CN102640413B - 具有改进特性的可控直流电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及优选EC电机形式的直流电机，该直流电机包括匹配装置以便改变转速/扭矩特性曲线。所述电机包括用于控制所述电机的永久有效控制电路，该控制电路被编程为使得相对于额定运行或者在使用匹配装置的运行中永久地改变所述转速/扭矩特性。

Description

具有改进特性的可控直流电机
技术领域
本发明涉及一种可控直流电机，特别涉及一种EC电机，与常规电机相比，所述电机具有改进的转速/扭矩特性，例如在耦接至机械双齿轮变速齿轮箱的电机的情况下。
背景技术
在现有技术中的电动工具的情况下，电机一般耦接至变速齿轮箱，以便覆盖较宽的转速/扭矩范围。为此目的提供了双齿轮机器、三齿轮机器以及甚至在一些情况下是四齿轮机器。
然而，变速齿轮箱的使用涉及与额外重量和空间需求相关联的相当的复杂性。此外，当处于运行期间的负荷下时，并不必切换机械齿轮箱。因此，不能在运行期间将最佳的齿轮箱上升比(step-upratio)与当前工作负荷匹配。
DE1020040276356A1披露了具有包括电机的驱动单元的电动工具，所述电机包括具有永久磁体的转子以及设有电机控制器的定子，所述电机控制器被设计为基于电压控制运行模式在第一转速范围内控制电机，并基于场减弱模式在第二转速范围内控制该电机，所述第二转速范围在更高转速的方向上且邻近第一转速范围。在第一转速范围内，电机基于电压控制而运行，其中电机控制器在该运行模式下将电压施于电机，以便预先确定电机的转速。当达到特定转速时，电机切换至不同的运行模式，该运行模式被称为场减弱模式。在这种情况下，感应反电动势减弱，从而导致伴随低扭矩的较高转速。总的来说，电机因此可被设计为用于较低的平均转速，同时切换至场减弱模式，以便实现较高转速。这允许在不使用变速机械齿轮箱的情况下实现扩展的转速/扭矩范围。
然而，这代表仅用于非常特定应用的特殊情况，其中用户必须切换至场减弱模式以便增加转速。
发明内容
本发明基于公开具有扩展的转速/扭矩范围的直流电机的目的，其目的在于保证以尽可能灵活的方式来匹配不同需求。
根据本发明，此目的通过这样的直流电机实现：所述直流电机在额定运行期间具有特定转速/扭矩特性，具有用于改变至少转速或扭矩的匹配装置，并具有用于控制所述电机的永久有效控制电路，所述控制电路被编程为使得所述转速/扭矩特性相对于额定运行或利用所述匹配装置的运行而永久性的改变。
以此方式完全实现本发明的目的。
这是因为：根据本发明，电机被设计成或通过可切换措施改变成这样的状态，使得转速/扭矩特性相对于电机的正常运行在热稳定状态下改变。在这种情况下，永久有效控制电路对电机的转速/扭矩特性进行改变。这表示至少转速或扭矩的明显降低，以便对电机施加期望的新功率特性。
一般说来，这意味着电机将仅通过匹配装置以增加的功率运行，这将导致连续运行期间的热过载。在这种情况下，控制电路对变化的功率特性提供了限制，因此防止了在转速/扭矩特性的每个分区中出现连续运行期间的热过载。
如将在下文中更加详细解释的，通过在所谓的场减弱模式下降低反电动势，所述匹配装置也可能仅产生较高的无载转速以及相应减小的固定扭矩，从而这会在原理上导致在潜在的热过载范围内无运行。
在任何情况下，永久有效控制电路都可应用不同的转速/扭矩特性，以便最终导致改变的转速/扭矩特性。例如，这使得可能通过机械变速齿轮箱来模拟电机的运转状况。
