CN114097172A - 使用可选择性连接的电阻的马达制动 - Google Patents

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Abstract

一种使用可选择性连接的电阻进行马达制动的装置和方法。该方法包括：响应于用户输入的致动，使用电动工具的马达控制器控制电力开关网络以驱动电动工具的马达，以及使用马达控制器确定可变工具特性。该方法还包括使用马达控制器确定用户输入被停止致动。该方法还包括当可变工具特性满足工具特性阈值时，使用马达控制器控制电力开关网络以制动马达，以及当可变工具特性不满足工具特性阈值时，使用马达控制器控制制动电路以制动马达。制动电路包括一个或多个电阻负载并且选择性地联接到马达的马达端子。

Description

使用可选择性连接的电阻的马达制动
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年6月10日提交的申请号为62/859,274的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本文描述的实施方式涉及用于制动电动工具的马达的马达制动电路。
背景技术
一些电动工具包括制动控制以在触发器被释放后使马达停止。为了满足某些行业标准，马达可能需要在指定的时间段(例如，规定的时间)内完全停止。一些电动工具包括大的、成本高的制动电阻，其用于在马达制动期间吸收马达所产生的能量。
发明内容
当制动电阻吸收马达中的多余电流时，用于制动的大电阻会产生过多的热量，这些热量集中在一个位置。用于从***散热的电阻和部件增加了电动工具的制造成本。因此，本文所述的至少一些实施方式提供了用于制动马达的改进技术，其降低了电动工具的成本、改进了电动工具的热管理并且为电动工具提供额外的节省空间的布局选择。
一些实施方式提供了一种电动工具，包括：电源、马达、连接在电源和马达之间的电力开关网络、被配置为被致动以驱动马达的用户输入。该电动工具还包括制动电路，该制动电路包括一个或多个电阻负载并且被配置为选择性地联接到马达的马达端子，以及连接到电力开关网络和制动电路的马达控制器。马达控制器被配置为响应于用户输入的致动来控制电力开关网络以驱动马达以及确定可变工具特性。马达控制器还被配置为确定用户输入被停止致动并响应于用户输入被停止致动而确定可变工具特性是否满足工具特性阈值。马达控制器还被配置为当可变工具特性满足工具特性阈值时控制电力开关网络制动马达，以及当可变工具特性不满足工具特性阈值时控制制动电路制动马达。
马达可以是包括三个马达端子的三相马达。制动电路的一个或多个电阻性负载可以包括三个电阻性负载，其分别用于三个马达端子中的一个。
制动电路还可包括一个或多个制动开关，并且马达控制器控制一个或多个制动开关以选择性地将一个或多个电阻负载联接到马达端子。一个或多个制动开关可以包括由马达控制器控制的场效应晶体管(FET)。马达控制器可以对一个或多个制动开关执行脉冲宽度调制(PWM)控制以制动马达。制动电路被配置为选择性地将马达端子彼此联接、选择性地将马达端子联接到接地、或选择性地将马达端子联接到电源的端子。
可变工具特性可以是***阻抗，并且当***阻抗高于***阻抗阈值时，可变工具特性满足工具特性阈值。
可变工具特性可以是马达电流，并且当马达电流低于再生制动阈值时，可变工具特性满足工具特性阈值。
马达控制器还可以被配置为在使用制动电路制动马达时确定马达电流降低到再生制动阈值以下，并且响应确定马达电流降低到低于再生制动阈值，从控制制动电路以制动马达切换到控制电力开关网络以制动马达。
马达控制器还可以被配置为使用电力开关网络来执行再生制动以将制动电流重新导向到电源。
电动工具可以包括直连式电源接口，从而在没有由电动工具的触发器控制的通/断开关的情况下提供电源和电力开关网络之间的连接。在一些情况下，在没有机械通/断开关和/或没有电固态开关装置的情况下提供电源和电力开关网络之间的连接。
一些实施方式提供了一种用于制动电动工具的马达的方法，包括：响应于用户输入的致动，使用电动工具的马达控制器控制电力开关网络以驱动电动工具的马达，并且使用马达控制器确定可变工具特性。该方法还包括使用马达控制器确定用户输入被停止致动并且响应于用户输入被停止致动而使用马达控制器确定可变工具特性是否满足工具特性阈值。该方法还包括当可变工具特性满足工具特性阈值时，使用马达控制器控制电力开关网络以制动马达，以及当可变工具特性不满足工具特性阈值时，使用马达控制器控制制动电路以制动马达。具有一个或多个电阻负载的制动电路选择性地联接到马达的马达端子。
将制动电路选择性地联接到马达端子还可以包括使用马达控制器控制一个或多个制动开关以将一个或多个电阻负载联接到马达端子。该方法还可包括使用马达控制器执行一个或多个制动开关的PWM控制以使用制动电路制动马达。
该方法可以包括使用电力开关网络执行再生制动以在使用电力开关网络制动马达时将制动电流重新导向到电源。
通过考虑详细描述和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据一些实施方式的电动工具的侧视图。
图2示出了根据一些实施方式的图1的电动工具的框图。
图3A和图3B示出了根据一些实施方式的图1的电动工具的电力开关网络和制动电路的框图。
图4是根据一些实施方式的制动图1的电动工具的马达的方法的流程图。
图5是根据一些实施方式的制动图1的电动工具的马达的方法的流程图。
