DE102017122785A1 - Elektrische Arbeitsmaschine sowie Verfahren zum Antreiben eines Motors von einer elektrischen Arbeitsmaschine - Google Patents

Elektrische Arbeitsmaschine sowie Verfahren zum Antreiben eines Motors von einer elektrischen Arbeitsmaschine Download PDF

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Makita Corp
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Abstract

Eine elektrische Arbeitsmaschine (1) in einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist mit einem Motor (25), einem ersten Schaltungselement (UH), einem zweiten Schaltungselement (VL), einem dritten Schaltungselement (UL), komplementären PWM-Ansteuerungsteilen (32, 33), und nicht-komplementären PWM-Ansteuerungsteilen (32, 33) versehen. Die komplementären PWM-Ansteuerungsteile (32, 33) führen die komplementäre PWM-Ansteuerung durch, falls das Tastverhältnis unter dem voreingestellten Schwellwert liegt. Die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerungsteile (32, 33) führen die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durch, falls das Tastverhältnis auf dem Schwellwert oder darüber liegt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Technologie zum Antreiben eines Motors von einer elektrischen Arbeitsmaschine.
  • Stand der Technik
  • Eine in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2011-101932 offenbarte elektrische Arbeitsmaschine ist so aufgebaut, dass sie mittels Pulsweitenmodulation (PWM) einen Motor antreibt. Konkreter ist diese elektrische Arbeitsmaschine mit einer Brückenschaltung versehen. Die Brückenschaltung weist mehrere High-Side Schaltungselementen (nachfolgend als "High-Side Schalter" bezeichnet) und mehrere Low-Side Schaltungselemente (nachfolgend als "Low-Side Schalter" bezeichnet) auf. Jeder von den mehreren High-Side Schaltern ist zwischen einem Pluspol einer Gleichstromquelle und einer entsprechenden Klemme mehrerer Klemmen vom Motor vorgesehen. Jeder von den mehreren Low-Side Schaltern ist zwischen einem Minuspol der Gleichstromquelle und einer entsprechenden Klemme vom Motor vorgesehen.
  • Antreiben des Motors mittels PWM wird wie Folgendes durchgeführt. Einer der mehreren High-Side Schalter und einer der mehreren Low-Side Schalter werden ausgewählt. Von den ausgewählten High-Side Schalter und Low-Side Schalter, einer wird eingeschaltet gehalten und der andere wird periodisch einem bestimmten Tastverhältnis entsprechend ein- und ausgeschaltet. Infolgedessen wird der in den Motor einfließende Strom angesteuert.
  • Bei einer sogenannten komplementären PWM-Ansteuerung werden die mit ein und derselben Klemme des Motors angeschlossenen High-Side Schalter und Low-Side Schalter wie folgt angesteuert. Das heißt, einer von den High-Side Schalter und Low-Side Schalter wird periodisch ein- und ausgeschaltet, während dessen Ausschaltzeit der andere eingeschaltet wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Bei der obigen komplementären PWM-Ansteuerung ist im Allgemeinen eine Totzeit vorgesehen, bei der die beiden High-Side Schalter und Low-Side Schalter gemeinsam ausgeschaltet gehalten werden. Die Totzeit ist im Zeitraum vom Ausschalten eines von den beiden High-Side Schalter und Low-Side Schalter bis zum Einschalten des anderen vorgesehen, damit es unterbunden wird, dass die mit ein und derselben Klemme angeschlossenen High-Side Schalter und Low-Side Schalter gleichzeitig eingeschaltet werden.
  • Aber das Vorsehen der Totzeit kann eine angemessene Einstellung des Tastverhältnisses in dessen Bereich in der Nähe von 100% erschweren. Falls beispielsweise von der PWM-Trägerfrequenz das Verhältnis der Totzeit 7 % ausmacht, kann es im Hinblick auf die Totzeit erschwert werden, den Motor beim Tastverhältnis von höher als 93 % im PWM-Modus anzusteuern. Infolgedessen kann bei der komplementären PWM-Ansteuerung ein Pendeln, ein Geräusch o.Ä. im Motor entstehen, wenn man mit einem hohen Tastverhältnis wie in der Nähe von 100 % den Motor anzusteuern versucht.
  • Bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es wünschenswert, den Motor einer elektrischen Arbeitsmaschine zum eingestellten Tastverhältnis angemessen antreiben zu können.
  • Die elektrische Arbeitsmaschine in einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist mit einem Motor, einem ersten Schaltungselement, einem zweiten Schaltungselement, einem dritten Schaltungselement, komplementären PWM-Ansteuerungsteilen und nicht-komplementären PWM-Ansteuerungsteilen versehen. Der Motor weist eine erste Klemme, eine zweite Klemme und eine Spule auf. Die erste Klemme und die zweite Klemme sind über die Spule miteinander geschaltet. Das erste Schaltungselement ist mit der ersten Klemme geschaltet. Das zweite Schaltungselement ist mit der zweiten Klemme geschaltet und mit dem ersten Schaltungselement über die Spule in Reihe geschaltet. Das dritte Schaltungselement ist mit der ersten Klemme geschaltet und mit dem ersten Schaltungselement ohne Zwischenschaltung der Spule in Reihe geschaltet. Die komplementären PWM-Ansteuerungsteile führen die komplementäre PWM-Ansteuerung durch, falls das Tastverhältnis, das die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit des ersten Schaltungselements in der voreingestellten Trägerfrequenz bestimmt, unter dem voreingestellten Schwellwert liegt. Das komplementäre PWM-Ansteuerung ist ein Regelverhalten, bei dem die komplementären PWM-Ansteuerungsteile (i) das zweite Schaltungselement einschalten, (ii) das erste Schaltungselement dem Tastverhältnis entsprechend ein- und ausschalten, (iii) in der Ausschaltzeit des ersten Schaltungselements das dritte Schaltungselement einschalten, und (iv) in der Einschaltzeit des ersten Schaltungselements das dritte Schaltungselement ausschalten. Die nicht-komplementären PWM-Ansteuerungsteile führen, falls das Tastverhältnis auf dem Schwellwert oder darüber liegt, die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durch. Die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung ist ein Regelverhalten, bei dem die nicht-komplementären PWM-Ansteuerungsteile (i) das zweite Schaltungselement einschalten, (ii) das erste Schaltungselement dem Tastverhältnis entsprechend ein- und ausschalten, und (iii) das dritte Schaltungselement kontinuierlich ausschalten.
  • Bei der auf diese Weise aufgebauten elektrischen Arbeitsmaschine wird, falls das Tastverhältnis unter dem Schwellwert liegt, die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt und falls das Tastverhältnis auf dem Schwellwert oder darüber liegt, wird die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt. Daher kann der Motor durch geeignetes Einstellen des Schwellwerts zu allen eingestellten Tastverhältnissen angemessen angetrieben werden.
  • Die komplementären PWM-Ansteuerungsteile können so aufgebaut werden, dass (i) sie nach Verlauf von der ersten Totzeit nach dem Ausschalten des ersten Schaltungselements das dritte Schaltungselement einschalten, und (ii) sie nach Verlauf von der zweiten Totzeit nach dem Ausschalten des dritten Schaltungselements das erste Schaltungselement einschalten. Der erste Gesamtzeitraum, der sich durch Addition der ersten Totzeit und der zweiten Totzeit ergibt, kann kürzer als der Zeitraum von dem Ausschalten des ersten Schaltungselements bis zum Einschalten des ersten Schaltungselements sein. Der Schwellwert kann dem Verhältnis zur Trägerfrequenz in einem Zeitraum entsprechen, der sich durch Subtraktion eines bestimmten Zeitraums von der Trägerfrequenz ergibt. Der bestimmte Zeitraum kann gleich dem ersten Gesamtzeitraum sein oder länger als der erste Gesamtzeitraum sein. Die Länge der ersten Totzeit kann gleich der Länge der zweiten Totzeit sein oder sich von der Länge der zweiten Totzeit unterscheiden.
  • Bei der auf diese Weise aufgebauten elektrischen Arbeitsmaschine wird nicht die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt, sondern die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt, falls die durch das Tastverhältnis repräsentierte Einschaltzeit des ersten Schaltungselements mindestens der Zeitraum oder darüber ist, der sich durch Subtraktion des ersten Gesamtzeitraums von der Trägerfrequenz ergibt. Deswegen kann der Motor der Länge der ersten Totzeit und der Länge der zweiten Totzeit entsprechend angemessen angetrieben werden.
  • Die komplementären PWM-Ansteuerungsteile können so aufgebaut werden, dass sie während der Ausschaltzeit des ersten Schaltungselements das dritte Schaltungselement für eine voreingestellte mindeste Einschaltzeit oder länger einschalten. In diesem Fall kann der bestimmte Zeitraum gleich dem zweiten Gesamtzeitraum sein, der sich durch Addition der ersten Totzeit, der zweiten Totzeit, und der mindesten Einschaltzeit ergibt, oder länger als der zweite Gesamtzeitraum sein.
  • Bei derartigen elektrischen Arbeitsmaschine wird nicht die komplementäre PWM-Ansteuerung, sondern die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt, falls die durch das Tastverhältnis repräsentierte Einschaltzeit des ersten Schaltungselements mindestens der Zeitraum oder darüber ist, der sich durch Subtraktion des zweiten Gesamtzeitraums von der Trägerfrequenz ergibt. Deswegen kann der Motor der Länge der mindesten Einschaltzeit zusätzlich zu der Länge der ersten Totzeit und der Länge der zweiten Totzeit entsprechend angemessen angetrieben werden.
