ПРИВОДНОЙ ИНСТРУМЕНТ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ, ИМЕЮЩИЙ СХЕМУ ЗАЩИТЫ ОТ СВЕРХТОКОВ, И БАТАРЕЙНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ЭТОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2009 года по МПК H02H3/27 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к беспроводному приводному инструменту, в котором используются литиевые аккумуляторы, в частности к беспроводному приводному инструменту, содержащему схему защиты от сверхтоков, предотвращающую протекание сверхтока через литиевый аккумулятор.

Уровень техники

В приводном инструменте, таком как электрические отвертки, дрели, перфораторы, энергия вращательного движения, полученная от электрического двигателя, поступает в редукторный механизм с целью понижения частоты вращения, а затем передается на рабочий инструмент, закрепленный на выступающей стороне инструмента. Традиционно электроинструмент оснащается шнуром для подключения к коммерческому источнику переменного тока и двигатель приводится во вращение энергией, поступающей от указанного коммерческого источника. Однако в последнее время получил широкое распространение автономный электроинструмент, в котором в качестве источника энергии используется источник вторичного электропитания - щелочной аккумулятор, например никель-кадмиевый или никель-гидридный.

Электроинструмент, работающий от высокого напряжения, требует большого числа аккумуляторных элементов. Номинальное напряжение элемента никель-кадмиевого аккумулятора составляет 1,2 В, поэтому электроинструмент, работающий от напряжения 14,4 В, приходится оснащать аккумуляторной батарей, содержащей двенадцать соединенных последовательно аккумуляторных элементов. Электроинструмент, работающий от напряжения 24 В, должен быть оснащен аккумуляторной батареей, содержащей двадцать элементов, соединенных последовательно. Соответственно возникает проблема: чем больше рабочее напряжение инструмента, тем он становится тяжелее.

С другой стороны, аккумуляторы с органическим электролитом, такие как литиевые и литий-ионные, имеют высокое номинальное напряжение. Соответственно для получения того же самого рабочего напряжения число элементов аккумулятора может быть уменьшено, что приводит к снижению веса и габаритов электроинструмента.

Литиевые аккумуляторы включают ванадиево-литиевые и марганцево-литиевые, и в них для отрицательного электрода используется литиево-алюминиевый сплав и органический электролит. В литий-ионных аккумуляторах, в общем случае, для положительного электрода используется литий кобальт оксид, для отрицательного электрода - графит, и органический электролит. Далее в описании аккумуляторы с органическим электролитом, включая литиевые и литий-ионные аккумуляторы, именуются просто литиевыми аккумуляторами.

Номинальное напряжение литиевого аккумулятора составляет 3,6 В. Таким образом, напряжение, получаемое от трех никель-кадмиевых аккумуляторов, может быть получено при помощи одного элемента литиевого аккумулятора. Когда в качестве источника питания автономного электроинструмента используются литиевые аккумуляторы, появляется возможность значительно уменьшить число элементов аккумулятора. С другой стороны, срок службы литиевого аккумулятора, выраженный в числе циклов «заряд-разряд», значительно сокращается, если аккумулятор подвергается избыточной зарядке, переразрядке или протеканию сверхтоков.

В опубликованной заявке на выдачу патента США 2003096158 раскрывается схема защиты от переразрядки, в которой между аккумулятором и электродвигателем включен полевой транзистор, который приводится в состояние отсечки, чтобы прекратить разряд, когда напряжение на аккумуляторе упадет ниже заданного значения.

Хотя схему защиты от сверхтоков можно построить подобно вышеописанной схеме защиты от переразрядки, однако, если защиту от сверхтоков осуществлять путем отсечки полевого транзистора, всякий раз когда через аккумулятор протекает избыточный ток, это приведет к следующим неудобствам.

Как показано на фиг.1, когда к электродвигателю М постоянного тока прикладывается напряжение постоянного тока от источника В постоянного тока через переключающий элемент S, то сразу после включения переключающего элемента S, то есть в момент пуска через электродвигатель М и переключающий элемент S будет протекать ток Ia, определяемый следующим уравнением.

Ia=(V-Е)/Ra,

где V - напряжение на источнике В питания постоянного тока; Ra - сопротивление обмотки якоря электродвигателя М постоянного тока; а Е - противоэлектродвижущая сила электродвигателя М постоянного тока.

