电动工具及其运行方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于运行电动工具的方法，所述电动工具的电动机借助于脉宽调制来控制。在此，所述电动机被以第一占空率和第二占空率交替地控制。
【专利说明】电动工具及其运行方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的用于运行电动工具的方法以及一种根据权利要求10的电动工具。
【背景技术】
[0002]由现有技术公开了具有用于驱动可动部件的电动机的电动工具。公开的是，电动工具的电动机按照脉宽调制方法运行。在这种方法中，施加在电动机上的电压以具有改变的占空比(占空率)的快速次序交替地接通和管段，以便给电动机施加取决于占空比的有效电压。但是，这里使用的功率开关的频繁开关带来了电磁干扰射线的辐射和废热形式的能量损失的缺点。
【发明内容】
[0003]本发明的任务在于，给出一种用于运行电动工具的改进方法。所述任务通过具有权利要求1特征的方法解决。本发明的另一任务在于，提供一种改进的电动工具。所述任务通过具有权利要求10特征的电动工具解决。在从属权利要求中给出有利的进一步方案。
[0004]在本发明的用于运行电动工具的方法中，所述电动工具的电动机借助于脉宽调制来控制。在此，所述电动机被以第一占空率和第二占空率交替地控制。在该方法中有利的是，通过电动机驱动的机械系统的惯性可用作机械低通滤波器，通过所述机械低通滤波器将在电动机以第一占空率和第二占空率运行时通过电动机输出的不同扭矩引起的波动整平。
[0005]在该方法的一个实施方式中,所述第一占空率为100%。由此,优选在电动机以第一占空率运行期间无需功率开关的转换，由此在电动机以第一占空率运行期间输出很少的电磁干扰福射或者不输出电磁干扰福射并且产生很少量的废热。
[0006]在该方法的一个实施方式中，所述第二占空率为0%。由此，优选在电动机以第二占空率运行期间也无需功率开关的转换，由此在电动机以第二占空率运行期间降低电磁干扰辐射的输出和废热的产生。
[0007]在该方法的一个实施方式中，所述第一占空率和所述第二占空率相互以重复频率交替。在此，所述重复频率小于1kHz。有利的是，这种在第一占空率与第二占空率之间相对缓慢的转换仅仅导致干扰辐射的低发射和由于产生废热引起的小功率损失。
[0008]在该方法的一个实施方式中，所述电动机在第一持续时间期间被以所述第一占空率控制并且在第二持续时间期间被以所述第二占空率控制。在此，第一持续时间的长度与第一持续时间和第二持续时间的长度和之比形成第三占空率。在此，所述第三占空率可在时间上改变。有利的是，所述方法允许通过改变第三占空率来控制由电动机输出的功率。
[0009]在该方法的一个实施方式中，所述电动机驱动一机械系统。在此，当在所述机械系统中储存的动能超过一 确定的最小值时，所述方法被应用。有利的是，所述机械系统的惯性引起波动的整平，所述波动通过由电动机输出的功率和由电动机输出的扭矩的时间变化产生，所述波动通过电动机以第一占空率和第二占空率的交替运行引起。
[0010]在该方法的一个实施方式中，所述确定的最小值为500J。有利的是，这已被证明是合适的最小值。
[0011]在该方法的一个实施方式中，直流电动机被控制。尤其可以的是，无刷直流电动机被控制。有利的是，这种电动机(或马达)良好地适合于在电动工具中使用。
[0012]本发明的电动工具包括电动机和用于借助于脉宽调制控制所述电动机的装置。在此，所述电动工具被构造用于按照如上述权利要求之一所述的方法运行。有利的是，所述电动工具由此具有降低的干扰性电磁辐射的发射并且降低了由导致损失的转换过程引起的废热的产生。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]现在借助于附图详细阐述本发明。在此示出:
[0014]图1是电动工具的示意图；
[0015]图2是第一控制图表；和
[0016]图3是第二控制图表。
【具体实施方式】
[0017]图1示出电动工具100的非常示意性的框图。所述电动工具100具有电动机130,所述电动机被设置用于驱动一个机械系统140。特别地，所述电动机130被设置用于使所述机械系统140运动,例如使其进行旋转运动。
[0018]所述机械系统140可具有大的质量。所述电动工具100例如可以是割草机。所述机械系统140则包括所述割草机的旋转割刀。如果所述机械系统140的可动部件具有大的质量，则当所述机械系统140的可动部件处于运动中时，所述可动部件储存高的动能。割草机的旋转割刀例如可具有IkJ数量级内的动能。
