CN114448297A - 电动工具 - Google Patents
电动工具 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114448297A CN114448297A CN202111061102.0A CN202111061102A CN114448297A CN 114448297 A CN114448297 A CN 114448297A CN 202111061102 A CN202111061102 A CN 202111061102A CN 114448297 A CN114448297 A CN 114448297A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- current
- voltage
- motor
- phase
- brushless motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/28—Arrangements for controlling current
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电动工具,包括:无刷电机,包括定子绕组和绕定子转动的转子;调速机构,至少用于设置无刷电机的目标转速;驱动电路,用于将电源装置提供的电能从直流母线输送至无刷电机,驱动电路包括连接在电源装置和电机之间的多个电子开关;控制模块,被配置为:依据无刷电机的实测转速、定子绕组的相电流和目标转速计算生成电压矢量;对电压矢量进行过调制以输出脉宽调制信号至驱动电路;其中,电压矢量的幅值的标幺值的取值范围为0至1.15。采用以上技术方案,可提高电动工具的输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动工具,具体涉及一种输出功率高的电动工具。
背景技术
现有的电动工具,通常采用传统的方波驱动其内电机,通过对方波信号占空比的调节,控制电机速度以及扭矩。
对于直流无刷电机而言,传统方波调制控制方式下,在一个电周期中,无刷电机只有六种状态,或者说定子电流有六种状态(三相桥臂有六种开关状态)。每一种电流状态都可看作合成一个方向的矢量力矩,六个矢量有规律地、一步接一步地转换,从而带动转子转动,电机转子会跟着同步旋转。传统的方波控制实现方式简便,但由于其仅有六个离散的、非连续矢量力矩,这样会使得电动工具输出功率低、电机效率低、能量利用率低,输出性能欠佳。
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输出功率高的电动工具。
为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:
一种电动工具,包括:无刷电机,包括定子绕组和绕所述定子转动的转子;调速机构,至少用于设置所述无刷电机的目标转速;驱动电路,用于将电源装置提供的电能从直流母线输送至所述无刷电机,所述驱动电路包括连接在所述电源装置和所述电机之间的多个电子开关;控制模块,被配置为:依据所述无刷电机的实测转速、所述定子绕组的相电流和所述目标转速计算生成电压矢量;对所述电压矢量进行过调制以输出脉宽调制信号至所述驱动电路;其中,所述电压矢量的幅值的标幺值的取值范围为0至1.15。
可选地,所述电动工具还包括:转速检测模块,用于检测所述电机的实测转速或/和所述转子的位置;电流检测模块,用于检测所述各相定子绕组的相电流。
可选地,所述控制模块包括:第一转速环,用于根据所述电机的目标转速和所述电机的实际转速生成所述电机的目标电流。
可选地,所述控制模块包括:电流分配单元,用于根据所述第一转速环生成的所述电机的目标电流分配直轴目标电流和交轴目标电流;电流变换单元,用于根据所述电机的实际电流生成直轴实际电流和交轴实际电流;第一电流环,用于根据所述直轴目标电流和直轴实际电流生成第一调节电压;第二电流环,用于根据所述交轴目标电流和交轴实际电流生成第二调节电压;电压变换单元,用于根据所述第一调节电压和第二调节电压生成第一电压控制量和第二电压控制量;过调制单元,用于根据所述第一电压控制量和第二电压控制量进行过调制以输出第一过调制电压和第二过调制电压;控制信号单元,用于根据所述第一过调制电压和第二过调制电压生成控制信号,所述控制信号用于控制所述驱动电路的多个电子开关的开关操作。
