JP5814065B2 - モータ電流検出装置、モータ制御装置、及び電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータに流れる電流を検出するモータ電流検出装置、このモータ電流検出装置により検出された電流を用いてブラシレスモータを制御するモータ制御装置、及び駆動源としてブラシレスモータを備えた電動工具に関する。

従来、モータを搭載してバッテリからの電力により動作するよう構成された電動工具として、モータを過電流から保護するための保護機能が備えられたものが知られている。
過電流からの保護機能の具体例として、特許文献１には、モータに流れる電流を積分回路を介して検出し、第１の過電流（例えば定格電流の１．８倍）が流れた場合、又は第１の過電流よりも低い第２の過電流（例えば定格電流の１．５倍）が所定時間（例えば３秒）継続して流れた場合に、モータへの通電を制限する技術が開示されている。

特開２００１−１０３７８８号公報

ところで、バッテリ及びモータを搭載した電動工具として、特に、モータとしてブラシレスモータを用い、バッテリからブラシレスモータへの通電をＰＷＭ制御するよう構成されたものが知られている。このような電動工具においても、ロック時や過負荷時等にバッテリからブラシレスモータへ過電流が流れるおそれがあるため、過電流に対する保護機能を備える必要がある。そして、その保護機能として、上記特許文献１と同様の機能を採用することも可能である。

しかし、近年、ブラシレスモータの高出力化・高効率化が進んでおり、これにより新たな保護機能が求められている。即ち、ブラシレスモータを高出力化・高効率化させると、ブラシレスモータのインピーダンスが低下し、また、ブラシレスモータへの通電のＰＷＭ制御を行う通電制御回路を構成するスイッチング素子（例えばＦＥＴ）のオン抵抗も低くなるため、ロック電流も大きくなる。

そのため、高出力・高効率のブラシレスモータにおいては、ロック時や過負荷時等に流れる大電流からバッテリやスイッチング素子（ＦＥＴ）を保護する必要がある。しかも、バッテリ及びＦＥＴの保護は、共に同じ検出電流に基づいて行うのは適切ではなく、それぞれ適切な検出対象の電流に基づいて保護を行う必要がある。

具体的には、ＦＥＴについては、ＦＥＴに実際に流れる電流（瞬間電流）がＦＥＴの定格を超えないように保護する必要がある。バッテリについては、バッテリからブラシレスモータへ流れる電流の平均値（平均電流）に基づいて保護を行う必要がある。

このように、高出力・高効率のブラシレスモータを用いた電動工具においては、保護対象（バッテリ及びＦＥＴ）毎にそれぞれ検出対象の電流も異なる。そのため、特許文献１に記載の技術を採用することはできず、あらたな電流検出方法及び保護方法が要求される。

しかも、バッテリを用いた電動工具であるが故に、電流検出及び保護のために複雑な回路構成や消費電力が大きくなるような構成を採用するのは好ましくなく、簡素な構成でありながらも保護対象毎にそれぞれ検出すべき電流を適切に検出でき、それら検出値に基づいて各保護対象をそれぞれ適切に保護できるようにすることが望まれる。

そこで本発明は、バッテリからブラシレスモータに流れる平均電流及び瞬間電流をそれぞれ簡素な構成で適切に検出できるようにすることを第１の目的とする。また、検出した平均電流及び瞬間電流に基づいて、バッテリ及びバッテリからブラシレスモータへの通電を制御する制御構成要素をそれぞれ過電流から適切に保護できるようにすることを第２の目的とする。

上記課題を解決（第１の目的を達成）するためになされた本発明は、通電制御手段によりバッテリからの通電が制御されるよう構成されたブラシレスモータに流れる電流を検出する１つの電流検出手段と、この電流検出手段により検出された電流から、所定の第１カットオフ周波数以下の周波数帯域の電流成分である第１電流を抽出する第１のフィルタ手段と、電流検出手段により検出された電流から、第１カットオフ周波数よりも高い所定の第２カットオフ周波数以下の周波数帯域内における、第２カットオフ周波数を最大値とする所定の周波数帯域の電流成分である第２電流を抽出する第２のフィルタ手段と、を備えていることを特徴とするモータ電流検出装置である。

上記構成のモータ電流検出装置では、ブラシレスモータに流れる電流を検出する電流検出手段を１つ設け、その１つの電流検出手段により検出された電流から、第１のフィルタ手段及び第２のフィルタ手段を用いてそれぞれ第１電流（検出された電流の平均値を示す平均電流）と第２電流（検出された電流の実際の値であり、換言すれば瞬間的な値；瞬間電流）を抽出（検出）する。各フィルタ手段の通過帯域はそれぞれ異なり、第１のフィルタ手段については、平均電流を適切に検出できるように第１カットオフ周波数が設定され、第２のフィルタ手段については、高周波ノイズ成分（本来抽出すべき帯域よりも高い周波数帯のノイズ成分）を除去して瞬間電流を適切に検出できるように、第２カットオフ周波数及びこれを最大値とする所定の周波数帯域が設定されている。

このように、１つの電流検出手段と、通過帯域の異なる２つのフィルタ手段を用いて、それぞれ第１電流及び第２電流を検出するようにしているため、第１電流（平均電流）と第２電流（瞬間電流）の双方を、簡単な構成ながらも適切に検出することが可能となる。特に第２電流については、高周波ノイズ成分が除去されたことにより適切な検出値を得ることができる。

各フィルタ手段を具体的にどのような種類のフィルタにて実現するかについては種々考えられ、例えば第２のフィルタ手段については上記所定の周波数帯域の電流成分を抽出可能なバンドパスフィルタにて実現することもできるが、各フィルタ手段をともにローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」と言う）にて実現するとよい。即ち、第１のフィルタ手段は、電流検出手段により検出された電流から第１カットオフ周波数以下の周波数帯域の第１電流を抽出するローパスフィルタであり、第２のフィルタ手段は、電流検出手段により検出された電流から第２カットオフ周波数以下の周波数帯域の第２電流を抽出するローパスフィルタである。

このように、各フィルタ手段をいずれもＬＰＦにて構成することで、各フィルタ手段の設計を効率化でき、また各フィルタ手段の構成を簡素化することができる。
各フィルタ手段の各カットオフ周波数は、それぞれ、所望の周波数帯域の電流を抽出できる限り適宜設定することができるが、通電制御手段がバッテリからブラシレスモータへの通電を所定のＰＷＭ周波数にてＰＷＭ制御するよう構成されている場合は、第１カットオフ周波数についてはＰＷＭ周波数より低く０より大きい値に設定し、第２カットオフ周波数についてはＰＷＭ周波数以上の値に設定するとよい。

第１カットオフ周波数をＰＷＭ周波数より低い値に設定すれば、ＰＷＭ制御の影響を受けずに、第１電流を適切且つ高精度に検出することができる。また、第２カットオフ周波数をＰＷＭ周波数以上の値に設定すれば、ＰＷＭ周波数の成分を含む第２電流を適切且つ高精度に検出することができる。

そして、ブラシレスモータのＰＷＭ制御においては、例えばブラシレスモータが電動工具で用いられる場合、実際上、ＰＷＭ周波数として例えば１０ｋＨｚ近傍から数十ｋＨｚの範囲内の周波数を用いる場合がある。そこで、そういった実例を考慮し、各カットオフ周波数は、例えば次のように設定するとよい。即ち、第１カットオフ周波数は、１００Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲内の値に設定し、第２カットオフ周波数は、１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲内の値に設定する。このように各カットオフ周波数を設定することで、実際に用いられるＰＷＭ周波数に好適に対応した各フィルタ手段を実現できる。

ここで、本発明のモータ電流検出装置を構成する各フィルタをアナログフィルタで構成するかそれともデジタルフィルタで構成するかについては種々考えられ、例えば、第１のフィルタ手段及び第２のフィルタ手段をいずれもアナログフィルタにより構成し、それぞれ抽出対象の第１電流及び第２電流をアナログ値として出力するようにすることができる（以下この構成を「アナログ構成」とも言う）。

また例えば、第１のフィルタ手段及び第２のフィルタ手段をいずれもデジタルフィルタにより構成し、それぞれ抽出対象の第１電流及び第２電流をデジタル値として出力するようにすることができる（以下この構成を「デジタル構成」とも言う）。

また例えば、第２のフィルタ手段については、アナログフィルタにより構成して第２電流をアナログ値として出力するようにし、第１のフィルタ手段については、第２のフィルタ手段から出力された第２電流を入力として、その第２電流から第１電流をデジタル値として出力するデジタルフィルタにより構成することができる。（以下この構成を「アナデジ構成」とも言う）。

