电动工具的制作方法
【专利摘要】电动工具(1)具备：传感器部(S)，其检测无刷电动机(3)的旋转位置；驱动电路(15)，其对无刷电动机(3)进行供电；以及控制部(14)，其控制驱动电路(15)。控制部(14)在判断为基于传感器部(S)的位置信号的当前的位置信息异常的情况下，执行停止向电动机(3)的驱动电力的异常停止(S30)。在执行异常停止之后选择了无刷电动机(3)的驱动的情况下(S31)，控制部(14)以比驱动电力停止之前的占空比低的占空比控制驱动电路(15)的开关元件(16～21)来使无刷电动机(3)重新驱动。
【专利说明】
电动工具
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具备无刷电动机的电动工具。
【背景技术】
[0002]近年来，已知一种采用了无刷电动机来作为驱动源的电动工具。在专利文献I所示的电动工具中，用旋转位置检测传感器检测无刷电动机的转子的位置，基于进行该检测所得到的转子位置信号来设定对无刷电动机的电枢绕组通电的定时。
[0003]另外，在专利文献I的电动工具中实施了保护动作，该保护动作用于防止由旋转位置检测传感器的转子位置信号异常导致的电动机的故障。具体地说，如专利文献I的图6所示，在正常时，转子位置信号的出现模式是连续的，但在异常时，其出现模式有时会发生偏移。在检测出转子位置信号的异常的情况下，通过使电动机停止来实施电动机的保护动作。
[0004]在专利文献I的电动工具中，当在响应于检测出转子位置信号的异常而使电动机停止之后例如使用者使操作开关变为接通状态时，开始电动机的重新动作而实现了便利性的提闻。
[0005]专利文献1:日本特开2011-11313号公报
【发明内容】
[0006]另外，在如上所述的电动工具中，如果在异常检测之后接通操作开关，则电动机开始重新动作。然而，如果使电动机以电动机停止以前的输出急剧地动作，则有时由于电流过冲而使电动机以及电动工具的输出部(卡盘)急剧地动作。
[0007]本发明的目的在于提供一种能够提高安全性的电动工具。
[0008]为了解决上述问题，按照本发明的一个方面的电动工具具备:能够正反旋转的无刷电动机；传感器部，其检测上述无刷电动机的旋转位置，并输出位置信号；驱动电路，其具有多个开关元件以向上述无刷电动机进行供电；运转状态选择部，其按照使用者的操作选择上述无刷电动机的驱动或停止；旋转方向选择部，其按照使用者的操作选择上述无刷电动机的旋转方向；以及控制部，其按照基于从上述传感器部提供的上述位置信号的上述无刷电动机的旋转位置信息来控制上述驱动电路。上述控制部根据由上述旋转方向选择部选择出的上述无刷电动机的当前的旋转方向和变为由上述传感器部检测出的当前的位置信号之前的位置信号，来推测当前的位置信号。上述控制部将所推测出的当前的位置信号与由上述传感器部检测出的当前的位置信号进行比较，由此判断基于所检测出的当前的位置信号的当前的位置信息是否正常。上述控制部在判断为基于所检测出的当前的位置信号的上述当前的位置信息异常的情况下，执行停止从上述驱动电路向上述无刷电动机的供电的异常停止。在执行上述异常停止之后经由上述运转状态选择部选择了上述无刷电动机的驱动的情况下，上述控制部以比执行上述异常停止前的占空比低的占空比控制上述驱动电路的上述开关元件来使上述无刷电动机重新驱动。
[0009]优选的是，控制部将重新驱动的次数限制为规定次数。
[0010]优选的是，控制部向上述使用者通知上述重新驱动已达到规定次数。
[0011]优选的是，控制部在上述重新驱动之前进行上述无刷电动机的超前角控制，并且在上述重新驱动开始时不进行上述超前角控制。
[0012]优选的是，在由于上述异常停止而上述无刷电动机的转速不断减小的期间经由上述运转状态选择部选择了上述无刷电动机的驱动的情况下，上述控制部以比执行上述异常停止前的占空比低的占空比控制上述驱动电路的开关元件来使上述无刷电动机重新驱动。
