WO2016067811A1 - Electrically powered device - Google Patents

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和隆 岩田
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    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

Abstract

The purpose of the present invention is to provide an electrically powered device that can stably control a motor in a sensorless-driving scheme. An electrically powered device of the present invention comprises: a motor that has a rotor and a stator which has a winding; an induced voltage detection means that detects an induced voltage generated in the winding; and a motor control means that controls the motor on the basis of the induced voltage. The induced voltage detection means includes: a digital signal outputting means that outputs a digital signal that corresponds to the induced voltage to the motor control means; and an analog signal outputting means that outputs an analog signal that corresponds to the induced voltage to the motor control means.

Description

電動機器Electric equipment
本発明は、モータを有する電動機器に関する。 The present invention relates to an electric device having a motor.
従来から、ロータの回転位置(回転角度)を検出するホール素子と、検出されたロータの回転位置に基づいてモータを制御する制御部と、を備えた電動機器が広く用いられている。このようなホール素子を用いてモータを制御する電動機器においては、ホール素子をロータの近傍に設置し、当該ホール素子と制御部とを接続するケーブルを電動機器内に設けなければならないため、部品点数が多くなり組立性が悪くなるという問題があった。上記問題を解決すべく、ホール素子を用いずにモータを制御するセンサレス駆動方式を採用した電動機器が提案されている(特許文献1)。特許文献1に記載の電動機器においては、ステータの巻線に発生する誘起電圧と所定の基準電圧とをコンパレータを用いて比較することで当該誘起電圧の方向(向き)に応じたデジタル信号(二値信号)を出力し、当該デジタル信号に基づいてロータの回転位置を判断してモータを制御している。 2. Description of the Related Art Conventionally, electric devices including a Hall element that detects a rotational position (rotational angle) of a rotor and a control unit that controls a motor based on the detected rotational position of the rotor have been widely used. In an electric device that controls a motor using such a Hall element, the Hall element must be installed in the vicinity of the rotor, and a cable connecting the Hall element and the control unit must be provided in the electric device. There was a problem that the score increased and the assemblability deteriorated. In order to solve the above problem, there has been proposed an electric device that employs a sensorless drive system that controls a motor without using a Hall element (Patent Document 1). In the electric device described in Patent Document 1, an induced voltage generated in the stator winding and a predetermined reference voltage are compared by using a comparator, so that a digital signal (2) corresponding to the direction (direction) of the induced voltage is compared. Value signal), and the motor is controlled by determining the rotational position of the rotor based on the digital signal.
特開平9-117186号公報JP-A-9-117186
上述した電動機器においては、ロータの回転数が低い状態(低回転数域、例えばモータの駆動開始時等)では、ステータの巻線に発生する誘起電圧が低いため、比較対象となる基準電圧との差が小さくなり、チャタリング等が発生しコンパレータによる比較及び当該比較結果として出力されるデジタル信号(二値信号)が不正確となる場合があり、低回転数域でのモータの制御が不安定になるという問題があった。 In the electric device described above, when the rotor rotation speed is low (low rotation speed range, for example, when the motor starts driving), the induced voltage generated in the stator winding is low. The difference between the two becomes smaller, chattering, etc. occurs, the comparison by the comparator and the digital signal (binary signal) output as the comparison result may be inaccurate, and the motor control in the low rotation speed range is unstable There was a problem of becoming.
そこで本発明は、センサレス駆動方式において、安定してモータを制御することができる電動機器を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electric device that can stably control a motor in a sensorless drive system.
上記課題を解決するために本発明は、ロータと、巻線を有するステータと、を有するモータと、該巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、該誘起電圧に基づいて該モータを制御するモータ制御手段と、を備え、該誘起電圧検出手段は、該誘起電圧に応じたデジタル信号を該モータ制御手段に出力するデジタル信号出力手段と、該誘起電圧に応じたアナログ信号を該モータ制御手段に出力するアナログ信号出力手段と、を有することを特徴とする電動機器を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a motor having a rotor, a stator having windings, induced voltage detection means for detecting an induced voltage generated in the windings, and the induced voltage based on the induced voltage. Motor control means for controlling a motor, and the induced voltage detection means outputs a digital signal corresponding to the induced voltage to the motor control means, and an analog signal corresponding to the induced voltage. There is provided an electric device having an analog signal output means for outputting to the motor control means.
このような構成によると、誘起電圧に応じたデジタル信号及びアナログ信号を出力することができる。このため、モータの制御に用いる信号を適宜選択することができるため、より安定して良好にモータを制御することができ、操作性を向上させることができる。すなわち、センサレス駆動方式において、安定してモータを制御することができる。また、誘起電圧に応じた信号に基づいてモータを制御する構成であるため、電動機器にホール素子を設ける必要がない。これにより、部品点数を減らし組立性を向上させることができる。 According to such a configuration, a digital signal and an analog signal corresponding to the induced voltage can be output. For this reason, since the signal used for control of a motor can be selected suitably, a motor can be controlled more stably and favorably, and operativity can be improved. That is, in the sensorless driving method, the motor can be controlled stably. Moreover, since it is the structure which controls a motor based on the signal according to an induced voltage, it is not necessary to provide a Hall element in an electric equipment. Thereby, the number of parts can be reduced and assemblability can be improved.
上記構成において、該モータ制御手段は、該モータの駆動状態に応じて該デジタル信号及び該アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいて該モータを制御するが好ましい。 In the above configuration, the motor control means selects either the digital signal or the analog signal according to the driving state of the motor, and controls the motor based on the selected signal. preferable.
このような構成によると、モータ制御手段は、モータの制御に用いる誘起電圧に応じた信号としてデジタル信号及びアナログ信号のいずれか一方を駆動状態に応じて選択可能である。これにより、当該デジタル信号に基づいてモータを制御すると当該制御が不安定になる虞のある駆動状態の場合(例えば、モータの駆動開始時等)、モータの制御に当該デジタル信号を用いず、当該アナログ信号に基づいてモータを制御することが可能となる。このため、駆動状態に応じて両信号の中からモータの制御に用いる信号を適宜選択することができない構成と比較して、より安定して良好にモータを制御することができ、操作性を向上させることができる。 According to such a configuration, the motor control means can select either a digital signal or an analog signal as a signal corresponding to the induced voltage used for controlling the motor according to the driving state. As a result, when the motor is controlled based on the digital signal, the control may be unstable (for example, when the motor starts driving). The motor can be controlled based on the analog signal. For this reason, the motor can be controlled more stably and satisfactorily and the operability can be improved as compared with the configuration in which the signal used for controlling the motor cannot be appropriately selected from both signals according to the driving state. Can be made.
上記構成において、該駆動状態検出手段は、該ロータの回転数を検出する回転数検出手段を含み、該モータ制御手段は、該回転数に応じて、該デジタル信号及び該アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいて該モータを制御することが好ましい。 In the above configuration, the driving state detecting means includes a rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the rotor, and the motor control means is either one of the digital signal and the analog signal according to the rotational speed. It is preferable to control the motor based on one of the selected signals.
このような構成によると、駆動状態の中でも特にモータの制御の安定性に大きな影響を与える要素であるロータの回転数状態(ロータの回転数)に応じて、誘起電圧に応じたデジタル信号及びアナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいてモータを制御することができるため、モータの制御をより安定させることができる。 According to such a configuration, a digital signal and an analog signal corresponding to the induced voltage according to the rotational speed state of the rotor (rotor rotational speed), which is a factor that has a great influence on the stability of the motor control, among driving states. Since one of the signals can be selected and the motor can be controlled based on the selected one of the signals, the motor control can be made more stable.
また、該モータ制御手段は、該回転数が回転数閾値以下である場合、該アナログ信号に基づいて該モータを制御し、該回転数が該回転数閾値よりも大きい場合、該デジタル信号に基づいて該モータを制御することが好ましい。 The motor control means controls the motor based on the analog signal when the rotational speed is equal to or lower than the rotational speed threshold, and based on the digital signal when the rotational speed is larger than the rotational speed threshold. It is preferable to control the motor.
このような構成によると、誘起電圧に応じたデジタル信号に基づいてモータを制御した場合に当該制御が不安定になる虞のある駆動状態すなわちロータの回転数が低い状態(低回転数状態)では、アナログ信号に基づいてモータを制御し、誘起電圧に応じたアナログ信号に基づいてモータを制御すると当該制御が不安定になる虞のある駆動状態すなわち回転数が高い状態(高回転数状態)では、デジタル信号に基づいてモータを制御することができる。したがって、より安定してモータを制御することができる。 According to such a configuration, when the motor is controlled based on a digital signal corresponding to the induced voltage, in a driving state where the control may become unstable, that is, in a state where the rotational speed of the rotor is low (low rotational speed state) When the motor is controlled based on the analog signal and the motor is controlled based on the analog signal corresponding to the induced voltage, the control may become unstable, that is, in a high rotational speed state (high rotational speed state) The motor can be controlled based on the digital signal. Therefore, the motor can be controlled more stably.
また、該モータ制御手段は、該モータの駆動開始時に該アナログ信号に基づいて該モータを制御することが好ましい。 Further, it is preferable that the motor control means controls the motor based on the analog signal when the driving of the motor is started.
このような構成によると、モータの駆動開始時の低回転数状態において確実に当該アナログ信号に基づいてモータを制御することができる。すなわち、モータの駆動開始時の低回転数状態において、モータの制御が不安定になる虞のある当該デジタル信号に基づくモータの制御を確実に回避することができる。したがって、モータをより安定して制御することが可能となる。 According to such a configuration, the motor can be reliably controlled based on the analog signal in a low rotational speed state at the start of driving of the motor. That is, in the low rotational speed state at the start of driving of the motor, it is possible to reliably avoid the motor control based on the digital signal that may cause the motor control to become unstable. Therefore, the motor can be controlled more stably.
また、該モータ制御手段は、該モータの駆動開始時から所定時間が経過するまでは、該アナログ信号に基づいて該モータを制御することが好ましい。 Further, it is preferable that the motor control means controls the motor based on the analog signal until a predetermined time elapses from the start of driving of the motor.
このような構成によると、モータの駆動開始時から所定時間が経過するまでの間の当該アナログ信号に基づいてモータを制御することができる。すなわち、モータの駆動開始時の低回転数状態において、当該状態でモータの制御が不安定になる虞のある当該デジタル信号に基づくモータの制御をより確実に回避することができる。したがって、モータをより安定して良好に制御することが可能となる。 According to such a configuration, the motor can be controlled based on the analog signal from when the motor starts to be driven until a predetermined time elapses. That is, in the low rotational speed state at the start of driving of the motor, it is possible to more reliably avoid the motor control based on the digital signal that may cause the motor control to become unstable in this state. Therefore, the motor can be controlled more stably and satisfactorily.
また、該モータ制御手段は、該アナログ信号に基づいて該モータを制御した後に該デジタル信号に基づいて該モータを制御することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the motor control means controls the motor based on the digital signal after controlling the motor based on the analog signal.
このような構成によると、例えばモータの起動時(駆動開始時)の低回転数状態において、当該状態でモータの制御が不安定になる虞のある当該デジタル信号に基づくモータの制御をより確実に回避することができる。したがって、モータをより安定して良好に制御することが可能となる。 According to such a configuration, for example, in the low rotational speed state at the time of starting the motor (at the start of driving), the motor control based on the digital signal that may cause the motor control to become unstable in the state is more reliably performed. It can be avoided. Therefore, the motor can be controlled more stably and satisfactorily.
上記課題を解決するために本発明はさらに、ロータと、巻線を有するステータと、を有するモータと、該モータの起動を指示するトリガと、該巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、該誘起電圧に基づいて該モータを制御するモータ制御手段と、を備え、該誘起電圧検出手段は、該誘起電圧に応じたデジタル信号を出力するデジタル信号出力手段と、該誘起電圧に応じたアナログ信号を出力するアナログ信号出力手段と、を有し、該モータ制御手段は、該トリガが操作されると該アナログ信号に基づいて該モータを制御し、その後、該デジタル信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする電動機器を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention further includes a motor having a rotor and a stator having a winding, a trigger for instructing the start of the motor, and an induced voltage for detecting an induced voltage generated in the winding. Detection means and motor control means for controlling the motor based on the induced voltage, the induced voltage detection means comprising: a digital signal output means for outputting a digital signal corresponding to the induced voltage; and the induced voltage Analog signal output means for outputting an analog signal corresponding to the motor signal, and the motor control means controls the motor based on the analog signal when the trigger is operated, and then based on the digital signal. An electric device characterized by controlling the motor is provided.
このような構成によると、例えばモータの起動時(駆動開始時)の低回転数状態において、当該状態でモータの制御が不安定になる虞のある当該デジタル信号に基づくモータの制御をより確実に回避することができる。したがって、モータをより安定して良好に制御することが可能となる。 According to such a configuration, for example, in the low rotational speed state at the time of starting the motor (at the start of driving), the motor control based on the digital signal that may cause the motor control to become unstable in the state is more reliably performed. It can be avoided. Therefore, the motor can be controlled more stably and satisfactorily.
本発明の電動機器によれば、センサレス駆動方式において、安定してモータを制御することができる。 According to the electric device of the present invention, the motor can be stably controlled in the sensorless drive system.
本発明の実施の形態によるインパクトドライバの部分断面側面図である。It is a partial section side view of an impact driver by an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態によるインパクトドライバの駆動制御系を示すブロック図を含む回路図である。1 is a circuit diagram including a block diagram showing a drive control system of an impact driver according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態によるインパクトドライバの誘起電圧検出回路部及び同回路部が備えるU相信号出力回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the U-phase signal output circuit with which the induced voltage detection circuit part and the circuit part of the impact driver by embodiment of this invention are provided. 本発明の実施の形態によるインパクトドライバのロータが最大回転数で回転している状態での各電圧信号及び電圧の波形を示す図であり、(a)はU相対応電圧の波形を示す図、(b)はU相アナログ信号の波形を示す図、(c)はU相デジタル信号の波形を示す図である。It is a figure showing each voltage signal and the voltage waveform in a state where the rotor of the impact driver according to the embodiment of the present invention is rotating at the maximum number of revolutions, (a) is a figure showing the waveform of the U-phase corresponding voltage, (B) is a figure which shows the waveform of a U-phase analog signal, (c) is a figure which shows the waveform of a U-phase digital signal. 本発明の実施の形態によるインパクトドライバの制御部によるモータの制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows control of the motor by the control part of the impact driver by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態によるインパクトドライバの制御部による制御フローを用いてモータを制御した場合の各部の電圧、電圧信号、回転数及びデューティ比のタイミングチャートを示す図であり、(a)はU相対応電圧の波形を示す図、(b)はU相アナログ信号の波形を示す図、(c)はU相デジタル信号の波形を示す図、(d)はロータの回転数を示す図、(e)はデューティ比を示す図である。It is a figure which shows the timing chart of the voltage of each part at the time of controlling a motor using the control flow by the control part of the control part of the impact driver by embodiment of this invention, a voltage signal, rotation speed, and a duty ratio. The figure which shows the waveform of a phase corresponding | compatible voltage, (b) is a figure which shows the waveform of a U-phase analog signal, (c) is a figure which shows the waveform of a U-phase digital signal, (d) is a figure which shows the rotation speed of a rotor, e) is a diagram showing the duty ratio. 従来の電動機器におけるロータが低回転数状態である場合の各部の電圧信号を示す図であり、(a)はコンパレータに入力される誘起電圧に応じた信号の波形を示す図、(b)はコンパレータが出力するデジタル信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage signal of each part in case the rotor in the conventional electrically-driven apparatus is a low speed state, (a) is a figure which shows the waveform of the signal according to the induced voltage input into a comparator, (b) is It is a figure which shows the waveform of the digital signal which a comparator outputs.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。ここでは、本発明をコードレスタイプのインパクトドライバに適用した場合を例に、説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, the case where the present invention is applied to a cordless type impact driver will be described as an example.
