CN101789748B - 电动工具 - Google Patents

Abstract

提供了一种电动工具，其包括：电动机；开关器件，用于响应其导向角来变换将要施加到电动机的AC电压；转速设定单元，其设定电动机的目标转速；转速检测单元，其检测电动机的实际转速；以及控制器，其通过将实际转速与目标转速进行比较来确定导向角，并且其根据最大导向角来使用导向角控制开关器件，最大导向角是根据目标转速设定的。

Description

电动工具

本发明是基于2009年1月19日提交的日本专利申请第2009-009389号和2009年3月31日提交的日本专利申请第2009-083910号并要求这两个申请的优先权，通过引用方式将所述申请的整体内容结合到本文。

技术领域

本发明涉及一种使用AC电动机的电动工具。更具体地，本发明涉及一种具有控制器来用半导体器件的导向角来控制电动机的转速的电动工具，并且涉及一种具有控制器来用半导体器件的导向角来控制电动机的转速的电动工具。

背景技术

在电动工具中，重要的是控制电动机的转速使得即使将要施加到电动机的负载改变也不会使该转速发生变动。为此，已经广泛地使用转速检测单元来检测电动机的转速并监视检测结果与设定转速间的差值，从而执行旋转控制。例如，在JP-2004-194422-A中，使用AC电动机作为电动工具的电动机。当使用AC电动机时，从转速检测单元输出的信号被反馈到用于设定三端双向可控硅开关元件(triac)的导向角的信号，从而执行恒定旋转控制来使电动机的转速保持恒定。

为了增大/减小电动机的转速，通常，如JP-2004-194422-A中所述要改变诸如三端双向可控硅开关元件之类的半导体器件的导向角。导向角被表示为处在从三端双向可控硅开关元件被接通所处的相位角到零交叉点之间的角度范围内(0°到180°)。为了保护电动机，要检测流到电动机的电流并且在超过预设的过电流设定值时停止电动机。将参考图5来描述一种示例的传统控制方法。

图5示出了根据传统技术的电动机旋转控制电路。AC电源101例如具有在50Hz或60Hz处100V的单相，并且由开关102来对交替电流进行开/关控制。由三端双向可控硅开关元件127来控制用于开始传导的相位角，从而使电动机103的转速可控。插入旁路电阻140来检测流到电动机103的电流，并且自定义IC 123测量施加到旁路电阻140两端的电压，从而检测电流值。自定义IC 123包括未在图中示出的过电流检测电路。如果确定了有过电流流到电动机103，则对电动机103的电源供应被阻断。二极管116、电阻117以及电解电容119是用于执行半波整流的电源电路，并且所产生的直流电流被提供到自定义IC 123。

电阻131以及可变电阻132和133具有用于设定电动机103转速的电阻值，并且将可变电阻132所设定的电压(设定电压)输入到自定义IC 123中的比较器123a的正输入端。为电动机103提供用于检测转速的转速传感器106，并且转速传感器106的输出(反馈电压)被输入到比较器123a的负输入端。比较器123a基于设定电压与反馈电压之间的差来产生触发信号，并且通过电阻128将触发信号输入到三端双向可控硅开关元件127以控制三端双向可控硅开关元件127的导向角，从而调节将要施加到电动机103的电压。

在根据传统技术检测过电流的方法中，必须在电路中插入旁路电阻140来向电动机提供电流。为此，流到电动机的电流总是增加功耗来流到旁路电阻140。在自定义IC 123中必须并入一个电路来检测施加到旁路电阻140两端的电压并确定是否流过了过电流。

在电动工具中，重要的是控制电动机的转速使得即使将要施加到电动机的负载改变该转速也不发生变动。为此，由转速检测单元来检测电动机的转速并且监视检测结果与设定速度之间的差来执行反馈控制。在使用AC电动机的电动工具中，由三端双向可控硅开关元件的导向角的改变来反映检测到的与设定转速的差值，从而保持电动机的转速恒定。导向角由一个角度范围(0°到180°)的百分比(％)来表示，所述角度范围是从接通三端双向可控硅开关元件的相位角到零交叉点的角度范围。在使用AC电动机的电动工具中，电动机频繁地开启或关闭。因此，快速且稳定地启动电动机是重要的。JP-H06-254440公开了一种在离心分离器的转子旋转控制中当启动后进入设定状态时无需过冲或下冲来启动AC电动机的方法，但是这并非电动工具中的控制。

