CN116157237A

CN116157237A - 电动工具

Info

Publication number: CN116157237A
Application number: CN202180059650.1A
Authority: CN
Inventors: M·洛伊佩特; S·霍斯特曼
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2021-07-07
Publication date: 2023-05-23
Also published as: US20230294264A1; WO2022022960A1; EP4188649A1; DE102020209440A1

Abstract

本发明涉及一种电动工具(101)、尤其是电动螺丝刀，其包括：壳体(103)；设置在所述壳体(103)中的电动机(105)，通过所述电动机能驱动布置在所述工具保持装置(107)中的***式工具(109)进行旋转；控制装置(111)，所述控制装置设置用于响应于制动请求地控制所述电动机(105)的制动过程，以使旋转的***式工具(109)停下来，其中，所述制动过程包括反向电流制动。本发明也涉及一种用于制动电动工具的电动机的方法、一种计算机程序和一种机器可读的存储器介质。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具、一种用于制动电动工具的电动机的方法、一种计算机程序和一种机器可读的存储器介质。

背景技术

已知一些工业关断螺丝刀。在工业中的关断螺丝刀用于构件、壳体、器具等的装配，并且通常需要高的重复准确度。对于螺丝刀的准确度来说，基本的是，它们具有恒定的转速。给气功能(如所述给气功能在蓄电池螺丝刀中是已知的)在关断螺丝刀中是不允许的。为了在整个蓄电池载荷状态上达到恒定的转速，马达的空转转速通过电子部件降低(无刷的直流马达)。

此外，存在着这样的需求：使在制动时的制动时间或者马达转动最小化，以便能够防止电动工具的锁止离合器的二次脱离啮合(überratschen)。所有多于1次的进一步锁止使得重复准确度下降。

专利文献EP 1 684 949 B1公开了一种手持式电动工具。

发明内容

本发明所基于的任务在于，提供一种用于有效率地制动电动工具的电动机的方案。

该任务借助于独立权利要求的相应的主题解决。本发明的有利的构型是分别从属的权利要求的主题。

根据第一方面，提供一种电动工具、尤其是电动螺丝刀，其包括：

壳体，

布置在壳体中的电动机，通过所述电动机能够驱动布置在工具保持装置中的***式工具进行旋转，

控制装置，所述控制装置设置用于，响应于制动请求地控制电动机的制动过程，以使进行旋转的***式工具停下来，其中，该制动过程包括反向电流制动。

根据第二方面，提供一种用于制动电动工具、尤其是电动螺丝刀的电动机的方法，通过所述电动机能够驱动布置在电动工具的工具保持装置中的***式工具进行旋转，其中，响应于制动请求地控制电动机的制动过程，以使进行旋转的***式工具停下来，其中，制动过程包括反向电流制动。

根据第三方面，提供一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，在由计算机、例如由根据第一方面的电动工具或者说根据第一方面的电动工具的控制装置实施所述计算机程序时，所述指令使所述计算机实施根据第二方面的方法。

根据第四方面，提供一种机器可读的存储器介质，在所述机器可读的存储器介质上存储有根据第三方面的计算机程序。

本发明基于并且包括下述认识：控制电动机的制动过程，使得所述制动过程包括反向电流制动。由此实现例如下述技术优点：例如能够有效率地制动电动机或者说使其停下来。

反向电流制动包括借助于电动机的定子在转子上产生反向场。这以有利的方式导致电动机的有效率的和有效的制动。这里，一种类比是例如在机动车向前行驶期间转换到倒车档，只是在这里使制动作用最大化。

由此还例如实现下述技术优点：例如能够有效率地防止电动工具的锁止离合器的二次脱离啮合。由此能够例如以有利的方式实现电动工具的高的重复准确度。

根据一种实施方式，电动工具包括锁止离合器，所述锁止离合器使电动机的从动装置与***式保持装置耦合。

根据一种实施方式，电动工具是电动螺丝刀。根据一种实施方式，电动螺丝刀是关断螺丝刀。根据一种实施方式，电动工具是工业电动工具。根据一种实施方式，所述关断螺丝刀是工业关断螺丝刀。

根据一种实施方式，***式工具是从以下的***式工具组中所选择的元件：螺丝刀、螺纹刀具、自动切削的螺丝刀。

根据一种实施方式设置：电动工具具有电能存储器、尤其锂离子蓄电池，所述电能存储器能够与电动机电连接，使得以电能供给电动机，其中，能够将由于反向电流制动而产生的寄生电流导出到电能存储器中，以便以寄生电流给电能存储器充电。