[0013]按照本发明的另一方面的电动工具具备:无刷电动机；运转状态选择部，其输出与选择上述无刷电动机的驱动或停止的使用者的操作对应的选择信号；传感器部，其检测上述无刷电动机的旋转位置，并输出位置信号；控制部，其按照从上述运转状态选择部提供的上述选择信号和从上述传感器部提供的上述位置信号来生成控制信号；以及驱动电路，其包括以由从上述控制部提供的上述控制信号指定的占空比进行动作的开关元件，对上述无刷电动机提供与上述占空比相应的驱动电力。当检测出上述传感器部的检测信号的异常时，上述控制部停止对上述无刷电动机提供驱动电力。在由于检测出上述异常而被触发的上述驱动电力的停止之后请求了上述无刷电动机的驱动的情况下，上述控制部将指示比检测出该异常的时间点的占空比低的占空比的控制信号提供给上述开关元件。
[0014]在一例中，在由于检测出上述异常而被触发的上述驱动电力的提供停止使上述无刷电动机的转速不断减小的期间接收到请求上述无刷电动机的驱动的选择信号的情况下，上述控制部将指示比检测出该异常的时间点的占空比低的占空比的控制信号提供给上述开关元件。
[0015]发明的效果
[0016]根据本发明，能够提供一种能够提高安全性的电动工具。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是实施方式的电动工具的局部截面图。
[0018]图2是图1的电动工具的框图。
[0019]图3是图2的驱动电路的框图。
[0020]图4的(a)、(b)是表示换流控制中开关元件的控制信号的状态的说明图，(b)是表示换流控制中的开关元件的状态的说明图。
[0021]图5的(a)?(C)是电动工具的控制的流程图。
[0022]图6是异常停止处理的流程图。
[0023]图7是表示与正常停止和异常停止对应的控制信号的说明图。
【具体实施方式】
[0024]下面，按照附图来说明遵照本发明的一个实施方式的电动工具。
[0025]如图2所示，本实施方式的电动工具I具备:作为驱动源的电动机3 ;作为运转状态选择部的触发开关10，其按照使用者的操作选择电动机3的驱动或停止；旋转方向选择部(正反开关)11，其按照使用者的操作选择电动机3的旋转方向；作为传感器部的霍尔元件S，其检测电动机3的旋转位置并输出位置信号；驱动电路15，其向电动机3进行供电；以及作为控制部的控制电路14，其控制驱动电路15。
[0026]在图1所示的例子中，电动机3收纳在具有开口端2a和底的筒状的电动机外壳2中，电动机3的旋转轴4在电动机外壳2的轴线方向(图1的左右方向)上延伸。在电动机外壳2的开口端2a安装有直径从基端朝向前端5a逐渐变小的圆顶部5。输出轴6从圆顶部5的开口端2a突出。输出轴6经由收纳在圆顶部5内的扭矩放大器7与电动机3的旋转轴4连结。在输出轴6的前端6a形成有能够安装未图示的工具(钻头)的钻头安装部8。
[0027]在图1所示的例子中，触发开关10设置于在电动机外壳2的开口端2a附近形成的手柄部9。触发开关10具有主体部1a和操作部10b，其中，该主体部1a固定在手柄部9内，该操作部1b具有从手柄部9的前端突出的前端,并且被主体部1a施加朝突出方向的力。触发开关10对控制电路14提供用于调整电动机3的转速的、与使用者的操作量(触发开关10的拉入量)相应的速度信号。
[0028]在图1所示的例子中，旋转方向选择部11能够配置在手柄部9的表面的比触发开关10略靠上方的位置处。旋转方向选择部11具有被以可移动的方式支承的操作钮，将电动机3的旋转方向切换为与该操作钮的移动方向对应的旋转方向。
[0029]在图1所示的例子中，电动工具I是电池驱动式，在手柄部9的下端形成有电池安装部12，在该电池安装部12中安装有作为电源的电池13。
[0030]控制电路14基于触发开关10和旋转方向选择部11的操作状态，经由驱动电路15来控制作为驱动源的电动机3的动作。驱动电路15按照控制电路14的控制来执行对电动机3的驱动电力的生成和提供。如图1所示，控制电路14例如收纳在手柄部9中，驱动电路15例如收纳在电动机外壳2中。
[0031]电动机3采用了无刷电动机。如图2所示，霍尔元件S与控制电路14电连接，检测该无刷电动机的转子的旋转位置，并将位置信号提供给控制电路14。
[0032]图3是表示电动工具I的简要电气结构的框图。驱动电路15能包含将多个(例如6个)开关元件16?21连接而得到的PWM逆变器。
[0033]在图示的例子中，驱动电路15是将开关元件16、19的串联电路、开关元件17、20的串联电路以及开关元件18、21的串联电路并联连接而构成的。上侧的开关元件16、17、18与电池13的正极端子相连接，下侧的开关元件19、20、21与电池13的负极端子相连接。开关元件16、19之间的节点经由连接点22u连接于电动机3的电动机线圈3u，开关元件17、20之间的节点经由连接点22v连接于电动机3的电动机线圈3v，开关元件18、21之间的节点经由连接点22w连接于电动机3的电动机线圈3w。各开关元件16?21例如能够由FET构成。
