CN114696681A - 电动工具及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动工具及其控制方法，电动工具包括具有多相绕组的电机，电机的各相绕组在选定相带内能够以第一导通方式导通第一电角度，并以第二导通方式导通第二电角度；扭矩检测模块，用于检测第一导通方式下导通第一电角度时电机的第一电磁扭矩，和第二导通方式下导通第二电角度时电机的第二电磁扭矩；控制器，至少与扭矩检测模块和电机构成电性连接；控制器被配置为：获取第一电磁扭矩和第二电磁扭矩，并依据第一电磁扭矩、第二电磁扭矩和电机的磁阻扭矩计算电机在相带内单位电流下的总扭矩；调整第一电角度和第二电角度，以使电机在相带内单位电流下的总扭矩处于预设扭矩范围内。采用本发明，提供了一种低能耗的电动工具。

Description

电动工具及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动工具领域，具体涉及一种电动工具及其控制方法。

背景技术

永磁式电动机(包括内转子电机和外转子电机)都有不同负载或扭矩情况下的调速需求。常用的调速方式一般是调压调速、弱磁调速或者基于传感器位置的调速。然而，调压调速的整机成本较高、弱磁调速在电励磁式电机上非常容易，在永磁式电机上无法使用只能利用电枢效应实现调速。

现有的无感弱磁技术通过改变超前角实现转速调节，然而在改变超前角提高转速时会导致负载增加输出转速快速下降，也就是说，转速并不稳定。同时负载增加也会导致电机的能耗增加。

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低能耗的电动工具。

本发明采用如下的技术方案：

一种电动工具，包括：电机，具有多相绕组，所述电机的各相绕组在选定相带内能够以第一导通方式导通第一电角度，并以第二导通方式导通第二电角度；扭矩检测模块，用于检测所述第一导通方式下导通第一电角度时所述电机的第一电磁扭矩，和所述第二导通方式下导通第二电角度时所述电机的第二电磁扭矩；控制器，至少与所述扭矩检测模块和所述电机构成电性连接；所述控制器被配置为：获取所述第一电磁扭矩和所述第二电磁扭矩，并依据所述第一电磁扭矩、所述第二电磁扭矩和所述电机的磁阻扭矩计算所述电机在所述相带内单位电流下的总扭矩；调整所述第一电角度和所述第二电角度，以使所述电机在所述相带内单位电流下的总扭矩处于预设扭矩范围内。

进一步的，所述电机的磁阻扭矩为类正弦波。

进一步的，所述第一导通方式包括电机各相绕组中任意两相绕组导通；所述第二导通方式包括电机各相绕组中三相绕组导通。

进一步的，所述控制器被配置为：检测所述电机的转子位置；在所述第一导通方式下，所述转子位置达到第一预设位置处时切换至第二导通方式；在所述第二导通方式下，所述转子位置达到第二预设位置处时切换至第一导通方式。

进一步的，在选定相带内所述第一电角度和所述第二电角度的比值根据所述预设扭矩范围通过查表的方式获得。

一种电动工具的控制方法，所述电动工具包括：电机，具有多相绕组，所述电机的各相绕组在选定相带内能够以第一导通方式导通第一电角度，并以第二导通方式导通第二电角度；扭矩检测模块，用于检测所述第一导通方式下导通第一电角度时所述电机的第一电磁扭矩，和所述第二导通方式下导通第二电角度时所述电机的第二电磁扭矩；控制器，至少与所述扭矩检测模块和所述电机构成电性连接；所述控制方法包括：获取所述第一电磁扭矩和所述第二电磁扭矩并依据所述第一电磁扭矩、所述第二电磁扭矩和所述电机的磁阻扭矩计算所述电机在所述相带内单位电流下的总扭矩；调整所述第一电角度和所述第二电角度，以使所述电机在所述相带内单位电流下的总扭矩处于预设扭矩范围内。

