CN101817177A - 带有加速杆的蓄电池驱动的手操纵式工作器械 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有加速杆的蓄电池驱动的手操纵式工作器械,具体而言,涉及如机动链锯或类似者的蓄电池驱动的手操纵式工作器械。在器械壳体处设置有用于持握且操纵工作器械的手柄。在器械壳体中布置有电驱动马达和用于工作工具的输出装置以及用于使工作器械运行的蓄电池组。手柄具有用于控制驱动马达的操作元件,该操作元件可围绕转动轴线摆动并且作用于电控制元件。为了快速通过电动马达的起动阶段而设置,将电控制元件的输出信号输送给电子控制器,蓄电池组和驱动马达联接在该电子控制器处。取决于操作元件的转动位置由电子控制器分配输送的电能,其中,在可摆动的操作元件的第一角范围内,所分配的电能为“零”。
Description
技术领域
背景技术
已知带有作为能量源的蓄电池组的便携的手操纵式工作器械。文件US 2007/0240892 A1显示了以不同方式构造为机动链锯、绿篱机、室外修剪机以及类似者的便携的手操纵式工作器械。在器械壳体中设置有带有相关联的用于工作工具(Arbeitswerkzeug)的输出装置(Abtrieb)的电驱动马达,其中,器械壳体包围蓄电池组,其通过相应的电控制器与驱动马达相连接。通过带有操作元件的第一后手柄来操纵工作器械并控制驱动马达,同时通过使用者的第二只手握住第二前手柄,以用于保持工作器械。
这种带有蓄电池驱动的电动马达的工作器械的实施方案是特别的挑战,因为一方面必须提供充足的驱动功率供使用,另一方面足够的运行时间是必须的。供使用的电能需要由合适的化学结构的蓄电池组成的相应的蓄电池组。
这种器械的运行时间基本上取决于,在所要求的输出功率时如何高效地使用储存在蓄电池组中的能量。
发明内容
本发明的目的是,如此地改进蓄电池驱动的手操纵式工作器械,即,使得改善蓄电池充电量(Akkuladung)的使用效率。
通过本发明的工作器械来实现该目的。
工作器械的加速杆(Gashebel)与电控制元件(Stellglied)相连接,该控制元件的取决于位置的输出信号输送给电子控制器(Steuerelektronik)。因此,电子控制器接收加速杆的行程位置的位置信号并取决于加速杆的行程位置给驱动马达输送所需的能量。根据本发明设置,在构造为加速杆的操纵元件的紧接停止运行位置(静止位置)的第一行程范围内分配的电能大小为“零”,即,未输送电能。
为了使驱动马达运行,通过使用者必需将加速杆下压相当程度而实现。优点在于,快速通过驱动马达的损失大的起动运动,因为在刚开始时利用相应大的电压信号操控马达。起动的运行阶段可保持短,以使得在马达起动阶段出现的电损失可保持较小。更高效地使用储存在蓄电池组中的充电量;提高蓄电池驱动的工作器械的运行时间。
有利地,操作元件可围绕转动轴线摆动,其中,操纵元件的行程范围(在该行程范围内不输送能量)在0°至10°的角内延伸,尤其延伸至约7°。只有在通过作为“不通电过程”(“Totweg”)的第一行程范围之后,即在从第一“不通电”(“tot”)行程范围到接着的第二行程范围的过渡中,以跃迁的方式将马达调整到预设的功率值,该功率值适宜地对应于马达额定电压的约30%。有利地,以作为马达的操控信号的方式输送适宜地脉冲宽度调制(pulsweitenmoduliert)的信号。为了使损失保持较低,操控信号为直流电压信号,其中,电驱动马达实施为EC马达(电子整流马达)。
根据另一发明方面,在电子控制器的功率电路(Leistungsstromkreis)中布置有至少一个机械式开关,该开关接通或切断功率电路。这种开关适宜地为双手式保险装置(Zweihandsicherung)的部件,以提高关于蓄电池驱动的手操纵式工作器械的运行可靠性。
电子控制器和开关的开关位置如此地彼此匹配,即,使得开关分别以无电流的方式断开和闭合。这意味着,在开关的闭合瞬间功率电路为无电流的,并且只有在功率电路中的电流变为零时,才断开开关(在正常运行时)。因此,对于双手式保险装置可使用简单的开关,其接触(Kontakt)防止过载,并因此防护相关的后果(如接触电火花)。
附图说明
本发明的其它特征将从其它的权利要求、说明书以及附图(在其中示出了详细描述的本发明的实施例)中得出。其中:
图1显示了以机动链锯为例的手操纵式工作器械的示意性的侧视图,
图2显示了带有用于有刷马达的电子控制器的功率电路的示意性图示,
