CN114902551A - 动力工具的可选择的电流限制 - Google Patents

Abstract

动力工具(100)的可选择的电流限制。一个实施例提供了一种用于动力工具(100)的可选择的电流限制的方法，该方法包括使用电流传感器(270)确定平均电流以及确定该平均电流是否超过预定电流阈值。该方法还包括确定平均电流与预定电流阈值的偏差以及与平均电流与预定电流阈值的偏差成比例地减少PWM占空比。PWM占空比对应于向逆变桥(250)提供的PWM信号。

Description

动力工具的可选择的电流限制

相关申请

本申请要求于2019年12月10日提交的美国临时专利申请号62/946,072的权益，该美国临时申请的全部内容通过援引特此并入。

技术领域

本披露内容涉及动力工具、例如动力手持式修剪工具的可选择的动力限制。

背景技术

手持式动力工具包括用于操作刀头的马达。马达所汲取的电流根据刀头上的负载而变化。例如，在高负载情况下(例如，切割硬而厚的木材)比在低负载情况下(例如，切割软而薄的木材)所汲取的电流可以更多。

发明内容

一些实施例提供了一种动力工具，该动力工具包括：壳体；马达，该马达处于壳体内；电流传感器，该电流传感器被配置成测量马达的电流；逆变桥，该逆变桥选择性地将电力从电池组提供到马达；以及电子处理器，该电子处理器联接到电流传感器和逆变桥。电子处理器被配备为使用电流传感器确定平均电流并且确定平均电流是否超过预定电流阈值。电子处理器还被配备为确定平均电流与预定电流阈值的偏差并且与平均电流与预定电流阈值的偏差成比例地减少PWM占空比。PWM占空比对应于向逆变桥提供的PWM信号。

一些实施例提供了一种用于动力工具的可选择的电流限制的方法，该方法包括使用电流传感器确定平均电流以及确定平均电流是否超过预定电流阈值。该方法还包括确定平均电流与预定电流阈值的偏差以及与平均电流与预定电流阈值的偏差成比例地减少PWM占空比。PWM占空比对应于向逆变桥提供的PWM信号。

一些实施例提供了一种动力工具，该动力工具包括：壳体；马达，该马达处于壳体内；电流传感器，该电流传感器被配置成测量马达的电流；逆变桥，该逆变桥选择性地将电力从电池组提供到马达；以及电子处理器，该电子处理器联接到电流传感器和逆变桥。电子处理器被配备为使用电流传感器确定平均电流并且确定平均电流是否超过预定电流阈值。电子处理器还被配备为确定平均电流与预定电流阈值的偏差并且基于平均电流与预定电流阈值的偏差减少PWM占空比。PWM占空比对应于向逆变桥提供的PWM信号。

在详细解释任何实施例之前，应该理解的是，实施例并不将其应用限制于以下说明中阐述的或在附图中展示的配置细节和部件布置。实施例能够以多种不同的方法来实践或实施。还应理解的是，本文使用的措辞和术语是出于说明的目的，而不应视为限制性的。“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有”、及其变型的使用意指涵盖了下文列出的项及其等同物、以及附加项。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”、及其变型被广泛使用，并且涵盖直接安装、连接、支撑和联接和间接安装、连接、支撑和联接两种情况。

附加地，应理解的是，实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，为了讨论的目的，这些部件或模块可以被展示和描述为好像大多数部件仅在硬件中实现。然而，本领域的普通技术人员基于对此详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施例中，基于电子的方面可以在可由一个或多个处理单元(比如微处理器和/或专用集成电路(“ASIC”))执行的软件(例如，存储在非暂态计算机可读介质上)中实现。如此，应注意的是，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件来实现实施例。例如，说明书中描述的“服务器”、“计算装置”、“控制器”、“处理器”等可以包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接部件的多个不同的连接件(例如，系统总线)。

结合量或条件使用的相对术语，比如“约”、“大约”、“基本上”等，将被本领域普通技术人员理解为包含所述的值并且具有由上下文所规定的含义(例如，术语至少包括与测量精度相关联的误差程度、与特定值相关联的公差[例如，制造、组装、使用等]等)。这样的术语还应被视为披露了由两个端点的绝对值定义的范围。例如，表述“约2到约4”也披露了范围“2到4”。相对术语可以指加减所指示的值的百分比(例如，1％、5％、10％、或更多)。

