CN102794732B

CN102794732B - 螺丝刀和用于控制螺丝刀的方法

Info

Publication number: CN102794732B
Application number: CN201210163235.3A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·考夫曼
Original assignee: C&E Fein GmbH and Co
Current assignee: C&E Fein GmbH and Co
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: EP2527091A3; EP2527091A2; CN102794732A; DE102011102275A1; EP2527091B1

Abstract

本发明披露了一种螺丝刀，其具有包括电动机（14）的驱动装置（12），所述电动机耦接至驱动轴（20）以便以预定上紧扭矩驱动用于完成螺丝驱动操作的工具（22），所述螺丝刀具有用于检测电机电流（IM）的电流传感器（38），具有用于控制驱动装置（12）的控制装置（36），控制装置（36）被设计成当达到制动标准时制动驱动装置，控制装置（36）被设计成基于预定上紧扭矩计算电机电流的阈值以便确定切换标准，当超过所述阈值时驱动装置（12）变动至待机状态，并且控制装置（36）被设计成至少根据在超过电机电流的阈值的时间驱动装置的动能来基于预定上紧扭矩计算启动时间或旋转角，以便确定制动标准，并且在待机状态期间直到制动过程开始为止，电流继续馈送至电动机（14）、或者根本没有电流馈送至电动机、或者电流仅以特定程度馈送至电动机（14）。

Description

螺丝刀和用于控制螺丝刀的方法

技术领域

本发明涉及螺丝刀（screwdriver，旋拧驱动器），所述螺丝刀具有：包括电动机（electricmotor）的驱动装置，所述电动机耦接于驱动轴以便以预定上紧扭矩（tighteningtorque）来驱动用于完成螺丝驱动操作的工具；用于检测电机电流的电流传感器；用于控制驱动装置的控制装置，所述控制装置设计成当达到制动标准时制动驱动装置。

背景技术

DE102008033866A1披露了这种螺丝刀。

已知的螺丝刀包括用于将输出扭矩限制于最大扭矩值的限制装置，所述限制装置设置在驱动链的输出侧上。控制装置致动驱动电机，监控驱动链，当达到切断标准时切断所述驱动链，并且操作制动装置以便通过旋转场操作主动制动驱动电机，所述旋转场将相反方向旋转成驱动电机的相应旋转方向。在这种情形中，用于将输出扭矩限制于最大扭矩值的限制装置（该限制装置设置在输出端）在至少一个制动条件下通过驱动电机将电流馈送装置变动至制动模式，其中输出扭矩与驱动链中存在的旋转能的商小于或等于最大值。目的是借此防止过度制动导致损坏，尤其是在小螺丝或精细工件的情形中。

已知结构的缺点尤其在于，要不断监控影响上紧扭矩的非常多的独立参数，并且因此需要相当大程度的计算花费，这对进行螺丝驱动操作需要的精度和时间都具有不利的作用。

WO2009/107563A2披露了一种具有无刷电整流电机的螺丝刀，其中电机电流和电机轴的旋转次数被用于估计螺丝驱动操作的上紧扭矩。当估计的上紧扭矩超过特定的估计值时停止驱动。

DE10341975A1披露了另一种螺丝刀，所述螺丝刀设置有扭矩限制装置，其中通过控制系统根据旋转速度来将电机电流限制于最大值。

该螺丝刀的缺点在于上紧扭矩受相当大的不准确性的影响。

在市场上和工业中的很多螺丝接合（screwing，旋拧）应用中，对于大量的螺丝驱动操作来说提供具有用于特定上紧扭矩的高重复精度的螺丝刀是重要的。例如，在木制品中进行的螺丝驱动操作的情形中，其中完成后螺丝连接是可见的，每个螺丝头总是凹陷相同的深度对于可见外观和机械保持都是重要的。这还以稍修改的形式应用在金属片材中进行的螺丝驱动操作的情形中。例如，应当通过均匀的大扭矩来完成正面上的金属片中的螺丝驱动操作。如果螺丝上紧太松，则螺丝头不能完全密封已经产生的螺丝孔并且湿气可能进入。相反，如果螺丝刀切断太迟，则有可能损坏螺丝头并且需要复杂的后续工作。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是披露一种螺丝刀和用于，用于针对大量的螺丝驱动操作以用于预定上紧螺距的高重复精度来控制螺丝刀的方法。在加工中应当保证工作尽可能有效。

