CN104159712B - 电动工具 - Google Patents

Abstract

电动工具(1)的控制电路(14)基于电动机(3)的转速来推测来自霍尔元件(S)的传感器信号的输出间隔，按照所推测出的该输出间隔来设定异常检测时间。控制电路(14)在实际检测出来自霍尔元件(S)的传感器信号之后在上述异常检测时间内没有确认到下一个传感器信号的情况下，判断为异常。控制电路(14)具备如下的异常检测时间算法：电动机(3)的转速越快将异常检测时间设定得越短，上述电动机的转速越慢将上述异常检测时间设定得越长。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种具备无刷电动机的电动工具。

背景技术

近年来，已知一种采用了无刷电动机来作为驱动源的电动工具。在专利文献1所示的电动工具中，用旋转位置检测传感器检测无刷电动机的转子的位置，基于其位置信息来设定向无刷电动机的电枢绕组通电的定时。

另外，在专利文献1的电动工具中实施了保护动作，该保护动作用于防止由旋转位置检测传感器获得的转子的位置信号异常所导致的电动机的故障。具体地说，如专利文献1的图6所示，在正常时，旋转位置信号的出现模式是连续的，但在异常时，其出现模式有时会发生偏移。在检测出异常的情况下，通过使电动机停止来实施电动机的保护动作。

专利文献1：日本特开2011-11313号公报

发明内容

本申请的发明人研究了检测电动工具的异常的方法。在本申请的发明人想出的参考例的方法中，将来自旋转位置检测传感器的位置信息信号的输出间隔设为异常检测时间，在检测出实际的位置信息信号之后在上述异常检测时间内没能检测出下一个位置信息信号的情况下，判断为异常。

然而，本申请的发明人注意到，在参考例的异常判断方法中，在异常检测时间极其短的情况下，即便是正常也有可能判断为异常。本申请发明人注意到，在反之异常检测时间极其长的情况下，会产生在发生了异常的期间对无刷电动机的开关元件进行通电的状况，有可能无法避免开关元件的损坏。

本发明的目的在于提供一种能够更加恰当地设定异常检测时间的长度的电动工具。

为了解决上述问题，遵照本发明的一个方面的电动工具具备：能够正反旋转的无刷电动机；传感器部，其检测上述无刷电动机的旋转位置，并输出用于通知旋转位置的变化的位置信息信号；驱动电路，其具有多个开关元件以向上述无刷电动机进行供电；以及控制部，其基于由上述传感器部检测出的上述无刷电动机的旋转位置来控制上述驱动电路。上述控制部基于上述无刷电动机的转速来推测来自上述传感器部的上述位置信息信号的输出间隔，按照所推测出的该输出间隔来设定异常检测时间。上述控制部在实际检测出来自上述传感器部的上述位置信息信号之后在上述异常检测时间内没有确认到下一个位置信息信号的情况下，判断为异常。上述控制部具备如下的异常时间设定算法：上述无刷电动机的转速越快则将上述异常检测时间设定得越短，上述无刷电动机的转速越慢则将上述异常检测时间设定得越长。

在优选例中，上述控制部在上述判断为异常的情况下，执行停止从上述驱动电路向上述无刷电动机的供电的异常停止。

在优选例中，电动工具还具备运转状态选择部，该运转状态选择部按照使用者的操作来选择上述无刷电动机的驱动或停止，在执行上述异常停止之后经由上述运转状态选择部选择了无刷电动机的驱动的情况下，上述控制部使上述无刷电动机重新驱动。

在优选例中，上述控制部以比执行上述异常停止前的占空比低的占空比控制上述驱动电路的开关元件来使上述无刷电动机重新驱动。

在优选例中，上述控制部将进行上述重新驱动动作的次数限制为规定次数。

在优选例中，上述控制部向上述使用者通知上述重新驱动动作已达到规定次数。

在优选例中，优选控制部在上述重新驱动前进行上述无刷电动机的超前角控制，并且在开始上述重新驱动时不进行上述超前角控制。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够恰当地设定异常检测时间的长度的电动工具。

