JP2010082761A

JP2010082761A - 電動工具

Info

Publication number: JP2010082761A
Application number: JP2008255706A
Authority: JP
Inventors: Sachikazu Kono; 祥和河野; Nobuhiro Takano; 信宏高野; Eiji Nakayama; 栄二中山; Takero Ishimaru; 健朗石丸
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15

Abstract

【課題】本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業性と安全性を兼ねた電動工具を提供すること。
【解決手段】検出されたモータ電流の電流値が第２の過電流設定値を超えていたときはモータ１０３がロック状態であると判断し，瞬時にトライアック１２５の入力するゲート信号を停止させる（ステップ２１０）。また、モータ電流の電流値が第１の過電流設定値を超えていたときはこの状態が３秒以上継続されたかどうかの判断を行い（ステップ２０９）、３秒以上継続された時はモータ１０３が焼損する恐れがあると判断し，トライアック１２５の入力するゲート信号を停止させる（ステップ２１０）。
【選択図】図１

Description

本発明は，モータの回転数を制御する回転制御機能を備えた電動工具に関する。

従来の電動工具におけるモータの回転数制御としては，モータに対する負荷が変動してもモータの回転数が変動しないように，モータの回転数を検出し，その検出結果をトライアック等の導通角にフィードバックすることによって，モータの回転数を常に一定に保つ定回転制御が一般的に行われている。また，モータを保護するためにモータに流れる電流を検出して予め設定してある過電流設定値を超えたときはモータを停止させる制御方法が行われている。

特開平４−２０８００２号公報

上記従来技術では、例えば丸鋸等で部材の切断作業を行っている状態において先端工具が部材に噛み込んでモータがロックすると，モータ電流が過電流値を超えてモータが停止してしまう。先端工具の噛み込み状態が比較的浅いときには、即座に噛み込み状態から抜け出して切断作業を継続することができる場合でもモータが停止してしまい作業効率を高めることが困難となる。一方、噛み込み状態が深かったり噛み込み状態から容易に抜け出せないような状況にあるときには、モータの焼損を防止するためにモータを確実に停止させる必要もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業性と安全性を兼ねた電動工具を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項1の発明では、モータへ駆動電圧を印加する電圧印加手段と，モータの回転数を検出する回転数検出手段と，モータの回転数を設定する回転数設定手段と，回転数検出手段から出力される回転数検出信号と回転数設定手段によって設定される回転数設定信号とを比較しモータへの駆動電圧を制御する制御手段と，モータに流れる電流を検出する電流検出手段と，制御手段は、電流検出手段で検出された電流が所定時間第１の過電流値を超えたときはモータを停止又は回転数を低下させ，電流検出手段で検出された電流が第1の過電流値よりも大きい第２の過電流値を超えたときはモータを停止させるように駆動電圧を制御することを特徴としている。

請求項２の発明では、前記制御手段は、前記第１過電流値及び前記第2の過電流値のいずれか一方から演算により他方を算出することを特徴としている。

本発明によれば、先端工具の噛み込み状態が比較的浅いときには、第1の過電流値を超えたところでその状態から抜け出して切断作業を継続することができる。また、噛み込み状態が深かったり噛み込み状態から容易に抜け出せないような状況にあるときには、第1の過電流値が所定時間継続し、あるいは第2の過電流値に達してモータを確実に停止させることができる。

また，第１過電流値及び第2の過電流値の一方から演算によって他方の過電流値を設定するようにしたことにより、過電流値の記憶領域を抑えることができ、低コスト化が図れる。

本発明の一実施の形態による電動工具について図１、図２を参照しながら説明する。まず、図1を参照しながら、本実施の形態による電動工具の回転数制御装置の構成について説明する。

図1に示すように、回転数制御装置１０４は、交流電源１０１と接続され電力を供給されている。また、回転数制御装置１０４は、スイッチ１０２を介してモータ１０３と接続され、モータ１０３に電圧を印加することによって駆動している。

回転数制御装置１０４は、回転数の低下率に応じてモータの回転数を制御する回転数低下率検出のための機能、およびモータに流れる電流の増加率に応じてモータの回転数を制御するモータ電流増加率検出のための機能を有している。よって、回転数制御装置１０４は、電源回路１０７、回転センサ１０６、回転数増幅回路１０５、ゼロクロス検出回路１０８、モータ電圧調整回路１４０、マイコン１２３、回転数設定のためのダイヤル式ボリューム１３４、抵抗１３３、および可変抵抗１３５を備えている。

