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▶ ミルウォーキー エレクトリック ツール コーポレイションの特許一覧
(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】P2024022521
(43)【公開日】2024-02-16
(54)【発明の名称】電流ベースの弱め界磁を含む電動工具
(51)【国際特許分類】
H02P 21/22 20160101AFI20240208BHJP
B25F 5/00 20060101ALI20240208BHJP
【ＦＩ】
H02P21/22
B25F5/00 C
B25F5/00 H
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023124082
(22)【出願日】2023-07-31
(31)【優先権主張番号】63/370,405
(32)【優先日】2022-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
(71)【出願人】
【識別番号】598073073
【氏名又は名称】ミルウォーキー エレクトリック ツール コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(74)【代理人】
【識別番号】110002848
【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ギャスパー、オースティン
(72)【発明者】
【氏名】ナゲル、ジェラルド エム．
(72)【発明者】
【氏名】グプタ、シュヴァム
(72)【発明者】
【氏名】ヒューバー、アレクサンダー ティー．
【テーマコード（参考）】
3C064
5H505
【Ｆターム（参考）】
3C064AA01
3C064AA03
3C064AA04
3C064AA05
3C064AA06
3C064AA08
3C064AB01
3C064AB02
3C064AC02
3C064BA03
3C064BA04
3C064BA12
3C064BA18
3C064BA36
3C064BB01
3C064BB10
3C064CA01
3C064CA24
3C064CA27
3C064CA36
3C064CA53
3C064CA72
3C064CA74
3C064CA75
3C064CA78
3C064CA80
3C064CB17
3C064CB62
3C064CB71
3C064DA02
3C064DA03
3C064DA22
3C064DA23
3C064DA59
3C064DA65
3C064DA73
5H505AA13
5H505CC04
5H505DD08
5H505EE30
5H505EE41
5H505EE49
5H505GG04
5H505HA06
5H505HB01
5H505JJ28
5H505LL22
5H505LL41
(57)【要約】
【課題】 電流ベースの弱め界磁を含む電動工具を提供する。
【解決手段】 ブラシレスモータ、電力切り替え回路、電流センサ、及び電子コントローラを含む電動工具。電力切り替え回路は、電力供給をブラシレスモータに提供する。電流センサは、ブラシレスモータの電流を検知するように構成される。電子コントローラは、ブラシレスモータの前記電流を示す第１の信号を受信することと、電流コマンドに基づいてブラシレスモータの導通角を設定することと、ブラシレスモータの電流を上げるデューティサイクルを有するＰＷＭ信号をブラシレスモータに供給することと、デューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、デューティサイクルを第１の閾値に維持することと、ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、電流が第２の閾値と等しいか否かを判断することと、電流を第２の閾値に維持するように第２の導通角を制御することとを行うように構成される。
【選択図】図１
【解決手段】 ブラシレスモータ、電力切り替え回路、電流センサ、及び電子コントローラを含む電動工具。電力切り替え回路は、電力供給をブラシレスモータに提供する。電流センサは、ブラシレスモータの電流を検知するように構成される。電子コントローラは、ブラシレスモータの前記電流を示す第１の信号を受信することと、電流コマンドに基づいてブラシレスモータの導通角を設定することと、ブラシレスモータの電流を上げるデューティサイクルを有するＰＷＭ信号をブラシレスモータに供給することと、デューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、デューティサイクルを第１の閾値に維持することと、ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、電流が第２の閾値と等しいか否かを判断することと、電流を第２の閾値に維持するように第２の導通角を制御することとを行うように構成される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電動工具であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内のブラシレス直流（ＤＣ）モータと、
電力供給をバッテリパックから前記ブラシレスＤＣモータに提供する電力切り替え回路と、
前記ブラシレスＤＣモータの電流を検知するように構成された電流センサと、
電子コントローラであって、
前記電流センサを介して、前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を示す第１の信号を受信することと、
前記ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
前記電流コマンドに基づいて前記ブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号を前記ブラシレスＤＣモータに供給することと、
前記ＰＷＭ信号の前記デューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記デューティサイクルが前記第１の閾値と等しいことに応答して、前記デューティサイクルを前記第１の閾値に維持することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を上げるように前記導通角を変更することと、
前記電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記電流コマンドが前記第２の閾値と等しいことに応答して、前記電流コマンドを前記第２の閾値に維持するように前記導通角を制御することと、
を行うように構成された電子コントローラと、
を備える電動工具。
ハウジングと、
前記ハウジング内のブラシレス直流（ＤＣ）モータと、
電力供給をバッテリパックから前記ブラシレスＤＣモータに提供する電力切り替え回路と、
前記ブラシレスＤＣモータの電流を検知するように構成された電流センサと、
電子コントローラであって、
前記電流センサを介して、前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を示す第１の信号を受信することと、
前記ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
前記電流コマンドに基づいて前記ブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号を前記ブラシレスＤＣモータに供給することと、
前記ＰＷＭ信号の前記デューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記デューティサイクルが前記第１の閾値と等しいことに応答して、前記デューティサイクルを前記第１の閾値に維持することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を上げるように前記導通角を変更することと、
前記電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記電流コマンドが前記第２の閾値と等しいことに応答して、前記電流コマンドを前記第２の閾値に維持するように前記導通角を制御することと、
を行うように構成された電子コントローラと、
を備える電動工具。
【請求項2】
前記電子コントローラは、
前記導通角が第３の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記導通角が前記第３の閾値と等しいことに応答して、前記導通角を前記第３の閾値に維持することと、
前記導通角が第４の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記導通角が前記第４の閾値と等しいことに応答して、前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を制御する第２のデューティサイクルを有する第２のＰＷＭ信号を前記ブラシレスＤＣモータに供給することと、
を行うように更に構成される、請求項１に記載の電動工具。
前記導通角が第３の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記導通角が前記第３の閾値と等しいことに応答して、前記導通角を前記第３の閾値に維持することと、
前記導通角が第４の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記導通角が前記第４の閾値と等しいことに応答して、前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を制御する第２のデューティサイクルを有する第２のＰＷＭ信号を前記ブラシレスＤＣモータに供給することと、
を行うように更に構成される、請求項１に記載の電動工具。
【請求項3】
前記第１の閾値は、１００％デューティサイクルの前記ＰＷＭ信号である、請求項１に記載の電動工具。
【請求項4】
前記デューティサイクルを前記第１の閾値に維持するために、前記電子コントローラは、
前記１００％デューティサイクルに留まるように前記ＰＷＭ信号を制御するよう更に構成される、請求項３に記載の電動工具。
前記１００％デューティサイクルに留まるように前記ＰＷＭ信号を制御するよう更に構成される、請求項３に記載の電動工具。
【請求項5】
前記第２の閾値は最大電流コマンドである、請求項１に記載の電動工具。
【請求項6】
前記電子コントローラは、
前記電流センサから電流フィードバック信号を受信することと、
前記電流フィードバック信号に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータに適用する前記ＰＷＭ信号の第１の変更を決定することと、
を行うように更に構成される、請求項１に記載の電動工具。
前記電流センサから電流フィードバック信号を受信することと、
前記電流フィードバック信号に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータに適用する前記ＰＷＭ信号の第１の変更を決定することと、
を行うように更に構成される、請求項１に記載の電動工具。
【請求項7】
前記電子コントローラは、
前記電流フィードバック信号に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータに印加される前記導通角の第２の変動を決定するように更に構成される、請求項１に記載の電動工具。
前記電流フィードバック信号に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータに印加される前記導通角の第２の変動を決定するように更に構成される、請求項１に記載の電動工具。
【請求項8】
電子コントローラを含む電動工具を制御する方法であって、
電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信することと、
前記ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
前記電流コマンドに基づいて前記ブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号を前記ブラシレスＤＣモータに供給することと、
前記ＰＷＭ信号の前記デューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記デューティサイクルが前記第１の閾値と等しいことに応答して、前記デューティサイクルを前記第１の閾値に維持することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を上げるように前記導通角を変更することと、
前記電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記電流コマンドが前記第２の閾値と等しいことに応答して、前記電流コマンドを前記第２の閾値に維持するように前記導通角を制御することと、
を含む方法。
電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信することと、
前記ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
前記電流コマンドに基づいて前記ブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号を前記ブラシレスＤＣモータに供給することと、
前記ＰＷＭ信号の前記デューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記デューティサイクルが前記第１の閾値と等しいことに応答して、前記デューティサイクルを前記第１の閾値に維持することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を上げるように前記導通角を変更することと、
前記電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記電流コマンドが前記第２の閾値と等しいことに応答して、前記電流コマンドを前記第２の閾値に維持するように前記導通角を制御することと、
を含む方法。
【請求項9】
前記導通角が第３の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記導通角が前記第３の閾値と等しいことに応答して、前記導通角を前記第３の閾値に維持することと、
前記導通角が第４の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記導通角が前記第４の閾値と等しいことに応答して、前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を制御する第２のデューティサイクルを有する第２のＰＷＭ信号を前記ブラシレスＤＣモータに供給することと、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
前記導通角が前記第３の閾値と等しいことに応答して、前記導通角を前記第３の閾値に維持することと、
前記導通角が第４の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記導通角が前記第４の閾値と等しいことに応答して、前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を制御する第２のデューティサイクルを有する第２のＰＷＭ信号を前記ブラシレスＤＣモータに供給することと、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記第１の閾値は、１００％デューティサイクルの前記ＰＷＭ信号である、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