可选地,所述电流检测模块被配置为:获取所述电子开关导通时的内阻,依据所述电子开关内阻的变化计算母线电流或相电流。
可选地,所述电动工具还包括:检测电阻,串联在所述驱动电路和所述绕组之间;所述电流检测模块被配置为:依据所述检测电阻的电压计算母线电流或相电流。
可选地,所述无刷电机为三相无刷电机,所述无刷电机的三相输入电压互呈120°相位角。
可选地,所述脉宽调制信号为非连续脉宽调制信号。
一种电动工具,包括:无刷电机,包括定子绕组和绕所述定子转动的转子;调速机构,至少用于设置所述无刷电机的目标转速;控制模块,被配置为:依据所述无刷电机的实测转速、所述绕组的相电流和所述目标转速计算生成电压矢量;对所述电压矢量进行过调制以输出脉宽调制信号至所述驱动电路以使所述电机的相电压在一个控制周期的预设时间内维持恒定值。
一种电动工具,包括:无刷电机,包括定子绕组和绕所述定子转动的转子;调速机构,至少用于设置所述无刷电机的目标转速;控制模块,被配置为:依据所述无刷电机的实测转速、所述绕组的相电流和所述目标转速计算生成电压矢量;对所述电压矢量进行过调制以输出脉宽调制信号至所述驱动电路以使所述电机的端电压在进行滤波处理后的电压波形在一个周期内至少包括两个波峰。
本发明的有益之处在于,采用以上技术方案,能够提高电动工具输出功率。
附图说明
图1是一种实施方式的电动工具的结构图;
图2是一种实施方式的电动工具的电路系统框图;
图3是一种实施方式的电流检测模块检测相电流的原理图;
图4是另一种实施方式的电流检测模块检测相电流的原理图;
图5是作为第一实施例的图2中的控制模块的模块图;
图6a为七段式脉宽调制信号波,图6b是非连续脉宽调制信号波;
图7是作为第二实施例的图2中的控制模块的模块图;
图8是电机相电压的电压矢量图;
图9a为一个电周期内,采用图5所示实施例的控制模块的电机的一相绕组的相电压曲线;图9b为一个电周期内,采用图7所示实施例的控制模块的电机的一相绕组的相电压曲线;
图10a是作为一种实施例的电机的一相定子绕组的端电压进行滤波处理后的一个电周期内的电压波形图;图10b是作为另一种实施例的电机的一相定子绕组的端电压进行滤波处理后的一个电周期内的电压波形图;
图11是电动工具的电机转速与电机转矩关系曲线图。
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。
本发明的电动工具,可以为手持式电动工具、花园类工具、花园类车辆如车辆型割草机,在此并非有所限制。本发明的电动工具包括但不限于以下内容:螺丝批、电钻、扳手、角磨等需要调速的电动工具,砂光机等可能用来打磨工件的电动工具,往复锯、圆锯、曲线锯等可能用来切割工件;电锤等可能用来做冲击使用的电动工具。这些工具也可能是园林类工具,比如修枝机、链锯、车辆型割草机;另外这些工具也可能作为其它用途,比如搅拌机。只要这些电动工具能够采用以下披露的技术方案的实质内容即可落在本发明的保护范围内。
参照图1所示的电动工具10,该电动工具为电钻。电动工具10包括:壳体11、功能件12、握持部13、调速机构14、电机15、电源装置16。
壳体11构成电动工具的主体部分,形成容纳空间容纳电机15、传动机构及其他诸如电路板等电子部件。电机15用于将电能转化成传递至功能件12的动力。壳体11还形成有握持部13供用户握持。壳体11的前端用于安装功能件12。
功能件12用于实现电动工具10的功能,功能件12由电机15驱动运行,具体地,功能件12通过输出轴和传动机构被电机15驱动。对于不同电动工具而言,功能件不同。对于电钻而言,功能件12为钻头(未示出),用于实现钻孔功能。
电源装置16用于为电动工具10提供电能。在本实施例中,电动工具10采用电池包供电。电动工具10包括工具配合部17以使电池包连接至电动工具。以上仅是示例性说明,并不构成对本发明的限制,在其他实施方式中,电源装置也可以是交流电源,即电动工具使用交流电源供电,所述的交流电源为120V或220V的交流市电,电源装置包括电源转换单元,其连接于交流电,用于将交流电转换为可供电动工具使用的直流电。
调速机构14至少用于设置电机15的目标转速,也即是说调速机构14用于实现电机15调速。调速机构14可以是但不限于扳机、旋钮等。在本实施方式中,调速机构14被配置为扳机结构。
图2示出了作为其中一实施例的电动工具的电路系统框图。如图2所示,电动工具的电路系统20包括:电源装置21、电机22、供电电路23、控制模块24、驱动电路25、电流检测模块26和转速检测模块27。
