專利名稱：電機(jī)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制設(shè)備。同時(shí)本發(fā)明還有多種不同的應(yīng)用，為清楚起見(jiàn)，在此將說(shuō)明用該設(shè)備控制驅(qū)動(dòng)緊固件應(yīng)用工具的飛輪的電機(jī)的情況。然而，這一說(shuō)明僅僅是一個(gè)例子，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在電機(jī)控制方面還有許多不同的用途和應(yīng)用。
以往當(dāng)要求用大的能量沖擊力去操作一個(gè)緊固件打擊工具(例如錘釘機(jī)或釘書(shū)機(jī))來(lái)建造構(gòu)件時(shí)，通常用氣動(dòng)壓力去驅(qū)動(dòng)這類工具。氣動(dòng)壓力的緊固件打擊工具，眾所周知要求有一個(gè)設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的壓縮機(jī)，這樣的工具能將一枚3寸或更長(zhǎng)的釘子或釘書(shū)釘打入木結(jié)構(gòu)中，例如硬度為2×4S的木結(jié)構(gòu)中。
電驅(qū)動(dòng)工具，諸如螺線管操作的緊固件打擊工具也是眾所周知的。這些工具基本上只用于輕負(fù)荷的場(chǎng)合，例如打擊1寸的角釘，而不能用在建筑物件的2-4寸的釘子上。
在不依靠壓縮機(jī)而提供重負(fù)載，即高動(dòng)力緊固件打擊工具方面已經(jīng)花費(fèi)了相當(dāng)大的精力，一個(gè)可替代的辦法是使用飛輪作為一個(gè)傳送足以驅(qū)動(dòng)重負(fù)載的緊固件打擊器的運(yùn)動(dòng)能量的裝置。這類系統(tǒng)的例子在美國(guó)專利4042036；4121745；4204622和4298072以及英國(guó)專利2000716中已有過(guò)公開(kāi)。
盡管在發(fā)展飛輪驅(qū)動(dòng)緊固件打擊工具方面已經(jīng)花費(fèi)了大量的時(shí)間，然而這類工具仍然存在它們特有的問(wèn)題。例如在使用兩個(gè)飛輪的工具中，實(shí)際上需要為每個(gè)飛輪提供分開(kāi)的電機(jī)。這兩個(gè)電機(jī)將給工具增加可觀的重量和體積，并且難以做到同步。另一個(gè)辦法是在電機(jī)軸上安裝一個(gè)飛輪然后通過(guò)一系列的皮帶和皮帶輪或鏈條和鏈輪驅(qū)動(dòng)第二個(gè)飛輪。這類驅(qū)動(dòng)方式十分復(fù)雜，難以調(diào)節(jié)并且容易磨損。
在這類工具中另一個(gè)有問(wèn)題的方面包括該設(shè)備要使一個(gè)飛輪作朝向和離開(kāi)另一個(gè)飛輪的方向運(yùn)動(dòng)。例如一個(gè)運(yùn)動(dòng)的飛輪最好被移動(dòng)至與相鄰的飛輪一起形成的操作位置中，動(dòng)輪的圓周與靜止輪的圓周相隔的距離應(yīng)小于驅(qū)動(dòng)器最厚部分的公稱厚度，以便能撞擊兩輪之間的驅(qū)動(dòng)器。然后運(yùn)動(dòng)飛輪被向相反方向移動(dòng)到非操作位置，這時(shí)動(dòng)輪和靜輪圓周的間隔應(yīng)大于驅(qū)動(dòng)器的最大公稱厚度，以便能返回作另一次打擊。所以這種使一個(gè)飛輪相對(duì)另一個(gè)產(chǎn)生這種移動(dòng)的系統(tǒng)十分復(fù)雜并且無(wú)法都滿意。
在這種工具中至今令人關(guān)心的另一個(gè)問(wèn)題是使驅(qū)動(dòng)器從驅(qū)動(dòng)沖擊端返回到其正常的收縮位置的手段。為此已經(jīng)發(fā)展了一套彈簧，皮帶輪和彈性繩的復(fù)雜系統(tǒng)。然而這樣的系統(tǒng)已經(jīng)被證明由于受負(fù)荷、潤(rùn)滑劑以及工具殼體內(nèi)的外部材料的影響，易于磨損、伸長(zhǎng)和變質(zhì)。當(dāng)使用彈簧時(shí)，若其沖擊或行程范圍太大，彈簧將提早損壞而要求更換。在其它系統(tǒng)中，采用了一個(gè)動(dòng)力返回輪子和一個(gè)惰性輪子在驅(qū)動(dòng)沖擊后該惰性輪子將一個(gè)自由的浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)到其正常位置，發(fā)現(xiàn)這些系統(tǒng)也難以滿足要求。
除這些考慮以外，當(dāng)考慮用飛輪作為能量裝置時(shí)，使用這種工具還可能出現(xiàn)其它的問(wèn)題。特別地，當(dāng)啟動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪動(dòng)力工具時(shí)，能量從飛輪轉(zhuǎn)移到緊固件打擊器或垂體上，例如用于打擊緊固件。實(shí)質(zhì)上，飛輪以能提供足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的某一速度轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣當(dāng)飛輪耦合到緊固件打擊器時(shí)才有足夠的動(dòng)力去將長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)緊固件打入目標(biāo)。例如，典型的結(jié)構(gòu)緊固件有大約3 到4寸長(zhǎng)，需要50馬力的動(dòng)力才能將其全部釘入木頭。
當(dāng)使用飛輪驅(qū)動(dòng)打擊器時(shí)，明顯要消耗飛輪的能量，降低飛輪的期望的起動(dòng)或開(kāi)始速度。所以在打擊器能夠以同一動(dòng)力作重復(fù)地驅(qū)動(dòng)操作以前，必須使飛輪的速度回復(fù)到期望的或起始的速度。然而將飛輪往回加速到要求的或設(shè)定的速度的時(shí)間可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于用戶希望設(shè)置另一個(gè)緊固件的頻率。換言之，已知的在這種工具中的飛輪能量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)局限性限制了它們的使用頻率或使用重復(fù)速率。
同時(shí)飛輪能量系統(tǒng)可能被要求設(shè)計(jì)成僅在時(shí)間增量增加的全過(guò)程中傳遞幾個(gè)相似動(dòng)力的能量脈沖，當(dāng)飛輪向下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這種操作如一個(gè)實(shí)際物體一樣是難以控制的。所以最好是提供一種飛輪操作工具，它能在由通常使用頻率所要求的時(shí)間間隔內(nèi)，將飛輪快速加速到要求的或起始的速度。
一個(gè)有關(guān)的考慮是飛輪被加速到的那個(gè)要求的速度應(yīng)是可重復(fù)地和一致地被回復(fù)和精確地調(diào)節(jié)的所要求速度的過(guò)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)不足或移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致緊固件驅(qū)動(dòng)力過(guò)大或不足，因而，使緊固件設(shè)置太深或不夠深。
緊固件驅(qū)動(dòng)方面的另一個(gè)考慮，是緊固件長(zhǎng)度或外形的變化以及要釘入緊固件的材料的變化。因此，最好是調(diào)節(jié)高負(fù)載緊固件驅(qū)動(dòng)工具適應(yīng)這種變化，同時(shí)又能在選定的操作范圍內(nèi)快速一致地重復(fù)緊固件驅(qū)動(dòng)操作。
更精確地說(shuō)，給定了飛輪的機(jī)械和尺寸說(shuō)明，知道了工具必須施加的驅(qū)動(dòng)力，就可以確定飛輪要求的角速度范圍。為了使驅(qū)動(dòng)動(dòng)作具有必需的一致性和可重復(fù)性，并且不對(duì)緊固件過(guò)驅(qū)動(dòng)或驅(qū)動(dòng)不足，連接飛輪的電機(jī)的速度必須被調(diào)整到在±1％以內(nèi)。一個(gè)適合驅(qū)動(dòng)力范圍要求的典型的電機(jī)角速度的可選擇范圍為7000轉(zhuǎn)/分到15000轉(zhuǎn)/分，當(dāng)采用重量為0.87磅的飛輪時(shí)，其慣性力矩為4.016×10-4ft.-lbs.sec2。此外，當(dāng)此工具打擊緊固件時(shí)，緊固件動(dòng)能將增加而飛輪的速度將減少。電機(jī)必須在500毫秒內(nèi)被反向加速到選定的速度。同時(shí)電機(jī)和它的控制對(duì)高噪聲環(huán)境，例如，其它高動(dòng)力設(shè)備產(chǎn)生的輻射噪聲和動(dòng)力線噪聲以及電機(jī)自身的電刷噪聲無(wú)響應(yīng)也是十分必要的。此外，打擊工具常常用于鉤搭的臨時(shí)電源的環(huán)境中，其中電壓脈動(dòng)是頻繁和劇烈的，為了商業(yè)上有生命力，電機(jī)和它的控制設(shè)備必須重量輕，價(jià)格便宜，并是一種便攜式手持工具。
對(duì)于各種不同類型的電機(jī)現(xiàn)在已知存在著多種電機(jī)速度控制系統(tǒng)。例如摩托羅拉的TDA1085c是一種集成電路元件，它采用具有電壓比較速度反饋環(huán)的三端雙向可控硅相角控制，提供一種通用電機(jī)的速度控制。在許多資料中電機(jī)速度控制是利用鎖相環(huán)作為無(wú)電刷直流電機(jī)的基本控制的。在通用的交/直流電機(jī)控制中使用鎖相環(huán)代替相角控制的理論和實(shí)踐也是公知的。此外，現(xiàn)有的便攜式手持工具其速度是可選擇的。但是，這些系統(tǒng)在性質(zhì)上是典型的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，不需要精確地閉環(huán)速度控制，這種開(kāi)環(huán)速度控制系統(tǒng)可以通過(guò)將送到電機(jī)上的電源在半波和全波之間打開(kāi)來(lái)獲得，或通過(guò)在電路中接入或斷開(kāi)選定的電機(jī)線圈或通過(guò)機(jī)械嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)。而對(duì)電池供電的便攜式手持工具典型地是向永磁線圈電機(jī)施加脈寬調(diào)制電流實(shí)現(xiàn)控制。
這些已知的電路沒(méi)有一種能為手持便攜裝置中使用的通用交/直流電機(jī)提供一種具有本發(fā)明的速度范圍、精度和反應(yīng)時(shí)間要求的速度控制電路。
因此，在工業(yè)上尚無(wú)法提供一種可靠、輕便、相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)電緊固件打擊工具，并且這種工具能有效地、一致和可重復(fù)地打擊各種尺寸的緊固件、特別是在重負(fù)荷構(gòu)件應(yīng)用中需要的尺寸的緊固件。
對(duì)電動(dòng)工具，特別是具有飛輪操作的或其它手持工具的進(jìn)一步的考慮是打擊單元的重量和花費(fèi)。具有先進(jìn)技術(shù)的速度控制的馬達(dá)可能非常笨重和昂貴。所以，以相對(duì)較低的價(jià)格為緊固件打擊工具或?yàn)楣ぞ摺⑵餍祷蚱渌b置的打擊單元提供一種相對(duì)輕便的速度控制電機(jī)是人們所期望的。
對(duì)手持或手操縱工具來(lái)說(shuō)，最好是不僅提供一種相對(duì)輕便的能源，而且還要提供一種平衡的工具或器械。在上面鑒定的已有應(yīng)用中，緊固件打擊工具是由電機(jī)帶動(dòng)的飛輪提供動(dòng)力的，此時(shí)兩個(gè)飛輪和電機(jī)位于該工具的前端。這種裝置的重力中心是向前的，使工具保持平衡是困難的。另一方面，從飛輪上移走電機(jī)要求對(duì)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行耦合或延伸，這樣會(huì)增加工具的重量和消耗有效動(dòng)力。這可能要求用一個(gè)大的電機(jī)，并且附件的重量增加。所以提供一個(gè)改進(jìn)的、有良好平衡的手持緊固件打擊工具和一個(gè)便于和該手持工具平衡的打擊單元是人們的希望。
同時(shí)，對(duì)緊固件打擊工具和它們的具體應(yīng)用來(lái)說(shuō)前面提到的考慮是重要的，許多工具、器械和裝置的操作，要求對(duì)工作部件施加起動(dòng)力或能量脈沖。許多這樣的設(shè)備僅需對(duì)去完成任務(wù)的器械或部件作一次短暫或有限的動(dòng)作。除了上面提到的飛輪和氣動(dòng)系統(tǒng)外，現(xiàn)時(shí)這種設(shè)備還有通過(guò)電機(jī)或螺線管，例如通過(guò)內(nèi)部燃燒裝置，彈簧或其他裝置，以電力或液壓作為動(dòng)力的。僅作為例子，除緊固件驅(qū)動(dòng)工具外，要求或使用各種能源去移動(dòng)工作部件的裝置包括，紙片打孔機(jī)，材料沖壓機(jī)，剪床，切割機(jī)，修剪機(jī)，扳鉗，齒形壓輥，鉚釘機(jī)，粉磨機(jī)，打夯機(jī)，充氣機(jī)，制動(dòng)閘，鑿刀，材料處理裝置，錘床，錘鉆，軋光機(jī)，泵，壓花機(jī)，夾持器和許多其它工具和器械，最好為這些工具提供一個(gè)改進(jìn)的打擊或動(dòng)力單元。
本發(fā)明的目的是要提供一種價(jià)格低，可靠并且重量輕的電機(jī)控制系統(tǒng)，它能用來(lái)對(duì)電機(jī)作準(zhǔn)確的速度控制。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是要提供一個(gè)電機(jī)控制器，它可以通過(guò)一個(gè)操作器在廣泛的范圍內(nèi)選擇電機(jī)速度，并能在電機(jī)上的施加負(fù)載強(qiáng)制引起的失速以后自動(dòng)地和迅速地進(jìn)行加速，使其返回到選定的速度。
本發(fā)明的再一個(gè)目的要提供一種改進(jìn)的設(shè)備用于將能量脈沖傳遞到工作部件。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是要提供一種改進(jìn)的設(shè)備用于將能量脈沖從飛輪上傳遞到緊固件打擊器上或一種工具或器械的工作部件上。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是要提供一種起動(dòng)設(shè)備和一種控制，用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)飛輪到一個(gè)選定的速度，并在速度降低以后用于快速地重新獲得這一速度。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是要提供一個(gè)改進(jìn)的飛輪驅(qū)動(dòng)的緊固件打擊器，它能在要求的驅(qū)動(dòng)頻率上產(chǎn)生所要求的能量脈沖。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是要提供一個(gè)改進(jìn)的便攜式的手持動(dòng)力工具。
