ИНСТРУМЕНТ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ, УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ
ELECTRICALLY DRIVEN TOOL, CONTROL DEVICE AND DATA CARRIER

Настоящее изобретение относится к инструменту с электрическим приводом, который содержит электродвигатель постоянного тока, играющий роль привода, и управляющий вращением электродвигателя постоянного тока в зависимости от степени нажатия куркового выключателя.
Обычный инструмент такого типа с электрическим приводом содержит мостовую схему (другими словами, инверторную схему), образованную переключающими устройствами (переключатели стороны высокого напряжения и переключатели стороны низкого напряжения), каждый из которых включен между каждой из клемм электродвигателя постоянного тока и положительным отрицательным электродом источника постоянного тока (аккумулятора) и служащую схемой управления для электродвигателя постоянного тока.
Когда пользователь нажимает курковый выключатель, управляющая схема рассчитывает по величине нажатия коэффициент заполнения для широтно-импульсного управления электродвигателем постоянного тока и включает/выключает переключающие устройства в мостовой схеме в соответствии с коэффициентом заполнения, тем самым управляя вращением электродвигателя постоянного тока.
В инструменте с электрическим приводом, когда приводной электродвигатель постоянного тока механически заблокирован во время работы, через него или через схему управления может течь большой постоянный ток, приводя к нагреву и, в некоторых случаях, сгоранию этих компонентов.
Соответственно, механизированный инструмент с электрическим приводом обычно содержит схему защиты. Схема защиты определяет, достиг ли ток, текущий через электродвигатель постоянного тока (т.е. ток электродвигателя) заранее определенной величины для определения блокировки во время работы электродвигателя и не заблокирован ли электродвигатель. Когда будет определено, что электродвигатель заблокирован, схема защиты прекращает работу электродвигателя постоянного тока.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Хотя определение факта блокировки этой схемой защиты определяется по току электродвигателя, схема детектирования тока, предназначенная для определения тока электродвигателя, не всегда присутствует в инструменте с электрическим приводом чтобы упростить конфигурацию схем. В таком инструменте с электроприводом, не способном определять ток электродвигателя, блокировка может осуществляться по определению скачков напряжения на источнике питания постоянного тока (аккумуляторе), который подает питание на электродвигатель постоянного тока.
Более конкретно, поскольку напряжение источника питания (напряжение аккумулятора), подаваемое от источника питания постоянного тока на электродвигатель постоянного тока временно падает, когда электродвигатель постоянного тока заблокирован, и при блокировке через электродвигатель течет избыточный ток, блокировку электродвигателя постоянного тока также можно определять путем мониторинга напряжения аккумулятора.
Когда курковый выключатель инструмента с электроприводом нажат в максимальной степени для приведения в действие электродвигателя постоянного тока, приводной коэффициент заполнения также является максимальным. В этом случае пусковой ток, текущий через электродвигатель постоянного тока также увеличивается и, следовательно, напряжение источника питания может быть уменьшено за счет пускового тока с момента пуска электродвигателя постоянного тока до тех пор, пока двигатель не начнет вращаться нормально.
Соответственно в инструменте с электрическим приводом, в котором блокировка электродвигателя постоянного тока определяется по напряжению источника питания, обнаружить блокировку электродвигателя сразу после его пуска невозможно и процедуру определения блокировки нужно начинать через заранее определенное время после пуска электродвигателя постоянного тока. Однако в этом случае когда электродвигатель постоянного тока окажется заблокированным до того, как произойдет его пуск, в течение периода с момента пуска двигателя и до начала процедуры определения наличия блокировки через электродвигатель постоянного тока будет течь избыточный ток, что приведет к повреждению электродвигателя и схемы управления.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предпочтительно, чтобы в инструменте с электрическим приводом, в котором управление приводным электродвигателем постоянного тока осуществляется в соответствии со степенью нажатия куркового выключателя, пусковой ток, текущий через электродвигатель постоянного тока при его пуске, подавлялся, чтобы процедуру определения ненормального состояния, такого как блокировка, по напряжению источника питания можно было проводить немедленно после включения электродвигателя постоянного тока.
Инструмент с электрическим приводом согласно первому аспекту настоящего изобретения содержит электродвигатель постоянного тока, по меньшей мере одно переключающее устройство, курковый выключатель, узел управления и узел привода. Электродвигатель постоянного тока приводится во вращение электрической энергией, поступающей от источника питания постоянного тока, и приводит в действие сменный режущий инструмент. По меньшей мере одно переключающее устройство установлено в токовой цепи от источника питания постоянного тока к электродвигателю постоянного тока. Курковый выключатель приводится в действие пользователем. Узел управления задает коэффициент заполнения для широтно-импульсного управления электродвигателем постоянного тока так, чтобы ступенчато увеличивать коэффициент заполнения в соответствии со временем нажатия куркового выключателя с момента начала нажатия на курковый выключатель до момента истечения заранее определенного периода. Узел привода включает/выключает по меньшей мере одно переключающее устройство в соответствии с коэффициентом заполнения, заданным узлом управления для приведения, тем самым, электродвигателя постоянного тока во вращение.
В инструменте с электрическим приводом в указанной выше конфигурации даже когда пользователь нажимает курковый выключатель с максимальным ходом для достижения инструментом высоких оборотов, коэффициент заполнения задается так, чтобы увеличиваться ступенчато в соответствии с продолжительностью нажатия куркового выключателя, т.е. в период с момента начала нажатия куркового выключателя до момента, в который истекает заранее определенный период.