  • Alternativ kann die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt werden, bis das Tastverhältnis das größte Tastverhältnis erreicht, das nicht mehr durch die erste Totzeit, die zweite Totzeit und die mindeste Einschaltzeit beeinflusst wird. Deswegen kann der Motor in einem zu allen Tastverhältnissen angemessenen PWM-Modus angetrieben werden. Sogar kann die Wirkung höchstens genossen werden, die durch die Verwendung der komplementären PWM-Ansteuerung erhalten wird. Die elektrische Arbeitsmaschine kann des Weiteren mit dem Bedienteil, das so aufgebaut ist, dass es von einem Benutzer der elektrischen Arbeitsmaschine bedient wird, um eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors einzustellen, und dem Tastverhältnis-Einstellungsteil, das so aufgebaut ist, dass es das Tastverhältnis der zum Bedienteil erfolgten Bedienung entsprechend einstellt, versehen sein. Bei der auf diese Weise aufgebauten elektrischen Arbeitsmaschine kann der Benutzer das Tastverhältnis in geeigneter Weise einstellen. Die elektrische Arbeitsmaschine kann so aufgebaut sein, dass sie zur Gartenarbeit, Maurerarbeit, Metallarbeit oder Holzarbeit dient. Konkreter kann die elektrische Arbeitsmaschine irgendeine Maschine aus Elektrotrimmern, Elektrohämmern, Elektrobohrhämmern, Elektrobohrern, Elektroschraubern, elektrischen Drehmomentschlüsseln, Elektroschleifern, Elektrokreissägen, Elektro-Fuchsschwänzen, Elektro-Pendelstichsägen, Elektroschneidern, Elektrokettensägen, elektrischen Hobelmaschinen, elektrischen Nagelmaschinen, elektrischen Nietmaschinen, elektrischen Heckenscheren, Motormähern, Elektrorasenmähern, Elektrotrimmern, elektrischen Staubsaugern, elektrischen Gebläsen, elektrischen Spritzpistolen, elektrischen Spreizern und elektrischen Staubsammlern sein. Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Antreiben des Motors einer elektrischen Arbeitsmaschine. Der Motor weist eine erste Klemme, eine zweite Klemme und eine Spule auf. Die erste Klemme und die zweite Klemme sind über die Spule miteinander geschaltet. Die elektrische Arbeitsmaschine ist mit dem Motor, dem ersten Schaltungselement, das mit der ersten Klemme geschaltet ist, dem zweiten Schaltungselement, das mit der zweiten Klemme geschaltet und über die Spule mit dem ersten Schaltungselement in Reihe geschaltet ist, und dem dritten Schaltungselement, das mit der ersten Klemme geschaltet und ohne Zwischenschaltung der Spule mit dem ersten Schaltungselement in Reihe geschaltet ist, versehen. Das Verfahren umfasst:
    • (i) dass die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt wird, falls das Tastverhältnis, das die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit des ersten Schaltungselements in der voreingestellten Trägerfrequenz bestimmt, unter dem voreingestellten Schwellwert liegt, und
    • (ii) dass die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt wird, falls das Tastverhältnis auf dem Schwellwert oder darüber liegt.
    Die komplementäre PWM-Ansteuerung ist ein Regelverhalten, bei dem sie (i) das zweite Schaltungselement einschaltet, (ii) das erste Schaltungselement dem Tastverhältnis entsprechend ein- und ausschaltet, und (iii) das dritte Schaltungselement in der Ausschaltzeit des ersten Schaltungselements einschaltet, und (iv) das dritte Schaltungselement in der Einschaltzeit des ersten Schaltungselements ausschaltet. Die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung ist ein Regelverhalten, bei dem sie (i) das zweite Schaltungselement einschaltet, (ii) das erste Schaltungselement dem Tastverhältnis entsprechend ein- und ausschaltet, (iii) das dritte Schaltungselement kontinuierlich ausschaltet. Ein solches Verfahren kann die ähnliche Wirkung wie bei der obigen elektrischen Arbeitsmaschine entfalten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend als Beispiel anhand von den beigefügten Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Aufbau der elektrischen Arbeitsmaschine in der ersten Ausführungsform darstellt.
  • 2 ist ein Blockschaltbild, das einen elektrischen Aufbau der elektrischen Arbeitsmaschine in der ersten Ausführungsform darstellt.
  • 3 ist ein Erklärungsbild, das eine Übersicht der Ansteuerung der Pulsweitenmodulation (PWM) in der ersten Ausführungsform darstellt.
  • 4 ist ein Erklärungsbild, das ein Beispiel von der nicht-komplementären PWM-Ansteuerung darstellt.
  • 5 ist ein Erklärungsbild, das ein Beispiel von der komplementären PWM-Ansteuerung in der ersten Ausführungsform darstellt.
  • 6 ist ein Erklärungsbild, um einen Stromfluss zu erklären, wenn die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt ist.
  • 7 ist ein Erklärungsbild, um es zu erklären, dass es eine obere Grenze des Einstellungs-Tastverhältnisses gibt, mit dem die komplementäre PWM-Ansteuerung normal durchgeführt werden kann.
  • 8 ist ein Erklärungsbild, um ein Problem zu erklären, das auftreten kann, falls die komplementäre PWM-Ansteuerung eingesetzt wird.
  • 9 ist ein Erklärungsbild, das ein Merkmal darstellt, das die PWM-Ansteuerung in der ersten Ausführungsform aufweist.
  • 10 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung von der PWM-Ansteuerung in der ersten Ausführungsform darstellt.
  • 11 ist ein Erklärungsbild, das ein Beispiel von der komplementären PWM-Ansteuerung in der zweiten Ausführungsform darstellt.
  • 12 ist ein Erklärungsbild, um eine obere Grenze des einstellbaren Einstellungs-Tastverhältnisses bei der komplementären PWM-Ansteuerung in der zweiten Ausführungsform zu erklären.
  • 13 ist ein Erklärungsbild, das ein Merkmal darstellt, das die PWM-Ansteuerung in der zweiten Ausführungsform aufweist.
  • 14 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung von der PWM-Ansteuerung in der zweiten Ausführungsform darstellt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • [1. Die erste Ausführungsform]
  • (1-1) Aufbau einer elektrischen Arbeitsmaschine
  • Eine in 1 dargestellte elektrische Arbeitsmaschine 1 ist ein Elektrotrimmer, der so aufgebaut ist, dass er zu mähende Objekte wie Gräser, schlanke Zweige usw. mäht. Die elektrische Arbeitsmaschine 1 von der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Hauptrohr 2, einem hinteren Endglied 3, einem vorderen Endglied 4 und einem Lenker 6 versehen.
  • Das Hauptrohr 2 ist in der langen und hohlen Stangenform gebildet. Das vordere Endglied 4 ist an der vorderen Endseite des Hauptrohrs 2 eingebaut. Das hintere Endglied 3 ist an der hinteren Endseite des Hauptrohrs 2 eingebaut.
  • Am vorderen Endglied 4 wird eine Schneidklinge 5 abnehmbar angebracht. Die Schneidklinge 5 ist ein Arbeitselement, damit die zu mähenden Objekte gemäht werden. An der vorderen Endseite des Hauptrohrs 2 ist eine Abdeckung 13 vorgesehen. Die Abdeckung 13 ist vorgesehen, damit der Anprall der mit der Schneidklinge 5 gemähten zu mähenden Objekten an den Benutzer der elektrischen Arbeitsmaschine 1 unterbunden wird.
  • Im vorderen Endglied 4 ist ein Motor 25 (siehe 2) ausgerüstet, damit die Schneidklinge 5 drehend angetrieben wird. Das Drehmoment des Motors 25 wird über das nicht dargestellte Untersetzungsgetriebe zur nicht dargestellten Antriebswelle übermittelt. An dieser Antriebswelle ist die Schneidklinge 5 angebracht, sodass beim Drehen des Motors 25 das Drehmoment zur Antriebswelle übermittelt wird und die Schneidklinge 5 zusammen mit der Antriebswelle dreht. Zwischen der Umdrehungsgeschwindigkeit der Schneidklinge 5 und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 25 besteht eine annähernd lineare Beziehung, und je höher die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 25 ist, desto höher wird die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schneidklinge 5.
  • Ein Lenker 6 ist in der U-Form gebildet und in der Nähe von der Mittelstellung in der Längsrichtung des Hauptrohrs 2 an diesem angeschlossen. Der Lenker 6 ist an der ersten Endseite mit einem so ausgebildeten rechten Griff 7 versehen, dass er mit der rechten Hand des Benutzers festgehalten wird. Der Lenker 6 ist an der zweiten Endseite mit einem so ausgebildeten linken Griff 8 versehen, dass er mit der linken Hand des Benutzers festgehalten wird.
  • Der rechte Griff 7 ist an der vorderen Endseite mit einem reziproken Umschalthebel 9, einem Entriegelungsknopf 10 und einem Auslöseelement 11 versehen. Der reziproke Umschalthebel 9 ist ein Schalter, damit die Drehrichtung des Motors 25, d.h. die Drehrichtung der Schneidklinge 5 zur normalen Drehung oder entgegengesetzten Drehung eingestellt wird.
  • Das Auslöseelement 11 ist ein Bedienungselement, das so ausgebildet ist, dass es durch den Benutzer bedient wird, um das Drehen des Motors 25 zu bedienen. Das Auslöseelement 11 kann nur im Zustand mit dem gedruckten Entriegelungsknopf 10 bedient werden. Der Entriegelungsknopf 10 ist der Knopf, damit eine Fehlauslösung der Schneidklinge 5 unterbunden wird.
  • Im Inneren des rechten Griffs 7 ist ein Auslöseschalter 38 (siehe 2) vorgesehen, der sich mit dem Auslöseelement 11 gekoppelt bewegt.
  • Der Auslöseschalter 38 wird eingeschaltet, wenn das Auslöseelement 11 bedient wird (zum Beispiel, gezogen wird), oder er wird ausgeschaltet, wenn das Auslöseelement 11 nicht bedient ist.
  • Zwischen dem rechten Griff 7 und dem hinteren Endglied 3 ist ein Rohr 12 vorgesehen. Das Rohr 12 ist in der hohlen Stangenform gebildet und in dessen Inneren sind Leitungen verlegt, damit der Auslöseschalter 38 und der reziproke Umschalthebel 9 an den hinteren Endglied 3 elektrisch angeschlossen werden.
  • Das hintere Endglied 3 ist aufgebaut, damit der Akkupack 20 an eine Fläche seiner hinteren Endseite abnehmbar angebracht wird.
  • Die Oberseite des hinteren Endglieds 3 ist an der vorderen Seite mit einem Geschwindigkeit-Einstellrad 15 und einem Hauptschalter 16 versehen, damit sie von dem Benutzer bedient werden. Wenn der Hauptschalter 16 von dem Benutzer eingeschaltet wird, wird das hintere Endglied 3 aktiviert. Wenn das hintere Endglied 3 aktiviert wird, wird es möglich, ein Motor 25 der Bedienung des Auslöseelements 11 entsprechend zu drehen.
  • Das Geschwindigkeit-Einstellrad 15 ist ein drehbares Bedienungselement, das von dem Benutzer bedient wird, um eine Zielumdrehungsgeschwindigkeit des Motors 25 einzustellen. Außerdem ist die Oberseite des hinteren Endglieds 3 an der vorderen Seite mit einer Lampe 17 versehen. Die Lampe 17 zeigt verschiedene Zustände der elektrischen Arbeitsmaschine 1 an.
  • Nunmehr wird ein elektrischer Aufbau der elektrischen Arbeitsmaschine 1 erklärt. Wie in 2 dargestellt, ist die elektrische Arbeitsmaschine 1 mit dem obigen Akkupack 20, dem obigen Motor 25 und einem Controller 30 versehen. Der Controller 30 wird mit dem Strom von einer Batterie 21 im Akkupack 20 versorgt, und betreibt und steuert den Motor 25 an.
