CN112423938B - 电动工具、控制方法和程序 - Google Patents

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Abstract

目的是提供被配置为提高马达的操作效率的电动工具、控制方法和程序。电动工具包括马达(1)和马达控制装置(3)。马达控制装置(3)被配置为基于与在马达(1)的转动期间施加至马达(1)的负载的大小和马达(1)所用的直流电源(8)的电压(Vdc)至少之一有关的参数，来更新马达(1)的速度的命令值(ω2*)。

Description

电动工具、控制方法和程序
技术领域
本发明通常涉及电动工具、控制方法和程序。本发明具体涉及被配置为通过直流电源来控制马达的电动工具、通过直流电源来控制马达的控制方法、以及用于执行该控制方法的程序。
背景技术
专利文献1公开了电动工具。专利文献1中所公开的电动工具包括：马达；驱动电路，用于将来自电源的电力供给至马达；以及控制部，用于根据从多个模式中选择的模式来设置马达的目标转数，其中各模式具有相应的目标转数。电动工具还包括用于检测在马达停止时的电源的电压的电压检测电路，并且基于所检测到的电压来可改变地设置目标转数。
在专利文献1中，基于马达停止时的电源的电压来设置目标转数(马达的速度)。然而，在马达正在转动时，施加至马达的负载的大小和电源的电压可能变化。因而，在专利文献1中，可以在马达的操作效率保持低的同时继续马达的转动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利5408535
发明内容
目的是提供可以提高马达的操作效率的电动工具、控制方法和程序。
本发明的一方面的电动工具包括马达和马达控制装置。所述马达控制装置被配置为基于参数来更新所述马达的速度的命令值。所述参数与在所述马达的转动期间施加至所述马达的负载的大小和所述马达所用的直流电源的电压至少之一有关。
本发明的另一方面的控制方法是马达的控制方法，并且包括：基于参数来更新所述马达的速度的命令值。所述参数与在所述马达的转动期间施加至所述马达的负载的大小和所述马达所用的直流电源的电压至少之一有关。
本发明的又一方面的程序是被配置为使得计算机系统执行所述控制方法的程序。
附图说明
图1是示出实施例的电动工具的框图；
图2是示出马达控制装置对电动工具的控制的图；
图3是示出马达控制装置的操作的流程图；
图4是示出马达的速度的命令值的随时间的变化的曲线图；以及
图5是示出马达的速度的命令值的随时间的变化的另一曲线图。
具体实施方式
1.实施例
1.1概要
图1示出实施例的电动工具100的框图。电动工具100包括马达1和马达控制装置3。马达控制装置3基于与在马达1的转动期间施加至马达1的负载的大小和马达1所用的直流电源8的电压Vdc至少之一有关的参数，来更新马达1的速度的命令值ω2*。
在电动工具100中，马达1的转动期间的状态可以反映在命令值ω2*中。也就是说，马达控制装置3不维持马达1的速度的命令值ω2*恒定，而是可以动态地(自适应地)控制命令值ω2*。特别地，马达1的转动期间的状态包括施加至马达1的负载的大小和马达1所用的直流电源8的电压Vdc至少之一，并且该大小和电压Vdc可以有助于提高马达1的操作效率。如上所述，电动工具100提供了可以提高马达1的操作效率的效果。
1.2结构
以下将更详细地说明本实施例的电动工具100。电动工具100是旋冲工具(冲击起子)。如图1所示，电动工具100包括马达1、逆变器电路单元2、马达控制装置3、主轴4、锤子5、砧座6、输入/输出单元7、以及直流电源8。电动工具100还包括两个相电流传感器11。
主轴4、锤子5和砧座6是用于在电动工具100中进行规定工作的装置。主轴4联接至马达1的输出轴(转子)。主轴4通过马达1的转动而转动。锤子5联接至主轴4。锤子5连同主轴4一起转动。此外，锤子5被弹簧等偏置到砧座6，锤子5和砧座6彼此接合，并且锤子5的转动被传递到砧座6。
马达1联接至主轴4。马达1是配备有刷子的DC(直流)马达、或者DC无刷马达。在本实施例中，马达1是DC无刷马达(三相永磁同步马达)，并且马达1包括包含永磁体的转子和包含三相(即，U相、V相和W相)的电枢绕组线的定子。
直流电源8是用于驱动马达1的电源。在本实施例中，直流电源8是二次电池。直流电源8是所谓的电池组。直流电源8也用作逆变器电路单元2和马达控制装置3的电源。
