１３９７４７号公報
モータ駆動回路の異常の１つとして、インバータ回路の各スイッチング素子のゲート電圧（制御端子の電圧）の低下がある。ゲート電圧の低下を検出するために、従来は、各スイッチング素子のゲート（制御端子）を駆動するゲートドライバＩＣの電源電圧をマイクロコンピュータによって監視していた。しかし、この監視方法では、ゲートドライバＩＣの破損、ゲートドライバＩＣとゲートとの間の切れや断線、上アーム（ハイサイド）側のゲート電圧を供給するためのブートストラップコンデンサの半田剥がれや破損等によるゲート電圧の低下は検出できなかった。
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、インバータ回路を構成する各スイッチング素子の制御端子の電圧を従来と比較して正確に監視することの可能なモータ駆動回路及び電動工具を提供することにある。
本発明のある態様は、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、ブラシレスモータの駆動電圧を生成するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御部と、を備え、前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子を含み、前記制御部は、前記インバータ回路の各スイッチング素子の制御端子の電圧の監視を行う。
前記制御部は、前記インバータ回路をＰＷＭ制御し、当該ＰＷＭ制御のデューティを加味して前記監視を行ってもよい。
前記インバータ回路は、高電圧側と低電圧側の各々に複数のスイッチング素子を含み、高電圧側及び低電圧側の各々に、現在オンされているスイッチング素子の制御端子の電圧を択一的に通す選択回路が設けられ、各々の選択回路と前記制御部とが１本の信号線で相互に接続されていてもよい。
前記選択回路は、前記インバータ回路の各スイッチング素子の制御端子に別々に接続された複数のダイオードであってもよい。
前記選択回路が、前記インバータ回路を搭載した基板に設けられていてもよい。
前記インバータ回路の各スイッチング素子の制御端子の電圧を直流電圧に近づけて前記制御部に入力する直流化回路を備えてもよい。
前記インバータ回路の各スイッチング素子の制御端子の電圧を分圧して前記制御部に入力する分圧回路を備えてもよい。
本発明のもう１つの態様は、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、複数のスイッチング素子を有し、ブラシレスモータの駆動電圧を生成するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御部と、前記制御部からの制御信号に基づいて前記スイッチング素子の制御端子を制御する第１の伝達経路と、前記第１の伝達経路とは別に前記制御部と前記制御端子とを接続する第２の伝達経路と、を備える。
前記第１の伝達経路には、前記制御部からの制御信号に応じて前記スイッチング素子の駆動信号を出力するドライブ回路が設けられ、前記ドライブ回路から前記駆動信号が出力されている状態において、前記第２の伝達経路に前記駆動信号が伝達されない場合には、前記ブラシレスモータを停止又は起動しないように構成してもよい。
前記ブラシレスモータへの電力の供給と遮断を切替えるトリガを有し、前記ブラシレスモータを停止又は起動しないようにした後は、該トリガの操作にかかわらず前記ブラシレスモータの停止状態を維持するように構成してもよい。
本発明のもう１つの態様は、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、複数のスイッチング素子を有し、ブラシレスモータの駆動電圧を生成するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御部と、前記制御部からの制御信号に基づいて前記スイッチング素子の駆動信号を出力するドライブ回路と、該ドライブ回路を介して前記スイッチング素子の制御端子に前記駆動信号を伝達する第１の伝達経路と、前記第１の伝達経路とは別に前記制御部と前記制御端子とを接続し、前記駆動信号を前記制御部に伝達する第２の伝達経路と、を備える。
