CN113497573A - 电动工具转速控制方法及电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电动工具转速控制方法及电动工具。该方法包括：在确定电动工具的电机处于预设低速模式时，启动电机并控制电机以预设转速恒速工作；若电机堵转，则提高输出转矩，直至电机运转；基于电机的当前转速与预设转速的关系控制电机恒速工作。当电机堵转时，通过提高输出转矩，让电机重新运转；在电机重新启动运转后，根据电机的当前转速和预设转速的关系，来确定对电机的转速控制，并让电机按照恒速进行工作，使得电动工具能够根据当前的负载情况对电机的转速进行调节，解决了现有技术中电动工具运转在低速模式容易堵转的问题，使得电动工具能够根据负载的情况自适应调节电机的输出转速，提升了电动工具在低速状态下的用户体验。

Description

电动工具转速控制方法及电动工具

技术领域

本发明实施例涉及电动工具技术，尤其涉及一种电动工具转速控制方法及电动工具。

背景技术

电钻、螺丝批、往复锯等电动工具在刚启动时，通常按照预设速度工作。在电动工具刚启动时，用户需要将电动工具对准位置，例如，精准拧如螺钉、钻孔、沿线切割等，因而预设速度设置太高不能满足用户对于低速的需求；而预设速度设置太低，则当负载稍微变大会时，电动工具便会堵转，甚至导致电动工具无法启动。

发明内容

本发明实施例提供一种电动工具转速控制方法及电动工具，以实现电动工具的启动速度能够自适应调节。

第一方面，本发明实施例提供了一种电动工具转速控制方法，包括：

在确定所述电动工具的电机处于预设低速模式时，启动所述电机并控制所述电机以预设转速恒速工作；

若所述电机堵转，则提高输出转矩，直至所述电机运转；

基于所述电机的当前转速与所述预设转速的关系控制所述电机恒速工作。

可选的，所述确定所述电动工具的电机处于预设低速模式，包括：

获取所述电动工具中开关的行程信号；

若所述开关的行程信号小于或等于设定值，则确定所述电动工具的电机处于预设低速模式。

可选的，通过如下方法确定所述电机堵转：

获取所述电机的换相信号；

若在设定的时间阈值内未接收到下一个换相信号，则确定所述电机堵转。

可选的，所述提高输出转矩，包括：

向所述电机输出具有预设占空比增量的驱动信号，以提高所述电机的输出转矩。

可选的，在所述提高输出转矩之后，以及在所述直至所述电机运转之前，所述方法还包括：

若所述驱动信号的占空比达到设定的占空比阈值，则停止向所述电机输出驱动信号。

可选的，所述基于所述电机的当前转速与预设的转速阈值的关系控制所述电机恒速工作，包括：

比较所述电机的当前转速与所述预设转速；

若所述当前转速大于或等于所述预设转速，则控制所述电机按照所述预设转速恒速工作；

若所述当前转速小于所述预设转速，则控制所述电机按照所述当前转速恒速工作。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电动工具，包括：

