电动工具及其校准方法与流程

本发明涉及电动工具领域，具体涉及电动工具中无刷电机的控制。

背景技术：

在电动工具中，通过驱动无刷电机的转动以带动工具工作。由于受电动工具的尺寸和体积的限制，无刷电机的外径通常较小，而用于检测无刷电机转子位置的位置传感器的放置空间也将受到限制。这将导致位置传感器的安装精度不高，使得无刷电机在应用时，位置传感器检测偏差较大，导致相电流不均匀或有较大的峰值，使电动工具中元器件可靠性下降或失效，进而影响电动工具的使用寿命。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有较长使用寿命的电动工具及电机校准方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种电动工具，包括：无刷电机；位置传感器，用于检测实测位置信号；反电动势检测模块，用于检测无刷电机的反电动势信号；驱动模块，用于驱动无刷电机转动；校准模块，依据实测位置信号和无刷电机的反电动势信号获取校准位置信号；控制器，用于判断无刷电机是否处于恒速状态，在无刷电机处于恒速状态时激活校准模块工作。

进一步，校准模块用于：获取实测位置信号的跳变沿时间th和反电动势信号的过零点时间tv；计算跳变沿时间th与过零点时间tv的时间差值△t；判断时间差值是否大于等于预设差值；若时间差值大于等于预设差值则获取校准位置信号。

进一步，还包括：存储模块，用于存储校准位置信号。

一种用于电动工具的校准方法，电动工具包括无刷电机和位置传感器，其特征在于，该方法包括如下步骤：采集位置传感器的实测位置信号和无刷电机的反电动势信号；判断无刷电机是否处于恒速状态；若无刷电机处于恒速状态则依据实测位置信号和无刷电机的反电动势信号获取校准位置信号。

进一步，若无刷电机处于恒速状态则获取实测位置信号的跳变沿时间th；和反电动势信号的过零点时间tv；计算跳变沿时间th与过零点时间tv的时间差值△t；判断时间差值△t是否大于等于预设差值t；

若时间差值△t大于等于预设差值t则获取校准位置信号。

进一步，还包括：存储校准位置信号的跳变沿电角度；调用校准位置信号的跳变沿电角度以修正实测位置信号。

进一步，预设差值t的取值范围为-t/72≤t≤t/72，其中t为反电动势信号的周期。

进一步，若时间差值大于预设差值时则执行如下步骤：检测无刷电机的转速；计算校准位置信号的校准跳变沿电角度；校准位置信号的校准跳变沿电角度为360°△t/t。

进一步，若时间差值小于预设差值则依据实测位置信号控制无刷电机以使无刷电机进入正常工作模式。

进一步，还包括：记录无刷电机处于恒速状态的时间；若无刷电机处于恒速状态的时间达到预设时长时则依据实测位置信号和无刷电机的反电动势信号获取校准位置信号。

本发明的有益之处在于通过实测位置信号进行校准，减小位置传感器的检测偏差，避免电流尖峰，相电流更加均匀，提高了元器件的可靠性，进而延长了电动工具的使用寿命。

附图说明

图1是作为一个实施例的电动工具的电路原理框图；

图2是位置传感器安装位置在误差允许范围内的实测位置信号和反电动势信号的曲线图；

图3是位置传感器安装偏差时的实测位置信号和反电动势信号的曲线图；

图4是另一个实施例的电动工具的电路原理框图；

图5是一种用于电动工具的校准方法的流程图；

图6是是实测位置检测信号的校准过程曲线

图7a是未经校准后的无刷电机的相电流波形图；

图7b是经校准模块校准后的无刷电机的相电流波形图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参考图1所示，电动工具包括无刷电机10、位置传感器20、反电动势检测模块30、校准模块40、存储模块50和控制器60。无刷电机10包括转子和定子，通过转子和定子的相互作用产生驱动电动工具工作的动力。作为实施方式的一种，无刷电机10为三相无刷电机10。

位置传感器20用于检测实测位置信号。作为实施方式的一种，位置传感器20为霍尔传感器，具体的，依次设有三个霍尔传感器用于检测无刷电机10的转子位置。

反电动势检测模块30用于检测无刷电机10的反电动势信号。

参考图2所示，图中横坐标表示时间，纵坐标表示电压，虚线表示反电动势信号曲线，实线表示实测位置信号曲线，具体而言，为霍尔信号曲线。在位置传感器20的安装精度足够时，即在误差允许范围内。位置传感器20检测的三路实测位置信号分布均匀，各路实测位置信号相互滞后120°，高低电平信号均匀分布。

参考图3所示，为实测位置信号存在偏差时的实测位置信号与反电动势对应的曲线图，图中横坐标表示时间，纵坐标表示电压，实线表示实测位置信号，具体而言为霍尔信号曲线，虚线表示反电动势信号曲线。由于受电动工具结构尺寸的影响，设于电动工具中的无刷电机10的尺寸较小，位置传感器20的安装精度通常达不到产品要求。这将导致电动工具在使用时，由于位置传感器20的实测位置信号偏差使得相电流不均匀或存在较大的峰值，使得电子元器件可靠性下降或失效。

