WO2016084553A1 - 電動工具 - Google Patents

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WO2016084553A1
WO2016084553A1 PCT/JP2015/080792 JP2015080792W WO2016084553A1 WO 2016084553 A1 WO2016084553 A1 WO 2016084553A1 JP 2015080792 W JP2015080792 W JP 2015080792W WO 2016084553 A1 WO2016084553 A1 WO 2016084553A1
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braking
motor
control unit
braking force
moment
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PCT/JP2015/080792
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Inventor
祐貴 武田
Original Assignee
日立工機株式会社
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Priority to JP2016561467A priority patent/JP6414603B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/02—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with rotating grinding tools; Accessories therefor
    • B24B23/028—Angle tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
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    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/17—Circuit arrangements for detecting position and for generating speed information

Definitions

  • the present invention relates to a power tool such as a grinder having a braking function.
  • a power tool such as a grinder
  • automatically brakes applies a brake
  • an operation switch such as a trigger
  • Various grinders such as a grindstone, a cutter, and a brush are selectively attached to the grinder according to the type of work. Since the weight and outer diameter vary depending on the type of rotating tool, the moment of inertia of the rotating tool varies widely.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide an electric tool with good operability capable of changing a braking force in accordance with a working state.
  • the electric tool includes a motor, a rotating tool driven by the motor, and a control unit that controls at least braking of the motor, and the control unit performs braking according to the moment of inertia of the rotating tool. Set the braking force.
  • the control unit may determine the moment of inertia of the rotating tool based on a time change rate of the rotation speed when the motor is accelerated or decelerated.
  • An operation switch for switching between driving and stopping of the motor is provided, and the control unit determines the moment of inertia of the rotating tool based on a time change rate of the rotation speed of the motor in a predetermined period after the operation switch is turned off. May be.
  • the control unit may not set the braking force according to the moment of inertia of the rotating tool when the rotation speed of the motor in the predetermined period is equal to or less than a predetermined value.
  • the control unit may change a braking force at the time of braking by changing a duty ratio of an on period of a switching element that is turned on for electric braking.
  • the control unit may change the braking force during braking by changing the number of switching elements that are turned on for electric braking.
  • the said control part may change the braking force at the time of braking with the presence or absence of use of the 2nd braking means.
  • the first braking means may generate a mechanical braking force by contacting and applying a load in a rotation transmission path between the motor and the rotating tool.
  • the motor may include a rotor that is at least partially formed of a magnetic material, and the second braking unit may generate an electric braking force by rotating the rotor.
  • the controller may not set the braking force according to the moment of inertia of the rotating tool when the load is equal to or greater than a predetermined value.
  • the control unit may reduce the braking force when the moment of inertia of the rotating tool is equal to or greater than a predetermined value as compared with a case where the moment of inertia is less than the predetermined value.
  • the motor may be a brushless motor, and the control unit may control driving of the brushless motor by controlling the switching element.
  • the motor may include a braking coil
  • the control unit may generate a braking force by forming a closed circuit so as to include the braking coil and the motor during braking.
  • a plurality of the braking coils may be provided, and the control unit may change the braking force by changing the number of the braking coils through which a current flows.
  • the electric tool with sufficient operativity which can change braking force according to a working state can be provided.
  • FIG. 3 is a side sectional view of the grinder 1 according to Embodiment 1 of the present invention in a state where the operation switch 5 is turned off.
  • FIG. 3 is a side sectional view of the grinder 1 in a state where the operation switch 5 is turned on.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3B is an arrow view of the controller box 40 of FIG. 1 viewed from the B direction.
  • FIG. 2 is a second control flowchart of the grinder 1;
  • FIG. The table
  • FIG. 1 is a side sectional view of a grinder 1 according to Embodiment 1 of the present invention in a state where an operation switch 5 is turned off.
  • FIG. 2 is a side sectional view of the grinder 1 with the operation switch 5 turned on.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3B is an arrow view of the controller box 40 of FIG. 1 viewed from the B direction.
  • the grinder 1 includes a grindstone 10 as a rotating tool, and is used for a grinding operation for flattening the surface of concrete, stone, or the like.
  • a disc-shaped brush or cutter can be attached as the rotating tool.
  • the grinder 1 includes a housing 3 (for example, made of resin) and a gear case 4.
  • the housing 3 has a substantially cylindrical shape as a whole, and an electric motor 6 as a prime mover is accommodated in the housing 3.
  • the electric motor 6 is connected to an external AC power source such as a commercial power source via a power cord 7 drawn from the rear end of the housing 3.
  • a first bevel gear 21 is provided at the front end of the output shaft 6 a of the electric motor 6.
  • the housing 3 is provided with an operation switch (trigger switch) 5 that switches whether the electric motor 6 is energized.
  • the operation switch 5 is urged rearward (in the direction of turning off) by the spring 5c, but the operation switch 5 is slid forward, and the locking projection 5a is locked to the locking recess of the housing 3 as shown in FIG. By hooking on 3a, the operation switch 5 can be locked in the ON state.
  • the gear case 4 is made of a metal such as an aluminum alloy, and is attached to the front end portion of the housing 3.
  • the opening of the gear case 4 is closed by a packing land 11 as a lid member.
  • the packing land 11 is fixed to the gear case 4 by, for example, screwing.
  • the packing land 11 serves as a holding member that holds a foil guard 30 described later.
  • Two bearings needle bearing 12 and ball bearing 13 are provided inside the gear case 4, and the spindle 20 is rotatably held by these bearings.
  • the spindle 20 is orthogonal to the output shaft 6 a of the electric motor 6, and one end of the spindle 20 protrudes outside through the packing land 11.
  • a second bevel gear 22 that meshes with a first bevel gear 21 attached to the output shaft 6 a of the electric motor 6 is provided (attached) at the other end of the spindle 20 located in the gear case 4.
  • the rotation of the electric motor 6 is converted by the first bevel gear 21 and the second bevel gear 22 in the rotation direction by 90 degrees, and the rotation speed is reduced and transmitted to the spindle 20. That is, the spindle 20 is rotationally driven by the electric motor 6.
  • the grindstone 10 is fixed to the spindle 20 by a wheel washer and a lock nut, and rotates integrally with the spindle 20.
  • the operation switch 5 provided in the housing 3 When the operation switch 5 provided in the housing 3 is operated, electric power is supplied to the electric motor 6 and the output shaft 6a of the electric motor 6 rotates. Then, the spindle 20 connected to the output shaft 6a via the first bevel gear 21 and the second bevel gear 22 rotates, and the grindstone 10 fixed to the spindle 20 rotates.
  • a foil guard 30 that covers at least 1/2 of the outer periphery of the grindstone 10 is attached to the packing land 11. The wheel guard 30 is prevented from rotating during operation so that its rotation position does not change, and the rotation position can be changed in accordance with the work contents by releasing the rotation prevention.