电机22,包括定子绕组和转子。在一些实施例中,电机22为三相无刷电机,包括具有永磁体的转子和以电子方式换向的三相定子绕组U、V、W。在一些实施例中,三相定子绕组U、V、W之间采用星型连接,在另一些实施例中,三相定子绕组U、V、W之间采用角型连接。然而,必须理解的是其他类型的无刷电动机也在本公开的范围。无刷电动机可包括少于或多于三相。
供电电路23用于至少为控制模块24供电。在一些实施例中,供电电路23与电源装置21电连接,以将电源装置21的电能转换为适配于控制模块24的供电电压输出。例如,在一些实施例中,为了给控制模块24供电,供电电路23将来自电源装置21的电压降到15V以为控制模块24供电。
驱动电路25用于驱动电机22,与电源装置21电连接。驱动电路25的输入端接收来自电源装置21的电压,在控制模块24输出的驱动信号的驱动下将电压以一定的逻辑关系分配给电机22电子上的各相绕组,以使电机22启动并产生持续不断的转矩。具体而言,驱动电路25包括多个电子开关。在一些实施例中,电子开关包括场效应晶体管(FET),在另一些实施例中,电子开关包括绝缘栅双极晶体管(IG-BT)等。在一些实施例中,驱动电路25为三相桥式电路。驱动电路25包括作为高侧开关设置的三个驱动开关Q1、Q3、Q5和作为低侧开关设置的三个驱动开关Q2、Q4、Q6。
作为高端开关的三个驱动开关Q1、Q3、Q5分别设在供电线与电机22的各相线圈之间。作为低端开关的三个开关元件Q2、Q4、Q6分别设在电机22的各相线圈与地线之间。
六个驱动开关 Q1-Q6 的各个栅极端 UH、UL、VH、VL、WH、WL 与控制模块24电性连接,驱动开关的每个漏极或源极与电机22的定子绕组连接。驱动开关 Q1-Q6 依据控制模块24输出的控制信号以一定频率改变导通或关断状态,从而改变电源装置21加载在电机22绕组上的功率状态。
驱动电路25是用于通过切换对电机22的各相绕组的通电状态、控制各相绕组各自的通电电流来使电机22旋转驱动的电路。各相绕组导通顺序和时间取决于转子的位置。为了使电机22转动,驱动电路25具有多个驱动状态,在一个驱动状态下电机22的定子绕组会产生一个磁场,控制模块24基于不同的转子位置输出控制信号以控制驱动电路25切换驱动状态使定子绕组产生的磁场转动以驱动转子转动,进而实现对电机22的驱动。
电流检测模块26与电机22连接,用于采集电机22的电流,所述电流可以是电机22的母线电流或电机22各相绕组的相电流。作为一个实施例,电流检测模块26检测电机22的各相绕组的相电流,电机22的母线电流则可以由检测到的三相电流值计算获得,电流检测模块26包括霍尔电流传感器以直接检测电机22的各相绕组的相电流。
参考图3所示,在驱动电路25和电机22的各相绕组之间分别串联检测电阻R1、R2和R3,电流检测模块26通过检测检测电阻两端的电压即可计算得出各相绕组的相电流或母线电流。具体地,电流检测模块26分别检测各个检测电阻R1、R2和R3两端的电压即可计算得出三相定子绕组U、V、W的相电流。
参考图4所示,电流检测模块26用于检测驱动电路25中处于导通状态的电子开关的内阻,基于处于导通状态的电子开关的内阻和其两端的电压值计算得出经过该电子开关的电流,所述电子开关的电流即为对应电机22绕组的相电流。具体而言,电流检测模块26分别检测高端开关的三个驱动开关Q1、Q3、Q5两端的电压计算得出对应的三相定子绕组U、V、W的相电流。这样,电动工具不用增加硬件即可检测对应电机22绕组的相电流,节约成本。
转速检测模块27用于获取所述电机22的实测转速和转子的位置中的至少一个。在一些实施例中,转速检测模块27包括传感器,传感器能够直接检测电机22的速度和位置,例如霍尔传感器。在另一些实施例中,转速检测模块27被配置为至少依据电机22的相电压和电子绕组的电流值估算电机22的转子位置。例如,依据无刷电机22的相电压和定子绕组的电流估算出定子绕组的电感值,建立电感值与转子位置的一一匹配关系(以查表法或公式建模等方式),据此以获取转子的位置。而后依据转子的位置变化计算转速。
控制模块24连接至驱动电路25,被配置为以预设频率控制驱动电路25的多个电子开关的开关操作, 以调节加载至所述绕组的电流以使所述电机22以预设转速转动,其中,所述预设频率的取值范围为5KHz至40KHz。可选的,所述预设频率的取值范围为5KHz至20KHz。在一些实施例中,依据所述绕组的相电流、所述电机22的实测转速和转子位置中的至少一个输出具有所述预设频率的脉宽调制信号以控制多个所述电子开关的开关操作。