永久有效控制电路允许电机针对不同的运行状态进行最佳匹配。根据电机的构造并根据永久有效控制电路的构造，使得可能会产生匹配于运行期间的特定名义特性的转速/扭矩特性。通过实例的方式，合适的设计使得可能实现比常规直流电机(该电机在其他情况下为相同类型的)的情况下更陡的转速/扭矩曲线(profile)。
替换地或附加地，可实现这样的转速/扭矩特性，该转速/扭矩特性被设计为更常用于高转速范围，且此外，该转速/扭矩特性还适于在较低转速范围内以较高扭矩运行。
在这种情况下，依据电机和永久有效的控制电路的设计，转速/扭矩特性可匹配于多种名义曲线，在这种情况下，也可能实施设有双齿轮或多齿轮齿轮箱的电机的典型运行状况。
原理上，利用增加的功率来实现根据本发明的电机的扩展转速/扭矩特性，所述增加的功率可通过永久有效控制电路以合适的方式减小，以便在整个转速/扭矩曲线上提供对期望的功率特性的匹配。
在这种情况下，电机优选地为EC电机的形式。EC电机通常是指无刷直流电机，其中转子具有永久磁体，且定子由多个电磁体组成。连续测量电机的位置，例如经由逆感应电压(backinductionvoltage)、经由合成电流或借助于位置发送器(例如霍尔效应传感器)来进行。也可在不使用传感器的情况下使用数学算法来确定转子的位置。借助于合适的电路(例如经由MOSFET晶体管组成的桥接电路)来对定子中的电磁体进行整流。
EC电机特别适用于根据本发明的解决方案，这是因为由于电子整流所述EC电机在任何情况下都具有电子控制器，并且特别地，由于在这种情况下避免了电刷火花。
永久有效控制电路在原理上用于影响电机的相电压，以便以合适的方式限制该相电压。对于该目的，在原理上各种电路都可行，诸如脉冲-波幅调制、脉冲-频率调制或脉冲-相位调制。然而，脉宽调制(PWM)对于该目的是特别优选的。
根据本发明，现在使用诸如此类的例如PWM控制器的形式的合适控制电路，以便在原理上通过不变的电机实现(例如，在耦接至机械双齿轮齿轮箱的电机的情况下)电机的扩展的运行范围，且避免了连续运行期间的热过载。原理上，由于连续运行会导致热过载，所以对于该目的，电机以比连续运行期间可能的功率更高的功率运行。可通过例如以比额定电压更高的电压运行电机而使增加的功率一直可用，同时通过永久有效的控制电路而随之将功率限于容许值。
然而，优选地提供可电切换的匹配装置。以此方式，电机例如以比连续运行期间的热容许性更高的电压运行。在与永久有效控制电路的组合的情况下，再次将电机功率限于连续运行期间的热容许值。在这种情况下，控制电路可设定期望的转速/扭矩特性。
原理上，如何设计匹配装置现在是无关紧要的。对于该目的，具有多种措施。
例如，匹配装置可以包括星形-三角形切换器。在这种情况下，与一个相相关联的线圈(线圈组)以星形或以三角形连接。从星形至三角形的切换以因数√3来增加线路电压。因此，转速同样以因数√3增加；最大功率增至三倍。在这种情况下，优选地将半导体开关用于切换。诸如这样的开关也可由多个独立的半导体(例如两个MOSFET)组成。
根据本发明的另一个实施方案，匹配装置包括串联/并联切换器形式的线圈组切换器。
在这种情况下，电动电机的一个相的一个线圈的绕组被再分成两个相同的部分线圈。所述部分线圈可借助于三个半导体开关串联或并联。如果串联，则总电阻为2R，且匝数为2z，而当并联时，这些数字为R/2和z，其中R是所述部分线圈的电阻，而z是所述部分线圈的匝数。在从串联切换至并联时与线路电流成比例的固定扭矩会加倍，前提条件是施加的电压U保持相同，且没有电子限制或其他电流限制。如果电机在热力性上被设计为串联，则线圈组切换器可用于电子切换至具有两倍的无载转速的特性。
