JP5327514B2

JP5327514B2 - Electric tool

Info

Publication number: JP5327514B2
Application number: JP2008241833A
Authority: JP
Inventors: 弘識益子; 信宏高野; 和隆岩田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: JP2010069598A

Description

本発明は電動工具に関し、特に、駆動源として用いられるブラシレスＤＣモータの制御方法を改良した電動工具に関する。 The present invention relates to a power tool, and more particularly to a power tool improved in a method for controlling a brushless DC motor used as a drive source.

近年、ドリルやドライバ等の先端工具をモータによって回転駆動して所要の作業を行う電動工具において、ブラシレスＤＣモータが使われるようになってきた。ブラシレスＤＣモータは、ブラシ（整流用刷子）の無いＤＣ（直流）モータであり、コイル（巻線）をロータ側に、永久磁石をステータ側に用い、インバータで駆動された電力を所定のコイルへ順次通電することによりロータを回転させる。ブラシレスモータはブラシ付きモータに比べて高効率であり、充電電池を使用した電動工具においては１充電当りの作業時間を向上させることが可能である。また、モータの回転駆動のためのスイッチング素子を搭載した回路を有するので、電子制御により高度なモータの回転制御が容易となる。 In recent years, brushless DC motors have come to be used in electric tools that perform a required work by rotationally driving a tip tool such as a drill or a driver with a motor. A brushless DC motor is a DC (direct current) motor without a brush (rectifying brush). A coil (winding) is used on the rotor side, a permanent magnet is used on the stator side, and the power driven by the inverter is supplied to a predetermined coil. The rotor is rotated by energizing sequentially. A brushless motor is more efficient than a motor with a brush, and an electric tool using a rechargeable battery can improve the working time per charge. In addition, since a circuit having a switching element for rotationally driving the motor is provided, advanced motor rotation control is facilitated by electronic control.

ブラシレスＤＣモータは、例えば特許文献１に開示されているように、永久磁石を備えたロータ（回転子）と、３相巻線等の複数相の電機子巻線（固定子巻線）を備えたステータ（固定子）と、ロータの永久磁石の磁力を検出してロータ位置を検出する複数のホールＩＣより構成された位置検出素子と、電池パック等から供給される直流電圧をＦＥＴ（電界効果トランジスター）やＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）等の半導体スイッチング素子を用いてスイッチングして各相の固定子巻線への通電を切換えてロータを駆動するインバータ回路を含んで構成される。複数の位置検出素子は複数相の電機子巻線に対応しており、各位置検出素子によるロータの位置検出結果に基づいて各相の電機子巻線の通電タイミングを設定する。 For example, as disclosed in Patent Document 1, a brushless DC motor includes a rotor (rotor) including a permanent magnet and a plurality of armature windings (stator windings) such as a three-phase winding. A position detection element composed of a stator (stator) and a plurality of Hall ICs that detect the magnetic force of the permanent magnet of the rotor to detect the rotor position, and a DC voltage supplied from a battery pack or the like is applied to an FET (field effect) It is configured to include an inverter circuit that drives using a semiconductor switching element such as a transistor) or IGBT (insulated gate bipolar transistor), etc., and drives the rotor by switching energization to the stator windings of each phase. The plurality of position detection elements correspond to the armature windings of a plurality of phases, and the energization timing of the armature windings of each phase is set based on the rotor position detection result by each position detection element.

特開２００３−４７２７７号公報JP 2003-47277 A

ところで、上記ステータやスイッチング素子は、電動工具の使用に伴い発熱を生じるが、ブラシレスＤＣモータの構成要素には使用温度条件が規定されており、その範囲内で動作させることが重要である。電動工具においては、連続運転や過負荷により、モータや駆動回路の半導体スイッチング素子などに温度上昇が生じ、それらの部品や、それらを構成する素子に熱的損傷を与える恐れがある。この問題を解消するためには、熱的損傷が生じる前に、作業者はモータの回転数を抑えるか、もしくはモータを停止させて、温度上昇を一旦冷却しなければならない。そのため、締付け作業または切削作業は断続的になり、作業効率の低下となる。更に、作業者にとって本体内部部品の温度上昇の判別は困難であった。 By the way, the stator and the switching element generate heat as the electric tool is used. However, operating temperature conditions are defined for the components of the brushless DC motor, and it is important to operate within the range. In a power tool, due to continuous operation or overload, a temperature rise occurs in a motor or a semiconductor switching element of a drive circuit, and there is a risk of causing thermal damage to those components and elements constituting them. In order to solve this problem, before the thermal damage occurs, the operator must suppress the rotation speed of the motor or stop the motor to cool the temperature rise once. For this reason, the tightening work or the cutting work becomes intermittent, resulting in a reduction in work efficiency. Furthermore, it is difficult for the operator to determine the temperature rise of the internal parts of the main body.

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、温度上昇が所定値を越えたときに起こりうる熱的損傷からモータや制御回路を保護することが可能な電動工具を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above background, and an object thereof is to provide an electric tool capable of protecting a motor and a control circuit from thermal damage that may occur when a temperature rise exceeds a predetermined value. It is to provide.

本発明の別の目的は、所定の温度上昇の範囲内で電動工具を動作させることにより、モータを停止させることなく、連続的な作業が可能な電動工具を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a power tool capable of continuous work without stopping the motor by operating the power tool within a predetermined temperature rise range.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次の通りである。 Of the inventions disclosed in the present application, typical features will be described as follows.

本発明の一つ特徴によれば、複数の半導体スイッチング素子を用いたインバータ回路と、インバータ回路によって駆動されるブラシレスモータと、ブラシレスモータの回転を制御する制御手段と、これらを収容するハウジングを有する電動工具において、ブラシレスモータまたはインバータ回路の温度を測定する温度測定手段を設け、温度測定手段によって測定された温度が第１の所定値（例えば１００℃）を超えたときに、半導体スイッチング素子を駆動するＰＷＭ駆動信号のデューティ比を低減させてブラシレスモータを駆動するようにした。低減されたデューティ比は、温度測定手段によって測定された温度が第１の所定値、又は、第１の所定値よりも低い第２の所定値（例えば６０℃）を下回ったときにデューティ比の低減を解除して元のデューティ比に戻される。尚、元のデューティ比に戻すタイミングは第１又は第２の所定値を下回ったときにすぐに戻しても良いし、下回ってから所定時間経過したときに戻すようにしても良い。 According to one aspect of the present invention, there is provided an inverter circuit using a plurality of semiconductor switching elements, a brushless motor driven by the inverter circuit, a control means for controlling the rotation of the brushless motor, and a housing for accommodating these. The power tool is provided with a temperature measuring means for measuring the temperature of the brushless motor or the inverter circuit, and drives the semiconductor switching element when the temperature measured by the temperature measuring means exceeds a first predetermined value (for example, 100 ° C.). The brushless motor is driven by reducing the duty ratio of the PWM drive signal. The reduced duty ratio is equal to the duty ratio when the temperature measured by the temperature measuring unit falls below a first predetermined value or a second predetermined value (for example, 60 ° C.) lower than the first predetermined value. The reduction is released and the original duty ratio is restored. It should be noted that the timing for returning to the original duty ratio may be immediately returned when it falls below the first or second predetermined value, or may be returned when a predetermined time has passed since the drop.

本発明の他の特徴によれば、電動工具は先端工具付近を照らすための、又は、電動工具の稼働状態を示すためのＬＥＤを有し、制御手段は、デューティ比を低減させた際にＬＥＤを点滅させるようにした。 According to another feature of the invention, the power tool has an LED for illuminating the vicinity of the tip tool or indicating the operating state of the power tool, and the control means is configured to reduce the duty ratio when the duty ratio is reduced. Was made to blink.

