CN103684145B

CN103684145B - 具有用于电动马达的操控线路的手持式工作器具

Info

Publication number: CN103684145B
Application number: CN201310414279.3A
Authority: CN
Inventors: J.克勒克; J.卢茨
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: CN103684145A; DE102012017963A1; EP2709269B1; EP2709269A2; US9742315B2; EP2709269A3; US20140070737A1

Abstract

本发明涉及手持式工作器具，具有一电动马达和一用于所述电动马达的操控线路，其中，所述电动马达的旋转运动经由一传动装置转换成工具的振荡运动。所述电动马达位于一由至少所述电动马达和一用于使电动马达沿着一旋转方向运行的开关组成。为了降低所述传动装置的磨损，设置一控制装置，用于使所述电动马达沿着两个旋转方向之一运行。所述控制装置根据一控制参量自动地针对下一运行周期确定所述电动马达的选出的旋转方向。在电动马达起动时，所述电动马达被所述控制装置沿着配属于所述控制参量的值的旋转方向起动。所述控制参量在电动马达重新起动之前针对下一运行周期跟换其值，其中，所述控制参量的值针对下一运行周期被重新确定。

Description

具有用于电动马达的操控线路的手持式工作器具

技术领域

本发明涉及一种手持式工作器具，具有一电动马达和一用于所述电动马达的操控线路。

背景技术

这种工作器具例如橄榄收割机、绿篱机等等，具有一电动马达，其旋转的驱动轴经由一传动装置振荡地驱动一工具。在此情况下，所述传动装置将旋转运动转换成所述工具的来回运动。

所述电动马达位于由至少所述电动马达和一开关构成的电路中，经由所述开关将所述电动马达在一电源或一蓄电池组处开始运行。

已被证实，所述电动马达的旋转的驱动运动到所述工具的振荡的工作运动的转换使所述传动装置受载并且一侧地磨损。为了避免所述传动装置失灵，必须将其设计得相应地坚固并且针对优选的旋转方向进行设计。这导致了昂贵的传动装置且因此导致了所述工作器具的较高的重量、较差的人体工学以及较差的操纵。

发明内容

本发明的任务在于，降低一布置在一旋转的电动马达和一振荡的工具之间的传动装置的磨损。

解决该任务的技术方案如下：

手持式工作器具，具有一电动马达和一用于所述电动马达的操控线路，其中，所述电动马达经由一传动装置驱动一工具，并且所述电动马达的旋转运动经由所述传动装置转换成所述工具的振荡运动，所述手持式工作器具还具有一电路，所述电路由至少所述电动马达和一用于使所述电动马达沿着一旋转方向运行的开关组成，其中，在所述操控线路中设置一控制装置，用于使所述电动马达沿着两个旋转方向中的一个旋转方向运行，所述控制装置根据一控制参量自动地针对下一运行周期确定所述电动马达的一选出的旋转方向并且在所述电动马达起动的情况下使所述电动马达沿着配属于所述控制参量的值的旋转方向起动，并且针对下一运行周期自动地重新确定所述控制参量的值。

设置一控制装置，用于使所述电动马达沿着两个旋转方向中的一个运行。所述控制装置在不通过使用者直接介入的情况下自动地参照一控制参量选出所述电动马达的两个可能的旋转方向中的一个，所述控制参量的值在起动所述电动马达之前被询问。这样，可以例如为所述控制参量的第一值配设所述电动马达的第一旋转方向并且为所述控制参量的第二值配设所述电动马达的第二旋转方向。如果起动了所述电动马达，则由所述控制装置确定所述电动马达的旋转方向并且使所述电动马达沿着选出的旋转方向开始运行，所述旋转方向与被询问的所述控制参量的值相应。

本发明关键是规定，所述控制参量按照预设的标准在所述电动马达重新起动之前更换其值，从而在所述电动马达在下一运行周期中重新起动的情况下可以存在所述控制参量的另一值。如果存在另一值，则由所述控制装置预设一调转的旋转方向并且使所述电动马达沿着另一个旋转方向开始运行。由此实现了，所述电动马达的旋转方向在所述工作器具的更长的运行时间上在所述电动马达的相继的运行周期中重复地自动地更换，从而所述传动装置不是仅在一个旋转方向上受载，而是在两个旋转方向上受载。驱动所述工具的电动马达的运转方向的重复切换导致了所述传动装置的更加均匀的磨损，由此在相同的结构上的设计的情况下总体上得出了针对所述传动装置本身的更长的使用寿命。这也开启了如下可能性，采用由优选轻的材料制成的更简单地设计的传动装置，从而通过节省重量而改善了所述工作器具的操纵和人体工学。

