CN106230330B - 一种无刷电动工具的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种无刷电动工具的控制方法，本发明方法包括：向电机输入反向驱动信号，电机根据该反向驱动信号进行反向运转；在电机进行反向运转时，时刻对通过电机上的电流变化值进行监测，并将该电流变化值通过运算转换为力矩变化值；判断该力矩变化值是否达到预定变化值，若该力矩变化值达到预定变化值，则开始对电机的退出时长和转速进行统计，并根据退出时长和转速计算得到实时的退出距离；判断该退出距离是否达到预定距离值，若达到预定距离值，则控制电机进行刹车，使电机停止转动。本发明在极大地提供了整体工作效率，并且具有良好的用户体验，适合在市面上进行推广。

Description

一种无刷电动工具的控制方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种无刷电动工具的控制方法。

背景技术

在现有的无刷电动工具里，其无刷电机一般均具备正反转等功能，而当无刷电机应用于一些专用用途的电动工具中，以电动扳手为例，其通过无刷电机的正转或反转，来将螺母进行锁紧或松开；而在松开螺母的过程中，如不在螺母脱落螺杆之前停止无刷电机的反转，其螺母将会散落在地上，工作人员需要在地上找回螺母，其将极大地影响生产加工的效率；故在现有的生产加工过程中，工作人员均是通过自身的经验靠人手在适当的时候控制无刷电机的停止反转，再依靠人手将螺母拧出；但由于每个工作人员的经验都不一样，并且当更换了新的加工部件后，工作人员又需要重新适应，故其导致整体的工作效率不高，用户体验也不佳。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种无刷电动工具的控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明是一种无刷电动工具的控制方法，包括：

向电机输入反向驱动信号，电机根据该反向驱动信号进行反向运转；

在电机进行反向运转时，时刻对通过电机上的电流变化值进行监测，并将该电流变化值通过运算转换为力矩变化值；

判断该力矩变化值是否达到预定变化值，若该力矩变化值达到预定变化值，则开始对电机的退出时长和转速进行统计，并根据退出时长和转速计算得到实时的退出距离；

判断该退出距离是否达到预定距离值，若达到预定距离值，则控制电机进行刹车，使电机停止转动。

进一步，所述判断该退出距离是否达到预定距离值还包括：

若未达到预定距离值，则判断退出时长是否在预定的时间范围内，若在预定的时间范围内，则控制电机进行刹车，使电机停止转动。

进一步，所述向电机输入反向驱动信号之前包括：

输入控制信号，所述控制信号包括：正向驱动信号或反向驱动信号；

判断该控制信号中是否具有反向驱动信号，若具有反向驱动信号，则向电机输入反向驱动信号。

进一步，所述时刻对通过电机上的电流变化值进行监测之前包括：

对所输入的控制信号进行监测，判断控制信号中是否有反转自停信号输入，若有反转自停信号输入，则进行时刻对通过电机上的电流变化值进行监测；若没有反转自停信号输入，则继续对所输入的控制信号进行监测。

进一步，所述将该电流变化值通过运算转换为力矩变化值包括：

将该电流变化值进行微分处理，得到反映电机力矩变化的力矩变化值。

进一步，所述判断该力矩变化值是否达到预定变化值包括：

当力矩变化值为负数，且力矩变化值的绝对值大于预设的最大力矩变化量时，该力矩变化值被判断为达到预定变化值。

进一步，所述判断该力矩变化值是否达到预定变化值还包括：

若该力矩变化值未达到预定变化值，则继续进行时刻对通过电机上的电流变化值进行监测。

进一步，所述判断该退出距离是否达到预定距离值还包括：

若未达到预定距离值，则继续对电机的退出时长和转速进行统计。

进一步，所述反向运转的方向为逆时针的旋转方向。

本发明在控制无刷电机的进行反转时，其能自动控制电机在适当的位置进行停止，使得工作人员的操作十分方便，极大地提供了整体工作效率，并且具有良好的用户体验，适合在市面上进行推广。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作详细描述。

图1为本发明控制方法一个实施例的工作流程示意图；

图2为本发明控制方法另一个实施例的工作流程示意图；

图3为本发明中所监测到的电机的力矩曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明是一种无刷电动工具的控制方法，其包括：

