CN104170240A

CN104170240A - 电动工具

Info

Publication number: CN104170240A
Application number: CN201380012463.3A
Authority: CN
Inventors: 高野信宏; 原田哲祐; 饭村良雄; 西河智雅; 内田洋树; 仲野义博
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-11-26
Also published as: JP5942500B2; EP2826141A2; JP2013188850A; US20150022125A1; WO2013137480A3; WO2013137480A2

Abstract

一种用于驱动前端工具的电动工具，所述电动工具包括：可拆卸电池；无刷电机，被配置为产生用于驱动所述前端工具的驱动力；逆变器电路，被配置为使用多个半导体开关元件将来自所述可拆卸电池的电力提供给所述无刷电机；控制器，被配置为控制所述逆变器电路以控制所述无刷电机的旋转；温度检测器，被配置为检测所述无刷电机或所述半导体开关元件的温度；和电压检测器，被配置为检测所述电池的电压。所述无刷电机被驱动以使得基于由所述温度检测器检测到的温度和由所述电压检测器检测到的电压之间的关系来确定用于驱动所述半导体开关元件的PWM驱动信号的占空比。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及电动工具，更具体地，涉及其中用作驱动源的电机的控制方法得到改善的电动工具。

背景技术

手持式电动工具，特别是由电池中累积的电能驱动的无线式(cordless)电动工具，被广泛使用。在其中诸如钻子或起子之类的前端工具(tip tool)由电机旋转驱动以执行所需工作的电动工具中，如JP 2008-278633A中所公开的，例如电池被用于驱动无刷DC电机。无刷DC电机指的是不具有电刷(用于整流的电刷)的DC(直流)电机。无刷DC电机在定子侧采用线圈(绕组)并在转子侧采用永磁体，并且具有这样的配置：将由逆变器驱动的电力顺序地供给到预定线圈以使转子旋转。无刷电机与有刷电机相比具有高效率并且能改善使用可充电电池的电动工具每次充电的工作时间。另外，由于无刷电机包括其上安装有用于旋转驱动电机的开关元件的电路，因此容易通过电子控制实现电机的高级旋转控制。

无刷DC电机包括具有永磁体的转子、具有诸如三相绕组之类的多相电枢绕组(定子绕组)的定子、由多个通过检测转子的永磁体的磁力来检测转子的位置的Hall IC构成的位置检测元件、和通过使用半导体开关元件(诸如FET(场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等)对从电池组等提供的DC电压进行切换并改变到每一相的定子绕组的通电来驱动转子的逆变器电路。多个位置检测元件对应于多相电枢绕组，并且每相的电枢绕组的通电定时基于每个位置检测元件的转子位置检测结果来设置。

发明内容

附带提出，定子和开关元件根据电动工具的使用产生热，但是无刷DC电机的各组件具有特定的操作温度条件，因此，重要的是在特定的操作温度条件的范围内操作无刷DC电机。在电动工具中，归因于持续操作或超负荷，在电机体中或在电机体中的固定驱动电路的半导体开关元件出现温度上升的问题，因此在这些组件或构成这些组件的元件中可能引起热损害。为了解决这个问题，优选的是操作者减少电机的转数或在引起热损害之前使电机停止以冷却电机部件。但是，为了进行这种冷却操作，基本上使紧固工作或切割工作停止，因此操作效率降低。此外，对于操作者而言难以确定在电机部件中是否出现异常温度上升。

做出本发明的一个方面以解决上述问题并且本发明的该一个方面的目的是提供一种电动工具，其能够保护电机或控制电路免受当温度上升超过预定数值时可能引起的热损害。

本发明的另一个目的是提供一种电动工具，其能够通过在预定温度上升范围内操作该电动工具来可无需停止电机地连续操作。

本发明的又一个目的是提供一种能够在更换电池的同时连续执行高负荷工作的电动工具。

于此公开的本发明的典型方面如下：

(1)一种用于驱动前端工具的电动工具，所述电动工具包括：

可拆卸电池；

无刷电机，被配置为产生用于驱动所述前端工具的驱动力；

逆变器电路，被配置为使用多个半导体开关元件将来自所述可拆卸电池的驱动电力提供给所述无刷电机；

控制器，被配置为控制所述逆变器电路以控制所述无刷电机的旋转；

温度检测器，被配置为检测所述无刷电机或所述半导体开关元件的温度；

电压检测器，被配置为检测所述电池的电压，

其中所述无刷电机被驱动，以使得基于由所述温度检测器检测到的温度和由所述电压检测器检测到的电压之间的关系来确定用于驱动所述多个半导体开关元件的PWM驱动信号的占空比。

