专利名称：制动电机的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种制动电机的装置和方法，特别是涉及制动在电动工具和设备中使用的普通型的线绕或通用电机的装置。
电动工具和设备中具有不使用特定绕组的电动制动系统的电机是众所周知的。在某些工具，如圆锯中，正常的非制动停止时间太长，这是因电机转子和功能件(如，圆锯锯片)的惯性作用所致。
在普通的自激电动制动系统中，“接通”开关或起动器的释放同时或连续地中断接入工具的电源和使绕组中的极性反相，以致借助定子中剩磁场的帮助产生自激电磁场力，以反抗电机转子在原转动方向上的连续旋转，从而能够比通常的风阻力和摩擦力更快地停止旋转。
然而，该系统只有当定子磁场中保持剩磁通时才有效。如果剩磁通未保持，则不产生自激电磁场。此时，制动只能靠正常的风阻力和摩擦力来实现。
本发明的目的是提供一种确保定子场中剩磁通值的装置。
本发明的目的通过提供一个用于制动具有转子及运转和制动线圈的电机的制动电路来实现，该制动电路包括一个设置在电源与第一运转线圈之间的开关电路，该开关电路可操作中断第一运转线圈与电源的连接。该制动电路进一步包括一个可操作连接第一制动线圈以便制动电机的开关机构。该开关机构在经过自第一运转线圈中断起的预定时间后连接第一制动线圈。
本发明的其它方面和优点将会从下面的说明和权利要求书中得知。
附图示出了根据原理的实际应用的本发明的最佳实施例，其中
图1是根据本发明的斜锯的前视图；图2是体现本发明的斜锯的局部剖面前视图，它展现了经锯电机和驱动轴轴线的垂直面；图3是沿图2的III-III线部分截取的剖面俯视图；图4是本发明第一实施例的线路图；图5是本发明第一实施例的另一种线路图；图6是本发明第二实施例的线路图7是第二实施例的另一种线路图；图8是根据本发明的控制开关的左视图；图9是沿图8的IX-IX线的控制开关的底视图；图10是沿图9的X-X线的控制开关的顶视图；图11是沿图9的XI-XI线的控制开关的左侧剖面图；和图12是开关动作后控制开关的左侧剖面图；下面的说明可以在各种电动工具或设备上实现。为了叙述方便，下面的说明将以在现有的普通结构的斜锯中中作为实施例详细说明本发明。然而，本领域的熟练人员应该明白本发明可以在任何一种包含通用电机的电动工具，例如，便携式圆锯、台锯、电钻、钻床中容易地实现。
参见图1，本发明的典型的斜锯10包含一个基座组件12，基座组件12包含一个用于调整各种切割方式的可旋转的工作台组件13。锯10还包含一个由电机17驱动的并由锯片护罩部分封闭的锯片14，和一个提手18。提手18可以在工件切割中允许操作者把锯片14和锯片护罩从工件的未锯位置移动到锯片14的切割位置。
参见图2，电机17通过驱动轴15来驱动锯片14。电机10和驱动轴15被部分地放置在机架19中。转子22由轴承28、30轴承连接的轴延伸部24、26转动支撑。转子22的绕组部分32包括与整流子36的整流子片或汇流条34按现有方式连接的按常规方式布置的转子绕组(未示出)。转子轴延伸部26支撑和驱动风扇38。励磁外壳16通过螺纹固定器42的连接由通风端罩40封闭。
呈现贯穿电机轴线的水平面的图3展现了关于整流子36的更多细节。一对完全相反的电刷50、52分别由弹簧54偏置，它们支撑整流子36的整流子片34。每个电刷在电刷架56中自由地径向滑动。电刷架56由绝缘的电刷盒或罩58支撑。用电刷架连接件59实现从电刷到定子的整流子端46的电连接。(相似的电刷架和罩的结构在Lentino等人的美国专利第4,963,779中作了更详细地说明，其代理人承担了本发明的代理工作)。弹性垫60有助于保持相对于整流子36和定子组件的整流子端46的电刷盒和电刷的轴向位置和电连接。
如图4的线路图所示，锯电机最好是串联绕组型的，通常称作通用型的电机。图中由字母R表示的运转励磁线圈可与转子22、电源64的普通电源、开关电路91串联连接。在实施例中，运转线圈被分成与转子22两端电连接的两个部分；它包括第一和第二运转线圈66、68，并分别与由电刷50、52代表的转子的第一和第二端连接。每个运转线圈具有第一和第二端或端子；它们是用于第一运转线圈66的70、72。和用于第二运转线圈68的74、76。