逆变器电路单元2是用于驱动马达1的电路。逆变器电路单元2将来自直流电源8的电压Vdc转换成马达1所用的驱动电压Va。在本实施例中，驱动电压Va是包括U相电压、V相电压和W相电压的三相交流电压。在以下的说明中，根据需要，U相电压由“vu”表示，V相电压由“vv”表示，并且W相电压由“vw”表示。此外，电压vu、vv和vw各自均是正弦电压。逆变器电路单元2可以通过使用PWM逆变器和PWM转换器来实现。PWM转换器根据驱动电压Va(U相电压vu、V相电压vv和W相电压vw)的目标值(电压命令值)vu*、vv*和vw*，来生成脉宽调制后的PWM信号。PWM逆变器将与该PWM信号相对应的驱动电压Va(vu,vv,vw)施加至马达1，由此驱动马达1。更具体地，PWM逆变器包括三相的半桥电路和驱动器。在PWM逆变器中，驱动器根据PWM信号来接通/断开相应半桥电路中的开关元件，由此将与电压命令值vu*、vv*和vw*相对应的驱动电压Va(vu、vv和vw)施加至马达1。因而，马达1被供给与驱动电压Va(vu、vv和vw)相对应的驱动电流。驱动电流包括U相电流iu、V相电流iv和W相电流iw。具体地，U相电流iu、V相电流iv和W相电流iw分别是马达1的定子中的、U相的电枢绕组线的电流、V相的电枢绕组线的电流和W相的电枢绕组线的电流。
两个相电流传感器11测量从逆变器电路单元2供给至马达1的驱动电流的U相电流iu和V相电流iv。注意，W相电流iw可从U相电流iu和V相电流iv获得。注意，电动工具10可以包括包含分流电阻器等的电流检测器来代替相电流传感器11。
输入/输出单元7是用户界面。输入/输出单元7包括与电动工具100的操作有关的显示、电动工具100的操作的设置、以及提供至电动工具100的操作所用的装置(例如，显示设备、输入器和操作装置)。在本实施例中，输入/输出单元7具有设置马达1的速度的目标值ω1*的功能。例如，输入/输出单元7根据用户所给出的操作来确定目标值ω1*，并且将该目标值ω1*提供至马达控制装置3。
马达控制装置3确定并更新马达1的速度的命令值ω2*。特别地，马达控制装置3基于由输入/输出单元7提供的马达1的速度的目标值ω1*来确定并更新马达1的速度的命令值ω2*。此外，马达控制装置3确定驱动电压Va的目标值(电压命令值)vu*、vv*和vw*，使得马达1的速度与命令值ω2*一致，并且马达控制装置3将这些目标值提供至逆变器电路单元2。
以下将更详细地说明马达控制装置3。在本实施例中，马达控制装置3通过矢量控制来控制马达1。矢量控制是如下类型的马达控制方法：将马达电流分解为产生转矩(转动力)的电流分量和产生磁通的电流分量；并且独立控制这些电流分量。
图2是矢量控制中的马达1的解析模型图。在图2中，示出U相、V相和W相的电枢绕组线固定轴。矢量控制考虑了以与由马达1的转子所设置的永磁体产生的磁通的转速相同的速度转动的转动坐标系。在该转动坐标系中，由永磁体产生的磁通的方向由d轴表示，并且与d轴相对应的控制旋转轴由γ轴表示。此外，从d轴起前进了90度的电角的相位由q轴表示，并且从γ轴起前进了90度的电角的相位由δ轴表示。与实轴相对应的转动坐标系是通过选择d轴和q轴作为坐标轴所获得的坐标系，并且这些坐标轴被称为dq轴。控制转动坐标系是通过选择γ轴和δ轴作为坐标轴所获得的坐标系，并且这些坐标轴被称为γδ轴。
dq轴正在转动，并且dq轴的转速由ω表示。γδ轴也在转动，并且γδ轴的转速由ωe表示。此外，在dq轴上，从U相的电枢绕组线固定轴观看到的d轴的角度(相位)由θ表示。类似地，在γδ轴上，在U相的电枢绕组线固定轴上观看到的γ轴的角度(相位)由θe表示。由θ和θe表示的角度是电角中的角度，并且通常也被称为转子位置或磁极位置。由ω和ωe表示的转速是电角中的角速度。在以下的说明中，根据需要，θ或θe也被称为转子位置，并且ω或ωe也被简称为速度。在通过估计导出转子位置和马达的速度的情况下，γ轴和δ轴也被称为控制估计轴。
马达控制装置3基本上进行矢量控制，使得θ和θe彼此一致。当θ和θe彼此一致时，d轴和q轴分别与γ轴和δ轴一致。注意，在以下的说明中，根据需要，驱动电压Va的γ轴分量和δ轴分量分别由γ轴电压vγ和δ轴电压vδ表示，并且驱动电流的γ轴分量和δ轴分量分别由γ轴电流iγ和δ轴电流iδ表示。
此外，表示γ轴电压vγ和δ轴电压vδ的目标值的电压命令值分别由γ轴电压命令值vγ*和δ轴电压命令值vδ*表示。表示γ轴电流iγ和δ轴电流iδ的目标值的电流命令值分别由γ轴电流命令值iγ*和δ轴电流命令值iδ*表示。
马达控制装置3进行矢量控制，使得γ轴电压vγ和δ轴电压vδ的值分别跟随γ轴电压命令值vγ*和δ轴电压命令值vδ*，并且γ轴电流iγ和δ轴电流iδ的值分别跟随γ轴电流命令值iγ*和δ轴电流命令值iδ*。