功能件，用于实现所述电动工具的功能；

电机，用于驱动所述功能件转动；

行程开关，用于输出开关行程信号，所述开关行程信号用于确定所述电机的工作模式；

控制器，用于在确定所述电机处于预设低速模式时，启动所述电机并控制所述电机以预设转速恒速工作；以及，

可选的，所述电机的工作模式至少包括预设低速模式和正常模式。

可选的，所述控制器还用于：

若判断所述开关行程信号小于或等于设定值，则确定所述电机处于所述预设低速模式；

若判断所述开关行程信号大于所述设定值，则确定所述电机处于所述正常模式。

可选的，所述控制器还用于：

比较所述电机的当前转速与所述预设转速；

若所述当前转速大于或等于所述预设转速，则控制所述电机按照所述预设转速恒速工作；

若所述当前转速小于所述预设转速，则控制所述电机按照所述当前转速恒速工作。

在确定所述电机堵转时，通过调节占空比控制所述电机运转并恒速工作。

本发明实施例提供的电动工具转速控制方法，控制器在检测到电动工具处于设定的低速模式时，启动电动工具中的电机并控制电机按照预设转速恒速工作，使得电动工具能够在刚启动时按照预设转速恒速工作，满足用户的需求。当电机堵转时，控制器提高输出转矩，让电机重新运转；在电机重新启动运转后，控制器根据电机的当前转速和预设转速的关系，来确定对电机的转速控制，并让电机按照恒速进行工作，使得电动工具能够根据当前的负载情况对电机的转速进行调节，解决了现有技术中电动工具运转在低速模式时，负载稍微变大一点便会堵转的问题，实现了电动工具在低速模式时，能够根据负载的情况自适应调节电机的输出转速，在堵转和恒速运转模式之间进行切换，并最终让电机按照恒速工作，提升了电动工具在低速状态下的用户体验。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电动工具转速控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种电动工具转速控制方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种电动工具的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电动工具的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种电动工具转速控制方法的流程图，本实施例可适用于对电动工具处于低速状态时进行转速控制的情况，例如，在电动工具启动时，通常需要按照较低的转速运转，以满足用户在低速时对电动工具进行对准等精确控制的要求。同时需要克服电动工具堵转的问题，让电动工具能够根据负载情况，自动调节电机的输出转矩，以能够按照低速状态时的设定要求运转。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

S110、在确定电动工具的电机处于预设低速模式时，启动电机并控制电机以预设转速恒速工作。

其中，电动工具是指将电能转化为机械能以驱动相应功能件进行工作的工具。例如常用的电钻、研磨机、螺丝批和往复锯等。低速模式是指让电动工具按照设定的较低的转速运转，便于用户对电动工具进行控制，通常用于在启动阶段对电动工具进行控制。通常，电动工具设置有至少两个工作模式供用户选择，例如至少两个工作模式包括低速模式和正常模式，用户可通过电动工具的开关器件选择电动工具的运行模式。

在一个实施例中，通过如下方法确定电动工具的电机处于预设低速模式：

获取电动工具中开关的行程信号；

若开关的行程信号小于或等于设定值，则确定电动工具的电机处于预设低速模式。

具体地，电动工具的开关可用于对电动工具的运行模式进行选择。可选的，开关可以为行程开关，行程开关的行程信号与电动工具中电机的设定转速有着对应关系。通常，电动工具的行程开关的行程信号与电动工具的电机转速成正比关系，即开关行程越大则电机转速越大。因而通过开关的行程信号可以确定出电机的运转模式。

当开关的行程信号小于或等于设定值时，表明用户期望电动工具运转在低速模式，即让电机输出较低转速。可选的，该设定值可以设置为开关总行程量的30％，即当开关的行程信号小于或等于开关总行程量的30％时，确定电机处于预设低速模式。

启动电机是指让电机从静止状态开始转动。恒速工作，是指让电机按照一定的转速进行恒速转动。

在一个实施例中，启动电机并控制电机恒速工作，可具体包括：

控制器通过驱动电路向电机施加具有第一预设占空比的驱动信号，以驱动电机开始运转并按照预设转速恒速工作。

控制器通过采集电机的实际转速，并将电机的实际转速与预设转速进行比较，当电机的实际转速超过预设转速时，降低施加给电机的驱动信号的占空比，以控制电机不超过目标转速进行恒速工作。

S120、若电机堵转，则提高输出转矩，直至电机运转。

其中，电机堵转是指电机在转速为零时仍然输出转矩的情况。此时，电机中的转子不能正常转动，但是电机的定子还在持续通电，因而在堵转状态下，很容易损坏电机。电动工具启动时若出现电机堵转，则电动工具便无法正常启动。

在一个实施例中，可通过如下方法确定电机堵转：

获取电机的换相信号；

若在设定的时间阈值内未接收到下一个换相信号，则确定电机堵转。

具体地，控制器根据电机中转子的当前位置向电机的定子施加相应的控制信号，让转子从当前位置转动至下一个位置。电机的定子从一种通电状态到另一种通电状态的切换即为换相。在每次换相时，电动工具的控制器可以记录换相时间。这样，控制器通过计算连续两次换相的时间差，并将该时间差与时间阈值进行比较，来判断换相是否正常。例如，若设定时间阈值为50ms，若连续两次换相的时间差为45ms，即在设定时间阈值内可接收到下一次换相信号，则确定电动工具没有堵转；若连续两次的换相时间差为51ms，即在设定时间阈值内未接收到下一次换相信号，则确定电动工具堵转。

该设定的时间阈值与电机的转速相关，转速越大，该时间阈值越小。通常，将该时间阈值设置为对应转速下理论换相时间差的倍数。例如，若某一转速下正常的换相时间为2ms，则可以将该时间阈值设置为30ms，以准确判断电机处于堵转状态。

控制器在确定电机堵转后，提高电机的输出转矩。提高输出转矩是指让电机输出更大的驱动力，例如可以向电机施加更大强度的驱动信号，让电机能够在负载增加的情况下得以启动运转。

