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WO2016158133A1 - 電動工具 - Google Patents

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Publication number
WO2016158133A1
WO2016158133A1 PCT/JP2016/055843 JP2016055843W WO2016158133A1 WO 2016158133 A1 WO2016158133 A1 WO 2016158133A1 JP 2016055843 W JP2016055843 W JP 2016055843W WO 2016158133 A1 WO2016158133 A1 WO 2016158133A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capacitor
circuit
inverter circuit
voltage
switch
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/055843
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
拓家 吉成
一彦 船橋
俊彰 小泉
Original Assignee
日立工機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立工機株式会社 filed Critical 日立工機株式会社
Priority to EP16772017.6A priority Critical patent/EP3278933B1/en
Priority to JP2016562280A priority patent/JP6241694B2/ja
Priority to US15/554,517 priority patent/US10307841B2/en
Priority to ES16772017T priority patent/ES2931905T3/es
Priority to CN201680010371.5A priority patent/CN107249824B/zh
Publication of WO2016158133A1 publication Critical patent/WO2016158133A1/ja
Priority to US16/402,621 priority patent/US10717138B2/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D47/00—Sawing machines or sawing devices working with circular saw blades, characterised only by constructional features of particular parts
    • B23D47/12—Sawing machines or sawing devices working with circular saw blades, characterised only by constructional features of particular parts of drives for circular saw blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/02—Construction of casings, bodies or handles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • H02K7/145—Hand-held machine tool
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28—Arrangements for controlling current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23D45/00—Sawing machines or sawing devices with circular saw blades or with friction saw discs
    • B23D45/16—Hand-held sawing devices with circular saw blades
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the present invention relates to an electric tool using a brushless motor as a drive source.
  • an electric tool performs a switching operation, a brushless motor, a rectifier circuit that rectifies and outputs an alternating voltage, a smoothing circuit that smoothes and outputs the output of the rectifier circuit, and the like.
  • an inverter circuit for supplying the output of the smoothing circuit to the brushless motor, the smoothing circuit having a first capacitor and a second capacitor connected in parallel, the first capacitor and the second capacitor.
  • the capacitors are characterized by having different impedances.
  • the first capacitor is a polar capacitor and the second capacitor is a nonpolar capacitor.
  • the polar capacitor since the polar capacitor has a larger capacitance than the size, the necessary capacitance can be obtained without increasing the size of the tool body.
  • the nonpolar capacitor since the nonpolar capacitor has high absorption performance of high-frequency components, instantaneous peak current can be suppressed.
  • the polar capacitor is preferably an electrolytic capacitor, and the nonpolar capacitor is preferably a film capacitor.
  • the film capacitor is provided in addition to the electrolytic capacitor, the peak current can be efficiently suppressed.
  • the capacity of the first capacitor is preferably larger than the capacity of the second capacitor.
  • the brushless motor preferably has a stator winding that generates an induced voltage
  • the smoothing circuit preferably outputs a pulsating voltage having a minimum value smaller than the voltage value of the induced voltage
  • the capacitor capacity of the smoothing circuit does not completely smooth the output of the rectifier circuit, and in a period in which the output voltage value of the smoothing circuit is larger than the voltage value of the induced voltage generated in the stator winding.
  • This is a small capacity that outputs a pulsating voltage such that a current flows through the brushless motor and the current does not flow through the brushless motor during a small period. Therefore, it is possible to reduce the size of the smoothing circuit and to suppress the increase in size of the electric power tool body.
  • the switch further includes an operation unit operable by an operator, and a switch provided between the rectifier circuit and the inverter circuit, and turned on / off based on an operation of the operation unit. It is preferable to be arranged between the inverter circuit.
  • the switch is disposed between the first capacitor and the second capacitor, and the second capacitor is disposed between the switch and the inverter circuit.
  • the second capacitor is provided between the switch and the inverter circuit, it is possible to suppress a jump in the input voltage to the inverter circuit when the switch is off. Therefore, breakage of switching elements such as MOSFETs and IGBTs mounted on the inverter circuit, brushless motors, and the like can be suppressed.
  • control unit that controls the switching operation of the inverter circuit
  • signal output unit that outputs an on / off signal to the control unit based on an operation of the operation unit.
  • control unit When it is determined that the value of the current flowing through the brushless motor exceeds the threshold value, the control unit preferably controls the inverter circuit to stop the switching operation regardless of the operation of the operation unit.
  • the above-described electric tool preferably further includes a substrate on which the rectifier circuit, the smoothing circuit, and the inverter circuit are mounted.
  • the first capacitor and the second capacitor are electrically connected to the substrate, arranged within the dimensions of the substrate, and have a height dimension comparable to that of the circuit element protruding from the board. Is preferred.
  • the power tool includes a brushless motor, a rectifier circuit that rectifies and outputs an AC voltage, a smoothing circuit that smoothes and outputs the output of the rectifier circuit, and performs a switching operation to thereby output the smoothing circuit. And an inverter circuit that supplies the brushless motor, wherein the smoothing circuit includes two capacitors connected in parallel and a switch disposed between the two capacitors.
  • the capacitor is provided between the rectifier circuit and the switch, and the output current from the rectifier circuit is input to the switch through the capacitor, so even when an inrush current occurs at the start of the brushless motor, The peak value of the current is suppressed by the capacitor, and the inrush current can be prevented from being directly input to the switch. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of welding of the switch and the life of the switch and the tool is improved.
  • a capacitor is also provided between the switch and the inverter circuit, it is possible to suppress a jump in the voltage of the inverter circuit when the switch is turned off. Therefore, breakage of switching elements such as MOSFETs and IGBTs mounted on the inverter circuit, brushless motors and the like can be suppressed, and the product life can be improved.
  • the capacitor is preferably a film capacitor.
  • the brushless motor preferably has a stator winding for generating an induced voltage, and the smoothing circuit preferably outputs a pulsating voltage having a minimum value smaller than the voltage value of the induced voltage.
  • the capacitor capacity of the smoothing circuit does not completely smooth the output of the rectifier circuit, and in a period in which the output voltage value of the smoothing circuit is larger than the voltage value of the induced voltage generated in the stator winding.
  • This is a small capacity that outputs a pulsating voltage such that a current flows through the brushless motor and the current does not flow through the brushless motor during a small period. Therefore, it is possible to reduce the size of the smoothing circuit and to suppress the increase in size of the electric power tool body.
  • an operation unit that can be operated by an operator is further provided, and the switch is turned on / off based on the operation of the operation unit.
  • control unit that controls the switching operation of the inverter circuit
  • signal output unit that outputs an on / off signal to the control unit based on an operation of the operation unit.
  • control unit When it is determined that the value of the current flowing through the brushless motor exceeds the threshold value, the control unit preferably controls the inverter circuit to stop the switching operation regardless of the operation of the operation unit.
  • the electric tool of the present invention it is possible to suppress the peak current without increasing the size of the tool body. Further, according to another power tool according to the present invention, the peak current can be suppressed without increasing the size of the tool body, and the product life can be improved.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an electrical configuration of an electric circular saw according to a first embodiment.
  • FIG. It is a top view which shows the structure of a control board, and is IV-IV sectional drawing of FIG. It is explanatory drawing which shows the time change of the output voltage value of a smoothing circuit, and the electric current value which flows into an inverter circuit.
  • A shows the time change of the output voltage value of a smoothing circuit
  • (b) shows the time change of the electric current value which flows into an inverter circuit.
  • FIG. 1 is a side view showing the appearance of an electric circular saw according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view showing the inside of the housing of the electric circular saw according to the embodiment of the present invention.
  • An electric circular saw 100 according to an embodiment of the present invention includes a housing 2, a handle 3, a saw blade 4, a saw cover 5, and a base 6, and the base 6 is slid on a material to be cut such as wood and sawed. This is a tool for cutting a material to be cut by the rotation of the blade 4.
  • the front is defined as the front direction
  • the rear is defined as the rear direction
  • the upper direction is defined as the upper direction
  • the lower direction is defined as the lower direction. It is defined as
  • the housing 2 is made of resin, for example, and accommodates the motor 1 and the control board 8 therein.
  • the housing 2 is also provided with a power cord (not shown) for connection to a commercial AC power source or a generator.
  • the motor 1 is a brushless motor, and the motor 1 which is a drive source for rotationally driving the saw blade 4 is disposed in a motor housing portion 2a defined in the left central portion inside the housing 2, as shown in FIG. Be contained.
