CN118176659A - 可电网运行的动力工具 - Google Patents

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Abstract

一种可电网运行的动力工具，该可电网运行的动力工具具有电网连接件、连接在该电网连接件下游的整流器、以及具有上游马达级的电动马达，其中，该整流器和该马达级经由中间电路连接，该中间电路具有与该整流器并联连接的平滑电容器以及与该整流器并联连接的开关支路，其中，该开关支路具有附加电容器，如果需要，该附加电容器可以经由包括在该中间电路中的放电电路借助于包括在该开关支路中的开关元件进行放电，其中，该中间电路具有预充电电路，该预充电电路用于或者可以用于设置该附加电容器的偏移电压。

Description

可电网运行的动力工具
本发明涉及一种可电网运行的动力工具，该可电网运行的动力工具具有电网连接件、连接在电网连接件下游的整流器、以及具有上游马达级的电动马达。整流器和马达级经由中间电路连接，该中间电路具有与整流器并联连接的平滑电容器以及与整流器并联连接的开关支路。开关支路具有附加电容器，如果需要，该附加电容器可以经由包括在中间电路中的放电电路借助于包括在开关支路中的开关元件进行放电。
开篇所提及类型的动力工具原则上从现有技术中是已知的。EP 3235 118B1披露了一种具有开关路径的动力工具，该开关路径包括与开关串联连接的辅助电容器。
本发明的目的是提供一种动力工具，该动力工具的中间电路为附加电容器的最佳充电行为提供基础。该目的借助于以下事实来实现：中间电路具有预充电电路，该预充电电路用于或可以用于设置附加电容器的偏移电压。
本发明包括以下知识：附加电容器储存能量的能力不仅取决于电容而且取决于其初始荷电状态。如果不旨在超过特定电容器电压Umax，则要储存的能量不得大于：
其中C是电容，U0是储存操作之间的电容器电压(偏移电压)。偏移电压越大，可以由附加电容器接收的能量就越少。如果偏移电压等于最大电压，则附加电容器无法再接收更多能量。
由于根据本发明，中间电路具有预充电电路，该预充电电路用于或可以用于设置附加电容器的偏移电压，因此为附加电容器的最佳充电行为提供了基础。在这种情况下，当偏移电压最小(例如等于或小于中间电路电压)时，不一定提供最佳充电行为(特别是对于作为整体系统的动力工具而言)。而是由于根据本发明提供的预充电电路，可以确保(或至少有助于)在上述等式的意义上，偏移电压足够低以能够接收足够的能量并且足够高以能够供应、特别是永久地供应动力工具的辅助电压源。已经发现有利的是，预充电电路呈预先充电电路的形式。
在一个特别优选的配置中，放电电路是动力工具的辅助电压源的一部分。已经发现有利的是，辅助电压源与附加电容器并联连接。
在另一特别优选的配置中，中间电路以这样的方式配置，即，偏移电压借助于预充电电路与辅助电压源的能量需求相匹配。已经发现有利的是，基于表征施加到电网连接件的电网电压的特征变量，借助于预充电电路来调节或控制偏移电压。特征变量可以是电网电压的电压电势、频率和/或相位角。预充电电路可以具有控制输入和/或调节输入。已经发现有利的是，控制输入和/或调节输入信号连接至包括在动力工具中的微控制器。
已经发现有利的是，预充电电路具有电阻器网络或由电阻器网络形成。预充电电路可以具有电阻器网络和/或齐纳二极管。已经发现有利的是，预充电电路具有调节装置、特别是呈串联调节器的形式的调节装置。在另一特别优选的配置中，预充电电路一方面与附加电容器并联连接。另一方面，预充电电路可以经由优选地串联在平滑电容器与开关元件之间的预充电连接点馈电。
