СИЛОВОЙ ВИНТОВЕРТ Российский патент 2012 года по МПК B25B23/14 

В основе изобретения лежит силовой винтоверт (шуруповерт) в соответствии с родовым понятием независимого пункта формулы изобретения.

Уровень техники

В публикации DE 2326027 A речь идет о винтоверте, который работает от напряжения питающей сети, при этом он обеспечивает заданную величину вращающего момента. Развиваемый винтовертом вращающий момент регистрируется опосредованно, на основании величины электрического тока, проходящего через электродвигатель, а именно, на основе сетевого рабочего напряжения электродвигателя, которое во всех случаях остается постоянным. Если винтоверт еще не вышел на заданную величину вращающего момента, то он будет вращаться с максимально возможным числом оборотов, которое зависит от нарастающей заданной величины вращающего момента. За счет имеющей место инерции массы вращающихся частей винтоверта, таких как электродвигатель и, в частности, передаточный механизм, резьбовое соединение будет продолжать вращаться в зависимости от инерционного выбега также и после достижения заданной величины вращающего момента.

Проблемы, имеющие место в публикации DE 2326027 A1 и связанные с продолжением вращения винтоверта даже в случае достижения им заданной величины вращающего момента, поднимаются в публикации DE 10341975 A1. В данном изобретении описывается электронное устройство для ограничения вращающего момента, предназначенное для электродвигателя, который используется, например, в винтоверте, приводимом в действие аккумулятором. В данном случае исходят из ограничения вращающего момента с помощью электронного устройства, в процессе которого электрический ток, проходящий через электродвигатель, используется в качестве критерия вращающего момента. Подобный способ действия называют неточным, поскольку, в частности, при высоких значениях частоты вращения, имеющих место после отключения электродвигателя, вследствие действия кинетической энергии вращающихся масс, может возникнуть инерционный выбег, вследствие чего затягивание резьбового соединения будет происходить с более высоким значением вращающего момента, чем его заданное значение. Для предотвращения возникновения максимального значения вращающего момента, которое основывается на механической инерционности или, соответственно, на динамике передаточного механизма, предлагается установить максимальное значение допустимой величины электрического тока электродвигателя в зависимости от его числа оборотов. В соответствии с примером выполнения можно установить величину заданного значения вращающего момента, которая будет пересчитываться в максимальное значение тока электродвигателя. Чем выше будет задаваться максимальное значение тока электродвигателя, тем ниже должно быть максимальное число оборотов электродвигателя.

В публикации EP 0187353 A2 речь идет о винтоверте, электродвигатель которого снабжается электроэнергией от сети переменного напряжения. При этом в основу положена существующая информация о том, что электродвигатель обеспечивает максимальный и вполне определенный вращающий момент под нагрузкой в состоянии покоя, при этом данный вращающий момент зависит от имеющегося в распоряжении напряжения или, соответственно, от нагрузочного тока в соответствии с имеющейся характеристикой электродвигателя. Настройка среднего рабочего напряжения электродвигателя осуществляется с помощью коммутационного элемента, который выполнен, например, в виде симметричного триодного тиристора. Среднее рабочее напряжение электродвигателя или нагрузочный ток может регулироваться с помощью потенциометра, в результате чего максимальное значение вращающего момента при остановке электродвигателя или, соответственно, при малой частоте вращения электродвигателя может изменяться и регулироваться. Заданное значение вращающего момента винтового соединения достигается при низком числе оборотов или даже в состоянии покоя винтоверта, таким образом исключается возможность отклонения от установленного значения вращающего момента вследствие действия инерционного выбега.

Далее, предусмотрена компенсационная схема, которая в состоянии уравновешивать колебания напряжения питающей сети, для того чтобы устранить влияние, оказываемое на фактическое значение вращающего момента. В случае падающего напряжения в сети электроснабжения увеличивается фазовый угол в системе управления симметричного триодного тиристора, так что на электродвигатель подается более высокое среднее напряжение.

В публикации DE 19626731 А1 раскрывается небольшой винтоверт, приводимый в действие аккумулятором, при этом он содержит коммутационный элемент, который отключает электродвигатель путем замыкания накоротко. Коммутационный элемент приводится в действие с помощью ограничителя низких частот. С помощью внезапного резкого торможения электродвигателя происходит уменьшение выброса. Однако при этом следует учитывать, что подобное закорачивание электродвигателя возможно только при сравнительно небольших отдаваемых вращающих моментах, составляющих, например, до 100 Нм, а также в случае электродвигателей, обладающих малой мощностью, поскольку даже в случае маломощных электродвигателей при коротком замыкании электродвигателя, вращающегося с высоким числом оборотов, следует рассчитывать на появление значительного тока короткого замыкания и на возникновение связанных с этим явлением электромагнитных помех. Ток короткого замыкания существенным образом нагружает как коллектор электродвигателя, выполненного в виде электродвигателя постоянного тока, так и используемый коммутационный элемент, с помощью которого происходит закорачивание электродвигателя.

