CN102388526A - 具有直流电动机和功率电子装置的电动工具机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有直流电动机(3)和用于运行所述电动工具机(3)的功率电子装置(9)的电动工具机(1)，所述功率电子装置具有功率组件与逻辑组件。提出：所述功率组件作为功率单元(5)设置在所述直流电动机(3)上。此外，本发明还涉及一种用于运行电动工具机(1)的直流电动机(3)的功率电子装置(9)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有直流电动机和用于运行所述电动工具机的功率电子装置的电动工具机，所述功率电子装置具有功率组件与逻辑组件。
此外，本发明还涉及一种具有功率组件与逻辑组件的功率电子装置，其用于运行电动工具机的直流电动机。
背景技术
开头部分所述类型的电动工具机是已知的。如果用直流电动机来运行电动工具机，则需要用于运行直流电动机的特殊电路电子装置。为此，通常使用所谓的脉宽调制技术。借助于脉宽调制技术可以通过简单的方式非常准确地控制直流电动机。为此需要具有功率组件和逻辑组件的功率电子装置，所述功率组件用于通断直流电动机和能量源之间的电连接，而所述逻辑组件用于相应地控制功率组件以运行直流电动机。在此，逻辑组件接收电动工具机的操作开关的信号并且根据接收到的信号控制功率组件(或者也称作功率开关)。通常这种操作开关被制造为可用在电动工具机中的开关模块，所述开关模块包含功率电子装置并且借助于电缆与直流电动机和能量源连接。在另一个实施方式中，功率电子装置的组件安装在电路载体、例如电路板上，并且从那里又借助于电缆与直流电动机和电压源连接。作为功率组件通常使用功率半导体、晶体管和/或二极管。
发明内容
根据本发明提出，功率组件作为功率单元设置在直流电动机上。即提出：功率电子装置的功率组件形成一个单独的单元，并且因此与逻辑组件基本上是分离的。其中，在这里概念“单元”和“分离”应当在空间方面进行理解。当然组件之间必须存在(电的)有效连接，以便可以作为功率电子装置起作用。然而，功率组件作为功率电子装置的功率单元设置在直流电动机上。功率单元的有利构造和设置允许从功率电子装置的功率组件或者功率单元到直流电动机的特别短的电连接导线，这导致阻抗优化的电流。因此，总体上形成电动工具机中损耗功率优化的设置。在在功率组件或者功率单元与直流电动机之间流动的电流较大的情况下，这导致电动工具机的更高功率。从功率单元到符合目的地设置为逻辑单元的逻辑组件的电连接有利地借助于(从横截面来看)细的连接/电缆实现。如果逻辑单元例如设置在操作开关上并且因此远离直流电动机，则由于仅仅用于信号传输的连接而不需要从操作开关到直流电动机的宽的/粗的电缆。为了传输逻辑单元的信号，细的连接便足够了，其中，借助于所述信号控制功率组件或者功率单元。这具有以下优点：其一方面其是成本有利的而另一方面由于其更高的灵活性比较宽的线缆更易于安装。
有利地，功率单元被构造为功率模块。这意味着，功率单元在电动工具机装配时可以作为模块进行操作，并且在相应的系统中可通过简单的方式方法进行更换和/或可设置在不同的直流电动机上。其中，优选地，功率模块具有一个壳体，所述壳体用于更方便操作以及用于保护功率单元。
优选地，功率模块借助于第一插接连接固定在直流电动机上。符合目的地，功率模块以及直流电动机为此具有插接连接元件，例如插头和插头容纳部。此外，插接连接可以构造为夹紧式的，从而功率模块基本上被力锁合地保持在直流电动机上。在另一实施方式中，插接连接附加地或替代地具有一个或多个止动装置，例如啮合到凹槽中或者凸起后面的可弹性移动的止动钩，从而形成形状锁合的保险装置，所述保险装置以简单的方式方法阻止功率模块从直流电动机上意外脱落。替代地或附加地，也可以考虑功率模块焊接在直流电动机上和/或借助于压接技术或者借助于至少一个切割夹钳的固定。