参考图5作为实施例之一的控制模块24,具体包括:第一转速环241、电流分配单元242、第一电流环243、第二电流环244、电流变换单元245、电压变换单元246和控制信号单元247。
调速机构28可以是如图1所示的扳机结构,用于供用户设定电机22的目标转速n0。
第一转速环241与调速机构28以及转速检测模块27连接,并获取来自调速机构的用户设置的电机22的目标转速n0以及来自转速检测模块27检测的电机22的实际转速n。第一转速环241,用于根据所述电机22的目标转速和所述电机22的实际转速生成所述电机22的目标电流Is。
电流分配单元242与第一转速环241连接,用于根据目标电流Is分配出直轴目标电流Id和交轴目标电流Iq。目标电流Is、直轴目标电流Id和交轴目标电流Iq均为具有方向和大小的矢量,其中直轴目标电流Id和交轴目标电流Iq方向相互垂直,目标电流Is由直轴目标电流Id和交轴目标电流Iq矢量合成。
电流变换单元245与电流检测模块26连接,用于获取三相绕组的电流Iu、Iv、Iw。电流检测模块26将检测到的电机22的实际工作中的三相电流Iu、Iv、Iw传输至控制模块24中的电流变换单元245。电流变换单元245根据三相电流Iu、Iv、Iw变换成两相电流,分别为直轴实际电流Id0和交轴实际电流Iq0。
第一电流环243与电流分配单元242和电流变换单元245连接,获取第一分配电流Id和第一实际电流Id0,并根据第一分配电流Id和第一实际电流Id0生成第一调节电压Ud。
第二电流环244与电流分配单元242和电流变换单元245连接,获取第二分配电流Iq和第二实际电流Iq0,并根据第二分配电流Iq和第二实际电流Iq0生成第二调节电压Uq。
电压变换单元246与第一电流环243和第二电流环244连接,获取第一调节电压Ud和第二调节电压Uq转换成与加载至电机22的三相电压Uu、Uv、Uw有关的中间量的第一电压控制量Uα和第二电压控制量Uβ输出至控制信号单元247,控制信号单元247根据中间量的第一电压控制量和第二电压控制量U生成控制信号用于控制驱动电路25中的多个电子开关的开关操作,使三相电压Uu、Uv、Uw加载至电机22的绕组,以在所述电源的电压波形的多个连续全周期内调节加载至绕组的电流以使电机22以预设转速转动。Uu、Uv、Uw为三相对称正弦波电压或马鞍波电压,三相电压Uu、Uv、Uw互呈120°相位差。
也即是说,在本实施方式中,电流分配单元242用于根据第一转速环241生成的电机22的目标电流Is分配直轴目标电流Id和交轴目标电流Iq;电流变换单元245用于根据电机22的实际电流生成直轴实际电流Id0和交轴实际电流Iq0;第一电流环243根据直轴目标电流Id和直轴实际电流Id0生成第一调节电压Ud;第二电流环244根据交轴目标电流Iq和交轴实际电流Iq0生成第二调节电压Uq;电压变换单元246根据第一调节电压Ud和第二调节电压Uq生成第一电压控制量和第二电压控制量;控制信号单元247根据第一电压控制量和第二电压控制量生成控制信号,控制信号用于控制驱动电路25中的多个电子开关以预设频率导通和关断,使三相电压Uu、Uv、Uw加载至电机22的绕组,以调节加载至绕组的电流以使电机22以预设转速转动。其中,所述预设频率的取值范围为5KHz至40KHz。可选的,预设频率的取值范围为5KHz至20KHz。在一些实施例中,控制信号为具有预设频率的脉宽调制信号(PWM信号),所述脉宽调制信号的占空比跟随所述根据电机22的目标转速来设置。其中,所述预设频率的取值范围为5KHz至40KHz。可选的,预设频率的取值范围为5KHz至20KHz。
在一些实施例中,所述脉宽调制信号为七段式脉宽调制信号,以频率20KHz,周期50us的脉宽调制信号为例,图6a为七段式脉宽调制信号波。在另一些实施例中,所述脉宽调制信号为非连续脉宽调制信号,图6b所示为非连续脉宽调制信号波,则如图所示在每个周期内,总有一相的开关函数保持低电平,即总有一相的电子开关保持关闭,因此,减少了驱动电路25中电子开关的开启频率,从而使得电子开关损耗低,发热量小。
图7示出了作为其中另一实施例的控制模块24。所述控制模块24被配置为依据所述电机22的实测转速、所述绕组的相电流和所述目标转速计算生成电压矢量;对所述电压矢量进行过调制得到调制电压矢量以输出脉宽调制信号至所述驱动电路25;其中,过调制电压矢量的幅值||的标幺值为所述电压矢量的幅值||与0.5倍的母线电压幅值|Ub|的比值,即,
