用于电动工具的电机控制器的制作方法

本发明涉及一种用于电动工具、尤其是ec角磨机的电机控制器、具有该电机控制器的电动工具以及用于进行控制的对应的方法。

背景技术：

1、根据应用，电动工具、尤其是角磨机较长时间地在过载范围内被运行。角磨机不能持久地在热学上经受得起的功耗被认为是过载范围。因此通过定义，存在一个或多个部件，所述部件在过载范围内确定热极限。这些通常是电子构件、蓄电池单元或所封装的电动机。

2、根据现有技术，为了遵守热极限，要么在相应的部件处以感测方式检测温度，要么借助于其他温度参考和同时的损耗估计(大多数基于电机电流通过软件)来计算所述温度。如果所确定的温度超过所规定的极限值，则机器由于过温而被关断。通常随后通过光学显示器将该关断原因告知用户，以便防止与误操作混淆。

3、尤其是在无刷驱动装置的领域中转速调节式机器属于现有技术，所述转速调节式机器为许多应用提供均匀的工作结果的优点。然而，这种转速调节的缺点是用户缺乏关于机器的功耗的可识别的反馈。可惜，在角磨机的情况下工作过程如此多方面，以致于从工作过程本身中几乎不能推断出功耗。因此用户大多数突然地以及在所述用户全神贯注于在工件处的工作期间经历由于过温引起的关断。于是通常为了机器的冷却暂停必须中断工作。

4、在设计驱动装置时，根据现有技术尝试将驱动装置的过载范围设为自然电机特性曲线30(图1：转速下降，因为不再存在调节储备)。然而，一方面有效率的无刷电机是转速僵硬的，而另一方面这种设计大多数只能被用于最高转速级别。较低的转速级别同样以电子方式被调节，并且只有远远地在过载范围内才达到电机的自然特性曲线。借助于固定地预先给定的电流限制的过载保护属于现有技术。

5、如果在热学上进行确定的部件处于非临界工作温度，则如果机器在无功率限制的情况下也能够实现过载情形，则将会是优选的。此外，除了负载电流之外，其他参数、诸如污染程度或实际源电压也对机器的加热产生影响。

技术实现思路

1、本发明的任务在于，对于由温度引起地可变的所有运行状态获得电动工具的可使用性。

2、本发明通过根据权利要求1所述的用于电动工具的电机控制器来解决该任务。本发明的优选设计方案是从属权利要求的主题并且从本发明的描述和从附图中得出。

3、根据本发明的用于电动工具、尤其是手持式电动工具的电动机、尤其是无刷电动机的电机控制器具有：

4、温度传感器装置，借助于所述温度传感器装置能够确定电动工具部件的至少一个受电动机的运行影响的温度值，

5、功率测量装置，所述功率测量装置被设立用于检测表征电动机的功耗的功耗值(p；i，u)，

6、电子控制装置，所述电子控制装置具有功率限制装置，所述功率限制装置为了限制电动机的功耗被设立用于将电动机的功耗限制到最大允许的最大功率值(pmax)，并且在电动机运行期间根据至少一个温度值(t)适配该最大功率值。

7、通过最大功率值的这种动态适配，实现期望的功率限制，利用所述功率限制用户通过基于可变载荷的可变转速、尤其是通过在载荷升高时增强的转速下降获得关于机器的当前载荷状态的必要反馈。面向进行确定的部件的实际温度，使得与情形有关地灵活地发生电动工具的使用。

8、如果用户继续在现在可识别的过载范围(明显较低的转速)内运行利用本发明限制的机器，则电机控制器可以有利地被设计为使得在于是要预期的过温的情况下采取传统的过温关断。但是在该时间点，在合适的参数的情况下，这种过温关断并不出乎意料地发生，并且在按规定地利用使用工具工作时也几乎不被实现。有利地，根据图2示出的参数空间可以被规定为对于每个额定转速，实现关于相对于过温关断(根据本发明)的更高保障或关于利用更快速地发生过温关断(传统上)而引起的更高过载能力的单独设定。

