電動工具及其電機控制方法
2023-05-15 08:29:36
專利名稱：電動工具及其電機控制方法
技術領域：
本發明涉及油壓產生部每旋轉一周產生多次擊打的電動工具及其電機控制方法。
背景技術：
作為電動工具的電動式衝擊緊固工具，一般都具有油壓產生部每旋轉一周產生一 次擊打力的機構(參見專利文獻1)。而且，在電動工具中，為了防止產生大的振動及反作用 力，無刷DC電機直接連接於油壓脈衝單元(oil pulse unit)(參見專利文獻2)。另一方面，在作為空氣壓力驅動工具的脈衝扳手中存在如下工具通過壓縮空氣 旋轉的油壓產生部每旋轉一周產生兩次的衝擊力(以下也稱為「1周擊打2次」)(參見專 利文獻3)。另外，由於「1周擊打2次」是以小轉矩多次擊打，所以在擊打時可以防止起子 等與螺釘等分離(以下稱為「脫出」)，作業效率良好。g卩，「1周擊打2次」的工具能夠進行順利的緊固作業，使用性良好。專利文獻1 :US2009/0133894專利文獻2 日本 JP-A-2006-102826專利文獻3 日本-JP-A-4-111779但是，如專利文獻3所示地採用「1周擊打2次」的工具，與「1周擊打1次」的工 具相比，適用於估計為低載荷的旋轉速度慢的作業。原因在於，當「1周擊打2次」的工具和 「1周擊打1次」的工具在能力上具有相同的擊打機構時，雖然「1周擊打2次」的工具的1 次擊打力是「1周擊打1次」的工具的1次擊打力的一半，「1周擊打2次」的工具的擊打頻 率是「1周擊打1次」的工具的擊打頻率的2倍。S卩，在「1周擊打2次」的工具中，由於在 高負荷下的作業過程中擊打頻率變高導致油壓產生機構的響應性變差等原因，有時會產生 擊打不良。在這裡，擊打頻率是油壓產生部的油油壓縮產生的衝擊時的頻率。
發明內容
根據本發明的一個以上實施例，提供了一種可抑制擊打不良的繼續的、油壓產生 部每旋轉一周進行多次擊打的類型的電動工具及其電機控制方法。根據本發明的一個以上實施例，電動工具包括電機、由上述電機驅動並且每旋轉 一周產生多次擊打的油壓產生部、檢測上述油壓產生部的一次擊打中的擊打角度的擊打角 度檢測單元、檢測在上述電機中流動的電流的電流檢測單元、基於由上述擊打角度檢測單 元檢測出的擊打角度和由上述電流檢測單元檢測出的電流判斷擊打不良的判斷單元以及 在上述判斷單元判斷出擊打不良時減慢上述電機的旋轉速度的旋轉控制單元。而且，根據本發明的一個以上實施例，在通過電機旋轉的油壓產生部每旋轉一周 產生多次擊打的電動工具中，電機檢測上述油壓產生部的一次擊打中的擊打角度，檢測在 上述電機中流動的電流，基於所檢測出的擊打角度和所檢測出的電流判斷擊打不良，在判 斷出擊打不良時減慢上述電機的旋轉速度，由此進行控制。在上述電動工具及其電機控制方法中，基於油壓產生部的1次擊打中的擊打角度和與電機的負荷轉矩具有正比例關係的負荷電流判斷擊打不良，在擊打不良時減慢電機的 旋轉速度，由此可以抑制擊打不良的繼續。即，根據本發明的實施例涉及的電動工具及其電 機控制方法，由於如上所述地可以防止擊打不良，所以作業效率提高，並且可以進行順利的 緊固作業，電動工具的使用性提高。 其他特徵及效果可以由實施例的記載及權利要求書獲知。
圖1是本發明涉及的第1實施例的電動工具(油壓脈衝起子)的剖面圖
圖2是圖1所示的油壓脈衝產生裝置的剖面圖。
圖3是沿著圖2的3-3線的剖面圖。
圖4是表示圖3中的油壓脈衝產生裝置的旋轉一周的動作的視圖。
圖5是圖1所示的電動工具的框圖。
圖6是關於圖1所示的電動工具的擊打控制模式的流程圖。
圖7A是1次擊打中的脈衝圖。
圖7B是表示電機的旋轉角度及擊打角度的視圖。
圖8是用於說明正常擊打及擊打不良的不同的視圖。
圖9是用於說明正常擊打及擊打不良的不同的視圖。
圖10是表示90mm螺釘旋轉的狀態的視圖。
圖11是表示1周擊打2次及1周擊打1次中的振動的不同的視圖。
