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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für ein elektrisches Kraftwerkzeug, die in einem bürstenlosen Dreiphasenmotor eine Bremskraft erzeugt, indem ein Kurzschluss zwischen Anschlüssen des bürstenlosen Dreiphasenmotors bewirkt wird.
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In der japanischen Patentanmeldung
JP 3-74194 (A) ist ein elektrisches Kraftwerkzeug offenbart, bei dem zum Verzögern oder Stoppen einer Drehung eines bürstenlosen Dreiphasenmotors eine sogenannte Kurzschlussbremse verwendet wird, die eine Bremskraft erzeugt, indem ein Kurzschluss zwischen Anschlüssen des Motors bewirkt wird.
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Bei der Kurzschlussbremse werden beispielsweise drei gruppierte Schaltelemente (sogenannte untere Schalter), die auf einem Strompfad zwischen jeweiligen Anschlüssen des Motors und einer negativen Elektrode einer Gleichstromleistungsquelle vorgesehen sind, eingeschaltet, und drei andere gruppierte Schaltelemente (sogenannte obere Schalter), die auf einem Strompfad zwischen jeweiligen Anschlüssen des Motors und einer positiven Elektrode der Gleichstromleistungsquelle vorgesehen sind, werden ausgeschaltet, wodurch bewirkt wird, dass der Motor eine Bremskraft erzeugt.
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Auf diese Weise ist es mittels der Kurzschlussbremse möglich, den Motor lediglich durch Ein- bzw. Ausschalten der bei der Stromsteuerung des Motors verwendeten Schaltelemente zu bremsen (zu verzögern oder zu stoppen).
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Bei der zuvor beschriebenen Kurzschlussbremse wird jedoch eine Bremskraft erzeugt, indem allen Phasen des Motors ein Bremsstrom zugeführt wird, und daher wird die Bremskraft übermäßig groß, was eine große Kraft erzeugt, die aufgrund dieser übermäßigen Bremskraft auf ein elektrisches Gerät ausgeübt wird. Demzufolge können bei dem elektrischen Gerät Defekte auftreten.
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Beispielsweise kann bei einem elektrischen Kraftwerkzeug, wenn eine Drehung eines Motors unter Verwendung der Kurzschlussbremse gestoppt wird, eine übermäßig große Bremskraft erzeugt werden. Aufgrund dieser übermäßig großen Bremskraft kann in dem elektrischen Kraftwerkzeug eine starke Reaktionskraft erzeugt werden, was eine Handhabung des elektrischen Kraftwerkzeugs durch einen Benutzer beeinträchtigen kann oder Schrauben oder Muttern, die zum Anbringen von Werkzeugbits verwendet werden, lösen kann.
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Gemäß einem Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist es wünschenswert, eine Bremsvorrichtung zu schaffen, mit der eine von einer Kurzschlussbremse erzeugte Bremskraft geeignet eingestellt wird, so dass ein Auftreten eines Versagens des elektrischen Kraftwerkzeugs aufgrund einer zu großen oder einer zu kleinen Bremskraft unterdrückt wird.
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Ein Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Bremsvorrichtung für ein elektrisches Kraftwerkzeug, die dazu angepasst ist, zu bewirken, dass ein bürstenloser Dreiphasenmotor, der in dem elektrischen Kraftwerkzeug vorgesehen ist und drei Anschlüsse aufweist, eine Bremskraft erzeugt. Die Bremsvorrichtung weist eine Schaltschaltung und eine Bremssteuereinheit auf. Die Schaltschaltung weist sechs Schaltelemente auf. Die sechs Schaltelemente weisen eine erste Gruppe von drei Schaltelementen auf, die eine obere Schaltergruppe bilden, die auf einem positivseitigen Stromleitungspfad, der die drei Anschlüsse mit einer positiven Elektrode einer Gleichstromleistungsquelle verbindet, zum Verbinden (Schließen) oder Unterbrechen des positivseitigen Stromleitungspfades vorgesehen ist. Die sechs Schaltelemente weisen eine zweite Gruppe von drei Schaltelementen, die eine untere Schaltergruppe bilden, die auf einem negativseitigen Stromleitungspfad, der die drei Anschlüsse mit einer negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbindet, zum Verbinden (Schließen) oder Unterbrechen des negativseitigen Stromleitungspfades vorgesehen ist. Jedes der sechs Schaltelemente weist eine parallel geschaltete Diode auf. Die Bremssteuereinheit ist derart ausgebildet, dass die Bremssteuereinheit während einer Drehung des bürstenlosen Dreiphasenmotors bei Empfang einer Eingabe eines Stoppbefehls oder eines Verzögerungsbefehls für das elektrische Kraftwerkzeug einen Ein/Aus-Zustand der drei Schaltelemente der oberen Schaltergruppe und einen Ein/Aus-Zustand der drei Schaltelemente der unteren Schaltergruppe steuert, so dass bewirkt wird, dass ein Bremsstrom zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor fließt, wodurch die Bremskraft erzeugt wird. Die Bremssteuereinheit ist ferner dazu ausgebildet, ein beliebiges ausgewähltes Schaltelement der drei Schaltelemente, die eine ausgewählte Schaltergruppe der oberen Schaltergruppe und der unteren Schaltergruppe bilden, zu einem Zeitpunkt, zu dem der Bremsstrom durch die parallel zu dem ausgewählten Schaltelement geschaltete Diode fließt, wenn das ausgewählte Schaltelement ausgeschaltet wird, von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand zu schalten.
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Das heißt, bei der Bremsvorrichtung wird der zu dem bürstenlosen Dreiphasemotor fließende Bremsstrom nicht durch Durchführen einer Dreiphasenkurzschlusssteuerung durchgeführt, die bewirkt, dass durch alle drei Schaltelemente, die entweder auf dem positivseitigen Stromleitungspfad oder dem negativseitigen Stromleitungspfad zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor vorgesehen sind, ein elektrischer Strom fließt, sondern durch Schalten des Ein/Aus-Zustands der drei Schaltelemente, die auf dem positivseitigen Stromleitungspfad oder dem negativseitigen Stromleitungspfad vorgesehen sind.
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Daher kann die vorliegende Bremsvorrichtung ein Fließen eines Bremsstroms zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor unterdrücken und eine in dem bürstenlosen Dreiphasemotor erzeugte Bremskraft verringern.
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Darüber hinaus kann, da die Bremskraft durch den zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor fließenden Bremsstrom gesteuert werden kann, die vorliegende Bremsvorrichtung ein Schalttiming für den Ein/Aus-Zustand jedes der Schaltelemente so anpassen, dass zum Zeitpunkt eines Stoppens oder Verzögerns des elektrischen Kraftwerkzeugs gewünschte Verzögerungscharakteristiken eingestellt werden.
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Zusätzlich dazu fließt bei der vorliegenden Bremsvorrichtung, wenn das ausgewählte Schaltelement ausgeschaltet wird, ein Bremsstrom durch die parallel zu dem ausgewählten Schaltelement geschaltete Diode. Aus diesem Grund ist es möglich, das folgende Problem zu unterdrücken: Wenn ein elektrischer Strom, der zu Wicklungen (Spulen) des bürstenlosen Dreiphasenmotors fließt, unterbrochen wird, wird in den Spulen eine hohe Spannung erzeugt; aufgrund solch einer hohen Spannung fließt in der Gleichstromleistungsquelle ein Regenerierungsstrom.
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Das heißt, bei der vorliegenden Bremsvorrichtung wird der Ausschaltzeitpunkt des ausgewählten Schaltelements, wenn das elektrische Kraftwerkzeug (und daher der bürstenlose Dreiphasenmotor) gebremst wird, auf die vorher beschriebene Weise eingestellt. Daher ist es möglich, die Erzeugung einer hohen Spannung, wenn das ausgewählte Schaltelement ausgeschaltet wird, und das Fließen eines Regenerierungsstroms in der Gleichstromleistungsquelle zu unterdrücken und somit die Verschlechterung der anderen Schaltelemente aufgrund des Fließens des Regenerierungsstroms zu unterdrücken.