电机还包括为电动制动功能设置的并由(图4中)字母B表示的第二励磁线圈。制动线圈B可与转子22并联连接。在与运转线圈相似的布线方面，制动线圈由分别与由电刷50、52代表的转子22的第一和第二端连接的第一和第二励磁线圈78、80组成。每个制动励磁线圈78、80分别具有第一和第二端或端子82、84和86、88。
电机的运转方式与制动方式之间的切换由适当的(例如，图4所示的电机控制开关90提供的)切换结构实现。电机控制开关90最好由三个单极单掷开关组成。三个开关最好安装在单个本体上。如图4所示，开关90a常闭，而开关90b和90c常开。三个开关最好一起连接，以便当同掷时它们可以连续地或同时地改变状态。然而，本领域的熟练人员将会明白本发明可以用三个分离开关实现，这三个分离开关可以互连或不互连。
电机连接由下述的适当导体完成从开关电路91到第二运转线圈第二端子76的导体92；从第二运转和第二制动线圈第一端子74、86到转子22第二端52的导体94a和94b；从转子第一端50到第一运转和第一制动线圈第一端子70和82的导体96a和96b；从第一运转线圈第二端子72到开关触点100的导体98；从开关端子104到电源64的导体102；从开关触点108到第二制动线圈第二端子88的导体106；和从第一制动线圈第二端子84到开关端子112的导体110。
图5是与图4所示电路相同的电路图。不同之处在于开关90a和90b和90c在视图上是分离的。然而，本领域的熟练人员将会明白本发明可以用分离开关实现。
图6所示的第二实施例在许多方面与第一实施例非常相似。然而，第二实施例与第一实施例不同之处在于第一运转和制动线圈被一起安装在第一极上，而在第一实施例中第一极安装了第一运转和第二制动线圈(对应不同，当然，也可以应用相应的第二极)。
参见图6，第一和第二运转线圈66`、68`与由电刷50`，52`表示的转子22`的第一和第二端串联连接。每个运转线圈分别具有第一和第二端子用于第一运转线圈66`的端子70`、72`；用于第二运转线圈68`的端子74`、76`。
第一和第二制动励磁线圈78`、80`与由电刷50`、52`表示的转子22`的第一和第二端串联连接。每个制动励磁线圈78`、80`分别具有第一和第二端子82`、84`和86`、88`。
三层单极单掷电机控制开关用于运转方式与制动方式间的切换。电机连接由下述的适当导体完成从开关电路91`到第二运转线圈第二端子76`的导体92`；从第二运转和第二制动线圈第一端子74`、86`到转子22`第二端52`的导体94a`和94b`；从转子第一端50`到第一运转和第一制动线圈第一端子70`和82`的导体96a`和96b`；从第一运转线圈第二端子72`到开关触点100`的导体9`8；从开关端子104`到电源64`的导体102`；从开关触点108`到第一制动线圈第二端子84`的导体106`；和从第二制动线圈第二端子88`到开关端子112、的导体110`。
图7是与图6所示电路相同的电路。其区别仅在于开关90`a、90b`、90c`是分离的。
图4至图7示出了优选开关电路91、91`。开关电路的连接分别由下面的适当导线完成从电源64、64`至节点105、105`的导线103、103`；在节点105、105`与开关端子109、109`之间设置的电阻R1、R1`；从节点105、105`至可控硅T1、T1`的导线113、113`；把开关端子111、111`连接到控硅触发极的导线115、115`；和把可控硅输出极连接到第二运转线圈第二端子76、76`的导线92、92`。
对斜锯来说，R1、R1`最好为390欧姆和具有0.5瓦特的额定值。此外，可控硅T1、T1`可以是具有16A，400V额定值的适当可控硅。这样的一种可控硅由SGS-Thomson，BTB16-600BW制造.