上述した各構成のうち、アナログ構成については、各フィルタ手段が共にアナログフィルタにて構成されるため、デジタル構成と比べて、第１電流及び第２電流の抽出を迅速に行うことができる。

一方、デジタル構成については、各フィルタ手段が共にデジタルフィルタにて構成されるため、アナログ構成と比べると、第１電流及び第２電流の抽出に時間がかかる可能性がある。但し、デジタル構成において、例えば各フィルタ手段をマイクロコンピュータによるソフトウェア処理により実現するようにすれば、アナログ構成に比べてハードウェア構成を簡素化することができる。

そして、アナデジ構成については、第２電流（瞬間電流）を抽出する第２のフィルタ手段はアナログフィルタにて構成され、第１電流（平均電流）を抽出する第１のフィルタは、第２のフィルタ手段の出力（即ち第２電流）から第１電流を抽出するデジタルフィルタにて構成される。そのため、アナログ構成に比べてハードウェア構成を簡素化することができ、且つ、迅速に抽出することが要求される第２電流（瞬間電流）については、アナログフィルタにて迅速に抽出することができる。

尚、アナログ構成又はアナデジ構成の場合において、アナログフィルタは、抵抗及びコンデンサ（いずれも受動素子）を用いたパッシブフィルタとして構成するようにするとよい。アナログフィルタをパッシブフィルタにて構成することで、アナログフィルタの構成をより簡素化することが可能となる。

また、上記課題を解決（上記第２の目的を達成）するためになされた本発明は、上述した本発明のモータ電流検出装置と、バッテリからブラシレスモータへの通電を制御する通電制御手段と、第１のフィルタ手段により抽出された第１電流が予め設定された第１閾値を超えた場合に、第１電流が過電流であると判断する第１過電流判断手段と、第２のフィルタ手段により抽出された第２電流が、予め設定された、第１閾値よりも大きい第２閾値を超えた場合に、第２電流が過電流であると判断する第２過電流判断手段と、を備える。そして、通電制御手段は、第１過電流判断手段及び第２過電流判断手段の少なくとも一方にて過電流と判断された場合に、バッテリからブラシレスモータへの通電を遮断又は制限する。

このように構成された本発明のモータ制御装置によれば、第１電流及び第２電流のそれぞれについて対応する閾値に基づく過電流の判断が行われ、いずれか一方でも過電流が判断された場合にはバッテリからブラシレスモータへの通電が遮断又は制限される。そのため、各電流（平均電流及び瞬間電流）の過電流を適切に判断でき、その判断結果に基づいてバッテリや通電制御手段を過電流から適切に保護することができる。

ここで、第１過電流判断手段については、単に第１電流が第１閾値を超えたことをもってすぐに過電流と判断するのではなく、第１電流が第１閾値を超えた状態が所定の閾値超過継続時間以上継続した場合に、第１電流が過電流であると判断するようにするとよい。このようにすることで、平均電流に対する過電流の判定をより適切に行うことができる。

ここで、モータ制御装置を構成するモータ電流検出装置が、上述したアナログ構成である場合には、第１過電流判断手段及び第２過電流判断手段は、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理により実現するようにするとよい。つまり、第１電流及び第２電流の検出についてはそれぞれアナログフィルタにて行い、検出された第１電流及び第２電流に対する過電流の判断はソフトウェア処理により行うのである。

このように構成されたモータ制御装置によれば、過電流の判断を、簡素な構成にて迅速且つ確実に行うことができる。
また、モータ制御装置を構成するモータ電流検出装置が、上述したアナログ構成である場合、各過電流判断手段は、例えば次のような構成をとることもできる。即ち、第１過電流判断手段は、第１電流と第１閾値とを比較し、第１電流が第１閾値を超えたか否かに応じてＨレベル（ハイレベル）又はＬレベル（ローレベル）の何れかの第１比較信号を出力する、アナログの第１比較回路を備え、その第１比較回路からの第１比較信号が、第１電流が第１閾値を超えたことを示すレベルである場合に、第１電流が過電流であると判断する。第２過電流判断手段は、第２電流と第２閾値とを比較し、第２電流が第２閾値を超えたか否かに応じてＨレベル又はＬレベルの何れかの第２比較信号を出力する、アナログの第２比較回路を備え、その第２比較回路からの第２比較信号が、第２電流が第２閾値を超えたことを示すレベルである場合に、第２電流が過電流であると判断する。

このように構成されたモータ制御装置によれば、過電流か否かの判断を行うにあたり、アナログの各比較回路が必要になるものの、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理は実質的には不要となる。そのため、過電流の判断を簡素な構成にて迅速且つ確実に行うことができる。

尚、上記のように各比較回路を備えた構成においても、第１過電流判断手段については、第１比較回路から、第１電流が第１閾値を超えていることを示すレベルの第１比較信号が出力されたことをもってすぐに過電流と判断するのではなく、第１電流が第１閾値を超えた状態が所定時間継続した場合に過電流と判断するようにするとよい。即ち、第１電流が第１閾値を超えていることを示すレベルの第１比較信号の出力が継続する時間を計時する計時手段を備え、その計時手段による計時時間が所定の閾値超過継続時間を経過した場合に第１電流が過電流であると判断する。このようにすることで、平均電流に対する過電流の判定をより適切に行うことができる。

また、モータ制御装置を構成するモータ電流検出装置が、上述したデジタル構成である場合は、第１のフィルタ手段、第２のフィルタ手段、第１過電流判断手段、及び第２過電流判断手段は、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理により実現するようにするとよい。更に、モータ制御装置を構成するモータ電流検出装置が、上述したアナデジ構成である場合も、第１のフィルタ手段、第１過電流判断手段、及び第２過電流判断手段については、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理により実現するようにするとよい。いずれにおいても、ハードウェア（アナログ回路）の使用を抑制でき、簡素な構成にて各フィルタ手段及び各過電流判断手段を実現できる。

そして、本発明の他の局面における電動工具は、バッテリと、このバッテリからの電力により回転する、駆動源としてのブラシレスモータと、上述した本発明のモータ電流検出装置とを備えたものである。

このような電動工具によれば、上述したモータ電流検出装置と同様の効果を発揮できる。
また、本発明の他の局面における電動工具は、バッテリと、このバッテリからの電力により回転する、駆動源としてのブラシレスモータと、上述した本発明のモータ制御装置とを備えたものである。

このような電動工具によれば、上述したモータ制御装置と同様の効果を発揮できる。

実施形態の充電式マルノコの外観を表す斜視図である。 実施形態のモータ制御装置の概略構成を表す構成図である。 充電式マルノコの動作時にバッテリから流れる電流及び駆動スイッチを流れる電流の波形の一例を表す説明図である。 第１実施形態の、電流検出回路及び過電流検出部の具体的構成を表す構成図である。 各ＬＰＦの通過帯域を説明するための説明図である。 第１実施形態の第１過電流判断処理を表すフローチャートである。 第１実施形態の第２過電流判断処理を表すフローチャートである。 第２実施形態の、電流検出回路及び過電流検出部の具体的構成を表す構成図である。 第２実施形態の第１過電流判断処理を表すフローチャートである。 第２実施形態の第２過電流判断処理を表すフローチャートである。 第３実施形態の、電流検出回路及び過電流検出部の具体的構成を表す構成図である。 第４実施形態の、電流検出回路及び過電流検出部の具体的構成を表す構成図である。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された実施形態の充電式マルノコ１の外観を表す斜視図である。

本実施形態の充電式マルノコ１は、切断対象の被加工部材（図示略）の上面に当接させる略矩形のベース２と、このベース２の上面側に配置された本体部３とを備えている。
本体部３は、円形のノコ刃４と、このノコ刃４の上側ほぼ半周の範囲の周縁を内部に収容して覆うノコ刃ケース５を備えている。ノコ刃４の下側ほぼ半周の範囲の周縁は、開閉式のカバー６により覆われている。このカバー６は、被加工部材の切断時に本充電式マルノコ１を切断進行方向に移動させることにより、ノコ刃４の回転中心を中心に図中時計回り方向に回動して徐々に開かれていく。これにより、ノコ刃４が露出され、その露出部分が被加工部材に切り込まれて行く。

本体部３の左側には、略円筒状のモータケース７が設けられている。このモータケース７の内部に、当該充電式マルノコ１の駆動源としてのブラシレスモータ（以下「モータ」と略す）３０が収容されている。このモータケース７とノコ刃４の間には、図示しないギヤ機構が収容されており、モータ３０の回転がそのギヤ機構を介してノコ刃４へ伝達される。

