CN103248299B - 用于使电动马达运行的方法以及带有电动马达的工作器械 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使电动马达运行的方法以及带有电动马达的工作器械，具体而言，本发明涉及一种用于使在工作器械(1)中的电动马达(6)运行的方法，该电动马达带有在电动马达(6)的低的转速和电动马达(6)的高的转速之间伸延的功率特性曲线(30,31,32,33)。该功率特性曲线(30,31,32,33)具有带有显著的最大值(M)和位于工作器械(1)的工作转速范围(AD)中的工作平稳段(AP)的功率特征。为了在宽的转速范围上达到稳定的工作点，设置成，将工作平稳段(AP)关于电动马达(6)的转速(n)的位置设计成可移动的。

Description

用于使电动马达运行的方法以及带有电动马达的工作器械
技术领域
本发明涉及一种用于使带有电动马达的工作器械运行的方法以及一种带有由电动马达驱动的工具的工作器械。
背景技术
从文件DE 10 2007 046 111 A1中已知一种便携的手持式的工作器械，其构造为收割机。驱动马达通过曲轴传动装置驱动通过钩部挂在待收割的树枝处的振动杆(Rüttelstange)。取决于驱动马达的转速来产生振动振荡，其使待收割的果实从振动的树枝上脱落。果实的不同成熟程度与不同的果实一样要求振动振荡的不同的频率，因此使用者必须根据待收割的果实、其成熟程度以及待振动的树枝的强度来匹配收割机的驱动转速。
在这种类型的手持式的工作器械中，带有减小的转速的持续运行可以是有利的。有利地，取决于待收割的果实的成熟程度和待摇动的树枝的树枝强度来调整转速。同样为了减小噪声带有减小的转速的运行可以是值得期待的。为此，使用者必须通过部分地向下推压操纵杆来调整期望的转速，如果使用者必须以较长的时间将操纵杆保持在部分按压的状态中，那么这是不舒服的且不符合人机工程学。
同样对于如从文件DE 10 2009 012 181 A1中已知的带有用于驱动锯链的电动马达的机动链锯，在一定的工作例如在砍伐树枝(Entasten)时减小的转速可以是适宜的。
从文件DE 10 2006 062 354 A1中已知一种用于在用于农业作业、林业作业以及园艺作业的电的工作器械中的电动马达的功率特性曲线，该电动马达的功率特性曲线关于转速具有最大值。在运行中，使用者通过改变运行转速来在该特性曲线上相应选择不同的工作点。位于特性曲线的功率最大值之前的工作点是不稳定的工作点并且使用者仅仅能够非常困难地保持这些工作点；在功率特性曲线的最大值另一侧的工作点是稳定的工作点，使用者可容易地接近(anfahren)并保持该工作点。
发明内容
本发明的目的在于给出一种用于使在工作器械中的电动马达运行的方法，利用该方法使用者可在电的驱动装置的大的运行范围上在任意的转速时在稳定的工作点中来工作。此外，应给出用于实施该方法的带有由电动马达驱动的工具的工作器械。
该目的利用根据本发明的方法来解决；本发明给出了用于实施该方法的带有由电动马达驱动的工具的工作器械。
通过控制单元联接到电源处的在工作器械中作为驱动马达的电动马达的功率特性曲线可以电子的方式来修改并且在低的和高的转速之间具有显著的(ausgeprägt)最大值。随着转速的升高，工作平稳段(Arbeitsplateau)紧接着该最大值，在该工作平稳段的范围上电动马达的电功率仅仅轻微变化，适宜地保持几乎不变。根据本发明，工作平稳段的关于电动马达的转速的位置可移动，从而工作平稳段始终位于工作器械的所选择的工作转速范围中。
代替电动马达的特性曲线的中断或切断，有利地如此进行工作平稳段的位置的移动，即功率特性曲线的功率特征基本上保持不变。利用该功率特征来描述功率特性曲线关于转速的走向或形状，在其中功率以从开始时增长的转速上升到功率最大值，在该功率最大值之后显示出带有关于转速仅轻微变化的功率的工作平稳段，以在转速继续升高时在功率平稳段结束时陡地下降。
