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技術 モータの制御装置

出願人 株式会社マキタ
発明者 市川佳孝
出願日 2015年9月30日 (4年9ヶ月経過) 出願番号 2015-193777
公開日 2017年4月6日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-070102
状態 特許登録済
技術分野 電動機の停止 携帯用動力工具一般
主要キーワード 遅延角度 通電範囲 極側電源ライン 短絡相 短絡ブレーキ 目標回転状態 動作用電源電圧 モータ駆動制御処理
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

ブレーキ制御実行中に駆動指令が入力されてモータの駆動を開始する際、ブレーキ制御の中止によって流れる回生電流を低減し、電源電圧が上昇するのを抑制する。

解決手段

制御装置20は、モータ10と、操作部22と、ブリッジ回路32と、制御部36とを備える。制御部は、操作部からモータの駆動指令が入力されると、ブリッジ回路を介してモータを駆動制御し、駆動指令が入力されていないときには、ブレーキ制御も実施する。制御部は、ブレーキ制御中に操作部から駆動指令が入力されると、ブレーキ制御でオン状態にしていた全てのスイッチング素子を、それぞれ、スイッチング素子に並列に設けられているダイオードを介してブレーキ電流を流すことができるタイミングでオフ状態切り替える。

概要

背景

電動工具においては、その動力源であるモータ減速若しくは停止させる際に、モータの制御装置が、ブリッジ回路を介してモータの端子間を短絡することで、モータに制動力を発生させる、所謂短絡ブレーキを実施することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

この提案の制御装置は、3相ブラシレスモータ駆動制御するものであり、3相ブラシレスモータの各端子と直流電源の正極側及び負極側との間にそれぞれ設けられた合計6つのスイッチング素子からなるブリッジ回路を備える。

そして、制御装置がモータに制動力を発生させる際には、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子の内、負極側のスイッチング素子(所謂ローサイドスイッチ)をオン状態、正極側のスイッチング素子(所謂ハイサイドスイッチ)をオフ状態切り替える。

従って、この提案の制御装置によれば、ブリッジ回路内のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り替えるだけで、モータの駆動及び制動を制御することができる。

概要

ブレーキ制御実行中に駆動指令が入力されてモータの駆動を開始する際、ブレーキ制御の中止によって流れる回生電流を低減し、電源電圧が上昇するのを抑制する。制御装置20は、モータ10と、操作部22と、ブリッジ回路32と、制御部36とを備える。制御部は、操作部からモータの駆動指令が入力されると、ブリッジ回路を介してモータを駆動制御し、駆動指令が入力されていないときには、ブレーキ制御も実施する。制御部は、ブレーキ制御中に操作部から駆動指令が入力されると、ブレーキ制御でオン状態にしていた全てのスイッチング素子を、それぞれ、スイッチング素子に並列に設けられているダイオードを介してブレーキ電流を流すことができるタイミングでオフ状態へ切り替える。

目的

本発明の一局面では、ブレーキ制御実行中に外部からの駆動指令に従いモータの駆動を開始する際、ブレーキ制御の中止に伴い電源側に流れる回生電流を低減し、電源
電圧が上昇するのを抑制することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

モータ駆動指令を入力するための操作部と、前記モータへの通電経路切り替える複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路と、前記操作部からの駆動指令に従い前記ブリッジ回路を介して前記モータを駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ブリッジ回路を介して前記モータに制動力を発生させるブレーキ制御を実施しているときに、前記操作部から前記モータの駆動指令が入力されると、前記ブリッジ回路において前記制動力を発生させるためにオン状態にしている全てのスイッチング素子を、それぞれ、当該スイッチング素子に並列に設けられているダイオードを介してブレーキ電流を流すことができるタイミングでオフ状態へ切り替えることにより、前記ブレーキ制御を中止する、よう構成されている、モータの制御装置

請求項2

モータの駆動指令を入力するための操作部と、前記モータへの通電経路を切り替える複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路と、前記操作部からの駆動指令に従い前記ブリッジ回路を介して前記モータを駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ブリッジ回路を介して前記モータに制動力を発生させるブレーキ制御を実施しているときに、前記操作部から前記モータの駆動指令が入力されると、前記ブリッジ回路を介して電源側に回生電流が流れなくなる所定タイミングまで前記ブレーキ制御を継続する、よう構成されている、モータの制御装置。

請求項3

モータの駆動指令を入力するための操作部と、前記モータへの通電経路を切り替える複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路と、前記操作部からの駆動指令に従い前記ブリッジ回路を介して前記モータを駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ブリッジ回路を介して前記モータに制動力を発生させるブレーキ制御を実施しているときに、前記操作部から前記モータの駆動指令が入力されると、前記ブレーキ制御の制御方式を切り替えることで、前記モータに流れるブレーキ電流を減少させる、よう構成されている、モータの制御装置。