根据本发明的又一特征，匹配装置包括用于电机的电压供应的可再充电的蓄电池电池单元(rechargeable-batterycell)的串联/并联切换器形式的电池单元组切换器(cell-groupswitching)。
如果电机由可再充电蓄电池电池单元供电，这些电池单元可再分为相同类型的两个电池单元组。如果电池单元组并联，则这将导致两倍的电流级的不变电压。然而，如果电池单元组串联，则这会导致电压加倍。这可再次通过半导体开关实现。如果连接至可再充电蓄电池组装的电动电机在热力性上被设计为并联连接的电池单元组，则可利用切换至串联连接来电子切换至具有最大两倍无载转速的特性。
匹配装置优选地为可电控制的。
这允许对要与用于控制电机的永久有效控制电路相结合的匹配装置的变化进行电子控制，从而导致在优选运行范围之间进行快速电子切换。
原理上，较少的匝数允许电机也被设计为用于对于连续运行为非热稳定的状态，不过允许电机借助于控制电路在热容许范围内运行。这是因为较少的匝数(其中线圈间隙因数(fillingfactor)保持相同)会导致较高的无载转速和较大的固定扭矩。
改变绕组会导致转速/扭矩特性向外平行移动。无载转速和固定扭矩增加，且最大功率同样也增加。然而，该特性的宽范围不再是热稳定的。
现在，与永久有效的控制电路的组合允许校正该新的特性，以便为接近无载转速的转速选择高输出电压，其结果是实际上实现了较高的无载转速。以相对低的转速，热容许范围发生了减小。这允许电机的运转状况近似于耦接至双齿轮齿轮箱或多齿轮齿轮箱的电机的运转状况。
如上已经提到的，匹配装置也可被设计为减弱感应的反电动势。
虽然电机如不具有匹配装置的常规电机那样运行，但是减弱的感应反电动势会导致增加的转速。现在借助于永久有效的控制电路将改变的转速/扭矩特性施加于电机。
这也允许电机以改变的转速/扭矩特性(例如以扩展的转速/扭矩特性)运行。此外，可通过用户或通过合适的参数来提供影响。
匹配装置也可以允许对转子所产生的转子场与定子所产生的励磁器场之间的相位角进行连续可变的调节，从而允许转速被调节。
在本发明的一个优选的拓展方案中，控制电路被设计为在连续运行期间根据整个运行范围内的至少一个运行参数来限制电机功率。
运行参数可以优选地为选自由转速、扭矩、电流消耗(currentdraw)、温度及其组合所形成的组的运行参数。
优选地，控制电路被设计为通过比较至少一个运行参数与该运行参数的容许值来控制电机的功率。
此外，控制电路可被设计为通过测量至少一个运行参数的实际值、以及随后确定并实施电压降低的相关值来控制电机的相电压。
这确保了电机功率限于对于连续运行是热容许的范围，从而允许将电机的转速/扭矩特性特意匹配至期望的名义特性。
相应运行参数的容许值可以以矩阵、特性族或数学函数的形式存储于存储器中。因此可通过比较实际运行参数和相应运行参数的容许值来将电机功率自动降低至对于连续运行期间的相应范围为热容许的值。
另外，与相应运行参数相关的永久定义值可以以矩阵、特性族或数学函数的形式存储于存储器中。
这允许通过测量运行参数的实际值来立即分配电压降低的值。例如在初始试验中确定该值的量值，以便确保热容许连续运行。
此外，控制电路可被设计为根据至少一个运行参数的容许值来影响匹配装置。
另外，可根据荷荷来影响电机功率，或者可根据用户(例如通过经由按钮输入)来影响电机功率。
在这种情况下，控制电路优选地被设计成为匹配装置的影响提供连续转变，所述控制电路优选地根据相应的运行参数来运行。
根据本发明的另一个实施方案，对控制电路进行编程以使得发生电子切换，以便依据开关位置基于传感器控制或通过用户来启动所述匹配装置。
这使得可能实现自动切换、或可手动影响的切换。