  • the motor 1 has a rotating shaft 1a and is arranged so that the axial direction of the rotating shaft 1a coincides with the left-right direction.
  • the control substrate 8 is accommodated in a substrate accommodating portion 2 b defined in the left rear portion inside the housing 2.
  • the control board 8 is arranged so that the board plane is substantially parallel to the axial direction of the rotation shaft 1 a of the motor 1.
  • a control unit (described later) for controlling the operation of the motor 1 is mounted on the control board 8.
  • the control board 8 corresponds to the board of the present invention.
  • the handle 3 is a portion that is gripped when the user uses the electric circular saw 100 and is provided integrally with the housing 2 or connected as a separate member. Further, as shown in FIG. 1, the handle 3 is provided with a trigger 3 a for controlling the driving of the motor 1.
  • the trigger 3a is electrically connected to a switch (described later) inside the handle 3 and to a control board 8 inside the housing 2, and a start for starting the motor 1 by the user pushing the trigger 3a upward.
  • a signal (ON signal) is output to the switch and control board 8.
  • the trigger 3a corresponds to an operation unit and a signal output unit of the present invention.
  • the saw blade 4 has a disc shape and is supported on the right side of the housing 2 so as to be rotatable coaxially with the rotation shaft 1 a of the motor 1.
  • the saw cover 5 is made of, for example, metal, has an arc shape in a side view along the outer edge of the saw blade 4, is provided on the right side of the housing 2, and covers the upper half of the saw blade 4.
  • the saw cover 5 includes a protective cover 5a.
  • the protective cover 5 a is made of, for example, resin, and is provided on the rear side of the saw cover 5 so as to be rotatable along the outer edge of the saw blade 4.
  • the protective cover 5a covers the lower half except for a part of the front of the saw blade 4 when the electric circular saw 100 is not cutting.
  • the base 6 is a substantially rectangular plate made of metal such as aluminum.
  • the base 6 is connected to the housing 2 via the saw cover 5.
  • the longitudinal direction of the base 6 coincides with the cutting direction of the electric circular saw 100, that is, the front-rear direction shown in FIGS.
  • the bottom surface 6a of the base 6 is a sliding surface with the material to be cut.
  • the base 6 is formed with an opening (not shown) penetrating in the vertical direction and extending in the front-rear direction, and a lower portion of the saw blade 4 projects downward from the bottom surface 6a.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the electric circular saw 100 according to the first embodiment.
  • the electric circular saw 100 includes a motor 1, a trigger 3 a, and a control unit 9.
  • the motor 1 is constituted by a three-phase brushless motor in the present embodiment, and includes a rotor 11 having a rotating shaft 1a (FIG. 2) and a plurality of permanent magnets, and a stator 12 disposed at a position facing the rotor 11. It is comprised including.
  • the rotor 11 is configured to include two sets of permanent magnets, each having a north pole and a south pole.
  • Three magnetic sensors 13 are arranged at positions facing the permanent magnets of the rotor 11.
  • the magnetic sensor 13 is, for example, a Hall element, detects the rotational position of the rotor 11, and outputs a position signal to the control unit 9.
  • the stator 12 includes three-phase coils U, V, and W that are star-connected.
  • the coils U, V, W are each connected to the control board 8.
  • the motor 1 when the rotor 11 rotates, an induced voltage is generated in each of the coils U, V, and W of the stator 12.
  • the control unit 9 includes a rectifier circuit 91, a smoothing circuit 92, an inverter circuit 93, a calculation unit 94, a current detection resistor 95, and a constant voltage power supply circuit 96.
  • the rectifier circuit 91, the inverter circuit 93, the arithmetic unit 94, and the constant voltage power supply circuit 96 are mounted on the control board 8.
  • FIG. 4 is a plan view of the control board 8. As shown in FIG. 4, the control board 8 has a plurality of circuit elements protruding on the board plane.
  • the rectifier circuit 91 is a diode bridge circuit, and has an input side connected to, for example, a commercial AC power supply 300 and an output side connected to a smoothing circuit 92 as shown in FIG.
  • the rectifier circuit 91 full-wave rectifies the AC voltage input from the commercial AC power supply 300 and outputs the rectified circuit 92 to the smoothing circuit 92.
  • the rectifier circuit 91 is mounted on the control board 8 as shown in FIG.
  • the smoothing circuit 92 is disposed between the rectifier circuit 91 and the inverter circuit 93, smoothes the input voltage from the rectifier circuit 91, and outputs the smoothed voltage to the inverter circuit 93.
  • the smoothing circuit 92 includes an electrolytic capacitor 921, a film capacitor 922, a discharging resistor 923, and a switch 924.
  • the electrolytic capacitor 921 is a polar capacitor and is connected to the input side from the rectifier circuit 91 as shown in FIG.
  • the electrolytic capacitor 921 corresponds to the first capacitor of the present invention.
  • the electrolytic capacitor 921 is a small capacitor having a capacitance of 150 to 200 ⁇ F.
  • the electrolytic capacitor 921 is disposed in a space between the control board 8 and the front portion of the board housing portion 2 b and is connected to the control board 8. At this time, the electrolytic capacitor 921 is disposed within the dimension of the substrate plane of the control board 8 as indicated by a broken line in FIG. Further, the height dimension of the electrolytic capacitor 921 (the dimension in the front-rear direction of the electric circular saw 100) is the same as the dimension in the projecting direction of each circuit element projecting on the control board 8, as shown in FIG. Degree.
  • the film capacitor 922 is a nonpolar capacitor, and is connected in parallel to the electrolytic capacitor 921, as shown in FIG. 3, and includes a rectifier circuit 91 on the input side of the smoothing circuit 92 and an inverter circuit 93 on the output side. It is arranged on the inverter circuit 93 side.
  • the film capacitor 922 corresponds to the second capacitor of the present invention.
  • the film capacitor 922 is a small capacitor having a capacitance of 4.7 ⁇ F.
  • the film capacitor 922 is disposed in a space between the control board 8 and the front portion of the board housing portion 2 b and is connected to the control board 8. At this time, the film capacitor 922 is disposed within the dimension of the board plane of the control board 8 as indicated by a broken line in FIG.
  • the height dimension of the film capacitor 922 (the dimension in the front-rear direction of the electric circular saw 100) is the dimension in the projecting direction of each circuit element projecting on the control board 8 and the electrolysis as shown in FIG.
  • the height of the capacitor 921 is approximately the same.
  • the switch 924 is disposed between the electrolytic capacitor 921 and the film capacitor 922 and is turned on based on the input of the start signal from the trigger 3a, and is turned off based on the input stop of the start signal or the input of the start stop signal (off signal).
  • the switch 924 is housed inside the handle 3 (not shown) in the electric circular saw 100 of the present embodiment.
  • the inverter circuit 93 includes six switching elements Q1 to Q6 connected in a three-phase bridge format.
  • the switching elements Q1 to Q6 are, for example, MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and are mounted on the control board 8 as shown in FIG.
  • the inverter circuit 93 is connected to the output side of the smoothing circuit 92 and supplies driving power to the coils U, V, and W of the motor 1 by performing a switching operation.
  • the arithmetic unit 94 corresponds to the control means of the present invention, and is a microcomputer in the present embodiment. As shown in FIG. 4, the arithmetic unit 94 is mounted on the control board 8, and controls the rotational direction and rotational speed of the motor 1 on the basis of the start signal input in accordance with the operation of the trigger 3 a. , V and W are controlled in the direction and time of energization.
  • the arithmetic unit 94 is connected to the gates of the six switching elements Q1 to Q6 of the inverter circuit 93, and supplies drive signals H1 to H6 for turning on / off the switching elements Q1 to Q6.
  • the drains or sources of the six switching elements Q1 to Q6 of the inverter circuit 93 are connected to the coils U, V, and W of the motor 1.
  • the switching elements Q1 to Q6 perform a switching operation based on the drive signals H1 to H6 input from the arithmetic unit 94, and the voltages supplied from the commercial AC power supply 300 via the rectifier circuit 91 and the smoothing circuit 92 are three-phase ( Drive power is supplied to the coils U, V, and W of the motor 1 as U-phase, V-phase, and W-phase) voltages Vu, Vv, and Vw.
  • the current detection resistor 95 is a resistor for detecting the current flowing through the motor 1 and the inverter circuit 93 and is connected between the smoothing circuit 92 and the inverter circuit 93 as shown in FIG.