請求項4

モータの駆動指令を入力するための操作部と、前記モータへの通電経路を切り替える複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路と、前記操作部からの駆動指令に従い前記ブリッジ回路を介して前記モータを駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記モータの制動時には、前記ブリッジ回路を介して前記モータの巻線短絡させることで制動力を発生させるブレーキ制御を実施し、該ブレーキ制御を実施しているときに、前記操作部から前記モータの駆動指令が入力されると、前記ブレーキ制御で短絡して制動力を発生させる巻線の相数を減らす、よう構成されている、モータの制御装置。

請求項5

前記制御部は、前記ブレーキ制御で3相短絡ブレーキを実施しているときに、前記操作部から前記モータの駆動指令が入力されると、前記ブレーキ制御を2相短絡ブレーキに切り替える、よう構成されている、請求項4に記載のモータの制御装置。

請求項6

前記制御部は、前記ブレーキ制御で2相短絡ブレーキを実施しているときに、前記操作部から前記モータの駆動指令が入力されると、前記ブレーキ制御を1相短絡ブレーキに切り替える、よう構成されている、請求項4又は請求項5に記載のモータの制御装置。

請求項7

モータの駆動指令を入力するための操作部と、前記モータへの通電経路を切り替える複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路と、前記操作部からの駆動指令に従い前記ブリッジ回路を介して前記モータを駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、少なくとも前記操作部から前記駆動指令が入力されていないときに、前記ブリッジ回路を介して前記モータに制動力を発生させて前記モータを停止させるブレーキ制御を実施し、前記ブレーキ制御を実施しているときに前記操作部から前記モータの駆動指令が入力されたときには、前記モータに流れるブレーキ電流を減少させる中止制御を実施した後、前記モータの駆動制御を開始し、前記ブレーキ制御を実施していないときに前記操作部から前記モータの駆動指令が入力されたときには、前記中止制御を実施することなく前記モータの駆動制御を開始する、よう構成されている、モータの制御装置。

技術分野

0001

本発明は、モータ制動力を発生させて減速又は停止させるブレーキ制御を行うモータの制御装置に関する。

背景技術

0002

電動工具においては、その動力源であるモータを減速若しくは停止させる際に、モータの制御装置が、ブリッジ回路を介してモータの端子間を短絡することで、モータに制動力を発生させる、所謂短絡ブレーキを実施することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0003

この提案の制御装置は、3相ブラシレスモータ駆動制御するものであり、3相ブラシレスモータの各端子と直流電源の正極側及び負極側との間にそれぞれ設けられた合計6つのスイッチング素子からなるブリッジ回路を備える。

0004

そして、制御装置がモータに制動力を発生させる際には、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子の内、負極側のスイッチング素子(所謂ローサイドスイッチ)をオン状態、正極側のスイッチング素子(所謂ハイサイドスイッチ)をオフ状態切り替える。

0005

従って、この提案の制御装置によれば、ブリッジ回路内のスイッチング素子のオン・オフ状態を切り替えるだけで、モータの駆動及び制動を制御することができる。

先行技術

0006

特開平3−74194号公報

発明が解決しようとする課題

0007

ところで、上記提案の電動工具において、モータの制御装置は、上述した短絡ブレーキ等によるブレーキ制御を実施しているときに、外部から駆動指令が入力されると、ブレーキ制御を中止して、モータの駆動を開始することになる。

0008

このようにモータの駆動を開始する際、ブレーキ制御を直ぐに中止すると、ブレーキ制御でオン状態にしていたスイッチング素子が全て同時にオフ状態に切り替えられることになる。

0009

これに対し、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子には、スイッチング素子のオフ時に、直流電源の正極側から負極側への電流方向(正方向)とは逆方向に電流を流すダイオード並列接続されている。

0010

このため、ブレーキ制御を中止するためにブリッジ回路内のスイッチング素子を全て同時にオフさせると、ブレーキ電流経路遮断されてモータ巻線高電圧が発生し、その高電圧によりダイオードに回生電流が流れて、電源電圧が上昇することがあった。

0011

この結果、回生電流により電源電圧が一時的に高電圧になるので、スイッチング素子や、バッテリ等の電源装置劣化を招くこともある。
そこで、本発明の一局面では、ブレーキ制御実行中に外部からの駆動指令に従いモータの駆動を開始する際、ブレーキ制御の中止に伴い電源側に流れる回生電流を低減し、電源
電圧が上昇するのを抑制することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

本発明のモータの制御装置は、モータの駆動指令を入力するための操作部と、モータへの通電経路を切り替える複数のスイッチング素子からなるブリッジ回路と、制御部とを備える。

0013

制御部は、操作部からの駆動指令が入力されると、ブリッジ回路を介してモータを駆動制御する。また、制御部は、ブリッジ回路を介してモータに制動力を発生させるブレーキ制御も実施する。