本発明のさらに他の特徴によれば、複数の半導体スイッチング素子を用いたインバータ回路と、インバータ回路によって駆動されるブラシレスモータと、ブラシレスモータの回転を制御する制御手段と、これらを収容するハウジングを有する電動工具において、ブラシレスモータまたはインバータ回路の温度を測定する温度測定手段を設け、制御手段は、温度測定手段によって測定された温度が第３の所定値（例えば６０℃）を超えたときに、超えた温度量に応じてデューティ比を低減させ、温度測定手段によって測定された温度が第４の所定値（例えば８０℃）を超えたときに、低減させたデューティ比を維持するようにした。この低減させる割合は、超えた温度量と逆比例させるようにしても良いし、二次関数式に基づいて設定しても良い。二次関数で求める場合は、第３の所定値を超えた直後の単位温度あたりの低減割合が高く、第４の所定値に近づくにつれて単位温度あたりの低減割合が低くなるように設定しても良いし、逆に、第３の所定値を超えた直後の単位温度あたりの低減割合が低く、第４の所定値に近づくにつれて単位温度あたりの低減割合が高くなるように設定しても良い。 According to still another aspect of the present invention, there are provided an inverter circuit using a plurality of semiconductor switching elements, a brushless motor driven by the inverter circuit, a control means for controlling the rotation of the brushless motor, and a housing for accommodating these. In the electric tool having, the temperature measuring means for measuring the temperature of the brushless motor or the inverter circuit is provided, and the control means, when the temperature measured by the temperature measuring means exceeds a third predetermined value (for example, 60 ° C.) The duty ratio is reduced in accordance with the amount of temperature exceeding, and the reduced duty ratio is maintained when the temperature measured by the temperature measurement means exceeds a fourth predetermined value (for example, 80 ° C.). The rate of reduction may be inversely proportional to the temperature amount that has been exceeded, or may be set based on a quadratic function equation. When calculating with a quadratic function, the reduction rate per unit temperature immediately after exceeding the third predetermined value is high, and the reduction rate per unit temperature decreases as it approaches the fourth predetermined value. Alternatively, conversely, the reduction rate per unit temperature immediately after exceeding the third predetermined value may be set low, and the reduction rate per unit temperature may be increased as the fourth predetermined value is approached.

請求項１の発明によれば、測定された温度が第１の所定値を超えたときに、半導体スイッチング素子を駆動するＰＷＭ駆動信号のデューティ比を低減させてブラシレスモータを駆動するので、熱的損傷を受けやすい部位の過度な温度上昇を抑制することができる。この結果、電動工具の連続的な運転が可能となる。また、デューティ比の低減の後に温度測定手段によって測定された温度が第１の所定値を下回った後に、デューティ比の低減を解除するので、温度上昇による制限が不要になった際には、フルパワーで電動工具を利用することができる。 According to the first aspect of the invention, when the measured temperature exceeds the first predetermined value, the brushless motor is driven by reducing the duty ratio of the PWM drive signal for driving the semiconductor switching element. It is possible to suppress an excessive temperature rise in a portion that is easily damaged. As a result, the electric tool can be continuously operated. Further, since the duty ratio reduction is canceled after the temperature measured by the temperature measuring means after the duty ratio reduction falls below the first predetermined value, when the restriction due to the temperature rise is no longer necessary, Electric tools can be used with power.

請求項２の発明によれば、信号線とインバータ回路基板をコネクタを介して接続したので、インバータ回路基板を容易に組み立てできる。 According to the invention of claim 2, since the signal line and the inverter circuit board are connected via the connector, the inverter circuit board can be easily assembled.

請求項３の発明によれば、デューティ比の低減の後に温度測定手段によって測定された温度が前記第１の所定値よりも低い第２の所定値を下回ったときに、デューティ比の低減を解除するので、温度が確実に低下させることができるので、電動工具の信頼性及び寿命を向上できる。 According to the invention of claim 3, when the temperature measured by the temperature measuring means after the reduction of the duty ratio falls below a second predetermined value lower than the first predetermined value, the reduction of the duty ratio is canceled. As a result, the temperature can be reliably lowered, and the reliability and life of the power tool can be improved.

請求項４の発明によれば、電動工具は、先端工具付近を照らすための、又は、電動工具の稼働状態を示すためのＬＥＤを有し、制御手段は、デューティ比を低減させた際にＬＥＤを点滅させるので、作業者は温度上昇が起こったこと、及び、モータの出力が下がったことを容易に認識することができる。 According to the invention of claim 4, the electric power tool has an LED for illuminating the vicinity of the tip tool or indicating an operating state of the electric power tool, and the control means has an LED when the duty ratio is reduced. , The operator can easily recognize that the temperature has risen and that the motor output has decreased.

請求項５の発明によれば、制御手段は、温度が第１の所定値を下回った後、所定時間経過したときに、デューティ比の低減を解除するので、解除後すぐに温度が上昇して、再デューティ比を低減するといった不安定な制御を防止することができ、安定した制御が実現できる。 According to the invention of claim 5, since the control means cancels the reduction of the duty ratio when the predetermined time has elapsed after the temperature falls below the first predetermined value, the temperature rises immediately after the cancellation. Unstable control such as reducing the re-duty ratio can be prevented, and stable control can be realized.

請求項６の発明によれば、インバータ回路基板の前記スイッチング素子を覆うように樹脂をコーティングしたので、実装したスイッチング素子に掛かる力や振動を吸収できると共に、スイッチング素子に水滴や切粉などが付着することを防止でき、防塵性が向上し、水などに対する防滴効果に優れるようにできる。
請求項７の発明によれば、温度測定手段が検出した温度に連動して、デューティ比を制御することでデューティ比の変化が緩やかとなる。これにより、スムーズにモータの回転数を移行させることができる。 According to the invention of claim 6, since the resin is coated so as to cover the switching element of the inverter circuit board, the force and vibration applied to the mounted switching element can be absorbed, and water drops, chips, etc. adhere to the switching element. Can be prevented, the dust-proof property is improved, and the drip-proof effect against water or the like can be improved.
According to the seventh aspect of the present invention , the duty ratio changes gradually by controlling the duty ratio in conjunction with the temperature detected by the temperature measuring means. Thereby, the rotation speed of the motor can be shifted smoothly.

請求項８の発明によれば超えた温度量に応じてデューティ比を低減させる割合は、超えた温度量と逆比例させるので、単純な制御によってスムーズにモータの回転数を移行させることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the ratio of reducing the duty ratio in accordance with the excess temperature amount is inversely proportional to the excess temperature amount, so that the motor speed can be smoothly shifted by simple control.

請求項９の発明によれば、温度量に応じてデューティ比を低減させる割合は、二次関数に基づいて設定されるので、きめ細かい制御によってデューティ比を低減させることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, since the ratio for reducing the duty ratio according to the temperature amount is set based on the quadratic function, the duty ratio can be reduced by fine control.

請求項１０の発明によれば、二次関数は、第３の所定値を超えた直後の単位温度あたりの低減割合が高く、第４の所定値に近づくにつれて単位温度あたりの低減割合が低くなるように設定されるので、スイッチング素子の特性や配置状況などにより、デューティ比低減による温度上昇低下の効果が小さい電動工具において有効に制御ができる。特に、第３の所定値を超えた直後のデューティ比の削減幅を大きくしているため、スイッチング素子の温度上昇を十分に抑えることができる。 According to the invention of claim 10, the quadratic function has a high reduction rate per unit temperature immediately after exceeding the third predetermined value, and the reduction rate per unit temperature decreases as the fourth predetermined value is approached. Therefore, it is possible to effectively control the power tool with a small effect of lowering the temperature rise due to the duty ratio reduction depending on the characteristics of the switching element and the arrangement state. In particular, since the reduction width of the duty ratio immediately after exceeding the third predetermined value is increased, the temperature rise of the switching element can be sufficiently suppressed.

請求項１１の発明によれば、二次関数は、第３の所定値を超えた直後の単位温度あたりの低減割合が低く、第４の所定値に近づくにつれて単位温度あたりの低減割合が高くなるように設定されるので、スイッチング素子の特性や配置状況などにより、デューティ比低減による温度上昇低下の効果が大きい電動工具において有効に制御ができる。特に、第３の所定値を超えた直後のデューティ比の削減幅を小さくしているため、第４の所定値の直近まで高い出力での作業が可能となる。 According to the invention of claim 11, in the quadratic function, the reduction rate per unit temperature immediately after exceeding the third predetermined value is low, and the reduction rate per unit temperature increases as it approaches the fourth predetermined value. Therefore, it is possible to effectively control the power tool that has a large effect of lowering the temperature rise due to the duty ratio reduction, depending on the characteristics of the switching element and the arrangement state. In particular, since the reduction ratio of the duty ratio immediately after exceeding the third predetermined value is reduced, it is possible to work with a high output up to the immediate vicinity of the fourth predetermined value.

本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the following description and drawings.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の説明において、上下、前後の方向は、図１の矢印に示した方向として説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the vertical and forward / backward directions will be described as directions indicated by arrows in FIG.

図１は、本発明に係る電動工具の一実施形態としてのインパクトドライバ１の内部構造を示す図である。インパクトドライバ１は、充電可能なバッテリ９を電源とし、モータ３を駆動源として回転打撃機構２１を駆動し、出力軸であるアンビル３０に回転力と打撃力を与え、スリーブ３１の取付穴３０ａに保持されるドライバビット等の図示しない先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してネジ締めやボルト締め等の作業を行う。 FIG. 1 is a diagram showing an internal structure of an impact driver 1 as an embodiment of an electric tool according to the present invention. The impact driver 1 uses the rechargeable battery 9 as a power source, drives the rotary impact mechanism 21 using the motor 3 as a drive source, applies rotational force and impact force to the anvil 30 which is the output shaft, and attaches to the mounting hole 30a of the sleeve 31. The rotary impact force is intermittently transmitted to a tip tool (not shown) such as a held driver bit to perform operations such as screw tightening and bolt tightening.

