电动工具扭矩控制方法及电动工具与流程

【技术领域】

本发明涉及电机控制技术领域，特别地涉及一种扭矩控制方法，还涉及一种电动工具。

背景技术：

对于电动工具，如电钻或螺丝批等，需要工具能够输出不同的扭矩，以适应不同的工作场合，通常可以设置机械式的过载离合器来限制输出扭矩，或者也可以通过电子控制的方式限制输出扭矩，由于永磁直流电机的输出扭矩大致与电机的电流成比例，通过限制电机的电流可以限制输出扭矩，电动工具的不同档位对应设置不同的控制电流，电动工具启动后，当电机的电流超出对应的控制电流时，控制电机停机，但是为了可靠地进行扭矩控制以及输出扭矩的准确，通常最高档扭矩对应的控制电流相较于电池能够给电机提供的最大电流保留一定余量，因此在输出最高档扭矩时，不能完全发挥电池的最大性能，在有些工况下不能满足用户获得更高扭矩的需求。

鉴于此，确有必要提供一种电动工具扭矩控制方法及电动工具，以克服先前技术存在的缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电动工具扭矩控制方法及电动工具，该控制方法可以提高电机的输出扭矩，更好的发挥电池和电机的性能。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种电动工具扭矩控制方法，所述电动工具包括输出两档以上扭矩的电机、具有控制器的控制电路和具有额定电压的电池，所述电动工具扭矩控制方法包括以下步骤，检测所述电池的实际电压；在所述控制器中设有基准保护电流值；设置与最高档扭矩对应的扭矩控制电流，所述扭矩控制电流为所述实际电压与所述额定电压的比值乘以所述基准保护电流值；检测所述电机的实际电流，所述实际电流等于或大于所述扭矩控制电流时使所述电机停机。

作为优选，设置所述基准保护电流值为堵转电流，所述堵转电流为所述电机以所述额定电压供电时的堵转电流。

作为优选，所述堵转电流设置有误差保护值；设置所述基准保护电流值为所述堵转电流与所述误差保护值的差值。

作为优选，所述电池包括一个以上电池单元且具有额定总电压，检测所述电池的实际电压包括检测所述电池的实际总电压；所述扭矩控制电流为所述实际总电压与所述额定总电压的比值乘以所述基准保护电流值。

作为优选，所述电池包括一个以上具有单独额定电压的电池单元，检测所述电池的实际电压包括检测所述电池单元的单独实际电压；所述扭矩控制电流为所述单独实际电压与所述单独额定电压的比值乘以所述基准保护电流值。

作为优选，所述电池包括一个以上具有单独额定电压的电池单元，检测所述电池的实际电压包括检测每一个所述电池单元的单独实际电压，计算所述电池单元的平均实际电压；所述扭矩控制电流为所述平均实际电压与所述单独额定电压的比值乘以所述基准保护电流值。

作为优选还包括以下步骤，检测所述电池的实际温度与预设的温度值比较，所述实际温度高于所述预设的温度值时使所述电机停机；所述实际电压低于预设的欠压电压时使所述电机停机。

为解决现有技术存在的问题，本发明还提供了一种电动工具，包括电机、控制电路和具有额定电压的电池；所述控制电路包括控制器，所述电机输出两档以上的扭矩，所述控制器电性连接有检测所述电池实际电压的电压检测模块和检测所述电机实际电流的电流检测模块；所述控制器设有基准保护电流值并且设置与最高档扭矩对应的扭矩控制电流，所述扭矩控制电流设置为所述实际电压与所述额定电压的比值乘以所述基准保护电流值；所述控制器检测到所述实际电流等于或大于所述扭矩控制电流，控制所述电机停机。

作为优选，所述控制器包括存储器，所述存储器内部存储有堵转电流，所述堵转电流为所述电机以所述额定电压供电时的堵转电流，所述堵转电流设有误差保护值；所述控制器设置所述基准保护电流值为所述堵转电流与所述误差保护值的差值。

