專利名稱：具有電機速度監控器的動力工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及便攜式動力工具，更具體地涉及一種具有用于檢測并控制其電 機轉速的裝置的便攜式動力工具。
背景技術：
現有技術中公知錘鉆之類的動力工具，這些動力工具通常設有用于驅動主 軸的電機，該主軸用于接收刀具或刀頭(例如鉆頭或鑿頭)的柄。這種錘鉆包 括沖擊機構，其用于將來自電機的旋轉驅動轉換成往復驅動，從而致使活塞在 主軸內往復運動。活塞借助于位于活塞與錘體之間的封閉氣墊往復驅動錘體， 來自錘體的沖擊繼而傳遞至錘的刀具或刀頭。電機的旋轉運動和往復活塞引起 具有多種疊加頻率的振動，此振動是通過動力工具傳遞和從動力工具傳來的。
此外，現有技術中，刀頭的切削速度主要取決于刀頭的直徑、電機的適當 轉速以及對具體作業材料產生的錘擊頻率。因此，現有技術的動力工具公知包 括電機速度控制旋鈕，其可由操作者手動調節而將電機的速度以及/或者錘擊頻 率設定至針對給定刀頭直徑和/或作業材料的推薦速度。使用動力工具時，作業 材料對刀頭切削動作的阻力不定，這可使電機轉速產生無法預測的變化，因此 影響動力工具的效率。而且，如果刀具遇到過大阻力，電機在操作期間也可能 過熱。
發明內容
本發明的目的在于提供一種便攜式動力工具，其具有在操作期間自動確定 并控制電機轉速的裝置。
根據本發明，提供一種動力工具，該動力工具包括殼體位于所述殼體 內的電機，該電機用于驅動該工具的輸出部；振動傳感器，該振動傳感器用于 感測所述電機產生的振動，并根據感測到的振動產生振動信號；控制器，該控 制器用于控制所述電機的轉速；以及信號處理器，該信號處理器用于接收來自 所述振動傳感器的振動信號，基于該振動信號確定所述電機的轉速，并向所述控制器提供輸出信號，以使所述控制器控制所述電機的轉速。
通過設置用于接收來自振動傳感器的振動信號、基于該振動信號確定電機
的轉速并向控制器提供輸出信號以使控制器控制電機轉速的信號處理器，提供
了不管操作期間作業材料產生的阻力如何都能使電機的轉速相對穩定的優點。
這例如使動力丁具的切削效率最高，并能使電機免于過熱。
所述控制器和所述信號處理器可集成在單個電子模塊內。
這提供了節約動力工具的殼體內的空間并降低復雜性和制造成本的優點。 所述信號處理器可適于增強和/或分離由所述電機的旋轉所產生的振動信 號分量。
這通過改善所關注的振動信號(例如由電機的徑向振動產生的信號)的可 選性和品質而提供了將錯讀減至最少的優點。
所述信號處理器可適于生成所感測振動信號的頻譜，并適于根據幅值和/ 或頻率選擇至少一個已選擇的頻率分量。
這提供了以下優點，即例如僅通過(i)選擇具有最高幅值的頻率分量和 /或(ii)選擇從手動選擇的動力工具的速度設置得知的具體頻率范圍內的頻率 分量而利于找出可用于確定電機轉速的頻率分量的選擇過程。
所述信號處理器可適于提供根據所確定的轉速與所述電機的預先選定的目 標轉速之差來確定的輸出信號。
所述振動傳感器可與所述電機相鄰地安裝在殼體上。
所述振動傳感器可適于檢測由所述電機引起的徑向振動。
所述振動傳感器可包括至少一個壓電傳感器。
以下將參照附圖僅以實施例而決非任何限制的方式描述本發明的實施方 式，在附圖中
圖1表示實施本發明的錘鉆的側剖視圖2表示從圖1的振動傳感器接收到的典型振動信號的曲線圖； 圖3表示圖2中所示的振動信號的傅立葉變換圖(幅值對頻率)；以及 圖4表示由控制器執行的主程序的流程圖以及在主程序內執行的軟啟動及 電機控制子程序。
具體實施例方式