В публикации DE 10345135 A1 содержится описание небольшого винтоверта, приводимого в действие аккумулятором, который для осуществления энергоснабжения содержит литиево-ионный аккумулятор.

Общеизвестный уровень техники состоит в том, чтобы параллельно электродвигателю предусмотреть разрядный контур, который позволил бы уменьшить ток индуктивной энергии, аккумулированной в индуктивной составляющей электродвигателя, после отключения электродвигателя. Разрядный контур может быть, к примеру, реализован в виде переключательного разрядного контура, у которого, например, одновременно с отключением источника электроснабжения включается параллельно подключенный к электродвигателю полевой транзистор со структурой типа «металл-оксид-полупроводник», создавая тем самым мостиковый контакт для электродвигателя, в результате чего может уменьшаться ток электродвигателя. В самом простом случае разрядный контур выполняется с нулевым вентилем в схеме преобразователя, который включен параллельно к электродвигателю. Подобный разрядный контур лишь создает условия для продолжения прохождения тока электродвигателя после отключения источника электроснабжения, при этом напряжение, устанавливающееся на электродвигателе, при активном разрядном контуре не определяется, а является зависимым от прямого напряжения использованного токопроводящего нулевого схемного элемента, которое, в свою очередь, сильно зависит от температуры и, в частности, от абсолютной величины тока ветви преобразователя, содержащей нулевой вентиль.

В публикации DE 20113184 U1 и, например, в публикации DE 19647813 А1 представлены винтоверты, приводимые в действие электродвигателем и выполненные в виде ручного электроинструмента. Эти винтоверты имеют, соответственно, опорный кронштейн для обеспечения противодействующего вращающего момента во время затягивания и расслабления резьбовых соединений.

Подобные винтоверты называют силовыми винтовертами, поскольку величина развиваемого ими вращающего момента может составлять, например, до 10000 Нм. Такой вращающий момент, без использования опорного кронштейна, не может быть обеспечен оператором, обслуживающим силовой винтоверт. С возрастанием вращающего момента во время проведения процесса завинчивания опорный кронштейн упруго деформируется, за счет чего опорный кронштейн принимает энергию. Во время проведения процесса завинчивания опорный кронштейн подвергает винтоверт, находящийся на резьбовом соединении, чрезмерному натяжению. Вследствие деформации опорный кронштейн принимает не только энергию, возникающую во время проведения процесса завинчивания, но также и энергию вращения, которая и после отключения силового винтоверта все еще присутствует во вращающихся массах, как, например, в электродвигателе и, в частности, в передаточном механизме.

Чрезмерное натяжение может быть ослаблено, например, с помощью фрикционной муфты с проскальзыванием, которая механически расцепляется после достижения заданного значения вращающего момента. В частности, в случае низких заданных значений вращающего момента приводной агрегат может ослабить натяжение, задав определенную мощность. При использовании обоих упомянутых методов сильно отличающееся соотношение массы вращающегося приводного агрегата по отношению к массе передаточного механизма оказывает отрицательное воздействие на передаточный механизм и на электродвигатель.

В случае использования винтовертов, в частности, силовых винтовертов, которые могут обеспечивать очень высокий вращающий момент, существует обязательная необходимость, чтобы снижение накопленной в опорном кронштейне энергии осуществлялось бы под контролем для того, чтобы можно было снимать винтоверт с резьбового соединения. В связи с достаточно высоким передаточным отношением передаточного механизма нельзя исключать, что электродвигатель начнет вращаться против направления приводного движения, что связано с накопленной в опорном кронштейне энергией.

В основе изобретения лежит задача предоставить в распоряжение силовой винтоверт, в частности силовой винтоверт, приводимый в действие аккумулятором, который создаст условия для безопасного понижения энергии, сохраненной в опорном кронштейне после отключения силового винтоверта.

Эта задача решается с помощью признаков, приведенных в независимом пункте формулы изобретения.

