交流无刷电动工具的制作方法

[技术领域]

本实用新型涉及电动工具技术领域，特别涉及一种具有稳定输出的交流无刷电动工具。

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背景技术：
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采用交流电源供电的电动工具相对于直流电源供电的电动工具具有不受电量限制，功率更大的优点，因此交流电源被广泛应用于各种工具，使用交流电源供电时通常采用的方法是将交流脉动电压通过整流后施加在马达上，然而整流之后的直流脉动电压成正弦波形，施加在马达上的电压时刻不同，使马达的输出不稳定，导致马达转速不稳定。

请参阅2020年04月07日公开的中国发明专利，第cn108233784b号，其指出通过电压采集模块检测整流后的脉动电压，根据脉动电压来调整开关管的占空比，来达到马达输出平稳的目的，该技术存在的缺陷是如果接入的交流电源是发电机或者噪声干扰较大的脉动电压时，控制器无法准确判断当前的实际电压，控制器的误判会造成开通占空比出现错误，导致马达输出不稳定，工具失速。

鉴于此，确有必要提供一种交流无刷电动工具，以克服先前技术存在的缺陷。

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技术实现要素：
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针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种交流无刷电动工具，该交流无刷电动工具的输出更加平稳。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案是：该交流无刷电动工具包括外壳和设置在所述外壳内部的马达、控制器和驱动模块；所述马达连接有输出模块，所述输出模块将所述马达的能量传递至外部负载；所述驱动模块设有驱动电路和逆变电路，所述驱动电路控制所述逆变电路的占空比；所述控制器通过所述驱动模块控制所述马达的运转；所述交流无刷电动工具通过交流电源供电，所述交流电源通过整流电路之后电性连接至所述逆变电路，所述逆变电路电性连接至所述马达，为所述马达供电，所述整流电路电性连接有变压模块，所述变压模块将所述整流电路输出的高压直流电转换为低压直流电为所述控制器供电；所述马达电性连接有转速检测模块，所述转速检测模块检测所述马达的实时转速，将所述实时转速传送至所述控制器，所述控制器内部存储有预设转速，所述控制器根据所述实时转速相对于所述预设转速的差值，通过所述驱动电路控制所述逆变电路的占空比,所述逆变电路的占空比越大所述实时转速越高。

作为优选，所述控制器内部存储有预设差值；所述实时转速小于所述预设转速时，所述控制器通过所述驱动电路控制所述逆变电路的占空比升高到比当前占空比更高的值，使所述马达的实时转速与所述预设转速差值的绝对值不超过所述预设差值。

作为优选，所述控制器内部存储有预设差值；所述实时转速大于所述预设转速时，所述控制器通过所述驱动电路控制所述逆变电路的占空比降低到比当前占空比更低的值，使所述马达的实时转速与所述预设转速差值的绝对值不超过所述预设差值。

作为优选，所述转速检测模块包括反电动势检测电路，所述反电动势检测电路设有电压比较器；所述马达设为无刷马达，所述无刷马达包括转子、定子铁芯和定子线圈，所述转子连接所述输出模块，所述定子线圈通过分压电阻电性连接至所述电压比较器输入端的正极，所述电压比较器输入端的负极接地，所述电压比较器的输出端电性连接至所述控制器，所述电压比较器输入端的正极检测所述定子线圈的反电动势与所述电压比较器输入端的负极电压进行比较，所述电压比较器的输出端将比较信号输出至所述控制器，所述控制器根据所述比较信号确定所述实时转速。

作为优选，所述马达设为无刷马达，所述无刷马达包括转子、定子铁芯和定子线圈，所述转子连接所述输出模块；所述控制器设为mcu芯片，所述mcu芯片将所述转速检测模块集成于自身内部，所述mcu芯片检测所述定子线圈的反电动势，通过所述定子线圈的反电动势的过零时刻确定所述实时转速

作为优选，所述马达设为无刷马达，所述无刷马达包括转子、定子铁芯和定子线圈，所述转子连接所述输出模块；所述转速检测模块包括有位置传感器，所述位置传感器检测所述转子的位置，将所述转子的位置信号输出至所述控制器，所述控制器根据所述位置信号确定所述实时转速。