ブラシレスＤＣ方式のモータ３は、側面視で略Ｔ字状の形状を成すハウジング２の筒状の胴体部２ａ内に収容される。モータ３の回転軸１２は、ハウジング２の胴体部２ａの中央部付近に設けられる軸受１９ａと後端側の軸受１９ｂによって回転可能に保持され、モータ３の前方には、回転軸１２と同軸に取り付けられモータ３と同期して回転するロータファン１３が設けられ、モータ３の後方には、モータ３を駆動するためのインバータ回路基板４が配設される。この回路基板には、スイッチング素子や回路基板の温度を測定するために、サーミスタが搭載される。ロータファン１３によって起こされる空気流は、空気取入孔１７ａ、１７ｂ及びインバータ回路基板４の周囲のハウジング部分に形成されたスロット（図示せず）からハウジング２の内部に取り込まれ、主にロータ３ａとステータ３ｂの間を通過するように流れ、ロータファン１３の後方から吸引されてロータファン１３の半径方向に流れ、ロータファン１３の周囲のハウジング部分に形成された後述するスロット（図示せず）からハウジング２の外部に排出される。インバータ回路基板４はモータ３の外形とほぼ同形の円形の両面基板であり、この基板上にはＦＥＴ等の複数のスイッチング素子５や、ホールＩＣ等の位置検出素子３３が搭載される。 The brushless DC motor 3 is accommodated in a cylindrical body portion 2a of the housing 2 having a substantially T-shape when viewed from the side. The rotation shaft 12 of the motor 3 is rotatably held by a bearing 19 a provided in the vicinity of the center portion of the body portion 2 a of the housing 2 and a bearing 19 b on the rear end side, and coaxially with the rotation shaft 12 in front of the motor 3. A rotor fan 13 that is attached and rotates in synchronization with the motor 3 is provided, and an inverter circuit board 4 for driving the motor 3 is disposed behind the motor 3. A thermistor is mounted on the circuit board in order to measure the temperature of the switching element and the circuit board. The air flow generated by the rotor fan 13 is taken into the housing 2 from the air intake holes 17a and 17b and slots (not shown) formed in the housing portion around the inverter circuit board 4, and mainly the rotor 3a. A slot (not shown), which will be described later, is formed in a housing portion around the rotor fan 13, and flows in the radial direction of the rotor fan 13. To the outside of the housing 2. The inverter circuit board 4 is a circular double-sided board that is substantially the same as the outer shape of the motor 3, and a plurality of switching elements 5 such as FETs and a position detection element 33 such as a Hall IC are mounted on the board.

ロータ３ａとベアリング１９ａの間には、スリーブ１４とロータファン１３が回転軸１２と同軸上に取り付けられる。ロータ３ａは、マグネット１５によって形成される磁路を形成するもので、例えば４つの平板状のスロットが形成された薄い金属板の積層により構成される。スリーブ１４は、ロータファン１３とロータ３ａが空転せずに回るようにする接続部材で、例えばプラスチックによって形成される。スリーブ１４の外周部には、必要に応じてバランス修正用溝（図示せず）を形成する。ロータファン１３は、例えばプラスチックのモールドにより一体成型されるもので、後方の内周側から空気を吸引し、前方側の半径方向外側に排出する、いわば遠心ファンであり、回転軸１２が貫通する貫通穴の周囲から放射状に延びる複数のブレードを有する。 Between the rotor 3a and the bearing 19a, the sleeve 14 and the rotor fan 13 are mounted coaxially with the rotary shaft 12. The rotor 3a forms a magnetic path formed by the magnet 15, and is constituted by, for example, a stack of thin metal plates in which four flat slots are formed. The sleeve 14 is a connection member that allows the rotor fan 13 and the rotor 3a to rotate without idling, and is formed of plastic, for example. A balance correcting groove (not shown) is formed on the outer periphery of the sleeve 14 as necessary. The rotor fan 13 is integrally molded by, for example, a plastic mold. The rotor fan 13 is a so-called centrifugal fan that sucks air from the inner peripheral side of the rear and discharges it to the outer side in the radial direction of the front side. A plurality of blades extending radially from the periphery of the through hole.

ロータ３ａとベアリング１９ｂの間には、プラスチック製のスペーサ３５が設けられる。スペーサ３５の形状は略円筒形で、ベアリング１９ｂとロータ３ａとの間の間隔を設定する。この間隔はインバータ回路基板４（図１）を同軸上に配置するためと、スイッチング素子５を冷却する空気流の流路として必要とされる空間を形成するために必要とされるものである。 A plastic spacer 35 is provided between the rotor 3a and the bearing 19b. The shape of the spacer 35 is substantially cylindrical, and the interval between the bearing 19b and the rotor 3a is set. This interval is necessary to arrange the inverter circuit board 4 (FIG. 1) on the same axis and to form a space required as an air flow path for cooling the switching element 5.

ハウジング２の胴体部２ａから略直角に一体に延びるハンドル部２ｂ内の上部にはトリガスイッチ６が配設され、トリガスイッチ６の下方にはスイッチ基板７が設けられる。ハンドル部２ｂ内の下部には、トリガスイッチ６の引き動作によって前記モータ３の速度を制御する機能を備えた制御回路基板８が収容され、この制御回路基板８は、バッテリ９とトリガスイッチ６に電気的に接続される。制御回路基板８は、信号線１１を介してインバータ回路基板４と接続される。ハンドル部２ｂの下方には、ニカド電池、リチウムイオン電池等のバッテリ９が着脱可能に装着される。 A trigger switch 6 is disposed in an upper portion of the handle portion 2b extending integrally at a substantially right angle from the body portion 2a of the housing 2, and a switch substrate 7 is provided below the trigger switch 6. A control circuit board 8 having a function of controlling the speed of the motor 3 by the pulling operation of the trigger switch 6 is accommodated in the lower part in the handle portion 2 b. The control circuit board 8 is connected to the battery 9 and the trigger switch 6. Electrically connected. The control circuit board 8 is connected to the inverter circuit board 4 via the signal line 11. A battery 9 such as a nickel-cadmium battery or a lithium ion battery is detachably mounted below the handle portion 2b.

回転打撃機構２１は、遊星歯車減速機構２２とスピンドル２７とハンマ２４を備え、後端がベアリング２０、前端がメタル２９により保持される。トリガスイッチ６が引かれてモータ３が起動されると、正逆切替レバー１０で設定された方向にモータ３が回転を始め、その回転力は遊星歯車減速機構２２によって減速されてスピンドル２７に伝達され、スピンドル２７が所定の速度で回転駆動される。ここで、スピンドル２７とハンマ２４とはカム機構によって連結され、このカム機構は、スピンドル２７の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝２５と、ハンマ２４の内周面に形成されたハンマカム溝２８と、これらのカム溝２５、２８に係合するボール２６によって構成される。 The rotary striking mechanism 21 includes a planetary gear reduction mechanism 22, a spindle 27, and a hammer 24, and a rear end is held by a bearing 20 and a front end is held by a metal 29. When the trigger switch 6 is pulled and the motor 3 is started, the motor 3 starts to rotate in the direction set by the forward / reverse switching lever 10, and the rotational force is decelerated by the planetary gear reduction mechanism 22 and transmitted to the spindle 27. The spindle 27 is driven to rotate at a predetermined speed. Here, the spindle 27 and the hammer 24 are connected by a cam mechanism, and this cam mechanism is formed on the V-shaped spindle cam groove 25 formed on the outer peripheral surface of the spindle 27 and the inner peripheral surface of the hammer 24. A hammer cam groove 28 and a ball 26 engaged with the cam grooves 25 and 28 are formed.

ハンマ２４は、スプリング２３によって常に前方に付勢されており、静止時にはボール２６とカム溝２５、２８との係合によってアンビル３０の端面とは隙間を隔てた位置にある。そして、ハンマ２４とアンビル３０の相対向する回転平面上の２箇所には図示しない凸部がそれぞれ対称的に形成されている。 The hammer 24 is always urged forward by the spring 23, and when stationary, the hammer 26 is in a position spaced from the end face of the anvil 30 by engagement between the ball 26 and the cam grooves 25 and 28. And the convex part which is not shown in figure is formed symmetrically at two places on the rotation plane where the hammer 24 and the anvil 30 face each other.

