CN1433138A - 用于电机驱动装置的控制器 - Google Patents

Abstract

用于电机驱动装置(10)的控制器(12)，该电机驱动装置包括响应负载而从电源(14)提取电流以引导向前转动电机。控制器(12)可以方便地耦合到装置(10)并连接到电机来检测指示所述负载数值的电机参数，当电机参数值超过第一预定值第一预定时间时使电流以第一预定周期频率产生“通”“断”脉冲，其中在预定周期频率中的每个“通”周期具有足够的持续时间来允许电机提取足够的电流以响应该负载。而且，在预定周期频率中的每个“通”周期有足够的持续时间来维持足够的电流使电机产生正常的前向转动。

Description

用于电机驱动装置的控制器

技术领域

本发明涉及电机驱动装置，比如手持或便携电力工具和电动食品处理器，它们可以是电动电机驱动的螺丝起子，钻探机，混合器，搅拌机，磨床等。具体而言，本发明涉及控制这些装置以响应被检测到的负载的方法以及实施该方法的控制器和电机驱动装置。

背景技术

电动电机驱动装置通常包含响应电源产生的负载电流，并引导电机向前转动的电机。通常负载主要由外部负载组件构成。在操作电机驱动装置时，电机可能遇到不可预料的大的外部负载组件，它可能导致电机停转。另外，大负载还会从电源处导出不可预料的大电流，在使用例如电池组的有限直流源蓄电池的情况下，如果电能被允许自由的释放而没有限制或使用控制策略，蓄电池会比较快的耗尽。另外，电机还可能产生不可预料的大电压或大瓦特数来响应大的负载并在过载或过压或类似情况下连续操作电机，这可能导致电机被烧毁或缩短电机的工作寿命。

检测并适当的响应这些过载或停转或类似条件的各种方法已经在过去的专利US4,249,117，US4,267,914，US4,306,264和EP0,808,011中被说明。各种电机参数比如电流，电压甚至热值或这些参数的变化速率都可被检测。进而，连接到该电机上的电源供应可以暂时断开，在EP0,808,011中揭示了一种方法，它包括使电机产生多次脉冲来传递一系列转矩脉冲，在该传递的脉冲序列中有远大于平均转矩的峰值转矩，该方法的目的是通过给予更大的转矩克服停转条件，它主要适用于交流电驱动的电机。

发明内容

因此本发明的目标是提供另一种方法来响应过载或停转或类似条件。

根据本发明的一个方面，提供了一种方法来控制电机驱动装置，该电机驱动装置具有用来响应负载而从电源提取电流引导向前转动的电机。该方法包含如何检测电机参数比如瓦特数，电压，或电流等指示负载数值的参数，以及当电机参数值超过第一预定值第一预定时间时使电流以第一预定周期频率产生电流“通(on)”“断(off)”脉冲，其中在第一预定周期频率中的每个“通”周期最好具有足够的持续时间来允许电机产生足够的电流以响应该负载。

根据本发明的另一个方面，提供了一种控制器来控制电机驱动装置，该电机驱动装置具有用来响应负载而从电源提取电流引导向前转动的电机。该控制器可以方便地连接到电机来检测电机参数比如瓦特数，电压，或电流等指示负载数值的参数，该控制器还进一步适合于当电机参数值超过第一预定值第一预定时间时使电流以第一预定周期频率产生“通”“断”的脉冲，其中在第一预定周期频率中的每个“通”周期最好具有足够的持续时间来允许电机产生足够的电流以响应该负载。

在一个实施例中，在预定周期频率中的每个“通”周期都有足够的持续时间来维持足够的电流使给电机以正常地向前转动。另外，在预定周期频率中的每个“断”周期都有足够的持续时间来允许电机从向前转动的状态中彻底释放。

