DE102022121358A1

DE102022121358A1 - Technik zum steuern eines bürstenlosen gleichstrommotors einer elektrischen arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102022121358A1
Application number: DE102022121358.7A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Takeda
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2023-03-02
Also published as: CN115733393A; US20230065201A1; JP2023031617A

Abstract

Eine elektrische Arbeitsmaschine (2) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Ausgabewelle (12), einen bürstenlosen Gleichstrommotor (30), einen ersten positivseitigen Leitungspfad (Lp, Lp1; Lp2; Lp3), einen ersten negativseitigen Leitungspfad (Ln, Ln1; Ln2; Ln3), eine erste Schaltervorrichtung (Q1; Q2; Q3; Q4; Q5; Q6), einen manuellen Schalter (22, 24), einen Drehsensor (32) und eine Steuerung (40) auf. Die erste Schaltervorrichtung ist auf dem ersten positivseitigen Leitungspfad oder dem ersten negativseitigen Leitungspfad. Die Steuerung steuert einen Betrag eines Durchlasswinkels basierend auf einer tatsächlichen Drehfrequenz und einer Zieldrehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine elektrische Arbeitsmaschine mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor.
JP 6491025 B2 offenbart ein auf dem Rücken getragenes Gebläse.
Das Gebläse weist sechs Schaltervorrichtungen auf. Die ersten drei Schaltervorrichtungen sind als hochseitige Schalter mit einer positiven Elektrode einer Gleichstromleistungsquelle und mit drei Anschlüssen des bürstenlosen Gleichstrommotors verbunden. Die anderen drei Schaltervorrichtungen sind als niedrigseitige Schalter mit einer negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle und mit den drei Anschlüssen des bürstenlosen Gleichstrommotors verbunden. Die sechs Schaltervorrichtungen werden mit pulsbreitenmodulierten Signalen (PWM-Signalen) angesteuert bzw. angetrieben.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei dem oben beschriebenen, auf dem Rücken getragenen Gebläse können, wenn jeweilige Durchlasswinkel der sechs Schaltervorrichtungen einen festen Betrag von 120 Grad aufweisen, die sechs Schaltervorrichtungen einen großen Leistungsverlust bewirken, wenn sie zum Steuern einer Drehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors, der eine hohe Last erhält, zum Erreichen einer Zieldrehfrequenz mit einer hohen (relativen) Einschaltdauer angetrieben werden. Solch ein Leistungsverlust kann eine große Wärmemenge in den sechs Schaltervorrichtungen bewirken.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist bevorzugt, dass bei einer elektrischen Arbeitsmaschine ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einer Zieldrehfrequenz gedreht wird, während die Erzeugung von Wärme in einer Schaltervorrichtung aufgrund eines Leistungsverlusts in der Schaltervorrichtung gehemmt wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung schafft eine elektrische Arbeitsmaschine mit einer Ausgabewelle, einem bürstenlosen Gleichstrommotor, einem ersten positivseitigen Leitungspfad, einem ersten negativseitigen Leitungspfad, einer ersten Schaltervorrichtung, einem manuellen Schalter, einem Drehsensor und einer Steuerung.
Die Ausgabewelle ist an einem angetriebenen Gerät angebracht oder dazu ausgebildet, daran angebracht zu werden. Der bürstenlose Gleichstrommotor weist einen Rotor, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Der bürstenlose Gleichstrommotor treibt die Ausgabewelle zur Drehung an. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss ziehen zum Drehen des bürstenlosen Gleichstrommotors einen Antriebsstrom in den bürstenlosen Gleichstrommotor und den Antriebsstrom von dem bürstenlosen Gleichstrommotor. Der erste positivseitige Leitungspfad verbindet eine positive Elektrode einer Gleichstromleistungsquelle elektrisch mit dem ersten Anschluss, zum Zuführen des Antriebsstroms von der positiven Elektrode zu dem ersten Anschluss. Der erste negativseitige Leitungspfad verbindet eine negative Elektrode der Gleichstromleistungsquelle elektrisch mit dem zweiten Anschluss, zum Zuführen des Antriebsstroms zu der negativen Elektrode von dem zweiten Anschluss. Die erste Schaltervorrichtung befindet sich auf dem ersten positivseitigen Leitungspfad oder dem ersten negativseitigen Leitungspfad. Die erste Schaltervorrichtung schließt oder unterbricht den ersten positivseitigen Leitungspfad oder den ersten negativseitigen Leitungspfad. Der manuelle Schalter erhält eine manuelle Betätigung von einem Benutzer der elektrischen Arbeitsmaschine und erzeugt ein Eingabesignal. Das Eingabesignal gibt eine Eingabevariable an. Die Eingabevariable variiert gemäß der manuellen Betätigung. Der Drehsensor gibt ein Drehwinkelsignal aus, das einem Drehwinkel des Rotors entspricht.
Die Steuerung stellt eine Zieldrehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors basierend auf der Eingabevariablen ein. Die Steuerung detektiert (i) den Drehwinkel des Rotors und (ii) eine tatsächliche Drehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors basierend auf dem Drehwinkelsignal. Die Steuerung treibt die erste Schaltervorrichtung an, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb eines Durchlasswinkels liegt. Die Steuerung steuert einen Betrag (eine Größe) des Durchlasswinkels basierend auf der tatsächlichen Drehfrequenz und der Zieldrehfrequenz.
Bei der oben beschriebenen elektrischen Arbeitsmaschine wird der Betrag des Durchlasswinkels basierend auf der tatsächlichen Drehfrequenz und der Zieldrehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors gesteuert, wodurch ein Leistungsverlust in der ersten Schaltervorrichtung verringert werden kann.
Daher kann bei der oben beschriebenen elektrischen Arbeitsmaschine der bürstenlose Gleichstrommotor bei der Zieldrehfrequenz gedreht werden, während die Erzeugung von Wärme in der ersten Schaltervorrichtung aufgrund des Leistungsverlusts in der ersten Schaltervorrichtung gehemmt wird.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung schafft ein Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors einer elektrischen Arbeitsmaschine. Das Verfahren beinhaltet:

Detektieren (i) eines Drehwinkels eines Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors und (ii) einer tatsächlichen Drehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors;
Antreiben einer Schaltervorrichtung der elektrischen Arbeitsmaschine, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb eines Durchlasswinkels ist; und
Steuern eines Betrags des Durchlasswinkels basierend auf der tatsächlichen Drehfrequenz und einer Zieldrehfrequenz.
Mit diesem Verfahren wird ermöglicht, dass eine elektrische Arbeitsmaschine den bürstenlosen Gleichstrommotor bei der Zieldrehfrequenz drehen kann, während die Erzeugung von Wärme in der Schaltervorrichtung aufgrund eines Leistungsverlusts in der Schaltervorrichtung gehemmt wird.

Figurenliste
Einige beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine rechte Seitenansicht eines auf dem Rücken getragenen Gebläses gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ein Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration des auf dem Rücken getragenen Gebläses zeigt;
3 ein Flussdiagramm eines ersten Steuerprozesses;
4 ein Zeitdiagramm einer Pulsbreitenmodulationssteuerung;
5 ein Zeitdiagramm einer Durchlasswinkelsteuerung;
6 ein Flussdiagramm eines ersten Motorsteuerprozesses;
7 jeweilige Profile einer tatsächlichen Einschaltdauer, eines Durchlasswinkels und einer tatsächlichen Drehfrequenz in dem ersten Motorsteuerprozess;
8 jeweilige Profile einer tatsächlichen Einschaltdauer und einer tatsächlichen Drehfrequenz in einer Pulsbreitenmodulationssteuerung mit einem Durchlasswinkel, der einen festen Betrag von 120 Grad aufweist;
9 ein Flussdiagramm eines ersten Motorsteuerprozesses gemäß einer zweiten Ausführungsform;
10 jeweilige Profile einer tatsächlichen Einschaltdauer, eines Durchlasswinkels und einer tatsächlichen Drehfrequenz in dem ersten Motorsteuerprozess gemäß der zweiten Ausführungsform;
11 ein Flussdiagramm eines zweiten Steuerprozesses;
12 ein Flussdiagramm eines zweiten Motorsteuerprozesses; und
13 jeweilige Profile einer tatsächlichen Einschaltdauer, eines Durchlasswinkels und einer tatsächlichen Drehfrequenz in dem zweiten Motorsteuerprozess.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1. Übersicht über die Ausführungsformen
Eine Ausführungsform kann eine elektrische Arbeitsmaschine mit mindestens einem der folgenden Merkmale 1 bis 15 bereitstellen.

- Merkmal 1: Eine Ausgabewelle (Ausgangswelle), die an einem angetriebenen Gerät (oder einem angetriebenen Werkzeug) angebracht ist oder dazu ausgebildet ist, daran angebracht zu werden.
- Merkmal 2: Ein bürstenloser Gleichstrommotor (i) mit einem Rotor, einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss und (ii) ausgebildet zum Antreiben der Ausgabewelle zur Drehung.
- Merkmal 3: Der erste Anschluss und der zweite Anschluss sind zum Ziehen (oder Eingeben oder Zuführen) eines Antriebsstroms in den bürstenloser Gleichstrommotor und Ziehen (oder Ausgeben) des Antriebsstroms von dem bürstenlosen Gleichstrommotor zum Drehen des bürstenlosen Gleichstrommotors ausgebildet.
- Merkmal 4: Ein erster positivseitiger Leitungspfad, der zum elektrisch Verbinden einer positiven Elektrode einer Gleichstromleistungsquelle mit dem ersten Anschluss zum Zuführen des Antriebsstroms von der positiven Elektrode zu dem ersten Anschluss ausgebildet ist.
- Merkmal 5: Ein erster negativseitiger Leitungspfad, der zum elektrisch Verbinden einer negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle mit dem zweiten Anschluss zum Zuführen des Antriebsstroms zu der negativen Elektrode von dem zweiten Anschluss ausgebildet ist.
- Merkmal 6: Eine erste Schaltervorrichtung (i) auf dem ersten positivseitigen Leitungspfad oder dem ersten negativseitigen Leitungspfad und (ii) ausgebildet zum Schließen oder Unterbrechen des ersten positivseitigen Leitungspfads oder des ersten negativseitigen Leitungspfads.
- Merkmal 7: Ein manueller Schalter, der ausgebildet ist zum (i) Erhalten einer manuellen Betätigung von einem Benutzer der elektrischen Arbeitsmaschine und (ii) Erzeugen eines Eingabesignals.
- Merkmal 8: Das Eingabesignal gibt eine Eingabevariable an.
- Merkmal 9: Die Eingabevariable variiert gemäß der manuellen Betätigung.
- Merkmal 10: Ein Drehsensor, der ausgebildet ist zum Ausgeben eines Drehwinkelsignals, das einem Drehwinkel des Rotors entspricht.
- Merkmal 11: Eine Steuerung.
- Merkmal 12: Die Steuerung ist ausgebildet zum Einstellen einer Zieldrehfrequenz (oder einer Zieldrehzahl oder einer Solldrehfrequenz oder einer Solldrehzahl) des bürstenlosen Gleichstrommotors basierend auf der Eingabevariablen.
- Merkmal 13: Die Steuerung ist ausgebildet zum Detektieren (i) des Drehwinkels des Rotors und (ii) einer tatsächlichen Drehfrequenz (oder einer tatsächlichen Drehzahl) des bürstenlosen Gleichstrommotors basierend auf dem Drehwinkelsignal.
- Merkmal 14: Die Steuerung ist ausgebildet zum Antreiben der ersten Schaltervorrichtung, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb eines Durchlasswinkels (oder eines Leitungswinkels oder Erregungswinkels oder Zündwinkels) liegt.
- Merkmal 15: Die Steuerung ist ausgebildet zum Steuern (oder Einstellen oder Ändern oder Variieren oder Erhöhen und Verringern) eines Betrags (einer Größe) des Durchlasswinkels basierend auf der tatsächlichen Drehfrequenz und der Zieldrehfrequenz.

