CN104253566B - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动工具，其具备由永久磁铁构成转子的马达，在该电动工具中，能够防止随着马达的温度上升而导致马达的转速异常上升由此使用便利性降低。若上限限幅处理的执行条件不成立，或者即使该执行条件成立马达的转速也未达到上限转速，则以与触发开关的操作量对应地设定的控制量(设定dyty)驱动马达(S310‑S320)。另一方面，若执行条件成立并且马达的转速达到上限转速，则计算控制量，并以该算出的控制量(计算dyty)驱动马达(S330‑S350)以使马达的转速成为目标转速。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及具备由永久磁铁构成转子的马达的电动工具。

背景技术

作为电动工具，公知有如下装置，该装置构成为根据操作开关的操作量来设定用于PWM控制马达的驱动占空比，并以该驱动占空比使驱动电路内的开关元件接通/断开，从而驱动控制马达(例如，参照专利文献1)。

对于这种电动工具而言，由于根据变速开关的操作量来设定作为马达的控制量的驱动占空比，所以能够根据使用者所操作的变速开关的操作量来控制供向马达的电力供给，进而控制马达的转速。

专利文献1：日本特开2009-50932号公报

然而，在上述电动工具中，存在如下问题：在将无刷DC马达作为马达来利用的情况下，若以最大操作量附近操作操作开关，则马达的转速相比设计时的上限转速进一步增加，从而会给使用者带来不协调的感觉。

即，在无刷DC马达中，转子使用永久磁铁。因此，若长时间或者频繁使用电动工具，而使转子的温度上升，则构成转子的永久磁铁的磁力会降低。

而且，若在该状态下使马达空载运转，则会产生马达的转速异常上升而给使用者带来不协调的感觉进而电动工具的使用便利性降低的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，在具备由永久磁铁构成转子的马达的电动工具中，防止马达的转速随着马达的温度上升而异常上升由此导致使用便利性降低的情况。

在技术方案1所述的电动工具中，作为其动力源，具备由永久磁铁构成转子的马达，控制机构根据操作部的操作设定马达的控制量，并以该控制量驱动控制马达。

另外，在本发明的电动工具中，设置有检测马达的转速的转速检测机构，在驱动马达时，若由转速检测机构检测出的转速达到预先设定的上限转速，则控制机构将马达的驱动控制切换为旋转控制。

而且，在该旋转控制中，对马达的控制量进行增减以使马达的转速成为规定的目标转速。

因此，根据本发明的电动工具，在马达的驱动时，若马达的转速达到上限转速，则之后通过将马达的转速控制为目标转速，从而能够防止由于转子的温度上升而使马达的转速异常地上升的情况。

此外，本发明只要是具备由永久磁铁构成转子的马达的电动工具，就能够得到上述效果，但是通过使磁性体粉末与合成树脂或者橡胶混合而形成的永久磁铁(所谓粘结磁铁)显著地表现出伴随着温度上升磁力降低。

因此，若如技术方案2所述那样将本发明应用于具有由这种永久磁铁(所谓粘结磁铁)构成转子的马达的电动工具，则能够进一步发挥效果。

另外，在使用由这种永久磁铁(所谓粘结磁铁)构成转子的马达的情况下，若马达的转速随着转子的温度上升而上升，则转子的一部分有可能因由马达的旋转产生的离心力从而剥离飞散，但是根据本发明也能够防止上述问题。

接下来，在技术方案3所述的电动工具中，控制机构根据操作部的操作量设定马达的控制量，并且当该操作量或者控制量在预先设定的阈值以上时，若由转速检测机构检测出的转速达到上限转速，则控制机构将马达的驱动控制切换为旋转控制。

这是因为考虑到在操作部的操作量或者马达的控制量较小的情况下，马达的转速不会上升达到上限转速。

即，在本发明中，将操作部的操作量或者马达的控制量在阈值以上设定为，实施对马达的转速是否达到上限转速进行判断而将马达的驱动控制切换为旋转控制的控制时的执行条件。

因此，根据本发明，例如在通过转速检测机构对马达的转速检测有误时，能够防止误判定为马达的转速达到上限转速而将马达的驱动控制切换为旋转控制的情况，从而能够提高马达的控制精度。

接下来，在技术方案4所述的电动工具中，当温度检测机构检测出的温度在预先设定的上限温度以上时，若由转速检测机构检测出的转速达到上限转速，则控制机构将马达的驱动控制切换为上述旋转控制。

