电动工具的制作方法

1.本发明涉及电动工具领域，具体涉及一种电动工具。


背景技术：

2.无感电机为了全速段提高电机转速，通常在电机控制中引入超前角和扩展角，以提高绕组的导通角提高绕组的弱磁，从而提高电机转速。也就是说，电机的三相定子绕组不再是单纯的两两导通换相，也包括了三三导通换相的过程，从而才能增加电机绕组的导通角。
3.在电机定子绕组两两导通时，在一个电周期内换相时的浮空相占据60
°
的电角度，即使换相点检测不准确，也不会造成下一次换相滞后。但在绕组导通角扩展到120
°
以上，特别是大于150
°
时，浮空相占据的电周期只有30
°
，若换相点检测不准确，则会造成下次换相滞后，下次换相的浮空相可能被淹没，严重时会引起系统崩溃。常见的引起换相点检测不准确的因素如图1所示，由于存在pwm调制，则pwm调制的占空比越小，理想换相点被检测到的概率就越小，从而会造成实际的换相点a滞后理想换相点a
，
较多。本技术旨在解决上述原因等造成的换相点检测不准带来的换相滞后的问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能准确预测电机绕组换相点的电动工具。
5.本发明采用如下的技术方案：一种电动工具，包括：电机，包括转子和三相定子绕组，所述定子绕组在所述电机运转中具有一定的导通电角度；驱动电路，具有多个半导体开关元件；参数检测模块，用于检测所述电机运转时的工作参数；控制器，至少与所述驱动电路和所述电机构成电性连接；所述控制器被配置为：获取所述工作参数；根据所述工作参数预估所述定子绕组按照预设导通角导通时的理想换相时刻，并控制所述定子绕组在所述理想换相时刻换相。
6.进一步的，所述参数检测模块，用于检测所述电机的所述定子绕组换相过程中浮空相的工作参数；所述工作参数包括所述定子绕组换相过程中所述浮空相的至少两个时刻的相电压或者所述定子绕组换相时浮空相的至少两个时刻的相电流。
7.进一步的，所述控制器被配置为：根据所述定子绕组换相过程中所述浮空相的至少两个时刻的相电压估算所述浮空相的相电压的变化率；根据所述变化率确定所述定子绕组按照一定导通角导通时，所述定子绕组的理想换相时刻。
8.进一步的，还包括：转速检测单元，用于检测所述电机的转速；所述控制器被配置为：根据所述电机转速和所述定子绕组换相过程中所述浮空相的任一时刻的相电压确定所述定子绕组按照一定导通角导通时，所述定子绕组的理想换相时刻。
9.进一步的，所述定子绕组导通的导通角大于120
°
且小于180
°
。
10.进一步的，所述定子绕组导通的导通角大于120
°
且小于150
°
。
11.一种电动工具，包括：电机，包括转子和三相定子绕组，所述定子绕组在所述电机运转中具有一定的导通电角度；驱动电路，具有多个半导体开关元件；参数检测模块，用于检测所述电机运转时的工作参数；控制器，至少与所述驱动电路和所述电机构成电性连接；所述控制器被配置为：获取所述工作参数；根据所述工作参数预估所述定子绕组按照预设导通角导通时的理想换相时刻，并控制所述定子绕组在所述理想换相时刻换相；所述定子绕组的导通电角度大于120
°
且小于150
°
。
12.进一步的，所述参数检测模块，用于检测所述电机的所述定子绕组换相过程中浮空相的工作参数；所述工作参数包括所述定子绕组换相过程中所述浮空相的至少两个时刻的相电压或者所述定子绕组换相时浮空相的至少两个时刻的相电流。
13.进一步的，所述控制器被配置为：根据所述定子绕组换相过程中所述浮空相的至少两个时刻的相电压估算所述浮空相的相电压的变化率；根据所述变化率确定所述定子绕组按照一定导通角导通时，所述定子绕组的理想换相时刻。
14.进一步的，还包括：转速检测单元，用于检测所述电机的转速；所述控制器被配置为：根据所述电机转速和所述定子绕组换相过程中所述浮空相的任一时刻的相电压确定所述定子绕组按照一定导通角导通时，所述定子绕组的理想换相时刻。
15.本发明的有益之处在于：避免了由于换相检测不准确导致换相滞后而淹没浮空相，从而引起系统崩溃的问题发生，在保证电机具有较大转速和扭力的基础上，保证了控制系统的稳定性。
附图说明