本発明のもう１つの態様は、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、複数のスイッチング素子を有し、ブラシレスモータの駆動電圧を生成するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御部と、前記制御部からの制御信号に基づいて前記スイッチング素子に駆動信号を伝達する第１の伝達経路と、を備え、前記第１の伝達経路が遮断されたら前記ブラシレスモータを停止或いは起動しないように構成し、前記第１の伝達経路が再接続された場合に前記ブラシレスモータの停止状態を維持するように構成している。
前記ブラシレスモータへの電力の供給と遮断を切替えるトリガを有し、前記ブラシレスモータを停止又は起動しないようにした後は、該トリガの操作にかかわらず前記ブラシレスモータの停止状態を維持するように構成してもよい。
前記第１の伝達経路とは別に前記第１の伝達経路の遮断を検出する第２の伝達経路を備えてもよい。
本発明のもう１つの態様は、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、複数のスイッチング素子を有し、ブラシレスモータの駆動電圧を生成するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御部と、前記スイッチング素子の制御端子の電圧を検出する電圧検出部と、を備える。
本発明のもう１つの態様は、電動工具であり、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを駆動する前記モータ駆動回路と、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、インバータ回路を構成する各スイッチング素子の制御端子の電圧を従来と比較して正確に監視することの可能なモータ駆動回路及び電動工具を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る電動工具の側断面図。 図１に示す電動工具の制御ブロック図。 正常時における図２の各部の電圧のタイムチャート（ＰＷＭ制御のデューティ７０％時）。 異常時における図２の各部の電圧のタイムチャート（ＰＷＭ制御のデューティ７０％時）。 正常時と異常時の各々における、ＰＷＭ制御のデューティとマイコン入力電圧（直流化回路８８,８９から演算部８３への入力電圧）との関係の一例を示す説明図。 図１に示す電動工具の制御フローチャート。 図２の各部の一部に異常が生じた場合における図２の各部の電圧のタイムチャート（ＰＷＭ制御ノデューティ７０％時）。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
図１は、本発明の実施の形態に係る電動工具の側断面図である。図１において前後及び上下方向を定義する。本実施の形態の電動工具は、インパクトドライバであり、ハウジング１は、ブラシレスモータ１０、打撃機構部２０、及び出力部３０の一部を収納する胴体部２と、一端が胴体部２に接続しているハンドル部３と、ハンドル部３の他端に形成された収納部４と、を有する。
ブラシレスモータ１０は、前後方向に延びる出力軸１１と、出力軸１１に固定され複数の永久磁石を有するロータ１２と、ロータ１２を囲むように配置され複数のステータコイル１３を備えるステータ１４と、出力軸１１に固定された冷却ファン１５と、を有する。出力軸１１の両側は軸支（軸受で支持）され、ステータ１４はハウジング１の胴体部２に固定されている。出力軸１１の回転は、遊星歯車機構１６を介して減速されて打撃機構部２０のハンマ２１に与えられる。