  • Der Motor 25 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein bürstenloser Motor, der so aufgebaut ist, dass er mit dem Dreiphasenstrom umgedreht wird. Der Motor 25 weist 3 Windungen (d.h. Spulen) 26, 27 und 28 auf. Diese Windungen 26, 27 und 28 sind in der vorliegenden Ausführungsform, zum Beispiel, im Dreieck geschaltet. Und der Motor 25 ist mit 3 Klemmen 25a, 25b und 25c versehen. Die Klemme 25a und die Klemme 25b sind über die Windung 26 aneinander angeschlossen. Die Klemme 25a und die Klemme 25c sind über die Windung 27 aneinander angeschlossen. Die Klemme 25b und die Klemme 25c sind über die Windung 28 aneinander angeschlossen.
  • Der Controller 30 ist mit einer Brückenschaltung 31, einer Torschaltung 32, einer Steuerschaltung 33 und einem Regler 34 versehen. Die Brückenschaltung 31 bildet zwischen der Batterie 21 und dem Motor 25 mehrere Strompfade. Die Brückenschaltung 31 in der vorliegenden Ausführungsform ist eine sogenannte Dreiphasen-Vollbrückenschaltung, die mit 6 Schaltungselementen UH, VH, WH, UL, VL und WL versehen ist.
  • Jedes von den Schaltungselementen UH, VH und WH ist ein sogenannter High-Side Schalter und zwischen einer entsprechenden von den Klemmen 25a, 25b und 25c des Motors 25 und einer mit dem Pluspol der Batterie 21 geschalteten Stromleitung (Stromleitung an der Seite vom Pluspol) eingebaut. Jedes von den Schaltungselementen UL, VL und WL ist ein sogenannter Low-Side Schalter und zwischen einer entsprechenden von den Klemmen 25a, 25b und 25c des Motors 25 und einer mit dem Minuspol der Batterie 21 geschalteten Masseleitung (Stromleitung an der Seite vom Minuspol) eingebaut.
  • Konkreter sind an der Klemme 25a das Schaltungselement UH (nachfolgend auch als "U-Phase High-Side Schalter UH" bezeichnet) als High-Side Schalter und das Schaltungselement UL (nachfolgend auch als "U-Phase Low-Side Schalter UL" bezeichnet) als Low-Side Schalter angeschlossen. An der Klemme 25b sind das Schaltungselement VH (nachfolgend auch als "V-Phase High-Side Schalter VH" bezeichnet) als High-Side Schalter und das Schaltungselement VL (nachfolgend auch als "V-Phase Low-Side Schalter VL" bezeichnet) als Low-Side Schalter angeschlossen. An der Klemme 25c sind das Schaltungselement WH (nachfolgend auch als "W-Phase High-Side Schalter WH" bezeichnet) als High-Side Schalter und das Schaltungselement WL (nachfolgend auch als "W-Phase Low-Side Schalter WL" bezeichnet) als Low-Side Schalter angeschlossen. Anders ausgedrückt, ist der U-Phase High-Side Schalter UH über die Klemme 25a, die Spule 26 und die Klemme 25b mit dem V-Phase Low-Side Schalter VL in Reihe geschaltet, und auf der anderen Seite, unmittelbar mit dem U-Phase Low-Side Schalter UL in Reihe geschaltet. Der V-Phase High-Side Schalter VH ist über die Klemme 25b, die Spule 28 und die Klemme 25c mit dem W-Phase Low-Side Schalter WL in Reihe geschaltet, und auf der anderen Seite, unmittelbar mit dem V-Phase Low-Side Schalter VL in Reihe geschaltet. Der W-Phase High-Side Schalter WH ist über die Klemme 25c, die Spule 27 und die Klemme 25a mit dem U-Phase Low-Side Schalter UL in Reihe geschaltet, und auf der andere Seite, unmittelbar mit dem W-Phase Low-Side Schalter WL in Reihe geschaltet.
  • Jede von diesen Schaltungselementen UH, VH, WH, UL, VL und WL ist in der vorliegenden Ausführungsform ein n-Kanal-MOSFET. Daher gibt es zwischen jedem Drain und jeder Source von den Schaltungselementen UH, VH, WH, UL, VL und WL eine parallel geschaltete Diode (sogenannte parasitäre Diode). Eine Durchlassrichtung jeder Diode entspricht der von der Source zu dem Drain gerichteten Richtung jedes Schaltungselements.
  • Eine Torschaltung 32 schaltet dem von einer Steuerschaltung 33 ausgegebenen Steuersignal entsprechend jedes Schaltungselement UH, VH, WH, UL, VL und WL in einer Brückenschaltung 31 ein oder aus.
  • Die Steuerschaltung 33 ist in der vorliegenden Ausführungsform mit einem Mikrocomputer versehen, der mindestens eine CPU 41 und einen Speicher 42 aufweist. Der Speicher 42 ist mit mindestens einem von verschiedenen Halbleiterspeichern wie RAM, ROM, Flash-Speicher o.Ä. versehen. Die Steuerschaltung 33 betreibt und steuert den Motor 25 über eine Torschaltung 32 an.
  • Verschiedene Funktionen der Steuerschaltung 33 werden durch eine Durchführung des im Speicher 42 gespeicherten Programms durch die CPU 41 verwirklicht. Die Implementierung von verschiedenen Funktionen zur Steuerschaltung 33 kann durch mehrere Mikrocomputer verwirklicht werden. Die Implementierung von verschiedenen Funktionen zur Steuerschaltung 33 ist nicht auf die Verwirklichung durch eine Software eingeschränkt. Ein Teil oder alles von den verschiedenen Funktionen kann anstelle der Software bzw. zusätzlich zur Software durch eine Hardware in Kombination mit einer Logikschaltung, einer Analogschaltung o.Ä. in die Steuerschaltung 33 implementiert werden. Konkreter kann die Steuerschaltung 33 mit der Kombination von individuellen verschiedenen Elektronikbauteilen, einem Application-Specific Integrated Circuit (ASIC), einem Application Specific Standard Product (ASSP), oder einem programmierbaren Logikbaustein wie z.B. einem Field Programmable Gate Array (FPGA), oder der Kombination von diesen versehen sein.
  • An der Steuerschaltung 33 sind der obige Auslöseschalter 38, ein Batteriespannungsdetektor 37, eine Stromdetektorschaltung 36, eine Rotorstellung-Detektorschaltung 35, das obige Geschwindigkeit-Einstellrad 15, der obige Hauptschalter 16, und die obige Lampe 17 angeschlossen.
  • In der Steuerschaltung 33 wird vom Auslöseschalter 38 ein Signal eingegeben, das zeigt, ob der Auslöseschalter 38 eingeschaltet ist oder nicht. Der Auslöseschalter 38 kann so aufgebaut werden, dass das Signal in die Steuerschaltung 33 eingegeben wird, das die Stellgröße (Zugkraft) des Auslöseelements 11 im Zustand mit dem betroffenen eingeschalteten Auslöseschalter 38 zeigt.
  • Der Batteriespannungsdetektor 37 erfasst den vom Akkupack 20 in den Controller 30 eingegebenen Spannungswert (nachfolgend als "Batteriespannungswert" bezeichnet). Die Stromdetektorschaltung 36 ist auf dem Strompfad, der von der Brückenschaltung 31 zur Masseleitung verläuft, vorgesehen und gibt das Signal aus, das den Wert des zum Motor 25 fließenden Stroms zeigt.
  • Die Rotorstellung-Detektorschaltung 35 kompensiert ein Detektorsignal vom am Motor 25 eingebauten Drehgeber 29 und erfasst eine Drehstellung, d.h. einen Drehwinkel des Motors 25 basierend auf dem kompensierten Detektorsignal. In der folgenden Erklärung stellt die Drehstellung bzw. Drehwinkel des Motors 25 konkreter einen elektrischen Winkel eines Rotors des Motors 25 dar.
  • Der Drehgeber 29 ist mit drei Hall-Gebern versehen, die um den Rotor des Motors 25 angeordnet sind. Diese Hall-Geber entsprechen jeweils U-Phase, V-Phase und W-Phase des Motors 25 und geben das Signal der entsprechenden Phase aus. Jedes von diesen Hall-Signalen ist ein Signal, dessen Schwingungsrichtung in die positive Richtung oder negative Richtung umstellt wird, jedes Mal wenn sich der Rotor um einen elektrischen Winkel von 180 Grad dreht.
  • Die Rotorstellung-Detektorschaltung 35 kompensiert die Wellenformen von diesen Hall-Signalen, erzeugt ein pulsförmiges Hall-Signal und gibt ein erzeugtes pulsförmiges Hall-Signal in die Steuerschaltung 33 aus. Jedes pulsförmige Hall-Signal steigt bzw. fällt, jedes Mal wenn sich der Rotor um einen elektrischen Winkel von 180 Grad dreht.
  • Die Steuerschaltung 33 erfasst basierend auf jedem Signalpegel des eingegebenen pulsförmigen Hall-Signals eine Drehstellung des Motors 25. Konkreter erfasst die Steuerschaltung 33 die Drehstellung des Motors 25 jeweils zum Zeitpunkt wenn sich der Motor 25 um einen elektrischen Winkel von 60 Grad dreht, nachdem das jeweilige pulsförmige Hall-Signal gestiegen ist. Die Steuerschaltung 33 erfasst des Weiteren basierend auf mindestens einem von den pulsförmigen Hall-Signalen eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 25.
  • Der Regler 34 erzeugt basierend auf dem von der Batterie 21 versorgten Strom eine DC-Versorgungsspannung. Jedes Teil im Controller 30, inklusive der Steuerschaltung 33, werden mit der vom Regler 34 versorgten Versorgungsspannung betrieben.
  • In der Steuerschaltung 33 wird durch das Geschwindigkeit-Einstellrad 15 ein Signal, das eine Bedienstelle des betroffenen Geschwindigkeit-Einstellrads 15 zeigt, nämlich ein Signal, das die eingestellte Umdrehungsgeschwindigkeit zeigt (nachfolgend als "Einstellgeschwindigkeitssignal" bezeichnet), eingegeben. Die Steuerschaltung 33 führt während des Einschaltens des Auslöseschalters 38 die Rückführregelung der Umdrehungsgeschwindigkeit durch, damit die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 25 mit der Umdrehungsgeschwindigkeit, die das Einstellgeschwindigkeitssignal zeigt, übereinstimmt.
  • (1-2) Erklärung der Ansteuerung der Pulsweitenmodulation (PWM) durch die Steuerschaltung
  • Die Steuerschaltung 33 steuert die Umdrehung des Motors 25 im PWM-Modus an. Konkreter wählt die Steuerschaltung 33 basierend auf der Drehstellung des Motors 25 ein Paar von Schaltungselementen, das eine von der Seite vom Pluspol der Batterie 21 über den Motor 25 zu der Seite vom Minuspol verlaufende Leiterbahn bildet, aus den Schaltungselementen UH, VH, WH, UL, VL, WL aus. Zum Beispiel, zum Zeitpunkt, wenn der Strom so fließen soll, dass er in die Klemme 25a einfließt und aus der Klemme 25b ausfließt, wählt die Steuerschaltung 33 den U-Phase High-Side Schalter UH und den V-Phase Low-Side Schalter VL aus.
