CN101856810A

CN101856810A - 电动工具及其电机控制方法

Info

Publication number: CN101856810A
Application number: CN201010131724A
Authority: CN
Inventors: 森村好一郎; 扬原纪元
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: JP5234287B2; EP2239099A2; EP2239099B1; US8302701B2; US20100252287A1; JP2010240781A; EP2239099A3; CN101856810B

Abstract

本发明提供一种电动工具及其电机控制方法，该电动工具包括：电机、由上述电机驱动并且每旋转一周产生多次击打的油压产生部、检测上述油压产生部的一次击打中的击打角度的击打角度检测单元、检测在上述电机中流动的电流的电流检测单元、基于由上述击打角度检测单元检测出的击打角度和由上述电流检测单元检测出的电流判断击打不良的判断单元以及在上述判断单元判断出击打不良时减慢上述电机的旋转速度的旋转控制单元。

Description

电动工具及其电机控制方法

技术领域

本发明涉及油压产生部每旋转一周产生多次击打的电动工具及其电机控制方法。

背景技术

作为电动工具的电动式冲击紧固工具，一般都具有油压产生部每旋转一周产生一次击打力的机构(参见专利文献1)。而且，在电动工具中，为了防止产生大的振动及反作用力，无刷DC电机直接连接于油压脉冲单元(oil pulse unit)(参见专利文献2)。

另一方面，在作为空气压力驱动工具的脉冲扳手中存在如下工具：通过压缩空气旋转的油压产生部每旋转一周产生两次的冲击力(以下也称为“1周击打2次”)(参见专利文献3)。另外，由于“1周击打2次”是以小转矩多次击打，所以在击打时可以防止起子等与螺钉等分离(以下称为“脱出”)，作业效率良好。

即，“1周击打2次”的工具能够进行顺利的紧固作业，使用性良好。

专利文献1：US2009/0133894

专利文献2：日本JP-A-2006-102826

专利文献3：日本-JP-A-4-111779

但是，如专利文献3所示地采用“1周击打2次”的工具，与“1周击打1次”的工具相比，适用于估计为低载荷的旋转速度慢的作业。原因在于，当“1周击打2次”的工具和“1周击打1次”的工具在能力上具有相同的击打机构时，虽然“1周击打2次”的工具的1次击打力是“1周击打1次”的工具的1次击打力的一半，“1周击打2次”的工具的击打频率是“1周击打1次”的工具的击打频率的2倍。即，在“1周击打2次”的工具中，由于在高负荷下的作业过程中击打频率变高导致油压产生机构的响应性变差等原因，有时会产生击打不良。在这里，击打频率是油压产生部的油油压缩产生的冲击时的频率。

发明内容

根据本发明的一个以上实施例，提供了一种可抑制击打不良的继续的、油压产生部每旋转一周进行多次击打的类型的电动工具及其电机控制方法。

根据本发明的一个以上实施例，电动工具包括：电机、由上述电机驱动并且每旋转一周产生多次击打的油压产生部、检测上述油压产生部的一次击打中的击打角度的击打角度检测单元、检测在上述电机中流动的电流的电流检测单元、基于由上述击打角度检测单元检测出的击打角度和由上述电流检测单元检测出的电流判断击打不良的判断单元以及在上述判断单元判断出击打不良时减慢上述电机的旋转速度的旋转控制单元。

而且，根据本发明的一个以上实施例，在通过电机旋转的油压产生部每旋转一周产生多次击打的电动工具中，电机检测上述油压产生部的一次击打中的击打角度，检测在上述电机中流动的电流，基于所检测出的击打角度和所检测出的电流判断击打不良，在判断出击打不良时减慢上述电机的旋转速度，由此进行控制。

在上述电动工具及其电机控制方法中，基于油压产生部的1次击打中的击打角度和与电机的负荷转矩具有正比例关系的负荷电流判断击打不良，在击打不良时减慢电机的旋转速度，由此可以抑制击打不良的继续。即，根据本发明的实施例涉及的电动工具及其电机控制方法，由于如上所述地可以防止击打不良，所以作业效率提高，并且可以进行顺利的紧固作业，电动工具的使用性提高。

