專利名稱：電機控制裝置、電動工具的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及對搭載于電動工具的電機的轉(zhuǎn)速的控制。
背景技術：
在搭載無刷直流電機的現(xiàn)有的電動工具之一中，為了使電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，根據(jù)電機所具備的多個線圈的各個所感應的感應電力，檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。并且，根據(jù)檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的變化，算出電機的轉(zhuǎn)速，并對電機的轉(zhuǎn)速進行比例積分(PI)控制，直至算出的轉(zhuǎn)速達到目標速度。在這種電動工具中，由于不能直接檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，因而轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的檢測精度低。因此，實際上，盡管有時電機的轉(zhuǎn)速以目標速度處于穩(wěn)定，但算出的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變動。并且，由于根據(jù)變動的算出的轉(zhuǎn)速來對電機進行控制，所以造成電機的旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定或擺動，有時從電機被施加驅(qū)動力的齒輪產(chǎn)生蜂鳴音等。針對這種問題而想出的對策之一，是只在計算出的轉(zhuǎn)速和目標速度的偏差超出預先指定的指定范圍時，才利用電動工具進行控制(參照專利文獻1)，增大比例增益。此時，在像電動工具的電機剛啟動之后等情況那樣偏差大時，電機的轉(zhuǎn)速急速地變化，但在像電機的轉(zhuǎn)速接近目標速度等情況那樣偏差小時，電機的轉(zhuǎn)速的變化則變小。專利文獻1 日本特開昭61-94104號公報但是，在這種控制中，偏差小時，電機的轉(zhuǎn)速的變化變小，但若算出的轉(zhuǎn)速仍然發(fā)生變動，則針對電機的操作量將過度地發(fā)生變動，很難充分抑制擺動或齒輪的蜂鳴音。
實用新型內(nèi)容所以，本實用新型的目的在于，提供一種技術在電動工具中，能夠確保電機的轉(zhuǎn)速相對目標速度的追隨性，并且即使轉(zhuǎn)速的計測值不穩(wěn)定，也能使轉(zhuǎn)速以目標速度處于穩(wěn)定。為了達到上述目的而完成的本實用新型的第一方案的電機控制裝置具備目標值設定單元、計測單元、偏差算出單元、比例控制單元、積分控制單元、無效單元。在這種電機控制裝置中，目標值設定單元對搭載于電動工具的電機的轉(zhuǎn)速的目標值進行設定；計測單元計測轉(zhuǎn)速；偏差算出單元算出由計測單元計測出的轉(zhuǎn)速的計測值與該轉(zhuǎn)速的目標值的偏差。并且，比例控制單元對轉(zhuǎn)速進行比例控制，以使由偏差算出單元算出的偏差成為0 ；積分控制單元，對轉(zhuǎn)速進行積分控制，以使對偏差用時間進行積分而得到的積分值成為0，并且在由偏差算出單元算出的偏差是預先指定的指定范圍內(nèi)的值時，無效單元使由比例控制單元進行的比例控制無效。也就是說，在這種電機控制裝置中，算出的偏差是指定范圍內(nèi)的值時，比例控制成為無效，積分控制成為有效。因此，偏差是指定范圍內(nèi)的值時，即使轉(zhuǎn)速的計測值發(fā)生變動， 也能抑制相對電機的操作量的過度的變動，進而抑制轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。