電動工具
【課題】
モータの起動時にオーバーシュートすることなく良好に加速でき、起動時間を短縮できる電動工具を提供する
【解決手段】
モータと、モータへ印加される交流電圧を導通角によって制御するトライアックと、導通角を設定することによりモータの回転を制御する制御手段を有する電動工具において、制御手段は、モータの起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないようにトライアックの導通角を設定し、第１所定時間から第２所定時間までは第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないようにトライアックの導通角を設定することによりモータの起動及び加速制御をする。制御手段は不揮発性の記憶手段を有し、記憶手段に第１制限導通角と第２制限導通角を予め格納しておく。第１制限導通角と第２制限導通角は設定回転数毎に複数組準備されて記憶手段に格納される。
モータの起動時にオーバーシュートすることなく良好に加速でき、起動時間を短縮できる電動工具を提供する
【解決手段】
モータと、モータへ印加される交流電圧を導通角によって制御するトライアックと、導通角を設定することによりモータの回転を制御する制御手段を有する電動工具において、制御手段は、モータの起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないようにトライアックの導通角を設定し、第１所定時間から第２所定時間までは第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないようにトライアックの導通角を設定することによりモータの起動及び加速制御をする。制御手段は不揮発性の記憶手段を有し、記憶手段に第１制限導通角と第２制限導通角を予め格納しておく。第１制限導通角と第２制限導通角は設定回転数毎に複数組準備されて記憶手段に格納される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は交流モータを用いた電動工具に関し、特にモータの回転数を半導体素子の導通角を用いて制御する制御手段を有する電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動工具におけるモータの回転数制御においては、モータに対する負荷が変動してもモータの回転数が変動しないように制御することが重要である。そのため、モータの回転数を回転数検出手段によって検出し、その検出結果と設定された回転数との差をモニターし、フィードバック制御が行われる。ＡＣモータを用いる電動工具において、検出された設定回転数との差はトライアック等の導通角の変化に反映され、モータの回転数が一定に保たれる。ここで、導通角とは、トライアックがオンとなった位相角からゼロクロスポイントまでの角度範囲（０°〜１８０°）のパーセンテージ（％）で表される。さらに、ＡＣモータを用いる電動工具においては、モータのＯＮ／ＯＦＦが頻繁に行われることが多いためモータの起動を素早く安定して行うことが重要である。電動工具に関する制御ではないが、特許文献１の技術においては遠心分離機のロータ回転制御において、起動してから整定状態に入るときのオーバーシュートあるいはアンダーシュートを無くすように制御するＡＣモータの起動方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５４４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＡＣモータの目標回転数と実際の回転数との差をトライアック等の導通角にフィードバックさせる従来技術においては、モータが一定回転数で回転している場合の制御には良好に適用できる。しかしながら、モータの起動時の制御にそのまま適用すると以下のような課題があることを発明者らは見いだした。この状態を図３を用いて説明する。
【０００５】
図３は、モータの起動特性を示す図である。縦軸はモータの回転数（ｒ．ｐ．ｍ）であり、横軸は経過時間（ｓｅｃｏｎｄ）である。図中実線で示す曲線がモータにおける起動から目標回転数に至るまでの理想的な加速状況を示す曲線である。モータ起動時において、モータの応答性の遅れを防ぐためにトライアックの導通角を大きめに設定すると、モータの起動後に加速し、点線で示す曲線ａのように目標とする回転数を一旦超えてオーバーシュートし、その後アンダーシュート及びオーバーシュートを繰り返しながら目標回転数に近づくことになる。このオーバーシュートやアンダーシュートを防ぐために、回転数制御の応答性をモータの応答性よりも悪く（遅く）することも考えられる。その場合、オーバーシュートを防ぐことはできるが、下側の点線で示す曲線のようにモータの加速が遅い状態、いわゆるスロースタートとなってしまい、起動に時間が掛かってしまう。
【０００６】
特許文献１の技術においても、起動してから整定状態に入るときのオーバーシュートあるいはアンダーシュートを無くすようにしているが、用いられているＡＣモータは誘導モータであり、誘導モータに与える電流を制御する位相制御素子（モータ駆動回路内に含まれる）の点孤角を制御してオーバーシュートをなくすようモータ電流を調整している。しかしながら、特許文献１の技術では、起動時にスベリ周波数と同期周波数の２つの周波数の交流を用いて制御した上で点弧角を切り替えており、トライアック等の導通角だけでて制御する整流子モータ等のＡＣモータのように、周波数を変えずに起動及び加速させるＡＣモータの制御方法とは前提が異なる。従って、特許文献１の技術を整流子モータ等のＡＣモータにそのまま適用することはできない。
【０００７】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、トライアックを用いてＡＣモータの回転制御を行う電動工具において、モータの起動時にオーバーシュートすることなく良好に加速でき、起動時間を短縮できる電動工具を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、マイコンを用いて交流モータの起動時の回転制御を効率良く行うようにした電動工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータへ印加される交流電圧を導通角によって制御するトライアック等の半導体素子と、導通角を設定することによりモータの回転を制御する制御手段を有する電動工具において、制御手段は、モータの起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を設定し、第１所定時間から第２所定時間までは第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないように導通角を設定することによりモータの起動及び加速制御をする。制御手段は不揮発性の記憶手段を有し、記憶手段にモータの設定回転数に対応する第１制限導通角と第２制限導通角を予め格納しておくと良い。第１制限導通角と第２制限導通角は設定回転数毎に複数組準備されて記憶手段に格納される。また、複数の商用電圧地域で使用する場合は、第１制限導通角と第２制限導通角の関係を、入力される交流電源の周波数毎に記憶手段に格納すると好ましい。
【００１０】
