具有测量转矩电路的电动机 本发明涉及一种具有测量转矩电路的通用电动机。在已有技术中，电机转矩是通过一条电机电流需要量主回路的支路间接测量的。一个电机保护电路利用该转矩或负载转矩控制电动机的工作，当出现过载时中断电机的运转。人们使用的电动螺钉固紧机中的电机常常出现这样的问题：在抑制状态，小转矩不能准确地加以调节，因为实际上电流信号较小，强度变弱，并且该电流随温度变化。此外，通常比在恒定负载转矩时流过工作点的电流大的起动电流必须受到抑制，必要时需要一个较大的转矩作为所希望的剪切力矩。然而，这个较大的转矩会立刻切断电动机或螺钉紧固装置，这是为保护电机而出现的并非所愿的操作。采用电机电流或起动电流时还存在一个问题，即电枢电流不仅取决于负载转矩，还取决于磁场绕组上产生的电压降以及电机的转数。如果保护电路具有一可瞬间绕行的有关的延时电路，才能在电机阻断的情况下重新恢复电机的运转。这种缺少电机保护的情况是所不希望地。另外，在测量电机电流时，电机的有效电阻加热，使转矩下降。
本发明的电动机具有以下优点，它在小转矩的情况下也能实现精确的停转动作，因为本发明不是测量电机电流，而是测量转数差，转数差根据从动轴上的加载情况而产生。通过将该转数差与预定的额定转数差的分析比较，更容易和更准确地获得与确定的负载转矩有关的转速下降数据，它反映了电机电流的变化，但与电机的工作电压或温度无关。
本发明的电动机的另一个优点在于：在一个存储器内列有一张参考表，其中存放了额定转数和转数差负载转矩。这张表可以通过实验很容易地测出，从而能够适用于各种电机类型，无需经过复杂的换算。
如果采用一种算法能直接算出负载转矩，将明显节约存储空间，则控制装置的制造成本将更加节省和合理。
如果采用一种比例调节器获得与负载转矩成正比的转数下降量，则可避免通过负载转矩进行的难免有缺陷的转矩测量，这种误差是由于电机电流的非线性特性所导致的。
另外，连接一个温度传感器进行控制或调节是有益的，根据温度值对测出的负载转矩加以修正。尤其值得推荐的是采用一微处理机实现负载转矩测量的控制。微处理机成本不高，而且非常适于调节和控制用。
另一个优点是：利用一修正系数对负载转矩的集合的存储值进行修正。针对各种不同的电机类型，使用一种标准存储功能块，其内存有通过实验得到的某确定电机的实测数据。对于其他电机，可将这个数据与有关的修正系数相乘，该乘积用于覆盖已有的整套产品系列。
这种电动机一般用于电动手持式工具，特别适用于打孔机或螺钉紧固机。对于螺钉紧固机来说，往往先在较低转数下拧紧螺母，直到达到预定的额定转矩。由于在拧紧螺母时的转数很小，公知的通过电机电流消耗量确定转矩的方法是不精确的。
附图中给出了本发明的实施例，该实施例将在下面予以说明。图1是一电路的方框图，图2是第一曲线，图3是第二曲线，图4是一控制器的方框图，图5是一流程图，图6是一调节器。
图1是一电路方框图，包括电动机1，它与一控制器2(也可用调节器构成)相连接，并受其控制工作。在电动机的电枢轴上装有一测量电机转数的传感器4，这个传感器最好采用一种转速发讯器；它提供一正比于电枢轴的转数的电压。传感器4测知电动机当时的实际转数，它向控制器2的输入端提供该信号，而控制器2的另一输入端上得到额定转数信号nsoll，这个信号是由发送器3提供的。图1的电路用于一电动手持式工具中，如钻孔机或螺钉紧固机。控制器2是常规电路，发送器3可采用对钻孔机的预先规定转数的调整元件。
图2是描绘转数n与负载转矩MLast关系的曲线图。电机1相对于不同的电压u1，u2，u3具有各自的电机特性曲线，在电动工具中一般使用一个调节器，它根据限定的特性范围保持转数恒定，不受负载变化的影响。例如，在转数的允许范围内，可以相对于发送器3预定的额定转数n1soll保持在一大致恒定的转矩M1上。实际上，在采用调节器时，没有I分量，会出现一个确定的额定转数n1soll的偏差量，因此在这种情况下，实际转数n1ist低于额定转数n1soll。这一差别基本上取决于所使用调节器类型的放大因子。假如不使用调节器的话，则与所示的曲线u1，u2，u3相关的转数曲线将随着负载的增加而递减。
图3中根据两个转数n1，n2再次说明上述关系。本例中采用一比例调节器(P-调节器)，使转数下降与负载变化成正比。这体现在与额定转数n1soll及n2soll有关的曲线n1ist和n2ist中。从这些曲线还可得出：当前负载转矩M1处的转数下降量ΔX1要大于小转数n2时的转数下降量ΔX2。本发明注意到这个给定额定转数的影响，这些转数下降量ΔX1，ΔX2与额定转数n1soll，n2soll有关。
对ΔX1，ΔX2的计算最好用控制电路2进行，控制器的电路方框图示于图4中。它包括一计算器41，该计算器与一存储器42连接。计算器的输入端接收到额定转数n1soll，n2soll信号及实际转数n1ist，n2ist信号。在它的输出端上提供一控制信号，发送到一中断装置43。中断装置43具有一个开关或一个执行机构，它与一个公知的调节器44相连接。调节器44采用相位边际控制结构，用于控制电机1的导通角。
根据图5的流程图，现在说明该装置的功能。在位置51处，向计算器41输入额定转数n1soll，n2soll和实际转数n1ist，n2ist。计算器41在位置52处计算出与当前的额定转数之差ΔX＝(nsoll-nist)。将当前的额定转数及差值ΔX都存入中间寄存器内。在位置53处，将上述计算结果与某确定电机类型的修正因子K相乘。这个修正因子K可体现一个确定电机类型的功率、特性曲线族，温度比等。这个K因子在出厂时是预先给定的。但是它也是可选择的，从而能以简易方式作用于电机的剪切力矩。在位置54处，使用存在存储器42中的一种算法规则或一张表获得属于负载转矩M1的转数差和额定转数。在询问框55处，检验负载转矩M1是否大于或小于极限转矩MGrenz。如果M1小于MGrenz，则程序转回位置51。如果M1等于或大于极限转矩，则在位置56处停止电机运转，发出一信号或转换到另一电流值或转数值。
由于对于某一确定的电机类型而言，关于额定转数和转速变化只能具有一种负载转矩，因此即使很小的转矩变化也能被检测出来。
根据本发明的另一方案，计算器41与一个温度传感器43相连接，它利用修正因子kt根据电机温度或周围温度或电机温度和周围温度之差校正已测知的负载转矩。
由于使用P-调节器，转数相对于负载近似正比地下降，可将其作为第一近似值列入下列公式中：(M1ast＝a(nsoll-nist)，其中a是比例因子，适用于调节器与电动机相连接的情况，这个因子a的值可根据经验给出。
图6表示一个用微处理器60构成的调节器。它具有信号处理电路61，它与转数nsoll，nist的及温度计和转矩的发送器/传感器相连接。信号处理器61的输出端连接一调节器62，后者又与一个执行机构63连接。信号处理器还与一个存储器64连接，用于存放参考值，信号处理器通过一中断线路连接到执行机构63。