CN114584004A - 智能电动工具及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种智能电动工具及其控制方法。该智能电动工具包括：电机；电源开关，输出开关信号以控制电机的上电状态；检测单元，用于实时检测电机的运行参数；控制器，至少与电机和检测单元电连接；控制器被配置为：在检测到电源开关的关机信号时，获取电机的运行参数；根据运行参数设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机降低转速。该智能电动工具可以解决现有技术存在频繁开关机过程中刹车时间过长、启动响应速度慢、刹车平稳性较差等问题，使智能电动工具工作过程中，根据电机的实时运行参数自动调整刹车时间，在保证刹车平稳性的同时实现快速启动，提高智能电动工具频繁开关机的响应速度，提高工作效率。

Description

智能电动工具及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及电动工具控制技术领域，尤其涉及一种智能电动工具及其控制方法。

背景技术

随着电动工具的发展，电动工具的智能化控制技术得到越来越广泛的应用。例如，利用控制器驱动电机实现电动工具的快速启动、平稳刹车等特性。

然而，现有的电动工具在频繁开关机的过程中，如果启动之前电机的转速已经高于某一转速A，即上次启动没有完全停下时的转速，发出启动信号后可以立即启动；如果启动之前电机的转速低于某一速度B，其中B小于A，则发出启动信号后可以立即启动；但是，如果在启动之前电机的转速介于AB之间，则发出启动信号后需要基于固定时间段使电机完全刹稳后才可以重启电机，通常为了确保电机能完全刹稳，所设置的固定时间相对较长，例如可长达400ms。从而影响了重启的响应速度。

发明内容

本发明提供一种智能电动工具及其控制方法，以实现在智能电动工具工作过程中，能够根据电机的实时运行参数自动调整智能电动工具的刹车时间，提高智能电动工具频繁开关机的响应速度。

第一方面，本发明实施例提供了一种智能电动工具，包括：

电机；

电源开关，输出开关信号，以控制所述电机的上电状态；

检测单元，用于实时检测获得所述电机的运行参数；

控制器，至少与所述电机和所述检测单元电连接；

所述控制器被配置为：

在检测到所述电源开关的关机信号时，获取所述电机的运行参数；

根据所述运行参数设定所述智能电动工具的刹车时间，并在所述刹车时间内响应所述关机信号控制所述电机降低转速。

第二方面，本发明实施例还提供了一种智能电动工具的控制方法，该智能电动工具的控制方法由智能电动工具执行，所述智能电动工具包括电机，电源开关，输出开关信号，以控制所述电机的上电状态；检测单元，用于实时检测获得所述电机的运行参数；控制器，至少与所述电机和所述检测单元电连接；

所述控制方法包括：

在检测到所述电源开关的关机信号时，获取所述电机的运行参数；

根据所述运行参数设定所述智能电动工具的刹车时间，并在所述刹车时间内响应所述关机信号控制所述电机降低转速。

本发明通过提供一种智能电动工具，该智能电动工具包括：电机；电源开关，输出开关信号，以控制电机的上电状态；检测单元，用于实时检测获得电机的运行参数；控制器，至少与电机和检测单元电连接；控制器被配置为：在检测到电源开关的关机信号时，获取电机的运行参数；根据运行参数设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机降低转速。通过该智能电动工具可以解决现有技术存在频繁开关机过程中刹车时间过长、启动响应速度慢、刹车平稳性较差等问题，使智能电动工具工作过程中，能够根据电机的实时运行参数自动调整刹车时间，在保证刹车平稳性的同时实现快速启动，提高智能电动工具频繁开关机的响应速度，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种智能电动工具的电路结构框图；

图2是本发明实施例中的本发明与现有技术的刹车控制对比效果图；

图3是本发明实施例中的一种智能电动工具的电路系统框图；

图4是本发明实施例中的一种智能电动工具的控制方法的流程图。

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智能电动工具的电路结构框图。参考图1，该智能电动工具包括：电机101；电源开关102，输出开关信号，以控制电机101的上电状态；检测单元103，用于实时检测获得电机101的运行参数；控制器104，至少与电机101和检测单元103电连接；控制器104被配置为：在检测到电源开关102的关机信号时，获取电机101的运行参数；根据运行参数设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机101降低转速。

其中，电机101可以为三相电机，电源开关102可以为继电器开关，控制器104可以为单片机、ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元等。其中，控制器104还可与电源开关102电连接，电源开关102输出的开机信号或关机信号还会输出到控制器104，因而，控制器104可实时检测电源开关102是否输出关机信号或开机信号。当检测到电源开关102输出关机信号时，获取电机101关机前的运行参数，根据运行参数设置智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机101降低转速，所谓的降低转速可以是控制电机转速降低至一定的范围内，或者控制电机转速降低为零即控制电机停止转动。