16.图1为现有技术中换相点检测不准的原因示意图；图2是本发明实施例提供的一种电动工具的结构图；图3是本发明实施例提供的一种电动工具的电路框图；图4是本发明实施例提供的电机绕组两两导通周期换相示意图；图5是本发明实施例提供的电机绕组三三导通周期换相示意图；图6是本发明实施例提供的电机绕组在pwm调制下部分绕组换相的示意图；图7是本发明实施例提供的浮空相的相电压变化趋势示意图。
具体实施方式
17.以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
18.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。本发明说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
19.本发明的技术方案所适用的电动工具包括打磨工具、电钻、电圆锯、往复锯、斜锯等任何可采用无刷无感电控方式的电动工具，其他类型的电动工具只要能够采用以下披露的技术方案的实质内容即可落在本发明的保护范围内。
20.在本技术实施例中，参考图2以冲击类电动工具为例，电动工具300至少包括机壳30、壳体内的电机31、电源32、开关33、工作头34等。机壳30中内置电机，控制电路板以及传动结构（未示出）。壳体30还形成有供用户握持的握持部301。
21.参考图3所示的电动工具的电路框图，电机31的驱动系统至少可以包括驱动电路301、电源32，控制器302和参数检测模块303。
22.在一个实施例中，电机31为无刷直流电机（bldc）。在一个实施例中，电机31为无感bldc。在一个实施例中，电机31为有感bldc。在本技术中，无刷直流电机可以是内转子电机也可以是外转子电机，电机31至少包括三相定子绕组a、b、c，三相绕组可以是星型连接也可以是三角形连接。
23.在一个实施例中，电源32可选择为交流电源，即通过电源接口可以接入120v或220v的交流市电。在一个实施例中，电源32可选择为电池包，电池包可由一组电池单元组成，例如，可将电池单元串联成单一电源支路，形成1p电池包。电池包输出电压通过具体的电源控制模块，例如dc-dc模块进行电压变化，输出适合驱动电路301、电机31等的供电电压，为其供电。本领域技术人员可理解，dc-dc模块为成熟的电路结构，可根据电动工具具体参数要求而相应选择。
24.驱动电路301与电机31的定子绕组a、b、c电性连接，用于将来自电源32的电流传递至定子绕组a、b、c以驱动电机30旋转。在一个实施例中，驱动电路301包括多个开关元件q1、q2、q3、q4、q5、q6。每个开关元件的栅极端与控制器302电性连接，用于接收来自控制器302的控制信号。每个开关元件的漏极或源极与电机31的定子绕组a、b、c连接。开关元件q1-q6接收来自控制器302的控制信号改变各自的导通状态，从而改变电源32加载在电机31的定子绕组a、b、c上的电流。在一个实施例中，驱动电路301可以是包括六个可控半导体功率器件（例如fet，bjt，igbt等）的三相桥驱动器电路。可以理解的是，上述开关元件也可以是任何其他类型的固态开关，例如绝缘栅双极型晶体管（igbt），双极结型晶体管（bjt）等。
25.为了驱动图3所示的电机31转动，驱动电路301通常至少具有六个驱动状态，每次驱动状态的切换对应电机的一次换相动作。如图4所示，横轴表示定子在360
°
周期内的换相点，纵轴表示三相绕组的反电势。图4中转子每转过60
°
电机换相一次，定义电机一次换相至下一次换相的间隔为换相区间。由图4可知，在360
°
一个换相周期内，存在六拍换相，电机的三相绕组均导通了120
°
，也就是导通角为120
°
。通常称图4所示的定子绕组的换相方式为两相绕组换相导通即两两导通的方式。在两两导通方式下，电机定子绕组的弱磁能力不高，电机转速的提升效果不明显。
26.一般为了提高弱磁能力提高电机转速，可以增加导通角的大小，例如将导通角增大至大于120
°
。事例性的，通常是在360
°
