EP2888812A2 - Verfahren und vorrichtung zum ansteuern eines elektromotors einer handwerkzeugmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum ansteuern eines elektromotors einer handwerkzeugmaschine

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EP2888812A2
EP2888812A2 EP13753161.2A EP13753161A EP2888812A2 EP 2888812 A2 EP2888812 A2 EP 2888812A2 EP 13753161 A EP13753161 A EP 13753161A EP 2888812 A2 EP2888812 A2 EP 2888812A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric motor
pulse width
modulated signal
width modulated
power tool
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13753161.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Beck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP2888812A2 publication Critical patent/EP2888812A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/29—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/085—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING, OR HOLDING
    • B25B21/00—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for controlling an electric motor of a hand tool.
  • the invention further relates to a control device for a hand tool with such a device and such a hand tool, in particular an electric hand tool, such as an electric screwdriver or a hand-held drill.
  • pulse width modulated signals Conventionally, electric motors of handheld power tools or handheld machine tools are controlled by means of pulse width modulated signals.
  • the pulse width modulated signals conventionally have a constant carrier frequency.
  • a method for driving an electric motor of a handheld power tool in which the electric motor is controlled by means of a pulse width modulated signal, wherein the carrier frequency of the pulse width modulated signal is varied during operation of the power tool.
  • the radiated disturbance power is not concentrated "
  • the interference power is not radiated on a few frequencies, but on a variety of frequencies. This reduces the local maximum of the radiated power at a certain frequency. As a result, legal limits can be more easily met.
  • the carrier frequency of the pulse width modulated signal for driving the electric motor during operation of the power tool continuously preferably continuously, varies.
  • the carrier frequency of the pulse-width-modulated signal for controlling the electric motor may vary sporadically, randomly and / or non-rhythmically during operation of the handheld power tool.
  • the carrier frequency of the pulse width modulated signal for controlling the electric motor during operation of the power tool is modulated.
  • the frequency modulation of the pulse width modulated signal provides a simple technical variant for varying the carrier frequency.
  • the carrier frequency of the pulse width modulated signal for controlling the electric motor during operation of the power tool is modulated by means of a specific modulation method.
  • a specific modulation method a variety of known modulation methods can be used.
  • the carrier frequency of the pulse width modulated signal for controlling the electric motor during operation of the power tool is varied so that distributed due to the control of the electric motor with the pulse width modulated signal spurious radiation distributed to a particular frequency band to the carrier frequency or fundamental frequency of the pulse width modulated signal.
  • the radiated interference power can be distributed to a specific frequency band.
  • the particular frequency band can also be set.
  • the carrier frequency of the pulse width modulated signal and the duty cycle of the pulse width modulated signal are varied so matched to one another that the rotational speed of the electric motor is kept constant. Since the rotational speed of the electric motor may change with a variation of the carrier frequency of the pulse width modulated signal, preferably the duty cycle of the pulse width modulated signals is tuned to the variation of the carrier frequency of the pulse width modulated signal varies such that the rotational speed of the electric motor is kept constant.
  • the carrier frequency of the pulse width modulated signal and the duty cycle of the pulse width modulated signal are varied so coordinated that the speed of the electric motor is kept constant at a constant actuation of a user operable switch of the power tool.
  • the electric motor is a brush motor.
  • the electric motor is a brushless motor.
  • the carrier frequency of the pulse width modulated signal for driving the electric motor during operation of the power tool is varied at a predetermined repetition rate.
  • the predetermined recovery rate is preferably between 10 Hz and 200 Hz.
  • the carrier frequency of the pulse width modulated signal for driving the electric motor during operation of the power tool is varied by a predetermined value in each case.
  • the predetermined value is preferably 2% to 5% of the carrier frequency.
  • the variation or change takes place in particular by means of a sawtooth profile. However, it is also possible that the variation or change takes place by means of a sine, rectangular or step profile.
  • the device has a provisioning means, a variation means and a driving means.
  • the provisioning means is adapted to provide a pulse width modulated signal for driving the electric motor.
  • Variation means is arranged to vary the carrier frequency of the provided pulse width modulated signal.
  • the drive means is adapted to drive the electric motor with the varied pulse width modulated signal.
  • the respective means, provisioning means, variation means and activation means can be implemented in terms of hardware and / or software technology.
  • the respective means may be designed as a device or as part of a device, for example as a computer or as a microprocessor.
  • the respective means may be designed as a computer program product, as a function, as a routine, as part of a program code or as an executable object.
  • control device for a hand tool, wherein the control device integrates the device described above for driving the electric motor of the power tool.
  • the device is thus part of the control device, also referred to as a switch, of the handheld power tool.
