CN100431235C - 感测切换位置以防止电机启动的电动工具、方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种方法，用于在用于控制电机的导通/关断开关处于闭合位置的情况下，当电机初始电连接到电源时防止电动工具或电器的电机的突然由于疏忽而运行。所述方法包括：将电机(18)电连接到电源；当电机初始电连接到电源时确定导通/关断开关的位置。通过下述方式来确定导通/关断开关的位置：当电机初始连接到电源时，或者感测是否电流流过电机或者感测在电机存在电压。

Description

感测切换位置以防止电机启动的电动工具、方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请是2003年2月7日提交的美国专利申请第10/360,957号的部分连续申请。上述申请的公开以通过引用被包含在此。
技术领域
本发明一般地涉及用于电机的控制系统，更具体地说，涉及用于在用于控制电机的导通/关断开关被保持在“导通”位置的同时，当电机初始连接到电源时防止电机的因疏忽而启动的控制系统和方法。
背景技术
通常，在诸如电动工具和家用电器之类的电机驱动的器件中，如果所述器件在所述器件的导通/关断开关位于“导通”位置的情况下连接到电源，则所述器件的电机将突然启动。如果电机的突然启动是由于疏忽并且是器件用户未想到的，则会发生对于所述工具附近的其他物体或对于所述工具本身的损害。用于防止这样的由于疏忽而启动的一些公知方法已经使用了专用电路，所述专用电路连接到所述电机驱动的器件的导通/关断开关，用于直接地监控导通/关断开关的位置，并且如果在所述导通/关断开关位于“导通”位置的同时将电源连接到所述工具或电器则防止电机启动。其他公知的方法已经利用独立的器件来防止这样的由于疏忽而启动。使用这样的独立器件，所述电机驱动的器件连接到第一器件，并且所述第一器件连接到电源。当出现不宜的状态时，第一器件将电源和所述电机驱动的器件断开。但是，使用这样的公知方法和器件引起了另外的花费、不方便和另外的互连。
因此期望提供一种系统和方法，用于如果电机驱动的器件的导通/关断开关位于“导通”位置、则当将电源初始地提供到所述器件时防止电机驱动的器件的由于疏忽而启动，但是不带来上述的问题和附加成本。
发明内容
按照本发明的一个方面的一种方法和系统在用于控制电机的电机控制(即导通/关断)开关位于“导通”位置的情况下防止电机的由于疏忽而启动。所述方法通过感测电机的电气参数而确定当电机初始连接到电源时导通/关断开关是否在导通位置。在本发明的一个方面，电机的电气参数是电流是否流过电机。在本发明的另一个方面，所述电气参数是在电机是否存在电压。
在本发明的一个方面，所述系统也包括：电子开关，用于将电机接通和关断；以及控制器，用于当电机初始连接到电源时确定导通/关断开关是否导通或关断。所述控制器也根据当电机初始连接到电源时导通/关断开关的位置来控制向电机提供多少功率。
按照本发明的一个方面，在具有电机的设备和用于电机的电机控制系统中，所述电机具有导通/关断开关，所述导通/关断开关用于当在“导通”位置时将电源切换到所述电机，所述电机控制系统具有用于控制所述电机的运行的控制器，一种用于当所述设备在所述导通/关断开关位于“导通”位置的情况下，当初始电连接到电源时防止电机的启动的方法，包括：当所述设备初始电连接到电源时向所述控制器施加电压，并且利用所述控制器激发电子开关，来以不足以使电机旋转的电平把所述电机耦合至所述电源的一侧；使用控制器来确定当所述控制器激发所述电子开关来以不足以使电机旋转的电平把所述电机耦合至所述电源的一侧时所述导通/关断开关是否在“导通”位置；以及在所述控制器激发所述电子开关来以不足以使电机旋转的电平把所述电机耦合至所述电源的一侧的情况下当所述控制器确定导通/关断开关在“导通”位置时，利用所述控制器来禁止电机的正常运行。
本发明还提供一种系统，用于在电机处于“导通”工作状态的情况下，当具有电机的设备初始电连接到电源时防止电机的由于疏忽而启动，所述系统包括：导通/关断开关，它耦合在电机和电源的第一侧之间，用于将电源切换到电机；电子开关，它耦合在电机和电源的第二侧之间；控制器，它被配置来当电机初始电连接到电源时确定导通/关断开关的位置，并且如果当电机初始电连接到电源时导通/关断开关位于将电源切换到电机的位置，则禁止电机的正常运行；以及旁路电阻器，与所述电子开关和电源的第二侧串联，其中，为了确定导通/关断开关的位置，所述控制器还被配置来监控经过旁路电阻器的电压，由此感测是否电流正流过电机。
