CN101621273B - 用于运行电动工具机的方法和用于电动工具机的驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行具有电机(4)的手操持式电动工具机(1)的方法以及一种用于电动工具机的驱动单元，该电机(4)能够通过被施加最大许用电机电流而以作为最大许用电机转矩的额定转矩来驱动，该方法包括以下步骤：人工提供最大转矩的指示，其中，该最大转矩位于最小调节转矩和额定转矩之间的调节范围中；通过施加一电机电压来运行电机(4)，该电机电压相应于使用者所期望的转速；将电机电流限制在一电流值，该电流值与所提供的最大转矩的指示有关。

Description

用于运行电动工具机的方法和用于电动工具机的驱动单元

技术领域

本发明涉及一种用于运行具有驱动单元的手操持式电动工具机的方法。本发明还涉及一种用于电动工具机的具有转矩限制装置的驱动单元。

背景技术

对于具有驱动单元的电动工具而言，通常有必要限制在任何运行状态下输出的转矩，例如通过主轴输出的主轴转矩。为此通常设置有转矩监控装置或者说转矩限制装置。

对于电驱动的工具机，例如蓄电池式起子机，这样的转矩监控装置或者说转矩限制装置可通过如下方式实现：一旦电机电流超过之前确定的电流阈值，就关断施加在驱动单元上的电流。

对于永磁激励的直流电机而言，电机转矩几乎与流过电机的电机电流成比例。因此，由电机输出的转矩基本上可以通过电流预设值在调节范围内进行调节。

但是，在工具机驱动装置的转速发生变化时可能出现电机转矩和输出到相应刀具上的转矩不同的情况。这是因为，主轴转矩由电机转矩与驱动单元的电机和传动装置的旋转质量的加速力矩之差得到。因此，电机电流在加速过程中可能超过之前确定的电流阈值，尽管所输送的主轴转矩较小并且甚至可能低于由确定的电流阈值定义的转矩。

此外，在非常低的环境温度下，在电机和/或运转的刀具携动装置的轴承处的摩擦会增加，这进而可能促使电机转矩因电机电流由此增加而比规定更早地触发对电机电流的限制。

为了降低无意间触发的风险，通常禁止由于电机起动阶段期间的转矩增加而电气地或电子地关掉电机，从而至少在该起动阶段不会自动地中断对电机的供电。尽管由此防止了工具机被电气式或者说电子式转矩监控装置故意地关掉，但是尤其是在工具机再次起动时，例如在紧接着再次旋动之前仅仅部分拧紧的螺丝时，这会导致拧紧有待拧紧的螺丝所用的转矩过高。

此外，现有技术是将调节范围限制在这样一个范围中，该范围的最小可调转矩是最大转矩的50％至70％。

也已知：例如对于蓄电池式起子机，利用刀具携动件和电动机之间的机械式过载离合器来限制用于拧紧工件的转矩。但是，这样的机械式过载离合器在过载情况下通常以高的噪声工作，此外它们大多数的更换成本比较高。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于运行电动工具机的方法以及一种用于电动工具机的驱动单元供使用，其中，一方面避免了在起动或者说接通电动工具机时由于惯性力矩而导致驱动单元因过载保护被关掉，并且还确保了在起动阶段或者说接通阶段期间没有高的转矩传递到刀具上。

根据本发明，本发明的目的通过一种用于运行电动工具机的方法以及通过一种用于电动工具机的驱动系统实现。

本发明的其他有利设计方案在后面给出。

根据一个方面规定了一种用于运行具有电机的电动工具机的方法，能够通过施加最大许用电机电流而以作为最大许用电机转矩的额定转矩驱动该电机。该方法包括以下步骤：

-人工提供最大转矩的指示(Angabe)，其中，该最大转矩位于最小调节转矩和额定转矩之间的调节范围中；

-通过施加一电机电压来运行电机，该电机电压相应于使用者所期望的转速；和

-将电机电流限制在一电流值，该电流值与所提供的最大转矩的指示有关。

通过如此限制电机中的电机电流，使得该电机电流绝对不会超过由最大转矩的指示确定的电机电流，上述方法由此以简单方式避免了在电动工具机运行期间或者说在起动阶段由电动工具机输出的转矩超过期望的最大转矩。如果施加了会导致较高电机电流的电机电压，则例如将该电机电流限制在由最大转矩的指示确定的电机电流的值。通常也避免了在达到该电机电流时的关断。电机电压在极限范围内如此调节，使得电机电流保持之前确定的值。以该方式实现工具机持久地提供期望的转矩。