  • the hand tool is in particular an electric hand tool, such as an electric screwdriver, a hand-held drill, a chisel hammer, a combination hammer, a cordless screwdriver, a circular saw or a saber saw.
  • an electric hand tool such as an electric screwdriver, a hand-held drill, a chisel hammer, a combination hammer, a cordless screwdriver, a circular saw or a saber saw.
  • 1 is a schematic flow diagram of a method for driving an electric motor of a hand tool
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a device for driving an electric motor of a handheld power tool
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of a hand tool
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of a first exemplary embodiment of a control for an electric motor of a handheld power tool
  • Fig. 5 is a schematic block diagram of a first embodiment of a control for an electric motor of a power tool .
  • FIG. 1 shows a schematic flow diagram of a method for driving an electric motor 20 of a handheld power tool 30.
  • step 101 a pulse width modulated signal S1 for driving the electric motor 20 is provided.
  • step 102 the carrier frequency of the provided pulse width modulated signal S1 is varied to provide a varied pulse width modulated signal S2.
  • the carrier frequency of the pulse width modulated signal S2 for driving the electric motor 20 is continuously varied during operation of the handheld power tool 30.
  • One way of varying the pulse width modulated signal S2 is a frequency modulation.
  • the pulse width modulated signal S2 is modulated by means of a specific modulation method.
  • the carrier frequency of the pulse-width-modulated signal S2 for controlling the electric motor 20 is preferably varied during operation of the handheld power tool 30 so that a resulting due to the activation of the electric motor 20 with the pulse width modulated signal S2 spurious radiation distributed to a specific frequency band to the carrier frequency of the pulse width modulated signal S2 , Due to the distribution of the resulting interference radiation on the plurality of frequencies of the frequency band, the maximum of the emitted interference radiation is reduced.
  • the carrier frequency is 10 kHz and the frequency band is between 9.5 kHz and 10.5 kHz.
  • the frequency of the pulse width modulated signal S2 and the duty cycle of the pulse width modulated signal S2 are coordinated such that the rotational speed of the electric motor 20 is constant ⁇
  • step 103 the electric motor 20 is driven with the varied pulse width modulated signal S2.
  • the proposed method is applicable, for example, to hand tool machines 30 with carbon brush motors.
  • the method is further applicable to hand tool machines 30 with brushless motors.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of an embodiment of a device 10 for actuating an electric motor 20 of a handheld power tool 30.
  • the device 10 has a provisioning means 11, a variation means 12 and a drive means 13.
  • the provisioning means 11 is configured to provide a pulse width modulated signal S1 for driving the electric motor 20.
  • the variation means 12 receives the provided pulse-width modulated signal S1 and varies its carrier frequency for the output-side provision of a varied pulse-width-modulated signal S2.
  • the drive means 13 receives the varied pulse width modulated signal S2 and thus controls the electric motor 20.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a handheld power tool 30 which comprises, in particular integrates, the device 10 of FIG. 2 and the electric motor 20.
  • Fig. 3 shows an exemplary hand tool 30, e.g. an electric screwdriver.
  • the hand tool has a tool holder 2, in which a tool 3 can be used or fastened.
  • the tools include, for example, a screwdriver bit, a drill, a grinding wheel and a saw blade.
  • An electric motor 20 drives the tool holder 2, here by way of example about a working axis 4 rotating.
  • a drive train between the tool holder 2 and the electric motor 20 may include a spindle 5, a gear 6 and other components, e.g. a torque clutch, an eccentric included.
  • a user takes the hand tool 30 by pressing a button 7 in operation.
  • the button 7 is preferably arranged on a handle 8, with which the Users can hold and guide the power tool 30.
  • a controller 10 provides power to the electric motor 20 in response to the actuation.
  • An exemplary power source of the portable power tool 30 is a battery pack 40 having a plurality of secondary battery cells 41.
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of a first exemplary embodiment of a controller 50 for an electric motor 20 of a handheld power tool 30.
  • the controller 50 of FIG. 4 has a speed controller 51, a current regulator 52, a PWM generator 53, an oscillator 54, a modulator 55, a frequency divider 56, and a motor bridge circuit 57 for driving the electric motor 20.
  • the speed controller 51 receives the actual speed n of the electric motor 20 and controls it to a desired speed so n n. As a manipulated variable, the speed controller 51 outputs a target current l soN from the current regulator 52. In addition, the current controller 52 still receives the actual current intensity l ist of the electric motor 20. The current controller 52 regulates the actual current quantity l is to the So II Ström strength Isoii-- the current controller 52 outputs the PWM generator 53 is a manipulated variable SG.
  • the oscillator 54 outputs a PWM clock ⁇ on the output side.
