CN116995961A - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动工具，包括：马达，包括转子和多相定子绕组；驱动电路，包括多个开关元件；参数检测单元，用于检测马达的电参数；控制器，至少与驱动电路和参数检测单元电连接，用于控制驱动电路中的开关元件改变导通状况，以制动马达或改变马达的转动状态；控制器被配置为：在检测到刹车信号时，获取马达的第一电参数；以预设制动方式控制马达制动预设时间段；在预设时间段的制动结束时，获取马达的第二电参数；根据第一电参数设置制动信号的初始占空比，并根据第一电参数和第二电参数设置初始占空比的变化率，以制动信号控制马达制动。提供了一种能兼顾马达高速制动安全性和低速制动快速性的电动工具。

Description

电动工具

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。

背景技术

电动工具在刹车制动的过程中，由于刹车前马达的转速不同，导致刹车所需的时间也不同，若设置固定的刹车时间，面对刹车前马达转速较低的情况会造成不必要的等待。另外，采用无感BLDC马达的电动工具，由于可以在刹车过程中直接再次开启工具从而提升响应速度。但再次启动时，需要根据马达的转速或者反电势等参数的大小确定转子位置进而再次启动马达，若马达转速或反电势等参数小于一定值，则可能会导致马达的再次重启失败。针对这种情况，需要快速制动马达，以便再次重启工具。而现有电动工具通常是采用一套刹车方案，不区分刹车时的马达转速或者反电势等参数，在实现高速下安全刹车的同时，也会导致低速下的刹车时间较长。同样的，采用上述刹车方案时，马达处于低档位或者电池包电压较低或者工具安装轻惯量附件等情况下的刹车时间也会增加。因此，在兼顾马达高速下刹车安全性的前提下，降低马达低速下的刹车时间，是一个有待解决的问题。

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在兼顾马达高速制动安全性的前提下，实现低速下快速制动的电动工具。

本发明采用如下的技术方案：

一种电动工具，包括：马达，包括转子和多相定子绕组；驱动电路，包括多个开关元件；参数检测单元，用于检测所述马达的电参数；控制器，至少与所述驱动电路和所述参数检测单元电连接，用于控制所述驱动电路中的开关元件改变导通状况，以制动所述马达或改变所述马达的转动状态；所述控制器被配置为：在检测到所述刹车信号时，获取所述马达的第一电参数；以预设制动方式控制所述马达制动预设时间段；在所述预设时间段的制动结束时，获取所述马达的第二电参数；根据所述第一电参数或所述第二电参数设置制动信号的初始占空比，并根据所述第一电参数和所述第二电参数设置所述初始占空比的变化率，以所述制动信号控制所述马达制动。

可选的，所述控制器被配置为：在检测到所述刹车信号时，获取第一电参数，并以预设占空比的制动信号控制所述马达制动预设时间段；在所述预设时间段的制动结束时获取所述第二电参数；根据所述第二电参数和所述第一电参数的差值更新所述预设占空比，以更新所述预设占空比的制动信号控制所述马达制动。

可选的，所述控制器被配置为：在检测到所述刹车信号时，获取所述第一电参数；控制所述马达基于惯性制动预设时间段，并在所述预设时间段的制动结束时获取所述第二电参数；根据所述第一电参数或所述第二电参数设置制动信号的初始占空比，并根据所述第一电参数和所述第二电参数设置所述初始占空比的变化率，以所述制动信号控制所述马达制动。

可选的，所述第一电参数和所述第二电参数包括马达转速或者马达绕组的反电势。

一种电动工具，包括：马达，包括转子和多相定子绕组；驱动电路，包括多个开关元件；参数检测单元，用于检测所述马达的电参数；控制器，至少与所述驱动电路和所述参数检测单元电连接，用于控制所述驱动电路中的开关元件改变导通状况，以制动所述马达或改变所述马达的转动状态；所述控制器被配置为：在检测到刹车信号时，获取所述电参数；根据所述电参数确定所述电动工具的合外力矩；根据所述电参数或所述合外力矩设置制动信号的初始占空比或所述初始占空比的变化率，以所述制动信号控制所述马达制动。

