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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Elektrowerkzeug und vor allem ein Motortreibersystem, das in dem Elektrowerkzeug verwendbar ist.
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HINTERGRUND
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Bei der Arbeit und in der Freizeit benötigen die Menschen üblicherweise verschiedene Elektrowerkzeuge, um unterschiedliche Aufgaben zu erledigen. Eine elektrische Säge wird beispielsweise verwendet, um Aufgaben wie das Holzeinschlagen, das Sägen auf dem Sägebock, das Entfernen von Zweigen und das Zuschneiden von Holz durchzuführen, eine elektrische Bohrmaschine wird verwendet, um Löcher zu bohren, ein elektrischer Schraubendreher wird verwendet, um Schrauben festzuziehen oder zu entfernen, und eine Handfräse wird verwendet, um Glas und Harz aufzukanten, zu beschneiden und zu polieren. Elektrowerkzeuge lassen sich leicht bedienen und verringern den Arbeitsaufwand.
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1 zeigt eine Treiberschaltung für ein Elektrowerkzeug gemäß dem Stand der Technik. In dem Elektrowerkzeug gemäß dem Stand der Technik wird ein Auslöseschalter 90 benötigt, um das Elektrogerät so zu steuern, dass es in Betrieb oder außer Betrieb ist. Der Auslöseschalter 90 ist zwischen einer Stromversorgung 92 und einem Wandler 94 des Elektrowerkzeugs verbunden (angeschlossen). Wenn der Auslöseschalter 90 eingeschaltet wird, ist das Elektrowerkzeug in Betrieb, und eine Treibersteuerschaltung 93 gibt auf der Basis der Position eines Magnetfeldes eines Läufers, die von einem Positionssensor 99 erfasst wird, ein Treibersignal aus, um den Wandler 94 zu steuern, elektrischen Strom der Stromversorgung 92 in Wechselstrom umzuwandeln, mit dem ein Motor 95 versorgt wird, so dass der Motor 95 einen Arbeitskopf des Elektrowerkzeugs für dessen Betrieb antreibt. Da der Auslöseschalter 90 zwischen der Stromversorgung 92 und dem Wandler 94 des Elektrowerkzeugs verbunden ist, muss der Auslöseschalter 90 einen sehr hohen Nennstrom aufweisen. In einem elektrischen Bohrer kann der Nennstrom beispielsweise bis zu etwa 10 Ampere betragen. In der Praxis ist ein Auslöseschalter, der einen hohen Strom aushalten kann, teuer, wodurch das Elektrowerkzeug teurer wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden ein Elektrowerkzeug, eine Motoranordnung und ein Motortreibersystem für das Elektrowerkzeug bereitgestellt, um die Kosten zu senken.
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Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung wird ein Motortreibersystem bereitgestellt. Das Motortreibersystem weist auf:
einen Wandler umfassend eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen, der an eine Stromversorgung gekoppelt ist und der dafür ausgebildet ist, eine von der Stromversorgung gelieferte Spannung in einen Wechselstrom umzuwandeln, um einen Elektromotor mit Strom zu versorgen
eine Motortreibersteuerschaltung, die dafür ausgebildet ist, ein Treibersignal auszugeben, um den Strommodus der Halbleiterschaltelemente in dem Wandler zu steuern;
einen Auslöseschalter;
einen elektronischen Schalter, der zwischen der Stromversorgung und der Motortreibersteuerschaltung verbunden ist; und
eine Schaltersteuerschaltung, die an den Auslöseschalter und den elektronischen Schalter gekoppelt ist und die dafür ausgebildet ist, den elektronischen Schalter auf der Basis des Zustands des Auslöseschalters einzuschalten oder auszuschalten.
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Die Schaltersteuerschaltung umfasst vorzugsweise eine Verzögerungseinheit, die zwischen dem elektronischen Schalter und dem Auslöseschalter verbunden ist und die dafür ausgebildet ist, das Ausschalten des elektronischen Schalters nach dem Ausschalten des Auslöseschalters um eine Verzögerungszeit zu verzögern.
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Die Motortreibersteuerschaltung umfasst vorzugsweise einen Mikrocontroller, der dafür ausgebildet ist, den Zustand des Auslöseschalters zu erfassen und den Motor so zu steuern, dass er während der Verzögerungszeit bremst.
