RU2064396C1

RU2064396C1 - Электропривод ручного инструмента

Info

Publication number: RU2064396C1
Application number: RU92014503A
Authority: RU
Inventors: А.А. Голубев; В.Д. Жарков; Р.А. Майский; В.И. Мафтер; В.И. Сагаловский; А.С. Шацкий
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "БЭЛИН Лтд."
Priority date: 1992-12-23
Filing date: 1992-12-23
Publication date: 1996-07-27

Abstract

Использование: область машиностроения, может быть использовано в ручном инструменте, например - угловых шлифовальных машинках, дрелях, гайковертах, рубанках. Сущность изобретения - обеспечение безопасности работы. Это достигается созданием инструмента на базе малоинерционного моментного вентильного электродвигателя 1 с определенной схемой управления. Эта схема обеспечивает за время, не превышающее время реакции человека, измерение момента, сравнение его с заданной величиной, отстройку от случайных возмущений и помех, отключение инструмента в случае превышения момента и останов выходного вала. Блок-схема управления содержит выпрямитель 9, пусковое устройство 10, схему динамического торможения 11, инвертор 12, блоки задержки 15, 16 схему токовой защиты 17, и блок формирования сигналов управления 18. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ручном инструменте, например угловых шлифовальных машинках, дрелях, гайковертах, рубанках и т.п.

Одним из недостатков ручного инструмента, особенно повышенной мощности является резкое возрастание момента на рукоятке при заклинивании режущего инструмента. Так, например, заклинивание сверла при выходе из вязких металлов (нержавеющей стали, титана и т.п.) приводит к резкому возрастанию момента на рукоятке дрели и к возможному закручиванию рук, т.е. травме работника. Тот же эффект наблюдается и при работе с циркулярной пилой при отработке пиломатериалов значительной толщины.

Другим существенным недостатком ряда ручных инструментов является возможность длительного выбега выходного вала после отключения инструмента. Следует проявлять особую осторожность вследствие того, что после отключения, например, угловой шлифовальной машины шлифовальный камень еще длительное время вращается с большой скоростью и представляет опасность для окружающих.

Существуют машины, в которых имеется оба указанных недостатка, например
угловая шлифовальная машина при работе с отрезным диском.

Прототипом изобретения является электропривод ручного инструмента, содержащий электродвигатель, схему управления и выключатель [1]
Техническим результатом является обеспечение безопасности работы ручного инструмента.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид ручного инструмента; на фиг. 2 блок-схема управления вентильным электродвигателем.

Основными конструктивными элементами представленного на фиг. 1 конкретного исполнения ручного инструмента в виде электрошлифовальной машинки являются вентильный моментный электродвигатель 1, редуктор 2, рукоятка 3 с выключателем 4 и кожух 5, защищающий шлифовальный круг 6. Схема управления вентильным электродвигателем 1 располагается в отдельном корпусе 7, что значительно уменьшает вес и габариты инструмента, находящегося в руках работающего.

Схема управления электродвигателем 1, выполненным вентильным моментным, с датчиком положения ротора 8, включает в себя выключатель 9, пусковое устройство 10, схему динамического торможения 11, инвертор 12, вторичный источник питания 13, автомат защиты 14, первый блок задержки 15, второй блок задержки 16, схему токовой защиты 17 и блок формирования сигналов управления 18.

Этот блок для трехфазного электродвигателя 1, представленного в данной схеме, выполнен реализующим функцию:

Входы выпрямителя 9 и вторичного источника питания 13 соединены с источником переменного напряжения. Это подключение возможно осуществить через автомат защиты 14, как показано на фиг. 2. Выход выпрямителя 9 соединен со входом пускового устройства 10, выходом соединенного со входом схемы динамического торможения 11. Выход схемы динамического торможения 11 соединен со входом инвертора 12, выходом подключенного к обмоткам фаз A, B, C электродвигателя 1.

Датчик положения ротора 8 соединен со входом блока формирования сигналов управления 18, который может быть реализован на любой элементной базе; с помощью микропроцессора, реле, логических элементов. В зависимости от фазности используемого электродвигателя, схема изменяется, остается постоянной ее функция последовательное подключение полюсов выпрямителя к фазам электродвигателя в соответствии с сигналами датчика положения ротора.

Сигналы с шести выходов блока поступают к управляемому входу инвертора 12. На чертеже показано условно два управляющих входа в соответствии с расположением силовых ключей инвертора: три из них подключены к отрицательному полюсу выпрямителя 9, и три к положительному. Вход схемы токовой защиты 17 соединен с датчиком тока 19. В приведенном варианте схема содержит последовательно соединенные преобразователь тока в напряжение 20, пороговое устройство 21 и формирователь импульсов 22. В общем случае исполнения выход схемы токовой защиты 17 подключается к управляющему выходу инвертора 12, соединенному с отрицательным полюсом выпрямителя 9. На фиг. 2 приведен вариант исполнения, в котором имеется счетчик импульсов 23, входом соединенный с выходом формирователя импульсов 22. А выходом с управляющим входом блока формирования сигналов управления 18 и с управляющим входом схемы динамического торможения 11. Вход обнуления счетчика подключен к выходу первого блока задержки 15. Вход блока задержки 15 соединен с первым полюсом выключателя 4, второй полюс которого соединен с одним из выходов вторичного источника питания 13, вырабатывающего ряд напряжений, необходимых для питания электронных узлов схемы управления.

Управляющий вход схемы динамического торможения 11 соединен с первым полюсом электродвигателя 4. Управляющий вход пускового устройства 10 соединен с первым полюсом выключателя 4 (в общем случае), а при наличии в схеме блоков задержки это соединение осуществляется через второй блок задержки 16.

Работа ручного инструмента осуществляется следующим образом.

Переменное напряжение от сети через автомат защиты 14 подается на выпрямитель 9 и вторичный источник питания 13. После выпрямителя 9 сглаженное напряжение (или с помощью установки фильтра, или применением специального многоимпульсного выпрямителя) подается на инвертор 12, соединенный с фазами A, B, C электродвигателя 1 с постоянными магнитами на роторе для создания вращающегося магнитного поля.

В режиме, когда выключатель 14 отключен, все ключи инвертора 12 выключены. Схема динамического торможения 11 отключает электродвигатель 1 от источника питания, закорачивая цепь якоря на сопротивление динамического торможения
В режиме, когда выключатель 4 включен, сигнал включения электродвигателя 1 проходит на контактор схемы динамического торможения 11 и напряжение питания через пусковое устройство 10 поступает на инвертор 12, ключи которого выключены.

Управляющие сигналы с датчика положения ротора 8 (фаз A, B, C) через усилитель (не показан) проходят на блок формирования сигналов управления 18, который по сигналу, поступающему на его управляющий вход, формирует сигналы управления шестью ключами инвертора 12, подключая к источнику питания требуемые фазы электродвигателя 1, в результате чего возникает вращательный момент. Ключи A⁺, B⁺, C⁺ подключают фазы A, B, C к положительному полюсу выпрямителя 9, ключи A^-, B^-, C^- подключают к отрицательному полюсу. Задержка сигнала включения, установленная первым блоком задержки 15, обеспечивает включение контактора схемы динамического торможения 11 до подключения ключей инвертора 12, что позволяет исключить коммутацию пускового тока через контактор схемы динамического торможения 1. Электродвигатель 1 приходит во вращение в пусковом режиме. Через период времени, установленный вторым блоком задержки 16, в пусковом устройстве 10 шунтируется пусковое сопротивление, переводя электродвигатель 1 в рабочий режим.

Отключение выключателя 4 приводит к снятию сигналов включения контактора схемы динамического торможения 11 и блока формирования сигналов управления 18, причем, без задержек времени. Поэтому ключи инвертора 12 отключаются раньше, чем контактор схемы динамического торможения 11, что позволяет исключить коммутацию рабочего тока электродвигателя 1 контактором схемы динамического торможения 11. Размыкание указанного контактора обеспечивает динамическое торможение электродвигателя путем закорачивания цепи якоря на динамическое сопротивление.

Предусмотрена аварийная защита электродвигателя 1 от перегрузки по моменту (типа импульсного токоограничения). В выбранном типе вентильного моментного электродвигателя во всем диапазоне нагрузок момент строго пропорционален току. Сигнал, пропорциональный току электродвигателя 1 (моменту на валу), поступает от датчика тока 19, через преобразователь тока в напряжение 20, на пороговое устройство 21. Превышение этим сигналом установленного уровня, соответствующего заданному максимальному току электродвигателя, т.е. предельно допустимому моменту на валу, приводит в вырабатыванию пороговым устройством 21 сигнала токоограничения, поступающего на формирователь импульсов 22 отключения силового инвертора 12. Эти импульсы имеют определенную фиксированную длительность, достаточную для снижения тока электродвигателя 1 до номинальной величины. Физически сигнал отключения электродвигателя поступает на ключи A^-, B^-, C^-, соединяющие фазы A, B, C электродвигателя 1 с отрицательным полюсом выпрямителя 9 и имеющие общую точку. Если после снятия сигнала отключения ток электродвигателя не достигнет максимально-допустимого значения, продолжается нормальная его работа. В противном случае, опять сформируется импульс отключения инвертора 12 фиксированной длительности. Эти циклы отключения-включения фиксируются счетчиком импульсов 23 с целью исключения ложного выключения электродвигателя 1 от случайных сбоев. Только при устойчивом превышении заданного момента, когда счетчик импульсов 23 насчитает N импульсов токоограничения, он выдает окончательный сигнал выключения блока формирования сигналов управления 18, запрещающий прохождение сигналов от датчика положения ротора 8 к инвертору 12 и включает схему динамического торможения 11 с целью исключения воздействия сил инерции на корпус, т.е. на руки работающего. При этом счетчик импульсов 23 сам себя останавливает (защелкивается). Его возврат в исходное состояние ("Обнуление") производится при отключении выключателя 4.

Отсутствие сигнала с выключателя 4 или наличие сигнала токоограничения с выхода схемы токовой защиты 17, когда счетчик импульсов 23 насчитал N импульсов, приводит к отключению блоков формирования сигналов управления 18 всех ключей инвертора. Включение ключей инвертора 12 происходит при включении выключателя 4 и отсутствии сигнала на выходе счетчика импульсов 23. Таким образом, для возобновления нормальной работы необходимо выключить выключатель 4, освободив выходной вал от недопустимой нагрузки и снова включить выключатель 4, т.е. произвести повторный запуск привода.

В соответствии с описанием изобретение очевидно, что его использование позволяет получить следующие преимущества по сравнению с известными ручными инструментами: обеспечена безопасность работы вследствие практически мгновенного останова рабочего инструмента; значительно повышена надежность работы, что обусловлено введением различных мер, предусматривающих защиту электродвигателя от перегрузок по моменту, от ложных сбоев контактора схемы динамического торможения; улучшена массо-габаритные показатели вследствие размещения схемы управления в отдельном корпусе и замены коллекторного двигателя на вентильный; по той же причине повышена долговечность т.к. изнашиваемость узлов коллекторного двигателя значительно выше, чем вентильного, моментного.

Claims

1. Электропривод ручного инструмента, содержащий электродвигатель, схему управления и выключатель, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен вентильным, моментным, с датчиком положения ротора, в электропривод дополнительно введены выпрямитель, инвертор, вторичный источник питания, блок формирования сигналов управления и датчик тока, схема управления выполнена в виде пускового устройства, схемы динамического торможения и схемы токовой защиты, при этом входы выпрямителя и вторичного источника питания предназначены для соединения с источником переменного напряжения, выход выпрямителя соединен с входом пускового устройства, выход которого подключен к входу схемы динамического торможения, выход схемы динамического торможения соединен с входом инвертора, выход которого соединен с обмотками фаз электродвигателя, выход датчика положения ротора электродвигателя связан с входом блока формирования сигналов управления, выход которого подключен к управляющему входу инвертора, датчик тока включен в силовую цепь питания электродвигателя, выход датчика тока соединен с входом схемы токовой защиты, выход которой соединен с управляющим входом инвертора, управляющий вход блока формирования сигналов управления, управляющий вход схемы динамического торможения и управляющий вход пускового устройства подключены к первому полюсу выключателя, второй полюс которого соединен с выходом вторичного источника питания.

2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что схема токовой защиты содержит соединенные последовательно преобразователь тока в напряжение, пороговое устройство и формирователь импульсов.

3. Электропривод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно введен счетчик импульсов, входом соединенный с выходом схемы токовой защиты, а выходом с управляющим входом блока формирования сигналов управления и управляющим входом схемы динамического торможения.