WO2020255584A1

WO2020255584A1 - 電動工具

Info

Publication number: WO2020255584A1
Application number: PCT/JP2020/018831
Authority: WO
Inventors: 中原　雅之; 隆司草川; 尊大植田
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2020-12-24
Also published as: JP2020203357A

Abstract

本開示の課題は、電動工具の使い勝手を向上させることである。電動工具（１００）は、モータ（１）と、電流測定部（１１０）と、トルク電流算出部（１２０）と、上限値設定部（２２０）と、駆動制御部（１５０）と、を備えている。電流測定部（１１０）は、モータ（１）に流れる電流を測定する。トルク電流算出部（１２０）は、電流測定部（１１０）で測定される電流に基づいて、トルク電流値を算出する。上限値設定部（２２０）は、トルク電流算出部（１２０）で算出されるトルク電流値に応じて、モータ（１）の速度の上限値（ω１０＊）を設定する。駆動制御部（１５０）は、上限値設定部（２２０）で設定された上限値（ω１０＊）に基づいて、モータ（１）の回転動作を制御する。

Description

電動工具

　本開示は一般に電動工具に関し、より詳細には、モータを備える電動工具に関する。

　特許文献１は、電動工具を開示する。特許文献１の電動工具は、モータと、電源からの電力をモータに供給する駆動回路と、複数モードの目標回転数を設け、設定されたモードの目標回転数にてモータを回転させる制御部を有する。この電動工具には、モータが停止しているときの電源の電圧値を検出する電圧検出回路が設けられている。電動工具は、検出された電圧値をもとに目標回転数を可変に設定するように構成されている。

　特許文献１の電動工具では、ネジ等の締付け作業の開始時に、モータの速度が大きく（速く）なり過ぎて作業が行いにくい場合があった。そのため、特許文献１の電動工具では、使い勝手が悪くなる可能性があった。

特開２０１１－１６２１０号公報

　本開示は、上記事由に鑑みてなされており、電動工具の使い勝手を向上することを目的とする。

　本開示の一態様に係る電動工具は、モータと、電流測定部と、トルク電流算出部と、上限値設定部と、駆動制御部と、を備える。前記電流測定部は、前記モータに流れる電流を検出する。前記トルク電流算出部は、前記電流測定部で測定される前記電流に基づいて、トルク電流値を算出する。前記上限値設定部は、前記トルク電流算出部で算出される前記トルク電流値に応じて、前記モータの速度の上限値を設定する。前記駆動制御部は、前記上限値設定部で設定された前記上限値に基づいて、前記モータの回転動作を制御する。

図１は、一実施形態の電動工具のブロック図である。図２は、同上の電動工具の概略図である。図３は、同上の電動工具のモータ制御装置による制御の説明図である。

　以下、実施形態に係る電動工具１００について、図面を用いて説明する。

　（１）概要
　図１は、一実施形態の電動工具１００のブロック図を示す。電動工具１００は、モータ１と、モータ制御装置３と、を備える。モータ制御装置３は、電流測定部１１０と、トルク電流算出部１２０と、上限値設定部２２０と、駆動制御部１５０と、を備える。

　電流測定部１１０は、モータ１に流れる電流を測定する。トルク電流算出部１２０は、電流測定部１１０で測定される電流に基づいて、トルク電流値を算出する。上限値設定部２２０は、トルク電流算出部１２０で算出されるトルク電流値に応じて、モータ１の速度の上限値ω_１０ ^＊を設定する。駆動制御部１５０は、上限値設定部２２０で設定された上限値ω_１０ ^＊に基づいて、モータ１の回転動作を制御する。

　電動工具１００では、トルク電流の測定値に応じてモータ１の回転数の上限値ω_１０ ^＊が設定されるので、モータ１の速度（回転数）が大きくなりすぎる可能性が低減される。そのため、電動工具１００の使い勝手が向上する。

　（２）詳細
　以下、本実施形態の電動工具１００について、図面を参照して更に詳細に説明する。

　電動工具１００は、回転打撃工具（インパクトドライバ）である。電動工具１００は、図１、図２に示すように、モータ１と、インバータ回路部２と、モータ制御装置３と、スピンドル４と、ハンマ５と、アンビル６と、入出力部７と、直流電源８と、電流測定部１１０と、を備える。