本体部３の上側には、当該充電式マルノコ１の使用者により把持されるハンドル８が設けられている。このハンドル８は、本体部３の上側においてアーチ状に取り付けられている。即ち、ハンドル８は、一端が本体部３の後端近傍に固定されて他端が本体部３における後端よりも切断進行方向側に固定されている。

本体部３の後端には、繰り返し充電可能なバッテリ（２次電池）１９を収容したバッテリパック１０が、着脱自在に装着されている。また、ハンドル８の内周側（本体部３の上面側）には、トリガ形式の操作スイッチ９が設けられている。そして、本体部３内には、バッテリパック１０内のバッテリ１９から電力供給を受けて動作し、操作スイッチ９が操作されているときにモータ３０を回転させる（延いてはノコ刃４を回転させる）モータ制御装置２０（図１では図示略。図２参照。）が収納されている。

次に、本体部３内に収容されているモータ制御装置２０について、図２を用いて説明する。図２には、モータ制御装置２０の概略構成が、バッテリ１９及びモータ３０と共に図示されている。

図２に示すように、本実施形態のモータ３０は、３相ブラシレスモータにて構成されており、モータ３０の各相の端子は、モータ制御装置２０を介して、バッテリパック１０（詳しくはバッテリ１９）に接続されている。

モータ制御装置２０は、モータ３０の各相の端子とバッテリ１９の正極側とを接続する、いわゆるハイサイドスイッチ（上アーム）としての３つのスイッチング素子（Ｕ相ハイサイドスイッチＱ１，Ｖ相ハイサイドスイッチＱ２，Ｗ相ハイサイドスイッチＱ３）と、同じくモータ３０の各相の端子とバッテリ１９の負極側とを接続する、いわゆるローサイドスイッチ（下アーム）としての３つのスイッチング素子（Ｕ相ローサイドスイッチＱ４，Ｖ相ローサイドスイッチＱ５，Ｗ相ローサイドスイッチＱ６）とからなる、フルブリッジ回路を備えている。

このフルブリッジ回路を構成する各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、本実施形態では、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴにて構成されている。そして、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートは、ゲート−ソース間に所定値以上の電圧であるゲート駆動信号を印加することで各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンさせるゲート駆動信号生成回路１２に接続されている。

ローサイドスイッチとしての３つのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のソースは、本実施形態では、バッテリ１９の負極側の電位であるグランド電位に直接接続されておらず、通電遮断用のスイッチング素子（通電遮断スイッチ）Ｑ７及び電流検出抵抗Ｒ０を介してグランド電位に接続されている。通電遮断スイッチＱ７も、本実施形態では、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴにて構成されている。

即ち、各相ローサイドスイッチＱ４，Ｑ５，Ｑ６のソースは、通電遮断スイッチＱ７のドレインに接続されている。通電遮断スイッチＱ７のソースは、電流検出抵抗Ｒ０の一端に接続されており、電流検出抵抗Ｒ０の他端はグランド電位に接続されている。通電遮断スイッチＱ７のゲートも、ゲート駆動信号生成回路１２に接続され、このゲート駆動信号生成回路１２からのゲート駆動信号によって通電遮断スイッチＱ７がオン・オフされる。

そして、ゲート駆動信号生成回路１２は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略す）１１により制御される。
電流検出抵抗Ｒ０は、バッテリ１９からモータ３０への通電時にその通電電流を検出するためのものであって、本例では１つだけ設けられており、この電流検出抵抗Ｒ０の両端の電圧が、バッテリ１９からモータ３０へ流れる電流を示す信号として電流検出回路１３に入力される。電流検出回路１３は、電流検出抵抗Ｒ０により検出された電流をもとに、バッテリ１９からモータ３０へ流れる電流の平均値（平均電流）と、バッテリ１９からモータ３０へ流れる電流の実際の値（瞬間電流）とをそれぞれ個別に検出（抽出）して、マイコン１１へ出力する。

また、モータ制御装置２０は、モータ３０の回転位置（即ちモータ３０を構成するロータの回転位置）を検出するロータ位置検出回路１４と、このロータ位置検出回路１４により検出された回転位置に基づいてモータ３０の回転速度（即ちロータの回転速度）を演算するロータ回転速度演算回路１５とを備えている。

ロータ位置検出回路１４は、モータ３０に設けられた回転位置センサ３１，３２，３３からの各回転検出信号に基づき、回転位置を検出する。各回転位置センサ３１，３２，３３は、ホールＩＣからなり、モータ３０において電気角で１２０度の間隔で配置されている。そして、モータ３０の回転位置に応じて（即ち、モータ３０が所定量回転する毎に）ロータ位置検出回路１４へパルス信号を出力する。ロータ位置検出回路１４は、これら各回転位置センサ３１，３２，３３からの各パルス信号に基づいてモータ３０の回転位置を検出する。

そして、マイコン１１は、操作スイッチ９が操作されているとき、ロータ位置検出回路１４により検出されたロータ位置に基づき、通電角及び進角を指示する通電指令を、ゲート駆動信号生成回路１２へ出力する。

マイコン１１には、通電電流や回転位置に応じて進角及び通電角を設定するための進角・通電角マップ２１が予め記憶されている。そして、進角・通電角生成部２２が、電流検出回路１３により検出された通電電流やロータ位置検出回路１４により検出された回転位置を元に、進角・通電角マップ２１を参照して、その通電電流や回転位置に対応した進角・通電角を示す通電指令を生成し、ゲート駆動信号生成回路１２へ出力する。

更に、マイコン１１は、モータ３０への通電をＰＷＭ制御するための駆動デューティを演算し、その駆動デューティを示すＰＷＭ指令を生成してゲート駆動信号生成回路１２へ出力する、ＰＷＭ生成部２３を備えている。即ち、マイコン１１は、バッテリ１９からモータ３０への通電を、所定のＰＷＭ周波数にてＰＷＭ制御するよう構成されている。

ＰＷＭ生成部２３は、ロータ回転速度演算回路１５により演算された回転速度が、操作スイッチ９の操作状態により定まる設定回転速度と一致するよう、フィードバック制御を行って駆動デューティを演算する。

ゲート駆動信号生成回路１２は、操作スイッチ９が操作されたことによりモータ３０への通電を行う際、通電遮断スイッチＱ７をオンさせると共に、進角・通電角生成部２２からの通電指令に従って、フルブリッジ回路を構成する各ハイサイドスイッチＱ１〜Ｑ３のいずれか１つ及び各ローサイドスイッチＱ４〜Ｑ６のいずれか１つをオンさせて、モータ３０への通電を行う。

更にその通電の際、オンされるハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチのうちいずれか一方については、通電指令が示すオン期間中に常時オンさせるのではなく、ＰＷＭ生成部２３からのＰＷＭ指令が示す駆動デューティにて、所定の周波数（ＰＷＭ周波数）でオン・オフ（デューティ駆動）させる。本実施形態では、各ハイサイドスイッチＱ１〜Ｑ３がデューティ駆動される。尚、以下の説明では、デューティ駆動される各ハイサイドスイッチＱ１〜Ｑ３を、駆動スイッチとも称す。

例えば、Ｕ相ハイサイドスイッチＱ１とＶ相ローサイドスイッチＱ５が共にオンされる通電期間においては、その通電期間中、Ｖ相ローサイドスイッチＱ５はオン状態に保持され、駆動スイッチとしてのＵ相ハイサイドスイッチＱ１がデューティ駆動されることとなる。但し勿論、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチのうちどちらをデューティ駆動させるかについては特に限定されるものではなく、制御方法等に応じて適宜決めればよい。

図３に、モータ３０への通電時における、バッテリ１９からモータ３０へ流れる電流、及び駆動スイッチを流れる電流の波形の一例を示す。図３の電流波形中、実線で示すバス電流は、駆動スイッチのオン・オフに応じてバッテリ１９からモータ３０を介して電流検出抵抗Ｒ０に実際に流れる電流（瞬間電流）である。

例えば、上記例のようにＵ相ハイサイドスイッチＱ１とＶ相ローサイドスイッチＱ５が共にオンされる通電期間の場合、駆動スイッチ（本例ではＵ相ハイサイドスイッチＱ１）がオンされるとバッテリ１９から各スイッチＱ１，Ｑ５、モータ３０、通電遮断スイッチＱ７、及び電流検出抵抗Ｒ０を介して電流が流れる。そして、駆動スイッチがオフされると、バッテリ１９からの通電は停止される。このように、駆動スイッチのオン・オフに応じて変化するバッテリ１９からの通電電流（バス電流）が、電流検出抵抗Ｒ０により検出される。

