發明解讀
——智能電動工具及其控制方法

授權公告號：CN114629382 B

授權公告日：2023.12.01

專利權人：南京泉峰科技有限公司

發明人：吳勇慷、柯洪濤

隨著電動工具的發展，電動工具的智能化控制技術得到越來越廣泛的應用。例如，沖擊扳手沖擊螺絲批，利用控制器驅動電機實現緊固件的裝配、拆卸等工作。然而，沖擊扳手沖擊螺絲批在工作過程中，不同工況下沖擊速度不同，對沖擊塊的打擊力度不同。在某些工況下，沖擊強度大，導致沖擊結構提前失效，甚至無法保證機械結構的安全?，F有技術中通常是通過工具使用者自行把握沖擊螺絲批的沖擊力度，這樣沖擊力度控制不穩，很容易導致沖擊力度不夠、打擊效果不好或沖擊力度過大導致沖擊結構提前失效，甚至損壞機械結構等問題。

發明專利“智能電動工具及其控制方法”提供一種智能電動工具及其控制方法，以實現沖擊扳手沖擊螺絲批在工作過程中，能夠根據不同工況自動控制電機的轉速，在保證速度的同時保證機械結構安全，提高工作效率。

發明內容：

發明提供了一種智能電動工具，包括：沖擊元件；電機，用于驅動沖擊元件動作；供電模塊，用于為電機供電；參數檢測單元，用于檢測電機的工作參數；控制器，至少與電機和電流檢測單元電連接；控制器被配置為：獲取電機的工作參數；根據工作參數計算沖擊元件的沖擊頻率，并根據沖擊頻率改變電機的運行狀態，使電機的運行狀態處于沖擊頻率對應的預設狀態下。

發明還提供了一種智能電動工具的控制方法，該智能電動工具的控制方法由智能電動工具執行，智能電動工具包括沖擊元件、電機，用于驅動沖擊元件動作；供電模塊，用于為電機供電；參數檢測單元，用于檢測電機的工作參數；控制器，至少與電機和參數檢測單元電連接；控制方法包括：獲取電機的工作參數；根據工作參數計算沖擊元件的沖擊頻率，并根據沖擊頻率改變電機的運行狀態，使電機的運行狀態處于沖擊頻率對應的預設狀態下。

發明提供一種智能電動工具，該智能電動工具包括：沖擊元件；電機，用于驅動沖擊元件動作；供電模塊，用于為電機供電；參數檢測單元，用于檢測電機的工作參數；控制器，至少與電機和電流檢測單元電連接；控制器被配置為：獲取電機的工作參數；根據工作參數計算沖擊元件的沖擊頻率，并根據沖擊頻率改變電機的運行狀態，使電機的運行狀態處于沖擊頻率對應的預設狀態下。通過該智能電動工具可以解決現有技術中人工把握沖擊力度導致沖擊效果差、沖擊提前失效、損壞機械結構等問題，使沖擊類電動工具在工作過程中，能夠根據不同工況自動控制電機的轉速，在保證速度的同時保證機械結構安全，提高工作效率。

實施方式：

圖1為發明提供的一種智能電動工具的電路結構框圖。參考圖1，該智能電動工具包括：沖擊元件101；電機102，用于驅動沖擊元件101動作；供電模塊103，用于為電機102供電；參數檢測單元100，用于檢測電機102的工作參數；控制器106，至少與電機102和參數檢測單元100電連接；控制器106被配置為：獲取電機102的工作參數；根據工作參數計算沖擊元件101的沖擊頻率，并根據沖擊頻率改變電機102的運行狀態，使電機102的運行狀態處于沖擊頻率對應的預設狀態下。

圖1

其中，沖擊元件101與電機102的輸出軸連接，電機102轉動驅動沖擊元件101工作。沖擊元件101用于實現智能電動工具的功能。供電模塊103與電機電連接，為電機提供電能，供電模塊103可以為可充電鋰電池等。參數檢測單元100與電機102電連接，其中，參數檢測單元100用于實時檢測電機102的工作參數，例如電機在工作中的電流值和轉速，參數檢測單元100與控制器106電連接，用于將實時檢測的電機102的工作參數信息發送給控制器106。其中，沖擊元件101所處的工況不同，其沖擊頻率也不相同，則所需求的電機102的轉速也就不同。沖擊元件101的沖擊頻率與電機102的預設轉速相對應，沖擊頻率大時需要降低電機102的轉速，例如，沖擊元件101沖擊鋼板時若沖擊頻率過大，則需要降低電機102的轉速，防止損壞沖擊元件101。

電機102與沖擊元件101連接，電機102以一定的轉速運動驅動沖擊元件101工作。參數檢測單元100實時檢測電機102的工作參數，并發送至控制器106?？刂破?06根據接收到的電機102的工作參數計算出沖擊元件101的沖擊頻率，并根據沖擊元件101的沖擊頻率調節電機102的運行狀態，使電機的運行狀態處于沖擊頻率對應的預設狀態下。