附图说明

图1是实施方式的电动工具的局部截面图。

图2是表示图1的电动工具的电气结构的框图。

图3是驱动电路的框图。

图4的(a)、(b)是用于说明输入到各开关元件的信号的状态的说明图。

图5的(a)～(d)是用于说明电动工具的动作的流程图。

图6是用于对电动工具的异常停止处理进行说明的流程图。

图7是用于说明正常停止时和异常停止时的信号状态的说明图。

图8是用于对与电动机的转速相应的异常检测时间的设定方法进行说明的曲线图。

图9是用于对与占空比相应的异常检测时间的设定方法进行说明的曲线图。

具体实施方式

下面，按照附图来说明遵照本发明的一个实施方式的电动工具。

如图2所示，本实施方式的电动工具1具备：作为驱动源的电动机3；作为传感器部的霍尔元件S，其检测电动机3的旋转位置并输出用于通知旋转位置的变化的位置信息信号；驱动电路15，其向电动机3进行供电；以及作为控制部的控制电路14，其控制驱动电路15。

在图1所示的例子中，电动机3收纳在具有开口端2a和底的筒状的电动机外壳2中，电动机3的旋转轴4在电动机外壳2的轴线方向(图1的左右方向)上延伸。在电动机外壳2的开口端2a安装有直径从基端朝向前端5a逐渐减小的圆顶部5。输出轴6从圆顶部5的前端5a突出。输出轴6经由收纳在圆顶部5内的扭矩放大器7与电动机3的旋转轴4连结。在输出轴6的前端6a形成有能够安装未图示的工具(钻头)的钻头安装部8。

在图1所示的例子中，按照使用者的操作来选择电动机3的驱动或停止的、作为运转状态选择部的触发开关10设置于在电动机外壳2的开口端2a附近形成的手柄部9。触发开关10具有主体部10a和操作部10b，其中，该主体部10a固定在手柄部9内，该操作部10b具有从手柄部9的前端突出的前端，并且被主体部10a施加朝突出方向的力。触发开关10对控制电路14提供用于调整电动机3的转速的、与使用者的操作量(触发开关10的拉入量)相应的速度信号。

在图1所示的例子中，按照使用者的操作来选择电动机3的旋转方向的旋转方向选择部(正反开关)11配置在手柄部9表面的比触发开关10略靠上方的位置处。旋转方向选择部11具有被以可移动的方式支承的操作钮，将电动机3的旋转方向切换为与该操作钮的移动方向对应的旋转方向。

在图1所示的例子中，电动工具1是电池驱动式，在手柄部9的下端形成有电池安装部12，在该电池安装部12中安装有作为电源的电池13。

控制电路14基于触发开关10和旋转方向选择部11的操作状态，经由驱动电路15来控制作为驱动源的电动机3的动作。驱动电路15按照控制电路14的控制来执行对电动机3的驱动电力的生成和提供。如图1所示，控制电路14例如收纳在手柄部9中，驱动电路15例如收纳在电动机外壳2中。

电动机3采用了无刷电动机。如图2所示，霍尔元件S与控制电路14电连接，检测该无刷电动机的转子的旋转位置，对控制电路14提供用于通知旋转位置的变化的位置信息信号。

图3是表示电动工具1的简要电气结构的框图。驱动电路15能包含将多个(例如6个)开关元件16～21连接而得到的PWM逆变器。

在图示的例子中，驱动电路15是将开关元件16、19的串联电路、开关元件17、20的串联电路以及开关元件18、21的串联电路并联连接而构成的。上侧的开关元件16、17、18与电池13的正极端子相连接，下侧的开关元件19、20、21与电池13的负极端子相连接。开关元件16、19之间的节点经由连接点22u连接于电动机3的电动机线圈3u，开关元件17、20之间的节点经由连接点22v连接于电动机3的电动机线圈3v，开关元件18、21之间的节点经由连接点22w连接于电动机3的电动机线圈3w。各开关元件16～21例如能够由FET构成。

控制电路14能够按照基于来自霍尔元件S的位置信息信号的电动机3的旋转位置信息来控制驱动电路15。例如，控制电路14按照电动机3的旋转位置信息来生成电动机控制信号，并将该控制信号提供给开关元件16～21。各开关元件16～21以电动机控制信号的占空比(即接通与断开的比率)进行动作。控制电路14通过适当变更电动机控制信号的占空比来变更开关元件16～21的占空比。驱动电路15将电池13的直流电压转换为三相的驱动电力后提供给电动机3。在开关元件16～21是FET的情况下，有时将电动机控制信号称为被提供给开关元件16～21的栅极的栅极导通/截止信号。