為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案包括一個(gè)以可操作的方式安裝在一個(gè)緊固件打擊工具中的動(dòng)力或打擊單元。一個(gè)安裝在工具殼體中的飛輪，一個(gè)從殼體向后伸出的手柄，它具有一個(gè)電機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)安裝在殼體遠(yuǎn)端的飛輪。一根與電機(jī)匹配的驅(qū)動(dòng)軸，它具有一個(gè)有螺旋斜角齒的小齒輪與飛輪上相類似的齒相嚙合。電機(jī)的重量在手柄后部同工具的殼體及其組件趨向平衡，所以整個(gè)工具有平衡感。
一個(gè)安裝在殼體中的鼓形物，它包括一個(gè)第一圓周表面，被固定在鼓形物上的第一驅(qū)動(dòng)纜繩，以便當(dāng)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)該驅(qū)動(dòng)纜繩纏繞在鼓的表面。一個(gè)圓錐型離合器用來(lái)有選擇地和間歇地實(shí)現(xiàn)飛輪與鼓的相互接觸，以便給予鼓一個(gè)能量脈沖使其轉(zhuǎn)動(dòng)，并使纜繩纏繞在鼓上。纜繩的另一端附在固定器的驅(qū)動(dòng)器上。當(dāng)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，纜繩便纏繞到鼓上并拉著驅(qū)動(dòng)器去嚙合和打擊緊固件。存貯在飛輪中的能量就這樣通過(guò)鼓、纜繩和緊固件打擊器被傳遞給緊固件。
在鼓形物上還可操作地固定著另一個(gè)或稱第二圓周表面，該圓周的直徑最好略小于第一圓周表面。一根第二或稱返回纜繩附在第二圓周表面上并當(dāng)鼓被飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)纏繞在其上。第二返回纜繩的另一端系附在彈簧線圈上，當(dāng)返回纜繩被纏繞時(shí)彈簧被壓縮。在離合器將鼓從飛輪上脫開(kāi)以后，該彈簧就伸長(zhǎng)并使第二返回纜繩拉緊，使鼓反轉(zhuǎn)并推動(dòng)第一纜繩和固定器驅(qū)動(dòng)器回到起始位置。由于返回纜繩的纏繞表面具有略小于驅(qū)動(dòng)纜繩表面的直徑，所以當(dāng)鼓被飛輪和離合器起動(dòng)時(shí)，第二返回纜繩移動(dòng)的距離不如驅(qū)動(dòng)纜繩多。無(wú)論工具的伸長(zhǎng)循環(huán)動(dòng)作如何，所述彈簧的路程應(yīng)控制在以不使彈簧過(guò)分受力或疲勞的一個(gè)范圍內(nèi)。
觸發(fā)后動(dòng)聯(lián)桿和軸向可伸長(zhǎng)的起動(dòng)器起動(dòng)離合器使飛輪和鼓瞬間相互接觸。該起動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和操作性能同結(jié)合在此作為參考的在先申請(qǐng)的相似。
本發(fā)明采用一種相對(duì)簡(jiǎn)單的并且不昂貴的交/直流電機(jī)。一種控制操縱電機(jī)從某一速度運(yùn)轉(zhuǎn)，該速度依據(jù)固定器的長(zhǎng)度和形狀以及目標(biāo)的參數(shù)選定。這種控制用于加速電機(jī)和使飛輪返回到起始的速度僅有大約500毫秒的很短的延滯，正好處于在希望的使用頻率的時(shí)間間隔內(nèi)。
該通用的交/直流電機(jī)的速度是用一個(gè)三端雙向可控硅功率開(kāi)關(guān)響應(yīng)具有鎖相環(huán)速度控制的電機(jī)控制通過(guò)對(duì)交流信號(hào)的相位角進(jìn)行開(kāi)關(guān)來(lái)完成的。該三端雙向可控硅功率開(kāi)關(guān)接在交流電源和電機(jī)之間，并且具有一個(gè)觸發(fā)輸入用于控制加到電機(jī)的交流信號(hào)。一個(gè)模擬參考電路響應(yīng)交流信號(hào)并且在交流信號(hào)的每個(gè)過(guò)零點(diǎn)起動(dòng)一個(gè)斜波信號(hào)。該斜波信號(hào)的持續(xù)期大約和交流信號(hào)過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間段相等。
一個(gè)速度命令電路提供速度命令信號(hào)，該信號(hào)具有一個(gè)參考頻率，它代表電機(jī)的幾種可供選擇的速度之一。一個(gè)反饋電路響應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)并產(chǎn)生一個(gè)反饋信號(hào)，該信號(hào)具有代表電機(jī)實(shí)際速度的反饋頻率。一個(gè)相位探測(cè)測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)代表速度命令與反饋信號(hào)之間的相位差的差錯(cuò)信號(hào)，它是經(jīng)過(guò)低通濾波器平均過(guò)的。一個(gè)比較器它在每個(gè)斜波信號(hào)發(fā)生期間產(chǎn)生一個(gè)作為探測(cè)到的相位差的函數(shù)的觸發(fā)脈沖，送到三端雙向可控硅功率開(kāi)關(guān)。觸發(fā)信號(hào)的前沿在斜波信號(hào)期間的某個(gè)時(shí)刻發(fā)生，它由參考頻率和反饋頻率的相位差決定。觸發(fā)脈沖作為相位差的函數(shù)使三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)，并且交流信號(hào)被施加到電機(jī)上去鎖住速度命令和反饋信號(hào)的相位，借此維持實(shí)際電機(jī)速度和希望的電機(jī)速度相等。
一個(gè)實(shí)施本發(fā)明的緊固件打擊工具還可以包括一個(gè)緊固件料箱，該料箱是傾曲線型的并且由在打擊器下面的前方位置向后朝著在手柄后端的電機(jī)延伸并部分地包圍手柄，它同時(shí)有助于工具的平衡。
上面描述的動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)單元可以用于各種工具、器械或其他裝置，給它們的可動(dòng)部件或工作部件一個(gè)能量脈沖。這樣的單元包含有電機(jī)、電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)軸、飛輪、鼓、驅(qū)動(dòng)和返回纜繩、離合器觸發(fā)器聯(lián)桿和離合器起動(dòng)器。在這里并不關(guān)心平衡和可攜帶性，電機(jī)可以安裝成直接驅(qū)動(dòng)飛輪的形式。采用本發(fā)明的手持工具還可能包含一個(gè)工具殼體，一個(gè)從中延伸出來(lái)的手柄，一個(gè)位于手柄遠(yuǎn)端的電機(jī)和一根通過(guò)手柄使電機(jī)和殼體內(nèi)的飛輪相匹配的心軸，同時(shí)還有一種用來(lái)在最短時(shí)間內(nèi)將電機(jī)和飛輪加速到預(yù)定速度的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電機(jī)能提供非常精確的速度控制，對(duì)速度偏離選定的值能快速響應(yīng)。速度指定和反饋信號(hào)的頻率對(duì)噪聲不敏感形成本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是上述的特點(diǎn)是由一個(gè)低價(jià)的、輕便的和可靠的電機(jī)控制設(shè)備提供的。
這些和其他的目的以及優(yōu)點(diǎn)從下述對(duì)發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明和其中的附圖中將變得十分明顯。


圖1是采用本發(fā)明的緊固件打擊工具的側(cè)面視圖；圖2是圖1中的工具的前向視度，其中部分截面圖是沿圖1中的2-2線截取的，通常是在圖2的3-3線上截取的；圖3是圖1中工具在部分截面下的放大側(cè)視圖，截面是在圖2中3A-3A線上截取的圖3A是圖1中工具另一側(cè)的放大截面圖；圖4是沿圖1中4-4線截取的截面圖，表示了工具在未起動(dòng)條件下的情況，圖4A是象圖4一樣，沿著圖1中4A-4A線截取的截面圖，表示工具在離合器剛嚙合的狀況；圖5是沿圖4的5-5線截取的截面圖；圖5A是沿圖4A的5A-5A線截取的截面圖，說(shuō)明在離合器嚙合以后的充分起動(dòng)條件下該工具的狀況；圖6是圖1中工具的飛輪、鼓、離合器、起動(dòng)器組件和觸發(fā)器聯(lián)桿的分解圖；圖7是圖1中工具的起動(dòng)器組件的展開(kāi)和放大圖；圖8A-8E證明圖1中工具各組件的操作次序，此處，觸發(fā)器被首先嚙合，然后帶著工作接觸元件(“WCE”)與目標(biāo)接觸并使工具轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖9A-9C說(shuō)明在WCE首先被嚙合，然后觸發(fā)器被嚙合使工具轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圖1中工具各組件的操作次序圖10是本發(fā)明的電機(jī)控制的示意方塊圖；圖11是電機(jī)控制的線路圖，更詳細(xì)地說(shuō)明了圖10所示的電機(jī)控制系統(tǒng)各組件的連接。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖中以緊固器打擊工具10的形式說(shuō)明了發(fā)明的最佳實(shí)施例，圖5A中，緊固驅(qū)動(dòng)工具10用于將釘子“N”之類緊固件打入2×4S的結(jié)構(gòu)件“W”中。這將被理解為本發(fā)明的最佳實(shí)施例包括一種電機(jī)控制，它能夠用于工作元件或部件必須經(jīng)過(guò)一種沖擊，例如工具10的驅(qū)動(dòng)器的沖擊才能得到動(dòng)力的各種工具或器械。
工具10包含一個(gè)外殼件11，一個(gè)手柄12和一個(gè)料箱15，其中手柄12具有一個(gè)朝前的端部13和一個(gè)朝后的端部14。料箱15在手柄12的后端14并通過(guò)托架19在工具外殼體11的朝前端17上安裝。托架16起支腳作用，當(dāng)放置在水平表面上時(shí)，支承工具保持豎直的位置。
圖2中表示了料箱15的細(xì)節(jié)。料箱從前到后是曲線形的并且還是傾斜的。料箱的前端借助托架19同工具的突出片18相互連接。通過(guò)這種相互連接，料箱可以將緊固件一個(gè)接著一個(gè)傳送到在突出片區(qū)域的某個(gè)位置或打擊點(diǎn)，由此當(dāng)工具循環(huán)或運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以將緊固件打入。緊固件被從料箱逐一地傳送到打擊器的端部的打擊點(diǎn)打入目標(biāo)。
料箱的曲線形狀是圍繞著手柄12的左側(cè)朝外延伸的。所以手柄仍然能由使用者用右手或左手來(lái)抓緊。
回到圖1，電機(jī)“M”位于手柄12的后部14并且用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線，例如由20表示的導(dǎo)線連接到電源上用來(lái)開(kāi)動(dòng)電機(jī)。一個(gè)速度顯示器和一個(gè)指形輪或其他電機(jī)速度選擇器位于外殼11的由數(shù)字21指明的通常區(qū)域上，以便工具的使用者能夠根據(jù)要打入緊固件的長(zhǎng)度和形狀以及要打入緊固件的目標(biāo)的參數(shù)選擇預(yù)定的速度。
當(dāng)然，料箱15是由彈簧偏置壓緊的，以使能頂著釘子或釘書(shū)機(jī)一類緊固件一個(gè)接一個(gè)順序進(jìn)入突擊片18的位置，被工具的打擊器打擊。
如這里說(shuō)明的和接著將詳細(xì)解釋的，該工具由轉(zhuǎn)動(dòng)的飛輪供給能量，飛輪未在圖1中顯示，飛輪又由手柄12后部14的電機(jī)“M”驅(qū)動(dòng)。為在電機(jī)通電轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，在電機(jī)和飛輪之間有一根將兩者相關(guān)連接的驅(qū)動(dòng)軸22。正如將要描述的，驅(qū)動(dòng)軸22經(jīng)過(guò)手柄12從電機(jī)“M”朝后部14延伸，并經(jīng)過(guò)手柄的前部13延伸到位于外殼11中的飛輪。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，圖中以局部截面形式示出了該工具的某些內(nèi)部組件。其中包含一個(gè)固定在軸承支承驅(qū)動(dòng)軸22端部的小齒輪25。該小齒輪具有螺旋向的斜齒26。小齒輪25應(yīng)被安裝成使其斜齒26可與安裝在軸31上可轉(zhuǎn)動(dòng)的飛輪30的相應(yīng)的螺旋向斜齒27相嚙合。工具10最好還包含一個(gè)機(jī)械式觸發(fā)器35，它被壓向圖3中箭頭所指的方向以循環(huán)起動(dòng)工具10。當(dāng)手柄12后部14的電機(jī)通電時(shí)，持續(xù)地驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸22和小齒輪25，小齒輪將按如圖3所示的沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)飛輪30。這樣，電機(jī)就直接耦合到飛輪上。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5和5A，并且部分參見(jiàn)圖4和4A，工具10還包含一個(gè)緊固件打擊器40，它被安裝成可在外殼11的前端的一個(gè)豎直定位管41中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。細(xì)長(zhǎng)的打擊器40可以是任何合適的形狀，例如圓桿狀，螺栓狀或者截面同要打擊的緊固件打擊器40也可以是平的并具有矩形的截面，或具有其它任何合適的外形。工具還包含一個(gè)用于打擊器40的制動(dòng)器43和連接盤(pán)42(圖2)。打擊器40從其上端所附的連接盤(pán)42向下延伸。