В момент пуска электродвигателя М противоэлектродвижущая сила Е равна нулю, поскольку якорь электродвигателя М еще не начал вращаться и остается в состоянии покоя. По этой причине кратковременное протекание через электродвигатель М сверхтока исключить нельзя. С другой стороны, во время использования электроинструмента, такого как электрическая отвертка или электрическая дрель, наконечник или рабочий инструмент может заклинивать или схватывать в обрабатываемом материале, что будет приводить к временной остановке электродвигателя, то есть к прекращению вращения.

На фиг.5 показан ток, протекающий в обмотке якоря электродвигателя М, когда происходит затормаживание электродвигателя М. В этом случае, поскольку противоэлектродвижущая сила Е электродвигателя М становится равной нулю, в цепи, включающей в себя переключающий элемент S и электродвигатель М, протекает сверхток. Если схему защиты от сверхтоков построить так, чтобы она предотвращала протекание сверхтока в цепи во всех случаях, то высокое значение пускового тока не позволит электродвигателю М начать вращение. С другой стороны, если схему защиты от сверхтоков построить так, чтобы она позволяла протекать в цепи высокому пусковому току, то будет невозможно защитить источник питания постоянного тока от сверхтоков, которые могут протекать в цепи во время использования электроинструмента. Из-за постоянного протекания больших токов литиевый аккумулятор преждевременно изнашивается, что приводит к сильному сокращению срока службы литиевого аккумулятора, выраженному в числе циклов заряд/разряд.

Раскрытие изобретения

В свете вышесказанного задачей настоящего изобретения является создание беспроводного приводного инструмента, в котором решены вышеупомянутые проблемы.

Вкратце, настоящее изобретение предлагает беспроводный приводной инструмент, в котором в качестве источника питания электродвигателя используется литиевый аккумулятор и предусмотрена схема защиты от сверхтоков, которая позволяет сверхтоку кратковременно протекать через электродвигатель, когда он начинает свое вращение, но не позволяет сверхтоку протекать через электродвигатель, когда происходит затормаживание электродвигателя в процессе использования инструмента.

Чтобы решить вышеуказанную задачу и иные задачи, настоящее изобретение предлагает приводной инструмент, который содержит аккумулятор, состоящий из ряда последовательно соединенных литиевых аккумуляторных элементов, и электродвигатель постоянного тока, подключенный к аккумулятору с возможностью питания от аккумулятора током, приводящим его в движение, причем обеспечено предотвращение протекания сверхтока, определяемого как ток, величина которого равна или превышает заданное значение, в токовой цепи долее заданного периода времени.

В соответствии с настоящим изобретением литиевый аккумулятор можно защитить от сверхтока, протекающего в течение сравнительно длительного периода времени, когда электродвигатель заторможен, и воспрепятствовать ухудшению показателей аккумулятора.

Далее, приводной инструмент может содержать переключающий элемент, включенный между аккумулятором и электродвигателем, токоизмерительную часть и контроллер. Аккумулятор, переключающий элемент и электродвигатель постоянного тока соединены с образованием токовой цепи, при этом электродвигатель запитан от аккумулятора током, приводящим его в движение, через указанную токовую цепь. Токоизмерительная часть выполнена с возможностью определения тока, протекающего в токовой цепи, и выдачи сигнала обнаружения, представляющего протекающий в токовой цепи ток. Контроллер выполнен с возможностью приема сигнала обнаружения от токоизмерительной части и управления переключающим элементом. Контроллер управляет переключающим элементом таким образом, что он отсекает ток, протекающий в аккумуляторе, когда сигнал обнаружения указывает на протекание в аккумуляторе сверхтока в течение заданного периода времени. Сверхток определяется как ток, величина которого равна или превышает заданное значение.

