DE202011002192U1

DE202011002192U1 - Motorsteuerungsvorrichtung, Elektrowerkzeug und Programm

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Publication number: DE202011002192U1
Application number: DE202011002192U
Authority: DE
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2021-02-02
Also published as: GB201101383D0; JP2011156629A; US8616299B2; GB2477413B; CN202309595U; GB2477413A; US20110186318A1

Abstract

Motorsteuerungsvorrichtung (11, 12, 13, 14) mit:
einer Zielwerteinstelleinheit (13), die dazu angepasst ist, einen Zielwert für eine Drehzahl eines Motors M1, der in ein Elektrowerkzeug (1) eingebaut ist, einzustellen;
einer Messeinheit (12, 141, S10), die dazu angepasst ist, die Drehzahl zu messen;
einer Abweichungsberechnungseinheit (141, S20), die dazu angepasst ist, eine Abweichung zwischen dem Zielwert, der durch die Zielwerteinstelleinheit (13) eingestellt wird, und einem gemessenen Wert für die Drehzahl, der durch die Messeinheit (12, 141, S10) gemessen wird, zu berechnen;
einer Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70), die dazu angepasst ist, eine Proportionalsteuerung der Drehzahl derart durchzuführen, dass die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit (141, S20) berechnet wird, Null wird;
einer Integralsteuerungseinheit (11, 141, S40, S70), die dazu angepasst ist, eine Integralsteuerung der Drehzahl derart durchzuführen, dass ein Integralwert, der durch Integrieren der Abweichung über die Zeit erhalten wird, Null wird; und
einer Deaktivierungseinheit...

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft das Steuern einer Drehzahl eines Motors für ein Elektrowerkzeug.
Bei einem Typ von herkömmlichen Elektrowerkzeugen mit einem darin eingebauten bürstenlosen Gleichstrommotor werden zum Drehen eines Rotors des Motors Drehpositionen des Rotors basierend auf einer elektromagnetischen Kraft, die in jeder einer Mehrzahl von in dem Motor enthaltenen Spulen induziert wird, detektiert. Dann wird eine Drehzahl des Motors basierend auf Änderungen der detektierten Drehpositionen berechnet. Die Drehzahl des Motors wird durch eine Proportional-Integral-(PI)-Steuerung derart gesteuert, dass die berechnete Drehzahl eine Zieldrehzahl erreicht.
Bei solch einem Elektrowerkzeug ist eine Detektionsgenauigkeit in Bezug auf die Drehpositionen eines Rotors niedrig, da die Drehpositionen des Rotors nicht direkt detektiert werden. Daher kann die berechnete Drehzahl schwanken, selbst wenn die tatsächliche Drehzahl des Motors auf der Zieldrehzahl stabilisiert worden ist. Dadurch, dass der Motor basierend auf einer schwankenden berechneten Drehzahl gesteuert wird, wird die Drehung des Motors instabil, wodurch ein Wechselbeanspruchungsgeräusch oder ein anderes lautes Geräusch von Zahnrädern, auf die von dem Motor eine Antriebskraft übertragen wird, verursacht werden kann.
Eine mögliche Lösung für dieses Problem ist in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung S61-094104 offenbart. Gemäß dem in dieser Veröffentlichung offenbarten Steuerungsverfahren wird eine Proportionalverstärkung lediglich dann erhöht, wenn eine Abweichung zwischen einer berechneten Drehzahl und einer Zieldrehzahl außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Bei einem Elektrowerkzeug, bei dem ein solches Steuerungsverfahren verwendet wird, wird, auch wenn sich die Drehzahl des Motors rasch ändert, wenn die Abweichung groß ist, beispielsweise unmittelbar nach einem Starten des Motors des Elektrowerkzeugs, eine Änderung der Drehzahl des Motors klein, wenn die Abweichung klein ist, beispielsweise, wenn sich die Drehzahl des Motors in der Nähe einer Zieldrehzahl befindet.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei dem vorher beschriebenen Steuerungsverfahren wird, wenn eine Abweichung klein ist, eine Änderung der Drehzahl eines Motors klein. Wenn jedoch eine berechnete Drehzahl schwankt, ändert sich ein Betriebswert für den Motor auf empfindliche Weise. Daher kann es schwierig sein, ein Wechselbeanspruchungsgeräusch oder ein anderes lautes Geräusch von Zahnrädern in ausreichendem Maße zu verhindern.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft vorzugsweise ein Verfahren, das einem Elektrowerkzeug ermöglicht, eine Folgefähigkeit der Drehzahl eines Motors in Bezug auf eine Zieldrehzahl sicherzustellen und die Drehzahl auf der Zieldrehzahl zu stabilisieren, selbst wenn gemessene Drehzahlwerte nicht stabil sind.
Eine Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Zielwerteinstelleinheit, eine Messeinheit, eine Abweichungsberechnungseinheit, eine Proportionalsteuerungseinheit, eine Integralsteuerungseinheit und eine Deaktivierungseinheit auf.