在详细解释本发明的任何实施方式之前，应当理解，本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以不同的方式实践或实施。另外，应当理解，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的而不应被认为是限制性的。本文所使用的“包括”、“包含”和“具有”及其变型意在涵盖其后列出的项目及其等同项目以及附加项目。术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变型被广义地使用并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和联接。此外，“连接”和“联接”并不限于物理或机械连接或联接并且可以包括直接或间接的电连接或联接。
应当注意，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同结构部件来实现本发明。此外，如在随后的段落中所描述的，附图中所示的特定配置旨在举例说明本发明的实施方式并且其他替代配置也是可能的。除非另有说明，否则术语“处理器”、“中央处理单元”和“CPU”可以互换。当术语“处理器”或“中央处理单元”或“CPU”用于识别执行特定功能的单元时，应当理解，除非另有说明，否则这些功能可以由单个处理器或以任何形式布置的多个处理器(包括并行处理器、串行处理器、串联处理器或云处理/云计算配置)执行。
具体实施方式
图1示出了包含无刷直流(DC)马达的电动工具100。在诸如电动工具100的无刷马达电动工具中，开关元件由来自控制器的控制信号选择性地启用和禁用以选择性地施加来自电源(例如，电池组)的电力以驱动无刷马达。电动工具100是无刷锤钻，其具有壳体102，壳体102包括手柄部分104和马达壳体部分106。电动工具100还包括输出驱动器107(示出为卡盘)、扭矩设置拨盘108、正向/反向选择器110、触发器112、电池接口114和灯116。尽管图1示出了锤钻，但在一些实施方式中，本文所描述的马达并入到其他类型的电动工具中，包括钻机、冲击驱动器、冲击扳手、角磨机、圆锯、往复锯、线式修剪机、吹叶机、真空吸尘器等。
图2示出了无刷电动工具100的简化框图，其包括电源122、电力开关网络124、马达126、霍尔传感器128、马达控制器130、用户输入132、制动电路134和其他部件136(电池组电量计、工作灯(LED)、电流/电压传感器等)。电源122向电动工具100的各个部件提供直流电力并且可以是电动工具电池组，其可充电并且使用例如锂离子电池技术。在一些情况下，电源122可以从联接到标准壁装插座的工具插头接收交流电力(例如，120V/60Hz)，然后过滤、调节和整流接收到的电力以输出直流电力。每个霍尔传感器128都输出马达反馈信息，例如当转子的磁体在霍尔传感器128的表面上旋转经过时的指示(例如，脉冲)。基于来自霍尔传感器128的马达反馈信息，马达控制器130可以确定转子的位置、速度和加速度。马达控制器130还从用户输入132接收用户控制，例如通过按下触发器112或移动正向/反向选择器110。响应于马达反馈信息和用户控制，马达控制器130将控制信号传输到电力开关网络124以驱动马达126，如关于图3A和图3B更详细地解释的。在一些实施方式中，电动工具100可以是无传感器电动工具，其不包括霍尔传感器128或其他用于检测转子的位置的位置传感器。而是，转子的位置可以基于马达126的电感或马达126中产生的反电动势来检测。尽管未示出，但马达控制器130和电动工具100的其他部件电联接到电源122，以使得电源122向其提供电力。
图3A和图3B示出了电力开关网络124和制动电路134的电路图。电力开关网络124包括多个高侧电力开关元件140(例如，场效应晶体管[FET])和多个低侧电力开关元件144(例如，FET)。制动电路134包括多个制动电阻148(分别为148a、148b、148c)和多个制动开关元件152(分别为152a、152b、152c)，例如制动场效应晶体管(FET)。马达控制器130提供控制信号以控制高侧FET 140和低侧FET 144从而基于马达反馈信息和用户控制来驱动马达，如上所述。例如，响应于检测到触发器112的拉动和来自正向/反向选择器110的输入，马达控制器130提供控制信号以选择性地启用和禁用FET 140和144(例如，依次地、成对地)，从而导致来自电源122的电力被选择性地施加到马达126的定子线圈以引起转子的旋转。更具体地，为了驱动马达126，马达控制器130在第一时间段内启用第一高侧FET 140和第一低侧FET 144对(例如，通过在FET的栅极端子处提供电压)。响应于基于来自霍尔传感器128的脉冲确定马达126的转子已经旋转，马达控制器130禁用第一FET对并启用第二高侧FET 140和第二低侧FET 144。响应于基于来自霍尔传感器128的脉冲确定马达126的转子已经旋转，马达控制器130禁用第二FET对，并启用第三高侧FET 140和第三低侧FET 144。响应于基于来自霍尔传感器128的进一步脉冲确定马达126的转子已经旋转，马达控制器130禁用第三FET对并再次启用第一高侧FET 140和第三低侧FET144。这种循环地启用成对的高侧FET 140和低侧FET 144的顺序重复进行以驱动马达126。此外，在一些实施方式中，控制信号包括脉冲宽度调制(PWM)信号，其具有与触发器112的触发器拉动量成比例设置的占空比，以控制马达126的速度或扭矩。
