CN1255248C - 带有安全离合器的电动手工工具及其控制方法 - Google Patents

带有安全离合器的电动手工工具及其控制方法 Download PDF

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Abstract

在一带有一可通过微型控制器(1)电控的安全离合器的电动手工工具中测量电动机的扭矩(M)和任选测量输入电流(I)，其中在微型控制器(1)的第一运算元件中电动机输入电流(I)通过电动机特征曲线(3)或者扭矩(M)通过滤波元件(8)静态折算成换算的扭矩(M′)，它在微型控制器(1)的控制单元(7)中与测出的扭矩(M)比较，在超过差值(Δ)的阈值时产生一控制信号，并通过安全离合器切断力传递链。

Description

带有安全离合器的电动手工工具及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种至少部分旋转工作的电动手工工具，为手电钻或冲击钻，具有一安全离合器，以便在危险的运行状态时，如刀具卡死，中断从电力驱动装置到主轴之间的力的传递。本发明还涉及用于控制这种电动手工工具的方法。
背景技术
在旋转工作的电动手工工具中出现的刀具卡死，例如在混凝土中钻孔时碰到钢筋时，由于与之相关的突然升高的扭矩使电动手工工具的壳体产生沿刀具轴线的旋转，这可能导致操作者受伤。这种高的扭矩通常通过力传递链内的打滑离合器加以限制。
按DE3707052在电动手工工具中通过一微型控制器用一加速度传感器测量壳体的旋转运动，当超过一阈值时通过安全离合器断开力传递链。其前提条件是壳体必要的运动空间。如果例如直接在墙边钻孔，这是不可能的，并且操作者的手可能被夹住，由此附加地需要一纯机械的打滑离合器。此外这种方法需要比较高的运算能力，从而需要昂贵的微型控制器。
按US5563482电动手工工具包含一微型控制器，它通过转速传感器实时测量电动机转速，并通过另一传感器测量输入电流。微型控制器在应用测得的电动机转速的情况下硬件和软件控制地通过输入电流调节电动机扭矩，并对它进行监控。但是在扭矩过高时输入电流的中断由于转子的惯性导致壳体过大的转动。
按DE4334933在电动手工工具中壳体的旋转振动通过加速度传感器测量，并在一段时间窗口内缺少零行程时便通过安全离合器切断力传递链。在振动很小时比较小的扭矩上升也可能导致不必要地切断力传递链。
发明内容
本发明的目的是，实现一种带安全离合器的电动手工工具，它只有在扭矩上升大时才切断力传递链；另外，还实现一种用于上述电动手工工具的控制方法。
为了实现上述目的，在本发明的装置方面，首先提供了这样一种在带有一电动机的力传递链内具有一可通过微型控制器电气控制的安全离合器的电动手工工具，其中测出的电动机输入电流作为输入量列入微型控制器，在微型控制器的第一运算元件内电动机的输入电流通过电动机特性曲线静态折算成换算的扭矩，它作为输入量接入微型控制器的控制单元，并在超过一阈值时在输出端产生一用于安全离合器的控制信号，以切断力传递链，其特征为：作为第二输入量在微型控制器的控制单元上接入测出的扭矩，它与换算的扭矩比较，并在超过阈值时通过控制单元两个输入量的差值在输出端产生控制信号。为了实现上述目的，在本发明的装置方面，还提供了这样一种在带有一电动机的力传递链内具有一可通过微型控制器电气控制的安全离合器的电动手工工具，其中在微型控制器的控制单元内在超过一阈值时输出端上可产生一用于安全离合器的控制信号，其特征为：作为第一输入量在微型控制器的控制单元上接入一通过滤波元件电子滤波的测量扭矩作为换算扭矩，作为第二输入量在微型控制器的控制单元上直接接入测出的扭矩，它与换算的扭矩比较，在超过阈值时通过控制单元两个输入量的差值在输出端产生控制信号。
为了实现上述目的，在本发明的方法方面，提供了这样一种用来控制一在带有一电动机的力传递链内具有一可通过微型控制器控制的安全离合器的电动手工工具的方法，其中第一步先测量电动机的输入电流，并通过电动机特性曲线静态折算成换算的扭矩，或者采用电气滤波的测量扭矩作为静态换算的扭矩，在最后一步中通过与一阈值比较在输出端产生一用于安全离合器的控制信号，以切断力传递链，其特征为：在第二步中测出扭矩，它与静态换算的扭矩形成的差值用来与一阈值比较。
在带有可通过微型控制器电气控制的安全离合器的电动手工工具中主要测量电动机的扭矩和输入电流，其中在第一种实施方案中在微型控制器的第一运算元件内电动机的输入电流通过电动机特性曲线静态地折算成换算的扭矩，它在微型控制器的控制单元内与测量的扭矩比较，在扭矩差超过一阈值时通过安全离合器切断力传递链。
因为由于力传递链的动力学特性，如转子的惯性和力传递链的抗扭强度电动机电流根据一阶和高阶滤波器时间滞后地对扭矩的变化作出反应，但是这种动力学特性没有考虑在静态换算的扭矩之内，测量的和换算出的扭矩之间的差值是扭矩上升的一个尺度。
此外有益地测量电动机的转速，并在微型控制器的第二运算元件内通过摩擦特性曲线折算成换算的摩擦力矩，它在一加法器内加在静态换算出的扭矩上，由此提高其精确度。
在第二种实施方案中测出的扭矩直接和附加地通过一低通滤波元件电子滤波地提供给微型控制器，低通滤波元件像通过输入电流静态换算的扭矩一样时间滞后地对扭矩变化作出反应。
在微型控制器的控制单元内测出的扭矩附加地与一固定的阈值作比较，在差值超过一阈值时通过安全离合器切断力传递链。
其次微型控制器的控制单元有利地包含其他的延迟和滤波元件，由此那种不会导致对于操作者有危险的壳体偏转的短暂的扭矩尖峰不造成力传递链的切断。
为了通过安全离合器切断力传递链微型控制器附加地通过一可控的制动装置控制电动机转子的制动，例如通过将转子绕组内的剩余电压在接通一换向极绕组的情况下输入换极的主绕组中。
附图说明
参照一优良的实施例用以下附图对本发明作较详细的说明：
图1微型控制器的第一种实施方案的示意框图；
图2微型控制器的第二种实施方案的示意框图。
具体实施方式
按图1未示出的、在具有带一可控的制动装置的电动机的力传递链内含有一未画出的可电气控制的安全离合器的电动手工工具具有一微型控制器1，它上面接入测出的扭矩M，电动机的输入电流I和转速n作为其输入参数。在微型控制器1的第一运算元件2内加在输入端上的电动机的输入电流I通过电动机特性曲线3静态地折算成输出端的电力扭矩，在该扭矩上通过加法器4加上一个换算的摩擦扭矩，其中在微型控制器1的第二运算元件5内由加在输入端上的转速n通过摩擦特性曲线6折算成输出端的换算摩擦扭矩，在加法器4的输出端存在作为静态换算的扭矩M′。在微型控制器1的控制单元7中用加法器4的输出和测量的扭矩M作为输入量，通过两个输入量的差值Δ与一阈值的比较在超过该阈值时作为输出信号产生一用于安全离合器和制动装置的控制信号θ。
按图2未画出的、在具有带一可控的制动装置的电动机的力传递链内含有一未画出的可电气控制的安全离合器的电动手工工具具有一微型控制器1，它上面接入测出的扭矩M。接入输入端的扭矩M通过一电子滤波元件8比换算的扭矩M′时间上延迟地作为第一输入量提供给微型控制器1的控制单元7，换算的扭矩和作为第二输入量的测量扭矩一起通过两个输入量的差值Δ与一阈值的比较在超过阈值时作为输出信号产生一用于安全离合器和制动装置的控制信号θ，安全离合器与微型控制器1可控地连接。