即，本发明的目的在于，防止因伴随着转子的温度上升磁力降低而使马达的转速异常上升的情况，并且该问题的产生是在转子的温度变高时。

而且，直接检测作为旋转件的转子的温度困难，但是若在电动工具设置温度检测机构，则能够根据其检测温度预测因转子的温度上升而使马达的转速上升的可能性。

因此，在本发明中，将温度检测机构检测出的温度在上限温度以上设定为，实施对马达的转速是否达到上限转速进行判断从而将马达的驱动控制切换为旋转控制的控制时的执行条件。

因此，与技术方案3所述的电动工具相同，技术方案4所述的电动工具也能够提高马达的控制精度。

此外，本发明也可以将技术方案3所述的技术与技术方案4所述的技术组合而构成控制机构。

即，控制机构也可以构成为，当操作部的操作量或者马达的控制量在阈值以上，并且温度检测机构检测出的温度在上限温度以上时，若由转速检测机构检测出的转速达到上述上限转速，则将马达的驱动控制切换为旋转控制。

另外，在本发明中，也可以如技术方案5所述那样，在马达处在正常温度范围内时，根据驱动马达时得到的马达的转速，设定控制机构用于对马达的驱动控制进行切换判定的上限转速。

即，由此，能够在马达(进一步而言为转子)的温度超过正常温度范围而使马达的转速上升至给使用者带来不协调的感觉的转速之前，无响应延迟地将马达的转速控制为目标转速。

附图说明

图1是表示实施方式的充电式起子电钻(driver drill)的外观的立体图。

图2是表示充电式起子电钻的内部结构的剖视图。

图3是表示搭载于充电式起子电钻的马达驱动装置的结构的框图。

图4是表示控制电路中执行的马达驱动处理的流程图。

图5是表示图4所示的马达控制处理的流程图。

图6是表示图4所示的上限限幅处理的流程图。

图7是表示马达的转速变化的时间图。

附图标记说明：

1...充电式起子电钻；4...马达；5...转子；6...减速机构；7...输出轴；10...工具主体；11...壳体；12...握持部；14...马达收纳部；16...卡盘部；21...触发开关；21a...操作部；21b...开关主体部；22...正反切换开关；23...照明LED；24...剩余容量显示部；29...电池；30...电池盒；40...马达驱动装置；42...驱动电路；44...门电路；46...控制电路；46a...CPU；46b...ROM；46c...RAM；48...调节器(regulator)；50...霍尔IC；52...电池电压检测部；54...电流检测电路；56...控制温度检测部。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

在本实施方式中，作为电动工具，将本发明应用于充电式起子电钻的情况进行说明。

如图1、图2所示，本实施方式的充电式起子电钻1包括工具主体10、以及向工具主体10供电的电池盒30。

工具主体10具备壳体11，在该壳体11以向下方突出的方式形成有用于供使用者用手握住的握持部12，通过在该壳体11内收纳各种结构部件而构成工具主体10。

壳体11的后方(图的左侧)成为收纳马达4的马达收纳部14，该马达4作为该充电式起子电钻1的动力源，在比马达收纳部14更靠近前方的位置收纳有减速机构6。

而且，在壳体11的前端(图的右侧)，在减速机构6的输出轴7突出设置有用于安装工具头(省略图示)的卡盘部16。

接下来，在握持部12设置有用于供使用者把持握持部12并且用手指进行操作的触发开关21。

触发开关21具备：操作部21a，其由作业者进行拉动操作；以及开关主体部21b，其构成为通过该操作部21a的拉动操作而接通/断开，并且电阻值与该操作部21a的操作量(拉动量)对应地变化。

而且，在触发开关21的上侧(壳体11的下端侧)，设置有用于将马达4的旋转方向切换为正转方向或者反转方向的正反切换开关22。

另外，在壳体11的下部前方，设置有用于在拉动操作操作部21a时用光照射该充电式起子电钻1的前方的照明LED23。

另外，在握持部12的前方下部，设置有显示电池盒30内的电池29的剩余容量的剩余容量显示部24。

接下来，在握持部12的下端以能够自由拆装的方式安装有收容有电池29的电池盒30。此外，通过使电池盒30从握持部12的前方侧向后方侧滑动而将其安装至握持部12的下端。