(2)根据(1)所述的电动工具，其中

所述逆变器电路包括其上安装有所述多个半导体开关元件的电路板，

所述电路板被固定到所述无刷电机的端侧，并且

所述温度检测器被安装在所述电路板上。

(3)根据(1)或(2)所述的电动工具，其中当所述检测到的电压较高时，所述控制器控制所述逆变器以降低所述PWM驱动信号的占空比，并且随着所述检测到的电压下降，所述控制器控制所述逆变器电路以增加所述PWM驱动信号的占空比。

(4)根据(3)所述的电动工具，其中在安装了处于充满电状态下的电池之后，所述控制器立即控制逆变器电路以将所述占空比的上限限制为小于100％的预定数值，并且随着所述检测到的电压从充满电状态减小，所述控制器控制所述逆变器电路增加所述占空比。

(5)根据(4)所述的电动工具，其中

其中每次所述电机的旋转开关被接通以启动所述电机时，都设置占空比，并且

保持所述占空比，直到将所述旋转开关被释放。

(6)根据(1)至(5)任一所述的电动工具，其中基于所述检测到的温度和所述检测到的电压使用运算表达式来计算所述占空比。

(7)根据(1)至(5)任一所述的电动工具，其中

所述检测到的温度及所述检测到的电压与所述占空比之间的关系被提前在所述控制器中存储为分成多个部分的表格，并且，

当所述电机的旋转开关接通时，所述控制器通过参考所述表格来确定所述占空比。

(8)根据(1)至(7)任一的电动工具，其中

所述电动工具具有低负荷操作模式和高负荷操作模式，

在所述低负荷操作模式期间，所述控制器以固定的占空比驱动所述无刷电机，而不考虑所述检测到的电压，以及

在所述高负荷操作模式期间，所述控制器基于所述检测到的温度和所述检测到的电压来调整所述占空比。

(9)一种电动工具，包括：

电机；

电池，被配置为将驱动电力提供给所述电机；

电压检测器，被配置为检测所述电池的电压；和

运算单元，被配置为当所述电池的电压增加时降低提供给所述电机的PWM控制信号的占空比。

(10)根据(9)所述的电动工具，还包括温度检测器，被配置为检测所述电机的温度，

其中当所述电机的温度降低时,所述运算单元增加提供给所述电机的PWM控制信号的占空比。

(11)一种电动工具，包括：

电机；

可拆卸电池，被配置为将驱动电力提供给所述电机；和

运算单元，被配置为在所述电池被安装到所述电动工具之后立即将提供给所述电机的PWM控制信号的占空比降低到小于100％的数值。

(12)根据(11)的电动工具，还包括电压控制器，被配置为检测所述电池的电压，

其中当由所述电压检测器检测到的电压增加时，所述运算单元将提供给所述电机的PWM控制信号的占空比减少。

根据(1)中描述的方面，用于驱动所述半导体开关元件的PWM驱动信号的占空比根据由所述温度检测器检测到的温度和由所述电压检测器检测到的电压之间的关系来确定。利用这种配置，可以抑制易受热损害影响的部件的过度温度上升。因此，除了使得所述电动工具能够在更换多个电池的同时持续操作以外，还可以改善电动工具的可靠性和寿命。

根据(2)中描述的方面，温度检测器安装在设置在所述无刷电机的端侧处的电路板上。利用这种配置，可以通过所述温度检测器直接或间接地测量所述半导体开关元件或电机的温度。

根据(3)中描述的方面，当所述检测到的电压较高时，控制所述控制器来降低PWM驱动信号的占空比，并且随着所述检测到的电压降低，控制所述控制器来增加所述PWM驱动信号的占空比。利用这种配置，当电池的电压降低时可将电机的转数的降低抑制到最小并且因此可以高效地实现紧固工作。

根据(4)中描述的方面，在安装了处于充满电状态下的电池之后，立即控制所述控制器将所述占空比的上限限制为小于100％的预定数值。利用这种配置，可以防止在换电池组之后即刻由于高电压驱动导致所述电机或所述开关元件的过度温度上升。

根据(5)中描述的方面，当接通扳机开关时设置所述占空比的上限并且一直保持直到所述扳机开关断开。利用这种配置，可以防止诸如在一个紧固工作期间占空比变化之类的不稳定控制，因此可以稳定地执行紧固工作而不会给操作者带来不舒服的感觉。