  • the calculation unit 94 detects the value of the current flowing through the motor 1 and the inverter circuit 93 by measuring the voltage across the current detection resistor 95.
  • a predetermined threshold value is set in the arithmetic unit 94 in advance, and when the detected current value exceeds the threshold value, the switching operation of the inverter circuit 93 is stopped to stop the driving of the motor 1. Thereby, the occurrence of burning or the like due to the overcurrent flowing to the motor 1 is prevented.
  • the constant voltage power supply circuit 96 is connected to the output side of the rectifier circuit 91 and includes a diode 961, a capacitor 962, an IPD circuit 963, a capacitor 964, and a regulator 965.
  • the constant voltage power supply circuit 96 is a circuit for supplying a stabilized reference voltage to the arithmetic unit 94 and the like based on the output from the rectifier circuit 91.
  • Each part of the constant voltage power supply circuit 96 is mounted on the control board 8 as shown in FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing temporal changes in the output voltage value of the smoothing circuit 92 and the current value flowing through the inverter circuit 93.
  • FIG. 5A shows the time change of the output voltage value of the smoothing circuit 92
  • the vertical axis represents the output voltage value V of the smoothing circuit 92
  • the horizontal axis represents time t.
  • FIG. 5B shows the time change of the current value flowing through the inverter circuit 93
  • the vertical axis represents the current value I flowing through the inverter circuit 93
  • the horizontal axis represents time t. This current value I is detected by measuring the voltage across the current detection resistor 95.
  • the voltage value input from the rectifier circuit 91 to the smoothing circuit 92 is also high.
  • the electrolytic capacitor 921 and the film capacitor 922 provided in the smoothing circuit 92 are both small and have a small capacitance. Therefore, the voltage input from the rectifier circuit 91 to the smoothing circuit 92 is not completely smoothed.
  • the smoothing circuit 92 outputs a pulsating voltage V whose voltage value periodically varies.
  • the pulsating voltage V has the power supply frequency of the commercial AC power supply 300.
  • the pulsating voltage output from the smoothing circuit 92 is supplied to the motor 1 via the inverter circuit 93.
  • the rotor 11 is rotationally driven with the supply of voltage.
  • an induced voltage V 1 is generated in each coil of the stator 12.
  • the motor 1 is rotationally driven in the period T 1 in which current flows in the inverter circuit 93 and the motor 1, the motor 1 is also rotated by inertia in the period T 2 in which no current flows.
  • the motor 1 continues to rotate through the period T 1 in which current flows and the period T 2 in which current does not flow. Is possible.
  • FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams showing temporal changes in the current value I flowing through the inverter circuit.
  • FIG. 6A is a diagram corresponding to the electric circular saw that is a comparative example
  • FIG. 6B is a diagram corresponding to the electric circular saw 100 according to the present embodiment.
  • the vertical axis represents the current value I flowing through the inverter circuit
  • the horizontal axis represents time t.
  • the smoothing circuit is provided with one electrolytic capacitor as a smoothing capacitor.
  • the smoothing circuit smoothes the output of the rectifier circuit and inputs it to the inverter circuit.
  • the output of the rectifier circuit is not completely smoothed, and the pulsation voltage is input to the inverter circuit. This is the same as the case of the saw 100.
  • current I flowing through the inverter circuit macroscopically has a value substantially similar in shape to the waveform of the pulsating voltage V in the period T 1, but shown in solid lines in FIG. 6A As can be seen, it fluctuates microscopically in a short cycle.
  • the electrolytic capacitor has a larger capacitance than a size and a low impedance in a low frequency region, for example, the output of the rectifier circuit can be smoother than a film capacitor of the same size. That is, the electrolytic capacitor smoothes the macroscopic current waveform having the power supply frequency.
  • the electrolytic capacitor has a large internal parasitic resistance and a large impedance in a high frequency region. Therefore, the electrolytic capacitor has a low high-frequency component absorption performance, and it is difficult to smooth an instantaneous surge current that is generated due to factors such as the operating state of the generator that is a power supply and the power supply situation. Therefore, as shown by the solid line in FIG. 6A, the current I flowing through the inverter circuit in the electric circular saw as a comparative example includes an instantaneous surge current.
  • the smoothing circuit 92 is provided with a film capacitor 922 in addition to the electrolytic capacitor 921.
  • the film capacitor 922 has a very small capacitance and a large impedance in the low frequency region. Therefore, when comparing the waveforms of the broken lines in FIGS. 6A and 6B, the macroscopic current waveform having the power supply frequency hardly changes due to the provision of the film capacitor 922.
  • the film capacitor 922 has a characteristic that impedance in a high frequency region is small. Therefore, the film capacitor 922 has high absorption performance of high frequency components, and can smooth the instantaneous surge current generated in FIG. 6A as shown by the solid line in FIG. 6B. Therefore, in the electric circular saw 100 according to the present embodiment, the current I flowing through the inverter circuit 93 is suppressed from generating a peak current due to a surge current as compared with the case of the conventional electric circular saw.
  • an inrush current often occurs immediately after a switch is turned on and a motor is started.
  • the inrush current is a peak current having a very high current value at a high frequency.
  • a similar peak current is also generated when the current value jumps at the peak of the power supply frequency waveform.
  • the surge current suddenly generated when the generator is used as a power source is a peak current having a very high current value at a high frequency, like the inrush current.
  • the smoothing circuit 92 with the film capacitor 922 in addition to the electrolytic capacitor 921, it becomes possible to smooth the high-frequency current, so that the generation of peak current is effectively suppressed. be able to.
  • the switch 924 is disposed between the electrolytic capacitor 921 and the film capacitor 922.
  • the electrolytic capacitor 921 is disposed between the rectifier circuit 91 and the switch 924
  • the film capacitor 922 is disposed between the switch 924 and the inverter circuit 93.
  • the switch 924 when the switch 924 is turned off, the energy accumulated in the coils U, V, and W is added to the inverter circuit 93.
  • the inverter circuit also when the switch 924 is turned off. Since the film capacitor 922 is arranged so as to be connected to 93, the energy is absorbed by the film capacitor 922. Therefore, breakage of switching elements Q1 to Q6 can be suppressed.
  • the electric circular saw 100 As described above, in the electric circular saw 100 according to the first embodiment, two small capacitors having different characteristics, that is, the electrolytic capacitor 921 and the film capacitor 922 are provided in the smoothing circuit 92.
  • the peak current can be efficiently suppressed without providing a large smoothing capacitor. Therefore, the electric circular saw 100 having a small size and good workability can be realized.
  • the switch 924 between the electrolytic capacitor 921 and the film capacitor 922, welding of the switch 924 can be prevented, and breakage of the switching elements Q1 to Q6 mounted on the inverter circuit 93 can be suppressed. . Therefore, the life of the electric circular saw 100 is improved.
  • the electric circular saw 200 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the smoothing circuit 292 is provided with two film capacitors 925 and 926.
  • symbol is attached
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the electric circular saw 200 according to the second embodiment.
  • the electric circular saw 200 includes a motor 1, a trigger 3 a, and a control unit 209.
  • the control unit 209 includes a rectifier circuit 91, a smoothing circuit 292, an inverter circuit 93, a calculation unit 94, a current detection resistor 95, and a constant voltage power supply circuit 296.
  • the rectifier circuit 91, the inverter circuit 93, the calculation unit 94, and the constant voltage power circuit 296 are mounted on the control board 8.
  • the smoothing circuit 292 is disposed between the rectifier circuit 91 and the inverter circuit 93, smoothes the input voltage from the rectifier circuit 91, and outputs the smoothed voltage to the inverter circuit 93.
  • the smoothing circuit 292 includes a film capacitor 925, a film capacitor 926, and a switch 927.
  • Each of the film capacitors 925 and 926 is a nonpolar capacitor, and as shown in FIG. 7, the film capacitor 925 is connected to the input side from the rectifier circuit 91 in a state of being connected in parallel to each other, and the film capacitor 926 Is connected to the output side to the inverter circuit 93.
  • the film capacitors 925 and 926 are small capacitors each having a capacitance of 4.7 ⁇ F.
  • the film capacitors 925 and 926 are arranged in a space between the control board 8 and the front portion of the board housing portion 2b and connected to the control board 8 as in the case of the first embodiment. At this time, the film capacitors 925 and 926 are disposed within the dimensions of the board plane of the control board 8. Further, the height dimensions of the film capacitors 925 and 926 (the dimensions in the front-rear direction of the electric circular saw 200) are approximately the same as the dimensions of the circuit elements projecting on the control board 8 in the projecting direction.
