CN103023422A

CN103023422A - 电动工具

Info

Publication number: CN103023422A
Application number: CN2012103482986A
Authority: CN
Inventors: 草川卓也; 平林德夫; 小林宪司
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: EP2572831A3; EP2572831B1; EP2572831A2; JP2013063499A; US20130068491A1; JP5780896B2; RU2012140167A; CN103023422B

Abstract

一种电动工具，包括电动机、操作单元、控制参数设定单元及控制单元。该控制参数设定单元将电动机的与预定的设定扭矩对应的最优最大转速或者与最优最大转速对应的控制量设定为电动机的控制参数。该控制单元响应于操作单元的操作量来驱动电动机并且基于控制参数将电动机的转速控制在最优最大转速或者小于最优最大转速。控制参数设定单元将以在设定扭矩下转动输出轴所需的转动能量来转动的电动机的转速确定为最优最大转速并且将该最优最大转速设定为控制参数。

Description

电动工具

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年9月20日提交日本专利局的日本专利申请第2011-204720号的权益，其公开内容通过引用合并在本文中。

技术领域

本发明涉及由电动机以转动的方式驱动的电动工具。

背景技术

已知所谓的电子离合器式电动工具。该电子离合器式电动工具被配置成在旋转轴的转动扭矩超过预定的设定扭矩的情况下停止电动机驱动，在所述旋转轴上安装有例如起子头等工具元件。

通常，根据这种类型的电动工具，与由使用者设定的设定扭矩对应地设定电流阈值，该电流阈值是电动机电流的上限，并且当电动机电流超过电流阈值时断开电动机驱动。

例如在电动工具是螺钉紧固机的情况下，当通过驱动电动机来使该电动工具的输出轴（换句话说，螺钉）转动并且该螺钉坐落在要被紧固的对象物上时，电动工具的输出轴的转动扭矩（换句话说，螺钉拧紧扭矩）增加。

对于设置有机械式离合器的电动工具，当转动扭矩如上述那样增加并且达到设定扭矩时，电动机的转动轴与电动工具的输出轴之间的连接中断，从而使得可以将电动工具的输出轴的转动扭矩限制为设定扭矩。

然而，对于电子离合器式电动工具，电动机的转动轴与电动工具的输出轴之间的连接不中断。

因此，根据电子离合器式螺钉紧固机，正当螺钉坐落在要被紧固的对象物上时，电动工具的输出轴的转动扭矩增加并且达到设定扭矩，然后电动机驱动停止，转动能量电动工具的输出轴的转动扭矩通过电动机的转动能量进一步地增加。因此，可能发生超扭矩，其中电动工具的输出轴的转动扭矩超过设定扭矩。

为了阻止这种超扭矩的发生，在JP10193230A中提出，与示出在紧固螺钉时输出轴的转速与转动扭矩之间的关系的紧固需求曲线相对应地，控制电动机驱动电压。

根据这种所建议的螺钉紧固机，当电动机驱动电压被控制为恒定时，电动机的转速和转动扭矩之间的关系呈现成比例的特性曲线，在该曲线中转动扭矩对应于转速的减少而增加。在这里，两条特性线被设定为：一条是电动机最大容量特性线，另一条是负载需要的最大容量特性线。

电动机最大容量特性线是通过以最大值控制电动机驱动电压所获得的特性线。负载需求最大容量特性线呈现出对螺钉进行紧固所需的成比例的特性曲线。

此外，根据上述螺钉紧固机，为了在停止电动机驱动之后使电动机的转动能量降低，与紧固需求曲线对应地设定下降特性，该下降特性从电动机最大容量特性线变动到负载需要的最大容量特性线。

根据设定的下降特性，以在从开始螺钉紧固之后到电动工具的输出轴的转动扭矩达到设定扭矩时给定的任何任意转动扭矩来切换电动机驱动电压。因此，降低了电动机转动能量并且阻止了超扭矩的发生。

发明内容

根据上述提出的技术，通过与螺钉紧固机的紧固需求曲线对应地切换电动机驱动电压来阻止超扭矩的发生。因此，可以使螺钉拧紧扭矩超过设定扭矩的持续时间降低，但是不能以设定扭矩或者在设定扭矩以下控制螺钉拧紧扭矩。