Раскрытие сущности изобретения

Силовой винтоверт согласно изобретению содержит электродвигатель и схему управления, осуществляющую электронное отключение электродвигателя с помощью отключающего сигнала после того, как было достигнуто предварительно заданное значение вращающего момента. Дополнительно предусмотрен опорный кронштейн, принимающий энергию при завинчивании. Силовой винтоверт, выполненный в соответствии с изобретением, отличается наличием блока ограничения напряжения, обеспечивающего ограничение возникающего на электродвигателе напряжения до заданного значения напряжения ограничения при использовании электродвигателя при понижении накопленной в опорном кронштейне энергии в качестве генератора и вращении его против направления приводного движения.

Предусмотренный в соответствии с изобретением блок ограничения напряжения обеспечивает прежде всего то, что энергия, накопленная в опорном кронштейне во время процесса завинчивания, после отключения электродвигателя в случае достижения заданного значения вращающего момента может быть израсходована в генераторном режиме работы путем приведения в действие электродвигателя через передаточный механизм, при этом электродвигатель при значении напряжения ограничения ниже заданного значения в широком диапазоне числа оборотов не создает сколько-нибудь существенного противодействующего момента.

В частности, блок ограничения напряжения, предусмотренный в соответствии с изобретением, предохраняет схему управления от недопустимо высоких значений электрического напряжения, которые могли бы возникнуть при высокой энергии, накопленной в опорном кронштейне, после отключения электродвигателя при достижении заданного значения вращающего момента, в соответствии с высоким числом оборотов электродвигателя, работающего в генераторном режиме.

Предпочтительные усовершенствованные варианты и формы выполнения силового винтоверта в соответствии с изобретением вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения.

Одна из форм выполнения изобретения предусматривает, что значение напряжения ограничения по абсолютной величине соответствует по меньшей мере номинальному рабочему напряжению электродвигателя. В результате чего, с одной стороны, получается достаточный диапазон измерения частоты вращения в период работы в генераторном режиме без возникновения электрического потока, который может появиться только в случае достижения значения напряжения ограничения. А с другой стороны, могут использоваться конструктивные элементы, имеющие сравнительно низкие допустимые максимальные значения рабочего напряжения, поскольку значения напряжения электродвигателя, которые в совокупности возникают во время его эксплуатации, в части величины ограничены значением номинального рабочего напряжения электродвигателя.

Другая форма выполнения изобретения предусматривает вариант, когда значение напряжения ограничения соответствует по большей мере допустимому безопасному напряжению постоянного тока, предусмотренному для электрических аппаратов. Безопасное малое напряжение - в рамках предлагаемой заявки - соответствует тому напряжению, которое разрешено в соответствии с законом, когда необязательно выполнять какие-либо особые меры в части электрической изоляции. Безопасное малое напряжение составляет 42 вольта.

Другие формы выполнения изобретения касаются реализации блока ограничения напряжения. Первая возможность реализации предусматривает наличие двух включенных последовательно и имеющих встречную полярность полупроводниковых стабилитронов. Другая возможность реализации предусматривает использование биполярного ограничительного диода.

Еще одна возможность реализации предусматривает применение варистора.

Следующая возможность реализации предусматривает использование блока ограничения напряжения, который содержит электронную нагрузку.

В то время как блоки ограничения напряжения, реализованные с помощью наличия диодов и транзисторов, обнаруживают высокую скорость реагирования, варистор может за короткое время принять сравнительно высокую мощность и отвести ее термическим способом.

Комбинация различных схемных конструктивных элементов позволяет осуществлять оптимизацию в части самых разных требований.

Предпочтительный усовершенствованный вариант силового винтоверта в соответствии с изобретением предусматривает возможность, когда схема управления после достижения установленного заданного значения вращающего момента путем сравнения заданного значения вращающего момента с фактическим значением вращающего момента, полученным из цепи тока электродвигателя, генерирует отключающий сигнал. Сбор и предварительная обработка информации о потоке тока электродвигателя, который используется в качестве основания для выработки критерия, касающегося вращающего момента, который обеспечивается винтовертом, могут осуществляться с помощью простых схемотехнических средств, что существенно дешевле, чем решение, привлекающее механические средства, как, например, фрикционную муфту с проскальзыванием.

Другой вариант усовершенствования силового винтоверта согласно изобретению предусматривает в качестве источника энергии для электродвигателя наличие аккумулятора на базе лития, что связано с его сравнительно высокой плотностью энергии. Например, можно использовать литиево-ионный аккумулятор или же, например, литиево-полимерный аккумулятор.

Напряжение питания, которое понижается во время эксплуатации силового винтоверта в связи с падением напряжения аккумулятора при разрядке, компенсируется, предпочтительно, с помощью блок компенсации падения напряжения аккумулятора, в результате чего рабочее напряжение, имеющее тенденцию к падению, не оказывает влияния на достижение установленной заданной величины вращающего момента.