本発明の他の特徴によれば、制御手段は、回転数検出手段から出力された検出信号と回転数設定手段によって設定される回転数設定信号を比較して導通角を増減させる。つまり制御手段は、モータ起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御し、第１所定時間から第２所定時間までは第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御する。回転数設定手段はダイヤルスイッチであり、制御手段はダイヤルスイッチの設定量に応じて第１制限導通角と第２制限導通角を設定することができる。
【００１１】
本発明のさらに他の特徴によれば、記憶手段に格納される第１制限導通角と第２制限導通角の比は、設定回転数が増加する毎に増加又は減少するように設定する。ここで、第１所定時間は、モータの起動から定常回転数に到達する前の時間間隔であり、第２所定時間は、モータの定常回転数に到達する前から到達した後に至る時間間隔である。
【００１２】
本発明のさらに他の特徴によれば、制御手段は検出された回転数と設定回転数との偏差を用いて比例制御によるフィードバックを行い、モータの起動及び加速時におけるフィードバックの単位量が、モータの定常回転時におけるフィードバックの単位量よりも多くなるように制御する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、モータ起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御し、第１所定時間から第２所定時間までは第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御するので、モータの起動時にオーバーシュートすることなく起動時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、制御手段は記憶手段を有し、記憶手段にモータの設定回転数に対応する第１制限導通角と第２制限導通角の関係を予め格納しておくので、制御手段は瞬時に制限導通角を求めることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、制御手段は回転数検出手段から出力された検出信号と回転数設定手段によって設定される回転数設定信号を比較して導通角を増減させるので、設定される回転数に応じた精度の良いモータ起動を行うことができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、第１制限導通角と第２制限導通角は設定回転数毎に複数組準備されて記憶手段に格納されるので、モータの回転数領域毎にきめ細かな回転制御を行うことができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、設定回転数に対応する第１制限導通角と第２制限導通角の関係は、入力される交流電源の周波数に応じて設定するようにしたので、１つの制御装置で複数のモータに対応することができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、記憶手段に格納される第１制限導通角と第２制限導通角の比は、設定回転数が増加する毎に増加又は減少するように設定されるので、モータの回転数領域毎にきめ細かな回転制御を行うことができる。特に、モータの回転数が低い領域において十分な回転トルクを発生するように制御することが可能になる。
【００１９】
請求項７の発明によれば、第１所定時間はモータの起動から定常回転数に到達する前の時間間隔であり、第２所定時間はモータの定常回転数に到達する前から到達した後に至る時間間隔であるので、モータの起動時と定常回転到達時の区間を別々の制御パラメータによってきめ細かく制御することができる。
【００２０】
請求項８の発明によれば、モータの起動及び加速時におけるフィードバックの単位量が、モータの定常回転時におけるフィードバックの単位量よりも多くなるように制御されるので、定常回転時における回転変動を小さくすることができる。
【００２１】
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例に係るモータの回転制御回路図である。
【図２】本発明の実施例に係る回転数制御装置の一連の動作を示すフローチャートである。
【図３】モータ３の起動特性を示す図である。
【図４】本発明の実施例に係る制限導通角の設定値テーブルを示す図である。
【図５】回転数信号増幅回路５からマイコン２３に出力される信号を示す波形図である。
【図６】モータ３に供給される電圧波形と導通角の関係を説明するための図である。
【図７】モータ３の回転変動とフィードバック制御の関係を示すグラフである。
【図８】モータ３の目標回転数と、起動・加速時の導通角制限値の設定値テーブルの別の例を示す図である。
【図９】モータ３の目標回転数との偏差とフィードバック量との関係を示す設定値テーブルである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施例に係るモータの回転数制御回路図である。交流電源１０１は、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの単相１００Ｖであり、交流はスイッチ２によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。回転制御装置４は、モータ３の回転数を検出する回転数センサ６、回転数センサ６から出力される回転数信号を増幅する回転数信号増幅回路５、マイコン（マイクロコンピュータ）２３、マイコン２３及び制御回路内の基準電源を作るための電源回路７、交流電圧からゼロクロス点を検出するためのゼロクロス検出回路８、スイッチ２のＯＮ、ＯＦＦを検出するためのスイッチＯＮ、ＯＦＦ信号をマイコン２３に伝達するためのダイオード２４、抵抗器２５及び２６、モータ３に通電される電圧を位相制御するための半導体素子であるトライアック２７、トライアック２７のゲート信号を入力するための抵抗器２８、及びモータ３の回転数を設定するための抵抗器３１、可変抵抗器３２、３３を含んで構成される。
【００２４】
回転数信号増幅回路５は、コンデンサ９、１５、抵抗器１０、１１、１２、１４、トランジスタ１３で構成される交流増幅器であり、回転数センサ６からの回転数信号を０Ｖ〜−ＶＣＣの範囲で増幅してマイコン２３に出力する。マイコン２３はこの出力信号を用いてモータ３の回転数を検出する。この検出処理の際、マイコン２３は出力信号からモータ３の回転数を正しく検出しなければならないが、ラインノイズの混入など、出力信号に異常なパルス信号が重畳されてしまう場合がある。そこで本実施例では、回転数検出信号の４パルス（１回転分）の中からパルス幅の広い２つを選択し、それをもとに回転数を検出するようにした。この原理を図５を用いて説明する。
【００２５】
図５は、回転数信号増幅回路５からマイコン２３に出力される信号を示す波形図である。図５（１）はノイズの混入が無い正常な状態の回転数検出信号を示す。モータ３が１回転するにあたり、回転数検出信号として区間Ａから区間Ｄまでの４パルスが送出される。本実施例では、回転数検出信号の４パルス（１回転分）の中からパルス幅の広い２つを選択すし、そのパルス幅を用いてモータ３の回転数が算出される。図５（１）では、区間Ａ〜Ｄのうちいずれか２つが選択され、それらのパルス幅（時間間隔）からモータ３の回転数が検出される。
【００２６】
一方、図５（２）はノイズの混入があった場合の回転数検出信号を示す。区間の切り替わりは、例えば出力される信号が−Ｖｃｃから０Ｖへの立ち上がりで検出されるので、重畳されたノイズの影響により、ノイズによる信号の立ち上がりが区間Ｃの終端と認識され、その結果、区間Ｃと区間Ｄが誤って検出される。このような場合であっても本実施例においては、４パルスのうちパスル幅が長い区間Ａと区間Ｂの２つのパルスを用いてモータ３の回転数が検出される。よって、ラインノイズの混入等の異常なパルスが回転数検出信号に重畳したとしても、その影響を効果的に除去することができ、電動工具の耐ノイズ性を大幅に向上させることができる。
