ЭЛЕКТРОБРИТВА
ELECTRIC RAZOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к бытовым электроприборам, а более конкретно, к электробритве.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
На сегодняшний день доступно множество различных бритв. Доступны бритвы для бритья бород или волос на других частях тела. Некоторые бритвы сконструированы для мужского тела, некоторые – для женского тела, а некоторые – и для того, и для другого. Помимо бритв для людей, на рынке доступны бритвы для животных, которые, в частности, подходят для бритья таких животных, как собаки. Настоящая заявка относится как приборам как для людей, так и не для людей.
Для бритья человеческих волос, предусмотрена оптимальная скорость ножей. Для вращательных систем бритья, эта скорость находится в диапазоне 1800-2200 об/мин. Описаны бритвы, которые обнаруживают присутствие кожи через реле давления или бесконтактный датчик, который включает бритву, когда он определяет контакт с кожей, с тем чтобы продлевать время работы от аккумулятора. Это включение должно осуществляться до того, как бритвенные головки контактируют с кожей, поскольку перемещение бритвы по коже, когда она отключена, является некомфортным вследствие растягивания и натягивания. Тем не менее, использование бесконтактного датчика для того, чтобы достигать включения бритвы только до контакта с кожей, требует дополнительных компонентов.
US 2012/0024552 A1 раскрывает инструмент с электроприводом, в частности, газонокосилку, включающую в себя электродвигатель, узел определения электродвигательной нагрузки и узел питания электродвигателя. Узел питания электродвигателя изменяет величину напряжения приведения в действие на основе электродвигательной нагрузки, определенной посредством узла определения электродвигательной нагрузки. В частности, напряжение приведения в действие изменяется с меньшего значения на большее значение, когда определенная электродвигательная нагрузка превышает первое пороговое значение, и напряжение приведения в действие изменяется с большего значения обратно на меньшее значение, когда определенная электродвигательная нагрузка меньше второго порогового значения, меньшего первого порогового значения. Таким образом, узел питания уменьшает величину электрической мощности приведения в действие при определении того, что электродвигатель бездействует.
US 5367599 раскрывает электробритву, содержащую электродвигатель, который приводит в действие нож, и дополнительно содержащую схему считывания тока электродвигателя и вычислительную схему, которая обрабатывает вывод из схемы считывания тока электродвигателя. На основе измеренного тока электродвигателя, вычислительная схема вычисляет толщину волос на бороде пользователя и задает частоту вращения электродвигателя равной меньшему значению в случае относительно тонких волос на бороде и большему значению в случае относительно толстых волос на бороде.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения заключается в том, чтобы предоставлять бритву, которая уменьшает потребление мощности в отсутствие кожи, без использования датчика расстояния. С этой целью, согласно первому аспекту изобретения, предусмотрена электробритва, содержащая узел ножа, электродвигатель, выполненный с возможностью приводить в действие узел ножа, и детектор нагрузки, выполненный с возможностью измерять, по меньшей мере, один электрический параметр, указывающий потребление мощности электродвигателя, чтобы получать измеренное значение. Электробритва также содержит контроллер, выполненный с возможностью управлять средним напряжением в электродвигателе в качестве функции от измеренного значения. Контроллер выполнен с возможностью переключать среднее напряжение между первым уровнем среднего напряжения и вторым уровнем среднего напряжения, причем второй уровень среднего напряжения выше первого уровня среднего напряжения, причем контроллер выполнен с возможностью:
- переключать среднее напряжение с первого уровня среднего напряжения на второй уровень среднего напряжения, если измеренное значение превышает первое пороговое значение, и
- переключать среднее напряжение со второго уровня среднего напряжения обратно на первый уровень среднего напряжения, если измеренное значение остается ниже второго порогового значения в течение предварительно заданного периода времени после момента времени, в который измеренное значение опускается ниже второго порогового значения, при этом второе пороговое значение выше первого порогового значения.