В соответствии с еще одной формой выполнения вместо вмешательства в силовую часть схемы электронных устройств управления предусмотрен вариант, когда блок компенсации падения напряжения аккумулятора в случае падения напряжения аккумулятора обеспечивает либо повышение предварительно заданного значения вращающего момента, либо уменьшение фактического значения вращающего момента, определяемого опосредованно на основе тока электродвигателя. Таким образом, происходит виртуальное смещение характеристической кривой электродвигателя.

Другие предпочтительные формы выполнения и варианты усовершенствования силового винтоверта в соответствии с изобретением вытекают из последующего описания. Примеры выполнения силового винтоверта в соответствии с изобретением представлены на чертеже, а более подробные пояснения приведены в последующем описании.

На чертеже показано:

на фиг.1 - эскиз силового винтоверта в соответствии с изобретением,

на фиг.2 - структурная схема электронной схемы управления силового винтоверта в соответствии с изобретением, и

на фиг.3a-3d - различные формы выполнения блока ограничения напряжения.

На фиг.1 показан эскиз силового винтоверта 10, содержащего электродвигатель 12, который через передаточный механизм 14 приводит в действие сменную торцевую головку 16. Силовой винтоверт 10 содержит опорный кронштейн 18, который при завинчивании обеспечивает противодействующий момент. В показанном примере выполнения за основу взят силовой винтоверт 10, приводимый в действие от аккумулятора, при этом силовой винтоверт содержит аккумулятор 20, который размещен в батарейной секции 22. Приведение в действие силового винтоверта 10 осуществляется с помощью выключателя 24. Для управления электродвигателем 12 предусмотрена схема 26 управления.

В показанном примере выполнения за основу взят электродвигатель 12 постоянного тока, управление которого осуществляется, предпочтительно, с помощью сигнала широтно-импульсной модуляции, который определяет среднее рабочее напряжение электродвигателя 12.

На фиг.2 показан широтно-импульсный модулятор 30, который обеспечивает сигнал s_PWM широтно-импульсной модуляции, этот сигнал либо полностью открывает, либо полностью закрывает коммутационный элемент 32, например полевой транзистор со структурой типа «металл-оксид-полупроводник». Длительность периода и/или длительность импульса сигнала s_PWM широтно-импульсной модуляции является непостоянной и может меняться.

Коэффициент заполнения периода импульса сигнала s_PWM широтно-импульсной модуляции, который отражает соотношение между продолжительностью включения и длительностью периода, устанавливает среднее рабочее напряжение электродвигателя 12 и за счет этого позволяет оказывать воздействие на подведенную к электродвигателю 12 мощность, или, соответственно, на частоту вращения электродвигателя 12.

После замыкания выключателя 24 ток i_Mot электродвигателя протекает в зависимости от коэффициента заполнения периода импульса сигнала s_PWM широтно-импульсной модуляции, в зависимости от напряжения u_Batt питания и в зависимости от нагрузки электродвигателя 12.

Ток i_Mot электродвигателя используется в качестве критерия вращающего момента, который создается электродвигателем 12, и, таким образом, в качестве критерия вращающего момента, который направляется силовым винтовертом 10 к сменной торцевой головке 16. В представленном примере выполнения ток i_Mot электродвигателя определяется с помощью шунта 34, который выполнен в виде резистора с малым сопротивлением, величина которого составляет, например, 0,01 Ом. Падение u_Sens напряжения, возникающее на шунте 34 в виде критерия тока i_Mot электродвигателя, усиливается в устройстве (блоке) 36 формирования сигнала датчика и подается к устройству (блоку) 38 сглаживания сигнала в виде критерия фактического значения md_Ist вращающего момента, а устройство 38 сглаживания сигнала направляет сглаженное фактическое значение mdm_Ist вращающего момента к устройству (блоку) 40 отключения винтоверта.

Устройство 36 формирования сигнала датчика содержит, например, операционный усилитель (OpAmp), имеющий схемное выполнение в виде дифференциального усилителя. Устройство 38 сглаживания сигнала выполнено, например, в виде комбинации резистора и конденсатора, выполняющей функцию фильтра нижних частот или, соответственно, обладающей интегрирующим свойством, что ведет к плавно изменяющемуся формированию среднего значения параметра.

Предусмотренное в данном случае устройство 38 сглаживания сигнала в значительной степени подавляет паразитные сигналы и максимумы тока, которые могут приводить к ошибочному отключению силового винтоверта 10.