作为优选，所述整流电路通过平滑滤波电路之后接入所述逆变电路，所述平滑滤波电路设有单个电容或两个以上并联相接的电容，所述电容设为电解电容。

作为优选，所述控制器电性连接有转速设定模块，所述转速设定模块设置一种以上的所述预设转速，所述转速设定模块将所述预设转速输出至所述控制器。

作为优选，所述控制器电性连接有差值设定模块，所述差值设定模块设置一种以上的所述预设差值，所述差值设定模块将所述预设差值输出至所述控制器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：该交流无刷电动工具的控制器通过转速检测模块检测马达的实时转速，与预设转速进行对比，根据对比的结果，控制器通过驱动电路控制逆变电路的占空比来控制马达的实时转速，使所述马达的实时转速平稳。由此设置，通过检测实马达的时转速来控制施加在马达上的电压不会受到输入电压的影响，因此即使接入的交流电源是发电机或者噪声干扰较大的脉动电压时马达也能保持平稳输出。

[附图说明]

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步详细的说明:

图1是本实用新型第一实施方式中转速检测模块为反电动势检测电路的电路图。

图2是本实用新型第二实施方式中转速检测模块集成在mcu芯片的电路图。

图3是本实用新型第三实施方式中转速检测模块为位置传感器的电路图。

图4是根据实时转速控制逆变电路的占空比的曲线图。

图5本实用新型第一实施方式中交流无刷电动工具的侧视示意图。

图6是现有技术中根据输入电压控制逆变电路的占空比的曲线图。

图中附图标记的含义：

11、整流电路12、滤波电路13、电流检测电路21、驱动电路22、三相桥式逆变电路23、反电动势检测电路24、位置传感器3、三相无刷马达31、定子线圈rs、电流检测电阻4、控制器41、变压模块42、mcu芯片43、转速设定模块44、差值设定模块r4r5r6、分压电阻r1r2r3、上拉电阻vt1-vt6、开关管uaubuc、电压比较器51、外壳

[具体实施方式]

第一实施方式：

如图1、图4、图5所示为本实用新型第一实施方式所涉及的一种交流无刷电动工具，该交流无刷电动工具包括外壳51和设置在所述外壳51内部的马达、控制器4和驱动模块，在此最佳实施例中所述马达为三相无刷马达3；所述三相无刷马达3连接有输出模块，所述输出模块将所述三相无刷马达3的能量传递至外部负载；所述驱动模块设有驱动电路21和逆变电路，在此最佳实施例中所述逆变电路为三相桥式逆变电路22，所述驱动电路21控制所述三相桥式逆变电路22的占空比；所述控制器4通过所述驱动模块控制所述三相无刷马达3的运转；所述交流无刷电动工具通过交流电源供电，例如所述交流无刷电动工具直接接入市电，所述交流电源通过整流电路11之后电性连接至所述三相桥式逆变电路22，所述三相桥式逆变电路22电性连接至所述三相无刷马达3，为所述三相无刷马达3供电，所述整流电路11电性连接有变压模块41，所述变压模块41将所述整流电路11输出的高压直流电转换为低压直流电为所述控制器4供电；所述三相无刷马达3电性连接有转速检测模块，所述转速检测模块检测所述三相无刷马达3的实时转速，将所述实时转速传送至所述控制器4，所述控制器4内部存储有预设转速，所述控制器4根据所述实时转速相对于所述预设转速的关系，也即是所述实时转速与所述预设转速的差值，通过所述驱动电路21控制所述三相桥式逆变电路22的占空比,所述三相桥式逆变电路22的占空比越大所述实时转速越高。进一步，所述整流电路11通过平滑滤波电路12之后接入所述三相桥式逆变电路22，所述平滑滤波电路12设有单个电容或两个及以上并联相接的电容，所述电容设为电解电容，所述交流电源经过所述整流电路11之后变为直流脉动电压，再通所述平滑滤波电路12，所述直流脉动电压更加平滑。

如图6所示，现有技术中控制器4根据整流后的脉动电压，来调整开关管的占空比，达到马达输出平稳的目的，缺陷是如果接入的交流电源是发电机或者噪声干扰较大的脉动电压时，控制器4无法准确判断当前的实际电压，控制器4的误判会造成开通占空比出现错误，导致马达输出不稳定，工具失速。如图4所示，所述控制器4通过所述转速检测模块检测所述三相无刷马达3的实时转速，与所述预设转速进行对比，根据所述实时转速与所述预设转速的差值，所述控制器4通过所述驱动电路21控制所述三相桥式逆变电路22的占空比，来控制所述三相无刷马达3的实时转速，使所述三相无刷马达3的实时转速更加平稳。由此设置，所述三相无刷马达3的输出不会受到输入电压的影响，即使接入的交流电源是发电机或者噪声干扰较大的脉动电压时所述三相无刷马达3也能保持平稳输出。