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Darüber hinaus kann bei der vorliegenden Bremsvorrichtung der Ausschaltzeitpunkt des ausgewählten Schaltelements durch Detektieren einer Flussrichtung des durch das ausgewählte Schaltelement zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor fließenden elektrischen Stroms eingestellt werden. Daher ist es nicht notwendig, einen sehr genauen Drehpositionssensor zu verwenden, und die Bremsvorrichtung, die ein Fließen eines Regenerierungsstroms unterdrücken kann, kann mit niedrigem Aufwand realisiert werden.
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Ferner ermöglicht es bei der vorliegenden Bremsvorrichtung die Anpassung des Ausschaltzeitpunkts des ausgewählten Schaltelements, das Fließen eines Regenerierungsstroms und eine Temperaturerhöhung in der Diode (und daher in dem ausgewählten Schaltelement) zu unterdrücken.
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Die ausgewählte Schaltergruppe kann die untere Schaltergruppe sein. In diesem Fall kann die Bremssteuereinheit das ausgewählte Schaltelement von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand schalten, wenn der Bremsstrom von der unteren Schaltergruppe zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor fließt.
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Wenn die Bremssteuereinheit das ausgewählte Schaltelement der unteren Schaltergruppe auf die vorher beschriebene Weise ausschaltet, fließt ein Bremsstrom durch die parallel zu dem ausgewählten Schaltelement geschaltete Diode. Folglich ist es möglich, eine Erzeugung einer hohen Spannung, wenn das ausgewählte Schaltelement ausgeschaltet wird, und ein Fließen eines Regenerierungsstroms zu der Gleichstromleistungsquelle durch die obere Schaltergruppe zu unterdrücken.
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Die ausgewählte Schaltergruppe kann die obere Schaltergruppe sein. In diesem Fall kann die Bremssteuereinheit das ausgewählte Schaltelement von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand schalten, wenn der Bremsstrom von dem bürstenlosen Dreiphasenmotor zu der oberen Schaltergruppe fließt.
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Wenn die Bremssteuereinheit das ausgewählte Schaltelement in der oberen Schaltergruppe auf die vorher beschriebene Weise ausschaltet, fließt ein Bremsstrom durch die parallel zu dem ausgewählten Schaltelement geschaltete Diode. Folglich ist es möglich, eine Erzeugung einer hohen Spannung, wenn das ausgewählte Schaltelement ausgeschaltet wird, und ein Fließen eines Regenerierungsstroms zu der Gleichstromleistungsquelle durch die anderen Schaltelemente in der oberen Schaltergruppe zu unterdrücken.
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Die Bremssteuereinheit kann das ausgewählte Schaltelement von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand schalten, wenn der zu dem ausgewählten Schaltelement fließende Bremsstrom abnimmt. In diesem Fall kann eine Wärmeerzeugung durch die Diode verringert werden, indem eine Dauer, während der ein elektrischer Strom durch die Diode fließt, verkürzt wird.
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Die Bremsvorrichtung kann ferner eine Drehpositionsdetektionseinheit aufweisen, die zum Detektieren einer Drehposition des bürstenlosen Dreiphasenmotors für jeden Drehwinkel des bürstenlosen Dreiphasenmotors ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Bremssteuereinheit das ausgewählte Schaltelement basierend auf der von der Drehpositionsdetektionseinheit detektierten Drehposition von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand schalten.
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Mit dieser Konfiguration ist es zum Schalten des ausgewählten Schaltelements von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand nicht notwendig, ein separates Detektionselement zum Detektieren einer Flussrichtung eines elektrischen Stroms, wenn das ausgewählte Schaltelement eingeschaltet ist, vorzusehen. Dies ermöglicht eine Bereitstellung der Bremsvorrichtung mit niedrigem Aufwand.
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Darüber hinaus kann die Bremssteuereinheit das ausgewählte Schaltelement nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach einer Detektion einer spezifizierten Drehposition durch die Drehpositionsdetektionseinheit von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand schalten.
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In diesem Fall kann der Ausschaltzeitpunkt des ausgewählten Schaltelements durch die Bremssteuereinheit ohne weiteres eingestellt werden, indem ein Detektionssignal von der Drehpositionsdetektionseinheit als ein Bezug verwendet wird; somit wird eine problemlose Konstruktion der Bremsvorrichtung ermöglicht.
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Ferner kann die Bremssteuereinheit das ausgewählte Schaltelement basierend auf einer Antriebsbedingung des bürstenlosen Dreiphasenmotors von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand schalten.
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In diesem Fall kann der Ausschaltzeitpunkt des ausgewählten Schaltelements durch die Bremssteuereinheit in Abhängigkeit von der Antriebsbedingung des bürstenlosen Dreiphasenmotors geändert werden, wodurch eine optimale Steuerung eines durch die Diode fließenden elektrischen Strom (und somit einer von der Diode erzeugten Wärmemenge) nach einem Ausschalten des ausgewählten Schaltelements ermöglicht wird.
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Wenn beispielsweise eine Drehzahl des Motors hoch ist, ist der Betrag eines elektrischen Stroms, der zu der Diode fließt, wenn das ausgewählte Schaltelement ausgeschaltet wird, groß. In solch einem Fall wird der Ausschaltzeitpunkt des ausgewählten Schaltelements verzögert, damit der Betrag des elektrischen Stroms, der zu der Diode fließt, verringert wird, wodurch eine Wärmeerzeugung durch die Diode unterdrückt wird.
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Genauer gesagt kann die Bremssteuereinheit als die Antriebsbedingung des bürstenlosen Dreiphasenmotors mindestens eines von einer Drehzahl des bürstenlosen Dreiphasenmotors, einer Temperatur des bürstenlosen Dreiphasenmotors, einer Spannung der Gleichstromleistungsquelle und einem Betätigungsausmaß einer Betätigungseinheit, die einen Antrieb des elektrischen Kraftwerkzeugs anweist, detektieren; und die Bremssteuereinheit kann das ausgewählte Schalt element basierend auf der detektierten Antriebsbedingung von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand schalten.
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Die Bremssteuereinheit kann das ausgewählte Schaltelement basierend auf der von der Drehpositionsdetektionseinheit detektierten Drehposition von dem Aus-Zustand zu dem Ein-Zustand schalten.
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In diesem Fall stellt die Bremssteuereinheit basierend auf der von der Drehpositionsdetektionseinheit detektierten Drehposition nicht nur den Ausschaltzeitpunkt des ausgewählten Schaltelements, sondern ebenfalls einen Einschaltzeitpunkt des ausgewählten Schaltelements ein.
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Das heißt, wenn die Bremssteuereinheit das ausgewählte Schaltelement einschaltet, kann eine Dauer, während der der Bremsstrom zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor fließt (mit anderen Worten, die Bremskraft, die in Abhängigkeit von dem Betrag des während der Dauer fließenden elektrischen Stroms erzeugt wird), basierend auf der von der Drehpositionsdetektionseinheit detektieren Drehposition eingestellt werden.
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Die Bremssteuereinheit kann das ausgewählte Schaltelement nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach einer Detektion einer spezifizierten Drehposition durch die Drehpositionsdetektionseinheit von dem Aus-Zustand zu dem Ein-Zustand schalten.
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In diesem Fall kann der Einschaltzeitpunkt des ausgewählten Schaltelements durch die Bremssteuereinheit ohne weiteres eingestellt werden, indem ein Detektionssignal von der Drehpositionsdetektionseinheit als ein Bezug verwendet wird; somit wird eine problemlose Konstruktion der Bremsvorrichtung ermöglicht.
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Ferner kann die Bremssteuereinheit das ausgewählte Schaltelement basierend auf einer Antriebsbedingung des bürstenlosen Dreiphasenmotors von dem Aus-Zustand zu dem Ein-Zustand schalten.
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In diesem Fall kann der Einschaltzeitpunkt des ausgewählten Schaltelements durch die Bremssteuereinheit in Abhängigkeit von der Antriebsbedingung des bürstenlosen Dreiphasenmotors geändert werden. Daher kann eine optimale Steuerung eines zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor fließenden Bremsstroms (und somit einer Bremskraft) erhalten werden.