0014

そして、本発明の一局面では、制御部は、ブレーキ制御を実施しているときに、操作部からモータの駆動指令が入力されると、ブレーキ制御を以下の手順で中止する。
つまり、制御部は、ブリッジ回路において制動力を発生させるためにオン状態にしている全てのスイッチング素子を、それぞれ、スイッチング素子に並列に設けられているダイオードを介してブレーキ電流を流すことができるタイミングでオフ状態へ切り替えることにより、ブレーキ制御を中止する。

0015

従って、この制御装置によれば、ブレーキ制御から駆動制御に移行する際、ブレーキ制御を中止するためにブリッジ回路のスイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り替えられることによって、電源側へ流れる回生電流を抑制できる。

0016

よって、ブリッジ回路を介して形成されるモータへの通電経路上の素子が、回生電流により劣化するとか、回生電流によって電源電圧が高電圧になる、という問題が発生するのを抑制でき、操作部からの駆動指令に従いモータを適正に駆動できるようになる。

0017

次に、本発明の他の局面では、制御部は、ブレーキ制御を実施しているときに、操作部から前記モータの駆動指令が入力されると、ブリッジ回路を介して電源側に回生電流が流れなくなる所定タイミングまでブレーキ制御を継続する。

0018

そして、このように、ブレーキ制御から駆動制御に移行する際、電源側に回生電流が流れなくなるまでブレーキ制御を継続するようにしても、ブレーキ制御の中止に伴い電源側に流れる回生電流を抑制できることから、上記と同様の効果を得ることができる。

0019

また、本発明の他の局面では、制御部は、ブレーキ制御を実施しているときに、操作部からモータの駆動指令が入力されると、ブレーキ制御の制御方式を切り替えることで、モータに流れるブレーキ電流を減少させる。

0020

この結果、ブレーキ制御から駆動制御に移行する際、ブレーキ電流を低減させてから、ブレーキ制御を中止することができるようになり、ブレーキ制御の中止に伴い電源側に流れる回生電流を抑制することが可能となる。従って、制御部をこのように構成しても、上記と同様の効果を得ることができる。

0021

また次に、本発明の他の局面では、制御部は、モータの制動時には、ブリッジ回路を介してモータの巻線を短絡させることで制動力を発生させるブレーキ制御を実施する。そして、制御部は、そのブレーキ制御を実施しているときに、操作部からモータの駆動指令が入力されると、ブレーキ制御で短絡して制動力を発生させる巻線の相数を減らす。

0022

この結果、ブレーキ制御から駆動制御に移行する際、所謂短絡ブレーキの相数を減らすことで、ブレーキ電流を減少させることができる。よって、ブレーキ制御の終了時に電源
側に流れる回生電流を抑制することが可能となり、上記と同様の効果を得ることができる。

0023

なお、このように短絡ブレーキの相数を減らして、ブレーキ電流を減少させるに当たっては、制御部は、ブレーキ制御で3相短絡ブレーキを実施しているときに、操作部から駆動指令が入力されると、ブレーキ制御を2相短絡ブレーキに切り替えるようにしてもよい。

0024

また、制御部は、ブレーキ制御で2相短絡ブレーキを実施しているときに、操作部から駆動指令が入力されると、ブレーキ制御を1相短絡ブレーキに切り替えるようにしてもよい。

0025

次に、本発明の他の局面では、制御部は、少なくとも操作部から駆動指令が入力されていないときに、ブリッジ回路を介してモータに制動力を発生させてモータを停止させるブレーキ制御を実施する。

0026

そして、制御部は、ブレーキ制御を実施しているときと、ブレーキ制御を実施していないときとで、操作部からモータの駆動指令が入力されたときに、モータの駆動制御を開始する際の動作を切り替える。

0027

すなわち、制御部は、ブレーキ制御を実施していないときに操作部からモータの駆動指令が入力されると、モータに流れるブレーキ電流を減少させる中止制御を実施した後、モータの駆動制御を開始する。

0028

また、制御部は、ブレーキ制御を実施していないときに操作部からモータの駆動指令が入力されたときには、中止制御を実施することなくモータの駆動制御を開始する。
この結果、ブレーキ制御からモータ駆動制御への制御の切り替え時には、中止制御によって、ブレーキ電流を減少させることができる。