收容于电池盒30的电池29例如是锂离子二次电池等、能够反复充电的二次电池。

另外，马达4是由三相无刷DC马达构成的，在该三相无刷DC马达中转子5由上述粘结磁铁构成。而且，在马达4设置有检测马达4的旋转位置的霍尔IC50(参照图3)。

此外，霍尔IC50是具备与马达4的各相对应地配置的三个霍尔元件并针对马达4的规定旋转角度的每一个产生旋转检测信号的公知装置。

另外，在握持部12设置有从电池盒30接受电力供给而驱动控制马达4的马达驱动装置40(参照图3)。

如图3所示，在马达驱动装置40设置有驱动电路42、门电路44、控制电路46以及调节器48。

驱动电路42是用于从电池29接受电源供给而使电流在马达4各相的绕组流动的电路，在本实施方式中，驱动电路42构成为由六个开关元件Q1～Q6构成的三相全桥电路。此外，各开关元件Q1～Q6在本实施方式中为MOSFET。

在驱动电路42中，三个开关元件Q1～Q3在马达4的各端子U、V、W与连接于电池29的正极侧的电源线之间，作为所谓的高侧开关而设置。

另外，其他三个开关元件Q4～Q6在马达4的各端子U、V、W与连接于电池29的负极侧的接地线之间，作为所谓的低侧开关而设置。

另外，门电路44根据从控制电路46输出的控制信号使驱动电路42内的各开关元件Q1～Q6接通/断开，由此使电流在马达4的各相绕组流动而使马达4旋转。

接下来，控制电路46由以CPU46a、ROM46b、RAM46c为中心的微型计算机(微机)构成。而且，上述触发开关21(详细而言为开关主体部21b)、正反切换开关22、照明LED23以及剩余容量显示部24与控制电路46连接。

另外，在马达驱动装置40中，在从驱动电路42到电池29的负极侧的通电路径上，设置有检测在马达4上流动的电流的电流检测电路54，并且从电流检测电路54向控制电路46输入电流检测信号。

另外，在马达驱动装置40中，设置有检测来自电池29的供给电压(电池电压)的电池电压检测部52、以及检测该马达驱动装置40的温度的控制温度检测部56。

而且，也向控制电路46输入来自上述各检测部52、56的检测信号、以及来自设置于马达4的霍尔IC50的检测信号。

接下来，若操作触发开关21，则控制电路46根据来自霍尔IC50的旋转检测信号求出马达4的旋转位置以及旋转速度，并根据来自正反切换开关22的旋转方向设定信号向规定的旋转方向驱动马达4。

另外，控制电路46在驱动马达4时，根据触发开关21的操作量(拉动量)设定马达4的控制量。

此外，马达4的控制量是为了使构成驱动电路42的开关元件Q1～Q6接通/断开而向门电路44输出的控制信号的驱动占空比(以下，仅记载为duty)。

而且，通过控制电路46向门电路44输出与该设定的控制量(duty)相应的控制信号，从而驱动马达4旋转。

另外，除上述用于马达4驱动的驱动控制以外，控制电路46还执行马达驱动时点亮照明LED23的控制、在剩余容量显示部24显示电池29的剩余容量的显示处理。

此外，调节器48从电池29接受电源供给而生成使控制电路46进行动作所必需的恒定的电源电压Vcc(例如，直流5V)，通过从调节器48供给电源电压Vcc，从而使控制电路46进行动作。

接下来，沿着图4～图6所示的流程图，对由控制电路46执行的各种控制处理中的、为了根据使用者对触发开关21的操作驱动马达4而执行的马达驱动处理进行说明。

此外，该马达驱动处理是通过构成控制电路46的CPU46a执行存储于作为非易失性存储介质的ROM46b的程序而实现的。

如图4所示，在马达驱动处理中，首先，在S110(S表示步骤)中，判断是否经过了马达驱动的控制周期即规定的时基。

而且，若未经过该时基，则通过再次执行S110的处理，等待经过时基，若经过时基，则依次执行S120的驱动指令处理、S130的马达控制处理以及S140的A/D转换处理，并再次移至S110。

即，在本实施方式的马达驱动处理中，以规定的时基周期性地执行S120～S140的一系列处理。

这里，在S120的驱动指令处理中，检测操作触发开关21的情况，并根据触发开关21的操作量(拉动量)设定控制量(duty)。

此外，在S120中，在操作触发开关21之后不久，使控制量(duty)缓缓增加到与触发开关21的操作量(拉动量)对应的值，从而进行使马达4的转速缓缓上升的所谓的软起动(参照图7)。

接下来，在S130的马达控制处理中，向门电路44输出与驱动指令处理中设定的控制量(duty)对应的控制信号，而驱动马达4。

另外，在S140的A/D转换处理中，经由控制电路46内的A/D转换电路(未图示)获取从电池电压检测部52、控制温度检测部56、电流检测电路54等输入的检测信号，从而检测电池电压、控制温度、马达电流。