【００２７】
図１に戻り、電源回路７は、ダイオード１６、抵抗器１７、ツェナーダイオード１８、電解コンデンサ１９によって構成される半波整流回路であり、交流電圧を直流に変換してマイコン２３及び図示しない電動工具の回路内に供給する。
【００２８】
ゼロクロス検出回路８は、抵抗器２０、２１、フォトカプラ２２で構成される。交流電圧はまず抵抗器２０によって減衰され、フォトカプラ２２の入力部（発光ダイオード）に入力される。このフォトカプラ２２の入力部に２つの発光ダイオードが互いに逆向きに接続されており、電流が正逆どちらに流れても発光するが、電圧の低いゼロクロス点近傍のみ消灯する。フォトカプラ２２の出力部はフォトトランジスタで構成されており、入力部の発光ダイオードが発光した時にのみＯＮ状態となる。つまりこのフォトトランジスタは交流電圧のゼロクロス点のみＯＦＦ状態となりそれ以外はＯＮ状態となるため、マイコン２３には交流電圧のゼロクロス点のみ抵抗器２１を通って０Ｖが入力され、それ以外のときは−ＶＣＣが入力される。このマイコン２３に入力される信号の変化によって、マイコン２３はトライアック２７の位相制御をするための基準信号を得ることができる。
【００２９】
次に回転数制御装置４の一連の動作について、図２のフローチャートに沿って説明する。電動工具のＡＣコード（図示せず）が接続されて交流電源１０１から交流電圧が供給されると、電源回路７によって直流の定電圧がマイコン２３及び制御回路内に供給され、電動工具がスタンバイ状態になる。また交流電源１０１から供給される交流電圧がゼロクロス検出回路８に入力されるので、マイコン２３はゼロクロス検出回路８から入力されたゼロクロス信号の時間間隔を測定し、入力された交流電源の周波数を検出する（ステップ２０１）
【００３０】
次にマイコン２３は、抵抗器３１、可変抵抗器３２、３３によって設定されるモータ３の目標回転数設定電圧を検出し、目標回転数の設定を行う（ステップ２０２）。可変抵抗器３２は使用者が作業用途によって外部からダイヤルによって自由に回転数を設定できるものであり、例えば電動工具に取り付けられモータ３の回転数を数段階（例えばダイアルの１〜４の４段階）に設定するための設定手段である。また、可変抵抗器３３は制御回路のバラツキを抑制するための調整用の可変抵抗器である。
【００３１】
次にマイコン２３は、モータ起動時におけるトライアック２７の制限導通角の設定を行う（ステップ２０３）。制限導通角は単一に設定されるのではなく、モータ起動から第１所定時間までに適用される第１制限導通角と、第１所定時間から第２所定時間に適用される第２制限導通角の２つを含めて設定する。第２制限導通角は、第１制限導通角よりも少なくすると良い。
【００３２】
一般に、モータ３の応答性と回転制御の応答性を比べると、回転制御の応答性の方が速い。そのため、モータ起動時において、モータ３の応答性の遅れから回転制御においてトライアックの導通角を必要以上に大きくしすぎてしまい、その結果図３の上側の点線で示す曲線のように目標とする回転数を一旦超えてオーバーシュートしてから目標回転数に近づくような起動特性となってしまう。この現象を防止するために回転数制御の応答性がモータの応答性よりも遅くなるように制御することによってオーバーシュートを防ぐことはできるが、その場合はスロースタートとなってしまい起動に時間が掛かってしまう。そこで本実施例において、トライアック２７の導通角がそれ以上大きくならないように２段階の制限値を設けて制御し、モータ起動時のオーバーシュートを防ぐようにした。ステップ２０３ではその制限導通角の設定を行う。
【００３３】
図４に具体的な制限導通角の設定値テーブルを示す。制限導通角はモータ起動時から任意の時間（例えば０〜０．５秒の区間）の第１次制限導通角と、第１次制限導通角の期間からの任意の時間（例えば０．５〜１．０秒の区間）の第２次制限導通角の２段階の制限を設定する。第１次制限導通角の期間ではモータの起動を速くするために第２次制限導通角よりも大きい設定とする。第２次制限導通角の期間で目標回転数に合わせる制御を行う。この設定値は予め実験等によって最適な値を求めておくと好ましい。そして、その値をマイコン２３の記憶手段内に格納する。さらに、ステップ２０１で検出した入力電源の周波数に対応させるため、複数の設定値テーブル、例えば５０Ｈｚ用と６０Ｈｚ用の設定値テーブルを別々に設けると好ましい。マイコン２３は設定値テーブルに格納された制限導通角を用いて、設定された制限導通角になるように導通角の時間設定を行う。
【００３４】
図２のフローチャートに戻り、マイコン２３は、ダイオード２４、抵抗器２５、２６によって分圧されたスイッチＯＮ信号を検出し、スイッチ２の状態を監視する（ステップ２０４）。スイッチ２がＯＮされると、マイコン２３は抵抗器２８を通してトライアック２７のゲート端子にゲート信号を入力する。その後トライアック２７はＯＮし、モータ３に電流が流れ始め、モータ３は回転し始める（ステップ２０４）。このとき、マイコン２３はステップ２０３で設定されたモータ３の起動における第１次制限導通角の範囲内で０．５秒間の期間、モータ３の回転数制御を行う（ステップ２０６）。次にマイコン２３は、ステップ２０３で設定されたモータ３の起動における第２次制限導通角の範囲内で０．５秒の期間（モータ起動から１．０秒）、モータ３の回転数制御を行う（ステップ２０７、２０８）。本実施例においては、第１次及び第２次制限導通角区間が終了する際にモータ３が目標回転数に到達しているように、各区間の間隔（長さ）が決定される。尚、この区間の間隔はモータの特性、電動工具の構成、電源の種類等をもとにあらかじめ設定しておき、マイコン２３に記憶させておくと良い。
【００３５】
次にマイコン２３は、モータ３の回転数が抵抗器３１、可変抵抗器３２、３３によって設定されている目標回転数になるように定回転制御を行う。マイコン２３は回転数センサ６、回転数信号増幅回路５によって検出されたモータ３の回転数を監視し、モータ３の回転数が目標回転数と比較してモータ３の回転数が低いときはトライアック２７の導通角を広げ、またモータ３の回転数が高いときはトライアック２７の導通角を狭めるようにトライアック２７のゲート信号を制御して、モータ３の回転数が常に一定となるように位相制御を行う（ステップ２０９）。
【００３６】
次にマイコン２３は、スイッチ２の状態を監視し（ステップ２１０）、スイッチ２がＯＮ状態であれば、ステップ２０９に戻り、引き続き定回転制御を行う。また、スイッチ２がＯＦＦ状態であれば、モータ３を停止させ（ステップ２１１）、ステップ２０２に戻り、スイッチ２を入れる前の待機状態になる。
【００３７】
次に、定回転制御について図６を用いて説明する。図６はモータ３に供給される電圧波形と導通角の関係を説明するための図である。電圧のサイクル１においては導通角αで制御され、マイコン２３が前記回転数検出手段から出力された検出信号と前記回転数設定手段によって設定される回転数設定信号を比較して、導通角αをΔだけ増やすべきと判断したとする。図６（１）は従来の回転制御における制御方法を示したもので、マイコン２３の指示が即座にサイクル２以降の制御に反映され、サイクル２以降ではトライアック２７は導通角（α＋Δ）で動作する。しかしながら、このように次のサイクル２で導通角を急激に変化させてしまうとモータ３の回転変動が比較的急激になり、先端工具に負荷をかけ始めた際の反動が大きくなる。この状態を示すのが、図７の点線で示す制御１である。図７において、モータの回転数が地点ａにおいて低下しているが、マイコン２はその低下を検出して設定回転するまで戻す制御を行う。従来の制御１においては、導通角の変化量が大きいため制御１の点線のようにモータの回転数の上昇が急になりすぎる恐れがある。