0029

よって、制御部をこのように構成しても、モータ駆動制御の開始時に電源側に流れる回生電流を抑制することができるようになり、上記と同様の効果を得ることができる。

図面の簡単な説明

0030

実施形態の電動工具1の概略構成を表す説明図である。
電動工具に設けられたモータ駆動回路の構成を表すブロック図である。
制御回路にてモータ制御のために実行される制御処理を表すフローチャートである。
図3に示すモータ制御処理の詳細を表すフローチャートである。
制御回路にて実行されるホール信号割り込み処理を表すフローチャートである。
制御回路にて実行されるタイマ割り込み処理を表すフローチャートである。
実施形態のブレーキ制御から駆動制御への移行時の駆動信号相電流の変化を表すタイムチャートである。
図7に示す3相短絡ブレーキから駆動制御への移行時の駆動信号と相電流の変化を拡大して表すタイムチャートである。
図7に示す2相短絡ブレーキ実行時に駆動指令が入力されたときの駆動信号と相電流の変化を表すタイムチャートである。
図8に対応した従来の制御切替時の駆動信号と相電流の変化を表すタイムチャートである。
図9に対応した従来の制御切替時の駆動信号と相電流の変化を表すタイムチャートである。
変形例のモータ駆動制御処理を表すフローチャートである。

実施例

0031

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1に示すように、本実施形態の電動工具1は、木材や金属などの被加工材を切断するのに利用されるレシプロソーであり、工具本体2と、バッテリパック3とを備えている。工具本体2の端部は、バッテリパック3を着脱可能に構成されている。図1は、工具本体2にバッテリパック3が装着された状態を示している。

0032

工具本体2は、把持部4と、ブレードフォルダ5と、ブレード6と、トリガ7と、ロックオフボタン8と、モータ10と、伝達機構12と、モータ駆動回路20とを備えている。このうちモータ10、伝達機構12、およびモータ駆動回路20は、工具本体2の筐体内部に収容されている。

0033

把持部4は、電動工具1を使用する使用者がその使用の際に手で握り持つ部分である。ブレード6は、被加工材を切断するための長尺細板状の金属部材であり、長手方向一端側が、工具本体2の筐体から突出されたブレードフォルダ5に着脱自在に固定されている。

0034

ブレード6には、長手方向に沿った一辺鋸刃が形成されており、ブレードフォルダ5がモータ10の回転力によってブレード6の長手方向に往復移動することで、ブレード6により被加工材を切断することができる。

0035

トリガ7は、ブレード6の往復駆動(換言すればモータ10の駆動)を指令するために使用者により操作される操作部である。使用者がトリガ7を引き操作すると、工具本体2の筐体内部のトリガスイッチ22(図2参照)がオン状態となり、モータ10が回転してブレード6が作動(往復駆動)する。

0036

ロックオフボタン8は、トリガ7の引き操作を許可又は禁止するためのボタンである。ロックオフボタン8をロック側の状態にするとトリガ7を引き操作できなくなり、ロックオフボタン8を非ロック側の状態にするとトリガ7を引き操作できるようになる。

0037

モータ10は、バッテリパック3からの電力により回転する。モータ10の回転力は、伝達機構12及びブレードフォルダ5を介してブレード6に伝達される。伝達機構12は、モータ10の回転運動直線運動に変換して、ブレードフォルダ5(延いてはブレード6)に伝達する。

0038

ブレード6の駆動速度とモータ10の回転速度とは略線形関係にあり、モータ10の回転速度が高いほどブレード6の駆動速度も高くなる。
モータ駆動回路20は、バッテリパック3内のバッテリ30から電力供給を受けて、モータ10(本実施形態では3相ブラシレスモータ)を駆動制御するためのものである。

0039

図2に示すように、モータ駆動回路20は、ブリッジ回路32、ゲート回路34、制御回路36、及び、レギュレータ40を備える。
ブリッジ回路32は、バッテリ30から電力供給を受けて、モータ10の各相巻線に電流を流すためのものであり、本実施形態では、6つのスイッチング素子Q1〜Q6からなる3相フルブリッジ回路として構成されている。

0040

ブリッジ回路32において、3つのスイッチング素子Q1〜Q3は、モータ10の各端子U,V,Wと、バッテリ30の正極側に接続された電源ライン(正極側電源ライン)との間に、いわゆるハイサイドスイッチとして設けられている。

0041

また、他の3つのスイッチング素子Q4〜Q6は、モータ10の各端子U,V,Wと、バッテリ30の負極側に接続されたグラウンドラインとの間に、いわゆるローサイドスイッチとして設けられている。

0042

スイッチング素子Q1〜Q6は、本実施形態では、nチャネルMOSFETにて構成されている。このため、スイッチング素子Q1〜Q6を構成するFETドレインソース間には、ソースからドレインに向けて順方向となるダイオードD1〜D6(所謂、寄生ダイオード)が並列に接続されることになる。

0043

従って、これら各ダイオードD1〜D6は、対応するスイッチング素子Q1〜Q6がオフ状態であるとき、バッテリ30の正極側から負極側に至る正方向とは逆方向に電流を流すことができる。

0044

ゲート回路34は、制御回路36から出力された制御信号に従い、ブリッジ回路32内の各スイッチング素子Q1〜Q6をオン/オフさせることで、モータ10の各相巻線に電流を流し、モータ10を回転させるものである。