接下来，以图5所示的顺序执行S140的马达控制处理。

即，在马达控制处理中，首先在S210中，判断触发开关21是否是接通状态。然后，若触发开关21不是接通状态(即，未操作触发开关21)，则移至S220，执行使马达4停止的马达停止处理，结束该马达控制处理。

另一方面，若在S210中判断为触发开关21是接通状态，则移至S230，判断是否通过S120的驱动指令处理设定了马达4的驱动指令(即，是否设定了马达4的控制量)。

而且，若未设定马达4的驱动指令，则在执行S220的马达停止处理后结束该马达控制处理，若设定了马达4的驱动指令，则移至S240。

在S240中，判断在由控制电路46另外执行的异常检测处理中是否检测到电池电压、控制温度、马达电流等异常。而且，若在S240中判断为检测到异常(即，在已判定为错误的情况下)，则在执行S220的马达停止处理后，结束该马达控制处理。

另一方面，在S240中，在判断为未检测到异常的情况下，移至S250，针对马达4的规定旋转角度的每一个从霍尔IC50输入的旋转检测信号的时间间隔，计算马达4(换言之为转子5)的转速。

接下来，接着在S260中，判断S250中算出的马达4的转速是否达到预先设定的上限转速，在转速达到上限转速的情况下，进行设定实际上用于马达4的驱动的控制量(输出duty)的上限限幅处理，以使转速变为上限转速以下。

而且，若执行该上限限幅处理，则移至S270，向门电路44输出与上限限幅处理中设定的输出duty对应的控制信号，结束该马达控制处理。

接下来，以图6所示的顺序执行S260的上限限幅处理。

如图6所示，若开始进行上限限幅处理，则首先在S310中，判断上限限幅处理的执行条件是否成立。

在本实施方式中，设定有以下三个条件作为上限限幅处理的执行条件，在S310中，当上述三个条件全部成立时，判断为上限限幅处理的执行条件成立。

(1)驱动指令处理中根据触发开关21的操作量(拉动量)设定的控制量(duty)在阈值(例如90％)以上，并且转速有可能因马达4的温度上升而超过上限转速。

(2)控制温度在预先设定的阈值以上，并且马达4的转速有可能超过上限转速。

(3)由电流检测电路54检测出的电流在阈值以上，并且马达4的转速有可能超过上限转速。

此外，上述三个条件全部是用于判断是否有可能：由于马达4的连续驱动等而导致转子5的温度上升，由于该温度上升而导致转子5的磁力降低，马达4在空载运转时转速超过上限转速。

因此，未必需要利用上述三个条件全部作为上限限幅处理的执行条件，也可以从上述三个条件之中选择一个或者两个。

另外，虽然上述条件(1)是根据触发开关21的操作量(拉动量)设定的控制量(duty)在阈值以上，但是也可以是触发开关21的操作量(拉动量)在阈值以上。

即，由于根据触发开关21的操作量(拉动量)设定马达4的控制量(duty)，所以上述条件(1)可以利用任一参数。

另外，上限转速只要是能够防止由于马达4在空载运转时旋转上升而给使用者带来不协调的感觉并且能够防止使充电式起子电钻1的使用便利性降低的转速即可。而且，在本实施方式中，当马达4(详细而言为转子5)处在正常温度范围内时，根据以最大控制量(例如，duty＝100％)驱动马达4时检测出的转速，来设定比该转速高出规定转速的转速作为上限转速。

接下来，在S310中，在判断为上限限幅处理的执行条件不成立的情况下，移至S320，将S120的驱动指令处理中设定的控制量(设定dyty)设定为用于马达4的驱动的控制量(输出duty)，结束该上限限幅处理。

另外，在S310中，在判断为上限限幅处理的执行条件成立的情况下，移至S330，判断S250的转速计算处理中算出的马达4的转速是否在上限转速以上。

然后，若马达的转速不在上限转速以上，则移至S320，将S120中设定的控制量(设定dyty)设定为用于马达4的驱动的控制量(输出duty)，结束该上限限幅处理。

另外，若在S330中判断为马达4的转速在上限转速以上，则移至S340，在S340中通过比例(P)控制或者比例积分(PI)控制更新控制量(duty)，以使马达4的转速成为规定的目标转速。

