电动工具的制作方法
【专利摘要】一种电动工具，其以无刷马达为动力源，在该电动工具中，通过控制通电角或者提前角来防止由于每个产品产生的误差而使电动工具的驱动特性存在差异的情况。在马达的旋转停止时，根据电池电压来设定目标转速(S220)，若开始进行马达的驱动，则等待将通电角及提前角控制为设定值(S240)，之后进行提前角控制。在提前角控制中，对马达的实际转速与目标转速的差进行运算(S260)，在上述运算出的转速差在阈值以下时(S270-YES)，若实际转速处于目标转速以下则使提前角的调整量减小，若相反则使提前角的调整量增加(S280～S300)。另外，若转速差处于阈值以下的状态持续规定时间，则将调整量固定，从而结束提前角调整(S310、S320)。
【专利说明】电动工具【技术领域】
[0001]本发明涉及以无刷马达为动力源的电动工具。
【背景技术】
[0002]公知在该种电动工具中，为了能够得到最合适的驱动特性，设定无刷马达驱动时的通电角及提前角，以该设定的通电角及提前角值控制针对无刷马达的通电(例如，参照专利文献I)。
[0003]专利文献1:日本特开2007-276042号
[0004]然而，若如上所述那样将无刷马达驱动时的通电角、提前角值固定，则存在由于检测无刷马达的旋转位置的传感器所引起的位置检测误差、电动工具制造时产生的产品误差等而无法得到想要的驱动特性的情况。
[0005]因此，例如存在无刷马达驱动时的转速、消耗电流在每个产品存在差异而给用户带来不协调感之类的问题。
【发明内容】
[0006]鉴于上述问题，本发明的目的在于，在以无刷马达为动力源的电动工具中，通过控制通电角或者提前角，来防止由于产生于每个产品的误差而使电动工具的驱动特性存在差异的情况。
[0007]为了达成这样的目的而形成的技术方案I所述的电动工具中，具有作为动力源的无刷马达、对无刷马达的旋转位置进行检测的旋转位置检测部、以及根据来自旋转位置检测部的信号来控制针对无刷马达的驱动输出的控制部。
[0008]而且，控制部在控制针对无刷马达的驱动输出时，控制针对无刷马达的通电角或者提前角，以使无刷马达的转速或者通电电流成为与通过电池电压检测部检测出的电池电压对应的目标值。
[0009]因此，根据本发明的电动工具，能够提供如下电动工具，即，防止由于旋转位置检测部组装于无刷马达的组装误差、产品的个体差异而使电动工具的驱动特性存在差异的情况，从而具有相同性能。
[0010]另外，特别在本发明中，并不是为了限制在无刷马达的驱动时流动的电流而限制通电角、提前角，而是以使无刷马达的转速、通电电流成为目标值的方式控制通电角或者提前角。
[0011]因此，例如，在转速比目标值高时，也能够限制通电角、提前角，并且在转速比目标值低时，通过使通电角扩大或使提前角提前，也能够产生与无刷马达相比更加大的转矩。即，根据本发明，能够更优化地控制电动工具的驱动特性。
[0012]另外，作为控制通电角或者提前角时的目标值，由于利用与电池电压对应的值，所以例如能够防止在电池电压较低时目标值设定得过高而达到过提前角、从而导致无刷马达的驱动效率降低之类的情况。即，根据本发明的电动工具，能够高效地驱动作为动力源的无刷马达，并能够抑制无用的能源消耗(换言之电力消耗)。
[0013]此处，对于控制部，在以使无刷马达的转速成为目标值(即目标转速)的方式控制通电角或者提前角的情况下，控制部如技术方案2所述的那样构成即可。
[0014]S卩，在该情况下，控制部以如下方式构成即可，S卩，在无刷马达的转速低于目标转速的情况下，通过使通电角扩大或者使提前角提前，来使转速上升，而在转速高于目标转速的情况下，通过使通电角缩小或者使提前角延迟，来使转速降低。
[0015]另外，对于控制部，在以使无刷马达的通电电流成为目标值(即目标电流)的方式控制通电角或者提前角的情况下，控制部如技术方案3所述的那样构成即可。
[0016]S卩，在该情况下，控制部以如下方式构成即可，S卩，在通电电流低于目标电流的情况下，通过使通电角扩大或者使提前角提前，来使通电电流增加，而在通电电流高于目标电流的情况下，通过使通电角缩小或者使提前角延迟，来使通电电流降低。