[0034]控制电路14按照基于来自霍尔元件S的位置信号的电动机3的旋转位置信息来控制驱动电路15。详细地说，控制电路14按照电动机3的旋转位置信息来生成电动机控制信号，并将该控制信号提供给开关元件16?21。各开关元件16?21以电动机控制信号的占空比(即接通与断开的比率)进行动作。控制电路14通过适当变更电动机控制信号的占空比来变更开关16?21的占空比。驱动电路15将电池13的直流电压转换为三相的驱动电力后提供给电动机3。在开关元件16?21是FET的情况下，有时将电动机控制信号称为被提供给开关元件16?21的栅极的栅极导通/截止信号。
[0035]本实施方式的电动工具I的控制电路14在使电动机3旋转时，将分别提供给开关元件16?21的电动机控制信号一边按顺序切换图4的(a)所示的模式A?F—边输出。开关元件16?21如图4的(b)所示那样接通/断开。在使电动机3驱动的情况下，控制电路14执行换流控制，对分别与开关元件16?21连接的端子U+、U-、V+、V-、W+、W-提供与模式相应的电动机控制信号。在开关元件是FET的情况下，各端子U+、U-、V+、V-、W+、W-与所对应的开关元件的栅极相连接。控制电路14通过对电动机控制信号进行PWM控制来控制对电动机线圈3u、3v、3w提供的电流，以控制电动机3的转数。此外，与来自构成转子位置检测传感器的霍尔元件S的传感器信号相应地选择模式A?F。
[0036]接着，参照图5和图6来说明本实施方式的电动工具I的动作。
[0037]如图5的(a)所示，作为用于进行电动机的驱动控制的主例程，控制电路14首先进行初始设定处理(步骤S10)。控制电路14读取旋转方向选择部11的信号来决定电动机3的旋转方向(步骤Sll)。控制电路14执行按照规定的算法来对从触发开关10取入的速度信号进行处理的量(volume)输入处理(步骤S12)，计算与所输入的速度信号相应的占空比(步骤S13)。控制电路14根据电动机3的转数来计算超前角所需的时间(步骤S14)，之后，进行电动机3的驱动处理(步骤S15)。之后，反复进行步骤Sll?S15。
[0038]在此，在步骤S12的量输入处理中，控制电路14将所输入的速度信号转换为与触发开关10的拉入量相应的量信号后将其取入。关于超前角所需的时间的计算，例如当将超前角设为时，由于外部中断的定时、即传感器信号的输入定时是60°的电角度，因此控制电路14使计时器中断信号相对于外部中断延迟与(60_α)°相应的时间后输出。通过这样，控制电路14能够进行超前角为α。的超前角控制。超前角所需的时间tn能够按照tn = (T-2X (60-a ))/60 的式子来计算。
[0039]接着，对图5的(b)的中断处理进行说明。将来自检测电动机3的转子位置的霍尔元件S的传感器信号的边缘作为触发来进行本中断处理。
[0040]当输入来自霍尔元件S的传感器信号的边缘时(步骤S20)，控制电路14将上次预测出的当前的位置信息(参照后述的步骤S22)与基于最新的传感器信号的当前的位置信息进行比较(步骤S21)。如果上次预测出的当前的位置信息与基于最新的传感器信号的当前的位置信息一致(步骤S21 是”)，则控制电路14判断为正常动作，根据基于最新的传感器信号的当前的位置信息来预测并保持下一次的位置信息(步骤S22)。接着，控制电路14根据上一次在步骤S20中输入的传感器信号的边缘的计数值和本次在步骤S20中输入的传感器信号的边缘的计数值来计算边缘间周期(传感器信号的间隔)(步骤S23)。之后，控制电路14使驱动输出用计时器启动(步骤S24)，返回到主例程。
[0041]接着，控制电路14在经过了在主例程的步骤S13中计算出的超前角时间的时间点将驱动输出用计时器关闭，开始图5的(c)的中断处理。控制电路14输出电动机驱动信号和PWM信号(步骤S25)，之后，返回到主例程。
