電動工具及其運行方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于運行電動工具的方法，所述電動工具的電動機借助于脈寬調(diào)制來控制。在此，所述電動機被以第一占空率和第二占空率交替地控制。
【專利說明】電動工具及其運行方法【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的用于運行電動工具的方法以及一種根據(jù)權(quán)利要求10的電動工具。
【背景技術(shù)】
[0002]由現(xiàn)有技術(shù)公開了具有用于驅(qū)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(diào)制方法運行。在這種方法中，施加在電動機上的電壓以具有改變的占空比(占空率)的快速次序交替地接通和管段，以便給電動機施加取決于占空比的有效電壓。但是，這里使用的功率開關(guān)的頻繁開關(guān)帶來了電磁干擾射線的輻射和廢熱形式的能量損失的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的任務在于，給出一種用于運行電動工具的改進方法。所述任務通過具有權(quán)利要求1特征的方法解決。本發(fā)明的另一任務在于，提供一種改進的電動工具。所述任務通過具有權(quán)利要求10特征的電動工具解決。在從屬權(quán)利要求中給出有利的進一步方案。
[0004]在本發(fā)明的用于運行電動工具的方法中，所述電動工具的電動機借助于脈寬調(diào)制來控制。在此，所述電動機被以第一占空率和第二占空率交替地控制。在該方法中有利的是，通過電動機驅(qū)動的機械系統(tǒng)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占空率和第二占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,所述第一占空率為100%。由此,優(yōu)選在電動機以第一占空率運行期間無需功率開關(guān)的轉(zhuǎn)換，由此在電動機以第一占空率運行期間輸出很少的電磁干擾福射或者不輸出電磁干擾福射并且產(chǎn)生很少量的廢熱。
[0006]在該方法的一個實施方式中，所述第二占空率為0%。由此，優(yōu)選在電動機以第二占空率運行期間也無需功率開關(guān)的轉(zhuǎn)換，由此在電動機以第二占空率運行期間降低電磁干擾輻射的輸出和廢熱的產(chǎn)生。
[0007]在該方法的一個實施方式中，所述第一占空率和所述第二占空率相互以重復頻率交替。在此，所述重復頻率小于1kHz。有利的是，這種在第一占空率與第二占空率之間相對緩慢的轉(zhuǎn)換僅僅導致干擾輻射的低發(fā)射和由于產(chǎn)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(xù)時間期間被以所述第一占空率控制并且在第二持續(xù)時間期間被以所述第二占空率控制。在此，第一持續(xù)時間的長度與第一持續(xù)時間和第二持續(xù)時間的長度和之比形成第三占空率。在此，所述第三占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占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(qū)動一機械系統(tǒng)。在此，當在所述機械系統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)生，所述波動通過電動機以第一占空率和第二占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)良好地適合于在電動工具中使用。
[0012]本發(fā)明的電動工具包括電動機和用于借助于脈寬調(diào)制控制所述電動機的裝置。在此，所述電動工具被構(gòu)造用于按照如上述權(quán)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干擾性電磁輻射的發(fā)射并且降低了由導致?lián)p失的轉(zhuǎn)換過程引起的廢熱的產(chǎn)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]現(xiàn)在借助于附圖詳細闡述本發(fā)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于驅(qū)動一個機械系統(tǒng)140。特別地，所述電動機130被設置用于使所述機械系統(tǒng)140運動,例如使其進行旋轉(zhuǎn)運動。
[0018]所述機械系統(tǒng)140可具有大的質(zhì)量。所述電動工具100例如可以是割草機。所述機械系統(tǒng)140則包括所述割草機的旋轉(zhuǎn)割刀。如果所述機械系統(tǒng)140的可動部件具有大的質(zhì)量，則當所述機械系統(tǒng)140的可動部件處于運動中時，所述可動部件儲存高的動能。割草機的旋轉(zhuǎn)割刀例如可具有IkJ數(shù)量級內(nèi)的動能。
[0019]所述電動工具100的電動機130優(yōu)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還包括用于脈寬調(diào)制的裝置120。所述用于脈寬調(diào)制的裝置120被設置用于借助于由現(xiàn)有技術(shù)公開的脈寬調(diào)制方法控制所述電動機130。所述脈寬調(diào)制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示出用于闡明脈寬調(diào)制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(zhuǎn)換。在短時間脈沖期240期間，給電動機130供應最大功率240。在其余的時間期間，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在脈沖240之間的時間期間根本不被供應任何功率。
[0023]在脈沖240期間給電動機130供應最大功率204，所述脈沖分別具有第一持續(xù)時間210。所述脈沖240之間的間歇分別具有第二持續(xù)時間220。由此，兩個時間上相互跟隨的脈沖240在時間上通過第一周期長度230相互間隔開，所述周期長度相應于第一持續(xù)時間210和第二持續(xù)時間220之和。所述脈沖240的重復頻率可以處于幾個kHz的范圍內(nèi)。例如，所述脈沖240的重復頻率可以為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供應處于所述最大功率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于占空t匕，所述占空比被定義為第一持續(xù)時間210與第一周期長度230之商。如果所述占空比接近于值0%，則有效供應給電動機130的平均功率接近于所述最小功率203。如果所述占空比接近于值100%，則供應給電動機130的平均功率接近于所述最大功率204。
