电动作业机的制作方法

本发明涉及一种电动作业机，该电动作业机具有在马达的驱动停止后产生制动力的制动功能。

背景技术：

以往，已知一种在电动工具等电动作业机中，具备在停止了作为动力源的马达的驱动时，制动电流流入马达而使马达迅速停止的制动功能的装置(例如，参照专利文献1)。

根据这种电动作业机，能够在使用者关闭操作开关而停止了马达的驱动时，防止如砂轮、旋转刀具这样的前端工具因惯性而继续旋转，提高安全性。

专利文献1：日本专利第5777924号公报

另外，虽然上述制动功能可以如专利文献1所记载的那样由向马达流入制动电流而产生制动力的电路、对马达的旋转轴直接施加制动力的制动装置来实现，但是若这些制动部发生故障，则无法产生所希望的制动力。

而且，例如，若在马达的驱动停止时所产生的制动力升高则前端工具会发生紧急制动，因此会给使用者带来不适感，根据不同的情况，也会出现前端工具的固定松动的情况。另外，若在马达的驱动停止时所产生的制动力降低，则无法使前端工具的旋转迅速停止而无法充分发挥制动功能。

技术实现要素：

本公开的一个方面的电动作业机，优选能够对在马达的驱动停止时产生制动力的制动部发生了故障这一情况进行检测，进而将该故障报告给使用者。

本公开的一个方面的电动作业机具备：马达；驱动部，其驱动马达；制动部，若由驱动部进行的马达的驱动结束则制动部产生制动力使马达的旋转停止；以及故障判定部。

而且，故障判定部在由驱动部进行的马达的驱动停止后，检测马达的减速度，并基于该检测出的减速度来判断制动部是否发生故障。

因此，根据本公开的电动作业机，能够通过故障判定部检测制动部的故障，进而能够将该故障报告给使用者。

这里，故障判定部也可以构成为在马达的减速度超过预先设定的上限值，且马达紧急减速时，判断为制动部发生故障。

另外，故障判定部也可以构成为在马达的减速度低于预先设定的下限值，且无法对马达进行充分制动时，判断为制动部发生故障。

另外,故障判定部也可以构成为若判断为制动部发生故障，则报告制动部的故障，或者构成为禁止由驱动部进行的所述马达的驱动。

此外，在故障判定部检测出制动部的故障时，若立刻禁止由驱动部进行的马达的驱动，则无法实施使用电动作业机的作业。因此，故障判定部也可以构成为在检测出制动部的异常时，在一定期间内允许由驱动部进行的马达的驱动，并在经过了一定期间后，禁止由驱动部进行的马达的驱动。

另外，故障判定部也可以构成为以规定间隔对马达的转速进行取样，并根据最新的取样结果与规定期间之前的取样结果的差来检测马达的减速度。

这样一来，通过适当地设定减速度的检测所使用的两个取样结果的间隔(换言之为时间差)，能够不受马达的旋转变动的影响就检测出与制动部产生的制动力对应的减速度。因此，在该情况下，能够根据检测出的减速度更加准确地判断制动部的故障。

附图说明

图1是表示实施方式的交流驱动方式的砂轮机的结构的外观图。

图2是表示图1所示的砂轮机的驱动系统整体的结构的框图。

图3是表示由图2所示的mcu执行的故障判定处理的流程图。

图4是对故障判定所使用的减速度以及故障判定动作进行说明的时序图。

图5是表示直流驱动方式的电动作业机的驱动系统的结构的框图。

附图标记说明：

2…砂轮机；4…马达壳体；6…齿轮壳体；8…后盖；9…电源线；10…交流电源；12…主轴；14…内凸缘；16…前端工具；18…锁紧螺母；20、60…马达；22…电枢；24、26…励磁绕组；30…操作开关；32、34…驱动开关；36…双向晶闸管；38…fet；39、66…熔断器；40…控制器；42…驱动电路；44、74…转速检测电路；46、72…开关检测电路；48…零交叉检测电路；52…电源电路；54…制动控制电路；56…电流检测电路；58…显示部；62…驱动用开关元件；64…制动用开关元件；c1…电容器；d1、d2、68…二极管；r1…电流检测用电阻器。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的砂轮机2以马达壳体4、齿轮壳体6以及后盖8为主体而构成。