[0042]在步骤S21中，在上次预测出的当前的位置信息与基于最新的传感器信号的当前的位置信息不同的情况下(步骤S21 否”)，控制电路14开始如图6所示的异常停止处理。在异常停止处理中，首先控制电路14在步骤S30中执行异常停止。异常停止有时称为由于检测出异常而被触发的驱动电力的提供停止。在图7所示的例子中，在异常停止时，通过对端子U+、U-、V+、V-、W+、W-提供高电平的电动机控制信号使来自所有开关元件16?21的输出为断开状态，以切断对电动机3的通电。在正常停止的情况下，与端子U+、V+、W+对应的开关元件是断开状态而与端子U-、V-、W-对应的开关元件是接通状态。控制电路14能够对异常停止的次数进行计数并保持。能够按照规定的程序来重置所保持的计数值。
[0043]接着，控制电路14在异常停止后判断是否接通(拉入)了触发开关10 (步骤S31)。如果触发开关10是断开的状态(步骤S31 否”)，则控制电路14继续保持异常停止状态(步骤S32)。
[0044]另一方面，如果接通了触发开关10 (步骤S31 是”)，则控制电路14判断异常停止次数是否超过规定次数(例如10次)(步骤S33)。如果异常停止次数超过规定次数(步骤S33 是”)，则控制电路14继续保持异常停止状态。
[0045]另一方面，如果异常停止次数为规定次数以下(步骤S33 否”)，则控制电路14执行按照规定的算法对触发开关10的速度信号进行处理的量输入处理(步骤S34)。接着，控制电路14计算与所输入的速度信号相应的占空比(步骤S35)。
[0046]接着，控制电路14将在步骤S35中计算出的占空比与上述异常停止前的占空比进行比较(步骤S36)。如果在步骤S35中计算出的占空比为异常停止前的占空比以上(步骤S36 是”)，则控制电路14将计算出的占空比变更为比异常停止前的占空比低的占空比并重新驱动电动机3 (步骤S37)。另一方面，如果在步骤S35中计算出的占空比小于异常停止前的占空比(步骤S36:“否”)，则控制电路14以所计算出的占空比(即比异常停止前的占空比低的占空比)重新驱动电动机3(步骤S38)。在此，通过进行异常停止，电动机3的速度降低，因此当以与异常停止前相同的占空比启动电动机3时，由于电流过冲而使钻头急速旋转，可能会对使用者施加预料之外的反作用力。因此，通过以比异常停止前的占空比低的占空比进行异常停止后的电动机3的重新驱动，能够减轻或者防止电流过冲以及预料之外的反作用力，能够提高电动工具I的安全性。
[0047]控制电路14优选在步骤S37以及步骤S38的重新驱动时不实施上述超前角控制。在步骤S37或者步骤S38中驱动了电动机3之后，控制电路14返回到图5的(a)所示的主例程的步骤SI I。
[0048]接着，说明本实施方式的特征性的效果。
[0049](I)在控制电路14执行异常停止(步骤S30)后经由作为运转状态选择部的触发开关10选择了电动机3的驱动的情况下，控制电路14以比执行异常停止之前的占空比低的占空比控制驱动电路15的开关元件16?21来使电动机3重新驱动。在此，由于进行异常停止而电动机3的速度降低，因此当以与异常停止前相同的占空比启动电动机3时，由于电流过冲而使钻头急速旋转，可能会对使用者施加预料之外的反作用力。但是，通过以比异常停止前的占空比低的占空比进行异常停止后的电动机3的重新驱动(参照步骤S37和S38)，能够减轻或者防止电流过冲以及预料之外的反作用力，能够提高电动工具I的安全性。
[0050](2)在优选例中，控制电路14将重新驱动的次数限制为规定次数。在这种情况下，能够减轻因反复进行异常检测和电动机3的重新启动而被过度使用的开关元件16?21的损坏。
[0051 ] (3)在优选例中，控制电路14在重新驱动前进行电动机3的换流控制，并且在开始重新驱动时不进行超前角控制。在此，在开始重新驱动时，特别是在紧接着异常停止之后开始重新驱动时，电动机3的旋转不稳定。通过在不稳定的旋转中停止超前角控制，能够使电动机3的旋转状态尽快稳定。
[0052]此外，本发明的实施方式也可以如下述那样进行变更。
[0053]?在上述实施方式中，设为将重新驱动的次数限制为规定次数的结构，但并不限于此。
[0054].在上述实施方式中，设为在开始重新驱动时不进行电动机3的超前角控制的结构，但并不限于此。
[0055].虽然在上述实施方式中没有提及，但控制电路14也可以向使用者通知电动机3的重新驱动已达到规定次数。通过设为这种结构，能够使使用者意识到异常状态。对该通知的方法不作特别地限定，例如能够通过可设于电动工具I的可视觉感知或者可听觉感知或者可触觉感知的通知部来进行通知。