Посредством измерения потребления мощности электродвигателя, детектор нагрузки имеет возможность определять контакт с кожей при условии, что в случае контакта с кожей, мощность, используемая посредством электродвигателя, является относительно высокой. Таким образом, посредством простого измерения электрического параметра, к примеру, тока через электродвигатель, контакт с кожей обнаруживается без необходимости дополнительного датчика расстояния.
Электробритва может содержать управляемый переключатель, выполненный с возможностью прерывать напряжение, поданное в электродвигателе, при этом контроллер выполнен с возможностью включать и выключать управляемый переключатель посредством управляющего сигнала с широтно-импульсной модуляцией, цикл нагрузки которого определяет среднее напряжение в электродвигателе. Посредством варьирования цикла нагрузки, среднее напряжение, приложенное в электродвигателе, может варьироваться с использованием простого, но надежного цифрового контроллера.
В варианте осуществления, электробритва дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, выполненный с возможностью принимать измеренное значение из детектора нагрузки и преобразовывать измеренное значение в цифровой выходной сигнал, который должен обрабатываться посредством контроллера.
В варианте осуществления, предварительно заданный период времени находится в диапазоне 1-3 секунды, но возможны другие (большие или меньшие) периоды. Этот период может выбираться достаточно длительным для того, чтобы не допускать "ложноположительных суждений", так что отклонения тока, возникающие в ходе контакта с кожей, не должны приводить к изменению приложенного среднего напряжения.
В варианте осуществления, контроллер выполнен с возможностью ожидать первого пускового сигнала калибровки и, после приема первого пускового сигнала калибровки:
- задавать среднее напряжение равным второму уровню среднего напряжения, и затем:
- ожидать установления тока электродвигателя, и после этого:
- дискретизировать измеренное значение за предварительно заданный первый период дискретизации для того, чтобы получать первое число дискретных значений, и затем:
- усреднять первое число дискретных значений для того, чтобы получать второе пороговое значение.
Посредством определения второго порогового значения в ходе процедуры калибровки, можно оптимизировать второе пороговое значение и в меньшей степени зависеть от флуктуаций, получающихся в результате, например, более низкого напряжения или температуры аккумулятора.
Второе пороговое значение может получаться посредством усреднения первого числа дискретных значений для того, чтобы получить первое среднее значение, и суммирования заданного первого значения смещения с первым средним значением. Суммирование значения смещения с первым средним значением должно приводить к переключению среднего напряжения в электродвигателе только тогда, когда ток нагрузки остается ниже уровня, который существенно выше номинального значения. Таким образом, слишком частое нежелательное переключение вследствие флуктуаций тока нагрузки не допускается.
В варианте осуществления, контроллер выполнен с возможностью ожидать второго пускового сигнала калибровки и, после приема второго пускового сигнала калибровки:
- задавать среднее напряжение равным первому уровню среднего напряжения, и затем:
- ожидать установления тока электродвигателя, и после этого:
- дискретизировать измеренное значение за предварительно заданный второй период дискретизации для того, чтобы получать второе число дискретных значений, и затем:
- усреднять второе число дискретных значений для того, чтобы получать первое пороговое значение.
Первое пороговое значение может получаться посредством усреднения второго числа дискретных значений для того, чтобы получать второе среднее значение, и суммирования предварительно определенного второго значения смещения со вторым средним значением.
Первый и/или второй пусковой сигнал калибровки может представлять собой сигнал включения питания контроллера. Таким образом, калибровка осуществляется каждый раз, когда включается бритва. Альтернативно, бритва может содержать переключатель калибровки, соединенный с контроллером, причем первый и/или второй пусковой сигнал калибровки формируется посредством переключателя калибровки после активации переключателя калибровки пользователем.
