專利名稱：串勵電動機(jī)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括用于中斷操作的無接觸開關(guān)器件的串勵電動機(jī)，所述開關(guān)器件具體實(shí)現(xiàn)為電子開關(guān)的形式。
背景技術(shù)：
動力工具通常由電動機(jī)驅(qū)動，所述電動機(jī)被設(shè)置為串勵電動機(jī)(通用電動機(jī))，并由機(jī)械開關(guān)控制。雖然電子技術(shù)在動力工具中也變得越來越普及，但僅由還用于接通和關(guān)斷電力工具的電力半導(dǎo)體來控制動力工具，被認(rèn)為是不夠可靠的。對此的原因在于，半導(dǎo)體會被擊穿(內(nèi)部短路)，然后再也不能受控制。對于僅具有一個開關(guān)路徑的純電子開關(guān)，可能發(fā)生的是，在電壓電源與電動機(jī)之間產(chǎn)生了永久連接，即，電動機(jī)不再能關(guān)斷，或者電動機(jī)立即開始轉(zhuǎn)動。
為了僅利用電子開關(guān)而不用機(jī)械開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對動力工具充分可靠的控制，現(xiàn)有技術(shù)中已知的是，設(shè)置與用來接通和關(guān)斷電動機(jī)的控制開關(guān)并聯(lián)的電路斷路器，如果控制開關(guān)出現(xiàn)誤動作，所述電路斷路器會斷開熔斷器(參見DE3119794C2，DE3432845A1，DE4021559C1)。
然而，僅在檢測到機(jī)器的部件和電子開關(guān)器件上的不穩(wěn)定行為，并且可把設(shè)備導(dǎo)至規(guī)定的關(guān)斷狀態(tài)，而且在可以檢測到保護(hù)電路中的任何缺陷時(shí)也可以使設(shè)備進(jìn)入規(guī)定的關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，這種電路才能可靠地操作。
在現(xiàn)有技術(shù)中，僅DE3119794C2解決了保護(hù)電路中出現(xiàn)缺陷的問題，但是所述發(fā)明需要操作員不時(shí)地通過按壓按鈕來測試保護(hù)電路。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種串勵電動機(jī)和一種用于控制串勵電動機(jī)的方法，其使得能夠即便不用機(jī)械開關(guān)器件，而僅利用電子開關(guān)，來可靠地接通和關(guān)斷電動機(jī)。
這一目的是由一種串勵電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，串勵電動機(jī)該特別用于動力工具，其包括第一電子開關(guān)(控制開關(guān))、第二電子開關(guān)(電路斷路器)和監(jiān)控電路，所述控制開關(guān)其用于接通和關(guān)斷電動機(jī)，所述電路斷路器其串聯(lián)連接到所述控制開關(guān)，所述監(jiān)控電路監(jiān)控所述開關(guān)的功能，并分析所述控制開關(guān)和所述電路斷路器的連接點(diǎn)處的電壓勢，并且，該串勵電動機(jī)還包括電子控制器，該電子控制器優(yōu)選地是微處理器，該電子控制器耦合到兩個開關(guān)和所述監(jiān)控電路，并且在所述監(jiān)控電路記錄到所述兩個開關(guān)中的一個誤動作時(shí)，迫使所述兩個開關(guān)中的至少一個進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。
按照這種方式，完全解決了本發(fā)明的技術(shù)問題。
根據(jù)本發(fā)明，鑒于串聯(lián)連接了兩個電子開關(guān)(一個控制開關(guān)和一個電路斷路器)的事實(shí)，即使在這兩個開關(guān)中的一個誤動作時(shí)，也可以可靠地接通和關(guān)斷電動機(jī)。監(jiān)控電路確?？梢詸z測到所述控制開關(guān)和/或所述電路斷路器的誤動作，并且確?？梢云仁顾鲭妱訖C(jī)進(jìn)入安全關(guān)斷狀態(tài)。這意味著，不再需要對系統(tǒng)進(jìn)行手動監(jiān)控。相反，在啟動電動機(jī)時(shí)，自動執(zhí)行故障測試，而僅在沒有檢測到故障的情況下才使得能夠啟動。
在本發(fā)明的有利發(fā)展例中，提供了一高阻抗橋接裝置，該高阻抗橋接裝置用于為所述電路斷路器的開關(guān)路徑橋接一高阻抗，以便使得不必啟動所述電動機(jī)即可對所述控制開關(guān)進(jìn)行功能測試。
這防止了在所述控制開關(guān)已被擊穿時(shí)，在初始功能測試中對所述電路斷路器通電的情況下，所述電動機(jī)瞬時(shí)突然啟動。通過所述電路斷路器的開關(guān)路徑上的這一高阻抗橋接，可以安全地測試所述電路斷路器，而不會增加所述控制開關(guān)有缺陷時(shí)所述電動機(jī)瞬時(shí)突然啟動的危險(xiǎn)。