特别优选地，第一插接连接被构造为导电的。这意味着，功率模块通过与直流电动机的简单插接既固定在直流电动机上又与直流电动机电连接。这简化了装配、尤其是降低了布线开销以及改善或者优化了功率模块与直流电动机之间的电流。
根据本发明的一个扩展构型，功率模块借助于第二插接连接与可再充电的蓄能器、尤其是蓄电池连接。其中，所述第二插接连接不一定是从功率模块到蓄能器的直接连接，而是也可以由可与功率模块和蓄能器接插的中间件和/或接触桥组成。接触桥的区域优选被如此构造，使得蓄能器可通过简单的方式方法进行更换。在此符合目的地，功率模块与接触桥之间的插接连接被如此构造，使得形成固定的连接，所述连接确保了持久的电连接。由此形成从蓄能器到直流电动机或者从能量源到耗能器的特别阻抗优化/损耗优化的无电缆的电连接。
根据本发明的一个有利的扩展方案，功率模块设置在直流电动机的冷却空气吸入区域中。在运行中对电机、如直流电动机进行冷却的最简单的方法是空气冷却。其中，直流电动机在运行中通过转子的旋转和在必要时与转子相连接/所驱动的风扇叶轮的旋转产生空气流，所述空气流穿过直流电动机。为此，直流电动机符合目的地在其壳体中在相应的位置处具有一些开口，通过这些开口吸入环境/冷却空气。因此，通过功率模块设置在这样的冷却空气吸入区域的区域中实现了功率模块以热量的形式向在其旁边经过的空气流输出损耗功率。因此，与已知的电动工具机相比，实现了更高的冷却功率，这导致可以使用相对较小的功率组件、尤其是更小的功率半导体，这一方面在结构空间方面具有优点而另一方面在制造成本方面具有优点。
此外提出，功率模块具有至少一个冷却元件，尤其是一个或多个冷却筋。符合目的地，功率模块基本上以壳体包围功率组件，其中，功率组件优选贴靠在符合目的地具有高热导率的壳体上，从而在功率组件中生成的热量良好到散发到壳体中。符合目的地，冷却筋形成壳体的一部分或者热量传导优化地施加在壳体上，从而功率组件的热量可以通过功率模块的壳体最优地散发到冷却筋。优选地，冷却筋在此位于直流电动机的冷却空气吸入区域中，其中，冷却筋将由功率组件散发的热量直接输出给冷却空气流。特别优选地，冷却元件与功率组件直接接触，以便使热量导出最优化。
最后提出，电动工具机是手持式电动工具机。
根据本发明的功率电子装置的特征在于，功率组件被构造为设置在直流电动机上的功率单元。如以上所述，这允许从功率组件到直流电动机的阻抗优化或损耗功率优化的电连接。
符合目的地，优选构造为功率模块的功率单元具有用于直流电动机的导电的插接连接。借助于所述导电的插接连接，可以通过简单的方式方法将功率模块固定在直流电动机上，其中，同时建立电连接。优选地，插接连接被如此构造，使得功率模块可插在直流电动机上或者电流电动机的连接接触部上。
此外提出，功率模块具有用于可再充电的蓄能器、尤其是用于蓄电池的导电的插接连接。则建立从直流电动机到蓄能器的无电缆的电连接，由此简化装配并且减少能量损耗。
最后提出，功率模块具有至少一个冷却元件、尤其是一个或多个冷却筋。借助于冷却元件或者借助于冷却筋特别有利地将功率组件的损耗热散发到环境中，其中，所述功率组件符合目的地是功率半导体。
附图说明
以下根据实施例更详细地描述本发明。附图示出：
图1：有利的电动工具机的示意图，和
图2：具有直流电动机的有利的功率模块的立体图。
具体实施方式
图1以示意图示出有利的电动工具机1的实施例，所述电动工具机被构造为手持式电动工具机2。手持式电动工具机2具有直流电动机3，所述直流电动机由可再充电的蓄能器4供给能量。有利地，所述蓄能器4是蓄电池，尤其是可更换的蓄电池。在直流电动机3上设置有功率单元5，所述功率单元包含一个或多个功率组件，尤其是功率开关，例如晶体管，二极管、半导体器件等等。借助于这些功率组件，可建立直流电动机3与蓄能器4之间的所需的电连接。为此，功率单元5借助于电连接6与蓄能器4连接。此外，功率单元5具有与逻辑单元8的电连接7，所述逻辑单元包含一个或多个用于控制功率组件的逻辑组件。逻辑单元8和功率单元5共同形成用于运行直流电动机3的功率电子装置9。