В конкретном варианте осуществления, контроллер выполнен с возможностью ожидать пускового сигнала калибровки и, после приема пускового сигнала калибровки:
- задавать среднее напряжение равным второму уровню среднего напряжения, и затем:
- ожидать установления тока электродвигателя, и после этого:
- дискретизировать измеренное значение за предварительно заданный первый период дискретизации для того, чтобы получать первое число дискретных значений, и затем:
- усреднять первое число дискретных значений для того, чтобы получать первое среднее значение, и суммировать предварительно определенное первое значение смещения с первым средним значением, чтобы получать второе пороговое значение, и далее:
- задавать среднее напряжение равным первому уровню среднего напряжения после предварительно заданного первого периода дискретизации, и затем:
- ожидать установления тока электродвигателя, и после этого:
- дискретизировать измеренное значение за предварительно заданный второй период дискретизации для того, чтобы получать второе число дискретных значений, и затем:
- усреднять второе число дискретных значений для того, чтобы получать второе среднее значение, и суммировать предварительно определенное второе значение смещения со вторым средним значением, чтобы получать первое пороговое значение.
Посредством определения сначала второго порогового значения, а затем первого порогового значения, уровень среднего напряжения сначала должен задаваться равным более высокому уровню среднего напряжения (т.е. второму уровню среднего напряжения), а затем более низкому уровню среднего напряжения (т.е. первому уровню среднего напряжения). На основе этого порядка, должно минимизироваться полное время калибровки. Тем не менее, следует отметить, что также можно сначала определять первое пороговое значение, а затем второе пороговое значение.
Электробритва может содержать перезаряжаемый аккумулятор для того, чтобы подавать питание в электродвигатель.
Альтернативно, бритва может подключаться к электросети для питания электродвигателя. Также возможны комбинации.
Электробритва может представлять собой безопасную электробритву, или она может представлять собой триммер.
Дополнительно, предпочтительные варианты осуществления устройства и способа согласно изобретению задаются в прилагаемой формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения должны становиться очевидными и истолковываться со ссылкой на варианты осуществления, описанные в качестве примера в нижеприведенном описании, и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 является видом в перспективе бритвы согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг. 2 схематично показывает электрические компоненты бритвы по фиг. 1;
Фиг. 3 показывает график тока, измеряемого посредством детектора нагрузки в ходе теста бритвы 1 согласно варианту осуществления;
Фиг. 4 показывает график примера уровня среднего напряжения в электродвигателе в качестве функции от времени;
Фиг. 5 показывает пример детектора нагрузки вместе с электродвигателем 4 и аналого-цифровым преобразователем;
Фиг. 6 схематично показывает часть дополнительного варианта осуществления, в котором бесщеточный электродвигатель с электронной коммутацией (ECM) размещается в бритве;
Фиг. 7 схематично показывает электрические компоненты бритвы согласно дополнительному варианту осуществления;
Фиг. 8A показывает график измеренного тока через электродвигатель бритвы согласно варианту осуществления;
Фиг. 8B показывает график управляемого уровня среднего напряжения, чтобы формировать измеренный ток по фиг. 8A;
Фиг. 9 показывает пример импульса, созданного посредством цифрового микропроцессора, который может использоваться для того, чтобы переключать управляемый переключатель; и
Фиг. 10 показывает график напряжения электродвигателя с широтно-импульсной модуляцией, которое является результатом переключения управляемого переключателя, когда переключатель управляется посредством сигнала, показанного на фиг. 9.
Чертежи являются просто схематичными и не нарисованы в масштабе. На чертежах элементы, которые соответствуют уже описанным элементам, могут иметь идентичные номера ссылок.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 является видом в перспективе бритвы 1 согласно варианту осуществления изобретения. Бритва 1 содержит корпус 2 и узел 3 ножа. Внутри корпуса расположен электродвигатель 4, который выполнен с возможностью приводить в действие узел 3 ножа. Схема 5 управления и аккумулятор 6 также находятся в корпусе 2. Схема 5 управления выполнена с возможностью управлять электродвигателем 4 посредством управления средним напряжением, приложенным в электродвигателе 4.