但し、実際に電流検出抵抗Ｒ０にて検出される電流には、ＰＷＭ周波数よりも高い周波数成分のノイズ等も含まれている。そのため、本実施形態では、後述するように、電流検出回路１３にて、電流検出抵抗Ｒ０で検出された電流から上記ノイズ等を除去することで、ノイズ等を含まない、ＰＷＭ制御により変化する実際の電流（瞬間電流）を検出するようにしている。

一方、上記例において、駆動スイッチがオフされると、バッテリ１９からモータ３０への通電は停止されるが、モータ３０への通電は、モータ３０を構成する相コイルの磁気エネルギーにより、環流経路を通じて継続される。即ち、Ｕ相ハイサイドスイッチＱ１とＶ相ローサイドスイッチＱ５が共にオンされている状態から、駆動スイッチであるＵ相ハイサイドスイッチＱ１がオフされると、オンされているＶ相ローサイドスイッチＱ５と、Ｕ相ローサイドスイッチＱ４のソース・ドレイン間に並列接続されているダイオードとにより、環流経路が形成され、この環流経路を、モータ３０の残留磁気エネルギーによる電流（徐々に減衰していく電流）が流れる。つまり、上記例では、通電期間中、Ｖ相ローサイドスイッチＱ５には、図３に破線で示すような電流（相電流）が常に流れていることになる。

そして、図３に一点鎖線で示す電流は、駆動スイッチがオンされている間に流れるバッテリ１９からモータ３０へ流れるバス電流の平均値（バス平均電流。以下単に「平均電流」という。）である。この平均電流は、後述するように、電流検出回路１３にて、電流検出抵抗Ｒ０で検出された電流を元に検出されるものである。

また、モータ制御装置２０内には、図示は省略したものの、バッテリ１９の電圧（バッテリ電圧）を所定の定電圧Ｖｃ（例えば５Ｖ）に降圧した定電圧電源を生成する定電圧電源装置が備えられている。この定電圧電源（Ｖｃ）は、マイコン１１を含む、当該モータ制御装置２０内の各部の回路等を動作させるための電源として用いられる。

また、操作スイッチ９は、より詳しくは、図示しない駆動開始スイッチと、図２に示す可変抵抗器Ｒ１とからなるものである。可変抵抗器Ｒ１は、いわゆるポテンショメータとして構成されており、定電圧Ｖｃを電源として、操作スイッチ９の操作量（引き量）に応じた電圧（トリガ操作量信号）をマイコン１１に入力する。

このような構成により、使用者が操作スイッチ９を引き始めると（例えば少量引くと）、駆動開始スイッチがオンし、その旨を示す駆動開始信号がマイコン１１に入力される。マイコン１１は、この駆動開始信号が入力されると、可変抵抗器Ｒ１からのトリガ操作量信号に従い、そのトリガ操作量信号が示す操作スイッチ９の操作量に応じた目標回転速度にてモータ３０を回転させるべく、モータ３０のＰＷＭ制御を開始する。具体的には、操作スイッチ９の引き量が大きいほど回転速度が大きくなるよう（つまり駆動デューティが大きくなるよう）、ＰＷＭ生成部２３が駆動デューティを演算する。

また、モータ制御装置２０は、通電遮断スイッチＱ７の近傍に設けられてこの通電遮断スイッチＱ７の温度に応じた信号を出力する温度センサ１６と、この温度センサ１６からの信号に基づいて通電遮断スイッチＱ７の温度を検出する温度検出回路１７とを備えている。

マイコン１１は、温度検出回路１７により検出された温度を監視し、所定の温度閾値よりも高い温度となった場合には、ゲート駆動信号生成回路１２を介して通電遮断スイッチＱ７を強制的にオフさせることにより、モータ３０への通電を強制遮断させる。また、マイコン１１は、自身が各種プログラムを実行中にハングアップ等の異常が生じた場合にも、ゲート駆動信号生成回路１２を介して通電遮断スイッチＱ７を強制的にオフさせることにより、モータ３０への通電を強制遮断させる。

また、モータ制御装置２０は、バッテリ電圧を検出するための電圧検出回路１８を備えている。マイコン１１は、この電圧検出回路１８からの検出信号を監視し、例えばバッテリ電圧が所定レベルより低下したらモータ３０の動作を停止させるなどの、バッテリ電圧に基づく各種の制御も行う。

更に、マイコン１１は、過電流検出部２４を備えている。この過電流検出部２４は、電流検出回路１３により個別に検出された平均電流及び瞬間電流に基づき、それぞれ過電流となっているか否か判断する。そして、何れか一方又は双方について過電流と判断した場合には、その旨を示す過電流検出信号をゲート駆動信号生成回路１２へ出力する。具体的には、平均電流について過電流と判断した場合には、平均電流が過電流である旨を示す第１過電流検出信号を出力し、瞬間電流について過電流と判断した場合には、瞬間電流が過電流である旨を示す第２過電流検出信号を出力する。

尚、マイコン１１を構成する上記各部のうち、進角・通電角生成部２２及びＰＷＭ生成部２３は、本実施形態ではいずれもソフトウェア処理により（即ち図示しないＣＰＵがプログラムを実行することにより）実現されるものである。過電流検出部２４についても、その機能の一部はソフトウェア処理により実現されるものであるが、その詳細は後述する。

このように構成された本実施形態のモータ制御装置２０において、最も特徴的な構成は、電流検出回路１３及び過電流検出部２４の構成である。
本実施形態の充電式マルノコ１は、モータ３０として、高出力・高効率のブラシレスモータを用いている。また、出力及び効率向上のために、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ７についても、オン抵抗の小さいものを用いている。そのため、モータ３０のロック時或いは過負荷時等に、バッテリ１９からモータ３０へ、定格を超える大電流（過電流）が流れるおそれがある。そのため、そういった過電流から、バッテリ１９や各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ７を適切に保護する必要がある。

具体的には、バッテリ１９を過電流から保護するためには、バッテリ１９からモータ３０へ通電される平均電流を適切に検出してこれを監視し、その平均電流が過電流状態となった場合に通電を制限してバッテリ１９を保護する必要がある。

また、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ７を過電流から保護するためには、バッテリ１９から各スイッチング素子を介してモータ３０へ通電されている瞬間電流、即ちＰＷＭ制御に同期して変化する、高周波ノイズ等を含まない実際の電流を適切に検出してこれを監視し、その瞬間電流が過電流状態となった場合に通電を制限して各スイッチング素子を保護する必要がある。つまり、瞬間電流については、各スイッチング素子の定格を超えないように電流制御を行う必要がある。

そこで本実施形態では、まず電流検出回路１３が、１つの電流検出抵抗Ｒ０にて検出された電流から、通過帯域の異なる（即ち時定数の異なる）２つのアナログのＬＰＦを用いて、それぞれ平均電流及び瞬間電流を抽出（検出）するようにしている。そして、電流検出回路１３の各ＬＰＦにより検出された平均電流及び瞬間電流に基づき、マイコン１１の過電流検出部２４が、個別に過電流か否かを判断するようにしている。

図４に、本実施形態の電流検出回路１３及び過電流検出部２４の具体的構成を示す。図４に示すように、電流検出回路１３は、電流検出抵抗Ｒ０により検出された電流を増幅するアンプ４１と、このアンプ４１による増幅後の電流からそれぞれ所望の周波数帯域の電流成分を抽出する２つのＬＰＦ（第１ＬＰＦ４２，第２ＬＰＦ４３）と、を備えている。第１ＬＰＦ４２は、電流検出抵抗Ｒ０により検出されてアンプ４１により増幅された電流から平均電流Ｊ１を抽出するためのものであり、第２ＬＰＦ４３は、その増幅された電流から瞬間電流Ｊ２を抽出するためのものである。

第１ＬＰＦ４２は、抵抗Ｒ１１及びコンデンサＣ１１からなる周知のアナログのパッシブフィルタとして構成され、平均電流Ｊ１をアナログ値として出力する。この第１ＬＰＦ４２は、バッテリ１９の保護のために平均電流Ｊ１を抽出するものであるため、ＰＷＭ制御の影響を受けないよう、時定数の大きいもの、即ち、カットオフ周波数（第１カットオフ周波数）ｆｃ１がＰＷＭ周波数よりも低いものとして構成されている。

本実施形態では、ＰＷＭ制御におけるＰＷＭ周波数が、８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲内に設定されている。そのため、第１ＬＰＦ４２の第１カットオフ周波数ｆｃ１は、上記ＰＷＭ周波数よりも低く且つ０よりは大きい、例えば１００Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲内で設定すればよい。ここでは、一例として、図５に実線で示すように、第１カットオフ周波数ｆｃ１が１ｋＨｚであるものとして説明する。