打撃機構部２０は、ハンマケース２５内に配されたハンマ２１と、ハンマ２１を前方に付勢するバネ２３と、を有する。ハンマ２１は、前端に衝突部２２を有し、遊星歯車機構１６の出力軸で回転駆動される。出力部３０を構成するアンビル３１は、後端に被衝突部３２を有する。バネ２３は、ハンマ２１が回転した際に衝突部２２が被衝突部３２と回転方向において衝突するように、ハンマ２１を前方に付勢する。このような構成により、ハンマ２１が回転した際に、出力部３０のアンビル３１に回転打撃力が与えられる。また、ハンマ２１は、バネ２３の付勢力に反して後方に移動することも可能に構成されており、衝突部２２と被衝突部３２との衝突後、ハンマ２１はバネ２３の付勢力に抗して回転しながら後退する。そして、衝突部２２が被衝突部３２を乗り越えると、バネ２３に蓄えられた弾性エネルギーが解放されてハンマ２１は前方に移動し、再び、衝突部２２と被衝突部３２とが衝突する。出力部３０を構成するアンビル３１は、胴体部２の先端部、つまりハンマケース２５の前端側で回転自在に軸支されており、アンビル３１には、先端工具を着脱自在に装着できる。
ハンドル部３にはトリガ５が設けられ、トリガ５はハンドル部３内に収容されたスイッチ機構６と接続される。使用者はトリガ５によって、ブラシレスモータ１０への電力の供給と遮断を切替え可能である。収納部４の下部の引出口４８からは、商用電源等の外部交流電源に接続するための電源コード４０が引き出される。収納部４内に収納された電源ボックス５０が、電源コード４０の基端側に接続される。電源ボックス５０内には、電源コード４０から入力された交流電力を直流電力に変換する整流回路を搭載した整流回路基板が設けられる。収納部４内には更に、ブラシレスモータ１０の回転等を制御する図２に示す制御回路８１を搭載した制御回路基板６０が収納される。図２に示すインバータ回路８５から発生するノイズを除去するためのフィルムコンデンサ４２（無極性コンデンサの例示）は、ハンドル部３内に収納される。
前記制御回路で制御されるインバータ回路は、胴体部２に固定されブラシレスモータ１０の背後に位置するインバータ回路基板（スイッチング素子基板）７０に搭載される。インバータ回路は、ブラシレスモータ１０への通電をオン、オフする例えば６個のスイッチング素子としてのＦＥＴ７１を有し、各ＦＥＴ７１はブラシレスモータ１０と共に回転するファン１５による空気流で冷却されるようになっている。前記制御回路は、各ＦＥＴ７１をオン、オフする駆動信号（ＰＷＭ信号）を出力するドライブ回路（ゲートドライバ）及びマイクロコンピュータを含み、制御回路基板６０とインバータ回路基板７０との電気接続はケーブル７２で行われる。なおスイッチング素子はＩＧＢＴであってもよい。
図２は、図１に示す電動工具の制御ブロック図である。図３（Ａ）～（Ｄ）は、正常時における図２の各部の電圧のタイムチャート（ＰＷＭ制御のデューティ７０％時）であり、図３（Ａ）はインバータ回路８５のＦＥＴＱ１～Ｑ６のゲート電圧、図３（Ｂ）は選択回路８６,８７の出力電圧、図３（Ｃ）は分圧抵抗Ｒ１,Ｒ２及び分圧抵抗Ｒ３,Ｒ４による分圧後の電圧、図３（Ｄ）は演算部８３への入力電圧（直流化回路８８,８９の出力電圧）を示す。
モータ駆動回路８０は、制御回路８１、インバータ回路８５、選択回路８６,８７、分圧抵抗Ｒ１～Ｒ４、及び直流化回路（ローパスフィルタ）８８,８９を備える。本実施の形態の電動工具は、電源コード４０によって商用電源等の交流電源４６に接続される。電源コード４０から供給される商用交流電源（例えば、国内ならＡＣ１００Ｖ、海外ならＡＣ２００Ｖ、ＡＣ２３０Ｖ等）は、ダイオードブリッジ（整流回路）４５によって全波整流される。ダイオードブリッジ４５の出力端子間には、フィルムコンデンサ４２が設けられる。スイッチング電源回路等の電源回路４４は、ゲートドライブ回路（ゲートドライバＩＣ）８２ｕ,８２ｖ,８２ｗの電源電圧（ゲート駆動用電圧Ｖgate）を生成する。ダイオードブリッジ４５の出力電圧は、インバータ回路８５に入力される。
インバータ回路８５は、三相ブリッジ接続されたＦＥＴＱ１～Ｑ６を有する。ＦＥＴＱ１～Ｑ６は、図１のＦＥＴ７１に対応する。インバータ回路８５は、制御回路８１の制御に従って（図３（Ａ）に示すゲート電圧により）ブラシレスモータ１０の各ステータコイル１３に通電し、ブラシレスモータ１０を駆動する。ブートストラップコンデンサＣｕ,Ｃｖ,Ｃｗは、上アーム（ハイサイド）側のＦＥＴＱ１～Ｑ３のゲート電圧をダイオードブリッジ４５の出力電圧より高くするために設けられる。ブートストラップコンデンサＣｕ,Ｃｖ,Ｃｗは、制御回路基板６０上に設けられる。