Фиг. 2 схематично показывает электрические компоненты бритвы по фиг. 1. Как видно из фиг. 2, аккумулятор 6 соединяется с электродвигателем 4 через двухпозиционный переключатель 12 и управляемый переключатель 13. Детектор 14 нагрузки размещается между электродвигателем 4 и землей. Кроме того, бритва 1 содержит аналого-цифровой преобразователь 15 и контроллер 16. Управляемый переключатель 13, детектор 14 нагрузки, аналого-цифровой преобразователь 15 и контроллер 16 составляют схему 5 управления, показанную на фиг. 1. Аккумулятор 6 может предоставлять напряжение между 3,7 и 4,4 вольт, но также возможны другие значения, к примеру, 1,2 или 1,5 вольт.
Детектор 14 нагрузки выполнен с возможностью измерять потребление мощности электродвигателя 4 посредством измерения тока нагрузки. Ток через электродвигатель 4 может использоваться в качестве считываемого входного параметра для аналого-цифрового преобразователя 15. Более точный способ должен заключаться в том, чтобы вычислять потребление мощности электродвигателя посредством измерения как тока через электродвигатель 4, так и напряжения в электродвигателе 4, тем не менее, с учетом плоской характеристики электродвигателя 4, ток через электродвигатель 4 составляет достаточно хорошее значение.
Аналого-цифровой преобразователь 15 выполнен с возможностью принимать фактическое значение тока электродвигателя из детектора 14 нагрузки и преобразовывать принятые аналоговые значения в цифровые значения. Контроллер 16 принимает цифровые значения и обрабатывает их. Контроллер 16 выполнен с возможностью управлять средним напряжением в электродвигателе 4 посредством включения и выключения управляемого переключателя 13 посредством варьирования цикла нагрузки или посредством варьирования пиковых напряжений. Управляемый переключатель 13 может представлять собой транзистор или любой другой тип переключателя, который может переключаться с помощью электрического управляющего сигнала. Контроллер 16 выполнен с возможностью переключать среднее напряжение, приложенное в электродвигателе 4, между первым уровнем среднего напряжения и вторым уровнем среднего напряжения, причем второй уровень среднего напряжения выше первого уровня среднего напряжения. Контроллер 16 выполнен с возможностью переключать среднее напряжение с первого уровня среднего напряжения на второй уровень среднего напряжения, если ток нагрузки превышает первое пороговое значение TH_TH, и переключать среднее напряжение со второго уровня среднего напряжения обратно на первый уровень среднего напряжения, если ток нагрузки опускается ниже второго порогового значения TH_TL и остается ниже второго порогового значения TH_TL в течение предварительно заданного периода времени.
В варианте осуществления, когда пользователь включает бритву 1, бритва 1 начинает работать при наименьшем уровне среднего напряжения, т.е. при первом уровне среднего напряжения. Первый уровень среднего напряжения может выбираться таким образом, что он все еще является удобным для размещения бритвы на коже. В варианте осуществления, фиг. 3 показывает график тока, измеряемого посредством детектора 14 нагрузки в ходе теста бритвы 1 согласно варианту осуществления. Фиг. 4 показывает график уровня среднего напряжения в электродвигателе 4 в качестве функции от времени. Как видно из фиг. 3 ток превышает пороговое значение TH_TH во время t6. В этот момент, среднее напряжение переключается с низкого уровня среднего напряжения на высокий уровень среднего напряжения, см. фиг. 4. Во время бритья, ток нагрузки должен колебаться вследствие флуктуаций нагрузки, испытываемой посредством узла 3 ножа и электродвигателя 4. Во время t7, ток нагрузки опускается ниже порогового значения TH_TL. Ток нагрузки остается ниже этого порогового значения TH_TL, как видно из фиг. 3. Во время t8, после предварительно заданного периода времени t8-t7, контроллер 16 должен снова переключать электродвигатель на низкий уровень среднего напряжения, см. фиг. 4. Падение тока нагрузки в t7 предположительно вызывается посредством убирания бритвы 1 с кожи (например, бороды) пользователя. Тем не менее, только после того, как ток нагрузки ниже порогового значения TH_TL в течение достаточно длительного времени, можно прийти к выводу, что бритва убрана с кожи. В варианте осуществления, предварительно заданный период времени находится в диапазоне 1-3 секунды, но возможны другие (большие или меньшие) периоды. Значения для предварительно заданного периода времени могут задаваться во время лабораторного тестирования посредством изготовителя. Несколько значений в течение предварительно заданного периода времени могут сохраняться в запоминающем устройстве в бритве 1, которые должны выбираться пользователем посредством пользовательского интерфейса или вручную управляемого средства настроек.
