特開 2022-135582 電動工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022135582

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】電動工具

(51)【国際特許分類】

   B25F 5/00 20060101AFI20220908BHJP

   B24B 23/02 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

B25F5/00 C

B25F5/00 G

B24B23/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021035497

(22)【出願日】2021-03-05

(71)【出願人】

【識別番号】000137292

【氏名又は名称】株式会社マキタ

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】加藤 慈

(72)【発明者】

【氏名】蜷川 諭

(72)【発明者】

【氏名】大谷 亮介

(72)【発明者】

【氏名】中西 信人

【テーマコード（参考）】

3C064

3C158

【Ｆターム（参考）】

3C064AA08

3C064AB02

3C064AC03

3C064BA02

3C064BA18

3C064BB02

3C064CA03

3C064CA08

3C064CA26

3C064CA80

3C064CA82

3C064CB33

3C064CB64

3C064CB69

3C064CB74

3C064CB91

3C064DA02

3C064DA19

3C064DA28

3C064DA37

3C064DA39

3C064DA56

3C064DA59

3C064DA60

3C064DA68

3C064DA72

3C064DA78

3C158AA04

3C158AA16

3C158AC02

3C158AC05

3C158BA06

3C158BC03

3C158BC05

3C158CB06

(57)【要約】

【課題】交流電源から電力供給を受けてモータを駆動するように構成された電動工具において、モータに流れる電流を検出することなく、モータの過負荷状態を判定して、モータへの電力供給を制限できるようにする。
【解決手段】電動工具は、モータからツールへ駆動力を伝達する出力軸の実回転数を検出する検出部と、交流電源からモータへの通電経路上に設けられたスイッチ素子と、検出部にて検出された実回転数が目標回転数に到達するよう、スイッチ素子をスイッチング動作させて、モータに印加される実効電圧を制御する制御部と、検出部にて検出された実回転数と目標回転数との差が閾値以上であるとき、制御部にて制御される実効電圧を制限して、モータの回転を低下若しくは停止させるトルクリミッタ部と、を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動力を発生するように構成されたモータと、
前記駆動力を受けて回転し、ツールを駆動するように構成された出力軸と、
前記出力軸の実回転数を検出するように構成された検出部と、
交流電源から前記モータに交流電力を伝達するように構成された通電経路と、
前記通電経路上に設けられたスイッチ素子と、
前記検出部にて検出された前記実回転数が予め設定された目標回転数に到達するよう、前記スイッチ素子をスイッチング動作させて、前記モータに印加される実効電圧を制御するように構成された制御部と、
前記検出部にて検出された前記実回転数と前記目標回転数との差が閾値以上であるとき、前記制御部にて制御される前記実効電圧を制限して、前記モータの回転を低下若しくは停止させるように構成されたトルクリミッタ部と、
を備えている、電動工具。

【請求項2】

前記モータは、ブラシ付きモータである、請求項１に記載の電動工具。

【請求項3】

前記制御部は、前記モータに印加される交流電圧の導通角を制御することで、前記実効電圧を制御するように構成され、
前記トルクリミッタ部は、前記導通角を制限することで、前記モータの回転を低下若しくは停止させるように構成されている、請求項２に記載の電動工具。

【請求項4】

前記制御部は、制御開始後、時間の経過に従って前記目標回転数に近付くように指令回転数を設定し、該指令回転数に基づき前記実効電圧を制御するように構成されており、
前記トルクリミッタ部は、前記指令回転数と前記目標回転数との差が予め設定された開始判定値以下になってから、前記実回転数と前記目標回転数との差が前記閾値以上であるか否かの判定を開始するように構成されている、請求項１～請求項３の何れか１項に記載の電動工具。

【請求項5】

前記目標回転数の設定を受け付けるように構成された目標設定部を備え、
前記トルクリミッタ部は、前記目標設定部を介して設定された前記目標回転数に応じて、前記開始判定値を設定するように構成されている、請求項４に記載の電動工具。

【請求項6】

前記トルクリミッタ部は、前記制御部が前記モータの制御を開始してから所定時間が経過する間、前記実回転数が予め設定された最低回転数に未到達であるときにも、前記実効電圧を制限するように構成されている、請求項１～請求項５の何れか１項に記載の電動工具。

【請求項7】

前記目標回転数の設定を受け付けるように構成された目標設定部を備え、
前記トルクリミッタ部は、前記目標設定部を介して設定された前記目標回転数に応じて、前記閾値を設定するように構成されている、請求項１～６の何れか１項に記載の電動工具。

【請求項8】

前記トルクリミッタ部は、前記目標設定部を介して設定された前記目標回転数が予め設定された制限実施回転数よりも低いときには、前記実効電圧を制限しないように構成されている、請求項７に記載の電動工具。

【請求項9】

前記トルクリミッタ部は、前記実効電圧を制限しているときに、前記実回転数が予め設定された復帰回転数を超えると、前記実効電圧の制限を解除するように構成されている、請求項１～請求項８の何れか１項に記載の電動工具。

【請求項10】

前記トルクリミッタ部が前記実効電圧を制限していることを報知するように構成された報知部、を備えている請求項１～請求項９の何れか１項に記載の電動工具。

【請求項11】

前記報知部は、前記トルクリミッタ部が前記実効電圧の制限を解除するか、又は、当該電動工具の電源スイッチがオフされると、前記報知を停止するように構成されている、請求項１０に記載の電動工具。

