电机扭矩调节方法和装置与流程

本发明涉及电机驱动控制领域，更具体地涉及电机扭矩调节方法和装置。

背景技术：

电机堵转是由于电机负载过大等原因引起的电动机无法启动或停止转动的现象。电机堵转时功率因数极低，堵转时的电流(称堵转电流)最高可达额定电流的7倍，时间稍长就会烧坏电机。因此，电机的一般性试验就包括堵转试验这一项。工具在大负载工况下工作时，由于电机具有过载保护功能，所以当电机电流超过给定阈值时立即停机保护。

但是这种方式使得电机在大负载下的输出扭矩小，易发生堵转，运行不平稳，对工具内部的功率器件等电子元器件的耗损很大。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电机扭矩调节方法和装置，能够在大负载下提升电机的输出扭矩。

根据本发明的一个方面，提供了一种电机扭矩调节方法，该方法包括：

以预设采样频率实时采集电机的电流；

根据电流和第一预设电流阈值判断电机是否处于大负载下；以及

当判定电机处于大负载下时，根据电流调节电机两端电压的占空比。

在其中一个实施例中，电机的电流是电机的峰值电流，并且根据电流和第一预设电流阈值判断电机是否处于大负载下，包括：

若电流大于第一预设电流阈值，则判定电机处于大负载下，否则判定电机不处于大负载下。

在其中一个实施例中，该电机扭矩调节方法还包括：

根据采集到的电流获取平均电流值；

实时获取电机的转速；

当判定电机不处于大负载下时，根据平均电流值、第二预设电流阈值和转速判断电机是否处于小负载下；

当判定电机处于小负载下时，将占空比恢复至初始占空比。

在其中一个实施例中，根据采集到的电流获取平均电流值，包括：

对电流进行滑动滤波处理以得到平均电流值。

在其中一个实施例中，当判定电机不处于大负载下时，根据平均电流值、第二预设电流阈值和转速判断电机是否处于小负载下，包括：

当判定电机不处于大负载下时，且在连续多个采样周期内平均电流值均小于第二预设电流阈值且转速均大于预设转速，则判定电机处于小负载下，否则判定电机不处于小负载下；其中采样周期为采样频率的倒数。

在其中一个实施例中，当判定电机处于大负载下时，根据电流调节电机两端电压的占空比，包括：

根据电流确定电流与预设的多个电流值区间的对应关系；

根据电流与预设的多个电流值区间的对应关系调节电机两端电压的占空比。

在其中一个实施例中，电机处于大负载下，所述电流增大，调节所述占空比下降。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电机扭矩调节装置，该装置包括：

电流采集模块，其用于以预设采样频率实时采集电机的电流；

负载判定模块，其用于根据电流和第一预设电流阈值判断电机是否处于大负载下；以及

占空比调节模块，其用于当判定电机处于大负载下时，根据电流调节电机两端电压的占空比。

在其中一个实施例中，电机的电流是电机的峰值电流，并且负载判定模块具体用于：

若电机的电流大于第一预设电流阈值，则判定电机处于大负载下，否则判定电机不处于大负载下。

在其中一个实施例中，该电机扭矩调节装置还包括：

平均电流值获取模块，其用于根据采集到的电流获取平均电流值；

转速计算模块，其用于实时获取电机的转速；并且其中，

负载判定模块还用于：当判定电机不处于大负载下时，根据平均电流值、第二预设电流阈值和转速判断电机是否处于小负载下；以及

占空比调节模块还用于：当判定电机处于小负载下时，将占空比恢复至初始占空比。

在其中一个实施例中，平均电流值获取模块具体用于：

对电流进行滑动滤波处理以得到平均电流值。

在其中一个实施例中，负载判定模块具体用于：

当判定电机不处于大负载下时，且在连续多个采样周期内平均电流值均小于第二预设电流阈值且转速均大于预设转速，则判定电机处于小负载下，否则判定电机不处于小负载下；其中采样周期为采样频率的倒数。