AC电动机的目标转速与实际转速之间的差值被反馈到三端双向可控硅开关元件的导向角的现有技术可被很好地应用于电动机以某一确定转速旋转情况下的控制。然而，本发明的发明人发现如果将现有技术完全应用于电动机启动操作中的控制，会出现以下问题。下面将参考图8来描述这种状况。

图8示出了电动机的启动特性。纵轴表示电动机的转速(r.p.m)，横轴表示经过的时间(秒)。在图中，实线的曲线示出了从电动机启动操作到目标转速的理想加速状态。当把三端双向可控硅开关元件的导向角设置得稍大以防止在电动机的启动操作中电动机的响应性发生延迟时，在启动电动机之后执行加速，并且如虚线的曲线所示一旦超过目标转速就引起过冲，并且在接近目标转速时引起下冲，随后重复进行过冲。为了防止过冲或下冲，也可提出使得转速控制的响应性比电动机的响应性更差(更慢)。在此情况下，可防止过冲。然而，如下方的虚线曲线所示，电动机的加速度较慢，也就是执行所谓的慢启动。因此，启动操作需要很长时间。

而且，在JP-H06-254440描述的技术中，当在启动操作之后进入设定状态时，消除了过冲和下冲。然而，要使用的AC电动机是一种感应电动机并且调节电动机电流来控制相位控制装置的点火角，该相位控制装置(其包括在电动机驱动电路中)用来控制将要给到感应电动机的电流，从而可以消除过冲。然而，在JP-H06-254440描述的技术中，使用具有转差频率和同步频率两个频率的交替电流来执行启动操作中的控制，而且对点火角进行切换。因此，与控制要启动和加速的AC电动机而不用改变频率的方法相比，例如与在整流式电动机之类的电动机中只用三端双向可控硅开关元件的导向角来执行控制的方法相比，上述方法的前提并不相同。因此，在JP-H06-254440中描述的技术不能完全用于诸如整流式电动机之类的AC电动机中。

发明内容

考虑到背景，本发明的目的是提供一种能够防止电动机烧坏而无需增加功耗的电动工具。

本发明的另一个目的是提供一种能够检测流入电动机的过电流而无需使用旁路电阻的电动工具。

本发明的又一个目的是通过使用微型计算机来安全高效地控制AC电动机的旋转。

如下将描述在本申请中公开的本发明的典型特征。

根据本发明的一个方面，提供了一种电动工具，其包括：电动机；开关器件，用于响应其导向角来变换将要施加到电动机的AC电压；转速设定单元，其设定电动机的目标转速；转速检测单元，其检测电动机的实际转速；以及控制器，其通过将实际转速与目标转速进行比较来确定导向角，并且其根据最大导向角来使用导向角控制开关器件，最大导向角是根据目标转速设定的。

当导向角超过最大导向角时，控制器可检测出过电流状态。

控制器可具有存储单元。并且存储单元可预先存储目标转速与引起过电流的对应最大导向角之间的关系。

可针对输入AC功率的每个频率来设定目标转速与对应最大导向角之间的关系。

转速设定单元可以是一个盘式开关。并且可以根据盘式开关的操作来设定最大导向角。

控制器可根据最大导向角来停止电动机。

控制器可根据最大导向角来减小电动机的目标转速。

控制器可根据最大导向角来通过减小导向角从而减小实际转速。

控制器可通过将实际转速与目标转速进行比较来计算导向角。并且，控制器将调整后的导向角输出到开关器件，如果计算出的导向角超过最大导向角，则调整后的导向角与最大导向角相等。

根据本发明的第一方面，控制器根据与所设定的转速相对应的最大导向角来确定过电流状态。因此能够以并不昂贵的结构来检测电动机的过电流状态，并且无需使用旁路电阻来检测电流。

根据本发明的第二方面，当半导体器件的导向角超过与所设定的转速相对应的最大导向角时，控制器确定进入了过电流状态。因此，能够可靠地检测过电流状态，从而防止电动机被烧坏。