可选的，所述电参数包括马达转速或者马达绕组的反电势或者检测到刹车信号前控制所述马达转动的控制信号的占空比。

一种电动工具，包括：马达，包括转子和多相定子绕组；驱动电路，包括多个开关元件；参数检测单元，用于检测所述马达的电参数；控制器，至少与所述驱动电路和所述参数检测单元电连接，用于控制所述驱动电路中的开关元件改变导通状况，以制动所述马达或改变所述马达的转动状态；所述控制器被配置为：在检测到刹车信号时，获取所述电参数；根据所述电参数估算所述电动工具的合外力矩；根据所述电参数设置制动信号的初始占空比，并根据所述合外力矩设置所述初始占空比的变化率，以所述制动信号控制所述马达制动。

可选的，所述电参数包括马达转速或者马达绕组的反电势或者检测到刹车信号前控制所述马达转动的控制信号的占空比。

可选的，所述电参数在任意时刻的取值不影响所述控制器根据所述合外力矩设置所述变化率。

可选的，所述变化率与所述合外力矩呈正相关关系。

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电动工具制动时的电路状态示意图；

图4是本发明实施例提供的电动工具制动流程图。

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。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、台型锯等电动工具，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，以圆锯为例。参考图1所示的电动工具，电动工具100锯片11、护罩12、马达13、壳体14、底板15和操作开关16。其中，壳体14形成有可供握持的把手部141。作为一种实现方式，壳体14上还形成有用于连接电池包的结合部142，电池包用于给马达13供电，以驱动锯片11转动从而切割工件。可选的，壳体14上还可以设置有用于连接交流电源的接线端子，此处不再赘述，凡是能给马达13提供能源并使得马达13能够驱动锯片11转动即可。用户可通过按压操作开关16使工具开机或关机，相应的马达13会启动或制动。

参考图2所示的电动工具的电路框图，马达13的驱动系统至少包括电源131、驱动电路132、控制器133以及参数检测单元134。

在一个实施例中，马达13为无刷直流马达(Brushless Direct Current Motor，BLDC)。在一个实施例中，马达11为无感BLDC。在一个实施例中，马达11为有感BLDC。在一个实施例中，无刷直流马达可以是内转子马达也可以是外转子马达，马达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。

在一个实施例中，电源131为壳体14上接线端子接入的220V的交流市电。在一个实施例中，电源131为壳体14上的结合部142接入的电池包。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132、马达13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。

驱动电路132与马达13的定子绕组A、B、C电性连接，用于将来自电源131的电流传递至定子绕组A、B、C以驱动马达13旋转。在一个实施例中，驱动电路132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133电性连接，用于接收来自控制器133的控制信号，该控制信号可以是PWM信号。每个开关元件的漏极或源极与马达13的定子绕组A、B、C连接。开关元件Q1-Q6接收来自控制器133的控制信号改变各自的导通状态，从而改变电源131加载在马达13的定子绕组A、B、C上的电流。在一个实施例中，驱动电路132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。

为了驱动图2所示的马达13转动，驱动电路132具有多种驱动状态，不同驱动状态下，马达13的转速或者转向可以不同。本申请针对控制器133控制驱动电路132改变不同驱动状态的使马达13获得不同转速或者转向的过程不做详述。其中，马达13的转速可以为零。

在一种实施方式中，操作开关16被用户按照设定方式触发后，可以产生开机信号或者关机信号或者刹车信号或者减速信号或者增速信号等至控制器133。从而控制器133可以根据接收到的信号控制驱动电路132中开关元件改变导通状态以达到相应的控制目的。例如，控制器133在检测到用户通过按压操作开关16而产生的刹车信号时，可以输出制动信号至驱动电路132，使其改变导通状态时马达13制动，直至马达13的转速为零。

在一个实施例中，控制器133在检测到刹车信号时，可以获取马达13的电参数，并可以根据马达的电参数估算工具的合外力矩。其中，马达的电参数可以是马达的转速、绕组的反电势、检测到刹车信号前控制所述马达转动的控制信号的占空比或者其他能反应马达转动状态的参数。进而控制器133可以根据上述电参数或者合外力矩设置用于控制马达制动的制动信号的初始占空比或占空比的变化率。通过采用具有上述初始占空比的制动信号或具有上述变化率的初始占空比的制动信号控制马达制动，能使马达的制动时间适应检测到刹车信号时的马达转动状态。例如，检测到刹车信号时若马达的转速较小、或者绕组反电势较小或者刹车前控制信号的占空比较小，马达的制动时间较短，反之较长。

在一种实施方式中，控制器133可以根据检测到刹车信号后马达的加速度或者绕组反电势的变化量估算工具的惯性矩，进而根据惯性矩确定工具的合外力矩。也就是说，合外力矩可以根据不同时间所获取的马达的电参数的差值来估算。