另一方面，偏差是指定范圍外的值時，由于比例控制和積分控制均有效，因而能夠確保轉(zhuǎn)速相對目標速度的的追隨性。如上所述，在具備這種電機控制裝置的電動工具中，能夠確保電機的轉(zhuǎn)速相對目標速度的追隨性，并且即使轉(zhuǎn)速的計測值不穩(wěn)定，也能使轉(zhuǎn)速以目標速度處于穩(wěn)定。無效單元可以從與假設的目標值建立關系對應而預先設定的多個范圍中，選擇與由目標值設定單元設定的目標值對應的范圍來，作為指定范圍，并在由偏差算出單元算出的偏差是指定范圍內(nèi)的值時，使由比例控制單元進行的比例控制無效。此時，如果根據(jù)假設的目標速度預先設定適當?shù)姆秶?，則能夠根據(jù)目標速度適當?shù)厥贡壤刂茻o效。在這里，無效單元可以為了使比例控制無效而構成任意的結構。例如，無效單元可以構成為，通過將由比例控制單元進行的比例控制的操作量設為0，使比例控制無效。無效單元只要構成如此的結構，就能夠使比例控制確實無效。并且，電機可以是通過供給的電力而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的任意的電動機。例如，電機為包括轉(zhuǎn)子和用于使該轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的多個線圈的無刷直流電機時，計測單元可以具備感應電力檢測單元和轉(zhuǎn)速算出單元。此時，感應電力檢測單元檢測多個線圈的各個所感應的感應電力，轉(zhuǎn)速算出單元根據(jù)感應電力檢測單元的檢測結果來算出轉(zhuǎn)速。根據(jù)這種電機控制裝置，即使該電機控制裝置或電機不具備用于直接檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的傳感器，也能夠確保轉(zhuǎn)速相對目標速度的追隨性，并且使電機的轉(zhuǎn)速以目標速度處于穩(wěn)定。然后，本實用新型的第二方案的電動工具具備第一方案的電機控制裝置。根據(jù)這種電動工具，能夠發(fā)揮與第一方案的電機控制裝置相同的效果。接著，本實用新型的第三方案的記錄介質(zhì)存儲了程序，該程序用于使計算機作為第一方案的電機控制裝置的計測單元、偏差算出單元、比例控制單元、積分控制單元和無效單元發(fā)揮功能。根據(jù)這種程序，能夠使計算機作為第一方案的電機控制裝置發(fā)揮功能。在這里，上述計算機可以是眾所周知的計算機，也可以是適于電動工具而構成的計算機。并且，上述程序可以存儲在組裝于計算機的ROM、備份RAM中，并從這些ROM、備份 RAM加載到計算機而使用，也可以經(jīng)由網(wǎng)絡加載到計算機而使用。并且，上述程序可以記錄在計算機能夠讀取的記錄介質(zhì)中并使用。作為記錄介質(zhì)包括例如軟磁盤(FD)、光盤(MO)、DVD (注冊商標)、CD-ROM、Blu-Ray磁盤(注冊商標)、 HD-DVD (注冊商標)、硬盤(注冊商標)、可攜帶的半導體存儲器(例如USB存儲器、存儲卡 (注冊商標)等。

圖1是表示本實用新型所涉及的電動工具的外觀的立體圖。圖2是表示電動工具的電結構的框圖。圖3是表示電動工具的控制系統(tǒng)的框線圖。圖4是表示電動工具的CPU所執(zhí)行的操作量算出處理的流程的流程圖。圖5是表示本實用新型的作用的一例的圖表。標號說明[0037]1...電動工具，2...電機殼，3...齒輪箱，4...鉆夾頭，5...操作部，6...模式切換開關，7...夾持部，8...扳機開關，9...旋轉(zhuǎn)方向切換開關，10...電池組，11...倒相電路，12...位置檢測電路，13...速度指令電路，14...控制電路，101...蓄電池單元， 111...開關電路，112...驅(qū)動電路，141. . . CPU, 142. . . ROM, 143. . . RAM, 144. . . I/O 接口。
具體實施方式