根据本发明的第三方面，控制器具有存储单元，并且该存储单元预先存储了电动机的设定转速与产生过电流的最大导向角之间的关系。因此，控制器能够即时获得最大导向角。

根据本发明第四方面，根据输入AC功率的频率来对设定转速与最大导向角之间的关系进行设定。因此，能够用单个控制装置来与多个电动机对应工作。

根据本发明的第五方面，转速设定单元是盘式开关，并且控制器对应于盘式开关的设定量来对最大导向角进行设定。因此，能够对应于所设定的转速来以很高的精确性检测过电流。

根据本发明的第六方面，当确定进入了过电流状态时，控制器停止电动机。因此能够防止电动机被烧坏。

根据本发明的第七方面，当确定进入了过电流状态时，减小电动机的设定转速。因此，能够在防止烧坏电动机的同时继续执行工作。

根据本发明的第八方面，控制器将半导体器件的导向角减小一个特定的量，从而降低设定转速。因此，能够有效地避免过电流状态。

根据本发明的第九方面，控制器执行控制从而使半导体器件的导向角不会超过对应于设定转速的最大导向角。因此，能够避免过电流状态的产生。

本发明的上述和其他目的以及新颖的特征将由以下说明和附图的描述而显见。

考虑到背景技术，本发明的另一个目的是提供一种通过使用三端双向可控硅开关元件来控制AC电动机旋转的电动工具，其中能够很好地执行加速而不会在电动机的启动操作中发生过冲，从而缩短了启动操作所需的时间。

本发明的另一个目的是提供一种电动工具，其中通过使用微型计算机来有效地执行AC电动机启动操作中的旋转控制。

根据本发明的又一方面，提供了一种电动工具，包括：电动机；开关器件，用于响应其导向角来变换将要施加到电动机的AC电压；控制器，控制导向角，从而控制电动机的实际转速，其中，当启动电动机时，控制器控制导向角使其在第一时段内处于第一最大导向角的范围内，并使其在第二时段内处于比第一最大导向角小的第二最大导向角的范围内，第一时段开始于电动机的启动时刻，第二时段紧接着第一时段。

控制器可具有存储单元。并且存储单元可预先存储第一最大导向角和第二最大导向角。

电动工具还可包括：转速设定单元，其设定电动机的目标转速；以及转速检测单元，其检测电动机的实际转速。控制器可通过将实际转速与目标转速进行比较来确定导向角。

存储单元可针对每个目标转速来存储多组第一最大导向角和第二最大导向角。

存储单元可针对输入AC功率的每个频率来存储第一最大导向角和第二最大导向角之间的关系。

存储单元可针对每个目标转速来存储第一最大导向角与第二最大导向角的比值。

第一时段可被定义为从电动机启动时刻到经过一个给定时间的时刻。并且第二时段可被定义为从电动机还未达到稳定转速的时刻到电动机达到稳定转速的时刻。

控制器可通过比例元件来执行对实际转速与目标转速的偏移的反馈。并且可将反馈的单位量控制为在启动和加速时的单位量比在稳定旋转时的单位量大。

根据本发明的第一方面，控制半导体器件的导向角，使得从电动机的启动操作到第一预定时间的时段内，都不超过第一最大导向角，并且控制半导体器件的导向角，使得从第一预定时间到第二预定时间的时段内，都不超过小于第一最大导向角的第二最大导向角。因此，能够缩短启动操作所需的时间，而不会在启动电动机时引起过冲。

根据本发明的第二方面，控制器具有存储单元，并且与电动机的设定转速相对应的第一最大导向角与第二最大导向角之间的关系被预先存储在存储单元中。因此，控制器能够即时获得最大导向角。

根据本发明的第三方面，控制器将从转速检测单元输出的检测信号与转速设定单元设定的转速设定信号进行比较，从而增大/减小导向角。因此，能够对应于所设定的转速来以高精度启动电动机。

根据本发明的第四方面，针对每个设定转速准备了多组第一最大导向角和第二最大导向角，并存储在存储单元中。因此，能够精确地控制电动机的每个转速区间的旋转。

根据本发明的第五方面，与设定转速对应的第一最大导向角与第二最大导向角之间的关系是根据输入AC功率的频率设定的。因此，能够用单个控制装置与多个电动机对应地工作。

根据本发明的第六方面，存储在存储单元中的第一最大导向角与第二最大导向角的比值被设定为在所设定的转速每次增大时发生增大或减小。因此，能够精确地控制电动机每个转速区间的旋转。特别是能够执行控制从而在电动机的转速较低的区间内产生足够的转矩。

根据本发明的第七方面，第一预定时间是电动机的启动操作之后到达到稳定转速之前的时间间隔，并且第二预定时间是电动机的稳定转速还未达到的时间到达到了稳定转速时间的时间间隔。因此，能够根据分开的控制参数来精确地控制电动机的启动操作中与达到稳定旋转中的控制部分。