本领域的熟练人员应该明白可控硅T1\T1`除了用开关90c\90c`触发外还可以用其他装置触发，例如，计算机可以发送一个触发可控硅的信号。同样，本领域的熟练人员应该明白除了可控硅外其它装置也可以选通电流。
为了在定子场中保持剩磁通值，控制开关最好被制造成使三个开关90a、90b、90c和90a`、90b`、90c`根据预定的瞬时顺序来打开和闭合。例如，当使用者释放电机控制开关90、90`(图4至图7所示的常闭或制动状态)时，开关90c、90c`在开关90b、90b`打开之前打开。当开关90c、90c`打开时，则传送使开关90b、90b将在预定时间后打开的信号。该信号用于控制可控硅T1、T1`关闭。在连续的线路过零的情况下，可控硅T1、T1`在电流过零处变换成关闭状态。这样就保证了定子场中的剩磁通。
本领域的熟练人员将会注意到在开关90c、90c`打开时的时间与开关90b、90b`打开时的时间之间会出现延迟。该延迟时间足以使可控硅在电流过零处变成关闭状态。
当开关90b、90b`打开时，开关90a、90a`闭合以连接制动线圈78、80。由于定子场中的剩磁通的作用，使制动电流初始化。
在定子中剩磁场出现的条件下(运转条件)，经转子和场线圈产生反向再生直流电。该电流是反转子旋转方向的电流，其作用是减慢和停止转子旋转。旋转停止比工具依靠风阻力和摩擦力“滑行”停止快得多。
开关电路91、91`还具有因某些其它原因带来的优点。首先，剩磁通通常高于无载值，以便制动电流的更好控制。这有助于控制制动电流和延长电刷寿命。
此外，由于可控硅用于接通和切断电机电流，因此电机控制开关90不中断主电机电流。由于没有电弧，因此延长了开关的寿命。
对斜锯来说，当使用者释放控制开关90、90`时，开关90c、90c`最好在开关90b、90b`打开之前打开10毫秒至500毫秒，以维持短的制动时间。此外，为了确保被控制动，开关90a、90a`在自开关90b、90b`打开起的100毫秒的时间内关闭。
介绍电机控制开关90、90`闭合时的时间与开关90c、90c`闭合时的时间之间的瞬时延迟也许是有用的，尽管它不是本发明适当应用所必需的。为了确保电机的正确启动，开关90a、90a`应该在开关90b、90b`闭合之前打开。
此外，为了确保开关90b、90b`不中断主电机电流，开关90b、90b`应在开关90c、90c`闭合之前闭合。换句话说，由于开关90c、90c`打开，因此没有电流流过可控硅T1、T1`，或开关90b、90B`。当可控硅T1、T1`被开关90c、90c导通时，电流将只流过开关90b、90b`。对于斜锯来说，开关90c、90c`在开关90b、90b`闭合后的约150毫秒内闭合。再者，由于可控硅T1、T1`接通和切断电机电流，因此开关90b、90b`不中断主电机电流。由于没有电弧，从而延长了开关的寿命。
本发明的另一个方面是含有控制开关90、90`。如上所述，控制开关最好是三层单极单掷开关。图8示出了这种开关的实施例。开关90具有两个主要部件开关接触架200和开关接触扳机机构300。
参见图10，开关接触架200装有开关90a对应的接触端子(108和112)，以及端子延伸部(108c和112c)。当辅助触点连接端子延伸部108c和112c时开关90a将闭合。同样，架200分别装有开关90b、90b`的接触端子(100和104；109和111)和端子延伸部(100c和104c；109c和111c)。由绝缘材料(如，塑料)制造的壁201和202确保端子延伸部不接触另一个开关的端子延伸部。
参见图8，开关接触扳机机构300具有与盖架302枢轴连接的扳机301。销302可用于该枢轴连接。扳机301绕销302转动。此外，扳机301与滑动汇流条309枢轴连接(图11)。销303可用于该枢轴连接。
参见图8和图11，开关接触扳机机构300还具有过中心机构，过中心机构包含一个与盖架302枢轴连接的移动接触底板307。销320可用于该枢轴连接。接触底板307绕销320转动。此外，弹簧310在配件321处与滑动汇流条309固定连接并与接触底板307固定连接。过中心机构的工作情况将在下面说明。
参见图9，接触底板307具有三个辅助触点(90ac，90bc，90cc)。当接触底板307绕动时，这些辅助触点桥接对应的端子延伸部以便闭合相应的开关，或者中断与对应的端子延伸部的接触以便打开相应的开关。