的换相周期内，采用提高换相频率或者提高加在定子绕组上的等效电压或者增加定子绕组导通相的方式来增加定子绕组的导通角。以三相电机来说，增加定子绕组导通相是指从两相绕组换相导通变为三相绕组换相导通，即从两两导通切换为三三导通。示例性的，在转子每转过30
°
执行一次换相，即在360
°
的换相周期内执行12 拍换相动作，能保证电机的三相绕组在换相过程中出现三相绕组均导通的情况，从而导通角大于120
°
，例如导通角为150
°
。如图5所示，在电机每30
°
换相时，定子绕组从两两导通切换为三三导通，并在下次换相时由三三导通切换为两两导通。对比图5和图4可知，定子绕组提前了30
°
换相，因此相对于原来的导通角来说，b相绕组的导通角增加了30
°
即为
150
°
。
27.在一个实施例中，以150
°
的导通角为例进行说明，控制器302能控制驱动电路改变驱动状态以保证电机定子绕组的导通角为150
°
。然而，在工具处于重载工作时，通常是通过采用pwm调制频率的方式控制电机的运转，而这种方式会给定子绕组换相时刻的检测带来较大难度。如图6所示，在pwm控制周期内虚线框里浮空相的电压为0，控制器无法识别出电机转子的位置信息，控制器可以根据浮空相电压出现的点作为换相时刻点进行换相，但带来较大的误差，导致换相滞后。
28.为了解决上述问题，在定子绕组按照预设导通角导通的情况下，控制器302可以提前预估相应的导通角对应的定子绕组浮空相理想的换相时刻，进而在达到理想换相时刻时，无论是否出现浮空相的电压，均可以控制驱动电路改变导通方式，进而控制电机的定子绕组执行换相动作。其中的预设导通角可以是预先设置的任意大小的导通角，例如大于120
°
且小于150
°
范围内的任意大小的导通角，或者是大于120
°
且小于180
°
范围内的任意大小的导通角。
29.在一个实施例中，如图3所示，参数检测模块303能够检测电机的定子绕组换相过程中浮空相的工作参数，进而控制器302能够根据获取到的工作参数预估理想的换相时刻，进而控制所述定子绕组在所述理想换相时刻换相。所谓的浮空相的工作参数可以理解为随着时间的推移不断变化的参数。示例性的，电机定子绕组换相过程中浮空相的工作参数可以包括浮空相的相电压或者相电流。
30.在一种实现方式中，控制器302可以根据所述定子绕组换相过程中浮空相的至少两个时刻的相电压估算所述浮空相的相电压的变化率。如图7所示，控制器302根据两个时刻的浮空相电压预估浮空相电压的变化率为实线d，在这条变换率直线上，定子绕组按照预设导通角导通换相所对应的理想的换相时刻为a，即使在时刻a浮空相的相电压为0，控制器302也能准确控制电机换相。在可选实现方式中，控制器302也可以根据浮空相在一个或多个点的相电流估算电流的变化率，并根据电流的变化率预估到理想换相时刻a。可以理解的是，预估的理想换相时刻可能存在一定的误差，但该误差在可以接收的范围内。也就是说，理想换相时刻的误差导致导通角有一点偏差，该偏差可以控制在
±5°
的范围内。需要说明的，本技术实施例主要是为了解决电机具有三三导通换相时，换相时刻检测不准确的问题，因此在本实施例中，导通角的范围是大于120
°
且小于180
°
。优选的，导通角的范围是大于120
°
且小于150
°
。以140
°
的导通角为例，在电机运转过程中，控制器通过预估理想换相时刻控制电机换相，可以将导通角维持在135
°
至140
°
的范围内，例如135
°
、136
°
、137
°
、138
°
、139
°
、140
°
。
31.在一种实现方式中，如图3所示，还包括转速检测单元304。转速检测单元33能够检测电机的转速。控制器302可以根据获取到的电机转速和任意时刻的定子绕组浮空相的相电压预估理想换相时刻。
32.由于电机换相过程中浮空相的电压变化具有一定规律的特性。本技术实施例利用检测到的与浮空相相关参数将上述特性参数化，并根据参数化的浮空相电压的变化特性推算出电机定子绕组换相的理想时刻，从而能避免由于换相滞后导致浮空相被淹没；在保证控制系统能按照预设导通角工作的前提下，保证了系统的稳定性。
33.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，