根据本发明的第八方面，可将反馈的单位量控制为在电动机的启动和加速操作中比在电动机的稳定旋转中的反馈单位量大。因此，能够减小稳定旋转过程中旋转的变动。

本发明的上述和其他目的以及新颖的特征将由以下说明和附图的描述而显见。

附图说明

图1示出了根据实施例1的电动机旋转控制电路。

图2示出了根据实施例1的转速控制装置的操作。

图3示出了电动机3的电流-转速特性。

图4示出了根据实施例1的最大导向角比值的图表。

图5示出了根据传统技术的电动机旋转控制电路。

图6示出了根据实施例2的电动机旋转控制电路。

图7示出了根据实施例2的转速控制装置的操作。

图8示出了电动机1003的启动特性。

图9示出了根据实施例2的最大导向角比值的图表。

图10示出了从转速信号放大电路1005输出到微型计算机1023的信号。

图11示出了施加到电动机1003的电压波形与导向角之间的关系。

图12示出了电动机1003的旋转变动与反馈控制之间的关系。

图13示出了电动机1003的目标转速设定值与启动和加速操作中的最大导向角的另一个示例。

图14示出了偏离电动机1003的目标转速的量与反馈量之间的关系。

具体实施方式

实施例1

下面将参考附图来描述根据本发明的实施例1。图1示出了根据该实施例的电动机旋转控制电路。AC电源101具有例如50Hz或60Hz的100V单相，并且由开关2对交替电流进行开/关控制。转速控制装置4包括用于检测电动机3的转速的转速传感器6、用于将转速传感器6输出的转速信号放大的转速信号放大电路5、微型计算机23、用于为微型计算机23和控制电路生成参考电源的电源电路7、用于检测AC电压的零交叉点的零交叉检测电路8、用于检测开关2的开/关并用于将开/关信号传送到微型计算机23的二极管24及电阻25和26、用于控制施加到电动机3的电压相位的三端双向可控硅开关元件27(半导体器件)、用于将门信号输入到三端双向可控硅开关元件27的电阻28、用于根据电动机3的特性来设定最大导向角的电阻29和30、用于设定电动机3的转速的电阻31及可变电阻32和33。

转速信号放大电路5是一个AC放大器，其包括电容器9和15，电阻10、11、12、14，以及晶体管13，并且其在0V到-VCC范围内对从转送传感器6发送来的转速信号进行放大，并将放大后的信号输出到微型计算机23。微型计算机使用该输出信号来检测电动机3的转速。

电源电路7是一个半波整流电路，其包括二极管16、电阻17、稳压二极管18、以及电解电容器19，并且其用于将AC电压转换为直流电流并将直流电流提供到微型计算机23和电动工具未示出的电路。

零交叉检测电路8包括电阻20和21以及光耦合器22。AC电压首先被电阻20削弱并被发送到光耦合器22的输入端口(发光二极管)。将两个发光二极管以彼此相反的方向连接到光耦合器22的输入端口。发光二极管发射与电流方向无关的光，并且只在零交叉点附近，也就是低电压处关闭。光耦合器22包括光电晶体管作为输出端口，并且只有当输入端口内的发光二极管发光时才进入开启状态。换句话说，只有在零交叉点处才使光电晶体管进入关闭状态，并且在其他范围内使其进入开启状态。因此，只有在零交叉点处通过电阻21将0V输入到微型计算机23，并且在其他范围输入-VCC。通过将要输入到微型计算机23中的信号的变化，微型计算机23能够获得用于对三端双向可控硅开关元件27的相位进行控制的参考信号。

接着，将参考图2的流程图来描述转速控制装置4的操作。当连接电动工具的AC电缆(未示出)从而由AC电源101提供AC电压时，通过电源电路7将恒定DC电压提供到微型计算机23。由AC电源101提供的AC电压被输入到零交叉检测电路8。微型计算机23测量从零交叉检测电路8输入的零交叉信号的时间间隔，以检测输入AC功率的频率(步骤201)。

随后，微型计算机23检测由电阻31和可变电阻32、33设定的电动机3的目标转速设定电压，并且设定一个目标转速(步骤202)。用户通过拨盘来操纵可变电阻32以设定转速，并且该可变电阻32例如是一个设定单元用以设定电动机3在多个等级内的转速(例如拨盘的四个等级1到4)。提供可变电阻33来抑制控制电路中的变化。

之后，微型计算机23设定三端双向可控硅开关元件27的最大导向角(步骤203)。将参考图3来描述电动机3的电流-转速特性。总的来说，电动机3具有负载(电流)增大时转速减小的特性。在本实施例中，作为恒定转速控制，控制三端双向可控硅开关元件27的导向角，从而即使负载发生变动，电动机3也以设定的目标转速旋转。因此，可使电动机3的转速保持恒定，直到三端双向可控硅开关元件27的导向角达到100％。最大导向角表示引起过电流值并且可能烧坏电动机3的一个三端双向可控硅开关元件27的导向角。最大导向角比值表示最大导向角与100％的导向角的比值。当假设引起电动机3被烧坏的过电流值相等时，最大导向角比值根据设定目标转速变化并且还随着目标转速增加而增加。