　スピンドル４と、ハンマ５と、アンビル６とは、電動工具１００において、所定の作業を実現するための装置である。スピンドル４は、モータ１の回転軸（回転子）に連結されている。スピンドル４は、モータ１の回転により回転する。ハンマ５は、カム機構を介して、スピンドル４に連結されている。ハンマ５は、スピンドル４とともに回転する。また、ハンマ５は、ばね５０等によりアンビル６に向かって付勢され、ハンマ５とアンビル６とが結合し、ハンマ５の回転がアンビル６に伝達される。アンビル６と一体に形成された出力軸６０には、例えば、先端工具が着脱自在に取付けられるソケット９が結合されている。

　出力軸６０に所定の大きさ以上の負荷がかかっていないときには、スピンドル４とハンマ５とが一体に回転し、ハンマ５とアンビル６とが一体に回転するので、アンビル６と一体に形成された出力軸６０が回転する。一方で、出力軸６０に所定の大きさ以上の負荷がかかったときには、ハンマ５がカム機構による規制を受けながらばね５０に抗して後退し、ハンマ５がアンビル６から離れる。そして、ハンマ５とアンビル６との結合が外れた時点で、ハンマ５は回転しながら前進してアンビル６に回転方向の打撃衝撃を与え、出力軸６０を回転させる（インパクト動作）。

　モータ１は、スピンドル４に連結される。モータ１は、ブラシ付きＤＣモータもしくは、ＤＣブラシレスモータである。本実施形態では、モータ１はＤＣブラシレスモータ（三相永久磁石同期モータ）であり、モータ１は、永久磁石を備えた回転子と３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分の電機子巻線を備えた固定子とを備える。

　直流電源８は、モータ１の駆動に用いられる電源である。直流電源８は、本実施形態では、二次電池を有している。直流電源８は、いわゆる、電池パックである。直流電源８は、インバータ回路部２及びモータ制御装置３の電源としても利用される。

　インバータ回路部２は、モータ１を駆動するための回路である。インバータ回路部２は、直流電源８からの電圧Ｖ_ｄｃを、モータ１用の駆動電圧Ｖ_ａに変換する。本実施形態では、駆動電圧Ｖ_ａは、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧及びＷ相電圧を含む三相交流電圧である。以下では、必要に応じて、Ｕ相電圧をｖ_ｕ、Ｖ相電圧をｖ_ｖ、Ｗ相電圧をｖ_ｗで表す。また、各電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗは、正弦波電圧である。

　インバータ回路部２は、ＰＷＭインバータとＰＷＭ変換器とを利用して実現できる。ＰＷＭ変換器は、駆動電圧Ｖ_ａ（Ｕ相電圧ｖ_ｕ、Ｖ相電圧ｖ_ｖ、Ｗ相電圧ｖ_ｗ）の目標値（電圧指令値）ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊に従って、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭインバータは、このＰＷＭ信号に応じた駆動電圧Ｖ_ａ（ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗ）をモータ１に与えてモータ１を駆動する。より具体的には、ＰＷＭインバータは、３相分のハーフブリッジ回路とドライバとを備える。ＰＷＭインバータでは、ドライバがＰＷＭ信号に従って各ハーフブリッジ回路におけるスイッチング素子をオン／オフすることにより、電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊に従った駆動電圧Ｖ_ａ（ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗ）がモータ１に与えられる。これによって、モータ１には、駆動電圧Ｖ_ａ（ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗ）に応じた駆動電流が供給される。駆動電流は、Ｕ相電流ｉ_ｕ、Ｖ相電流ｉ_ｖ、及びＷ相電流ｉ_ｗを含む。より詳細には、Ｕ相電流ｉ_ｕ、Ｖ相電流ｉ_ｖ、及びＷ相電流ｉ_ｗは、モータ１の固定子における、Ｕ相の電機子巻線の電流、Ｖ相の電機子巻線の電流及びＷ相の電機子巻線の電流である。

　電流測定部１１０は、２つの相電流センサ１１を備える。２つの相電流センサ１１は、ここでは、インバータ回路部２からモータ１に供給される駆動電流のうちＵ相電流ｉ_ｕ及びＶ相電流ｉ_ｖを測定する。なお、Ｗ相電流ｉ_ｗは、Ｕ相電流ｉ_ｕ及びＶ相電流ｉ_ｖから求めることができる。なお、電流測定部１１０は、相電流センサ１１の代わりに、シャント抵抗等を利用した電流検出器を備えていてもよい。

　入出力部７は、ユーザインタフェースである。入出力部７は、電動工具１００の動作に関する表示、電動工具１００の動作の設定、及び、電動工具１００の操作に利用される装置（例えば、表示器、入力器、操作器）を備える。本実施形態では、入出力部７は、モータ１の速度の目標値ω_１ ^＊を設定する機能を有している。