所述電路斷路器的開關(guān)路徑上的所述高阻抗橋接裝置可以包括例如光耦合器，該光耦合器優(yōu)選地包括光敏三端雙向可控硅開關(guān)(optotriac)，并且通過一電阻器并聯(lián)連接到所述電路斷路器的干線端子。
在測試所述電路斷路器時(shí)防止所述電動機(jī)在所述控制開關(guān)有缺陷時(shí)瞬時(shí)突然啟動的另一種方式是，提供一電動機(jī)旋轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置，該電動機(jī)旋轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置用于監(jiān)控所述電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)，該電動機(jī)旋轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置耦合到所述控制器，以便在對所述電路斷路器通電而未對所述控制開關(guān)通電時(shí)所述電動機(jī)啟動的情況下，迫使所述兩個開關(guān)中的至少一個進(jìn)入阻斷狀態(tài)。
這同樣避免了當(dāng)測試所述電路斷路器時(shí)，在所述控制開關(guān)誤動作的情況下所述電動機(jī)瞬時(shí)突然啟動的危險(xiǎn)。
所述電動機(jī)旋轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置可以具體實(shí)現(xiàn)為轉(zhuǎn)速傳感器的形式，或者它可以監(jiān)控電動機(jī)電流。在后一情況下，向電樞串聯(lián)連接了一個分流電阻器，并且監(jiān)控該電阻器上的電壓降。
有多種選擇，來配置所述監(jiān)控電路以監(jiān)控所述控制開關(guān)上的電壓勢。
雖然從現(xiàn)有技術(shù)(例如，US 6236177 B1)已知包括一個晶體管、一個二極管和兩個電阻器的電路，但本發(fā)明傾向于另一更簡單的電路。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選發(fā)展例中，所述監(jiān)控電路包括由兩個電阻器串聯(lián)連接而成的分壓器，第一電阻器連接到輔助電壓電源的第一極，而第二電阻器連接到所述控制開關(guān)的一個干線端子并連接到輔助電壓的第二極，所述兩個電阻器之間的連接點(diǎn)通過第三電阻器連接到所述控制開關(guān)的另一干線端子，并作為所述監(jiān)控電路的輸出被提供給所述控制器的輸入端子。
由此，僅利用三個電阻器和電源電壓就可以實(shí)現(xiàn)可靠的監(jiān)控，無論如何電子裝置都需要所述電源電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另選實(shí)施例，所述目的是通過一種串勵電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，該串勵電動機(jī)特別用于動力工具，其包括一熔斷器，通過該熔斷器，電樞通過一第一電子開關(guān)(控制開關(guān))連接到電源電壓，以便接通和關(guān)斷電動機(jī)；一第二電子開關(guān)(電路斷路器)，其并聯(lián)連接到所述電樞和所述控制開關(guān)，以便在出現(xiàn)故障時(shí)斷開熔斷器；一電子控制器，其優(yōu)選地是微處理器，耦合到所述開關(guān)；一阻斷裝置，其用于阻斷所述電路斷路器，并用于在阻斷狀態(tài)下測試所述電路斷路器的功能；以及一監(jiān)控電路，其分析所述控制開關(guān)處的電壓降，并且其輸出信號被提供給所述電子控制器，以在所述監(jiān)控電路發(fā)現(xiàn)所述控制開關(guān)的誤動作時(shí)迫使所述電路斷路器斷開所述熔斷器。
按照這種方式，也可以完全解決本發(fā)明的技術(shù)問題。
盡管在現(xiàn)有技術(shù)中，如果出現(xiàn)故障則不能測試所述電路斷路器的功能，但是根據(jù)本發(fā)明，在并聯(lián)設(shè)置了用于斷開所述熔斷器的所述電路斷路器的情況下，在開始時(shí)就阻斷了所述電路斷路器，并且可以在不斷開所述熔斷器的情況下可靠地測試所述電路斷路器。
為此，在本發(fā)明的一優(yōu)選發(fā)展例中，在所述電路斷路器的控制端子與一個干線端子之間連接有一具有發(fā)射極和集電極的晶體管，以便在測試所述電路斷路器時(shí)防止所述熔斷器斷開，該晶體管可以導(dǎo)通以通過測量所述電路斷路器的控制電流來測試所述電路斷路器。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利實(shí)施例，所述電子開關(guān)被實(shí)現(xiàn)為三端雙向可控硅開關(guān)。
