CN109842325A - 角磨及电动工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种角磨及电动工具，包括：直流单元、电机、驱动电路、电容电路和控制单元，其中，电容电路包括开关元件和电容，其中的控制单元驱动所述开关元件以实现对电容充电或放电的控制。该电容电路连接在直流单元与驱动电路之间，可缓冲上电过程中对电动工具电源侧的冲击，使电动工具结构紧凑，并提高其安全性能。

Description

角磨及电动工具
技术领域
本发明涉及电动工具技术领域，具体涉及一种角磨。
背景技术
现有的角磨等电动工具为满足输出性能稳定的需求，多采用大电容的设计方案，导致电动工具的尺寸较大，不便于携带和操作。
美国专利申请US 20170110935A1公开有一种电容电路，该电路通过比较器判断采样电路采集的直流母线电压是否达到阈值，进而在达到阈值的状况下通过晶体管控制对上述电容进行放电，但未对上电时的充电过程进行控制。由于上电瞬间电源电压无法达到比较器阈值，因此上电时还是大电流充电，在上电瞬间，电源电压将直接加载在电容两端，使电容产生瞬时电流，该瞬时电流将对电源带来冲击。瞬间的大电流冲击会在电源侧形成电火花，带来一定的安全隐患。
为满足用户需求，需设计一种可缓冲上电过程中对电动工具电源侧的冲击的电动工具。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构紧凑且能满足安全性能要求的角磨及电动工具。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种角磨，包括：壳体；无刷电机，容纳于所述壳体内，所述无刷电机包括定子和转子；电机轴，由所述转子驱动；工具附件轴，用于支持并驱动打磨盘；传动装置，用于连接所述电机轴至所述工具附件轴；驱动电路，用于输出开关信号以驱动所述无刷电机的转子运转；控制单元，输出驱动信号控制所述驱动电路；直流单元，为所述无刷电机、驱动电路、控制单元供电；电容电路，并联于所述直流单元的正负极之间。其中，所述电容电路包括电容C和功率开关管Q，所述电容C和所述功率开关管Q串联连接；所述控制单元还与所述功率开关管Q电性连接，所述控制单元设置为依据所述无刷电机的转速输出PWM占空比信号，在所述无刷电机的转速达到第一转速时，输出PWM占空比信号以控制所述功率开关管Q导通，以使所述电容电路处于充电状态；在所述无刷电机的转速达到第二转速时，输出PWM占空比信号使所述功率开关管Q关断，以使所述电容电路处于放电状态，其中所述第一转速小于所述第二转速。
可选的，如上所述的角磨，在使所述功率开关管Q导通时，所述PWM占空比信号的占空比逐渐增加，以使所述电容电路处于缓慢充电的状态。在使所述功率开关管Q关断时，所述PWM占空比信号的占空比逐渐减小，以使所述电容电路处于缓慢放电的状态。
可选的，如上所述的角磨，其中，所述电容C为电解电容，所述电解电容的容值与所述无刷电机的额定功率之比为20uF/kW～80uF/kW。
本发明还同时提供另一种角磨，包括：电机，包括定子和转子；传动装置，所述传动装置可操作地与所述转子连接，输出动力以驱动打磨盘；驱动电路，用于输出开关信号以驱动所述电机的转子运转；控制单元，输出驱动信号控制所述驱动电路；整流模块，用于将交流电转换为直流电，为所述电机、驱动电路、控制单元供电；电容电路，连接在所述整流模块与所述驱动电路之间。其中，所述电容电路包括电容C和功率开关管Q，所述电容C和所述功率开关管Q串联连接；所述控制单元还与所述功率开关管Q电性连接，所述控制单元设置为依据所述电机的转速，输出PWM占空比信号以控制所述功率开关管Q关断和关断，在所述电机的转速达到第一转速时，输出PWM占空比信号使所述开关元件导通，以使所述电容电路处于充电状态；在所述电机的转速达到第二转速时，输出PWM占空比信号使所述开关元件关断，以使所述电容电路处于放电状态；所述第二转速大于第一转速。
可选的，如上所述的角磨，其中，在使所述功率开关管Q关断时，所述PWM占空比信号的占空比逐渐减小。
可选的，如上所述的角磨，其中，所述电容C为电解电容，所述电解电容的容值与所述电机的额定功率之比为20uF/kW～80uF/kW。