马达控制装置3更新由马达控制装置3自身按规定更新周期计算出(或检测到)然后输出的命令值(iγ*、iδ*、vγ*、vδ*、vu*、vv*和vw*)和状态量(iu、iv、iγ、iδ、θe和ωe)。
马达控制装置3例如可以由包括一个或多个处理器(例如，微处理器)以及一个或多个存储器的计算机系统来实现。也就是说，一个或多个处理器执行一个或多个存储器中所存储的一个或多个程序，以用作马达控制装置3。一个或多个程序可以预先存储在一个或多个存储器中，经由诸如因特网等的电信网络来提供，或者通过存储该程序的诸如存储卡等的非暂时性存储介质来提供。
如图1所示，马达控制装置3包括坐标转换器12、减法器13、减法器14、电流控制器15、磁通控制器16、速度控制器17、坐标转换器18、减法器19、位置·速度估计器20、失步(step-out)检测器21和设置单元22。注意，坐标转换器12、减法器13、14和19、电流控制器15、磁通控制器16、速度控制器17、坐标转换器18、位置·速度估计器20、失步检测器21和设置单元22不一定将各个组件表示为实体，而是表示由马达控制装置3实现的功能。因而，马达控制装置3的各要素可以自由地使用在马达控制装置3中生成的各个值。
坐标转换器12基于转子位置θe来将U相电流iu和V相电流iv坐标变换到γδ轴上，以分别计算并输出γ轴电流iγ和δ轴电流iδ。这里，γ轴电流iγ对应于d轴电流，是励磁电流，并且是几乎未对转矩做出贡献的电流。δ轴电流iδ对应于q轴电流，并且是对转矩做出很大贡献的电流。转子位置θe是由位置·速度估计器20计算出的。
减法器19参考速度ωe和命令值ω2*以计算速度ωe和命令值ω2*之间的速度偏差(ω2*-ωe)。速度ωe是由位置·速度估计器20计算出的。
速度控制器17基于比例积分控制等来计算δ轴电流命令值iδ*，使得速度偏差(ω2*-ωe)收敛于零，并且速度控制器17输出δ轴电流命令值iδ*。
磁通控制器16确定γ轴电流命令值iγ*，并且将该γ轴电流命令值iγ*输出至减法器14。γ轴电流命令值iγ*可以根据马达控制装置3所执行的矢量控制的类型或者马达1的速度ω而取各种值。例如，当进行最大转矩控制、使得将d轴电流调整为零时，γ轴电流命令值iγ*被设置为0。此外，当通过使得d轴电流流动来进行弱磁通控制时，γ轴电流命令值iγ*被设置为与速度ωe相对应的负值。以下将说明γ轴电流命令值iγ*为0的示例。
减法器13在从磁通控制器16输出的γ轴电流命令值iγ*中减去从坐标转换器12输出的γ轴电流iγ，以计算电流误差(iγ*-iγ)。减法器14在从速度控制器17输出的值iδ*中减去从坐标转换器12输出的δ轴电流iδ，以计算电流误差(iδ*-iδ)。
电流控制器15通过比例积分控制等进行电流反馈控制，使得这两个电流误差(iγ*-iγ)和(iδ*-iδ)都收敛于零。此时，使用用于消除γ轴和δ轴之间的干扰的解耦控制来计算γ轴电压命令值vγ*和δ轴电压命令值vδ*，使得(iγ*-iγ)和(iδ*-iδ)这两者都收敛于零。
坐标转换器18基于从位置·速度估计器20输出的转子位置θe来将从电流控制器15提供的vγ*和vδ*坐标变换到三相的固定坐标轴上，由此计算并输出电压命令值(vu*、vv*和vw*)。
位置·速度估计器20估计转子位置θe和速度ωe。更具体地，位置·速度估计器20基于来自坐标转换器12的iγ和iδ以及来自电流控制器15的vγ*和vδ*中的全部或一部分来进行比例积分控制等。位置·速度估计器20估计转子位置θe和速度ωe，使得d轴和γ轴之间的轴误差(θe-θ)收敛于零。注意，已提出了各种方法作为估计转子位置θe和速度ωe的方法，并且位置·速度估计器20可以采用任何公知的方法。
失步检测器21判断马达1是否失步。更具体地，失步检测器21基于马达1的磁通来判断马达1是否失步。马达1的磁通是从d轴电流、q轴电流、γ轴电压命令值vγ*和δ轴电压命令值vδ*获得的。在马达1的磁通的振幅小于阈值的情况下，失步检测器21可以判断为马达1失步。注意，该阈值是基于马达1的永磁体所产生的磁通的振幅而相应地定义的。注意，已提出了各种方法作为失步检测方法，并且失步检测器154可以采用任何公知的方法。
设置单元22确定并更新马达控制装置3中的命令值ω2*。注意，在设置单元22从输入/输出单元7接收到目标值ω1*时利用设置单元22定义命令值ω2*可被称为“命令值ω2*的确定”。此外，在“命令值ω2*的确定”之后的任何定时利用设置单元22定义命令值ω2*可被称为“命令值ω2*的更新”。
