用於探測手持式電動工具中的熱過載狀況的方法

2023-07-29 03:44:56 3

專利名稱：用於探測手持式電動工具中的熱過載狀況的方法
用於探測手持式電動工具中的熱過載狀況的方法本發明涉及一種按照權利要求1的前序部分所述的用於探測手持式電動工具中 的熱過載狀況的方法。
現有技術在DE 102005038225A1中描述了一種用於探測手持式電動工具中的過載狀況的 方法。在這種手持式電動工具中，尤其是用蓄電池運行的手持式電動工具，例如充電式起子 機或充電式鑽錘，在過載情況下存在馬達被卡住的危險，其中在這種狀況下流過在用蓄電 池運行的手持式電動工具中能夠由電池組發出的最大可能的電流。大的電流導致過熱，同 時由於馬達停止運轉也使冷卻停止，從而在這種狀態繼續存在的情況下，在非常短的時間 內一個或多個相關的部件如例如電動機的連接導線、釺焊接頭或類似部分存在熱失效的危 險。對於電動機在沒有足夠的冷卻階段下先後多次進入被卡住狀態的情況，也存在過熱的 危險。為了及時識別過載狀況和避免熱失效，按照DE102005038225A1，持續地測量運行 電流並且與一個存儲的極限電流比較，如果被測量的運行電流和被存儲的電流極限值的由 多個周期累加並且加權的差值超過一個基準值，那麼就推斷電動工具熱過載。隨後通過監 控裝置的信號中斷向電動機供電的電路，使電動機不工作而有效地避免過熱。本發明的公開本發明的任務是，避免手持式電動工具因熱受損，其中工具的工作能力(效率)應 該受到儘可能小的限制。這個任務按照本發明用權利要求1的特徵解決。從屬權利要求給出了一些有利的 擴展方案。按照本發明的用於探測手持式工具中的熱過載狀況的方法尤其可以應用於手持 式的充電式工具中，例如充電式起子機，充電式攻絲機，充電式圓鋸，充電式刺鋸，充電式電 刨子，充電式鑽錘或充電式衝擊鑽。但是此外也可以考慮應用於直接與電網連接的手持式 電動工具。手持式電動工具具有作為驅動裝置的電動機，電動機在被卡住的情況下存在過 熱的危險。在運轉期間測量溫度或與手持式電動工具的構件的溫度相關聯的電動機狀態參 量，其中在超過一個基準參數的情況下推斷熱負載增高。隨後激活一種降低的過渡運行狀 態，在該過渡運行狀態中，向電動機供電的電路中的通過電流被調製，從而使溫度停止繼續 上升或者至少剎住溫度的繼續上升。由此還在達到一個在其下存在過熱並且伴隨構件被破 壞的熱極限之前就採取措施，使得溫度的繼續上升至少受到抑制。對於使用者來說，這具有的好處是，不將電動機關斷，而是使其在一個降低的範圍 中繼續運轉。至少在一定的持續時間上可以用手持式電動工具繼續連續地工作，而不需要 強制地中斷工作。另一個優點在於，使用者注意到降低的電動機功率，從而使用者可以採取相應的 實現冷卻的措施，例如通過減小機械負載或者通過手動關斷電動機，但是與自動關斷不同 這可以以正常的方式實施。
只要使用者沒有手動中斷電路，降低的過渡運行狀態就可以一直繼續，直到手持 式電動工具中的溫度又降到一個預定極限以下並且由此不再繼續存在熱負載提高的狀態。 隨後可以自動地或通過手動幹預再返回到正常的運行狀態，在該運行狀態下電動機發出它 的給定功率。過渡階段的持續時間可以設計成可改變的，其中通過連續測量至少一個與手持式 電動工具的溫度或與那裡存在的部件的溫度相關聯的狀態參量，可以確定降低的過渡運行 狀態的總持續時間。但是原則上也可以獨立於測量值設計過渡運行狀態的持續時間，例如 通過確定在過渡運行狀態期間一定數量的具有電流較大階段和電流減小階段的周期。例如 尤其有利的是，在過渡運行狀態中設置至少一個電流較大階段，接著它之後是一個電流減 小階段。