以下の説明において、具体的な数値に言及した場合、例えば、電気角度について「90°」等のように言及した場合、当該数値と完全に一致する場合だけでなく、当該数値と略同一である場合も含むものとする。また、位置関係等に言及した場合、例えば、平行、直交、反対等のように言及した場合、完全に平行、直交、反対等である場合だけでなく、略平行、略直交、略反対等である場合を含むものとする。 In the following description, when a specific numerical value is mentioned, for example, when referring to an electrical angle such as “90 °”, not only the case where the numerical value completely coincides with the numerical value, but also substantially the same as the numerical value. Including cases. In addition, when referring to the positional relationship, for example, when referring to parallel, orthogonal, opposite, etc., not only when it is completely parallel, orthogonal, opposite, etc., but also substantially parallel, substantially orthogonal, substantially opposite, etc. Including some cases.
図1に示されているように、本発明の実施の形態による電動機器の一例であるインパクトドライバ1は、ハウジング2、モータ3、駆動回路部4、冷却ファン5、動力伝達部6及び制御基板部7を備えている。図1は、インパクトドライバ1の部分断面側面図であり、電池パックPを装着した状態のインパクトドライバ1を示す図である。なお、図1においてモータ3に対して動力伝達部6が設けられている方向を前方向、前方向と逆の方向を後方向と定義する。また、モータ3に対して制御基板部7が設けられている方向を下方向と定義し、下方向と逆の方向を上方向と定義する。さらに、インパクトドライバ1を後方から見た場合の左を左方向、右を右方向と定義する。 As shown in FIG. 1, an impact driver 1, which is an example of an electric device according to an embodiment of the present invention, includes a housing 2, a motor 3, a drive circuit unit 4, a cooling fan 5, a power transmission unit 6, and a control board. Part 7 is provided. FIG. 1 is a partial cross-sectional side view of the impact driver 1 and shows the impact driver 1 with the battery pack P attached. In FIG. 1, the direction in which the power transmission unit 6 is provided with respect to the motor 3 is defined as the front direction, and the direction opposite to the front direction is defined as the rear direction. Further, the direction in which the control board portion 7 is provided with respect to the motor 3 is defined as a downward direction, and the direction opposite to the downward direction is defined as an upward direction. Further, when the impact driver 1 is viewed from behind, the left is defined as the left direction and the right is defined as the right direction.
ハウジング2は、インパクトドライバ1の外郭をなしており、モータハウジング21と、ハンドルハウジング22と、基板収容部23とを備えている。 The housing 2 forms an outline of the impact driver 1, and includes a motor housing 21, a handle housing 22, and a board housing portion 23.
モータハウジング21は、前後方向に延びる略筒形状をなし、その内部にモータ3、駆動回路部4、冷却ファン5、動力伝達部6を収容している。また、モータハウジング21の前側内部には、ハンマケース21Aが配置されている。ハンマケース21Aは、前方に向かうに従って徐々に径が細くなる略漏斗形状をなしており、その前端部分には開口21aが形成されている。 The motor housing 21 has a substantially cylindrical shape extending in the front-rear direction, and accommodates the motor 3, the drive circuit unit 4, the cooling fan 5, and the power transmission unit 6 therein. A hammer case 21 </ b> A is disposed inside the front side of the motor housing 21. The hammer case 21A has a substantially funnel shape whose diameter gradually decreases toward the front, and an opening 21a is formed at a front end portion thereof.
モータ3は、モータハウジング21の後側内部に収容されており、回転軸31と、ロータ32と、ステータ33とを有している。回転軸31は、前後方向に延びる軸であって、軸受を介してモータハウジング21に回転可能に支承されている。ロータ32は、複数の永久磁石32Aを有する回転子であり、回転軸31に固定されて回転軸31と一体に回転するように構成されている。ステータ33は、ステータ巻線33Aを有する固定子である。ステータ巻線33Aは、ロータ32を囲むように対向配置されている。 The motor 3 is housed inside the rear side of the motor housing 21 and has a rotating shaft 31, a rotor 32, and a stator 33. The rotating shaft 31 is a shaft extending in the front-rear direction, and is rotatably supported by the motor housing 21 via a bearing. The rotor 32 is a rotor having a plurality of permanent magnets 32 </ b> A, and is configured to be fixed to the rotating shaft 31 and rotate integrally with the rotating shaft 31. The stator 33 is a stator having a stator winding 33A. The stator winding 33 </ b> A is disposed so as to surround the rotor 32.
駆動回路部4は、モータ3のステータ巻線33Aに駆動電流を通電するためのインバータ回路であり、ステータ33の後面に位置している。駆動回路部4の詳細については、後述する。 The drive circuit unit 4 is an inverter circuit for supplying a drive current to the stator winding 33 </ b> A of the motor 3, and is located on the rear surface of the stator 33. Details of the drive circuit unit 4 will be described later.
冷却ファン5は、遠心ファンであり、回転軸31の前側部において回転軸31と同軸的に固定されている。冷却ファン5は、その回転によってモータハウジング21内に冷却風を発生させ、モータ3、駆動回路部4等を冷却する。 The cooling fan 5 is a centrifugal fan, and is fixed coaxially with the rotating shaft 31 at the front side portion of the rotating shaft 31. The cooling fan 5 generates cooling air in the motor housing 21 by its rotation, and cools the motor 3, the drive circuit unit 4, and the like.
動力伝達部6は、ハンマケース21Aの内部に収容されており、減速機構61、インパクト機構62、アンビル部63を備えている。減速機構61、インパクト機構62、アンビル部63は、回転軸31の軸方向(前後方向)において、モータ3側から当該順に並んで配置されている。 The power transmission unit 6 is housed in the hammer case 21 </ b> A and includes a speed reduction mechanism 61, an impact mechanism 62, and an anvil part 63. The speed reduction mechanism 61, the impact mechanism 62, and the anvil part 63 are arranged in that order from the motor 3 side in the axial direction (front-rear direction) of the rotating shaft 31.
減速機構61は、回転軸31と一体回転するサンギヤ61Aと、サンギヤ61Aに噛合する遊星ギヤ61Bと、遊星ギヤ61Bと噛合するリングギア61Cとを備えている。サンギヤ61Aが回転することによって、遊星ギヤ61Bはサンギヤ61Aの周りを周回する。 The reduction mechanism 61 includes a sun gear 61A that rotates integrally with the rotary shaft 31, a planetary gear 61B that meshes with the sun gear 61A, and a ring gear 61C that meshes with the planetary gear 61B. As the sun gear 61A rotates, the planetary gear 61B goes around the sun gear 61A.
インパクト機構62は、スピンドル62A及びハンマ62Bを有している。スピンドル62Aは、遊星ギヤ61Bの周回運動によって回転軸31と同軸の位置で回転する。ハンマ62Bは、スピンドル62A上に前後摺動可能に配され、その前端に一対の衝突部62Cを備えている。またハンマ62Bは、スプリング62Dによって前方に付勢された状態で回転打撃力が与えられ、さらにスプリング62D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いる。 The impact mechanism 62 has a spindle 62A and a hammer 62B. The spindle 62A rotates at a position coaxial with the rotation shaft 31 by the revolving motion of the planetary gear 61B. The hammer 62B is disposed on the spindle 62A so as to be slidable back and forth, and includes a pair of collision portions 62C at the front end thereof. Further, the hammer 62B is configured to be given a rotational striking force while being urged forward by a spring 62D, and can move backward against the urging force of the spring 62D.
アンビル部63は、ハンマ62Bの前方に配置され、ハンマケース21Aにスピンドル62Aと同軸の位置で回転可能に支持されており、先端工具保持部63A及びアンビル63Bを備えている。先端工具保持部63Aは、略円筒形状に形成されており、ハンマケース21Aの開口21aから前方に突出している。先端工具保持部63Aには、図示せぬ先端工具が挿入される保持孔63aが前後方向へ穿設されており、先端工具保持部63Aの前端部分には、図示せぬビットを保持するチャック63Cが設けられている。ここで、先端工具は例えば、ドライバビットやボルト締付用ビット等である。 The anvil portion 63 is disposed in front of the hammer 62B, is rotatably supported on the hammer case 21A at a position coaxial with the spindle 62A, and includes a tip tool holding portion 63A and an anvil 63B. The tip tool holding portion 63A is formed in a substantially cylindrical shape and protrudes forward from the opening 21a of the hammer case 21A. The tip tool holding portion 63A has a holding hole 63a into which a tip tool (not shown) is inserted in the front-rear direction, and a chuck 63C that holds a bit (not shown) at the front end portion of the tip tool holding portion 63A. Is provided. Here, the tip tool is, for example, a driver bit or a bolt tightening bit.
アンビル63Bは、先端工具保持部63Aの後方であってハンマケース21A内に先端工具保持部63Aと一体に構成されている。またアンビル63Bは、アンビル63B及び先端工具保持部63Aの回転中心に対して対称の位置に配置された一対の被衝突部63Dを有している。 The anvil 63B is configured behind the tip tool holding portion 63A and integrally with the tip tool holding portion 63A in the hammer case 21A. Further, the anvil 63B has a pair of impacted parts 63D arranged at symmetrical positions with respect to the rotation centers of the anvil 63B and the tip tool holding part 63A.
ハンドルハウジング22は、上下方向に延びる略筒形状をなし、その上端がモータハウジング21に接続されている。ハンドルハウジング22は、スイッチトリガ22A及びスイッチ機構22Bを備えている。スイッチトリガ22Aは、ハンドルハウジング22の上端部前側に設けられており、ハンドルハウジング22内部においてスイッチ機構22Bと接続されている。スイッチトリガ22Aが押込まれた場合、モータ3が起動する。すなわち、スイッチトリガ22Aは、モータ3の起動を指示するトリガとして機能する。スイッチ機構22Bは、制御基板部7に接続されており、スイッチトリガ22Aが押込まれた場合、スイッチトリガ22Aの押込量(操作量)に応じたトリガ信号を制御基板部7に出力する。 The handle housing 22 has a substantially cylindrical shape extending in the vertical direction, and an upper end thereof is connected to the motor housing 21. The handle housing 22 includes a switch trigger 22A and a switch mechanism 22B. The switch trigger 22 </ b> A is provided on the front side of the upper end of the handle housing 22 and is connected to the switch mechanism 22 </ b> B inside the handle housing 22. When the switch trigger 22A is pushed, the motor 3 is activated. That is, the switch trigger 22 </ b> A functions as a trigger that instructs activation of the motor 3. The switch mechanism 22B is connected to the control board unit 7. When the switch trigger 22A is pushed, the switch mechanism 22B outputs a trigger signal corresponding to the pushing amount (operation amount) of the switch trigger 22A to the control board unit 7.
基板収容部23は、ハンドルハウジング22の下端に接続されており、その内部にはスイッチ機構22B及び駆動回路部4に接続された制御基板部7が収容されている。制御基板部7は、スイッチ機構22B等から入力される各種信号に基づいて駆動回路部4にモータ3を制御するための駆動信号を出力し、モータ3を制御する。また、基板収容部23の下端部は、電池パックPを着脱可能に構成されている。制御基板部7の詳細については後述する。 The board housing part 23 is connected to the lower end of the handle housing 22, and the control board part 7 connected to the switch mechanism 22 </ b> B and the drive circuit part 4 is housed therein. The control board unit 7 controls the motor 3 by outputting a drive signal for controlling the motor 3 to the drive circuit unit 4 based on various signals input from the switch mechanism 22B and the like. Moreover, the lower end part of the board | substrate accommodating part 23 is comprised so that the battery pack P can be attached or detached. Details of the control board 7 will be described later.
電池パックPは、基板収容部23の下端部に着脱可能に装着されており、モータ3、駆動回路部4及び制御基板部7の電源となるリチウムイオン二次電池、ニッケル・カドミウム二次電池等からなる電池組を収容している。電池組は、電池パックPが基板収容部23に装着された状態で、駆動回路部4等に電気的に接続されるように構成されている。 The battery pack P is detachably attached to the lower end portion of the substrate housing portion 23, and is a lithium ion secondary battery, a nickel-cadmium secondary battery, or the like serving as a power source for the motor 3, the drive circuit portion 4, and the control substrate portion 7. The battery set which consists of is accommodated. The battery set is configured to be electrically connected to the drive circuit unit 4 and the like in a state where the battery pack P is mounted on the substrate housing unit 23.
次に、インパクトドライバ1の動作についてネジを締める場合について説明する。作業者がスイッチトリガ22Aを引くと、スイッチ機構22Bから制御基板部7に信号が出力され、制御基板部7はモータ3の駆動制御を開始する。モータ3が制御基板部7によって駆動制御されると、モータ3の回転軸31及びロータ32はスイッチトリガ22Aの押込量に応じた回転数で一体に回転する。これと同時に冷却ファン5も回転して、モータハウジング21に形成された図示せぬ吸気孔からモータハウジング21内に外気が取込まれる。この外気は、モータ3や駆動回路部4を冷却し、モータハウジング21に形成された図示せぬ排気孔から外部に排出される。 Next, the operation of the impact driver 1 will be described when tightening screws. When the operator pulls the switch trigger 22 </ b> A, a signal is output from the switch mechanism 22 </ b> B to the control board unit 7, and the control board unit 7 starts driving control of the motor 3. When the motor 3 is driven and controlled by the control board 7, the rotating shaft 31 and the rotor 32 of the motor 3 rotate integrally with the number of rotations corresponding to the pushing amount of the switch trigger 22 </ b> A. At the same time, the cooling fan 5 also rotates, and outside air is taken into the motor housing 21 from an intake hole (not shown) formed in the motor housing 21. The outside air cools the motor 3 and the drive circuit unit 4 and is discharged to the outside through an exhaust hole (not shown) formed in the motor housing 21.