本发明还同时提供又一种电动工具，包括：无刷电机，包括定子和转子；传动装置，所述传动装置可操作地与所述转子连接，输出动力以驱动工具附件；驱动电路，用于输出开关信号以驱动所述无刷电机的转子运转；控制单元，用于输出驱动信号控制所述驱动电路；直流单元，为所述无刷电机、驱动电路、控制单元供电；电容电路，并联在所述直流单元的正负极之间。其中，所述电容电路包括电容C和开关元件，所述电容C和开关元件串联连接；所述控制单元还与所述开关元件电性连接，所述控制单元设置为依据所述无刷电机的转速，输出PWM占空比信号以控制所述开关元件导通或关断，在所述无刷电机的转速达到第一转速时，输出PWM占空比信号使所述开关元件导通，以使所述电容电路处于充电状态；在所述无刷电机的转速达到第二转速时，输出PWM占空比信号使所述开关元件关断，以使所述电容电路处于放电状态；所述第一转速小于所述第二转速。
可选的，如上所述的电动工具中，所述控制单元设置为：所述控制单元设置为依据与所述无刷电机的转速输出PWM占空比信号以控制所述开关元件导通和关断，在所述无刷电机的转速达到第一转速时，输出PWM占空比信号使所述开关元件导通，以使所述电容电路处于充电状态。
可选的，如上所述的电动工具，其中，所述直流单元包括整流模块，至少用于接入交流电，所述整流模块用于将所述交流电转换为直流电。
可选的，如上所述的电动工具中，所述电容电路并联于所述整流模块与所述驱动电路之间。
可选的，如上所述的电动工具，其中，所述开关元件包括功率开关管Q。
可选的，如上所述的电动工具，在所述无刷电机的转速达到第一转速时，控制单元输出的所述PWM占空比信号的占空比逐渐增加，以使所述电容电路处于充电或缓慢充电状态。在所述无刷电机的转速达到第二转速时，所述控制单元输出的所述PWM占空比信号的占空比逐渐减小，以使所述电容电路处于放电或缓慢放电状态。
本发明的有益之处在于可通过对电容充电或放电过程的控制，缓冲上电过程中对电动工具电源侧的冲击。
附图说明
图1是本发明提供的第一实施例的一种角磨的机械结构示意图
图2是本发明提供的第一实施例的一种角磨的电路框图；
图3是图2中电容电路处于充电状态的电路图；
图4是另一种电容电路的电路图；
图5是本发明提供的第一实施例中电容电路处于放电状态的电流流向示意图；
图6本发明提供的第二实施例的一种电动工具的机械结构示意图；
图7本发明提供的第二实施例中电容电路处于放电状态的电路图；
图8是电动工具在上电启动过程中电机转速和控制器输出至功率开关管的PWM控制信号曲线；
图9是电动工具在加载过程中电机转速和控制器输出至功率开关管的PWM控制信号曲线之一；
图10是电动工具在加载过程中电机转速和控制器输出至功率开关管的PWM控制信号曲线之二；
图11本发明提供的第三实施例的一种电钻的机械结构示意图；
图12是用于电钻的一种控制方法的流程图；
图13是用于电钻的另一种控制方法的流程图；
图14本发明提供的第四实施例的一种抛光机的机械结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
在本发明的第一个实施例中，参考图1所示的角磨的机械结构以及图2所示的角磨的电路结构。角磨100主要包括：打磨盘110、壳体120、电源模块10、整流模块20、电容电路30、驱动电路40、无刷电机50和控制器60。
打磨盘110安装在壳体120的一端，在无刷电机50的带动下用于实现例如打磨或切割功能。
电源模块10用于接入电动工具工作所需的电源。作为具体实施方式的一种，本实施例的电源可选择为交流电源。电源模块10包括交流电插头，以接入120V或220V的交流市电。交流电插头位于壳体的另一端。
整流模块20构成角磨的直流单元，所述整流模块设置为接收来自电源模块10的交流电并用于输出直流母线电压，也即用于将电源模块10输入的交流电转化为脉动直流电输出。整流模块20与电源模块10电性连接。具体而言，整流模块20包括由四个二极管D1、D2、D3、D4组成的整流桥，利用二极管的单向导电性和管压降将交流电转换成同一方向的脉动直流电输出。
电容电路30并联于角磨的直流母线上，即并联在角磨电路中直流单元的正负极之间。具体，电容电路30可选择并联在整流模块20与驱动电路40之间。一种实施方式下，电容电路30包括电解电容C和与所述电解电容C串联的功率开关管Q。
整流模块20输出的脉动直流电经电解电容C滤波转化为平滑直流电输出，以降低脉动直流电中的谐波干扰。其中，电解电容C与无刷电机的额定功率之比的取值范围可选用20uF/kW～80uF/kW。采用这一电容电路30在满足电动工具调速需求的同时能够减小电动工具尺寸，使其结构更为紧凑。