回転数制御装置１０４は、モータ１０３の回転数を設定された回転数に増加させるまでの時間を設定するモータ起動時間設定のための機能、および所定電流以上がモータ１０３に流れた場合にはモータの回転を停止させる過電流検出のための機能をさらに有している。よって、回転数制御装置１０４は、モータ起動時間設定回路１５０と過電流設定回路１６０とを備えている。

電源回路１０７は、互いに並列に接続されたツェナーダイオード１１８およびコンデンサ１１９、ツェナーダイオード１１８の一端に互いに直列に接続された抵抗１０７およびダイオード１１６から構成された半波整流回路である。電源回路１０７は、交流電圧を直流の定電圧Ｖｃｃに変換し、回転制御装置１０４に供給している。なお、本実施の形態において、電圧Ｖｃｃはグランド電位よりも低い電圧としている。

回転数増幅回路１０５は、カップリングコンデンサ１０９、ＮＰＮトランジスタ１１３、バイパスコンデンサ１１５、抵抗１１０、１１１、１１２、１１４とで構成され、回転センサ１０６からの回転数検出信号を増幅する。回転センサ１０６は、例えばモータ１００の回転軸に備えられた磁極により誘導される起電力を検出することによって回転数に応じた回転数検出信号を出力するセンサである。

回転センサ１０６の一端は、カップリングコンデンサ１０９の一端と接続されている。カップリングコンデンサ１０９の他端は、電圧Ｖｃｃとグランド電位との間に直列に接続された抵抗１１０と抵抗１１１との接続点に接続されていると共に、ＮＰＮトランジスタ１１３のベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタ１１３のコレクタは、抵抗１１２を介してグランド電位と接続されると共に、マイコン１２３に接続されている。ＮＰＮトランジスタ１１３のエミッタは、互いに並列に接続された抵抗１１４とバイパスコンデンサ１１５とを介して電圧Ｖｃｃを印加されている。回転数増幅回路１０５においては、回転センサ１０６の出力を、抵抗１１０と抵抗１１１との分圧比による電位をバイアスされた交流信号としてＮＰＮトランジスタ１１３に入力することにより、回転数に応じた周波数を有し増幅されたほぼ矩形波の信号をマイコン１２３に出力している。マイコン１２３は、この矩形波の例えば立下りを検出してカウントすることによって、モータの回転数を算出する。

モータ１０３の回転数を設定するために、所定電圧Ｖｃｃとグランド電位との間には、抵抗１３３、ダイヤル式ボリューム１３４、および可変抵抗１３５が互いに直列に接続されている。ダイヤル式ボリューム１３４の接点はマイコン１２３に接続されている。ここでダイヤル式ボリューム１３４は、作業用途によってユーザが外部から自由に設定できるように構成されている。また、可変抵抗１３５は、回転数制御装置１０４のバラツキを抑制するための調整用の可変抵抗である。ダイヤル式ボリューム１３４で所定の抵抗値を設定し、可変抵抗１３５で微調整を行うことによって、モータ１０３の回転数の所望の設定値に応じた電圧がマイコン１２３に入力される。

ゼロクロス検出回路１０８は、フォトカプラ１２２、抵抗１２０、および抵抗１２１で構成されている。フォトカプラ１２２は、互いに逆極性に並列に接続されたＬＥＤ１７１およびＬＥＤ１７２と、フォトダイオード１７３とを備えている。抵抗１２０の一端は交流電源１０１と接続され、他端はＬＥＤ１７１およびＬＥＤ１７２と接続されている。フォトトランジスタ１７３のコレクタは、抵抗１２１を介してグランド電位に接続されると共にマイコン１２３に接続され、エミッタは電圧Ｖｃｃを印加されている。ＬＥＤ１７１またはＬＥＤ１７２が発光すると、フォトトランジスタ１７３のコレクタ電圧は電圧Ｖｃｃとなる。交流電源１０１の電圧がグランド電位に近くなりどちらのＬＥＤも発光しない場合には、コレクタ電圧はグランド電位となる。マイコン１２３は、このグランド電位となるときをゼロクロスと検出する。

モータ電圧調整回路１４０は、トライアック１２５および抵抗１２６で構成されている。トライアック１２５のＴ２端子は、モータ１０３および抵抗１２４と接続されており、Ｔ１端子は抵抗１２７を介してグランド電位に接続されている。また、トライアック１２５のゲート端子は抵抗１２６を介してマイコン１２３と接続されている。トライアック１２５は、マイコン１２３によってゼロクロス回路１０８が検出するゼロクロスを参照しながら導通角を制御されることによってモータ１０３へ供給する電圧を調整している。

