電動工具及其運行方法
2023-12-11 08:56:47
電動工具及其運行方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於運行電動工具的方法，所述電動工具的電動機藉助於脈寬調製來控制。在此，所述電動機被以第一佔空率和第二佔空率交替地控制。
【專利說明】電動工具及其運行方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種根據權利要求1的用於運行電動工具的方法以及一種根據權利要求10的電動工具。
【背景技術】
[0002]由現有技術公開了具有用於驅動可動部件的電動機的電動工具。公開的是，電動工具的電動機按照脈寬調製方法運行。在這種方法中，施加在電動機上的電壓以具有改變的佔空比(佔空率)的快速次序交替地接通和管段，以便給電動機施加取決於佔空比的有效電壓。但是，這裡使用的功率開關的頻繁開關帶來了電磁幹擾射線的輻射和廢熱形式的能量損失的缺點。
【發明內容】
[0003]本發明的任務在於，給出一種用於運行電動工具的改進方法。所述任務通過具有權利要求1特徵的方法解決。本發明的另一任務在於，提供一種改進的電動工具。所述任務通過具有權利要求10特徵的電動工具解決。在從屬權利要求中給出有利的進一步方案。
[0004]在本發明的用於運行電動工具的方法中，所述電動工具的電動機藉助於脈寬調製來控制。在此，所述電動機被以第一佔空率和第二佔空率交替地控制。在該方法中有利的是，通過電動機驅動的機械系統的慣性可用作機械低通濾波器，通過所述機械低通濾波器將在電動機以第一佔空率和第二佔空率運行時通過電動機輸出的不同扭矩引起的波動整平。
[0005]在該方法的一個實施方式中,所述第一佔空率為100%。由此,優選在電動機以第一佔空率運行期間無需功率開關的轉換，由此在電動機以第一佔空率運行期間輸出很少的電磁幹擾福射或者不輸出電磁幹擾福射並且產生很少量的廢熱。
[0006]在該方法的一個實施方式中，所述第二佔空率為0%。由此，優選在電動機以第二佔空率運行期間也無需功率開關的轉換，由此在電動機以第二佔空率運行期間降低電磁幹擾輻射的輸出和廢熱的產生。
[0007]在該方法的一個實施方式中，所述第一佔空率和所述第二佔空率相互以重複頻率交替。在此，所述重複頻率小於1kHz。有利的是，這種在第一佔空率與第二佔空率之間相對緩慢的轉換僅僅導致幹擾輻射的低發射和由於產生廢熱引起的小功率損失。
[0008]在該方法的一個實施方式中，所述電動機在第一持續時間期間被以所述第一佔空率控制並且在第二持續時間期間被以所述第二佔空率控制。在此，第一持續時間的長度與第一持續時間和第二持續時間的長度和之比形成第三佔空率。在此，所述第三佔空率可在時間上改變。有利的是，所述方法允許通過改變第三佔空率來控制由電動機輸出的功率。
[0009]在該方法的一個實施方式中，所述電動機驅動一機械系統。在此，當在所述機械系統中儲存的動能超過一 確定的最小值時，所述方法被應用。有利的是，所述機械系統的慣性引起波動的整平，所述波動通過由電動機輸出的功率和由電動機輸出的扭矩的時間變化產生，所述波動通過電動機以第一佔空率和第二佔空率的交替運行引起。
[0010]在該方法的一個實施方式中，所述確定的最小值為500J。有利的是，這已被證明是合適的最小值。
[0011]在該方法的一個實施方式中，直流電動機被控制。尤其可以的是，無刷直流電動機被控制。有利的是，這種電動機(或馬達)良好地適合於在電動工具中使用。
[0012]本發明的電動工具包括電動機和用於藉助於脈寬調製控制所述電動機的裝置。在此，所述電動工具被構造用於按照如上述權利要求之一所述的方法運行。有利的是，所述電動工具由此具有降低的幹擾性電磁輻射的發射並且降低了由導致損失的轉換過程引起的廢熱的產生。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]現在藉助於附圖詳細闡述本發明。在此示出:
[0014]圖1是電動工具的示意圖；
[0015]圖2是第一控制圖表；和
[0016]圖3是第二控制圖表。
【具體實施方式】
[0017]圖1示出電動工具100的非常示意性的框圖。所述電動工具100具有電動機130,所述電動機被設置用於驅動一個機械系統140。特別地，所述電動機130被設置用於使所述機械系統140運動,例如使其進行旋轉運動。
