JP7257647B2

JP7257647B2 - 電動工具

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Publication number: JP7257647B2
Application number: JP2021515800A
Authority: JP
Inventors: 文生米田; 賢治花村; 雅之中原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2040-01-30
Also published as: EP3960382A1; EP3960382A4; EP3960382B1; CN113710427B; CN113710427A; JPWO2020217626A1; US20220216746A1; US11894723B2; WO2020217626A1

Description

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

従来、電動機の回転数を制御可能な電動工具が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の電動工具は、ブラシレスＤＣモータ（電動機）と、バッテリ電圧検出部と、回転位置検出部と、制御部と、を備える。バッテリ電圧検出部は、ブラシレスＤＣモータの駆動に用いるバッテリの電圧を検出する。回転位置検出部は、ブラシレスＤＣモータの回転位置を検出する。制御部は、回転位置検出部からの信号により、ブラシレスＤＣモータへの駆動出力を制御する。制御部は、ブラシレスＤＣモータへの駆動出力制御時に、ブラシレスＤＣモータの回転数若しくは通電電流が、バッテリ電圧検出部にて検出されたバッテリ電圧に対応した目標値になるよう、ブラシレスＤＣモータへの通電角若しくは進角を制御する。

特開２０１４－１４４４９６号公報

本開示は、電動機の回転数を増加させることができる電動工具を提供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、電池パック接続部と、電動機と、制御部と、を備える。前記電池パック接続部には、電池パックが接続される。前記電池パックは、電池を含む。前記電動機は、永久磁石及びコイルを有する。前記電動機は、前記電池パックから供給される電流により駆動される。前記制御部は、前記電動機の動作を制御する。前記制御部の制御は、弱め磁束制御を含む。前記制御部は、前記弱め磁束制御において、前記コイルに弱め磁束電流を流させる。前記弱め磁束電流は、前記永久磁石の磁束を弱める磁束を前記コイルに発生させるための電流である。前記制御部は、前記弱め磁束制御において、前記弱め磁束電流の大きさを変化させる機能を有する。前記制御部は、前記弱め磁束制御において、所定の増加条件が満たされると、前記弱め磁束電流の絶対値を時間経過に伴って大きくする漸増制御を行う。前記制御部は、前記弱め磁束制御において、前記所定の増加条件とは異なる所定の減少条件が満たされると、前記漸増制御の際の前記弱め磁束電流の変化速度よりも小さい又は大きい変化速度で前記弱め磁束電流の絶対値を時間経過に伴って小さくする漸減制御を行う。

図１は、一実施形態に係る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、同上の電動工具の動作例を示すフローチャートである。図４は、同上の電動工具の動作例を示すグラフである。

以下、実施形態に係る電動工具１について、図面を用いて説明する。ただし、下記の実施形態は、本開示の様々な実施形態の１つに過ぎない。下記の実施形態は、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。また、下記の実施形態において説明する図２は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

（１）概要
本実施形態の電動工具１は、例えば、インパクトドライバ、ドリルドライバ又はインパクトレンチとして用いられる。電動工具１は、図１に示すように、交流電動機１５（電動機）と、制御部４と、を備えている。交流電動機１５は、例えばブラシレスモータである。特に、本実施形態の交流電動機１５は、同期電動機であり、より詳細には、永久磁石同期電動機（PMSM（Permanent Magnet Synchronous Motor））である。制御部４は、交流電動機１５の動作を制御する。

交流電動機１５は、永久磁石１３１を有する回転子１３と、コイル１４１を有する固定子１４と、を含んでいる。回転子１３は、出力軸１６を含む。コイル１４１と永久磁石１３１との電磁的相互作用により、回転子１３は、固定子１４に対して回転する。制御部４は、交流電動機１５に供給される弱め磁束電流（ｄ軸電流）とトルク電流（ｑ軸電流）とを独立に制御するベクトル制御を行う。制御部４の制御は、ベクトル制御による弱め磁束制御を含む。弱め磁束制御では、制御部４は、交流電動機１５のコイル１４１に弱め磁束電流（ｄ軸電流）を流させる。弱め磁束電流は、永久磁石１３１の磁束を弱める磁束（弱め磁束）をコイル１４１に発生させる。言い換えると、弱め磁束電流は、永久磁石１３１の磁束の向きに対して反対向きの磁束をコイル１４１に発生させる。これにより、交流電動機１５の回転数（出力軸１６の回転数）が増加する。

また、制御部４の制御は、通常制御を更に含む。通常制御では、制御部４は、コイル１４１に弱め磁束電流を流させない。つまり、通常制御においてコイル１４１に流れる電流は、トルク電流（ｑ軸電流）のみとなる。制御部４は、交流電動機１５のトルク電流が比較的大きくなった場合（例えば、トルク電流の大きさが所定値を超えた場合）に、制御を弱め磁束制御から通常制御に切り替える。そのため、交流電動機１５に比較的大きなトルクが必要となる場合に、通常制御により比較的大きなトルクを得ることができる。

（２）電動工具
図２に示すように、電動工具１は、交流電動機１５と、電源３２と、駆動伝達部１８と、インパクト機構１７と、ソケット２３と、トリガボリューム２９と、制御部４と、トルク測定部２６と、ビット回転測定部２５と、モータ回転測定部２７と、を備えている。また、電動工具１は、先端工具を更に備えている。