[0019]所述电动工具100的电动机130优选是直流电动机。例如所述电动机100可以是无刷直流电动机，例如三相无刷直流电动机。
[0020]所述电动工具100还包括用于脉宽调制的装置120。所述用于脉宽调制的装置120被设置用于借助于由现有技术公开的脉宽调制方法控制所述电动机130。所述脉宽调制方法允许控制通过电动机130输出的功率或通过电动机130输出的扭矩。
[0021]图2示出用于阐明脉宽调制方法的示意性第一控制图表200。在该第一控制图表200的水平轴上记载的是时间201。在该第一控制图表200的竖直轴上记载的是供应给电动工具100的电动机130的电功率202。
[0022]所述第一控制图表200示出，供应给电动机130的功率202随着时间201的推移周期性地在最小功率203与最大功率204之间转换。在短时间脉冲期240期间，给电动机130供应最大功率240。在其余的时间期间，给电动机130供应最小功率203。所述最小功率203特别是可以具有O值，从而所述电动机130在脉冲240之间的时间期间根本不被供应任何功率。
[0023]在脉冲240期间给电动机130供应最大功率204，所述脉冲分别具有第一持续时间210。所述脉冲240之间的间歇分别具有第二持续时间220。由此，两个时间上相互跟随的脉冲240在时间上通过第一周期长度230相互间隔开，所述周期长度相应于第一持续时间210和第二持续时间220之和。所述脉冲240的重复频率可以处于几个kHz的范围内。例如，所述脉冲240的重复频率可以为20kHz。第一周期长度230则例如为50 μ S。
[0024]通过交替地供应最大功率204和最小功率203，在时间平均中给电动机130供应处于所述最大功率204与所述最小功率203之间的平均功率。所述平均功率的值取决于占空t匕，所述占空比被定义为第一持续时间210与第一周期长度230之商。如果所述占空比接近于值0%，则有效供应给电动机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%，则供应给电动机130的平均功率接近于所述最大功率204。
[0025]优选所述用于脉宽调制的装置120允许以100%的占空比控制所述电动机130。
[0026]供应给电动机130的功率202随着时间201的推移在最大功率204与最小功率203之间的转换例如可以通过施加在电动机130上的电压的时间改变来实现。于是在脉冲240期间，最大电压施加在电动机130上。在脉冲240之间则是最小电压或完全没有电压施加在电动机130上。电动机130的电感例如可以用作低通滤波器并且引起在时间平均中施加在电动机130上的电压的整平。
[0027]施加在电动机130上的电压的转换例如可通过功率开关进行。但是，所述功率开关以脉冲240的重复频率的频繁转换引起功率开关中的功率损失，随之而来的是产生废热。此外，功率开关的周期性开关可引起具有例如脉冲240的频率的电磁干扰辐射。
[0028]因此，电动工具100具有附加的控制装置110。该控制装置110被设置用于控制所述用于脉宽调制的装置120。在此，所述控制装置110使用下面借助于图3的第二控制图表300阐述的方法。
[0029]在第二控制图表300的水平轴上记载的是时间301。在第二控制图表300的竖直轴上记载的是占空率302。占空率302是通过用于脉宽调制的装置120供应给电动机130的功率202的脉冲240的占空率，也就是第一持续时间210与第一周期长度230之商。
[0030]通过所述用于脉宽调制的装置120选择的占空率302随着时间301的推移在较低的第一占空率303与较高的第二占空率304之间转换。第一占空率303优选是0%的占空率。第二占空率304优选是100%的占空率。
[0031]第二占空率304在第三持续时间310期间被使用。接着，在重新使用第二占空率304之前，在第四持续时间320期间使用第一占空率303。由此，第三持续时间310和第四持续时间320之和形成第二周期长度330，所述第二周期长度给出两个相互跟随的时间段之间的时间间隔，在所述时间段中使用第二占空率304。优选所述第二周期长度330大于lms，从而使得重复频率(具有第二占空率304的运行以所述重复频率重复)小于IkHz。所述第二周期长度330例如可以为5ms，这相应于200Hz的重复频率。