  • the electric motor 6 is a brushless motor in the present embodiment, and a rotor core 6b made of a magnetic body that rotates integrally with the output shaft 6a is provided around the output shaft 6a.
  • a plurality of (for example, four) rotor magnets 6c are inserted and held in the rotor core 6b.
  • a stator core 6d is provided around the rotor core 6b (fixed to the housing 3).
  • the stator core 6d is provided with a stator coil 6e via an insulator 6f.
  • a controller box 40 is provided behind the electric motor 6 in the housing 3.
  • the controller box 40 accommodates a main board 41, a sensor board 44, and a switch board 46, and is filled with urethane 48 as shown in FIGS.
  • the main board 41 is provided with a diode bridge 42, an inverter circuit 43, a controller 54 shown in FIG.
  • the sensor substrate 44 faces the sensor magnet 8 provided at the rear end portion of the output shaft 6 a of the electric motor 6.
  • three Hall ICs (magnetic sensors) 45 are provided, for example, at 60 ° intervals.
  • the switch board 46 faces the switch magnet 5d provided at the tip of the slide bar 5b that slides in conjunction with the operation of the operation switch 5.
  • Two Hall ICs (magnetic sensors) 47 are provided on the surface of the switch substrate 46 facing the switch magnet 5d.
  • the switch magnet 5d faces one of the Hall ICs 47 depending on whether the operation switch 5 is turned on or off.
  • FIG. 4 is a control block diagram of the grinder 1.
  • a diode bridge 42 is connected to the AC power supply 51 via a noise reduction filter circuit 52.
  • An inverter circuit 43 is provided at the output terminal of the diode bridge 42 via a power factor correction circuit 53.
  • the power factor correction circuit 53 includes, for example, a transistor Tr made of a MOSFET and a gate driver IC 53a that outputs a PWM control signal to the gate of the transistor Tr.
  • the harmonic current generated in each switching element of the inverter circuit 43 is less than a limit value. Has a function to suppress.
  • the inverter circuit 43 is formed by connecting switching elements Tr1 to Tr6 made of, for example, MOSFETs in a three-phase bridge, and supplies a drive current to the electric motor 6.
  • the detection resistor Rs converts the current flowing through the electric motor 6 into a voltage.
  • the operation switch detection circuit 55 is two Hall ICs 47 mounted on the switch board 46 of FIG. 1, and transmits a switch operation detection signal according to the position (ON / OFF) of the operation switch 5 to the controller 54.
  • the controller 54 detects that the operation switch 5 is turned on by the switch operation detection signal, the controller 54 turns on the energization lamp 61.
  • the motor current detection circuit 56 specifies the current flowing through the electric motor 6 based on the terminal voltage of the detection resistor Rs, and transmits a motor current detection signal to the controller 54.
  • the control signal output circuit (gate driver IC) 57 applies a drive signal such as a PWM signal to the gate of each switching element constituting the inverter circuit 43 under the control of the controller 54.
  • the rotor position detection circuit 58 detects the rotation position of the rotor of the electric motor 6 based on the output signal of the Hall IC 45 and transmits the rotor position detection signal to the controller 54 and the motor rotation number detection circuit 59.
  • the motor rotation speed detection circuit 59 detects the rotation speed of the electric motor 6 based on the rotor position detection signal from the rotor position detection circuit 58 and transmits the motor rotation speed detection signal to the controller 54.
  • the controller 54 controls the control signal output circuit 57 in accordance with the switch operation detection signal, the motor current detection signal, the rotor position detection signal, the motor rotation number detection signal, and the position of the speed setting dial 62. Each switching element which comprises the inverter circuit 43 is driven, and the electric motor 6 is rotationally driven.
  • the controller 54 notifies the user of the rotation speed of the electric motor 6 through the speed display unit 63.
  • electric braking electric braking
  • the control unit 50 turns off the high-side switching elements Tr1, Tr3, Tr5 among the plurality of switching elements constituting the inverter circuit 43, and the low-side switching elements Tr2, Tr4, Tr6.
  • Electric braking can be performed by turning on at least one of the switches. For example, when the switching element Tr2 on the low side is turned on, a closed circuit including the ground, the switching element Tr2, the U-phase winding, the V-phase winding, and the ground of the stator coil 6e is formed, and the electric power generated by the rotation of the rotor core 6b It can be consumed in a closed circuit to decelerate the rotation of the rotor core 6b.
  • the electric braking force at this time can be changed depending on the duty ratio of the ON period when the switching element Tr2 is turned on / off by the PWM signal.
  • the braking force increases as the duty ratio in the ON period increases.
  • the electric braking force can be changed according to the number of low-side switching elements Tr2, Tr4, Tr6 that are turned on during braking, and the braking force increases as the number of switching elements to be turned on increases.
  • the control unit 50 can generate an arbitrary braking force by a combination of the number of switching elements Tr2, Tr4, Tr6 on the low side that are turned on during braking and the duty ratio during the on period.
  • FIG. 5 is a first control flowchart of the grinder 1.
  • the control unit 50 starts the electric motor 6 (S1), and continues to drive the electric motor 6 until the operation switch 5 is turned off (S2, NO).
  • the controller 50 detects the rotational speed R1 of the electric motor 6 (S3). If the rotational speed R1 is equal to or greater than a predetermined value (eg, 2000 rpm) (S4, YES), the control unit 50 waits for a predetermined time (eg, 0.2 seconds) (S5), and detects the rotational speed R2 of the electric motor 6.
  • a predetermined value eg, 2000 rpm
  • S5 a predetermined time
  • the rotation speed difference R corresponds to the time change rate of the rotation speed when the electric motor 6 is decelerated, and becomes smaller as the moment of inertia of the rotating tool attached to the electric tool 1 becomes larger. Based on the above, the moment of inertia of the rotating tool can be determined.
  • the controller 50 sets the braking force according to the rotational speed difference R calculated in step S7, that is, the inertia moment, and performs braking (S8). At this time, the control unit 50 sets the braking force to be smaller as the rotational speed difference R is smaller, that is, as the moment of inertia is larger.
  • the magnitude of the braking force is at least two stages, and if necessary, is three or more.
  • the control unit 50 determines whether the rotational speed R1 is 1000 rpm or more (S9). If the rotational speed R1 is 1000 rpm or more (S9, YES), the controller 50 performs normal brake control not depending on the moment of inertia (S10).
  • the braking force in the brake control here may be one of the braking forces that can be selected in step S8, or may be a braking force set in advance separately from them.
  • the controller 50 does not perform braking. In this case, the electric motor 6 stops due to natural deceleration.
  • FIG. 6 is a second control flowchart of the grinder 1.
  • the moment of inertia is determined based on the rate of change in the number of revolutions of the electric motor 6 when decelerating.