9、电动机优选地是直流电机，优选地为有刷直流电机，更优选地为无刷直流电机(ec直流电机)，优选地为封装的或全封装的电动机，优选地为并励电机。

10、电动工具优选地为角磨机、研磨机、岩芯钻机或锯。

11、温度传感器装置优选地具有至少一个、优选地恰好一个温度传感器，所述温度传感器与电动工具部件在热学上可连接或在热学上连接。该电动工具部件尤其是通过其热学设计影响或决定性地确定电动工具的最大持续功率的这样的电动工具部件、也即在热学上进行确定的电动工具部件。不影响运行温度但是限制持续功率的部件的示例可以是电动工具的电子设备的桥式整流器。桥式整流器可能仅无关紧要地有助于机器的加热，但是可以紧接着电机之后是在热学上进行确定/限制的部件。在许多情况下，电动工具部件是电动机或功率电子设备的一部分；在蓄电池运行的电动工具的情况下，电动工具部件也可以是蓄电池的一部分。尤其是重要的是，可再现地检测表征通过转速和转矩表示的电动机的各种运行状态的温度。可以设置多个温度传感器，从所述温度传感器中例如通过数学运算、尤其是求平均值来确定期望的温度值。温度传感器可以与电动工具部件热和/或物理接触，所述电动工具部件尤其是可以是热学上受限的部件。

12、温度传感器装置可以通过测量电压、电流或电阻或者也可以通过光学测量来检测温度。

13、电机控制器尤其是在转速控制式电动机的情况下尤其是借助于转速调节装置规定转速。为此，电机控制器具有功率限制装置并且优选地具有转速调节装置。转速调节装置是电机控制器的用于影响实际转速的装置。转速调节装置优选地被设立、尤其是被编程用于借助于调节回路将转速调节到由用户预先给定的额定转速，尤其是只要在存在尤其是由功率限制装置适配的最大功率值(pmax)时能够达到该额定转速的话。

14、电机控制器优选地具有功率级，所述功率级尤其是从转速调节装置获得操控并且电动机尤其是从所述功率级抽取其电流。优选地利用脉宽调制来操控功率级。利用脉宽调制的操控在对电动机通电时在功率级中的同时低损耗的情况下允许高动态范围。在无刷直流电机的情况下，换向以电气或电子的方式实现。

15、功率测量装置优选地是电流测量装置，借助于所述电流测量装置将由电动机消耗的电流(i)检测为电流值，其中功耗值是电流值(i)，将所述电流值优选地与固定的电压(u)或者优选地与由电压测量装置检测的电压值(u)相乘。电流测量装置和/或电压测量装置可以是功率级的组成部分，或者可以与功率级分开地实施。简化地并且在功率级处以及因此在电动机处的已知且恒定的供电电压的前提条件下，功耗(p)也可以仅通过由电流测量装置检测的电流(i)来体现。

16、控制装置可以具有以下部件中的至少一个、多个或全部或由其组成：微控制器、cpu、数据存储器、数据接口、电压供应接口。控制装置优选地是可编程的。控制装置的功能可以以硬件和/或以软件实现，尤其是通过电子构件和/或对应的编程来实现。

17、控制装置优选地被编程用于将电动机的功耗(p；i)限制到最大允许的最大功率值(pmax)并且在电动机运行期间根据至少一个温度值(t)适配最大功率值。为此目的，控制装置尤其是在控制装置或电机控制器的数据存储器中具有程序代码，当由控制装置的微控制器执行所述程序代码时，所述程序代码引起将电动机的功耗(p；i)限制到最大允许的最大功率值(pmax)并且在电动机运行期间根据至少一个温度值(t)适配最大功率值。