图3显示了用于无刷电动马达的电子控制器的示意性图示,
图4显示了脉冲宽度调制的信号序列(Signalfolge),
图5显示了关于操作元件的摆动角的脉冲宽度的线图,
图6显示了绿篱机的示意性的侧视图。
具体实施方式
在附图中示出的手操纵式工作器械1的实施例在图1中实施为机动链锯2并且在图6中实施为绿篱机40。实施例同样作为其它的工作器械的示例,例如切断机、室外修剪机、裁边器(Kantenscheider)、高位枝修剪器(Hochentaster)、鼓风器械、喷洒器械、抽吸器械、地面钻孔器械、用于多功能意图的多用途马达器械、打扫器械、机动中耕机、旋耕机、高压清洁器、草坪修剪机、松土机、碎草机、湿式或干式抽吸机或者类似的尤其为手操作式工作器械。
使用者借助于两个手柄4和6操纵工作器械1,其中,使用者的第一只手握住第一后手柄4,并且使用者的第二只手握住第二前手柄6。示出的便携的手操纵式工作器械1为所谓的“双手式器械”,其由使用者的双手握住,以用于保持并操纵工作器械1。
工作器械1的后手柄4(图1和图6)优选构造成与器械壳体9成为一体,并且尤其包括连接在一起的把手壳层(Griffschale)。前手柄6实施为弓形把手(Bügelgriff),其基本上横向于机械纵轴线5。后手柄4在机械纵轴线5的方向上取向。在前手柄6之前布置有护手装置3,其在机动链锯2(图1)中适宜地作为用于安全制动器的机械触发装置,利用该安全制动器可瞬时制动并停止工作工具11。
在根据图6的绿篱机中,前手柄6适宜地构造为两部分,其中,部件半部6a和6可相对于彼此运动,以用于操作布置在二者之间的电双手式保险装置的开关31’。该开关31′可直接由弓形把手的部件来操纵或者还可间接通过传递元件(例如,搭接片(Schaltbügel)或类似者)来操纵。
在工作器械1的器械壳体9中容纳有电驱动马达8以及带有用于工作工具11的链轮的输出装置14(在机动锯2的情况下)。在根据图1的实施例中,工作工具11为锯链12,其在导轨13的外环槽中旋转(umlaufen)。在根据图6的实施例中,工作工具11为带有来回运动的剪切刀具的刀架(Messerbalken)。
电驱动马达8具有大于150瓦的电消耗功率(Aufnahmeleistung),优选具有在500瓦至5000瓦的范围内的电消耗功率。马达适宜地可构造为有刷马达;马达优选构造为高功率马达,尤其为EC马达或者无刷马达。
在工作器械1的器械壳体9中构造有用于蓄电池组15的容纳槽(Aufnahmeschacht)16,其中,该容纳槽16基本上对应于蓄电池组15的体积,以使得蓄电池组15(如图1和图6中点划线所示)基本上全部容纳在器械壳体9的容纳槽16中。
蓄电池组15包括蓄电池组壳体23,在其中布置有多个电池。蓄电池为可重新充电的电池,例如如NiCd电池(镍铬电池)、NiMh电池(镍氢电池)、LiIo电池(锂离子电池),LiPo电池(锂聚合物电池)、LiFePo4电池(磷酸铁锂电池(Lithium-Eisen-Phosphat-Zelle))、锂-钛电池(Lithium-Titanat-Zelle)或类似设计的电池一样的蓄电池。单个电池的电池电压适宜地在2伏和5伏之间的范围内、优选约3.6伏至3.7伏。利用这种电池按照实施的联接(串联,并联)可提供12伏至150伏、优选20伏至51伏的蓄电池组电压。在实施例中,取决于蓄电池组15的充电状态,蓄电池组15的空载电压设置为20伏至42伏。
在蓄电池组壳体23中由导线连接的由单个电池组成的电池组通过外部的联接板24以电的方式接通(kontaktieren),其中,该联接板24设置在容纳槽16的底部25处。因此,联接板24对立于容纳槽16的插入口22,以使得在蓄电池组15的纵轴线18的方向中推入蓄电池组15时在插入路径的终段中实现蓄电池组15的电接通。联接板24与电子控制器26处于连接,电驱动马达8通过功率电路30(图2,3)联接到该电子控制器26处。电子控制器26转换通过控制线27所接收的同样构造为位置传感器的电开关和控制元件31或31a,31b(图3)的控制命令,并对应于实施成加速杆的操纵元件32的行程位置来控制驱动马达8。对此,借助于电子控制器26将蓄电池组15的直流电压作为脉冲宽度调制的信号序列34(图4)输送给驱动马达8,其中,信号强度具有电压V1,其小于蓄电池组电压。根据充电状态,蓄电池组电压值适宜地为20至42伏。