0045

制御回路36は、CPU、ROM、RAM等を中心とするMCU(Micro Control Unit)にて構成されており、ゲート回路34を介してモータ10の駆動及び制動を制御する。
制御回路36には、制御対象となるモータ10やモータ駆動回路20の状態(異常等)を記憶するための不揮発性メモリ38が設けられている。

0046

また、制御回路36には、トリガスイッチ(以下、スイッチをSWと記載する)22、バッテリ電圧検出部24、電流検出回路26、及び、ロータ位置検出回路28が接続されている。

0047

トリガSW22は、トリガ7が操作されているときにオン状態となり、トリガ7の操作量引き量)に応じて抵抗値が変化するように構成されている。
また、バッテリ電圧検出部24は、バッテリパック3からモータ駆動回路20に入力されるバッテリ電圧を検出するためのものである。

0048

電流検出回路26は、ブリッジ回路32からグラウンドラインに至るモータ10への通電経路上に設けられて、モータ10に流れる電流を検出するためのものである。
また、ロータ位置検出回路28は、モータ10に設けられた回転センサ29からの検出信号波形整形することで、モータ10の回転位置(換言すれば回転角度)を検出するためのものである。

0049

つまり、回転センサ29は、モータ10のロータの周囲に配置された3つのホールセンサを備える。そして、この3つのホールセンサからは、ロータが電気角180度回転する度に増減方向反転する、モータ10のU相,V相,W相に対応したホール信号が出力される。

0050

ロータ位置検出回路28は、これら各相U、V、Wのホール信号を波形整形することで、ロータの電気角180度毎に正負が反転するパルス状のホール信号(図3参照)を生成する。そして、各ホール信号のエッジから電気角60度間隔でモータ10(詳しくはロータ)の回転位置を検出する。

0051

なお、ロータ位置検出回路28から制御回路36には、波形整形後の各相U、V、Wのホール信号が入力され、制御回路36は各ホール信号の信号レベルからモータ10の回転
位置を検知する。

0052

レギュレータ40は、バッテリ30から電源供給を受けて、モータ駆動回路20内の各部の動作用電源電圧直流定電圧)を生成する。制御回路36をはじめ、モータ駆動回路20内の各部は、レギュレータ40からの動作用電源電圧を電源として動作する。

0053

次に、制御回路36にて、モータ10の駆動及び制動を制御するために実行される制御処理について説明する。
なお、本実施形態において、モータ駆動回路20は、本発明のモータの制御装置に相当し、制御回路36は、本発明の制御部として機能する。

0054

図3に示すように、制御回路36は、所定の制御周期タイムベース)でS120〜S140(Sはステップを表す)の一連の処理を繰り返し実行する。
すなわち、制御回路36は、S110にて、タイムベースが経過したか否かを判断することにより、所定の制御周期が経過するのを待ち、S110にてタイムベースが経過したと判断すると、S120に移行する。

0055

S120では、トリガSW22のオン・オフ状態を確認することで、使用者によるトリガSW22の操作を検出する、スイッチ操作検出処理を実行し、S130に移行する。
S130では、トリガSW22がオン状態であるときに入力されるトリガ7の操作量を表す信号や、バッテリ電圧検出部24及び電流検出回路26からの検出信号を、A/D変換して取り込むA/D変換処理を実行する。

0056

そして、続くS140では、S120、S130にて読み込んだトリガSW22のオン・オフ状態、トリガ7の操作量、バッテリ電圧、電流、等に基づきモータ10の駆動及び制動を制御するモータ制御処理を実行し、S110に移行する。

0057

次に、図4に示すように、このモータ制御処理では、S210にて、トリガSW22がオン状態か否かを判断し、トリガSW22がオン状態でなければ、外部(使用者)からモータ10の駆動指令は入力されていないので、S230に移行する。

0058

また、S210にて、トリガSW22がオン状態であると判断されると、S220に移行して、上述したバッテリ電圧、電流に基づき、モータ10を駆動可能であるか否かを判断する。そして、モータ10を駆動可能であれば、モータ10を駆動すべくS260に移行し、モータを駆動可能でなければ、S230に移行する。

0059

S230では、上述したホール信号の変化等から、現在、モータ10を制動させるべきブレーキ時間内であるか否かを判断する。そして、現在、ブレーキ時間内であれば、S240に移行して、短絡ブレーキによりモータ10を制動させるブレーキ処理を実行し、当該モータ制御処理を終了する。

0060

このブレーキ処理では、ブレーキ制御開始直後は、2相短絡ブレーキによるソフトブレーキを実施し、その後の経過時間等に基づき、ブレーキ制御を、ソフトブレーキから3相短絡ブレーキへと切り替えることで、モータ10に発生させる制動力を調整する。