打擊纜繩45的上端46系在連接盤(pán)42上。該纜繩最好是一種平的帶子，包括塑料或合成材料粘合的多股絞合線。這種纜繩可從奧斯欽(Orschein)公司，莫勃立(Moberly)，密蘇瑞(Missouri)買到。纜繩的下端47系在驅(qū)動(dòng)打擊器的設(shè)備上，這將于下面進(jìn)行說(shuō)明。
工具外殼11還包含一個(gè)放置返回彈簧50的管子49。彈簧50的上端同管子49的端帽51連接，返回纜繩52的上端也系在端帽51上。纜繩52的下端53也與驅(qū)動(dòng)設(shè)備相互連接，使設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)起動(dòng)的條件，這將在下面說(shuō)明。
現(xiàn)在先看一下圖6，可以看到其中的軸31上安裝有該工具的許多功能部件。從圖6左手測(cè)的飛輪30開(kāi)始，如圖6所示，有一個(gè)圓錐形的離合器部件55，一個(gè)鼓式制動(dòng)器56，一個(gè)鼓57，一個(gè)內(nèi)球扳58，一個(gè)軸承罩59，一個(gè)外球扳60，推力軸承61，一個(gè)墊片62，彈簧63和一個(gè)棘齒環(huán)64。在圖6中所示的這些元件是以分解形式表示的，它們被組裝在軸31上的情況，也許在圖4和4A中最清楚，內(nèi)、外球扳58和60的細(xì)節(jié)還可以見(jiàn)圖7。
然后參見(jiàn)圖4，4A，6和7，飛輪30經(jīng)旋轉(zhuǎn)向斜齒27被驅(qū)動(dòng)。飛輪具有一個(gè)截頭圓錐的表面66(圖4A)用于承接圓錐離合器55，并借助軸承68安裝在軸67上可以自由地繞軸線31轉(zhuǎn)動(dòng)。圓錐離合器包括一個(gè)截頭圓錐表面70，并用摩擦離合器材料71涂敷表面。當(dāng)圓錐離合器55被壓向飛輪30時(shí)，摩擦材料71將咬住飛輪的表面66，這樣飛輪就驅(qū)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)圓錐離合器。
如圖4和4A中清楚顯示的，內(nèi)球扳58包含一個(gè)管形凸出部73，它具有花鍵槽74(圖6)。該凸出部73同其內(nèi)球扳58借助管子75安裝在軸67上并可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。圓錐離合器55具有多個(gè)內(nèi)花鍵槽76，它同內(nèi)球扳58的花鍵槽74相嚙合，以便安裝在凸出部73上的圓錐離合器55與其保持不可轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系。圓錐離合器55借助一個(gè)彈性膜片環(huán)77保持在凸出部73上。軸67上安裝有一個(gè)彈簧79，其一端在管子75和內(nèi)球扳58上，另一端頂在一個(gè)彈性膜片環(huán)或保持件80上，以便在沿軸線31的軸方向給圓錐離合器55和內(nèi)球扳58加上偏置壓力，通過(guò)彈簧79使它們離開(kāi)飛輪30。鼓57包含多個(gè)內(nèi)部花鍵槽81并且被安裝在從內(nèi)球扳58上延伸的凸出管73的花鍵槽74上，使兩者一起驅(qū)動(dòng)。鼓57還包含一個(gè)圓筒形的纜繩接收或纏繞表面82用于接受打擊驅(qū)動(dòng)纜繩45。
內(nèi)球板58還具有一個(gè)凸臺(tái)或上擋臺(tái)85，它限定了一個(gè)圓周或圓筒形表面86，用于接收和纏繞返回纜繩52。該筒形纏繞表面86的直徑和周長(zhǎng)小于纏繞表面82的直徑和周長(zhǎng)。
從以上說(shuō)明可知，當(dāng)圓錐離合器55被飛輪30帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，這一嚙合也將驅(qū)動(dòng)內(nèi)球扳58和鼓57，由此將纜繩45纏繞到鼓57的纏繞表面82上并將纜繩52纏繞到內(nèi)球扳58的表面86上。
如圖4和4A以及進(jìn)一步由圖7所示的，三個(gè)球形軸承88駐留在內(nèi)球扳的口袋89、90和91以及外球扳60的相應(yīng)的口袋92、93和94中。當(dāng)然在圖4和4A中由于采用截面圖并且為清楚起見(jiàn)，每一張只表示出一個(gè)球。如圖7所示，口袋89、90和91中每一個(gè)都有一個(gè)相應(yīng)的尾隨斜坡95、96和97，每個(gè)斜坡都是向上傾斜直到接上相應(yīng)的滾道表面98、99、100。如圖7所示，外球扳60的口袋92-94也有從口袋底部到相應(yīng)的滾道104、105和106朝上逐漸變細(xì)的輔助斜坡101、102和103。內(nèi)球扳包括一個(gè)拱型盾109。外球扳60包含一個(gè)凸臺(tái)形的突起111，它有三個(gè)從其圓周表面115上沿經(jīng)向凸起的三個(gè)擋塊112、113和114。同時(shí)，外球扳60還包含多個(gè)從扳的外周圍上沿經(jīng)向凸起的棘齒117。
當(dāng)內(nèi)，外球扳58、60的相應(yīng)的口袋對(duì)準(zhǔn)時(shí)，球軸承88被容納于口袋之中，這時(shí)內(nèi)、外球扳的位置是相對(duì)靠得緊的，如圖4所示此時(shí)球軸承88被保持在罩扳59中。另一方面，當(dāng)內(nèi)、外球扳58和60被相互相對(duì)驅(qū)動(dòng)時(shí)，如下面將要說(shuō)明的，球運(yùn)動(dòng)的結(jié)果將使兩部件分離。
如圖4A所示，當(dāng)扳58和60被迫分離時(shí)，這個(gè)動(dòng)作將既壓縮彈簧63又壓縮在圓錐離合器55一側(cè)的彈簧79，驅(qū)動(dòng)圓錐離合器55與飛輪30嚙合，并如下將說(shuō)明的，實(shí)現(xiàn)由飛輪30帶動(dòng)內(nèi)球扳58和鼓57轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。
現(xiàn)在回到圖6看一下，棘齒環(huán)64在軸線31上緊鄰著外球扳60。當(dāng)工具處于圖4所示條件下，外球扳60未進(jìn)入棘齒環(huán)64中，所以不會(huì)受到棘齒環(huán)的影響。在此位置，酸模彈簧63使外球扳60和棘齒環(huán)64在軸向保持相分開(kāi)的狀態(tài)。然而當(dāng)球軸承88迫使內(nèi)、外球扳58、60分離時(shí)，外球扳60將沿軸向朝前運(yùn)動(dòng)并進(jìn)入棘齒環(huán)64中，外球扳60的棘齒117將與棘齒環(huán)64的內(nèi)部棘齒相嚙合，這樣在選定的部分操作程序期間，將阻止外球扳60轉(zhuǎn)動(dòng)。還是參見(jiàn)圖6、圖4和4A，如下面將說(shuō)明的，一個(gè)止動(dòng)部件120是同鼓57相互聯(lián)接的，并用來(lái)與鼓式制動(dòng)器56相互作用。
鼓式制動(dòng)器56最好包含一個(gè)安裝在托架124上的彈性體的減震件123。托架124適宜陷入工具外殼體11離開(kāi)方管41的一側(cè)的前部結(jié)構(gòu)的一部分中并支承于此，以便將鼓式制動(dòng)器固定在例如圖5所示的位置上。
圖5表示了未起動(dòng)條件下工具的各種部件的情況，在此位置，鼓57未發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，纜繩45從鼓開(kāi)始沿著方管41朝上延伸直到連接盤(pán)42，在此該纜繩被系在打擊器40上。同時(shí)，纜繩的下端延伸入鼓體中的一條合適的槽或缺口并固定在哪里，例如通過(guò)將纜繩的一個(gè)增大的端頭卡入鼓體的槽形缺口中，然后將纜繩沿著方管41中的打擊器的側(cè)面朝上位緊。與此同時(shí)，彈簧50被充分松開(kāi)，返回纜繩52未纏繞在內(nèi)球扳的表面86上。當(dāng)工具被起動(dòng)打擊緊固件時(shí)，例如象圖5A中所表示的，圓錐離合器和聯(lián)帶的鼓57按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，如圖5A所示。這樣驅(qū)動(dòng)纜繩45纏繞到鼓57的纏繞表面82上，并以極快的加速度拉著該纜繩向下運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵摾|繩的上端是系在打擊器40上的，所以纜繩拉著打擊器快速向下，這時(shí)如圖5A指出的，這些能量被用于打擊緊固件。同時(shí)，內(nèi)球扳58的表面86也被轉(zhuǎn)動(dòng)并使返回纜繩52纏繞在上面。這樣，彈簧50就被壓緊，當(dāng)打擊周期一結(jié)束，彈簧50拉著返回纜繩52反彈伸長(zhǎng)。這就使內(nèi)球扳和鼓57產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使鼓返回到開(kāi)始的預(yù)起動(dòng)狀態(tài)并使打擊器40升起。通過(guò)鼓57的這一彈簧的推動(dòng)和纜繩45在朝上方向的放松，推動(dòng)打擊器40朝上升起。纜繩45和鼓57最好如圖5A中顯示的那樣裝在三個(gè)滾子或球軸承126上。這樣，在返回彈簧50的作用下，鼓57就回轉(zhuǎn)并使打擊器返回到其未起動(dòng)的狀況，準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)。
如圖3、5和5A所示，突出片18包含一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作接觸元件128。如圖5所示它在彈簧129的推動(dòng)下朝下運(yùn)動(dòng)。在圖5A中，工具處于起動(dòng)狀態(tài)，這意味著工作接觸部件128已給同一個(gè)工作或目標(biāo)撞擊，并已使工作接觸部件128逆著彈簧偏置力朝上運(yùn)動(dòng)，使彈簧129壓縮。
如圖3和3A所示，本發(fā)明包含一個(gè)防倒棘爪130，安裝在軸131上。如圖3所示，防倒棘爪130同外球扳60上的棘齒117相咬合，維持外球扳60不向相反方向，或順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。防倒棘爪130是由彈簧片132頂著同棘齒117相咬合的。如圖3所示，棘爪130允許外球扳60作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖所示這是借助棘爪本身的傾角和棘齒117的傾角配合實(shí)現(xiàn)的。在軸136上安裝有另一個(gè)功能棘爪135，它是通過(guò)棘爪上一個(gè)比軸136大的長(zhǎng)形孔137安裝的，以便使棘爪不但能繞軸136轉(zhuǎn)動(dòng)，而且能在長(zhǎng)形孔137的范圍內(nèi)相對(duì)軸作經(jīng)向移動(dòng)。如圖3A中看到的棘爪135是借助彈簧138加有逆時(shí)針的偏置壓力的。棘爪135被安裝在軸136上，軸136受到固定在工具10上的托架139的支承。
為了使工具起動(dòng)和循環(huán)工作，工具10利用了一個(gè)機(jī)械操縱的觸發(fā)器和輔助的聯(lián)桿。這個(gè)聯(lián)桿的各部分遍及許多附圖，然而，首先可參見(jiàn)圖3，它說(shuō)明了一個(gè)觸發(fā)器連桿或曲杠桿145，它同銷子安裝在軸146上并用彈簧147加有逆時(shí)針的偏置壓力。當(dāng)觸發(fā)器35從圖3所示的虛線位置向上移動(dòng)到實(shí)線位置時(shí)，其前端35A同曲杠桿145接觸推動(dòng)它作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。聯(lián)桿進(jìn)一步還包含第一連桿148和第二連桿149。連桿148用樞軸150可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在方管41上，其另一端包含有一條槽孔151，槽孔中有一銷軸152，銷軸安裝在曲杠桿145上。第二連桿149用樞軸153可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝在第一連桿上。連桿149的一端有一樞軸157上面可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝有一個(gè)起動(dòng)棘爪156。彈簧158，如圖3所示，圍繞樞軸157對(duì)起動(dòng)棘爪156加有逆時(shí)針?lè)较虻钠脡毫Α?br> 工作接觸部件連桿161也安裝在方管41上用來(lái)控制擋塊棘爪135。工作接觸部件連桿161有一個(gè)斜坡表面162用來(lái)與銷軸163協(xié)調(diào)嚙合。當(dāng)工作接觸部件連桿161上開(kāi)時(shí)，斜面162同銷軸163嚙合并使工作接觸部件連桿161繞樞軸右轉(zhuǎn)，如圖3中所示，并離開(kāi)擋塊棘爪135的的尾端166。當(dāng)連桿161運(yùn)動(dòng)時(shí)，與擋塊棘爪135的突出140嚙合的彈簧138將起作用，如圖3A所示使棘爪135逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)從而與擋塊112、113或114中之一相嚙合。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例的工具在打擊構(gòu)筑緊固件方面是十分有用的，至少在將2寸到大約4寸長(zhǎng)的緊固件完全打入木頭方面是這樣。已經(jīng)證明，將一個(gè)典型的3 寸長(zhǎng)的構(gòu)筑緊固件，例如一枚釘子相對(duì)快速地打入諸如松木或云杉需要大約50馬力的打擊力。因此，飛輪30應(yīng)有這樣的質(zhì)量和重量配置，即轉(zhuǎn)速在大約7000轉(zhuǎn)/分到15000轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)，才能將這樣的緊固件打入這樣的目標(biāo)。根據(jù)這樣的考慮，本發(fā)明中的飛輪30重量大約0.87磅，對(duì)軸線31的慣性力矩大約為4.016×10-4ft·-lbs.sec2。當(dāng)然，不同的飛輪形狀、重量、重力配置和速度能用來(lái)滿足不同的應(yīng)用。