Bei dieser Motorsteuerungsvorrichtung arbeiten die jeweiligen Einheiten wie folgt: Die Zielwerteinstelleinheit stellt einen Zielwert für eine Drehzahl eines in ein Elektrowerkzeug eingebauten Motors ein; die Messeinheit misst die Drehzahl; die Abweichungsberechnungseinheit berechnet eine Abweichung zwischen dem Zielwert, der durch die Zielwerteinstelleinheit eingestellt wird, und einem gemessenen Wert für die Drehzahl, der durch die Messeinheit gemessen wird; die Proportionalsteuerungseinheit führt eine Proportionalsteuerung der Drehzahl derart durch, dass die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit berechnet wird, Null wird; die Integralsteuerungseinheit führt eine Integralsteuerung der Drehzahl derart durch, dass ein Integralwert, der durch Integrieren der Abweichung über die Zeit erhalten wird, Null wird; und die Deaktivierungseinheit deaktiviert die Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit durchgeführt wird, wenn die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit berechnet wird, ein Wert in einem vorbestimmten Bereich ist.
Bei dieser Motorsteuerungsvorrichtung wird, wenn eine berechnete Abweichung ein Wert in dem vorbestimmten Bereich ist, die Proportionalsteuerung deaktiviert, die Integralsteuerung wird jedoch aktiviert. Daher kann, selbst wenn gemessene Werte der Drehzahl schwanken, während die Abweichung ein Wert in dem vorbestimmten Bereich ist, eine empfindliche Schwankung eines Betriebswerts für den Motor verhindert werden, was wiederum verhindert, dass die Drehzahl instabil wird.
Wenn die Abweichung ein Wert außerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, werden sowohl die Proportionalsteuerung als auch die Integralsteuerung aktiviert. Daher kann die Folgefähigkeit der Drehzahl in Bezug auf die Zieldrehzahl sichergestellt werden. Wie vorher beschrieben, kann bei einem Elektrowerkzeug mit dieser eingebauten Motorsteuerungsvorrichtung die Folgefähigkeit der Drehzahl eines Motors in Bezug auf eine Zieldrehzahl sichergestellt werden, und die Drehzahl kann auf der Zieldrehzahl stabilisiert werden, selbst wenn gemessene Werte der Drehzahl nicht stabil sind.
Die Deaktivierungseinheit kann aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Bereichen, von denen jeder mindestens einem erwarteten Zielwert entspricht, den vorbestimmten Bereich, der dem Zielwert entspricht, der durch die Zielwerteinstelleinheit eingestellt wird, auswählen und die Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit durchgeführt wird, deaktivieren, wenn die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit berechnet wird, ein Wert in dem vorbestimmten Bereich ist.
In diesem Fall kann, wenn in Entsprechung zu erwarteten Zieldrehzahlen geeignete Bereiche vorbestimmt sind, die Proportionalsteuerung entsprechend der Zieldrehzahl ordnungsgemäß deaktiviert werden. Die Deaktivierungseinheit kann auf irgendeine Weise zum Deaktivieren der Proportionalsteuerung ausgebildet sein.
Beispielsweise kann die Deaktivierungseinheit zum Einstellen eines Betriebswerts der Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit durchgeführt wird, auf Null und Deaktivieren der Proportionalsteuerung ausgebildet sein. In dem Fall, in dem die Deaktivierungseinheit wie oben beschrieben ausgebildet ist, kann die Proportionalsteuerung zuverlässig deaktiviert werden.
Der Motor kann ein beliebiger Typ eines Elektromotors sein, bei dem ein Rotor des Motors durch zugeführte elektrische Leistung gedreht wird. Wenn beispielsweise der Motor ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Rotor und einer Mehrzahl von zum Drehen des Rotors vorgesehenen Spulen ist, kann die Messeinheit eine Einheit zum Detektieren einer induzierten elektromotorischen Kraft und eine Drehzahlberechnungseinheit enthalten.
In diesem Fall detektiert die Einheit zum Detektieren einer induzierten elektromagnetischen Kraft eine elektromagnetische Kraft, die in jeder der Mehrzahl von Spulen induziert wird, und die Drehzahlberechnungseinheit berechnet die Drehzahl basierend auf einem von der Einheit zum Detektieren einer induzierten elektromotorischen Kraft erhaltenen Detektionsresultat. Aufgrund solch einer Motorsteuerungsvorrichtung kann die Folgefähigkeit der Drehzahl in Bezug auf eine Zieldrehzahl sichergestellt werden, selbst wenn ein Motor oder ein Elektrowerkzeug nicht mit einem Sensor versehen ist, der direkt Drehpositionen eines Rotors detektiert, und die Drehzahl des Motors kann auf der Zieldrehzahl stabilisiert werden.