スピンドル２７が回転駆動されると、その回転はカム機構を介してハンマ２４に伝達され、ハンマ２４が半回転しないうちにハンマ２４の凸部がアンビル３０の凸部に係合してアンビル３０を回転させるが、そのときの係合反力によってスピンドル２７とハンマ２４との間に相対回転が生ずると、ハンマ２４はカム機構のスピンドルカム溝２５に沿ってスプリング２３を圧縮しながらモータ３側へと後退を始める。 When the spindle 27 is driven to rotate, the rotation is transmitted to the hammer 24 via the cam mechanism, and the convex portion of the hammer 24 engages with the convex portion of the anvil 30 before the hammer 24 rotates halfway. When relative rotation occurs between the spindle 27 and the hammer 24 due to the reaction force at that time, the hammer 24 compresses the spring 23 along the spindle cam groove 25 of the cam mechanism and moves toward the motor 3 side. And start retreating.

そして、ハンマ２４の後退動によってハンマ２４の凸部がアンビル３０の凸部を乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ２４は、スピンドル２７の回転力に加え、スプリング２３に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング２３の付勢力によって前方へ移動し、その凸部がアンビル３０の凸部に再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル３０に加えられるため、アンビル３０の取付穴３０ａに装着される図示しない先端工具を介してネジに回転打撃力が伝達される。 When the protrusion of the hammer 24 moves over the protrusion of the anvil 30 due to the backward movement of the hammer 24 and the engagement between the two is released, the hammer 24 is accumulated in the spring 23 in addition to the rotational force of the spindle 27. While being accelerated rapidly in the rotational direction and forward by the action of the elastic energy and the cam mechanism, the spring 23 is moved forward by the urging force of the spring 23, and the convex portion is reengaged with the convex portion of the anvil 30 to rotate integrally. start. At this time, since a strong rotational striking force is applied to the anvil 30, the rotational striking force is transmitted to the screw via a tip tool (not shown) mounted in the mounting hole 30a of the anvil 30.

以後、同様の動作が繰り返されて先端工具からネジに回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、例えば、ネジが木材等の図示しない被締結材にねじ込まれる。 Thereafter, the same operation is repeated, and the rotational impact force is intermittently repeatedly transmitted from the tip tool to the screw. For example, the screw is screwed into a material to be fastened such as wood.

次に図２を用いて、本実施形態のインバータ回路基板４を説明する。図２は、インバータ回路基板４を示す図であり、（１）はインパクトドライバ１の後側から見た背面図であり、（２）は側面から見た側面図である。インバータ回路基板４は、例えばガラエポ (ガラス繊維をエポキシ樹脂で固めたもの）で構成され、モータ３の外形とほぼ同形の略円形であり、中央にはスペーサ３５を貫通させるための穴４ａが形成される。インバータ回路基板４の周囲には、４つのねじ穴４ｂが形成され、このねじ穴４ｂを貫通するねじによって、インバータ回路基板４がステータ３ｂに固定される。インバータ回路基板４には、穴４ａを囲むように６つのスイッチング素子５が取り付けられる。スイッチング素子５は、薄型のＦＥＴであり、例えば、米国インターナショナル・レクティファイアー社（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｅｃｔｉｆｉｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のパワーＭＯＳＦＥＴ、“ＩＲＦ６６４８”を用いることができる。このスイッチング素子５は、表面面積が４．９ｍｍ×６．３ｍｍで、高さが０．７ｍｍと非常に小さく、高さが低いのが特徴である。 Next, the inverter circuit board 4 of this embodiment is demonstrated using FIG. 2A and 2B are views showing the inverter circuit board 4, wherein FIG. 2A is a rear view seen from the rear side of the impact driver 1, and FIG. 2B is a side view seen from the side. The inverter circuit board 4 is made of, for example, glass epoxy (glass fiber hardened with epoxy resin), is substantially circular with the same shape as the outer shape of the motor 3, and has a hole 4a through which the spacer 35 passes in the center. Is done. Four screw holes 4b are formed around the inverter circuit board 4, and the inverter circuit board 4 is fixed to the stator 3b by screws passing through the screw holes 4b. Six switching elements 5 are attached to the inverter circuit board 4 so as to surround the hole 4a. The switching element 5 is a thin FET, and for example, a power MOSFET “IRF 6648” of International Rectifier Corporation can be used. The switching element 5 has a surface area of 4.9 mm × 6.3 mm, a very small height of 0.7 mm, and a low height.

スイッチング素子５は厚さが非常に薄いので、本実施形態においては、基板上に寝かせた状態で、表面実装（ＳＭＴ：Ｓｕｒｆａｃｅｍｏｕｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によってスイッチング素子５をインバータ回路基板４に取り付けるようにした。取付方法は、例えば、インバータ回路基板４上へのはんだ印刷（またはディスペンサによる部品搭載位置への接着剤塗布）を行った後に、チップマウンタでスイッチング素子５の実装を行い、その後リフロー炉で熱を加えてはんだを溶かし、スイッチング素子５をインバータ回路基板４に固定する。尚、図示していないが、インバータ回路基板４の６つのスイッチング素子５全体を覆うように、シリコンなどの樹脂をコーティングすることが望ましい。樹脂でコーティングすることにより、表面実装したスイッチング素子５に掛かる力や振動を吸収できると共に、スイッチング素子５に水滴や切粉などが付着することを防止でき、防塵性が向上し、水などに対する防滴効果に優れる。さらに、放熱性に富んだ樹脂を用いれば、冷却の面からも好ましい。インバータ回路基板４は両面基板となっており、その前面側には３つの位置検出素子３３（図２（２）では２つだけ図示）と、コンデンサやツエナーダイオード等のその他の電子素子３４が搭載される。 Since the switching element 5 is very thin, in this embodiment, the switching element 5 is attached to the inverter circuit board 4 by surface mounting (SMT: Surface mount technology) while being laid on the board. For example, after mounting solder on the inverter circuit board 4 (or applying an adhesive to the component mounting position by a dispenser), the switching element 5 is mounted with a chip mounter, and then heat is applied in a reflow furnace. In addition, the solder is melted to fix the switching element 5 to the inverter circuit board 4. Although not shown, it is desirable to coat a resin such as silicon so as to cover the entire six switching elements 5 of the inverter circuit board 4. By coating with resin, the force and vibration applied to the surface-mounted switching element 5 can be absorbed, and water droplets and chips can be prevented from adhering to the switching element 5, improving dust resistance and preventing water and the like. Excellent drop effect. Furthermore, it is preferable from the viewpoint of cooling to use a resin with high heat dissipation. The inverter circuit board 4 is a double-sided board, and on the front side thereof, three position detection elements 33 (only two are shown in FIG. 2 (2)) and other electronic elements 34 such as capacitors and Zener diodes are mounted. Is done.

インバータ回路基板４は、モータ３と同形の円よりも下方にやや突出する形状であり、その突出した部分に複数の貫通穴４ｄが形成され、前面側から信号線１１ｂが貫通されて後面側においてはんだ付け３８ｂにより固定される。同様に電源線１１ａも前面側からインバータ回路基板４の貫通穴４ｃを貫通されて、後面側においてはんだ付け３８ａにより固定される。ここで、信号線１１ｂと電源線１１ａのインバータ回路基板４への固定を、基板上に固定されるコネクタを介して行うことも考えられる。しかしながら、インバータ回路基板４の前面側の省スペース化を図るためには、直接はんだ付けにより固定するほうが有利である。 The inverter circuit board 4 has a shape that protrudes slightly below the circle of the same shape as the motor 3, and a plurality of through holes 4 d are formed in the protruding part, and the signal line 11 b is penetrated from the front side, and on the rear side. It is fixed by soldering 38b. Similarly, the power supply line 11a also penetrates the through hole 4c of the inverter circuit board 4 from the front side, and is fixed by soldering 38a on the rear side. Here, it is conceivable that the signal line 11b and the power supply line 11a are fixed to the inverter circuit board 4 through a connector fixed on the board. However, in order to save the space on the front side of the inverter circuit board 4, it is more advantageous to fix it by direct soldering.

次に、図３を用いてモータ３の駆動制御系の構成と作用を説明する。図３はモータの駆動制御系の構成を示すブロック図であり、本実施形態では、モータ３は３相のブラシレスＤＣモータで構成される。 Next, the configuration and operation of the drive control system of the motor 3 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the motor drive control system. In this embodiment, the motor 3 is a three-phase brushless DC motor.