在此最佳實(shí)施例的應(yīng)用中，當(dāng)3 寸長(zhǎng)的釘子被打入木頭時(shí)，飛輪的速度將從選定的大約7000-15000轉(zhuǎn)/分的范圍下降到大約4000-1000轉(zhuǎn)/分的范圍。但起始設(shè)置的希望的大約7000-15000轉(zhuǎn)/分的速度，將在大約500毫秒內(nèi)重新獲得。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8A到8E，它們描述了工具的操作過(guò)程。在這一特殊程序中，工具被操作到“底火”狀態(tài)，換言之，觸發(fā)器將被充分壓縮，但工具將不點(diǎn)火起動(dòng)，直到在該程序末端，工作接觸部件被壓到目標(biāo)為止。
在圖8A中，觸發(fā)器35未被起動(dòng)，工作接觸部件128也未向目標(biāo)撞擊。因此，工作接觸部件128被伸出，聯(lián)桿處于休止?fàn)顟B(tài)，通常如圖8A所示。防倒棘爪130處于維持外球扳60不向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的位置。起動(dòng)器棘爪156不在與外球板60的棘齒相嚙合的位置。
轉(zhuǎn)到圖8B，觸發(fā)器35已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到其中心線或中間位置，此時(shí)它已與觸發(fā)器曲杠桿145嚙合。觸發(fā)器曲杠桿145被順時(shí)針地稍微轉(zhuǎn)動(dòng)了一點(diǎn)，并使銷軸152向下運(yùn)動(dòng)，帶著連桿148朝下繞樞軸150逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)。這樣又帶著安裝連桿149的樞軸153朝下運(yùn)動(dòng)，如圖8B所示。此時(shí)工作接觸部件128仍然未同目標(biāo)接觸，其連桿161如圖所示仍留在休止?fàn)顟B(tài)。
在轉(zhuǎn)圖8C，觸發(fā)器已經(jīng)被充分壓縮，但工作接觸部件128仍未與目標(biāo)接觸。此時(shí)，起動(dòng)器棘爪156已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到與外球扳60上的一個(gè)棘齒117相嚙合的位置。這一運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)軸銷152，以及樞軸153進(jìn)一步向下運(yùn)動(dòng)，這樣使起動(dòng)器棘爪156運(yùn)動(dòng)到與棘齒117中的一個(gè)相嚙合。工作接觸部件連桿161仍在休止?fàn)顟B(tài)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8D，觸發(fā)器35保留在充分嚙合狀態(tài)，工作接觸部件128已經(jīng)同目標(biāo)例如木塊“W”相接觸，使附在工作接觸部件128上的凸塊169朝上運(yùn)動(dòng)，同連桿149的端部170嚙合。這是借助朝向目標(biāo)“W”的方向，推動(dòng)工具而發(fā)生的。然而，此時(shí)連桿149尚未運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)在再轉(zhuǎn)向圖8E，工具10進(jìn)一步壓向木塊W，工作接觸部件128被向上壓入工具外殼，這樣，凸塊169向上運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連桿149的嚙合端170并使該連桿繞樞軸153轉(zhuǎn)動(dòng)。這一轉(zhuǎn)動(dòng)使樞軸157朝下運(yùn)動(dòng)，借此拉著棘爪156向下并使外球扳60沿圖8E所示的逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)大約37度。同時(shí)，工作接觸部件連桿161，由于在結(jié)構(gòu)上同工作接觸部件128關(guān)聯(lián)，所以也被帶著朝上運(yùn)動(dòng)，并且迎著在工具10前部的彈簧173的作用方向繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，這一朝上的運(yùn)動(dòng)將擋塊棘爪135的尾端166抬起，使其沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，因而脫開(kāi)外球扳60的一個(gè)相應(yīng)的擋塊112、113或114如圖8E所示。為更詳細(xì)說(shuō)明，可返回參見(jiàn)圖3，用虛線表示的擋塊113是同擋塊棘爪135相嚙合。該棘爪現(xiàn)在的運(yùn)動(dòng)，如圖8E所示，將脫開(kāi)這一擋塊并允許外球扳60轉(zhuǎn)動(dòng)。工作接觸部件128及其連桿161的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)圖中所示的聯(lián)桿是同步的，以便在起動(dòng)棘爪156操作拉動(dòng)外球扳60逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，擋塊棘爪135能被移動(dòng)脫開(kāi)外球扳60棘爪135轉(zhuǎn)動(dòng)后從擋塊上脫開(kāi)并且成直線的抬起，停止在擋塊的上方，這一動(dòng)作是由長(zhǎng)形孔137提供的。在這一位置，它不可能阻止外球扳60的轉(zhuǎn)運(yùn)。
觸發(fā)器整個(gè)拉動(dòng)的動(dòng)作和工作接觸部件128整個(gè)撞擊的動(dòng)作，起到了使外球扳60沿如圖8A到8E所示的逆時(shí)針?lè)较蚝腿鐖D7和圖8E中的箭頭175所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)大約37度的作用。
現(xiàn)在回過(guò)來(lái)參見(jiàn)圖4和4A，上面的操作程序發(fā)生后將使起動(dòng)機(jī)械、圓錐離合器和飛輪從圖4所示的狀態(tài)變化到圖4A所示的狀態(tài)，這說(shuō)明了正當(dāng)實(shí)際打擊或循環(huán)開(kāi)始時(shí)的設(shè)備的狀態(tài)，具體來(lái)說(shuō)，外球扳60的轉(zhuǎn)動(dòng)，舉例來(lái)說(shuō)將帶動(dòng)斜坡101逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這推動(dòng)球軸承在軸向朝飛輪運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榍蚴潜粌?nèi)球扳鎖住的，所以外球扳60的斜坡101和內(nèi)球扳58的口袋89和斜坡95之間的距離的減少，導(dǎo)致外球扳向軸向離開(kāi)飛輪方向移動(dòng)，同時(shí)使內(nèi)球扳58對(duì)抗彈簧79向內(nèi)偏置，朝飛輪移動(dòng)。隨著外球扳60進(jìn)一步的轉(zhuǎn)動(dòng)，球軸承迫使兩個(gè)球扳58和60進(jìn)一步分離，彈簧63被壓縮，最后圓錐離合器55被推動(dòng)與飛輪30相接觸，旋轉(zhuǎn)的飛輪立即抓住圓錐離合器55并給予它一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)能量脈沖，如圖8A-8E中所見(jiàn)的狀況。這使內(nèi)球扳58和鼓57都朝順時(shí)針?lè)较蚩焖俎D(zhuǎn)動(dòng)，并將驅(qū)動(dòng)纜繩45卷到鼓的表面82上。當(dāng)纜繩被快速纏卷時(shí)，它被張緊并朝下拉動(dòng)打擊器40，使其帶著足夠的能量和力度將釘子打入單層或多層木頭“W”中(圖5A)。顯然，這一轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，纜繩52將被纏繞到鼓57的另一表面86上。
在鼓到達(dá)如圖5A所示的全部打擊位置以前，內(nèi)球扳58轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)足夠長(zhǎng)的距離，大約繞軸線31為203度時(shí)，以致它的口袋89、90和91與外球扳60的相應(yīng)口袋對(duì)齊。在球軸承進(jìn)入口袋的情況下，內(nèi)球扳就可沿軸線31的軸向自由移動(dòng)，由于彈簧79的驅(qū)動(dòng)，它將離開(kāi)飛輪30。當(dāng)球軸承落入這些口袋中時(shí)，酸模彈簧63也將松開(kāi)。通過(guò)彈簧79的作用，圓錐離合器55沿軸向移動(dòng)離開(kāi)飛輪30，也即圓錐離合器55和鼓57同飛輪及其代表的能量脫離接觸。因此，在圓錐離合器和飛輪咬合的整個(gè)時(shí)間片斷內(nèi)，從飛輪通過(guò)圓錐離合器和鼓、打擊器以及因而到達(dá)釘子，完成了一個(gè)能量脈沖的轉(zhuǎn)移過(guò)程。在鼓57和飛輪剛脫離接觸，鼓上伸展出的一個(gè)凸塊120同鼓制動(dòng)器56的彈性部件123嚙合，使鼓在順時(shí)針?lè)较蛲Ｖ惯\(yùn)動(dòng)，圖5A中表示了這個(gè)情況。
在上述情況發(fā)生的同時(shí)，鼓57和內(nèi)球扳58及其圓筒形表面86轉(zhuǎn)過(guò)同樣的角度范圍。因?yàn)榉祷乩|繩52的一個(gè)增大的端頭被卡在一條槽中用機(jī)械方法裝入表面86中，所以當(dāng)驅(qū)動(dòng)纜繩45被纏繞在鼓57上時(shí)，返回纜繩52同時(shí)被纏繞在表面86上，由于纜繩52向下接緊與彈簧50的遠(yuǎn)端相應(yīng)的端帽51，所以將壓縮彈簧或使彈簧50承受載荷。當(dāng)然，彈簧和纜繩的連接也可以安排成隨著鼓纏繞，彈簧被拉伸或承載，其他合適的不同結(jié)構(gòu)的彈簧也可以采用，但要求彈簧的軌跡簡(jiǎn)單。
一旦飛輪30和圓錐離合器55之間的嚙合脫開(kāi)，彈簧50對(duì)鼓57進(jìn)行偏置的動(dòng)作即可運(yùn)行，現(xiàn)在，在圖5A的例子中是使鼓由一個(gè)逆時(shí)針的位置返回到圖5所示的位置。這個(gè)逆時(shí)針的運(yùn)動(dòng)使驅(qū)動(dòng)纜繩45延展和松開(kāi)，并推著打擊器40朝上回到它的未起動(dòng)的狀態(tài)，并還可能出現(xiàn)該狀態(tài)下的其它所有情況，例如，觸發(fā)器仍保持被壓縮狀態(tài)，同時(shí)如圖5A所示，工作接觸部件被縮入到工具10中。在此過(guò)程中，內(nèi)球扳58和外球扳60相互之間大約移動(dòng)了240度。這個(gè)動(dòng)作同被結(jié)合在此作為參考材料的申請(qǐng)人的在先申請(qǐng)中描述的情況是相象的。當(dāng)然，在相應(yīng)球扳中的口袋和斜坡的運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)球都是大體相似的，所以能提供一種平衡的起動(dòng)。
圖9A-9C說(shuō)明了在首先使工作接觸部件充分接解，然后再拉動(dòng)觸發(fā)器的情況下工具的起動(dòng)過(guò)程。例如，在圖9A中，工作接觸部件128已經(jīng)同木頭表面例如“W”接觸。這樣將凸塊169向上抬起與連桿149的末端170嚙合并向上升高。然而，由于觸發(fā)器35尚未處于嚙合狀態(tài)，觸發(fā)器曲杠桿145并未轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿148(在圖9A中看不到)未被降低這使連桿149留在一個(gè)朝上的位置，這樣起動(dòng)器棘爪156也不會(huì)與外球扳60上的任何棘齒117嚙合。然而，請(qǐng)注意，工作接觸部件連桿161已被抬起并繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，借此將擋塊棘爪135的一端168抬高，這樣該棘爪如圖9A中看到的，在逆時(shí)針?lè)较蛏袭a(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。正如上面提到的，擋塊棘爪135上的孔137是細(xì)長(zhǎng)形的。當(dāng)彈簧138對(duì)擋塊棘爪135加偏置壓力時(shí)，它使棘爪稍微向左移動(dòng)，如圖9A中看到的(即如圖3A中看到的向右)，這樣擋塊棘爪135的前端就移動(dòng)到外球扳60上的輔助擋塊的上方。此后，擋塊棘爪135就處于任何擋塊的頂部，即圖中外球扳60的擋塊下方，當(dāng)觸發(fā)器此后被拉動(dòng)時(shí)，該棘爪對(duì)阻止外球扳60逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)不再發(fā)生作用。
在圖9B中，工作接觸部件128仍保持與木頭表面“W”完全接觸并且觸發(fā)器35已經(jīng)移動(dòng)到其半途或中心線位置，它使觸發(fā)器曲杠桿145發(fā)生部分轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使連桿148繞其樞軸150旋轉(zhuǎn)，由此使連桿149稍有降低，并使起動(dòng)器棘爪156同外球扳60的棘齒117嚙合。如圖9C所示，觸發(fā)器35朝上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步使觸發(fā)器曲杠桿145轉(zhuǎn)動(dòng)，使連桿148進(jìn)一步繞樞軸150轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)一步降低樞軸153和連桿149，這將帶著起動(dòng)棘爪156朝下。這一操作使外球扳60逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(沿箭頭175)，正如上面所提到的，實(shí)現(xiàn)以上描述的工具循環(huán)的目的。
因此，使工具10循環(huán)或起動(dòng)既可以通過(guò)首先推壓觸發(fā)器，然后向目標(biāo)推壓工作接觸部件，又可以通過(guò)首先向目標(biāo)推壓工作接觸部件，然后推壓觸發(fā)器。通過(guò)使觸發(fā)器保持向上，該工具能夠在工作接觸部件的推壓使工具循環(huán)或起動(dòng)的條件下，重復(fù)地壓向一個(gè)表面。
盡管本發(fā)明的最佳實(shí)施例是結(jié)合一個(gè)緊固件打擊工具來(lái)說(shuō)明的，但是由于該設(shè)備包含一個(gè)驅(qū)動(dòng)或動(dòng)力單元，因而可以適用于驅(qū)動(dòng)許多工具，無(wú)論是手持的或不是手持的，或者在各種不同目的中用于給一個(gè)可動(dòng)部件或可驅(qū)動(dòng)工作部件的能量脈沖。
