用于制动电气驱动马达的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制动电气驱动马达的方法，驱动马达由定子和转子组成，其中，驱动马达的定子在其周缘上承载彼此有空间间距的场线圈，其具有用于至少三个马达相的电气的相端子。为了产生驱动转子的旋转电磁场，通过电子开关将相端子联接到电源电压处。对此，开关被控制单元操纵，控制单元根据转子的旋转位置关闭开关。为了制动旋转的转子，通过短接相端子来产生制动电流。为了获得较短的制动时间，设置成为了制动转子以预设的时间顺序通过开关分别在场线圈的两个相端子之间接入相短路，另外的相端子保持打开。分别相应于转子的旋转位置来选择通过开关短接的相端子，这样使得在其中由旋转的转子的磁场感应的电压经历其最大值的场线圈被短接。
【专利说明】用于制动电气驱动马达的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于制动由定子和转子组成的电气驱动马达的方法。
【背景技术】
[0002]电气驱动马达、尤其直流电马达(DC马达)或者无刷直流电马达(EC马达)作为用于手持式工作器械的工具的电驱动器已知。这样的便携式工作器械可以是钻孔机、蓄电池螺丝刀、机动链锯、切割机、鼓风机、自由切削器、树篱剪或类似的工作器械。
[0003]为了无刷的电子整流的三相直流马达(BEC马达/Brushless ElectronicallyCommutated Motor 或者仅 EC 马达/Electronically Commutated Motor)的运行，需要用于操控电路(Ansteuerschaltung)的电子控制单元,通过该操控电路使定子的相端子(Phasenanschluss)通电，以产生驱动直流马达的转子的旋转场(Drehfeld)。这样的操控电路在文件DE 10 2010 020 215 Al中说明并且优选地由电子功率开关如MOSFET等组成。定子的通电从第一相端子到下一相端子的切换根据转子的位置(其可通过合适的措施来确定)实现。常常使用磁场传感器、所谓的霍尔传感器用于识别转子位置，其响应于旋转的转子的磁场并且发出输出信号。如果例如三个霍尔传感器被布置在定子的周缘上，控制单元可通过评估霍尔传感器的输出信号足够精确地识别转子的旋转位置并且引起相关联的场线圈(Feldspule)的与该旋转位置相匹配的通电。
[0004]为了使工具、例如锯链迅速停止，手持的便携式工作器械、例如机动链锯需要安全制动装置(Sicherheitsbremseinrichtung),如其例如在文件 DE 10 2007 024 170 Al 中所说明的那样。这样的安全制动装置布置在驱动器的从动侧上并且应确保工具的迅速停止。如果激活安全制动装置，在大约120毫秒的范围中将工具制动直至停止。
[0005]如果电气驱动马达被应用在手持的便携式工作器械、例如机动锯中，也可使用电气制动系统，如文件DE 35 30 685 C2所述。驱动的电马达虽然可通过其场线圈的短接被制动，然而在此可获得的制动时间不令人满意并且不能代替安全制动装置。因此，此外需要实施为带式制动器的安全制动装置以实现工具在大约120毫秒的时间范围中的制动。
[0006]如果手持的便携式工作器械被实施为蓄电池设备，由于必需的蓄电池组产生工作器械的较高的总重量；为了迅速停止必需的附加的制动装置进一步提高该重量，因为安全制动装置在结构上复杂且沉重。
【发明内容】
[0007]本发明目的在于说明一种用于使电子整流的电马达制动的方法，利用该方法可在技术耗费较少的情况下获得非常短的制动时间。
[0008]该目的根据权利要求1的特征部分的特征来实现。
[0009]为了制动电子整流的驱动马达的转子，使用电子开关，通过其将这三个马达相(Motorphase)的相端子为了驱动转子与电压源相连接。根据本发明使电气驱动马达与驱动电压分离并且为了转子的制动以预设的时间顺序通过电子开关分别在场线圈的两个相端子之间接入相短路(Phasenkurzschluss),而另一相端子保持打开。在此分别相应于转子的旋转位置来选择通过开关短接的相端子，亦即这样使得场线圈始终(在其中由旋转的转子感应的电压经过其最大值)被短接。