所述电动马达的旋转方向调转不改变所述工具本身的振荡运动（来回运动、刮水器式运动、平移运动等等）。就这一点而言，通过所述旋转方向调转不产生在利用所述工作器具的振荡的工具进行工作时的不利之处。

优选规定，所述控制参量在所述电动马达M起动之后并且在所述电动马达M重新起动之前的一时间窗中更换其值。在此情况下特别是规定，所述控制参量在两个预设的值之间更换，其中，第一值配属于所述电动马达的第一旋转方向（例如向右运转），并且第二值配属于所述电动马达的第二旋转方向（例如向左运转）。有利地，所述控制参量例如在值“0”和“1”之间更换，相应于市场上的存储器的二进制编码。

在本发明的一种特殊的设计中规定，所述控制参量从一个运行周期至另一个运行周期地周期性地更换其值，即所述旋转方向分别被调转。在一具有向右旋转的电动马达的运行周期之后，跟随一具有向左旋转的电动马达的运行周期，其后又跟随一具有向右旋转的电动马达的运行周期，等等。

在一种简单的设计中，所述控制参量可以随机地更换其值。这可以通过一简单的随机值发生器来实施，其例如可以集成在所述操控线路中。一简单的随机值发生器可以是在所述电动马达的运行中利用固定的或可变的脉动频率进行计数的计数器；在偶数的计数器读数的情况下，所述电动马达向右运转地起动，在奇数的数字的情况下所述电动马达向左运转地起动。被驱动的电动马达的随机的旋转方向调转已经导致了所述传动装置的更加均匀的磨损。

有利地，从所述操作开关的机械操作中就已经可以导出一信号，其用于更换所述控制参量的值。如果利用所述操作开关的每次操作或者说所述电动马达的接入来进行所述控制参量的更换，则获得了所述电动马达的旋转方向的周期性的更换。

在本发明的一种优选的实施方式中规定，根据所述电动马达在一个旋转方向上的运转时间与所述电动马达在另一旋转方向上的运转时间的比较，更换所述控制参量的值。这样确保了，所述马达始终沿着运转时间较少的旋转方向起动。

也可以适宜地，根据所述电动马达在一个旋转方向上消耗的功率与所述电动马达在另一旋转方向上消耗的功率的比较，更换所述控制参量的值。所述马达沿着加起来所消耗的功率更小的旋转方向起动。沿着一旋转方向相加的电功率大致与沿着该旋转方向完成的工作相应。

适宜地规定，所述控制参量的值存储在所述操控线路的存储器中。所述存储器可以例如构造成一EPROM存储器模块或EEPROM、FRAM、DRAM或双稳态或单稳态的触发器（Flipflop）。

有利地，所述控制装置设有一微处理器，其中，所述存储器可以构造在所述微处理器中。所述存储器可以是一易失存储器，其中规定，所述电动马达在清除了的存储器的情况下或在未定义的存储内容的情况下沿着一加入的（eingeprägten）预设的旋转方向起动。所述电动马达因此在清除的存储器或在未定义的存储内容的情况下始终沿着相同的旋转方向起动，例如向右运转。

有利地，设置一容纳在所述工作器具的壳体中的蓄电池组作为用于运行所述电动马达的能量源。

附图说明

本发明的其它特征从其它的权利要求、说明书和附图中给出，其中展示了下面详细描述的本发明的实施例。其中:

图1 示出了收割工具的立体视图，

图2 示出了图1中的细节部分II的放大示图，

图3 示出了用于电子换向的电动马达的操控线路的示意图，

图4 示出了用于评价在所述电动马达的一个旋转方向和另一个旋转方向上的运转时间的比较线路的示意图，

图5 示出了按照图4的比较线路的输出信号，

图6 示出了用于运行所述电动马达的流程图，

图7 示出了在时间轴上绘制的运行周期的图解，

图8 示出了在时间轴上绘制的运行时间的图解，

图9 示出了以绿篱机为的例子的另一工作器具的立体视图。

具体实施方式

在图1中示出的手持式工作器具1是一种具有振荡地运动的工具2、例如耙的收割器具，其沿着双箭头3的方向围绕其铰接轴45运动。所述振荡的工具2实施围绕所述轴45的刮水器式运动（Wischerbewegungen）。所述工具运动经由一传动装置4产生，所述传动装置将布置在传动装置壳体中的电动马达M的旋转运动转换成所述工具2的振荡运动。所述传动装置4连同所述电动马达一起设置在所述工作器具1的导杆6的一个端部上，其中，在所述导杆6的另一个端部上设置一具有能量源的壳体5，所述能量源在该实施例中是一蓄电池组11。所述蓄电池组11可以作为可更换的蓄电池组11容纳在所述壳体5的竖井中或者也可以由固定地布置在所述壳体5中的单电池构成。

使用者经由构造在所述壳体5上的手柄7以及所述导杆6上的握持区域8来握住并且引导所述工作器具1。可以适宜地，所述工作器具1经由固定在所述导杆6上的孔眼9悬挂在承载带、承载树木等等上。

在按照图1所示的实施例中，在所述壳体5中推入了用于所述电动马达M（图3）的能量源、在该实施例中为蓄电池组11，其如特别是图2所示，基本上完全地容纳在所述工作器具1的壳体5中。

在手柄7中布置一操作开关18（图3），其可以构造成电位计、微型开关等等。所述操作开关18（图3）经由一类似油门操纵杆的操作元件12进行操作。所述操作元件12经由一操作锁止件13来保险，在其下压之后，可以操作所述操作元件12和设置在所述手柄7中的操作开关18。

所述电动马达M的操控在图3中以具有操控电桥（Ansteuerbrücke）14的电子换向马达（EC马达）为例子示出。替选地，也可以采用具有相应简化的操控、例如具有用于旋转方向调换的H电桥的刷式操作的直流马达（DC马达）。

在该实施例中，所述电子换向的电动马达M经由一操控电桥14脉冲宽度调制地（PWM）进行操控。所述操控电桥14主要由三个平行支路15、16、17组成，在所述平行支路中，分别设置两个串联的电子开关25、35； 26、36；27、37。在所述电子开关25和35、26和36以及27和37之间分别设置用于所述电子换向的电动马达M（EC马达）的相U、V和W的电压抽头（Spannungsabgriff）。

所述电子开关25、26、27或者说35、36、37优选是功率晶体管、特别是MOSFET或类似的电子构件。

所述操控电桥14的电子开关25、26、27、35、36、37由一操控线路20进行操控，其中，所述操控线路20包括一微处理器21，其根据所述电动马达M的转子的位态来操作所配属的电子开关25、26、27、35、36、37。

经由一信号导线19，向所述操控线路20的微处理器21传送所述操作开关18的机械位态且因此传送其操作，由此所述操控线路20导通一作为电路39中的主开关38而设置的MOSFET并且将所述蓄电池组11的供给电压U_V接通到所述操控电桥14上。之后，使所述操控电桥14开始运行并且所述电动马达M沿着一选出的旋转方向向左或向右起动。

所述主开关38也可以构造成机械开关，其通过下压一操作元件由使用者直接切换。

与所述操控电桥14还并联一电容器22，其优选是电解电容器。所述电容器22用作针对系统的能量存储器，其对由于PWM操控而出现的所述蓄电池组11的峰值电流载荷进行平滑。

所述操控线路20包括一控制装置30，用于沿着预设的旋转方向运行所述电动马达M，即要么沿着旋转方向L向左运转要么沿着旋转方向R向右运转。所述电动马达M的旋转方向L、R由所述控制装置30根据一控制参量31的值来选择，如例如在图5中再现。在所示的实施例中，所述控制参量31在两个预设的值，例如在二进制值“0”和“1”之间更换。