Соответственно, в инструменте с электрическим приводом пусковой ток, который начинает течь немедленно после начала привода электродвигателя постоянного тока, можно уменьшить по сравнению с обычными механизированными инструментами с электрическим приводом. Кроме того, падение напряжения на источнике питания постоянного тока, вызванное увеличением пускового тока, можно уменьшить, поскольку пусковой ток также уменьшен, как описано выше.
Таким образом, в инструменте с электрическим приводом по первому аспекту настоящего изобретения, определение ненормального состояния, такого как блокировка электродвигателя, можно осуществлять с высокой точностью по напряжению источника питания с момента, немедленно после начала работы электродвигателя. В этом случае может появиться возможность предотвращать повреждения электродвигателя постоянного тока или по меньшей мере одной схемы переключения избыточным током, текущим через эти компоненты, сразу после включения электродвигателя постоянного тока.
Узел управления может быть сконфигурирован так, чтобы задавать коэффициент заполнения в соответствии со степенью нажатия куркового выключателя после истечения пускового периода с момента нажатия куркового выключателя. В этом случае коэффициент заполнения можно задавать на максимальное значение, соответствующее максимальной степени нажатия куркового выключателя после истечения пускового периода.
Узел управления также можно сконфигурировать так, чтобы задавать коэффициент заполнения для активации, которая необходима для перевода электродвигателя постоянного тока из остановленного состояния в состояние вращения в период с момента начала нажатия куркового выключателя до истечения периода активации, который короче пускового периода. В этом случае электродвигатель постоянного тока может переводиться из остановленного состояния в состояние вращения после начала нажатия куркового выключателя.
Узел управления далее может быть сконфигурирован так, чтобы определять, равна ли степень нажатия куркового выключателя нижнему пределу такого нажатия, заранее определенному в соответствии с коэффициентом заполнения для активации, после истечения периода активации с момента начала нажатия куркового выключателя, и выполнять прерывистое управление для прерывистой подачи тока на электродвигатель постоянного тока через узел привода, когда степень нажатия куркового выключателя меньше, чем этот нижний предел.
Когда электродвигатель постоянного тока продолжает приводиться во вращение при коэффициенте заполнения для активации, частота вращения электродвигателя достигает определенной величины. Если степень нажатия куркового выключателя невелика и, следовательно, требуется приводить электродвигатель во вращение с частотой, которая ниже определенной, коэффициент заполнения следует понизить до величины меньшей, чем применялась при активации.
Однако, когда коэффициент заполнения задан на величину, меньшую чем величина, используемая для активации немедленно после начала вращения электродвигателя, электродвигатель не может развить крутящий момент, который превысил бы удерживающий момент. То есть невозможно перевести электродвигатель постоянного тока из состояния остановки в состояние вращения.
В инструменте с электрическим приводом в вышеописанной конфигурации коэффициент заполнения для активации задан как коэффициент заполнения для перевода электродвигателя постоянного тока из остановленного состояния в состояние вращения в период с момента начала нажатия куркового выключателя до истечения времени активации. Затем, когда степень нажатия куркового выключателя меньше, чем нижний предел такого нажатия, подача тока на электродвигатель осуществляется в прерывистом режиме так, что электродвигатель может вращаться с частотой, которая меньше частоты вращения при коэффициенте заполнения для активации.
Соответственно инструмент с электрическим приводом может иметь расширенный диапазон частот вращения электродвигателя постоянного тока, при этом частота вращения регулируется в соответствии со степенью нажатия куркового выключателя.
Узел управления может быть сконфигурирован для определения, превышает ли первый коэффициент заполнения, заданный в соответствии с продолжительностью нажатия куркового выключателя, второй коэффициент заполнения, заданный в соответствии со степенью нажатия куркового выключателя в период с момента начала нажатия куркового выключателя до момента истечения пускового периода, и для вывода второго коэффициента заполнения, когда первый коэффициент заполнения больше второго коэффициента заполнения.
В инструменте с электрическим приводом в вышеописанной конфигурации можно предотвратить вывод узлом управления на узел привода коэффициента заполнения, большего чем коэффициент заполнения, соответствующий степени нажатия куркового выключателя в период с момента, когда началось нажатие куркового выключателя до момента истечения пускового периода, и, тем самым, предотвратить превышение частотой вращения электродвигателя постоянного тока частоты, заданной степенью нажатия куркового выключателя.
Инструмент с электрическим приводом согласно первому аспекту настоящего изобретения может содержать схему детектирования тока для детектирования тока (тока двигателя), текущего через электродвигатель постоянного тока, и определять ненормальное состояние, такое как блокировку электродвигателя, на основе результатов, полученных этой схемой детектирования тока. Кроме того, узел управления может быть сконфигурирован для определения состояния, когда напряжение источника питания ниже, чем заранее определенный нижний предел напряжения при нажатии куркового выключателя, и для обнаружения ненормального состояния электродвигателя постоянного тока, когда напряжение на источнике питания ниже, чем нижний предел напряжения.
То есть, поскольку инструмент с электрическим приводом согласно первому аспекту настоящего изобретения может уменьшать пусковой ток, текущий немедленно после начала приведения в действие электродвигателя постоянного тока, и, тем самым, уменьшать падение напряжение на источнике питания, вызванное пусковым током, при этом блок управления, сконфигурированный как описано выше, может точно определять ненормальные состояния электродвигателя постоянного тока сразу после начала приведения электродвигателя в действие.