本发明还提供一种电动工具，包括：电机电路，它具有电机、导通/关断开关和电子开关，当所述电动工具连接到电源时所述电机、导通/关断开关和电子开关串联在电源的火线侧和公共侧之间；控制器，电耦合到所述电机电路，当所述电动工具初始连接到电源时，所述控制器激发电子开关来以不足以使电机旋转的电平对所述电机耦合电源；以及所述控制器，当激发所述电子开关来以不足以使电机正常运行的电平对所述电机耦合电源时，感测当所述电动工具初始连接到电源时是否导通/关断开关位于将电源切换到电机的“导通”位置，并且在感测到当所述电动工具初始连接到电源时所述导通/关断开关在“导通”位置的情况下，禁止电机的正常运行，当激发所述电子开关来以不足以使电机旋转的电平对所述电机耦合电源时，所述控制器持续禁止电机的正常运行，直到控制器感测到导通/关断开关已经被切换到“关断”位置，并且在导通/关断开关已经被切换到“关断”位置后一旦导通/关断开关被切换到“导通”位置则将电机以正常操作运行。
本发明还提供一种用于当电动工具初始连接到电源时防止电动工具的电机由于疏忽而启动的方法，所述电机在电机电路中与导通/关断开关和电子开关串联，所述方法包括：当初始连接到电源的电动工具激发所述电子开关来以不足以使电机正常运行的电平对所述电机耦合电源时，在激发所述电子开关来以不足以使电机正常运行的电平对所述电机耦合电源的情况下，当电动工具初始连接到电源时，感测是否导通/关断开关在“导通”位置；当电动工具初始连接到电源时在感测到导通/关断开关在“导通”位置时，禁止电机的正常运行，直到导通/关断开关被切换到“关断”位置；并且在导通/关断开关已经被切换到“关断”位置后再被切换到“导通”位置时，使得电机正常运行。
根据本发明的另一方面，在用于具有导通/关断开关的电机的电机控制系统中，所述导通/关断开关用于当处于“导通”位置时把电源切换至电机，所述电机控制系统具有用于控制电机运行的控制器，一种用于当具有电机的设备在导通/关断开关处于“导通”位置的情况下初始电连接至交流电源时防止电机启动的方法，包括：当电机初始电连接至交流电源时，利用所述控制器来以低导通角激发用于将电机耦合到交流电源的中线的电子开关，以便被提供到电机的功率不足以使得电机旋转；利用所述控制器来感测交流电源的过零，并且在感测到交流电源的过零时，利用所述控制器来确定是否导通/关断开关在“导通”位置；以及在所述控制器确定当所述电机初始电连接至所述电源时导通/关断开关在“导通”位置的情况下，利用所述控制器来禁止所述电机的正常运行。
本发明还提供一种系统，用于当具有电机的设备在该电机处于“导通”工作状态的情况下初始电连接到交流电源时防止电机由于疏忽而启动，所述系统包括：导通/关断开关，耦合在电机和电源的第一侧之间，用于将电源切换到电机；电子开关，耦合在电机和电源的第二侧之间；控制器，被配置来当具有电机的设备初始连接到交流电源时以低导通角激发电子开关，以便提供到电机的功率不足以使得电机旋转，所述控制器还被配置来感测交流电源的过零，并且在感测到交流电源的过零时，确定是否导通/关断开关在“导通”位置，并且如果当电机初始连接到电源时导通/关断开关处于将电源切换至电机的位置，则禁止电机的正常运行；以及旁路电阻器，其中用于确定导通/关断开关的位置，所述控制器还被配置来监控经过旁路电阻器的电压，由此感测是否电流正流过电机。
本发明还提供一种系统，用于当具有电机的设备在该电机处于“导通”工作状态的情况下初始电连接到交流电源时防止电机由于疏忽而启动，所述系统包括：导通/关断开关，耦合在电机和电源的第一侧之间，用于将电源切换到电机；电子开关，耦合在电机和电源的第二侧之间；控制器，被配置来：当具有电机的设备初始连接到交流电源时以低导通角激发电子开关，以便提供到电机的功率不足以使得电机旋转，所述控制器还被配置来感测交流电源的过零，并且在感测到交流电源的过零时，确定是否导通/关断开关在“导通”位置；以及如果当具有电机的设备初始连接到交流电源时导通/关断开关处于将电源切换至电机的位置，则禁止电机的正常运行。
附图说明
通过详细说明和附图，将更全面地理解本发明，其中：
图1是体现本发明的系统和方法的例证电动工具的简化图解，所述系统和方法用于当所述工具的导通/关断开关的同时当电源首先连接到所述工具时防止所述工具的电机的由于疏忽而启动；
图2是图1中以方块形式示出的所述系统的简化电气示意图，其中，所述系统可连接到所述例证电动工具的交流电源和交流电机；
图3是图2中所示的所述系统的一个替代实施例的简化电气示意图；
图4是图2中所示的所述系统的一个替代实施例的另一个简化电气示意图；
图5是图1中所示的所述系统的一个替代实施例的简化电气示意图，其中，所述系统可连接到所述例证电动工具的交流电源和交流电机；
图6是图1中所示的所述系统的一个替代实施例的简化电气示意图，其中，所述系统可连接到一个相关联的电动工具的直流电源和直流电机；和
图7是图5中所示的所述系统的一个替代实施例的另一个简化电气示意图。
具体实施方式
图1是在电机驱动的器件14中包括的本发明的系统10的高度简化的图示，所述系统10用于当向电机驱动的器件14初始供电时防止电机驱动的器件14的由于疏忽而启动。在本发明的这个实施例中，如果当导通/关断开关22——也称为导通/关断开关或触发器——处于闭合(即“导通”)位置时电机18初始连接到电源，则该系统10防止包括在电机驱动的器件14中的电机18的运行。