【請求項12】

マイクロコンピュータを備え、
前記マイクロコンピュータは、前記制御部及び前記トルクリミッタ部を含む、請求項１～請求項１１の何れか１項に記載の電動工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、交流電源から電力供給を受けてモータを駆動するように構成された電動工具に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載のグラインダは、モータの回転軸及びスピンドルに設けられた２つのベベルギヤを介して、モータの回転をスピンドルに伝達するように構成されている。そして、スピンドル側のベベルギヤは、スピンドルの軸受けと、スピンドルの軸方向への移動が規制された固定部材との間に挟まれた状態で、スピンドルに固定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－５１５８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記グラインダにおいては、スピンドルに取り付けられた円盤状砥石等のツールに大きな負荷が加わったときに、スピンドル周りでベベルギヤがスリップし、スピンドルからモータの回転軸に過大なトルクが加わるのを抑制できる。つまり、特許文献１において、スピンドルに固定されたベベルギヤは、機械的なトルクリミッタとして機能する。しかし、グラインダにおいて、機械的なトルクリミッタを構成すると、ベベルギヤがスリップするように固定する固定機構によって、グラインダのヘッド部分が重たくなる。

【0005】

一方、トルクリミッタとしては、モータに流れる電流が所定値以上になったときに、モータが過負荷状態になったと判断して、モータへの電力供給を制限する、電流検出方式のものも知られている。しかし、電流検出方式のトルクリミッタにおいては、モータの駆動系に電流検出部を設ける必要があり、電動工具のコストアップを招くという問題がある。

【0006】

本開示の一局面は、交流電源から電力供給を受けてモータを駆動するように構成された電動工具において、モータに流れる電流を検出することなく、モータの過負荷状態を判定して、モータへの電力供給を制限できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一局面の電動工具は、モータと、出力軸と、検出部と、通電経路と、スイッチ素子と、制御部と、トルクリミッタ部と、を備える。
モータは、駆動力を発生するように構成されており、出力軸は、その駆動力を受けて回転し、ツールを駆動するように構成されている。また、検出部は、出力軸の実回転数を検出するように構成されている。

【0008】

通電経路は、交流電源からモータに交流電力を伝達するように構成されており、スイッチ素子は、その通電経路上に設けられている。そして、制御部は、検出部にて検出された実回転数が予め設定された目標回転数となるよう、スイッチ素子をスイッチング動作させて、モータに印加される実効電圧を制御するように構成されている。つまり、制御部は、出力軸の回転数が目標回転数となるようにモータへの印加電圧をフィードバック制御する。

【0009】

また、トルクリミッタ部は、検出部にて検出された実回転数と目標回転数との差が閾値以上であるとき、制御部にて制御される実効電圧を制限し、モータの回転を低下若しくは停止させるように構成されている。

【0010】

従って、本開示の電動工具によれば、機械的なトルクリミッタを設けることなく、モータを過負荷状態から保護することができる。
また、本開示の電動工具によれば、モータに流れる電流を検出する電流検出部を設けることなく、モータの過負荷状態を判定して、モータへの印加電圧を制限することができるので、電気的なトルクリミッタを低コストで実現できる。

【0011】

つまり、本開示では、モータの過負荷状態の判定に検出部を利用するが、検出部は、制御部において出力軸の実回転数を目標回転数に制御するのに用いられるため、トルクリミッタとしての機能を実現するために別途設ける必要はない。従って、本開示の電動工具によれば、トルクリミッタとしての機能を低コストで実現できる。

【0012】

ところで、モータは、ブラシ付きモータであってもよい。また、制御部は、モータに印加される交流電圧の導通角を制御することで、実効電圧を制御するように構成されていてもよく、トルクリミッタ部は、その導通角を制限することで、モータの回転を低下若しくは停止させるように構成されていてもよい。

【0013】

また、制御部は、制御開始後、時間の経過に従って目標回転数に近付くように指令回転数を設定し、その指令回転数に基づき実効電圧を制御するように構成されていてもよい。
また、トルクリミッタ部は、指令回転数と目標回転数との差が、予め設定された開始判定値以下になってから、実回転数と目標回転数との差が閾値以上であるか否かの判定（換言すれば過負荷状態の判定）を開始するように構成されていてもよい。

【0014】

トルクリミッタ部がこのように構成されていれば、制御部によりモータの駆動が開始されてから、モータの回転数が上昇するまでの間に、モータの過負荷状態が誤判定されて、モータに印加される実効電圧が制限されるのを抑制できる。

【0015】

次に、本開示の電動工具は、目標回転数の設定を受け付けるように構成された目標設定部を備えていてもよい。そして、トルクリミッタ部は、その目標設定部を介して設定された目標回転数に応じて、開始判定値を設定するように構成されていてもよい。

【0016】

また、トルクリミッタ部は、制御部がモータの制御を開始してから所定時間が経過する間に、実回転数が予め設定された最低回転数に未到達であるときにも、制御部にて制御される実効電圧を制限するように構成されていてもよい。

【0017】

トルクリミッタ部がこのように構成されていれば、モータの駆動開始時に、既に出力軸に大きな負荷が加わっていて、出力軸の回転数が上昇しないときに、モータの過負荷状態を速やかに検知して、モータの回転を低下若しくは停止させることができる。