　本実施形態では、入出力部７は、ユーザからの操作を受け付ける操作器として、トリガボリューム（トリガスイッチ）７０を備える。トリガボリューム７０は、押しボタンスイッチの一種である。トリガボリューム７０は、操作量（押し込み量）に応じて操作信号が変化する多段階スイッチ又は無段階スイッチ（可変抵抗器）である。入出力部７は、トリガボリューム７０の操作量に応じて、目標値ω_１ ^＊を決定し、モータ制御装置３に与える。

　モータ制御装置３は、モータ１の速度の指令値ω_２ ^＊を決定し、更新する。特に、モータ制御装置３は、入出力部７から与えられるモータ１の速度の目標値ω_１ ^＊に基づいて、モータ１の速度の指令値ω_２ ^＊を決定し、更新する。なお、モータ制御装置３は、モータ１の速度の指令値ω_２ ^＊を決定及び更新する際にトルク電流値を参照するが、この点については後述する。また、モータ制御装置３は、モータ１の速度が指令値ω_２ ^＊に一致するように駆動電圧Ｖ_ａの目標値（電圧指令値）ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊を決定してインバータ回路部２に与える。

　以下、モータ制御装置３について更に詳細に説明する。モータ制御装置３は、本実施形態では、ベクトル制御を利用して、モータ１の制御を行う。ベクトル制御は、モータ電流を、トルク（回転力）を発生する電流成分と磁束を発生する電流成分とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御するモータ制御方式の一種である。

　図３は、ベクトル制御におけるモータ１の解析モデル図である。図３には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線固定軸が示されている。ベクトル制御では、モータ１の回転子に設けられた永久磁石が作る磁束の回転速度と同じ速度で回転する回転座標系が考慮される。回転座標系において、永久磁石が作る磁束の方向をｄ軸にとり、ｄ軸に対応する制御上の回転軸をγ軸とする。また、ｄ軸から電気角で９０度進んだ位相にｑ軸をとり、γ軸から電気角で９０度進んだ位相にδ軸をとる。実軸に対応する回転座標系はｄ軸とｑ軸を座標軸に選んだ座標系であり、その座標軸をｄｑ軸と呼ぶ。制御上の回転座標系はγ軸とδ軸を座標軸に選んだ座標系であり、その座標軸をγδ軸と呼ぶ。

　ｄｑ軸は回転しており、その回転速度をωで表す。γδ軸も回転しており、その回転速度をω_ｅで表す。また、ｄｑ軸において、Ｕ相の電機子巻線固定軸から見たｄ軸の角度（位相）をθで表す。同様に、γδ軸において、Ｕ相の電機子巻線固定軸から見たγ軸の角度（位相）をθ_ｅで表す。θ及びθ_ｅにて表される角度は、電気角における角度であり、それらは一般的に回転子位置又は磁極位置とも呼ばれる。ω及びω_ｅにて表される回転速度は、電気角における角速度である。以下、必要に応じて、θ又はθ_ｅを、回転子位置と呼び、ω又はω_ｅを単に速度と呼ぶことがある。回転子位置及びモータの速度を推定によって導出する場合、γ軸及びδ軸を制御上の推定軸と呼ぶことがある。

　モータ制御装置３は、基本的に、θとθ_ｅとが一致するようにベクトル制御を行う。θとθ_ｅとが一致しているとき、ｄ軸及びｑ軸は夫々γ軸及びδ軸と一致することになる。なお、以下の説明では、必要に応じて、駆動電圧Ｖ_ａのγ軸成分及びδ軸成分を、それぞれγ軸電圧ｖ_γ及びδ軸電圧ｖ_δで表し、駆動電流のγ軸成分及びδ軸成分を、それぞれγ軸電流ｉ_γ及びδ軸電流ｉ_δで表す。

　また、γ軸電圧ｖ_γ及びδ軸電圧ｖ_δの目標値を表す電圧指令値を、それぞれγ軸電圧指令値ｖ_γ ^＊及びδ軸電圧指令値ｖ_δ ^＊により表す。γ軸電流ｉ_γ及びδ軸電流ｉ_δの目標値を表す電流指令値を、それぞれγ軸電流指令値ｉ_γ ^＊及びδ軸電流指令値ｉ_δ ^＊により表す。