根据本发明，在根据开始提到的类型的螺丝刀的情形中实现该目的，其中控制装置配置成基于预定上紧扭矩来计算电机电流的阈值，当超过阈值时将驱动装置变动至备用状态（standbystate），其中在超过电机电流的阈值后，控制装置配置成基于预定上紧扭矩确定制动标准，以便至少根据在超过电机电流的阈值时驱动装置的动能来计算启动时间或旋转角，在超过所述启动时间或旋转角后开始制动过程，并且其中在待机状态期间且直到制动过程开始为止，电流持续馈送至电动机，或者根本没有电流被馈送，或者电流仅以特定程度馈送至电动机。

关于所述方法，本发明的目的通过用于控制螺丝刀以便通过由驱动装置驱动的工具以预定上紧扭矩完成螺丝驱动操作的方法来实现，所述方法包括下面的步骤：

-检测预定上紧扭矩；

-基于预定上紧扭矩计算电机电流的阈值，当超过阈值时将驱动装置变动至待机状态；

-通过驱动所述工具完成螺丝驱动操作；

-监控电机电流并且当超过电机电流的阈值时将驱动装置变动至待机状态；

-确定在超过电机电流的阈值时驱动装置的动能；

-至少基于在超过电机电流的阈值时驱动装置的动能来确定开始驱动装置的制动的制动标准；

-当达到制动标准时开始制动过程；

-在待机状态期间且直到制动过程开始为止，电流持续馈送至驱动电机，或是根本没有电流被馈送至驱动电机，或者电流仅以特定程度馈送至驱动电机。

通过这种方式实现本发明的目的。

根据本发明，在螺丝接合过程的第一阶段中，最初没有限制地致动驱动装置，直到当超过电机电流的阈值时实现待机状态的预定标准为止。如果超过电机电流的阈值，此时还检测驱动装置的动能并且将该动能用于确定制动的制动标准。在待机状态期间，电流持续馈送至电机或者根本没有电流馈送至电机或电流仅以特定程度被馈送至电机，直到制动过程开始为止。

这为大量螺丝驱动操作提供了用于预定上紧扭矩的非常高的重复精度。

在螺丝接合过程结束之后，通过三个分量产生完成螺丝驱动操作所用的扭矩：第一分量是通过馈送至电动机的电流产生的扭矩，直到到达驱动装置的待机状态为止。这构成了上紧扭矩的最大分量。上紧扭矩的第二分量基于传送扭矩，从超过阈值时开始直到制动过程开始为止。如在根据本发明中优选的，如果在该时间期间电流被持续馈送至电机，则同样由电机电流产生该部分。上紧扭矩的第三部分在制动过程期间由驱动装置的动能产生。在制动过程期间从驱动装置汲取的能量越多，在制动过程期间上紧扭矩的扭矩部分越低。这具有的优点在于在超过电机电流的阈值与停止螺丝刀之间的时间段很短。因此，驱动装置的切断时间可较晚开始，由此增加了重复精确性。

在本发明的进一步改进中，控制装置被设计成计算电机电流的平均值，具体是移动平均值，所述平均值被用于计算电机电流的阈值。

通过这种方式，不对称性以及电动机的整流所导致的电机电流的波动可被补偿并且考虑进电机电流的平均值。这提高了精度。

根据本发明的进一步改进，从扭矩与电机电流之间的直接比例关系得出电机电流的阈值。当电动机是电子整流电动机，尤其是永磁同步电机（PMSM）或BLDC电机时，这是非常有优势的。在这些电机的情形中，输出扭矩与电机电流直接成比例。通过这种方式，以特别简单的方式从电机电流的测量得出预定上紧扭矩。