インパクト機構１７は、出力軸２１を有している。出力軸２１は、交流電動機１５から伝達された駆動力により回転する部分である。ソケット２３は、出力軸２１に固定されており、先端工具が着脱自在に取り付けられる部分である。電動工具１は、先端工具を交流電動機１５の駆動力で駆動する工具である。先端工具（ビットとも言う）は、例えば、ドライバ又はドリル等である。各種の先端工具のうち用途に応じた先端工具が、ソケット２３に取り付けられて用いられる。なお、出力軸２１に直接に先端工具が装着されてもよい。

交流電動機１５は、先端工具を駆動する駆動源である。交流電動機１５は、回転動力を出力する出力軸１６を有している。電源３２は、交流電動機１５を駆動する電流を供給する交流電源である。電源３２は、例えば、１又は複数の２次電池を含む。駆動伝達部１８は、交流電動機１５の回転動力を調整して所望のトルクを出力する。駆動伝達部１８は、出力部である駆動軸２２を備えている。

駆動伝達部１８の駆動軸２２は、インパクト機構１７に接続されている。インパクト機構１７は、駆動伝達部１８を介して受け取った交流電動機１５の回転動力をパルス状のトルクに変換してインパクト力を発生する。インパクト機構１７は、ハンマ１９と、アンビル２０と、出力軸２１と、ばね２４と、を備えている。ハンマ１９は、駆動伝達部１８の駆動軸２２にカム機構を介して取り付けられている。アンビル２０はハンマ１９に結合されており、ハンマ１９と一体に回転する。ばね２４は、ハンマ１９をアンビル２０側に押している。アンビル２０は、出力軸２１と一体に形成されている。なお、アンビル２０は、出力軸２１とは別体に形成されて出力軸２１に固定されていてもよい。

出力軸２１に所定の大きさ以上の負荷（トルク）がかかっていないときには、カム機構により連結された駆動軸２２とハンマ１９とが一体に回転し、さらにハンマ１９とアンビル２０とが一体に回転するので、アンビル２０と一体に形成された出力軸２１が回転する。一方で、出力軸２１に所定の大きさ以上の負荷がかかった時には、ハンマ１９がカム機構による規制を受けながらばね２４に抗して後退し（つまり、アンビル２０から離れ）、ハンマ１９とアンビル２０との結合が外れた時点で、ハンマ１９は回転しながら前進してアンビル２０に回転方向の打撃衝撃を与え、出力軸２１を回転させる。

トリガボリューム２９は、交流電動機１５の回転を制御するための操作を受け付ける操作部である。トリガボリューム２９を引く操作により、交流電動機１５のオンオフを切替可能である。また、トリガボリューム２９を引く操作の引込み量で、出力軸２１の回転速度、つまり交流電動機１５の回転速度を調整可能である。上記引込み量が大きいほど、交流電動機１５の回転速度が速くなる。制御部４は、トリガボリューム２９を引く操作の引込み量に応じて、交流電動機１５を回転又は停止させ、また、交流電動機１５の回転速度を制御する。この電動工具１では、先端工具がソケット２３に取り付けられる。そして、トリガボリューム２９への操作によって交流電動機１５の回転速度が制御されることで、先端工具の回転速度が制御される。

なお、実施形態の電動工具１はソケット２３を備えることで、先端工具を用途に応じて交換可能であるが、先端工具が交換可能であることは必須ではない。例えば、電動工具１は、特定の先端工具のみ用いることができる電動工具であってもよい。

トルク測定部２６は、交流電動機１５の動作トルクを測定する。トルク測定部２６は、例えば、ねじり歪みの検出が可能な磁歪式歪センサである。磁歪式歪センサは、交流電動機１５の出力軸１６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、交流電動機１５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。

ビット回転測定部２５は、出力軸２１の回転角を測定する。ここでは、出力軸２１の回転角は、先端工具（ビット）の回転角に等しい。ビット回転測定部２５としては、例えば、光電式エンコーダ又は磁気式エンコーダを採用することができる。

モータ回転測定部２７は、交流電動機１５の回転角を測定する。モータ回転測定部２７としては、例えば、光電式エンコーダ又は磁気式エンコーダを採用することができる。

（３）制御部
制御部４は、１以上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を含んでいる。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、コンピュータシステムのプロセッサが実行することにより、制御部４の少なくとも一部の機能が実現される。プログラムは、メモリに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して提供されてもよく、メモリカード等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。

制御部４の制御は、弱め磁束制御と、通常制御と、を含む。制御部４は、弱め磁束制御では、インバータ回路部５１から交流電動機１５のコイル１４１に弱め磁束電流を流させる。制御部４は、通常制御では、インバータ回路部５１からコイル１４１に弱め磁束電流を流させない。後述する切替条件が満たされる場合に、制御部４の制御は弱め磁束制御となる。通常制御は、弱め磁束電流の指令値（目標値）ｃｉｄ１を０にし、弱め磁束電流がこの指令値ｃｉｄ１に収束するように行う制御と言える。弱め磁束制御は、弱め磁束電流の指令値ｃｉｄ１を０より大きくし、弱め磁束電流がこの指令値ｃｉｄ１に収束するように行う制御と言える。弱め磁束電流の指令値ｃｉｄ１が０より大きくなると、交流電動機１５に弱め磁束電流が流れ、弱め磁束が発生する。

図１に示すように、制御部４は、指令値生成部４１と、速度制御部４２と、電流制御部４３と、第１の座標変換器４４と、第２の座標変換器４５と、磁束制御部４６と、推定部４７と、脱調検出部４８と、を有している。また、電動工具１は、インバータ回路部５１と、複数（図１では２つ）の電流センサ６１、６２と、を備えている。制御部４は、インバータ回路部５１と共に用いられ、フィードバック制御により交流電動機１５の動作を制御する。