根据(6)中描述的方面，由于基于所述检测到的温度和所述检测到的电压而使用运算表达式来计算所述占空比，因此所述占空比的变化是逐渐的。利用这种配置，即使执行多个螺栓紧固工作，也可以防止其中所述电机输出的突然切换的不自然状况的出现。因此，可实现平滑的电机控制。

根据(7)中描述的方面，由于将所述占空比提前存储为分成多个部分的表格，所以当接通旋转开关时可以通过参考所述表格来快速地确定所述占空比。

根据(8)中描述的方面，所述电动工具具有低负荷操作模式和高负荷操作模式作为电机的控制模式，并且只有当所述电机处于高负荷操作模式时，所述控制器才基于所述检测到的温度和所述检测到的电压来调整所述占空比。利用这种配置，可以根据所述控制模式通过精细控制来降低所述占空比。另外，所述占空比在无需调整占空比的低负荷工作期间一直固定。因此，可以快速地启动所述电机。

根据(9)中描述的方面，当检测到电池的电压变高时预期到提供给电机的电力增加，可通过毅然将提供给所述电机的PWM驱动信号的占空比降低来防止电机过热。因此，可以通过更换电池或给电池充电来持续执行高负荷工作。

根据(10)中描述的方面，当电机的温度降低时，即使电池的电压变高，也可预期到所述电机暂时不会过热的事实，因此可以通过提升提供给所述电机的PWM驱动信号的占空比来防止所述电机的输出的过度减少。因此，可以通过更换电池或给电池充电来持续执行高负荷工作。

根据(11)中描述的方面，当检测到电池被更换或被充电时，预期到提供给电机的电力增加，可通过毅然将提供给所述电机的PWM驱动信号的占空比降低来防止电机过热。因此，可以通过更换电池或给电池充电来持续执行高负荷工作。

根据(12)中描述的方面，所述电压控制器可检测电池被更换或被充电。

根据以下的详细描述和附图,本发明的前述和其他目的以及特征将是显而易见的。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例性实施例的冲击起子的内部结构的截面图。

图2A是从所述冲击起子的后面侧看到的逆变器电路板的后视图。

图2B是从所述冲击起子的侧面看到的逆变器电路板的侧视图。

图3是示出根据本发明的示例性实施例的电机的驱动控制系统的电路配置的框图。

图4是示出在本发明的实施例中的电机温度、电池电压和PWM驱动信号的占空比之间的关系的示图。

图5是示出当使用第一实施例的冲击起子执行紧固工作时针对电机控制的占空比的设置过程的流程图。

图6是示出在本发明的第二实施例中的电池电压、电机温度和占空比之间的关系的矩阵表。

图7是示出当使用第二实施例的冲击起子执行紧固工作时针对电机控制的占空比的设置过程的流程图。

图8是示出在本发明的第二实施例中的电池电压、电机温度和占空比之间的关系的矩阵表的另一示例。

具体实施方式

[实施例1]

下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施例。另外，如本文中所用的，前-后方向和上-下方向指的是图1的由箭头指示的方向。

图1是示出根据示例性实施例的作为电动工具示例的冲击起子1的内部结构的示图。冲击起子1由可充电电池9供电并且使用电机3作为驱动源来驱动旋转打击机构21。冲击起子1将旋转力和打击力施加给作为输出轴的砧(anvil)30。电动工具1间歇地将旋转打击力传递给诸如螺丝批头(driver bit)的前端工具(未示出)来紧固螺丝或螺栓。此处，前端工具被保持在套筒31的安装孔30a上。

无刷DC型电机3容纳在从侧面看基本上是T形的壳体2的圆柱形主体2a中。电机3的旋转轴12由轴承19a和轴承19b可旋转地支承。轴承19a被设置为壳体2的主体2a的中央附近而轴承19b被设置在其后面端侧。转子风扇13被设置在电机3的前面。转子风扇3与旋转轴12同轴地安装并且与电机3同步旋转。用于驱动电机3的逆变器电路板4被布置在电机3的后面。在电路板上安装热敏电阻以检测开关元件或该电路板的温度。由转子风扇13产生的气流通过形成在壳体的围绕逆变器电路板4的一部分上的进气口17a、17b和狭缝(未示出)被引入到壳体2中。之后，该气流主要流经转子3a和定子3b之间。此外，气流从转子风扇13的后面被吸入并沿转子风扇13的径向流动。并且，该气流通过形成在壳体的围绕转子风扇3的一部分上的狭缝(未示出)被排出到壳体2的外部。逆变器电路板4是具有与电机3的外部形状大致相同的圆形形状的双面板。多个诸如FET的开关元件5或诸如hall IC的位置检测元件33安装在逆变器电路板上。