【００３８】
本実施例においては、図６（２）に示すように、マイコン２３があるサイクル（例えば図６（２）のサイクル１）で導通角を増やす（＋Δ）と判断した場合であっても、その増加分Δを次のサイクル２ですぐに増加させるのではなく、次のサイクル２である一定割合（例えば１／２）だけ反映し、その次のサイクル３以降で全部を反映させるようにする。このように導通角を変化させる場合に次のサイクルで瞬時に反映させるのではなく、徐々に増加するように反映させることによりスムーズな制御を行うことができる。この制御におけるモータの回転状態を示すのが図７の実線で示す制御２である。図７において、モータの回転数が地点ａにおいて低下しているが、マイコン２は導通角の変化量を徐々に反映させるので、モータの回転数の上昇が制御２で示すように緩やかになる。
【００３９】
このような遅延制御は従来のアナログ的なフィードバック制御ではその実現が難しいが、本実施例のようにマイコン２３を使ってデジタル的な制御を行う場合においては比較的容易に実現できる。尚、本実施例において導通角の変化量を２段階とし、その増加比率を同じとしたが、必ずしも同じ比率での増加に限る必要はない。例えば、サイクル２で＋２Δ／３とし、サイクル３以降で＋Δのように増加比率を変えても良い。また、２段階だけでなく任意の多段階としても良い。
【００４０】
以上、説明したように本実施例によれば、モータ起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御し、第１所定時間から第２所定時間までは第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御するので、モータの起動時にオーバーシュートすることなく理想的なモータの起動及び加速を行うことができるので、起動時間を短縮することができる。
【００４１】
尚、本発明は実施例の構成に限定されることなく、種々の変形や応用が可能である。例えば、図４に示した設定値テーブルは第１次制限と第２次制限の比率が一定であるがこれに限られるものではない。つまり、図４においては、ダイヤル１の時は第１次制限：第２次制限＝１５％：１０％＝３：２であり、ダイヤル４の時は第１次制限：第２次制限＝６０％：４０％＝３：２である。しかしながら、この比率は常に一定でなく可変に設定しても本発明の効果を得られる。また、図４の設定値テーブルには％値を格納しているが、この％値を時間値に変換した値（例えば、５０Ｈｚの場合、１５％は１／５０秒×１５％＝０．００３秒）として格納しておき、この時関値を用いて制御するようにしても良い。
【００４２】
次に図８を用いて、設定値テーブルの別の例を説明する。図８はモータ３の目標回転数と、起動・加速時の導通角制限値の設定値テーブルの別の例を示す図である。この別の例では、ダイヤル設定値が４段階でなく１２段階にした場合の例を示している。図８において、目標回転数が最も低い状態（ダイヤル１）の時は第１次制限：第２次制限＝１０％：５％＝２：１であり、目標回転数が最も高い状態（ダイヤル１２）の時は第１次制限：第２次制限＝６５％：４３％＝約３：２である。つまり、ダイヤルの位置によって第１次制限：第２次制限を２：１〜３：２と変化させている。このように、特に低い回転数の際に、第２次制限値に対する第１次制限値の比率を増やすことによって、起動トルクの低下を防ぐことができ、良好な始動特性を実現できる。
【００４３】
次に図９を用いてモータのフィードバック制御について説明する。図９はモータ３の目標回転数との偏差とフィードバック量との関係を示す設定値テーブルである。本実施例で特徴的なことは、モータの起動及び加速時におけるフィードバックの単位量が、モータの定常回転時におけるフィードバックの単位量よりも多くなるように設定されることである。本実施例においては、目標回転数に範囲に応じて１６段階のフィードバック（ＦＢ）量を設定し、上述した本実施例の制御による起動（ソフトスタート）時のフィードバック量と、定常回転数のＦＢ量を変えている。即ち、ソフトスタート時においてはフィードバック量を大きくしてモータの起動時間の短縮化を図っている。一方、定常回転数時には、ソフトスタート時に比べてフィードバック量を小さくしており、モータの回転変動を極力抑えている。このようにモータの起動時と定常回転時の制御を変えることにより、使用者にとって使いやすい電動工具を実現できる。
【００４４】
以上、本発明を示す実施例に基づき説明したが、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施例ではモータ起動期間におけるトライアック２７の制限導通角を２段階に設定したが、それ以上の多段階の設定でも良い。その段階を増やすことによって、より精度の良いモータの起動動作を行うことができる。
【符号の説明】
【００４５】
２ スイッチ ３ モータ ４ 回転数制御装置
５ 回転数信号増幅回路 ６ 回転数センサ ７ 電源回路
８ ゼロクロス検出回路 １６、２４ ダイオード ２３ マイコン
２５、２６、２８、３１ 抵抗器 ２７ トライアック
３２、３３ 可変抵抗器 １０１ 交流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は交流モータを用いた電動工具に関し、特にモータの回転数を半導体素子の導通角を用いて制御する制御手段を有する電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動工具におけるモータの回転数制御においては、モータに対する負荷が変動してもモータの回転数が変動しないように制御することが重要である。そのため、モータの回転数を回転数検出手段によって検出し、その検出結果と設定された回転数との差をモニターし、フィードバック制御が行われる。ＡＣモータを用いる電動工具において、検出された設定回転数との差はトライアック等の導通角の変化に反映され、モータの回転数が一定に保たれる。ここで、導通角とは、トライアックがオンとなった位相角からゼロクロスポイントまでの角度範囲（０°〜１８０°）のパーセンテージ（％）で表される。さらに、ＡＣモータを用いる電動工具においては、モータのＯＮ／ＯＦＦが頻繁に行われることが多いためモータの起動を素早く安定して行うことが重要である。電動工具に関する制御ではないが、特許文献１の技術においては遠心分離機のロータ回転制御において、起動してから整定状態に入るときのオーバーシュートあるいはアンダーシュートを無くすように制御するＡＣモータの起動方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５４４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＡＣモータの目標回転数と実際の回転数との差をトライアック等の導通角にフィードバックさせる従来技術においては、モータが一定回転数で回転している場合の制御には良好に適用できる。しかしながら、モータの起動時の制御にそのまま適用すると以下のような課題があることを発明者らは見いだした。この状態を図３を用いて説明する。
【０００５】