前記デューティサイクルを前記第１の閾値に維持することは、
前記１００％デューティサイクルに留まるように前記ＰＷＭ信号を制御することを含む、請求項１０に記載の方法。
前記１００％デューティサイクルに留まるように前記ＰＷＭ信号を制御することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記第２の閾値は最大電流コマンドである、請求項８に記載の方法。
【請求項13】
前記電流センサから電流フィードバック信号を受信することと、
前記電流フィードバック信号に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータに印加される前記ＰＷＭ信号の第１の変動を決定することと、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
前記電流フィードバック信号に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータに印加される前記ＰＷＭ信号の第１の変動を決定することと、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項14】
前記電流フィードバック信号に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータに印加される前記導通角の第２の変動を決定することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
電動工具であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内のブラシレス直流（ＤＣ）モータと、
トリガと、
電力供給をバッテリパックから前記ブラシレスＤＣモータに提供する電力切り替え回路と、
バス電圧を検知するように構成された電圧センサと、
前記ブラシレスＤＣモータの電流を検知するように構成された電流センサと、
前記トリガ、前記ブラシレスＤＣモータ、前記電圧センサ、及び前記電流センサに接続された電子コントローラであって、
前記トリガの作動に応答して、第１の電流限度値に従って電流を前記ブラシレスＤＣモータに提供することと、
前記電流センサを介して、前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を示す第１の信号を受信することと、
前記電圧センサを介して、前記電力切り替え回路の電圧を示す第２の信号を受信することと、
前記ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
前記電流コマンドに基づいて前記ブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号を前記ブラシレスＤＣモータに供給することと、
前記電力切り替え回路の前記電圧が電圧閾値以上であるか否かを判断することと、
前記ＰＷＭ信号の前記デューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記電力切り替え回路の前記電圧が前記電圧閾値以下であることに応答して、前記第１の電流限度値を第２の電流限度値に調整することと、
前記デューティサイクルが前記第１の閾値と等しいことに応答して、前記デューティサイクルを前記第１の閾値に維持することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を上げるように前記導通角を変更することと、
前記電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記電流コマンドが前記第２の閾値と等しいことに応答して、前記電流を前記第２の閾値に維持するように前記導通角を制御することと、
を行うように構成される、電子コントローラと、
を備える電動工具。
ハウジングと、
前記ハウジング内のブラシレス直流（ＤＣ）モータと、
トリガと、
電力供給をバッテリパックから前記ブラシレスＤＣモータに提供する電力切り替え回路と、
バス電圧を検知するように構成された電圧センサと、
前記ブラシレスＤＣモータの電流を検知するように構成された電流センサと、
前記トリガ、前記ブラシレスＤＣモータ、前記電圧センサ、及び前記電流センサに接続された電子コントローラであって、
前記トリガの作動に応答して、第１の電流限度値に従って電流を前記ブラシレスＤＣモータに提供することと、
前記電流センサを介して、前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を示す第１の信号を受信することと、
前記電圧センサを介して、前記電力切り替え回路の電圧を示す第２の信号を受信することと、
前記ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
前記電流コマンドに基づいて前記ブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号を前記ブラシレスＤＣモータに供給することと、
前記電力切り替え回路の前記電圧が電圧閾値以上であるか否かを判断することと、
前記ＰＷＭ信号の前記デューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記電力切り替え回路の前記電圧が前記電圧閾値以下であることに応答して、前記第１の電流限度値を第２の電流限度値に調整することと、
前記デューティサイクルが前記第１の閾値と等しいことに応答して、前記デューティサイクルを前記第１の閾値に維持することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記電流を上げるように前記導通角を変更することと、
前記電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
前記電流コマンドが前記第２の閾値と等しいことに応答して、前記電流を前記第２の閾値に維持するように前記導通角を制御することと、
を行うように構成される、電子コントローラと、
を備える電動工具。
【請求項16】
前記第１の電流限度値は、前記電力切り替え回路から引かれる許容最大電流である、請求項１５に記載の電動工具。
【請求項17】
前記第２の電流限度値は前記第１の電流限度値未満である、請求項１５に記載の電動工具。
【請求項18】
前記電子コントローラは、
前記ブラシレスＤＣモータの速度を特定することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記速度及び速度コマンド信号に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータに提供する電流値を決定することと、
前記電流値を提供して前記ブラシレスＤＣモータを駆動することと、
を行うように更に構成される、請求項１５に記載の電動工具。
前記ブラシレスＤＣモータの速度を特定することと、
前記ブラシレスＤＣモータの前記速度及び速度コマンド信号に基づいて、前記ブラシレスＤＣモータに提供する電流値を決定することと、
前記電流値を提供して前記ブラシレスＤＣモータを駆動することと、
を行うように更に構成される、請求項１５に記載の電動工具。
【請求項19】
前記電子コントローラは、
前記電力切り替え回路の前記電圧が前記電圧閾値よりも大きいことに応答して、前記電力値が前記第１の電流限度値と等しいか否かを判断することと、
前記電流値が前記第１の電流限度値と等しくないことに応答して、前記第１の電流限度値を第３の電流限度値に調整することと、
を行うように更に構成される、請求項１８に記載の電動工具。
前記電力切り替え回路の前記電圧が前記電圧閾値よりも大きいことに応答して、前記電力値が前記第１の電流限度値と等しいか否かを判断することと、
前記電流値が前記第１の電流限度値と等しくないことに応答して、前記第１の電流限度値を第３の電流限度値に調整することと、
を行うように更に構成される、請求項１８に記載の電動工具。
【請求項20】
前記第３の電流限度値は前記第２の電流限度値よりも大きい、請求項１９に記載の電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願
本出願は、２０２２年８月４日付けで出願の米国仮特許出願第６３／３７０，４０５号の優先権を主張するものであり、その全内容を本明細書に引用している。
本出願は、２０２２年８月４日付けで出願の米国仮特許出願第６３／３７０，４０５号の優先権を主張するものであり、その全内容を本明細書に引用している。
【背景技術】
【0002】
本明細書に記載の実施形態は、電動工具の制御に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許出願第２０１７／０２４６７３２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本明細書に記載の電動工具は、ハウジング、ブラシレス直流（「ＤＣ」）モータ、電力切り替え回路、電流センサ、及び電子コントローラを含む。ブラシレスＤＣモータはハウジング内に配置される。電力切り替え回路は、電力供給をバッテリパックからブラシレスＤＣモータに提供する。電流センサは、ブラシレスＤＣモータの電流を検知する。電子コントローラは、ブラシレスＤＣモータ、電力切り替え回路、及び電流センサに接続される。電子コントローラは、電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信し、ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成し、電流コマンドに基づいてブラシレスＤＣモータの導通角を設定するように構成される。電子コントローラは、ブラシレスＤＣモータの電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、デューティサイクルが第１の閾値と等しいことに応答して、デューティサイクルを第１の閾値に維持することと、ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、電流コマンドが第２の閾値と等しいことに応答して、電流コマンドを第２の閾値に維持するように導通角を制御することとを行うように更に構成される。
【0005】
幾つかの態様では、電子コントローラは、導通角が第３の閾値と等しいか否かを判断し、導通角が第３の閾値と等しいことに応答して、導通角を第３の閾値に維持するように更に構成される。電子コントローラは、導通角が第４の閾値と等しいか否かを判断することと、導通角が第４の閾値と等しいことに応答して、ブラシレスＤＣモータの電流を制御する第２のデューティサイクルを有する第２のＰＷＭ信号をブラシレスＤＣモータに供給するようにも構成される。
【0006】
幾つかの態様では、第１の閾値は、１００％デューティサイクルのＰＷＭ信号である。
【0007】
幾つかの態様では、デューティサイクルを第１の閾値に維持するために、電子コントローラは、１００％デューティサイクルに留まるようにＰＷＭ信号を制御するよう更に構成される。
【0008】
幾つかの態様では、第２の閾値は最大電流コマンドである。
【0009】
幾つかの態様では、電子コントローラは、電流センサから電流フィードバック信号を受信することと、電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに印加されるＰＷＭ信号の第１の変動を決定することとを行うように更に構成される。
【0010】
幾つかの態様では、電子コントローラは、電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに印加される導通角の第２の変動を決定するように更に構成される。
【0011】
本明細書に記載の方法は、電子コントローラを含む電動工具の制御を提供する。本方法は、電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信することと、ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、電流コマンドに基づいてブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、ブラシレスＤＣモータの電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号をブラシレスＤＣモータに供給することとを含む。本方法は、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、デューティサイクルが第１の閾値と等しいことに応答して、デューティサイクルを第１の閾値に維持することと、ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、電流コマンドが第２の閾値と等しいことに応答して、電流コマンドを第２の閾値に維持するように導通角を制御することとも含む。
【0012】
幾つかの態様では、本明細書に記載の方法は、導通角が第３の閾値と等しいか否かを判断することと、導通角が第３の閾値と等しいことに応答して、導通角を第３の閾値に維持することと、導通角が第４の閾値と等しいか否かを判断することと、導通角が第４の閾値と等しいことに応答して、ブラシレスＤＣモータの電流を制御する第２のデューティサイクルを有する第２のＰＷＭ信号をブラシレスＤＣモータに供給することとを更に含む。
【0013】
幾つかの態様では、第１の閾値は、１００％デューティサイクルのＰＷＭ信号である。
【0014】
幾つかの態様では、デューティサイクルを第１の閾値に維持することは、１００％デューティサイクルに留まるようにＰＷＭ信号を制御することを含む。
【0015】
幾つかの態様では、第２の閾値は最大電流コマンドである。
【0016】
幾つかの態様では、本明細書に記載の方法は、電流センサから電流フィードバック信号を受信することと、電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに印加されるＰＷＭ信号の第１の変動を決定することとを更に含む。
【0017】
幾つかの態様では、本明細書に記載の方法は、電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに印加される導通角の第２の変動を決定することを更に含む。
【0018】
本明細書に記載の電動工具は、ハウジングと、ハウジング内のブラシレス直流（ＤＣ）モータと、トリガと、電力供給をバッテリパックからブラシレスＤＣモータに提供する電力切り替え回路と、バス電圧を検知するように構成された電圧センサと、ブラシレスＤＣモータの電流を検知するように構成された電流センサと、トリガ、ブラシレスＤＣモータ、電圧センサ、及び電流センサに接続された電子コントローラとを含む。電子コントローラは、トリガの作動に応答して、第１の電流限度値に従って電流をブラシレスＤＣモータに提供することと、電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信することと、電圧センサを介して、電力切り替え回路の電圧を示す第２の信号を受信することと、ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、電流コマンドに基づいてブラシレスＤＣモータの導通角を設定することとを行うように構成される。電子コントローラは、ブラシレスＤＣモータの電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、電力切り替え回路の電圧が電圧閾値以上であるか否かを判断することと、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、電力切り替え回路の電圧が電圧閾値以下であることに応答して、第１の電流限度値を第２の電流限度値に調整することと、デューティサイクルが第１の閾値と等しいことに応答して、デューティサイクルを第１の閾値に維持することとを行うようにも構成される。電子コントローラは、ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、電流コマンドが第２の閾値と等しいことに応答して、電流を第２の閾値に維持するように導通角を制御することとを行うようにも構成される。