複数の電流センサ６１、６２はそれぞれ、例えば、ホール素子電流センサ又はシャント抵抗素子を含んでいる。複数の電流センサ６１、６２は、電源３２からインバータ回路部５１を介して交流電動機１５に供給される電流を測定する。ここで、交流電動機１５には、３相電流（Ｕ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流）が供給されており、複数の電流センサ６１、６２は、少なくとも２相の電流を測定する。図１では、電流センサ６１がＵ相電流を測定して電流測定値ｉ_ｕ１を出力し、電流センサ６２がＶ相電流を測定して電流測定値ｉ_ｖ１を出力する。

推定部４７は、モータ回転測定部２７で測定された交流電動機１５の回転角θ１を時間微分して、交流電動機１５の角速度ω１（出力軸１６の角速度）を算出する。

第２の座標変換器４５は、複数の電流センサ６１、６２で測定された電流測定値ｉ_ｕ１、ｉ_ｖ１を、モータ回転測定部２７で測定された交流電動機１５の回転角θ１に基づいて座標変換し、電流測定値ｉｄ１、ｉｑ１を算出する。すなわち、第２の座標変換器４５は、３相電流のうちの２相の電流に対応する電流測定値ｉ_ｕ１、ｉ_ｖ１を、磁界成分（ｄ軸電流）に対応する電流測定値ｉｄ１と、トルク成分（ｑ軸電流）に対応する電流測定値ｉｑ１とに変換する。

指令値生成部４１は、交流電動機１５の角速度の指令値ｃω１を生成する。指令値生成部４１は、例えば、トリガボリューム２９（図２参照）を引く操作の引込み量に応じた指令値ｃω１を生成する。すなわち、指令値生成部４１は、上記引込み量が大きいほど、角速度の指令値ｃω１を大きくする。

速度制御部４２は、指令値生成部４１で生成された指令値ｃω１と推定部４７で算出された角速度ω１との差分に基づいて、指令値ｃｉｑ１を生成する。指令値ｃｉｑ１は、交流電動機１５のトルク電流（ｑ軸電流）の大きさを指定する指令値である。速度制御部４２は、指令値ｃω１と角速度ω１との差分を小さくするように指令値ｃｉｑ１を決定する。

磁束制御部４６は、推定部４７で算出された角速度ω１と、電流制御部４３で生成される指令値ｃｖｑ１（後述する）と、電流測定値ｉｑ１（ｑ軸電流）と、に基づいて、指令値ｃｉｄ１を生成する。指令値ｃｉｄ１は、交流電動機１５の弱め磁束電流（ｄ軸方向の磁束を発生させる電流成分）の大きさを指定する指令値である。制御部４の制御が通常制御の場合は、磁束制御部４６で生成される指令値ｃｉｄ１は、弱め磁束電流を０にするための指令値となる。制御部４の制御が弱め磁束制御の場合は、磁束制御部４６は、後述する決定プロセスにより指令値ｃｉｄ１を決定する。

電流制御部４３は、磁束制御部４６で生成された指令値ｃｉｄ１と第２の座標変換器４５で算出された電流測定値ｉｄ１との差分に基づいて、指令値ｃｖｄ１を生成する。指令値ｃｖｄ１は、交流電動機１５のｄ軸電圧の大きさを指定する指令値である。電流制御部４３は、指令値ｃｉｄ１と電流測定値ｉｄ１との差分を小さくするように指令値ｃｖｄ１を決定する。

また、電流制御部４３は、速度制御部４２で生成された指令値ｃｉｑ１と第２の座標変換器４５で算出された電流測定値ｉｑ１との差分に基づいて、指令値ｃｖｑ１を生成する。指令値ｃｖｑ１は、交流電動機１５のｑ軸電圧の大きさを指定する指令値である。電流制御部４３は、指令値ｃｉｑ１と電流測定値ｉｑ１との差分を小さくするように指令値ｃｖｑ１を生成する。

第１の座標変換器４４は、指令値ｃｖｄ１、ｃｖｑ１を、モータ回転測定部２７で測定された交流電動機１５の回転角θ１に基づいて座標変換し、指令値ｃｖ_ｕ１、ｃｖ_ｖ１、ｃｖ_ｗ１を算出する。すなわち、第１の座標変換器４４は、磁界成分（ｄ軸電圧）に対応する指令値ｃｖｄ１と、トルク成分（ｑ軸電圧）に対応する指令値ｃｖｑ１とを、３相電圧に対応する指令値ｃｖ_ｕ１、ｃｖ_ｖ１、ｃｖ_ｗ１に変換する。指令値ｃｖ_ｕ１はＵ相電圧に、指令値ｃｖ_ｖ１はＶ相電圧に、指令値ｃｖ_ｗ１はＷ相電圧に対応する。

インバータ回路部５１は、指令値ｃｖ_ｕ１、ｃｖ_ｖ１、ｃｖ_ｗ１に応じた３相電圧を交流電動機１５に供給する。制御部４は、インバータ回路部５１をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより、交流電動機１５に供給される電力を制御する。

交流電動機１５は、インバータ回路部５１から供給された電力（３相電圧）により駆動され、回転動力を発生させる。

この結果、制御部４は、交流電動機１５のコイル１４１に流れる弱め磁束電流が、磁束制御部４６で生成された指令値ｃｉｄ１に対応した大きさとなるように弱め磁束電流を制御する。また、制御部４は、交流電動機１５の角速度が、指令値生成部４１で生成された指令値ｃω１に対応した角速度となるように交流電動機１５の角速度を制御する。