[0010]根据本发明因此设置成，不是持久地短接马达相的相端子，而是根据转子的旋转位置仅通过分别两个相端子对于转子的受限制的电气旋转角度接入相短路，这被称为受控制的短路。令人惊讶地显示出，通过受控制的短路的该措施可显著降低多相电气驱动马达尤其从高转速的制动时间。在三相驱动马达中可获得与利用所谓的硬短路(在其中所有三个相端子在整个制动期间保持短接)的制动时间相比明显更少的从每分钟大约10000转的高转速的制动时间。在三相驱动马达中来测量从每分钟10000转的转速直至转子停止的制动时间，其比在硬短路中低直至50%。
[0011]此外，在多相马达的根据本发明的受控制的短路中，线圈和电子部件的电流负载平均比在硬短路中更小。因此，根据本发明的受控制的短路在驱动马达和控制的电子部件的电流负载更小的情况下导致明显更短的制动时间。
[0012]如果场线圈处于感应电压的最大值的区域中，通过根据本发明的从场线圈到场线圈的整流(Kommutierung)那么总是在一电气回转(Umdrehung)上产生在场线圈中流动的制动电流，其主要仅产生延迟的转矩并且迅速制动转子。有利地总是短接该场线圈，其感应电压在大约40°至70°电角度之后经过过零点(Nulldurchgang)。如果分别短接多相马达的该场线圈，其感应电压在大约60°电角度之后经过过零点，实现低的制动时间和构件的协调的电流负载的良好折衷。
[0013]优选地在分别60°的电角度之后实现从在第一场线圈处的第一相短路切换到在与转子的旋转方向相反地跟随的场线圈的下一相短路上。由此实现，在感应电压的最大值之前30°的电气旋转角度上直至在感应电压的最大值之后30°的电气旋转角度上短接场线圈。
[0014]在本发明的一优选的实施形式中，为了产生旋转场在三相马达中设置有三个场线圈，其相互电连接且可通过开关联接到电源电压上。
[0015]在三相驱动马达中由此来实施制动，即在第一步骤中通过相关联的开关来短接第一场线圈的相端子，使得制动电流流过第一场线圈并且第二和第三场线圈作为串联电路与第一场线圈并联。在第二步骤中通过相关联的开关来短接与转子的机械旋转方向相反地跟随的第二场线圈的相端子，使得制动电流流过第二场线圈并且第三和第一场线圈作为串联电路与第二场线圈并联。在第三步骤中通过相关联的开关来短接与转子的机械旋转方向相反地跟随的第三场线圈的相端子，使得制动电流流过第三场线圈并且第一和第二场线圈作为串联电路与第三场线圈并联。按顺序重复这三个步骤，亦即直到达到转子的预设的下极限转速。
[0016]在转子的一电气回转上设置成将多相的、尤其三相的马达的每个场线圈短接两次。
[0017]场线圈中的每个相端子一次通过至电源电压的高压侧的开关而一次通过至电源电压的低压侧的开关来连接。在转子的一电气回转上，一次通过低压侧的开关短路而一次通过高压侧的开关来短接每个场线圈的相端子。
[0018]带有高功率的三相电马达由此来获得，即定子的场线圈在电气的三角电路中被接在一起。由此在各两个场线圈之间构造有三相电马达的相端子。如果通过第一场线圈的两个相端子接有相短路，另外的场线圈在串联电路中与第一场线圈并联。由此制动电流不仅在被短接的场线圈中、而且在另外的场线圈的串联电路中流动，其中，然而该电流份额小于在被短接的场线圈中的制动电流。
[0019]通过根据本发明的制动方法可获得转子直到其停止的迅速制动。
[0020]在本发明的简单的设计方案中，转子的旋转位置通过传感器、适宜地通过霍尔传感器来确定。在本发明的改进方案中但是也可无传感器地、尤其通过在场线圈中感应的电压的大小和/或变化过程来确定转子的旋转位置。备选地，转子的旋转位置也可通过评估通过感应出现的感应电流。
[0021]在本发明的改进方案中，作为用于使在工作器械、尤其在便携的手持式工作器械中由电气驱动马达驱动的工具停止的安全制动装置应用根据本发明的方法。那么可省去机械的安全制动装置。该便携的手持式工作器械尤其是机动链锯、切割机或树篱剪。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]由另外的权利要求、说明书和附图(在其中示出了本发明的接下来详细说明的实施例)得到本发明的另外的特征。其中:
图1以示意图显示了带有用于整流的电子控制单元的无刷直流马达(EC马达)，
图2显示了在第一转子位置中三相EC马达的示意图，
图3显示了在旋转方向上继续旋转了 30°的转子位置中的根据图2的三相EC马达的示意图，
图4显示了带有在旋转方向上继续旋转了 30°的转子位置的根据图3的三相EC马达的示意图，
图5显示了带有继续旋转了 30°的转子位置的根据图4的三相EC马达的示意图，
图6显示了带有继续旋转了 90°的转子位置的根据图5的三相EC马达的示意图，
图7显示了在360°的电角度上在三相EC马达的场线圈中出现的感应电压的示意图，图8显示了带有用于受控制的短路的逻辑表的在线圈中感应的电压和霍尔传感器的在转子旋转时出现的输出信号，
图9显示了在从第一场线圈整流到在旋转方向上随后的场线圈之前和之后在相短路中线圈电流的示意图，
图10显不了在场线圈中感应的电压的不意图，
图11显示了在带有根据本发明的整流的受控制的短路中电气转子角度、产生的线圈电流以及由此得到的总力矩的示意图，
图12显示了 EC马达的定子的场线圈在星形电路中的示意性布置，
图13以示意图显示了带有根据本发明的用于使工具制动的制动电路的马达链锯，
图14显示了制动时间关于转速的图表用于比较硬短路和受控制的短路，
图15以示意图显示了带有根据本发明的用于使驱动马达和工具制动的制动电路的树篱剪。
【具体实施方式】
[0023]在图1中示意性地示出了电子整流的电马达1，其可构造为所谓的无刷电子整流马达(BEC马达)或者电子整流马达(EC马达)。这样的电子整流电马达I包括定子2，其带有场线圈3、4、5 (其在该实施例中电联接为三角电路6)。在该三角电路6中，相邻的场线圈3、4、5的线圈端部相互电连接,其中,在线圈组件的每两个场线圈3、4、5之间构造有电气的相端子U、V和W。下面根据三角电路6来阐述本发明；如在图12中示意性所示，场线圈3、4、5也可以以所谓的星形电路16的形式相互连接。在星形电路中，三个线圈端部连接至共同的星点7处；场线圈3、4、5的余下的线圈端子形成星形电路16的相端子U、V、W。
[0024]定子2关联有转子9，其围绕旋转轴线8旋转。在示意性示出的实施例中，示出了以带有北极N和南极S的两极永磁体的形式的以其最简单的结构形式的转子9。
[0025]转子9可构造为在定子2中旋转的转子(内转子)；转子9也可设计成罐形并且搭接卷绕在定子2的极23、24、25(图2)上的场线圈3、4、5的组件。这样构建的电马达I是所谓的外转子。
[0026]转子9在由场线圈3、4、5产生的旋转场中被旋转地驱动。对此需要在转子9的旋转方向20上前进地换接(fortschreitend weiterschalten)由场线圈3、4、5的组件形成的旋转场。在所示出的无刷直流马达中这通过电子整流实现，为此通过调整单元10以预设的顺序以电源电压Uv来加载场线圈3、4、5的组件的相端子U、V和W。电源电压Uv由电压源11作为直流电压来提供。电压源11优选地是蓄电池、例如化学上基于锂的蓄电池，其提供电源电压Uv用于电马达I的运行。
[0027]调整单元10具有多个MOSFET H1、H2、H3、L1、L2、L3作为功率开关，经由其可将场线圈3、4、5的组件的每个相端子U、V和W交替地与电源电压Uv的正极(高压侧)和与电源电压Uv的负极(低压侧)相连接。MOSFET H1、H2、H3、L1、L2、L3通过控制单元12(其优选地包括微处理器)来操控。对此，控制单元12通过控制线路13与MOSFET H1、H2、H3、L1、L2、L3的相应的控制端子14相连接。此外，通过传感器线路15将霍尔传感器17、18、19 O的输出信号S1、S2、S3(图8)输送给控制单元12，其在定子的周缘上彼此有间距地来布置且响应于旋转的转子9的磁场。控制单元12可通过霍尔传感器17、18、19的输出信号S1、S2、S3(图8)识别转子9的旋转位置并且相应于转子9的旋转位置控制MOSFET H1、H2、H3、L1、L2、L3。
