DE60202913T2

DE60202913T2 - Wechselstromgeneratorfelderregung verwendende Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE60202913T2
Application number: DE60202913T
Authority: DE
Inventors: Randall John Griffin; Brent Rinholm
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: DK1286450T3; EP1286450A2; DE60202913D1; CA2386656A1; US20030034759A1; US6531850B1; AU2002300543B2; CA2386656C; EP1286450B1; EP1286450A3

Description

Die Erfindung betrifft grundsätzlich elektrisch angetriebene Geräte, wie Mähgeräte, und spezieller einen Schaltkreis zum Schalten und Einstellen von hohen Spannungen an Motoren solcher Geräte.
Elektrisch angetriebene Geräte wie Spindelrasenmäher werden immer populärer. Das Ein- und Ausschalten der Motoren und das Steuern bzw. Regeln der verhältnismäßig hohen Spannungen solcher Motoren ist eine dauerhafte Quelle von Problemen. Teuere Steuereinheiten werden benötigt, um die hohen Einschaltspannung und die hohen Spannungsimpulse zu handhaben, die auftreten, wenn der Stromfluss unterbrochen wird. Systeme, die eine Kontakt- oder Transistorgleichstromschaltung verwenden, sind Funkenbildung und hohen Spannungsimpulsen und einer entsprechenden Funkstörungsproblematik unterworfen. Es ist auch schwierig, solche Systeme derart zu steuern/regeln, dass eine gleichbleibende Geschwindigkeit und/oder Spannungsausgabe aufrechterhalten wird. In unwirtlicher Umgebung, wie sie einem typischen Gerät mit hoher Stromaufnahme entgegentritt, wie einem elektrisch angetriebenen Mähgerät oder einem ähnlichen Gerät, werden diese Probleme besonders gravierend. Ein weiches oder sanftes Anlassen der angesteuerten Motoren ist mit den meisten der bisher bekannten Systeme schwierig oder unmöglich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Steuerungssystem für elektrisch angetriebene Geräte zur Verfügung zu stellen, welches die meisten oder alle der zuvor angeführten Probleme löst.
Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Steuerungssystem für elektrisch angetriebene Geräte zur Verfügung zu stellen, das kostengünstiger und verlässlicher ist als zumindest die meisten der bisher bekannten Systeme. Es ist eine weitere Aufgabe, ein System zur Verfügung zu stellen, welches Funkenbildung und Funkstörungsprobleme, wie sich typischerweise beim Schalten hoher Gleichspannungen auftreten, verringert oder eliminiert.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Steuerungssystem für ein elektrisch angetriebenes Gerät zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig ist, die Probleme beim Schalten hoher Spannungen eliminiert und ein sanftes, allmähliches Anlassen der elektrischen Motoren ermöglicht. Es ist eine weitere Aufgabe, ein derartiges System zur Verfügung zu stellen, welches das Erfordernis von Hochspannungstransistoren eliminiert und das durch ein Logiksignal mit einem verhältnismäßig geringen Niveau gesteuert werden oder ohne dass das System Funkenbildungen und Funkstörungsproblemen ausgesetzt ist, angefahren werden kann.
Eine genaue Beschreibung der Erfindung wird in den Ansprüchen gegeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Gleichstrommotorlaststeuerung für ein Gerät zur Verfügung zu stellen, welches eine Steuerung des Generatorfeldes zur Steuerung einer Generatorausgabe zum Schalten und zur Spannungssteuerung verwendet. Es ist weitere eine Aufgabe, ein System zur Verfügung zu stellen, bei dem die Feldsteuerung auch Verriegelungen an dem Gerät anspricht.
Eine Laststeuerung, die in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, weist einen Generator mit einem Feldregler mit zusätzlichen Eingängen auf, die mit einer intelligenten Hauptsteuerung verbunden sind, die einen Verriegelungskreis aufweist. Die zusätzlichen Eingänge weisen sowohl eine EIN/AUS als auch eine Spannungswahlfunktion und eine Verriegelungsfunktion auf. Motoren mit verhältnismäßig hoher Stromaufnahme, wie Motoren zum Antrieb von Mähspindeln, sind mit dem Generatorausgang verbunden. Statt teuere Kontakt- oder Schalttransistoren zum direkten Schalten und Einstellen von hohen Stromlasten an dem Generatorausgang zu verwenden, stellt ein Niederspannungsfeldreglerkreis ein Schalten und eine Laststeuerung zur Verfügung und eliminiert einen hohen Einschaltstrom und Strom- und Hochspannungsimpulse. EIN/AUS-Funktionalitäten und Niveausteuerungsfunktionalitäten können daher durch ein logisches Niveausignal zur Verfügung gestellt werden und die Motoren können sanft gestartet werden, indem die Spannung allmählich erhöht wird. Das System eliminiert eine Funkenbildung und Funkstörungsprobleme, die mit einer Funkenbildung verbunden sind. Der Input der Verriegelungseingangfunktionalität hilft, das Gerätesystem zur bequemen, verlässlichen und kostengünstigen Steuerung einzubinden.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen elektrischen Steuerungskreis für einen elektrischen Spindelmäher.
Es wird nun auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen, in der ein Teil eines Geräts 10 mit Arbeitselemente 12, 14 und 16 gezeigt wird, die durch elektrische Motoren 22, 24 und 26 entsprechend angetrieben werden. Wie es gezeigt wird, ist das Gerät 10 ein elektrischer Spindelmäher (Greensmower) and die Arbeitselements 12, 14 und 16 sind Schneidspindeln, es soll aber deutlich werden, dass das vorliegende Steuerungssystem an anderen Arten von elektrisch angetriebenen Geräten verwendet werden kann.