本实施方式的电动工具1的控制电路14在使电动机3旋转时，将分别提供给开关元件16～21的电动机控制信号一边按顺序切换图4的(a)所示的模式A～F一边输出。开关元件16～21如图4的(b)所示那样接通/断开。在使电动机3驱动的情况下，控制电路14执行换流控制，对分别与开关元件16～21连接的端子U+、U-、V+、V-、W+、W-提供与模式相应的电动机控制信号。在开关元件是FET的情况下，各端子U+、U-、V+、V-、W+、W-与所对应的开关元件的栅极相连接。控制电路14通过对电动机控制信号进行PWM控制来控制对电动机线圈3u、3v、3w提供的电流，以控制电动机3的转数。此外，与来自构成转子位置检测传感器的霍尔元件S的传感器信号相应地选择模式A～F。

接着，参照图5和图6来说明本实施方式的电动工具1的动作。

如图5的(a)所示，作为用于进行电动机的驱动控制的主例程，控制电路14首先进行初始设定处理(步骤S10)。控制电路14读取旋转方向选择部11的信号来决定电动机3的旋转方向(步骤S11)。控制电路14执行按照规定的算法来对从触发开关10取入的速度信号进行处理的量(volume)输入处理(步骤S12)，计算与所输入的速度信号相应的占空比(步骤S13)。控制电路14根据电动机3的转数来计算超前角所需的时间(步骤S14)，之后，进行电动机3的驱动处理(步骤S15)。之后，反复进行步骤S11～S15。

在此，在步骤S12的量输入处理中，控制电路14将所输入的速度信号转换为与触发开关10的拉入量相应的量信号后将其取入。关于超前角所需的时间的计算，例如当将超前角设为α°时，由于外部中断的定时、即传感器信号的输入定时是60°的电角度，因此控制电路14使计时器中断信号相对于外部中断延迟与(60-α)°相应的时间后输出。通过这样，控制电路14能够进行超前角为α°的超前角控制。超前角所需的时间tn能够按照tn＝(T-2×(60-α))/60的式子来计算。

接着，对图5的(b)的中断处理进行说明。将来自检测电动机3的转子位置的霍尔元件S的传感器信号(位置信息信号)的边缘作为触发来进行本中断处理。

当输入来自霍尔元件S的传感器信号的边缘时(步骤S20)，控制电路14根据上一次在步骤S20中输入的传感器信号的边缘的计数值和本次在步骤S20中输入的传感器信号的边缘的计数值来计算边缘间周期(传感器信号的间隔)(步骤S21)。接着，控制电路14使驱动输出用计时器启动(步骤S22)。控制电路14根据在步骤S21中计算出的边缘间周期来计算电动机3的转速，根据计算出的转速来计算异常检测时间(步骤S23)。例如，控制电路14基于计算出的转速来推测来自霍尔元件S的传感器信号(位置信息信号)的输出间隔，按照所推测出的该输出间隔来设定异常检测时间(detectionwindow)。控制电路14具备异常时间设定算法，能够按照异常时间设定算法来设定异常检测时间，该异常时间设定算法是：所计算出的转速越慢则将异常检测时间设定得越长，所计算出的转速越快则将异常检测时间设定得越短。例如图8所示，异常时间设定算法能够包含表示所计算出的转速与异常检测时间之间的关系的函数、对应表。

接着，控制电路14使异常检测用计时器启动(步骤S24)，返回到主例程。

接着，控制电路14在经过了在主例程的步骤S14中计算出的超前角时间的时间点将驱动输出用计时器关闭，开始图5的(c)的中断处理。控制电路14输出电动机驱动信号和PWM信号(步骤S25)，之后，返回到主例程。

另外，控制电路14在输入下一个传感器信号的边缘之前经过了上述异常检测时间的情况下判断为异常，关闭异常检测用计时器，如图5的(d)所示那样作为中断处理而开始异常停止处理。例如，控制电路14在步骤S30中执行异常停止。异常停止有时也称为由于检测出异常或者判断为异常而被触发的驱动电力的提供停止。此时，在图7所示的例子中，在异常停止时，通过对端子U+、U-、V+、V-、W+、W-提供高电平的电动机控制信号来使来自所有开关元件16～21的输出为断开状态，以切断对电动机3的通电。在正常停止的情况下，与端子U+、V+、W+对应的开关元件是断开状态而与端子U-、V-、W-对应的开关元件是接通状态。控制电路14能够对异常停止的次数进行计数并保持。能够按照规定的程序来重置所保持的计数值。