【0019】
幾つかの態様では、第１の電流限度値は、電力切り替え回路から引かれる許容最大電流である。
【0020】
幾つかの態様では、第２の電流限度値は第１の電流限度値未満である。
【0021】
幾つかの態様では、電子コントローラは、ブラシレスＤＣモータの速度を特定することと、ブラシレスＤＣモータの速度及び速度コマンド信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに提供する電流値を決定することと、電流値を提供してブラシレスＤＣモータを駆動することとを行うように更に構成される。
【0022】
幾つかの態様では、電子コントローラは、電力切り替え回路の電圧が電圧閾値よりも大きいことに応答して、電力値が第１の電流限度値と等しいか否かを判断することと、電流値が第１の電流限度値と等しくないことに応答して、第１の電流限度値を第３の電流限度値に調整することとを行うように更に構成される。
【0023】
幾つかの態様では、第３の電流限度値は第２の電流限度値よりも大きい。
【0024】
いずれの実施形態も詳細に説明する前に、実施形態は、その適用において、以下の説明で述べられるか又は添付図面に示される構成要素の構成及び配置の詳細に限定されないことを理解されたい。実施形態は、様々な態様で実施又は実行することが可能である。本明細書で使用される語法及び用語は、説明目的のためのものであり、本発明を限定するものとみなすべきでないことも理解されたい。「包含する」、「含む」又は「有する」及びこれらの変化形の使用は、以降に列挙する項目及びその均等物並びに追加的項目を包含することを意図する。別段の明示又は限定がない限り、「取り付けられる」、「接続される」、「支持される」、及び「連結される」という用語並びにその変化形は広い意味で用いられており、直接的及び間接的両方の取付け、接続、支持、及び連結を含む。
【0025】
使用状況により明確に別段のことが示されない限り、関し「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は「１つ」又は「１つのみ」を意味するものとして解釈されるべきではない。正確には、これらの関しは「少なくとも１つ」又は「１つ又は複数」を意味するものとして解釈されるべきである。同様に、「ｔｈｅ」又は「前記（ｓａｉｄ）」という用語が、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」によって先に導入された名詞を指すのに使用される場合、「ｔｈｅ」及び「前記」も、使用により明確に別段のことが示されない限り、「少なくとも１つ」又は「１つ又は複数」を意味する。
【0026】
加えて、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア及び電子構成要素又はモジュールを含み得、これらは、議論の目的のために、構成要素の大部分がハードウェアのみで実装されているかのように図示及び説明される場合があることを理解されたい。しかしながら、当業者は、この詳細な説明を読むことに基づき、少なくとも１つの実施形態において、電子ベースの態様が、マイクロプロセッサ及び／又は特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）等の１つ又は複数の処理ユニットによって実行可能なソフトウェア（例えば、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された）で実装され得ることを認識するであろう。このように、複数のハードウェア及びソフトウェアベースのデバイス並びに複数の異なる構造的構成要素を利用して、これらの実施形態が実装され得ることに留意すべきである。例えば、本明細書に記載される「サーバ」、「計算装置」、「コントローラ」、「プロセッサ」等は、１個以上の処理ユニット、１個以上のコンピュータ可読媒体モジュール、１個以上の入出力インターフェース及び構成要素を接続する様々な接続部（例えば、システムバス）を含むことができる。
【0027】
量又は状態との関連で用いる相対用語、例えば「約」、「ほぼ」、「実質的に」等は、宣言された値を含み、文脈で言及された意味を有する（例えば、その用語は、少なくとも測定精度に関連付けられた誤差、特定の値に関連付けられた公差［例えば、製造、組み立て、使用等］等を含む）ことが当業者に理解されるであろう。このような用語は、２つの端点の絶対値により定義される範囲を示すものとも考えるべきである。例えば、「約２～約４」という表現は、「２～４」の範囲も示す。相対用語は、示された値の百分率（例えば、１％、５％、１０％）のプラス又はマイナスを指し得る。
【0028】
特定の図面は、特定のデバイス内にあるハードウェア及びソフトウェアを例示するが、これらの描写は、例示を目的とするものにすぎないことが理解されるべきである。本明細書において１つの構成要素により実行されるものと説明される機能は、複数の構成要素により分散的に実行され得る。同様に、複数の構成要素により実行される機能は、統合されて単一の構成要素により実行され得る。いくつかの実施形態では、示される構成要素は、組み合わされ得るか、又は別個のソフトウェア、ファームウェア及び／若しくはハードウェアに分割され得る。例えば、ロジック及び処理は、単一の電子プロセッサ内に配置され、そのプロセッサによって実行される代わりに、複数の電子プロセッサに分散され得る。それらがどのように組み合わされるか又は分割されるかに関わらず、ハードウェア及びソフトウェア構成要素は、同じコンピューティングデバイス上に位置し得るか、又は１つ又は複数のネットワーク若しくは他の適切な通信リンクにより接続された異なるコンピューティングデバイス間で分散され得る。同様に、特定の機能を実行するものと記載される構成要素は、本明細書に記載されない追加の機能も実行し得る。例えば、特定の態様で「構成された」デバイス又は構造は、少なくともその態様で構成されるが、明示的に列挙されない別の態様で構成され得る。
【0029】
したがって、特許請求の範囲において、例えば、コントローラ、制御ユニット、電子プロセッサ、計算デバイス、論理要素、モジュール、メモリモジュール、通信チャネル若しくはネットワーク、又は特定の様式で、例えば複数の機能を実行するように構成された他の要素を含むものとして装置、方法、又はシステムが記載される場合、請求項又は請求要素は、１つ又は複数の要素のいずれか１つが、記載されたように構成され、例えば、１つ又は複数の要素が１組として集合的に、複数の機能を実行するように、記載された複数の機能の任意の１つ又は複数を作成するよう構成されるような要素の１つ又は複数を意味するものとして解釈されるべきである。
【0030】
実施形態の他の態様は、詳細な説明と添付の図面から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本明細書に記載の実施形態による電動工具を示す。
【図3】本明細書に記載の実施形態による無線通信コントローラのブロック図を示す。
【図6】本明細書に記載の実施形態によるブラシレスモータの整流を示すグラフである。
【図8A】本明細書に記載の実施形態による、電流ベースの弱め界磁を実施する方法のフローチャートを示す。
【図8B】本明細書に記載の実施形態による、電流ベースの弱め界磁を実施する方法のフローチャートを示す。
【図12】本明細書に記載の実施形態による、種々の充電段階における複数のバッテリパックタイプでの電力対電流曲線のグラフを示す。
【図13】本明細書に記載の実施形態による、種々の充電段階における複数のバッテリパックタイプでの電力対電圧曲線のグラフを示す。
【図15A】静的電流制限及び動的電流制限を有する第１のバッテリパックの複数の特性の図を示す。
【図15B】静的電流制限及び動的電流制限を有する第１のバッテリパックの複数の特性の図を示す。
【図16A】静的電流制限及び動的電流制限を有する第２のバッテリパックの複数の特性の図を示す。
【図16B】静的電流制限及び動的電流制限を有する第２のバッテリパックの複数の特性の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0032】
本明細書に記載の実施形態は、電流ベースの弱め界磁制御を実施して、電動工具の動作の速度及びエネルギーを上げるように構成された電動工具に関する。電流ベースの弱め界磁は、電動工具が、制御信号の電圧及びパルス幅変調を上げずに、動作中、より多くの電流及びトルクを生み出せるようにする。電流ベースの弱め界磁は、動作中、電圧方向においてモータの電流を上げて、電源からモータが受け取る電力を調整する。例えば、電流ベースの弱め界磁は、制御信号のパルス幅変調デューティ比を上げることによりモータの電流を上げる。パルス幅変調が最大の場合、電流ベースの弱め界磁は導通角を上げる。弱め界磁アルゴリズムは、センサードモータ制御又はセンサレスモータ制御を使用して達成することができる。電流ベースの弱め界磁は、電動工具の動作中、電動工具により実施することができる。電流ベースの弱め界磁は、可能な限り低い電流で利用可能な最高トルクを生み出すことにより電動工具の効率を最適化する。電流ベースの弱め界磁における導通角は、手動調整なしである値に自動的に収束し、電源（例えばバッテリパック）、インバータ、モータ、及び他の機械的特性の変化に対して自己調整する。弱め界磁アルゴリズムは、電流制限制御を弱め開示制御と組み合わせて、処理要件及び電力を削減する。界磁指向制御を使用する弱め界磁技法等の弱め界磁技法によっては、同様の電流制限及び弱め界磁原理を実施してモータの同様の速度及び効率を達成するために、大きな処理電力が必要とされる。電流ベースの弱め界磁は、効率を最適化し、モータにより生み出されるトルクを上げながら、処理要件を下げる（例えば、界磁指向制御と比較して）。
【0033】
幾つかの実施形態では、電流ベースの弱め界磁は電源電圧制御を高める。弱め界磁アルゴリズムは、電源の電圧を制御して、電流を制限し、電源から供給される電力を調整する。幾つかの実施形態では、弱め界磁アルゴリズムは、電源のゲートドライバから供給される電圧を制御するのに使用される。弱め界磁アルゴリズムは、電源の電流リミッタとして実施され、その場合、電源電流の直接操作により、電動工具モータからの出力トルク制御及び電源の電圧制御を改善することができる。弱め界磁アルゴリズムは、より大きな負荷条件を克服するためにより多くの電力を提供する。
【0034】
図１は、幾つかの実施形態による一例の電動工具１００を示す。電動工具１００は、ハウジング１０５、電源インターフェース１１０、ドライバ１１５（例えばチャック又はビットホルダ）、モータハウジング１２０、トリガ１２５、及びハンドル１３０を含む。モータハウジング１２０はモータ２１５（図２参照）を収容する。長手軸１３５がドライバ１１５からモータハウジング１２０の後部を通って延びる。動作中、ドライバ１１５は長手軸１３５の周りを回転する。長手軸１３５は、ハンドル１３０に概ね直交し得る。図１は回転出力を有する特定の電動工具１００を示すが、本明細書に記載の弱め界磁方法は、ドリル、ドライバ、電動スクリュードライバ、電動ラチェット、グラインダー、直角ドリル、回転ハンマー、パイプねじ切り機、丸鋸、卓上鋸、又は軸回りの回転を受ける別のタイプの電動工具等の複数のタイプの電動工具と併用可能なことが企図される。幾つかの実施形態では、電動工具１００は、往復鋸、チェーンソー、ポールそー、カットオフソー、ダイグラインダー等の並進運動を受ける電動工具である。本明細書に記載の実施形態は主に、回転出力を有する電動工具での弱め界磁の実施を参照するが、幾つかの実施形態では、弱め界磁アルゴリズムは並進又は他の出力を有する電動工具で実施される。
【0035】
図２は、コントローラ２００を含むブラシレス電動工具１００の電子機械図を示す。コントローラ２００は、電動工具１００の多様なモジュール又は構成要素に電気的に及び／又は通信可能に接続されている。例えば、図示のコントローラ２００は、電源２０５、切り替えブリッジ２１０、モータ２１５、ホール効果センサ２２０（ホールセンサとも呼ばれる）、１つ又は複数の電流センサ２２５、ユーザ入力２３０（例えばトリガ１２５）、他の構成要素２３５（例えばバッテリパック燃料ゲージ、作業灯［例えばＬＥＤ］、電流／電圧センサ等）、１つ又は複数のインジケータ２４０（例えばＬＥＤ）、及び外部装置２５０（例えばスマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ等）と通信するように構成された無線通信コントローラ２４５（例えば送受信機）に接続される。無線通信コントローラ２４５及び外部装置２５０とのその通信は、例えば、２０１７年８月３１日付けで公開された「ＰＯＷＥＲ ＴＯＯＬ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＡＮ ＯＵＴＰＵＴ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＳＥＮＳＯＲ」と題する（特許文献１）により詳細に記載されており、その全内容は参照により本明細書に援用される。
【0036】
コントローラ２００は、とりわけ、電動工具１００の動作を制御し、モータ２１５に提供される電力を制御する等を行うように動作可能なハードウェアとソフトウェアとの組合せを含む。幾つかの実施形態では、コントローラ２００は、電力、動作制御、及び保護をコントローラ２００及び／又は電動工具１００内の構成要素及びモジュールに提供する複数の電気構成要素及び電子構成要素を含む。例えば、コントローラ２００は、とりわけ、処理ユニット２５５（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は別の適切なプログラム可能なデバイス）、メモリ２６０、入力ユニット２６５、及び出力ユニット２７０を含む。処理ユニット２５５は、特に、制御ユニット２７５、算術論理ユニット（「ＡＬＵ」）２８０、及び複数のレジスタ２８５（図２にレジスタ群として示す）を含み、公知のコンピュータアーキテクチャ（例えば、修正ハーバードアーキテクチャ、フォンノイマンアーキテクチャ等）を用いて実装されている。処理ユニット２５５、メモリ２６０、入力ユニット２６５及び出力ユニット２７０並びにコントローラ２００に接続された様々なモジュールは、１つ又は複数の制御バス及び／又はデータバス（例えば、共通バス２９０）によって接続される。制御バス及び／又はデータバスを説明のために図２において大まかに示す。種々のモジュール及び構成要素間の相互接続及び通信のための１つ又は複数の制御バス及び／又はデータバスの使用は、本明細書中に記載の実施形態に鑑みて当業者に分かるであろう。
【0037】