驱动电路40与无刷电机50的定子绕组A、B、C电性连接并用于将来自整流模块20的直流电传递至定子绕组A、B、C以驱动无刷电机50。作为实施例的一种，如图1所示，驱动电路40包括多个开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，开关元件的每个栅极端与控制器60电性连接，用于接收来自控制器60的控制信号。开关元件的每个漏极或源极与无刷电机50的定子绕组A、B、C连接。作为具体实施例的一种，无刷电机50为三相无刷电机，三相定子绕组A、B、C之间采用三角形或星型连接。开关元件Q1-Q6接收来自控制器60的控制信号改变各自的导通状态，从而改变电源模块10加载在无刷电机50的定子绕组A、B、C上的电流。
为了使无刷电机50转动，驱动电路40具有多个驱动状态，在一个驱动状态下电机的定子绕组会产生一个磁场，控制器60依据电机的转子位置或反电动势输出相应的PWM控制信号至驱动电路40中的开关元件以使驱动电路40切换驱动状态，从而使定子绕组产生变化的磁场以驱动转子转动，进而实现无刷电机50的转动或换相。需要说明的是，其它任何能够驱动无刷电机50的转动或换相的电路和控制方式均可用于本公开，本公开对驱动电路40的电路结构和控制器60对驱动电路40的控制不做限制。
由于本实施例中电动工具的电源模块10接入交流市电，在上电瞬间，角磨直流母线上电压变化剧烈。剧烈变化的电压将在电解电容C作用下产生较大的瞬时电流峰值。这一电流波动将对电源侧带来较大冲击，极易引起电火花等安全隐患。电流尖峰还易使供电电源跳闸，减小电容寿命。
并且，这种供电方式下的电动工具往往具有较大的工作功率。电动工具在大功率工况下工作时，流经电解电容C的纹波电流变大，电解电容C反复充放电因而发热量增加，对电动工具的安全性造成潜在危害。例如，额定功率1200W的角磨，当工作功率达到1000W以上时，流经电解电容C的纹波电流会相比轻载(1000W以下)时变大，此时通常需要通过选择更大的电解电容以满足电路安全要求。
本实施例可通过控制器所构成的控制单元控制所述电解电容C的充放电过程。具体，通过控制单元限制电解电容C的充、放电时间，进而限制电解电容C的充、放电电量，从而通过较小容值的电解电容C实现同样的平滑滤波效果，避免电流尖峰对供电电源产生的跳闸威胁，以此解决电路上电打火的问题。同时，由于电流尖峰被遏制，可避免其对电容寿命的影响，进而延长整机寿命。
具体的一种电容电路结构可参考图3所示。图3为电容电路30处于充电状态的电路图。电容电路30包括电解电容C和与电解电容C串联的功率开关管Q。电解电容C与功率开关管Q并联在电动工具的直流母线上。作为实施方式的一种，电容C的一极连接至高压输出端HV+，电容C的另一极连接至功率开关管Q的第一极a，开关管Q的第二极b连接至低压输出端或接地，功率开关管Q的第三极Vc与控制器连接。作为一种可行的实施方式，这里的功率开关管Q可选用IGBT晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，晶体管的基极由控制器控制，其发射极接地，集电极连接电解电容的负极。晶体管工作在开关状态下，由控制器控制其在导通与关断两种状态之间切换，对电解电容进行充放电。类似的功能，本领域技术人员同样可选择通过场效应管实现。
参考图4所示，作为实施方式的另一种，功率开关管Q’在这种实施方式下选择为场效应管。场效应管的漏极d类比于上述实施方式中功率开关管Q’的第一极a，连接高电压，即连接至高压输出端HV+；场效应管的源极s类比于上述实施方式中功率开关管Q’的第二极b，连接低电压，在本实施方式中对应连接至电容C’的一极；场效应管的栅极g类比于上述实施方式中功率开关管Q’的第三极Vc，与控制器连接；电容C’的负极连接至低压输出端或接地。
由上述实施方式，本领域技术人员可理解：所述的功率开关管Q实现的功能为一个控制开关，可利用例如MOSFET、IGBT、可控硅等具有开关作用的硬件电路元件，即开关元件，来实现。功率开关管Q在控制器60的控制下实现自身的导通或关断，进而对其所在的电解电容C的空放电支路进行控制，从而控制电解电容C的充放电时间或充放电电量。具体的，可通过写入进控制器60的软件程序来控制功率开关管Q的导通或关断。需要说明的，控制器60也可以是通过设计相关的控制电路以硬件输出方式实现对功率开关管Q的控制，本公开对此不作限制。
