CN117526768A - 电动工具及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电动工具及控制方法，包括设置在外壳内的电机，电机包括具有多个绕组的定子和转子；驱动电路与电机电连接以驱动电机运行；控制器被配置为基于电机的工作参数估算转子的角位置，并基于转子的角位置输出驱动信号至驱动电路以控制电机的转动；在启动阶段，控制器被配置为：在检测到电机启动异常时，输入第一控制指令以控制电机重新启动，第一控制指令至少包括输入高频信号至驱动电路以获取转子的角位置的指令。本申请提供的技术方案，能够提高电动工具的启动效率，进而提高用户的使用体验。

Description

电动工具及控制方法
技术领域
本申请实施例涉及电动工具技术领域，尤其涉及电动工具及控制方法。
背景技术
随着科学技术的进步，电动工具(杆锯、修枝机或者杆据等)的应用越来广泛，大大地提高了人民的生活水平。可以理解的，通常电动工具内部设置有电机，为电动工具提供驱动力，保证电动工具的正常工作。然而，在电动工具的启动过程中，通常会存在启动效率低的问题，进而影响用户对电动工具的使用体验，以及电动工具的产品竞争力。
发明内容
本申请提供了一种电动工具及控制方法，以提高电动工具的启动效率，进而提高用户的使用体验，以及产品自身的竞争力。
在一些实施例中，本申请提供了一种电动工具，包括：外壳；电机，设置在外壳内，电机包括具有多个绕组的定子和转子；驱动电路，与电机电连接以驱动电机运行；控制器，被配置为基于电机的工作参数估算转子的角位置，并基于转子的角位置输出驱动信号至驱动电路以控制电机的转动；在启动阶段，控制器被配置为：在检测到电机启动异常时，输入第一控制指令以控制电机重新启动，第一控制指令至少包括输入高频信号至驱动电路以获取转子的角位置的指令。
在一些实施例中，一种切割工具，包括：切割元件；电机，用于驱动切割元件执行切割功能，电机包括具有多个绕组的定子和转子；驱动电路，与电机电连接以驱动电机运行；控制器，被配置为基于电机的工作参数估算转子的角位置，并基于转子的角位置输出驱动信号至驱动电路以控制电机的转动；在启动阶段，控制器被配置为：在检测到电机启动异常时，输入第一控制指令以控制电机重新启动，第一控制指令至少包括输入高频信号至驱动电路以获取转子的角位置的指令。
在一些实施例中，一种电动工具的启动控制方法，其特征在于，包括电机、与所述电机电连接的驱动电路以及分别与所述电机和所述驱动电路电连接的控制器，所述电机包括转子；所述控制方法包括：获取所述电机的工作参数；在所述电机的启动阶段，根据所述电机的工作参数以及预设配置参数估算所述转子的角位置；根据所述转子的角位置输出驱动信号至所述驱动电路，以使所述驱动电路驱动所述电机转动；在检测到所述电机启动异常时，获取第一控制指令以控制所述电机重新启动或停止启动，其中，所述第一控制指令包括停启电机指令或重启电机指令。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请的作为具体实施例的电动工具的使用场景图；
图2为本申请实施例提供的一种电动工具的电控原理图；
图3为本申请实施例提供的另一种电动工具的电控原理图；
图4为本申请实施例提供的又一种电动工具的电控原理图；
图5为本申请实施例提供的又一种电动工具的电控原理图；
图6为本申请实施例提供的一种电动工具的启动控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1示出了本申请的作为具体实施例的电动工具的使用场景图。其中，电动工具为切割工具，具体地为一种杆锯。杆锯具有切割元件，用于执行杆锯的切割功能。用户在操作杆锯切割木头时，有两种应用场景。其一：先开机启动电机，当电机正常启动(杆锯正常转动)后，然后再去靠近木头进行切割。当然，这样会带来一些问题，就是切割精度低，不能精确固定切割的位置。其二：先把杆锯对着木头上需要进行切割的地方，然后再启动电机执行切割操作，这样切割精度会提高很多。当然，这样也会带来一些问题，例如，当木头表面比较粗糙时，杆锯的一个齿容易刚刚好卡在木头上的一处，这样便给电机启动带来了一定的难度，如马达转速上不来，或者电流异常大，此时杆锯便出现了过载保护，从而停机。这样，启动效率比较低。