参见图11，当按下扳机301时，扳机301以X方向绕销302转动。由于扳机301与滑动汇流条309枢轴地连接，因此滑动汇流条309以Y方向水平移动。导座305(图9)起协助作用，以确保滑动汇流条309的线性运动。
当滑动汇流条309以Y方向运动时，弹簧310被压缩，直到配件321经过轴销320的下面。然后，弹簧310迫使接触底板307以方向Z绕销320转动。图12示出了接触底板307转动时各部件的位置。
当接触底板307绕动时，辅助触点90ac、90bc、90cc滑入和滑出相应的端子延伸部，以闭合或打开对应的开关。通过选择辅助触点的相应长度和位置以及端子延伸部的相应位置，可以使开关的顺序和定时最佳，以便在机械部件的公差参数内提供期望的定时。
例如，如图9和图10所示，辅助触点90ac桥接端子延伸部108c和112才，以闭合开关90a。当接触底板307以方向Z绕动时，开关90a被打开，这是因为辅助触点90ac已经从端子延伸部108C和112c滑出。
此外，由于辅助触点90bc滑入端子延伸部100c和104c，因而使开关90b闭合。当接触底板307连续绕销320转动时，由于辅助触点90cc滑入端子延伸部109a和111c，从而使开关90c闭合。本领域的熟练人员将会明白相对于辅助触点90cc的辅助触点90bc的长度和位置以及相对于端子延伸部109c和111c的端子延伸部100C和104c的长度将确保开关90b在开关90c之前闭合。
此外，通过选择弹簧310的K值，接触底板307的旋转速度可以增加或减小，以在机械部件公差参数的范围内提供期望的定时。如果需要的话，还可以在导圈305与接触底板307之间的滑动汇流条309上设置第二弹簧。
本领域的熟练人员可以识别所公开装置的其它替代物，例如，具有计算机触发器的不使用电机控制开关90、90`的其它开关装置。然而，这些补充和/或替换都应该被认为是本发明的等效代换。
权利要求
1.一种用于制动包括转子、第一运转线圈和第一制动线圈的电机的制动电路，制动电路包括一个设置在电源与第一运转线圈之间的开关电路，该开关电路可操作中断第一运转线圈与电源的连接。
2.根据权利要求1所述的制动电路，其特征在于进一步包括一个可操作连接第一制动线圈以便制动电机的开关机构。
3.根据权利要求2所述的制动电路，其特征在于开关机构在经过自第一运转线圈中断起的预定时间后连接第一制动线圈。
4.根据权利要求2所述的制动电路，其特征在于开关机构具有第一、第二和第三组触点。
5.根据权利要求4所述的制动电路，其特征在于所述的第一组触点设置在第二运转线圈与电源之间。
6.根据权利要求5所述的制动电路，其特征在于所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间。
7.根据权利要求6所述的制动电路，其特征在于第二组触点在经过自第一组触点的断开起的预定时间后闭合。
8.根据权利要求4所述的制动电路，其特征在于所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间。
9.根据权利要求4所述的制动电路，其特征在于第三组触点设置在开关电路内。
10.根据权利要求4所述的制动电路，其特征在于开关电路包括半导体器件。
11.根据权利要求9所述的制动电路，其特征在于第三组触点设置在半导体器件与电源之间。
12.根据权利要求9所述的制动电路，其特征在于半导体器件具有触发器和设置在触发器与电源之间的第三组触点。
13.根据权利要求12所述的制动电路，其特征在于所述的第一组触点设置在第二运转线圈与电源之间，所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间，第二组触点在经过自第一组触点断开起的预定时间后闭合。
14.根据权利要求13所述的制动电路，其特征在于所述的第三组触点在第一组触点打开之前触发半导体器件。
15.根据权利要求1所述的制动电路，其特征在于开关电路包括一个半导体器件。
16.根据权利要求15所述的制动电路，其特征在于所述的半导体器件是可控硅。
17.一种锯，包括一个驱动锯片的电机，所述的电机包括一个转子、一个第一运转线圈和一个第一制动线圈；一个包括设置在电源与第一运转线圈之间的开关电路的制动电路，所述的开关电路可操作中断电源与第一运转线圈的连接。