0061

このため、S240では、ブリッジ回路32内のスイッチング素子Q4,Q5,Q6(ローサイドスイッチ)の内の2つをオンさせる2相短絡ブレーキにするか、3つのローサイドスイッチをオンさせる3相短絡ブレーキにするか、が設定される。

0062

なお、S240のブレーキ処理では、ブレーキ中止完了フラグクリアする。
また、S230にて、現在、ブレーキ時間内ではないと判断されると、ブレーキ制御を終了させるブレーキオフ処理を実行し、当該モータ制御処理を終了する。

0063

なお、S240のブレーキオフ処理では、ブレーキ中止完了フラグをセットする。
次に、S260では、ブレーキ中止完了フラグがクリアされているか否かによって、ブレーキ制御が完全に終了しているか否かを判断する。

0064

そして、ブレーキ中止完了フラグがクリアされていなければ、S270に移行して、ブレーキ中止要求フラグをセットし、当該モータ制御処理を終了する。
また、S260にて、ブレーキ中止完了フラグがクリアされていない(つまりセットされている)と判断されると、ブレーキ制御が完全に終了しているので、S280に移行して、モータ駆動処理を実行し、当該モータ制御処理を終了する。

0065

なお、このモータ駆動処理では、モータ10の回転速度(若しくは、モータ10への通電電流)を、トリガ7の操作量に応じた回転速度(電流)まで徐々に増加させて、モータ10を目標回転状態に制御するための駆動デューティ比演算する。

0066

次に、制御回路36において、ロータ位置検出回路28から入力される各相U,V,Wのホール信号によりモータ10の電気角60度回転毎に実行されるホール信号割り込み処理について説明する。

0067

図5に示すように、ホール信号割り込み処理では、S310にて、ブレーキ中止要求フラグがセットされているか否かを判断し、ブレーキ中止要求フラグがセットされていなければ、S320に移行する。

0068

S320では、S280で算出された駆動デューティ比に基づきモータ10への通電PWM制御したり、S240のブレーキ処理にて設定された短絡ブレーキを実施したりするための、スイッチング制御を行う。

0069

このS320にて実行されるスイッチング制御は、ゲート回路34に駆動信号を出力することで、ブリッジ回路32内のスイッチング素子Q1〜Q6のオン・オフ状態を個々に制御するための処理である。

0070

例えば、モータ駆動時には、ブリッジ回路32を構成する正極側のスイッチング素子(ハイサイドスイッチ)Q1〜Q3の1つ及び負極側のスイッチング素子(ローサイドスイッチ)Q4〜Q6の1つをオンさせる駆動信号を生成し、ゲート回路34へ出力する。

0071

また、モータ駆動時には、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの何れか一方に対する駆動信号を、S280にて算出した駆動デューティ比のPWM信号とすることで、そのスイッチをデューティ駆動する(図7のモータ駆動時の駆動信号参照)。

0072

一方、ブレーキ時には、S240のブレーキ処理で設定された短絡ブレーキの種類(2相短絡ブレーキ又は3相短絡ブレーキ)に応じて、オン状態にすべきスイッチング素子(ローサイドスイッチ)を特定し、ゲート回路34へ駆動信号を出力する(図7に示す短絡ブレーキ時の駆動信号参照)。

0073

次に、S310にて、ブレーキ中止要求フラグがセットされていると判断された場合には、S330に移行し、前回のホール信号割り込みからの経過時間(つまり、モータ10が電気角60度回転するのに要する時間)を、MCU36の内蔵タイマ等から取得する。

0074

次に、S340では、その取得した経過時間と、予め設定された遅延角度とに基づき、今回のホール信号の入力タイミングから次にローサイドスイッチをターンオフさせるまで遅延時間を算出する。

0075

遅延角度は、ホール信号が入力されるモータ10の回転位置から、現在オン状態になっているローサイドスイッチをターンオフさせるのに最適な回転位置までの、モータ10の回転角度である。そして、S340では、現時点からその遅延角度分だけモータ10が回転するのに要する時間を遅延時間として算出する。

0076

なお、ローサイドスイッチをターンオフさせるのに最適な回転位置は、ローサイドスイッチ(Q4〜Q6)をオン状態からオフ状態に切り替えてもダイオード(D4〜D6)によりブレーキ電流を流し続けることのできる通電範囲内に設定されている。

0077

そして、S350では、S340にて算出した遅延時間を、タイマ割り込みタイミング時用のタイマにセットして、遅延時間の計時を開始させた後、ホール信号割り込み処理を終了する。

0078

次に、S350にて遅延時間がセットされたタイマからの割り込み信号により実施されるタイマ割り込み処理では、図6に示すように、S410にて、ロータ位置検出回路28から入力される各相U,V,Wのホール信号の信号レベルを読み込む。