【0018】

また、トルクリミッタ部は、目標設定部を介して設定された目標回転数に応じて、閾値を設定するように構成されていてもよい。
また、トルクリミッタ部は、目標設定部を介して設定された目標回転数が予め設定された制限実施回転数よりも低いときには、制御部にて制御される実効電圧を制限しないように構成されていてもよい。

【0019】

つまり、目標回転数が低く設定されている場合には、外部からツールに加わる負荷によって出力軸の回転が低下しても、実回転数と目標回転数との差は小さく、モータに大電流が流れることはない。そこで、このような場合には、トルクリミッタ部の機能を停止させるようにするのである。

【0020】

また次に、トルクリミッタ部は、制御部にて制御される実効電圧を制限しているときに、実回転数が予め設定された復帰回転数を超えると、実効電圧の制限を解除するように構成されていてもよい。このようにすれば、モータが過負荷状態から復帰したときに、制御部によるモータの制御を通常制御に速やかに復帰させることができる。

【0021】

また、本開示の電動工具には、トルクリミッタ部が実効電圧を制限していることを報知するように構成された報知部、が備えられていてもよい。このようにすれば、使用者は、報知部からの報知によって、モータが過負荷状態にあることを検知して、モータの駆動の停止等、適切な対応をすることができる。

【0022】

また、報知部は、リミッタが実効電圧の制限を解除するか、又は、当該電動工具の電源スイッチがオフされると、報知を停止するように構成されていてもよい。
また次に、本開示の電動工具には、マイクロコンピュータが備えられていてもよい。そして、マイクロコンピュータは、制御部及びトルクリミッタ部を含むように構成されていてもよい。

【0023】

この場合、制御部及びトルクリミッタ部は、マイクロコンピュータが実行するプログラムの一つとして実現することができるようになり、制御部及びトルクリミッタ部を専用の回路で構成した場合に比べて、装置構成を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施形態のグラインダの構成を表す斜視図である。

【図2】グラインダ内部のコントローラの配置状態を表す断面図である。

【図3】コントローラの回路構成を表すブロック図である。

【図4】図３に示すマイクロコンピュータにおいて実行される制御処理を表すフローチャートである。

【図5】図４に示すトルクリミッタ判定処理の詳細を表すフローチャートである。

【図6】図４，５に示す処理で用いられる各種パラメータの具体例を表す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に本開示の例示的な実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態のグラインダ２は、モータハウジング４と、ギヤハウジング６と、リヤハウジング８と、ホイールカバー１０と、を主体として構成されている。

【0026】

モータハウジング４は、円筒形状のハウジングであり、内部にモータ１２が収容されている。図２に示すように、モータ１２は、モータハウジング４内に、モータ１２の回転軸１４がモータハウジング４の中心軸と平行で略一致するように配置されている。そして、モータ１２の回転軸１４は、ギヤハウジング６に向かって突出されている。

【0027】

リヤハウジング８は、モータハウジング４の中心軸の一端側（詳しくはギヤハウジング６とは反対側）に設けられている。リヤハウジング８は、グラインダ２の後端側で使用者が片手で把持できるように構成されている。そして、リヤハウジング８の後端からは、商用電源等の交流電源から交流電圧を取り込むための電源コード１６が引き出されている。

【0028】

ギヤハウジング６は、モータハウジング４のリヤハウジング８とは反対側に設けられ、モータ１２の回転軸１４と直交する方向にスピンドル１８が突出されている。スピンドル１８には、円盤状の砥石等、所定のツールを位置決め固定するためのインナフランジ２０が設けられている。

【0029】

また、スピンドル１８のインナフランジ２０よりも更に先端部分には、ロックナット２２が螺合されている。ロックナット２２は、インナフランジ２０との間でツールを挟持するためのものである。

【0030】

スピンドル１８は、ギヤハウジング６内にベアリングを介して回転自在に固定されている。また、ギヤハウジング６内には、スピンドル１８に固定されたベベルギヤと、モータ１２の回転軸に固定されたベベルギヤとを含むギヤ機構が収納されている。

【0031】

このため、モータ１２の回転は、ギヤ機構を介してスピンドル１８に伝達され、スピンドル１８はモータ１２の回転に応じて回転する。従って、ロックナット２２を介して、ツールをスピンドル１８に固定しておけば、モータ１２によりツールを回転させて、研削、研磨、切断等の作業を行うことができる。

【0032】

ホイールカバー１０は、この作業時に生じる被加工材やツールの破片の飛散から使用者を保護するためのものである。このため、ホイールカバー１０は、スピンドル１８に固定されたツールの一部（本実施形態では略半分）をギヤハウジング６側から覆うように、略半円形状に形成されている。

【0033】

また、ギヤハウジング６には、ハンドル部２４が着脱自在に設けられている。ハンドル部２４は、グラインダ２の使用時等に、使用者が把持して、ツールを手で位置決めできるようにするためのものである。このため、ハンドル部２４は、モータ１２の回転軸１４及びスピンドル１８の中心軸と直交する方向に、ギヤハウジング６から突出されている。