工作平稳段关于转速的位置的移动通过调整期望的工作转速范围特别是期望的工作转速来实现。在此适宜地将功率特性曲线缩放(skalieren)到电的工作器械的预选择的工作转速范围或预选择的工作转速上。
有利地，功率特性曲线或者在转速的轴线方向上或者在转速的轴线方向且在功率的轴线方向上缩放。在此有利的是如此实施缩放，即功率特性曲线位于电动马达的与热有关的功率极限之下。适宜地，功率特性曲线以轴线的相同的比例来缩放。
如此进行电动马达的功率特性曲线的适宜地电子的设计方案，即工作平稳段紧接着消耗的电功率的最大值，其中，在工作平稳段的范围中消耗的电功率关于转速仅仅轻微变动或处于几乎不变。该工作平稳段在转速升高时具有这样的终端，即从该终端起电功率随着转速的升高陡地下降。通过该设计方案获得电动马达的这样的功率特征，即其在缩放到期望的工作转速上时虽然以绝对值来变化，但是在反映功率特征的特性曲线的形状方面基本上不变。
在缩放功率特性曲线时(在形状方面不变)，持久地不超过电动马达的消耗的电功率的与热有关的功率极限。
在本发明中给出用于实施该方法的工作器械。设置有电动马达作为驱动马达，该电动马达驱动工具。电动马达通过控制单元联接到能量源处，其中，(适宜地通过控制单元)电动马达的功率特性曲线构造成带有显著的最大值和位于工作器械的工作转速范围中的工作平稳段。控制单元与电的调整装置相连接以用于由使用者调节工作平稳段关于电动马达的转速的位置。控制单元根据调整装置的设定信号进行电动马达的功率特性曲线的这样的改变，即每个由使用者预选择的工作转速位于稳定的工作点中。由此，使用者利用调整装置不仅改变起驱动作用的电动马达的工作转速范围，而且通过控制单元以这样的方式改变功率特性曲线的位置，即对于由使用者选择的工作转速给出稳定的工作点。这以简单的方式通过控制单元自身来实现，因为电动马达(尤其构造为EC马达)的功率特性曲线为以电子的方式设计的功率特性曲线。
有利地，使用者可在电动马达的运行期间即在工作器械使用期间如此改变电动马达的转速范围，即直至使用者找到对于工作过程适宜的转速。因为控制单元如此同时移动、缩放或改变功率特性曲线，即在转速在功率最大值之后继续升高时所期望的工作转速位于工作平稳段上，所以对由使用者选择的转速也给出稳定的工作点。该工作点可由使用者轻易地接近并保持。
适宜地，每个由使用者通过调整装置任意选择的工作转速相应于这样的工作点，即其分别位于电子地匹配的功率特性曲线的移动的工作平稳段上。
用于改变转速的且由此用于改变功率特性曲线的调整装置可通过布置在罩壳处的调节元件来操作，该调节元件有利地位于工作器械的把手区域中并且因此可轻易地由使用者(即使在工作器械的运行时)碰到。作为调节元件，电位计、按键或类似物可以是适宜的。有利地，使用者所期望的转速通过操作转速设定元件来接近并且然后所接近的转速通过按压按键(例如OK键)由电子设备来接收，该电子设备相应地改变带有稳定工作水平的特性曲线。在按压删除按键之后重置根据接近的转速所进行的调整。
适宜地，起驱动作用的电动马达为电子换向的(kommutiert)电动马达，其中，控制单元引起换向，由此产生电动马达的起驱动作用的旋转场。通过由控制单元改变该起驱动作用的旋转场来以简单的方式改变电动马达的功率特性曲线。该起驱动作用的旋转场例如可在电压方面改变。
附图说明
从说明书和在下文中在其中示意性地示出本发明的实施例的图纸中得到本发明的其它特征。其中：
图1显示了作为带有作为能量源的蓄电池组的工作器械的示例的机动链锯的示意性的视图，
图2显示了作为利用蓄电池组来运行的工作器械的另一示例的用于摇动树枝的收割机的示意性的视图，
图3显示了在工作器械中联接到电源处的作为驱动马达的电动马达的示意性的线路图，
图4显示了根据图3的电动马达的关于转速的功率特性曲线的线图。
具体实施方式
在图1和图2中示例性地示出带有作为能量源的蓄电池组7的工作器械50。
