CN219678341U - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电动工具，包括：电机，包括转子和多相定子铁芯；电源接口，至少具有正极接口和负极接口，用以接入电源；控制电路，连接在电源接口和电机之间，用于控制电机的运转；控制电路至少包括：连接在正极接口的第一电源线和连接在负极接口的第二电源线；驱动电路，包括多个开关元件，用于驱动电机运转；第一噪声抑制装置，设置为抑制电机侧的噪声；其中，定子铁芯通过第一噪声抑制装置连接至第一电源线。

Description

电动工具

技术领域

本实用新型涉及动力工具领域，具体涉及一种电动工具。

背景技术

电动工具中控制电机转动的控制电路一般包括具有多个开关元件的驱动电路，控制器能采用PWM控制信号控制驱动电路中的开关元件变换导通状态，以控制电机转动。若开关元件的导通和关断频率较高，电路中会存在较大的电磁噪声EMC，从而影响电动工具的工作性能。

发明内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种能消除电磁噪声的电动工具。

本申请采用如下的技术方案：

一种电动工具，包括：电机，包括转子和多相定子铁芯；电源接口，至少具有正极接口和负极接口，用以接入电源；控制电路，连接在所述电源接口和所述电机之间，用于控制所述电机的运转；所述控制电路至少包括：连接在所述正极接口的第一电源线和连接在所述负极接口的第二电源线；驱动电路，包括多个开关元件，用于驱动所述电机运转；第一噪声抑制装置，设置为抑制所述电机侧的噪声；其中，所述定子铁芯通过所述第一噪声抑制装置连接至所述第一电源线。

在一个实施例中，所述控制电路还包括：第二噪声抑制装置；所述第二噪声抑制装置的一端与所述第一噪声抑制装置的第一端电气连接，另一端接地。

在一个实施例中，所述第一噪声抑制装置包括第一电容，所述第二噪声抑制装置包括第二电容。

在一个实施例中，所述第一噪声抑制装置设置为抑制所述电机侧的共模噪声。

在一个实施例中，所述第二噪声抑制装置设置为抑制所述电机侧的差模噪声。

在一个实施例中，所述控制电路还包括：第三噪音抑制装置，所述第三噪音抑制装置一端连接在所述正极接口，另一端连接至所述定子铁芯。

在一个实施例中，所述控制电路还包括：第四噪音抑制装置，所述第四噪音抑制装置一端连接在所述负极接口，另一端连接至所述定子铁芯。

在一个实施例中，所述电机包括有刷电机。

在一个实施例中，所述电机包括无刷电机。

在一个实施例中，所述电源接口用于接入交流电源。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种电动工具的结构图；

图2是本申请实施例提供的一种电动工具的电路框图；

图3是本申请实施例提供的流过电机的电流与母线电压之间的关系示意图；

图4是本申请实施例提供的一种电动工具的电路框图；

图5a是本申请实施例提供的交流电信号的示意图；

图5b是本申请实施例提供的整流后母线电压的示意图；

图5c是本申请实施例提供的发送定位脉冲的示意图；

图6是本申请实施例提供的电动工具的工作曲线示意图。

实施方式

以下结合附图和具体实施例对本申请作具体的介绍。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本申请。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。

本领域技术人员应了解关于量或条件使用的相对用语(例如“约”、 “大约”、 “基本”等)包含所述值并具有由上下文表示的意义(例如，用语包括至少与测量相关的误差程度、与特定值相关的公差(例如制造、组装、使用)等)。相对用语还应被视为揭露由两个端点的绝对值界定的范围。例如，表示方式“由约2至约4”也公开“由2至4”的范围。

相对用语可表示加或减指示值的百分比(例如，1％、5％、10％或以上)。例如，对10％范围而言，“约20V”可表示18 V至22V的范围，且“约1％”可表示由0.9至1.1。相对用语的其他意义可由上下文了解，如四舍五入，因此例如“约20V”也可表示由19.5V至20.4V。