应当理解，虽然某些附图展示了位于特定装置内的硬件和软件，但是这些描绘仅出于说明的目的。本文中描述为由一个部件执行的功能可以由多个部件以分布式方式执行。同样，由多个部件执行的功能可以由单一部件合并和执行。在一些实施例中，所展示的部件可以组合或划分成单独的软件、固件和/或硬件。例如，逻辑和处理可以分布在多个电子处理器之间，而不是位于单一电子处理器中并由其执行。无论硬件部件和软件部件如何组合或划分，硬件部件和软件部件都可以位于同一计算装置上或者可以分布在通过一个或多个网络或其他合适的通信链路连接的不同计算装置之间。类似地，被描述为执行特定功能的部件也可以执行本文未描述的附加功能。例如，以某种方式“配置”的装置或结构至少以该方式被配置，但是也可以以未明确列出的方式被配置。

通过考虑详细说明和附图，本披露的其他方面和方面将变得清楚。

附图说明

图1是根据一些实施例的动力工具的侧视图。

图2是根据一些实施例的图1的动力工具的框图。

图3是根据一些实施例的图1的用于动力工具的可选择的电流限制的方法的流程图。

图4是根据一些实施例的在电流限制被启用时，图1的动力工具的平均电流、电流阈值、PWM设置之间的关系的图示。

具体实施方式

如上所述，动力工具马达汲取的电流可以基于工具上的比如螺丝刀头、钻头、锯链(例如，在链锯上)、锯片等受驱动器具上的负载而变化。例如，在高负载情况下(例如，切割硬而厚的木材)比在低负载情况下(例如，切割软而薄的木材)所汲取的电流可以更多。在电池供电的动力工具中，过量的电流汲取可能会导致动力工具运行时间的减少或电池组的损坏。

图1展示了动力工具100的一个实例实施例。在所展示的实例中，动力工具100是动力手持式修剪工具或便携式链锯。链锯100由可充电的动力工具电池组110供电。例如，所展示的电池组110是被配置成连接到除了链锯100之外的各种工具并且为各种工具供电的可互换的电池组。在所展示的实施例中，电池组110包括杆120。在其他实施例中，电池组110是滑动式电池组并且不包括杆120。在一些实施例中，电池组110是包括串联连接的三个电池单元(未示出)的12伏锂离子电池组。在其他实施例中，电池组110可以包括更少或更多的电池单元，并且电池组110可以具有其他标称输出电压、比如14.4伏、18伏等。附加地或可替代地，电池单元可以具有除锂离子以外的化学物质，比如镍镉、镍金属氢化物等。在仍其他实施例中，链锯100可以是有线动力工具。

继续参考图1，链锯100包括壳体130。壳体130限定手柄壳体部分140、马达壳体部分150和驱动壳体部分160。在所展示的实施例中，手柄壳体部分140从驱动壳体部分160和马达壳体部分150延伸。在其他实施例中，手柄壳体部分140可以从驱动壳体部分160或马达壳体部分150延伸。在所展示的实施例中，手柄壳体部分140包括与马达壳体部分150相反设置的电池接纳部分170。电池组110的至少一部分可以联接到电池接纳部分170。在其他实施例中，电池接纳部分170可以被限定在壳体130上的其他地方或壳体内的其他地方。

参考图1，所展示的壳体130进一步包括在驱动壳体部分160与电池接纳部分170之间延伸的手柄保护件180。手柄壳体部分140包括用于使用者在操作链锯100时抓握的至少一个抓握表面190。手柄保护件180可以支撑调节工具或按钮，该调节工具或按钮用于调节链锯100上的设置的可移除。开关200位于手柄壳体部分140上以操作链锯100。如所展示的，开关200是接通/断开触发开关。在其他实施例中，开关200可以是变速触发开关、双速触发开关、按钮或另一个合适的致动器。附加的电流限制开关210设置在手柄壳体部分140上、靠近开关200并且可由使用者触及，使得使用者可以使用一只手来操作开关200和电流限制开关210。电流限制开关210例如是用于启用或禁用如下文描述的电流限制特征的两位开关。在一些实施例中，电流限制开关210可以被设置在其他位置、例如在手柄保护件180上、在驱动壳体部分160上、在马达壳体部分150上。在其他实施例中，电流限制开关210可以被设置在工具外、例如在执行软件应用的智能电话的图形用户界面上，其中，智能电话通过智能电话和链锯100上的相应的兼容式无线通信接口(例如，

