ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РУЧНАЯ МАШИНА С УСТРОЙСТВОМ ЗАДЕРЖКИ ВЫКЛЮЧЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК H02J7/00 

Настоящее изобретение относится к электрической ручной машине (электрическому инструменту), имеющей по меньшей мере один электропривод, по меньшей мере одно электрическое устройство, для работы которого необходима электроэнергия, устройство задержки выключения электропривода и/или электрического устройства и по меньшей мере один аккумулятор для электроснабжения привода и электрического устройства.

Уровень техники

Подобные электрические ручные машины уже известны. При этом при отключении электрической ручной машины, например, отпусканием соответствующей кнопки, аккумулятор полностью отсоединяется от всех энергопотребителей электрической ручной машины. На большинстве электрических ручных машин отключение электропривода происходит немедленно, так как увеличение времени выбега инструмента, работающего от электропривода, является нежелательным. Однако для других электрических устройств целесообразно замедленное выключение. К таким электрическим устройствам относятся, например, дополнительные измерительные или контрольные устройства, или сама управляющая электроника электрической ручной машины. Если электрические компоненты, потребляющие при работе большие токи, отключаются, в основном, незамедлительно, то задержка выключения электрических устройств, практически не потребляющих тока (например, управляющая электроника), вполне возможна и целесообразна. Поскольку управляющей электронике для перехода в полное рабочее состояние требуется некоторое время, то при очередном включении электрической ручной машины, при отключенной управляющей электронике, возникает период нечувствительности, когда электроника не реагирует на запрос включения от оператора. Это неудобно для оператора и может вызывать ошибки в работе, особенно в случае электрических ручных машин, ведение которых по обрабатываемому объекту осуществляется вручную, так как электропривод запускается позже, чем этого ожидает оператор. Задержка отключения управляющей электроники позволяет в пределах времени задержки устранить возникновение периода нечувствительности при очередном включении. Так как электрическим устройствам для работы необходима электроэнергия, пусть даже в незначительном количестве, в случае электрических ручных машин с питанием от аккумулятора это может привести к разрядке последнего. Если это вызовет глубокий разряд аккумулятора, то он может быть поврежден.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача предотвращения глубокого разряда аккумулятора несмотря на задержку выключения по меньшей мере одного из электрических устройств.

Для решения этой задачи предусматривается наличие в электрической ручной машине устройства защиты аккумулятора от глубокого разряда, которое в зависимости от регистрируемой им степени заряженности аккумулятора задает время задержки для устройства задержки выключения. Благодаря наличию такого устройства защиты аккумулятора от глубокого разряда период времени отбора электроэнергии из аккумулятора ограничивается самой степенью заряженности аккумулятора. Тем самым дальнейшая разрядка аккумулятора энергопотребителями допускается только в такой степени, которая зависит от уровня заряженности аккумулятора.

В частном варианте осуществления изобретения устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда входит в состав устройства задержки выключения. Это уменьшает количество требуемых конструктивных элементов.

Также может быть предусмотрено, что при меньшей степени заряженности аккумулятора устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда задает меньшее время задержки для устройства задержки выключения. Чем меньше степень заряженности аккумулятора, тем меньше энергии может быть отобрано у него, чтобы аккумулятор не вошел в зону вредного для него глубокого разряда.

Кроме того, при степени заряженности аккумулятора, меньшей критического порога, устройство задержки выключения может не предусматривать задержку выключения. Если степень заряженности аккумулятора опустилась ниже критического порога, то и электрическое устройство отключается без задержки во времени. Благодаря этой мере предотвращается дальнейшая разрядка аккумулятора.

Объектом изобретения является также способ управления работой электрической ручной машины, содержащей по меньшей мере один электропривод, по меньшей мере одно электрическое устройство, для работы которого необходима электроэнергия, устройство задержки выключения электропривода и/или электрического устройства и по меньшей мере один аккумулятор для электроснабжения привода и электрического устройства. При этом предусматривается, что устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда, имеющееся в электрической ручной машине, регистрирует степень заряженности аккумулятора и в зависимости от этой степени заряженности задает время задержки, с которой электрическое устройство отключается устройством задержки выключения. Благодаря такому способу период времени отбора электроэнергии из аккумулятора ограничивается самой степенью его заряженности.

В частном варианте осуществления изобретения при меньшей степени заряженности аккумулятора устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда может задавать меньшее время задержки для устройства задержки выключения. Благодаря меньшему времени задержки электрическое устройство отбирает энергию у аккумулятора в течение укороченного интервала времени, что обеспечивает его меньшую разрядку.