所述控制参量31的第一值配属于所述电动马达M的第一旋转方向并且所述控制参量31的第二值配属于所述电动马达M的第二旋转方向。在按照图5所示的实施例中，为所述第一值“0”配设“向右”的旋转方向并且为所述第二值“1”配设“向左”的旋转方向（图5）。在所示的实施例中还规定，所述控制参量31的值“0”和“1”存储在一存储器33中，所述存储器优选设置在所述操控线路20中。

如果由使用者通过下压所述操作元件12且因此通过接通所述操作开关18而使所述工作器具1开始运行，则所述操作开关18的操作经由所述信号导线19向所述操控线路20的微处理器21传送。所述微处理器21接通所述实施成MOSFET的主开关38。在所述实施例中在所述微处理器21中集成的控制装置30经由所述信号导线32询问所述控制参量31的值，所述值存储在所述存储器33中。如果例如存储了“0”，则所述控制装置30预设“向右的”运转方向。所预设的“向右的”运转方向由所述操控线路20的微处理器21进行转换，其方式为，经由所述电动马达M的操控电桥14沿着“向右”的运转方向开始运行。所述工作器具处于运行状态中。

规定，所述控制参量31在所述电动马达M起动之后并且在所述电动马达M重新起动之前的一时间窗中更换其值。

这可以例如以如下方式进行，所述微处理器21随机地更换存储在所述存储器33中的所述控制参量的值。可以在所述微处理器21中设置相应的随机数发生器（Zufallsgenerator），并且输出一值，该值被存储在所述存储器33中。

如果所述操作开关18断开，则将所述电动马达M被所述操控线路20主动地或被动地停下。在所述电动马达M重新起动的情况下，所述微处理器21重新询问所述存储器33的值；如果所述值为“0”，则再次进行沿着向右的旋转方向的起动；相反，如果在存储器33中存储的值是“1”，则由所述操控线路20使所述电动马达M向左旋转地开始运行。

所述运行周期B₁、B₂、……、B_n-1、B_n的更换在图7中示意性再现，其中，n是任意的自然数。在运行周期 B₁、B₃、B₅、B₇和B_2n+1中，所述电动马达沿着向右的旋转方向运行；在运行周期B₂、B₄、B₆、B₈和B_2n中所述电动马达沿着向左的旋转方向运行。按照图7，在所述电动马达M的每一次停止之后，所述旋转方向调转，即所述旋转方向L和R周期性地更换。

在按照图8的示图中所述运行周期的更换不是随着所述电动马达M的每一次停止而进行的，而是按照其它的并且随机的标准来进行的。一般来说，在第一运行周期B_n之后，所述旋转方向的更换在下一运行周期B_n+x中进行，其中，x可以是任意的自然数。所述旋转方向调转可以在第二或第三运行周期B_n+2或B_n+3之后才进行，如在图7中所示。

所述工作器具的电动马达M的旋转方向的随机的、重复的更换已经导致所述传动装置4的更加均匀的受载，所述传动装置将所述旋转运动转换成所述工具2的振荡运动。由此可以在其它方面不变的设计的情况下显著地提高所述传动装置4的使用寿命。

所述控制参量31的值的询问最晚在所述电动马达M起动前一点来进行。如在图6中所示，所述马达首先停止或者说处于待机状态中。之后，沿着箭头A的方向起动所述电动马达，即由所述控制装置30根据所述控制参量31的值朝向所述一个旋转方向或另一个旋转方向开始运行。所述马达运转（箭头B）。所述电动马达M可以经由所述操控线路20主动地或被动地带入静止状态中（箭头C）；所述电动马达不动并且占据其起始状态“马达停止”（箭头D）。所述控制参量31的值的变化或者说更换可以在从箭头B的开始直至箭头A的尖部的时间窗中进行，即从所述电动马达M的起动直至所述电动马达M的重新起动的时间窗。