也就是说，可以通过实验、模拟等获得螺钉紧固机的紧固需求曲线和上述的最大容量特性线中的每条最大容量特性线，但是每条曲线或者线的特性受到实验条件、进行模拟时的参数设定等的影响。

因此，当通过在JP10193230A中公开的设计技术来构造电动工具的驱动系统时，可以阻止电动工具的输出轴的转动扭矩显著地超过设定扭矩，但是不能阻止超扭矩的发生。

根据本发明的方面，在电子离合器型电动工具中，在由于对对象物进行紧固而使电动机减速并且使输出轴的转动扭矩增加的情况下，优选的是阻止输出轴的转动扭矩超过设定扭矩。

根据本发明的第一方面的电动工具包括用于使用者输入用于驱动电动机的驱动命令的操作单元。当该操作单元被操作时，控制单元响应于操作单元的操作量来驱动电动机。

控制单元基于由控制参数设定单元设定为控制参数的最优最大转速或者控制量来将电动机的转速控制在等于最优最大转速或者小于最优最大转速。

控制参数设定单元将以在设定扭矩下转动电动工具的输出轴所需的转动能量来转动的电动机的转速确定为最优最大转速，并且将该最优最大转速设定为控制参数。

另外，控制参数设定单元还可以将以在设定扭矩下以足以防止当中断条件满足时旋转扭矩超过预定的设定扭矩的速度转动输出轴所需的转动能量来转动的电动机的转速确定为最优最大转速，并且将最优最大转速设定为控制参数。

因此，根据第一方面的电动工具，可以将电动机的转速限制在最优最大转速或者小于最优最大转速，在该最优最大转速处电动工具的输出轴的转动扭矩不超过设定扭矩。此外，可以在紧固对象物时阻止电动工具的输出轴的转动扭矩（换句话说，拧紧扭矩）超过设定扭矩。

下面解释的是最优最大转速，该最优最大转速是通过控制参数设定单元设定控制参数的基础。

在电动工具中，当电动机转动时，电动机被认为具有转动能量。因此，当通过安装在电动工具的输出轴上的工具元件来紧固对象物时，转动能量贡献为对象物的拧紧扭矩。

当电动机的转速是ω并且惯性力矩是J时，电动机的转动能量表示为(1/2)·J·ω²。在这种情况下，在紧固对象物的时候，电动机的转速ω与拧紧扭矩（电动工具的输出轴的转动扭矩）之间的关系被描述为如以下公式（3）中所示出的那样。

ω＝T/{(K·J)^1/2}·G (3)

其中：K为接合系数，G为设置在电动机与电动工具的输出轴之间的变速器的齿轮比。

如以下公式（4）中所示出的那样用对象物的拧紧角度θ来描述接合系数K。

T/G＝K·θ·G

∴K＝T/(θ·G²) (4)

因此，如公式（5）中所示出的那样描述对象物拧紧扭矩T与电动机转速ω之间的关系，并且如公式（6）中所示出的那样描述对象物拧紧扭矩T。

ω＝T/{(K·J)^1/2}·G

＝T/[{(T“θ·G²))·J}^1/2]·G

＝T/{(T/θ)·J}^1/2

ω²＝T·θ/J (5)

T＝(J/θ)·ω² (6)

通过电动机的特性来确定惯性力矩J。拧紧角度θ是输出轴的适合于紧固处在对象物上的螺钉的转动角度，并且拧紧角度θ基于对象物的类型和电动工具的使用条件来确定。因此，当用系数α代替J/θ时可以如公式（7）中所示出的那样重新描述上述公式（6）。

T＝α·ω² (7)

根据公式（6）和公式（7）明显的是，对象物的的拧紧扭矩T（即，电动工具的输出轴的转动扭矩）由电动机的转速ω决定。

因此，为了控制拧紧扭矩不超过设定扭矩，优选的是将电动机的转速控制在满足公式（6）或者公式（7）的转速或者小于满足公式（6）或者公式（7）的转速。

此外，可以如公式（8）中所示出的那样来描述上述公式中的对象物的拧紧扭矩T。因此，优选的是将电动机的转速控制在满足公式（8）的转速或者小于满足公式（8）的转速。

T＝ω·G·(K·J)^1/2 (8)

因此，根据本发明，获得以在设定扭矩下转动电动工具的输出轴所需的转动能量来转动的电动机的转速作为最优最大转速。最优最大转速或者与最优最大转速对应的控制量被设定作为用于限制电动机的转速的控制参数。

