CN103248314B

CN103248314B - 电动工具

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Publication number: CN103248314B
Application number: CN201310035387.XA
Authority: CN
Inventors: 柳原健也; 市川佳孝; 大村翔洋; 松永隆
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: US9190947B2; US20130207590A1; EP2626175A1; JP5814151B2; EP2626175B1; CN103248314A; RU2013105447A; JP2013163229A

Abstract

本发明提供一种具备感应电动机的电动工具，其将由电源部、逆变部构成的驱动装置与工具主体一体化，由此提高电动工具的使用便利性。对交流电压进行了全波整流的电源电压被直接从电源部（30）输入逆变部（40），在该输入路径不设置平滑电容器、功率改善电路，其中，逆变部对由感应电动机构成的马达（10）进行驱动控制。由此，能够将电源部及逆变部小型化，并一体地组装于工具主体。另外，在逆变部的控制电路（60）设置差频运算电路（76），其对从电源部输入的总线电压进行检测，根据总线电压的变化使差频变化。由此，即使总线电压与交流电压同步变动，也能够抑制电源电流的峰值，扩大电源电流的可输出范围，进而能够将马达的转速控制为恒定。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及作为动力源具备感应电动机的电动工具。

背景技术

在从外部的交流电源接受电源供给而使此类电动工具工作时，通常使用电源部与逆变部，其中，电源部对来自交流电源的交流电压进行整流，生成直流的电源电压，逆变部对因由电源部生成的电源电压而流向感应电动机的各相线圈的电流进行控制。

进而，电源部与逆变部通常作为电动工具的驱动装置而与设置有感应电动机的工具主体相互独立地构成（例如，参照专利文献1、2）。

专利文献1：日本特开平7-308871号公报

专利文献2：美国专利第7794305号说明书

因此，在作为动力源具备感应电动机的电动工具中，需要在经由电缆连接有驱动装置的状态下对工具主体进行操作，当使用者手持工具主体进行使用时，存在驱动装置、电缆成为障碍令电动工具的使用便利性变差的问题。

此外还存在这样的问题，即在移动电动工具的使用场所时，不仅要搬运工具主体，还需要搬运驱动装置，由此也使电动工具的使用便利性变差。

发明内容

本发明鉴于该问题而产生，其目的在于，针对作为动力源而具备感应电动机的电动工具，将由电源部、逆变部构成的驱动装置与工具主体一体化，由此提高电动工具的使用便利性。

为了实现该目的而产生的技术方案1所述的电动工具具备：作为动力源的感应电动机；电动机，其对从外部的交流电源供给的交流电压进行整流并生成电源电压；以及逆变部，其从电源部接收电源供给，并驱动感应电动机。

此外，电源部及逆变部与感应电动机共同一体地组装于工具主体。

因此，采用本发明的电动工具，与将内置电源部及逆变部的驱动装置与工具主体相互独立构成的以往装置相比，能够提高使用便利性。

另外，在搬运电动工具时，不必分别携带工具主体与驱动装置，因此能够提高移动电动工具时的操作性。

不过，在以往的电动工具中，在从电源部到逆变部的电源电压的输出路径上设置有电压平滑化用电容器、功率改善电路。而且，与感应电动机的驱动电流相对应的电流会流向这些各部，这些各部被施加高电压，因此一直使用高耐压且体积大的电子部件。

但是，在本发明的电动工具中，如果电源部及逆变部采用与以往相同的结构，则必须将以大型电子部件构成的电压平滑化用电容器、功率改善电路与工具主体一体化。

而且，此种情况下，工具主体会因为电压平滑化用电容器、功率改善电路而显著增大，使用者无法手持工具主体进行使用。

因此，在本发明的电动工具中，如技术方案2所述，可以将电源部构成为对交流电压进行全波整流的整流电路，将来自整流电路的输出（电压）直接输入逆变部。

如此，能够从电源部到逆变部的电源电压的输入路径中删除电压平滑用电容器、功率改善电路，实现工具主体的小型化。

但是，如果为了工具主体的小型化而仅采取此类对策，则向逆变部输入的电源电压会根据来自交流电源的交流电压发生变化。由此，电流仅会在感应电动机的电源电压的峰值附近流向感应电动机，从而感应电动机中产生旋转变动。

因此，技术方案2中所述的电动工具，与一般的逆变部相同由开关电路和控制单元构成逆变部，由驱动频率运算单元与驱动单元构成控制单元，不仅如此，其还在控制单元设置差频设定单元。