  • Die Steuerschaltung 33 hält dann ein erstes Schaltungselement von dem ausgewählten Paar von den Schaltungselementen eingeschaltet, während sie ein zweites Schaltungselement von dem ausgewählten Paar von den Schaltungselementen dem eingestellten Tastverhältnis entsprechend periodisch ein- und ausschaltet. Infolgedessen, fließt der Strom dem Tastverhältnis entsprechend in den Motor 25.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Schaltungselement ein Low-Side Schalter und das zweite Schaltungselement ist ein High-Side Schalter. Aber das erste Schaltungselement kann auch ein High-Side Schalter sein und das zweite Schaltungselement kann auch ein High-Side Schalter sein.
  • Die Steuerschaltung 33 vergleicht die aktuelle Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 25 mit der Zielumdrehungsgeschwindigkeit, die das Einstellgeschwindigkeitssignal repräsentiert, und berechnet ein Tastverhältnis, um die aktuelle Umdrehungsgeschwindigkeit mit der Zielumdrehungsgeschwindigkeit übereinzustimmen. Die Steuerschaltung 33 stellt dann das berechnete Tastverhältnis auf das Tastverhältnis ein, das das zweite Schaltungselement antreibt.
  • Die Steuerschaltung 33 führt über die Torschaltung 32 die PWM-Ansteuerung durch, indem sie das Steuersignal, das das ausgewählte Paar von den Schaltungselementen und das eingestellte Tastverhältnis repräsentiert, in die Torschaltung 32 ausgibt.
  • Die PWM-Ansteuerung in der vorliegenden Ausführungsform enthält genauer eine komplementäre PWM-Ansteuerung und eine nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung. Bei der komplementären PWM-Ansteuerung schaltet die Steuerschaltung 33 (i) das erste Schaltungselement ein, (ii) das zweite Schaltungselement dem Tastverhältnis entsprechend ein und aus, (iii) das dritte Schaltungselement in der Ausschaltzeit des zweiten Schaltungselements ein, und (iv) das dritte Schaltungselement in der Einschaltzeit des zweiten Schaltungselements aus. In der vorliegenden Ausführungsform wird dem dritten Schaltungselement der Low-Side Schalter, der mit dem zweiten Schaltungselement unmittelbar in Reihe geschaltet ist, zugeordnet.
  • Das heißt, bei der komplementären PWM-Ansteuerung wird das dritte Schaltungselement, jedes Mal wenn das zweite Schaltungselement ausgeschaltet wird, in einer bestimmten Einschaltzeit während dessen Ausschaltzeit eingeschaltet. Zum Beispiel wird der folgende Fall wie das vorstehend erwähnte Beispiel angenommen. Das heißt, das ausgewählte Paar von den Schaltungselementen enthält den U-Phase High-Side Schalter UH und den V-Phase Low-Side Schalter VL. Der V-Phase Low-Side Schalter VL als erstes Schaltungselement wird eingeschaltet gehalten und der U-Phase High-Side Schalter UH als zweites Schaltungselement wird dem Einstellungs- Tastverhältnis entsprechend periodisch ein- und ausgeschaltet. Der U-Phase Low-Side Schalter UL als drittes Schaltungselement wird in jeder Ausschaltzeit des U-Phase High-Side Schalters UH eingeschaltet.
  • Die Einschaltzeit des dritten Schaltungselements kann während der Ausschaltzeit des zweiten Schaltungselements in geeigneter Weise eingestellt werden. Zum Beispiel kann das dritte Schaltungselement die gesamte Ausschaltzeit des zweiten Schaltungselements lang eingeschaltet werden. Aber es besteht die Möglichkeit, dass die beiden von dem zweiten Schaltungselement und dem dritten Schaltungselement vorübergehend gleichzeitig eingeschaltet werden, wenn jeweils das zweite Schaltungselement und das dritte Schaltungselement von ein zu aus bzw. von aus zu ein umgeschaltet wird.
  • Darum wird bei der komplementären PWM-Ansteuerung in der vorliegenden Ausführungsform für jede Trägerfrequenz, nachdem das zweite Schaltungselement ausgeschaltet wurde und danach eine bestimmte Totzeit verlief, das dritte Schaltungselement eingeschaltet. Das zweite Schaltungselement wird dann eingeschaltet, nachdem das dritte Schaltungselement ausgeschaltet wurde und danach eine bestimmte Totzeit verlief. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform startet die Einschaltzeit des dritten Schaltungselements während der Ausschaltzeit des zweiten Schaltungselements zu dem Zeitpunkt wenn nach dem Ausschalten des zweiten Schaltungselements die Totzeit verlief. Der Zeitpunkt, wenn die Einschaltzeit des dritten Schaltungselements endet, ist ein Zeitpunkt um eine Totzeit früher als der Zeitpunkt, zu dem das zweite Schaltungselement wieder eingeschaltet wird. Übrigens stellt die Totzeit einen Zeitraum dar, in dem das zweite Schaltungselement und das dritte Schaltungselement gemeinsam ausgeschaltet gehalten werden. Die Totzeit wird bei der komplementären PWM-Ansteuerung auf den Zeitraum von dem Ausschalten des zweiten Schaltungselements bis zum Einschalten des dritten Schaltungselements sowie auf den Zeitraum von dem Ausschalten des dritten Schaltungselements bis zum Einschalten des zweiten Schaltungselements eingestellt.
  • Wie im vorstehend erwähnten Beispiel, wenn der U-Phase High-Side Schalter UH und der V-Phase Low-Side Schalter VL als ein Paar von den Schaltungselementen ausgewählt werden, wird für jede Trägerfrequenz, nachdem der U-Phase High-Side Schalter UH ausgeschaltet wurde und danach die Totzeit verlief, der U-Phase Low-Side Schalter UL eingeschaltet. Der U-Phase High-Side Schalter UH wird dann eingeschaltet, nachdem der U-Phase Low-Side Schalter UL ausgeschaltet wurde und danach eine Totzeit verlief.
  • Bei der nicht-komplementären PWM-Ansteuerung wird das dritte Schaltungselement unabhängig vom Einschalten oder Ausschalten des zweiten Schaltungselements ausgeschaltet gehalten. Das heißt, bei der nicht-komplementären PWM-Ansteuerung wird nur ein ausgewähltes Paar von Schaltungselementen eingeschaltet.
  • Die Steuerschaltung 33 steuert mithilfe entweder der komplementären PWM-Ansteuerung oder der nicht-komplementären PWM-Ansteuerung den Motor 25 an. konkreter führt die Steuerschaltung 33 in der vorliegenden Ausführungsform die komplementäre PWM-Ansteuerung durch, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis unter dem Schwellwert liegt. Andererseits führt die Steuerschaltung 33 die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durch, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis auf dem Schwellwert oder darüber liegt.
  • Das Einstellungs-Tastverhältnis, das die Steuerschaltung 33 einstellen kann, hat den oberen Grenzwert von z.B. 100 % und den unteren Grenzwert von z.B. 0 %. Deswegen wird in der vorliegenden Ausführungsform die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis 0 % oder höher beträgt und unter dem Schwellwert liegt, während die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt wird, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis auf dem Schwellwert oder darüber liegt, und 100 % oder niedriger beträgt.
  • Der untere Grenzwert und der obere Grenzwert des Einstellungs-Tastverhältnisses können jeweils jeder Wert sein. Der untere Grenzwert kann beispielsweise ein größerer Wert als 0 % sein und der obere Grenzwert kann beispielsweise ein kleinerer Wert als 100 % sein. Der Schwellwert kann innerhalb des Bereichs vom einstellbaren Einstellungs-Tastverhältnis in geeigneter Weise eingestellt werden.
  • Für alle unter dem Schwellwert liegende Einstellungs-Tastverhältnisse kann die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt werden bzw. für ein bestimmtes unter dem Schwellwert liegendes Einstellungs-Tastverhältnis kann die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt werden. Das heißt, mindestens wenn das Einstellungs-Tastverhältnis in einem Bereich liegt, in dem es auf einem bestimmten Tastverhältnis oder darüber und unter dem Schwellwert liegt, kann die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt werden, und im unter einem bestimmten Tastverhältnis liegenden Bereich kann egal welche, entweder die komplementäre PWM-Ansteuerung oder die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt werden. Der unter einem bestimmten Tastverhältnis liegende Bereich kann zum Beispiel in mehrere Bereiche eingeteilt werden. Dass von der komplementären PWM-Ansteuerung und der nicht-komplementären PWM-Ansteuerung, welche durchgeführt werden soll, kann für jeden eingeteilten Bereich bestimmt werden oder verschiedenen Parametern, die das Zustand des Motors 25 oder der Batterie 21 zeigen, wie beispielsweise der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 25, dem durch den Motor 25 fließenden Stromwert oder dem Wert der Batteriespannung entsprechend bestimmt werden. Außerdem kann das bestimmte Tastverhältnis innerhalb des Bereichs, in dem es unter dem Schwellwert liegt, in geeigneter Weise bestimmt werden.
  • 3 stellt ein Beispiel des Betriebs jedes von den Schaltungselementen UH, VH, WH, UL, VL und WL in der durch die Steuerschaltung 33 angesteuerten Brückenschaltung 31 dar.
  • 3 stellt exemplarisch den Zustand dar, in dem die komplementäre PWM-Ansteuerung immer durchgeführt ist. Wie in 3 dargestellt, werden zum Beispiel im Intervall A von 0 bis 60 Grad des Drehwinkels (d.h. elektrischen Winkels) des Motors 25 der U-Phase High-Side Schalter UH und der V-Phase Low-Side Schalter VL als ein Paar von den Schaltungselementen ausgewählt. In diesem Intervall A wird der U-Phase High-Side Schalter UH periodisch ein- und ausgeschaltet.
  • Jedes Mal wenn die Drehung des Motors 25 um 60 Grad vorgeht, wird eins von dem aktuell ausgewählten Paar von den Schaltungselementen von der Auswahl ausgelöst und ein anderes Schaltungselement wird neu ausgewählt. Zum Beispiel, bevor die Drehstellung auf 120 Grad wird, waren der U-Phase High-Side Schalter UH und der W-Phase Low-Side Schalter WL als ein Paar von den Schaltungselementen ausgewählt, während der V-Phase High-Side Schalter VH anstelle des U-Phase High-Side Schalters ausgewählt wird, wenn die Drehstellung auf 120 Grad wird. Jedes Mal wenn das auszuwählende Schaltungselement umgeschaltet wird, wird das neu ausgewählte Schaltungselement während des Zeitraums von dessen Umschaltzeitpunkt bis zum nächsten Umschaltzeitpunkt, zu dem sich der Motor 25 um 60 Grad dreht, als zweites Schaltungselement periodisch ein- und ausgeschaltet.