Устройство 40 отключения винтоверта реализовано, например, операционным усилителем (OpAmp), имеющим схемное выполнение в виде сравнивающего устройства, к которому подается сглаженное фактическое значение mdm_Ist вращающего момента или фактическое значение md_Ist вращающего момента, а также заданное значение Md_Soll вращающего момента, получаемое от устройства (блока) 42 задания заданного значения вращающего момента. Устройство 42 задания заданного значения вращающего момента представляет собой, предпочтительно, потенциометр, установочное колесо которого, доступное для лица, обслуживающего силовой винтоверт 10, содержит надписи различных предварительно задаваемых величин заданного значения вращающего момента.

Как только сглаженное фактическое значение mdm_Ist вращающего момента или, соответственно, фактическое значение md_Ist вращающего момента совпадает с заданным значением Md_Soll вращающего момента, устройство 40 отключения винтоверта создает сигнал s_Stop останова, который передается широтно-импульсному модулятору 30. С появлением сигнала s_Stop останова в момент достижения предварительно заданного значения Md_Soll вращающего момента широтно-импульсный модулятор 30 заканчивает создание сигнала s_PWM широтно-импульсной модуляции, в результате чего коммутационный элемент 32 остается в замкнутом состоянии, а электродвигатель 12 или, соответственно, силовой винтоверт 10 отключается.

В представленном примере выполнения исходят из того, что для энергоснабжения электродвигателя 12 предусмотрено наличие аккумулятора 20, который выполнен, предпочтительно, в виде аккумулятора на базе лития, такой аккумулятор отличается высокой плотностью энергии. Применение может найти также, например, литиево-ионный аккумулятор или, например, литиево-полимерный аккумулятор. Аккумулятор 20 обеспечивает напряжение u_Batt питания. Хотя линия, отражающая характеристику разряда аккумулятора, в частности аккумулятора на базе лития, проходит относительно плоско, однако само незначительное падение напряжения непосредственно воздействует на процесс достижения предварительно заданного значения Md_Soll вращающего момента, если в качестве критерия для фактического значения md_Ist, mdm_Ist вращающего момента берется ток i_Mot электродвигателя, поскольку в случае понижающегося напряжения u_Batt питания устанавливается более низкое значение тока i_Mot электродвигателя.

Поэтому предусмотрен блок 44 компенсации падения напряжения аккумулятора, которая компенсирует воздействие понижающегося напряжения u_Batt питания, оказываемое на процесс достижения установленного заданного значения Md_Soll вращающего момента.

В принципе напряжение u_Batt питания могло бы стабилизироваться непосредственным образом и удерживаться на постоянном уровне, но при этом потребовались бы силовые полупроводниковые приборы, которые, во-первых, являются относительно дорогостоящими, а во-вторых, по причине ожидаемых высоких значений токов, составляющих, например, до 100 А, являются слишком объемистыми для того, чтобы их можно было разместить в силовом винтоверте 10.

Поэтому блок 44 компенсации падения напряжения аккумулятора воздействует, предпочтительно, компенсирующим сигналом s_Batt_Komp на устройство 40 отключения винтоверта, при этом при понижающемся напряжении u_Batt питания происходит либо увеличение заданного значения Md_Soll вращающего момента, либо уменьшение фактического значения md_Ist, mdm_Ist вращающего момента.

Блок 44 компенсации падения напряжения аккумулятора может содержать, например, источник эталонного напряжения, с помощью которого происходит сравнение напряжении u_Batt питания. По мере того, как уменьшается разница между эталонным напряжением и напряжением u_Batt питания при разрядке аккумулятора 20, компенсирующий сигнал s_Batt_Komp постоянно увеличивается, при этом данное увеличение соответствует виртуальному уменьшению тока i_Mot электродвигателя для того, чтобы при осуществлении оценки сигнала можно было скорректировать действительно уменьшившееся значение тока i_Mot электродвигателя при падающем напряжении u_Batt питания.

В процессе работы силового винтоверта 10 опорный кронштейн 18 обеспечивает необходимый противодействующий момент, соответствующий вращающему моменту, который передается от сменной торцевой головки 16 на винтовое соединение. Для подготовки процесса завинчивания опорный кронштейн 18 необходимо зафиксировать на соответствующей дополнительной опоре. Во время процесса завинчивания возникает соответствующим образом увеличивающаяся деформация опорного кронштейна 18, находящаяся в зависимости от возрастающего вращающего момента, которая соответствует накоплению энергии. Накопленная в опорном кронштейне 18 энергия имеет максимальное значение после отключения силового винтоверта 10 при достижении предварительно заданного значения Md_Soll вращающего момента.

