CN110771030B - 电动工具的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是用于使用了电池和DC无刷电动机的电动工具的控制装置，该装置具备：电流检测部，其检测在所述DC无刷电动机中流动的瞬时电流；电流计算部，其计算由所述电流检测部检测出的电流的平均值或有效值；电流控制部，其将所述电流计算部的结果作为检测值来利用；速度控制部，其生成所述电流控制部的目标值，其中，在所述速度控制部的输出级具备限制所述电流控制部的目标值的限制器。

Description

电动工具的控制装置
技术领域
本公开涉及一种例如使用了DC(直流)无刷电动机的电动工具的控制装置及控制方法以及电动工具。
背景技术
近年，在电动工具中大多使用DC无刷电动机。
该DC无刷电动机与以往的DC电动机相比较，不需要更换电刷而寿命长，但是使用了开关元件来替代电刷，需要保护电池和开关元件这两方免受在电动机堵转时或过载时等流过的大电流的影响。
作为该问题的解决方法的一例，在专利文献1中，提出了以下的一种方法：在一个电流检测电路中设置截止频率不同的两个滤波器，来保护电池(平均电流)和开关元件(瞬时电流)这两方。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5814065号公报
专利文献2：日本特开平4-368490号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1的方法中，即使能够进行电池和开关元件的过电流保护，但是不涉及电动工具本身的控制性改善。另外，从电动工具的使用持续性的观点出发，重要的是在探测过电流之前的阶段进行避免达到过电流的控制。
本公开的目的在于解决以上的问题点，并提供一种能够在探测过电流之前的阶段进行避免达到过电流的控制的电动工具的控制装置及控制方法以及电动工具。
用于解决问题的方案
本公开的第一方式所涉及的电动工具的控制装置是用于使用了电池和DC无刷电动机的电动工具的控制装置，该控制装置具备：
电流检测部，其检测在所述DC无刷电动机中流动的瞬时电流；
电流计算部，其计算由所述电流检测部检测出的电流的平均值或有效值；
电流控制部，其将所述电流计算部的结果作为检测值来利用；以及
速度控制部，其生成所述电流控制部的目标值，
其中，在所述速度控制部的输出级具备限制所述电流控制部的目标值的限制器。
本公开的第二方式所涉及的电动工具的控制方法是用于使用了电池和DC无刷电动机的电动工具的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
电流检测步骤，检测在所述DC无刷电动机中流动的瞬时电流；
电流计算步骤，计算由所述电流检测部检测出的电流的平均值或有效值；
电流控制步骤，将所述电流计算步骤的结果作为检测值来利用；
速度控制步骤，生成所述电流控制步骤的目标值；以及
设置于所述速度控制步骤的输出级的限制器限制所述电流控制步骤的目标值。
本公开的第三方式所涉及的电动工具为使用了电池和DC无刷电动机的电动工具，
具备所述电动工具的控制装置。
发明的效果
根据本公开的控制装置和控制方法等，能够通过一个电流检测部来进行电池、开关元件以及电路的过电流保护，并且由于在进行过电流保护动作之前电流控制的限制器就进行工作，因此能够事先预防过电流。另外，除此以外，将电流控制部设为速度控制部的局部回路(minor loop)，由此能够实现电动工具整体的控制性能的提高，并且在探测过电流之前的阶段进行避免达到过电流的控制。
附图说明
图1是示出本公开的一个实施方式所涉及的电动工具的结构例的框图。
具体实施方式
图1是示出本公开的一个实施方式所涉及的电动工具的结构例的框图。在图1中，实施方式所涉及的电动工具例如构成为具备DC无刷电动机(以下称为电动机)1、PWM逆变器电路2、齿轮3、卡盘4、可充电电池5、电容器6、电流检测电阻7以及电动机控制装置10。在此，电动机控制装置10构成为具备电流检测部11、电流计算部12、过电流检测部51、速度控制部52、电流控制部53以及栅极(gate)控制部20。
本实施方式所涉及的电动机控制装置10的特征在于，在检测供给到PWM逆变器电路2的电流的瞬时电流和平均电流来进行开关元件、电路以及电池的保护的同时，控制该检测出的平均电流，通过在作为该电流控制器的速度控制部52的输出级设置限制平均电流的目标值的电流限制器24，来事先预防过电流。另外，除此以外，速度控制部52配置于电流控制部53的附近，通过将电流控制设为速度控制的局部回路，使电动工具的速度控制的速度响应度和稳定度提高。