进一步的，所述电机的磁阻扭矩为类正弦波。

进一步的，所述第一导通方式包括电机各相绕组中任意两相绕组导通；所述第二导通方式包括电机各相绕组中三相绕组导通。

进一步的，所述方法还包括：检测所述电机的转子位置；在所述第一导通方式下，所述转子位置达到第一预设位置处时切换至第二导通方式；在所述第二导通方式下，所述转子位置达到第二预设位置处时切换至第一导通方式。

进一步的，在选定相带内所述第一电角度和所述第二电角度的比值根据所述预设扭矩范围通过查表的方式获得。

本发明的有益之处在于：通过调整相带内不同导通方式导通的电角度来改变电机的总扭矩，以获得单位电流的最大扭矩，降低了电机的工作能耗。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电动工具的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电动工具的电路框图；

图3是本发明实施例提供的两两导通时电机中磁势变化示意图；

图4是本发明实施例提供的三三导通时电机中磁势变化示意图；

图5是本发明实施例提供的选定相带内绕组导通方式示意图；

图6是本发明实施例提供的磁势合成示意图；

图7是本发明实施例提供的选定相带内结合超前角的绕组导通方式示意图；

图8a和图8b是本发明实施例提供的电机做功能力和弱磁能力对比示意图；

图9是本发明实施例提供的一种电动工具的电路框图；

图10和图11是本发明实施例提供的电磁扭矩的示意图；

图12是本发明实施例提供的不同阶段工具的输出性能示意图；

图13是本发明实施例提供的一种电动工具的电路框图；

图14是本发明实施例提供的不同阶段工具的输出性能示意图。

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。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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的技术方案所适用的电动工具包括打磨工具、电钻、电圆锯、往复锯、斜锯等任何可采用无刷无感电控方式的电动工具，其他类型的电动工具只要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。

在本申请实施例中，参考图1以砂光机为例，电动工具100至少包括机壳10、壳体内的电机11(图1未示出)、底板12、传动机构(未示出)、握持部13、电池包14。

机壳10中内置电机，在一个实施例中，壳体10包括左壳体和右壳体，组装时左右壳体分别从左右两个方向向中间盖合，并通过螺钉紧固。在一个实施例中，电机的电机轴平行于底板12，内置在工具100的前端。电机11驱动传动机构使底板12上固定的打磨砂纸进行打磨工作。其中，传动机构至少用于连接电机轴和输出轴，可以是两级传动齿轮。壳体10上形成有符合人机工程供用户握持的握持部13。工具100还包括用于控制开关机的电子薄膜开关。电池包14安插在工具后端，电池包14的最长边平行于底板平面，工具整体体积较小。

参考图2所示的电动工具的电路框图，电机11的驱动系统至少可以包括驱动电路20、电源模块21，转子位置检测模块22、电参量检测模块23和控制器24。

在一个实施例中，电机11为无刷直流电机(BLDC)。在一个实施例中，电机11为无感BLDC。在一个实施例中，电机11为有感BLDC。在本申请中，无刷直流电机可以是内转子电机也可以是外转子电机，电机11至少包括三相定子绕组A、B、C，三相绕组可以是星型连接也可以是三角形连接。在电机调速中，对于有霍尔传感器或者其他检测转子位置的硬件装置的BLDC，可以直接采用传感器检测转子位置，根据转子位置调整电机转速。然而对于无感BLDC，由于电机中不存在检测转子位置的传感器，可通过检测绕组的反电动势或者其他方式检测转子位置。但无感BLDC在启动或者低速带载时不能准确获知转子的位置，会导致输出扭矩不稳定。针对无感BLDC的调速一般是采用弱磁或者调压的方式调控，采用调压方式调速成本较高，而传统的弱磁调速会大大降低电机的做功能力。在本申请中，通过采用调整定子磁势的方式进行调速控制，可以解决上述问题。当然，在有感BLDC中也可以采用调整定子磁势的方式调整电机转速。

在一个实施例中，电源可选择为交流电源，从而电源模块21可以接入120V或220V的交流市电。在一个实施例中，电源可选择为电池包，电池包可由一组电池单元组成，例如，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，输出适合驱动电路20、电机11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。