В другом варианте приводной инструмент может дополнительно содержать переключающий элемент, токоизмерительную часть и микрокомпьютер. Переключающий элемент можно избирательно переводить в состояние проводимости (ON) или отсечки (OFF). Аккумулятор, переключающий элемент и электродвигатель постоянного тока соединены с образованием токовой цепи, при этом электродвигатель постоянного тока запитан от аккумулятора через указанную токовую цепь. Токоизмерительная часть предусмотрена для измерения тока, протекающего в указанной токовой цепи, и выдачи сигнала обнаружения, представляющего ток, протекающий в токовой цепи. Микрокомпьютер предусмотрен для приема выходного сигнала токоизмерительной части и управления переключающим элементом. Микрокомпьютер содержит управляющую программу, на первом шаге выполнения которой производится проверка, превышает ли величина тока, протекающего в указанной токовой цепи, заданное значение, на втором шаге производится проверка, имеет ли место непрерывное протекание тока в токовой цепи в течение первого заданного периода времени, когда величина тока превысила заданное значение, а на третьем шаге осуществляется формирование управляющего сигнала для перевода переключающего элемента в состояние отсечки в случае непрерывного протекания тока в токовой цепи в течение первого заданного периода времени.

При выполнении управляющей программы микрокомпьютера после третьего шага может дополнительно осуществляться четвертый шаг, на котором производится проверка истечения второго заданного периода времени после перевода переключающего элемента в состояние отсечки, и формирование управляющего сигнала для перевода переключающего элемента снова в состояние проводимости по истечении второго заданного периода времени.

В следующем предпочтительном варианте приводной инструмент включает в себя электродвигатель, рабочий инструмент, редукторный механизм, основной корпус, рукоять и аккумуляторную батарею. Редукторный механизм имеет сторону входа, оперативно соединенную с электродвигателем, и сторону выхода, оперативно соединенную с рабочим инструментом. Скорость вращательного движения, передаваемого редукторным механизмом на рабочий инструмент, понижена относительно скорости вращательного движения электродвигателя. Основной корпус заключает в себе электродвигатель постоянного тока и редукторный механизм. Рукоять имеет одну сторону, которая соединена с основным корпусом. Аккумуляторная батарея установлена на другой стороне рукояти и заключает в себе аккумулятор.

Во время работы, когда токоизмерительная часть обнаруживает пусковой ток электродвигателя постоянного тока, переключающий элемент переводится в состояние проводимости, а в случае обнаружения токоизмерительной частью тока торможения электродвигателя постоянного тока переключающий элемент переводится в состояние отсечки.

В соответствии с другим аспектом изобретения предлагается аккумуляторная батарея для приводного инструмента, содержащего электродвигатель. Аккумуляторная батарея включает в себя аккумулятор, состоящий из ряда последовательно соединенных литиевых аккумуляторных элементов, и пару соединительных клемм для подключения к приводному инструменту. При этом обеспечено предотвращение протекания сверхтока, определяемого как ток, величина которого равна или превышает заданное значение, от аккумулятора к электродвигателю долее заданного периода времени.

Предпочтительно, чтобы аккумуляторная батарея дополнительно содержала переключающий элемент, токоизмерительную часть и контроллер. Токоизмерительная часть предусмотрена для определения тока, протекающего от аккумулятора к электродвигателю, и для выдачи сигнала обнаружения, представляющего ток, протекающий от аккумулятора к электродвигателю. Контроллер предусмотрен для приема сигнала обнаружения от токоизмерительной части и управления переключающим элементом. Контроллер осуществляет управление переключающим элементом таким образом, что производит отсечку тока, протекающего от аккумулятора, когда сигнал обнаружения указывает, что в течение заданного периода времени в аккумуляторе протекает сверхток. Сверхток определяется как ток, величина которого равна или превышает заданное значение.

В другом варианте аккумуляторная батарея может дополнительно содержать переключающий элемент, токоизмерительную часть и микрокомпьютер. Переключающий элемент избирательно переводится в состояние проводимости и отсечки, при этом во время работы электродвигатель постоянного тока снабжается током, приводящим его в движение, от аккумулятора через пару соединительных клемм. Токоизмерительная часть предусмотрена для обнаружения тока, протекающего от аккумулятора к электродвигателю, и для выдачи сигнала обнаружения, представляющего ток, протекающий от аккумулятора к электродвигателю. Микрокомпьютер предусмотрен для приема сигнала обнаружения от токоизмерительной части и управления переключающим элементом. Микрокомпьютер содержит управляющую программу, на первом шаге выполнения которой производится проверка, превышает ли величина тока, протекающего в указанной токовой цепи, заданное значение, на втором шаге производится проверка, имеет ли место непрерывное протекание тока в токовой цепи в течение первого заданного периода времени, когда величина тока превысила заданное значение, а на третьем шаге осуществляется формирование управляющего сигнала для перевода переключающего элемента в состояние отсечки в случае непрерывного протекания тока в токовой цепи в течение первого заданного периода времени.