马达壳体4是大致呈圆筒形状的壳体，收容有马达20。马达20以旋转轴与马达壳体4的中心轴平行的方式收纳于马达壳体4内，并且其旋转轴的一端向齿轮壳体6侧突出。

并且，马达20的旋转轴经由设置于齿轮壳体6内的齿轮机构与从齿轮壳体6向外部突出的主轴12连结。

主轴12以中心轴与马达20的旋转轴正交的方式，设置为能够在齿轮壳体6内旋转，齿轮壳体6内的齿轮机构使用锥齿轮等构成，以便将马达20的旋转转换为主轴12的旋转。此外，由于齿轮机构是与普通的砂轮机相同的结构，所以此处省略详细的说明。

接下来，在从齿轮壳体6突出的主轴12设置有用于对圆板状的前端工具16的位置进行决定并固定的内凸缘14。在主轴12的比内凸缘14更靠前端的一侧，螺合有用于在与内凸缘14之间夹持前端工具16的锁紧螺母18。

因此，在内凸缘14与锁紧螺母18之间设置前端工具16，通过将锁紧螺母18向内凸缘14侧拧紧，能够将前端工具16牢靠地固定。此外，在本实施方式的砂轮机2中，能够利用研磨砂轮、切割砂轮、钢丝刷等作为前端工具16。

另外，在齿轮壳体6，在主轴12的突出部分周围固定有轮罩19，该轮罩19用于保护使用者免受进行磨削、研磨、切断等作业时所产生的被加工材料、前端工具16的碎片的飞散的伤害。

另外，在齿轮壳体6的侧壁形成有把手安装用的孔7，以能够外置供使用者用手把持的把手。

接下来，后盖8设置于马达壳体4的与齿轮壳体6相反的一侧，并从与齿轮壳体6相反的一侧的后端引出用于从作为交流电源10(参照图2)的商用电源接受电力供给的电源线9。

此外，电源线9在前端具备能够与交流电源10的插座连接的电源插头，通过将该电源插头插入插座，能够从交流电源10对砂轮机2供给交流电力。

另外，在后盖8内收纳有控制器40(参照图2)，该控制器40用于利用从交流电源10供给的交流电力来驱动控制马达20。并且，在马达壳体4的侧壁设置有用于导通/切断用于从交流电源10向马达20进行电力供给的通电路径的操作开关30。

马达20是具有根据旋转相位来切换流向电枢的电流，并用于将旋转力矩保持在恒定方向的机械式整流子以及电刷的整流子电动机(所谓的带刷马达)，在本实施方式中，使用单相串励整流子电动机(所谓的通用马达)。

控制器40具备一对驱动开关32、34，该一对驱动开关32、34分别设置于与构成马达20的一对励磁绕组(所谓励磁线圈)24、26彼此的连接点相反侧(即励磁绕组24、26的两端)。

该一对驱动开关32、34与操作开关30的操作连动，并在未对操作开关30进行操作时(关闭状态)，切换至接点a侧，若操作开关30被操作(打开状态)，则切换至接点b侧。

然后，在操作开关30成为打开状态，驱动开关32、34切换至接点b侧时，励磁绕组24经由驱动开关32与交流电源10的一端连接，励磁绕组26经由驱动开关34与电枢22连接。

此外，电枢22是所谓的衔铁，在本实施方式中为包含整流子的部件。并且，在电枢22的与励磁绕组26相反侧经由双向晶闸管36与交流电源10的另一端连接。

因此，在驱动开关32、34被切换至接点b侧的驱动位置时，形成由交流电源10、双向晶闸管36、电枢22、励磁绕组26、24构成的马达20的驱动电流路径。并且，若双向晶闸管36处于打开状态，则驱动电流流入电枢22以及励磁绕组26、24，使马达20单向旋转。

此外，双向晶闸管36是由电流驱动型的半导体元件构成的公知部件，在本实施方式中，用于在操作开关30处于打开状态时，控制向马达20流入的通电电流(驱动电流)。

另一方面，若操作开关30成为关闭状态，驱动开关32、34被切换至接点a侧(制动位置)，则励磁绕组24、26以与马达20驱动时相反的方向与电枢22连接。

即，在与交流电源10连接的电枢22的一端侧经由驱动开关34连接有励磁绕组26，在马达20驱动时与励磁绕组26连接的电枢22的另一端侧经由驱动开关32连接有励磁绕组24。

