專利名稱：電動工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及由電動機以轉動的方式驅動的電動工具。
背景技術：
已知所謂的電子離合器式電動工具。該電子離合器式電動工具被配置成在旋轉軸的轉動扭矩超過預定的設定扭矩的情況下停止電動機驅動，在所述旋轉軸上安裝有例如起子頭等工具元件。通常，根據這種類型的電動工具，與由使用者設定的設定扭矩對應地設定電流閾值，該電流閾值是電動機電流的上限，并且當電動機電流超過電流閾值時斷開電動機驅動。例如在電動工具是螺釘緊固機的情況下，當通過驅動電動機來使該電動工具的輸出軸(換句話說，螺釘)轉動并且該螺釘坐落在要被緊固的對象物上吋，電動工具的輸出軸的轉動扭矩(換句話說，螺釘擰緊扭矩)増加。對于設置有機械式離合器的電動工具，當轉動扭矩如上述那樣增加并且達到設定扭矩時，電動機的轉動軸與電動工具的輸出軸之間的連接中斷，從而使得可以將電動工具的輸出軸的轉動扭矩限制為設定扭矩。然而，對于電子離合器式電動工具，電動機的轉動軸與電動工具的輸出軸之間的連接不中斷。因此，根據電子離合器式螺釘緊固機，正當螺釘坐落在要被緊固的對象物上時，電動工具的輸出軸的轉動扭矩增加并且達到設定扭矩，然后電動機驅動停止，轉動能量電動工具的輸出軸的轉動扭矩通過電動機的轉動能量進ー步地増加。因此，可能發生超扭矩，其中電動工具的輸出軸的轉動扭矩超過設定扭矩。為了阻止這種超扭矩的發生，在JP10193230A中提出，與示出在緊固螺釘時輸出軸的轉速與轉動扭矩之間的關系的緊固需求曲線相對應地，控制電動機驅動電壓。根據這種所建議的螺釘緊固機，當電動機驅動電壓被控制為恒定吋，電動機的轉速和轉動扭矩之間的關系呈現成比例的特性曲線，在該曲線中轉動扭矩對應于轉速的減少而增加。在這里，兩條特性線被設定為一條是電動機最大容量特性線，另一條是負載需要的最大容量特性線。電動機最大容量特性線是通過以最大值控制電動機驅動電壓所獲得的特性線。負載需求最大容量特性線呈現出對螺釘進行緊固所需的成比例的特性曲線。此外，根據上述螺釘緊固機，為了在停止電動機驅動之后使電動機的轉動能量降低，與緊固需求曲線對應地設定下降特性，該下降特性從電動機最大容量特性線變動到負載需要的最大容量特性線。
根據設定的下降特性，以在從開始螺釘緊固之后到電動工具的輸出軸的轉動扭矩達到設定扭矩時給定的任何任意轉動扭矩來切換電動機驅動電壓。因此，降低了電動機轉動能量并且阻止了超扭矩的發生。
發明內容
根據上述提出的技術，通過與螺釘緊固機的緊固需求曲線對應地切換電動機驅動電壓來阻止超扭矩的發生。因此，可以使螺釘擰緊扭矩超過設定扭矩的持續時間降低，但是不能以設定扭矩或者在設定扭矩以下控制螺釘擰緊扭矩。也就是說，可以通過實驗、模擬等獲得螺釘緊固機的緊固需求曲線和上述的最大容量特性線中的每條最大容量特性線，但是每條曲線或者線的特性受到實驗條件、進行模擬時的參數設定等的影響。 因此，當通過在JP10193230A中公開的設計技術來構造電動工具的驅動系統時，可以阻止電動工具的輸出軸的轉動扭矩顯著地超過設定扭矩，但是不能阻止超扭矩的發生。根據本發明的方面，在電子離合器型電動工具中，在由于對對象物進行緊固而使電動機減速并且使輸出軸的轉動扭矩增加的情況下，優選的是阻止輸出軸的轉動扭矩超過設定扭矩。根據本發明的第一方面的電動工具包括用于使用者輸入用于驅動電動機的驅動命令的操作単元。當該操作單元被操作時，控制單元響應于操作單元的操作量來驅動電動機。控制單元基于由控制參數設定單元設定為控制參數的最優最大轉速或者控制量來將電動機的轉速控制在等于最優最大轉速或者小于最優最大轉速。控制參數設定單元將以在設定扭矩下轉動電動工具的輸出軸所需的轉動能量來轉動的電動機的轉速確定為最優最大轉速，并且將該最優最大轉速設定為控制參數。另外，控制參數設定單元還可以將以在設定扭矩下以足以防止當中斷條件滿足時旋轉扭矩超過預定的設定扭矩的速度轉動輸出軸所需的轉動能量來轉動的電動機的轉速確定為最優最大轉速，并且將最優最大轉速設定為控制參數。因此，根據第一方面的電動工具，可以將電動機的轉速限制在最優最大轉速或者小于最優最大轉速，在該最優最大轉速處電動工具的輸出軸的轉動扭矩不超過設定扭矩。此外，可以在緊固對象物時阻止電動工具的輸出軸的轉動扭矩(換句話說，擰緊扭矩)超過設定扭矩。下面解釋的是最優最大轉速，該最優最大轉速是通過控制參數設定單元設定控制參數的基礎。在電動工具中，當電動機轉動時，電動機被認為具有轉動能量。因此,當通過安裝在電動工具的輸出軸上的工具元件來緊固對象物時，轉動能量貢獻為對象物的擰緊扭矩。當電動機的轉速是《并且慣性カ矩是J時，電動機的轉動能量表示為(1/2) -J-Co20在這種情況下，在緊固對象物的時候，電動機的轉速《與擰緊扭矩(電動工具的輸出軸的轉動扭矩)之間的關系被描述為如以下公式(3)中所示出的那樣。
= T/ {(K J)1/2} G (3)
其中K為接合系數，G為設置在電動機與電動工具的輸出軸之間的變速器的齒輪比。如以下公式(4)中所示出的那樣用對象物的擰緊角度0來描述接合系數K。T/G = K 9 G/. K = T/ ( 9 G2) (4)因此，如公式(5)中所示出的那樣描述對象物擰緊扭矩T與電動機轉速Co之間的關系，并且如公式(6)中所示出的那樣描述對象物擰緊扭矩T。Co = T/ {(K J)1/2} G= T/ [ {(T “ 0 G2)) J}1/2] G = T/ {(T/ 9 ) J}1/2to2 = T 0 /J (5)T= (J/ 9 ) O2 (6)通過電動機的特性來確定慣性カ矩J。擰緊角度9是輸出軸的適合于緊固處在對象物上的螺釘的轉動角度，并且擰緊角度e基于對象物的類型和電動工具的使用條件來確定。因此，當用系數a代替J/0時可以如公式(7)中所示出的那樣重新描述上述公式
(6)。T = a O2 (7)根據公式(6)和公式(7)明顯的是，對象物的的擰緊扭矩T (即，電動工具的輸出軸的轉動扭矩)由電動機的轉速《決定。因此，為了控制擰緊扭矩不超過設定扭矩，優選的是將電動機的轉速控制在滿足公式(6)或者公式(7)的轉速或者小于滿足公式(6)或者公式(7)的轉速。此外，可以如公式(8)中所示出的那樣來描述上述公式中的對象物的擰緊扭矩T。因此，優選的是將電動機的轉速控制在滿足公式(8)的轉速或者小于滿足公式(8)的轉速。T= w G (K J)1/2 (8)因此，根據本發明，獲得以在設定扭矩下轉動電動工具的輸出軸所需的轉動能量來轉動的電動機的轉速作為最優最大轉速。最優最大轉速或者與最優最大轉速對應的控制量被設定作為用于限制電動機的轉速的控制參數。可以基于轉動扭矩T與轉速《之間的上述關系表達式來預先計算最優最大轉速(或者與最優最大轉速對應的控制量)，并且將該最優最大轉速(或者與最優最大轉速對應的控制量)存儲為控制數據之一。控制參數設定單元可以通過讀出控制數據來設定最優最大轉速(或者與最優最大轉速對應的控制量)。此外，每當操作単元被操作并且控制単元開始對電動機驅動進行控制時，控制參數設定單元可以基于轉動扭矩T與轉速《之間的上述關系表達式來計算最優最大轉速(或者與最優最大轉速對應的控制量)。在控制參數設定單元用這種方式計算最優最大轉速(或者與最優最大轉速對應的控制量)的情況下，優選的如下述那樣對控制參數設定單元進行配置。也就是說，在電動工具中，控制參數設定單元可以被配置成計算轉速《以滿足與上述公式(7)對應的以下公式(I)并且被配置成通過使用是最優最大轉速的轉速《來設定控制參數。
T ≥ a O2 (I)此外，在電動工具中，控制參數設定單元可以被配置成計算轉速《以滿足以下與上述公式(6)對應的公式(2)并且被配置成通過使用是最優最大轉速的轉速《來設定控制參數。T ≥(J/ 0 ) O2 (2)在如同上述那樣配置控制參數設定單元的情況下，可以通過使用公式(I)或者公式(2)比較容易地計算最優最大轉速，該最優最大轉速是在驅動電動機的時候電動機的轉速的上限，因此能夠減少設定控制參數所需的時間。特別地，根據具有使用公式(2)的控制參數設定單元的電動工具，依據擰緊角度6來計算最優最大轉速。因此，可以計算與由使用者依據螺釘或者對象物的類型指定的擰緊角度0相對應的最優最大轉速。此外，電動工具可以設置有扭矩設定單元，該扭矩設定單元響應于外部操作從預定的多個扭矩之中選擇設定扭矩。控制參數設定單元可以將下述最優最大轉速或者與該最優最大轉速相對應的控制量設定作為控制參數，該最優最大轉速與由扭矩設定單元可選擇的多個扭矩中的至少ー個扭矩相對應。因此，根據按上面描述所配置的電動工具，如果控制參數設定單元被配置成對由扭矩設定單元設定的每個設定扭矩都設定最優最大轉速(或者與最優最大轉速對應的控制量)，則可以在以每個設定扭矩來緊固對象物時控制電動機轉動以使得擰緊扭矩不超過設定扭矩。在對象物擰緊扭矩是由扭矩設定單元可設定的多個設定扭矩之一(或者一部分)的情況下，如果控制參數設定單元被配置成與設定扭矩之ー(或者一部分)對應地設定最優最大轉速(或者與最優最大轉速相對應的控制量)，則可以控制電動機轉動以使得擰緊扭矩不超過設定扭矩。此外，電動工具還可以包括檢測電動機電流的電動機電流檢測單元和設定與設定扭矩對應的電流閾值的電動機電流閾值設定単元。在驅動電動機的時候，當由電動機電流檢測單元檢測的電動機電流達到由電流閾值設定單元設定的電流閾值時，控制単元可以停止對電動機的驅動。因此，根據如上所述的那樣配置的電動工具，可以在通過使用本發明的最優最大轉速限制輸出軸的扭矩時實現作為使用電動機電流的電子離合器的功能。因此，可以更加有效地阻止電動工具的輸出軸的轉動扭矩超過設定扭矩。
將參照附圖以作為示例的方式描述本發明，在附圖中圖1是示出了電動工具實施例的整個驅動系統的配置的框圖；圖2是示出了由控制器執行的一系列控制處理的流程圖；圖3是示出了在圖2的S150處執行的電動機轉速設定處理的流程圖；圖4是示出了在圖3的電動機轉速設定處理中使用的轉速設定對應關系圖(map)的說明圖；圖5A和圖5B是示出了生成圖4的轉速設定對應關系圖的方法的說明圖6是示出了代替圖5A和圖5B的轉速設定對應關系圖而使用的DUTY設定對應關系圖的說明圖；圖7是示出了用于設定每個擰緊角度的最優最大轉速的轉速設定對應關系圖的說明圖；以及圖8是示出了電動機轉速設定處理的修改例的流程圖。
具體實施例方式本實施例的電動工具借助于作為工具元件的刀頭(例如,起子頭)通過轉動其上安裝了該刀頭的輸出軸來對對象物執行預定的處理(例如，將螺釘緊固到要被緊固的對象物上)。圖1示出存儲或者安裝在電動工具的殼體(未示出)中以用于轉動地驅動輸出軸的整個驅動系統的配置。如圖1所示，電動工具包括三相無刷直流電動機作為使輸出軸轉動的電動機20。變速器(transmission)(未示出)安裝在該電動機20的轉動軸上,并且通過電動機20經由該變速器以轉動的方式驅動電動工具的輸出軸。電動工具還包括電池組10、電動機驅動電路24、門電路28和控制器50作為驅動控制電動機20的驅動單元。通過在外殼中存儲多個串聯連接的可充電電池單元來構造電池組10，該外殼可以以可拆卸的方式安裝在電動工具的殼體上。電動機驅動電路24從電池組10接收電カ供應以傳遞電流到電動機20的各相繞組。電動機驅動電路24包括分別由FET構成的六個開關元件Ql至Q6。在電動機驅動電路24中，開關元件Ql至Q3被設置在電動機20的每個端子U、V、W與連接至電池組10的正電極側的供電線之間作為所謂的高壓側開關。開關元件Q4至Q6被設置在電動機20的每個端子U、V、W與連接至電池組10的負電極側的接地線之間作為所謂的低壓側開關。門電路28依據從控制器50輸出的控制信號來導通/截止電動機驅動電路24的開關元件Ql至Q6以將電流傳遞通過電動機20的各相繞組，從而使電動機20轉動。控制器50由包括CPU 5UR0M 54,RAM 53、I/O端ロ、A/D轉換器、計時器等的單片微型計算機構成。控制器50依據來自觸發開關30的驅動命令設定構成電動機驅動電路24的開關元件Ql至Q6的驅動占空比。然后控制器50依據驅動占空比輸出控制信號到門電路28，從而以轉動的方式驅動電動機20。觸發開關30被設置以供使用者通過手動操作輸入用于驅動電動工具的驅動命令。觸發開關30連同扭矩設定開關36、扭矩設定指示器38、實際螺釘設定単元40以及實際螺釘指示器42 —起被設置在電動工具的殼體中。觸發開關30包括主接觸件31、滑動電阻器32和正反接觸件33。主接觸件31根據使用者的操作來閉合。滑動電阻器32的電阻值根據由使用者對觸發開關30的拉動量(SP，操作的量)而改變。正反接觸件33被設置用于接受來自使用者的切換轉動方向的命令。扭矩設定開關36被設置以供使用者通過手動操作來設定輸出軸的轉動扭矩(例如，通過刀頭的擰緊扭矩)的上限。根據本實施例，設定扭矩通過扭矩設定開關36的一次操作而增加預定量。如果在設定扭矩在最大值處的情況下對扭矩設定開關36進行操作，則設定扭矩回到最小值并且在之后的操作時再次以步進的方式増加。實際螺釘設定単元40被設置成設定實際要被使用的螺釘的類型，實際被使用的螺釘是木螺釘還是金屬螺栓等。根據本實施例，可以選擇性地使用三種類型的螺釘，三種類型的螺釘中的每種螺釘在坐落在隸屬的對象物上之后具有不同的擰緊角度。也就是說，根據本實施例，實際要被使用的螺釘的三種類型定義如下。具有最小擰緊角度(例如，30度，金屬螺栓)的螺釘被定義為“硬接合件”，具有最大擰緊角度(例如，720度，木螺釘或者金屬螺栓)的螺釘被定義為“軟接合件”，以及具有在最小擰緊角度與最大擰緊角度之間的擰緊角度(例如，180度)的螺釘被稱為“其它”。可以從這三種類型的螺釘之中指定實際要使用的類型的螺釘。扭矩設定開關36和實際螺釘設定単元40連接至控制器50。控制器50基于扭矩設定開關36和實際螺釘設定単元40的操作狀態來識別設定扭矩和螺釘的類型，并且在扭矩設定指示器38和實際螺釘指示器42上指示設定扭矩和螺釘的類型。轉動位置傳感器22被設置以供電動機20檢測電動機20的轉速和轉動位置。在從電池組10經由電動機驅動電路24到電動機20的導電路徑中，設置電阻26以用于檢測被饋送到電動機20的電動機電流。來自轉動位置傳感器22的檢測信號和通過電阻26對電動機電流的檢測信號分別被輸入到控制器50。另外，因為控制器50由微型計算機構成，因此必須提供恒定的電源電壓Vcc。為此，還在電動工具的殼體內部設置了穩壓器52。穩壓器52從電池組10接收電カ供應以生成被提供給控制器50的恒定電源電壓Vcc (例如，直流5V)。接下來，將根據圖2和圖3中示出的流程圖來描述控制處理，該控制處理通過控制器50 (具體地，CPU)來執行，從而依據來自觸發開關30的驅動命令來以轉動的方式驅動電動機20。當從穩壓器52將電源電壓Vcc施加到控制器50時，控制處理是由控制器50重復執行的處理。如圖2中所示，在控制處理開始時，控制器50在SllO (S代表步驟)中進行切換處理，其中，對實際螺釘設定單元40和扭矩設定開關36的工作狀態進行識別。然后，在S120中，進行A/D轉換處理，其中，經由A/D轉換器得到觸發開關30的滑動電阻器32的電阻值和電阻26的兩端之間的用于檢測電動機電流的電壓并且檢測觸發開關30的拉動量和電動機電流。在S130中，控制器50基于在SllO中識別的扭矩設定開關36和實際螺釘設定單元40的工作狀態來識別螺釘擰緊扭矩和螺釘的類型(硬接合、軟接合以及其它)。在隨后S130的S140中，控制器50在扭矩設定指示器38和實際螺釘指示器42處指示在S130中識別的擰緊扭矩和螺釘的類型。在S150處，控制器50基于識別的擰緊扭矩設定電動機20的最優最大轉速。在S150處設定的最優最大轉速是下述轉速該轉速在電動機20處生成使電動エ具的輸出軸以經由扭矩設定開關36所設定的擰緊扭矩進行轉動所需的轉動能量。稍后描述設定最優最大轉速的步驟。然后，在S160處，控制器50判定在S120處檢測到的電動機電流是否大于與在S130處識別的擰緊扭矩相對應的電流閾值，由此控制器50判定是否停止驅動電動機20(換句話說，是否激活作為電子離合器的功能)。在跟隨S160的S170處，控制器50基于在S120處檢測到的觸發開關30的拉動量、通過來自轉動位置傳感器22的檢測信號獲得的電動機20的轉速、在S150處設定的電動機20的最優最大轉速、在S160處對電子離合器操作的判定結果等來進行用于驅動電動機20的電動機驅動處理。然后控制處理回到S110。該電動機驅動處理是在電動機20的轉速不超過是上限的最優最大轉速的情況下，將電動機20的轉速控制為與觸發開關30的拉動量相對應的轉速的處理。電動機驅動處理還用來在控制器50判定激活電子離合器操作的情況下停止對電動機20的驅動。具體地，控制器50根據觸發開關30的拉動量來設定目標占空比并且通過門電路28將開關元件Ql至Q6的驅動占空比增加為目標占空比，由此電動機20的轉速增加至與觸發開關30的拉動量相對應的轉速。此外，如果電動機20的轉速增加至大約最優最大轉速，則控制器50增加或者減少驅動占空比以使得電動機20的轉速不超過最優最大轉速。然后控制器50對電動機20的轉速進行反饋控制。通過如上所述的那樣對電動機20進行驅動，如果在S160電動機電流超過電流閾值并且確定對電子離合器操作的激活，則控制器50停止驅動電動機20。因此，根據本實施例的電動工具，參考在S150處通過電動機轉速設定處理設定的作為上限的最優最大轉速，以轉動的方式驅動電動機20。接下來，以下參照圖3中的流程圖描述用于設定該最優最大轉速的電動機轉速設定處理。如圖3中所示出，在電動機轉速設定處理中，首先在S210，控制器50判定當前設定的螺釘的類型是否是“軟接合”。在螺釘的類型是“軟接合”的情況下，處理移動到S220，其中，控制器50從圖4中示出的轉速設定對應關系圖中獲得與當前設定的擰緊扭矩對應并且與“軟接合”對應的最優最大轉速。然后控制器50終止電動機轉速設定處理。在S210控制器50確定當前設定的螺釘的類型不是“軟接合”的情況下，處理移動到S230，其中，控制器50判定當前設定的螺釘的類型是否是“硬接合”。在螺釘的類型是“硬接合”的情況下，處理移動到S240，其中，控制器50從圖4中示出的轉速設定對應關系圖中獲得與當前設定的擰緊扭矩對應并且與“硬接合”對應的最優最大轉速。然后控制器50終止電動機轉速設定處理。在S230處控制器50確定當前設定的螺釘的類型不是“硬接合”的情況下，處理移動到S250，其中，控制器50從圖4中示出的轉速設定對應關系圖中獲得與當前設定的擰緊扭矩對應并且與“其它”對應的最優最大轉速。然后控制器50終止電動機轉速設定處理。如上所述，在電動機轉速設定處理中，控制器50通過使用預先存儲在控制器50中的轉速設定對應關系圖并且基于當前設定的擰緊扭矩和螺釘的類型(換句話說，擰緊角度)來設定電動機20的最優最大轉速。接下來，以下參照圖5A和圖5B描述用于設定在轉速設定對應關系圖中記錄的最優最大轉速的過程。如上所述，在電動工具中，需要電動機20的轉動能量來使輸出軸以期望的轉動扭矩(擰緊扭矩)T進行轉動。如下面公式(9)中所示出的那樣描述電動機20的生成這種轉動能量的轉速《。Co = T/{(K J)1/2} G (9)如上所述，如下面公式(10)中所示出的那樣描述接合系數K。K = T/ ( 9 G2) (10) 因此，在獲得了在電動機20與輸出軸之間的變速器的齒輪比G、電動機20的慣性カ矩J以及擰緊角度0的情況下，計算電動機20的轉速需要電動機20的轉速Co以在輸出軸處生成經由扭矩設定開關36設定的擰緊扭矩。根據本實施例，以0. 5、1. O、1. 5，…，9. 5和10. 0[N m]設定擰緊扭矩。在這里，如圖5A和圖5B中所示出的那樣，基于下述計算條件分別計算與擰緊扭矩對應的轉速《，所述計算條件包括基于變速器的特性確定的齒輪比G、基于電動機20的特性確定的慣性カ矩J和針對每種類型的螺釘的擰緊角度e。在轉速設定對應關系圖中采用每個計算結果。圖5A示出在螺釘類型是“硬接合”的情況下計算最優最大轉速的過程，圖5B示出在螺釘類型是“軟接合”的情況下計算最優最大轉速的過程。更確切地說，首先，將輸出軸的擰緊扭矩的單位從[N m]轉換成[kgf m]。將輸出軸的擰緊扭矩[kgf m]除以齒輪比G，由此獲得電動機20的轉動扭矩[kgf m]。使用電動機20的轉動扭矩[kgf !!!]、擰緊角度0和齒輪比G通過上述公式(10)獲得接合系數K0然后，使用接合系數K、慣性カ矩J、電動機20的轉動扭矩[kgf -m]和齒輪比G通過公式(9)獲得電動機20的轉速[rad/s]。電動機20的轉速[rad/s]被轉換成姆分鐘的轉數[min-1]并且設定為最優最大轉速[min-1]。在圖5A和圖5B中，通過將電動機20的最優最大轉速[min_l]除以變速器的齒輪比G獲得輸出軸的轉速。在螺釘類型是“軟接合”的圖5B中，用于大擰緊扭矩的轉速被畫上陰影。這樣的陰影表示轉速超過了本實施例的電動工具可容忍的最大轉速。關于在計算上大于最大轉速的這些轉速，最大轉速(圖中的20933)被記錄在轉速設定對應關系圖中，如圖4中所示出的那樣。圖5A和圖5B沒有描述其中螺釘的類型是“其它”的情形，但是在假定擰緊角度0是在針對“硬接合”的擰緊角度與針對“軟接合”的擰緊角度之間的角度值(例如，180度)的情況下來計算“其它”的最優最大轉速。如上所述，根據本實施例的電動工具，能夠經由扭矩設定開關36設定擰緊扭矩。同樣，能夠經由實際螺釘設定単元40設定螺釘的類型(硬接合、軟接合以及其它)。在這些參數已經設定的狀態下響應于觸發開關30的操作，基于這些參數設定電動機20的最優最大轉速，并且將電動機20的轉速控制成不超過最優最大轉速。
因此，根據本實施例的電動工具，在緊固螺釘的時候，可以阻止輸出軸的轉動扭矩(即，螺釘擰緊扭矩)超過由使用者設定的設定扭矩。根據本實施例，觸發開關30對應于本發明的操作単元的ー個示例，控制器50對應于本發明的控制單元的ー個示例、控制參數設定單元的一個示例和電流閾值設定単元的一個示例。例如通過由控制器50執行的電動機驅動處理來實現作為本發明的控制單元的功能，并且例如通過由控制器50執行的電動機轉速設定處理來實現作為控制參數設定單元的功能，并且例如通過由控制器50執行的離合器操作判定處理來實現作為電流閾值設定單元的功能。·
不應該將本發明理解為限于上面陳述的實施例，本發明可以以本發明的范圍內的任何方式實現。例如，根據上述實施例，通過使用圖4中的轉速設定對應關系圖將最優最大轉速設定作為用于控制電動機20的轉速的控制參數。這是為了在S170處的電動機驅動處理中進行對電動機20的轉速的反饋控制。如果在電動機驅動處理中不進行對轉速的反饋控制(S卩，在進行所謂的開放控制的情況下)，則不必要設定最優最大轉速。例如，可以設定與最優最大轉速對應的電動機20的控制量。具體地，電動機20的轉速根據開關元件Ql至Q6的驅動占空比而改變。因此，即使與最優最大轉速對應地設定驅動占空比的上限，也可以獲得和上述實施例一祥的效果。在這種情況下，如圖6所示，優選的是預先建立DUTY (驅動占空比)設定對應關系圖，該DUTY設定對應關系圖描述了與最優最大轉速對應的驅動占空比DUTY，并且DUTY設定對應關系圖被存儲在存儲器中。可以進行從DUTY設定對應關系圖中獲得驅動占空比DUTY的DUTY設定處理而不是S150中的電動機轉速設定處理。同時，根據本實施例，當使用者從“軟接合”、“硬接合”和“其它”之中選擇ー種作為螺釘的類型(換句話說，擰緊方法)吋，設定適合于所選擇的擰緊方法的最優最大轉速。然而，因為最優最大轉速根據螺釘擰緊角度而變化，所以優選的是使用者可以設定期望的擰緊角度并且可以與由使用者設定的擰緊角度相對應地設定最優最大轉速(或者，是與最優最大轉速對應的控制量的驅動占空比)。