メモリ２６０は、例えば、プログラム記憶領域及びデータ記憶領域を含む非一時的コンピュータ可読媒体である。プログラム記憶領域及びデータ記憶領域は、読み取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）（例えば、ダイナミックＲＡＭ［「ＤＲＡＭ」］、同期ＤＲＡＭ［「ＳＤＲＡＭ」］、等）、電気的消去可能なプログラム可能読み取り専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＳＤカード、又は他の適切な磁気、光学、物理、若しくは電子メモリ装置（単数又は複数）等の異なる種類のメモリの組合せを含むことができる。処理ユニット２５５は、メモリ２６０に接続され、メモリ２６０のＲＡＭ（例えば、実行中に）、メモリ２６０のＲＯＭ（例えば、一般的に永続的に）、又は別のメモリやディスク等の別の非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶することができるソフトウェア命令を実行する。電動工具１００の実装に含まれるソフトウェアは、コントローラ２００のメモリ２６０に記憶することができる。ソフトウェアは、例えば、ファームウェア、１つ又は複数のアプリケーション、プログラムデータ、フィルタ、規則、１つ又は複数のプログラムモジュール、及び他の実行可能命令を含む。コントローラ２００は、メモリから、とりわけ、本明細書に記載の制御プロセス及び方法に関する命令を取得し、実行するように構成される。他の構成では、コントローラ２００は、追加的な、より少ない又は異なるコンポーネントを含む。
【0038】
電源２０５は、ＤＣ電力を電動工具１００の種々の構成要素に提供する。幾つかの実施形態では、電源２０５は、再充電可能であり、例えばリチウムイオン電池技術を使用する電動工具バッテリパックである。他の実施形態では、電源２０５は、標準の壁にあるコンセントに結合された工具プラグからＡＣ電力（例えば１２０Ｖ／６０Ｈｚ）を受け取り、次いで受け取った電力を出力ＤＣ電力に濾波、調整、及び整流することができる。幾つかの実施形態では、電動工具１００は、例えば、コントローラ２００と電源２０５との間に通信線又はリンクを提供するための通信線２９５を含む。
【0039】
各ホール効果センサ２２０は、モータ２１５のロータの磁石がホール効果センサ２２０の面を横切って回転する場合に関連する指標（例えば、パルス）等のモータフィードバック情報を出力する。ホール効果センサ２２０からのモータフィードバック情報に基づいて、コントローラ２００は、ロータの回転の位置、速度、及び加速度を特定することができる。１つ又は複数の電流センサ２２５は、モータ２１５及び／又は電動工具１００に供給される電流に関する情報を出力する。
【0040】
電動工具１００は種々のモードで動作するように構成される。例えば、コントローラ２００は、例えばトリガ１２５を押すこと、電動工具１００の任意の他のユーザ入力２３０を作動させることによる等のユーザ入力２３０からユーザ制御を受け取る。モータフィードバック情報及びユーザ制御に応答して、コントローラ２００は、モータ２１５を駆動するように切り替えブリッジ２１０（例えばＦＥＴ切り替えブリッジ）を制御する制御信号を生成する。例えば、切り替えブリッジ２１０は、複数のハイ側切り替え要素（例えばＦＥＴ）及び複数のロー側切り替え要素を含み得る。切り替えブリッジ２１０のスイッチを選択的にオン及びオフすることにより、電源２０５からの電力はモータ２１５のステータコイルに選択的に印加されて、モータ２１５のロータを回転させる。明確に示されていないが、１つ又は複数の電流センサ２２５及び電動工具１００の他の構成要素は、電源２０５が電力をそれらの構成要素に提供するように電源２０５に電気的に結合される。
【0041】
幾つかの実施形態では、コントローラ２００は、電動工具１００の他の態様、例えば使用データの記録、外部装置との通信等も制御する。幾つかの実施形態では、電動工具１００は、電源２０５により供給される、検出された電流に基づいてモータ２１５の動作を制御するように構成される。例えば、幾つかの実施形態では、コントローラ２００は、１つ又は複数の電流センサ２２５により出力された情報を介して、電源２０５により供給される電流をモニタするように構成される。コントローラ２００は次いで、電源２０５により供給される、検出された電流に基づいてモータ２１５を制御することができる。モータ２１５及び電源２０５をモニタすることにより、コントローラ２００は、入力電圧（例えばバッテリパック電圧）及びモータ速度の全範囲にわたり可能な限り低い電流で利用可能な最高のトルクを達成しながら、モータ２１５を最高効率で制御することができる。
【0042】
幾つかの実施形態では、提案されている電動工具装置のいずれかは、無線ネットワークを経由して通信するために角コントローラに結合された無線通信コントローラ２４５を含み得る。図３は、一例の無線通信コントローラ２４５を示している。図３に示されるように、無線通信コントローラ２４５は、プロセッサ３０５、メモリ３１０、アンテナ及び送受信機３１５、並びにリアルタイムクロック（「ＲＴＣ」）３２０を含む。無線通信コントローラ２４５は、電動工具装置が外部装置２５０（例えば図２及び図４参照）と通信することを可能にする。無線アンテナ及び送受信機３１５は協働して、外部装置２５０及びプロセッサ３０５と無線メッセージを送受信する。メモリ３１０は、プロセッサ３０５によって実施される命令を記憶することができ、及び／又は電動工具装置と外部装置２５０との間の通信に関連するデータを記憶することができる。例えば、無線通信コントローラ２４５に関連付けられたプロセッサ３０５は、到来する及び／又は発信されるデータをバッファリングし、コントローラ２００と通信し、無線通信で使用する通信プロトコル及び／又は設定を判定する。無線通信コントローラ２４５を介した通信は、電動工具装置と外部装置２５０との間で交換されるデータを第三者から保護するために暗号化することができる。
【0043】
図示の実施形態では、無線通信コントローラ２４５は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）コントローラである。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）コントローラは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロトコルを採用している外部装置２５０と通信する。したがって、図示の実施形態では、外部装置２５０及び電動工具装置は、データを交換する際には互いの通信範囲内（すなわち、近く）にある。他の実施形態では、無線通信コントローラ２４５は、異なるタイプの無線ネットワーク上で他のプロトコル（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、ＺｉｇＢｅｅ、プロプライエタリプロトコル等）を使用して通信する。例えば、無線通信コントローラ２４５は、インターネットなどのような広域ネットワーク若しくはローカルエリアネットワークを通じてＷｉ－Ｆｉを介して通信するように、又はピコネットを通じて（例えば、赤外線若しくはＮＦＣ通信を使用して）通信するように構成されてもよい。
【0044】
実施形態によっては、ネットワークは、例えば、移動通信用グローバルシステム（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（「ＧＳＭ」））ネットワーク、汎用パケット無線サービス（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ（「ＧＰＲＳ」））ネットワーク、符号分割多元接続（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ（「ＣＤＭＡ」））ネットワーク、エボリューション－データ最適化（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ－Ｄａｔａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ（「ＥＶ－ＤＯ」））ネットワーク、ＧＳＭエボリューション用拡張データレート（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ Ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（「ＥＤＧＥ」））ネットワーク、３ＧＳＭネットワーク、４ＧＳＭネットワーク、４Ｇ ＬＴＥネットワーク、５Ｇ新無線（Ｎｅｗ Ｒａｄｉｏ）、デジタル拡張無線電気通信（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｏｒｄｌｅｓｓ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（「ＤＥＣＴ」））ネットワーク、デジタルＡＭＰＳ（ＩＳ－１３６／ＴＤＭＡ）ネットワーク、又は統合デジタル拡張ネットワーク（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ（「ｉＤＥＮ」））ネットワークなど、のセルラーネットワークである。
【0045】
無線通信コントローラ２４５は、コントローラ２００からデータを受信して、その情報をアンテナ及び送受信機３１５を介して外部装置２５０に中継するように構成される。同様に、無線通信コントローラ２４５は、アンテナ及び送受信機３１５を介して外部装置２５０からの情報（例えば、設定及びプログラミング情報）を受信して、その情報をコントローラ２００に中継するように構成される。
【0046】
図４は、通信システム４００を示している。通信システム４００は、少なくとも１つの電動工具１００と、外部装置２５０とを含んでいる。各電動工具１００及び外部装置２５０は、互いの通信範囲内にある間に、無線で通信することができる。各電動工具１００は、電動工具の状態、電動工具の動作上の統計値、電動工具の識別情報、電動工具センサデータ、記憶済みの電動工具の使用情報、電動工具のメンテナンス情報等を通信することができる。
【0047】
外部装置２５０は、例えば、（図示するような）スマートフォン、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（「ＰＤＡ」）、又は電動工具１００と無線通信し、ユーザインターフェースを提供することが可能な別の電子装置である。外部装置２５０は、ユーザインターフェースを提供し、ユーザが電動工具１００にアクセスし、対話できるようにする。外部装置２５０は、動作パラメータを決定し、機能（低電力動作モード等）をオン又はオフする等のユーザ入力を受け付けることができる。外部装置２５０のユーザインターフェースは、ユーザが電動工具１００の動作を制御及びカスタマイズするのに使い易いインターフェースを提供する。したがって、外部装置２５０は、電動工具１００の工具動作データへのユーザアクセスを認め、ユーザが電動工具１００のコントローラ２００と対話することができるようなユーザインターフェースを提供する。
【0048】
加えて、図４に示すように、外部装置２５０は、電動工具１００から取得された工具動作データを、ネットワーク４１５を通して接続されたリモートサーバ４２５と共有することもできる。リモートサーバ４２５は、外部装置２５０から取得される工具動作データを記憶するため、ユーザに追加の機能及びサービスを提供するため、又はそれらの組合せのために用いられてもよい。実施形態によっては、リモートサーバ４２５に情報を記憶することにより、ユーザが、複数の異なる場所から情報にアクセスすることが可能になる。実施形態によっては、リモートサーバ４２５は、種々のユーザから、ユーザの電動工具に関する情報を収集し、異なる電動工具から取得された情報に基づいて、ユーザに統計値又は統計的尺度を提供する。例えば、リモートサーバ４２５は、経験から得られた電動工具１００の効率、電動工具１００の典型的な使用法、並びに、電動工具１００の他の関連する特性及び／又は尺度に関する統計を提供することができる。ネットワーク４１５は、上述のように、例えば、インターネット、セルラーデータネットワーク、ローカルネットワーク、又はそれらの組合せに接続するための種々のネットワーク要素（ルータ４１０、ハブ、スイッチ、セルラータワー４２０、有線接続、無線接続等）を含み得る。実施形態によっては、電動工具１００は、追加の無線インターフェースを通じて、又は電動工具１００が外部装置２５０と通信するために用いるのと同じ無線インターフェースで、リモートサーバ４２５と直接通信するよう構成される。
【0049】
図５は、幾つかの実施形態による、コントローラ２００により実行される電流ベースの弱め界磁制御のブロック図を示す。図５に示される実施形態では、コントローラ２００は、比例積分（「ＰＩ」）コントローラ５１０及び弱め界磁コントローラ５２０（例えばメモリ２６０内に記憶される）を更に含む。上述したように、１つ又は複数の電流センサ２２５は、モータ２１５及び／又は電動工具１００に供給される電流に関する情報を検知する。コントローラ２００は、１つ又は複数の電流センサ２２５を介して、モータ２１５に供給される電流を示す信号を受信する。コントローラ２００は電流コマンド５０５を生成し、電流コマンド５０５は、電流センサ２２５からの検知電流フィードバック信号と組み合わせられ、ＰＩコントローラ５１０に提供される。電流コマンド５０５及び電流センサ２２５からの検知電流に基づいて、ＰＩコントローラ５１０は、１つ又は複数の弱め界磁基準信号５１５を生成し、弱め界磁コントローラ５２０に提供する。幾つかの実施形態では、弱め界磁コントローラ５２０は、処理ユニット２５５に提供する１つ又は複数のモータ制御信号５２５を決定する。例えば、１つ又は複数のモータ制御信号５２５は、制御動作を実行するためにモータ２１５に提供されるデューティサイクル及び／又は導通角（例えば度数単位の導通角）を有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号を示すことができる。１つ又は複数のモータ制御信号５２５に基づいて、処理ユニット２５５は、例えば、モータ２１５に適用するデューティサイクル及び導通角を有するＰＷＭ信号を決定する。続く制御動作を開始するために、検知電流フィードバック信号は、続けて生成された電流コマンド５０５と併せて、ＰＩコントローラ５１０に提供される。幾つかの実施形態では、続く弱め界磁動作は、モータ２１５に適用されたＰＷＭ信号の第１の変更を含む。幾つかの実施形態では、コントローラ２００は、１つ又は複数の電流センサ２２５を介して、導通角がモータ２１５に印加される電流を上げるために使用される場合の制御動作中、モータ２１５により供給された電流を示す検知電流フィードバック信号を受信する。続く制御動作を開始するために、電流フィードバック信号はここでも、続けて生成された電流コマンド５０５と併せて、ＰＩコントローラ５１０に提供される。幾つかの実施形態では、続く弱め界磁動作は、モータ２１５に適用される導通角の第１の変更（例えば導通角の増大）を含む。
【0050】
幾つかの実施形態では、モータ２１５の導通角は、導通角を大きくするように変更し得る。一般に、ＢＬＤＣモータ（例えばモータ２１５）に適用される導通角は、デフォルト値（例えば、概ね１０５°、概ね１２０°、９０°～１２０°等）に設定される。しかしながら、弱め界磁等を介して速度を上げるためには、所与の位相の導通角を１８０°等の最大値まで大きくし得る。図６に示すように、ＢＬＤＣモータに適用される整流の一例を示す。逆起電力（「ＢＥＭＦ」）６００は一般に、導通角６０５を追跡する。図６に示されるように、モータ２１５を駆動するために、導通角は一般に１２０°であり、上述したようにハイ側スイッチ（ハイ側ＦＥＴ等）又はロー側スイッチ（ロー側ＦＥＴ等）のいずれかに適用される。図６に更に示されるように、導通角６０５は１２０°～１８０°等の最大値に増大させることができる（任意選択的な導通領域６１０に示されるように）。更に、上述したように、位相前進線６１５で示されるように、導通角６０５は導通サイクルの早期で生じる（即ち位相前進）ようにシフトさせることができる。
【0051】