選択回路８６は、上アーム側のＦＥＴＱ１～Ｑ３のうち現在オンされているもののゲート電圧を択一的に通す回路である。具体的には、選択回路８６は、上アーム側のＦＥＴＱ１～Ｑ３の各ゲート（制御端子）に別々に接続されたダイオードＤ１～Ｄ３からなる。ダイオードＤ１～Ｄ３は、インバータ回路８５を搭載したインバータ回路基板７０上に設けられる。ダイオードＤ１～Ｄ３のアノードは、インバータ回路基板７０上でＦＥＴＱ１～Ｑ３のゲートにそれぞれ接続される。ダイオードＤ１～Ｄ３のカソードは、相互に接続され、共通の１本の信号線により演算部８３に接続される。図３（Ｂ）上段に示すように、選択回路８６の出力電圧は、図３（Ａ）に示すＦＥＴＱ１～Ｑ３のゲート電圧の論理和（ＯＲ）となる。ゲート電圧を所定の分圧比で分圧する分圧回路を成す分圧抵抗Ｒ１,Ｒ２は、制御回路基板６０上に設けられ、ダイオードＤ１～Ｄ３のカソードとグランドとの間に直列接続される。分圧抵抗Ｒ１の抵抗値は例えば１００ｋΩ、分圧抵抗Ｒ２の抵抗値は例えば１.５ｋΩである。分圧抵抗Ｒ１,Ｒ２の相互接続点の電圧（図３（Ｃ）上段に示す分圧後電圧）は、直流化回路８８を介して演算部８３に入力される。直流化回路８８は、抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ１からなる積分回路である。抵抗Ｒ６の一端は、分圧抵抗Ｒ１,Ｒ２の相互接続点に接続され、他端は演算部８３に接続される。コンデンサＣ１は、抵抗Ｒ６の他端とグランドとの間に設けられる。直流化回路８８は、制御回路基板６０上に設けられ、分圧抵抗Ｒ１,Ｒ２の相互接続点の電圧を図３（Ｄ）上段に示すように直流電圧に近づけて演算部８３に入力する。
選択回路８７は、下アーム側のＦＥＴＱ４～Ｑ６のうち現在オンされているもののゲート電圧を択一的に通す回路である。具体的には、選択回路８７は、下アーム側のＦＥＴＱ４～Ｑ６の各ゲート（制御端子）に別々に接続されたダイオードＤ４～Ｄ６からなる。ダイオードＤ４～Ｄ６は、インバータ回路８５を搭載したインバータ回路基板７０上に設けられる。ダイオードＤ４～Ｄ６のアノードは、インバータ回路基板７０上でＦＥＴＱ４～Ｑ６のゲートにそれぞれ接続される。ダイオードＤ４～Ｄ６のカソードは、相互に接続され、共通の１本の信号線により演算部８３に接続される。図３（Ｂ）下段に示すように、選択回路８７の出力電圧は、図３（Ａ）に示すＦＥＴＱ４～Ｑ６のゲート電圧の論理和（ＯＲ）となる。ゲート電圧を所定の分圧比で分圧する分圧回路を成す分圧抵抗Ｒ３,Ｒ４は、制御回路基板６０上に設けられ、ダイオードＤ４～Ｄ６のカソードとグランドとの間に直列接続される。分圧抵抗Ｒ３の抵抗値は例えば１０ｋΩ、分圧抵抗Ｒ４の抵抗値は例えば２.７ｋΩである。分圧抵抗Ｒ３,Ｒ４の相互接続点の電圧（図３（Ｃ）下段に示す分圧後電圧）は、直流化回路８９を介して演算部８３に入力される。直流化回路８９は、抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ２からなる積分回路である。抵抗Ｒ５の一端は、分圧抵抗Ｒ３,Ｒ４の相互接続点に接続され、他端は演算部８３に接続される。コンデンサＣ２は、抵抗Ｒ５の他端とグランドとの間に設けられる。直流化回路８９は、制御回路基板６０上に設けられ、分圧抵抗Ｒ３,Ｒ４の相互接続点の電圧を図３（Ｄ）下段に示すように直流電圧に近づけて演算部８３に入力する。