根据本发明的进一步改进，提供至少一个传感器用于检测从下面的组中选择的至少一个参数，所述组包括电动机连接的齿轮机构的温度、电动机的温度、电动机的转速、齿轮机构的传动比和螺丝刀的电源电压。

由于在超过电机电流的阈值时驱动装置的动能与各种参数有关，因此希望通过传感器监控这些参数并且当确定制动标准时考虑这些参数。

在这种情形中，优选地基于以下的参数来估计在超过电机电流的阈值时驱动装置的动能，所述参数至少包括驱动装置的转速和驱动装置的惯性力矩，也就是说基于驱动装置的旋转部件来估计在超过电机电流的阈值时驱动装置的动能。

如果驱动装置包括电动机和耦接至所述电动机的齿轮机构，在这种情形中将电动机的转速以及齿轮机构和/或驱动装置的传动比作为参数加以考虑。

根据本发明的进一步改进，所述参数包括从下面的组中选择的至少一个另外的参数，所述组包括螺丝刀的电源电压、电动机的温度以及耦接于电动机的齿轮机构的温度。

通过这种方式，上紧扭矩的重复精度可进一步提高，因为当前电机转速与电源电压有关（也就是说，如果将可再充电电池用于电源，则为可再充电电池的电压），并且与电机和齿轮机构的温度有关。相似的，转速受加速器开关的位置影响。

考虑这些影响，提高了重复精度同时维持了预定上紧扭矩。

根据本发明的进一步改进，控制装置被设计成存储制动标准与用于确定制动标准的参数之间的函数关系，并考虑所述函数关系来确定制动标准。

确定制动标准时包括的参数（尤其是基于在超过电机电流的阈值时驱动装置的动能的参数）优选地凭经验确定并且将函数关系存储在存储器中。当确定制动标准时控制装置会考虑这些参数。为此，一般通过模拟方式确定的参数值优选地通过A/D转换器转换成数字值，并且当确定制动标准时通过简单的相加或相减来加以考虑。

根据本发明的进一步改进，优选地可借助合适的致动器，例如借助电位计来调节预定上紧扭矩，。

在这种情形中，电位计还优选地具有在相对低的上紧扭矩下比在相对高的上紧扭矩下更高的分辨率。

这通过具有对应的特征曲线（例如对数和指数特征曲线）的电位计，或通过控制装置由软件来实现。同样，可将读入的值与比例常数相乘以得到在电位计的调节路径范围内的提供在所述工具上的扭矩的线性曲线（profile）。

低上紧扭矩情况下上紧扭矩的微调是有利的，因为用于螺丝驱动操作的上紧扭矩一般必须更精确地来符合（尤其是在相对低的值处），而在高上紧扭矩情况下一定的偏差不那么明显。

根据本发明的进一步的实施例，电动机可短路并持续第一时间段以制动电动机。这是电动机中的传统的短路制动。

根据本发明的进一步的实施例，控制装置还被设计成逆着电动机的原始旋转方向给电动机馈送电流并持续第二时间段以制动电动机。

电动机所采用的持续第一时间段的短路以及持续第二时间段的逆着电动机的原始旋转方向给电动机馈送电流的组合制动导致了显著更快的制动（称为混合制动）。

该方法在德国专利申请No.102010032335.7中详细披露，该文献公开于本申请的优先权日期之后并且全文以引证方式结合于本文。

通过驱动装置的更快制动可实现更低的预定上紧扭矩。此外，螺丝驱动操作可重复进行并且更精确，因为制动阶段期间所传递的能量的比例较低。特定的缺点在于，如果使用可再充电电池，在主动逆流馈电的情形中需要来自可再充电电池的能量，并且因此每个可再充电电池的螺纹驱动操作的次数下降。

根据本发明的进一步改进，控制装置可具有用于致动电动机的脉宽调制控制系统。在这种情形中，尤其是可将脉电流宽调制控制系统用于在旋转方向上实施脉宽调制电流馈送，在逆着电动机的原始旋转方向上实施脉宽调制短路或脉宽调制电流馈送。