  • the control unit 50 activates the electric motor 6 (S11).
  • the control unit 50 detects the rotational speed R of the electric motor 6 after a predetermined time (for example, 0.1 second) has elapsed since the activation of the electric motor 6 (S12) (S13).
  • the rotational speed R corresponds to the time change rate of the rotational speed when the electric motor 6 is accelerated, and becomes smaller as the moment of inertia of the rotating tool attached to the electric tool 1 becomes larger.
  • the control unit 50 is based on the rotational speed R.
  • the moment of inertia of the rotating tool can be determined. If the motor current I does not exceed the predetermined value a when the rotational speed R is detected (S14, YES), the controller 50 continues to drive the electric motor 6 until the operation switch 5 is turned off ( When the operation switch 5 is turned off (S15, NO), the braking force is set according to the rotational speed R detected in step S13, that is, the inertia moment, and braking is performed (S16).
  • the control unit 50 determines whether the operation switch 5 is turned off (S17, YES) according to the moment of inertia. Normal brake control is performed (S18). This is because the moment of inertia cannot be correctly determined when the motor current I exceeds the predetermined value a (S14, NO), that is, when a load is applied when the rotational speed R is detected.
  • the controls shown in FIGS. 5 and 6 can be combined with each other.
  • FIG. 5 when the rotation speed of the electric motor 6 at the start of braking is 2000 rpm or less, normal brake control not depending on the moment of inertia is performed, and when the rotation speed of the electric motor 6 is less than 1000 rpm, braking is not performed.
  • such control may be incorporated into the control described with reference to FIG.
  • FIG. 6 when the motor current at the time of detecting the rotational speed exceeds a predetermined value, the normal brake control not depending on the moment of inertia is performed. However, even if such control is incorporated into the control described in FIG. Good.
  • the eaves control unit 50 is configured to set the braking force at the time of braking according to the moment of inertia of the attached rotating tool. Specifically, the larger the moment of inertia, the smaller the braking force is set. Compared to a configuration that performs constant braking regardless of the moment of inertia, when a rotating tool with a large moment of inertia is attached, it is possible to suppress a large reaction from being applied to the user during braking, resulting in better operability. become. In addition, since the braking force is set in accordance with the moment of inertia of the attached rotating tool, it is possible to suppress loosening of the wheel nut that fixes the rotating tool to the spindle 20 during braking. For this reason, it is not necessary to separately provide bolts or the like to prevent the wheel nut from loosening, which is advantageous in reducing the number of parts.
  • the control unit 50 determines the moment of inertia based on the rate of change in the number of revolutions of the electric motor 6 when accelerating or decelerating. Therefore, the configuration of the usual monitoring of the number of revolutions can be used to determine the moment of inertia.
  • the circuit configuration for moment determination is simple.
  • FIG. 7 is a side sectional view of a grinder 1A according to a second embodiment of the present invention in a state where the operation switch 5 is turned off.
  • FIG. 8 is a side sectional view of the grinder 1A in a state where the operation switch 5 is turned on.
  • the grinder 1A includes mechanical braking force generation means as first braking means in addition to electric braking force generation means as second braking means.
  • the sensor board 44 is provided on the electric motor 6 side in the controller box 40, and the Hall IC 45 on the sensor board 44 detects the magnetic field generated by the opposing rotor magnet 6c, so that the rotational position of the electric motor 6 is obtained. Is detected.
  • the mechanical braking force generating means includes a brake rotor 65 and a brake pad 66.
  • the brake rotor 65 is provided in front of the electric motor 6 and rotates integrally with the output shaft 6 a of the electric motor 6.
  • the brake pad 66 is provided in front of the brake rotor 65 and faces the brake rotor 65.
  • the brake pad 66 is urged rearward by a spring 67.
  • the brake pad 66 is brought into contact with the brake rotor 65 to apply a load as shown in FIG. 7, thereby generating a mechanical braking force. To do.
  • the brake pad 66 moves forward against the bias of the spring 67 by the slide bar 68 that slides in conjunction with the slide of the operation switch 5. As shown in FIG. 8, it faces the brake rotor 65 in a non-contact manner and does not generate a mechanical braking force.
  • the mechanical braking force is always generated regardless of the moment of inertia and the rotational speed of the electric motor 6.
  • the braking force can be changed depending on whether or not the electric braking force is used in addition to the mechanical braking force or the magnitude of the electric braking force.
  • the magnitude of the electric braking force can be set according to the flow shown in FIG. 5 or FIG. Other points of the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and the same effects can be achieved.
  • FIG. 9 is a plan sectional view of a grinder 2 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is a side sectional view of the grinder 2.
  • FIG. 11 is a control block diagram of the grinder 2.
  • the grinder 2 is different from that of the first embodiment in that the electric motor 6 is a brush motor.
  • the electric motor 6 includes stator coils 6g and 6h and brake coils (braking coils) 6i and 6j.
  • the brake coils 6 i and 6 j are brake coils for the electric motor 6.
  • the controller 80 of FIG. 11 when the operation switch 5 is turned on, the calculation unit 71 controls the control signal output circuit 72 and supplies a drive signal (for example, PWM signal) to the gate of the triac 70 connected in series with the electric motor 6.
  • a drive signal for example, PWM signal
  • the rotation speed detection circuit 69 detects the rotation speed of the electric motor 6 based on the output signal of the Hall IC (magnetic sensor) 73 and feeds it back to the calculation unit 71.
  • the computing unit 71 forms a closed circuit including the brake coil 6i and the electric motor 6 or the brake coils 6i, 6j and the electric motor 6 by turning on one of the switching elements Q1 and Q2 made of, for example, MOSFETs.
  • the motor 6 can be braked. Specifically, when the switching element Q1 is turned on, a closed circuit including the switching element Q1, the brake coil 6i, the electric motor 6, and the switching element Q1 is formed, and a small braking force is generated.
  • the switching element Q2 When the switching element Q2 is turned on, a closed circuit of the switching element Q2, the brake coil 6i, the electric motor 6, the brake coil 6j, and the switching element Q2 is formed, and a large braking force is generated. Note that the number of turns of the brake coils 6i and 6j may be different from each other, and the brake coil 6j may be included in the closed circuit at the time of braking without including the brake coil 6i. Can be staged.
  • the switching element Q1 is turned on to determine the moment of inertia of the rotating tool while applying a weak brake, and reflect it in the setting of the braking force.
  • the reason for applying the brake immediately after the operation switch 5 is turned off is that if the electric motor 6 is opened, the current escapes in a short time, so that the regenerative circuit cannot be operated. A specific operation will be described below.
  • the calculation unit 71 transmits a control signal (off signal) to the gate of the triac 70 to cut off the current from the AC power supply 51.
  • the switching element Q1 is turned on to form a closed circuit of the brake coil 6i and the electric motor 6.