即，在控制单元中，驱动频率运算单元根据感应电动机的转速与差频，设定感应电动机的驱动频率，驱动单元根据其设定的驱动频率驱动开关电路。

并且，差频设定单元根据由电源部生成的电源电压的变化，对驱动频率运算单元设定感应电动机的驱动频率所使用的差频进行设定。

其结果是，采用技术方案2所述的电动工具，不仅能够通过删除电压平滑用电容器、功率改善电路来防止工具主体大型化，而且即使输入开关电路的电源电压发生变动，电流也能够稳定地流向感应电动机。

因此，采用技术方案2所述的电动工具，能够适当驱动感应电动机。

其次，差频设定单元可以对从构成电源部的整流电路输出的电源电压进行检测，并根据其电源电压的电压变动设定差频。

另一方面，来自整流电路的输出电压根据来自交流电源的供给电压（交流电压）发生变动，因此，差频设定单元可以根据从交流电源供给的交流电压的变动设定差频。

而且，此种状况下，以交流电压的半个周期为单位，检测交流电压的零交叉点，由此能够检测从交流电源供给的交流电压的变动。

因此，如技术方案3所述，可以在电动工具设置零交叉检测电路，差频设定单元根据由该零交叉检测电路检测出的零交叉点，检测由电源部生成的电源电压的变化，设定差频。

另一方面，驱动频率运算单元可以构成为，不对感应电动机的实际转速进行检测，而对感应电动机的驱动频率进行设置，以使感应电动机的转速成为规定转速，实施所谓的开放控制；如果能够对感应电动机的实际转速进行检测，则可以对控制量进行反馈控制，以使该实际转速变为目标转速。

进而，此种状况下，可以如技术方案4所述，在电动工具设置实际转速检测单元与目标转速设定单元，驱动频率运算单元构成为根据目标转速、实际转速及差频对感应电动机的驱动频率进行设定。

即，如此，例如，能够通过周知的PID控制对感应电动机的驱动频率进行设定，以使目标转速与实际转速的偏差为零，从而能够更好地将感应电动机控制为目标转速。

附图说明

图1是表示实施方式的研磨机的内部结构的剖视图。

图2是表示实施方式的电源部及逆变部的结构的框图。

图3是将图2所示的实施方式的电路的动作波形与具备平滑电容器及功率改善电路的以往电路的动作波形相比较进行表示的说明图。

图4是表示以微机构成控制电路时所执行的马达驱动控制处理的流程图。

附图标记的说明

2…研磨机、4…马达外壳、6…齿轮外壳、10…马达、20…主轴、26…磨具、30…电源部、32…交流电源、36～39…整流用二极管、40…逆变部、42…操作部、44…零交叉检测电路、46…总线电压检测电路、48…总线电流检测电路、50…开关电路、Q1～Q6…开关元件、60…控制电路、62…目标转速生成电路、64…实际转速运算电路、66…驱动频率运算电路、68…正弦波表格、70…门驱动信号生成电路、72…过电流检测电路、74…差频控制表格、76…差频运算电路。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的实施方式。

如图1所示，本实施方式的电动工具为研磨机2，通过在由马达外壳4与齿轮外壳6构成的外壳内组装各类功能部件而构成。

马达外壳4形成为筒状，以便使用者能够握持，在其内部收纳有作为研磨机2的动力源的三相的感应电动机（以下简称为马达）10。

马达10是所谓的高频马达，马达10以其旋转轴12与马达外壳4的中心轴相一致且旋转轴12的前端突出至齿轮外壳6内的状态固定于马达外壳4内。

此外，旋转轴12的前端侧及后端侧分别经由设置于齿轮外壳6及马达外壳4的轴承14、16被以能够旋转的方式支承。并且，在该旋转轴12上，在位于马达10与轴承14之间的部分，设置有用于向马达10输送冷却用风的风扇18。

另一方面，主轴20经由轴承22、24而以能够旋转的方式固定于齿轮外壳6。主轴20的中心轴固定于与马达外壳4的中心轴（进而为马达10的旋转轴）正交的方向。

进而，在主轴20上，在轴承22与轴承24之间的部分，固定有锥齿轮25。锥齿轮25是用于与固定于马达10的旋转轴12的前端的锥齿轮19啮合从而将马达10的旋转传递给主轴20以使主轴20旋转的部件。