在一个特别优选的配置中，开关元件被设计成自动地开关，并且特别地呈DIAC、SIDACtor、TVS晶闸管、DIAC/TRIAC组合或火花间隙的形式。开关元件可以具有一个或多个这种类型的元件或者由一个或多个这种类型的元件构成。在另一特别优选的配置中，开关元件被设计成主动地开关，并且特别地呈MOSFET、IGBT、晶闸管或TRIAC的形式。开关元件可以具有一个或多个这种类型的元件或者由一个或多个这种类型的元件构成。已经发现有利的是，开关元件具有开关输入。
在另一特别优选的配置中，平滑电容器和/或附加电容器具有至少600伏的截止电压。已经发现有利的是，平滑电容器和/或附加电容器呈薄膜电容器的形式。已经发现有利的是，平滑电容器的电容小于附加电容器的电容。
附加电容器可以呈电解电容器的形式，该电解电容器具有小于600V、特别是在400V与450V之间的介电强度。
平滑电容器可以是至少600V的薄膜电容器。附加电容器可以是电解电容器。
在一个特别优选的配置中，马达级具有逆变器。已经发现有利的是，电动马达呈三相马达的形式。已经发现有利的是，动力工具呈电动手持式动力工具的形式。
可以独立保护的另外的主题指定了一种可电网运行的动力工具，该可电网运行的动力工具具有电网连接件、连接在该电网连接件下游的整流器、以及具有上游马达级的电动马达，其中，该整流器和该马达级经由中间电路连接，该中间电路具有与该整流器并联连接的平滑电容器以及与该整流器并联连接的开关支路，其中，该开关支路具有附加电容器，如果需要，该附加电容器可以经由包括在该中间电路中的放电电路借助于包括在该开关支路中的开关元件进行放电。平滑电容器和/或附加电容器具有至少600伏的截止电压。
已经发现有利的是，平滑电容器和/或附加电容器呈薄膜电容器的形式。已经发现有利的是，平滑电容器的电容小于附加电容器的电容。
可以独立保护的另外的主题指定了一种可电网运行的动力工具，该可电网运行的动力工具具有电网连接件、连接在该电网连接件下游的整流器、以及具有上游马达级的电动马达，其中，该整流器和该马达级经由中间电路连接，该中间电路具有与该整流器并联连接的平滑电容器以及与该整流器并联连接的开关支路，其中，该开关支路具有附加电容器，如果需要，该附加电容器可以经由包括在该中间电路中的放电电路借助于包括在该开关支路中的开关元件进行放电。开关元件被设计成自动地开关，并且特别地呈DIAC、SIDACtor、TVS晶闸管、DIAC/TRIAC组合或火花间隙的形式，或开关元件被设计成主动地开关，并且特别地呈MOSFET、IGBT、晶闸管或TRIAC的形式。
另外的优点将从以下对附图的描述中变得明显。附图中描绘了本发明的特别优选的示例性实施例。附图、说明书和权利要求中包含许多组合的特征。本领域技术人员还将方便地单独考虑这些特征并且组合这些特征以形成有用的进一步组合。
相同和相似的部件在附图中通过相同的附图标记来表示，在附图中：
图1示出了可电网运行的动力工具；
图2a至图2d示出了具有预充电电路的变体的中间电路；
图3示出了具有预充电电路和辅助电压源的中间电路；以及
图4a至图4d示出了具有开关元件的变体的中间电路。
具体实施方式
图1以高度示意性的展示示出了可电网运行的动力工具100。动力工具100配备有电网连接件10、连接在电网连接件10下游的整流器20、以及具有上游马达级80的电动马达90。例如，马达级80呈逆变器的形式。例如，电动马达90呈三相马达的形式。
整流器20和马达级80经由中间电路30连接，该中间电路具有与整流器20并联连接的平滑电容器31以及与整流器20并联连接的开关支路33。开关支路33具有附加电容器35，如果需要，该附加电容器可以经由包括在中间电路30中的放电电路37借助于包括在开关支路33中的开关元件34进行放电。
如果需要，附加电容器35可以经由开关元件34进行充电。放电电路37确保充电的附加电容器35再次进行放电，并实现在附加电容器35处设置偏移电压的初始状态。