在这种情况下，根据本发明的另一个实施方案，也可对控制电路编程以进行自动切换，以便保持一个运行参数恒定(在某些限度内)。
此外，根据本发明的电机也可耦接至单级或多级机械齿轮箱，所述齿轮箱可被设计为可切换的。
在这种情况下，优选地借助于共用开关在不同的机械和电子切换阶段之间进行切换。
这允许产生具有显著扩展的运行特性的电动工具，而无需功率显著更大的电动电机。
有利地，根据本发明的电机可特别用于螺丝刀或钻机，而且还为其他应用(例如角磨机，所述角磨机需要不同的转速以进行粗磨和切削)提供优点。
此外，通过直流电机(特别是EC电机)来实现本发明的目的，所述电机被设计为使得所述电机至少在其转速/扭矩特性的分区中、在连续运行期间在非热容许范围内运行，所述电机具有用于控制电机的永久有效控制电路，对该控制电路编程以便电机在连续运行期间在热容许范围内运行，并所述电机具有用于检测电机上的负载随时间的升高的传感器，该传感器耦接至所述控制电路以便在超过了预定临界值的情况下开始在有限时间内增加电机的输出功率。
也可以此方式实现本发明的目的。
根据本发明，如果传感器检测到已经超过了临界值(该临界值为电机负载的特性)，则电机会在有限时间内以增加的输出功率运行。通过实例的方式，这可以为电流消耗的变化率d1/dT、或快速转速下降的变化率-dn/dT。
作为“升压功能(boostfunction)”的结果，电机以增加的输出功率暂时运行，以便例如克服障碍。例如，这可以为击打节孔或钢筋，或者通过钻孔过程或螺杆传动过程在(实心)材料内钻出螺丝头的埋头孔。
优选地，控制电路被设计为，一旦在所述电机功率的有限增加开始之后已经经过了特定时间间隔，或者在电流的平方和时间的乘积已经达到特定的临界值时，则将电机的输出功率降低至额定值(rating)或降低至该额定值以下的值。
该测量确保了电机仅以增加的功率暂时运行，且再次在恰当时间以额定值或降低的功率运行，以便可靠地避免热过载。
不言而喻的是，上述特征不仅可用于相应说明的组合，而且可用于其他组合或独自使用，这不脱离本发明的范围。
附图说明
从以下参照附图对优选示例性实施方式的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
图1示出了根据本发明的电机的等效电路；
图2-图4示出了用于根据本发明的不同设计的电机的各种转速/扭矩特性；
图5示出了星形-三角形切换装置的示意图；
图6a、图6b示出了串联运行与并联运行之间的线圈组切换装置的示意图；
图7a、图7b示出了两个可再充电蓄电池组件的电池单元组切换装置的示图；
图8-图13示出了根据本发明的不同设计的电机的各种转速/扭矩特性；以及
图14示出了具有根据本发明的电机的电动工具的高度简化的示意图。
具体实施方式
根据本发明的电动电机为直流电机，所述电机优选地为EC电机的形式，即具有永磁体转子以及电动整流的无刷机器。诸如这样的电动电机的电路图示于图1中，且总体上以10注释。
根据本发明的电动电机10包括相对狭义的电机12，所述电机具有永磁体转子(未示出)和具有三个定子绕组L的定子，所述定子绕组的电阻为R。定子绕组L以三角形式连接并在点U、V、W处连接至动力电子装置(powerelectronics)14(所述动力电子装置用于驱动电机12)。动力电子装置14包括三个晶体管桥接器，由具有相关联的相应二极管D1、D2的场效应晶体管T1、T2，以及具有D3、D4的T3、T4，和具有D5、D6的T5、T6构成。相U、V、W连接至相应的连接点U、V和W。提供了用于电压供应的可再充电蓄电池(该可再充电蓄电池以17注释)。