18.根据权利要求17所述的锯，其特征在于进一步包括一个可操作连接第一制动线圈以便制动电机的开关机构。
19.根据权利要求18所述的锯，其特征在于开关机构在经过自第一运转线圈中断起的预定时间后连接第一制动线圈。
20.根据权利要求18所述的制动电路，其特征在于开关机构具有第一、第二和第三组触点。
21.根据权利要求20所述的制动电路，其特征在于所述的第一组触点设置在第二运转线圈与电源之间。
22.根据权利要求21所述的制动电路，其特征在于所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间。
23.根据权利要求22所述的制动电路，其特征在于第二组触点在经过自第一组触点断开起的预定时间后闭合。
24.根据权利要求20所述的制动电路，其特征在于所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间。
25.根据权利要求20所述的制动电路，其特征在于第三组触点设置在开关电路内。
26.根据权利要求20所述的制动电路，其特征在于开关电路包括半导体器件。
27.根据权利要求25所述的制动电路，其特征在于第三组触点设置在半导体器件与电源之间。
28.根据权利要求25所述的制动电路，其特征在于半导体器件具有触发器和设置在触发器与电源之间的第三组触点。
29.根据权利要求29所述的制动电路，其特征在于所述的第一组触点设置在第二运转线圈与电源之间，所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间，第二组触点在经过自第一组触点断开起的预定时间后闭合。
30.根据权利要求29所述的制动电路，其特征在于所述的第三组触点在第一组触点打开之前触发半导体器件。
31.根据权利要求17所述的制动电路，其特征在于开关电路包括一个半导体器件。
32.根据权利要求31所述的制动电路，其特征在于所述的半导体器件是可控硅。
33.一种制动包括转子和运转线圈的电机的方法，该方法包括中断第一运转线圈与电源的连接；和在经过自第一运转线圈中断起的预定时间后连接第一制动线圈。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于进一步包括在电源与第一运转线圈之间提供一个开关电路。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于进一步包括触发开关电路以在第一运转线圈的中断与第一制动线圈的连接之间建立延迟。
36.一种开关机构，包括第一、第二和第三组触点；第一、第二和第三辅助触点，第一辅助触点可移动闭合形成第一开关的第一组触点，第第二辅助触点可移动闭合形成第二开关的第二组触点，第三辅助触点可移动闭合形成第三开关的第三组触点；其中第一、第二辅助触点和第一、第二组触点以这样的方式设置在经过自第一开关断开起的预定时间之后第一开关打开和第二开关闭合。
37.根据权利要求36所述的开关机构，其特征在于第三开关在第一开关断开之前断开。
38.根据权利要求36所述的开关机构，其特征在于第一、第二和第三辅助触点以相同的速度移动。
39.一种起动包括一个转子、第一运转线圈、第一制动线圈的电机的起动电路，所述的起动电路包括一个设置在电源与第一运转线圈之间的开关电路，所述的开关电路是可操作的，以把第一运转线圈与电源连接。
40.根据权利要求39所述的起动电路，其特征在于进一步包括一个可操作中断第一制动线圈的开关机构。
41.根据权利要求40所述的起动电路，其特征在于开关机构在经过自第一制动线圈中断起的预定时间后连接第一运转线圈。
42.根据权利要求42所述的起动电路，其特征在于所述的开关机构具有第一、第二和第三组触点。
43.根据权利要求42所述的起动电路，其特征在于第一组触点设置在第二运转线圈与电源之间。
44.根据权利要求43所述的起动电路，其特征在于所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间。
45.根据权利要求44所述的起动电路电路，其特征在于第二组触点在经过自第一组触点断开起的预定时间后闭合。