這具有以下優(yōu)點(diǎn)，即，由此即使對于交流電，也可以很大程度上無功率損耗地開關(guān)大負(fù)載，同時(shí)，還可以使用所述控制開關(guān)來調(diào)節(jié)功率并控制所述電動機(jī)的速度。
對于方法，還通過一種用于控制串勵電動機(jī)(優(yōu)選地，用于動力工具的串勵電動機(jī))的方法實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的，該方法包括以下步驟(a)通過用于接通和關(guān)斷電動機(jī)的一第一電子開關(guān)(控制開關(guān))和一第二電子開關(guān)(電路斷路器)，把該電動機(jī)連接到電源電壓；(b)監(jiān)控所述控制開關(guān)上的電壓勢；(c)若兩個開關(guān)都處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，所述控制開關(guān)上的電壓勢的取值在預(yù)定閾值范圍外，則阻斷所述開關(guān)；(d)若兩個開關(guān)都處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，所述控制開關(guān)上的電壓勢在所述閾值范圍內(nèi)，則首先接通所述電路斷路器；(e)若所述控制開關(guān)上的電壓勢的取值在所述閾值范圍外，則接通所述控制開關(guān)，以及(f)若所述控制開關(guān)上的電壓勢的取值不在所述閾值范圍外，則阻斷兩個開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明，在接通所述控制開關(guān)之前首先執(zhí)行功能測試，以便確定所述電路斷路器是否正常工作。若是這種情況，則隨后在可以接通所述控制開關(guān)以使所述電動機(jī)操作之前測試該控制開關(guān)。
按這種方式可以可靠地檢測所述電路斷路器和/或所述控制開關(guān)中的故障。斷開所述電路斷路器或所述控制開關(guān)不會造成危險(xiǎn)，因?yàn)樵谶@種情況下所述電動機(jī)不能啟動。鑒于在測試中在所述電子控制器的輸入端子處需要相反的輸入信號，以確定所述控制開關(guān)和所述電路斷路器是否正常工作，所述監(jiān)控電路的分立部分的任何短路或斷開都將導(dǎo)致安全關(guān)斷狀態(tài)。還檢測了驅(qū)動電路中的故障。這是因?yàn)?，永久通電會?dǎo)致與所述控制開關(guān)或電路斷路器短路一樣的故障。如果沒有通電，則這會導(dǎo)致與所述控制開關(guān)或電路斷路器斷開時(shí)一樣的表現(xiàn)。在這種情況下，電動機(jī)也不能啟動。
在本發(fā)明的一個有利發(fā)展例中，如果在接通所述電路斷路器而關(guān)斷所述控制開關(guān)時(shí)所述電壓勢未增大，則又立即關(guān)斷所述電路斷路器。
在這種情況下，所述控制開關(guān)出現(xiàn)了故障。通過立即關(guān)斷所述電路斷路器，防止所述電動機(jī)啟動。
為此，根據(jù)本發(fā)明的方法的進(jìn)一步發(fā)展例，監(jiān)控所述電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)，以便在接通所述電路斷路器而關(guān)斷所述控制開關(guān)時(shí)，在發(fā)現(xiàn)到所述電動機(jī)的任何旋轉(zhuǎn)的情況下，又立即關(guān)斷所述電動機(jī)。
在一另選實(shí)施例中，首先對所述電路斷路器橋接一高阻抗以測試所述控制開關(guān)，接著執(zhí)行一測試，以確定所述控制開關(guān)上的電壓勢是否增大至所述預(yù)定閾值。
這樣，當(dāng)測試所述控制開關(guān)時(shí)，即便其存在缺陷，也可以安全地防止所述電動機(jī)啟動。
另選地，通過一種用于控制串勵電動機(jī)(優(yōu)選地，用于動力工具的串勵電動機(jī))的方法實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的，該方法包括以下步驟(a)通過熔斷器和用于接通和關(guān)斷所述電動機(jī)的一第一電子開關(guān)(控制開關(guān))把所述電動機(jī)連接到電源電壓，并通過所述熔斷器把一第二電子開關(guān)(電路斷路器)連接到所述電源電壓；
(b)在接通所述控制開關(guān)之前，首先阻斷所述電路斷路器，接著通過對所述電路斷路器通電并測試控制電流來測試所述電路斷路器是否工作；(c)若發(fā)現(xiàn)所述電路斷路器正常工作，則消除對所述電路斷路器的阻斷，并接通所述控制開關(guān)以接通所述電動機(jī)；(d)如果在步驟(b)過程中檢測到誤動作，則阻斷對所述控制開關(guān)的通電；(e)監(jiān)控所述控制開關(guān)處的電壓降并觸發(fā)所述電路斷路器，以便在關(guān)斷所述控制開關(guān)時(shí)的電壓降未增大得超過一預(yù)定閾值的情況下，斷開所述熔斷器。
這樣，通過并聯(lián)連接所述電路斷路器，可以在接通所述控制開關(guān)之前測試所述電路斷路器的驅(qū)動電路中的任何誤動作，并且在所述控制開關(guān)失效時(shí)實(shí)現(xiàn)停用(deactivation)。