脱調検出部４８は、第２の座標変換器４５から取得した電流測定値ｉｄ１、ｉｑ１と、電流制御部４３から取得した指令値ｃｖｄ１、ｃｖｑ１と、に基づいて、交流電動機１５の脱調を検出する。脱調が検出された場合は、脱調検出部４８は、インバータ回路部５１に停止信号ｃｓ１を送信して、インバータ回路部５１から交流電動機１５への電力供給を停止させる。

（４）弱め磁束制御の詳細
次に、磁束制御部４６による指令値ｃｉｄ１の決定プロセスについて説明する。ここでは、弱め磁束が発生するときのｄ軸電流を、マイナスの電流として扱う。

指令値ｃｉｄ１が大きいほど、指令値ｃｉｄ１に応じて調整されたｄ軸電流は大きくなる。ｄ軸電流は、電動工具１の始動時以外は、概ね０アンペア以下で推移し（図４参照）、ｄ軸電流がマイナスの値のとき弱め磁束が発生する。ｄ軸電流がマイナスの値であって、ｄ軸電流の絶対値が大きいほど、弱め磁束が大きい。磁束制御部４６は、図３に示す決定プロセスにより、所定の時間間隔で（例えば、数十μｓごとに）ｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１を決定する。

所定の切替条件が満たされる場合に、制御部４は、交流電動機１５のコイル１４１に弱め磁束電流を流す。すなわち、切替条件が満たされる場合に、制御部４の制御は弱め磁束制御となる。切替条件は、交流電動機１５が高速域で動作しているという条件を含む。交流電動機１５が高速域で動作しているとは、概略的には、交流電動機１５の回転数が比較的大きいということである。本実施形態では、「交流電動機１５が高速域で動作している」ということの定義は、交流電動機１５の回転数が所定の回転数Ｒ１（図４参照）以上で、かつ、インバータ回路部５１に対する制御部４のＰＷＭ制御のデューティが所定値以上であることである。すなわち、高速域は、交流電動機１５の回転数が所定の回転数Ｒ１以上となる動作範囲である。また、高速域は、ＰＷＭ制御のデューティ（変調度）が所定値（以下、「デューティ閾値」と称す）以上となる動作範囲である。ＰＷＭ制御のデューティは、ＰＷＭ信号の１周期中のオン期間を１周期の長さで割った値である。交流電動機１５の回転数は、デューティに略比例する。デューティ閾値は、例えば、０．９又は０．９５程度である。

また、切替条件は、交流電動機１５のコイル１４１に流れるトルク電流値（ｑ軸電流値）が所定の電流値Ｊ１（図４参照）以下であるという条件を含む。本実施形態では、制御部４は、切替条件を満たすか否かを判定するために、トルク電流値として電流測定値ｉｑ１を用いる。ただし、制御部４は、トルク電流値として、トルク電流値の指令値ｃｉｑ１を用いてもよい。

以下で説明するように、結局、切替条件は、角速度ω１が基準値以上、かつ、電流測定値ｉｑ１が所定の電流値Ｊ１以下、かつ、指令値ｃｖｑ１が基準電圧以上という条件である。ここで、基準電圧は、上記のデューティ閾値を電圧に換算した値である。

制御部４は、交流電動機１５の回転数に相当する値として、推定部４７で算出された角速度ω１を用いる。すなわち、図３に示すように、制御部４は、角速度ω１を基準値と比較する（ステップＳＴ１）ことで、交流電動機１５の回転数が所定の回転数Ｒ１以上であるか否かを判定する。基準値は、所定の回転数Ｒ１を角速度に換算した値である。基準値は、例えば、制御部４を構成するマイクロコントローラのメモリに予め記録されている。制御部４は、角速度ω１が基準値未満の場合（ステップＳＴ１：ＹＥＳ）は、角速度ω１と基準値との比較を続ける。一方で、制御部４は、角速度ω１が基準値以上の場合（ステップＳＴ１：ＮＯ）、ｑ軸電流の電流測定値ｉｑ１の脈動成分を除去する（ステップＳＴ２）。具体的には、制御部４は、数十Ｈｚ（例えば、２０Ｈｚ）のカットオフ周波数を有するローパスフィルタにより、電流測定値ｉｑ１の脈動成分を除去する。

制御部４は、次に、電流測定値ｉｑ１を所定の電流値Ｊ１（図４参照）と比較する（ステップＳＴ３）。電流測定値ｉｑ１が所定の電流値Ｊ１より大きい場合（ステップＳＴ３：ＹＥＳ）、磁束制御部４６は、ｄ軸電流を指定する指令値ｃｉｄ１を所定量Δｉだけ増加させる（ステップＳＴ４）。すなわち、磁束制御部４６は、電流測定値ｉｑ１と所定の電流値Ｊ１とを比較する前の時点の指令値ｃｉｄ１よりも大きいｄ軸電流を指定する指令値ｃｉｄ１を生成する。所定量Δｉは、予め決められた固定値で、例えば、制御部４を構成するマイクロコントローラのメモリに予め記録されている。

その後、磁束制御部４６は、指令値ｃｉｄ１のリミット処理を行う（ステップＳＴ５）。ここでのリミット処理は、具体的には、指令値ｃｉｄ１が所定の下限値Ｊ２（図４参照）未満の場合は指令値ｃｉｄ１を所定の下限値Ｊ２に変更し、指令値ｃｉｄ１が所定の上限値より大きい場合は指令値ｃｉｄ１を上記所定の上限値に変更する処理である。上記所定の上限値は、ここでは、０アンペアである。磁束制御部４６は、リミット処理を行った後の指令値ｃｉｄ１を出力する。