可以基于转动扭矩T与转速ω之间的上述关系表达式来预先计算最优最大转速（或者与最优最大转速对应的控制量），并且将该最优最大转速（或者与最优最大转速对应的控制量）存储为控制数据之一。控制参数设定单元可以通过读出控制数据来设定最优最大转速（或者与最优最大转速对应的控制量）。

此外，每当操作单元被操作并且控制单元开始对电动机驱动进行控制时，控制参数设定单元可以基于转动扭矩T与转速ω之间的上述关系表达式来计算最优最大转速（或者与最优最大转速对应的控制量）。

在控制参数设定单元用这种方式计算最优最大转速（或者与最优最大转速对应的控制量）的情况下，优选的如下述那样对控制参数设定单元进行配置。

也就是说，在电动工具中，控制参数设定单元可以被配置成计算转速ω以满足与上述公式（7）对应的以下公式（1）并且被配置成通过使用是最优最大转速的转速ω来设定控制参数。

T≥α·ω² (1)

此外，在电动工具中，控制参数设定单元可以被配置成计算转速ω以满足以下与上述公式（6）对应的公式（2）并且被配置成通过使用是最优最大转速的转速ω来设定控制参数。

T≥(J/θ)·ω² (2)

在如同上述那样配置控制参数设定单元的情况下，可以通过使用公式（1）或者公式（2）比较容易地计算最优最大转速，该最优最大转速是在驱动电动机的时候电动机的转速的上限，因此能够减少设定控制参数所需的时间。

特别地，根据具有使用公式（2）的控制参数设定单元的电动工具，依据拧紧角度θ来计算最优最大转速。因此，可以计算与由使用者依据螺钉或者对象物的类型指定的拧紧角度θ相对应的最优最大转速。

此外，电动工具可以设置有扭矩设定单元，该扭矩设定单元响应于外部操作从预定的多个扭矩之中选择设定扭矩。控制参数设定单元可以将下述最优最大转速或者与该最优最大转速相对应的控制量设定作为控制参数，该最优最大转速与由扭矩设定单元可选择的多个扭矩中的至少一个扭矩相对应。

因此，根据按上面描述所配置的电动工具，如果控制参数设定单元被配置成对由扭矩设定单元设定的每个设定扭矩都设定最优最大转速（或者与最优最大转速对应的控制量），则可以在以每个设定扭矩来紧固对象物时控制电动机转动以使得拧紧扭矩不超过设定扭矩。

在对象物拧紧扭矩是由扭矩设定单元可设定的多个设定扭矩之一（或者一部分）的情况下，如果控制参数设定单元被配置成与设定扭矩之一（或者一部分）对应地设定最优最大转速（或者与最优最大转速相对应的控制量），则可以控制电动机转动以使得拧紧扭矩不超过设定扭矩。

此外，电动工具还可以包括检测电动机电流的电动机电流检测单元和设定与设定扭矩对应的电流阈值的电动机电流阈值设定单元。在驱动电动机的时候，当由电动机电流检测单元检测的电动机电流达到由电流阈值设定单元设定的电流阈值时，控制单元可以停止对电动机的驱动。

因此，根据如上所述的那样配置的电动工具，可以在通过使用本发明的最优最大转速限制输出轴的扭矩时实现作为使用电动机电流的电子离合器的功能。因此，可以更加有效地阻止电动工具的输出轴的转动扭矩超过设定扭矩。

附图说明

将参照附图以作为示例的方式描述本发明，在附图中：

图1是示出了电动工具实施例的整个驱动系统的配置的框图；

图2是示出了由控制器执行的一系列控制处理的流程图；

图3是示出了在图2的S150处执行的电动机转速设定处理的流程图；

图4是示出了在图3的电动机转速设定处理中使用的转速设定对应关系图（map）的说明图；

图5A和图5B是示出了生成图4的转速设定对应关系图的方法的说明图；

图6是示出了代替图5A和图5B的转速设定对应关系图而使用的DUTY设定对应关系图的说明图；

图7是示出了用于设定每个拧紧角度的最优最大转速的转速设定对应关系图的说明图；以及

图8是示出了电动机转速设定处理的修改例的流程图。

具体实施方式

本实施例的电动工具借助于作为工具元件的刀头（例如，起子头）通过转动其上安装了该刀头的输出轴来对对象物执行预定的处理（例如，将螺钉紧固到要被紧固的对象物上）。

图1示出存储或者安装在电动工具的壳体（未示出）中以用于转动地驱动输出轴的整个驱动系统的配置。

如图1所示，电动工具包括三相无刷直流电动机作为使输出轴转动的电动机20。变速器（transmission）（未示出）安装在该电动机20的转动轴上，并且通过电动机20经由该变速器以转动的方式驱动电动工具的输出轴。