[0017]此外，控制部可以控制通电角及提前角中的一方，或者也可以控制它们双方。
[0018]接下来，技术方案4所述的电动工具中，对于控制部而言，若无刷马达的转速或者通电电流收敛在与目标值对应的允许范围内，则控制部通过将通电角或者提前角固定，来结束通电角或者提前角的控制。
[0019]另外，在技术方案5所述的电动工具中，对于控制部而言，若无刷马达的转速或者通电电流处于允许范围内的状态持续规定时间以上，则控制部通过将通电角或者提前角固定，来结束通电角或者提前角的控制。
[0020]这样，在技术方案4及5所述的电动工具中，对于控制部而言，若无刷马达的转速或者通电电流收敛在允许范围内、或者进一步地该状态持续规定时间以上，则控制部将通电角或者提前角固定。
[0021]因此，由于无刷马达的转速或者通电电流收敛在允许范围内，从而即使对电动工具(进一步而言无刷马达)施加的负荷产生变动，转速或者通电电流发生变化，也不会受到该负荷变动的影响，而能够将通电角或者提前角保持为最优值。
[0022]接下来，在技术方案6所述的电动工具中，对于控制部而言，在开始无刷马达的驱动前，经由电池电压检测部对电池电压进行检测，并根据该检测出的电池电压来设定目标值。
[0023]因此，根据技术方案6所述的电动工具，即使由于无刷马达的驱动而引起电池电压变动，也能够以该变动前的电池电压设定目标值，从而能够对应电池电压地适当地设定目标值。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是表示实施方式的电动工具的电路结构的框图。
[0025]图2是表示在控制电路中执行的马达驱动控制的流程图。
[0026]图3是表示在图2的S140中执行的提前角调整量的设定处理的流程图。
[0027]图4是表示根据电池电压而设定目标转速所用的图的说明图。
[0028]图5是说明实施方式的控制电路的控制结果的说明图。
[0029]附图标记的说明:
[0030]2...马达(无刷马达)；4...电池；6、7、8...霍尔传感器；10...马达驱动装置；12...开关电路；14...电流检测电路；16...电压检测电路；17...温度传感器；18...温度检测电路；20...旋转位置检测电路；22...转速运算电路；24...操作部；30...控制电路；32...PWM生成部；34...提前角.通电角生成部；36...目标转速图；37...提前角.通电角图；38...过电流检测部；40...驱动信号生成部。
【具体实施方式】
[0031 ] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0032]对本实施方式而言，例如在充电式圆盘锯等电动工具中，在驱动作为动力源的三相无刷马达(以下，仅叫做马达)2的马达驱动装置中使用了本发明。
[0033]如图1所示，在马达驱动装置10中，具备与作为直流电源的电池4的正极侧连接的电源线、以及与电池4的负极侧连接的接地线。
[0034]在正极侧的电源线与负极侧的接地线之间，设置有用于控制向马达2的各相U、V、W流动的电流的开关电路12。
[0035]开关电路12由三个开关元件(所谓高压侧开关)Q1、Q2、Q3和三个开关元件(所谓低压侧开关)Q4、Q5、Q6构成，上述三个开关元件Ql、Q2、Q3设置于马达2的各相U、V、W的端子与电源线之间的正极侧通电路径，上述三个开关元件Q4、Q5、Q6设置于马达2的各相U、V、W的端子与接地线之间的负极侧通电路径。
[0036]在开关电路12与接地线之间(即，负极侧的开关元件Q4?Q6与接地线之间)的负极侧通电路径上，设置有用于切断通电的开关元件(通电切断开关)Q7及电阻Rl。
[0037]该电阻Rl的两端与电流检测电路14连接，该电流检测电路14根据电阻Rl的两端电压检测向马达2流动的电流，在通电切断开关Q7的附近设置有温度传感器17，该温度传感器17的特性与通电切断开关Q7的温度对应地发生变化。
[0038]温度传感器17与经由温度传感器17检测通电切断开关Q7的温度的温度检测电路18连接，来自该温度检测电路18的检测信号与来自电流检测电路14的检测信号一起被输入至控制电路30。