本申请的技术方案所适用的高压无刷类电动工具可以是打磨工具，例如砂光机、墙壁打磨机、抛光机、角磨等。或者电动工工具还可以为手持式动力工具，例如，钻、修枝机等。或者电动工具还可以是台型工具，例如，台锯、斜切锯、金属切割机、电木铣等等。或者，该电动工具还可以是手推式动力工具，例如，手推式割草机、手推式扫雪机。或者，电动工具还可以是骑乘式动力工具，例如，骑乘式割草机、骑乘式车辆、全地形车等。或者，电动工具还可以是机器人工具，例如，割草机器人、扫雪机器人等。在一些实施例中，该电动工具可以为电钻、电灯、电动车等。在一些实施例中，该电动工具还可以为园林工具，例如修枝机、吹风机、割草机、链锯等。或者，电动工具还可以为装潢工具，例如螺丝批、钉枪、圆锯、砂光机等。在一些实施例中，电动工具还可以为植被护理工具，例如打草机、割草机、修枝机、链锯等。或者，电动工具还可以为清洁工具，例如吹风机、扫雪机、清洗机等。或者，电动工具还可以为钻类工具，例如钻、螺丝批、扳手、电锤等。或者，电动工具还可以为锯类工具，例如往复锯、曲线锯、圆锯等。或者，电动工具还可以为其它工具，例如灯、风扇等。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申请的保护范围内。

在本申请实施例中，电动工具以角磨10为例，参考图1角磨10至少包括：壳体11、打磨盘12、护罩13、电机14、电源接口15。

壳体11，包括头壳111和机壳112。电机容纳与壳体11内，具体地，电机14固定至机壳112上。壳体21还形成有握持部，握持部供用户握持，当然，握持部可以作为独立的零件。

打磨盘12，用于实现打磨或切割功能。角磨10还包括护罩13，护罩13至少部分地覆盖在打磨盘12上以实现防护功能。打磨盘12作为角磨10的工具附件，安装于输出轴（未示出）上。输出轴用于安装或固定工具附件，对角磨10而言，输出轴用于安装上述打磨盘12。

电机14，容纳于所述壳体11内，可操作地与所述输出轴轴机械连接，用于驱动输出轴转动，进而驱动打磨盘12工作。具体而言，电机15包括转子、定子和电机轴，其中，转子与电机轴连接，用于驱动电机轴转动，电机轴可操作地与输出轴连接。在本实施例中，电机14可以是有刷电机，也可以是无刷电机，可以是交流电机，也可以是直流电机，可以是内转子电机，也可以是外转子电机，或者其他类型的电机，在此并不做限制。本实施例中，电机14可以是无感电机，不具有能检测转子位置的位置传感器。

电源接口15可以是图1所示的电源线，用于接入交流电源。例如，可以接入220V的交流市电。在其他实施例中，也可以采用电源转换装置将电池包提供的电能转换为交流电后为电动工具供电。

参考图2所示的电动工具的电路框图，驱动电机14的控制电路20至少包括驱动电路21，功率电路22，控制器23，在本实施例中控制电路20还可以包括整流电路24。

驱动电路21的输出端与电机14的定子绕组电性连接，用于将来自电源接口15接入的电流传递至定子绕组A、B、C以驱动电机14旋转。在一个实施例中，驱动电路21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14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，从而改变电源加载在电机14的定子绕组上的电流。在一个实施例中，驱动电路21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所示的电机14转动，驱动电路21具有多种驱动状态，不同驱动状态下，电机14的转速或者转向可以不同。本申请针对控制器23控制驱动电路21改变不同驱动状态的使电机14获得不同转速或者转向的过程不做详述。

在驱动电路21前端，即驱动电路21的输入端并联连接有滤波电容C，用于滤除控制电路20中的电磁噪声。

整流电路24电气连接在电源接口15的两端。在一个实施例中，整流电路24可以是由四个二极管组成的全波整流电路。

在整流电路24和滤波电容C之间电气连接有功率电路22。功率电路22能影响整个控制电路20的功率因数。一般，定子绕组的反电势会随着电机14转速的不同而不同，例如电机14转速高时，绕组反电势会高，电机转速低时，绕组反电势变低。因此，电动工具正常工作过程中，定子绕组的反电势会随着电机转速的不同而不同，从而在电动工具工作过程的一些时段母线电压可能高于定子反电势，而在另一些时段可能低于反电势。而在母线电压低于定子绕组反电势时，电源侧提供的电能是不能供给电机14使用的，即电机14中无电流流动。从而，整机工作的全时段中功率因数并不高。

为解决上述问题，功率电路22至少具有两种工作状态，功率电路22可以根据控制电路20中的电参数的变化切换不同的工作状态。在一种实施方式中，控制器23可以根据控制电路20的回路中的母线电压与定子绕组的反电势的关系，控制功率电路22切换工作状态。