回転軸31が回転すると、回転軸31の回転力は、その回転速度が減速機構61によって減速されてスピンドル62Aに伝達される。回転力がスピンドル62Aに伝達されると、スピンドル62A及びハンマ62Bが一体に回転する。ハンマ62Bが回転すると、一方の衝突部62Cとアンビル部63の一方の被衝突部63Dとが衝突し、当該衝突と同時に、他方の衝突部62Cと他方の被衝突部63Dとが衝突する。これにより、ハンマ62Bの回転力がアンビル63Bに伝達され、アンビル63Bに打撃が与えられる。 When the rotary shaft 31 rotates, the rotational speed of the rotary shaft 31 is reduced by the speed reduction mechanism 61 and transmitted to the spindle 62A. When the rotational force is transmitted to the spindle 62A, the spindle 62A and the hammer 62B rotate together. When the hammer 62B rotates, the one colliding part 62C and one colliding part 63D of the anvil part 63 collide, and at the same time, the other colliding part 62C and the other colliding part 63D collide. Thereby, the rotational force of the hammer 62B is transmitted to the anvil 63B, and a hit is given to the anvil 63B.
また、衝突部62Cと被衝突部63Dとの衝突後、衝突部62Cと被衝突部63Dとが当接した状態でスピンドル62Aとハンマ62Bとが一体に回転し、ハンマ62Bの回転トルクが所定値を超えるとハンマ62Bに対してスピンドル62Aが相対回転を開始する。スピンドル62Aとハンマ62Bとが相対回転を開始すると、ハンマ62Bはスプリング62Dの付勢力に抗して回転しながら後退する。そして、衝突部62Cが被衝突部63Dを乗り越えると、スプリング62Dに蓄えられた弾性エネルギーの解放によって、ハンマ62Bは、回転しながら前方に高速で移動する。ハンマ62Bの当該移動によって、衝突部62Cと被衝突部63Dとが再び衝突する。このように、衝突部62Cと被衝突部63Dとの衝突及びハンマ62Bの後退を繰り返すことで、アンビル部63の先端工具保持部63Aに装着されている先端工具に回転打撃力を与えてネジを締め付ける。なお、作業者がスイッチトリガ22Aを離すことによりモータ3は停止する。 In addition, after the collision between the collision part 62C and the collided part 63D, the spindle 62A and the hammer 62B rotate integrally with the collision part 62C and the collided part 63D being in contact with each other, and the rotational torque of the hammer 62B is a predetermined value. Is exceeded, the spindle 62A starts to rotate relative to the hammer 62B. When the spindle 62A and the hammer 62B start relative rotation, the hammer 62B moves backward while rotating against the urging force of the spring 62D. When the collision part 62C gets over the collided part 63D, the hammer 62B moves forward at high speed while rotating due to the release of the elastic energy stored in the spring 62D. Due to the movement of the hammer 62B, the collision part 62C and the colliding part 63D collide again. In this way, by repeating the collision between the collision part 62C and the collided part 63D and the retraction of the hammer 62B, a rotational striking force is applied to the tip tool mounted on the tip tool holding part 63A of the anvil part 63, and the screw is tightened. tighten. The motor 3 stops when the operator releases the switch trigger 22A.
次に、モータ3及びモータ3の駆動制御系の構成について図2に基づいて説明する。図2は、インパクトドライバ1の駆動制御系を示すブロック図を含む回路図である。 Next, the configuration of the motor 3 and the drive control system of the motor 3 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a circuit diagram including a block diagram showing a drive control system of the impact driver 1.
図2に示されているように、モータ3はDCブラシレスモータであり、モータ3のロータ32は、N極及びS極を1組とした永久磁石32Aを2組備えている。また、ステータ33のステータ巻線33Aは、スター結線された3相のコイルU、V、Wを有し、コイルU、V、Wはそれぞれ駆動回路部4に接続されている。ステータ巻線33Aは、本発明の巻線の一例である。 As shown in FIG. 2, the motor 3 is a DC brushless motor, and the rotor 32 of the motor 3 includes two sets of permanent magnets 32 </ b> A each having a north pole and a south pole. The stator winding 33 </ b> A of the stator 33 includes star-connected three-phase coils U, V, and W, and the coils U, V, and W are connected to the drive circuit unit 4. The stator winding 33A is an example of the winding of the present invention.
駆動回路部4は、3相ブリッジ形式に接続された6個のFETQ1~Q6を備えている。FETQ1のソースとFETQ4のドレインとの接続点4aはコイルUの一端と接続され、FETQ2のソースとFETQ5のドレインとの接続点4bはコイルVの一端と接続され、FETQ3のソースとFETQ6のドレインとの接続点4cはコイルWの一端と接続されており、6個のFETQ1~Q6の各ゲートは制御基板部7に接続されている。6個のFETQ1~Q6は、制御基板部7から当該各ゲートに入力された駆動信号によってオン/オフを繰り返すスイッチング動作を行う。また、接続点4a、接続点4b及び接続点4cは、それぞれ接続線4A、接続線4B及び接続線4Cによって制御基板部7に接続されている。 The drive circuit unit 4 includes six FETs Q1 to Q6 connected in a three-phase bridge format. The connection point 4a between the source of the FET Q1 and the drain of the FET Q4 is connected to one end of the coil U, the connection point 4b between the source of the FET Q2 and the drain of the FET Q5 is connected to one end of the coil V, and the source of the FET Q3 and the drain of the FET Q6 The connection point 4c is connected to one end of the coil W, and the gates of the six FETs Q1 to Q6 are connected to the control substrate section 7. The six FETs Q1 to Q6 perform a switching operation that is repeatedly turned on / off by a drive signal input from the control board 7 to each gate. Moreover, the connection point 4a, the connection point 4b, and the connection point 4c are connected to the control board part 7 by the connection line 4A, the connection line 4B, and the connection line 4C, respectively.
制御基板部7は、スイッチ機構22B及び駆動回路部4に接続されており、誘起電圧検出回路部71と、制御信号出力回路75と、制御部76とを備えている。 The control board unit 7 is connected to the switch mechanism 22 </ b> B and the drive circuit unit 4, and includes an induced voltage detection circuit unit 71, a control signal output circuit 75, and a control unit 76.
誘起電圧検出回路部71は、接続線4A、接続線4B及び接続線4Cによってステータ巻線33AのコイルU、V、Wのそれぞれの一端と接続されており、ロータ32の回転によってステータ巻線33Aに発生する誘起電圧を検出し、当該誘起電圧に応じたアナログ信号(誘起電圧アナログ信号)及び当該誘起電圧に応じたデジタル信号(誘起電圧デジタル信号)を制御部76に出力する回路部である。誘起電圧検出回路部71は、本発明の誘起電圧検出手段として機能する。 The induced voltage detection circuit unit 71 is connected to one end of each of the coils U, V, and W of the stator winding 33A by the connection line 4A, the connection line 4B, and the connection line 4C, and the stator winding 33A is rotated by the rotation of the rotor 32. And a digital signal corresponding to the induced voltage (induced voltage digital signal) and a digital signal corresponding to the induced voltage to the control unit 76. The induced voltage detection circuit unit 71 functions as an induced voltage detection unit of the present invention.
誘起電圧検出回路部71は、U相信号出力回路72と、V相信号出力回路73と、W相信号出力回路74とを備えている。U相信号出力回路72は、コイルUに発生する誘起電圧(U相誘起電圧)を検出し、U相誘起電圧に応じたアナログ信号(U相アナログ信号)及びU相誘起電圧に応じたデジタル信号(U相デジタル信号)を制御部76に出力する回路である。V相信号出力回路73は、コイルVに発生する誘起電圧(V相誘起電圧)を検出し、V相誘起電圧に応じたアナログ信号(V相アナログ信号)及びV相誘起電圧に応じたデジタル信号(Vデジタル信号)を制御部76に出力する回路である。W相信号出力回路74は、コイルWに発生する誘起電圧(W相誘起電圧)を検出し、W相誘起電圧に応じたアナログ信号(W相アナログ信号)及びW相誘起電圧に応じたデジタル信号(W相デジタル信号)を制御部76に出力する回路である。 The induced voltage detection circuit unit 71 includes a U-phase signal output circuit 72, a V-phase signal output circuit 73, and a W-phase signal output circuit 74. The U-phase signal output circuit 72 detects an induced voltage (U-phase induced voltage) generated in the coil U, an analog signal (U-phase analog signal) corresponding to the U-phase induced voltage, and a digital signal corresponding to the U-phase induced voltage. This is a circuit that outputs (U-phase digital signal) to the controller 76. The V-phase signal output circuit 73 detects an induced voltage (V-phase induced voltage) generated in the coil V, an analog signal (V-phase analog signal) corresponding to the V-phase induced voltage, and a digital signal corresponding to the V-phase induced voltage. This is a circuit that outputs (V digital signal) to the controller 76. The W-phase signal output circuit 74 detects an induced voltage (W-phase induced voltage) generated in the coil W, an analog signal (W-phase analog signal) corresponding to the W-phase induced voltage, and a digital signal corresponding to the W-phase induced voltage. This is a circuit that outputs (W-phase digital signal) to the controller 76.
ここで、図3に基づいて誘起電圧検出回路部71の構成及び同回路部が備えるU相信号出力回路72、V相信号出力回路73及びW相信号出力回路74の構成について説明する。なお、U相信号出力回路72、V相信号出力回路73及びW相信号出力回路74のそれぞれの構成は互いに略同一であるため、以下の説明においてU相信号出力回路72の構成を例にとって説明し、V相信号出力回路73及びW相信号出力回路74の構成についての説明は簡略化する。図3は、誘起電圧検出回路部71及び同回路部が備えるU相信号出力回路72の構成を示す図である。なお、図3において、V相信号出力回路73及びW相信号出力回路74は、図面の煩雑を避けるため省略している。 Here, the configuration of the induced voltage detection circuit unit 71 and the configuration of the U-phase signal output circuit 72, the V-phase signal output circuit 73, and the W-phase signal output circuit 74 provided in the circuit unit will be described with reference to FIG. The configurations of the U-phase signal output circuit 72, the V-phase signal output circuit 73, and the W-phase signal output circuit 74 are substantially the same. Therefore, in the following description, the configuration of the U-phase signal output circuit 72 will be described as an example. The description of the configuration of the V-phase signal output circuit 73 and the W-phase signal output circuit 74 will be simplified. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the induced voltage detection circuit unit 71 and the U-phase signal output circuit 72 provided in the circuit unit. In FIG. 3, the V-phase signal output circuit 73 and the W-phase signal output circuit 74 are omitted in order to avoid complication of the drawing.
図3に示されているように誘起電圧検出回路部71は、抵抗71A、抵抗71B、抵抗71C、抵抗71D及び抵抗71Eを備えている。抵抗71A、抵抗71B及び抵抗71Cのそれぞれの一端は中性点71aにおいて共通接続されている、言い換えれば、抵抗71A、抵抗71B及び抵抗71Cはスター結線されている。また、抵抗71Aの他端は接続線4A及び接続点4aを介してステータ巻線33AのコイルUの一端に接続され、抵抗71Bの他端は接続線4B及び接続点4bを介してコイルVの一端に接続され、抵抗71Cの他端は接続線4C及び接続点4cを介してステータ巻線33AのコイルWの一端に接続されている。 As shown in FIG. 3, the induced voltage detection circuit unit 71 includes a resistor 71A, a resistor 71B, a resistor 71C, a resistor 71D, and a resistor 71E. One end of each of the resistors 71A, 71B, and 71C is commonly connected at the neutral point 71a. In other words, the resistors 71A, 71B, and 71C are star-connected. The other end of the resistor 71A is connected to one end of the coil U of the stator winding 33A via the connection line 4A and the connection point 4a, and the other end of the resistor 71B is connected to the coil V via the connection line 4B and the connection point 4b. The other end of the resistor 71C is connected to one end of the coil W of the stator winding 33A via the connection line 4C and the connection point 4c.
このように、抵抗71A、抵抗71B及び抵抗71Cはスター結線され、抵抗71A、抵抗71B及び抵抗71Cのそれぞれの他端はコイルU、V、Wのそれぞれの一端にそれぞれ接続されているため、抵抗71Aの電圧降下分はU相誘起電圧に相当し、抵抗71Bの電圧降下分はV相誘起電圧に相当し、抵抗71Cの電圧降下分はW相誘起電圧に相当する。言い換えれば、抵抗71A、抵抗71B及び抵抗71Cのそれぞれの一端を接続している接続点すなわち中性点71aと抵抗71Aの他端に設けられたU相電圧点71bとの電位差は、U相誘起電圧に相当し、中性点71aと抵抗71Bの他端に設けられたV相電圧点71cとの電位差はV相誘起電圧に相当し、中性点71aと抵抗71Cの他端に設けられたW相電圧点71dとの電位差はW相誘起電圧に相当する。 In this way, the resistors 71A, 71B, and 71C are star-connected, and the other ends of the resistors 71A, 71B, and 71C are connected to one ends of the coils U, V, and W, respectively. The voltage drop of 71A corresponds to the U-phase induced voltage, the voltage drop of resistor 71B corresponds to the V-phase induced voltage, and the voltage drop of resistor 71C corresponds to the W-phase induced voltage. In other words, the potential difference between the connection point connecting one end of each of the resistors 71A, 71B and 71C, that is, the neutral point 71a and the U-phase voltage point 71b provided at the other end of the resistor 71A is The potential difference between the neutral point 71a and the V-phase voltage point 71c provided at the other end of the resistor 71B corresponds to the V-phase induced voltage and is provided at the neutral point 71a and the other end of the resistor 71C. The potential difference from the W-phase voltage point 71d corresponds to the W-phase induced voltage.
抵抗71D及び抵抗71Eは、中性点71aとグランドとの間に直列に接続されており、中性点71aの電圧を分圧する。抵抗71Dと抵抗71Eとの間の接続点すなわち中性点分圧点71eの電圧は、中性点71aの電圧を抵抗71D及び抵抗71Eで分圧した値である。 The resistor 71D and the resistor 71E are connected in series between the neutral point 71a and the ground, and divide the voltage at the neutral point 71a. The connection point between the resistor 71D and the resistor 71E, that is, the voltage at the neutral point voltage dividing point 71e is a value obtained by dividing the voltage at the neutral point 71a by the resistor 71D and the resistor 71E.
U相信号出力回路72は、U相アナログ信号を出力するU相アナログ信号出力回路8と、U相デジタル信号を出力するU相デジタル信号出力回路9とを備えている。 The U-phase signal output circuit 72 includes a U-phase analog signal output circuit 8 that outputs a U-phase analog signal and a U-phase digital signal output circuit 9 that outputs a U-phase digital signal.