図７は、図１の電動工具で使用するための図５の弱め界磁コントローラ５２０を介した電流ベースの弱め界磁制御動作を示すグラフ７００である。図示の実施形態では、弱め界磁コントローラ５２０は、電流がモータ２１５に提供されていないポイント７０５で開始される。動作中、モータ２１５が電流を受け取るにつれて、弱め界磁コントローラ５２０は弱め界磁基準信号５１５を受信し、モータ電流を増大させ、第２の曲線又は軌道７１５に達するまで最大トルク／アンペア（「ＭＴＰＡ」）曲線又は軌道７１０（例えば第１の軌道）を辿るように切り替えブリッジ２１０を制御するデューティサイクルを有するＰＷＭ信号を設定する。ＭＴＰＡ電流制御中、モータ２１５の導通角（例えば第１の導通角）はデフォルト値（例えば、１０５度導通角、９０度～１３５度の導通角等）のままである。ＭＴＰＡ電流制御（更に以下に詳述する）を使用して、モータ２１５により提供することができる最大量のトルク／アンペアに対応する電流コマンド信号を決定する。ＭＴＰＡ曲線又は軌道７１０中、モータ速度はゼロ定常状態誤差に維持され、それに従って、モータ電力はＰＷＭ信号のデューティサイクルの増大に伴って増大する。幾つかの実施形態では、ＭＴＰＡ電流制御は図７に示される例と異なる。第２の曲線又は軌道７１５において、ＰＷＭ信号のデューティサイクルは第１の閾値（例えば１００％デューティサイクル）に達している。第２の軌道７１５に達した後、モータ２１５に提供される電流を上げるようにデューティサイクルをそれ以上は増大させることができない。その結果、弱め界磁コントローラ５２０は、ＰＷＭ信号のデューティサイクルを第１の閾値に維持又はロックする。第２の軌道７１５中、モータ速度は引き続きゼロ定常状態誤差に維持され、それに従って、モータ電力は導通角の増大に伴って増大する。
【0052】
幾つかの実施形態では、弱め界磁コントローラ５２０は次いで、第３の曲線又は軌道７２０を辿るようにモータ２１５の導通角を制御し、モータ２１５に提供される電流を更に上げることができる。第３の軌道７２０では、導通角は最大導通角（例えば１３０度～１８０度）である。例えば、弱め界磁コントローラ５２０は最大導通角を下げて、電力スループットを犠牲にしてモータの損失を保持する。他の例では、弱め界磁コントローラ５２０は最大導通角を上げて、電力スループットを上げ、その犠牲として、電力スループットを達成しながら損失が大きくなる。モータ２１５に供給される電流が第２の閾値（例えば最大電流）に達する場合、弱め界磁コントローラ５２０は、引き続きＰＷＭ信号のデューティサイクルを第１の閾値に維持し、電流コマンドが第４の曲線又は軌道７２５に沿って最大値で一定である間、導通角は低下し始める。速度が第４の軌道７２５に沿って低下するにつれて、モータ２１５の逆起電力は低下し、モータ電流を増大させる。モータ電流が増大するにつれて、弱め界磁コントローラ５２０は、第２の導通角を下げることによりモータ電流の増大を補正する。導通角を下げることにより、モータ２１５はより大きなトルク／アンペアを生成し、定常状態電源電流を変更せずにモータ２１５により負荷を維持できるようにする。導通角が第３の閾値に達する場合、弱め界磁コントローラ５２０は引き続きＰＷＭ信号のデューティサイクルを第１の閾値に維持し、導通角を第３の閾値に維持する。
【0053】
幾つかの実施形態では、弱め界磁コントローラ５２０は、最小導通角（例えば最小飽和点）に戻るようにモータ２１５の導通角を制御する。導通角が最小飽和点に達した後、弱め界磁コントローラ５２０は、第５の曲線又は軌道７３０（例えば過駆動軌道）を辿るようにＰＷＭ信号のデューティサイクルを第１の閾値に維持することにより電流を制御する。過駆動軌道７３０では、モータ２１５は、導通角が最小飽和点に減じられると、ＭＴＰＡ軌道７１０を引き続き辿ることにより、第２の閾値を超えるモータ電流で動作することができる。第５の軌道７３０中、モータが受ける負荷が増大するにつれてモータの速度は低下し、弱め界磁コントローラ５２０により導通角の変更は適用されない。幾つかの実施形態では、トルク負荷の低下に基づいてより大きな速度を達成することにより、第２の導通角が最小飽和点に達し、電流が第２の閾値に戻った後、弱め界磁コントローラ５２０は導通角を再び増大させて、モータ電流を更に上げることができる。幾つかの実施形態では、導通角が最小飽和点に達すると、モータ電力は電源２０５からモータ２１５が受け取る電圧に基づく。上記シーケンスは一般にトルクが増大する順に説明されたが、トルクが低下する場合、シーケンスは逆順を辿ることもできる。
【0054】
幾つかの実施形態では、ＭＴＰＡは、モータ２１５の永久磁石のトルク及びモータ２１５の突極性リラクタンスからのトルクに起因して、導通角９０度～１３５度の間で生じる。電流が電流方向ｉｑにおいて永久磁石と比較して直交して置かれる場合、モータ２１５の永久磁石からのトルクは最大化され、電流の大きさと比例関係を有する。電流が負電流方向ｉｄと電流方向ｉｑとの間で永久磁石の前１３５度に置かれる場合、モータ２１５の突極性リラクタンスからのトルクは最大化され、電流の大きさの二乗と比例関係を有する。モータ２１５の永久磁石からのトルク及びモータ２１５の突極性リラクタンスからのトルクが両方とも、モータの動作中に生じると考えると、モータにより達成される最適トルクは導通角９０度～１３５度の間に存在する。弱め界磁コントローラ５２０は、電流コマンド５０５に基づいて開ループ制御を使用して最小導通角を較正することができる。弱め界磁動作がアクティブ化される（例えば、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値に達する）と、弱め界磁コントローラ５２０は、導通角を最小導通角から増大させることができる。弱め界磁動作中、弱め界磁コントローラ５２０は、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値であり、所望の電流が生成される導通角を特定する。特定された導通角において、モータ２１５は、モータ速度（例えばバス電圧限度内）において所望の電流で可能な限り最高のトルクを生成することができる。幾つかの実施形態では、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値未満の場合、所望の電流及びモータ速度でより低いトルク値を生成することができる。換言すれば、弱め界磁アルゴリズムは本質的に、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値に達したとき、ＭＴＰＡを決定する。
【0055】
図８Ａ及び図８Ｂは、上記電流ベースの弱め界磁を実施する方法８００のフローチャートを示す。方法８００は、電動工具１００及びコントローラ２００の電源を投入することで開始される（ブロック８０５）。方法８００は、コントローラ２００が、動作中のモータ２１５の特性（例えばＭＴＰＡ軌道）に基づいて電流コマンド５０５を生成すること（ブロック８１０）を含む。方法８００は、電流コマンド５０５に基づいて、コントローラ２００を介してモータ２１５の導通角を設定する（例えばデフォルト導通角）こと（ブロック８１５）も含む。方法８００は、（例えば電流コマンド５０５を達せするために）モータ電流を制御するデューティサイクルを有するＰＷＭ信号をモータ２１５に供給すること（ブロック８２０）も含む。方法８００は、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断すること（ブロック８２５）を更に含む。ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値（例えば、１００％デューティサイクル、９５％デューティサイクル、１００％未満のデューティサイクル等）と等しいと判断された場合、コントローラ２００はＰＷＭ信号のデューティサイクルを第１の閾値に維持する（ブロック８３０）。幾つかの実施形態では、コントローラ２００は、命令されたモータ電流が第１の閾値におけるＰＷＭ信号を必要とする場合のみ、ＰＷＭ信号を第１の閾値（例えば最大ＰＷＭデューティサイクル）に維持する。例えば、電動工具の負荷が下げられ、必要な電流が下がった場合、コントローラ２００は電流コマンドを低減する（例えば、ＰＷＭ制御が第１の閾値未満になるポイントまで）ことができる。ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいと判断されない場合、方法はブロック８２０に戻り、ＰＷＭ信号を使用して引き続きモータ電流を制御する。
【0056】
図８Ｂを参照すると、方法８００は、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値に達して第１の閾値に維持された後、コントローラ２００を介して、モータ電流を制御するようにモータ２１５への導通角を制御すること（ブロック８３５）も含む。方法８００は、コントローラ２００を介して、電流コマンド５０５が第２の閾値と等しいか否かを判断すること（ブロック８４０）も含む。幾つかの実施形態では、電流コマンド５０５は、コントローラ２００を介して、第２の閾値に留まるように制限される。モータ電流が、モータ２１５の負荷を維持するのに十分なトルクを提供しない場合、モータ電流が電流コマンド５０５よりも上がるようにモータの速度及び逆起電力は下がる。幾つかの実施形態では、コントローラ２００は、過剰なモータ電流を補正するように、モータ２１５に適用される導通角を小さくすると判断する。モータ２１５の導通角の縮小により、モータ２１５は、モータ２１５の定常状態電流を変えずに、速度を犠牲にしてより大きなトルクを生み出すことができる。モータ電流が第２の閾値と等しいと判断される場合、コントローラ２００は、モータ電流を第２の閾値に維持するように導通角を更に制御することができる（ブロック８４５）。幾つかの実施形態では、コントローラ２００は、最大モータ電流が命令される（例えば、電動工具１００がいかに駆動されているかに基づいて）場合のみ、モータ電流を第２の閾値に維持する。例えば、電動工具の負荷が下げられ、必要な電流が下がった場合、コントローラ２００は電流コマンドを低減する（例えば、ＰＷＭ制御が第１の閾値未満になるポイントまで）ことができる。モータ電流が第２の閾値と等しいと判断されない場合、方法８００はブロック８３５に戻り、第１の閾値に維持又はロックされたＰＷＭ信号を用いて導通角を制御することにより、モータ電流を引き続き制御する。
【0057】
幾つかの実施形態では、方法８００は、モータ導通角が第３の閾値（例えば、最大導通角、１３０°～１８０°の導通角等）と等しいか否かを判断すること（ブロック８５０）も含む。モータ導通角が第３の閾値と等しいと判断される場合、命令された電流がなお、第２の閾値の電流を保証するとき、コントローラ２００は導通角を第３の閾値に維持する（ブロック８５５）。モータ導通角が第３の閾値と等しいと判断されない場合、方法８００はブロック８４５に戻り、モータ電流を第２の閾値に維持するように導通角を引き続き制御する。モータ導通角が第３の閾値に維持されると、方法８００は終了し、ＰＷＭ信号、モータ電流、及びモータ導通角は全て最大値に達している。方法８００の全体を通して随時、電動工具１００の電流コマンドがＰＷＭ信号及び導通角の許容可能な最大値を保証しない場合、ＰＷＭ信号及び導通角は必ずしもそのような値に制御される必要はない。方法８００の全体を通して随時、モータ２１５が受けている負荷が軽減される場合、方法８００はブロック８１０に戻り、続く電流コマンド５０５を生成することができる。
【0058】
図９Ａは、高インピーダンスバッテリパック（例えば５Ｓ１Ｐ２．０アンペア時バッテリパック）の場合でのモータ２１５のトルクとモータ２１５の毎分回転数（「ＲＰＭ」）との間の関係を示すグラフ９００Ａである。特に、グラフ９００Ａは、モータ２１５のＲＰＭが概して低下するにつれて上がるモータ２１５のトルクを示す。異なるパラメータでの同じ制御技法の性質を示すために、図９Ａ～図９Ｌ内で同じ参照番号が使用されている。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクとＲＰＭとの間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される本明細書に記載の電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとＲＰＭとの間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとＲＰＭとの間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとＲＰＭとの間の関係を示す。線９０５は、トルクが増大するにつれて、線９１０、９１５、及び９２０の電流ベースの弱め界磁と比較して、通常動作中、ＲＰＭのより大きな低下を示す。線９１０は、電流ベースの弱め界磁の高効率調整を表し、線９１５は、電流ベースの弱め界磁の高電力調整を表す。
【0059】
図９Ｂは、高インピーダンスバッテリパックの場合でのモータ２１５のトルクとモータ２１５の電流との間の関係を示すグラフ９００Ｂである。特に、グラフ９００Ｂは、モータ２１５のトルクが低下するにつれて上がるモータ２１５の電流を示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクと電流との間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電流との間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電流との間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電流との間の関係を示す。電流ベースの弱め界磁を示している線９１０、９１５、及び９２０は、トルクが上がるにつれて、線９０５の従来の弱め界磁と比較してより大きな電流の増大を示す。
【0060】
図９Ｃは、高インピーダンスバッテリパックの場合でのモータ２１５のトルクとモータ２１５の出力電力との間の関係を示すグラフ９００Ｃである。特に、グラフ９００Ｃは、モータのトルクが上がるにつれて上がるモータ２１５の出力電力を示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクと出力電力との間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと出力電力との間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと出力電力との間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと出力電力との間の関係を示す。線９１０、９１５、及び９２０は、トルクが上がるにつれて、電流ベースの弱め界磁を使用した場合、線９０５の従来の弱め界磁と比較して出力電力がより大きく増大すること（例えば、同じ工具損失で送達ピーク電力が２０％増大する）を示す。線９０５の従来の弱め界磁と比較した場合、線９１０、９１５、及び９２０はより平滑な出力電力を提供する。
【0061】
図９Ｄは、高インピーダンスバッテリパックの場合でのモータ２１５のトルクとモータ２１５の効率との間の関係を示すグラフ９００Ｄである。特に、グラフ９００Ｄは、達成されるトルク及び速度が等しい場合、モータ２１５の効率が上がることを示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクと効率との間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと効率との間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと効率との間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと効率との間の関係を示す。線９１０、９１５、及び９２０は、線９０５の従来の弱め界磁と比較して、トルクが増大するにつれての効率の同様の増大を示す。