また、電流測定値ｉｑ１が所定の電流値Ｊ１以下の場合（ステップＳＴ３：ＮＯ）、磁束制御部４６は、ｑ軸電圧を指定する指令値ｃｖｑ１を基準電圧と比較する（ステップＳＴ６）。基準電圧は、例えば、制御部４を構成するマイクロコントローラのメモリに予め記録されている。磁束制御部４６は、指令値ｃｖｑ１が基準電圧以上の場合（ステップＳＴ６：ＮＯ）、ｄ軸電流を指定する指令値ｃｉｄ１を所定量Δｉだけ減少させ（ステップＳＴ７）、リミット処理を行い（ステップＳＴ５）、指令値ｃｉｄ１を出力する。交流電動機１５のコイル１４１に弱め磁束電流が流れていない場合に、ステップＳＴ７により指令値ｃｉｄ１が減少することで、コイル１４１に弱め磁束電流が流れ始める。すなわち、制御部４の制御が通常制御から弱め磁束制御に切り替わる。結局、弱め磁束制御が開始されるための切替条件は、角速度ω１が基準値以上（ステップＳＴ１：ＮＯ）、かつ、電流測定値ｉｑ１が所定の電流値Ｊ１以下（ステップＳＴ３：ＮＯ）、かつ、指令値ｃｖｑ１が基準電圧以上（ステップＳＴ６：ＮＯ）という条件である。

既に述べたように、基準電圧は、ＰＷＭ制御のデューティの上記のデューティ閾値を電圧に換算した値である。つまり、磁束制御部４６は、ＰＷＭ制御のデューティがデューティ閾値以上であるか否かを、指令値ｃｖｑ１と基準電圧とを比較することで判定する。指令値ｃｖｑ１が基準電圧以上であれば、ＰＷＭ制御のデューティがデューティ閾値以上であると見做せる。

ステップＳＴ６において、指令値ｃｖｑ１が基準電圧未満の場合（ステップＳＴ６：ＹＥＳ）、磁束制御部４６は、カウント数を１だけ増加させ（ステップＳＴ８）、カウント数を所定の値（ここでは、１００）と比較する（ステップＳＴ９）。ここでのカウント数は、指令値ｃｖｑ１が基準電圧未満であるという判定結果を導出した回数のカウント数である。カウント数が１００以下の場合（ステップＳＴ９：ＮＯ）は、磁束制御部４６は、指令値ｃｉｄ１を増加も減少もさせずに、リミット処理を行い（ステップＳＴ５）、指令値ｃｉｄ１を出力する。一方で、カウント数が１００より大きい場合（ステップＳＴ９：ＹＥＳ）は、カウント数が０に初期化され（ステップＳＴ１０）、磁束制御部４６は、指令値ｃｉｄ１を所定量Δｉだけ増加させる（ステップＳＴ１１）。その後、リミット処理を行い（ステップＳＴ５）、指令値ｃｉｄ１を出力する。

以下、ステップＳＴ３～ＳＴ１１の内容をまとめる。ｑ軸電流の電流測定値ｉｑ１が所定の電流値Ｊ１より大きいという、第１条件を満たした場合は、ｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１を負の値から０に近づくように増加させる（ステップＳＴ４）。これにより弱め磁束が減少する。一方で、ｑ軸電流の電流測定値ｉｑ１が所定の電流値Ｊ１以下であり、かつ、ｑ軸電圧の指令値ｃｖｑ１が基準電圧以上という、第２条件を満たした場合は、ｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１を０又は負の値から減少させる（ステップＳＴ７）。これにより弱め磁束が増加する。また、一方で、ｑ軸電流の電流測定値ｉｑ１が所定の電流値Ｊ１以下であり、かつ、ｑ軸電圧の指令値ｃｖｑ１が基準電圧未満という、第３条件を満たした場合は、第３条件を１００回満たすごとに、ｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１を負の値から０に近づくように増加させる（ステップＳＴ１１）。これにより弱め磁束が減少する。第３条件を満たした回数のカウント数が１００以下の場合は、ｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１が維持される。

このように、制御部４は、弱め磁束制御において、弱め磁束電流の大きさを変化させる機能を有している。制御部４は、弱め磁束制御において、第２条件（所定の増加条件）が満たされると、ステップＳＴ７により、弱め磁束電流の絶対値を時間経過に伴って大きくする漸増制御を行う。一方で、制御部４は、弱め磁束制御において、第３条件（所定の減少条件）が満たされると、ステップＳＴ８～ＳＴ１１により、弱め磁束電流の絶対値を時間経過に伴って小さくする漸減制御を行う。ここで、「時間経過に伴って」とは、制御対象である弱め磁束電流を１度のステップで変化させ、弱め磁束電流がその変化後の電流値で安定するのではなく、複数のステップで弱め磁束電流を変化させてから弱め磁束電流の値が安定するような態様を含む。本実施形態では、ステップＳＴ４、ＳＴ７又はＳＴ１１では、ｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１が所定量Δｉだけ変化し、ステップＳＴ４、ＳＴ７又はＳＴ１１が複数回繰り返されることで、最終的に弱め磁束電流が安定する。弱め磁束電流の絶対値が時間経過に伴って徐々に変化することで、交流電動機１５の回転数も徐々に変化する。これにより、制御部４の制御により回転数が自動的に変化しても、電動工具１を使用している作業者が違和感を感じる可能性を低減できる。