本發(fā)明具有向纏繞鼓57快速傳送能量的優(yōu)點(diǎn)，離合器能十分快速地與飛輪嚙合來(lái)驅(qū)動(dòng)鼓，并且能同樣快速的離開(kāi)飛輪將能量輸入從鼓上移去，結(jié)果只是使鼓轉(zhuǎn)動(dòng)大約203度，它借助纜繩可以操作鼓，使可移動(dòng)部件或緊固件打擊器40運(yùn)動(dòng)。利用這種設(shè)備可提供一種相對(duì)較輕的手持工具，該工具它能產(chǎn)生足夠的動(dòng)力去打擊緊固件，例如將能用于構(gòu)筑場(chǎng)合的，3到4寸的釘子打入2×4S的用于典型的住宅房屋建筑的木頭中去。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)位于手柄12的后端部14有助于工具的平衡，因而使該工具易于握住和使用，使用者不易疲勞。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從電機(jī)向飛輪轉(zhuǎn)移能量方面螺旋斜齒具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)力和速度方面沒(méi)有不應(yīng)有的損失，因而不需要不受人歡迎的較大的電機(jī)。
電機(jī)控制下面將對(duì)本發(fā)明的電機(jī)控制電路進(jìn)行說(shuō)明。
附圖10是一個(gè)方框圖，顯示了用于調(diào)節(jié)交直流兩用電機(jī)M轉(zhuǎn)速的電機(jī)控制電路310。電機(jī)的一根引線314與120VAC、60Hz的電源316相連接，電機(jī)M的另一根引線318與電源開(kāi)關(guān)320相連接，而該電源開(kāi)關(guān)320通過(guò)導(dǎo)線324與交流電源316相連接。所述電源開(kāi)關(guān)320包括一個(gè)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件321，它具有一個(gè)觸發(fā)輸入端322，用于控制三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件321的工作。電源開(kāi)關(guān)320通過(guò)在其觸發(fā)輸入端322上輸入控制三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件321的導(dǎo)通相位角的一個(gè)觸發(fā)脈沖來(lái)控制引線324提供給電機(jī)M的交流信號(hào)。
如附圖10所示的電機(jī)控制電路310具有一個(gè)轉(zhuǎn)速指令電路326，用于在其輸出端328上產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速指令信號(hào)，該信號(hào)具有代表了所需電機(jī)M轉(zhuǎn)速的基準(zhǔn)頻率。反饋電路330根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，在其輸出端332上產(chǎn)生一個(gè)其頻率正比于電機(jī)M實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)。相位檢測(cè)器334根據(jù)所述轉(zhuǎn)速指令和反饋信號(hào)，在輸出端336上產(chǎn)生一個(gè)偏差信號(hào)，該偏差信號(hào)是所述轉(zhuǎn)速指令和反饋信號(hào)之間相位差的函數(shù)。一個(gè)低通濾波器338與相位檢測(cè)器334相連接，在其輸出端340上產(chǎn)生一個(gè)平均偏差信號(hào)，該信號(hào)是所述輸出端336上的偏差信號(hào)的函數(shù)。模擬基準(zhǔn)電路342與電源334相連接，在其輸出端346產(chǎn)生一個(gè)模擬基準(zhǔn)信號(hào)。比較器348根據(jù)所述平均偏差信號(hào)和模擬基準(zhǔn)信號(hào)在其輸出端350上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，該觸發(fā)脈沖是模擬基準(zhǔn)信號(hào)和平均偏差信號(hào)的函數(shù)。該脈沖控制三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件321的相位角切換，而三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件321控制通過(guò)輸引線324提供給交直流兩用電機(jī)M的交流信號(hào)，使輸出端332上的反饋信號(hào)和輸出端328上的轉(zhuǎn)速指令信號(hào)相互鎖相。
轉(zhuǎn)速指令電路326具有一個(gè)選擇開(kāi)關(guān)352，它與電壓源354相連接。選擇開(kāi)關(guān)352具有多個(gè)可選擇的輸入狀態(tài)，它們對(duì)應(yīng)于可供選擇的所需電機(jī)轉(zhuǎn)速。所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速是需要由電動(dòng)工具所產(chǎn)生的力的函數(shù)。對(duì)于本實(shí)施例的電動(dòng)緊固器，例如一個(gè)電動(dòng)釘錘來(lái)說(shuō)，選擇開(kāi)關(guān)352是根據(jù)釘子的大小或者需要將釘子打入到預(yù)定目標(biāo)中的深度來(lái)標(biāo)定的。一般說(shuō)來(lái)，動(dòng)力設(shè)定可以通過(guò)表格來(lái)表示，在表格中給出了對(duì)應(yīng)于一定緊固長(zhǎng)度、深度和目標(biāo)的適當(dāng)設(shè)定值。選擇開(kāi)關(guān)352具有若干輸出端356，其數(shù)目與該開(kāi)關(guān)的可選擇狀態(tài)數(shù)目相同。一個(gè)基準(zhǔn)頻率發(fā)生器358與選擇開(kāi)關(guān)352相連接，在其輸出端328上產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速指令信號(hào)，其頻率代表用選擇開(kāi)關(guān)352工作所選擇確定的所需電機(jī)轉(zhuǎn)速。例如，根據(jù)選擇開(kāi)關(guān)352的10個(gè)可選擇狀態(tài)，基準(zhǔn)頻率發(fā)聲器358相應(yīng)地提供10個(gè)基準(zhǔn)頻率，其頻率可以在例如4KHz-8KHz的范圍內(nèi)。顯示器355根據(jù)選擇開(kāi)關(guān)352的狀態(tài)為使用者提供所選輸入值的指示。
反饋電路330包括一個(gè)反饋?zhàn)兯推?60，它在附圖10中用虛線362表示，它根據(jù)電機(jī)M的旋轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生反饋信號(hào)。該反饋?zhàn)兯推?60可以是任何能夠響應(yīng)于電機(jī)旋轉(zhuǎn)的裝置，它提供隨電機(jī)M實(shí)際轉(zhuǎn)速的變化而變化的輸出信號(hào)。一個(gè)零點(diǎn)跨越檢測(cè)器364與反饋?zhàn)兯推?60相連接，其輸出端332提供一個(gè)反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)的頻率與電機(jī)M的角轉(zhuǎn)速成正比。
電源344與交流電源316相連接，其輸出端366提供一個(gè)直流電平，用于為電機(jī)控制電路310中的其他部分提供電能。模擬基準(zhǔn)電路342包括一個(gè)零點(diǎn)跨越檢測(cè)器368，當(dāng)來(lái)自交流電源316的交流信號(hào)跨越零點(diǎn)時(shí)在其輸出端370上產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)跨越同步信號(hào)。模擬基準(zhǔn)電路342還包括一個(gè)鋸齒波發(fā)生器372，其輸出端346上產(chǎn)生模擬基準(zhǔn)信號(hào)。所述模擬基準(zhǔn)信號(hào)是一系列的鋸齒波，每當(dāng)交流信號(hào)跨越零點(diǎn)時(shí)就開(kāi)始產(chǎn)生一個(gè)這樣的鋸齒波，當(dāng)交流信號(hào)再一次跨越零點(diǎn)時(shí)停止前一個(gè)鋸齒波的產(chǎn)生，同始開(kāi)始產(chǎn)生下一個(gè)鋸齒波。這樣，采用其頻率為60Hz的交流信號(hào)，就會(huì)產(chǎn)生頻率為120Hz的鋸齒波信號(hào)。該鋸齒波信號(hào)是一個(gè)隨時(shí)間變化的模擬基準(zhǔn)信號(hào)，當(dāng)它開(kāi)始產(chǎn)生時(shí)具有最小的幅值，然后其幅值隨著時(shí)間以線性關(guān)系增大，直到該鋸齒波信號(hào)終止為止。比較器348對(duì)所述鋸齒波信號(hào)和來(lái)自低通濾波器338的平均偏差信號(hào)進(jìn)行比較，在平均偏差信號(hào)輻值超過(guò)鋸齒波信號(hào)幅值時(shí)在輸出端350上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)。
電源開(kāi)關(guān)320與驅(qū)動(dòng)器374相連接，該驅(qū)動(dòng)器將引線350上的觸發(fā)脈沖送到三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)321的輸入端322，因而在引線350上的觸發(fā)脈沖使三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)321切換到導(dǎo)通狀態(tài)，亦即“ON”狀態(tài)，其導(dǎo)通相位角由引線346上的鋸齒波信號(hào)和引線340上的平均偏差信號(hào)的相交點(diǎn)來(lái)確定。根據(jù)三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)321的導(dǎo)通相位角，將交流電送到電機(jī)M，當(dāng)來(lái)自交流電源316的交流信號(hào)到達(dá)下一個(gè)零跨越點(diǎn)時(shí)，就使三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)321截止。這樣所獲得的效果是將引線332上的反饋信號(hào)與引線328上的轉(zhuǎn)速指令信號(hào)相互鎖相，其結(jié)果是使電機(jī)M的實(shí)際轉(zhuǎn)速等于由選擇開(kāi)關(guān)352選定的所需轉(zhuǎn)速。通過(guò)采用相位作為控制變量，就能夠準(zhǔn)確地將電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在所需轉(zhuǎn)速上。
附圖11是詳細(xì)的電路圖，顯示了用于調(diào)節(jié)電機(jī)M轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路310中的分離元件，例如該電機(jī)可以是功率大約為0.625馬力的電刷型串勵(lì)交直流兩用電機(jī)。交流電源316的火線380與一個(gè)由人工操縱的ON/OFF開(kāi)關(guān)382相連接，該開(kāi)關(guān)所在的電路讓電流流過(guò)電機(jī)的一組定子繞組384、通過(guò)電刷388、390流過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組386、電機(jī)的另一組定子繞組392、以及三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)321的輸出端394。交流電源316的零線396與可控硅開(kāi)關(guān)元件321的輸入端398相連接，該可控硅開(kāi)關(guān)元件321可以采用MOTOROLA公司銷售的產(chǎn)品，其型號(hào)是MAC15-6。
直流電源344分別與交流電源316的火線380和零線396相連接，用于在其輸出端400上提供5V的直流電壓、在輸出端402上提供12V的直流電壓。所述電壓由二極管D1和電阻R1對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行半波整流后提供。輸出端400和402所提供的直流電壓應(yīng)具有足夠的平衡性，同時(shí)不包含噪音，使之能夠用作電機(jī)控制電路310中的集成電路和元件的直流電源。
交流電源316的火線和零線380、396也和零點(diǎn)跨越檢測(cè)器368相連接，該檢測(cè)器包括三極管Q4、Q5(可以采用MOTOROLA公司出售的產(chǎn)品，其產(chǎn)品型號(hào)是2N3904)和電組R10、R11、R12、R13。當(dāng)交流信號(hào)以由負(fù)到正的方向經(jīng)過(guò)零點(diǎn)時(shí)，流過(guò)電阻R12和R13的電流為零，三極管Q4截止。此時(shí)，三極管Q4的集電極404的電平接近于+5V的電源電壓Vcc(“VDC”)。當(dāng)交流信號(hào)朝正的方向增大時(shí)，流過(guò)電阻R12和R13的電流會(huì)很快地使給三極管Q4提供偏壓導(dǎo)通，從而使三極管Q4的集電極電平接近于零電平。這樣，對(duì)于每一個(gè)由負(fù)到正的零跨越點(diǎn)，都會(huì)在三極管Q4的集電極404上產(chǎn)生一個(gè)具有較短脈沖寬度的第一零點(diǎn)跨越脈沖。
當(dāng)交流信號(hào)以由正到負(fù)的方向通過(guò)下一個(gè)零跨越點(diǎn)時(shí)，三極管Q4再一次截止，其集電極404的電平上升到接近+5VDC。當(dāng)交流電壓信號(hào)成為負(fù)值時(shí)，三極管Q5導(dǎo)通，流過(guò)電阻R10、R11、R12、R13的電源很快使三極管Q4截止，從而使三極管Q4的集電極恢復(fù)到接近地電壓。這樣，對(duì)于交流信號(hào)的每一個(gè)由正到負(fù)的零跨越零點(diǎn)，都會(huì)在三極管Q4的集電極404上產(chǎn)生一個(gè)具有較短脈沖寬度的第二零點(diǎn)跨越脈沖。