转子位置检测模块22，用于识别转子位置。在一个实施例中，转子位置检测模块22可以包括霍尔传感器，用于检测转子位置。在一个实施例中，转子位置检测模块22可以基于浮空相电压或者相电流等电机参数估算转子的位置。在本申请中，转子位置检测模块还可以包括其他任何能够检测转子位置的方法或者硬件设备。

电参量检测模块23，可以实时检测电机11工作过程中的电参量，例如电机的转速。可选的，电参量检测模块23还可以检测电机的输出扭矩，或者基于转速和扭矩检测电机的做功效率。

驱动电路20与电机11的定子绕组A、B、C电性连接，用于将来自电源模块21的电流传递至定子绕组A、B、C以驱动电机10旋转。作为实施例的一种，驱动电路20包括多个开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6。每个开关元件的栅极端与控制器23电性连接，用于接收来自控制器23的控制信号。每个开关元件的漏极或源极与电机10的定子绕组A、B、C连接。开关元件Q1-Q6接收来自控制器23的控制信号改变各自的导通状态，从而改变电源模块21加载在电机11的定子绕组A、B、C上的电流。在一个实施例中，驱动电路20可以是包括六个可控半导体功率器件(例如FET，BJT，IGBT等)的三相桥驱动器电路。可以理解的是，上述开关元件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。

为了使电机11转动，驱动电路20具有多个驱动状态，控制器24可以通过转子的位置信息输出相应的PWM驱动信号控制驱动电路20中的开关元件使驱动电路切换导通状态，进而改变电机定子绕组的导通相以及导通绕组中电流的大小和方向。需要说明的是，定子绕组导通相不同、绕组中的通电电流大小和方向发生变化，将导致定子磁势的大小和方向发生变化。

如图3示出了三相无感BLDC的三相绕组中两相导通即两两导通换相过程中磁势的变化，其中的磁势包括电机转子磁势

和定子绕组的定子磁势

转子每转过60度电角度，电机执行一次换相，即每相绕组占有60°的相带，转子在六个不同的相带对应不同的位置信息，控制器24输出的PWM驱动信号可以对应六种不同的信号组合。在一个实施例中，采用信号0代表绕组截止的状态，采用信号1代表绕组导通的状态。另外，图3中虚线表示三相绕组的霍尔位置分别与转子方向平行时形成的霍尔标尺，在该霍尔标尺下，随着转子位置的变化可以确定定子绕组的霍尔位置。具体的，三相绕组的霍尔位置、控制器输出的PWM信号组合形式及相应定子绕组的导通状态如表1所示：

表1

表1中霍尔位置下列的0表示对应绕组的霍尔位置落在转子的S级处，霍尔位置下列的1表示对应绕组的霍尔位置落在转子的N级处。表1中PWM信号组合下列的0表示对应绕组的下管导通，PWM信号组合下列的1表示对应绕组的上管导通，PWM信号组合下列的X表示对应绕组的上下管均不导通。

由图3可知，在360°的电角度区间内，在转子转动的过程中转子磁势

的方向不断变化，

的大小不变；而定子磁势

由导通的两相定子绕组的磁势合成，其方向随着定子绕组的换相而变化，其大小也与导通相绕组的导通方向及导通电流相关。例如，图3中控制器输出的PWM信号是(1，0，X)时，转子在30°～90°的相带内转动，A、B绕组以A+B-的方式导通，转子磁势

在平行于转子的方向上，定子磁势

由A、B相绕组的磁势合成即

转子每转过60电角度发生一次换相，转子按照表1所示的驱动信号发生换相的过程对应图3中箭头所指的换相过程，相应的转子磁势和定子磁势也如图3所示发生变化。

如图4示出了三相无感BLDC，三相绕组均导通即三三导通时磁势的变化过程。表2为三相绕组均导通方式下霍尔位置、PWM信号与电机定子绕组的导通状态的对应关系：

表2

霍尔位置	PWM信号组合	定子绕组导通状态
			(0，1，0)	(1，0，0)	A+B-C-
(0，1，1)	(1，1，0)	A+B+C-
			(0，0，1)	(0，1，0)	B+C-A-
(1，0，1)	(0，1，1)	B+C+A-
			(1，0，0)	(0，0，1)	C+A-B-
(1，1，0)	(1，0，1)	C+A+B-