[0056].也可以将优选例与变更例适当组合。
[0057]附图标记说明
[0058]1:电动工具；3:电动机；10:作为运转状态选择部的触发开关；11:旋转方向选择部；14:作为控制部的控制电路；15:驱动电路；16?21:开关元件；S:作为传感器部的霍尔元件。
【权利要求】
1.一种电动工具，其特征在于，具备: 能够正反旋转的无刷电动机； 传感器部，其检测上述无刷电动机的旋转位置，并输出位置信号； 驱动电路，其具有多个开关元件以向上述无刷电动机进行供电； 运转状态选择部，其按照使用者的操作选择上述无刷电动机的驱动或停止； 旋转方向选择部，其按照使用者的操作选择上述无刷电动机的旋转方向；以及控制部，其按照基于从上述传感器部提供的上述位置信号的上述无刷电动机的旋转位置信息来控制上述驱动电路， 其中，上述控制部根据由上述旋转方向选择部选择出的上述无刷电动机的当前的旋转方向和变为由上述传感器部检测出的当前的位置信号之前的位置信号，来推测当前的位置信号， 上述控制部将所推测出的当前的位置信号与由上述传感器部检测出的当前的位置信号进行比较，由此判断基于所检测出的当前的位置信号的当前的位置信息是否正常， 上述控制部在判断为基于所检测出的当前的位置信号的上述当前的位置信息异常的情况下，执行停止从上述驱动电路向上述无刷电动机的供电的异常停止， 在执行上述异常停止之后经由上述运转状态选择部选择了上述无刷电动机的驱动的情况下，上述控制部以比执行上述异常停止前的占空比低的占空比控制上述驱动电路的上述开关元件来使上述无刷电动机重新驱动。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于， 上述控制部将上述重新驱动的次数限制为规定次数。
3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于， 上述控制部向上述使用者通知上述重新驱动已达到规定次数。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电动工具，其特征在于， 上述控制部在上述重新驱动之前进行上述无刷电动机的超前角控制，并且在上述重新驱动开始时不进行上述超前角控制。
5.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于， 在由于上述异常停止而上述无刷电动机的转速不断减小的期间经由上述运转状态选择部选择了上述无刷电动机的驱动的情况下，上述控制部以比执行上述异常停止前的占空比低的占空比控制上述驱动电路的上述开关元件来使上述无刷电动机重新驱动。
6.—种电动工具,其特征在于,具备: 无刷电动机； 运转状态选择部，其输出与选择上述无刷电动机的驱动或停止的使用者的操作对应的选择信号； 传感器部，其检测上述无刷电动机的旋转位置，并输出位置信号； 控制部，其按照从上述运转状态选择部提供的上述选择信号和从上述传感器部提供的上述位置信号来生成控制信号；以及 驱动电路，其包括以由从上述控制部提供的上述控制信号指定的占空比进行动作的开关元件,对上述无刷电动机提供与上述占空比相应的驱动电力， 其中，当检测出上述传感器部的检测信号的异常时，上述控制部停止对上述无刷电动机提供驱动电力， 在由于检测出上述异常而被触发的上述驱动电力的停止之后请求了上述无刷电动机的驱动的情况下，上述控制部将指示比检测出该异常的时间点的占空比低的占空比的控制信号提供给上述开关元件。
7.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于， 在由于检测出上述异常而被触发的上述驱动电力的提供停止使上述无刷电动机的转速不断减小的期间接收到请求上述无刷电动机的驱动的选择信号的情况下，上述控制部将指示比检测出该异常的时间点的占空比低的占空比的控制信号提供给上述开关元件。
【文档编号】B25F5/00GK104169050SQ201380013478
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年2月20日 优先权日:2012年3月13日
【发明者】宫崎博, 池田昌树 申请人:松下电器产业株式会社