Claims (8)

1.在带有一电动机的力传递链内具有一可通过微型控制器(1)电气控制的安全离合器的电动手工工具，其中测出的电动机输入电流(I)作为输入量列入微型控制器(1)，在微型控制器(1)的第一运算元件(2)内电动机的输入电流(I)通过电动机特性曲线静态折算成换算的扭矩(M′)，它作为输入量接入微型控制器(1)的控制单元(7)，并在超过一阈值时在输出端产生一用于安全离合器的控制信号(θ)，以切断力传递链，其特征为：作为第二输入量在微型控制器(1)的控制单元(7)上接入测出的扭矩(M)，它与换算的扭矩(M′)比较，并在超过阈值时通过控制单元(7)两个输入量的差值(Δ)在输出端产生控制信号(θ)。
2.按权利要求1的电动手工工具，其特征为：作为微型控制器(1)的附加输入量测出的电动机转速(n)接入微型控制器(1)的第二运算元件(5)，此转速通过摩擦特性曲线(6)在第二运算元件(5)的输出端折算成一换算的摩擦力矩。
3.按权利要求2的电动手工工具，其特征为：第二运算元件(5)的输出和第一运算元件(2)的输出构成加法器(4)的输入，它在输出端形成一换算的扭矩(M′)。
4.在带有一电动机的力传递链内具有一可通过微型控制器(1)电气控制的安全离合器的电动手工工具，其中在微型控制器(1)的控制单元(7)内在超过一阈值时输出端上可产生一用于安全离合器的控制信号(θ)，其特征为：作为第一输入量在微型控制器(1)的控制单元(7)上接入一通过滤波元件(8)电子滤波的测量扭矩(M)作为换算扭矩(M′)，作为第二输入量在微型控制器(1)的控制单元(7)上直接接入测出的扭矩(M)，它与换算的扭矩(M′)比较，在超过阈值时通过控制单元(7)两个输入量的差值(Δ)在输出端产生控制信号(θ)。
5.按上述权利要求之任一项的电动手工工具，其特征为：微型控制器(1)的控制单元(7)包含延迟和/或滤波元件。
6.用来控制一在带有一电动机的力传递链内具有一可通过微型控制器(1)控制的安全离合器的电动手工工具的方法，其中第一步先测量电动机的输入电流(I)，并通过电动机特性曲线静态折算成换算的扭矩(M′)，或者采用电气滤波的测量扭矩(M)作为静态换算的扭矩(M′)，在最后一步中通过与一阈值比较在输出端产生一用于安全离合器的控制信号(θ)，以切断力传递链，其特征为：在第二步中测出扭矩(M)，它与静态换算的扭矩(M′)形成的差值(Δ)用来与一阈值比较。
7.按权利要求6的方法，其特征为：在最后的工步中附加地将测出的扭矩(M)与一固定不变的阈值比较。
8.按权利要求6或7的方法，其特征为：在最后的工步中微型控制器(1)附加地控制电动机转子的制动。
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