即，在S340中，根据上述各转速之差，计算用于对马达4的转速进行反馈控制的控制量(duty)，以使马达4的转速成为目标转速。

然后，接着在S350中，将S340中算出的控制量(计算duty)设定为用于马达4的驱动的控制量(输出duty)，结束该上限限幅处理。

这样，在本实施方式的充电式起子电钻1中，若上限限幅处理的执行条件不成立、或者即使该执行条件成立马达4的转速也未达到上限转速，则以与触发开关21的操作量(拉动量)对应地设定的控制量(设定dyty)驱动马达4。

因此，在该状态下，与马达4的转速无关而仅根据触发开关21的操作量对马达4进行开环控制。

因此，如图7所示，例如，在马达4停止的状态下，在使用者以最大操作量操作触发开关21的情况下，马达4的控制量(duty)缓缓增加至与触发开关21的操作量对应的最大值(例如，duty＝100％)，马达4的转速上升至与duty＝100％对应的全速转速。

另外，若这样以duty＝100％驱动马达4，则因该驱动而导致马达4的温度上升，并且转子5的磁力随着该温度上升而降低，所以对于马达4而言，在转速达到全速转速后，转速也随着温度上升而缓缓上升。

但是，在本实施方式的充电式起子电钻1中，若马达4的转速达到上限转速(图7所示的时刻t1)，则在上限限幅处理中，对马达4进行反馈控制(闭环控制)以使马达4的转速成为目标转速。

因此，根据本实施方式的充电式起子电钻1，能够防止由于马达4的温度上升而导致其转速超过上限转速上升，并且能够防止由于其旋转上升而导致充电式起子电钻1的使用便利性变差。

另外，在本实施方式中，由于马达4的转子5由粘结磁铁构成，所以在转子5温度上升而被高速驱动的情况下，转子5的一部分有时剥离而飞散，但是由于能够将马达4的转速限制为上限转速，所以也能够防止这一问题。

另外，在本实施方式中，作为限制马达4的转速的上限的上限限幅处理的执行条件，如上述(1)～(3)所记载的那样，设定马达4的控制量(duty)、控制温度、马达电流，并且只有当马达4的转速有可能超过上限转速时，才执行上限限幅处理。

因此，例如，在S250的转速计算处理中，当马达4的转速检测有误时，在S340中，能够防止基于该检测有误的转速而更新控制量(duty)，进而能够提高马达4的控制精度。

此外，在本实施方式中，控制电路46相当于本发明的控制机构，控制温度检测部56相当于本发明的温度检测机构。另外，能够通过霍尔IC50以及根据来自霍尔IC50的检测信号而计算马达4的转速的S250的处理，来实现作为本发明的转速检测机构的功能。

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内，得到各种方式。

例如，在上述实施方式中，作为温度检测机构，对具备控制温度检测部56的装置进行了说明，但是温度检测机构也可以通过在安装有马达4或者霍尔IC50的基板上设置温度传感器来实现。

而且，这样，由于能够更正确地检测转子5附近的温度，所以能够更正确地预测转子5的伴随着温度上升的旋转上升，而执行S330～S350的上限限幅处理。

另外，在上述实施方式中，对根据作业者操作触发开关21的操作量(拉动量)设定马达4的控制量的电动工具进行了说明，但是即使是构成为若将触发开关21拉动规定量则即便再拉动规定量以上控制量也是恒定的电动工具，或者是以接通/断开的开关构成驱动用的开关的电动工具，也能够应用本发明。

Claims (3)

1.一种电动工具，其特征在于，具备：

马达，该马达的转子由永久磁铁构成；

控制机构，该控制机构根据操作部的操作设定所述马达的控制量，以该控制量驱动控制所述马达；以及

转速检测机构，该转速检测机构检测所述马达的转速，

在驱动所述马达时，若由所述转速检测机构检测出的转速达到预先设定的上限转速，则所述控制机构将所述马达的驱动控制切换为对所述控制量进行增减的旋转控制以使所述马达的转速成为规定的目标转速，并且，所述控制机构根据所述操作部的操作量设定所述马达的控制量，当该操作量或者该控制量在预先设定的阈值以上时，若由所述转速检测机构检测出的转速达到所述上限转速，则所述控制机构将所述马达的驱动控制切换为所述旋转控制。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述马达的所述转子由通过使磁性体粉末与合成树脂或者橡胶混合而形成的永久磁铁构成。

3.根据权利要求1或2所述的电动工具，其特征在于，

当所述马达处在正常温度范围内时，根据驱动所述马达时得到的所述马达的转速来设定所述上限转速。