实际上，电流按照第一预定持续时间产生“通”“断”脉冲，或者电流一直处于“通”“断”的脉冲下直到电流被手动切掉供给电机的电能。

根据本发明的另一方面，它提供了一种控制器来控制电机驱动装置，它包含电机来响应负载而从电源提取电流以响应负载产生向前的转动。该控制器可以方便地连接到电机来检测电机参数比如瓦特数，电压，或电流等指示负载数值的参数，该控制器还进一步适合于当电机参数值超过第二预定值第二预定时间时使电机从向前转动中释放并引导电机反向转动第二预定时间。

出于方便，电机参数可以是负载消耗的瓦特数或电压值，或者是负载产生的电流。

当电源是有限直流源时，该发明将提供更多的优点。

附图说明

参考附图，本发明将仅被通过例子更具体地描述：

图1是描述了本发明控制器的一个实施例的简化方框图。

图2是描述了本发明的优选实施例的流程图。

图3是描述了不带本发明的控制器的电机正常操作时的是时间函数的电机电流的图表。

图4是描述了带本发明的控制器的电机正常操作时的是时间函数的电机电流的图表。

具体实施方式

下面对本发明进行详细描述，并参照电动电机驱动装置，它可以是手持的或便携的电动螺丝起子或电钻，它们带有电机，该电机从电源中提取电流来响应负载并产生向前的转动。

参考图1，智能控制器12被提供为电机驱动装置10的单独附件。控制器12耦合到电机驱动装置10从而连接到电机驱动装置中的电机(未示出)。电机驱动装置10耦合到独立的电压源或电源14通过控制器12。以该种方法，电机从电压源14中提取电流来响应负载引导电机向前转动。实际上，控制器的形式可以是电机驱动装置的组件或一部分。控制器可以在电机上提供或在电机驱动装置的操作开关上提供，或者单独与电源在一起，比如附加到电池组上。

在电机驱动装置的正常操作中，电机连续不断的向前转动，通过接收来自电机的瓦特数反馈，控制器周期性地或连续地检测电机参数来指示负载的值。电机参数也可以是电机响应负载所产生的电流，或简单的采用经过电机的电压降落。当电机参数值超过阈值或预定值并持续预定的时间段之后，控制器将接收到过瓦特数反馈，并输出电机控制信号给电机，使电机进入改善的操作模式。

在改善的操作模式下，电机根据本发明进行控制。在第一方面，控制器12能够使电流按照预定周期频率产生“通”“断”脉冲，其中每个“通”周期应该有足够的持续时间来允许电机提取足够的电流以响应负载。该控制器尤其适用于电动螺丝起子(screwdriver)。

比如，作为一个例子，当电机驱动螺钉时，电机遇到的负载随着螺钉变紧并难以旋转而增加，这还导致电机向前转动的速度慢下来。负载的增加将导致过瓦特数反馈给控制器。控制器提供适当的脉冲操作给螺丝起子，使得它在每个“通”周期进一步紧固螺钉。另外，由于每个“通”周期选择的持续时间足够允许电流达到其正常的操作值来响应负载，而在每个“断”周期断开或切断电流，这样整体而言对电机的操作没有明显的或任何显著的负面影响。

“通”“断”周期能够节约电压源的能源消耗，尤其是对电池，电池组，或有限直流电源。电机的受控改善操作允许电池使用更长久而不用在高负载条件下操作时浪费电能。在一个实施例中，周期频率的范围从0.1秒到13秒，对手持电动工具而言，最好设置为0.3秒和1秒之间。

更具体而言，每个“通”周期的持续时间理想情况下有足够的持续时间以维持足够的电机电流使之正常向前转动，即在适当的操作时段内维持正常的电机操作电流。脉冲操作可以预先设置以维持预定持续时间，或作为另一种选择，脉冲操作一直持续到控制器或电流被手动切断从而切断给电机的电能供应。

个别的，在其它手持的或便携的电动工具中，使每个“断”周期有足够持续时间以允许电机彻底从向前转动中释放出来是适当的；即应该有更长的正常操作电流的中断，这样电机可以在“断”周期中释放负载并在每个“断”周期结束时重新启动。电机的重新启动可能产生“跳起(kick-start)”效应。