參照圖1，錘鉆包括其中安裝有電機4的主體或殼體2。電機4通過齒輪錯
8旋轉驅動用于接收鉆頭(未示出)的卡盤6。電機4的轉速由包括控制器10a
和信號處理器10b的電子模塊10進行控制，以下將詳細描述電子模塊10的功 臺&
在主體或殼體2上安裝有振動傳感器12，其位于電機4附近但不在電機4 的主軸16的旋轉軸線14上。振動傳感器12可以是任何類型的傳感器(例如， 壓電傳感器)，但是必須能檢測頻率范圍內的振動。振動傳感器12測量從主軸 16的旋轉軸線14沿徑向由電機4引起的振動的幅值。
圖2示出了錘鉆操作時由振動傳感器12產生的典型振動信號20的曲線圖， 該曲線圖示出了幅值與時間的關系。振動信號20通常表示來自錘鉆內的多個源 的振動。例如，由于電機4的轉子與電機旋轉軸線14不完全旋轉對稱的對齊 (imperfectly rotationally symmetrical alignment)而由轉子轉動產生的振動。竭 過齒輪8和主軸6的旋轉或者通過沖擊機構的往復驅動可產生其它振動。然后， 可將振動信號20反饋到電子模塊10的信號處理器10b內。
圖3示出了通過向圖2的振動信號20應用傅立葉變換算法以分離出振動信 號20的各種頻率而由信號處理器10b提供的頻譜圖(幅值對頻率)。例如，由 電機4的電樞的不完全對稱性旋轉引起的振動產生如圖3中的曲線圖所示的尖 峰22 (頻率分量)，即在特定頻率下產生振幅較大的振動。于是在尖峰22的特 定頻率處所產生的信號被過濾，以增強和/或分離振動信號20的分量 (component),或者至少增強由電機4產生的振動信號20的主分量(major component)。
由電機4產生的振動頻率與電機4的轉速成正比。這樣，確定頻率能夠計 算出電機4的轉速。例如，若電機4的轉速增大，振動頻率也增大。類似地， 若電機4的轉速減小，振動頻率也減小。因而，通過測量電機4的旋轉運動的 頻率分量，信號處理器10b可確定電機4的轉速并可基于所確定的轉速與預先 選定的目標速度之間的差異向控制器10a提供輸出信號以自動調節電機4的轉 速。
圖4示出了在動力工具操作期間由電子模塊10執行的主程序的流程圖。以 下對主程序及其(i)軟啟動(soft-start)和(ii)電機控制子程序進行詳細說明。 在主程序內，操作者首先通過在步驟S10中插上動力工具的插頭，并在步
6驟S20中通過按下接通按鈕而手動接通動力工具，借此確保提供動力。然后， 控制器10a在步驟S30中根據速度撥盤設定來設置電機4的最大轉速，在步驟 S40中啟動軟啟動子程序，從而通過逐漸增大電機速度而使電機免受損害，直 至達到電機4的目標轉速。然后，在步驟S50中通過持續監控并調整電機4的 轉速而借助電機控制子程序維持電機4的轉速，直至在步驟S60中操作者手動 斷開動力工具。
在步驟S40的軟啟動子程序中，在步驟S110中增大設置在控制器10a內或 者由控制器lOa控制的三端雙向可控硅開關(未示出)的觸發角，并在步驟S120 中自動調整處理器10b中的帶寬濾波器。在步驟S130中振動傳感器12測量電 機4的振動，并在步驟S140中將振動信號20提供給信號處理器10b，在此處， 例如利用可調帶寬濾波器對振動信號20進行過濾。在步驟S150中通過快速傅 立葉變換產生振動信號20的頻譜，并在步驟S160中根據例如幅值選出由電機 4的旋轉運動產生的最新頻率尖峰，從而確定電機4的瞬時轉速，接著在步驟 S170中將其與電機4的目標轉速進行對比。只要當前轉速小于電機4的目標, 速，軟啟動程序就返回到步驟SllO，并且利用通過每次迭代增加的三端雙向諸' 控硅開關觸發角(Triac firing angle)重復該程序。當達到電機4的目標轉速時，在 步驟S180中軟啟動程序終止，并在步驟S210中啟動步驟S50的電機控制程序。