[0039]在从电池4的正极侧至开关电路12的电源线(正极侧通电回路)与接地线之间，设置有平滑用的电容Cl，并且设置有对上述线间的电压(即电池电压)进行检测的电压检测电路16。
[0040]在马达驱动装置10中，还设置有对马达2的旋转位置进行检测的旋转位置检测电路20、以及根据由该旋转位置检测电路20检测的旋转位置来对马达2的转速进行运算的转速运算电路22。
[0041]而且，来自电压检测电路16、旋转位置检测电路20、以及转速运算电路22的检测信号也被输入至控制电路30。
[0042]并且，旋转位置检测出电路20根据来自设置于马达2的旋转位置检测用的三个霍尔传感器6、7、8的检测信号(霍尔信号)，来检测马达2的旋转位置(换言之旋转角度)。
[0043]S卩，霍尔传感器6、7、8分别以120度的间隔在马达2的转子的周围配置，并且每当转子旋转180度输出增减方向反转的U相、V相、W相的霍尔信号。
[0044]旋转位置检测电路20对来自各霍尔传感器6、7、8的各相U、V、W的霍尔信号进行波形整形，从而每当转子旋转180度生成正负反转的脉冲状的霍尔信号，并根据各霍尔信号的边缘以60度间隔检测马达2 (详细而言为转子)的旋转位置。
[0045]另外，转速运算电路22根据各霍尔信号的边缘间隔计算马达2的转速。
[0046]接下来，控制电路30由以CPU、ROM、RAM为中心而构成的微型计算机(微机)构成，并根据由用户操作的操作部24的状态，执行马达2的驱动控制。
[0047]对控制电路30而言，若由用户操作操作部24，则判断为输入了驱动指令，从而根据操作部24的操作量而驱动马达2，若用户对操作部24的操作结束，则判断为输入了减速指令或者停止指令，从而对马达2进行制动。
[0048]为了执行上述的马达2的驱动控制，控制电路30执行在ROM中存储的各种控制程序，从而实现作为图1所示的PWM(Pulse Width Modulation:脉冲宽度调制)生成部32、提前角.通电角生成部34、过电流检测部38、以及驱动信号生成部40的功能。
[0049]此处，提前角.通电角生成部34根据由电流检测电路14检测的针对马达2的通电电流、由旋转位置检测电路20检测的马达2的旋转位置，参照预先存储在ROM内的提前角?通电角图37，生成表示马达2的驱动时的提前角?通电角的通电指令，并将其向驱动信号生成部40输出。
[0050]另外，PWM生成部32运算驱动占空比，而生成表示上述驱动占空比的PWM指令，并将其向驱动信号生成部40输出，其中，驱动占空比用于对针对马达2的通电进行PWM控制。
[0051]而且，在操作操作部24而进行马达2的驱动控制时，驱动信号生成部40使通电切断开关Q接通，并且根据来自提前角.通电角生成部34的通电指令，生成使构成开关电路12的正极侧的开关元件(高侧开关)Ql~Q3中任意一个以及负极侧的开关元件(低侧开关)Q4~Q6中任意一个接通的驱动信号，并向开关电路12输出。
[0052]另外，驱动信号生成部40将针对高侧开关及低侧开关的任意一方的驱动信号作为与来自PWM生成部32的PWM指令对应的驱动占空比的PWM信号，从而以占空比方式驱动该开关。
[0053]其结果是，与驱动占空比对应的电流流向马达2的各相U、V、W，从而马达2以与操作部24的操作量对应的转速旋转。
[0054]另外，若由电流检测电路14检测出的马达2的驱动电流超过过电流判定用的阈值，则过电流检测部38使来自驱动信号生成部40的驱动信号的输出(换言之马达2的驱动)停止。
[0055]另外，根据来自电压检测电路16及温度检测电路18的检测信号，控制电路30对电池电压及温度进行监视，在电池电压降低时、温度上升时，停止马达2的驱动控制。
[0056]但是，虽然提前角.通电角生成部34参照提前角?通电角图37而设定马达2的驱动时的提前角.通电角，但是若将上述各参数固定为根据提前角?通电角图37得到的设定值，则由于霍尔传感器6、7、8组装于马达2的组装误差、马达2组装于电动工具主体(未图示)的组装误差等，马达2(进一步而言电动工具)的驱动特性在每个产品存在差异，从而存在给用户带来不协调感的情况。