図３は、モータの起動特性を示す図である。縦軸はモータの回転数（ｒ．ｐ．ｍ）であり、横軸は経過時間（ｓｅｃｏｎｄ）である。図中実線で示す曲線がモータにおける起動から目標回転数に至るまでの理想的な加速状況を示す曲線である。モータ起動時において、モータの応答性の遅れを防ぐためにトライアックの導通角を大きめに設定すると、モータの起動後に加速し、点線で示す曲線ａのように目標とする回転数を一旦超えてオーバーシュートし、その後アンダーシュート及びオーバーシュートを繰り返しながら目標回転数に近づくことになる。このオーバーシュートやアンダーシュートを防ぐために、回転数制御の応答性をモータの応答性よりも悪く（遅く）することも考えられる。その場合、オーバーシュートを防ぐことはできるが、下側の点線で示す曲線のようにモータの加速が遅い状態、いわゆるスロースタートとなってしまい、起動に時間が掛かってしまう。
【０００６】
特許文献１の技術においても、起動してから整定状態に入るときのオーバーシュートあるいはアンダーシュートを無くすようにしているが、用いられているＡＣモータは誘導モータであり、誘導モータに与える電流を制御する位相制御素子（モータ駆動回路内に含まれる）の点孤角を制御してオーバーシュートをなくすようモータ電流を調整している。しかしながら、特許文献１の技術では、起動時にスベリ周波数と同期周波数の２つの周波数の交流を用いて制御した上で点弧角を切り替えており、トライアック等の導通角だけでて制御する整流子モータ等のＡＣモータのように、周波数を変えずに起動及び加速させるＡＣモータの制御方法とは前提が異なる。従って、特許文献１の技術を整流子モータ等のＡＣモータにそのまま適用することはできない。
【０００７】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、トライアックを用いてＡＣモータの回転制御を行う電動工具において、モータの起動時にオーバーシュートすることなく良好に加速でき、起動時間を短縮できる電動工具を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、マイコンを用いて交流モータの起動時の回転制御を効率良く行うようにした電動工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータへ印加される交流電圧を導通角によって制御するトライアック等の半導体素子と、導通角を設定することによりモータの回転を制御する制御手段を有する電動工具において、制御手段は、モータの起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を設定し、第１所定時間から第２所定時間までは第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないように導通角を設定することによりモータの起動及び加速制御をする。制御手段は不揮発性の記憶手段を有し、記憶手段にモータの設定回転数に対応する第１制限導通角と第２制限導通角を予め格納しておくと良い。第１制限導通角と第２制限導通角は設定回転数毎に複数組準備されて記憶手段に格納される。また、複数の商用電圧地域で使用する場合は、第１制限導通角と第２制限導通角の関係を、入力される交流電源の周波数毎に記憶手段に格納すると好ましい。
【００１０】
本発明の他の特徴によれば、制御手段は、回転数検出手段から出力された検出信号と回転数設定手段によって設定される回転数設定信号を比較して導通角を増減させる。つまり制御手段は、モータ起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御し、第１所定時間から第２所定時間までは第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御する。回転数設定手段はダイヤルスイッチであり、制御手段はダイヤルスイッチの設定量に応じて第１制限導通角と第２制限導通角を設定することができる。
【００１１】
本発明のさらに他の特徴によれば、記憶手段に格納される第１制限導通角と第２制限導通角の比は、設定回転数が増加する毎に増加又は減少するように設定する。ここで、第１所定時間は、モータの起動から定常回転数に到達する前の時間間隔であり、第２所定時間は、モータの定常回転数に到達する前から到達した後に至る時間間隔である。
【００１２】
本発明のさらに他の特徴によれば、制御手段は検出された回転数と設定回転数との偏差を用いて比例制御によるフィードバックを行い、モータの起動及び加速時におけるフィードバックの単位量が、モータの定常回転時におけるフィードバックの単位量よりも多くなるように制御する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、モータ起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御し、第１所定時間から第２所定時間までは第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御するので、モータの起動時にオーバーシュートすることなく起動時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、制御手段は記憶手段を有し、記憶手段にモータの設定回転数に対応する第１制限導通角と第２制限導通角の関係を予め格納しておくので、制御手段は瞬時に制限導通角を求めることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、制御手段は回転数検出手段から出力された検出信号と回転数設定手段によって設定される回転数設定信号を比較して導通角を増減させるので、設定される回転数に応じた精度の良いモータ起動を行うことができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、第１制限導通角と第２制限導通角は設定回転数毎に複数組準備されて記憶手段に格納されるので、モータの回転数領域毎にきめ細かな回転制御を行うことができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、設定回転数に対応する第１制限導通角と第２制限導通角の関係は、入力される交流電源の周波数に応じて設定するようにしたので、１つの制御装置で複数のモータに対応することができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、記憶手段に格納される第１制限導通角と第２制限導通角の比は、設定回転数が増加する毎に増加又は減少するように設定されるので、モータの回転数領域毎にきめ細かな回転制御を行うことができる。特に、モータの回転数が低い領域において十分な回転トルクを発生するように制御することが可能になる。
【００１９】
請求項７の発明によれば、第１所定時間はモータの起動から定常回転数に到達する前の時間間隔であり、第２所定時間はモータの定常回転数に到達する前から到達した後に至る時間間隔であるので、モータの起動時と定常回転到達時の区間を別々の制御パラメータによってきめ細かく制御することができる。
【００２０】
請求項８の発明によれば、モータの起動及び加速時におけるフィードバックの単位量が、モータの定常回転時におけるフィードバックの単位量よりも多くなるように制御されるので、定常回転時における回転変動を小さくすることができる。
【００２１】
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例に係るモータの回転制御回路図である。
【図２】本発明の実施例に係る回転数制御装置の一連の動作を示すフローチャートである。
【図３】モータ３の起動特性を示す図である。