モータ３は、いわゆるインナーロータ型で、一対のＮ極およびＳ極を含むマグネット１５（永久磁石）を埋め込んで構成されたロータ３ａと、ロータ３ａの回転位置を検出するために６０°毎に配置された３つの位置検出素子３３と、位置検出素子３３からの位置検出信号に基づいて電気角１２０°の電流の通電区間に制御されるスター結線された３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなるステータ３ｂを含んで構成される。なお、本実施形態では、ロータ３ａの位置検出は、ホールＩＣ等の位置検出素子３３を用いて電磁結合的に行っているが、電機子巻線の誘起起電圧（逆起電力）を、フィルタを通して論理信号として取出すことによってロータ３ａの位置を検出するセンサレス方式を採用することもできる。 The motor 3 is a so-called inner rotor type, and is configured with a rotor 3a configured by embedding a magnet 15 (permanent magnet) including a pair of N poles and S poles, and arranged at 60 ° intervals to detect the rotational position of the rotor 3a. And three star-connected three-phase windings U, V, and W that are controlled in a current-carrying section of an electric angle of 120 ° based on a position detection signal from the position detection element 33. The stator 3b is included. In this embodiment, the position of the rotor 3a is detected by electromagnetic coupling using the position detection element 33 such as a Hall IC. However, the induced electromotive force (counterelectromotive force) of the armature winding is filtered. It is also possible to adopt a sensorless system that detects the position of the rotor 3a by taking it out as a logic signal.

インバータ回路３７は、３相ブリッジ形式に接続された６個のＦＥＴ（以下、単に「トランジスタ」という。）Ｑ１〜Ｑ６と、フライホイールダイオード（図示なし）から構成される。温度測定用素子（サーミスタ）３８は、インバータ回路基板４上のトランジスタに近接する位置に固定される。ブリッジ接続された６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートは制御信号出力回路４８に接続され、また、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６のソースまたはドレインはスター結線された電機子巻線Ｕ、ＶおよびＷに接続される。これによって、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路４８から出力されたスイッチング素子駆動信号によってスイッチング動作を行い、インバータ回路３７に印加されるバッテリ９の直流電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ電力を供給する。 The inverter circuit 37 includes six FETs (hereinafter simply referred to as “transistors”) Q1 to Q6 connected in a three-phase bridge form, and flywheel diodes (not shown). The temperature measuring element (thermistor) 38 is fixed at a position close to the transistor on the inverter circuit board 4. The gates of the six transistors Q1 to Q6 connected in a bridge are connected to the control signal output circuit 48, and the sources or drains of the six transistors Q1 to Q6 are star-connected armature windings U, V and Connected to W. As a result, the six transistors Q1 to Q6 perform a switching operation by the switching element drive signal output from the control signal output circuit 48, and the DC voltage of the battery 9 applied to the inverter circuit 37 is changed to the three-phase (U-phase). , V phase, W phase) Power is supplied to the armature windings U, V, W as AC voltages Vu, Vv, Vw.

制御回路基板８には、演算部４１、電流検出回路４２、印加電圧設定回路４３、回転方向設定回路４４、回転子位置検出回路４５、回転数検出回路４６、温度検出回路４７、及び制御信号出力回路４８が搭載される。演算部４１は、図示されていないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するためのＣＰＵ、後述するフローチャートに相当するプログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ、データを一時記憶するためのＲＡＭ、タイマ等を含むマイコンによって構成される。電流検出回路４２はモータ３に流れる電流を検出するための回路であり、検出電流は演算部４１に入力される。 The control circuit board 8 includes a calculation unit 41, a current detection circuit 42, an applied voltage setting circuit 43, a rotation direction setting circuit 44, a rotor position detection circuit 45, a rotation speed detection circuit 46, a temperature detection circuit 47, and a control signal output. A circuit 48 is mounted. Although not shown, the calculation unit 41 is a CPU for outputting a drive signal based on a processing program and data, a ROM for storing a program and control data corresponding to a flowchart to be described later, and for temporarily storing data. The microcomputer includes a RAM, a timer, and the like. The current detection circuit 42 is a circuit for detecting a current flowing through the motor 3, and the detected current is input to the calculation unit 41.

印加電圧設定回路４３は、スイッチトリガ６の移動ストロークに応答してモータ３の印加電圧、すなわちＰＷＭ信号のデューティ比を設定するための回路である。回転方向設定回路４４は、モータの正逆切替レバー１０による正方向回転または逆方向回転の操作を検出してモータ３の回転方向を設定するための回路である。回転子位置検出回路４５は、３つの位置検出素子３３の出力信号に基づいてロータ３ａとステータ３ｂの電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗとの関係位置を検出するための回路である。回転数検出回路４６は、単位時間内にカウントされる回転子位置検出回路４５からの検出信号の数に基づいてモータの回転数を検出する回路である。 The applied voltage setting circuit 43 is a circuit for setting the applied voltage of the motor 3, that is, the duty ratio of the PWM signal, in response to the movement stroke of the switch trigger 6. The rotation direction setting circuit 44 is a circuit for setting the rotation direction of the motor 3 by detecting a forward rotation or reverse rotation operation by the forward / reverse switching lever 10 of the motor. The rotor position detection circuit 45 is a circuit for detecting the relative positions of the rotor 3a and the armature windings U, V, and W of the stator 3b based on the output signals of the three position detection elements 33. The rotation speed detection circuit 46 is a circuit that detects the rotation speed of the motor based on the number of detection signals from the rotor position detection circuit 45 counted within a unit time.

制御信号出力回路４８は、演算部４１からの出力に基づいてトランジスタＱ１〜Ｑ６にＰＷＭ信号を供給する。ＰＷＭ信号のパルス幅の制御によって各電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ供給する電力を調整して設定した回転方向へのモータ３の回転数を制御することができる。 The control signal output circuit 48 supplies a PWM signal to the transistors Q1 to Q6 based on the output from the calculation unit 41. By controlling the pulse width of the PWM signal, the number of rotations of the motor 3 in the rotation direction set by adjusting the power supplied to each armature winding U, V, W can be controlled.

次に、図４〜７を参照しながら、本発明の実施形態に係るインパクトドライバ１の制御について説明する。 Next, control of the impact driver 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本発明の第１の実施形態によるＰＷＭデューティ比の制御を、図４を用いて説明する。図４は、本発明の第１の実施形態であり、トランジスタ温度（以下、「Ｔ_ｔｒ」という）が安全使用が可能な限界値（以下、「Ｔ_{ｔｒｌｉｍ}」という）を上回った場合に、ＰＷＭデューティ比を低減させる制御のフローチャートである。まず、温度検出回路４７はインパクトドライバ１の動作中或いは待機中に、サーミスタ等の温度測定用素子３８の出力信号を受信し、トランジスタ温度Ｔ_ｔｒを算出して演算部４１に送出する（ステップ４０１）。次に、演算部４１は、測定されたトランジスタ温度Ｔ_ｔｒが、限界値Ｔ_{ｔｒｌｉｍ}以上であるかを判断する（ステップ４０２）。Ｔ_ｔｒが、Ｔ_{ｔｒｌｉｍ}以上であれば、演算部４１は、ＰＷＭデューティ比を６０％に制限する信号を制御信号出力回路４８に送出する（ステップ４０３）。尚、本実施形態では、Ｔ_{ｔｒｌｉｍ}の値として、Ｔ_ｔｒが所定値を超えずに連続運転が可能なＰＷＭデューティ比の算出値（又は実験値）である６０％に設定したが、この値に限られるものではなく、実際に用いる電動工具やモータ３の特性、使用環境等に応じて設定すれば良い。 The PWM duty ratio control according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a first embodiment of the present invention. When the transistor temperature (hereinafter referred to as “T _tr ”) exceeds a limit value (hereinafter referred to as “T _trlim ”) that allows safe use, It is a flowchart of control which reduces a duty ratio. First, the temperature detection circuit 47 receives the output signal of the temperature measuring element 38 such as a thermistor during operation or standby of the impact driver 1, calculates the transistor temperature T _tr , and sends it to the calculation unit 41 (step 401). ). Next, the calculation unit 41 determines whether or not the measured transistor temperature T _tr is _{equal to} or higher than the limit value T _trlim (step 402). If T _tr is equal to or greater than T _trlim , the computing unit 41 sends a signal that limits the PWM duty ratio to 60% to the control signal output circuit 48 (step 403). In this embodiment, the value of T _trlim is set to 60%, which is a calculated value (or experimental value) of a PWM duty ratio that allows continuous operation without T _tr exceeding a predetermined value. It is not limited, and may be set according to the characteristics of the electric tool or motor 3 actually used, the usage environment, and the like.