在一个实施例中，通过向电机输出具有预设占空比增量的驱动信号，以提高电机的输出转矩。

其中，预设占空比增量是指驱动电路输出的驱动信号的占空比按照预设增量增加，从而通过提高驱动电路输出至电机的驱动信号的占空比，可以逐步提高向电机施加的驱动信号的强度，逐步提高电机的输出转矩，直至电机重新开始转动。

在一个实施例中，为了对电机进行堵转保护，在电机转动之前，该方法还包括：

若驱动信号的占空比达到设定的占空比阈值，则停止向电机输出驱动信号。

由上述分析可知，在电机堵转时，因为电机的定子还在持续通电，而这部分电能并没有转化为机械能，而是转化为热能消耗在电机的定子绕组，当产生的热能过高时，很容易损坏电机。因而为了对电机进行堵转保护，在电机堵转时，需要对施加给电机的驱动信号的强度进行限定，具体地，通过对所施加的驱动信号的占空比进行限定，使得驱动信号的强度被限定在安全范围内。

在一个实施例中，在低速模式下，施加给电机的驱动信号的占空比的上限为40％，如果驱动信号的占空比调整到40％电机未启动(还堵转)，则停止向电机施加驱动信号，进入堵转保护。

本实施例在电机转动之前，通过对施加给电机的驱动信号的占空比进行控制，可以保护电机，避免电机受到损坏。

S130、基于电机的当前转速与预设转速的关系控制电机恒速工作。

其中，电机的当前转速与预设转速的关系，具体是指电机的当前转速值与预设转速的大小关系。电机在不同负载状态，其所能输出的转速并不相同，在驱动信号相同的情况下，电机的负载越大，则电机的转速越低；相反，则电机的转速越高。

控制器通过对电机的当前转速和预设转速进行比较，并基于比较结果向电机施加相应的驱动信号，可以实现让电机不超过预设转速进行运转。

在一个实施例中，控制电机恒速工作可具体优化为：

比较电机的当前转速与预设转速；

若当前转速大于或等于预设转速，则控制电机按照预设转速恒速工作；

若当前转速小于预设转速，则控制电机按照当前转速恒速工作。

具体地，当电机的当前转速大于或等于预设转速时，表明电机的当前转速较高，此时，控制器控制电机按照预设转速转速工作，满足用户对电动工具在低速时的要求。该情况例如可以为，在电机堵转时，施加给电机的驱动信号的占空比增加，电机的转矩被提高，在电机重新运转后，若电机的负载被撤销，电机在之前占空比的驱动信号作用下，势必会导致电机的转速提高，因而此时，需要控制电机保持预设转速恒速工作。通过对电机的当前转速与预设转速进行比较，并适应性向电机施加对应的驱动信号，实现了让电机在堵转和恒速工作之间进行切换，实现始终让电机的转速不超过预设转速。

当当前转速小于预设转速时，表明电机的当前转速较低，此时控制器可控制电机按照当前转速进行恒速工作。该情况例如可以为，在电机堵转后，通过提高电机的转矩，让电机得以运转，若电机运转后负载未被移除，则在此工况下电机的转速可能低于预设转速，此时无需提高施加给电机的驱动信号的占空比，而直接控制电机按照当前的转速进行恒速工作。

该电工工具转速控制的原理为：在电动工具处于低速模式时，根据电动工具的负载情况，向电动工具的电机针对性施加驱动信号，让电机重新运转，让电机在堵转和恒速运转态进行切换，使得电动工具能够根据负载进行转速的自适应调节，从而保证电动工具能够在低速模式时能够克服负载较大时引起的堵转问题，并还能够按照低速进行恒速运转。

本发明实施例提供的电动工具转速控制方法，控制器在检测到电动工具处于设定的低速模式时，启动电动工具中的电机并控制电机恒速工作，使得电动工具能够在刚启动时按照低速恒速工作，满足用户的需求。当电机堵转时，控制器通过提高输出转矩，让电机重新运转；在电机重新启动运转后，控制器根据电机的当前转速和预设转速的关系，来确定对电机的转速控制，并让电机按照恒速进行工作，使得电动工具能够根据当前的负载情况对电机的转速进行调节，解决了现有技术中电动工具运转在低速模式时，负载稍微变大一点便会堵转的问题，实现了电动工具在低速模式时，能够根据负载的情况自适应调节电机的输出转速，在堵转和恒速运转模式之间进行切换，并最终让电机按照恒速工作，提升了电动工具在低速状态下的用户体验。