Ein Elektrowerkzeug gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält einen Motor, der einen Werkzeugteil antreibt, eine Zielwerteinstelleinheit, eine Messeinheit, eine Abweichungsberechnungseinheit, eine Proportionalsteuerungseinheit, eine Integralsteuerungseinheit und eine Deaktivierungseinheit. Bei solch einem Elektrowerkzeug arbeiten die jeweiligen Einheiten wie folgt: Die Zielwerteinstelleinheit stellt einen Zielwert für eine Drehzahl des Motors ein; die Messeinheit misst die Drehzahl; die Abweichungsberechnungseinheit berechnet eine Abweichung zwischen dem Zielwert, der durch die Zielwerteinstelleinheit eingestellt wird, und einem gemessenen Wert der Drehzahl, der durch die Messeinheit gemessen wird; die Proportionalsteuerungseinheit führt eine Proportionalsteuerung der Drehzahl derart durch, dass die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit berechnet wird, Null wird; die Integralsteuerungseinheit führt eine Integralsteuerung der Drehzahl derart durch, dass ein Integralwert, der durch Integrieren der Abweichung über die Zeit erhalten wird, Null wird; und die Deaktivierungseinheit deaktiviert die Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit durchgeführt wird, wenn die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit berechnet wird, ein Wert in einem vorbestimmten Bereich ist. Solch ein Elektrowerkzeug kann die gleiche Wirkung wie die Motorsteuerungsvorrichtung des ersten Aspekts aufweisen.
Ein Programm gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung veranlasst einen Computer dazu, einen Messschritt, einen Abweichungsberechnungsschritt, einen Proportionalsteuerungsschritt, einen Integralsteuerungsschritt und einen Deaktivierungsschritt durchzuführen. Der Computer misst in dem Messschritt eine Drehzahl eines in ein Elektrowerkzeug eingebauten Motors und berechnet in dem Abweichungsberechnungsschritt eine Abweichung zwischen einem Zielwert für die Drehzahl und einem gemessenen Wert der Drehzahl, der in dem Messschritt gemessen wird. Anschließend führt der Computer eine Proportionalsteuerung der Drehzahl in dem Proportionalsteuerungsschritt derart durch, dass die Abweichung, die in dem Abweichungsberechnungsschritt berechnet wird, Null wird, und führt in dem Integralsteuerungsschritt eine Integralsteuerung der Drehzahl derart durch, dass ein Integralwert, der durch Integrieren der Abweichung über die Zeit erhalten wird, Null wird. Wenn die Abweichung, die in dem Abweichungsberechnungsschritt berechnet wird, ein Wert in einem vorbestimmten Bereich ist, deaktiviert der Computer in dem Deaktivierungsschritt die Proportionalsteuerung in dem Proportionalsteuerungsschritt.
Aufgrund dieses Programms kann ein Computer als ein Teil der Motorsteuerungsvorrichtung des ersten Aspekts arbeiten. Es sei bemerkt, dass der vorher beschriebene Computer ein bekannter Computer oder ein Computer sein kann, der auf eine für ein Elektrowerkzeug geeignete Weise ausgebildet ist.
Das vorher beschriebene Programm kann in einem ROM oder einem Backup-RAM gespeichert sein, die in einem Computer enthalten sind, und für eine Verwendung aus dem ROM oder dem Backup-RAM in den Computer geladen werden. Alternativ kann das Programm über ein Netzwerk in einen Computer geladen und verwendet werden.
Ferner kann das vorher beschriebene Programm auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet sein und verwendet werden. Beispiele für solch ein Aufzeichnungsmedium umfassen eine flexible Platte (FD), eine magnetooptische Platte (MO), eine DVD, eine CD-ROM, eine Blue-Ray-Platte, eine HD-DVD, eine Festplatte, einen tragbaren Halbleiterspeicher (beispielsweise einen USB-Speicher, eine Speicherkarte usw.).
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben, in denen
1 eine perspektivische Darstellung ist, die ein äußeres Erscheinungsbild eines Elektrowerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ein Blockdiagramm ist, das eine elektrische Konfiguration des Elektrowerkzeugs zeigt,
3 ein Blockdiagramm ist, das ein Steuerungssystem des Elektrowerkzeugs zeigt,
4 ein Flussdiagramm ist, das einen Fluss eines Betriebswertberechnungsprozesses, der durch eine CPU des Elektrowerkzeugs durchgeführt wird, zeigt, und
5 eine graphische Darstellung ist, die ein Beispiel für eine Wirkung der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Wie in 1 gezeigt, ist ein Elektrowerkzeug 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als eine sogenannte Schlagbohrmaschine ausgebildet.
Genauer weist das Elektrowerkzeug 1 ein Motorgehäuse 2, ein Getriebegehäuse 3, das oberhalb des Motorgehäuses 2 angeordnet ist, ein Bohrfutter 4, das vor dem Getriebegehäuse 3 angeordnet ist, und einen Betätigungsteil 5, der hinter dem Getriebegehäuse 3 angeordnet ist, auf.
Das Motorgehäuse 2 enthält einen Antriebsmotor M1 (siehe 2), der eine Antriebskraft zum Drehantreiben des Bohrfutters 4 erzeugt. Das Getriebegehäuse 3 enthält ein (nicht gezeigtes) Getriebe, das die Antriebskraft des Antriebsmotors M1 auf das Bohrfutter 4 überträgt. Das Getriebegehäuse 3 ist ebenfalls mit einem Betriebsartänderungsschalter 6 für einen Benutzer des Elektrowerkzeugs 1 zum Schalten zwischen Drehbetriebsarten des Bohrfutters 4 (beispielsweise ein Drehbetrieb (Bohren), ein Schlagbetrieb (Hämmern) usw.) versehen.