电动工具还包括电池组10、电动机驱动电路24、门电路28和控制器50作为驱动控制电动机20的驱动单元。

通过在外壳中存储多个串联连接的可充电电池单元来构造电池组10，该外壳可以以可拆卸的方式安装在电动工具的壳体上。

电动机驱动电路24从电池组10接收电力供应以传递电流到电动机20的各相绕组。电动机驱动电路24包括分别由FET构成的六个开关元件Q1至Q6。

在电动机驱动电路24中，开关元件Q1至Q3被设置在电动机20的每个端子U、V、W与连接至电池组10的正电极侧的供电线之间作为所谓的高压侧开关。

开关元件Q4至Q6被设置在电动机20的每个端子U、V、W与连接至电池组10的负电极侧的接地线之间作为所谓的低压侧开关。

门电路28依据从控制器50输出的控制信号来导通/截止电动机驱动电路24的开关元件Q1至Q6以将电流传递通过电动机20的各相绕组，从而使电动机20转动。

控制器50由包括CPU 51、ROM 54、RAM 53、I/O端口、A/D转换器、计时器等的单片微型计算机构成。

控制器50依据来自触发开关30的驱动命令设定构成电动机驱动电路24的开关元件Q1至Q6的驱动占空比。然后控制器50依据驱动占空比输出控制信号到门电路28，从而以转动的方式驱动电动机20。

触发开关30被设置以供使用者通过手动操作输入用于驱动电动工具的驱动命令。触发开关30连同扭矩设定开关36、扭矩设定指示器38、实际螺钉设定单元40以及实际螺钉指示器42一起被设置在电动工具的壳体中。

触发开关30包括主接触件31、滑动电阻器32和正反接触件33。主接触件31根据使用者的操作来闭合。滑动电阻器32的电阻值根据由使用者对触发开关30的拉动量（即，操作的量）而改变。正反接触件33被设置用于接受来自使用者的切换转动方向的命令。

扭矩设定开关36被设置以供使用者通过手动操作来设定输出轴的转动扭矩（例如，通过刀头的拧紧扭矩）的上限。

根据本实施例，设定扭矩通过扭矩设定开关36的一次操作而增加预定量。如果在设定扭矩在最大值处的情况下对扭矩设定开关36进行操作，则设定扭矩回到最小值并且在之后的操作时再次以步进的方式增加。

实际螺钉设定单元40被设置成设定实际要被使用的螺钉的类型，实际被使用的螺钉是木螺钉还是金属螺栓等。根据本实施例，可以选择性地使用三种类型的螺钉，三种类型的螺钉中的每种螺钉在坐落在隶属的对象物上之后具有不同的拧紧角度。

也就是说，根据本实施例，实际要被使用的螺钉的三种类型定义如下。具有最小拧紧角度（例如，30度，金属螺栓）的螺钉被定义为“硬接合件”，具有最大拧紧角度（例如，720度，木螺钉或者金属螺栓）的螺钉被定义为“软接合件”，以及具有在最小拧紧角度与最大拧紧角度之间的拧紧角度（例如，180度）的螺钉被称为“其它”。可以从这三种类型的螺钉之中指定实际要使用的类型的螺钉。

扭矩设定开关36和实际螺钉设定单元40连接至控制器50。控制器50基于扭矩设定开关36和实际螺钉设定单元40的操作状态来识别设定扭矩和螺钉的类型，并且在扭矩设定指示器38和实际螺钉指示器42上指示设定扭矩和螺钉的类型。

转动位置传感器22被设置以供电动机20检测电动机20的转速和转动位置。在从电池组10经由电动机驱动电路24到电动机20的导电路径中，设置电阻26以用于检测被馈送到电动机20的电动机电流。