ここで、ステップＳＴ６において、指令値ｃｖｑ１が基準電圧未満の場合（第２条件を満たした場合）は、制御部４は、ステップＳＴ７において、弱め磁束電流（ｄ軸電流）の絶対値を時間経過に伴って大きくする制御（漸増制御）を行う。一方で、ステップＳＴ６において、指令値ｃｖｑ１が基準電圧以上の場合（第２条件を満たさなくなり第３条件を満たした場合）は、制御部４は、ステップＳＴ８～ＳＴ１１において、弱め磁束電流の絶対値を時間経過に伴って小さくする制御（漸減制御）を行う。上述の通り、第３条件を満たした回数のカウント数が１００以下の場合は、ｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１が維持される。そのため、ステップＳＴ８～ＳＴ１１における指令値ｃｉｄ１の変化速度は、ステップＳＴ４、ＳＴ７における指令値ｃｉｄ１の変化速度よりも小さい。つまり、第３条件を継続して満たす場合の、漸減制御による指令値ｃｉｄ１の増加速度は、第１条件を継続して満たす場合の指令値ｃｉｄ１の増加速度、及び、第２条件を継続して満たす場合の漸増制御による指令値ｃｉｄ１の減少速度よりも小さい。要するに、漸減制御の際の弱め磁束電流の変化速度は、漸増制御の際の弱め磁束電流の変化速度よりも小さい。これにより、例えば、ｑ軸電圧の指令値ｃｖｑ１が基準電圧未満となる期間の長さと基準電圧以上となる期間の長さとが同程度である場合は、ある程度以上の時間スケールで見ると、弱め磁束電流は減少する。そのため、弱め磁束電流の脈動（ハンチング）を抑制できる。

図３に示す処理に基づいて交流電動機１５を制御する場合の、電動工具１の各パラメータの時間的な推移の一例を、図４に示す。図４において、「電池電流」は、実施形態の電源３２の出力電流を指し、「電池電圧」は、実施形態の電源３２の出力電圧を指し、「ｉｑ１」は、実施形態の電動工具１における電流測定値ｉｑ１を指す。また、図４において、「ｉｄ１」は、実施形態の電動工具１における電流測定値ｉｄ１を指し、「ｒ１」は、実施形態の電動工具１の交流電動機１５の回転数を指す。また、図４において、「ｒ２」は、実施形態の電動工具１との比較例に係る電動工具の交流電動機の回転数を指す。比較例に係る電動工具は、交流電動機に弱め磁束を流さない状態を常時維持する。すなわち、比較例に係る電動工具では、制御部の制御が常に通常制御である。

ここでは、電動工具１は、インパクトドライバ又はドリルドライバとして、ねじ締めのために用いられるとする。すなわち、電動工具１のソケット２３（図２参照）には、ドライバが装着されている。作業者は、時点Ｔ０よりも前の時点に、ドライバをねじに挿しこむ。時点Ｔ０において、作業者は、電動工具１のトリガボリューム２９を引く操作をし、これにより交流電動機１５にｑ軸電流（トルク電流）が流れ始め、交流電動機１５が回転を開始する。その後、トリガボリューム２９に対する引込み量に応じて、回転数ｒ１は徐々に増加する。ここでは、トリガボリューム２９に対する引込み量は最大である。そのため、回転数ｒ１は、調整可能な範囲内で上限まで増加する。比較例の電動工具も、実施形態の電動工具１と同様に、インパクトドライバ又はドリルドライバとして用いられるとする。そして、比較例の電動工具においても、トリガボリュームに対する引込み量に応じて、回転数ｒ２は徐々に増加し、調整可能な範囲内で上限まで増加する。

時点Ｔ１において、回転数ｒ１は、所定の回転数Ｒ１に達する。その後、時点Ｔ２において、上述の切替条件が満たされる。そのため、実施形態の電動工具１では、制御部４の制御が通常制御から弱め磁束制御に切り替わり、ｄ軸電流（弱め磁束電流）が流れ始める。すなわち、時点Ｔ２以降、ｄ軸電流の電流測定値ｉｄ１が０から徐々に減少する。

ねじを部材にねじ込むにつれて、ねじを更にねじ込むために、より大きなｑ軸電流（トルク電流）が必要となる場合がある。ｑ軸電流が増加するにつれて、電源３２（電池）の内部抵抗の損失が増加するため、電池電圧は低下する。そこで、電池電圧の低下による回転数ｒ１の低下を、ｄ軸電流（弱め磁束電流）を流すことで補うことができる。すなわち、ｄ軸電流を流さない場合と比較して、回転数ｒ１の低下を抑制することができる。言い換えると、実施形態に係る交流電動機１５では、ｄ軸電流が流れている間は、回転数ｒ１が、比較例に係る回転数ｒ２よりも大きくなる。

実施形態の電動工具１では、時点Ｔ３において、ｄ軸電流の電流測定値ｉｄ１の大きさが所定の下限値Ｊ２付近の値になる。リミット処理（ステップＳＴ５参照）により、ｄ軸電流の電流測定値ｉｄ１は下限値Ｊ２を下回らない範囲で推移する。