电机18提供由电机驱动的器件14使用的诸如转矩或线性力之类的力来执行功能，例如旋转斜切锯的锯条或旋转钻机的钻头。可以明白，虽然电机驱动的器件14如图1所示为斜切锯，但是电机驱动的器件14也可以是利用由电机提供的力来执行意欲的机械功能的机电器件。例如，电机驱动的器件14也可以包括电动工具或电器，所述电动工具诸如台锯(table saw)、圆锯、钻机、带式磨床，所述电器诸如混合器、搅拌器、开罐头器、食物处理器或自动刀。另外，可以明白，虽然图1示出了电机驱动的器件14，它具有用于向电机18提供交流电的电源线26，电机驱动的器件14可以是便携的电机驱动的器件，它使用诸如由电池提供的直流电源来操作电机18。因此，系统10可以应用于交流电直流供电的电机驱动的器件14。在这点上，虽然将电机18描述为交流电机，但是它可以取代为直流电机。例如，电机18可以是交流或直流供电的通用电动机、永磁电动机或线性电机。
系统10包括控制器30和导通/关断开关22。控制器30——它可以被描述为控制模块——最好适用于多个电机驱动的工具或电器，诸如电机驱动的器件14，它们使用多个不同的电机，所述电机具有电机18的特定应用所专用的不同操作规程和不同的操作参数。
图2是按照本发明的一个实施例的、可连接到交流电源和电机18的(图1所示的)系统10的简化电气示意图，其中，电机18是交流电机。控制器30包括一般指示为32的控制电路，它确定导通/关断开关22的位置，并且根据导通/关断开关22的位置来控制被提供到电机18的功率的大小。在一个实施例中，控制电路32包括电源34，它向微控制器38供电，微控制器38被编程来控制电子开关42，所述电子开关42诸如三端双向可控硅开关元件、场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)、可控硅整流器(SCR)或电压控制器件。微控制器38可以是任何适当的微控制器。特别适用于系统10的一种微控制器是可以从加利福尼亚州的San Jose的ATMEL公司以商业方式获得的AT26微控制器。
系统10包括电机电路17，它具有电机18，电机18与在电源的火线和中线(公共线)侧之间的导通/关断开关22、电子开关42和旁路电阻62串联。在图2所示的实施例中，电机18的一侧通过导通/关断开关22连接到电源，诸如经由电源线26(在图1中示出)连接到交流电干线的火线侧，电机18的另一侧通过电子开关42、旁路电阻62和电源线26连接到交流电干线的中线侧。电子开关42和旁路电阻62被图解为也被包括在控制器30中。控制器30还包括分压电路46，它具有电阻器50、52、54和钳位二极管56和58，微控制器38使用分压电路46来感测交流电压的过零。分压电路46经由电路线60在端口38a耦合到微控制器38。所述电阻器50、52和54将交流电源电压分压为微控制器38可用的电压电平，并且，如果在交流电源电压中出现电压尖脉冲，则钳位二极管56和58保护微控制器38不被损害。应当明白，可以将分压电路的全部或部分包括在微控制器38中。例如，AT26微控制器在端口38a具有内部钳位二极管。
控制器30还包括输出端口38b，它耦合到电子开关42。控制器30在图2的实施例中通过放大器66而电耦合到电机电路17。放大器66具有耦合到旁路电阻器62的一侧的第一输入端和耦合到旁路电阻器62的另一侧的第二输入端。放大器66的输出端耦合到微控制器38的输入端口38c。
通过控制器30来控制电机18的操作。为了控制电机18的操作，控制器30经由由微控制器38控制的电子开关42来控制流过电机18的电流或施加到电机18的电压。控制器30的一个功能是监控导通/关断开关22的位置。并且如果在导通/关断开关22处于闭合(即“导通”)位置的情况下向电机18施加功率则防止电机18的启动。
每当电源线26连接到交流电源时控制器30被加电，而不论导通/关断开关22的位置如何。当控制器30被加电时，微控制器38在端口38a感测交流电压的过零，并且经由从端口38b输出的信号来开始操作电子开关42。在一个实施例中，电子开关42是三端双向可控硅开关元件。为了例证的目的，对于图2-6，电子开关42将被称为三端双向可控硅开关元件42。
微控制器38从交流电源测量分压，并且从所测量的电压确定交流电压的过零。或者，分压电路46被图解为被配置来向微控制器38的端口38a提供“数字”信号，所述信号在交流电压的过零时跃迁，或者将分压电路46替换为提供这样的数字信号的电路。
在一个实施例中，当微控制器38感测到交流电压的过零时，微控制器38马上开始试图在低导通角将三端双向可控硅开关元件42激发，例如所述导通角对于正半周期在160度和170度之间，对于负半周期在340度和355度之间。可以从由分压电路46在端口38a产生的交流电压的模拟表示得到所述导通角，或者经由在端口38a的交流电信号的过零时产生的时延而确定所述导通角。对于正在流过电机18和三端双向可控硅开关元件42的电流，导通/关断开关22必须在闭合位置。但是，无论是否电流正在流过电机18和三端双向可控硅开关元件42，当控制器30第一次被加电时，即，当电机开始连接到交流电源时，微控制器38试图在低导通角将三端双向可控硅开关元件42激发。因此，如果电机18在导通/关断开关22在闭合位置的情况下由于疏忽或出乎意料地连接到交流电源，则在足够低导通角将三端双向可控硅开关元件42激发，因此被提供到电机的功率不足以使得电机正常地运行。因此，不论导通/关断开关22的位置如何，电机驱动的器件14的电机18当初始地连接到交流电源时不突然被激发。