由图4可知，在360°的电角度区间内，在转子转动的过程中转子磁势

的方向不断变化，

的大小不变；而定子磁势

由导通的三相定子绕组的磁势合成，其方向随着定子绕组的换相而变化，其大小也与三相绕组的导通方向上及导通电流相关。例如，图4中控制器输出的PWM信号是(1，0，0)时，转子在30°～90°的相待内转动，A、B、C绕组以A+B-C-的方式导通，转子磁势

在平行于转子的方向上，定子磁势

由A、B、C相绕组的磁势合成即

转子每转过60电角度发生一次换相，转子按照表2所示的驱动信号发生换相的过程对应图4中箭头所指的换相过程，相应的转子磁势和定子磁势也如图4所示发生变化。

由图3和图4对比可知，电机定子绕组的导通方式影响定子磁势的大小，单位电流下三相绕组均导通时的定子磁势大于绕组两两导通时的定子磁势。因此在选定相带内为获得较大的定子磁势，控制器24可以改变PWM信号控制定子绕组以两两导通和三三导通的组合导通方式工作。具体的，如图5所示，在60°的相带内，可以控制电机的定子绕组以三三导通方式导通β°的电角度，以两两导通方式导通60-β°的电角度，定义β为扩展角。在一个实施例中，选定相带内两两导通的过程可以连续也可以间断。所谓的选定相带，可以是任意大小的被选定的相带，本申请实施例中对被选定的相带的大小不做限定。

在一个实施例中，定子磁势和转子磁势按照一定的合成方式可以获得电机的合成磁势。事例性的，如图6所示，将转子所在位置的第一方向定义为直轴，垂直于直轴的第二方向定义为交轴。定子磁势在直轴和交轴上的分量

和

与转子磁势合成后可以形成直轴方向上的第一合成磁势和交轴方向上的第二合成磁势。需要说明的是，图6所示的转子磁势和定子磁势之间的夹角θ的大小能够表征电机当前的励磁能力。例如，在转子磁势和定子磁势之间的夹角θ为钝角时，电机具有弱磁能力，θ为锐角时，电机具有强磁能力。在一个实施例中，夹角θ为钝角。

在本申请中，第一合成磁势是直轴上

和

的合成，只要合成后的磁势相较于原来的

大小变小即表示电机的弱磁能力得到增强，因此第一合成磁势的大小表征了电机的弱磁能力，通过调整第一合成磁势可以调整电机的转速；第二合成磁势即定子磁势在交轴上的分量

基于6所示的定子磁势与交轴的夹角为θ，由于电机的电磁扭矩

其中K为固定值，W表示磁余能，而

从而电磁扭矩

即电磁扭矩与定子磁势在交轴上的分量相关，因此第二合成磁势的大小表征了电机的做功能力。通过调整第二合成磁势的大小可以达到调整电磁扭矩进而影响电机做功能力的目的。需要说明的是，由图6所示的合成磁势分解图可知，可以在固定第一合成磁势不变的前提下，通过调整定子磁势使第二合成磁势达到预期值。也就是说，本申请在提高电机转速的前提下可以保证电机的做功能力即保证电机的出功效率。