Das Bohrfutter 4 ist an einem vorderen Ende desselben mit einem (nicht gezeigten) Befestigungsmechanismus versehen, an dem ein (nicht gezeigtes) Werkzeugbit lösbar befestigt werden kann. Zwischen dem Bohrfutter 4 und dem Getriebegehäuse 3 ist ein stangenförmiger Griffteil 7, der sich von dem Elektrowerkzeug 1 nach unten erstreckt, abnehmbar an dem Elektrowerkzeug 1 befestigt. Der Griffteil 7 ist auf solch eine Weise ausgebildet, dass der Benutzer den Griffteil 7 in einer Hand halten kann.
Der Betätigungsteil 5 ist auf solch eine Weise ausgebildet, dass der Benutzer den Betätigungsteil 5 in der anderen Hand halten kann. Auf der Vorderseite des Betätigungsteils 5 ist ein Ausleseschalter 8 für den Benutzer zum Antreiben/Stoppen des Antriebsmotors M1 vorgesehen. In dem oberen Teil des Betätigungsteils 5 ist ein Drehrichtungsänderungsschalter 9 zum Ändern der Drehrichtung (normale Drehung/Drehung in umgekehrter Richtung) des Antriebsmotors M1 vorgesehen. An dem unteren Endteil des Betätigungsteils 5 ist ein Batteriepack 10 abnehmbar an dem Elektrowerkzeug 1 angebracht.
Wie in 2 gezeigt, ist das Elektrowerkzeug 1 im Inneren desselben mit einer Batteriezelle 101, dem Antriebsmotor M1, einer Inverterschaltung 11, einer Positionsdetektierschaltung 12, einer Drehzahlanweisungsschaltung 13 und einer Steuerschaltung 14 versehen.
Die Batteriezelle 101, die in 2 als eine Zelle dargestellt ist, ist tatsächlich mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Zellen ausgebildet. Die Batteriezelle 101 ist über die Inverterschaltung 11 mit dem Antriebmotor M1 verbunden und ferner mit mindestens einer (nicht gezeigten) Konstantspannungsleistungsversorgungsschaltung verbunden. Die mindestens eine Konstantspannungsleistungsversorgungsschaltung versorgt die Inverterschaltung 11, die Positionsdetektierschaltung 12, die Drehzahlanweisungsschaltung 13 und die Steuerschaltung 14 mit Gleichstromleistung. Der Antriebsmotor M1 ist als ein bekannter bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Genauer ist der Antriebsmotor M1 mit einem Rotor RT mit einer Mehrzahl (beispielsweise zwei) von (nicht gezeigten) Permanentmagneten und drei Spulen U, V und W, die zum Drehen des Rotors RT vorgesehen sind, versehen. Jede der Spulen U, V und W ist an einem Ende derselben mit den anderen der Spulen verbunden (in Form einer Y-Verbindung). Das heißt, der Antriebsmotor M1 ist ein bürstenloser Dreiphasengleichstrommotor. Es sei bemerkt, dass, auch wenn der Rotor RT in 2 außerhalb der Spulen U, V und W dargestellt ist, die Zeichnung lediglich die elektrische Verbindung der Komponenten zeigt, und nicht den Aufbau bzw. die Anordnung derselben.
Der Antriebsmotor M1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Innenrotor, bei dem der Rotor RT so angeordnet ist, dass er von den Spulen U, V und W umgeben ist. Ferner ist der Antriebsmotor M1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein sogenannter sensorloser Motor ausgebildet und weist keinen Sensor (etwa ein Hall-Element) auf, der direkt Drehpositionen des Rotors RT detektiert.
Die Inverterschaltung 11 ist mit einer Schaltschaltung 111 und einer Antriebsschaltung 112 versehen. Die Schaltschaltung 111 ist zum Ein-/Ausschalten des Leistungsversorgungswegs von der Batteriezelle 101 zu den Spulen U, V und W in dem Antriebsmotor M1 ausgebildet.
Genauer gesagt weist die Schaltschaltung 111 sechs Schaltelemente Q1–Q6 auf, von denen jedes ein bekannter FET ist. Ein Paar der Schaltelemente Q1 und Q2, die miteinander in Reihe geschaltet sind, ein Paar der Schaltelemente Q3 und Q4, die miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein Paar der Schaltelemente Q5 und Q6, die miteinander in Reihe geschaltet sind, sind zwischen einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss der Batteriezelle 101 parallel geschaltet.
Das andere Ende der Spule U des Antriebsmotors M1, das nicht mit den anderen Spulen V und W verbunden ist, ist zwischen den Schaltelementen Q1 und Q2 angeschlossen. Das andere Ende der Spule V des Antriebsmotors M1, das nicht mit den anderen Spulen U und W verbunden ist, ist zwischen den Schaltelementen Q3 und Q4 angeschlossen. Das andere Ende der Spule W des Antriebsmotors M1, das nicht mit den anderen Spulen U und V verbunden ist, ist zwischen den Schaltelementen Q5 und Q6 angeschlossen.