本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种电动工具，包括：电机，包括转子和三相定子绕组，所述定子绕组在所述电机运转中具有导通电角度；驱动电路，具有多个半导体开关元件；参数检测模块，用于检测所述电机运转时的工作参数；控制器，至少与所述驱动电路和所述电机构成电性连接；所述控制器被配置为：获取所述工作参数；根据所述工作参数预估所述定子绕组按照预设导通角导通时的理想换相时刻，并控制所述定子绕组在所述理想换相时刻换相。2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述参数检测模块，用于检测所述电机的所述定子绕组换相过程中浮空相的工作参数；所述工作参数包括所述定子绕组换相过程中所述浮空相的至少两个时刻的相电压或者所述定子绕组换相时浮空相的至少两个时刻的相电流。3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，所述控制器被配置为：根据所述定子绕组换相过程中所述浮空相的至少两个时刻的相电压估算所述浮空相的相电压的变化率；根据所述变化率确定所述定子绕组按照一定导通角导通时，所述定子绕组的理想换相时刻。4.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，还包括：转速检测单元，用于检测所述电机的转速；所述控制器被配置为：根据所述电机转速和所述定子绕组换相过程中所述浮空相的任一时刻的相电压确定所述定子绕组按照一定导通角导通时，所述定子绕组的理想换相时刻。5.根据权利要求1-4任一项所述的电动工具，其特征在于，所述定子绕组导通的导通角大于120
°
且小于180
°
。6.根据权利要求1-4任一项所述的电动工具，其特征在于，所述定子绕组导通的导通角大于120
°
且小于150
°
。7.一种电动工具，包括：电机，包括转子和三相定子绕组，所述定子绕组在所述电机运转中具有导通电角度；驱动电路，具有多个半导体开关元件；参数检测模块，用于检测所述电机运转时的工作参数；控制器，至少与所述驱动电路和所述电机构成电性连接；所述控制器被配置为：获取所述工作参数；根据所述工作参数预估所述定子绕组按照预设导通角导通时的理想换相时刻，并控制所述定子绕组在所述理想换相时刻换相；
所述定子绕组的导通电角度大于120
°
且小于150
°
。8.根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于，所述参数检测模块，用于检测所述电机的所述定子绕组换相过程中浮空相的工作参数；所述工作参数包括所述定子绕组换相过程中所述浮空相的至少两个时刻的相电压或者所述定子绕组换相时浮空相的至少两个时刻的相电流。9.根据权利要求8所述的电动工具，其特征在于，所述控制器被配置为：根据所述定子绕组换相过程中所述浮空相的至少两个时刻的相电压估算所述浮空相的相电压的变化率；根据所述变化率确定所述定子绕组按照一定导通角导通时，所述定子绕组的理想换相时刻。10.根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于，还包括：转速检测单元，用于检测所述电机的转速；所述控制器被配置为：根据所述电机转速和所述定子绕组换相过程中所述浮空相的任一时刻的相电压确定所述定子绕组按照一定导通角导通时，所述定子绕组的理想换相时刻。

技术总结
本发明公开一种电动工具，包括：电机，包括转子和三相定子绕组，定子绕组在电机运转中具有一定的导通电角度；驱动电路，具有多个半导体开关元件；参数检测模块，用于检测电机的定子绕组换相时浮空相的电参数；控制器，至少与驱动电路和电机构成电性连接；控制器被配置为：获取电参数；根据电参数预估定子绕组按照一定导通角导通时，定子绕组的理想换相时刻，并控制定子绕组在理想换相时刻换相。提供了一种能准确预测电机绕组换相时刻，具备稳定控制性能的电动工具。性能的电动工具。性能的电动工具。


技术研发人员：高庆
受保护的技术使用者：南京泉峰科技有限公司
技术研发日：2021.12.27
技术公布日：2023/7/11