更具体地，设置单元22基于从输入/输出单元7接收到的目标值ω1*来确定并更新命令值ω2*。设置单元22参考参数来确定并更新命令值ω2*。该参数是由与在马达1的转动期间施加至马达1的负载的大小和马达1所用的直流电源8的电压Vdc至少之一有关的值来定义的。在本实施例中，该参数包括调制度和转矩电流值。
调制度是与从直流电压向交流电压的转换有关的值。调制度也被称为调制因子。在本实施例中，调制度由逆变器电路单元2中的直流电源8的电压Vdc和提供至逆变器电路单元2的驱动电压Va的目标值(电压命令值vu*、vv*和vw*)来定义。具体地，调制度由2*Vout/Vin给出，其中：Vin是直流电源8的电压Vdc的值，并且Vout是驱动电压Va的目标值的峰值。驱动电压Va的目标值的峰值是分别与电压命令值vu*、vv*和vw*相对应U相电压vu、V相电压vv和W相电压vw各自的峰值。注意，由于U相电压vu、V相电压vv和W相电压vw的峰值彼此一致，因此驱动电压Va的目标值的峰值等于分别与电压命令值vu*、vv*和vw*相对应的U相电压vu、V相电压vv和W相电压vw中的任一个的峰值。
转矩电流值表示流经马达1的电流(相电流iu、iv和iw)的转矩分量的大小。在本实施例中，使用与q轴电流的值相对应的δ轴电流iδ的值作为转矩电流值。
设置单元22基于参数和阈值之间的比较结果来确定(更新)命令值ω2*。更具体地，设置单元22基于参数和阈值的比较结果来判断参数是否满足条件。该条件是用于切换命令值ω2*的确定和更新的方式的条件，并且以下也被称为切换条件。如果参数不满足切换条件，则设置单元22使得命令值ω2*接近马达1的速度的目标值ω1*。相反，如果参数满足切换条件，则设置单元22减小命令值ω2*。例如，设置单元22可以从命令值ω2*中减去规定值。可选地，设置单元22可以通过将命令值ω2*设置为由位置·速度估计器20获得的速度ωe来减小命令值ω2*。然而，当命令值ω2*改变时，命令值ω2*在速度控制器17可以跟随的范围内改变。
在本实施例中，参数包括调制度和转矩电流值(q轴电流的值)，因此阈值包括与调制度相对应的调制度阈值和与转矩电流值相对应的电流阈值。
调制度阈值例如是用于判断逆变器电路单元2的操作是否在容许范围内的值。调制度阈值可以是从如下的调制度的范围(调制度容许范围)中选择的，其中在该范围内，逆变器电路单元2的输出(驱动电压Va)可以相对于调制度线性地变化。调制度阈值可以是调制度容许范围的上限值，或者可以是任何值，只要该值在调制度容许范围内即可。调制度容许范围的上限值也取决于逆变器电路单元2的结构，但在许多情况下，上限值例如在75％到125％的范围或85％到115％的范围内，并且在本实施例中，上限值为100％。当然，调制度阈值接近调制度容许范围的上限值是高效的。
电流阈值例如是用于判断在马达1正在转动时施加至马达1的负载是否在容许范围内的值。电流阈值可以是从在马达1的转动期间施加至马达1的负载在容许范围内时的转矩电流值的范围(负载转矩容许范围)中选择的。电流阈值可以是负载转矩容许范围的上限值，或者可以是任何值，只要该值在负载转矩容许范围内即可。当然，电流阈值接近负载转矩容许范围的上限值是高效的，但在许多情况下，电流阈值受到逆变器电路单元2的电流额定和/或马达1的电流额定限制，并且在本实施例中，电流阈值是逆变器电路单元2的电流额定。
如果满足调制度超过调制度阈值的第一条件和转矩电流值(q轴电流的值)超过电流阈值的第二条件至少之一，则设置单元22判断为参数满足切换条件。换句话说，在既不满足第一条件也不满足第二条件的情况下，设置单元22判断为参数不满足切换条件。
1.3操作
接着，将参考图3的流程图以及图4和图5的曲线图来说明电动工具100的操作(特别是马达控制装置3的设置单元22的操作)。图4示出在利用电动工具100拧紧木螺钉的情况下的命令值ω2*的随时间的变化。图5示出在利用电动工具100拧紧螺栓的情况下的命令值ω2*的随时间的变化。
在设置单元22从输入/输出单元7接收到目标值ω1*时、或者在之后的任意定时，设置单元22开始命令值ω2*的确定和更新的处理。首先，设置单元22获取参数(S11)。这里，设置单元22获取调制度和转矩电流值。然后，设置单元22判断参数(调制度和转矩电流值)是否满足条件(切换条件)(S12)。在本实施例中，设置单元22独立地判断是否满足调制度超过调制度阈值的第一条件以及是否满足转矩电流值超过电流阈值的第二条件。