控制器60设置为当角磨插插头上电时，所述控制器发送PWM占空比信号给功率开关管Q，以控制所述功率开关管Q周期性导通。在功率开关管Q的导通周期内，所述电容电路处于充电状态。通过控制所述PWM占空比信号的导通时间，即限制信号的占空比，可限制电容充电时间以及充电电量，实现电容的缓充电。通过对电容C缓慢充电，可减少交流电源侧或直流电源的瞬间电流对供电系统如插座的冲击，避免安全隐患发生。
具体，所述控制器控制功率开关管Q导通时，所述电容电路处于充电状态；当所述控制器控制功率开关管Q关断时，所述电容电路不处于充电状态。当所述控制器控制功率开关管Q关断时，电容电路由直流母线的纹波电流的波动状况相应处于充电或放电状态。
进一步，控制器60还可设置为在无刷电机50的转速达到第一转速时使功率开关管Q导通或逐渐导通以使电容电路30处于充电状态。参考图3所示，为电容电路30处于充电状态的电路图。电动工具接入交流电，在无刷电机50的转速达到第一转速时，控制器60输出PWM控制信号至功率开关管Q以使功率开关管Q导通或逐渐增加导通时间，此时，电流流经电解电容C再按箭头11所示方向流动以构成电流回路，电容电路30处于充电状态。控制器60输出相应的控制信号至驱动电路40以使驱动电路40驱动无刷电机50工作。作为实施方式的一种，第一转速可设置为零。
这样在无刷电机50的转速达到第一转速时，通过导通功率开关管Q使得电解电容C与整流模块20电性连接，在为电动工具提供了必须的启动转矩的同时保证了电压波形的平滑，从而使得电机能够具有较为稳定的输出性能。
控制器60还可设置为在无刷电机50的转速达到第二转速时使功率开关管Q关断以使电容电路30处于放电状态。参考图5所示，为电容电路30处于放电状态的电路图。在无刷电机50的转速达到第二转速时，控制器60输出第二控制信号至功率开关管Q以使功率开关管Q断开，此时，电流从电解电容C的正极沿箭头12所示方向依次流经开关元件、定子绕组A、B、C和二极管回到电解电容C的负极，电容电路30处于放电状态。
这样在无刷电机50的转速达到第二转速时，通过断开功率开关管Q使得电容电路30不接入整流回路，降低了电解电容C的发热损耗，延长了电容电路30寿命，提高了电动工具的可靠性。
需要说明的是，无刷电机50的转速检测可以通过单独的转速检测模块来检测，也可以通过集成在控制器60中的检测单元经检测或计算获得。任何能够获取无刷电机50的转速的方案均可用于本公开，对此不作限制。
作为具体实施方式的一种，第一转速n1为零，第二转速n2的取值范围为30％n0≤n2≤70％n0，其中，n0为电动工具的档位转速。具有调速功能的电动工具通常具有多个档位的档位调速开关，调速开关位于不同的档位位置时，电机对应输出不同的档位转速，即这里所说的档位转速。
作为具体实施方式的另一种，控制器还可设置为依据功率开关管或电容C的温度来控制功率开关管Q的关断。
在本发明的第二个实施例中，上述对于电容电路的控制同样可应用于直流供电的电动工具中。具体以图6所示的手持式圆锯为例，其他直流供电的电动工具与之类似。
以图6所示的圆锯为例，包括有：底板20，用于与工件接触；机壳21，所述机壳安装在所述底板上；锯片罩213，所述锯片罩与所述机壳连接；锯片轴22，用于在所述锯片罩内支持锯片转动从而实现对工件进行切割作业；电机23，所述电机设置于所述机壳内，包括定子和转子；电机轴231，所述电机轴由所述电机的转子驱动；传动装置24，所述传动装置用于连接所述电机轴与所述锯片轴，将电机轴的旋转运动传导至所述锯片轴以驱动锯片运转。所述传动装置具体可包括减速机构，如，相互啮合的蜗轮和蜗杆，或减速箱。所述蜗轮蜗杆或减速箱可包括配有不同齿数比的齿轮结构，或配置不同同步轮半径的同步带传动结构。在本发明的一个较佳实施例中，所述电机可选择为无刷电机。
上述手持式圆锯的运转还需依赖安装于PCB电路板上的电子部件，PCB电路板容纳于机壳21内，未暴露于图6所示视角。参考图7所示，PCB电路板具体包括如下的电路硬件：电源模块200、电机采样模块R、控制器260、驱动电路240以及类似上一实施例的电容电路230。这里的圆锯采用电池包构成电源模块。电容电路230并联于直流母线上，即并联在圆锯电路中直流单元的正负极之间，即在电池包等直流电源供电的状态下并联在直流电源的正负极之间。具体，电容电路30可选择并联在操作开关SW与驱动电路240之间。
电池包打火类似于上一实施例交流电上电的过程。由于电池包安装时，即直流的电源模块上电时，在上电瞬间，电动工具的直流母线上电压变化剧烈。剧烈变化的电压将在电解电容C作用下产生较大的瞬时电流峰值。这一电流波动将对电源侧，本实施例中，具体指对电池包，带来较大冲击。极易引起电池包极片之间出现电火花等安全隐患。