  • the switch 927 is disposed between the film capacitor 925 and the film capacitor 926, and is turned on based on the input of the start signal from the trigger 3a, and is turned off based on the input stop of the start signal.
  • the switch 927 is housed inside the handle 3 as in the first embodiment.
  • the constant voltage power supply circuit 296 is connected to the output side of the rectifier circuit 91, and includes a diode 961, a capacitor 962, a capacitor 966, an IPD circuit 963, a capacitor 964, and a regulator 965.
  • the constant voltage power supply circuit 296 is a circuit for supplying a stabilized reference voltage to the arithmetic unit 94 and the like based on the output from the rectifier circuit 91.
  • the smoothing circuit 292 is provided with only two film capacitors 925 and 926 having a small electrostatic capacity. Therefore, as in the first embodiment, the smoothing circuit 292 does not completely smooth the input voltage from the rectifying circuit 91 and has a minimum value smaller than the induced voltage V 1 generated in the coil of the motor 1.
  • the pulsating voltage V is output.
  • the pulsating voltage V has the power supply frequency of the commercial AC power supply 300.
  • the inverter circuit 93 and the motor 1 the pulsation while the voltage value of the voltage V current flows in the period T 1 is larger than the induced voltage V 1, the period in which the voltage value of the pulsating voltage V is the induced voltage V 1 or less T In the second current does not flow. That is, the current I flowing through the inverter circuit 93 is macroscopically a pulsating current having the power supply frequency of the commercial AC power supply 300.
  • the two film capacitors 925 and 926 provided in the smoothing circuit 292 have a small electrostatic capacity, a small impedance in a high frequency region, and a high absorption performance of a high frequency component. Therefore, the smoothing circuit 292 smoothes the instantaneous surge current. Therefore, in electric circular saw 200 according to the present embodiment, generation of peak current can be suppressed by smoothing circuit 292.
  • a switch 927 is disposed between the two film capacitors 925 and 926.
  • the film capacitor 925 is disposed between the rectifier circuit 91 and the switch 927
  • the film capacitor 926 is disposed between the switch 927 and the inverter circuit 93.
  • the inrush current when the inrush current is output from the rectifier circuit 91 when the switch 927 is turned on and the motor 1 is started, the output current from the rectifier circuit 91 is not directly input to the switch 927, and the film capacitor 925 is Therefore, the inrush current can be absorbed by the film capacitor 925. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of problems such as welding of the contacts of the switch 927.
  • the film capacitor 926 is disposed so as to be connected to the inverter circuit 93 even when the switch 927 is turned off, the energy accumulated in the coils U, V, and W is absorbed by the film capacitor 926. . Therefore, breakage of switching elements Q1 to Q6 can be suppressed.
  • the two small film capacitors 925 and 926 are provided in the smoothing circuit 292, it is not necessary to provide a large smoothing capacitor having a large capacitance. The peak current can be suppressed. Therefore, the electric circular saw 200 having a small size and good workability can be realized.
  • the switch 927 between the two film capacitors 925 and 926, it is possible to prevent the switch 927 from being welded and to suppress the breakage of the switching elements Q1 to Q6 mounted on the inverter circuit 93. . Therefore, the life of the electric circular saw 200 is improved.

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Abstract

工具本体を大型化することなくピーク電流を抑制可能な電動工具を提供する。モータ（１）と、交流電圧を整流して出力する整流回路（９１）と、整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路（９２）と、スイッチング動作を行うことにより、平滑回路（９２）の出力をモータ（１）に供給するインバータ回路（９３）とを備える電動丸鋸（１００）において、互いにインピーダンスの異なる電解コンデンサ（９２１）とフィルムコンデンサ（９２２）とを並列に接続して、平滑回路（９２）内に配置する。

Description

電動工具
本発明は、ブラシレスモータを駆動源とする電動工具に関する。
従来、ブラシレスモータを駆動源とし、交流電圧を整流する整流回路と、ブラシレスモータに電圧を供給するインバータ回路との間に、静電容量の小さな平滑コンデンサが設けられた小型の電動工具が知られている（下記特許文献１参照）。
特開２０１２－１９６７２５号公報
近年、小型で且つ出力の大きな電動工具が求められている。しかしながら、出力の大きな電動工具では、通常よりも過負荷領域での実用作業の場合、電流のピーク値、すなわちピーク電流が高くなってしまう。その結果、例えばインバータ回路に実装されるスイッチング素子や、モータ、スイッチ等の部品の破損や、電源となる発電機や電動工具に搭載された過電流保護回路の作動による工具の駆動停止等の不具合が発生するという問題があった。