[0028]例如为了将形成转矩的整流器电压施加到相端子U和V处，将MOSFET Hl和L2接通，从而通过场线圈5可构造产生转矩的整流器电流Ικ。通过场线圈5的整流器电流Ik以箭头来表示；一半那么大的电流Ik流过这两个与被通电的场线圈5并联的场线圈3和4。
[0029]通过霍尔传感器17、18、19来识别转子9在旋转方向20上的进一步旋转，以便然后相应于转子9的旋转位置角度恰当地切换到带有相端子V、W的场线圈3上。以该方式产生分别相应于转子9的旋转位置的驱动的旋转场。
[0030]如果所有MOSFET H1、H2、H3、L1、L2、L3处在阻断状态中、即功率开关打开，从外面没有驱动电压被施加到相端子U、v和W处。如果转子9在旋转方向20上继续旋转，场线圈3、4、5根据转子9的旋转位置被其磁场21穿过。旋转的永磁体的穿过场线圈3、4、5的磁通在线圈中感应出感应电压U1，其大小取决于单位时间通量密度的变化。
[0031]在图2至6中示意性地显示了带有极23、24和25 (其以相同的圆周角28彼此相间隔地处于定子2的周缘上)的定子2。每个极23、24、25承载场线圈3、4、5，其在该实施例中在三角电路6(图1)中相互电连接。在根据图2的转子位置中，在场线圈5中的通量密度最大并且将在转子9从在图2中的位置到继续旋转根据图5的位置中时下降到最小值或具有过零点。在图3中继续旋转了 30°的转子9引起在场线圈3中感应的电压U3具有过零点，而感应的电压U5下降并且电压U4上升。在根据图4转子9继续又旋转30°的情况下在场线圈4中存在最大感应电压U4,而感应电压U5继续下降并且感应电压U3继续上升、即变大。在图5中在场线圈5中感应的电压U5具有过零点，而感应电压U3进一步上升并且感应电压U4进一步下降。在转子9在旋转方向20上继续旋转时，感应电压U5又上升直到最大值(图6)，然而现在感应电压U5的极性变换或旋转，因为由于所实施的180°的旋转角以及南极S和北极N的变换的位置，磁场21的场线旋转了 180°穿过场线圈5。在图9中磁场20的穿过场线圈5的场线在转子的旋转方向20上伸延；在图2中磁场20的穿过场线圈5的场线与转子的旋转方向20相反地伸延。
[0032]现在如果按照根据本发明的用于制动转子9的方法总是短接在其中通过旋转的转子9感应的电压U3、U4、U5经过其最大值的场线圈3、4、5，则在图2中将短接场线圈5而在图4中短接场线圈4。那么在图6中又将短接场线圈5。
[0033]在图7中示出感应电压U1关于根据在图2至6的场线圈5中的电压U5的变化过程，亦即在360°的电角度上。如果场线圈5在根据图2的转子9的位置中被短接，感应电压U1导致正的制动电流Ib，其导致相应的制动力矩Mb。
[0034]如果感应电压U1变换极性，这导致相应的负的制动电流Ib，其中，在感应电压从正的变换到负的范围中时、即在过零点中被整流(整流K)，由此通过场线圈5的电流在制动期间不能产生正力矩、即不能产生驱动力矩。
[0035]按照根据本发明的方法(其也可被称为“受控制的短路”)，因此实现取决于转子位置的整流K，以平衡在场线圈3、4、5中的制动电流Ib与在场线圈3、4、5中感应的电压U3、U4、U5之间的相移的问题。通过根据本发明的整流K，须将制动电流Ib与感应的电压U3、U4、U5带到同相中。这意味着，如果在场线圈中的感应电压的电角度具有过零点，通过场线圈的制动电流那么也总是必须具有在相同方向上的过零点，因此线圈电流在转子制动期间不能产生驱动力矩。这在图6中通过垂直的实线示出，其分别指示整流K。
[0036]为了驱动电马达I的转子，根据转子9的旋转位置通过调整单元10的MOSFET Hl、H2、H3、L1、L2、L3将电源电压Uv施加到场线圈3、4、5的相应的相端子U、V、W处。由于旋转的转子9在场线圈3、4、5感应出感应电压，所施加的电源电压Uv必须大于由旋转的转子9在场线圈3、4、5中产生的感应电压。与电源电压相反指向的该感应电压U1也被称为BEMF电压(反电动势)。如果电源电压Uv大于BEMF电压，在相应的场线圈处得到驱动电压UA。感应电压U1随着转子的转速升高而增大；如果感应电压U1接近所施加的电源电压，存在电马达的最大转速。如果为了制动转子9应利用感应电压U1,使场线圈与电源电压Uv分离并且短接场线圈，使得在场线圈中产生的感应电压被用作用于制动转子的制动电压UB。