另外，在连接电枢22的一端与驱动开关34的接点a的路径上，从电枢22侧起依次设置有二极管d1、fet38、电流检测用电阻器r1以及熔断器39。

二极管d1是用于制动电流从电枢22流入驱动开关34侧的元件，fet38是用于使该电流路径导通/切断的元件。另外，电流检测用电阻器r1是用于检测流过该电流路径的制动电流的元件，熔断器39是用于在该电流路径流过规定值以上的电流时熔断来切断电流路径的元件。

另外，二极管d1与fet38之间的电流路径经由电荷存储用的电容器c1与电枢22的另一端连接，电枢22的另一端经由二极管d2与fet38和电流检测用电阻器r1之间的电流路径连接。

此外，二极管d2的阳极与电枢22的另一端(换言之为驱动开关32的接点a)直接连接，阴极与fet38和电流检测用电阻器r1之间的电流路径直接连接。

另外，在二极管d1和fet38之间的电流路径、与二极管d2和fet38-电流检测用电阻器r1间的电流路径之间连接有制动控制电路54，该制动控制电路54用于从这些各电流路径接受电力供给来对fet38进行驱动控制。

该制动控制电路54与电流检测电路56连接，该电流检测电路56根据电流检测用电阻器r1的两端电压来检测电流并将检测信号输出至制动控制电路54。

制动控制电路54在驱动开关32、34处于接点a侧的制动位置时，经由电流检测电路56检测流入励磁绕组24、26的制动电流，并切换fet38的打开/关闭状态，以便使该电流值成为所希望的电流值。

其结果为，在操作开关30从打开状态切换为关闭状态时，制动电流流入马达20，且经由制动控制电路54来对该电流值进行控制。此外，关于该制动控制电路54的控制动作，在专利文献1中详细地进行了说明，因此在此省略详细的说明。

接下来，控制器40具备用于驱动双向晶闸管36的驱动电路42、用于检测马达20的转速(详细而言为旋转速度)的转速检测电路44、开关检测电路46、以及零交叉检测电路48。

开关检测电路46是用于检测操作开关30的打开状态的电路，构成为根据驱动开关32与励磁绕组24的连接部分的电压变化来检测操作开关30已成为打开状态这一情况。

另外，零交叉检测电路48是用于检测由交流电源10供给的交流电压的零交叉点的电路，构成为与驱动开关32的接点b和交流电源10之间的通电路径连接，并根据该路径的电压变化来检测零交叉点。

驱动电路42、转速检测电路44、开关检测电路46以及零交叉检测回路48与作为控制部的mcu(microcontrolunit：微控制单元)50连接。mcu50是具备cpu、rom、ram等的公知元件，并从电源电路52接收驱动电压(直流恒压)来进行动作。

此外，电源电路52根据由交流电源10供给的交流电力来生成驱动电压(直流恒压)，并供给至以mcu50为代表的控制器40的内部电路。由此，即使操作开关30处于关闭状态，控制器40也能够从交流电源10接受电力供给来动作。另外，mcu50还与用于显示砂轮机2的状态的显示部(led等)58连接。

mcu50在操作开关30处于打开状态时，通过根据预先设定的驱动速度调整从由零交叉检测电路48检测出的零交叉点到打开双向晶闸管36为止的时间，来控制马达电流。

另外，若将操作开关30从打开状态切换为关闭状态，则mcu50在马达20的旋转停止之前的期间，使制动控制电路54动作来使马达20产生制动力。

而且，在这样使马达20产生制动力时，基于来自转速检测电路44的输出来监视马达20的减速状态(减速度)，若马达20的减速度偏离允许范围，则判定制动系统的故障。

以下，根据图3所示的流程图，对这样在mcu50中执行的控制处理进行说明。

如图3所示，mcu50首先在s110中，通过判断操作开关30是否处于打开状态，来等待操作开关30成为打开状态。然后，若在s110中判断为操作开关30处于打开状态，则移至s120，通过使驱动电路42驱动双向晶闸管36，来开始马达20的驱动，并开始由转速检测电路44进行的转速的检测。

此外，如图4所示，该转速的检测通过按每一规定的取样时间ts对由转速检测电路44检测出的马达20的转速(详细而言为旋转速度)n进行取样，并将过去一定期间的量的该取样结果存储至ram来执行。

如此，若在s120中开始马达20的驱动及其旋转检测，则移至s130，这次，通过判断操作开关30是否成为关闭状态，来等待操作开关30成为关闭状态。

然后，若在s130中判断为操作开关30已成为关闭状态，则移至s140，停止由驱动电路42进行的马达20的驱动，并开始由制动控制电路54进行的制动控制。

接下来，在s150中，从通过在s120中开始的马达20的旋转检测取样出的旋转检测数据中读取最新的转速n2以及在一定时间之前取样出的转速n1，并计算其差(n1-n2)作为马达20的减速度。