【0034】

また、ギヤハウジング６内には、モータ１２を駆動制御するためのコントローラが収容されている。図２に示すように、コントローラは、モータ１２の回転を制御する制御用コントローラ３０と、制御用コントローラ３０からの指令に従いモータ１２を駆動する駆動用コントローラ３２とを含む。この２つのコントローラ３０，３２は、ギヤハウジング６内に、モータ１２を挟むように配置されている。

【0035】

図３に示すように、駆動用コントローラ３２は、双方向サイリスタ（所謂トライアック）３４と、モータ駆動回路３６とを備える。なお、双方向サイリスタ３４は、本開示のスイッチ素子の一例に相当する。

【0036】

双方向サイリスタ３４は、電源コード１６を介して交流電源２６から入力される交流電力を、モータ１２に伝達するように構成された、通電経路３３上に設けられている。モータ１２は、ブラシ付きの交流モータである。

【0037】

このため、モータ１２は、双方向サイリスタ３４がオン状態になって、交流電源２６から供給される交流電圧が印加されることにより、駆動力を発生し、回転軸１４，延いては、スピンドル１８を回転させる。なお、モータ１２には、回転軸１４の回転数を検出するための回転数検出部１２Ａが設けられている。この回転数検出部１２Ａは、本開示の検出部の一例に相当する。

【0038】

モータ駆動回路３６は、制御用コントローラ３０からの指令に従い、双方向サイリスタ３４をオン・オフさせて、モータ１２に印加される交流電圧の導通角を制御するように構成されている。従って、モータ１２に印加される交流電圧の実効値（つまり実効電圧）は、モータ駆動回路３６が制御する導通角に応じて変化する。

【0039】

双方向サイリスタ３４にはモータ１２の駆動のための大電流が流れ、モータ駆動回路３６にも双方向サイリスタ３４を駆動するための電流が流れるため、駆動用コントローラ３２は高温になり易い。このため、駆動用コントローラ３２は、図２に示すように、外壁に放熱用のフィン３８が設けられた金属製のハウジング内に収納されている。

【0040】

次に、通電経路３３上には、使用者の操作によってオン・オフ状態が切り替えられる電源スイッチ２８が設けられている。このため、モータ１２は、この電源スイッチ２８がオン状態にあるときにだけ、交流電圧を印加し、回転させることができるようになる。

【0041】

なお、電源スイッチ２８は、モータハウジング４に設けられている。また、モータハウジング４には、使用者の操作によって、モータ１２の目標回転数を段階的に切り替えるためのダイヤル５０、及び、ＬＥＤを備えた表示部５６、が設けられている。

【0042】

ダイヤル５０は、本開示の目標設定部の一例に相当するものであり、図６に例示するように、「１」～「５」のダイヤル位置に応じて、モータ１２の目標回転数を５段階に設定できるように構成されている。

【0043】

また、表示部５６は、本開示の報知部の一例に相当するものであり、後述のトルクリミッタ部７０の動作によって、モータ１２の過負荷状態が検出され、モータ１２の回転が抑制若しくは停止されると、ＬＥＤが点灯してその旨を報知するように構成されている。なお、本開示の報知部としては、警報音や音声にて過負荷状態を報知するように構成されていてもよい。

【0044】

次に、制御用コントローラ３０は、マイクロコンピュータ４０、電源回路４２、ゼロクロス検出回路４４、スイッチ入力検出回路４６、ダイヤル位置検出回路４８、回転信号入力回路５２、及び、表示回路５４を備える。なお、以下の説明では、マイクロコンピュータ４０を、ＭＣＵ４０という。

【0045】

電源回路４２は、電源スイッチ２８がオン状態であるときに交流電源２６から入力される交流電圧を直流電圧に変換して、ＭＣＵ４０及びその周辺回路を動作させるための電源電圧（直流定電圧）Ｖｃｃを生成するように構成されている。

【0046】

ゼロクロス検出回路４４は、交流電源２６から入力される交流電圧のゼロクロス点を検出するように構成されており、ゼロクロス点の検出信号はＭＣＵ４０に入力される。
また、スイッチ入力検出回路４６は、通電経路３３に交流電圧が入力されているときに電源スイッチ２８がオンであることを検出して、その旨を表す検出信号をＭＣＵ４０に入力するように構成されている。

【0047】

また、ダイヤル位置検出回路４８は、ダイヤル５０のダイヤル位置を検出し、ＭＣＵ４０に入力するように構成されている。
また、回転信号入力回路５２は、回転数検出部１２Ａから、モータ１２が所定角度回転する度に出力される回転信号をパルス信号に波形整形して、ＭＣＵ４０に入力するように構成されている。

【0048】

また、表示回路５４は、ＭＣＵ４０から出力される報知指令に従い、表示部５６のＬＥＤを点灯させるように構成されている。
次に、ＭＣＵ４０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，及び，これら各部を接続するバスラインを含む。そして、ＭＣＵ４０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、モータ出力制御部６０，スイッチ判定部６２，指令回転数判定部６４，モータ回転数算出部６６，表示制御部６８，及び，トルクリミッタ部７０として機能する。

【0049】

ここで、スイッチ判定部６２は、スイッチ入力検出回路４６からの検出信号に基づき、電源スイッチ２８がオン状態であることを検出し、検出結果をモータ出力制御部６０及びトルクリミッタ部７０に出力する。