[0037]由于场线圈具有自感并且电流追随在场线圈处的电压，在感应电压极性变换并且正的电流然后还流动时产生驱动转子的转矩，其对于制动是不利的并且延长了制动时间。如在图7中所示，因此通过相应的整流K在感应电压U1极性变换时强迫制动电流的过零点。为了制动转子9，以预设的时间顺序通过构造为MOSFET的开关分别来短接两个相端子例如U、v而保持另一相端子W打开。相应于转子9的旋转位置来选择短接的相端子的开关或者说MOSFET H1、H2、H3、L1、L2、L3，如此使得总是短接在其中由旋转的转子9感应的电压U3、U4> U5经过最大值的场线圈3、4、5。
[0038]在图8中示意性示出了切换的相短路的顺序。上面的信号是霍尔传感器17、18、19的输出信号S1、S2、S3。每个霍尔传感器17、18、19在定子的周缘处布置成使得其在120°电角度上发出输出信号S1、S2、S3。在定子的周缘上布置有三个霍尔传感器17、18、19，其彼此错位成使得没有60°的角区段全部三个霍尔传感器17、18、19发出相同的输出信号U3、U4、U5。由此提供仅由三个霍尔传感器17、18、19的输出信号S1、S2、S3的状态识别出转子9 (关于360°的电角度)处于哪个60角度的角区段Wl至W6中的可能性。
[0039]在霍尔传感器的输出信号下方不出了在场线圈3、4、5中感应的电压UpUyU3t5每个感应电压U3、U4、U5在360°的电角度上具有大约类似正弦的变化过程，其中，在角区段Wl至W6中的一个中每个信号U3、U4, U5具有正的或负的最大值。
[0040]根据本发明的用于受控制的短路的方法现在设置成，如果场线圈3、4、5经过其感应电压U3、U4、U5(BEMF电压)的最大值，那么总是刚好短接这些场线圈3、4、5。例如如果在场线圈5处在角区段Wl中存在最大负的电压U5，刚好在该优选地60°电角度的角区段Wl中短接相端子U和V、即短接场线圈5。优选地在该时刻当在场线圈3中感应的电压超过预设的阈值时、即在整流Kl的时刻实现整流到带有感应电压的最大值的电气上接着的场线圈3上。在该情况中，短接相端子V-W，从而短接场线圈3。如果场线圈4超过其感应电压U4的最大值，在预设的电角度之后实现到场线圈4上的整流K2 ;相端子U-W被短接。现在整流K3的时刻又跟随有在场线圈5上的相短路；相端子U-V被短接，因为在随后的角区段W4中将出现在场线圈5处感应的电压的最大值。为了下一整流K4，通过相端子V-W实现场线圈3的短接，因为在角区段W5中在场线圈3处经过感应电压U3的最大值。在整流K5的时刻又切换到场线圈4上，因为在角区段W6中在场线圈4中存在(负的)感应电压U4的最大值。在进一步60°电角度之后在整流K6的时刻又切换到场线圈5上，也就是说短接相端子U-V。在360°电角度上因此每60°电角度来切换到与机械旋转方向相反地跟随的场线圈上，因为由于旋转的转子9在与机械旋转方向相反地跟随的线圈中达到最大感应电压。在转子9的一电气回转上将每个场线圈3、4、5短接两次。
[0041]在被短接的场线圈中和(在三角电路6中)在并联的场线圈中流动的电流形成制动电流，其产生仅使转子延迟的制动力矩Mb。通过整流Kl至K6实现，在场线圈中的感应电压仏与在相应的场线圈中的制动电流总是处于同相中，从而仅产生制动的制动力矩Mb。可通过整流来影响由于线圈的感应性出现的在电压与电流之间的相移，这样使得最小化或很大程度上避免在制动期间其它可能的加速转子的驱动力矩。通过相应的控制也可实现，在制动期间加速转子的驱动力矩被阻止。
[0042]在图9中示意性地示出了从场线圈5到场线圈3上的整流。在第一状态中，短接场线圈5、也就是说相端子U和V。在场线圈5中感应的电压U5具有最大值；相应地大的制动电流Ib流过场线圈5。