由此实现例如下述技术优点：能够有效率地将由于反向电流制动而产生的寄生电流导出。由此实现尤其下述技术优点：能够有效率地给电能存储器充电。

在反向电流制动的情况下，例如在整流时会出现寄生的回流，所述回流必须被导出，因为例如否则会损坏中间电路。在已知的现有技术中常见的是，将这样的寄生电流借助一电阻节拍地以热导出(“制动斩波器”)(要求大的电阻和冷却)或者强烈扩大中间电路(大的电容器)。热导出和相应的安装空间增大的这两个缺点/问题有利地通过下述方式消除：将寄生电流导出到电能存储器中。

由此提供一种紧凑的、轻便的、冷的和低噪声的电动工具。此外，因此以有利的方式发生电动工具的运行持续时间的提高。此外，由于相应地更少的材料使用，电动工具变得更牢固(更高的质量)并且对于客户来说更便宜以及在制造上对于制造商来说更便宜。

在一种实施方式中，电能存储器是锂离子蓄电池。

在一种实施方式中，电动工具包括测量装置，所述测量装置设置用于测量所产生的寄生电流，其中，控制装置设置用于根据所测量的寄生电流来控制以寄生电流对电能存储器的充电。

由此实现例如下述技术优点：能够有效率地控制电能存储器的充电。

在一种实施方式中设置：将所测量的寄生电流与预先确定的电流阈值比较，其中，根据比较控制电能存储器的充电。即，控制装置尤其设置用于根据这种比较来控制以寄生电流对电能存储器的充电。

根据一种实施方式设置：当所测量的寄生电流大于或者大于等于预先确定的电流阈值时，停止或者中断用寄生电流对电能存储器的充电。即，这尤其意味着，控制装置设置用于当所测量的寄生电流大于或者大于等于预先确定的电流阈值时，中断或者停止用寄生电流对电能存储器的充电。根据一种实施方式设置一种调节。所述调节包括基于电能存储器的电压(尤其在电能存储器包括电池或者说是电池的情况下的电池电压)调节马达占空比。根据一种实施方式，控制装置设置用于执行所述调节，即，尤其是基于电能存储器的电压来调节马达占空比。

由此实现例如下述技术优点：由于过高的寄生电流，电能存储器可能由于相应的充电而损坏。

在一种实施方式中设置：在电能存储器和电动机之间连接有中间电路，其中，该中间电路不是针对所产生的寄生电流而设计的。

由此实现例如下述技术优点：简单地构建中间电路。由此实现例如下述技术优点：其能够简单和成本便宜地制造。此外由此实现例如下述技术优点，能够使得用于中间电路的安装空间保持紧凑。此外，由此实现下述技术优点：能够省去用于中间电路的冷却。即，这尤其意味着中间电路的规格预先给定，使得该中间电路不是针对所产生的寄生电流而设计。但是，根据在这里所说明的设计，由于所产生的寄生电流被导出到电能存储器中，这不是有害的，从而能够有效率地避免中间电流由于寄生电流引起的损坏。

在一种实施方式中设置，电动工具没有制动斩波器(Brems-Chopper)。

由此实现例如下述技术优点：电动工具能够紧凑地和轻便地构建。此外，由此实现例如下述技术优点：能够省去对制动斩波器的冷却。

在一种实施方式中设置，制动过程包括短路制动和/或回收制动。

由此实现例如下述技术优点：能够有效率地制动电动机。

在一种实施方式中设置：制动过程包括短路制动，作为在达到电动机停顿状态之前的最后的制动。

由此实现例如下述技术优点：能够有效率地和安全地达到电动机停顿状态。尤其能够由此以有利的方式省去费事的电动机停顿状态识别。此外，由此实现例如下述技术优点：能够有效率地避免电动机在达到电动机停顿状态之后由于反向电流制动而向反方向转动，即，再次启动。

在一种实施方式中设置，电动工具机包括转速检测装置，所述转速检测装置设置用于检测电动机的转速，其中，控制装置设置用于根据所检测的转速来控制制动过程。

由此实现例如下述技术优点：能够有效率地控制制动过程。

在一种实施方式中设置，将所检测的转速与预先确定的转速阈值比较。在一种实施方式中设置，控制装置设置用于根据这种比较来控制制动过程。例如，根据一种实施方式设置，控制装置设置用于当所检测到的转速小于或者小于等于预先确定的转速阈值时，控制制动过程，使得执行短路制动。