  • the weak brake of only the brake coil 6i is applied, and the calculating part 71 determines the moment of inertia of a rotary tool in the meantime.
  • the braking force is changed by selecting whether to use one brake coil, two brake coils, or no brake coil according to the moment of inertia.
  • Other points of the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and the same effects can be achieved.
  • FIG. 12 is a table summarizing the setting of the braking force in each embodiment.
  • the rotational speed difference R corresponds to the rotational speed change rate of the electric motor 6.
  • the rotational speed difference R is divided into three stages of 1000 rpm or less, more than 1000 rpm to 2500 rpm or less, and 2500 rpm, and the inertia moment of the installed rotating tool and the selected braking force are also large, medium and small. It is a stage.
  • Example 1 shown in this table corresponds to the first embodiment, and is an example in which the braking force is changed according to the duty ratio of the switching element on the low side of the inverter circuit for energizing the brushless motor.
  • Example 2 corresponds to the second embodiment and is an example provided with mechanical braking force generation means in addition to electric braking force generation means.
  • Example 3 corresponds to the third embodiment, and uses three modes, namely, only using a brake coil that generates a weak braking force, using only a brake coil that generates a strong braking force, and using both brake coils. Generate power. *
  • the power tool is not limited to a grinder, and may be another type of power tool that can selectively attach rotating tools having different moments of inertia, such as a circular saw, a concrete cutter, a brush cutter, and a lawn mower.
  • the parameters shown in the embodiment for example, the rate of change in the rotational speed that becomes the boundary of the moment of inertia determination, the waiting time for the moment of inertia determination, the number of steps of the braking force, etc. are merely examples, and each parameter is experimentally or required. It can be set arbitrarily according to the performance. *
  • control unit is configured to automatically set the braking force according to the inertial moment of the rotating tool, but the operator determines the inertial moment of the rotating tool used.
  • a power tool may be used in which a signal is given to the control unit by operating the braking force selection switch, and the control unit sets the braking force.
  • control signal output circuit (gate driver IC) , 58... Rotor position detection circuit, 59... Motor rotation speed detection circuit, 61... Energizing lamp, 62... Speed setting dial, 63. ... Slide bar, 69 ... Rotational speed detection unit, 70 ... Triac, 71 ... Calculation unit, 72 ... Control signal output circuit, 73 Hall IC (magnetic sensor), 80 ... controller, Rs ... sensing resistor

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  • Stopping Of Electric Motors (AREA)

Abstract

作業状態に応じて制動力を変更可能な操作性の良い電動工具を提供する。制御部５０は、操作スイッチ５がオフされると、電動モータ６の回転数Ｒ１を検出する。制御部５０は、所定時間待機し、電動モータ６の回転数Ｒ２を検出し、回転数Ｒ１,Ｒ２の差（Ｒ＝Ｒ１－Ｒ２）を算出する。回転数差Ｒは、電動モータ６の減速時における回転数の時間変化率に対応し、取り付けた回転具の慣性モーメントが大きいほど小さくなるため、制御部５０は、回転数差Ｒに基づいて前記回転具の慣性モーメントを判断することができる。制御部５０は、前記慣性モーメントに応じて制動力を設定し、制動を行う。