Die Antriebsschaltung 112 ist zum Ausgeben von PWM-Signalen mit relativen Einschaltdauern, die von der Steuerschaltung 14 eingegebenen Betriebswertsignalen entsprechen, zu jeweiligen Steuerelektroden der Schaltelemente Q1–Q6 ausgebildet.
Die Positionsdetektierschaltung 12 ist so ausgebildet, dass sie, wenn der Rotor RT des Antriebsmotors M1 gedreht wird, basierend auf einer in jeder der Spulen U, V und W induzierten elektromotorischen Kraft eine Drehposition des Rotors RT detektiert und Drehpositionssignale, die die Drehposition angeben, zu der Steuerschaltung 14 ausgibt.
Die Drehzahlanweisungsschaltung 13 ist zum Ausgeben von Zieldrehzahlsignalen, die einen Zielwert für die Drehzahl (Zieldrehzahl) des Antriebsmotors M1 angeben und einem Betätigungsausmaß des Auslöseschalters 8 entsprechen, zu der Steuerschaltung 14 ausgebildet.
Die Steuerschaltung 14 ist als ein Mikrocomputer ausgebildet und weist mindestens eine CPU 141, ein ROM 142, ein RAM 143 und eine Eingabe/Ausgabe-(I/O)-Schnittstelle 144 auf. In der Steuerschaltung 14 führt die CPU 141 basierend auf verschiedenen Programmen, die in dem ROM 142 gespeichert sind, verschiedene Prozesse aus und steuert jeden Teil des Elektrowerkzeugs 1.
Mit den vorher beschriebenen Schaltungen ist in dem Elektrowerkzeug 1 ein in 3 gezeigtes Steuerungssystem implementiert. Wie in 3 gezeigt, wird in dem Steuerungssystem des Elektrowerkzeugs 1 ein Betriebswert u(t) an den Antriebsmotor M1 übergeben, der wie in der nachstehenden Formel (1) gezeigt durch Addieren eines Proportionalbetriebswerts, der proportional zu einer Abweichung zwischen der Zieldrehzahl und der Drehzahl des Antriebsmotors M1 ist, und eines Integralbetriebswerts, der durch Integrieren der Abweichung über die Zeit erhalten wird, erhalten wird.
wobei
u(t) ein Betriebswert ist,
e(t) eine Abweichung ist,
K_P eine Proportionalverstärkung ist,
K_I eine Integralverstärkung ist, und
u(0) ein Anfangswert für u(t) ist.
Im Folgenden wird der von der CPU 141 ausgeführte Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben.
Die CPU 141 wiederholt, wenn sie bei Empfangen von Leistung von der Batteriezelle 101 gestartet wird, die Ausführung eines in 4 gezeigten Betriebswertberechnungsprozesses. Wie in 4 gezeigt, berechnet die CPU 141 bei dem vorliegenden Prozess eine Drehzahl des Antriebsmotors M1 basierend auf den Drehpositionssignalen, die von der Positionsdetektierschaltung 12 eingegeben werden (S10), und berechnet die Abweichung e(t) zwischen der berechneten Drehzahl und der Zieldrehzahl, die von der Drehzahlanweisungsschaltung 13 eingegeben wird (S20).
Anschließend berechnet die CPU 141 basierend auf der berechneten Abweichung e(t) und der voreingestellten Proportionalverstärkung K_P einen Proportionalbetriebswert (S30), und berechnet basierend auf der berechneten Abweichung e(t) und der voreingestellten Integralverstärkung K_I einen Integralbetriebswert (S40).
Die CPU 141 bestimmt, ob die berechnete Abweichung e(t) ein Wert in einem vorbestimmten Bereich (Totbereich), in dem eine Proportionalsteuerung deaktiviert wird, ist oder nicht (S50). Es sei bemerkt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform in dem ROM 142 eine Mehrzahl von Totbereichen, von denen jeder einen unterschiedlichen geeigneten Bereich umfasst und mindestens einer erwarteten Zieldrehzahl entspricht, im Voraus gespeichert ist. Daher wählt die CPU 141 in S50 einen der Totbereiche, der der Zieldrehzahl, die von der Drehzahlanweisungsvorrichtung 13 eingegeben wird, entspricht, aus und bestimmt, ob die berechnete Abweichung e(t) ein Wert in dem ausgewählten Totbereich ist oder nicht.
Wenn die Abweichung e(t) ein Wert außerhalb des Totbereichs ist (S50: Nein), schreitet der Prozess direkt zu S70 fort, was im Folgenden erläutert wird. Wenn die berechnete Abweichung e(t) ein Wert in dem Totbereich ist (S50: Ja), wird der Proportionalbetriebswert auf Null gesetzt (K_P·e(t) = 0) (S60), und die Proportionalsteuerung wird deaktiviert. Anschließend wird durch Addieren des Proportionalbetriebswerts und des Integralbetriebswerts der Betriebswert u(t) berechnet (S70), und die vorher beschriebenen Betriebswertsignale, die den Betriebswert u(t) angeben, werden zu der Antriebsschaltung 112 ausgegeben. Dann ist der vorliegende Prozess abgeschlossen.