　モータ制御装置３は、γ軸電圧ｖ_γ及びδ軸電圧ｖ_δの値がそれぞれγ軸電圧指令値ｖ_γ ^＊及びδ軸電圧指令値ｖ_δ ^＊に追従しかつγ軸電流ｉ_γ及びδ軸電流ｉ_δの値がそれぞれγ軸電流指令値ｉ_γ ^＊及びδ軸電流指令値ｉ_δ ^＊に追従するようにベクトル制御を行う。

　モータ制御装置３は、所定の更新周期にて自身が算出（又は検出）して出力する指令値（ｉ_γ ^＊、ｉ_δ ^＊、ｖ_γ ^＊、ｖ_δ ^＊、ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊及びｖ_ｗ ^＊）、状態量（ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_γ、ｉ_δ、θ_ｅ及びω_ｅ）を更新する。

　モータ制御装置３は、例えば、１以上のプロセッサ（一例としてはマイクロプロセッサ）と１以上のメモリとを含むコンピュータシステムにより実現され得る。つまり、１以上のプロセッサが１以上のメモリに記憶された１以上のプログラムを実行することで、モータ制御装置３として機能する。１以上のプログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。

　モータ制御装置３は、図１に示すように、座標変換器１２と、減算器１３と、減算器１４と、電流制御部１５と、磁束制御部１６と、速度制御部１７と、座標変換器１８と、減算器１９と、位置・速度推定部２０と、脱調検出部２１と、設定部２２と、を備える。なお、座標変換器１２、減算器１３，１４，１９、電流制御部１５、磁束制御部１６、速度制御部１７、座標変換器１８、位置・速度推定部２０、脱調検出部２１、及び設定部２２は、必ずしも実体のある構成を示しているわけではない。これらは、モータ制御装置３によって実現される機能を示している。よって、モータ制御装置３の各要素は、モータ制御装置３内で生成された各値を自由に利用可能となっている。

　座標変換器１２は、回転子位置θ_ｅに基づいてＵ相電流ｉ_ｕ及びＶ相電流ｉ_ｖをγδ軸上に座標変換することにより、γ軸電流ｉ_γ及びδ軸電流ｉ_δを算出して出力する。ここで、γ軸電流ｉ_γは、ｄ軸電流に対応し、励磁的な電流であり、トルクには殆ど寄与しない電流である。δ軸電流ｉ_δは、ｑ軸電流に対応し、トルクに大きく寄与する電流である。回転子位置θ_ｅは、位置・速度推定部２０にて算出される。

　減算器１９は、速度ω_ｅと指令値ω_２ ^＊とを参照し、両者間の速度偏差（ω_２ ^＊－ω_ｅ）を算出する。速度ω_ｅは、位置・速度推定部２０にて算出される。

　速度制御部１７は、比例積分制御などを用いることによって、速度偏差（ω_２ ^＊－ω_ｅ）がゼロに収束するようにδ軸電流指令値ｉ_δ ^＊を算出して出力する。

　磁束制御部１６は、γ軸電流指令値ｉ_γ ^＊を決定して減算器１３に出力する。γ軸電流指令値ｉ_γ ^＊は、モータ制御装置３にて実行されるベクトル制御の種類やモータ１の速度ωに応じて、様々な値をとりうる。例えば、ｄ軸電流をゼロとして最大トルク制御を行う場合は、γ軸電流指令値ｉ_γ ^＊が０とされる。また、ｄ軸電流を流して弱め磁束制御を行う場合は、γ軸電流指令値ｉ_γ ^＊が速度ω_ｅに応じた負の値とされる。以下の説明では、γ軸電流指令値ｉ_γ ^＊が０である場合を取り扱う。

　減算器１３は、磁束制御部１６から出力されるγ軸電流指令値ｉ_γ ^＊より座標変換器１２から出力されるγ軸電流ｉ_γを減算し、電流誤差（ｉ_γ ^＊－ｉ_γ）を算出する。減算器１４は、速度制御部１７から出力される値ｉ_δ ^＊より座標変換器１２から出力されるδ軸電流ｉ_δを減算し、電流誤差（ｉ_δ ^＊－ｉ_δ）を算出する。

　電流制御部１５は、電流誤差（ｉ_γ ^＊－ｉ_γ）及び（ｉ_δ ^＊－ｉ_δ）が共にゼロに収束するように、比例積分制御などを用いた電流フィードバック制御を行う。この際、γ軸とδ軸との間の干渉を排除するための非干渉制御を利用し、（ｉ_γ ^＊－ｉ_γ）及び（ｉ_δ ^＊－ｉ_δ）が共にゼロに収束するようにγ軸電圧指令値ｖ_γ ^＊及びδ軸電圧指令値ｖ_δ ^＊を算出する。