基本上与以低导通角开始将三端双向可控硅开关元件42激发同时，微控制器38被编程来确定导通/关断开关22是否处于开路或闭合位置(即“导通”或“关断”)。如果导通/关断开关22在闭合或导通位置，则控制单元30控制三端双向可控硅开关元件42以便不向电机18供电，或以足够低的电平向电机18供电，所述足够低的电平仅仅“产生交流声”，但是不将电机18转动。
在一个实施例中，为了确定导通/关断开关22的位置，微控制器38被编程来感测是否电流流过电机18。在图2的实施例中，微控制器38通过监控通过放大器66被提供到端口38c的、在旁路电阻器62上的电压来感测是否电流正在流过电机18。在图2所示的实施例中，旁路电阻器62的值足够小，使得需要放大器66将在旁路电阻器62上的电压放大到可以被微控制器38在端口38c感测的电平。但是，应当明白，可以使用具有较大电阻值的旁路电阻器62，在这种情况下，直接向微控制器38提供在旁路电阻器62上的电压，诸如通过将在三端双向可控硅开关元件开关42的一侧和旁路电阻器62的一侧之间的连接点连接到微控制器38的端口38c。也应当明白，微控制器38可以包括代替放大器66而使用的内部放大器。
在图2的实施例中，在端口38c提供的电压信号是模拟信号。但是，或者，可以使用独立的子系统来测量在旁路电阻器62上的电压，并且在端口38c提供数字信号以指示是否电流正在流过电机18。另外，虽然图2示出了被包括在控制器30中的三端双向可控硅开关元件42、旁路电阻器62和放大器66，但是应当明白三端双向可控硅开关元件42、旁路电阻器62和放大器66或它们的任何组合可以在控制器30的外部。
如上所述，当电机18初始连接到交流电源时，微控制器38试图以低导通角来开始将三端双向可控硅开关元件42激发，如果导通/关断开关22闭合，则所述低导通角防止电机18“突然转动(jerking)”。如果导通/关断开关22事实上闭合，则三端双向可控硅开关元件42的激发使得电流可以流过电机18、三端双向可控硅开关元件42和旁路电阻器62。当电流流过电机18时，微控制器38如上所述感测电流，并且防止电机18的正常操作，直到微控制器38确定导通/关断开关22已经被释放到开路或关断位置时。但是，控制器30可以持续如上所述以低导通角来将三端双向可控硅开关元件42激发。这足够地将电机18通电以便它“产生交流声”，但是不转动。这向用户提醒导通/关断开关22必须导通回路以实现电机18的正常运行。或者，控制器30可以完全地停止将三端双向可控硅开关元件42激发，以便没有电流流过电机18。在导通/关断开关22已经被释放到关断位置后然后被闭合到导通位置时，微控制器38正常地操作电机18。
如果当向电机18初始地施加交流电源时导通/关断开关22开路，则没有电流流过电机18。因此，如上所述，经由在端口38c监控的电压信号，微控制器38识别没有电流流过电机18，并且使能电机驱动的器件14的正常运行。即，在随后闭合导通/关断开关22时，微控制器38按照电机驱动的器件14的期望工作参数将以一个导通角来将三端双向可控硅开关元件42激发，所述导通角适合于产生使得电机18运行的足够功率。
因此，微控制器38被编程来试图在控制器30被初始加电时以低导通角来将三端双向可控硅开关元件42激发，并且其后很快地检测导通/关断开关22的闭合。通过仅仅以低导通角来将三端双向可控硅开关元件42激发以感测导通/关断开关22的位置，向电机18提供了不足以使得它旋转的功率，由此防止电机18的“突然转动”。另外，如果微控制器38当向电机18促使施加功率时感测到导通/关断开关22闭合，则微控制器38使得电机18不能正常运行，直到断开导通/关断开关22。一旦微控制器38感测到已经断开了导通/关断开关22，微控制器38在随后闭合导通/关断开关22后正常地产生电机18。
在一个替代实施例中，当第一次对控制器30加电时，微控制器38不被编程以便以低导通角将三端双向可控硅开关元件42激发。而是，微控制器38马上开始试图以足够使得电机18开始运行的导通角来将三端双向可控硅开关元件42激发。因此，如果当电机18初始连接到交流电源时导通/关断开关22闭合，则电机18将开始运行。但是，基本上与控制器30的加电同时，微控制器38确定导通/关断开关22的位置。因此，如果当电机18初始连接到交流电源时导通/关断开关22闭合，则实际上微控制器38将马上感测流过电机18的电流，直到将导通/关断开关置于断开的位置。因此，如果在导通/关断开关22处于闭合位置的情况下初始地提供交流功率，则电机18将不被加电。