其他特征及效果可以由实施例的记载及权利要求书获知。

附图说明

图1是本发明涉及的第1实施例的电动工具(油压脉冲起子)的剖面图。

图2是图1所示的油压脉冲产生装置的剖面图。

图3是沿着图2的3-3线的剖面图。

图4是表示图3中的油压脉冲产生装置的旋转一周的动作的视图。

图5是图1所示的电动工具的框图。

图6是关于图1所示的电动工具的击打控制模式的流程图。

图7A是1次击打中的脉冲图。

图7B是表示电机的旋转角度及击打角度的视图。

图8是用于说明正常击打及击打不良的不同的视图。

图9是用于说明正常击打及击打不良的不同的视图。

图10是表示90mm螺钉旋转的状态的视图。

图11是表示1周击打2次及1周击打1次中的振动的不同的视图。

图12是本发明涉及的第2实施例的电动工具的框图。

具体实施方式

<第1实施例>

以下，作为示例，将作为本发明的第1实施例的电动工具及其电机控制方法用于图1所示的1周击打多次(在本例中为1周击打2次)的油压脉冲起子进行说明。

(油压脉冲起子的简略结构)

如图1所示，油压脉冲起子10包括：作为电源的充电电池12、作为驱动单元的无刷DC电机(以下也简称为“电机”)14、对电机14的旋转进行减速的减速机构16、接受减速机构16的输出而产生油压脉冲的油压脉冲产生机构18、传递由油压脉冲产生机构18产生的旋转击打力的主轴20及扳机杆22。另外，主轴20上安装有未图示的起子批头等。此外，以可装拆的方式配置充电电池12。

(关于油压脉冲产生机构的结构)

基于图2及图3，对关于油压脉冲产生机构的结构进行说明。如图2所示，油压脉冲产生机构18在油压产生部壳体23内设置油压产生部24，将主轴20插入到油压产生部24内并使油压产生部可以相对主轴20旋转。在油压产生部24的两端，以在油压产生部24内填充有用于产生转矩的油压的状态下由油压产生部板25A及25B密封油压的方式配置。另外，油压产生部壳体23及油压产生部24相互结合，两者通过电机14的旋转而一体旋转。

如图3所示，在油压产生部24的内部形成断面呈椭圆形的油压产生部室26。在油压产生部24的内部，将通过弹簧28配置的一对叶片29插入到主轴20的相对的一对槽27中。叶片29在弹簧28的作用力下与油压产生部室26的内表面抵接的同时进行移动。在主轴20上，一对密封部20A、20B突出设置于一对叶片29之间。在油压产生部24的内周面上，四个密封部24A、24B、24C、24D突出设置于断面呈椭圆形的短轴的两端及长轴的两端。如图4所示，当油压产生部24相对主轴旋转一周时，经过两次，油压产生部室26被密闭区划成两个高压室H和两个低压室L(参见图3)。

另外，图4的(1)至(5)表示油压产生部24与主轴20的相对角度从0度到180度的状态，图4的(6)至(11)表示油压产生部24与主轴20的相对角度从180度到380度的状态。在图4的(3)及(4)中，由主轴20进行冲击脉冲产生的第1次击打，在图4的(8)及(9)中进行第2次击打。即，在油压产生部24相对主轴20旋转一周的期间，进行2次击打(旋转1周击打2次)。另外，本实施例的油压脉冲产生机构与现有的公知机构相同，因而省略以上的详细说明。

(关于油压脉冲起子的控制系统的结构)

如图5所示，油压脉冲起子包括：充电电池12、电机驱动器13、电机14以及CPU30。作为判断单元及旋转控制单元的CPU30包括非易失性存储器32、电流检测部34及电压控制部36，并控制油压脉冲起子10的整体动作。作为记录单元的存储器32具有用于存储控制各种处理的程序的存储区域和用于读写各种数据的记录区域，在此记录区域中记录运算数据等。另外，CPU30连接于充电电池12而外加电压。