0079

そして、S420では、その読み込んだ各相U,V,Wのホール信号の信号レベルから、現時点でターンオフすべき回転位置にあるローサイドスイッチ(スイッチング素子Q4〜Q6の何れか)を特定し、その特定したローサイドスイッチをターンオフさせる。

0080

次に、S430では、当該割り込み処理を実行することにより、S420にて、全てのローサイドスイッチ(スイッチング素子Q4〜Q6)がオフ状態になったか否かを判断する。

0081

そして、S430にて、オン状態になっているローサイドスイッチが存在すると判断されると、タイマ割り込み処理を終了する。
また、S430にて、全てのローサイドスイッチがオフ状態になったと判断されると、ブレーキ制御を完全に中止できているので、ブレーキ中止完了フラグをセットし、ブレーキ中止要求フラグをリセットした後、タイマ割り込み処理を終了する。

0082

以上説明したように、本実施形態の電動工具1においては、モータ駆動回路20が、モータ10の駆動制御及びブレーキ制御を実施する。
そして、トリガ7が操作されて、モータ10の駆動指令が入力されると、ブレーキ制御を実行中であるか否かを判断して、ブレーキ制御を実行中であれば、ブレーキ制御を中止し、モータ駆動制御を開始する。

0083

ブレーキ制御を中止する際には、ブレーキ制御でオン状態にされている短絡ブレーキ用のローサイドスイッチ(Q4〜Q6)をオフ状態に切り替えるが、その切り替えタイミングは、図8図9に示すように、スイッチ毎に最適な回転位置に制御される。

0084

つまり、3相短絡ブレーキの実行中に駆動指令が入力されると(時点t0)、オン状態になっている3つのローサイドスイッチ(Q4〜Q6)を、ダイオードD4〜D6を介してブレーキ電流を流し続けることのできるタイミング(t1〜t3)で、順にターンオフさせる(図8参照)。

0085

また同様に、2相短絡ブレーキの実行中に駆動指令が入力されたときにも(時点t0)、オン状態になっている2つのローサイドスイッチ(Q4,Q6)を、ダイオード(D4,D6)を介してブレーキ電流を流し続けることのできるタイミング(t1,t2)で、順にターンオフさせる(図9参照)。

0086

換言すれば、本実施形態では、ブレーキ制御の実行中に、トリガ7を介してモータ10の駆動指令が入力されると、ブリッジ回路32を介して回生電流が流れなくなる所定タイミングまでブレーキ制御を継続する。

0087

また、本実施形態では、ブレーキ制御の実行中に、トリガ7を介してモータの駆動指令が入力されると、ブリッジ回路32を介してモータ10の巻線を短絡させる短絡相の数を、3相から2相、或いは、2相から1相への順に減らすことで、ブレーキ制御の制御方式を切り替え、ブレーキ電流を減少させているともいえる。

0088

このため、本実施形態によれば、図10図11に示す従来のように、駆動指令の入力タイミング(時点t0)で、ブレーキ制御でオン状態にされているローサイドスイッチ(Q4〜Q6)を全てオフ状態に切り替える場合に比べ、回生電流を抑制できる。

0089

つまり、図10図11に示すように、3相短絡ブレーキ実行中であっても、2相短絡ブレーキ実行中であっても、駆動指令の入力に伴い短絡ブレーキのためにオン状態にしていたスイッチング素子を同時にオフ状態にすると、回生電流が発生する。

0090

これに対し、本実施形態では、短絡ブレーキのためにオン状態にしていたスイッチング素子を、ダイオードにブレーキ電流を流すことのできる最適な回転位置で、順にオフ状態にすることから、回生電流の発生を抑制できる。

0091

このため、本実施形態によれば、ブレーキ制御からモータ駆動制御への移行時に、回生電流により電源電圧(バッテリ電圧)が上昇するのを抑制し、トリガ7を介して入力される駆動指令に応じて、モータの駆動制御を適正に実行することができるようになる。

0092

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、制御回路36が、トリガ7を介して駆動指令が入力されると、ブレーキ制御を実行しているか否かを判断して、ブレーキ制御を実行中であれば、回生電流が発生しないようにブレーキ制御を中止した後、モータ駆動制御を開始するよう構成されている。

0093

これに対し、制御回路36が、ブレーキ制御処理とモータ駆動制御処理とを、それぞれ、別ルーチンにて実行するようにし、モータ駆動制御処理では、ブレーキ制御の実行時と、ブレーキ制御の非実行時とで、制御動作を切り替えるようにしてもよい。

0094

つまり、図12に示すように、モータ駆動制御処理では、S510にて、現在ブレーキ制御を実行中であるか否かを判断する。
そして、ブレーキ制御を実行中であれば、S520〜S540の処理を実行し、ブレーキ制御を実行していないときには、S550及びS560の処理を実行する。