动力工具100经由电网滤波器15连接至AC电网，并且AC电压UNetz由整流器20进行整流并由平滑电容器31进行平滑。在待机状态下，中间电路电压永久等于电网电压的峰值电压。在加载的情况下，中间电路电压基本跟随经整流的电网电压。附加电容器35经由开关元件34(在此呈具有开关输入的有源元件的形式)连接至中间电路30并且可以经由放电电路37进行放电。平滑电容器31和附加电容器35在当前情况下具有至少600伏的截止电压并且呈薄膜电容器的形式。此外，平滑电容器31的电容小于附加电容器35的电容。
根据本发明，-参见图2d)，中间电路配备有预充电电路40，该预充电电路用于或者可以用于设置附加电容器35的偏移电压U0。一方面，预充电电路40与附加电容器35并联连接。另一方面，预充电电路40经由串联在平滑电容器31与开关元件34之间的预充电连接点41馈电。预充电连接点41还可以以另一种方式连接，例如经由附加辅助整流器连接，也就是说，预先充电电路经由经整流的电网电压供电。
重要的优点是永久施加到平滑电容器31和附加电容器35的电压可以不同。一方面，这使得可以使用具有不同最大电压的电容器类型(例如，具有低电容但具有高最大电压的薄膜电容器以及具有高电容且具有较低最大电压的电解电容器)。
另一方面，如果附加电容器35可以总是以低预充电电压运行，则附加电容器储存能量的能力显著增加，特别地，其结果是附加电容器在电容方面可以具有显著更小的尺寸。
开关元件34的适当选择的启用和停用策略以及可以由预充电电路40调节的可变预充电电压也允许在短暂进行和永久施加的电网过电压之间进行区分，并且允许附加电容器35始终用作短暂进行的电压脉冲的储存装置。
图2中展示了具有预充电电路40的变体的中间电路30。在这种情况下，图2d)以一般形式示出了已经提到的预充电电路40。根据图2a)，预充电电路40由简单的电阻器网络43形成。这具有的优点是，预充电电压始终是中间电路电压(可以经由分压器比率设置)的特定比例。
根据图2b)，预充电电路40配备有齐纳二极管44。图2b)中展示的电阻器/齐纳二极管网络有利地产生恒定预充电电压。
图2c)示意性地示出了允许更高充电电流的严格调节器电路45。如果附加电容器35被用作辅助电压源50的后备电容器(参见图3)，那么这是有利的。可以基于表征施加到电网连接件10的电网电压的特征变量，借助于预充电电路40来调节或控制偏移电压U0。这可以例如通过具有控制输入或调节输入(在此未示出)的预充电电路40来进行。因此可以实现附加电容器35的预充电电压。
图3中展示了具有预充电电路40和辅助电压源50的中间电路30。放电电路37是动力工具100的辅助电压源50的一部分。附加电容器35的偏移电压U0可以借助于预充电电路40有利地与辅助电压源50的能量需求相匹配。因此可以确保(或至少有助于)偏移电压U0足够低以能够接收足够的能量并且足够高以向动力工具100的辅助电压源50供电。
图4示出了具有开关元件34的变体的中间电路30。开关元件34可以被设计成主动地开关，并且可以特别地被设置为MOSFET、IGBT、晶闸管或TRIAC。开关元件34可以被设计成自动地开关，并且可以特别地被设置为DIAC、SIDACtor、TVS晶闸管、DIAC/TRIAC组合或火花间隙。即使动力工具不配备有预充电电路(参见图1)，图4所示的配置也可以生效。
可以区分图2a)、图2b)和图2d)中的可控配置与根据图2c)的自动开关配置。图2a)、图2b)和图2d)中的可控配置包括仅主动地开启和自动关闭的那些配置。这些是图2a)和图2b)中的配置，其各自具有外部开关控制器36。在图2a)中的配置中，开关元件34被设置为晶闸管32。在图2b中的配置中，开关元件34被设置为TRIAC 38。图2d)中的配置还可以主动地关闭。