根据一种实施方式，可以通过调节可人工操作的调节元件来调节最大转矩的指示。

最小调节转矩可以调节成零值或者一个介于零和额定转矩的50％、优选30％、尤其优选20％之间的值。

此外，最大转矩的指示可以相应于最大电机电流的指示。

根据一种实施方式，在将电机电流限制在所述电流值期间，检测电机的转速，其中，根据检测出的电机的转速而关断电机电流。

此外，当转速为零时，可以关断电机电流。尤其可以在从转速达到零的时刻开始经过预定时间段之后关断电机电流。刀夹以这种方式在刀夹进入静止状态后持续一定时间地提供预先确定的转矩。该关断的优点在于能够节省电能。这尤其在将电池用作电源时是有意义的。

根据一种实施方式可以避免因电机电流超过电流阈值而关掉电机。

尤其可以假定一转矩指示作为最大转矩指示的调节范围的下限，该转矩指示相应于一电机电流，在该电机电流下能够起动电机。

根据另一个方面规定了一种用于电动工具机的驱动单元。该驱动单元包括：

-电机，能够通过施加最大许用电机电流而以作为最大许用电机转矩的额定转矩来驱动该电机；

-调节元件，其用于人工提供最大转矩的指示，其中，该最大转矩位于零和额定转矩之间的调节范围中；

-控制单元，其用于通过施加一电机电压来运行电机，该电机电压相应于使用者所期望的转速；和

-电机控制装置，其用于将电机电流限制在一电流值，该电流值与所提供的最大转矩的指示有关。

此外可以设置一手操作元件，以便调节与使用者所期望的转速相应的电机电压。

根据一种实施方式，调节元件可以包括手操作元件和一输入单元，其中，电机控制装置如此与手操作元件耦合，使得能够根据对输入装置的操作而人工地预设定最大转矩的指示或者电机的转速。

根据一种实施方式可以设置具有一个或多个可充电电池单元或不可充电电池单元的电池作为用于运行电机的电源。

调节元件尤其可以被构造成用于预设定具有可变增益的放大器的增益系数，其中，放大器放大关于电机电流的指示并且将与增益系数相乘的关于电机电流的指示提供给电机控制装置，该电机控制装置被构造成用于根据相乘的关于电机电流的指示来限制电机电流。

根据另一个方面规定了一种具有上述驱动单元和一刀具携动件的电动工具机，其中，刀具携动件和驱动单元的电机直接相互耦合或者仅仅通过传动装置相互耦合。

附图说明

本发明的其他优点、目的和特性借助下面对附图的描述来阐明。在附图中示例性地使出了一种具有电机的手工操持的电动工具机以及一种用于开关电机的电路图。附图中：

图1示意性地示出具有电机的蓄电池式起子机的视图；和

图2示意性地示出用于开关图1中的蓄电池式起子机的电路图。

具体实施方式

图1示出了一种工具机1，其具有壳体2，在该壳体2中设置有一驱动装置5。该驱动装置5与刀具携动件3直接耦合或者通过合适的传动装置(未示出)耦合，使得刀具携动件3由驱动装置5驱动。刀具携动件3和驱动装置5之间的耦合是刚性的，并且没有设置用于例如为了限制转矩而解除该刚性连接的机械装置。

在驱动装置5中设置有用于提供驱动转矩的电机4，该电机4可通过控制单元12以相应的电机电流来控制以提供电机转矩。该控制单元12与电机控制装置13连接，电机控制装置13与手操作元件10耦合，使得使用者能够通过操作手操作元件10而人工地通过电机电压的预设值来调节工具机1的待调节的转速。电机控制装置13通过控制单元12优选以脉宽调制(PWM)信号来控制电机4，使得控制单元12给电机4提供一电压，该电压与PWM信号的占空比和所提供的供电电压的乘积相应。

此外，设置有一调节元件15，通过该调节元件15能够调节由工具机1输出给刀具携动件3的最大转矩。该最大转矩在电机控制装置13中根据对调节元件15的调节而作为最大电机电流予以确定。如果超过了由调节元件15确定的电流值，则电机控制装置13会降低提供给电机4的电压。调节元件15可以例如设置成旋转式电位计。

此外设置有电池或者说蓄电池形式的电源6，该电源6给驱动装置5提供供电电压或者说电能。在电机控制装置13中根据对手操作元件10的操作或者说其位置而给控制单元12提供一个或多个控制信号，以便以适当的方式给驱动装置5的电机4提供确定的电机电压。在电机4上施加电机电压导致流过相应的电机电流。