接着，控制电路14在异常停止后判断是否接通(拉入)了触发开关10(步骤S31)。如果触发开关10是断开的状态(步骤S31：“否”)，则控制电路14继续保持异常停止状态(步骤S32)。

另一方面，如果接通了触发开关10(步骤S31：“是”)，则控制电路14判断异常停止次数是否超过规定次数(例如10次)(步骤S33)。如果异常停止次数超过规定次数(步骤S33：“是”)，则控制电路14继续保持异常停止状态。

另一方面，如果异常停止次数为规定次数以下(步骤S33：“否”)，则控制电路14执行按照规定的算法对触发开关10的速度信号进行处理的量输入处理(步骤S34)。接着，控制电路14计算与所输入的速度信号相应的占空比(步骤S35)。

接着，控制电路14将在步骤S35中计算出的占空比与上述异常停止前的占空比进行比较(步骤S36)。如果在步骤S35中计算出的占空比为异常停止前的占空比以上(步骤S36：“是”)，则控制电路14将计算出的占空比变更为比异常停止前的占空比低的占空比并重新驱动电动机3(步骤S37)。另一方面，如果在步骤S35中计算出的占空比小于异常停止前的占空比(步骤S36：“否”)，则控制电路14以所计算出的占空比(即比异常停止前的占空比低的占空比)重新驱动电动机3(步骤S38)。在此，通过进行异常停止，电动机3的速度降低，因此当以与异常停止前相同的占空比启动电动机3时，由于电流过冲而使钻头急速旋转，可能会对使用者施加预料之外的反作用力。因此，通过以比异常停止前的占空比低的占空比进行异常停止后的电动机3的重新驱动，能够减轻或者防止电流过冲以及预料之外的反作用力，能够提高电动工具1的安全性。

优选控制电路14在步骤S37以及步骤S38的重新驱动时不实施上述超前角控制。在步骤S37或者步骤S38中驱动了电动机3之后，控制电路14返回到图5的(a)所示的主例程的步骤S11。

接着，说明本实施方式的特征性的效果。

(1)控制电路14基于电动机3的转速来推测来自霍尔元件S的传感器信号的输出间隔，按照所推测出的该输出间隔来设定异常检测时间。控制电路14在实际检测出来自霍尔元件S的上述传感器信号之后在上述异常检测时间内没有确认到下一个传感器信号的情况下，判断为异常。控制电路14具备如下算法：上述电动机3的转速越快则将异常检测时间设定得越短，上述电动机3的转速越慢则将上述异常检测时间设定得越长。这样，即使电动机3的转速越快而将异常检测时间设定得越短，也由于传感器信号的输出间隔与电动机3的转速相应地缩短而能够恰当地检测是否存在异常。另外，通过缩短异常检测时间能够抑制在异常状态下对电动机3的开关元件16～21进行通电，因此能够抑制开关元件16～21的损坏。另一方面，即使电动机3的转速越慢而使异常检测时间越长，也由于输出间隔与电动机3的转速相应地延长，因此能够抑制尽管正常也判断为异常的情况。

(2)控制电路14在判断为异常的情况下，使从驱动电路15向电动机3的供电停止来执行使电动机3停止的异常停止，因此能够抑制异常状态的电流流过开关元件16～21，能够抑制开关元件的损坏。

(3)控制电路14与按照使用者的操作来选择电动机3的驱动或停止的、作为运转状态选择部的触发开关10相连接。在执行电动机3的异常停止之后经由触发开关10选择了电动机3的驱动的情况下，控制电路14使电动机3重新驱动。通过设为这种结构，例如即使电动工具1的负载暂时增大而使电动机3的旋转瞬间为异常状态，操作者也能够通过在恢复为正常状态时重新启动来将操作的中断抑制得比较短，能够提高使用者的便利性。

(4)控制电路14以比执行异常停止前的占空比低的占空比控制驱动电路15的开关元件16～21来使电动机3重新驱动。在此，由于进行异常停止而电动机3的速度降低，因此当以与异常停止前相同的占空比启动电动机3时，由于电流过冲而使钻头急速旋转，可能会对使用者施加预料之外的反作用力。但是，通过以比异常停止前的占空比低的占空比来进行异常停止后的电动机3的重新驱动(参照步骤S37和S38)，能够减轻或者防止电流过冲以及预料之外的反作用力，能够提高电动工具1的安全性。