【0062】
図９Ｅは、高インピーダンスバッテリパックの場合でのモータ２１５のトルクと電源２０５の電圧との間の関係を示すグラフ９００Ｅである。特に、グラフ９００Ｅは、モータのトルクが上がるにつれて電源の電圧が低下することを示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクとバッテリパック電圧との間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとバッテリパック電圧との間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとバッテリパック電圧との間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとバッテリパック電圧との間の関係を示す。線９１０、９１５、及び９２０は、線９０５の従来の弱め界磁と比較して、電流ベースの弱め界磁の場合、トルクが増大するにつれての電源電圧の低下率が大きいことを示す。線９１５は、高インピーダンスバッテリパックに課される一貫して制御される負荷を示す。
【0063】
図９Ｆは、高インピーダンスバッテリパックの場合でのモータ２１５のトルクと電動工具１００の電力損失との間の関係を示すグラフ９００Ｆである。特に、グラフ９００Ｆは、モータのトルクが上がるにつれて電力損失が全体的に増大することを示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクと電力損失との間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電力損失との間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電力損失との間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電力損失との間の関係を示す。線９１０、９１５、及び９２０は、トルクが上がるにつれて、線９０５と比較して、電力損失の同様の増大を示す。しかしながら、線９１０、９１５、及び９２０の電流ベースの弱め界磁は、線９０５と比較して同じ電力損失ではるかに大きな電力を生成し、それにより、電動工具１００が、従来は活用されていなかったバッテリパックからより多くの電力を利用することができる。
【0064】
図９Ｇは、低インピーダンスバッテリパック（例えば５Ｓ４Ｐバッテリパック）の場合でのモータ２１５のトルクとモータ２１５の毎分回転数（「ＲＰＭ」）との間の関係を示すグラフ９００Ｇである。特に、グラフ９００Ｇは、モータ２１５のＲＰＭが概して低下するにつれて上がるモータ２１５のトルクを示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクとＲＰＭとの間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとＲＰＭとの間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとＲＰＭとの間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとＲＰＭとの間の関係を示す。線９０５の従来の弱め界磁と比較した場合、線９１０、９１５、及び９２０はより平滑なトルク速度出力を生成する。線９１５及び９２０は、線９０５と比較して最大速度でより大きなトルクを生成する。線９１０は、線９０５と比較して、大きな損失低下を優先して高速における小さなトルク損失を許容する。
【0065】
図９Ｈは、低インピーダンスバッテリパックの場合でのモータ２１５のトルクとモータ２１５の電流との間の関係を示すグラフ９００Ｈである。特に、グラフ９００Ｈは、モータ２１５のトルクが上がるにつれて上がるモータ２１５の電流を示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクと電流との間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電流との間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電流との間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電流との間の関係を示す。線９１０及び９１５は、電流が上がるにつれてより大きな停滞トルク（ｂｏｇｄｏｗｎ ｔｏｒｑｕｅ）を生成し、電動工具１００の動作が完了している間により大きなトルクの生成を可能にする。
【0066】
図９Ｉは、低インピーダンスバッテリパックの場合でのモータ２１５のトルクとモータ２１５の出力電力との間の関係を示すグラフ９００Ｉである。特に、グラフ９００Ｉは、モータのトルクが上がるにつれて上がるモータ２１５の出力電力を示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクと出力電力との間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと出力電力との間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと出力電力との間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと出力電力との間の関係を示す。線９０５の従来の弱め界磁と比較した場合、線９１５は、同様の損失を生じさせながら、中トルク範囲でより大きな電力を引き出す。線９１０は、３０％低い熱損失を生じさせながら、中トルク範囲で同様の電力を引き出す。高トルク範囲では、トルク／アンペアの最適化が最大電力よりも優先され、意図される結果として、工具の電力出力は低くなる。
【0067】
図９Ｊは、低インピーダンスバッテリパックの場合でのモータ２１５のトルクとモータ２１５の効率との間の関係を示すグラフ９００Ｊである。特に、グラフ９００Ｊは、モータのトルクが上がるにつれてモータ２１５の効率が上がることを示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクと効率との間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと効率との間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと効率との間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと効率との間の関係を示す。線９１０、９１５、及び９２０は、線９０５の従来の弱め界磁と比較して、トルクが上がるにつれて効率の同様の増大を示し、トルクが引き続き上がるにつれて、線９１０、９１５、及び９２０で示される効率は、線９０５の従来の弱め界磁の効率よりも大きい。
【0068】
図９Ｋは、低インピーダンスバッテリパックの場合でのモータ２１５のトルクと電源２０５のバッテリパック電圧との間の関係を示すグラフ９００Ｋである。特に、グラフ９００Ｋは、モータのトルクが上がるにつれてバッテリパック電圧が低下することを示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクとバッテリパック電圧との間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとバッテリパック電圧との間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとバッテリパック電圧との間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクとバッテリパック電圧との間の関係を示す。線９１０、９１５、及び９２０は、線９０５の弱め界磁と比較して、電流ベースの弱め界磁の場合、トルク増大に伴った電源電圧の同様の低下率を示す。
【0069】
図９Ｌは、低インピーダンスバッテリパックの場合でのモータ２１５のトルクと電動工具１００の電力損失との間の関係を示すグラフ９００Ｌである。特に、グラフ９００Ｌは、モータのトルクが上がるにつれて電力損失が全体的に増大することを示す。線９０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のトルクと電力損失との間の関係を示す。線９１０は、導通角が制限され、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電力損失との間の関係を示す。線９１５は、導通角が最大であり、電流が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電力損失との間の関係を示す。線９２０は、導通角が最大であり、電流が最大である電流ベースの弱め界磁を実施している間のトルクと電力損失との間の関係を示す。線９１０、９１５、及び９２０は、線９０５と比較して、トルク増大に伴ってより低い初期電力損失（例えば、低負荷で３０Ｗ低い損失）を示す。しかしながら、線９１０、９１５、及び９２０の電流ベースの弱め界磁は、線９０５と比較して同様の電力損失を生み出す。電動工具に給電するバッテリパックに関わらず、より一貫した工具損失により、より多くの電力をバッテリパックから引き出すことができる。
【0070】
図１０は、方法８００の電流ベースの弱め界磁を実施するために、センサードモータ制御を実施する電動工具１００の一実施形態１０００の簡易ブロック図を示す。電動工具１０００は、電源１００５、スイッチ又は電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）１０１０、モータ１０１５、ホール効果センサ１０２０、モータコントローラ１０２５（例えばコントローラ２００）、ユーザ入力１０３０、及び他の構成要素１０３５（例えば、バッテリパック燃料ゲージ、作業灯［ＬＥＤ］、電流／電圧センサ等）を含む。電源１００５は、ＤＣ電力を電動工具１０００の種々の構成要素に提供し、再充電可能であり、例えばリチウムイオン電池技術を使用する電動工具バッテリパックであり得る。場合によっては、電源１００５は、標準の壁にあるコンセントに結合された工具プラグからＡＣ電力（例えば１２０Ｖ／６０Ｈｚ）を受け取り、次いで受け取った電力を出力ＤＣ電力に濾波、調整、及び整流することができる。各ホール効果センサ１０２０は、ロータの磁石がホール効果センサ１０２０の面を横切って回転する場合に関連する指標（例えば、パルス）等のモータフィードバック情報を出力する。ホール効果センサ１０２０からのモータフィードバック情報に基づいて、モータコントローラ１０２５は、ロータの回転の位置、速度、及び加速度を特定することができる。モータコントローラ１０２５はまた、トリガ１２５を押す等によりユーザ入力１０３０からユーザ制御を受け取る。モータ情報フィードバック情報及びユーザ制御に応答して、モータコントローラ１０２５は、ＦＥＴ１０１０を制御してモータ１０１５を駆動させるための制御信号を送信する。ＦＥＴ１０１０を選択的にオンオフすることにより、電源１００５からの電力がモータ１０１５のステータ巻線に選択的に印加されて、ロータを回転させる。図示されていないが、モータコントローラ１０２５及び電動工具１０００のその他の構成要素は、電源１００５がそれらに電力を提供するように、電源１００５に電気的に結合される。
【0071】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、電動工具１０００内のモータ１０１５を示す。モータ１０１５は、ロータ１１０５、前軸受１１１０、後軸受１１１５（まとめて軸受１１１０、１１１５と呼ばれる）、モータ１０１５のステータエンベロープ内の位置センサ基板組立体１１２０、及びモータシャフト１１３５を含む。ステータ巻線１１２５は、ロータ軸１１３０の長さに平行する。ロータ磁石１１４０は、ロータ位置を検出するために、位置センサ基板組立体１１２０上のホール効果センサ１０２０に近接する。ロータ１１０５、軸受１１１０、１１１５、及び位置センサ基板組立体１１２０をステータエンベロープ内に据えることにより、軸方向においてよりコンパクトなモータ１０１５を可能にする。幾つかの実施形態では、電動工具１０００はセンサレスモータを含む。そのような実施形態では、整流はホール効果センサ１０２０を使用せずに制御される。ロータ１１３０の位置は、１つ若しくは複数の電流センサ２２５を介してセンサレスモータの電流を検知することにより又は他の構成要素２３５の電圧センサを介してセンサレスモータの逆起電力を検知することにより特定し得る。
【0072】
幾つかの実施形態では、モータ１０１５及びモータコントローラ１０２５を含む実施形態１０００は、電流ベースの弱め界磁を実施する方法８００を実行する。幾つかの実施形態では、１つ又は複数の電流センサ２２５は他の構成要素１０３５に含まれる。例えば、モータコントローラ１０２５は、１つ又は複数の電流センサ２２５を介して、モータ１０１５の電流を示す第１の信号を受信する。モータコントローラ１０２５は、ブロック８１０等において、動作中のモータ１０１５の特性（例えばＭＴＰＡ軌道）に基づいて電流コマンド５０５を生成する。モータコントローラ１０２５は、電流コマンド５０５に基づいて、モータコントローラ１０２５を介してモータ２１５の導通角を設定する（例えばデフォルト導通角）。モータコントローラ１０２５はまた、ブロック８２０等において、（例えば電流コマンド５０５を達せするために）モータ電流を制御するデューティサイクルを有するＰＷＭ信号をモータ１０１５に供給する。モータコントローラ１０２５は、ブロック８２５等において、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値（例えば１００％デューティサイクル）と等しいか否かを判断する。ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値（例えば、１００％デューティサイクル、９５％デューティサイクル、１００％未満のデューティサイクル等）と等しいと判断された場合、ブロック８３０等において、モータコントローラ１０２５はデューティサイクルを第１の閾値に維持する。例えば、モータコントローラ１０２５は、導通角を維持する（例えばデフォルト導通角に）とともに、第１の閾値までモータ電流を上げるデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）制御信号を制御する制御信号をＦＥＴ１０１０に送信する。幾つかの実施形態では、第１の閾値は１００％未満のデューティサイクルである。モータコントローラ１０２５は、ブロック８３５等において、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値に達して第１の閾値に維持された後、モータ電流を制御するようにモータ１０１５への導通角を制御する（例えば９０度～１８０度の可変導通角）。モータコントローラ１０２５は、ブロック８４０等において、モータ電流が第２の閾値（例えば最大モータ電流）と等しいか否かを判断する。モータ電流が第２の閾値と等しいと判断される場合、ブロック８４５等において、モータコントローラ１０２５は、モータ電流を第２の閾値に維持するように導通角を更に制御することができる。モータコントローラ１０２５は、ブロック８５０等において、第２の導通角が第３の閾値（例えば、最大導通角、１３０°～１８０°の導通角等）と等しいか否かも判断する。第２の導通角が第３の閾値と等しいと判断される場合、ブロック８５５等において、モータコントローラ１０２５は導通角を第３の閾値に維持する。
【0073】