　座標変換器１８は、位置・速度推定部２０から出力される回転子位置θ_ｅに基づいて電流制御部１５から与えられたγ軸電圧指令値ｖ_γ ^＊及びδ軸電圧指令値ｖ_δ ^＊を三相の固定座標軸上に座標変換することにより、電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊及びｖ_ｗ ^＊）を算出して出力する。

　位置・速度推定部２０は、回転子位置θ_ｅ及び速度ω_ｅを推定する。より詳細には、位置・速度推定部２０は、座標変換器１２からのｉ_γ及びｉ_δ並びに電流制御部１５からのｖ_γ ^＊及びｖ_δ ^＊の内の全部又は一部を用いて、比例積分制御等を行う。位置・速度推定部２０は、ｄ軸とγ軸との間の軸誤差（θ_ｅ－θ）がゼロに収束するように回転子位置θ_ｅ及び速度ω_ｅを推定する。なお、回転子位置θ_ｅ及び速度ω_ｅの推定手法として従来から様々な手法が提案されており、位置・速度推定部２０は公知の何れの手法をも採用可能である。

　脱調検出部２１は、モータ１が脱調しているか否かを判定する。より詳細には、脱調検出部２１は、モータ１の磁束に基づいて、モータ１が脱調しているか否かを判定する。モータ１の磁束は、ｄ軸電流及びｑ軸電流及びγ軸電圧指令値ｖ_γ ^＊及びδ軸電圧指令値ｖ_δ ^＊から求められる。脱調検出部２１は、モータ１の磁束の振幅が閾値未満であれば、モータ１が脱調していると判断してよい。なお、閾値は、モータ１の永久磁石が作る磁束の振幅に基づいて適宜定められる。なお、脱調検出手法として従来から様々な手法が提案されており、脱調検出部２１は公知の何れの手法をも採用可能である。

　設定部２２は、モータ制御装置３において、指令値ω_２ ^＊の決定及び更新を行う。なお、設定部２２が、入出力部７から目標値ω_１ ^＊を受け取った際に、指令値ω_２ ^＊を定めることを、「指令値ω_２ ^＊の決定」ということがある。一方、設定部２２が、「指令値ω_２ ^＊の決定」を行った後に、何らかのタイミングで、指令値ω_２ ^＊を定めることを、「指令値ω_２ ^＊の更新」ということがある。

　設定部２２は、入出力部７から受け取った目標値ω_１ ^＊に基づいて、指令値ω_２ ^＊の決定及び更新を行う。設定部２２は、指令値ω_２ ^＊の決定及び更新を行うにあたって、トルク電流値を参照する。

　図１に示すように、設定部２２は、上限値設定部２２０と、指令値設定部２２１とを備えている。

　上限値設定部２２０は、トルク電流値に応じて、モータ１の速度の上限値ω_１０ ^＊を設定する。

　ここで、トルク電流値は、モータ１に流れる電流（相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ）のトルク成分の大きさを示す。本実施形態では、ｑ軸電流の値に対応するδ軸電流ｉ_δの値が、トルク電流値として用いられる。つまり、本実施形態では、上限値設定部２２０は、トルク電流値として、座標変換器１２で算出されるδ軸電流ｉ_δの値を用いる。そのため、座標変換器１２は、電流測定部１１０で測定される電流に基づいてトルク電流値を算出するトルク電流算出部１２０である。

　より詳細には、上限値設定部２２０は、トルク電流値と閾値とを比較する。上限値設定部２２０は、トルク電流値が閾値以下の場合、上限値ω_１０ ^＊として、所定値を設定する。所定値は、ここでは固定値である。閾値及び所定値は、例えばデータテーブルの形式で、モータ制御装置３を構成するコンピュータシステムのメモリに記憶されている。一方、上限値設定部２２０は、トルク電流値が閾値よりも大きい場合、上限値を設定しない。これは、制御上十分大きな値（例えば∞）を、上限値ω_１０ ^＊として設定しているとみなすこともできる。

　指令値設定部２２１は、入出力部７から受け取った目標値ω_１ ^＊と、上限値設定部２２０で設定された上限値ω_１０ ^＊とに基づいて、指令値ω_２ ^＊の決定及び更新を行う。