時点Ｔ４以降は、ｑ軸電流の電流測定値ｉｑ１が所定の電流値Ｊ１よりも大きくなる（ステップＳＴ３：ＹＥＳ）。そのため、ｄ軸電流の電流測定値ｉｄ１が負の値から０に向かって増加する。また、時点Ｔ４付近において、ねじが部材に着座する。所定の電流値Ｊ１は、ねじが部材に着座した場合のｑ軸電流（トルク電流）の電流測定値ｉｑ１よりも小さい値となるように設定されている。すなわち、ねじが部材に着座してトルクが比較的大きくなったとき、ｑ軸電流の電流測定値ｉｑ１が所定の電流値Ｊ１を超えるので、これに応じて制御部４はｄ軸電流の絶対値を減少させる。言い換えると、制御部４は、弱め磁束電流を減少させる。その結果、弱め磁束が低下する。弱め磁束が低下することにより、交流電動機１５をより大きいトルクで駆動することができる。

時点Ｔ５付近において、弱め磁束電流の大きさが０になる。さらに、時点Ｔ６において、作業者がトリガボリューム２９の引込み量を０にすることで、交流電動機１５が停止する。

以上説明した実施形態によれば、交流電動機１５のコイル１４１に弱め磁束電流を流させることにより、弱め磁束電流を流させない場合と比較して、交流電動機１５の回転数を増加させることができる。これにより、電動工具１を用いてねじ締め等の作業に要する時間の短縮を図ることができる。また、電動工具１をドリルとして用いる場合に、回転数が増加することにより、穴あけ対象の部材に形成する穴の形状が歪む可能性を低減できる。

また、交流電動機１５の製造誤差に起因する誘導起電圧のばらつき、又は、電源３２の電圧（電池電圧）の変動により、電動工具１の動作特性にばらつきが生じる可能性がある。弱め磁束電流の大きさを調整することにより、電動工具１の動作特性のばらつきを補正することができる。

また、実施形態の電動工具１では、ｑ軸（トルク成分）の電流測定値ｉｑ１が所定の電流値Ｊ１より大きい場合に弱め磁束が低減され、最終的に０となる。これにより、交流電動機１５のトルクが比較的大きい場合に、より大きいトルクを出力することができる。

すなわち、交流電動機１５のトルクが比較的大きく回転数が比較的小さい低速域では、弱め磁束を０にする又は比較的小さくすることでトルクの大きさを確保することができる。一方で、交流電動機１５の回転数が比較的大きい（少なくとも所定の回転数Ｒ１（図４参照）よりも大きい）高速域では、弱め磁束電流を流すことで回転数を更に増加させることができる。つまり、弱め磁束電流を流すことで、弱め磁束電流を流さない場合の回転数の上限よりも更に大きい回転数で交流電動機１５を回転させることができる。

（５）実施形態の変形例
以下、実施形態の変形例を列挙する。以下の変形例は、適宜組み合わせて実現されてもよい。

電動工具１は、電動工具１の動作に係るパラメータを設定する操作等を受け付ける操作部を備えていてもよい。操作部は、例えば、操作入力の受付けと操作に関わる表示とを行うタッチパネルディスプレイを含んでいてもよい。

制御部４の弱め磁束制御及び通常制御は、トリガボリューム２９とは別の操作部への操作により手動で切り替え可能であってもよい。例えば、上記のタッチパネルディスプレイへの操作により制御部４の制御が切替え可能であってもよい。

交流電動機１５において、回転子１３がコイル１４１を有しており、かつ、永久磁石１３１が固定子１４を有していてもよい。

電動工具１は、インパクトドライバ、ドリルドライバ又はインパクトレンチに限らない。また、電動工具１は、インパクト機構１７を備えていないドライバ又はレンチであってもよい。また、電動工具１は、フライス、グラインダ、クリーナ又はこれら以外の種類の電動工具であってもよい。

「交流電動機１５が高速域で動作している」ということの定義は、交流電動機１５の回転数が所定の回転数Ｒ１以上であることであってもよいし、ＰＷＭ制御のデューティがデューティ閾値以上であることであってもよい。

磁束制御部４６は、第１条件が満たされた場合のｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１の増加速度を、第２条件が満たされた場合のｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１の減少速度よりも大きくしてもよい。これにより、ｄ軸電流が脈動する可能性を低減できる。このような構成は、例えば、第１条件が１回満たされる度にｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１を増加させ、第２条件が複数回満たされる度にｄ軸電流の指令値ｃｉｄ１を減少させることで実現できる。

制御部４の制御を弱め磁束制御に切り替える条件は、次の複数の条件のうち１つであってもよいし、次の複数の条件の中から２つ以上を適宜組み合わせた条件であってもよい。上記複数の条件は、例えば、交流電動機１５の回転数に関する条件と、ＰＷＭ制御のデューティに関する条件と、交流電動機１５のｑ軸電流に関する条件と、交流電動機１５のｑ軸電圧に関する条件と、である。

（６）まとめ
以上説明した実施形態等から、以下の態様が開示されている。

第１の態様に係る電動工具１は、交流電動機１５（電動機）と、制御部４と、を備える。交流電動機１５は、永久磁石１３１及びコイル１４１を有する。制御部４は、交流電動機１５の動作を制御する。制御部４の制御は、弱め磁束制御を含む。制御部４は、弱め磁束制御において、コイル１４１に弱め磁束電流を流させる。弱め磁束電流は、永久磁石１３１の磁束を弱める磁束をコイル１４１に発生させるための電流である。

上記の構成によれば、制御部４が交流電動機１５（電動機）を弱め磁束制御することにより、弱め磁束制御を実行しない場合と比較して、交流電動機１５の回転数を増加させることができる。

また、第２の態様に係る電動工具１では、第１の態様において、制御部４の制御は、弱め磁束制御と、通常制御と、を含む。制御部４は、通常制御において、コイル１４１に弱め磁束電流を流させない。所定の切替条件が満たされる場合に、制御部４の制御は弱め磁束制御となる。

