CN215580965U - 一种控制器及电动工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种控制器及电动工具，控制器包括电流检测反馈电路、电压检测重构电路、转子位置计算模块、主控制电路、驱动信号产生电路和驱动电路；控制器用于检测并计算开关磁阻电机的转子位置并控制开关磁阻电机的运转。本实用新型无需安装磁环和位置传感器，使电动工具结构紧凑，缩减电动工具的体积，同时可避免灰尘导致位置传感器失效，从而可提高电动工具寿命。

Description

一种控制器及电动工具

技术领域

本实用新型属于电动工具技术领域，尤其涉及一种控制器及具有该控制器的电动工具。

背景技术

开关磁阻电机在电动工具上的应用逐渐成为热点，如图1所示，目前市场上的开关磁阻角磨机包括带空腔的壳体1、开关磁阻电机2、和控制器14。开关磁阻电机2安装于壳体1部，包括定子21、转子22、磁环组件222和位置传感器组件31。

开关磁阻电机的定子和转子都是由矽钢片叠压而成，定子齿上嵌有绕组。开关磁阻电机每一相磁路的磁阻随定子与转子的相对角位置变化而变化，为使其正常工作，必须在转子转到适当位置时开通或者关断相应的绕组通电，保证转子转动过程中始终正确切换各相绕组通电。转子转动的相对位置是通过磁环组件和位置传感器组件检测的，位置传感器组件通常为霍尔板，通常需要将霍尔板与定子定位、磁环与转子定位，然后通过霍尔板检测磁环相对霍尔板转动的角度间接得到转子相对定子转动的角度。

具有位置传感器的开关磁阻角磨机需要额外增加磁环固定在转子上，且磁环上的极数需要和转子的极数合理的匹配，同时转子的齿槽位置与磁环的NS之间要很好的一一对应，否则会影响整机的控制精度，影响电机性能。

位置传感器的位置也不是任意的，需要与定子绕组的不同相的磁动势合成很好的一一对应。从工艺考虑，增加了位置传感器，增加了角磨安装工艺的复杂性，会导致一致性下降，同时增加角磨的工艺及材料成本。

位置传感器是一种对温度、湿度、粉尘等环境比较敏感的集成芯片，尤其是霍尔，在温度大于130°以上时，会对信号产生漂移，会导致位置信号的不准确，影响控制器对电机的控制。同时，由于电动工具（如角磨）特殊的工作环境，产生的粉尘及铁屑会吸附在磁环上，影响磁环的磁场分布，导致位置信号不准确，大量的粉尘及铁屑会破坏位置传感器，影响角磨的使用寿命。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种控制器及电动工具，无需安装磁环和位置传感器，使电动工具结构紧凑，缩减电动工具的体积，同时可避免灰尘导致位置传感器失效，从而可提高电动工具寿命。

为解决述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种控制器，包括电流检测反馈电路、电压检测重构电路、转子位置计算模块、主控制电路、驱动信号产生电路和驱动电路；控制器用于检测并计算开关磁阻电机的转子位置并控制开关磁阻电机的运转；

所述电压检测重构电路检测开关磁阻电机的相电压并输出给转子位置计算模块；电流检测反馈电路检测开关磁阻电机的相电流并输出给转子位置计算模块；转子位置计算模块接收电压检测重构电路反馈的电压值和电流检测反馈电路反馈的电流值，计算电路的电感，并将计算的电感输出给主控制电路，主控制电路接收转子位置计算模块的电感值，并与主控制电路内存储的电感及转子位置关系进行匹配，并发出信号给驱动信号产生电路，驱动信号产生电路输出相应的驱动信号给驱动电路，驱动电路控制开关磁阻电机的运转。

可选地，还包括调速及开关电路，调速及开关电路通过改变调试开关的输出电压，并将其输出给主控制电路，主控制电路输出相应的信号给驱动信号产生电路，驱动信号产生电路输出相应的驱动信号给驱动电路，驱动电路控制开关磁阻电机的运转，实现开关磁阻电机的调速。

可选地，还包括温度检测电路，用于检测驱动电路和开关磁阻电机内部的温度，并将结果输出给主控制电路，主控制电路内存储有温度保护值，当温度检测电路检测到温度大于温度保护值时，主控制电路输出相应的信号给驱动信号产生电路，驱动信号产生电路输出相应的驱动信号给驱动电路，驱动电路控制开关磁阻电机降功率运行或停止运行。

本实用新型还提供一种电动工具，包括上述控制器；还包括开关磁阻电机，所述开关磁阻电机包括定子和转子，所述转子插入定子中，所述转子可相对所述定子转动；所述转子包括转轴和转子铁芯，所述转子铁芯套装于所述转轴上。

可选地，还包括输入电源，所述输入电源为直流电源或交流电源。

可选地，所述直流电源安装于所述电动工具的尾部或者所述壳体的上面或者下面。

可选地，所述控制器安装于所述壳体内部或者壳体外部，所述控制器的一端与所述输入电源电性连接，另一端与所述开关磁阻电机电性连接。

可选地，当控制器安装于所述壳体外部，控制器可同时与N台电动工具同时连接，N为大于1的正整数。

可选地，所述壳体的后端设有多个进风口，所述壳体的前端设有多个出风口。

可选地，还包括风扇，所述风扇固定于所述转子的转轴上，所述风扇对应的壳体上设有出风口。

本实用新型采用的技术方案，具有如下有益效果：

本实用新型控制器内设有电流检测反馈电路、电压检测重构电路、转子位置计算模块、主控制电路、驱动信号产生电路和驱动电路，控制器可检测开关磁阻电机的转子位置并控制开关磁阻电机的运转，电动工具无需安装磁环和位置传感器，使电动工具结构紧凑，缩减电动工具的体积，同时可避免灰尘导致位置传感器失效，从而可提高电动工具寿命。

本实用新型的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

图1为现有技术电动工具结构示意图；

图2本实用新型控制器电路图；

图3本实用新型驱动电路的电路图；

图4本实用新型电流检测反馈电路的电路图；

图5本实用新型电动工具实施例一结构示意图；

图6本实用新型电动工具实施例二结构示意图；

图7本实用新型输入电源电路图；

图8本实用新型输入电源位置示意图一；

图9本实用新型输入电源位置示意图二。

图中，1、壳体，21、定子，22、转子，221、风扇，224、转轴，3、控制器，10、交流电源、11，12，13，出风口，15，16，17，进风口，30、直流电源。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。例如下述的“上”、“下”、“前”、“后”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型公开一种控制器，如图2示，控制器包括电流检测反馈电路、电压检测重构电路、转子位置计算模块、主控制电路、驱动信号产生电路和驱动电路；控制器用于检测并计算开关磁阻电机的转子位置并控制开关磁阻电机的运转。

所述电压检测重构电路检测开关磁阻电机的相电压并输出给转子位置计算模块；电流检测反馈电路检测开关磁阻电机的相电流并输出给转子位置计算模块；转子位置计算模块接收电压检测重构电路反馈的电压值和电流检测反馈电路反馈的电流值，计算电路的电感，并将计算的电感输出给主控制电路，主控制电路接收转子位置计算模块的电感值，并与主控制电路内存储的电感及转子位置关系进行匹配，并发出信号给驱动信号产生电路，驱动信号产生电路输出相应的驱动信号给驱动电路，驱动电路控制开关磁阻电机的运转。

开关磁阻电机包括定子21和转子22。转子22插入定子21中，所述转子22可相对所述定子21转动；所述转子22包括转轴224和转子铁芯，所述转子铁芯套装于所述转轴224上。开关磁阻电机的定子21和转子22都是由矽钢片叠压而成，定子齿上嵌有绕组。开关磁阻电机每一相磁路的磁阻随定子21与转子22的相对角位置变化而变化，为使其正常工作，必须在转子22转到适当位置时开通或者关断相应的绕组通电，保证转子22转动过程中始终正确切换各相绕组通电。

图3本实用新型驱动电路的电路图，驱动电路一般有MOS（IGBT）和续流二极管组成，组成的数量与连接方式主要与控制算法，电机相数相关，本实施例中以三相开关磁阻电机举例，图2中C1为电容，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、……QN为MOS或者IGBT管；D1、D2、D3、D4、D5、D6、……DN为续流二极管；PhaseA、PHaseB、PhaseC、……PhaseN为开关磁阻电机不同相绕组，每相绕组有两个输入端，输入端连接上桥管输出、输出端连接下桥管输入；UH、UL、VH、VL、WH、WL……为MOS管控制通断的控制信号输入端。

转子位置计算模块接收电压检测重构电路反馈的电压值和电流检测反馈电路反馈的电流值，计算电感值，并将计算的电感输出给主控制电路，主控制电路接收转子位置计算模块的电感值，并与主控制电路内存储的电感及转子位置关系进行匹配，并发出信号给驱动信号产生电路，驱动信号产生电路输出相应的驱动信号给驱动电路，驱动电路控制开关磁阻电机的运转；电感值计算公式如下：

δL=【 (Va-ia*R-e)/∆i 】*Tr

其中，δL为增量电感，Va为相电压，ia为相电流，R为相电阻，△i为两个不同时刻电流变化；Tr为电流变化△I的时间。

图4本实用新型电流检测反馈电路的电路图，图3中R1为采样电阻，R2，R3，R4，R5为高精度电阻，C1、C2、C3为电容。

控制器还包括调速及开关电路，调速及开关电路可实现开关磁阻电机的无极变速或者是多档转速，调速及开关电路通过改变调试开关的输出电压，并将其输出给主控制电路，主控制电路输出相应的信号给驱动信号产生电路，驱动信号产生电路输出相应的驱动信号给驱动电路，控制驱动电路中IGBT(MOS)的开断，驱动电路控制开关磁阻电机的运转，实现开关磁阻电机的调速。

控制器还包括温度检测电路，温度检测一般采用NTC热敏电阻，温度检测电路用于检测驱动电路和开关磁阻电机内部的温度，并将结果输出给主控制电路，主控制电路内存储有温度保护值，当温度检测电路检测到温度大于温度保护值时，主控制电路输出相应的信号给驱动信号产生电路，驱动信号产生电路输出相应的驱动信号给驱动电路，驱动电路控制开关磁阻电机降功率运行或停止运行。

本实用新型公开一种电动工具，如图5示，包括上述控制器3、开关磁阻电机、输入电源和壳体，控制器3安装于电动工具的壳体内部，控制器3的一端与所述输入电源电性连接，另一端与所述开关磁阻电机电性连接。

本实用新型还给出电动工具实施例二，如图6示，控制器3安装于电动工具壳体外部，控制器3可同时与N台电动工具同时连接，可实现一对多的控制，其中N为大于1的正整数。控制器3与电动工具分离，有效减少电动工具的重量，散热通风效果，可是提高维护性，可靠性及整机寿命，同时控制系统不受空间大小限制，易于实现智能控制，对电动工具工作时的各项数据，如负载，电流，转速等参数实现监控并时时上传实现在线监测。

输入电源为直流电源或交流电源。如图7示，当输入电源为交流电源10，输入电源中设有整流模块，用于将交流电压整流转化为直流电压；当输入电源为直流电源，采用如电池包等直流供电设备即可；当输入电源为直流电源和交流电源通用电源时，供电方式可以在两者之间进行切换。

如图8示，当输入电源采用直流电源30时，直流电源30安装于所述电动工具的尾部；如图9示，直流电源30也可以安装在电动工具的壳体的上面或者下面。

电动工具壳体的后端设有多个进风口15，16，17，所述壳体的前端设有多个出风口11，12，13。电动工具还包括风扇221，所述风扇221固定于所述转子22的转轴224上，所述风扇221对应的壳体上设有出风口12，13。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种控制器，其特征在于：包括电流检测反馈电路、电压检测重构电路、转子位置计算模块、主控制电路、驱动信号产生电路和驱动电路；控制器用于检测并计算开关磁阻电机的转子位置并控制开关磁阻电机的运转；

所述电压检测重构电路检测开关磁阻电机的相电压并输出给转子位置计算模块；电流检测反馈电路检测开关磁阻电机的相电流并输出给转子位置计算模块；转子位置计算模块接收电压检测重构电路反馈的电压值和电流检测反馈电路反馈的电流值，计算出电感值，并将计算的电感值输出给主控制电路，主控制电路接收转子位置计算模块的电感值，并与主控制电路内存储的电感及转子位置关系进行匹配，并发出信号给驱动信号产生电路，驱动信号产生电路输出相应的驱动信号给驱动电路，驱动电路控制开关磁阻电机的运转。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：还包括调速及开关电路，调速及开关电路通过改变调试开关的输出电压，并将其输出给主控制电路，主控制电路输出相应的信号给驱动信号产生电路，驱动信号产生电路输出相应的驱动信号给驱动电路，驱动电路控制开关磁阻电机的运转，实现开关磁阻电机的调速。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于：还包括温度检测电路，用于检测驱动电路和开关磁阻电机内部的温度，并将结果输出给主控制电路，主控制电路内存储有温度保护值，当温度检测电路检测到温度大于温度保护值时，主控制电路输出相应的信号给驱动信号产生电路，驱动信号产生电路输出相应的驱动信号给驱动电路，驱动电路控制开关磁阻电机降功率运行或停止运行。

4.一种电动工具，其特征在于：包括权利要求1至3任意一项所述的控制器；还包括开关磁阻电机，所述开关磁阻电机包括定子和转子，所述转子插入定子中，所述转子可相对所述定子转动；所述转子包括转轴和转子铁芯，所述转子铁芯套装于所述转轴上。

5.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于：还包括输入电源，所述输入电源为直流电源或交流电源。

6.根据权利要求5所述的电动工具，其特征在于：所述直流电源安装于所述电动工具的尾部或者所述电动工具壳体的上面或者下面。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于：所述控制器安装于所述电动工具壳体内部或者壳体外部，所述控制器的一端与所述输入电源电性连接，另一端与所述开关磁阻电机电性连接。

8.根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于：当控制器安装于所述电动工具壳体外部，控制器可同时与N台电动工具同时连接，N为大于1的正整数。

9.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于：所述电动工具壳体的后端设有多个进风口，所述壳体的前端设有多个出风口。

10.根据权利要求9所述的电动工具，其特征在于：还包括风扇，所述风扇固定于所述转子的转轴上，所述风扇对应的壳体上设有出风口。

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