在本申请中，电机的出功效率为电机功率输出的效率，能代表电机的做功能力。

同样的，由图6可知，转子位置与转子磁势具有对应关系，在转子位置确定时，通过调整定子磁势可达到调整二者的合成磁势的目的，从而控制电机输出的电参量。

在一个实施例中，如图7所示，为获得更高的弱磁能力，可以设置超前导通电角度α。也就是说，无论是两两导通方式下还是三三导通方式下，绕组均具有超前导通角α。

参考图8所示的电机的弱磁能力和做功能力的对比图，横轴为扩展角，图8a的纵轴表示电机做功能力，图8b的纵轴表示电机的励磁能力，励磁能力包括强磁能力和弱磁能力。图8a中线1表示无超前角、绕组两两导通时电机的做功能力，即超前角为0，扩展角也为0时电机的做功能力；线2表示无超前角、绕组两两导通和三三导通组合时电机的做功能力，即超前角为0，扩展角不为0时电机的做功能力；线3表示有超前角、绕组两两导通和三三导通组合时电机的做功能力，即超前角不为0，扩展角也不为0时电机的做功能力。图8b中线1表示无超前角、绕组两两导通时电机的励磁能力，即超前角为0，扩展角也为0时电机的励磁能力；线2表示无超前角、绕组两两导通和三三导通组合时电机的励磁能力，即超前角为0，扩展角不为0时电机的励磁能力；线3表示有超前角、绕组两两导通和三三导通组合时电机的励磁能力，即超前角不为0，扩展角也不为0时电机的励磁能力。其中在励磁为正时表示强磁能力，励磁为负时表示弱磁能力。由图8a可知，设置一定的扩展角可以增加电机的做功能力。优选的，扩展角β的范围为0～π/3。而在设置扩展角的基础上行设置超前角α会在一定程度上降低电机的做功能力，然而即使在π/3处，线1和线3之间的差值也小于0.2，也就是说增加超前角在一定程度上对电机的做功能力影响不大。由图8b可知，设置扩展角β可以增加电机的弱磁能力，在此基础上增加超前角α将大幅提升电机的弱磁能力。综上可知，采用合适的扩展角可以取得电机弱磁能力和做功能力的平衡，能够在保证做功能力的前提下，提升电机转速。

具体实现中，控制器24能够获取转子位置信息，由于转子位置不同定子绕组的导通方式也不同，在绕组的不同导通方式下定子磁势不同。因此控制器24可根据转子位置信息控制绕组导通状态的改变进而调整定子磁势，进而能根据转子磁势和调整后的定子磁势的确定电机的合成磁势，且在该合成磁势下电机输出的电参量是处于预设参量范围内的。也就是说，通过调整电机的合成磁势可以使电机满足一定的转动特性。在一个实施例中，电机的电参量可以是电机转速，或者基于转速和扭矩确定的出功效率。上述过程可以理解为：控制器可以根据转子位置信息调整电子绕组的导通方式，以使电机的转速能够达到一定的速度或者使电机转速提高到一定范围，同时保证电机具有较好的出功效率。其中绕组的导通方式包括两两导通和/或三三导通和/或两两导通与三三导通的组合以及不同导通方式下的扩展角度和/或超前角度。

由图3和图4可知，单位电流下三相电机中任意两相定子绕组导通时定子磁势小于三相绕组均导通时的定子磁势。因此，在转子处于第一预设位置时，控制器24可以通过控制电机的三相定子绕组均导通接入电源模块的方式来增加定子磁势；在转子处于第二预设位置时，控制器24可以通过控制电机的任意两项定子绕组导通接入电源模块的方式来降低定子磁势。其中，增加定子磁势可以是保持当前定子磁势方向不变，增加定子磁势的大小，也可以是改变定子磁势的方向同时增加其大小。降低定子磁势，也可以是保持当前定子磁势方向不变，将定子磁势降低为零或者降低至一定值，或者改变定子方向同时将定子磁势降低为零或者降低至一定值。

在一个实施例中，转子处于第一预设位置时，控制器可以控制定子绕组由两两导通方式切换至三三导通方式，转子处于第二预设位置时控制定子绕组由三三导通方式切换至两两导通方式。可以理解的是，在选定相带内，可以多次切换两两导通方式或者三三导通方式，因此上述第一预设位置和第二预设位置并不是一个固定的转子位置，而是在转子转动过程中电机的合成磁势变化导致电参量超过预设范围时转子所处的位置。具体实现中，控制器通过转子位置检测模块22识别当前的转子位置并判断当前位置是否为第一预设位置或第二预设位置。

