CN102802878A

CN102802878A - 电动工具

Info

Publication number: CN102802878A
Application number: CN2011800132931A
Authority: CN
Inventors: 宫崎博; 清水秀规; 河合启; 冈田昌彰
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: EP2554334A4; EP2554334A1; WO2011118475A1; CN102802878B; JP5476177B2; EP2554334B1; JP2011201006A; US8847532B2; US20130015789A1

Abstract

一种电动工具配置有：作为电源的能够移除的电池组(2)；作为动力源的马达(M)；驱动单元，其被所述马达驱动；作为操作输入单元的开关(SW)；以及控制电路CPU，用于根据所述开关的操作，来进行所述马达的驱动控制。所述电动工具还具有：电源连接单元，用于选择性地连接额定输出电压不同的多个类型的电池组；以及识别部件，用于识别所连接的电池组的类型。所述控制电路被配置成基于所述识别部件所提供的所连接的电池组的类型信息，对所述马达的输出进行限制。

Description

电动工具

技术领域

本发明通常涉及电动工具，尤其涉及包括可移除的电池组作为电源的电动工具。

背景技术

通常，电动工具包括具有适合于期望用途的输出的马达。然后，在电动工具包括可移除的电池组作为电源的情况下，该电池组具有与上述马达的输出相对应的电压和容量。由于该原因，在存在多个不同类型的电动工具的情况下，这意味着还存在具有与各电动工具相对应的电压和容量的多个不同类型的电池组。

关于这多个不同类型的电池组，日本特许公开2002-027675号公报公开了一种电动工具，其中该电动工具用于在满足与电压有关的某些条件下，即使电池组不是本来的对应电池组也能够使用该电池组。

在上述文献中，在与电动工具相对应的本来的电池组的额定输出电压为A、并且其它电池组的额定输出电压为A以下的情况下，也可以将这些其它电池组安装至电动工具并进行使用。

但是，电动工具无法使用额定输出电压比本来的电池组高的上位电池组，并且从安全性的观点而言期望如此。然而，在本来的电池组已耗尽并且周围仅存在上位电池组且用户期望使用该上位电池组仅进行短时间的工作的情况下，该电动工具无法满足用户的要求。

当然，在电动工具被配置成能够同样使用上位电池组的情况下，该电动工具可以满足用户的要求。然而，在安装该上位电池组且长时间使用的情况下，马达可能由于温度上升而容易发生故障，或者使用者可能由于该工具的温度上升而感到不舒适或者可能被该工具灼伤手。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动工具，其中该电动工具可以通过扩大可利用的电池组的范围来提高便利性，并且同时也可以确保安全性。

本发明的电动工具，包括：电池组，其作为电源并且能够装卸；马达，其作为动力源；驱动单元，其被所述马达驱动；开关，其作为操作输入单元；以及控制电路，用于根据所述开关的操作，来进行所述马达的驱动控制，其中，所述电动工具还包括：电源连接单元，其使得能够选择性地连接额定输出电压不同的多个类型的电池组；以及识别部件，用于识别所连接的电池组的类型，其中，所述控制电路基于所述识别部件所提供的所连接的电池组的类型信息，对所述马达的输出进行限制。

在该结构中，由于所述控制电路被配置为基于所述识别部件所提供的所连接的电池组的类型信息来对所述马达的输出进行限制，因此电动工具也可以使用额定输出电压比本来的匹配电池组高的电池组。此外，该电动工具可以避免由于连接有额定输出电压较高的电池组而导致所述马达的温度上升超过容许值的可能性。然后，由于可以使用额定输出电压不同的多个类型的电池组，因此该电动工具可以提高便利性，并且同时也可以确保高的安全性和耐久性。

优选地，在所连接的电池组的类型信息表示低电压型的情况下，所述控制电路不对所述马达的输出进行限制，以及在所连接的电池组的类型信息表示高电压型的情况下，所述控制电路对所述马达的输出进行限制。

此时，优选地，所述电动工具还包括负荷检测部件，所述负荷检测部件用于检测所述马达的负荷，其中，在所连接的电池组的类型信息表示高电压型、并且所述负荷检测部件检测到的负荷高的情况下，所述控制电路对所述马达的输出进行限制。此外，优选地，所述控制电路将检测到高负荷的情况下所提供的所述马达的输出抑制为与所连接的电池组的类型信息表示低电压型的情况下所提供的所述马达的输出同等的输出。

优选地，在所连接的电池组的类型信息表示高电压型的情况下，所述控制电路将所述马达的转数限制为预定值以下。

优选地，所述马达是无刷马达，以及所述控制电路通过改变所述马达驱动时的叠加通电角和超前角至少之一，来对所述马达的输出进行限制。

附图说明

现在将进一步详细说明本发明的优选实施例。通过以下的详细说明以及附图将更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：