在改善操作的第二方面，其尤其适合于电钻或电锯，电流被中断以释放电机的向前转动，控制器进一步引导电机反向转动并持续第二预定时间。当电钻或电锯在所钻或锯的材料之间被夹紧或锁紧时，电机将遇到不可预料的大负载并停转。在这样的僵局条件下，最好采用与正常的操作或向前操作相反的电机转动方向，这样负载就被释放了，而该电动工具就不会被夹紧或锁紧了。

与第一方面类似，改善操作的第二方面对采用有限直流源的电源的场合还提供额外的好处。另外，除了节约电池的电能外，“通”“断”脉冲操作以及反向操作直接释放电机相关的负载，并消除电机的压迫状态，因此能够维持并正确保护电机，增加其工作寿命。

在多功能电动工具中，可以实施本发明改善操作的第一和第二方面。实际上，脉冲操作的阈值要小于反向操作的阈值。

参考图2，在步骤51开始，在步骤52将电能施加到目标电机驱动装置以初始化操作。在步骤53初始化控制器来检测电机参数作为电机驱动装置中的电机遇到的负载的指示值。在正常操作中，电机不间断的向前转动。当电机参数满足或达到预定值时，比如在步骤56检测转矩，电机就在步骤58进入特定的改善操作模式，它可以是脉冲操作或反向操作，这依赖于所检测的电机参数值超过了第一还是第二预定转矩值。改善操作将在步骤59经过第一或第二预定的时间后终止自己，或者作为另一选择，手动切断该装置的电源。

所描述的方法可以应用于所描述的控制器，或者应用于包含所描述的电机和控制器的电机驱动装置。优选地，电机驱动装置的操作开关可以包含所描述的控制器。另外，所描述的控制器优选包括集成电路或处理器来控制电机的操作。

另外，本发明还可以与其它控制器一起使用，比如手持电动距离速度控制器，如GB2,314,980说明书所描述和揭示的，后者完全被结合与此作为参考。

参考图3和图4，这些图描述手持电钻的操作。图3示出没有本发明的改善的电钻操作，图4显示本发明的脉冲操作。这两个图显示的电机电流作为时间的函数，电机电流与电机遇到的负载完全成比例。

在电机操作的正常向前转动的启动过程中，需要电流的快速上升。随着钻孔操作的继续，负载增加而电流开始出现小的峰值或上升。当电钻遇到阻碍时，负载(以及电流)显著增加达到并超过阈值。当电钻操作完成时，电流开始减少，并随着该装置的操作触发开关被释放而从电机中消除电流。

比较图3和图4，当电流达到并超过阈值某一个过电流期间时，电机进入脉冲操作或脉冲前向转动，电流被施加预定的“通”“断”周期频率直到通过释放触发开关从电机中消除电流。

在图4中，当操作在脉冲前向转动时，在预定的“通”“断”周期频率中的每个“通”周期，电流仍维持正常的操作电流值，这样电机就能够在每个“通”周期以正常的功率和转矩操作而不产生任何显著的负面影响。

所描述的本发明还可以用于保护与电机烧毁或过热有关的问题，由于扩大了电动工具的使用范围或延长了电动工具的使用时间。被检测的电机参数将是电机线圈所产生的热度。

本发明的范围将被更清楚地定义在本发明的权利要求中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (26)

1.用于电机驱动装置的控制器，所述电机驱动装置具有用来响应负载而从电源提取电流以引导向前转动的电机，所述控制器可以方便地连接到所述电机来检测指示所述负载数值的电机参数，所述控制器还进一步适合于当所述电机参数值超过第一预定值第一预定时间时使电流以第一预定周期频率产生“通(on)”“断(off)”的脉冲，其中在所述第一预定周期频率中的每个“通”周期具有足够的持续时间来允许所述电机提取足够的电流以响应所述负载。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中在第一预定周期频率中的每个“通”周期有足够的持续时间来维持足够的电流使电机产生正常的前向转动。