模擬基準(zhǔn)電路342中的零點(diǎn)跨越檢測(cè)器368驅(qū)動(dòng)一個(gè)鋸齒波發(fā)生器372，該發(fā)生器包括三極管Q3、電容C3和電阻R9。對(duì)應(yīng)于每一個(gè)零跨越點(diǎn)的零點(diǎn)跨越脈沖的正向邊沿，亦即上升邊沿，都將使三極管Q3導(dǎo)通，從而為電容C3提供了一個(gè)由三極管Q3構(gòu)成的放電回路。每一個(gè)零點(diǎn)跨越脈沖的負(fù)向邊沿，亦即其下降邊沿，都將使三極管Q3截止，使電容C3通過(guò)電阻R9緩慢地充電。電容C3的逐漸充電過(guò)程提供了一個(gè)近似于線性增大的電平，從而產(chǎn)生一個(gè)近似于鋸齒波的信號(hào)。當(dāng)?shù)竭_(dá)下一個(gè)零點(diǎn)跨越脈沖的上升邊沿時(shí)，所述鋸齒波信號(hào)終止，回到其大至為0VDE的初始電平。這樣，對(duì)于頻率為60Hz的交流信號(hào)來(lái)說(shuō)，將產(chǎn)生頻率為120Hz的零點(diǎn)跨越脈沖。零點(diǎn)跨越脈沖串將觸發(fā)一連串頻率為120Hz的鋸齒波信號(hào)。所述鋸齒波信號(hào)是與交流電源信號(hào)的零點(diǎn)跨越同步的模擬基準(zhǔn)信號(hào)，在交流電源信號(hào)的每半個(gè)周期中都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)這樣的鋸齒波信號(hào)。在交流電源信號(hào)的每半個(gè)周期內(nèi)的每一時(shí)間點(diǎn)上，該鋮齒波信號(hào)的電平都是唯一的，時(shí)間點(diǎn)不同，鋸齒波的電平也就不同。
在轉(zhuǎn)速指令電路326中，轉(zhuǎn)速選擇開(kāi)關(guān)352包括一個(gè)轉(zhuǎn)速上升按鈕406和一個(gè)轉(zhuǎn)速下降按鈕408，它們?yōu)閿?shù)字電壓表410提供了輸入，作為例子，該電壓表可以采用美國(guó)DALLAS SEMICONDUCTOR公司出售的產(chǎn)品，其產(chǎn)品型號(hào)為DS1669。該數(shù)字電壓表410的輸出端412與一個(gè)運(yùn)算放大器U4相連接。該運(yùn)算放大器可以采用Texas公司出售的產(chǎn)品，其產(chǎn)品型號(hào)為T(mén)LC272。根據(jù)操縱按鈕406、408所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速上升和轉(zhuǎn)速下降指令，數(shù)字電壓表410的輸出端412具有64個(gè)不同的狀態(tài)。運(yùn)算放大器U4與基準(zhǔn)頻率發(fā)生器358相連接，該發(fā)生器具有一個(gè)電壓控制的振蕩器U5，它可以采用MOTOROLA公司出售的產(chǎn)品，其型號(hào)為MC54/74HC4046A。所述運(yùn)算放大器U4用作受電壓控制的振蕩器U5的偏壓發(fā)生器，運(yùn)算放大器U4的輸出端414通過(guò)電阻R17與其輸入端416相連接。在輸出端412上的電平產(chǎn)生變化時(shí)，為了保持運(yùn)算放大器U4的平衡狀態(tài)，使來(lái)自受電壓控制的振蕩器U5的電流流入運(yùn)算放大器U4的輸入端416，從而在電阻R16上產(chǎn)生一個(gè)電壓降，該電壓降是數(shù)字電壓表410輸出端412的輸出信號(hào)的函數(shù)。由電壓控制的電壓表U5在其輸出端328上產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)頻率，該頻率唯一地對(duì)應(yīng)于按鈕406、408產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速指令。工具提供的所需動(dòng)力取決于其飛輪所具有的功能，動(dòng)能的數(shù)值為1/2(l)(W2)，其中，l是飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，W是飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角轉(zhuǎn)速。因此，所述基準(zhǔn)頻率被標(biāo)定成能夠表示所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速，這一轉(zhuǎn)速將使飛輪具有動(dòng)能，從而施加對(duì)應(yīng)于所需輸入開(kāi)關(guān)設(shè)定值的力。
反饋?zhàn)兯推?60由一個(gè)接近傳感器418構(gòu)成，它可以采用美國(guó)PED L10N CONTROLS OF YORK公司出售的產(chǎn)品，其產(chǎn)品型號(hào)是MP25TAOO。該傳感器以磁的方式與電機(jī)M相偶合，用于檢測(cè)電機(jī)M的輸出軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。接近傳感器418在輸出端422、424上提供正弦波輸出，它們?cè)谙辔簧舷嗖?80度，其頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)子386的角轉(zhuǎn)速或者每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)成正比。由傳感器418產(chǎn)生的反饋信號(hào)通過(guò)一個(gè)直流偏置網(wǎng)絡(luò)426，它包括電阻R23、R24和電容C7，它的輸出送到零點(diǎn)跨越檢測(cè)器364的輸入端。該零點(diǎn)跨越檢測(cè)器由一個(gè)電壓比較器U6構(gòu)成，可以采用TexAS Instruments出售的產(chǎn)品，其產(chǎn)品型號(hào)為T(mén)LC372。經(jīng)過(guò)濾波的反饋信號(hào)送到電壓比較器U6的輸入端，以便消除其模噪音。這樣，零點(diǎn)跨越檢測(cè)器364在其輸出端332上提供了相對(duì)穩(wěn)定和無(wú)噪音的反饋信號(hào)，該信號(hào)的頻率正比于電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
相位探測(cè)器334包括一個(gè)三狀態(tài)相位比較器，它可以采用MOTOROLA公司出售的產(chǎn)品，其產(chǎn)品型號(hào)是MC54/74HC4046A。該比較器根據(jù)轉(zhuǎn)速指令信號(hào)和反饋頻率信號(hào)，在輸出端332上產(chǎn)生一個(gè)偏差信號(hào)，該信號(hào)的占空比是轉(zhuǎn)速指令基準(zhǔn)頻率和反饋頻率之間相位差的函數(shù)。低通濾波器338包括一個(gè)二極管切換網(wǎng)絡(luò)430、電阻R8、R14、R15和電容C2。該低通濾波器根據(jù)相位檢測(cè)器334輸出端336上的偏差信號(hào)，在其輸出端340上提供一個(gè)直流電平，該電平的大小正比于所述偏差信號(hào)的占空比。比較器348包括一個(gè)與比較器U6相同的電壓比較器U2，它根據(jù)鋸齒波發(fā)生器372的輸出端346上的鋸齒波信號(hào)和低通濾波器338的輸出端340上的平均偏差信號(hào)，在其輸出端350上產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，用于根據(jù)與鋸齒波相交的平均偏差信號(hào)將可控硅開(kāi)關(guān)元件321切換到導(dǎo)通的狀態(tài)。
當(dāng)基準(zhǔn)頻率信號(hào)和反饋頻率信號(hào)的相位相同時(shí)，具有三個(gè)狀態(tài)的相位比較器428產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的三狀態(tài)輸出。當(dāng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速低于所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，基準(zhǔn)頻率信號(hào)的相位超前于反饋頻率信號(hào)的相位，相位比較器428將根據(jù)相位超前的基準(zhǔn)頻率的上升邊沿產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向的信號(hào)。相位比較器428根據(jù)相位落后的反饋頻率的下一個(gè)上升的邊沿，使所述負(fù)向信號(hào)回到所述穩(wěn)定的三狀態(tài)輸出。類似地，當(dāng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于所需的轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋頻率的相位超前于基準(zhǔn)頻率的相位，相位比較器428根據(jù)相位超前的反饋頻率的上升邊沿，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向信號(hào)。相位比較器428根據(jù)相位落后的基準(zhǔn)頻率的F一個(gè)上升邊沿使該負(fù)向信號(hào)回到穩(wěn)定的三狀態(tài)輸出。這樣，三狀態(tài)相位比較器428就能夠根據(jù)反饋頻率信號(hào)的相位是超前還是落后于轉(zhuǎn)速指令基準(zhǔn)頻率信號(hào)的相位，產(chǎn)生出一系列負(fù)向脈沖型的信號(hào)或者正向脈沖型的信號(hào)。所述脈沖型信號(hào)的占空比正比于反饋頻率信號(hào)和基準(zhǔn)頻率信號(hào)之間的相移或相位差。
假如電機(jī)M的實(shí)際轉(zhuǎn)速等于由轉(zhuǎn)速指令信號(hào)所表示的所需轉(zhuǎn)速，反饋頻率信號(hào)的相位就會(huì)和基準(zhǔn)頻率信號(hào)的相位保持一種恒定的關(guān)系。相位比較器428處于其穩(wěn)定的三狀態(tài)輸出，切換二極管網(wǎng)絡(luò)430處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)，在這樣狀態(tài)下，二極管沒(méi)有被固定地導(dǎo)通或截止。然而，電容C2的充電在電壓比較器U2的一個(gè)輸入端上提供了一個(gè)電壓，當(dāng)它與另一電壓比較器的輸入端上的鋸齒波信號(hào)相交時(shí)，就會(huì)在輸出端350上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。該觸發(fā)脈沖在交流電源信號(hào)的每半個(gè)周期上使可控硅開(kāi)關(guān)元件321導(dǎo)通，為電機(jī)M提供足夠的電流來(lái)保持所需的轉(zhuǎn)速。根據(jù)電容C2的充電，電容C2此時(shí)可以具有一個(gè)由電阻R8、R15和二極管D5構(gòu)成的泄漏回路。
假如電機(jī)M的轉(zhuǎn)速減慢了，就會(huì)使表示轉(zhuǎn)速指令的基準(zhǔn)頻率信號(hào)的相位超前于反饋頻率信號(hào)的相位。這樣，根據(jù)基準(zhǔn)頻率信號(hào)的上升邊沿，所述三狀態(tài)相位比較器428就會(huì)在輸出端336上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向信號(hào)。該輸出信號(hào)使二極管D2導(dǎo)通，從而使電流流過(guò)電阻R14，這又使二極管D3、D4截止、二極管D5導(dǎo)通。二極管橋路430的這一狀態(tài)為電容C2提供了一個(gè)由電阻R8和R15組成的放電回路，使電容C2相對(duì)快速地放電，從而減小輸出端340(亦即電壓比較器U2的輸入端)上的電壓輻值。
這樣，當(dāng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速減小到低于所需轉(zhuǎn)速時(shí)，三狀態(tài)相位比較器428就會(huì)提供一個(gè)偏差信號(hào)，該信號(hào)是一系列負(fù)向脈沖型的信號(hào)，它減小了由低通濾波器338所產(chǎn)生的平均偏差信號(hào)的輻值。所述減小了的平均偏差信號(hào)在交流信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)的較前時(shí)間點(diǎn)上與鋸齒波信號(hào)相交，因此，電壓比較器U2在上述的較前時(shí)間點(diǎn)給三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)提供觸發(fā)脈沖。三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)321就會(huì)為電機(jī)提供更大的電流，從而增大電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，使之達(dá)到所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速。反饋頻率信號(hào)的下一個(gè)上升或正向邊沿將使三狀態(tài)相位比較器428回到其穩(wěn)定三狀態(tài)輸出。當(dāng)基準(zhǔn)頻率信號(hào)的相位超前于反饋頻率信號(hào)時(shí)，對(duì)于基準(zhǔn)和反饋頻率信號(hào)隨后的正向邊沿將重復(fù)所述過(guò)程。
在另一種情況下，亦即當(dāng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大于所須的轉(zhuǎn)速指令時(shí)，反饋頻率信號(hào)在相位上超前于基準(zhǔn)頻率信號(hào)。這樣，根據(jù)反饋頻率信號(hào)的正向上升邊沿，三狀態(tài)相位比較器428的輸出端336上將產(chǎn)生正向上升的信號(hào)，它使二極管D2、D5截止，使二極管D3、D4導(dǎo)通。此時(shí)，電容C2能夠使電流流過(guò)電阻R14，從而增大低通濾波器338的輸出端340上的電壓幅值。根據(jù)基準(zhǔn)頻率的下一上升邊沿，三狀態(tài)相位比較器使其輸出336回到三狀態(tài)穩(wěn)定輸出狀態(tài)，從而使二極管電橋回到穩(wěn)定狀態(tài)，停止通過(guò)電阻R14對(duì)電容C2進(jìn)行充電。當(dāng)反饋頻率信號(hào)超前于基準(zhǔn)頻率信號(hào)時(shí)，對(duì)于每一個(gè)反饋頻率的上升邊沿都將重復(fù)所述過(guò)程。這樣，當(dāng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速超過(guò)所需的轉(zhuǎn)速時(shí)，三狀態(tài)相位比較器428就會(huì)產(chǎn)生一系列正向上升脈沖型的信號(hào)，每一個(gè)這樣的脈沖都能夠使電容C2充電，從而增大了來(lái)自低通濾波器338的平均偏差信號(hào)的電壓幅值。當(dāng)平均偏差信號(hào)的電壓幅值增大時(shí)，該信號(hào)就會(huì)在產(chǎn)生鋸齒波的時(shí)間期間中的較遲時(shí)間點(diǎn)上與鋸齒波相交。因此電壓比較器U2就會(huì)在相對(duì)于鋸齒波信號(hào)的較遲時(shí)間點(diǎn)上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。該觸發(fā)脈沖將使驅(qū)動(dòng)器374中的MOSFET Q2在交流信號(hào)半個(gè)周期中的較遲的時(shí)間點(diǎn)上導(dǎo)通，從而減小流過(guò)電機(jī)的電流，因而也加降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。所述MOSFET Q2可以采用MOTOROLA公司出售的產(chǎn)品，其產(chǎn)品型號(hào)為2N7000。
