用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的裝置和方法
2023-10-10 12:05:44 1
專利名稱：用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的裝置和方法。本發明還涉及ー種工具。
背景技術：
用蓄電池運行的電動工具例如電動螺絲刀作為這種工具得到公開。該電動工具會在工作情況下通過強烈晃動的載荷以及載荷變化例如在鏤孔鋸中在鏤孔鋸卡住時得到強烈的負載，從而所述電動工具的機械組件通常只具有降低的使用壽命。自發的負載カ矩上升還會導致部件的故障或者說對於操作者或者說使用者來說自發的握緊カ變化。
為了避免這種情況，典型地在用蓄電池運行的電動工具中為機械組件要麼使用高強度的組件，要麼使用大尺寸的組件，然而所述組件通常更貴、更大並且/或者更重。由公開文件US 2009/0065225 Al公開了ー種用蓄電池運行的電動工具，其中該電動工具具有電動馬達。監控馬達電流並且測量馬達電流關於時間的變化。如果該測量值超過預先確定的值，那麼就停止驅動馬達。已知的電動工具的缺點尤其是保持激活相應的停止裝置，該停止裝置停止驅動馬達，從而只能在主動應答斷開之後通過使用者實現電動工具的繼續運行。也就是說使用者尤其必須手動地再次解除停止裝置的激活或者說將其復位。
發明內容
因此，本發明的任務可以視作說明一種用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的裝置，該裝置也可以在調節幹預之後由於所監控的工作參數的導數的極限值超越再提供最大可能的驅動扭矩。此外，本發明的任務可以視作說明一種用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的方法。本發明的任務也可以視作說明ー種具有電驅動馬達的相應的工具。此外，本發明的任務可以視作說明一種相應的電腦程式。所述任務藉助於各個獨立權利要求的主題得到解決。有利的設計方案是各個從屬權利要求的主題。根據ー個方面提供了用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的裝置。該裝置包括監控設備，該監控設備監控工作參數、尤其有待監控的工作參數。此外，設置用於調節工作參數尤其有待調節的工作參數的調節設備用於調節輸出扭矩關於時間的上升。也就是說尤其藉助於調節設備調節工作參數，並且由此調節輸出扭矩關於時間的上升，其中藉助於電驅動馬達提供輸出扭矩。所述裝置還包括控制設備，該控制設備可以根據所監控的工作參數關於時間的導數激活所述調節設備。此外，構造該調節設備用於在預先確定的時間之後解除激活。也就是說尤其可以在預先確定的時間之後調節設備自我解除激活或者說可以在預先確定的時間之後該調節設備被解除激活。根據另一方面提供一種用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的方法。在此，監控驅動馬達的工作參數。此外，調節所述工作參數。這種調節根據所監控的工作參數關於時間的導數得到實施。調節所述工作參數從而調節輸出扭矩關於時間的上升。此外提出，在預先確定的時間之後結束工作參數的調節。根據另一方面，提供一種帶有電驅動馬達的工具，其中該工具包括用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的裝置。根據另一方面，提供ー種具有程序代碼的電腦程式用於當電腦程式在控制設備上運行時實施調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的方法。