因此，可实现驱动阶段期间的平均电机电流的简单控制，并且实现制动阶段期间的短路电流控制或制动阶段期间的逆向馈电控制。

根据本发明的进一步改进，螺丝刀具有用于提供电力的可再充电电池，优选地为镍镉可再充电电池、锂离子可再充电电池、锂聚合物可再充电电池或镍金属氢化物可再充电电池的形式。

通过使用可再充电电池可很大程度提高螺丝刀的实际可用性，因为省掉了操作过程中对处理有负面作用的馈电线。优选地，当确定制动标准时考虑可再充电电池的充电状态。

在本发明的进一步改进中，电动机具有永磁转子，所述永磁转子具有至少一个关联的位置传感器，优选为霍尔传感器，以用于检测转子的位置。

作为替换方式，控制装置还可被设计成通过电动机的场绕组的互感（mutualinduction）来间接检测转子的位置。

因此，在两种情形中，位置检测、旋转方向检测和速度检测都是可能的。以这种方式，可无需单独的转速传感器。

本发明的目的还通过这种方式实现。

附图说明

本发明的其他特征和优点可从下面参照附图对本发明的优选示例实施方式的描述中得到，附图中：

图1示出了根据本发明的螺丝刀的示意图；

图2示出了耦接至电动机的控制装置的简化示意图；

图3示出了控制螺丝刀的流程图；

图4示出了使用的BDLC电机的电源电压与旋转速度之间的关系；

图5示出了当开始制动时根据电动机的转速进行的制动过程的持续时间；

图6示出了示例性螺丝接合过程中在低转速下相对于时间的电流曲线，该电流曲线具有后续待机状态直到后续制动为止；

图7示出了根据图6的示图中放大细部，该细部处于从待机状态直到制动开始以及后续制动为止的区域中；

图8示出了在高旋转速度下的进一步螺纹接合操作中作为时间的函数的电机电流的廓线；以及

图9示出了根据图8的示图的细部，该细部处于从待机状态直到制动开始以及后续制动为止的区域中。

具体实施方式

在图1中通过简化方式示出了根据本发明的螺丝刀，并且该螺丝刀整体以参考标号10表示。

螺丝刀10具有带有手枪状的手柄的壳体11。驱动装置12容纳在壳体11内，所述驱动装置包括电动机14和齿轮机构16，电动机14通过所述电动机的电机轴18驱动所述齿轮机构。齿轮机构16驱动驱动轴20，所述驱动轴在其外端设置有用于工具22（例如钻头）的保持件（holder）。

尽管螺丝刀10原理上可通过电源线电压来操作，但在该情形中，所述螺丝刀具有作为电源的可再充电电池40，所述可再充电电池以可更换的方式容纳在手枪状手柄的下端处。可再充电电池40可以是（例如）锂离子可再充电电池。通过中央控制装置36来控制螺丝刀10，所述中央控制装置通过合适的连接线耦接至电动机14、齿轮机构16和加速器开关32。此外，将控制装置36耦接至可再充电电池40，并且之间置入电流传感器38和电压传感器39。

为了调节螺丝驱动操作的预定上紧扭矩，将调节元件34设置在壳体11的远离工具22的区域中，例如，所述调节元件可能是电位计。所述调节元件还通过线路以合适的方式连接至控制装置36。此外，传感器24、26、28、30提供在电动机14和齿轮机构16上，所述传感器被设计成检测齿轮机构温度、电机温度、电动机14的转速，以及用于齿轮识别并且通过线路以合适的方式连接至控制装置36。

可在调节元件34上设定用于完成螺旋操作的上紧扭矩。为此，对应的电位计优选地在相对低的上紧扭矩下具有相对高的分辨率以及在相对高的上紧扭矩下具有相对低的分辨率，并且因此尤其在低上紧扭矩下能实现微调节。