また、ＰＷＭデューティ比を低下させた初回時は、ＬＥＤ１６を所定回数点滅、あるいは所定時間（数秒間）点滅させて（ステップ４０４）、ステップ４０１に戻る。このようにＬＥＤ１６を点滅させることによって、作業者に対してモータ３の出力が落ちたことを確実に報知することができる。ＬＥＤ１６の点滅は、ＰＷＭデューティ比を低減した初回時のみに行い、ＰＷＭデューティ比の低減状態が継続している間にずっと点滅動作を続けなくても良い。尚、本実施形態では点滅させる対象を、先端工具方向を照らすためのＬＥＤ１６としたが、これに限られるものではなく、作業者がその点滅を容易に認識できるものであれば、他のＬＥＤであっても良い。例えば、ハンドル部２ｂの下部に配置される制御パネル１８の表示用ＬＥＤ、特に、モータ出力モードを示す強弱表示ランプを点灯させるようにしても良い。さらには、モータ３の出力が低下中であることを示す専用のＬＥＤを制御パネル１８に設けて、それを点滅あるいは点灯させるようにしても良い。 When the PWM duty ratio is reduced for the first time, the LED 16 blinks a predetermined number of times or blinks for a predetermined time (several seconds) (step 404), and the process returns to step 401. By blinking the LED 16 in this manner, it is possible to reliably notify the operator that the output of the motor 3 has dropped. The LED 16 blinks only at the first time when the PWM duty ratio is reduced, and it is not necessary to continue the blinking operation while the PWM duty ratio reduction state continues. In the present embodiment, the LED 16 for illuminating the direction of the tip tool is used as the object to be blinked. However, the present invention is not limited to this. There may be. For example, a display LED of the control panel 18 disposed below the handle portion 2b, particularly a strength display lamp indicating a motor output mode, may be lit. Furthermore, a dedicated LED indicating that the output of the motor 3 is decreasing may be provided on the control panel 18 so as to blink or light up.

Ｔ_ｔｒがＴ_{ｔｒｌｉｍ}より小さい場合は、演算部４１はＰＷＭデューティ比を現在制限しているか否かを判断する（ステップ４０２、４０５）。ＰＷＭデューティ比を現在制限していない場合はステップ４０１に戻る（ステップ４０５）。現在ＰＷＭデューティ比を制限している場合は、演算部４１は、ＰＷＭデューティ比の制限を解除すべく、それに対応する制御信号を制御信号出力回路４８に送出して（ステップ４０６）、ステップ４０１に戻る。 When T _tr is smaller than T _trlim , the calculation unit 41 determines whether the PWM duty ratio is currently limited (steps 402 and 405). If the PWM duty ratio is not currently limited, the process returns to step 401 (step 405). When the PWM duty ratio is currently limited, the calculation unit 41 sends a control signal corresponding to the PWM duty ratio to the control signal output circuit 48 in order to cancel the limitation of the PWM duty ratio (step 406). Return.

以上のように、第１の実施態様によれば、インバータ回路３７やスイッチング素子５の温度を測定する温度測定手段を設け、温度測定手段が所定値の超過を検出した場合にスイッチング素子５を駆動するＰＷＭ駆動信号のＰＷＭデューティ比を低減制御するので、過度な温度上昇を抑制することができる。この結果、各構成要素の熱損傷を防ぐことができ、更に、電動工具の連続的な運転が可能となる。 As described above, according to the first embodiment, the temperature measuring means for measuring the temperature of the inverter circuit 37 and the switching element 5 is provided, and the switching element 5 is driven when the temperature measuring means detects that the predetermined value is exceeded. Since the PWM duty ratio of the PWM drive signal to be controlled is reduced, an excessive temperature rise can be suppressed. As a result, thermal damage to each component can be prevented, and further, the electric tool can be continuously operated.

次に、本発明の第２の実施形態によるＰＷＭデューティ比の制御を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。図５は、本発明の第２の実施形態であり、トランジスタ温度Ｔ_ｔｒが安全使用が可能な限界値Ｔ_{ｔｒｌｉｍ}を上回った場合に、ＰＷＭデューティ比を低減させる制御のフローチャートである。ステップ５０１〜５０５は、図４で示したステップ４０１〜４０５と同一である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、ステップ５０５において、演算部４１がＰＷＭデューティ比を制限していると判定した場合は、演算部４１は一定時間、例えば、１０秒（ｓｅｃ）カウントし（ステップ５０６）、１０秒経過後にＰＷＭデューティ比の制限を解除する（ステップ５０７）。このように構成することによって、インバータ回路３７やスイッチング素子５の温度低下が確実に達成されるため、各構成要素の熱損傷を防ぐことができ、更に、電動工具の連続的な運転が可能となる。尚、本実施形態では、ＰＷＭデューティ比の制限を解除するまでのインターバルとして１０秒としたが、これに限られるものではなく、実際に用いる電動工具やモータ３の特性、使用環境等に応じて適宜設定すれば良い。 Next, the control of the PWM duty ratio according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 5 is a flowchart of control for reducing the PWM duty ratio when the transistor temperature T _tr exceeds the limit value T _trlim that can be used safely, according to the second embodiment of the present invention. Steps 501 to 505 are the same as steps 401 to 405 shown in FIG. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that, in step 505, if the calculation unit 41 determines that the PWM duty ratio is limited, the calculation unit 41 is set to a certain time, for example, 10 seconds (sec). Counting is performed (step 506), and the limitation of the PWM duty ratio is canceled after 10 seconds (step 507). By configuring in this way, the temperature reduction of the inverter circuit 37 and the switching element 5 is reliably achieved, so that thermal damage of each component can be prevented, and further, the electric tool can be continuously operated. Become. In this embodiment, the interval until the restriction of the PWM duty ratio is released is 10 seconds. However, the interval is not limited to this, and it depends on the characteristics of the electric tool or motor 3 actually used, the usage environment, and the like. What is necessary is just to set suitably.

次に、本発明の第３の実施形態によるＰＷＭデューティ比の制御を、図６のフローチャートを参照しながら説明する。図６は、トランジスタ温度Ｔ_ｔｒが安全使用が可能な限界値Ｔ_{ｔｒｌｉｍ}を上回った場合に、ＰＷＭデューティ比を低減させる制御のフローチャートである。ステップ６０１〜６０５は、図４で示したステップ４０１〜４０５と同一である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、ステップ６０５において、演算部４１がＰＷＭデューティ比を制限していると判定した場合に、直ちにＰＷＭデューティの制限を解除するのではなく、温度低下が確実に起こったかを判断してから解除するようにしたことである。即ち、トランジスタ温度Ｔ_ｔｒが、トランジスタの制限解除温度Ｔ_ｔｒｔｈより大きい場合はステップ６０１に戻り、Ｔ_ｔｒｔｈを下回った場合にＰＷＭデューティ比の制限を解除する（ステップ６０６，６０７）。 Next, control of the PWM duty ratio according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 6 is a flowchart of control for reducing the PWM duty ratio when the transistor temperature T _tr exceeds a limit value T _trlim that can be used safely. Steps 601 to 605 are the same as steps 401 to 405 shown in FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that, in step 605, when the calculation unit 41 determines that the PWM duty ratio is limited, the PWM duty limit is not immediately released, but the temperature is lowered. It was decided to release it after judging whether it happened reliably. That is, when the transistor temperature T _tr is higher than the transistor limit release temperature T _trth , the process returns to step 601, and when it falls below T _trth , the PWM duty ratio limit is released (steps 606 and 607).

図７は、第３の実施形態を用いてＰＷＭデューティ比の制御を行うときの各部の状態を示すグラフである。図７において、（１）〜（３）の横軸は時間（秒）を示し、３つのグラフとも同じスケールとし、時間経過を対応させて表している。図７（１）は、縦軸にトランジスタ温度Ｔ_ｔｒを示したもので、この温度には安全して使用できる限界値Ｔ_{ｔｒｌｉｍ}（第１の所定値）と、制限解除温度Ｔ_ｔｒｔｈ（第２の所定値）がプロットされている。図７（２）は、縦軸にＰＷＭ制御信号のデューティ比を示したものである。図７（３）は、縦軸にトリガスイッチのＯＮ、ＯＦＦの状態を示したものである。 FIG. 7 is a graph showing the state of each part when the PWM duty ratio is controlled using the third embodiment. In FIG. 7, the horizontal axes of (1) to (3) indicate time (seconds), and the three graphs have the same scale and indicate the passage of time. In FIG. 7A, the vertical axis indicates the transistor temperature T _tr, and a limit value T _trlim (first predetermined value) that can be used safely and a limit release temperature T _trth (second Are plotted). FIG. 7B shows the duty ratio of the PWM control signal on the vertical axis. In FIG. 7 (3), the vertical axis indicates the ON / OFF state of the trigger switch.