也就是说，在选定的相带内，通过检测转子位置信息调整定子绕组的导通数量可以实现定子磁势的调整，进而影响合成磁势即影响第一合成磁势和第二合成磁势，以达到对电机做功能力影响较小的前提下，提升电机转速。

由上述实施例可知，选定相带内三相无感BLDC定子绕组的导通方式可以根据转子位置信息进行切换，例如，在两相绕组导通的第一导通方式和三相绕组均导通的第二导通方式之间切换。在本实施例中，定义在第一导通方式即两两导通方时下两相定子绕组导通第一电角度，在第二导通方式即三三导通方式下三相定子绕组导通第二电角度，则电机在第一导通方式下导通第一电角度具有第一电磁扭矩，在第二导通方式下导通第二电角度具有第二电磁扭矩。所谓的电磁扭矩也就是电机的输出扭矩，能够表征电机的做功能力。

由于电机本身具有影响电机做功能力的磁阻扭矩，因此磁阻扭矩和不同导通方式下的电磁扭矩共同组成电机的总扭矩，总扭矩可以准确反映电机的做功能力。可以理解的是，电机在单位电流下的总扭矩越大工具越省电，因此在保证电机做功能力、提升电机转速的前提下还可以进一步降低能耗。

参考图9所示的电动工具的电路框图，还包括扭矩检测模块25，用于检测定子绕组不同导通方式下电机的输出扭矩，例如，可以检测电机以第一导通方式导通第一电角度时的第一电磁扭矩，以及电机以第二导通当时导通第二电角度时的第二电磁扭矩。可以理解的是，扭矩检测模块25还可以检测电机的磁阻扭矩，其中磁阻扭矩是电机中转子的直轴和交轴的磁阻不同引起的。

参考图10和图11所示的电磁扭矩示意图，横轴表示转子转动的角度，纵轴表示扭矩的大小，线1为第一导通方式下电机的总扭矩，线2为第二导通方式下电机的总扭矩，线3为第一导通方式下电机的第一电磁扭矩，线4为第二导通方式下电机的第二电磁扭矩，线5为电机的磁阻扭矩。由图10可知，电机的磁阻扭矩为类正弦波形，也就是说，在一定电角度内磁阻扭矩可以增加电机的总扭矩，在一定电角度内可以将降低电机的总扭矩，因此图10中阴影区域表示电机具有最大总扭矩时转子转动角度的区间范围，优选的，该区间的范围是90°～135°。也就是说，电机具有最大总扭矩的定义域是90°～135°。进一步的，如图11所示的两个阴影区间分别表示单位电流下采用第一导通方式时的第一总扭矩和采用第二导通方式时的第二总扭矩，二者之和为最终要求的电机的总扭矩。也就是说，图11所示的两处阴影区域的面积之和最大时对应单位电流下电机的最大总扭矩。

基于此，控制器24可以根据电机转子的位置调整第一导通方式下导通的第一电角度和第二导通方式下导通的第二电角度，以使电机在选定相带内单位电流下的总扭矩处于预设扭矩范围内。可以理解的是，不同工具的能耗不同，预设扭矩也不同，本申请中预设扭矩范围可以涵盖不同工具不同能耗要求所对应的电机的总扭矩值。

可以理解的是，上述调整定子绕组不同导通方式下导通电角度调整的过程也是影响定子磁势的过程，因此在调整总扭矩降低电机能耗的过程中，对电机的做功能力和转速的提升影响较小。