在其中一个实施例中，当判定电机处于大负载下时，占空比调节模块具体用于：

根据电流确定电流与预设的多个电流值区间的对应关系；

根据电流与预设的多个电流值区间的对应关系调节电机两端电压的占空比。

在其中一个实施例中，电机处于大负载下，所述电流增大，所述占空比调节模块调节所述占空比下降。

根据本发明的又一个方面，提供了一种电动工具，该电动工具用于打磨、钻孔或切割，包括如上所述的电机扭矩调节装置。

上述电机扭矩调节方法和装置，通过根据电流值判断电机是否处于大负载下并且在电机处于大负载的情况下根据电流值调节电机两端电压占空比，电流越大，占空比越小，以及根据电流值和转速判断电机是否处于小负载下并且在电机处于小负载下将电压占空比调节至初始占空比，来在大负载下降低转速来提升扭矩并且在小负载下降低扭矩来提高转速，从而提高角磨机的打磨效率并且改善角磨机的人机体验。

附图说明

将参考附图通过示例方式来描述本发明的优选而非限制的实施例，其中：

图1示出了本申请的一个实施例中电机扭矩调节方法的流程图；

图2示出了图1中的电机扭矩调节方法的步骤120的流程图；

图3示出了本申请的另一个实施例中电机扭矩调节方法的流程图；

图4示出了图3中的电机扭矩调节方法的步骤160的流程图；

图5示出了图1中的电机扭矩调节方法的步骤130的流程图；

图6示出了本申请的又一个实施例中电机扭矩调节方法的流程图；

图7示出了本申请的一个实施例中电机扭矩调节装置的示意图；

图8示出了本申请的另一个实施例中电机扭矩调节装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本申请实施例提供了一种电机扭矩调节方法，如图1所示，该方法可以包括如下步骤：

步骤s110，以预设采样频率实时采集电机的电流。

在一个实施例中，预设采样频率为5khz-20khz。在另一个实施例中，预设采样频率为5khzhz。在又一个实施例中，预设采样频率为10khz。在再一个实施例中，预设采样频率为20khz。

步骤s120，根据电流和第一预设电流阈值判断电机是否处于大负载下。在本实施例中，第一预设电流阈值根据工况和电机参数来设定。例如，第一预设电流阈值为40a。

在大负载下，电机有堵转风险，电机的电流增加，因此根据电流判断电机是否处于大负载下。

步骤s130，当判定电机处于大负载下时，根据电流调节电机两端电压的占空比。

当电机突然处于大负载下时，电机需要提升扭矩来支持大负载。转速有所降低，扭矩有所提高，但不足以支持大负载，因此需要继续降低转速，从而提升扭矩。在本实施例中，通过调节电机两端电压的占空比，可以降低转速，从而提升扭矩输出。另外，相比于具有过载保护功能的传统电机在过载时直接停机，本实施例通过调节占空比，可以提高电机效率并改善电机的人机体验。

对于角磨机而言，当角磨机打磨时遇到杂质或者操作人员对角磨机施加的压力过大时，则角磨机处于大负载下。同时，在角磨机运行中，如果大负载是由操作人员施加的压力过大引起的，则当操作人员感到转速减小时，可以调整自己施加的压力，从而改善了角磨机的人机体验。本实施例的电机扭矩调节方法除了可以应用于角磨机之外，还可以用于其他类似的工具，例如枪钻、电锯和电锤等。这些工具在操作中，可能由于遇到杂质或障碍而处于大负载下或者由于操作人员施加的压力过大而处于大负载下。

在一个实施例中，电机的电流是电机的峰值电流。在本实施例中，在电机输出峰值电流的时刻周期性地采集电机的峰值电流。如图2所示，步骤s120，根据峰值电流和第一预设电流阈值判断电机是否处于大负载下，包括：

步骤s121，判断峰值电流是否大于第一预设电流阈值，若是则执行步骤s122，否则执行步骤s123。

步骤s122，判定电机处于大负载下。

步骤s123，判定电机不处于大负载下。

由于电机的电流是交变的，随着时间的变化而变化，峰值电流是一个周期内的最大值。当电流持续增大时，就有堵转风险，因此根据峰值电流而非根据平均电流值等其他值来判断电机是否处于大负载，能够快速判断电机是否处于大负载下。因此，在本实施例中，根据峰值电流进行判断可以提高判断效率，从而提高响应速度。上述电机扭矩调节方法，通过判断峰值电流是否大于第一预设电流阈值来判定电机是否处于大负载下，能够快速响应电机的大负载工况，进而及时根据峰值电流调节电机两端电压的占空比。