在图1中示出的工作器械50为带有罩壳21的马达链锯20，在罩壳21中设置有用于工具的作为驱动马达的电动马达6。该工具为环绕在引导轨22上的锯链23。电动马达6由作为能量源的蓄电池组7来供应能量，该蓄电池组插入到工作器械50的罩壳21中。控制单元10操控电动马达6，其有利地为电子换向的电动马达6，通过控制单元10产生电动马达的起驱动作用的旋转场。控制单元10通过通信和能量线路25与蓄电池组7相连接，在该实施例中有利地该蓄电池组7例如由化学上以锂为基础的单个电池组合而成并且在高的功率时确保由蓄电池组7供给能量的工作器械50的长的运行持续时间；由NiCd电池、NiMh电池或其它化学结构的电池组成的蓄电池组同样可以是适宜的。
摆动杆或可线性地移动的设定元件设置为用于在工作器械50中的起驱动作用的电动马达6的运行转速的操纵元件24，其可构造为例如呈可调节的电位计26(图3)或者类似物的形式的转速设定器。
在图2中示出的工作器械50为收割机1，其设置成用于使结有果实的大枝、分枝以及类似物摇动。这种类型的振动器基本上包括振动杆2，该振动杆2在其一个端部处具有带有用于树枝穿进的钩孔4的钩部3并且在其另一端部处与用于产生振动振荡的传动机构5相连接。该传动机构5可构造为偏心传动机构、曲轴传动机构或类似机构。
在传动机构输入部处以凸缘联接的方式联接有电动马达6，其通过控制单元10联接到电源11(图3)处。在所显示的实施例中，该电源为蓄电池组7；备选地，可设置电网联接部。
传动机构5、电动马达6、控制单元10以及蓄电池7布置在罩壳8中，该罩壳8具有用于通过使用者来承载收割机的把手9。在把手中设置摆动杆作为用于起驱动作用的电动马达6的运行转速的操纵元件24，该摆动杆可构造为例如呈可调节的电位计26(图3)或类似物的形式的转速设定器。
所示出的工作器械50为示例性地给出并且用于解释本发明；该工作器械50也可构造为切断机、绿篱修剪机、鼓风机或类似的工作器械。
如图3所显示的那样，电动马达6联接到电源11处，电源11由蓄电池组7形成并且形成用于使工作器械50运行的能量源。有利地为电子换向的电动马达的电动马达6由控制单元10来操控，该控制单元10对电动马达6施加(aufprägen)关于转速n的功率特性曲线。
如在图4中所显示的那样，电动马达6具有物理上预定的通常的功率特性曲线Pin，其基本上在例如30000l/min的额定转速时消耗可忽略的小的功率P并且在接近零的转速n时具有非常高的功率消耗。功率特性曲线P’in借助于控制单元10如此形成，即特性曲线30构造有显著的最大值M，其例如存在于约20000l/min的运行转速的区域中。该最大值M以电子的方式来如此形成，即得到显著的峰顶K，其中，电动马达6的工作点A通常应位于最大值M的另一侧。由此实现在工作器械50的运行中在负荷升高时且因此在转速n降低时，工作点A在箭头40的方向上移动到最大值M，而在负荷降低且因此在转速n上升时工作点A在箭头41的方向上运动离开最大值M。在转速n升高时紧接着该最大值M的曲线区段也可被称为工作平稳段AP，其在转速宽度nAP上延伸。在此，如此设置工作平稳段AP的设计方案，即在转速宽度nAP上功率P仅仅在窄的区域ΔP中变化并且基本上不变。
在根据图1的例如马达链锯20的运行中，使用者以相应的力将引导轨22按压到切口中，以便锯链进行切割。如果使用者太强地按压，转速下降。在功率最大值的转速的情况下，功率下降(过度按压)；如果使用者太少地按压，电动马达的负载过小，因此其转速强烈上升，这根据所设计的特性曲线在工作平稳段结束之后导致强烈的功率下降。
通过特性曲线30的设计方案，对于使用者来说可实现工作器械50的改进的引导，因为使用者可容易地接近并保持位于工作平稳段AP上的工作点A。如果例如在钩部3(根据图2的收割机)处的负荷过大，转速n下降并且功率P升高直到功率最大值；如果负荷过小，转速n升高并且功率P降低。使用者在运行中感觉到该反应，从而使用者可相应地匹配工作器械50的引导。
所构造的工作平稳段AP可根据图4设计成不同的形式。如在图4中右上方指出的那样，工作平稳段AP可在其转速范围nAP上设计成笔直的、弯折的或以其它合适的方式来设计。同样，工作平稳段AP在转速范围nAP上的斜率可以是相同的、可以是跳跃式地或还可以连续地变化。在此，如此选择总斜率，即功率P在转速范围nAP上仅仅在窄的范围ΔP中变化或基本上不变。