此外，主轴20的前端从轴承24向齿轮外壳6的外侧突出，以便能够安装圆盘状的磨具26。并且，护罩28被安装于轴承24的外周，该护罩28将安装于主轴20的磨具26的马达外壳4一侧包围。

其次，在马达外壳4，在马达10的后端侧的轴承16的后方，收纳有用于对马达10进行驱动的电源部30及逆变部40。而且，马达外壳4的后端闭塞，在该闭塞部分设置有用于连接电源电缆33的连接器34及操作部42。

其中，连接器34是用于经由电源电缆33从外部的交流电源32获取交流电压并供给至电源部30的装置。此外，操作部42是用于供使用者实施操作由此输入研磨机2（换言之马达10）的驱动指令的装置，操作部42与逆变部40相连接。

下面，使用图2说明电源部30及逆变部40的电路结构。

如图2所示，电源部30由包括四个整流用二极管36、37、38、39的全波整流电路构成。

因此，对从交流电源32输入的交流电压实施了全波整流的电源电压（以下称总线电压）被直接从电源部30向逆变部40输入。

另一方面，逆变部40由开关电路50及控制电路60构成，其中，开关电路50对向马达10的各相线圈的通电状态进行切换，控制电路60通过控制构成该开关电路50的开关元件Q1～Q6的接通·断开状态，由此驱动控制马达10。

此外，开关电路50包括：作为高侧开关（highsideswitch）在来自电源部30的总线电压的输入线与马达10的各相线圈之间设置的三个开关元件Q1、Q2、Q3；以及作为低侧开关（lowsideswitch）在马达10的各相线圈与地线之间设置的三个开关元件Q4、Q5、Q6。

进而，在从该开关电路50至地线的路径上，设置有用于对流向马达10的各相线圈的全电流（以下称总线电流）进行检测的电阻R1。

在该电阻R1的两端，连接有根据电阻R1的两端电压来检测总线电流的总线电流检测电路48，来自总线电流检测电路48的检测信号被输入控制电路60。

此外，在逆变部40设置有总线电压检测电路46，该总线电压检测电路46与来自电源部30的总线电压的输入线相连接，并检测总线电压。而且，来自总线电压检测电路46的检测信号也被输入控制电路60。

另外，一端接地于地线的电容器C1的另一端与来自电源部30的总线电压的输入线相连接。该电容器C1不是将总线电压平滑为恒定的电压的平滑电容器，而是用于从总线电压中去除高频噪音的旁路电容器。因此，该电容器C1与平滑电容器相比，容量极小，是小型的。

此外，控制电路60中具备：目标转速生成电路62，其根据从操作部42输入的驱动指令生成马达10的目标转速；实际转速运算电路64，其根据在总线电流检测电路48检测出的总线电流计算出马达10的实际转速。进而，由这些各电路62、64求得的目标转速及实际转速被分别输入驱动频率运算电路66。

驱动频率运算电路66根据目标转速、实际转速、及差频，算出通过开关电路50所产生的马达10的驱动频率。

例如，驱动频率运算电路66首先根据目标转速与差频，计算出以目标转速驱动马达10所需的驱动频率，并根据实际转速与目标转速的差对这一算出的驱动频率进行校正，由此设定用于控制的驱动频率。

而且，如此由驱动频率运算电路66设定的驱动频率被输入门驱动信号生成电路70。

门驱动信号生成电路70是从正弦波表格68读取正弦波数据，设定开关电路50内的各开关元件Q1～Q6的驱动时机，生成各开关元件Q1～Q6的门驱动信号的装置。

另外，驱动频率被用于对门驱动信号生成电路70从正弦波表格68读取正弦波数据的速度（换言之位相间隔）进行控制。

此外，在控制电路60中设置有过电流检测电路72，其根据来自总线电流检测电路48的检测信号而检测马达10中流过过电流的现象。并且，如果由过电流检测电路72检测到过电流，则基于门驱动信号生成电路70的对各开关元件Q1～Q6的驱动停止。

此外，控制电路60中设置有差频控制表格74，该差频控制表格74存储差频数据，该差频数据用于以由总线电压检测电路46检测的总线电压为参数，对驱动频率运算电路66计算驱动频率所使用的差频进行设定。

并且，差频运算电路76根据由总线电压检测电路46检测的总线电压，从差频控制表格74中读取与该总线电压相对应的差频，并向驱动频率运算电路66输出。

这是因为在本实施方式中，如图3（ａ）所示，由于总线电压仅对从交流电源32供给的交流电压进行全波整流，因此若使差频恒定，则仅在总线电压的峰值附近从电源部30向逆变部40（进而马达10）流动电源电流，无法稳定地驱动马达10。