18、控制装置优选地具有转速调节装置，所述转速调节装置被设立、尤其是编程用于调节转速n，其中出现的转速n与由用户可预先给定的额定转速nsoll、当前转矩mist、最大功率值pmax、尤其是最大电机电流imax～pmax以及至少一个温度值t有关，

19、并且出现的转速n尤其是额定转速nsoll、当前转矩mist、最大功率值pmax、尤其是电机电流imax～pmax和至少一个温度值t的函数n(nsoll；mist；pmax；t)。转速调节装置可以通过已经描述的程序代码实现和/或通过另一程序代码和/或电子电路来实现。

20、转速调节装置优选地被设立为使得通过预先给定额定转速设定或调节的转速可以优选地仅仅由功率限制装置、尤其是电流限制装置来减小(或者也可以：在减小之后再次增加)，但是尤其是不直接取决于功率或电流。转速调节装置优选地被设立、尤其是被编程用于只要不超过最大功率值pmax和/或在不超过至少一个温度值、尤其是温度t的条件下，尤其是根据额定值nsoll与电流imot无关地确定要设定的转速。

21、优选地，最大功率值pmax是至少一个温度值t和额定转速nsoll的函数pmax(nsoll；t)。

22、尤其是，最大电机电流imax是至少一个温度值t和额定转速nsoll的函数imax(nsoll；t)。以这种方式，可以简单地实施参数空间，通过所述参数空间规定pmax。

23、存在各种调节技术可能性，用于与现有的转速调节装置相互作用地实施这种功率限制。在此，优选地要选择的变型方案尤其是可以取决于源电压的类型(ac或dc)、调节对象的响应行为、对操纵变量的干预可能性和/或程序技术前提条件。

24、优选地实施所选择的调节技术变型方案，其方式是控制装置或功率限制装置分别被设立、尤其是被编程用于实现根据该变型方案存在的功能性：

25、在这里优选地使用与转速调节器叠加的电流限制调节器的变型方案。该电流限制调节器优选地进行干预，尤其是仅当超过基于额定转速nsoll和至少一个温度值t规定的最大功率值pmax尤其是达特定的持续时间时进行干预。

26、优选地，尤其是仅仅涉及电机电流的限制，尤其是只要用于驱动装置的源电压(电网或蓄电池)在时间方面可以被视为恒定的并且尤其是也被视为与负载无关的话。尤其是，如果驱动装置的时间常数小于源电压的时间常数或者如果源电压的负载相关性起决定作用，则优选的是，源电压侧的变化或电压源的内阻被算入到功率限制中，即被算入到pmax的确定中。

27、当前使用的表达方式“......转速调节器根据函数调节”意味着转速调节装置被设立、尤其是被编程用于根据函数实施调节。

28、如果瞬时功耗处于允许的最大功率以下，则转速调节器优选地首先以全调制范围通过操纵变量调节，以便实现预先给定的额定转速。对于现代驱动装置，操纵变量优选地是一个或多个pwm信号的占空比，所述pwm信号被引导给功率级用于对电机通电。在此，瞬时转速基于电机的特性曲线和瞬时要求的转矩出现。如果转速调节器达到操纵变量的最大可能值(占空比1)，则驱动装置实现其用于瞬时存在的源电压的自然特性曲线。

29、如果瞬时功耗或其优选地用时间常数过滤的值达到规定的最大功率值，则电流限制调节器优选地通过减小对操纵变量的最大输出值进行干预，所述操纵变量由此可以不再起作用直至最大可能水平。由此，转速调节器保持在其上限，并且电流限制调节器一直降低该上限，直到达到允许的最大功率为止。这种功率限制因此还以降低转速的方式起作用。

30、由于功率限制而崩溃的该转速对于用户作为过载情形的反馈起作用，所述转速根据参数动态地改变。如果该转速进一步增加负载或转矩，则转速将继续明显下降。而如果该转速在足够的程度上减轻电动工具的负载，则电流限制调节器——优选地利用对其功率值恰恰进行相同的过滤一一再次听任转速调节器输出操纵变量，并且从而允许驱动装置再次加速至全转速。