在一个实施例中，选定相带内的第一电角度和第二电角度的比值可以根据预设扭矩范围通过查表的方式获得。

针对不同的工具，及不同工具具体的使用工况，可以通过控制电机定子绕组的导通方式保证电动工具在不同工况下均具有稳定的输出性能，同时具备较大的输出功率。

一般工具的运行阶段可分为高速运行阶段和低速运行阶段，其中不同工具在不同工况下的高速运行阶段电机的最低转速不同，不同工具在不同工况下的低速运行阶段电机的最高转速也不同。在一个实施例中，定义高度运行阶段为工具工作的第一工作阶段，低速运行阶段为工具工作的第二工作阶段。一般，在第一工作阶段，希望电机尽量维持不变的转速持续工作一段时间，并电机的工作参数超负荷之前转入第二工作阶段。在本申请中，电机采用两两导通和三三导通切换的的导通方式控制电机运转，因此为获得第一工作阶段中基本稳定的转速，控制器在第一工作阶段中调整电机以第二导通方式即三三导通方式导通工作的第二电角度β，以使电机的转速维持基本稳定状态；进一步的，在第二工作阶段中，可以控制定子绕组在三三导通方式下以第一预设电角度导通，也就是以一个固定的电角度导通。特别的，在第一工作阶段和第二工作阶段中电机是在两两导通和三三导通方式间切换的，即在两个工作阶段中电机均存在两两导通和三三导通两种导通工作方式，且两个工作阶段中两两导通的电角度均是固定值，例如是第二预设电角度。因此本申请并未对电机在两个工作阶段中两两导通方式的电角度进行说明。也就是说，工具在高速运行阶段三三导通的电角度不断变化，在低速运行阶段三三导通的电角度固定不变，且两个运行阶段中绕组两两导通的电角度均是固定值。在本实施例中，对第一预设电角度和第二预设电角度的大小不做具体限定。

在一个实施例中，控制器24通过调整电机定子绕组在第二导通方式即三三导通下的电角度(扩展角β)，同时保持定子绕组以固定的超前角α导通工作，可使电机的转速基本维持不变。例如，在第一工作阶段定子绕组具有15°的超前角，三三导通的扩展角从0°变化到45°，则电机的转速可以维持在相对稳定的状态。

如图12所示，横轴表示电机的输出扭矩T，纵轴表示电机的转速n，在第一工作阶段中，电机转速和输出扭矩基本保持不变，线1基本平行于横坐标轴。然而，在第一工作阶段内电机的电流上升速率较快电机在短时间内将承受较大的电流，因此第一工作阶段的维持时长不宜过长。在一种实现方式中，在电机处于第一工作阶段中，控制器24可以通过停止对第一导通方式下电角度的调整，使电机的定子绕组以第三预设电角度导通工作，同时继续保持不变的超前角α，来降低电机的转速，并降低电机工作电流的变化斜率，使电机进入第二工作阶段。其中，第三预设电角度是一个固定的电角度，本申请对其大小不做具体限定。可以理解的是，如果电机一直维持较高的转速，将导致发热严重，因此在需要降速时，控制器可以控制电机进入第二工作阶段。

在一个实施例中，控制器可以在第二导通方式的导通角达到角度阈值时，控制电机进入第二工作阶段。例如，在第一工作阶段扩展角从0°变化到45°时，控制器24不再调整扩展角，使电机绕组以15°的超前角和固定的小于或等于45°的扩展角导通进入第二工作阶段。

在一个实施例中，如图13所示，电动工具还包括电流检测模块26用于检测电机的工作电流。控制器24获取电机的工作电流后可以计算电流的变化斜率。进一步的，控制器可以根据第一工作阶段电机电流的变化斜率控制电机切换至第二工作阶段，即控制电机定子绕组第二导通方式导通的电角度为第一预设电角度。也就是说，在第二工作阶段内，电机定子绕组的超前角α和三三导通时的扩展角β均为固定值。在本申请中，定义电机工作电流在第一工作阶段具有第一变化斜率，在第二工作阶段具有第二变化斜率，如图14所示，横轴表示电机输出扭矩，纵轴表示电机工作电流，由图14可知第二工作阶段的电机电流的第二变化斜率明显小于第一工作阶段中的第一变化斜率。结合图12和图14可知，在第二工作阶段中，电流变化斜率变小，但工作电流值并没有下降，电机转速下降。