作为优选，所述电池包括一个以上具有单独额定电压的电池单元和电池控制器，并且所述电池包括电池正极端子、电池负极端子和电池通信端子，所述电池控制器检测所述电池的实际电压传输至所述控制器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：电动工具设为最高档扭矩输出时，电机输出的扭矩随着电机的实际电流升高而升高，电机的实际电流等于或大于扭矩控制电流时电机停机，以基准保护电流值为基准参考，以实际电压与额定电压的比值为系数实时改变扭矩控制电流值，扭矩控制电流值随着实际电压减小而减小，在电池处于满电状态可以输出额定电压时，扭矩控制电流等于基准保护电流值，电机可以输出最大扭矩，电池始终可以根据实际电压发挥最大性能，电机可以输出更高的扭矩。

【附图说明】

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明：

图1是现有方案中扭矩控制电流与电池实际电压的关系曲线图；

图2是现有方案中软启动时各个扭矩档位对应的电机实际电流曲线图；

图3是本发明第一种实施方式的流程图；

图4是本发明第一种实施方式中扭矩控制电流与电池实际电压的关系曲线图；

图5是本发明第一种实施方式电动工具的电路示意图；

图6是本发明第二种实施方式电动工具的电路示意图。

图中附图标记的含义：

ir、实际电流i、基准保护电流值is、扭矩控制电流vb、实际电压v、额定电压100、电池11、电池单元12、温度检测模块13、电池控制器b+、电池正极端子b-、电池负极端子id、电池通信端子b’+、工具正极端子b’-、工具负极端子id’、工具通信端子200、控制电路21、电压检测模块22、电流检测模块23、控制器231、存储器24、扭矩开关25、开关管3、电机

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。

参见图1，现有技术方案中扭矩控制电流是设定值，控制电机的实际电流不超过该扭矩控制电流，扭矩控制电流与电池实际电压的没有关联性，不随实际电压改变而改变，通常最高档扭矩对应的扭矩控制电流相较于电池能够提供的最大电流保留一定余量，即使在电池处于满电状态可以输出额定电压时电动工具也无法输出更大的扭矩，电池无法发挥出最大性能。请参考图2，以电动工具由额定电压为4.2v的电池供电为例，现有技术方案中将最高档扭矩的扭矩控制电流设置为固定不变的20安培，因此即使电池满电可以输出4.2v额定电压时，电动工具也无法输出更高的扭矩。

第一种实施方式：

如图3-5所示为本发明第一种实施方式所涉及的电动工具扭矩控制方法，所述电动工具包括输出两档以上扭矩的电机3、具有控制器23的控制电路200和具有额定电压v的电池100，所述控制器23包括存储器231，在本实施方式中以电动螺丝批为例，该电动螺丝批输出三档扭矩，所述电池100具有4.2v的额定电压，所述电动螺丝批在所述电池100输出4.2v额定电压为所述电动螺丝批供电时的堵转电流为28a，将电机的电机轴固定不使其转动，电池为电动工具供电，此时检测电机的电流就是堵转电流，在其他实施方式中可以为其他电动工具，电池具有其他额定电压，堵转电流根据不同的额定电压、电动工具和电机检测到不同数值；请参考图3所述电动工具扭矩控制方法包括以下步骤：s1启动所述电机3；s2检测所述电池100的实际电压vb；s3所述控制器23中设置有基准保护电流值i，所述基准保护电流值i存储在所述存储器231中，设置所述基准保护电流值i为所述电机3以4.2v额定电压供电时的堵转电流，i＝28a，为了更进一步保护所述电动工具所述堵转电流设置有误差保护值；设置所述基准保护电流值i为所述堵转电流与所述误差保护值的差值，所述误差保护值设为2安培到3安培,在本实施方式中所述误差保护值设为3安培，所述基准保护电流值i设为所述堵转电流与误差保护值的差值，为25a；s4设置与最高档扭矩对应的扭矩控制电流is，所述扭矩控制电流is为所述实际电压vb与所述额定电压v的比值乘以所述基准保护电流值i，s5检测所述电机3的实际电流ir；s6判断所述实际电流ir是否等于或大于所述扭矩控制电流is，所述实际电流ir小于所述扭矩控制电流is则返回步骤s2，所述实际电流ir等于或大于所述扭矩控制电流is则进入步骤s6；s6所述实际电流ir等于或大于所述扭矩控制电流is时使所述电机3停机。