При выполнении управляющей программы микрокомпьютера после третьего шага может дополнительно осуществляться четвертый шаг, на котором производится проверка истечения второго заданного периода времени после перевода переключающего элемента в состояние отсечки, и формирование управляющего сигнала для перевода переключающего элемента снова в состояние проводимости по истечении второго заданного периода времени.

Во время работы, когда токоизмерительная часть обнаруживает пусковой ток электродвигателя постоянного тока, переключающий элемент переводится в состояние проводимости, а в случае обнаружения токоизмерительной частью тока торможения электродвигателя постоянного тока, переключающий элемент переводится в состояние отсечки.

Краткое описание чертежей

Отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения наряду с другими задачами будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

фиг.1 изображает схему, поясняющую работу электродвигателя постоянного тока;

фиг.2 представляет собой схематичный вид приводного инструмента, соответствующего настоящему изобретению;

фиг.3 представляет собой принципиальную схему, на которой показана аккумуляторная батарея, подключенная к приводному инструменту, соответствующая варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 представляет собой диаграмму, показывающую алгоритм управления в схеме защиты от сверхтоков приводного инструмента, соответствующей настоящему изобретению;

фиг.5 содержит графическое представление тока, протекающего в электродвигателе начиная с момента его пуска и до момента затормаживания электродвигателя.

Осуществление изобретения

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет приведено описание приводного инструмента, а именно электроинструмента, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 схематично показан электроинструмент, иллюстрирующий описание изобретения. Показанный электроинструмент 200 представляет собой электрическую отвертку. Электроинструмент иного назначения имеет подобную конструкцию. Электроинструмент 200 содержит основной корпус 200А, рукоять 200В, соединенную с основным корпусом 200А, и аккумуляторную батарею 1, установленную в концевой части рукояти 200 В. Аккумуляторная батарея 1 содержит определенное число литиевых аккумуляторных элементов, соединенных последовательно.

Основной корпус 200А содержит электродвигатель 210, редукторный механизм 400 и наконечник 300 отвертки, закрепленный на наружном конце основного корпуса 200А. Когда электродвигатель 210 соединен с аккумулятором, находящимся в аккумуляторной батарее 1, он вращается. Редукторный механизм 400 соединен с электродвигателем 210, понижает частоту его вращения и передает вращение электродвигателя 210 с пониженной частотой к наконечнику 300 отвертки, при этом по существу сохраняя механическую мощность вращательного движения, отбираемую от электродвигателя 210. Электроинструмент ударного действия включает в себя ударный механизм (не показан), например ударник, расположенный между редукторным механизмом и рабочим инструментом.

Номинальное напряжение литиевого аккумуляторного элемента, используемого в данном иллюстративном примере, составляет 3,6 В. Электроинструмент 200 приводится в действие напряжением 14,4 В, таким образом последовательно соединены четыре литиевых аккумуляторных элемента, 11-14 (фиг.3).

Ток от литиевых аккумуляторных элементов, заключенных в аккумуляторную батарею 1, проходит в электродвигатель 210 через переключающий элемент. Когда сверхток протекает во время пуска электродвигателя 210, переключающий элемент переводится в состояние проводимости, тогда как при возникновении сверхтока по причине затормаживания электродвигателя 210 переключающий элемент переводится в состояние отсечки, как это будет описано ниже.

Далее будет описан конкретный пример схемы защиты от сверхтоков. Фиг.3 представляет собой принципиальную схему, на которой показана аккумуляторная батарея 1, подключенная к электроинструменту 200. Аккумуляторная батарея 1 имеет положительную клемму 2 и отрицательную клемму 3. Положительная клемма 2 подключена к положительной клемме 201 электроинструмента 200, а отрицательная клемма 3 присоединена к отрицательной клемме 202 электроинструмента 200. Электродвигатель 210 постоянного тока и выключатель 220 питания включены последовательно между положительной клеммой 201 и отрицательной клеммой 202 электроинструмента 200.

Аккумуляторная батарея 1 включает в себя аккумулятор 10, схему 20 коммутации тока, источник 30 постоянного напряжения, измеритель 40 напряжения аккумулятора, измеритель 50 температуры аккумулятора, микрокомпьютер 60, который служит в качестве контроллера, токоизмерительную часть 70, детектор 80 запуска и индикатор 90.