微控制器16用于驱动动力电子装置14并输出脉宽调制控制电压(PWM)至动力电子装置14。经由耦接至微控制器16的位置发送器18来监控转子的位置。替换地，也可以不通过位置发送器，而是例如通过测量反电动势来确定转子的位置。
脉宽调制控制电压(PWM电压)使电机以固定的预定转速/扭矩特性(该特性不同于常规EC电机的特性)来运行。将参照图2至图4在下文中对此进行更加详细的描述。
在图2中，常规EC电机的特性以20注释。
本发明现在提供各种措施(匹配装置)，借助于此，诸如此类的电机可以变化的转速/扭矩特性运行，例如，这通常可通过与机械可变速齿轮箱组合来实现。
原理上，对于此目的，电机以增加的相电压运行，所述相电压永久性地增加或者通过合适的措施来可电子切换地增加，如在下文中详细解释的。相电压的增加导致转速/扭矩特性20的平行移动，如通过图2中的特性22所示的。
如果诸如这样的电机(该电机被设计为用于正常运行期间的特性20)以增加的相电压运行，从而导致特性22，这随之会在短时间之后导致热过载。根据本发明，电机现在经由控制电路驱动，以便通过永久有效的PWM来永久地限制增加的功率。例如，这可导致新的转速/扭矩特性24。
为了使该电机在连续运行期间仍然在热容许范围内运行，须适当地采用绕组或合适的通风措施。在任何情况下，可借助于永久有效的PWM来选择特性22之下的任何期望的特性。在此通过示例性的方式示出特性24。
输入侧DC电压U0的脉宽调制允许PWM电路的输出电压(如果负载不是纯电阻性的)非常快速地降至U0与0之间的值。可定义因数s，同时定义1≤s≤0，借助于此因数，PWM电路的输出电压U可表示为：
U＝s·U0
因此因数s为输出电压与输入电压的比率，且对于标准需求，根据电路的分辨率，所述比率介于1与约0.01之间。s可以随时间保持恒定，可以具有周期时间相关性或可以具有取决于测量或存储的参数值(例如电流、转速、开关位置)的曲线。
特别的是，s可以合并在电机的现有转速/扭矩特性中，例如，通过在从n0至0.8·n0的无载转速范围内设定s＝1。例如，对于从0.8·n0至0.4·n0的中间转速范围内，可将s固定为s＝0.3，并且例如，在范围从0.4·n0至0的低转速范围内可设定s＝0.1。
因此，已经通过增加相电压而移动至非热容许范围的转速/扭矩特性可以期望的方式适配，该转速/扭矩特性对应于例如模拟变速机械齿轮箱的不同特性。
通过实例，图4示出一个这样的情形。当特性20代表EC电机的正常特性同时，特性22再次示出了已经通过增加相电压来平行移动的特性。相对地，特性28示出了通过机械递增比率而实现的转速/扭矩特性。因此变速机械双齿轮齿轮箱与EC电机的组合将例如导致这样的特性，该特性的上部分将沿曲线28行进，然后从与曲线20的交叉点处弯曲，并继续沿曲线20行进。可利用根据本发明的电机模拟诸如这样的特性，例如，如图4中的特性30所指示的。为了避免突然变化，在这种情况下因数s不会突然改变，因为这可导致在发生负载变化时控制振荡。通过实例，s因此选择为转变范围内的转速的线性函数。代替将转速作为独立参数的方式，也可选择扭矩、电流级、温度或其组合。
图3示出了另外的转速/扭矩特性，该特性以26注释。在这种情况下,电机允许更多地用于高转速区域内，相关联地用于具有高扭矩的低转速区域内。
现在将参照图5至图7更加详细地解释允许相电压的可电子切换增加的多种措施。