在一种实施方式中，设置多个不同的转速阈值。以上与转速阈值相关联的实施方案类似地适用于多个转速阈值。即，这尤其意味着，视预先给定的转速阈值而定地和根据所检测的转速设置，相应地控制制动过程。即，这尤其意味着，根据电动机的当前转速执行例如短路制动和/或回收制动和/或反向电流制动。

根据一种实施方式，在根据第二方面的方法中的电动工具涉及根据第一方面的电动工具。

在一种实施方式中设置，根据第一方面的电动工具设置或者构造用于实施或者执行根据第二方面的方法。

根据一种实施方式设置，借助于根据第一方面的电动工具实施或者执行根据第二方面的方法。

所述方法的技术功能类似地从电动工具的相应技术功能产生并且反之亦然。即，这尤其意味着设备特征由相应的方法特征产生并且反之亦然。

在一种实施方式中设置，由于反向电流制动而产生的寄生电流被导出到电能存储器中，使得以寄生电流给电能存储器充电。在一种实施方式中设置，以寄生电流给电能存储器充电。

在一种实施方式中设置，测量所产生的寄生电流，其中，根据所测量的寄生电流来控制以寄生电流对电能存储器的充电。

在一种实施方式中设置，检测电动机的转速，其中，根据所检测到的转速控制制动过程。

缩写“或(bzw.)”代表“或者(beziehungsweise)”。表述“或者(beziehungsweise)”尤其是代表“或者说(respektive)”。表述“或者说(respektive)”尤其是代表“和/或”。

在一种实施方式中设置，根据第二方面的方法是计算机实现的方法。

如果在说明书中使用术语“马达(Motor)”，则也应读作“电动机(Elektromotor)”。如果在说明书中使用术语“电池”或者“蓄电池”，则也应读作更通用的术语“电能存储器”。

附图说明

在附图中示出并且在以下的说明中更详尽地解释本发明的实施例。其示出了：

图1一种电动工具，

图2用于电动工具的电动机的制动的方法的流程图，

图3一种机器可读的存储器介质，

图4第一方框图，

图5第二方框图，

图6制动方法的流程图，和

图7另外的制动方法的流程图。

具体实施方式

图1示出电动工具101。

电动工具101包括壳体103，电动机105布置在所述壳体中。电动工具101还包括工具保持装置107，***式工具109布置在所述工具保持装置中。工具保持装置107能够通过电动机105驱动进行旋转。即，这意味着，电动机105能够驱动工具保持装置107进行旋转。

电动工具101还包括布置在壳体103内部的控制装置111。控制装置111设置用于响应于制动请求地控制电动机105的制动过程，以使旋转的***式工具109停下，其中，该制动过程包括反向电流制动。

根据一种实施方式设置，对达到预先确定的旋紧力矩作出响应地产生制动请求。

电动工具101还包括电能存储器113，所述电能存储器能够与电动机105电连接，使得以电能供给电动机，其中，能够将由于反向电流制动产生的寄生电流导出到电能存储器113中，以寄生电流给电能存储器113充电。

电动工具101还包括布置在壳体103上的开关115。电动工具101的使用者能够例如通过开关115来请求启动电动机105。

电动工具101还包括布置在壳体103内部的测量装置117。测量装置117设置用于测量所产生的寄生电流，其中，控制装置111设置用于根据所测量的寄生电流来控制以寄生电流对电能存储器113的充电。

图2示出用于制动电动工具的电动机的方法的流程图，通过该电动机能够驱动布置在电动工具的工具保持装置中的***式工具进行旋转。该方法包括响应于制动请求地控制201电动机的制动过程，使旋转的***式工具停下来，其中，制动过程包括反向电流制动。

图3示出机器可读的存储器介质301，在所述机器可读的存储器介质上存储有计算机程序303。计算机程序303包括指令，在由计算机实施计算机程序303时，所述指令使所述计算机实施用于制动电动工具的电动机的方法。

图4示出了第一方框图400，该第一方框图象征性地示出根据一种实施方式的电动工具的元件。

电动工具包括电能存储器401、尤其是锂离子蓄电池。电动工具还包括控制装置403，该控制装置具有包括功率电子部件的马达控制装置。电能存储器401与控制装置403电连接。电动工具还包括电动机405，所述电动机能够由控制装置403控制。

电动马达405通过传动装置407与具有反压弹簧和光栅409的锁止离合器连接。锁止离合器409与具有六角接收部和批头411的从动装置连接。六角接收部是用于工具保持装置的一个实施例。批头411是用于***式工具的一个实施例。