【0050】

また、指令回転数判定部６４は、ダイヤル位置検出回路４８から入力されるダイヤル位置に基づき、モータ１２の目標回転数及び指令回転数を設定し、これら各回転数をモータ出力制御部６０及びトルクリミッタ部７０に出力する。

【0051】

なお、指令回転数は、モータ１２の駆動開始後、時間の経過に従って目標回転数に近付くように更新される回転数であり、モータ出力制御部６０は、この指令回転数に基づき、モータに印加される交流電圧の導通角を制御する。

【0052】

また、モータ回転数算出部６６は、回転信号入力回路５２から入力されるパルス信号の入力間隔からモータ１２の実回転数を算出し、その算出した実回転数をモータ出力制御部６０及びトルクリミッタ部７０に出力する。

【0053】

次に、モータ出力制御部６０は、電源スイッチ２８がオン状態であるとき、モータ１２の実回転数が指令回転数に到達するように、モータ１２に印加される交流電圧の導通角を制御する。

【0054】

つまり、モータ出力制御部６０は、モータ１２の実回転数が、逐次更新される指令回転数となるように導通角を設定する。そして、その導通角に従い、双方向サイリスタ３４をオンさせるタイミングを設定し、そのタイミングでモータ駆動回路３６に制御信号を出力する。

【0055】

この結果、モータ駆動回路３６は、制御信号の入力タイミングで双方向サイリスタ３４をオンすることで、所謂位相制御を実行するようになり、その位相制御により、モータ１２に印加される実行電圧が制御されることになる。

【0056】

つまり、双方向サイリスタ３４は、ゲート電圧が印加されることによりオン状態となり、交流電圧の次のゼロクロス点でオフ状態となる。そのため、モータ駆動回路３６は、制御信号の入力タイミングで双方向サイリスタ３１にゲート電圧を印加することで、双方向サイリスタ３４をスイッチング動作させる、所謂位相制御を実行するのである。

【0057】

なお、モータ出力制御部６０は、本開示の制御部の一例に相当する。また、上述したように、双方向サイリスタ３４は、本開示のスイッチ素子の一例に相当するが、スイッチ素子としては、双方向サイリスタに限定されるものではなく、ＦＥＴ等、スイッチング動作によって導通角を制御し得る半導体素子であれば利用できる。

【0058】

次に、トルクリミッタ部７０は、指令回転数判定部６４にて設定された目標回転数及び指令回転数と、モータ回転数算出部６６にて算出された実回転数とに基づき、モータ１２が過負荷状態であるか否かを判定する。そして、モータ１２が過負荷状態であれば、モータ１２の回転を低下若しくは停止すべく、モータ出力制御部６０が制御する導通角を制限する。

【0059】

また、表示制御部６８は、トルクリミッタ部７０がモータ１２の過負荷状態を判定して導通角を制限しているときに、表示回路５４に表示指令を出力することで、表示部５６のＬＥＤを点灯させる。この結果、表示部５６からは、モータ１２が過負荷状態でありモータ１２の回転が制限されていることが報知されることになる。

【0060】

なお、表示制御部６８は、トルクリミッタ部７０が導通角の制限を解除するか、或いは、スイッチ判定部６２にて電源スイッチ２８がオフされたと判定されると、表示指令の出力を停止して、表示部５６からの報知を解除する。

【0061】

次に、上記各部の機能を実現するために、ＭＣＵ４０において実行される制御処理について、図４及び図５のフローチャートに沿って説明する。なお、この処理は、ＣＰＵがＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ等の非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより行われる。

【0062】

図４に示すように、ＭＣＵ４０は、制御処理を開始すると、まずＳ１００にて、以降の処理で使用する各種変数を初期化し、続くＳ１１０にて、ゼロクロス検出回路４４からの入力信号に基づき、交流電源２６の電源周波数（ＡＣ周波数）を判定する。なお、この判定処理は、ＡＣ周波数が５０Ｈｚであるか６０Ｈｚであるかを特定して、モータ駆動回路３６に印加される交流電圧の導通角を制御できるようにするための処理である。

【0063】

次に、Ｓ１２０では、スイッチ入力検出回路４６からの入力信号に基づき、電源スイッチ２８がオンされていることを判定する、スイッチ判定部６２としての処理を実行し、Ｓ１２５に移行する。

【0064】

Ｓ１２５では、後述の処理でモータ１２が過負荷状態であると判定されて、制限位相角が設定されているときに、表示回路５４に表示指令を出力して、表示部５６のＬＥＤを点灯させる、表示制御部６８としての処理を実行する。

【0065】

なお、Ｓ１２５では、モータ１２が過負荷状態から復帰したとき、或いは、電源スイッチ２８がオフされたときには、表示回路５４への表示指令の出力を停止して、表示部５６のＬＥＤを消灯させる。

【0066】

次に、Ｓ１３０では、Ｓ１１０にてＡＣ周波数が判定され、且つ、Ｓ１２０にて電源スイッチ２８がオン状態であると判定されているか否かを判断する。
Ｓ１３０にて、ＡＣ周波数及び電源スイッチ２８のオン状態が共に判定されていると判断されると、Ｓ１４０に移行し、そうでなければ、Ｓ１００に移行して、Ｓ１００～Ｓ１２０の処理を再度実行する。