请参考图4，所述实际电流ir越大所述电机3输出的扭矩越大，所述电动工具设为最高档扭矩输出时，所述实际电流ir上升至等于或大于所述扭矩控制电流is时，所述电机3停机，以所述基准保护电流值i为基准参考，以所述实际电压vb与额定电压v的比值为系数实时改变所述扭矩控制电流is，所述扭矩控制电流is随着所述实际电压vb减小而减小，在所述电池100处于满电状态可以输出额定电压v时，所述扭矩控制电流is等于所述基准保护电流值i，也即是等于所述堵转电流与所述误差保护值的差值，所述电机3可以输出最大扭矩，由此控制方法所述电池100始终可以根据所述实际电压vb发挥最大性能，所述电机3可以输出更高的扭矩。

所述电池100固定安装在所述电动工具上或者可以从所述电动工具上拆卸下来；所述电池100包括一个以上电池单元11，每个所述电池单元11具有单独额定电压，电池100具有两个以上的所述电池单元11时，这些电池单元11或者并联或者串联或者以串联和并联组合的形式，输出额定总电压，在本实施方式中所述电池100具有一个电池单元11，所述电池单元11的单独额定电压为4.2v，所述电池100输出的额定总电压为4.2v。在步骤s2中，所述实际电压vb的检测的方法可以是检测所述电池100的实际总电压；所述扭矩控制电流is为所述实际总电压与所述额定总电压的比值乘以所述基准保护电流值i。

本发明提供一种非易失性可读存储器，所述电动工具扭矩控制方法中执行的步骤可以被存储在非易失性可读存储器中，并且该执行的步骤可以被处理器调用执行，所述处理器可以是包含逻辑运算单元的控制器。

本发明的第一种实施方式还提供了一种应用上述电动工具扭矩控制方法的电动工具，如图5所示所述电动工具包括电机3、控制电路200和具有额定电压v的电池100，所述控制电路包括具有存储器231的控制器23，所述电机3输出两档以上的扭矩，所述控制器23电性连接有扭矩开关24，所述扭矩开关24切换所述电机3输出的各档扭矩，以所述电动工具为电动螺丝批为例，该电动螺丝批输出三档扭矩，所述电池100的额定电压为4.2v；所述控制器23电性连接有电压检测模块21和电流检测模块22，所述电压检测模块21检测所述电池100的实际电压vb输出至所述控制器23，所述电流检测模块22检测所述电机3的实际电流ir输出至所述控制器23；所述控制器23设置有基准保护电流值i，所述基准保护电流值i存储在所述存储器231中；所述控制器23设置与最高档扭矩对应的扭矩控制电流is，所述扭矩控制电流is设置为所述实际电压vb与所述额定电压v的比值乘以所述基准保护电流值i，所述控制器23检测到所述实际电流ir等于或大于所述扭矩控制电流is时控制所述电机3停机；所述控制器23电性连接有开关管25，所述开关管25导通所述电机3启动，所述开关管25断开所述电机3停机。

所述控制器23设置所述基准保护电流值i为所述电池100输出额定电压v时的堵转电流，将电机的电机轴固定不使其转动，电池为电动工具供电，此时检测电机的电流就是堵转电流，在本实施方式中所述堵转电流是所述电池100输出4.2v额定电压为所述电动工具供电时的堵转电流，为28a，在其他实施方式中可以为其他电动工具，电池具有其他额定电压，堵转电流根据不同的额定电压、电动工具和电机检测到不同数值。为了更进一步保护所述电动工具所述堵转电流设置有误差保护值，所述控制器23设置所述基准保护电流值i为所述堵转电流与所述误差保护值的差值，所述误差保护值设为2安培到3安培,在本实施方式中所述误差保护值设为3安培，所述基准保护电流值i设为堵转电流与所述误差保护值的差值，为25a。

所述电池100固定安装在所述电动工具上或者可以从所述电动工具上拆卸下来；所述电池100包括一个以上电池单元11，每个所述电池单元11具有单独额定电压，电池100具有两个以上的所述电池单元11时，这些电池单元11或者并联或者串联或者以串联和并联组合的形式，输出额定总电压，在本实施方式中所述电池100具有一个电池单元11，所述电池单元11的单独额定电压为4.2v，所述电池100输出的额定总电压为4.2v，所述电池100的实际总电压等于所述电池单元11的实际总电压；所述电压检测模块21检测所述电池100的实际总电压输出至所述控制器23，所述控制器23设置所述扭矩控制电流is为所述实际总电压与所述额定总电压的比值乘以所述基准保护电流值i。

