CN102769429A - 用于运行电动工具的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于运行电动工具的方法和装置。在用于运行带有电动马达（12）的电动工具（10）的方法中，该电动马达在运行中通过工作电流（I_B）和工作电压（U_B）供电。建议在超过电动马达（12）的电输出功率（P_AB）的预先给出的极限值（P_LIM）时调节电动马达（12）的输出功率（P_AB）的有效值，使得其最高达到极限值（P_LIM）。

Description

用于运行电动工具的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种按独立权利要求前序部分所述的用于运行电动工具的方法和装置。
背景技术
蓄电池运行的电动工具例如电动螺丝刀、电动钻机、电动圆盘锯、电动刺锯、电刨、电动冲击锤、电动冲击钻机会受到强烈负载，从而降低机械或者电组件的使用寿命。
在电动工具不能持续运行的卡住的情况下存在负载区域，因为在该负载水平上连续运行时一个或者说多个组件会加热到其允许的热水平之上并且/或者产生机械故障。
典型地在蓄电池运行的电动工具中通过使用耐高温的或者说低阻抗的部件提高热阻能力，其中通过该措施大多数只能延迟热故障的时间点。对于机械组件来说，要么使用高强度的组件，要么使用更大尺寸的组件，然而这典型地更贵、更大并且/或者更重。
作为替代方案，为此公开了模拟的电气断路，其在达到特定的电流水平时在电方面断开电流回路。为此所需的部件是昂贵的并且根据实施方式会损害电动工具的工作效率。对于固定的电流限制而言例如不考虑时间的影响，从而不允许短暂的电流峰值，即使电动工具可以容忍该电流峰值。
由DE 10 2008 003 786 A1公开了一种方法，其中使用预先计算以及超前的能量管理。电动工具的关键组件的电流-时间-温度关系作为数学公式进行保存。从实际的电流曲线中计算将来的温度并且在测量关键温度之前限制关键组件的功率。在此，最大限度利用电动工具的功率的方案是有利的。然而不能足够地考虑例如传动装置的机械方面的限制。
发明内容
本发明涉及一种运行具有电动马达的电动工具的方法，该电动马达在运行中通过工作电流和工作电压供电。
建议在达到或者超过电动马达的电输出功率的预先给出的极限值时调节电动马达的输出功率的有效值，使得其最高达到极限值。
例如在不连续的运行中在一个周期持续时间之内或者在多个周期持续时间上平均地相应于输出功率的平均值的输出功率理解为电动马达的输出功率的有效值。有利的时间间隔处于几十微秒的范围内，例如0.0625msec。
由此能够有利地改善电动工具的耐热性以及机械强度。可以使用更小的并且也更便宜的部件。电动工具的电磁协调性（EMV）得到了改善，因为在大电流范围内降低了整流变换的数量。在具有碳刷的电动马达中可以延长碳寿命，因为对其加载得很少。
根据有利的设计方案可以通过调制工作电流和/或工作电压尤其通过不连续的运行来调整输出功率。有利的调制类型是工作电流和/或工作电压的脉宽调制。然而也可以使用其它调制类型，例如脉冲频率调制（PFM）、脉冲振幅调制（PAM）、脉冲电码调制（PCM）或脉冲相位调制（PPM）。
根据有利的设计方案可以连续地或者近似连续地检测工作电流和/或工作电压。从工作电流和/或工作电压的值中可以以简单的方式推导出接收功率并且从中推导出电动马达的输出功率。近似连续应该理解为经常地然而在测量值检测之间具有很小停顿地检测所述值。
根据有利的设计方案可以连续地或者近似连续地将电动马达的输出功率与输出功率的极限值进行比较。以这种方式可以快速地获知所述输出功率何时接近极限值或者达到极限值。
当输出功率超过极限值时可以有利地开启输出功率的调节，并且当调节振幅变成零时或者说输出功率的有效值落到小于或者等于极限值的值上时断开调节。
在本发明的另一方面，本发明涉及一种用于实施按上述设计方案中至少一项所述的方法的装置。