　指令値設定部２２１は、目標値ω_１ ^＊と上限値ω_１０ ^＊とに基づいて、指令値ω_２ ^＊を定める。指令値ω_２ ^＊は、目標値ω_１ ^＊と上限値ω_１０ ^＊とのうちの小さい方である。つまり、目標値ω_１ ^＊が上限値ω_１０ ^＊以下の場合、指令値ω_２ ^＊は、目標値ω_１ ^＊である。目標値ω_１ ^＊が上限値ω_１０ ^＊よりも大きい場合、指令値ω_２ ^＊は、上限値ω_１０ ^＊である。

　要するに、設定部２２は、トリガボリューム７０の操作量に応じて決まる目標値ω_１ ^＊と、トルク電流値で決まる上限値ω_１０ ^＊とに基づいて、指令値ω_２ ^＊の決定及び更新を行う。そして、トルク電流値が閾値以下の場合には、指令値ω_２ ^＊は、上記の所定値以下の値に制限される。

　インバータ回路部２、電流制御部１５、磁束制御部１６、速度制御部１７等から構成される駆動制御部１５０は、設定部２２で決定（更新）された指令値ω_２ ^＊に基づいて、モータ１の回転動作を制御する。つまり、駆動制御部１５０は、トリガボリューム７０の操作量に応じて、上限値ω_１０ ^＊で決まる範囲内でモータ１の速度を変更する。

　ここにおいて、トルク電流値は、モータが発生するトルク（先端工具から負荷に出力されるトルク；負荷トルク）と相関を有している。無負荷状態でモータを動作させるために必要な電流等が存在するため、一概には言えないが、トルク電流値は負荷トルクに略正比例する。すなわち、設定部２２は、指令値ω_２ ^＊の決定及び更新を行うにあたって、トルク電流値を参照することで負荷トルクを参照していると言える。

　本実施形態の電動工具１００では、負荷トルクが小さい場合（トルク電流値が小さい場合）に、ユーザがトリガボリューム７０を最大の押し込み量で押し込んだとしても、設定部２２から出力される指令値ω_２ ^＊は、トリガボリューム７０の押し込み量で決まる目標値ω_１ ^＊だけによっては決まらず、トルク電流値で決まる上限値ω_１０ ^＊（上記の所定値）によって制限を受ける。要するに、電動工具１００の駆動制御部１５０は、トルク電流算出部１２０で算出されるトルク電流値の大きさが閾値を超えるまでは、モータ１の速度が上限値ω_１０ ^＊を超えないように、モータ１の回転動作を制御する。そのため、負荷トルクが小さい場合（トルク電流値が小さい場合）には、指令値ω_２ ^＊は上記の所定値以下となるよう制限されることとなり、モータ１の速度が大きくなりすぎる可能性が低減される。

　例えば、ネジ締め作業の開始時等の負荷トルクが小さい場合に、モータ１の速度が急激に上昇すると、ネジが倒れやすく締付け作業が行いにくい。これに対し、本実施形態の電動工具１００では、負荷トルクが小さい場合にはモータ１が低速（上記の「所定値」以下）で回転するように制御されるため、ネジが倒れにくくネジ締め作業が行いやすくなる。また、トルク電流値が閾値を超えると、上限値設定部２２０による上限値ω_１０ ^＊が十分大きな値（例えば∞）となり、指令値設定部２２１は、トリガボリューム７０の操作量で決まる目標値ω_１ ^＊に応じて指令値ω_２ ^＊を決定（更新）することとなる。すなわち、この時点では、目標値ω_１ ^＊に応じた速度でモータ１を回転させることで、ネジ締め作業をスムーズに行うことができる。

　このように、本実施形態の電動工具１００によれば、使い勝手が向上する。

　なお、負荷トルクは、例えば、ねじり歪みの検出が可能な磁歪式歪センサ等で測定することもできる。磁歪式歪センサは、モータ１の回転軸にトルクが加わることにより発生する歪みに応じた透磁率の変化を、モータ１の非回転部分に設置したコイルで検出し、歪みに比例した電圧信号を出力する。しかしながら、この場合、専用のセンサが必要となる。本実施形態の電動工具１００では、ベクトル制御に必須のトルク電流値を用いることで、構成の簡略化を図ることが可能となる。

　要するに、本実施形態の電動工具１００は、電流測定部１１０で測定される電流を、トルクを発生する電流成分と磁束を発生する電流成分とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御するベクトル制御を行っている。そして、上限値設定部２２０での上限値ω_１０ ^＊の設定の判断に用いられるトルク電流値は、ベクトル制御において用いられる、トルクを発生する電流成分である。