制御部としての制御回路８１は、インバータ回路８５のＦＥＴＱ１～Ｑ６をオン、オフする駆動信号（図３（Ａ））を出力するゲートドライブ回路８２ｕ,８２ｖ,８２ｗ及びそれらを制御する演算部（マイクロコンピュータ）８３を有する。演算部８３の制御に従い、ゲートドライブ回路８２ｕはＦＥＴＱ１,Ｑ４のゲートを駆動し、ゲートドライブ回路８２ｖはＦＥＴＱ２,Ｑ５のゲートを駆動し、ゲートドライブ回路８２ｗはＦＥＴＱ３,Ｑ６のゲートを駆動する。ホールＩＣ９１は、ブラシレスモータ１０のロータ１２の回転位置を検出する回転位置検出素子の例示であり、例えば６０°の間隔を隔てて３個配設される。各ホールＩＣ９１の回転位置検出出力に基づき、演算部８３がロータ１２の回転位置を検出する。演算部８３は、また、モータ駆動電流の経路上に設けられた検出抵抗Ｒｓの端子電圧により、モータ駆動電流を監視する。制御回路８１は、図１に示すトリガ５により同図のスイッチ機構６が作動されたときに、各ホールＩＣ９１によるロータ位置の検出出力に基づいてゲートドライブ回路８２ｕ,８２ｖ,８２ｗを制御し、図３（Ａ）に示すようにインバータ回路８５のＦＥＴＱ１～Ｑ６のオン、オフ制御（ＰＷＭ制御）を行い、ロータ１２を所定方向に所定回転速度で回転させる制御を行う。
なお、演算部８３、ゲートドライブ回路８２ｕ,８２ｖ,８２ｗ、インバータ回路８５（ＦＥＴＱ１～Ｑ６）の順にインバータ回路８５の制御電圧（ＰＷＭ信号）が伝達（印加）される経路は、本発明の第１の伝達経路を構成する。この第１の伝達回路によって、演算部８３からの制御信号に基づいてゲートドライブ回路８２ｕ,８２ｖ,８２ｗから出力される駆動信号（ＰＷＭ信号）がインバータ回路８５のＦＥＴＱ１～Ｑ６に入力されることで、ブラシレスモータ１０を駆動することができる。また、第１の伝達経路とは独立して、インバータ回路８５（ＦＥＴＱ１～Ｑ６）の制御端子（ゲート端子）に印加される電圧が、選択回路８６,８７、分圧回路（抵抗Ｒ１～Ｒ４）、直流化回路８８,８９を介して演算部８３に伝達（入力）される経路が、本発明の第２の伝達経路を構成する。この第２の伝達経路によって、ＦＥＴＱ１～Ｑ６に入力される駆動信号が正常か否かを検出することができる。ゲートドライブ回路８２ｕ,８２ｖ,８２ｗから出力される駆動信号が正常であっても、ＦＥＴＱ１～Ｑ６の制御端子に伝達されるまでの間にその信号線が断線等によって制御端子に入力される駆動信号は正常ではなく異常な状態（電圧値が小さい、信号の挙動がずれている等）となる。そのため、この異常を第１の伝達回路とは独立した第２の伝達回路により検出することができる。また、第２の伝達経路を構成する、選択回路８５,８７、分圧回路（抵抗Ｒ１～Ｒ４）、直流化回路８８,８９及び演算部８３は、本発明の電圧検出部を構成する。
図４は、異常時における図２の各部の電圧のタイムチャート（ＰＷＭ制御のデューティ７０％時）であり、図４（Ａ）はインバータ回路８５のＦＥＴＱ１～Ｑ６のゲート電圧、図４（Ｂ）は選択回路８６,８７の出力電圧、図４（Ｃ）は分圧抵抗Ｒ１,Ｒ２及び分圧抵抗Ｒ３,Ｒ４による分圧後の電圧、図４（Ｄ）は演算部８３への入力電圧（直流化回路８８,８９の出力電圧）を示す。図３（Ａ）に示す正常時は、ＦＥＴＱ１～Ｑ６のゲート電圧の振幅が１６Ｖであるのに対し、図４（Ａ）に示す異常時は、同振幅が１０Ｖに低下している。これにより、図４（Ｂ）に示す選択回路８６,８７の出力電圧、図４（Ｃ）に示す分圧後電圧、及び図４（Ｄ）に示す演算部８３への入力電圧も、図３（Ｂ）～図３（Ｄ）の場合と比較して低下している。
図５（Ａ）,（Ｂ）は、正常時と異常時の各々における、ＰＷＭ制御のデューティとマイコン入力電圧（直流化回路８８,８９から演算部８３への入力電圧）との関係の一例を示す説明図であり、図５（Ａ）は正常時、図５（Ｂ）は異常時の一例を示す。図６は、図１に示す電動工具の制御フローチャートである。このフローチャートは、使用者が図１に示すトリガ５を引くことによって開始される。制御回路８１は、トリガ５の引き量を検出し、トリガ５の引き量に応じたデューティでインバータ回路８５のＦＥＴＱ１～Ｑ６の各ゲートのＰＷＭ制御を開始する（Ｓ１）。演算部８３は、直流化回路８８,８９からの入力電圧によりＦＥＴＱ１～Ｑ６のゲート電圧を検出し（Ｓ２）、現在のＰＷＭ制御のデューティを加味してゲート電圧が正常範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ３）。具体的には、演算部８３は、現在のＰＷＭ制御のデューティに対して、直流化回路８８,８９からの入力電圧が図５（Ａ）に示す正常時のマイコン入力電圧±５％の誤差の範囲にあるか否かを判断する。