工件413能够借助于螺钉(未示出)旋紧，其中，螺钉通过使用电动工具拧紧。

在达到预先确定的旋紧力矩时，光栅向控制装置发送信号415，所述控制装置响应于该信号地控制电动机405的制动过程，使批头411停下来。

图5示出第二方框图500，该第二方框图示意性地示出根据一种实施方式的电动工具的应用的单个的步骤。

根据步骤501，将螺钉放置到待拧紧的工件上，并且将批头放置到六角接收部中，操纵电动工具的开关，以请求启动电动机。根据步骤503，响应于开关操纵地驱动电动机。如果达到螺钉的扣紧力矩(旋紧力矩)，则根据步骤505设置，光栅被激活，这通过制动电动机的方式导致电动机停止或者说停下来，其中，制动包括反向电流制动507。根据步骤509，等待直到开关被释放并且再次***纵。

图6示出了根据一种实施方式的制动过程的流程图，例如该流程图能够在根据第二方面的方法中使用。

制动过程能够包括以下制动过程中的一种或多种：反向电流制动(GS)、回收制动(RK)、寄生的回收制动(PRK)和短路制动(KS)。下面使用以上与单个制动类型相关的缩写。

根据一种实施方式，通过整流时间点的有针对性的相位偏移，能够在(寄生的)回收分量和反向电流制动分量之间连续地调节。因此，根据一种实施方式，电流的改变方向或者说控制通过整流时间点的有针对性的相位偏移进行。

制动过程在方块601处开始。在第一制动阶段603中，设置例如100％的GS和0％的PRK。在紧随其后的制动阶段605中，设置例如50％的GS和设置例如50％的PRK。在紧随其后的制动阶段607中，设置例如0％的GS和设置例如100％的PRK。在紧随其后的制动阶段609中，设置例如100％的KS，直到电动机根据方块611停顿为止。

在一种未示出的实施方式中设置，在上述的制动阶段603，605，607中，缩写PRK由RK替代。即，这意味着，在那里替代寄生的回收，设置没有寄生电流的回收，用于制动的目的。

此外，在这种情况下要指出，以上关于单个的制动比例的百分比数据是示例性的数据。其他的值尤其是可行的。

在一种实施方式中设置，在制动阶段603中，替代100％ GS地，设置尤其是95％的GS和尤其是5％的PRK或者说RK。

根据一种实施方式，设置完全的短路制动、即100％的KS作为电动机停顿之前的最后的制动阶段，如根据制动阶段609表明的这样。

图7示出根据一种实施方式的另外的制动过程的流程图，其例如能够使用在根据第二方面的方法中。

制动过程在方块701处开始。在第一制动阶段703中，设置100％的RK和0％的KS。在紧随其后的制动阶段705中，设置50％的RK和50％的KS。在紧随其后的制动阶段707中，设置0％的RK和100％的KS。根据阶段707，执行短路制动这样长时间，直到马达根据方块709停顿为止。

在以上的制动阶段703，705，707中，在一种未示出的实施方式中能够设置，替代回收制动(RK)地设置反向电流制动(GS)。

此外指出，以上的百分比数据在这里也仅是示例性的百分比数据，并且，其他的、偏离它们的值也是可行的。

在一种实施方式中设置，在电动工具的驱动模式中，定子场在驱动方向上拉动转子场并且因此拉动转子(正常运行)。当拧紧螺钉时，反向力矩(与驱动力矩相反)增大，直到锁止离合器(也见图4)和弹簧的先前所调到的预紧力联锁(球锁定在空心轮的凸起上)。在板上(在那里，球可以被导向，并且在那里，弹簧位于反面)锁止在空心轮上的凸起上并且激活光栅。在马达控制装置中引入反向电流制动。在整流(通电流的马达相位切换)时，通电流的马达相位短时间地敞开。现在，由于马达绕组的电感，寄生的电回流从马达流回电子部件中。现在，这些回流被缓冲在蓄电池组中或者说短时间地加载到电池中。

在现有技术中，这通过制动斩波器“烧掉”。这需要附加的安装空间和排热。

为此，在现有技术中，中间电路(电容)强烈地扩大。这导致安装空间增大。

在一种实施方式中设置，仅对于正的℃(>0℃，即，对于电能存储器的温度大于或者大于等于0℃)，允许给蓄电池组(通常是电能存储器)充电。在一种实施方式中，在这下面仅允许给电池组放电。对于<0℃的电池温度(即，电能存储器的小于或者小于等于0℃的温度)，根据一种实施方式，使用短路制动，直到达到所要求的电池温度(电池放电加热电池单元)为止。因为在这里能够设置，不能保持所需的重复精度，控制装置用信号通知例如拧接有问题的错误。