Далее может быть предусмотрено, что при степени заряженности аккумулятора, меньшей критического порога, устройство задержки выключения отключает электрическое устройство без задержки выключения. При этом устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда может задавать время задержи, равное нулю, либо устройство задержки выключения само может производит отключение без задержки.

В частности, время задержки может принимать только предопределенные значения. Этим значением, например, может быть целое кратное от предопределенного интервала времени.

В частном варианте осуществления изобретения устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда может задавать время задержки с его непрерывным изменением по степени заряженности аккумулятора вплоть до достижения ею критического порога. При непрерывном изменении задаваемого времени задержки устройство задержки выключения может непрерывно согласовывать задержку выключения со степенью заряженности аккумулятора.

В качестве альтернативы этому решению устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда может задавать время задержки с его периодическим (дискретным) изменением по степени заряженности аккумулятора.

В частном варианте осуществления изобретения устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда может определять степень заряженности аккумулятора путем регистрации напряжения аккумулятора. Напряжение является величиной, которая при разряженном или частично разряженном аккумуляторе однозначно изменяется в соответствии со степенью заряженности. По напряжению аккумулятора, находящегося в этом диапазоне заряженности, можно однозначно судить о степени заряженности аккумулятора. В аккумуляторах на литий-ионных элементах с уменьшением степени заряженности кривая падения напряжения аккумулятора становится все круче. В сильно разряженном аккумуляторе такого типа уже при незначительном потреблении тока, например, со стороны электрического устройства, наблюдается очень сильное падение напряжения аккумулятора.

В частном варианте осуществления изобретения напряжение аккумулятора измеряют вместе с соответствующим током при электрической нагрузке. Если в процессе работы напряжение аккумулятора регистрируется непрерывно или через интервалы времени, то аккумулятор нагружается энергопотребителем, например, электроприводом. Для получения вывода о степени заряженности аккумулятора необходимо измерить напряжение аккумулятора вместе с соответствующим током. Это измерение, при известной характеристике аккумулятора, позволяет сделать вывод о напряжении холостого хода и, соответственно, о степени заряженности аккумулятора.

Вместо этого или дополнительно к этому предусмотрена возможность измерения напряжения аккумулятора практически без токовой нагрузки. Если напряжение аккумулятора измерять, например, после отключения электропривода и всех других узлов с большим потреблением тока, то получается практически бестоковое измерение напряжения холостого хода аккумулятора.

В частном варианте осуществления изобретения устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда допускает включение электропривода только при степени заряженности аккумулятора, превышающей порог включения привода. Для этого порог включения привода выбран с таким расчетом, чтобы степень заряженности аккумулятора могла обеспечить работу электрической ручной машины в течение определенного интервала времени, соответствующего характеру применения электрической ручной машины.

Кроме того, устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда может допускать включение электрического устройства только при степени заряженности аккумулятора, превышающей порог включения электрического устройства. Эта мера предотвращает дальнейшую разрядку аккумулятора из-за повторного включения электрического устройства. Данный порог включения электрического устройства, в частности, значительно ниже порога включения привода, так как энергопотребление электрического устройства ниже, чем у электропривода.

Краткое описание чертежей

Ниже сущность изобретения поясняется на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схематическое представление электрической ручной машины с устройством задержки выключения и

на фиг.2 - диаграмма с возможными зависимостями времени задержки от напряжения аккумулятора.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показана принципиальная структура электрической ручной машины 1 с питанием от аккумулятора. При этом схематическое изображение ограничено компонентами, существенными для включения и выключения электрической ручной машины 1. Орган управления 2 связан с устройством 3 задержки выключения, которое через переключающие устройства 4, 5 воздействует на электропривод 6 и электрическое устройство 7 электрической ручной машины 1. Электрическое переключающее устройство 4 относится к электроприводу 6, а переключающее устройство 5 - к электрическому устройству 7. Кроме того, электрическая ручная машина 1 имеет устройство 8 защиты аккумулятора от глубокого разряда, которое в данном варианте исполнения является частью устройства 3 задержки выключения. Электрические компоненты электрической ручной машины 1, в частности, электрическое устройство 7 и электропривод 6 получают электропитание от аккумулятора 9. Соответствующие линии питания не показаны. Электрическое устройство 7 может представлять собой, например, блок 10 электронного управления электрической ручной машины 1. Орган управления 2 может быть выполнен, например, как нажимная кнопка 11 выключателя или выключателя с фиксацией включенного положения. Переключающие устройства 4, 5 также могут выполнены как часть устройства 3 задержки выключения. В другом варианте одно из переключающих устройств 4, 5 может непосредственно взаимодействовать с органом управления. Это часто характерно для переключающих устройств 4, относящихся к электроприводу 6, чтобы обеспечить как можно быструю остановку привода (и тем самым инструмента).