U相アナログ信号出力回路8は、分圧回路81と差動増幅回路82とを備えている。分圧回路81は、U相電圧点71bの電圧を分圧する回路であり、U相電圧点71bとグランドとの間に直列に接続された抵抗81A及び抵抗81Bを有している。抵抗81Aと抵抗81Bとの間の接続点すなわちU相分圧点81aの電圧は、U相電圧点71bの電圧を抵抗81Aと抵抗81Bとで分圧した値である。また、抵抗81Aの抵抗値は抵抗71Dの抵抗値と同一の値に設定され、且つ抵抗81Bの抵抗値は抵抗71Eの抵抗値と同一の値に設定されている。このため、中性点分圧点71eとU相分圧点81aとの電位差、すなわち中性点分圧点71eを基準としたU相分圧点81aの電圧は、U相誘起電圧に比例する電圧(U相対応電圧)となる。 The U-phase analog signal output circuit 8 includes a voltage dividing circuit 81 and a differential amplifier circuit 82. The voltage dividing circuit 81 is a circuit that divides the voltage of the U-phase voltage point 71b, and includes a resistor 81A and a resistor 81B connected in series between the U-phase voltage point 71b and the ground. The connection point between the resistor 81A and the resistor 81B, that is, the voltage at the U-phase voltage dividing point 81a is a value obtained by dividing the voltage at the U-phase voltage point 71b by the resistor 81A and the resistor 81B. The resistance value of the resistor 81A is set to the same value as the resistance value of the resistor 71D, and the resistance value of the resistor 81B is set to the same value as the resistance value of the resistor 71E. Therefore, the potential difference between the neutral point voltage dividing point 71e and the U phase voltage dividing point 81a, that is, the voltage at the U phase voltage dividing point 81a based on the neutral point voltage dividing point 71e is proportional to the U phase induced voltage. Voltage (voltage corresponding to U phase).
差動増幅回路82は、オペアンプ82A、抵抗82B、抵抗82C、抵抗82D及びコンデンサ82Eを備えている。オペアンプ82Aの非反転入力端子は抵抗82Bを介してU相分圧点81aに接続され、反転入力端子は抵抗82Cを介して中性点分圧点71eに接続されている。またオペアンプ82Aの出力端子は、制御部76のA/Dポート及びU相デジタル信号出力回路9に接続されており、当該出力端子と反転入力端子との間には、抵抗82Dとノイズを低減するローパスフィルタの役割を果たすコンデンサ82Eとが並列に接続されている。 The differential amplifier circuit 82 includes an operational amplifier 82A, a resistor 82B, a resistor 82C, a resistor 82D, and a capacitor 82E. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 82A is connected to the U-phase voltage dividing point 81a via the resistor 82B, and the inverting input terminal is connected to the neutral point voltage dividing point 71e via the resistor 82C. The output terminal of the operational amplifier 82A is connected to the A / D port of the control unit 76 and the U-phase digital signal output circuit 9, and the resistor 82D and noise are reduced between the output terminal and the inverting input terminal. A capacitor 82E serving as a low-pass filter is connected in parallel.
差動増幅回路82は、中性点分圧点71eを基準としたU相分圧点81aの電圧、すなわちU相対応電圧を制御部76の入力レベルに増幅且つオフセットするとともにノイズを低減して、制御部76のA/D入力ポート及びU相デジタル信号出力回路9にアナログ信号(U相アナログ信号)として出力する。すなわち、差動増幅回路82は、U相誘起電圧に応じたアナログ信号(U相アナログ信号)を制御部76及びU相デジタル信号出力回路9に出力する。 The differential amplifier circuit 82 amplifies and offsets the voltage of the U-phase voltage dividing point 81a with respect to the neutral point voltage dividing point 71e, that is, the U-phase-corresponding voltage to the input level of the control unit 76, and reduces noise. The analog signal (U-phase analog signal) is output to the A / D input port of the control unit 76 and the U-phase digital signal output circuit 9. That is, the differential amplifier circuit 82 outputs an analog signal (U-phase analog signal) corresponding to the U-phase induced voltage to the control unit 76 and the U-phase digital signal output circuit 9.
U相デジタル信号出力回路9は、分圧回路91とコンパレータ92とを備えている。分圧回路91は、基準電圧Vccを分圧する回路であり、基準電圧Vccとグランドとの間に直列に接続された抵抗91A及び抵抗91Bを有している。抵抗91Aの抵抗値と抵抗91Bの抵抗値とは同一の値に設定されており、抵抗91Aと抵抗91Bとの間の接続点すなわち基準分圧点91aの電圧は、基準電圧Vccの二分の一の電圧である。本実施の形態においては、基準電圧Vccは5Vであり、基準分圧点91aの電圧は2.5Vである。 The U-phase digital signal output circuit 9 includes a voltage dividing circuit 91 and a comparator 92. The voltage dividing circuit 91 is a circuit that divides the reference voltage Vcc, and includes a resistor 91A and a resistor 91B connected in series between the reference voltage Vcc and the ground. The resistance value of the resistor 91A and the resistance value of the resistor 91B are set to the same value, and the connection point between the resistor 91A and the resistor 91B, that is, the voltage at the reference voltage dividing point 91a is a half of the reference voltage Vcc. Is the voltage. In the present embodiment, the reference voltage Vcc is 5V, and the voltage at the reference voltage dividing point 91a is 2.5V.
コンパレータ92は、反転入力端子及び非反転入力端子に入力された電圧(電圧信号)を比較する回路である。コンパレータ92の反転入力端子は、分圧回路91の基準分圧点91aに接続されており、当該反転入力端子には基準分圧点91aの電圧(基準電圧信号)が入力される。コンパレータ92の非反転入力端子は、オペアンプ82Aの出力端子に接続されており、当該非反転入力端子にはU相アナログ信号が入力される。コンパレータ92の出力端子は、制御部76の入力ポートに接続されている。 The comparator 92 is a circuit that compares voltages (voltage signals) input to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal. The inverting input terminal of the comparator 92 is connected to the reference voltage dividing point 91a of the voltage dividing circuit 91, and the voltage (reference voltage signal) of the reference voltage dividing point 91a is input to the inverting input terminal. The non-inverting input terminal of the comparator 92 is connected to the output terminal of the operational amplifier 82A, and a U-phase analog signal is input to the non-inverting input terminal. The output terminal of the comparator 92 is connected to the input port of the control unit 76.
コンパレータ92は、基準電圧信号とU相アナログ信号とを比較し、U相誘起電圧の向きに応じたデジタル信号(二値信号)を制御部76に出力する。具体的には、U相アナログ信号が基準電圧信号よりも大きい場合に制御部76の入力ポートにハイ信号を出力し、U相アナログ信号が基準電圧信号以下である場合は、制御部76にロー信号を出力する(電圧信号を出力しない)。言い換えれば、コンパレータ92は、U相誘起電圧に応じたデジタル信号(U相デジタル信号)を制御部76に出力する。 The comparator 92 compares the reference voltage signal and the U-phase analog signal, and outputs a digital signal (binary signal) corresponding to the direction of the U-phase induced voltage to the control unit 76. Specifically, when the U-phase analog signal is larger than the reference voltage signal, a high signal is output to the input port of the control unit 76, and when the U-phase analog signal is equal to or lower than the reference voltage signal, the control unit 76 is low. Outputs a signal (does not output a voltage signal). In other words, the comparator 92 outputs a digital signal (U-phase digital signal) corresponding to the U-phase induced voltage to the control unit 76.
なお、V相信号出力回路73は、V相電圧点71c及び中性点分圧点71eに接続されており、当該接続構成以外はU相アナログ信号出力回路8と同様の構成であるV相アナログ信号出力回路、及びU相デジタル信号出力回路9と同様の構成であるV相デジタル信号出力回路を有している。また、W相信号出力回路74は、W相電圧点71d及び中性点分圧点71eに接続されており、当該接続構成以外はU相アナログ信号出力回路8と同様の構成であるW相アナログ信号出力回路、及びU相デジタル信号出力回路9と同様の構成であるW相デジタル信号出力回路を有している。すなわち、制御部76には、U相アナログ信号、U相デジタル信号、V相アナログ信号、V相デジタル信号、W相アナログ信号及びW相デジタル信号の合計6系統の信号が入力される。U相アナログ信号出力回路8、V相アナログ信号出力回路及びW相アナログ信号出力回路は、本発明のアナログ信号出力手段として機能する。また、U相デジタル信号出力回路9、V相デジタル信号出力回路及びW相デジタル信号出力回路は、本発明のデジタル信号出力手段として機能する。 Note that the V-phase signal output circuit 73 is connected to the V-phase voltage point 71c and the neutral point voltage dividing point 71e, and has the same configuration as the U-phase analog signal output circuit 8 except for the connection configuration. A V-phase digital signal output circuit having the same configuration as the signal output circuit and the U-phase digital signal output circuit 9 is provided. The W-phase signal output circuit 74 is connected to the W-phase voltage point 71d and the neutral point voltage dividing point 71e, and has the same configuration as the U-phase analog signal output circuit 8 except for the connection configuration. A signal output circuit and a W-phase digital signal output circuit having the same configuration as the U-phase digital signal output circuit 9 are provided. That is, the control unit 76 receives a total of six signals including a U-phase analog signal, a U-phase digital signal, a V-phase analog signal, a V-phase digital signal, a W-phase analog signal, and a W-phase digital signal. The U-phase analog signal output circuit 8, the V-phase analog signal output circuit, and the W-phase analog signal output circuit function as analog signal output means of the present invention. The U-phase digital signal output circuit 9, the V-phase digital signal output circuit, and the W-phase digital signal output circuit function as the digital signal output means of the present invention.
ここで、U相対応電圧、U相アナログ信号及びU相デジタル信号について図4に基づいて説明する。なお、U相誘起電圧は、ロータ32の回転が回転することによって略正弦波を描く。これは、ロータ32が回転することで、コイルUの近傍をロータ32の永久磁石32AのN極及びS極が交互に通過してコイルUを貫く磁力が周期的に変化するためである。図4は、ロータ32が最大回転数で回転している状態での各電圧信号及び電圧の波形を示す図であり、(a)はU相対応電圧の波形を示す図、(b)はU相アナログ信号の波形を示す図、(c)はU相デジタル信号の波形を示す図である。 Here, the U-phase compatible voltage, the U-phase analog signal, and the U-phase digital signal will be described with reference to FIG. The U-phase induced voltage draws a substantially sine wave as the rotor 32 rotates. This is because when the rotor 32 rotates, the N pole and S pole of the permanent magnet 32A of the rotor 32 alternately pass through the vicinity of the coil U and the magnetic force penetrating the coil U changes periodically. FIG. 4 is a diagram showing the waveform of each voltage signal and voltage in a state where the rotor 32 is rotating at the maximum rotational speed, (a) is a diagram showing the waveform of the U-phase corresponding voltage, and (b) is U The figure which shows the waveform of a phase analog signal, (c) is a figure which shows the waveform of a U-phase digital signal.
図4(a)に示されているようにU相対応電圧は、0Vを中心として上下に振動する略正弦波である。本実施の形態においては、2組4極の永久磁石32Aを備えているため、U相対応電圧の1周期分すなわち電気角で360°分はロータ32の半回転に相当し、2周期分すなわち電気角で720°分はロータ32の1回転に相当する。 As shown in FIG. 4A, the U-phase-corresponding voltage is a substantially sine wave that oscillates up and down around 0V. In the present embodiment, since two sets of four-pole permanent magnets 32A are provided, one cycle of the U-phase-corresponding voltage, that is, 360 ° in electrical angle, corresponds to half rotation of the rotor 32, that is, two cycles, The electrical angle of 720 ° corresponds to one rotation of the rotor 32.
U相対応電圧が0Vを通過する点であるゼロクロスポイントは、U相対応電圧の半周期毎すなわち電気角で180°毎に存在し、ロータ32の1回転(電気角で720°分)の間にゼロクロスポイントは4点存在する。なお、ゼロクロスポイントの中でもU相対応電圧が0Vよりも小さい値から0Vを通過して0Vよりも大きな値に変化する「立ち上がり」のゼロクロスポイントは、1周期毎すなわち電気角で360°毎に存在し、ロータ32の1回転の間に2点存在する。 The zero cross point, which is the point at which the U-phase corresponding voltage passes 0V, exists every half cycle of the U-phase corresponding voltage, that is, every 180 ° in electrical angle, and during one rotation of the rotor 32 (for 720 ° in electrical angle). There are four zero cross points. In addition, among the zero cross points, there is a “rise” zero cross point at which the U-phase-corresponding voltage changes from a value smaller than 0 V to a value larger than 0 V, every 1 cycle, that is, every 360 ° in electrical angle. There are two points during one rotation of the rotor 32.
またU相対応電圧は、U相誘起電圧と比例関係にあるため、U相誘起電圧はU相対応電圧に同期した略正弦波であり、U相誘起電圧のゼロクロスポイントのタイミングもU相対応電圧のゼロクロスポイントのタイミングと同期する。なお、V相誘起電圧はU相誘起電圧よりも電気角で120°遅れた略正弦波であり、W相誘起電圧はU相誘起電圧よりも電気角で240°遅れた略正弦波である。 Moreover, since the U-phase compatible voltage is proportional to the U-phase induced voltage, the U-phase induced voltage is a substantially sine wave synchronized with the U-phase compatible voltage, and the timing of the zero-cross point of the U-phase induced voltage is also the U-phase compatible voltage. Synchronize with the zero cross point timing. The V phase induced voltage is a substantially sine wave delayed by 120 ° in electrical angle from the U phase induced voltage, and the W phase induced voltage is a substantially sine wave delayed by 240 ° in electrical angle from the U phase induced voltage.
U相誘起電圧、V相誘起電圧及びW相誘起電圧の3相分全てのゼロクロスポイントの数は、ロータ32の一回転の間に12点存在し、ロータ32が30°回転する毎(電気角で60°毎)にU相誘起電圧、V相誘起電圧、W相誘起電圧のいずれかの誘起電圧がゼロクロスポイントを通過する。なお、3相分全ての「立ち上がり」のゼロクロスポイントの数は6点存在し、ロータ32が60°回転する毎(電気角で120°毎)にU相誘起電圧、V相誘起電圧、W相誘起電圧の順に「立ち上がり」のゼロクロスポイントを通過する。 The number of zero cross points of all three phases of the U-phase induced voltage, the V-phase induced voltage, and the W-phase induced voltage is 12 points during one rotation of the rotor 32, and every time the rotor 32 rotates 30 ° (electrical angle At every 60 °), the induced voltage of any of the U-phase induced voltage, V-phase induced voltage, and W-phase induced voltage passes through the zero cross point. There are six “rise” zero cross points for all three phases, and each time the rotor 32 rotates 60 ° (every 120 ° in electrical angle), the U-phase induced voltage, the V-phase induced voltage, and the W-phase It passes through the “rise” zero cross point in the order of the induced voltage.