不言而喻的是，如上所述和下面要解釋的本發(fā)明的特征，不僅可以按各種情況下指定的組合來應(yīng)用，而且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，還可以按其它組合或獨(dú)立來應(yīng)用。


根據(jù)以下參照附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述，將導(dǎo)出本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)和特征，在附圖中圖1以簡化的電路圖示出了根據(jù)本發(fā)明的串勵電動機(jī)的第一實(shí)施例；圖2示出了適合于圖1中的電動機(jī)的監(jiān)控電路的優(yōu)選實(shí)施例；圖2a示出了圖2中的監(jiān)控電路的電阻器R3上的輸入電壓和引腳(PIN)1處的關(guān)聯(lián)輸出電壓的曲線圖；圖3示出了用于圖1中的電動機(jī)的監(jiān)控電路的另選實(shí)施例；圖4示出了圖1中的電路的修改版本；圖5示出了圖1中的電路的又一修改例；以及圖6示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，該另一實(shí)施例包括一用于斷開熔斷器的并聯(lián)電路斷路器。
具體實(shí)施例方式
圖1按串勵電動機(jī)電路的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的電動機(jī)，整體上以標(biāo)號10標(biāo)記該電動機(jī)。
從交流電壓電源的兩級24和26對電動機(jī)10提供230V電壓。電動機(jī)10具有電樞12，電樞12的磁場繞組(未示出)串聯(lián)地纏繞，并連接到電源電壓的一極24。電樞12的另一極通過兩個串聯(lián)的三端雙向可控硅開關(guān)(即，電路斷路器16和控制開關(guān)14)連接到電源電壓的另一極26?？刂崎_關(guān)14的控制端子28和電路斷路器16的控制端子30連接到微處理器形式的電子控制器18的端子。電子控制器18同樣連接到電源電壓源的兩個極24和26，而且另外由直流電源供電(除非該電壓電源還未集成于電子控制器18中)。監(jiān)控電路20一方面也連接在控制開關(guān)14與電路斷路器16之間，另一方面連接到電源電壓源的第二極26，其中，所述監(jiān)控電路一方面監(jiān)控控制開關(guān)14與電路斷路器16之間的電壓勢，另一方面監(jiān)控電源電壓源的第二極26，而且監(jiān)控電路的輸出通過一線路32耦合到電子控制器18的輸入端子22(引腳1)。
通過控制開關(guān)14的相位控制，電子控制器18還以一種公知的方式實(shí)現(xiàn)了接通電動機(jī)時(shí)的軟啟動器(soft starter)的功能，和電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間的速度和/或功率控制的功能。
利用監(jiān)控電路20，可以在接通電動機(jī)10之前執(zhí)行功能檢測，以便確保控制開關(guān)14和電路斷路器16無誤地工作。
圖2示出了監(jiān)控電路20的一個優(yōu)選實(shí)施例。通過分壓器向控制開關(guān)14的一個干線端子提供輔助電壓，所述干線端子連接到AC電源的第二極26，所述輔助電壓可以是用于電子控制器18的電源電壓Vcc。分壓器包括電阻器R1和R2。分壓器的抽頭連接到控制器18的輸入端子22(引腳1)。分壓器的抽頭還通過一第三電阻器R3耦合到控制開關(guān)14與電路斷路器16之間的連接點(diǎn)。
這樣的監(jiān)控電路提供了一種非常簡單的方式，僅用三個元件來監(jiān)控控制開關(guān)14上的電壓勢。
在本發(fā)明的另選實(shí)施例中，也可以使用其它監(jiān)控電路，如從US6236177B1獲知的監(jiān)控電路。圖3示出了這種電路，其中以標(biāo)號20’進(jìn)行標(biāo)記。然而，圖2所示的監(jiān)控電路因其結(jié)構(gòu)更簡單而成為優(yōu)選的。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的電動機(jī)的修改實(shí)施例，其中整體上以標(biāo)號10a進(jìn)行標(biāo)記。在該修改實(shí)施例和后面要闡述的進(jìn)一步的修改例中，對于對應(yīng)的部分使用了對應(yīng)的標(biāo)號。
電動機(jī)10a的電路相對于圖1中的電動機(jī)10的實(shí)施例之間的唯一區(qū)別在于，附加設(shè)置了電路斷路器16的高阻抗橋接裝置36。電路斷路器16的所述高阻抗橋接裝置36包括光敏三端雙向可控硅開關(guān)38，該光敏三端雙向可控硅開關(guān)(optotriac)38通過電阻器R4與電路斷路器16的干線端子并聯(lián)連接。光敏三端雙向可控硅開關(guān)38由發(fā)光二極管40賦能。
