JP2015533663A - ねじ回しを制御する方法、及びねじ回し - Google Patents

Abstract

【解決手段】所定の実効電圧(Ueff soll)でトルク(M) に対する回転速度(n) の特徴的な比を有する電動機(7) を備えたねじ回し(1) を制御する方法を開示しており、方法は、−電動機(7) を作動させるための実効電圧(Ueff soll)を定める工程、−予め定められた実効電圧(Ueff soll)で所定の遮断トルク(Msoll)に対応する遮断回転速度(nab)を定める工程、−予め定められた実効電圧(Ueff soll)でねじ回し(1) を負荷をかけて作動させる工程、ねじ回しの作動中、−回転速度(n) を決定する工程、及び−遮断回転速度(nab)に達すると電動機(7) を停止する工程を有する。

Description

本発明は、電動機を備えたねじ回しを制御する方法、及び電動機を備えたねじ回しに関する。

電動式ねじ回しは、電動機を有する駆動部と出力部とを備えている。駆動部は、例えば伝動部を介して出力部と機械的に結合されている。出力部は一般に、断面が正方形状の軸ソケットを有しており、例えばソケットレンチが軸ソケット上に取り付けられてもよい。

所定のトルクに達すると、電動機による電流によってトルク関連の遮断が行われる、電動機を備えたねじ回しが公知である。この場合、電流の設定値がアクチュエータによって予め設定されている。ねじ締め動作中、電流が起動段階後に連続的に測定され、電流の所定の設定値に達するか又は該所定の設定値を超過すると即座に、制御により更なる電流供給が阻止され、それによってねじ回しのスイッチが切られる。

独国特許出願公開第3500714 号明細書

測定変量「電流」を使用して制御するとき、電流が一方では回転速度制限又は回転速度規制が生じた場合のための制御変数でもあるので、問題又は不正確さが生じる場合がある。従って、この制御変数の変化に起因する電流の変化により、トルク制御の測定値が妨げられる。更に電動機の電流が、相当な電流の変動を引き起こす整流子を通って流れ、電流の変動は測定値の対応する平滑化によってのみ補われ得る。その結果、制御中、関連する電流変化が遅延して評価される。

電流をパラメータとして使用して制御するために、予め定められた電動機特性を制御中に記憶しなければならない。しかしながら、動作中の実際の特性は、例えば電場に対する電機子の位置のため、又は整流子によって引き起こされる電流経路の抵抗により異なる場合がある。電流経路の抵抗は、石炭片の位置の機械的な変化に加えて、石炭片の製造公差及び磨耗により左右され得る。このようなずれを考慮する場合、追加の非常に複雑なセンサを設ける必要がある。

このような制御では、達すべきトルクでのスイッチオフがかなり高い回転速度で行われることが多いため、高い残留運動エネルギーがトルクの制御されていない更なる増加を引き起こし、これは別の不正確さを表わす。

独国特許出願公開第3500714 号明細書から、電動機が様々な電動機特性に応じて作動可能であるように、電動機の動作電圧を調整することによりねじ回しを制御することが公知である。このねじ回しは、電動機の停止直前に電動機が最も高いトルクを生成することに基づいている。従って、電動機の停止で到達可能なトルクが所望のトルクに相当する電動機特性が選択され、電動機はこの電動機特性の基となる電動機の動作電圧で作動する。

しかしながら、電動機のスイッチが切られる度に電動機が停止まで作動し、電動機に短絡電流が流れるので、このような方法は問題を引き起こし得る。このため、電動機が破損する場合があり、又は、このような作動方法を可能にする特殊な電動機を選択する必要がある。最小動作電圧が電動機を作動させるべく印加される必要があるので、既知のねじ回しで設定され得る最小遮断トルクは下限値を有する。従って、電動機が静止しているときにこの最小動作電圧で到達可能なトルクは、調整可能な最小遮断トルクである。