圖12是本發明涉及的第2實施例的電動工具的框圖。
具體實施例方式以下，作為示例，將作為本發明的第1實施例的電動工具及其電機控制方法用於 圖1所示的1周擊打多次(在本例中為1周擊打2次)的油壓脈衝起子進行說明。(油壓脈衝起子的簡略結構)如圖1所示，油壓脈衝起子10包括作為電源的充電電池12、作為驅動單元的無 刷DC電機(以下也簡稱為「電機」)14、對電機14的旋轉進行減速的減速機構16、接受減速 機構16的輸出而產生油壓脈衝的油壓脈衝產生機構18、傳遞由油壓脈衝產生機構18產生 的旋轉擊打力的主軸20及扳機杆22。另外，主軸20上安裝有未圖示的起子批頭等。此外， 以可裝拆的方式配置充電電池12。(關於油壓脈衝產生機構的結構)基於圖2及圖3，對關於油壓脈衝產生機構的結構進行說明。如圖2所示，油壓脈 衝產生機構18在油壓產生部殼體23內設置油壓產生部24，將主軸20插入到油壓產生部 24內並使油壓產生部可以相對主軸20旋轉。在油壓產生部24的兩端，以在油壓產生部24 內填充有用於產生轉矩的油壓的狀態下由油壓產生部板25A及25B密封油壓的方式配置。 另外，油壓產生部殼體23及油壓產生部24相互結合，兩者通過電機14的旋轉而一體旋轉。如圖3所示，在油壓產生部24的內部形成斷面呈橢圓形的油壓產生部室26。在油 壓產生部24的內部，將通過彈簧28配置的一對葉片29插入到主軸20的相對的一對槽27
4中。葉片29在彈簧28的作用力下與油壓產生部室26的內表面抵接的同時進行移動。在 主軸20上，一對密封部20A、20B突出設置於一對葉片29之間。在油壓產生部24的內周面 上，四個密封部24A、24B、24C、24D突出設置於斷面呈橢圓形的短軸的兩端及長軸的兩端。 如圖4所示，當油壓產生部24相對主軸旋轉一周時，經過兩次，油壓產生部室26被密閉區 劃成兩個高壓室H和兩個低壓室L (參見圖3)。另外，圖4的(1)至(5)表示油壓產生部24與主軸20的相對角度從0度到180 度的狀態，圖4的(6)至(11)表示油壓產生部24與主軸20的相對角度從180度到380度 的狀態。在圖4的(3)及⑷中，由主軸20進行衝擊脈衝產生的第1次擊打，在圖4的⑶ 及(9)中進行第2次擊打。即，在油壓產生部24相對主軸20旋轉一周的期間，進行2次擊 打(旋轉1周擊打2次)。另外，本實施例的油壓脈衝產生機構與現有的公知機構相同，因 而省略以上的詳細說明。(關於油壓脈衝起子的控制系統的結構)如圖5所示，油壓脈衝起子包括充電電池12、電機驅動器13、電機14以及CPU30。 作為判斷單元及旋轉控制單元的CPU30包括非易失性存儲器32、電流檢測部34及電壓控制 部36，並控制油壓脈衝起子10的整體動作。作為記錄單元的存儲器32具有用於存儲控制 各種處理的程序的存儲區域和用於讀寫各種數據的記錄區域，在此記錄區域中記錄運算數 據等。另外，CPU30連接於充電電池12而外加電壓。如圖2所示，電流從旋轉中的電機14被輸入到電流檢測部34，充電電池12的電 壓被輸入到作為電壓檢測單元的電壓控制部36。電壓控制部36基於輸入到電流檢測部34 的電流(即負荷轉矩)及輸入到電壓控制部36的電壓將電機14的預定驅動電壓輸出到電 機驅動器13。在這裡，將電機14設為無刷電機是基於如下理由。由於無刷電機的轉子的慣性力 矩比有刷電機小，所以在採用1周擊打2次類型的油壓脈衝產生機構時，電機的旋轉速度 變化也較小。即，在無刷電機中，雖然因負荷變動引起的旋轉速度變化較大地輸出，但是在 1周擊打2次類型的油壓脈衝產生機構中，其負荷變動小，所以因負荷變動引起的旋轉速度 變化也較小。(本實施例的作用)基於圖6所示的流程圖說明關於擊打控制模式的處理。當對扳機杆22進行拉動 操作而接通未圖示的開關時，CPU30通過下載程序而執行圖1所示的油壓脈衝起子10的處 理。