Die Wirkung des Prozesses zum Berechnen eines Betriebswerts ist in 5 gezeigt. Es sei bemerkt, dass in 5 die Zieldrehzahl des Antriebsmotors M1 auf 5000 U/min eingestellt ist, die anfängliche relative Einschaltdauer von PWM-Signalen auf 50% eingestellt ist, und die maximale und die minimale relative Einschaltdauer der PWM-Signale jeweils auf 75% und 25% eingestellt sind.
Wie in 5 gezeigt, ändert sich die relative Einschaltdauer der PWM-Signale aufgrund der Wirkung der Proportionalsteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform proportional, wenn die Abweichung e(t) ein Wert außerhalb des Totbereichs ist. Wenn die Abweichung e(t) ein Wert in dem Totbereich ist, wirkt die Proportionalsteuerung nicht, was durch eine dick gepunktete Line gezeigt ist, und die relative Einschaltdauer wird auf die anfängliche relative Einschaltdauer eingestellt.
Wie vorher beschrieben, wird bei dem Elektrowerkzeug 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn eine berechnete Abweichung e(t) ein Wert in einem Totbereich ist, der Betriebswert für die Proportionalsteuerung auf Null gesetzt, und es wird sichergestellt, dass die Proportionalsteuerung deaktiviert wird. Daher wird, selbst wenn die berechnete Drehzahl schwankt, während eine Abweichung e(t) ein Wert in einem Totbereich ist, verhindert, dass der Betriebswert u(t) für den Antriebsmotor M1 erheblich schwankt, was wiederum verhindert, dass die tatsächliche Drehzahl des Antriebsmotors M1 instabil ist.
Wenn eine berechnete Abweichung e(t) ein Wert außerhalb eines Totbereichs ist, wird die Proportionalsteuerung aktiviert, und somit wird die Folgefähigkeit der Drehzahl in Bezug auf die Zieldrehzahl sichergestellt. Somit wird in dem Elektrowerkzeug 1 die Folgefähigkeit der Drehzahl des Antriebsmotors M1 in Bezug auf die Zieldrehzahl sichergestellt, und die Drehzahl kann auf der Zieldrehzahl stabilisiert werden, selbst wenn eine berechnete Drehzahl nicht stabil ist.
Ferner ist bei dem Elektrowerkzeug 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Mehrzahl von Totbereichen voreingestellt, von denen jeder mindestens einer erwarteten Zieldrehzahl entspricht, und einer der Totbereiche, der einer eingegebenen Zieldrehzahl entspricht, wird ausgewählt. Daher kann die Proportionalsteuerung entsprechend der Zieldrehzahl auf geeignete Weise deaktiviert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Drehzahlanweisungsschaltung 13 ein Beispiel für die Zielwerteinstelleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Kombination aus der Positionsdetektierschaltung 12 und der CPU 141, die S10 in dem Betriebswertberechnungsprozess ausführt, ist ein Beispiel für die Messeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, die CPU 141, die S20 ausführt, ist ein Beispiel für die Abweichungsberechnungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Kombination aus der CPU 141, die S30 und S70 ausführt, und der Inverterschaltung 11 ist ein Beispiel für die Proportionalsteuerungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Kombination aus der CPU 141, die S40 und S70 ausführt, und der Inverterschaltung 11 ist ein Beispiel für die Integralsteuerungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, und die CPU 141, die S50 und S60 ausführt, ist ein Beispiel für die Deaktivierungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ferner ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Positionsdetektierschaltung 12 ein Beispiel für die Einheit zum Detektieren einer induzierten elektromotorischen Kraft gemäß der vorliegenden Erfindung, und die CPU 141, die S10 ausführt, ist ein Beispiel für die Drehzahlberechnungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Weiter ist bei der vorliegenden Ausführungsform S10 in dem Betriebswertberechnungsprozess ein Beispiel für den Messschritt gemäß der vorliegenden Erfindung, S20 ist ein Beispiel für den Abweichungsberechnungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Kombination aus S30 und S70 ist ein Beispiel für den Proportionalsteuerungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Kombination aus S40 und S70 ist ein Beispiel für den Integralsteuerungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung, und eine Kombination aus S50 und S60 ist ein Beispiel für den Deaktivierungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenngleich im Vorhergehenden eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorher beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann im technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise ausgeführt sein.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung bei einem anderen Elektrowerkzeug als einer Schlagbohrmaschine angewandt werden. Ferner kann der Antriebsmotor M1 als ein Gleichstrommotor mit Bürsten oder ein Wechselstrommotor ausgebildet sein. In diesem Fall muss die Antriebsschaltung so modifiziert werden, dass der Gleichstrommotor mit Bürsten oder der Wechselstrommotor angetrieben wird. Spezifische Modifikationen, die Fachleuten bekannt sind, sind daher hierin nicht erläutert.
Ferner können die Spulen U, V und W des Antriebsmotors M1 in Form einer Δ-Verbindung verbunden sein. Ferner kann der Antriebsmotor M1 als ein bürstenloser Zweiphasengleichstrommotor oder ein bürstenloser Gleichstrommotor mit vier oder mehr Phasenwicklungen ausgebildet sein.