適當(dāng)選取低通濾波器338中電阻R14和R15的阻值，使得當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電容C2的放電回路能夠讓該電容迅速地放電，因而快速地移動(dòng)可控硅開(kāi)關(guān)元件321的導(dǎo)通點(diǎn)，使流過(guò)電機(jī)的電流迅速增大。相反，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于所需的轉(zhuǎn)速時(shí)，系統(tǒng)中的物理力，例如摩擦力和其他損失等等，將會(huì)自然地降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，選取電路元件參數(shù)值以使得在電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)對(duì)電容C2的充電速度要慢得多，因?yàn)樗嬖诘纳鲜鑫锢砹τ兄跍p小電機(jī)的轉(zhuǎn)速。也可以認(rèn)為所述低通濾波器構(gòu)成了一個(gè)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。該濾波器響應(yīng)于來(lái)自相位比較器428的數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)的占空比代表了偏差頻率信號(hào)和基準(zhǔn)頻率信號(hào)之間的相位差，而濾波器所產(chǎn)生的直流電壓信號(hào)代表了該相位差的平均值。
在使用時(shí)，操縱者采用開(kāi)關(guān)382為電機(jī)M供電，采用開(kāi)關(guān)406和408來(lái)設(shè)定輸入指令，該指令代表了電動(dòng)緊固器所需的輸出動(dòng)力。如果采用可見(jiàn)或其他指示器來(lái)顯示操縱者的輸入指令，可以用電機(jī)的轉(zhuǎn)速、為工具所施加的力、由工具所驅(qū)動(dòng)的緊固件的大小等作為單位來(lái)予以標(biāo)定。例如，如果是用電動(dòng)緊固器作為電動(dòng)釘錘，用于將釘子打入2.0-3.5英寸，可以在每分鐘7000-15000轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在缺少可見(jiàn)指示器時(shí)，可以通過(guò)若干試驗(yàn)性的緊固件來(lái)確定所需的力。一旦確定了所需的輸入，就將保持該設(shè)定值，即使停止和重新啟動(dòng)工具也依然如此。當(dāng)采用工具來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)緊固件時(shí)，就會(huì)釋放出一個(gè)動(dòng)能脈沖，使飛輪30和電機(jī)M的轉(zhuǎn)速降低。相位探測(cè)器334將產(chǎn)生出一個(gè)較大的偏差信號(hào)，該信號(hào)是一個(gè)負(fù)向信號(hào)，具有較長(zhǎng)的脈沖寬度，因而使可控硅開(kāi)關(guān)元件321為電機(jī)提供最大的電流。電容C2迅速地放電，可控硅開(kāi)關(guān)元件321的導(dǎo)通點(diǎn)迅速地移動(dòng)，從而增大為電機(jī)所提供的電流。電機(jī)控制電路310能夠在大約500毫秒的時(shí)間內(nèi)使電機(jī)加速，使電機(jī)和飛輪達(dá)到可選用的最大轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增大，使得所需轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的差值減小時(shí)，可控硅開(kāi)關(guān)元件321改變其導(dǎo)通點(diǎn)，從而減小為電機(jī)提供的平均電流。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速和所需轉(zhuǎn)速相等時(shí)，基準(zhǔn)頻率信號(hào)和反饋頻率信號(hào)被鎖相，使基準(zhǔn)頻率信號(hào)的相位稍微落后于反饋頻率信號(hào)的相位并保持這樣的關(guān)系。電機(jī)控制電路310敏感于基準(zhǔn)頻率和反饋頻率之間的相位差，該相位差小于基準(zhǔn)頻率或反饋頻率的一個(gè)周期。這樣，通過(guò)在相位差的時(shí)域中控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電機(jī)控制電路310就能夠調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之保持在所選轉(zhuǎn)速的大約±1％的范圍之內(nèi)。
盡管上面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是這并不意味著本發(fā)明要受到這種詳細(xì)說(shuō)明的限制。本技術(shù)領(lǐng)域里的普通技術(shù)人員能夠在此基礎(chǔ)上作出進(jìn)一步的改進(jìn)。例如，本發(fā)明提供了一種性能優(yōu)良的緊固件電動(dòng)驅(qū)動(dòng)工具，該工具能夠以所需的頻率驅(qū)動(dòng)釘子和卡釘。即使是電機(jī)安裝手柄之中，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸將旋轉(zhuǎn)力傳遞給飛輪，本發(fā)明的工具也能夠有效地采用一個(gè)簡(jiǎn)單的飛輪和一個(gè)對(duì)普通電機(jī)進(jìn)行控制的電路來(lái)提供所需的飛輪轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速控制。該工具是通過(guò)安裝在手柄端部的電機(jī)來(lái)平衡的。改進(jìn)的起動(dòng)連桿方便了對(duì)工具的正常操縱。本發(fā)明也提供了一個(gè)驅(qū)動(dòng)或動(dòng)力單元，它能夠適用于具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)工作部件的各種不同的工具、器具和裝置。
此外，電源344可以通過(guò)對(duì)交流電流進(jìn)行半波整流或全波整流來(lái)實(shí)現(xiàn)。在兩種情況下，零點(diǎn)跨越檢測(cè)器368都響應(yīng)于所有的零跨越點(diǎn)，提供其頻率為120Hz的零點(diǎn)跨越脈沖。轉(zhuǎn)速指令電路326中的選擇開(kāi)關(guān)352可以用不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。開(kāi)關(guān)352可以是一個(gè)具有4個(gè)輸出端的開(kāi)關(guān)，其輸出可以被解碼成為10種選擇。所述4個(gè)開(kāi)關(guān)輸出可以和一個(gè)二進(jìn)制/十進(jìn)制轉(zhuǎn)換器相連接，為采用電壓控制的振蕩器提供10個(gè)電平。反饋?zhàn)兯推?60可以是任何能夠響應(yīng)于電機(jī)轉(zhuǎn)速、并提供其頻率正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)的裝置。比較器348和低通濾波器338可以用不同的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，只要能夠?yàn)殡娫撮_(kāi)關(guān)320提供觸發(fā)脈沖，該脈沖具有對(duì)應(yīng)于鋸齒波信號(hào)的前沿，而鋸齒波是轉(zhuǎn)速指令信號(hào)和反饋信號(hào)之間相位差的函數(shù)即可。
本發(fā)明的電機(jī)控制電路是結(jié)合對(duì)交直流兩用電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制來(lái)予以說(shuō)明的，該電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)安裝在手持工具中的飛輪。本發(fā)明的電機(jī)控制電路所具有的一些突出優(yōu)點(diǎn)不僅適合于所述用途，同樣也適合于其他的用途。本發(fā)明的電機(jī)控制電路可以在許多場(chǎng)合下用于控制任何交直流兩用電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明不應(yīng)限于所述的詳細(xì)說(shuō)明，其保護(hù)范圍應(yīng)由如下的權(quán)利要求來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)控制設(shè)備，用于同交流電源信號(hào)相連接的一系列交/直流電機(jī)的控制，該電機(jī)控制設(shè)備包括提供一個(gè)速度指令信號(hào)的電路，其中的速度指令信號(hào)具有代表所需電機(jī)轉(zhuǎn)速的基準(zhǔn)頻率；響應(yīng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)用于產(chǎn)生反饋信號(hào)的裝置，該反饋信號(hào)具有代表電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋頻率；響應(yīng)交流電源信號(hào)用于重復(fù)提供一種時(shí)間變化信號(hào)的裝置，該變化信號(hào)是交流電源信號(hào)每一個(gè)過(guò)零點(diǎn)的函數(shù)。響應(yīng)速度指令信號(hào)，反饋信號(hào)和時(shí)間變化信號(hào)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的裝置，該觸發(fā)脈沖作為基準(zhǔn)頻率和反饋頻率之間相位差的函數(shù)，在以相應(yīng)的時(shí)間變化信號(hào)為基準(zhǔn)的時(shí)間點(diǎn)上產(chǎn)生；連接在交流電源信號(hào)和電機(jī)之間的三端雙向可控硅裝置，它包含一個(gè)響應(yīng)觸發(fā)脈沖的觸發(fā)輸入端，用來(lái)控制施加到電機(jī)上的交流信號(hào)，使施加到電機(jī)上的交流電源信號(hào)成為誤差信號(hào)的一個(gè)函數(shù)，借此使實(shí)際的電機(jī)速度和要求的電機(jī)速度大致相等。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的裝置還包含響應(yīng)速度指令信號(hào)和反饋信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)相位誤差信號(hào)的裝置，該相位誤差信號(hào)是基準(zhǔn)頻率和反饋頻率相位差的函數(shù)；響應(yīng)時(shí)間變化信號(hào)和相位誤差信號(hào)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的裝置，其中每個(gè)觸發(fā)脈沖作為相位誤差信號(hào)的函數(shù)，在以相應(yīng)的時(shí)間變化信號(hào)為基準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)上被起動(dòng)。
3.一種用于電機(jī)控制設(shè)備的速度控制裝置，該電機(jī)控制設(shè)備同由交流電源的交流信號(hào)供電的通用交/直流電機(jī)相連，并包含一個(gè)三端雙相可控硅電源開(kāi)關(guān)和一個(gè)模擬基準(zhǔn)電路，該三端雙相可控硅電源開(kāi)關(guān)被連接在交流電源和電機(jī)之間，并包含一個(gè)用來(lái)控制加到電機(jī)上的交流信號(hào)的觸發(fā)輸入端；該模擬基準(zhǔn)電路響應(yīng)交流信號(hào)用來(lái)重復(fù)地提供斜坡信號(hào)，每個(gè)斜坡信號(hào)大致地在交流信號(hào)的每一個(gè)過(guò)零點(diǎn)重新起動(dòng)，該速度控制裝置包括一個(gè)輸入開(kāi)關(guān)電路，提供一個(gè)具有代表所需電機(jī)速度的電壓幅度的輸入信號(hào)；一個(gè)電壓控制的振蕩器，連接到輸入開(kāi)關(guān)電路上并提供一個(gè)速度指令信號(hào)，該信號(hào)具有一個(gè)作為輸入信號(hào)電壓幅度函數(shù)的基準(zhǔn)頻率；一個(gè)反饋?zhàn)兯推?，響?yīng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)提供一個(gè)反饋信號(hào)，該信號(hào)具有一個(gè)代表電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋頻率；一個(gè)相位探測(cè)器，響應(yīng)速度指令信號(hào)和反饋信號(hào)提供一個(gè)代表基準(zhǔn)頻率和反饋頻率相位差的相位誤差信號(hào)；一個(gè)低通濾波器，響應(yīng)相位誤差信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)平均的相位誤差信號(hào)；一個(gè)比較器，它與電源輸入電路和低通濾波器連接，并響應(yīng)每一個(gè)斜坡信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，每一個(gè)觸發(fā)脈沖作為平均相位誤差信號(hào)的函數(shù)具有一個(gè)相對(duì)于相應(yīng)的斜坡信號(hào)的前沿，使得施加到電機(jī)上的交流信號(hào)是相位誤差信號(hào)的函數(shù)，借此使基準(zhǔn)頻率和反饋頻率之間保持零相位差，使實(shí)際的電機(jī)轉(zhuǎn)速近似地與所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速相等。