图2为本申请实施例提供的一种电动工具的电控原理图，如图2所示，电动工具包括电机10、与电机10电连接的驱动电路20以及分别与电机10和驱动电路20电连接的控制器30，电机10包括转子11；控制器30，用于获取电机10的工作参数，在电机10的启动阶段，根据电机10的工作参数以及预设配置参数估算转子11的角位置，并根据转子11的角位置输出驱动信号至驱动电路20，以使驱动电路20驱动电机10转动，并在检测到电机10启动异常时，获取第一控制指令以控制电机10重新启动或停止启动，其中，第一控制指令至少包括输入高频信号至所述驱动电路以获取所述转子的角位置的指令，即重启电机指令，或者停启电机指令。
可以理解的，电动工具包括但不限于割草机、修枝机和杆据等，以杆据为例，用户在操作杆锯切割木头时，通常先开机启动电机，当电机正常启动后，此时杆锯的锯链在电机的带动下正常转动，然后再去靠近木头进行切割，这样不仅使得切割精度低，且不能精确固定切割的位置。如果先把杆锯对准放置在木头上需要进行切割的位置，然后再启动电机执行切割操作，尽管可以提高切割精度，但也会带来其他问题，例如，当木头表面比较粗糙时，锯链容易卡在木头上，这样便给电机启动带来了一定的难度，同时此时电机的转速或者电流等工作参数也会发生异常，导致电机启动失败，从而降低电机的启动效率。
其中，用于驱动电机10工作的驱动电路可以是基于功率开关管实现的驱动电路，根据电机10的类型不同，驱动电路具体电路结构也会不同，例如电机10为三相的交流电机，驱动电路20可以采用三相逆变电路，以驱动电机10的工作。根据实际设计需求的不同，本申请实施例对此驱动电路的具体电路结构不做任何限定。
具体的，控制器30在电动工具启动运行开始，就实时获取电机10的工作参数，例如电流值等，同时结合预设配置参数，例如控制过程中的高频信号、电流参考值、有功功率或者转矩等，可以估算处转子11的角位置，即转子11当前的角度，进而根据转子11的角位置利用现有的电机控制算法可以控制输出驱动信号，并将驱动信号发送至驱动电路20，使得驱动电路在接收到驱动信号后能够驱动电机10转动。同时，控制器30在电机10转动过程中，还会通过实时获取电机10的工作参数来判定电机10是否异常工作，从而确定电机10是否启动异常，一旦电机10发生启动异常，将会由电动工具产生相应的第一控制指令，例如停启电机指令或重启电机指令，并发送至控制器30，由控制器30根据第一控制指令控制电机10重新启动或停止启动。可以理解的，控制器30根据重启电机指令控制电机10重新启动，可以大大地提高电动工具的启动效率，而当控制器30根据停启电机指令控制电机10停止启动后，用户可以及时检查电动工具的工作情况，并进行修正后在重新控制电动工具的启动运行，同样提高了电动工具的启动效率，如此，保证产品具有较好的可靠性，从而提高用户的使用体验以及产品竞争力。
需要说明的是，控制器30在电机10的启动过程中，可以通过获取电机10的工作参数来确定电机10是否启动异常，例如通过获取电机10的电流值、反电动势、磁链或者转速等其中任一个或多个工作参数来确定电机10是否启动异常，本申请实施例对此不做具体限定。
此外，控制器30根据电机10的工作参数以及预设配置参数估算转子11的角位置，并根据转子11的角位置输出驱动信号的具体算法，可以采用现有的电机控制算法实现，本申请实施例对此不做限定。
本申请实施例提供的技术方案，通过设置电动工具中的电机与驱动电路电连接，且控制器分别与电机和驱动电路电连接，使得控制器在电机的启动阶段，根据获取到的电机的工作参数以及预设配置参数估算转子的角位置，并根据转子的角位置输出驱动信号至驱动电路，以驱动电机转动，同时，在检测到电机启动异常时，通过获取到的第一控制指令来控制电机重新启动或停止启动，其中，第一控制指令包括停启电机指令或重启电机指令，可以大大地提高电动工具的启动效率，进而提高用户的使用体验以及产品竞争力。