建议设置监控设备，其中在超过电动马达的电输出功率的预先给定的极限值时可以如此触发调节装置，从而引导电动马达的输出功率，使得其最高达到极限值。
可以有利地激活调节装置，只要担心超过极限值，从而可以避免电动工具的组件热过载或者机械过载。
根据有利的改进方案可以设置用于连续或者近似连续地测量工作电流和/或工作电压的测量设备，从而可以快速识别接近极限值。
根据有利的改进方案可以设置比较设备，从而将电动马达的输出功率连续地或者近似连续地与输出功率的极限值进行比较。可以快速识别达到或者超过极限值并且通过激活调节装置阻止超过。
根据本发明的另一方面建议电动工具尤其用蓄电池运行的电动工具包括带有监控设备的装置，其中在超过电动马达的电输出功率的预先给出的极限值时可以如此触发调节装置，从而能够引导电动马达的输出功率，使得其最高达到极限值。
有利的是，所述电动马达可以是通用电动机或者也可以是直流电动机或者交流电动机。所述电动工具例如可以是以下群组中的一个：电动螺丝刀、电动钻机、电动圆盘锯、电动刺锯、电刨、电动冲击锤、电动冲击钻机。
附图说明
其它优点从下面的附图说明中获得。在附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书以及权利要求包含大量组合特征。本领域技术人员也可以有针对性地单个考虑所述特征并且总结出其它有意义的组合。
附图示出：
图1是按本发明的电动螺丝刀的有利的实施例的示意图；以及
图2是图1中电动螺丝刀的理想的发动机特性曲线连同调节范围。
具体实施方式
在附图中相同的或者同类的组件用相同的附图标记表示。
示例性地根据电动螺丝刀描述本发明。
图1以示意图示出了构造成电动螺丝刀的用手引导的电动工具10。该电动工具10具有电动马达12作为驱动器，该电动马达由蓄电池组供电。蓄电池组能够可松开地固定在电动工具10上或者直接固定地装入电动工具中。
在蓄电池组14和电动马达12之间的电流回路中存在操作元件16，使用者可以通过该操作元件断开或者闭合电流回路。在电流回路中布置调节装置18以及电流测量设备20和电压测量设备26。
电流测量设备20测量工作电流I_B，电压测量设备26测量电动马达12的工作电压U_B。
监控设备22包括调节和/或控制单元28，其中进行信号处理以及信号产生以便用工作电流U_I和工作电压U_B加载电动马达12。此外也在那里保存参数例如函数f（P_AUF）=P_AB，该函数描述了电动马达12的电接收功率P_AUF与输出功率P_AB之间的关系。
在常规运行中连续地测量工作电流I_B和工作电压U_B。在调节和/或控制单元28中由测量值求得工作电流I_B和工作电压U_B的乘积构成的运行功率P_B，该运行功率相当于接收功率P_AUF。在已知的电动马达12中或者说在电动马达12的已知的特征参数中可以从电接收功率P_AUF中推断其电输出功率P_AB，例如该输出功率P_AB作为接收功率P_AUF的函数。
如果运行功率P_B超过了预先确定的极限值P_LIM，那么就激活调节装置18，该调节装置通过对工作电流I_B和/或工作电压U_B的调节（例如脉宽调制PWM或类似方法）将运行功率P_B的有效值保持在极限值P_LIM以下或者最高可以提升到极限值P_LIM。调制的工作电流I_B和/或工作电压U_B的乘积关于时间的平均值理解为运行功率P_B的有效值。在调节装置18的调制运行期间，从运行功率P_B的有效值或者说接收功率P_AUF的从中导出的有效值中获得输出功率P_AB的有效值。
所述调节装置18通过开关或者替代地通过调节装置产生调制的运行，例如PWM运行或者电动马达的比较不连续的运行模式。
所述运行功率P_B相当于电动马达12的接收功率P_AUF，然而其通过电动马达12的效率直接与电动马达12的输出功率P_AB挂钩。
一旦运行功率P_B再次落到运行功率P_B的有效值上，那么再次停用调节装置18。在没有示出的替代的实施方式中，在低于例如极限值P_LIM的95%时停用所述调节装置18。