図4(b)に示されているようにU相アナログ信号は、差動増幅回路82によってU相対応電圧が増幅且つオフセットされた信号であり、本実施の形態においては、2.5Vを中心として振動し、振幅が1.3V、最大値3.8V、最小値1.2Vである略正弦波である。また、U相アナログ信号が2.5Vを通過するタイミングは、U相誘起電圧(又はU相対応電圧)のゼロクロスポイントに相当する。また、図4(b)の破線Bは、基準電圧信号を示しており、本実施の形態においては2.5Vである。 As shown in FIG. 4B, the U-phase analog signal is a signal obtained by amplifying and offsetting the U-phase corresponding voltage by the differential amplifier circuit 82. In this embodiment, the U-phase analog signal is centered on 2.5V. And a substantially sine wave having an amplitude of 1.3V, a maximum value of 3.8V, and a minimum value of 1.2V. The timing at which the U-phase analog signal passes 2.5 V corresponds to the zero-cross point of the U-phase induced voltage (or U-phase compatible voltage). A broken line B in FIG. 4B indicates a reference voltage signal, which is 2.5 V in this embodiment.
図4(c)に示されているようにU相デジタル信号は、コンパレータ92による比較結果であるハイ信号(5V)及びロー信号(0V)を組み合わせた矩形波である。U相デジタル信号は、基準電圧信号よりもU相アナログ信号が大きい期間(電気角で0°から180°の間、360°から540°の間等)、ハイ信号を出力し続ける。また、U相アナログ信号が基準電圧信号以下である期間(電気角で180°から360°の間、540°から720°の間等)は、ロー信号を出力し続ける。また、U相デジタル信号の出力がハイ信号からロー信号に切り換わるタイミング、又はロー信号からハイ信号に切り換わるタイミングは、U相誘起電圧のゼロクロスポイントのタイミングに相当する。なお、U相デジタル信号の出力がロー信号からハイ信号に切り換わるタイミングは、U相誘起電圧の「立ち上がり」のゼロクロスポイントのタイミングに相当する。 As shown in FIG. 4C, the U-phase digital signal is a rectangular wave that is a combination of a high signal (5 V) and a low signal (0 V) that are comparison results by the comparator 92. The U-phase digital signal continues to output a high signal while the U-phase analog signal is larger than the reference voltage signal (between 0 ° and 180 ° in electrical angle, between 360 ° and 540 °, etc.). Further, during a period in which the U-phase analog signal is equal to or lower than the reference voltage signal (such as between 180 ° and 360 ° in electrical angle, between 540 ° and 720 °, etc.), the low signal is continuously output. The timing at which the output of the U-phase digital signal switches from the high signal to the low signal or the timing at which the output from the low signal to the high signal corresponds to the timing of the zero-cross point of the U-phase induced voltage. The timing at which the output of the U-phase digital signal switches from the low signal to the high signal corresponds to the timing of the zero cross point of the “rise” of the U-phase induced voltage.
図2に戻り、制御信号出力回路75は、6個のFETQ1~Q6の各ゲートに接続され、制御部76から入力される駆動信号に基づいて6個のFETQ1~Q6の各ゲートに電圧信号(H1~H6)を出力する回路である。6個のFETQ1~Q6のうち、ゲートに電圧信号が入力されたFETはオン状態となりモータ3のステータ巻線33Aへの通電を許容し、ゲートに当該電圧信号が入力されていないFETはオフ状態となりステータ巻線33Aの通電を遮断する。 Returning to FIG. 2, the control signal output circuit 75 is connected to the gates of the six FETs Q1 to Q6. Based on the drive signal input from the control unit 76, the voltage signal ( H1 to H6). Of the six FETs Q1 to Q6, the FET whose voltage signal is input to the gate is turned on, energizing the stator winding 33A of the motor 3 is permitted, and the FET whose voltage signal is not input to the gate is OFF. Then, the energization of the stator winding 33A is cut off.
制御部76は、処理プログラム及び各種データに基づいて駆動信号を出力するための演算、比較等を行う図示せぬ中央処理装置(CPU)と、処理プログラム、制御データ、各種閾値等を記憶するための図示せぬROMと、各種データを一時記憶するための図示せぬRAMと、時間を測定することができる計時機能とを備えている。また制御部76は、アナログ信号をデジタル情報に変換するA/D入力ポート、デジタル信号が入力される入力ポート、各種信号を出力する出力ポートをそれぞれ複数有している。本実施の形態において制御部76は、マイコンである。 The control unit 76 stores a central processing unit (CPU) (not shown) that performs calculation, comparison, and the like for outputting a drive signal based on the processing program and various data, and stores the processing program, control data, various threshold values, and the like. (Not shown), a RAM (not shown) for temporarily storing various data, and a time measuring function capable of measuring time. The control unit 76 includes a plurality of A / D input ports that convert analog signals into digital information, input ports that receive digital signals, and output ports that output various signals. In the present embodiment, the control unit 76 is a microcomputer.
制御部76は、各種ポートに入力されるステータ巻線33Aに発生する誘起電圧に応じた信号(誘起電圧アナログ信号又は誘起電圧デジタル信号)に基づいてロータ32の回転位置(回転角度)を算出し、当該回転位置の情報に基づいてモータ3を制御する。すなわちホール素子を用いることなくステータ巻線33Aに発生する誘起電圧に基づいてロータ32の回転制御を行うセンサレス方式でモータ3を制御する。また制御部76は、ロータ32の回転数を算出し、当該回転数及びスイッチトリガ22Aの引き量に基づいてロータ32の回転数を制御する。 The controller 76 calculates the rotational position (rotation angle) of the rotor 32 based on a signal (induced voltage analog signal or induced voltage digital signal) corresponding to the induced voltage generated in the stator winding 33A input to various ports. The motor 3 is controlled based on the information on the rotational position. That is, the motor 3 is controlled by a sensorless system that controls the rotation of the rotor 32 based on the induced voltage generated in the stator winding 33A without using a Hall element. The control unit 76 calculates the rotational speed of the rotor 32 and controls the rotational speed of the rotor 32 based on the rotational speed and the pulling amount of the switch trigger 22A.
制御部76による回転位置の算出は、ステータ巻線33AのコイルU、V、Wに発生する誘起電圧(U相誘起電圧、V相誘起電圧、W相誘起電圧)のゼロクロスポイントを検出することで行う。制御部76は、各相の誘起電圧に応じた各アナログ信号(U相アナログ信号、V相アナログ信号及びW相アナログ信号)、又は、各デジタル信号(U相デジタル信号、V相デジタル信号及びW相デジタル信号)のゼロクロスポイントを検出することで、U相誘起電圧、V相誘起電圧及びW相誘起電圧のそれぞれのゼロクロスポイントを検出し、当該ゼロクロスポイントに基づいてロータ32の回転位置を算出する。上述したようにゼロクロスポイントは、ロータ32が一回転する間に12点存在し、ロータ32が30°回転する毎に検出されるため、ロータ32の回転位置を30°毎に検出可能である。 The calculation of the rotational position by the control unit 76 is performed by detecting the zero cross point of the induced voltages (U-phase induced voltage, V-phase induced voltage, W-phase induced voltage) generated in the coils U, V, W of the stator winding 33A. Do. The control unit 76 is configured to output each analog signal (U-phase analog signal, V-phase analog signal and W-phase analog signal) corresponding to the induced voltage of each phase, or each digital signal (U-phase digital signal, V-phase digital signal and W). The zero cross point of the U phase induced voltage, the V phase induced voltage, and the W phase induced voltage is detected by detecting the zero cross point of the phase digital signal), and the rotational position of the rotor 32 is calculated based on the zero cross point. . As described above, there are 12 zero cross points during one rotation of the rotor 32, and each time the rotor 32 rotates 30 °, the rotation position of the rotor 32 can be detected every 30 °.
制御部76による各アナログ信号のゼロクロスポイントの検出は、各アナログ信号のゼロクロスポイントに対応する電圧信号閾値を用い、各アナログ信号が当該電圧閾値を通過するタイミングを検出することで行う。本実施の形態における電圧信号閾値は2.5Vである。また、制御部76による各デジタル信号のゼロクロスポイントの検出は、各デジタル信号のハイ信号及びロー信号の切替わるタイミングを検出することで行う。 The detection of the zero cross point of each analog signal by the control unit 76 is performed by using the voltage signal threshold corresponding to the zero cross point of each analog signal and detecting the timing at which each analog signal passes the voltage threshold. The voltage signal threshold value in the present embodiment is 2.5V. Further, the zero cross point of each digital signal is detected by the control unit 76 by detecting the timing at which the high signal and low signal of each digital signal are switched.
このように制御部76は、ゼロクロスポイントの検出により、ロータ32の回転位置を検出し、当該回転位置に基づいて、所定のFETQ1~Q6を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、その駆動信号を制御信号出力回路75に出力する。これによってコイルU、V、Wのうちの所定のコイルに交互に通電し、ロータ32を所定の回転方向に回転させる。この場合、負電源側に接続されているFETQ4~Q6をスイッチングさせるための駆動信号は、パルス幅変調信号(PWM信号)として出力される。なお、PWM信号は、FETをオン/オフさせるスイッチング周期(所定時間)における信号出力時間(パルス幅)を変更することができる信号である。 In this way, the control unit 76 detects the rotational position of the rotor 32 by detecting the zero cross point, and forms a drive signal for alternately switching the predetermined FETs Q1 to Q6 based on the rotational position, and the drive The signal is output to the control signal output circuit 75. As a result, a predetermined coil among the coils U, V, and W is alternately energized to rotate the rotor 32 in a predetermined rotation direction. In this case, the drive signal for switching the FETs Q4 to Q6 connected to the negative power supply side is output as a pulse width modulation signal (PWM signal). The PWM signal is a signal that can change the signal output time (pulse width) in the switching period (predetermined time) for turning on / off the FET.
制御部76による回転数の算出は、ゼロクロスポイントの時間間隔を検出し、この時間間隔に基づき、ロータ32の1分間あたりの回転数値(rpm)を算出する。例えば、ゼロクロスポイントの時間間隔をT(ms)とすると、ロータ32の1回転あたりに要する時間は、T×12(ms)となり、ロータ32の1秒間の回転数は、1000/(T×12)(回)となり、回転数N(rpm)は、N=(1000/(T×12))×60と算出される。 The calculation of the number of rotations by the control unit 76 detects the time interval of the zero cross point, and calculates the rotation value (rpm) per minute of the rotor 32 based on this time interval. For example, if the time interval of the zero cross point is T (ms), the time required for one rotation of the rotor 32 is T × 12 (ms), and the rotation speed of the rotor 32 per second is 1000 / (T × 12). ) (Times), and the rotation speed N (rpm) is calculated as N = (1000 / (T × 12)) × 60.
制御部76によるロータ32の回転数の制御は、スイッチトリガ22Aから出力される押込量に応じたトリガ信号に基づいて行われる。制御部76は、トリガ信号に応じた目標回転数を設定し、当該目標回転数と検出したロータ32の回転数とを比較し、当該比較結果に基づいてPWM信号のデューティ比を変化させるフィードバック制御を行い、モータ3への電力供給量を調整し、ロータ32の回転数を制御する。制御部76は、本発明のモータ制御手段、駆動状態検出手段及び回転数検出手段として機能する。 The control of the number of rotations of the rotor 32 by the control unit 76 is performed based on a trigger signal corresponding to the pushing amount output from the switch trigger 22A. The control unit 76 sets a target rotation speed according to the trigger signal, compares the target rotation speed with the detected rotation speed of the rotor 32, and changes the duty ratio of the PWM signal based on the comparison result. The power supply amount to the motor 3 is adjusted, and the rotation speed of the rotor 32 is controlled. The control unit 76 functions as a motor control unit, a drive state detection unit, and a rotation number detection unit of the present invention.
次に、制御部76によるモータ3の制御について説明する。制御部76は、誘起電圧アナログ信号に基づいてロータ32の回転位置を算出してモータ3を制御するアナログ信号制御モードと、誘起電圧デジタル信号に基づいてロータ32の回転位置を算出してモータ3を制御するデジタル信号制御モードとを有しており、駆動状態(駆動開始状態であるか否か、ロータ32の回転数が低回転数状態であるか否か)に応じて当該2つの制御モードを切替えてモータ3を制御する。すなわち、制御部76は、誘起電圧アナログ信号及び誘起電圧デジタル信号のいずれか一方を駆動状態に応じて選択し、選択された一方の信号に基づいてモータ3を制御する。 Next, control of the motor 3 by the control unit 76 will be described. The controller 76 calculates the rotational position of the rotor 32 based on the induced voltage analog signal and controls the motor 3, and calculates the rotational position of the rotor 32 based on the induced voltage digital signal. And the two control modes according to the driving state (whether the driving is in a starting state or whether the rotational speed of the rotor 32 is in a low rotational speed state). And the motor 3 is controlled. That is, the control unit 76 selects one of the induced voltage analog signal and the induced voltage digital signal according to the driving state, and controls the motor 3 based on the selected one signal.
ここで、デジタル信号制御モードの特性及びアナログ信号制御モードの特性について説明する。 Here, the characteristics of the digital signal control mode and the characteristics of the analog signal control mode will be described.
最初に、デジタル信号制御モードの特性、すなわち誘起電圧デジタル信号に基づくモータ3の制御の特性について説明する。デジタル信号制御モードの場合、制御部76が演算処理する対象は、二値信号である誘起電圧デジタル信号であるため、制御部76は高速にロータ32の回転位置を算出することができる。このため、ロータ32が高回転数状態であっても算出されたロータ32の回転位置と実際の回転位置とのずれは僅かにしか生じず、安定してモータ3を制御することができる。しかしながら、デジタル信号制御モードにおいてロータ32が低回転数状態である場合、ステータ巻線33Aに発生する誘起電圧が低くなり、回転時に発生するトルクリプル等に起因した逆転が発生し易く、誘起電圧アナログ信号が基準電圧信号付近で上下するため、誘起電圧デジタル信号を出力するコンパレータ(例えば、U相デジタル信号を出力するコンパレータ92)がチャタリングを起こす可能性が高く、安定してモータ3を制御することができない虞がある。また、ロータ32が低回転数状態である場合、ステータ巻線33Aに発生する誘起電圧が低くなり、誘起電圧アナログ信号と基準電圧信号との差が僅かとなるため、コンパレータ(例えば、U相デジタル信号を出力するコンパレータ92)の分解能の程度、ヒステリシス特性によっては、誤作動を起こす虞もある。当該誤作動は、例えば、誘起電圧アナログ信号が基準電圧信号よりも大きいが、その差が僅かであるため、コンパレータがロー信号を出力してしまうといった誤作動である。 First, characteristics of the digital signal control mode, that is, characteristics of control of the motor 3 based on the induced voltage digital signal will be described. In the digital signal control mode, the object to be calculated by the control unit 76 is an induced voltage digital signal that is a binary signal, so the control unit 76 can calculate the rotational position of the rotor 32 at high speed. For this reason, even if the rotor 32 is in a high rotational speed state, a deviation between the calculated rotational position of the rotor 32 and the actual rotational position occurs only slightly, and the motor 3 can be controlled stably. However, when the rotor 32 is in the low rotation speed state in the digital signal control mode, the induced voltage generated in the stator winding 33A is low, and reverse rotation due to torque ripple or the like generated during rotation is likely to occur. Therefore, the comparator that outputs the induced voltage digital signal (for example, the comparator 92 that outputs the U-phase digital signal) is likely to cause chattering, and the motor 3 can be controlled stably. There is a possibility that it cannot be done. In addition, when the rotor 32 is in a low rotational speed state, the induced voltage generated in the stator winding 33A becomes low and the difference between the induced voltage analog signal and the reference voltage signal becomes small. Depending on the degree of resolution of the comparator 92) that outputs a signal and the hysteresis characteristics, there is a risk of malfunction. The malfunction is, for example, a malfunction in which the comparator outputs a low signal because the induced voltage analog signal is larger than the reference voltage signal but the difference is slight.