在一个实施例中，控制器133可以根据检测到刹车信号时马达的电参数设置制动信号的初始占空比，进而根据合外力矩设置制动信号初始占空比的变化率。在一种实施方式中，参考图3，马达13制动初期，控制器133可以输出具有初始占空比的制动信号控制马达的三相绕组短接，从而马达开始制动。在制动的过程中，制动信号的初始占空比以上述变化率不断变化，例如制动信号的占空比不断增加，直至马达完全制动。

在一个实施例中，控制器133可以根据检测到刹车信号时马达的电参数设置制动信号的初始占空比，并马达制动的过程中，以线性或非线性变化率改变制动信号的初始占空比，直至马达完全制动。

在一个实施例中，控制器133可以根据检测到刹车信号时马达的一种电参数设置制动信号的初始占空比，并根据另一种电参数设置制动信号初始占空比的变化率。例如，控制器133可以根据检测到刹车信号时马达的转速或者反电势或者控制信号的占空比等设定制动信号的初始占空比，并根据上述参数中的另一种设置初始占空比的变化率。

在一个实施例中，控制器133可以根据检测到刹车信号时马达的电参数估算出工具的合外力矩，并根据该合外力矩设置制动信号的初始占空比和初始占空比的变化率。

在一个实施例中，马达的制动过程可以分为两个阶段。示例性的，在第一制动阶段，控制器133在检测到刹车信号时，可以先获得马达的第一电参数，并以预设方式控制马达制动预设时间段。上述预设时间段的制动结束时，进入第二制动阶段。在第二制动阶段的开始控制器133可以获取马达的第二电参数，并根据上述第一电参数设置制动信号的初始占空比，根据第一电参数和第二电参数设置初始占空比的变化率。在本实施例中，控制器133可以根据第一电参数和第二电参数估算电动工具的合外力矩，基于合外力矩设置初始占空比的变化率。

在一个实施例中，第一电参数和第二电参数为同一类型的参数，例如，第一电参数为马达刹车时的转速，第二电参数为马达在制动预设时间段后的转速。在一种实施方式中，控制器133可以根据刹车时的马达转速和马达以预设方式制动预设时间段结束时的马达转速的差值确定马达的加速度，进而根据该加速度估算工具的合外力矩。可选的，第一电参数可以是检测到刹车信号时马达绕组的反电势，第二电参数为马达在制动预设时间段后绕组的反电势。控制器133可以根据上述两个反电势的差值估算工具的合外力矩。

在一个实施例中，第一电参数和第二电参数也可以为不同类型的参数。

在一个实施例中，控制器133在检测到刹车信号时，可以先获得马达的第一电参数，并以预设占空比的制动信号控制马达制动预设时间段。上述预设时间段的制动结束时，进入第二制动阶段。控制器133在第二制动阶段开始时可以获取马达的第二电参数，并基于上述第一电参数和第二电参数估算工具的合外力矩，进而根据合外力矩更新上述制动信号的预设占空比。也就是说，在第一阶段刹车结束后，第二阶段刹车开始时，制动信号的初始占空比可以是上述预设占空比。从而根据合外力矩更新预设占空比的过程即是根据合外力矩改变预设占空比变化率的过程。

在一个实施例中，控制器133在检测到刹车信号时，可以先获得马达的第一电参数，并停止驱动电机运转，使其靠惯性滑行预设时间段，在该预设时间段内马达靠惯性制动。在预设时间的惯性制动结束时，控制器133可以获取马达的第二电参数，并根据上述第一电参数设置制动信号的初始占空比，以第一电参数和第二电参数的差值估算合外力矩后根据所述合外力矩设置初始占空比的变化率。进而在第二制动阶段以具有初始占空比的制动信号控制马达制动，在制动过程中制动信号的占空比以上述变化率不断增加。

在本申请实施例中，在设置上述变化率的过程中，与刹车时或者刹车过程中马达电参数的大小无关。也就是说，无论刹车时或者刹车过程中马达的电参数的值是多少，均可以根据第一电参数和第二电参数估算工具的合外力矩，从而设置制动信号占空比的变化率。在工具的整个刹车过程中保证了制动电流的大小能与工具的惯性矩相匹配，提高刹车过程的安全性。