来自转动位置传感器22的检测信号和通过电阻26对电动机电流的检测信号分别被输入到控制器50。

另外，因为控制器50由微型计算机构成，因此必须提供恒定的电源电压Vcc。为此，还在电动工具的壳体内部设置了稳压器52。稳压器52从电池组10接收电力供应以生成被提供给控制器50的恒定电源电压Vcc（例如，直流5V）。

接下来，将根据图2和图3中示出的流程图来描述控制处理，该控制处理通过控制器50（具体地，CPU）来执行，从而依据来自触发开关30的驱动命令来以转动的方式驱动电动机20。

当从稳压器52将电源电压Vcc施加到控制器50时，控制处理是由控制器50重复执行的处理。

如图2中所示，在控制处理开始时，控制器50在S110（S代表步骤）中进行切换处理，其中，对实际螺钉设定单元40和扭矩设定开关36的工作状态进行识别。

然后，在S120中，进行A/D转换处理，其中，经由A/D转换器得到触发开关30的滑动电阻器32的电阻值和电阻26的两端之间的用于检测电动机电流的电压并且检测触发开关30的拉动量和电动机电流。

在S130中，控制器50基于在S110中识别的扭矩设定开关36和实际螺钉设定单元40的工作状态来识别螺钉拧紧扭矩和螺钉的类型（硬接合、软接合以及其它）。

在随后S130的S140中，控制器50在扭矩设定指示器38和实际螺钉指示器42处指示在S130中识别的拧紧扭矩和螺钉的类型。在S150处，控制器50基于识别的拧紧扭矩设定电动机20的最优最大转速。

在S150处设定的最优最大转速是下述转速：该转速在电动机20处生成使电动工具的输出轴以经由扭矩设定开关36所设定的拧紧扭矩进行转动所需的转动能量。稍后描述设定最优最大转速的步骤。

然后，在S160处，控制器50判定在S120处检测到的电动机电流是否大于与在S130处识别的拧紧扭矩相对应的电流阈值，由此控制器50判定是否停止驱动电动机20（换句话说，是否激活作为电子离合器的功能）。

在跟随S160的S170处，控制器50基于在S120处检测到的触发开关30的拉动量、通过来自转动位置传感器22的检测信号获得的电动机20的转速、在S150处设定的电动机20的最优最大转速、在S160处对电子离合器操作的判定结果等来进行用于驱动电动机20的电动机驱动处理。然后控制处理回到S110。

该电动机驱动处理是在电动机20的转速不超过是上限的最优最大转速的情况下，将电动机20的转速控制为与触发开关30的拉动量相对应的转速的处理。电动机驱动处理还用来在控制器50判定激活电子离合器操作的情况下停止对电动机20的驱动。

具体地，控制器50根据触发开关30的拉动量来设定目标占空比并且通过门电路28将开关元件Q1至Q6的驱动占空比增加为目标占空比，由此电动机20的转速增加至与触发开关30的拉动量相对应的转速。

此外，如果电动机20的转速增加至大约最优最大转速，则控制器50增加或者减少驱动占空比以使得电动机20的转速不超过最优最大转速。然后控制器50对电动机20的转速进行反馈控制。

通过如上所述的那样对电动机20进行驱动，如果在S160电动机电流超过电流阈值并且确定对电子离合器操作的激活，则控制器50停止驱动电动机20。

因此，根据本实施例的电动工具，参考在S150处通过电动机转速设定处理设定的作为上限的最优最大转速，以转动的方式驱动电动机20。

接下来，以下参照图3中的流程图描述用于设定该最优最大转速的电动机转速设定处理。

如图3中所示出，在电动机转速设定处理中，首先在S210，控制器50判定当前设定的螺钉的类型是否是“软接合”。

在螺钉的类型是“软接合”的情况下，处理移动到S220，其中，控制器50从图4中示出的转速设定对应关系图中获得与当前设定的拧紧扭矩对应并且与“软接合”对应的最优最大转速。然后控制器50终止电动机转速设定处理。

在S210控制器50确定当前设定的螺钉的类型不是“软接合”的情况下，处理移动到S230，其中，控制器50判定当前设定的螺钉的类型是否是“硬接合”。

在螺钉的类型是“硬接合”的情况下，处理移动到S240，其中，控制器50从图4中示出的转速设定对应关系图中获得与当前设定的拧紧扭矩对应并且与“硬接合”对应的最优最大转速。然后控制器50终止电动机转速设定处理。