图2示意性示出了螺丝刀的控制系统的简化图。

在当前的情形中，电动机14被设计成BLDC电机形式的永磁EC电机。该电机具有转子42，所述转子具有两个永磁极和三个场绕组60、62、64，在所述的情况中所述三个场绕组是星形连接形式的。理所当然地，作为替换方式，还可使用三角形连接，并且场绕组的数量和磁极的数量都可改变。中央控制装置36通过关联的驱动器电路48、50、52来驱动场绕组60、62、64。

在电气可整流电动机14的情况中，需要通过电机控制系统产生旋转场。此外，通过这种方式驱动场绕组60、62、64允许省去用于进行接触的刷子，使得电动机14可配置成需要很少的维护或实际上整体根本不需要维护。耦接至控制装置36的位置传感器58可设置用于检测转子42的位置。例如，位置传感器58可设计成霍尔传感器。位置传感器58设计成检测转子42的磁极对的磁场或者传感器盘（未绘出），所述传感器盘单独设置在电机轴18上，用于位置确定。

驱动器48、50、52被用于例如利用高信号、低信号或者零信号来选择性地驱动单个场绕组60、62、64，以便形成交替场。信号原则上可具有块状曲线、正弦曲线或脉宽调制曲线。特别地，驱动器48、50、52可以是集成的或独立的功率晶体管。驱动器48、50、52的输出连接至场绕组60、62、64。

图2还以简化方式示出了短路开关54、56，所述短路开关被设计成在制动的情况下将场绕组60、62、64彼此短路。在这种情形中，短路开关54、56可耦接至场绕组60、62以短路所述场绕组。此处所绘的短路开关54、56被设计成例如将场绕组60与场绕组62短路。同样，可提供其他的短路开关，例如以将场绕组60与场绕组64短路，或将场绕组62与场绕组64短路。

在这种情形中，理所当然地，短路开关54、56被绘制成单独的元件仅是用于说明的目的。短路开关54、56的功能同样可利用驱动器48、50、52通过控制装置36来确立。

图2示意性示出了微处理器37以及用作程序存储器的存储器43，可将参数化特征曲线存储在所述存储器中。此外，控制装置36包括时钟发生器44和脉宽调制控制装置（PWM）46。在这种情形中，理所当然地，可简单地将所述部件设计成使得这些部件是完全集成化的或作为控制装置36的一部分或者是独立的。

根据本发明，螺丝刀10被设计成在可预设定的预定上紧扭矩下以高重复精度完成螺丝驱动操作。

这将参照图3至图9在下文中更详细地说明。

根据本发明使用的BLDC电机形式的EC电机表现了电机电流I_M与产生的扭矩M之间的直接比例：M[Nm]=k_t·I_M[A]。在这种情形中，在电路底部以安培测量电机电流I_M（总线电流），对于图1中的电流传感器38，k_t是比例常数。

转速也与使用的BLDC电机14中的施加电压成比例。该关系在图4中示出，其中转速n[rpm]相对于电压U[V]来描绘。该关系可表示成n[rpm]=k_e·U[V]。在该情形中，k_e是比例常数。所述比例常数描述了在特定转速n下电机14中的感应电压有多高。为了实现电流脉冲，并且因此产生扭矩，需要外部电压（可再充电电池电压）与内部感应电压EMK之间具有差异。可用的电压U越高，电机旋转越快。

图5还示出了制动时间t[ms]与转速n[rpm]之间的关系。已经发现在大致24000rpm的最大转速下制动时间为大致25ms，而在仅大约7000rpm的转速下制动时间为5ms。由于DE102010032335.7中所采用的混合制动（该文献全文以引证方式结合于本文），根据图5中所示的，在制动时间与电动机14的最初转数之间产生了实质上线性的关系。理所当然地，转速和制动时间都是针对特定电机的并且因此可改变。

根据本发明的螺丝刀的基本原理是初始在螺丝驱动操作的第一阶段中驱动驱动装置12或电动机14，直到电机电流I_M超过阈值I₁。随后进入待机状态直到制动开始。在电机电流I_M超过阈值I₁时，检测在驱动装置的旋转部件中包含的动能E_kin，并且将该动能用于计算电机制动开始的时间。这将进一步参照图3在下文中更详细地说明。在待机状态期间电流优选地持续馈送给电机，也就是说从电机电流I_M超过阈值I₁的时间直到制动开始为止。