Bei der elektrischen Arbeitsmaschine mit mindestens den Merkmalen 1 bis 15 wird der Betrag des Durchlasswinkels basierend auf der tatsächlichen Drehfrequenz und der Zieldrehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors gesteuert, wodurch der Leistungsverlust in der ersten Schaltervorrichtung verringert werden kann.
Daher kann bei solch einer elektrischen Arbeitsmaschine der bürstenlose Gleichstrommotor bei der Zieldrehfrequenz gedreht werden, während die Erzeugung von Wärme in der ersten Schaltervorrichtung aufgrund des Leistungsverlusts in der ersten Schaltervorrichtung gehemmt werden kann.
Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 16 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 15 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 16: Die Steuerung ist ausgebildet zum Ausgeben eines pulsbreitenmodulierten Signals zu der ersten Schaltervorrichtung, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb des Durchlasswinkels liegt.

Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 17 und/oder das folgende Merkmal 18 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 16 oder anstelle desselben aufweisen:

- Merkmal 17: Die Steuerung ist ausgebildet zum Einstellen einer Zieleinschaltdauer (oder einer Solleinschaltdauer) des pulsbreitenmodulierten Signals basierend auf der Eingabevariablen.
- Merkmal 18: Die Steuerung ist ausgebildet zum Einstellen einer tatsächlichen Einschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals basierend auf der Zieleinschaltdauer.

Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 19 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 18 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 18: Die Steuerung ist ausgebildet zum Erhöhen der Zieldrehfrequenz und der Zieleinschaltdauer gemäß einer Erhöhung der Eingabevariablen.

Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 20 und/oder das folgende Merkmal 21 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 19 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 20: Der manuelle Schalter ist dazu ausgebildet, durch den Benutzer bewegt zu werden.
- Merkmal 21: Die Eingabevariable erhöht sich gemäß einer Erhöhung einer Bewegung des manuellen Schalters.

Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 22 und/oder das folgende Merkmal 23 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 21 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 22: Die Steuerung ist ausgebildet zum Erhöhen der Zieleinschaltdauer gemäß einer Erhöhung eines manuell eingestellten Parameters, während der manuell eingestellte Parameter kleiner als eine Schwelle ist.
- Merkmal 23: Der manuell eingestellte Parameter variiert basierend auf der Eingabevariablen.

Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 24 und/oder das folgende Merkmal 25 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 23 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 24: Die Steuerung ist ausgebildet zum Einstellen der Zieleinschaltdauer auf 100%, während ein manuell eingestellter Parameter größer oder gleich einer Schwelle ist.
- Merkmal 25: Der manuell eingestellte Parameter variiert basierend auf der Eingabevariablen.

Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 26 zusätzlich mindestens einem der Merkmale 1 bis 25 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 26: Die Steuerung ist ausgebildet zum allmählich Erhöhen der tatsächlichen Einschaltdauer auf die Zieleinschaltdauer.

- Merkmal 27: Die Steuerung ist ausgebildet zum Einstellen eines Anfangswerts einer Zieleinschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals auf 100% ansprechend darauf, dass der manuelle Schalter manuell betätigt wird oder manuell betätigt worden ist.
- Merkmal 28: Die Steuerung ist ausgebildet zum Einstellen einer tatsächlichen Einschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals basierend auf der Zieleinschaltdauer.

Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 29 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 28 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 29: Die Steuerung ist ausgebildet zum Steuern des Betrags des Durchlasswinkels, während der Rotor um einen voreingestellten Winkel gedreht wird.

Eine Ausführungsform kann mindestens eines der folgenden Merkmale 30 bis 32 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 29 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 30: Die Steuerung ist ausgebildet zum Erhöhen des Betrags des Durchlasswinkels auf eine obere Grenze des Betrags, bis die tatsächliche Drehfrequenz die Zieldrehfrequenz erreicht.
- Merkmal 31: Die Steuerung ist ausgebildet zum Verringern des Betrags des Durchlasswinkels ansprechend darauf, dass die tatsächliche Drehfrequenz die Zieldrehfrequenz erreicht hat.
- Merkmal 32: Die Steuerung ist ausgebildet zum Halten der tatsächlichen Drehfrequenz bei der Zieldrehfrequenz.

Ein Ausführungsform kann das folgende Merkmal 33 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 32 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 33: Eine zweite Schaltervorrichtung (i) auf dem ersten positivseitigen Leitungspfad ohne die erste Schaltervorrichtung und ausgebildet zum Schließen oder Unterbrechen des ersten positivseitigen Leitungspfads oder (ii) auf dem ersten negativseitigen Leitungspfad ohne die erste Schaltervorrichtung und ausgebildet zum Schließen oder Unterbrechen des ersten negativseitigen Leitungspfads.

Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 34 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 33 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 34: Die Steuerung ist ausgebildet zum Antreiben der ersten Schaltervorrichtung und der zweiten Schaltervorrichtung, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb des Durchlasswinkels liegt.

Eine Ausführungsform kann mindestens eines der folgenden Merkmale 35 bis 37 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 34 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 35: Der manuelle Schalter weist einen Drücker auf, der dazu ausgebildet ist, durch den Benutzer gedrückt zu werden.
- Merkmal 36: Der manuelle Schalter weist eine Drehscheibe (oder Wählscheibe) auf, die dazu ausgebildet ist, durch den Benutzer gedreht zu werden.
- Merkmal 37: Die Eingabevariable variiert gemäß einem Drückausmaß des Drückers (oder einer Position des Drückers, einer Bewegungslänge/einem Bewegungswinkel des Drückers) und/oder einem Drehwinkel der Drehscheibe.

Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 38 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 37 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 38: Die Steuerung ist ausgebildet zum Einstellen der Zieldrehfrequenz basierend auf (i) dem Drückausmaß des Drückers und/oder (ii) dem Drehwinkel der Drehscheibe.

Eine Ausführungsform kann mindestens eines der folgenden Merkmale 39 bis 41 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 38 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 39: Die Steuerung ist ausgebildet zum Ausgeben eines pulsbreitenmodulierten Signals zu der ersten Schaltervorrichtung, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb des Durchlasswinkels liegt.
- Merkmal 40: Die Steuerung ist ausgebildet zum Einstellen einer Zieleinschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals basierend auf (i) dem Drückausmaß des Drückers und/oder (ii) dem Drehwinkel der Drehscheibe.
- Merkmal 41: Die Steuerung ist ausgebildet zum Einstellen einer tatsächlichen Einschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals basierend auf der Zieleinschaltdauer.

Eine Ausführungsform kann das folgende Merkmal 42 zusätzlich zu mindestens einem der Merkmale 1 bis 41 oder anstelle desselben aufweisen.

- Merkmal 42: Der bürstenlose Gleichstrommotor ist ein bürstenloser Dreiphasengleichstrommotor.

Bei einer Ausführungsform kann die Steuerung in eine einzige Elektronikeinheit, eine einzige Elektronikvorrichtung oder eine einzige Platine integriert sein.
Bei einer Ausführungsform kann die Steuerung eine Kombination aus zwei oder mehr Elektronikschaltungen, zwei oder mehr Elektronikeinheiten oder zwei oder mehr Elektronikvorrichtungen sein, die einzeln an oder in der elektrischen Arbeitsmaschine vorgesehen sind.
Bei einer Ausführungsform können der erste positivseitige Leitungspfad, der erste negativseitige Leitungspfad und/oder die erste Schaltervorrichtung auf der Steuerung vorgesehen sein.
Bei einer Ausführungsform kann der manuelle Schalter eine Tastatur, ein Touchpanel, ein Touchscreen oder eine graphische Benutzerschnittstelle (GUI) sein.
Eine Ausführungsform kann ein Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors einer elektrischen Arbeitsmaschine bereitstellen, und das Verfahren weist mindestens eines der folgenden Merkmale 43 bis 45 auf.

- Merkmal 43: Detektieren (i) eines Drehwinkels eines Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors und (ii) einer tatsächlichen Drehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors.
- Merkmal 44: Antreiben einer Schaltervorrichtung der elektrischen Arbeitsmaschine, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb eines Durchlasswinkels liegt.
- Merkmal 45: Steuern eines Betrags des Durchlasswinkels basierend auf der tatsächlichen Drehfrequenz und einer Zieldrehfrequenz.

Bei einer Ausführungsform können die oben beschriebenen Merkmale 1 bis 45 auf beliebige Weise kombiniert werden.
Bei einer Ausführungsform kann mindestens eines der oben beschriebenen Merkmale 1 bis 45 weggelassen werden.
Beispiele für die elektrische Arbeitsmaschine können verschiedene elektrische Arbeitsmaschinen beinhalten, die auf Arbeitsstellen (an Arbeitsplätzen) verwendet werden, beispielsweise beim Heimwerken, in der Fertigung, bei der Gartenarbeit und auf dem Bau, und beinhalten insbesondere elektrische Kraftwerkzeuge zum Bearbeiten von Mauerwerk, Metall und Holz, Arbeitsmaschinen zur Gartenarbeit und Vorrichtungen zum Vorbereiten einer Umgebung an Arbeitsstellen, insbesondere elektrische Gebläse, elektrische Hämmer, elektrische Bohrhämmer, elektrische Bohrer, elektrische Schrauber, elektrische Schraubenschlüssel, elektrische Schleifgeräte, elektrische Kreissägen, elektrische Reziprosägen, elektrische Stichsägen, elektrische Schneider, elektrische Kettensägen, elektrische Hobel, elektrische Nagler (einschließlich Tacker), elektrische Heckenschneider, elektrische Rasenmäher, elektrische Rasentrimmer, elektrische Busch- oder Grasschneider, elektrische Reinigungsvorrichtungen, elektrische Sprühgeräte, elektrische Verteiler, elektrische Staubsammler (oder elektrische Staubextrahiervorrichtungen), batteriebetriebene Schubkarren (batteriebetriebene Wägen oder batteriebetriebene Handkarren).
2. Spezifische beispielhafte Ausführungsformen
Im Folgenden werden spezifische beispielhafte Ausführungsformen beschrieben.
2-1. Erste Ausführungsform
2-1-1. Schematischer Aufbau
Wie in 1 gezeigt, liegt eine elektrische Arbeitsmaschine dieser Ausführungsform in Form eines auf dem Rücken getragenen Gebläses 2 vor. Dieses Gebläse 2 weist einen Rückenträger 4 auf. Dieser Rückenträger 4 weist Schulterpolster 4a und Gurte 4b auf, die an dem Rückenträger 4 befestigt sind. Die Schulterpolster 4a sind dazu ausgebildet, über die Schulter eines Benutzers das Gebläse 2 zu hängen. Die Gurte 4b sind an den jeweiligen Schulterpolstern 4a befestigt und dazu ausgebildet, in Bezug auf ihre Längen einstellbar zu sein, so dass der Rückenträger 4 an den Oberkörper des Benutzers passt.
Das Gebläse 2 weist einen Gebläsehauptkörper 6 an dem Rückenträger 4 auf. Der Gebläsehauptkörper 6 ist durch eine nicht gezeigte Feder für eine Schwingungsdämpfung an dem Rückenträger 4 befestigt. Der Gebläsehauptkörper 6 weist ein Batteriepack 60 in dem unteren Teil desselben auf. Das Batteriepack 60 ist lösbar an dem Rückenträger 4 angebracht. Der Gebläsehauptkörper 6 weist einen Rohrbefestigungsteil 7 auf. Der Rohrbefestigungsteil 7 befindet sich auf der rechten Seite des Benutzers, wenn der Benutzer den Rückenträger 4 auf dem Rücken trägt. Der Rohrbefestigungsteil 7 weist eine Rohranordnung 8 auf, die an dem Rohrbefestigungsteil 7 befestigt ist. Der Rohrbefestigungsteil 7 sammelt Luft, die von dem Inneren des Gebläsehauptkörpers 6 zugeführt wird, und führt diese der Rohranordnung 8 zu.
Die Rohranordnung 8 ist zum Leiten des Luftstroms, der von dem Inneren des Gebläsehauptkörpers 6 ausgestoßen wird, zu einer Ausstoßöffnung 8 an dem vorderen Ende der Rohranordnung 8 ausgebildet. Genauer gesagt weist die Rohranordnung 8 fünf Teilrohre 8a bis 8e auf, die entlang der Längsachse der Rohranordnung 8 unterteilt sind. Das erste Teilrohr 8a ist lösbar an dem Rohrbefestigungsteil 7 angebracht. Das erste Teilrohr 8a ist in einer L-Form ausgebildet, so dass die Richtung des Luftstroms, der aus dem Gebläsehauptkörper 6 ausgestoßen wird, von der Seite des Benutzers nach vorne geändert werden kann.
Das zweite Teilrohr 8b ist wie ein Faltenbalg ausgebildet, so dass die Richtung der Ausstoßöffnung 9 wie gewünscht geändert werden kann, und ist mit dem ersten Teilrohr 8a verbunden. Das dritte Teilrohr 8c ist linear ausgebildet und mit dem zweiten Teilrohr 8b verbunden.
Das dritte Teilrohr 8c ist zur Verbindung mit dem vierten Teilrohr 8d oder dem fünften Teilrohr 8e ausgebildet. Das vierte Teilrohr 8d ist linear ausgebildet. Das fünfte Teilrohr 8e weist die Ausstoßöffnung 9 an dem vorderen Ende desselben auf. Die Ausstoßöffnung 9 weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der des hinteren Endes des fünften Teilrohrs 8e. Das fünfte Teilrohr 8e kann ebenfalls mit dem vorderen Ende des vierten Teilrohrs 8d verbunden werden.
Das dritte Teilrohr 8c weist einen Griff 20 an dem Umfang desselben auf. Der Griff 20 ist dazu ausgebildet, durch den Benutzer gegriffen zu werden. Mit dem Griff 20 kann der Benutzer die Richtung der Ausstoßöffnung 9 einstellen. Der Griff 20 der ersten Ausführungsform kann an dem dritten Teilrohr 8c entlang der Längsachse des dritten Teilrohrs 8c gleiten und an einer gewünschten Position fixiert werden. Der Griff 20 ist mit einem elektrischen Kabel 29, das an der Rohranordnung 8 gehalten ist, verbunden.
Der Griff 20 der ersten Ausführungsform weist einen Drücker 22, eine Drehscheibe 24 und einen Verriegelungsknopf 26 auf. Der Drücker 22, die Drehscheibe 24 und der Verriegelungsknopf 26 sind so an dem Griff 20 angeordnet, dass sie mit der Fingerspitze des Benutzers betätigt werden können, während der Benutzer den Griff 20 greift. Bei anderen Ausführungsformen können der Drücker 22, die Drehscheibe 24 oder der Verriegelungsknopf 26 von dem Griff 20 weggelassen werden.
Der Drücker 22 wird von dem Benutzer zum Einstellen der Strömungsrate des Luftstroms, der aus der Ausstoßöffnung 9 ausgestoßen wird, gedrückt. Die Drehscheibe 24 wird durch den Benutzer zum Einstellen der maximalen Strömungsrate des Luftstroms gedreht. Der Verriegelungsknopf 26 wird durch den Benutzer zum Halten des Drückers 22 an der maximal gedrückten Position oder Freigeben des Drückers 22 aus der maximal gedrückten Position zu einer Verriegelungsposition oder zu einer Entriegelungsposition bewegt. Wenn der Drücker 22 an der maximal gedrückten Position ist und der Verriegelungsknopf 26 zu der Verriegelungsposition bewegt wird, kommt der Verriegelungsknopf 26 mit dem Drücker 22 in Eingriff und hält den Drücker 22 an der maximal gedrückten Position. Wenn der Verriegelungsknopf 26 zu der Entriegelungsposition bewegt wird, kommt der Verriegelungsknopf 26 außer Eingriff mit dem Drücker 22. Wenn der Verriegelungsknopf 26 außer Eingriff mit dem Drücker 22 ist, kann der Benutzer den Drücker 22 zwischen der nicht gedrückten Position (oder der Anfangsposition) und der maximal gedrückten Position bewegen.
2-1-2. Elektrische Konfiguration
Wie in 2 gezeigt, weist das Gebläse 2 einen Lüfter 10 auf, der zum Drehen zum Erzeugen des Luftstroms ausgebildet ist. Der Lüfter 10 ist in dem Gebläsehauptkörper 6 aufgenommen. Der Lüfter 10 ist an einer Ausgabewelle 12 befestigt.
Das Gebläse 2 weist einen Motor 30 auf. Der Motor 30 ist in dem Gebläsehauptkörper 6 aufgenommen. Der Motor 30 treibt die Ausgabewelle 12 direkt oder indirekt durch einen Getriebemechanismus zum Drehen des Lüfters 10 zur Drehung an.
Bei dieser ersten Ausführungsform ist der Motor 30 ein bürstenloser Dreiphasengleichstrommotor. Der Motor 30 weist drei Wicklungen 30a bis 30c, einen Rotor 30r und drei Anschlüsse 30u bis 30w auf. Die drei Wicklungen 30a bis 30c sind in einer Delta-Konfiguration miteinander verbunden. Die drei Wicklungen 30a bis 30c entsprechen jeweils der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase des Motors 30. Der Rotor 30r weist einen nicht gezeigten Permanentmagneten auf. Der erste Anschluss 30u ist mit einem ersten Ende der ersten Wicklung 30a und ferner mit einem ersten Ende der dritten Wicklung 30c verbunden. Der zweite Anschluss 30v ist mit einem zweiten Ende der ersten Wicklung 30a und ferner mit einem ersten Ende der zweiten Wicklung 30b verbunden. Der dritte Anschluss 30w ist mit einem zweiten Ende der zweiten Wicklung 30b und ferner mit einem zweiten Ende der dritten Wicklung 30c verbunden. Bei anderen Ausführungsformen kann der Motor 30 ein anderer bürstenloser Motor sein, beispielsweise ein bürstenloser Einphasengleichstrommotor, ein bürstenloser Zweiphasengleichstrommotor und ein bürstenloser Gleichstrommotor mit vier oder mehr Phasen. Bei anderen Ausführungsformen können die drei Wicklungen 30a bis 30c in einer Sternkonfiguration (oder einer Y-Konfiguration) verbunden sein.
Bei dieser ersten Ausführungsform weist der Motor 30 ferner einen Drehsensor 32 auf. Der Drehsensor 32 weist (nicht gezeigt) drei Hall-Sensoren auf, die um den Rotor 30r angeordnet sind. Diese Hall-Sensoren geben drei Hall-Signale aus. Die drei Hall-Signale entsprechen jeweils der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase des Motors 30. Jedes der drei Hall-Signale ist ein analoges Signal, und jedes Mal, wenn sich der Motor 30r um 180 Grad elektrischen Winkel dreht, wird der logische Wert jedes der drei Hall-Signale invertiert.
Das Gebläse 2 weist eine Steuerung 40 auf. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerung 40 zusammen mit dem Gebläsehauptkörper 6 an dem Rückenträger 4 befestigt. Bei anderen Ausführungsformen kann die Steuerung 40 in einem anderen Bereich des Gebläses 2 angeordnet sein, beispielsweise in dem Gebläsehauptkörper 6.
Die Steuerung 40 ist zum Erhalten einer Gleichspannung (im Folgenden als „Batteriespannung“ bezeichnet) von dem Batteriepack 60 und ferner zum Antreiben und Steuern des Motors 30 ausgebildet.
Genauer gesagt weist die Steuerung 40 einen Regler 48 auf. Der Regler 48 erhält die Batteriespannung und erzeugt eine Betriebsspannung Vcc. Die Betriebsspannung Vcc ist eine festgelegte Gleichspannung. Jeder Teil der Steuerung 40 arbeitet mit dieser Betriebsspannung Vcc.
Die Steuerung 40 weist einen positivseitigen Strompfad Lp auf. Der positivseitige Strompfad Lp ist mit einer positiven Elektrode des Batteriepacks 60 verbunden. Die Steuerung 40 weist einen negativseitigen Strompfad Ln auf. Der negativseitige Strompfad Ln ist mit einer negativen Elektrode des Batteriepacks 60 verbunden.
Die Steuerung 40 weist eine Brückenschaltung 42 auf. Die Brückenschaltung 42 führt zum Drehen des Motors 30r einen Antriebsstrom von dem Batteriepack 60 (genauer gesagt, von einer Batterie oder Batterien in dem Batteriepack 60) den drei Wicklungen 30a bis 30c zu. Bei dieser ersten Ausführungsform liegt die Brückenschaltung 42 in Form einer Dreiphasenvollbrückenschaltung vor. Bei anderen Ausführungsformen kann die Brückenschaltung 42 eine beliebige andere Brückenschaltung sein. Bei anderen Ausführungsformen kann die Brückenschaltung 42 getrennt von der Steuerung 40 in dem Gebläse 2 angeordnet sein.
Die Brückenschaltung 42 weist als sogenannte obere Arme drei positivseitige Leitungspfade Lp1 bis Lp3 auf. Die drei positivseitigen Leitungspfade Lp1 bis Lp3 sind jeweils zum elektrisch Verbinden des positivseitigen Strompfads Lp mit den drei Anschlüssen 30u bis 30w und Zuführen des Antriebsstroms von dem positivseitigen Strompfad Lp zu den drei Anschlüssen 30u bis 30w ausgebildet. Die drei positivseitigen Leitungspfade Lp1 bis Lp3 weisen jeweils drei Schaltervorrichtungen Q1 bis Q3 als sogenannte hochseitige Schalter auf denselben auf. Die drei positivseitigen Leitungspfade Lp1 bis Lp3 werden durch die drei Schaltervorrichtungen Q1 bis Q3 geschlossen oder unterbrochen.
Die Brückenschaltung 42 weist als sogenannte untere Arme drei negativseitige Leitungspfade Ln1 bis Ln3 auf. Die drei negativseitigen Leitungspfade Ln1 bis Ln3 sind jeweils zum elektrisch Verbinden des negativen Strompfads Ln mit den drei Anschlüssen 30u bis 30w und Zuführen des Antriebsstroms zu dem negativseitigen Strompfad Ln von den drei Anschlüssen 30u bis 30w ausgebildet. Die drei negativseitigen Leitungspfade Ln1 bis Ln3 weisen jeweils drei Schaltervorrichtungen Q4 bis Q6 als sogenannte niedrigseitige Schalter auf denselben auf. Die drei negativseitigen Leitungspfade Ln1 bis Ln3 werden durch die drei Schaltervorrichtungen Q4 bis Q6 geschlossen oder unterbrochen.
Die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 sind Halbleiterschalter. Bei dieser ersten Ausführungsform liegen die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 in Form von N-Kanal Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) vor. Somit enthalten die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 sechs Dioden D1 bis D6 (sogenannte parasitäre Dioden oder Körperdioden). Genauer gesagt weisen die sechs Dioden D1 bis D6 Kathoden auf, die mit jeweiligen Drains der sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 verbunden sind. Die sechs Dioden D1 bis D6 weisen Anoden auf, die mit jeweiligen Sources der sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 verbunden sind. Bei anderen Ausführungsformen können die sechs Dioden D1 bis D6 zusätzlich zu den parasitären Dioden oder den Körperdioden derselben zu den sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 hinzugefügt werden.
Wenn eine der sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 in einem Aus-Zustand ist, können die sechs Dioden D1 bis D6 den Antriebsstrom in einer Richtung von dem negativseitigen Strompfad Ln zu dem positivseitigen Strompfad Lp durchlassen. Bei anderen Ausführungsformen können die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 andere Halbleitervorrichtungen sein, beispielsweise Bipolartransistoren und Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs).
Die Steuerung 40 weist eine Gate-Schaltung 44 auf. Die Gate-Schaltung 44 ist durch einen Drückerschalter 22A elektrisch mit der positiven Elektrode des Batteriepacks 60 verbunden. Die Gate-Schaltung 44 erhält die Batteriespannung von dem Batteriepack 60 und treibt die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 an. Der Drückerschalter 22A ist an dem Griff 20 vorgesehen und durch das oben beschriebene elektrische Kabel 29 elektrisch mit der Gate-Schaltung 44 verbunden. Der Drückerschalter 22A dieser ersten Ausführungsform ist zum Einschalten ansprechend auf ein Drücken des Drückers 22 ausgebildet.
Die Steuerung 40 weist eine Steuerschaltung 50 auf. Die Steuerschaltung 50 gibt sechs Steuersignale zu der Gate-Schaltung 44 aus und treibt den Motor 30 durch die Gate-Schaltung 44 und die Brückenschaltung 42 an und steuert diesen. Die sechs Steuersignale entsprechen jeweils den sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6. Die Gate-Schaltung 44 schaltet die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 gemäß den sechs Steuersignalen ein und aus. Die ersten drei Steuersignale können pulsbreitenmodulierte Signale (PWM-Signale) sein, und die Steuersignale vier bis sechs können Nicht-PWM-Signale sein, oder umgekehrt. Alternativ dazu können alle sechs Steuersignale PWM-Signale sein.
Die Steuerschaltung 50 der ersten Ausführungsform liegt in Form einer Microcontroller-Einheit (MCU) (oder in Form eines Microcomputers) mit einer CPU, einem ROM und einem RAM, die nicht gezeigt sind, vor. Bei dieser ersten Ausführungsform weist die Steuerschaltung 50 einen wiederbeschreibbaren, nicht flüchtigen Speicher 51 zum Speichern eines Zustands (eines Fehlerzustands oder dergleichen) des Motors 30 und der Steuerung 40 auf. Bei anderen Ausführungsformen kann die Steuerschaltung 50 anstelle der MCU oder zusätzlich dazu eine diskrete Elektronikkomponente, eine fest verdrahtete Logik, eine Application Specific Integrated Circuit (ASIC), ein Application Specific Standard Product (ASSP), eine programmierbare Logikvorrichtung (z.B. ein Field Programmable Gate Array (FPGA)) und/oder eine Kombination daraus aufweisen.
Die Steuerschaltung 50 ist durch das oben beschriebene elektrische Kabel 29 elektrisch mit dem oben beschriebenen Drückerschalter 22A verbunden.
Die Steuerschaltung 50 ist durch das elektrische Kabel 29 elektrisch mit einer Drückerbewegungsausmaßdetektionsschaltung 22B verbunden, die an dem Griff 20 vorgesehen ist. Die Steuerschaltung 50 erhält ein Drückerbewegungsausmaßsignal von der Drückerbewegungsausmaßdetektionsschaltung 22B. Das Drückerbewegungsausmaßsignal gibt ein Drückausmaß des Drückers 22 (im Folgenden auch als „Drückerbewegungsausmaß Ptgr“ bezeichnet) an. Das Drückerbewegungsausmaß Ptgr ist eine erste Eingabevariable, die der Steuerschaltung 50 durch den Drücker 22 zugeführt wird. Die Drückerbewegungsausmaßdetektionsschaltung 22B dieser ersten Ausführungsform weist einen nicht gezeigten variablen Widerstand auf. Der Widerstandswert dieses variablen Widerstands variiert gemäß dem Drückerbewegungsausmaß Ptgr. Mit diesem variablen Widerstand weist das Drückerbewegungsausmaßsignal der ersten Ausführungsform eine variable Spannung auf, die dem Drückerbewegungsausmaß Ptgr entspricht.
Die Steuerschaltung 50 ist durch das elektrische Kabel 29 elektrisch mit der oben beschrieben Drehscheibe 24 verbunden, die an dem Griff 20 vorgesehen ist. Die Steuerschaltung 50 erhält ein Drehscheibenwinkelsignal von der Drehscheibe 24. Das Drehscheibenwinkelsignal gibt einen Drehwinkel der Drehscheibe 24 (im Folgenden auch als „Drehscheibenwinkel Pdial“ bezeichnet) an. Der Drehscheibenwinkel Pdial ist eine zweite Eingabevariable, die der Steuerschaltung 50 durch die Drehscheibe 24 zugeführt wird. Die Drehscheibe 24 dieser ersten Ausführungsform weist einen nicht gezeigten variablen Widerstand auf. Der Widerstandswert dieses variablen Widerstands variiert gemäß dem Drehscheibenwinkel Pdial. Mit diesem variablen Widerstand weist das Drehscheibenwinkelsignal dieser ersten Ausführungsform eine variable Spannung auf, die dem Drehscheibenwinkel Pdial entspricht.
Die Steuerschaltung 50 ist durch das elektrische Kabel 29 elektrisch mit einem Aktivierungs-/Deaktivierungsschalter 28 verbunden, der an dem Griff 20 vorgesehen ist. Die Steuerschaltung 50 erhält ein Aktivierungs-/Deaktivierungssignal von dem Aktivierungs-/Deaktivierungsschalter 28. Der Aktivierungs-/Deaktivierungsschalter 28 der ersten Ausführungsform ist ein Momentschalter und normalerweise geöffnet. Jedes Mal, wenn der Aktivierungs-/Deaktivierungsschalter 28 durch den Benutzer manuell betätigt (beispielsweise gedrückt) wird (d.h., jedes Mal, wenn die Steuerschaltung 50 das Aktivierungs-/Deaktivierungssignal erhält), schaltet die Steuerschaltung 50 die Steuerung 40 zwischen einem Ein-Zustand (oder einem aktivierten Zustand) und einem Aus-Zustand (oder einem deaktivierten Zustand) um.
Die Steuerung 40 weist eine Batteriespannungsdetektionsschaltung 52 auf. Die Batteriespannungsdetektionsschaltung 52 detektiert einen Betrag der Batteriespannung. Die Batteriespannungsdetektionsschaltung 52 gibt ein Batteriespannungsdetektionssignal zu der Steuerschaltung 50 aus. Das Batteriespannungsdetektionssignal weist eine variable Spannung auf, die dem Betrag der Batteriespannung entspricht.
Die Steuerung 40 weist eine Stromdetektionsschaltung 46 auf dem negativseitigen Strompfad Ln auf. Die Stromdetektionsschaltung 46 detektiert einen Betrag des Antriebsstroms, der durch den Motor 30 fließt. Die Stromdetektionsschaltung 46 gibt ein Antriebsstromdetektionssignal zu der Steuerschaltung 50 aus. Das Antriebsstromdetektionssignal weist eine variable Spannung auf, die dem Betrag des Antriebsstroms entspricht.
Die Steuerung 40 weist eine Motortemperaturdetektionsschaltung 34 auf. Die Motortemperaturdetektionsschaltung 34 gibt ein Motortemperaturdetektionssignal zu der Steuerschaltung 50 aus. Die Motortemperaturdetektionsschaltung 34 weist einen nicht gezeigten Temperatursensor (z.B. einen Thermistor) auf, der an dem Motor 30 vorgesehen ist. Das Motortemperaturdetektionssignal weist eine variable Spannung auf, die der Temperatur des Motors 30 entspricht.
Die Steuerung 40 weist eine Drehwinkeldetektionsschaltung 36 auf. Die Drehwinkeldetektionsschaltung 36 erhält die drei Hall-Signale von dem Drehsensor 32. Die Drehwinkeldetektionsschaltung 36 detektiert einen Drehwinkel (oder eine Drehposition) des Rotors 30r (im Folgenden auch als „Rotorwinkel“ bezeichnet) basierend auf den drei Hall-Signalen.
Die Drehwinkeldetektionsschaltung 36 weist eine nicht gezeigte Wellenformschaltung auf. Diese Wellenformschaltung bringt die drei Hall-Signale in eine Pulsform (siehe 4 und 5). Die logischen Werte der gepulsten drei Hall-Signale werden ebenfalls jedes Mal, wenn sich der Rotor 30r um 180 Grad elektrischen Winkel dreht, invertiert.
Die Drehwinkeldetektionsschaltung 36 gibt bei 60-Grad-Intervallen des elektrischen Winkels ein Drehwinkeldetektionssignal zu der Steuerschaltung 50 aus, basierend auf jeder ansteigenden und/oder fallenden Flanke der gepulsten drei Hall-Signale. Das Drehwinkeldetektionssignal gibt an, dass sich der Rotor 30r um 60 Grad elektrischen Winkel gedreht hat.
Die Steuerschaltung 50 detektiert den Rotorwinkel basierend auf dem Drehwinkeldetektionssignal. Die Steuerschaltung 50 detektiert ferner basierend auf dem Drehwinkeldetektionssignal eine tatsächliche Anzahl von Drehungen pro Zeiteinheit (d.h. eine tatsächliche Drehfrequenz oder eine tatsächliche Drehzahl) des Motors 30.
Die Steuerung 40 weist eine Schaltertemperaturdetektionsschaltung 54 auf. Die Schaltertemperaturdetektionsschaltung 54 gibt ein Schaltertemperaturdetektionssignal zu der Steuerschaltung 50 aus. Die Schaltertemperaturdetektionsschaltung 54 weist einen nicht gezeigten Temperatursensor (z.B. einen Thermistor) auf, der an der Brückenschaltung 42 vorgesehen ist. Das Schaltertemperaturdetektionssignal gibt eine Temperatur in der Umgebung der sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 (d.h. eine Temperatur der Brückenschaltung 42) an. Das Schaltertemperaturdetektionssignal weist eine variable Spannung auf, die der Temperatur in der Umgebung der sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 entspricht.
Die Steuerung 40 weist eine Kommunikationsschaltung 58 auf. Die Kommunikationsschaltung 58 kommuniziert mit einer nicht gezeigten Kommunikationsschaltung, die in dem Batteriepack 60 vorgesehen ist. Die Steuerschaltung 50 erhält Information von dem Batteriepack 60 durch die Kommunikationsschaltung 58. Diese Information gibt eine verbleibende elektrische Energie in der Batterie und/oder eine Verschlechterung der Batterie an. Die Steuerschaltung 50 bestimmt basierend auf der von dem Batteriepack 60 erhaltenen Information, ob das Batteriepack 60 eine elektrische Energie aufweist, die größer oder gleich einer vorbestimmten minimalen elektrischen Energie ist. Diese minimale elektrische Energie kann einen beliebigen Betrag aufweisen und kann beispielsweise eine minimale Energiemenge sein, die zum Starten des Motors 30 benötigt wird.
2-1-3. Details von durch die Steuerschaltung ausgeführten Prozessen
Es wird ein erster Steuerprozess beschrieben, der von der Steuerschaltung 50 zum Steuern des Motors 30 ausgeführt wird. Bei dieser ersten Ausführungsform führt die Steuerschaltung 50 den folgenden ersten Steuerprozess als eine Hauptroutine aus, wenn die Steuerschaltung 50 bestimmt, dass das Batteriepack 60 keinen Fehler aufweist und die elektrische Energie aufweist, die größer oder gleich der minimalen elektrischen Energie ist.
Wie in 3 gezeigt, erhält die Steuerschaltung 50 in S110 („S“ bedeutet Schritt) zuerst das Drückerbewegungsausmaß Ptgr von der Drückerbewegungsausmaßdetektionsschaltung 22B. In S120 erhält die Steuerschaltung 50 den Drehscheibenwinkel Pdial von der Drehscheibe 24.
In S130 stellt die Steuerschaltung 50 eine Zieldrehfrequenz (oder eine Solldrehfrequenz) Rtgt des Motors 30 basierend auf dem erhaltenen Drückerbewegungsausmaß Ptgr und dem erhaltenen Drehscheibenwinkel Pdial ein.
Bei der ersten Ausführungsform berechnet die Steuerschaltung 50 die Zieldrehfrequenz Rtgt basierend auf der folgenden Formel (i).
$Rtgt = Rmax \times Ptgr \times Pdial$
In der Formel (i) bedeutet „Rmax“ eine erlaubte maximale Drehfrequenz des Motors 30. Das Drückerbewegungsausmaß Ptgr kann als ein Verhältnis in Bezug auf das maximale Bewegungsausmaß des Drückers 22 ausgedrückt werden. Der Drehscheibenwinkel Pdial kann als ein Verhältnis in Bezug auf den maximalen Drehwinkel der Drehscheibe 24 ausgedrückt werden.
Gemäß der Formel (i) stellt die Steuerschaltung 50 die Zieldrehfrequenz Rtgt so ein, dass die Zieldrehfrequenz Rtgt umso näher an der erlaubten maximalen Drehfrequenz Rmax ist, je größer das Drückerbewegungsausmaß Ptgr ist und je größer der Drehscheibenwinkel Pdial ist.
In dem darauf folgenden S 140 stellt die Steuerschaltung 50 eine Zieleinschaltdauer (oder eine Solleinschaltdauer oder eine benötigte Einschaltdauer) Dtgt basierend auf dem Drückerbewegungsausmaß Ptgr und dem Drehscheibenwinkel Pdial, die jeweils in S 110 und S120 erhalten werden, ein.
Bei dieser ersten Ausführungsform berechnet die Steuerschaltung 50 die Zieleinschaltdauer Dtgt basierend auf der folgenden Formel (ii).
$Dtgt = 100 % \times Ptgr \times Pdial \times K$
In der Formel (ii) ist „K“ ein Korrekturfaktor. Der Korrekturfaktor K dieser ersten Ausführungsform wird zum Korrigieren der Zieleinschaltdauer Dtgt auf 100%, wenn „Ptgr × Pdial“ größer oder gleich einer voreingestellten Schwelle ist, eingestellt. „Ptgr × Pdial“ ist ein manuell eingestellter Parameter, der gemäß dem Drückerbewegungsausmaß Ptgr und dem Drehscheibenwinkel Pdial variiert.
Gemäß der Formel (ii) stellt die Steuerschaltung 50 die Zieleinschaltdauer Dtgt so ein, dass die Zieleinschaltdauer Dtgt umso näher an 100% ist, je größer das Drückerbewegungsausmaß Ptgr ist und je größer der Drehscheibenwinkel Pdial ist, wenn der manuell eingestellte Parameter „Ptgr × Pdial“ kleiner als die Schwelle ist. Wenn der manuell eingestellte Parameter „Ptgr × Pdial“ größer oder gleich der Schwelle ist, stellt die Steuerschaltung 50 die Zieleinschaltdauer Dtgt auf 100% ein.
Nach Einstellen der Zieldrehfrequenz Rtgt und der Zieleinschaltdauer Dtgt schreitet die Steuerschaltung 50 zu S150 fort und führt einen ersten Motorsteuerprozess aus. In dem ersten Motorsteuerprozess steuert die Steuerschaltung 50 den Motor 30 basierend auf der Zieldrehfrequenz Rtgt und der Zieleinschaltdauer Dtgt.
Genauer gesagt führt die Steuerschaltung 50 in S150 eine in 4 gezeigte PWM-Steuerung in Kombination mit einer in 5 gezeigten Durchlasswinkelsteuerung aus.
Wie in 4 gezeigt, treibt die Steuerschaltung 50 in der PWM-Steuerung jedes Mal, wenn sich der Rotor 30r um 60 Grad elektrischen Winkel dreht, die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 paarweise an. Bei dieser ersten Ausführungsform treibt die Steuerschaltung 50 jedes Mal, wenn sich der Motor 30 um 60 Grad elektrischen Winkel dreht, der Reihe nach die folgenden sechs Paar durch die Gate-Schaltung 44 an.

- erstes Paar: erste Schaltervorrichtung Q1 und sechste Schaltervorrichtung Q6
- zweites Paar: erste Schaltervorrichtung Q1 und fünfte Schaltervorrichtung Q5
- drittes Paar: dritte Schaltervorrichtung Q3 und fünfte Schaltervorrichtung Q5
- viertes Paar: dritte Schaltervorrichtung Q3 und vierte Schaltervorrichtung Q4
- fünftes Paar: zweite Schaltervorrichtung Q2 und vierte Schaltervorrichtung Q4
- sechstes Paar: zweite Schaltervorrichtung Q2 und sechste Schaltervorrichtung Q6

Bei dieser ersten Ausführungsform treibt die Steuerschaltung 50 bei jedem der sechs Paare eine Schaltervorrichtung (im Folgenden als „PWM-angetriebener Schalter“ bezeichnet) mit dem PWM-Signal an und treibt die andere Schaltervorrichtung (im Folgenden auch als „Nicht-PWM-angetriebener Schalter“ bezeichnet) mit dem Nicht-PWM-Signal an. Die Steuerschaltung 50 steuert den Betrag des Antriebsstroms durch (i) wiederholtes Ein- und Ausschalten des PWM-angetriebenen Schalters mit dem PWM-Signal bei regelmäßigen Intervallen und durch (ii) Einstellen und Halten des Nicht-PWM-angetriebenen Schalters in dem Ein-Zustand mit dem Nicht-PWM-Signal. Bei anderen Ausführungsformen können beide Schaltervorrichtungen jedes Paars die PWM-angetriebenen Schalter sein. Alternativ kann die Steuerschaltung 50 die PWM-angetriebenen Schalter zu einem beliebigen Zeitpunkt zwischen den hochseitigen Schaltern und den niedrigseitigen Schaltern vertauschen.
Die in S 140 eingestellte Zieleinschaltdauer Dtgt wird zum Erzeugen des PWM-Signals verwendet.
Durch solch eine PWM-Steuerung wird die tatsächliche Drehfrequenz Rnow des Motors 30 so gesteuert, dass sie konsistent mit der Zieldrehfrequenz Rtgt ist. Jede der jeweiligen Dauern, während der die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 angetrieben werden, wird als sogenannter Durchlasswinkel bezeichnet.
Wenn der Betrag des Durchlasswinkels auf 120 Grad elektrischen Winkel festgelegt ist, werden die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 der Reihe nach ein- und ausgeschaltet, während sich der Motor um 360 Grad elektrischen Winkel dreht. Demzufolge können die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 einen großen Wärmeverlust erzeugen, und in der Brückenschaltung 42 kann viel Wärme erzeugt werden.
Bei dieser ersten Ausführungsform wird zusätzlich zu der PWM-Steuerung die in 5 beispielhaft gezeigte Durchlasswinkelsteuerung ausgeführt. Demzufolge wird jedes Mal, wenn sich der Motor 30 um 60 Grad elektrischen Winkel dreht (d.h. bevor der Rotorwinkel den nächsten Durchlasswinkel erreicht), jede Dauer, wenn die PWM-Steuerung ausgeführt wird, d.h., jede Dauer, wenn die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 angetrieben werden, angepasst (oder verkürzt), wodurch die in der Brückenschaltung 42 erzeugte Wärme gehemmt werden kann.
In der Durchlasswinkelsteuerung wird der Betrag des Durchlasswinkels auf weniger als 120 Grad elektrischen Winkel eingestellt, was der maximale Betrag des Durchlasswinkels ist. Nach Ablauf des Durchlasswinkels werden die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 zwangsweise ausgeschaltet.
Bei dieser ersten Ausführungsform wird die Durchlasswinkelsteuerung in Kombination mit der PWM-Steuerung ausgeführt, und damit wird, während die in den sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 erzeugte Wärme gehemmt wird, die tatsächliche Drehfrequenz Rnow so gesteuert (oder eingestellt), dass sie die Zieldrehfrequenz Rtgt ist.
In der PWM-Steuerung wird nach einem Start des Antriebs des Motors 30 eine tatsächliche Einschaltdauer (oder eine Ausgabeeinschaltdauer oder eine Antriebseinschaltdauer) Dnow des PWM-Signals allmählich auf die Zieleinschaltdauer Dtgt erhöht. Demzufolge wird ein Soft-Start des Motors 30 durchgeführt, wodurch ein Flie-ßen einer Einschaltstromspitze in den Motor 30 gehemmt wird.
In dem ersten Motorsteuerprozess in S 150 führt, wie in 6 gezeigt, die Steuerschaltung 50 in S200 einen Durchlasswinkeleinstellprozess aus. In dem Durchlasswinkeleinstellprozess steuert (bzw. stellt ein, ändert, variiert oder aktualisiert) die Steuerschaltung 50 den Betrag des Durchlasswinkels für die Durchlasswinkelsteuerung, so dass die tatsächliche Drehfrequenz Rnow konsistent mit der Zieldrehfrequenz Rtgt ist.
In dem darauf folgenden S300 führt die Steuerschaltung 50 einen ersten Einschaltdauereinstellprozess aus. In dem ersten Einschaltdauereinstellprozess steuert (stellt ein, ändert, variiert oder aktualisiert) die Steuerschaltung 50 die tatsächliche Einschaltdauer Dnow so, dass die tatsächliche Einschaltdauer Dnow konsistent mit der Zieleinschaltdauer Dtgt ist.
Die Reihenfolge der Ausführungen des Durchlasswinkeleinstellprozesses von S200 und des ersten Einschaltdauereinstellprozesses von S300 kann geändert werden, solange diese Prozesse fast gleichzeitig ausgeführt werden können. Das heißt, der erste Einschaltdauereinstellprozess von S300 kann nach dem Durchlasswinkeleinstellprozess von S200 ausgeführt werden, wie in 6 gezeigt, oder er kann vor dem Durchlasswinkeleinstellprozess von S200 ausgeführt werden.
Wie in 6 gezeigt, erhält die Steuerschaltung 50 in dem Durchlasswinkeleinstellprozess in S210 eine aktuelle (vorliegende) Drehfrequenz Rnow basierend auf dem Drehwinkeldetektionssignal, das durch die Drehwinkeldetektionsschaltung 36 eingegeben wird.
In dem darauf folgenden S220 vergleicht die Steuerschaltung 50 die erhaltende aktuelle tatsächliche Drehfrequenz Rnow mit der in S130 eingestellten Zieldrehfrequenz Rtgt. Wenn die tatsächliche Drehfrequenz Rnow kleiner als die Zieldrehfrequenz Rtgt ist (S220: Ja) schreitet die Steuerschaltung 50 zu S230 fort. In S230 addiert die Steuerschaltung 50 einen voreingestellten festen Wert zu dem aktuell eingestellten Durchlasswinkel, so dass der Durchlasswinkel erhöht wird, und schreitet zu S300 fort.
Der maximale Betrag des Durchlasswinkels ist 120 Grad elektrischer Winkel, wie oben beschrieben. Daher ist in S230 der elektrische Winkel von 120 Grad die obere Grenze für den Betrag des Durchlasswinkels. Der Anfangsbetrag des Durchlasswinkels zum Zeitpunkt eines Starts des Motors 30 ist auf die obere Grenze eingestellt. Wie in 7 gezeigt, wird nach dem Start des Antriebs des Motors 30 der Betrag des Durchlasswinkels bei 120 Grad elektrischer Winkel gehalten, bis die tatsächliche Drehfrequenz Rnow die Zieldrehfrequenz Rtgt erreicht.
Wenn in S220 die tatsächliche Drehfrequenz Rnow größer oder gleich der Zieldrehfrequenz Rtgt ist (S220: Nein), schreitet die Steuerschaltung 50 zu S240 fort. In S240 subtrahiert die Steuerschaltung 50 den voreingestellten festen Wert von dem Durchlasswinkel, der aktuell eingestellt ist, so dass der Durchlasswinkel verringert wird, und schreitet zu S300 fort. Bei dieser ersten Ausführungsform ist der minimale Betrag des Durchlasswinkels auf 70 Grad elektrischer Winkel eingestellt. Daher ist in S240 der elektrische Winkel von 70 Grad die untere Grenze des Betrags des Durchlasswinkels. Bei anderen Ausführungsformen kann der Minimalbetrag des Durchlasswinkels größer oder kleiner 70 Grad elektrischer Winkel sein.
In dem ersten Einschaltdauereinstellprozess in S300 erhält die Steuerschaltung 50 in S310 eine aktuelle (vorliegende) tatsächliche Einschaltdauer Dnow. In dem darauffolgenden S320 vergleicht die Steuerschaltung 50 die erhaltene aktuelle tatsächliche Einschaltdauer Dnow mit der S 140 eingestellten Zieleinschaltdauer Dtgt.
Wenn die aktuelle tatsächliche Einschaltdauer Dnow niedriger als die Zieleinschaltdauer Dtgt ist (S320: Nein), schreitet die Steuerschaltung 50 zu S330 fort. In S330 addiert die Steuerschaltung 50 den voreingestellten festen Wert zum Erhöhen der tatsächlichen Einschaltdauer Dnow zu der aktuellen tatsächliche Einschaltdauer Dnow. Dann beendet die Steuerschaltung 50 den ersten Motorsteuerprozess von S150.
Bei dieser ersten Ausführungsform wird der maximale Wert der tatsächlichen Einschaltdauer Dnow auf 100% eingestellt. Daher kann in S330 die tatsächliche Einschaltdauer Dnow bis auf 100% erhöht werden. Der Anfangswert der tatsächlichen Einschaltdauer Dnow, die beim Start des Antriebs des Motors 30 angewandt wird, wird auf 0% eingestellt, was der minimale Wert der tatsächlichen Einschaltdauer Dnow ist. Bei anderen Ausführungsformen kann der maximale Wert der tatsächlichen Einschaltdauer Dnow auf weniger als 100% eingestellt werden, und/oder der minimale Wert der tatsächlichen Einschaltdauer Dnow kann auf mehr als 0% eingestellt werden.
Nach Abschluss des ersten Motorsteuerprozesses in S150 schreitet die Steuerschaltung 50 zu S 110 fort und führt erneut die Prozesse in S 110 und den anschließenden Schritten aus.
2-1-4. Zusammenfassung des Betriebs
Wie oben beschrieben, werden bei dem Gebläse 2 dieser ersten Ausführungsform die Zieldrehfrequenz Rtgt und die Zieleinschaltdauer Dtgt gemäß dem Drückerbewegungsausmaß Ptgr und dem Drehscheibenwinkel Pdial eingestellt.
Nach dem Start des Antriebs des Motors 30 wird die tatsächliche Einschaltdauer Dnow allmählich von 0% auf die Zieleinschaltdauer Dtgt erhöht. Der Betrag des Durchlasswinkels wird auf 120 Grad elektrischer Winkel eingestellt, bis die tatsächliche Drehfrequenz Rnow die Zieldrehfrequenz Rtgt erreicht.
Wie in 7 gezeigt, erhöht sich nach dem Start des Antriebs des Motors 30 die tatsächliche Drehfrequenz Rnow mit einer im Wesentlichen konstanten Steigung oder einem im Wesentlichen konstanten Gradienten (d.h. einer xRate einer Erhöhung), gemäß einer Erhöhung der tatsächlichen Einschaltdauer Dnow. Nachdem die tatsächliche Drehfrequenz Rnow die Zieldrehfrequenz Rtgt erreicht hat, wird der Betrag des Durchlasswinkels durch die Durchlasswinkelsteuerung zum Halten der tatsächlichen Drehfrequenz Rnow bei der Zieldrehfrequenz Rtgt gesteuert.
Wenn die tatsächliche Einschaltdauer Dnow in einem Zustand, in dem (i) die Zieleinschaltdauer Dtgt auf 100% eingestellt ist und (ii) die tatsächliche Drehfrequenz Rnow die Zieldrehfrequenz Rtgt erreicht, nicht die Zieleinschaltdauer Dtgt erreicht, erhöht sich die tatsächliche Einschaltdauer Dnow kontinuierlich, und die dem Motor 30 zugeführte elektrische Leistung wird durch die PWM-Steuerung erhöht. Der Betrag des Durchlasswinkels wird jedoch durch die Durchlasswinkelsteuerung verringert, wodurch eine Erhöhung der elektrischen Leistung, die dem Motor 30 zugeführt wird, gehemmt wird.
Nachdem die tatsächliche Drehfrequenz Rnow die Zieldrehfrequenz Rtgt erreicht hat, wird die tatsächliche Drehfrequenz Rnow durch die Durchlasswinkelsteuerung bei der Zieldrehfrequenz Rtgt gesteuert. Demzufolge wird der Betrag des Durchlasswinkels, der auf jede der sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 angewandt wird, kleiner als 60 Grad elektrischer Winkel.
Wenn der Motor 30 angetrieben wird, wenn (i) der manuell eingestellte Parameter, der durch das Drückerbewegungsausmaß Ptgr und den Drehscheibenwinkel Pdial bestimmt ist, größer oder gleich der Schwelle ist und (ii) eine große Last an den Motor 30 angelegt wird, wird die Zieleinschaltdauer Dtgt auf 100% eingestellt. Demzufolge kann verhindert werden, dass jeder der PWM-angetriebenen Schalter in dem entsprechenden Durchlasswinkel wiederholt ein- und ausgeschaltet wird.
Wie oben beschrieben, kann bei dem Gebläse 2 dieser ersten Ausführungsform der Leistungsverlust, der in den sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 erzeugt wird, verringert werden, und die aufgrund des Leistungsverlusts in der Brückenschaltung 42 erzeugte Wärme kann verringert werden.
Wie in 8 gezeigt, werden, wenn die tatsächliche Drehfrequenz Rnow durch die PWM-Steuerung auf die Zieldrehfrequenz Rtgt gesteuert wird und der Betrag des Durchlasswinkels auf 120 Grad elektrischer Winkel festgelegt ist, die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 der Reihe nach und kontinuierlich ein- und ausgeschaltet. In diesem Fall können die sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 einen gro-ßen Leistungsverlust erzeugen, und in der Brückenschaltung 42 kann viel Wärme erzeugt werden. Die erste Ausführungsform kann solche Probleme verringern.
2-1-5. Entsprechung zwischen Ausdrücken
Bei der ersten Ausführungsform entspricht der Lüfter 10 einem Beispiel für das angetriebene Gerät der Übersicht der Ausführungsformen. Einer der drei Anschlüsse 30u bis 30w entspricht einem Beispiel für den ersten Anschluss der Übersicht der Ausführungsformen, und ein anderer der drei Anschlüsse 30u bis 30w entspricht einem Beispiel für den zweiten Anschluss der Übersicht der Ausführungsformen. Das Batteriepack 60 entspricht einem Beispiel für die Gleichstromleistungsquelle der Übersicht der Ausführungsformen. Die Kombination aus dem positivseitigen Strompfad Lp und einem der drei positivseitigen Leitungspfade Lp1 bis Lp3 entspricht einem Beispiel für den ersten positivseitigen Leitungspfad der Übersicht der Ausführungsformen. Die Kombination aus dem negativseitigen Strompfad Ln und einem der drei negativseitigen Leitungspfade Ln1 bis Ln3 entspricht einem Beispiel für den ersten negativseitigen Leitungspfad der Übersicht der Ausführungsformen. Der PWM-angetriebene Schalter einer der sechs Paare entspricht einem Beispiel für den ersten Schalter der Übersicht der Ausführungsformen, und der Nicht-PWM-angetriebene Schalter eines der sechs Paare entspricht einem Beispiel für den zweiten Schalter der Übersicht der Ausführungsformen. Die Kombination aus dem Drücker 22 mit der Drehscheibe 24 entspricht einem Beispiel für den manuellen Schalter der Übersicht der Ausführungsformen. Jedes von dem Drückerbewegungsausmaßsignal und dem Drehscheibenwinkelsignal entspricht einem Beispiel für das Eingabesignal der Übersicht der Ausführungsformen. Das Drückerbewegungsausmaß Ptgr und der Drehscheibenwinkel Pdial entsprechen jeweils einem Beispiel für die Eingabevariable der Übersicht der Ausführungsformen.
2-2. Zweite Ausführungsform
Wie oben beschrieben, wird bei der ersten Ausführungsform, wenn der manuell eingestellte Parameter, der durch das Drückerbewegungsausmaß Ptgr und den Drehscheibenwinkel Pdial bestimmt ist, kleiner als die Schwelle ist, ein Wert, der dem manuell eingestellten Parameter entspricht und weniger als 100% beträgt, als die Zieleinschaltdauer Dtgt eingestellt.
Bei der zweiten Ausführungsform wird die Zieleinschaltdauer Dtgt unabhängig von dem manuell eingestellten Parameter auf 100% eingestellt.
In dem ersten Motorsteuerprozess von S 150 wird anstelle des ersten Einschaltdauereinstellprozesses von S300, der in 6 gezeigt, ein zweiter Einschaltdauereinstellprozess von S400, der in 9 gezeigt ist, ausgeführt.
Wie in 9 gezeigt, bestimmt die Steuerschaltung 50 in dem zweiten Einschaltdauereinstellprozess von S400 in S410, ob die Zieldrehfrequenz Rtgt größer als null ist, mit anderen Worten, ob ein Antriebserfordernis für den Motor 30 erfüllt ist.
Wenn die Zieldrehfrequenz Rtgt größer als null ist, d.h., wenn das Antriebserfordernis erfüllt ist (S410: Ja), schreitet die Steuerschaltung 50 zu S420 fort. Wenn das Antriebserfordernis nicht erfüllt ist (S410: Nein), schreitet die Steuerschaltung 50 zu S450 fort.
In S420 erhält die Steuerschaltung 50 die aktuelle tatsächliche Einschaltdauer Dnow, und sie bestimmt dann in dem darauf folgenden S430, ob die erhaltene aktuelle tatsächliche Einschaltdauer Dnow kleiner als 100% ist.
Wenn die aktuelle tatsächliche Einschaltdauer Dnow kleiner als 100% ist (S430: Ja), schreitet die Steuerschaltung 50 zu S440 fort. In S440 addiert die Steuerschaltung 50 den voreingestellten festen Wert zu der aktuellen tatsächlichen Einschaltdauer Dnow und erhöht die tatsächliche Einschaltdauer Dnow. Nach Abschluss von S440 beendet die Steuerschaltung 50 den zweiten Einschaltdauereinstellprozess.
Wenn in S430 die aktuelle tatsächliche Einschaltdauer Dnow 100% erreicht (S430: Nein), beendet die Steuerschaltung 50 den zweiten Einschaltdauereinstellprozess.
In S450 stellt die Steuerschaltung 50, da das Antriebserfordernis für den Motor 30 nicht erfüllt ist, die tatsächliche Einschaltdauer Dnow auf 0% ein und beendet den zweiten Einschaltdauereinstellprozess.
Wie in 10 gezeigt, wird bei dieser zweiten Ausführungsform der Anfangswert der Zieleinschaltdauer Dtgt unabhängig von dem manuell eingestellten Parameter auf 100% eingestellt. Auf der anderen Seite wird die tatsächliche Einschaltdauer Dnow ausgehend von dem Start des Antriebs des Motors 30 allmählich um den voreingestellten festen Wert erhöht, bis die tatsächliche Einschaltdauer Dnow 100% erreicht.
Bei dieser zweiten Ausführungsform wird auf dieselbe Weise wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform nach dem Start des Antriebs des Motors 30 ein Soft-Start des Motors 30 durchgeführt, und ein Fließen einer Einschaltstromspitze in den Motor 30 kann gehemmt werden. Nach dem Start des Antriebs des Motors 30 werden die PWM-angetriebenen Schalter durch die PWM-Steuerung wiederholt ein- und ausgeschaltet, bis die tatsächliche Einschaltdauer Dnow 100% erreicht. Nachdem die tatsächliche Einschaltdauer Dnow 100% erreicht hat, werden die PWM-angetriebenen Schalter durch die PWM-Steuerung nicht wiederholt ein- und ausgeschaltet.
Bei dieser zweiten Ausführungsform kann der durch das Ein- und Ausschalten der PWM-angetriebenen Schalter erzeugte Leistungsverlust effektiver gehemmt werden, wodurch die in der Brückenschaltung 42 erzeugte Wärme verringert wird.
2-3. Dritte Ausführungsform
Bei dieser dritten Ausführungsform führt die Steuerschaltung 50 einen zweiten Steuerprozess, der in 11 gezeigt ist, anstelle des ersten Steuerprozesses, der in 3 gezeigt ist, aus. In dem zweiten Steuerprozess führt die Steuerschaltung 50 Prozesse von S125 bis S155 anstelle der Prozesse S130 bis S150, die in 3 gezeigt sind, aus.
In S135 stellt die Steuerschaltung 50 eine erste Zieldrehfrequenz RtgtA gemäß dem manuell eingestellten Parameter ein, wie in S130. Die erste Zieldrehfrequenz RtgtA ist eine Zieldrehfrequenz, die auf die Durchlasswinkelsteuerung angewandt wird. In S145 addiert die Steuerschaltung 50 einen spezifizierten Offset-Wert (z.B. 500 U/min) zu der ersten Zieldrehfrequenz RtgtA, so dass eine zweite Zieldrehfrequenz RtgtB eingestellt wird. Die zweite Zieldrehfrequenz RtgtB ist eine Zieldrehfrequenz, die auf die PWM-Steuerung angewandt wird. In dem darauf folgenden S155 führt die Steuerschaltung 50 einen zweiten Motorsteuerprozess aus, der durch in 12 gezeigte Schritte durchgeführt wird.
Wie in 12 gezeigt, führt die Steuerschaltung 50 in dem zweiten Motorsteuerprozess von S155 in S200 den Durchlasswinkeleinstellprozess der ersten Ausführungsform aus. Bei dieser dritten Ausführungsform wird der Durchlasswinkeleinstellprozess in einer Weise ähnlich zu der der ersten Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, ausgeführt. Die Steuerschaltung 50 steuert jedoch den Betrag des Durchlasswinkels so, dass die tatsächliche Drehfrequenz Rnow des Motors 30 konsistent mit der ersten Zieldrehfrequenz RtgtA ist.
In dem zweiten Motorsteuerprozess von S155 führt die Steuerschaltung 50 einen dritten Einschaltdauereinstellprozess von S500 anstelle des ersten Einschaltdauereinstellprozesses von S300 in 6 oder des zweiten Einschaltdauereinstellprozesses von S400 in 9 aus.
In diesem dritten Einschaltdauereinstellprozess erhält die Steuerschaltung 50 in S510 die aktuelle tatsächliche Drehfrequenz Rnow basierend auf dem von der Drehwinkeldetektionsschaltung 36 eingegebenen Drehwinkeldetektionssignal. In dem darauf folgenden S520 vergleicht die Steuerschaltung 50 die erhaltene tatsächliche Drehfrequenz Rnow mit der in S 145 eingestellten zweiten Zieldrehfrequenz RtgtB.
Wenn die tatsächliche Drehfrequenz Rnow kleiner als die zweite Zieldrehfrequenz RtgtB ist (S520: Ja), schreitet die Steuerschaltung 50 zu S530 fort. In S530 addiert die Steuerschaltung 50 den voreingestellten festen Wert zu der aktuellen tatsächlichen Einschaltdauer Dnow, so dass die tatsächliche Einschaltdauer Dnow erhöht wird, und beendet den dritten Einschaltdauereinstellprozess. Bei dieser dritten Ausführungsform wird der maximale Wert der tatsächlichen Einschaltdauer Dnow auf 100% eingestellt. Daher kann in S530 die tatsächliche Einschaltdauer Dnow bis auf 100% erhöht werden.
Wenn in S520 die tatsächliche Drehfrequenz Rnow größer oder gleich der zweiten Zieldrehfrequenz RtgtB ist (S520: Nein), schreitet die Steuerschaltung 50 zu S540 fort. In S540 subtrahiert die Steuerschaltung 50 den voreingestellten festen Wert von der aktuellen tatsächlichen Einschaltdauer Dnow, so dass die tatsächliche Einschaltdauer Dnow verringert wird, und beendet den dritten Einschaltdauereinstellprozess. Bei dieser dritten Ausführungsform wird der minimale Wert der tatsächlichen Einschaltdauer Dnow auf 1% eingestellt. Daher kann in S530 die tatsächliche Einschaltdauer Dnow bis auf 1% verringert werden. Bei anderen Ausführungsformen kann der minimale Wert der tatsächlichen Einschaltdauer Dnow größer als 1% sein.
Auf diese Weise werden bei der dritten Ausführungsform die erste Zieldrehfrequenz RtgtA und die zweite Zieldrehfrequenz RtgtB eingestellt. In der Durchlasswinkelsteuerung wird der Betrag des Durchlasswinkels so gesteuert, dass die tatsächliche Drehfrequenz Rnow konsistent mit der ersten Zieldrehfrequenz RtgtA ist. In der PWM-Steuerung wird die tatsächliche Einschaltdauer Dnow so gesteuert, dass die tatsächliche Drehfrequenz Rnow konsistent mit der zweiten Zieldrehfrequenz RtgtB ist.
Wie in 13 gezeigt, ist die zweite Zieldrehfrequenz RtgtB um den Offset-Wert größer als die erste Zieldrehfrequenz RtgtA. Daher erreicht nach dem Start des Antriebs des Motors 30 die tatsächliche Drehfrequenz Rnow die erste Zieldrehfrequenz RtgtA, und sie wird durch die Durchlasswinkelsteuerung bei der ersten Zieldrehfrequenz RtgtA gehalten.
Daher wird in der PWM-Steuerung, auch wenn die tatsächliche Drehfrequenz Rnow die erste Zieldrehfrequenz RtgtA erreicht, zur weiteren Erhöhung der tatsächlichen Drehfrequenz Rnow die tatsächliche Einschaltdauer Dnow allmählich erhöht, bis die tatsächliche Einschaltdauer Dnow 100% erreicht.
Dementsprechend wird bei der dritten Ausführungsform die PWM-Steuerung ähnlich zu der zweiten Ausführungsform ausgeführt, bei der die Zieleinschaltdauer Dtgt der PWM-Steuerung auf 100% eingestellt wird, und es können Wirkungen ähnlich zu denen der zweiten Ausführungsform erhalten werden.
2-4. Variation
Wenngleich einige beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann auf verschiedene Weisen modifiziert werden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Kombination aus dem Drücker 22 und der Drehscheibe 24 als der manuelle Schalter vorgesehen, und die Zieldrehfrequenz Rtgt und die Zieleinschaltdauer Dtgt werden basierend auf der manuellen Betätigung des Drückers 22 und der Drehscheibe 24 eingestellt. Der manuelle Schalter kann jedoch ein manueller Schalter sein, der eine andere Form als die aus dem Drücker 22 und der Drehscheibe 24 bestehende aufweist. Beispiele für den manuellen Schalter können eine Tastatur, ein Touchpanel und eine graphische Benutzerschnittstelle (GUI) beinhalten.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen werden die Zieldrehfrequenz Rtgt und die Zieleinschaltdauer Dtgt basierend auf dem Drückerbewegungsausmaß Ptgr und dem Drehscheibenwinkel Pdial eingestellt. Bei anderen Ausführungsformen können die Zieldrehfrequenz Rtgt und/oder die Zieleinschaltdauer Dtgt basierend auf dem numerischen Wert, der durch den manuellen Schalter in die Steuerschaltung 50 eingegeben wird, eingestellt werden.
Auf dieselbe Weise wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen kann die Technik der vorliegenden Offenbarung auf eine elektrische Arbeitsmaschine einer beliebigen Form, die sich von der des Gebläses unterscheidet, angewandt werden, beispielsweise eine elektrische Arbeitsmaschine mit einem Werkzeugbit oder einem anderen angetriebenen Gerät (oder Werkzeug), das sich von dem Lüfter 10, der an der Ausgabewelle angebracht ist, unterscheidet.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen enthält der Motor 30 den Drehsensor 32. Der Motor 30 muss jedoch den Drehsensor 32 nicht notwendigerweise enthalten.
In diesem Fall kann die Drehwinkeldetektionsschaltung 36 bei einem sogenannten sensorlosen Verfahren den Rotorwinkel basierend auf induzierten Spannungen, die in den Wicklungen 30a bis 30c erzeugt werden, detektieren.
In der Durchlasswinkelsteuerung der oben beschriebenen drei Ausführungsformen wird, wie in 5 gezeigt, der Betrag des Durchlasswinkels kleiner als 120 Grad elektrischer Winkel gemacht, indem die Aus-Zeitpunkte zum zwangsweise Ausschalten der sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 vorgezogen werden.
Bei anderen Ausführungsformen kann der Betrag des Durchlasswinkels durch Verzögern der Ein-Zeitpunkte der sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 gesteuert werden. Alternativ dazu kann der Betrag des Durchlasswinkels durch Einstellen sowohl der Ein-Zeitpunkte als auch der Aus-Zeitpunkte der sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 gesteuert werden. Alternativ dazu kann der Betrag des Durchlasswinkels durch Einstellen von Dauern eines Ausschaltens der sechs Schaltervorrichtungen Q1 bis Q6 während eines elektrischen Winkels von 120 Grad gesteuert werden.
Zwei oder mehr Funktionen eines Elements der oben beschriebenen Ausführungsformen können durch zwei oder mehr Elemente durchgeführt werden, und eine Funktion eines Elements kann durch zwei oder mehr Elemente durchgeführt werden. Ferner können zwei oder mehr Funktionen von zwei oder mehr Elementen durch ein Element durchgeführt werden, und eine Funktion, die durch zwei oder mehr Elemente durchgeführt wird, kann durch ein Element durchgeführt werden. Ferner kann ein Teil der Konfigurationen der oben beschriebenen Ausführungsformen weggelassen werden. Mindestens ein Teil der Konfigurationen einer der oben beschriebenen drei Ausführungsformen kann zu der Konfiguration der anderen der oben beschriebenen drei Ausführungsformen hinzugefügt werden oder diese ersetzen.
Zusätzlich zu der elektrischen Arbeitsmaschine kann die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weisen ausgeführt werden, einschließlich eines Systems mit der elektrischen Arbeitsmaschine, eines Programms zum Bewirken, dass ein Computer als die elektrische Arbeitsmaschine funktioniert, eines nichtflüchtigen physischen Speichermediums, beispielsweise ein Halbleiterspeicher, der das Programm speichert, und eines Steuerverfahrens der elektrischen Arbeitsmaschine.
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 6491025 B2 [0002]

Claims

Elektrische Arbeitsmaschine (2) mit: einer Ausgabewelle (12), die an einem angetriebenen Gerät (10) angebracht ist oder dazu ausgebildet ist, daran angebracht zu werden; einem bürstenlosen Gleichstrommotor (30), der (i) einen Rotor (30r), einen ersten Anschluss (30u; 30v; 30w) und einen zweiten Anschluss (30u; 30v; 30w) aufweist und (ii) dazu ausgebildet ist, die Ausgabewelle zur Drehung anzutreiben, wobei der erste Anschluss und der zweite Anschluss zum Ziehen eines Antriebsstroms zu dem bürstenlosen Gleichstrommotor und Ziehen des Antriebsstroms von dem bürstenlosen Gleichstrommotor zum Drehen des bürstenlosen Gleichstrommotors ausgebildet sind; einem ersten positivseitigen Leitungspfad (Lp, Lp1; Lp2; Lp3), der dazu ausgebildet ist, eine positive Elektrode einer Gleichstromleistungsquelle (60) zum Zuführen des Antriebsstroms von der positiven Elektrode zu dem ersten Anschluss elektrisch mit dem ersten Anschluss zu verbinden; einem ersten negativseitigen Leitungspfad (Ln, Ln1; Ln2; Ln3), der dazu ausgebildet ist, eine negative Elektrode der Gleichstromleistungsquelle zum Zuführen des Antriebsstroms von dem zweiten Anschluss zu der negativen Elektrode elektrisch mit dem zweiten Anschluss zu verbinden; einer ersten Schaltervorrichtung (Q1; Q2; Q3; Q4; Q5; Q6) (i) auf dem ersten positivseitigen Leitungspfad oder dem ersten negativseitigen Leitungspfad und (ii) ausgebildet zum Schließen oder Unterbrechen des ersten positivseitigen Leitungspfads oder des ersten negativseitigen Leitungspfads; einem manuellen Schalter (22, 24), der dazu ausgebildet ist, (i) eine manuelle Betätigung von einem Benutzer der elektrischen Arbeitsmaschine zu erhalten und (ii) ein Eingabesignal zu erzeugen, wobei das Eingabesignal eine Eingabevariable angibt und die Eingabevariable gemäß der manuellen Betätigung variiert; einem Drehsensor (32), der zum Ausgeben eines Drehwinkelsignals, das einem Drehwinkel des Rotors entspricht, ausgebildet ist; und einer Steuerung (40), die ausgebildet ist zum Einstellen einer Zieldrehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors basierend auf der Eingabevariablen, Detektieren (i) des Drehwinkels des Rotors und (ii) einer tatsächlichen Drehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors basierend auf dem Drehwinkelsignal, Antreiben der ersten Schaltervorrichtung, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb eines Durchlasswinkels liegt, und Steuern des Betrags des Durchlasswinkels basierend auf der tatsächlichen Drehfrequenz und der Zieldrehfrequenz.
Elektrische Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, bei der die Steuerung zum Ausgeben eines pulsbreitenmodulierten Signals zu der ersten Schaltervorrichtung, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb des Durchlasswinkels liegt, ausgebildet ist.
Elektrische Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, bei der die Steuerung ausgebildet ist zum Einstellen einer Zieleinschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals basierend auf der Eingabevariablen und Einstellen einer tatsächlichen Einschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals basierend auf der Zieleinschaltdauer.
Elektrische Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, bei der die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Zieldrehfrequenz und die Zieleinschaltdauer gemäß einer Erhöhung der Eingabevariablen zu erhöhen.
Elektrische Arbeitsmaschine nach Anspruch 4, bei der der manuelle Schalter dazu ausgebildet ist, von dem Benutzer bewegt zu werden, und sich die Eingabevariable gemäß einer Erhöhung einer Bewegung des manuellen Schalters erhöht.
Elektrische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Zieleinschaltdauer gemäß einer Erhöhung eines manuell eingestellten Parameters, während der manuell eingestellte Parameter kleiner als eine Schwelle ist, zu erhöhen, und bei der der manuell eingestellte Parameter basierend auf der Eingabevariablen variiert.
Elektrische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der die Steuerung zum Einstellen der Zieleinschaltdauer auf 100%, während ein manuell eingestellter Parameter größer oder gleich einer Schwelle ist, ausgebildet ist und bei der der manuell eingestellte Parameter basierend auf der Eingabevariablen variiert.
Elektrische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der die Steuerung zum allmählich Erhöhen der tatsächlichen Einschaltdauer auf die Zieleinschaltdauer ausgebildet ist.
Elektrische Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, bei der die Steuerung ausgebildet ist zum Einstellen eines Anfangswerts einer Zieleinschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals auf 100% ansprechend darauf, dass der manuelle Schalter manuell betätigt wird oder manuell betätigt worden ist, und Einstellen einer tatsächlichen Einschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals basierend auf der Zieleinschaltdauer.
Elektrische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Steuerung zum Steuern des Betrags des Durchlasswinkels, während sich der Rotor um einen voreingestellten Winkel dreht, ausgebildet ist.
Elektrische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Steuerung ausgebildet ist zum Erhöhen des Betrags des Durchlasswinkels auf eine obere Grenze des Betrags, bis die tatsächliche Drehfrequenz die Zieldrehfrequenz erreicht, Verringern des Betrags des Durchlasswinkels ansprechend darauf, dass die tatsächliche Drehfrequenz die Zieldrehfrequenz erreicht hat, und Halten der tatsächlichen Drehfrequenz bei der Zieldrehfrequenz.
Elektrische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner mit: einer zweiten Schaltervorrichtung (Q1; Q2; Q3; Q4; Q5; Q6) (i) auf dem positivseitigen Leitungspfad ohne die erste Schaltervorrichtung und ausgebildet zum Schließen oder Unterbrechen des ersten positivseitigen Leitungspfads oder (ii) auf dem ersten negativseitigen Leitungspfad ohne die erste Schaltervorrichtung und ausgebildet zum Schließen oder Unterbrechen des ersten negativseitigen Leitungspfads.
Elektrische Arbeitsmaschine nach Anspruch 12, bei der die Steuerung dazu ausgebildet ist, die erste Schaltervorrichtung und die zweite Schaltervorrichtung anzutreiben, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb des Durchlasswinkels liegt.
Elektrische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der manuelle Schalter aufweist: einen Drücker (22), der dazu ausgebildet ist, durch den Benutzer gedrückt zu werden; und/oder eine Drehscheibe (24), die dazu ausgebildet ist, durch den Benutzer gedreht zu werden, und bei der die Eingabevariable gemäß einem Drückausmaß des Drückers und/oder einem Drehwinkel der Drehscheibe variiert.
Elektrische Arbeitsmaschine nach Anspruch 14, bei der die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Zieldrehfrequenz basierend auf (i) dem Drückausmaß des Drückers und/oder (ii) dem Drehwinkel der Drehscheibe einzustellen.
Elektrische Arbeitsmaschine nach Anspruch 14 oder 15, bei der die Steuerung ausgebildet ist zum Ausgeben eines pulsbreitenmodulierten Signals zu der ersten Schaltervorrichtung, während der Drehwinkel des Rotors innerhalb des Durchlasswinkels liegt, Einstellen einer Zieleinschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals basierend auf (i) dem Drückausmaß des Drückers und/oder (ii) dem Drehwinkel der Drehscheibe und Einstellen einer tatsächlichen Einschaltdauer des pulsbreitenmodulierten Signals basierend auf der Zieleinschaltdauer.
Elektrische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der der bürstenlose Gleichstrommotor ein bürstenloser Dreiphasengleichstrommotor ist.
Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors (30) einer elektrischen Arbeitsmaschine (2), mit folgenden Schritten: Detektieren (i) eines Drehwinkels eines Rotors (30r) des bürstenlosen Gleichstrommotors und (ii) einer tatsächlichen Drehfrequenz des bürstenlosen Gleichstrommotors; Antreiben einer Schaltervorrichtung (Q1; Q2; Q3; Q4; Q5; Q6) der elektrischen Arbeitsmaschine, während sich der Drehwinkel des Rotors innerhalb eines Durchlasswinkels befindet; und Steuern eines Betrags des Durchlasswinkels basierend auf der tatsächlichen Drehfrequenz und einer Zieldrehfrequenz.