图4示出了特定最大导向角比值的图表。在图4中，提供两种类型的设定值表格A和B来与两种类型的电动机(用于两种电动工具或特性不同的同种工具的电动机)相对应。可通过选择电阻29和30来将设定值表格A或B给到微型计算机23。当只连接电阻29时，选择设定值表格A。当只连接电阻30时，选择设定值表格B。例如在制造阶段选择了电阻29和30。微型计算机23针对导向角执行时间设定以获得设定的最大导向角，从而与在步骤201检测到的输入功率的频率相对应。

回到图2的流程图，当在步骤203设定了最大导向角并随后接通开关2时，将电压被二极管24和电阻25、26分压了的接通信号输入到微型计算机23，从而微型计算机23将门信号通过电阻28输入到三端双向可控硅开关元件27的栅极终端。之后，接通三端双向可控硅开关元件27，从而电流流到电动机3并由此启动电动机3来使其旋转(步骤204)。

此时，对应于启动电动机3的预设时间，执行软启动操作使得导向角从0％开始逐渐增大到由零交叉检测电路8检测到的作为参考的零交叉点，并且电动机3的转速达到由电阻31和可变电阻32、33设定的目标转速。接着，微型计算机23通过监视由转速传感器6和转速信号放大电路5检测的电动机3的转速，并控制输入到三端双向可控硅开关元件27的门信号以在电动机3的转速低于目标转速时增大导向角以及在电动机3的转速高于目标转速时减小导向角，从而来执行相位控制以保持电动机3的转速恒定(步骤205)。

随后，微型计算机23监视三端双向可控硅开关元件27的电流导向角是否超过了在步骤203设定的最大导向角(步骤206)。当三端双向可控硅开关元件27的导向角超过了在步骤203设定的最大导向角一个特定时段的时长时，输入到三端双向可控硅开关元件27的门信号被停止，或者极大地减小导向角以保护电动机3(步骤207)。

当三端双向可控硅开关元件27的导向角未超过在步骤203设定的最大导向角时，处理返回到步骤202并且继续执行对电动机3的恒定转速控制以及对三端双向可控硅开关元件27的导向角的监视。

如上所述，根据本实施例，当三端双向可控硅开关元件27的导向角超过最大导向角一个特定时段的时长时，确定进入了过电流状态，并且停止电动机或减小转速。因此，能够以并不昂贵的结果来防止电动机被烧坏，而无需使用旁路电阻来检测电流。对应于输入AC功率的频率来设定最大导向角。因此，能够消除由于AC功率的频率不同而产生的防止过电流操作点的不同。

从至少两种类型的最大导向角设定值表格中选择最大导向角。因此，可通过单个控制装置来控制多个电动机。

尽管根据本实施例进行了描述，但本发明并不限于这种配置，在不超出本发明范围的情况下能够作出各种改变。例如，在图2的步骤205的处理中，当要被设置来保持转速的导向角被确定为超过了在步骤203设定的最大导向角时，可确定将要发生过电流，并且如果确定了这样的情况，则将对三端双向可控硅开关元件实际设定的导向角被保持在最大导向角，从而不引起实际的过电流。

实施例2

下面将参考附图来描述根据本发明的实施例1。图1示出了根据该实施例的电动机旋转控制电路。AC电源1101具有例如50Hz或60Hz的100V单相，并且由开关1002对交替电流进行开/关控制。转速控制装置1004包括用于检测电动机1003的转速的转速传感器1006、用于将转速传感器1006输出的转速信号放大的转速信号放大电路1005、微型计算机1023、用于为微型计算机1023和控制电路生成参考电源的电源电路1007、用于检测AC电压的零交叉点的零交叉检测电路1008、用于检测开关1002的开/关并用于将开/关信号传送到微型计算机1023的二极管1024及电阻1025和1026、用于控制施加到电动机1003的电压相位的三端双向可控硅开关元件1027(半导体器件)、用于将门信号输入到三端双向可控硅开关元件1027的电阻1028、用于设定电动机1003的转速的电阻1031及可变电阻1032和1033。

转速信号放大电路1005是一个AC放大器，其包括电容器1009和1015，电阻1010、1011、1012、1014，以及晶体管1013，并且其在0V到-VCC范围内对从转速传感器1006发送来的转速信号进行放大，并将放大后的信号输出到微型计算机1023。微型计算机使用该输出信号来检测电动机1003的转速。然而在某些情况下，输出信号上重叠了异常脉冲信号，例如混合了线性噪声。因此，在本实施例中，选择转速检测信号的四个脉冲(对应于一次旋转)中具有较大脉冲宽度的两个来检测转速。将参考图10来描述此原理。