Электрическая ручная машина 1 с устройством 3 задержки выключения работает следующим образом. Когда оператор нажимает орган управления 2, чтобы выключить работающую электрическую ручную машину 1, орган управления 2 выдает устройству 3 задержки выключения момент выключения t₀ для выключения электрической ручной машины 1. Посредством не показанного на чертежах устройства определения заряженности определяется степень заряженности аккумулятора 9 и выдается соответствующий сигнал на устройство 8 защиты аккумулятора от глубокого разряда. Устройство 8 защиты аккумулятора от глубокого разряда задает для устройства 3 задержки выключения время задержки Δt, зависящее от степени заряженности аккумулятора 9, для отсроченного выключения электрического устройства 7. Для выключения электропривода 6 в этом варианте исполнения не предусмотрено время задержки Δt, так что устройство 3 задержки выключения отключает электропривод 6 в момент времени t₀. Отключение в данном контексте означает полное отсоединение энергопотребителя (в данном случае электропривода 6) от аккумулятора 9. При отключении электрического устройства 7 устройство 3 задержки выключения учитывает заданное устройством 8 защиты аккумулятора от глубокого разряда время задержки Δt, причем оно отключает электрическое устройство 7 в момент времени t₀+Δt. После воздействия на орган управления 2 происходит немедленное отключение электропривода 6, а также задержанное на время задержки Δt отключение электрического устройства 7. Для этого в данном примере регистрация степени заряженности аккумулятора 9 происходит через определение напряжения U аккумулятора, которое, например, может одновременно служить входной величиной для устройства 8 защиты аккумулятора от глубокого разряда.

На фиг.2 показана диаграмма с временем задержки Δt в качестве ординаты и относительным напряжением аккумулятора U/U_max в качестве абсциссы. Значение 100% U_max соответствует максимальному напряжению полностью заряженного аккумулятора 9. При этом напряжение U аккумулятора является мерой заряженности аккумулятора 9. На фиг.2 показаны примеры нескольких возможных формируемых устройством защиты аккумулятора от глубокого разряда зависимостей между напряжением U аккумулятора и временем задержки Δt для различных применений. На этой диаграмме представлены качественные характеристики 12, 13, 14, 15, 16 (графики) зависимости между временем задержки Δt и напряжением U, заданной устройством 8 защиты аккумулятора от глубокого разряда. Пороги Us напряжения соответствуют критическим порогам заряженности, при которых время задержки Δt снижается до нуля, и примерно показаны в области 15-50% от U_max. Пороги Us напряжения на фиг.2 выбраны низкими и разными с тем, чтобы обеспечить максимальную наглядность качественных графиков в областях выше порогов Us напряжения. Применяемые в настоящее время пороги Us напряжения имеют более высокие значения, чем показано на фиг.2. Высота точек пересечения Δt_m графиков 12, 13, 14, 15, 16 с прямыми U_max дает максимальное время задержки для соответствующего графика 12, 13, 14, 15, 16. Для значений напряжения U аккумулятора, которое меньше соответствующего порога Us напряжения, каждый из графиков 12, 13, 14, 15, 16 показывает постоянное время задержки Δt=0. При любых зависимостях электрическое устройство 7 отключается без задержки, если напряжение U аккумулятора находится ниже соответствующего порога U_s напряжения. Поэтому в дальнейшем рассматриваются только те участки графиков 12, 13, 14, 15, 16, на которых напряжения U аккумулятора превышают соответствующий порог U_s напряжения.