由此，类似上一实施例中对电解电容充、放电过程的控制，同样可应用于直流供电的电动工具中。参考图8所示，为电动工具在上电启动过程中电机转速和控制器260输出至功率开关管Q的PWM控制信号曲线。图中，横坐标表示时间，纵坐标分别表示电机的转速和功率开关管Q栅极接入的PWM控制信号。当电动工具接入电源上电时，控制器260输出占空比逐渐增大的PWM控制信号至功率开关管Q栅极以调制功率开关管Q。在此阶段，电机的转速接近为零，在调制功率开关管Q预设时间后，控制器260可输出全导通的PWM控制信号至功率开关栅极以使功率开关管Q全导通。此时电机的转速逐渐上升，当转速大于等于第二转速n2时，控制器60输出控制信号至功率开关管Q栅极使功率开关管Q关断。
参考图9所示，为电动工具在运行加载过程中电机转速和控制器260输出至功率开关管Q的PWM控制信号曲线之一。随着电动工具负载的增加，电机的转速随扭矩增加而逐渐下降。当转速小于等于第三转速n3时，控制器260输出控制信号至功率开关管Q栅极使功率开关管Q导通。电容电路230处于充电状态，电解电容C存储的电能稳定加载至电机侧，逐渐提高电机的供电电压，由此可保证电机输出性能的稳定。具体的，第三转速n3的取值范围为80％n0≤n3≤100％n0。
参考图10所示，为电动工具在上述的工作过程中，还可采用“软开通”或“软关断”的方式实现对上述电解电容C充、放电的控制。“软开通”或“软关断”具体至，通过控制PWM控制信号的占空比，通过逐渐增加占空比或逐渐减小占空比而逐渐增加或减少开通或关断所述电解电容C支路的时间，即通过占空比控制电解电容C充电电量或放电电量，使电解电容C缓慢充电或缓慢放电。由此，可通过控制电解电容C缓慢充电或放电，减小其充、放电过程对电路整体的冲击。避免用户操作中，因电容充、放电电流对电路的冲击而感到电动工具转速突变或震动。可提升用户操作手感，并保证电动工具功率输出无突变，更为安全。
参考图10所示，为无刷电机转速和控制器输出至功率开关管Q的PWM控制信号曲线之一。图中，横坐标表示时间，纵坐标分别表示无刷电机的转速和功率开关管栅极(即第三极)接入的PWM控制信号。电动工具在工作过程中，在转速达到档位转速n0时，控制器260输出占空比逐渐减小的PWM控制信号至功率开关管栅极以调制功率开关管使其实现软关断；随着负载扭矩的增加，转速下降，在转速小于等于第三转速n3时，控制器60输出占空比逐渐增大的PWM控制信号至功率开关管栅极以调制功率开关管使其实现软开通。具体的，第三转速值n3的取值范围为80％n0≤n3≤100％n0。由此，可降低功率开关管的损耗和温度。
可选的，当应用于高压无刷的电动工具产品中时，上述对于电解电容的充、放电控制同样可应用于更大的电容，例如，可选择电解电容C与无刷电机的额定功率之比的取值范围大于80uF/kW。
在本发明的第三个实施例中，参考图11所提供的一种电钻，其机械结构具体包括：壳体301、输出件302、电机303、传动组件304、PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)电路板305、供电装置306。其中，壳体301用于容纳电机303、传动组件304、PCB电路板305等，壳体301的一端还用于安装输出件302。图11所示视角下，电机303、PCB电路板305以及供电装置306由壳体301遮挡，未直接暴露于图11视角。在前后方向上，壳体301还可以包括主机壳体部分311和头部壳体部分312，其中主机壳体部分311可以用于容纳电机303、传动组件304、PCB电路板305，头部壳体部分312可以连接输出件302。在左右方向上，主机壳体部分311可以关于图11所示结构的切面对称设置，在该切面的两侧，主机壳体部分311可以分别包括相互对称的左壳体部和右壳体部。输出件302用于输出动力，例如对于电钻而言，输出件302可具体选择为一个能夹持钻头的夹头。电机303、传动组件304以及PCB电路板305均设置在壳体301内，供电装置306用于为电钻内部各电子装置供电，PCB电路板305用于控制电机303运转，电机303用于驱动传动组件304，传动组件304用于将电机303输出的动力传递至输出件302，从而驱动输出件302输出动力。