图10示出了从转速信号放大电路1005输出到微型计算机1023的信号。图10的(1)示出了在未混合噪声的正常状态下的转速检测信号。当电动机1003执行一次旋转时，传送从A部分到D部分的四个脉冲来作为转速检测信号。在该实施例中，选择了转速检测信号的四个脉冲中具有较大脉冲宽度的两个，并且脉冲宽度用于计算电动机1003的转速。在图10的(1)中，选择了两个A部分到D部分，并且由脉冲宽度(时间间隔)检测出电动机1003的转速。

另一方面，图10的(2)示出了混合噪声的情况下的转速检测信号。例如，通过输出信号从-VCC到0V的升高来检测切换部分。如果重叠了这样的噪声，由于噪声导致的信号上升被识别为C部分的终止。结果错误地检测了C部分和D部分。另一方面，在本实施例中，由于在四个脉冲中具有更大脉冲宽度的A部分和B部分中的两个脉冲被用于检测电动机1003的转速，所以即使在转速检测信号上叠加了诸如线性噪声之类的异常脉冲，也可有效地消除影响并能极大地增强电动工具的抗噪性。

回到图6，电源电路1007是一个半波整流电路，其包括二极管1016、电阻1017、稳压二极管1018、以及电解电容器1019，并且其用于将AC电压转换为直流电流并将直流电流提供到微型计算机1023和电动工具未示出的电路。

零交叉检测电路1008包括电阻1020和1021以及光耦合器1022。AC电压首先被电阻1020削弱并被发送到光耦合器1022的输入端口(发光二极管)。将两个发光二极管以彼此相反的方向连接到光耦合器1022的输入端口。发光二极管发射与电流方向无关的光，并且只在零交叉点附近，也就是低电压处关闭。光耦合器1022包括光电晶体管作为输出端口，并且只有当输入端口内的发光二极管发光时才进入开启状态。换句话说，只有在零交叉点处才使光电晶体管进入关闭状态，并且在其他范围内使其进入开启状态。因此，只有在零交叉点处通过电阻1021将0V输入到微型计算机1023，并且在其他范围输入-VCC。通过将要输入到微型计算机1023中的信号的变化，微型计算机1023能够获得用于对三端双向可控硅开关元件1027的相位进行控制的参考信号。

接着，将参考图7的流程图来描述转速控制装置1004的操作。当连接电动工具的AC电缆(未示出)从而由AC电源1101提供AC电压时，通过电源电路1007将恒定DC电压提供到微型计算机1023。由AC电源1101提供的AC电压被输入到零交叉检测电路1008。微型计算机1023测量从零交叉检测电路1008输入的零交叉信号的时间间隔，以检测输入AC功率的频率(步骤1201)。

随后，微型计算机1023检测由电阻1031和可变电阻1032、1033设定的电动机1003的目标转速设定电压，并且设定一个目标转速(步骤1202)。用户通过拨盘来操纵可变电阻1032以设定转速，并且该可变电阻1032例如是一个设定单元用以设定电动机1003在多个等级内的转速(例如拨盘的四个等级1到4)。提供可变电阻1033来抑制控制电路中的变化。

之后，微型计算机1023设定三端双向可控硅开关元件1027的最大导向角(步骤1203)。设定两个最大导向角而非一个。从电动机1003启动到第一预定时间的时间段施加第一最大导向角，并且从第一预定时间到第二预定时间的时间段施加第二最大导向角。优选的是第二最大导向角小于第一最大导向角。

由于转速控制的响应性通常比电动机1003启动时的响应性快，所以三端双向可控硅开关元件1027的导向角由于电动机1003的响应性的延迟而在转速控制中增大了很多。结果，获得了这样的启动特性，其中一旦超过了目标转速而引起了过冲且随后目标转速近似于图8上侧的虚线所示的曲线。例如，可通过将转速控制的响应性调整得比电动机1003的响应性慢来抑制过冲。然而这增加了启动操作所需的时间。因此在该实施例中，针对三端双向可控硅开关元件1027提供两个等级的最大导向角，从而防止在电动机1003的启动操作中发生过冲。在步骤1203，设定了最大导向角。