图3是另一个实施例的简化电气示意图，其中，微控制器38被编程来感测是否已经向电机18施加了电压。在这个实施例中，在三端双向可控硅开关元件42的一侧和电机18的一侧之间的连接点通过放大器70耦合到微控制器38的端口38d以将控制器30电耦合到电机电路17。三端双向可控硅开关元件42的阻抗足够提供一个电压，这个电压在被放大器70放大后可以被微控制器38在端口38d检测。
在这个实施例中，当第一次对微控制器38加电时微控制器38不试图将三端双向可控硅开关元件42激发。因此，三端双向可控硅开关元件42不导通，这意味着当电机18初始连接到交流电源时没有电流流动。但是，如果当电机18初始连接到交流电源时导通/关断开关22在闭合位置，则在由微控制器38感测的三端双向可控硅开关元件42和电机18的连接点存在电压。微控制器38然后在允许电机18的正常运行之前要求断开导通/关断开关22。如果当电机18初始连接到交流电源时导通/关断开关22处于开路位置，则在三端双向可控硅开关元件42实际上没有电压，并且在闭合导通/关断开关22时微控制器38正常地操作电机18。
在一个实施例中，在当电机18初始连接到交流电源时确定导通/关断开关22闭合的情况下微控制器38可以被编程为以低导通角将三端双向可控硅开关元件42激发，以便电机18产生交流声但是不旋转，以提醒用户导通/关断开关22必须形成回路以便正常地操作电机18。
在一个实施例中，微控制器38在交流电压波形上除了过零之外的点感测是否在三端双向可控硅开关元件42存在电压。直观地，微控制器38在交流电压的从负到正的过零跃迁后在90度——即当交流电压在其正峰值时——感测是否在三端双向可控硅开关元件42存在电压。应当明白，只要避免了过零(和接近过零)，微控制器38可以在相当大的角度感测是否在三端双向可控硅开关元件42存在电压。在过零位置的电压是零，以便如果微控制器38在过零位置感测到在三端双向可控硅开关元件42的电压，则它即使在导通/关断开关22闭合的情况下也将感测到零电压，因此将错误地确定导通/关断开关22开路。
应当明白，可以将放大器70替换为适合于调节由微控制器38在端口38d检测的电压信号的任何其他电路或部件，诸如图5所示的电阻器82。也应当明白，如果微控制器38具有适合于检测在三端双向可控硅开关元件42和电机18的连接点的电压的、诸如放大器之类的内部电路，则可以省略放大器70。在图3所示的实施例中，微控制器38不使用旁路电阻器62和放大器66来感测流过电机18的电流，而是将它们用于电机18的其他控制功能。
图4是另一个实施例的简化电气示意图，其中，微控制器38被编程来感测当向电机18初始施加交流电功率时是否已经向电机18施加了电压。在这个实施例中，不是在三端双向可控硅开关元件42和电机18之间的连接点，而是导通/关断开关22的一侧和电机18的一侧的连接点通过放大器74耦合到微控制器38的端口38d，以将电机电路17电耦合到控制器30。电机18的阻抗足够建立由微控制器38在端口38d检测的电压。图4的实施例在其他方面以与图3的实施例相同的方式来工作。
应当明白，可以将放大器74替换为适合于调节由微控制器38在端口38d检测的电压信号的任何其他电路或部件，诸如图4中以虚线所示的电阻器73。也应当明白，如果微控制器38具有适合于检测在三端双向可控硅开关元件42上的电压的内部电路，则可以省略放大器74。在图4所示的实施例中，微控制器38不使用旁路电阻器62和放大器66来感测流过电机18的电流，而是将它们用于电机18的其他控制功能。
图5是系统10(图1中所示)的另一个实施例的简化电气示意图，其中，微控制器38被编程来感测当向电机18初始施加交流功率时是否向电机18施加了电压。在这个实施例中的系统10的操作与参照图3上述的操作基本上相同，在图3的情况下，通过感测是否在三端双向可控硅开关元件42和电机18之间的连接点存在电压而感测是否向电机18施加了电压，由此确定导通/关断开关22的位置。
在图5的实施例中，三端双向可控硅开关元件42和电机18的连接电经由电路线78耦合到微控制器38的端口38d，电路线78包括电阻器82，用于将控制器30电耦合到电机电路17。如果当向电机18初始施加交流功率时导通/关断开关22闭合，则微控制器38在端口38d检测电压信号的存在，并且防止电机18运行或正常地运行。其后，微控制器38持续防止电机18的运行，直到微控制器38感测到不再向电机18施加电压，这表示已经断开了导通/关断开关22。一旦断开了导通/关断开关22，微控制器38使能电机18的正常功能，以便一旦随后闭合导通/关断开关22时电机18将正常运行。虽然图5图解了在控制器30内部的电气节点连接到电机18的线路78，但是可以明白，电路线78可以在控制器30外部的节点处连接到电机18。
