JP2014069253A

JP2014069253A - 電動工具

Info

Publication number: JP2014069253A
Application number: JP2012215571A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Iwata; 和隆岩田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-21

Abstract

【課題】電池電圧の低下により制御部への供給電圧が一定レベル以下になることを防止することが可能な電動工具を提供する。
【解決手段】演算部１１は、制御回路電圧検出回路７から信号により制御部５への供給電圧を監視し、制御部５への供給電圧が低下して所定値（停止閾値）以下になるとスイッチング素子Ｑをオフしてモータ３への通電を一時的に停止する（モータ３を一時的に停止する）。すると電池１の電流が減少して電池１の出力電圧が上昇する。演算部１１は、電池１の出力電圧が上昇して所定値（再開閾値）以上になってからスイッチング素子ＱをＰＷＭ信号にてオンオフしてモータ３への通電を元に戻す（モータ３の駆動を再開する）。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池を電源とするドライバドリル等の電動工具に関する。

ドライバドリル等の電動工具においては、使用者によるトリガの引き量に応じてマイコン等の制御部がモータを制御する（下記特許文献１）。電池を電源とする場合、重負荷になって電池からモータへの通電量が多くなると、内部抵抗による電圧降下の影響が大きくなって電池電圧が低下する。電池電圧が低下すると、制御部への供給電圧も低下する。

特開２００９−１２１５３号公報

電池電圧が低下して制御部への供給電圧が低下すると、制御部の動作が不安定になったり、制御部が不意に動作を停止する（オフになる）等の問題がある。ここで、制御部は一旦オフになると再起動に一定の時間を要するため、作業が停止して使用者に不便である。

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、電池電圧の低下により制御部への供給電圧が一定レベル以下になることを防止することが可能な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、電池を電源とする電動工具であり、モータと、前記モータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、自身への供給電圧が低下して所定値以下になると前記モータへの通電を一時的に減少し又は停止する。

前記制御部は、前記モータへの通電を一時的に減少し又は停止した後、前記モータへの通電を元に戻してもよい。

前記モータと並列になるように前記電池のプラス端子とマイナス端子との間に直列接続されたダイオード及びコンデンサを備え、前記ダイオードはアノードが前記電池のプラス端子側となるように接続され、前記ダイオードの非導通時は前記コンデンサの電圧を前記制御部に供給してもよい。

前記コンデンサは前記ダイオードの導通時に前記電池により充電されてもよい。

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、電池電圧の低下により制御部への供給電圧が一定レベル以下になることを防止することが可能な電動工具を実現できる。

本発明の実施の形態１に係る電動工具のブロック図。図１の回路における、制御部５への供給電圧と電池１の出力電圧の例示的なタイムチャート。本発明の実施の形態２に係る電動工具のブロック図。同電動工具の全体構造図。

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、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態１に係る電動工具のブロック図である。電動工具の種類はネジ締めを行う例えば電動ドライバが好適であるが、特に限定されない。また、電動工具の機械的構成は周知のものでよいためここでは説明を省略する。図１に示すように、電動工具は電池１を電源とする。電池１の電圧は、モータ３及び制御部５に印加される。モータ３は本実施の形態ではブラシ付きモータである。モータ３と直列にスイッチング素子Ｑが設けられる。スイッチング素子Ｑは制御部５によりオンオフ制御される。トリガスイッチ４は、入力部の例示であり使用者に操作される。制御部５はモータ３の動作を制御する。

制御部５において、電池電圧検出回路８は、電池１の出力電圧を抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で分圧した電圧に基づいて電池１の電圧を検出して演算部１１に送信する。スイッチ操作検出回路９は、トリガスイッチ４の操作を検出して制御部５を起動する。印加電圧設定回路１０は、トリガスイッチ４の操作量を検出して演算部１１に送信する。演算部１１は、モータ３の制御に必要な各種の演算を行う。演算部１１はハードウエアとソフトウエアの組合せにより実現される。演算部１１は、印加電圧設定回路１０からの回転数指示信号に応じたデューティ比のＰＷＭ信号にてスイッチング素子Ｑのゲート（制御端子）をオンオフ制御する。