如图7所示,与图5所示实施例的控制模块24不同的是所述控制模块24还包括过调制单元347。控制模块24包括:第一转速环341、电流分配单元342、第一电流环343、第二电流环344、电流变换单元345、电压变换单元346、过调制单元347、和控制信号单元348。
第一转速环341与调速机构28以及转速检测模块27连接,并获取来自调速机构的用户设置的电机22的目标转速n0以及来自转速检测模块27检测的电机22的实际转速n。第一转速环341,用于根据所述电机22的目标转速和所述电机22的实际转速生成所述电机22的目标电流Is。
电流分配单元342与第一转速环341连接,用于根据目标电流Is分配出直轴目标电流Id和交轴目标电流Iq。目标电流Is、直轴目标电流Id和交轴目标电流Iq均为具有方向和大小的矢量,其中直轴目标电流Id和交轴目标电流Iq方向相互垂直,目标电流Is由直轴目标电流Id和交轴目标电流Iq矢量合成。
电流变换单元345与电流检测模块26连接,用于获取三相绕组的电流Iu、Iv、Iw。电流检测模块26将检测到的电机22的实际工作中的三相电流Iu、Iv、Iw传输至控制模块24中的电流变换单元345。电流变换单元345根据三相电流Iu、Iv、Iw变换成两相电流,分别为直轴实际电流Id0和交轴实际电流Iq0。
第一电流环343与电流分配单元342和电流变换单元345连接,获取直轴目标电流Id和直轴实际电流Id0,并根据直轴目标电流Id和直轴实际电流Id0生成第一调节电压Ud。
第二电流环344与电流分配单元342和电流变换单元345连接,获取交轴目标电流Iq和交轴实际电流Iq0,并根据交轴目标电流Iq和交轴实际电流Iq0生成第二调节电压Uq。
电压变换单元346与第一电流环343和第二电流环344连接,获取第一调节电压Ud和第二调节电压Uq转换成与加载至电机22的三相电压Uu、Uv、Uw有关的中间量的第一电压控制量Uα和第二电压控制量Uβ输出至过调制单元347,过调制单元347根据中间量的第一电压控制量和第二电压控制量对所述电压矢量进行过调制以输出第一过调制电压'和第二过调制电压',控制信号单元348根据第一过调制电压'和第二过调制电压',生成控制信号用于控制驱动电路25中的多个电子开关的开关操作,使三相电压Uu、Uv、Uw加载至电机22的绕组。其中,第一过调制电压'和第二过调制电压'形成的电压空间矢量的幅值||的标幺值范围为0至1.15。
电机22在图5所示的控制模块24的控制系统的调制方式下,可输出的极限电压空间矢量轨迹为正六边形,参考图8所示,正六边形的内切圆区域R1为线性调制区域,为了使电压矢量无线接近六边形模式,以提升电压利用率,对电压空间矢量进行过调制,图中正六边形在内切圆R1外部的阴影区域为过调制区域。因此,当电压空间矢量落在正六边形以外时,遵循幅值不变补偿角度的原则,将电压空间矢量拉到正六边形以内。当电压空间矢量幅值超过正六边形顶点幅值时,根据电压空间矢量所在的扇区选择对应的顶点电压空间矢量作为参考电压矢量。以第一扇区为例,过调制单元根据第一电压空间矢量Uref可以计算出第二电压空间矢量Uref'对应的补偿空间矢量角θ,从而求出第一过调制电压'和第二过调制电压'矢量,控制信号单元根据第一过调制电压'和第二过调制电压'矢量计算出使驱动电路25的多个电子开关的开关时间并输出与之对应的控制信号,以使三相电压Uu、Uv、Uw加载至电机22的绕组,进而使得电机22能够以预设转速转动。第二电压空间矢量Uref'的幅值||的标幺值范围为1至1.15。
而当第一电压空间矢量Uref在内切圆内时,则不需要对第一电压空间矢量Uref进行过调制,则第一电压空间矢量Uref的幅值||的标幺值范围为0至1。过调制单元接收中间量的第一电压控制量和第二电压控制量,并输出第一过调制电压'和第二过调制电压',其中,第一过调制电压'和第一电压控制量相同,第二过调制电压'和第二电压控制量相同,控制信号单元348根据第一过调制电压',即第一电压控制量和第二过调制电压',即第二电压控制量,生成控制信号用于控制驱动电路25中的多个电子开关的开关操作,使三相电压Uu、Uv、Uw加载至电机22的绕组。