圖4還示出了標(biāo)以標(biāo)號13的兩個磁場繞組中的一個，這兩個磁場繞組13與電樞12串聯(lián)連接。
現(xiàn)在描述串勵電動機(jī)10或10a的操作方式。
在圖1和圖2示出的電路中，在第一次接通電動機(jī)10之前，首先進(jìn)行了初始測試，以確定監(jiān)控電路20的輸出電壓是否處于預(yù)定閾值范圍內(nèi)，所述輸出電壓通過線路32被饋送至微處理器18的輸入端子22(引腳1)。這可以在圖2a中更具體地體現(xiàn)。當(dāng)在R1上施加電源電壓Vcc，并且R2上的電勢為0時(shí)，控制開關(guān)14與電路斷路器16之間的連接點(diǎn)處的AC電壓通過R3提供給引腳1。當(dāng)控制開關(guān)14和電路斷流器16都處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，R3上不允許有交變電壓，結(jié)果導(dǎo)致引腳1處的電壓完全取決于分壓器R1和R2，并且取決于Vcc。例如，如果Vcc＝5V并且R1＝R2，則存在2.5V±0.5V的閾值范圍，若控制開關(guān)14和電路斷路器16未被驅(qū)動時(shí)，則引腳1處的電壓一定位于該閾值范圍中。
如果是這種情況，則已經(jīng)通過該第一次測試。這個測試應(yīng)該確保針對正半波和負(fù)半波都測試了阻斷效應(yīng)。
否則的話，電路存在故障。不是電路斷路器16出現(xiàn)缺陷，即短路，就是電路斷路器16的驅(qū)動電路出現(xiàn)缺陷，或是監(jiān)控電路20出現(xiàn)缺陷。在這種情況下，停止對控制開關(guān)14通電，并且微處理器18切換回到安全故障狀態(tài)(關(guān)斷狀態(tài))。
如果通過了第一次測試，則在接通時(shí)通過線路30對電路斷路器16通電，如圖1所示。在這種情況下，若引腳1處的電壓振蕩得超過了圖2a所示的閾值極限，則電路正常運(yùn)行。否則，電路出現(xiàn)了誤動作。不是控制開關(guān)14中出現(xiàn)缺陷(短路)，就是控制開關(guān)14的驅(qū)動電路出現(xiàn)缺陷，或是監(jiān)控電路20出現(xiàn)缺陷。
在存在缺陷時(shí)，電路斷路器16又盡快關(guān)斷，并且微處理器18切換回到安全故障狀態(tài)(關(guān)斷狀態(tài))。
如果檢測到控制開關(guān)14或電路斷路器16中的缺陷(短路)，則不能接通電動機(jī)。如果控制開關(guān)14或電路斷路器16斷開，電動機(jī)同樣不能接通，因此這樣不會造成危險(xiǎn)。利用如上所述的用于電動機(jī)10的電路，可以檢測監(jiān)控電路中的故障和驅(qū)動電路中的故障。由于在測試中對于“通過”功能在微處理器18的輸入端子22(引腳1)處需要相反的輸入信號，所以監(jiān)控電路的分立部分的任何短路或斷開都會造成安全關(guān)斷狀態(tài)。對控制開關(guān)14或電路斷路器16的永久通電會導(dǎo)致與控制開關(guān)或電路斷路器短路一樣的故障。如果微處理器18未能在線路28和線路30上輸出控制信號以對控制開關(guān)14和電路斷路器16通電，那么這會造成與斷開控制開關(guān)14或電路斷路器16一樣的故障。在這種情況下也不能啟動發(fā)動機(jī)。
在根據(jù)圖1的電路中，當(dāng)對電路斷路器16通電而未對控制開關(guān)14通電時(shí)，若在第二次測試中檢測到誤動作則又立即關(guān)斷電路斷路器16是必要的。如果當(dāng)在第二次測試中檢測到故障時(shí)在關(guān)斷電路斷路器16時(shí)有任何延遲，那么這會導(dǎo)致電動機(jī)啟動，這在某些情況下是不利的。
為了消除這種可能性，圖4中的電動機(jī)10a還設(shè)有針對電路斷路器16的高阻抗橋接裝置36。
當(dāng)已經(jīng)完成第一次測試(當(dāng)電路斷路器和監(jiān)控電路都未通電時(shí)，引腳1處的電壓在閾值范圍之內(nèi))時(shí)，僅借助電路36對電路斷路器16橋接了高阻抗，而未對電路斷路器16通電。這樣可以執(zhí)行對控制開關(guān)16的功能測試，而不會出現(xiàn)在控制開關(guān)16短路時(shí)電動機(jī)立即啟動的任何危險(xiǎn)。
作為用于對控制開關(guān)16進(jìn)行高阻抗橋接的電路36的另選例，圖5中示出了用于監(jiān)控電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的裝置，作為又一修改例，其中，整體上以標(biāo)號10b標(biāo)記該裝置。
為此，與磁場繞組13串聯(lián)設(shè)置了分流電阻器R5。如果在第二次測試中，即，當(dāng)接通電路斷路器16以檢查控制開關(guān)14時(shí)，發(fā)現(xiàn)在交變電壓的極26與線路52之間的分流電阻器R5上的電壓降，則立即中斷對電路斷路器16的通電，以防止電動機(jī)啟動。