可选的，电机10包括交流电机。
可以理解的，根据电动工具的具体应用场景的不同，电动工具中电机10的类型也会不同，其中，交流电机具有结构简单、可靠性高以及便于维护等特点。
可选的，预设配置参数包括恒定高频信号。
具体的，恒定高频信号可以是很定幅值的高频脉冲信号，也可以是呈正弦变化且幅值固定的高频交流信号，根据具体控制算法的不同，恒定高频信号的具体形式也会不同，并且，恒定高频信号可以是单一信号，也可以是多个信号构成的一组恒定高频信号，本申请实施例对此均不作具体限定。
示例性的，通常在三相交流电机的具体控制算法中，控制器30获取到的电机通常为三相电流，此时需要利用转子的角位置进行坐标变换，将变换后的电流与参考电流进行比较，通过比例积分调节控制后可以得到控制电压信号，此时的控制电压信号可以是位于两相静止坐标系下的信号，然后两相静止坐标系下的控制电压信号分别与恒定高频信号叠加后再通过坐标变换得到三相调制电压信号，再通过脉宽调制算法产生驱动信号。可以理解的，此时的恒定高频信号也应是与控制电压信号对应的位于两相静止坐标系下的信号，即Vα和Vβ，其表达式可以参考如下：
其中，Vm为恒定高频信号的幅值，f为恒定高频信号的频率，其具体频率值可根据实际情况设定，本申请实施例对此不做具体限定。
可选的，图3为本申请实施例提供的另一种电动工具的电控原理图，如图3所示，控制器30包括依序电连接的转速采集单元31和第一处理单元32；转速采集单元31用于在电机10的启动阶段获取电机10的初始转速值；第一处理单元32用于在初始转速值大于第一预设阈值时，使电机10以初始转速值启动；或者，在初始转速值小于或等于第一预设阈值时，增设预设配置参数以重启电机10。
其中，第一预设阈值可以是设定的任何转速值，本申请实施例对此不做具体限定，可以理解的，通常在电机10启动后，电机10的转速会迅速增大到较大的转速值，例如2000r/min，如此，可设置第一预设阈值为较低的转速阈值，以准确确定电机10是否启动的初始转速值过小，例如第一预设阈值为100r/min。
具体的，转速采集单元31在电机10的启动阶段获取电机10的初始转速值，并发送至第一处理单元32，使第一处理单元32将获取到的初始转速值与第一预设阈值进行比较，若初始转速值大于第一预设阈值，说明电机10的启动正常，则控制电机10以初始转速值进行工作，完成启动过程；若初始转速值小于或等于第一预设阈值，说明电机的转速较低，如此，可以通过增设预设配置参数，重新调整电机10中转子11的位置，以重启电机10，从而提高电动工具的启动效率。
需要说明的是，转速采集单元31包括但不限于速度传感器，还可以其他传感器组件，通过获取电机的反电动势来计算得到转速，本申请实施例对此不做限定。此外，转速采集单元31的采样周期可以根据实际工况选择性设置，例如为50ns，即转速采集单元31每隔50ns获取一次电机10的初始转速值。
可选的，继续参考图3所示，电机10重启后的工作参数包括转速值和电流值；控制器30还包括与第一处理单元32依序连接的第二处理单元33；第二处理单元33用于在电机10重启后，检测到电机10的转速值大于或等于第二预设阈值且电流值小于或等于预设电流阈值，使电机10进入正常调速，反之，使转速采集单元31采集初始转速值。
其中，第二预设阈值可以是设定的任何转速值，本申请实施例对此不做具体限定，此外，预设电流阈值也可以是设定的任何电流值，本申请实施例对此也不做具体限定，可根据实际工况选择性设定。
具体的，控制器30中的第一处理单元32在控制电机10重新启动后，由第二处理单元33重新获取电机10重启后的转速值和电流值，将其与对应的预设阈值进行比较，若电机10的转速值大于或等于第二预设阈值，且电流值小于或等于预设电流阈值，说明此时电机已完成启动，且启动过程不存在异常现象，则控制电机10进入正常调速，即电动工具可以正常工作。若电机10的转速值小于第二预设阈值，或者，电流值大于预设电流阈值，说明电机10启动异常，则需要控制电机10重新启动，此时，控制器30会根据获取到的重启电机指令重新控制电机10启动，使转速采集单元31继续采集初始转速值。