为了停止马达126，马达控制器130使低侧FET 144短路(即，启用低侧FET 144并禁用高侧FET 140)以允许反电动势流过马达126的马达线圈。反电动势在转子的磁体上提供制动力。对于其中可能希望马达126更快停止的电动工具100(例如，锯、研磨机等)，使用额外的电阻来制动马达126。如图3A和图3B所示，马达控制器130控制制动开关元件152闭合，从而将多个制动电阻148连接到马达126的电流路径。多个制动电阻148吸收多余的电流并使马达126更快地停止(与没有制动电路134的电动工具100相比)。
在图3A和图3B所示的示例中，制动电路134包括三个电阻148，其每一个分别用于马达126的一个端子(U、V和W)。通过控制制动开关元件152，制动电阻148选择性地连接到相应的马达端子。马达控制器130提供控制信号以控制制动开关元件152从而制动马达。例如，响应于检测到触发器112的释放，马达控制器130提供控制信号以选择性地启用制动开关元件152，从而导致马达126中的剩余电力或至少其大部分被制动电阻148吸收。在制动电路134中，来自马达126的多余的电流被引导到接地或电源122的负极端子，而不是返回到马达126。另外，制动电路134与电力开关元件140、144分开设置，以在不使用电力开关元件140、144的情况下制动马达126。
在一些实施方式中，制动电路134使马达端子短路。例如，制动开关152将制动电阻148联接在马达端子之间，以使得当制动开关152被启用时，马达端子中的电力流被制动电阻148吸收。
在一些实施方式中，马达控制器130可以实施制动开关元件152的PWM控制以制动马达126。马达控制器130选择性地启动制动开关元件152以将电流从马达线圈引导到制动电阻148中。
使用图3A和图3B中提供的多个电阻148的一个优点包括避免了使用高成本的大电阻。另外，来自电阻148的热量在电动工具100内的较大区域上消散，使得由制动引起的热密度较低。
在图3A所示的示例中，电动工具100包括直连式电源接口156。即，提供了电源122和电力开关网络124之间的连接而不包括由电动工具100的触发器112控制的机械通/断开关。通常，电动工具可以包括机械开关，例如，联接在电源122和电力开关网络124之间的电流路径上的继电器或固态驱动开关。机械开关用于启用或禁用从电源122到电力开关网络124的电力并且由触发器112机械地控制。作为由触发器112机械地控制的机械开关的替代，电动工具100可以不包括机械开关，而是例如可以包括由马达控制器130控制的FET 158，以选择性地将电源122连接到电力开关网络124或从电力开关网络124断开(例如，基于触发器的拉动)。在一些实施方式中，直连式电源接口156不包括机械开关或电固态开关装置(即FET 158)(如图3B所示)，以使得电力直接从电池组提供到电力开关网络124。具体地，在一些实施方式中，没有机械或电气开关的直连式电源接口156是提供制动电路134的优点。当FET 158被移除以形成直连式电源接口156时，制动开关元件152用于制动马达同时不在电源122上连接低阻抗。机械继电器或FET 158的功能因此可由制动开关元件152执行。
图4是用于制动电动工具100的马达126的示例方法400的流程图。在所示的示例中，方法400包括使用马达控制器130检测触发器的拉动(在块404)。当触发器112被拉动时，马达控制器130从用户输入132接收指示触发器112被拉动的输入。例如，触发器传感器(例如，按钮开关、霍尔传感器、电位计或力传感器)可以检测触发器被按下并向马达控制器130输出指示拉动状态(例如，被拉动或未被拉动)的信号。在一些实施方式中，马达控制器130还可接收指示触发器被拉动的距离的输入，该输入指示用于马达的变速控制的期望速度。
方法400包括使用马达控制器130控制电力开关网络124以驱动马达126(在块408)。电力开关网络124包括多个高侧电力开关元件140和多个低侧电力开关元件144。马达控制器130提供控制信号以控制高侧FET 140和低侧FET 144，从而基于马达反馈信息和用户控制来驱动马达126，如上所述。
方法400还包括使用马达控制器130确定***阻抗(在块412)。马达控制器130可以检测马达126和/或电力开关网络124的阻抗。在一个示例中，马达阻抗在制造期间通过模拟和/或实验进行测量并被保存在马达控制器130的存储器中。马达控制器130通过与电源122(例如，电源122的电池组控制器)通信以检索电源阻抗或通过使用电压和/或电流传感器测量电源122的阻抗来确定***阻抗(包括电池和/或电源阻抗)。然后，根据电源阻抗和马达阻抗确定***阻抗。通常，当***阻抗较高时，马达制动更有效。然而，在低速或低扭矩操作时，***(例如，马达126和/或电力开关网络124)可能没有足够的阻抗来使马达在规定的停止时间内停止。因此，在一些实施方式中，马达控制器130持续地确定并跟踪***的阻抗。
方法400包括使用马达控制器130确定触发器112是否被释放(在块416)。当触发器112被释放时，马达控制器130从用户输入132的触发器传感器接收指示触发器112被释放的输入。马达控制器130基于来自用户输入132的输入确定触发器释放状态。当触发器112没有被释放时，方法400继续驱动马达。