此外，除了马达转速和马达电流(在反向电流制动的情况下)之外，也能够调节电池电流和电池电压，以便在电池规格以内运行电池。

关联：

-制动电流越高，则在电池中的(寄生的)回流越大

-待制动的马达转速越高，则制动电流越大

-制动电流能够通过在马达相位上的PWM的占空比调节

除了方波整流之外，可以使用正弦波整流。除了DC，EC之外，也可以运行AC马达。当前使用具有锂电池的电池组。能够使用任意的其他可再充电的电池单元。

接着是另一应用实施例：

-最大制动作用(例如，来自最大的转速范围的马达制动)：

·100％的反向电流制动

·0％的(寄生的)回收

-50％的反向电流制动作用(例如，来自中间转速范围的马达制动)：

·50％的反向电流制动

·50％的(寄生的)回收

-0％的反向电流制动作用(例如，来自低转速范围的马达制动)：

·0％的反向电流制动

·100％的(寄生的)回收

要指出，直到0rpm的马达停顿状态通常只有以短路制动才能实现。在这里，在从非常低的马达转速到0rpm地制动。例如，

1.具有反向电流制动和(寄生的)回收/充电过程的主动制动过程。

2.具有短路制动的被动制动过程

关于最大制动作用，优选使用根据图6的制动过程。最后，根据一种实施方式，使用短路制动。在所使用的μC(微控制器作为用于控制装置的实施例)不能提供足够的计算能力(成本原因)以借助反向电流制动实现牢靠的停顿状态识别的情况下，这尤其是有利的。因此，在非常低的转速下，切换到100％的KS，以避免在相反的方向上的重新启动。因此，对于该实施例，流程如下：

1.用于激活制动过程的信号

2.～95％的GS和5％的PRK(在100％的GS在技术上不可行的情况下)

3.100％的KS

4.马达的停顿状态。

Claims

1.一种电动工具(101)、尤其是电动螺丝刀，其包括：

壳体(103)，

布置在所述壳体(103)中的电动机(105)，通过所述电动机能驱动布置在工具保持装置(107)中的***式工具(109)进行旋转，

控制装置(111)，所述控制装置设置用于，响应于制动请求地控制所述电动机(105)的制动过程，以使进行旋转的***式工具(109)停下来，其中，所述制动过程包括反向电流制动。

2.根据权利要求1所述的电动工具(101)，其包括电能存储器(113)、尤其锂离子蓄电池，所述电能存储器能与所述电动机(105)电连接，使得以电能供给所述电动机(105)，其中，基于所述反向电流制动产生的寄生电流能导出到所述电能存储器(113)中，使得用所述寄生电流给所述电能存储器(113)充电。

3.根据权利要求2所述的电动工具(101)，其包括测量装置(117)，所述测量装置设置用于测量所产生的寄生电流，其中，所述控制装置(111)设置用于根据所测量的寄生电流控制以所述寄生电流给所述电能存储器(113)的充电。

4.根据权利要求2或3所述的电动工具(101)，其中，在所述电能存储器(113)和所述电动机(105)之间连接有中间电路，其中，所述中间电路不是针对所产生的寄生电流而设计的。

5.根据以上权利要求中任一项所述的电动工具(101)，其中，所述电动工具(101)没有制动斩波器。

6.根据以上权利要求中任一项所述的电动工具(101)，其中，所述制动过程包括短路制动和/或回收制动。

7.根据权利要求6所述的电动工具(101)，其中，所述制动过程包括短路制动，作为在达到电动机停顿状态之前的最后的制动。

8.根据以上权利要求中任一项所述的电动工具(101)，其包括转速检测装置，所述转速检测装置设置用于检测所述电动机(105)的转速，其中，所述控制装置(111)设置用于根据所检测的转速控制所述制动过程。

9.一种用于制动电动工具(101)、尤其电动螺丝刀的电动机(105)的方法，通过所述电动机能驱动布置在所述电动工具(101)的工具保持装置(107)中的***式工具(109)进行旋转，其中，响应于制动请求地控制(201)所述电动机(105)的制动过程，以使进行旋转的***式工具(109)停下来，其中，所述制动过程包括反向电流制动。

10.一种计算机程序(303)，所述计算机程序包括指令，在由计算机实施所述计算机程序(303)时，所述指令使所述计算机实施根据权利要求9所述的方法。

11.一种机器可读的存储器介质(301)，在所述存储器介质上存储有根据权利要求10所述的计算机程序(303)。