也就是本發明尤其包含以下構思，即監控電驅動馬達的工作參數並且從中形成所監控的工作參數關於時間的導數。關於時間的導數尤其可以涉及所監控的工作參數的第一時間導數。所監控的工作參數的這種第一時間導數尤其也可以稱作關於時間的變化率或者說時間上的變化率。根據這種時間上的變化率如此調節所述工作參數，從而由於該調節而調節輸出扭矩關於時間的上升。在此應該注意，藉助於驅動馬達提供的輸出扭矩尤其與エ作參數有夫。就此而言，通過工作參數的調節尤其也可以調節輸出扭矩，從而在這方面尤其實現了對輸出扭矩關於時間的上升的調節。為了調節輸出扭矩關於時間的上升，所述控制設備根據關於時間的導數激活所述調節設備。因為關於時間的導數通常與驅動馬達的自發的負載カ矩上升的出現有很強的關係，所以可以根據對工作參數的監控並且形成關於時間的導數來識別這種自發的負載カ矩上升。因為現在在出現這種負載カ矩上升時由於對工作參數的調節而調節輸出扭矩關於時間的上升，所以以有利的方式避免機械和/或電部件的損壞。這種自發的負載カ矩上升例如會由於孔鋸的卡住或者說電動螺絲刀傾斜引起，其中在孔鋸不再卡住或者說電動螺絲刀不再傾斜時所述自發的負載カ矩上升再次消失。在此，現在以有利的方式在預先確定的時間之後結束對工作參數的調節。也就是說尤其在預先確定的時間之後自動地解除所述調節設備的激活，而在此使用者不必手動幹預。由此能夠再為使用者提供工具的完整的功能範圍。也就是說尤其在自動解除調節設備的激活之後不再存在由於調節設備激活而形成的限制。根據ー種實施方式，所述工作參數例如可以涉及輸送給電驅動裝置的電參數。所監控的工作參數優選也可以是驅動馬達的馬達轉速。尤其可以監控多個工作參數，也就是尤其監控馬達轉速和電參數。在此應該注意，如果下面詳細描述對電參數的監控，優選也可以替代或者補充地監控馬達轉速。根據ー種實施方式，調節輸出扭矩關於時間的上升包括限制輸出扭矩關於時間的上升。也就是說藉助於驅動馬達提供的輸出扭矩尤其在時間上提高得比在調節之前更緩慢。調節輸出扭矩關於時間的上升尤其包括停止輸出扭矩關於時間的上升。也就是說尤其將輸出扭矩調節到恆定的值上。調節輸出扭矩關於時間的上升尤其包括反轉輸出扭矩關於時間的上升。也就是說尤其降低輸出扭矩。為了調節輸出扭矩關於時間的上升尤其可以提出降低所述工作參數。工作參數的降低尤其也降低了輸出扭矩。根據ー種實施方式，所述電參數是電流和/或電壓。電壓尤其也可以稱作工作電壓。電流尤其也可以稱作工作電流。優選監控所述工作電流和/或工作電壓和/或馬達轉速。監控多個工作參數尤其具有以下優點，即實現了改善的配合具體情況的調節。根據ー種實施方式，當關於時間的導數的數值大於預先確定的極限值的數值時調節所述工作參數。這種預先確定的極限值例如可以是電壓極限值和/或電流極限值和/或馬達轉速極限值。也就是說，尤其在關於時間的導數的數值大於預先確定的極限值的數值時激活所述調節設備。在此，尤其參照所述數值，因為在負載カ矩上升時由於由此引起的電壓降使得工作電壓關於時間的變化率是負的。根據另ー實施方式可以提出，當關於時間的導數的數值在預先確定的時間段內在時間上先後多次大於預先確定的極限值的數值時調節所述工作參數。也就是說，尤其只有在關於時間的導數的數值在預先確定的時間段中在時間上先後多次大於預先確定的極限值的數值時才激活所述調節設備。優選可以提出，只有在關於時間的導數的數值在預先確 定的時間段中在時間上先後大於預先確定的極限值的數值η次以上時，才進行調節幹預，其中η是自然數。由此，尤其在正常工作情況下在被監控的強烈波動的工作參數的無害的絕對水平上避免調節幹預。根據另ー實施方式，所述調節包括降低工作參數，其中降低的工作參數經由預先確定的時間重新提高到其在降低之前的值上。也就是說，尤其降低所述工作參數。然而這種降低尤其在預先確定的時間上撤銷，只要降低的工作參數再次提高到其降低之前的值上。在一定程度上連續地撤銷或者說回復所述調節幹預。由此連續地提高所降低的工作參數，尤其所降低的電參數，直到在調節開始時的初始值。以有利的方式不會發生從降低的水平的跳躍，並且不會發生不受控制的過度波動，由此，使用者能夠可靠地握住工具。此外，由此也以有利的方式避免了對機械和/或電部件的損壞。對於部件和使用者關鍵的是負載カ矩通常自發地變化，該變化導致或者說引起較高的絕對載荷カ矩。通過在時間上先後多次形成並且分析所監控的工作參數關於時間的導數尤其可以以有利的方式在正常工作狀態和臨界工作狀態之間作出區分或者說區別，從而在正常的工作狀態下不激活調節設備，而是尤其在臨界的工作狀態下才激活調節設備。根據另ー實施方式，所述調節設備包括用於脈寬調製工作參數尤其電參數的脈寬調製器。也就是說，工作參數的調節尤其包括對工作參數的脈寬調製。在脈寬調製中尤其在兩個值之間來回切換工作參數。也就是說，尤其在所述兩個值之間變換工作參數。脈寬調製也可以稱作脈衝持續時間調製。