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Wenn beispielsweise eine Drehzahl des Motors hoch ist, wird ein größerer Bremsstrom (und somit eine größere Bremskraft) als in dem Fall, in dem die Drehzahl niedrig ist, erzeugt. In diesem Fall wird der Einschaltzeitpunkt des ausgewählten Schaltelements verzögert, so dass der Bremsstrom (und somit die Bremskraft) während solch einer Verzögerungszeit verringert wird, wodurch eine Reaktion der Bremskraft verringert wird.
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Genauer gesagt kann die Bremssteuereinheit als die Antriebsbedingung des bürstenlosen Dreiphasenmotors mindestens eines von einer Drehzahl des bürstenlosen Dreiphasenmotors, einer Temperatur des bürstenlosen Dreiphasenmotors, einer Spannung der Gleichstromleistungsquelle und einem Betätigungsausmaß einer Betätigungseinheit, die einen Antrieb des elektrischen Kraftwerkzeugs anweist, detektieren, und die Bremssteuereinheit kann das ausgewählte Schaltelement basierend auf der detektierten Antriebsbedingung von dem Aus-Zustand zu dem Ein-Zustand schalten.
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Die Bremssteuereinheit kann dafür sorgen, dass die drei Schaltelemente der ausgewählten Schaltergruppe mindestens für eine vorgegebene Zeitdauer gleichzeitig in dem Aus-Zustand sind.
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In diesem Fall wird, da die Bremssteuereinheit die drei Schaltelemente gleichzeitig ausschaltet, eine Dauer, während der kein Bremsstrom zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor fließt, eingestellt. Dies kann die in dem bürstenlosen Dreiphasenmotor erzeugte Bremskraft weiter verringern.
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Darüber hinaus kann die Bremssteuereinheit alternierend eine Stromleitungssteuerung und eine Stromnichtleitungssteuerung durchführen. Bei der Stromleitungssteuerung werden zwei beliebige Elemente der drei Schaltelemente der ausgewählten Schaltergruppe selektiv in den Ein-Zustand gebracht, um zu bewirken, dass der Bremsstrom zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor fließt. Bei der Stromnichtleitungssteuerung werden die drei Schaltelemente der ausgewählten Schaltergruppe gleichzeitig in den Aus-Zustand gebracht.
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In diesem Fall fließt der Bremsstrom mit Unterbrechungen zu dem bürstenlosen Dreiphasenmotor; durch Anpassen der Einschaltdauer der Stromleitungssteuerung und der Stromnichtleitungssteuerung bei dieser Ein-Aus-Steuerung wird eine Erweiterung eines Anpassungsbereichs der in dem bürstenlosen Dreiphasenmotor erzeugten Bremskraft ermöglicht.
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Ferner kann die Bremssteuereinheit die drei Schaltelemente der ausgewählten Schaltergruppe gleichzeitig für mindestens eine vorgegebene Zeitdauer in den Ein-Zustand bringen.
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In diesem Fall wird, da die Bremssteuereinheit die drei Schaltelemente der ausgewählten Schaltergruppe gleichzeitig einschaltet, ermöglicht, eine Zeitdauer, während der in dem bürstenlosen Dreiphasenmotor eine maximale Bremskraft erzeugt wird, einzustellen. Durch Anpassen dieser Zeitdauer kann die in dem bürstenlosen Dreiphasenmotor erzeugte Bremskraft angepasst werden.
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Ferner kann die Bremssteuereinheit alternierend die obere Schaltergruppe und die untere Schaltergruppe als die ausgewählte Schaltergruppe verwenden.
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In diesem Fall können die obere Schaltergruppe und die untere Schaltergruppe alternierend als die ausgewählte Schaltergruppe verwendet werden, durch die der Bremsstrom zum Zeitpunkt einer Bremsung des bürstenlosen Dreiphasenmotors fließt; folglich wird ein Betrag eines elektrischen Stroms, der zu einer einzelnen Diode fließt, verringert, wodurch die Wärmeerzeugung der Diode weiter verringert wird.
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Die vorliegende Erfindung wird nun auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Ansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines elektrischen Kraftwerkzeugs einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
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2 ein Blockdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Motorantriebsvorrichtung in dem elektrischen Kraftwerkzeug zeigt;
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3 eine beispielhafte Ansicht, die Änderungen von Hall-Signalen, Ansteuersignalen und eines Phasenstroms bei einer alternativen Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung zeigt;
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4A und 4B Flussdiagramme, die einen Steuerprozess zeigen, der zum Durchführen einer Funktion einer Bremssteuereinheit in einer Steuerschaltung ausgeführt wird;
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5 eine beispielhafte Ansicht, die Änderungen von Hall-Signalen, Ansteuersignalen und eines Phasenstroms bei einer Ein-Aus-Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung zeigt;
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6 eine beispielhafte Ansicht, die eine Variation der in 5 gezeigten Ein-Aus-Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung zeigt;
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7A ein Flussdiagramm, das einen Teil eines Hall-Signal-Unterbrechungsprozesses zeigt, der zum Implementieren der Ein-Aus-Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung, die in 6 gezeigt ist, ausgeführt wird; und
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7B ein Flussdiagramm, das den Rest des Hall-Signal-Unterbrechungsprozesses zeigt, der zum Implementieren der Ein-Aus-Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung, die in 6 gezeigt ist, ausgeführt wird.
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Wie in 1 gezeigt, ist ein elektrisches Kraftwerkzeug 2 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform als ein sogenannter Akkuschrauber ausgebildet. Das elektrische Kraftwerkzeug 2 ist mit einem Motorgehäuse 4, einem Getriebegehäuse 6, das sich vor dem Motorgehäuse 4 befindet, einem Bohrfutter 8, das sich vor dem Getriebegehäuse 6 befindet, und einem Handgriff 10, der sich unterhalb des Motorgehäuses 4 befindet, versehen.
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Das Motorgehäuse 4 enthält einen Motor 20 (siehe 2), der eine Antriebskraft zum Antreiben des Bohrfutters 8 zur Drehung erzeugt. Der Motor 20 der vorliegenden Ausführungsform ist als ein bürstenloser Dreiphasenmotor ausgebildet.
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Das Getriebegehäuse 6 enthält einen (nicht gezeigten) Getriebemechanismus, der die Antriebskraft des Motors 20 zu dem Bohrfutter 8 überträgt.
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Das Bohrfutter 8 ist mit einen Befestigungsmechanismus (nicht gezeigt) zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugbits (nicht gezeigt) an einem vorderen Ende des Bohrfutters 8 versehen.
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Der Handgriff 10 ist derart geformt, dass ein Benutzer des elektrischen Kraftwerkzeugs 2 den Handgriff 10 mit einer einzigen Hand greifen kann. An einer oberen Vorderseite des Handgriffs 10 ist ein Druckerschalter 12 vorgesehen, der zum Antreiben oder Stoppen des Motors 20 durch den Benutzer des elektrischen Kraftwerkzeugs 2 verwendet wird.
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An dem unteren Ende des Handgriffs 10 ist ein Batteriepackbefestigungsabschnitt 14 zum lösbaren Befestigen eines Batteriepacks 16 vorgesehen. Der Batteriepackbefestigungsabschnitt 14 ist derart ausgebildet, dass, wenn der Benutzer das Batteriepack 16 in eine Vorwärtsrichtung des elektrischen Kraftwerkzeugs 2 schiebt, das Batteriepack 16 von dem Batteriepackbefestigungsabschnitt 14 abgenommen werden kann.
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Das Batteriepack 16 ist zum Zuführen einer Gleichstromleistung zu dem elektrischen Kraftwerkzeug 2 ausgebildet. Genauer gesagt weist das Batteriepack 16 der vorliegenden Ausführungsform eine wieder aufladbare Batterie mit einer wieder aufladbaren Lithiumionenbatterie etc. auf.
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Wenn das Batteriepack 16 an dem Batteriepackbefestigungsabschnitt 14 angebracht ist, so dass es elektrisch mit einer Motorantriebsvorrichtung 30 (siehe 2) in dem elektrischen Kraftwerkzeug 2 verbunden ist, kann das Batteriepack 16 dem elektrischen Kraftwerkzeug 2 eine Gleichstromleistung zuführen.