  • Jedes von den Schaltungselementen UH, VH, WH, UL, VL und WL ist, wenn es als ein Paar von den Schaltungselementen ausgewählt wird, während des Zeitraums von dessen ausgewählten Zeitpunkt bis zum Zeitpunkt, zu dem sich der Motor 25 um 120 Grad dreht, kontinuierlich ausgewählt. Es ist jedoch nur während des Zeitraums bis zur ersten Drehung des Motors 25 um 60 Grad von dem Zeitraum der Drehung des Motors 25 um 120 Grad, dass das ausgewählte Schaltungselement als zweites Schaltungselement periodisch ein- und ausgeschaltet wird. Das ausgewählte Schaltungselement wird während des Zeitraums bis zur restlichen Drehung des Motors 25 um 60 Grad als erstes Schaltungselement eingeschaltet gehalten.
  • Angenommen, dass im Intervall A in 3 die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt wird, ist es nur der U-Phase High-Side Schalter UH, der für jede Trägerfrequenz ein- und ausgeschaltet wird. Im Intervall A wird der U-Phase Low-Side Schalter UL ausgeschaltet gehalten, während der V-Phase Low-Side Schalter VL eingeschaltet gehalten wird.
  • Andererseits bei der komplementären PWM-Ansteuerung, wie in 3 dargestellt, wird der U-Phase High-Side Schalter UH für jede Trägerfrequenz ein- und ausgeschaltet, und auch der U-Phase Low-Side Schalter UL wird zudem nur während einer bestimmten Einschaltzeit eingeschaltet, jedes Mal wenn der U-Phase High-Side Schalter UH ausgeschaltet wird.
  • Der Betrieb im Intervall A wird mithilfe 4 und 5 konkreter erklärt. Im in 4 dargestellten Beispiel und im in 5 dargestellten Beispiel ist die Trägerfrequenz 50 μs, das eingestellte Tastverhältnis ist 50 %, und die Totzeit ist 3.5 μs.
  • Wenn die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt wurde, wird im Intervall A, wie in 4 dargestellt, der V-Phase Low-Side Schalter VL als erstes Schaltungselement eingeschaltet gehalten. Der U-Phase High-Side Schalter UH als zweites Schaltungselement wird periodisch ein- und ausgeschaltet. Im in 4 dargestellten Beispiel sind die Ausschaltzeit und die Einschaltzeit des U-Phase High-Side Schalters UH in der Trägerfrequenz jeweils 25 μs.
  • Andererseits wenn die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt wurde, wird im Intervall A, wie in 5 dargestellt, ein Paar von den Schaltungselementen von dem U-Phase High-Side Schalter UH und dem V-Phase Low-Side Schalter VL ähnlich wie bei der nicht-komplementären PWM-Ansteuerung betrieben und der U-Phase Low-Side Schalter UL als drittes Schaltungselement wird zudem ein- und ausgeschaltet.
  • Während der U-Phase High-Side Schalter UH eingeschaltet ist, wird der U-Phase Low-Side Schalter UL ausgeschaltet. In diesem Fall wird der wie mit dem Pfeil der durchgehenden Linie in 6 dargestellte Strompfad in der elektrischen Arbeitsmaschine 1 gebildet. Konkreter wird der vom Pluspol der Batterie 21 über den U-Phase High-Side Schalter UH, die Windung 26 des Motors 25 sowie den V-Phase Low-Side Schalter VL zum Minuspol der Batterie 21 verlaufende Strompfad in der elektrischen Arbeitsmaschine 1 gebildet.
  • Wenn der U-Phase High-Side Schalter UH ausgeschaltet wird, wird U-Phase Low-Side Schalter UL eingeschaltet, nachdem der U-Phase High-Side Schalter UH ausgeschaltet wurde und danach die Totzeit von 3.5 μs verlief. Anschließend wird der U-Phase Low-Side Schalter UL zu dem Zeitpunkt ausgeschaltet, der um eine Totzeit von 3.5 μs früher als der Zeitpunkt ist, zu dem der U-Phase High-Side Schalter UH wieder eingeschaltet wird, nämlich zu dem Zeitpunkt, nachdem der U-Phase Low-Side Schalter UL eingeschaltet wurde und danach die Einschaltzeit von 18 μs verlief.
  • Während der U-Phase Low-Side Schalter UL eingeschaltet ist, wird der wie mit dem Pfeil der gestrichelten Linie in 6 gezeigte Strompfad in der elektrischen Arbeitsmaschine 1 gebildet. Das heißt, der Strompfad, der von der Windung 26 des Motors 25 über den V-Phase Low-Side Schalter VL und den U-Phase Low-Side Schalter UL wieder zur Windung 26 zurückkommt, wird in der elektrischen Arbeitsmaschine 1 gebildet.
  • Im in 5 dargestellten Beispiel ist die Länge der Einschaltzeit 18 μs, in der der U-Phase Low-Side Schalter UL während der Ausschaltzeit des U-Phase High-Side Schalters UH eingeschaltet wird. Die Länge der Einschaltzeit des U-Phase Low-Side Schalters UL, nämlich die Länge der Einschaltzeit des dritten Schaltungselements in der komplementären PWM-Ansteuerung hängt in der vorliegenden Ausführungsform von der Länge der Totzeit ab. Das heißt, die Länge, die sich durch Subtraktion der verdoppelten Totzeit von der Länge der Ausschaltzeit des dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechend ein- und ausgeschalteten zweiten Schaltungselements ergibt, wird zur Einschaltzeit des dritten Schaltungselements zugeordnet.
  • Die Länge der Totzeit kann in geeigneter Weise bestimmt werden. Im in 5 dargestellten Beispiel ist die Länge der ersten Totzeit im Zeitraum von dem Einschalten des zweiten Schaltungselements bis zum Ausschalten des dritten Schaltungselements gleich mit der Länge der zweiten Totzeit im Zeitraum von dem Ausschalten des dritten Schaltungselements bis zum Einschalten des zweiten Schaltungselements (d.h. jeweils 3.5 μs). Es ist jedoch möglich, dass sich die Länge der ersten Totzeit von der Länge der zweiten Totzeit unterscheidet.
  • Bei der komplementären PWM-Ansteuerung in der vorliegenden Ausführungsform kann, da wie oben erwähnt, die Totzeit vorgesehen ist, schwer werden, im Bereich in der Nähe vom Einstellungs-Tastverhältnis von 100 % ein gewünschtes Tastverhältnis einzustellen.
  • Weil die Totzeit zum Beispiel auf 3.5 μs eingestellt ist, ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, dass von der Trägerfrequenz von 50 μs, im Zeitraum der mindestens verdoppelte Totzeit von 7 μs das zweite Schaltungselement nicht eingeschaltet werden kann. Das heißt, der Zeitraum, in dem das zweite Schaltungselement eingeschaltet werden kann, kann pro Frequenz höchstens auf 43 μs eingeschränkt werden.
  • Ferner ist bei der komplementären PWM-Ansteuerung in der vorliegenden Ausführungsform die minimale Einschaltzeit des dritten Schaltungselements eingestellt. Konkreter ist die minimale Einschaltzeit in der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel auf 0.5 μs eingestellt. Deswegen kann in der vorliegenden Ausführungsform, von der Trägerfrequenz, mindestens im Zeitraum von 7.5 μs, der sich durch Addition der minimalen Einschaltzeit zur verdoppelten Totzeit ergibt, das zweite Schaltungselement nicht eingeschaltet werden. Das heißt, der Zeitraum, in dem das zweite Schaltungselement eingeschaltet werden kann, kann pro Frequenz höchstens auf 42.5 μs eingeschränkt werden.
  • 7 stellt ein Betriebsbeispiel dar, bei dem die Einschaltzeit des zweiten Schaltungselements auf maximal 42.5 μs eingestellt ist, nämlich bei dem das Einstellungs-Tastverhältnis auf 85 % eingestellt ist. In der vorliegenden Ausführungsform kann es schwer werden, dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechend den U-Phase High-Side Schalter UH einzuschalten, auch wenn die Einschaltzeit des U-Phase High-Side Schalters UH als zweites Schaltungselement etwa auf ein über 42.5 μs betragendes Einstellungs-Tastverhältnis, nämlich auf ein über 85 % betragendes Einstellungs-Tastverhältnis eingestellt ist. Auch wenn es die Einschränkung der minimalen Einschaltzeit des dritten Schaltungselements nicht gäbe, wäre es nicht möglich, das zweite Schaltungselement in der komplementären PWM-Ansteuerung gleich oder höher als 43 μs einzuschalten. Der Grund dafür ist, dass die Länge, die sich durch Subtraktion der verdoppelten Totzeit von der Länge der Trägerfrequenz ergibt, 43 μs beträgt.
  • Deswegen, wenn herkömmlich die komplementäre PWM-Ansteuerung als PWM-Ansteuerung eingesetzt wird, zum Beispiel, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis auf dem oberen Grenzwert oder darüber liegt, auf dem die komplementäre PWM-Ansteuerung normal durchgeführt werden kann, wird wie in 8 exemplarisch dargestellt, ggf. der Motor 25 unabhängig von dem Wert des Einstellungs-Tastverhältnisses ohne Ausschalten des zweiten Schaltungselements wesentlich mit dem Tastverhältnis von 100 % angetrieben. Das heißt, in der herkömmlichen komplementären PWM-Ansteuerung im Bereich des Einstellungs-Tastverhältnisses in der Nähe von 100 % ist es schwer, dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechend den Motor 25 anzutreiben.
  • Darum ist bei der Steuerschaltung 33 in der vorliegenden Ausführungsform die obere Grenze, auf der die komplementäre PWM-Ansteuerung normal durchgeführt werden kann, auf dem Schwellwert eingestellt. Die Steuerschaltung 33 führt die komplementäre PWM-Ansteuerung durch, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis unter dem Schwellwert liegt, während sie die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchführt, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis auf dem Schwellwert oder darüber liegt. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Schwellwert 85 %. Genau kann die komplementäre PWM-Ansteuerung, bis das Einstellungs-Tastverhältnis auf 85 % erreicht, normal durchgeführt werden. Deswegen kann die Steuerschaltung 33, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis nicht über dem Schwellwert liegt, die komplementäre PWM-Ansteuerung durchführen, während sie die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchführen kann, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis den Schwellwert übersteigt. Angenommen, dass es die Einschränkung der minimalen Einschaltzeit des dritten Schaltungselements nicht gibt, kann die komplementäre PWM-Ansteuerung, bis das Einstellungs-Tastverhältnis auf 86 % erreicht, durchgeführt werden, sodass dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechend das zweite Schaltungselement ein- und ausgeschaltet werden kann. Daher kann der Schwellwert auf 86 % eingestellt werden.