图2b)、图2c)和图2d)中的配置还可以在两个方向上载流，并因此也可以主动地对附加电容器35进行放电。可以借助于适当的开关控制器来修改可控配置以形成准自动配置。例如，可以提及晶闸管触发控制器，一旦施加的电压超过阈值，晶闸管触发控制器就触发晶闸管。这将产生与SIDACtor类似的开关行为。SIDACtor、DIAC、或TVS晶闸管是相关部件，它们在超过阈值电压时自动触发，然后具有非常低的压降，并且仅在相对较小的保持电流不足时再次关闭。
附图标记清单
10 电网连接件
15 电网滤波器
20 整流器
30 中间电路
31 平滑电容器
32 晶闸管
33 开关支路
34 开关元件
35 附加电容器
36 开关控制器
37 放电电路
38TRIAC
40 预充电电路
41 预充电连接点
43 电阻器网络
44 齐纳二极管
45 串联调节器电路
50 辅助电压源
80 马达级
90 电动马达
100 动力工具
UNetz电网电压(AC电压)
U0偏移电压

Claims (11)

1.一种可电网运行的动力工具(100)，该可电网运行的动力工具具有电网连接件(10)、连接在该电网连接件(10)下游的整流器(20)、以及具有上游马达级(80)的电动马达(90)，其中，该整流器(20)和该马达级(80)经由中间电路(30)连接，该中间电路具有与该整流器(20)并联连接的平滑电容器(31)以及与该整流器(20)并联连接的开关支路(33)，其中，该开关支路(33)具有附加电容器(35)，如果需要，该附加电容器能够经由包括在该中间电路(30)中的放电电路(37)借助于包括在该开关支路(33)中的开关元件(34)进行放电，
其特征在于，该中间电路(30)具有预充电电路(40)，该预充电电路用于或者能够用于设置该附加电容器(35)的偏移电压(U0)。
2.如权利要求1所述的动力工具(100)，
其特征在于，该放电电路(37)是该动力工具(100)的辅助电压源(50)的一部分。
3.如权利要求1或2所述的动力工具(100)，
其特征在于，该偏移电压(U0)借助于该预充电电路(40)与该辅助电压源(50)的能量需求相匹配。
4.如前述权利要求之一所述的动力工具(100)，
其特征在于，基于表征施加到该电网连接件(10)的电网电压的特征变量，借助于该预充电电路(40)来调节或控制该偏移电压(U0)。
5.如前述权利要求之一所述的动力工具(100)，
其特征在于，该预充电电路(40)具有电阻器网络(43)和/或该预充电电路(40)具有齐纳二极管(44)。
6.如前述权利要求之一所述的动力工具(100)，
其特征在于，该预充电电路具有调节装置、特别是呈串联调节器或串联调节电路(45)的形式的调节装置。
7.如前述权利要求之一所述的动力工具(100)，
其特征在于，该开关元件(34)被设计成自动地开关，并且特别地呈DIAC、SIDACtor、TVS晶闸管、DIAC/TRIAC组合或火花间隙的形式或具有这样的元件。
8.如前述权利要求之一所述的动力工具(100)，
其特征在于，该开关元件(34)被设计成主动地开关，并且特别地呈MOSFET、IGBT、晶闸管或TRIAC的形式或具有这样的元件。
9.如前述权利要求之一所述的动力工具(100)，
其特征在于，该平滑电容器(31)和/或该附加电容器(35)具有至少600伏的截止电压并且优选地呈薄膜电容器的形式。
10.如前述权利要求之一所述的动力工具(100)，
其特征在于，该平滑电容器(31)的电容小于该附加电容器(35)的电容。
11.如前述权利要求之一所述的动力工具(100)，
其特征在于，该马达级(80)具有逆变器和/或该电动马达(90)呈三相马达的形式。
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