ピーク電流を抑制するためには、静電容量の大きな平滑コンデンサを使用することが考えられるが、この場合、工具本体が大型化してしまうという問題があった。
かかる課題に鑑み、本発明は、工具本体を大型化することなくピーク電流を抑制可能な電動工具を提供することを目的とする。　また、本発明は、工具本体を大型化することなくピーク電流を抑制可能で、製品寿命の向上を図ることが可能な電動工具を提供することを他の目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る電動工具は、ブラシレスモータと、交流電圧を整流して出力する整流回路と、整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、スイッチング動作を行うことにより、平滑回路の出力をブラシレスモータに供給するインバータ回路と、を備え、平滑回路は、並列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを有し、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサは異なるインピーダンスを有することを特徴とする。
かかる構成によれば、インピーダンスの異なる２つのコンデンサが平滑回路に設けられるので、出力の大きな電動工具においても、工具本体を大型化せずともピーク電流を効率的に抑制可能となる。したがって、ブラシレスモータへの安定した電圧の供給が可能となり、作業性が向上される。
上記した電動工具において、第１のコンデンサは、有極性コンデンサであり、第２のコンデンサは、無極性コンデンサであることが好ましい。
かかる構成によれば、有極性コンデンサはサイズに比して静電容量が大きいため、工具本体を大型化せずとも必要な静電容量を得ることが可能となる。また、無極性コンデンサは、高周波成分の吸収性能が高いため、瞬間的なピーク電流の発生を抑制可能となる。
また、有極性コンデンサは、電解コンデンサであり、無極性コンデンサは、フィルムコンデンサであることが好ましい。
かかる構成によれば、電解コンデンサに加えてフィルムコンデンサが設けられるので、ピーク電流を効率的に抑制可能となる。
第１のコンデンサの容量は、第２のコンデンサの容量よりも大きいことが好ましい。
かかる構成によれば、容量の異なる２つのコンデンサが平滑回路に設けられるので、ピーク電流を効率的に抑制可能となる。
上記した電動工具において、ブラシレスモータは、誘起電圧を発生する固定子巻線を有し、平滑回路は、誘起電圧の電圧値よりも小さな最小値を有する脈動電圧を出力することが好ましい。
かかる構成によれば、平滑回路のコンデンサ容量は、整流回路の出力を完全には平滑せず、平滑回路の出力電圧値が固定子巻線に発生する誘起電圧の電圧値よりも大きくなる期間ではブラシレスモータに電流が流れ、小さくなる期間ではブラシレスモータに電流が流れなくなるような脈動電圧を出力する小さな容量である。したがって、平滑回路の小型化が可能となり、電動工具本体の大型化の抑制が可能となる。
また、作業者が操作可能な操作部と、整流回路とインバータ回路との間に設けられ、操作部の操作に基づきオン・オフされるスイッチと、を更に備え、スイッチは、第１のコンデンサとインバータ回路との間に配置されていることが好ましい。
かかる構成によれば、整流回路からの出力電流は、第１のコンデンサを介してスイッチに入力されるので、ブラシレスモータの起動時に突入電流が発生した場合も、第１のコンデンサにより電流のピーク値が抑制され、当該突入電流がスイッチに直接入力されることを防止可能となる。したがって、スイッチの溶着等の発生を防止可能となり、スイッチ及び工具の寿命が向上される。
スイッチは、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間に配置され、第２のコンデンサは、スイッチとインバータ回路との間に配置されていることが好ましい。
かかる構成によれば、スイッチとインバータ回路との間に第２のコンデンサが設けられるので、スイッチのオフ時におけるインバータ回路への入力電圧の跳ね上がりを抑制可能となる。したがって、インバータ回路に実装されるＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子や、ブラシレスモータ等の破損を抑制可能となる。
また、インバータ回路のスイッチング動作を制御する制御手段と、操作部の操作に基づきオン・オフ信号を制御手段に出力する信号出力部と、を更に備えることが好ましい。
かかる構成によれば、操作部の操作に伴い、確実にブラシレスモータの駆動を開始及び停止可能となるので、良好な作業性の確保が可能となる。
制御手段は、ブラシレスモータに流れる電流値が閾値を超えていると判断した場合、操作部の操作にかかわらず、スイッチング動作を停止させるべくインバータ回路を制御することが好ましい。
かかる構成によれば、過電流によるブラシレスモータの焼損等の発生を防止可能となり、工具の寿命が向上される。
上記した電動工具において、整流回路、平滑回路及びインバータ回路を搭載する基板を更に備えることが好ましい。この場合、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサは、基板に電気的に接続され、基板の寸法内に配置されると共に、基板から突設される回路素子と同程度の高さ寸法を有することが好ましい。
かかる構成によれば、基板上又は基板近傍に小さなコンデンサを配置した構成となるため、コンパクトな電動工具の提供が可能となる。
本発明に係る電動工具は、ブラシレスモータと、交流電圧を整流して出力する整流回路と、整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、スイッチング動作を行うことにより、平滑回路の出力をブラシレスモータに供給するインバータ回路と、を備え、平滑回路は、並列に接続された２つのコンデンサと、２つのコンデンサ間に配置されるスイッチと、を有することを特徴とする。
かかる構成によれば、整流回路とスイッチとの間にコンデンサが設けられ、整流回路からの出力電流はコンデンサを介してスイッチに入力されるので、ブラシレスモータの起動時に突入電流が発生した場合も、コンデンサにより電流のピーク値が抑制され、当該突入電流がスイッチに直接入力されることを防止可能となる。したがって、スイッチの溶着などの発生を防止可能となり、スイッチ及び工具の寿命が向上される。また、スイッチとインバータ回路との間にもコンデンサが設けられるので、スイッチのオフ時におけるインバータ回路の電圧の跳ね上がりを抑制可能となる。したがって、インバータ回路に実装されるＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのスイッチング素子や、ブラシレスモータ等の破損を抑制可能となり、製品寿命の向上を図ることができる。
上記した電動工具において、コンデンサは、フィルムコンデンサであることが好ましい。
かかる構成によれば、２つのフィルムコンデンサが平滑回路に設けられるので、ピーク電流の効率的な抑制が可能となる。
また、ブラシレスモータは、誘起電圧を発生する固定子巻線を有し、平滑回路は、誘起電圧の電圧値よりも小さな最小値を有する脈動電圧を出力することが好ましい。
かかる構成によれば、平滑回路のコンデンサ容量は、整流回路の出力を完全には平滑せず、平滑回路の出力電圧値が固定子巻線に発生する誘起電圧の電圧値よりも大きくなる期間ではブラシレスモータに電流が流れ、小さくなる期間ではブラシレスモータに電流が流れなくなるような脈動電圧を出力する小さな容量である。したがって、平滑回路の小型化が可能となり、電動工具本体の大型化の抑制が可能となる。
また、作業者が操作可能な操作部を更に備え、スイッチは、操作部の操作に基づきオン・オフされることが好ましい。
かかる構成によれば、操作部の操作に伴い、確実にブラシレスモータの駆動を開始及び停止可能となるので、良好な作業性の確保が可能となる。
また、インバータ回路のスイッチング動作を制御する制御手段と、操作部の操作に基づきオン・オフ信号を制御手段に出力する信号出力部と、を更に備えることが好ましい。
かかる構成によれば、操作部の操作に伴い、確実にブラシレスモータの駆動を開始及び停止可能となるので、良好な作業性の確保が可能となる。
制御手段は、ブラシレスモータに流れる電流値が閾値を超えていると判断した場合、操作部の操作にかかわらず、スイッチング動作を停止させるべくインバータ回路を制御することが好ましい。
かかる構成によれば、過電流によるブラシレスモータの焼損等の発生を防止可能となり、工具の寿命が向上される。
本発明に係る電動工具によれば、工具本体を大型化することなくピーク電流の抑制が可能となる。　また、本発明に係る他の電動工具によれば、工具本体を大型化することなくピーク電流を抑制可能で、製品寿命の向上を図ることができる。
本発明の実施の形態に係る電動丸鋸の外観を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る電動丸鋸のハウジング内部を示す平面図であり、図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。 第１の実施の形態に係る電動丸鋸の電気的構成を示す回路図である。 制御基板の構成を示す平面図であり、図１のＩＶ－ＩＶ断面図である。 平滑回路の出力電圧値及びインバータ回路に流れる電流値の時間変化を示す説明図である。（ａ）は平滑回路の出力電圧値の時間変化を示し、（ｂ）はインバータ回路に流れる電流値の時間変化を示す。 比較例である電動丸鋸におけるインバータ回路に流れる電流値の時間変化を示す説明図である。 第１の実施の形態に係る電動丸鋸におけるインバータ回路に流れる電流値の時間変化を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る電動丸鋸の電気的構成を示す回路図である。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。ここでは、本発明を電動丸鋸に適用した場合を例に、説明を行う。尚、各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。また、各実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、各実施の形態に記載されるすべての特徴やその組み合わせ等は、必ずしも本質的なものであるとは限らない。