另選地(或附加地)，可以設(shè)置監(jiān)控電動機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器54，如圖5中的虛線所示。如果轉(zhuǎn)速傳感器54在第二次測試中(即，當(dāng)對電路斷路器16通電以檢查控制開關(guān)14時(shí))接收到信號，則立即中斷對電路斷路器16的通電，以使電動機(jī)停止運(yùn)行。電動機(jī)10b的電路在其它方面與電動機(jī)10a的電路相同。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的電動機(jī)的另一實(shí)施例，其中整體上以標(biāo)號10c進(jìn)行標(biāo)記。
在該情況下，設(shè)置了一個熔斷器56，在控制開關(guān)14出現(xiàn)故障時(shí)，該可熔斷流器56可被電路斷路器16斷開。為此，電路斷路器16緊接在熔斷器56之后并聯(lián)連接到電源電壓源的兩個極24和26。如上所述，控制開關(guān)14上的電壓降又由保護(hù)電路20監(jiān)控。監(jiān)控電路20的輸出又被提供給微處理器18的引腳1。雖然由于熔斷器56會立即響應(yīng)而無法對圖6中的電路進(jìn)行的全面功能測試，但是仍然可以通過防止電路斷路器或三端雙向可控硅開關(guān)16觸發(fā)，來測試電路斷路器16的驅(qū)動電路。
為此，三端雙向可控硅開關(guān)16的柵極28通過兩個串聯(lián)電阻器R6和R7連接到微處理器18的輸出端子(引腳3)。兩個電阻器R6、R7之間的連接點(diǎn)通過線路62連接到微處理器18的測量輸入部(引腳4)。在電路斷路器16的柵極28與電源電壓的極26之間設(shè)置有一晶體管60，可以通過微處理器18的輸出端子(引腳2)來驅(qū)動晶體管60的基極。
出于測試的目的，首先評估監(jiān)控電路20。測試按結(jié)合圖2和圖2a所述的方式進(jìn)行。如果在所述測試過程中檢測到故障，則觸發(fā)電路斷路器16以斷開熔斷器56。
如果在前面的測試中沒有檢測到故障，則按如下方式測試電路斷路器16的驅(qū)動電路首先，通過微處理器18的引腳2在晶體管60的基極64處對晶體管60供電。這防止了三端雙向可控硅開關(guān)16觸發(fā)?，F(xiàn)在通過引腳3輸出了選通脈沖，由此，晶體管60防止任何觸發(fā)?，F(xiàn)在可以在微處理器18的引腳4處檢測到電阻器R6、R7之間的電壓。引腳3處的輸出電壓近似對應(yīng)于電源電壓Vcc。如果現(xiàn)在引腳4處未施加有電壓，則不是電阻器R6、R7已斷開，就是沒有輸出選通脈沖，這意味著存在故障。假定電阻器R6、R7相同，則當(dāng)選通觸發(fā)電流流動時(shí)，一定向引腳4施加了大約一半電源電壓1/2Vcc。在這樣的情況下，用于三端雙向可控硅開關(guān)16的驅(qū)動電路正常工作。如果在引腳3處輸出選通脈沖時(shí)向引腳4施加了全部電源電壓Vcc，則電阻器R6斷開，這也意味著存在故障。
如果沒有檢測到故障，則取消通過引腳2對晶體管60的供電，以便電路斷路器或三端雙向可控硅開關(guān)16在操作過程中可以工作，使得在出現(xiàn)故障時(shí)控制開關(guān)14能夠斷開熔斷器56。然后可以接通控制開關(guān)14，以便接通電動機(jī)。如果不再對控制開關(guān)14通電，即未通過線路30輸出選通脈沖，則控制開關(guān)14上的電壓降一定升高至預(yù)定閾值以上。否則，控制開關(guān)14存在缺陷。如果在控制開關(guān)14關(guān)斷時(shí)檢測到其存在缺陷，則通過控制電路18的引腳3來觸發(fā)電路斷路器16，以斷開熔斷器56。
權(quán)利要求
1.一種特別用于動力工具的串勵電動機(jī)，該串勵電動機(jī)包括一第一電子開關(guān)(控制開關(guān))(14)，其用于接通和關(guān)斷電動機(jī)(10，10a，10b)，一第二電子開關(guān)(電路斷路器)(16)，其串聯(lián)連接到所述控制開關(guān)(14)，一監(jiān)控電路(20，20’)，其監(jiān)控所述開關(guān)(14，16)的功能，并分析所述控制開關(guān)(14)和所述電路斷路器(16)的連接點(diǎn)處的電壓勢，并且，所述串勵電動機(jī)還包括一電子控制器(18)，所述電子控制器(18)優(yōu)選地是微處理器，所述電子控制器(18)耦合到兩個開關(guān)(14，16)和所述監(jiān)控電路(20，20’)，并且在所述監(jiān)控電路(20，20’)發(fā)現(xiàn)所述兩個開關(guān)(14，16)中的一個誤動作時(shí)，迫使所述兩個開關(guān)(14，16)中的至少一個進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串勵電動機(jī)，所述串勵電動機(jī)包括一高阻抗橋接裝置(36)，所述高阻抗橋接裝置(36)用于為所述電路斷路器(16)的開關(guān)路徑橋接一高阻抗，以便使得不必啟動所述電動機(jī)(10，10a，10b)即可對所述控制開關(guān)(14)進(jìn)行功能測試。