下面也可以藉助於PWM簡稱脈寬調製。通過設置用於工作參數的脈寬調製尤其以有利的方式實現不連續的工作模式，這例如可以以有利的方式弓I起對輸出扭矩關於時間的上升的調節。根據另ー實施方式，為了調節輸出扭矩關於時間的上升反轉藉助於電驅動馬達形成的電場。也就是說，所述調節設備尤其包括用於反轉藉助於驅動馬達形成的電場的反轉設備。所述實施方式尤其以有利的方式特別適合於EC電動馬達。在此，縮寫EC表示「電子整流的」。這種EC馬達也可以稱作無刷的直流機。通過反轉電場例如以有利的方式調節輸出扭矩關於時間的上升。此外，可以以有利的方式由於電場的反轉而顯著更快地實現由於調節工作參數而對輸出扭矩關於時間的上升的調節。所述電驅動馬達根據另ー實施方式構造成電動馬達。根據另ー實施方式設置蓄電池，該蓄電池可以為電驅動馬達輸送電能，尤其電流和/或電壓。這種蓄電池尤其能夠可鬆開地布置在工具中或者說可更換地進行布置。尤其也可以提出將蓄電池牢固地裝入工具中。蓄電池尤其可以稱作蓄電池。如果多個蓄電池連接在一起，那麼該布置或者說互連也可以稱作蓄電池組。按照另一種實施方式,工具可以設計為電動起子機，電動鑽孔起子機，電動圓鋸電動刺鋸，電刨，電衝擊鑽，電衝擊式鑿巖機或電衝擊鑽起子機。根據另ー實施方式，根據所監控的工作參數關於時間的導數來形成預先確定的時間用於解除調節的激活。由此能夠以有利的方式根據情況終止調節幹預。根據另ー實施方式，所述驅動馬達會在激活調節設備時短路，從而尤其能夠以有利的方式制動該驅動馬達。
下面根據優選實施例參照附圖更詳細地解釋本發明。附圖示出
圖I是用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的裝置，
圖2是工具，
圖3是用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的方法的流程圖，
圖4是另ー工具，以及 圖5是兩個關於時間的輸出扭矩曲線。下面對於相同的特徵使用相同的附圖標記。
具體實施例方式圖I示出了用於調節電驅動馬達(沒有示出)的輸出扭矩關於時間的上升的裝置101。該裝置101包括用於監控驅動馬達的工作參數的監控設備103。該工作參數例如可以涉及輸入驅動馬達的電參數。該工作參數優選可以是馬達轉速。電參數優選可以涉及電流和/或電壓。所述裝置101還包括用於調節工作參數的調節設備105，該工作參數用於調節輸出扭矩關於時間的上升。也就是說所述調節設備105尤其如此調節工作參數，從而調節輸出扭矩關於時間的上升。此外設置了控制設備107，該控制設備可以根據所監控的工作參數的關於時間的導數激活所述調節設備105。如果調節設備105被激活了，那麼該調節設備如此調節工作參數，從而調節、尤其降低、停止或者反轉輸出扭矩關於時間的上升。所述調節設備105尤其降低所述工作參數。調節設備的調節尤其也可以普遍地稱作調節幹預。為了在預先確定的時間之後再提供完整的功能範圍、尤其最大可能的輸出扭矩，在預先確定的時間之後自動地終止對工作參數的調節。為此，在預先確定的時間之後構造用於解除激活的調節設備105。優選也可以監控多個工作參數。尤其也可以調節多個工作參數。在沒有示出的實施方式中，所述控制設備107包括分析設備，該分析設備可以分析所監控的工作參數。也就是說尤其如此構造所述分析設備，從所監控的工作參數中形成關於時間的導數，尤其第一時間導數。在沒有示出的實施方式中可以在預先確定的時間之後自動地並且自發地使調節設備解除激活。然而也可以在另一沒有示出的實施方式中提出，所述控制設備在預先確定的時間之後使調節設備解除激活。
圖2示出了具有電驅動馬達203的工具201。該工具201還包括所述裝置101。圖3示出了用於調節電驅動馬達的輸出扭矩關於時間的上升的方法的流程圖。在步驟301中監控電驅動馬達的工作參數。在步驟303中調節工作參數，其中根據所監控的工作參數關於時間的導數進行調節。實施該調節用於調節輸出扭矩關於時間的上升。在步驟305中，在預先確定的時間之後結束對工作參數的調節。由此，以有利的方式再提供完整的功能範圍、尤其電驅動馬達的最大可能的輸出扭矩。圖4示出了包括殼體403的另ー工具401。在殼體403中布置了電動馬達405，該電動馬達可以藉助於蓄電池組407供給電能。