接下来，在s160中，判断在s150中计算出的减速度(n1-n2)是否处于由预先设定的上限值/下限值规定的允许范围内。然后，如图4的上段所例示的那样，若减速度(n1-n2)处于允许范围内，则判断为制动控制正常进行，并移至s170。

在s170中，根据马达20的最新的转速n2判断马达20的旋转是否已停止，若马达20的旋转停止，则判断为马达20的驱动/停止正常实施，并正常结束该控制处理。此外，在结束后，再次移至s110，等待下一次操作操作开关30。

接下来，若在s170中判断为马达20的旋转未停止(换言之，马达20为减速中)，则再次移至s150，计算马达20的减速度，并在s160中判断该减速度是否处于允许范围内。

在s160中，判断为马达20的减速度未处于允许范围内的情况下，移至s180，如图4的中段所例示的那样判断减速度(n1-n2)是否超过上限值。

而且，在马达20的减速度超过上限值的情况下，移至s190，判断为由于马达20的制动故障而紧急制动马达20，并存储该意思。

此外，在s190以及后述的s220中的制动故障的存储可以仅暂时存储于构成mcu50的ram，也可以存储于构成mcu50内的rom的非易失性存储器，以便能够事后确认故障历史记录。

这样，若在s190中检测出制动故障(紧急制动)，则移至s200，通过在显示部58显示该意思来报告制动故障，并在s210中禁止了之后的马达20的驱动后，异常结束该控制处理。

此外，在该异常结束后，由于马达20的驱动被禁止，所以至少直到向mcu50的电源供给被切断并重新启动为止，即使使用者操作操作开关30也不会实施该控制处理，保持马达20的停止状态。

接下来，在s180中判断为马达20的减速度未超过上限值的情况下，即，如图4的下段所示在减速度(n1-n2)低于下限值的情况下，移至s220。

在s220中，判断为由于马达20的制动故障导致马达20不能制动，并存储该意思。然后，像这样，若在s220中检测出制动故障(不能制动)，则移至s230，并通过在显示部58显示该意思来报告制动故障，在s240中判断是否设定了马达20的驱动禁止。

若在s240中判断为未设定马达20的驱动禁止，则结束该控制处理。另外，若在s240中判断为设定了马达20的驱动禁止，则以从本次检测出制动故障开始经过一定时间后禁止马达20的驱动的方式进行定时，并结束该控制处理。

这样，在本实施方式中，若在s220中检测出制动故障(不能制动)，则报告制动故障(不能制动)后，结束该控制处理，或者在进一步地对马达20的驱动禁止时机进行定时后，结束该控制处理。

这是因为，即使发生制动故障(不能制动)，也能够经由作为驱动部的双向晶闸管36以及驱动电路42来驱动马达20，并且若停止由驱动部进行的马达20的驱动，则能够使马达20的旋转停止。

即，在本实施方式中，由于在发生了制动故障(不能制动)时，将该意思报告给使用者，所以使用者能够确认在马达20的驱动停止时不能够产生制动力，马达20停止需要时间这一情况。并且，由于使用者能够在确认了该状态的基础上，使马达20旋转，所以能够在考虑安全的基础上继续实施使用了砂轮机2的作业。

另外，在本实施方式中，设定为在经过一定时间后禁止马达20的驱动，从而能够在使用了砂轮机2的作业结束后，禁止马达20的驱动。因此，也能够抑制不知道发生了制动故障的使用者使用砂轮机2。

另一方面，在发生了使马达20紧急制动的制动故障时，不仅向使用者报告制动故障，还立刻禁止马达20的驱动。这是因为考虑到若在马达20停止时马达20紧急减速，则主轴12也紧急减速，锁紧螺母18对前端工具16的拧紧会松弛。

即，在本实施方式中，通过在由于制动故障马达20被紧急制动的情况下，禁止之后的马达20的驱动，来防止在锁紧螺母18对前端工具16的拧紧松弛时马达20被驱动这一情况。

这样，根据本实施方式的砂轮机2，能够在作为制动部的fet38、制动控制电路54、或者它们的周边电路发生异常时，检测制动故障并报告给使用者，并根据需要，禁止马达20的驱动。由此，根据本实施方式，能够防止由于制动故障而无法使用砂轮机2这一情况，并能够提高砂轮机2的使用时的安全性。