Аккумулятор 10 включает в себя элементы 11-14, которые соединены последовательно посредством соединительных пластин. Предполагается, что элементы аккумулятора 10 обладают одинаковой емкостью. Однако фактически элементы 11-14 имеют некоторый разброс по емкости.

Когда выключатель 220 электроинструмента 200 переводят во включенное положение, в то время как аккумуляторная батарея 1 присоединена к электроинструменту 200, от положительной клеммы аккумулятора 10 через электроинструмент 200 к отрицательной клемме аккумулятора 10 протекает ток разряда. Измеритель 40 напряжения аккумулятора, источник 30 постоянного напряжения, детектор 80 запуска и схема 20 коммутации тока присоединены к цепи тока разряда, а микрокомпьютер 60 соединен с указанными и другими элементами, содержащимися в аккумуляторной батарее 1.

Микрокомпьютер 60 содержит центральное процессорное устройство (CPU) 61, постоянное запоминающее устройство (ROM) 62, оперативное запоминающее устройство (RAM) 63, таймер 64, аналого-цифровой преобразователь (А/Ц) 65, порт 66 вывода и порт 67 ввода сигнала сброса. Элементы микрокомпьютера 60 связаны друг с другом посредством внутренней шины.

Схема 20 коммутации тока включена между отрицательной клеммой аккумулятора 10 и отрицательной клеммой 3 аккумуляторной батареи 1 и содержит полевой транзистор (FET) 21 и резисторы 23, 24. Сигнал управления с порта 66 вывода микрокомпьютера 60 подается на затвор FET 21 через резистор 24 для осуществления коммутации тока нагрузки, протекающего через электроинструмент 200. Диод 22, подключенный между истоком и стоком FET 21, образует путь для тока заряда, по которому протекает ток заряда аккумулятора 10, когда производится его зарядка от зарядного устройства (не показано), подключенного к аккумуляторной батарее 1 вместо электроинструмента 200.

Токоизмерительная часть 70 служит для определения, в каком режиме находится аккумулятор 10: зарядки, разрядки или в ином состоянии, например таком, когда к аккумулятору не подключено никакой нагрузки. Вход токоизмерительной части 70 подключен к катоду диода 22 и к стоку FET 21. Выход токоизмерительной части 70 подключен к А/Ц преобразователю 65 микрокомпьютера 60.

Хоть это и не показано, токоизмерительная часть 70 включает в себя схему инвертирующего усилителя и схему неинвертирующего усилителя, которые соединены параллельно и выборочно усиливают напряжение, приложенное к токоизмерительной части 70. Полярность напряжения, приложенного к токоизмерительной части 70, определяется направлением тока, то есть тем, протекает ли ток заряда через диод 22 или ток разряда протекает через FET 21. Уровень напряжения, приложенного к токоизмерительной части 70, определяется сопротивлением FAT 21 в состоянии проводимости и падением напряжения на диоде 22 в направлении его проводимости. В результате выходной сигнал вырабатывается либо схемой инвертирующего усилителя, либо схемой неинвертирующего усилителя в зависимости от того, какой процесс происходит: зарядка аккумулятора 10 или его разрядка. Выходной сигнал токоизмерительной части 70 подвергается А/Ц преобразованию А/Ц преобразователем 65 микрокомпьютера 60. Если требуется точно определять значение тока во время зарядки и разрядки, в контур протекания тока следует поместить низкоомный токоизмерительный резистор. В этом случае выделяемое напряжение, соответствующее уровню тока, протекающего через резистор, может быть усилено операционным усилителем. А/Ц преобразователь 65 выполняет аналого-цифровое преобразование сигнала с выхода операционного усилителя, и значение тока вычисляется исходя из полученной на выходе цифровой величины.

Источник 30 постоянного напряжения включает в себя трехполюсный регулятор (REG) 31, сглаживающие конденсаторы 32, 33 и микросхему 34 сброса. Выход источника 30 постоянного напряжения, обеспечивающий напряжение Vcc постоянной амплитуды, служит в качестве источника питания измерителя 50 температуры аккумулятора, микрокомпьютера 60, токоизмерительной части 70 и индикатора 90. Микросхема 34 сброса соединена с портом 67 ввода сигнала сброса микрокомпьютера 60 и выдает в указанный порт сигнал сброса для осуществления начальных установок в микрокомпьютере 60.