[0032]电动工具100的控制装置110具有用于脉宽调制的装置120，在第一占空率303与第二占空率304之间转化。由此，在时间平均中，电动机130以平均占空率运行，所述平均占空率的值处于第一占空率303的值与第二占空率304的值之间。平均占空率的值在此取决于第三占空率，所述第三占空率被定义为第三持续时间310和第二周期长度330的商。如果所述第三占空率接近于值0%，则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%，则平均占空率接近于第二占空率304。
[0033]由此，第三占空率的变化允许供应给电动机130的平均功率的控制并且从而也允许通过电动机130输出的平均扭矩的控制。在此，第一占空率303和第二占空率304可以在时间上保持恒定。
[0034]由电动机130输出的扭矩的通过相对大的第二周期长度330引起的波动可通过由电动机驱动的机械系统140的惯性来衰减。机械系统140的质量并且在该机械系统140的运动中储存的动能越大，则衰减效果越高。因此，所述机械系统140的惯性用作机械低通滤波器。
[0035]在一个实施方式中，电动机130的借助于图3中的第二控制图表300阐明的功率控制只有当储存在所述机械系统140中的动能超过确定的最小值时才通过由第三持续时间310和第二周期长度330构成的第三占空率的商的变化实施。所述确定的最小值例如可以为500J。如果在机械系统140中储存的动能较小，则电动机130的功率控制通过由第一持续时间210和第一周期长度230形成的占空率的商的变化按照图2的第一控制图表200来实现。
[0036]如果第二控制图表300的第一占空率303为0%并且第二控制图表300的第二占空率304为100%，则第三持续时间310期间和第四持续时间320期间都不需要用于控制电动机130的功率开关的转换。仅仅当在第二占空率304与第一占空率303之间的转换期间才需要功率开关的转换。由于第二周期长度比第一周期长度230大得多，因此根据第二控制图表300控制电动机130时的转换比根据第一控制图表200控制电动机130时的转换罕见得多。由此可降低在功率开关中产生的废热和干扰性射线的辐射。
【权利要求】
1.一种用于运行电动工具(100)的方法，其中，所述电动工具(100)的电动机(130)借助于脉宽调制来控制，其中，所述电动机(130)被以第一占空率(303)和第二占空率(304)交替地控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一占空率(303)为100%。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二占空率(304)为0%。
4.根据以上权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)相互以重复频率交替，其中，所述重复频率小于IkHz。
5.根据以上权利要求之一所述的方法，其中，所述电动机(130)在第一持续时间(310)期间被以所述第一占空率(303)控制并且在第二持续时间(320)期间被以所述第二占空率(304)控制，其中，第一持续时间(310)的长度与第一持续时间(310)和第二持续时间(320)的长度和(330)之比形成第三占空率，其中，所述第三占空率可在时间上改变。
6.根据以上权利要求之一所述的方法，其中，所述电动机(13O )驱动一机械系统(140 )，其中，当在所述机械系统(140 )中储存的动能超过一确定的最小值时，所述方法被应用。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述确定的最小值为500J。
8.根据以上权利要求之一所述的方法，其中，直流电动机被控制。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，无刷直流电动机被控制。
10.一种电动工具(100),其具有电动机(130)和用于借助于脉宽调制控制所述电动机(130)的装置(120)，其中，所述电动工具(100)被构造用于按照如上述权利要求之一所述的方法运行。
【文档编号】H02P7/29GK103812404SQ201310545004
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2012年11月7日
【发明者】Z·菲利普 申请人:罗伯特·博世有限公司