図7を参照しながら、誘起電圧に応じたデジタル信号に基づいたモータの制御における低回転数状態でのチャタリングについて従来の電動機器を例にとって説明する。図7は、誘起電圧に応じたデジタル信号に基づいてモータを制御する従来の電動機器におけるロータが低回転数状態である場合の各部の電圧信号を示す図であり、(a)はコンパレータに入力される誘起電圧に応じた信号の波形を示す図、(b)はコンパレータが出力するデジタル信号の波形を示す図である。 With reference to FIG. 7, chattering in a low rotation speed state in motor control based on a digital signal corresponding to an induced voltage will be described using a conventional electric device as an example. FIG. 7 is a diagram showing voltage signals at various parts when a rotor in a conventional electric device that controls a motor based on a digital signal corresponding to an induced voltage is in a low rotation speed state, and (a) is input to a comparator. The figure which shows the waveform of the signal according to the induced voltage to be performed, (b) is a figure which shows the waveform of the digital signal which a comparator outputs.
図7(a)に示されているように、一般に、ロータが低回転数状態である場合、モータのコイルに発生する誘起電圧が低いため、回転時に発生するトルクリプル等に起因した逆転が発生し易く、コンパレータに入力される誘起電圧に応じた信号がゼロクロスポイント近傍(電気角で180°、360°近傍)で0Vを跨いで高速で上下する現象が起こる場合がある。このような場合、従来の電動機器におけるコンパレータは、図7(b)に示されているように、ゼロクロスポイント近傍で誘起電圧に応じたデジタル信号としてハイ信号とロー信号と交互に高速に繰り返して出力するチャタリングを起こす可能性が高まる。当該コンパレータがチャタリングを起こすと、当該デジタル信号に基づいたゼロクロスポイントの検出が正確性を欠き、ロータの回転位置検出(回転位置算出)が不正確となり、ひいてはモータの制御が不安定となる。このように誘起電圧に応じたデジタル信号に基づいてモータを制御する従来の電動機器においてはロータが低回転数状態である場合、モータの制御が不安定となる虞があった。 As shown in FIG. 7A, in general, when the rotor is in a low rotation speed state, the induced voltage generated in the motor coil is low, so that reverse rotation caused by torque ripple generated during rotation occurs. In some cases, the signal corresponding to the induced voltage input to the comparator may rise and fall at a high speed across 0 V in the vicinity of the zero cross point (180 ° in electrical angle, near 360 °). In such a case, as shown in FIG. 7B, the comparator in the conventional electric device repeats the high signal and the low signal alternately at high speed as a digital signal corresponding to the induced voltage near the zero cross point. The possibility of causing chattering to be output increases. When the comparator causes chattering, the detection of the zero cross point based on the digital signal lacks accuracy, the rotational position detection (rotational position calculation) of the rotor becomes inaccurate, and the control of the motor becomes unstable. As described above, in the conventional electric device that controls the motor based on the digital signal corresponding to the induced voltage, there is a possibility that the control of the motor becomes unstable when the rotor is in a low rotation speed state.
このように、デジタル信号制御モードは、ロータ32が低回転数状態である場合にはモータ3の制御が不安定となる虞があるが、ロータ32が高回転数状態である場合にはモータ3の制御に好適であるという特性を持つ。 Thus, in the digital signal control mode, there is a possibility that the control of the motor 3 may become unstable when the rotor 32 is in the low rotation speed state, but the motor 3 is in the case where the rotor 32 is in the high rotation speed state. It is suitable for the control.
次に、アナログ信号制御モードの特性、すなわち誘起電圧アナログ信号に基づくモータ3の制御の特性について説明する。アナログ信号制御モードの場合、A/D入力ポートでA/D変換された誘起電圧アナログ信号は、ROMに予め記憶されたチャタリング成分を除去するプログラムに基づいて制御部76によって処理される。このため、低回転数状態であっても正確にゼロクロスポイントを算出することができる。これにより、ロータ32が低回転数状態であっても、制御部76は正確にゼロクロスポイントを検出(算出)することができ、安定してモータ3を制御することができる。しかしながら、一般にA/D入力ポートの分解能はコンパレータ(例えば、U相デジタル信号を出力するコンパレータ92)の分解能よりも高く誘起電圧アナログ信号のA/D変換は、当該コンパレータでの比較処理よりも時間を要し、さらに制御部76による上記プログラムに基づいた処理にも時間を要するため、アナログ信号制御モードにおけるロータ32の回転位置の算出速度は、デジタル信号制御モードにおける当該算出速度よりも遅くなる。このため、アナログ信号制御モードにおける高回転数状態では、算出されたロータ32の回転位置と実際の回転位置とずれが大きくなり、安定してモータ3を制御することができない虞がある。なお、当該回転位置の算出に要する時間は、低回転数状態においてモータ3の制御が不安定となる程度のものではない。 Next, characteristics of the analog signal control mode, that is, characteristics of control of the motor 3 based on the induced voltage analog signal will be described. In the analog signal control mode, the induced voltage analog signal A / D converted at the A / D input port is processed by the controller 76 based on a program for removing chattering components stored in advance in the ROM. For this reason, the zero cross point can be accurately calculated even in the low rotational speed state. Thereby, even if the rotor 32 is in a low rotation speed state, the control unit 76 can accurately detect (calculate) the zero cross point, and can control the motor 3 stably. However, in general, the resolution of the A / D input port is higher than the resolution of the comparator (for example, the comparator 92 that outputs the U-phase digital signal), and the A / D conversion of the induced voltage analog signal takes longer than the comparison processing in the comparator. In addition, since the processing based on the program by the control unit 76 also takes time, the calculation speed of the rotational position of the rotor 32 in the analog signal control mode is slower than the calculation speed in the digital signal control mode. For this reason, in the high rotational speed state in the analog signal control mode, there is a possibility that the calculated rotational position of the rotor 32 and the actual rotational position are greatly deviated and the motor 3 cannot be stably controlled. It should be noted that the time required for calculating the rotational position is not such that the control of the motor 3 becomes unstable in the low rotational speed state.
このように、アナログ信号制御モードは、ロータ32が高回転数状態である場合にはモータ3の制御が不安定となる虞があるが、ロータ32が低回転数状態である場合にはモータ3の制御に好適であるという特性を持つ。 Thus, in the analog signal control mode, there is a possibility that the control of the motor 3 may become unstable when the rotor 32 is in a high rotational speed state, but the motor 3 is in a case where the rotor 32 is in a low rotational speed state. It is suitable for the control.
上述した各制御モードの特性に鑑みて、本実施の形態における制御部76は、駆動開始状態である場合又は低回転数状態である場合は、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ3を制御(アナログ信号制御モードを選択)し、駆動開始状態でなく且つ低回転数状態でない場合には、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ3を制御(デジタル信号制御モードを選択)する。言い換えると、アナログ信号制御モードを実行した後にデジタル信号制御モードに移行する。これにより、センサレス方式における低回転数状態での安定したモータ3の制御と高回転数状態での安定したモータ3の制御とを両立させることができる。 In view of the characteristics of each control mode described above, the control unit 76 in the present embodiment controls the motor 3 based on the induced voltage digital signal (analog) when in the drive start state or in the low rotation speed state. When the signal control mode is selected) and neither the driving start state nor the low rotation speed state is selected, the motor 3 is controlled based on the induced voltage digital signal (digital signal control mode is selected). In other words, after the analog signal control mode is executed, the digital signal control mode is entered. Thereby, it is possible to achieve both stable control of the motor 3 in the low rotational speed state and stable control of the motor 3 in the high rotational speed state in the sensorless system.
図5に基づいて制御部76によるモータ3の制御フローの一例を説明する。図5は制御部76の制御フローを示すフローチャート図である。 An example of a control flow of the motor 3 by the control unit 76 will be described based on FIG. FIG. 5 is a flowchart showing a control flow of the control unit 76.
図5に示されているように、電池パックPがインパクトドライバ1に装着されると、制御部76はモータ3の制御を開始する(S201)。制御部76は、モータ3の制御を開始した後にモータ3を停止状態とする(S202)。これにより、例えば、電池パックPがインパクトドライバ1に装着された瞬間にモータ3が駆動して先端工具が駆動してしまう、といった作業者の意図しないタイミングでの先端工具の駆動を防止することができる。特にスイッチトリガ22Aがオン状態となっている状態で電池パックPが装着された場合に有効である。 As shown in FIG. 5, when the battery pack P is attached to the impact driver 1, the control unit 76 starts controlling the motor 3 (S201). The control unit 76 stops the motor 3 after starting the control of the motor 3 (S202). Thereby, for example, it is possible to prevent the tip tool from being driven at an unintended timing of the operator such as the motor 3 being driven and the tip tool being driven at the moment when the battery pack P is mounted on the impact driver 1. it can. This is particularly effective when the battery pack P is mounted while the switch trigger 22A is in the on state.
次に、スイッチトリガ22Aがオン状態であるか否か(押込まれたか否か)を判断する。オン状態であるか否かの判断は、スイッチトリガ22Aからトリガ信号が制御部76に入力されているか否かで判断する。スイッチトリガ22Aがオン状態でないと判断した場合(S203:No)、モータ3を停止状態とし(S202)、再び、スイッチトリガ22Aがオン状態であるか否かを判断する(S203)。すなわち、ステップ202でスイッチトリガ22Aがオン状態であると判断するまで、ステップ202及びステップ203を繰り返しながらモータ3の駆動停止状態を維持する。 Next, it is determined whether or not the switch trigger 22A is in an on state (whether or not it has been pressed). Whether or not the switch is on is determined by whether or not a trigger signal is input to the control unit 76 from the switch trigger 22A. When it is determined that the switch trigger 22A is not in the on state (S203: No), the motor 3 is stopped (S202), and it is determined again whether the switch trigger 22A is in the on state (S203). That is, until the switch trigger 22A is determined to be in the ON state in Step 202, the driving stop state of the motor 3 is maintained while repeating Step 202 and Step 203.
スイッチトリガ22Aがオン状態であると判断した場合(S203:Yes)、制御モードとしてアナログ信号制御モードを選択し、モータ3の駆動を開始する(S204)。モータ3の駆動開始時(駆動開始状態)は、ロータ32が低回転数状態であるため、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御する。 When it is determined that the switch trigger 22A is in the on state (S203: Yes), the analog signal control mode is selected as the control mode, and the driving of the motor 3 is started (S204). At the start of driving of the motor 3 (driving start state), since the rotor 32 is in the low rotation speed state, the motor 3 is controlled based on the induced voltage analog signal.
モータ3の駆動が開始されると、算出されたロータ32の回転数Nが回転数閾値A以下であるか否かを判断する(ステップ205)。回転数Nが回転数閾値A以下であると判断した場合(S206:Yes)、ロータ32の回転数が低回転数状態(低回転数域)であるため、制御部76はアナログ信号制御モードを選択し、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御する。これにより、低回転数状態であっても安定してモータ3を制御することができる。なお、制御部76は、低回転数状態であるか否かの判断は、算出されたロータ32の回転数Nが制御部76のROMに予め記憶された回転数閾値A以下であるか否かで判断する。本実施の形態において回転数閾値Aは、当該値よりも高い回転数であればコンパレータ(例えば、U相デジタル信号を出力するコンパレータ92)がチャタリングを起こす可能性が低いと判断される回転数の値に設定されている。 When driving of the motor 3 is started, it is determined whether or not the calculated rotation speed N of the rotor 32 is equal to or less than the rotation speed threshold A (step 205). If it is determined that the rotational speed N is equal to or lower than the rotational speed threshold A (S206: Yes), the rotational speed of the rotor 32 is in the low rotational speed state (low rotational speed range), and therefore the control unit 76 sets the analog signal control mode. Select and control the motor 3 based on the induced voltage analog signal. As a result, the motor 3 can be stably controlled even in the low rotational speed state. Note that the controller 76 determines whether or not the engine is in the low engine speed state by checking whether or not the calculated engine speed N of the rotor 32 is equal to or less than the engine speed threshold A stored in the ROM of the controller 76 in advance. Judge with. In the present embodiment, the rotation speed threshold A is a rotation speed that is determined to be less likely to cause chattering by a comparator (for example, the comparator 92 that outputs a U-phase digital signal) if the rotation speed is higher than the value. Is set to a value.
その後、スイッチトリガ22Aがオン状態であるか否かを判断する(S208)。スイッチトリガ22Aがオン状態であると判断した場合(S208:Yes)、再び回転数Nが回転数閾値A以下であるか否かを判断する(S205)。すなわち、制御部76は、スイッチトリガ22Aがオン状態であり、且つ回転数Nが回転数閾値A以下である状態(低回転数状態)である限り、ステップ205、ステップ206、ステップ208の順に繰り返しながらアナログ信号制御モードでモータ3を制御する。 Thereafter, it is determined whether or not the switch trigger 22A is in an ON state (S208). When it is determined that the switch trigger 22A is in the on state (S208: Yes), it is determined again whether the rotational speed N is equal to or lower than the rotational speed threshold A (S205). That is, the control unit 76 repeats step 205, step 206, and step 208 in this order as long as the switch trigger 22A is in an on state and the rotation speed N is in a state (low rotation speed state) that is equal to or less than the rotation speed threshold value A. The motor 3 is controlled in the analog signal control mode.
ステップ205で回転数Nが回転数閾値A以下でないと判断した場合(ステップ205:No)、ロータ32の回転数が低回転数状態ではないため、制御部76はデジタル信号制御モードを選択し、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ3を制御する。これにより、センサレス方式のモータ3の制御において、低回転数状態での安定したモータ3の制御と高回転数状態での安定したモータ3の制御とを両立させることができる。 If it is determined in step 205 that the rotational speed N is not equal to or lower than the rotational speed threshold A (step 205: No), the rotational speed of the rotor 32 is not in the low rotational speed state, so the control unit 76 selects the digital signal control mode, The motor 3 is controlled based on the induced voltage digital signal. Thereby, in the control of the sensorless motor 3, it is possible to achieve both stable control of the motor 3 in the low rotational speed state and stable control of the motor 3 in the high rotational speed state.