まず、本発明の実施の形態に係る電動丸鋸の構成について、図１及び図２に基づき説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電動丸鋸の外観を示す側面図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る電動丸鋸のハウジング内部を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る電動丸鋸１００は、ハウジング２、ハンドル３、鋸刃４、ソーカバー５及びベース６を備えており、ベース６を木材等の被切断材上で摺動させて鋸刃４の回転により被切断材を切断する工具である。説明の便宜のため、図面において、図中に示す前を前方向、後を後方向、上を上方向、下を下方向と定義し、後方向から見て右を右方向、左を左方向と定義する。
電動丸鋸１００において、ハウジング２は、例えば樹脂製であり、モータ１及び制御基板８を内部に収容する。ハウジング２には、また、商用交流電源や発電機等に接続するための図示せぬ電源コードが設けられる。
モータ１は、ブラシレスモータであり、鋸刃４を回転駆動する駆動源であるモータ１は、図２に示されるように、ハウジング２内部の左側中央部分に画成されたモータ収容部２ａ内に収容される。モータ１は、回転軸１ａを有し、当該回転軸１ａの軸方向が左右方向と一致するように配置される。
制御基板８は、ハウジング２内部の左側後方部分に画成された基板収容部２ｂ内に収容される。制御基板８は、基板平面がモータ１の回転軸１ａの軸方向に略平行になるように配置される。制御基板８には、モータ１の動作を制御するための制御部（後述）が搭載される。制御基板８は、本発明の基板に相当する。
ハンドル３は、ユーザが電動丸鋸１００を使用する際に把持する部分であり、ハウジング２と一体もしくは別部材として連結して設けられる。また、ハンドル３には、図１に示されるように、モータ１の駆動を制御するためのトリガ３ａが設けられる。トリガ３ａは、ハンドル３内部においてスイッチ（後述）と、またハウジング２内部において制御基板８と、それぞれ電気的に接続されており、ユーザがトリガ３ａを上方に押し込むことによって、モータ１を始動させる始動信号（オン信号）がスイッチ及び制御基板８に出力される。トリガ３ａは、本発明の操作部及び信号出力部に相当する。
鋸刃４は、円板形状をなし、ハウジング２の右側において、モータ１の回転軸１ａと同軸に回転可能に支持される。
ソーカバー５は、例えば金属製であり、鋸刃４の外縁に沿う側面視において円弧形状をなし、ハウジング２の右側に設けられ、鋸刃４の上側略半分を覆っている。また、ソーカバー５は、保護カバー５ａを備えている。保護カバー５ａは、例えば樹脂製であり、ソーカバー５の後方側に鋸刃４の外縁に沿って回動可能に設けられている。保護カバー５ａは、電動丸鋸１００が切断作業を行っていない状態では、鋸刃４の前方の一部を除く下側半部を覆っている。
ベース６は、例えばアルミ等の金属製の略矩形の板材である。ベース６は、ソーカバー５を介してハウジング２と連結される。ベース６の長手方向は、電動丸鋸１００の切断方向、すなわち図１及び図２に示す前後方向に一致する。また、ベース６の底面６ａは、被切断材との摺動面である。ベース６には、上下方向に貫通し前後方向に延びる図示せぬ開口部が形成されており、鋸刃４の下側部分が、当該開口部から底面６ａより下方に突出している。
次に、第１の実施の形態に係る電動丸鋸１００の回路構成について、説明する。図３は、第１の実施の形態に係る電動丸鋸１００の電気的構成を示す回路図である。電動丸鋸１００は、図３に示されるように、モータ１、トリガ３ａ及び制御部９を含んで構成される。
モータ１は、本実施の形態では３相のブラシレスモータから構成され、回転軸１ａ（図２）及び複数の永久磁石を備えるロータ１１と、当該ロータ１１と対向する位置に配置されるステータ１２とを含んで構成される。
ロータ１１は、Ｎ極及びＳ極を１組とした２組の永久磁石を含んで構成される。ロータ１１の永久磁石に対向する位置には、３つの磁気センサ１３が配置されている。磁気センサ１３は、例えばホール素子であり、ロータ１１の回転位置を検出し、位置信号を制御部９に出力する。
ステータ１２は、スター結線された３相のコイルＵ、Ｖ、Ｗにより構成される。コイルＵ、Ｖ、Ｗは、それぞれ制御基板８に接続される。モータ１において、ロータ１１が回転すると、ステータ１２の各コイルＵ、Ｖ、Ｗには誘起電圧が発生する。
制御部９は、図３に示されるように、整流回路９１、平滑回路９２、インバータ回路９３、演算部９４、電流検出抵抗９５及び定電圧電源回路９６を含んで構成される。これらのうち、整流回路９１、インバータ回路９３、演算部９４及び定電圧電源回路９６は、制御基板８に搭載される。図４は、制御基板８の平面図である。制御基板８には、図４に示されるように、基板平面上に複数の回路素子が突設される。
整流回路９１は、ダイオードブリッジ回路であり、図３に示されるように、入力側が例えば商用交流電源３００に接続され、出力側が平滑回路９２に接続される。整流回路９１は、商用交流電源３００から入力される交流電圧を全波整流し、平滑回路９２へ出力する。整流回路９１は、図４に示されるように、制御基板８に搭載される。
平滑回路９２は、図３に示されるように、整流回路９１とインバータ回路９３との間に配置され、整流回路９１からの入力電圧を平滑し、インバータ回路９３へ出力する。平滑回路９２は、本実施の形態では、電解コンデンサ９２１、フィルムコンデンサ９２２、放電用抵抗９２３及びスイッチ９２４を含んで構成される。
電解コンデンサ９２１は、有極性のコンデンサであり、図３に示されるように、整流回路９１からの入力側に接続される。電解コンデンサ９２１は、本発明の第１のコンデンサの相当し、本実施の形態では、静電容量が１５０～２００μＦの小型のコンデンサである。
電解コンデンサ９２１は、図２に示されるように、制御基板８と基板収容部２ｂの前側部分との間の空間に配置され、制御基板８に接続される。このとき、電解コンデンサ９２１は、図４に破線で示されるように、制御基板８の基板平面の寸法内に配置される。また、電解コンデンサ９２１の高さ寸法（電動丸鋸１００の前後方向における寸法）は、図２に示されるように、制御基板８上に突設された各回路素子の突設方向の寸法と同程度である。
フィルムコンデンサ９２２は、無極性のコンデンサであり、図３に示されるように、電解コンデンサ９２１に並列に接続され、平滑回路９２の入力側である整流回路９１と出力側であるインバータ回路９３との間で、インバータ回路９３側に配置される。フィルムコンデンサ９２２は、本発明の第２のコンデンサに相当し、本実施の形態では、静電容量が４．７μＦの小型のコンデンサである。
フィルムコンデンサ９２２は、図２に示されるように、制御基板８と基板収容部２ｂの前側部分との間の空間に配置され、制御基板８に接続される。このとき、フィルムコンデンサ９２２は、図４に破線で示されるように、制御基板８の基板平面の寸法内に配置される。また、フィルムコンデンサ９２２の高さ寸法（電動丸鋸１００の前後方向における寸法）は、図２に示されるように、制御基板８上に突設された各回路素子の突設方向の寸法及び電解コンデンサ９２１の高さ寸法と同程度である。
スイッチ９２４は、電解コンデンサ９２１とフィルムコンデンサ９２２との間に配置され、トリガ３ａからの始動信号の入力に基づきオンされ、始動信号の入力停止或いは始動停止信号（オフ信号）の入力に基づきオフされる。スイッチ９２４は、本実施の形態の電動丸鋸１００では、ハンドル３の内部に収容される（不図示）。
インバータ回路９３は、３相ブリッジ形式に接続された６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を含んで構成される。ここで、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、図４に示されるように、制御基板８に搭載される。インバータ回路９３は、図３に示されるように、平滑回路９２の出力側に接続され、スイッチング動作を行うことにより、モータ１のコイルＵ、Ｖ、Ｗに駆動電力を供給する。
演算部９４は、本発明の制御手段に相当し、本実施の形態ではマイクロコンピュータである。演算部９４は、図４に示されるように、制御基板８に搭載され、トリガ３ａの操作に伴い入力される始動信号に基づき、モータ１の回転方向や回転速度等を制御すべく、コイルＵ、Ｖ、Ｗへの通電方向及び通電時間を制御する。演算部９４は、インバータ回路９３の６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の各ゲートに接続され、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオン・オフするための駆動信号Ｈ１～Ｈ６を供給する。
ここで、インバータ回路９３の６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の各ドレイン又は各ソースは、モータ１のコイルＵ、Ｖ、Ｗに接続される。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、演算部９４から入力される駆動信号Ｈ１～Ｈ６に基づきスイッチング動作を行い、商用交流電源３００から整流回路９１及び平滑回路９２を介して供給された電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、モータ１のコイルＵ、Ｖ、Ｗに駆動電力を供給する。
電流検出抵抗９５は、モータ１及びインバータ回路９３に流れる電流を検出するための抵抗であり、図３に示されるように、平滑回路９２とインバータ回路９３との間に接続される。