为控制所述电机303运转，参考图2，上述PCB电路板305具体可类似参考上述实施例，包括如下的电路硬件：电源控制模块、控制单元、驱动电路、电机采样模块。上述，电源控制模块、控制单元、驱动电路、电机采样模块均由壳体301封闭。
图2所示的手持式电钻的供电装置306具体可选择为电池包或交流电源，其中的电池包可由一组电池单元组合而成。例如，本实施例中可将电池单元串联成单一电源支路，形成1P电池包。电池包输出电压通过具体的电源控制模块，例如DC-DC模块进行电压变化，输出适合控制单元、驱动电路、电机等的供电电压，为其供电。本领域技术人员可理解，DC-DC模块为成熟的电路结构，可根据电动工具具体参数要求而相应选择。供电装置306也可选择为交流电源，通过相应的电源控制模块对输入交流电进行转化，同样可以为供电装置检测模块、控制单元、驱动电路、最佳占空比存储装置、电机等供电。
上述电钻的电路结构与上述实施例中角磨或圆锯的电路结构类似，在此不加赘述。其控制单元具体可通过如下的步骤流程控制所述电钻运转。
参考图12所示的一种用于例如电钻等电动工具中的控制方法，该控制方法包括如下步骤：
S101.检测电动工具上电状态；
S102.若判断电动工具上电则转至步骤S103，否则返回S101；
S103.使功率开关管Q导通或逐渐导通，此时电容电路30处于充电状态；
S104.判断是否到达第二条件；若是则转至步骤S105，否则返回S103；所述的第二条件包括但不限于：是否满足与所述无刷电机的转速有关的特性参数，功率开关管Q或电容C的温度是否达到阈值H，调制功率开关管Q是否达到预设时间T，等。其中，与所述无刷电机的转速有关的特性参数可包括电动工具中的电机的转速，例如，电动工具中的电机的转速是否达到第二转速n2，还可包括与电动工具中的电机的转速相关的电流、电压或者转子位置信号。
S105.使功率开关管Q关断或逐渐关断；此时，使电容电路30处于放电状态，或使所述电容电路30随直流母线的纹波电流的波动而相应处于充电或放电状态。
其中，逐渐导通指通过逐渐增加输出至功率开关管Q的PWM控制信号的占空比，而逐渐增加功率开关管Q的导通时间，直至所述功率开关管Q完全导通；逐渐关断指逐渐减小输出至功率开关管Q的PWM控制信号的占空比，而逐渐减小功率开关管Q的导通时间，直至所述功率开关管Q完全关断。
步骤S102中，电机对应为第一转速，所述第一转速可为零。S103还可分为两个子步骤，在电动工具上电时使功率开关管Q以逐渐增大的占空比导通，待上电预设时间或电机达到某一较小的预设转速后，再使功率开关管Q全导通。
参考图13所示的另一种用于例如电钻等电动工具中的控制方法，该控制方法包括如下步骤：
S201.检测电机的转速n。通过电动工具中内置的转速检测模块可检测电机的转速n。其中，转速检测模块可选择为检测电机转子的位置传感器，如霍尔元件、碳刷、换向器等；还可选择为设置于电机相线和/或母线的电流和/或电压采样元件，例如采样电阻R，配合相应的电机位置计算模块，实现对电机转速的检测。
S202.判断无刷电机的转速n是否大于等于第一转速n1；若是则转至步骤S203；否则转至步骤S201。
S203.若无刷电机的转速n≥n1则使功率开关管导通。
控制器在无刷电机的转速大于等于第一转速n1时，输出使功率开关管导通的第一控制信号至功率开关管，以使功率开关管导通。具体的，第一控制信号为第一PWM信号。可选的所述第一PWM信号的占空比逐渐增大。
S204.判断无刷电机的转速n是否大于等于第二转速n2；若是则转至步骤S205；否则转至步骤S203。
S205.若无刷电机的转速n≥n2则使功率开关管关断。
控制器在无刷电机的转速大于等于第二转速n2时，输出使功率开关管导通的第二控制信号至功率开关管，以使功率开关管关断。具体的，第二控制信号为第二PWM信号。可选的所述第二PWM信号的占空比逐渐减小。
S206.判断无刷电机的转速是否达到档位转速n0，若是则转至步骤S207；否则转至步骤S205。
S207.若所述无刷电机的转速为档位转速，则使功率开关管软关断。
控制器在无刷电机的转速为档位转速时，输出使功率开关管软关断的控制信号至功率开关管，以使功率开关管软关断。
S208.判断无刷电机的转速是否小于等于第三转速，若是则转至步骤S209；否则转至步骤S207。
S209.若无刷电机的转速小于等于第三转速，则使功率开关管软导通。
控制器在无刷电机的转速小于等于第三转速时，输出使功率开关管软导通的控制信号至功率开关管，以使功率开关管软导通。