Упомянутое по меньшей мере одно переключающее устройство может быть множеством переключающих устройств. Множество переключающих устройств могут формировать мостовую схему в токовой цепи. Схема привода может быть сконфигурирована для включения/выключения множества переключающих устройств.
Инструмент с электрическим приводом может содержать электродвигатель постоянного тока, приводимый во вращение электрическим током от источника питания постоянного тока и приводящий в действие сменный режущий инструмент; по меньшей мере одно переключающее устройство, имеющееся в токовой цепи от источника питания постоянного тока к электродвигателю постоянного тока; курковый выключатель, приводимый в действие пользователем; узел управления, задающий коэффициент заполнения для широтно-импульсного управления электродвигателем постоянного тока меньше, чем коэффициент заполнения при падении напряжения, который является приводным коэффициентом заполнения для уменьшения напряжения на источнике питания постоянного тока ниже заранее определенного нижнего предельного напряжения в период с момента начала нажатия куркового выключателя до истечения заранее определенного пускового периода; и узел привода, который включает/выключает по меньшей мере одно переключающее устройство в соответствии с коэффициентом заполнения, заданным узлом управления для приведения тем самым электродвигателя постоянного тока во вращение.
В инструменте с электрическим приводом вышеописанной конфигурации, даже если пользователь нажмет курковый выключатель с максимальным нажатием для высоких оборотов механизированного инструмента, коэффициент заполнения задается меньшим, чем коэффициент заполнения для падения напряжения в течение периода с момента начала нажатия куркового выключателя до истечения заранее определенного пускового периода.
Следовательно, в таком инструменте с электрическим приводом пусковой ток, который начинает течь немедленно после пуска электродвигателя постоянного тока, можно уменьшить по сравнению с обычными инструментами. Кроме того, падение напряжения на источнике питания постоянного тока, вызванное увеличением пускового тока, также уменьшается, поскольку пусковой ток уменьшается, как описано выше.
Таким образом, в инструменте с электрическим приводом можно точно выполнять обнаружение ненормального состояния, такого как блокировка электродвигателя, по напряжению источника питания с момента приведения в действие электродвигателя переменного тока. В этом случае можно, например, предотвратить повреждение электродвигателя постоянного тока или по меньшей мере одной переключающей схемы избыточным током, текущим при блокировке через эти компоненты сразу после включения электродвигателя постоянного тока.
Узел управления согласно второму аспекту настоящего изобретения содержит участок детектирования работы и участок задания коэффициента заполнения. Участок детектирования работы определяет работу куркового выключателя, на который воздействует пользователь. Участок задания коэффициента заполнения пошагово задает коэффициент заполнения для широтно-импульсного управления электродвигателем постоянного тока так, чтобы пошагово увеличивать коэффициент заполнения в соответствии с продолжительностью нажатия куркового выключателя в период с момента, когда участок детектирования работы определяет нажатие на курковый выключатель и до момента истечения заранее определенного пускового периода.
В инструменте с электрическим приводом, снабженным узлом управления в вышеописанной конфигурации, даже когда пользователь нажимает на курковый выключатель в максимальной степени для включения высоких оборотов инструмента, коэффициент заполнения может быть задан так, чтобы пошагово увеличиваться в соответствии с продолжительностью нажатия куркового выключателя в период с момента начала нажатия куркового выключателя до истечения заранее определенного пускового периода.
Следовательно, в таком инструменте с электрическим приводом пусковой ток, который течет сразу после включения электродвигателя постоянного тока, можно уменьшить по сравнению с обычным инструментом. Кроме того, падение напряжения источника питания постоянного тока, вызванное повышением пускового тока, также может быть уменьшено, поскольку пусковой ток может быть уменьшен, как описано выше.
Таким образом, в инструменте с электрическим приводом с узлом управления по второму аспекту настоящего изобретения обнаружение ненормального состояния, такого как блокировка электродвигателя, по напряжению источника питания может осуществляться с высокой точностью немедленно после включения электродвигателя постоянного тока. В этом случае можно, например, предотвратить повреждение электродвигателя постоянного тока или по меньшей мере одного переключающего устройства избыточным током, текущим через эти компоненты сразу после включения электродвигателя постоянного тока.
Узел управления может содержать участок детектирования работы, который отслеживает нажатие пользователем куркового выключателя; и участок задания коэффициента заполнения для широтно-импульсного управления электродвигателем постоянного тока так, чтобы он был меньше коэффициента заполнения для уменьшения напряжения, который является приводным коэффициентом заполнения для уменьшения напряжения источника питания постоянного тока, подающего питание на электродвигатель постоянного тока, ниже заранее определенного нижнего предела напряжения в течение периода с момента, когда участок детектирования работы обнаруживает нажатие на курковый выключатель до момента истечения пускового периода.
В механизированном инструменте с электрическим приводом с узлом управления вышеописанной конфигурации, даже когда пользователь нажимает курковый выключатель в максимальной степени для перевода инструмента на высокие обороты, коэффициент заполнения может задаваться меньшим, чем коэффициент заполнения для уменьшения напряжения в период с момента начала нажатия куркового выключателя до момента истечения заранее определенного пускового периода.
Следовательно, в таком инструменте с электрическим приводом пусковой ток, который течет сразу после включения электродвигателя постоянного тока, можно уменьшить по сравнению с обычными инструментами. Кроме того, падение напряжения на источнике питания постоянного тока, вызванное повышением пускового тока также можно предотвратить, как описано выше.