その後、スイッチトリガ22Aがオン状態であるか否かを判断する(S208)。スイッチトリガ22Aがオン状態であると判断した場合(S208:Yes)、再び回転数Nが回転数閾値A以下であるか否かを判断する(S205)。すなわち、制御部76は、スイッチトリガ22Aがオン状態であり、且つ回転数Nが回転数閾値A以下でない状態である限り、ステップ205、ステップ207、ステップ208の順に繰り返しながらデジタル信号制御モードでモータ3を制御する。なお、ステップ205、ステップ207、ステップ208を繰り返しながらデジタル信号制御モードでモータ3を制御している間に、ロータ32の回転数が低下し、ステップ205で回転数Nが回転数閾値A以下であると判断した場合(S205:Yes)、デジタル信号制御モードからアナログ信号制御モードに切替えて誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御する。 Thereafter, it is determined whether or not the switch trigger 22A is in an ON state (S208). When it is determined that the switch trigger 22A is in the on state (S208: Yes), it is determined again whether the rotational speed N is equal to or lower than the rotational speed threshold A (S205). That is, as long as the switch trigger 22A is on and the rotation speed N is not equal to or less than the rotation speed threshold A, the control unit 76 repeats step 205, step 207, and step 208 in this order in the digital signal control mode. 3 is controlled. While the motor 3 is controlled in the digital signal control mode while repeating Step 205, Step 207, and Step 208, the rotational speed of the rotor 32 decreases, and the rotational speed N is equal to or smaller than the rotational speed threshold A in Step 205. If it is determined that there is (S205: Yes), the digital signal control mode is switched to the analog signal control mode, and the motor 3 is controlled based on the induced voltage analog signal.
ステップ208において、スイッチトリガ22Aがオン状態でないと判断した場合(S208:No)、上述したステップ202に戻り、モータ3の駆動を停止する。その後は、上述したように、再びスイッチトリガ22Aがオン状態となるまでステップ202及びステップ203を繰り返しながらモータ3の停止状態を維持する。 If it is determined in step 208 that the switch trigger 22A is not in the ON state (S208: No), the process returns to step 202 described above, and the drive of the motor 3 is stopped. Thereafter, as described above, the stop state of the motor 3 is maintained while repeating Step 202 and Step 203 until the switch trigger 22A is turned on again.
次に、図6に基づいて上述した制御部76による制御フローを用いてモータ3を制御した場合の各部の電圧、電圧信号、回転数及びデューティ比について説明する。図6は、制御部76による制御フローを用いてモータ3を制御した場合の各部の電圧、電圧信号、回転数及びデューティ比のタイミングチャートを示す図であり、(a)はU相対応電圧の波形を示す図、(b)はU相アナログ信号の波形を示す図、(c)はU相デジタル信号の波形を示す図、(d)はロータ32の回転数を示す図、(e)はデューティ比を示す図である。なお、図6(a)~(e)の横軸は、時間(時刻)及び電気角を示しており、図6(b)における破線Bは図4と同様に基準電圧信号を示し、図6(d)における破線は回転数閾値Aを示している。 Next, the voltage, voltage signal, rotation speed, and duty ratio of each unit when the motor 3 is controlled using the control flow by the control unit 76 described above based on FIG. 6 will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a timing chart of the voltage, voltage signal, rotation speed, and duty ratio of each unit when the motor 3 is controlled using the control flow by the control unit 76. FIG. The figure which shows a waveform, (b) is a figure which shows the waveform of a U-phase analog signal, (c) is a figure which shows the waveform of a U-phase digital signal, (d) is a figure which shows the rotation speed of the rotor 32, (e) is It is a figure which shows a duty ratio. 6A to 6E indicate time (time) and electrical angle, and a broken line B in FIG. 6B indicates a reference voltage signal as in FIG. The broken line in (d) indicates the rotation speed threshold A.
図6(a)~(e)に示されているように、時刻t0で制御部76はアナログ信号制御モードでモータ3の駆動を開始している(図5のS203のYes、S204に相当)。図6(d)及び(e)に示されているように時刻t0~時刻t1の間は、制御部76は回転数制御に基づいてデューティ比を時間に関する一次関数的に増加させており、回転数もデューティ比に比例して増加している。また図6(a)~(c)に示されているように、時刻t0~時刻t1の間(電気角で0°~360°)は、ロータ32は低回転数状態であり、U相対応電圧及びU相アナログ信号の振幅も小さく、U相アナログ信号と基準電圧信号との差も僅かである。このため、電気角で0°~180°の間においてU相アナログ信号は基準電圧信号よりも大きい値であるにもかかわらず、コンパレータ92はU相デジタル信号としてロー信号を出力する誤作動を起こしている。しかしながら、時刻t0~時刻t1の間では、回転数が回転数閾値Aを超えていないため制御部76は、アナログ信号制御モードでモータ3を制御しており、安定したモータ3の制御が維持されている。 As shown in FIGS. 6A to 6E, at time t0, the control unit 76 starts driving the motor 3 in the analog signal control mode (corresponding to Yes and S204 in S203 in FIG. 5). . As shown in FIGS. 6D and 6E, between time t0 and time t1, the control unit 76 increases the duty ratio in a linear function with respect to time based on the rotational speed control. The number also increases in proportion to the duty ratio. Further, as shown in FIGS. 6A to 6C, between time t0 and time t1 (electrical angle 0 ° to 360 °), the rotor 32 is in a low rotational speed state and corresponds to the U phase. The amplitude of the voltage and the U-phase analog signal is also small, and the difference between the U-phase analog signal and the reference voltage signal is also small. For this reason, the comparator 92 malfunctions to output a low signal as a U-phase digital signal even though the U-phase analog signal is larger than the reference voltage signal in the electrical angle range of 0 ° to 180 °. ing. However, since the rotational speed does not exceed the rotational speed threshold A between time t0 and time t1, the control unit 76 controls the motor 3 in the analog signal control mode, and stable control of the motor 3 is maintained. ing.
時刻t1~時刻t2の間(電気角で360°から720°)では、制御部76は回転数制御に基づいてデューティ比をさらに増加させており、回転数もさらに増加している。またU相対応電圧及びU相アナログ信号の振幅は時刻t1よりも大きくなり、周期は短くなっている。さらに、当該期間ではU相アナログ信号と基準電圧信号との差も時刻t1より大きくなっているため、U相デジタル信号は正確に出力されている(図6(c))。なお、時刻t0~時刻t2までの間は、図5のS205のYes、S206、S208のYesの繰り返しに相当する。 Between time t1 and time t2 (electrical angle 360 ° to 720 °), the control unit 76 further increases the duty ratio based on the rotational speed control, and the rotational speed further increases. Further, the amplitudes of the U-phase compatible voltage and the U-phase analog signal are larger than the time t1, and the period is shortened. Furthermore, since the difference between the U-phase analog signal and the reference voltage signal is also larger than the time t1 during this period, the U-phase digital signal is output accurately (FIG. 6C). Note that the period from time t0 to time t2 corresponds to the repetition of Yes in S205, Yes in S206, and Yes in S208 in FIG.
図6(d)に示されているように時刻t2を超えると、回転数が回転数閾値Aを超え、制御部76は制御モードをデジタル信号制御モードに切替える(図5のS205のNo及びS207に相当)。時刻t2を超え、回転数が回転数閾値Aを超えると、アナログ信号制御モードでは、安定してモータ3を制御できない虞があるが、制御部76はデジタル信号制御モードでモータ3を制御するため安定してモータ3を制御することができる。 As shown in FIG. 6D, when the time t2 is exceeded, the rotational speed exceeds the rotational speed threshold A, and the control unit 76 switches the control mode to the digital signal control mode (No in S205 and S207 in FIG. 5). Equivalent). If the time t2 is exceeded and the rotational speed exceeds the rotational speed threshold A, the motor 3 may not be stably controlled in the analog signal control mode, but the control unit 76 controls the motor 3 in the digital signal control mode. The motor 3 can be controlled stably.
時刻t3以降となると制御部76はデューティ比を最大まで増加させており、それに伴って回転数も最高となっている。時刻t3以降は、回転数が最高となり、U相対応電圧及びU相アナログ信号の振幅も最大となり、且つU相アナログ信号と基準電圧信号との差も最大とあるため、より正確にU相デジタル信号が出力される。この状態で、制御部76はロータ32の回転位置を高速算出可能なデジタル信号制御モードでモータ3を制御しているため、より安定してモータ3を制御することができる。なお、時刻t2を超えてからは、図5のS205のNo、S207、S208のYesの繰り返しに相当する。 After time t3, the control unit 76 increases the duty ratio to the maximum, and the rotation speed is also maximum. After time t3, the rotation speed is maximum, the U-phase compatible voltage and the amplitude of the U-phase analog signal are maximum, and the difference between the U-phase analog signal and the reference voltage signal is also maximum. A signal is output. In this state, the control unit 76 controls the motor 3 in the digital signal control mode in which the rotational position of the rotor 32 can be calculated at high speed, so that the motor 3 can be controlled more stably. Note that after the time t2 is exceeded, this corresponds to repetition of No in S205, Yes in S207, and Yes in S208 in FIG.
上述したように、本発明の実施の形態による電動機器の一例であるインパクトドライバ1は、ステータ巻線33Aを有するステータ33とロータ32とを有するモータと、ステータ巻線33Aに発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出回路部71と、当該誘起電圧に基づいてモータ3を制御し、モータ3の駆動状態(駆動開始状態であるか等)を検出する制御部76と、を備えており、誘起電圧検出回路部71は、誘起電圧に応じたデジタル信号(誘起電圧デジタル信号)を出力するU相デジタル信号出力回路9、V相デジタル信号出力回路及びW相デジタル信号出力回路と、誘起電圧に応じたアナログ信号(誘起電圧アナログ信号)を出力するU相アナログ信号出力回路8、V相アナログ信号出力回路及びW相アナログ信号出力回路と、を有し、制御部76は、該駆動状態に応じて誘起電圧デジタル信号及び誘起電圧アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいてモータ3を制御する。 As described above, the impact driver 1, which is an example of the electric device according to the embodiment of the present invention, generates an induced voltage generated in the stator winding 33A, the motor having the stator 33 having the stator winding 33A and the rotor 32, and the stator winding 33A. An induced voltage detection circuit unit 71 for detecting, and a control unit 76 for controlling the motor 3 based on the induced voltage and detecting a driving state (such as a driving start state) of the motor 3. The voltage detection circuit unit 71 outputs a digital signal (induced voltage digital signal) corresponding to the induced voltage, a U-phase digital signal output circuit 9, a V-phase digital signal output circuit, a W-phase digital signal output circuit, and a voltage according to the induced voltage. A U-phase analog signal output circuit 8, a V-phase analog signal output circuit, and a W-phase analog signal output circuit that output analog signals (induced voltage analog signals); A control unit 76 selects either of the induced voltage digital signal and the induced voltage analog signal in response to the drive state, controls the motor 3 based on either one of the signal selected.
上記構成により、インパクトドライバ1は、誘起電圧に応じた信号に基づいてモータ3を制御する構成であるため、インパクトドライバ1にホール素子を設ける必要がない。これにより、部品点数を減らし組立性を向上させることができる。さらに、インパクトドライバ1の誘起電圧検出回路部71は、誘起電圧に応じたデジタル信号(誘起電圧デジタル信号)を制御部76に出力するU相デジタル信号出力回路9、V相デジタル信号出力回路及びW相デジタル信号出力回路と、誘起電圧に応じたアナログ信号(誘起電圧アナログ信号)を制御部76に出力するU相アナログ信号出力回路8、V相アナログ信号出力回路及びW相アナログ信号出力回路とを有しているため、モータ3の制御に用いる信号を適宜選択することができる。これにより、モータ3をより安定して良好に制御することができ、操作性を向上させることができる。すなわち、センサレス駆動方式において、安定してモータ3を制御することができる。 With the above configuration, the impact driver 1 is configured to control the motor 3 based on a signal corresponding to the induced voltage, and thus it is not necessary to provide a hall element in the impact driver 1. Thereby, the number of parts can be reduced and assemblability can be improved. Further, the induced voltage detection circuit unit 71 of the impact driver 1 outputs a digital signal (induced voltage digital signal) corresponding to the induced voltage to the control unit 76, a U-phase digital signal output circuit 9, a V-phase digital signal output circuit, and a W-phase digital signal output circuit. A phase digital signal output circuit, and a U phase analog signal output circuit 8, a V phase analog signal output circuit, and a W phase analog signal output circuit that output an analog signal (induced voltage analog signal) corresponding to the induced voltage to the control unit 76. Therefore, a signal used for controlling the motor 3 can be appropriately selected. Thereby, the motor 3 can be controlled more stably and favorably, and the operability can be improved. That is, the motor 3 can be stably controlled in the sensorless driving method.
また制御部76は、モータ3の制御に用いる誘起電圧に応じた信号として誘起電圧アナログ信号及び誘起電圧デジタル信号のいずれか一方を駆動状態に応じて選択可能である。これにより、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ3を制御すると当該制御が不安定になる虞のある駆動状態の場合(例えば、モータ3の駆動開始時等)、モータ3の制御に誘起電圧デジタル信号を用いず、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御することが可能となる。このため、駆動状態に応じて両信号の中からモータの制御に用いる信号を適宜選択することができない構成と比較して、より安定して良好にモータを制御することができ、操作性を向上させることができる。 The control unit 76 can select either an induced voltage analog signal or an induced voltage digital signal as a signal corresponding to the induced voltage used for controlling the motor 3 according to the driving state. As a result, when the motor 3 is controlled based on the induced voltage digital signal, the control is likely to become unstable (for example, when the motor 3 starts to be driven). The motor 3 can be controlled based on the induced voltage analog signal without using the. For this reason, the motor can be controlled more stably and satisfactorily and the operability can be improved as compared with the configuration in which the signal used for controlling the motor cannot be appropriately selected from both signals according to the driving state. Can be made.
また、インパクトドライバ1における制御部76は、ロータ32の回転数を検出する機能を備えており、駆動状態の中でも特にモータ3の制御の安定性に大きな影響を与える要素であるロータ32の回転数状態(ロータ32の回転数)に応じて、誘起電圧デジタル信号及び誘起電圧アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいてモータ3を制御することができるため、モータ3の制御をより安定させることができる。 Further, the control unit 76 in the impact driver 1 has a function of detecting the rotational speed of the rotor 32, and the rotational speed of the rotor 32, which is an element that greatly affects the stability of the control of the motor 3, particularly in the driving state. Since either the induced voltage digital signal or the induced voltage analog signal can be selected according to the state (the number of rotations of the rotor 32), the motor 3 can be controlled based on the selected signal. Control of the motor 3 can be made more stable.