其中，第一转速n1的取值范围为0≤n1＜n2，第二转速n2的取值范围为30％n0≤n2≤70％n0，其中，n0为电动工具的档位转速，第三转速n3的取值范围为80％n0≤n3≤100％n0。
本公开中的电动工具也可以是电钻、电锤、电圆锯和云石机等带有调速功能的电动工具，解决其上电过程对电源侧的冲击，避免上电打火，还可避免操作中电机转速突变，保持电动工具良好的操作手感。
在本发明的第四个实施例中，参考图14所提供的打磨类工具，例如，抛光机。其机械结构具体包括：
壳体41，用于容纳抛光机400内的各部件。壳体41可以包括把手部411和容纳部412。把手部411用于供用户握持，容纳部412形成容纳各部件的容纳空间；开关42可以安装于把手部411上。用户在握持把手部411时，能够相对方便的触发开关42，开关42例如可以为用于启动抛光机400的扳机。
其中，壳体41的容纳部412容纳有电机43。电机43用于将能量源，例如交流电源提供的能量转换成动力输出。电机43连接有电机轴431，电机轴431的一端连接传动装置以输出动力。
底板44用于安装砂纸，底板连接有工具附件轴，工具附件轴与所述传动装置连接。在电机43的驱动以及电机轴、传动装置以及工具附件轴的作用下，底板44由电机驱动而能够做往复运动或者摆动。当底板44做往复运动或者摆动时，底板44带动砂纸，在工件的表面不断的摩擦，从而实现对工件的打磨和抛光等的功能。
上述打磨类工具同样可依赖如前述实施例中所公开的电子部件实现对电机的驱动与控制。例如，在直流供电的打磨类工具中，电子部件可包括主要由电池包构成的电源模块，以及并联于其输出端的电容电路、驱动电路，还包括控制单元。在交流供电的打磨类工具中，所述的电子部件可包括整流模块、电容电路、驱动电路和控制单元。
其中的控制单元可参考第三个实施例中所述的步骤控制电容电路中的电容C相应地进行充电或放电。具体，控制单元通过控制电容C所串联的功率开关管Q导通或断开，从而控制电容电路中的电容C相应地进行充电或放电。具体，所述控制单元可通过输出占空比变化的PWM信号控制电容C相应地进行充电或放电，控制电容C进行充电或放电的时间或电量，从而实现电容的缓充电或缓放电。
例如，首先检测电动工具上电状态；在电动工具上电时使功率开关管Q导通或逐渐导通，此时电容电路30处于充电状态；否则继续检测电动工具是否上电；
然后判断是否到达第二条件；若到达第二条件则使功率开关管Q关断或逐渐关断，以此使电容电路30处于放电状态，或使所述电容电路30随直流母线的纹波电流的波动而相应处于充电或放电状态；若未到达第二条件则继续保持使所述功率开关管Q导通或逐渐导通。
其中，第二条件包括但不限于：电动工具中的电机的转速是否达到第二转速n2，功率开关管Q或电容C的温度是否达到阈值H，调制功率开关管Q是否达到预设时间T。
例如，可选通过霍尔元件或对电机工作电流进行采样和计算，获得电机的转速，在电动工具中的电机的转速达到第二转速n2时，判断为达到所述第二条件，此时，使功率开关管Q关断或逐渐关断，以此使电容电路30处于放电状态，或使所述电容电路30随直流母线的纹波电流的波动而相应处于充电或放电状态。或者，还可以通过热敏元件等方式检测电容C的表面温度，在电容C的温度超过预设阈值H时，判断为达到所述第二条件，相应地使功率开关管Q关断或逐渐关断。或者，还可以在控制单元内增加计时中断，记录处于复杂控制(例如处于调速状态，或进行PWM占空比调制功率开关管Q)的时间，在超过某一预设时间T时判断为达到所述第二条件，相应地使功率开关管Q关断或逐渐关断。
由此，通过对电动工具上电状态的响应，可降低上电过程中对电源的冲击，尤其降低上电瞬间的瞬时电流峰值。通过控制电容在上电过程中缓慢充电，可以较小的电容实现对电动工具及其电源的保护，使得电动工具结构更为紧凑，同时降低其电路硬件成本。
通过第二条件的控制，可通过控制电容缓慢放电，实现减小电容充、放电过程对电路整体的冲击。避免用户操作中，因电容充、放电电流对电路的冲击而感到电动工具转速突变或震动，从而提升用户操作手感，并保证电动工具功率输出无突变，更为安全。
本领域技术人员应当理解，这里的第二条件与电工工具的上电状态或第一转速之间是相互独立的。即，在本发明的一种实施方式下，不论电动工具是否上电，或者，不论电动工具是否存在第一转速，均可通过对电动工具是否达到第二条件的判断而相应地使功率开关管Q关断或逐渐关断。例如，当所述第二条件为电机转速达到第二转速时，可独立通过对电机是否达到第二转速的判断，而无需考虑电动工具是否上电或者是否满足第一转速，而通过控制单元，输出PWM占空比信号以控制所述功率开关管Q等开关元件关断或逐渐关断，以使所述电容电路处于放电状态。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种角磨，包括：