Таким образом, в таком инструменте с электрическим приводом определение ненормального состояния, такого как блокировка электродвигателя, по напряжению источника питания может осуществляться с высокой точностью немедленно после включения электродвигателя постоянного тока. В этом случае можно, например, предотвратить повреждение электродвигателя постоянного тока или по меньшей мере одного переключающего устройства избыточным током, текущим через эти компоненты сразу после включения электродвигателя постоянного тока.
Программа по третьему аспекту настоящего изобретения заставляет компьютер выполнять этап детектирования работы и этап задания коэффициента заполнения. На этапе детектирования работы компьютер детектирует срабатывание куркового выключателя, нажимаемого пользователем. На этапе задания коэффициента заполнения компьютер пошагово увеличивает коэффициент заполнения для широтно-импульсного управления электродвигателем постоянного тока в соответствии с продолжительностью нажатия куркового выключателя в период с момента обнаружения нажатия куркового выключателя на этапе детектирования работы до момента истечения заранее определенного пускового периода.
Когда программа выполняется компьютером, установленным в инструменте с электрическим приводом, даже когда пользователь нажимает курковый выключатель с максимальным ходом для достижения инструментом высоких оборотов, коэффициент заполнения задается так, чтобы увеличиваться ступенчато в соответствии с продолжительностью нажатия куркового выключателя, т.е. в период с момента начала нажатия куркового выключателя до момента, в который истекает заранее определенный пусковой период.
Соответственно, в инструменте с электрическим приводом, пусковой ток, который течет сразу после включения электродвигателя постоянного тока можно уменьшить по сравнению с обычными механизированными инструментами с электрическим приводом. Кроме того, можно уменьшить падение напряжения на источнике питания постоянного тока, вызванное повышением пускового тока, поскольку пусковой ток уменьшается, как описано выше.
Таким образом, в механизированном инструменте с электрическим приводом, содержащим программу согласно третьему аспекту настоящего изобретения определение ненормального состояния, такого как блокировка электродвигателя, по напряжению источника питания может осуществляться с высокой точностью немедленно после включения электродвигателя постоянного тока. В этом случае можно, например, предотвратить повреждение электродвигателя постоянного тока или по меньшей мере одного переключающего устройства избыточным током, текущим через эти компоненты сразу после включения электродвигателя постоянного тока.
Программа может быть сконфигурирована так, чтобы компьютер осуществлял этап детектирования работы для определения срабатывания куркового выключателя, нажимаемого пользователем; и этап задания коэффициента заполнения для широтно-импульсного управления электродвигателем постоянного тока так, чтобы он был меньше коэффициента заполнения для уменьшения напряжения, который является приводным коэффициентом заполнения для уменьшения напряжения на источнике питания постоянного тока для подачи на электродвигатель постоянного тока ниже заранее определенного нижнего предела напряжения в период с момента определения нажатия куркового выключателя на этапе детектирования работы до истечения заранее определенного пускового периода.
В механизированном инструменте с электрическим приводом с компьютером, выполняющим программу, даже когда пользователь нажимает курковый выключатель в максимальной степени для перевода инструмента на высокие обороты, коэффициент заполнения может задаваться меньшим, чем коэффициент заполнения для уменьшения напряжения в период с момента начала нажатия куркового выключателя до момента истечения заранее определенного пускового периода.
Следовательно, в инструменте с электрическим приводом пусковой ток, который течет сразу после включения электродвигателя постоянного тока, можно уменьшить по сравнению с обычными инструментами. Кроме того, можно уменьшить падение напряжения на источнике питания постоянного тока, вызванное повышением пускового тока, поскольку пусковой ток может быть уменьшен, как описано выше.
Таким образом, в инструменте с электрическим приводом обнаружение ненормального состояния, такого как блокировка электродвигателя, по напряжению источника питания может осуществляться с высокой точностью немедленно после включения электродвигателя постоянного тока. В этом случае можно, например, предотвратить повреждение электродвигателя постоянного тока или по меньшей мере одной переключающей схемы избыточным током, текущим при блокировке через эти компоненты, сразу после включения электродвигателя постоянного тока.
Программы могут быть записаны (храниться) на носителе информации с возможностью считывания компьютером и могут выполняться компьютером посредством носителя информации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее следует более подробное описание иллюстративного варианта настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где
Фиг.1 - вид в перспективе варианта внешнего вида аккумуляторной ударной дрели;
Фиг.2 - электрическая схема, иллюстрирующая конфигурацию приводного устройства электродвигателя постоянного тока;
Фиг.3 - диаграмма последовательности, иллюстрирующая процесс управления, выполняемый управляющей схемой для приведения в действие электродвигателя постоянного тока;
Фиг.4. - иллюстративный вид, показывающий процедуру задания коэффициента заполнения по процессу управления, показанному на фиг.3;
Фиг.5 - диаграмма последовательности, показывающая модифицированный пример процесса управления по фиг.3.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
Как показано на фиг.1, аккумуляторная ударная дрель 1 по настоящему изобретению содержит собранные левую и правую половины 2, 3 корпуса и корпус 5 с рукояткой 4, отходящей вниз, а также аккумуляторную батарею 6, выполненную с возможностью установки и снятия в нижнем конце рукоятки 4 корпуса 5.
Участок 7 корпуса двигателя для размещения электродвигателя 20 постоянного тока (см. фиг.2), являющегося приводом аккумуляторной ударной дрели 1, расположен сзади (с левой стороны на фиг.1) от корпуса 5. Механизм торможения и ударный механизм расположены перед участком 7 корпуса двигателя. Муфта патрона 8 для установки сменного режущего инструмента (не показан) на верхнем конце ударного механизма выступает из передней части корпуса 5.