当触发器112被释放时，方法400包括使用马达控制器130确定***阻抗是否大于或等于阻抗阈值(在块420)。当来自用户输入132的输入指示触发器被释放时，马达控制器130确定***阻抗是否足以制动马达126。在一些实施方式中，马达控制器130可以在触发器112被释放之后确定***阻抗。
当***阻抗不大于或等于阻抗阈值时，方法400包括使用马达控制器130控制制动电路134以制动马达126(在块424)。例如，马达控制器130可以启用制动开关元件152以将制动电阻148连接到马达端子(U、V和W)。制动电阻148吸收马达126中的电流并使马达在规定的停止时间内停止。制动电阻148的电阻值是基于规定的停止时间而选择的。例如，停止时间越短，所选择的制动电阻148的电阻值越大。在一些实施方式中，即使当***阻抗足以制动马达126时，马达控制器130也使用制动电路134来制动马达126(例如，块420和424被绕过)。当制动电路134用于制动马达126时，马达电流流过制动电阻148并流到接地或到电源122的负极端子。或者，制动电路134与马达端子(U、V和W)形成闭合电路，以使得马达电流流过制动电阻148。
当***阻抗大于或等于阻抗阈值时，方法400包括使用马达控制器130控制电力开关网络124以制动马达126(在块428)。马达控制器130选择性地启用例如低侧FET 144以将来自马达126的电流引导至电源122的接地或负端子。在一些实施方式中，马达控制器130可以将马达电流例如通过高侧FET 140的续流二极管(freewheeling diode)引导至电源122，以使用制动电流为电源122充电。方法400重复以确定电动工具100的下一次触发器拉动。
图5是用于制动电动工具100的马达126的示例方法450的流程图。在所示的示例中，方法450包括使用马达控制器130检测触发器的拉动(在块454)。如上所述，用户输入132的触发器传感器可以向马达控制器130提供触发器的拉动的指示。方法450包括使用马达控制器130控制电力开关网络124以驱动马达126(在块458)。马达控制器130提供控制信号以控制高侧FET 140和低侧FET 144从而基于马达反馈信息和用户控制来驱动马达126，如上所述。
方法450还包括使用马达控制器130确定马达电流(在块462)。马达控制器130可以使用电流传感器来检测流过马达126的电流量以确定马达126的扭矩。在再生制动期间，由马达126中的转子磁体产生的电流被引导至电源122，例如，以为电源122充电。然而，流向电源122的过量电流可能会损坏电源122或电动工具100的其他电气部件。因此，在一些实施方式中，马达控制器130持续地确定并跟踪马达扭矩的马达电流以用于再生制动。
方法450包括使用马达控制器130确定触发器112是否被释放(在块466)。马达控制器130基于来自用户输入132的触发传感器的输入来确定触发器释放状态。当触发器112未被释放时，方法450继续驱动马达126。
当触发器112被释放时，方法450包括使用马达控制器130确定马达电流是否大于或等于再生电流阈值(在块470)。当来自用户输入132的输入指示触发器112被释放时，马达控制器130确定马达电流或马达扭矩是否大于或等于再生电流阈值(例如，利用比较操作)。再生电流阈值可以被选择为在马达126制动期间可以安全地使用以为电源122充电的电流。在一些实施方式中，马达控制器130可以在触发器112被释放之后确定马达电流或扭矩。
当马达电流大于再生电流阈值时，方法450包括使用马达控制器130控制制动电路134以制动马达126(在块474)。例如，马达控制器130可以启用制动开关元件152将制动电阻148连接到马达端子(U、V和W)。制动电阻148吸收马达126中的电流并使马达126在规定的停止时间内停止。在一些实施方式中，即使当马达电流低于再生电流阈值时，马达控制器130也使用制动电路134来制动马达126。当制动电路134用于制动马达126时，马达电流流过制动电阻148并流到接地或到电源122的负极端子。或者，制动电路134与马达端子(U、V和W)形成闭合电路，以使得马达电流流过制动电阻148。
当马达电流不大于再生电流阈值时，方法450包括使用马达控制器130控制电力开关网络124以执行马达126的再生制动(在块478)。马达控制器130选择性地启用例如低侧FET 144中的一个以允许续流电流(freewheeling current)(由仍在旋转的转子磁体感应的)流过被启用的低侧FET 144(例如，144a)，马达线圈相的联接绕组，以及联接的相邻低侧FET 144(例如，144b)的续流二极管。续流电流部分地被存储为联接在相邻低侧FET 144之间的马达线圈绕组内的势能(即电压)。马达控制器130然后禁用先前启用的低侧FET 144，其引导存储的势能作为电流通过高侧FET 140流到电源122以对电源122充电。方法450重复，其中马达控制器130返回到块454以确定电动工具100的下一次触发器拉动。
在一些实施方式中，当在块470中马达电流高于再生电流阈值时，马达控制器130在块474中暂时制动马达，然后返回到块470确定马达电流是否已经降低到低于再生电流阈值。马达控制器130在块470和块474之间连续地循环直到马达电流降低到再生电流阈值以下，然后马达控制器进行到块478。