如果既不满足第一条件也不满足第二条件，则设置单元22判断为参数不满足切换条件(S12；“否”)。在这种情况下，设置单元22判断命令值ω2*与目标值ω1*是否一致(S13)。如果命令值ω2*与目标值ω1*不一致(S13；“否”)，则设置单元22使得命令值ω2*接近目标值ω1*(S14)。也就是说，当命令值ω2*小于目标值ω1*时，设置单元22增大命令值ω2*，并且当命令值ω2*大于目标值ω1*时，设置单元22减小命令值ω2*。当命令值ω2*与目标值ω1*一致时(S13；“是”)，则设置单元22维持命令值ω2*。例如，在图4中，参数不满足切换条件，直到时间t10为止，并且设置单元22逐渐地改变命令值ω2*，使得命令值ω2*与目标值ω1*一致。类似地，在图5中，直到时间t20为止，参数不满足切换条件，因此设置单元22逐渐地改变命令值ω2*，使得命令值ω2*与目标值ω1*一致。
相反，当满足第一条件和第二条件至少之一时，设置单元22判断为参数满足切换条件(S12；“是”)。在这种情况下，设置单元22减小命令值ω2*(S15)。例如，在图4中，在时间t10参数满足切换条件，并且之后，不论目标值ω1*如何，设置单元22都使命令值ω2*逐渐减小。类似地，在图5中，在时间t20参数满足切换条件，并且因此，不论目标值ω1*如何，设置单元22都使命令值ω2*逐渐减小。因而，马达控制装置3不再试图强制维持马达1的速度，并且因此，防止了马达1失步，使得马达控制装置3可以继续驱动马达1。特别地，在调制度阈值是调制容许范围的上限值的情况下，即使在直流电源8的电压Vdc变化时，马达控制装置3也可以继续以适合调制度阈值的最大速度(最大转速)驱动马达1。
如上所述，当参数不满足切换条件时(在正常工作时)，马达控制装置3设置命令值ω2*，使得马达1的速度ω接近从输入/输出单元7提供的目标值ω1*(目标转速)。也就是说，马达控制装置3进行将命令值ω2*设置为目标值ω1*的控制(正常目标值控制)。另一方面，当参数满足切换条件时，不论从输入/输出单元7提供的目标值ω1*如何，马达控制装置3都使命令值ω2*减小。也就是说，马达控制装置3进行在马达1正在转动时、根据参数来更新目标值ω1*的控制(动态速度目标值控制)。
如上所述，电动工具100可以动态地响应于在马达1正在转动时施加的负载(例如，负载转矩)的变化和/或直流电源8的电压Vdc的变化。因此，响应于负载转矩的变化和/或直流电源8的电压Vdc的变化，可以使马达1以马达1不会失步的最大转速连续地转动。
因而，在电压Vdc下降和/或负载转矩增加的情况下，马达1的转速不必预先设置为相对低的值以使马达1工作。另外，可以根据直流电源8的类型以及/或者充电和放电条件来使马达1最佳地工作。因此，不必根据直流电源8的类型以及/或者充电和放电条件来重置马达1的速度的目标值ω1*。
此外，同样当作业对象物(木螺钉、螺栓等)和/或目标作业(拧紧、镗孔、重紧等)改变时，可以根据该作业对象物和/或目标作业来使马达1以马达1不会失步的最大速度(最大转速)工作。因此，不再需要与作业模式相对应的速度目标值的复杂控制和/或设置。结果，可以缩短完成作业所需的时间，并且可以提高作业效率。此外，可以减少直流电源8所消耗的电力量。
如上所述，本实施例的电动工具100提高了作业效率。此外，电动工具100减少了电力消耗量。另外，电动工具100提高了作业的稳定性。
1.4总结
如上所述，电动工具100包括马达1和马达控制装置3。马达控制装置3基于与在马达1的转动期间施加至马达1的负载的大小和马达1所用的直流电源8的电压Vdc至少之一有关的参数，来更新马达1的速度的命令值ω2*。因而，电动工具100提高了马达1的操作效率。
换句话说，马达控制装置3执行以下所述的控制方法(马达控制方法)。该控制方法是马达1的控制方法，并且包括：基于与在马达1的转动期间施加至马达1的负载的大小和马达1所用的直流电源8的电压Vdc至少之一有关的参数，来更新马达1的速度的命令值ω2*。该控制方法提高了马达1的操作效率。
马达控制装置3由计算机系统实现。也就是说，马达控制装置3通过计算机系统执行的程序(马达控制程序)来实现。该程序是用于使得计算机系统执行控制方法(马达控制方法)的程序。这样的程序以与控制方法类似的方式提高了马达1的操作效率。
2.变形例
本发明的实施例不限于上述实施例。可以根据设计等进行各种修改，只要实现了本发明的目的即可。以下将说明该实施例的变形例。
在上述实施例中，参数包括调制度和转矩电流值这两个参数，但参数可以仅是调制度。在这种情况下，如果调制度低于或等于调制度阈值，则马达控制装置3(设置单元22)可以使得命令值ω2*接近马达1的速度的目标值ω1*。相反，如果调制度超过调制度阈值，则马达控制装置3(设置单元22)可以减小命令值ω2*。可选地，参数可以仅是转矩电流值。在这种情况下，如果转矩电流值(q轴电流的值)小于或等于电流阈值，则马达控制装置3(设置单元22)可以使得命令值ω2*接近马达1的速度的目标值ω1*。相反，如果转矩电流值(q轴电流的值)超过电流阈值，则马达控制装置3(设置单元22)可以减小命令值ω2*。