在這兩個階段結束之後又返回到正常運行狀態。必要時也可以在過渡運行狀態期 間實施多個具有前後跟隨的電流較大階段和電流減小階段的周期。如後面還要描述的，這 些階段的各持續時間取決於不同的影響參量，其中包括溫度。為了確定電流較大階段以及電流減小階段的電流脈衝持續時間和電流脈衝高度， 可以應用一系列的標準。有利地，在過渡運行狀態中首先實施一個電流較大階段，接著實施 一個電流減小階段。在電流較大階段期間的電流脈衝高度可以設置成一個恆定值，例如設 置在運行電流的高度上、設置在直接在從正常運行轉換到過渡運行狀態的時刻存在的換接 電流的值上、或者設置在一個其它的電流值上，該電流值也可以低於正常的運行電流。在電 流較大階段期間的電流脈衝高度也可以與電流減小階段的階段持續時間相關聯。在這種情 況下，當在減小的階段期間的階段持續時間較長時，可以在通過電流增大的階段期間選擇 較大的電流。為了確定在電流較大階段期間電流脈衝持續時間，可以使用各種不同的標準。有 利地，作為在轉換到過渡運行狀態之前流過的換接電流的函數確定電流脈衝持續時間。例 如電流脈衝持續時間與換接電流成倒數關係，從而在大的換接電流時，調節成一個比在較 小的換接電流時更短的脈衝階段，由此考慮了電氣構件由於換接電流較大而受熱較強烈的 情況。此外可以選擇與換接電流的一種指數關係，其中指數函數的與裝置特定的指數有利 地具有1至3之間的值並且例如電動工具的熱負載越高，該指數可以選擇得越大。由於電 流脈衝持續時間與電流值成反比，因此較大的指數導致相應較短的電流脈衝持續時間，從 而在過渡運行狀態期間電流較大階段持續相應較短的時間。在跟隨電流較大階段之後的電流減小階段期間，電流脈衝高度和電流脈衝持續時 間可以依據各種不同的標準進行調節。與電流增大的階段中的電流脈衝持續時間相類似， 也選擇在電流減小階段期間的電流脈衝持續時間與在從正常運行轉換到過渡運行狀態的 時刻上的換接電流的值相關聯。在此已經證明有利的是，隨著換接電流的增大，也將在電流 減小階段期間的電流脈衝持續時間調整得較長，從而在正常運行期間隨增大的電流而升高 的溫度通過在過渡運行狀態期間較長的靜止階段進行補償。在電流減小階段期間的電流脈 衝高度被有利地限制在一個低於極限電流的值上，該極限電流用作從正常運行轉變到過渡 運行狀態的閾值。此時電流脈衝高度或者位於一個大於零的值上，從而手持式電動工具的 電動機可以以明顯降低的功率繼續運轉，或者按照另一個實施例處於零值上，這等於在減 小的階段期間關斷電動機。在這兩種情況下，即不僅在減小的通過電流而且在完全切斷的 通過電流的情況下，手持式電動工具中的溫度可以一直下降，直到低於極限溫度。
此外，不僅在電流較大階段期間而且在電流減小階段期間的電流脈衝的持續時間 可以與溫度相關地進行調節。為此有利地使用直接在轉換到過渡運行狀態之前存在的溫度 梯度。為此可以確定例如兩個前後相繼的溫度，其中在過渡運行狀態開始之前的溫度值的 差值用於確定電流較大階段和/或電流減小階段的電流脈衝持續時間。此時有利的是，當 溫度梯度增大並且較大時，在電流較大階段期間將電流脈衝持續時間調整得較短並且在電 流減小階段期間將電流脈衝持續時間調整得較長。增大的溫度梯度導致受熱增大，這種溫 度梯度在電流增大的階段期間和在電流減小的階段期間通過相應地調整電流脈衝持續時 間來考慮。作為與構件的溫度相關聯的狀態參量，測量當前的運行電流並且與一個存儲的極 限電流相比較，原則上就足夠了，其中由差值推斷熱過載。這是一種預見性的方法，因為還 在達到臨界溫度值之前就已經能夠採取輔助措施，尤其是切換到過渡運行狀態。