螺丝驱动操作的上紧扭矩由三部分构成：上紧扭矩的第一（并且最大的）部分在直到当电机电流I_M超过阈值I₁时待机状态开始的阶段中产生。如上面所解释的，在这种情况下，电机电流I_M产生的扭矩M与电机电流I_M直接成比例。同样地，上紧扭矩的第二部分在待机状态期间由电机电流I_M产生直到制动开始时间为止，这是因为在该阶段期间电流优选地持续馈送至电动机14。上紧扭矩的第三部分在制动阶段期间由驱动装置12的动能产生直到转速达到0为止。借助混合制动或短路制动从驱动装置汲取的能量越多，则超过阈值I₁之后扭矩的偏差越低。

在电机电流I_M超过阈值I₁之后额外施加的上紧扭矩与多种参数有关。这些参数包括可再充电电池电压、电机温度、齿轮机构温度、加速器开关的位置和选择的齿轮。

可再充电电池40的电压随着可再充电电池40中剩余可用电量的降低而下降。在充满电的可再充电电池的情况下，电动机14的转速n大于实际上空的可再充电电池40情况下的转速。

由于电动机14中的绕组温度改变，所述电动机的电流消耗改变，并且以特定电流I_M输出的扭矩也改变。这反过来影响转速n。

如果齿轮机构温度上升，那么粘性减小，并且由于减小的摩擦，齿轮机构16的效率等级增加。

螺丝刀10的使用者还可通过加速器开关32来作用于螺丝刀10的转速。

由于螺丝刀10可包含单个齿轮或多个齿轮机构，因此还应当检测已经设定的齿轮。由于输出的扭矩M和输出的驱动转速都与所述齿轮有关，因此可适配控制装置36内或微处理器37内的参数以得到最佳的可能螺丝接合结果。

为了考虑并且补偿这些参数，将来自用于齿轮机构温度、电机温度、转速和齿轮识别装置的传感器24、26、28、30的信号以及来自用于监控可再充电电池电压的电压传感器39的信号提供给控制装置36。这些参数产生的偏差经验性地确定并且存储在存储器43内，以便控制装置36可执行对应的补偿。

在根据图3的流程图70中描绘了螺丝驱动操作的过程并且该过程在下文中进行说明：

在开始72之后，在初始读取通过调节元件34设定的切断扭矩，参见步骤74。在接下来的步骤76中，基于扭矩M与电机电流I_M之间已知的直接成比例的关系从读入的切断扭矩来计算电机电流的阈值I₁，在所述阈值处切断驱动装置12。为了该目的，在第一次近似中，将设定的切断扭矩M除以比例常数K_t以确定电机电流。从此确定的电机电流中减去特定值△_IM以便补偿在超过电机电流I_M的阈值I₁之后继续产生扭矩分量。根据参考标号78，接着开始螺丝接合过程。在螺丝接合过程期间通过电流传感器38连续测量电机电流I_M，并且进行平均。

在下面的询问步骤82中，进行检查以确定平均电机电流I_M是否超过之前确定的阈值I₁。如果没有，则继续驱动电动机14。一旦超过阈值I₁，则在后续的过程84中检测当前转速n并且根据参考标号86的步骤计算动能。驱动装置12的动能E_kin通过公式E_kin=1/2Jn²在第一次近似中给出，其中J是驱动装置12的惯性力矩并且n是驱动装置12的转速。其他影响因素（例如，可再充电电池电压、电机温度、齿轮机构温度、加速器开关的位置以及设定的传动比）以参数化方式考虑。

接着根据参考标号88的步骤来计算制动的开始时间t₁，并且接着通过参考标号90的步骤来继续螺丝接合过程。根据后续的询问92，如果时间t达到制动时间t>t₁，则根据94制动电机直到所述电机最后到达根据96的停止。