Посредством использования способа считывания для определения фактического потребления мощности электродвигателя, посредством бритвы 1 может определяться без дополнительных датчиков то, что бритвенные головки узла ножа находятся в контакте с кожей и бреют. Когда контроллер 16 определяет контакт с кожей, бритва 1 переключается на более высокий уровень среднего напряжения для бритья. Более высокий уровень среднего напряжения может быть максимальным уровнем среднего напряжения, возможным для бритвы 1, или альтернативно, более высокий уровень среднего напряжения может быть ниже максимального уровня среднего напряжения, в зависимости от бритвы и/или пользователя. Посредством использования способа считывания для того, чтобы определять фактическое потребление мощности электродвигателя в течение этого более высокого уровня среднего напряжения, может определяться, когда бритва 1 снята с кожи пользователем, и напряжение бритвы 1 может снова постепенно снижаться до более энергоэффективного уровня среднего напряжения. Когда пользователь отключает бритву 1, бритва 1 прекращает работу.
В варианте осуществления, контроллер 16 представляет собой микропроцессор, выполненный с возможностью регулировать (т.е. управлять) частоту вращения электродвигателя 4 посредством использования широтно-импульсной модуляции (PWM). Тем не менее, в рамках ограничений использования относительно недорогого процессора, регулирование напряжения электродвигателя является относительно медленным; практическое значение PWM, например, составляет 8 кГц.
a
Фиг. 5 показывает пример детектора 14 нагрузки вместе с электродвигателем 4 и аналого-цифровым преобразователем 15. Детектор 14 нагрузки содержит первый резистор 51, соединенный между электродвигателем 4 и землей, второй резистор 52, соединенный с электродвигателем 4 и входом аналого-цифрового преобразователя 15. Между входом аналого-цифрового преобразователя 15 и землей соединяется конденсатор 53. Аналого-цифровой преобразователь 15 принимает напряжение, которое непосредственно связано с напряжением в резисторе 51 и в силу этого с напряжением для электродвигателя 4, при условии, что второй резистор 52 является достаточно большим. Второй резистор 52 формирует фильтр нижних частот вместе с конденсатором 53. Добавление этого фильтра должно помогать в установлении стабильного измерения тока и недопущении слышимого акустического "протяжного свиста" из устройства. Практические значения для первого резистора 51, второго резистора 52 и конденсатора 53 составляют R1=0,5 Ом, R2=1000 Ом, C1=10 микрофарад со средним V напряжения электродвигателя в диапазоне 3,7-4,2 вольт. Аналого-цифровой преобразователь 15 выполнен с возможностью дискретизировать принятые значения напряжения и преобразовывать их в цифровые значения, которые должны обрабатываться посредством контроллера 16. Аналого-цифровой преобразователь 15 может представлять собой отдельное устройство, но он альтернативно может быть интегрирован в один процессор вместе с контроллером 16.