[0057]因此，在本实施方式中，若提前角?通电角生成部34在马达2的驱动开始后，将提前角?通电角控制为基于提前角?通电角图37的设定值，则之后通过使提前角以设定值为基准地增减来降低驱动特 性的差异。
[0058]即，在本实施方式中，在控制电路30的ROM内，存储有用于根据电压检测电路16所检测的电池电压来设定马达2的目标转速的目标转速图36。
[0059]该目标转速图36根据马达2的NT特性(转速-转矩特性)、IT特性(电流-转矩特性)，而记载有能够得到最合适的驱动特性的电池电压与转速的关系，如图4中例示的那样，按照每一个规定的电池电压设定有目标转速。
[0060]而且，根据基于目标转速图36而设定的目标转速和由转速运算电路22计算的马达2的转速，提前角?通电角生成部34对马达驱动时的提前角进行修正(增加?减少)、并使马达2的转速收敛于目标转速，以使马达2的转速成为目标转速。
[0061]以下，对控制电路30中执行的马达驱动控制进行说明。
[0062]如图2所示，对控制电路30而言，若开始进行马达2的驱动控制，则首先在SllO (S表示步骤)中，从电压检测电路16读取电池电压，接着在S120中，取得马达2的转速、旋转位置等马达2的驱动控制所需要的马达信息。
[0063]接下来，在S130中，根据S110、S120中读取的电池电压及马达信息，使用提前角.通电角图37来设 定提前角.通电角，接着在S140中，使用目标转速图36来求出与电池电压对应的目标转速，并设定马达驱动时的提前角的调整量以使马达2的转速成为目标转速。
[0064]然后，在S150中，设定用于对针对马达2的施加电压进行PWM控制的驱动占空比，并根据该驱动占空比和S130、S140中设定的提前角?通电角、提前角的调整量，生成向开关电路12输出的驱动信号,从而使马达2驱动。
[0065]并且，在马达驱动控制中，通过反复执行上述SllO~S150的一系列的处理，从而阶段性地控制马达驱动时的施加电压、提前角、通电角、以及提前角调整量，最终将马达2的转速控制为目标转速。
[0066]即，如图5所示，首先，在将提前角、通电角设为初始值(例如提前角0°、通电角120° )的状态下，通过PWM控制使针对马达2的施加电压上升至设定值(步骤I)。
[0067]接下来，若马达2的转速超过设定值，则使提前角增加至S130中设定的设定值(步骤2)，若以设定值控制提前角，则使通电角增加至S130中设定的设定值(步骤3)。
[0068]按照上述的步骤I~步骤3的控制，若在产品中不存在差异，则马达2的转速大致收敛于目标转速，但是实际上，由于每个产品特性不同，所以如图5所示，马达2的转速在每个广品都存在差异。
[0069]因此，在本实施方式中，若通电角达到设定值，则之后根据S140中设定的提前角的调整量来调整提前角，从而使马达2的转速收敛于目标转速(步骤4)。
[0070]接下来，使用图3对为了像这样使马达2的转速收敛于目标转速而在S140中执行的提前角调整量的设定处理进行说明。
[0071]如图3所示，在该设定处理中，首先在S210中判断马达2当前是否处于旋转中。
[0072]若马达2未处于旋转中，则移至S220，使用目标转速图36来设定与当前的(换言之，马达2的驱动停止中的)电池电压对应的目标转速。然后，接着在S230中，执行将提前角的调整量设定为初始值“O”的初始化的处理，从而结束该设定处理。
[0073]另一方面，若在S210中判断为马达2处于旋转中，则移至S240，对通电角及提前角是否以S130中设定的设定值被控制、即图5所示的步骤I~步骤3中的马达2的驱动控制是否完成进行判断。[0074]然后，在通电角及提前角未以设定值被控制的情况下，保持原样地结束该设定处理；若通电角及提前角以设定值被控制，则移至S250，对基于该设定处理的提前角调整是否完成进行判断。
[0075]在提前角调整已经完成的情况下，结束该设定处理；若提前角调整未完成，则移至S260。
