用于检测和防止电动工具中的扭转工况的控制系统技术方案

一种适于应用在电动工具中的控制系统，所述控制系统包括：马达，其以可驱动的方式耦联到转轴以把转动运动施加到所述转轴上；转速传感器，其设置在所述工具内并且能够操作来检测所述工具总体上绕所述轴的纵向轴线的转动运动；以及控制器，其电连接到所述转速传感器，所述控制器能够操作来根据由所述传感器检测到的转动运动来检测所述工具的转动工况，并且在检测到所述工具的转动工况时对施加到所述转轴的转矩进行控制，其中所述转矩与所述工具绕所述纵向轴线的角位移成反比关系。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术总体上涉及电动工具，并且更具体地涉及一种控制系统，其用于检测和防止可能使操作者失去对工具的控制的扭转工况。
技术介绍
为了使例如钻孔机的电动工具能够有效快速地钻孔或驱动紧固件，该工具必需能够传送大的转矩。在一些情形中，这种转矩大小可能让用户难以控制。例如当在软钢中钻孔时，随着钻针开始从另一侧的材料离开，扭转程度可能会急剧地增大。在一些情形中，强烈的切割可能会使得钻头停止转动，从而产生很强的反作用转矩，因为马达转动由操作员握住的工具(而不是转动钻头)，所以，该反作用转矩施加到工具操作员。这种现象可能会非常快速并突然地出现。在其它情形中，扭转工况是一种较缓慢的现象，其中扭转程度缓慢增大直到操作员失去对工具的控制。从而，期望提供一种用于解决这种在电动工具中的变化工况的控制系统。该控制系统应该是能够操作来检测可能会使操作员失去对工具的控制的扭转工况并且采取保护性操作。特别感兴趣的是使得操作员重新获得对该工具的控制而不用终止或者重置该工具的操作的保护性操作。在此部分中的说明仅提供与本技术相关的背景信息，且可能不构成现有技术。
技术实现思路
提供一种用于具有转轴的电动工具的控制方案。所述控制方案包括:监测所述工具总体上绕着所述轴的纵向轴线的转动运动；基于所述工具的转动运动来检测所述工具的工况；以及在检测所述工具工况时对施加到所述轴上的转矩进行控制，其中所述转矩与所述工具绕所述轴的纵向轴线的角位移成反比。-->在本技术的另一方面，所述控制方案可将施加到所述轴上的转矩脉冲化，从而使得脉冲之间的时间能够让操作员重新获得对工具的控制。随着操作员重新获得对所述工具的控制，脉冲之间的时间可以减小。本技术还提供一种适于应用在电动工具中的控制系统，其包括以可驱动的方式耦联到转轴以把转动运动施加到所述转轴上的马达。其中，所述控制系统进一步包括:转速传感器，其设置在所述工具内并且能够操作来检测所述工具总体上绕所述轴的纵向轴线的转动运动；以及控制器，其电连接到所述转速传感器，所述控制器能够操作来根据由所述传感器检测到的转动运动来检测所述工具的转动工况，并且在检测到所述工具的转动工况时控制施加到所述转轴的转矩，其中所述转矩与所述工具绕所述纵向轴线的角位移成反比关系。从这里所提供的说明可以得知其它领域的应用。应当理解，本说明书和具体的实施例仅是出于解释性的目的，并且不构成对本技术的范围的限制。附图说明图1是示例性钻孔机的示意图；图2是示出了用于电动工具的示例性控制方案的流程图；图3是施加到工具主轴的转矩与工具的角位移之间关系的曲线；图4是用于AC驱动电动工具的示例性控制电路的框图；图5是示出了另一用于电动工具的示例性控制方案的流程图；和图6是示出了转矩相对于工具的角位移可如何地脉冲化的曲线。这里示出的附图仅是用于解释的目的，并且决不构成对本技术范围的限制。具体实施方式图1示出了具有转轴的示例性电动工具10。在此示例中，电动工具是手持式钻孔机。尽管下面的说明是参照钻孔机进行的，但容易理解的是，本技术的广义方面可应用于具有转轴的其它种类的电动工具，-->例如电锤、圆锯、角磨机、螺丝刀以及抛光机。一般地，钻孔机包括主轴12(即转轴)，其以可驱动的方式耦联到电动马达14。夹头16耦联在主轴12的一端；而电动马达14的驱动轴18经由变速器22连接到主轴12的另一端。这些部件封装在外壳20内。工具的操作通过使用嵌入在工具手柄中的操作员致动的开关/控制器24来控制。开关调节从电源26流向马达14的电流。尽管上面讨论了钻孔机的几个主要部件，但容易理解的是，构造可操作的钻孔机会需要本领域公知的其它部件。电动工具10还配置有控制系统30，用于检测和防止可能会导致操作员失去对工具的控制的扭转工况。控制系统30可包括嵌入在电动工具10的手柄中的转速传感器32、电流传感器34和微控制器36。在特定的操作工况下，电动工具10可在操作员握持时转动。在钻孔机中，转速传感器32配置成检测工具总体上绕着主轴12的纵向轴线的转动运动。由于转动力的复杂性，可以理解，工具不太可能精确地绕着主轴的轴线转动。