また、制御部76は、ロータ32の回転数が回転数閾値A以下である場合、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御し、当該回転数が回転数閾値Aよりも大きい場合、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ3を制御することができる。これにより、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ3を制御した場合に当該制御が不安定になる虞のある駆動状態すなわちロータ32の回転数が低い状態(低回転数状態)では、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御し、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御すると当該制御が不安定になる虞のある駆動状態すなわち回転数が高い状態(高回転数状態)では、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ3を制御することができる。したがって、より安定してモータ3を制御することができる。 The control unit 76 controls the motor 3 based on the induced voltage analog signal when the rotational speed of the rotor 32 is equal to or lower than the rotational speed threshold A, and when the rotational speed is greater than the rotational speed threshold A, the induced voltage The motor 3 can be controlled based on the digital signal. Thereby, when the motor 3 is controlled based on the induced voltage digital signal, the induced voltage analog signal is generated in a driving state where the control may become unstable, that is, in a state where the rotational speed of the rotor 32 is low (low rotational speed state). When the motor 3 is controlled on the basis of the control signal and the motor 3 is controlled on the basis of the induced voltage analog signal, the control is likely to become unstable. That is, in the state where the rotational speed is high (high rotational speed state), the induced voltage digital The motor 3 can be controlled based on the signal. Therefore, the motor 3 can be controlled more stably.
また、制御部76は、モータ3の駆動開始時に誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御するため、モータ3の駆動開始時の低回転数状態において確実に誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御することができる。すなわち、モータ3の駆動開始時の低回転数状態において、モータ3の制御が不安定になる虞のある誘起電圧デジタル信号に基づくモータ3の制御を確実に回避することができる。したがって、モータ3をより安定して制御することが可能となる。 Further, since the control unit 76 controls the motor 3 based on the induced voltage analog signal at the start of driving of the motor 3, the motor 3 is surely based on the induced voltage analog signal in the low rotation speed state at the start of driving of the motor 3. Can be controlled. That is, it is possible to reliably avoid the control of the motor 3 based on the induced voltage digital signal that may cause the control of the motor 3 to become unstable in the low rotational speed state when the motor 3 starts to be driven. Therefore, the motor 3 can be controlled more stably.
また、制御部76は、誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御(アナログ信号制御モード)した後に誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ3を制御(デジタル信号制御モード)する。このため、例えば、モータ3の起動時(駆動開始時)の低回転数状態において、当該状態でモータ3の制御が不安定になる虞のある誘起電圧デジタル信号に基づくモータ3の制御をより確実に回避することができる。したがって、モータ3をより安定して良好に制御することが可能となる。 The control unit 76 controls the motor 3 based on the induced voltage digital signal after controlling the motor 3 based on the induced voltage analog signal (analog signal control mode). For this reason, for example, in the low rotation speed state when the motor 3 is started (at the start of driving), the control of the motor 3 based on the induced voltage digital signal that may cause the control of the motor 3 to become unstable in this state is more reliable. Can be avoided. Therefore, the motor 3 can be controlled more stably and satisfactorily.
また、インパクトドライバ1は、モータ3の起動を指示するスイッチトリガ22Aを備えており、制御部76は、スイッチトリガ22Aが操作されると誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御し(アナログ信号制御モード)、その後、誘起電圧デジタル信号に基づいてモータ3を制御する(デジタル信号制御モード)。このため、例えば、モータ3の起動時(駆動開始時)の低回転数状態において、当該状態でモータ3の制御が不安定になる虞のある誘起電圧デジタル信号に基づくモータ3の制御をより確実に回避することができる。したがって、モータ3をより安定して良好に制御することが可能となる。 Further, the impact driver 1 includes a switch trigger 22A for instructing activation of the motor 3, and when the switch trigger 22A is operated, the control unit 76 controls the motor 3 based on the induced voltage analog signal (analog signal). Control mode) and then the motor 3 is controlled based on the induced voltage digital signal (digital signal control mode). For this reason, for example, in the low rotation speed state when the motor 3 is started (at the start of driving), the control of the motor 3 based on the induced voltage digital signal that may cause the control of the motor 3 to become unstable in this state is more reliable. Can be avoided. Therefore, the motor 3 can be controlled more stably and satisfactorily.
なお、上記した実施の形態では、本発明をインパクトドライバに適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。特許請求の範囲に記載した範囲で、種々の変形や改良が可能である。例えば、本発明はインパクトドライバ以外にもDCブラシレスモータを備えた電動機器(電動工具、電気作業機等)に適用可能である。さらに、好ましくはハンマドリル、ドライバドリル、コンプレッサ等に代表されるロータ(回転軸)がロックしない構成の電動工具又は電気作業機等に適用可能である。また、モータとしてはDCブラシレスモータに限らず、誘導モータにも適用可能である。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an impact driver has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Various modifications and improvements are possible within the scope described in the claims. For example, the present invention can be applied to an electric device (an electric tool, an electric working machine, etc.) provided with a DC brushless motor in addition to an impact driver. Furthermore, the present invention is preferably applicable to an electric tool or an electric work machine having a configuration in which a rotor (rotating shaft) represented by a hammer drill, a driver drill, a compressor, or the like does not lock. Further, the motor is not limited to a DC brushless motor, and can be applied to an induction motor.
また、本実施の形態における制御部76は、駆動状態として、駆動開始状態であるか否か、低回転数状態であるか否か、を判断して制御モードを切替える構成としたが、駆動状態として、駆動開始からの経過時間を判断して制御モードを切替える構成としても良い。 In addition, the control unit 76 in the present embodiment is configured to switch the control mode by determining whether the driving state is the driving start state or the low rotational speed state. As an alternative, the control mode may be switched by determining the elapsed time from the start of driving.
例えば、駆動開始からの経過時間が所定時間未満である場合は、ロータ32の回転数の状態が低回転数状態であることを考慮して、モータの駆動開始時から所定時間が経過するまでの間の誘起電圧アナログ信号に基づいてモータ3を制御する構成としても良い。この場合、モータ3の駆動開始時の低回転数状態において、当該状態でモータ3の制御が不安定になる虞のある誘起電圧デジタル信号に基づくモータ3の制御をより確実に回避することができ、モータをより安定して良好に制御することが可能となる。 For example, when the elapsed time from the start of driving is less than a predetermined time, considering that the rotational speed state of the rotor 32 is a low rotational speed state, the predetermined time elapses from the start of driving the motor. The motor 3 may be controlled based on the induced voltage analog signal. In this case, in the low rotational speed state at the start of driving of the motor 3, the control of the motor 3 based on the induced voltage digital signal that may cause the control of the motor 3 to become unstable in this state can be avoided more reliably. The motor can be controlled more stably and satisfactorily.
また、スイッチトリガ22Aの引き量に応じたトリガ信号の状態(目標回転数の状態)等トリガ信号の状態を判断して制御モードを切替える構成としてもよい、すなわちトリガ信号によって定まる目標回転数が所定の閾値以下である場合(目標回転数からロータ32が低回転数状態であると判断できる場合)、アナログ信号制御モードでモータ3を制御する構成とすれば本実施の形態と同様の効果を得ることができる。 Further, the control mode may be switched by judging the state of the trigger signal such as the state of the trigger signal (the state of the target rotational speed) according to the pulling amount of the switch trigger 22A, that is, the target rotational speed determined by the trigger signal is predetermined. If the configuration is such that the motor 3 is controlled in the analog signal control mode, the same effect as in the present embodiment can be obtained. be able to.
また、本実施の形態においては、制御部76が回転数を算出する構成であったが、回転数検出のための回路を制御部76とは別に設けてもよい。 In the present embodiment, the control unit 76 calculates the rotation speed, but a circuit for detecting the rotation speed may be provided separately from the control unit 76.
また、本実施の形態においては、U相誘起電圧を検出するために、中性点71aを抵抗71Dと抵抗71Eとによって分圧した中性点分圧点71eの電圧を基準としたU相分圧点81aの電圧を差動増幅回路82で増幅且つオフセットする構成であったが、中性点71aをノイズ除去のためのコンデンサを介してグランドに接続し、中性点71aを基準としたU相分圧点81aの電圧を差動増幅回路82で制御部76の入力レベルに増幅且つオフセットする構成であってもよい。 In this embodiment, in order to detect the U-phase induced voltage, the U-phase component based on the voltage at the neutral point voltage dividing point 71e obtained by dividing the neutral point 71a by the resistor 71D and the resistor 71E. The voltage at the pressure point 81a is amplified and offset by the differential amplifier circuit 82. However, the neutral point 71a is connected to the ground via a capacitor for removing noise, and the neutral point 71a is used as a reference. A configuration in which the voltage at the phase voltage dividing point 81 a is amplified and offset to the input level of the control unit 76 by the differential amplifier circuit 82 may be adopted.
1…インパクトドライバ 2…ハウジング 3…モータ 4…駆動回路部 5…冷却ファン 6…動力伝達部 7…制御基板部 8…U相アナログ信号出力回路 9…U相デジタル信号出力回路 21…モータハウジング 22…ハンドルハウジング 22A…スイッチトリガ 22B…スイッチ機構 23…基板収容部 31…回転軸 32…ロータ 32A…永久磁石 33…ステータ 33A…ステータ巻線 61…減速機構 62…インパクト機構 63…アンビル部 71…誘起電圧検出回路部 72…U相信号出力回路 73…V相信号出力回路 74…W相信号出力回路 75…制御信号出力回路 76…制御部 81…分圧回路 82…差動増幅回路 91…分圧回路 91a…基準分圧点 92…コンパレータ A…回転数閾値 B…破線 N…回転数 P…電池パック U…コイル V…コイル W…コイル Vcc…基準電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Impact driver 2 ... Housing 3 ... Motor 4 ... Drive circuit part 5 ... Cooling fan 6 ... Power transmission part 7 ... Control board part 8 ... U-phase analog signal output circuit 9 ... U-phase digital signal output circuit 21 ... Motor housing 22 ... handle housing 22A ... switch trigger 22B ... switch mechanism 23 ... substrate housing part 31 ... rotating shaft 32 ... rotor 32A ... permanent magnet 33 ... stator 33A ... stator winding 61 ... speed reduction mechanism 62 ... impact mechanism 63 ... anvil part 71 ... induction Voltage detection circuit unit 72: U-phase signal output circuit 73 ... V-phase signal output circuit 74 ... W-phase signal output circuit 75 ... Control signal output circuit 76 ... Control unit 81 ... Voltage division circuit 82 ... Differential amplification circuit 91 ... Voltage division Circuit 91a ... Reference voltage dividing point 92 ... Comparator A ... Rotation Threshold B ... dashed N ... rpm P ... battery pack U ... coil V ... coil W ... coil Vcc ... reference voltage

Claims (8)

  1. ロータと、巻線を有するステータと、を有するモータと、
    該巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
    該誘起電圧に基づいて該モータを制御するモータ制御手段と、を備え、
    該誘起電圧検出手段は、該誘起電圧に応じたデジタル信号を該モータ制御手段に出力するデジタル信号出力手段と、該誘起電圧に応じたアナログ信号を該モータ制御手段に出力するアナログ信号出力手段と、を有することを特徴とする電動機器。
    A motor having a rotor and a stator having windings;
    Induced voltage detection means for detecting the induced voltage generated in the winding;
    Motor control means for controlling the motor based on the induced voltage,
    The induced voltage detection means includes a digital signal output means for outputting a digital signal corresponding to the induced voltage to the motor control means, and an analog signal output means for outputting an analog signal corresponding to the induced voltage to the motor control means. The electric device characterized by having.
  2. 該モータ制御手段は、該モータの駆動状態に応じて該デジタル信号及び該アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項1に記載の電動機器。 The motor control means selects either the digital signal or the analog signal according to the driving state of the motor, and controls the motor based on the selected signal. The electric device according to claim 1.
  3. 該モータの駆動状態を検出する駆動状態検出手段をさらに備え、
    該駆動状態検出手段は、該ロータの回転数を検出する回転数検出手段を含み、
    該モータ制御手段は、該回転数に応じて、該デジタル信号及び該アナログ信号のいずれか一方を選択し、選択されたいずれか一方の信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の電動機器。
    A driving state detecting means for detecting the driving state of the motor;
    The drive state detection means includes rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the rotor,
    The motor control means selects one of the digital signal and the analog signal according to the number of revolutions, and controls the motor based on the selected one of the signals. Item 3. The electric device according to item 1 or 2.
  4. 該モータ制御手段は、該回転数が回転数閾値以下である場合、該アナログ信号に基づいて該モータを制御し、該回転数が該回転数閾値よりも大きい場合、該デジタル信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項3に記載の電動機器。 The motor control means controls the motor based on the analog signal when the rotational speed is equal to or lower than the rotational speed threshold value, and controls the motor based on the digital signal when the rotational speed is greater than the rotational speed threshold value. The motor according to claim 3, wherein the motor is controlled.
  5. 該モータ制御手段は、該モータの駆動開始時に該アナログ信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電動機器。 5. The electric device according to claim 1, wherein the motor control unit controls the motor based on the analog signal when the motor starts to be driven. 6.
  6. 該モータ制御手段は、該モータの駆動開始時から所定時間が経過するまでは、該アナログ信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電動機器。 6. The motor control unit according to claim 1, wherein the motor control unit controls the motor based on the analog signal until a predetermined time elapses from the start of driving of the motor. Electric equipment.
  7. 該モータ制御手段は、該アナログ信号に基づいて該モータを制御した後に該デジタル信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電動機器。 4. The electric device according to claim 1, wherein the motor control unit controls the motor based on the digital signal after controlling the motor based on the analog signal. 5.
  8. ロータと、巻線を有するステータと、を有するモータと、
    該モータの起動を指示するトリガと、
    該巻線に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
    該誘起電圧に基づいて該モータを制御するモータ制御手段と、を備え、
    該誘起電圧検出手段は、該誘起電圧に応じたデジタル信号を出力するデジタル信号出力手段と、該誘起電圧に応じたアナログ信号を出力するアナログ信号出力手段と、を有し、
    該モータ制御手段は、該トリガが操作されると該アナログ信号に基づいて該モータを制御し、その後、該デジタル信号に基づいて該モータを制御することを特徴とする電動機器。
    A motor having a rotor and a stator having windings;
    A trigger for instructing activation of the motor;
    Induced voltage detection means for detecting the induced voltage generated in the winding;
    Motor control means for controlling the motor based on the induced voltage,
    The induced voltage detection means includes a digital signal output means for outputting a digital signal corresponding to the induced voltage, and an analog signal output means for outputting an analog signal corresponding to the induced voltage,
    The motor control means controls the motor based on the analog signal when the trigger is operated, and then controls the motor based on the digital signal.
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