31、然而，根据本发明对最大电流或最大功率的动态影响尤其是并不表示控制的叠加式温度调节器。尤其是，这是通过特性曲线族(图2)预先给定的动态负反馈用于借助于用户的制动来放慢加热。因此尤其是不将温度预先给定为额定温度，如这在经典温度调节时将会是这种情况。

32、功率限制装置、尤其是电流限制调节器尤其是还被设立用于在温度的下降的值t的情况下或在下降的载荷(通过下降的转矩和下降的电机电流表示)的情况下在以前的减小之后再次增加最大功率值。

33、优选地，控制装置被设立、尤其是被编程用于在增加至少一个温度值时在电动机的运行期间减小最大功率值，由此尤其是在上负载范围中也进一步减小可达的转速。

34、优选地，控制装置具有过温关断装置，所述过温关断装置中断电动机的功耗，从而当至少一个温度值达到或超过与电机相关地规定的过温值时，关断电动机。

35、本发明尤其是涉及一种电动工具，尤其是手持式电动工具，具有电动机、尤其是无刷电动机，

36、与电动机耦合的驱动轴以及经由齿轮装置与驱动轴耦合的输出轴，工具能够与所述输出轴连接，以及

37、根据本发明的电机控制器。

38、本发明尤其是涉及一种电动工具，尤其是手持式电动工具，具有电动机、尤其是无刷电动机，

39、与电动机耦合的驱动轴以及经由齿轮装置与驱动轴耦合的输出轴，工具能够与所述输出轴连接，

40、温度传感器装置，借助于所述温度传感器装置能够确定电动工具部件、尤其是电动机的至少一个受电动机的运行影响的温度值，

41、功率测量装置，所述功率测量装置被设立用于检测表征电动机的功耗的功耗值，

42、用于操控电动机的电子控制装置，所述电子控制装置被设立用于限制电动机的功耗，

43、其中控制装置为了限制电动机的功耗被设立用于将电动机的功耗限制到最大允许的最大功率值，并且在电动机运行期间根据至少一个温度值适配该最大功率值。

44、本发明还涉及一种用于尤其是借助于根据本发明的电机控制器控制电动工具的电动机、尤其是无刷电动机的方法，所述方法包括以下步骤，尤其是计算机实现的步骤：

45、*尤其是借助于温度测量装置检测电动工具部件的至少一个受电动机(140)的运行影响的温度值(t)，

46、*尤其是借助于功率检测装置检测表征电动机的功耗的功耗值(p；i)；

47、*尤其是借助于控制装置或功率限制装置将电动机的功耗规定到最大允许的最大功率值(pmax)；

48、*尤其是借助于控制装置或功率限制装置根据至少一个温度值(t)适配该最大功率值(pmax)。

49、本发明还涉及计算机程序和/或具有计算机程序代码的存储介质，包括指令，当由计算机执行计算机程序时，所述指令促使所述计算机执行根据本发明的方法的步骤。

50、本发明还涉及一种其上存储有数据的存储介质，所述数据包含最大功率值pmax、尤其是最大电机电流imax的多个值，而且作为至少一个温度值t和额定转速nsoll的函数pmax(nsoll；t)或imax(nsoll；t)。以这种方式，可以简单地使参数空间可用，通过所述参数空间规定pmax，所述pmax可以由电机控制器、尤其是电动工具使用，以便将电动机的功耗限制到最大允许的最大功率值(pmax)，并且在电动机运行期间根据至少一个温度值(t)适配该最大功率值。

