CN116961517A - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动工具，包括壳体；马达，容纳于壳体内；驱动电路，与马达电连接；控制器，输出控制信号至驱动电路以驱动马达运行；整流电路，用于对接入的外部交流电进行整流；电容电路，电容电路至少包括第一电容和第一二极管，第一电容与第一二极管串联，第一二极管导通时第一电容放电。采用以上技术方案提供一种能够有效抑制电流尖峰且成本低的电动工具。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具，具体涉及一种电动工具的电路系统。

背景技术

现有的电动工具为满足输出性能稳定的需求，多在整流电路后采用大电容的设计方案。中国专利申请CN 103348581 B公开了一种电动工具，包括平滑电容器，用于将由整流电路所整流的AC电压平滑成具有大于感应电压的最大值以及小于感应电压的最小值的脉动直流电压。

发明内容

为解决相关技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构紧凑且能满足安全性能要求的电动工具。

为实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种电动工具，包括：壳体；马达，容纳于所述壳体内；驱动电路，与所述马达电连接；控制器，输出控制信号至所述驱动电路以驱动所述马达运行；整流电路，用于对接入的外部交流电进行整流；电容电路，所述电容电路至少包括第一电容和第一二极管，所述第一电容与所述第一二极管串联，所述第一二极管导通时所述第一电容放电。

在一些实施例中，所述第一二极管的阳极连接至所述第一电容的正极，所述第一二极管的阴极连接至所述整流电路的输出端的正极，所述第一电容的负极连接至所述整流电路的输出端的负极。

在一些实施例中，所述电容电路还包括多个第二二极管，多个所述第二二极管中的至少一个正向导通时所述第一电容充电。

在一些实施例中，所述第二二极管的阴极连接至所述第一电容的正极，所述第二二极管的阳极连接至所述马达的定子绕组。

在一些实施例中，所述电动工具还包括第二电容，所述第二电容并联在所述整流电路的输入端，用于对接入的外部交流电进行滤波。

在一些实施例中，所述第二电容的容值大于或等于1uF，且小于或等于30uF。

在一些实施例中，所述整流电路包括多个整流二极管，多个所述整流二极管组成桥式整流电路，用于将接入的外部交流电整流成脉动直流电压。

在一些实施例中，所述整流电路包括多个功率开关管，所述功率开关管组成桥式整流电路，用于将接入的外部交流电整流成脉动直流电压；所述控制器与所述功率开关管电连接，用于控制所述功率开关管的导通和关断。

在一些实施例中，所述电动工具还包括与所述控制器电连接的电压检测电路，用于获取母线电压；所述控制器被配置为：通过所述电压检测电路获取所述母线电压，当所述母线电压大于或等于第一电压阈值时，控制所述整流电路中的当前处于导通状态的二极管所对应的所述功率开关管导通，并在所述二极管的导通状态结束时，控制对应的所述功率开关管关断。

一种电动工具，包括：具有多个定子绕组的无刷电机；驱动电路，与多个所述定子绕组电连接，用于驱动所述无刷电机运行；电源模块，用于接入外部交流电；整流电路，用于对接入的外部交流电进行整流；电容电路，所述电容电路包括第一电容和第一二极管；所述第一电容与所述第一二极管串联；所述电容电路还包括与所述定子绕组电连接的多个第二二极管，所述第二二极管导通时所述第一电容充电。

在一些实施例中，所述第一二极管的阳极连接至所述第一电容的正极，所述第一二极管的阴极连接至所述整流电路的输出端的正极，所述第一电容的负极连接至所述整流电路的输出端的负极。

在一些实施例中，所述电动工具还包括第二电容，所述第二电容并联在所述整流电路的输入端，用于对接入的外部交流电进行滤波。

在一些实施例中，所述第二电容的容值大于或等于1uF，且小于或等于30uF。

本实施例中，通过设置第一二极管和多个第二二极管，当无刷电机运行时，多个第二二极管中的至少一个被正向导通，电容电路中的电容开始充电，当电容上的电压高于母线电压时，第一二极管正向导通，电容开始放电。通过电容不断的充放电，用于对整流电路输出的脉动直流电压进行平滑，同时能够有效抑制电路系统中的大电流，保证电路系统的稳定运行。