图1是示出根据本发明实施例的电动工具的块电路图；

图2是示出马达的NT特性和IT特性的说明图；

图3是示出根据本发明实施例的控制电路进行输出限制的一个示例时的NT特性和IT特性的说明图；

图4是示出根据本发明实施例的控制电路进行输出限制的另一示例时的NT特性和IT特性的说明图；

图5是示出根据本发明实施例的控制电路进行输出限制的又一示例时的NT特性和IT特性的说明图；

图6是示出根据本发明实施例的控制电路进行输出限制的又一示例时的NT特性和IT特性的说明图；

图7A是示出3相无刷马达的120°通电的电路图；

图7B是示出3相无刷马达的叠加通电(overlappingconduction)的电路图；

图8是示出3相无刷马达的120°通电和叠加通电的时序图。

图9是示出与120°通电和叠加通电有关的NT特性的说明图；以及

图10是示出根据本发明实施例的控制电路进行输出限制的再一示例时的NT特性和IT特性的说明图。

具体实施方式

以下将基于本发明的实施例进行说明。电动工具包括：电动工具主体1，其内置有作为驱动源的马达M；以及可移除的电池组2，其作为电源进行工作(参见图1)。该电动工具还包括：控制电路CPU，用于控制马达M的工作；驱动用的开关元件Q1；转数传感器NS；以及温度传感器TS。温度传感器TS配置在开关元件Q1和马达M附近。

控制电路CPU从转数传感器NS获得转数信息，从温度传感器TS获得温度信息，并根据电流感测电阻器Rc两端的电压检测马达M的负荷作为负荷电流值。然后，控制电路CPU被配置为对所安装的电池组2的类型信息以及带载时的电池电压进行检测。

关于电池组2，存在如下的多个类型的电池组，其中各个电池组内置有串联连接的多个电池C并且可以连接至电动工具主体1的相同的连接端子，并向电动工具主体1供给电源。然后，各电池组2具有不同数量的电池C，并且包括阻抗值与电池C的数量(串联连接数量)相对应的电阻器R2。在电池组2安装至电动工具主体1的情况下，电动工具主体1内的控制电路CPU被配置为根据由电阻器R1和上述电阻器R2所提供的分压阻抗来识别所安装的具有不同数量的电池C的电池组2的类型。关于根据电池组2的电压值的差异所进行的类型识别，可以将与电池组2的各类型相对应的识别码写入电池组2侧所配置的非易失性存储器中。然后，在电池组2安装至电动工具主体1的情况下，还用作用于识别电池电压类型的识别部件的控制电路CPU可以通过读出上述识别码来进行识别。

如上所述，关于电池组2，存在各自具有不同数量的电池C的多个类型的电池组。然后，在任一电池组2连接至电动工具主体1的情况下，控制电路CPU根据触发开关SW的操作来通过驱动开关元件Q1而使马达M转动，由此使用者可以使用电动工具进行工作。然后，在将具有根据马达M的特性进行设置的额定输出电压的电池组2或者具有比该电池组2低的额定输出电压的电池组2安装至电动工具主体1的情况下，控制电路CPU利用正常控制来驱动马达M。

然而，在将额定输出电压比上述根据马达M的特性进行设置的额定输出电压高的电池组2安装至电动工具主体1的情况下，控制电路CPU根据上述识别信息检测到该情况，然后基于PWM控制进行马达M的输出限制。

图2示出马达M的转数-转矩(NT)特性和电流-转矩(IT)特性。在该图中，HNT表示以高电压进行驱动时所获得的NT特性，并且HIT表示以高电压进行驱动时所获得的IT特性。然后，LNT表示以低电压进行驱动时所获得的NT特性，并且LIT表示以低电压进行驱动时所获得的IT特性。以高电压进行驱动时所获得的转数和转矩大于以低电压进行驱动时所获得的转数和转矩，但该结果不仅使输出增大还使放热增大。

因此，在通常情况下，需要将马达M和驱动部分的结构设计成能够承受高电压。然而，这可能造成电动工具主体1的大型化。因此，在本实施例的电动工具中，在安装有高电压型的电池组2的情况下，通过PWM控制对输入电压的平均值进行控制，从而与安装有本来的电压型的电池组2时所设置的输入电压相同。

具体地，控制电路CPU获得电池组2的识别信息并测量马达电流和电池电压。然后，在低电压型的电池组2(即，规定的电池组2和额定输出电压比规定的电池组2低的电池组2)安装至电动工具主体1的情况下，控制电路CPU不特别进行限制。然后，在高电压型的电池组2(即，额定输出电压比规定的电池组2高的电池组2)安装至电动工具主体1的情况下，控制电路CPU进行PWM控制，以使得输出接近安装有低电压型的电池组2时所获得的最大输出。由此，如图3所示，NT特性和IT特性被分别限制为图2所示的LNT和LIT。