图9示出了特定最大导向角的表格。提供了针对从电动机的启动操作开始的给定时间(例如，0到0.5秒)的初级最大导向角，以及针对从初级最大导向角的时段开始的给定时间(例如，0.5到1.0秒)的次级最大导向角。将初级最大导向角设置为大于次级最大导向角，从而快速启动电动机。设定次级最大导向角从而在其范围内执行对目标转速的调整。可针对试验所得的设定值来预先获得理想值。该值被存储在微型计算机1023的存储单元中。优选的是提供多个设定值表格，例如分别针对50Hz和60Hz的设定值表格，从而将与步骤1201检测到的输入功率的频率兼容。微型计算机1023执行针对导向角的时间设定，从而使用存储在设定值表格中的最大导向角来获得设定的最大导向角。

回到图7，微型计算机1023检测电压被二极管1024和电阻1025、1026分压了的接通信号(步骤1204)。当接通开关1002时，微型计算机1023将门信号通过电阻1028输入到三端双向可控硅开关元件1027的栅极终端。之后，接通三端双向可控硅开关元件1027，从而电流开始流到电动机1003并由此启动电动机1003来使其旋转(步骤1204)。此时，微型计算机1023在0.5秒的时段内将电动机1003的转速控制在在步骤1203所设定的电动机1003的启动操作中的初级最大导向角的范围内(步骤1205和1206)。接着，微型计算机1023在0.5秒的时段内(电动机1003的启动操作之后1.0秒)将电动机1003的转速控制在在步骤1203所设定的电动机1003的启动操作中的次级最大导向角的范围内(步骤1207和1208)。在该实施例中，确定每个部分的间隔(长度)从而当初级最大导向角部分和次级最大导向角部分结束时电动机1003达到目标转速。部分的间隔可根据电动机的特性、电动工具的结构或者电源的类型来预设，并且可被存储在微型计算机1023中。

接着，微型计算机1023执行恒定转速控制，使得电动机1003的转速达到由电阻1031和可变电阻1032、1033设定的目标转速。微型计算机1023通过监视由转速传感器1006和转速信号放大电路1005检测的电动机1003的转速，并通过控制输入到三端双向可控硅开关元件1027的门信号以在电动机1003的转速低于目标转速时增大导向角以及在电动机1003的转速高于目标转速时减小导向角，从而来执行相位控制以保持电动机1003的转速恒定(步骤1209)。

然后，微型计算机1023监视开关1002的状态(步骤1210)。如果开关1002被设定到接通状态，则处理返回到步骤1209并且连续执行恒定转速控制。如果开关1002被设定到断开状态，则电动机1003停止(步骤1211)并且处理返回到步骤1202以进入开关1002还未接通的待机状态。

接着，将参考图11来描述恒定转速控制。图11示出了施加到电动机1003的电压波形与导向角之间的关系。假设在周期1中，适用导向角α，并且微型计算机1023确定从转速检测单元输出的检测信号的导向角α与转速设定单元设定的转速设定信号的导向角相比增加了Δ。根据图11的(1)所示的传统转速控制方法，微型计算机1023的指令即时反映后面周期(周期2以及以后的周期)的控制，从而三端双向可控硅开关元件1027以导向角(α+Δ)来工作。如果在下一个周期2中导向角突然改变，则电动机1003的旋转相对快速地发生变动，并且在电动工具中，当开始驱动末端工具(tip tool)时会引起反冲。该状态被表示为图12的虚线所示的控制1。当在图12的点“a”处减小电动机的转速时，微型机算计1023检测到该减小并执行控制来返回到设定旋转。在传统控制1中，由于导向角的变化很大，电动机的转速会如控制1的虚线所示突然急剧增加。

在本实施例中，同样也是在微型计算机1023确定了导向角将如图11的(2)所示在某一周期(例如图11的(2)中的周期1)中增加(+Δ)的情况下，并不立即将增量Δ给到下一个周期2，而是以一个特定比例(例如1/2)反映在下一个周期2中，并在随后的周期3之后完全反映。导向角并不即时反映在下一周期中而是反映为逐渐增加，因此能够进行平滑的控制。图12的实线所示的控制2表示电动机在控制中的旋转状态。在图12中，电动机的转速在点“a”处减小。然而，微型计算机1023逐渐将变化反映在导向角中。因此，如控制2所示电动机的转速缓慢地上升。

在传统模拟反馈控制中难以实现延迟控制。相反在本实施例中，由于通过使用微型计算机1023而执行了数字控制，所以能够相对容易地实现延迟控制。尽管在本实施例中将导向角的变化设定为两个等级并且将它们的增量比设定为相等，但是本发明并不限于此。例如，将增量比+2Δ/3应用于周期2，而将增量比+Δ应用于周期3及其后面的周期。另外，其可在三个或更多等级中发生变化。