值得注意的是，电动工具中的电机10在重启启动之前，还需要控制器30获取到重启电机指令，才能使转速采集单元31继续采集初始转速值，如此，以避免频繁的重启操作对电动工具造成损坏。
可选的，图4为本申请实施例提供的又一种电动工具的电控原理图，如图4所示，电动工具还包括分别与控制器30和电机10连接的计数模块40，用于统计电机启动次数，若电机启动次数大于预设启动次数，给控制器30发送停启电机指令使电机10停止启动。
其中，预设启动次数的数值可根据实际工况进行设定，本申请实施例对此不做限定，例如5次。
具体的，当电动工具上电启动工作后，计数模块40可以在电机10每重新启动一次时对电机启动次数加1，并将当前的电机启动次数与预设启动次数进行比较，若电机启动次数大于预设启动次数，说明电机10启动操作太频繁，可能存在其他异常情况或者损坏等使得电机10频繁出现启动异常的现象，计数模块40将立即给控制器30发送停启电机指令，使控制器30接收到停启电机指令后立即控制电机10停止启动，以便于用户进一步对电动工具进行检查。若电机启动次数小于或等于预设启动次数，说明电机10可能存在卡顿，可以通过重新启动调整转子的位置后完成启动过程，并进入到正常调速工作状态，此时，计数模块40将给控制器30发送重启电机指令，使控制器30接收到重启电机指令后控制电机10重新启动，同时，使转速采集单元31继续采集初始转速值。如此，通过计数模块40对电机启动次数的监测和限制，进一步保证电动工具的可靠性，同时大大地提高电动工具的启动效率，进而提高用户的使用体验以及产品竞争力。
需要说明的是，当控制器30在根据获取到停启电机指令控制电机10停止启动后，计数模块40也会对电机启动次数进行清零，以避免影响下次电动工具的正常使用。
可选的，图5为本申请实施例提供的又一种电动工具的电控原理图，如图5所示，电动工具还包括与控制器30连接的计时模块50，用于统计启动持续时长，若启动持续时长大于预设启动时间，给控制器30发送停启电机指令使电机10停止启动。
其中，预设启动时间的具体值可以根据实际情况进行设定，本申请实施例对此不做限定。
具体的，当电动工具上电启动工作后，计时模块50开始统计启动持续时长，并将其与预设启动时间进行比较，若启动持续时长大于预设启动时间，说明电机10的启动过程出现严重异常，需要立即停机检查，此时，计时模块50将立即给控制器30发送停启电机指令，使控制器30接收到停启电机指令后立即控制电机10停止启动，以便于用户进一步对电动工具进行检查，避免对电动工具造成损坏，提高电动工具的可靠性。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种电动工具的启动控制方法，图6为本申请实施例提供的一种电动工具的启动控制方法的流程图，结合图2和图6所示，电动工具包括电机10、与电机10电连接的驱动电路20以及分别与电机10和驱动电路20电连接的控制器30，电机10包括转子11；方法包括：
S501、获取电机的工作参数；
S502、在电机的启动阶段，根据电机的工作参数以及预设配置参数估算转子的角位置；
S503、根据转子的角位置输出驱动信号至驱动电路，以使驱动电路驱动电机转动；
S504、在检测到电机启动异常时，获取第一控制指令以控制电机重新启动或停止启动，其中，第一控制指令包括停启电机指令或重启电机指令。
本申请实施例中，通过控制器在电机的启动阶段，根据获取到的电机的工作参数以及预设配置参数估算转子的角位置，并根据转子的角位置输出驱动信号至驱动电路，以驱动电机转动，同时，在检测到电机启动异常时，通过获取到的第一控制指令来控制电机重新启动或停止启动，其中，第一控制指令包括停启电机指令或重启电机指令，可以大大地提高电动工具的启动效率，进而提高用户的使用体验以及产品竞争力。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动工具，包括：