所述电动工具设为最高档扭矩输出，在所述电池100处于满电状态可以输出额定电压v时，所述扭矩控制电流is等于基准保护电流值i，所述电机3的实际电流ir等于或大于扭矩控制电流is时所述控制器23控制所述电机3停机，所述电机3可以输出最大扭矩，以所述基准保护电流值i为基准参考，以所述实际电压vb与额定电压v的比值为系数实时改变扭矩控制电流is，所述扭矩控制电流is随着所述实际电压vb减小而减小，所述电池100始终可以根据实际电压vb发挥最大性能，所述电机3可以输出更高的扭矩。

第二种实施方式：

如图6所示为本发明的第二种实施方式所涉及的电动工具扭矩控制方法，与第一种实施方式的不同之处在于所述电动工具扭矩控制方法还包括以下步骤：检测所述电池100的实际温度与预设的温度值比较，所述实际温度高于所述预设的温度值时使所述电机3停机；所述实际电压vb低于预设的欠压电压时使所述电机3停机，由此设置对所述电动工具在过温或欠压时进行保护。

在本实施方式中所述电池100包括两个以上电池单元11，每个所述电池单元11具有单独额定电压，这些电池单元11或者并联或者串联或者以串联和并联组合的形式，输出额定总电压；检测所述电池100实际电压vb的方法可以是检测所述电池100的实际总电压，所述扭矩控制电流is为所述实际总电压与所述额定总电压的比值乘以所述基准保护电流值i。检测所述电池100实际电压vb的方法也可以是检测所述电池单元11的单独实际电压，所述扭矩控制电流is为所述单独实际电压与所述单独额定电压的比值乘以所述基准保护电流值i，更进一步的可以检测每一个电池单元11的单独实际电压，计算所述电池单元11的平均实际电压；所述扭矩控制电流is为所述平均实际电压与所述单独额定电压的比值乘以所述基准保护电流值i。

本发明的第二种实施方式还提供了一种应用上述电动工具扭矩控制方法的电动工具，如图6所示所述电动工具与第一种实施方式的不同之处在于，所述电池100包括电池控制器13和两个以上具有单独额定电压的电池单元11，所述电池100还包括电池正极端子b+、电池负极端子b-和电池通信端子id，分别与所述电动工具的工具正极端子b’+、工具负极端子b’-和工具通信端子id’连接；所述电池控制器13电性连接有温度检测模块12，所述温度检测模块12检测所述电池100的实际温度输出至所述电池控制器13，所述电池控制器13中存储有预设的温度值，所述电池控制器13检测到所述实际温度高于所述预设的温度值时，通过所述电池通信端子id向所述控制器23输出过温信号，所述控制器23控制所述电机3停机；所述电池控制器13存储有预设的欠压电压，所述电池控制器13检测到所述实际电压vb低于所述预设的欠压电压时，通过所述电池通信端子id向所述控制器23输出欠压信号，所述控制器23控制所述电机3停机，由此设置对所述电动工具在过温或欠压时进行保护。

多个所述电池单元11或者并联或者串联或者以串联和并联组合的形式，输出额定总电压；所述电池控制器13检测所述电池100的实际电压vb传输至所述电动工具。所述电池控制器13可以检测所述电池100的实际总电压，通过所述电池通信端子id输出至所述控制器23，所述扭矩控制电流is为所述实际总电压与所述额定总电压的比值乘以所述基准保护电流值i。或者所述控制器23可以检测所述电池单元11的单独实际电压，通过所述电池通信端子id输出至所述控制器23，所述扭矩控制电流is为所述单独实际电压与所述单独额定电压的比值乘以所述基准保护电流值i。更进一步的所述电池控制器13可以检测每一个电池单元11的单独实际电压，计算所述电池单元11的平均实际电压，通过所述电池通信端子id输出至所述控制器23，所述扭矩控制电流is为所述平均实际电压与所述单独额定电压的比值乘以所述基准保护电流值i。

本发明不局限于上述具体实施方式。本领域普通技术人员可以很容易地理解到，在不脱离本发明原理和范畴的前提下，本发明的电动工具扭矩控制方法及电动工具还有很多的替代方案。本发明的保护范围以权利要求书的内容为准。