[0076]在S260中，对由转速运算电路22计算出的马达2的当前的转速(实际转速)与马达2的旋转停止时在S220中设定的目标转速的差(转速差)进行计算。
[0077]然后，接着在S270中，判断上述计算出的转速差是否比预先设定的阈值大(换言之，转速差是否超过允许范围)，在转速差比阈值大的情况下，移至S280，从而判断实际转速是否比目标转速大。
[0078]在S280中，若判断为实际转速比目标转速大，则在S290中，使提前角的调整量减少规定量后，结束该设定处理；在S280中，若判断为实际转速在目标转速以下，则在S300中，使提前角的调整量增加规定量后，结束该处理。
[0079]S卩，若使提前角的调整量减小，则向滞后角侧修正马达驱动时的提前角值，从而抑制马达2的驱动转矩，进而使实际转速降低；相反地，若使提前角的调整量增加，则向提前角侧修正马达驱动时的提前角值，从而增加马达2的驱动转矩,进而使实际转速上升。
[0080]因此，通过S280?S300的处理，更新提前角的调整量以使马达2的实际转速成为目标转速，进一步而言，修正马达驱动时的提前角以使马达2的实际转速成为目标转速。
[0081]另一方面，在S270中，在判断为实际转速与目标转速的转速差在阈值以下的情况下，移至S310，判断该状态(实际转速< 目标转速)是否持续规定时间以上。
[0082]然后，在S310中，在判断为实际转速< 目标转速的状态未持续规定时间以上的情况下，结束该设定处理；在判断为实际转速< 目标转速的状态持续规定时间以上的情况下，移至S320。
[0083]在S320中，通过将当前的提前角调整量设定(固定)为此次马达驱动时的提前角调整量的最终值，来对提前角调整完成情况进行存储，从而结束该设定处理。其结果是，提前角的调整量被固定于当前的值直到马达2的驱动(旋转)停止。
[0084]如上说明，根据本实施方式的电动工具，马达驱动装置10开始进行马达2的驱动，如图5所示，若按照步骤I?步骤3的控制，将马达2的通电角及提前角控制为作为基准的设定值，则控制马达驱动时的提前角以使马达2的转速成为目标转速。
[0085]因此，根据本实施方式的电动工具，能够提供如下电动工具，即，防止由于产品的个体差异引起的马达2 (进一步而言电动工具)的驱动特性存在差异的情况，因而具有相同性能。
[0086]另外，特别在本实施方式中，当控制马达2的提前角时，由于以使马达2的转速成为目标转速的方式使提前角的调整量增加.减少，所以不仅能够在马达2的转速高而达到过提前角时使提前角延迟，还能够在马达2的转速低时使提前角进一步提前，从而能够使马达2的转速上升。
[0087]另外，在本实施方式中，根据马达2的旋转停止时(换言之不从电池4向马达2供给电力时)的电池电压来设定控制提前角时的目标转速。
[0088]因此，即使由于马达2的驱动而使电池电压产生变动，也能够以其变动前的电池电压适当设定目标转速。另外，例如，也能够防止在电池电压较低时目标转速设定得过高而达到过提前角，从而导致无刷马达的驱动效率降低之类的情况。
[0089]另外进一步而言，在本实施方式中，通过增大.减小提前角的调整量，来将马达2的转速控制为目标转速，之后，若在规定时间以上转速差处于阈值以下(即，若马达2的转速被控制在以目标转速为中心的允许范围内)，则将调整量固定为此时的值，从而完成马达2的提前角调整。
[0090]因此，由于马达2的转速收敛在允许范围内，从而即使对电动工具(进一步而言马达2)施加的负荷产生变动，转速发生变化，也不会受到该负荷变动的影响，而能够将提前角保持为最优值。
[0091]此外，在本实施方式中，电压检测电路16相当于本发明的电池电压检测部，霍尔传感器6、7、8及旋转位置检测电路20相当于本发明的旋转位置检测部，控制电路30相当于本发明的控制部。
[0092]以上，虽然对本发明的一个实施方式进行了说明，但是本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够采用各种方式。
[0093]例如，在上述实施方式中，对控制马达驱动时的提前角以使马达2的转速成为目标转速的情况进行了说明，但是也可以对通电角进行控制，也可以对提前角和通电角双方进行控制。
