CN102868361A - 用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节电驱动马达（203、405）的输出扭矩关于时间的上升的装置（101、401），包括用于监控电驱动马达（203、405）的工作参数的监控设备（103、411；413）、用于调节工作参数从而调节输出扭矩关于时间的上升的调节设备（105、419）、根据所监控的工作参数关于时间的导数激活调节设备（105、419）的控制设备（107、415），其中构造所述调节设备（105、419）用于在预先确定的时间之后接触激活。本发明还涉及一种用于调节电驱动马达（203、405）的输出扭矩关于时间的上升的方法。本发明还涉及一种相应的工具以及一种带有用于实施所述方法的程序代码的计算机程序。

Description

用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的装置和方法。本发明还涉及一种工具。

背景技术

用蓄电池运行的电动工具例如电动螺丝刀作为这种工具得到公开。该电动工具会在工作情况下通过强烈晃动的载荷以及载荷变化例如在镂孔锯中在镂孔锯卡住时得到强烈的负载，从而所述电动工具的机械组件通常只具有降低的使用寿命。自发的负载力矩上升还会导致部件的故障或者说对于操作者或者说使用者来说自发的握紧力变化。

为了避免这种情况，典型地在用蓄电池运行的电动工具中为机械组件要么使用高强度的组件，要么使用大尺寸的组件，然而所述组件通常更贵、更大并且/或者更重。

由公开文件US 2009/0065225 A1公开了一种用蓄电池运行的电动工具，其中该电动工具具有电动马达。监控马达电流并且测量马达电流关于时间的变化。如果该测量值超过预先确定的值，那么就停止驱动马达。

已知的电动工具的缺点尤其是保持激活相应的停止装置，该停止装置停止驱动马达，从而只能在主动应答断开之后通过使用者实现电动工具的继续运行。也就是说使用者尤其必须手动地再次解除停止装置的激活或者说将其复位。

发明内容

因此，本发明的任务可以视作说明一种用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的装置，该装置也可以在调节干预之后由于所监控的工作参数的导数的极限值超越再提供最大可能的驱动扭矩。

此外，本发明的任务可以视作说明一种用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的方法。

本发明的任务也可以视作说明一种具有电驱动马达的相应的工具。

此外，本发明的任务可以视作说明一种相应的计算机程序。

所述任务借助于各个独立权利要求的主题得到解决。有利的设计方案是各个从属权利要求的主题。

根据一个方面提供了用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的装置。该装置包括监控设备，该监控设备监控工作参数、尤其有待监控的工作参数。此外，设置用于调节工作参数尤其有待调节的工作参数的调节设备用于调节输出扭矩关于时间的上升。也就是说尤其借助于调节设备调节工作参数，并且由此调节输出扭矩关于时间的上升，其中借助于电驱动马达提供输出扭矩。

所述装置还包括控制设备，该控制设备可以根据所监控的工作参数关于时间的导数激活所述调节设备。此外，构造该调节设备用于在预先确定的时间之后解除激活。也就是说尤其可以在预先确定的时间之后调节设备自我解除激活或者说可以在预先确定的时间之后该调节设备被解除激活。

根据另一方面提供一种用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的方法。在此，监控驱动马达的工作参数。此外，调节所述工作参数。这种调节根据所监控的工作参数关于时间的导数得到实施。调节所述工作参数从而调节输出扭矩关于时间的上升。此外提出，在预先确定的时间之后结束工作参数的调节。

根据另一方面，提供一种带有电驱动马达的工具，其中该工具包括用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的装置。

根据另一方面，提供一种具有程序代码的计算机程序用于当计算机程序在控制设备上运行时实施调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的方法。

也就是本发明尤其包含以下构思，即监控电驱动马达的工作参数并且从中形成所监控的工作参数关于时间的导数。关于时间的导数尤其可以涉及所监控的工作参数的第一时间导数。所监控的工作参数的这种第一时间导数尤其也可以称作关于时间的变化率或者说时间上的变化率。根据这种时间上的变化率如此调节所述工作参数，从而由于该调节而调节输出扭矩关于时间的上升。在此应该注意，借助于驱动马达提供的输出扭矩尤其与工作参数有关。就此而言，通过工作参数的调节尤其也可以调节输出扭矩，从而在这方面尤其实现了对输出扭矩关于时间的上升的调节。