图9a为一个电周期内,采用图5所示实施例的控制模块24的电机22的一相绕组的相电压曲线;图9b为一个电周期内,采用图7所示实施例的控制模块24的电机22的一相绕组的相电压曲线。如图所示,对电压矢量进行过调制处理后,电机22的相电压在一个电周期的预设时间内维持恒定值。即,控制模块24被配置为依据所述电机22的实测转速、所述绕组的相电流和所述目标转速计算生成电压矢量;对所述电压矢量进行过调制以输出脉宽调制信号至所述驱动电路25以使所述电机22的相电压在一个电周期内的预设时间内维持恒定值。
这样,控制模块24被配置为依据电机的实测转速n、绕组的相电流和目标转速n0生成电压矢量,对所述电压矢量进行过调制输出脉宽调制信号至驱动电路25使电机的端电压在进行滤波处理后的电压波形在一个周期内至少包括两个波峰。参考图10所示的电机的一相定子绕组的端电压进行滤波处理后的一个周期内的电压波形图,其在一个周期内至少包括两个波峰。需要说明的是,这里在一个周期内至少包括两个波峰是指对应的电压波形包括两个波峰(图10a)或者平滑的曲线段(10b)。因此,提高了电压利用率,从而提升了电机的转速和输出功率。
图11为电机22转速与电机22转矩关系曲线。其中,横轴表示电机22输出转矩,单位为N.m,纵轴表示电机22转速n,单位为rpm,虚线为采用过调制的控制方式的电机22转速随电机22转矩变化的效果曲线,实线表示采用图5所示实施例的控制方式的电机22转速随电机22转矩变化的效果曲线。从图9中可以看出,与采用图5所示实施例的控制方式相比,采用过调制的控制方式具有恒速范围宽的优势,这对于一些工作轻中载范围的电动工具来说,例如,电钻、电动螺丝批等,具有较宽的恒速特性,能够获得较好的较一致的工作效果。此外,采用过调制的控制方式,在电机22输出相同转矩时,电机22的转速更高,对于电动工具而言,更高的转速意味着更高的工作效率。
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)
1.一种电动工具,包括:
无刷电机,包括定子绕组和绕所述定子转动的转子;
调速机构,至少用于设置所述无刷电机的目标转速;
驱动电路,用于将电源装置提供的电能从直流母线输送至所述无刷电机,所述驱动电路包括连接在所述电源装置和所述电机之间的多个电子开关;
控制模块,被配置为:
依据所述无刷电机的实测转速、所述定子绕组的相电流和所述目标转速计算生成电压矢量;
对所述电压矢量进行过调制得到调制电压矢量以输出脉宽调制信号至所述驱动电路;
其中,所述调制电压矢量的幅值的标幺值的取值范围为0至1.15。
2.根据权利要求1所述的电动工具,其特征在于,
所述控制模块,被配置为:
对所述电压矢量中超出线性调制区域的部分进行过调制得到调制电压矢量以输出脉宽调制信号至所述驱动电路;
其中,所述调制电压矢量的幅值的标幺值的取值范围为1至1.15。
3.根据权利要求1所述的电动工具,其特征在于,
所述电动工具还包括:
转速检测模块,用于检测所述电机的实测转速或/和所述转子的位置;
电流检测模块,用于检测所述各相定子绕组的相电流。
4.根据权利要求1所述的电动工具,其特征在于,
所述控制模块包括:
第一转速环,用于根据所述电机的目标转速和所述电机的实际转速生成所述电机的目标电流。
5.根据权利要求4所述的电动工具,其特征在于,
所述控制模块包括:
电流分配单元,用于根据所述第一转速环生成的所述电机的目标电流分配直轴目标电流和交轴目标电流;
电流变换单元,用于根据所述电机的实际电流生成直轴实际电流和交轴实际电流;
第一电流环,用于根据所述直轴目标电流和直轴实际电流生成第一调节电压;
第二电流环,用于根据所述交轴目标电流和交轴实际电流生成第二调节电压;
电压变换单元,用于根据所述第一调节电压和第二调节电压生成第一电压控制量和第二电压控制量;
过调制单元,用于根据所述第一电压控制量和第二电压控制量进行过调制以输出第一过调制电压和第二过调制电压;
控制信号单元,用于根据所述第一过调制电压和第二过调制电压生成控制信号,所述控制信号用于控制所述驱动电路的多个电子开关的开关操作。
6.根据权利要求3所述的电动工具,其特征在于,
所述电流检测模块被配置为:获取所述电子开关导通时的内阻,依据所述电子开关内阻和两端的电压值计算母线电流或相电流。
7.根据权利要求3所述的电动工具,其特征在于,
所述电动工具还包括:检测电阻,串联在所述驱动电路和所述绕组之间;
所述电流检测模块被配置为:依据所述检测电阻的电压计算母线电流或相电流。
8.根据权利要求1所述的电动工具,其特征在于,
所述无刷电机为三相无刷电机,所述无刷电机的三相输入电压互呈120°相位角。
9.根据权利要求1所述的电动工具,其特征在于,