有利地，手持式電動工具中的至少一個與溫度關係重大的部件的溫度也在過渡運 行狀態期間被連續地測量。如果即使在過渡運行狀態下電流減小，該與溫度關係重大的部 件仍然超過一個臨界溫度，那麼通過切斷電流使過渡運行狀態中斷。如果被確定的電流增大的階段和電流減小的階段已經被走完，或者按照一個備選 實施例，如果在連續相繼跟隨的電流增大的階段和電流減小的階段的情況下滿足一個中斷 標準，尤其是溫度下降到低於一個極限值，那麼過渡運行狀態就被正常地終止。其它的優點和有利的實施方案可以從其它的權利要求

和附圖中獲得。 附圖中所示圖1是具有監控裝置的手持式工具機的一個象徵性示出的實施例，監控裝置用於 探測熱過載狀況和用於轉變到一種電功率降低的過渡運行狀態，圖2是在過渡運行狀態期間電流與時間的關係曲線圖。圖1所示的手持式電動工具10具有作為驅動裝置的電動機12，它由電池組14供 電。在電池組14和電動機12之間的電路中設有操作元件16，使用者可以通過該操作元件 斷開或閉合該電路。此外，在電路中布置有具有開關24的短路裝置18，以及電流測量裝置 20。在電路閉合情況下流過運行電流IB。短路裝置18由監控裝置22控制，為監控裝置配置電流測量裝置20以及溫度測量 裝置26，溫度測量裝置用於測量手持式電動工具10中至少一個對溫度關鍵(敏感)的部件 的溫度。監控裝置22還包括一個調節或控制單元28，在該調節或控制單元中進行信號的加 工處理和產生信號並且此外也存儲常數。在手持式電動工具10正常運行期間電路是閉合 的，電動機12被供給運行電流IB。在正常運行中通過電流測量裝置20連續地測量當前的 運行電流IB，此外通過例如設計成NTC電阻測量單元的溫度測量裝置26測量手持式電動工 具中的至少一個對溫度關鍵的部件的溫度。將被測量的當前的運行電流IB與一個被存儲 的極限電流Ie比較，由按照ID = IB-IG的差值形成一個差值電流ID。電流測量在高的循環頻率下進行，例如每秒鐘可以 實施244次電流測量。此外該電流測量具有的優點在於可以在沒有時間延遲情況下確定出 現的溫度。這是以預見性的方式如此進行的，即由運行電流Ib和極限電流Ie之間的差值Id 推斷出手持式電動工具的熱過載，並且是在溫度達到臨界值之前。
如果測量的運行電流Ib大於存儲的極限電流Ie，該極限電流低於允許的最大持續 電流，那麼在按照Σ (ID)n< Z(T0) · m的求和公式中引入差值電流ID。差值電流Id的各個值用指數η求冪，該指數與裝 置相關具有1和3之間的值。將被求冪的差值電流累加求和，其中如果上述不等式是滿足 的，就一直維持手持式電動工具的正常運行。此時，將被求冪的差值電流的累加值和一個與 系統和溫度相關的係數ζ (T0)比較，該係數被乘以一個係數m，該係數m給出每秒鐘的測量 值，即例如每秒鐘244次測量。用Ttl表示初始溫度，例如20°。係數Z(Ttl)可以由關係式ζ (T0) = Zs · zT (T0)計算，其中Zs表示一個取決於系統的係數並且zT (Ttl)表示一個溫度補償，它按照0 ^ zT (T0) ( 1取0至1之間的值。如果在接通時就已經達到允許的最大溫度，則Zt(Tci)為0。如 果在接通時存在一個溫度水平，在該溫度水平下已經定義了 Zs，即該Zs是一個與系統相關 的恆定的係數，那麼Zt(Tci)的值為1。如果求和條件不再被滿足，即差值電流Id的累加的求冪值大於與系統和溫度相關 的係數Z(Ttl)與測量次數m的乘積，那麼用於從正常運行轉換到過渡運行狀態的轉換時刻 就達到了。