[0094]其中，在对通电角进行控制的情况下，在马达2的转速低于目标转速时，通过使调整量增加规定量，来扩大通电角，而在马达2的转速高于目标转速时，通过使调整量减少规定量，来缩小通电角即可。
[0095]另外，在上述实施方式中，对如下情况进行了说明，即，当控制提前角时，根据马达2的旋转停止时的电池电压设定目标转速，在马达驱动时，以使马达2的转速成为目标转速的方式使提前角的调整量增加.减小，但是也可以代替转速而以使马达驱动时的电流成为目标电流的方式控制提前角或者通电角。
[0096]具体而言，例如，在图3所示的提前角调整量的设定处理中，在S220中，根据电池电压来设定目标电流，在S260中，对电流检测电路14中检测出的马达2的实际电流与目标电流的电流差进行计算，在S270中，判断上述计算出的电流差是否超过阈值，在S280中，判断实际电流是否比目标电流大。
[0097]而且，像这样以使在马达驱动时向马达2流动的实际电流成为目标电流的方式控制提前角或者通电角，也能够得到与上述实施方式相同的效果。
[0098]另外，在上述实施方式中，对电动工具具备三相无刷马达、马达驱动装置10控制上述三相无刷马达的情况进行了说明，但是马达2也可以是单相马达，通过适用本发明，也能够得到与上述实施方式相同的效果。
【权利要求】
1.一种电动工具，其特征在于，具备: 无刷马达； 电池电压检测部，其对所述无刷马达的驱动所使用的电池的电压进行检测； 旋转位置检测部，其对所述无刷马达的旋转位置进行检测；以及控制部，其根据来自所述旋转位置检测部的信号，控制针对所述无刷马达的驱动输出，对于所述控制部而言，在控制针对所述无刷马达的驱动输出时，控制针对所述无刷马达的通电角或者提前角，以使所述无刷马达的转速或者通电电流成为与通过所述电池电压检测部检测出的电池电压对应的目标值。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于， 对于所述控制部而言， 在所述无刷马达的转速比与所述电池电压对应的目标转速低的情况下，通过使所述通电角扩大或者使所述提前角提前，来使所述无刷马达的旋转速度上升， 在所述无刷马达的转速比与所述电池电压对应的目标转速高的情况下，通过使所述通电角缩小或者使所述提前角延迟，来使所述无刷马达的旋转速度降低。
3.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于， 对于所述控制部而言， 在所述无刷马达的通电电流比与所述电池电压对应的目标电流低的情况下，通过使所述通电角扩大或者使所述提前角提前，来使所述无刷马达的通电电流增加， 在所述无刷马达的通电电流比与所述电池电压对应的目标电流高的情况下，通过使所述通电角缩小或者使所述提前角延迟，来使所述无刷马达的通电电流降低。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的电动工具，其特征在于， 对于所述控制部而言，若所述无刷马达的转速或者通电电流收敛在与所述目标值对应的允许范围内，则所述控制部通过将所述通电角或者所述提前角固定，来结束所述通电角或者所述提前角的控制。
5.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于， 对于所述控制部而言，若所述无刷马达的转速或者通电电流处于所述允许范围内的状态持续规定时间以上，则所述控制部通过将所述通电角或者所述提前角固定，来结束所述通电角或者所述提前角的控制。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的电动工具,其特征在于， 对于所述控制部而言，在开始所述无刷马达的驱动前，经由所述电池电压检测部对所述电池电压进行检测，并根据该检测出的电池电压来设定所述目标值。
【文档编号】H02P7/00GK103973181SQ201310525193
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年1月28日
【发明者】加藤慈, 大村翔洋 申请人:株式会社牧田