Измеритель 40 напряжения аккумулятора предусмотрен для определения напряжения аккумулятора 10 и включает в себя резисторы 41-43. Резисторы 41, 42 соединены последовательно и включены между положительной клеммой аккумулятора 10 и землей. А/Ц преобразователь 65 микрокомпьютера 60 через резистор 43 подключен к точке соединения резисторов 41 и 42 и выдает цифровую величину, которая соответствует измеренному напряжению аккумулятора. CPU 61 микрокомпьютера 60 сравнивает указанную цифровую величину от А/Ц преобразователя 65 с заданными первым и вторым значениями напряжения, о которых речь пойдет ниже. Эти заданные первое и второе значения напряжения хранятся в ROM 62 микрокомпьютера 60.

Измеритель 50 температуры аккумулятора располагается рядом с аккумулятором 10 с целью измерения его температуры. Температура, обнаруженная измерителем 50, строго говоря, не является температурой аккумулятора 10, но по существу равна ей. Измеритель 50 температуры аккумулятора включает в себя термистор 51 и резисторы 52-54. Термистор 51 через резистор 53 соединен с А/Ц преобразователем 65 микрокомпьютера 60. В соответствии с этим А/Ц преобразователь 65 выдает цифровую величину, которая соответствует температуре аккумулятора, которую обнаружил измеритель 50 температуры аккумулятора. CPU 61 микрокомпьютера 60 сравнивает указанную цифровую величину с некоторым заданным значением, чтобы установить, не является ли температура аккумулятора ненормально высокой.

Детектор 80 запуска содержит резисторы 81, 82 и обнаруживает момент, когда выключатель 220 электроинструмента 200 переводится во включенное состояние. Пока выключатель 220 питания находится в выключенном состоянии, напряжение аккумулятора 10 не прикладывается к стоку транзистора FET 21. Поэтому на входе А/Ц преобразователя 65, подключенном к детектору 80 запуска, удерживается нулевой потенциал. С другой стороны, из-за того что сопротивление электродвигателя 210 постоянному току исключительно мало, например составляет всего несколько Ом, напряжение между стоком и истоком FET 21 при включенном состоянии выключателя 220 по существу равно напряжению аккумулятора. Это напряжение делится между резисторами 81, 82, и напряжение, которое падает на резисторе 82, подается на А/Ц преобразователь 65, так что можно обнаруживать включенное состояние выключателя 220.

Индикатор 90 включает в себя светодиод (LED) 91 и резистор 92. Управление зажиганием и выключением LED 91 осуществляется в соответствии с сигналом из порта 66 вывода микрокомпьютера 60. Управление индикатором 90 производится, например, для показа предупреждения, что температура аккумулятора 10 слишком высока, когда измеритель 50 температуры аккумулятора обнаруживает температуру аккумулятора, превышающую определенную заданную температуру.

Далее, со ссылками на принципиальную схему фиг.3 и диаграмму фиг.4 будет описана работа аккумуляторной батареи 1.

Как говорилось выше, существуют два вида сверхтоков, протекающих через аккумулятор 10. Один - это сверхток, протекающий в момент пуска электродвигателя 210, а другой - сверхток, протекающий, когда электродвигатель приходит в заторможенное состояние во время применения электроинструмента 200.

Сверхток кратковременно протекает во время пуска электродвигателя 210, и очередность управляющих операций рассматриваемой схемы допускает протекание сверхтока такого типа в электродвигателе 210. С другой стороны, схема защищена от сверхтока, протекающего, когда электродвигатель 210 приходит в заторможенное состояние, которое обычно возникает вследствие заклинивания рабочего инструмента в обрабатываемом изделии. То есть производится прерывание сверхтока, возникающего во время применения электроинструмента 200.

В варианте осуществления, показанном на фиг.4, период времени, в течение которого протекает сверхток, измеряется при помощи таймера, и FET 21 поддерживается в состоянии проводимости, когда измеренный таким образом интервал времени равен некоторой заданной величине или меньше ее, в то время как FET 21 переводится в состояние отсечки, когда период времени, измеренный таймером, оказывается больше заданного значения. Программа для выполнения следующих операций управления хранится в ROM 62 микрокомпьютера 60, при этом CPU 61 по мере необходимости считывает команды и исполняет программу.