(5)在优选例中，控制电路14将重新驱动的次数限制为规定次数。在这种情况下，能够减轻因反复进行异常检测和电动机3的重新启动而被过度使用的开关元件16～21的损坏。

(6)在优选例中，控制电路14在重新驱动前进行电动机3的换流控制，并且在开始重新驱动时不进行超前角控制。在此，在开始重新驱动时，特别是在紧接着异常停止之后开始重新驱动时，电动机3的旋转不稳定。通过在不稳定的旋转中停止超前角控制，能够使电动机3的旋转状态尽快稳定。

此外，本发明的实施方式也可以如下述那样进行变更。

·在上述实施方式中，设为与电动机3的转速相应地变更异常检测时间的长度的结构，但除此以外，也可以如图9所示那样还考虑占空比来变更异常检测时间的长度。例如，控制电路14能够具备如下的异常时间设定算法：如果占空比大则缩短异常检测时间，如果占空比小则延长异常检测时间。

·在上述实施方式中，设为将重新驱动的次数限制为规定次数的结构，但并不限于此。

·在上述实施方式中，设为在开始重新驱动时不进行电动机3的超前角控制的结构，但并不限于此。

·虽然在上述实施方式中没有提及，但控制电路14也可以向使用者通知电动机3的重新驱动已达到规定次数。通过设为这种结构，能够使使用者意识到异常状态。对该通知的方法不作特别的限定，例如能够通过可设于电动工具1的可视觉感知或者可听觉感知或者可触觉感知的通知部来进行通知。

·也可以将优选例与变更例适当组合。

附图标记说明

1：电动工具；3：电动机(无刷电动机)；10：作为运转状态选择部的触发开关；11：旋转方向选择部；14：作为控制部的控制电路；15：驱动电路；16～21：开关元件；S：作为传感器部的霍尔元件。

Claims (9)

1.一种电动工具，具备：

能够正反旋转的无刷电动机；

传感器部，其检测上述无刷电动机的旋转位置，并输出用于通知旋转位置的变化的位置信息信号；

驱动电路，其具有多个开关元件以向上述无刷电动机进行供电；以及

控制部，其基于由上述传感器部检测出的上述无刷电动机的旋转位置来控制上述驱动电路，

其中，上述控制部基于由上述传感器部检测出的上述无刷电动机的转速来推测来自上述传感器部的上述位置信息信号的输出间隔，按照所推测出的该输出间隔来设定异常检测时间，

上述控制部在实际检测出来自上述传感器部的上述位置信息信号之后在上述异常检测时间内没有确认到下一个位置信息信号的情况下，判断为异常，

上述控制部具备如下的异常时间设定算法：上述无刷电动机的转速越快则将上述异常检测时间设定得越短，上述无刷电动机的转速越慢则将上述异常检测时间设定得越长。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

上述控制部在上述判断为异常的情况下，执行停止从上述驱动电路向上述无刷电动机的供电的异常停止。

3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，

还具备运转状态选择部，该运转状态选择部按照使用者的操作来选择上述无刷电动机的驱动或停止，

在执行上述异常停止之后经由上述运转状态选择部选择了上述无刷电动机的驱动的情况下，上述控制部使上述无刷电动机重新驱动。

4.根据权利要求3所述的电动工具，其特征在于，

上述控制部以比执行上述异常停止前的占空比低的占空比控制上述驱动电路的开关元件来使上述无刷电动机进行重新驱动动作。

5.根据权利要求3所述的电动工具，其特征在于，

上述控制部将上述重新驱动的次数限制为规定次数。

6.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于，

上述控制部将上述重新驱动的次数限制为规定次数。

7.根据权利要求5所述的电动工具，其特征在于，

上述控制部向上述使用者通知上述重新驱动已达到规定次数。

8.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，

上述控制部向上述使用者通知上述重新驱动已达到规定次数。

9.根据权利要求3至8中的任一项所述的电动工具，其特征在于，

上述控制部在上述重新驱动前进行上述无刷电动机的超前角控制，并且在开始上述重新驱动时不进行上述超前角控制。