收发器或

收发器)与链锯100无线通信。

参考图2，链锯100包括电子处理器220、存储器230、马达240、逆变桥250、放电开关260、以及电流传感器270。电子处理器220可以实现为例如微处理器、微控制器、现场可编程门阵列、专用集成电路等。存储器230可以是电子处理器220的一部分，或者可以是单独的部件。存储器230可以包括例如程序存储区域和数据存储区域。存储器230存储可执行指令，这些指令在由电子处理器220执行时使链锯100执行本文描述的功能。例如，电子处理器220控制马达240以及电池组110与马达240之间的电流供应。电子处理器220和存储器230一起形成电子控制器。

马达240可以是无刷型直流马达。逆变桥250包括联接在电池组110与马达240之间的多个场效应晶体管(FET)。电子处理器220例如通过可以与电子处理器220分开或结合到电子处理器中的栅极驱动器(未示出)来控制多个FET的脉冲宽度调制周期，以操作和控制马达240的速度。电子处理器220可以使用闭环速度控制、开环速度控制或两者的组合来操作马达240。特别地，在本申请中，以选定的速度操作马达240可以包括使用闭环速度控制以特定的速度操作马达240，使用开环速度控制以特定的占空比操作马达240，或者两者的组合。例如，在闭环速度控制中，电子处理器220(例如，通过变速触发开关200)接收期望速度，以初始脉冲宽度调制(PWM)占空比驱动逆变桥250，(例如，使用被配置成检测转子磁体的旋转的霍尔(Hall)传感器)检测马达240的速度，并且向上或向下调节PWM占空比以实现期望速度。例如，在开环速度控制中，电子处理器220接收(例如，与变速触发开关200的压下量成比例的)期望速度，访问存储在存储器230中的查找表以获得映射到期望速度的PWM占空比，并且以从存储器获得的PWM占空比驱动逆变桥250。在一些实施例中，在开关200是接通/断开开关的情况下，电子处理器220基于马达240上的负载或如下文描述的并且存储在存储器230中的其他标准来设定期望速度。

动力工具100包括用于将马达240的旋转运动传递到受驱动工具器具(例如，链锯或修剪工具链)的传动装置(在驱动壳体部分160中)。相应地，通过控制马达速度(例如，通过开环速度控制或闭环速度控制)，工具输出也得到控制。通过致动开关200启动动力工具100。将开关200致动到接通位置可以闭合放电开关260，从而允许电流从电池组110流向马达240。类似地，将开关200致动到断开位置可以打开放电开关260，从而终止电池组110与马达240之间的电流。在一些实施例中，不是直接控制放电开关260，而是开关200向电子处理器220提供信号，电子处理器进而基于从开关200接收的信号来控制放电开关260。

电流传感器270测量流向马达240的电流并且向电子处理器220提供电流量的指示。在一些实施例中，电流传感器270连续提供流向马达240的瞬时电流的指示。在其他实施例中，电流传感器270以离散的时间间隔提供瞬时电流的指示。电子处理器220接收指示并且可以确定在预定时间段内的平均电流。在一些实施例中，可以在电流传感器270与电子处理器220之间提供慢响应滤波器(例如，低通滤波器)、快响应滤波器、慢响应滤波器和快响应滤波器的组合。滤波器连续地或以离散的时间间隔向电子处理器220提供平均电流的指示。

以高电流汲取操作链锯100可能迅速耗尽电池，导致链锯100的运行时间缩短。以高电流汲取长时间段操作链锯100还可能在链锯100中产生热量。在一些实施例中，当汲取的电流超过预定阈值时，电子处理器220可以关掉工具，以延长运行时间并且减少热量产生。然而，这恶化了动力工具100的用户体验。特别地，链锯100的频繁停止和启动可能会给使用者造成烦恼。

图3是用于链锯100的选择性电流限制的实例方法300的流程图。虽然关于链锯进行了描述，但是该方法也适用于其他动力工具(例如，钻孔机、冲击工具、往复锯、圆锯、斜切锯、打磨器等)。方法300包括使用电流传感器270确定平均电流(在框310处)。电子处理器220基于直接从电流传感器270或通过平均滤波器接收的指示来确定平均电流。电子处理器220可以确定从工具启动到电流测量时刻的平均电流。可替代地，电子处理器220可以确定在每个测量时刻的电流移动平均值或在预定时间段内的平均电流。移动平均值例如是通过使电流传感器270读数通过慢响应滤波器而确定的缓慢移动的电流平均值，或者是通过使电流传感器270读数通过快响应滤波器而确定的快速移动的电流平均值。慢响应滤波器比快响应滤波器确定在更长的时间段内的平均电流。在一些实施例中，电子处理器220基于快速移动的电流平均值和缓慢移动的电流平均值来确定不同的平均值。