转速传感器32又将指示任何转动运动的信号传递到控制器36，用于进一步地评估。对于不同的电动工具，传感器可设置在不同位置和/或配置成检测沿不同轴线的运动。在优选实施方式中，转速传感器32的操作原理基于科里奥利效应。简单地说，转速传感器包括一个或者一对谐振质量块(resonatingmass)。当电动工具进行绕主轴轴线的转动运动时，谐振质量块将根据科里奥利效应横向移位，横向移位与角速度成正比。值得注意的是，质量块的谐振运动和质量块的横向移动发生在与转轴的转动轴线垂直的平面内。然后，使用电容传感元件检测横向移位并产生指示该横向移位的可用信号。示例性的转速传感器是可从Analog Devices购买的ADXRS150或ADXRS300陀螺仪装置。其它种类的转动传感器，例如角速度传感器、加速度计等也包括在本技术的范围内。参照图2，微控制器评估工具的转动运动，以检测可能会使得操作员失去对工具的控制的转动工况。在这个示例性的实施方式中，监测工具的角位移与工具的角度起始位置之间的关系。在工具操作期间，角度起始位置首先设定为零，如51所示，然后，基于由传感器检测到的转动运动来监测角位移。相对位移是重要的。将初始状态设定为零只是监-->测相对位移的一种示例性的方式。此外，可连续地再评估并调节起始位置以允许操作员可以从该起始位置起控制运动。例如，起始位置可以通过取平均值而周期性地更新；另外，从该更新的起始位置起的角位移如下所述地进行评估。当角位移落在第一范围内时(例如从起始位置起小于20度)，则认为操作员可控制工具，从而不需要保护性的操作。角位移可从转速传感器所报告的角速度测量值推出。同样地，角位移可从通过其它类型的转动传感器所报告的其它类型的测量值推出。当角位移超过该第一范围时，可以认为操作员正在失去对工具的控制。在角位移的第二范围内(例如在20度到90度之间)，控制方案启动保护操作，其使得操作员能够重新获得对工具的控制而不终止或者重置工具的运行。例如，在57处以可允许操作员重新获得对工具的控制的方式控制施加到主轴上的转矩。具体地，施加到主轴的转矩与工具的角位移成反比，如图3所示。随着角位移增大，转矩量相应地减小以希望操作员能够重新获得对工具的控制。同样地，随着操作员重新获得对工具的控制(即角位移减小)，转矩量增大。在示例性实施方式中，从20度角位移到90度角位移，转矩大小线性地下降。这样，根据操作员控制工具的能力而对工具的操作进行自我限制。如果角位移超过第二范围(例如大于90度)，则可以认为操作员已经失去了对工具的控制。在此情形下，可以在55处通过控制方案启动不同的保护操作，例如断开马达的电力或者终止工具的操作。然而，如果工具转回到第一位移范围内而未超过第二范围的上限，则转矩大小重置为100％。从而，操作员重新获得对工具的控制而不终止或者重置工具的操作。此外，这些不同范围能够结合成一个连续的状态，其中转矩和位移之间是非线性的关系。需要理解的是，在上面参照图2只对本控制方案的相关步骤进行了描述，但是可能需要其它软件执行指令来控制和管理系统的整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于应用在电动工具中的控制系统，包括：　马达，其以可驱动的方式耦联到转轴以把转动运动施加到所述转轴上；　其特征在于，所述控制系统进一步包括：　转速传感器，其设置在所述工具内并且能够操作来检测所述工具总体上绕所述轴的纵向轴线的转动运动；以及　控制器，其电连接到所述转速传感器，所述控制器能够操作来根据由所述传感器检测到的转动运动来检测所述工具的转动工况，并且在检测到所述工具的转动工况时控制施加到所述转轴的转矩，其中所述转矩与所述工具绕所述纵向轴线的角位移成反比关系。

【技术特征摘要】
US 2006-7-13 11/486,3601.一种适于应用在电动工具中的控制系统，包括：马达，其以可驱动的方式耦联到转轴以把转动运动施加到所述转轴上；其特征在于，所述控制系统进一步包括：转速传感器，其设置在所述工具内并且能够操作来检测所述工具总体上绕所述轴的纵向轴线的转动运动；以及控制器，其电连接到所述转速传感器，所述控制器能够操作来根据由所述传感器检测到的转动运动来检测所述工具的转动工况，并且在检测到所述工具的转动工况时控制施加到所述转轴的转矩，其中所述转矩与所述工具绕所述纵向轴线的角位移成反比关系。2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制器确定所述工具相对于起始角度位置的角位移，...

【专利技术属性】
技术研发人员：克雷格A谢尔，迈克尔K福斯特，
申请(专利权)人：百得有限公司，
类型：实用新型
国别省市：US[美国]