应当明白，可以将电阻器82替换为适合于调节由微控制器38在端口38d检测的电压信号的任何其他电路或部件，诸如图3中所示的放大器70。在这一点上，在一个实施例中，电阻器82包括分压电路84，如图7所示。分压电路84包括在三端双向可控硅开关元件42和电机18的连接点与端口38d之间耦合的电阻器86。分压电路也包括电阻器88和旁路电容器90，它们并联在端口38d和地之间。电阻器86为1M的电阻器，电阻器88为56K的电阻器，电容器90为1nf的电容器。
图6是按照本发明的一个替代实施例的、可连接到直流电源和直流电机118的系统100(图1中所示)的简化电气示意图。为了清楚和方便，使用增加了100的附图标号来在图6中表示与图2-5中的部件相同的、在图6中的系统100的部件。系统100以非常类似于如上所述图2-5和7的系统10在交流应用中工作的方式来在直流应用中工作。实际上，微控制器138防止初始突然的电机启动，确定是否向电机118初始施加直流功率时导通/关断开关122在闭合位置，并且如果如此的话，则防止电机118正常运行直到断开导通/关断开关122。在已经断开导通/关断开关122后将其闭合时，微控制器138正常地操作电机118。
在系统100的直流应用中，电机电路117包括电机118，它在直流电源的正端190和直流电源的负端192之间与导通/关断开关122、电子开关142和旁路电阻器162串联。每当端子190和192连接到直流电源时，控制器130被加电。当控制器130被加电时，微控制器138感测直流电源并且开始试图经由端口238b来操作电子开关142，以便如果电流流过电机118，则向电机118提供不足以使得电机118正常运行的功率。在一个实施例中，电子开关142是晶体管，诸如FET或IGBT。为了例证的目的，对于图6，电子开关142将被称为晶体管142。
在一个实施例中，当电机118初始连接到直流电源时，微控制器138被编程来在窄占空因数开始开关晶体管142，例如在略大于0％——诸如0.1％——和15％占空因数之间。对于流过电机118和晶体管142的电流，导通/关断开关122必须在闭合位置。因此，如果在导通/关断开关122位于闭合位置的情况下电机118由于疏忽或出乎意料地连接到直流电源，则在足够窄占空因数将晶体管142激发，以便提供到电机118的功率不足以使得电机运行。因此，电机驱动的器件14将不由于电机118突然开始旋转而“突然动作”。
与开始尝试在窄占空因数将晶体管142激发基本上同时，微控制器138被编程来确定是否导通/关断开关122在断开或闭合位置(即“导通”或“关断”)。在各个实施例中，与如上所述的交流电实施例类似，为了确定导通/关断开关122的位置，控制器30通过在图6的实施例中的放大器166来电耦合到电机电路117，并且微控制器138被编程来感测电流流过电机118。例如，微控制器138通过监控在旁路电阻器162、晶体管142或电机118上的电压来感测是否电流流过电机118。如果电流流过电机118以指示当电机118初始连接到直流电源时导通/关断开关122在闭合位置，则微控制器138开始在窄占空因数将晶体管142激发，由此防止电机118突然开始旋转。微控制器138持续防止电机118的运行，直到微控制器138确定导通/关断开关122已经被置于断开(即“关断”)位置。
在操作中，如果向电机118初始施加直流功率时导通/关断开关122开路，则没有电流流过电机18。因此，微控制器138识别没有电流流过电机18，并且使能电机驱动的器件14的正常运行。即，在随后闭合导通/关断开关122的情况下，微控制器138将在根据适合于按照电机驱动的器件14的期望工作参数而产生使得电机118运行的足够功率的占空因数将晶体管142激发。相反，如果当电机118初始连接到直流电源时导通/关断开关122闭合并且电流流过电机118，则微控制器138感测电流并且防止电机118运行。例如，微控制器138可以通过持续在窄占空因数激发晶体管142而持续限制流过电机118的电流，或者微控制器138可以完全停止激发晶体管142以便没有电流流过电机118。其后，微控制器138防止电机118的运行，直到微控制器138感测到电流不再流过电机118以指示已经断开了导通/关断开关122。一旦断开了导通/关断开关122，则微控制器138通过在适合于按照电机驱动的器件14的工作参数而运行电机118的占空因数激发晶体管142，从而使得电机118正常运行。
可以理解，虽然图6示出了在控制模块的控制器130中包括了晶体管142、旁路电阻器162和放大器166，但是应当明白，晶体管142、旁路电阻器162和放大器166的每个或它们的组合可以容易地位于控制器130外部。
在另一个实施例中，与参照图2-5和7上述的交流电实施例类似，为了确定导通/关断开关122的位置，微控制器138被编程来感测是否已经向电机118施加了电压。如果当电机118初始连接到直流电源时微控制器138感测到在电机118存在电压，以指示导通/关断开关122在闭合位置，则微控制器138防止电机118的启动直到微控制器138确定导通/关断开关122已经被置于断开(即“关断”)位置。
虽然已经在图2-7中上述了控制电路32和132包括微控制器，但是可以理解，控制电路32和132可以包括任何适合于执行上述操作的电气或半导体器件。即，控制电路32和132可以包括适合于根据流过电机18、118的电流或施加到电机的电压的存在、或此两者来确定导通/关断开关的位置的任何电气和半导体器件，并且根据导通/关断开关的位置来控制被提供到电机18、118的功率。例如，每个控制电路32、132可以包括专用集成电路(ASIC)。
因此，本发明提供了一种系统，它利用用于电机或电机驱动的器件的控制器来确定电机驱动的器件的控制开关的位置，并且防止如果在所述控制开关在闭合位置的情况下所述器件连接到电源时由于疏忽而启动所述电机。在一个实施例中，在将所述电机驱动的器件连接到电源时，控制器操作一个电子开关，以便如果电流流过所述电机，则电机不突然启动。另外，如果控制器感测到电流流过当首次施加功率时的电机以指示导通/关断开关闭合，则控制器持续防止电机运行或至少正常运行。控制器然后持续防止电机运行或正常运行，直到控制电路感测到电流已经停止流过电机以指示导通/关断开关已经被置于断开(即“关断”)其中。在一个实施例中，如果控制器感测到当电机初始连接到电源时导通/关断开关闭合，则它以低电平电能来运行电机，以便它产生交流声但是不旋转，以提醒用户在电机正常工作之前导通/关断开关必须形成回路。
在另一个实施例中，控制器通过感测当电机初始连接到电源时电压已经被施加到电机来确定导通/关断开关的位置。控制器然后以类似于如上所述的方式、根据是否导通/关断开关在断开或闭合位置而或者使能或者禁止电机的正常操作。
虽然已经以各种具体实施例来说明了本发明，但是本领域的技术人员可以明白，可以带有在权利要求的精神和范围内的修改地实践本发明。

Claims (29)

1.一种用于当一种设备在导通/关断开关位于“导通”位置的情况下被初始电连接到电源时防止该设备中的电机启动的方法，所述设备具有所述电机和用于所述电机的电机控制系统，所述电机控制系统具有所述导通/关断开关，所述导通/关断开关用于在“导通”位置时将电源切换到所述电机，所述电机控制系统具有用于控制所述电机的运行的控制器，该方法包括：
当所述设备初始电连接到电源时向所述控制器施加电压，并且利用所述控制器激发电子开关，来以不足以使电机旋转的电平把所述电机耦合至所述电源的一侧；
使用控制器来确定当所述控制器激发所述电子开关来以不足以使电机旋转的电平把所述电机耦合至所述电源的一侧时所述导通/关断开关是否在“导通”位置；以及
在所述控制器激发所述电子开关来以不足以使电机旋转的电平把所述电机耦合至所述电源的一侧的情况下当所述控制器确定导通/关断开关在“导通”位置时，利用所述控制器来禁止电机的正常运行。
2.按照权利要求1的方法，其中，利用所述控制器来禁止电机的正常运行包括：使用控制器来禁止电机的正常运行直到控制器确定导通/关断开关在关断位置。
3.按照权利要求1的方法，其中，利用控制器来确定导通/关断开关的位置包括：利用控制器来感测是否电流正流过电机。
4.按照权利要求1的方法，其中，利用控制器来确定导通/关断开关的位置包括：利用控制器来感测是否向电机施加电压。
5.按照权利要求1的方法，其中，将电机电连接到电源包括：将电机连接到交流电源。
6.按照权利要求5的方法，其中，利用控制器激发电子开关来以不足以使电机旋转的电平把所述电机耦合至所述电源的一侧的过程包括：利用控制器来以低导通角激发所述电子开关以将电机耦合到交流电源的中线，以便提供给电机的功率足够使得电机产生交流声但是不足以使得电机旋转；以及利用所述控制器来禁止电机的正常运行的过程包括：在所述控制器确定所述导通/关断开关在“导通”位置之后，利用所述控制器以低导通角持续激发所述电子开关，以将电机耦合到交流电源的中线。
7.按照权利要求5的方法，其中，利用控制器激发电子开关来以不足以使电机旋转的电平把所述电机耦合至所述电源的一侧的过程包括：利用所述控制器来以低导通角激发用于将电机耦合到交流电源的中线的电子开关，以便被提供到电机的功率不足以使得电机旋转；所述方法还包括：使用控制器来感测交流电源的过零，并且在感测到交流电源的过零时，利用所述控制器来确定是否导通/关断开关在“导通”位置。
8.按照权利要求7的方法，其中，当所述设备初始电连接到交流电源时利用控制器来以低导通角激发所述电子开关包括：当控制器感测到交流电源的过零时利用控制器来以低导通角激发电子开关。
9.按照权利要求7的方法，其中，利用控制器来禁止电机的正常运行包括：利用控制器来禁止电机的正常运行，直到控制器确定导通/关断开关在“关断”位置。
10.按照权利要求1的方法，其中，将电机电连接到电源包括：将电机电连接到直流电源。
11.按照权利要求10的方法，其中，利用控制器激发电子开关来以不足以使电机运行的电平把所述电机耦合至所述电源的一侧的过程包括：利用控制器来以窄占空因数切换将电机耦合到直流电源的公共端的电子开关，以便提供到电机的功率足够使得电机产生交流声，但是不足以使得电机旋转。
12.按照权利要求10的方法，其中，利用控制器来禁止电机的正常运行包括：利用控制器来禁止电机的正常运行，直到控制器确定导通/关断开关在“关断”位置。