[0018]所述機械系統140可具有大的質量。所述電動工具100例如可以是割草機。所述機械系統140則包括所述割草機的旋轉割刀。如果所述機械系統140的可動部件具有大的質量，則當所述機械系統140的可動部件處於運動中時，所述可動部件儲存高的動能。割草機的旋轉割刀例如可具有IkJ數量級內的動能。
[0019]所述電動工具100的電動機130優選是直流電動機。例如所述電動機100可以是無刷直流電動機，例如三相無刷直流電動機。
[0020]所述電動工具100還包括用於脈寬調製的裝置120。所述用於脈寬調製的裝置120被設置用於藉助於由現有技術公開的脈寬調製方法控制所述電動機130。所述脈寬調製方法允許控制通過電動機130輸出的功率或通過電動機130輸出的扭矩。
[0021]圖2示出用於闡明脈寬調製方法的示意性第一控制圖表200。在該第一控制圖表200的水平軸上記載的是時間201。在該第一控制圖表200的豎直軸上記載的是供應給電動工具100的電動機130的電功率202。
[0022]所述第一控制圖表200示出，供應給電動機130的功率202隨著時間201的推移周期性地在最小功率203與最大功率204之間轉換。在短時間脈衝期240期間，給電動機130供應最大功率240。在其餘的時間期間，給電動機130供應最小功率203。所述最小功率203特別是可以具有O值，從而所述電動機130在脈衝240之間的時間期間根本不被供應任何功率。
[0023]在脈衝240期間給電動機130供應最大功率204，所述脈衝分別具有第一持續時間210。所述脈衝240之間的間歇分別具有第二持續時間220。由此，兩個時間上相互跟隨的脈衝240在時間上通過第一周期長度230相互間隔開，所述周期長度相應於第一持續時間210和第二持續時間220之和。所述脈衝240的重複頻率可以處於幾個kHz的範圍內。例如，所述脈衝240的重複頻率可以為20kHz。第一周期長度230則例如為50 μ S。
[0024]通過交替地供應最大功率204和最小功率203，在時間平均中給電動機130供應處於所述最大功率204與所述最小功率203之間的平均功率。所述平均功率的值取決於佔空t匕，所述佔空比被定義為第一持續時間210與第一周期長度230之商。如果所述佔空比接近於值0%，則有效供應給電動機130的平均功率接近於所述最小功率203。如果所述佔空比接近於值100%，則供應給電動機130的平均功率接近於所述最大功率204。
[0025]優選所述用於脈寬調製的裝置120允許以100%的佔空比控制所述電動機130。
[0026]供應給電動機130的功率202隨著時間201的推移在最大功率204與最小功率203之間的轉換例如可以通過施加在電動機130上的電壓的時間改變來實現。於是在脈衝240期間，最大電壓施加在電動機130上。在脈衝240之間則是最小電壓或完全沒有電壓施加在電動機130上。電動機130的電感例如可以用作低通濾波器並且引起在時間平均中施加在電動機130上的電壓的整平。
[0027]施加在電動機130上的電壓的轉換例如可通過功率開關進行。但是，所述功率開關以脈衝240的重複頻率的頻繁轉換引起功率開關中的功率損失，隨之而來的是產生廢熱。此外，功率開關的周期性開關可引起具有例如脈衝240的頻率的電磁幹擾輻射。
[0028]因此，電動工具100具有附加的控制裝置110。該控制裝置110被設置用於控制所述用於脈寬調製的裝置120。在此，所述控制裝置110使用下面藉助於圖3的第二控制圖表300闡述的方法。
[0029]在第二控制圖表300的水平軸上記載的是時間301。在第二控制圖表300的豎直軸上記載的是佔空率302。佔空率302是通過用於脈寬調製的裝置120供應給電動機130的功率202的脈衝240的佔空率，也就是第一持續時間210與第一周期長度230之商。
[0030]通過所述用於脈寬調製的裝置120選擇的佔空率302隨著時間301的推移在較低的第一佔空率303與較高的第二佔空率304之間轉換。第一佔空率303優選是0%的佔空率。第二佔空率304優選是100%的佔空率。
[0031]第二佔空率304在第三持續時間310期間被使用。接著，在重新使用第二佔空率304之前，在第四持續時間320期間使用第一佔空率303。由此，第三持續時間310和第四持續時間320之和形成第二周期長度330，所述第二周期長度給出兩個相互跟隨的時間段之間的時間間隔，在所述時間段中使用第二佔空率304。優選所述第二周期長度330大於lms，從而使得重複頻率(具有第二佔空率304的運行以所述重複頻率重複)小於IkHz。所述第二周期長度330例如可以為5ms，這相應於200Hz的重複頻率。