【図４】本発明の実施例に係る制限導通角の設定値テーブルを示す図である。
【図５】回転数信号増幅回路５からマイコン２３に出力される信号を示す波形図である。
【図６】モータ３に供給される電圧波形と導通角の関係を説明するための図である。
【図７】モータ３の回転変動とフィードバック制御の関係を示すグラフである。
【図８】モータ３の目標回転数と、起動・加速時の導通角制限値の設定値テーブルの別の例を示す図である。
【図９】モータ３の目標回転数との偏差とフィードバック量との関係を示す設定値テーブルである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施例に係るモータの回転数制御回路図である。交流電源１０１は、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの単相１００Ｖであり、交流はスイッチ２によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。回転制御装置４は、モータ３の回転数を検出する回転数センサ６、回転数センサ６から出力される回転数信号を増幅する回転数信号増幅回路５、マイコン（マイクロコンピュータ）２３、マイコン２３及び制御回路内の基準電源を作るための電源回路７、交流電圧からゼロクロス点を検出するためのゼロクロス検出回路８、スイッチ２のＯＮ、ＯＦＦを検出するためのスイッチＯＮ、ＯＦＦ信号をマイコン２３に伝達するためのダイオード２４、抵抗器２５及び２６、モータ３に通電される電圧を位相制御するための半導体素子であるトライアック２７、トライアック２７のゲート信号を入力するための抵抗器２８、及びモータ３の回転数を設定するための抵抗器３１、可変抵抗器３２、３３を含んで構成される。
【００２４】
回転数信号増幅回路５は、コンデンサ９、１５、抵抗器１０、１１、１２、１４、トランジスタ１３で構成される交流増幅器であり、回転数センサ６からの回転数信号を０Ｖ〜−ＶＣＣの範囲で増幅してマイコン２３に出力する。マイコン２３はこの出力信号を用いてモータ３の回転数を検出する。この検出処理の際、マイコン２３は出力信号からモータ３の回転数を正しく検出しなければならないが、ラインノイズの混入など、出力信号に異常なパルス信号が重畳されてしまう場合がある。そこで本実施例では、回転数検出信号の４パルス（１回転分）の中からパルス幅の広い２つを選択し、それをもとに回転数を検出するようにした。この原理を図５を用いて説明する。
【００２５】
図５は、回転数信号増幅回路５からマイコン２３に出力される信号を示す波形図である。図５（１）はノイズの混入が無い正常な状態の回転数検出信号を示す。モータ３が１回転するにあたり、回転数検出信号として区間Ａから区間Ｄまでの４パルスが送出される。本実施例では、回転数検出信号の４パルス（１回転分）の中からパルス幅の広い２つを選択すし、そのパルス幅を用いてモータ３の回転数が算出される。図５（１）では、区間Ａ〜Ｄのうちいずれか２つが選択され、それらのパルス幅（時間間隔）からモータ３の回転数が検出される。
【００２６】
一方、図５（２）はノイズの混入があった場合の回転数検出信号を示す。区間の切り替わりは、例えば出力される信号が−Ｖｃｃから０Ｖへの立ち上がりで検出されるので、重畳されたノイズの影響により、ノイズによる信号の立ち上がりが区間Ｃの終端と認識され、その結果、区間Ｃと区間Ｄが誤って検出される。このような場合であっても本実施例においては、４パルスのうちパスル幅が長い区間Ａと区間Ｂの２つのパルスを用いてモータ３の回転数が検出される。よって、ラインノイズの混入等の異常なパルスが回転数検出信号に重畳したとしても、その影響を効果的に除去することができ、電動工具の耐ノイズ性を大幅に向上させることができる。
【００２７】
図１に戻り、電源回路７は、ダイオード１６、抵抗器１７、ツェナーダイオード１８、電解コンデンサ１９によって構成される半波整流回路であり、交流電圧を直流に変換してマイコン２３及び図示しない電動工具の回路内に供給する。
【００２８】
ゼロクロス検出回路８は、抵抗器２０、２１、フォトカプラ２２で構成される。交流電圧はまず抵抗器２０によって減衰され、フォトカプラ２２の入力部（発光ダイオード）に入力される。このフォトカプラ２２の入力部に２つの発光ダイオードが互いに逆向きに接続されており、電流が正逆どちらに流れても発光するが、電圧の低いゼロクロス点近傍のみ消灯する。フォトカプラ２２の出力部はフォトトランジスタで構成されており、入力部の発光ダイオードが発光した時にのみＯＮ状態となる。つまりこのフォトトランジスタは交流電圧のゼロクロス点のみＯＦＦ状態となりそれ以外はＯＮ状態となるため、マイコン２３には交流電圧のゼロクロス点のみ抵抗器２１を通って０Ｖが入力され、それ以外のときは−ＶＣＣが入力される。このマイコン２３に入力される信号の変化によって、マイコン２３はトライアック２７の位相制御をするための基準信号を得ることができる。
【００２９】
次に回転数制御装置４の一連の動作について、図２のフローチャートに沿って説明する。電動工具のＡＣコード（図示せず）が接続されて交流電源１０１から交流電圧が供給されると、電源回路７によって直流の定電圧がマイコン２３及び制御回路内に供給され、電動工具がスタンバイ状態になる。また交流電源１０１から供給される交流電圧がゼロクロス検出回路８に入力されるので、マイコン２３はゼロクロス検出回路８から入力されたゼロクロス信号の時間間隔を測定し、入力された交流電源の周波数を検出する（ステップ２０１）
【００３０】
次にマイコン２３は、抵抗器３１、可変抵抗器３２、３３によって設定されるモータ３の目標回転数設定電圧を検出し、目標回転数の設定を行う（ステップ２０２）。可変抵抗器３２は使用者が作業用途によって外部からダイヤルによって自由に回転数を設定できるものであり、例えば電動工具に取り付けられモータ３の回転数を数段階（例えばダイアルの１〜４の４段階）に設定するための設定手段である。また、可変抵抗器３３は制御回路のバラツキを抑制するための調整用の可変抵抗器である。
【００３１】
次にマイコン２３は、モータ起動時におけるトライアック２７の制限導通角の設定を行う（ステップ２０３）。制限導通角は単一に設定されるのではなく、モータ起動から第１所定時間までに適用される第１制限導通角と、第１所定時間から第２所定時間に適用される第２制限導通角の２つを含めて設定する。第２制限導通角は、第１制限導通角よりも少なくすると良い。
【００３２】
一般に、モータ３の応答性と回転制御の応答性を比べると、回転制御の応答性の方が速い。そのため、モータ起動時において、モータ３の応答性の遅れから回転制御においてトライアックの導通角を必要以上に大きくしすぎてしまい、その結果図３の上側の点線で示す曲線のように目標とする回転数を一旦超えてオーバーシュートしてから目標回転数に近づくような起動特性となってしまう。この現象を防止するために回転数制御の応答性がモータの応答性よりも遅くなるように制御することによってオーバーシュートを防ぐことはできるが、その場合はスロースタートとなってしまい起動に時間が掛かってしまう。そこで本実施例において、トライアック２７の導通角がそれ以上大きくならないように２段階の制限値を設けて制御し、モータ起動時のオーバーシュートを防ぐようにした。ステップ２０３ではその制限導通角の設定を行う。
【００３３】