電流検出抵抗Ｒ０により検出された電流が、この第１ＬＰＦ４２に入力されることで、検出された電流における、上記第１カットオフ周波数ｆｃ１以下の周波数帯域の成分である平均電流Ｊ１が抽出される。

第２ＬＰＦ４３は、抵抗Ｒ１２及びコンデンサＣ１２からなる周知のアナログのパッシブフィルタとして構成され、瞬間電流Ｊ２をアナログ値として出力する。この第２ＬＰＦ４３は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ７の保護のために、少なくともＰＷＭ制御に同期して変化する電流成分（瞬間電流Ｊ２）を抽出する必要がある。そこで、ＰＷＭ周波数を含む周波数成分の電流を検出でき、且つＰＷＭ周波数よりも高い高周波ノイズ成分をカットできるような第２ＬＰＦ４３を用いる。そのために、第２ＬＰＦ４３のカットオフ周波数ｆｃ２は、少なくともＰＷＭ周波数以上の値に設定する必要がある。

本実施形態では、上記の通りＰＷＭ周波数が８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲内に設定されているため、第２ＬＰＦ４３の第２カットオフ周波数ｆｃ２は、上記ＰＷＭ周波数よりも高く、且つ高周波ノイズ成分をカットできることが可能な、例えば１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲内で設定する。そのため、第２ＬＰＦ４３の時定数は、第１ＬＰＦ４２の時定数よりも小さい値に設定される。ここでは、一例として、図５に破線で示すように、第２カットオフ周波数ｆｃ２が１００ｋＨｚであるものとして説明する。

電流検出抵抗Ｒ０により検出された電流が、この第２ＬＰＦ４３に入力されることで、検出された電流における、上記第２カットオフ周波数ｆｃ２以下の周波数帯域の成分である瞬間電流Ｊ２が抽出される。

このようにして各ＬＰＦ４２，４３にて抽出された平均電流Ｊ１及び瞬間電流Ｊ２に対し、マイコン１１の過電流検出部２４は、それぞれ個別に過電流か否かの判断を行う。過電流検出部２４は、図４に示すように、平均電流Ｊ１をデジタル値（平均電流値Ｄ１）に変換する第１ＡＤ変換器４５と、瞬間電流Ｊ２をデジタル値（瞬間電流値Ｄ２）に変換する第２ＡＤ変換器４６と、第１ＡＤ変換器４５から出力された平均電流値Ｄ１に基づき、平均電流Ｊ１が過電流であるか否かを判断して、過電流と判断した場合にゲート駆動信号生成回路１２へ第１過電流検出信号を出力する第１過電流判断部４７と、第２ＡＤ変換器４６から出力された瞬間電流値Ｄ２に基づき、瞬間電流Ｊ２が過電流であるか否かを判断して、過電流と判断した場合にゲート駆動信号生成回路１２へ第２過電流検出信号を出力する第２過電流判断部４８と、を備えている。尚、各過電流判断部４７，４８は、本実施形態では、マイコン１１によるソフトウェア処理により実現されるものである。

図６に、マイコン１１により実行される、第１過電流判断部４７としての制御処理である第１過電流判断処理のフローチャートを示す。マイコン１１は、少なくとも操作スイッチ９が操作されている間、図示しないメモリに記憶されている第１過電流判断処理プログラムに従い、この図６の第１過電流判断処理を周期的に繰り返し実行する。

マイコン１１は、この第１過電流判断処理を開始すると、まずＳ２１０にて、平均電流値Ｄ１が第１閾値を超えているか否か判断する。本例では、平均電流がバッテリ１９を保護すべきレベルに達しているか否かを判断するための適切な判断基準値（例えば６０Ａ）が、デジタルの第１閾値として、図示しないメモリ等に予め設定されている。

平均電流値Ｄ１が第１閾値以下ならば、そのままこの第１過電流判断処理を終了するが、平均電流値Ｄ１が第１閾値を超えていたならば、Ｓ２２０に進み、マイコン１１が備える図示しないタイマによる計時をスタートさせる。

そして、Ｓ２３０にて、Ｓ２１０と同様に平均電流値Ｄ１が第１閾値を超えているか否か判断する。このＳ２３０にて、平均電流値Ｄ１が第１閾値以下と判断された場合は、Ｓ２６０にてタイマをクリアして、この第１過電流判断処理を終了する。一方、Ｓ２３０にて、平均電流値Ｄ１が第１閾値を超えていると判断された場合は、Ｓ２４０にて、タイマの計時時間が３秒経過したか否か判断し、３秒経過するまではＳ２３０に戻る。

そして、Ｓ２４０にてタイマの計時時間が３秒経過したと判断された場合は、Ｓ２５０に進み、ゲート駆動信号生成回路１２へ第１過電流検出信号を出力する。つまり、第１閾値を超えた状態が３秒継続したら、平均電流が過電流である（つまりバッテリ１９をその過電流から保護する必要がある）と判断して、その旨をゲート駆動信号生成回路１２へ伝えるのである。

ゲート駆動信号生成回路１２は、第１過電流判断部４７から第１過電流検出信号が入力された場合は、例えばＰＷＭ制御の駆動デューティを所定量下げるなどして、平均電流値Ｄ１が第１閾値以下となるように、バッテリ１９からモータ３０への通電電流を制限する。

次に、図７に、マイコン１１により実行される、第２過電流判断部４８としての制御処理である第２過電流判断処理のフローチャートを示す。マイコン１１は、少なくとも操作スイッチ９が操作されている間、図示しないメモリに記憶されている第２過電流判断処理プログラムに従い、この図７の第２過電流判断処理を周期的に繰り返し実行する。

マイコン１１は、この第２過電流判断処理を開始すると、まずＳ１１０にて、瞬間電流値Ｄ２が第２閾値を超えているか否か判断する。本例では、瞬間電流が各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ７を保護すべきレベルに達しているか否かを判断するための、上記第１閾値よりも大きい適切な判断基準値（例えば１００Ａ）が、デジタルの第２閾値として、図示しないメモリ等に予め設定されている。

瞬間電流値Ｄ２が第２閾値以下ならば、Ｓ１２０に進み、駆動スイッチがオフされたか否か判断する。そして、駆動スイッチがオンされている間はＳ１１０に戻って第２閾値との比較判断を継続し、駆動スイッチがオフされた後にこの第２過電流判断処理を終了する。

一方、Ｓ１１０にて、瞬間電流値Ｄ２が第２閾値を超えていたならば、Ｓ１３０に進み、ゲート駆動信号生成回路１２へ第２過電流検出信号を出力する。つまり、瞬間電流については第２閾値を超えたならば過電流である（つまり、少なくとも現在オン中のスイッチング素子に対してその過電流から保護する必要がある）と判断して、その旨をゲート駆動信号生成回路１２へ伝えるのである。

ゲート駆動信号生成回路１２は、第２過電流判断部４８から第２過電流検出信号が入力された場合は、例えば、現在オンされている駆動スイッチについて、少なくともそのオン期間を含む現在のＰＷＭ周期中については駆動スイッチを強制的にオフさせて通電を遮断するなどして、瞬間電流値Ｄ２が第２閾値以下に制限されるようにする。尚、次のＰＷＭ周期では、通常通り駆動スイッチはオンされるが、その際に再び瞬間電流が過電流と判断された場合は、そのＰＷＭ周期中についても駆動スイッチが強制的にオフされることとなる。

以上説明したように、本実施形態の充電式マルノコ１は、図２に示すモータ制御装置２０を備えている。このモータ制御装置２０は、１つの電流検出抵抗Ｒ０と、通過帯域（時定数）の異なる２つのＬＰＦ４２，４３を備え、第１ＬＰＦ４２にて平均電流を、第２ＬＰＦ４３にて瞬間電流を、それぞれ検出する。

そのため、平均電流と瞬間電流の双方を、簡単な構成ながらも適切に検出することが可能となる。特に瞬間電流については、高周波ノイズ成分が除去されたより適切な値を得ることができる。

しかも、第１ＬＰＦ４２の第１カットオフ周波数ｆｃ１は、ＰＷＭ周波数より低い値に設定されているため、ＰＷＭ制御の影響を受けずに、平均電流を適切且つ高精度に検出することができる。また、第２ＬＰＦ４３の第２カットオフ周波数ｆｃ２は、ＰＷＭ周波数以上の値に設定されているため、ＰＷＭ周波数の成分を含む瞬間電流を適切且つ高精度に検出することができる。

また、各ＬＰＦ４２，４３にて抽出された平均電流Ｊ１、瞬間電流Ｊ２に基づき、マイコン１１が（詳しくは過電流検出部２４が）、ソフトウェア処理により、それぞれ対応する閾値等に基づいて過電流か否かの判断を行う。そして、何れか一方でも過電流が判断された場合には、その過電流と判断された電流に対応した保護動作（駆動デューティの制限又は通電の一時停止）が行われる。そのため、平均電流及び瞬間電流の過電流を適切に判断でき、その判断結果に基づいてバッテリ１９や各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ７を過電流から適切に保護することができる。

しかも、第１過電流判断部４７については、単に平均電流値Ｄ１が第１閾値を超えたことをもってすぐに過電流と判断するのではなく、平均電流値Ｄ１が第１閾値を超えた状態が所定の閾値超過継続時間（本例では３秒）以上継続した場合に、平均電流が過電流であると判断するようにしている。そのため、平均電流に対する過電流の判定をより適切に行うことができる。

更に、各ＬＰＦ４２，４３により検出された平均電流及び瞬間電流に対する過電流の判断は、マイコン１１によるソフトウェア処理により行われる。そのため、簡素な構成にて過電流の判断を行うことができる。

また、各ＬＰＦ４２，４３は、いずれも、アナログのパッシブフィルタとして構成されている。そのため、各ＬＰＦ４２，４３を後述する第３実施形態のようにデジタルフィルタにて構成する場合に比べ、簡素な構成でありながら、平均電流Ｊ１及び瞬間電流Ｊ２の検出を迅速に行うことができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態のモータ制御装置について説明する。本実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置２０と比較して、電流検出回路１３及びマイコン１１内の過電流検出部２４の構成が異なるだけで、その他の構成は第１実施形態のモータ制御装置２０と同じである。そこで、本第２実施形態のモータ制御装置については、第１実施形態のモータ制御装置２０と異なる回路構成等に絞って説明する。

図８に、本実施形態の電流検出回路５０及び過電流検出部５６の具体的構成を示す。図８に示すように、電流検出回路５０は、第１実施形態の電流検出回路１３（図４参照）と同様、アンプ４１、第１ＬＰＦ４２、及び第２ＬＰＦ４３を備えている。これに加え、本実施形態の電流検出回路５０は、更に、２つのコンパレータ５１，５２を備えている。

このうち第１コンパレータ５１は、その非反転入力端子に第１ＬＰＦ４２からの平均電流Ｊ１が入力され、反転入力端子に第１閾値が入力される。この第１閾値は、既述の定電圧Ｖｃを、２つの分圧抵抗Ｒ２１，Ｒ２２にて分圧することにより得られるものであり、上記第１実施形態の第１閾値（デジタル値）をアナログ値で表現した場合の値と同値である。

第１コンパレータ５１は、平均電流Ｊ１と第１閾値とを比較し、平均電流Ｊ１が第１閾値以下の場合には、出力信号である平均電流比較信号Ｐ１として、Ｌレベル（例えば０Ｖ近傍の電圧）の電圧信号を出力する。一方、平均電流Ｊ１が第１閾値を超えている場合は、平均電流比較信号Ｐ１として、Ｈレベル（例えば５Ｖ近傍の電圧）の電圧信号を出力する。

第２コンパレータ５２は、その非反転入力端子に第２ＬＰＦ４３からの瞬間電流Ｊ２が入力され、反転入力端子に第２閾値が入力される。この第２閾値は、既述の定電圧Ｖｃを、２つの分圧抵抗Ｒ２３，Ｒ２４にて分圧することにより得られるものであり、上記第１実施形態の第２閾値（デジタル値）をアナログ値で表現した場合の値と同値である。

第２コンパレータ５２は、瞬間電流Ｊ２と第２閾値とを比較し、瞬間電流Ｊ２が第２閾値以下の場合には、出力信号である瞬間電流比較信号Ｐ２として、Ｌレベル（例えば０Ｖ近傍の電圧）の電圧信号を出力する。一方、瞬間電流Ｊ２が第２閾値を超えている場合は、第２比較信号Ｐ２として、Ｈレベル（例えば５Ｖ近傍の電圧）の電圧信号を出力する。

このようにして各コンパレータ５１，５２から出力された各比較信号Ｐ１，Ｐ２に基づき、マイコン５５の過電流検出部５６は、平均電流及び瞬間電流についてそれぞれ個別に過電流か否かの判断を行う。本実施形態の過電流検出部５６は、図８に示すように、第１コンパレータ５１からの平均電流比較信号Ｐ１に基づいて平均電流Ｊ１が過電流であるか否かを判断する第１過電流判断部５７と、第２コンパレータ５２からの瞬間電流比較信号Ｐ２に基づいて瞬間電流Ｊ２が過電流であるか否かを判断する第２過電流判断部５８とを備えている。そして、これら各過電流判断部５７，５８も、第１実施形態の各過電流判断部４７，４８と同様、本実施形態ではマイコン５５によるソフトウェア処理により実現される。

図９に、マイコン５５により実行される、第１過電流判断部５７としての制御処理である第１過電流判断処理のフローチャートを示す。マイコン５５は、この第１過電流判断処理を開始すると、まずＳ４１０にて、平均電流比較信号Ｐ１がＨレベルであるか否か判断する。平均電流比較信号Ｐ１がＬレベルならば、そのままこの第１過電流判断処理を終了するが、平均電流比較信号Ｐ１がＨレベルならば、Ｓ４２０に進み、マイコン５５が備える図示しないタイマによる計時をスタートさせる。

そして、Ｓ４３０にて、Ｓ４１０と同様に平均電流比較信号Ｐ１がＨレベルであるか否か判断する。このＳ４３０にて、平均電流比較信号Ｐ１がＬレベルと判断された場合は、Ｓ４６０にてタイマをクリアして、この第１過電流判断処理を終了する。一方、Ｓ４３０にて、平均電流比較信号Ｐ１がＨレベルと判断された場合は、Ｓ４４０にて、タイマの計時時間が３秒経過したか否か判断し、３秒経過するまではＳ４３０に戻る。

そして、Ｓ４４０にて、タイマの計時時間が３秒経過したと判断された場合は、Ｓ４５０に進み、ゲート駆動信号生成回路１２へ第１過電流検出信号を出力する。つまり、平均電流比較信号Ｐ１がＨレベルの状態が３秒継続したら、平均電流が過電流であると判断して、その旨をゲート駆動信号生成回路１２へ伝えるのである。第１過電流検出信号に対するゲート駆動信号生成回路１２の動作（保護動作）は、第１実施形態と同様である。

次に、図１０に、マイコン５５により実行される、第２過電流判断部５８としての制御処理である第２過電流判断処理のフローチャートを示す。マイコン５５は、この第２過電流判断処理を開始すると、まずＳ３１０にて、瞬間電流比較信号Ｐ２がＨレベルであるか否か判断する。瞬間電流比較信号Ｐ２がＬレベルならば、Ｓ３２０に進み、駆動スイッチがオフされたか否か判断する。そして、駆動スイッチがオンされている間はＳ３１０に戻って、瞬間電流比較信号Ｐ２がＨレベルか否かの判断を継続し、駆動スイッチがオフされた後にこの第２過電流判断処理を終了する。

一方、Ｓ３１０にて、瞬間電流比較信号Ｐ２がＨレベルと判断されたならば、Ｓ３３０に進み、ゲート駆動信号生成回路１２へ第２過電流検出信号を出力する。つまり、瞬間電流については瞬間電流比較信号Ｐ２がＨレベルとなったら過電流である（つまり、少なくとも現在オン中のスイッチング素子に対してその過電流から保護する必要がある）と判断して、その旨をゲート駆動信号生成回路１２へ伝えるのである。第２過電流検出信号に対するゲート駆動信号生成回路１２の動作（保護動作）も、第１実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態では、各ＬＰＦ４２，４３からの平均電流Ｊ１及び瞬間電流Ｊ２をそのままマイコン５５に入力せず、それぞれコンパレータ５１，５２にて対応する閾値との比較を行った上で、その比較結果を示す各比較信号Ｐ１，Ｐ２をマイコン５５へ入力するようにしている。

そのため、第１実施形態と比較して、過電流か否かの判断を行うにあたり、アナログ回路としての各コンパレータ５１，５２が別途必要になるものの、マイコン５５による、過電流か否かの最終判断処理は非常に簡素なものとなる。しかも、マイコン５５において、第１実施形態で設けていた各ＡＤ変換器４５，４６は本実施形態では不要となる。そのため、マイコン５５による、過電流か否かの最終判断を、迅速に行うことができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態のモータ制御装置について説明する。本実施形態のモータ制御装置も、第１実施形態のモータ制御装置２０と比較して、電流検出回路１３及びマイコン１１内の過電流検出部２４の構成が異なるだけで、その他の構成は第１実施形態のモータ制御装置２０と同じである。そこで、本第３実施形態のモータ制御装置についても、第１実施形態のモータ制御装置２０と異なる回路構成等に絞って説明する。