在图1中，来自可充电电池5的DC电压经由电容器6和电流检测电阻7供给到PWM逆变器电路2。PWM逆变器电路2以来自栅极控制部20的6个栅极驱动信号G1～G6对被供给的DC电压进行调制，将该DC电压变换为交流电压并向电动机1输出。在此，电动机1的旋转经由齿轮3传递至电动工具的卡盘4。栅极控制部20基于来自设置于电动机1的霍尔元件41～43的电动机旋转位置信号、来自电流控制部53的PWM信号以及来自过电流检测部51的栅极阻塞(gateblock)信号，来生成速度检测值和栅极驱动信号G1～G6。
由电流检测电阻7检测出的电压被输出到电流检测部11，电流检测部11将该电压变换为对应的电流值并向比较器13的非反相输入端子和电流计算部12输出。在电流计算部12中，例如，使用加法器在规定期间内将该电流值相加，计算其平均值，并向减法器25输出。此外，电流计算部12也可以计算规定期间的电流有效值等来替代规定期间的电流平均值。
过电流检测部51构成为具备比较器13和最大电流信号生成器14。比较器13对来自电流检测部11的瞬时电流信号与来自最大电流信号生成器14的表示最大电流值的最大电流信号进行比较，根据该比较结果来产生栅极阻塞信号，并将该栅极阻塞信号向栅极控制部20输出。在瞬时电流超过最大电流值的情况下，栅极控制部20马上停止PWM逆变器电路2的驱动，从而保护开关元件。
速度控制部52构成为具备绝对值运算器30、速度目标值生成器21、减法器22、针对电动机速度进行比例积分控制的PI控制器23以及电流限制器24。绝对值运算器30运算来自栅极控制部20的速度检测值的绝对值并向减法器22输出。减法器22从来自速度目标值生成器21的速度目标值减去速度检测值的绝对值，并将该相减结果向PI控制器23输出。PI控制器23基于被输入的相减结果，针对电动机速度进行比例积分控制，将用于进行该控制的电流目标值经由电流限制器24向减法器25输出。在此，电流限制器24将与速度目标值相对应的电流目标值限制在规定值以内，由此事先预防过电流，从而保护电路和电池。
电流控制部53构成为具备减法器25、PI控制器26、限制器27、比较器28以及三角波生成器29。减法器25通过从表示电流目标值的电流目标值信号减去来自电流计算部12的平均电流信号，来将作为相减结果的电流控制值的信号向PI控制器26输出。PI控制器26针对电流控制值进行比例积分控制，将该控制信号经由限制器27向比较器28的非反相输入端子输出。在此，限制器27将比较器28输出的PWM信号的振幅值控制在规定值以内。比较器28通过将来自限制器27的控制信号和来自三角波生成器29的三角波进行比较，来产生用于通过PWM调制驱动电动机1的PWM信号并向栅极控制部20输出。
栅极控制部20基于PWM信号和栅极阻塞信号，来产生6个栅极驱动信号G1～G6并向PWM逆变器电路2输出，由此控制PWM逆变器电路2的动作。
在如以上那样构成的实施方式所涉及的电动工具的控制装置10中，能够利用一个电流检测部11来进行PWM逆变器电路2内的开关元件、电路以及电池5的过电流保护。除此以外，由于在进行过电流保护动作之前用于电流控制的电流限制器24就进行工作，因此能够事先预防过电流。另外，除此以外，从速度控制部52对产生PWM信号的电流控制部53提供电流目标值来形成速度控制部52的局部回路，由此具有实现电动工具本身的控制性能提高这样的特有的效果。
在以上的实施方式中，例如对钻孔机的旋转式电动工具进行了说明，但是本公开不限于此，也能够应用于冲击式电动工具。
在以上的实施方式中，具备作为二次电池的可充电电池5，但是本公开不限于此，也可以是一次电池等其它种类的电池。
在以上的实施方式中，电动机控制装置10既可以由硬件构成主体，也可以由软件构成主体。
附图标记说明
1：电动机；2：PWM逆变器电路；3：齿轮；4：卡盘；5：可充电电池；6：电容器；7：电流检测电阻；10：电动机控制装置；11：电流检测部；12：电流计算部；13：比较器；14：最大电流信号生成器；20：栅极控制部；21：速度目标值生成器；22：减法器；23：PI控制器；24：电流限制器；25：减法器；26：PI控制器；27：限制器；28：比较器；29：三角波生成器；30：绝对值运算器；41～43：霍尔元件；51：过电流检测部；52：速度控制部；53：电流控制部。