モータ２１５への電力供給は、電源２０５のタイプ（例えば異なるバッテリパックタイプ）、電源２０５の充電状態（例えば充電容量、充電電圧）、又はそれらの組合せに依存し得る。例えば、図１２は、異なる充電段階の複数の異なるバッテリパックタイプを提供するグラフ１２００を示す。グラフ１２００において、各バッテリパックタイプの充電残量が低下するにつれて（例えばフル充電から放電の終わりまで）、電流出力及び電力出力は両方とも低下する。更に、図１３は、同じ様々な充電状態での複数の同じ様々なバッテリパックタイプを提供するグラフ１３００を示す。グラフ１３００では、各バッテリパックタイプの充電残量が低下するにつれて、電圧出力及び電力出力は両方とも低下する。
【0074】
電動工具システムは多くの場合、電流消費を制限するために最大電流限度を有し、ひいてはモータ２１５に提供される電力を制限する。しかしながら、この上限に合うように電流が上昇するにつれて、バッテリパックの直流内部抵抗（「ＤＣＩＲ」）損失は増加し、バッテリの中間点充電状態を越え、バッテリパックにより最適未満の電力が提供されることになる。本明細書に記載の実施形態は、バッテリパックの充電状態、動作損失、及び電流限度に基づいて動的電流制限を提供する。特に、本明細書に記載の実施形態は、グラフ１３００で見られる電圧ピークを考慮しながら、グラフ１２００で見られる電流ピークに似た電流限度を設定する。
【0075】
図１４は、電動工具１００の最大電流限度を制御する方法１４００を提供する。例えば、図５を参照すると、最大電流限度は、コントローラ２００により提供される電流コマンド５０５の値に対する上限である。別の例では、最大電流限度はＰＩコントローラ５１０により記憶された値であり、弱め界磁コントローラ５２０により提供されるモータ制御信号５２５に対する限度である。幾つかの実施形態では、最大電流限度はメモリ２６０に記憶される。方法１４００はコントローラ２００により実行し得る。
【0076】
ブロック１４０５において、コントローラ２００は、第１の電流限度値に従って電力をモータ２１５に提供する。例えば、トリガ１２５が完全に作動されることに応答して、コントローラ２００は、最大電流限度までのモータ電流と関連付けられた最高速度でモータ２１５を駆動する。場合によっては、トリガ１２５は部分的にのみ作動する。したがってそのような場合、コントローラ２００は、最大電流限度未満のモータ電流値と関連付けられた最高速度未満の速度でモータ２１５を駆動する。
【0077】
ブロック１４１０において、コントローラ２００は電源２０５の電圧（例えばバス電圧）をモニタする。例えば、電圧センサは、電源２０５の電圧を示す電圧信号をコントローラ２００に提供する。幾つかの実施形態では、電圧センサは他の構成要素２３５に含まれる。ブロック１４１５において、コントローラ２００は、電源２０５の電圧が電圧閾値以上であるか否かを判断する。幾つかの実施形態では、電圧閾値は、電動工具動作の初期化段階中に設定される。例えば、モータ２１５の開始動作時、コントローラ２００は電圧センサから電圧信号を受信し、電源の電圧を定数で乗算して電圧閾値を設定する。
【0078】
電源２０５の電圧が電圧閾値未満の場合、コントローラ２００はブロック１４２０に進み、最大電流限度を下げる（例えば、最大電流限度を第２の電流限度値に調整する）。例えば、最大電流限度は、ＤＣＩＲ、バッテリの充電状態、工具負荷、バッテリの健康状態等に応じた値で減じることができる。幾つかの実施形態では、最大電流限度を下げた後、コントローラ２００はブロック１４１０に戻り、電源２０５の電圧を引き続きモニタする。
【0079】
電源２０５の電圧が電圧閾値以上の場合、コントローラ２００はブロック１４２５に続き、電流コマンドが最大電流限度と等しいか（又は近づきつつあるか）否かを判断する。電流コマンドが最大電流限度と等しくない（又は近づいてない）（例えば最大電流限度を下回る）場合、コントローラ２００はブロック１４３０に進み、最大電流限度を現在値ｎ胃保持（又は維持）する。幾つかの実施形態では、最大電流限度を維持した後、コントローラ２００はブロック１４１０に戻り、電源２０５の電圧を引き続きモニタする。電流コマンドが最大電流限度と等しい（又は近づきつつある）場合、コントローラ２００はブロック１４３５に進み、最大電流限度を上げる（例えば、最大電流限度を第３の電流限度値に調整する）。幾つかの実施形態では、コントローラ２００は、電流制限に対する複数の目的が存在する場合、電圧制御をオーバーライドする絶対最大電流限度を適用する。例えば、電動工具１００が１００アンペアの電流限度を有し、低インピーダンス電源に接続されている場合、電源２０５の電圧を電圧閾値未満に一時的に下げることなく、モータ電流は維持される。電動工具１００が、電圧が電圧閾値を一時的に下回らずには１００アンペアの電流限度例を維持することができない高インピーダンス電源に接続されている場合、コントローラ２００は電流限度を１００アンペアを下回る値（例えば７０アンペア）に下げて最適な電源電圧を維持する。例えば、最大電流限度は、標的ソース電圧が閾値になるまで増分的に低減し得る。幾つかの実施形態では、最大電流限度を上げた後、コントローラ２００はブロック１４１０に戻り、電源２０５の電圧を引き続きモニタする。
【0080】
方法１４００について主に電源２０５の電圧に関して説明したが、幾つかの実施形態では、電動工具１００及び／又は電源２０５の他の特性がモニタされる。例えば、ブロック１４１０において、モータ２１５に給電するバス電圧をモニタし得、ブロック１４１５において、電圧閾値と比較し得る。別の実施形態では、ブロック１４１０において、モータ２１５の電圧がモニタされ、ブロック１４１５において、電圧閾値と比較される。
【0081】
図１５は、充電終了間近の状態での電源２０５の実測特性を示す。電源２０５は、第１のバッテリパックタイプ（例えば１．５アンペア時バッテリパック）のものである。実測特性は、静的電流限度及び方法１４００により提供される動的電流限度の両方の場合で示されている。図１５に見られるように、動的電流限度は、より少ない電流を消費しながら、はるかに大きな力を生み出す。同様に、図１６は、第２のバッテリパックタイプ（例えば１２アンペア時バッテリパック）の電源２０５の同じ実測特性を示す。第２のバッテリパックタイプはより低いＤＣＩＲ値を含み、バッテリパック電圧崩壊なしで、比較的により高い消費電流を可能にする。
【0082】
高ＤＣＩＲ値を有する電源の場合、動的電流限度は、静的電流限度と比較して、消費電流の低下を可能にし、電圧崩壊を回避し、熱動作状況を低下させ、バッテリ寿命を延ばし、出力電力を高める。更に、低ＤＣＩＲ値を有する電源の場合、動的電流制限は、静的電流限度と比較してより高くより効率的な出力を可能にし、より大きな負荷状況を克服するより大きな力を可能にする。
【0083】
図１７Ａは、バッテリパックのＤＣＩＲと最大高速電力損失との間の関係を示すグラフ１７００Ａである。特に、グラフ１７００Ａは、電動工具が高速（例えば最大電力工具速度の７５％）で動作中のとき、取り付けられているバッテリパックに関わらず、同様のピーク工具電力損失を示す。線１７０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のＤＣＩＲと最大高速電力損失との間の関係を示す。線１７１０は、導通角が制限される（例えば最大導通角に）電流ベースの弱め界磁を実施している間のＤＣＩＲと最大高速電力損失との間の関係を示す。線１７１５は、導通角が制限されない、本明細書に記載の電流ベースの弱め界磁を実施している間のＤＣＩＲと最大高速電力損失との間の関係を示す。
【0084】
図１７Ｂは、バッテリパックのＤＣＩＲと最大高速電力送達との間の関係を示すグラフ１７００Ｂである。特に、グラフ１７００Ｂは、電動工具が高速（例えば最大電動工具速度の７５％超）で動作中のとき、取り付けられているバッテリパックに関わらず、電流ベースの弱め界磁からのより高い出力電力を示す。線１７２０は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のＤＣＩＲと最大高速電力送達との間の関係を示す。線１７２５は、導通角が制限される（例えば最大導通角に）電流ベースの弱め界磁を実施している間のＤＣＩＲと最大高速電力送達との間の関係を示す。線１７３０は、導通角が制限されない電流ベースの弱め界磁を実施している間のＤＣＩＲと最大高速電力送達との間の関係を示す。線１７２５及び１７３０は、電動工具１００が高速で動作している間、線１７２０と比較してより大きな出力電力を示す。
【0085】
図１８Ａは、バッテリパックのＤＣＩＲと膝トルクとの間の関係を示すグラフ１８００Ａである。特に、グラフ１８００Ａは、ＤＣＩＲの増大に伴う膝トルクの低下を示す。線１８０５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のＤＣＩＲと膝トルクとの間の関係を示す。線１８１０は、導通角が制限される（例えば最大導通角に）電流ベースの弱め界磁を実施している間のＤＣＩＲと膝トルクとの間の関係を示す。線１８１５は、導通角が制限されない電流ベースの弱め界磁を実施している間のＤＣＩＲと膝トルクとの間の関係を示す。線１８１５は、ＤＣＩＲは速度を低減させずに低下するため、最高トルクが保持されることを示す。
【0086】
図１８Ｂは、バッテリパックのＤＣＩＲと停滞トルク（例えば、モータ２１５に回転を生み出すその能力を超えた負荷がかかる場合、モータ２１５により生成されるトルク、電動工具が速度の最大化よりトルクの最大化を優先する場合、高電流で生成されるトルク等）との間の関係を示すグラフ１８００Ｂである。特に、グラフ１８００Ｂは、ＤＣＩＲの増加に伴い、トルク－速度曲線中、同様の停滞トルクを示す。線１８２０は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のＤＣＩＲと停滞トルクとの間の関係を示す。線１８２５は、導通角が制限される（例えば最大導通角に）電流ベースの弱め界磁を実施している間のＤＣＩＲと停滞トルクとの間の関係を示す。線１８３０は、導通角が制限されない間に本明細書に記載の電流ベースの弱め界磁を実施している間のＤＣＩＲと停滞トルクとの間の関係を示す。
【0087】
図１８Ｃは、バッテリパックのＤＣＩＲと高速トルクとの間の関係を示すグラフ１８００Ｃである。特に、グラフ１８００Ｃは、電動工具１００が高速（即ち最高速度の７５％超）で動作する際、ＤＣＩＲの増加に伴い、トルク－速度曲線中、高速トルクが低下することを示す。線１８３５は、従来の弱め界磁技法の通常動作中のＤＣＩＲと高速トルクとの間の関係を示す。線１８４０は、導通角が制限される電流ベースの弱め界磁を実施している間のＤＣＩＲと高速トルクとの間の関係を示す。線１８４５は、導通角が制限されない間に本明細書に記載の電流ベースの弱め界磁を実施している間のＤＣＩＲと高速トルクとの間の関係を示す。線１８４５は、ＤＣＩＲが最高速度で増大する際、最高トルクが保持されることを示す。
【0088】
代表的な特徴
代表的な特徴を以下の条項に記載し、代表的な特徴は、独立し、又は本明細書の文章及び／又は図面に界磁される１つ若しくは複数の特徴と任意の組合せで組み合わせることもできる。
代表的な特徴を以下の条項に記載し、代表的な特徴は、独立し、又は本明細書の文章及び／又は図面に界磁される１つ若しくは複数の特徴と任意の組合せで組み合わせることもできる。
【0089】
１．電動工具であって、
ハウジングと、
ハウジング内のブラシレス直流（ＤＣ）モータと、
電力供給をバッテリパックからブラシレスＤＣモータに提供する電力切り替え回路と、
ブラシレスＤＣモータの電流を検知するように構成された電流センサと、
電子コントローラであって、
電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信することと、
ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
電流コマンドに基づいてブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、
ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
デューティサイクルが第１の閾値と等しいことに応答して、デューティサイクルを第１の閾値に維持することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいことに応答して、電流コマンドを第２の閾値に維持するように導通角を制御することと、
を行うように構成された電子コントローラと、
を備えた電動工具。
２．電子コントローラは、
導通角が第３の閾値と等しいか否かを判断することと、
導通角が第３の閾値と等しいことに応答して、導通角を第３の閾値に維持することと、
導通角が第４の閾値と等しいか否かを判断することと、
導通角が第４の閾値と等しいことに応答して、ブラシレスＤＣモータの電流を制御する第２のデューティサイクルを有する第２のＰＷＭ信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、
を行うように更に構成される、条項１に記載の電動工具。
３．第１の閾値は、１００％デューティサイクルのＰＷＭ信号である、条項１又は２に記載の電動工具。
４．デューティサイクルを第１の閾値に維持するために、電子コントローラは、
１００％デューティサイクルに留まるようにＰＷＭ信号を制御するよう更に構成される、条項３に記載の電動工具。
５．第２の閾値は最大電流コマンドである、条項１～４のいずれか１つに記載の電動工具。
６．電子コントローラは、
電流センサから電流フィードバック信号を受信することと、
電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに適用するＰＷＭ信号の第１の変更を決定することと、
を行うように更に構成される、条項１～５のいずれか１つに記載の電動工具。
７．電子コントローラは、
電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに印加される導通角の第２の変動を決定するように更に構成される、条項６に記載の電動工具。
８．電子コントローラを含む電動工具を制御する方法であって、
電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信することと、
ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
電流コマンドに基づいてブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、
ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
デューティサイクルが第１の閾値と等しいことに応答して、デューティサイクルを第１の閾値に維持することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいことに応答して、電流コマンドを第２の閾値に維持するように導通角を制御することと、
を含む方法。
９．
導通角が第３の閾値と等しいか否かを判断することと、
導通角が第３の閾値と等しいことに応答して、導通角を第３の閾値に維持することと、
導通角が第４の閾値と等しいか否かを判断することと、
導通角が第４の閾値と等しいことに応答して、ブラシレスＤＣモータの電流を制御する第２のデューティサイクルを有する第２のＰＷＭ信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、
を更に含む、条項８に記載の方法。
１０．第１の閾値は、１００％デューティサイクルのＰＷＭ信号である、条項８又は９に記載の方法。
１１．デューティサイクルを第１の閾値に維持することは、
１００％デューティサイクルに留まるようにＰＷＭ信号を制御することを含む、条項１０に記載の方法。
１２．第２の閾値は最大電流コマンドである、条項８～１１のいずれか１つに記載の方法。