0095

すなわち、ブレーキ制御を実行中であれば、S520にて、トリガSW22がオン状態であるか否かを判断し、トリガSW22がオン状態であれば、S530に移行して、ブレーキ制御中止処理を実行する。

0096

このブレーキ制御中止処理は、図5図6に示したホール信号割り込み処理及びタイマ割り込み処理と同様の手順で実施し、ブレーキ制御でオン状態にしている全てのローサイドスイッチ(Q4〜Q6)を、順にオフ状態にする。

0097

そして、このブレーキ制御中止処理で、全てのローサイドスイッチ(Q4〜Q6)がオフ状態になると、S540に移行して、モータ駆動処理を実行する。
このモータ駆動処理では、上記実施形態のS280及びS320と同様の処理を実行することで、モータ10への通電をPWM制御する。また、このモータ駆動処理は、トリガSW22がオフ状態になるまで実行され、トリガSW22がオフ状態になると、当該モータ駆動制御処理を一旦終了する。

0098

なお、S520にて、トリガSW22がオン状態でないと判断された場合にも、当該モータ駆動制御処理を一旦終了する。
一方、ブレーキ制御を実行していないときには、S550にて、トリガSW22がオン状態であるか否かを判断する。そして、トリガSW22がオン状態であれば、S560に移行して、モータ駆動処理を実行する。

0099

このモータ駆動処理は、モータ駆動開始時のモータ10の回転速度が異なるものの、S540と同様に実施され、トリガSW22がオフ状態になるまで継続される。
そして、トリガSW22がオフ状態になると、当該モータ駆動制御処理を一旦終了する。また、S550にて、トリガSW22がオン状態でないと判断された場合にも、当該モータ駆動制御処理を一旦終了する。

0100

このように、図12に示すモータ駆動制御処理では、制御回路36が、ブレーキ制御の実行時とブレーキ制御を実行していないときとで、異なる手順でモータ駆動制御を実施する。そして、このようにしても、ブレーキ制御実行中にトリガSW22がオン状態になると、上記実施形態と同様の手順で、ブレーキ制御中止処理を実行し、その後、モータ駆動制御を開始することができる。

0101

従って、モータ駆動制御処理を図12に示すように実施するようにしても、ブレーキ制御を中止してモータ駆動を開始する際に流れる回生電流を抑制することができるようになり、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

0102

次に、上記実施形態において、電動工具1はレシプロソーであるものとして説明した。しかし、本発明において、対象となる電動工具は、ドリルドライバインパクトドライバグラインダ等の一般的な電動工具は勿論のこと、草や小径木刈払うための刈払機チェーンソー等の園芸用の電動工具も含まれる。

0103

また、本発明は、直流電源としてバッテリを備えた電動工具であっても、ACアダプタ等の外部の直流電源から電源供給を受けて動作する電動工具であっても、或いは、商用電源等の交流電源から電源供給を受けて動作する電動工具であっても、適用することができる。

0104

また、本発明は、電動工具に限定されるものではなく、ブリッジ回路を利用してモータを駆動制御する装置であれば、本発明を適用することで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

0105

また次に、上記実施形態において、モータ10のブレーキ制御は、2相短絡ブレーキと3相短絡ブレーキとの何れかを選択的に実施することで、モータ10に発生させる制動力を調整するものとして説明した。

0106

しかし、本発明は、例えば、3相短絡ブレーキ若しくは2相短絡ブレーキだけでブレーキ制御を実施するものであっても、或いは、これらのブレーキ制御と他のブレーキ制御とを組み合わせて実施するものであってもよい。

0107

つまり、本発明は、ブレーキ制御で、ブリッジ回路32内のスイッチング素子をオン状態にし、ブレーキ制御を中止する際に、そのスイッチング素子をオフ状態に切り替える装置であれば、その切り替えタイミングを上記実施形態と同様に設定することで、上記と同様の効果を得ることができる。

0108

従って、本発明は、例えば、ブリッジ回路32内のローサイドスイッチをオフ状態にし、ハイサイドスイッチの少なくとも一部をオン状態とすることで、短絡ブレーキを実施するように構成されたものであっても、上記実施形態と同様に適用することができる。

0109

1…電動工具、2…工具本体、3…バッテリパック、4…把持部、5…ブレードフォルダ、6…ブレード、7…トリガ、8…ロックオフボタン、10…モータ、12…伝達機構、20…モータ駆動回路、22…トリガSW、24…バッテリ電圧検出部、26…電流検出回路、28…ロータ位置検出回路、29…回転センサ、30…バッテリ、32…ブリッジ回路、34…ゲート回路、36…制御回路、38…メモリ、40…レギュレータ、Q1〜Q3…スイッチング素子(ハイサイドスイッチ)、Q4〜Q6…スイッチング素子(ローサイドスイッチ)、D1〜D6…ダイオード。

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