在转子3a和轴承19a之间，套筒14和转子风扇13与旋转轴12共轴安装。转子3a形成通过磁体15形成的磁路。例如，转子3a通过将形成有狭缝的四片板状薄金属片层压而构成。套管14是允许转子风扇13和转子3a无空转地旋转的连接件并且由例如塑料制成。如需要，在套筒14的外围处形成平衡校正凹槽(未示出)。转子风扇13通过例如塑性铸造一体成型。转子风扇是所谓的离心风扇，其从后部内周侧吸入空气并在前侧向外径向地排出空气。转子风扇包括从旋转轴12从中穿过的过孔的外围径向延伸的多个叶片。

塑料垫片35被设置在转子3a和轴承19b之间。垫片35具有近似圆柱体形状并且在轴承19b和转子3a之间设置间隙。该间隙目的是将逆变器电路板4(见图1)同轴布置并且需要该间隙来形成作为气流的流动路径所需的空间以冷却开关元件5。

手柄部分2b从壳体2的主体2a大致以直角延伸并且与主体2a集成。扳机开关6设置在手柄部分2b的上侧区域上。开关板7设置在扳机开关6之下。控制电路板8容纳在手柄部分2b的下侧区域中。控制电路板8具有通过扳动扳机开关6的操作来控制电机3的速度的功能。控制电路板8电连接至电池9和扳机开关6。控制电路板8经由信号线11b与逆变器电路板4连接。在手柄部分2b之下，可拆卸地安装有电池9(诸如镍镉电池、锂离子电池)。例如，电池9装有诸如锂离子电池之类的多个二次电池。当电池9充电时，将电池9从冲击起子1移除并装到专用充电器(未示出)上。

旋转打击机构21包括行星齿轮减速机构22、主轴27和锤24。旋转打击机构的后端由轴承20支承而其前端由金属29支承。随着扳机开关6被扳动，由此启动电机3，电机3开始沿由向前/向后切换控制杆10设定的方向旋转。电机3的旋转力通过行星齿轮减速机构22减速并传递给主轴27。因此，主轴27以预定速度被旋转驱动。此处，主轴27和锤24通过凸轮机构彼此连接。凸轮机构包括在主轴27的外周表面上形成的V形主轴凸轮凹槽25、在锤24的内周表面上形成的锤凸轮凹槽28和与这些凸轮凹槽25、28接合的球26。

锤24通常被弹簧23向前推进。当静止时，锤24通过球26和凸轮凹槽25、28的接合而位于与砧30的端面隔开的位置处。凸出部分(未示出)对称地分别形成在锤24和砧30的旋转面上的彼此相对的两个位置中。随着主轴27被旋转驱动，主轴的旋转经由凸轮机构传递到锤24。此时，由于当锤24还未转到一半时，锤24的凸出部分与砧30的凸出部分接合，使得砧30旋转。但是，在此时由于接合作用力而在主轴27和锤24之间出现相对旋转的情况下，锤24在沿着凸轮机构的主轴凸轮凹槽25压缩弹簧23的同时，开始向电机3后退。

由于通过锤24的后退移动，锤24的凸出部分越过砧30的凹面部分，因此在这些凸出部分之间的接合被释放，通过凸轮机构的动作和积聚在弹簧23中的弹性能量以及主轴27的旋转力，锤24在旋转方向上以及还在前进方向上快速加速。另外，锤24通过弹簧23的推进力在前进方向上移动并且锤24的凸出部分再次与砧30的凸出部分接合。从而，使锤激活以与砧一体旋转。此时，由于强大的旋转打击力被施加给砧30，因此该旋转打击力经由安装在砧30的安装孔30a上的前端工具(未示出)传递给螺丝。