46.根据权利要求42所述的起动电路，其特征在于所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间。
47.根据权利要求42所述的起动电路，其特征在于第三组触点设置在开关电路内。
48.根据权利要求42所述的起动电路，其特征在于开关电路包括半导体器件。
49.根据权利要求47所述的起动电路，其特征在于第三组触点设置在半导体器件与电源之间。
50.根据权利要求47所述的起动电路，其特征在于半导体器件具有触发器和设置在触发器与电源之间的第三组触点。
51.根据权利要求50所述的起动电路，其特征在于所述的第一组触点设置在第二运转线圈与电源之间，所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间，第二组触点在经过自第一组触点断开起的预定时间后闭合。
52.根据权利要求50所述的起动电路，其特征在于所述的第三组触点在第一组触点断开之后触发半导体器件。
53.根据权利要求50所述的起动电路，其特征在于开关电路包括半导体器件。
54.根据权利要求50所述的起动电路，其特征在于半导体器件是可控硅。
55.一种锯，包括一个驱动锯片的电机，所述的电机包括一个转子、一个第一运转线圈和一个第一制动线圈；一个包括设置在电源与第一运转线圈之间的开关电路的起动电路，所述的开关电路可操作中断电源与第一运转线圈的连接。
56.根据权利要求55所述的锯，其特征在于进一步包括一个可操作中断第一制动线圈的开关机构。
57.根据权利要求56所述的锯，其特征在于开关机构在经过自第一运转线圈中断起的预定时间后连接第一制动线圈。
58.根据权利要求56所述的起动电路，其特征在于开关机构具有第一、第二和第三组触点。
59.根据权利要求58所述的起动电路，其特征在于所述的第一组触点设置在第二运转线圈与电源之间。
60.根据权利要求59所述的起动电路，其特征在于所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间。
61.根据权利要求60所述的起动电路，其特征在于第二组触点在经过自第一组触点断开起的预定时间后闭合。
62.根据权利要求58所述的起动电路，其特征在于所述的第二组触点设置在第一制动线圈与转子之间。
63.根据权利要求58所述的起动电路，其特征在于第三组触点设置在开关电路内。
64.根据权利要求58所述的起动电路，其特征在于开关电路包括一个半导体器件。
65.根据权利要求63所述的起动电路，其特征在于第三组触点设置在半导体器件与电源之间。
66.根据权利要求63所述的起动电路，其特征在于半导体器件具有触发器和设置在触发器与电源之间的第三组触点。
67.根据权利要求66所述的起动电路，其特征在于所述的第一组触点设置在第二运转线圈与电源之间，所述的第二组触点设置在第一动线圈与转子之间，第二组触点在经过自第一组触点断开起的预定时间后闭合。
68.根据权利要求66所述的起动电路，其特征在于所述的第三组触点在第一组触点断开之后触发半导体器件。
69.根据权利要求55所述的起动电路，其特征在于开关电路包括一个半导体器件。
70.根据权利要求69所述的起动电路，其中所述的半导体器件是可控硅。
71.一种起动包括转子和运转线圈的电机的方法，该方法包括中断第一制动线圈；和在经过自第一制动线圈中断起的预定时间后使第一运转线圈与电源连接。
72.根据权利要求71所述的方法，其特征在于进一步包括在电源与第一运转线圈之间提供一个开关电路。
73.根据权利要求72所述的方法，其特征在于进一步包括触发开关电路，以在第一制动线圈的中断与第一运转线圈的连接之间建立延迟。
全文摘要
一种用于制动包括转子、运转和制动线圈的电机的制动电路,该制动电路包括一个设置在电源与运转线圈之间的开关电路,该开关电路可操作中断运转线圈与电源的连接。该制动电路进一步包括一个可操作连接制动线圈以便制动电机的开关机构。开关机构最好在经过自第一运转线圈中断起的预定时间后连接制动线圈。该制动电路可以在制动锯片的锯中使用。
文档编号H02P3/12GK1194498SQ98106419
公开日1998年9月30日 申请日期1998年2月6日 优先权日1997年2月6日
发明者S·G·伍德斯, D·M·斯潘普艾娜托, P·S·怀特 申请人:布莱克-德克尔公司