为了调节输出扭矩关于时间的上升，所述控制设备根据关于时间的导数激活所述调节设备。因为关于时间的导数通常与驱动马达的自发的负载力矩上升的出现有很强的关系，所以可以根据对工作参数的监控并且形成关于时间的导数来识别这种自发的负载力矩上升。因为现在在出现这种负载力矩上升时由于对工作参数的调节而调节输出扭矩关于时间的上升，所以以有利的方式避免机械和/或电部件的损坏。

这种自发的负载力矩上升例如会由于孔锯的卡住或者说电动螺丝刀倾斜引起，其中在孔锯不再卡住或者说电动螺丝刀不再倾斜时所述自发的负载力矩上升再次消失。在此，现在以有利的方式在预先确定的时间之后结束对工作参数的调节。也就是说尤其在预先确定的时间之后自动地解除所述调节设备的激活，而在此使用者不必手动干预。由此能够再为使用者提供工具的完整的功能范围。也就是说尤其在自动解除调节设备的激活之后不再存在由于调节设备激活而形成的限制。

根据一种实施方式，所述工作参数例如可以涉及输送给电驱动装置的电参数。所监控的工作参数优选也可以是驱动马达的马达转速。尤其可以监控多个工作参数，也就是尤其监控马达转速和电参数。在此应该注意，如果下面详细描述对电参数的监控，优选也可以替代或者补充地监控马达转速。

根据一种实施方式，调节输出扭矩关于时间的上升包括限制输出扭矩关于时间的上升。也就是说借助于驱动马达提供的输出扭矩尤其在时间上提高得比在调节之前更缓慢。调节输出扭矩关于时间的上升尤其包括停止输出扭矩关于时间的上升。也就是说尤其将输出扭矩调节到恒定的值上。调节输出扭矩关于时间的上升尤其包括反转输出扭矩关于时间的上升。也就是说尤其降低输出扭矩。为了调节输出扭矩关于时间的上升尤其可以提出降低所述工作参数。工作参数的降低尤其也降低了输出扭矩。

根据一种实施方式，所述电参数是电流和/或电压。电压尤其也可以称作工作电压。电流尤其也可以称作工作电流。优选监控所述工作电流和/或工作电压和/或马达转速。监控多个工作参数尤其具有以下优点，即实现了改善的配合具体情况的调节。

根据一种实施方式，当关于时间的导数的数值大于预先确定的极限值的数值时调节所述工作参数。这种预先确定的极限值例如可以是电压极限值和/或电流极限值和/或马达转速极限值。也就是说，尤其在关于时间的导数的数值大于预先确定的极限值的数值时激活所述调节设备。在此，尤其参照所述数值，因为在负载力矩上升时由于由此引起的电压降使得工作电压关于时间的变化率是负的。

根据另一实施方式可以提出，当关于时间的导数的数值在预先确定的时间段内在时间上先后多次大于预先确定的极限值的数值时调节所述工作参数。也就是说，尤其只有在关于时间的导数的数值在预先确定的时间段中在时间上先后多次大于预先确定的极限值的数值时才激活所述调节设备。优选可以提出，只有在关于时间的导数的数值在预先确定的时间段中在时间上先后大于预先确定的极限值的数值n次以上时，才进行调节干预，其中n是自然数。由此，尤其在正常工作情况下在被监控的强烈波动的工作参数的无害的绝对水平上避免调节干预。

根据另一实施方式，所述调节包括降低工作参数，其中降低的工作参数经由预先确定的时间重新提高到其在降低之前的值上。也就是说，尤其降低所述工作参数。然而这种降低尤其在预先确定的时间上撤销，只要降低的工作参数再次提高到其降低之前的值上。在一定程度上连续地撤销或者说回复所述调节干预。由此连续地提高所降低的工作参数，尤其所降低的电参数，直到在调节开始时的初始值。以有利的方式不会发生从降低的水平的跳跃，并且不会发生不受控制的过度波动，由此，使用者能够可靠地握住工具。此外，由此也以有利的方式避免了对机械和/或电部件的损坏。

对于部件和使用者关键的是负载力矩通常自发地变化，该变化导致或者说引起较高的绝对载荷力矩。通过在时间上先后多次形成并且分析所监控的工作参数关于时间的导数尤其可以以有利的方式在正常工作状态和临界工作状态之间作出区分或者说区别，从而在正常的工作状态下不激活调节设备，而是尤其在临界的工作状态下才激活调节设备。

根据另一实施方式，所述调节设备包括用于脉宽调制工作参数尤其电参数的脉宽调制器。也就是说，工作参数的调节尤其包括对工作参数的脉宽调制。在脉宽调制中尤其在两个值之间来回切换工作参数。也就是说，尤其在所述两个值之间变换工作参数。脉宽调制也可以称作脉冲持续时间调制。下面也可以借助于PWM简称脉宽调制。通过设置用于工作参数的脉宽调制尤其以有利的方式实现不连续的工作模式，这例如可以以有利的方式引起对输出扭矩关于时间的上升的调节。

根据另一实施方式，为了调节输出扭矩关于时间的上升反转借助于电驱动马达形成的电场。也就是说，所述调节设备尤其包括用于反转借助于驱动马达形成的电场的反转设备。所述实施方式尤其以有利的方式特别适合于EC电动马达。在此，缩写EC表示“电子整流的”。这种EC马达也可以称作无刷的直流机。通过反转电场例如以有利的方式调节输出扭矩关于时间的上升。此外，可以以有利的方式由于电场的反转而显著更快地实现由于调节工作参数而对输出扭矩关于时间的上升的调节。

所述电驱动马达根据另一实施方式构造成电动马达。

根据另一实施方式设置蓄电池，该蓄电池可以为电驱动马达输送电能，尤其电流和/或电压。这种蓄电池尤其能够可松开地布置在工具中或者说可更换地进行布置。尤其也可以提出将蓄电池牢固地装入工具中。蓄电池尤其可以称作蓄电池。如果多个蓄电池连接在一起，那么该布置或者说互连也可以称作蓄电池组。

按照另一种实施方式，工具可以设计为电动起子机，电动钻孔起子机，电动圆锯电动刺锯，电刨，电冲击钻，电冲击式凿岩机或电冲击钻起子机。

根据另一实施方式，根据所监控的工作参数关于时间的导数来形成预先确定的时间用于解除调节的激活。由此能够以有利的方式根据情况终止调节干预。

根据另一实施方式，所述驱动马达会在激活调节设备时短路，从而尤其能够以有利的方式制动该驱动马达。

附图说明

下面根据优选实施例参照附图更详细地解释本发明。附图示出：

图1是用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的装置，

图2是工具，

图3是用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的方法的流程图，

图4是另一工具，以及

图5是两个关于时间的输出扭矩曲线。

下面对于相同的特征使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了用于调节电驱动马达（没有示出）的输出扭矩关于时间的上升的装置101。该装置101包括用于监控驱动马达的工作参数的监控设备103。该工作参数例如可以涉及输入驱动马达的电参数。该工作参数优选可以是马达转速。电参数优选可以涉及电流和/或电压。所述装置101还包括用于调节工作参数的调节设备105，该工作参数用于调节输出扭矩关于时间的上升。也就是说所述调节设备105尤其如此调节工作参数，从而调节输出扭矩关于时间的上升。

此外设置了控制设备107，该控制设备可以根据所监控的工作参数的关于时间的导数激活所述调节设备105。如果调节设备105被激活了，那么该调节设备如此调节工作参数，从而调节、尤其降低、停止或者反转输出扭矩关于时间的上升。所述调节设备105尤其降低所述工作参数。调节设备的调节尤其也可以普遍地称作调节干预。为了在预先确定的时间之后再提供完整的功能范围、尤其最大可能的输出扭矩，在预先确定的时间之后自动地终止对工作参数的调节。为此，在预先确定的时间之后构造用于解除激活的调节设备105。优选也可以监控多个工作参数。尤其也可以调节多个工作参数。

在没有示出的实施方式中，所述控制设备107包括分析设备，该分析设备可以分析所监控的工作参数。也就是说尤其如此构造所述分析设备，从所监控的工作参数中形成关于时间的导数，尤其第一时间导数。

在没有示出的实施方式中可以在预先确定的时间之后自动地并且自发地使调节设备解除激活。然而也可以在另一没有示出的实施方式中提出，所述控制设备在预先确定的时间之后使调节设备解除激活。

图2示出了具有电驱动马达203的工具201。该工具201还包括所述装置101。

图3示出了用于调节电驱动马达的输出扭矩关于时间的上升的方法的流程图。在步骤301中监控电驱动马达的工作参数。在步骤303中调节工作参数，其中根据所监控的工作参数关于时间的导数进行调节。实施该调节用于调节输出扭矩关于时间的上升。在步骤305中，在预先确定的时间之后结束对工作参数的调节。由此，以有利的方式再提供完整的功能范围、尤其电驱动马达的最大可能的输出扭矩。

图4示出了包括壳体403的另一工具401。在壳体403中布置了电动马达405，该电动马达可以借助于蓄电池组407供给电能。在此，该蓄电池组407向电动马达405提供工作电压U_B，使得工作电流I_B能够流向电动马达405。

所述工具401还包括用于调节电动马达405的输出扭矩关于时间的上升的装置409。该装置409包括具有电流测量装置411和电压测量装置413的监控设备。该电流测量装置411尤其测量工作电流I_B。电压测量装置413尤其测量工作电压U_B。

此外，所述装置409包括控制设备415，该控制设备包括分析设备417。所述分析设备417分析所测量的工作电流I_B和所测量的工作电压U_B并且尤其形成这两个所监控的电参数关于时间的导数。尤其形成第一时间导数。也就是说尤其测量工作电压关于时间的变化率。也就是尤其测量工作电流关于时间的变化率。

所述控制设备415根据两个所测量的变化率激活所述调节设备419，如此构造该调节设备从而改变工作电流I_B和/或工作电压U_B。在没有示出的实施方式中，所述调节设备419尤其可以包括脉宽调制器，该脉宽调制器对工作电压U_B和/或工作电流I_B进行脉宽调制。在另一没有示出的实施方式中，所述调节设备419也可以包括用于反转借助于电动马达405形成的电场的反转设备。

此外，所述工具401具有操作元件421，该操作元件可以对电动马达405进行激活或者说解除激活，方式例如是关闭或者打开相应的电路，该电路尤其借助于电动马达405以及蓄电池组407形成。

此外，蓄电池组407可松开地布置在壳体403中。在没有示出的实施方式中可以将蓄电池组407牢固地固定在壳体403中。

在分析设备417中尤其也可以保存常数，例如允许的电流极限变化率ΔI_BG和/或电压极限变化率ΔU_BG。尤其在所述分析设备417中进行信号处理以及信号产生。作为用于确定变化率的最小可能的时间间隔，尤其可以在数字的控制设备中设置控制设备的节拍频率的倒数。

在工具401的常规运行中不断地也就是连续地测量工作电流I_B和工作电压U_B。由此，在分析设备417中得出工作电流变化率ΔI_B和/或工作电压变化率ΔU_B。如果正的工作电流变化率ΔI_B超过预先确定的电流极限变化率ΔI_BG或者说打破预先确定的电流极限变化范围并且/或者负的工作电压变化率ΔU_B的数值超过了预先确定的电压极限变化率ΔU_BG或者说打破预先确定的电压极限变化范围，那么借助于控制设备415激活调节设备419。在此，电流极限变化范围或者说电压变化范围表征有不允许相应的变化率的范围。如果所测量的变化率在该范围之内，那么就存在打破，这引起了调节设备419的激活。

所述调节设备419降低了工作电流I_B和/或工作电压U_B，尤其有效电流和/或有效电压，从而将电动马达405的物理功关于其最大可能的物理功降低一个固定值尤其至少降低30%，其中提出在预先确定的时间之后例如在2s之后再解除调节设备419的激活。然而优选也可以在预先确定的时间之后自动并且自发地解除调节设备419的激活。

所述调节设备419例如可以经由没有示出的开关和/或脉冲调制器产生PWM运行或者类似的不连续的工作模式从而改变物理功，方式是由此降低、停止或者反转输出扭矩关于时间的上升。

图5示出了两个关于时间的输出扭矩曲线。在纵坐标上以任意单位画出输出扭矩。在横坐标上同样以任意单位画出时间。具有附图标记501的曲线示出了在带有用于调节输出扭矩关于时间的上升的装置的工具中电动马达的输出扭矩曲线。具有附图标记503的曲线示出了在没有所述装置的已知工具中电动马达的输出扭矩的时间曲线。如曲线明显示出，根据所述装置减弱了输出扭矩关于时间的上升并且相对于已知的工具停在更低的水平上，这以有利的方式避免了工具的机械和/或电组件的损坏并且尤其让使用者可靠地握住所述工具。