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Die Motorantriebsvorrichtung 30 ist zum Antreiben des Motors 20 gemäß einem Antriebsbefehl von dem Druckerschalter 12 und Bremsen des Motors 20 gemäß einem Stoppbefehl von dem Druckerschalter 12 ausgebildet. Genauer gesagt ist die Motorantriebsvorrichtung 30 wie in 2 gezeigt ausgebildet.
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Wie in 2 gezeigt, weist die Motorantriebsvorrichtung 30 der vorliegenden Ausführungsform eine Leistungsversorgungsleitung und eine Masseleitung auf; die Leistungsversorgungsleitung ist mit einer Seite einer positiven Elektrode des Batteriepacks 16 verbunden, und die Masseleitung ist mit einer Seite einer negativen Elektrode des Batteriepacks 16 verbunden.
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Zwischen der Leistungsversorgungsleitung und der Masseleitung ist eine Schaltschaltung 32 zum Steuern eines elektrischen Stroms, der zu jeder Phase U, V und W des Motors 20 fließt, vorgesehen. Die Schaltschaltung 32 weist sechs Schaltelemente Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 und Q6 auf.
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Die drei Schaltelemente Q1 bis Q3 sind auf einem positivseitigen Stromleitungspfad zwischen jeweiligen Anschlüssen der Phasen U, V und W des Motors 20 und der Leistungsversorgungsleitung vorgesehen. Im Folgenden werden die Schaltelemente Q1 bis Q3 auch als „obere Schalter” bezeichnet. Die anderen drei Schaltelemente Q4 bis Q6 sind auf einem negativseitigen Stromleitungspfad zwischen jeweiligen Anschlüssen der Phasen U, V und W des Motors 20 und der Masseleitung vorgesehen. Im Folgenden werden die Schaltelemente Q4 bis Q6 auch als „untere Schalter” bezeichnet.
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Der negativseitige Stromleitungspfad zwischen der Schaltschaltung 32 und der Masseleitung (zwischen den unteren Schaltern Q4 bis Q6 und der Masseleitung) ist mit einem Schaltelement Q7 (einem Stromunterbrechungsschalter) zum Unterbrechen der Stromleitung und einem Widerstand R1 versehen.
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Eine Stromdetektionsschaltung 34 ist mit beiden Enden des Widerstands R1 verbunden und detektiert einen elektrischen Strom, der durch den Motor 20 fließt, basierend auf einer Spannung zwischen den beiden Enden des Widerstands R1. Ein Temperatursensor 37, dessen Eigenschaften sich mit einer Temperatur des Stromunterbrechungsschalters Q7 ändern, ist in der Nähe des Stromunterbrechungsschalters Q7 vorgesehen.
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Eine Temperaturdetektionsschaltung 38, die über den Temperatursensor 37 eine Temperatur des Stromunterbrechungsschalters Q7 detektiert, ist mit dem Temperatursensor 37 verbunden. Ein Detektionssignal von der Temperaturdetektionsschaltung 38 und ein Detektionssignal von der Stromdetektionsschaltung 34 werden in eine Steuerschaltung 50 eingegeben.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedes der Schaltelemente Q1 bis Q7 als ein N-Kanal-MOSFET ausgebildet. Aufgrund dieses Aufbaus weist jedes der Schaltelemente Q1 bis Q7 zwischen Drain und Source eine parasitäre Diode auf. Jede der parasitären Dioden ist zu dem entsprechenden Schaltelement parallel geschaltet, so dass eine Vorwärtsrichtung der parasitären Diode eine Richtung von Source zu Drain des entsprechenden Schaltelements ist.
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Ein Glättungskondensator C1 und eine Spannungsdetektionsschaltung 36 sind zwischen der Masseleitung und der Leistungsversorgungsleitung (dem positivseitigen Stromleitungspfad), die sich von der Seite der positiven Elektrode des Batteriepacks 16 zu der Schaltschaltung 32 erstreckt, vorgesehen. Die Spannungsdetektionsschaltung 36 detektiert eine Spannung (d. h. eine Batteriespannung) zwischen der Leistungsversorgungsleitung und der Masseleitung.
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Die Motorantriebsvorrichtung 30 weist ferner eine Rotorpositionsdetektionsschaltung 40 auf, die eine Drehposition des Motors 20 detektiert. Ein Detektionssignal von der Spannungsdetektionsschaltung 36 und ein Detektionssignal von der Rotorpositionsdetektionsschaltung 40 werden in die Steuerschaltung 50 eingegeben.
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Die Rotorpositionsdetektionsschaltung 40 detektiert eine Drehposition (einen Drehwinkel) des Motors 20 basierend auf jeweiligen Detektionssignalen (Hall-Signalen) von drei Hall-Sensoren 21, 22 und 23. Die Hall-Sensoren 21 bis 23 sind zum Detektieren der Drehposition in dem Motor 20 vorgesehen.
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Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Hall-Sensoren 21 bis 23 mit Intervallen von 120 Grad um einen Rotor des Motors 20 angeordnet. Die Hall-Sensoren 21 bis 23, die wie oben beschrieben angeordnet sind, geben ein U-Phase-Hall-Signal, ein V-Phase-Hall-Signal und ein W-Phase-Hall-Signal aus, deren Richtungen einer Zunahme und einer Abnahme sich bei jeder Drehung des Rotors um 180 Grad umkehren.
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Die Rotorpositionsdetektionsschaltung 40 formt Signalformen des U-Phase-, des V-Phase- und des W-Phase-Hall-Signals, die von den Hall-Sensoren 21 bis 23 ausgegeben werden, und erzeugt jeweilige gepulste Hall-Signale für die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase. In den gepulsten Hall-Signalen kehren sich Polaritäten derselben bei jeder Drehung des Rotors um 180 Grad zwischen positiv und negativ um (siehe 3). Daher detektiert die Rotorpositionsdetektionsschaltung 40 die Drehposition des Motors 20 (genauer gesagt des Rotors) in Intervallen von 60 Grad anhand von Flanken der Hall-Signale.
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Die Steuerschaltung 50 der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Mikrocomputer (nicht gezeigt) versehen, der eine CPU, ein ROM und ein RAM aufweist. Die Steuerschaltung 50 führt eine Antriebssteuerung und eine Bremssteuerung des Motors 20 gemäß einem Betätigungsausmaß des Druckerschalters 12 durch, der von einem Benutzer betätigt wird.
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Das heißt, wenn der Druckerschalter 12 von dem Benutzer betätigt wird, bestimmt die Steuerschaltung 50, dass ein Antriebsbefehl eingegeben worden ist, und treibt den Motor 20 basierend auf dem Betätigungsausmaß des Druckerschalters 12 an. Wenn der Benutzer aufhört, den Druckerschalter 12 zu betätigen, bestimmt die Steuervorrichtung 50, dass ein Verzögerungsbefehl oder ein Stoppbefehl eingegeben worden ist, und bremst den Motor 20.
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Zum Durchführen der vorher beschriebenen Antriebssteuerung und Bremssteuerung des Motors 20 führt die Steuerschaltung 50 verschiedene Steuerprogramme aus, die in dem ROM gespeichert sind. Durch die Ausführung der verschiedenen Steuerprogramme funktioniert die Steuerschaltung 50 als ein Timer 52, der eine Zeit misst, als eine Rotordrehzahlberechnungseinheit 54, als eine Vorauseilwinkel- und Stromleitungswinkelerzeugungseinheit 56, als eine Bremssteuereinheit 58, als eine PWM-Erzeugungseinheit 60 und als eine Gate-Ansteuersignalerzeugungseinheit 62.
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Die Rotordrehzahlberechnungseinheit 54 berechnet eine Drehzahl des Motors 20 basierend auf einem Detektionssignal, das bei jedem spezifizierten Drehwinkel des Motors 20 (bei der vorliegenden Ausführungsform bei jeder Drehung um 60 Grad) von der Rotorpositionsdetektionsschaltung 40 ausgegeben wird, und auf einer von dem Timer 52 gemessenen Zeit.