Вариант осуществления, описанный со ссылкой на фиг. 2, может применяться к щеточному электродвигательу постоянного тока, который управляется с помощью PWM и с помощью одного переключателя 13. Фиг. 6 схематично показывает часть дополнительного варианта осуществления, в котором бесщеточный электродвигатель 61 с электронной коммутацией (ECM) размещается в бритве 1, частота вращения которой управляется посредством дополнительного контроллера 62. ECM-электродвигатель 61 содержит N катушек 611, 612, 613 и N переключателей 615, 616, 617, при этом N равно 3 или более. Следует отметить, что фиг. 6 показывает упрощенную схему, и что ECM-электродвигатель 61 может иметь звездообразную или дельта-конфигурацию. Дополнительный контроллер 62 выполнен с возможностью управлять ECM-электродвигателем 61 посредством последовательного переключения отдельных катушек 611, 612, 613. Прохождения через нуль катушек 611, 612, 613, могут использоваться для того, чтобы определять частоту вращения электродвигателя 61 и управлять переключением, но это не представляет собой наиболее практически оптимальное решение. Более надежный и недорогой способ для того, чтобы определять потребление мощности ECM-электродвигателя 61, заключается в том, чтобы измерять ток, поступающий в электродвигатель 61 (до или после) операции разбиения сигналов и их ввода в отдельные катушки. Точка 64 измерения и точка 65 измерения указывают возможные точки, в которых может размещаться детектор 14 нагрузки. С учетом характера переключения ECM-электродвигателя 61, также в этом варианте осуществления, фильтр нижних частот, описанный на фиг. 5, должен помогать улучшать работу бритвы 1.
Обнаружение инициирующего условия для того, чтобы переходить из режима низкой мощности в режим высокой мощности, в самом простом случае может быть основано на уровне абсолютной потребляемой мощности или тока нагрузки. Тем не менее, оно может быть чувствительным к варьированиям согласно каждому продукту и варьированиям во времени. При такой простой реализации, оно может не представлять собой очень надежный способ. Чтобы справляться с этими варьированиями, бритва согласно варианту осуществления выполнена с возможностью определять релевантные пороговые значения TH_TH и TH_TL, упомянутые выше, в процедуре калибровки.
Фиг. 7 схематично показывает электрические компоненты бритвы 1 согласно дополнительному варианту осуществления. Бритва 1 содержит переключатель 72 калибровки, соединенный с контроллером 16. Переключатель 72 калибровки может представлять собой кнопку в корпусе 2 бритвы 1, которая должна нажиматься пользователем с тем, чтобы активировать процедуру калибровки. Как указано посредством пунктирной линии 73, переключатель 72 калибровки может обходить двухпозиционный переключатель 12. В этом случае, пользователь имеет возможность активировать процедуру калибровки также тогда, когда бритва 1 не активируется.
В варианте осуществления, контроллер 16 выполнен с возможностью ожидать первого пускового сигнала калибровки и, после приема первого пускового сигнала калибровки:
- задавать среднее напряжение равным второму уровню среднего напряжения, и затем:
- ожидать установления тока электродвигателя, и после этого:
- дискретизировать измеренное значение за предварительно заданный первый период дискретизации для того, чтобы получать первое число дискретных значений, и затем:
- усреднять первое число дискретных значений для того, чтобы получать второе пороговое значение.
Посредством определения второго порогового значения в ходе процедуры калибровки, можно оптимизировать второе пороговое значение и в меньшей степени зависеть от флуктуаций, вызываемых, например, посредством более низкого напряжения или температуры аккумулятора. Второе пороговое значение может получаться посредством усреднения первого числа дискретных значений для того, чтобы получать первое среднее значение, и суммирования предварительно определенного первого значения смещения с первым средним значением. Суммирование значения смещения с первым средним значением должно приводить к переключению напряжения в электродвигателе только тогда, когда ток нагрузки остается ниже уровня, который существенно выше номинального значения. Таким образом, слишком частое нежелательное переключение вследствие флуктуаций тока нагрузки не допускается.