在S230处控制器50确定当前设定的螺钉的类型不是“硬接合”的情况下，处理移动到S250，其中，控制器50从图4中示出的转速设定对应关系图中获得与当前设定的拧紧扭矩对应并且与“其它”对应的最优最大转速。然后控制器50终止电动机转速设定处理。

如上所述，在电动机转速设定处理中，控制器50通过使用预先存储在控制器50中的转速设定对应关系图并且基于当前设定的拧紧扭矩和螺钉的类型（换句话说，拧紧角度）来设定电动机20的最优最大转速。

接下来，以下参照图5A和图5B描述用于设定在转速设定对应关系图中记录的最优最大转速的过程。

如上所述，在电动工具中，需要电动机20的转动能量来使输出轴以期望的转动扭矩（拧紧扭矩）T进行转动。如下面公式（9）中所示出的那样描述电动机20的生成这种转动能量的转速ω。

ω＝T/{(K·J)^1/2}·G (9)

如上所述，如下面公式（10）中所示出的那样描述接合系数K。

K＝T/(θ·G²) (10)

因此，在获得了在电动机20与输出轴之间的变速器的齿轮比G、电动机20的惯性力矩J以及拧紧角度θ的情况下，计算电动机20的转速ω。需要电动机20的转速ω以在输出轴处生成经由扭矩设定开关36设定的拧紧扭矩。根据本实施例，以0.5、1.0、1.5，…，9.5和10.0[N·m]设定拧紧扭矩。

在这里，如图5A和图5B中所示出的那样，基于下述计算条件分别计算与拧紧扭矩对应的转速ω，所述计算条件包括：基于变速器的特性确定的齿轮比G、基于电动机20的特性确定的惯性力矩J和针对每种类型的螺钉的拧紧角度θ。在转速设定对应关系图中采用每个计算结果。

图5A示出在螺钉类型是“硬接合”的情况下计算最优最大转速的过程，图5B示出在螺钉类型是“软接合”的情况下计算最优最大转速的过程。

更确切地说，首先，将输出轴的拧紧扭矩的单位从[N·m]转换成[kgf·m]。将输出轴的拧紧扭矩[kgf·m]除以齿轮比G，由此获得电动机20的转动扭矩[kgf·m]。使用电动机20的转动扭矩[kgf·m]、拧紧角度θ和齿轮比G通过上述公式（10）获得接合系数K。

然后，使用接合系数K、惯性力矩J、电动机20的转动扭矩[kgf·m]和齿轮比G通过公式（9）获得电动机20的转速[rad/s]。电动机20的转速[rad/s]被转换成每分钟的转数[min-1]并且设定为最优最大转速[min-1]。

在图5A和图5B中，通过将电动机20的最优最大转速[min-1]除以变速器的齿轮比G获得输出轴的转速。

在螺钉类型是“软接合”的图5B中，用于大拧紧扭矩的转速被画上阴影。这样的阴影表示转速超过了本实施例的电动工具可容忍的最大转速。

关于在计算上大于最大转速的这些转速，最大转速（图中的20933）被记录在转速设定对应关系图中，如图4中所示出的那样。

图5A和图5B没有描述其中螺钉的类型是“其它”的情形，但是在假定拧紧角度θ是在针对“硬接合”的拧紧角度与针对“软接合”的拧紧角度之间的角度值（例如，180度）的情况下来计算“其它”的最优最大转速。

如上所述，根据本实施例的电动工具，能够经由扭矩设定开关36设定拧紧扭矩。同样，能够经由实际螺钉设定单元40设定螺钉的类型（硬接合、软接合以及其它）。

在这些参数已经设定的状态下响应于触发开关30的操作，基于这些参数设定电动机20的最优最大转速，并且将电动机20的转速控制成不超过最优最大转速。

因此，根据本实施例的电动工具，在紧固螺钉的时候，可以阻止输出轴的转动扭矩（即，螺钉拧紧扭矩）超过由使用者设定的设定扭矩。

根据本实施例，触发开关30对应于本发明的操作单元的一个示例，控制器50对应于本发明的控制单元的一个示例、控制参数设定单元的一个示例和电流阈值设定单元的一个示例。

例如通过由控制器50执行的电动机驱动处理来实现作为本发明的控制单元的功能，并且例如通过由控制器50执行的电动机转速设定处理来实现作为控制参数设定单元的功能，并且例如通过由控制器50执行的离合器操作判定处理来实现作为电流阈值设定单元的功能。