所述控制器4内部存储有预设差值；所述实时转速小于所述预设转速时，所述控制器4通过所述驱动电路21控制所述三相桥式逆变电路22的占空比升高到比当前占空比更高的值，使所述三相无刷马达3的实时转速与所述预设转速差值的绝对值不超过所述预设差值，所述实时转速尽量靠近所述预设转速，所述三相无刷马达3保持稳定输出；所述实时转速大于所述预设转速时，所述控制器4通过所述驱动电路21控制所述三相桥式逆变电路22的占空比降低到比当前占空比更低的值，使所述三相无刷马达3的实时转速与所述预设转速差值的绝对值不超过所述预设差值，所述实时转速尽量靠近所述预设转速，所述三相无刷马达3保持稳定输出。进一步的，所述控制器4电性连接有差值设定模块44，所述差值设定模块44设置一种以上的所述预设差值，所述差值设定模块44将所述预设差值输出至所述控制器4，用户可以利用所述差值设定模块44自行设置所述预设差值，自由控制所述交流无刷电动工具输出的稳定性。所述控制器4电性连接有转速设定模块43，所述转速设定模块43设置一种以上的所述预设转速，所述转速设定模块43将所述预设转速输出至所述控制器4，用户可以利用所述转速设定模块43自行设定所述预设转速，从而达到使所述三相无刷马达3输出多种转速的目的。

进一步的，所述三相桥式逆变电路22的母线还设置有电流检测装置，在此最佳实施例中所述电流检测装置设为电流检测电阻rs，所述电流检测电阻rs通过电流检测电路13电性连接至所述控制器4，所述控制器4通过所述电流检测电路13检测到流经所述电流检测电阻rs的电流出现异时常，例如过大，所述控制器4通过所述驱动模块对所述三相无刷马达3进行控制，例如使所述三相无刷马达3停止运转。

如图1所示，所述三相桥式逆变电路22包括有上桥臂和下桥臂，所述上桥臂包括有开关管vt1、vt3、vt5，下桥臂包括有开关管vt2、vt4、vt6；所述转速检测模块包括反电动势检测电路23，所述反电动势检测电路23设有三个电压比较器ua、ub、uc，所述电压比较器包括输入端正极、输入端负极以及输出端,三个所述电压比较器ua、ub、uc分别通过上拉电阻r1、r2、r3接入直流电源，在此最佳实施例中所述直流电源设为+5v；所述三相无刷马达3包括转子(未图示)、定子铁芯(未图示)和定子线圈31，所述转子连接所述输出模块，用于将所述马达的能量传递给外部负载，所述定子线圈31分别通过分压电阻r4、r5、r6电性连接至三个所述电压比较器ua、ub、uc的输入端正极，三个所述电压比较器ua、ub、uc的输入端负极全部接地，三个所述电压比较器ua、ub、uc的输出端电性连接至所述控制器4，所述三相无刷马达3被驱动运转时，所述开关管依次两两导通，使电流流经两相定子线圈31，所述电压比较器的输入端正极检测所述定子线圈31未接通一相的反电动势，与所述电压比较器的输入端负极电压进行比较，电压比较器的输出端将比较信号例如高电平信号或低电平信号，传送至所述控制器4，当所述电压比较器的比较信号由高电平信号跳变为低电平信号或者由低电平信号跳变为高电平信号的时刻，所述转子处于正对该相未接通定子线圈31的位置，所述控制器4以此判断所述转子所处的位置，进而计算出所述三相无刷马达3的所述实时转速。

第二实施方式：

如图2所示，第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于，所述控制器4设为mcu芯片42，所述mcu芯片42将所述转速检测模块集成于自身内部，所述三相无刷马达3被驱动运转时，所述mcu芯片42直接检测所述定子线圈31未接通一相的反电动势，当所述反电动势处于过零时刻时，即所述电动势由正电动势跳变为负电动势或由负电动势跳变为正电动势的时刻，所述转子处于正对该相未接通定子线圈31的位置，所述控制器4以此判断所述转子所处的位置，进而计算出所述三相无刷马达3的所述实时转速。

第三实施方式：

如图3所示，第三实施方式与第一实施方式的不同之处在于，所述转速检测模块包括有位置传感器24，例如霍尔元件，所述位置传感器24检测所述转子的位置，将所述转子的位置信号输出至所述控制器4，所述控制器4以此判断所述转子所处的位置，进而计算出所述三相无刷马达3的所述实时转速。

本实用新型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，在不脱离本实用新型原理和范畴的前提下，本实用新型的交流无刷电动工具还有很多的替代方案。本实用新型的保护范围以权利要求书的内容为准。