在一个实施例中，如图3所示，电机扭矩调节方法还包括：

步骤s140，根据采集到的电流获取平均电流值。

步骤s150，实时获取电机的转速。

步骤s160，当判定电机不处于大负载下时，根据平均电流值、第二预设电流阈值和转速判断电机是否处于小负载下。

在本实施例中，当判定电机不处于大负载下时，则根据平均电流值、第二预设电流阈值和转速判断电机是否处于小负载下。在电机从大负载向小负载过渡时，电机的电流总体上有减小趋势，但在过渡期间，电流值会有一定的波动，仅使用电流值来判断是否处于小负载下并不可靠。同时，在电机从大负载向小负载转换时，电机的转速有所提高。可以理解的是，使用电流和转速两个参数来判断可以增加判断准确率。另外，这里的平均电流值是指电流的平均值，使用平均值可以更好地了解电流的变化趋势，避免因某些异常点而误判。由此可知，使用平均电流值而非采集的电流值并且使用平均电流值和转速两者来判断电机是否处于小负载，可以使判断更准确，显著降低误判效率。

步骤s170，当判定电机处于小负载下时，将占空比恢复至初始占空比。

步骤s180，当判定所述电机不处于小负载下时，保持所述占空比不变。

在本实施例中，当判断电机处于小负载下时，将占空比恢复至初始占空比，使电机正常工作，转速相应地提高。当所述电机不处于小负载下时，保持所述占空比不变，使电机平稳运行。当电机刚从小负载向大负载转换时，电流还未达到第一预设电流阈值但平均电流值大于第二预设电流阈值，则保持电压占空比为初始占空比；当电机逐渐由大负载转向小负载时，开始时电流大于第一预设电流阈值并且占空比为d1，随后电流小于第一预设电流阈值并且平均电流值在第二预设电流阈值和第一预设电流阈值之间，此时仍保持电压占空比为d1。上述电机扭矩调节方法可以提高电机的效率并使得电机平稳运行。在小负载下，电机所需的扭矩小，电机转速大，功率因数高。在一个实施例中，初始占空比为100％，占空比d1为85％。

在一个实施例中，步骤s140，根据采集到的电流获取平均电流值，包括：对电流进行滑动滤波处理以得到平均电流值。在本实施例中，通过对电流进行滑动滤波来得到平均电流值，可以良好地抑制周期性干扰，平滑度高。

采用上述扭矩调节方法可以准确地判断电机是否处于小负载下，进而相应地进行占空比调节，防止了误判情况下恢复至初始占空比而导致电机堵转。

在一个实施例中，如图4所示，步骤s160，当判定电机不处于大负载下时，根据平均电流值、第二预设电流阈值和转速判断电机是否处于小负载下，包括：

步骤s161，判断平均电流值小于第二预设电流阈值且转速大于预设转速持续多个采样周期，若是则执行步骤s162，否则执行步骤s163；其中采样周期为采样频率的倒数。

步骤s162，判定电机处于小负载下。

步骤s163，判定电机不处于小负载下。

在一个实施例中，预设转速为6000r/min，第二预设电流阈值为6a。在一个实施例中，所述多个采样周期为32个采样周期。在另一个实施例中，所述多个采样周期为50个采样周期。在又一个实施例中，所述多个采样周期为64个采样周期。上述电机扭矩调节方法，通过判断是否满足平均电流值小于第二预设电流阈值且转速大于预设转速持续多个采样周期来判定电机是否处于小负载下，可降低小负载的误判机率，减弱对电机的损害，提高工具扭矩控制的可靠度。