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的串勵電動機(jī)，其中，所述高阻抗橋接裝置(36)包括一光耦合器，該光耦合器優(yōu)選地是光敏三端雙向可控硅開關(guān)(38)，所述光耦合器通過電阻器(R4)并聯(lián)連接到所述電路斷路器(16)的干線端子(42，44)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的串勵電動機(jī)，所述串勵電動機(jī)包括一電動機(jī)旋轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置，所述電動機(jī)旋轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置用于監(jiān)控所述電動機(jī)(10，10a，10b)的旋轉(zhuǎn)，所述電動機(jī)旋轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置耦合到所述控制器(18)，以便在對所述電路斷路器(16)通電而未對所述控制開關(guān)(14)通電時(shí)所述電動機(jī)(10，10a，10b)啟動的情況下，迫使所述兩個開關(guān)(14，16)中的至少一個進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的串勵電動機(jī)，其中，所述電動機(jī)旋轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置被具體實(shí)現(xiàn)為轉(zhuǎn)速傳感器(54)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的串勵電動機(jī)，其中，所述電動機(jī)旋轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置監(jiān)控電動機(jī)電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的串勵電動機(jī)，其中，所述電動機(jī)旋轉(zhuǎn)監(jiān)控裝置是分流電阻器(R5)，所述分流電阻器(R5)串聯(lián)連接到電樞(12)，并且其電壓降受到監(jiān)控。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的串勵電動機(jī)，其中，所述監(jiān)控電路(20)包括由兩個電阻器(R1，R2)串聯(lián)連接而成的分壓器，第一電阻器(R1)連接到輔助電壓電源(Vcc)的第一極，而第二電阻器(R2)連接到所述控制開關(guān)(14)的一個干線端子并連接到輔助電壓的第二極，所述兩個電阻器(R1，R2)之間的連接點(diǎn)通過第三電阻器(R3)連接到所述控制開關(guān)(14)的另一干線端子，并作為所述監(jiān)控電路的輸出被提供給所述控制器(18)的輸入端子(22)。
9.一種特別用于動力工具的串勵電動機(jī)，所述串勵電動機(jī)包括一熔斷器(56)，通過所述熔斷器(56)，電樞(12)通過一第一電子開關(guān)(控制開關(guān))(14)連接到電源電壓，以便接通和關(guān)斷電動機(jī)(10c)，一第二電子開關(guān)(電路斷路器)(16)，其并聯(lián)連接到所述電樞(12)和所述控制開關(guān)(14)，以便在出現(xiàn)故障時(shí)斷開熔斷器(56)，一電子控制器(18)，其優(yōu)選地是微處理器，并耦合到所述開關(guān)(14，16)，一阻斷裝置(16)，其用于阻斷所述電路斷路器(16)，并用于在阻斷狀態(tài)下測試所述電路斷路器(16)的功能，以及一監(jiān)控電路(20)，其分析所述控制開關(guān)(14)處的電壓降，并且其輸出信號被提供給所述電子控制器(18)，以在所述監(jiān)控電路(16)發(fā)現(xiàn)所述控制開關(guān)(14)的誤動作時(shí)迫使所述電路斷路器(16)斷開所述熔斷器(56)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的串勵電動機(jī)，其中，連接有一晶體管(60)，所述晶體管(60)可以導(dǎo)通以通過測量所述電路斷路器(16)的控制電流來測試所述電路斷路器(16)，所述晶體管(60)的發(fā)射極和集電極設(shè)于所述電路斷路器(16)的控制端子(28)與一個干線端子(44)之間，以便在測試所述電路斷路器(16)時(shí)防止所述熔斷器(56)斷開。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的串勵電動機(jī)，其中，所述開關(guān)(14，16)被具體實(shí)現(xiàn)為三端雙向可控硅開關(guān)。