抵抗１２４は、モータ１０３とマイコン１２３との間に接続されており、スイッチ１０２がオンすることによって所定電圧をマイコン１２３に出力する。

抵抗１２７はモータ１０３に流れる電流検出用のシャント抵抗であり、抵抗１２８を介してモータ１０３に流れる電流に応じた電圧値をマイコン１２３に出力する。

モータ起動時間設定回路１５０は、電圧Ｖｃｃとグランド電位との間に互いに直列に接続された抵抗１２９および抵抗１３０を備えている。抵抗１２９と抵抗１３０との接続点はマイコン１２３と接続されており、モータ起動時間設定回路１５０は、抵抗１２９と抵抗１３０との分圧比に応じた電圧をマイコン１２３に出力している。抵抗１２９と抵抗１３０との分圧比に応じた電圧は、モータ１０３が回転を開始してから設定された回転数に達するまでの時間に応じて設定されている。

過電流設定回路１６０は、電圧Ｖｃｃとグランド電位との間に互いに直列に接続された抵抗１３１および抵抗１３２を備えている。抵抗１３１と抵抗１３２との接続点はマイコン１２３と接続されており、過電流設定回路１６０は、抵抗１３１と抵抗１３２との分圧比に応じた電圧をマイコン１２３に出力している。抵抗１３１と抵抗１３２との分圧比に応じた電圧は、モータ１０３に安全に流すことができる最大電流に応じて設定されている。

マイコン１２３は回転数制御回路１０４の制御手段である。マイコン１２３は、電源回路１０７により所定電圧Ｖｃｃを印加されている。また、マイコン１２３は、回転数増幅回路１０５、ゼロクロス検出回路１０８、モータ起動時間設定回路１５０、過電流値設定回路１６０、抵抗１２４、１２８、ダイヤル式ボリューム１３４と接続され、それぞれからの信号を入力されている。また、抵抗１２６を介してトライアック１２５のゲート端子に接続され、トライアック１２５の導通角を制御する信号を出力する。

本実施の形態において、電源回路１０７およびモータ電圧調整回路１４０は本発明の電圧印加手段として動作し、回転センサ１０６および回転数増幅回路１０５は、回転数検出手段である。シャント抵抗１２７は電流検出手段であり、マイコン１２３は制御手段である。
次に回転数制御装置１０４の一連の動作について，図２のフローチャートに沿って説明する。初めに交流電源１０１から交流電圧が投入されると電源回路１０７によって直流の定電圧がマイコン１２３及び制御回路内に供給される。その後マイコン１２３は抵抗器１２９，１３０によって設定されているモータ１０３の起動時間設定電圧を検出し，起動時間の設定を行う（ステップ２０１）。この起動時間とは，モータ１０３を急激に回転させたときの反動を抑制するためにある程度の期間をおいて回転数を滑らかに目標回転数まで上昇させるソフトスタートの時間である。具体的には回路内基準電圧ＶＣＣ−ＧＮＤ間の範囲で５段階に分けて設定を行い，起動時間設定電圧が０〜１／５×ＶＣＣのときは起動時間を０秒，１／５×ＶＣＣ〜２／５×ＶＣＣのときは起動時間を１秒，２／５×ＶＣＣ〜３／５×ＶＣＣのときは起動時間を２秒，３／５×ＶＣＣ〜４／５×ＶＣＣのときは起動時間を３秒，４／５×ＶＣＣ〜ＶＣＣのときは起動時間を４秒と設定を行う。この起動時間は大きいサイズのモータほど起動時間を長く設定して起動時の反動を抑えることが好ましい。次にマイコン１２３は抵抗器１３１，１３２によって設定されているモータ１０３の第１の過電流値設定電圧を検出し，第１の過電流値の設定を行う（ステップ２０２）。この過電流値はモータ１０３が過負荷によって焼損しないような電流値を設定しておく。次にマイコン１２３はステップ２０２で検出した第１の過電流値設定電圧から第２の過電流設定値の演算を行う。この第２の過電流設定値はモータ１０３がロックしたことを検出するためのものであり，モータ１０３のロック電流以下に設定する必要がある。具体的には第１の過電流設定値に対して３〜４倍に演算した値を第２の過電流設定値として設定する（ステップ２０３）。次にマイコン１２３は抵抗器１３３，可変抵抗器１３４，１３５によって設定されているモータ１０３の目標回転数設定電圧を検出し，目標回転数の設定を行う（ステップ２０４）。可変抵抗器１３４は使用者が作業用途によって外部から自由に回転数を設定できるものである。また，可変抵抗器１３５は制御回路のバラツキを抑制するための調整用の可変抵抗器である。次にスイッチ１０２をＯＮされると抵抗器１２４を還してマイコン１２３にスイッチＯＮ信号が入力され，マイコン１２３は抵抗器１２６を還してトライアック１２５のゲート端子にゲート信号を入力する。その後トライアック１２５はＯＮし，モータ１０３に電流が流れ始め，モータ１０３は回転し始める（ステップ２０５）。このとき，マイコン１２３は抵抗器１２９，１３０によって設定されているモータ１０３の起動時間に従ってゼロクロス検出回路１０８によって検出されたゼロクロス点からの導通角を序々に広げていき，モータ１０３の回転数が抵抗器１３３，可変抵抗器１３４，１３５によって設定されている目標回転数になるようにソフトスタート動作を行う。次にマイコン１２３は回転数センサ１０６，回転数信号増幅回路１０５によって検出されたモータ１０３の回転数を監視し，モータ１０３の回転数が目標回転数と比較してモータ１０３の回転数が低いときはトライアック１２５の導通角を広げ，またモータ１０３の回転数が高いときはトライアック１２５の導通角を狭めるようにトライアック１２５の入力するゲート信号を制御して，モータ１０３の回転数が常に一定となるように位相制御を行う（ステップ２０６）。次にマイコン１２３はモータ１０３に流れている電流値の検出を行い，第２の過電流設定値を超えていないかの監視を行う（ステップ２０７）。モータ１０３に流れている電流はシャント抵抗１２７によって電圧信号に変換される。この変換された電圧信号は抵抗器１２８を還してマイコン１２３に入力される。マイコン１２３は入力された電圧信号とステップ２０３で設定された第２の過電流設定値と比較を行う。検出された電流値が第２の過電流設定値を超えていたときはモータ１０３がロック状態であると判断し，瞬時にトライアック１２５の入力するゲート信号を停止させる（ステップ２１０）。また，検出された電流値が第２の過電流値を超えていないときは次のステップに進み，マイコン１２３はモータ１０３に流れている電流値の検出を行い，ステップ２０２で設定された第１の過電流設定値を超えていないかの監視を行う（ステップ２０８）。このとき検出された電流値が第１の過電流設定値を超えていたときはこの状態が３秒以上継続されたかどうかの判断を行う（ステップ２０９）。検出された電流値が第１の過電流設定値を３秒以上継続された時はモータ１０３が焼損する恐れがあると判断し，トライアック１２５の入力するゲート信号を停止させる（ステップ２１０）。
また，ステップ２０８，２０９において，モータ１０３に流れる電流値が第１の過電流設定値を超えていない，もしくは３秒以上継続されなかったときは，ステップ２０２に戻り，引き続きモータ１０３の定回転制御，及びモータ１０３のロック状態，過電流の監視を行う。