Claims (3)

1.一种电动工具的控制装置，用于使用了电池和直流无刷电动机的电动工具，该电动工具的控制装置的特征在于，具备：
电流检测部，其检测在所述直流无刷电动机中流动的瞬时电流；
PWM逆变器电路，其按照规定的驱动信号对来自所述电池的直流电压进行PWM调制来将该直流电压变换为交流电压并向所述直流无刷电动机输出；
过电流检测部，其将由所述电流检测部检测出的瞬时电流与规定的最大电流值进行比较，根据该比较的结果来产生栅极阻塞信号；
电流计算部，其计算由所述电流检测部检测出的电流的平均值或有效值；
电流控制部，其利用所述电流计算部的结果作为检测值来产生PWM信号；
栅极控制部，其基于所述栅极阻塞信号和所述PWM信号来产生所述驱动信号，并且产生速度检测值；以及
速度控制部，其基于所述速度检测值的绝对值和规定的速度目标值来生成电流目标值，
其中，所述速度控制部具备：
第一减法器，其从所述速度目标值减去所述速度检测值的绝对值；
第一PI控制器，其针对所述第一减法器的相减结果进行第一比例积分控制处理，生成电流目标值；以及
第一限制器，其将由所述第一PI控制器生成的电流目标控制值限制在规定值以内，来生成所述电流目标值，
所述电流控制部具备：
第二减法器，其从所述电流目标值减去由所述电流计算部计算出的电流的平均值或有效值；
第二PI控制器，其针对所述第二减法器的相减结果的电流控制值进行第二比例积分控制处理，生成控制信号；
第二限制器，其基于由所述第二PI控制器生成的控制信号，来将与所述速度目标值对应的电流目标值限制在规定值以内并输出限制后的控制信号；以及
比较器，其通过将所述限制后的控制信号与规定的三角波进行比较来产生用于通过PWM调制驱动所述直流无刷电动机的PWM信号。
2.一种电动工具的控制方法，用于使用了电池和直流无刷电动机的电动工具的控制装置，所述电动工具的控制装置具备：
电流检测部，其检测在所述直流无刷电动机中流动的瞬时电流；
PWM逆变器电路，其按照规定的驱动信号对来自所述电池的直流电压进行PWM调制来将该直流电压变换为交流电压并向所述直流无刷电动机输出；以及
过电流检测部，其将由所述电流检测部检测出的瞬时电流与规定的最大电流值进行比较，根据该比较的结果来产生栅极阻塞信号，
所述控制方法的特征在于，包括以下步骤：
电流计算步骤，计算检测出的所述电流的平均值或有效值；
电流控制步骤，利用所述电流计算步骤的结果作为检测值来产生PWM信号；
栅极控制步骤，基于所述栅极阻塞信号和所述PWM信号来产生所述驱动信号，并且产生速度检测值；以及
速度控制步骤，基于所述速度检测值的绝对值和规定的速度目标值来生成电流目标值，
所述速度控制步骤包括以下动作：
第一减法器从所述速度目标值减去所述速度检测值的绝对值；
针对所述第一减法器的相减结果进行第一比例积分控制处理，生成电流目标值；以及
将通过所述第一比例积分控制处理生成的电流目标控制值限制在规定值以内，来生成所述电流目标值，
所述电流控制步骤包括以下动作：
第二减法器从所述电流目标值减去由所述电流计算步骤计算出的电流的平均值或有效值；
针对所述第二减法器的相减结果的电流控制值进行第二比例积分控制处理，生成控制信号；
基于通过所述第二比例积分控制处理生成的控制信号，来将与所述速度目标值对应的电流目标值限制在规定值以内并输出限制后的控制信号；以及
通过将所述限制后的控制信号与规定的三角波进行比较来产生用于通过PWM调制驱动所述直流无刷电动机的PWM信号。
3.一种电动工具，其使用了电池和直流无刷电动机，该电动工具的特征在于，
具备根据权利要求1所述的电动工具的控制装置。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3731404A1 (en) * 2019-04-25 2020-10-28 Black & Decker Inc. Sensorless variable conduction control for brushless motor
WO2021118871A1 (en) * 2019-12-10 2021-06-17 Milwaukee Electric Tool Corporation Selectable current limiting for power tool
US11929698B2 (en) * 2021-03-23 2024-03-12 Snap-On Incorporated Short circuit protection for a BLDC motor
CN113938059B (zh) * 2021-09-15 2022-11-15 荣耀终端有限公司 无刷电机的驱动控制装置及相关设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101145754A (zh) * 2006-09-11 2008-03-19 三洋电机株式会社 电流检测单元及电动机控制装置
CN101192808A (zh) * 2006-11-30 2008-06-04 株式会社电装 使用磁通量相关参数来控制电机的***和方法
JP2008196392A (ja) * 2007-02-13 2008-08-28 Ihi Corp モータ制御駆動装置
CN103023422A (zh) * 2011-09-20 2013-04-03 株式会社牧田 电动工具
CN103033674A (zh) * 2011-10-03 2013-04-10 株式会社牧田 电机电流检测装置、电机控制装置以及电动工具
CN103986121A (zh) * 2013-02-07 2014-08-13 株式会社牧田 电动机械器具以及电池组