在一个实施例中，对电动工具采用本申请实施例提供的设置制动初始占空比和占空比变化率的方法制动，与采用统一参数制动的刹车时间进行对比。参考表1，在本申请实施例中工具的刹车时间相较于现有技术中采用一套参数统一制动的刹车时间，在工具处于低转速时有明显降低。其中，改善前表示采用一套参数统一制动的方式制动，改善后表示采用本申请实施例所述的方法制动，转速表示检测到刹车信号时马达的转速或者是第二刹车阶段开始时马达的转速。

表1

对比表1可知，通过马达刹车时的电参数设置制动信号的初始占空比，并根据工具的合外力矩设置制动信号占空比的变化率，在工具处于高速运转时的刹车时间变化不大，但低速运转时的刹车时间明显降低，从而在兼顾马达高速刹车安全性的前提下，降低了马达低速下的刹车时间。

参考图4所示的电动工具的制动过程，主要包括以下步骤：

S101，在检测到刹车信号时，获取马达的第一电参数。

S102，以预设制动方式控制马达制动预设时间段。

S103，在预设时间段的制动结束时，获取马达的第二电参数。

S104，根据第一电参数设置制动信号的初始占空比，并根据第一电参数和第二电参数设置初始占空比的变化率。

S105，以上述制动信号控制马达制动。

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：

马达，包括转子和多相定子绕组；

驱动电路，包括多个开关元件；

参数检测单元，用于检测所述马达的电参数；

控制器，至少与所述驱动电路和所述参数检测单元电连接，用于控制所述驱动电路中的开关元件改变导通状况，以制动所述马达或改变所述马达的转动状态；

所述控制器被配置为：

在检测到所述刹车信号时，获取所述马达的第一电参数；

以预设制动方式控制所述马达制动预设时间段；

在所述预设时间段的制动结束时，获取所述马达的第二电参数；

根据所述第一电参数或所述第二电参数设置制动信号的初始占空比，并根据所述第一电参数和所述第二电参数设置所述初始占空比的变化率，以所述制动信号控制所述马达制动。

2.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：

在检测到所述刹车信号时，获取第一电参数，并以预设占空比的制动信号控制所述马达制动预设时间段；

在所述预设时间段的制动结束时获取所述第二电参数；

根据所述第二电参数和所述第一电参数的差值更新所述预设占空比，以更新所述预设占空比的制动信号控制所述马达制动。

3.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：

在检测到所述刹车信号时，获取所述第一电参数；

控制所述马达基于惯性制动预设时间段，并在所述预设时间段的制动结束时获取所述第二电参数；

根据所述第一电参数或所述第二电参数设置制动信号的初始占空比，并根据所述第一电参数和所述第二电参数设置所述初始占空比的变化率，以所述制动信号控制所述马达制动。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：

所述第一电参数和所述第二电参数包括马达转速或者马达绕组的反电势。

5.一种电动工具，包括：

马达，包括转子和多相定子绕组；

驱动电路，包括多个开关元件；

参数检测单元，用于检测所述马达的电参数；

控制器，至少与所述驱动电路和所述参数检测单元电连接，用于控制所述驱动电路中的开关元件改变导通状况，以制动所述马达或改变所述马达的转动状态；

所述控制器被配置为：

在检测到刹车信号时，获取所述电参数；

根据所述电参数确定所述电动工具的合外力矩；

根据所述电参数或所述合外力矩设置制动信号的初始占空比或所述初始占空比的变化率，以所述制动信号控制所述马达制动。

6.根据权利要求5所述的电动工具，其特征在于：

所述电参数包括马达转速或者马达绕组的反电势或者检测到刹车信号前控制所述马达转动的控制信号的占空比。

7.一种电动工具，包括：

马达，包括转子和多相定子绕组；

驱动电路，包括多个开关元件；

参数检测单元，用于检测所述马达的电参数；

控制器，至少与所述驱动电路和所述参数检测单元电连接，用于控制所述驱动电路中的开关元件改变导通状况，以制动所述马达或改变所述马达的转动状态；

所述控制器被配置为：

在检测到刹车信号时，获取所述电参数；

根据所述电参数估算所述电动工具的合外力矩；

根据所述电参数设置制动信号的初始占空比，并根据所述合外力矩设置所述初始占空比的变化率，以所述制动信号控制所述马达制动。

8.根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于：

所述电参数包括马达转速或者马达绕组的反电势或者检测到刹车信号前控制所述马达转动的控制信号的占空比。

9.根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于：

所述电参数在任意时刻的取值不影响所述控制器根据所述合外力矩设置所述变化率。

10.根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于：

所述变化率与所述合外力矩呈正相关关系。