通常，电动工具在频繁的开关机过程中，若启动之前电机处于一个较高的转速(例如36000转)，则在接收到启动信号后可以立即启动。若在启动之前电机处于一个较低的转速(例18000转)，则在接收到启动信号后也可以立即启动。但是，若在启动之前电机的转速处于较高和较低转速之间，则在接收到启动信号后需要经历较长的刹车时间(例如，通常需要400毫秒左右)后才可以启动，原因是在这个速度上启动难以找到合适的转子位置，需完全刹稳才可以启动。而根据本发明实施例提供的智能电动工具，可以实现：通过实时检测电源开关是否发出开关信号，在检测到电源开关的关机信号时，获取当前的电机的运行参数，根据电机实时的运行参数设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机降低转速或直接降低为零。由此可知，控制器能够根据电机的实时运行参数自适应调整智能电动工具的刹车时间，能够避免常规的设置固定的刹车时间且无法自适应调整导致刹车时间过短影响刹车平稳性，刹车时间过长影响频繁开关机的响应速度等情况的发生，使智能电动工具在保证刹车平稳性的同时实现快速启动，提高智能电动工具频繁开关机的响应速度，提高工作效率。

需要说明的是，本发明实施例所提供的智能电动工具可以为电动工具可以是手持式电动工具，也可以是园林类电动工具、车辆型电动工具，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。这些电动工具也可能是园林类工具，比如修枝机、链锯；另外这些电动工具也可能作为其它用途，比如搅拌机。

本实施例的技术方案，通过提供一种智能电动工具，该智能电动工具包括：电机；电源开关，输出开关信号，以控制电机的上电状态；检测单元，用于实时检测获得电机的运行参数；控制器，至少与电机和检测单元电连接；控制器被配置为：在检测到电源开关的关机信号时，获取电机的运行参数；根据运行参数设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机降低转速。通过该智能电动工具可以解决现有技术存在频繁开关机过程中刹车时间过长、启动响应速度慢、刹车平稳性较差等问题，使智能电动工具工作过程中，能够根据电机的实时运行参数自动调整刹车时间，在保证刹车平稳性的同时实现快速启动，提高智能电动工具频繁开关机的响应速度，提高工作效率。

本发明实施例所提供的智能电动工具可执行本发明任意实施例所提供的智能电动工具的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

可选地，运行参数包括转速或者电流或者电压。

其中，电机101的运行参数可以为电机的转速或者电机的工作电流或者电机的工作电压。相应的，检测单元103可以为转速检测单元或者电流检测单元或者电压检测单元。转速检测单元可以为霍尔传感器、编码器等，用于实时检测电机101的转速。电流检测单元可以为电流互感器，用于实时检测电机101在工作中的电流值。电压检测单元可以为电压互感器，用于实时检测电机101在工作中的电压值。

具体的，检测单元103为转速检测单元时，转速检测单元实时检测电机的转速并发送给控制器104，控制器104在检测到电源开关102发出关机信号时，获取此时转速检测单元发出的电机101的转速值，并根据此时的电机101转速值设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机101降低转速或者直接降低为零。检测单元103为电流检测单元时，电流检测单元实时检测电机的电流值并发送给控制器104，控制器104在检测到电源开关102发出关机信号时，获取此时电流检测单元发出的电机101的电流值，并根据此时的电机101电流值设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机101降低转速或者直接降低为零。检测单元103为电压检测单元时，电压检测单元实时检测电机的电压值并发送给控制器104，控制器104在检测到电源开关102发出关机信号时，获取此时电压检测单元发出的电机101的电压值，并根据此时的电机101电压值设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机101降低转速或者直接降低为零。

需要说明的是，本发明实施例中仅是以电机的运行参数为转速、电流、电压为例进行说明，电机的运行参数还可以是功率等参数，具体可以根据实际情况进行设置，在此不做具体的限定。

可选地，刹车时间包括预设刹车时间；

控制器被配置为：在预设刹车时间后响应关机信号控制电机降低转速。

其中，预设刹车时间为电源开关102发出关机信号后电机自由滑行时间，预设刹车时间是用来确定电源开关102完全松开的一个时间段(即电源开关102从松开到完全松开是有一个缓冲时间的)。其中，预设刹车时间可以为20毫秒。