之后，重复执行相同的操作，因此旋转打击力被间歇不断地从前端工具传递到螺丝。从而，例如，螺丝可以被旋入要被紧固的诸如木头的构件(未示出)中。

接着，将参照图2描述本实施例的逆变器电路4。图2A是从冲击起子1的后侧看到的逆变器电路板4的后视图。图2B是从冲击起子的侧面看到的逆变器电路板4的侧视图。逆变器电路板4由例如玻璃环氧树脂(其通过由环氧树脂固化玻璃纤维来获得)构成并且具有与电机3的外形大致相同的近似圆形形状。逆变器电路板4在其中央处形成有孔4a，垫片35穿过孔4a。四个螺丝孔4b围绕逆变器电路板4形成并且通过穿过螺丝孔4b的螺丝将逆变器电路板4固定到定子3b。六个开关元件5围绕孔4a安装到逆变器电路板4。虽然在本实施例中使用薄FET作为开关元件5，但是可以使用普通尺寸的FET。

由于开关元件5具有非常薄的厚度，因此，开关元件5在被放在逆变器电路板4上的状态下通过SMT(表面安装技术)安装到该电路板上。同时，虽然未示出，但是优选的围绕逆变器电路板4的全部六个开关元件5涂覆诸如硅之类的树脂。逆变器电路板4是双面板。诸如三个位置检测元件33(在图2B中仅示出两个)和热敏电阻34等的电子元件被安装到逆变器电路板4的前面。逆变器电路板4被形成为在与电机3相同形状的圆之下略微突出。在突出部分处形成多个通孔4d。信号线11b从前侧穿过通孔4d并之后通过焊料38b固定到后侧。类似地，电源线11a从前侧穿过逆变器电路板4的通孔4c并之后通过焊料38a被固定到后侧。替选地，信号线11b和电源线11a可以经由固定到电路板的连接器来固定到逆变器电路板4。

接着，将参照图3来描述电机3的驱动控制系统的配置和操作。图3是示出电机的驱动控制系统的配置的框图。在本实施例中，电机3由三相无刷DC电机构成。

电机3是所谓的内转子型的电机并且包括转子3a、三个位置检测元件33和定子3b。转子3a通过嵌入具有一对N-极和S-极的磁体15(永磁体)来配置。位置检测元件33以60°角排列以检测转子3a的旋转位置。定子3b由星形连接的三相绕组U、V、W组成，该三相绕组被基于来自位置检测元件33的位置检测信号以120°电角度的电流通电间隔来控制。在本实施例中，虽然使用诸如Hall IC之类的位置检测元件33以电磁耦合方式来执行转子3a的位置检测，但是可以采用无传感器型，其中通过经由滤波器将电枢绕组的感应电动势(逆电动势)提取为逻辑信号来检测转子3a的位置。

逆变器电路37由以三相桥式连接的六个FET(下文，简单称作晶体管)Q1至Q6和飞轮二极管配置而成。逆变器电路37安装在逆变器电路板4上。温度检测元件(热敏电阻)38固定到逆变器电路板4上靠近晶体管的位置。以桥式连接的六个晶体管Q1至Q6各自的栅极连接到控制信号输出电路48。另外，六个晶体管Q1至Q6的源极或漏极连接到星形连接的电枢绕组U、V、W。从而，六个晶体管Q1至Q6通过从控制信号输出电路48输出的开关元件驱动信号来执行开关操作。六个晶体管Q1至Q6通过将电池9的施加给逆变器电路37的DC电压作为三相(U相、V相、W相)AC电压Vu、Vv、Vw来将电力提供给电枢绕组U、V、W。

在控制电路板8上安装有运算部件40、电流检测电路41、电压检测电路42、施加电压设置电路43、旋转方向设置电路44、转子位置检测电路45、转数检测电路46、温度检测电路47和控制信号输出电路48。虽然未示出，但是运算部件40由微型计算机构成，该微型计算机包括用于基于处理程序和数据来输出驱动信号的CPU、用于存储与流程图(后面将描述)相对应的程序或数据的ROM、用于临时存储数据的RAM以及定时器等。电流检测电路41是用于检测流过电机3的电流的电流检测器并且所检测到的电流被输入到运算部件40。电压检测电路42是用于检测电池9的电池电压的电路并且所检测到的电压被输入到运算部件40。

施加电压设置电路43是用于响应于扳机开关6的移动行程，来设置电机3的施加电压(即，PWM信号的占空比)的电路。旋转方向设置电路44是用于通过检测电机的向前/向后切换控制杆10的向前旋转和向后旋转的操作来设置电机3的旋转方向的电路。转子位置检测电路45是用于基于三个位置检测元件33的输出信号来检测转子3a和定子3b的电枢绕组U、V、W之间的位置关系的电路。转数检测电路46是用于基于来自以单位时间计数的转子位置检测电路45的检测信号的数量来检测电机转数的电路。控制信号输出电路48基于来自运算部件40的输出将PWM信号提供给晶体管Q1至Q6。提供给电枢绕组U、V、W的每个的电力通过控制PWM信号的脉宽来调整，因此可以控制电机3在设定的旋转方向上的转数。