上述设计允许使用先前设计(依赖于单个大制动电阻)中使用的电阻尺寸的三分之一(1/3)。此外，制动电路134中使用的制动晶体管(FET)的尺寸可能小于与单个大制动电阻一起使用的制动FET，因为制动电流分散在多个电流路径中而不是集中在单个制动FET和电阻对。此外，可以实现额外的冗余，例如，当制动开关元件152中的一个发生故障时，使得工作路径中的其他制动电阻148可用于制动马达126。
虽然图3A和图3B所示的制动电路134包括三个制动电流路径(即，通过三个制动FET 152和相关的三个制动电阻148，每个马达相一对)，但在一些实施方式中，制动电路134仅包括沿三个马达相中的仅两个相的两个制动电流路径(即，通过两个制动FET 152和相关的制动电阻148)。
在一些实施方式中，图4的块420和图5的块470可以更一般地描述为其中马达控制器130基于可变工具特性确定是否使用马达制动电路134启动增强制动的块。在图4的块420的情况中，可变工具特性是马达阻抗，并且马达控制器130响应于马达阻抗大于阻抗阈值而确定启动增强制动。在图5的块470的情况中，可变工具特性是马达电流，并且马达控制器130响应于马达电流大于再生电流阈值而确定启动增强制动。
因此，本文描述的各个实施方式提供了用于电动工具马达的马达制动电路。

Claims (20)

1.一种电动工具，包括：
电源；
马达；
电力开关网络，其联接在所述电源与所述马达之间；
用户输入，其被配置为被致动以驱动所述马达；
制动电路，其包括一个或多个电阻负载并被配置为选择性地联接到所述马达的马达端子；以及
马达控制器，其连接到所述电力开关网络和所述制动电路并配置为：
响应于所述用户输入的致动，控制所述电力开关网络以驱动所述马达，
确定可变工具特性，
确定所述用户输入被停止致动，
响应于所述用户输入被停止致动，确定所述可变工具特性是否满足工具特性阈值，
当所述可变工具特性满足所述工具特性阈值时，控制所述电力开关网络以制动所述马达，以及
当所述可变工具特性不满足所述工具特性阈值时，控制所述制动电路以制动所述马达。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述马达是包括三个马达端子的三相马达，并且其中所述制动电路的所述一个或多个电阻负载包括三个电阻负载。
3.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述制动电路还包括一个或多个制动开关，其中所述马达控制器控制所述一个或多个制动开关以选择性地将一个或多个制动电阻联接到所述马达端子。
4.根据权利要求3所述的电动工具，其中：
所述一个或多个制动开关包括由所述马达控制器控制的场效应晶体管(FET)；以及
所述马达控制器执行所述一个或多个制动开关的脉冲宽度调制控制以使用所述制动电路来制动所述马达。
5.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述制动电路被配置为选择性地将所述马达端子联接到选自由以下所组成的组中的一个：彼此、接地和所述电源的端子。
6.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述可变工具特性是***阻抗，并且其中，当所述***阻抗高于***阻抗阈值时，所述可变工具特性满足所述工具特性阈值。
7.根据权利要求1所述的电动工具，其中，控制所述电力开关网络以制动所述马达包括使用所述电力开关网络执行再生制动以将制动电流重新导向到所述电源。
8.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述可变工具特性是马达电流，并且其中，当所述马达电流低于再生制动阈值时，所述可变工具特性满足所述工具特性阈值。
9.根据权利要求8所述的电动工具，其中，所述马达控制器还被配置为：
当使用所述制动电路制动所述马达时，确定所述马达电流降低到所述再生制动阈值以下；以及
响应于确定所述马达电流降低到所述再生制动阈值以下，从控制所述制动电路以制动所述马达切换到控制所述电力开关网络以制动所述马达。
10.根据权利要求9所述的电动工具，其中，控制所述电力开关网络以制动所述马达包括使用所述电力开关网络执行再生制动以将制动电流重新导向到所述电源。
11.根据权利要求1所述的电动工具，还包括直连式电源接口，以使得在没有由所述用户输入控制的通/断开关的情况下提供所述电源和所述电力开关网络之间的连接。
12.一种用于制动电动工具的马达的方法，包括：
响应于用户输入的致动，使用所述电动工具的马达控制器控制电力开关网络以驱动所述电动工具的马达；
使用所述马达控制器确定可变工具特性；
使用所述马达控制器确定所述用户输入被停止致动；
响应于所述用户输入被停止致动，使用所述马达控制器确定所述可变工具特性是否满足工具特性阈值；
当所述可变工具特性满足所述工具特性阈值时，使用所述马达控制器控制所述电力开关网络以制动所述马达；以及
当所述可变工具特性不满足所述工具特性阈值时，使用所述马达控制器控制制动电路以制动所述马达，其中具有一个或多个电阻负载的所述制动电路被选择性地联接到所述马达的马达端子。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述马达是包括三个马达端子的三相马达，并且其中所述制动电路的所述一个或多个电阻负载包括三个电阻负载。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，选择性地将所述制动电路联接到所述马达端子还包括：