在按照图3的实施例中显示，经由所述信号导线19将所述操作开关18的机械操作向所述微处理器21传送。利用所述操作开关18的每一次操作可以更换所述控制参量31的值。当接入所述操作开关18时，所述微处理器21总是可以将所述控制参量的新的值写入到所述存储器33中。在所述操作开关18的第一次操作的情况下，所述微处理器21例如将“1”存储在存储器33中；在所述操作开关18重新操作的情况下，所述微处理器21向值“0”存储在存储器33中。由此所述控制参量的值随着所述操作开关18的每一次操作而改变，从而例如在所述操作开关18的第一次操作并且所述电动马达M起动时给出了旋转方向R（向右）。由于所述控制参量31的值仅直接在所述电动马达M起动时被读取，在在运转的电动马达M的情况下所述工作器具1的运行中，即使在所述控制参量31的值的更换的情况下也不会出现所述电动马达M的旋转方向调转。在所述操作开关18的第二次操作并且所述电动马达M起动时，实施调转的旋转方向L（向左）。在所述操作开关18的用于起动所述电动马达M的第三次操作的情况下，所述电动马达又向右旋转。在直接相继的运行周期B₁、B₂、B₃、……、B_n-1、B_n中，如在图7中再现，实现了所述电动马达M的运转方向的周期性的、分别调转地切换。所述电动马达分别沿着另一个、调转的旋转方向R或者说L起动。

在图4中展示的实施例中，所述控制参量的值根据所述电动马达M在一个旋转方向和在另一个旋转方向上的运行时间 t_R、t_L的比较来更换。向右旋转的电动马达M的运行时间t_R在一求和元件41中相加。相应地，向左旋转的电动马达的运行时间t_L在一求和元件42中相加。所述求和元件41和42的输出信号向一比较器40输送，所述比较器如此设计，即输出“0”或“1”作为输出信号。如果例如所述求和元件41的（向右运转）输出的参量大于所述求和元件42（向左运转）输出的参量，则所述比较器40输出值“1”。因此相应于图5，将所述控制参量31置于值“1”，从而在所述电动马达M的重新起动的情况下使所述电动马达向左旋转地开始运行，因为所述控制参量31的值“1”在该实施例中配属于“向左”的旋转方向。如果这时马达沿着向左的旋转方向旋转，则在一定的运转时间之后，所述求和元件42比所述求和元件41显示出更大的输出信号；所述比较器的输出信号更换为“0”。所述控制参量31被置于值“0”，从而在所述电动马达M重新起动时，所述电动马达根据所述控制参量31向右旋转地起动。

因此，由此实现的所述旋转方向的更换与朝向一个或朝向另一个旋转方向L、R的运行时间的总和相关。例如在图8中再现，其中，再现了具有其时间t_R1、t_R2至t_Rn-1、t_Rn和t_L1、t_L2至t_Ln-1、t_Ln 的运行周期。在图8中的运行周期是任意选择的，因此是针对所述控制参量31的随机值的一个例子。

适宜地，所述控制参量31的值的更换也可以参照所述电动马达M在一个旋转方向和在另一个旋转方向上的功率消耗来实施。相应于图4中的示图，将所述电动马达M在一个旋转方向R上消耗的电功率以及所述电动马达在另一个旋转方向L上消耗的电功率在所述求和元件41和42中进行求和并且向一比较器40输送。如果例如所述求和元件41（向右运转）的输出值大于所述求和元件42（向左运转）的输出值，则所述比较器40将所述控制参量的值更换成“1”；如果所述求和元件41（向右运转）的输出值小于所述求和元件42（向左运转）的输出值，则所述比较器40将所述控制参量的值更换成“0”。

在图3中在所述操控线路20中展示的存储器33可以适宜地设置在所述微处理器21内，其中，所述存储器特别是可以是一易失存储器，也就是说，在无电流的操控线路20的情况下，所存储的所述控制参量31的值丢失。在重新起动的情况下，适宜地集成在所述微处理器21中的控制装置30询问所述控制参量31的值；由于所述存储器33被清除或者包含一未定义的存储内容，所述电动马达M沿着所加入的、预设的旋转方向例如向右旋转。在所述操控线路20的第一次供电的情况下，所述控制参量31的预设的值可以被写入到所述存储器33中；所述存储器33因此被初始化。写入到所述存储器33中的所述控制参量31的值例如在所述蓄电池组11更换之后确定在所述电动马达M的第一次起动时所实施的旋转方向L或R。