Ступенчатый график 12 показывает скачкообразное изменение времени задержки Δt при изменении напряжения U аккумулятора, причем отдельным интервалам напряжений предварительно поставлены в соответствие значения времени задержки. График 13 показывает непрерывное изменение времени задержки Δt в зависимости от относительного напряжения U/U_max аккумулятора. График 14 в области от 100% до 65% максимального напряжения U_max аккумулятора показывает выбранное постоянным время задержки Δt, соответствующее максимальному времени задержки Δt_m. В области напряжений от 65% до 20% максимального напряжения U_max аккумулятора график 14 линейно снижается вместе с напряжением U аккумулятора до значения Δt=0 в точке Us. График 15 представлен пунктиром и показывает в области напряжений от 100% до 50% постоянное время задержки Δt, которое при 50% снижается скачком до значения Δt=0. График 16 в области напряжений от 100% до 65% показывает постоянное время задержки Δt, соответствующее максимальному времени задержки Δt_m. В области напряжений аккумулятора от 65% до 40% график 16 линейно снижается вместе с напряжением U аккумулятора, а при 40% скачком снижается до времени задержки Δt=0.

Дополнительно к заданию времени задержки Δt для устройства 3 задержки выключения устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда может задавать пороги включения для повторного включения отдельных компонентов электрической ручной машины 1, как, например, электропривода 6 и электрического устройства 7. При этом описанные пороги заряженности (критические пороги заряженности и пороги включения, или их соответствующие пороги напряжения) не обязательно задаются жестко, а могут изменяться в зависимости по меньшей мере от одного граничного условия, например, от измеренного значения температуры в непосредственном окружении аккумулятора.

Изобретение относится к области электротехники. Электрическая ручная машина имеет по меньшей мере один электропривод, по меньшей мере одно электрическое устройство, для работы которого необходима электроэнергия, устройство задержки выключения электропривода и/или электрического устройства и по меньшей мере один аккумулятор для электроснабжения привода и электрического устройства. Изобретением предусмотрено наличие в электрической ручной машине устройства (8) защиты аккумулятора от глубокого разряда, которое в зависимости от регистрируемой им степени заряженности аккумулятора (9) задает время задержки (Δt) для устройства (3) задержки выключения. Технический результат - предотвращение глубокого разряда аккумулятора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрическая ручная машина, содержащая по меньшей мере один электропривод, по меньшей мере одно электрическое устройство, для работы которого необходима электроэнергия, устройство задержки выключения электропривода и/или электрического устройства и по меньшей мере один аккумулятор для электроснабжения привода и электрического устройства, отличающаяся тем, что она содержит устройство (8) защиты аккумулятора от глубокого разряда, которое в зависимости от регистрируемой им степени заряженности аккумулятора (9) задает время задержки (Δt) для устройства (3) задержки выключения.

2. Электрическая ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что устройство (8) защиты аккумулятора от глубокого разряда входит в состав устройства (3) задержки выключения.

3. Электрическая ручная машина по п.2, отличающаяся тем, что при меньшей степени заряженности аккумулятора (9) устройство (8) защиты аккумулятора от глубокого разряда задает меньшее время задержки (Δt) для устройства (3) задержки выключения.

4. Электрическая ручная машина по п.2, отличающаяся тем, что при степени заряженности аккумулятора (9), меньшей критического порога, устройство (3) задержки выключения не предусматривает задержку выключения.

5. Способ управления работой электрической ручной машины, содержащей по меньшей мере один электропривод, по меньшей мере одно электрическое устройство, для работы которого необходима электроэнергия, устройство задержки выключения электропривода и/или электрического устройства и по меньшей мере один аккумулятор для электроснабжения привода и электрического устройства, отличающийся тем, что устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда, имеющееся в электрической ручной машине, регистрирует степень заряженности аккумулятора и в зависимости от этой степени заряженности задает время задержки, с которой электрическое устройство отключается устройством задержки выключения.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что при меньшей степени заряженности аккумулятора устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда задает меньшее время задержки для устройства задержки выключения.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что при степени заряженности аккумулятора, меньшей критического порога, устройство задержки выключения отключает электрическое устройство без задержки выключения.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что время задержки может принимать только предопределенные значения.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда задает время задержки с его непрерывным изменением по степени заряженности аккумулятора вплоть до достижения ею критического порога.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда задает время задержки с его периодическим изменением по степени заряженности аккумулятора.

11. Способ по п.5, отличающийся тем, что устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда определяет степень заряженности аккумулятора путем регистрации напряжения аккумулятора.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что напряжение аккумулятора измеряют вместе с соответствующим током при электрической нагрузке.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что измерение напряжения аккумулятора выполняется практически без токовой нагрузки.

14. Способ по п.5, отличающийся тем, что устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда допускает включение электропривода только при степени заряженности аккумулятора, превышающей порог включения привода.

15. Способ по п.5, отличающийся тем, что устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда допускает включение электрического устройства только при степени заряженности аккумулятора, превышающей порог включения электрического устройства.