演算部８３は、ゲート電圧が正常範囲内にあれば（Ｓ３,Ｙｅｓ）、トリガ５の引き量に応じたデューティでのＰＷＭ制御を継続する（Ｓ４）。演算部８３は、ゲート電圧が正常範囲外であれば（Ｓ３,Ｎｏ）、ＰＷＭ制御を停止してブラシレスモータ１０を停止或いは起動しないようにする（Ｓ５）。その後、トリガ５を離して再度トリガ５を引いた場合、或いは異常状態が解消した場合にはブラシレスモータ１０は停止状態を維持する。それにより、ＦＥＴＱ１～Ｑ６の制御端子（ゲート端子）への入力が不安定な状態でブラシレスモータ１０の駆動を制限するため、更なる故障を抑制することができる。
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
(1) 演算部８３は、インバータ回路８５を構成するＦＥＴＱ１～Ｑ６の各ゲート電圧を監視するため、電源回路４４が出力するゲート駆動用電圧Ｖgateの低下によるゲート電圧の低下の他に、従来は検出できなかったゲートドライブ回路８２ｕ,８２ｖ,８２ｗの破損、ゲートドライブ回路８２ｕ,８２ｖ,８２ｗとＦＥＴＱ１～Ｑ６の各ゲートとの間の切れや断線、上アーム側のゲート電圧を供給するためのブートストラップコンデンサＣｕ,Ｃｖ,Ｃｗの半田剥がれや破損等によるゲート電圧の低下を検出できる。すなわち、インバータ回路８５を構成するＦＥＴＱ１～Ｑ６の各ゲート電圧を従来と比較して正確に監視することが可能となる。また、トリガ５を操作した直後にゲート電圧の低下を検出できるため、モータを駆動する前に異常状態を検出することができる。
(2) 演算部８３は、現在のＰＷＭ制御のデューティを加味して各ゲート電圧が正常か否かを判断するため、直流化回路８８,８９によって直流化（平均化）された各ゲート電圧から、デューティの変化に対応して異常有無を正確に判断できる。
(3) 上アーム側のＦＥＴＱ１～Ｑ３のゲート電圧を選択回路８６を通して１本の信号線で演算部８３に伝達し、同様に下アーム側のＦＥＴＱ４～Ｑ６のゲート電圧を選択回路８７を通して１本の信号線で演算部８３に伝達するため、各ゲート電圧を演算部８３にフィードバックするためにインバータ回路基板７０と制御回路基板６０とを接続する配線を削減できる。
(4) 選択回路８６,８７を構成するダイオードＤ１～Ｄ６により、ＦＥＴＱ１～Ｑ６のゲート電圧が相互に影響することを防止できる。
(5) 選択回路８６,８７をインバータ回路基板７０上に設け、ＦＥＴＱ１～Ｑ６の各ゲート電圧をインバータ回路基板７０から演算部８３にフィードバックするため、ゲートドライブ回路８２ｕ,８２ｖ,８２ｗの出力端子付近からゲート電圧をフィードバックする場合と比較して、ＦＥＴＱ１～Ｑ６の各ゲートに近い位置の電圧を監視することができ、監視の正確性が高い。
(6) 第１の伝達経路を介してゲートドライブ回路８２ｕ,８２ｖ,８３ｗが正常にＦＥＴＱ１～Ｑ６の駆動信号（ＰＷＭ信号）を出力しているにもかかわらず、ＦＥＴＱ１～Ｑ６の制御端子に駆動信号が正常に入力されていないことを、第２の伝達回路を介して演算部８３が検出することができ、そうした場合には、駆動信号の信号線が断線等の異常状態になっている可能性が高いため、ブラシレスモータ１０を停止或いは起動しないようにし、異常状態でのモータ駆動を防止することができる。
(7) 更に、異常検出により一旦ブラシレスモータ１０を停止又は起動しないようにした後は、トリガ５が再操作された場合、或いは駆動信号の信号線が正常に戻った場合（例えば断線された信号線が一時的に接続した場合等）であってもブラシレスモータ１０を停止状態に維持するため、ＦＥＴＱ１～Ｑ６の制御端子（ゲート端子）への入力が不安定な状態でのブラシレスモータ１０の駆動を制限でき、更なる故障を抑制することができる。
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