Вследствие деформации опорного кронштейна 18 происходит натяжение сменной торцовой головки 16 и тем самым всего силового винтоверта 10 на винтовом соединении. После отключения силового винтоверта 10 вследствие получения отключающего сигнала s_Stop, подаваемого устройством 40 отключения винтоверта, накопленная в опорном кронштейне 18 энергия способствует тому, что электродвигатель 12 с помощью передаточного механизма 14 приводится в действие по направлению назад относительно положения сменной торцовой головки 16, при этом электродвигатель 12 начинает вращаться в направлении, противоположном направлению приводного движения.

Поэтому при снижении накопленной в опорном кронштейне 18 энергии электродвигатель 12 начинает работать как генератор. Для быстрого и простого уменьшения накопленной в опорном кронштейне 18 энергии электродвигатель 12 должен иметь возможность вращаться свободно, не создавая противодействующего момента, который мог бы усложнить и удлинить процесс разгрузки. Поэтому электродвигатель 12 в этом рабочем состоянии не должен быть ни замкнут накоротко, ни соединен перемычкой с низким электрическим сопротивлением, при этом уже при малом генераторном напряжении мог бы появиться высокий ток i_Mot электродвигателя, соответствующий высокому противодействующему моменту. При этом, однако, следует учитывать, что при работе в генераторном режиме происходит перемена полярности напряжения u_Mot электродвигателя, что вызвано другим направлением вращения, а по этой причине ток i_Mot электродвигателя начинает проходить в обратном направлении, если для этого имеется в распоряжении соответствующая токовая цепь.

В частности, в процессе проведения опытов обнаружилось, что при работе в генераторном режиме могут возникать существенные значения номинального напряжения u_Mot электродвигателя, которые значительно выше, чем номинальное рабочее напряжение электродвигателя 12. У электродвигателя 12 с номинальным рабочим напряжением, составляющим, например, 28 вольт, были обнаружены пики напряжения до 200 вольт с длительностью импульса, составляющей 100 Н·с. Подобные перенапряжения, обладающие большим запасом энергии, могут привести к разрушению компонентов схемы управления 26, в частности, к разрушению коммутационного элемента 32.

По этой причине в соответствии с изобретением предусмотрен блок 46 ограничения напряжения, который обеспечивает ограничение возникающего на электродвигателе 12 номинального напряжения u_Mot до заданного значения u_Lim напряжения ограничения в случае, когда электродвигатель 12 при понижении энергии, накопленной в опорном кронштейне 18, эксплуатируется в генераторном режиме и вращается в направлении, противоположном приводному движению.

Блок 46 ограничения напряжения нельзя сравнивать с функцией механизма свободного хода, которая по существу лишь закорачивает электродвигатель 12. Блок 46 ограничения напряжения позволяет целенаправленно задавать значение u_Lim напряжения ограничения для того, чтобы электродвигатель 12 во время работы в генераторном режиме при устранении накопленной в опорном кронштейне 18 энергии по меньшей мере до достижения значения u_Lim напряжения ограничения не создавал бы противодействующий момент. В этом рабочем состоянии и возникает ток i_Mot электродвигателя, при этом он проходит в противоположном направлении по сравнению с направлением, характерным для нормального режима работы, и появляется только тогда, когда номинальное напряжение u_Mot электродвигателя при его работе в генераторном режиме обнаруживает тенденцию к превышению верхнего предельного значения u_Lim напряжения ограничения.

Разумеется, блок 46 ограничения напряжения может взять на себя функцию механизма свободного хода, при этом во время свободного хода, при котором направление прохождения тока i_Mot электродвигателя не поворачивается, значение u_Lim напряжения ограничения появляется в виде номинального напряжения u_Mot электродвигателя. При известных условиях может быть предусмотрен не показанный здесь более подробно, имеющий схемное выполнение механизм свободного хода, который управляется сигналом s_PWM широтно-импульсной модуляции.

Блок 46 ограничения напряжения может быть выполнен самыми разными способами. В примере выполнения, показанном на фиг.3a, блок 46 ограничения напряжения содержит два последовательно включенных полупроводниковых стабилитрона 50, 52, имеющих встречную полярность. При этом закладываются, предпочтительно, одинаковые по величине значения пробивного напряжения. Несмотря на прямое напряжение диодов 50, 52, пропускаемое в прямом направлении, значения пробивного напряжения соответствуют по меньшей мере приближенно значению u_Lim напряжения ограничения как в положительном направлении, так и в отрицательном направлении. В принципе, посредством существующей возможности выбора значений пробивного напряжения полупроводниковых стабилитронов 50, 52 в зависимости от полярности могут задаваться самые разные значения напряжения ограничения.

