專利名稱：具有測(cè)量轉(zhuǎn)矩電路的電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有測(cè)量轉(zhuǎn)矩電路的通用電動(dòng)機(jī)。在已有技術(shù)中，電機(jī)轉(zhuǎn)矩是通過(guò)一條電機(jī)電流需要量主回路的支路間接測(cè)量的。一個(gè)電機(jī)保護(hù)電路利用該轉(zhuǎn)矩或負(fù)載轉(zhuǎn)矩控制電動(dòng)機(jī)的工作，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載時(shí)中斷電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。人們使用的電動(dòng)螺釘固緊機(jī)中的電機(jī)常常出現(xiàn)這樣的問(wèn)題在抑制狀態(tài)，小轉(zhuǎn)矩不能準(zhǔn)確地加以調(diào)節(jié)，因?yàn)閷?shí)際上電流信號(hào)較小，強(qiáng)度變?nèi)?，并且該電流隨溫度變化。此外，通常比在恒定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)流過(guò)工作點(diǎn)的電流大的起動(dòng)電流必須受到抑制，必要時(shí)需要一個(gè)較大的轉(zhuǎn)矩作為所希望的剪切力矩。然而，這個(gè)較大的轉(zhuǎn)矩會(huì)立刻切斷電動(dòng)機(jī)或螺釘緊固裝置，這是為保護(hù)電機(jī)而出現(xiàn)的并非所愿的操作。采用電機(jī)電流或起動(dòng)電流時(shí)還存在一個(gè)問(wèn)題，即電樞電流不僅取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，還取決于磁場(chǎng)繞組上產(chǎn)生的電壓降以及電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。如果保護(hù)電路具有一可瞬間繞行的有關(guān)的延時(shí)電路，才能在電機(jī)阻斷的情況下重新恢復(fù)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。這種缺少電機(jī)保護(hù)的情況是所不希望的。另外，在測(cè)量電機(jī)電流時(shí)，電機(jī)的有效電阻加熱，使轉(zhuǎn)矩下降。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)，它在小轉(zhuǎn)矩的情況下也能實(shí)現(xiàn)精確的停轉(zhuǎn)動(dòng)作，因?yàn)楸景l(fā)明不是測(cè)量電機(jī)電流，而是測(cè)量轉(zhuǎn)數(shù)差，轉(zhuǎn)數(shù)差根據(jù)從動(dòng)軸上的加載情況而產(chǎn)生。通過(guò)將該轉(zhuǎn)數(shù)差與預(yù)定的額定轉(zhuǎn)數(shù)差的分析比較，更容易和更準(zhǔn)確地獲得與確定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩有關(guān)的轉(zhuǎn)速下降數(shù)據(jù)，它反映了電機(jī)電流的變化，但與電機(jī)的工作電壓或溫度無(wú)關(guān)。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在一個(gè)存儲(chǔ)器內(nèi)列有一張參考表，其中存放了額定轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)數(shù)差負(fù)載轉(zhuǎn)矩。這張表可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)很容易地測(cè)出，從而能夠適用于各種電機(jī)類(lèi)型，無(wú)需經(jīng)過(guò)復(fù)雜的換算。
如果采用一種算法能直接算出負(fù)載轉(zhuǎn)矩，將明顯節(jié)約存儲(chǔ)空間，則控制裝置的制造成本將更加節(jié)省和合理。
如果采用一種比例調(diào)節(jié)器獲得與負(fù)載轉(zhuǎn)矩成正比的轉(zhuǎn)數(shù)下降量，則可避免通過(guò)負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行的難免有缺陷的轉(zhuǎn)矩測(cè)量，這種誤差是由于電機(jī)電流的非線性特性所導(dǎo)致的。
另外，連接一個(gè)溫度傳感器進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)是有益的，根據(jù)溫度值對(duì)測(cè)出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩加以修正。尤其值得推薦的是采用一微處理機(jī)實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩測(cè)量的控制。微處理機(jī)成本不高，而且非常適于調(diào)節(jié)和控制用。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用一修正系數(shù)對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的集合的存儲(chǔ)值進(jìn)行修正。針對(duì)各種不同的電機(jī)類(lèi)型，使用一種標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)功能塊，其內(nèi)存有通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的某確定電機(jī)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)于其他電機(jī)，可將這個(gè)數(shù)據(jù)與有關(guān)的修正系數(shù)相乘，該乘積用于覆蓋已有的整套產(chǎn)品系列。
這種電動(dòng)機(jī)一般用于電動(dòng)手持式工具，特別適用于打孔機(jī)或螺釘緊固機(jī)。對(duì)于螺釘緊固機(jī)來(lái)說(shuō)，往往先在較低轉(zhuǎn)數(shù)下擰緊螺母，直到達(dá)到預(yù)定的額定轉(zhuǎn)矩。由于在擰緊螺母時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)很小，公知的通過(guò)電機(jī)電流消耗量確定轉(zhuǎn)矩的方法是不精確的。