　なお、トルクを発生する電流成分（トルク電流値）は、モータ制御装置３のうちの、トルク電流算出部１２０で算出される。磁束を発生する電流成分（磁束電流値）は、モータ制御装置３のうちの、磁束電流算出部１２１で算出される。本実施形態の電動工具１００では、δ軸電流ｉ_δがトルク電流値として用いられ、γ軸電流ｉ_γが磁束電流値として用いられるので、δ軸電流ｉ_δ及びγ軸電流ｉ_γを算出する座標変換器１２が、トルク電流算出部１２０及び磁束電流算出部１２１である。

　図１に示すように、入出力部７は、ユーザの操作に応じてトルク電流値の閾値を設定する閾値設定部７１を備えていることが好ましい。例えば、ネジ締め作業の開始時において、どの程度までネジ締めが進行した時点でモータの速度を増加させるべきか（上限値ω_１０ ^＊を十分大きな値とすべきか）は、ネジ締めの対象物、ユーザの熟練度等に応じて変わる。そのため、閾値設定部７１によりトルク電流値の閾値を変更可能とすることで、電動工具１００の使い勝手を向上させることが可能となる。

　また、閾値設定部７１によって閾値を適宜設定することで、例えば、インパクト動作が開始されるときのトルク電流値を閾値として設定することもできるし、逆に、インパクト動作に関連付けずに、トルク電流値の閾値を設定することもできる。

　上限値設定部２２０は、上限値ω_１０ ^＊を多段階で設定可能であってもよい。例えば、上限値設定部２２０は、トルク電流値を第１閾値及び第２閾値（＞第１閾値）と比較する。上限値設定部２２０は、トルク電流値が第１閾値以下の場合、上限値ω_１０ ^＊として第１所定値を設定する。そして、駆動制御部１５０は、モータ１の速度が第１所定値を超えないようにモータ１の回転動作を制御する。また、上限値設定部２２０は、トルク電流値が、第１閾値を超え、かつ、第１閾値よりも大きな第２閾値以下の場合、上限値ω_１０ ^＊として第２所定値を設定する。そして、駆動制御部１５０は、モータ１の速度が第２所定値を超えないようにモータ１の回転動作を制御する。第２所定値は、第１所定値よりも大きい。

　このように、上限値ω_１０ ^＊を多段階で設定することで、低負荷トルク領域ではモータ１の速度（回転数）を低速で維持し、高負荷トルク領域では高速で維持する制御が可能となる。これにより、電動工具１００の使い勝手を向上させることが可能となる。

　（３）変形例
　本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。

　上記実施形態では、駆動電圧Ｖ_ａのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗは、正弦波電圧である。しかしながら、駆動電圧Ｖ_ａのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗは、矩形波電圧であってもよい。つまり、インバータ回路部２は、モータ１を正弦波駆動してもよいし、矩形波駆動してもよい。

　上記実施形態では、電動工具１００は、所定の作業を実現するための装置として、スピンドル４、ハンマ５、及びアンビル６を備えている。しかしながら、電動工具１００は、スピンドル４、ハンマ５、及びアンビル６を備えている構成に限定されない。つまり、電動工具１００は、インパクトドライバに限定されず、ドリルドライバ、ジグソーであってもよい。

　以上述べたモータ制御装置３の実行主体は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを有する。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示におけるモータ制御装置３の実行主体としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよい。また、プログラムは、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１乃至複数の電子回路で構成される。ここでは、ＩＣやＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わる。例えば、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（very large scale integration）、若しくはＵＬＳＩ（ultra large scale integration）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＧＰＡ）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ目的で使うことができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。

　（４）態様
　以上説明した実施形態及び変形例等から以下の態様が開示されている。

　第１の態様の電動工具（１００）は、モータ（１）と、電流測定部（１１０）と、トルク電流算出部（１２０）と、上限値設定部（２２０）と、駆動制御部（１５０）と、を備えている。電流測定部（１１０）は、モータ（１）に流れる電流を測定する。トルク電流算出部（１２０）は、電流測定部（１１０）で測定される電流に基づいて、トルク電流値を算出する。上限値設定部（２２０）は、トルク電流算出部（１２０）で算出されるトルク電流値に応じて、モータ（１）の速度の上限値（ω_１０ ^＊）を設定する。駆動制御部（１５０）は、上限値設定部（２２０）で設定された上限値（ω_１０ ^＊）に基づいて、モータ（１）の回転動作を制御する。

　この態様によれば、電動工具（１００）の使い勝手を向上させることができる。

　第２の態様の電動工具（１００）は、第１の態様において、ユーザによる操作を受け付けるトリガボリューム（７０）を備える。駆動制御部（１５０）は、トリガボリューム（７０）の操作量に応じて、上限値（ω_１０ ^＊）で決まる範囲内でモータ（１）の速度を変更する。