附图说明

图1是本发明提供的作为第一实施例的砂光机的机械结构示意图；

图2是图1中的砂光机的电路系统的电路框图；

图3a是图2中的电容电路的充电电流回路的示意图；

图3b是图2中的电容电路的放电电流回路的示意图；

图4是图2中的电路系统中产生的电压的波形图；

图5是本发明提供的作为第二实施例的角磨的机械结构示意图；

图6是图5中的角磨的电路系统的电路框图；

图7是图6中的电路系统中产生的电压的波形图；

图8a是图6中的电路系统的整流电路的第一电路回路的示意图；

图8b是图6中的电路系统的整流电路的第二电路回路的示意图；

图9是图6中的整流电路的控制方法的流程图。

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。

图1示出了作为本发明的第一实施例的砂光机。参考图1所示的角砂光机的机械结构以及图2所示的砂光机的电路结构。砂光机1主要包括：底座11、壳体12、电源模块13、马达以及用于控制马达运行的电路系统15。具体而言，马达设置为无刷电机14。底座11安装在壳体12的一端，固定有砂纸的底座11在无刷电机14的带动下用于实现打磨功能。壳体12形成有容纳空间(图未示)，无刷电机14设置于上述的容纳空间内。电路系统15包括整流电路151、驱动电路153以及控制器154。

电源模块13用于接入砂光机1工作所需的电源。作为具体实施方式的一种，电源可选择为交流电源。电源模块13包括交流电插头，以接入120V或220V的交流市电。交流电插头位于壳体12的另一端。电路系统15还包括并联在整流电路151的输入端的第二电容C2，用于对接入的交流电进行滤波。具体地，第二电容C2设置为容值设置为大于或等于1uF且小于或等于30uF的非安规电容，具有较小的体积。

整流电路151与电源模块13电连接，设置为接收来自电源模块13的交流电 AC并用于输出母线电压。也即用于将电源模块13输入的交流电AC转化为脉动直流电压输出。具体地，上述脉动直流电压可以理解为母线电压。本实施例中的，整流电路151包括多个二极管。具体而言，整流电路151包括整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3以及整流二极管D4。整流电路151利用二极管的单向导电性和管压降将如图4中的波形a所示的交流电AC转换成同一方向的如图4中的波形b所示的脉动直流电压。

驱动电路153与无刷电机14的定子绕组A、B、C电性连接并用于将整流电路151输出的脉动直流电压传递至定子绕组A、B、C以驱动无刷电机40运行。如图2所示，驱动电路153包括多个开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6。开关元件Q1-Q6的栅极端与控制器154电性连接，用于接收来自控制器154的控制信号。开关元件的每个漏极或源极与无刷电机14的定子绕组A、B、C连接。作为具体实施例的一种，无刷电机14为三相无刷电机，三相定子绕组A、B、C 之间采用三角形或星型连接。开关元件Q1-Q6接收来自控制器154的控制信号改变各自的导通状态，从而改变电源模块13加载在无刷电机14的定子绕组A、 B、C上的电流。为了使无刷电机14转动，驱动电路153具有多种驱动状态。在一种驱动状态下无刷电机14的定子绕组会产生一个磁场，控制器154依据无刷电机14的转子位置或反电动势输出相应的控制信号至驱动电路153中的开关元件Q1-Q6以使驱动电路153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，进而实现无刷电机14的转动或换相。需要说明的是，其它任何能够驱动无刷电机14的转动或换相的电路和控制方式均可用于本申请，本申请对驱动电路153的电路结构和控制器154对驱动电路153的控制不做限制。

电路系统15还包括电容电路152。电容电路152包括第一电容C1和第一二极管D11。其中，第一电容C1与第一二极管D11串联后并联在整流电路151的输出端。具体而言，第一二极管D11的阴极连接至整流电路151的输出端的正极，第一二极管D11的阳极连接至第一电容D1的正极。第一电容C1的负极连接至整流电路151的输出端的负极。电容电路152还包括多个第二二极管。具体为二极管D12、二极管D13以及二极管D14。其中，二极管D12、二极管D13 以及二极管D14的阴极均连接至第一电容C1的正极，二极管D12、二极管D13 以及二极管D14的阳极连接至无刷电机14的定子绕组。具体而言，二极管D12 的阳极连接至无刷电机14的定子绕组A，二极管D13的阳极连接至无刷电机14 的定子绕组B，二极管D14的阳极连接至无刷电机14的定子绕组C。无刷电机 14在运行过程中，交流电AC经过整流电路151整流后产生如图4中的波形b 所示的脉动直流电压，脉动电压经过电容电路152后产生如图4中的波形c所示的母线电压。具体而言，本实施例中第一电容C1的容值的范围设置为10uF至20uF之间。