该方法还包括使用电子处理器220来确定平均电流是否超过预定电流阈值(在框320处)。电子处理器220将平均电流和存储在存储器230中的预定电流阈值进行比较。当平均电流超过预定电流阈值时，电子处理器220继续进行框310，以确定平均电流的下一个时刻或间隔。电子处理器220然后包括当平均电流超过预定电流阈值时确定平均电流与预定电流阈值的偏差(在框330处)。在一些实施例中，电子处理器220使用执行比较的软件来确定平均电流。在一些实施例中，电子处理器220使用外部比较器确定平均电流，该外部比较器接收预定电流阈值和平均电流并且将预定电流阈值和平均电流进行比较。比较器然后向电子处理器220发送平均电流偏离预定电流阈值多少的指示。

方法300包括使用电子处理器220与平均电流与预定电流阈值的偏差成比例地减少的PWM占空比(在框340处)。电子处理器220减少向逆变桥250中的多个FET提供的PWM信号的PWM占空比。PWM占空比减少量是基于平均电流偏离预定电流阈值的量(例如，与平均电流偏离预定电流阈值的量成比例)。在一些实施例中，与偏差成比例地减少PWM占空比包括分段式地减少PWM占空比。例如，对于0％-10％的最大偏差，PWM占空比可以减少10％，对于10％-20％的最大偏差，PWM占空比可以减少20％等等。在其他实施例中，与偏差成比例地减少PWM占空比包括根据最大偏差的百分比连续地减小PWM占空比。最大偏差例如是链锯100的绝对电流极限与预定电流阈值之差。

在一个实例中，链锯100包括PWM占空比最大极限。PWM占空比最大极限例如是100％。当链锯100被接通时或者在被接通后的软启动期间之后，链锯100以对应于PWM占空比最大极限的速度操作。链锯100还包括PWM占空比下限。PWM占空比下限例如是30％。在一些实施例中，即使当平均电流与预定电流阈值之间的偏差超过PWM占空比最大极限与PWM占空比下限之差时，电子处理器220也不会将PWM占空比减少到PWM占空比下限以下。

图4展示了用于链锯100的选择性电流限制的方法300的线形图400。线形图400绘制了在链锯100的操作时间内的平均电流410、PWM占空比420、以及预定电流阈值430。如所展示的，链锯100在启动时以PWM占空比最大极限440操作。电子处理器220从启动时跟踪平均电流410。当平均电流410在时间T1时超过预定电流阈值430时，电子处理器220与平均电流410与预定电流阈值430之差成比例地减少PWM占空比420。电子处理器220基于平均电流410超过预定电流阈值430来增加和减少PWM占空比420，如线形图400所示。然而，如在时间T2时所示，即使当平均电流410与预定电流阈值430之差超过PWM占空比最大极限440与PWM占空比下限450之差时，电子处理器220也不会将PWM占空比减少到PWM占空比下限450以下。在时间T3时，当平均电流410返回到预定电流阈值430以下时，电子处理器220将PWM占空比420增加回到PWM占空比最大极限。

在一些实施例中，仅在电流限制被用户启用时才执行电流限制方法300。如上述所讨论的，使用者可以使用电流限制开关210来启用或禁用电流限制特征。同样如上所述，电流限制开关210可以作为与链锯100无线通信的智能电话应用上的软件按钮或者智能电话应用和软件按钮两者而被设置在链锯100上的不同位置处。电子处理器220从电流限制开关210(在链锯100或智能电话上)接收电流限制开关210是被启用还是被禁用的指示。电子处理器220基于指示确定电流限制是否被启用(或被禁用)。作为响应，当电流限制开关210被启用时，电子处理器220执行如关于方法300描述的电流限制，并且当电流限制开关210被禁用时，电子处理器不执行如关于方法300描述的电流限制。当电流限制开关210被禁用时，电子处理器220可以不与平均电流成比例地改变PWM占空比，并且当平均电流或瞬时电流超过绝对电流极限时，电子处理器可以仅断开链锯100。

上述方法的一个优点是在电池组耗尽之前增加了动力工具的运行时间。

因此，本文描述的实施例尤其提供了动力工具的可选择的电流限制。

Claims (20)