接着，将参照图4描述在本实施例中的电机温度、电池电压和PWM驱动信号的占空比之间的关系。本实施例涉及在使用冲击起子1的高负荷工作(例如，持续执行具有高于100N·m的紧固力矩的螺栓连接工作)的情况下的控制。第一个电池9在时刻O被安装在冲击起子1上并且之后持续执行螺栓连接工作。接着，连续被紧固的螺栓的数量增加并且因此电机3的温度上升。并且接下来，电极温度51如图4的箭头51a所示快速升高。此外，当持续执行多个螺栓连接的工作时，上升的电机温度51在箭头51b的一点达到峰值并且之后如箭头51c所示地逐渐降低。这种降低的原因在于电池电压53如双点点划线所示地逐渐降低，从而此时电机的热产生量降低。此处，第一个电池9在时刻t₁处过度放电并被移除，然后安装了第二个电池9。此时，由于花费了一些时间来将第一个电池替换为第二个电池，因此电机温度51由于时间流逝而如箭头51d所示般地临时性显著降低。

第二个电池9被安装并且之后再次持续执行螺栓连接工作。在这种情况下，当在PWM驱动信号的占空比如第一个电池般地被固定在100％的状态下执行螺栓连接工作时，与传统技术相似，热产生从电机3的高温状态进一步增加，因此温度曲线变成如点划线52所示。在如点划线52所示的状态下，诸如安装在电机3或逆变器电路板4上的开关元件之类的半导体元件也受到热损害。因此，半导体元件的使用寿命被缩短或者在最坏情况下半导体元件自身损毁。因此，在本实施例中，运算部件40监控电机温度和电池电压。并且，当基于电机温度和电池电压之间的关系确定了电机的热产生超过参考数值(例如，热产生达到高于箭头51b的温度)时，控制运算部件40来降低PWM驱动信号的占空比。通过这种方式，电机3的热产生或开关元件的热产生被抑制。这种状态通过占空比54来表示并且该占空比在更换电池9之后如箭头54a所示立即降低。之后，随着电池电压53如箭头53b所示地降低，执行控制使得占空比54增加。当不再存在对电机3的温度上升的担心的那一点，即，箭头54c，PWM驱动信号的占空比变为满状态。

接着，参照图5的流程图描述当使用冲击起子1执行紧固工作时针对电机控制的占空比设置过程。图5所示的控制过程通过例如使包括微型计算机的运算部件40执行计算机程序以软件方式来实现。首先，当将电池9安装到冲击起子1时，运算部件40使电压检测电路42检测电池电压Vb并且将该检测到的电池电压Vb存储在包括在运算部件40中的存储器(RAM)(未示出)中(步骤61)。接着，温度检测电路47使用温度传感器38检测温度Tf并且将该检测到的温度Tf存储在运算部件40的存储器中(步骤62)。

之后，运算部件40确定扳机开关6是否被操作者扳动并接通。如果扳机开关未被扳动，则过程回到步骤61(步骤63)。当在步骤63检测到扳机开关6被扳动时，运算部件确定是否执行螺栓打击(步骤64)。就冲击起子1而言，这种确定可以通过转盘等的模式设置情形来确定。例如，这种确定可以通过确定是否设置了起子钻模式(诸如典型力度紧固工作)和当执行螺栓连接或高负荷紧固工作时的冲击模式中的任意一种来确定。当在步骤64确定未执行螺栓打击时，即，执行相对轻负荷条件下的工作，则执行典型的螺丝紧固控制。在一项紧固工作完成时，过程返回到步骤61(步骤67)。因为在步骤67期间的详细控制流程已知，所以省略其详细描述。当在步骤64确定执行了螺栓打击时，确定存储在存储器中的温度Tf是否小于100℃。当确定温度Tf小于100℃时，将占空比设置为固定值95％并且执行典型的螺栓连接控制(步骤69、71)。同时，因为当间歇性地执行螺栓连接工作时不存在电机部件的温度超过100℃的情况，因此通常占空比的上限大多数时候设置为95％(该数值可任意设置)。由于步骤71期间的详细控制流程已知，因此省略其详细描述。