由此能够在电以及机械方面可靠地将电动马达12的功率水平保持在预先给定的极限功率P_LIM以下，并且电动工具10的机械以及电系统可以接着在组件、尺寸、重量以及特性能的花费方面得到优化。
在图2中示例性地示出了图1中电动工具10的电动马达12的理想的发动机特性曲线。关于马达力矩M示出了马达转速n、接收功率P_AUF、输出功率P_AB以及工作电流I_B。在已知的系统中在电动马达的负载增加时提升到最大的输出功率P_2max、P_AB曲线的最大值，从而随后在继续加载时再次下降。根据本发明所述输出功率P_AB在负载增加时一直上升到输出功率P_AB的极限值P_LIM。如此选择该极限值P_LIM，使得其肯定在最大的输出功率P_2max以下，例如在最大的输出功率P_2max的大致80%处，其中根据电动马达12或者说电动工具10的机械结构选出所述值。
如果输出功率P_AB在增加负载时一直上升到输出功率P_AB的极限值P_LIM，那么调节装置18如此调节工作电流I_B和/或工作电压U_B，使得力矩M虽然进一步上升，但是输出功率P_AB在调制的运行中最高保持在极限值P_LIM上。这作为特性曲线P_12示出，其侧面在调节干预范围R之外位于曲线P_AB上并且在调节干预范围R内水平延伸并且占据值P_LIM。不再达到P_2max。
只有在自然的特性曲线再次落到极限值P_LIM以下时才结束调制的运行。没有调节装置18的调节干预的特性曲线理解为自然的特性曲线。只要激活了调节装置18，那么电动马达12就优选旋转得比没有激活调节装置18时更慢。因此，在调节干预范围R内转速特性曲线n不同于直线并且在表示调节干预范围R之外的转速特性曲线n的直线之下延伸。

Claims (9)

1.用于运行带有电动马达（12）的电动工具（10）的方法，该电动马达在运行中通过工作电流（I_B）和工作电压（U_B）供电，其特征在于，在超过电动马达（12）的电输出功率（P_AB）的预先给出的极限值（P_LIM）时调节电动马达（12）的输出功率（P_AB）的有效值，使得其最高达到极限值（P_LIM）。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调制工作电流（I_B）和/或工作电压（U_B）尤其通过不连续的运行来调整输出功率（P_AB）的有效值。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，连续地或者近似连续地检测工作电流（I_B）和/或工作电压（U_B）。
4.按上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将电动马达（12）的输出功率（P_AB）连续地或者近似连续地与输出功率（P_AB）的极限值（P_LIM）进行比较。
5.按上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当输出功率（P_AB）的有效值落在小于或者等于极限值（P_LIM）的值上时结束调节。
6.用于实施按上述权利要求中任一项所述的方法的装置，其特征在于，设置了监控设备（22），其中在超过电动马达（12）的电输出功率（P_AB）的预先给出的极限值（P_LIM）时能够如此触发调节装置（18），从而能够对电动马达（12）的输出功率（P_AB）的有效值进行引导，使得其最高达到极限值（P_LIM）。
7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，设置了测量设备（20、26）以用于连续或者近似连续地测量工作电流（I_B）和/或工作电压（U_B）。
8.按权利要求6或7中任一项所述的装置，其特征在于，设置了比较设备（28），用于将电动马达（12）的输出功率（P_AB）连续地或者近似连续地与输出功率（P_AB）的极限值（P_LIM）进行比较。
9.电动工具（10），尤其用蓄电池运行的电动工具，包括按权利要求6到8中任一项所述的装置。
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