Außerdem kann der Antriebsmotor M1 als ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Außenrotor ausgebildet sein, bei dem eine Mehrzahl von Spulen innerhalb eines Rotors angeordnet ist. Ferner kann der Antriebsmotor M1 mit einem Sensor (beispielsweise mit Hall-Elementen) versehen sein, der direkt Drehpositionen des Rotors RT des Antriebsmotor M1 detektiert.
Ferner können die Transistoren Q1–Q6 andere Schaltelemente als FETs sein (beispielsweise Bipolartransistoren etc.). Außerdem kann die Steuerschaltung 1 ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit), eine programmierbare Logikvorrichtung wie ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder eine diskrete Schaltung sein.
Außerdem kann das Programm für den Betriebswertberechnungsprozess für eine Verwendung auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet sein, das von der CPU 141 gelesen werden kann. Beispiele für ein solches Aufzeichnungsmedium umfassen eine flexible Platte (FD), eine magnetooptische Platte (MO), eine DVD, eine CD-ROM, eine Blue-Ray-Platte, eine HD-DVD, eine Festplatte und einen tragbaren Halbleiterspeicher (beispielsweise einen USB-Speicher, eine Speicherkarte usw.).
Ferner kann bei dem Elektrowerkzeug 1 eine Proportional-Integral-Ableitungs-(PID)-Steuerung verwendet werden. Außerdem kann, auch wenn bei dem Elektrowerkzeug 1 eine Mehrzahl von unterschiedlichen Totbereichen entsprechend verschiedenen Zieldrehzahlen eingestellt ist, alternativ lediglich ein Totbereich eingestellt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 61-094104 [0004]

Claims

Motorsteuerungsvorrichtung (11, 12, 13, 14) mit: einer Zielwerteinstelleinheit (13), die dazu angepasst ist, einen Zielwert für eine Drehzahl eines Motors M1, der in ein Elektrowerkzeug (1) eingebaut ist, einzustellen; einer Messeinheit (12, 141, S10), die dazu angepasst ist, die Drehzahl zu messen; einer Abweichungsberechnungseinheit (141, S20), die dazu angepasst ist, eine Abweichung zwischen dem Zielwert, der durch die Zielwerteinstelleinheit (13) eingestellt wird, und einem gemessenen Wert für die Drehzahl, der durch die Messeinheit (12, 141, S10) gemessen wird, zu berechnen; einer Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70), die dazu angepasst ist, eine Proportionalsteuerung der Drehzahl derart durchzuführen, dass die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit (141, S20) berechnet wird, Null wird; einer Integralsteuerungseinheit (11, 141, S40, S70), die dazu angepasst ist, eine Integralsteuerung der Drehzahl derart durchzuführen, dass ein Integralwert, der durch Integrieren der Abweichung über die Zeit erhalten wird, Null wird; und einer Deaktivierungseinheit (11, S50, S60), die dazu angepasst ist, die Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70) durchgeführt wird, zu deaktivieren, wenn die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit (141, S20) berechnet wird, ein Wert in einem vorbestimmten Bereich ist.
Motorsteuerungsvorrichtung (11, 12, 13, 14) nach Anspruch 1, bei der die Deaktivierungseinheit (141, S50, S60) dazu angepasst ist, aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Bereichen, von denen jeder mindestens einem erwarteten Zielwert entspricht, den vorbestimmten Bereich, der dem Zielwert entspricht, der durch die Zielwerteinstelleinheit (13) eingestellt wird, auszuwählen und die Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70) durchgeführt wird, zu deaktivieren, wenn die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit (141, S20) berechnet wird, ein Wert in dem vorbestimmten Bereich ist.
Motorsteuerungsvorrichtung (11, 12, 13, 14) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Deaktivierungseinheit (141, S50, S60) dazu angepasst ist, die Proportionalsteuerung durch Setzen eines Betriebswerts für die Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70) durchgeführt wird, auf Null zu deaktivieren.
Motorsteuerungsvorrichtung (11, 12, 13, 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Motor (M1) ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, der einen Rotor (RT) und eine Mehrzahl von Spulen (U, V, W), die zum Drehen des Rotors (RT) vorgesehen sind, aufweist, und bei der die Messeinheit (12, 141, S10) eine Einheit (12) zum Detektieren einer induzierten elektromotorischen Kraft, die dazu angepasst ist, eine elektromotorische Kraft, die in jeder der Mehrzahl von Spulen (U, V, W) induziert wird, zu detektieren, und eine Drehzahlberechnungseinheit (141, S10), die dazu angepasst ist, die Drehzahl basierend auf einem Detektionsresultat, das von der Einheit (12) zum Detektieren einer induzierten elektromotorischen Kraft erhalten wird, zu berechnen, aufweist.