電動工具は、外部交流電源による駆動（ＡＣ駆動）に限定されず、電池パックを電源とするコードレスタイプ（ＤＣ駆動）であってもよい。電動工具は、振動が大きく信号線が断線し易い打撃工具（例えば先端工具に打撃を加えながら作業を行うインパクトドライバやハンマドリル等）で使用する場合に特に有効であるが、インパクトドライバ等の打撃工具に限定されず、ブラシレスモータを備える他の電動工具であってもよい。モータ駆動回路８０は、電動工具以外の、ブラシレスモータを備える電気機器に用いられてもよい。
また、実施の形態では、図４（Ａ）に示すように、全ての駆動信号（ＦＥＴの制御端子への入力電圧となるゲート信号）が異常の場合について説明したが、少なくとも１つの駆動信号に異常があった場合でも同様に制御することができる。図７（Ａ）に示すように、例えば、ＦＥＴＱ１の駆動信号のみが図４（Ａ）のように異常状態（ＦＥＴＱ１のゲート端子に接続されるゲートドライブ回路８２ｕの出力信号線の断線等）で、残りのゲート信号は図３（Ａ）のように正常な状態の場合、選択回路出力電圧は図７（Ｂ）に示すようにＦＥＴＱ１の駆動信号に対応する区間の電圧だけが低下するため、分圧後電圧も図７（Ｃ）に示すようにＦＥＴＱ１に対応する区間の電圧が低下する。その結果、マイコン入力電圧は、図７（Ｄ）に示すようにＦＥＴＱ１に対応する区間の電圧だけが低下する。その結果、演算部８３は図６のフローチャートに従い、ＦＥＴのゲート電圧が正常に印加されていないと判断し（ステップＳ３）、ブラシレスモータ１０を停止或いは起動しないようにする（ステップＳ５）。
また、図７において、ＦＥＴＱ１の駆動信号の一部のみが低下した場合、例えばチャタリング等によりゲートドライブ回路８２ｕの駆動信号線とＦＥＴＱ１のゲート端子とが接続状態と切断状態を繰り返した場合でも、マイコン入力電圧は一部が低下するため、演算部８３はその電圧低下を検知してブラシレスモータ１０を停止することができる。なお、一旦モータを停止或いは起動しないようにした後に、トリガ５を再操作、或いは駆動信号線が正常な接続状態になった場合であってもブラシレスモータ１０の停止状態を維持するようにしている。
１…ハウジング、２…胴体部、３…ハンドル部、４…収納部、５…トリガ、６…スイッチ機構、１０…ブラシレスモータ、１１…出力軸、１２…ロータ、１３…ステータコイル、１４…ステータ、１５…冷却ファン、１６…遊星歯車機構、２０…打撃機構部、２１…ハンマ、２２…衝突部、２３…バネ、２５…ハンマケース、３０…出力部、３１…アンビル、３２…被衝突部、４０…電源コード、４２…フィルムコンデンサ、４４…電源回路、４５…ダイオードブリッジ（整流回路）、４６…交流電源、４８…引出口、５０…電源ボックス、６０…制御回路基板、７０…インバータ回路基板（スイッチング素子基板）、７１…ＦＥＴ、７２…ケーブル、８０…モータ駆動回路、８１…制御回路、８２ｕ,８２ｖ,８２ｗ…ゲートドライブ回路（ゲートドライバＩＣ）、８３…演算部（マイクロコンピュータ）、８５…インバータ回路、８６,８７…選択回路、８８,８９…直流化回路（ローパスフィルタ）、９１…ホールＩＣ、Ｃ１,Ｃ２…コンデンサ、Ｃｕ,Ｃｖ,Ｃｗ…ブートストラップコンデンサ、Ｄ１～Ｄ６…ダイオード、Ｒ１～Ｒ４…分圧抵抗、Ｒ５,Ｒ６…抵抗、Ｒｓ…検出抵抗、Ｑ１～Ｑ６…ＦＥＴ

Claims (16)

  1. ブラシレスモータの駆動電圧を生成するインバータ回路と、
    前記インバータ回路を制御する制御部と、を備え、
    前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子を含み、
    前記制御部は、前記インバータ回路の各スイッチング素子の制御端子の電圧の監視を行う、モータ駆動回路。
  2. 前記制御部は、前記インバータ回路をＰＷＭ制御し、当該ＰＷＭ制御のデューティを加味して前記監視を行う、請求項１に記載のモータ駆動回路。
  3. 前記インバータ回路は、高電圧側と低電圧側の各々に複数のスイッチング素子を含み、高電圧側及び低電圧側の各々に、現在オンされているスイッチング素子の制御端子の電圧を択一的に通す選択回路が設けられ、
    各々の選択回路と前記制御部とが１本の信号線で相互に接続されている、請求項１又は２に記載のモータ駆動回路。