ダイオードＤ及びコンデンサＣは、モータ３と並列になるように電池１のプラス端子とマイナス端子との間に直列接続される。ダイオードＤは、アノードが電池１のプラス端子側となるように接続される。制御回路電圧供給回路６は、ダイオードＤとコンデンサＣの相互接続点の電圧を制御部５に供給する。制御回路電圧検出回路７は、ダイオードＤ及びコンデンサＣの相互接続点の電圧（制御部５への供給電圧）を抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４で分圧した電圧に基づいて制御部５への供給電圧を検出して演算部１１に送信する。

重負荷になって電池１からモータ３への通電量が多くなると、電池１の内部抵抗による電圧降下の影響が大きくなって電池１の出力電圧が低下する。電池１の出力電圧が低下すると、制御部５への供給電圧も低下する。電池１の出力電圧が低下して制御部５への供給電圧が低下すると、制御部５の動作が不安定になったり、制御部５が不意に動作を停止する（オフになる）等の問題がある。また、制御部５は自身への供給電圧を利用してスイッチング素子Ｑをオンオフ制御するが、電圧が低いとスイッチング素子Ｑのオン抵抗が大きくなり、効率の悪化や破損も考えられる。

そこで、本実施の形態では、演算部１１は、制御回路電圧検出回路７から信号により制御部５への供給電圧を監視し、制御部５への供給電圧が低下して所定値（停止閾値）以下になるとスイッチング素子Ｑをオフしてモータ３への通電を一時的に停止する（モータ３を一時的に停止する）。すると電池１の電流が減少して電池１の出力電圧が上昇する。演算部１１は、電池１の出力電圧が上昇して所定値（再開閾値）以上になってからスイッチング素子ＱをＰＷＭ信号にてオンオフしてモータ３への通電を元に戻す（モータ３の駆動を再開する）。停止閾値と再開閾値は同じでもよいし、再開閾値が停止閾値より大きくてもよい。なお、モータ３を停止すると電池１の出力電圧は直ちに上昇するため、モータ３の停止後に微小時間待機して再開閾値との比較をすることなくモータ３を再駆動してもよい。こうした制御により、制御部５への供給電圧が一定レベル以下になることを防止でき、制御部５の動作が不安定になったり、制御部５が不意に動作を停止したり、スイッチング素子Ｑのオン抵抗が大きくなる等の問題を解消できる。また、電池１の出力電圧が復帰した後は自動的にモータ３の駆動を再開するため、使用者に便利である。

さらに、本実施の形態では、ダイオードＤ及びコンデンサＣがモータ３と並列になるように電池１のプラス端子とマイナス端子との間に直列接続され、ダイオードＤとコンデンサＣの相互接続点の電圧を制御部５に供給している。このため、電池１の出力電圧が所定値（停止閾値）以下に低下しても、コンデンサＣに蓄えた電圧が所定値（停止閾値）以上であればモータ３の駆動を継続できる。このため、重負荷時のモータ３の駆動時間を一定程度確保できるため、トルクを増大させることができる。

図２は、図１の回路における、制御部５への供給電圧と電池１の出力電圧の例示的なタイムチャートである。時刻ｔ１までは、無負荷に近い軽負荷での駆動であり、電池１の電圧はＶ１となっている。このときコンデンサＣは電池１により充電されて端子電圧はＶ１近傍となっている。そして時刻ｔ１において負荷が急上昇し（モータ３の電流が急上昇し）、電池１の電圧がＶ１からＶ２に急降下する。すると、ダイオードＤは非導通となり、制御部５にはコンデンサＣの電圧が供給される。このとき、ダイオードＤがあることによりコンデンサＣの電荷は電池１には逆流しない。コンデンサＣの電力は制御部５により徐々に消費され、制御部５への供給電圧が低下する。そして時刻ｔ２において制御部５への供給電圧がＶ２まで低下する。Ｖ２は停止閾値であり、制御部５は、時刻ｔ２においてモータ３への通電を停止する（モータ３の駆動を停止する）。すると電池１の電流が減少し、電池１の電圧は直ちにＶ１まで上昇する。このときコンデンサＣは電池１により充電されて端子電圧はＶ１近傍となる。制御部５は、時刻ｔ２から微小時間経過した時刻ｔ３においてモータ３への通電を元に戻す（モータ３の駆動を再開する）。以後、時刻ｔ１〜ｔ３までの動作が繰り返される。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 制御部５は、自身への供給電圧が所定値（停止閾値）以下になるとモータ３の駆動を一時的に停止するため、制御部５への供給電圧が一定レベル以下になることが防止される。このため、制御部５の動作が不安定になったり、制御部５が不意に動作を停止したり、スイッチング素子Ｑのオン抵抗が大きくなる等の問題を解消できる。