在這種情況下則轉換到過渡運行狀態，在該過渡運行狀態下電動機只以降低的 功率運轉並且由此也至少抑制了溫度繼續升高，但最好是使溫度下降。過渡運行狀態通過一個電流較大階段和一個跟隨其後的電流減小階段表徵，其中 在電流較大階段也有利地只流動一個小於極限電流Ie的電流。在過渡運行狀態期間可以 具有多個相繼跟隨的各具有一個電流較大階段和一個電流較小階段的周期。周期的數目或 者事先確定，或者直到達到中斷標準時，例如下降到低於一個極限溫度時，持續地實施具有 較大和較小電流的電流脈衝的周期。在圖2中示出了一個電流-時間曲線圖I (t)，它顯示了在過渡運行狀態期間理想 化的電流變化走向。可以看見各單個的矩形電流脈衝，其具有表徵電流較大階段的電流脈 衝高度Ip，其中電流脈衝高度15可以取正常運行電流的值，但是必要時也可以低於正常運 行電流的值。但是在每種情況下該值Ip被限制在一個最大值上。在具有電流脈衝Ip的電流較大階段之後跟隨一個具有電流脈衝高度Ik的電流較 低的階段，其中Ik也取一個大於零的值，但是大大地低於Ip。必要時將Ik置零在電流較大階段期間的電流脈衝持續時間Tp按照關係式
i ■
'ι...TJln) = ~~-——
σ (W確定。其中k表示一個與系統相關的參數，Ι 表示直接在轉換到過渡運行狀態之 前存在的換接電流，Ie表示作為固定值被存儲的極限電流，以及η表示與系統相關的具有1 和3之間的值的指數。在電流減小階段期間的電流脈衝持續時間Tk作為換接電流Ι 和極限 電流Ie的函數按照關係式
7
Tli(Jiy) = f-(i0-IrJ確定，其中f表示一個與系統相關的係數。在電流較大階段期間的電流脈衝持續時間以及在電流減小階段期間的電流脈衝 持續時間Tk可以依據溫度進行調整。為此確定直接在轉換到過渡運行狀態之前的溫度梯
度δ τ，其中將兩個前後相繼的溫度值丁0和丁按照ΔΤ=Τ -Τ^Μ相互相減，其中Τ 表示
在轉換時刻的溫度並且TtM表示直接在此之前的測量時刻的溫度。溫度梯度△ T對用於在 過渡運行狀態中的電流較大階段和電流較小階段期間計算電流脈衝持續時間Tp或Tk的與 系統相關的係數k和f具有影響。在相對較大的以及增大的溫度梯度ΔΤ情況下，電流脈 衝持續時間Tp在電流較大階段期間被調整得較小而在電流減小階段期間被調整得較大，其 方式是用於計算脈衝持續時間Tp的與系統相關的係數k選擇較小的值而用於計算脈衝持 續時間Tk的與系統相關的係數f選擇較大的值。在正常運行中和在過渡運行狀態中，不僅電流測量而且溫度測量都是連續實施 的。如果在過渡運行狀態期間至少一個對溫度敏感的部件的溫度超過一個極限溫度，那麼 通過斷開電流使過渡運行狀態中斷。相反，如果溫度降到低於一個閾值，那麼可以返回到正 常運行。
權利要求
用於在手持式電動工具(10)中，尤其是在充電式手持式工具機中探測熱過載狀況的方法，所述手持式電動工具具有作為驅動裝置的電動機(12)，其中測量溫度或測量與手持式電動工具(10)的構件的溫度相關聯的電動機(12)狀態參量並且在超過一個基準參數時推斷出熱負載增高，其特徵在於，在增高的熱負載情況下激活一個降低的過渡運行狀態，在該過渡運行狀態中調製電路中的電流。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，測量當前的運行電流(Ib)並且與存儲的 極限電流(Ie)比較，其中由運行電流(Ib)和極限電流(Ie)之間的差值(Id)推斷手持式電 動工具的熱過載。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在過渡運行狀態中至少一個電流較大 階段和一個電流減小階段前後相接。