Как показано на фиг.4, на шаге S101 микрокомпьютер 60 переводит FET 21 в состояние проводимости (выполнение начальных установок). Затем, когда основной выключатель 220 электроинструмента 200 переводят во включенное состояние, в электродвигателе 210 электроинструмента 200 протекает пусковой ток.

На шаге S102 токоизмерительная часть 70 обнаруживает протекание тока Ia в FET 21, а на шаге S103 микрокомпьютер 60 производит проверку, является ли величина обнаруженного таким образом тока равной или превышающей заданное значение I1. Значение I1 выбирают надлежащим образом как компромисс между характеристиками тока и срока службы литиевых аккумуляторных элементов 11-14, выраженного числом циклов «разряда-заряда», а также величины тока, протекающего в якорной обмотке, когда электродвигатель 210 постоянного тока находится в заторможенном состоянии. Например, как показано на фиг.5, в случае, если пиковый ток во время пуска электродвигателя составляет 100А, значение I1 устанавливают на уровне 50%-70% от пикового тока.

Если результатом проверки, выполненной на шаге S103, является НЕТ, то FET 21 поддерживают в состоянии проводимости. С другой стороны, если проверка, выполненная на шаге S103, дала результат ДА, программа переходит к следующей операции - шагу S104, на котором производится проверка периода времени, в течение которого ток равен заданному значению I1 или превышает его, на предмет равенства или превышения некоторого заданного значения времени Т1. С этой целью таймер 64 в микрокомпьютере 60 отсчитывает период времени, в течение которого ток Ia, обнаруженный токоизмерительной частью 70, остается равным или большим, чем заданное значение I1.

В зависимости от типа электродвигателя 210 постоянного тока время прохождения сверхтока во время пуска составляет 100 мс или менее. С другой стороны, время прохождения сверхтока во время заклинивания рабочего наконечника электроинструмента 200 в обрабатываемом изделии, когда электродвигатель 210 оказывается в заторможенном состоянии, гораздо больше, чем 100 мс. Поэтому если период времени Т1 задать равным приблизительно 100 мс, то можно отличить сверхток, возникающий во время пуска электродвигателя 210, от сверхтока, возникающего, когда электродвигатель 210 оказывается в заторможенном состоянии.

Если проверка на шаге S104 показывает, что время существования сверхтока равно заданному периоду времени Т1 или превышает его, то программа переходит к шагу S105, на котором FET 21 переводится в состояние отсечки. В результате сверхток не получает возможности непрерывно протекать через аккумулятор 10, состоящий из литиевых аккумуляторных элементов 11-14, в течение длительного времени, что может предотвратить деградацию свойств литиевых аккумуляторных элементов 11-14.

Далее на шаге S106 производится проверка, истек или не истек некоторый заданный период времени Т2, после того как FET 21 был переведен в состояние отсечки. Если результатом проверки на шаге S106 является НЕТ, то FET 21 остается в состоянии отсечки. С другой стороны, если результатом проверки на шаге S106 является ДА, программа переходит к следующему шагу S107, на котором FET 21 переводится в состояние проводимости, после чего программа возвращается к шагу S102 и повторяются те же самые операции. Период времени Т2 задают, например, равным 5 секундам. Соответственно если происходит торможение электродвигателя 210 постоянного тока и FET 21 переводится в состояние отсечки, то возврат FET 21 в состояние проводимости произойдет по истечении заданного периода времени Т2, после чего рабочее напряжение будет подаваться на электродвигатель 210. Поскольку на период времени Т2 использование электроинструмента 200 временно исключается, период времени Т2 выбирают надлежащим образом из компромисса между рабочей готовностью электроинструмента 200 и снижением показателей литиевых аккумуляторных элементов.

Хотя алгоритм управления электроинструментом 200 был описан соответственно указанному варианту осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничивается данным вариантом осуществления и что в изобретение могут быть внесены различные изменения, использованы альтернативные конструктивные решения, а также варианты алгоритма управления, не выходящие за границы идеи и объема изобретения.