在一个实施例中，控制器23可以在母线电压大于定子绕组反电势时，控制功率电路22工作于第一工作状态，并在母线电压小于或等于反电势时，控制功率电路22工作于第二工作状态。功率电路22在不同工作状态下对控制电路20的功率因数的影响可相同也可以不同。

一般，电动工具的负载与电机14的转速负相关，负载较大时，电机转速较低，反之较高。而转速低时，母线电压大于定子绕组反电势的时间较长，转速高时，母线电压小于等于定子绕组反电势的时间较长。在本实施例中，功率电路22工作于第一工作状态的时间与电动工具的负载的大小呈正相关，例如，负载大时，功率电路22工作于第一工作状态的时间较长，反之较短；而功率电路22工作于第二工作状态的时间与电动工具的负载的大小呈负相关，例如，负载大时，功率电路22工作于第二工作状态的时间较段，反之较长。

在一种实施方式中，功率电路22至少可以包括一个功率开关Q和一个电感L，功率开关Q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，功率开关Q的漏极或源极连接在控制电路20两端的母线上。电感L串联在控制电路20的一条母线上。

在本实施例中，控制器23可以包括检测单元（未示出），该检测单元能够检测母线电压或者定子绕组的反电势。控制器23在母线电压大于定子绕组的反电势时，控制功率开关Q断开，电源接口15接入的电能流经电感L后供给电机14运转，在这个过程中功率电路22工作在第一工作状态下。也就是说，在第一工作状态下，电机14的绕组中有电流流动，电机14能这正常运转。而在母线电压小于或等于定子绕组时，电源电流并不能流向电势更高的电机侧，因此若功率电路22不改变工作状态，则电机14中将无电流流过，从而控制电路20的功率因数会降低。也就是时候，若能在母线电压小于等于定子绕组的反电势的过程中，使电机14绕组中有电流流过，能够消耗电源提供的电能，则能够保证整机全工作时段内具有较高的功率因数。

控制器23可以在母线电压小于或等于绕组反电势时，控制功率开关Q以预设频率导通。在功率开关Q以预设频率导通的过程中，Q导通时电源电流为电感L充电，Q断开时电感L能向后端电机14放电，从而即使在母线电压小于或等于后端绕组反电势的情况下，电源电流也能在电机绕组中流动，以得到有效利用。对比图3所示的流过电机绕组的电流i和母线电压v之间关系可知，在电动工具工作过程中，母线电压大于绕组反电势u的区域内电流随母线电压的变化而变化，在母线电压小于等于反电势的区域内电流也随母线电压的变化趋势而变化。换句话说，在母线电压大于反电势以及母线电压小于或等于反电势的区域内，电机中均有消耗电流，电源提供的电能得到了有效利用，从而保证了整机具有较高的功率因数。

在一个实施例中，功率电路22中功率开关Q在母线电压小于等于反电势的过程中，一个周期的导通时间内电感L能被充电至非饱和状态，也就是说，一个导通周期中功率开关Q的导通时间需要保证电感L不能充电至饱和状态。以避免，电感L充电至饱和后，母线电流过大烧坏控制电路20中的开关元件。

在一个实施例中，功率开关Q的导通频率也可以与电感L的电感量或者感抗等相关，可以根据电感L的电参数设置功率开关Q的导通频率。

在本实施例中，在壳体11内设有电路板16。电路板16上设有各种电子元件。在本实施例中，电路板16上设有用于驱动电机14的控制电路30。控制电路30如图4所示，至少包括驱动电路31，第一噪声抑制装置32，第二噪声抑制装置33，控制器34，以及整流电路35。其中，驱动电路31，整流电路35的电路结构与图2所示实施例中的一致，控制器34对驱动电路的控制方式也与上述实施例中的一致，此处不再赘述。

在本实施例中，电源接口15的输出端依次并联连接有整流电路35，第二噪声抑制装置33和驱动电路32。在驱动电路31前端，即驱动电路31的输入端并联连接有第二噪声抑制装置33，用于滤除控制电路30中的电磁噪声。在本实施例中，第二噪声抑制装置33可以是降噪电容，本申请对降噪电容的类型或型号等不做具体限定。