功率电子装置9有利地划分和分离成在空间上独立的功率单元5和在空间上独立的逻辑单元8实现了功率组件在直流电动机3上在空间上分离的设置。在功率单元5和直流电动机3之间流动的高电流由于功率单元5集成在直流电动机3上和由此决定的短路径而仅仅经受小的损耗，从而在蓄能器4的功率或者容量保持不变的情况下实现了直流电动机3的更高功率。为了功率单元5与直流电动机3的电连接，为此有利地设有具有大横截面的导线。因此，通过直接的空间分配确保了最短的可能连接并且使损耗(例如，欧姆损耗)最小化。因为在逻辑单元8和功率单元5之间仅仅传输信号、即仅仅较小的电流，所以可以借助于具有非常小的横截面的电缆(细的连接)实现电连接7。细的电缆在装配时允许简单的操作，尤其是因为其高灵活性。电连接6同样可以实现为电缆连接，但需要较大的横截面。在图2中解释电连接6的优选实施方式。
图2以立体图示出有利的电动工具机1或手持式电动工具机2的另一实施例，其中，在这里也仅仅示出了对于本发明而言重要的组成部分。由图1已知的元件设有相同的附图标记，从而为此不再重复描述。
功率单元5在当前实施例中被构造为功率模块10。为此，所述功率单元具有一个基本上箱形的壳体11，在所述壳体中设置有功率组件。功率模块10在此设置在直流电动机3的驱动轴12的延长位置上。在其与功率模块10相对置的端面13上，直流电动机13具有相对设置的接触插头14、即导电插接元件，其基本上垂直地从端面3伸出。功率模块10相应地在其朝向直流电动机3的壳体11的表面15上具有两个接触插头容纳部16，其构造为从表面15伸出，从而其同时作为间距保持件。接触插头容纳部16和接触插头14共同形成第一插接连接17。功率模块10现在借助于插接连接17通过简单的方式方法插到直流电动机3上并且因此设置在直流电动机3上。因为接触插头14和(符合目的地)接触插头容纳部16至少局部地构造为导电的，所以通过插接连接17同时建立直流电动机3和功率单元5之间的电接触。因此实现了功率组件/功率开关与直流电动机3的无电缆的连接。这一方面简化了装配而另一方面减少了电流导线中的损耗。符合目的地，如以上所述地进行在这里没有示出的逻辑单元8的连接。
此外，直流电动机3在其端面13中具有在这里看不到的开口，在直流电动机3运行中用于冷却的空气通过所述开口被吸入到直流电动机3的内部中，所述空气通过在与端面13相对置的端面18中构造的开口重新流出。功率模块10或者功率单元5有利地设置在吸气范围中，更确切地说，设置在直流电动机3的冷却空气吸气范围中。这导致功率模块10在直流电动机3运行中位于冷却空气流中，功率模块10向所述冷却空气流输出在功率单元5中产生的(损耗)热量。此外，功率模块10具有设置在表面15上的冷却元件19，所述冷却元件有利地被构造为冷却筋20，其中，冷却筋20符合目的地与功率单元5的功率组件有效接触，从而热量以简单并且有利的方式方法通过冷却筋20输出给直流电动机3的冷却空气流。这样的设置能够实现(热量)损耗的良好且快速的散发，尤其是在经常在空载与阻断运行之间进行转换的应用情形中。通过所述设置进一步提高了功率单元5的冷却，从而可以使用总体上更小并且更加成本有利的功率组件，由此在结构大小以及在电动工具机1以及功率电子装置9的制造成本方面具有优点。替代以上所述的插接连接17还可以考虑将功率模块10焊接、夹持和/或压紧在直流电动机3上，以便既建立机械接触也建立电接触。