[0043]以实线示出了在相端子U-V上相短路的状态；相应于在U-V上的相短路，场线圈3和4作为串联电路与被短接的场线圈5并联。相应于在图10中的图示，在场线圈3和4中感应的电压U3和U4相应于场线圈3和4的空间布置相加成总电压Us，其制约通过串联电路的电流Ik。
[0044]在由于电压与电流之间的相移所产生的制动力矩可转成加速的力矩之前，从场线圈5整流到场线圈3上，也就是说在相端子U-V上的相短路被换接到相端子U-W上，从而在整流之后场线圈3被短接。该状态在图9中以点划线示出。
[0045]通过场线圈3的制动电流Ib在与(在当前的整流中)流过串联电路的电流Ik相同的方向上流动。然而通过该整流，通过场线圈4的电流方向改变。感应的电压U4改变极性；通过场线圈4和5的串联电路的电流Ik的流通的方向相应地变换。由此可避免制动力矩转成短时加速的力矩。
[0046]图11在最上面的示意图中概括地示出作为所有三个场线圈3、4、5的电压U3、U4、U5的感应电压U1的相位；在其下的示意图中示出在相应的场线圈中流动的制动电流IB。在其下示出对于每个场线圈由制动电流Ib得到的制动力矩魄的变化过程。在所有三个图示中以实线示出场线圈5的感应电压U1、制动电流Ib和得到的力矩M ;以虚线绘出第二场线圈4的这些量而以点示出第三场线圈3的这些量。
[0047]在360°电角度上每60°实现从一场线圈到下一场线圈上的整流Kl至K6。
[0048]首先在60°的第一角区段Wl中将场线圈4短接(虚线的特性曲线)，由此由于在场线圈4中的制动电流产生制动的子力矩TM1，这在下面的示意图中示出。第一角区段被选择成使得在感应电压U4的最大值之前大约30°直到在其之后30°来短接场线圈4。在60°电角度之后以整流Kl将相短路切换到场线圈5上，由此产生制动的子力矩TM2，如在下面的图示中所说明的那样。在进一步的60°电角度之后，利用整流K2切换到场线圈3上，由此产生制动的子力矩TM3。通过另外的整流K3、K4、K5和K6分别在60°电角度之后又短接线圈4、5和3。由此作为制动的力矩得到制动的子力矩TMl至ΤΜ6在360°电角度上实现的彼此串接。显然，整流K被选择成使得如果其感应电压经过其最大值那么总是被整流到随后的场线圈上。在图7中的图示中，以阴影线强调了该区域B。图7也示出，如果其感应电压经过过零点、亦即在过零点N之后大约60°电角度，那么总是来短接场线圈。
[0049]由于三角电路，在分别与被短接的场线圈并联的余下的场线圈的串联电路中产生感应电压和由此得到的制动电流，其被加至制动的子力矩，由此得到制动力矩Mb提高了AM。在图11中以下面的实线示出制动力矩Mb的力矩曲线。
[0050]根据本发明的方法有利地不仅可应用于在三角电路中的场线圈中，而且可应用于在星形电路中的场线圈中，如在图12中示意性所示。对于星形电路产生制动力矩的在量上不同的变化过程；根据该理由，即使在带有布置成星形电路的场线圈的EC马达中带有相同的优点的按照本发明的方法也是可能的。
[0051]图13以示意图作为便携的手持式工作器械的示例显示了马达链锯30。马达链锯30包括罩壳31，其具有后部的把后32和前部的跨接罩壳31的把手箍(Buegelgriff) 33。在横向于机动连接30的纵轴线布置的把手箍33之前存在护手34作为用于安全制动装置的触发器。
[0052]在机动链锯30的罩壳31中设置有电气驱动马达、尤其EC马达1，其(参见图1)通过控制单元12来控制。此外，在罩壳31中设置有蓄电池组35，其确保电马达I以及控制单元12的电源电压Uv。电马达I作为电气驱动马达通过未详细示出的小齿轮驱动工具36，其在所示的实施例中是环绕在导轨37上的锯链38。护手34可具有传感器39，其检测护手34的激活并且将输出信号发出到控制单元12处。
[0053]利用根据本发明的方法可使工具36在几分之一秒中停止。