不应该将本发明理解为限于上面陈述的实施例，本发明可以以本发明的范围内的任何方式实现。

例如，根据上述实施例，通过使用图4中的转速设定对应关系图将最优最大转速设定作为用于控制电动机20的转速的控制参数。这是为了在S170处的电动机驱动处理中进行对电动机20的转速的反馈控制。

如果在电动机驱动处理中不进行对转速的反馈控制（即，在进行所谓的开放控制的情况下），则不必要设定最优最大转速。例如，可以设定与最优最大转速对应的电动机20的控制量。

具体地，电动机20的转速根据开关元件Q1至Q6的驱动占空比而改变。因此，即使与最优最大转速对应地设定驱动占空比的上限，也可以获得和上述实施例一样的效果。

在这种情况下，如图6所示，优选的是预先建立DUTY（驱动占空比）设定对应关系图，该DUTY设定对应关系图描述了与最优最大转速对应的驱动占空比DUTY，并且DUTY设定对应关系图被存储在存储器中。可以进行从DUTY设定对应关系图中获得驱动占空比DUTY的DUTY设定处理而不是S150中的电动机转速设定处理。

同时，根据本实施例，当使用者从“软接合”、“硬接合”和“其它”之中选择一种作为螺钉的类型（换句话说，拧紧方法）时，设定适合于所选择的拧紧方法的最优最大转速。

然而，因为最优最大转速根据螺钉拧紧角度而变化，所以优选的是使用者可以设定期望的拧紧角度并且可以与由使用者设定的拧紧角度相对应地设定最优最大转速（或者，是与最优最大转速对应的控制量的驱动占空比）。

在这种情况下，设置了拧紧角度设定单元而不是实际螺钉设定单元40以供使用者指定螺钉拧紧角度。如图7所示，建立了转速设定对应关系图并且将其存储在存储器中，该转速设定对应关系图描述了与拧紧扭矩对应的最优最大转速，每个拧紧角度是通过使用者可设定的。

因此，在S150处的电动机转速设定处理中，基于通过拧紧角度设定单元所设定的拧紧角度和拧紧扭矩可以设定最优最大转速，由此能够响应于电动工具的使用条件设定更加适当的最优最大转速。

可以配置拧紧角度设定单元以使得拧紧角度在每次开关操作时增加预定量，或者可以配置拧紧角度设定单元以使得拧紧角度的数值被输入。

此外，根据上述实施例，关于转速设定对应关系图，以0.5[N·m]为单位在从0.5[N·m]至10.0[N·m]的拧紧扭矩列中设定最优最大转速。然而，优选的是依据电动工具的规格任意地设定这种拧紧扭矩。

例如，如果通过外部操作可设定的拧紧扭矩是1.5[N·m]、3.0[N·m]、5.2[N·m]和12.5[N·m]，则优选的是准备针对每个上述拧紧扭矩都设定有最优最大转速（或者，与最优最大转速对应的控制量）的对应关系图。

另一方面，根据上述实施例，通过使用转速设定对应关系图（或者DUTY设定对应关系图）来设定最优最大转速（或者是与最优最大转速对应的控制量的驱动占空比DUTY）。然而，可以在S150的电动机转速设定处理中计算最优最大转速（或者是与最优最大转速对应的控制量的驱动占空比DUTY）。

换句话说，如图8所示，在电动机转速设定处理中，首先在S310处，参照上述公式（1）（或者公式（2））计算对应于拧紧扭矩（或者拧紧扭矩以及拧紧角度）的最优最大转速。

接下来，在S320处，控制器50判定所计算的最优最大转速是否等于或者小于电动机20的最大转速。在所计算的最优最大转速等于或者小于电动机20的最大转速的情况下，终止电动机转速设定处理。

在最优最大转速大于电动机20的最大转速的情况下，处理移动到S330，在S330处最大转速被设定作为最优最大转速，并且终止电动机转速设定处理。

如果以这种方式进行电动机转速设定处理，则可以在没有转速设定对应关系图的情况下设定最优最大转速。

在如图6中的DUTY设定对应关系图中所描述的那样设定驱动占空比DUTY的上限的情况下，可以执行下述处理，通过该处理在上述过程中获得的最优最大转速被转换成驱动占空比DUTY。