  4. 前記選択回路は、前記インバータ回路の各スイッチング素子の制御端子に別々に接続された複数のダイオードである、請求項３に記載のモータ駆動回路。
  5. 前記選択回路が、前記インバータ回路を搭載した基板に設けられている、請求項３又は４に記載のモータ駆動回路。
  6. 前記インバータ回路の各スイッチング素子の制御端子の電圧を直流電圧に近づけて前記制御部に入力する直流化回路を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ駆動回路。
  7. 前記インバータ回路の各スイッチング素子の制御端子の電圧を分圧して前記制御部に入力する分圧回路を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のモータ駆動回路。
  8. 複数のスイッチング素子を有し、ブラシレスモータの駆動電圧を生成するインバータ回路と、
    前記インバータ回路を制御する制御部と、
    前記制御部からの制御信号に基づいて前記スイッチング素子の制御端子を制御する第１の伝達経路と、
    前記第１の伝達経路とは別に前記制御部と前記制御端子とを接続する第２の伝達経路と、を備える、モータ駆動回路。
  9. 前記第１の伝達経路には、前記制御部からの制御信号に応じて前記スイッチング素子の駆動信号を出力するドライブ回路が設けられ、
    前記ドライブ回路から前記駆動信号が出力されている状態において、前記第２の伝達経路に前記駆動信号が伝達されない場合には、前記ブラシレスモータを停止又は起動しないように構成した、請求項８に記載のモータ駆動回路。
  10. 前記ブラシレスモータへの電力の供給と遮断を切替えるトリガを有し、
    前記ブラシレスモータを停止又は起動しないようにした後は、該トリガの操作にかかわらず前記ブラシレスモータの停止状態を維持するように構成した、請求項９に記載のモータ駆動回路。
  11. 複数のスイッチング素子を有し、ブラシレスモータの駆動電圧を生成するインバータ回路と、
    前記インバータ回路を制御する制御部と、前記制御部からの制御信号に基づいて前記スイッチング素子の駆動信号を出力するドライブ回路と、
    該ドライブ回路を介して前記スイッチング素子の制御端子に前記駆動信号を伝達する第１の伝達経路と、
    前記第１の伝達経路とは別に前記制御部と前記制御端子とを接続し、前記駆動信号を前記制御部に伝達する第２の伝達経路と、を備える、モータ駆動回路。
  12. 複数のスイッチング素子を有し、ブラシレスモータの駆動電圧を生成するインバータ回路と、
    前記インバータ回路を制御する制御部と、
    前記制御部からの制御信号に基づいて前記スイッチング素子に駆動信号を伝達する第１の伝達経路と、を備え、
    前記第１の伝達経路が遮断されたら前記ブラシレスモータを停止或いは起動しないように構成し、
    前記第１の伝達経路が再接続された場合に前記ブラシレスモータの停止状態を維持するように構成した、モータ駆動回路。
  13. 前記ブラシレスモータへの電力の供給と遮断を切替えるトリガを有し、
    前記ブラシレスモータを停止又は起動しないようにした後は、該トリガの操作にかかわらず前記ブラシレスモータの停止状態を維持するように構成した、請求項１２に記載のモータ駆動回路。
  14. 前記第１の伝達経路とは別に前記第１の伝達経路の遮断を検出する第２の伝達経路を備える、請求項１２又は１３に記載のモータ駆動回路。
  15. 複数のスイッチング素子を有し、ブラシレスモータの駆動電圧を生成するインバータ回路と、
    前記インバータ回路を制御する制御部と、
    前記スイッチング素子の制御端子の電圧を検出する電圧検出部と、を備える、モータ駆動回路。
  16. ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを駆動する請求項１から１５のいずれか一項に記載のモータ駆動回路と、を備える、電動工具。
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