即，在本实施方式中，因为总线电压是变动的，因此与该变动相对应地、以当总线电压高时差频降低而总线电压低时差频增高的方式控制差频，由此能够抑制电源电流的峰值，从而对更广范围供给电源电流。

其结果是，采用本实施方式，不像以往那样在从电源部30至开关电路50的总线电压输入路径设置平滑电容器或功率改善电路，也能够使马达10的转速稳定。

即，如图3（ｂ）所示，现有装置中，通过在从电源部30至开关电路50的总线电压输入路径设置平滑电容器，由此使总线电压恒定，通过在总线电压输入路径设置功率改善电路，由此扩大电源电流的可供给范围，稳定马达10的转速。

与此相对，采用本实施方式，不必像以往装置那样设置平滑电容器、功率改善电路，也能够使马达10的转速稳定化。

因此，采用本实施方式的研磨机2，不必使用构成平滑电容器、功率改善电路的感应器等体积大的电子部件，也能够构成电源部30及逆变部40，能够使这些各部小型化。

因此，如本实施方式所示，即使将电源部30及逆变部40与马达10一起收纳于工具主体亦即研磨机2的马达外壳4内，研磨机2也不会显著增大，能够提供使用者可手持操作的研磨机2。

此外，采用本实施方式的研磨机2，不再像以往那样需要将由电源部30、逆变部40构成的驱动装置与研磨机主体独立构成并以电缆连接研磨机主体与驱动装置，因此能够防止使用研磨机时驱动装置、电缆成为障碍，提高研磨机的使用便利性。

另外，在本实施方式中，控制电路60相当于本发明的控制单元，驱动频率运算电路66相当于本发明的驱动频率运算单元，门驱动信号生成电路70相当于本发明的驱动单元，差频运算电路76相当于本发明的差频设定单元。目标转速生成电路62相当于本发明的目标转速设定单元，实际转速运算电路64相当于本发明的实际转速检测单元。

以上就本发明的一个实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内采用各种形态。

例如，上述实施方式的控制电路60能够利用各类运算电路构成，也能够使用以CPU、ROM、RAM等为中心构成的周知的微机构成。

并且，此种状况下，作为目标转速生成电路62、实际转速运算电路64、驱动频率运算电路66、门驱动信号生成电路70、过电流检测电路72、及差频运算电路76的功能，能够通过使微机的CPU执行图4所示例的马达驱动控制处理而实现。

以下对该马达驱动控制处理加以说明。

另外，该马达驱动控制处理通过下述方式实现：微机启动后，CPU反复执行在存储介质亦即ROM内预先存储的控制程序之一。

此外，在执行该马达驱动控制处理时，在微机的ROM内，应预先存储作为正弦波表格68及差频控制表格74的数据。

如图4所示，在马达驱动控制处理中，首先在S110（S表示步骤）中，从操作部42读取操作量（具体为可变电阻的电阻值），在S120中根据这一读取的操作量判断是否输入了研磨机2的驱动指令。

并且，在S120中，例如，如果操作量在规定阈值以下，判断为研磨机2的驱动指令没有被输入，则进入S125，停止马达10的驱动，然后再进入S110。

另一方面，在S120中，如果判断为输入了研磨机2的驱动指令，则在S130中，根据该驱动指令（具体为操作部42的操作量），以操作部42的操作量越大转速越高的方式设定马达10的目标转速。

接着，在S140中，经由总线电压检测电路46检测总线电压。进而在接下来的S150中，从差频控制表格74读取与在S140中检测的总线电压相对应的差频，在S160中，根据该读取的差频与在S130中设定的目标转速，算出以目标转速驱动马达10所需的驱动频率。

继而，在S170中，根据通过总线电流检测电路48所检测的总线电流，计算出马达10的实际转速，并进入S180。

在S180中，根据在S170中算出的马达10的实际转速与在S130中设定的目标转速的差，算出将实际转速控制为目标转速所需的驱动频率数的校正量，并以该校正量对在S160中算出的驱动频率进行校正，从而求出用于控制的驱动频率。

进而，在接下来的S190中执行开关电路50的驱动处理，即，使用在S180中进行了校正的驱动频率与正弦波表格68，设定开关电路50内的各开关元件Q1～Q6的驱动时机，以该设定的驱动时机分别使各开关元件Q1～Q6接通·断开。

