CN105189049B - 具有升压转换器的电动工具 - Google Patents

Abstract

公开了一种包括可连接到电池单元的电动马达单元的电动工具。根据本发明，所述电动工具包括可连接在所述电池单元与所述电动马达单元之间的升压转换器，所述升压转换器布置为用于当被启用时将提供给所述升压转换器的电池电压U_电池转换为更高的升压电压U_升压；U_升压>U_电池。然后将所述升压电压U_升压作为输出电压U_输出提供给所述电动马达单元；U_输出＝U_升压。所述电动工具还包括布置为与所述升压转换器并联的旁路电路。当所述旁路电路被启用时，所述旁路电路将所述电池单元连接到所述电动马达单元，从而将电池电压U_电池作为输出电压U_输出提供给所述电动马达单元；U_输出＝U_电池。至少一个控制单元布置为用于控制所述升压转换器和所述旁路电路，使得可以将所述输出电压U_输出在所述电池电压U_电池与所述升压电压U_升压之间进行切换。

Description

具有升压转换器的电动工具

技术领域

本发明涉及一种包括可连接到电池单元的电动马达单元的电动工具。

本发明还涉及一种用于给电动工具的电动马达单元提供输出电压U_输出的方法。

背景技术

通常将来自电池单元的电力提供给包括电动马达单元的电动工具。图1示意性示出了这样的电动工具100的示例。电动工具100包括主体/壳体101和轴/主轴102。电动马达单元用于驱动轴102。电动马达由电池单元104驱动。可以将电池单元104安装在电动工具的手柄103，如图1所示，但也可以安装在电动工具100的其他部分上。然而，电池单元104也可以设置为与电动工具100分开，然后可以通过连接在外部电池单元与电动工具100之间的一个或多个电缆向电动马达单元提供电力。如本领域技术人员所理解的，电动工具100还包括图1中未示出的多个部件。

如今的电动工具，例如螺母扳手，通常具有与电动工具的尺寸和重量相关的问题。通常存在减小电动工具的尺寸和/或重量的需求，因为小而轻便的电动工具对于消费者是非常有用的，因为它易于运输并且也实用，因为它握持和操作起来不是太重。

电动工具包括增加工具的尺寸和/或重量的多个部件。对工具的尺寸和重量都有很大影响的一个部件是电池单元。如今，电动工具的性能与由电池单元供给的电力直接相关，并且从而也与电池单元的尺寸和重量直接相关。例如，由螺母扳手提供的渐停速度和扭矩与电池单元的电压电平直接相关。因此，如今必须给高效和高性能地执行螺母扳手提供大而重的电池组。

为尽量使电动工具适应当前的性能需求，同时使工具的尺寸和/或重量最小化，一些现有技术的解决方案已经利用一组具有不同的功率和/或电压的不同的电池单元或电池。因而，根据电动工具所需的性能，用户具有从这一组中选择合适的电池单元或电池连接到电动工具的可能性。由此，电动工具的尺寸和重量可以适应性能需求。可以由此避免当不那么大的功率并且也小得多和轻得多的工具就已经足够时，而操作非常大的功率且也非常重且大的电动工具。

然而，可以在电动工具中使用的这组电池单元仍必须由用户与电动工具一起携带，以实现工具的性能和尺寸的适应性。此外，必须将所有的电池单元充电以使用户能够在使用工具进行工作期间调整电池电源，这使得该解决方案不是很实用。此外，如今通常为具有不同的功率和/或电压的电池单元和/或电池提供不同的连接接口。因而，具有第一电压/功率的第一电池可以是可直接连接到电动工具的，而具有第二电压/功率的第二电池通常不可直接连接到电动工具。因此，可能难以高效地交换电池，至少是在不使用一个或多个电池适配器的情况下。

发明内容

本发明的目的是提供一种至少部分地解决上述问题中的一个或多个的电动工具。

本发明的目标在于提供一种比背景技术中已知的电动工具更紧凑和轻便的电动工具。

通过上面提到的电动工具来实现该目的，该电动工具包括可连接到电池单元的电动马达单元。升压转换器可连接在电池单元与电动马达单元之间，该升压转换器布置为用于当被启用时将由电池单元提供给升压转换器的电池电压U_电池转换为更高的升压电压U_升压；U_升压>U_电池。升压电压U_升压被作为输出电压U_输出提供给电动马达单元；U_输出＝U_升压；旁路电路布置为与升压转换器并联，并且当被启用时将电池单元连接到电动马达单元且将电池电压U_电池作为输出电压U_输出提供给电动马达单元；U_输出＝U_电池。至少一个控制单元布置为用于控制升压转换器和旁路电路，使得可以将输出电压U_输出在电池电压U_电池与升压电压U_升压之间切换，其中，控制单元布置为基于多个不同的参数来控制升压转换器和旁路电路，这些不同的参数单独使用或者组合使用，这些参数包括：输出电压U_输出、提供给电动马达单元的输出电流I_输出、电动马达单元的旋转速度ω_马达乘以由电动工具提供的扭矩T，即ω_马达*T、以及提供给电动马达单元的输出功率P_输出。

还通过上面提到的用于给电动工具的电动马达单元提供输出电压U_输出的方法来实现该目的，其中，当可连接在电池单元与电动马达单元之间的升压转换器被启用时，将由电池单元提供给升压转换器的电池电压U_电池转换为更高的升压电压U_升压；U_升压>U_电池；并且将升压电压U_升压作为输出电压U_输出提供给电动马达单元；U_输出＝U_升压。当布置为与升压转换器并联的旁路电路被启用时，将电池单元连接到电动马达单元，并且将电池电压U_电池作为输出电压U_输出提供给电动马达单元；U_输出＝U_电池。通过使用至少一个控制单元来控制升压转换器和旁路电路，使得可以将输出电压U_输出在电池电压U_电池与升压电压U_升压之间切换，其中，升压转换器和旁路电路的控制是基于多个不同的参数，这些不同的参数单独使用或者组合使用，这些参数包括：输出电压U_输出、提供给电动马达单元的输出电流I_输出、所述电动马达单元的旋转速度ω_马达乘以由电动工具提供的扭矩T，即ω_马达*T、以及提供给电动马达单元的输出功率P_输出。