脉冲宽度调制的信号序列34的周期时间τ包括带有信号时间TS的信号S本身和带有间隔时间TP的信号间隔P。信号时间TS在保持不变的周期时间τ中取决于所要求的功率而从0%变化至M%。在0%时,信号时间TS为0;在M%时,信号时间TS对应于例如26伏的平均预设的马达电压。对于周期时间τ适用:TS+TP=τ。
在图2中显示了实施为有刷马达的电动马达8的线路,该电动马达8的功率电路30可通过开关33和33′而中断。开关33,33′直接处于功率电路30中,以使得即使例如仅下压构造为可摆动的加速杆的操纵元件32,在开关33,33′断开时马达8保持无电流。在所示的实施例中,加速杆关联有加速杆闭锁件20,其布置在后手柄4处的背离加速杆的侧面上。加速杆和加速杆闭锁件20如此地处于彼此相互作用,即,使得只有在下压加速杆闭锁件20时才可操纵加速杆。
开关33′为开关元件(Schaltglied)31′的一部分,并且可与前手柄6相关联,如在对应于图6的绿篱机40的实施例中示意性地所示的那样。当使用者以一只手握住后手柄4并且以另一只手握住前手柄6时,驱动马达8则可且才可运行。只有在抓住手柄4,6之后才闭合开关33,33′,其中,同时松开在加速杆闭锁件20和加速杆之间的机械闭锁件,以使得使用者可下压构造为加速杆的操纵元件32。
如果使用者握住两个手柄4和6并同时闭合开关33和33′,则加速杆闭锁件20松开,以使得使用者可操作加速杆。加速杆32(如图1中所示)围绕转动轴线21在箭头方向上摆动角α,其中,构造为位置传感器的控制元件31将取决于行程位置或摆动位置的信号通过控制线27发送到电子控制器26处。
电子控制器26取决于加速杆32的行程位置来控制电驱动马达8。有刷马达8的操控借助于电子控制器26利用由蓄电池组15所提供的直流电(DC)而实现,该直流电(如图4所示)作为脉冲宽度调制的信号34而输送。通过这样的线路实现,开关33和33′在功率电路30中在正常运行状态下总是以无电流的方式闭合,以使得接触负载小并因此避免接触电火花。
为了减小驱动电极8的起动损失设置,在操纵元件32的第一行程范围35(图1)中将信号S的脉冲宽度调整到0%,以使得在紧接停止运行位置(静止位置)的第一行程范围35中分配给电动马达的电能为“0”。通过操纵元件32所操控的控制元件31适宜地如此设计,即,第一“不通电”的行程范围35对应于控制元件31的总行程的约30%至60%、尤其总行程的约40%至45%。
适宜地,第一行程范围35(在该行程范围35内无电能输送给驱动马达并且信号S的脉冲宽度TS为0)对应于实施为加速杆的操纵元件32的0°至10°、尤其至7°的转角。如图5所示,在“不通电”行程范围35结束时,脉冲宽度PWM以跃迁的方式提高到预设的起动值,例如提高到马达额定功率或马达额定电压的30%,以使得电动马达8全力启动并且损失大的启动阶段尽可能短。
通过加速杆32的进一步行程范围、通过例如25°至30°的加速杆的转角范围实现脉冲宽度的增大,直到行程范围结束脉冲宽度为M%,其可小于100%。预设的M%的脉冲宽度对应于电动马达8处所期望的最大马达电压,例如最大供给电压(例如26伏)。因此,在宽的运行范围内蓄电池电压始终大于马达处的电压;如果由于充电量降低蓄电池电压降到低于例如28伏的阈值,则脉冲宽度PWM以控制的方式降低,以使得使用者感觉到由于低蓄电池充电而引起的电动器械的反应,并且其可采取措施以用于进一步的工作,例如为蓄电池组充电或者推入替换的蓄电池。
如果使用EC马达或者无刷马达作为驱动马达8,则利用按照图3的线路实现操控。在电动马达8的功率电路中未布置机械式开关;电流的控制优选通过电子元件例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或者类似的功率模块来实现。蓄电池组15通过在接触板24处的联接件28而以电的方式直接与电子控制器26相连接,该电子控制器26通过电功率模块和功率电路30直接对电动马达8进行供电(speisen)。通过控制线36控制EC马达,以使得用于使EC马达运行所必需的电子操控器可集成在工作器械1的电子控制器26中。传感器线37为电子控制器提供关于无刷马达8的场状态(Feldzustand)的反馈。此外,通过信号线29将蓄电池组15的运行数据传给电子控制器26,以用于在控制时考虑这些运行数据。
控制元件31,31′的开关33和33′布置在控制回路中并通过控制线27与电子控制器26相连接;取决于开关33和33′或控制元件31b的开关状态来操控马达8。在此,功率电路中的功率控制以如关于有刷马达所描述的以及图4和图5中所示的同样的方式以脉冲宽度调制的方式而实现。