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Vorzugsweise ist der elektronische Schalter ein erster elektronischer Schalter, umfasst die Schaltersteuerschaltung weiterhin einen zweiten elektronischen Schalter und eine Diode, und ist eine Steuerklemme des zweiten elektronischen Schalters durch die Verzögerungseinheit an eine Kathode der Diode gekoppelt, ist eine Anode der Diode durch den Auslöseschalter an die Stromversorgung gekoppelt, ist eine erste Klemme des zweiten elektronischen Schalters durch einen ersten Widerstand an eine Steuerklemme des ersten elektronischen Schalters gekoppelt, ist die Steuerklemme des ersten elektronischen Schalters durch einen zweiten Widerstand an die Stromversorgung gekoppelt, ist eine erste Klemme des ersten elektronischen Schalters an die Stromversorgung gekoppelt, ist eine zweite Klemme des ersten elektronischen Schalters an die Motortreibersteuerschaltung gekoppelt und ist die Steuerklemme des zweiten elektronischen Schalters durch einen dritten Widerstand an die zweite Klemme des zweiten elektronischen Schalters gekoppelt.
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Vorzugsweise umfasst die Verzögerungseinheit einen Kondensator und einen vierten Widerstand, ist der vierte Widerstand zwischen der Kathode der Diode und der Steuerklemme des zweiten elektronischen Schalters verbunden und ist der Kondensator zwischen der Kathode der Diode und der Erde verbunden.
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Ein Nennstrom des Auslöseschalters ist vorzugsweise kleiner als 100 Milliampere.
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Die Motortreibersteuerschaltung umfasst vorzugsweise einen Mikrocontroller, der dafür ausgebildet ist, eine Betätigung des Auslöseschalters zu erfassen und, nachdem er erfahren hat, dass der Auslöseschalter ausgeschaltet wurde, den Motor so zu steuern, dass er einen Bremsvorgang durchführt, und der dafür ausgebildet ist, nachdem der Bremsvorgang des Motors abgeschlossen ist, ein Steuersignal an die Schaltersteuerschaltung zu senden, den elektronischen Schalter auszuschalten.
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Vorzugsweise ist der elektronische Schalter ein erster elektronischer Schalter, umfasst die Schaltersteuerschaltung einen zweiten elektronischen Schalter, eine erste Diode und eine zweite Diode; und ist eine Steuerklemme des zweiten elektronischen Schalters durch einen ersten Widerstand an eine Kathode der ersten Diode gekoppelt, ist eine Anode der ersten Diode durch den Auslöseschalter an die Stromversorgung gekoppelt, ist eine erste Klemme des zweiten elektronischen Schalters durch einen zweiten Widerstand an eine Steuerklemme des ersten elektronischen Schalters gekoppelt, ist die Steuerklemme des ersten elektronischen Schalters durch einen dritten Widerstand an eine erste Klemme des ersten elektronischen Schalters gekoppelt, ist die erste Klemme des ersten elektronischen Schalters an die Stromversorgung gekoppelt, ist eine zweite Klemme des ersten elektronischen Schalters an die Motortreibersteuerschaltung gekoppelt, ist eine zweite Klemme des zweiten elektronischen Schalters an die Erde gekoppelt, ist die Steuerklemme des zweiten elektronischen Schalters durch einen vierten Widerstand an die zweite Klemme des zweiten elektronischen Schalters gekoppelt, ist eine Kathode der zweiten Diode an die Kathode der ersten Diode gekoppelt und ist eine Anode der zweiten Diode an den Mikrocontroller gekoppelt.
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Die Schaltersteuerschaltung umfasst vorzugsweise einen Kondensator, der zwischen der Steuerklemme des zweiten elektronischen Schalters und der Erde verbunden ist.
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Der Mikrocontroller ist vorzugsweise dafür ausgebildet:
nach dem Einschalten des Auslöseschalters ein Hochlevel-Steuersignal an die Anode der zweiten Diode zu senden, um die Schaltersteuerschaltung so zu steuern, dass sie den ersten elektronischen Schalter im eingeschalteten Zustand hält;
das Senden des Hochlevel-Steuersignals an die Anode der zweiten Diode fortzusetzen, nachdem er erfahren hat, dass der Auslöseschalter ausgeschaltet wurde; und
nach dem Abschließen des Bremsvorgangs des Motors ein Niedriglevel-Steuersignal an die Anode der zweiten Diode zu senden, um die Schaltersteuerschaltung so zu steuern, dass sie den ersten elektronischen Schalter ausschaltet.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird weiterhin eine Motoranordnung bereitgestellt, die einen Motor und ein Motortreibersystem aufweist, das einen Auslöseschalter, einen elektronischen Schalter und eine Schaltersteuerschaltung aufweist, die zwischen dem Auslöseschalter und dem elektronischen Schalter verbunden ist. Der Auslöseschalter ist in Reihe mit einer Stromversorgung verbunden. Der elektronische Schalter ist dafür ausgebildet, den Beginn oder die Beendigung der Stromversorgung des Motors zu steuern; und die Schaltersteuerschaltung ist dafür ausgebildet, den elektronischen Schalter auf der Basis des Zustands des Auslöseschalters zu steuern, wobei der der elektronische Schalter nach dem Ausschalten des Auslöseschalters mit Verzögerung ausgeschaltet wird, um zu steuern, dass die Versorgung des Motors mit Strom später beendet wird als der Auslöseschalter ausgeschaltet wird.
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Vorzugsweise sind der Auslöseschalter und der Motor in zwei verschiedenen Stromzweigen angeordnet, und der Strom, der durch den Auslöseschalter fließt, ist kleiner als der Betriebsstrom des Motors während das Motortreibersystem für den Betrieb mit Strom versorgt wird.
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Der Strom, der durch den Auslöseschalter fließt, entspricht vorzugsweise weniger als einem Prozent des Betriebsstroms des Motors während das Motortreibersystem für den Betrieb mit Strom versorgt wird.
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Vorzugsweise umfasst das Motortreibersystem weiterhin einen Mikrocontroller und ist der elektronische Schalter in Reihe zwischen der Stromversorgung und dem Mikrocontroller verbunden.
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Der Auslöseschalter ist vorzugsweise ein von einem Verwender manuell zu betätigender Schalter.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird weiterhin ein Elektrowerkzeug bereitgestellt, das ein Gehäuse, einen Arbeitskopf, der sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt, einen Motor zum Antreiben des Arbeitskopfes und das Motortreibersystem entsprechend einem der weiter oben beschriebenen Motortreibersysteme umfasst.
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Das Elektrowerkzeug ist vorzugsweise eines von einem elektrischen Bohrer, einem elektrischen Schraubendreher, einer Handfräse und einer elektrischen Säge.
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In dem obigen Elektrowerkzeug sind ein Auslöseschalter und der Motor in zwei verschiedenen Stromzweigen angeordnet, und der Auslöseschalter ist nicht zwischen der Stromversorgung und dem Wandler verbunden. Auf diese Weise wird der Strom, der durch den Auslöseschalter fließt, deutlich verringert, so dass das Elektrowerkzeug keinen teuren Auslöseschalter für hohe Ströme enthalten muss, so dass die Kosten gering sind. Zusätzlich wird der Versorgungsweg zwischen der Stromversorgung und der Motortreibersteuerschaltung nach dem Verzögern um eine Verzögerungszeit ab dem Zeitpunkt des Ausschaltens des Auslöseschalters unterbrochen, und der Motor schließt den Bremsvorgang innerhalb der Verzögerungszeit ab, wodurch der Motor wirksam geschützt werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen ist:
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1 eine schematische Darstellung einer Treiberschaltung für ein Elektrowerkzeug gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Darstellung eines Motortreibersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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3 einen konkreten Schaltplan einer Schaltersteuerschaltung, die wie in 2 gezeigt mit einem Mikrocontroller, einer Stromversorgung und einem Spannungsregler verbunden ist;
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4 eine schematische Darstellung eines Motortreibersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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5 einen konkreten Schaltplan einer Schaltersteuerschaltung, die wie in 4 gezeigt mit einem Mikrocontroller, einer Stromversorgung und einem Spannungsregler verbunden ist; und
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6 eine schematische Darstellung eines Elektrobohrers, der ein wie weiter oben beschriebenes Motortreibersystem aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung detailliert in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, um die technischen Lösungen und sonstige vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Offenbarung deutlicher zu machen. Es ist ersichtlich, dass die Zeichnungen nur für die Bezugnahme und Veranschaulichung bereitgestellt werden, ohne die vorliegende Offenbarung einzuschränken. Abmessungen, die in den Zeichnungen gezeigt werden, dienen nur der klaren Beschreibung und schränken die Skalierungsbeziehung nicht ein.
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Wie in 2 gezeigt, ist ein Motortreibersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung dafür ausgebildet, einen Motor 70 für dessen Betrieb anzutreiben. In der Ausführungsform ist der Motor 70 ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC), der einen Ständer und einen in Bezug auf den Ständer drehbaren Läufer aufweist. Der Ständer weist einen Ständerkern und eine Ständerwicklung auf, die auf den Ständerkern gewickelt ist. Der Ständerkern kann aus einem weichmagnetischen Material, wie reinem Eisen, Gusseisen, Gussstahl, Elektrostahl, Siliciumstahl, hergestellt sein. Der Läufer weist einen Permanentmagneten und ein Kühlgebläse auf.
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Eine Stromversorgung 10 liefert den Strom für den Motor 70. In der Ausführungsform ist die Stromversorgung 10 ein Lithium-Ionen-Akkumulator. In anderen Ausführungsformen kann die Stromversorgung jeder sonstige Akkumulator-Typ sein, wie ein Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, ein Lithium-Polymer-Akkumulator, eine Brennstoffzelle oder eine Solarzelle. Die Stromversorgung 10 kann auch ein wieder aufladbarer Akkumulator oder eine wieder aufladbare Batterie sein. Die Stromversorgung ist herausnehmbar in einem Elektrowerkzeug angeordnet, das mit dem Motor 70 ausgestattet ist.
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Das Motortreibersystem weist einen Auslöseschalter 20, eine Schaltersteuerschaltung 30, einen elektronischen Schalter 40, eine Motortreibersteuerschaltung, einen Wandler 60 und einen Positionssensor 80 auf. Die Motortreibersteuerschaltung weist einen Spannungsregler 50, einen Mikrocontroller 55 und einen Treiber 58 auf und ist dafür ausgebildet, ein Treibersignal auszugeben, um den Strommodus des Wandlers 60 zu steuern.
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Der Auslöseschalter 20 ist zwischen der Stromversorgung 10 und der Schaltersteuerschaltung 30 angeschlossen. Der Auslöseschalter 20 wird eingeschaltet, wenn der Motor in Betrieb sein soll, und der Auslöseschalter 20 wird ausgeschaltet, wenn der Betrieb des Motor 70 beendet werden soll.
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Der elektronische Schalter 40 ist zwischen der Stromversorgung 10 und dem Spannungsregler 50 angeschlossen und dafür ausgebildet, das Einschalten oder Ausschalten des Versorgungsweges zwischen der Stromversorgung 10 und dem Spannungsregler 50 zu steuern. Der Spannungsregler 50 ist mit dem Mikrocontroller 55 und dem Treiber 58 verbunden und dafür ausgebildet, eine Spannung, die von der Stromversorgung 10 geliefert wird, auf eine Spannung von 5 Volt und eine Spannung von 12 Volt zu senken. Die Spannung von 5 Volt ist für den Mikrocontroller 55 vorgesehen, und die Spannung von 12 Volt ist für den Treiber 58 vorgesehen. In anderen Ausführungsformen kann der Spannungsregler 50 die Spannung der Stromversorgung 10 auf der Basis von Anforderungen von elektronischen Elementen in verschiedenen Motoren zu anderen Spannungen verschiedener Größen regeln. Wenn die Spannung, die von der Stromversorgung 10 geliefert wird, den Mikrocontroller 55 und den Treiber 58 unmittelbar antreiben kann, kann der Spannungsregler 50 weggelassen werden.
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Der Treiber 58 ist dafür ausgebildet, mit dem Treibersignal, das von dem Mikrocontroller 55 ausgegeben wird, eine Spannungsanhebung oder eine Stromverstärkung durchzuführen und dann das verarbeitete Signal an den Wandler 60 weiterzugeben. Der Treiber 58 kann ein Gate-Treiber sein. Es ist ersichtlich, dass der Treiber 58 weggelassen werden kann, wenn das von dem Mikrocontroller 55 ausgegebene Treibersignal hoch genug ist, um Halbleiterschaltelemente des Wandlers 60 anzutreiben.
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Der Treiber 58 ist zwischen dem Mikrocontroller 55 und dem Wandler 60 angeschlossen. Der Wandler 60 ist direkt überbrückend mit der Stromversorgung 10 verbunden, und er ist an den Motor 70 angeschlossen. Der Wandler 60 kann ein Dreiphasen-Wandler sein, der mehrere, beispielsweise sechs Halbleiterschaltelemente aufweist. Der Positionssensor 80 kann vorzugsweise ein Hall-Effekt-Sensor sein, der auf dem Ständer angeordnet ist oder der an einem Ort in der Nähe des Ständers angeordnet ist und dafür ausgebildet ist, eine Position eines Magnetpols des Läufers zu erfassen. Es ist ersichtlich, dass alternativ die Position des Magnetpols des Läufers ohne Sensor erfasst werden kann. Der Mikrocontroller 55 gibt auf der Basis der Position des Magnetpols des Läufers, die von dem Positionssensor 80 erfasst wird, ein PWM-Treibersignal aus, um das Einschalten oder Ausschalten der Halbleiterschaltelemente in dem Wandler 60 zu steuern, um so den Strommodus des Motors 70 zu steuern, um den Motor zu kommutieren und/oder die Geschwindigkeit des Motors zu steuern.
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Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass, da der Wandler 60 immer direkt überbrückend mit der Stromversorgung 10 verbunden ist, der Motor 70 eingeschaltet oder ausgeschaltet werden kann, indem einfach das Einschalten oder Ausschalten der Versorgungsweg zwischen der Motortreibersteuerschaltung und der Stromversorgung 10 gesteuert wird. Wenn der Spannungsregler 50 der Treibersteuerschaltung für den Betrieb mit Strom versorgt wird, treibt das Motortreibersystem den Motor 70 für den Betrieb an, und der Motor 70 treibt einen Arbeitskopf des Elektrowerkzeugs, das den Motor beherbergt, für den Betrieb an. Die Schaltersteuerschaltung 30 ist über den Auslöseschalter 20 mit der Stromversorgung 10 verbunden und steuert auf der Basis eines Einschaltvorgangs oder eines Ausschaltvorgangs des Auslöseschalters 20 das Einschalten oder Ausschalten des elektrischen Schalters 40, wodurch der Betriebszustand des gesamten Motortreibersystems gesteuert wird.
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Wie in 3 gezeigt, weist die Schaltersteuerschaltung 30 eine Triode Q2, Widerstände R1 bis R4 und eine Diode D1 auf. Die Anode der Diode D1 ist über den Auslöseschalter 20 an die Stromversorgung 10 angeschlossen, und die Kathode der Diode D1 ist über den Kondensator C1 mit der Erde verbunden und ist weiterhin über den Widerstand R4 mit einer Basis der Triode Q2 verbunden. Die Basis der Triode Q2 ist weiterhin über den Widerstand R3 mit dem Emitter der Triode Q2 verbunden. Der Kollektor der Triode Q2 ist über den Widerstand R1 und den Widerstand R2, die in Reihe verbunden sind, mit der Stromversorgung 10 verbunden, und ein Knoten zwischen dem Widerstand R1 und dem Widerstand R2 ist mit einer Steuerklemme des elektronischen Schalters 40 verbunden. In der Ausführungsform ist der elektronische Schalter 40 ein p-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) Q1, der ein Gate, das als Steuerklemme des elektronischen Schalters 40 dient und mit dem Knoten zwischen dem Widerstand R1 und dem Widerstand R2 verbunden ist, eine Source, die als eine erste Klemme des elektronischen Schalters 40 dient und mit der Stromversorgung 10 verbunden ist, und einen Drain aufweist, der als eine zweite Klemme des elektronischen Schalters 40 dient und mit dem Spannungsregler 50 verbunden ist. In anderen Ausführungsformen kann der erste elektronische Schalter 40 eine PNP-Triode sein, die eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist, die als Steuerklemme, erste Klemme bzw. zweite Klemme des elektronischen Schalters 40 dienen. In der Ausführungsform dient die Triode Q2 auch als ein elektronisches Schaltelement. In anderen Ausführungsformen kann die Triode Q2 durch ein MOSFET-Element ersetzt werden.
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Ein externer Schaltstift 550 des Mikrocontrollers 55 ist mit dem Auslöseschalter 20 verbunden. Wenn der Mikrocontroller 55 für den Betrieb mit Strom versorgt wird, wird die Betätigung des Auslöseschalters 20 in Echtzeit ausgelesen. In einem Beispiel empfängt der externe Schaltstift ein Hochlevel-Signal, wenn der Auslöseschalter 20 eingeschaltet wird; und wenn der Auslöseschalter 20 ausgeschaltet wird, empfängt der externe Schaltstift 550 ein Niedriglevel-Signal. Der Mikrocontroller 55 steuert, nachdem er erfahren hat, dass der Auslöseschalter 20 ausgeschaltet wurde, den Motor 70, einen Bremsvorgang durchzuführen.
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Im Folgenden wird das Funktionsprinzip des Motortreibersystems beschrieben.
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Bevor der Auslöseschalter 20 gedrückt wird, d. h. wenn der Auslöseschalter 20 ausgeschaltet ist, ist die Triode Q2 ausgeschaltet, ist die Spannung bei dem Knoten zwischen dem Widerstand R1 und dem Widerstand R2 gleich der Spannung der Stromversorgung 10, ist der MOSFET Q1 ausgeschaltet, wird der Spannungsregler 50 nicht mit Strom versorgt und ist der Motor 70 nicht in Betrieb.
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Wenn der Auslöseschalter 20 gedrückt wird, lädt der Strom, der von der Stromversorgung 10 geliefert wird, den Kondensator C1 in der Schaltersteuerschaltung 30 auf. Wenn die Spannung über den Kondensator C1 die Einschaltspannung für die Triode Q2 erreicht, wird die Triode Q2 eingeschaltet, und der Strom, der von der Stromversorgung 10 geliefert wird, fließt durch den Widerstand R2 und den Widerstand R1 und erzeugt einen Spannungsabfall bei dem Knoten zwischen dem Widerstand R2 und dem Widerstand R1. Dadurch wird der MOSFET Q1 eingeschaltet, und die Stromversorgung 10 versorgt den Spannungsregler 50 durch den MOSFET Q1 mit Strom. Wie weiter oben beschrieben, ist das Motortreibersystem in Betrieb, und der Motor 70 setzt den Arbeitskopf des Elektrowerkzeugs angetrieben durch den Mikrocontroller 55 in Betrieb. In diesem Fall liest der externe Schaltstift 550 des Mikrocontrollers 55 den Betrieb des Auslöseschalters 20 in Echtzeit aus.
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Wenn der Auslöseschalter 20 ausgeschaltet wird, da sich dann der Kondensator C1 entlädt und die Spannung über den Kondensator C1 nach einer Verzögerungszeit ab dem Ausschalten des Auslöseschalters 20 unter einen vorgegebenen Wert, wie 0,7 Volt, fällt, wird der MOSFET Q1 nicht unmittelbar ausgeschaltet, sondern bleibt während der Zeit, die die Spannung über den Kondensator C1 größer als der vorgegebene Wert ist, im eingeschalteten Zustand. Der Mikrocontroller 55 sendet, wenn er vom Ausschalten des Auslöseschalters 20 erfahren hat, durch den Treiber 58 das Treibersignal an den Wandler 60, um den Motor 70 zu steuern, den Bremsvorgang durchzuführen. Während des Bremsens erzeugt der Motor selbst ein elektromagnetisches Drehmoment, das eine Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Motors aufweist, und der Motor absorbiert mechanische Energie von dem Arbeitskopf, wandelt die mechanische Energie in elektrische Energie um und verbraucht die elektrische Energie innerhalb des Motors, um die Drehung des Motors sobald wie möglich zu stoppen. In einem Beispiel braucht der Motor 70 nur 0,3 Sekunden, um zu bremsen. Der Kondensator C1 und der Widerstand R4 bilden eine Verzögerungsschaltung. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung ergibt sich aus dem Widerstandswert des Widerstands R4 und dem Kapazitätswert des Kondensators C1. D. h. durch Einstellen der Werte des Kondensators C1 und des Widerstands R4 kann der MOSFET Q1 nach einer Verzögerung um eine Verzögerungszeit von 0,3 Sekunden ab dem Zeitpunkt des Ausschaltens des Auslöseschalter 20 ausgeschaltet werden, und der Mikrocontroller 55 ist gewährleistet, den Bremsvorgang des Motors innerhalb der Verzögerungszeit abzuschließen. In anderen Ausführungsformen kann die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung auf der Basis verschiedener Anforderungen der Produkte, in denen der Motor eingesetzt wird, entsprechend eingestellt werden. Wenn die Spannung über den Kondensator C1 niedriger ist als die Einschaltspannung der Triode Q2, wird die Triode Q2 ausgeschaltet und steuert dann das Ausschalten des MOSFETs Q1, wodurch der Verbindungspfad zwischen dem Spannungsregler 50 und der Stromversorgung 10 ausgeschaltet wird, und dadurch wird der Motor 70 ausgeschaltet.
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In der Ausführungsform ist die Diode D1 ein unidirektionales Element, das vermeiden kann, dass ein Entladestrom durch den Auslöseschalter 20 zu dem Mikrocontroller 55 fließt, wenn der Kondensator C1 entlädt, wodurch der Mikrocontroller 55 geschützt wird.
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In einem Fall, in dem die Ausführungsform ein elektrischer Bohrer ist, schließt der Motor den Bremsvorgang innerhalb der Verzögerungszeit ab, nachdem der Auslöseschalter 20 ausgeschaltet wurde, wodurch der Motor wirksam geschützt wird. Zusätzlich wird, da der Auslöseschalter 20 nicht zwischen der Stromversorgung 10 und dem Wandler 60 angeschlossen ist, der Strom, der durch den Auslöseschalter 20 fließt, wenn der Motor eingeschaltet oder ausgeschaltet wird, deutlich auf einige 10 Milliampere gesenkt, während der Betriebsstrom des Motors einige 10 Ampere erreicht. Demnach ist der Strom, der durch den Auslöseschalter 20 fließt, weniger als 1/100 des Betriebsstromes des Motors. Es ist daher nicht erforderlich, einen teuren Auslöseschalter für hohe Ströme zu verwenden, stattdessen kann ein Auslöseschalter ausgewählt werden, der einen Nennstrom von weniger als 100 Milliampere aufweist, der nicht teuer ist.
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4 und 5 zeigen Schaltpläne eines Motortreibersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Funktionen und Verbindungsbeziehung des Auslöseschalters 20, des elektronischen Schalters 40, des Spannungsreglers 50, des Treibers 58, des Wandlers 60 und des Positionssensors 80 ähneln denjenigen in der obigen Ausführungsform. Der Unterschied zu der obigen Ausführungsform besteht darin, dass die Schaltersteuerschaltung 30 zusätzlich eine Diode D2 und einen Widerstand R5 aufweist. Die Anode der Diode D2 ist mit dem Auslösesignalstift 552 des Mikrocontrollers 55 verbunden. Die Anode der Diode D2 ist außerdem über den Widerstand R5 mit der Spannung V3P3D verbunden. Die Kathode der Diode D2 ist mit der Kathode der Diode D1 verbunden.
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In der Ausführungsform wird die Funktion des Unterbrechens des Versorgungsweges zwischen der Stromversorgung 10 und dem Spannungsregler 50, wenn der Bremsvorgang des Motors nach Ausschalten des Auslöseschalters 20 abgeschlossen ist, von einem Programm des Mikrocontrollers 55 übernommen. In dem Mikrocontroller 55 ist ein Motorbremsprogramm gespeichert. Wenn der Mikrocontroller 55 normal arbeitet, gibt der Auslösesignalstift 552 des Mikrocontrollers 55 ein Hochlevel-Signal an die Schaltersteuerschaltung 30 aus. Nachdem ein externer Schaltstift 550 des Mikrocontrollers 55 ein Signal empfängt, das anzeigt, dass der Auslöseschalter 20 ausgeschaltet ist, führt der Mikrocontroller 55 das Motorbremsprogramm aus, indem er das Hochlevel-Signal bei dem Auslösesignalstift 552 aufrechterhält, und er ändert das Hochlevel-Signal in ein Niedriglevel-Signal, nachdem der Bremsvorgang des Motors abgeschlossen ist.
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Im Folgenden wird die Arbeitsweise des Motortreibersystems gemäß der Ausführungsform beschrieben.
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Bevor der Auslöseschalter 20 gedrückt wird, d. h. wenn der Auslöseschalter 20 im ausgeschalteten Zustand ist, ist die Triode Q2 im ausgeschalteten Zustand, ist die Spannung bei dem Knoten zwischen dem Widerstand R1 und dem Widerstand R2 gleich der Spannung der Stromversorgung 10, ist der MOSFET Q1 ausgeschaltet, wird der Spannungsregler 50 nicht mit Strom versorgt und ist der Motor 70 nicht in Betrieb.
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Wenn der Auslöseschalter 20 gedrückt wird, fließt ein Strom, der von der Stromversorgung 10 bereitgestellt wird, durch den Widerstand R4 und den Widerstand R3, wird die Triode Q2 eingeschaltet, wenn eine geteilte Spannung, die von der Widerständen R3 und R4 erzeugt wird, eine Einschaltspannung für die Triode Q2 erreicht, und ein Strom, der von der Stromversorgung 10 geliefert wird, fließt durch den Widerstand R2 und den Widerstand R1 und erzeugt einen Spannungsabfall relativ zu der Stromversorgung 10 bei dem Knoten zwischen dem Widerstand R2 und dem Widerstand R1. Dadurch wird der MOSFET Q1 eingeschaltet, und die Stromversorgung 10 liefert durch den MOSFET Q1 Strom für den Spannungsregler 50. Wie oben beschrieben ist das Motortreibersystem in Betrieb, und der Motor 70 treibt unter Antreiben durch den Mikrocontroller 55 einen Arbeitskopf des Elektrowerkzeugs zum Arbeiten an. In diesem Fall gibt der Mikrocontroller 55 bei seinem Auslösesignalstift 552 ein Hochlevel-Signal an die Diode D2 aus, und der Mikrocontroller 55 überwacht außerdem den Betrieb des Auslöseschalters 20 in Echtzeit über den externen Schaltstift 550 des Mikrocontrollers 55.
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Wenn der Auslöseschalter 20 ausgeschaltet wird, erfährt der externe Schaltstift 550 des Mikrocontrollers 55 von dem Ausschaltvorgang des Auslöseschalters 20, und der Auslösesignalstift 552 des Mikrocontrollers 55 setzt die Ausgabe des Hochlevel-Signals fort und führt das Bremsprogramm aus, um durch den Treiber 58 ein Treibersignal an den Wandler 60 zu senden, um den Motor 70 so zu steuern, dass er einen Bremsvorgang durchführt. Während des Bremsvorgangs des Motors bleiben die Triode Q2 und der MOSFET Q1 im eingeschalteten Zustand, d. h. die Stromversorgung setzt die Lieferung von Strom an den Spannungsregler 50 fort. Wenn der Bremsvorgang des Motors abgeschlossen ist, gibt der Auslösesignalstift 552 des Mikrocontrollers 55 ein Niedriglevel-Signal aus. Da sowohl die Anode der Diode D1 als auch die Anode der Diode D2 das Niedriglevel-Signal empfängt, wird sowohl die Diode D1 als auch die Diode D2 ausgeschaltet, und die Triode Q2 wird ausgeschaltet, und anschließend wird der MOSFET Q1 ausgeschaltet, so dass der Stromversorgungsweg zwischen der Stromversorgung 10 und dem Spannungsregler 50 ausgeschaltet wird und der Motor 70 den Betrieb einstellt.
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In der Ausführungsform kann ein Kondensator mit einem kleinen Kapazitätswert, wie 100 Nanofarad, als Kondensator C1 ausgewählt werden. In der Ausführungsform wird überwiegend die Filterfunktion des Kondensators C1 verwendet. Wenn der Auslöseschalter 20 ausgeschaltet wird, kann es zu einem Jittern der Spannung bei der Basis der Triode Q2 kommen. Der Kondensator C1 filtert das Spannungsrauschen, das bei der Betätigung des Auslöseschalters 20 erzeugt wird, um eine Fehlfunktion der Triode Q2 zu verhindern. Der Widerstand R5 ist ein Pull-up-Widerstand, der das Ausgabelevel des Auslösesignalstifts 552 des Mikrocontrollers 55 stabilisiert.
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In der obigen Ausführungsform wird die Verzögerungszeit vom Ausschalten des Auslöseschalters bis zum Ausschalten des MOSFETs Q1 durch den Mikrocontroller 55 gesteuert. Während der Verzögerungszeit kann der Mikrocontroller 55 weitere Arbeitsgänge durchführen, wie das Steuern einer LED, die zum Anzeigen des Zustands des Motors verwendet wird, die nach einem Blinken ausgeschaltet wird.
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6 ist eine schematische Darstellung eines Elektrowerkzeugs, wie eines elektrischen Bohrers, in dem eines der oben beschriebenen Motortreibersysteme verwendet wird. Der elektrische Bohrer 100 weist ein Gehäuse 110, einen Arbeitskopf 120, der sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt, und den Motor 70 und das wie weiter oben beschriebene Motortreibersystem auf, die in dem Gehäuse 110 angeordnet sind. Ein Auslöseschalter 20 ist auf einem Handgriff im unteren Bereich des Gehäuses 110 angeordnet und kann von einem Anwender manuell betätigt werden, um das Einschalten oder Ausschalten des Elektrowerkzeugs zu steuern. Das obige Motortreibersystem kann auch bei anderen Elektrowerkzeugen, wie einem elektrischen Schraubendreher, einer Handfräse und einer elektrischen Säge, verwendet werden.
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Da der Auslöseschalter 20 in dem obigen Elektrowerkzeug nicht zwischen der Stromversorgung 10 und dem Wandler 60 angeschlossen ist, ist der Strom, der durch den Auslöseschalter 20 fließt, deutlich verringert, der weniger als 20 Milliampere betragen kann. Somit kann ein Schalter, der einen Nennstrom von 20 Milliampere aufweist, als der Auslöseschalter 20 ausgewählt werden, wodurch die Kosten verringert werden. Zusätzlich kann der Versorgungsweg zwischen der Stromversorgung und dem Spannungsregler nach einer Verzögerung über einen Zeitraum ab dem Zeitpunkt, zu dem der Auslöseschalter ausgeschaltet wird, unterbrochen werden, und der Motor schließt den Bremsvorgang innerhalb der Verzögerungszeit ab, wodurch der Motor wirksam geschützt werden kann.
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Die beschriebenen Ausführungsformen sind nur bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und sie sind nicht dafür vorgesehen, die vorliegende Offenbarung einzuschränken. Verschiedene Änderungen, äquivalente Ersetzungen und Abwandlungen, die innerhalb des Geistes und der Prinzipien in der vorliegenden Offenbarung gemacht werden, fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung. Das Motortreibersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung kann beispielsweise nicht nur zum Antreiben eines bürstenlosen Gleichstrommotors verwendet werden, sondern ist auch für das Antreiben anderer Motortypen verwendbar. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass durch das Anordnen des Auslöseschalters und des Motors in zwei verschiedenen Stromzweigen mit dem Auslöseschalter, der in Reihe mit der Stromversorgung verbunden ist, und mit dem elektronischen Schalter, der zwischen der Stromversorgung und dem Mikrocontroller angeschlossen ist, und durch das Ausbilden der Schaltersteuerschaltung, den Zustand des elektronischen Schalters auf der Basis des Zustands des Auslöseschalters zu steuern, der einen eingeschalteten Zustand und einen ausgeschalteten Zustand des Auslöseschalters einschließt, der Strom, der durch den Auslöseschalter fließt, kleiner als der Betriebsstrom des Motors ist, während das Motortreibersystem in Betrieb ist, und der elektronische Schalter nach dem Ausschalten des Auslöseschalters mit Verzögerung ausgeschaltet wird, wodurch gesteuert wird, dass die Stromversorgung des Motors zu einem späteren Zeitpunkt beendet wird als der Auslöseschalter ausgeschaltet wird. Auf diese Weise kann nicht nur der Betriebszustand des Elektrowerkzeugs, das mit dem Motor ausgestattet ist, unter Verwendung eines billigen Auslöseschalters für niedrige Ströme gesteuert werden kann, sondern es ist auch sichergestellt, dass der Motor zuverlässig bremst.