本実施形態によれば、先端工具の噛み込み状態が比較的浅いときには、第1の過電流値を超えたところでその状態から抜け出して切断作業を継続することができる。また、噛み込み状態が深かったり噛み込み状態から容易に抜け出せないような状況にあるときには、第1の過電流値が所定時間継続し、あるいは第2の過電流値に達するためモータを確実に停止させることができる。

また，第１過電流値から演算によって第2のの過電流値を設定するようにしたことにより、マイコンの記憶領域を抑えることができ、低コスト化が図れる。

また、本実施形態では、第1の過電流値が3秒間継続したときにモータを停止させるように構成したが、例えば、3秒以上継続したときには、3秒以上の継続時間に応じてモータの駆動電圧を順次減少させるように制御しても良い。

本発明の一実施例に係る回転数制御装置の構成図である本発明の一実施例に係る回転数制御装置の一連の動作フローチャートである。

符号の説明

１０１：交流電源１０２：スイッチ１０３：モータ
１０４：回転数制御装置１０５：回転数信号増幅回路
１０６：回転数センサ１０７：電源回路１０８：ゼロクロス検出回路
１２３：マイコン
１２４，１２６，１２８，１２９，１３０，１３１，１３２，１３３：抵抗器
１２５：トライアック１２７：シャント抵抗
１３４，１３５：可変抵抗器

Claims

モータへ駆動電圧を印加する電圧印加手段と，
前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と，
前記モータの回転数を設定する回転数設定手段と，
前記回転数検出手段から出力される回転数検出信号と前記回転数設定手段によって設定される回転数設定信号とを比較し前記モータへの駆動電圧を制御する制御手段と，
前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と，
前記制御手段は、前記電流検出手段で検出された電流が所定時間第１の過電流値を超えたときは前記モータを停止又は回転数を低下させ，前記電流検出手段で検出された電流が前記第1の過電流値よりも大きい第２の過電流値を超えたときは前記モータを停止させるように前記駆動電圧を制御することを特徴とする電動工具。
前記制御手段は、前記第１過電流値及び前記第2の過電流値のいずれか一方から演算により他方を算出することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。