为了加强对电机14侧EMC噪声的抑制效果，还可以设置第一噪声抑制装置32。在本实施例中，定义与电源接口15的正极接口151连接的电源线为第一电源线171，与电源接口15的负极接口152连接的电源线为第二电源线172。也可以称第一电源线171为正极线，第二电源线172为地线。第二噪声抑制装置33的两端分别连接在整流电路35后端的第一电源线171和第二电源线172上。第一噪声抑制装置32一端与定子铁芯连接，另一端连接至整流电路35后端的第一电源线171。也就是说，电机14的定子铁芯通过第一噪声抑制装置32连接至第一电源线171。由图4可知，第一噪声抑制装置32的一端连接至定子铁芯，另一端与第二噪声抑制装置33连接，并通过第二噪声抑制装置33接地，从而通过两个噪声抑制装置可以消除控制电路30中的共模噪声和差模噪声，达到更好的噪声抑制效果。

参考图4，控制电路30还可以包括第三噪声抑制装置36，或者还可以包括第四噪声抑制装置37。其中，第三噪声抑制装置36一端与定子铁芯电气连接，另一端连接至整流电路35前端的第一电源线171。第四噪声抑制装置37一端与定子铁芯电气连接，另一端连接至整流电路35前端的第二电源线172。

在本实施例中，以电流从电源接口15流出的方向定义前端和后端，距离电源接口进的连接点称为前端，距离电源接口远的节点称为后端。在一个实施例中，前端可以理解为电路模块或电子元件的输入端的节点或者输入端之前的节点，后端可以理解为电路模块或电子元件的输出端的节点或者输出端后面的节点。例如，整流电路35的前端就是整流电路35的输入端之前的节点，也可以理解为电源接口15的输出端的节点。

在本实施例中，控制电路30中至少包括第一噪声抑制装置32。第一噪声抑制装置32、第二噪声抑制装置33、第三噪声抑制装置36、第四噪声抑制装置37可以是相同类型的电容，也可以是不同类型的电容。在其他实施例中，控制电路30可以包括第一噪声抑制装置32。第一噪声抑制装置32、第二噪声抑制装置33、第三噪声抑制装置36、第四噪声抑制装置37中的至少一个。

在本实施例中，电源接口15接入的交流电源能够持续输出如图5a所示的具有一定频率或周期的交流电信号。经整流电路24整流后可以得到图5b所示的周期性电信号，也就是控制电路20中整流后的母线电压的波形图。为了检测电机的转子位置，控制器23可以发送定位脉冲。由于转子位置的不同，每次发送定位脉冲后，母线电压受到定位脉冲的影响会有一定的突变，母线电压的突变程度可以反映转子位置，从而根据控制器23可以通过发送定位脉冲识别电机的转子位置。然而，由图5b可知整流后的母线电压是周期性的馒头波，若控制器23两次发送定位脉冲的时刻分别处于母线电压的上升阶段，以及母线电压的波峰位置，则两次定位脉冲对应的母线电压具有较大的波动，从而会影响转子位置检测的准确性。

因此，为了保证转子位置检测的准确性，控制器23需要控制好发送定位脉冲的时刻或者每次发送定位脉冲的时间间隔。以保证每次发送定位脉冲时的母线电压基本一致或者说在一定的误差范围内一致。

在本实施例中，控制电路20还可以包括参数检测模块25，能够检测电源信号的信息，例如可以检测电源信号的信号发送周期或者信号发送频率或者信号发送周期的平均值等。在一个实施例中，控制器23也可以包括参数检测模块25或者说控制器23可以直接检测电源信号的信息。在一种实施方式中，控制器23或者参数检测模块25对交流电源信号的周期或频率进行检测时，可以在上电后识别信号的过零点，并计算两个过零点之间的时间间隔，该时间间隔可以作为信号的发送周期T。在一种实现方式中，控制器23也可以计算出多个周期T之后获取周期的平均值。

在一种实施方式中，如图5b所示控制器23可以记录首次发送定位脉冲的时刻为t0，进而可以根据信号发送周期T和首次发送定位脉冲的时刻t0确定下次发送定位脉冲的时刻为t0+T，以及之后的每次定位脉冲发送可以增加一个时间T。