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5814065B2 (ja) 1978-03-27 1983-03-17 シ−ケ−ディ株式会社 コンデンサ素子の製造装置
JPH04368490A (ja) 1991-06-15 1992-12-21 Matsushita Electric Works Ltd モータ駆動回路
US7463464B2 (en) * 2005-08-10 2008-12-09 International Rectifier Corporation Method and apparatus for sensing brushless DC motor average current from overcurrent protection circuitry
US7551411B2 (en) * 2005-10-12 2009-06-23 Black & Decker Inc. Control and protection methodologies for a motor control module
US9061392B2 (en) * 2008-07-25 2015-06-23 Sylvain Forgues Controlled electro-pneumatic power tools and interactive consumable
JP4793426B2 (ja) * 2008-11-10 2011-10-12 パナソニック電工株式会社 充電式電動工具
US9908182B2 (en) * 2012-01-30 2018-03-06 Black & Decker Inc. Remote programming of a power tool
JP6330219B2 (ja) * 2014-03-17 2018-05-30 株式会社デンソー モータ制御装置
JP6737709B2 (ja) * 2014-05-18 2020-08-12 ブラック アンド デッカー インクＢｌａｃｋ ＆ Ｄｅｃｋｅｒ Ｉｎｃ． 電動工具システム
DE102016220716A1 (de) * 2016-10-21 2018-04-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Regeln einer Drehzahl eines Elektromotors eines Elektrowerkzeuges

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101145754A (zh) * 2006-09-11 2008-03-19 三洋电机株式会社 电流检测单元及电动机控制装置
CN101192808A (zh) * 2006-11-30 2008-06-04 株式会社电装 使用磁通量相关参数来控制电机的***和方法
JP2008196392A (ja) * 2007-02-13 2008-08-28 Ihi Corp モータ制御駆動装置
CN103023422A (zh) * 2011-09-20 2013-04-03 株式会社牧田 电动工具
CN103033674A (zh) * 2011-10-03 2013-04-10 株式会社牧田 电机电流检测装置、电机控制装置以及电动工具
CN103986121A (zh) * 2013-02-07 2014-08-13 株式会社牧田 电动机械器具以及电池组

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