图5示出了星形-三角形切换。定子的三个线圈组L设置为以三角形式连接，其中相应的开关S4、S5、S6位于所述三个线圈组的外部分支处。此外，可经由星形电路、经由开关S1、S2、S3从外部分支连接线圈L。如果开关S1、S2、S3打开，且开关S4、S5、S6已经关闭，则这会形成三角形电路。相对地，如果开关S1、S2、S3关闭，且开关S4、S5、S6打开，则这会形成星形电路。从星形至三角形的切换以因数√3来增加线路电压。相应地，转速同样以因数√3来增加，同时最大功率增至三倍。
半导体开关优选地用于切换。一个这样的开关(S1至S6)也可由多个单独的半导体(例如两个MOSFET)组成。
图6示出用于在并联运行(图6b)与串联运行(图6a)之间切换线圈组的线圈切换的选择方案。
在这种情况下，通过匝数2z、线径d和两个接头(2z、d)来确定电动电机的一个相的一个线圈的绕组。这些接头具有电阻2R。将线圈再分为具有(z,d)的两个部分线圈，其中每个部分线圈均具有电阻R。
如果串联连接的部分线圈供应有电压U，则这会导致如下的相电流：
I相,串联＝2z·U/2R＝z·U/R
如果并联连接，则将电压U施加于每个部分线圈。两个分支中的相电流计算为：
I相,并联＝2·I分支＝2z·U/R＝2I相,串联
所述部分线圈可使用三个半导体开关S1、S2、S3串联连接(S1和S3打开，S2关闭，见图6a)或并联连接(S1和S3关闭，S2打开，参见6b)。如果串联连接，则总电阻为2R；当并联连接时，总电阻为R/2。当从串联切换至并联时，同样地，与电流成比例的固定扭矩将加倍，原因是相电流为两倍大，假设施加的电压保持相同且没有电子或其他电流限制。因为在并联连接时具有一半的匝数，所以在相同方向上进行切换时转速将同样会加倍。
如果电机在热力性上被设计为串联连接，则串联/并联切换连同永久有效的PWM可用于电子切换至具有两倍无载转速和两倍固定扭矩的特性。
图7示出了由两个部分组组成的可再充电蓄电池的电池单元组切换的可能性。
假设可再充电蓄电池具有2m个单独的可再充电电池单元(m＝1、2…)，每个可再充电电池单元在完全充电状态下具有电压U1。可再充电电池单元首先在两个具有m个电池单元的半组装(half-pack)中全部串联连接(硬接线)。半组装的总电压为U＝m·U1。两个半组装借助于三个半导体电路彼此串联或并联连接。串联电路示于图7a中。开关S2关闭，而开关S1、S3打开。
相对地，当并联连接时，这会形成示于图7b中的位置，其中开关S2打开且并开关S1、S2关闭。因此，能在相电压U与2U之间进行切换。如果连接至可再充电蓄电池组装的电机在热力性上被设计为要并联连接的半组装，则到串联连接的切换连同永久有效PWM可用于电子切换至具有最大两倍无载转速的特性。
此外，在原理上，可能针对不同转速改变电机的绕组，这会导致所述电机在非热稳定范围内连续运行。永久有效PWM再次用于使电机在热稳定范围内运行。
假设具有绕组(z,d)的电动电机在热力性上被设计为用于额定电压U0。假设无载转速为n0。电机绕组改变为不同绕组，这会导致在相同电压U0下的具有相同特性梯度的较高无载转速x·n0(x＞1)。这通过将匝数从z改变为z/x以及将线径从d改变为d·√x来实现。如果z/x不是整数，则可选择紧邻的最接近的整数。可选择最接近d·√x的标准直径作为线径。
绕组改变的结果是以因数x平行移动的转速/扭矩特性。无载转速和固定扭矩均各自以因数x增大。最大功率以因数x2增大，其结果是特性的宽范围不再是热稳定的。
可通过与永久有效PWM的组合来校正新特性，以便针对接近无载转速的转速来选择s＝1，因此实际导致更高的无载转速。在相对低的转速下，s继续改变为s＝1/x，以便达到原始特性的热稳定范围。
调整EC电机的特性的其他措施为减弱感应的反电动势，这也被称为场减弱。
可使用与图1中所示的电路相同的电路来实现场减弱。对于此目的所有必要的是对微控制器16进行不同的编程。