在電機控制程序內，在步驟S210中根據速度撥盤設定來調節電機4的轉速， 并且如有必要則在步驟S220中自動調節帶寬濾波器系數。在步驟S230中振動 傳感器12測量電機4的振動，并在步驟S240中向信號處理器10b提供振動信 號20，在此處，例如利用可調帶寬濾波器對振動信號20進行過濾。在步驟S250 中通過快速傅立葉變換產生振動信號20的頻譜，并在步驟S260中根據例如幅 值選出由電機4的旋轉運動產生的最新頻率尖峰，從而確定電機4的瞬時轉速， 接著將其與電機4的目標轉速進行對比。然后，如有必要則在步驟S270中調節 電機4的轉速，并重復電機控制程序直至操作者手動斷開動力工具。
本領域技術人員應理解，僅以實施例而決非任何限制的方式描述了以上實 施方式，在不背離由所附權利要求限定的本發明范圍的情況下可做出各種變更 和修改。
權利要求
1、一種便攜式動力工具，其中，該便攜式動力工具包括殼體位于所述殼體內的電機，該電機用于驅動該工具的輸出部；振動傳感器，該振動傳感器用于感測所述電機產生的振動，并根據感測到的振動產生振動信號；控制器，該控制器用于控制所述電機的轉速；以及信號處理器，該信號處理器用于接收來自所述振動傳感器的振動信號，基于該振動信號確定所述電機的轉速，并向所述控制器提供輸出信號，以使所述控制器控制所述電機的轉速。
2、 根據權利要求l所述的便攜式動力工具，其中所述控制器和所述 信號處理器集成在單個電子模塊內。
3、 根據上述權利要求中任一項所述的便攜式動力工具，其中所述信 號處理器適于增強和/或分離由所述電機的旋轉所產生的振動信號分量。
4、 根據上述權利要求中任一項所述的便攜式動力工具，其中所述信 號處理器適于從所述振動信號生成頻譜，并適于根據幅值選擇至少一個 已選擇的頻率分量。
5、 根據上述權利要求中任一項所述的便攜式動力工具，其中所述信 號處理器適于從所述振動信號生成頻譜，并適于根據頻率選擇至少一個 已選擇的頻率分量。
6、 根據權利要求4或5所述的便攜式動力工具，其中所述信號處理 器適于根據所述至少一個選定的頻率分量的頻率確定所述電機的所述轉 速。
7、 根據上述權利要求中任一項所述的便攜式動力工具，其中所述信 號處理器適于提供輸出信號，該輸出信號是根據所述轉速與所述電機的 預定的目標轉速之差而確定。
8、 根據上述權利要求中任一項所述的便攜式動力工具，其中所述動 力工具為錘鉆。
9、 根據上述權利要求中任一項所述的便攜式動力工具，其中所述振 動傳感器安裝在殼體上并與所述電機相鄰。
10、 根據上述權利要求中任一項所述的便攜式動力工具，其中所述 振動傳感器包括至少一個壓電傳感器。
全文摘要
本發明涉及一種具有電機速度監控器的動力工具。公開了一種包括主體(2)的錘鉆，該主體容納用于驅動錘鉆的輸出部(6)的電機(4)。振動傳感器(12)感測電機產生的振動，并根據感測到的振動產生振動信號。電子模塊(10)包括用于控制電機轉速的控制器(10a)并包括信號處理器(10b)，該信號處理器用于接收來自振動傳感器的振動信號，基于該振動信號確定電機的轉速，并向控制器提供輸出信號，以使控制器控制電機的轉速。
文檔編號H02P7/00GK101497188SQ20091000327
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月1日 優先權日2008年2月1日
發明者勒內·甘柏特 申請人:百得有限公司