В варианте осуществления, контроллер выполнен с возможностью ожидать второго пускового сигнала калибровки и, после приема второго пускового сигнала калибровки:
- задавать среднее напряжение равным первому уровню среднего напряжения, и затем:
- ожидать установления тока электродвигателя, и после этого:
- дискретизировать измеренное значение за предварительно заданный второй период дискретизации для того, чтобы получать второе число дискретных значений, и затем:
- усреднять второе число дискретных значений для того, чтобы получать первое пороговое значение.
Первое пороговое значение может получаться посредством усреднения второго числа дискретных значений для того, чтобы получать второе среднее значение, и суммирования предварительно определенного второго значения смещения со вторым средним значением.
Фиг. 8A показывает график измеренного тока через электродвигатель 4 бритвы 1 согласно варианту осуществления. Бритва 1 в этом примере управляется способом, указываемым посредством фиг. 8B, который показывает график управляемого уровня среднего напряжения. После включения бритвы 1, в момент t0, уровень среднего напряжения задается равным наибольшей настройке напряжения. Как видно из фиг. 8A, когда напряжение прикладывается к электродвигателю 4, начальный ток не отражает номинальные рабочие значения, но имеет отличительный характер изменения при начале работы. Этот эффект начала работы должен учитываться при калибровке пороговых значений для алгоритма переключения. Таким образом, контроллер 16 должен ожидать исчезновения эффекта начала работы электродвигателя, вплоть до t1 (типично 200 мс), до того как получается первое число дискретных значений. Другими словами, контроллер ожидает установления тока электродвигателя. За первый период si_H дискретизации, ток нагрузки многократно измеряется для того, чтобы получать первое число дискретных значений. Для настройки высокого уровня (si_H типично может составлять 300 мс), например, 5 дискретных значений могут извлекаться в пределах периода si_H. В момент t3, пороговое значение для переключения на низкий уровень (TH_TL) определяется посредством извлечения среднего измеренного тока и суммирования значения O_TL смещения. Если аналого-цифровой преобразователь 15 и 8-битовый цифровой микроконтроллер используются для контроллера 16, чтобы формировать желательный уровень среднего напряжения, измеренный средний ток может иметь значение в 160, и после суммирования значения смещения в 3, получается пороговое значение TH_TL, равное 163. В момент t3, электродвигатель 4 задается равным настройке низкого уровня (например, 160 в 8-битовом диапазоне). Теперь, в течение интервала, равного t4-t3 (типично 200 мс), току электродвигателя разрешается устанавливаться равным номинальному рабочему значению для этой новой настройки. Затем, от t4 до t5, в течение второго периода si_L дискретизации, измеряется второе число дискретных значений. Период si_L времени типично может составлять 300 мс, и за этот интервал дискретизации, например, могут получаться 5 дискретных значений. В/после момента t5, пороговое значение для переключения на высокий уровень (TH_TH), определяется посредством извлечения измеряемого тока и суммирования среднего значения O_TH смещения. При наличии аналого-цифрового преобразователя 15 и настроек, упомянутых выше, измеренное значение может составлять 140, с которым суммируется значение смещения в 10, что приводит к TH_TH в 150. В зависимости от запрашиваемой чувствительности, значения для значений O_TL и O_TH смещения могут варьироваться между 1,5 и 4% от номинальных рабочих значений.
Чтобы минимизировать время, которое необходимо для калибровки, сначала может определяться высокое пороговое значение TH_TL, после чего выполняется определение низкого порогового значения TH_TH. Посредством приложения наибольшего среднего напряжения непосредственно при начале работы, эффект начала работы исчезает быстрее всего. Тем не менее, альтернативно, сначала может определяться низкое пороговое значение TH_TH.