接着，运算部件40确定存储在存储器中的温度Tf是否大于120℃(步骤66)。当确定温度Tf大于120℃时，这意味着电机3或开关元件处于异常过热状态。因此，不允许电机启动，从而电机3处于停止状态(步骤70)。当在步骤66确定了存储在存储器中的温度Tf不大于120℃时，通过下面的数学公式1来计算和获得占空比(步骤68)。

[数学公式1]

Duty = (\frac{65}{Vb} - 4.75) * Tf + 570 - \frac{6500}{Vb}

此处，Vb:电池电压(V)，Tf：电机温度(℃)

通过以这种方式使用数学公式1，可以鉴于电机温度或电池电压来计算占空比。在该算数表达式中，在100℃和120℃之间的电机温度Tf(℃)变得线性逼近。运算部件40使用数学公知1来执行计算，将计算出的占空比(％)设置为上限并执行典型的螺栓连接控制(步骤71)。

如上所述，根据本发明的实施例，可以基于电池电压和电机温度(或开关元件温度)调整执行电机的速度控制的PWM控制的作用时间。从而，可以防止电机或开关元件的过度温度上升。特别是，即使是在使用多个电池9连续执行超过100次螺栓连接工作的高负荷工作的情况下，也可以以稳定方式执行工作。此外，可以通过数学公式1的算数表达式来调整占空比。因此，占空比可以被连续逐步调整而不是阶梯改变，因此操作者可平滑地执行工作而无需识别控制的转变。

[第二实施例]

接着，将参照图6和图7描述本发明的第二实施例。在第一实施例中，基于恰好在扳动扳机之前的电池电压或电机温度，通过计算来算出执行电机的速度控制的PWM控制的占空比。在第二实施例中，在一定程度上对第一实施例的计算结果进行分组并存储在包括在运算部件40等的ROM(未示出)中。通过这种方式，将占空比的设置处理缩短。图6是示出电池电压、电机温度和占空比之间的关系的矩阵表。此处，电池电压被分成六个等级而电机温度被分成三个等级。并且，根据电池电压和电机温度的组合来存储最优占空比。此处，优选地，所存储的占空比是通过实验或测量所获得的最优数值或者通过计算所算得的数值。此外，虽然在本实施例中电池电压被分成六个等级而电机温度被分成三个等级，但是这种划分中的等级数量可以是任意的。在本实施例中，T1大约为120℃，T2大约为100℃而V6大约为8.0V。

在图6的状态下，当电池9接近为充满状态(例如，在V1至16.8V范围内)并且电机温度也处于最高状态(＞T1)时，占空比的上限被设置成略微小的数值90％。通过用这种方式来设置，即使操作者完全扳动扳机开关6来让电机旋转，也可以避免电机3的异常过热状态。同时，就使用可变开关作为扳机开关6的冲击起子1而言，图6的表格中的占空比90％意即当完全扳动扳机开关6时所设置的占空比的上限是90％。此处，在电池9的容量降低且因此电池电压下降到V6至V5的范围的情况下，即使当电机3全速旋转时热产生量也很小，因此抑制了电机3等的过热。因此，将占空比的上限设置为100％。

图7是示出当使用第二实施例的冲击起子1执行紧固工作时针对电机控制的占空比设置过程的流程图。首先，当将电池9安装到冲击起子1时，运算部件40确定扳机开关6是否被扳动(步骤81)。当确定扳机开关未被扳动时，过程处于待机状态直到扳机开关被扳动。当扳机开关6被扳动时，使用温度检测电路47的输出来检测温度Tf(步骤82)。之后，运算部件40从电压检测电路42的输出来检测电池电压Vb(步骤83)。接着，运算部件40使用获得的温度Tf和电池电压Vb而根据图6所示矩阵来设置PWM控制的最大占空比以执行电机3的速度控制(步骤84)。由于占空比的设置可以仅通过读出提前存储在运算部件40的存储装置(未示出)中的数据来进行，因此在第二实施例中，在扳机开关6被扳动的时刻检测温度Tf和电池电压Vb。同时，在第一实施例中，在扳机开关6被扳动之前完成温度Tf和电池电压Vb的检测。同样在第二实施例中，温度Tf和电池电压Vb的检测可以在扳机开关6被扳动的任意时刻(恰好在之前、同时或者恰好在之后)进行。