图8示出EC电机的转速/扭矩特性，所述EC电机由相对于反电动势具有恒定波幅、相同信号波形和恒定相位的(电子生成的)电压来线性驱动。该特性(其以32注释)的特征在于无载转速和固定扭矩。可通过减弱磁场或反电动势、通过改变驱动信号与反电动势之间的相位来改变特性的梯度。在这种情况下，无载转速增加，且固定扭矩以相同的因数减小，参见图8中的新特性34。
可特别通过减弱反电动势将电机快速切换至新特性。
然而，不能总是通过该方式实现期望的特性，因为当在正常运行(特性32)与具有相同因数的场减弱运行(特性34)之间切换时，发生无载转速和固定扭矩的改变。
根据本发明，这种场减弱现在还另外与永久有效PWM组合。这使得可能获得在两个特性32、34以下的任何期望特性。这在图8中通过特性36示例性地示出，该特性具有更陡的转速/扭矩特性。
相对地，图9示出了新的转速/扭矩特性38，该特性具有相同固定扭矩的低无载转速。
图10示出了另一可行的新特性40，该特性被设计为一方面以低扭矩在相对高的转速下使用，另一方面以相对高的扭矩在低转速下使用。如果使场减弱可切换，则也可实现任何期望的特性，所述期望的特性延伸至曲线32的下部区域中直到固定扭矩。
图11示出了“升压功能”，其中电动电机10以增加的扭矩短暂运行，以便例如克服障碍(由传感器19(图1)检测到)。如果(例如)传感器19检测到扭矩的超过特定临界值的暂时升高，则通过增加的线路电压使扭矩从正常特性42暂时升高至平行移动的特性44，如通过特性46所示的。为了避免热过载，一旦预定时间间隔(例如5秒)过去了，则自动将扭矩再次降低至正常特性42。
图12示出了转速的相应升压功能。如果传感器19检测到例如转速的暂时降低(该转速的暂时降低超过了每单位时间的特定临界值)，则电机暂时以增加的转速运行，如特性48所示。也是在这种情况下，转速在短时间(例如3至5秒)之后再次降低至对应于正常特性42的转速。
通过实例的方式，图13也示出另一个特性曲线50，其中电机在其无载转速的区域内以增加的转速根据特性44运行，该曲线已经通过增加的线路电压平行移动。然而，如果扭矩超过了特定临界值，那么然而转速会更快地下降直至再次达到正常特性42的特性曲线。伴随低扭矩的无载转速附近的较高转速的这种使用在无热过载的情况下是可能的，因为实际上在任何情况下在此都不会达到最大功率。相对地，具有较高扭矩的转速下降得更快，以便防止最大功率升高至连续运行的容许值。
通过实例的方式，图14示出了根据本发明的电机10用于螺丝刀形式的电动工具60。电动工具60具有用于保持工具的卡盘。电机10耦接至单级或多级机械齿轮箱64，如果需要，所述齿轮箱也是可切换的。通过实例的方式，按钮66可用于允许使用者影响控制电路。

Claims (25)

1.在额定运行期间具有特定转速/扭矩特性的直流电机，所述电机具有能够电子控制的、用于改变至少所述转速或所述扭矩的匹配装置，并且具有用于控制所述电机(10)的永久有效控制电路(16)，所述控制电路(16)被编程为利用匹配装置的运行来使得相对于额定运行永久性地改变转速/扭矩特性，其中，通过减弱反电动势将所述直流电机快速切换至新特性。
2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述电机(10)为EC电机的形式。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其中，所述控制电路(16)包括永久有效PWM控制器。
4.根据权利要求1或2所述的电机，其中，所述匹配装置被设计为增加相电压。