以下，參照附圖對本實用新型的實施方式進行說明。如圖1所示，本實施方式的電動工具1由所謂沖鉆機構成。更具體而言，電動工具1具備電機殼2 ；齒輪箱3，其位于電機殼2的上方；鉆夾頭4，其位于齒輪箱3的前方；操作部5，其位于齒輪箱3的后方。 電機殼2收納驅(qū)動電機Ml (參照圖2、，所述驅(qū)動電機Ml產(chǎn)生使鉆夾頭4進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的驅(qū)動力。齒輪箱3收納了將驅(qū)動電機Ml的驅(qū)動力向鉆夾頭4傳遞的齒輪機構(未圖示)。 并且，在齒輪箱3上設置模式切換開關6，以供電動工具1的使用者對鉆夾頭4的旋轉(zhuǎn)動作模式(例如，旋轉(zhuǎn)(鉆頭)模式或擊打(錘)模式等)進行切換操作。鉆夾頭4具備安裝機構(未圖示)，所述安裝機構在該鉆夾頭4的前端部裝卸自如地安裝工具鉆(未圖示)。在鉆夾頭4與齒輪箱3之間安裝有向電動工具1的下方向延出的棒狀的夾持部7，該夾持部7能夠從電動工具1拆除。該夾持部7成形為能使使用者用一只手把持該夾持部7。操作部5成形為能使使用者用另一只手抓住該操作部5。在操作部5的前側，設有供使用者對驅(qū)動電機Ml進行驅(qū)動/停止的扳機開關8。并且，在操作部5的上部設有用于切換驅(qū)動電機Ml的旋轉(zhuǎn)方向(正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn))的旋轉(zhuǎn)方向切換開關9。并且，在操作部5的下端部安裝有能夠從電動工具1脫離的電池組10。如圖2所示，在電動工具1內(nèi)部設有蓄電池單元101、驅(qū)動電機Ml、倒相電路11、位置檢測電路12、速度指令電路13和控制電路14。蓄電池單元101雖然在圖2中畫出了一個電池，但由多個電池串聯(lián)連接而構成。驅(qū)動電機Ml由眾所周知的無刷直流(DC)電機構成。更具體而言，驅(qū)動電機Ml具備轉(zhuǎn)子RT，其包括多個(例如兩個)未圖示的永磁鐵；線圈U、V、W，其是用于使轉(zhuǎn)子RT旋轉(zhuǎn)的三個線圈，并且各個線圈的一端相互連接(也就是說，Y接線)。即，驅(qū)動電機Ml是三相的無刷直流電機。但是，在圖2中，轉(zhuǎn)子RT畫在線圈U、V、W的外側，但圖2不表示構造性配置，而僅僅表示電連接關系。本實施方式的驅(qū)動電機Ml是轉(zhuǎn)子RT配置在線圈U、V、W的內(nèi)側的內(nèi)轉(zhuǎn)子式無刷直流電機。并且，本實施方式的驅(qū)動電機Ml由所謂無傳感器電機構成，不具備直接檢測轉(zhuǎn)子 RT的旋轉(zhuǎn)位置的傳感器(例如霍爾元件等)。倒相電路11具備開關電路111和驅(qū)動電路112。開關電路111對從蓄電池單元 101向驅(qū)動電機Ml的線圈U、V、W的電力供給路徑進行導通/切斷。更具體而言，開關電路111具備6個開關元件Ql Q6，開關元件Ql Q6分別是眾所周知的FET。并且，串聯(lián)連接的開關元件Q1、Q2組、串聯(lián)連接的開關元件Q3、Q4組和串聯(lián)連接的開關元件Q5、Q6組在蓄電池單元101的正極和負極之間構成并聯(lián)連接。[0051]驅(qū)動電機Ml的線圈U的另一端與開關元件Ql、Q2之間連接，驅(qū)動電機Ml的線圈 V的另一端與開關元件Q3、Q4之間連接，驅(qū)動電機Ml的線圈W的另一端與開關元件Q5、Q6 之間連接。驅(qū)動電路112構成為將具有與從控制電路14輸入的操作量信號對應的占空系數(shù)的多個PWM信號分別輸出到這些開關元件Ql Q6的柵極。位置檢測電路12構成為在轉(zhuǎn)子RT旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)各個線圈U、V、W感應的感應電力，來檢測驅(qū)動電機Ml的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并將表示旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號向控制電路 14輸出。