12.一種用于控制串勵電動機(jī)的方法，所述串勵電動機(jī)優(yōu)選地用于動力工具，所述方法包括以下步驟(a)通過用于接通和關(guān)斷電動機(jī)(12)的一第一電子開關(guān)(控制開關(guān))(14)并通過一第二電子開關(guān)(電路斷路器)(16)，把所述電動機(jī)連接到電源電壓，(b)監(jiān)控所述控制開關(guān)(14)上的電壓勢，(c)若兩個開關(guān)(14，16)都處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，所述控制開關(guān)(14)上的電壓勢的取值在預(yù)定閾值范圍外，則阻斷所述開關(guān)(14，16)，(d)若兩個開關(guān)(14，16)都處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，所述控制開關(guān)(14)上的電壓勢在所述閾值范圍內(nèi)，則首先接通所述電路斷路器(16)，(e)若所述控制開關(guān)(14)上的電壓勢的取值在所述閾值范圍外，則接通所述控制開關(guān)(14)，以及(f)若所述控制開關(guān)(14)上的電壓勢的取值不在所述閾值范圍外，則阻斷兩個開關(guān)(14，16)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，如果在接通所述電路斷路器(16)而關(guān)斷所述控制開關(guān)(14)時(shí)所述電壓勢未增大，則又立即關(guān)斷所述電路斷路器(16)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，監(jiān)控所述電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)，以便在接通所述電路斷路器(16)而關(guān)斷所述控制開關(guān)(14)時(shí)發(fā)現(xiàn)所述電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)的情況下，又立即關(guān)斷所述電動機(jī)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中的一項(xiàng)所述的方法，其中，首先對所述電路斷路器(16)橋接一高阻抗以測試所述控制開關(guān)(14)，接著執(zhí)行一測試，以確定所述控制開關(guān)(14)上的電壓勢是否增大至所述預(yù)定閾值。
16.一種用于控制串勵電動機(jī)的方法，所述串勵電動機(jī)優(yōu)選地用于動力工具，所述方法包括以下步驟(a)通過一熔斷器(56)和用于接通和關(guān)斷所述電動機(jī)的一第一電子開關(guān)(控制開關(guān))(14)把電樞(12)連接到一電源電壓，并通過所述熔斷器(56)把一第二電子開關(guān)(電路斷路器)(16)連接到所述電源電壓，(b)在接通所述控制開關(guān)(14)之前，首先阻斷所述電路斷路器(16)，接著通過對所述電路斷路器(16)通電并測試控制電流來測試所述電路斷路器(16)是否工作，(c)若發(fā)現(xiàn)所述電路斷路器(16)正常工作，則消除對所述電路斷路器(16)的阻斷，并接通所述控制開關(guān)(14)以接通所述電動機(jī)，(d)如果在步驟(b)過程中檢測到誤動作，則迫使所述開關(guān)(14，16)進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)，(e)監(jiān)控所述控制開關(guān)(14)處的電壓降并觸發(fā)所述電路斷路器(16)，以便在關(guān)斷所述控制開關(guān)(14)時(shí)的電壓降未增大得超過預(yù)定閾值的情況下，斷開所述熔斷器(56)。
全文摘要
本發(fā)明涉及串勵電動機(jī)及其控制方法，具體地，涉及一種用于串勵電動機(jī)的電路，其中，在無機(jī)械斷開開關(guān)參與的情況下利用兩個電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)了可靠的通斷。為此，優(yōu)選地串聯(lián)連接了兩個諸如三端雙向可控硅開關(guān)的電子開關(guān)(14，16)，并通過監(jiān)控電路(20)完全監(jiān)控三端雙向可控硅開關(guān)(14)級處的電壓降。在接通電動機(jī)之前，可進(jìn)行差錯檢查。另選地，通過諸如三端雙向可控硅開關(guān)的并聯(lián)安全開關(guān)可以觸發(fā)熔斷器。
文檔編號H02H3/02GK1943090SQ200580011188
公開日2007年4月4日 申請日期2005年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
發(fā)明者克里斯托夫·克雷斯, 馬丁·拜哲特 申請人:C.&E.泛音有限公司