根据在图2中的实施例构造为收割机1的工作器械50在带有不同成熟程度的不同的果实的情况下应用。取决于待收割的果实、其成熟程度以及待振动的树枝的强度，不同的振动振荡(振动频率)是适宜的，因此使用者相应地调整电动马达6的工作转速。
为此，根据本发明在工作器械50处设置有调整装置12，其在该实施例中构造为电的调整装置并且通过线路13与控制单元10相连接。调整装置12可为控制单元10预定设定值，根据该设定值控制单元10如此改变功率特性曲线30，即功率最大值M关于转速n的位置且尤其工作平稳段关于转速n的位置变化。
调整装置12可为调节元件14(图2)例如旋钮或滑动调节器，其适宜地位于罩壳8的外侧上并且例如构造为如在图3中所示的电位计15。有利地，调节元件14位于工作器械50的把手9的附近区域中，从而使用者可在电动马达6的运行期间利用握住把手的手来操作该电的调整装置12。
通过调节调整装置12的调节元件14为控制单元10预定改变的设定值，根据该设定值控制单元10例如改变在由转速n和功率P组成的坐标系(图4)中的特性曲线30，例如变换成特性曲线31，其相对于原来的、以电子的方式形成的功率特性曲线30不仅在转速n的轴线的方向上而且在功率P的轴线的方向上变化，有利地移动地、缩放地或以任何其它方式变化。可为适宜的是，特性曲线30可仅仅在转速n的轴线的方向上缩放或在转速n的轴线的方向且在功率P的轴线的方向上不同程度地变化或缩放，其中，有利地，分别保持得到相同的通过特性曲线的形状给出的功率特征。每个特性曲线30,31,32,33显示出关于转速n的显著的功率最大值M，其中，在转速n升高时带有工作点A的工作平稳段AP紧接着该功率最大值。如果在输出特性曲线中转速n的最大值M为大约20000l/min，则在变化的或缩放的特性曲线31中转速的最大值现在(参见图4)位于大约15000l/min的区域中，相应于由使用者预定的设定值。特性曲线31的所构造的峰顶K1在其形状方面(在绝对值变化的情况下)近似相应于输出特性曲线30的峰顶K。同样在缩放的特性曲线31中，在转速升高时在最大值M1之后形成工作平稳段AP，其在其形状中相应于输出特性曲线30的工作平稳段AP。这又实现由使用者选择的在工作平稳段上的工作点A1的位置，其中，工作点A1(在转速升高时)位于功率P的最大值M1的另一侧并且可由使用者通过操作操纵元件24轻易靠近并保持。因此该工作点A1特征在于，在负荷升高时转速仅仅轻微降低并且送出的功率升高，而在负荷下降时转速上升且功率下降。功率P在工作平稳段AP的转速宽度上仅仅轻微变化或者基本上保持不变。
如此进行输出特性曲线30的变化以用于调整稳定的工作点，即在电动马达在热方面正常的情况下获得最大功率。因此设置成所有的特性曲线30至33位于热允许的功率特性曲线T之下。可为适宜的是，允许短暂地超过该与热有关的功率特性曲线T。
如果使用者接近在未变化的输出特性曲线30上的相应的运行点B，那么该运行点B仅仅能够非常困难地得以保持。在负荷升高且转速n下降时，电动马达的功率P因此相应于在功率最大值M之前的特性曲线区段而下降，由此运行点B在特性曲线30上继续向下滑，也就是说功率P也继续降低，从而显著的转速下降是不可避免的。相反地如果下降的负荷降低，则转速n升高且(由于运行点B的位置在功率P的最大值之前)电动马达6的功率消耗也升高。通过特性曲线30缩放成特性曲线31实现在相同的转速时在运行点B中现在构造有稳定的工作点A1，其位于工作平稳段AP的在转速升高时几乎不变的曲线区段上并且在工作平稳段AP结束后才过渡到明显下降的曲线区段中，由此可由使用者轻易地接近并保持工作点A1。
以相应地方式通过调整装置12的调节和因此改变的设定值由控制单元10来构造特性曲线32或特性曲线33，从而使用者取决于工作器械50的类型和其使用目的可在不同的转速n时始终调整并接近稳定的工作点A,A1,A2,A3。