上記の構成によれば、通常制御では、コイル１４１に弱め磁束電流が流れないので、制御部４の制御が弱め磁束制御の場合と比較して、交流電動機１５（電動機）のトルクを大きくすることができる。

また、第３の態様に係る電動工具１では、第２の態様において、切替条件は、交流電動機１５（電動機）が高速域で動作しているという条件を含む。

上記の構成によれば、交流電動機１５（電動機）の回転数に応じて制御部４の制御を自動で切り替えられる。

また、第４の態様に係る電動工具１では、第３の態様において、高速域は、交流電動機１５（電動機）の回転数が所定の回転数以上となる動作範囲である。

上記の構成によれば、交流電動機１５（電動機）の回転数が比較的大きい場合に、交流電動機１５の回転数を更に高めることができる。

また、第５の態様に係る電動工具１では、第３又は４の態様において、制御部４は、ＰＷＭ制御により交流電動機１５（電動機）に供給される電力を制御する。高速域は、ＰＷＭ制御のデューティが所定値以上となる動作範囲である。

上記の構成によれば、ＰＷＭ制御のデューティが比較的大きく、これにより交流電動機１５（電動機）の回転数が比較的大きい場合に、交流電動機１５の回転数を更に高めることができる。

また、第６の態様に係る電動工具１では、第２～５の態様のいずれか１つにおいて、切替条件は、コイル１４１に流れるトルク電流値が所定の電流値Ｊ１以下であるという条件を含む。

上記の構成によれば、トルク電流値が比較的小さく、これにより交流電動機１５（電動機）の回転数が比較的大きい場合に、交流電動機１５の回転数を更に高めることができる。

また、第７の態様に係る電動工具１では、第１～６の態様のいずれか１つにおいて、制御部４は、弱め磁束制御において、弱め磁束電流の大きさを変化させる機能を有する。より詳細には、制御部４は、弱め磁束制御において、条件（増加条件又は減少条件）が満たされると、弱め磁束電流の大きさを変化させる。

上記の構成によれば、弱め磁束電流の大きさが一定の場合と比較して、より細かに交流電動機１５（電動機）の回転数を制御できる。

また、第８の態様に係る電動工具１では、第７の態様において、制御部４は、弱め磁束制御において、所定の増加条件が満たされると、弱め磁束電流の絶対値を時間経過に伴って大きくする漸増制御を行う。

上記の構成によれば、弱め磁束電流が例えば２値的に切り替わる場合と比較して、交流電動機１５（電動機）の回転数の変化が緩やかになるので、作業者が電動工具１を用いた作業を行いやすくなる。

また、第９の態様に係る電動工具１では、第７又は８の態様において、制御部４は、弱め磁束制御において、所定の減少条件が満たされると、弱め磁束電流の絶対値を時間経過に伴って小さくする漸減制御を行う。

また、第１０の態様に係る電動工具１では、第８の態様において、制御部４は、弱め磁束制御において、所定の減少条件が満たされると、弱め磁束電流の絶対値を時間経過に伴って小さくする漸減制御を行う。所定の減少条件は、所定の増加条件とは異なる条件である。漸減制御の際の弱め磁束電流の変化速度は、漸増制御の際の弱め磁束電流の変化速度よりも小さい。

上記の構成によれば、所定の増加条件及び所定の減少条件に関わるパラメータが脈動する場合に、これに応じて弱め磁束電流が脈動する可能性を低減できる。

第１の態様以外の構成については、電動工具１に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

１電動工具
４制御部
１５交流電動機（電動機）
１３１永久磁石
１４１コイル
Ｊ１所定の電流値

Claims

電池を含む電池パックが接続される電池パック接続部と、
永久磁石及びコイルを有し、前記電池パックから供給される電流により駆動される電動機と、
前記電動機の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部の制御は、前記永久磁石の磁束を弱める磁束を前記コイルに発生させるための弱め磁束電流を前記コイルに流させる弱め磁束制御を含み、
前記制御部は、前記弱め磁束制御において、前記弱め磁束電流の大きさを変化させる機能を有し、
前記制御部は、前記弱め磁束制御において、所定の増加条件が満たされると、前記弱め磁束電流の絶対値を時間経過に伴って大きくする漸増制御を行い、
前記制御部は、前記弱め磁束制御において、前記所定の増加条件とは異なる所定の減少条件が満たされると、前記漸増制御の際の前記弱め磁束電流の変化速度よりも小さい又は大きい変化速度で前記弱め磁束電流の絶対値を時間経過に伴って小さくする漸減制御を行う、
電動工具。
前記制御部の制御は、前記弱め磁束制御と、前記コイルに前記弱め磁束電流を流させない通常制御と、を含み、
所定の切替条件が満たされる場合に、前記制御部の制御は前記弱め磁束制御となる、
請求項１に記載の電動工具。
前記切替条件は、前記電動機が高速域で動作しているという条件を含む、
請求項２に記載の電動工具。
前記高速域は、前記電動機の回転数が所定の回転数以上となる動作範囲である、
請求項３に記載の電動工具。
前記制御部は、ＰＷＭ制御により前記電動機に供給される電力を制御し、
前記高速域は、前記ＰＷＭ制御のデューティが所定値以上となる動作範囲である、
請求項３又は４に記載の電動工具。
前記切替条件は、前記コイルに流れるトルク電流値が所定の電流値以下であるという条件を含む、
請求項２～５のいずれか一項に記載の電動工具。