所述脉宽调制信号为非连续脉宽调制信号。
10.一种电动工具,包括:
无刷电机,包括定子绕组和绕所述定子转动的转子;
调速机构,至少用于设置所述无刷电机的目标转速;
控制模块,被配置为:
依据所述无刷电机的实测转速、所述绕组的相电流和所述目标转速计算生成电压矢量;
对所述电压矢量进行过调制以输出脉宽调制信号至所述驱动电路以使所述电机的相电压在一个电周期的预设时间内维持恒定值。
11.一种电动工具,包括:
无刷电机,包括定子绕组和绕所述定子转动的转子;
调速机构,至少用于设置所述无刷电机的目标转速;
控制模块,被配置为:
依据所述无刷电机的实测转速、所述绕组的相电流和所述目标转速计算生成电压矢量;
对所述电压矢量进行过调制以输出脉宽调制信号至所述驱动电路以使所述电机的端电压在进行滤波处理后的电压波形在一个周期内至少包括两个波峰。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2020111225697 | 2020-10-20 | ||
CN202011122569 | 2020-10-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114448297A true CN114448297A (zh) | 2022-05-06 |
Family
ID=81362277
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111061102.0A Pending CN114448297A (zh) | 2020-10-20 | 2021-09-10 | 电动工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114448297A (zh) |
-
2021
- 2021-09-10 CN CN202111061102.0A patent/CN114448297A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7007762B2 (en) | Power tool | |
US9276509B2 (en) | Power tool having a brushless motor and a control unit for controlling the brushless motor | |
US7821217B2 (en) | Electronically commutated motor and control system employing phase angle control of phase current | |
US11173584B2 (en) | Waveform shaping in power tool powered by alternating-current power supply | |
US11095238B2 (en) | Electric tool and control method of electric tool | |
US20230396199A1 (en) | Power tool | |
CN111630770A (zh) | 电动工具及其控制方法 | |
US11258389B2 (en) | Power tool and control method thereof | |
CN111835249B (zh) | 电动工具 | |
KR102642286B1 (ko) | 전동 공구용 센서리스 모터 제어 | |
US20220286018A1 (en) | Power tool and control method thereof | |
EP3731402A1 (en) | Power tool and control method for the same | |
CN114448297A (zh) | 电动工具 | |
WO2022083384A1 (zh) | 电动工具 | |
CN114448298A (zh) | 电动工具 | |
CN114846735A (zh) | 交流电动工具及其启动方法 | |
US20240128897A1 (en) | Power tool |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |