DE102018124588A1 - Power supply device with a lock switch - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bestromungsvorrichtung (30) zur Bestromung einer Erregerspulenanordnung (25) eines insbesondere elektronisch kommutierten Elektromotors (13), insbesondere einer Werkzeugmaschine, mit in einer Sternpunkt-Schaltung geschalteten Erregerspulen (EA, EB, EC), wobei die Bestromungsvorrichtung (30) zur Bestromung der Erregerspulen (EA, EB, EC) Brückenstränge aufweist, die zwei Halbzweige (H1, H2) mit jeweils einem elektrischen Schalter (SA1-SC2) aufweisen, wobei die Erregerspulen (EA, EB, EC) mit Sternpunkt-Anschlüssen an einem Sternpunkt (S) der Erregerspulenanordnung (25) mit den anderen Erregerspulen (EA, EB, EC) und mit Speise-Anschlüssen (A, B, C) mit dem ihr zugeordneten Brückenstrang, der somit einen Speise-Brückenstrang (BA, BB, BC) bildet, zwischen dessen Halbzweigen (H1, H2) elektrisch verbunden sind, wobei der Sternpunkt (S) an einen weiteren Brückenstrang der Bestromungsvorrichtung (30), der somit einen Sternpunkt-Brückenstrang (BS) bildet, zwischen dessen Halbzweigen (H1, H2) elektrisch angeschlossen ist, wobei die Schalter (SA1-SC2) durch Ströme zur Bestromung der Erregerspulenanordnung (25) und durch Kreisströme (IKA, IKB, IKC) durchströmbar sind und durch eine Steuerungseinrichtung (CO) der Bestromungsvorrichtung (30) während einer Bestromungsphase (T1-T6) in eine zum Bestromen einer jeweils an den Brückenstrang angeschlossenen Erregerspule (EA, EB, EC) vorgesehene Schließstellung ansteuerbar sind. Mindestens ein Schalter (SA1-SC2) der Brückenstränge ist ein Sperrschalter (SX), der zur Blockierung von Kreisströmen (IKA, IKB, IKC) in einer Sperrstellung einen Stromfluss in einander entgegengesetzten Stromrichtungen blockiert.The invention relates to an energization device (30) for energizing an excitation coil arrangement (25) of an in particular electronically commutated electric motor (13), in particular a machine tool, with excitation coils (EA, EB, EC) connected in a star point circuit, the energization device (30) for energizing the excitation coils (EA, EB, EC) has bridging strands which have two half branches (H1, H2) each with an electrical switch (SA1-SC2), the excitation coils (EA, EB, EC) with star point connections on one Star point (S) of the excitation coil arrangement (25) with the other excitation coils (EA, EB, EC) and with feed connections (A, B, C) with the associated bridge strand, which thus forms a feed bridge strand (BA, BB, BC ) forms, between whose half-branches (H1, H2) are electrically connected, the star point (S) connecting to another bridge strand of the current supply device (30), which thus forms a star-point bridge strand (BS) hen its half branches (H1, H2) are electrically connected, the switches (SA1-SC2) can be flowed through by currents for energizing the excitation coil arrangement (25) and by circulating currents (IKA, IKB, IKC) and by a control device (CO) of the energization device (30) can be controlled during a current supply phase (T1-T6) into a closed position provided for supplying current to an excitation coil (EA, EB, EC) connected to the bridge train. At least one switch (SA1-SC2) of the bridge strands is a blocking switch (SX) which blocks a flow of current in opposite current directions to block circulating currents (IKA, IKB, IKC) in a blocking position.
Description
Die Erfindung betrifft eine Bestromungsvorrichtung zur Bestromung einer Erregerspulenanordnung eines insbesondere elektronisch kommutierten Elektromotors, insbesondere einer Werkzeugmaschine, mit in einer Sternpunkt-Schaltung geschalteten Erregerspulen, wobei die Bestromungsvorrichtung zur Bestromung der Erregerspulen Brückenstränge aufweist, die zwei Halbzweige mit jeweils einem elektrischen Schalter aufweisen, wobei die Erregerspulen mit Sternpunkt-Anschlüssen an einem Sternpunkt der Erregerspulenanordnung mit den anderen Erregerspulen und mit Speise-Anschlüssen mit dem ihr zugeordneten Brückenstrang, der somit einen Speise-Brückenstrang bildet, zwischen dessen Halbzweigen elektrisch verbunden sind, wobei der Sternpunkt an einen weiteren Brückenstrang der Bestromungsvorrichtung, der somit einen Sternpunkt-Brückenstrang bildet, zwischen dessen Halbzweigen elektrisch angeschlossen ist, wobei die Schalter durch Ströme zur Bestromung der Erregerspulenanordnung und durch Kreisströme durchströmbar sind und durch eine Steuerungseinrichtung der Bestromungsvorrichtung während einer Bestromungsphase in eine zum Bestromen einer jeweils an den Brückenstrang angeschlossenen Erregerspule vorgesehene Schließstellung ansteuerbar sind.The invention relates to an energization device for energizing an excitation coil arrangement of an in particular electronically commutated electric motor, in particular a machine tool, with excitation coils connected in a star point circuit, the energization device for energizing the excitation coils having bridging strands which have two half branches, each with an electrical switch, the Excitation coils with star point connections at a star point of the excitation coil arrangement with the other excitation coils and with feed connections with the associated bridge strand, which thus forms a feed bridge strand, are electrically connected between the half branches thereof, the star point being connected to a further bridge strand of the current supply device, which thus forms a star point bridge strand, between the half branches of which is electrically connected, the switches being energized by currents to energize the excitation coil arrangement and by circular str can flow through and can be controlled by a control device of the energization device during an energization phase into a closed position provided for energizing a respective excitation coil connected to the bridge strand.
Eine derartige Bestromungsvorrichtung ist in
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Bestromungsvorrichtung bereit zu stellen.It is therefore the object of the present invention to provide an improved lighting device.
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einer Bestromungsvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass mindestens ein Schalter der Brückenstränge ein Sperrschalter ist, der zur Blockierung von Kreisströmen in einer Sperrstellung einen Stromfluss in einander entgegengesetzten Stromrichtungen blockiert.To achieve the object, it is provided in an energization device of the type mentioned at the outset that at least one switch of the bridge strands is a blocking switch which blocks a flow of current in opposite current directions in order to block circulating currents in a blocking position.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bestromung einer Erregerspulenanordnung gemäß der technischen Lehre eines weiteren unabhängigen Anspruches. Das Verfahren betrifft den Betrieb einer Bestromungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Dabei ist ein Schalten mindestens eines als Sperrschalter oder des als Sperrschalter ausgestalteten Schalters der Brückenstränge in eine Sperrstellung, in der der mindestens eine Schalter einen Stromfluss in einander entgegengesetzten Stromrichtung blockiert, vorgesehen.The invention further relates to a method for energizing an excitation coil arrangement according to the technical teaching of a further independent claim. The method relates to the operation of a lighting device according to the invention. In this case, switching at least one of the bridge branches configured as a blocking switch or the switch configured as a blocking switch into a blocking position is provided, in which the at least one switch blocks a current flow in the opposite current direction.
Ein bevorzugtes Konzept sieht weiterhin vor, dass bei dem Verfahren alle Schalter in die Sperrstellung geschaltet werden, die nicht zu einer Bestromung einer Erregerspule im Sinne eines Speisens der Erregerspule oder an einem Weiterführen eines Stromflusses durch die Erregerspule im Sinne eines Abbauens eines Magnetfelds der Erregerspule nach ihrer bzw. deren Bestromungsphase vorgesehen sind. Somit sind sozusagen alle Schalter, insbesondere der Speise-Brückenstränge, in der Sperrstellung, wenn sie nicht gerade aktiv an einer Bestromung oder Entstromung einer Erregerspule beteiligt sind. Unerwünschte Kreisströme werden dadurch effektiv vermieden.A preferred concept further provides that in the method, all switches are switched into the blocking position which do not follow the excitation coil in order to energize an excitation coil in the sense of feeding the excitation coil or to continue a current flow through the excitation coil in the sense of reducing a magnetic field their or their energization phase are provided. Thus, so to speak, all switches, in particular the feed bridge strands, are in the blocking position when they are not actively involved in energizing or de-energizing an excitation coil. This effectively prevents undesired circulating currents.
Ein bevorzugtes Konzept sieht vor, dass die oder alle Speise-Brückenstränge jeweils Sperrschalter dieser Art aufweisen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn mindestens ein Speise-Brückenstrang, vorzugsweise alle oder mehrere Speise-Brückenstränge in beiden Halbzweigen als Sperrschalter ausgestaltete Schalter aufweisen. Somit können diejenigen Speise-Brückenstränge, die an einer aktiven Bestromung einer Erregerspule nicht beteiligt sind, sozusagen aktiv abgeschaltet oder blockiert werden.A preferred concept provides that the or all feed bridge strands each have blocking switches of this type. In particular, it is advantageous if at least one feed bridge branch, preferably all or more feed bridge branches in both half branches, have switches designed as blocking switches. Thus, those feed bridge strands that are not involved in active energization of an excitation coil can be actively switched off or blocked, so to speak.
Ein bevorzugtes Konzept sieht weiterhin vor, dass alle Speise-Brückenstränge in beiden Halbzweigen jeweils als Sperrschalter ausgestaltete Schalter aufweisen. Somit kann jeder Speise-Brückenstrang gegenüber Kreisströmen, die unerwünscht sind, blockiert werden. Es ist beispielsweise möglich, dass drei Speise-Brückenstränge entsprechend einer Beschaltung des Motors mit drei Erregerspulen vorhanden sind. Selbstverständlich können auch weitere Erregerspulen bei dem Elektromotor vorgesehen sein, wobei dann die Bestromungsvorrichtung für jede Erregerspule zweckmäßigerweise jeweils einen Speise-Brückenstrang aufweist.A preferred concept further provides that all feed bridging strands in both half branches each have switches designed as blocking switches. Thus, each feed bridge strand can be blocked against circulating currents that are undesirable. For example, it is possible for three feeder bridging strands to be present in accordance with a connection of the motor to three excitation coils. Of course, further excitation coils can also be provided in the electric motor, in which case the energization device expediently has a feed bridge strand for each excitation coil.
Der Sperrschalter ist vorzugsweise ein sozusagen idealer Schalter. Der Sperrschalter weist beispielsweise ein Schaltelement auf, welches in seiner Offenstellung in zwei Stromrichtungen, also einander entgegengesetzte Stromrichtungen sperrt. Insbesondere ist es dann möglich, einen derartigen Sperrschalter zu realisieren, wenn ein Halbleiter vorgesehen ist, der keine Invers-Diode oder sozusagen natürlich vorhandene Diode aufweist. Wenn ein derartiger Halbleiterschalter verfügbar ist, kann dieser den Sperrschalter bilden.The lock switch is preferably an ideal switch, so to speak. The blocking switch has, for example, a switching element which, in its open position, blocks in two current directions, that is to say opposite current directions. In particular, it is then possible to implement such a blocking switch if a semiconductor is provided which does not have an inverse diode or so to speak naturally existing diode. If such a semiconductor switch is available, it can form the blocking switch.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass mindestens ein elektrischer Schalter ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein MosFET, oder ein Bipolartransistor, insbesondere mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated-Gate Bipolar Transistor oder IGBT), ist oder einen solchen Transistor umfasst.It is advantageously provided that at least one electrical switch is a field effect transistor, in particular a MosFET, or a bipolar transistor, in particular with an insulated gate electrode (insulated gate bipolar transistor or IGBT), or comprises such a transistor.
Auch mit konventionellen Halbleiterschaltern, beispielsweise MOSFETs oder dergleichen, lässt sich die Erfindung nämlich realisieren, beispielsweise anhand der folgenden Maßnahme:
- Ein bevorzugtes Konzept sieht vor, dass der Sperrschalter ein erstes Schaltelement und ein zu dem ersten Schaltelement in Reihe geschaltetes zweites Schaltelement aufweist. Jedes Schaltelement weist eine parallele Diode auf, d.h. eine Diode, die zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Schaltelementes geschaltet ist. Ein jeweiliges erstes oder zweites Schaltelement und dessen Diode können integrierte Bestandteile eines Halbleiterbausteins, beispielsweise eines Feldeffekttransistors, sein.
- A preferred concept provides that the blocking switch has a first switching element and a second switching element connected in series with the first switching element. Each switching element has a parallel diode, ie a diode which is connected between the input and the output of the switching element. A respective first or second switching element and its diode can be integrated components of a semiconductor module, for example a field effect transistor.
Die Schaltelemente sind vorteilhaft derart angeordnet, dass ihre Dioden einander entgegengesetzte Sperrrichtungen aufweisen.The switching elements are advantageously arranged such that their diodes have opposite blocking directions.
In der Sperrstellung des Sperrschalters sind beide Schaltelemente in eine elektrische Offenstellung geschaltet, wobei die Dioden Stromflüsse durch den Sperrschalter in einander entgegengesetzten Stromrichtungen blockieren. Aufgrund der und einander entgegengesetzten Sperrichtungen der Dioden, die ja in Reihe geschaltet sind, ist der Sperrschalter für Ströme in einander entgegengesetzten Stromrichtungen sperrend, wenn er seine Sperrstellung einnimmt. Beispielsweise sind beide Schaltelemente in dieser Situation in ihre Offenstellung oder nicht leitende Stellung geschaltet.In the blocking position of the blocking switch, both switching elements are switched to an electrical open position, the diodes blocking current flows through the blocking switch in opposite current directions. Because of the and opposite blocking directions of the diodes, which are indeed connected in series, the blocking switch for currents in opposite current directions is blocking when it assumes its blocking position. For example, both switching elements are switched to their open position or non-conductive position in this situation.
Die beiden Schaltelemente und/oder deren Dioden eines Sperrschalters sind beispielsweise anti-seriell geschaltet.The two switching elements and / or their diodes of a blocking switch are, for example, connected in anti-series.
Weiterhin ist es möglich, dass der Sperrschalter zwei in Reihe geschaltete und in einander entgegengesetzten Stromrichtungen sperrende Halbleiter-Schaltelemente aufweist. Beispielsweise sind die Drain-Anschlüsse oder Source-Anschlüsse von Halbleiter-Sperrschaltern, insbesondere MOSFETs oder Bipolartransistoren, die zur Bildung des Sperrschalters in Reihe geschaltet sind, miteinander verbunden. Die Schaltelemente sind beispielsweise MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), IGBTs (= insulated-gate bipolar transistor) oder dergleichen.Furthermore, it is possible for the blocking switch to have two semiconductor switching elements connected in series and blocking in opposite current directions. For example, the drain connections or source connections of semiconductor blocking switches, in particular MOSFETs or bipolar transistors, which are connected in series to form the blocking switch, are connected to one another. The switching elements are, for example, MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistor), IGBTs (= insulated-gate bipolar transistor) or the like.
Die Erfindung ist ohne weiteres realisierbar, wenn der Sternpunkt-Brückenstrang nur einen oder keinen in einander entgegensetzte Stromrichtung sperrenden Sperrschalter aufweist. Insbesondere ist es also möglich, dass nur die Speise-Brückenstränge Sperrschalter gemäß der Erfindung enthalten oder aufweisen. The invention can be implemented without further ado if the neutral point bridge strand has only one or no blocking switch blocking the opposite current direction. In particular, it is therefore possible that only the feed bridge strands contain or have blocking switches according to the invention.
Bei dem Sternpunkt-Brückenstrang können Schalter konventioneller Art, beispielsweise Bipoloartransistoren, Feldeffekttransistoren oder dergleichen eingesetzt werden, die sozusagen eine eingebaute Diode oder Invers-Diode aufweisen.Switches of conventional type, for example bipolar transistors, field effect transistors or the like, which have a built-in diode or inverse diode, so to speak, can be used in the neutral point bridge strand.
Der mindestens eine elektrische Schalter oder alle elektrischen Schalter des Sternpunkt-Brückenstranges weist oder weisen jeweils eine Diode auf, beispielsweise eine einen integralen Bestandteil des Schalters bildende Diode oder eine Invers-Diode, die einen Stromfluss durch den Schalter auch bei dessen Offenstellung in einer Stromrichtung ermöglicht (und in der entgegengesetzten Stromrichtung blockiert), so dass der den mindestens einen elektrischen Schalter aufweisende Halbzweig des Sternpunkt-Brückenstrangs bei geöffnetem Schalter in einer Stromrichtung leitend ist oder entgegengesetzten Stromrichtung blockierend oder sperrend ist.The at least one electrical switch or all electrical switches of the neutral point bridge strand each have or have a diode, for example a diode forming an integral part of the switch or an inverse diode, which enables current to flow through the switch even when it is open in one direction of current (and blocked in the opposite current direction), so that the half-branch of the star point bridge strand which has at least one electrical switch is conductive in one current direction when the switch is open, or is blocking or blocking in the opposite current direction.
Der mindestens eine elektrische Schalter des Sternpunkt-Brückenstranges bzw. eines Halbzweigs des Sternpunkt-Brückenstrangs ist beispielsweise ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein MOSFET, ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder weist einen solchen Transistor auf. Selbstverständlich können auch bei den Schaltelementen des Sperrschalters derartige Feldeffekttransistoren, Bipolartransistoren oder dergleichen eingesetzt werden, wenn sie sozusagen mit entgegengesetzter natürlicher Sperrrichtung in Reihe geschaltet sind.The at least one electrical switch of the star point bridge strand or a half branch of the star point bridge strand is, for example, a field effect transistor, in particular a MOSFET, a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT) or has such a transistor. Of course, such field-effect transistors, bipolar transistors or the like can also be used in the switching elements of the blocking switch if they are connected in series with the opposite natural blocking direction, so to speak.
Die Bestromungsvorrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Steuerungseinrichtung in einer ersten Betriebsart die Schalter der Speise-Brückenstränge und des Sternpunkt-Brückenstrangs derart ansteuert, dass jeweils eine Erregerspule bestromt ist. Während der Bestromung dieser Erregerspule leitet dann beispielsweise jeweils ein Schalter eines Speise-Brückenstrangs und ein Schalter des Sternpunkt-Brückenstrangs, an den die Erregerspule angeschlossen ist. Mithin ist also bei jeder Bestromungsphase einer Erregerspule jeweils der Speise-Brückenstrang, an den die Erregerspule angeschlossen ist, und der Sternpunkt-Brückenstrang beteiligt.The energization device is preferably designed in such a way that in a first operating mode the control device controls the switches of the feed bridge strands and the star point bridge strand in such a way that in each case one excitation coil is energized. During the energization of this excitation coil, for example, a switch of a feed bridge branch and a switch of the neutral point bridge branch, to which the excitation coil is connected, conduct. Thus, the feed bridge strand to which the excitation coil is connected and the star point bridge strand are involved in each energization phase of an excitation coil.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Bestromungsvorrichtung so ausgestaltet ist, dass die Steuerungseinrichtung in einer zweiten Betriebsart zum Bestromen zweier an den Sternpunkt angeschlossen Erregerspulen ausgestaltet ist. In dieser zweiten Betriebsart sind beispielsweise beide Schalter des Sternpunkt-Brückenstrangs geöffnet.Furthermore, it is advantageous if the energization device is designed such that the control device is designed in a second operating mode for energizing two excitation coils connected to the star point. In this second In the operating mode, for example, both switches of the neutral point bridge branch are open.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung zum Bestromen zweier an den Sternpunkt angeschlossener Erregerspulen die Schalter des Sternpunkt-Brückenstrangs in eine Offenstellung oder sperrende Stellung ansteuert, und Schalter der Speise-Brückenstränge, an die die Erregerspulen angeschlossen sind, zu deren Bestromung, insbesondere gepulst oder auch nur mit einem einzelnen Puls, einschaltet. Während einer Bestromungsphase der Erregerspulen kann der erregende Strom also einmal oder mehrmals ausgeschaltet werden, sodass Pulse entstehen. Es ist aber auch möglich, dass die Erregerspulen während der gesamten Bestromungsphase dauerhaft oder ungepulst bestromt werden.It is advantageously provided that the control device for energizing two excitation coils connected to the star point controls the switches of the star point bridge strand in an open position or blocking position, and switches of the feed bridge strands to which the excitation coils are connected, for energizing them, in particular pulsed or even with a single pulse. During an energization phase of the excitation coils, the excitation current can therefore be switched off one or more times, so that pulses are generated. However, it is also possible for the excitation coils to be energized permanently or non-pulsed during the entire energization phase.
Die Steuerungseinrichtung ist zu Ansteuerung der Schalter der Speise-Brückenstränge und des Sternpunkt-Brückenstrangs vorzugsweise derart ausgestaltet, dass jeweils ein Halbzweig des Sternpunkt-Brückenstrangs leitend ist, d. h. ein Schalter dieses Halbzweigs in Durchlassstellung ist, während der andere Halbzweig des Sternpunkt-Brückenstrangs nicht leitet. Zur Bestromung jeweils einer einzelnen Spule der Erregerspulenanordnung ist dann jeweils ein Halbzweig desjenigen Speise-Brückenstrangs aktiv, an den die jeweilige Spule angeschlossen ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass dann, wenn der sozusagen obere, d. h. mit einem Versorgungspotenzial verbundene Halbzweig, des Speise-Brückenstrangs leitend ist, der obere Halbzweig des Sternpunkt-Brückenstrangs nicht leitend, der untere Halbzweig des Sternpunkt-Brückenstrangs jedoch leitend ist. Wenn der untere Halbzweig des Speise-Brückenstrangs leitend ist, ist der obere Halbzweig des Sternpunkt-Brückenstrangs leitend.The control device is preferably designed to control the switches of the feed bridge branches and the star point bridge branch in such a way that in each case one half branch of the star point bridge branch is conductive, i. H. one switch of this half branch is in the open position, while the other half branch of the star point bridging line is not conducting. In order to energize a single coil of the excitation coil arrangement, a half branch of the feed bridge strand to which the respective coil is connected is then active. It is advantageous that if the upper, so to speak. H. half branch connected to a supply potential, the feed bridge strand is conductive, the upper half branch of the neutral bridge branch is not conductive, but the lower half branch of the neutral bridge branch is conductive. If the lower half branch of the feed bridge strand is conductive, the upper half branch of the star point bridge strand is conductive.
Ein bevorzugtes Konzept sieht vor, dass die Bestromungsvorrichtung eine von dem mindestens einen Sperrschalter galvanisch getrennte Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des mindestens einen Sperrschalters oder mindestens eines Schaltelementes des Sperrschalters aufweist. Die Ansteuerungschaltung umfasst beispielsweise einen Optokoppler, einen Transformator oder beides. Die Ansteuerschaltung ist zwischen die Steuerungseinrichtung und den anzusteuernden Schalter geschaltet. Bevorzugt ist es, wenn jedem Sperrschalter eine derartige Ansteuerschaltung zugeordnet ist. Es ist möglich, dass mit ein und derselben Ansteuerschaltung zwei Schaltelemente eines Sperrschalters angesteuert werden, die synchron in ihre Schließstellung oder Offenstellung bzw. leitende Stellung oder durchlassende Stellung zu schalten sind. Durch die galvanische Trennung können Potentiale, die beispielsweise bei der Blockierung von Kreisströmen durch ein Schalten des Sperrschalters in die Sperrschaltung, auftreten können, nicht auf die Ansteuerseite, d.h. die Steuerungseinrichtung aus.A preferred concept provides that the energization device has a control circuit that is galvanically isolated from the at least one blocking switch for controlling the at least one blocking switch or at least one switching element of the blocking switch. The control circuit includes, for example, an optocoupler, a transformer, or both. The control circuit is connected between the control device and the switch to be controlled. It is preferred if such a control circuit is assigned to each blocking switch. It is possible for one and the same control circuit to control two switching elements of a blocking switch, which are to be switched synchronously into their closed position or open position or conductive position or transmitting position. The galvanic isolation means that potentials, which can occur, for example, when circuit currents are blocked by switching the blocking switch into the blocking circuit, cannot pass to the control side, i.e. the control device.
Dieses Konzept ist zwar auch bei dem Sternpunkt-Brückenstrang bzw. den Schaltern des Sternpunkt-Brückenstranges möglich, jedoch nicht unbedingt notwendig. Beim Sternpunkt-Brückenstrang bzw. dessen Schaltern ist eine einfachere Beschaltung mit konventioneller Ansteuerung möglich. Die Schalter des Sternpunkt-Brückenstranges sind zweckmäßigerweise durch die Steuerungseinrichtung ohne galvanische Trennung und/oder ohne Optokoppler und/oder mit dem galvanischen Potential der Schalter angesteuert. So ist beispielsweise eine typische Treiberschaltung mit einem schaltenden Transistor, insbesondere einem Bipolartransistor ohne weiteres für die Ansteuerung des Schalters oder der Schalter des Sternpunkt-Brückenstranges möglich. Eine derartige Beschaltung hat zudem den Vorteil, dass die Schalter des Sternpunkt-Brückenstranges besonders schnell und effektiv ansteuerbar sind, so dass eventuelle Verzögerungen, die durch eine galvanisch getrennte Ansteuerung auftreten können, nicht zu befürchten sind. So ist es beispielsweise möglich, dass die Schalter des Sternpunkt-Brückenstranges bei der Bestromung einer jeweiligen Erregerspule gepulst angesteuert werden, d.h. einmal oder mehrfach ein- und ausgeschaltet werden, während der an der Bestromung beteiligte Schalter des Speise-Brückenstranges dauerhaft in die Schließstellung bzw. leitende Stellung geschaltet wird.Although this concept is also possible with the star point bridge branch or the switches of the star point bridge branch, it is not absolutely necessary. With the neutral point bridge branch or its switches, simple wiring with conventional control is possible. The switches of the neutral point bridge strand are expediently controlled by the control device without galvanic isolation and / or without optocouplers and / or with the galvanic potential of the switches. For example, a typical driver circuit with a switching transistor, in particular a bipolar transistor, is readily possible for actuating the switch or the switches of the neutral point bridge strand. Such a circuit also has the advantage that the switches of the star point bridging line can be controlled particularly quickly and effectively, so that there is no need to fear any delays that may occur due to galvanically isolated control. For example, it is possible that the switches of the star point bridge strand are pulsed when energizing a respective excitation coil, i.e. be switched on and off once or several times while the switch of the feed bridge line involved in the current supply is permanently switched to the closed position or the conductive position.
Die Steuerungseinrichtung ist nämlich vorzugsweise so ausgestaltet, dass während einer jeweiligen Bestromungsphase einer Erregerspule zur Einstellung eines der Erregerspule durchfließenden Stromes jeweils ein Schalter eines Speise-Brückenstranges und ein Schalter des Sternpunkt-Brückenstranges in die Schließstellung oder leitende Stellung angesteuert werden.This is because the control device is preferably designed in such a way that during a respective energization phase of an excitation coil for setting a current flowing through the excitation coil, a switch of a feed bridge branch and a switch of the neutral point bridge branch are driven into the closed position or the conductive position.
Dabei ist es möglich, dass beide Schalter dauerhaft in der Schließstellung oder leitenden Stellung sind oder einer der Schalter gepulst wird, d.h. beispielsweise einmal oder mehrfach während der Bestromungsphase eingeschaltet und ausgeschaltet wird, um die Stromhöhe zu beeinflussen.It is possible that both switches are permanently in the closed position or conductive position or that one of the switches is pulsed, i.e. for example, switched on and off once or several times during the energization phase in order to influence the current level.
Ein bevorzugtes Konzept sieht dabei vor, dass die Steuerungseinrichtung während der Bestromungsphase den Schalter des Speise-Brückenstranges dauerhaft in die Schließstellung und zur Einstellung einer jeweiligen effektiven Stromhöhe des die Erregerspule durchfließenden Stromes den Schalter des Sternpunkt-Brückenstranges einmal oder mehrfach während der Bestromungsphase einschaltet und ausschaltet. Es kann beispielsweise eine Pulsweitenmodulierung vorgesehen sein.A preferred concept provides that the control device switches the switch of the feed bridge strand permanently into the closed position during the energization phase and switches the switch of the neutral point bridge strand on or off once or several times during the energization phase to set a respective effective current level of the current flowing through the excitation coil . For example, pulse width modulation can be provided.
Die Bestromungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass jeweils eine Erregerspule durch einen Erregerstrom gespeist ist, wobei der Erregerstrom durch einen Halbzweig eines Speise-Brückenstrangs und einen Halbzweig des Sternpunkt-Brückenstrangs strömt. Insoweit noch Ströme in einer oder mehreren der anderen Erregerspulen fließen, handelt es sich um Kreisströme oder durch beispielsweise den Rotor erzeugte oder induzierte Ströme. The energizing device is preferably designed such that in each case one excitation coil is fed by an excitation current, the excitation current flowing through a half branch of a feed bridge branch and a half branch of the neutral point bridge branch. To the extent that currents still flow in one or more of the other excitation coils, they are circular currents or currents generated or induced by the rotor, for example.
Insbesondere wenn einer oder mehrere Schalter der Bestromungseinrichtung als Sperrschalter ausgestaltet sind, ist die nachfolgende Maßnahme vorteilhaft:
- Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung zu einem Weiterführen eines Stromflusses durch eine Erregerspule im Sinne eines Abbauens eines Magnetfeldes der Erregerspule nach ihrer Bestromungsphase mindestens einen Schalter, insbesondere den Sperrschalter oder einen als Sperrschalter ausgestalteten Schalter, in eine Schließstellung oder leitende Stellung schaltet. Somit kann derjenige Sperrschalter, welcher gezielt den Strom der Erregerspule, der ja noch durch deren Magnetfeld nach der aktiven Bestromung fließt, leiten. Die Bestromungsvorrichtung ist also zu einem sozusagen aktiven Entstromen einer Erregerspule nach deren Bestromungsphase ausgestaltet. Andere Schalter der Brückenstränge, die nicht zu einem Entstromen oder Abbauen des Magnetfeldes der Erregerspule vorgesehen sind, werden durch die Steuerungseinrichtung in der Sperrstellung oder in beide Stromrichtungen blockierende Stellung geschaltet.
- It is preferably provided that the control device switches at least one switch, in particular the blocking switch or a switch designed as a blocking switch, into a closed position or a conductive position in order to continue a current flow through an excitation coil in the sense of reducing a magnetic field of the excitation coil. Thus, the blocking switch which specifically conducts the current of the excitation coil, which still flows through its magnetic field after the active current supply, can be conducted. The energizing device is thus designed to, so to speak, actively de-energize an excitation coil after its energizing phase. Other switches of the bridge strands that are not provided for de-energizing or reducing the magnetic field of the excitation coil are switched by the control device in the blocking position or in the blocking position in both current directions.
Prinzipiell ist es zwar möglich, dass zum Abbauen eines Magnetfelds einer Erregerspule der Kreisstrom oder der das Magnetfeld abbauende Strom durch eine Diode eines Halbleiter-Schalters fließt, beispielsweise eine Invers-Diode. Durch die sozusagen aktive Entstromung, d.h., das Schalten des Schalters in seine Durchlassstellung oder Schließstellung oder leitende Stellung, entstehen wesentlich weniger elektrische Verluste, also beispielsweise Wärme. Zudem werden die Komponenten der Bestromungsvorrichtung weniger stark belastet, insbesondere thermisch weniger stark belastet.In principle, it is possible for the circuit current or the current breaking down the magnetic field to flow through a diode of a semiconductor switch, for example an inverse diode, to break down a magnetic field of an excitation coil. The active de-energization, so to speak, that is, switching the switch into its open position or closed position or conductive position results in significantly less electrical losses, for example heat. In addition, the components of the energization device are less stressed, in particular thermally less stressed.
Es ist dabei ein Grundgedanke, dass der elektrische Verlust, der an sich durch eine Diode oder dergleichen anderes Bauteil entstehen kann, minimiert wird. Die Steuerungseinrichtung schaltet sozusagen den Schalter aktiv in die Schließstellung.It is a basic idea that the electrical loss that can arise as a result of a diode or the like of another component is minimized. The control device actively switches the switch to the closed position, so to speak.
Die Steuerungseinrichtung ist zweckmäßigerweise zu einem Schalten des mindestens einen Schalters, der den das Magnetfeld der ersten Erregerspule abbauenden Strom leitet, in die Schließstellung ausgestaltet, wobei dies unmittelbar nach einem Umschalten der Bestromung von einer ersten Erregerspule auf eine zweite Erregerspule der Erregerspulenanordnung stattfindet. Wenn also von der ersten Erregerspule auf die zweite Erregerspule umgeschaltet wird, d.h. die erste Erregerspule an sich nicht weiter bestromt werden soll, jedoch die zweite Erregerspule gespeist wird, wird der Strom, der von der ersten Erregerspule noch getrieben wird, über den in die Schließstellung geschalteten Schalter weiter abgeführt.The control device is expediently designed to switch the at least one switch, which conducts the current which dissipates the magnetic field of the first excitation coil, into the closed position, this taking place immediately after the current has been switched from a first excitation coil to a second excitation coil of the excitation coil arrangement. So when switching from the first excitation coil to the second excitation coil, i.e. the first excitation coil is not to be energized per se, but the second excitation coil is fed, the current which is still driven by the first excitation coil is further dissipated via the switch switched to the closed position.
Der mindestens eine Schalter, der den das Magnetfeld einer Erregerspule nach deren Bestromungsphase abbauenden Strom leitet, und der Schalter, der zuvor den die Erregerspule durchfließenden Strom während dieser Bestromungsphase geleitet hat, bilden zweckmäßigerweise Bestandteile verschiedener Halbzweige desselben Brückenstranges. Der eine Schalter bestromt also zunächst aktiv die Erregerspule, während der andere die Erregerspule nach dieser aktiven Bestromung sozusagen entstromt oder entmagnetisiert.The at least one switch, which conducts the current breaking down the magnetic field of an excitation coil after its energization phase, and the switch, which previously conducted the current flowing through the excitation coil during this energization phase, expediently form components of different half branches of the same bridge strand. One switch thus initially energizes the excitation coil, while the other, so to speak, de-energizes or demagnetizes the excitation coil after this active energization.
Die Steuerungseinrichtung öffnet vorzugsweise den Schalter, der den das Magnetfeld der Erregerspule abbauenden Strom leitet, vor einem Nulldurchgang oder Stromrichtungswechsel dieses Stroms. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Steuerungseinrichtung den Schalter unmittelbar vor dem Nulldurchgang oder unmittelbar vor oder nach einem Stromrichtungswechsel des Stroms öffnet, d.h. ein Weiterfließen des Stroms blockiert. Wenn also beispielsweise während einer gegebenen Zeitspanne der Strom von seinem Maximum zu Null wird oder einen Richtungswechsel erfährt, schaltet die Steuerungseinrichtung den Schalter in die Offenstellung oder nicht leitende Stellung, in den letzten 2-5 % der gegebenen Zeitspanne. Durch diese Maßnahme sind Spannungen gering, die an dem Schalter beim Schalten in die Offenstellung oder nicht leitende Stellung anliegen können.The control device preferably opens the switch which conducts the current which degrades the magnetic field of the excitation coil before this current crosses zero or changes direction. It is advantageous if the control device opens the switch immediately before the zero crossing or immediately before or after a change in current direction, i.e. blocking the flow of electricity. If, for example, the current becomes zero from its maximum or undergoes a change of direction during a given period of time, the control device switches the switch into the open position or non-conductive position, in the last 2-5% of the given period of time. As a result of this measure, voltages are low which can be applied to the switch when switching to the open position or non-conductive position.
schaltet die Steuerungseinrichtung den Schalter nur bei geringen Spannungen.the control device switches the switch only at low voltages.
Bei der Bestromungsvorrichtung ist es vorteilhaft, wenn sie eine Meßeinrichtung zum Messen des das Magnetfeld der Erregerspule abbauenden Stroms aufweist. Die Messeinrichtung kann beispielsweise eine Widerstandsmesseinrichtung sein. Es ist aber auch möglich, dass die Messeinrichtung zu einer Extrapolation oder Voraussage des Stroms ausgestaltet ist, beispielsweise anhand einer Simulationseinrichtung oder Simulationssoftware.In the energizing device, it is advantageous if it has a measuring device for measuring the current which degrades the magnetic field of the excitation coil. The measuring device can be, for example, a resistance measuring device. However, it is also possible for the measuring device to be designed to extrapolate or predict the current, for example using a simulation device or simulation software.
Die Messeinrichtung erfasst vorzugsweise den Strom anhand eines Innenwiderstands des mindestens einen Schalters, beispielsweise eines Innenwiderstands eines Feldeffekttransistors oder Bipolartransistors. Es ist aber auch möglich, dass der Strom anhand eines Messwiderstandes außerhalb des Schaltelementes gemessen wird, also eines sogenannten Shunts. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung anhand mindestens einer oder mehrerer Messungen einen Verlauf des Stromes berechnet. So kann beispielsweise aufgrund eines Anfangsverlaufes des Stroms nach dem Schließen des Schalters, der den Strom zur Entmagnetisierung oder Entstromung der Erregerspule leitet, gemessen und anschließend extrapoliert werden. Typischerweise hat der Strom den Verlauf einer e-Funktion.The measuring device preferably detects the current on the basis of an internal resistance of the at least one switch, for example an internal resistance of a field effect transistor or Bipolar transistor. However, it is also possible for the current to be measured using a measuring resistor outside the switching element, that is to say a so-called shunt. It is also advantageous if the measuring device calculates a course of the current on the basis of at least one or more measurements. For example, based on an initial course of the current after the switch, which conducts the current for demagnetizing or de-energizing the excitation coil, is closed, it can be measured and then extrapolated. Typically, the current has an e-function.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung den Strom anhand mehrerer Messungen im Sinne einer Abtastung erfasst oder ermittelt.It is furthermore advantageous if the measuring device detects or determines the current on the basis of several measurements in the sense of a scanning.
Bevorzugt ist die Erfindung bei einem elektrischen Gerät in Gestalt einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Schraubmaschine oder Bohrmaschine realisiert. Bei der Werkzeugmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine Hand-Werkzeugmaschine oder eine halbstationäre Werkzeugmaschine, beispielsweise eine Säge, die am Nutzungsort aufgestellt werden kann, z.B. eine Kappsäge, Baustellensäge oder dergleichen. Ohne weiteres kann die Bestromungsvorrichtung aber auch bei einem Staubsauger realisiert sein.The invention is preferably implemented in the case of an electrical device in the form of a machine tool, in particular a screwing machine or drilling machine. The machine tool is preferably a hand-held machine tool or a semi-stationary machine tool, for example a saw, which can be set up at the place of use, e.g. a chop saw, construction site saw or the like. However, the energization device can also be easily implemented in a vacuum cleaner.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Seitenansicht einer Werkzeugmaschine mit einer Bestromungseinrichtung, von der in -
2 ein Schaltbild dargestellt ist, -
3 ein vereinfachtes Schaltbild der Bestromungseinrichtung gemäß2 , -
4 ein zeitliches Bestromungsdiagramm, welches den Betrieb der Bestromungseinrichtung gemäß2 ,3 darstellt, -
5 die Bestromungseinrichtung mit eingezeichneten Strömen während einer Bestromungsphase einer ersten Erregerspule, -
6 die Schaltung gemäß5 , bei Beginn einer Bestromungsphase einer nachfolgenden Erregerspule, wobei ein Kreisstrom eingezeichnet ist, -
7 die Schaltung gemäß5 und6 bei der Bestromung der nachfolgenden Erregerspule, -
8 ein schematischer Verlauf eines eine Erregerspule durchfließenden Stromes während einer Entstromungsphase, -
9 eine Ansteuerschaltung für einen Schalter eines Speise-Brückenstrangs der Schaltung gemäß2 , -
10 eine Schaltung zur Ansteuerung eines Schalters eines Sternpunkt-Brückenstrang der Schalter gemäß2 , -
11 eine weitere Bestromungseinrichtung mit einem Elektromotor in Sternpunkt-Schaltung, dessen Sternpunkt nicht an einen Brückenstrang angeschlossen ist, und -
12 ein Bestromungsdiagramm für die Schaltung gemäß11 .
-
1 a side view of a machine tool with a lighting device, of which in -
2nd a circuit diagram is shown -
3rd a simplified circuit diagram of the energization device according to2nd , -
4th a temporal energization diagram, which according to the operation of the energization device2nd ,3rd represents -
5 the energization device with drawn currents during an energization phase of a first excitation coil, -
6 the circuit according to5 at the beginning of a current supply phase of a subsequent excitation coil, a circulating current being drawn in, -
7 the circuit according to5 and6 when energizing the subsequent excitation coil, -
8th 1 shows a schematic course of a current flowing through an excitation coil during a de-energization phase, -
9 a control circuit for a switch of a feed bridge strand according to the circuit2nd , -
10th a circuit for controlling a switch of a neutral point bridge strand of the switch according to2nd , -
11 a further energization device with an electric motor in star point connection, the star point of which is not connected to a bridge strand, and -
12th a lighting diagram for the circuit according to11 .
Ein elektrisches Gerät
Der Elektromotor
Zur elektrischen Energieversorgung des Geräts
Die Vorgaben des Bedienschalters
Die Speise-Anschlüsse
Die Bestromungsvorrichtung
Mit der Bestromungsvorrichtung
Die Schalter
Aus dem Bestromungsdiagramm gemäß
- Während einer Bestromungsphase
T1 wird die ErregerspuleEC aktiv bestromt, um einen RotorRO desElektromotors 13 anzutreiben. Während der BestromungsphaseT1 fließt ein ErregerstromIEC für die ErregerspuleEX vom VersorgungspotenzialV1 über den SchalterSC1 des BrückenstrangsB1 und eine AnschlussleitungLC zu dem Speise-AnschlussC der ErregerspuleEA und von dort über den SternpunktS und den ebenfalls geschlossenen SchalterSS2 des Sternpunkt-BrückenstrangsBS zum BasispotenzialV0 . Der SchalterSC1 ist dabei vorzugsweise dauerhaft in seiner Schließstellung oder elektrisch leitenden Stellung, während der SchalterSS2 zwar ebenfalls dauerhaft geschlossen sein kann, so dass der ErregerstromIEC maximal ist, aber auch pulsweitenmoduliert oder in sonstiger Weise gepulst sein kann, was im Bestromungsdiagramm gemäß4 als PulsweitenansteuerungPWM dargestellt ist. Somit kann also durch ein Einschalten und Ausschalten des SchaltersSS2 die Stromhöhe des StromesIEC beeinflusst sein.
- During an energization phase
T1 becomes the excitation coilEC actively energized to a rotorRO of theelectric motor 13 to drive. During the energization phaseT1 an excitation current flowsIEC for the excitation coilEX of the supply potentialV1 over the switchSC1 of the bridge strandB1 and a connecting lineLC to the feed connectionC. the excitation coilEA and from there over the star pointS and the switch, which is also closedSS2 of the neutral point bridge strandBS to the base potentialV0 . The deskSC1 is preferably permanently in its closed position or electrically conductive position during the switchSS2 can also be permanently closed, so that the excitation currentIEC is maximum, but can also be pulse-width modulated or pulsed in some other way, as shown in the current flow diagram4th as pulse width controlPWM is shown. Thus, by turning the switch on and offSS2 the current level of the currentIEC to be influenced by.
In
Zu Anfang der Bestromungsphase
Wenn die Erregerspule
Die vorgenannte Prozedur wird sinngemäß auch bei der sequenziell nachfolgenden Bestromung der Erregerspule
Die Bestromungsvorrichtung
- Jeder Schalter
SA1 ,SA2 ,SB1 ,SB2 ,SC1 ,SC2 weist nämlich SchaltelementeS1 undS2 auf, die sozusagen gegensinnig oder antiseriell geschaltet sind. Die SchaltelementeS1 undS2 sind beispielsweise Bipolar-Transistoren, Feldeffekt-Transistoren, insbesondere MosFETs, deren jeweilige an sich vorhandene InversdiodeD1 undE2 in unterschiedliche Stromrichtungen sperrt. Somit können die SchaltelementeSA1-SC2 dann, wenn sie ihre Sperrstellung einnehmen (die SchaltelementeS1 undS2 sind dabei geöffnet bzw. elektrisch nicht leitend), in einander entgegengesetzte Stromrichtungen sperren. Somit können Kreisströme in der Art der KreisströmeIKA undIKB nur dann fließen, wenn eines der SchaltelementeSA1 ,SA2 ,SB1 ,SB2 ,SC1 oderSC2 geschlossen bzw. nicht in seiner Sperrstellung ist. Wenn jedoch wie in6 dargestellt eine gewünschte oder aktiv gewollte Bestromungssituation besteht, d.h. die SteuerungseinrichtungCO den SchalterSA2 aus seiner Sperrstellung in seiner leitende oder Schließstellung verstellt, kann das aktive Entstromen der ErregerspuleEC stattfinden.
- Any switch
SA1 ,SA2 ,SB1 ,SB2 ,SC1 ,SC2 namely has switching elementsS1 andS2 on, which are, so to speak, connected in opposite directions or anti-serial. The switching elementsS1 andS2 are, for example, bipolar transistors, field effect transistors, in particular MosFETs, their respective inverse diodesD1 andE2 blocks in different current directions. Thus, the switching elementsSA1-SC2 when they are in their locked position (the switching elementsS1 andS2 are open or electrically non-conductive), block in opposite directions of current. Thus, circulating currents can be of the type of circulating currentsIKA andIKB flow only when one of the switching elementsSA1 ,SA2 ,SB1 ,SB2 ,SC1 orSC2 is closed or not in its locked position. However, if as in6 shown there is a desired or actively wanted current supply situation, ie the control deviceCO the switchSA2 adjusted from its locked position in its conducting or closed position, the active de-energization of the excitation coilEC occur.
Allerdings soll diese aktive Entstromung möglichst dann enden, wenn das Magnetfeld der jeweiligen Erregerspule
Zur Erfassung des eine Erregerspule sozusagen entstromenden Stromes, z.B. des Stromes
Es ist vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung
Die Schalter
Zur Ansteuerung der Schalter
Die sozusagen aktive Entstromung durch Schließen von Schaltern einer Brückenschaltung bzw. Bestromungsvorrichtung ist jedoch nicht nur bei solchen Bestromungsvorrichtungen vorteilhaft, die einen Brückenstrang für den Sternpunkt aufweisen, sondern auch bei solchen Brückenschaltungen, die keinen derartigen Brückenstrang aufweisen, was anhand einer Bestromungsvorrichtung
In dem Bestromungsdiagramm gemäß
Es versteht sich, dass die Bestromungsvorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 5455885 [0002]US 5455885 [0002]
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