Ударный механизм содержит, например, шпиндель, приводимый во вращение через механизм торможения, ударник, приводимый во вращение шпинделем и выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении, и пяту, выполненную на передней части ударника для облегчения крепления к ней сменного режущего инструмента.
Ударный механизм работает следующим образом.
В ударном механизме, когда шпиндель приведен во вращение электродвигателем 20 постоянного тока, через ударник вращается пята, что приводит к вращению сменного режущего инструмента. Затем, когда происходит сверление сменным режущим инструментом и нагрузка на пяту увеличивается, ударник отходит назад, преодолевая силу цилиндрической пружины, чтобы отойти от пяты, и затем вращается вместе со шпинделем и вновь подается вперед под воздействием силы пружины для взаимодействия с пятой, создавая прерывистое ударное воздействие, тем самым дополнительное перфорирование. Поскольку такой ударный механизм хорошо известен (см., например, японскую патентную публикацию № 2006-2186605), его подробное описание опускается.
Рукоятка 4 корпуса 5 содержит курковый выключатель 10, на который воздействует пользователь, захватывая рукоятку 4. В рукоятке 4 размещен узел привода, который работает, принимая питание от аккумулятора 6, и приводит во вращение электродвигатель 20 постоянного тока, когда нажат курковый выключатель 10.
Как показано на фиг.2, электродвигатель 20 постоянного тока в этом варианте является трехфазным бесщеточным электродвигателем, в котором клеммы для соответствующих фаз электродвигателя 20 постоянного тока соединены с аккумулятором, являющимся источником питания постоянного тока, через мостовую схему 12.
Мостовая схема 12 содержит три переключающих устройства Q1-Q3 в качестве так называемых переключателей стороны высокого напряжения и три переключающих устройства Q4-Q6 в качестве так называемых переключателей стороны низкого напряжения. Переключающие устройства Q1-Q3 соединяют соответствующие клеммы для соответствующих фаз электродвигателя 20 постоянного тока с положительной стороной аккумулятора 6, а переключающие устройства Q4-Q6 соединяют соответствующие клеммы электродвигателя 20 постоянного тока с отрицательной стороной аккумулятора 6.
Переключающие устройства Q1-Q6, образующие мостовую схему 12, содержат n-канальные полевые транзисторы, и к соответствующим переключающим устройствам Q1-Q6 подключены вентильные схемы 21-26, которые включают переключающие устройства Q1-Q6, подавая возбуждающее напряжение, равное или превосходящее пороговые значения между вентилями и истоками переключающих устройств Q1-Q6. Вентильные схемы 21-26 выполнены с возможностью индивидуального включения/выключения переключающих устройств Q1-Q6 в мостовой схеме 12. Вентильными схемами 21-26 управляет схема 14 управления.
Более конкретно, когда нажимается курковый выключатель 10, схема 14 управления включает/выключает переключающие устройства Q1-Q6 в мостовой схеме 12 через соответствующие вентильные схемы 21-26 на основе сигнала обнаружения от датчика 18 углового положения, установленного в электродвигателе 20 постоянного тока, для управления тем самым током на соответствующих фазовых обмотках электродвигателя и для приведения электродвигателя 20 во вращение. Управляющие сигналы для возбуждения соответствующих переключающих устройств Q1-Q6 вводятся от схемы 14 управления на соответствующие вентильные схемы 21-26.
Курковый выключатель 10 выполнен с возможностью генерировать сигнал, соответствующий степени нажатия этого выключателя пользователем. Схема 14 управления загружает сигнал в форме управляющей величины и задает коэффициент заполнения мостовой схемы 12 так, чтобы величина тока на электродвигателе 20 постоянного тока увеличивалась с увеличением степени нажатия куркового выключателя 10.
То есть управляющая схема 14 задает коэффициент заполнения для широтно-импульсного управления электродвигателем 20 постоянного тока в соответствии с управляющей величиной от куркового выключателя 10 и управляет переключающими устройствами в мостовой схеме 12 в соответствии с коэффициентом заполнения, тем самым управляя токами, текущими в соответствующих фазах электродвигателя для приведения электродвигателя 20 во вращение с частотой, соответствующей степени нажатия куркового выключателя 10.
Управляющей схемой 14 в этом варианте является микрокомпьютер, который содержит по меньшей мере центральный процессор 141, ПЗУ 142, ОЗУ 143 и порт 144 ввода/вывода. В управляющей схеме 14 центральный процессор выполняет различные операции в соответствии с программой, заложенной в ПЗУ 142.
Далее следует описание управляющего процесса, выполняемого управляющей схемой 14 со ссылками на диаграмму последовательности, представленную на фиг.3.
Как показано на фиг.3, управляющая схема 14 на этапе 110 определяет переведен ли курковый выключатель 10 пользователем во включенное состояние. Когда на этапе 110 будет определено, что курковый выключатель 10 находится во включенном состоянии, поскольку нажат или нажимается, процесс переходит на этап 120.
На этапе 120, с куркового выключателя 10 считывается управляющая величина, указывающая на степень (величину) нажатия куркового выключателя 10.
Затем, на этапе 130, происходит определение, превышает ли продолжительность нажатия (т.е., продолжительность включения куркового выключателя 10) время активации (например, 20 мс), необходимое для перевода электродвигателя из состояния остановки в состояние вращения. Если будет определено, что продолжительность включения куркового выключателя 10 не превышает время активации (например, 20 мс), процесс переходит к этапу 140.