[0032]電動工具100的控制裝置110具有用於脈寬調製的裝置120，在第一佔空率303與第二佔空率304之間轉化。由此，在時間平均中，電動機130以平均佔空率運行，所述平均佔空率的值處於第一佔空率303的值與第二佔空率304的值之間。平均佔空率的值在此取決於第三佔空率，所述第三佔空率被定義為第三持續時間310和第二周期長度330的商。如果所述第三佔空率接近於值0%，則平均佔空率接近於第一佔空率303。如果第三佔空率接近於值100%，則平均佔空率接近於第二佔空率304。
[0033]由此，第三佔空率的變化允許供應給電動機130的平均功率的控制並且從而也允許通過電動機130輸出的平均扭矩的控制。在此，第一佔空率303和第二佔空率304可以在時間上保持恆定。
[0034]由電動機130輸出的扭矩的通過相對大的第二周期長度330引起的波動可通過由電動機驅動的機械系統140的慣性來衰減。機械系統140的質量並且在該機械系統140的運動中儲存的動能越大，則衰減效果越高。因此，所述機械系統140的慣性用作機械低通濾波器。
[0035]在一個實施方式中，電動機130的藉助於圖3中的第二控制圖表300闡明的功率控制只有當儲存在所述機械系統140中的動能超過確定的最小值時才通過由第三持續時間310和第二周期長度330構成的第三佔空率的商的變化實施。所述確定的最小值例如可以為500J。如果在機械系統140中儲存的動能較小，則電動機130的功率控制通過由第一持續時間210和第一周期長度230形成的佔空率的商的變化按照圖2的第一控制圖表200來實現。
[0036]如果第二控制圖表300的第一佔空率303為0%並且第二控制圖表300的第二佔空率304為100%，則第三持續時間310期間和第四持續時間320期間都不需要用於控制電動機130的功率開關的轉換。僅僅當在第二佔空率304與第一佔空率303之間的轉換期間才需要功率開關的轉換。由於第二周期長度比第一周期長度230大得多，因此根據第二控制圖表300控制電動機130時的轉換比根據第一控制圖表200控制電動機130時的轉換罕見得多。由此可降低在功率開關中產生的廢熱和幹擾性射線的輻射。
【權利要求】
1.一種用於運行電動工具(100)的方法，其中，所述電動工具(100)的電動機(130)藉助於脈寬調製來控制，其中，所述電動機(130)被以第一佔空率(303)和第二佔空率(304)交替地控制。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一佔空率(303)為100%。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第二佔空率(304)為0%。
4.根據以上權利要求之一所述的方法，其中，所述第一佔空率(303)和所述第二佔空率(304)相互以重複頻率交替，其中，所述重複頻率小於IkHz。
5.根據以上權利要求之一所述的方法，其中，所述電動機(130)在第一持續時間(310)期間被以所述第一佔空率(303)控制並且在第二持續時間(320)期間被以所述第二佔空率(304)控制，其中，第一持續時間(310)的長度與第一持續時間(310)和第二持續時間(320)的長度和(330)之比形成第三佔空率，其中，所述第三佔空率可在時間上改變。
6.根據以上權利要求之一所述的方法，其中，所述電動機(13O )驅動一機械系統(140 )，其中，當在所述機械系統(140 )中儲存的動能超過一確定的最小值時，所述方法被應用。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述確定的最小值為500J。
8.根據以上權利要求之一所述的方法，其中，直流電動機被控制。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，無刷直流電動機被控制。
10.一種電動工具(100),其具有電動機(130)和用於藉助於脈寬調製控制所述電動機(130)的裝置(120)，其中，所述電動工具(100)被構造用於按照如上述權利要求之一所述的方法運行。
【文檔編號】H02P7/29GK103812404SQ201310545004
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2012年11月7日
【發明者】Z·菲利普 申請人:羅伯特·博世有限公司