在本发明的改进方案中可设置按键28(图3)，如果使用者利用操纵元件24已经调整了期望的工作转速，那么使用者向下推压作为“OK按键”的该按键28。有利地，相应于操纵元件24的位置的马达转速通过转速传感器35来探测并且传送给控制单元10，该控制单元10然后储存作为所选择的工作转速的马达转速并且进行特性曲线30的相应的匹配。所储存的工作转速例如可通过再次按压按键28来删除。
在本发明的另一设计方案中，可设置电子设备38，其(适宜地集成在控制单元10中)引起特性曲线30的自动匹配。例如，如果使用者在预定的时间间隔上以尽可能相同的转速来使工作器械运行(这可通过监视转速传感器35的输出信号来确定或者通过利用已经存在于控制单元10中的关于转速的信息来确定)，那么电子设备38将促使将该相同的转速储存为所选择的工作转速，接着控制单元10根据所储存的所选择的工作转速进行特性曲线30的匹配。
取决于由使用者选择的马达转速的持续时间而进行的特性曲线30的自动匹配可为连续主动的。如果使用者以另一工作转速使工作器械运行预定的时间间隔，则电子设备38再次引起将当前的马达转速作为新的工作转速接收到储存器中，并且控制单元10相应于新的工作转速来匹配特性曲线。
适宜地，可取决于传感器(例如旋转速率传感器、压力传感器、温度传感器、电容式传感器和/或电感式传感器)的信号进行特性曲线的自动匹配或特性曲线的调整的删除。
备选地或附加地可设置成通过按压按键28删除已储存的工作转速。
优选地，电动马达6为电子换向的电动马达，通过控制单元10来如此改变该电动马达的起驱动作用的旋转场，即形成在图4中示出的特性曲线30,31,32,33。还可被称为施加给电动马达的功率特征的特性曲线的设计方案可通过以下方式实现，即例如改变起驱动作用的旋转场的电压，例如通过电压的脉冲宽度调制。

Claims (15)

1.一种用于使在工作器械(50)中的电动马达(6)运行的方法，
1.1由控制单元(10)对所述电动马达(6)施加关于转速(n)的以电子的方式形成的功率特性曲线(30,31,32,33)；
1.2并且所述电动马达(6)的以电子的方式形成的功率特性曲线(30,31,32,33)在所述电动马达(6)的低的转速和所述电动马达(6)的高的转速之间来构造，
1.3并且所述电动马达(6)的以电子的方式形成的功率特性曲线(30,31,32,33)具有带有显著的最大值(M)的功率特征，
1.4并且以电子的方式形成的所述功率特性曲线(30,31,32,33)在所述电动马达(6)的工作转速范围(AD)中构造有工作平稳段(AP)，
1.5并且以电子的方式形成的所述功率特性曲线(30,31,32,33)的工作平稳段(AP)具有转速宽度(nAP)的在转速(n)上的延展，
1.6其中，所述工作平稳段(AP)在转速升高时紧接所述电动马达(6)的以电子的方式形成的功率特性曲线(30,31,32,33)的最大值(M)，
1.7并且在以电子的方式形成的所述功率特性曲线(30,31,32,33)上所述电动马达(6)的工作平稳段(AP)的位置通过所述控制单元(10)能够从所述电动马达(6)的第一转速范围(n;nA)移动到其第二转速范围(n1;nA1)中，
1.8其中，如此改变以电子的方式形成的所述功率特性曲线(30,31,32,33)，即所述电动马达(6)的消耗的电功率(Pin)位于所述电动马达(6)的与热有关的功率极限(T)之下。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述功率特性曲线(30,31,32,33)的功率特征不变的情况下实现所述工作平稳段(AP)的位置的移动。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作平稳段(AP)关于所述转速(n)的位置的移动通过调整所期望的工作转速范围(AD)来实现。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作平稳段(AP)关于所述转速(n)的位置的移动通过调整期望的工作转速(nA,nA1,nA2,nA3)来实现。