Чтобы знать, когда ток электродвигателя установлен равным номинальным рабочим значениям, могут использоваться различные технологии. График может составляться из тока электродвигателя в качестве функции от времени (к примеру, фиг. 8A), и из этого графика изготовитель может определять период времени (например, t1-t0), после которого ток электродвигателя установлен равным конкретном уровню. Как вариант, дискретные значения могут извлекаться из тока нагрузки, и могут вычисляться отклонения. Если отклонение, например, последних 5 дискретных значений находится в определенных пределах, к примеру, менее 12% от значения номинального тока, то можно прийти к выводу, что ток электродвигателя установлен равным запрашиваемому уровню.
m
Как упомянуто выше, контроллер 16 может быть выполнен с возможностью управлять средним напряжением в электродвигателе 4 посредством приложения напряжения с широтно-импульсной модуляцией в электродвигателе 4. Фиг. 9 показывает пример импульса, созданного посредством цифрового микропроцессора, который может использоваться для того, чтобы переключать управляемый переключатель 13. Фиг. 9 показывает управляющий сигнал 91 микропроцессора 16. Фиг. 10 показывает график напряжения 95 электродвигателя с широтно-импульсной модуляцией, которое является результатом переключения управляемого переключателя 13 при управлении посредством сигнала 91, показанного на фиг. 9. Как можно видеть, напряжение варьируется между нулем и максимальным значением V, которое может соответствовать напряжению аккумулятора.
a
m
На фиг. 9 и 10, цикл нагрузки указывается посредством ссылки с номером 92, в то время как ссылка с номером 93 указывает время цикла. Термин "цикл нагрузки" описывает долю времени включения относительно регулярного интервала или периода времени. Цикл нагрузки может выражаться в процентах, где 100% означает полное включение. Посредством применения сигнала 91 к управляемому переключателю 13 напряжение, приложенное к электродвигателю 4, прерывисто включается и выключается. Это может осуществляться относительно быстро (например, при 10 кГц), при управлении временем включения для периода. Таким образом, в этом случае, отношение между циклом нагрузки и временем цикла является управляемым параметром. Среднее напряжение V, подаваемое в электродвигатель 4, может управляться посредством включения и выключения переключателя 13 между аккумулятором 6. Если, например, цикл нагрузки составляет 50%, то среднее напряжение равно 0,5×V. Чем дольше переключатель 13 включен по сравнению с периодами отключения, тем выше среднее напряжение, приложенное в электродвигателе 4. Следует отметить, что в этих вычислениях, среднее напряжение измеряется за один цикл.
В варианте осуществления, управляющий сигнал 91 управляется с помощью широтно-импульсного модулятора по 8-битовым значениям (не показан), за счет этого обеспечивая разрешение в 255 шагов для отношения цикла нагрузки к времени цикла. Фиг. 9 и 10 показывают пример цикла 92 нагрузки, равного 160, и времени цикла, равного 255.
Вместо использования микропроцессора/контроллера, как пояснено выше, другой тип схемы может использоваться для того, чтобы управлять напряжением электродвигателя 2, такой как переключение банков резисторов или аналоговых электронных схем, но такие решения являются менее надежными и более дорогостоящими.
Альтернативы могут содержать источник питания, выполненный с возможностью переключаться между высоким уровнем и низким уровнем среднего постоянного напряжения в качестве функции от измеренного значения. В этом случае, вышеуказанный "уровень среднего напряжения" является идентичным уровню среднего постоянного напряжения.
Следует отметить, что в этом документе слово "содержащий" не исключает присутствие элементов или этапов, отличных от перечисленных элементов или этапов, и слово "a" или "an", предшествующее элементу, не исключает присутствие множества таких элементов, и что любые ссылки с номерами не ограничивают объем формулы изобретения. Кроме того, изобретение не ограничено вариантами осуществления, и изобретение заключается в каждом новом признаке или в комбинации признаков, описанных выше или изложенных во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения.