DE3886045T2

DE3886045T2 - Stromversorgungssystem für einen Motor.

Info

Publication number: DE3886045T2
Application number: DE88905132T
Authority: DE
Inventors: Pradeep Bhagwat; Alan Gilmore; Richard Walter
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2008-05-21
Also published as: DE3886045D1; WO1988009582A1; EP0363416B1; EP0363416A1; US4905300A; CA1288466C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Energieversorgungssysteme für die Lieferung von Energie an einen Motor. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf Systeme für die Lieferung nennenswerter und verstärkter Energie für das Betreiben von Motoren in Geräten mit Kraftantrieb während des Zustands einer Belastung und für die Bereitstellung von zusätzlichen Energiesteigerungen bei Bedarf während des Zustands der Belastung. Zusätzlich bezieht sich diese Erfindung weiterhin auf Systeme für den Schutz solcher Motoren während eines Betriebs mit Überdrehzahl und für das wahlweise Aufbringen eines dynamischen Bremsens nach dem Abschalten des Motorenbetriebs. Diese Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren für das Betreiben von Energiesystemen.

Technischer Hintergrund

Ein Universalmotor enthält eine Feldwicklung oder Spule, welche mit einer rotierenden Ankerwicklung in Reihe geschaltet ist und entweder von einem Gleichstrom- oder Wechselstromeingang aus arbeiten kann. Ein Permanentmagnetmotor, welcher als PM-Motor bezeichnet wird, enthält eine rotierende Ankerwicklung und benutzt einen Permanentmagneten, um das Magnetfeld zu liefern, welches durch die Feldwicklung bei dem Universalmotor geliefert wird. Der PM-Motor kann entweder von einem gleichgerichteten Wechselspannungs- oder einem Gleichspannungseingang aus arbeiten und funktioniert ähnlich wie ein Reihenschlußmotor. Sowohl die Universal-, als auch die PM-Motoren haben ein ausgezeichnetes Anlaufmoment, erfahren aber einen Drehzahlabfall, wenn die angetriebene Last ansteigt, was zusätzlichen Strom von der Energiequelle erfordert.
Gegenwärtig werden Universal- und PM-Motoren bei einer Vielzahl kraftangetriebener Geräte verwendet, beispielsweise bei, aber nicht eingeschränkt auf Haushalts- und Küchenerzeugnissen, Werkzeugen mit Kraftantrieb und Rasen- und Gartengeräten für die Verwendung im Freien. Typischerweise haben solche Geräte mit Kraftantrieb im Innern der Einrichtung einen Universal- oder PM- Motor, welcher durch eine konventionelle Wechselstromquelle mit Energie versorgt wird. In manchen Fällen wird die Wechselspannung der Quelle durch einen Gleichrichter gleichgerichtet, der in dem Gerät angeordnet ist, um das Anlegen einer pulsierenden Gleichspannung an den Motor zu erleichtern. Da nun die Gleichspannung mit der doppelten Frequenz der konventionellen Wechselspannungsquelle pulsiert, treten Momentenpulsationen mit derselben Frequenz auf und werden mechanisch über den Motor übertragen, was zu unerwünschte Geräuschen und Schwingungen führt.
Zusätzlich wird, weil die Gleichspannung pulsiert, die mittlere Gleichspannung, die effektiv an den Motor angelegt wird, begrenzt und begrenzt demzufolge die effektiv abgegebene Leistung und die Drehzahl des Motors. Desgleichen führen, da ja Verluste in dem Motor proportional dem Effektivwert (dem quadratischen Mittelwert) des Stroms sind, unter starker Belastung die verhältnismäßig starken Ströme, die benötigt werden, um bei diesen Belastungen zu arbeiten, zu starken Verlusten im Motor. Ein Weg zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Einrichtung mit Kraftantrieb ist, die Größe des Motors zu steigern, während auch die Kühlmöglichkeit gesteigert wird. Jedoch führt dies zu einem schwereren Gerät und ergibt Abstriche bei der Tragfähigkeit und Manöveriermöglichkeit des Gerätes.
Folglich besteht eine erste Notwendigkeit, welche durch die vorliegende Erfindung zu befriedigen ist, in einem Gerät mit Kraftantrieb, dessen Motor eine verbesserte abgegebene Leistung und ein verbessertes Drehzahlverhalten hat, wobei aber diese Verbesserungen der Tragfähigkeit des Gerätes nicht abträglich sind.
Häufig trifft ein Gerät mit Kraftantrieb, welches einen Universal- oder einen PM-Motor verwendet, auf eine Laständerung, welche die Drehzahl des Motors beeinflußt. Beispielsweise kann ein Rasenmäher, welcher einen Universal- oder einen PM-Motor benutzt, in unbelastetem Zustand betrieben werden, wenn aber mit dem Gras schneiden begonnen wird, dann treffen die Messer des Mähers auf Belastungsbedingungen, welche aus einer mäßigen Grashöhe resultieren, was zu einer Verringerung der Drehzahl des Motors führt. Wenn die Messer des Rasenmähers auf zusätzliche Belastungsbedingungen treffen, die durch höheres Gras verursacht werden, wird von dem Motor eine nennenswerte erhöhte Belastung abverlangt, so daß die Motorendrehzahl weiter absinkt. Während dieser Zeiträume einer verminderten Drehzahl arbeitet der Motor mit schlechtem Wirkungsgrad, und wenn der Zustand zusätzlicher Belastung fortdauert, dann kann es sein, daß sich der Mäher nicht erholt und eventuell stehenbleibt.
Mehrere bekannte Motoren-Steuerungssysteme arbeiten durch das Feststellen von Änderungen bei der Gegen-EMK (GEMK) des Motors, um Änderungen bei der Drehzahl des Motors nach Änderungen bei der Motorenbelastung anzuzeigen. Bei vielen dieser Systeme ist ein siliziumgesteuerter Gleichrichter (SCR) mit dem Anker in Reihe geschaltet. Die GEMK-Schwankungen werden direkt oder indirekt genutzt, um den Auslösungswinkel des SCR zu steuern und dadurch den Zeitraum der Verbindung des Ankers mit der Netzspannung zu steuern. Bei solchen Systemen funktioniert der SCR als Gleichrichter und ist typischerweise weniger als die Hälfte jeder vollen Periode einer Energiequellenoperation leitfähig. Da aber der SCR weniger als eine halbe Periode leitfähig ist, ist die Energie, die an den Motor geliefert wird, verhältnismäßig gering. Bei einer Variante des vorstehenden Systems werden zwei SCR's verwendet, um den Stromfluß alternierend in beiden Richtungen durch den Motor zu steuern, wobei ein SCR mittlere Drehzahlen und der andere SCR mittlere bis hohe Drehzahlen des Motors steuert. Selbst dann wird eine Arbeitsenergie an den Motor während weniger als einer vollen Periode jeder Arbeitsperiode der Energiequelle angelegt. Beispiele für die beiden vorstehenden Systeme sind im US-Patent 4,181,876 veranschaulicht. In jedem Fall steuern die beiden vorstehend vermerkten SCR-Systeme die Lieferung von Strom direkt aus dem Netz als Mittel der Drehzahlsteuerung. Diese Systeme sorgen nicht für ein kontinuierliches Anlegen von Arbeitsenergie an den Motor mit einer Leistungssteigerung von einer zweiten Quelle aus, dann, wenn sie benötigt wird, wenn der Motor Lastbedingungen ausgesetzt wird.
Bei einem anderen System, welches im US-Patent 3,588,653 veranschaulicht ist, wird der Auslösewinkel eines SCR, welcher mit dem Motor in Reihe geschaltet ist, unabhängig von der GEMK des Motors gesteuert, um während zutreffender Zeiträume Energie von einer Primärenergiequelle an den Motor zu liefern. Ein Kondensator ist parallel zum Motor geschaltet und wird während der Leitfähigkeit des SCR aufgeladen und liefert Energie an den Motor, wenn der SCR nicht leitfähig ist. Das im US-Patent 3,588,653 veranschaulichte System liefert Energie von der Primärquelle zum Motor während der Zeiträume, während denen der SCR nicht leitfähig ist und liefert Energie von dem Kondensator zum Motor, wenn der SCR nicht leitfähig ist. Deshalb reagiert das System nicht auf Belastungszustände, bei welchen der Motor einen Energiestoß erfordert, um die offensichtliche Unfähigkeit des Motors, mit solchen Belastungszuständen fertig zu werden, zu überwinden.
Bei der europäischen Patentanmeldung EP-A-98 647 paßt eine Netzspannungs-Unterscheidungseinrichtung eine Last an einen niedrigeren oder höheren Wechelspannungsbereich an. Die Last ist ein Rasierapparat, welcher einen Gleichrichter, einen Kondensator, eine Zenerdiode und einen Motor einschließt. Während der Rasierapparateteil der Offenbarung von EP-A-98 647 die typischen Bestandteile eines Rasierapparats enthält, enthüllt die Offenbarung nicht die Art und Weise des Enthaltens oder der Anordnung der Bestandteile. Weiterhin ist ein Rasierapparat ein sehr kleines kraftangetriebenes Gerät, bei welchem die Bestandteile typischerweise von geringer physischer Größe sind, welche nicht ausreichen, um ein größeres Gerät mit Kraftantrieb, beispielsweise einen Winkelschleifer, zu betreiben.
Weiterhin wird bei der europäischen Patentanmeldung EP-A-137 607 ein Servoantrieb normalerweise durch eine Dreiphasen-Wechselspannungsquelle mit Energie versorgt. Jedoch fällt zu speziellen Zeiten bei dem Betreiben des Servoantriebs, wie beispielsweise beim Hochfahren, die Spannung in nennenswerter Weise ab, wodurch die Eingangsspannung in den Servoantrieb nicht auf der vorgeschriebenen Höhe, sondern zu sich ändernden Werten geliefert wird. Eine Gleichstrommaschine mit Schwungrad funktioniert so, daß sie Energie liefert, wenn die normale Netzspannung unter den normalen Eingangswert absinkt.
Folglich ist eine zweite Notwendigkeit, welche durch eine bevorzugte Form der Erfindung befriedigt wird, eine nach einem Motoren-Steuerungs- und Energieversorgungssystem, welches nicht nur Energie kontinuierlich von einer Primärquelle an einen Motor liefert, sondern auch einen Energiestoß an den Motor unabhängig von der Primärenergiequelle während solcher Zeiträume liefert, während welchen der Motor Lastzuständen ausgesetzt ist.
Manche Motoren-Steuerungssysteme verwenden verschiedene Typen von Schaltelementen bei der Steuerung der Motorendrehzahl. Wenn irgendeines dieser Elemente ausfällt, beispielsweise durch Kurzschließen, dann könnte der Motor auf eine Überdrehzahl kommen, die zu einem Schaden an dem oder einer Zerstörung des Motors und irgendwelcher ihn umgebenden Ausrüstung führt. Folglich ist eine dritte Notwendigkeit in Kombination mit der ersten oder zweiten vorstehend aufgezeigten Notwendigkeit, die von einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befriedigt wird, die bezüglich eines Systems, welches auf solche Ausfälle von Elementen reagiert und nicht nur verhütet, daß der Motor auf eine Überdrehzahl kommt, sondern auch den Motor sofort bremst.
Bei der Verwendung von Universalmotoren ist es allgemein übliche Praxis, zur Zeit des Bremsens des Motors die Verbindung der Feldwicklung mit dem Anker umzukehren und die Wicklung und den Anker und möglicherweise einen Bremskondensator in einer Reihenschleife zu schalten, um für einen dynamischen Bremseffekt zu sorgen. Das Prinzip des dynamischen Bremsens wird als bisheriger Stand der Technik im US-Patent 4,144,482 beschrieben. In diesem Patent wird eine Wechselstrom-Netzspannung von einer Wechselspannungsquelle an eine mit dem Anker in Reihe geschaltete Feldwicklung angelegt, um den dazugehörigen Motor zu betreiben. Während dieser Operation überquert die Wellenform der Netzspannung den Pegel vom Wert Null mit einer Frequenz, die das Doppelte der Arbeitsfrequenz der Wechselspannungsquelle beträgt. Wenn die Wellenform durch den Pegel Null hindurchgeht, gibt es keinen Stromfluß durch die Feldwicklung, um das Magnetfeld aufrechtzuerhalten, wodurch das entwickelte Feld verlorengeht. Es gibt jedoch Restmagnetismus, der in dem Kern der Feldwicklung bleibt. Dieser Restmagnetismus ist ausreichend, um einen niedrigen Pegelfluß in derselben Richtung aufrechtzuerhalten, wodurch sich der Anker dreht. Wenn sich die Spannungs-Wellenform von dem Nullpegelwert weg bewegt, beginnt Strom durch die Wicklung in der entgegengesetzten Richtung zu fließen, um ein Feld innerhalb des Kerns mit Fluß in der entgegengesetzten Richtung zu entwikkeln. Das sich entwickelnde Feld wirkt dem Feld, das aus dem Restmagnetismus des Kerns resultiert, entgegen und löscht dieses aus, wodurch das Feld, durch welches sich der Anker dreht, durch einen Flußpegel vom Wert Null hindurchgeht. Zu dieser Zeit kehrt der Fluß seine Richtung um und beginnt, sich mit der entgegengesetzten Polarität erneut aufzubauen. Wie vorstehend vermerkt, muß sich, wenn die Energiezufuhr von dem Anker entfernt und eine Anstrengung unternommen wird, eine dynamische Bremswirkung aufzubringen, um den Anker zu stoppen, der Anker auslaufend durch ein Magnetfeld drehen. Wenn die Energiezufuhr von dem Motor zu dem Zeitpunkt weggenommen wird, zu dem die Wechselspannung den Pegelwert Null kreuzt, dann ist der Restmagnetismus innerhalb des Kerns ausreichend, um ein Feld zu entwickeln, welches gestattet, daß ein dynamisches Bremsen auftritt. Wenn jedoch die Energiezufuhr von dem Motor zum Zeitpunkt des Flusses Null weggenommen wird, dann gibt es kein aufrechterhaltenes Feld, das ausreicht, um das dynamische Bremsen zu bewerkstelligen, und die Bremswirkung versagt.
Folglich ist eine vierte Notwendigkeit in Kombination mit der vorstehend vermerkten ersten oder zweiten Notwendigkeit, welche durch eine Form der Erfindung befriedigt wird, eine nach einer Bremsschaltung, welche den Nachteil des vorstehend vermerkten Nullflußeffekts überwindet, um sicherzustellen, daß das dynamische Bremsen dann verfügbar ist, wenn es benötigt wird.
Zusammengefaßt besteht eine Notwendigkeit für ein Energiesystem, das mit einem Gerät mit Kraftantrieb zusammengefügt und leicht transportiert werden kann und welches das Gerät mit erhöhter Arbeitsenergie von einer konventionellen Wechselstromquelle versorgen kann. Es besteht auch eine Notwendigkeit für ein Energiesystem, welches nach Bedarf einen Stoß an zusätzlicher Energie an ein Gerät mit Kraftantrieb liefern kann, wenn das Gerät auf Belastungszustände trifft. Weiterhin besteht eine Notwendigkeit für ein Energiesystem, welches eine Möglichkeit für die Verhütung einer Überdrehzahl des Motors als Folge interner Ausfälle innerhalb des Energiesystems und auch für die Bereitstellung eines dynamischen Bremsens von Universalmotoren, die bei solchen Geräten mit Kraftantrieb verwendet werden, beinhaltet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die erste vorstehend identifizierte Notwendigkeit wird entsprechend der Erfindung durch ein Energiesystem erfüllt, das eine gleichgerichtete Gleichstromversorgung für einen Motor mit einer Filtereinrichtung kombiniert. Dementsprechend liefert die Erfindung ein Energiesystem, welches eine Stromversorgungsschaltung umfaßt, die mindestens einen Gleichrichter, Mittel die mit dem Gleichrichter verbunden sind, um Spannung von einer Wechselstromquelle an den Gleichrichter anzulegen, wobei der Gleichrichter eine pulsierende Gleichspannung liefert, die einen mittleren Gleichstromwert hat und einen Motor aufweist, wobei das Energiesystem gekennzeichnet ist durch:
(a) einen Kondensator, der über ein Schaltungsmittel in den Stromkreis geschaltet wird, das dann, wenn es in einem nichtleitfähigen Zustand ist, den Kondensator von dem Motor getrennt wird, so daß Energie an den Motor mit der Gleichspannung des Gleichrichters geliefert wird; wobei
(b) ein Mittel, um abzufühlen, daß der Motor Energie zusätzlich zu der von dem Gleichrichter gelieferten Energie erfordert, das funktionell mit dem Schaltmittel verbunden ist, um das Schaltmittel in einen leitfähigen Zustand zu ändern, in welchem der Kondensator die Gleichspannung der Energieversorgungsschaltung erhöht, um einen Energiestoß an den Motor zu liefern, und die Energieversorgungsschaltung ein Mittel beinhaltet, um den Kondensator von dem Gleichrichter aus aufzuladen und um die Ladung des Kondensators solange aufrechtzuerhalten, bis das Schaltmittel betätigt worden ist.
Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist ein Energiesystem für einen Motor ein erstes Mittel für die Lieferung von Energie von einer Energiequelle an einen Motor in einer vorgeschriebenen Höhe auf und weist weiterhin ein zweites Mittel für die Lieferung von Energie zu dem Motor auf; ein Mittel für das Abfühlen, daß der Motor Energie zusätzlich zu dem vorgeschriebenen Energiepegel benötigt, die durch das erste Mittel geliefert wird, und ein Mittel aufweist, das auf das abfühlende Mittel reagiert, um zumindest während der Zeitspanne, während das erste Mittel Energie mit dem vorgeschriebenen Energiepegel an den Motor liefert, Energie von dem zweiten Mittel zu dem Motor zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das abfühlende Mittel reagierenden Mittel Schaltmittel sind, die das zweite Mittel und den Motor in eine Reihenschleife schalten, daß Mittel zur Entwicklung einer Spannung über dem Steuermittel als Reaktion auf einen Bedarf von dem Motor während solcher Zeiträume, zu denen das Schaltmittel nicht in Funktion ist, und Mittel vorgesehen sind, die auf das Nichtvorhandensein der Spannung über dem Schaltmittel für einen vorgeschriebenen Zeitraum reagieren, um die Zuführung aller Energie an den Motor zu entfernen.
Die Erfindung kann in einem Gerät mit Kraftantrieb enthalten sein, welches ein Mittel für die Umwandlung einer angelegten Spannung in eine pulsierende Gleichspannung enthält und weiterhin ein Mittel enthält, um die pulsierende Gleichspannung zu erhöhen, um eine erhöhte Gleichspannung zu entwickeln, welche einen höheren durchschnittlichen Gleichspannungswert als die pulsierende Gleichspannung hat. Es sind Mittel für das Anlegen der erhöhten Gleichspannung an einen Motor vorgesehen, welcher ebenfalls in dem Gerät mit Kraftantrieb untergebracht ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es werden jetzt verschiedene Formen der Erfindung unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
Fig. 1 ein Schema einer Energieerhöhungsschaltung typisch von der Art ist, auf welche sich die Erfindung bezieht, um erhöhte Energie an einen Motor zu liefern;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Geräts mit Kraftantrieb wie beispielsweise eines Winkelschleifers ist, welcher in seinem Innern die Energieerhöhungschaltung von Fig. 1 enthält;
Fig. 3 eine Grafik ist, welche Drehzahl- und Leistungsabgaberesultate einer vergleichenden Prüfung von zwei Winkelschleifern zeigt, von denen einer die Energieerhöhungsschaltung von Fig. 1 enthält;
Fig. 4 ein Schema einer Energie-Stoßerhöhungsschaltung ist, welche einen Energiestoß nach Anforderung an einen Permanentmagnetmotor liefert;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Rasenmähers ist, welcher in seinem Innern die Energie-Stoßerhöhungsschaltung von Fig. 4 enthält;
Fig. 6 eine Grafik ist, welche Drehzahl- und Leistungsabgaberesultate einer vergleichenden Prüfung von zwei Rasenmähern zeigt, von denen einer die Energie-Stoßerhöhungsschaltung von Fig. 4 enthält;
Fig. 7 ein Schema einer Energie-Stoßerhöhungsschaltung ist, welche einen Energiestoß nach Anforderung an einen Universalmotor liefert;
Fig. 8 ein Schema einer Schaltung ist, welche die Energie- Stoßerhöhungsmerkmale der Schaltung von Fig. 4 einschließt und welche weiterhin eine auf Überdrehzahl reagierende Einrichtung für das Stoppen eines Geräts mit Kraftantrieb enthält;
Fig. 9 ein Wellenformdiagrainrn ist, welches die Spannung veranschaulicht, die an einen Motor des Geräts mit Kraftantrieb unter Verwendung der Schaltungen von Fig. 4 und 8 angelegt wird; und
Fig. 10, 11 und 12 Schemata sind, die Techniken für die Anwendung des dynamischen Bremsens zeigen, um den Motor eines Geräts mit Kraftantrieb stillzusetzen.

Detaillierte Beschreibung

Unter Verweis auf Fig. 1 liefert eine Energieerhöhungsschaltung 20, wie sie generell aus z.B. EP-A-98647 bekannt ist, Energie, um einen Motor 22 zu betreiben, welcher ein Permanentmagnet-(PM- )Motor oder ein Universalmotor sein könnte. Es wird vermerkt, daß Schaltung 20 auch Energie für andere Motorentypen liefern könnte, wie beispielsweise andere Kommutator-Gleichstrommotoren. Die Energieerhöhungsschaltung 20 enthält einen Vollwellen- Gleichrichter 24 und einen Kondensator 26, welche zwischen ein Leitungspaar 28 und 30 geschaltet sind. Gleichrichter 24 wird durch Dioden 32, 34, 36 und 38 gebildet. Motor 22 ist ebenfalls zwischen zwei Leitungen 28 und 30 angeschlossen. Folglich sind Gleichrichter 24, Motor 22 und Kondensator parallelgeschaltet.
Eine Wechselspannungsquelle 40, wie beispielsweise eine Haushaltsquelle von 120 V bei 60 Hz, ist über einen Schalter 42 mit der Eingangsseite von Gleichrichter 24 verbunden. Der Ausgang aus Gleichrichter 24 ist eine Vollwellen-gleichgerichtete pulsierende Gleichspannung, welche durch Kondensator 26 gefiltert und geglättet wird, um eine generell konstante Gleichspannung an Motor 22 zu liefern. Tatsächlich liefert die Wechselspannungsquelle 40 eine Spannung beispielsweise von 120 Volt (Effektivwert), welche dann gleichgerichtet wird, um die pulsierende Gleichspannung zu liefern. Die pulsierende Gleichspannung wird dann gefiltert, um beispielsweise eine mittlere Gleichspannung von 150 Volt zu liefern.
Tatsächlich wird dann Motor 22 von einem Wechselspannungseingang von 120 Volt (Effektivwert) aus betrieben, hat aber einen Mittelwert von 150 V Gleichspannung, der an ihn angelegt wird. Dies gestattet, daß der Motor 22 eine Erhöhung bei der Leerlaufdrehzahl erreicht. Beispielsweise beträgt die Drehzahlerhöhung für einen Universalmotor ungefähr 10 %. Während es eine mäßige Erhöhung bei der Drehzahl gibt, erhöht sich die maximale Abgabeleistung des Motors um ungefähr 45 % bei der Zunahme von 10 % bei der Drehzahl.
Ein Beispiel für ein Gerät mit Kraftantrieb ist ein Winkelschleifer 44, der in Fig. 2 veranschaulicht wird, welcher so entwickelt worden ist, daß er in seinem Inneren alle Bauelemente enthält, die für das Betreiben des Schleifers notwendig sind. Beispielsweise sind Motor 22, Gleichrichter 24, Kondensator 26 und Schalter 42 und auch die verbindende Verdrahtung alle im Innern des Winkelschleifers 44 enthalten. Dies ermöglicht es einem Betreiber, den Schleifer 44 in konventioneller transportabler Weise zu benutzen und die Energieerhöhung zu erreichen, die von der Energieerhöhungsschaltung 20 (Fig. 1) geliefert wird. Es wird vermerkt, daß Kondensator 26 ein Aluminium-Elektrolytkondensator mit einem Wert von 1000 uF und einer Nennspannung von 200 Volt ist. Es könnten auch andere Typen von Kondensatoren mit anderen Werten und Nennspannungen verwendet werden.
Ein Winkelschleifer ohne den internen Einschluß von Gleichrichter 24 und Kondensator 26, welcher aber ansonsten dem Winkelschleifer 44 ähnlich ist, wird von Black & Decker (USA) Inc. hergestellt und vertrieben und ist als Modell Nr. 4247 gekennzeichnet.
Verweisen wir wieder auf Fig. 2, so beinhaltet ein Winkelschleifer 44 ein Gehäuse 46 für die Aufnahme der verschiedenen Bauelemente des Schleifers. Ein Schaltungsraum 48 befindet sich in der Rückseite von Gehäuse 46. Ein (nicht gezeigter) Deckel ist von einer Seite des Schaltungsraums 48 entfernt worden, um die interne Montage von Gleichrichter 24, Schalter 42 und Kondensator 26 der Energieerhöhungsschaltung 20 (Fig. 1) zu zeigen. Eine Schnur 50 und ein Stecker 52 erstrecken sich aus der Rückseite von Schaltungsraum 48, um ein Anschließen von Winkelschleifer 44 an eine Wechselspannungsquelle 40 (Fig. 1) zu erleichtern. Die Verdrahtung ist für die gegenseitige Verbindung der verschiedenen Bauelemente innerhalb des Schaltungsraums 48 veranschaulicht. Ein Schalterhebel 54 ist schwenkbar an Punkt 56 an dem Gehäuse 46 montiert. Ein Ende von Hebel 54 ist an einer Schalter-Betätigungsklammer 60 innerhalb des Schaltungsraums 48 befestigt. Das entgegengesetzte Ende 62 von Hebel 54 erstreckt sich nach außen aus dem Schaltungsraum 48 und ist für ein Niederdrücken durch einen Betreiber zugänglich, so daß die Klammer 60 bewegt wird, um den Schalter 42 zu schließen. Ein Verriegelungsstift 64 ist in dem unteren hinteren Teil von Schaltungsraum 48 untergebracht und kann vom Betreiber von der Außenseite des Gehäuses 46 aus manipuliert werden, um Schalter 42 in geschlossener Stellung zu verriegeln.
Motor 22 befindet sich in einem Motorenraum 66, welcher vor dem Schaltungsraum 48 liegt. Über ein Paar Bürsten 68 und 70 sind Gleichrichter 24 und Kondensator 26 in der in Fig. 1 veranschaulichten Art und Weise mit Motor 22 verbunden. Eine Antriebswelle 72 erstreckt sich von Motor 22 nach vorn in einen Getrieberaum 74, wo Zahnräder untergebracht sind, um die Antriebskraft von Motor 22 mit einer Schleifscheibe 78 zu koppeln. Desgleichen ist Schleifer 44 mit einem Handgriff 82 für den Betreiber beim Handhaben des Schleifers versehen.
Kondensator 26 hat 35 mm Durchmesser und ungefähr 40 mm Höhe. Gleichrichter 24 ist 28 mm lang auf jeder Seite und 11 mm dick. Schalter 42 ist 25 mm dick, 38 mm hoch und 20 mm breit. Wenn die Energieerhöhungsschaltung 20 einschließlich Schalter 42 und verbindender Verdrahtung in einem Gerät mit Kraftantrieb montiert wird, dann ist für eine solche Montage ein Raum von ungefähr 75 mm mal 44 mm mal 50 mm ausreichend für eine solche Montage. Die Bauelemente von Netzschaltung 20 sind klein und haben ein verhältnismäßig geringes Gewicht und fügen kein nennenswertes zusätzliches Gewicht dem Gesamtgewicht des transportablen Geräts mit Kraftantrieb hinzu. Deshalb hat das Gerät eine erhöhte Leistungsabgabe ohne ein entsprechendes zusätzliches Gewicht, welches diese Tragbarkeit stören oder seinen Gebrauch ermüdend machen könnte.
Folglich wird Schleifer 44 durch Energieerhöhungsschaltung 20, die sich innerhalb des Schleifers befindet und mit diesem tragbar ist, betrieben, was es dem Benutzer gestattet, den Schleifer mit Leichtigkeit zu handhaben, während eine erhöhte Abgabeleistung an die Schleifscheibe 78 geliefert wird. Die Erhöhungsmöglichkeit gestattet auch, daß Schleifer 44 bereit ist, zusätzliche Leistung zu liefern, wenn Schleifscheibe 78 auf einen zusuätzlichen Belastungszustand trifft.
Um den nennenswerten Nutzen von Energieerhöhungsschaltung 20 in Winkelschleifer 44 zu demonstrieren, wurde eine vergleichende Prüfung zwischen einem Standardschleifer, welcher ein Black & Decker-Schleifer Modell 4247 war und einem Schleifer 44 ausgeführt, welcher derselbe wie der Schleifer Modell Nr. 4247 ist, mit der Ausnahme, daß er die Energieerhöhungschaltung einschließt. Bei der Durchführung der Prüfungen wurde eine Standard-Wechselspannungsquelle von 120 Volt bei 60 Hz für das Betreiben der beiden Schleifer verwendet.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Belastung durch das aufgebrachte Moment in Newton-Metern dargestellt und ist in Abhängigkeit von der Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (min&supmin;¹) und der abgegebenen Leistung in Watt aufgetragen. Die Kurven in gestrichelten Linien stellen Drehzahl und abgegebene Leistung, die zu dem Standardschleifer gehören dar, und die Kurven in ausgezogenen Linien stellen Drehzahl und abgegebene Leistung dar, die zu dem Schleifer 44 gehören.
Ohne Last arbeitet Schleifer 44 bei einer Drehzahl von nahezu 12.000 min&supmin;¹, während der Standardschleifer bei einer Drehzahl von ungefähr 10.800 min&supmin;¹ arbeitet, das heißt, die Differenz liegt mit 1200 geringfügig darunter. Wenn die Belastung ansteigt, dann nimmt die Drehzahl von Schleifer 44 und des Standardschleifers ab. Jedoch nimmt die Drehzahl von Schleifer 44 mit einer geringfügig niedrigeren Rate ab, wodurch die Differenz zwischen der Drehzahl der beiden geprüften Schleifer ansteigt, wenn die Belastung darauf zunimmt.
Desgleichen beträgt bei verhältnismäßig geringeren Belastungen die abgegebene Leistung von Schleifer 44 ungefähr 300 Watt und liegt für den Standardschleifer geringfügig über 250 Watt, wobei die Differenz ungefähr 50 Watt beträgt. Wenn die Belastung ansteigt, dann steigt die abgegebene Leistung jedes Schleifers an. Jedoch steigt die abgegebene Leistung von Schleifer 44 nennenswert auf einen Wert von ungefähr 1000 Watt bei einem Momemt (einer Belastung) von ungefähr 1,7 Newtonmetern (15lb.-in.) an, während die abgegebene Leistung des Standardschleifers auf ungefähr 665 Watt ansteigt, wobei die Differenz ungefähr 335 Watt beträgt.
Folglich zeigt die vergleichende Prüfung, daß bei ansteigender Belastung Schleifer 44 bei Drehzahlwerten, welche über den Drehzahlwerten des Standardschleifers liegen und bei einer relativ damit übereinstimmenden Drehzahldifferenz ohne Rücksicht auf den Belastungzustand arbeitet. Während jedoch die Drehzahldifferenz bei ansteigenden Belastungsbedingungen nur geringfügig schwankt, hat Schleifer 44 eine nennenswert größere abgegebene Leistung als der Standardschleifer bei allen Belastungszuständen und nimmt dessen abgegebene Leistung mit einer bemerkenswert schnelleren Rate zu, als die abgegebene Leistung des Standardschleifers.
Energieerhöhungsschaltung 20 sorgt deshalb für die Fähigkeit des Schleifers 44, gut auf einen ansteigenden Lastbedarf zu reagieren. Diese Energieerhöhung erreicht man leicht durch Aufnahme von Schaltung 20 im Innern von Schleifer 44, so daß die Energieerhöhungseinrichtung in jeder Hinsicht mit dem Schleifer transportabel ist.
Die Montage im Innern und das Betreiben von Energieerhöhungsschaltung 20 ist bezogen auf Winkelschleifer 44 veranschaulicht worden. Es ist jedoch selbstverständlich, daß auch andere Geräte mit Kraftantrieb, wie beispielsweise Haushalts- und Küchenprodukte und auch andere Werkzeuge mit Kraftantrieb, wie Geräte für die Arbeit im Freien und Gartengeräte so konstruiert werden können, daß sie für das Betreiben mit der Energieerhöhungsschaltung 20 vorgesehen werden können.
Häufig tritt, wenn ein Gerät mit Kraftantrieb beginnt, auf einen Belastungszustand zu treffen, eine Reduzierung der Drehzahl des Motors eines solchen Geräts auf, womit weitere schädliche Wirkungen auf die Belastungsbedingungen verbunden sind. Wie in Fig. 4 veranschaulicht, ist eine Energie-Stoßerhöhungsschaltung entwickelt worden, um auf die Belastungsbedingungen zu reagieren und einen Energiestoß an das Gerät mit Kraftantrieb zu liefern, um die Drehzahl des Motors auf einer für das Betreiben des Geräts ausreichenden Höhe zu halten.
Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84, welche die bevorzugte Form der Erfindung ist, beinhaltet einen Vollwellengleichrichter 86, der durch Dioden 88, 90, 92 und 94 gebildet wird, um eine pulsierende Gleichspannung zwischen Ausgangsleitungen 96 und 98 zu liefern. Der Ausgang von Gleichrichter 86 wird über eine Diode 102, welche mit dem Kondensator durch Leitung 104 verbunden ist, an einen Elektrolytkondensator 100 angelegt. Eine Wechselspannungsquelle 108, welche beispielsweise eine Haushaltsspannung von 120 Volt bei einer Frequenz von 60 Hz liefert, ist über einen Schalter 110 mit dem Eingang des Gleichrichters 86 in konventioneller Weise verbunden. Schalter 110 ist mechanisch mit Schalter 112 gekoppelt, welcher mit einem Bremswiderstand 114 in Reihe geschaltet ist. Schalter 112 und Bremswiderstand 114 sind quer zu Motor 106 geschaltet. Die Schalter 110 und 112 sind alternativ angeordnet, so daß Schalter 110 offen ist, wenn Schalter 112 geschlossen ist und umgekehrt. Wenn Schalter 110 geschlossen wird, um Motor 106 zu betreiben, wird Schalter 112 geöffnet, um Bremswiderstand 114 von der Schaltung 84 zu trennen. Wenn Schalter 110 geöffnet wird, um die Arbeitsspannung von Motor 106 wegzunehmen, dann wird Schalter 112 geschlossen, um den Bremswiderstand 114 quer zum Motor 106 zu schalten. Widerstand 114 funktioniert dann in der typischen Weise eines Bremswiderstandes, um Motor 106 schnell abzubremsen.
Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 enthält weiterhin einen siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR) 116, welcher zwischen den Leitungen 96 und 104 angeschlossen ist, welcher aber bezogen auf Diode 102 eine umgekehrte Vorspannung hat. Es wird vermerkt, daß ein (nicht gezeigter) Triac mit entsprechender Steuerschaltung in Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 anstelle von Diode 102 und SCR 116 eingebaut und in derselben Weise funktionieren könnte, ohne von der Erfindung abzuweichen.
Eine Seite eines Regelwiderstands 118 ist mit Leitung 104 verbunden und ist weiterhin mit einem Widerstand 120, einem Diac 122 und Spannungsteilerwiderständen 124, 132 in Reihe geschaltet, wobei der Widerstand 132 mit der Ausgangsleitung 96 verbunden ist. Ein Widerstand 126 ist zwischen Ausgangsleitung 96 und einer Verbindungsstelle 128 zwischen Regelwiderstand 118 und Widerstand 120 geschaltet. Kondensator 130 ist zwischen Ausgangsleitung 96 und Verbindungsstelle 129 zwischen Widerstand 120 und Diac 122 geschaltet. Das Gatter von SCR 116 ist mit der Verbindungsstelle 131 zwischen den Widerständen 124, 132 verbunden, wobei der Widerstand 132 effektiv zwischen das Gatter und die Katode von SCR 116 geschaltet ist.
Beim Betreiben von Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 wird Schalter 110 geschlossen, wodurch Schalter 112 geöffnet wird. Eine Wechselspannung wird an Gleichrichter 86 angelegt, welcher eine pulsierende Gleichspannung entwickelt, die einen Spitzenwert von ungefähr 170 Volt hat. Der Ausgang aus Gleichrichter 86 gibt Diode 102 eine Vorspannung in Durchlaßzustand, so daß der Gleichrichter-Ausgang an den Kondensator 100 angelegt wird, welcher sich schnell auf die abgegebene Spitzenspannung von 170 Volt aus dem Gleichrichter 86 auflädt. Zusätzlich wird die ungefilterte mittlere Gleichspannung, ungefähr 109 Volt, von Gleichrichter 86 an den Motor 106 angelegt, um den Motor anzutreiben. Dieser Zustand bleibt bei Nichtvorhandensein einer nennenswerten Belastung an dem Motor 106 konstant, so daß der Kondensator 110 voll aufgeladen bleibt und Motor 106 mit einer konstanten Drehzahl arbeitet.
Während dieser stabilen Periode entwickelt Motor 106 eine Rück- oder Gegen-EMK (GEMK), welche das Ergebnis der Generatorwirkung ist, die normalerweise durch die Ankerleiter entwickelt wird, die sich durch das Magnetfeld des Magneten, wenn ein PM-Motor verwendet wird oder der in Reihe geschalteten Feldwicklung, wenn ein Universalmotor verwendet wird, drehen. Regelwiderstand 118, Widerstand 126 und Motor 106 sind miteinander in Reihe geschaltet, wobei diese Schaltung parallel zu dem Kondensator 100 liegt, wodurch die Spannung des Kondensators über die Reihenschaltung angelegt wird. Ein Teil der Spannung von Kondensator 100 fällt über Motor 106 ab, um gegen die GEMK des Motors zu wirken, wodurch der restliche Spannungsabfall über Regelwiderstand 118 und Widerstand 126 erfolgt. Desgleichen wird während dieser stabilen Periode die Vorspannung von Diac 122 weggenommen, wodurch das Gatter von SCR 116 eine Vorspannung erhält, so daß der SCR nicht-leitfähig ist. Weiterhin wird sich Kondensator 130 über Widerstand 120 auf einen vorbestimmten Wert aufladen.
Während der Funktion von Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 erscheint eine Spannung an Verbindungsstelle 128, weil die Spannung von Kondensator 100 über Regelwiderstand 118, Widerstand 126 und Motor 106 abfällt. Die an Verbindungsstelle 128 erscheinende Spannung wird über Widerstand 120 mit Diac 122 gekoppelt. Wenn jedoch der Motor ohne Last oder nur mit leichter Belastung arbeitet, ist die GEMK hoch und ist die Spannung, die bei Verbindungsstelle 128 erscheint, zu niedrig, um Diac 122 leitfähig zu machen.
Wenn Motor 106 einen Belastungszustand erfährt, dann fällt die Motorendrehzahl ab und reduziert dadurch den Generatoreffekt, so daß die GEMK absinkt. Folglich ist weniger Spannung erforderlich, um der abgesenkten GEMK entgegenzuwirken, wodurch der Spannungsabfall über Regelwiderstand 118 und Widerstand 126 erhöht wird. Mit dieser Erhöhung beim Spannungsabfall erscheint jetzt eine höhere Spannung an Verbindungstelle 126, so daß der Diac 122 arbeitet und einen Strompfad zum Gatter von SCR 116 öffnet. Eventuell wird ausreichend Strom in das Gatter von SCR 116 entladen, um den SCR einzuschalten. Sobald SCR 116 ausgelöst worden ist, wird die Spannung von Kondensator 100 direkt über den Motor 106 angelegt, um für einen Energiestoß zu dem Motor zu sorgen. Auf diese Weise filtert Kondensator 100 die pulsierende Gleichspannung von Gleichrichter 86 effektiv, um die an den Motor 106 angelegte durchschnittliche Gleichspannung auf einen Wert von ungefähr 150 Volt zu erhöhen. Es wird vermerkt, daß die an den Motor 106 angelegte Spannung in Fig. 4 der in dicken Linien gezeichneten Wellenform 133 folgt, die zwischen den Spannungen V1 und V2 in Fig. 9 veranschaulicht ist.
Mit der zusätzlichen Energie, die an Motor 106 durch die Filterungswirkung von Kondensator 100 angelegt wird, wird die Motorendrehzahl stabilisiert, so daß der Motor jetzt auf irgendwelche weiteren Belastungsbedingungen reagieren kann und es weniger wahrscheinlich ist, daß er eine nach unten gerichtete Spirale bei den Drehzahlwerten erfährt, was zu einem Stillstand führen könnte.
Es wird vermerkt, daß Regelwiderstand 118 irgendeine Form eines einstellbaren Widerstands repräsentiert, welcher im Werk so eingestellt werden kann, daß der Spannungspegel an der Verbindungsstelle 128 hergestellt werden kann, bei welchem Diac 122 auslöst. Weiterhin ist Widerstand 132 ein Widerstand mit hohem Wert, welcher das Gatter von SCR 116 fest mit der Katode verbindet, um Störsignale und externes Rauschen von einem zufälligen Auslösen des SCR und einer anderweitigen beeinflussenden Operation von Schaltung 84 zu verhüten.
Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 kann benutzt werden, um eine Vielzahl von Geräten mit Kraftantrieb zu versorgen, beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Haushalts- und Küchenprodukte, Werkzeuge mit Kraftantrieb und Rasen- und Gartengeräte für eine Verwendung im Freien. Beispielsweise ist ein Rasenmäher 134, wie in Fig. 5 veranschaulicht, entwickelt worden, welcher unter der Steuerung durch eine Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 arbeitet. Rasenmäher 134 beinhaltet ein Gehäuse 136, vier Räder 138 (zwei gezeigt), die drehbar an dem Gehäuse montiert sind, einen Handgriff 140 und einen Grasfänger 142. Ein Messer 144 ist an einer Antriebswelle 146 befestigt, welche sich axial von dem Motor 106 erstreckt. Ein Energie-Stoßerhöhungsbaustein 148 ist angrenzend an Motor 106 montiert und beinhaltet eine Schaltungskarte für die Aufnahme einer Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 (Fig. 4). Eine Abdeckung 150 ist über Motor 105 und Baustein 148 angeordnet, um den Motor und den Baustein zu schützen und abzuschirmen. Eine elektrische Schnur 152 ist an Handgriff 140 befestigt und hat einen Bausteinstecker 154, der an einem Ende der Schnur befestigt ist und einen konventionellen WS-Stecker 156, der mit dem anderen Ende der Schnur verbunden ist. Stecker 154 ist mit dem Baustein 148 verbunden. Schalter 110 (Fig. 4) ist elektrisch in Schnur eingeschlossen, um die Betätigung von Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84, Motor 106 und Mäher 134 nach Schließen des Schalters zu erleichtern. Es wird vermerkt, daß während Schalter 110 als Hebel- oder Kippschalter in Fig. 5 veranschaulicht ist, jeder beliebige Schaltertyp, der für diese Verwendung geeignet ist, als angemessen angesehen wird.
Wenn der Mäher 134 benutzt wird, dann steckt der Betreiber Stekker 156 in eine Steckdose, welche die notwendige Wechselspannung liefert. Schalter 110 wird dann eingeschaltet, um Wechselspannung an den Baustein 148 über Schnur 152 und Stecker 154 anzulegen. Dann funktioniert die Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 so, wie vorstehend bezogen auf die Schaltkreisveranschaulichung von Fig. 4 beschrieben. Bei Leerlaufzustand arbeitet der Motor 106 in der Art eines kleinen Motors und entnimmt eine verhältnismäßig geringe Strommenge aus dem Netz. Weiterhin ist die Drehzahl von Motor 106 vergleichsweise hoch. Wenn Mäher 134 aus einem Leerlaufzustand durch Gras mäßiger Höhe bewegt wird, um das Gras auf eine gewünschte geringere Höhe zu schneiden, dann erfährt Motor 106 einen solchen Belastungszustand, daß die Motorendrehzahl auf einen Wert absinkt, welcher ausreichend ist, um die Schneidwirkung aufrechtzuerhalten, die für das Schneiden des Grases notwendig ist. Bei einem Drehzahlabfall und einer Steigerung der Last erhöht sich das erforderliche Moment und auch die aus der WS-Quelle entnommene Strommenge. Zu diesem Zeitpunkt funktioniert die Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 (Fig. 4) so, wie vorstehend beschrieben, um SCR 116 auszulösen. Wenn SCR 116 ausgelöst wird, dann wird durch Kondensator 100 ein Energiestoß geliefert, um die WS-Quelle während des Zustands der Belastung dadurch zu unterstützen, daß die notwendige Energie geliefert wird, um die Drehzahl von Motor 106 beim Schneiden des Grases aufrechtzuerhalten.
Wenn Mäher 134 in viel höheres Gras gelenkt wird, dann erfährt Motor 106 plötzlich Lastzustände, durch welche die Drehzahl des Motors dazu tendiert, noch weiter zu sinken. Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 funktioniert weiter während des Zeitraums erhöhter Lastzustände, wobei weiterhin ein Energiestoß an den Motor 106 durch den Kondensator 100 angelegt wird.
Vergleichende Labor-Bremsversuche sind unter Verwendung zweier elektrisch angetriebener Rasenmäher durchgeführt worden, um die funktionelle Bedeutung der Erfindung zu veranschaulichen, die durch die Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 und die Verwendung der Schaltung bei einem Gerät mit Kraftantrieb, wie beispielsweise einem Rasenmäher, verkörpert wird. Die beiden Mäher werden im Nachstehenden als Mäher "A" und "B" bezeichnet. Mäher "A" wird von Black & Decker (USA) Inc. hergestellt und vertrieben und wird als Modell 8018 bezeichnet. Mäher "B" unterscheidet sich von Mäher "A" nur durch das Hinzufügen von Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84. Ansonsten sind Mäher "A" und "B" identisch.
Um die Bedeutung der vergleichenden Prüfergebnisse einzuschätzen, ist es selbstverständlich, daß ein Rasenmäher mit einem 18- Zoll-Messer, das sich bei Drehzahlen von über 2700 min&supmin;¹ dreht, generell alles Gras, das in seine Bahn gebracht wird, schneidet. Wenn die Messerdrehzahl beginnt, unter 2700 min&supmin;¹ abzusinken, dann schiebt das Messer beiseite und schneidet einiges von dem Gras nicht. Allmählich wird, wenn die Drehzahl weiterhin reichlich unter 2700 min&supmin;¹ absinkt, immer weniger Gras von dem rotierenden Messer geschnitten, und bei sehr niedrigen Drehzahlen wird im wesentlichen kein Gras geschnitten. Generell tritt diese Drehzahlreduzierungswirkung üblicherweise dann auf, wenn der Mäher anfänglich auf einen Belastungszustand trifft, der aus Gras einer mäßigen Höhe resultiert und wird fortgesetzt, wenn der Mäher auf höheres Gras stößt, welches eine steigende Belastung auf den Mäher aufbringt, wodurch der Mäher eventuell zum Stillstand kommen kann. In jedem Fall scheint der Wert von 2700 min&supmin;¹ der Wert zu sein, unterhalb welchem die Effektivität des Grasschneidens nennenswert absinkt.
Bei der Durchführung der Versuche wurden verschiedene Werte einer Bremslast auf jeden Mäher aufgebracht, die repräsentativ für den Mäher sind, der auf verschiedene Grashöhen trifft.
Unter Verweis auf Fig. 6 veranschaulicht eine Grafik die vergleichenden Unterschiede bei der Motorendrehzahl (min&supmin;¹) unter ansteigender Belastung, wie sie durch das in Newtonmetern gemessene Moment dargestellt wird und die abgegebene Leistung der geprüften Motoren in Watt. Speziell werden die Drehzahl- und Abgabe-Leistungskurven von Mäher "A" durch gestrichelte Linien und die Kurven von Mäher "B" durch ausgezogene Linien gezeigt.
Wie in Fig. 6 abgebildet, ist die Drehzahl von Motor "A" verhältnismäßig hoch im Leerlauf oder bei sehr kleiner Last, nimmt aber dann in einer stetigen Rate ab, wenn die Belastung ansteigt. Mäher "A" erreicht den Drehzahlwert von 2700 min&supmin;¹ bei einer Last, die durch ein Moment von ungefähr 1,8 Newtonmetern (18 cmkg) repräsentiert wird. Folglich sinkt bei Belastungen unterhalb dieser Momentenwerte die Schneideffektivität des Mähers nennenswert ab.
Was den Mäher "B" angeht, so zeigt die Drehzahlkurve, daß die Drehzahl im Leerlaufzustand oder im Zustand geringer Belastung hoch ist und beginnt, in der Art und Weise von Motor "A" abzusinken. Jedoch verlangsamt sich bei einem Drehzahlwert eben unterhalb von 4000 min&supmin;¹ die Abnahmerate nennenswert in dem Ausmaß, daß ein Knick in der Kurve gebildet wird. Dies repräsentiert den Zustand, in welchem der Motor 106 von Mäher "B" einen Lastzustand angetroffen und SCR 116 ausgelöst hat, um Strom von Kondensator 100 an den Motor zu liefern, um für einen Energiestoß zu sorgen. Folglich hat der Energiestoß die Fähigkeit des Mähers "B" vergrößert, mit steigenden Belastungen gut über den Bereich von Mäher "A" hinaus fertig zu werden. Beispielsweise ist Mäher "A" auf den Drehzahlwert von 2700 min&supmin;¹ bei einer Last abgefallen, die durch einen Momentenwert von 1,8 Newtonmetern (18 cmkg) repräsentiert wird. Wie auf der Grafik von Fig. 6 veranschaulicht, fällt Mäher "B" auf eine Drehzahl von 2700 min&supmin;¹ erst dann ab, wenn der Mäher eine Last antrifft, die durch einen Momentenwert von 3 Newtonmetern (30 cmkg) repräsentiert wird. Deshalb erhöht die Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 die Fähigkeit von Mäher "B" oder Mäher 134 (Fig. 5), wesentlich größere Belastungen abzuarbeiten und damit fertigzuwerden, als Mäher "A".
Weiter unter Verweis auf Fig. 6 enthüllt die abgegebene Leistung, gemessen in Watt, daß Mäher "B" wesentlich mehr Leistung liefert, als Mäher "A", insbesondere im Arbeitsbereich der Mäher. Generell folgt die Leistungskurve von Mäher "A" derselben Bahn mit einer geringfügigen Abweichung bei höheren Belastungszuständen. Jedoch beginnt die Leistungskurve von Mäher "B" mit einem schnelleren Schrittmaß bei niedrigen Belastungswerten anzusteigen und überschreitet die Energiepegel von Motor "A" gut jenseits der Belastungswerte, welche als nennenswert hoch angesehen werden. Man sieht, daß Motor "B" wesentlich höhere Werte für die abgegebene Leistung als Motor "A" bei solch hohen Belastungswerten wie ungefähr 4 Newtonmetern (40 cmkg) liefert. Folglich enthüllen die Kurven von Fig. 6, daß Motor "B" mit der Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 in der Lage ist, hohe Drehzahlwerte und eine hohe abgegebene Leistung für weitere Belastungszustände gut jenseits der Möglichkeiten von Mäher "A" aufrechtzuerhalten.
Es wird vermerkt, daß während die abgegebene Leistung jedes Mähers "A" und "B" einen Spitzenwert an dem Punkt hat, an dem die Drehzahl der Mäher gut unterhalb der unteren effektiven Schnittrate von 2700 min&supmin;¹ hat, die Wirksamkeit der Energie- Stoßerhöhungsschaltung 84 immer noch demonstriert wird, welche eine nennenswert höhere abgegebene Leistung in stark belastetem Zustand liefert. Dieses Merkmal ist dann außerordentlich wertvoll, wenn die Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 bei anderen Geräten mit Kraftantrieb verwendet wird, die in einer anderen Umgebung als der eines Rasenmähers verwendet werden.
Manche kommerziell erhältlichen elektrischen Rasenmäher, welche Messer verwenden, die einen Durchmesser von 19 und 20 Zoll haben, erfordern einen großen Motor, so daß dann, wenn zusätzliche Leistung während belasteter Zustände benötigt wird, diese verfügbar ist. Jedoch bedeutet dies, daß solche Mäher mit einem hohen Stromwert in unbelastetem Zustand oder Bedingungen leichter Belastung versorgt werden müssen, um die großen Motoren zu betreiben. Um zu verhüten, daß solche Mäher während des Zustands eines Leerlaufs oder leichter Belastung bei einer unsicheren Drehzahl arbeiten, sind die Messer nennenswert verdrillt, um eine Bremsung an dem Motor anzubringen. So treffen, wenn die Messer während eines unbelasteten Zustands angetrieben werden, die verdrillten Teile des Messers auf einen relativen Windwiderstand, welcher verhütet, daß sich die Drehzahlen über einen sicheren Wert hinaus erhöhen. Aber der Motor entnimmt nennenswerte Strommengen aus der Wechselspannungsquelle, um den Bremswiderstand zu überwinden, der aus den verdrillten Teilen der Messer resultiert. Wenn die höheren Belastungswerte angetroffen werden, dann werden sogar noch größere Strommengen durch den Motor entnommen, was die Betriebskosten und die erzeugte Abwärme nennenswert steigert.
Mit der Verfügbarkeit der Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 gibt es keine Notwendigkeit, Motor "B" während eines unbelasteten Zustands zu stark mit Energie zu speisen, um zu gewährleisten, daß eine angemessene Energie während normaler und übernormaler Belastungszustände zur Verfügung steht. Folglich kann Motor 106 als kleiner Motor während eines unbelasteten oder nur leicht belasteten Zustands funktionieren und dadurch nur geringe Stromwerte entnehmen. Beispielsweise hat in unbelastetem oder leicht belastetem Zustand bei den vergleichenden Prüfungen Mäher "B" ungefähr 2 bis 3 A aufgenommen. Wenn ein Energiestoß durch Schaltung 84 auftritt, dann kann Motor 106 als großer Motor arbeiten und sich dementsprechend verhalten. Es gibt da auch keine Notwendigkeit, die Messer von Motor "B" nennenswert zu verdrillen, weil Motor 106 keine starke Abbremsung während eines Betriebs im Leerlauf oder mit geringer Last erfordert. Wenn gewünscht, kann eine geringfügige Verdrillung in den Messern ausgebildet werden, um beim Anheben des geschnittenen Grases in den Grasfänger 142 Unterstützung zu leisten. Auf diese Weise wird die Masse an Energie, die Mäher "B" zugeführt wird, für das Schneiden von Gras und nicht für die Überwindung irgendeines Bremswiderstandes benutzt, der durch Messer entwickelt wird, in denen starke Verdrillungen ausgebildet sind.
Während Schaltung 84 die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist und funktionell für eine Verwendung mit einem PM-Motor beschrieben wurde, kann das in der Schaltung enthaltene Prinzip auch bei anderen Motorentypen verwendet werden. Beispielsweise arbeitet, wie in Fig. 7 veranschaulicht, eine Energie-Stoßerhöhungsschaltung 160 mit einer Vielzahl von Motorentypen, ohne von der Erfindung abzuweichen. Diese Motorentypen beinhalten PM- Motoren, Universalmotoren, Nebenschlußmotoren und Kompoundmotoren, sind aber nicht darauf beschränkt.
Weiter unter Verweis auf Fig. 7 beinhaltet die Energie-Stößerhöhungsschaltung 160 einen Gleichrichter 162, der durch Dioden 164, 166, 168 und 170 gebildet wird. Eine Wechselspannungsquelle 172 ist über einen Ein-Aus-Schalter 174 mit Gleichrichter 162 gekoppelt so daß die Wechselspannung gleichgerichtet wird, um eine pulsierende Gleichspannung zu entwickeln. Die pulsierende Gleichspannung ist über einen stromabfühlenden Widerstand 176 gekoppelt und wird zwischen den Leitungen 178 und 180 an einen Universalmotor 182 angelegt. Ein Bremswiderstand 184 und ein normalerweise geschlossener Schalter 186 sind über den Motor 182 angeschlossen. Schalter 186 ist mechanisch mit Schalter 174 verbunden, so daß dann, wenn Schalter 174 geöffnet wird, um den Motor 182 stillzusetzen, Schalter 186 geschlossen wird, um ein dynamisches Bremsen auf den Motor aufzubringen. Zusätzlich wird die pulsierende Gleichspannung über eine Diode 188 angelegt, um einen Elektrolytkondensator 190 aufzuladen.
Ein Potentiometer 192 ist parallel zu dem stromabfühlenden Widerstand 176 geschaltet, wobei der Abgreifarm desselben mit dem Eingang einer spannungsempfindlichen Einrichtung 194 verbunden ist. Die Spannungsempfindliche Einrichtung 194 ist von dem Typ, welcher bei der National Semiconductor Corporation of Santa Clara, Kalifornien, als Modell Nr. LM334 erhältlich ist. Ein Widerstand 196 ist zwischen den Abgreifarm von Potentiometer 192 und Leitung 178 geschaltet. Eine Seite von Einrichtung 194 ist auch mit Leitung 178 verbunden, während die Ausgangsseite der Einrichtung über einen Widerstand 198 über eine Leitung 200 mit Kondensator 190 verbunden ist. Die Anode des siliziumgesteuerten Gleichrichters (SCR) 202 ist über einen Widerstand 204 mit Leitung 200 verbunden, während die Katode des SCR über einen Widerstand 206 mit Leitung 178 verbunden ist. Die Anode von Zenerdiode 208 ist mit dem Gatter von SCR 202 verbunden, und die Katode von Zenerdiode ist mit der Ausgangsseite der spannungsempfindlichen Einrichtung 194 verbunden. Die Anode des anderen siliziumgesteuerten Gleichrichters (SCR) 210 ist mit Leitung 200 verbunden, die Katode des SCR ist mit Leitung 178 verbunden, und die Gatterelektrode des SCR ist über Widerstand 206 mit Leitung 178 verbunden.
Während aller Zeiträume eines Motorenbetriebes fließt der Strom, welcher durch Motor 182 fließt, auch durch den stromabfühlenden Widerstand 176, so daß der Widerstand 176 den Motorenstrom abfühlt. Da nun der Strompegel, der von Motor 182 aufgenommen wird, mit den Schwankungen bei der Drehzahl des Motors in Beziehung steht, welche aus Schwankungen bei der Belastung resultieren, die auf den Motor aufgebracht wird, ist dadurch der abgefühlte Strom eine Anzeige für Schwankungen beim Lastbedarf, der auf den Motor aufgebracht wird.
Wenn Motor 182 arbeitet und nicht belastet wird, dann entwickelt der Strompegel, welcher durch Widerstand 172 fließt, einen Spannungsabfall über den Widerstand, welcher durch Potentiometer 192 geteilt und an den Eingang der spannungsempfindlichen Einrichtung 194 angelegt wird. Potentiometer 192 ist vorher, beispielsweise im Werk, so eingestellt worden, daß die Schwellenspannung von Einrichtung 194 sich auf einem Wert befindet, der geringfügig über einem Spannungswert liegt, welcher repräsentativ für den Wert des Motorenstroms ist, wenn der Motor 182 unbelastet ist.
Wenn der Eingang für Einrichtung 194 unter dem Schwellenwert liegt, welches der Zustand ist, wenn Motor 182 unbelastet ist, dann ist der Ausgang aus der Einrichtung aktiv, um die Widerstände 196 und 198 in Reihe zu schalten. Dies verhütet irgendeinen Stromfluß am Gatter von SCR 202, wodurch der SCR nicht- leitend ist. Wenn SCR 202 nicht-leitend ist, dann gibt es keinen Stromfluß durch Widerstand 206 und dadurch keine Spannungsdifferenz zwischen dem Gatter und der Katode von SCR 202. Folglich ist SCR 202 nicht-leitend, um eine Entladung von Kondensator 190 während der Zeiträume auszuschließen, in denen der Motor 182 nicht belastet ist.
Wenn Motor 182 belastet wird, dann steigt der von dem Motor aufgenommene Strom an, und demzufolge erhöht sich der Spannungsabfall über Widerstand 176. Der Spannungseingang in Einrichtung 194 überschreitet jetzt den Schwellenspannungspegel der Einrichtung, wodurch der Ausgang aus der Einrichtung auf eine Spannung "treibt", die nur durch Zenerdiode 208 und den Vorwärts-Spannungsabfall am Gatter von SCR 202 begrenzt wird. Unter diesen Umständen fließt Strom von der positiven Seite von Kondensator 190 durch Widerstand 198, Zenerdiode 208 und in das Gatter von SCR 202, wodurch der SCR sich einschaltet. Wenn SCR 202 eingeschaltet ist, wird Strom über Widerstand 204 an das Gatter von SCR 210 geliefert, um SCR 210 einzuschalten. Kondensator 190 ist jetzt über den SCR 210 mit dem Motor 182 verbunden, um einen Energiestoß während der Perioden zu liefern, zu denen der Motor belastet ist.
Wenn die Belastung an Motor 182 weggenommen wird, dann wird die vorstehend beschriebene Folge umgekehrt, wodurch die Energie- Stoßerhöhungseinrichtung entfernt wird, wodurch der Motor auf die Leerlaufdrehzahl zurückkehrt.
Es wird vermerkt, daß Schaltung 160 Schaltung 84 (Fig. 4) ähnlich ist. Beispielsweise beinhalten beide Schaltungen einen Gleichrichter für das Entwickeln einer pulsierenden Gleichspannung, welche an den Motor und, über eine Diode, an einen Kondensator angelegt wird, um den Kondensator aufzuladen. Desgleichen enthalten beide Schaltungen 84 und 160 einen SCR, welcher durch eine Abfühlschaltung gesteuert wird, die auf den Belastungszustand des Motors reagiert. Bezüglich der Schaltung 84 reagiert die Abfühlschaltung auf Schwankungen bei der GEMK des Motors, während die Abfühlschaltung von Schaltung 160 auf Schwankungen beim Strom durch den Motor anspricht. In jedem Fall reagieren die Schaltungen 84 und 160 auf Belastungsbedingungen der entsprechenden Motoren, um einen Energiestoß vom Kondensator durch Filtern der pulsierenden Gleichspannung zu liefern und dadurch die mittlere effektive Gleichspannung zu erhöhen, die an den Motor angelegt wird.
Wie vorstehend vermerkt, liefert die Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 ein Mittel, welches auf eine Abnahme bei der Drehzahl von Motor 106 anspricht, um einen Energiestoß an den Motor zu liefern. Es gibt aber noch eine Notwendigkeit bezüglich einer Einrichtung, um sicherzustellen, daß der Motor nicht auf einen Betrieb mit Überdrehzahl kommt, wodurch sich die Motorendrehzahl progressiv über einen sicheren Betriebs-Grenzbereich hinaus erhöhen würde.
Eine solche Einrichtung wird in Fig. 8 als Überdrehzahl- und Bremssteuerungsschaltung 212 veranschaulicht, welche innerhalb der Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 zwischen Gleichrichter 86 und den Rest der Energie-Stoßerhöhungsschaltung geschaltet ist. Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 ist bei Fig. 8 in einer Schaltungsanordnung veranschaulicht, welche von der in Fig. 4 veranschaulichten Anordnung verschieden ist, um eine alternative Art und Weise für das Anschließen der Schaltung zu zeigen. Es wird vermerkt, daß Schaltung 84 in derselben Weise funktioniert, ungeachtet der Tatsache, ob die Schaltung so angeschlossen ist, wie in Fig. 4 oder Fig. 8 gezeigt. Desgleichen sind die verschiedenen Bestandteile von Schaltung 84, wie sie in Fig. 8 gezeigt wird, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet worden, wie bei Fig. 4. Deshalb werden Funktion und Betriebsweise dieser Bauelemente nicht weiter beschrieben, ausgenommen da, wo sich solche Bauelemente auf die Betriebsweise der Überdrehzahl- und Bremssteuerungsschaltung 212 beziehen.
Weiter unter Verweis auf Fig. 8 beinhaltet die Überdrehzahl- und Bremssteuerungsschaltung 212 einen Vollwellengleichrichter 214, der durch Dioden 88, 92, 216 und 218 gebildet wird. Es wird vermerkt, daß Gleichrichter 214 unabhängig aus Gründen arbeitet, die im Nachstehenden zu erklären sind. Gleichrichter 214 ist mit der WS-Energiequelle 108 über Schalter 110 verbunden. Der Ausgang aus Gleichrichter 214 ist mit einem Widerstand 220 verbunden, welcher seinerseits mit der Anode einer Leuchtdiode 22 eines Optoisolators 224 verbunden ist, welcher als lichtaktivierter Schalter funktioniert. Die Katode von Diode 222 ist mit einer gemeinsamen Leitung 226 verbunden. Die Anoden der Dioden 88 und 92 sind ebenfalls mit Leitung 226 verbunden. Ein Filterkondensator 228 ist parallel zu Widerstand 220 und Leuchtdiode 222 geschaltet, um den pulsierenden Gleichspannungsausgang von Gleichrichter 214 zu filtern und zu glätten. Die gemeinsame Leitung 226 ist auch über einen normalerweise geschlossenen Relaiskontakt 230 und einen Widerstand 232 mit einer Leitung 234 und über einen normalerweise offenen Relaiskontakt 236 mit einer Leitung 238 verbunden.
Optoisolator 224 beinhaltet auch einen lichtempfindlichen Siliziumschalter 240, welcher über den Basis-Kollektor-Kreis eines Transistors angeschlossen ist. Eine Relaiswicklung 244 ist zwischen den Emitter von Transistor 242 und Leitung 234 geschaltet und ist parallel zu einer Diode 246 geschaltet. Ein Kondensator ist zwischen den Kollektor von Transistor 242 und Leitung 234 geschaltet. Eine Diode 250 und ein Transistor 252 sind in Reihe zwischen Leitung 238 und den Kollektor von Transistor 242 geschaltet. Ein normalerweise geschlossener Relaiskontakt 254 ist in Reihe mit Bremswiderstand 114 geschaltet und ersetzt Schalter 112 (Fig. 4).
Wieder unter Verweis auf Fig. 8 ist, wenn der Betreiber den Schalter 110 schließt, der Ausgang von Gleichrichter 86 dank des normalerweise geschlossenen Relaiskontakts 230 über den Kondensator 100 verbunden. Zusätzlich ist der Ausgang von Gleichrichter 86 so verbunden, daß er Strom an eine Reihenschaltung liefert, welche Transistor 114, den normalerweise geschlossenen Relaiskontakt 254, Regelwiderstand 118 und Widerstand 126 einschließt. Bei dieser Schaltungskonfiguration sind der in Reihe geschaltete Regelwiderstand 118 und Widerstand 126 parallel zu einer Reihenschaltung geschaltet, welche Diode 250, Widerstand 252, den Emitter und Kollektor von Transistor 242 und die Relaiswicklung 244 einschließt. Dies führt zu einer Vorspannung für den Transistor 242 in Durchlaß, wodurch Relaiswicklung 244 unter Spannung gesetzt wird. Nach Erregen von Relaiswicklung 244 öffnen die Kontakte 230 und 254 und schließt Kontakt 236, wodurch die Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 beginnt, so zu funktionieren, wie vorstehend bezogen auf Fig. 4 beschrieben.
Bei dieser Konfiguration ist SCR 116 nicht-leitend, und deshalb tritt eine Spannung zwischen der Anode und der Katode des SCR auf. Diese Spannung wird über die Reihenschaltung angelegt, welche den Emitter und den Kollektor von Transistor 242 einschließt, um einen Stromfluß dadurch aufrechtzuerhalten und um Relaiswicklung 244 im erregten Zustand zu halten. Desgleichen wird sich Kondensator 248 schnell auf einen Spannungspegel aufladen, der durch den Spannungspegel bestimmt wird, der über den nicht-leitenden SCR auftritt.
Nehmen wir an, daß während des normalen Betriebs des Geräts mit Kraftantrieb, welches die Schaltungen 84 und 212 enthält, Motor 106 einen Belastungszustand erfährt, wodurch ein Energiestoß von Kondensator 100 benötigt wird. Zu diesem Zeitpunkt löst SCR 116 wie vorstehend beschrieben aus, und die Spannung über den SCR fällt bis in die Nähe von Null ab. Dies führt zu einer Beseitigung der primären Spannungsquelle für die Aufrechterhaltung eines Stromflusses durch Relaiswicklung 244 und den Emitter und Kollektor von Transistor 242. Jedoch hat sich der Kondensator 248 ausreichend aufgeladen, um als sekundäre Spannungsquelle zu funktionieren und liefert dadurch den notwendigen Strom durch Relaiswicklung 244 und den Emitter und Kollektor von Transistor 242, um die Relaiswicklung im erregten Zustand zu halten. Eventuell vergeht die Notwendigkeit bezüglich eines Energiestoßes, und SCR 116 wird abgeschaltet. Da sich nun Kondensator 100 geringfügig entladen hat, wird Diode 102 über einen kurzen Zeitraum leiten, um den Kondensator auf den Spitzenwert des pulsierenden Gleichspannungseingangs wieder aufzuladen. Während des Zeitraums, in dem die Diode 102 leitend ist, ist SCR 116 effektiv kurzgeschlossen, so daß keine Spannung über den nicht-leitenden SCR auftritt, wodurch Kondensator 248 weiterhin Strom liefert, um die Erregung von Relaiswicklung 244 aufrechtzuerhalten. Nachdem Kondensator 100 wieder aufgeladen worden ist, hört Diode 102 auf, zu leiten, und die primäre Spannungsquelle für Relaiswicklung 244, d.h. die Spannung über den SCR 116, hält den Stromfluß durch die Relaiswicklung in der vorstehend beschriebenen Art und Weise aufrecht.
Dieses Schema der Schaltungsoperation kann durch Analyse der Wellenformen von Fig. 9 beobachtet werden. Wie veranschaulicht, repräsentiert eine Wellenform einer pulsierenden Gleichspannung 256 den Ausgang aus Gleichrichter 86 (Fig. 8). Spannungspegel V1 repräsentiert die GEMK von Motor 106, wobei der Motor ein Permanentmagnetmotor ist. Spannungspegel V1 repräsentiert den Spitzenwert der pulsierenden Gleichspannung. Die Wellenform 133 mit den starken Linien, welche generell den Spitzen der pulsierenden Gleichspannung folgt, repräsentiert die an Motor 2106 angelegte Spannung, wie vorstehend bezogen auf Schaltung 84 vermerkt, wie sie in Fig. 4 veranschaulicht ist. Solange die GEMK von Motor 106 größer als die Leitungsspannung ist, die am Ausgang von Gleichrichter 86 auftritt, erhalten die Dioden 90 und 94 eine entgegengesetzte Vorspannung und leiten nicht. Dieser Zustand wird durch die dünnere Linie repräsentiert, welche der pulsierenden Wellenform 256 folgt. Sobald die Leitungsspannung gleich der GEMK von Motor 106 ist, wie durch V1 repräsentiert, leiten die Dioden 90 und 94, und die Spannung, die an den Motor angelegt wird, folgt der stärkeren Linie, wie durch Wellenform 133 veranschaulicht. Die an Motor 106 angelegte Spannung folgt der Leitungsspannung bis zur Spitzenspannung V2 und sinkt dann zum Pegel von Spannung V1 ab.
Eventuell fällt die an Motor 106 angelegte Spannung auf den Pegel von Spannung V1 ab, so daß SCR 116 auslöst und sich Kondensator 100 entlädt, um schnell die Spannung des Kondensators an den Motor anzulegen. Jetzt, wenn SCR leitet, entlädt sich Kondensator 248, um den Stromfluß durch Relaiswicklung 244 aufrechtzuerhalten. Da nun der Kondensator 100 auf den Spitzenwert der gleichgerichteten Leitungsspannung aufgeladen worden ist, steigt, wenn SCR 116 auslöst, die an den Motor 106 angelegte Spannung schnell auf den Spitzenwert an und nimmt dann allmählich ab, wenn sich der Kondensator entlädt, bis der abnehmende Spannungspegel den Pegel der pulsierenden Gleichspannung schneidet. Zu dieser Zeit wird die Vorspannung von SCR 116 weggenommen, und Kondensator 100 hört mit dem Entladen auf. Danach leitet Diode 102, um den Kondensator 100 wieder auf den Spitzenwert der pulsierenden Gleichspannung aufzuladen. Beim Spitzenwert der pulsierenden Leitungsspannung ist Kondensator 100 voll aufgeladen, und deshalb hört Diode 102 auf, zu leiten. Die an Motor 106 angelegte Spannung folgt dann der pulsierenden Leitungsspannung, bis der Spannungspegel gleich der GEMK des Motors ist, d.h. der Spannung V1, wobei SCR 116 wieder auslöst und das Schema wie vorstehend beschrieben wiederholt wird.
Während des Zeitraums, zu dem SCR 116 oder Diode 102 leitend ist, entlädt sich Kondensator 248 wie in Fig. 9 dargestellt, um die Erregung von Relaiswicklung 244 aufrechtzuerhalten. Dieses Schema setzt sich fort, solange das Gerät mit Kraftantrieb normal funktioniert. Wenn jedoch Diac 122, SCR 116 oder Diode 102 schadhaft wird und kurzschließt, dann verschwindet die primäre Spannungsquelle über SCR 116 permanent, und Kondensator 248 entlädt sich vollkommen, wodurch Relaiswicklung 244 spannungslos wird. Kontakt 254 schließt dann, um Motor 106 in Reihe mit Bremswiderstand 114 zu schalten und den Motor schnell zu stoppen. Desgleichen schließt Kontakt 230 und öffnet Kontakt 236. Auf diese Weise verhütet Schaltung 212, daß Motor 106 auf einen Überdrehzahlbereich kommt und steuert das schnelle Bremsen des Motors, um irgendeinen Schaden an irgendeinem Teil des Geräts mit Kraftantrieb und der umgebenden Umwelt zu verhüten.
Während sich die vorstehende Beschreibung auf die Verwendung der Überdrehzahl- und Bremssteuerschaltung 212 (Fig. 8) mit Energie- Stoßerhöhungsschaltung 84 bezieht, kann Schaltung 212 in derselben Weise mit Energie-Stoßerhöhungsschaltung 160 (Fig. 7) betrieben werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Die vorstehende Beschreibung der kombinierten Schaltungen 84 und 222, wie sie in Fig. 8 veranschaulicht ist, bezieht sich auf die Verwendung von Gleichrichter 86 als Vollwellengleichrichter. Wenn gewünscht, könnte die notwendige Gleichrichtung auch durch Verwendung eines Halbwellengleichrichters bewerkstelligt werden. Wenn dies der Fall ist, dann kann eine als gestrichelte Linie gezeigte zusätzliche Leitung 258 hinzugefügt werden. Eine Brükkenverbindung 260 bei der Vollwellenleitung 226 würde entfernt, wenn Halbwellengleichrichtung anzuwenden ist. Eine Brückenverbindung 262 wird in Halbwellenleitung 258 eingeschlossen, um ein Trennen der Leitung zu erleichtern, wenn der Vollwellenbetrieb zu wählen ist.
Wie in Fig. 4 veranschaulicht, ist der Motorbremsschalter 112 mechanisch mit dem Ein-Aus-Schalter 110 gekoppelt, so daß dann, wenn Schalter 110 geöffnet wird, Schalter 112 geschlossen wird, um Bremswiderstand 114 unmittelbar zum Motor 106 zu schalten, um den Motor zu bremsen. Wie in Fig. 8 veranschaulicht, ist Schalter 112 durch den Relaiskontakt 254 ersetzt worden. Folglich gibt es keine mechanische Kopplung zum Ein-Aus-Schalter 110. Wenn jedoch Schalter 110 geöffnet wird, dann wird die Wechselspannungsquelle 108 vom Gleichrichter 214 und auch Gleichrichter 84 getrennt, und Relaiswicklung 244 wird dadurch spannungslos gemacht, was ein Schließen des Kontakts 254, um den Motor 106 zu bremsen, erleichtert.
Während eines Zeitraums, zu dem Überdrehzahl- und Bremssteuerungsschaltung 212 arbeitet, ist es zwingend, daß die Schaltung unmittelbar auf das Trennen der Wechselspannungsquelle 108 von der Schaltung, beispielsweise durch Öffnen von Schalter 110, reagiert. Wie vorstehend vermerkt, haben die Dioden 90 und 94 von Gleichrichter 86 während der Zeiträume eine entgegengesetzte Vorspannung, während der die GEMK von Motor 106 größer als der pulsierende Gleichspannungsausgang des Gleichrichters ist. Wenn während dieser Zeiträume mit umgekehrter Vorspannung die Wechselspannungsquelle 108 von der Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 getrennt wird, dann wäre eine solche Trennung am Ausgang von Gleichrichter 86 nicht feststellbar. Deshalb wird, damit Schaltung 212 direkt auf das Trennen von Wechselspannungsquelle 108 reagiert und nicht durch die GEMK von Motor 106 beeinflußt wird, Gleichrichter 214 über Schalter 110 direkt mit der Wechselspannungsquelle verbunden. Auf diese Weise kann Wicklung 244 direkt als Reaktion auf Änderungen bei der Leitungsspannung, wie sie durch Wechselspannungsquelle 108 geliefert wird, gesteuert werden.
Bei der Verwendung von Motoren, die eine Feldwicklung verwenden, ist es allgemein übliche Praxis, zur Zeit des Bremsens des Motors die Verbindung der Feldwicklung umzukehren, um für eine dynamische Bremswirkung zu sorgen. Um diese Bremswirkung zu erreichen, muß der energielose Anker sich durch ein Magnetfeld drehen, nachdem die Arbeitsspannung von dem Motor weggenommen worden ist. Desgleichen wird gewöhnlich eine Schaltanordnung verwendet, wodurch der Motor zuerst getrennt und dann die dynamische Bremswirkung aufgebracht wird. Dies gewährleistet, daß eine Arbeitsspannung vollkommen von dem Motor weggenommen worden ist, bevor irgendeine Anstrengung unternommen wird, das Drehen des Ankers zum Stillstand zu bringen. Wenn aber, wie vorstehend unter Verweis auf US-Patent Nr. 4 144 482 vermerkt, die Spannung gerade dann weggenommen wird, nachdem der Strom begonnen hat, seine Richtung umzukehren, so daß der Anker einem Flußpegel von Null ausgesetzt ist, dann wird ein dynamisches Bremsen nicht erreicht. Dies ist ein deutlicher Vorteil, wenn ein dynamisches Bremsen bei Motorensystemen verwendet wird, die direkt aus einer Wechselspannungsquelle mit Energie versorgt werden.
Um den vorstehend vermerkten Nullflußeffekt zu kompensieren, sind die Bremsschaltungen 264, 266 und 268, wie sie in Fig. 10, 11 beziehungsweise 12 veranschaulicht sind, konstruiert worden, um die Anwendung des dynamischen Bremsens zu erleichtern. Generell veranschaulicht jede der Schaltungen 264, 266 und 268 ein dynamisches Bremssystem, bei welchem der Motor durch eine Gleichspannungsquelle mit Energie versorgt wird. Die Gleichspannung kann durch einen Glättungskondensator gefiltert werden oder kann pulsierend und nicht gefiltert sein. Mit dem Aufbringen von Gleichspannung kann das Nullflußproblem, das angetroffen wird, wenn eine Wechselspannung verwendet wird, um den Motor mit Energie zu versorgen, beseitigt werden. In anderer Hinsicht veranschaulichen die Schaltungen 264, 266 und 268 eine einzigartige Schaltungsstruktur für die Gegenschaltung der Feldwicklung und des Ankers, um das dynamische Bremsen eines Motors zu bewerkstelligen.
Unter Verweis auf Fig. 10 wird eine Wechselspannungsquelle 270 über einen Schalter 272 mit einem Vollwellengleichrichter 274 verbunden. Der Ausgang aus Gleichrichter 274 ist über einen Filterkondensator 276 angeschlossen, welcher das Anlegen einer gefilterten Gleichspannung an einen Reihenzweig erleichtert, der eine Feldwicklung 278, eine Diode 280 und einen Anker 282 einschließt, wobei die Feldwicklung und der Anker einen Universalmotor bilden. Wenn Schalter 272 geschlossen wird, dann ist die Spannung, die über Kondensator 276 auftritt und über Wicklung 278, Diode 280 und Anker 282 angelegt wird, eine im wesentlichen flache Gleichspannung mit einer minimalen Wellung, insbesondere im Leerlaufzustand. Während dieses Zeitraums fließt Strom durch Feldwicklung 278, Diode 280 und Anker 282, um den Universalmotor auf konventionelle Art zu betreiben, wodurch der Anker eine GEMK erzeugt.
Bremsschaltung 264 enthält Anker 282, einen Schalter 284, eine Diode 286, Feldwicklung 278 und Leitung 288, welche alle während des dynamischen Bremsens des Ankers in einer Serienschleife geschaltet sind. Schalter 284 ist mechanisch mit Schalter 272 so gekoppelt, daß Schalter 284 offen ist, wenn Schalter 272 geschlossen ist und umgekehrt. Ein (nicht gezeigter) Bremswiderstand kann freigestellt in Reihe in Leitung 288 geschaltet sein.
Wenn Schalter 272 geöffnet wird, wird Schalter 284 geschlossen. Die GEMK oder erzeugte Spannung von Anker 282 bringt dann den Strom dazu, von der positiven Seite des Ankers durch Diode 286, Feldwicklung 278, Schalter 284, Leitung 288 zu fließen und kehrt zur anderen Seite des Ankers zurück. Auf diese Weise wird ein verzögerndes Moment entwickelt, um den Anker 282 schnell zu stoppen. Wie vorstehend vermerkt, kann ein freigestellter Bremswiderstand in Leitung 288 hinzugefügt werden, um die Bremszeit für ein sanfteres Stoppen zu steuern.
Die in Fig. 11 veranschaulichte Bremsschaltung 266 unterscheidet sich von der in Fig. 10 gezeigten Bremsschaltung 264 durch Entfernen der Diode 280 (Fig. 10) und des Einsetzens von Schalter 290 stattdessen. Tatsächlich ist Schalter 290 ein einpoliger Umschalter, welcher mechanisch mit Schalter 272 gekoppelt ist. Wenn Schalter 272 geschlossen wird, wird Schalter 290 so positioniert, daß Feldwicklung 278 mit der positiven Seite von Anker 282 verbunden wird und dadurch in der Art und Weise von Diode 280 (Fig. 10) während des Betreibens des Universalmotors funktioniert. Wenn Schalter 272 geöffnet wird, wird Schalter 290 so positioniert, daß Feldwicklung 278 mit Leitung 288 in der Art und Weise von Schalter (Fig. 10) während des dynamischen Bremsens verbunden wird. Auch hier wieder kann ein Bremswiderstand freigestellt in Leitung 288 hinzugefügt werden.
Während die Schaltungen 264 und 266 von Fig. 10 bzw. 11 für eine Vollwellengleichrichtung sorgen, sorgt die in Fig. 12 veranschaulichte Bremsschaltung 268 für eine Halbwellengleichrichtung. In Fig. 12 ist eine Wechselspannungsquelle 292 über eine einzelne Diode 294 und einen einpoligen Umschalter 296 in einer solchen Position mit einem Filterkondensator 298 gekoppelt, daß eine gefilterte Gleichspannung an einen Reihenzweig angelegt wird, der eine Feldwicklung 30, eine Diode 302 und einen Anker 304 einschließt, um den Universalmotor zu betreiben. Wenn Schalter 296 in die andere Position bewegt wird, dann wird eine Reihenschleife gebildet, welche den Anker 304, eine Diode 306, eine Feldwicklung 300, eine Leitung 308 und einen Schalter 296 enthält. Wechselspannungsquelle 292 und Diode 294 sind effektiv von Filterkondensator 298 getrennt. Bremsschaltung 268 ist jetzt so angeschlossen, daß sie in derselben Art und Weise funktioniert, wie die Bremsschaltungen 264 (Fig. 10) und 266 (Fig. 11). Dies sorgt für ein Bremsen durch Lenken von Strom von der positiven Seite von Anker 304 über Diode 306, Feldwicklung 300, Leitung 308, Schalter 296 und zur anderen Seite des Ankers. Wieder kann ein Bremswiderstand in Leitung 308 hinzugefügt werden, wenn gewünscht.
So wird durch Betreiben von Universalmotoren von einer Gleichspannung aus, gefiltert oder ungefiltert, das Nullflußproblem, das man erfährt, wenn man den Motor direkt von einer Wechselspannungsquelle aus betreibt, im wesentlichen beseitigt. Dies sorgt für ein konsistentes Bremsen auf Bedarf, welches in hohem Maße zuverlässig ist. Zusätzlich liefert jede der Schaltungen 264, 266 und 268, wie sie in Fig. 10, 11 beziehungsweise 12 gezeigt wird, eine Schaltungsstruktur, welche leicht mit den Energieerhöhungs- und Energie-Stoßerhöhungsschaltungen von Fig. 1, 4, 7 und 8 zusammenschalten läßt, um für ein verbessertes dynamisches Bremsen für diese Schaltungen zu sorgen.
Zusammengefaßt enthalten Motoren-Steuerungs und Energieversorgungssysteme, die den Prinzipien dieser Erfindung folgen, eine Energieerhöhungsschaltung 20 (Fig. 1), welche leicht in einem Gerät mit Kraftantrieb eingeschlossen werden kann. Dies gestattet eine Tragbarkeit des Geräts, das eine Energieerhöhungsmöglichkeit beinhaltet, die nicht von einer gesonderten Einrichtung für eine solche Energieerhöhung abhängig ist. Weiterhin sorgt die Energieerhöhungseinrichtung von Schaltung 20 für eine nennenswerte Erhöhung bei der Leistungsabgabe und eine nennenswerte Erhöhung bei der Drehzahl beim Betreiben des Geräts verglichen mit Systemen, welche keine Energieunterstützung wie die Energieerhöhungsschaltung beinhalten.
Systeme, die weiterhin diese Erfindung verkörpern, beinhalten die Energie-Stoßerhöhungsschaltung 84 (Fig. 4). Wenn Motor 106 (Fig. 4) Belastungszustände erfährt, dann wird zusätzliche Energie automatisch und unmittelbar mit dem Motor von einer anderen Quelle aus, d.h. Kondensator 100, als der konventionellen Quelle für die Energieeingabe 108 gekoppelt. Diese gestattet, daß Motor 106 als kleiner Motor arbeitet, der eine verhältnismäßig geringe Menge an Strom während des unbelasteten oder leicht belasteten Zustands aufnimmt, aber als großer Motor wirkt, der eine erhöhte Stromaufnahme hat, wenn ein nennenswerter Lastbedarf auf den Motor aufgebracht wird. Vergleichsweise liefern Geräte mit Kraftantrieb bei Verwendung von Schaltung 84 auch eine erhöhte Leistungsabgabe, gekoppelt mit aufrechterhaltener Drehzahl während der Lastzustände.
Energie-Stoßerhöhungsschaltung 160 (Fig. 7) verkörpert ebenfalls diese Erfindung und liefert die Energie-Stoßerhöhungsvorteile in derselben Art und Weise, wie Schaltung 84 (Fig. 4). Schaltung 160 kann mit mehreren verschiedenen Motorentypen verwendet werden, wie beispielsweise PM-Motoren, Universalmotoren, Nebenschlußmotoren und Kompoundmotoren.
Weiterhin sorgt die Überdrehzahl- und Bremssteuerschaltung 212 (Fig. 8) für ein Element der schützenden Steuerung des Betreibens, welches innerhalb dieser Erfindung liegt. Schaltung 212 erleichtert in Kombination mit Energie-Stoßerhöhungschaltung 84 oder Energie-Stoßerhöhungsschaltung 160 die Energie-Stoßerhöhung in einer Umgebung, welche für den Nutzer sicherstellt, daß ein unerwarteter Ausfall von Schlüsselelementen der Energie-Stoßerhöhungsschaltung nicht zu einem Schaden an dem Gerät führt.
Schließlich liefern, wenn man Universalmotoren in Verbindung mit irgendeiner der Energie- und Steuerschaltungen 20, 84 und 212 verwendet, die dynamischen Bremsschaltungen 264, 266 und 268, welche ebenfalls in der Erfindung verkörpert sind, eine Möglichkeit, um den Motor, der mit jeder solcher Energie- oder Steuerschaltung verbunden ist, schnell und sanft zu bremsen. Durch Verwendung der Schaltungen 264, 266 und 268 in Verbindung mit der Eingabe einer gefilterten Gleichspannung für das Betreiben des Motors wird jede Sorge bezüglich eines Versagens einer Bremsoperation, die aus dem Nullflußproblem resultiert, beseitigt.