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Basierend auf dem zu dem Motor 20 fließenden elektrischen Strom, der durch die Stromdetektionsschaltung 34 detektiert wird, und der Drehposition des Motors 20, die von der Drehpositionsdetektionsschaltung 40 detektiert wird, nimmt die Vorauseilwinkel- und Stromleitungswinkelerzeugungseinheit 56 auf ein Vorauseilwinkel- und Stromleitungswinkelkennfeld Bezug, das im Voraus in dem ROM gespeichert wird, erzeugt einen Stromleitungsbefehl, der einen Vorauseilwinkel und einen Stromleitungswinkel angibt, während der Motor 20 angetrieben wird, und gibt den Stromleitungsbefehl zu der Gate-Ansteuersignalerzeugungseinheit 62 auf.
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Die PWM-Erzeugungseinheit 60 berechnet eine Einschaltdauer für eine PWM-Steuerung des dem Motor 20 zugeführten elektrischen Stroms, erzeugt einen PWM-Befehl, der die Einschaltdauer angibt, und gibt den PWM-Befehl zu der Gate-Ansteuersignalerzeugungseinheit 62 aus.
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Die Gate-Ansteuersignalerzeugungseinheit 62 erzeugt ein Ansteuersignal, das den Stromunterbrechungsschalter Q7 einschaltet, wenn der Druckerschalter 12 betätigt wird, so dass eine Antriebssteuerung des Motors 20 durchgeführt wird, und gibt dann das Ansteuersignal zu dem Stromunterbrechungsschalter Q7 aus.
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Darüber hinaus erzeugt die Gate-Ansteuersignalerzeugungseinheit 62 gemäß dem Stromleitungsbefehl von der Vorauseilwinkel- und Stromleitungswinkelerzeugungseinheit 56 ein Ansteuersignal, das einen der oberen Schalter Q1 bis Q3, die in der Schaltschaltung 32 enthalten sind, einschaltet, und ein Ansteuersignal, das einen der unteren Schalter Q4 bis Q6, die in der Schaltschaltung 32 enthalten sind, einschaltet; die Gate-Ansteuersignalempfangseinheit 62 gibt diese Ansteuersignale zu der Schaltschaltung 32 aus.
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Zusätzlich dazu stellt die Gate-Ansteuersignalempfangseinheit 62 eine Einschaltdauer für mindestens einen von dem Ansteuerbefehl zu einer Gruppe, die aus den oberen Schaltern Q1 bis Q3 besteht, und dem Ansteuerbefehl zu der anderen Gruppe, die aus den unteren Schaltern Q4 bis Q6 besteht, entsprechend dem PWM-Befehl von der PWM-Erzeugungseinheit 60 auf variable Weise ein. Folglich wird mindestens eine Gruppe der einen Gruppe der oberen Schalter Q1 bis Q3 und der anderen Gruppe der unteren Schalter Q4 bis Q6 gemäß der Einschaltdauer angesteuert.
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Daher wird, wenn elektrischer Strom entsprechend der Einschaltdauer zu den Phasen U, V und W des Motors 20 fließt, bewirkt, dass sich der Motor 20 mit einer Drehzahl, die dem Betätigungsausmaß des Druckerschalters 12 entspricht, dreht.
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Die Steuerschaltung 50 überwacht die Batteriespannung und die Temperatur basierend auf den jeweiligen Detektionssignalen von der Spannungsdetektionsschaltung 36 und der Temperaturdetektionsschaltung 38. Die Steuerschaltung 50 beendet die Antriebssteuerung des Motors 20, wenn die Batteriespannung niedrig ist oder die Temperatur steigt.
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Die Bremssteuereinheit 58 ist ein Steuerblock, der eine Funktion einer Steuervorrichtung (genauer gesagt einer Bremssteuereinheit) der vorliegenden Offenbarung implementiert. Wenn der Benutzer eine Betätigung des Druckerschalter 12 während der Antriebssteuerung des Motors 20 stoppt, geht die Bremssteuereinheit 58 davon aus, dass ein Verzögerungsbefehl oder ein Stoppbefehl eingegeben worden ist, und bewirkt, dass der Motor 20 eine Bremskraft erzeugt.
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Genauer gesagt schaltet die Bremssteuereinheit 58 den Stromunterbrechungsschalter Q7 über die Gate-Ansteuersignalerzeugungseinheit 62 aus. Ferner schaltet die Bremssteuereinheit 58 selektiv einen Teil der Schaltelemente Q1 bis Q6 in der Schaltschaltung 32 ein, so dass sie zwischen Anschlüssen des Motors 20 verbunden sind, wodurch bewirkt wird, dass der Motor 20 eine Bremskraft erzeugt.
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Als solch eine Kurzschlussbremse ist eine Kurzschlussbremse für alle Phasen bekannt, die die oberen Schalter Q1 bis Q3 ausschaltet und die unteren Schalter Q4 bis Q6 einschaltet.
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Bei der Kurzschlussbremse für alle Phasen fließt jedoch abhängig von der Drehung des Motors 20 ein elektrischer Strom (d. h. ein sogenannter Bremsstrom) durch jede der Phasen U, V und W des Motors 20, und es wird eine dem Bremsstrom entsprechende Bremskraft erzeugt. Daher kann die Bremskraft abhängig von Drehbedingungen (Drehzahl etc.) des Motors 20 übermäßig groß werden, was ein Versagen des elektrischen Kraftwerkzeugs 2 bewirken kann.
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Daher ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Bremssteuereinheit 58 dazu ausgebildet, eine alternative Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung durchzuführen, wie sie in 3 gezeigt ist, um den Motor 20 mit einer gewünschten Bremskraft zu bremsen.
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Genauer gesagt werden bei der alternativen Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung, die in 3 gezeigt ist, der Stromunterbrechungsschalter Q7 und die oberen Schalter Q1 bis Q3 ausgeschaltet. Die unteren Schalter Q4 bis Q6 werden synchron zu einer Änderung der Drehposition des Motors 20, die von der Rotorpositionsselektionsschaltung 40 detektiert wird, ein- und ausgeschaltet, so dass dem Motor 20 ein gewünschter Motorstrom zugeführt wird; demzufolge wird in dem Motor 20 eine gewünschte Bremskraft erzeugt.
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Das bedeutet, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die unteren Schalter Q4 bis Q6 periodisch ausgeschaltet werden, um eine Stromunterbrechungsdauer zu liefern, während der der Fluss des Bremsstroms unterbrochen wird und somit im Vergleich zu einer herkömmlichen Kurzschlussbremse für alle Phasen eine Erzeugung einer Bremskraft in dem Motor 20 unterdrückt wird.
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Zusätzlich dazu werden die unteren Schalter Q4 bis Q6 für jede der Phasen U, V und W mit einem spezifizierten Muster ein- und ausgeschaltet, synchron zu der Änderung der Drehposition des Motors 20, die von der Rotorpositionsdetektionsschaltung 40 detektiert wird.
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Darüber hinaus werden jeweilige Zeitpunkte tu, tv und tw, zu denen die unteren Schalter Q4 bis Q6 der Phasen U, V und W ausgeschaltet werden, wie in 3 gezeigt eingestellt; genauer gesagt werden die Zeitpunkte tu, tv und tw innerhalb eines Zeitintervalls, während dem ein Bremsstrom in der Vorwärtsrichtung von den unteren Schaltern Q4 bis Q6 zu dem Motor 20 fließt und der Motorstrom abnimmt, eingestellt.
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Demzufolge fließt beim Ausschalten der unteren Schalter Q4 bis Q6 der Phasen U, V und W der Bremsstrom weiterhin (kontinuierlich) durch die parasitären Dioden der unteren Schalter Q4 bis Q6. Zusätzlich dazu wird verhindert, dass eine Dauer, während der der Bremsstrom zu den parasitären Dioden fließt, verlängert wird.
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Mit anderen Worten sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Zeitpunkte zum Ausschalten der unteren Schalter Q4 bis Q6 derart eingestellt, dass, selbst wenn die unteren Schalter Q4 bis Q6 ausgeschaltet werden, der Motorstrom weiterhin durch die parasitären Dioden fließt. Dies kann ein Auftreten des folgenden Problems unterdrücken: Wenn die unteren Schalter Q4 bis Q6 ausgeschaltet sind, werden an den Anschlüssen des Motors 20, die mit den unteren Schaltern Q4 bis Q6 verbunden sind, hohe Spannungen erzeugt, und dann fließt ein Regenerierungsstrom durch die parasitären Dioden der oberen Schalter Q1 bis Q3, was eine Beschädigung der Schaltelemente Q1 bis Q3 bewirkt.
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Darüber hinaus sind die Zeitpunkte zum Ausschalten der unteren Schalter Q4 bis Q6 in dem Intervall eingestellt, während dem der Bremsstrom von den unteren Schaltern Q4 bis Q6 (in 3 in der Vorwärtsrichtung (+)) zu dem Motor 20 fließt und der Bremsstrom in der Vorwärtsrichtung abnimmt. Dies kann eine Dauer von einem Ausschalten der unteren Schalter Q4 bis Q6 bis zu einem Verschwinden des Bremsstroms verkürzen, wodurch eine Wärmeerzeugung in den parasitären Dioden aufgrund des fließenden Bremsstroms unterdrückt wird. Demzufolge ist es möglich, eine Temperaturerhöhung der unteren Schalter Q4 bis Q6 zu unterdrücken.
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Im Folgenden wird ein Steuerprozess erläutert, der von dem in der Steuereinheit 50 enthaltenen Mikrocomputer zum Durchführen einer Funktion der Bremssteuereinheit 58, die die oben beschriebene alternative Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung ausführt, ausgeführt wird.
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Dieser Steuerprozess beinhaltet einen Hall-Signal-Unterbrechungsprozess, der in 4A gezeigt ist, und einen Timer-Unterbrechungsprozess, der in 4B gezeigt ist. Der Hall-Signal-Unterbrechungsprozess wird synchron zu einem Flankentiming des Hall-Signals bei einer Drehung des Motors 20 um 60 Grad ausgefühhrt. Der Timer-Unterbrechungsprozess wird je nach Bedarf in Bezug auf den Hall-Signal-Unterbrechungsprozess ausgeführt.
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In dem Hall-Signal-Unterbrechungsprozess wird zuerst in Schritt S110 („S” gibt einen Schritt an) eine abgelaufene Zeit seit dem letzten Hall-Signal-Unterbrechungsprozess erfasst. Als nächstes wird in S120 basierend auf der erfassten abgelaufenen Zeit eine Drehzahl des Motors 20 berechnet. Diese zwei Schritte entsprechen Funktionen der Rotordrehzahlberechnungseinheit 54.
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Als nächstes wird in S130 basierend auf einem Signalpegel des Hall-Signals für jede der Phasen U, V und W eine Drehposition des Motors 20 (Winkel 0 Grad, 60 Grad, 120 Grad, ...) detektiert.
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In S140 wird ein Schaltzeitpunkt eines Schaltelements, das als nächstes ein- und auszuschalten ist, bestimmt. Genauer gesagt wird basierend auf einem Steuerkennfeld der alternativen Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung, die im Voraus in einem Speicher (z. B. einem ROM etc.) gespeichert wird, der Schaltzeitpunkt dieses Schaltelements, das als nächstes ein- und auszuschalten ist, in Bezug auf die Drehposition des Motors 20, die in S130 detektiert wird, erhalten, und dann wird die erhaltene Schaltzeit basierend auf der Drehzahl des Motors 20, die in S120 berechnet wird, korrigiert.
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Dabei ist der Grund dafür, dass die Schaltzeit basierend auf der Drehzahl des Motors 20 korrigiert wird, der, dass sich eine Bremskraft und ein Bremsstrom, die zum Bremsen des Motors 20 notwendig sind, abhängig von der Drehzahl des Motors 20 ändern.
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Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform kann, da Zeitpunkte zum Ein- und Ausschalten der Schaltelemente in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 20 korrigiert werden, der zu dem Motor 20 fließende Bremsstrom (und damit die Bremskraft) optimal gesteuert werden.
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In S150 wird bestimmt, ob die in S140 bestimmte Schaltzeit Null ist, mit anderen Worten, ob zu diesem Zeitpunkt das Schaltelement unmittelbar ein- und ausgeschaltet werden muss.
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Wenn die Schaltzeit Null ist, schreitet der Prozess zu S190 fort. In S190 wird ein Ansteuersignalmuster für jedes der Schaltelemente Q1 bis Q6, das der aktuellen Drehposition des Motors 20 entspricht, aus dem Steuerkennfeld der alternativen Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung ausgelesen. Gemäß dem ausgelesenen Ansteuersignalmuster wird ein Ansteuersignal zu einem Gate jedes der Schaltelemente Q1 bis Q6 ausgegeben. Danach wird der vorliegende Hall-Signal-Unterbrechungsprozess beendet.
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Wenn andererseits in S150 bestimmt wird, dass die Schaltzeit nicht Null ist, schreitet der Prozess zu S160 fort. In S160 wird ein Ansteuersignalmuster für jedes der Schaltelemente Q1 bis Q6 zu einem Zeitpunkt nach einem Ein- und Ausschalten des Schaltelements, dessen Schaltzeit in S140 bestimmt wurde, aus dem zuvor erwähnten Steuerkennfeld erhalten. Danach wird das erhaltene Ansteuersignalmuster in einem Puffer gespeichert.
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In dem darauffolgenden S170 wird die in S140 bestimmte Schaltzeit in einem Timer-Register eingestellt. In S180 wird der Timer zum Starten einer Zeitmessung in Bezug auf die Schaltzeit aktiviert. Danach wird der vorliegende Hall-Signal-Unterbrechungsprozess beendet.
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Dabei tritt, wenn der Timer die Zeitmessung in S180 startet, nach Ablauf der Schaltzeit eine Timer-Unterbrechung auf. Daher führt die Steuerschaltung 50 ansprechend auf diese Timer-Unterbrechung einen Prozess eines Schritts S310 aus und gibt die Ansteuersignale für die Schaltelemente Q1 bis Q6, die in S160 in dem Puffer eingestellt wurden, zu den entsprechenden Gates der Schaltelemente Q1 bis Q6 aus.
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Folglich werden die in 3 gezeigten Ansteuersignale synchron zu der Drehung des Motors 20 in die unteren Schalter Q4 bis Q6 eingegeben, und die unteren Schalter Q4 bis Q6 werden ein- und ausgeschaltet.
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Wenngleich im Vorhergehenden eine bespielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorher beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann verschiedene Formen annehmen, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
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Beispielsweise ist bei der vorher beschriebenen Ausführungsform vorgesehen, dass im Gegensatz zu der herkömmlichen Kurzschlussbremse für alle Phasen die Zeitintervalle, während denen die unteren Schalter Q4 bis Q6 der Phasen U, V und W ausgeschaltet sind, synchron zu der Drehung des Motors 20 eingestellt werden, so dass der Bremsstrom, der über die unteren Schalter Q4 bis Q6 fließt, verringert wird, wodurch eine Bremskraft unterdrückt wird.
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Es ist jedoch nicht notwendig, dass die jeweiligen Zeitintervalle, während denen die unteren Schalter Q4 bis Q6 ein- oder ausgeschaltet sind, für die Phasen U, V und W übereinstimmen. Beispielsweise können, wie in 5 gezeigt, Steuermuster zum Ein- und Ausschalten der unteren Schalter Q4 bis Q6 für die Phasen U, V und W jeweils unterschiedlich eingestellt werden.
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Bei einer Ein-Aus-Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung, die in 5 gezeigt ist, werden die unteren Schalter Q4 und Q6 der Phasen U und W mit jeweils unterschiedlichen Steuermuster periodisch ein- und ausgeschaltet, während der untere Schalter Q5 der Phase V ausgeschaltet bleibt. Daher fließt über die unteren Schalter Q4 und Q6 ein Bremsstrom mit Unterbrechungen zu dem Motor 20, was zu einer Erzeugung einer Bremskraft entsprechend dem Bremsstrom führt.