На этапе 140 задается активирующий коэффициент заполнения (на фиг.3 ACTIVATING DUTY), необходимый для генерирования активирующего момента, который может превышать удерживающий момент при остановленном электродвигателе 20, при этом такой активирующий коэффициент заполнения задается как возбуждающий коэффициент заполнения для электродвигателя 20, и на вентильные схемы 21-26 выводятся управляющие сигналы. Затем процесс возвращается к этапу 110.
Когда на этапе 130 будет определено, что продолжительность нажатия куркового выключателя 10 превышает время активации (напр., 20 мс), процесс переходит к этапу 150.
На этапе 150 определяется, находится ли управляющая величина (т.е. степень нажатия куркового выключателя 10) в управляющем диапазоне широтно-импульсного регулирования, путем определения, равна ли или превышает управляющая величина (т.е. степень нажатия), считанная с куркового выключателя 10, нижнее предельное значение (т.е. нижний предел нажатия), соответствующее активации включения.
Когда управляющая величина (т.е. степень нажатия) меньше, чем нижнее предельное значение (т.е. нижнее предельное нажатие), и не входит в диапазон широтно-импульсного регулирования, осуществляется прерывистое управление для вращения с частотой, которая ниже частоты, задаваемой активацией включения. Более конкретно, подача и прекращение подачи тока на электродвигатель 20 постоянного тока переключается пропорционально, в соответствии с управляющей величиной (т.е. величиной нажатия). Затем процесс вновь переходит на этап 110. Коэффициент заполнения для тока, подаваемого на электродвигатель 20 постоянного тока при прерывистом управлении может быть, например, активирующим коэффициентом заполнения.
Когда на этапе 150 будет определено, что управляющая величина (т.е. степень нажатия) равна или превышает нижний предел (т.е. нижний передел нажатия) и находится в диапазоне широтно-импульсного управления, процесс переходит на этап 170.
На этапе 170 осуществляется определение, превышает ли продолжительность нажатия куркового выключателя 10 заранее определенный установочный период (например, 30 мс). Продолжительность этого заданного периода превышает время активации (например, 20 мс) и короче упомянутого выше пускового периода (например, 40 мс). Когда будет определено, что продолжительность нажатия куркового выключателя 10 не превышает заданного времени (например, 30 мс), процесс переходит на этап 180. На этапе 180 задается заранее определенный первый коэффициент заполнения (например, 50%) в качестве приводного коэффициента заполнения (DUTY) для электродвигателя 20 и на вентильные схемы 21-26 подаются управляющие сигналы. Затем процесс возвращается на этап 110. Более конкретно, первый приводной коэффициент заполнения задается большим, чем активирующий коэффициент заполнения, и меньшим, чем приводной коэффициент заполнения (коэффициент заполнения для уменьшения напряжения), который уменьшает напряжение источника питания в аккумуляторе 6 ниже заранее определенного нижнего предельного напряжения.
Когда на этапе 170 будет определено, что продолжительность нажатия куркового выключателя 10 превышает заданный период (напр., 30 мс), процесс переходит на этап 190. На этапе 190 определяется, превышает дли продолжительность нажатия куркового выключателя 10 заранее определенный пусковой период (например, 40 мс).
Когда будет определено, что продолжительность нажатия куркового выключателя 10 не превышает пускового периода (напр., 40 мс), процесс переходит на этап 200. На этапе 200 задается второй заранее определенный приводной коэффициент заполнения (например, 80%) как приводной коэффициент возбуждения электродвигателя 20 постоянного тока, и на вентильные схемы 21-26 выводятся управляющие сигналы. Затем процесс вновь возвращается на этап 110. Более конкретно, второй приводной коэффициент заполнения задается так, чтобы превышать первый приводной коэффициент заполнения и быть меньше, чем коэффициент заполнения для уменьшения напряжения.
Когда на этапе 190 будет определено, что продолжительность нажатия куркового выключателя 10 превышает пусковой период (например, 40 мс), процесс переходит на этап 210.
На шаге 210 задается приводной коэффициент заполнения (DUTY), соответствующий управляющей величине от куркового выключателя 10, и на вентильные схемы 21-26 подаются управляющие сигналы. Затем процесс вновь переходит на этап 110.
Как описано выше, в аккумуляторной ударной дрели 1 по настоящему варианту приводной коэффициент заполнения задается меньшим, чем коэффициент заполнения для уменьшения напряжения во время периода с момента нажатия куркового выключателя 10 и до момента истечения пускового периода (например, 40 мс).
Более конкретно, как показано на фиг.4, когда пользователь нажимает курковый выключатель 10 (в момент времени t0), электродвигатель 20 постоянного тока становится объектом широтно-импульсного регулирования с заранее определенным активирующим коэффициентом заполнения для генерирования крутящего момента, необходимого для перевода электродвигателя 20 из остановленного состояния в состояние вращения и, тем самым, для активации электродвигателя 20 до истечения периода активации (например, 20 мс).
Затем, когда продолжительность нажатия куркового выключателя 10 станет равной периоду активации (например, 20 мс) (в момент t1), электродвигатель 20 постоянного тока становится объектом широтно-импульсного регулирования с первым приводным коэффициентом заполнения (например, 50%), который меньше, чем коэффициент заполнения для уменьшения напряжения, до тех пор, когда продолжительность нажатия куркового выключателя 10 не достигнет заданного значения (например, 30 мс) (в момент t2).