図１１に、本実施形態の電流検出回路６０及び過電流検出部７１の具体的構成を示す。図１１に示すように、電流検出回路６０は、第１実施形態の電流検出回路１３（図４参照）が備えるアンプ４１により構成されている。つまり、電流検出回路６０は、単に、アンプ４１により増幅された電流Ｊを、マイコン７０に入力する。

マイコン７０の過電流検出部７１は、電流検出回路６０から入力された電流ＪをＡＤ変換するＡＤ変換器７２と、このＡＤ変換器７２によりデジタル化された電流から第１カットオフ周波数ｆｃ１以下の周波数帯域の成分に相当する平均電流値Ｄ１を抽出する第１デジタルフィルタ７３と、ＡＤ変換器７２によりデジタル化された電流から第２カットオフ周波数ｆｃ２以下の周波数帯域の成分に相当する瞬間電流値Ｄ２を抽出する第２デジタルフィルタ７４と、第１デジタルフィルタ７３からの平均電流値Ｄ１に基づいて、平均電流について過電流か否かの判断を行う第１過電流判断部４７と、第２デジタルフィルタ７４からの瞬間電流値Ｄ２に基づいて、瞬間電流について過電流か否かの判断を行う第２過電流判断部４８とを備えている。

つまり、第１実施形態では、アナログの各ＬＰＦ４２，４３にて平均電流Ｊ１及び瞬間電流Ｊ２をそれぞれアナログ値として検出し、それらをそれぞれマイコンにてＡＤ変換することで、デジタル値としての平均電流値Ｄ１及び瞬間電流値Ｄ２を得るようにしていたのに対し、本実施形態では、上記各ＬＰＦ４２，４３に代えてそれぞれデジタルのＬＰＦ（カットオフ周波数はいずれも第１実施形態と同じ）である第１デジタルフィルタ７３及び第２デジタルフィルタ７４を設けている。

過電流検出部７１において、各デジタルフィルタ７３，７４及び各過電流判断部４７，４８は、いずれも、マイコン７０によるソフトウェア処理により実現されるものである。尚、デジタルフィルタをマイコンのソフトウェア処理により実現する技術自体は既によく知られているため、ここではその具体的処理内容については説明を省略する。また、各過電流判断部４７，４８は、第１実施形態の各過電流判断部４７，４８と同じである。

以上説明したように、本実施形態では、電流検出回路６０からの電流Ｊに対し、ハードウェアではフィルタをかけずに、その電流Ｊをアナログ値のままマイコン７０に入力している。そして、マイコン７０によるソフトウェア処理にて、デジタルフィルタによる平均電流値Ｄ１及び瞬間電流値Ｄ２の抽出及び過電流判断を行っている。

そのため、第１実施形態のようにアナログフィルタを用いた構成と比べると、平均電流及び瞬間電流の抽出に時間がかかる可能性があるものの、各フィルタがソフトウェア処理により実現されているため、アナログ回路の構成を簡素化することができる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態のモータ制御装置について説明する。本実施形態のモータ制御装置も、第１実施形態のモータ制御装置２０と比較して、電流検出回路１３及びマイコン１１内の過電流検出部２４の構成が異なるだけで、その他の構成は第１実施形態のモータ制御装置２０と同じである。そこで、本第４実施形態のモータ制御装置についても、第１実施形態のモータ制御装置２０と異なる回路構成等に絞って説明する。

図１２に、本実施形態の電流検出回路８０及び過電流検出部９１の具体的構成を示す。図１２に示すように、電流検出回路８０は、第１実施形態の電流検出回路１３（図４参照）が備えるアンプ４１及び第２ＬＰＦ４３により構成されている。つまり、電流検出回路８０は、電流検出抵抗Ｒ０により検出された電流のうち、第２カットオフ周波数ｆｃ２以下の周波数成分（即ち瞬間電流Ｊ２であり、平均電流Ｊ１の成分も含まれている）を抽出して、マイコン９０の過電流検出部９１へ入力する。

マイコン９０の過電流検出部９１は、電流検出回路８０から入力された瞬間電流Ｊ２をＡＤ変換するＡＤ変換器７２と、このＡＤ変換器７２によりデジタル化された瞬間電流値Ｄ２から、第１カットオフ周波数ｆｃ１以下の周波数帯域の成分に相当する平均電流値Ｄ１を抽出するデジタルフィルタ９２と、このデジタルフィルタ９２からの平均電流値Ｄ１に基づいて、平均電流について過電流か否かの判断を行う第１過電流判断部４７と、ＡＤ変換器７２からの瞬間電流値Ｄ２に基づいて、瞬間電流について過電流か否かの判断を行う第２過電流判断部４８とを備えている。

つまり、本実施形態では、電流検出回路８０にて、第２カットオフ周波数ｆｃ２以下の帯域の成分の抽出についてはアナログフィルタにて行っておく。そして、そこから第１カットオフ周波数ｆｃ１以下の成分の抽出については、マイコン９０のデジタルフィルタ９２にて行う。

過電流検出部９１において、デジタルフィルタ９２及び各過電流判断部４７，４８は、いずれも、マイコン９０によるソフトウェア処理により実現されるものである。また、各過電流判断部４７，４８は、第１実施形態の各過電流判断部４７，４８と同じである。

以上説明した本実施形態のモータ制御装置によれば、アナログフィルタを２つ備える上記第１実施形態に比べて、ハードウェア構成を簡素化することができる。また、迅速に抽出することが要求される瞬間電流については、アナログの第２ＬＰＦ４３にて迅速に抽出することができる。

［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、瞬間電流を抽出するフィルタ（第２ＬＰＦ４３或いは第２デジタルフィルタ７４）として、いずれもＬＰＦを用いたが、例えばバンドパスフィルタを用いて、ＰＷＭ周波数を含む所定の周波数帯域のみを抽出するようにしてもよい。つまり、第２カットオフ周波数ｆｃ２を通過帯域の最大値とし、この第２カットオフ周波数ｆｃ２よりも低く且つＰＷＭ周波数よりも低い所定の周波数（但し０より大きい周波数。例えば第１カットオフ周波数以上の周波数。）を通過帯域の最小値とするようなバンドパスフィルタを用いるようにしてもよい。

また、各フィルタの通過帯域についても、上記実施形態の数値例はあくまでも一例である。平均電流を抽出するＬＰＦについては、ＰＷＭ制御の影響を受けない（つまりＰＷＭ周波数よりも低い）帯域であって、且つ平均電流を適切に抽出することが可能である限り、その第１カットオフ周波数ｆｃ１は適宜設定できる。瞬間電流を抽出するフィルタについては、所望の瞬間電流、即ちＰＷＭ制御により変化する（ＰＷＭ周波数に同期して変化する）電流成分を適切に抽出でき、且つ、ＰＷＭ周波数よりも大きい（例えばＰＷＭ周波数の数倍〜十数倍以上の）所定の周波数以上の高周波ノイズを適切に除去できる限り、その通過帯域は適宜設定できる。

また、図４等に示した各ＬＰＦ４２，４３の回路構成はあくまでも一例であり、パッシブフィルタに代えて能動素子を用いたアクティブフィルタを構成することも含め、他の種々の構成をとることができる。

また、上記実施形態では、平均電流について、第１閾値を超えた状態が３秒継続した場合に過電流と判断するようにしたが、この継続時間３秒はあくまでも一例である。また、第１閾値を超えた状態が所定時間継続したことをもって過電流と判断することも必須ではなく、単に第１閾値を超えたことをもって過電流と判断するようにしてもよい。

また、第１過電流判断部によって平均電流の過電流が判断された場合（つまり第１過電流検出信号が出力された場合）、上記実施形態では駆動デューティを下げることにより電流を制限するようにしたが、このように駆動デューティを下げることはあくまでも一例であり、結果として平均電流を下げてバッテリ１９を適切に保護できる限り種々の保護方法を採り得る。

瞬間電流の過電流に対する保護方法についても同様であり、上記実施形態のようにオンされている駆動スイッチをそのオン周期に限り強制的にオフさせるのはあくまでも一例であり、結果として瞬間電流を第２閾値以下に制御できる限り種々の保護方法を採り得る。

また、上記実施形態では、デジタルフィルタを、マイコンによるソフトウェア処理により実現するようにしたが、例えばＤＳＰなどのハードウェアによってデジタルフィルタを実現するようにしてもよい。また、マイコン自体を、同等の機能を有する他の手段（例えばＤＳＰやＡＳＩＣなど）に代えてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の適用対象の電動工具として、充電式マルノコ１を例に挙げて説明したが、本発明の適用が充電式マルノコ１に限定されるものでないことは言うまでもない。本発明は、駆動源としてブラシレスモータを備え、バッテリを電力として動作するよう構成されたあらゆる電動工具に対して適用可能である。