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Ferner werden bei dieser Ein-Aus-Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung jeweilige Zeitpunkte zum Ausschalten der unteren Schalter Q4 und Q6 so eingestellt, dass zu der Zeit, zu der die unteren Schalter Q4 und Q6 ausgeschaltet werden, ein Fließen eines Regenerierungsstroms zu dem Batteriepack 16 unterdrückt wird.
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Genauer gesagt werden bei dieser Bremssteuerung die unteren Schalter Q4 und Q6 gleichzeitig eingeschaltet, so dass ein Bremsstrom der Reihe nach von dem unteren Schalter Q6 zu dem Motor 20 und ferner zu dem unteren Schalter Q4 fließt. Danach wird der untere Schalter Q6 ausgeschaltet, bevor die Stromflussrichtung umgekehrt wird. Der Ausschaltzeitpunkt des unteren Schalters Q6 wird in einem Intervall, während dem der Bremsstrom, der in der Vorwärtsrichtung zu dem unteren Schalter Q6 fließt, nach Erreichen des Maximums abnimmt, eingestellt.
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Aus diesem Grund fließt der Motorstrom weiter durch die parasitäre Diode des unteren Schalters Q6, auch wenn der untere Schalter Q6 ausgeschaltet ist; demzufolge ist es möglich, ein Fließen des Regenerierungsstroms zu dem Batteriepack 16 zu unterdrücken. Darüber hinaus ist es möglich, eine Wärmeerzeugung des unteren Schalters Q6 zu unterdrücken, indem die Dauer, während der der Motorstrom durch die parasitäre Diode des unteren Schalters Q6 fließt, verkürzt wird.
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Der Ausschaltzeitpunkt des unteren Schalters Q4 wird auf einen Zeitpunkt nach einem Fließen des Bremsstroms in der Vorwärtsrichtung durch die parasitäre Diode des unteren Schalters Q6 nach dem Ausschalten des unteren Schalters Q6 eingestellt. Der Grund dafür ist, dass, wenn der untere Schalter Q4 während einer Unterbrechung des Bremsstroms durch den unteren Schalter Q6 ausgeschaltet wird, ein Fließen eines Regenerierungsstroms zu dem Batteriepack 16 unterdrückt wird.
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Bei der Bremssteuerung der vorher beschriebenen Ausführungsform und der Bremssteuerung, die in 5 gezeigt ist, wird ein Einschalten und Ausschalten der unteren Schalter Q4 bis Q6 so durchgeführt, dass bewirkt wird, dass ein Bremsstrom zu dem Motor 20 fließt und eine Bremskraft erzeugt.
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Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Bremssteuerung durch Einschalten und Ausschalten der oberen Schalter Q1 bis Q3, während die unteren Schalter Q4 bis Q6 ausgeschaltet bleiben, durchzuführen.
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In diesem Fall ist es zum Unterdrücken eines Fließens eines Regenerierungsstroms nach dem Ausschalten der oberen Schalter Q1 bis Q3 notwendig, Schaltzeiten einzustellen, mit denen ein Motorstrom kontinuierlich durch die parasitären Dioden der oberen Schalter Q1 bis Q3 fließen kann.
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Daher können, wenn die oberen Schalter Q1 bis Q3 für die Bremssteuerung verwendet werden, die Ausschaltzeiten der oberen Schalter Q1 bis Q3 derart eingestellt werden, dass die oberen Schalter Q1 bis Q3 ausgeschaltet werden, während der Motorstrom von dem Motor 20 zu einem von den oberen Schaltern Q1 bis Q3 fließt (d. h. der Motorstrom in der Rückwärtsrichtung (–) fließt).
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Darüber hinaus fließt, wenn lediglich eine Gruppe der Gruppe der unteren Schalter und der Gruppe der oberen Schalter für die Bremssteuerung verwendet wird, ein Bremsstrom zu den parasitären Dioden der verwendeten Schalter. Dementsprechend tritt lediglich bei den verwendeten Schaltern eine Wärmeerzeugung auf, und die verwendeten Schalter unterliegen einem Verschleiß.
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Aus diesem Grund können, wie in 6 gezeigt, die Gruppe der oberen Schalter Q1 bis Q3 und die Gruppe der unteren Schalter Q4 bis Q6 im Rahmen der Bremssteuerung alternierend verwendet werden.
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6 zeigt Signalformen der Bremssteuerung, wenn die in 5 gezeigte Ein-Aus-Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung durch alternierende Verwendung der unteren Schalter Q4 und Q6 und der oberen Schalter Q1 und Q2 für eine Umdrehung des Motors 20 durchgeführt wird.
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Bei dieser Bremssteuerung werden, wenn die oberen Schalter Q1 und Q2 zum Bewirken eines Fließen eines Bremsstroms verwendet werden, die oberen Schalter Q1 und Q2 zur selben Zeit eingeschaltet, so dass ein Rückwärtsstrom zu dem oberen Schalter Q1 fließt und ein Vorwärtsstrom zu dem oberen Schalter Q2 fließt.
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Darüber hinaus wird ein Ausschaltzeitpunkt des oberen Schalters Q1 während einer Dauer eingestellt, während der der Bremsstrom, der in der Rückwärtsrichtung zu dem oberen Schalter Q1 fließt, abnimmt. Ein Ausschaltzeitpunkt des oberen Schalters Q2 wird auf eine Zeit nach einer vollständigen Unterbrechung des Bremsstroms durch den oberen Schalter Q1 eingestellt.
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Wie vorher beschrieben, ist es mit der in 6 gezeigten Ansteuerung ebenfalls möglich, ein Fließen eines Regenerierungsstroms zu unterdrücken, wenn die oberen Schalter Q1 und Q2 ausgeschaltet werden.
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Beim Durchführen der Bremssteuerung unter Verwendung der oberen Schalter und der unteren Schalter auf alternierende Weise können zu verwendende Schalter bei jeder Umdrehung des Motors 20 geändert werden, wie in 6 gezeigt ist, oder sie können nach einer vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen des Motors 20 geändert werden.
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Ferner kann, wenn die zu verwendenden Schalter bei jeder Umdrehung des Motors 20 geändert werden, wie in 6 gezeigt ist, die Steuerschaltung 50 den in den 7A und 7B gezeigten Hall-Signal-Unterbrechungsprozess durchführen.
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Genauer gesagt wird in dem Hall-Signal-Unterbrechungsprozess, der in 7A und 7B gezeigt ist, nach einer Ausführung der Prozesse der Schritte S110 bis S130 auf dieselbe Weise wie in dem Hall-Signal-Unterbrechungsprozess in 4A in S210 bestimmt, ob eine Kombination von Hall-Signalen einen eingestellten Wert aufweist, der im Voraus eingestellt wurde (genauer gesagt, ob Hall-Signale der Phasen U und W einen niedrigen Pegel aufweisen und ein Hall-Signal der Phase V einen hohen Pegel aufweist).
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Dabei besteht der Prozess des Schritts S210 darin, basierend auf der Kombination der Hall-Signale zu bestimmen, ob die Drehposition des Motors 20 eine Bezugsposition ist (Drehwinkel 0 Grad in 6).
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Wenn in S210 bestimmt wird, dass die Kombination der Hall-Signale den eingestellten Wert aufweist und daher der Motor 20 an der Bezugsposition ist, schreitet der Prozess zu S250 fort, um zu bestimmen, ob während der zuvor durchgeführten Bremssteuerung ein Ansteuersignal zu den oberen Schaltern ausgegeben wurde (d. h., ob die oberen Schalter bei der Bremssteuerung verwendet wurden).
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Wenn in S250 bestimmt wird, dass die oberen Schalter für die zuvor durchgeführte Bremssteuerung verwendet wurden, schreitet der Prozess zu S260 fort. In S260 wird zum Verwenden der unteren Schalter bei der darauffolgenden Bremssteuerung das Ansteuersignal so eingestellt, dass es zu den unteren Schaltern ausgegeben wird, und danach schreitet der Prozess zu S220 fort.