参数不限于调制度和转矩电流值。作为参数，可以使用表示直流电源8的电压Vdc的大小的电源电压值。在这种情况下，使用与电源电压值相对应的电压阈值作为阈值。电压阈值例如是用于判断直流电源8的电压Vdc的值是否在容许范围内的值。电压阈值可以是从如下的范围(电压容许范围)中选择的，其中在该范围内，可以生成满足来自直流电源8的驱动电压Va的目标值(电压命令值vu*、vv*和vw*)的驱动电压Va。电压阈值可以是电压容许范围的下限值，或者可以是任何值，只要该值在电压容许范围内即可。当然，电压阈值接近电压容许范围的上限值是高效的。如果电源电压值大于或等于电压阈值，则马达控制装置3(设置单元22)可以使得命令值ω2*接近马达1的速度的目标值ω1*。相反，如果电源电压值小于电压阈值，则马达控制装置3(设置单元22)可以减小命令值ω2*，并且同样在这种情况下，获得了与在参数是调制度时获得的效果相同的效果。
如上所述，参数可以包括从调制度、转矩电流值和电源电压值中选择的一个或多个值。在参数包括从调制度、转矩电流值和电源电压值中选择的两个或更多个值的情况下，当关于这两个或更多个值中的任何值、获得了减小命令值ω2*的判断时，可以判断为参数满足条件。可选地，可以对参数中所包括的两个或更多个值提供优先级别，并且当关于优先级别高的值、获得了减小命令值ω2*的判断时，可以判断为不论其它值如何，参数都满足条件。
在上述实施例中，驱动电压Va的U相、V相和W相各自的电压vu、vv和vw均是正弦电压。然而，驱动电压Va的U相、V相和W相各自的电压vu、vv和vw可以是矩形电压。也就是说，逆变器电路单元2可以对马达1进行正弦波驱动，或者可以对马达1进行矩形波驱动。
在上述实施例中，马达控制装置3在无传感器的情况下，通过矢量控制来控制马达1。马达控制装置3的控制方法不限于矢量控制，而且可以是诸如120度通电控制等的其它方法。此外，电动工具100可以包括用于检测马达1的位置(转子转动位置)的位置传感器。此外，在诸如120度通电控制等的其它方法中可以省略被配置为检测马达1的电流的传感器(例如，相电流传感器11)。在矢量控制的情况下，可以使用逆变器电路单元2中所安装的除相位电流传感器11以外的分流电阻器等。也就是说，可以使用包括分流电阻器等的电流测量仪器来代替相电流传感器11。在这些情况下，可以使用简化方法作为马达控制装置3的控制方法，这使得电路和/或控制简化。
在上述实施例中，电动工具100包括主轴4、锤子5和砧座6作为用于进行规定作业的装置。然而，这样的装置不限于主轴4、锤子5和砧座6，而且例如可以是钻和锯。也就是说，电动工具100不限于冲击起子，而且可以是钻孔机或竖锯。
执行马达控制装置3的主体包括计算机系统。计算机系统包括处理器和存储器作为硬件。处理器执行计算机系统的存储器中所存储的程序，由此实现本发明中的作为执行马达控制装置3的主体的功能。程序可以预先存储在计算机系统的存储器中，或者可以通过电信网络来提供。可选地，程序也可以在已记录在诸如存储卡、光盘或硬盘驱动器等(其中的任何对于计算机系统均是可读的)的一些非暂时性存储介质中之后进行分发。计算机系统的处理器包括包含半导体集成电路(IC)或大型集成电路(LSI)的一个或多个电子电路。这里提到的诸如IC或LSI等的集成电路根据集成的程度而可以以其它方式指代。例如，集成电路可以是被称为系统LSI、超大规模集成(VLSI)或特大规模集成(ULSI)的集成电路。可以将在LSI的制造之后可编程的现场可编程门阵列(FPGA)或者允许LSI中的连接的重新配置或LSI中的电路单元的设置的可重新配置逻辑器件用于相同的目的。这些电子电路可以一起集成在单个芯片上或者分布在多个芯片上，以适当者为准。这些多个芯片可以一起收集在单个装置中或者可以分布在多个装置中。
3.方面
如从上述实施例和变形例可以看出，本发明包括以下所述的方面。在以下的说明中，括号中的附图标记仅是为了阐明与本实施例的对应关系而添加的。
第一方面的电动工具(100)包括马达(1)和马达控制装置(3)。马达控制装置(3)被配置为基于参数来更新马达(1)的速度的命令值(ω2*)。该参数与在马达(1)的转动期间施加至马达(1)的负载的大小和马达(1)所用的直流电源(8)的电压(Vdc)至少之一有关。第一方面使得能够提高马达(1)的操作效率。
第二方面的电动工具(100)可以结合第一方面来实现。在第二方面，马达控制装置(3)被配置为基于参数和阈值之间的比较结果来更新命令值(ω2*)。第二方面使得能够提高马达(1)的操作效率。
第三方面的电动工具(100)可以结合第二方面来实现。在第三方面，参数包括调制度。第三方面使得能够提高马达(1)的操作效率。
第四方面的电动工具(100)可以结合第三方面来实现。在第四方面，阈值包括调制度阈值。马达控制装置(3)被配置为在调制度高于调制度阈值的情况下，减小命令值(ω2*)。第四方面降低了马达(1)失步的可能性。
第五方面的电动工具(100)可以结合第四方面来实现。在第五方面，马达控制装置(3)被配置为在调制度低于或等于调制度阈值的情况下，使得命令值(ω2*)接近马达(1)的速度的目标值(ω1*)。第五方面使得能够将马达(1)的速度设置为期望目标值(ω1*)。
第六方面的电动工具(100)可以结合第二方面至第五方面中任一方面来实现。在第六方面，参数包括转矩电流值，该转矩电流值表示流经马达(1)的电流的转矩分量的大小。第六方面使得能够提高马达(1)的操作效率。
第七方面的电动工具(100)可以结合第六方面来实现。在第七方面，阈值包括电流阈值。马达控制装置(3)被配置为在转矩电流值大于电流阈值的情况下，减小命令值(ω2*)。第七方面降低了马达(1)失步的可能性。
第八方面的电动工具(100)可以结合第七方面来实现。在第八方面，马达控制装置(3)被配置为在转矩电流值小于或等于电流阈值的情况下，使得命令值(ω2*)接近马达(1)的速度的目标值(ω1*)。第八方面使得能够将马达(1)的速度设置为期望目标值(ω1*)。
第九方面的电动工具(100)可以结合第二方面至第八方面中任一方面来实现。在第九方面，参数包括电源电压值，该电源电压值表示直流电源(8)的电压(Vdc)的大小。第九方面使得能够提高马达(1)的操作效率。
第十方面的电动工具(100)可以结合第九方面来实现。在第十方面，阈值包括电压阈值。马达控制装置(3)被配置为在电源电压值小于电压阈值的情况下，减小命令值(ω2*)。第十方面降低了马达(1)失步的可能性。
第十一方面的电动工具(100)可以结合第十方面来实现。在第十一方面，马达控制装置(3)被配置为在电源电压值大于或等于电压阈值的情况下，使得命令值(ω2*)接近马达(1)的速度的目标值(ω1*)。第十一方面使得能够将马达(1)的速度设置为期望目标值(ω1*)。
第十二方面的电动工具(100)可以结合第一方面至第十一方面中任一方面来实现。在第十二方面，马达(1)是无刷马达。第十二方面使得能够提高马达(1)的操作效率。
第十三方面的电动工具(100)可以结合第十二方面来实现。在第十三方面，电动工具(100)还包括逆变器电路单元(2)，该逆变器电路单元(2)被配置为从所述直流电源(8)生成驱动电压(Va)并将该驱动电压(Va)输出至马达(1)。马达控制装置(3)被配置为确定驱动电压(Va)的目标值(vu*、vv*、vw*)以使得马达(1)的速度与命令值(ω2*)一致，并且将该目标值提供给逆变器电路单元(2)。第十三方面使得能够提高马达(1)的操作效率。
第十四方面的控制方法是马达(1)的控制方法。该控制方法包括：基于与在马达(1)的转动期间施加至马达(1)的负载的大小和马达(1)所用的直流电源(8)的电压(Vdc)至少之一有关的参数，来更新马达(1)的速度的命令值(ω2*)。第十四方面提供了可以提高马达(1)的操作效率的效果。
第十五方面的程序是用于使得计算机系统执行第十四方面的控制方法的程序。第十五方面提供了可以提高马达(1)的操作效率的效果。
附图标记说明
100 电动工具
1 马达
2 逆变器电路单元
3 马达控制装置
8 直流电源
ω1* 目标值
ω2* 命令值
Va 驱动电压
vu*,vv*,vw* 目标值
Vdc 电压

Claims (13)

1.一种电动工具，包括：
马达；
马达控制装置；
输入/输出单元，所述输入/输出单元是用户界面；以及
逆变器电路单元，其被配置为生成驱动电压，并且将所述驱动电压输出至所述马达，
其中，所述输入/输出单元被配置为根据用户所给出的操作来确定所述马达的速度的目标值，以将由此确定的目标值提供给所述马达控制装置，
所述马达控制装置包括设置单元，所述设置单元被配置为基于速度的目标值来确定或更新所述马达的速度的命令值，
所述马达控制装置被配置为确定所述驱动电压的目标值以使得所述马达的速度与所述设置单元确定的所述命令值一致，并将所述驱动电压的目标值提供至所述逆变器电路单元，
所述设置单元被配置为基于与在所述马达的转动期间施加至所述马达的负载的大小和所述马达所用的直流电源的电压至少之一有关的参数和阈值之间的比较结果，来更新所述马达的速度的命令值，