図４に具体的な制限導通角の設定値テーブルを示す。制限導通角はモータ起動時から任意の時間（例えば０〜０．５秒の区間）の第１次制限導通角と、第１次制限導通角の期間からの任意の時間（例えば０．５〜１．０秒の区間）の第２次制限導通角の２段階の制限を設定する。第１次制限導通角の期間ではモータの起動を速くするために第２次制限導通角よりも大きい設定とする。第２次制限導通角の期間で目標回転数に合わせる制御を行う。この設定値は予め実験等によって最適な値を求めておくと好ましい。そして、その値をマイコン２３の記憶手段内に格納する。さらに、ステップ２０１で検出した入力電源の周波数に対応させるため、複数の設定値テーブル、例えば５０Ｈｚ用と６０Ｈｚ用の設定値テーブルを別々に設けると好ましい。マイコン２３は設定値テーブルに格納された制限導通角を用いて、設定された制限導通角になるように導通角の時間設定を行う。
【００３４】
図２のフローチャートに戻り、マイコン２３は、ダイオード２４、抵抗器２５、２６によって分圧されたスイッチＯＮ信号を検出し、スイッチ２の状態を監視する（ステップ２０４）。スイッチ２がＯＮされると、マイコン２３は抵抗器２８を通してトライアック２７のゲート端子にゲート信号を入力する。その後トライアック２７はＯＮし、モータ３に電流が流れ始め、モータ３は回転し始める（ステップ２０４）。このとき、マイコン２３はステップ２０３で設定されたモータ３の起動における第１次制限導通角の範囲内で０．５秒間の期間、モータ３の回転数制御を行う（ステップ２０６）。次にマイコン２３は、ステップ２０３で設定されたモータ３の起動における第２次制限導通角の範囲内で０．５秒の期間（モータ起動から１．０秒）、モータ３の回転数制御を行う（ステップ２０７、２０８）。本実施例においては、第１次及び第２次制限導通角区間が終了する際にモータ３が目標回転数に到達しているように、各区間の間隔（長さ）が決定される。尚、この区間の間隔はモータの特性、電動工具の構成、電源の種類等をもとにあらかじめ設定しておき、マイコン２３に記憶させておくと良い。
【００３５】
次にマイコン２３は、モータ３の回転数が抵抗器３１、可変抵抗器３２、３３によって設定されている目標回転数になるように定回転制御を行う。マイコン２３は回転数センサ６、回転数信号増幅回路５によって検出されたモータ３の回転数を監視し、モータ３の回転数が目標回転数と比較してモータ３の回転数が低いときはトライアック２７の導通角を広げ、またモータ３の回転数が高いときはトライアック２７の導通角を狭めるようにトライアック２７のゲート信号を制御して、モータ３の回転数が常に一定となるように位相制御を行う（ステップ２０９）。
【００３６】
次にマイコン２３は、スイッチ２の状態を監視し（ステップ２１０）、スイッチ２がＯＮ状態であれば、ステップ２０９に戻り、引き続き定回転制御を行う。また、スイッチ２がＯＦＦ状態であれば、モータ３を停止させ（ステップ２１１）、ステップ２０２に戻り、スイッチ２を入れる前の待機状態になる。
【００３７】
次に、定回転制御について図６を用いて説明する。図６はモータ３に供給される電圧波形と導通角の関係を説明するための図である。電圧のサイクル１においては導通角αで制御され、マイコン２３が前記回転数検出手段から出力された検出信号と前記回転数設定手段によって設定される回転数設定信号を比較して、導通角αをΔだけ増やすべきと判断したとする。図６（１）は従来の回転制御における制御方法を示したもので、マイコン２３の指示が即座にサイクル２以降の制御に反映され、サイクル２以降ではトライアック２７は導通角（α＋Δ）で動作する。しかしながら、このように次のサイクル２で導通角を急激に変化させてしまうとモータ３の回転変動が比較的急激になり、先端工具に負荷をかけ始めた際の反動が大きくなる。この状態を示すのが、図７の点線で示す制御１である。図７において、モータの回転数が地点ａにおいて低下しているが、マイコン２はその低下を検出して設定回転するまで戻す制御を行う。従来の制御１においては、導通角の変化量が大きいため制御１の点線のようにモータの回転数の上昇が急になりすぎる恐れがある。
【００３８】
本実施例においては、図６（２）に示すように、マイコン２３があるサイクル（例えば図６（２）のサイクル１）で導通角を増やす（＋Δ）と判断した場合であっても、その増加分Δを次のサイクル２ですぐに増加させるのではなく、次のサイクル２である一定割合（例えば１／２）だけ反映し、その次のサイクル３以降で全部を反映させるようにする。このように導通角を変化させる場合に次のサイクルで瞬時に反映させるのではなく、徐々に増加するように反映させることによりスムーズな制御を行うことができる。この制御におけるモータの回転状態を示すのが図７の実線で示す制御２である。図７において、モータの回転数が地点ａにおいて低下しているが、マイコン２は導通角の変化量を徐々に反映させるので、モータの回転数の上昇が制御２で示すように緩やかになる。
【００３９】
このような遅延制御は従来のアナログ的なフィードバック制御ではその実現が難しいが、本実施例のようにマイコン２３を使ってデジタル的な制御を行う場合においては比較的容易に実現できる。尚、本実施例において導通角の変化量を２段階とし、その増加比率を同じとしたが、必ずしも同じ比率での増加に限る必要はない。例えば、サイクル２で＋２Δ／３とし、サイクル３以降で＋Δのように増加比率を変えても良い。また、２段階だけでなく任意の多段階としても良い。
【００４０】
以上、説明したように本実施例によれば、モータ起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御し、第１所定時間から第２所定時間までは第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないように半導体素子の導通角を制御するので、モータの起動時にオーバーシュートすることなく理想的なモータの起動及び加速を行うことができるので、起動時間を短縮することができる。
【００４１】
尚、本発明は実施例の構成に限定されることなく、種々の変形や応用が可能である。例えば、図４に示した設定値テーブルは第１次制限と第２次制限の比率が一定であるがこれに限られるものではない。つまり、図４においては、ダイヤル１の時は第１次制限：第２次制限＝１５％：１０％＝３：２であり、ダイヤル４の時は第１次制限：第２次制限＝６０％：４０％＝３：２である。しかしながら、この比率は常に一定でなく可変に設定しても本発明の効果を得られる。また、図４の設定値テーブルには％値を格納しているが、この％値を時間値に変換した値（例えば、５０Ｈｚの場合、１５％は１／５０秒×１５％＝０．００３秒）として格納しておき、この時関値を用いて制御するようにしても良い。
【００４２】
次に図８を用いて、設定値テーブルの別の例を説明する。図８はモータ３の目標回転数と、起動・加速時の導通角制限値の設定値テーブルの別の例を示す図である。この別の例では、ダイヤル設定値が４段階でなく１２段階にした場合の例を示している。図８において、目標回転数が最も低い状態（ダイヤル１）の時は第１次制限：第２次制限＝１０％：５％＝２：１であり、目標回転数が最も高い状態（ダイヤル１２）の時は第１次制限：第２次制限＝６５％：４３％＝約３：２である。つまり、ダイヤルの位置によって第１次制限：第２次制限を２：１〜３：２と変化させている。このように、特に低い回転数の際に、第２次制限値に対する第１次制限値の比率を増やすことによって、起動トルクの低下を防ぐことができ、良好な始動特性を実現できる。
【００４３】