然后，将表示电压和电流之间的关系的表预先存储在控制电路CPU中。然后，基于该表，控制电路CPU判断当前状况在NT特性和IT特性的哪个位置，然后控制电路CPU通过PWM控制对与电压相对应的电流进行控制，由此可以施加如上所述的限制。可选地，可以将表示转数和电流之间的关系的表预先存储在控制电路CPU中。然后，基于该表，控制电路CPU可以判断当前状况在NT特性和IT特性的哪个位置，然后控制电路CPU可以通过PWM控制对与转数相对应的电流进行控制，由此可以施加如上所述的限制。可选地，控制电路CPU可以参考温度信息，以使得仅在温度超过预定值时才进行上述限制。

另外，控制电路CPU可被配置为基于所检测到的马达电流来进行PWM控制，以使得当前放热等于安装有低电压型的电池组2时的放热，或者控制电路CPU可被配置为基于所检测到的马达电流来进行PWM控制，以使得当前输出转矩等于安装有低电压型的电池组2时的输出转矩。在放热的抑制较为重要的情况下，优选为前者。在降低转矩并抑制驱动部分的应力较为重要的情况下，优选为后者。

图4示出如下情况：控制电路CPU为了抑制因高负荷所引起的放热而对输出进行了限制(对负荷电流的上限值进行了限制)。图5示出如下情况：控制电路CPU为了抑制转矩而对输出进行了限制(对转矩的上限值进行了限制)。

此外，在高电压型的电池组2安装至电动工具主体1并向马达M施加高电压的情况下，控制电路CPU可被配置为对转数的上限值进行限制，从而降低因高转动所引起的转动轴的噪声和高热。

关于转数的限制，将表示电压和电流之间的关系的表预先存储在控制电路CPU中，然后基于该表，控制电路CPU判断当前状况在NT特性和IT特性的哪个位置，并且控制电路CPU通过PWM控制对与电压相对应的电流进行控制，由此进行上述限制。可选地，将表示转数和电流之间的关系的表预先存储在控制电路CPU中，然后基于该表，控制电路CPU判断当前状况在NT特性和IT特性的哪个位置，并且控制电路CPU通过PWM控制对与转数相对应的电流进行控制，由此进行上述限制。

另外，控制电路CPU可以仅测量转数，然后可被配置为通过PWM控制对该转数进行限制，以使得该转数不会超过预定的转数。图6示出最大转数已降低的情况。

在马达M不是有刷马达而是无刷马达的情况下，控制电路CPU可被配置为通过以下控制来进行输出限制。

即，关于3相无刷马达的驱动，存在120°通电、叠加通电或正弦波驱动等。如图7A和8所示，120°通电表示如下情况：上段FET和下段FET各自的其中一个处于接通(ON)，并且在UVW相的其中1相内没有电流流动。然后，如图7B和8所示，叠加通电表示叠加时间段(在该时间段内电流在所有的UVW相内流动)设置于换向的前后的情况，并且叠加通电的通电时间段比120°通电的通电时间段长。与120°通电相比，叠加通电更接近马达的感应电压波形并且该马达的输出和效率提高得更多。然后，与叠加通电相比，正弦波驱动更接近马达的感应电压波形并且该马达的输出和效率提高得更多。然后，图9示出120°通电(图中的虚线L1)和叠加通电(图中的实线L2)之间的NT特性的差异，并且在停转转矩附近，与叠加通电相比，切换至120°通电得到更高的输出。

此外，通过超前角控制来改变马达M的输出和效率。然后，与不存在超前角或超前角较小的情况相比，在超前角较大的情况下，马达M的输出提高得更多。此外，通过该超前角控制，叠加通电具有与120°通电更大的效果。然后，通过该超前角控制，正弦波驱动具有与叠加通电更大的效果。然后，例如，根据日本特许公开2003-200363号公报已知该超前角控制本身，因此这里将不进行说明。

由于该原因，在安装有高电压型的电池组2的情况下，本实施例的控制电路CPU可以通过基于电池组2的类型切换上述驱动方法、通电角或超前角量，来对马达M的输出进行限制。例如，在安装有低电压型的电池组2的情况下，控制电路CPU被配置为切换至叠加量(通电角)较大的叠加通电，并使超前角量增加得更多，从而获得马达M的较大输出。另一方面，在安装有高电压型的电池组2的情况下，控制电路CPU被配置为切换至120°通电或叠加量较小的叠加通电，并改变为不存在超前角或超前角较小的状态，从而获得马达M的较小输出。通过这种控制，控制电路CPU可以使安装有高电压型的电池组2时所获得的输出接近安装有低电压型的电池组2时所获得的输出。