[0054]如果激活护手34，通过传感器39将其通知控制单元12。其在几分之一秒中切断驱动器并且引入驱动马达的电气制动，在驱动马达中在第一步骤中通过相关联的开关(图1)来短接第一场线圈的相端子，使得制动电流流过第一场线圈并且第二和第三场线圈作为串联电路与第一场线圈并联。在第二步骤中通过相关联的开关来短接在转子的旋转方向上跟随的第二场线圈的相端子，从而现在制动电流流过第二场线圈并且第三和第一场线圈作为串联电路与第二场线圈并联。在第三步骤中通过相关联的开关来短接第三场线圈的相端子，使得制动电流流过第三场线圈并且第一和第二场线圈作为串联电路与第三场线圈并联。这些步骤、即以时间顺序根据转子的旋转位置重复地切换在相端子U、V和W上的相短路被一直进行直到达到预设的转子下极限转速而或直到将转子制动到停止。
[0055]在图14中示出了关于转速的制动时间。上面的线显示了在“硬短路”的情况中(也就是说相端子U、V和W被同时相互持久地短接)关于转速的制动时间。下面的线显示了根据本发明的“受控制的短路”，也就是说在制动期间来短接在其中刚好存在感应电压最大值的场线圈。由此，得到制动时间的明显下降，这尤其从例如10000 Ι/min的较高转速导致制动时间减少差不多50%。
[0056]在图15中示出了便携的手持式工作器械的另一实施例。在那里示出的工作器械是树篱剪40,其带有后部的把手42和横向于工作器械的纵向的前部的把手箍43。在树篱剪40的罩壳41中插入蓄电池组45，其以与对于在图13中的机动链锯30所说明的相应的方式驱动驱动马达，驱动马达通过传动装置驱动工具46。在该实施例中，工具46是刀架47。把手箍43包括两个子壳44和48，其可相对于彼此运动。在把手箍43被使用者的手握住时使子壳44和48彼此相向运动并且接通触点，其指示把手箍43被使用者握住。该所谓的双手保险(Zweihandsicherung)保证,使用者仅可在规定的抓握下使树篱剪40运行。如果手离开后部的把手或前部的把手箍，相应的触点接通并且控制单元使马达停止，其中，又应用根据本发明的受控制的短路的方法。工具46在最短的制动时间内停止。
[0057]可直接短接场线圈3、4、5以获得最大的制动电流。通过制动电阻50短接场线圈可以是适宜的，如在图9中所示。通过这样的制动电阻，得到出现的短路电流的减弱或限制，这可适合于构件的电气保护。
【权利要求】
1.一种用于制动电气驱动马达的方法，所述驱动马达由定子(2)和转子(9)组成，其中，所述驱动马达的定子(2)在其周缘上承载彼此有空间间距的场线圈(3，4，5)，其具有用于至少三个马达相的电气的相端子(U，V，W)，并且为了产生驱动所述转子(9)的旋转电磁场通过电子开关(H1，H2，H3，L1，L2，L3)将所述相端子(U, V, W)联接到电源电压(Uv)处，其中，所述开关(H1，H2，H3，L1，L2，L3)被控制单元(12)操纵，所述控制单元(12)根据所述转子(9)的旋转位置关闭所述开关(H1，H2，H3，L1，L2，L3)，并且为了制动旋转的转子(9)通过短接所述相端子(U，V，W)来产生制动电流(Ib)，其特征在于，为了制动所述转子(9)以预设的时间顺序通过所述开关(H1，H2，H3，L1，L2，L3)分别在所述场线圈(3，4，5)的两个相端子(u-v，v-w，w-u)之间接入相短路而另外的相端子(U，V，W)保持打开，其中，分别相应于所述转子(9)的旋转位置来选择通过所述开关(H1，H2，H3，L1，L2，L3)短接的相端子(U-V，V-W，W-U)，这样使得短接所述场线圈(3，4，5)，在其中由旋转的所述转子(9)的磁场(21)产生的感应电压(U1)经历其最大值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别短接所述场线圈(3，4，5)，其感应电压(U1)在40°至70°电角度之后经过过零点(N)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电角度为60°。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别在60°的电角度之后实现从第一相短路切换到下一相短路上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了在三相马达中产生旋转场将所述场线圈(3，4，5)相互连接。