速度指令電路13構成為將根據(jù)扳機開關8的操作量的、表示驅(qū)動電機Ml的轉(zhuǎn)速的目標值(目標速度)的目標速度信號向控制電路14輸出?？刂齐娐?4由微型計算機構成，至少包括CPU141、R0M142、RAM143和輸入輸出(I/ 0)接口 144。并且，在控制電路14中，CPU141根據(jù)存儲在R0M142中的各種程序，執(zhí)行各種處理來控制電動工具1的各個部件?；谌缟纤龅碾娐方Y構，在電動工具1中，圖3所示的控制系統(tǒng)得以實現(xiàn)。如圖3所示，在電動工具1的控制系統(tǒng)中，如下式所示，將比例操作量和積分操作量加在一起而得到的操作量u (t)賦予驅(qū)動電機Ml，其中，所述比例操作量與目標速度和電機的轉(zhuǎn)速的偏差呈比例，所述積分操作量是將偏差用時間進行積分而得到的。[數(shù)1]
權利要求1.一種電機控制裝置，其特征在于，具備目標值設定單元，其對搭載于電動工具的電機的轉(zhuǎn)速的目標值進行設定；計測單元，其計測上述轉(zhuǎn)速；偏差算出單元，其算出由上述目標值設定單元設定的上述目標值與由上述計測單元計測出的上述轉(zhuǎn)速的計測值之間的偏差；比例控制單元，其對上述轉(zhuǎn)速進行比例控制，以使由該偏差算出單元算出的上述偏差成為0;積分控制單元，其對上述轉(zhuǎn)速進行積分控制，以使對上述偏差用時間進行積分而得到的積分值成為0;以及無效單元，在由上述偏差算出單元算出的上述偏差為指定范圍內(nèi)的值時，使由上述比例控制單元進行的上述比例控制無效。
2.根據(jù)權利要求1所述的電機控制裝置，其特征在于，上述無效單元具備從與假設的上述目標值建立對應關系而預先設定的多個范圍中， 選擇出與由上述目標值設定單元設定的上述目標值對應的范圍，來作為上述指定范圍的結構，和如果由上述偏差算出單元算出的上述偏差是上述指定范圍內(nèi)的值，則使由上述比例控制單元進行的上述比例控制無效的結構。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電機控制裝置，其特征在于，上述無效單元是通過將由上述比例控制單元進行的上述比例控制的操作量設為0，來使該比例控制無效的單元。
4.根據(jù)權利要求1所述的電機控制裝置，其特征在于，上述電機為包括轉(zhuǎn)子和用于使該轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的多個線圈的無刷直流電機，上述計測單元具備感應電力檢測單元，其檢測上述多個線圈的各個所感應的感應電力；以及轉(zhuǎn)速算出單元，其根據(jù)該感應電力檢測單元的檢測結果來算出上述轉(zhuǎn)速。
5.一種電動工具，其特征在于，具備權利要求1至4中任一項所述的電機控制裝置。
專利摘要本實用新型提供電機控制裝置、電動工具。在電動工具中，能夠確保電機的轉(zhuǎn)速相對目標速度的追隨性，并且即使轉(zhuǎn)速的計側值不穩(wěn)定，也能使轉(zhuǎn)速以目標速度處于穩(wěn)定。在電動工具1中，如果計算出的驅(qū)動電機M1的轉(zhuǎn)速與目標速度的偏差e(t)是不靈敏區(qū)外的值，則使比例控制和積分控制均有效；如果偏差e(t)是不靈敏區(qū)內(nèi)的值，則使比例控制無效，使積分控制有效(S10～S70)。
文檔編號H02P6/16GK202309595SQ20112002952
公開日2012年7月4日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權日2010年2月2日
發(fā)明者市川佳孝 申請人:株式會社牧田