Когда продолжительность нажатия куркового выключателя 10 достигнет заданной величины (например, 30 мс) электродвигатель 20 постоянного тока становится объектом широтно-импульсного регулирования с вторым приводным коэффициентом заполнения (например, 80%), который больше, чем первый приводной коэффициент заполнения), и меньшей, чем коэффициент заполнения для уменьшения напряжения, до тех пор, пока продолжительность нажатия куркового выключателя 10 не станет равной пусковому периоду (например, 40 мс) (в момент t3).
В результате электродвигатель 20 постоянного тока ускоряется пошагово в период с момента нажатия куркового выключателя 10 до момента истечения пускового периода (например, 40 мс). Соответственно, в аккумуляторной ударной дрели 1 по настоящему варианту, даже если пользователь нажмет курковый выключатель 100 на максимальную величину нажатия, максимальное значение (например, 100%) коэффициента заполнения для электродвигателя 20 будет задано не сразу после нажатия.
Таким образом, в аккумуляторной ударной дрели 1 по настоящему варианту, активирующий ток, который течет немедленно после начала привода электродвигателя 20, можно уменьшить по сравнению с известными эквивалентами. Кроме того, уменьшение напряжения на аккумуляторе 6, вызванное увеличением активирующего тока, можно уменьшить, поскольку пусковой ток может быть уменьшен, как описано выше.
Таким образом, аккумуляторная ударная дрель 1 по настоящему варианту, в которой управляющая схема выполнена с возможностью определять блокировку по процедуре мониторинга напряжения источника питания немедленно после начала привода электродвигателя 20 постоянного тока и определять, что электродвигатель 20 постоянного тока механически заблокирован, когда напряжение на источнике питания падает ниже нижнего предела, и останавливать привод электродвигателя 20 постоянного тока, может предотвращать избыточный ток на электродвигателе 20 постоянного тока и мостовой схеме 12 и возникающие в результате повреждения этих компонентов, когда электродвигатель 20 заблокирован.
Кроме того, в аккумуляторной ударной дрели 1 по настоящему варианту, когда продолжительность нажатия куркового выключателя 10 превышает заранее определенный пусковой период (например, 40 мс), задается приводной коэффициент заполнения, соответствующий управляющей величине, соответствующей степени нажатия куркового выключателя 10, являющийся приводным коэффициентом заполнения для электродвигателя 20 постоянного тока. Соответственно, после истечения пускового периода, электродвигатель 20 постоянного тока становится объектом широтно-импульсного регулирования с приводным коэффициентом заполнения, соответствующим управляющей величине, поступающей от куркового выключателя 10, и аккумуляторная ударная дрель 1 соответственно работает в соответствии с командой пользователя.
Кроме того, в аккумуляторной ударной дрели 1 по настоящему варианту, когда продолжительность нажатия куркового выключателя 10 становится равной периоду активации (например, 20 мс), происходит определение, находится ли управляющая величина, поступающая от куркового выключателя 10 в диапазоне широтно-импульсного регулирования, и если эта управляющая величина не входит в диапазон широтно-импульсного регулирования, осуществляется прерывистое управление, обеспечивающее прерывистое течение тока на электродвигатель 20.
В аккумуляторной ударной дрели 1 по настоящему варианту, когда степень нажатия куркового выключателя 10 невелика, и необходимо приводить электродвигатель 20 постоянного тока во вращения с частотой меньшей, чем частота соответствующая режиму активации, можно управлять электродвигателем 20 так, чтобы частота его вращения соответствовала степени нажатия куркового выключателя 10, путем прерывистого управления этим электродвигателем 20, тем самым расширяя диапазон управляемых частот вращения.
Хотя выше был описан один вариант настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этим вышеописанным вариантом, но может быть реализовано в разных формах в рамках объема формулы изобретения.
Например, в вышеописанном варианте, приводной коэффициент заполнения увеличивается ступенчато от "активирующего коэффициента заполнения" до 50% и, далее до 80%, как показано на фиг.4 в течение периода, с начала нажатия куркового выключателя 10 до истечения заранее определенного пускового периода (например, 40 мс), тогда как после истечения пускового периода приводной коэффициент заполнения задается в соответствии с управляющей величиной, поступающей от куркового выключателя 10. Однако в этом случае, частота вращения электродвигателя 20 постоянного тока может превысить частоту вращения, необходимую пользователю в период с начала нажатия куркового выключателя 10 для истечения пускового периода в зависимости от управляющей величины (т.е. степени нажатия), поступающей от куркового выключателя 10, что приведет к тому, что пользователь встретится с неудобством.
Ввиду вышеизложенного, процесс управления, применяемый для задания схемой 14 управления приводного коэффициента заполнения, может выполняться по алгоритму, показанному на фиг.5. Диаграмма последовательности, показанная на фиг.5, по существу, аналогична показанной на фиг.3, и отличия заключаются в добавлении процессов определения на этапах 175 и 195.
Ниже описываются эти отличия. В процессе управления, показанном на фиг.5, когда продолжительность нажатия куркового выключателя 10 превышает период активации (например, 20 мс) и не превышает заданный период (например, 30 мс) (этап 170 - ДА), на этапе 175 происходит сравнение приводного коэффициента заполнения (первый приводной коэффициент заполнения, 50%) в соответствии с продолжительностью нажатия куркового выключателя 10 и приводного коэффициента заполнения (второй приводной коэффициент заполнения) в соответствии с управляющей величиной, полученной от куркового выключателя 10.