还通过上面提到的计算机程序和计算机程序产品来实现该目的。

根据本发明的电动工具和方法的特点在于，提供至工具中的电动马达单元的输出电压U_输出可以在电池电压U_电池和更高的升压电压U_升压之间进行切换。此可切换的输出电压U_输出是根据通过升压转换器、旁路电路以及控制所述升压转换器和所述旁路电路的至少一个控制单元实现的所要求保护的本发明。

升压转换器可连接在电池单元和电动马达单元之间并且布置为用于在被启用时将正在由电池单元提供给升压转换器的电池电压U_电池转换为更高的升压电压U_升压；U_升压>U_电池。然后将此升压电压U_升压作为输出电压U_输出提供给电动马达单元；U_输出＝U_升压。

旁路电路布置为与升压转换器并联，从而在被启用时将电池单元直接连接到电动马达单元，并且将电池电压U_电池作为输出电压U_输出提供给电动马达单元；U_输出＝U_电池。

至少一个控制单元布置为用于控制升压转换器和旁路电路，以便将输出电压U_输出在电池电压U_电池和升压电压U_升压之间进行切换。这种受控切换可以通过产生旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}和升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}并且通过将这些启动/禁用信号分别提供到旁路电路和升压转换器来实现。

根据本发明的电动工具可以分别利用旁路电路和升压转换器的启用/禁用来改变被提供给电动马达单元的输出电压U_输出，使得实现电动马达单元的暂时增加的旋转速度。由此提高电动工具的生产率。

可替代地，通过本发明可以提供与现有技术的电动工具相比更小和更轻的电池单元，并且从而提供更紧凑和较不重的电动工具。紧凑且轻便的电动工具易于操作，并且因此通过本发明改进了电动工具的使用。

根据本发明的实施方案，电动工具可以特别适于执行工具的某些激活，例如螺母的紧固和/或松开，在此期间，速度和/或扭矩应在激活过程中改变以实现最佳的性能。例如，当紧固螺母时，在工具激活的第一阶段期间，可以启用升压转换器并且可以禁用旁路电路。在第二阶段期间，可以启用旁路电路并且可以禁用升压转换器。由此，在第一阶段期间由电动工具提供高旋转速度和低扭矩，随后是第二阶段期间的较低旋转速度和较高扭矩。这给出了例如螺母扳手在紧固螺母(其中在第一阶段期间需要高速度但不太大的力矩并且在第二阶段期间需要大得多的力矩)时的最佳的性能。根据本发明，可以通过紧凑且轻便的电动工具实现这个最佳的性能。

当松开螺母时，第一阶段可以改为提供高扭矩T和低旋转速度，并且第二阶段可以提供高旋转速度和低扭矩。这通过在激活的第一阶段期间启用旁路电路并且禁用升压转换器，接着在第二阶段期间启用升压转换器并且禁用旁路电路来实现。这给出了例如紧凑且轻便的螺母扳手在松开螺母(其中，在第一阶段期间需要较多的旋转力，并且在第二阶段期间需要少得多的旋转力)时的最佳的性能。

现在将参考示出一些优选实施方案的附图来描述根据本发明的电动工具和方法的详细的示例性实施方案和优点。

附图说明

图1示出了电动工具。

图2示出了根据本发明的电动工具。

图3示出了根据本发明的电动工具。

图4示出了根据本发明的实施方案的工具的工具激活图。

图5示出了根据本发明的实施方案的工具的激活方法的流程图。

具体实施方式

根据本发明，电动工具包括如下面将详细说明的升压转换器、旁路电路和至少一个控制单元。图2示意性示出了这样的电动工具200。在图2中，升压转换器、旁路电路和一个或多个控制单元被示出为可连接在电池单元204与位于工具200的主体201内的电动马达单元203之间的升压/旁路模块202。

根据本发明的一个实施方案，升压/旁路模块202(即，升压转换器、旁路电路和一个或多个控制单元)布置为在电动工具200的主体201内集成，并且连接到电动马达单元203和电池单元204。

根据本发明的另一个实施方案，升压/旁路模块202与电池单元204集成。在这里，集成的电池和升压/旁路模块202、204可连接到工具200的电动马达单元203。

根据本发明的另一个实施方案，在电池单元204与电动马达单元203之间分开布置升压/旁路模块202，即作为独立的单元。分开布置的升压/旁路模块202在这里因而可连接到电池单元204和电动马达单元203二者。

图3示意性示出了根据本发明的电动工具300。在图3中，电动工具300被示意性地示出为包括电池单元304和升压/旁路模块302。然而，如上所述，电池单元304和/或升压/旁路单元302和/或一个或多个控制单元331、332也可以与电动工具300分开布置，即在电动工具的主体的外部。

电动工具300包括电动马达单元303，所述电动马达单元303可经由升压/旁路模块302连接到电池单元304。在图3中，在电动马达单元303中包括反相器305。然而，根据电动马达单元303和/或升压/旁路模块302的构造，可以在电动工具300中省略反相器305。

升压/旁路模块302包括升压转换器310和旁路电路320。升压转换器310可连接在电池单元304与电动马达单元303之间。升压转换器310可以被启用和禁用，并且布置为用于当被启用时转换正在由电池单元304提供给升压转换器310的电池电压U_电池。升压转换器310从而将电池电压U_电池转换为更高的升压电压U_升压；U_升压>U_电池。然后将这个更高的升压电压U_升压作为输出DC总线325上的输出电压U_输出而提供给电动马达单元303，即U_输出＝U_升压。因而，当升压转换器310被启用时，电动马达单元303被提供更高的升压电压U_升压。

旁路电路320布置为与升压转换器310并联，并且因而也可连接在电池单元304与电动马达单元303之间。当旁路电路320被启用时，电池单元304通过旁路电路320连接到电动马达单元303。旁路电路因而布置为用于将电池电压U_电池作为输出DC总线325上的输出电压U_输出而提供给电动马达单元303，即U_输出＝U_电池。

电动工具也可以装配有制动斩波器，所述制动斩波器布置为用于当电动马达单元303被制动/减速时，通过防止输出DC总线325上的输出电压U_输出达到过高的电平来保护电池单元304。通常，当用户放开工具触发器时，能量由电动马达单元303产生，从而降低了电动工具的旋转速度，尤其是如果在制动电动马达单元被启动之前已经将更高的升压电压U_升压提供给电动马达单元的情况。制动斩波器可以布置在升压/旁路模块302与电动马达单元303之间、输出DC总线325处。例如，制动斩波器可以实施为在输出DC总线325上与开关例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)串联耦接的电阻，并且具有与电阻并联耦接的二极管。由此，由电动马达单元303在其减速期间产生的能量可通过电阻消耗掉，从而降低输出DC总线325上的输出电压U_输出，以便保护电池单元304。

根据本发明的电动工具300还包括至少一个控制单元331、332。至少一个控制单元331、332布置为用于通过启用/禁用升压转换器310和旁路电路320来控制升压转换器310和旁路电路320。由此可以将输出DC总线325上的输出电压U_输出在电池电压U_电池和升压电压U_升压之间进行切换。因而，通过分别控制升压转换器310和旁路电路320的启用/禁用，可以将输出DC总线325上的输出电压U_输出在较低的电池电压U_电池和较高的升压电压U_升压之间进行切换；U_电池≤U_输出≤U_升压。

根据本发明的电动工具300因而可以通过向电动马达单元303提供暂时增加的升压电压U_升压来暂时地增加电动马达单元303的旋转速度。由此增加电动工具300的生产率。

可替代地，可以通过使用具有比现有技术解决方案中的电池电压U_{电池_现有技术}所可能的电池单元低的电压U_{电池_本发明}的电池单元来实现与在现有技术解决方案中使用的相同的旋转马达速度；U_{电池_本发明}<U_{电池_现有技术}；因为通过本发明暂时增加的升压电压U_升压可以足够高，以匹配现有技术电压U_升压＝U_{电池_现有技术}。由此，通过本发明提供了更小且更轻的电池单元304，并且从而提供了更紧凑并且较不重的电动工具300。紧凑且轻便的电动工具300易于操作，并且因此通过本发明促进了电动工具300的更容易的更吸引人的使用。

此外，根据本发明的解决方案可以使升压/旁路模块302紧凑和轻便。这是由于根据本发明使用了旁路电路320。当电动马达单元303在重载期间提供高的效果时，启用旁路电路320并且禁用升压转换器310，由此将电池单元304直接耦接到可能包括反相器305的电动马达单元303。由此，升压转换器310的组件仅必须能够应付有限的功率，因为当从电池单元304向电动马达单元303提供最大电力时，升压转换器310被绕开。因而，由于这些组件仅必须应付相对低的电功率，所以升压/旁路模块302可被设计为紧凑且轻便的，这也减小电动工具300的总尺寸和重量。

根据本发明的实施方案，升压转换器310是同步升压转换器，其布置为用于产生更高的升压电压U_升压，所述升压转换器包括至少一个升压晶体管311、至少一个电感器313和至少一个升压开关312。至少一个升压晶体管311和/或至少一个升压开关312通常可以在相对高的频率例如在千赫兹(kHz)范围内的频率处进行切换。如图3中所示，电感器313与电池单元304和升压开关312串联耦接。升压晶体管311与电池单元304并联耦接并且与被耦接在输出DC总线325上的输出电容器314并联耦接。

升压转换器还可以包括升压控制电路，其布置为用于控制至少一个升压晶体管311和/或至少一个升压开关312，其中，升压开关312在被启用时可以用于将升压转换器310连接到输出DC总线325，即电动马达单元303。升压控制电路包括电压调节电路316和PWM(脉宽调制)电路317。可以实现为放大器的电压调节电路316布置为用于通过控制PWM电路317来朝向其目标电压U_目标控制更高的升压电压U_升压的电平。电压调节电路316具有输出DC总线325作为输入315。

PWM电路317还包括过载限制功能，如果升压转换器310过载，则所述过载限制功能限制/降低升压电压U_升压。PWM电路317还具有接收从控制单元332提供的控制信号S_{升压_开/关}作为输入信号的输入端。至少一个升压晶体管311和至少一个升压开关312的功能因而由升压控制电路并且具体地由PWM电路317控制。用于控制升压晶体管311的控制信号由PWM电路317直接提供。用于控制升压开关312的控制信号是由PWM电路317提供的控制信号的放大和反相版本，其中，放大和反相由放大器/反转器318来执行。

根据本发明的实施方案，旁路电路320包括旁路开关321，所述旁路开关321可由提供旁路控制信号S_{旁路_开/关}的控制单元331来控制。因此，旁路开关321在非常低的频率处切换，例如每工具的激活两次，如将在下面更详细地描述的。放大器322可以用于在将经放大的控制信号提供到旁路开关321之前，放大来自控制单元331的旁路控制信号S_{旁路_开/关}。

在图3中，为了说明的原因，提供控制信号S_{旁路_开/关}和S_{升压_开/关}的控制单元331、332被示为两个独立的控制单元。然而，如本领域技术人员清楚的是，这两个控制信号S_{旁路_开/关}和S_{升压_开/关}也可以由基本上包括这些控制单元331、332两者的上面和/或下面描述的功能的单个控制单元来提供。

根据本发明的实施方案，将至少一个升压晶体管311、升压开关312和至少一个旁路开关321中一个或多个实施为N沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、P沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、或者其它合适的可控开关器件。

根据本发明的实施方案，将升压开关312和至少一个旁路开关321中的至少一个实施为特别适用于较低功率应用的功率二极管。

根据本发明的实施方案，升压转换器310是适于将电池电压U_电池转换为更高的升压电压U_升压的多相转换器。多相转换器可以是升压型转换器，其可由控制信号S_{升压_开/关}控制。

根据实施方案，将升压转换器310实施为包括以彼此相反的相位操作的两个升压晶体管电路。由此，可以通过升压转换器310来提供平滑的输出升压电压U_升压，因为可以通过相反相位耦接的晶体管配置减小输出DC总线325上的电压/电流纹波。

根据本发明的实施方案，电池单元304包括至少一个超级电容器。超级电容器每单位体积具有非常高的电容值，并具有非常高的能量密度。超级电容器因而可被用作可靠的能量源，以替代常规的电池。超级电容器也非常轻便，比相应的常规电池能量源轻得多。超级电容器的一个问题是，它们一段时间过后丢失其电力。然而，也能够非常迅速地将它们再充电。通过使用本发明，在需要时例如当超级电容器已经丢失其一些电力时可以将超级电容器的输出电压升高。例如，根据本发明的电动工具(例如，其包括电池单元中的超级电容器)可以用于装配线，其中工具可以在连续的相对短的时间段内使用，并且可以在这些短的时间段之间进行再充电。通过使用超级电容器，通过本发明的实施方案可以提供非常紧凑和轻的电动工具。

因而，根据本发明，至少一个控制单元331、332布置为用于给旁路电路320提供启用/禁用信号S_{旁路_开/关}。旁路电路320布置为用于启用/禁用旁路，即用于基于旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}将电池单元304连接到电动马达单元303/与电动马达单元303断开。

相应地，至少一个控制单元331、332布置为用于给升压转换器310提供升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}。这里，升压转换器310布置为用于基于升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}来启用/禁用升压转换器310的电压转换。

根据本发明的实施方案，旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}和升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}是互补的信号。因而，旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}和升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}具有相反值。换言之，旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}是升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}的相反/否定版本。

因而，至少一个控制单元331、332可以优选地用于将输出DC总线325在电池电压U_电池和更高的升压电压U_升压之间进行切换，从而提供具有本发明的上面提到的优点的电动工具300。因而通过本发明提供了具有高生产率的紧凑和轻便的电动工具。

如上所述，可以基于由至少一个控制单元331、332提供给PWM电路317的升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}、和/或基于由至少一个控制单元331、332提供给旁路开关321的旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}，将输出DC总线325上的电压在电池电压U_电池和更高的升压电压U_升压之间切换。

因而在至少一个控制单元331、332中产生升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}和旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}。这些升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}和旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}的形式可以由至少一个控制单元基于多个不同的参数(基于单独采用的单个参数值，或基于两个或更多个参数的组合)来确定。

根据本发明的实施方案，至少一个控制单元布置为将升压启用/禁用信号S_{升压_开/关和}/或旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}基于输出DC总线325上的输出电压U_输出与电压阈值U_阈值之间的关系。这里，当输出电压U_输出等于或高于电压阈值U_阈值(U_输出≥U_阈值)时，由至少一个控制单元331、332产生升压启用信号S_{升压_开}和旁路禁用信号S_{旁路_关}。该实施方案在下面进行了更详细的描述。

根据本发明的另一个实施方案，至少一个控制单元331、332布置为将升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}基于在输出DC总线325上提供给电动马达单元303的输出电流I_输出与电流阈值I_阈值之间的关系。这里，当输出电流I_输出等于或高于电流阈值I_阈值(I_输出≥I_阈值)时，由至少一个控制单元331、332来产生升压禁用信号S_{升压_关}和旁路启用信号S_{旁路_开}。该实施方案在下面进行了更详细的描述。

根据本发明的实施方案，至少一个控制单元331、332布置为将升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}基于电动马达单元303的旋转速度ω_马达乘以由工具300提供的扭矩T(ω_马达*T)，与速度和扭矩阈值ωT_阈值之间的关系。因而，这里将旋转速度ω_马达和由电动工具的轴/主轴102提供的扭矩T与速度和扭矩阈值ωT_阈值进行比较。当旋转速度ω_马达乘以扭矩T(ω_马达*T)低于速度和扭矩阈值ωT_阈值(ω_马达*T<ωT_阈值)时，根据该实施方案由至少一个控制单元331、332来产生升压启用信号S_{升压_开}和旁路禁用信号S_{旁路_关}。该实施方案在下面进行了更详细的描述。

根据本发明的实施方案，至少一个控制单元331、332布置为将升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}基于在输出DC总线325上提供给电动马达单元303的输出功率P_输出和功率阈值P_阈值之间的关系。这里，当输出DC总线325上的输出功率P_输出低于功率阈值P_阈值(P_输出<P_阈值)时，由至少一个控制单元331、332产生升压启用信号S_{升压_开}和旁路禁用信号S_{旁路_关}。该实施方案在下面进行更详细的描述。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于给电动工具300的电动马达单元304提供输出电压U_输出的方法。根据该方法，如上所述，至少一个控制单元331、332用于控制升压转换器310和旁路电路320，使得可以将输出DC总线325上的输出电压U_输出在电池电压U_电池与升压电压U_升压之间切换；U_电池≤U_输出≤U_升压。通过当升压转换器310被启用时将由电池单元304提供给升压转换器310的电池电压U_电池转换为更高的升压电压U_升压来实现此切换输出电压；U_升压>U_电池。然后将此升压电压U_升压作为输出电压U_输出提供给电动马达单元303；U_输出＝U_升压。也通过当旁路电路320被启用时将电池单元304连接到电动马达单元303，从而将电池电压U_电池作为输出电压U_输出提供给电动马达单元303来实现切换输出电压；U_输出＝U_电池。

通过使用根据本发明的方法，可以在能够在使用工具时提供高的生产率的同时将电动工具300制造得尺寸紧凑和重量轻。

至少一个控制单元331、332因而控制输出DC总线325上的输出电压U_输出在电池电压U_电池与升压电压U_升压之间切换；U_电池≤U_输出≤U_升压。至少一个控制单元可以基于多个参数确定合适的输出电压U_输出。

一个这样的参数是输出电压U_输出本身的电平，由此，当输出电压U_输出低于电压阈值U_阈值(U_输出<U_阈值)时，至少一个控制单元331、332禁用升压转换器310并且启用旁路电路320。如上所述，PWM电路317可以包括过载限制功能，如果升压转换器310过载，则所述过载限制功能降低升压电压U_升压。因此，还可以利用从这样的升压转换器过载和随后的升压电压U_升压降低所得的低输出电压值(U_输出<U_阈值)作为对升压转换器310和/或旁路电路320的控制所基于的参数。

另一个这样的参数是输出电流I_输出，由此，当输出电流I_输出高于或等于电流阈值I_阈值(I_输出≥I_阈值)时，至少一个控制单元331、332禁用升压转换器310并且启用旁路电路320。输出电流I_输出在这里(并且在下面的表1中)可以对应于输出DC总线325上的电流，或者对应于提供给电动马达单元303和在电动马达单元303处(即，在反相器305和电动马达单元303之间)测量的电动马达单元303电流I_马达。通常已在如今的电动工具中标称测量了电动马达单元303电流I_马达。因此，使用电动马达单元303电流I_马达作为输出电流I_输出参数增加了很少的复杂性，因为该参数如今在电动工具中是可用的。

电动马达单元303电流I_马达和输出DC总线325上的电流可以不同，因为电动马达单元303电流I_马达取决于由工具提供的扭矩T，而输出DC总线325上的电流取决于提供到反相器305的电功率。

基于这些参数的不同值，针对升压转换器的启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或针对旁路电路的启用/禁用信号S_{旁路_开/关}的参数和条件的一些示例示于表1中。

在下面的表1、表2和表3中，并且在本文件中，S_{旁路_开/关}＝1表示旁路电路320被启用(S_{旁路_开})，而S_{旁路_开/关}＝0表示旁路电路320被禁用(S_{旁路_关})。与此相对应，S_{升压_开/关}＝1表示升压转换器310被启用(S_{升压_开})，而S_{升压_开/关}＝0表示升压转换器310被禁用(S_{升压_关})。此外，当电动马达单元303正在运行时，工具触发器信号的值为1，并且当电动马达单元303未正在运行时，工具触发器信号的值为0。因而，工具触发器＝0表示电动马达单元是关断的，而工具触发器＝1表示电动马达单元是接通/激活的。

表1

表中的U_输出和I_输出值对应于输出DC总线325上的电压和电流值。可替代地，I_输出值可以对应于上面提到的电动马达单元303电流I_马达，如上所述。如在表1中可以看出，可以将这些值U_输出、I_输出中的一个或多个例如用作如下的条件：当在工具触发器处于接通情况时(即，当工具300被激活时)DC总线325上的输出电压U_输出下降到低于预先设定的值U_阈值的情况下，触发一个或多个控制单元331、332，以启用旁路电路S_{旁路_开}并且禁用升压转换器S_{升压_关}。此外，当在工具触发器处于接通情况时DC总线325上的输出电流I_输出高于或等于预先设定的值I_阈值时，可以触发一个或多个控制单元331、332，以启用旁路电路S_{旁路_开}并且禁用升压转换器S_{升压_关}。

另一个这样的参数是旋转速度ω_马达和由电动工具300提供的扭矩T，由此，当电动马达单元303的旋转速度ω_马达乘以由电动工具300提供的扭矩T(ω_马达*T)低于速度和扭矩阈值ωT_阈值(ω_马达*T<ωT_阈值)时，至少一个控制单元331、332启用升压转换器310并且禁用旁路电路320。

基于该参数的不同值，针对升压转换器的启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或针对旁路电路的启用/禁用信号S_{旁路_开/关}的参数和条件的示例示于表2中。

表2

S旁路_开/关	S升压_开/关	ω马达*T	工具触发器
				0	1	ω*T<ωT阈值	1
1	0	ω*T≥ωT阈值	1
				1	0	忽略	0

在表2中，ω是工具的旋转速度，以弧度/秒为单位，并且T是由工具提供的扭矩，以Nm为单位。

如在表2中可以看到，可以将ω_马达*T的参数值用作如下的条件：当在工具触发器处于接通情况下(即，当工具300被激活时)ω*T≥ωT_阈值时，触发一个或多个控制单元331、332，以启用旁路电路S_{旁路_开}并且禁用升压转换器S_{升压_关}。此外，当在工具触发器处于接通情况下ω*T<ωT_阈值时，可以触发一个或多个控制单元331、332，以禁用旁路电路S_{旁路_关}并且启用升压转换器S_{升压_开}。

另一个这样的参数是输出DC总线325上的输出功率P_输出，由此，当提供给所述电动马达单元303的输出功率P_输出低于功率阈值P_阈值(P_输出<P_阈值)时，至少一个控制单元331、332启用升压转换器310并且禁用旁路电路320。

基于该参数的不同值，针对升压转换器的启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或针对旁路电路的启用/禁用信号S_{旁路_开/关}的参数和条件的示例示于表3中。

表3

S旁路_开/关	S升压_开/关	P输出	工具触发器
				0	1	P输出<P阈值	1
1	0	P输出≥P阈值	1
				1	0	忽略	0

这里，输出DC总线325上的输出功率P_输出可以计算为：P_输出＝输出DC总线325上的I_输出*U_输出。

如在表3中可以看出，可以将输出功率P_输出的参数值用作如下的条件：当在工具触发器处于接通情况下P_输出≥P_阈值时，触发一个或多个控制单元331、332，以启用旁路电路S_{旁路_开}并且禁用升压转换器S_{升压_关}。此外，当在工具触发器处于接通情况下P_输出<P_阈值时，可以触发一个或多个控制单元331、332，以禁用旁路电路S_{旁路_关}并且启用升压转换器S_{升压_开}。

根据实施方案，至少一个控制单元331、332可以将升压转换器的启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或旁路电路的启用/禁用信号S_{旁路_开/关}基于这些参数中的两个或更多个的组合，即基于输出电压U_输出、输出电流I_输出、旋转速度ω_马达和扭矩T以及输出功率P_输出中的两个或更多个。

图4示意性示出了描述可能对应于例如包括螺母的紧固的工具使用的本发明的可能用途的非限制性示例。图5示出了根据本发明实施方案的相应方法的流程图。

在该方法的第一步骤501中，激活电动工具300，即工具触发器的值为1。在图4中，这在沿时间轴的位置“工具触发器”处发生。

在第二步骤502中，启用升压转换器310，S_{升压_开/关}＝1，并且禁用旁路电路320，S_{旁路_开/关}＝0。从而开始工具激活的第一阶段，其中，将更高的升压电压U_升压作为输出DC总线325上的输出电压U_输出提供给电动马达单元303(图4中的曲线2)；U_输出＝U_升压。由此，电动马达单元303的转动速度ω_马达由于输入到电动马达单元303的更高的升压电压U_升压而增加(图4中的曲线1)。此外，输出电流I_输出和/或扭矩T(图4中的曲线3)稍微增加。因此，在第一阶段期间，其中，升压转换器被启用/接通，通过本发明可以实现增加的旋转速度ω_马达，这意味着，在其中紧固不需要太多扭矩的阶段期间，可以快速地紧固螺母。

在第三步骤503中，在激活的第二阶段期间，启用旁路电路320，S_{旁路_开/关}＝1，并且禁用升压转换器310，S_{升压_开/关}＝0。从而将电池电压U_电池作为输出电压U_输出提供给电动马达单元303(图4中的曲线2)；U_输出＝U_电池。由此，由于输入到电动马达单元303的较低的电池电压U_电池，并且还由于因为需要较高的扭矩而螺母阻力的增加，所以电动马达单元303的旋转速度ω_马达降低(图4中的曲线1)。此外，输出电流I_输出和/或扭矩T(图4中的曲线3)增加。因此，在第二阶段期间，其中，旁路电路被启用，通过本发明可以在其中紧固需要高扭矩T的第二阶段期间实现增加的扭矩。

根据本发明的另一个实施方案，电动工具300布置为用于在第一激活阶段期间提供高扭矩T，而在第二激活阶段期间提供高旋转速度ω_马达。该实施方案例如对于松开螺母可以特别有用，其中第一实际松开阶段需要高扭矩T，而当螺母已经松开时的第二阶段需要高速度ω_马达和低扭矩T。可以通过在激活的第一阶段期间启用旁路电路320，S_{旁路_开/关}＝1，并且禁用升压转换器310，S_{升压_开/关}＝0，来实现该实施方案。从而将电池电压U_电池作为输出电压U_输出提供给电动马达单元303，由此提供高扭矩T和低速度ω_马达。

此后，在第二阶段期间，启用升压转换器310，S_{升压_开/关}＝1，并且禁用旁路电路320，S_{旁路_开/关}＝0，由此将更高的升压电压U_升压作为输出DC总线325上的输出电压U_输出提供给电动马达单元303。因而，在第二阶段期间提供低扭矩T和高速度ω_马达。

根据本发明的另一个实施方案，在电动工具的旋转速度的减慢(即，减速)期间，启用旁路电路320并且禁用升压转换器310。因此，当电动马达单元303的旋转速度迅速减慢时，电动马达单元303直接耦接到电池单元304，而不是升压转换器310。由此，在减慢期间自由设置的电动马达单元303和主轴/轴102的旋转能可以转换为电能并且可以用于为电池单元304充电。例如，当电池单元304包括一个或多个超级电容器时，从减慢期间自由设置的旋转能中提取的电能可用于为超级电容器充电。

本发明的电动工具可以适合于执行本发明的方法的步骤中的任何一个。上面描述的本发明的方法的不同步骤可以组合，或者以任何合适的顺序来执行。

本发明的方法可以通过计算机程序来实现，所述计算机程序具有在计算机中运行时使所述计算机执行方法的步骤的代码构件。该计算机程序包括在计算机程序产品的计算机可读介质中。该计算机可读介质可以包括基本上任何的存储器，例如ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除PROM)、快闪存储器、EEPROM(电可擦除PROM)或硬盘驱动器。

本领域技术人员可以与上面描述的示例性实施方案相比对根据本发明的电动工具和方法进行修改。

本领域技术人员显而易见的是，可以对上面描述的示例性实施方案进行许多其它的实现、修改、变化和/或添加。应当理解的是，本发明包括落入权利要求的范围之内的所有的这些其它的实现、修改、变化和/或添加。

Claims (31)

1.一种包括可连接到电池单元(304)的电动马达单元(303)的电动工具(300)；其特征在于，

-升压转换器(310)可连接在所述电池单元(304)与所述电动马达单元(303)之间，该升压转换器布置为用于当被启用时将由所述电池单元(304)提供给所述升压转换器(310)的电池电压U_电池转换为更高的升压电压U_升压；U_升压>U_电池；所述升压电压U_升压被作为输出电压U_输出提供给所述电动马达单元(303)；U_输出＝U_升压；

-旁路电路(320)布置为与所述升压转换器(310)并联，并且当被启用时将所述电池单元(304)连接到所述电动马达单元(303)且将所述电池电压U_电池作为输出电压U_输出提供给所述电动马达单元(303)；U_输出＝U_电池；以及

-至少一个控制单元(331，332)布置为用于控制所述升压转换器(310)和所述旁路电路(320)，使得能够将所述输出电压U_输出在所述电池电压U_电池与所述升压电压U_升压之间切换，其中，所述控制单元(331,332)布置为基于多个不同的参数来控制升压转换器(310)和所述旁路电路(320)，这些不同的参数单独使用或者组合使用，这些参数包括：输出电压U_输出、提供给所述电动马达单元的输出电流I_输出、所述电动马达单元(303)的旋转速度ω_马达乘以由所述电动工具(300)提供的扭矩T，即ω_马达*T、以及提供给所述电动马达单元(303)的输出功率P_输出。

2.如权利要求1所述的电动工具(300)，其中，所述升压转换器(310)是包括至少一个升压晶体管(311)、至少一个电感器(313)和至少一个升压开关(312)的同步升压转换器。

3.如权利要求2所述的电动工具(300)，其中，所述升压转换器(310)包括升压控制电路，其布置为用于控制所述至少一个升压晶体管(311)和所述至少一个升压开关(312)，所述至少一个升压开关(312)当被启用时，将所述升压转换器(310)连接到所述电动马达单元(303)。

4.如权利要求3所述的电动工具(300)，其中，所述升压控制电路包括电压调节电路(316)，所述电压调节电路(316)布置为用于朝向目标电压U_目标控制所述更高的升压电压U_升压并且具有所述升压转换器(310)的输出(325)作为输入。

5.如权利要求3所述的电动工具(300)，其中，所述旁路电路(320)包括由所述至少一个控制单元(331,332)控制的旁路开关(321)。

6.如权利要求5所述的电动工具(300)，其中，将所述至少一个升压开关(312)、所述至少一个升压晶体管(311)和所述旁路开关(321)中的一个或多个实施为以下群组中的任何一个：

-N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管；以及

-P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。

7.如权利要求1所述的电动工具(300)，其中，将所述至少一个控制单元(331，332)布置为用于给所述旁路电路(320)提供旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}，所述旁路电路(320)布置为用于基于所述旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}而启用/禁用所述电池单元(304)与所述电动马达单元(303)的连接。

8.如权利要求7所述的电动工具(300)，其中，所述至少一个控制单元(331，332)布置为用于给所述升压转换器提供升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}，所述升压转换器(310)布置为用于基于所述升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}而启用/禁用所述升压转换器(310)的电压转换。

9.如权利要求8所述的电动工具(300)，其中，所述至少一个控制单元(331，332)布置为将所述升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或所述旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}基于所述参数U_输出、I_输出、ω_马达*T以及P_输出中的至少一个与相同参数相关的阈值U_阈值、I_阈值、ω_阈值*T以及P_阈值之间的关系。

10.如权利要求8所述的电动工具(300)，其中，所述至少一个控制单元(331，332)布置为将所述升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或所述旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}基于所述输出电压U_输出与电压阈值U_阈值之间的关系。

11.如权利要求10所述的电动工具(300)，其中，所述至少一个控制单元(331，332)布置为用于当所述输出电压U_输出等于或高于所述电压阈值U_阈值，即U_输出≥U_阈值时，产生升压启用信号S_{升压_开}和旁路禁用信号S_{旁路_关}。

12.如权利要求8所述的电动工具(300)，其中，所述至少一个控制单元(331，332)布置为将所述升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或所述旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}基于提供给所述电动马达单元(303)的输出电流I_输出与电流阈值I_阈值之间的关系。

13.如权利要求12所述的电动工具(300)，其中，所述至少一个控制单元(331，332)布置为用于当所述输出电流I_输出等于或高于所述电流阈值I_阈值，即I_输出≥I_阈值时，产生升压禁用信号S_{升压_关}和旁路启用信号S_{旁路_开}。

14.如权利要求8所述的电动工具(300)，其中，所述至少一个控制单元(331，332)布置为将所述升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或所述旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}基于所述电动马达单元(303)的旋转速度ω_马达乘以由所述工具(300)提供的扭矩T，即ω_马达*T与速度和扭矩阈值ωT_阈值之间的关系。

15.如权利要求14所述的电动工具(300)，其中，所述至少一个控制单元(331，332)布置为用于当所述旋转速度ω_马达乘以所述扭矩T，即ω_马达*T，低于所述速度和扭矩阈值ωT_阈值，即ω_马达*T<ωT_阈值时，产生升压启用信号S_{升压_开}和旁路禁用信号S_{旁路_关}。