外壳；
电机，设置在所述外壳内，所述电机包括具有多个绕组的定子和转子；
驱动电路，与所述电机电连接以驱动所述电机运行；
控制器，被配置为基于所述电机的工作参数估算所述转子的角位置，并基于所述转子的角位置输出驱动信号至所述驱动电路以控制所述电机的转动；
其特征在于，
在启动阶段，所述控制器被配置为：在检测到所述电机启动异常时，输入第一控制指令以控制所述电机重新启动，所述第一控制指令至少包括输入高频信号至所述驱动电路以获取所述转子的角位置的指令。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述控制器包括转速采集单元，所述转速采集单元用于在所述电机的启动阶段获取所述电机的初始转速值；所述控制器用于在所述初始转速值大于第一预设阈值时，使所述电机以所述初始转速值启动。
3.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述控制器包括转速采集单元，所述转速采集单元用于在所述电机的启动阶段获取所述电机的初始转速值；所述控制器用于在所述初始转速值小于或等于第一预设阈值时重启所述电机。
4.根据权利要求3所述的电动工具，其特征在于，所述电机的工作参数包括转速值和电流值；所述控制器用于在检测到所述电机的转速值大于或等于第二预设阈值且电流值小于或等于预设电流阈值，使所述电机进入正常调速，反之，输入第一控制指令以重新启动所述电机。
5.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，还包括：分别与所述控制器和所述电机连接的计数模块，用于统计电机启动次数，若所述电机启动次数大于预设启动次数，给所述控制器发送停启电机指令使所述电机停止启动。
6.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，还包括：与所述控制器连接的计时模块，用于统计启动持续时长，若所述启动持续时长大于预设启动时间，给所述控制器发送停启电机指令使所述电机停止启动。
7.一种切割工具，包括：
切割元件；
电机，用于驱动所述切割元件执行切割功能，所述电机包括具有多个绕组的定子和转子；
驱动电路，与所述电机电连接以驱动所述电机运行；
控制器，被配置为基于所述电机的工作参数估算所述转子的角位置，并基于所述转子的角位置输出驱动信号至所述驱动电路以控制所述电机的转动；
其特征在于，
在启动阶段，所述控制器被配置为：在检测到所述电机启动异常时，输入第一控制指令以控制所述电机重新启动，所述第一控制指令至少包括输入高频信号至所述驱动电路以获取所述转子的角位置的指令。
8.根据权利要求7所述的切割工具，其特征在于，所述控制器包括转速采集单元，所述转速采集单元用于在所述电机的启动阶段获取所述电机的初始转速值；所述控制器用于在所述初始转速值小于或等于第一预设阈值时重启所述电机。
9.根据权利要求8所述的切割工具，其特征在于，所述电机的工作参数包括转速值和电流值；所述控制器用于在检测到所述电机的转速值大于或等于第二预设阈值且电流值小于或等于预设电流阈值，使所述电机进入正常调速，反之，输入第一控制指令以重新启动所述电机。
10.一种电动工具的启动控制方法，其特征在于，包括电机、与所述电机电连接的驱动电路以及分别与所述电机和所述驱动电路电连接的控制器，所述电机包括转子；所述控制方法包括：
获取所述电机的工作参数；
在所述电机的启动阶段，根据所述电机的工作参数以及预设配置参数估算所述转子的角位置；
根据所述转子的角位置输出驱动信号至所述驱动电路，以使所述驱动电路驱动所述电机转动；
在检测到所述电机启动异常时，获取第一控制指令以控制所述电机重新启动或停止启动，其中，所述第一控制指令包括停启电机指令或重启电机指令。
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