所述存储器33也可以例如构造成闪存、EPROM存储器、EEPROM、FRAM、DRAM等等。

在本发明的另一种实施方式中可以规定，在一电子换向的电动马达M的情况下，当例如所述操控电桥14的电子开关25、26、27、35、36、37之一被操作时，所述控制参量31的值或者说在所述存储器33中存储的所述控制参量31的值与所述操作开关18的接通和断开无关地总是进行更换。这虽然在运行中导致了所述控制参量的值的重复更换，但以简单的方式获得了所述控制参量的随机值，其中，在所述工作器具的更长时间的使用中，所述电动马达随机地向右运转或向左运转地开始运行。在每次重新起动时，所述控制参量具有一随机值“0”或“1”，其相应于所述电动马达M向右或向左起动。在此可以规定，只有当所述操控电桥14的一选出的、确定的开关25、26、27、35、36、37被操作时，所述控制参量的值才更换。这种运行周期的一种可能的流程在图8中再现。

根据本发明的操控线路即使在按照图9的工作器具1的情况下也是有利的，所述工作器具表现为一种绿篱机。在所述工作器具1的壳体5中又推入了一蓄电池组11，其形成用于布置在所述壳体5中的电动马达M（图3）的能量源10（图3）。所述电动马达驱动一布置在所述壳体中的传动装置4，其将所述电动马达的旋转运动转换成所述工具2、在该实施例中所述刀片51和52的来回运动，所述刀片沿着双箭头50的方向平移运动。

Claims

1.手持式工作器具（1），具有一电动马达（M）和一用于所述电动马达（M）的操控线路（20），其中，所述电动马达（M）经由一传动装置（4）驱动一工具（2），并且所述电动马达（M）的旋转运动经由所述传动装置（4）转换成所述工具（2）的振荡运动，所述手持式工作器具还具有一电路（39），所述电路由至少所述电动马达（M）和一用于使所述电动马达（M）沿着一旋转方向运行的开关（25、26、27、35、36、37、38）组成，在所述操控线路（20）中设置一控制装置（30），用于使所述电动马达（M）沿着两个旋转方向中的一个旋转方向运行，所述控制装置（30）根据一控制参量（31）自动地针对下一运行周期（B_n）确定所述电动马达（M）的一选出的旋转方向并且在所述电动马达（M）起动的情况下使所述电动马达（M）沿着配属于所述控制参量（31）的值的旋转方向起动，并且针对下一运行周期（B_n+x）自动地重新确定所述控制参量（31）的值，

其特征在于，根据所述电动马达沿着一个旋转方向（t_R）的运转时间与所述电动马达沿着另一旋转方向（t_L）的运转时间的比较，重新确定所述控制参量（31）的值，为此，向右旋转的电动马达（M）的运行时间（t_R）在一第一求和元件（41）中相加，向左旋转的电动马达（M）的运行时间（t_L）在一第二求和元件（42）中相加，所述第一求和元件（41）和所述第二求和元件（42）的输出信号向一比较器（40）输送，并且所述比较器（40）将所述控制参量（31）的值作为输出信号输出。

2.按照权利要求1所述的工作器具，

其特征在于，所述控制参量（31）的值在所述电动马达（M）起动之后以及所述电动马达（M）下一次重新起动之前的时间窗中被重新确定。

3.按照权利要求1所述的工作器具，

其特征在于，所述控制参量（31）的值在一配属于所述电动马达（M）的第一旋转方向的第一值和配属于所述电动马达（M）的第二旋转方向的第二值之间更换。

4.按照权利要求1所述的工作器具，

其特征在于，所述控制参量（31）的值存储在一存储器（33）中。

5.按照权利要求4所述的工作器具，

其特征在于，所述控制装置（30）具有一微处理器（21）并且所述存储器（33）设置在所述微处理器（21）中。

6.按照权利要求4所述的工作器具，

其特征在于，所述存储器（33）是一易失存储器。

7.按照权利要求4所述的工作器具，

其特征在于，在具有未定义的存储器内容的清除过的存储器（33）的情况下，所述控制装置（30）使所述电动马达（M）沿着预设的旋转方向起动。

8.按照权利要求1所述的工作器具，

其特征在于，设置一蓄电池组，作为用于运行所述电动马达（M）的能量源。