Предложен беспроводный приводной инструмент с литиевым аккумулятором в качестве источника питания электродвигателя, снабженный схемой защиты от сверхтоков. Технический результат - схема допускает кратковременное протекание сверхтока во время пуска электродвигателя и исключает сверхтоки, которые могут протекать при торможении электродвигателя в процессе использования инструмента. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Приводной инструмент (200), содержащий аккумуляторную батарею (1) и электродвигатель (210) постоянного тока, причем аккумуляторная батарея (1) включает в себя аккумулятор (10), состоящий из ряда последовательно соединенных литиевых аккумуляторных элементов (11-14); таймер (64), измеряющий период времени, в течение которого протекает сверхток, определяемый как ток, величина которого равна или превышает заданное значение; переключающий элемент (21), включенный между аккумулятором (10) и электродвигателем (210), причем аккумулятор (10), переключающий элемент (21) и электродвигатель (210) постоянного тока соединены с образованием токовой цепи, а электродвигатель (210) запитан от аккумулятора (10) током, приводящим его в движение, через указанную токовую цепь, при этом обеспечено предотвращение протекания сверхтока в указанной токовой цепи более заданного периода времени; токоизмерительную часть (70), выполненную с возможностью определения тока, протекающего в токовой цепи, и выдачи сигнала обнаружения, представляющего протекающий в токовой цепи ток; и контроллер (60), выполненный с возможностью приема сигнала обнаружения от токоизмерительной части (70) и управления переключающим элементом (21), причем контроллер (60) отсекает ток, протекающий в аккумуляторе (10), когда сигнал обнаружения указывает на протекание в аккумуляторе (10) в течение заданного периода времени сверхтока.

2. Приводной инструмент по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит рабочий инструмент (300); редукторный механизм (400), имеющий сторону входа, оперативно соединенную с электродвигателем (210), и сторону выхода, оперативно соединенную с рабочим инструментом (300), при этом скорость вращательного движения, передаваемого редукторным механизмом (400) на рабочий инструмент (300), понижена относительно скорости вращения электродвигателя (210); основной корпус (200А), заключающий в себе электродвигатель (210) постоянного тока и редукторный механизм (400); рукоять (200В), имеющую одну сторону, которая соединена с основным корпусом (200А); и аккумуляторную батарею (1), установленную на другой стороне рукояти (200В) и заключающую в себе аккумулятор (10).

3. Приводной инструмент по п.1 или 2, отличающийся тем, что при обнаружении токоизмерительной частью (70) пускового тока электродвигателя (210) постоянного тока переключающий элемент (21) переводится в состояние проводимости, а при обнаружении токоизмерительной частью (70) тока торможения электродвигателя (210) постоянного тока переключающий элемент (21) переводится в состояние отсечки.

4. Приводной инструмент по п.1 или 2, отличающийся тем, что переключающий элемент (21) содержит полевой транзистор.

5. Аккумуляторная батарея (1) для приводного инструмента (200), включающего в себя электродвигатель (210), содержащая аккумулятор (10), состоящий из ряда последовательно соединенных литиевых аккумуляторных элементов (11-14); и пару соединительных клемм (2, 3) для подключения к приводному инструменту (200), при этом обеспечено предотвращение протекания сверхтока, определяемого как ток, величина которого равна или превышает заданное значение, от аккумулятора (10) к электродвигателю (210) более заданного периода времени, причем аккумуляторная батарея дополнительно содержит переключающий элемент (21); токоизмерительную часть (70), выполненную с возможностью определения тока, протекающего от аккумулятора (10) к электродвигателю (210), и выдачи сигнала обнаружения, представляющего протекающий от аккумулятора (10) к электродвигателю (210) ток; и контроллер (60), выполненный с возможностью приема сигнала обнаружения от токоизмерительной части (70) и управления переключающим элементом (21), при этом контроллер (60) отсекает ток, протекающий в аккумуляторе (10), когда сигнал обнаружения указывает, что в течение заданного периода времени в аккумуляторе (10) протекает сверхток.

6. Аккумуляторная батарея по п.5, отличающаяся тем, что при обнаружении токоизмерительной частью (70) пускового тока электродвигателя (210) постоянного тока переключающий элемент (21) переводится в состояние проводимости, а при обнаружении токоизмерительной частью (70) тока торможения электродвигателя (210) постоянного тока переключающий элемент (21) переводится в состояние отсечки.

7. Аккумуляторная батарея по п.5 или 6, отличающаяся тем, что переключающий элемент (21) содержит полевой транзистор.