Description

電動工具
本発明は、制動機能を有するグラインダ等の電動工具に関する。
従来から、グラインダ等の電動工具において、トリガ等の操作スイッチがオフされると自動的に制動を行う（ブレーキをかける）ものが知られている。グラインダには、作業の種類に応じて、砥石やカッター、ブラシ等の多様な回転具が選択的に取り付けられる。回転具の種類によって重量や外径は異なるため、回転具の慣性モーメントは大小さまざまである。
特開２００７－２７５９９９号公報
取り付けた回転具の慣性モーメントが大きいほど、制動時に使用者に加わる反動は大きくなる。このため、回転具の慣性モーメントによらず一定の制動を行う構成で制動力が大きいと、慣性モーメントの大きい回転具を取り付けている場合に、制動時に使用者に大きな反動が加わり、操作性が悪いという問題があった。また、制動力が小さいと、反動は小さいものの慣性モーメントが小さい回転具を取り付けている場合に、早期に回転具の回転を止めることができず、操作性が悪いという問題があった。
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、作業状態に応じて制動力を変更可能な操作性の良い電動工具を提供することにある。
本発明のある態様は、電動工具である。この電動工具は、モータと、前記モータによって駆動される回転具と、少なくとも前記モータの制動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記回転具の慣性モーメントに応じて制動時の制動力を設定する。
前記制御部は、前記モータの加速時ないし減速時における回転数の時間変化率に基づいて前記回転具の慣性モーメントを判断してもよい。
前記モータの駆動、停止を切り替える操作スイッチを備え、前記制御部は、前記操作スイッチがオフされてからの所定期間における前記モータの回転数の時間変化率に基づいて前記回転具の慣性モーメントを判断してもよい。
前記制御部は、前記所定期間における前記モータの回転数が所定値以下のときは、前記回転具の慣性モーメントに応じた制動力の設定を行わなくてもよい。
前記制御部は、電気制動用にオンされるスイッチング素子のオン期間のデューティ比を変化させることにより制動時の制動力を変化させてもよい。
前記制御部は、電気制動用にオンされるスイッチング素子の数を変化させることにより制動時の制動力を変化させてもよい。
第１及び第２の制動手段を備え、前記制御部は、第２の制動手段の使用有無により制動時の制動力を変化させてもよい。
前記第１の制動手段は、前記モータと前記回転具との回転伝達経路において、接触して負荷を与えることで機械制動力を発生させるものであってもよい。
前記モータは、少なくとも一部が磁性体で形成されるロータを有し、　前記第２の制動手段は、前記ロータが回転することにより電気制動力を発生させるものであってもよい。
前記制御部は、負荷が所定値以上のときは前記回転具の慣性モーメントに応じた制動力の設定を行わなくてもよい。
前記制御部は、前記回転具の慣性モーメントが所定値以上のとき、前記慣性モーメントが所定値未満の場合と比較して制動力を小さくしてもよい。
前記モータはブラシレスモータであり、前記制御部は、前記スイッチング素子を制御することで、前記ブラシレスモータの駆動を制御してもよい。
前記モータは制動用コイルを有し、前記制御部は、制動時において、前記制動用コイルと前記モータを含むように閉回路を形成することで制動力を発生させてもよい。
前記制動用コイルは複数設けられており、前記制御部は、電流が流れる前記制動用コイルの数を変化させることで、前記制動力を変化させてもよい。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、作業状態に応じて制動力を変更可能な操作性の良い電動工具を提供することができる。
本発明の実施の形態１に係るグラインダ１の、操作スイッチ５がオフの状態の側断面図。 グラインダ１の、操作スイッチ５がオンの状態の側断面図。 図３（Ａ）は、図３（Ｂ）のＡ－Ａ断面図。図３（Ｂ）は、図１のコントローラボックス４０をＢ方向から見た矢視図。 グラインダ１の制御ブロック図。 グラインダ１の第１の制御フローチャート。 グラインダ１の第２の制御フローチャート。 本発明の実施の形態２に係るグラインダ１Ａの、操作スイッチ５がオフの状態の側断面図。 グラインダ１Ａの、操作スイッチ５がオンの状態の側断面図。 本発明の実施の形態３に係るグラインダ２の平断面図。 グラインダ２の側断面図。 グラインダ２の制御ブロック図。 各実施の形態における制動力の設定をまとめた表。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
実施の形態１　図１は、本発明の実施の形態１に係るグラインダ１の、操作スイッチ５がオフの状態の側断面図である。図２は、グラインダ１の、操作スイッチ５がオンの状態の側断面図である。図３（Ａ）は、図３（Ｂ）のＡ－Ａ断面図である。図３（Ｂ）は、図１のコントローラボックス４０をＢ方向から見た矢視図である。
図１に示すように、グラインダ１は、回転具としての砥石１０を備えており、コンクリートや石材などの表面を平坦にする研削作業などに用いられる。なお、回転具としては、円板状の研磨用砥石や切断用砥石の他に、円板状のブラシやカッター等も取付け可能である。グラインダ１は、ハウジング３（例えば樹脂製）と、ギヤケース４とを備える。
ハウジング３は、全体として略円筒形状を成しており、ハウジング３の内部には、原動機としての電動モータ６が収容されている。電動モータ６は、ハウジング３の後端から引き出された電源コード７を介して商用電源等の外部交流電源に接続される。電動モータ６の出力軸６ａの前端部には、第１のベベルギヤ２１が設けられる。ハウジング３には、電動モータ６への通電有無を切り替える操作スイッチ（トリガスイッチ）５が設けられる。操作スイッチ５は、スプリング５ｃによって後方（オフになる方向）に付勢されているが、操作スイッチ５を前方にスライドさせて図２に示すように係止凸部５ａをハウジング３の係止凹部３ａに引っ掛けることで、操作スイッチ５をオン状態に係止できる。
ギヤケース４は、例えばアルミ合金等の金属製であり、ハウジング３の前端部に取り付けられる。ギヤケース４の開口部は、蓋部材としてのパッキングランド１１によって塞がれる。パッキングランド１１は、ギヤケース４に対して例えばネジ止め等により固定される。パッキングランド１１は、後述のホイルガード３０を保持する保持部材となる。ギヤケース４の内部には、２つの軸受（ニードルベアリング１２及びボールベアリング１３）が設けられており、これら軸受によってスピンドル２０が回転自在に保持されている。スピンドル２０は、電動モータ６の出力軸６ａと直交しており、その一端はパッキングランド１１を貫通して外部に突出している。一方、ギヤケース４内に位置するスピンドル２０の他端には、電動モータ６の出力軸６ａに取り付けられた第１のベベルギヤ２１と噛み合う第２のベベルギヤ２２が設けられる（取り付けられる）。電動モータ６の回転は、第１のベベルギヤ２１及び第２のベベルギヤ２２によって回転方向が９０度変換されるとともに、回転速度が減速されてスピンドル２０に伝達される。すなわち、スピンドル２０は電動モータ６によって回転駆動される。