在一个实施例中，如图5所示，步骤s130，当判定电机处于大负载下时，根据电流调节电机两端电压的占空比，包括：

步骤s131，根据电流确定电流与预设的多个电流值区间的对应关系。其中，预设的多个电流值区间根据工况和电机参数来设定。电流与预设的多个电流值区间的对应关系是指判断该电流处于多个电流值区间中的哪个电流值区间。

步骤s132，根据电流与预设的多个电流值区间的对应关系调节电机两端电压的占空比。根据电流所处的电流值区间，将电机两端电压的占空比调节至与该电流值区间对应的占空比值。其中，根据预设的多个电流值区间来设定对应的多个电机两端电压的占空比，电流值区间与电压占空比一一对应，电流所处的电流值区间越高，占空比值越小。换句话说，对于处于不同电流值区间的电流，电流越大，占空比被调节得越小。

在大负载下，电流值越大说明负载越大，所以需要将占空比值调节得越低。在本实施例中，根据电流与预设的多个电流值区间的对应关系调节电机两端电压的占空比，可以对占空比进行多档调节，从而更精确地进行控制。

在一个实施例中，步骤s130，当判定电机处于大负载下时，根据电流调节电机两端电压的占空比，包括：

设定n个电流阈值i1、i2…in，其中i1<i2<…<in，其中i1是第一预设电流阈值，这样形成n个电流区间：[i1，i2)，[i2，i3)，……[in-1，in)，[in，+∞)；

设定与n个电流区间相对应的n个电机两端的电压占空比值d1、d2…dn，其中d1>d2>…>dn，其中，[i1，i2)与d1对应，[i2，i3)与d2对应，……[in-1，in)与dn-1对应，[in，+∞)与dn对应。

当采集到的电流在[im，im+1)区间时，将电机两端电压的占空比调节至dm，其中m为整数且0<m<n-1；以及

当采集到的电流大于in时，将电机两端电压的占空比调至dn。

在一个实施例中，n＝4，并且i1＝40a、i2＝50a、i3＝70a、i4＝80a；并且d1＝85％、d2＝70％、d3＝55％、d4＝40％。例如，当采集到的电流在i2和i3之间时，则将电机两端电压的占空比调节至d2。例如，当采集到的电流大于i4时，则将电机两端电压的占空比调节至d4。当电机处于大负载下并且负载逐渐增大时，电机的电流增大，根据电流调节占空比，电流越大，电压占空比越小，从而降低电机的转速，提升电机的输出扭矩。当电机处于大负载下并且负载逐渐减小时，电机的电流减小，根据电流调节占空比，电流越小，电压占空比越大，从而提高电机的转速，降低电机的输出扭矩。

上述电机扭矩调节方法，通过设定多个电流阈值和多个电压占空比值，判断电流处于哪个电流区间，然后根据判断结果调节电压占空比，可以实现对电压占空比的多档调节。较常见的两档调节方式，采用本实施例的方法，在大负载下调节扭矩输出，使得电机运行更平稳，减弱了对工具内部的功率器件等电子元器件的损耗。

在另一个实施例中，如图6所示，电机扭矩调节方法包括：

步骤s110，以预设采样频率实时采集电机的电流。在一个实施例中，该电流为电机的峰值电流。

步骤s120，根据电流和第一预设电流阈值判断电机是否处于大负载下，当判定电机处于大负载下时，则执行步骤s130，当判定电机不处于大负载下时，则执行步骤s140-s160。

步骤s130，根据电流调节电机两端电压的占空比。

步骤s140，根据采集到的电流获取平均电流值。

步骤s150，实时获取电机的转速。

步骤s160，根据平均电流值、第二预设电流阈值和转速判断电机是否处于小负载下，当判定电机处于小负载下时，则执行步骤s170，当判定电机不处于小负载下时，则执行步骤s180。

步骤s170，将占空比恢复至初始占空比。

步骤s180，不改变占空比。

上述电机扭矩调节方法，根据电流判定电机是否处于大负载，当判定处于大负载下时，根据电流调节电压占空比，可以提升扭矩输出，避免电机发生堵转风险；并且当判定不处于小负载下时，根据平均电流值以及转速来判断电机是否处于小负载下，若是则将占空比调节至初始占空比，否则保持占空比不变，这可以降低小负载误判率，防止因误判而导致电机堵转，并且在电机处于小负载时，降低电机扭矩，提高电机转速。采用上述方法，可以提高电机效率，防止电机发生堵转，使得电机能更加平稳地运行，并且降低对电机内部元件的损耗。