101.电机反转

向电机输入反向驱动信号，电机根据该反向驱动信号进行反向运转；其在，所述反向运转的方向为逆时针的旋转方向。

102.监测力矩变化

在电机进行反向运转时，时刻对通过电机上的电流变化值进行监测，并将该电流变化值通过运算转换为力矩变化值；由于负载的松紧状态可以通过检测电机施加在负载上的力矩体现出来，其成正相关关系，若负载在螺杆上很套得很紧，则需要电机施加比较大的反转力矩才能把负载松开，直接表现出来的就是电机的电流增大；若负载在螺杆上套得不紧，则电机只要输出比较小的力矩就能把负载松开，直接表现出来的就是电机电流小；因此，通过上面的电流采样电路，即可实时监测负载的松紧状态，并能识别出负载正处于松开动作的哪个程度。

103.判断力矩变化是否达到预定值

判断该力矩变化值是否达到预定变化值，当力矩变化值为负数，且力矩变化值的绝对值大于预设的最大力矩变化量时，该力矩变化值被判断为达到预定变化值。

104.计算得到实时的退出距离

若该力矩变化值达到预定变化值，则开始对电机的退出时长和转速进行统计，并根据退出时长和转速计算得到实时的退出距离；负载的退出距离，主要是通过检测电机转动的圈数来决定的，而对于有位置传感器的系统，可以通过霍尔信号检测电路，识别霍尔信号来计算电机的转速和圈数，从而得到负载退出的距离。

105.判断退出距离是否达到预定值

判断该退出距离是否达到预定距离值；

106.电机刹车并停止转动

若达到预定距离值，则控制电机进行刹车，使电机停止转动。

下面以电动扳手为例，对本发明一种无刷电动工具的控制方法进行详细的描述，请参阅图2至图3，其包括：

201.输入控制信号

在电动扳手中，通过行程开关等输入控制信号，所述控制信号包括：正向驱动信号或反向驱动信号；

202.判断是否具有反向驱动信号

对所输入的控制信号进行识别，判断该控制信号中是否具有反向驱动信号，若具有反向驱动信号，则向电机输入反向驱动信号；

203.电机反转

根据行程开关的触发深度向电机输入相应大小的反向驱动信号，电机根据该反向驱动信号进行反向运转；即若行程开关的触发深度越深，电机的反向转速越快；其中，所述反向运转的方向为逆时针的旋转方向。

204.时刻监测控制信号

在电机反转的过程中，时刻对所输入的控制信号进行监测；

205.判断是否具有反转自停信号

判断控制信号中是否有反转自停信号输入，该反转自停信号根据行程开关的可调电压幅值，及其正反转信号判定，以及控制按键开关的按键状态这三种信号状态进行综合判断得出；若有反转自停信号输入，则进行206.监测力矩变化；若没有反转自停信号输入，则进行204.时刻监测控制信号。

206.监测力矩变化

在电机进行反向运转时，时刻对通过电机上的电流变化值进行监测，并将该电流变化值通过微分处理得到力矩变化值；通过监测电流为微分值的大小，电流微分值a＝di/dt，通过检测a值的大小，以预判断负载力矩的变化趋势。由于负载的松紧状态可以通过检测电机施加在负载上的力矩体现出来，其成正相关关系，若负载在螺杆上很套得很紧，则需要电机施加比较大的反转力矩才能把负载松开，直接表现出来的就是电机的电流增大；若负载在螺杆上套得不紧，则电机只要输出比较小的力矩就能把负载松开，直接表现出来的就是电机电流小；因此，通过上面的电流采样电路，即可实时监测负载的松紧状态，并能识别出负载正处于松开动作的哪个程度。

207.判断力矩变化是否达到预定值

判断该力矩变化值是否达到预定变化值，当力矩变化值为负数，且力矩变化值的绝对值大于预设的最大力矩变化量时，该力矩变化值被判断为达到预定变化值；若该力矩变化值未达到预定变化值，则继续进行206.监测力矩变化；若该力矩变化值达到预定变化值，则进行208.计算得到实时的退出距离；

208.计算得到实时的退出距离

若该力矩变化值达到预定变化值，则开始对电机的退出时长和转速进行统计，并根据退出时长和转速计算得到实时的退出距离；负载的退出距离，主要是通过检测电机转动的圈数来决定的，而对于有位置传感器的系统，可以通过霍尔信号检测电路，识别霍尔信号来计算电机的转速，并通过对其退出时长进行测量，从而得到负载退出的距离。

209.判断退出距离是否达到预定值

判断该退出距离是否达到预定距离值；若未达到预定距离值，则进行210.判断退出时长是否在预定范围内；若达到预定距离值，则进行211.电机刹车并停止转动。

本步骤中通过计算位置信号得到转速，并结合退出时长得到距离s，s＝v*t；系统通过实时比对退出距离s与设定退出距离s_set，若s>s_set，系统立刻退出退出距离控制状态；