Die elektrischen Motoren 22, 24, und 26 werden direkt durch ein Motorantriebsgeneratorsystem mit Energie versorgt, welches allgemein bei 28 gezeigt wird, das einen positiven Eingangsanschluss 30 aufweist, der über hochampererige Sicherungen 31 mit ersten Eingangsanschlüssen der Motoren 22, 24 und 26 verbunden ist. Zweite Anschlüsse der Motoren 22 bis 26 sind mit negativen Anschlüssen 32 des Generatorsystems 28 verbunden.
Das Generatorsystem 28 weist einen positiven Feldeingangsanschluss 40 und einen negativen Feldeingangsanschluss 42 auf, die mit einem Spannungsregler 46 eines Regelsystems 48 über Eingänge 50 und 52 verbunden ist. Eine Felderregung des Generatorsystems 28 wird gesteuert, um die Ausgangsspannung zwischen den Anschlüssen 30 und 32 ein- und auszuschalten und um die Ausgabespannung zwischen den Anschlüssen zu verändern. Das Reglersystem 48 ist mit einer Gleichstromquelle 56 des Geräts verbunden. Die Spannung der Quelle 56 ist vorzugsweise wesentlich gering als und unabhängig von dem System 28 und liegt bei etwa 12 Volt.
Eine Spannungsermittlungsleitung 60 verbindet den Regler 46 und den positiven Ausgangsanschluss 30, und ein Regleranschluss 62 ist geerdet. Neben den Standardreglersteuereingängen, weist der Regler 48 einen Steuereingang 70 auf, der mit einer intelligenten elektronischen Hauptsteuerung 72 verbunden ist, um EIN/AUS- und Spannungswahlfunktionalitäten zur Verfügung zu stellen. Die intelligente Steuerung 72 empfängt Signale über Leitungen 74 von Verriegelungen 76 des Geräts 10. Die Verriegelungen 76 sind konventionelle Schalter oder ähnliches, die Signale liefern, welche Zustände des Geräts, wie die Anwesenheit einer Bedienungsperson, eine Bremsstellung, Schaltstellung, Startzustand, Werkzeugstellung und ähnliches, anzeigen.
Bedienersteuereingaben werden an die Steuerung 72 über Leitungen 78 von einer Bedienersteuerungsschnittstelle 80 geliefert. Der Bediener kann verschiedenen Motorsteuervariablen, wie eine EIN/AUS-Funktion, eine gewünschte Spindelgeschwindigkeit, eine Anlaufzeit zum sanften Anlassen der Motoren 22, 24 und 26, auswählen.
Ein Mäh/Schleif-Steuerschalter 90 weist einen ersten Eingangsanschluss 91, der mit dem Regler 46 verbunden ist, und einen zweiten Eingangsanschluss 92 auf, der mit der Steuerung 72 verbunden ist. In der Mähstellung (gezeigt) sind die Anschlusseingänge 93 und 94 an dem Regler 46 miteinander verbunden und der Anschluss 92 ist offen. In der Schleifstellung ist Quellenspannung an einem Steuereingang 96 der Steuerung 46 angelegt und der Anschluss 93 ist mit einem Anschluss des Reglers 46 verbunden. Wenn der Schalter 90 in die Schleifstellung bewegt wird, spricht die Steuerung 72 auf ein hohes Niveau an dem Steuereingang an und hält die Felderregung auf einem niedrigen Niveau, um die Motoren 22, 24 und 26 mit einer Geschwindigkeit zu betreiben, die wesentlich niedriger ist als die normale Betriebsgeschwindigkeit. Die niedrige Betriebsgeschwindigkeit ist notwendig, wenn die Spindelmesser geschärft oder geschliffen werden. Wenn sich der Schalter 90 in der Mähstellung befindet, arbeiten die Motoren mit konventionellen Betriebsgeschwindigkeiten.
Wenn der Generatorausgang ausgeschaltet ist, so dass die Motoren 22 bis 26 die Schneidspindeln 12 bis 16 nicht betreiben, signalisiert die Steuerung 72 dem Regler 46 die Motoren anzuschalten, wenn die Signale von den Verriegelungen 76 und der Bedienersteuerschnittstelle 80 anzeigen, dass Betriebsbedingungen vorliegen (z. B. der Bediener passend positioniert ist, die Bremsen- und/oder Schaltstellung richtig ist, die Spindeln in eine Betriebsstellung abgesenkt sind und eine Spindelbetätigung durch den Bediener gewählt ist). Der Regler legt eine Gleichspannung über die Feldeingangsanschlüsse 40 und 42 an, um die Ausgabespannung über die Ausgabeanschlüsse 30 und 32 aufzubringen, so dass die Motoren 22, 24 und 26 die Spindeln 12, 14 und 16 drehen. Die Felderregungsspannung wird durch die Steuerung 72 und den Regler 46 gesteuert, so dass die Ausgabespannung über die Anschlüsse 30 und 32 allmählich ansteigt, anstatt abrupt hochgefahren zu werden, und ein sanftes Anfahren wird erreicht. Wenn die Ausgabespannung, wie sie durch die Leitung 60 ermittelt wird, das gewählte Betriebsniveau erreicht, moduliert der Reglerkreis 48 die Felderregungsenergie um eine im Wesentlichen konstante Geschwindigkeit/Ausgabespannung aufrechtzuerhalten. Die Geschwindigkeit/Spannung kann einfach an der Bedienersteuerungsschnittstelle 80 eingestellt werden, um zu bestimmten Betriebsbedingungen und Bedienervorlieben zu passen.
Eine Zenerdiode 102 ist in Serie mit einer Licht aussendenden Diode (LED) 104 zwischen den positiven und den negativen Feldanschluss 40 und 42 geschaltet. Die Umkehrzenerdurchbruchspannung ist so gewählt, dass sie der maximalen gewünschten Felderregungsspannung entspricht, welche im Bereich der Nominalspannung der Quelle 56 liegt. Wenn die Feldspannung das gewünschte Niveau übersteigt, wird die LED ein sichtbares Signal eines Überspannungszustands liefern.
Nachdem die bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, wird es deutlich werden, dass verschiedene Veränderungen durchgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die beiliegenden Ansprüche definiert wird, zu verlassen.