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率特性曲线(30,31,32,33)缩放到所述工作器械(50)的预选择的工作转速范围(AD)上或预选择的工作转速(nA,nA1,nA2,nA3)上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率特性曲线(30,31,32,33)在所述转速的轴线方向上或在所述转速的轴线方向且在功率的轴线方向上缩放。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述功率特性曲线(30,31,32,33)以相同的比例来缩放。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作平稳段(AP)紧接所述电动马达(6)的以电子的方式形成的功率特性曲线(30,31,32,33)的显著的最大值(M)，并且在所述工作平稳段(AP)的范围中消耗的电功率(Pin)关于所述转速(n)几乎相同，并且所述工作平稳段(AP)关于所述转速(n)具有终端，从该终端起所述电功率(Pin)随着转速(n)的升高以较大的斜率下降。
9.一种带有由电动马达(6)驱动的工具的手持式工作器械，
9.1其中，所述电动马达(6)通过控制单元(10)联接到能量源(11)处
9.2并且所述控制单元(10)对于所述电动马达(6)规定关于转速(n)以电子的方式形成的功率特性曲线(30,31,32,33)
9.3其中，以电子的方式形成的所述功率特性曲线(30,31,32,33)构造有显著的最大值(M)和位于所述电动马达(6))的工作转速范围(AD)中的工作平稳段(AP)，
9.4其中，所述工作平稳段(AP)具有转速宽度(nAP)的在转速(n)上的延展，
9.5并且所述工作平稳段(AP)在转速升高时紧接所述电动马达(6)的以电子的方式形成的功率特性曲线(30,31,32,33)的最大值(M)
9.6并且带有用于输出设定值的电的调整装置(12)，
9.7其中，所述控制单元(10)与所述电的调整装置(12)相连接，
9.8并且能够操作所述电的调整装置(12)以改变设定值，
9.9这样使得针对由使用者改变设定值所述控制单元(10)实施将所述工作平稳段(AP)的位置从所述电动马达(6)的以电子的方式形成的功率特性曲线(30,31,32,33)的第一转速范围(n;nA)调节到所述电动马达(6)的以电子的方式形成的所述功率特性曲线(30,31,32,33)第二转速范围(n1;nA1)中，
9.10其中，如此改变所述电动马达(6)的以电子的方式形成的功率特性曲线(30,31,32,33)，即所述电动马达(6)的消耗的电功率(Pin)位于所述电动马达(6)的与热有关的功率极限(T)之下。
10.根据权利要求9所述的工作器械，其特征在于，所述电的调整装置(12)可在所述电动马达(6)的运行期间被调节。
11.根据权利要求9所述的工作器械，其特征在于，由使用者通过所述调整装置(12)任意选择的工作转速相应于这样的工作点(A,A1,A2,A3)，即该工作点相应位于以电子的方式与所选择的所述工作转速相匹配的功率特性曲线(30,31,32,33)的工作平稳段(AP)上。
12.根据权利要求9所述的工作器械，其特征在于，所述调整装置(12)可通过布置在罩壳(8)处的调节元件(14)来操作。
13.根据权利要求9所述的工作器械，其特征在于，所述电动马达(6)为电子换向的电动马达，该电动马达的起驱动作用的旋转场可由所述控制单元(10)来改变。
14.根据权利要求9所述的工作器械，其特征在于，可改变输送到所述电动马达的电压。
15.根据权利要求14所述的工作器械，其特征在于，所述电压可通过脉冲宽度调制来改变。
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