所執行的處理程序由圖6的流程圖表示，這些程序預先存儲於存儲器32 (參見圖5)的 程序區域中。本程序是電機14(參見圖5)的旋轉中的處理。另一方面，如圖8所示，當擊打頻率達到一定值以上例如50 (次/s)以上時，會產 生擊打不良。這時，擊打1次的前進角度比正常擊打小。即，如圖9所示，產生了如下現象 正常擊打時，擊打1次的前進角度小時，對電機14的負荷大；擊打不良時，儘管擊打角度小， 但對電機14的負荷小。因此，在每次擊打的前進角度(以下也稱為擊打角度)小、且消耗電流小時(即， 電機14的負荷小時)，產生擊打不良。本實施例中，作為判斷擊打不良的要素，根據上述的 擊打角度及消耗電流是否在閾值以下進行判斷。另外，若產生擊打不良，則電機14的旋轉 速度上升、且消耗電流也變小，因而擊打不良繼續發生。
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(擊打控制模式) 在圖6所示的步驟100中，CPU30檢測電機14的旋轉速度。如圖7A所示，根據脈 衝間的寬度L2的時間t計算(與「檢測」同義)旋轉速度。在步驟102中，CPU30基於在 步驟100中檢測出的旋轉速度(即，旋轉速度的脈動)檢測擊打角度。電機14前進的角度 (也包括擊打角度)是根據圖7A所示的每擊打1次輸出的脈衝數計算並判斷的。即，如圖 7B所示，CPU30通過從電機14前進的角度0 3(該角度變動)中減去電機14空轉的角度 e 4 (該角度一定)而計算螺釘前進的擊打角度e 5 (該角度變動)。在步驟104中，CPU30基於從存儲器32讀取的閾值例如60度判斷在步驟102中 檢測出的擊打角度是否在閾值以下。當在步驟104中為否定時、即在閾值以上時，CPU30判 斷為例如將螺釘等打入負荷低的材料中，返回步驟100。當在步驟104中為肯定時、即在閾 值以下時，在步驟106中，CPU30的電流檢測部34檢測電機14的消耗電流lad。在步驟108中，判斷在步驟106中檢測出的消耗電流是否為閾值例如16A以下。當 在步驟108中為否定時、即在閾值以上時，由於電機14的負荷在規定值以上，所以CPU30判 斷為正常擊打，返回步驟100。當在步驟108中為肯定時、即在閾值以下時，由於電機14的 負荷在規定值以下，所以CPU30判斷為擊打不良，通過電壓控制部30減慢電機14的旋轉速 度。在電機14旋轉的期間，反覆執行本程序的處理。另外，上述程序的處理流程(參 見圖3)是一例，可以在不脫離本發明主旨的範圍內適當變更。例如，也可以在步驟102中 檢測擊打頻率(在這種情況下，也基於擊打頻率判斷擊打角度)，並在步驟104中判斷擊打 頻率是否在規定值以上例如50 (次/s)以上。當在規定值以上時，前進至步驟106。根據本實施例，基於油壓產生部24擊打1次的擊打角度及與電機14的負荷轉矩 成正比例關係的負荷電流判斷擊打不良，在擊打不良時減慢電機14的旋轉速度，所以可以 抑制擊打不良的繼續。即，根據本實施例，由於可以如上所述地防止擊打不良，所以作業效 率良好，並且可以進行順利的緊固作業，油壓脈衝起子10的使用性良好。另外，根據本實施 例，由於1周擊打2次是以小轉矩多次擊打，所以擊打時可以防止脫出。在這裡，關於90mm螺釘的緊固時的擊打，如圖10所示，與1周擊打1次類型相比， 1周擊打2次類型油壓脈衝產生機構的每擊打1次的時間較短，所以轉矩力變弱，打入感良 好。而且，關於圖1所示的油壓脈衝起子10的振動，如圖11所示，與1周擊打1次類型相 比，1周擊打2次類型油壓脈衝產生機構較小，所以使用感覺良好。另外，圖11中的3種的 1周擊打1次類型表示出油壓脈衝產生機構分別不同的油壓脈衝起子的例子。此外，電壓控制部36也可以基於輸入到電流檢測部34的電流計輸入到電壓控制 部36的電壓將與電機14的最佳旋轉速度對應的驅動電壓輸出到電機驅動器13。在這種情 況下，由於圖1所示的充電電池12的電壓不會對電機14的旋轉造成影響，所以特別是可以 防止充滿電時的擊打不良的產生。在這裡，最佳旋轉速度是指即使電機14的負荷轉矩變 化也可以最為高效地進行擊打等作業的旋轉速度。〈第2實施例〉以下，以圖12所示的油壓脈衝起子的框圖說明作為本發明的第2實施例的電動工 具及其電機控制方法。另外，對與上述第1實施例基本相同的部分標註相同的附圖標記，省 略並簡化說明，主要對不同的部分進行說明。