(2) 制御部５は、電池１の出力電圧が復帰した後は自動的にモータ３の駆動を再開するため、使用者に便利である。

(3) 電池１の出力電圧が所定値（停止閾値）以下に低下してもコンデンサＣに蓄えた電圧が所定値（停止閾値）以上であればモータ３の駆動を継続できるため、重負荷時のモータ３の駆動時間を一定程度確保でき、トルクを増大させることができる。

図３は、本発明の実施の形態２に係る電動工具のブロック図である。図４は、同電動工具の全体構造図である。この電動工具は、図１に示した実施の形態１のものと異なり、モータ３がブラシレスモータである。回転子位置検出素子１２は、例えばホール素子などの磁気検出素子である。制御部５において、回転子位置検出回路１３は、回転子位置検出素子１２の出力信号に基づいてモータ３の回転位置を検出し、演算部１１及び回転数検出回路１４に送信する。回転数検出回路１４は、回転子位置検出回路１３の出力信号によりモータ３の回転数を検出し、演算部１１に送信する。演算部１１は、回転子位置検出回路１３からの位置信号と回転数検出回路１４からの回転数信号と印加電圧設定回路１０からの回転数指示信号に基づいて、インバータ回路１６のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に印加するスイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６を生成し、それらを制御信号出力回路１５からスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート（制御端子）に入力する。スイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６は例えばＰＷＭ信号である。インバータ回路１６は、スイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６によって制御されて、電池１の出力電圧を交流電圧に変換してモータ３に供給する。本実施の形態のその他の点は実施の形態１と同様である。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

制御部５は、自身への供給電圧が所定値（停止閾値）以下になったときに、モータ３への通電を停止せずに減少させてもよい。停止したほうが電池１の電圧をより高くまで復帰させられるが、停止せずに減少させた場合も電池１の電圧をある程度は高めることができる。

１電池、３モータ、４トリガスイッチ、５制御部、６制御回路電圧供給回路、７制御回路電圧検出回路、８電池電圧検出回路、９スイッチ操作検出回路、１０印加電圧設定回路、１１演算部、１２回転子位置検出素子、１３回転子位置検出回路、１４回転数検出回路、１５制御信号出力回路、１６インバータ回路、Ｃコンデンサ、Ｄダイオード、Ｑスイッチング素子、Ｑ１〜Ｑ６スイッチング素子、Ｒ１〜Ｒ４抵抗

Claims

電池を電源とする電動工具であり、モータと、前記モータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、自身への供給電圧が低下して所定値以下になると前記モータへの通電を一時的に減少し又は停止する、電動工具。
前記制御部は、前記モータへの通電を一時的に減少し又は停止した後、前記モータへの通電を元に戻す、請求項１に記載の電動工具。
前記モータと並列になるように前記電池のプラス端子とマイナス端子との間に直列接続されたダイオード及びコンデンサを備え、前記ダイオードはアノードが前記電池のプラス端子側となるように接続され、前記ダイオードの非導通時は前記コンデンサの電圧を前記制御部に供給する、請求項１又は２に記載の電動工具。
前記コンデンサは前記ダイオードの導通時に前記電池により充電される請求項３に記載の電動工具。