总之，也就是本发明尤其包括以下构思，即当电流上升率超过确定的电流极限变化率并且/或者电压下降率的数值超过了确定的电压极限变化率的数值并且/或者马达转速变化率的数值超过预先确定的马达转速极限变化率的数值时，借助于控制设备激活所述调节设备，其中调节设备调节有效电流和/或有效电压尤其工作电流和/或工作电压以及/或者马达转速，从而由此停止、反转或者降低输出扭矩关于时间的上升。这以有利的方式降低物理功，尤其可以将其降低至少30%。此外，本发明尤其包含以下构思，即在预先确定的通常也可以称作调节时间段的时间内借助于调节设备再将所述调节干预返回到0。也就是说尤其在预先确定的时间之后或者说在调节时间段之后解除调节设备的激活。

本发明尤其包含以下构思，即所述控制设备尤其在、尤其仅仅在电流上升率处于确定的最小电流极限变化率和确定的最大电流极限变化率之间的范围内时并且/或者电压降低率的数值位于确定的最小电压极限变化率和确定的最大电压极限变化率之间的范围内时激活所述调节设备。

借助于本发明尤其实现了工具的机械的坚固性，即使存在缩小的或者有利的部件。

此外，由此以有利的方式不会出现对于操作者或者说使用者来说意外的握紧力矩变化。

此外，以有利的方式实现了对敏感工件或者说工具的保护。

在正常工作情况下不希望的调节干预尤其以有利的方式通过以下方法得到避免，即检测一定数量时间增量，其中超过了工作电流的极限上升和/或工作电压的极限下降或者说打破了工作电流的极限上升区域和/或工作电压的极限下降区域。超过或者说打破的几个时间增量尤其表示“正常工作情况”，超过或者说打破的多个时间增量尤其表示结构性的过载情况。只有这样才优选激活调节设备。

尤其在使用EC马达时也可以以有利的方式进行调节干预，从而短暂地反转EC马达的电场，由此以有利的方式降低力矩最大值并且/或者至少可以更快地实现力矩降低。

Claims (10)

1.用于调节电驱动马达（203、405）的输出扭矩关于时间的上升的装置（101、401），包括：

-用于监控电驱动马达（203、405）的工作参数的监控设备（103、411；413），

-用于调节工作参数从而调节输出扭矩关于时间的上升的调节设备（105、419），

-用于根据所监控的工作参数关于时间的导数激活调节设备（105、419）的控制设备（107、415），其特征在于，

-构造所述调节设备（105、419）用于在预先确定的时间之后解除激活。

2.按权利要求1所述的装置（101、401），其中所述调节设备（105、419）包括用于脉宽调制所述工作参数的脉宽调制器。

3.按权利要求1或2所述的装置（101、401），其中所述调节设备（105、419）包括用于反转借助于驱动马达（203、405）形成的电场的反转设备。

4.用于调节电驱动马达（203、405）的输出扭矩关于时间的上升的方法，包括以下步骤：

-监控电驱动马达（203、405）的工作参数，

-根据所监控的工作参数关于时间的导数调节所述工作参数，从而调节输出扭矩关于时间的上升，其特征在于，

-在预先确定的时间之后结束对工作参数的调节。

5.按权利要求4所述的方法，其中对工作参数的调节包括对工作参数的脉宽调制。

6.按权利要求4或5所述的方法，其中为了调节输出扭矩关于时间的上升反转借助于电驱动马达（203、405）形成的电场。

7.按权利要求4到6中任一项所述的方法，其中当关于时间的导数的数值在预先确定的时间段内在时间上先后多次大于预先确定的极限值的数值时调节所述工作参数。

8.按权利要求4到7中任一项所述的方法，其中所述调节包括降低所述工作参数，其中降低的工作参数在预先确定的时间内重新提高到其降低之前的值上。

9.具有电驱动马达（203、405）以及按权利要求1到3中任一项所述装置（101、401）的工具。

10.具有当该计算机程序在控制设备（107、415）上运行时用于实施按权利要求4到8中任一项所述方法的程序代码的计算机程序。

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