在這種情況下，設置了擰緊角度設定單元而不是實際螺釘設定単元40以供使用者指定螺釘擰緊角度。如圖7所示，建立了轉速設定對應關系圖并且將其存儲在存儲器中，該轉速設定對應關系圖描述了與擰緊扭矩對應的最優最大轉速，每個擰緊角度是通過使用者可設定的。因此，在S150處的電動機轉速設定處理中，基于通過擰緊角度設定單元所設定的擰緊角度和擰緊扭矩可以設定最優最大轉速，由此能夠響應于電動工具的使用條件設定更加適當的最優最大轉速。可以配置擰緊角度設定單元以使得擰緊角度在毎次開關操作時增加預定量，或者可以配置擰緊角度設定單元以使得擰緊角度的數值被輸入。此外，根據上述實施例，關于轉速設定對應關系圖，以0. 5[N m]為單位在從0. 5[N m]至10. 0[N m]的抒緊扭矩列中設定最優最大轉速。然而，優選的是依據電動エ具的規格任意地設定這種擰緊扭矩。例如，如果通過外部操作可設定的抒緊扭矩是1. 5[N m]、3. 0[N m]、5. 2[N m]和12. 5 [N m]，則優選的是準備針對每個上述擰緊扭矩都設定有最優最大轉速(或者，與最優最大轉速對應的控制量)的對應關系圖。另ー方面，根據上述實施例，通過使用轉速設定對應關系圖(或者DUTY設定對應關系圖)來設定最優最大轉速(或者是與最優最大轉速對應的控制量的驅動占空比DUTY)。然而，可以在S150的電動機轉速設定處理中計算最優最大轉速(或者是與最優最大轉速對應的控制量的驅動占空比DUTY)。換句話說,如圖8所示,在電動機轉速設定處理中，首先在S310處,參照上述公式·
(I)(或者公式(2))計算對應于擰緊扭矩(或者擰緊扭矩以及擰緊角度)的最優最大轉速。接下來，在S320處，控制器50判定所計算的最優最大轉速是否等于或者小于電動機20的最大轉速。在所計算的最優最大轉速等于或者小于電動機20的最大轉速的情況下，終止電動機轉速設定處理。在最優最大轉速大于電動機20的最大轉速的情況下，處理移動到S330，在S330處最大轉速被設定作為最優最大轉速，并且終止電動機轉速設定處理。如果以這種方式進行電動機轉速設定處理，則可以在沒有轉速設定對應關系圖的情況下設定最優最大轉速。在如圖6中的DUTY設定對應關系圖中所描述的那樣設定驅動占空比DUTY的上限的情況下，可以執行下述處理，通過該處理在上述過程中獲得的最優最大轉速被轉換成驅動占空比DUTY。此外，可以將以在設定扭矩下以足以防止當中斷條件滿足時旋轉扭矩超過預定的設定扭矩的速度轉動輸出軸所需的轉動能量來轉動的電動機的轉速確定為最優最大轉速，并且將最優最大轉速設定為控制參數。此外，根據上述實施例，控制器50由微型計算機構成。然而，例如，控制器50也可以由可編程邏輯設備如ASIC (專用集成電路)、FPGA (現場可編程門陣列)等構成。當構成控制器50的CPU 51運行程序時完成由控制器50執行的上述控制處理。這些程序可以被寫進控制器50中的存儲器(ROM等)中，或者可以被存儲在可以由控制器50讀出數據的記錄媒體中。便攜式半導體存儲器(例如，USB存儲器、存儲卡(注冊商標)等)可以被用作記錄媒體。另外，在上面的實施例中，電動機20被構成作為三相無刷直流電動機。但電動機20可以是任何電動機，只要電動機可以以轉動的方式驅動其上安裝有工具元件的輸出軸。
權利要求
1.一種電動工具，包括 電動機，其被構成為用于以轉動的方式驅動輸出軸，工具能夠可拆卸地安裝在所述輸出軸上； 操作單元，其被構成為用于被外部地操作以輸入用于操作所述電動機的驅動命令；控制參數設定單元，用于將所述電動機的與預定的設定扭矩對應的最優最大轉速或者與所述最優最大轉速對應的控制量設定為所述電動機的控制參數；以及 控制單元，其被構成為用于響應于所述操作單元的操作量來驅動所述電動機，并且基于由所述控制參數設定單元設定的所述控制參數，將所述電動機的轉速控制為等于或者小于所述最優最大轉速， 其中，所述控制參數設定單元將以在所述設定扭矩下轉動所述輸出軸所需的轉動能量來轉動的所述電動機的轉速確定為所述最優最大轉速，并且將所述最優最大轉速設定為所述控制參數。
2.根據權利要求1所述的電動工具，其中，所述控制參數設定單元計算所述電動機的轉速《以滿足以下公式(I): T 彡 a O2 (I) 其中 T是所述輸出軸的所述設定扭矩； 是所述電動機的所述轉速；以及 a是系數， 并且其中，所述控制參數設定單元將所述轉速《確定為所述最優最大轉速，并且將所述最優最大轉速設定為所述控制參數。
3.根據權利要求1所述的電動工具，進一步包括 扭矩設定單元，用于響應于外部操作，從多個可用預定扭矩中選擇所述設定扭矩， 其中，所述控制參數設定單元將與通過所述扭矩設定單元能夠選擇的所述多個可用預定扭矩中的至少一個扭矩對應的最優最大轉速或者與所述最優最大轉速對應的控制量設定為所述控制參數。
4.根據權利要求2或3所述的電動工具，還包括 電動機電流檢測單元，用于檢測流到所述電動機的電動機電流；以及電流閾值設定單元，用于響應于所述設定扭矩來設定作為所述電動機電流的上限的電流閾值， 其中，在驅動所述電動機時，當由所述電動機電流檢測單元檢測到的所述電動機電流達到由所述電流閾值設定單元設定的所述電流閾值時，所述控制單元停止驅動所述電動機。
5.根據權利要求2所述的電動工具，其中，所述控制參數設定單元將以在所述設定扭矩下以足以防止當中斷條件滿足時旋轉扭矩超過所述預定的設定扭矩的速度轉動所述輸出軸所需的轉動能量來轉動的所述電動機的轉速確定為所述最優最大轉速，并且將所述最優最大轉速設定為所述控制參數。
6.根據權利要求1所述的電動工具，其中，所述控制參數設定單元計算所述電動機的轉速《以滿足以下公式(2)T ≥(J/0) Co2 (2) 其中 T是所述輸出軸的所述設定扭矩； 是所述電動機的所述轉速； J是慣性力矩；以及 0是當以所述設定扭矩來緊固對象物時的擰緊角度， 并且其中，所述控制參數設定單元將所述轉速《確定為所述最優最大轉速，并且將所述最優最大轉速設定為所述控制參數。
7.根據權利要求6所述的電動工具，其中，所述電動工具包括 扭矩設定單元，用于響應于外部操作，從多個可用預定扭矩中選擇所述設定扭矩， 其中，所述控制參數設定單元將與通過所述扭矩設定單元能夠選擇的所述多個可用預定扭矩中的至少一個扭矩對應的最優最大轉速或者與所述最優最大轉速對應的控制量設定為所述控制參數。
8.根據權利要求6或7所述的電動工具，還包括 電動機電流檢測單元，用于檢測流到所述電動機的電動機電流；以及 電流閾值設定單元，用于響應于所述設定扭矩來設定作為所述電動機電流的上限的電流閾值， 其中，在驅動所述電動機時，當由所述電動機電流檢測單元檢測到的所述電動機電流達到由所述電流閾值設定單元設定的所述電流閾值時，所述控制單元停止驅動所述電動機。
9.根據權利要求6所述的電動工具，其中，所述控制參數設定單元將以在所述設定扭矩下以足以防止當中斷條件滿足時旋轉扭矩超過所述預定的設定扭矩的速度轉動所述輸出軸所需的轉動能量來轉動的所述電動機的轉速確定為所述最優最大轉速，并且將所述最優最大轉速設定為所述控制參數。
全文摘要
一種電動工具，包括電動機、操作單元、控制參數設定單元及控制單元。該控制參數設定單元將電動機的與預定的設定扭矩對應的最優最大轉速或者與最優最大轉速對應的控制量設定為電動機的控制參數。該控制單元響應于操作單元的操作量來驅動電動機并且基于控制參數將電動機的轉速控制在最優最大轉速或者小于最優最大轉速。控制參數設定單元將以在設定扭矩下轉動輸出軸所需的轉動能量來轉動的電動機的轉速確定為最優最大轉速并且將該最優最大轉速設定為控制參數。
文檔編號H02P23/14GK103023422SQ201210348298
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月18日 優先權日2011年9月20日
發明者草川卓也, 平林德夫, 小林憲司 申請人:株式會社牧田