Когда первый приводной коэффициент заполнения (50%) превышает второй приводной коэффициент заполнения, процесс переходит к этапу 210, на котором второй приводной коэффициент заполнения задается как коэффициент, используемый для управления. Когда первый приводной коэффициент заполнения (50%) равнее или меньше второго приводного коэффициента заполнения, процесс переходит на этап 180, на котором первый приводной коэффициент заполнения (50%) задается как коэффициент, используемый для управления.
Когда продолжительность нажатия куркового выключателя 10 превышает установленный период (например, 30 мс) и равна пусковому периоду или короче него (например, 40 мс) (этап 190 - ДА), процесс переходит на этап 195. На этапе 195 происходит сравнение приводного коэффициента заполнения (первого приводного коэффициента заполнения, 80%), заданного в соответствии с продолжительностью нажатия куркового выключателя 10, и приводного коэффициента заполнения (второго приводного коэффициента заполнения), заданного в соответствии с управляющей величиной, полученной от куркового выключателя.
Когда первый приводной коэффициент заполнения (80%) больше, чем второй приводной коэффициент заполнения, процесс переходит на этап 210, на котором второй приводной коэффициент заполнения задается как коэффициент, используемый для управления. Когда первый приводной коэффициент заполнения (80%) равен второму приводному коэффициенту заполнения или меньше него, процесс переходит на этап 200, на котором первый приводной коэффициент заполнения (80%) задается как коэффициент, используемый для управления.
В процессе управления по фиг.5, описанному выше, первый приводной коэффициент заполнения, заданный в соответствии с продолжительностью нажатия куркового выключателя 10, задается как приводной коэффициент заполнения только когда первый приводной коэффициент заполнения не превышает второй приводной коэффициент заполнения, заданный в соответствии с управляющей величиной (степенью нажатия), полученной от куркового включателя 10. Таким образом имеется возможность не допустить превышения частотой вращения электродвигателя 20 постоянного тока частоты вращения, требуемой пользователю в период с момента начала нажатия куркового выключателя до момента истечения пускового периода.
В вышеописанном варианте, когда истечет пусковой период (например, 40 мс) с момента начала привода электродвигателя 20 постоянного тока, приводной коэффициент заполнения задается в соответствии с управляющей величиной (степенью нажатия), поступающей от куркового выключателя 10. Однако можно задать приводной коэффициент заполнения, просто используя управляющую величину (степень нажатия), поступающую от куркового выключателя 10. Можно также рассчитать целевую частоту вращения электродвигателя 20 постоянного тока на основе управляющей величины (степени нажатия), поступающей от куркового выключателя 10, и задавать приводной коэффициент заполнения так, чтобы расхождение между заданной и реальной частотами вращения равнялось нулю.
Кроме того, хотя настоящее изобретение в вышеописанном варианте применено к аккумуляторной ударной дрели, оно может применяться в любом механизированном инструменте с электрическим приводом, снабженным приводным электродвигателем постоянного тока такого же вида, что и в описанном выше варианте, и с такими же эффектами.
Далее, хотя в мостовой схеме 12 все переключающие устройства образованы n-канальными полевыми транзисторами, можно использовать, например, p-канальные полевые транзисторы на стороне высокого напряжения. Альтернативно, в качестве соответствующих переключающих устройств можно использовать биполярные транзисторы.
Управляющая схема 14, в вышеописанном варианте образованная микрокомпьютером, может быть образована специализированной микросхемой или устройством с программируемой логикой, таким как программируемая пользователем вентильная матрица.
Хотя настоящее изобретение было описано в применении к узлу привода, выполненному с возможностью привода трехфазного бесщеточного электродвигателя постоянного тока путем включения/выключения шести переключающих устройств, настоящее изобретение может быть применено к узлу привода, выполненному с возможностью привода бесщеточного электродвигателя постоянного тока путем включения/выключения одного переключающего устройства. Настоящее изобретение также может быть применено к узлу привода, выполненному с возможностью привода щеточного электродвигателя постоянного тока путем включения/выключения четырех переключающих устройств, которые образуют так называемую Н-образную мостовую схему (полномостовую схему). Настоящее изобретение, кроме того, может применяться для приводного узла, выполненного с возможностью привода щеточного электродвигателя постоянного тока путем включения/выключения двух переключающих устройств, которые образуют так называемую двухтактную схему (полумостовую схему).
Хотя в качестве носителя данных для программы процесса управления в управляющей схеме 14 используется ПЗУ 142, вместо ПЗУ 143 можно использовать ОЗУ 142.
Кроме того, программа процесса управления может быть записана на другой машиночитаемый носитель данных, не являющийся ПЗУ или ОЗУ. К такому носителю относятся гибкий диск (FD), оптический диск (МО), DVD, CD-ROM, диск Blue-Ray, HD-DVD, НЖМД, портативное полупроводниковое запоминающее устройство (например, USB-память, карта памяти и пр.).
Далее, программа процесса управления может передаваться в управляющую схему 14 по сети.
Хотя приводной коэффициент заполнения увеличивается пошагово в диапазоне меньшем, чем коэффициент заполнения для уменьшения напряжения в период с момента начала нажатия куркового выключателя 10 до момента истечения заранее определенного пускового периода (например, 40 мс), приводной коэффициент заполнения может быть постоянным в диапазоне, меньшем, чем коэффициент заполнения для уменьшения напряжения.