Claims

Ein Steuerungssystem zur Steuerung des Betriebs wenigstens eines ein Arbeitselement (12, 14, 16) antreibendenden, elektrischen Motors (22, 24, 26) eines Geräts (10), wobei das Steuerungssystem einen Generator (28) mit Ausgabeanschlüssen (30), die mit dem elektrischen Motor (22, 24, 26) verbunden sind, und eine Felderregungseingang (40, 42) zur Aufnahme eines Spannungssignals, wobei der Generator (28) ein Ausgabespannungsniveau liefert, das von dem Spannungssignal an dem Felderregungseingang (40, 42) abhängt, einen Spannungsregler (46), der mit dem Felderregungseingang (40, 42) verbunden ist, und eine Steuerung (72), die mit dem Spannungsregler (46) verbunden ist, um das Spannungssignal an dem Felderregungseingang (40, 42) zu steuern, wobei das Spannungssignal wesentlich niedriger ist, als ein maximales Spannungsausgabeniveau an den Generatorausgabeanschlüssen (30), aufweist, und wobei die Steuerung (72) sowohl ein Schalten des Generators (28) um den elektrischen Motor (22, 24, 26) über den Felderregungseingang (40, 42) ein- und auszuschalten, so dass eine Funkenbildung und Spannungsbildung eliminiert werden, als auch, wenn der elektrische Motor (22, 24, 24) eingeschaltet ist, eine Regulierung der Felderregungsspannung durch die Steuerung (72) zur Verfügung stellt, um einen vorgewähltes Generatorausgabeniveau aufrechtzuerhalten.
Das Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, das eine Geräteverriegelung (76) aufweist, die mit der Steuerung (72) verbunden ist und ein Gerätezustandssignal zur Verfügung stellt, wobei der Spannungsregler (46) auf Gerätezustandssignale anspricht, um das Spannungssignal in Abhängigkeit von dem Gerätezustand zu steuern.
Das Steuerungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerung (72) einen allmählichen Spannungsanstieg an dem Felderregungseingang (40, 42) zur Verfügung stellt, wenn der elektrische Motor (22, 24, 26) eingeschaltet ist.
Das Steuerungssystem gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei die Spannung zu dem elektrischen Motor (22, 24, 26) ausschließlich durch eine Steuerung des Felderregungseingangs (40, 42) gesteuert wird.
Das Steuerungssystem gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, das einen Schalter (90) aufweist, der mit dem Spannungsregler (46) verbunden ist und eine erste Stellung hat, um eine erste, langsame Geschwindigkeit zu begründen, um das Arbeitselemente (12, 14, 16) zu warten, und eine zweite Stellung hat, die einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Motors zum normalen Betrieb des Arbeitselements (12, 14, 16) ermöglicht.
Das Steuerungssystem gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei das Gerät (10) einen Mäher und das Arbeitselement (12, 14, 16) ein Mäherschneidelement aufweist.
Das Steuerungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, das eine Geräteverriegelung aufweist, die mit der Steuerung (72) verbunden ist und ein Gerätezustandssignal liefert, wobei der Spannungsregler (46) auf Gerätezustandssignale anspricht, um das Spannungssignal in Abhängigkeit von dem Gerätezustand zu steuern.