理所当然地，可替换地，可确定累积旋转角度而非确定制动时间，当超过所述累积旋转角时开始制动。作为示例，可将位置传感器58用于确定旋转角度。

图6和图7以示例形式描绘了具有慢转速的螺丝驱动过程。图6以示例的形式示出了作为时间t的函数的电机电流I_M的曲线。螺丝接合过程最初在图中的静止状态（idlestate）中开始。没有绘出该开始。开始的、非常长的增加标示了（例如）自切削自攻螺钉的螺纹形成过程。在该点之后，不存在电流仅增长非常小的稳定水平状态。该区域从螺纹形成过程的端点一直延伸到顶部（head）的接合点。顶部的接合点以非常陡峭的增加电流为特征。如果电流I_M超过阈值I₁，则计算直到制动开始为止的时间（或替换地计算旋转角度）。由于在该螺丝驱动操作期间电压以及因此转速n是非常低的，因此超过阈值I₁与制动过程的开始t₁之间的时间非常长，但实际制动时间是短的。可通过主动进行的制动（也就是说，借助于混合制动）来解释制动过程期间在95处电流的后续快速增加。相对地，如果在制动过程期间仅使用一种短路制动，那么制动过程开始处的电流将是0。

图7以放大的比例描绘了图6中的细节。

通过此更清楚的示出了I_M>I₁时待机状态的开始直到t>t₁时制动的开始之间的时间。

图8和图9描绘了具有高转速的螺丝驱动操作的曲线。所述曲线基本对应于图6中所示的曲线。由于增加的转速，因此电机电流I_M超过阈值I₁与制动过程t₁的开始之间的时间段小于根据图6和图7的绘图中的时间段。相对地，主动制动的持续时间延长。超过电流I₁的阈值与制动过程的结束之间的时间长度等于慢转速的情形中的时间长度，不过，95代表制动过程。由于使用混合制动，在该情形中制动电流被限制于最大值（如通过水平曲线可见的），直到制动过程的结束为止。

Claims

1.一种螺丝刀，所述螺丝刀包括具有电动机(14)的驱动装置(12)，所述电动机耦接至驱动轴(20)以驱动工具(22)以便以预定上紧扭矩完成螺丝驱动操作，所述螺丝刀进一步包括用于检测电机电流(I_M)的电流传感器(38)，且进一步包括用于控制所述驱动装置(12)的控制装置(36)，所述控制装置(36)被配置成当达到制动标准时制动所述驱动装置(12)，其特征在于，所述控制装置(36)被配置为基于所述预定上紧扭矩计算所述电机电流(I_M)的阈值(I₁)，当超过所述阈值时所述驱动装置(12)变动至待机状态，并且在超过所述电机电流(I_M)的所述阈值(I₁)后，所述控制装置(36)被配置为基于所述预定上紧扭矩确定所述制动标准，以便至少根据在超过所述电机电流(I_M)的阈值(I₁)的时间处所述驱动装置(12)的动能(E_kin)来计算启动时间(t₁)或旋转角(n₁)，在超过所述启动时间或旋转角后制动过程开始，并且在所述待机状态期间直到所述制动过程开始为止，电流持续馈送至所述电动机(14)、或者根本没有电流馈送、或者电流仅以特定程度馈送至所述电动机(14)，其中，所述特定程度介于电流持续馈送至所述电动机(14)的程度和根本没有电流馈送的程度之间。

2.根据权利要求1所述的螺丝刀，其特征在于，所述控制装置(36)被配置为计算所述电机电流(I_M)的平均值，所述平均值被用于计算所述电机电流(I_M)的阈值(I₁)。

3.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，所述电机电流I_M的阈值I₁从所述扭矩M与所述电机电流I_M之间的直接比例关系M＝k_t·I_M得出，其中，K_t是比例常数。

4.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，所述电动机(14)是电子整流电动机。

5.根据权利要求4所述的螺丝刀，其特征在于，所述电动机(14)为永磁同步电机。

6.根据权利要求4所述的螺丝刀，其特征在于，所述电动机(14)为BLDC电机。

7.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，提供至少一个传感器(24、26、28、30、38、39)以检测从下面的组中选择的至少一个参数，该组包括所述电动机(14)耦接的齿轮机构(16)的温度、电动机(14)的温度、电动机(14)的转速、所述齿轮机构(16)的传动比以及所述螺丝刀(10)的电源电压。