本申请实施例还提供了一种电机扭矩调节装置，如图7所示，装置700包括：

电流采集模块710，其用于以预设采样频率实时采集电机的电流；

负载判定模块720，其用于根据电流和第一预设电流阈值判断电机是否处于大负载下；以及

占空比调节模块730，其用于当判定电机处于大负载下时，根据电流调节电机两端电压的占空比。

在一个实施例中，电机的电流是电机的峰值电流，并且负载判定模块720具体用于：

若电流大于第一预设电流阈值，则判定电机处于大负载下，否则判定电机不处于大负载下。

在一个实施例中，如图8所示，装置700除了包括电流采集模块710、负载判定模块720和占空比调节模块之外，还包括：

平均电流值获取模块740，其用于根据采集到的电流获取平均电流值；

转速计算模块750，其用于实时获取电机的转速；并且其中

负载判定模块720还用于：当判定电机不处于大负载下时，根据平均电流值、第二预设电流阈值和转速判断电机是否处于小负载下；以及

占空比调节模块730还用于：当判定电机处于小负载下时，将占空比恢复至初始占空比；以及当判定所述电机不处于小负载下时，保持所述占空比不变。

在一个实施例中，平均电流值获取模块740具体用于：

对电流进行滑动滤波处理以得到平均电流值。

在一个实施例中，负载判定模块720具体用于：

当判定电机不处于大负载下时，若平均电流值小于第二预设电流阈值且转速大于预设转速持续多个采样周期，则判定电机处于小负载下，否则判定电机不处于小负载下；其中采样周期为采样频率的倒数。

在一个实施例中，占空比调节模块730具体用于：

根据所述电流确定所述电流与预设的多个电流值区间的对应关系；

根据所述电流与预设的多个电流值区间的所述对应关系调节所述电机两端电压的占空比。

在一个实施例中，对于处于不同电流值区间的电流，电流越大，占空比调节模块730将占空比调节得越小。

本发明实施例还提供了一种电动工具，其用于打磨、钻孔或切割等，包括如上所述的电机扭矩调节装置。该电动工具在操作中，可能由于遇到杂质或障碍而处于大负载下或者由于操作人员施加的压力过大而处于大负载下。

在一个实施例中，所述电动工具为无刷角磨机，该无刷角磨机还包括：壳体组件，包括头壳及与头壳连接的机壳，头壳与机壳围设成腔室，头壳中安装有工作头；以及电机，设置于腔室中，并靠近工作头设置。

在另一个实施例中，所述电动工具为枪钻，该枪钻还包括：机壳、电机、减速箱、可旋转模式切换开关、夹头和联动件，联动件相对减速箱的换挡齿圈固定，可旋转模式切换开关可转动地套设于减速箱上，可旋转模式切换开关上设有凸轮部，联动件与可旋转模式切换开关配合，且其包括配合端，在可旋转模式切换开关的转动过程中，凸轮部通过与配合端的配合驱动联动件沿所述减速箱轴向移动，进而推动减速箱的换挡齿圈沿减速箱轴向移动。。

在又一个实施例中，所述电动工具为电锤，该电锤还包括：电机，具有电机轴；输出轴，与电机轴呈夹角设置，输出轴用于连接工作头；传动机构，设置在电机轴与输出轴之间；锤击机构，用于锤击工作头；壳体，包括第一壳体和与第一壳体对接的第二壳体，第一壳体用于收容输出轴和锤击机构，第二壳体用于收容电机和传动机构，壳体与手柄相连。。

在再一个实施例中，所述电动工具为电锯，该电锯包括：电机、底板、与底板可动连接的机身、以及安装于机身上的锯片，底板上设置有可供锯片经过的开口，底板上设有用以引导锯片切割方向的导向件，导向件具有与锯片共面的导向面。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。