在此，該蓄電池組407向電動馬達405提供工作電壓Ub，使得工作電流Ib能夠流向電動馬達405。所述工具401還包括用於調節電動馬達405的輸出扭矩關於時間的上升的裝置409。該裝置409包括具有電流測量裝置411和電壓測量裝置413的監控設備。該電流測量裝置411尤其測量工作電流IB。電壓測量裝置413尤其測量工作電壓UB。 此外，所述裝置409包括控制設備415，該控制設備包括分析設備417。所述分析設備417分析所測量的工作電流Ib和所測量的工作電壓Ub並且尤其形成這兩個所監控的電參數關於時間的導數。尤其形成第一時間導數。也就是說尤其測量工作電壓關於時間的變化率。也就是尤其測量工作電流關於時間的變化率。所述控制設備415根據兩個所測量的變化率激活所述調節設備419，如此構造該調節設備從而改變工作電流Ib和/或工作電壓UB。在沒有示出的實施方式中，所述調節設備419尤其可以包括脈寬調製器，該脈寬調製器對工作電壓Ub和/或工作電流Ib進行脈寬調製。在另ー沒有示出的實施方式中，所述調節設備419也可以包括用於反轉藉助於電動馬達405形成的電場的反轉設備。此外,所述工具401具有操作元件421,該操作元件可以對電動馬達405進行激活或者說解除激活，方式例如是關閉或者打開相應的電路，該電路尤其藉助於電動馬達405以及蓄電池組407形成。此外，蓄電池組407可鬆開地布置在殼體403中。在沒有示出的實施方式中可以將蓄電池組407牢固地固定在殼體403中。在分析設備417中尤其也可以保存常數，例如允許的電流極限變化率Λ IBe和/或電壓極限變化率AUBe。尤其在所述分析設備417中進行信號處理以及信號產生。作為用於確定變化率的最小可能的時間間隔，尤其可以在數字的控制設備中設置控制設備的節拍頻率的倒數。在工具401的常規運行中不斷地也就是連續地測量工作電流Ib和工作電壓UB。由此，在分析設備417中得出工作電流變化率Λ Ib和/或工作電壓變化率AUB。如果正的工作電流變化率△ Ib超過預先確定的電流極限變化率△ IBe或者說打破預先確定的電流極限變化範圍並且/或者負的工作電壓變化率AUb的數值超過了預先確定的電壓極限變化率ΛUbg或者說打破預先確定的電壓極限變化範圍，那麼藉助於控制設備415激活調節設備419。在此，電流極限變化範圍或者說電壓變化範圍表徵有不允許相應的變化率的範圍。如果所測量的變化率在該範圍之內，那麼就存在打破，這引起了調節設備419的激活。所述調節設備419降低了工作電流Ib和/或工作電壓Ub，尤其有效電流和/或有效電壓，從而將電動馬達405的物理功關於其最大可能的物理功降低ー個固定值尤其至少降低30%，其中提出在預先確定的時間之後例如在2s之後再解除調節設備419的激活。然而優選也可以在預先確定的時間之後自動並且自發地解除調節設備419的激活。所述調節設備419例如可以經由沒有示出的開關和/或脈衝調製器產生PWM運行或者類似的不連續的工作模式從而改變物理功，方式是由此降低、停止或者反轉輸出扭矩關於時間的上升。圖5示出了兩個關於時間的輸出扭矩曲線。在縱坐標上以任意単位畫出輸出扭矩。在橫坐標上同樣以任意単位畫出時間。具有附圖標記501的曲線示出了在帶有用於調節輸出扭矩關於時間的上升的裝置的工具中電動馬達的輸出扭矩曲線。具有附圖標記503的曲線示出了在沒有所述裝置的已知工具中電動馬達的輸出扭矩的時間曲線。如曲線明顯示出，根據所述裝置減弱了輸出扭矩關於時間的上升並且相對於已知的工具停在更低的水平上，這以有利的方式避免了工具的機械和/或電組件的損壞並且尤其讓使用者可靠地握住所述工具。總之，也就是本發明尤其包括以下構思，即當電流上升率超過確定的電流極限變 化率並且/或者電壓下降率的數值超過了確定的電壓極限變化率的數值並且/或者馬達轉速變化率的數值超過預先確定的馬達轉速極限變化率的數值時，藉助於控制設備激活所述調節設備，其中調節設備調節有效電流和/或有效電壓尤其工作電流和/或工作電壓以及/或者馬達轉速，從而由此停止、反轉或者降低輸出扭矩關於時間的上升。這以有利的方式降低物理功，尤其可以將其降低至少30%。此外，本發明尤其包含以下構思，即在預先確定的通常也可以稱作調節時間段的時間內藉助於調節設備再將所述調節幹預返回到O。也就是說尤其在預先確定的時間之後或者說在調節時間段之後解除調節設備的激活。