В примере выполнения, показанном на фиг.3b, блок 46 ограничения напряжения содержит биполярный диод 54 для ограничения напряжения, который также имеет обозначение TVS (Transient Voltage Suppressor). Диод 54 для ограничения напряжения содержит два полупроводниковых стабилитрона 50, 52, при этом оба они интегрированы в один единственный конструктивный схемный элемент, который, таким образом, является более дешевым по сравнению с отдельными полупроводниковыми стабилитронами и по этой причине может быть установлен на печатной плате с меньшими затратами, в результате чего в серийном производстве имеют место дополнительные преимущества в части расходов.

В примере выполнения, показанном на фиг.3c, блок 46 ограничения напряжения содержит варистор 56.

Пример выполнения, показанный на фиг.3d, основывается на ограничении напряжения с помощью аналоговой электронной нагрузки 58. Данная электронная нагрузка 58 может быть реализована с помощью транзистора 60, который включен последовательно с сопротивлением 62 потерь. Для управления транзистором предусмотрено сравнивающее устройство 64, которое осуществляет сравнение номинального напряжения u_Mot электродвигателя в качестве измерительного напряжения u_Mess с заданным значением u_Lim напряжения ограничения и в зависимости от результатов сравнения в большей или меньшей степени открывает транзистор 60. В результате этого напряжение на блоке 46 ограничения напряжения регулируется до значения u_Lim напряжения ограничения, вследствие чего и происходит процесс ограничения напряжения.

В то время как конструктивные схемные элементы, такие как полупроводниковые стабилитроны 50, 52, диод 54 для ограничения напряжения, а также транзистор 60, которые используются в блоке 46 ограничения напряжения, позволяют очень быстро реагировать на импульсы напряжения, варистор 56 может принимать и отводить высокую энергию по меньшей мере в течение очень короткого промежутка времени. Поэтому в зависимости от предъявляемых требований можно предусмотреть комбинацию из диодов и, соответственно, транзисторов 50, 52, 54, 60, а также варистора 56.

Сначала устанавливается такое значение u_Lim напряжения ограничения, при котором в нормальном рабочем режиме электродвигателя 12 не может возникнуть ограничение в части номинального напряжения u_Mot электродвигателя. В соответствии с этим, в случае использования электродвигателя 12, работающего от 28 вольт, значение u_Lim напряжения ограничения устанавливается в виде величины, составляющей по меньшей мере 28 вольт. Поскольку тогда, когда электродвигатель 12 работает в генераторном режиме, происходит перемена направления его вращения, то блок 46 ограничения напряжения в условиях обращенной полярности должен обеспечить значение u_Lim напряжения ограничения, в частности, для номинального напряжения u_Mot электродвигателя, поскольку, в частности, при работе в генераторном режиме существует опасность перенапряжения. В представленном примере выполнения с обозначенной на фиг.2 полярностью напряжения u_Batt питания, при работе электродвигателя 12 в генераторном режиме на коммутационном элементе 32 возникает положительный потенциал номинального напряжения u_Mot электродвигателя, в то время как отрицательный потенциал присутствует на аккумуляторе 20.

Целесообразно для обеих полярностей номинального напряжения u_Mot электродвигателя задается та же самая величина значения u_Lim напряжения ограничения, которая соответствует по меньшей мере величине значения напряжения, которая имеет место при номинальном режиме работы электродвигателя 12.

В соответствии с другой формой выполнения изобретения по меньшей мере та величина значения u_Lim напряжения ограничения, которая действует при работе электродвигателя 12 в генераторном режиме, определяется как величина значения так называемого безопасного малого напряжения, задачей которого является повышение электрической безопасности, причем величина этого значения может устанавливаться законодательно. Значение безопасного малого напряжения для повышения электрической безопасности должно, в этом смысле, определяться в соответствии с тем, что в электрическом аппарате, а в данном случае в силовом винтоверте 10, величина напряжения на узлах и деталях, которые находятся под напряжением и могут приводиться в соприкосновение, не должна превышать величины значения безопасного малого напряжения. Если же такая ситуация все же может возникнуть, то следует принять специальные меры по защите токопроводящих частей и деталей от прикосновения. Величина значения безопасного малого напряжения для повышения электрической безопасности может находиться, например, в пределах 42 вольт. Предпочтительным образом, также и значение u_Lim напряжения ограничения, установленное применительно к величине значения безопасного малого напряжения для повышения электрической безопасности в части обеих полярностей номинального напряжения u_Mot электродвигателя регламентируется одним и тем же значением.