ここで区間ａにおいては、トリガがフルに引かれているため、ＰＷＭデューティ比は１００％、つまりフルパワーの状態でモータ３が駆動される。モータ３の駆動に伴いスイッチング素子５の温度が上昇していき、安全使用限界値Ｔ_{ｔｒｌｉｍ}を超えた場合、図７（２）に示すようにＰＷＭデューティ比が１００％から６０％に低減された状態でモータ３が駆動される。すると、スイッチング素子５に流れる電流の時間が減少するために、スイッチング素子５及びモータ３での発熱量が減少し、図７（１）の区間ｂで示すように、トランジスタ温度Ｔ_ｔｒが低下していく。ねじ締めやボルト締め等の作業が終了した後には、図７（３）の区間ｃで示すようにトリガスイッチ６がＯＦＦにされる。この場合、図７（１）の区間ｃで示すようにトランジスタ温度Ｔ_ｔｒが低下していき、ついには制限解除温度Ｔ_ｔｒｔｈよりも低くなる。従って、次のトリガスイッチ６の操作（区間ｄ）の際には、ＰＷＭデューティ比は１００％でモータ３が駆動される。区間ａと同様に、安全使用限界値Ｔ_{ｔｒｌｉｍ}を超えた場合、図７（２）に示すように再びＰＷＭデューティ比が１００％から６０％に低減される。以上のように、第３の実施形態では、トランジスタ温度Ｔ_ｔｒが制限解除温度Ｔ_ｔｒｔｈまで十分下がったことを検出してからＰＷＭデューティ比の制限を解除するので、スイッチング素子５の熱損傷をより確実に防止することができる。 Here, in the section a, since the trigger is fully pulled, the PWM duty ratio is 100%, that is, the motor 3 is driven in a full power state. When the temperature of the switching element 5 rises as the motor 3 is driven and exceeds the safe use limit value T _trlim , the PWM duty ratio is reduced from 100% to 60% as shown in FIG. In this state, the motor 3 is driven. Then, since the time of the current flowing through the switching element 5 is reduced, the amount of heat generated by the switching element 5 and the motor 3 is reduced, and the transistor temperature T _tr is lowered as shown by the section b in FIG. To go. After the operations such as screw tightening and bolt tightening are completed, the trigger switch 6 is turned off as shown by a section c in FIG. In this case, the transistor temperature T _tr decreases as shown by a section c in FIG. 7A, and finally becomes lower than the limit release temperature T _trth . Therefore, at the time of the next operation of the trigger switch 6 (section d), the motor 3 is driven with a PWM duty ratio of 100%. Similarly to the section a, when the safe use limit value T _trlim is exceeded, the PWM duty ratio is reduced again from 100% to 60% as shown in FIG. As described above, in the third embodiment, since the PWM duty ratio restriction is released after detecting that the transistor temperature T _tr has sufficiently decreased to the restriction release temperature T _trth , the thermal damage to the switching element 5 is further reduced. It can be surely prevented.

次に、本発明の第４の実施形態によるＰＷＭデューティ比の制御を、図８を参照しながら説明する。図８では、横軸にトランジスタ温度Ｔ_ｔｒを示し、縦軸にＰＷＭ制御信号のデューティ比を示す。ここでは、Ｔ_ｔｒが６０℃〜８０℃の間でＴ_ｔｒに連動（反比例）させて、ＰＷＭデューティ比を減少させる。これによりスムーズにモータの回転数を移行することができる。 Next, PWM duty ratio control according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the transistor temperature _Ttr , and the vertical axis represents the duty ratio of the PWM control signal. _{Here, T} and _tr is in conjunction with the _{T tr} between 60 ° C. to 80 ° C. (inverse), reducing the PWM duty ratio. As a result, the rotational speed of the motor can be shifted smoothly.

図９は、第４の実施形態の第１の変形例で、６０℃〜８０℃の間でトランジスタ温度Ｔ_ｔｒに連動させて、ＰＷＭデューティ比を減少させるのは図８の例と同じであるが、温度と逆比例させて減少するのではなく、下に凸となる制御特性とした。この制御特性は、６０℃〜８０℃の間だけ、例えばトランジスタ温度とＰＷＭデューティ比の関係を二次関数に基づいて設定することにより達成できる。尚、設定の仕方は測定されたトランジスタ温度Ｔ_ｔｒから二次関数式を用いて計算によって算出しても良いし、温度とデューティ比の関係をデータテーブルに設定して演算部４１に格納しておいても良い。この第１の変形例では、ＦＥＴの特性や配置位置等によりデューティ比を低減しても温度低下の効果が小さい場合に有効な制御であり、デューティ比の低減開始区間の下げ幅を大きくしているため、ＦＥＴ温度上昇を十分に抑えられるという効果がある。 FIG. 9 shows a first modification of the fourth embodiment. The PWM duty ratio is decreased in the same way as the example of FIG. 8 in conjunction with the transistor temperature T _tr between 60 ° C. and 80 ° C. However, instead of decreasing in inverse proportion to the temperature, the control characteristic is convex downward. This control characteristic can be achieved only between 60 ° C. and 80 ° C., for example, by setting the relationship between the transistor temperature and the PWM duty ratio based on a quadratic function. The method of setting may be calculated from the measured transistor temperature _Ttr by calculation using a quadratic function equation, or the relationship between temperature and duty ratio is set in a data table and stored in the calculation unit 41. You can leave it. This first modification is effective control when the effect of temperature reduction is small even if the duty ratio is reduced due to the characteristics or arrangement position of the FET, and the reduction width of the duty ratio reduction start section is increased. Therefore, there is an effect that the temperature rise of the FET can be sufficiently suppressed.

図９は、第４の実施形態の第２の変形例で、６０℃〜８０℃の間でトランジスタ温度Ｔ_ｔｒに連動させて、ＰＷＭデューティ比を減少させるのは図８の例と同じであるが、温度と逆比例させて減少するのではなく、上に凸となる制御特性とした。この制御特性は、６０℃〜８０℃の間だけ、例えばトランジスタ温度とＰＷＭデューティ比の関係を二次関数に基づいて設定することにより達成できる。この第２の変形例では、ＦＥＴの特性や配置位置等によりデューティ比を低減すると温度低下の効果が大きい場合に有効な制御であり、デューティ比の低減開始区間の下げ幅を小さくしているため、現象範囲の上限温度（８０℃）の直近まで高い出力で作業を行うことができるという効果がある。 FIG. 9 shows a second modification of the fourth embodiment. The PWM duty ratio is decreased in the same way as the example of FIG. 8 in conjunction with the transistor temperature T _tr between 60 ° C. and 80 ° C. However, instead of decreasing in inverse proportion to the temperature, the control characteristics are convex. This control characteristic can be achieved only between 60 ° C. and 80 ° C., for example, by setting the relationship between the transistor temperature and the PWM duty ratio based on a quadratic function. In the second modification, control is effective when the effect of temperature reduction is large if the duty ratio is reduced due to the characteristics or arrangement position of the FET, and the reduction width of the duty ratio reduction start section is reduced. There is an effect that the work can be performed at a high output up to the immediate vicinity of the upper limit temperature (80 ° C.) of the phenomenon range.

また、第４の実施形態においては、周囲雰囲気が比較的低温である場合等、ＰＷＭデューティ比を大幅に低下させなくとも、スイッチング素子５の温度上昇を抑えられることがある。本実施形態のように構成すれば、ＰＷＭデューティ比の低下を最小限にとどめながら、スイッチング素子５の温度上昇を抑えることができる。例えば、トランジスタ温度Ｔ_ｔｒが６０℃を超えてＰＷＭデューティ比が１００％から所定だけ低下したことでトランジスタ温度Ｔ_ｔｒが上昇することがなければ、以降はＰＷＭデューティ比が低下することがなく、高いＰＷＭデューティ比を維持することができる。 In the fourth embodiment, the temperature increase of the switching element 5 may be suppressed without significantly reducing the PWM duty ratio, such as when the ambient atmosphere is relatively low. If configured as in the present embodiment, the temperature rise of the switching element 5 can be suppressed while minimizing the decrease in the PWM duty ratio. For example, if there is the transistor temperature T _tr by the PWM duty ratio is decreased by a predetermined 100% transistor temperature T _tr exceeds the 60 ° C. increases, without PWM duty ratio is reduced since a high The PWM duty ratio can be maintained.