8.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，所述控制装置被配置为基于至少包括所述驱动装置(12)的转速(n)和所述驱动装置(12)的惯性力矩(J)的参数来确定在超过所述电机电流的阈值(I₁)的时间处所述驱动装置(12)的动能(E_kin)。

9.根据权利要求8所述的螺丝刀，其特征在于，所述参数包括所述驱动装置(12)的传动比以及所述电动机(14)的转速。

10.根据权利要求7所述的螺丝刀，其特征在于，所述参数包括从下面的组中选择的至少一个其他参数，该组包括所述螺丝刀(10)的电源电压、所述电动机(14)的温度以及所述电动机耦接的齿轮机构(16)的温度。

11.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，所述控制装置(36)被配置成存储所述制动标准与用于确定所述制动标准的参数之间的函数关系，并且配置成在确定所述制动标准时考虑所述函数关系。

12.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，所述预定上紧扭矩能调节。

13.根据权利要求10所述的螺丝刀，其特征在于，所述预定上紧扭矩通过电位计(34)来调节。

14.根据权利要求13所述的螺丝刀，其特征在于，所述电位计(34)具有的分辨率在低上紧扭矩情况下比在高上紧扭矩情况下更高。

15.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，所述控制装置(36)被配置成在第一时间段(△t₁)期间将所述电动机(14)短路以便制动所述电动机(14)。

16.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，所述控制装置(36)被配置成在第二时间段(△t₂)期间逆着所述电动机的原始旋转方向给所述电动机(14)馈送电流，以便制动所述电动机(14)。

17.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，所述控制装置(36)包括用于致动所述电动机(14)的脉宽调制控制系统(46)。

18.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，具有用于给所述螺丝刀(10)提供电力的可再充电电池(40)，所述可再充电电池为镍镉可再充电电池、锂离子可再充电电池、锂聚合物可再充电电池或镍金属氢化物可再充电电池的形式。

19.根据权利要求1或2所述的螺丝刀，其特征在于，所述电动机(14)具有永磁转子(42)，所述永磁转子具有至少一个关联的位置传感器(58)以便检测所述永磁转子(42)的位置。

20.根据权利要求19所述的螺丝刀，其特征在于，所述位置传感器为霍尔传感器。

21.根据权利要求19所述的螺丝刀，其特征在于，所述控制装置被配置成通过所述电动机(14)的场绕组(60、62、64)的互感来间接地检测所述永磁转子(42)的位置。

22.一种用于控制螺丝刀(10)的方法，用于通过能由驱动装置(12)驱动的工具(22)以预定上紧扭矩来完成螺丝驱动操作，所述方法包括下面的步骤：

-检测预定上紧扭矩；

-基于所述预定上紧扭矩计算电机电流(I_M)的阈值(I₁)，当超过所述阈值时将所述驱动装置(12)变动至待机状态；

-通过驱动所述工具(22)来完成所述螺丝驱动操作；

-监控所述电机电流(I_M)并且当超过所述电机电流(I_M)的阈值(I₁)时将所述驱动装置(12)变动至所述待机状态；

-确定在超过所述电机电流(I_M)的阈值(I₁)的时间处所述驱动装置(12)的动能(E_kin)；

-至少基于在超过所述电机电流(I_M)的阈值(I₁)的时间处所述驱动装置(12)的动能(E_kin)来确定用于开始所述驱动装置(12)的制动的制动标准；

-当达到所述制动标准时开始制动过程；

-在所述待机状态期间且直到所述制动过程开始为止，电流持续馈送至电动机(14)、或者根本没有电流馈送至所述电动机(14)，或者电流仅以特定程度馈送至所述电动机(14)，其中，所述特定程度介于电流持续馈送至所述电动机(14)的程度和根本没有电流馈送的程度之间。