Изобретение относится к ручным инструментам, в частности к силовым винтовертам (шуруповертам). Винтоверт (10) содержит электродвигатель (12), схему (26) управления, отключающую его при достижении установленного заданного значения вращающего момента, и опорный кронштейн (18), принимающий энергию при завинчивании. В схеме (26) управления предусмотрен блок (46) ограничения напряжения, обеспечивающий ограничение напряжения, возникающего на электродвигателе (12), который при снижении накопленной в опорном кронштейне (18) энергии работает в качестве генератора и вращается против направления приводного движения, до предварительно установленного значения напряжения ограничения. Значение напряжения ограничения регламентировано таким образом, что, с одной стороны, электродвигатель (12), работая в качестве генератора, может без противодействующего момента вращаться против направления привода, а с другой стороны, не может возникнуть недопустимое перенапряжение. Обеспечиваются условия для безопасного понижения энергии, сохраненной в опорном кронштейне после отключения силового винтоверта. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Силовой винтоверт с электродвигателем (12) и схемой (26) управления, отключающей с помощью отключающего сигнала (s_Stop) электродвигатель (12) при достижении установленного заданного значения (Md_Soll) вращающего момента, а также с опорным кронштейном (18), принимающим энергию при завинчивании, отличающийся тем, что в схеме (26) управления предусмотрен блок (46) ограничения напряжения, обеспечивающий ограничение напряжения (u_Mot), возникающего на электродвигателе (12), который при снижении накопленной в опорном кронштейне (18) энергии работает в качестве генератора и вращается против направления приводного движения, до предварительно заданного значения (u_Lim) напряжения ограничения.

2. Силовой винтоверт по п.1, отличающийся тем, что значение (u_Lim) напряжения ограничения соответствует по меньшей мере номинальному рабочему напряжению электродвигателя (12).

3. Силовой винтоверт по п.1, отличающийся тем, что значение (u_Lim) напряжения ограничения соответствует по большей мере безопасному напряжению.

4. Силовой винтоверт по п.1, отличающийся тем, что схема блок (46) ограничения напряжения содержит два последовательно включенных полупроводниковых стабилитрона (50, 52), имеющих встречную полярность.

5. Силовой винтоверт по п.1, отличающийся тем, что блок (46) ограничения напряжения содержит ограничительный биполярный диод (54).

6. Силовой винтоверт по п.1, отличающийся тем, что блок (46) ограничения напряжения содержит варистор (56).

7. Силовой винтоверт по п.1, отличающийся тем, что блок (46) ограничения напряжения содержит электронную нагрузку (58).

8. Силовой винтоверт по п.1, отличающийся тем, что схема (26) управления при достижении установленного заданного значения (Md_Soll) вращающего момента генерирует отключающий сигнал (s_Stop) путем сравнения фактического значения (md_Ist, mdm_Ist) вращающего момента, полученного на основании тока (i_Mot) электродвигателя, с заданным значением (Md_Soll) вращающего момента.

9. Силовой винтоверт по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника энергии для электродвигателя (12) предусмотрен аккумулятор (20).

10. Силовой винтоверт по п.9, отличающийся тем, что в качестве аккумулятора (20) предусмотрен аккумулятор на базе лития (литиево-ионный аккумулятор, литиево-полимерный аккумулятор).

11. Силовой винтоверт по п.9 или 10, отличающийся тем, что в схеме (26) управления предусмотрен блок (44) компенсации падения напряжения аккумулятора, который компенсирует воздействие понижающегося рабочего напряжения (u_Batt) на достижение установленного заданного значения (Md_Soll) вращающего момента.

12. Силовой винтоверт по п.11, отличающийся тем, что блок (44) компенсации падения напряжения аккумулятора при понижающемся напряжении (u_Batt) питания обеспечивает увеличение заданного значения (Md_Soll) вращающего момента, предварительно заданного для достижения установленного заданного значения (Md_Soll) вращающего момента.

13. Силовой винтоверт по п.11, отличающийся тем, что блок (44) компенсации падения напряжения аккумулятора при понижающемся напряжении (u_Batt) питания обеспечивает уменьшение фактического значения (md_Ist, mdm_Ist) вращающего момента, определенного для достижения установленного заданного значения (Md_Soll) вращающего момента.