作为一种实施方式，图2是本发明实施例提供的本发明与现有技术的刹车控制对比效果图，示例性的，以电机的运行参数为转速为例，参考图2，L1(虚线)为现有技术方案中电机的转速在开关机过程中的变化曲线，L2(实线)为本发明技术方案中电机的转速在开关机过程中的变化曲线。其中，0-T1时段为电机正常运行时段；T1-T2时间段为预设刹车时间，用来确定电源开关102完全松开的一个时间段；T3为本发明实施例的技术方案下智能电动工具刹车停稳时刻，T4为本发明实施例的技术方案下智能电动工具刹车停稳一定时间后重新启动时刻；T5为现有技术方案下电动工具刹车停稳时刻，T6为现有技术方案下电动工具刹车停稳一定时间后重新启动时刻；其中，T3-T4的时间段与T5-T6时间段的时长相同。T1时刻电源开关102向控制器104发出关机信号并关机，控制器104接收到关机信号后根据检测单元103检测的电机101此时(发出关机信号时)的转速设定刹车时间，并控制在预设刹车时间后响应关机信号控制电机降低转速或直接降低为零。同时，在T1-T2时间段，电机101自由滑行，电机转速稍微降低，并在经历预设刹车时间(即T1-T2时间段)后执行控制器104发出的刹车指令。

具体的，参考曲线L1，在现有技术方案的控制下，在电机101运行36000转时，电源开关102断开，20毫秒滤波时间电机101自由滑行，然后执行刹车指令，经历140毫秒后电机101转速降低至零，即刹车时间为140毫秒。即使在140毫秒内按下电源开关102，也要等到140毫秒刹车结束才去判断电源开关是否闭合，重新启动电机。并且在电机101运行18000转时，断开电源开关102，也要等140毫秒后才可以启动。

而在本发明实施例提供的智能电动工具的控制下，示例性的，参考曲线L2，在电机101运行18000转时，电源开关102断开，20毫秒滤波时间电机101自由滑行，然后执行刹车指令，经历70毫秒后电机101转速降低至零，即刹车时间为70毫秒。与现有技术相比，可以判断到70毫秒的刹车时间即可以停稳，则可以在70毫秒后判断电源开关102闭合，启动电机，则从刹车停稳到重新启动电机，整个时长可以缩短70毫秒，可见，在保证刹车平稳性的同时实现了快速启动，提高了智能电动工具频繁开关机的响应速度，提高了工作效率。需要说明的是，本实施例仅是示例性的说明，不同的转速对应刹车时间不同，最长可以缩短110毫秒，具体的刹车时间可以根据实际的电机运行参数进行设定。

图3是本发明实施例提供的一种智能电动工具的电路系统框图。可选地，参考图3，该智能电动工具还包括：

电容元件C0，与电机101并联；

开关元件S0，与一电阻元件R0串联后与电机101并联；

控制器104被配置为：

在检测关机信号的预设时间段之后，控制开关元件S0导通。

在现有技术中，通常，在电源开关断开后，电容元件会放电，在预定时间内再次闭合电源开关后，电容元件又会重新充电，瞬间充电电流过大，极易导致电源开关打火，粘连失效。为此，本发明实施例通过设置电容元件C0，与电机101并联；开关元件S0，与一电阻元件R0串联后与电机101并联，并设置控制器104在检测关机信号的预设时间段之后，再控制开关元件S0导通。由此，可以实现：在电源开关102断开，智能电动工具刹车时，使开关元件S0预设时间后导通，在预设时间内即使电源开关102再次闭合即关机后的连续开机，也不需要给电容元件C0充电，因此电容元件C0上一次充的电还未放掉，从而不会造成电源开关102打火。其中，预设时间可以为60秒左右的时间。

可选地，开关元件S0为晶体管。

其中，参考图3，开关元件S0的控制端与控制器104电连接，控制器104输出开关信号以控制开关元件S0的导通或者关断。开关元件S0可以是半导体功率器件(例如FET，BJT，IGBT等)，也可以是任何其他类型的固态开关，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，双极结型晶体管(BJT)等。

可选地，参考图3，该智能电动工具还包括电源10、电源转换电路20和驱动电路30。其中，电源10输出的电能经电源转换电路20输出后分别为电机101和控制器104提供电能，电源转换电路20可以为电源转换芯片；驱动电路30用于驱动电机转动。为了使电机转动，驱动电路30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104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30中的开关元件以使驱动电路30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，进而实现电机的转动或换相或者转速调整。需要说明的是，其它任何能够驱动电机的转动或换相或者转速调整的电路和控制方式均可用于本公开，本公开对驱动电路30的电路结构和控制器104对驱动电路30的控制不做限制。

图4是本发明实施例提供的一种智能电动工具的控制方法的流程图，本实施例可适用于智能电动工具的控制方法的实现过程，该方法可以由本发明实施例所提供的智能电动工具来执行，该智能电动工具包括电机，电源开关，输出开关信号，以控制电机的上电状态；检测单元，用于实时检测获得电机的运行参数；控制器，至少与电机和检测单元电连接。参考图4，具体包括如下步骤：