通過提供一種智能電動工具，該智能電動工具包括：沖擊元件；電機，用于驅動沖擊元件動作；供電模塊，用于為電機供電；參數檢測單元，用于檢測電機的工作參數；控制器，至少與電機和參數檢測單元電連接；控制器被配置為：獲取電機的工作參數；根據工作參數計算沖擊元件的沖擊頻率，并根據沖擊頻率改變電機的運行狀態，使電機的運行狀態處于沖擊頻率對應的預設狀態下。通過該智能電動工具解決了現有技術中人工把握沖擊力度導致沖擊效果差、沖擊提前失效、損壞機械結構等問題，使沖擊類電動工具在工作過程中，能夠根據不同工況自動控制電機的轉速，在保證速度的同時保證機械結構安全，提高工作效率。

發明提供的智能電動工具可以為沖擊扳手沖擊螺絲批，沖擊扳手沖擊螺絲批包括沖擊元件、電機、控制器、用于緊固螺釘的鉆頭以及參數檢測單元。以沖擊扳手沖擊螺絲批為例，具體工作原理如下：電機102與沖擊元件101連接，電機102以一定的轉速運動驅動沖擊元件101工作。參數檢測單元100實時檢測電機102的工作參數(例如，電機的工作電流和轉速)，并發送至控制器106?？刂破?06根據接收到的電機102的工作參數計算出沖擊元件101的沖擊頻率，并根據沖擊元件101的沖擊頻率調節電機102的運行狀態，使電機的運行狀態處于沖擊頻率對應的預設狀態下。由此，通過獲取電機102實時的工作參數計算出沖擊元件101實時的沖擊頻率，并根據實時計算的沖擊頻率調整電機102的運行狀態，以滿足沖擊元件101在不同的沖擊頻率下所對應需求的電機運行狀態，從而實現針對不同的沖擊工況進行速度控制，在保證速度的同時保證機械結構安全，避免出現沖擊力度不夠沖擊效果不好，沖擊力度過大造成沖擊提前失效，甚至損壞機械結構等現象。

圖2是是發明中的另一種智能電動工具的電路結構框圖，圖3是發明提供的電機在預設檢測周期內的電流變化曲線圖?？蛇x地，工作參數包括電機的工作電流和轉速；控制器106被配置為：根據電機102在預設檢測周期內的工作電流的波峰次數和預設檢測周期確定沖擊元件的沖擊頻率。

圖2

圖3

根據沖擊頻率改變電機102的轉速，使電機102的轉速處于沖擊頻率對應的預設轉速范圍內。工作參數包括電機的工作電流和轉速，則參數檢測單元100包括電流檢測單元104和轉速檢測單元105。參考圖2，電流檢測單元104分別與電機102和控制器106電連接，用于檢測電機102的轉速；轉速檢測單元105分別與電機102和控制器106電連接，用于檢測電機102的轉速。

電機的工作參數包括電機的工作電流和轉速，控制器可根據沖擊頻率改變電機102的轉速，使電機102的轉速處于沖擊頻率對應的預設轉速范圍內?？刂破?06還可根據接收到的電機102的工作電流和/或轉速計算出沖擊元件101的沖擊頻率，并根據沖擊元件101的沖擊頻率調節電機102的轉速，使電機的轉速處于沖擊頻率對應的預設轉速范圍內。具體的電機參數的設置可根據實際情況進行設置，不做具體的限定。

根據電機102在預設檢測周期內的工作電流的波峰次數與預設檢測周期的比值計算沖擊元件101的沖擊頻率。其中，預設檢測周期可以為一個檢測周期，具體數值可以根據實際的檢測需求進行設定，在此不做具體的限定。示例性的，參考圖3，L0為電流檢測單元檢測的電機的工作電流的變化曲線，設預設檢測周期為T0，在T0檢測周期內電流的波峰次數為n，則沖擊元件的沖擊頻率P0為：