  • Der Schwellwert kann, wie oben erwähnt, auf die obere Grenze des Tastverhältnisses, auf der die komplementäre PWM-Ansteuerung normal durchgeführt werden kann, oder auf ein unter der oberen Grenze liegendes Tastverhältnis eingestellt werden. Beispielsweise im oben erwähnten Beispiel kann das Tastverhältnis niedriger als 85 % auf den Schwellwert eingestellt werden. Wenn es die Einschränkung der minimalen Einschaltzeit des dritten Schaltungselements nicht gibt, kann ein bestimmtes Tastverhältnis niedriger als 86 % auf den Schwellwert eingestellt werden.
  • Wie erwähnt, wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 9 exemplarisch dargestellt, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis unter 85 % beträgt, die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt, wodurch die Brückenschaltung 31 dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechend betrieben wird. Andererseits, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis gleich oder höher als 85% beträgt, wird die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt, wobei auch in diesem Fall die Brückenschaltung 31 dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechend betrieben wird. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform kann die Brückenschaltung 31 allen Einstellungs-Tastverhältnissen entsprechend angemessen betrieben werden, wodurch der dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechende Strom in den Motor 25 eingeflossen werden kann.
  • (1-3) Verarbeitung der PWM-Ansteuerung
  • Als Nächstes wird die durch die Steuerschaltung 33 durchzuführende Verarbeitung der PWM-Ansteuerung mithilfe 10 erklärt. Die CPU 41 der Steuerschaltung 33 wählt, wenn nach dem Starten der Auslöseschalter 38 eingeschaltet wird, wie oben erwähnt, basierend auf der Drehstellung des Motors 25 ein Paar von den Schaltungselementen aus. Konkreter schaltet die CPU 41, wie in 3 exemplarisch dargestellt, das auszuwählende Schaltungselement um, jedes Mal wenn die Drehstellung des Motors 25 um 60 Grad vorgeht.
  • Die CPU 41 führt die in 10 dargestellte Verarbeitung der PWM-Ansteuerung periodisch durch, jedes Mal wenn die Drehstellung des Motors 25 um 60 Grad vorgeht und das auszuwählende Schaltungselement umgeschaltet wird. Die Frequenz der Durchführung von der Verarbeitung der PWM-Ansteuerung ist genügend kürzer als die vorstehend erwähnte Trägerfrequenz. Dieses Verarbeitungsprogramm der PWM-Ansteuerung ist im Speicher 42 gespeichert.
  • Wenn die CPU 41 die Verarbeitung der PWM-Ansteuerung startet, berechnet sie das Einstellungs-Tastverhältnis Ds durch die drehzahlkonstante Ansteuerung an S110. Die drehzahlkonstante Ansteuerung stellt hier eine sogenannte Rückführregelung der Geschwindigkeit dar. Konkreter berechnet die CPU 41 das Einstellungs-Tastverhältnis Ds, damit basierend auf die Differenz zwischen der Zielumdrehungsgeschwindigkeit, die der eingestellten Stellung des Geschwindigkeit-Einstellrads 15 entspricht, und der aktuellen Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 25 diese Differenz 0 beträgt.
  • An S120 beurteilt die CPU 41, ob das Einstellungs-Tastverhältnis Ds auf dem Schwellwert oder darüber liegt, oder nicht. Wenn das Einstellungs-Tastverhältnis Ds unter dem Schwellwert liegt, geht die CPU 41 zu S140 über und führt die komplementäre PWM-Ansteuerung durch. Wenn das Einstellungs-Tastverhältnis Ds auf dem Schwellwert oder darüber liegt, geht die CPU 41 zu S130 über und führt die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durch. Das an S110 berechnete Einstellungs-Tastverhältnis Ds kann 100 % oder höher betragen. Falls das an S110 berechnete Einstellungs-Tastverhältnis Ds 100 % oder höher beträgt, schaltet die CPU 41 an S130 mit dem Tastverhältnis von 100 % das zweite Schaltungselement ein. Das heißt, die CPU 41 schaltet während der Trägerfrequenz das zweite Schaltungselement immer ein.
  • (1-4) Wirkung der ersten Ausführungsform
  • Nach der oben erklärten ersten Ausführungsform können die folgenden Wirkungen (1a) bis (1c) entfalten werden.
    • – Wirkung (1a): Die Steuerschaltung 33 führt die komplementäre PWM-Ansteuerung durch, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis unter dem Schwellwert liegt, während sie die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchführt, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis auf dem Schwellwert oder darüber liegt. Deswegen kann die Steuerschaltung 33 durch eine geeignete Einstellung des Schwellwerts allen Einstellungs-Tastverhältnissen entsprechend angemessen den Motor 25 antreiben.
    • – Wirkung (1b): Auch wenn das Einstellungs-Tastverhältnis unter dem Schwellwert liegt, obwohl die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung für einen unter dem Schwellwert liegenden Teil des Tastverhältnisses durchführt werden kann, wird in der vorliegenden Ausführungsform konsequent die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis unter dem Schwellwert liegt. Deswegen kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Wirkung, die durch die Verwendung der komplementären PWM-Ansteuerung erhalten wird, nämlich die bessere Wirkung als bei der Verwendung der nicht-komplementären PWM-Ansteuerung mehr genießen werden.
    • – Wirkung (1c): Der Schwellwert ist ein Verhältnis zu der Trägerfrequenz im Zeitraum, der sich durch Subtraktion eines bestimmten Zeitraums von der Trägerfrequenz ergibt. Der bestimmte Zeitraum in der vorliegenden Ausführungsform stellt dann den Zeitraum dar, der sich durch Addition der minimalen Einschaltzeit des dritten Schaltungselements zur verdoppelten Totzeit ergibt. Deswegen kann die komplementäre PWM-Ansteuerung durchgeführt werden, bis das Einstellungs-Tastverhältnis das höchste Tastverhältnis erreicht, das nicht mehr durch die Totzeit und die minimale Einschaltzeit des dritten Schaltungselements beeinflusst wird. Infolgedessen wird es möglich, die zum gesamten Bereich des Einstellungs-Tastverhältnisses angemessene PWM-Ansteuerung zu verwirklichen, und des Weiteren wird es möglich, die Wirkung, die durch die Verwendung der komplementären PWM-Ansteuerung erhalten wird, höchstens zu genießen.
  • Die Batterie 21 entspricht einem Beispiel der Spannungsversorgung in der vorliegenden Offenbarung. Die Torschaltung 32 und die Steuerschaltung 33 entsprechen einem Beispiel des komplementären PWM-Ansteuerungsteils in der vorliegenden Offenbarung und einem Beispiel des nicht-komplementären PWM-Ansteuerungsteils in der vorliegenden Offenbarung.
  • [2. Zweite Ausführungsform]
  • Die zweite Ausführungsform ist wesentlich ähnlich wie die erste Ausführungsform. Daher wird im nachfolgenden nur der Unterschied erklärt. Dasselbe Zeichen wie bei der ersten Ausführungsform zeigt denselben Aufbau wie bei der ersten Ausführungsform und für die Erklärung vom Ausbau mit demselben Zeichen wird auf die vorausgehende Erklärung verwiesen.
  • Obwohl in der ersten Ausführungsform durch die sogenannte Umdrehungsgeschwindigkeit-Rückführregelung das Tastverhältnis berechnet wurde, wird in der zweiten Ausführungsform nicht durch die Rückführregelung, sondern basierend auf der rückführungslosen Regelung das Tastverhältnis berechnet. Konkreter wird das Tastverhältnis berechnet, das dem vom Geschwindigkeit-Einstellrad 15 eingegebenen Einstellgeschwindigkeitssignal entspricht. Dementsprechend, je höher die am Geschwindigkeit-Einstellrad 15 eingestellte Umdrehungsgeschwindigkeit ist, desto größer wird das berechnete Tastverhältnis. Übrigens, das basierend auf der rückführungslosen Regelung berechnete Tastverhältnis wird nachstehend auch "Berechnungs-Tastverhältnis" genannt.
  • Bei der komplementäre PWM-Ansteuerung in der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform, wie mittels 5 erklärt, war die Einschaltzeit des zweiten Schaltungselements der dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechende Zeitraum. Das heißt, wie beim in 5 dargestellten Beispiel, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis 50 % beträgt, war für die Einschaltzeit des U-Phase High-Side Schalters UH als zweites Schaltungselement der dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechende Zeitraum von 25 μs sichergestellt.
  • Demgegenüber, bei der komplementären PWM-Ansteuerung in der zweiten Ausführungsform wird das zweite Schaltungselement zum Zeitpunkt, in dem das betroffene zweite Schaltungselement eingeschaltet werden soll (nachfolgend als "PWM Einschaltzeitpunkt" bezeichnet), nicht gleich eingeschaltet, sondern nachdem nach dem PWM Einschaltzeitpunkt die Totzeit verlief, eingeschaltet.
  • 11 stellt ein konkretes Beispiel dar. Im in 11 dargestellten Beispiel beträgt die Trägerfrequenz 50 μs, das Einstellungs-Tastverhältnis beträgt 50 %, und die Totzeit beträgt 3.5 μs, wobei der U-Phase High-Side Schalter UH als zweites Schaltungselement ausgewählt ist.
  • Wie in 11 dargestellt, in der zweiten Ausführungsform, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, nachdem der U-Phase High-Side Schalter UH ausgeschaltet wurde und danach die Totzeit verlief, wird der U-Phase Low-Side Schalter UL eingeschaltet. Danach wird, anders als bei der ersten Ausführungsform, der U-Phase Low-Side Schalter UL bis zum dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechenden PWM-Einschaltzeitpunkt, nämlich bis zum Verlauf von 25 μs in der Trägerfrequenz fortgesetzt, und zum PWM Einschaltzeitpunkt ausgeschaltet. In der ersten Ausführungsform wird der U-Phase Low-Side Schalter UL zum Zeitpunkt um eine Totzeit früher als der PWM-Einschaltzeitpunkt ausgeschaltet.
  • In der zweiten Ausführungsform wird der U-Phase High-Side Schalter UH zum Zeitpunkt, nachdem zum PWM Einschaltzeitpunkt der U-Phase Low-Side Schalter UL ausgeschaltet wurde und danach die Totzeit verlief, nämlich zum Zeitpunkt nach dem Ausschalten des U-Phase High-Side Schalters UH und dem Verlauf von 28.5 μs wieder eingeschaltet.