3.根据权利要求1所述的控制器，其中在第一预定周期频率中的每个“断”周期有足够的持续时间来使电机彻底从前向转动中释放。

4.根据权利要求1所述的控制器，其中在第一预定周期频率中的每个“通”周期或每个“断”周期的范围是从0.1秒到13秒。

5.根据权利要求1至4中任一所述的控制器，其中所述电源是有限直流源。

6.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器使电流产生用于第一预定持续时间的“通”“断”脉冲。

7.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器使电流产生“通”“断”脉冲直到所述控制器被手动重新设置切断供应给电机的电能。

8.根据权利要求1所述的控制器，其中所述电机可以反向转动，而且当所述电机参数值超过第二预定值第二预定时间时，所述控制器可以从所述前向转动中释放电机并引导电机进行所述反向转动，所述第二预定值大于所述第一预定值。

9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述控制器引导电机反向转动第二预定持续时间。

10.根据权利要求8所述的控制器，其中所述控制器引导电机反向转动直到控制器被手动重新设置切断供给电机的电能。

11.根据权利要求8所述的控制器，其中所述电源是有限直流源。

12.用于电机驱动装置的控制器，所述电动驱动装置具有用来响应负载而从电源提取电流以引导向前转动的电机；所述控制器可以方便地连接到所述电机来检测指示所述负载数值的电机参数，所述控制器还进一步适合于当所述电机参数值超过预定值预定时间时使电机从所述前向转动中释放电机并引导电机在预定持续时间内进行所述反向转动。

13.电机驱动装置，包括：

电机，响应负载而从电源提取电流以引导向前转动；以及

控制器，连接到该电机来检测指示负载数值的电机参数，当所述电机参数值超过第一预定值第一预定时间时使电流以第一预定周期频率产生“通”“断”脉冲，在第一预定周期频率中的每个“通”周期具有足够的持续时间来允许电机提取足够的电流以响应该负载。

14.根据权利要求13所述的电机驱动装置，其中在第一个预定周期频率中的每个“通”周期有足够的持续时间来维持足够的电流使电机产生正常的前向转动。

15.根据权利要求13所述的电机驱动装置，其中在第一预定周期频率中的每个“断”周期有足够的持续时间来使电机彻底从前向转动中释放出来。

16.根据权利要求13所述的控制器，其中所述电机可以反向转动，而且当所述电机参数值超过第二预定值第二预定时间时，所述控制器可以从所述前向转动中释放电机并引导电机进行所述反向转动，所述第二预定值大于所述第一预定值。

17.电机驱动装置，包括：

电机，响应负载而从电源提取电流以引导向前转动；以及

控制器，连接到所述电机来检测指示负载数值的电机参数，当所述电机参数值超过预定值预定时间时使电机从前向转动中释放并引导电机在预定时间内进行所述反向转动。

18.根据权利要求13至17中任一所述的电机驱动装置，还包括作为电源的电池。

19.控制电机驱动装置的方法，所述电机驱动装置包括用来响应负载而从电源产生电流以引导向前转动的电机，所述方法包括：检测指示负载数值的电机参数；以及当所述电机参数值超过第一预定值第一预定时间时使电流以第一预定周期频率产生“通”“断”脉冲，在第一预定周期频率中的每个“通”周期具有足够的持续时间来允许电机提取足够的电流以响应所述负载。

20.根据权利要求19所述的方法，其中在第一预定周期频率中的每个“通”周期有足够的持续时间来维持足够的电流使电机产生正常的前向转动。

21.根据权利要求19所述的方法，其中在第一预定周期频率中的每个“断”周期有足够的持续时间来使电机彻底从前向转动中释放。

22.根据权利要求19所述的方法，其中在第一预定周期频率中的每个“通”周期的范围是从0.1秒到13秒。

23.根据权利要求19所述的方法，其中所述电流产生用于第一预定持续时间的“通”“断”脉冲。

24.根据权利要求19所述的方法，其中电流产生“通”“断”脉冲直到电流被手动重新设置切断供给电机的电能。

25.根据权利要求19至24中任一所述的方法，其中所述电能由有限直流源供给。

26.用于手持或便携电机驱动装置的操作开关，所述开关包括有权利要求1至12任一中的控制器。

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