附圖中給出了本發(fā)明的實(shí)施例，該實(shí)施例將在下面予以說(shuō)明。

圖1是一電路的方框圖，圖2是第一曲線，圖3是第二曲線，圖4是一控制器的方框圖，圖5是一流程圖，圖6是一調(diào)節(jié)器。
圖1是一電路方框圖，包括電動(dòng)機(jī)1，它與一控制器2(也可用調(diào)節(jié)器構(gòu)成)相連接，并受其控制工作。在電動(dòng)機(jī)的電樞軸上裝有一測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的傳感器4，這個(gè)傳感器最好采用一種轉(zhuǎn)速發(fā)訊器；它提供一正比于電樞軸的轉(zhuǎn)數(shù)的電壓。傳感器4測(cè)知電動(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)，它向控制器2的輸入端提供該信號(hào)，而控制器2的另一輸入端上得到額定轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)nsoll，這個(gè)信號(hào)是由發(fā)送器3提供的。圖1的電路用于一電動(dòng)手持式工具中，如鉆孔機(jī)或螺釘緊固機(jī)?？刂破?是常規(guī)電路，發(fā)送器3可采用對(duì)鉆孔機(jī)的預(yù)先規(guī)定轉(zhuǎn)數(shù)的調(diào)整元件。
圖2是描繪轉(zhuǎn)數(shù)n與負(fù)載轉(zhuǎn)矩MLast關(guān)系的曲線圖。電機(jī)1相對(duì)于不同的電壓u1，u2，u3具有各自的電機(jī)特性曲線，在電動(dòng)工具中一般使用一個(gè)調(diào)節(jié)器，它根據(jù)限定的特性范圍保持轉(zhuǎn)數(shù)恒定，不受負(fù)載變化的影響。例如，在轉(zhuǎn)數(shù)的允許范圍內(nèi)，可以相對(duì)于發(fā)送器3預(yù)定的額定轉(zhuǎn)數(shù)n1soll保持在一大致恒定的轉(zhuǎn)矩M1上。實(shí)際上，在采用調(diào)節(jié)器時(shí)，沒(méi)有I分量，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)確定的額定轉(zhuǎn)數(shù)n1soll的偏差量，因此在這種情況下，實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)n1ist低于額定轉(zhuǎn)數(shù)n1soll。這一差別基本上取決于所使用調(diào)節(jié)器類(lèi)型的放大因子。假如不使用調(diào)節(jié)器的話，則與所示的曲線u1，u2，u3相關(guān)的轉(zhuǎn)數(shù)曲線將隨著負(fù)載的增加而遞減。
圖3中根據(jù)兩個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)n1，n2再次說(shuō)明上述關(guān)系。本例中采用一比例調(diào)節(jié)器(P-調(diào)節(jié)器)，使轉(zhuǎn)數(shù)下降與負(fù)載變化成正比。這體現(xiàn)在與額定轉(zhuǎn)數(shù)n1soll及n2soll有關(guān)的曲線n1ist和n2ist中。從這些曲線還可得出當(dāng)前負(fù)載轉(zhuǎn)矩M1處的轉(zhuǎn)數(shù)下降量ΔX1要大于小轉(zhuǎn)數(shù)n2時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)下降量ΔX2。本發(fā)明注意到這個(gè)給定額定轉(zhuǎn)數(shù)的影響，這些轉(zhuǎn)數(shù)下降量ΔX1，ΔX2與額定轉(zhuǎn)數(shù)n1soll，n2soll有關(guān)。
對(duì)ΔX1，ΔX2的計(jì)算最好用控制電路2進(jìn)行，控制器的電路方框圖示于圖4中。它包括一計(jì)算器41，該計(jì)算器與一存儲(chǔ)器42連接。計(jì)算器的輸入端接收到額定轉(zhuǎn)數(shù)n1soll，n2soll信號(hào)及實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)n1ist，n2ist信號(hào)。在它的輸出端上提供一控制信號(hào)，發(fā)送到一中斷裝置43。中斷裝置43具有一個(gè)開(kāi)關(guān)或一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它與一個(gè)公知的調(diào)節(jié)器44相連接。調(diào)節(jié)器44采用相位邊際控制結(jié)構(gòu)，用于控制電機(jī)1的導(dǎo)通角。
根據(jù)圖5的流程圖，現(xiàn)在說(shuō)明該裝置的功能。在位置51處，向計(jì)算器41輸入額定轉(zhuǎn)數(shù)n1soll，n2soll和實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)n1ist，n2ist。計(jì)算器41在位置52處計(jì)算出與當(dāng)前的額定轉(zhuǎn)數(shù)之差ΔX＝(nsoll-nist)。將當(dāng)前的額定轉(zhuǎn)數(shù)及差值ΔX都存入中間寄存器內(nèi)。在位置53處，將上述計(jì)算結(jié)果與某確定電機(jī)類(lèi)型的修正因子K相乘。這個(gè)修正因子K可體現(xiàn)一個(gè)確定電機(jī)類(lèi)型的功率、特性曲線族，溫度比等。這個(gè)K因子在出廠時(shí)是預(yù)先給定的。但是它也是可選擇的，從而能以簡(jiǎn)易方式作用于電機(jī)的剪切力矩。在位置54處，使用存在存儲(chǔ)器42中的一種算法規(guī)則或一張表獲得屬于負(fù)載轉(zhuǎn)矩M1的轉(zhuǎn)數(shù)差和額定轉(zhuǎn)數(shù)。在詢問(wèn)框55處，檢驗(yàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩M1是否大于或小于極限轉(zhuǎn)矩MGrenz。如果M1小于MGrenz，則程序轉(zhuǎn)回位置51。如果M1等于或大于極限轉(zhuǎn)矩，則在位置56處停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)出一信號(hào)或轉(zhuǎn)換到另一電流值或轉(zhuǎn)數(shù)值。