当无刷电机14正常运行时，母线电压对第一电容C1进行充电，此时第一二极管D11不导通。参见图3a所示，例如，驱动电路153中当前处于导通状态的开关元件为Q1，电路系统15中产生为第一电容C1充电的充电电流i1。充电电流i1的充电回路如图3a中的虚线所示，充电电流i1的电流流向如图3a中的箭头所示。充电电流i1从整流电路151的输出端的正极流出，依次流经开关元件Q1、二极管D12、第一电容C1的正极、第一电容C1的负极，最后流向整流电路151的输出端的负极。

随着第一电容C1不断充电，当第一电容C1上的电压大于母线电压时，第一二极管D11正向导通，第一电容C1开始放电。参见图3b所示，例如，驱动电路153中当前处于导通状态的开关元件为Q2，电路系统15中产生为第一电容 C1放电的放电电流i2。放电电流i2的放电回路如图3b中的虚线所示，放电电流i2的电流流向如图3b中的箭头所示。第一电容C1的放电电流i2从第一电容 C1的正极流出后，依次流经第一二极管D11、开关元件Q2，最后回到第一电容 C1的负极。

图5示出了作为本发明的第二实施例的角磨。参考图5所示的角磨的机械结构以及图6所示的角磨的电路结构。角磨2主要包括：打磨盘21、壳体22、电源模块23、马达以及用于控制马达运行的电路系统25。具体而言，马达设置为无刷电机24。打磨盘21安装在壳体22的一端，在无刷电机24的带动下用于实现例如打磨或切割功能。壳体22形成有容纳空间(图未示)，无刷电机24设置于上述的容纳空间内。电路系统25包括整流电路251、电容电路252、驱动电路 25/3以及控制器254。

与上述的第一实施例不同的是，角磨2还具有刹车功能，当角磨2刹车时，无刷电机24中的能量会通过电路系统25回馈到电源模块23。因此，本实施例中的整流电路251与第一实施例中的整流电路存在区别。

参见图6所示，整流电路251包括功率开关管T1、功率开关管T2、功率开关管T3以及功率开关管T4。控制器254分别与功率开关管T1-T4的栅极电连接以控制功率开关管T1-T4的导通和关断。具体而言，功率开关管T1、功率开关管T2、功率开关管T3以及功率开关管T4设置成IGBT。当角磨1正常工作时，由于功率开关管自身的特性，功率开关管T1-T4中的二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4构成整流桥，利用二极管的单向导电性和管压降将如图 7中的波形d所示的交流电AC转换成同一方向的脉动直流电压，脉动直流电压经过电容电路252后产生如波形e所示的母线电压。

由于无刷电机24旋转时会产生反电动势，在实际应用过程中，需要将比反电动势大的电压应用于无刷电机24。若将如图7中的波形e所示的母线电压用于驱动无刷电机24，那么在母线电压的幅值小于反电动势U1的部分中不能够驱动无刷电机24，即无刷电机24中无电流通过。在母线电压的幅值大于或等于反电动势的部分X中可以驱动无刷电机24，即无刷电机24中有电流通过。

电路系统25还包括电压检测电路255。电压检测电路255用于实时检测无刷电机24运行时的母线电压。控制器254与电压检测电路255电连接以通过电压检测电路255实时获取无刷电机24运行时的母线电压。具体而言，当控制器 254检测到当前的母线电压大于或等于第一电压阈值U1时，控制当前处于导通状态的二极管所对应的功率开关管导通，并在上述的二极管的导通状态结束时，控制对应的功率开关管关断。具体而言，第一电压阈值U1设置为无刷电机24 的反电动势。

电路系统25还包括电流检测电路256。控制器254通过电流检测电路256 实时获取母线负向电流。当控制器253获取到的母线负向电流大于或等于第一电流阈值时，则控制功率开关管T1-T4关断，从而避免大电流流经功率开关管，造成功率开关管的损坏。

接下来，将详细介绍整流电路251的工作原理以及控制器253对整流电路 251的控制方法。

参见图8a和图8b所示，功率开关管T1的二极管D1和功率开关管T4的二极管D4正处于正向导通的状态，形成如图8a中的虚线所示的第一电流回路i3，电流流向如箭头所示。当控制器253通过电压检测电路255检测到当前的母线电压大于第一电压阈值U1时，控制功率开关管T1和功率开关管T4中导通，形成如图8b中的虚线所示的第二电流回路i4，电流流向如箭头所示。当二极管D1 和二极管D4的正向导通的状态结束后，控制器254控制功率开关管T1和功率开关管T4关断。可以理解，当控制器254控制功率开关管T1和功率开关管T4 导通时，第一电流回路i3和第二电流回路i4是同时存在的，且方向相反。