使用所述马达控制器控制一个或多个制动开关以将所述一个或多个电阻负载联接到所述马达端子。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
使用所述马达控制器执行一个或多个制动开关的脉冲宽度调制控制以使用所述制动电路来制动所述马达。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述可变工具特性是***阻抗，并且其中，当所述***阻抗高于***阻抗阈值时，所述可变工具特性满足所述工具特性阈值。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括：
当使用所述电力开关网络制动所述马达时，使用所述电力开关网络执行再生制动以将制动电流重新导向到所述电源。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述可变工具特性是马达电流，并且其中，当所述马达电流低于再生制动阈值时，所述可变工具特性满足所述工具特性阈值。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，还包括：
当使用所述制动电路制动所述马达时，使用所述马达控制器确定所述马达电流降低到再生制动阈值以下；以及
响应于确定所述马达电流降低到所述再生制动阈值以下，从控制所述制动电路以制动所述马达切换到控制所述电力开关网络以制动所述马达。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
当使用所述电力开关网络制动所述马达时，使用所述电力开关网络执行再生制动以将制动电流重新导向到所述电源。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023013127A (ja) * 2021-07-15 2023-01-26 株式会社マキタ 運搬車
US20230411978A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-21 Black & Decker Inc. Battery pack identification in power tool

Family Cites Families (69)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1895379A (en) 1931-03-11 1933-01-24 John E Coughenour Dynamo electric machine and system of control therefor
JPS4978826A (zh) 1972-12-11 1974-07-30
JPS6041825Y2 (ja) 1976-04-26 1985-12-19 リョービ株式会社 発電制動付整流子電動機
JPS6338700Y2 (zh) 1981-06-01 1988-10-12
DE3539841C3 (de) 1985-09-04 1994-02-24 Schroecker Rainer Widerstandsbremseinrichtung für einen Reihenschluß-Kommutatormotor
US5063319A (en) 1989-05-15 1991-11-05 Black & Decker, Inc. Universal motor with secondary winding wound with the run field winding
DE4022637C2 (de) 1990-07-17 1996-07-18 Kopp Heinrich Ag Getaktete Bremsschaltung
DE4200983A1 (de) 1992-01-16 1993-07-29 Schroecker Rainer Bremsschaltung fuer kleine universalmotoren
DE4200996A1 (de) 1992-01-16 1993-07-29 Schroecker Rainer Verlustarme bremsschaltung
DE4200984A1 (de) 1992-01-16 1993-07-29 Schroecker Rainer Bremsschaltung mit verminderter belastung des bremswiderstandes
US5294874A (en) 1992-08-13 1994-03-15 Milwaukee Electric Tool Corporation Dynamic brake circuit for an electric motor
DE4235774A1 (de) 1992-10-23 1994-04-28 Marquardt Gmbh Verfahren für den Betrieb eines elektrisch bremsbaren Elektromotors und zugehörige Bremsschaltung
US5757154A (en) 1993-07-09 1998-05-26 Ryobi Motor Products Corp. Electric motor braking circuit arrangement