従って、先行技術の欠点を回避しながら、遮断トルクを柔軟に設定することができる一方、電動機が短絡電流の範囲で作動することを防ぐねじ回しを制御する方法及びねじ回しを提供することを本発明の目的とする。

本発明の方法は、請求項１の特徴によって定義されている。本発明のねじ回しは、請求項８の特徴によって定義されている。

本発明の方法によれば、所与の実効電圧で回転速度とトルクとの特徴的な比を有する電動機を備えたねじ回しを制御するために、
− 前記電動機を作動させるための実効電圧を予め定める工程、
− 予め定められた前記実効電圧で所定の遮断トルクに対応する遮断回転速度を予め定める工程、
− 予め定められた前記実効電圧でねじ回しを負荷をかけて作動させる工程、
前記ねじ回しの作動中、
− 前記回転速度を決定する工程、及び
− 前記遮断回転速度に達すると、前記電動機のスイッチを切る工程
を行う。

本発明に係る方法は、ある電動機では、トルクに対する回転速度の特徴的な比が所与の実効電圧で存在することに基づいている。これは、所与の実効電圧における電動機特性が一定の過程を有し、特徴的なトルク値があらゆる回転速度と関連付けられ得ることを意味する。従って、所望の遮断トルクに達するために、２つの値が予め定められる。まず、電動機を作動させるための実効電圧が予め定められ、それによって電動機特性が選択される。その後、予め定められた遮断トルクに対応する遮断回転速度がこの電動機特性に関して決定され予め定められる。ねじ回しが負荷をかけられて作動している間、つまりねじ回しが回されるべきねじ上に載置されている間、例えば電動機の回転速度を継続的に検査し、予め定められた遮断回転速度に達すると、電動機のスイッチを切る。

従って、遮断トルクの到達を非常に単純な方法でモニタすることができる。更に、本発明の方法によって、遮断トルクを柔軟に調整することが可能になり、ほとんどいかなる遮断トルクも設定することが可能になる。本発明の方法は電動機を停止まで作動させることにより遮断トルクに達することに依存しないので、あらゆる任意の遮断回転速度を予め定めることが可能になる。更に、回転速度を単純な方法で予め定めることが可能であるため、本発明の方法をデバイスに関する技術的な努力をほとんど必要とすることなく行うことができる。

本発明の方法では、実効電圧をパルス幅変調又は位相角制御によって制御してもよい。このように、実効電圧を非常に単純で非常に正確な方法で予め定めることができる。

これに関連して、位相角又はパルス幅変調を可変に設定可能であってもよい。このため、作動中、例えば本線電圧が変動する場合に実効電圧を一定に維持することが可能になる。このために、例えば、実効電圧又は本線電圧をモニタしてそれに応じて位相角を再調整する制御を行ってもよい。

本発明の方法では、利用可能な本線電圧を決定し、利用可能な本線電圧が予め定められた実効電圧を印加するのに不十分である場合、電動機のスイッチを切ってもよい。これに関連して、対応するエラー表示を例えば制御手段によって生成して表示してもよい。このため、予め定められた遮断トルクに実際に到達可能である場合のみ、本発明の方法によって制御されるねじ回しを起動させるという利点がある。

更に、ねじ回しの作動中に、負荷をかけられた電動機の実効電圧を決定し、実効電圧が予め定められた実効電圧から逸脱する場合に実効電圧を調整してもよい。位相角を調整することにより実効電圧を調整することが好ましい。

従って、本発明の方法により、予め定められた実効電圧が高精度で維持されるので、本発明の方法によって、予め定められた遮断トルクでねじ回しのスイッチを非常に高い精度で切ることが可能になる。それによって、本発明の方法では、電動機は、予め定められた実効電圧により選択された電動機特性に基づいて高い信頼性で作動する。

本発明の方法の変形例では、電動機によって生成され得る最大回転速度を制限してもよい。それによって、例えばねじ回しへの負荷が低過ぎる場合、電動機が超過速度で作動することが回避されるため、電動機の破損が回避される。