1.一种动力工具，包括：

壳体；

马达，该马达处于该壳体内；

电流传感器，该电流传感器被配置成测量该马达的电流；

逆变桥，该逆变桥选择性地将电力从电源提供到该马达；以及

电子处理器，该电子处理器连接到该电流传感器和该逆变桥，该电子处理器被配置成：

使用该电流传感器确定平均电流，

确定该平均电流是否超过预定电流阈值，

确定该平均电流与该预定电流阈值的偏差，并且

与该平均电流与该预定电流阈值的偏差成比例地减少脉冲宽度调制(“PWM”)占空比，

其中，该PWM占空比对应于向该逆变桥提供的PWM信号。

2.如权利要求1所述的动力工具，其中，该平均电流是通过使该电流传感器读数通过慢响应滤波器而确定的缓慢移动的电流平均值。

3.如权利要求1所述的动力工具，其中，该平均电流是通过使该电流传感器读数通过快响应滤波器而确定的快速移动的电流平均值。

4.如权利要求1所述的动力工具，进一步包括触发开关，其中，该电子处理器进一步被配置成当该触发开关被接通时，使用该逆变桥以最大占空比驱动该马达。

5.如权利要求4所述的动力工具，其中，即使当该平均电流与该预定电流阈值之差超过该最大占空比与PWM占空比下限之差时，该PWM占空比也不会减少到该PWM占空比下限以下。

6.如权利要求4所述的动力工具，进一步包括电流限制开关，其中，该电子处理器被配置成当该电流限制开关被接通时，与该平均电流与该预定电流阈值的偏差成比例地减少该PWM占空比。

7.如权利要求6所述的动力工具，其中，该电子处理器被配置成当该电流限制开关被断开并且该平均电流超过该预定电流阈值时停止该马达。

8.如权利要求6所述的动力工具，其中，该电流限制开关被设置在该壳体上。

9.如权利要求6所述的动力工具，其中，该电流限制开关被设置在与该动力工具无线通信的外部装置的图形用户界面上。

10.如权利要求1所述的动力工具，其中，该电子处理器进一步被配置成：

将该平均电流与该预定电流阈值的偏差确定为最大偏差的百分比；并且

使该PWM占空比减少该最大偏差的百分比。

11.一种用于动力工具的可选择的电流限制的方法，该方法包括：

使用该动力工具的逆变桥来驱动该动力工具的马达；

使用该动力工具的电流传感器确定流向该马达的平均电流；

使用该动力工具的电子处理器确定该平均电流是否超过预定电流阈值；

使用该电子处理器确定该平均电流与该预定电流阈值的偏差；以及

使用该电子处理器与该平均电流与该预定电流阈值的偏差成比例地减少PWM占空比，

其中，该PWM占空比对应于向该逆变桥提供的PWM信号。

12.如权利要求11所述的方法，其中，该平均电流是通过使该电流传感器读数通过慢响应滤波器而确定的缓慢移动的电流平均值。

13.如权利要求11所述的方法，其中，该平均电流是通过使该电流传感器读数通过快响应滤波器而确定的快速移动的电流平均值。

14.如权利要求11所述的方法，进一步包括当该动力工具的触发开关被接通时，使用该逆变桥以最大占空比驱动该马达。

15.如权利要求14所述的方法，其中，即使当该平均电流与该预定电流阈值之差超过该最大占空比与PWM占空比下限之差时，该PWM占空比也不会减少到该PWM占空比下限以下。

16.如权利要求14所述的方法，其中，当电流限制开关被接通时，执行与该平均电流与该预定电流阈值的偏差成比例地减少该PWM占空比。

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括当该电流限制开关被断开并且该平均电流超过该预定电流阈值时停止该马达。

18.如权利要求16所述的方法，其中，该电流限制开关被设置在该动力工具的壳体上。

19.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

将该平均电流与该预定电流阈值的偏差确定为最大偏差的百分比；以及

使该PWM占空比减少该最大偏差的百分比。

20.一种动力工具，包括：

壳体；

马达，该马达处于该壳体内；

电流传感器，该电流传感器被配置成测量该马达的电流；

逆变桥，该逆变桥选择性地将电力从电源提供到该马达；以及

电子处理器，该电子处理器连接到该电流传感器和该逆变桥，该电子处理器被配置成：

使用该电流传感器确定平均电流，

确定该平均电流是否超过预定电流阈值，

确定该平均电流与该预定电流阈值的偏差，并且

基于该平均电流与该预定电流阈值的偏差来减少脉冲宽度调制(“PWM”)占空比，

其中，该PWM占空比对应于向该逆变桥提供的PWM信号。

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