如虚线所示,通过控制线27可联接其它的开关元件33″,以用于例如将对于使工作器械运行所必须的其它部件的状态报告到电子控制器26处。
脉冲宽度PWM增加至M%或者增加至例如26伏的预设的马达电压可按照适宜地设计的曲线而实现。在第一实施例中(如图5拉伸的线所示)设置按照直线17从30%到M%的线性且连续的增加。因此,使用者具有加速杆32,利用该加速杆32使用者可根据需要灵敏地控制功率。
同样可适宜的是,设置按照曲线7脉冲宽度增长到M%,如图5中示范性地以点划线所示的那样。根据阶梯曲线10的阶梯状的增长同样可为有利的,如图5中虚线所示的那样。
M值取决于实际电压,并因此取决于相联接的蓄电池组15的充电状态;对于完全充电的蓄电池组15,存在例如约42伏的蓄电池电压,以使得将脉冲宽度偏置导通(aufsteuern)到约60%的值。如果蓄电池组强烈放电并且例如还只具有30伏的蓄电池电压,则脉冲宽度提高到85%,以使得在电动马达8处仍存在例如26伏的额定电压。如果实际的蓄电池电压降低到低于例如30伏的阈值,则可针对性地降低脉冲宽度,以使得使用者可确定对于蓄电池电压降低的反应。
图6中所示的工作器械1显示带有作为工作工具11的刀架的绿篱机40。绿篱机40的基本结构对应于根据图1的工作器械1,因此对于相同的部件使用相同的参考标号。
Claims (16)
1.一种手操纵式工作器械,所述工作器械带有:至少一个固定在器械壳体(9)处的手柄(4,6);布置在所述器械壳体(9)中的电驱动马达(8)和用于工作工具(11)的输出装置(14),以及用于使所述工作器械(1)运行的蓄电池组(15);设置在手柄(4)处以用于控制所述驱动马达(8)的操作元件(32),其中,所述操作元件(32)作用于电控制元件(31),
其特征在于,将所述电控制元件(31)的输出信号输送给电子控制器(26),所述蓄电池组(15)和所述驱动马达(8)联接在所述电子控制器(26)处,并且取决于所述操作元件(32)的位置由所述电子控制器(26)分配输送给所述驱动马达(8)的电能,其中,在紧接停止运行位置的操作元件(32)的“不通电”第一行程范围(35)内,所分配的电能为“零”。
2.根据权利要求1所述的工作器械,其特征在于,所述电控制元件(31)的“不通电”行程范围(35)对应于总行程的30%至60%。
3.根据权利要求2所述的工作器械,其特征在于,所述电控制元件(31)的“不通电”行程范围(35)对应于总行程的40%至45%。
4.根据权利要求1所述的工作器械,其特征在于,所述操作元件(32)可围绕转动轴线(21)摆动,并且第一行程范围(35)对应于0°至10°的转角。
5.根据权利要求4所述的工作器械,其特征在于,所述转角为7°。
6.根据权利要求1所述的工作器械,其特征在于,在从第一行程范围(35)到接着的第二行程范围的过渡中以跃迁的方式调整到预设的功率值。
7.根据权利要求6所述的工作器械,其特征在于,所述预设的功率值对应于额定功率的30%。
8.根据权利要求1所述的工作器械,其特征在于,所述电子控制器(26)给所述电驱动马达(8)的操控信号(34)为脉冲调制的信号序列(34)。
9.根据权利要求8所述的工作器械,其特征在于,所述调制的信号序列(34)为直流电压信号。
10.根据权利要求1所述的工作器械,其特征在于,所述电驱动马达(8)为EC马达。
11.根据权利要求10所述的工作器械,其特征在于,所述EC马达的电子操控器集成在所述电子控制器(26)中。
12.根据权利要求1所述的工作器械,其特征在于,所述手柄(4,6)关联有开关(33′),所述开关(33′)为双手式保险装置的部件。
13.根据权利要求1所述的工作器械,其特征在于,在所述电子控制器(26)的传送工作电流的功率电路(30)中,布置有至少一个机械式开关(33,33′)。
14.根据权利要求12或13所述的工作器械,其特征在于,所述电子控制器(26)和开关(33,33′)的开关位置如此地彼此匹配,即,使得所述开关(33,33′)以无电流的方式闭合和/或断开。
15.根据前述权利要求中任一项所述的工作器械,其特征在于,所述工作器械为便携的手操纵式工作器械。
16.根据权利要求15所述的工作器械,其特征在于,所述便携的手操纵式工作器械为绿篱机、机动链锯、或室外修剪机。
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