次に図９を用いてモータのフィードバック制御について説明する。図９はモータ３の目標回転数との偏差とフィードバック量との関係を示す設定値テーブルである。本実施例で特徴的なことは、モータの起動及び加速時におけるフィードバックの単位量が、モータの定常回転時におけるフィードバックの単位量よりも多くなるように設定されることである。本実施例においては、目標回転数に範囲に応じて１６段階のフィードバック（ＦＢ）量を設定し、上述した本実施例の制御による起動（ソフトスタート）時のフィードバック量と、定常回転数のＦＢ量を変えている。即ち、ソフトスタート時においてはフィードバック量を大きくしてモータの起動時間の短縮化を図っている。一方、定常回転数時には、ソフトスタート時に比べてフィードバック量を小さくしており、モータの回転変動を極力抑えている。このようにモータの起動時と定常回転時の制御を変えることにより、使用者にとって使いやすい電動工具を実現できる。
【００４４】
以上、本発明を示す実施例に基づき説明したが、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施例ではモータ起動期間におけるトライアック２７の制限導通角を２段階に設定したが、それ以上の多段階の設定でも良い。その段階を増やすことによって、より精度の良いモータの起動動作を行うことができる。
【符号の説明】
【００４５】
２ スイッチ ３ モータ ４ 回転数制御装置
５ 回転数信号増幅回路 ６ 回転数センサ ７ 電源回路
８ ゼロクロス検出回路 １６、２４ ダイオード ２３ マイコン
２５、２６、２８、３１ 抵抗器 ２７ トライアック
３２、３３ 可変抵抗器 １０１ 交流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、モータへ印加される交流電圧を導通角によって制御する半導体素子と、前記導通角を設定することにより前記モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具において、
前記制御手段は、前記モータの起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないように前記半導体素子の導通角を設定し、第１所定時間から第２所定時間までは前記第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないように前記導通角を設定することを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記制御手段は記憶手段を有し、前記記憶手段に前記第１制限導通角と前記第２制限導通角を予め格納しておくことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
前記電動工具は前記モータの回転数を設定する回転数設定手段と、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段を有し、
前記制御手段は、前記回転数検出手段から出力された検出信号と前記回転数設定手段によって設定される回転数設定信号を比較して前記導通角を増減させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項４】
前記第１制限導通角と前記第２制限導通角は設定回転数毎に複数組準備されて前記記憶手段に格納されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動工具。
【請求項５】
前記第１制限導通角と第２制限導通角の関係は、入力される交流電源の周波数毎に前記記憶手段に格納されることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
【請求項６】
前記記憶手段に格納される前記第１制限導通角と前記第２制限導通角の比は、設定回転数が増加する毎に増加又は減少するように設定されることを特徴とする請求項４又は５に記載の電動工具。
【請求項７】
前記第１所定時間は、前記モータの起動から定常回転数に到達する前の時間間隔であり、
前記第２所定時間は、前記モータの定常回転数に到達する前から到達した後に至る時間間隔であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項８】
前記制御手段は検出された回転数と前記設定回転数との偏差を用いて比例制御によるフィードバックを行い、前記モータの起動及び加速時におけるフィードバックの単位量が、前記モータの定常回転時におけるフィードバックの単位量よりも多くなるように制御されることを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
【請求項１】
モータと、モータへ印加される交流電圧を導通角によって制御する半導体素子と、前記導通角を設定することにより前記モータの回転を制御する制御手段を有する電動工具において、
前記制御手段は、前記モータの起動から第１所定時間までは第１制限導通角を超えないように前記半導体素子の導通角を設定し、第１所定時間から第２所定時間までは前記第１制限導通角よりも少ない第２制限導通角を超えないように前記導通角を設定することを特徴とする電動工具。
【請求項２】
前記制御手段は記憶手段を有し、前記記憶手段に前記第１制限導通角と前記第２制限導通角を予め格納しておくことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
【請求項３】
前記電動工具は前記モータの回転数を設定する回転数設定手段と、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段を有し、
前記制御手段は、前記回転数検出手段から出力された検出信号と前記回転数設定手段によって設定される回転数設定信号を比較して前記導通角を増減させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
【請求項４】
前記第１制限導通角と前記第２制限導通角は設定回転数毎に複数組準備されて前記記憶手段に格納されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動工具。
【請求項５】
前記第１制限導通角と第２制限導通角の関係は、入力される交流電源の周波数毎に前記記憶手段に格納されることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
【請求項６】
前記記憶手段に格納される前記第１制限導通角と前記第２制限導通角の比は、設定回転数が増加する毎に増加又は減少するように設定されることを特徴とする請求項４又は５に記載の電動工具。
【請求項７】
前記第１所定時間は、前記モータの起動から定常回転数に到達する前の時間間隔であり、
前記第２所定時間は、前記モータの定常回転数に到達する前から到達した後に至る時間間隔であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動工具。
【請求項８】
前記制御手段は検出された回転数と前記設定回転数との偏差を用いて比例制御によるフィードバックを行い、前記モータの起動及び加速時におけるフィードバックの単位量が、前記モータの定常回転時におけるフィードバックの単位量よりも多くなるように制御されることを特徴とする請求項７に記載の電動工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２３４４６５（Ｐ２０１０−２３４４６５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８３９１０（Ｐ２００９−８３９１０）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
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