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Wenn andererseits in S250 bestimmt wird, dass die unteren Schalter bei der vorherigen Bremssteuerung verwendet wurden, schreitet der Prozess zu S270 fort. In S270 wird zum Verwenden der oberen Schalter bei der darauffolgenden Bremssteuerung das Ansteuersignal so eingestellt, dass es zu den oberen Schaltern ausgegeben wird, und danach schreitet der Prozess zu S220 fort.
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In S220 wird bestimmt, ob das Ansteuersignal so eingestellt ist, dass es bei der aktuellen Bremssteuerung zu den oberen Schaltern auszugeben ist; wenn das Ansteuersignal so eingestellt ist, dass es zu den oberen Schaltern auszugeben ist, schreitet der Prozess zu S230 fort; wenn nicht, schreitet der Prozess zu S240 fort.
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In S230 wird unter Verwendung eines Steuerkennfelds zum Durchführen der Bremssteuerung mittels der oberen Schalter ein Schaltmuster eines Schaltelements, das als nächstes ein- bzw. auszuschalten ist, basierend auf der in S130 detektierten Drehposition des Motors 20 erfasst.
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In S240 wird unter Verwendung eines Steuerkennfelds zum Durchführen der Bremssteuerung mittels der unteren Schalter ein Schaltmuster eines Schaltelements, das als nächstes ein- und auszuschalten ist, basierend auf der in S130 detektierten Drehposition des Motors 20 erfasst.
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In dem darauffolgenden S145 wird eine Schaltzeit basierend auf der Drehzahl des Motors 20, die in S120 berechnet wurde, korrigiert, so dass die Schaltzeit des Schaltelements, das als nächstes ein- bzw. auszuschalten ist, bestimmt wird.
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Als nächstes wird in S150 bestimmt, ob die in S145 bestimmte Schaltzeit Null ist, mit anderen Worten, ob das Schaltelement sofort ein- und ausgeschaltet werden muss.
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Wenn die Schaltzeit Null ist, schreitet der Prozess zu S190 fort, so dass das Ansteuersignal gemäß dem in S230 oder S240 bestimmten Schaltmuster zu einem Gate jedes der Schaltelemente Q1 bis Q6 ausgegeben wird. Danach wird der vorliegende Hall-Signal-Unterbrechungsprozess beendet.
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Wenn andererseits in S150 bestimmt wird, dass die Schaltzeit nicht Null ist, schreitet der Prozess zu S160 fort. In S160 wird das in S230 oder S240 bestimmte Schaltmuster nach Ein- und Ausschalten des Schaltelements, dessen Schaltzeit in S145 bestimmt wurde, in einem Puffer gespeichert.
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In dem darauffolgenden S170 wird die in S145 bestimmte Schaltzeit in einem Timer-Register eingestellt. In S180 wird der Timer zum Starten einer Zeitmessung der Schaltzeit aktiviert, und dann wird der vorliegende Hall-Signal-Unterbrechungsprozess beendet.
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Wenn der Timer in S180 mit der Zeitmessung beginnt, tritt nach Ablauf der Schaltzeit eine Timer-Unterbrechung auf.
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Aus diesem Grund führt die Steuerschaltung 50 ansprechend auf die Timer-Unterbrechung einen Prozess des Schritts S310, der in 4B gezeigt ist, aus und gibt zu den entsprechenden Gates der Schaltelemente Q1 bis Q6 die Ansteuersignale für die Schaltelemente Q1 bis Q6 aus, die in S160 in dem Puffer eingestellt wurden.
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In Bezug auf den in den 4A, 7A und 7B gezeigten Hall-Signal-Unterbrechungsprozess wurde erläutert, dass ein Zeitpunkt zum Schalten des Ansteuersignals, d. h., ein Schalttiming zum Ein- und Ausschalten des Schaltelements, derart bestimmt wird, dass ein Zeitpunkt, der als ein Bezug verwendet wird, aus dem Steuerkennfeld erhalten wird und basierend auf der Drehzahl des Motors korrigiert wird.
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Diese Korrektur des Schaltzeitpunkts ist jedoch nicht unbedingt notwendig. Der von dem Steuerkennfeld erhaltene Schaltzeitpunkt kann unverändert verwendet werden. Darüber hinaus kann es, wenn der Schaltzeitpunkt zum Steuern der in dem Motor 20 erzeugten Bremskraft mit höherer Genauigkeit korrigiert wird, möglich sein, zusätzlich zu der Drehzahl des Motors einen Parameter, der sich auf die Erzeugung der Bremskraft auswirkt, zu verwenden, z. B. eine Temperatur, eine Spannung der Gleichstromquelle, usw.
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Darüber hinaus variiert ein Bremsbefehl von dem Benutzer in Abhängigkeit von einem Betätigungsausmaß des Druckerschalters 12, der als eine Betätigungseinheit dient. Somit kann das Schalttiming unter Verwendung des Betätigungsausmaßes des Druckerschalters 12 korrigiert werden. Zusätzlich dazu kann das Schalttiming unter Verwendung eines oder mehrerer solcher Parameter korrigiert werden.
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Bei der vorher beschriebenen Ausführungsform wird der Schaltzeitpunkt des Schaltelements basierend auf Detektionssignalen (Hall-Signalen) von den Hall-Sensoren 21 bis 23 eingestellt, die die Drehposition des Motors 20 detektieren; dieser Schaltzeitpunkt kann jedoch unter Verwendung eines Detektionssignals von einem anderen Drehsensor zur Drehpositionsdetektion eingestellt werden, z. B. einer Impulsscheibe (engl.: encoder) etc.
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Wenngleich in Bezug auf die oben beschriebene Ausführungsform erläutert wurde, dass die Steuerschaltung 50 die alternative Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung ausführt, kann die Steuerschaltung 50 in dem Speicher (ROM) andere Steuerkennfelder abgespeichert haben, z. B. eine Ein-Aus-Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Bremssteuerung etc., so dass die Bremssteuerung in Abhängigkeit von einer Betriebsbedingung des Motors 20 (mit anderen Worten, in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Bremskraft) umgeschaltet werden kann.
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Diese Konfiguration ermöglicht eine noch optimalere Steuerung einer Bremskraft, die erzeugt wird, wenn der Motor 20 gestoppt oder verzögert wird.
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Ferner war bei der oben beschriebenen Ausführungsform jedes der Schaltelemente Q1 bis Q6, die die Schaltschaltung 32 bilden, als ein N-Kanal-MOSFET mit parasitären Dioden ausgebildet. Wenn jedoch die parasitären Dioden nicht in den Schaltelementen Q1 bis Q6 vorhanden sind, können Dioden jeweils parallel zu den Schaltelementen Q1 bis Q6 geschaltet werden.
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Elektrische Kraftwerkzeuge, auf die die vorliegende Offenbarung angewendet werden kann, beinhalten nicht nur allgemeine elektrische Kraftwerkzeuge, beispielsweise Akkuschrauber, Schlagschrauber, Schleifgeräte, etc., sondern ebenso elektrische Kraftwerkzeuge für Gartenarbeiten wie Heckenschneider zum Schneiden von Gras und Hecken sowie Kettensägen, die dazu in der Lage sind, ein Objekt zu schneiden, ohne dass der Werkzeugkörper derselben vor und zurück bewegt werden muss. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung kann auf ein beliebiges elektrisches Kraftwerkzeug angewendet werden, das einen bürstenlosen Dreiphasenmotor als eine Leistungsquelle aufweist und dazu in der Lage ist, durch Drehung des Motors einen bestimmten Betrieb durchzuführen.
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Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung zusätzlich zu einem elektrischen Kraftwerkzeug mit einer Batterie als einer Gleichstromleistungsquelle auf ein elektrisches Kraftwerkzeug angewendet werden, das mit einer Leistungszufuhr von einer externen Gleichstromleistungsquelle arbeitet, beispielsweise einem Wechselstromadapter etc., und auf ein Elektrowerkzeug, das mit einer Leistungszufuhr von einer Wechselstromleistungsquelle wie einer handelsüblichen Leistungsquelle etc. betrieben wird.
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Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränken der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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