Claims

1. Energiesystem, welches eine Stromversorgungsschaltung (84, 160), die mindestens einen Gleichrichter (86, 162), Mittel (110, 174), die mit dem Gleichrichter (86, 162) verbunden sind, um Spannung von einer Wechselstromquelle (108, 172) an den Gleichrichter (86, 162) anzulegen, wobei der Gleichrichter (86, 162) eine pulsierende Gleichspannung liefert, die einen mittleren Gleichstromwert hat, und einen Motor (106, 182) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungsschaltung (84, 160) hat:

(a) einen Kondensator (100, 190), der über ein Schaltungsmittel (116, 210) in den Stromkreis (84, 160) so geschaltet wird, daß dann, wenn es in einem nicht-leitfähigen Zustand ist, der Kondensator (100, 190) von dem Motor (106, 182) getrennt wird, so daß Energie an den Motor (106, 182) mit der Gleichspannung des Gleichrichters geliefert wird; wobei

(b) ein Mittel (118, 120, 122, 126, 176, 192, 194), um abzufühlen, daß der Motor (106) Energie zusätzlich zu der von dem Gleichrichter (86, 162) gelieferten Energie erfordert, das funktionell mit dem Schaltmittel (116, 210) verbunden ist, um das Schaltmittel (116, 210) in einen leitfähigen Zustand zu ändern, in welchem der Kondensator (100, 190) die Gleichspannung der Energieversorgungsschaltung (84, 160) erhöht, um einen Energiestoß an den Motor (106, 182) zu liefern, und die Energieversorgungsschaltung ein Mittel (102, 188) beinhaltet, um den Kondensator (100, 190) von dem Gleichrichter (86, 162) aus aufzuladen und um die Ladung des Kondensators (100, 190) solange aufrechtzuerhalten, bis das Schaltmittel (116, 210) betätigt worden ist.

2. Energiesystem nach Anspruch 1, bei welchem der Kondensator (100, 190) ein Aluminium-Elektrolytkondensator ist.

3. Energiesystem nach Anspruch 1, bei welchem das abfühlende Mittel (118, 120, 122, 126, 176, 192, 194) eine Änderung bei einem lastbezogenen Parameter, der mit dem Betreiben des Motors (106, 182) zusammenhängt, als Anzeige für einen Bedarf seitens des Motors (106, 182) für einen Energiestoß feststellt.

4. Energiesystem nach Anspruch 3, bei welchem das abfühlende Mittel (118, 120, 122, 126, 176, 192, 194) die Drehzahl des Motors (106, 182) und eine Abnahme bei der Drehzahl als Anzeige des Bedarfs seitens des Motors (106, 182) für einen Energiestoß feststellt.

5. Energiesystem nach Anspruch 1, bei welchem das abfühlende Mittel (118, 120, 122) eine elektromotorische Gegenkraft (GEMK), die durch den Motor (106) entwickelt wird, feststellt und eine Abnahme der GEMK das Anzeichen für den Bedarf seitens des Motors (106) für ein Energiestoß ist.

6. Energiesystem nach Anspruch 1, bei welchem das abfühlende Mittel (176, 192, 194) den Stromfluß durch den Motor (182) feststellt und ein Anstieg des Stromflusses durch den Motor (182) das Anzeichen für den Bedarf seitens des Motors (182) für einen Energiestoß ist.

7. Energiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem das Mittel für das Aufladen des Kondensators eine Diode (102, 188) ist, die zwischen den Gleichrichter (86, 162) und den Kondensator (100, 190) geschaltet ist.

8. Energiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das Schaltmittel (116, 210) ein siliziumgesteuerter Gleichrichter ist.

9. Energiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem das abfühlende Mittel (118, 120, 122, 126, 176, 192, 194) eine zweipolige Einrichtung (122, 194) beinhaltet, welche Strom leitet, nachdem eine Spannung die darüber erscheint, einen vorgeschriebenen Wert erreicht und das Schaltmittel (116, 210) in seinen leitfähigen Zustand ändert.

10. Energiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem das Schaltmittel (116, 210) den Kondensator (100, 190) und den Motor (106, 182) in einer Reihenschleife verbindet.

11. Energiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welches weiterhin ein Mittel (118, 126) für das Entwickeln einer Spannung über dem Schaltmittel (116) während aller Zeiträume, zu denen die zusätzliche Spannung nicht an den Motor (106) angelegt wird, ein Mittel (244) für das Abfühlen des Nichtvorhandensein einer Spannung über dem Schaltmittel (116) und ein Mittel (236) umfaßt, welches auf das Abfühlmittel (244) anspricht, das das Nichtvorhandensein von Spannung über dem Schaltmittel (116) im Anschluß an das Ablaufen eines vorgeschriebenen Zeitraums für das Zurückziehen des Anlegens jeder Spannung von dem Motor (106) feststellt.

12. Energiesystem nach Anspruch 11, welches weiterhin ein Mittel (248) für das Aufrechterhalten des Anlegens einer Spannung an den Motor (106) von dem die Spannung anlegenden Mittel (86) umfaßt, wenn das Nichtvorhandensein einer Spannung über dem Schaltmittel (116) während des vorgeschriebenen Zeitraums abgefühlt wird.

13. Energiesystem nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem das Mittel für das Abfühlen des Nichtvorhandenseins einer Spannung über dem Schaltmittel (116) ein Relais ist, das eine Wicklung (244) und mindestens einen Relaiskontakt aufweist, wobei der Relaiskontakt (236) mit dem Gleichrichter (86) und dem Motor (106) in Reihe geschaltet ist, wobei die Relaiswicklung (244) über das Schaltmittel (116) so angeschlossen ist, daß dann, wenn eine Spannung über dem Schaltmittel (116) auftritt, die Relaiswicklung (244) erregt wird, um den Relaiskontakt (236) geschlossen zu halten, um das Anlegen von Spannung von dem Gleichrichter (86) an den Motor (106) zu erleichtern, und wobei eine Spannungsspeichereinrichtung (248) über die Relaiswicklung (244) angeschlossen ist, um Strom durch die Relaiswicklung während der Zeiträume aufrechtzuerhalten, zu denen das Schaltmittel (116) zusätzliche Spannung an den Motor ankoppelt.

14. Energiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Motor (106, 182) ein Permanentmagnetmotor ist.

15. Energiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem der Motor (106, 182) ein Universalmotor (282) ist, welcher eine Feldwicklung (278) und einen Anker (282) aufweist, die in Reihe geschaltet sind und ein Bremsmittel den Motor (282) dynamisch durch Umkehr der Anschlüsse der Feldwicklung (278) und des Ankers (282) in einer geschlossenen Reihenschleife bremst.

16. Energiesystem nach Anspruch 15, welches weiterhin einen ersten Schalter (272) für das Steuern des Anlegens einer Wechselspannung an den Gleichrichter (274) und einen zweiten Schalter (284) aufweist, der mechanisch mit dem ersten Schalter (272) gekoppelt ist, wobei der zweite Schalter (284) einen Bestandteil des Gegenschaltungsmittels bildet und nach Öffnen des ersten Schalters (272) betätigbar ist, um das Umschalten der Feldwicklung (278) und des Ankers (282) in einer geschlossenen Schleife zu erleichtern.

17. Energiesystem nach Anspruch 16, bei welchem eine Diode (280) so polarisiert ist, daß die Feldwicklung (278) und der Anker (282) in Reihe geschaltet wird, um den Motor auf konventionelle Weise zu betreiben, und eine zweite Diode (286) einen Teil des Gegenschaltungsmittels bildet und so polarisiert ist, daß die Feldwicklung (278) und der Anker (282) in der geschlossenen Schleife umgeschaltet wird.

18. Energiesystem nach Anspruch 17, welches weiterhin einen Bremswiderstand (114) in der geschlossenen Schleife aufweist, um das dynamische Bremsen des Motors zu verstärken.

19. Energiesystem nach Anspruch 13, bei welchem der Motor (106) eine Feldwicklung und einen Anker enthält, die in Reihe geschaltet sind und welches weiterhin ein Mittel (254) aufweist, das auf das Zurückziehen des Anlegens der gesamten Spannung von dem Motor (106) reagiert, um den Motor (106) durch das Umschalten der Feldwicklung und des Ankers in einer geschlossenen Reihenschleife dynamisch zu bremsen.

20. Gerät mit Kraftantrieb, welches ein Gehäuse aufweist, in welchem ein Energiesystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 untergebracht ist.

21. Gerät mit Kraftantrieb entsprechend Anspruch 18, welches ein Winkelschleifer oder ein Rasenmäher ist.

22. Energiesystem für einen Motor, welches ein erstes Mittel (86) für die Lieferung von Energie von einer Energiequelle (108) an einen Motor (106) in einer vorgeschriebenen Höhe aufweist und welches weiterhin ein zweites Mittel (100) für die Lieferung von Energie zu dem Motor; ein Mittel (118, 122, 126) für das Abfühlen, daß der Motor (106) Energie zusätzlich zu dem vorgeschriebenen Energiepegel benötigt, der durch das erste Mittel (86) geliefert wird, und ein Mittel (116) aufweist, das auf das abfühlende Mittel (118, 122, 126) reagiert, um zumindest während der Zeitspanne, während das erste Mittel (86) Energie mit dem vorgeschriebenen Energiepegel an den Motor (106) liefert, Energie von dem zweiten Mittel (100) an den Motor zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das abfühlende Mittel reagierenden Mittel Schaltmittel (116) sind, die das zweite Mittel (100) und den Motor (106) in eine Reihenschleife schalten, daß Mittel (118, 126) zur Entwicklung einer Spannung über dem Steuermittel (116) als Reaktion auf einen Bedarf von dem Motor (106) während solcher Zeiträume, zu denen das Schaltmittel (116) nicht in Funktion ist, und Mittel (236, 244, 248) vorgesehen sind, die auf das Nichtvorhandensein der Spannung über dem Schaltmittel (116) für einen vorgeschriebenen Zeitraum reagieren, um die Zuführung aller Energie an den Motor (106) zu entfernen.

23. Energiesystem nach Anspruch 22, bei welchem das abfühlende Mittel (118, 122, 126) einen lastbezogenen Parameter feststellt, der mit der Funktion des Motors (106) zusammenhängt, welches die elektromotorische Gegenkraft (GEMK), die durch den Motor (106) entwickelt wird, der Stromfluß durch den Motor oder die Drehzahl des Motors ist.

24. Energiesystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, da auch ein Mittel (100) für das Erhöhen der durch den Motor (106) aufgebrachten Energie von dem liefernden Mittel (86) und Mittel (118, 122, 126, 116) vorgesehen sind, die auf einen Bedarf von Seiten des Motors (106) reagieren, um das Erhöhungsmittel (100) wahlweise so zu betreiben, daß Energie an den Motor (106) zusätzlich zu der in dem vorgeschriebenen Pegel gelieferten Energie geliefert wird.