由图5b可知，由首次发送定位脉冲的时刻t0和周期T所确定的脉冲发送周期也是周期性的。由于每个馒头波形中存在两个时刻的母线电压基本一致，以波峰为对称轴，上升波和下降波基本是对称。图5c母线电压波形与假设的基准线的交点处的母线电压幅值均基本一致，即t1时刻、t2时刻、t3时刻和t4时刻对应的母线电压基本一致。其中，基准线可以是一条与电压波形图中的横坐标平行的线。可以理解的，t1时刻和t3时刻间隔一个周期T，t2时刻和t4时刻间隔一个周期T，而t1时刻和t2时刻之间的时间间隔小于T，t2时刻和t3时刻之间的时间间隔也小于T。若控制器23标记的首次发送定位脉冲的时刻为t1，则周期性确定的发送定位脉冲的时刻不包括t2时刻和t4时刻。

在一个实施例中，控制器23可以标记首次发送定位脉冲的第一时刻，并识别该第一时刻所在的信号发送周期的过零点时刻，进而根据上述第一时刻、过零点时刻以及信号发送周期确定发送至少一个定位脉冲的时刻。以图5c为例，假设首次发送定位脉冲的时刻为t1，在该时刻所在的信号发送周期内由两个过零点t11和t12，两个过零点之间的时刻为t13。那么，继首次发送定位脉冲的第一时刻t1之后的下一个发送定位脉冲的时刻t2可由第一时刻t1、T和一个过零点t11确定。在本实施方式中，t2=T-t1+t11，再下一个定位脉冲发送时刻t3=t1+T，再下一个定位脉冲发送时刻t4=t2+T=2T-t1+t11。当然也可以借助过零点t12计算t1之后的定位脉冲发送时刻，此处不再详述。

通过结合交流电信号周期的特殊性，可以定位每次发送定位脉冲时的母线电压基本一致，从而保证了电机转子位置检测的准确性。

在一个实施例中，控制器23可以选择母线电压的上升沿或者下降沿首次发送定位脉冲。

在一个实施例中，控制电路20控制电机14启动到刹车过程的时间转速曲线如图6所示，横轴代表电动工具从启动到刹车的工作时间，纵轴表示电机的转速。在本实施例中，从点A到B为电动工具启动运行阶段，A电为工具的启动时刻，从B到C为电机恒速运转时段，在时刻C检测到刹车信号，从时刻C到F完成整个刹车过程。定义从时刻A到B整个启动过程中任意一个时段的启动曲线斜率为K11，启动整个过程的启动曲线斜率为K1，时刻C到F整个刹车过程曲线斜率为K2，任意时段的刹车曲线的斜率为K21，则K2小于K1，且K2小于K11，K21小于K1，K21小于K11。在电动工具以上述刹车曲线刹车时，在保证刹车时间段的基础上行保证了刹车的安全性，例如可以避免角磨的刹车片脱离。

在一个实施例中，图6所示的刹车过程可以分为从C时刻到D时刻的第一降速驱动阶段，从D时刻到E时刻的第二降速驱动阶段，以及从E时刻到F时刻的硬刹阶段。在保证上述刹车曲线的斜率与启动曲线的斜率的关系的基础上，本实施例对每个阶段的控制方式不做限定。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请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申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请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申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请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，包括转子和多相定子铁芯；

电源接口，至少具有正极接口和负极接口，用以接入电源；

控制电路，连接在所述电源接口和所述电机之间，用于控制所述电机的运转；

所述控制电路至少包括：

连接在所述正极接口的第一电源线和连接在所述负极接口的第二电源线；

驱动电路，包括多个开关元件，用于驱动所述电机运转；

第一噪声抑制装置，设置为抑制所述电机侧的噪声；

其特征在于，所述定子铁芯通过所述第一噪声抑制装置连接至所述第一电源线。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述控制电路还包括：第二噪声抑制装置；所述第二噪声抑制装置的一端与所述第一噪声抑制装置的第一端电气连接，另一端接地。

3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，所述第一噪声抑制装置包括第一电容，所述第二噪声抑制装置包括第二电容。

4.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，所述第一噪声抑制装置设置为抑制所述电机侧的共模噪声。

5.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，所述第二噪声抑制装置设置为抑制所述电机侧的差模噪声。

6.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述控制电路还包括：第三噪音抑制装置，所述第三噪音抑制装置一端连接在所述正极接口，另一端连接至所述定子铁芯。

7.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述控制电路还包括：第四噪音抑制装置，所述第四噪音抑制装置一端连接在所述负极接口，另一端连接至所述定子铁芯。

8.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述电机包括有刷电机。

9.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述电机包括无刷电机。

10.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述电源接口用于接入交流电源。