DE4429962C2 (de) 1994-08-24 1997-02-06 Atlas Copco Elektrowerkzeuge Handgeführtes Elektrowerkzeug mit einem Gleichstrommotor und mit einer Bremsschaltung
US5572916A (en) 1994-10-20 1996-11-12 Hitachi Koki Haramachi Co., Ltd. Desk-top cutting machine
JP3540031B2 (ja) 1994-11-18 2004-07-07 株式会社マキタ 単相直巻整流子電動機のブレーキ回路
US5648706A (en) 1995-09-28 1997-07-15 S-B Power Tool Company Electric brake for commutated motor
KR19980043841A (ko) 1996-12-05 1998-09-05 박병재 자동차용 구동축의 제동수단과 이의 방법
DE19651298C2 (de) 1996-12-10 1999-04-01 Fein C & E Reihenschlußmotor mit Kommutator und Bremswicklung
US6037729A (en) 1997-02-06 2000-03-14 Black & Decker Inc. Apparatus and method for braking electric motors
US6084366A (en) 1998-08-20 2000-07-04 Nuell, Inc. DC powered hand tools with automatic braking system
JP3489022B2 (ja) * 1999-03-18 2004-01-19 株式会社安川電機 ダイナミックブレーキ回路と半導体インバータ装置
US6373207B1 (en) 2000-07-11 2002-04-16 Kalish Inc. Braking system for a DC motor
US6847146B2 (en) 2000-07-26 2005-01-25 Milwaukee Electric Tool Corporation Field assembly and methods for assembling a field assembly
US20020158593A1 (en) 2001-04-27 2002-10-31 Henderson Jeffery L. Circuit for controlling dynamic braking of a motor shaft in a power tool
ATE327863T1 (de) 2002-01-10 2006-06-15 Black & Decker Inc Getriebegehäuse
JP2004007869A (ja) 2002-05-30 2004-01-08 Makita Corp 電動工具用ブラシレスモータ
CA2397024C (en) 2002-08-07 2008-02-19 Edward M. Turley Switch mechanism for reversible grinder
US6680596B1 (en) 2002-10-10 2004-01-20 S-B Power Tool Corporation Electric motor having regenerative braking
US7075257B2 (en) 2002-10-18 2006-07-11 Black & Decker Inc. Method and device for braking a motor
US7023159B2 (en) 2002-10-18 2006-04-04 Black & Decker Inc. Method and device for braking a motor
JP4466098B2 (ja) 2004-02-03 2010-05-26 日立工機株式会社 電動モータ、それを備える電動工具及び電動モータの製造方法
JP4411381B2 (ja) 2005-04-26 2010-02-10 株式会社 五十嵐電機製作所 移動体電動制御装置
US7248008B1 (en) 2005-10-17 2007-07-24 Cummins Michael D Shaded-pole A.C. motor with dynamic brake
DE602006020757D1 (de) 2005-11-04 2011-04-28 Bosch Gmbh Robert Drehmomentbegrenzungsfeedbacks in einem schlagbohrer
JP2008126344A (ja) 2006-11-17 2008-06-05 Hitachi Koki Co Ltd 電動工具
FR2920610B1 (fr) 2007-09-04 2009-12-18 Alstom Transport Sa Dispositif de freinage rheostatique securitaire a ensemble resistif bipolaire avec moteur a aimants permanents.