[0025]優(yōu)選所述用于脈寬調(diào)制的裝置120允許以100%的占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(zhuǎn)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(xiàn)。于是在脈沖240期間，最大電壓施加在電動機130上。在脈沖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并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(zhuǎn)換例如可通過功率開關(guān)進行。但是，所述功率開關(guān)以脈沖240的重復頻率的頻繁轉(zhuǎn)換引起功率開關(guān)中的功率損失，隨之而來的是產(chǎn)生廢熱。此外，功率開關(guān)的周期性開關(guān)可引起具有例如脈沖240的頻率的電磁干擾輻射。
[0028]因此，電動工具100具有附加的控制裝置110。該控制裝置110被設置用于控制所述用于脈寬調(diào)制的裝置120。在此，所述控制裝置110使用下面借助于圖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占空率302。占空率302是通過用于脈寬調(diào)制的裝置120供應給電動機130的功率202的脈沖240的占空率，也就是第一持續(xù)時間210與第一周期長度230之商。
[0030]通過所述用于脈寬調(diào)制的裝置120選擇的占空率302隨著時間301的推移在較低的第一占空率303與較高的第二占空率304之間轉(zhuǎn)換。第一占空率303優(yōu)選是0%的占空率。第二占空率304優(yōu)選是100%的占空率。
[0031]第二占空率304在第三持續(xù)時間310期間被使用。接著，在重新使用第二占空率304之前，在第四持續(xù)時間320期間使用第一占空率303。由此，第三持續(xù)時間310和第四持續(xù)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占空率304。優(yōu)選所述第二周期長度330大于lms，從而使得重復頻率(具有第二占空率304的運行以所述重復頻率重復)小于IkHz。所述第二周期長度330例如可以為5ms，這相應于200Hz的重復頻率。
[0032]電動工具100的控制裝置110具有用于脈寬調(diào)制的裝置120，在第一占空率303與第二占空率304之間轉(zhuǎn)化。由此，在時間平均中，電動機130以平均占空率運行，所述平均占空率的值處于第一占空率303的值與第二占空率304的值之間。平均占空率的值在此取決于第三占空率，所述第三占空率被定義為第三持續(xù)時間310和第二周期長度330的商。如果所述第三占空率接近于值0%，則平均占空率接近于第一占空率303。如果第三占空率接近于值100%，則平均占空率接近于第二占空率304。
[0033]由此，第三占空率的變化允許供應給電動機130的平均功率的控制并且從而也允許通過電動機130輸出的平均扭矩的控制。在此，第一占空率303和第二占空率304可以在時間上保持恒定。
[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(qū)動的機械系統(tǒng)140的慣性來衰減。機械系統(tǒng)140的質(zhì)量并且在該機械系統(tǒng)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(tǒng)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的借助于圖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(tǒng)140中的動能超過確定的最小值時才通過由第三持續(xù)時間310和第二周期長度330構(gòu)成的第三占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(tǒng)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(xù)時間210和第一周期長度230形成的占空率的商的變化按照圖2的第一控制圖表200來實現(xiàn)。
[0036]如果第二控制圖表300的第一占空率303為0%并且第二控制圖表300的第二占空率304為100%，則第三持續(xù)時間310期間和第四持續(xù)時間320期間都不需要用于控制電動機130的功率開關(guān)的轉(zhuǎn)換。僅僅當在第二占空率304與第一占空率303之間的轉(zhuǎn)換期間才需要功率開關(guān)的轉(zhuǎn)換。由于第二周期長度比第一周期長度230大得多，因此根據(jù)第二控制圖表300控制電動機130時的轉(zhuǎn)換比根據(jù)第一控制圖表200控制電動機130時的轉(zhuǎn)換罕見得多。由此可降低在功率開關(guān)中產(chǎn)生的廢熱和干擾性射線的輻射。
【權(quán)利要求】
1.一種用于運行電動工具(100)的方法，其中，所述電動工具(100)的電動機(130)借助于脈寬調(diào)制來控制，其中，所述電動機(130)被以第一占空率(303)和第二占空率(304)交替地控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一占空率(303)為100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二占空率(304)為0%。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述第一占空率(303)和所述第二占空率(304)相互以重復頻率交替，其中，所述重復頻率小于IkHz。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述電動機(130)在第一持續(xù)時間(310)期間被以所述第一占空率(303)控制并且在第二持續(xù)時間(320)期間被以所述第二占空率(304)控制，其中，第一持續(xù)時間(310)的長度與第一持續(xù)時間(310)和第二持續(xù)時間(320)的長度和(330)之比形成第三占空率，其中，所述第三占空率可在時間上改變。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述電動機(13O )驅(qū)動一機械系統(tǒng)(140 )，其中，當在所述機械系統(tǒng)(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(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述確定的最小值為500J。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的方法，其中，直流電動機被控制。
9.根據(jù)權(quán)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)和用于借助于脈寬調(diào)制控制所述電動機(130)的裝置(120)，其中，所述電動工具(100)被構(gòu)造用于按照如上述權(quán)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(yōu)先權(quán)日:2012年11月7日
【發(fā)明者】Z·菲利普 申請人:羅伯特·博世有限公司