演算部９４は、電流検出抵抗９５の両端の電圧を測定することにより、モータ１及びインバータ回路９３に流れる電流の値を検出する。演算部９４には、所定の閾値が予め設定されており、検出した電流値が閾値を超えると、モータ１の駆動を停止すべく、インバータ回路９３のスイッチング動作を停止させる。これにより、過電流がモータ１に流れることによる焼損等の発生が防止される。
定電圧電源回路９６は、図３に示されるように、整流回路９１の出力側に接続され、ダイオード９６１、コンデンサ９６２、ＩＰＤ回路９６３、コンデンサ９６４及びレギュレータ９６５を含んで構成される。定電圧電源回路９６は、整流回路９１からの出力に基づいて、演算部９４等へ安定化した基準電圧を供給するための回路である。定電圧電源回路９６の各部は、図４に示されるように、制御基板８に搭載される。
次に、本実施の形態に係る電動丸鋸１００の平滑回路９２について、更に詳しく説明する。　
図５は、平滑回路９２の出力電圧値及びインバータ回路９３に流れる電流値の時間変化を示す説明図である。図５（ａ）は平滑回路９２の出力電圧値の時間変化を示し、縦軸が平滑回路９２の出力電圧値Ｖを、横軸が時間ｔをそれぞれ表す。また、図５（ｂ）はインバータ回路９３に流れる電流値の時間変化を示し、縦軸がインバータ回路９３に流れる電流値Ｉを、横軸が時間ｔをそれぞれ表す。この電流値Ｉは、電流検出抵抗９５の両端の電圧を測定することにより検出される。
電動丸鋸１００は、他の電動工具（例えばインパクトドライバ等）に比較して大きな出力が必要となることから、整流回路９１から平滑回路９２に入力される電圧値も高くなっている。一方、本実施の形態の電動丸鋸１００では、平滑回路９２に設けられる電解コンデンサ９２１及びフィルムコンデンサ９２２は、何れも小型で静電容量が小さい。そのため、整流回路９１から平滑回路９２に入力される電圧は、完全には平滑されない。平滑回路９２は、図５（ａ）に示されるように、周期的に電圧値が変動する脈動電圧Ｖを出力する。ここで、脈動電圧Ｖは、商用交流電源３００の電源周波数を有する。
平滑回路９２から出力された脈動電圧は、インバータ回路９３を介してモータ１に供給される。モータ１では、電圧の供給に伴いロータ１１が回転駆動される。このとき、ステータ１２の各コイルには、誘起電圧Ｖ１が発生する。
平滑回路９２から出力される脈動電圧Ｖは、図５（ａ）に示されるように、コイルに発生する誘起電圧Ｖ１よりも小さな最小値を有する。そのため、インバータ回路９３には、脈動電圧Ｖの電圧値が誘起電圧Ｖ１よりも大きくなる期間Ｔ１では電流が流れる（Ｉ＞０）一方、脈動電圧Ｖの電圧値が誘起電圧Ｖ１以下となる期間Ｔ２では電流は流れない（Ｉ＝０）。そのため、インバータ回路９３に流れる電流Ｉの波形は、巨視的には、期間Ｔ１における脈動電圧Ｖの波形に略相似形となる。つまり、電流Ｉは、巨視的には、商用交流電源３００の電源周波数を有する脈動電流となる。
ところで、モータ１は、インバータ回路９３及びモータ１に電流が流れる期間Ｔ１において回転駆動されるため、電流が流れない期間Ｔ２においても慣性により回転している。このＶ＞Ｖ１となる期間Ｔ１が周期的に生じ、モータ１が周期的に駆動される場合、モータ１は、電流が流れる期間Ｔ１及び流れない期間Ｔ２を通じて、回転を継続することが可能となる。
次に、インバータ回路に流れる電流Ｉについて、図６Ａ及び図６Ｂに基づき更に詳しく説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、インバータ回路に流れる電流値Ｉの時間変化を示す説明図である。図６Ａは、比較例である電動丸鋸に対応する図であり、図６Ｂは、本実施の形態に係る電動丸鋸１００に対応する図である。図６Ａ及び図６Ｂの何れも、縦軸はインバータ回路に流れる電流値Ｉを表し、横軸は時間ｔを表す。
比較例となる電動丸鋸では、平滑回路には、平滑コンデンサとして１つの電解コンデンサが設けられる。平滑回路は、整流回路の出力を平滑して、インバータ回路に入力する。ここで、静電容量の小さな小型の電解コンデンサを用いた場合、整流回路の出力は完全には平滑されず、脈動電圧がインバータ回路に入力される点は、上記した本実施の形態の電動丸鋸１００の場合と同様である。
このとき、インバータ回路に流れる電流Ｉは、図６Ａに破線で示されるように、巨視的には期間Ｔ１における脈動電圧Ｖの波形に略相似形の値をとるが、図６Ａに実線で示されるように、微視的には短い周期で変動している。
電解コンデンサは、サイズに比して静電容量が大きく、低周波領域でのインピーダンスが小さいため、例えば同じサイズのフィルムコンデンサに比較して、整流回路の出力をより平滑可能である。つまり、電解コンデンサは、電源周波数を有する巨視的な電流波形を平滑する。
一方、電解コンデンサは、内部の寄生抵抗が大きく、高周波領域におけるインピーダンスが大きい。そのため、電解コンデンサは、高周波成分の吸収性能が低く、電源である発電機の動作状態や電源事情が要因となり発生する瞬間的なサージ電流を平滑することが困難である。したがって、図６Ａの実線で示されるように、比較例である電動丸鋸においてインバータ回路に流れる電流Ｉは、瞬間的なサージ電流を含んでいる。
これに対し、本実施の形態の電動丸鋸１００では、平滑回路９２には、電解コンデンサ９２１に加えて、フィルムコンデンサ９２２が設けられる。フィルムコンデンサ９２２は、静電容量が極めて小さく、低周波領域でのインピーダンスが大きい。したがって、図６Ａ及び図６Ｂの破線の波形を比較すると、電源周波数を有する巨視的な電流波形について、フィルムコンデンサ９２２を設けたことによる変化はほとんど見られない。
一方、フィルムコンデンサ９２２は、高周波領域におけるインピーダンスが小さいという特性を有する。そのため、フィルムコンデンサ９２２は、高周波成分の吸収性能が高く、図６Ｂに実線で示されるように、図６Ａで生じていた瞬間的なサージ電流を平滑することができる。したがって、本実施の形態に係る電動丸鋸１００においてインバータ回路９３に流れる電流Ｉは、従来の電動丸鋸の場合と比較して、サージ電流によるピーク電流の発生が抑制されている。
電動丸鋸では、例えば、スイッチをオンしてモータを起動した直後に、しばしば突入電流が発生することが知られている。ここで、突入電流とは、高周波数で電流値の極めて大きなピーク電流である。また、電源周波数の波形のピークにおいて電流値が跳ね上がった場合にも、同様のピーク電流が発生する。更に、発電機を電源として使用した場合に突発的に生じるサージ電流も、突入電流と同様に、高周波数で電流値の極めて大きなピーク電流である。本実施の形態の電動丸鋸１００では、電解コンデンサ９２１に加えてフィルムコンデンサ９２２を平滑回路９２に設けることにより、高周波数の電流を平滑可能となるので、ピーク電流の発生を効果的に抑制することができる。
また、本実施の形態の電動丸鋸１００では、図３に示されるように、スイッチ９２４が電解コンデンサ９２１及びフィルムコンデンサ９２２の間に配置されている。このように配置することにより、整流回路９１とスイッチ９２４との間に電解コンデンサ９２１が配置され、スイッチ９２４とインバータ回路９３との間にフィルムコンデンサ９２２が配置されることとなる。
したがって、スイッチ９２４をオンしてモータ１を起動した際に、整流回路９１の出力が大きくなった場合も、整流回路９１からの出力電流はスイッチ９２４に直接入力されず、電解コンデンサ９２１を介して入力されるので、スイッチ９２４の接点が溶着する等の不具合の発生を防止可能となる。
また、スイッチ９２４をオフした場合、コイルＵ、Ｖ、Ｗに蓄積されたエネルギーがインバータ回路９３に加わるが、本実施の形態の電動丸鋸１００では、スイッチ９２４がオフされた場合にもインバータ回路９３と接続されるように、フィルムコンデンサ９２２が配置されているため、前記エネルギーがフィルムコンデンサ９２２によって吸収される。したがって、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の破損を抑制可能となる。　
すなわち、本実施の形態の電動丸鋸１００では、トリガ３ａの操作を解除した際に、スイッチ９２４がオフされ、制御部９の指示にかかわらず確実にモータ１の駆動が停止される構成であって、スイッチ９２４及びインバータ回路９３の寿命を向上した構成を実現することができる。
以上のように、第１の実施の形態に係る電動丸鋸１００では、特性の異なる２つの小型コンデンサ、すなわち電解コンデンサ９２１及びフィルムコンデンサ９２２が平滑回路９２に設けられるので、大型で静電容量の大きな平滑コンデンサを設けずともピーク電流の効率的な抑制が可能となる。したがって、小型で且つ作業性の良好な電動丸鋸１００の実現が可能となる。
また、スイッチ９２４を電解コンデンサ９２１及びフィルムコンデンサ９２２の間に配置することにより、スイッチ９２４の溶着を防止可能となるとともに、インバータ回路９３に実装されるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の破損も抑制可能となる。したがって、電動丸鋸１００の寿命が向上される。
次に、第２の実施の形態に係る電動丸鋸２００について、説明する。本実施の形態に係る電動丸鋸２００は、平滑回路２９２に２つのフィルムコンデンサ９２５、９２６を設ける構成が、第１の実施の形態とは異なる。尚、第１の実施の形態と同一又は同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
図７は、第２の実施の形態に係る電動丸鋸２００の電気的構成を示す回路図である。電動丸鋸２００は、図７に示されるように、モータ１、トリガ３ａ及び制御部２０９を含んで構成される。
制御部２０９は、図７に示されるように、整流回路９１、平滑回路２９２、インバータ回路９３、演算部９４、電流検出抵抗９５及び定電圧電源回路２９６を含んで構成される。これらのうち、整流回路９１、インバータ回路９３、演算部９４及び定電圧電源回路２９６は、制御基板８に搭載される。
平滑回路２９２は、図７に示されるように、整流回路９１とインバータ回路９３との間に配置され、整流回路９１からの入力電圧を平滑し、インバータ回路９３へ出力する。平滑回路２９２は、本実施の形態では、フィルムコンデンサ９２５、フィルムコンデンサ９２６及びスイッチ９２７を含んで構成される。