JP4450082B2 (ja) * 2008-03-10 2010-04-14 トヨタ自動車株式会社 電動機駆動装置およびその制御方法
JP5408535B2 (ja) * 2009-07-10 2014-02-05 日立工機株式会社 電動工具
US9475180B2 (en) * 2010-01-07 2016-10-25 Black & Decker Inc. Power tool having rotary input control
US9450472B2 (en) 2010-06-14 2016-09-20 Black & Decker, Inc. Rotor assembly for brushless motor for a power tool
CN201750384U (zh) 2010-08-02 2011-02-16 青岛敏深风电科技有限公司 风力发电机电磁制动及控制***
EP2433757B1 (en) * 2010-09-28 2014-12-31 Black & Decker Inc. Power tool and method of controlling a motor inside a power tool
DE102010049748B4 (de) 2010-10-29 2022-09-08 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Elektromotor
JP5777924B2 (ja) 2011-04-05 2015-09-09 株式会社マキタ 単相直巻整流子電動機の駆動装置
DE102011110929A1 (de) 2011-07-20 2013-01-24 Festool Group Gmbh & Co. Kg Hand-Werkzeugmaschine mit einer elektrischen Bremseinrichtung
CN202435325U (zh) 2011-10-18 2012-09-12 美的集团有限公司 一种食品加工机制动电路
WO2014091602A1 (ja) * 2012-12-13 2014-06-19 三菱電機株式会社 モータ制御装置
DE102012224188A1 (de) 2012-12-21 2014-06-26 Wobben Properties Gmbh Verfahren zur Steuerung eines Wasserschütz-Antriebs für ein Wasserschütz mit einer elektrischen Maschine, Betriebsschaltung, Wasserschütz-Antrieb und Wasserkraftanlage
CN103199772B (zh) 2013-03-20 2015-10-28 上海交通大学 实现电机快速能耗制动的电路
JP6155175B2 (ja) 2013-11-18 2017-06-28 株式会社マキタ 電動工具の制動装置
CN104816273B (zh) 2014-05-26 2016-11-16 威海聚力微特电机有限公司 单相变频驱动的冲击式电动扳手
WO2016031715A1 (ja) 2014-08-28 2016-03-03 日立工機株式会社 モータ駆動回路及び電動工具
EP3224941B1 (en) 2014-11-24 2021-01-13 Robert Bosch GmbH Motor braking system and method for power tools
US10666168B2 (en) * 2014-11-28 2020-05-26 Koki Holdings Co., Ltd. Electric tool
CN107000189A (zh) * 2014-12-18 2017-08-01 日立工机株式会社 电动工具
JP6200461B2 (ja) 2015-07-14 2017-09-20 ファナック株式会社 ダイナミックブレーキ回路を有するモータ駆動装置
CA2997565A1 (en) * 2015-09-11 2017-03-16 Invertedpower Pty Ltd A controller for an inductive load having one or more inductive windings
CN108602182B (zh) 2015-12-28 2022-03-01 工机控股株式会社 电动工具
EP3200331B1 (en) * 2016-01-27 2019-11-20 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Method to protect a power converter arrangement and power converter arrangement with a protective device
KR20170096381A (ko) * 2016-02-16 2017-08-24 엘지전자 주식회사 모터의 회생 에너지 제어 장치 및 방법
JP6285477B2 (ja) * 2016-02-26 2018-02-28 ファナック株式会社 ダイナミックブレーキ回路保護機能を有するモータ駆動装置
JP6356716B2 (ja) * 2016-02-29 2018-07-11 ファナック株式会社 トルク指令制限部を有するモータ制御装置
CN107294466A (zh) 2016-04-05 2017-10-24 德昌电机(深圳)有限公司 电动工具及其电机驱动***
CN107294427A (zh) * 2016-04-05 2017-10-24 德昌电机(深圳)有限公司 电动工具及其电机驱动***
JP6719952B2 (ja) * 2016-04-18 2020-07-08 株式会社マキタ 電動作業機
JP2017213614A (ja) 2016-05-30 2017-12-07 日立工機株式会社 電動工具
JP2019051579A (ja) * 2017-09-19 2019-04-04 株式会社マキタ 電動作業機
EP3959811A4 (en) 2019-04-25 2023-01-18 Milwaukee Electric Tool Corporation MOTOR BRAKE COIL FOR A POWER TOOL

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020251838A1 (en) 2020-12-17
US11201572B2 (en) 2021-12-14
US20240186919A1 (en) 2024-06-06
US11909345B2 (en) 2024-02-20
EP3981066A1 (en) 2022-04-13
US20210091687A1 (en) 2021-03-25
US20220103095A1 (en) 2022-03-31
EP3981066A4 (en) 2023-02-08

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