在向马达M供给低负荷的情况下，无需进行限制。因此，此时，控制电路CPU可被配置成不通过叠加通电角控制或超前角控制进行限制。另一方面，控制电路CPU可被配置成仅在向马达M施加高负荷的情况下，才通过叠加通电角控制或超前角控制来进行限制。

然后，例如，将表示电压和电流之间的关系的表预先存储在控制电路CPU中。基于该表，控制电路CPU判断当前状况在NT特性和IT特性的哪个位置，然后通过叠加通电角控制或超前角控制来施加限制，从而对与电压相对应的电流进行限制。可选地，将表示转数和电流之间的关系的表预先存储在控制电路CPU中，然后基于该表，控制电路CPU判断当前状况在NT特性和IT特性的哪个位置，并且通过叠加通电角控制或超前角控制来施加限制，从而对与转数相对应的电流进行限制。

控制电路CPU可被配置成仅在温度传感器TS所检测到的温度超过预定值的情况下进行限制。图10示出如下情况：在安装有高电压型的电池组2的情况下，控制电路CPU通过叠加通电角控制或超前角控制对输出进行限制，从而抑制因高负荷所引起的放热，然后在负荷增加得更大的情况下，控制电路CPU使该输出停止。

优选地，在安装有高电压型的电池组2并且供给有高负荷的情况下，进行通过叠加通电角控制或超前角控制的输出限制，从而使输出等于使用低电压型的电池组2时所获得的转矩或电流的水平。

还可以通过叠加通电角控制或超前角控制来进行图4、5和6所示的针对负荷电流的限制、针对转矩的上限值的限制和针对最大转数的限制。当然，可以仅在温度升高的情况下才进行这些限制。

无论如何，即使使用高电压型的电池组2，本实施例的电动工具也可以避免安全性和耐久性的下降，并且还可以避免电动工具主体1的大型化和重量增加。

顺便提及，在内置于电池组2中的电池C例如是对过放电敏感的镍氢电池或锂离子电池等的情况下，电动工具主体1通常被配置为检测放电时的电池组2的输出电压，并在该输出电压下降为阈值的情况下使马达M停止，从而防止过放电。这里，在本电动工具中，将针对所有电池组2的阈值作为表进行存储，以使得可以使用额定输出电压不同的多个类型的电池组。然后，控制电路CPU被配置为基于所安装的电池组2的类型信息来从该表读出与该电池组2相对应的阈值，并基于该阈值进行上述的过放电防止控制。

例如，在电池组2配置有三个锂离子电池且额定输出电压为10.8V的情况下，将用于使放电停止的阈值设置为7.5V=2.5V*3。在电池组2配置有两个锂离子电池且额定输出电压为7.2V的情况下，将用于使放电停止的阈值设置为5.0V=2.5V*2。

这样，电动工具通过使用与电池组2的类型相对应的阈值来进行放电停止控制。因此，即使在安装有具有任意额定输出电压的电池组2的情况下，使用者也可以使用电池组2的全部容量来进行工作。

尽管已经参考特定优选实施例说明了本发明，但本领域技术人员可以在没有背离本发明的真实精神和范围、即权利要求书的情况下进行多种修改和变形。

Claims

1.一种电动工具，包括：

电池组，其作为电源并且能够装卸；

马达，其作为动力源；

驱动单元，其被所述马达驱动；

开关，其作为操作输入单元；以及

控制电路，用于根据所述开关的操作，来进行所述马达的驱动控制，

其中，所述电动工具还包括：

电源连接单元，其使得能够选择性地连接额定输出电压不同的多个类型的电池组；以及

识别部件，用于识别所连接的电池组的类型，

其中，所述控制电路基于所述识别部件所提供的所连接的电池组的类型信息，对所述马达的输出进行限制。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，

在所连接的电池组的类型信息表示低电压型的情况下，所述控制电路不对所述马达的输出进行限制，以及

在所连接的电池组的类型信息表示高电压型的情况下，所述控制电路对所述马达的输出进行限制。

3.根据权利要求1或2所述的电动工具，其中，还包括负荷检测部件，所述负荷检测部件用于检测所述马达的负荷，

其中，在所连接的电池组的类型信息表示高电压型、并且所述负荷检测部件检测到的负荷高的情况下，所述控制电路对所述马达的输出进行限制。

4.根据权利要求3所述的电动工具，其中，

所述控制电路将检测到高负荷的情况下所提供的所述马达的输出抑制为与所连接的电池组的类型信息表示低电压型的情况下所提供的所述马达的输出同等的输出。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其中，

在所连接的电池组的类型信息表示高电压型的情况下，所述控制电路将所述马达的转数限制为预定值以下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动工具，其中，

所述马达是无刷马达，以及

所述控制电路通过改变所述马达驱动时的叠加通电角和超前角至少之一，来对所述马达的输出进行限制。