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于以下方法步骤的顺序: -在第一步骤中通过相关联的开关(H1，H2，L1，L2)来短接第一场线圈(5)的相端子(U，V)，使得制动电流(Ib)流过所述第一场线圈(5)而第二和第三场线圈(3，4)作为串联电路与所述第一场线圈(5)并联， -在第二步骤中通过相关联的开关(H1，H3，L1，L3)来短接与所述转子(9)的机械旋转方向(20)相反地跟随的第二场线圈(3)的相端子(V，W)，使得制动电流(Ib)流过所述第二场线圈(3)而第三和第一场线圈(4，5)作为串联电路与所述第二场线圈(3)并联， -在第三步骤中通过相关联的开关(H2，H3，L2，L3)来短接与所述转子(9)的机械旋转方向(20)相反地跟随的第三场线圈(4)的相端子(U，W)，使得制动电流(Ib)流过所述第三场线圈(4)而第一和第二场线圈(3，5)作为串联电路与所述第三场线圈(4)并联， -并且根据所述转子(9)的旋转位置在时间顺序上重复连接所述相短路直到达到所述转子(9)的预设的下极限转速。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述转子(9)的一电气回转上每个场线圈(3，4，5)被短接两次。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，场线圈(3，4，5)的相端子(U，V，W)通过开关(H1，H2，H3)被连接至电源电压(Uv)的高压侧而通过开关(L1，L2，L3)被连接至所述电源电压(Uv)的低压侧，其中，在所述转子(9)的一电气回转上将场线圈(3，4，5)的相端子(U，V，W)通过所述低压侧的开关(L1，L2，L3)短接一次且通过所述高压侧的开关(H1，H2，H3)短接一次。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，为了制动所述转子(9)，在第一次短接时通过所述高压侧的开关(H1，H2，H3)而在接下来短接时通过所述低压侧的开关(L1，L2，L3)来短接场线圈(3，4，5)。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述场线圈(3，4，5)在三角电路(6)中电连接并且在两个场线圈(3，4，5)之间分别存在相端子(U，V，W)，这样使得在相短路时第一场线圈(3，4，5)与另外的场线圈(4，5;3，5;3，4)的串联电路电气并联。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转子(9)被制动直到停止。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转子(9)的旋转位置通过传感器来确定。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述传感器是霍尔传感器(17，18，19)。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，无传感器地来确定所述转子(9)的旋转位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过在所述场线圈(3，4，5)中感应的电压(U3，U4，U5)的大小和/或变化过程或者所感应的电流来确定所述转子(9)的旋转位置。
16.一种带有用于工具的电气驱动马达的工作器械，其特征在于使用根据权利要求1所述的方法作为用于使驱动所述工具(36，46)的所述驱动马达停止的安全制动装置。
17.根据权利要求16所述的工作器械，其特征在于，所述工作器械是手持的便携式工作器械。
【文档编号】H02P3/12GK104518709SQ201410501290
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2013年9月28日
【发明者】C.基施卡, S.特林克勒, A.诺伊鲍尔, G.里布哈德, R.维歇特 申请人:安德烈·斯蒂尔股份两合公司