フィルムコンデンサ９２５、９２６は、それぞれ無極性のコンデンサであり、図７に示されるように、互いに並列に接続された状態で、フィルムコンデンサ９２５が整流回路９１からの入力側に接続され、フィルムコンデンサ９２６がインバータ回路９３への出力側に接続される。本実施の形態では、フィルムコンデンサ９２５、９２６は、それぞれ、静電容量が４．７μＦの小型のコンデンサである。
また、フィルムコンデンサ９２５、９２６は、第１の実施の形態の場合と同様に、制御基板８と基板収容部２ｂの前側部分との間の空間に配置され、制御基板８に接続される。このとき、フィルムコンデンサ９２５、９２６は、制御基板８の基板平面の寸法内に配置される。また、フィルムコンデンサ９２５、９２６の高さ寸法（電動丸鋸２００の前後方向における寸法）は、制御基板８上に突設された各回路素子の突設方向の寸法と同程度である。
スイッチ９２７は、フィルムコンデンサ９２５とフィルムコンデンサ９２６との間に配置され、トリガ３ａからの始動信号の入力に基づきオンされ、始動信号の入力停止に基づきオフされる。スイッチ９２７は、第１の実施の形態と同様に、ハンドル３の内部に収容される。
定電圧電源回路２９６は、図７に示されるように、整流回路９１の出力側に接続され、ダイオード９６１、コンデンサ９６２、コンデンサ９６６、ＩＰＤ回路９６３、コンデンサ９６４及びレギュレータ９６５を含んで構成される。定電圧電源回路２９６は、整流回路９１からの出力に基づいて、演算部９４等へ安定化した基準電圧を供給するための回路である。
上記のように構成した電動丸鋸２００では、平滑回路２９２には、静電容量の小さな２つのフィルムコンデンサ９２５、９２６のみが設けられている。したがって、平滑回路２９２は、第１の実施の形態と同様に、整流回路９１からの入力電圧を完全には平滑せず、モータ１のコイルに発生する誘起電圧Ｖ１よりも小さな最小値を有する脈動電圧Ｖを出力する。ここで、脈動電圧Ｖは、商用交流電源３００の電源周波数を有する。また、インバータ回路９３及びモータ１には、脈動電圧Ｖの電圧値が誘起電圧Ｖ１よりも大きくなる期間Ｔ１では電流が流れる一方、脈動電圧Ｖの電圧値が誘起電圧Ｖ１以下となる期間Ｔ２では電流が流れない。つまり、インバータ回路９３に流れる電流Ｉは、巨視的には、商用交流電源３００の電源周波数を有する脈動電流となる。
ここで、平滑回路２９２に設けられる２つのフィルムコンデンサ９２５、９２６は、静電容量は小さい一方、高周波領域におけるインピーダンスが小さく、高周波成分の吸収性能が高い。そのため、平滑回路２９２は、瞬間的なサージ電流を平滑する。したがって、本実施の形態に係る電動丸鋸２００では、平滑回路２９２によりピーク電流の発生を抑制することが可能となる。
また、平滑回路２９２には、スイッチ９２７が２つのフィルムコンデンサ９２５、９２６の間に配置されている。このように配置することにより、整流回路９１とスイッチ９２７との間にフィルムコンデンサ９２５が配置され、スイッチ９２７とインバータ回路９３との間にフィルムコンデンサ９２６が配置されることとなる。
したがって、スイッチ９２７をオンしてモータ１を起動した際に、整流回路９１から突入電流が出力された場合も、整流回路９１からの出力電流はスイッチ９２７には直接入力されず、フィルムコンデンサ９２５を介して入力されるので、突入電流をフィルムコンデンサ９２５において吸収可能となる。したがって、スイッチ９２７の接点が溶着する等の不具合の発生を防止可能となる。
また、スイッチ９２７がオフされた場合にもインバータ回路９３と接続されるように、フィルムコンデンサ９２６が配置されているため、コイルＵ、Ｖ、Ｗに蓄積されたエネルギーがフィルムコンデンサ９２６によって吸収される。したがって、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の破損を抑制可能となる。
以上のように、第２の実施の形態に係る電動丸鋸２００では、２つの小型のフィルムコンデンサ９２５、９２６が平滑回路２９２に設けられるので、大型で静電容量の大きな平滑コンデンサを設けずともピーク電流の抑制が可能となる。したがって、小型で且つ作業性の良好な電動丸鋸２００の実現が可能となる。
また、スイッチ９２７を２つのフィルムコンデンサ９２５、９２６の間に配置することにより、スイッチ９２７の溶着を防止可能となるとともに、インバータ回路９３に実装されるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の破損も抑制可能となる。したがって、電動丸鋸２００の寿命が向上される。
以上、本発明の実施の形態に基づき説明したが、本発明は上述の実施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。
１…モータ、３ａ…トリガ、８…制御基板、９１…整流回路、９２，２９２…平滑回路、９３…インバータ回路、９４…演算部、１００，２００…電動丸鋸、９２１…電解コンデンサ、９２２…フィルムコンデンサ、９２４，９２７…スイッチ、９２５，９２６…フィルムコンデンサ

Claims (16)

  1. ブラシレスモータと、交流電圧を整流して出力する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、スイッチング動作を行うことにより、前記平滑回路の出力を前記ブラシレスモータに供給するインバータ回路と、を備え、前記平滑回路は、並列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを有し、前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサは異なるインピーダンスを有することを特徴とする電動工具。
  2. 前記第１のコンデンサは、有極性コンデンサであり、前記第２のコンデンサは、無極性コンデンサであることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
  3. 前記有極性コンデンサは、電解コンデンサであり、前記無極性コンデンサは、フィルムコンデンサであることを特徴とする請求項２記載の電動工具。
  4. 前記第１のコンデンサの容量は、前記第２のコンデンサの容量よりも大きいことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の電動工具。
  5. 前記ブラシレスモータは、誘起電圧を発生する固定子巻線を有し、前記平滑回路は、前記誘起電圧の電圧値よりも小さな最小値を有する脈動電圧を出力することを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の電動工具。
  6. 作業者が操作可能な操作部と、前記整流回路と前記インバータ回路との間に設けられ、前記操作部の操作に基づきオン・オフされるスイッチと、を更に備え、前記スイッチは、前記第１のコンデンサと前記インバータ回路との間に配置されていることを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の電動工具。
  7. 前記スイッチは、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間に配置され、前記第２のコンデンサは、前記スイッチと前記インバータ回路との間に配置されていることを特徴とする請求項６記載の電動工具。
  8. 前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御する制御手段と、前記操作部の操作に基づきオン・オフ信号を前記制御手段に出力する信号出力部と、を更に備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の電動工具。
  9. 前記制御手段は、前記ブラシレスモータに流れる電流値が閾値を超えていると判断した場合、前記操作部の操作にかかわらず、前記スイッチング動作を停止させるべく前記インバータ回路を制御することを特徴とする請求項８記載の電動工具。
  10. 前記整流回路、前記平滑回路及び前記インバータ回路を搭載する基板を更に備え、前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサは、前記基板に電気的に接続され、前記基板の寸法内に配置されると共に、前記基板から突設される回路素子と同程度の高さ寸法を有することを特徴とする請求項１～９の何れか一項に記載の電動工具。
  11. ブラシレスモータと、交流電圧を整流して出力する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑して出力する平滑回路と、スイッチング動作を行うことにより、前記平滑回路の出力を前記ブラシレスモータに供給するインバータ回路と、を備え、前記平滑回路は、並列に接続された２つのコンデンサと、前記２つのコンデンサの間に配置されるスイッチと、を有することを特徴とする電動工具。
  12. 前記コンデンサは、フィルムコンデンサであることを特徴とする請求項１１記載の電動工具。
  13. 前記ブラシレスモータは、誘起電圧を発生する固定子巻線を有し、前記平滑回路は、前記誘起電圧の電圧値よりも小さな最小値を有する脈動電圧を出力することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電動工具。
  14. 作業者が操作可能な操作部を更に備え、前記スイッチは、前記操作部の操作に基づきオン・オフされることを特徴とする請求項１１～１３の何れか一項に記載の電動工具。
  15. 前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御する制御手段と、前記操作部の操作に基づきオン・オフ信号を前記制御手段に出力する信号出力部と、を更に備えることを特徴とする請求項１４記載の電動工具。
  16. 前記制御手段は、前記ブラシレスモータに流れる電流値が閾値を超えていると判断した場合、前記操作部の操作にかかわらず、前記スイッチング動作を停止させるべく前記インバータ回路を制御することを特徴とする請求項１５記載の電動工具。
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