所述参数包括转矩电流值，所述转矩电流值表示流经所述马达的电流的转矩分量的大小，
所述设置单元被配置为：
当在所述比较结果中判断为所述参数不满足切换条件时，
如果所述命令值与速度的目标值不一致，则使得所述命令值接近速度的目标值，以及
如果所述命令值与速度的目标值一致，则维持所述命令值，以及
当在所述比较结果中判断为所述参数满足所述切换条件时，不论速度的目标值如何，都减小所述命令值，
所述设置单元被配置为通过以下方式减小所述命令值：
从所述命令值中减去规定值，或
将所述命令值设置为所述马达的速度的估计值。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，
所述阈值包括电流阈值，
所述切换条件包括所述转矩电流值大于所述电流阈值的条件，以及
所述设置单元被配置为在所述转矩电流值大于所述电流阈值的情况下，减小所述命令值。
3.根据权利要求2所述的电动工具，其中，
所述设置单元被配置为：
在判断为所述转矩电流值小于或等于所述电流阈值的情况下，
如果所述命令值与速度的目标值不一致，则使得所述命令值接近速度的目标值，以及
如果所述命令值与速度的目标值一致，则维持所述命令值。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电动工具，其中，
所述参数还包括调制度。
5.根据权利要求4所述的电动工具，其中，
所述阈值包括调制度阈值，
所述切换条件包括所述调制度高于所述调制度阈值的条件，以及
所述设置单元被配置为在所述调制度高于所述调制度阈值的情况下，减小所述命令值。
6.根据权利要求5所述的电动工具，其中，
所述设置单元被配置为：
在判断为所述调制度低于或等于所述调制度阈值的情况下，
如果所述命令值与速度的目标值不一致，则使得所述命令值接近所述马达的速度的目标值，以及
如果所述命令值与速度的目标值一致，则维持所述命令值。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电动工具，其中，
所述参数还包括电源电压值，所述电源电压值表示所述直流电源的电压的大小。
8.根据权利要求7所述的电动工具，其中，
所述阈值包括电压阈值，
所述切换条件包括所述电源电压值小于所述电压阈值的条件，以及
所述设置单元被配置为在所述电源电压值小于所述电压阈值的情况下，减小所述命令值。
9.根据权利要求8所述的电动工具，其中，
所述设置单元被配置为：
在判断为所述电源电压值大于或等于所述电压阈值的情况下，
如果所述命令值与速度的目标值不一致，则使得所述命令值接近所述马达的速度的目标值，以及
如果所述命令值与速度的目标值一致，则维持所述命令值。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的电动工具，其中，
所述马达是无刷马达。
11.根据权利要求10所述的电动工具，其中，
所述逆变器电路单元被配置为从所述直流电源生成所述驱动电压，并且将所述驱动电压输出至所述马达。
12.一种马达的控制方法，所述控制方法包括：
基于从输入/输出单元提供的所述马达的速度的目标值来确定或更新所述马达的速度的命令值，所述输入/输出单元是用户界面，并且被配置为根据用户所给出的操作来确定速度的目标值，
确定驱动电压的目标值以使得所述马达的速度与由此确定或更新的所述命令值一致，并将所述驱动电压的目标值提供至逆变器电路单元，所述逆变器电路单元被配置为生成所述驱动电压，并且将所述驱动电压输出至所述马达；以及基于与在所述马达的转动期间施加至所述马达的负载的大小和所述马达所用的直流电源的电压至少之一有关的参数和阈值之间的比较结果，来更新所述马达的速度的所述命令值，
所述参数包括转矩电流值，所述转矩电流值表示流经所述马达的电流的转矩分量的大小，
所述控制方法还包括：
当在所述比较结果中判断为所述参数不满足切换条件时，
如果所述命令值与速度的目标值不一致，则使得所述命令值接近速度的目标值，以及
如果所述命令值与速度的目标值一致，则维持所述命令值，以及
当在所述比较结果中判断为所述参数满足所述切换条件时，不论速度的目标值如何，都减小所述命令值，
减小所述命令值包括：
从所述命令值中减去规定值，或
将所述命令值设置为所述马达的速度的估计值。
13.一种非暂时性计算机可读存储介质，其存储程序，该程序用于使得计算机系统执行根据权利要求12所述的控制方法。
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