【0067】

Ｓ１４０では、ダイヤル位置検出回路４８からの入力信号に基づき、ダイヤル５０の操作位置（つまり、ダイヤル位置）を特定する、ダイヤル位置判定処理を実施し、続くＳ１５０にて、Ｓ１４０にて特定したダイヤル位置に応じた目標回転数を決定する。

【0068】

なお、ダイヤル位置から目標回転数を決定する際には、図６に例示したマップが使用される。このマップは、当該制御処理のプログラムと共に、非遷移的実体的記録媒体に格納されている。

【0069】

そして、このマップには、ダイヤル位置に対応する目標回転数に加え、後述の処理で使用される、モータ駆動判定用の最低回転数及び上限時間と、トルクリミッタの判定開始割合、閾値、制限位相角及び復帰回転数が、予め設定されている。また、トルクリミッタの判定開始割合、閾値、制限位相角及び復帰回転数は、それぞれ、目標回転数に応じて設定されている。

【0070】

Ｓ１５０にて、目標回転数を決定すると、ＭＣＵ４０は、Ｓ１６０に移行し、指令回転数は目標回転数と一致しているか否かを判断する。そして、指令回転数は目標回転数と一致している場合には、Ｓ２００に移行し、指令回転数は目標回転数と一致していない場合には、Ｓ１７０に移行する。

【0071】

Ｓ１７０では、目標回転数は指令回転数よりも大きいか否かを判断する。そして、目標回転数が指令回転数よりも大きい場合には、Ｓ１８０に移行して、指令回転数を予め設定された所定回転数だけ増加させ、Ｓ２００に移行する。また、目標回転数が指令回転数よりも小さい場合には、Ｓ１９０に移行して、指令回転数を予め設定された所定回転数だけ減少させ、Ｓ２００に移行する。

【0072】

つまり、Ｓ１７０～Ｓ１９０では、目標回転数と指令回転数とが一致していないときに、指令回転数を所定回転数だけ増加又は減少させることで、指令回転数が目標回転数に近付くように、指令回転数を更新する。この結果、指令回転数は、当該制御処理の開始後、時間の経過に従って目標回転数に近付くように、逐次更新されることになる。

【0073】

なお、指令回転数の初期値は、モータ１２の駆動開始前の停止回転数「０」であり、Ｓ１００の初期化の処理により設定される。そして、上記Ｓ１５０～Ｓ１９０の処理により、指令回転数判定部６４としての機能が実現される。

【0074】

次に、Ｓ２００では、回転信号入力回路５２からの入力信号に基づき、モータ１２の回転数（実回転数）を算出する、モータ回転数算出部６６としての処理を実行する。
そして、続くＳ２１０では、Ｓ２００にて算出されたモータ１２の実回転数と、Ｓ１５０～Ｓ１９０の処理にて設定されたモータ１２の目標回転数及び指令回転数とに基づき、モータ１２が過負荷状態であるか否かを判定する、過負荷判定処理を実行する。なお、この過負荷判定処理については、図５のフローチャートに沿って、後で詳しく説明する。

【0075】

次に、Ｓ２２０では、Ｓ２１０の過負荷判定処理にて、現在、モータ１２が過負荷状態であると判定されているか否かを判断する。そして、モータ１２が過負荷状態であると判定されていれば、Ｓ２４０に移行し、モータが過負荷状態であると判定されていなければ、Ｓ２３０に移行する。

【0076】

Ｓ２３０では、モータ１２の実回転数が指令回転数（延いては目標回転数）となるよう、モータ１２に印加する交流電圧の導通角を更新する、モータ制御処理を実行し、Ｓ２５０に移行する。

【0077】

一方、Ｓ２４０では、モータ１２に印加される交流電圧の実効電圧を低減させるために、モータ１２に印加する交流電圧の導通角の制限値である、制限位相角を設定し、Ｓ２５０に移行する。

【0078】

なお、制限位相角については、図６に例示するように、モータ１２の目標回転数に応じて、目標回転数が高いほど、導通角が大きくなるように設定される。また、ダイヤル位置が「５」で、モータ１２の目標回転数が最も高い場合には、制限位相角として０°が設定される。これは，モータ１２の高回転時にモータ１２が過負荷状態になると、モータ１２に大電流が流れて破損することがあるので、モータ１２への通電を停止させるためである。

【0079】

次に、Ｓ２５０では、Ｓ２３０にて更新された導通角、若しくは、Ｓ２４０にて設定された制限位相角と、Ｓ１１０にて判定したＡＣ周波数と基づき、出力タイミングを設定して、モータ駆動回路３６に制御信号を出力する、モータ出力処理を実行する。

【0080】

つまり、Ｓ２５０では、モータ駆動回路３６を介して、モータ１２に印加される交流電圧の導通角を制御する、位相制御を実行することで、モータ１２に印加される実効電圧を制御する。なお、Ｓ２２０～Ｓ２５０の処理により、モータ出力制御部６０としての機能が実現される。そして、Ｓ２５０の処理実行後は、Ｓ１１０に移行し、上記一連の処理を再度実行する。

【0081】

次に、Ｓ２１０にて実行される過負荷判定処理について説明する。この過負荷判定処理は、トルクリミッタ部７０としての機能を実現する処理であり、本開示のトルクリミッタ部の一例に相当する。