51、根据本发明的方法和计算机程序或计算机程序代码的优选设计方案可以从电机控制器及其优选设计方案的描述中得悉。

技术特征：

1.一种用于电动工具(1)、尤其是手持式电动工具的电动机(140)、尤其是无刷电动机(140)的电机控制器(100)，所述电机控制器具有：

2.根据权利要求1所述的电机控制器，其中所述功率测量装置包含电流测量装置(160)，借助于所述电流测量装置将由所述电动机(140)消耗的电流(i)检测为电流值，并且功耗值是电流值(i)。

3.根据权利要求1或2所述的电机控制器，其中所述控制装置(150)是可编程的并且被编程用于将所述电动机(140)的功耗(p；i)限制到最大允许的最大功率值(pmax)并且在所述电动机(140)运行期间根据所述至少一个温度值(t)适配所述最大功率值(pmax)。

4.根据权利要求3所述的电机控制器，其中所述控制装置(150)是可编程的并且被编程用于随着温度(70)的升高尤其是线性地或根据非线性走向降低所述最大允许的最大功率值(50；pmax)，并且随着额定转速(60，nsoll)升高尤其是线性地或根据非线性走向增加所述最大允许的最大功率值(50；pmax)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电动机控制器，其中所述控制装置(150)具有转速调节装置(11o)，所述转速调节装置被设立、尤其是编程用于只要不超过所述最大功率值pmax和/或在不超过至少一个温度值、尤其是温度t的条件下，尤其是根据额定值nsoll与电流i无关地规定、尤其是调节所述电动机(140)的要设定的转速(n)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电机控制器，其中所述控制装置(150)具有转速调节装置(110)，所述转速调节装置被设立、尤其是被编程用于调节转速n，其中所述转速n与由用户可预先给定的额定转速nsoll、最大功率值pmax、尤其是最大电机电流p～imax以及至少一个温度值t有关，

7.根据前述权利要求1至5中任一项或权利要求6所述的电机控制器，其中所述最大功率值pmax是所述至少一个温度值t和所述额定转速nsoll的函数pmax(nsoll；t)，

8.根据前述权利要求中任一项所述的电机控制器，其中所述控制装置(150)被设立、尤其是被编程为使得所述电动机(140)的功耗的限制、尤其是被编程的电流限制被放在转速的调节之上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电机控制器，其中所述控制装置被设立、尤其是被编程为使得所述电动机的功耗的限制、尤其是被编程的电流限制被放在转速的调节之下。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电机控制器，其中所述控制装置被设立、尤其是被编程用于当所述至少一个温度值在所述电动机运行期间在负载下增加时减小所述最大功率值，由此尤其是也影响所述转速。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电机控制器，其中所述控制装置具有过温关断装置，如果所述至少一个温度值达到或超过规定的过温值，则所述过温关断装置中断所述电动机的功耗。

12.一种电动工具(1)、尤其是手持式电动工具，具有

13.根据权利要求12所述的电动工具，所述电动工具被构造为角磨机。

14.一种用于尤其是借助于根据权利要求1至11中任一项所述的电动机控制器(100)控制电动工具(1)的电动机(140)、尤其是无刷电动机(140)的方法，所述方法包括以下步骤：

15.一种计算机程序或具有计算机程序代码的存储介质，包括指令，当由计算机执行所述计算机程序时，所述指令促使所述计算机执行根据权利要求14所述的方法的步骤。

技术总结
用于电动工具的电机控制器。本发明涉及一种用于电动工具(1)、尤其是手持式电动工具的电动机(140)、尤其是无刷电动机(140)的电机控制器(100)，所述电机控制器具有电子控制装置(150)，所述电子控制装置(150)具有功率限制装置(120)，所述功率限制装置(120)为了限制电动机的功耗被设立用于将所述电动机的功耗限制到最大允许的最大功率值(Pmax)，并且在电动机运行期间根据至少一个温度值(T)适配该最大功率值。本发明还涉及对应的电动工具和方法。

技术研发人员：B·迈尔,B·迈尔,E·舒马赫
受保护的技术使用者：C.&E.泛音有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23