控制器106被配置為：根據沖擊頻率識別智能電動工具當前的工況，根據工況改變電機102的轉速，使電機102的轉速處于工況下的預設轉速范圍內。其中，智能電動工具的工況不同，沖擊元件101所需求的沖擊力度(或沖擊速度)不同，則需要的電機102轉速也不相同。智能電動工具為沖擊扳手沖擊螺絲批為例，沖擊扳手沖擊螺絲批在不同工況下沖擊速度不同，對沖擊塊的打擊力度不同。在某些工況下，若沖擊強度太小，沖擊力度不夠，沖擊效果差；若沖擊強度過大，容易導致沖擊結構提前失效。在一例中，沖擊扳手沖擊螺絲批的工況可以包括鋼板打螺栓和木材打螺釘兩種工況，通常，由于木材較軟，同樣的沖擊力度下，木材會發生一定的位移，導致相同沖擊時間內的沖擊頻率較鋼板的要小。在根據沖擊頻率識別出當前的沖擊對象為鋼板或者類似鋼板的材料時，需要降低電機轉速，以免對沖擊元件造成損壞。因此，控制器106根據實時計算的沖擊元件101的沖擊頻率可以識別出智能電動工具當前所處的工況，并根據識別出的工況將電機102的轉速調整至對應工況下的預設轉速范圍內，即可實現對不同的工況進行速度控制。需要說明的是，本例僅是以沖擊扳手沖擊螺絲批包括鋼板打螺栓和木材打螺釘工況為例進行說明，還可以包括墻體打螺釘等其他工況，不作具體地限定。

控制器106被配置為：在沖擊頻率處于第一預設范圍內時，確定智能電動工具處于第一沖擊對象的沖擊工況下；在沖擊頻率處于第二預設范圍內時，確定智能電動工具處于第二沖擊對象的沖擊工況下；第一預設范圍大于第二預設范圍。第一沖擊對象可以是木材或者類似木材的材質較軟的材料，第二沖擊對象可以是鋼板或者類似鋼板的硬質材料。第一預設范圍可以為大于4400BMP，小于或者等于4700BMP，第二預設范圍可以為小于或者等于4400BMP，第一沖擊對象可以為鋼板打螺栓工況，第二沖擊對象可以為木材打螺釘工況。當控制器106計算的沖擊頻率處于第一預設范圍內時，可以識別出智能電動工具處于鋼板打螺栓的沖擊工況下；當沖擊頻率處于第二預設范圍內時，可以識別出智能電動工具處于木材打螺釘的沖擊工況下。

本例僅是以沖擊扳手沖擊螺絲批為例進行說明，還可以包括電鉆、電鉆螺絲批等工具，不作具體地限定?？刂破鞅慌渲脼椋涸诘谝粵_擊對象的沖擊工況下，降低電機的轉速?？刂破鞲鶕R別出的工況，根據對應工況下需求的電機轉速調整電機轉速。以沖擊扳手沖擊螺絲批為例，若識別出智能電動工具當前工況為鋼板打螺栓工況，則降低電機的轉速，使其處于鋼板打螺栓工況對應的預設轉速范圍內，由此可以防止震動過大而影響電機使用壽命。同理，若識別出智能電動工具在第二沖擊對象(例如，木材打螺釘工況)的沖擊工況下，則降低電機的轉速，使其處于木材打螺釘工況對應的預設轉速范圍內。

控制器還可以被配置為：當檢測到電機以第一預設速度空載運行，若檢測到負載時，控制電機以第二預設速度運行，由此可以防止由于電機轉速過大，工具的振動影響電機或扳機等結構的壽命。其中，第二預設速度小于第一預設速度，第一預設速度可以為30000r/min，第二預設速度可以為28000r/min。

圖4是發明中提供的一種智能電動工具的電路系統框圖。參考圖4，電機102可以為三相電機，該智能電動工具還包括驅動電路10，驅動電路10與供電模塊103、控制器106、電流檢測單元104、電機102電連接；供電模塊103還與控制器106電連接。其中，驅動電路10包括第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第三晶體管Q3、第四晶體管Q4、第五晶體管Q5和第六晶體管Q6，電機102可以為三相電機；第一晶體管Q1的第一端、第二晶體管Q2的第一端、第三晶體管Q3的第一端與供電模塊103的正極電連接，第一晶體管Q1的第二端分別與第四晶體管Q4的第一端和電機102的第一相A連接，第二晶體管Q2的第二端分別與第五晶體管Q5的第一端和電機的第二相B連接，第三晶體管Q3的第二端分別與第六晶體管Q6的第一端和電機的第三相C連接，第四晶體管Q4的第二端、第五晶體管Q5的第二端、第六晶體管Q6的第二端與供電模塊103的負極電連接；第一晶體管Q1的控制端、第二晶體管Q2的控制端、第三晶體管Q3的控制端、第四晶體管Q4的控制端、第五晶體管Q5的控制端、第六晶體管Q6的控制端與控制器106電連接。上述六個晶體管可以是半導體功率器件(例如FET，BJT，IGBT等)也可以是任何其他類型的固態開關，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，雙極結型晶體管(BJT)等。