Elektrowerkzeug (1) mit: einem Motor (M1), der dazu angepasst ist, einen Werkzeugteil anzutreiben; einer Zielwerteinstelleinheit (13), die dazu angepasst ist, einen Zielwert für eine Drehzahl des Motors (M1) einzustellen; einer Messeinheit (12, 141, S10), die dazu angepasst ist, die Drehzahl zu messen; einer Abweichungsberechnungseinheit (141, S20), die dazu angepasst ist, eine Abweichung zwischen dem Zielwert, der durch die Zielwerteinstelleinheit (13) eingestellt wird, und einem gemessenen Wert für die Drehzahl, der durch die Messeinheit (12, 141, S10) gemessen wird, zu berechnen; einer Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70), die dazu angepasst ist, eine Proportionalsteuerung der Drehzahl derart durchzuführen, dass die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit (141, S20) berechnet wird, Null wird; einer Integralsteuerungseinheit (11, 141, S40, S70), die dazu angepasst ist, eine Integralsteuerung der Drehzahl derart durchzuführen, dass ein Integralwert, der durch Integrieren der Abweichung über die Zeit erhalten wird, Null wird; und einer Deaktivierungseinheit (141, S50, S60), die dazu angepasst ist, die Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70) durchgeführt wird, zu deaktivieren, wenn die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit (141, S20) berechnet wird, ein Wert in einem vorbestimmten Bereich ist.
Elektrowerkzeug (1) nach Anspruch 5, bei dem die Deaktivierungseinheit (141, S50, S60) dazu angepasst ist, aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Bereichen, von denen jeder mindestens einem erwarteten Zielwert entspricht, den vorbestimmten Bereich, der dem Zielwert entspricht, der durch die Zielwerteinstelleinheit (13) eingestellt wird, auszuwählen und die Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70) durchgeführt wird, zu deaktivieren, wenn die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit (141, S20) berechnet wird, ein Wert in dem vorbestimmten Bereich ist.
Elektrowerkzeug (1) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Deaktivierungseinheit (141, S50, S60) dazu angepasst ist, die Proportionalsteuerung durch Setzen eines Betriebswerts für die Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70) durchgeführt wird, auf Null zu deaktivieren.
Elektrowerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Motor (M1) ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, der einen Rotor (RT) und eine Mehrzahl von Spulen (U, V, W), die zum Drehen des Rotors (RT) vorgesehen sind, aufweist, und bei dem die Messeinheit (12, 141, S10) eine Einheit (12) zum Detektieren einer induzierten elektromotorischen Kraft, die dazu angepasst ist, eine elektromotorische Kraft, die in jeder der Mehrzahl von Spulen (U, V, W) induziert wird, zu detektieren, und eine Drehzahlberechnungseinheit (141, S10), die dazu angepasst ist, die Drehzahl basierend auf einem Detektionsresultat, das von der Einheit (12) zum Detektieren einer induzierten elektromotorischen Kraft erhalten wird, zu berechnen, aufweist.
Programm, das computerausführbare Anweisungen enthält, die, wenn sie auf einem Computer (141) ausgeführt werden, bewirken, dass der Computer (141) die folgenden Schritte durchführt: einen Messschritt (S10), in dem eine Drehzahl eines Motors (M1), der in ein Elektrowerkzeug (1) eingebaut ist, gemessen wird; einen Abweichungsberechnungsschritt (S20), in dem eine Abweichung zwischen einem Zielwert für die Drehzahl und einem gemessenen Wert für die Drehzahl, der in dem Messschritt (S10) gemessen wird, berechnet wird; einen Proportionalsteuerungsschritt (S30, S70), in dem die Drehzahl gemäß einer Proportionalsteuerung derart gesteuert wird, dass die Abweichung, die in dem Abweichungsberechnungsschritt (S20) berechnet wird, Null wird; einen Integralsteuerungsschritt (S40, S70), in dem die Drehzahl gemäß einer Integralsteuerung derart gesteuert wird, dass ein Integralwert, der durch Integrieren der Abweichung über die Zeit erhalten wird, Null wird; und einen Deaktivierungsschritt (S50, S60), in dem die Proportionalsteuerung in dem Proportionalsteuerungsschritt (S30, S70) deaktiviert wird, wenn die Abweichung, die in dem Abweichungsberechnungsschritt (S20) berechnet wird, ein Wert in einem vorbestimmten Bereich ist.
Programm nach Anspruch 9, bei dem der Deaktivierungsschritt (S50, S60) das Auswählen des vorbestimmten Bereichs, der dem Zielwert entspricht, der durch die Zielwerteinstelleinheit (13) eingestellt wird, aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Bereichen, von denen jeder mindestens einem erwarteten Zielwert entspricht, und das Deaktivieren der Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70) durchgeführt wird, wenn die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinheit (141, S20) berechnet wird, ein Wert in dem vorbestimmten Bereich ist, beinhaltet.
Programm nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Deaktivierungsschritt (S50, S60) das Deaktivieren der Proportionalsteuerung durch Setzen eines Betriebswerts für die Proportionalsteuerung, die durch die Proportionalsteuerungseinheit (11, 141, S30, S70) durchgeführt wird, auf Null beinhaltet.
Programm nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem der Messschritt (S10) das Detektieren einer induzierten elektromotorischen Kraft, die in jeder einer Mehrzahl von Spulen (U, V, W) induziert wird, und das Berechnen der Drehzahl basierend auf einem Detektionsresultat beinhaltet.