接着，在S200中，根据来自总线电流检测电路48的检测信号，判断过电流是否流向了马达10，如果没有流过过电流，则进入S110，如果流过了过电流，则在S210中停止马达10的驱动后，结束该马达驱动控制。

此外，在S210中停止马达的驱动时，点亮过电流通知用的LED（未图示），向使用者通知过电流。

如上述说明的那样，即使以微机构成控制电路60，也能够通过使微机的CPU执行上述马达驱动控制，而使其与图2所示的控制电路60同样地发挥作用。

另外，在图4的马达驱动控制处理中，S130的处理作为本发明的目标转速设定单元发挥作用，S150的处理作为本发明的差频设定单元发挥作用，S160及S180的处理作为本发明的驱动频率运算单元发挥作用，S170的处理作为本发明的实际转速检测单元发挥作用，S190的处理作为本发明的驱动单元发挥作用。

在上述实施方式中，针对在逆变部40设置总线电压检测电路46的情况进行了说明，但是也可以如图2中虚线所示，代替总线电压检测电路46，设置零交叉检测电路44。

即，零交叉检测电路44是检测从外部的交流电源32向电源部30输入的交流电压的零交叉点的装置。因此，能够根据由零交叉检测电路44反复检测的零交叉点的检测时机，检测出交流电压（进而总线电压）的相位。

因此，即使代替总线电压检测电路46而设置零交叉检测电路44，也能够在差频运算电路76中，对周期性变化的总线电压进行检测（推定），从差频控制表格读取与总线电压相对应的差频。

此外，在上述实施方式中，说明了以下情况：当由实际转速运算电路64求出马达10的实际转速，由驱动频率运算电路66计算驱动频率时，根据与目标转速的差，对使用目标转速与差频所计算出的驱动频率进行校正。

但是此类反馈控制并非必须执行，通过开关电路50所产生的马达10的驱动频率还可以仅使用目标转速与差频进行计算。

此外，在上述实施方式中，说明了将本发明应用于研磨机2的情况，但作为本发明，只要是以感应电动机为动力源的电动工具，就与上述实施方式同样地适用，并能够获得相同的效果。

此外，感应电动机可以是上述实施方式所示的三相马达，也可以是单相马达。另外，在感应电动机为单相马达的情况下，开关电路可以由通过四个开关元件所形成的所谓的Ｈ电桥构成。

Claims

1.一种电动工具，其特征在于，具备：

作为动力源的感应电动机；

电源部，该电源部对从外部的交流电源供给的交流电压进行整流并生成电源电压；以及

逆变部，该逆变部从所述电源部接受电源供给，并驱动所述感应电动机，

所述电源部及所述逆变部与所述感应电动机共同一体地组装于工具主体，

所述电源部由对所述交流电压进行全波整流的整流电路构成，

所述逆变部具备：

开关电路，该开关电路由多个开关元件构成，所述多个开关元件将来自所述整流电路的输出施加于所述感应电动机的各相线圈；以及

控制单元，该控制单元对所述开关电路的各开关元件进行驱动控制，以使所述感应电动机的转速成为规定速度，

所述控制单元具备：

驱动频率运算单元，该驱动频率运算单元根据所述感应电动机的转速与差频，设定所述感应电动机的驱动频率；

驱动单元，该驱动单元根据由所述驱动频率运算单元设定的驱动频率驱动所述开关电路；

差频设定单元，该差频设定单元根据由所述电源部生成的电源电压的变化设定所述差频；以及

差频控制表格，该差频控制表格存储有与所述电源电压对应的差频数据。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，具备：

零交叉检测电路，该零交叉检测电路对从所述交流电源供给的交流电压的零交叉点进行检测，

所述差频设定单元根据由所述零交叉检测电路检测到的零交叉点，对由所述电源部生成的电源电压的变化进行检测，并设定所述差频。

3.根据权利要求1或2所述的电动工具，其特征在于，具备：

实际转速检测单元，其对所述感应电动机的实际转速进行检测；

目标转速设定单元，其对所述感应电动机的目标转速进行设定，

所述驱动频率运算单元根据由所述目标转速设定单元设定的目标转速、由所述实际转速检测单元检测到的实际转速、及由所述差频设定单元设定的差频，对所述感应电动机的驱动频率进行设定，以使所述感应电动机的实际转速成为目标转速。