此外，可以将以在设定扭矩下以足以防止当中断条件满足时旋转扭矩超过预定的设定扭矩的速度转动输出轴所需的转动能量来转动的电动机的转速确定为最优最大转速，并且将最优最大转速设定为控制参数。

此外，根据上述实施例，控制器50由微型计算机构成。然而，例如，控制器50也可以由可编程逻辑设备如ASIC（专用集成电路）、FPGA（现场可编程门阵列）等构成。

当构成控制器50的CPU 51运行程序时完成由控制器50执行的上述控制处理。这些程序可以被写进控制器50中的存储器（ROM等）中，或者可以被存储在可以由控制器50读出数据的记录媒体中。

便携式半导体存储器（例如，USB存储器、存储卡（注册商标）等）可以被用作记录媒体。

另外，在上面的实施例中，电动机20被构成作为三相无刷直流电动机。但电动机20可以是任何电动机，只要电动机可以以转动的方式驱动其上安装有工具元件的输出轴。

Claims

1.一种电动工具，包括：

电动机，其被构成为用于以转动的方式驱动输出轴，工具能够可拆卸地安装在所述输出轴上；

操作单元，其被构成为用于被外部地操作以输入用于操作所述电动机的驱动命令；

控制参数设定单元，用于将所述电动机的与预定的设定扭矩对应的最优最大转速或者与所述最优最大转速对应的控制量设定为所述电动机的控制参数；以及

控制单元，其被构成为用于响应于所述操作单元的操作量来驱动所述电动机，并且基于由所述控制参数设定单元设定的所述控制参数，将所述电动机的转速控制为等于或者小于所述最优最大转速，

其中，所述控制参数设定单元将以在所述设定扭矩下转动所述输出轴所需的转动能量来转动的所述电动机的转速确定为所述最优最大转速，并且将所述最优最大转速设定为所述控制参数。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述控制参数设定单元计算所述电动机的转速ω以满足以下公式（1）：

T≥α·ω² (1)

其中：

T是所述输出轴的所述设定扭矩；

ω是所述电动机的所述转速；以及

α是系数，

并且其中，所述控制参数设定单元将所述转速ω确定为所述最优最大转速，并且将所述最优最大转速设定为所述控制参数。

3.根据权利要求1所述的电动工具，进一步包括：

扭矩设定单元，用于响应于外部操作，从多个可用预定扭矩中选择所述设定扭矩，

其中，所述控制参数设定单元将与通过所述扭矩设定单元能够选择的所述多个可用预定扭矩中的至少一个扭矩对应的最优最大转速或者与所述最优最大转速对应的控制量设定为所述控制参数。

4.根据权利要求2或3所述的电动工具，还包括：

电动机电流检测单元，用于检测流到所述电动机的电动机电流；以及

电流阈值设定单元，用于响应于所述设定扭矩来设定作为所述电动机电流的上限的电流阈值，

其中，在驱动所述电动机时，当由所述电动机电流检测单元检测到的所述电动机电流达到由所述电流阈值设定单元设定的所述电流阈值时，所述控制单元停止驱动所述电动机。

5.根据权利要求2所述的电动工具，其中，所述控制参数设定单元将以在所述设定扭矩下以足以防止当中断条件满足时旋转扭矩超过所述预定的设定扭矩的速度转动所述输出轴所需的转动能量来转动的所述电动机的转速确定为所述最优最大转速，并且将所述最优最大转速设定为所述控制参数。

6.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述控制参数设定单元计算所述电动机的转速ω以满足以下公式（2）：

T≥(J/θ)·ω² (2)

其中：

T是所述输出轴的所述设定扭矩；

ω是所述电动机的所述转速；

J是惯性力矩；以及

θ是当以所述设定扭矩来紧固对象物时的拧紧角度，

7.根据权利要求6所述的电动工具，其中，所述电动工具包括：

8.根据权利要求6或7所述的电动工具，还包括：

9.根据权利要求6所述的电动工具，其中，所述控制参数设定单元将以在所述设定扭矩下以足以防止当中断条件满足时旋转扭矩超过所述预定的设定扭矩的速度转动所述输出轴所需的转动能量来转动的所述电动机的转速确定为所述最优最大转速，并且将所述最优最大转速设定为所述控制参数。