根据本实施例，控制半导体器件的导向角，使得从电动机的启动操作到第一预定时间的时段内都不超过第一最大导向角，并且使得从第一预定时间到第二预定时间的时段内都不超过小于第一最大导向角的第二最大导向角。因此，能够理想地启动和加速电动机而不会引起过冲，并且能够缩短启动操作所需的时间。

本发明并不限于根据本实施例的结构而是可以作出各种变化。尽管初级最大导向角与次级最大导向角的比值在本实施例的图9所示的设定值表格中是恒定的，但是本发明并不限于此。换句话说，在图9中，设定了在拨盘1中初级最大导向角：次级最大导向角＝15％∶10％＝3∶2，而在拨盘4中初级最大导向角：次级最大导向角＝60％∶40％＝3∶2。尽管比值并不总是恒定而是被设定为可变，也能够获得本发明的优点。尽管a％的值被存储在图9的设定值表格中，其也可被存储为被转换成时间值的值(例如，15％被设定为1/50秒×15％＝50Hz频率下的0.003秒)，并且该时间值可被用来执行控制。

接着将参考图13来描述设定值表格的另一示例。图13示出了电动机1003的目标转速与启动和加速操作中的最大导向角的另一个示例。在另一示例中，不将拨盘设定值设为4个等级而是设定为12个等级。在图13中，在目标转速最低(拨盘1)的情况下设定了初级最大导向角：次级最大导向角＝10％∶5％＝2∶1，而在目标转速最高(拨盘12)的情况下设定了初级最大导向角：次级最大导向角＝65％∶43％＝近似3∶2。换句话说，根据拨盘的位置，初级最大导向角：次级最大导向角从2∶1变为3∶2。特别是在低转速情况下通过增大初级最大导向角与次级最大导向角的比，因此能够防止启动转矩减小，从而实现良好的启动特性。

接着将参考图14来描述电动机的反馈控制。图14示出了偏离电动机1003的目标转速的量与反馈量之间的关系。在本实施例中，电动机启动和加速操作中反馈的单位量被设定为大于电动机稳定旋转时反馈的单位量。在本实施例中，根据目标转速的范围设定16个等级中的反馈(FB)量，并且启动操作(软启动)中的反馈量与稳定转速的FB量彼此不同。换句话说，在软启动时，增大反馈量从而缩短启动电动机所需的时间。另一方面，在稳定转速下，将反馈量设定得小于软启动中的反馈量，并且电动机旋转的变动被尽可能地抑制。通过在电动机的启动操作中以及在其稳定旋转过程中改变控制，能够提供一种易于用户操作的电动工具。

尽管根据本实施例进行了描述，但本发明并不限于这种配置，在不超出本发明范围的情况下能够作出各种改变。例如，在实施例2中，尽管用在电动机启动时段的三端双向可控硅开关元件1027的最大导向角被设定到两个等级内，但其可被设定到多个等级内。通过增大等级数量，能够以更高的精度来执行电动机的启动操作。

Claims (7)

1.一种电动工具，其包括：

电动机；

开关器件，用于响应其导向角来变换将要施加到电动机的AC电压；

转速设定单元，其设定电动机的目标转速；

转速检测单元，其检测电动机的实际转速；以及

控制器，其通过将实际转速与目标转速进行比较来确定导向角，并且该控制器根据最大导向角来使用导向角控制开关器件，最大导向角是根据目标转速设定的，其中当导向角超过最大导向角时，控制器检测出过电流状态，

其中控制器具有存储单元，并且

其中存储单元预先存储目标转速与引起过电流的对应最大导向角之间的关系。

2.如权利要求1所述的电动工具，

其中针对输入AC功率的每个频率来设定目标转速与对应最大导向角之间的关系。

3.如权利要求1所述的电动工具，

其中转速设定单元是一个盘式开关，并且

其中根据盘式开关的操作来设定最大导向角。

4.如权利要求1所述的电动工具，

其中控制器根据最大导向角来停止电动机。

5.如权利要求1所述的电动工具，

其中控制器根据最大导向角来减小电动机的目标转速。

6.如权利要求1所述的电动工具，

其中控制器根据最大导向角来通过减小导向角从而减小实际转速。

7.如权利要求1所述的电动工具，

其中控制器通过将实际转速与目标转速进行比较来计算导向角，并且

其中控制器将调整后的导向角输出到开关器件，如果计算出的导向角超过最大导向角，则调整后的导向角与最大导向角相等。

Images