在当前实施例中，从功率模块10到蓄能器4(蓄电池)的电连接6同样由插接连接21形成。为此，功率模块10具有两个接触插头22，其从功率模块10或者壳体11伸出并且插入到接触桥24的接触插头容纳部23中。接触桥24具有不导电的载体元件25，在所述载体元件上设置有导电的接触轨。所述接触轨基本上由接触插头容纳部23导引至接触插头26，其中，在所述接触插头容纳部23中建立与功率模块10的电接触，所述接触插头26与在这里仅仅通过虚线表示的蓄能器4共同作用。因此，接触桥24是功率模块10与蓄能器10之间的中间件。符合目的地，接触桥24被如此构造，使得借助于接触插头26与蓄能器4的电连接被如此构造，使得可以通过简单的方式方法更换蓄能器4，相反与功率模块10的电连接被如此构造，使得确保持久的、可靠的电接触。因此，在总体上无电缆地构造从蓄能器4到直流电动机3的电连接6，由此实现具有阻抗优化的电流的损耗功率优化的设置。此外，与现有技术相比，所述设置具有更少接触位置并且因此具有更少接触电阻。通过插接连接(尤其是17和21)实现了手持式电动工具机2的特别简单并且成本有利的装配。
由于功率电子装置9的功率单元与逻辑单元的有利分离，能够以功率单元5或者以功率模块10配备不同的结果，例如不同的直流电动机，并且通过逻辑单元8实现不同的(控制)变型方案，例如可选的工作位置照明、可选的蓄能器容量显示或者可选的电动机温度检测。
Claims (12)
1.电动工具机(1)，所述电动工具机具有直流电动机(3)和用于运行所述直流电动机(3)的功率电子装置(9)，所述功率电子装置具有功率组件和逻辑组件，其特征在于，所述功率组件作为功率单元(5)设置在所述直流电动机(3)上。
2.根据权利要求1所述的电动工具机，其特征在于，所述功率单元(5)被构造为功率模块(10)。
3.根据以上权利要求中任一项所述的电动工具机，其特征在于，所述功率模块(10)借助于第一插接连接(17)固定在所述直流电动机(3)上。
4.根据以上权利要求中任一项所述的电动工具机，其特征在于，所述第一插接连接(17)被构造为导电的。
5.根据以上权利要求中任一项所述的电动工具机，其特征在于，所述功率模块(10)借助于导电的第二插接连接(21)与可再充电的蓄能器(4)连接。
6.根据以上权利要求中任一项所述的电动工具机，其特征在于，所述功率模块(10)设置在所述直流电动机(3)的冷却空气吸入区域中。
7.根据以上权利要求中任一项所述的电动工具机，其特征在于，所述功率模块(10)具有至少一个冷却元件(19)，尤其是一个或多个冷却筋(20)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的电动工具机，其特征在于，所述电动工具机(1)是手持式电动工具机(2)。
9.用于运行尤其是根据以上权利要求中任一项或多项所述的电动工具机(1)的直流电动机(3)的功率电子装置(9)，所述电子功率装置具有功率组件和逻辑组件，其特征在于，所述功率组件被构造为可设置在所述直流电动机(3)上的功率单元(5)。
10.根据权利要求9所述的功率电子装置，其特征在于，所述功率单元(5)被构造为功率模块(10)并且具有用于所述直流电动机(3)的导电的插接连接(17)。
11.根据以上权利要求中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，所述功率模块(10)具有用于可再充电的蓄能器(4)、尤其是用于蓄电池的导电的插接连接(21)。
12.根据以上权利要求中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，所述功率模块(10)具有至少一个冷却元件(19)，尤其是一个或多个冷却筋(20)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120321 |