如图2所示，电流从旋转中的电机14被输入到电流检测部34，充电电池12的电压被输入到作为电压检测单元的电压控制部36。电压控制部36基于输入到电流检测部34的电流(即负荷转矩)及输入到电压控制部36的电压将电机14的预定驱动电压输出到电机驱动器13。

在这里，将电机14设为无刷电机是基于如下理由。由于无刷电机的转子的惯性力矩比有刷电机小，所以在采用1周击打2次类型的油压脉冲产生机构时，电机的旋转速度变化也较小。即，在无刷电机中，虽然因负荷变动引起的旋转速度变化较大地输出，但是在1周击打2次类型的油压脉冲产生机构中，其负荷变动小，所以因负荷变动引起的旋转速度变化也较小。

(本实施例的作用)

基于图6所示的流程图说明关于击打控制模式的处理。当对扳机杆22进行拉动操作而接通未图示的开关时，CPU30通过下载程序而执行图1所示的油压脉冲起子10的处理。所执行的处理程序由图6的流程图表示，这些程序预先存储于存储器32(参见图5)的程序区域中。本程序是电机14(参见图5)的旋转中的处理。

另一方面，如图8所示，当击打频率达到一定值以上例如50(次/s)以上时，会产生击打不良。这时，击打1次的前进角度比正常击打小。即，如图9所示，产生了如下现象：正常击打时，击打1次的前进角度小时，对电机14的负荷大；击打不良时，尽管击打角度小，但对电机14的负荷小。

因此，在每次击打的前进角度(以下也称为击打角度)小、且消耗电流小时(即，电机14的负荷小时)，产生击打不良。本实施例中，作为判断击打不良的要素，根据上述的击打角度及消耗电流是否在阈值以下进行判断。另外，若产生击打不良，则电机14的旋转速度上升、且消耗电流也变小，因而击打不良继续发生。

(击打控制模式)

在图6所示的步骤100中，CPU30检测电机14的旋转速度。如图7A所示，根据脉冲间的宽度L2的时间t计算(与“检测”同义)旋转速度。在步骤102中，CPU30基于在步骤100中检测出的旋转速度(即，旋转速度的脉动)检测击打角度。电机14前进的角度(也包括击打角度)是根据图7A所示的每击打1次输出的脉冲数计算并判断的。即，如图7B所示，CPU30通过从电机14前进的角度θ3(该角度变动)中减去电机14空转的角度θ4(该角度一定)而计算螺钉前进的击打角度θ5(该角度变动)。

在步骤104中，CPU30基于从存储器32读取的阈值例如60度判断在步骤102中检测出的击打角度是否在阈值以下。当在步骤104中为否定时、即在阈值以上时，CPU30判断为例如将螺钉等打入负荷低的材料中，返回步骤100。当在步骤104中为肯定时、即在阈值以下时，在步骤106中，CPU30的电流检测部34检测电机14的消耗电流Iad。

在步骤108中，判断在步骤106中检测出的消耗电流是否为阈值例如16A以下。当在步骤108中为否定时、即在阈值以上时，由于电机14的负荷在规定值以上，所以CPU30判断为正常击打，返回步骤100。当在步骤108中为肯定时、即在阈值以下时，由于电机14的负荷在规定值以下，所以CPU30判断为击打不良，通过电压控制部30减慢电机14的旋转速度。

在电机14旋转的期间，反复执行本程序的处理。另外，上述程序的处理流程(参见图3)是一例，可以在不脱离本发明主旨的范围内适当变更。例如，也可以在步骤102中检测击打频率(在这种情况下，也基于击打频率判断击打角度)，并在步骤104中判断击打频率是否在规定值以上例如50(次/s)以上。当在规定值以上时，前进至步骤106。

根据本实施例，基于油压产生部24击打1次的击打角度及与电机14的负荷转矩成正比例关系的负荷电流判断击打不良，在击打不良时减慢电机14的旋转速度，所以可以抑制击打不良的继续。即，根据本实施例，由于可以如上所述地防止击打不良，所以作业效率良好，并且可以进行顺利的紧固作业，油压脉冲起子10的使用性良好。另外，根据本实施例，由于1周击打2次是以小转矩多次击打，所以击打时可以防止脱出。