１…充電式マルノコ、２…ベース、３…本体部、４…ノコ刃、５…ノコ刃ケース、６…カバー、７…モータケース、８…ハンドル、９…操作スイッチ、１０…バッテリパック、１１，５５，７０，９０…マイコン、１２…ゲート駆動信号生成回路、１３，５０，６０，８０…電流検出回路、１４…ロータ位置検出回路、１５…ロータ回転速度演算回路、１６…温度センサ、１７…温度検出回路、１８…電圧検出回路、１９…バッテリ、２０…モータ制御装置、２１…進角・通電角マップ、２２…進角・通電角生成部、２３…ＰＷＭ生成部、２４，５６，７１，９１…過電流検出部、３０…モータ、３１，３２，３３…回転位置センサ、４１…アンプ、４２…第１ＬＰＦ、４３…第２ＬＰＦ、４５…第１ＡＤ変換器、４６…第２ＡＤ変換器、４７，５７…第１過電流判断部、４８，５８…第２過電流判断部、５１…第１コンパレータ、５２…第２コンパレータ、７２…ＡＤ変換器、７３…第１デジタルフィルタ、７４…第２デジタルフィルタ、９２…デジタルフィルタ、Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２…コンデンサ、Ｑ１…Ｕ相ハイサイドスイッチ、Ｑ２…Ｖ相ハイサイドスイッチ、Ｑ３…Ｗ相ハイサイドスイッチ、Ｑ４…Ｕ相ローサイドスイッチ、Ｑ５…Ｖ相ローサイドスイッチ、Ｑ６…Ｗ相ローサイドスイッチ、Ｑ７…通電遮断スイッチ、Ｒ０…電流検出抵抗、Ｒ１…可変抵抗器、Ｒ１１，Ｒ１２…抵抗、Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４…分圧抵抗

Claims (16)

1. バッテリからの通電が所定のＰＷＭ周波数にてＰＷＭ制御されるよう構成されたブラシレスモータに流れる電流を検出する１つの電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流から、所定の第１カットオフ周波数以下の周波数帯域の電流成分である第１電流を抽出する第１のフィルタ手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流から、前記第１カットオフ周波数よりも高い所定の第２カットオフ周波数以下の周波数帯域内における、前記第２カットオフ周波数を最大値とする所定の周波数帯域の電流成分である第２電流を抽出する第２のフィルタ手段と、
   前記第１のフィルタ手段により抽出された前記第１電流が予め設定された第１閾値を超えた場合に、前記第１電流が過電流であると判断する第１過電流判断手段と、
   前記第２のフィルタ手段により抽出された前記第２電流が、予め設定された、前記第１閾値よりも大きい第２閾値を超えた場合に、前記第２電流が過電流であると判断する第２過電流判断手段と、
   を備え、
   前記第１カットオフ周波数は、前記ＰＷＭ周波数より低く０より大きい値に設定され、
   前記第２カットオフ周波数は、前記ＰＷＭ周波数以上の値に設定されている
   ていることを特徴とするモータ電流検出装置。
2. 請求項１に記載のモータ電流検出装置であって、
   前記第１のフィルタ手段は、前記電流検出手段により検出された電流から前記第１カットオフ周波数以下の周波数帯域の前記第１電流を抽出するローパスフィルタであり、
   前記第２のフィルタ手段は、前記電流検出手段により検出された電流から前記第２カットオフ周波数以下の周波数帯域の前記第２電流を抽出するローパスフィルタである
   ことを特徴とするモータ電流検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のモータ電流検出装置であって、
   前記第１カットオフ周波数は、１００Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲内の値に設定され、
   前記第２カットオフ周波数は、１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲内の値に設定されている
   ことを特徴とするモータ電流検出装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のモータ電流検出装置であって、
   前記第１のフィルタ手段及び前記第２のフィルタ手段は、いずれもアナログフィルタにより構成され、それぞれ抽出対象の前記第１電流及び前記第２電流をアナログ値として出力する
   ことを特徴とするモータ電流検出装置。
5. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のモータ電流検出装置であって、
   前記第１のフィルタ手段及び前記第２のフィルタ手段は、いずれもデジタルフィルタにより構成され、それぞれ抽出対象の前記第１電流及び前記第２電流をデジタル値として出力する
   ことを特徴とするモータ電流検出装置。
6. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のモータ電流検出装置であって、
   前記第２のフィルタ手段は、アナログフィルタにより構成されて前記第２電流をアナログ値として出力し、
   前記第１のフィルタ手段は、前記第２のフィルタ手段から出力された前記第２電流を入力として、その第２電流から前記第１電流をデジタル値として出力するデジタルフィルタにより構成されている
   ことを特徴とするモータ電流検出装置。
7. 請求項４又は請求項６に記載のモータ電流検出装置であって、
   前記アナログフィルタは、抵抗及びコンデンサを用いたパッシブフィルタとして構成されている
   ことを特徴とするモータ電流検出装置。
8. 請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のモータ電流検出装置と、
   前記バッテリから前記ブラシレスモータへの通電を前記ＰＷＭ周波数にてＰＷＭ制御する通電制御手段を備え、
   前記通電制御手段は、前記第１過電流判断手段及び前記第２過電流判断手段の少なくとも一方にて前記過電流と判断された場合に、前記バッテリから前記ブラシレスモータへの通電を遮断又は制限する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
9. 請求項８に記載のモータ制御装置であって、
   前記第１過電流判断手段は、前記第１のフィルタ手段により抽出された前記第１電流が前記第１閾値を超えた状態が所定の閾値超過継続時間以上継続した場合に、前記第１電流が過電流であると判断する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
10. 請求項８又は請求項９に記載のモータ制御装置であって、
    前記モータ電流検出装置として、請求項４に記載のモータ電流検出装置を備え、
    前記第１過電流判断手段及び前記第２過電流判断手段は、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理により実現される
    ことを特徴とするモータ制御装置。
11. 請求項８に記載のモータ制御装置であって、
    前記モータ電流検出装置として、請求項４に記載のモータ電流検出装置を備え、
    前記第１過電流判断手段は、前記第１電流と前記第１閾値とを比較し、前記第１電流が前記第１閾値を超えたか否かに応じてＨレベル又はＬレベルの何れかの第１比較信号を出力する、アナログの第１比較回路を備え、その第１比較回路からの前記第１比較信号が、前記第１電流が前記第１閾値を超えたことを示すレベルである場合に、前記第１電流が過電流であると判断し、
    前記第２過電流判断手段は、前記第２電流と前記第２閾値とを比較し、前記第２電流が前記第２閾値を超えたか否かに応じてＨレベル又はＬレベルの何れかの第２比較信号を出力する、アナログの第２比較回路を備え、その第２比較回路からの前記第２比較信号が、前記第２電流が前記第２閾値を超えたことを示すレベルである場合に、前記第２電流が過電流であると判断する
    ことを特徴とするモータ制御装置。
12. 請求項１１に記載のモータ制御装置であって、
    前記第１過電流判断手段は、前記第１比較回路から、前記第１電流が前記第１閾値を超えていることを示すレベルの前記第１比較信号が出力されている場合に、その出力が継続する時間を計時する計時手段を備え、その計時手段による計時時間が所定の閾値超過継続時間を経過した場合に前記第１電流が過電流であると判断する
    ことを特徴とするモータ制御装置。
13. 請求項８又は請求項９に記載のモータ制御装置であって、
    前記モータ電流検出装置として、請求項５に記載のモータ電流検出装置を備え、
    前記第１のフィルタ手段、前記第２のフィルタ手段、前記第１過電流判断手段、及び前記第２過電流判断手段は、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理により実現される
    ことを特徴とするモータ制御装置。
14. 請求項８又は請求項９記載のモータ制御装置であって、
    前記モータ電流検出装置として、請求項６記載のモータ電流検出装置を備え、
    前記第１のフィルタ手段、前記第１過電流判断手段、及び前記第２過電流判断手段は、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理により実現される
    ことを特徴とするモータ制御装置。
15. バッテリと、
    前記バッテリからの電力により回転する、駆動源としてのブラシレスモータと、
    請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のモータ電流検出装置と、
    を備えていることを特徴とする電動工具。
16. バッテリと、
    前記バッテリからの電力により回転する、駆動源としてのブラシレスモータと、
    請求項８〜請求項１４の何れか１項に記載のモータ制御装置と、
    を備えていることを特徴とする電動工具。

Images