１３．
電流センサから電流フィードバック信号を受信することと、
電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに印加されるＰＷＭ信号の第１の変動を決定することと、
を更に含む条項８～１２のいずれか１つに記載の方法。
１４．
電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに印加される導通角の第２の変動を決定することを更に含む条項１３に記載の方法。
１５．電動工具であって、
ハウジングと、
ハウジング内のブラシレス直流（ＤＣ）モータと、
トリガと、
電力供給をバッテリパックからブラシレスＤＣモータに提供する電力切り替え回路と、
バス電圧を検知するように構成された電圧センサと、
ブラシレスＤＣモータの電流を検知するように構成された電流センサと、
トリガ、ブラシレスＤＣモータ、電圧センサ、及び電流センサに接続された電子コントローラであって、
トリガの作動に応答して、第１の電流限度値に従って電流をブラシレスＤＣモータに提供することと、
電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信することと、
電圧センサを介して、電力切り替え回路の電圧を示す第２の信号を受信することと、
ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
電流コマンドに基づいてブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、
電力切り替え回路の電圧が電圧閾値以上であるか否かを判断することと、
ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
電力切り替え回路の電圧が電圧閾値以下であることに応答して、第１の電流限度値を第２の電流限度値に調整することと、
デューティサイクルが第１の閾値と等しいことに応答して、デューティサイクルを第１の閾値に維持することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいことに応答して、電流を第２の閾値に維持するように導通角を制御することと、
を行うように構成される、電子コントローラと、
を備える電動工具。
１６．第１の電流限度値は、電力切り替え回路から引かれる許容最大電流である、条項１５に記載の電動工具。
１７．第２の電流限度値は第１の電流限度値未満である、条項１５又は１６に記載の電動工具。
１８．電子コントローラは、
ブラシレスＤＣモータの速度を特定することと、
ブラシレスＤＣモータの速度及び速度コマンド信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに提供する電流値を決定することと、
電流値を提供してブラシレスＤＣモータを駆動することと、
を行うように更に構成される、条項１５～１７のいずれか１つに記載の電動工具。
１９．電子コントローラは、
電力切り替え回路の電圧が電圧閾値よりも大きいことに応答して、電力値が第１の電流限度値と等しいか否かを判断することと、
電流値が第１の電流限度値と等しくないことに応答して、第１の電流限度値を第３の電流限度値に調整することと、
を行うように更に構成される、条項１８に記載の電動工具。
２０．第３の電流限度値は第２の電流限度値よりも大きい、条項１９に記載の電動工具。
ハウジングと、
ハウジング内のブラシレス直流（ＤＣ）モータと、
電力供給をバッテリパックからブラシレスＤＣモータに提供する電力切り替え回路と、
ブラシレスＤＣモータの電流を検知するように構成された電流センサと、
電子コントローラであって、
電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信することと、
ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
電流コマンドに基づいてブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、
ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
デューティサイクルが第１の閾値と等しいことに応答して、デューティサイクルを第１の閾値に維持することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいことに応答して、電流コマンドを第２の閾値に維持するように導通角を制御することと、
を行うように構成された電子コントローラと、
を備えた電動工具。
２．電子コントローラは、
導通角が第３の閾値と等しいか否かを判断することと、
導通角が第３の閾値と等しいことに応答して、導通角を第３の閾値に維持することと、
導通角が第４の閾値と等しいか否かを判断することと、
導通角が第４の閾値と等しいことに応答して、ブラシレスＤＣモータの電流を制御する第２のデューティサイクルを有する第２のＰＷＭ信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、
を行うように更に構成される、条項１に記載の電動工具。
３．第１の閾値は、１００％デューティサイクルのＰＷＭ信号である、条項１又は２に記載の電動工具。
４．デューティサイクルを第１の閾値に維持するために、電子コントローラは、
１００％デューティサイクルに留まるようにＰＷＭ信号を制御するよう更に構成される、条項３に記載の電動工具。
５．第２の閾値は最大電流コマンドである、条項１～４のいずれか１つに記載の電動工具。
６．電子コントローラは、
電流センサから電流フィードバック信号を受信することと、
電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに適用するＰＷＭ信号の第１の変更を決定することと、
を行うように更に構成される、条項１～５のいずれか１つに記載の電動工具。
７．電子コントローラは、
電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに印加される導通角の第２の変動を決定するように更に構成される、条項６に記載の電動工具。
８．電子コントローラを含む電動工具を制御する方法であって、
電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信することと、
ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
電流コマンドに基づいてブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、
ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
デューティサイクルが第１の閾値と等しいことに応答して、デューティサイクルを第１の閾値に維持することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいことに応答して、電流コマンドを第２の閾値に維持するように導通角を制御することと、
を含む方法。
９．
導通角が第３の閾値と等しいか否かを判断することと、
導通角が第３の閾値と等しいことに応答して、導通角を第３の閾値に維持することと、
導通角が第４の閾値と等しいか否かを判断することと、
導通角が第４の閾値と等しいことに応答して、ブラシレスＤＣモータの電流を制御する第２のデューティサイクルを有する第２のＰＷＭ信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、
を更に含む、条項８に記載の方法。
１０．第１の閾値は、１００％デューティサイクルのＰＷＭ信号である、条項８又は９に記載の方法。
１１．デューティサイクルを第１の閾値に維持することは、
１００％デューティサイクルに留まるようにＰＷＭ信号を制御することを含む、条項１０に記載の方法。
１２．第２の閾値は最大電流コマンドである、条項８～１１のいずれか１つに記載の方法。
１３．
電流センサから電流フィードバック信号を受信することと、
電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに印加されるＰＷＭ信号の第１の変動を決定することと、
を更に含む条項８～１２のいずれか１つに記載の方法。
１４．
電流フィードバック信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに印加される導通角の第２の変動を決定することを更に含む条項１３に記載の方法。
１５．電動工具であって、
ハウジングと、
ハウジング内のブラシレス直流（ＤＣ）モータと、
トリガと、
電力供給をバッテリパックからブラシレスＤＣモータに提供する電力切り替え回路と、
バス電圧を検知するように構成された電圧センサと、
ブラシレスＤＣモータの電流を検知するように構成された電流センサと、
トリガ、ブラシレスＤＣモータ、電圧センサ、及び電流センサに接続された電子コントローラであって、
トリガの作動に応答して、第１の電流限度値に従って電流をブラシレスＤＣモータに提供することと、
電流センサを介して、ブラシレスＤＣモータの電流を示す第１の信号を受信することと、
電圧センサを介して、電力切り替え回路の電圧を示す第２の信号を受信することと、
ブラシレスＤＣモータの特性に基づいて電流コマンドを生成することと、
電流コマンドに基づいてブラシレスＤＣモータの導通角を設定することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を制御するデューティサイクルを有するパルス幅変調（「ＰＷＭ」）信号をブラシレスＤＣモータに供給することと、
電力切り替え回路の電圧が電圧閾値以上であるか否かを判断することと、
ＰＷＭ信号のデューティサイクルが第１の閾値と等しいか否かを判断することと、
電力切り替え回路の電圧が電圧閾値以下であることに応答して、第１の電流限度値を第２の電流限度値に調整することと、
デューティサイクルが第１の閾値と等しいことに応答して、デューティサイクルを第１の閾値に維持することと、
ブラシレスＤＣモータの電流を上げるように導通角を変更することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいか否かを判断することと、
電流コマンドが第２の閾値と等しいことに応答して、電流を第２の閾値に維持するように導通角を制御することと、
を行うように構成される、電子コントローラと、
を備える電動工具。
１６．第１の電流限度値は、電力切り替え回路から引かれる許容最大電流である、条項１５に記載の電動工具。
１７．第２の電流限度値は第１の電流限度値未満である、条項１５又は１６に記載の電動工具。
１８．電子コントローラは、
ブラシレスＤＣモータの速度を特定することと、
ブラシレスＤＣモータの速度及び速度コマンド信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータに提供する電流値を決定することと、
電流値を提供してブラシレスＤＣモータを駆動することと、
を行うように更に構成される、条項１５～１７のいずれか１つに記載の電動工具。
１９．電子コントローラは、
電力切り替え回路の電圧が電圧閾値よりも大きいことに応答して、電力値が第１の電流限度値と等しいか否かを判断することと、
電流値が第１の電流限度値と等しくないことに応答して、第１の電流限度値を第３の電流限度値に調整することと、
を行うように更に構成される、条項１８に記載の電動工具。
２０．第３の電流限度値は第２の電流限度値よりも大きい、条項１９に記載の電動工具。
【0090】
したがって、本明細書に記載の実施形態は、電動工具で弱め界磁アルゴリズムを実施するシステム及び方法を提供する。様々な特徴及び利点は、後述の特許請求の範囲に示される。
【符号の説明】
【0091】
１００、１０００ 電動工具
１０５ ハウジング
１１０ 電源インターフェース
１１５ ドライバ
１２０ モータハウジング
１２５ トリガ
１３０ ハンドル
１３５ 長手軸
２００ コントローラ
２０５、１００５ 電源
２１０ 切り替えブリッジ
２１５、１０１５ モータ
２２０、１０２０ ホール効果センサ
２２５ 電流センサ
２３０、１０３０ ユーザ入力
２３５、１０３５ 他の構成要素
２４０ インジケータ
２４５ 無線通信コントローラ
２５０ 外部装置
２５５ 処理ユニット
２６０、３１０、１３１０ メモリ
２６５ 入力ユニット
２７０ 出力ユニット
２７５ 制御ユニット
２８０ 算術論理ユニット
２８５ レジスタ
２９０ 共通バス
２９５ 通信線
３０５ プロセッサ
３１５ アンテナ及び送受信機
３２０ リアルタイムクロック
４００ 通信システム
４１０ ルータ
４１５ ネットワーク
４２０ セルラータワー
４２５ リモートサーバ
５０５ 電流コマンド
５１０ 比例積分コントローラ
５１５ 弱め界磁基準信号
５２０ 弱め界磁コントローラ
５２５ モータ制御信号
６００ 逆起電力
６０５ 導通角
６１０ 任意選択的な導通領域
６１５ 位相前進線
７００、９００Ａ～Ｌ、１７００Ａ～Ｂ、１８００Ａ～Ｃ グラフ
７１０、７１５、７２０、７２５、７３０ 軌道
８００ 方法
９０５、９１０、９１５、９２０、１７０５、１７１０、１７１５、１７２０、１７２５、１７３０、１８０５、１８１０、１８１５、１８２０、１８２５、１８３０、１８３５、１８４０、１８４５ 線
１０１０ ＦＥＴ
１０２５ モータコントローラ
１１０５ ロータ
１１１０ 前軸受
１１１５ 後軸受
１１２０ 位置センサ基板組立体
１１２５ ステータ巻線
１１３０ ロータ軸
１１３５ モータシャフト
１１４０ ロータ磁石
１０５ ハウジング
１１０ 電源インターフェース
１１５ ドライバ
１２０ モータハウジング
１２５ トリガ
１３０ ハンドル
１３５ 長手軸
２００ コントローラ
２０５、１００５ 電源
２１０ 切り替えブリッジ
２１５、１０１５ モータ
２２０、１０２０ ホール効果センサ
２２５ 電流センサ
２３０、１０３０ ユーザ入力
２３５、１０３５ 他の構成要素
２４０ インジケータ
２４５ 無線通信コントローラ
２５０ 外部装置
２５５ 処理ユニット
２６０、３１０、１３１０ メモリ
２６５ 入力ユニット
２７０ 出力ユニット
２７５ 制御ユニット
２８０ 算術論理ユニット
２８５ レジスタ
２９０ 共通バス
２９５ 通信線
３０５ プロセッサ
３１５ アンテナ及び送受信機
３２０ リアルタイムクロック
４００ 通信システム
４１０ ルータ
４１５ ネットワーク
４２０ セルラータワー
４２５ リモートサーバ
５０５ 電流コマンド
５１０ 比例積分コントローラ
５１５ 弱め界磁基準信号
５２０ 弱め界磁コントローラ
５２５ モータ制御信号
６００ 逆起電力
６０５ 導通角
６１０ 任意選択的な導通領域
６１５ 位相前進線
７００、９００Ａ～Ｌ、１７００Ａ～Ｂ、１８００Ａ～Ｃ グラフ
７１０、７１５、７２０、７２５、７３０ 軌道
８００ 方法
９０５、９１０、９１５、９２０、１７０５、１７１０、１７１５、１７２０、１７２５、１７３０、１８０５、１８１０、１８１５、１８２０、１８２５、１８３０、１８３５、１８４０、１８４５ 線
１０１０ ＦＥＴ
１０２５ モータコントローラ
１１０５ ロータ
１１１０ 前軸受
１１１５ 後軸受
１１２０ 位置センサ基板組立体
１１２５ ステータ巻線
１１３０ ロータ軸
１１３５ モータシャフト
１１４０ ロータ磁石
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図9F】
【図9G】
【図9H】
【図9I】
【図9J】
【図9K】
【図9L】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【外国語明細書】