砥石１０は、ホイルワッシャ及びロックナットによってスピンドル２０に固定され、スピンドル２０と一体的に回転する。ハウジング３に設けられた操作スイッチ５が操作されると、電動モータ６に電力が供給され、電動モータ６の出力軸６ａが回転する。すると、第１のベベルギヤ２１及び第２のベベルギヤ２２を介して出力軸６ａに連結されているスピンドル２０が回転し、スピンドル２０に固定されている砥石１０が回転する。パッキングランド１１には、砥石１０の外周の少なくとも１／２以上を覆うホイルガード３０が取り付けられている。ホイルガード３０は、作業中にその回動位置が変化しないように回り止めされているとともに、回り止めを解除すれば作業内容に合わせて回動位置を変更できるようになっている。
電動モータ６は、本実施の形態ではブラシレスモータであり、出力軸６ａの周囲に出力軸６ａと一体に回転する磁性体からなるロータコア６ｂが設けられる。ロータコア６ｂには、複数の（例えば４つの）ロータマグネット６ｃが挿入保持される。ロータコア６ｂの周囲には、ステータコア６ｄが設けられる（ハウジング３に固定される）。ステータコア６ｄには、インシュレータ６ｆを介してステータコイル６ｅが設けられる。
ハウジング３内において、電動モータ６の後方には、コントローラボックス４０が設けられる。コントローラボックス４０には、メイン基板４１、センサ基板４４、及びスイッチ基板４６が収容され、図３（Ａ）,（Ｂ）に示すようにウレタン４８が充填される。メイン基板４１には、ダイオードブリッジ４２やインバータ回路４３、図４に示すコントローラ５４等が設けられる。センサ基板４４は、電動モータ６の出力軸６ａの後端部に設けられたセンサマグネット８と対向する。センサ基板４４の、センサマグネット８との対向面には、３つのホールＩＣ（磁気センサ）４５が例えば６０°間隔で設けられる。センサマグネット８の発生する磁界をホールＩＣ４５で検出することで、電動モータ６の回転位置（回転子位置）を検出することができる。スイッチ基板４６は、操作スイッチ５の操作に連動してスライドするスライドバー５ｂの先端部に設けられたスイッチマグネット５ｄと対向する。スイッチ基板４６の、スイッチマグネット５ｄとの対向面には、２つのホールＩＣ（磁気センサ）４７が設けられる。スイッチマグネット５ｄは、操作スイッチ５のオンオフに応じていずれかのホールＩＣ４７と正対する。
図４は、グラインダ１の制御ブロック図である。交流電源５１には、ノイズ対策用のフィルタ回路５２を介してダイオードブリッジ４２が接続される。ダイオードブリッジ４２の出力端子には、力率改善回路５３を介してインバータ回路４３が設けられる。力率改善回路５３は、例えばＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＴｒと、トランジスタＴｒのゲートにＰＷＭ制御信号を出力するゲートドライバＩＣ５３ａとを含み、インバータ回路４３の各スイッチング素子で発生する高調波電流を制限値以下に抑える働きを持つ。インバータ回路４３は、例えばＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｔｒ１～Ｔｒ６を三相ブリッジ接続したものであり、電動モータ６に駆動電流を供給する。検出抵抗Ｒｓは、電動モータ６に流れる電流を電圧に変換する。
図４において、操作スイッチ検出回路５５は、図１のスイッチ基板４６に搭載された２つのホールＩＣ４７であり、操作スイッチ５の位置（オンオフ）に応じたスイッチ操作検出信号をコントローラ５４に送信する。コントローラ５４は、スイッチ操作検出信号により操作スイッチ５がオンになったことを検出すると、通電ランプ６１を点灯する。モータ電流検出回路５６は、検出抵抗Ｒｓの端子電圧に基づいて電動モータ６に流れる電流を特定し、モータ電流検出信号をコントローラ５４に送信する。制御信号出力回路（ゲートドライバＩＣ）５７は、コントローラ５４の制御に従い、インバータ回路４３を構成する各スイッチング素子のゲートにＰＷＭ信号等の駆動信号を印加する。
回転子位置検出回路５８は、ホールＩＣ４５の出力信号に基づいて電動モータ６の回転子の回転位置を検出し、回転子位置検出信号をコントローラ５４及びモータ回転数検出回路５９に送信する。モータ回転数検出回路５９は、回転子位置検出回路５８からの回転子位置検出信号に基づいて電動モータ６の回転数を検出し、モータ回転数検出信号をコントローラ５４に送信する。コントローラ５４は、コントローラ５４は、スイッチ操作検出信号、モータ電流検出信号、回転子位置検出信号、及びモータ回転数検出信号、並びに速度設定ダイヤル６２の位置に応じて制御信号出力回路５７を制御し、インバータ回路４３を構成する各スイッチング素子を駆動し、電動モータ６を回転駆動する。コントローラ５４は、速度表示部６３により、電動モータ６の回転速度を使用者に報知する。
グラインダ１において制動を行う場合、電気制動（電気ブレーキ）を利用することができる。具体的には、図４において、制御部５０は、インバータ回路４３を構成する複数のスイッチング素子のうちハイサイド側のスイッチング素子Ｔｒ１,Ｔｒ３,Ｔｒ５をオフ、ローサイド側のスイッチング素子Ｔｒ２,Ｔｒ４,Ｔｒ６の少なくとも１つをオンにすることで、電気制動を行うことができる。例えばローサイド側のスイッチング素子Ｔｒ２をオンにすると、グランド、スイッチング素子Ｔｒ２、ステータコイル６ｅのＵ相巻線、Ｖ相巻線、グランドという閉回路が形成され、ロータコア６ｂの回転によって発生する電力を当該閉回路で消費してロータコア６ｂの回転を減速させることができる。このときの電気制動力は、スイッチング素子Ｔｒ２をＰＷＭ信号でオンオフし、そのオン期間のデューティ比によって変化させることができる。オン期間のデューティ比が大きいほど制動力も大きくなる。また、電気制動力は、ローサイド側のスイッチング素子Ｔｒ２,Ｔｒ４,Ｔｒ６のうち制動時にオンされるものの数によって変化させることができ、オンさせるスイッチング素子を増やすほど制動力も大きくなる。制御部５０は、ローサイド側のスイッチング素子Ｔｒ２,Ｔｒ４,Ｔｒ６のうち制動時にオンされるものの数と、オン期間のデューティ比との組合せにより、任意の制動力を発生させることができる。
図５は、グラインダ１の第１の制御フローチャートである。制御部５０は、操作スイッチ５がオンされると電動モータ６を起動し（Ｓ１）、操作スイッチ５がオフされるまで電動モータ６の駆動を継続する（Ｓ２,ＮＯ）。制御部５０は、操作スイッチ５がオフされると（Ｓ２,ＹＥＳ）、電動モータ６の回転数Ｒ１を検出する（Ｓ３）。制御部５０は、回転数Ｒ１が所定値（例えば2000rpm）以上であれば（Ｓ４,ＹＥＳ）、所定時間（例えば０.２秒）待機し（Ｓ５）、電動モータ６の回転数Ｒ２を検出し（Ｓ６）、回転数Ｒ１,Ｒ２の差（Ｒ＝Ｒ１－Ｒ２）を算出する（Ｓ７）。回転数差Ｒは、電動モータ６の減速時における回転数の時間変化率に対応し、電動工具１に取り付けた回転具の慣性モーメントが大きいほど小さくなるため、制御部５０は、回転数差Ｒに基づいて前記回転具の慣性モーメントを判断することができる。制御部５０は、ステップＳ７で算出した回転数差Ｒ、すなわち前記慣性モーメントに応じて制動力を設定し、制動を行う（Ｓ８）。このとき、制御部５０は、回転数差Ｒが小さいほど、すなわち前記慣性モーメントが大きいほど、制動力を小さく設定する。制動力の大きさは、少なくとも２段階とし、必要に応じて３段階以上にする。制御部５０は、ステップＳ４において電動モータ６の回転数Ｒ１が2000rpm未満であるときは（Ｓ４,ＮＯ）、回転数Ｒ１が1000rpm以上か否かを判断する（Ｓ９）。制御部５０は、回転数Ｒ１が1000rpm以上であれば（Ｓ９,ＹＥＳ）、前記慣性モーメントによらない通常のブレーキ制御を行う（Ｓ１０）。ここでのブレーキ制御における制動力は、ステップＳ８で選択し得る制動力の中の１つであってもよいし、それらとは別に予め設定された制動力であってもよい。制御部５０は、回転数Ｒ１が1000rpm未満であるときは（Ｓ９,ＮＯ）、制動を行わない。この場合、電動モータ６は自然減速により停止する。
図６は、グラインダ１の第２の制御フローチャートである。図５では電動モータ６の減速時の回転数変化率によって慣性モーメントを判断したが、図６では電動モータ６の加速時（起動時）の回転数変化率によって慣性モーメントを判断する。制御部５０は、操作スイッチ５がオンされると電動モータ６を起動する（Ｓ１１）。制御部５０は、電動モータ６の起動から所定時間（例えば０.１秒）経過後（Ｓ１２）、電動モータ６の回転数Ｒを検出する（Ｓ１３）。回転数Ｒは、電動モータ６の加速時における回転数の時間変化率に対応し、電動工具１に取り付けた回転具の慣性モーメントが大きいほど小さくなるため、制御部５０は、回転数Ｒに基づいて前記回転具の慣性モーメントを判断することができる。制御部５０は、回転数Ｒが検出されたときにモータ電流Ｉが所定値ａを超えていない場合は（Ｓ１４,ＹＥＳ）、操作スイッチ５がオフされるまで電動モータ６の駆動を継続し（Ｓ１５,ＮＯ）、操作スイッチ５がオフされると（Ｓ１５,ＹＥＳ）、ステップＳ１３で検出した回転数Ｒ、すなわち前記慣性モーメントに応じて制動力を設定し、制動を行う（Ｓ１６）。制御部５０は、回転数Ｒが検出されたときにモータ電流Ｉが所定値ａを超えている場合（Ｓ１４,ＮＯ）、操作スイッチ５がオフされると（Ｓ１７,ＹＥＳ）、慣性モーメントによらない通常のブレーキ制御を行う（Ｓ１８）。これは、モータ電流Ｉが所定値ａを超えている場合（Ｓ１４,ＮＯ）、つまり回転数Ｒの検出時において負荷がかかっている場合は慣性モーメントを正しく判断できないためである。
図５及び図６に示す制御は、相互に組み合わせることも可能である。例えば、図５においては制動開始時の電動モータ６の回転数が2000rpm以下のときは慣性モーメントによらない通常のブレーキ制御を行い、電動モータ６の回転数が1000rpm未満のときは制動を行わなかったが、こうした制御を図６で説明した制御に取り入れてもよい。また、図６においては、回転数検出時のモータ電流が所定値を超えているときは慣性モーメントによらない通常のブレーキ制御を行ったが、こうした制御を図５で説明した制御に取り入れてもよい。
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。
(1) 制御部５０は、取り付けた回転具の慣性モーメントに応じて制動時の制動力を設定する構成であり、具体的には慣性モーメントが大きいほど制動力を小さく設定するため、回転具の慣性モーメントによらず一定の制動を行う構成と比較して、慣性モーメントの大きい回転具を取り付けている場合に、制動時に使用者に大きな反動が加わることを抑制することができ、操作性が良好になる。また、取り付けた回転具の慣性モーメントに合わせた制動力を設定するため、回転具をスピンドル２０に固定するホイルナットの制動時における緩みを抑制できる。このため、ホイルナットの緩み止めに別途ボルト等を設けたりする必要が無く、部品点数の削減に有利である。
(2) 制御部５０は、電動モータ６の加速時ないし減速時の回転数変化率によって慣性モーメントを判断するため、通常行っている回転数監視の構成を慣性モーメントの判断にも利用でき、慣性モーメント判定のための回路構成が簡易で済む。
(3) 制動開始時の電動モータ６の回転数が所定値（例えば2000rpm）以下の場合は、制動時の反動が小さいため慣性モーメントによらない通常のブレーキ制御を行うようにしており、電動モータ６の回転数によらず常に慣性モーメントを判断して制動力を設定する場合と比較して制御が簡略化される。さらに、電動モータ６の回転数が所定値（例えば1000rpm）未満の場合は操作スイッチ５がオフされても制動を行わないため、操作スイッチ５がオフされると常に制動を行う場合と比較して制御が簡略化される。
実施の形態２　図７は、本発明の実施の形態２に係るグラインダ１Ａの、操作スイッチ５がオフの状態の側断面図である。図８は、グラインダ１Ａの、操作スイッチ５がオンの状態の側断面図である。グラインダ１Ａは、実施の形態１のものと異なり、第２の制動手段としての電気制動力発生手段に加え、第１の制動手段としての機械制動力発生手段を備える。また、センサ基板４４は、コントローラボックス４０内の電動モータ６側に設けられ、センサ基板４４上のホールＩＣ４５は、対向するロータマグネット６ｃの発生する磁界を検出することで、電動モータ６の回転位置を検出する。機械制動力発生手段は、ブレーキロータ６５及びブレーキパッド６６を含む。ブレーキロータ６５は、電動モータ６の前方に設けられ、電動モータ６の出力軸６ａと一体に回転する。ブレーキパッド６６は、ブレーキロータ６５の前方に設けられてブレーキロータ６５と対向する。ブレーキパッド６６は、スプリング６７によって後方に付勢され、操作スイッチ５がオフの位置にあるときは、図７に示すようにブレーキロータ６５と対面接触して負荷を与え、機械的制動力を発生する。一方、ブレーキパッド６６は、操作スイッチ５がオンの位置にスライドされると、操作スイッチ５のスライドに連動してスライドするスライドバー６８によってスプリング６７の付勢に抗して前方に移動し、図８に示すようにブレーキロータ６５と非接触で対面し、機械的制動力を発生しない。本実施の形態において操作スイッチ５がオフされると、機械制動力は慣性モーメント及び電動モータ６の回転数によらず常に発生する。制動力は、機械制動力に加えて電気制動力の使用するか否か、あるいは電気制動力の大きさによって変化させることができる。電気制動力の大きさは、図５あるいは図６に示した流れで設定可能である。本実施の形態のその他の点は、実施の形態１と同様であり、同様の効果を奏することができる。
実施の形態３　図９は、本発明の実施の形態３に係るグラインダ２の平断面図である。図１０は、グラインダ２の側断面図である。図１１は、グラインダ２の制御ブロック図である。グラインダ２は、実施の形態１のものと異なり、電動モータ６がブラシ付きモータである。電動モータ６は、ステータコイル６ｇ,６ｈと、ブレーキコイル（制動用コイル）６ｉ,６ｊとを含む。ブレーキコイル６ｉ,６ｊは、電動モータ６の制動用のコイルである。図１１のコントローラ８０において、演算部７１は、操作スイッチ５がオンされると、制御信号出力回路７２を制御し、電動モータ６と直列接続されたトライアック７０のゲートに駆動信号（例えばＰＷＭ信号）を印加し、電動モータ６を回転駆動する。回転数検出回路６９は、ホールＩＣ（磁気センサ）７３の出力信号により電動モータ６の回転数を検出し、演算部７１にフィードバックする。演算部７１は、例えばＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１,Ｑ２のいずれかをオンすることで、ブレーキコイル６ｉと電動モータ６、あるいはブレーキコイル６ｉ,６ｊと電動モータ６を含む閉回路を形成し、電動モータ６の制動が可能である。具体的には、スイッチング素子Ｑ１をオンすると、スイッチング素子Ｑ１、ブレーキコイル６ｉ、電動モータ６、スイッチング素子Ｑ１という閉回路が形成され、小さい制動力が発生する。スイッチング素子Ｑ２をオンすると、スイッチング素子Ｑ２、ブレーキコイル６ｉ、電動モータ６、ブレーキコイル６ｊ、スイッチング素子Ｑ２という閉回路が形成され、大きい制動力が発生する。なお、ブレーキコイル６ｉ,６ｊの巻数を相互に異ならせ、制動時の閉回路にブレーキコイル６ｉを含めずにブレーキコイル６ｊを含めることも可能な回路構成としてもよく、この場合、制動力を３段階にすることができる。