4.按照權利要求3所述的方法，其特徵在於，在轉換到過渡運行狀態之前作為換接電 流(Ι )的函數確定在電流較大階段期間的電流脈衝持續時間(Tp)。
5.按照權利要求4所述的方法，其特徵在於，電流脈衝持續時間(Tp)在較大的換接電 流(Ι )時被調得較小和在較小的換接電流(Ι )時被調得較大。
6.按照權利要求4或5所述的方法，其特徵在於，電流脈衝持續時間(Tp)按照關係式2； (7.,) = —^-~~ P 1' {Io-IgT確定，其中k是與系統相關的參數Ι 是在轉換到過渡運行狀態之前的換接電流Ie是極限電流η是指數。
7.按照權利要求6所述的方法，其特徵在於，指數(η)具有1至3之間的值。
8.按照權利要求1至7之一所述的方法，其特徵在於，電流脈衝高度(Ip)被限制在換接電流(Ι )的值上。
9.按照權利要求1至8之一所述的方法，其特徵在於，設定在電流較大階段期間的電流 脈衝高度(Ip)為恆定值。
10.按照權利要求1至9之一所述的方法，其特徵在於，作為小電流的或無電流的階段 持續時間的函數確定在電流較大階段期間的電流脈衝高度(Ip)。
11.按照權利要求1至10之一所述的方法，其特徵在於，設定在電流減小階段期間的電 流脈衝持續時間(Tk)為恆定值。
12.按照權利要求1至11之一所述的方法，其特徵在於，作為換接電流(Ι )的函數確定 在電流減小階段期間的電流脈衝持續時間(TK)。
13.按照權利要求12所述的方法，其特徵在於，電流脈衝持續時間(Tk)作為換接電流 (Ι )和極限電流(Ie)的函數按照關係式確定，其中f表示一個與系統相關的係數。
14.按照權利要求1至13之一所述的方法，其特徵在於，在電流減小階段期間的電流脈 衝高度(Ik)低於極限電流(Ig)。
15.按照權利要求1至14之一所述的方法，其特徵在於，在電流減小階段期間的電流脈 衝高度(Ik)為零。
16.按照權利要求1至15之一所述的方法，其特徵在於，在電流較大階段期間的電流脈 衝持續時間(Tp)和/或在電流減小階段期間的電流脈衝持續時間(Tk)依據溫度進行調節。
17.按照權利要求16所述的方法，其特徵在於，確定在轉換到過渡運行狀態之前的溫 度梯度(ΔΤ)並且用於計算電流脈衝持續時間(TP，Τκ)。
18.按照權利要求17所述的方法，其特徵在於，隨著溫度梯度的增大，在電流較大階段 期間的電流脈衝持續時間(Tp)被調小並且在電流減小階段期間的電流脈衝持續時間(Tk) 被調大。
19.按照權利要求1至18之一所述的方法，其特徵在於，作為狀態參量測量電動機 (12)的運行電流(Ib)並且在超過一個基準參數時激活所述降低的過渡運行狀態。
20.按照權利要求1至19之一所述的方法，其特徵在於，測量至少一個針對溫度關鍵的 部件的溫度並且在超過一個極限溫度時通過斷開電流中斷所述過渡運行狀態。
21.用於實施按照權利要求1至20之一所述方法的監控裝置。
22.具有按照權利要求21所述的監控裝置的手持式電動工具。
全文摘要
本發明涉及一種用於在手持式電動工具中探測熱過載狀況的方法，其中測量溫度或測量與部件的溫度相關聯的狀態參量，在熱過載狀況下激活一個降低的過渡運行狀態，在該過渡運行狀態期間調製電路中的電流。
文檔編號H03K17/08GK101909969SQ200880124446
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月26日 優先權日2008年1月10日
發明者H·羅姆 申請人:羅伯特.博世有限公司