以上説明したように、本発明の各実施形態においては、温度測定手段が所定値の超過を検出した場合にＰＷＭデューティ比を低減制御するので、過度な温度上昇を抑制することができる。この結果、各構成要素の熱損傷を防ぐことができ、電動工具の連続的な運転が可能となる。また、ＰＷＭデューティ比の制御を所定の温度や時間で解除することで、所望のＰＷＭデューティ比に復帰させることができる。更に、温度測定手段が検出した温度に連動して、ＰＷＭデューティ比を制御することで、緩やかなＰＷＭデューティの変化となる。これにより、スムーズにモータの回転数を移行させることができる。 As described above, in each embodiment of the present invention, the PWM duty ratio is controlled to be reduced when the temperature measuring unit detects that the predetermined value is exceeded, so that an excessive temperature rise can be suppressed. As a result, each component can be prevented from being damaged by heat, and the electric tool can be continuously operated. Also, the PWM duty ratio can be restored to a desired PWM duty ratio by releasing the control of the PWM duty ratio at a predetermined temperature or time. Furthermore, by controlling the PWM duty ratio in conjunction with the temperature detected by the temperature measuring means, the PWM duty changes gradually. Thereby, the rotation speed of the motor can be shifted smoothly.

以上、本実施形態のおいては、電動工具の例としてインパクトドライバを用いて説明したが、本発明の電動工具はインパクトドライバに限られず、モータ３としてブラシレスＤＣモータを駆動源にするものであれば、他のすべての電動工具に同様に適用できる。 As described above, in the present embodiment, the impact driver is used as an example of the power tool. However, the power tool of the present invention is not limited to the impact driver, and the motor 3 may be a brushless DC motor. For example, the present invention can be similarly applied to all other power tools.

本発明の実施形態に係るインパクトドライバの内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of the impact driver which concerns on embodiment of this invention. インバータ回路基板４を示す図であり、（１）はインパクトドライバ１の後側から見た背面図であり、（２）は側面から見た側面図である。It is a figure which shows the inverter circuit board 4, (1) is the rear view seen from the rear side of the impact driver 1, (2) is the side view seen from the side surface. 本発明の実施形態に係るモータ３の駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the drive control system of the motor 3 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態によるＰＷＭデューティ比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 PWM duty ratio by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態によるＰＷＭデューティ比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 PWM duty ratio by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態によるＰＷＭデューティ比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 PWM duty ratio by the 3rd Embodiment of this invention. 第３の実施形態を用いてＰＷＭデューティ比の制御を行うときの各部の状態を示すグラフであり、（１）はトランジスタ温度と経過時間の関係を示し、（２）はＰＷＭデューティ比と経過時間の関係を示し、（３）はトリガスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態と経過時間の関係を示す図である。It is a graph which shows the state of each part when controlling PWM duty ratio using 3rd Embodiment, (1) shows the relationship between transistor temperature and elapsed time, (2) is PWM duty ratio and elapsed time. (3) is a diagram showing the relationship between the ON / OFF state of the trigger switch and the elapsed time. 本発明の第４の実施形態によるＰＷＭデューティ比の制御状況を示すグラフである。It is a graph which shows the control condition of PWM duty ratio by the 4th Embodiment of this invention. 第４の実施形態の第１変形例によるＰＷＭデューティ比の制御状況を示すグラフである。It is a graph which shows the control condition of PWM duty ratio by the 1st modification of 4th Embodiment. 第４の実施形態の第２変形例によるＰＷＭデューティ比の制御状況を示すグラフである。It is a graph which shows the control condition of PWM duty ratio by the 2nd modification of 4th Embodiment.

Explanation of symbols

１インパクトドライバ２ハウジング
２ａ（ハウジングの）胴体部２ｂ（ハウジングの）ハンドル部
３モータ３ａロータ３ｂステータ
４インバータ回路基板４ａ穴４ｂねじ穴
４ｃ、４ｄ貫通穴５スイッチング素子
６トリガスイッチ７スイッチ基板８制御回路基板
９バッテリ１０正逆切替レバー１１ａ電源線
１１ｂ信号線１２回転軸１３ロータファン
１４スリーブ１５マグネット１６ＬＥＤ
１７ａ、１７ｂ空気取入孔１８制御パネル
１９ａ、１９ｂ、２０ベアリング２１回転打撃機構
２２遊星歯車減速機構２３スプリング
２４ハンマ２５スピンドルカム溝２６ボール
２７スピンドル２８ハンマカム溝２９メタル
３０アンビル３０ａ（先端工具用の）取付穴
３１スリーブ３３位置検出素子
３４電子素子３５スペーサ３７インバータ回路
３８温度測定用素子（サーミスタ）４１演算部４２電流検出回路
４３印加電圧設定回路４４回転方向設定回路
４５回転子位置検出回路４６回転数検出回路
４７温度検出回路４８制御信号出力回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Impact driver 2 Housing 2a (Housing) Body part 2b (Housing) Handle part 3 Motor 3a Rotor 3b Stator 4 Inverter circuit board 4a Hole 4b Screw hole 4c, 4d Through hole 5 Switching element 6 Trigger switch 7 Switch board 8 Control Circuit board 9 Battery 10 Forward / reverse switching lever 11a Power line 11b Signal line 12 Rotating shaft 13 Rotor fan 14 Sleeve 15 Magnet 16 LED
17a, 17b Air intake hole 18 Control panel 19a, 19b, 20 Bearing 21 Rotary impact mechanism 22 Planetary gear speed reduction mechanism 23 Spring 24 Hammer 25 Spindle cam groove 26 Ball 27 Spindle 28 Hammer cam groove 29 Metal 30 Anvil 30a (for tip tool) ) Mounting hole 31 Sleeve 33 Position detection element 34 Electronic element 35 Spacer 37 Inverter circuit 38 Temperature measurement element (thermistor) 41 Calculation section 42 Current detection circuit 43 Applied voltage setting circuit 44 Rotation direction setting circuit 45 Rotor position detection circuit 46 Rotation Number detection circuit 47 Temperature detection circuit 48 Control signal output circuit

Claims

In an inverter circuit using a plurality of semiconductor switching elements, a brushless motor driven by the inverter circuit, a control means for controlling the rotation of the brushless motor, and a power tool having a housing for housing these,
An inverter circuit board on which the inverter circuit is mounted, and a temperature measuring means disposed on the inverter circuit board at a position close to the semiconductor switching element ;
The control means includes
When the temperature measured by the temperature measuring means exceeds a first predetermined value, the duty ratio of a PWM drive signal for driving the semiconductor switching element is reduced to drive the brushless motor ,
The power tool , wherein the reduction of the duty ratio is canceled after the temperature measured by the temperature measuring means after the duty ratio is reduced falls below a first predetermined value .

The inverter circuit is arranged in the vicinity of the motor, and a control circuit for mounting the control means is arranged at a location away from the motor via a signal line from the inverter circuit,
The power tool according to claim 1, wherein the signal line and the inverter circuit board are connected via a connector .

The control means cancels the reduction of the duty ratio when the temperature measured by the temperature measuring means after the reduction of the duty ratio falls below a second predetermined value lower than the first predetermined value. The electric tool according to claim 2 , wherein the electric tool is provided.

The power tool has an LED for illuminating the vicinity of the tip tool or indicating the operating state of the power tool,
The power tool according to claim 2 or 3, wherein the control means causes the LED to blink when the duty ratio is reduced.

The said control means cancels the reduction | decrease of the said duty ratio, when predetermined time passes, after the temperature measured by the said temperature measurement means falls below the 1st or 2nd predetermined value. The electric tool as described in any one of 2-4.

The electric tool according to claim 1, wherein the electric power tool is coated with a resin so as to cover the switching element of the inverter circuit board.

In an inverter circuit using a plurality of semiconductor switching elements, a brushless motor driven by the inverter circuit, a control means for controlling the rotation of the brushless motor, and a power tool having a housing for housing these,
An inverter circuit board on which the inverter circuit is mounted, and a temperature measuring means disposed on the inverter circuit board at a position close to the semiconductor switching element ;
The control means, when the temperature measured by the temperature measurement means exceeds a third predetermined value, to reduce the duty ratio according to the amount of temperature exceeded,
The reduced power ratio is maintained when the temperature measured by the temperature measuring unit exceeds a fourth predetermined value.

The power tool according to claim 7 , wherein a ratio of reducing the duty ratio in accordance with the excess temperature amount is inversely proportional to the excess temperature amount.

The power tool according to claim 7 , wherein the ratio for reducing the duty ratio according to the excess temperature amount is set based on a quadratic function.

The quadratic function is set such that the reduction rate per unit temperature immediately after exceeding the third predetermined value is high, and the reduction rate per unit temperature decreases as the fourth predetermined value is approached. The power tool according to claim 7 .

The quadratic function is set such that the reduction rate per unit temperature immediately after exceeding the third predetermined value is low, and the reduction rate per unit temperature increases as the fourth predetermined value is approached. The power tool according to claim 7 .