4.一個(gè)電機(jī)控制設(shè)備，它同由交流電源的交流信號(hào)供電的通用交/直流電機(jī)相連接，該電機(jī)控制設(shè)備具有一個(gè)連接在交流電源和電機(jī)之間的三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)，該電源開(kāi)關(guān)包含一個(gè)控制施加到電機(jī)的交流信號(hào)的觸發(fā)器輸入端；該電機(jī)控制設(shè)備響應(yīng)交流信號(hào)并與交流信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)同步地重復(fù)起動(dòng)斜坡信號(hào)，每一個(gè)斜坡信號(hào)具有一個(gè)同交流信號(hào)過(guò)零點(diǎn)之間的持續(xù)時(shí)間大致相等的持續(xù)時(shí)間，該電機(jī)控制設(shè)備還包括一個(gè)速度指令電路，可選擇提供多個(gè)速度指令信號(hào)中的任一個(gè)信號(hào)，這些指令信號(hào)都有一個(gè)基準(zhǔn)頻率，每個(gè)基準(zhǔn)頻率代表多個(gè)可以選擇的所需電機(jī)轉(zhuǎn)速的一個(gè)選擇；一個(gè)響應(yīng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)并提供反饋信號(hào)的反饋電路，其中的反饋信號(hào)具有代表電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋頻率；一個(gè)同三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)的觸發(fā)輸入端相連接的比較器電路，它響應(yīng)斜坡信號(hào)，多個(gè)速度指令信號(hào)中的之一和反饋信號(hào)，用來(lái)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，該觸發(fā)脈沖作為基準(zhǔn)頻率和反饋頻率之間相位差的函數(shù)被起動(dòng)，從而可用觸發(fā)脈沖來(lái)開(kāi)關(guān)三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)，將作為相位差函數(shù)的交流信號(hào)施加到電機(jī)上，借此使實(shí)際的電機(jī)轉(zhuǎn)速同需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速近似相等。
5.如權(quán)利要求4所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中速度指令電路包含一個(gè)輸入開(kāi)關(guān)電路，提供具有某一電壓幅度的輸入信號(hào)，該電壓幅度代表一個(gè)所要求的多個(gè)可選擇的電機(jī)轉(zhuǎn)速之一；一個(gè)電壓控制的振蕩器，它響應(yīng)輸入信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)速度指令信號(hào)，該信號(hào)是多個(gè)具有基準(zhǔn)頻率的速度指令信號(hào)之一。
6.如權(quán)利要求4所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中比較器電路包含一個(gè)相位探測(cè)器，它響應(yīng)速度指令信號(hào)和反饋信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)相位誤差信號(hào)，該信號(hào)具有一個(gè)與基準(zhǔn)頻率和反饋頻率之間的相位差成正比的占空度；一個(gè)脈沖發(fā)生器，它響應(yīng)斜坡信號(hào)和相位誤差信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，該觸發(fā)脈沖隨每個(gè)斜坡信號(hào)的發(fā)生而發(fā)生。
7.如權(quán)利要求6所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中相位探測(cè)器是一個(gè)三態(tài)相位比較器，它產(chǎn)生一系列脈沖，包括代表速度指令信號(hào)和反饋信號(hào)之間的一個(gè)第一相位差的正脈沖和代表速度指令信號(hào)和反饋信號(hào)之間的一個(gè)第二相位差的負(fù)脈沖，
8.如權(quán)利要求7所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中第一相位差是響應(yīng)反饋信號(hào)滯后于速度指令信號(hào)而產(chǎn)生的，第二相位差是響應(yīng)反饋信號(hào)超前速度指令信號(hào)而產(chǎn)生的
9.如權(quán)利要求6所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中比較器電路還包含一個(gè)低通濾波器，它響應(yīng)相位誤差信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)平均的相位誤差信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中低通濾波器還起數(shù)模轉(zhuǎn)換器的作用。
11.如權(quán)利要求9所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中的脈沖發(fā)生器還包含一個(gè)比較器，它響應(yīng)斜波信號(hào)和平均相位誤差信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，每個(gè)觸發(fā)脈沖作為相位誤差信號(hào)平均值的函數(shù)，在一個(gè)相應(yīng)的斜坡信號(hào)期被起動(dòng)。
12.如權(quán)利要求11所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中每個(gè)觸發(fā)脈沖具有一個(gè)作為相位誤差信號(hào)函數(shù)而決定的脈寬。
13.如權(quán)利要求4所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中速度指令回路有選擇地提供多個(gè)速度指令信號(hào)其中之一，它代表一個(gè)在大約7000轉(zhuǎn)/分到15000轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)的一個(gè)要求的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
14.如權(quán)利要求4所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中所述的比較器電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖加到三端雙向可控硅上，使得實(shí)際電機(jī)速度在不大于約500毫秒內(nèi)同要求的電機(jī)速度大體相等。
15.如權(quán)利要求4所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中比較器電路維持實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速在百分之一的近程度上等于要求的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
16.一個(gè)電機(jī)控制設(shè)備，用于對(duì)交流電源的交流信號(hào)作出響應(yīng)的交/直流通用電機(jī)，該電機(jī)控制設(shè)備包括一個(gè)速度指令電路，在多個(gè)速度指令信號(hào)中有選擇地提供其中之一，該信號(hào)具有一個(gè)基準(zhǔn)頻率，在多個(gè)可選擇的所需的電機(jī)速度中，該頻率代表其中一個(gè)速度；一個(gè)反饋電路，響應(yīng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)反饋信號(hào)，該信號(hào)具有一個(gè)代表電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋頻率；一個(gè)比較器電路，根據(jù)多個(gè)速度指令信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)和反饋信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)相位誤差信號(hào)，該信號(hào)是基準(zhǔn)頻率和反饋頻率之間相位差的函數(shù)；一個(gè)模擬基準(zhǔn)電路，響應(yīng)交流信號(hào)并且重復(fù)地提供與交流信號(hào)的每一個(gè)過(guò)零點(diǎn)同步的斜坡信號(hào)；一個(gè)脈沖發(fā)生器，響應(yīng)斜坡信號(hào)和相位誤差信號(hào)提供一系數(shù)觸發(fā)脈沖，這些脈沖的發(fā)生頻率由斜坡信號(hào)決定，并且每一個(gè)觸發(fā)脈沖作為相位誤差信號(hào)的函數(shù)在相應(yīng)的斜坡信號(hào)期間被起動(dòng)；一個(gè)三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)，連接在交流電源和電機(jī)之間，控制送入電機(jī)的電流信號(hào)，該三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)具有一個(gè)觸發(fā)輸入端，它響應(yīng)觸發(fā)脈沖控制該三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)的通斷，借此交流信號(hào)作為誤差信號(hào)的函數(shù)被施加到電機(jī)上，從而使實(shí)際的電機(jī)轉(zhuǎn)速同多個(gè)所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速中的一個(gè)轉(zhuǎn)速近似相等。
17.如權(quán)利要求16所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中的比較器電路包含一個(gè)相位探測(cè)器，響應(yīng)速度指令信號(hào)和反饋信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)相位誤差信號(hào)，該信號(hào)具有一個(gè)同基準(zhǔn)和反饋頻率之間的相位差成正比的占空度；一個(gè)脈沖發(fā)生器，響應(yīng)斜坡信號(hào)和相位錯(cuò)誤信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，該觸發(fā)脈沖對(duì)斜坡信號(hào)的每次發(fā)生作出響應(yīng)。
18.如權(quán)利要求17所述的電機(jī)控制設(shè)備，其中的相位探測(cè)器是一個(gè)三狀態(tài)相位比較器，它產(chǎn)生一系列脈沖，包括代表速度指令信號(hào)和反饋信號(hào)之間第一相位差的正脈沖，和代表速度指令信號(hào)與反饋信號(hào)之間第二相位差的負(fù)脈沖。
19.一個(gè)電機(jī)控制設(shè)備，用于響應(yīng)來(lái)自交流電源的交流信號(hào)的一種通用交/直流電機(jī)，該電機(jī)控制設(shè)備包括一個(gè)三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)；一個(gè)速度指令電路，用于提供一個(gè)指令信號(hào)，該信號(hào)具有一個(gè)代表所要求的電機(jī)速度的基準(zhǔn)頻率；一個(gè)反饋電路，響應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)反饋信號(hào)，該信號(hào)具有一個(gè)代表電機(jī)實(shí)際速度的反饋頻率；一個(gè)比較器電路，同三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)連接，并響應(yīng)指令信號(hào)和反饋信號(hào)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，該觸發(fā)脈沖作為基準(zhǔn)頻率和反饋頻率之間相位差的函數(shù)被起動(dòng)，由此用該觸發(fā)脈沖通斷三端雙向可控硅電開(kāi)關(guān)，將交流電流作為上述相位差的函數(shù)施加到電機(jī)上，從而使電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和所要求的電機(jī)轉(zhuǎn)速近似相等。
全文摘要
通過(guò)用三端雙向可控硅電源開(kāi)關(guān)通斷交流信號(hào)的相位角來(lái)控制一系列通用交/直流電機(jī)，提供一種鎖相環(huán)速度控制的電機(jī)控制設(shè)備。一個(gè)速度指令電路提供一個(gè)同選定的電機(jī)速度相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)頻率。將基準(zhǔn)頻率同代表實(shí)際電機(jī)速度的反饋頻率相比較。將代表基準(zhǔn)和反饋頻率之間相位差的誤差信號(hào)同交流電源產(chǎn)生的斜坡信號(hào)相比較，并產(chǎn)生用于控制三端雙向可控硅電開(kāi)關(guān)的觸發(fā)脈沖，借此調(diào)整電機(jī)的速度。
文檔編號(hào)H02P25/02GK1115134SQ9510175
公開(kāi)日1996年1月17日 申請(qǐng)日期1995年1月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月5日
發(fā)明者埃里克·D·亨特 申請(qǐng)人:Sen公司