  • Infolgedessen wird die aktuelle Einschaltzeit des U-Phase High-Side Schalters UH um eine Totzeit kürzer als die dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechende reguläre Einschaltzeit. Das heißt, das Echt-Tastverhältnis, das ein Verhältnis von der aktuellen Einschaltzeit zur Trägerfrequenz ist, ist niedriger als das Einstellungs-Tastverhältnis um ein Tastverhältnis, das der Totzeit entspricht. Im in 11 dargestellten Beispiel entspricht die Totzeit von 3.5 μs dem Tastverhältnis von 7 %. Infolgedessen, obwohl das Einstellungs-Tastverhältnis 50 % beträgt, ist das Echt-Tastverhältnis um 7 % niedriger als das Einstellungs-Tastverhältnis. Das heißt, das Echt-Tastverhältnis beträgt 43 %.
  • Dementsprechend, in der zweiten Ausführungsform, um das Einstellungs-Tastverhältnis mit dem Echt-Tastverhältnis übereinzustimmen, stellt die Steuerschaltung 33 das berechnete Berechnungs-Tastverhältnis nicht als Einstellungs-Tastverhältnis ein, sondern das Tastverhältnis, das das berechnete Berechnungs-Tastverhältnis nur um eine Totzeit versetzt wurde, als Einstellungs-Tastverhältnis ein.
  • Das heißt, wie in 11 dargestellten Beispiel, wenn als für das Antreiben des Motors 25 benötigtes Berechnungs-Tastverhältnis das Tastverhältnis von 50 % berechnet wurde, wird in der zweiten Ausführungsform, zwar nicht in 11 dargestellt, aber nicht dieses Tastverhältnis von 50 % auf das Einstellungs-Tastverhältnis eingestellt, sondern das Tastverhältnis von 57 %, das sich durch Addition des der Totzeit entsprechenden Tastverhältnisses von 7 % zum Tastverhältnis von 50 % ergibt, als das Einstellungs-Tastverhältnis eingestellt.
  • Infolgedessen wird der U-Phase Low-Side Schalter UL zum Zeitpunkt nach dem Ausschalten des U-Phase High-Side Schalters UH und dem Verlauf von 21.5 μs ausgeschaltet. Nachdem der U-Phase Low-Side Schalter UL ausgeschaltet wurde und danach die Totzeit von 3.5 μs verlief, nämlich, nachdem der U-Phase High-Side Schalter UH ausgeschaltet wurde und danach 25 μs verlief, wird dann der U-Phase High-Side Schalter UH wieder eingeschaltet, und danach ist er für 25 μs eingeschaltet. Das heißt, obwohl das Einstellungs-Tastverhältnis selbst auf das nur um 7 % von dem ursprünglich nötigen Tastverhältnis von 50 % versetzte Tastverhältnis von 57 % eingestellt wird, ist das Echt-Tastverhältnis das ursprünglich nötige Tastverhältnis von 50 %.
  • Auch in der zweiten Ausführungsform, als ein Beispiel, beträgt die Totzeit 3.5 μs, und die minimale Einschaltzeit des dritten Schaltungselements ist auf 0.5 μs eingestellt. Deswegen, bei der komplementären PWM-Ansteuerung kann das Echt-Tastverhältnis von substantiell höchstens 85 % verwirklicht werden.
  • Daher bei der komplementären PWM-Ansteuerung in der zweiten Ausführungsform, wie in 12 dargestellt, kann das Einstellungs-Tastverhältnis von höchstens 92 % eingestellt werden. Der Grund dafür ist, dass das Echt-Tastverhältnis wegen des Einflusses der Totzeit zu 85 % wird, auch wenn das Einstellungs-Tastverhältnis auf 92 % eingestellt wird. Im Gegenteil gesagt, angenommen, dass das um das berechnete Berechnungs-Tastverhältnis versetzte Einstellungs-Tastverhältnis eingestellt wird, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, bis das berechnete Berechnungs-Tastverhältnis 85 % erreicht, kann die komplementäre PWM-Ansteuerung normal durchgeführt werden.
  • Darum, in der zweiten Ausführungsform, wie in 13 exemplarisch dargestellt, wenn das berechnete Berechnungs-Tastverhältnis unter 85 % liegt, wird das um das berechnete Berechnungs-Tastverhältnis versetzte Tastverhältnis auf das Einstellungs-Tastverhältnis eingestellt und die komplementäre PWM-Ansteuerung wird durchgeführt. Infolgedessen, im Bereich vom Berechnungs-Tastverhältnis unter 85 % stimmt das Echt-Tastverhältnis mit dem Berechnungs-Tastverhältnis überein.
  • Wenn das berechnet Berechnungs-Tastverhältnis 85 % oder höher beträgt, wird dann dieses Berechnungs-Tastverhältnis auf das Einstellungs-Tastverhältnis eingestellt wird und die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung wird durchgeführt. Deswegen stimmt auch im Bereich vom Berechnungs-Tastverhältnis gleich oder höher als 85 % das Echt-Tastverhältnis mit dem Berechnungs-Tastverhältnis überein. Das heißt, ganzheitlich kann das Berechnungs-Tastverhältnis mit dem Echt-Tastverhältnis übereingestimmt werden.
  • Als Nächstes wird die Verarbeitung der PWM-Ansteuerung in der zweiten Ausführungsform mithilfe 14 erklärt. Wenn die CPU 41 die Verarbeitung der PWM-Ansteuerung startet, berechnet sie an S210 das auf der rückführungslosen Regelung basierende Tastverhältnis D1, nämlich das Berechnungs-Tastverhältnis D1.
  • An S220 berechnet die CPU 41 das Versatz-Tastverhältnis D2, indem sie zum an S210 berechneten Berechnungs-Tastverhältnis D1 die Versatz-Größe Doff addiert. Die Versatz-Größe Doff ist, wie vorstehend erwähnt, ein Verhältnis der Totzeit zur PWM-Trägerfrequenz, wobei in der vorliegenden Ausführungsform dem Tastverhältnis von 7 % entspricht.
  • An S230 beurteilt die CPU 41, ob das an S220 berechnete Versatz-Tastverhältnis D2 100 % oder höher beträgt, oder nicht. Wenn das Versatz-Tastverhältnis D2 unter 100 % beträgt, geht die CPU 41 zu S250 über, und wenn das Versatz-Tastverhältnis D2 100 % oder höher beträgt, geht die CPU 41 zu S240 über. An S240 stellt CPU 41 das Versatz-Tastverhältnis D2 auf 100 % ein und geht zu S250 über.
  • An S250 beurteilt die CPU 41, ob das an S210 berechnete Berechnungs-Tastverhältnis D1 auf dem Schwellwert oder darüber liegt, oder nicht. Der Schwellwert in der zweiten Ausführungsform ist gleich dem Schwellwert in der ersten Ausführungsform, und zum Beispiel 85 %. Wenn das Berechnungs-Tastverhältnis D1 unter dem Schwellwert liegt, stellt die CPU 41 an S280 das Einstellungs-Tastverhältnis Ds auf das Versatz-Tastverhältnis D2 ein. An S290 führt dann die CPU 41 dem an S280 eingestellten Einstellungs-Tastverhältnis Ds entsprechend die komplementäre PWM-Ansteuerung durch.
  • An S250, wenn das Berechnungs-Tastverhältnis D1 auf dem Schwellwert oder darüber liegt, stellt die CPU 41 an S260 das Einstellungs-Tastverhältnis Ds auf das Berechnungs-Tastverhältnis D1 ein. Wenn das Berechnungs-Tastverhältnis D1 100 % oder höher beträgt, stellt die CPU 41 an S260 das Einstellungs-Tastverhältnis Ds auf 100 % ein. An S270 führt dann die CPU 41 dem an S260 eingestellten Einstellungs-Tastverhältnis Ds entsprechend die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durch. Wenn das Einstellungs-Tastverhältnis Ds 100 % oder höher beträgt, schaltet die CPU 41 mit dem Tastverhältnis von 100 % das zweite Schaltungselement ein und aus. Das heißt, das zweite Schaltungselement ist während der Trägerfrequenz immer eingeschaltet.
  • Die wie oben erklärte zweite Ausführungsform kann eine Wirkung gleich wie bei der ersten Ausführungsform entfalten. Außerdem unterscheiden sich in der zweiten Ausführungsform die Einzelheiten der komplementären PWM-Ansteuerung von den Einzelheiten der komplementären PWM-Ansteuerung in der ersten Ausführungsform. Konkreter, um es zu unterbinden, dass das Echt-Tastverhältnis um nur das der Totzeit entsprechende Tastverhältnis kleiner als das Einstellungs-Tastverhältnis wird, wird nicht einfach das Berechnungs-Tastverhältnis als Einstellungs-Tastverhältnis eingestellt, sondern das Berechnungs-Tastverhältnis, bei dem nur um das der Totzeit entsprechende Tastverhältnis versetzt wurde, ist auf dem Einstellungs-Tastverhältnis eingestellt. Infolgedessen kann auch in der komplementären PWM-Ansteuerung das Echt-Tastverhältnis mit dem Berechnungs-Tastverhältnis übereingestimmt werden.
  • [3. Weitere Ausführungsformen]
  • Wie erwähnt, wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erklärt, wobei die vorliegende Offenbarung nicht auf obige Ausführungsformen eingeschränkt wird und in verschiedenen Varianten ausgeführt werden kann.
    • (3-1) Es ist nicht notwendig, dass das als eins von dem Paar von den Schaltungselementen neu ausgewählte Schaltungselement nur im Abschnitt bis zur ersten Drehung um 60 Grad von der Drehung um 120 Grad im Zeitraum von dem Auswählen bis zum erneuten Ausschalten dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechend ein- und ausgeschaltet wird. Zum Beispiel ist es möglich, dass der Low-Side Schalter von dem ausgewählten Paar von den Schaltungselementen immer eingeschaltet gehalten wird und der High-Side Schalter immer dem Einstellungs-Tastverhältnis entsprechend ein- und ausgeschaltet wird.
    • (3-2) Obwohl in der obigen Ausführungsform ein Einstellgeschwindigkeitssignal vom Geschwindigkeit-Einstellrad für Berechnung des Tastverhältnisses als Referenzinformation verwendet wurde, ist dies nur ein Beispiel. Zum Beispiel kann das Zielgeschwindigkeit der Stellgröße des Auslöseelements 11 entsprechend eingestellt werden und basierend auf dieser Zielgeschwindigkeit kann das nötige Tastverhältnis berechnet werden.
    • (3-3) Der Schwellwert kann eine Hysterese enthalten. Konkreter, wenn der Schwellwert zum Beispiel 85 % beträgt, der von der komplementären PWM-Ansteuerung zur nicht-komplementären PWM-Ansteuerung umgeschaltet werden soll, indem das Einstellungs-Tastverhältnis vom Tastverhältnis unter 85 % zum Tastverhältnis von 85 % oder höher übergegangen ist, wird die komplementäre PWM-Ansteuerung zur nicht-komplementären PWM-Ansteuerung umgeschaltet. Die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung kann anschließend nicht dann zur komplementären PWM-Ansteuerung umgeschaltet werden, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis wieder sinkt und unter 85 % erreicht, sondern sie kann dann zur komplementären PWM-Ansteuerung umgeschaltet werden, wenn das Einstellungs-Tastverhältnis unter einem eingestellten Grenzwert niedriger als 85 % erreicht.