接着，运算部件40根据扳机开关6的扳动量来执行电机3的旋转控制(步骤85)，并且重复步骤85和步骤86的控制直到扳机开关6被释放为止(步骤86)。如果扳机开关6在步骤86返回，则过程回到步骤81。如上所述，在第二实施例中，可以基于电池电压和电机温度(或开关元件温度)来调整PWM控制的占空比。从而，当以连续方式执行高负荷工作时，可以防止电机或开关元件的过度温度上升。此外，通过结合由温度检测器检测到的温度来控制PWM控制的占空比，可温和地改变PWM控制的占空比。从而，电机的转数可以平滑迁移。

同时，示出电池电压、电机温度和占空比之间的关系的图6的矩阵表可根据使用电机执行工作的工具的类型来适当地设置。图8是示出电池电压、电机温度和占空比之间的关系的矩阵表的另一示例。不同于图6的表格，在图8中，在V1至16.8V、V2至V1以及V3至V2的范围内，即使当温度足够低(＜T2)时，占空比的最大数值也未设置成100％而是设置成约95％至99％。在存在紧固力矩由于高电池电压导致过度增大从而使要紧固的螺栓损坏的风险的情况下，这是一种有效的调整方法。在当电池处于高电压状态时限制最大占空比的方法中，可进一步地降低占空比且由此最多降低10％。可以以这种方法通过设置与电动工具的控制模式相对应的单个或多个表格并且根据控制模式使用表格来设置占空比。

在上文中，虽然参照示例性实施例已经描述了本发明，但是本发明不限于上述实施例，而是可以在不脱离本发明的主旨的情况下进行各种修改。例如，虽然在上述实施例中将冲击起子描述为电动工具的示例，但是本发明不限于冲击起子，而是可以类似地应用到其他电动工具，诸如电动工作机或使用电机为驱动源的动力工具。

Claims

1.一种用于驱动前端工具的电动工具，所述电动工具包括：

可拆卸电池；

无刷电机，被配置为产生用于驱动所述前端工具的驱动力；

温度检测器，被配置为检测所述无刷电机或所述半导体开关元件的温度；和

电压检测器，被配置为检测所述电池的电压，

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中

所述电路板被固定到所述无刷电机的端侧，并且

所述温度检测器被安装在所述电路板上。

3.根据权利要求1或2所述的电动工具，其中当检测到的电压较高时,所述控制器控制所述逆变器电路以降低所述PWM驱动信号的占空比，并且随着所述检测到的电压下降，所述控制器控制所述逆变器电路以增加所述PWM驱动信号的占空比。

4.根据权利要求3所述的电动工具，其中在安装了处于充满电状态下的电池之后，所述控制器立即控制所述逆变器电路以将所述占空比的上限限制为小于100％的预定数值，并且随着所述检测到的电压从充满电状态减小，所述控制器控制所述逆变器电路增加所述占空比。

5.根据权利要求4所述的电动工具，其中

每次所述电机的旋转开关被接通以启动所述电机时，都设置所述占空比，并且

保持所述占空比，直到所述旋转开关被释放。

6.根据权利要求1-5中任一所述的电动工具，其中基于所述检测到的温度和所述检测到的电压使用运算表达式来计算所述占空比。

7.根据权利要求1-5中任一所述的电动工具，其中

所述检测到的温度及所述检测到的电压和所述占空比之间的关系被提前在所述控制器中存储为分成多个部分的表格，并且，

当所述电机的旋转开关被接通时，所述控制器通过参考所述表格来确定所述占空比。

8.根据权利要求1-7中任一所述的电动工具，其中

所述电动工具具有低负荷操作模式和高负荷操作模式，

在所述低负荷操作模式期间，所述控制器以固定的占空比驱动所述无刷电机，而不考虑所述检测到的电压，并且

9.一种电动工具，包括：

电机；

电池，被配置为将驱动电力提供给所述电机；

电压检测器，被配置为检测电池的电压；和

运算单元，被配置为当所述电池的电压增大时降低提供给所述电机的PWM控制信号的占空比。

10.根据权利要求9所述的电动工具，还包括温度检测器，被配置为检测所述电机的温度，

11.一种电动工具，包括：

电机；

可拆卸电池，被配置为将驱动电力提供给所述电机；和

12.根据权利要求11所述的电动工具，还包括电压控制器，被配置为检测所述电池的电压，

其中当由所述电压检测器检测到的电压增加时,所述运算单元将提供给所述电机的PWM控制信号的占空比减少。