本發明尤其包含以下構思，即所述控制設備尤其在、尤其僅僅在電流上升率處於確定的最小電流極限變化率和確定的最大電流極限變化率之間的範圍內時並且/或者電壓降低率的數值位於確定的最小電壓極限變化率和確定的最大電壓極限變化率之間的範圍內時激活所述調節設備。藉助於本發明尤其實現了工具的機械的堅固性，即使存在縮小的或者有利的部件。此外，由此以有利的方式不會出現對於操作者或者說使用者來說意外的握緊カ矩變化。此外，以有利的方式實現了對敏感エ件或者說工具的保護。在正常工作情況下不希望的調節幹預尤其以有利的方式通過以下方法得到避免，即檢測一定數量時間增量，其中超過了工作電流的極限上升和/或工作電壓的極限下降或者說打破了工作電流的極限上升區域和/或工作電壓的極限下降區域。超過或者說打破的幾個時間增量尤其表示「正常工作情況」，超過或者說打破的多個時間增量尤其表示結構性的過載情況。只有這樣才優選激活調節設備。尤其在使用EC馬達時也可以以有利的方式進行調節幹預，從而短暫地反轉EC馬達的電場，由此以有利的方式降低カ矩最大值並且/或者至少可以更快地實現カ矩降低。
權利要求
1.用於調節電驅動馬達(203、405)的輸出扭矩關於時間的上升的裝置(101、401)，包括 -用於監控電驅動馬達(203、405)的工作參數的監控設備(103、411 ;413)， -用於調節工作參數從而調節輸出扭矩關於時間的上升的調節設備(105、419)， -用於根據所監控的工作參數關於時間的導數激活調節設備(105、419)的控制設備(107、415)，其特徵在於， -構造所述調節設備(105、419)用於在預先確定的時間之後解除激活。
2.按權利要求I所述的裝置(101、401)，其中所述調節設備(105、419)包括用於脈寬調製所述工作參數的脈寬調製器。
3.按權利要求I或2所述的裝置(101、401)，其中所述調節設備(105、419)包括用於反轉藉助於驅動馬達(203、405 )形成的電場的反轉設備。
4.用於調節電驅動馬達(203、405)的輸出扭矩關於時間的上升的方法，包括以下步驟 -監控電驅動馬達(203、405)的工作參數， -根據所監控的工作參數關於時間的導數調節所述工作參數，從而調節輸出扭矩關於時間的上升，其特徵在幹， -在預先確定的時間之後結束對工作參數的調節。
5.按權利要求4所述的方法，其中對工作參數的調節包括對工作參數的脈寬調製。
6.按權利要求4或5所述的方法，其中為了調節輸出扭矩關於時間的上升反轉藉助於電驅動馬達(203、405)形成的電場。
7.按權利要求4到6中任一項所述的方法，其中當關於時間的導數的數值在預先確定的時間段內在時間上先後多次大於預先確定的極限值的數值時調節所述工作參數。
8.按權利要求4到7中任一項所述的方法，其中所述調節包括降低所述工作參數，其中降低的工作參數在預先確定的時間內重新提高到其降低之前的值上。
9.具有電驅動馬達(203、405)以及按權利要求I到3中任一項所述裝置(101、401)的工具。
10.具有當該電腦程式在控制設備(107、415)上運行時用於實施按權利要求4到8中任一項所述方法的程序代碼的電腦程式。
全文摘要
本發明涉及一種用於調節電驅動馬達(203、405)的輸出扭矩關於時間的上升的裝置(101、401)，包括用於監控電驅動馬達(203、405)的工作參數的監控設備(103、411；413)、用於調節工作參數從而調節輸出扭矩關於時間的上升的調節設備(105、419)、根據所監控的工作參數關於時間的導數激活調節設備(105、419)的控制設備(107、415)，其中構造所述調節設備(105、419)用於在預先確定的時間之後接觸激活。本發明還涉及一種用於調節電驅動馬達(203、405)的輸出扭矩關於時間的上升的方法。本發明還涉及一種相應的工具以及一種帶有用於實施所述方法的程序代碼的電腦程式。
文檔編號H02P7/00GK102868361SQ20121022882
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月4日 優先權日2011年7月5日
發明者J.布倫嫩斯圖爾, H.勒姆, D.紹爾, T.赫爾, R.溫德沙伊默, S.莫克 申請人:羅伯特·博世有限公司