13.一种电动工具，包括：
电机电路，它具有电机、导通/关断开关和电子开关，当所述电动工具连接到电源时所述电机、导通/关断开关和电子开关串联在电源的火线侧和公共侧之间；
控制器，电耦合到所述电机电路，当所述电动工具初始连接到电源时，所述控制器激发电子开关来以不足以使电机旋转的电平对所述电机耦合电源；以及
所述控制器，当激发所述电子开关来以不足以使电机正常运行的电平对所述电机耦合电源时，感测当所述电动工具初始连接到电源时是否导通/关断开关位于将电源切换到电机的“导通”位置，并且在感测到当所述电动工具初始连接到电源时所述导通/关断开关在“导通”位置的情况下，禁止电机的正常运行，当激发所述电子开关来以不足以使电机旋转的电平对所述电机耦合电源时，所述控制器持续禁止电机的正常运行，直到控制器感测到导通/关断开关已经被切换到“关断”位置，并且在导通/关断开关已经被切换到“关断”位置后一旦导通/关断开关被切换到“导通”位置则将电机以正常操作运行。
14.按照权利要求13的电动工具，其中，电机电路包括与电机和电源串联的旁路电阻器，控制器电耦合到旁路电阻器，并且感测是否有电流通过其中，控制器在感测到电路流过旁路电阻器的时候感测导通/关断开关是否位于“导通”位置。
15.按照权利要求14的电动工具，其中，电源是交流电源，当电动工具初始连接到交流电源时控制器以低导通角激发电子开关，来以不足以使电机正常运行的电平对所述电机耦合电源，一旦电动工具初始连接到交流电源时，控制器感测交流电源的过零，并且一旦它感测到交流电源的过零则感测是否有电流流过旁路电阻器。
16.按照权利要求15的电动工具，其中，控制器以低导通角激发电子开关，以便提供到电机的电源足以使得电机产生交流声，但是不足以使得电机旋转。
17.按照权利要求15的电动工具，其中，控制器在感测到交流电源的过零时以低导通角激发电子开关。
18.按照权利要求14的电动工具，其中，电源是直流电源，当电动工具初始连接到直流电源时，控制器以低占空因数来激发电子开关，来以不足以使电机正常运行的电平对所述电机耦合电源。
19.按照权利要求18的电动工具，其中，控制器以低占空因数来激发电子开关，以便被提供到电机的功率足以使得电机产生交流声，但是不足以使得电机旋转。
20.按照权利要求14的电动工具，其中，导通/关断开关耦合在电机的第一侧和电源的火线侧之间，电子开关的第一侧耦合到电机的第二侧，并且旁路电阻器将电子开关的第二侧耦合到电源的公共侧。
21.按照权利要求13的电动工具，其中，控制器电耦合到电机电路，以当电动工具初始连接到电源时感测是否向电机施加了电压，并且在感测到向电机施加了电压时感测是否“导通/关断”开关位于“导通”位置。
22.按照权利要求13的电动工具，其中，导通/关断开关连接在电机的第一侧和电源的火线侧之间，并且电子开关连接在电机的第二侧和电源的公共侧之间，控制器电耦合到下述连接点的至少一个：在电机的第一侧和导通/关断开关之间的连接点和在电机的第二侧和电子开关之间的连接点。
23.按照权利要求22的电动工具，其中，控制器通过放大器而电耦合到所述至少一个连接点。
24.按照权利要求22的电动工具，其中，控制器通过至少一个电阻器而电耦合到所述至少一个连接点。
25.按照权利要求22的电动工具，其中，电子开关通过旁路电阻器而耦合到电源的公共侧。
26.按照权利要求22的电动工具，其中，电源是交流电源，当电动工具初始连接到交流电源时并且当感测到导通/关断开关在“导通”位置时，控制器以低导通角来激发电子开关，以便被提供到电机的功率足以使得电机产生交流声，但是不足以使得电机旋转。
27.按照权利要求22的电动工具，其中，电源是直流电源，当电动工具初始连接到直流电源时并且当感测到导通/关断开关在“导通”位置时，控制器以低占空因数来激发电子开关，以便被提供到电机的功率足以使得电机产生交流声，但是不足以使得电机旋转。
28.一种用于当电动工具初始连接到电源时防止电动工具的电机由于疏忽而启动的方法，所述电机在电机电路中与导通/关断开关和电子开关串联，所述方法包括：当初始连接到电源的电动工具激发所述电子开关来以不足以使电机正常运行的电平对所述电机耦合电源时，在激发所述电子开关来以不足以使电机正常运行的电平对所述电机耦合电源的情况下，当电动工具初始连接到电源时，感测是否导通/关断开关在“导通”位置；当电动工具初始连接到电源时在感测到导通/关断开关在“导通”位置时，禁止电机的正常运行，直到导通/关断开关被切换到“关断”位置；并且在导通/关断开关已经被切换到“关断”位置后再被切换到“导通”位置时，使得电机正常运行。
29.按照权利要求28的方法，其中，所述电动工具包括控制器，它电耦合到电机电路，并且当电动工具初始连接到电源时感测是否“导通/关断”开关在“导通”位置，并且所述方法包括：利用控制器来感测是否出现下述的至少一种情况：电流流过电机电路和电压被施加到电机。
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