【0082】

図５に示すように、ＭＣＵ４０は、過負荷判定処理を開始すると、まずＳ３１０にて、モータ１２の駆動を開始してから現在までのモータ駆動時間を計測し、続くＳ３２０にて、現在、モータ１２の過負荷状態を判定中であるか否かを判断する。

【0083】

Ｓ３２０にて、モータ１２の過負荷状態は判定されていないと判断されると、Ｓ３２５に移行して、モータ１２の目標回転数は、予め設定されたトルクリミッタの実施回転数を越えているか否かを判断する。そして、目標回転数が実施回転数以下である場合には、当該過負荷判定処理を終了する。

【0084】

これは、目標回転数が低く、モータ１２を駆動し続けても、通電経路３３に過電流が流れて、モータ１２や双方向サイリスタ３４が故障する虞がないときには、モータ１２の過負荷状態を検出して、モータ１２の回転を抑制する必要がないためである。

【0085】

なお、実施回転数は、トルクリミッタによる実効電圧の制限を実施する際のモータ１２の回転数の下限値であり、本開示の制限実施回転数の一例に相当する。
そして、この実施回転数についても、上述した最低回転数や上限時間と同様、一定回転数（例えば、１２０００ｒｐｍ）に設定すれば、目標回転数が実施回転数よりも低い場合（例えば、ダイヤル１の場合）に、トルクリミッタを無効にすることができる。

【0086】

次に、Ｓ３２５にて、目標回転数が実施回転数よりも大きいと判断された場合には、Ｓ３３０に移行して、Ｓ２００にて算出されたモータ１２の実回転数と、予め設定された最低回転数とを比較する。

【0087】

Ｓ３３０にて、モータ１２の実回転数は、最低回転数よりも低いと判断されると、Ｓ３４０に移行して、Ｓ３１０にて計測したモータ駆動時間は、予め設定された上限時間を経過しているか否かを判断する。

【0088】

なお、最低回転数及び上限時間は、モータ１２は駆動開始直後から過負荷状態になっていることを判定するためのパラメータであり、図６に例示するマップに記載のように、一定回転数（２０００ｒｐｍ）、一定時間（１ｓｅｃ）が設定されている。

【0089】

Ｓ３４０にて、モータ駆動時間は上限時間を経過していないと判断されると、Ｓ３８０に移行する。またＳ３４０にて、モータ駆動時間は上限時間を経過していると判断されると、Ｓ３５０にて、モータ１２は過負荷状態であると判定し、Ｓ３６０にて、モータ１２の導通角を制限する、制限位相角を設定し、Ｓ３８０に移行する。

【0090】

つまり、モータ１２の駆動開始後、上限時間を経過するまでの間に、モータ１２の回転数が最低回転数に達していなければ、モータ１２は既に過負荷状態であると判断して、制限位相角を設定するのである。なお、上記説明の通り、制限位相角は、図６に例示するマップに従い、モータ１２の目標回転数に応じて、目標回転数が高いほど、導通角が大きくなるように設定される。

【0091】

次に、Ｓ３８０では、トルクリミッタの判定開始回転数を算出し、Ｓ３９０に移行する。この判定開始回転数は、目標回転数と指令回転数との差が所定の開始判定値以下になったことを判定するのに用いられる回転数である。そして、Ｓ３８０では、目標回転数に、図６に例示するマップから得られる判定開始割合を乗じることで、判定開始回転数（＝目標回転数×判定開始割合）を算出する。

【0092】

次に、Ｓ３９０では、指令回転数が、Ｓ３８０にて算出された判定開始回転数よりも大きいか否かを判断することで、指令回転数と目標回転数との差が、所定の開始判定値以下になったか否かを判断する。なお、開始判定値は、目標回転数から判定開始回転数を減じた値となる。

【0093】

そして、Ｓ３９０にて、指令回転数は、判定開始回転数以下である、換言すれば、指令回転数と目標回転数との差は開始判定値よりも大きい、と判断されると、当該過負荷状態判定処理を終了する。

【0094】

これは、指令回転数と目標回転数との差が開始判定値よりも大きいときには、モータ１２は、目標回転数に向けて加速している途中であり、実回転数と目標回転数との差からモータ１２の過負荷状態を正確に判定することができないためである。

【0095】

一方、Ｓ３９０にて、指令回転数は、波安定開始回転数よりも大きい、換言すれば、指令回転数と目標回転数との差が開始判定値以下である、と判断されると、Ｓ４００に移行して、実回転数と目標回転数との回転差を算出する。

【0096】

つまり、Ｓ４００では、Ｓ３９０にて指令回転数は概ね目標回転数まで上昇していると判断されているので、実回転数と目標回転数との回転差を算出することで、モータ１２の負荷状態を検出するのである。

【0097】

次に、Ｓ４１０では、Ｓ４００にて算出された回転差が、予め設定された閾値以上であるか否かを判断することで、モータ１２が過負荷状態であるか否かを判断する。なお、閾値は、図６に例示したマップに基づき、目標回転数に応じて設定される値である。

【0098】

そして、Ｓ４１０にて、回転差は閾値よりも小さいと判断された場合には、モータ１２は過負荷状態ではないと判断して、当該過負荷状態判定処理を終了する。
また、Ｓ４１０にて、回転差は閾値以上であると判断された場合には、Ｓ４２０にて、モータ１２は過負荷状態であると判定する。そして、続くＳ４３０にて、図６に例示するマップに基づき、モータ１２の導通角を制限する制限位相角を設定し、当該過負荷状態判定処理を終了する。