　第３の態様の電動工具（１００）は、第１又は第２の態様において、トルク電流値は、ベクトル制御において用いられる、トルクを発生する電流成分である。ベクトル制御では、電流測定部（１１０）で測定される電流を、トルクを発生する電流成分と磁束を発生する電流成分とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御する。

　第４の態様の電動工具（１００）では、第１～第３のいずれか１つの態様において、駆動制御部（１５０）は、トルク電流算出部（１２０）で算出されるトルク電流値の大きさが閾値を超えるまでは、モータ（１）の速度が上限値（ω_１０ ^＊）を超えないようにモータ（１）の回転動作を制御する。

　第５の態様の電動工具（１００）では、第４の態様において、閾値は可変である。電動工具（１００）は、ユーザの操作に応じて閾値を設定する閾値設定部（７１）を備える。

　第６の態様の電動工具（１００）では、第４又は第５の態様において、閾値は、第１閾値と、第１閾値より大きな第２閾値とを含む。上限値設定部（２２０）は、トルク電流算出部（１２０）で算出されたトルク電流値が第１閾値以下の場合、上限値（ω_１０ ^＊）として第１所定値を設定する。上限値設定部（２２０）は、トルク電流値が、第１閾値を超え、かつ、第２閾値以下の場合、上限値（ω_１０ ^＊）として第２所定値を設定する。駆動制御部（１５０）は、上限値（ω_１０ ^＊）として第１所定値が設定されると、モータ（１）の速度が第１所定値を超えないようにモータ（１）の回転動作を制御する。駆動制御部（１５０）は、上限値（ω_１０ ^＊）として第２所定値が設定されると、モータ（１）の速度が第２所定値を超えないようにモータ（１）の回転動作を制御する。第２所定値は、第１所定値よりも大きい。

　１　モータ
　７０　トリガボリューム
　７１　閾値設定部
　１１０　電流測定部
　１２０　トルク電流算出部
　１２１　磁束電流算出部
　１５０　駆動制御部
　２２０　上限値設定部
　１００　電動工具
　ω_１０ ^＊　上限値

Claims

　モータと、
　前記モータに流れる電流を測定する電流測定部と、
　前記電流測定部で測定される前記電流に基づいて、トルク電流値を算出するトルク電流算出部と、
　前記トルク電流算出部で算出される前記トルク電流値に応じて、前記モータの速度の上限値を設定する上限値設定部と、
　前記上限値設定部で設定された前記上限値に基づいて、前記モータの回転動作を制御する駆動制御部と、
を備える、
　電動工具。
　ユーザによる操作を受け付けるトリガボリュームを備え、
　前記駆動制御部は、前記トリガボリュームの操作量に応じて、前記上限値で決まる範囲内で前記モータの前記速度を変更する、
　請求項１に記載の電動工具。
　前記トルク電流値は、
　　前記電流測定部で測定される前記電流を、トルクを発生する電流成分と磁束を発生する電流成分とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御するベクトル制御において用いられる、前記トルクを発生する電流成分である、
　請求項１または２に記載の電動工具。
　前記駆動制御部は、前記トルク電流算出部で算出される前記トルク電流値の大きさが閾値を超えるまでは、前記モータの前記速度が前記上限値を超えないように前記モータの回転動作を制御する、
　請求項１～３のいずれか１項に記載の電動工具。
　前記閾値は可変であり、
　前記電動工具は、ユーザの操作に応じて前記閾値を設定する閾値設定部を備える、
　請求項４に記載の電動工具。
　前記閾値は、第１閾値と、前記第１閾値より大きな第２閾値とを含み、
　前記上限値設定部は、
　　前記トルク電流算出部で算出された前記トルク電流値が前記第１閾値以下の場合、前記上限値として第１所定値を設定し、
　　前記トルク電流値が、前記第１閾値を超え、かつ、前記第２閾値以下の場合、前記上限値として第２所定値を設定し、
　前記駆動制御部は、
　　前記上限値として前記第１所定値が設定されると、前記モータの前記速度が前記第１所定値を超えないように前記モータの回転動作を制御し、
　　前記上限値として前記第２所定値が設定されると、前記モータの前記速度が前記第２所定値を超えないように前記モータの回転動作を制御し、
　前記第２所定値は、前記第１所定値よりも大きい、
　請求項４又は５に記載の電動工具。