在这里，关于90mm螺钉的紧固时的击打，如图10所示，与1周击打1次类型相比，1周击打2次类型油压脉冲产生机构的每击打1次的时间较短，所以转矩力变弱，打入感良好。而且，关于图1所示的油压脉冲起子10的振动，如图11所示，与1周击打1次类型相比，1周击打2次类型油压脉冲产生机构较小，所以使用感觉良好。另外，图11中的3种的1周击打1次类型表示出油压脉冲产生机构分别不同的油压脉冲起子的例子。

此外，电压控制部36也可以基于输入到电流检测部34的电流计输入到电压控制部36的电压将与电机14的最佳旋转速度对应的驱动电压输出到电机驱动器13。在这种情况下，由于图1所示的充电电池12的电压不会对电机14的旋转造成影响，所以特别是可以防止充满电时的击打不良的产生。在这里，最佳旋转速度是指：即使电机14的负荷转矩变化也可以最为高效地进行击打等作业的旋转速度。

<第2实施例>

以下，以图12所示的油压脉冲起子的框图说明作为本发明的第2实施例的电动工具及其电机控制方法。另外，对与上述第1实施例基本相同的部分标注相同的附图标记，省略并简化说明，主要对不同的部分进行说明。

作为旋转控制单元的CPU40包括非易失性存储器42、电流检测部44及旋转速度控制部46，并控制图1所示的油压脉冲起子10的整体动作。作为记录单元的存储器42具有用于存储控制各种处理的程序的存储区域和用于读写各种数据的记录区域，在该记录区域中记录上述的击打角度及消耗电流的阈值数据等。

如图12所示，电流Iad从旋转中的电机14被输入到电流检测部44，当前的电机旋转速度被输入给旋转速度控制部46。CPU40的旋转速度控制部46基于击打角度及输入给电流检测部44的电机14的负荷电流判断是否为击打不良。于是，当判断为击打不良时，旋转速度控制部46根据当前的旋转速度计算电机输出电压，并输出给电机驱动器13。

旋转速度控制部46也可以基于输入到电流检测部44的电机14的负荷电流及充电电池12的电压计算目标旋转速度，并且根据计算出的目标旋转速度与当前旋转速度之差计算电机输出电压，并输出给电机驱动器13。在这种情况下，旋转速度控制部46例如基于PI控制(比例-积分控制)进行控制，以使电机14的旋转速度达到目标旋转速度。即，也可以不是根据负荷电流直接计算电机驱动电压，而是根据电机14的负荷电流及充电电池的电压暂时计算目标旋转速度，并基于上述的旋转速度差最终计算出电机输出电压。

电机14的旋转速度例如是基于旋转中的电机14的反电动势或旋转传感器(霍尔传感器、编码器)检测出的。其他结构及作用效果与第1实施例相同。

在上述各实施例中，虽然例示了电动工具为1周击打2次的油压脉冲起子，但是本发明也可以适用于例如1周击打2次以上的油压脉冲起子、其他冲击起子等电动拧紧工具。此外，本发明还适用于利用商业电源作为电源的电动工具。

Claims

1.一种电动工具，其包括：

电机、

由上述电机驱动并且每旋转一周产生多次击打的油压产生部、

检测上述油压产生部的一次击打中的击打角度的击打角度检测单元、

检测在上述电机中流动的电流的电流检测单元、

基于由上述击打角度检测单元检测出的击打角度和由上述电流检测单元检测出的电流判断击打不良的判断单元以及

在上述判断单元判断出击打不良时减慢上述电机的旋转速度的旋转控制单元。

2.一种电动工具的电机控制方法，所述电动工具的通过电机旋转的油压产生部每旋转一周产生多次击打，

检测上述油压产生部的一次击打中的击打角度，

检测在上述电机中流动的电流，

基于所检测出的击打角度和所检测出的电流判断击打不良，

在判断出击打不良时减慢上述电机的旋转速度。