[发明专利]用于动力工具的马达制动系统及方法

说明书

用于具有励磁绕组的通用马达的制动系统包括：将励磁绕组连接到外部电源的马达控制电路；跨励磁绕组连接到马达控制电路的能量储存装置；以及控制器，该控制器可操作地联接到马达控制电路，并且被配置为，在制动模式中，使励磁绕组与外部电源断开连接，并且将能量储存装置连接到励磁绕组，以在马达中产生制动转矩。马达还可以包括制动绕组，其在制动模式中通过控制器选择性地连接到第二能量储存装置，使得制动转矩由励磁绕组和制动绕组两者产生。

优先权要求

本申请要求2014年11月24日提交的美国临时申请号62/083,364的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

本公开涉及诸如台锯的动力工具，且更具体地涉及用于向这样的工具提供动力的电马达的马达制动系统。本说明书集中于台锯应用，但是应当理解，本文公开的原理可应用于其他类型的动力工具。

图1示出了具有两个磁极的简单DC马达，其中，在静止场上的磁极和旋转电枢上的磁极之间的斥力/吸引力导致电枢的旋转。在通用（串联）马达中，磁场通过场上的和电枢上的绕组使用交流电（AC）而不是DC来产生。AC马达仍然与DC马达几乎完全相同地工作，因为即使电流/电压交替，其在场中和在电枢中同样那么表现。这意味着，尽管绕组上的磁极将在AC电源的每个周期期间改变方向，但马达将继续以相同的方向产生转矩。在旋转期间，马达的换向器的任务是切换绕组，使得对适当位置处的绕组通电以产生所需斥力/吸引力。

在AC马达的操作中涉及的主要理念是洛伦兹力定律、安培力定律、毕奥-萨伐尔定律和法拉第感应定律。结合洛伦兹定律和安培定律给出以下关系：

该所得的力是在电场E和磁场B中以速度v运动的点电荷q上产生的力。该等式适用于载流电线内的每个单独的电子。法拉第感应定律将不同的理念相结合，并提供了预测磁场和电场如何相互作用以产生电动势（EMF）的能力。毕奥-萨伐尔定律描述了穿过导体的电流如何产生磁场。

在动力工具中，AC马达的绕组被分成提供驱动力的绕组和提供与驱动力相反的制动力的绕组。驱动绕组在马达的正常操作期间启用，而当期望减速或制动马达的旋转并且因此减速或制动动力工具时，启用制动绕组。在一台台锯产品中，绕组被配置为：

每个场（驱动和制动）的场强取决于特定绕组的匝数和电线直径。在本说明中，与用于制动场的180匝相比，驱动场具有总共190匝（两个磁极），并且电线直径恰好是制动绕组的电线直径的两倍。因此，在常规马达中，制动场的场强小于驱动场的场强。场强的这种差异对于动力工具的正常制动或减速来说是足够的。然而，示例性台锯产品的制动场强不足以提供紧急制动，在紧急制动中，马达和动力工具必须在若干分之一秒内停止，以减少对操作员造成严重伤害（诸如截肢）的风险。许多动力工具包括在紧急情况下停止工具主轴的旋转的机械制动系统。机械制动器增加了动力工具的结构和重量，这对于手持式动力工具来说可能是有问题的。此外，机械制动器会增加对电马达的磨损。因此，存在对于有效的非机械马达制动系统的需要。

发明内容

本公开设想一种常规通用（串绕）马达，其被配置为在正常慢下来的情况以及紧急停止情况下用作制动器。在一个方面中，电子器件和控件用于针对具体情况调节适当的制动水平。强调的是下述系统：其在用作制动器时对工具的各种部件造成最小磨损。因此，本公开设想了一种电子制动理念，其不添加任何外部机械制动部件并且利用马达的操作原理。