なお、本実施の形態では、操作スイッチ５がオフされた後、スイッチング素子Ｑ１をオンにして弱いブレーキをかけながら回転具の慣性モーメントを判定し、制動力の設定に反映させる。操作スイッチ５がオフになった後すぐに制動をかける理由は、電動モータ６を開放してしまうと短時間で電流が逃げてしまうため、回生回路を働かせることができないことによる。以下、具体的動作を説明する。操作スイッチ５がオフになると、演算部７１が制御信号（オフ信号）をトライアック７０のゲートに送信し、交流電源５１からの電流を遮断する。それと同時にスイッチング素子Ｑ１をオンにし、ブレーキコイル６ｉと電動モータ６の閉回路を構成する。これによりブレーキコイル６ｉのみの弱いブレーキがかかり、演算部７１は、その間に回転具の慣性モーメントを判定する。そして、前記慣性モーメントに応じて、ブレーキコイルを１つ使うか、２つ使うか、それともブレーキコイルを使わないか、を選択することで制動力を変化させる。本実施の形態のその他の点は実施の形態１と同様であり、同様の効果を奏することができる。　
図１２は、各実施の形態における制動力の設定をまとめた表である。この表において、回転数差Ｒは、電動モータ６の回転数変化率に対応する。本表の例では、回転数差Ｒを、1000rpm以下、1000rpmを超えて2500rpm以下、2500rpm超えの３段階に分けており、取り付けた回転具の慣性モーメント及び選択されるブレーキ力もそれぞれ大中小の３段階としている。本表に示す実施例１は、実施の形態１に対応し、ブラシレスモータに通電するためのインバータ回路のローサイド側のスイッチング素子のオン期間のデューティ比により制動力を変化させる例である。実施例２は、実施の形態２に対応し、電気制動力発生手段に加え、機械制動力発生手段を備える例である。実施例３は、実施の形態３に対応し、弱い制動力を発生させるブレーキコイルのみ使用、強い制動力を発生させるブレーキコイルのみ使用、及び双方のブレーキコイルを使用という３態様により３段階の制動力を発生する。　
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。　
電動工具は、グラインダに限定されず、例えば丸鋸やコンクリートカッタ、刈払機、芝刈機など、慣性モーメントの異なる回転具を選択的に取付可能な他の種類の電動工具であってもよい。実施の形態で示したパラメータ、例えば慣性モーメント判断の境界となる回転数変化率、慣性モーメント判定時の待機時間、制動力の段階数等は一例に過ぎず、各パラメータは実験的に又は要求される性能に合わせて任意に設定すればよい。　
また、本発明における実施の形態においては、制御部が回転具の慣性モーメントに応じて自動的に制動力を設定する構成としたが、作業者が使用される回転具の慣性モーメントを判断し、制動力選択スイッチを動作させることで制御部に信号が与えられ、制御部が制動力を設定するようにした電動工具であっても良い。
１,１Ａ,２…グラインダ、３…ハウジング、３ａ…係止凹部、４…ギヤケース、５…操作スイッチ（トリガスイッチ）、５ａ…係止凸部、５ｂ…スライドバー、５ｃ…スプリング、５ｄ…スイッチマグネット、６…電動モータ（原動機）、６ａ…出力軸、６ｂ…ロータコア、６ｃ…ロータマグネット、６ｄ…ステータコア、６ｅ…ステータコイル、６ｆ…インシュレータ、６ｇ,６ｈ…ステータコイル、６ｉ,６ｊ…ブレーキコイル（制動用コイル）、７…電源コード、８…センサマグネット、１０…砥石、１１…パッキングランド（保持部材）、１２…ニードルベアリング、１３…ボールベアリング、２０…スピンドル、２１…第１のベベルギヤ、２２…第２のベベルギヤ、３０…ホイルガード、４０…コントローラボックス、４１…メイン基板、４２…ダイオードブリッジ、４３…インバータ回路、４４…センサ基板、４５…ホールＩＣ（磁気センサ）、４６…スイッチ基板、４７…ホールＩＣ（磁気センサ）、４８…ウレタン、５０…制御部、５１…交流電源、５２…フィルタ回路、５３…力率改善回路、５３ａ…ゲートドライバＩＣ、５４…コントローラ、５５…操作スイッチ検出回路、５６…モータ電流検出回路、５７…制御信号出力回路（ゲートドライバＩＣ）、５８…回転子位置検出回路、５９…モータ回転数検出回路、６１…通電ランプ、６２…速度設定ダイヤル、６３…速度表示部、６５…ブレーキロータ、６６…ブレーキパッド、６７…スプリング、６８…スライドバー、６９…回転数検出部、７０…トライアック、７１…演算部、７２…制御信号出力回路、７３…ホールＩＣ（磁気センサ）、８０…コントローラ、Ｒｓ…検出抵抗

Claims (14)

  1. モータと、前記モータによって駆動される回転具と、少なくとも前記モータの制動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記回転具の慣性モーメントに応じて制動時の制動力を設定する、電動工具。
  2. 前記制御部は、前記モータの加速時ないし減速時における回転数の時間変化率に基づいて前記回転具の慣性モーメントを判断する、請求項１に記載の電動工具。
  3. 前記モータの駆動、停止を切り替える操作スイッチを備え、前記制御部は、前記操作スイッチがオフされてからの所定期間における前記モータの回転数の時間変化率に基づいて前記回転具の慣性モーメントを判断する、請求項１又は２に記載の電動工具。
  4. 前記制御部は、前記所定期間における前記モータの回転数が所定値以下のときは、前記回転具の慣性モーメントに応じた制動力の設定を行わない、請求項３に記載の電動工具。
  5. 前記制御部は、電気制動用にオンされるスイッチング素子のオン期間のデューティ比を変化させることにより制動時の制動力を変化させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動工具。
  6. 前記制御部は、電気制動用にオンされるスイッチング素子の数を変化させることにより制動時の制動力を変化させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動工具。
  7. 第１及び第２の制動手段を備え、前記制御部は、第２の制動手段の使用有無により制動時の制動力を変化させる、請求項１から６のいずれか一項に記載の電動工具。
  8. 前記第１の制動手段は、前記モータと前記回転具との回転伝達経路において、接触して負荷を与えることで機械制動力を発生させるものである、請求項７に記載の電動工具。
  9. 前記モータは、少なくとも一部が磁性体で形成されるロータを有し、前記第２の制動手段は、前記ロータが回転することにより電気制動力を発生させるものである、請求項７又は８に記載の電動工具。
  10. 前記制御部は、負荷が所定値以上のときは前記回転具の慣性モーメントに応じた制動力の設定を行わない、請求項１から９のいずれか一項に記載の電動工具。
  11. 前記制御部は、前記回転具の慣性モーメントが所定値以上のとき、前記慣性モーメントが所定値未満の場合と比較して制動力を小さくする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電動工具。
  12. 前記モータはブラシレスモータであり、前記制御部は、前記スイッチング素子を制御することで、前記ブラシレスモータの駆動を制御する、請求項５又は６に記載の電動工具。
  13. 前記モータは制動用コイルを有し、前記制御部は、制動時において、前記制動用コイルと前記モータを含むように閉回路を形成することで制動力を発生させる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電動工具。
  14. 前記制動用コイルは複数設けられており、前記制御部は、電流が流れる前記制動用コイルの数を変化させることで、前記制動力を変化させる、請求項１３に記載の電動工具。
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