电机控制装置13实现了用于驱动装置5的电机4的电机电流限制装置。电机电流限制装置起到将电机4中流动的电流限制在一电机电流的作用，该电机电流与在达到和保持由调节元件15调节的转矩时的电流相当。在此，电机4在达到由调节元件15预设定的最大转矩时不被关掉，而是一直保持所作用的转矩，直到工具机1的使用者借助手操作元件10关掉工具机1，例如通过松开手操作元件10。在达到最大转矩时，转速可以根据负载转矩而降低并且也可以视负载情况而定一直降低到停止为止。

可以规定，如果电机控制装置13发现刀夹或者说电机4完全停止(电机4不再旋转)，则预先调节的用于限制转矩的电机电流在电机控制装置13关断电流之前仍然维持一段时间，不管工具机1的使用者的预设值如何，即不管手操作元件10的操作状态如何。

电机电流或者说电机转矩原则上可以限制在与最小调节转矩相应的电机电流(例如零)至可恒定设定的最大额定电流或者说最大额定转矩之间的范围内。但是为了确保电机4的起动，可能必需的是如此选择电机电流，使得提供空转电流和附加的电流分量，通过该附加的电流分量能够提供一附加的电机转矩，通过该附加的电机转矩能够克服整个装置的内部摩擦力矩或者说附着力矩。例如可以规定，借助调节元件15将电机电流确定在从电机4的额定电机电流的20％(与最小调节转矩相应)至额定电机电流的100％(即在额定转矩时的电机电流)的调节范围内。

在图2中示出用来图解用于限制电机4的电机电流的功能的电路框图。在该电路框图中，附图标记21表示电流测量装置，通过该电流测量装置测出电机4中的电机电流。电流测量装置21例如是检流器，诸如与电机4串联的分流电阻器，在该分流电阻器上可以截取测量电压，该测量电压与电机电流成比例变化。电流测量装置21提供作为关于电机电流的指示的测量电压。

关于电机电流的指示被输送到具有可调增益的放大器23。可调增益可以在放大器23中例如通过调节元件15调节，该调节元件15例如被构造成电位计，使得关于电机电流的指示与由电位计预设定的系数相乘。

与该系数相乘的关于电机电流的指示现被输送给控制单元25，该控制单元25调节通过电机4的电流。该系数相应于一比例的倒数，电机电流或者说与电机电流相应的电机转矩相对于额定电机电流或者说额定转矩应该限制在该比例。

还可以与转速有关地自动进行可变的增益，例如使得在使用者预设定的转速小的情况下得到较小的转矩。

调节元件15和手操作元件10也可以被构造成整体的手操作元件，通过该整体的手操作元件首先能够调节关于最大转矩的指示，接着只要还没有达到所调节的最大转矩就能够通过使用者的预设值来调节转速。为此设置有例如一个输入单元(未示出)，诸如转换开关或者操作钮，通过该转换开关或操作钮能够确定电机控制装置13的关于最大转矩的指示。在操作输入单元之后，手操作元件如上所述那样用于人工地预设定转速。

Claims (8)

1.一种用于运行具有电机(4)和电机控制器(13)的手操持式电动工具机(1)的方法，该电机(4)能够通过施加最大许用电机电流而以作为最大许用电机转矩的额定转矩来驱动，电机控制装置将电机电流限制在一电流值，该电流值与所提供的最大转矩的指示有关，该方法包括以下步骤：

-人工提供最大转矩的指示，其中，该最大转矩位于最小调节转矩和额定转矩之间的调节范围中；

-通过施加一电机电压来运行电机(4)，该电机电压相应于使用者所期望的转速；

-将电机电流限制在一电流值，该电流值与所提供的最大转矩的指示有关；

其中，所述电机的关断在该电动工具机的起动或接通阶段期间由此避免，即所述电机电流被保持在用于关断所述电机的电流阈值以下的电流值上，

其中，在超过了由一调节元件(15)确定的电流值时，所述电机控制器(13)会降低提供给所述电机(4)的电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过调节可人工操作的调节元件(15)来调节最大转矩的指示。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，最小调节转矩被调节到零和额定转矩的30％之间的值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，最大转矩的指示相应于最大电机电流的指示。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在将电机电流限制在所述电流值期间，检测电机(4)的转速，其中，根据检测出的电机(4)转速而关断电机电流。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，当转速为零时，关断电机电流。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，在从转速达到零的时刻开始经过预定时间段之后，关断电机电流。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，最大转矩的指示的调节范围具有转矩下限，该转矩下限相应于最大电机电流，在最大电机电流的情况下能够起动电机(4)。