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作為旋轉控制單元的CPU40包括非易失性存儲器42、電流檢測部44及旋轉速度控 制部46，並控制圖1所示的油壓脈衝起子10的整體動作。作為記錄單元的存儲器42具有 用於存儲控制各種處理的程序的存儲區域和用於讀寫各種數據的記錄區域，在該記錄區域 中記錄上述的擊打角度及消耗電流的閾值數據等。如圖12所示，電流lad從旋轉中的電機14被輸入到電流檢測部44，當前的電機旋 轉速度被輸入給旋轉速度控制部46。CPU40的旋轉速度控制部46基於擊打角度及輸入給 電流檢測部44的電機14的負荷電流判斷是否為擊打不良。於是，當判斷為擊打不良時，旋 轉速度控制部46根據當前的旋轉速度計算電機輸出電壓，並輸出給電機驅動器13。旋轉速度控制部46也可以基於輸入到電流檢測部44的電機14的負荷電流及充 電電池12的電壓計算目標旋轉速度，並且根據計算出的目標旋轉速度與當前旋轉速度之 差計算電機輸出電壓，並輸出給電機驅動器13。在這種情況下，旋轉速度控制部46例如基 於PI控制(比例_積分控制)進行控制，以使電機14的旋轉速度達到目標旋轉速度。艮口， 也可以不是根據負荷電流直接計算電機驅動電壓，而是根據電機14的負荷電流及充電電 池的電壓暫時計算目標旋轉速度，並基於上述的旋轉速度差最終計算出電機輸出電壓。電機14的旋轉速度例如是基於旋轉中的電機14的反電動勢或旋轉傳感器(霍爾 傳感器、編碼器)檢測出的。其他結構及作用效果與第1實施例相同。在上述各實施例中，雖然例示了電動工具為1周擊打2次的油壓脈衝起子，但是本 發明也可以適用於例如1周擊打2次以上的油壓脈衝起子、其他衝擊起子等電動擰緊工具。 此外，本發明還適用於利用商業電源作為電源的電動工具。
權利要求
一種電動工具，其包括電機、由上述電機驅動並且每旋轉一周產生多次擊打的油壓產生部、檢測上述油壓產生部的一次擊打中的擊打角度的擊打角度檢測單元、檢測在上述電機中流動的電流的電流檢測單元、基於由上述擊打角度檢測單元檢測出的擊打角度和由上述電流檢測單元檢測出的電流判斷擊打不良的判斷單元以及在上述判斷單元判斷出擊打不良時減慢上述電機的旋轉速度的旋轉控制單元。
2.一種電動工具的電機控制方法，所述電動工具的通過電機旋轉的油壓產生部每旋轉 一周產生多次擊打，檢測上述油壓產生部的一次擊打中的擊打角度， 檢測在上述電機中流動的電流，基於所檢測出的擊打角度和所檢測出的電流判斷擊打不良， 在判斷出擊打不良時減慢上述電機的旋轉速度。
全文摘要
本發明提供一種電動工具及其電機控制方法，該電動工具包括電機、由上述電機驅動並且每旋轉一周產生多次擊打的油壓產生部、檢測上述油壓產生部的一次擊打中的擊打角度的擊打角度檢測單元、檢測在上述電機中流動的電流的電流檢測單元、基於由上述擊打角度檢測單元檢測出的擊打角度和由上述電流檢測單元檢測出的電流判斷擊打不良的判斷單元以及在上述判斷單元判斷出擊打不良時減慢上述電機的旋轉速度的旋轉控制單元。
文檔編號B25B21/02GK101856810SQ20101013172
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月15日 優先權日2009年4月7日
發明者揚原紀元, 森村好一郎 申請人:美克司株式會社