5.根据权利要求4所述的电机，其中，所述匹配装置包括星形-三角形切换装置。
6.根据权利要求4所述的电机，其中，所述匹配装置包括串联/并联切换装置形式的线圈组切换装置。
7.根据权利要求4所述的电机，其中，所述匹配装置包括用于所述电机的电压供应的可再充电蓄电池的、串联/并联切换装置形式的电池单元组切换装置。
8.根据权利要求1或2所述的电机，其中，所述电机被设计为，通过具有恒定线圈间隙因数的相对少量的匝数而用于连续运行的非热稳定的状态，并通过所述控制电路(16)而在热容许范围内运行。
9.根据权利要求1或2所述的电机，其中，所述控制电路(16)被设计为在连续运行期间根据整个运行范围内的至少一个运行参数来限制所述电机功率。
10.根据权利要求9所述的电机，其中，所述运行参数选自由所述转速、所述扭矩、电流消耗、温度及其组合形成的组。
11.根据权利要求1或2所述的电机，其中，所述控制电路(16)被设计为通过比较至少一个运行参数与所述运行参数的容许值来控制所述电机的功率。
12.根据权利要求1或2所述的电机，其中，所述控制电路(16)被设计为通过测量至少一个运行参数的实际值、以及随后确定和实施电压变化的相关值来控制所述电机的相电压。
13.根据权利要求9所述的电机，其中，提供存储器以用于存储运行参数的矩阵、特性族或数学函数形式的容许值。
14.根据权利要求13所述的电机，其中，提供存储器以用于存储特定运行参数的矩阵、特性族或数学函数形式的电压降的值。
15.根据权利要求9所述的电机，其中，所述控制电路(16)被设计为根据负载影响所述电机功率。
16.根据权利要求9所述的电机，其中，提供开关或致动器以便根据用户来影响所述电机功率。
17.根据权利要求9所述的电机，其中，所述控制电路(16)被设计为根据所述至少一个运行参数的容许值来影响所述匹配装置。
18.根据权利要求17所述的电机，其中，所述控制电路(16)被设计为连续转变以便优选地根据相应的运行参数来影响所述匹配装置。
19.根据权利要求4所述的电机，其中，所述控制电路(16)被编程为使得发生电子切换，以便依据开关位置基于传感器控制或通过用户来启动所述匹配装置。
20.根据权利要求19所述的电机，其中，所述控制电路(16)被编程为使得执行自动切换，以便保持运行参数恒定。
21.根据权利要求1或2所述的电机，所述电机耦接至单级或多级机械齿轮箱。
22.根据权利要求21所述的电机，其中，通过共用开关在不同机械切换阶段与电子切换阶段之间进行切换。
23.直流电机，所述电机是根据前述权利要求的其中一项所述的电机，所述电机被设计为，至少在所述电机的转速/扭矩特性的分区内、在连续运行期间在非热容许范围内运行，所述电机具有用于控制所述电机的永久有效控制电路(16)，所述控制电路(16)被编程为使得所述电机在连续运行期间在热容许范围内运行，所述电机具有用于检测所述电机上的负载随时间升高的传感器，所述传感器耦接至所述控制电路(16)，以便在超过预定临界值的情况下，使所述电机的输出功率开始在有限时间内增加，其中，通过减弱反电动势将所述直流电机快速切换至新特性。
24.根据权利要求23所述的电机，其中，所述控制电路(16)被构造为一旦在电机功率的有限增加开始之后已经经过了特定时间间隔，或者在电流的平方和时间的乘积已经达到特定临界值之后，则将所述电机的输出功率降低至额定值或该额定值以下的值。
25.根据权利要求23所述的电机，其中，所述直流电机是EC电机。
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