210.判断退出时长是否在预定范围内

判断退出时长是否在预定的时间范围内，若在预定的时间范围内，则进行211.电机刹车并停止转动。

在退出时长t中设置一个最大退出时长t_max和最小退出时长t_min，作为电机执行退出距离控制的最大时间限制，若系统在规定时间内t_min<t<t_max，退出距离s没有达到s_set，即s<s_set，系统会强制退出退出距离控制状态；设置该功能的目的是为了保证系统能顺利完成整个退出阶段而不会受到速度计算错误的影响。

211.电机刹车并停止转动

控制电机进行刹车，把电机的转速在短时间内刹车到0，使电机停止转动，然后进入待机状态，并等待行程开关复位，准备下一次启动。

本发明的控制方法在检测到右反转自停信号输入后，便实时对电机的电流进行监测；从负载处于拧紧状态下到被松开的这个过程，在监测电流阶段，当系统识别到电流的下降斜率，而且电流处于稳定小电流状态下，意味着负载已经被松开，则系统可进入退出距离控制阶段。在退出距离控制阶段，由于电机的机械转速比是固定的，系统通过监控电机的转速和进入该阶段的时间，计算得出螺帽退出的距离值，当距离值达到系统内部设定的距离值后，电机进入停机刹车状态，自停功能完成。

本实施例所描述的控制方法，所选取的是电动扳手，在特定的螺杆和螺帽尺寸下的一种控制方案，由于市面上有各种各样的螺杆尺寸，故可以根据其实际的螺杆和螺帽的情况，对本实施中的各个预设值进行适应性的调整，使其能达到最佳的自停效果。

本发明所述的控制方法可以精准将螺帽退到螺杆端口而不掉落，能节省用户捡取螺帽的时间，极大地方便用户使用，提高用户工作效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无刷电动工具的控制方法，其特征在于，包括：

向电机输入反向驱动信号，电机根据该反向驱动信号进行反向运转；

在电机进行反向运转时，时刻对通过电机上的电流变化值进行监测，并将该电流变化值通过运算转换为力矩变化值；

判断该力矩变化值是否达到预定变化值，若该力矩变化值达到预定变化值，则开始对电机的退出时长和转速进行统计，并根据退出时长和转速计算得到实时的退出距离；

判断该退出距离是否达到预定距离值，若达到预定距离值，则控制电机进行刹车，使电机停止转动。

2.根据权利要求1所述的无刷电动工具的控制方法，其特征在于，所述判断该退出距离是否达到预定距离值还包括：

若未达到预定距离值，则判断退出时长是否在预定的时间范围内，若在预定的时间范围内，则控制电机进行刹车，使电机停止转动。

3.根据权利要求2所述的无刷电动工具的控制方法，其特征在于，所述向电机输入反向驱动信号之前包括：

输入控制信号，所述控制信号包括：正向驱动信号或反向驱动信号；

判断该控制信号中是否具有反向驱动信号，若具有反向驱动信号，则向电机输入反向驱动信号。

4.根据权利要求3所述的无刷电动工具的控制方法，其特征在于，所述时刻对通过电机上的电流变化值进行监测之前包括：

对所输入的控制信号进行监测，判断控制信号中是否有反转自停信号输入，若有反转自停信号输入，则进行时刻对通过电机上的电流变化值进行监测；若没有反转自停信号输入，则继续对所输入的控制信号进行监测。

5.根据权利要求4所述的无刷电动工具的控制方法，其特征在于，所述将该电流变化值通过运算转换为力矩变化值包括：

将该电流变化值进行微分处理，得到反映电机力矩变化的力矩变化值。

6.根据权利要求5所述的无刷电动工具的控制方法，其特征在于，所述判断该力矩变化值是否达到预定变化值包括：

当力矩变化值为负数，且力矩变化值的绝对值大于预设的最大力矩变化量时，该力矩变化值被判断为达到预定变化值。

7.根据权利要求6所述的无刷电动工具的控制方法，其特征在于，所述判断该力矩变化值是否达到预定变化值还包括：

若该力矩变化值未达到预定变化值，则继续进行时刻对通过电机上的电流变化值进行监测。

8.根据权利要求7所述的无刷电动工具的控制方法，其特征在于，所述判断该退出距离是否达到预定距离值还包括：

若未达到预定距离值，则继续对电机的退出时长和转速进行统计。

9.根据权利要求8所述的无刷电动工具的控制方法，其特征在于，所述反向运转的方向为逆时针的旋转方向。