壳体；
无刷电机，容纳于所述壳体内，所述无刷电机包括定子和转子；
电机轴，由所述转子驱动；
工具附件轴，用于支持并驱动打磨盘；
传动装置，用于连接所述电机轴至所述工具附件轴；
驱动电路，用于输出开关信号以驱动所述无刷电机的转子运转；
控制单元，输出驱动信号控制所述驱动电路；
直流单元，为所述无刷电机、驱动电路、控制单元供电；
电容电路，并联于所述直流单元的正负极之间；
其特征在于，所述电容电路包括电容C和功率开关管Q，所述电容C和所述功率开关管Q串联连接；
所述控制单元还与所述功率开关管Q电性连接，所述控制单元设置为依据所述无刷电机的转速输出PWM占空比信号，在所述无刷电机的转速达到第一转速时，输出PWM占空比信号以控制所述功率开关管Q导通，以使所述电容电路处于充电状态；在所述无刷电机的转速达到第二转速时，输出PWM占空比信号使所述功率开关管Q关断，以使所述电容电路处于放电状态，其中所述第一转速小于所述第二转速。
2.如权利要求1所述的角磨，其特征在于，在使所述功率开关管Q导通时，所述PWM占空比信号的占空比逐渐增加。
3.如权利要求1所述的角磨，其特征在于，在使所述功率开关管Q关断时，所述PWM占空比信号的占空比逐渐减小。
4.如权利要求1所述的角磨，其特征在于，所述电容C为电解电容，所述电解电容的容值与所述无刷电机的额定功率之比为20uF/kW～80uF/kW。
5.一种角磨，包括：
电机，包括定子和转子；
传动装置，所述传动装置可操作地与所述转子连接，输出动力以驱动打磨盘；
驱动电路，用于输出开关信号以驱动所述电机的转子运转；
控制单元，输出驱动信号控制所述驱动电路；
整流模块，用于将交流电转换为直流电，为所述电机、驱动电路、控制单元供电；
电容电路，连接在所述整流模块与所述驱动电路之间；
其特征在于，所述电容电路包括电容C和功率开关管Q，所述电容C和所述功率开关管Q串联连接；
所述控制单元还与所述功率开关管Q电性连接，所述控制单元设置为依据所述电机的转速，输出PWM占空比信号以控制所述功率开关管Q和关断，在所述电机的转速达到第一转速时，输出PWM占空比信号使所述开关元件导通，以使所述电容电路处于充电状态；在所述电机的转速达到第二转速时，输出PWM占空比信号使所述开关元件关断，以使所述电容电路处于放电状态；所述第二转速大于第一转速。
6.如权利要求5所述的角磨，其特征在于，在使所述功率开关管Q关断时，所述PWM占空比信号的占空比逐渐减小。
7.如权利要求5所述的角磨，其特征在于，所述电容C为电解电容，所述电解电容的容值与所述电机的额定功率之比为20uF/kW～80uF/kW。
8.一种电动工具，包括：
无刷电机，包括定子和转子；
传动装置，所述传动装置可操作地与所述转子连接，输出动力以驱动工具附件；
驱动电路，用于输出开关信号以驱动所述无刷电机的转子运转；
控制单元，用于输出驱动信号控制所述驱动电路；
直流单元，为所述无刷电机、驱动电路、控制单元供电；
电容电路，并联在所述直流单元的正负极之间；
其特征在于，所述电容电路包括电容C和开关元件，所述电容C和开关元件串联连接；
所述控制单元还与所述开关元件电性连接，所述控制单元设置为依据所述无刷电机的转速，输出PWM占空比信号以控制所述开关元件导通或关断，在所述无刷电机的转速达到第一转速时，输出PWM占空比信号使所述开关元件导通，以使所述电容电路处于充电状态；
在所述无刷电机的转速达到第二转速时，输出PWM占空比信号使所述开关元件关断，以使所述电容电路处于放电状态；
所述第一转速小于所述第二转速。
9.如权利要求8所述的电动工具，其特征在于，所述控制单元设置为依据与所述无刷电机的转速输出PWM占空比信号以控制所述开关元件导通和关断，在所述无刷电机的转速达到第一转速时，输出PWM占空比信号使所述开关元件导通，以使所述电容电路处于充电状态。
10.如权利要求8所述的电动工具，其特征在于，所述直流单元包括整流模块，至少用于接入交流电，所述整流模块用于将所述交流电转换为直流电。
11.如权利要求10所述的电动工具，其特征在于，所述电容电路连接在所述整流模块与所述驱动电路之间。
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