此外，在本实施方式中，在由mcu50执行的控制处理中的s150～s250的处理是本公开的故障判定部的一个例子。

以上，虽然对本公开的一个实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述实施方式，能够采取各种方式。

例如，在上述实施方式中，对马达20由单相串励整流子电动机构成，控制器40从交流电源10接受电力供给来控制马达20的驱动的方式进行了说明。

但是，本公开的技术例如也能够与上述实施方式同样地应用于如图5所示的电动作业机，该电动作业机构成为作为马达60具备带刷的直流马达，并利用由电池等直流电源供给的直流的电源电压vdc来驱动马达60。

即，在图5中，马达60与作为驱动部的驱动用开关元件62串联连接。并且，若通过开关检测电路72检测出操作开关(省略图示)成为了打开状态，则mcu70通过使驱动用开关元件62导通，来使驱动电流流入马达60，使马达60单向旋转。

另外，马达60分别与作为制动部的制动用开关元件64与熔断器66的串联电路、以及回流用的二极管(所谓的续流二极管)68以并联的方式连接。并且，若通过开关检测电路72检测出操作开关从打开状态变化到关闭状态，则mcu70使驱动用开关元件62关闭，并使制动用开关元件64打开。其结果为，制动电流流入马达60，产生制动力。

而且，即使在像这样构成的电动作业机中，只要将来自检测马达60的转速的转速检测电路74的检测信号输入至mcu70，mcu70执行图3所示控制处理，就能够得到与上述实施方式相同的效果。

另一方面，在上述实施方式中，作为对马达20的转速进行取样，并根据最新的取样值(转速n2)与规定时间之前的取样值(转速n1)的差求出马达20的减速度的情况进行了说明。

但是，马达20的减速度例如也可以根据主轴12的转速来计算，也可以使用加速度传感器等来检测减速度。即，马达20的减速度也可以利用以往已知的各种方法来求出。

另外，在上述实施方式中，虽然对在马达20的减速度处于由上限值/下限值设定的允许范围外的情况下，判定为制动故障的情况进行了说明，但也可以仅在减速度超过上限值时，判定为制动故障。另外，相反地，也可以仅在减速度低于下限值时，判定为制动故障。并且，在判定出制动故障时，也可以仅将制动故障报告给使用者，或者也可以仅停止马达的驱动。

另外，在上述实施方式中，对马达的制动功能通过使制动电流流入马达绕组，并使马达产生制动力来实现这一情况进行了说明，但也可以构成为通过在马达设置制动用的绕组来实现制动功能。另外，也可以构成为使用对马达的旋转轴直接施加制动力的制动装置来实现制动功能。

再者，在上述实施方式中，虽然列举了砂轮机2作为电动作业机的一个例子，但本公开的电动作业机只要具有在作为动力源的马达停止时产生制动力的制动功能即可，例如，也可以是石匠用的电动工具、金属制造用的电动工具、木工用的电动工具、园艺用的电动工具等。

更具体而言，本公开能够适用于电动锤、电动锤钻、电钻、电动螺丝刀、电动扳手、电动研磨机、电动往复锯、电动锯、电动锤、电动切割机、电锯、电刨、电动钉枪(包括图钉器)、电动绿篱修剪机、电动剪草机、电动草坪剪、电动割草机、电动吸尘器、电动鼓风机等电动作业机。

另外，也可以通过多个构成要素来实现上述实施方式中的一个构成要素所具有的多个功能、或者通过多个构成要素来实现一个构成要素所具有的一个功能。另外，也可以通过一个构成要素来实现多个构成要素所具有多个功能、或者通过一个构成要素来实现由多个构成要素实现的一个功能。并且，也可以省略上述实施方式的结构的一部分。另外，也可以将上述实施方式的结构的至少一部分附加给其他的上述实施方式的结构或将上述实施方式的结构的至少一部分置换为其他的上述实施方式的结构。此外，仅通过权利要求书所记载的语句来确定的技术思想所包含的全部方式都是本发明的实施方式。

另外，本公开的技术除了电动作业机之外，还能够通过以下各种方式来实现：以电动作业机为构成要素的系统、用于使计算机作为电动作业机来发挥功能的程序、记录有该程序的半导体存储器等非过渡现实记录介质、电动作业机的控制方法等。