本発明の方法の特に好ましい実施形態では、電動機の起動後、遮断回転速度を一度超過した後のみ、又は所定の期間の後のみ、電動機のスイッチオフを規制する遮断制御部を起動させる。起動後、電動機がまず停止から始動するので、電動機は始動後一定期間、遮断回転速度未満で作動する。遮断制御部が始動段階で事前に電動機のスイッチを切ることを回避するために、予め選択された遮断回転速度に達したとき若しくは該遮断回転速度を一度超過したとき、又は電動機が一定期間事前に作動した後のみ、この遮断制御部が有効になるので、電動機が遮断回転速度を超過したことが保証され得る。そのため、本発明の制御方法を高い信頼性で行うことができる。

本発明の方法では、回転速度を電動機の作動データから決定してもよく、又は、回転速度を直接測定してもよい。ここで、回転速度を電動機の出力軸で直接又はねじ回しの出力部で決定することが可能である。しかしながら、その際に、回転速度をねじ回しの出力部で決定するとき、介在する場合があるギア機構を考慮しなければならないことに留意すべきである。

出力部と電動機を有する駆動部とを備えた本発明のねじ回しでは、電動機は所与の実効電圧でトルクに対する回転速度の特徴的な比を有しており、前記駆動部は前記電動機を制御するための制御手段を有しており、前記電動機を駆動する実効電圧が前記制御手段によって設定可能であり、回転速度検出デバイスが前記ねじ回しの作動中に前記電動機の回転速度を検出し、遮断回転速度が前記制御手段によって設定可能であり、前記回転速度検出デバイスは検出された回転速度を前記制御手段に伝え、前記制御手段は、前記遮断回転速度に達すると前記電動機のスイッチを切る。

従って、本発明のねじ回しは、ねじ回しを制御するための本方法を使用して特に有利な方法で作動可能である。実効電圧及び遮断回転速度を予め定めることによって、本ねじ回しにより、遮断トルクを高精度に決定することが可能になる。作動中に遮断トルクでねじ回しのスイッチを切る。本発明の制御手段により、ねじ回しが特に有利に柔軟な方法で使用され得る。

本発明によれば、制御手段は、実効電圧を調整するために位相角制御部又はパルス幅変調部を有してもよい。このような制御は実効電圧を調整する際に特に効果的であることが分かっている。

電動機として、例えば交直両用電動機又は直流電動機を使用してもよい。このような電動機は市販されており、所与の実効電圧でトルクに対する回転速度の特徴的な比を有していることが有利である。

制御手段又は出力部は回転速度制限器を有してもよい。回転速度制限器が出力部に配置されている場合、回転速度制限器は例えば機械式であってもよい。制御手段では、回転速度制限器は電子式であることが好ましい。回転速度制限器を設けることにより、電動機が例えば負荷が低過ぎる場合に超過速度で作動するのを防ぎ、結果として電動機が破損するのを防ぐ。

本発明の一実施形態では、駆動部又は電動機に回転速度カウンタが配置されている。回転速度検出デバイスが回転速度カウンタを有してもよく、回転速度カウンタは例えば磁気パルス発生器、光パルス発生器又はホールセンサであってもよい。回転速度カウンタは、例えば電動機、駆動部又は出力部に配置されてもよい。言うまでもなく、制御手段で回転速度を電子的に検出することが更に可能である。

本発明を、以下の図面を参照して以下に詳細に説明する。

本発明に係るねじ回しを示す概略側面図である。 本発明に係るねじ回しの電動機の様々な電動機特性を示す概略図である。

図１は、本発明のねじ回し1 を概略的に示す側面図である。ねじ回し1 は出力部3 及び駆動部5 を備えている。駆動部5 は、出力部3 を回転可能にする電動機7 を有している。図１では、電動機7 は単に概略的に示されている。出力部3 は（図１に示されていない）伝動部を有してもよく、伝動部によって、電動機7 により生成される回転運動が変換されて正方形状の軸9 に伝えられる。正方形状の軸9 はソケットレンチを受ける機能を有し、例えばソケットレンチと共にねじ回し1 がねじ（不図示）上に載置され得る。

例えば直流電動機又は交直両用電動機として設計されてもよい電動機7 は、所与の実効電圧U_effでトルクM に対する回転速度n の特徴的な比を有している。従って、所与の実効電圧U_effでは、特徴的なトルクM があらゆる回転速度n と関連付けられ得る。

電動機7 は制御手段11によって制御され得る。この点について、電動機を駆動する実効電圧U_effは、予め定められた実効電圧U_{eff soll} として制御手段11で設定され得る。更に、遮断回転速度n_ab が制御手段11によって設定され得る。回転速度検出デバイス13が、ねじ回し1 の作動中に電動機7 の回転速度を検出する。回転速度検出デバイス13によって検出された回転速度は作動中に制御手段11に与えられ、遮断回転速度n_ab に達すると、制御手段11が電動機7 のスイッチを切る。遮断回転速度n_ab に達すると遮断トルクM_soll が電動機7 によって生成されるように、遮断回転速度n_ab は予め定められている。この点について、所望のトルクが出力部3 によってねじに伝えられるように遮断トルクM_soll が選択されている。

制御手段11は実効電圧U_effを調整するための位相角制御部15を有している。実効電圧U_effは、位相角制御部15によって有利な方法で調整され得る。この点について、位相角制御部15は規制手段を更に有してもよい。規制手段によって、予め定められた実効電圧U_{eff soll} が予め定められた値に維持されるため、本線電圧の変動又は負荷をかけられた電動機7 の実効電圧の変化を再調整することが可能になる。

出力部3 は回転速度制限器17を有してもよく、回転速度制限器17によって電動機7 の回転速度が制限される。図示された本発明の実施形態では、回転速度制限器17は例えば機械式に設計されている。言うまでもなく、制御手段が回転速度制限器を有しており、回転速度制限器が電子的に作動することが更に可能である。回転速度制限器は更に駆動部5 に配置されてもよい。

回転速度検出デバイス13は、例えば磁気パルス発生器、光パルス発生器又はホールセンサとして構成された回転速度カウンタ19を有してもよい。

図１に示された実施形態では、ねじ回し1 にケーブル接続部21を介して電力が供給される。言うまでもなく、ねじ回し1 が蓄電池を有しており、従って本線から独立していることが更に可能である。

本発明のねじ回し1 は、ねじ回しを制御するための本方法によって有利に作動するように成してある。

本発明の方法について説明するために、図２は、様々な実効電圧U_effに関する複数の電動機特性を示している。所与の実効電圧U_effで回転速度n が夫々特徴的なトルクM と関連付けられ得るように、個々の実効電圧に関する電動機特性は連続的に低下している。本発明のねじ回し1 の動作では、まず実効電圧U_effが定められ、実効電圧_Ueffによって遮断トルクM_soll に達することが可能である。遮断トルクM_soll は、ねじ接続に適用される所望のトルクが到達可能なトルクである。図２に示されている実施形態では、第３の電動機特性が、予め定められた実効電圧U_{eff soll} に対応する電動機特性である。更に、予め定められた実効電圧U_{eff soll} で遮断トルクM_soll を生成する遮断回転速度n_ab が予め定められている。電動機7 が予め定められた実効電圧U_{eff soll} で駆動される。ここで、電動機7 がまず、回転速度n が実効電圧によって定められた電動機特性に達するまで作動する。その際に、電動機7 は、遮断回転速度n_ab に相当する回転速度の範囲を更に通過する。制御手段11がそのときに電動機7 のスイッチを事前に切ることを防ぐために、制御手段11は、遮断回転速度n_ab に達して一度超過した後のみ起動させる遮断ロジックを有してもよい。時間の経過と共に、電動機7 は選択された電動機特性で作動する。電動機7 に作用するねじ接続の負荷によってトルクが増加するので、回転速度n が減少する。ねじ回し1 の作動中、回転速度n を回転速度検出デバイス13によって常時モニタする。遮断回転速度n_ab に達すると、遮断トルクM_soll に達して電動機7 のスイッチを制御手段11によって切る。

図２から明らかなように、最大回転速度n_maxが更に予め定められており、電動機7 の回転速度を回転速度制限器17によってこの最大回転速度に制限する。

従って、本発明の方法により、実効電圧U_eff及び遮断回転速度のみを予め定めるだけで、ほとんどいかなる遮断トルクも柔軟に調整することが可能になる。本発明の方法により、電動機に短絡電流が流れるように電動機を停止まで作動させることを回避することが可能になるので、電動機7 の破損が更に防止されるため、ほとんどいかなる直流電動機又は交直両用電動機も使用可能である。

Claims (12)

1. 所与の実効電圧(U_{eff soll} )でトルク(M) に対する回転速度(n) の特徴的な比を有する電動機(7) を備えたねじ回し(1) を制御する方法であって、
   − 前記電動機(7) を作動させるための実効電圧(U_{eff soll} )を予め定める工程、
   − 予め定められた前記実効電圧(U_{eff soll} )で所定の遮断トルク(M_soll )に対応する遮断回転速度(n_ab )を予め定める工程、
   − 予め定められた前記実効電圧(U_{eff soll} )でねじ回し(1) を負荷をかけて作動させる工程、
   前記ねじ回しの作動中、
   − 前記回転速度(n) を決定する工程、及び
   − 前記遮断回転速度(n_ab )に達すると、前記電動機(7) のスイッチを切る工程
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記実効電圧(U_eff )をパルス幅変調又は位相角制御(15)によって規制することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 位相角又はパルス幅変調を可変に調整可能であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 作動中、前記電動機(7) の実効電圧を決定し、該実効電圧が予め定められた前記実効電圧(U_{eff soll} )から逸脱する場合、前記実効電圧を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記電動機(7) が生成可能な最大回転速度(n) を制限することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記電動機の起動後、前記遮断回転速度(n_ab )に達するか若しくは該遮断回転速度を一度超過した後のみ、又は所定の期間の後のみ、前記電動機(7) のスイッチオフを規制する遮断ロジックを起動させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記回転速度(n) を前記電動機(7) の作動データから決定するか、又は直接測定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 出力部(3) と電動機(7) を有する駆動部(5) とを備えたねじ回し(1) であって、前記電動機(7) は所与の実効電圧(U_{eff soll} )でトルク(M) に対する回転速度(n) の特徴的な比を有しており、前記駆動部(5) は前記電動機(7) を制御するための制御手段(11)を有しており、前記電動機(7) を駆動する実効電圧(U_eff)が前記制御手段(11)によって調整可能な前記ねじ回しであって、
   回転速度検出デバイス(13)が、前記ねじ回し(1) の作動中に前記電動機(7) の回転速度を検出し、
   遮断回転速度(n_ab )が前記制御手段(11)によって設定可能であり、
   前記回転速度検出デバイスは検出された回転速度(n) を前記制御手段(11)に伝え、前記制御手段(11)は、前記遮断回転速度(n_ab )に達すると前記電動機(7) のスイッチを切ることを特徴とするねじ回し。
9. 前記制御手段(11)は、前記実効電圧(U_eff)を調整するためのパルス幅変調部(15)又は位相角制御部を有していることを特徴とする請求項８に記載のねじ回し(1) 。
10. 前記電動機(7) は交直両用電動機又は直流電動機であることを特徴とする請求項８又は９に記載のねじ回し(1) 。
11. 前記制御手段(11)又は前記出力部(3) は回転速度制限器(17)を有していることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のねじ回し(1) 。
12. 前記回転速度検出デバイス(13)は回転速度カウンタ(19)を有していることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載のねじ回し(1) 。
    

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