【0099】

次に、Ｓ３２０にて、現在、モータ１２の過負荷状態を判定中であると判断された場合には、Ｓ４４０に移行して、モータ１２の実回転数と、予め設定された復帰回転数とを比較する。

【0100】

なお、復帰回転数は、図６に例示するマップに従い、モータ１２の目標回転数に応じて設定される。図６に例示するマップにおいて、復帰回転数は、ダイヤル位置が「５」の場合にも設定されるが、ダイヤル位置が「５」の場合、制限位相角は０°であるため、実回転数が復帰回転数よりも大きくなることはない。

【0101】

Ｓ４４０にて、モータ１２の実回転数が復帰回転数よりも大きいと判断されると、モータ１２は過負荷状態から通常の負荷状態に復帰したと判断して、Ｓ４５０に移行し、制限位相角による導通角の制限を解除し、当該過負荷状態判定処理を終了する。

【0102】

また、Ｓ４４０にて、モータ１２の実回転数は復帰回転数以下であると判断された場合には、モータ１２は過負荷状態から復帰していないと判断して、当該過負荷状態判定処理を終了する。

【0103】

以上説明したように、本実施形態のグラインダ２においては、モータ１２の回転数が目標回転数となるように、目標回転数に基づき指令回転数を設定して、モータ１２の駆動を制御するように構成されている。

【0104】

そして、モータ１２の駆動を開始してから、指令回転数が概ね目標回転数まで上昇すると、モータ１２の実回転数と目標回転数との回転差が閾値以上であるか否かを判断し、回転差が閾値以上になると、モータ１２が過負荷状態であると判断する。

【0105】

このため、本実施形態のグラインダ２においては、機械式のトルクリミッタや、モータ１２に流れる電流から過負荷状態を判定する電気式のトルクリミッタを利用することなく、モータ１２を過負荷状態から保護することができる。

【0106】

そして、機械式のトルクリミッタのように、被加工材からスピンドル１８に加わるトルクが上昇したときに、スピンドル１８とモータ１２の回転軸１４とを連結するベベルギヤがスリップするように、ギヤ機構を構成する必要がない。

【0107】

従って、本実施形態のグラインダ２によれば、機械式のトルクリミッタを搭載したグラインダに比べて、グラインダ２のヘッド部分（つまりギヤハウジング部分）を軽くして、使い勝手を向上することができる。

【0108】

また、本実施形態のトルクリミッタ部７０は、モータ１２の実回転数と、目標回転数及び指令回転数とに基づき、モータ１２の過負荷状態を判定するため、電気式のトルクリミッタのように、モータ１２に流れる電流を検出する必要がない。

【0109】

従って、本実施形態のグラインダ２によれば、電気式のトルクリミッタを搭載したグラインダに比べて、装置構成を簡単にして、低コストで実現できるようになる。
また、本実施形態では、モータ１２の過負荷状態を判定するのに用いられる、閾値、判定開始割合、制限位相角、復帰回転数を、ダイヤル５０を介して設定される目標回転数に応じて設定するようにされている。

【0110】

このため、本実施形態によれば、目標回転数が変化しても、モータ１２の過負荷状態及び過負荷状態からの復帰を適正に判定することができるようになり、モータ１２を良好に保護することができる。

【0111】

以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示の電動工具は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では、モータ１２の回転軸１４の回転数を実回転数として検出し、その検出した実回転数が目標回転数となるように、モータ１２への通電を制御するものとして説明した。

【0112】

しかし、本開示は、スピンドル１８の回転数等、モータ１２の駆動力を受けて回転する出力軸の回転数を実回転数として検出し、その検出した実回転数が目標回転数となるように、モータ１２への通電を制御するように構成された電動工具であれば、適用できる。

【0113】

また、上記実施形態では、グラインダ２を例にとって説明したが、本開示は、グラインダ２に限らず、交流電源から電力供給を受けてモータ１２を駆動するように構成された電動工具であれば、上記実施形態と同様に適用することができる。

【0114】

また、上記実施形態では、制御用コントローラ３０にＭＣＵ４０が設けられており、ＭＣＵ４０内のＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより、本開示の制御部、トルクリミッタ部として機能するものとして説明した。

【0115】

しかし、制御用コントローラ３０は、例えば、制御部、トルクリミッタ部、として機能する複数のコンピュータを備えていてもよい。
また、ＭＣＵ４０内のＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される、上記各部の機能の全て若しくは一部は、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。

【0116】

また、制御用コントローラ３０と駆動用コントローラ３２とは、一つのコントローラとして構成されていてもよい。
また、上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。

【0117】

また、本開示は、電動工具の他、電動工具を構成要素とするシステム、電動工具としてコンピュータを機能させるためのプログラム、プログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、電動工具の制御方法など、種々の形態で実現することもできる。

【符号の説明】

【0118】

２…グラインダ、１２…モータ、１２Ａ…回転数検出部、１４…回転軸、１８…スピンドル、２６…交流電源、２８…電源スイッチ、３３…通電経路、３４…双方向サイリスタ、５０…ダイヤル、５６…表示部、６０…モータ出力制御部、７０…トルクリミッタ部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】