为解决上述问题，作为实施方式的一种，电动工具中还包括校准模块40，校准模块40用于执行下列操作：获取实测位置信号的跳变沿时间th和反电动势信号的过零点时间tv；计算跳变沿时间th和反电动势信号的过零点时间tv的时间差值△t；判断时间差值是否大于预设差值t；若时间差值△t大于等于预设差值t则获取校准位置信号。其中，预设差值t的取值范围为-t/72≤t≤t/72，其中t为所述反电动势信号的周期。

参考图1所示，在一种实施方式中，校准模块40可作为独立的模块设置在电动工具中。具体而言，校准模块40可以是用来执行校准软件程序的存储器、处理机、电子电路、专用集成电路或组合逻辑电路。

参考图4所示，在一种可能的实施方式中，校准模块40作为控制器61的一部分，与控制器61集成为一体。具体而言，控制器61可以是用来执行控制程序的存储器、专用集成电路或组合逻辑电路。

参考图1所示，电动工具还包括存储模块50，用于储存校准位置信号。控制器60用于判断无刷电机10是否处于恒速状态，在无刷电机10处于恒速状态时向校准模块40发送控制信号以激活校准模块40工作，校准模块40获取校准位置信号，发送至存储模块50，存储模块50存储该校准位置信号以校正实测位置信号。控制器60依据经校准的实测位置信号输出控制信号至驱动模块，进行正常的电机换相从而驱动无刷电机10工作。驱动模块70为现有的常规模块，通常包括外围电路和开关管，这里不再赘述。

具体而言，存储模块50为flash寄存器，且存储至存储模块50的数据信息不会因断电而丢失。实测位置信号亦可存储至存储模块50。

作为实施方式的另一种，亦可在存储模块50中预先存储校准位置信号，例如将无刷电机10转速校准位置信号的一一对应关系，以表格形式存储至存储模块50，在获取无刷电机10转速后从存储模块50中调用校准位置信号以修正实测位置信号。

参考图5所示的用于电动工具的校准方法，该电动工具包括无刷电机和位置传感器，位置传感器相对无刷电机安装，该校准方法如下步骤：

s1.采集位置传感器检测的实测位置信号和无刷电机的反电动势信号。具体的，位置传感器检测实测位置信号，反电动势检测模块采集无刷电机的反电动势信号。

s2.判断无刷电机是否处于恒速状态，若无刷电机处于恒速状态则转至步骤s3，否则返回直至无刷电机处于恒速状态。

这里的恒速状态是指电机转速基本恒定。

s3.获取实测位置信号的跳变沿时间th。

s4.获取反电动势信号的过零点时间tv。

其中，s3和s4可同时进行。

s5.计算跳变沿时间th与所述过零点时间tv的时间差值△t，转至s6。

s6.判断时间差值是否大于等于预设差值，其中，预设差值t的取值范围为-t/72≤t≤t/72，t为反电动势信号的周期；若是则转至s7；若否则表明实测位置信号偏差在误差可接受范围内，转至s11。

时间差值小于预设差值则表明实测位置信号偏差在误差可接受的范围内，此时无需修正实测位置信号。

s7.检测无刷电机的转速。

s8.计算校准位置信号的校正跳变沿电角度，校正跳变沿电角度为360°△t/t。

s9.储存校准位置信号的校准跳变沿电角度。

s10.调用校准跳变沿电角度以修正实测位置信号。

s11.无刷电机进入正常工作模式。这里的正常工作模式是指无刷电机的正常驱动模式。

步骤s10转至s11时，依据修正的校准位置信号控制无刷电机以使无刷电机进入正常工作模式。直接由步骤s6转至s11时则依据实测的位置信号控制无刷电机以使无刷电机进入正常工作模式即可。

其中，步骤s2在判断无刷电机处于恒速状态时，可执行以下子步骤：

记录无刷电机处于恒速状态的时间；在无刷电机处于恒速状态的时间达到预设时长后执行s3。其中，预设时长的取值范围为1s~5s，在此范围内既能保证获取充足的数据判断又避免因数据量过大而影响计算效率。

步骤s10中，可执行以下子步骤：

调用校准跳变沿电角度和存储的预设跳变沿角度以修正实测位置信号。其中，预设跳变沿角度可预先存储至存储模块中。预设跳变沿角度的取值范围为0~60°，进一步，预设跳变沿角度的取值范围为0~40°。预设跳变沿角度的选择可进一步优化实测位置信号。

以上是以一个位置信号数据的校准进行描述，在实际应用中，往往存储多个位置信号数据，按上述校准方法依次进行每个位置信号数据的校准即可。例如，参考图6所示为实测位置检测信号的校准过程曲线，其中横坐标表示时间，纵坐标表示电压。在无刷电机10处于恒速状态的时间达到第一预设时长t后，进行一个实测位置信号的校准，校准时长为b；再在无刷电机10处于恒速状态的时长达到预设时长a后，进行下一个实测位置信号的校准，校准时长为b；按此方式依次进行直至完成全部实测位置信号的校准。具体的，校准时长b＜a。

参考图7a所示为未经校准后的无刷电机的相电流波形图，图中实测检测信号滞后，相电流不均匀，存在较大的电流尖峰。而图7a所示为经校准后的无刷电机的相电流波形图，相比于图7a所示，避免了电流尖峰的出现，相电流均匀，从而降低了电子元器件的发热和损坏风险，提高了电子元器件的使用寿命。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。