接下来结合图9详细说明电路系统中的整流电路的控制方法的步骤：

S01：启动角磨，无刷电机上电运行。

S02：获取母线电压。

S03：判断母线电压大于或等于第一电压阈值，若是，则执行步骤S04；若否，则执行步骤S02。

S04：获取当前处于正向导通状态的二极管。

S05：控制对应的功率开关管导通。

S06：判断当前母线负向电流是否大于第一电流阈值，若是，则执行步骤S09，若否，则执行步骤S07。

S07：判断当前处于导通状态的二极管的导通状态是否结束，若是，则执行步骤S08；若否，则执行步骤S06。

S08：控制对应的功率开关管关断，并返回步骤S02。

本实施例中，通过控制器254控制功率开关管T1-T4的导通和关断，能够有效地抑制任意时刻的电压尖峰。特别是，当角磨刹车时产生的能量能够通过整流电路251中的功率开关管回馈至外部交流电，避免电路系统25中出现大电流从而导致部分电子元件损坏，提高电路系统的寿命和可靠性。

实际上本发明的所教导可适用于多种交流电动工具。例如电钻、电动扳手、电动螺丝批、电锤钻、电圆锯、砂光机等手持式电动工具，台锯等台型电动工具以及割草机、打草机、电剪刀、修枝机、电锯等户外工具。显然，以下的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

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 (13)

1.一种电动工具，包括

壳体；

马达，容纳于所述壳体内；

驱动电路，与所述马达电连接；

控制器，输出控制信号至所述驱动电路以驱动所述马达运行；

整流电路，用于对接入的外部交流电进行整流；

其特征在于，还包括：

电容电路，所述电容电路至少包括第一电容和第一二极管，所述第一电容与所述第一二极管串联，所述第一二极管导通时所述第一电容放电。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述第一二极管的阳极连接至所述第一电容的正极，所述第一二极管的阴极连接至所述整流电路的输出端的正极，所述第一电容的负极连接至所述整流电路的输出端的负极。

3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，

所述电容电路还包括多个第二二极管，多个所述第二二极管中的至少一个正向导通时所述第一电容充电。

4.根据权利要求3所述的电动工具，其特征在于，

所述第二二极管的阴极连接至所述第一电容的正极，所述第二二极管的阳极连接至所述马达的定子绕组。

5.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第二电容，所述第二电容并联在所述整流电路的输入端，用于对接入的外部交流电进行滤波。

6.根据权利要求5所述的电动工具，其特征在于，

所述第二电容的容值大于或等于1uF，且小于或等于30uF。

7.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述整流电路包括多个整流二极管，多个所述整流二极管组成桥式整流电路，用于将接入的外部交流电整流成脉动直流电压。

8.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述整流电路包括多个功率开关管，所述功率开关管组成桥式整流电路，用于将接入的外部交流电整流成脉动直流电压；所述控制器与所述功率开关管电连接，用于控制所述功率开关管的导通和关断。

9.根据权利要求8所述的电动工具，其特征在于，

所述电动工具还包括与所述控制器电连接的电压检测电路，用于获取母线电压；所述控制器被配置为：通过所述电压检测电路获取所述母线电压，当所述母线电压大于或等于第一电压阈值时，控制所述整流电路中的当前处于导通状态的二极管所对应的所述功率开关管导通，并在所述二极管的导通状态结束时，控制对应的所述功率开关管关断。

10.一种电动工具，包括

具有多个定子绕组的无刷电机；

驱动电路，与多个所述定子绕组电连接，用于驱动所述无刷电机运行；

电源模块，用于接入外部交流电；

整流电路，用于对接入的外部交流电进行整流；

电容电路，所述电容电路包括第一电容和第一二极管；所述第一电容与所述第一二极管串联；

所述电容电路还包括与所述定子绕组电连接的多个第二二极管，所述第二二极管导通时所述第一电容充电。

11.根据权利要求10所述的电动工具，其特征在于，

所述第一二极管的阳极连接至所述第一电容的正极，所述第一二极管的阴极连接至所述整流电路的输出端的正极，所述第一电容的负极连接至所述整流电路的输出端的负极。

12.根据权利要求10所述的电动工具，其特征在于，

所述电动工具还包括第二电容，所述第二电容并联在所述整流电路的输入端，用于对接入的外部交流电进行滤波。

13.根据权利要求12所述的电动工具，其特征在于，

所述第二电容的容值大于或等于1uF，且小于或等于30uF。