步骤110、在检测到电源开关的关机信号时，获取电机的运行参数；

其中，智能电动工具包括电机、控制器、检测单元和电源开关等，具体地，电源开关将开机信号或关机信号发送至控制器，控制器在接收到开机信号或关机信号后响应开机信号或关机信号。具体的，控制器在接收到电源开关的关机信号后，获取检测单元检测的电机的运行参数。

步骤120、根据运行参数设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机降低转速。

具体的，检测单元实时检测电机的运行参数并发送至控制器。控制器实时检测电源开关是否发出开关信号，在检测到电源开关的关机信号时，获取即将刹车前的电机的运行参数，根据电机实时的运行参数设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机降低转速或直接降低为零。由此可知，控制器能够根据电机的实时运行参数自适应调整智能电动工具的刹车时间，能够避免常规的设置固定的刹车时间且无法自适应调整导致刹车时间过短影响刹车平稳性，刹车时间过长影响频繁开关机的响应速度等情况的发生，使智能电动工具在保证刹车平稳性的同时实现快速启动，提高智能电动工具频繁开关机的响应速度，提高工作效率。

本实施例的技术方案，通过提供一种智能电动工具的控制方法，该智能电动工具控制方法由智能电动工具执行，该智能电动工具包括：电机；电源开关，输出开关信号，以控制电机的上电状态；检测单元，用于实时检测获得电机的运行参数；控制器，至少与电机和检测单元电连接；控制器被配置为：在检测到电源开关的关机信号时，获取电机的运行参数；根据运行参数设定智能电动工具的刹车时间，并在刹车时间内响应关机信号控制电机降低转速。通过该智能电动工具可以解决现有技术存在频繁开关机过程中刹车时间过长、启动响应速度慢、刹车平稳性较差等问题，使智能电动工具工作过程中，能够根据电机的实时运行参数自动调整刹车时间，在保证刹车平稳性的同时实现快速启动，提高智能电动工具频繁开关机的响应速度，提高工作效率。

可选地，运行参数包括转速或者电流或者电压。

可选地，刹车时间包括预设刹车时间；

在刹车时间内响应关机信号控制电机降低转速，包括：在预设刹车时间后响应关机信号控制电机降低转速。

可选地，智能电动工具还包括：电容元件，与电机并联；开关元件，与一电阻元件串联后与电机并联；

控制方法还包括：在检测关机信号的预设时间段之后，控制开关元件导通。

可选地，开关元件为晶体管。

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)

1.一种智能电动工具，包括：

电机；

电源开关，输出开关信号，以控制所述电机的上电状态；

检测单元，用于实时检测获得所述电机的运行参数；

控制器，至少与所述电机和所述检测单元电连接；

所述控制器被配置为：

在检测到所述电源开关的关机信号时，获取所述电机的运行参数；

根据所述运行参数设定所述智能电动工具的刹车时间，并在所述刹车时间内响应所述关机信号控制所述电机降低转速。

2.根据权利要求1所述的智能电动工具，其特征在于，

所述运行参数包括转速或者电流或者电压。

3.根据权利要求1所述的智能电动工具，其特征在于，所述刹车时间包括预设刹车时间；

所述控制器被配置为：在所述预设刹车时间后响应所述关机信号控制所述电机降低转速。

4.根据权利要求1所述的智能电动工具，其特征在于，还包括：

电容元件，与所述电机并联；

开关元件，与一电阻元件串联后与所述电机并联；

所述控制器被配置为：

在检测所述关机信号的预设时间段之后，控制所述开关元件导通。

5.根据权利要求4所述的智能电动工具，其特征在于，所述开关元件为晶体管。

6.一种智能电动工具的控制方法，其特征在于，由智能电动工具执行，所述智能电动工具包括电机，电源开关，输出开关信号，以控制所述电机的上电状态；检测单元，用于实时检测获得所述电机的运行参数；控制器，至少与所述电机和所述检测单元电连接；

所述控制方法包括：

在检测到所述电源开关的关机信号时，获取所述电机的运行参数；

根据所述运行参数设定所述智能电动工具的刹车时间，并在所述刹车时间内响应所述关机信号控制所述电机降低转速。

7.根据权利要求6所述的智能电动工具的控制方法，其特征在于，所述运行参数包括转速或者电流或者电压。

8.根据权利要求6所述的智能电动工具的控制方法，其特征在于，所述刹车时间包括预设刹车时间；

所述在所述刹车时间内响应所述关机信号控制所述电机降低转速，包括：在所述预设刹车时间后响应所述关机信号控制所述电机降低转速。

9.根据权利要求6所述的智能电动工具的控制方法，其特征在于，所述智能电动工具还包括：电容元件，与所述电机并联；开关元件，与一电阻元件串联后与所述电机并联；

所述控制方法还包括：在检测所述关机信号的预设时间段之后，控制所述开关元件导通。

10.根据权利要求9所述的智能电动工具的控制方法，其特征在于，所述开关元件为晶体管。

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