由于對(duì)于某一確定的電機(jī)類(lèi)型而言，關(guān)于額定轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)速變化只能具有一種負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因此即使很小的轉(zhuǎn)矩變化也能被檢測(cè)出來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，計(jì)算器41與一個(gè)溫度傳感器43相連接，它利用修正因子kt根據(jù)電機(jī)溫度或周?chē)鷾囟然螂姍C(jī)溫度和周?chē)鷾囟戎钚Ｕ褱y(cè)知的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
由于使用P-調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)于負(fù)載近似正比地下降，可將其作為第一近似值列入下列公式中(M1ast＝a(nsoll-nist)，其中a是比例因子，適用于調(diào)節(jié)器與電動(dòng)機(jī)相連接的情況，這個(gè)因子a的值可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出。
圖6表示一個(gè)用微處理器60構(gòu)成的調(diào)節(jié)器。它具有信號(hào)處理電路61，它與轉(zhuǎn)數(shù)nsoll，nist的及溫度計(jì)和轉(zhuǎn)矩的發(fā)送器/傳感器相連接。信號(hào)處理器61的輸出端連接一調(diào)節(jié)器62，后者又與一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)63連接。信號(hào)處理器還與一個(gè)存儲(chǔ)器64連接，用于存放參考值，信號(hào)處理器通過(guò)一中斷線路連接到執(zhí)行機(jī)構(gòu)63。
權(quán)利要求
1.一種具有測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)矩的電路的電動(dòng)機(jī)，包括預(yù)先提供一額定轉(zhuǎn)數(shù)的發(fā)送器，一個(gè)測(cè)量電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)的傳感器和一控制器，用于在電機(jī)到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)矩時(shí)實(shí)現(xiàn)電機(jī)到第二工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，其特征在于，控制器(2)包括測(cè)量實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)(n1ist，n2ist)的傳感器(4)和提供形成實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)差(ΔX1，ΔX2)的預(yù)先給定的額定轉(zhuǎn)數(shù)(n1soll，n2soll)，并且通過(guò)一個(gè)電路(42)，根據(jù)預(yù)定的額定轉(zhuǎn)數(shù)(n1soll，n2soll)和測(cè)知的實(shí)際的轉(zhuǎn)數(shù)之差(ΔX1，ΔX2)確定電機(jī)(1)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，電路(42)包括一個(gè)存儲(chǔ)器，其內(nèi)存有一張表，表內(nèi)存放有與轉(zhuǎn)數(shù)差(ΔX1，ΔX2)和額定轉(zhuǎn)數(shù)(n1soll，n2soll)有關(guān)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，控制器(2)采用一種計(jì)算出負(fù)載轉(zhuǎn)矩的算法規(guī)則。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，控制器(2)包括一個(gè)具有正比特性的轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，控制器(2)與一個(gè)溫度傳感器(43)相連接，其信號(hào)用于校正已測(cè)出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，控制器還具有一個(gè)計(jì)算器(41)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，控制器(2)具有一校正負(fù)載轉(zhuǎn)矩的修正因子(k，a)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的電動(dòng)機(jī)，其特征在于，電動(dòng)機(jī)(1)用于電動(dòng)手持式工具，特別是鉆孔機(jī)或螺釘固緊機(jī)。
全文摘要
本文提供一種加載時(shí)通過(guò)測(cè)出轉(zhuǎn)數(shù)下降量確定其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)。利用一求值電路相對(duì)于額定轉(zhuǎn)數(shù)求出當(dāng)時(shí)負(fù)載情況下的轉(zhuǎn)數(shù)下降量，根據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)的一參考表或一種算法規(guī)則，確定針對(duì)某一確定電機(jī)類(lèi)型的有關(guān)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。不同的電機(jī)類(lèi)型的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可利用一個(gè)修正因子來(lái)校正。還可采用一個(gè)溫度傳感器，用于校正電機(jī)的隨溫度變化的轉(zhuǎn)矩。
文檔編號(hào)H02P25/02GK1132575SQ9419364
公開(kāi)日1996年10月2日 申請(qǐng)日期1994年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月2日
發(fā)明者D·舒斯特, O·西爾, W·赫斯堡格 申請(qǐng)人:羅伯特-博希股份公司