圖4

為了使電機轉動，驅動電路10具有多個驅動狀態，在一個驅動狀態下電機的定子繞組會產生一個磁場，控制器106依據電機的轉子位置或反電動勢輸出相應的PWM控制信號至驅動電路10中的開關元件以使驅動電路10切換驅動狀態，從而使定子繞組產生變化的磁場以驅動轉子轉動，進而實現電機的轉動或換相或者轉速調整。需要說明的是，其它任何能夠驅動電機的轉動或換相或者轉速調整的電路和控制方式均可用于本公開，本公開對驅動電路10的電路結構和控制器106對驅動電路10的控制不做限制。

圖5發明提供的一種智能電動工具控制方法的流程圖，可適用于智能電動工具的控制方法的實現過程，該方法可以由發明提供的智能電動工具來執行，智能電動工具包括沖擊元件，電機，用于驅動沖擊元件動作；供電模塊，用于為電機供電；數檢測單元，用于檢測電機的工作參數；控制器，至少與電機和參數檢測單元電連接。參考圖5，控制方法具體包括如下步驟：步驟110、獲取電機的工作參數；其中，工作參數包括電機的工作電流和轉速。[0058] 智能電動工具包括電機、控制器、電流檢測單元和轉速檢測單元等，具體地，電機在工作中的電流值可以通過電流檢測單元，如電流采樣電路獲??；電機的轉速可以通過轉速檢測單元，如霍爾傳感器獲取。電流檢測單元分別與電機和控制器電連接，電流檢測單元可以為電流采樣電路，電流采樣電路可以包括檢流電阻，通過采集流過檢流電阻的電流可以獲取電機輸出的電流值。通過電流采樣電路實時采集電機輸出的電流值，并將實時采集的電流值實時反饋給控制器。轉速檢測單元分別與電機和控制器電連接，轉速檢測單元可以為霍爾傳感器，通過霍爾傳感器可以獲取電機的實時轉速，并將實時采集的電機轉速實時反饋給控制器。其中，電流采樣電路采集的電流可以包括智能電動工具在開機啟動過程、工作過程、停機前等任意時刻的電流。步驟120、根據工作參數計算沖擊元件的沖擊頻率，并根據沖擊頻率改變電機的運行狀態，使電機的運行狀態處于沖擊頻率對應的預設轉速范圍內。電機與沖擊元件連接，電機以一定的轉速運動驅動沖擊元件工作。參數檢測單元實時檢測電機的工作參數(例如，電機的工作電流和轉速)，并發送至控制器?？刂破鞲鶕邮盏降碾姍C的工作參數計算出沖擊元件的沖擊頻率，并根據沖擊元件的沖擊頻率調節電機的運行狀態(例如電機的轉速)，使電機的運行狀態處于沖擊頻率對應的預設狀態下。由此，通過獲取電機實時的工作參數計算出沖擊元件實時的沖擊頻率，并根據實時計算的沖擊頻率調整電機的轉速，以滿足沖擊元件在不同的沖擊頻率下所對應需求的電機轉速，從而實現針對不同的沖擊工況進行速度控制，在保證速度的同時保證機械結構安全，避免出現沖擊力度不夠沖擊效果不好，沖擊力度過大造成沖擊提前失效，甚至損壞機械結構等現象。

圖5

該智能電動工具控制方法由智能電動工具執行，智能電動工具包括沖擊元件，電機，用于驅動沖擊元件動作；供電模塊，用于為電機供電；數檢測單元，用于檢測電機的工作參數；控制器，至少與電機和參數檢測單元電連接?？刂品椒òǎ韩@取電機的工作參數；根據工作參數計算沖擊元件的沖擊頻率，并根據沖擊頻率改變電機的運行狀態，使電機的運行狀態處于沖擊頻率對應的預設狀態下。通過該智能電動工具控制方法解決了現有技術中人工把握沖擊力度導致沖擊效果差、沖擊提前失效、損壞機械結構等問題，使沖擊類電動工具在工作過程中，能夠根據不同工況自動控制電機的轉速，在保證速度的同時保證機械結構安全，提高工作效率。工作參數包括電機的工作電流和轉速；根據工作參數計算沖擊元件的沖擊頻率，包括：根據電機在預設檢測周期內的工作電流的波峰次數和預設檢測周期確定沖擊元件的沖擊頻率。

該智能電動工具的控制方法還包括：根據沖擊頻率識別智能電動工具當前的工況，根據工況改變電機的轉速，使電機的轉速處于工況下的預設轉速范圍內。根據沖擊頻率識別智能電動工具當前的工況，包括：在沖擊頻率處于第一預設范圍內時，確定智能電動工具處于第一沖擊對象的沖擊工況下；在沖擊頻率處于第二預設范圍內時，確定智能電動工具處于第二沖擊對象的沖擊工況下；其中，第一預設范圍大于第二預設范圍。該智能電動工具的控制方法還包括：在第一沖擊對象的沖擊工況下，降低電機的轉速。

發明專利“智能電動工具及其控制方法”還可以有其它實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在其要求保護的范圍之內。