在一个实施例中，电动工具从启动开始按照如下方法对电机的转速进行控制，图2为本发明实施例提供的一种电动工具控制方法的流程图，该方法具体包括：

S210、启动电机。

S220、获取开关行程信号，并判断开关行程信号是否小于设定值。

S230、若开关行程信号不小于设定值，则控制电机正常调速运转。

当开关行程信号不小于设定值时，表明此时用户选择的电动工具的工作模式是非低速运转模式，因而控制器按照正常启动逻辑通过驱动电路向电机施加驱动信号，以控制电机进行正常调速运转。

S240、若开关行程信号小于或等于设定值，则进一步判断电机是否运转。

开关行程信号小于设定值，表明电动工具处于设定的低速模式，此时，判断电机是否已经运转，以基于电机的当前运转情况向电机施加相应的驱动信号。

S250、若电机没有运转，则增加占空比以提高驱动信号的强度。

S260、若电机已经运转，则检测电机的转速是否已经超过设定的最低转速。

在确定电机已经运转后，获取电机的当前转速，并进一步判断当前转速是否已经超过设定的最低转速，若未超过设定的最低转速，控制电机按照当前的转速进行恒速工作。若电机的当前转速超过设定的最低转速，则进入步骤270，对电机的转速进行调节。

S270、若电机的当前转速已经超过设定的最低转速，则基于设定的最低转速对电机的当前转速进行调节。

当确定电机的当前转速已经超过设定的最低转速时，此时降低施加给电机的驱动信号的占空比，以降低电机的转速，直至电机的转速将至设定的最低转速时，控制电机按照该最低转速进行恒速工作。

本发明实施例在电动工具启动时，通过电动工具的开关行程信号判断电动工具是否处于设定的低速模式；当确定电动工具处于低速模式时，进一步检测电动工具的电机是否已经正常运转，并在没有电机没有正常运转时，通过增加驱动信号的占空比来提高电机的转矩，以正常启动电机；当电机已经运转时，检测电机的转速是否超过设定的最低转速，并在超过最低转速时，调整电机的转速，让电机按照最低转速恒速运转，从而控制电机在电动工具处于低速模式时其转速不超过设定的最低转速，实现在低速模式时对电机的转速的自动调节。

本发明实施例还提供了一种电动工具，该电动工具典型地可以为电钻、研磨机、螺丝批和往复锯等。图3为本发明实施例提供的一种电动工具的结构示意图，该电动工具210包括主要包括壳体211、功能件212、握持部213、行程开关214、电源装置216、电机和控制器。

壳体211形成有握持部213，握持部213供用户握持，当然，握持部213可以作为独立的零件。壳体211构成电动工具210的主体部分，其用于容纳电机、控制器、传动机构以及其他诸如电路板等电子部件。壳体211的前端用于安装功能件212。

功能件212用于实现电动工具210的功能，功能件由电机驱动运行。对于不同电动工具210而言，功能元件不同。例如对角磨而言，功能件212为磨片，用于实现打磨或切割功能。功能件212与电机可操作地连接，具体地，功能件212通过输出轴29和传动机构28与电机电连接。

行程开关214用于输出开关行程信号，该开关行程信号用于确定电机的工作模式。可选的，电机的工作模式至少包括低速模式和正常模式。行程开关214具体用于设置电机的目标转速，也即是说，行程开关214用于实现电机调速，行程开关214可以是但不限于扳机、旋钮、滑动机构等。控制器通过获取行程开关214的输出信号，可以确定电动工具210当前是否处于设定的低速模式。例如，通过获取扳机开关的输出信号，可以确定扳机开关是否处于设定的按压角度范围，从而确定电动工具是否处于设定的低速模式。

电源装置216用于为电动工具210提供电能。在本实施例中，电动工具210采用电池包212供电。作为可选地，电动工具210还包括电池包结合部27，用于使电池包212连接至电动工具210。

电动工具210的电机和控制器设置在壳体211内(图3中未示出)，电机用于响应控制器的控制信号驱动相应的功能件运转，从而让电动工具210得以正常运行。控制器，用于在确定所述电机处于预设低速模式时，启动所述电机并控制所述电机以预设转速恒速工作；以及，在确定所述电机堵转时，通过调节占空比控制所述电机运转并恒速工作。

图4为本发明实施例提供的一种电动工具的结构框图，其中，电动工具还设置有驱动电路320，控制器310可通过驱动电路320向电机330施加对应的驱动信号，以控制电机330输出对应转速。具体地，控制器310用于：

在确定电动工具210的电机330处于预设低速模式时，启动电机330并控制电机330以预设转速恒速工作；

若电机330堵转，则提高输出转矩，直至电机330运转；

基于电机330的当前转速与预设转速的关系控制电机330恒速工作。

可选的，控制器310还具体用于：

获取电动工具210中开关的行程信号；

若开关的行程信号小于或等于设定值，则确定电动工具210的电机330处于预设低速模式。

可选的，控制器310还具体用于：

向电机330施加预设占空比的驱动信号，直至电机330运转，并进行恒速转动。

可选的，控制器310还具体用于通过如下方法确定电机330堵转：

获取电机330的换相信号；

若在设定的时间阈值内未接收到下一个换相信号，则确定电机330堵转。

可选的，控制器310还具体用于：

向电机330输出具有预设占空比增量的驱动信号，以提高电机330的输出转矩。

可选的，控制器310还具体用于：

若驱动信号的占空比达到设定的占空比阈值，则停止向电机330输出驱动信号。

可选的，控制器310还具体用于：

在电机330运转之前，若驱动信号的占空比达到设定的占空比阈值，则停止向电机330输出驱动信号。

可选的，控制器310还具体用于：

比较电机330的当前转速与预设转速；

若当前转速大于或等于预设转速，则控制电机330按照预设转速恒速工作；

若当前转速小于预设转速，则控制电机330按照当前转速恒速工作。

本发明实施例所提供的控制器可执行本发明实施例所提供的电动工具转速控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。本实施例中未详尽描述的内容可以参考本发明方法实施例中的描述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电动工具转速控制方法，其特征在于，包括：

在确定所述电动工具的电机处于预设低速模式时，启动所述电机并控制所述电机以预设转速恒速工作；

若所述电机堵转，则提高输出转矩，直至所述电机运转；

基于所述电机的当前转速与所述预设转速的关系控制所述电机恒速工作。

2.根据权利要求1所述的电动工具转速控制方法，其特征在于，所述确定所述电动工具的电机处于预设低速模式，包括：

获取所述电动工具中开关的行程信号；

若所述开关的行程信号小于或等于设定值，则确定所述电动工具的电机处于预设低速模式。

3.根据权利要求1所述的电动工具启动控制方法，其特征在于，通过如下方法确定所述电机堵转：

获取所述电机的换相信号；

若在设定的时间阈值内未接收到下一个换相信号，则确定所述电机堵转。

4.根据权利要求1所述的电动工具转速控制方法，其特征在于，所述提高输出转矩，包括：

向所述电机输出具有预设占空比增量的驱动信号，以提高所述电机的输出转矩。

5.根据权利要求4所述的电动工具转速控制方法，其特征在于，在所述提高输出转矩之后，以及在所述直至所述电机运转之前，所述方法还包括：

若所述驱动信号的占空比达到设定的占空比阈值，则停止向所述电机输出驱动信号。

6.根据权利要求1所述的电动工具转速控制方法，其特征在于，所述基于所述电机的当前转速与预设的转速阈值的关系控制所述电机恒速工作，包括：

比较所述电机的当前转速与所述预设转速；

若所述当前转速大于或等于所述预设转速，则控制所述电机按照所述预设转速恒速工作；

若所述当前转速小于所述预设转速，则控制所述电机按照所述当前转速恒速工作。

7.一种电动工具，其特征在于，包括：

功能件，用于实现所述电动工具的功能；

电机，用于驱动所述功能件转动；

行程开关，用于输出开关行程信号，所述开关行程信号用于确定所述电机的工作模式；

控制器，用于在确定所述电机处于预设低速模式时，启动所述电机并控制所述电机以预设转速恒速工作；以及，

在确定所述电机堵转时，通过调节占空比控制所述电机运转并以预设转速恒速工作。

8.根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于，

所述电机的工作模式至少包括预设低速模式和正常模式。

9.根据权利要求8所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还用于：

若判断所述开关行程信号小于或等于设定值，则确定所述电机处于所述预设低速模式；

若判断所述开关行程信号大于所述设定值，则确定所述电机处于所述正常模式。

10.根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还用于：

比较所述电机的当前转速与所述预设转速；

若所述当前转速大于或等于所述预设转速，则控制所述电机按照所述预设转速恒速工作；

若所述当前转速小于所述预设转速，则控制所述电机按照所述当前转速恒速工作。

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