具体实现中，控制器24在电机的第一工作阶段检测到电机工作电流在第一变化斜率下达到电流阈值时，可以控制电机切换至第二工作阶段，即不再调整扩展角β。可以理解的是，在第一工作阶段中电机的工作电流达到第一变化斜率下的电流阈值时，电机绕组三三都通的扩展角β为其在第二导通方式下能够达到的最大电角度。在第二工作阶段中，三三导通的固定第二电角度小于或等于上述最大电角度。例如，在第一工作阶段三三导通的扩展角从0°调整至20°时，电机工作电流在第一工作阶段下达到了电流阈值，则控制器控制电机以15°的超前角和固定的小于等于20°的扩展角导通进入第二工作阶段。也就是说，在第一工作阶段的第一电流斜率下电机工作电流达到电流阈值，第二导通方式下的电角度小于角度阈值时，控制器仍控制电机进入第二工作阶段。

通过在第一工作阶段内调整扩展角以维持电机的转速和输出扭矩可以保证电机在启动阶段能在不同的工况下维持稳定的输出性能，通过固定扩展角使电机工作在第二阶段可以避免电流持续快速增加，损坏电机。

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，包括：

电机，具有多相绕组，所述电机的各相绕组在选定相带内能够以第一导通方式导通第一电角度，并以第二导通方式导通第二电角度；

扭矩检测模块，用于检测所述第一导通方式下导通第一电角度时所述电机的第一电磁扭矩，和所述第二导通方式下导通第二电角度时所述电机的第二电磁扭矩；

控制器，至少与所述扭矩检测模块和所述电机构成电性连接；

所述控制器被配置为：

获取所述第一电磁扭矩和所述第二电磁扭矩，并依据所述第一电磁扭矩、所述第二电磁扭矩和所述电机的磁阻扭矩计算所述电机在所述相带内单位电流下的总扭矩；

调整所述第一电角度和所述第二电角度，以使所述电机在所述选定相带内单位电流下的总扭矩处于预设扭矩范围内。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述电机的磁阻扭矩为类正弦波。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述第一导通方式包括电机各相绕组中任意两相绕组导通；

所述第二导通方式包括电机各相绕组中三相绕组导通。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述控制器被配置为：

检测所述电机的转子位置；

在所述第一导通方式下，所述转子位置达到第一预设位置处时切换至第二导通方式；

在所述第二导通方式下，所述转子位置达到第二预设位置处时切换至第一导通方式。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

在所述选定相带内所述第一电角度和所述第二电角度的比值根据所述预设扭矩范围通过查表的方式获得。

6.一种电动工具的控制方法，所述电动工具包括：

电机，具有多相绕组，所述电机的各相绕组在选定相带内能够以第一导通方式导通第一电角度，并以第二导通方式导通第二电角度；

扭矩检测模块，用于检测所述第一导通方式下导通第一电角度时所述电机的第一电磁扭矩，和所述第二导通方式下导通第二电角度时所述电机的第二电磁扭矩；

控制器，至少与所述扭矩检测模块和所述电机构成电性连接；

所述控制方法包括：

获取所述第一电磁扭矩和所述第二电磁扭矩并依据所述第一电磁扭矩、所述第二电磁扭矩和所述电机的磁阻扭矩计算所述电机在所述相带内单位电流下的总扭矩；

调整所述第一电角度和所述第二电角度，以使所述电机在所述相带内单位电流下的总扭矩处于预设扭矩范围内。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述电机的磁阻扭矩为类正弦波。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述第一导通方式包括电机各相绕组中任意两相绕组导通；

所述第二导通方式包括电机各相绕组中三相绕组导通。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测所述电机的转子位置；

在所述第一导通方式下，所述转子位置达到第一预设位置处时切换至第二导通方式；

在所述第二导通方式下，所述转子位置达到第二预设位置处时切换至第一导通方式。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

在所述选定相带内所述第一电角度和所述第二电角度的比值根据所述预设扭矩范围通过查表的方式获得。

Images