16.如权利要求8所述的电动工具(300)，其中，所述至少一个控制单元(331，332)布置为用于将所述升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}和/或所述旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}基于提供给所述电动马达单元(303)的输出功率P_输出与功率阈值P_阈值之间的关系。

17.如权利要求16所述的电动工具(300)，其中，所述至少一个控制单元(331，332)布置为用于当所述输出功率P_输出低于所述功率阈值P_阈值，即P_输出<P_阈值时，产生升压启动信号S_{升压_开}和旁路禁用信号S_{旁路_关}。

18.如权利要求8所述的电动工具(300)，其中，所述旁路启用/禁用信号S_{旁路_开/关}和所述升压启用/禁用信号S_{升压_开/关}是互补的信号。

19.如权利要求1所述的电动工具(300)，其中，所述升压转换器(310)包括以彼此相反的相位操作的两个升压晶体管电路。

20.如权利要求1所述的电动工具(300)，其中，所述升压转换器(310)和所述旁路电路(320)布置为集成在所述电动工具(300)的主体内，所述升压转换器(310)和所述旁路电路(320)连接到所述电动马达单元(303)并且可连接到所述电池单元(304)。

21.如权利要求1所述的电动工具(300)，其中，所述升压转换器(310)和所述旁路电路(320)布置为与所述电池单元(304)集成并且连接到所述电池单元(304)，以及可连接到所述电动马达单元(303)。

22.如权利要求1所述的电动工具(300)，其中，所述升压转换器(310)和所述旁路电路(320)分开布置在所述电池单元(304)与所述电动马达单元(303)之间，所述升压转换器(310)和所述旁路电路(320)可连接到所述电池单元(304)和所述电动马达单元(303)。

23.如权利要求1所述的电动工具(300)，其中，所述电池单元(304)包括至少一个超级电容器。

24.如权利要求1所述的电动工具(300)，其中，所述电动工具(300)包括制动斩波器，所述制动斩波器布置为用于当减小所述电动马达单元(303)的旋转速度时消耗由所述电动马达单元(303)提供的能量。

25.一种用于给电动工具(300)的电动马达单元(303)提供输出电压U_输出的方法；其特征在于，

-当可连接在电池单元(304)与所述电动马达单元(303)之间的升压转换器(310)被启用时，将由所述电池单元(304)提供给所述升压转换器(310)的电池电压U_电池转换为更高的升压电压U_升压；U_升压>U_电池；并且将所述升压电压U_升压作为输出电压U_输出提供给所述电动马达单元(303)；U_输出＝U_升压；

-当布置为与所述升压转换器(310)并联的旁路电路(320)被启用时，将所述电池单元(304)连接到所述电动马达单元(303)，并且将所述电池电压U_电池作为输出电压U_输出提供给所述电动马达单元(303)；U_输出＝U_电池；以及

-通过使用至少一个控制单元(331，332)来控制所述升压转换器(310)和所述旁路电路(320)，使得能够将所述输出电压U_输出在所述电池电压U_电池与所述升压电压U_升压之间切换，其中，升压转换器(310)和所述旁路电路(320)的控制是基于多个不同的参数，这些不同的参数单独使用或者组合使用，这些参数包括：输出电压U_输出、提供给所述电动马达单元的输出电流I_输出、所述电动马达单元(303)的旋转速度ω_马达乘以由所述电动工具(300)提供的扭矩T，即ω_马达*T、以及提供给所述电动马达单元(303)的输出功率P_输出。

26.如权利要求25所述的方法，其中，在所述多个不同的参数中U_输出、I_输出、ω_马达*T以及P_输出中的至少一个达到某一阈值U_阈值、I_阈值、ω_阈值*T以及P_阈值之上或之下时，所述至少一个控制单元(331，332)禁用升压转换器(310)并启用所述旁路电路(320)。

27.如权利要求25所述的方法，其中，当所述输出电压U_输出低于电压阈值U_阈值，即U_输出<U_阈值时，所述至少一个控制单元(331，332)禁用升压转换器(310)并且启用所述旁路电路(320)。

28.如权利要求25所述的方法，其中，当所述输出电流I_输出高于或等于电流阈值I_阈值，即I_输出≥I_阈值时，所述至少一个控制单元(331，332)禁用所述升压转换器(310)并且启用所述旁路电路(320)。

29.如权利要求25所述的方法，其中，当所述电动马达单元(303)的旋转速度ω_马达乘以由所述电动工具(300)提供的扭矩T，即ω_马达*T，低于速度和扭矩阈值ωT_阈值，即ω_马达*T<ωT_阈值时，所述至少一个控制单元(331，332)启用所述升压转换器(310)并且禁用所述旁路电路(320)。

30.如权利要求25所述的方法，其中，当提供给所述电动马达单元(303)的输出功率P_输出低于功率阈值P_阈值，即P_输出<P_阈值时，所述至少一个控制单元(331，332)启用所述升压转换器(310)并且禁用所述旁路电路(320)。

31.如权利要求25所述的方法，其中，所述电动工具(300)的激活包括：

-在所述激活的第一阶段期间启用所述升压转换器(310)并且禁用所述旁路电路(320)，从而将所述升压电压U_升压作为输出电压U_输出提供给所述电动马达单元(303)；U_输出＝U_升压；由此，所述电动马达单元(303)的旋转速度ω_马达由于所述更高的升压电压U_升压而增加；

-在所述激活的第二阶段期间启用所述旁路电路(320)和并且禁用所述升压转换器(310)，从而将所述电池电压U_电池作为输出电压U_输出提供给所述电动马达单元(303)；U_输出＝U_电池；由此，所述电动马达单元(303)的所述旋转速度ω_马达由于较低的电池电压U_电池而降低。