    • (3-4) In der vorliegenden Offenbarung wird der Motor nicht auf einen bürstenlosen Motor eingeschränkt. Außerdem kann der Motor mit zwei Klemmen oder vier oder mehr Klemmen versehen sein. Zum Beispiel kann auf eine elektrische Arbeitsmaschine mit einem Gleichstrommotor mit Bürste, der mit zwei Klemmen versehen ist, die vorliegende Offenbarung angewendet werden.
  • In der vorliegenden Offenbarung kann die Brückenschaltung eine beliebige Zahl von den Schaltungselementen aufweisen. Zum Beispiel, wenn der Motor ein Gleichstrommotor ist, kann die Brückenschaltung vier Schaltungselemente aufweisen und eine sogenannte H-Brückenschaltung bilden.
    • (3-5) Die Technik der vorliegenden Offenbarung kann auf verschiedene Arbeitsmaschinen wie elektrische Arbeitsmaschinen zur Gartenarbeit außer Elektrotrimmern, oder Elektrowerkzeuge zur Maurerarbeit, Metallarbeit, oder Holzarbeit angewendet werden. Konkreter kann sie auf verschiedene elektrische Arbeitsmaschinen, wie Elektrotrimmer, Elektrohämmer, Elektrobohrhämmer, Elektrobohrer, Elektroschrauber, elektrische Drehmomentschlüssel, Elektroschleifer, Elektrokreissägen, Elektro-Fuchsschwänze, Elektro-Pendelstichsägen, Elektroschneider, Elektrokettensägen, elektrische Hobelmaschinen, elektrische Nagelmaschinen, elektrische Nietmaschinen, elektrische Heckenscheren, Motormäher, Elektrorasenmäher, Elektrotrimmer, elektrische Staubsauger, elektrisches Gebläse, elektrische Spritzpistolen, elektrische Spreizer und elektrische Staubsammler angewendet werden.
    • (3-6) In der obigen Ausführungsform können mehrere Funktionen, die mithilfe eines Bestandteils verwirklicht werden, auch mithilfe mehrerer Bestandteile verwirklicht werden und eine Funktion, die mithilfe eines Bestandteils verwirklicht wird, kann auch mithilfe mehrerer Bestandteile verwirklicht werden. Außerdem können mehrere Funktionen, die mithilfe mehrerer Bestandteile verwirklicht werden, auch mithilfe eines Bestandteils verwirklicht werden und eine Funktion, die mithilfe mehrerer Bestandteile verwirklicht wird, kann auch mithilfe eines Bestandteils verwirklicht werden. Ferner kann ein Teil des Aufbaus der obigen Ausführungsform ausgelassen werden. Außerdem kann mindestens ein Teil des Aufbaus der obigen Ausführungsform zum Aufbau der obigen anderen Ausführungsform hinzugefügt oder ersetzt werden. Übrigens, bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung geht es um alle Aspekte, die im durch die in den Patentansprüchen beschriebene Fassung bestimmten technischen Gedanken eingeschlossen sind.
  • 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 Einschränkens 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2011-101932 [0002]

Claims (7)

  1. Eine elektrische Arbeitsmaschine (1) umfassend einen Motor (25) mit einer ersten Klemme (25a), einer zweiten Klemme (25b) und einer Spule (26), wobei die erste Klemme (25a) und die zweite Klemme (25b) über die Spule (26) miteinander geschaltet sind, ein erstes Schaltungselement (UH), das mit der ersten Klemme (25a) geschaltet ist, ein zweites Schaltungselement (VL), das mit der zweiten Klemme (25b) geschaltet und über die Spule (26) mit dem ersten Schaltungselement (UH) in Reihe geschaltet ist, ein drittes Schaltungselement (UL), das mit der ersten Klemme (25a) geschaltet, und ohne Zwischenschaltung der Spule (26) mit dem ersten Schaltungselement (UH) in Reihe geschaltet ist, komplementäre PWM-Ansteuerungsteile (32, 33), die so aufgebaut sind, dass sie eine komplementäre PWM-Ansteuerung durchführen, wenn ein in der voreingestellten Trägerfrequenz die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit des ersten Schaltungselements (UH) bestimmendes Tastverhältnis unter einem voreingestellten Schwellwert liegt, wobei die komplementäre PWM-Ansteuerung ein Regelverhalten ist, bei dem die komplementären PWM-Ansteuerungsteile (32, 33) (i) das zweite Schaltungselement (VL) einschalten, (ii) das erste Schaltungselement (UH) dem Tastverhältnis entsprechend ein- und ausschalten, (iii) in der Ausschaltzeit des ersten Schaltungselements (UH) das dritte Schaltungselement (UL) einschalten, und (iv) in der Einschaltzeit des ersten Schaltungselements (UH) das dritte Schaltungselement (UL) ausschalten und nicht-komplementäre PWM-Ansteuerungsteile (32, 33), die so aufgebaut sind, dass sie eine nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchführen, wenn das Tastverhältnis auf dem Schwellwert oder darüber liegt, wobei die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung ein Regelverhalten ist, bei dem die nicht-komplementären PWM-Ansteuerungsteile (32, 33) (i) das zweite Schaltungselement (VL) einschalten, (ii) das erste Schaltungselement (UH) dem Tastverhältnis entsprechend ein- und ausschalten, und (iii) das dritte Schaltungselement (UL) kontinuierlich ausschalten.
  2. Elektrische Arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei die komplementären PWM-Ansteuerungsteile (32, 33) so aufgebaut sind, dass sie, (i) nachdem das erste Schaltungselement (UH) ausgeschaltet wurde und danach die erste Totzeit verlief, das dritte Schaltungselement (UL) einschalten, und (ii) nachdem das dritte Schaltungselement (UL) ausgeschaltet wurde und danach die zweite Totzeit verlief, das erste Schaltungselement (UH) einschalten, wobei der erste Gesamtzeitraum, der sich durch Addition der ersten Totzeit und der zweiten Totzeit ergibt, kürzer als der Zeitraum von dem Ausschalten des ersten Schaltungselements (UH) bis zum Einschalten des ersten Schaltungselements (UH) ist, wobei der Schwellwert einem Verhältnis zur Trägerfrequenz entsprecht, der sich durch Subtraktion eines bestimmten Zeitraums von der Trägerfrequenz ergibt, und wobei der bestimmte Zeitraum gleich dem ersten Gesamtzeitraum oder länger als der erste Gesamtzeitraum ist.
  3. Elektrische Arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die komplementären PWM-Ansteuerungsteile (32, 33) so aufgebaut sind, dass sie während der Ausschaltzeit des ersten Schaltungselements (UH) das dritte Schaltungselement (UL) für eine voreingestellte Mindesteinschaltzeit oder länger einschalten, und wobei der bestimmte Zeitraum gleich dem zweiten Gesamtzeitraum, der sich durch Addition der ersten Totzeit, der zweiten Totzeit, und der Mindesteinschaltzeit ergibt, oder länger als der zweite Gesamtzeitraum ist.
  4. Elektrische Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend ein Bedienteil (15), das so aufgebaut ist, dass es von einem Benutzer der elektrischen Arbeitsmaschine (1) bedient wird, um eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors (25) einzustellen, und ein Tastverhältnis-Einstellungsteil (33), das so aufgebaut ist, dass es das Tastverhältnis der am Bedienteil (15) erfolgten Bedienung entsprechend einstellt.
  5. Elektrische Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Arbeitsmaschine so aufgebaut ist, dass sie zur Gartenarbeit, Maurerarbeit, Metallarbeit oder Holzarbeit dient.
  6. Elektrische Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrische Arbeitsmaschine (1) irgendeine Maschine aus Elektrotrimmern, Elektrohämmern, Elektrobohrhämmern, Elektrobohrern, Elektroschraubern, elektrischen Drehmomentschlüsseln, Elektroschleifern, Elektrokreissägen, Elektro-Fuchsschwänzen, Elektro-Pendelstichsägen, Elektroschneidern, Elektrokettensägen, elektrischen Hobelmaschinen, elektrischen Nagelmaschinen, elektrischen Nietmaschinen, elektrischen Heckenscheren, Motormähern, Elektrorasenmähern, Elektrotrimmern, elektrischen Staubsaugern, elektrischen Gebläsen, elektrischen Spritzpistolen, elektrischen Spreizern und elektrischen Staubsammlern ist.
  7. Verfahren zum Antreiben eines Motors (25) einer elektrischen Arbeitsmaschine (1), wobei der Motor (25) mit einer ersten Klemme (25a) und einer zweiten Klemme (25b) und einer Spule (26) versehen ist und die erste Klemme (25a) und die zweite Klemme (25b) über die Spule (26) miteinander geschaltet sind, wobei die elektrische Arbeitsmaschine (1) mit dem Motor (25), einem ersten Schaltungselement (UH), das mit der ersten Klemme (25a) geschaltet ist, einem zweiten Schaltungselement (VL), das mit der zweiten Klemme (25b) geschaltet und über die Spule (26) mit dem ersten Schaltungselement (UH) in Reihe geschaltet ist, und einem dritten Schaltungselement (UL), das mit der ersten Klemme (25a) geschaltet und ohne Zwischenschaltung der Spule (26) mit dem ersten Schaltungselement (UH) in Reihe geschaltet ist, versehen ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: die komplementäre PWM-Ansteuerung durchzuführen, falls das Tastverhältnis, das die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit des ersten Schaltungselements (UH) in der voreingestellten Trägerfrequenz bestimmt, unter dem voreingestellten Schwellwert liegt, wobei die komplementäre PWM-Ansteuerung ein Regelverhalten ist, bei dem sie (i) das zweite Schaltungselement (VL) einschaltet, (ii) das erste Schaltungselement (UH) dem Tastverhältnis entsprechend ein- und ausschaltet, (iii) in der Ausschaltzeit des ersten Schaltungselements (UH) das dritte Schaltungselement (UL) einschaltet, und (iv) in der Einschaltzeit des ersten Schaltungselements (UH) das dritte Schaltungselement (UL) ausschaltet, und die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung durchzuführen, falls das Tastverhältnis auf dem Schwellwert oder darüber liegt, wobei die nicht-komplementäre PWM-Ansteuerung ein Regelverhalten ist, bei dem sie (i) das zweite Schaltungselement (VL) einschaltet, (ii) das erste Schaltungselement (UH) dem Tastverhältnis entsprechend ein- und ausschaltet, (iii) das dritte Schaltungselement (UL) kontinuierlich ausschaltet.
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