  • the PWM clock ⁇ is provided to the frequency divider 56.
  • the frequency divider 56 has an adjustable divisor, which is adjustable via a setting signal E.
  • the modulator 55 provides the output signal E on the output side.
  • the PWM clock T1 is 64 MHz and is divided by the factor or divisor 6400 to 10 kHz.
  • the 10 kHz PWM frequency is then provided as a varied PWM clock T2 on the output side of the PWM generator 53.
  • the PWM generator 53 has a device 10 for generating the varied pulse width modulated signal S2.
  • the device 10 is shown in detail in FIG.
  • the motor bridge circuit 57 receives the varied pulse width modulated signal S2 and drives the electric motor 20 as a function thereof.
  • FIG. 5 shows a block diagram of a second embodiment of the controller 50.
  • the second embodiment of the controller 50 differs from the first embodiment of FIG. 4 in that, as shown in FIG. 5, the set signal E is not provided to the frequency divider 56 but to the oscillator 54 becomes.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors einer Handwerkzeugmaschine vorgeschlagen, bei dem der Elektromotor mittels eines pulsweitenmodulierten Signals angesteuert wird, wobei die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine variiert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Elektromotors einer
Handwerkzeugmaschine GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Elektromotors einer Handwerkzeugmaschine. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuervorrichtung für eine Handwerkzeugmaschine mit einer solchen Vorrichtung sowie eine solche Handwerkzeugmaschine, insbesondere eine elektrische Handwerkzeugmaschine, wie zum Beispiel einen Elektroschrauber oder eine handgehaltene Bohrmaschine.
Herkömmlicherweise werden Elektromotoren von Handwerkzeugmaschinen oder handgeführten Werkzeugmaschinen mittels pulsweitenmodulierter Signale angesteuert. Die pulsweitenmodulierten Signale haben herkömmlicherweise eine konstante Trägerfrequenz.
Infolge der Ansteuerung des Elektromotors mit dem pulsweitenmodulierten Signal entsteht eine Störstrahlung. Dabei konzentriert sich die abgestrahlte Störleistung auf die Grundfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals und deren Oberwellen. Im gesamten Störspektrum der Handwerkzeugmaschine sind zumeist diese Frequenzen herausragend und damit kritisch hinsichtlich der Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte.
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ansteuerung für einen Elektromotor einer Handwerkzeugmaschine zu schaffen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors einer Handwerkzeugmaschine vorgeschlagen, bei dem der Elektromotor mittels eines pulsweitenmodulierten Signals angesteuert wird, wobei die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine variiert wird.
Durch das Variieren der Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine konzentriert sich die abgestrahlte Störleistung nicht auf „
- 2 - diese eine Trägerfrequenz, sondern verteilt sich in einem bestimmten Frequenzband einer Vielzahl von Frequenzen. Damit wird die Störleistung nicht auf wenigen Frequenzen, sondern auf einer Vielzahl von Frequenzen abgestrahlt. Dadurch reduziert sich das lokale Maximum der abgestrahlten Leistung bei einer bestimmten Frequenz. Folglich können gesetzliche Grenzwerte leichter eingehalten werden.
Bei einer Ausführungsform wird die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals zur Ansteuerung des Elektromotors während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine fortlaufend, vorzugsweise kontinuierlich, variiert. Es ist jedoch auch möglich, dass die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals zur Ansteuerung des Elektromotors während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine sporadisch, zufällig und/oder unrhythmisch variiert. Durch die kontinuierliche Variation der Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine werden lokale Maxima bei der abgestrahlten Störleistung vermindert bzw. minimiert.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals zur Ansteuerung des Elektromotors während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine moduliert. Die Frequenzmodulation des pulsweitenmodulierten Signals stellt eine einfache technische Variante zur Variation der Trägerfrequenz bereit.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals zur Ansteuerung des Elektromotors während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine mittels eines bestimmten Modulationsverfahrens moduliert. Als bestimmte Modulationsverfahren können eine Vielzahl bekannter Modulationsverfahren eingesetzt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals zur Ansteuerung des Elektromotors während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine derart variiert, dass sich eine infolge der Ansteuerung des Elektromotors mit dem pulsweitenmodulierten Signal entstehende Störstrahlung auf ein bestimmtes Frequenzband um die Trägerfrequenz oder Grundfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals verteilt.
Durch die Variation des pulsweitenmodulierten Signals kann die abgestrahlte Störleistung auf ein bestimmtes Frequenzband verteilt werden. Insbesondere kann durch die Wahl der Variation auch das bestimmte Frequenzband eingestellt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals und das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals derart aufeinander abgestimmt variiert, dass die Drehzahl des Elektromotors konstant gehalten wird. Da sich die Drehzahl des Elektromotors bei einer Variation der Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals ändern kann, wird vorzugsweise das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signale abgestimmt auf die Variation der Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals derart variiert, dass die Drehzahl des Elektromotors konstant gehalten wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals und das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals derart aufeinander abgestimmt variiert, dass die Drehzahl des Elektromotors bei einer konstanten Betätigung eines durch einen Nutzer betätigbaren Schalters der Handwerkzeugmaschine konstant gehalten wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Elektromotor ein Bürstenmotor.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Elektromotor ein bürstenloser Motor.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals zur Ansteuerung des Elektromotors während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine mit einer vorbestimmten Wiederholungsrate variiert. Die vorbestimmte Wederholungsrate liegt vorzugsweise zwischen 10 Hz und 200 Hz.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals zur Ansteuerung des Elektromotors während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine jeweils um einen vorbestimmten Wert variiert wird. Der vorbestimmte Wert beträgt vorzugsweise 2% bis 5% der Trägerfrequenz. Die Variation oder Änderung erfolgt insbesondere mittels eines Sägezahnprofils. Es ist jedoch auch möglich, dass die Variation oder Änderung mittels eines Sinus-, Rechteck- oder Stufenkurvenprofils erfolgt.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Elektromotors einer Handwerkzeugmaschine vorgeschlagen. Die Vorrichtung hat ein Bereitstellungsmittel, ein Variationsmittel und ein Ansteuermittel. Das Bereitstellungsmittel ist zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Signals zum Ansteuern des Elektromotors eingerichtet. Das „
- 4 -
Variationsmittel ist zum Variieren der Trägerfrequenz des bereitgestellten pulsweitenmodulierten Signals eingerichtet. Das Ansteuermittel ist zum Ansteuern des Elektromotors mit dem variierten pulsweitenmodulierten Signal eingerichtet. Das jeweilige Mittel, Bereitstellungsmittel, Variationsmittel und Ansteuermittel, kann hardwaretechnisch und/oder auch software-technisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann das jeweilige Mittel als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausgebildet sein. Bei einer software-technischen Implementierung kann das jeweilige Mittel als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
Außerdem wird eine Steuervorrichtung für eine Handwerkzeugmaschine vorgeschlagen, wobei die Steuervorrichtung die oben beschriebene Vorrichtung zum Ansteuern des Elektromotors der Handwerkzeugmaschine integriert. Die Vorrichtung ist damit Teil der auch als Schalter bezeichneten Steuereinrichtung der Handwerkzeugmaschine.
Weiterhin wird eine Handwerkzeugmaschine mit einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen. Die Handwerkzeugmaschine ist insbesondere eine elektrische Handwerkzeugmaschine, wie zum Beispiel ein Elektroschrauber, eine handgehaltene Bohrmaschine, ein Meißelhammer, ein Kombihammer, ein Akkuschrauber, eine Kreissäge oder eine Säbelsäge.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ansteuern eines Elektromotors einer Handwerkzeugmaschine;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Ansteuern eines Elektromotors einer Handwerkzeugmaschine;
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer Handwerkzeugmaschine;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Regelung für einen Elektromotors einer Handwerkzeugmaschine; und Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Regelung für einen Elektromotors einer Handwerkzeugmaschine.. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG In Fig. 1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ansteuern eines Elektromotors 20 einer Handwerkzeugmaschine 30 dargestellt.
In Schritt 101 wird ein pulsweitenmoduliertes Signal S1 zum Ansteuern des Elektromotors 20 bereitgestellt.
In Schritt 102 wird die Trägerfrequenz des bereitgestellten pulsweitenmodulierten Signals S1 zur Bereitstellung eines variierten pulsweitenmodulierten Signals S2 variiert.
Insbesondere wird die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals S2 zur Ansteuerung des Elektromotors 20 während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine 30 kontinuierlich variiert. Eine Möglichkeit der Variation des pulsweitenmodulierten Signals S2 ist eine Frequenzmodulation. Insbesondere wird das pulsweitenmodulierte Signal S2 mittels eines bestimmten Modulationsverfahrens moduliert. Die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals S2 zur Ansteuerung des Elektromotors 20 wird während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine 30 vorzugsweise derart variiert, dass sich eine infolge der Ansteuerung des Elektromotors 20 mit dem pulsweitenmodulierten Signal S2 entstehende Störstrahlung auf ein bestimmtes Frequenzband um die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals S2 verteilt. Durch die Verteilung der entstehenden Störstrahlung auf die Vielzahl der Frequenzen des Frequenzbandes verringert sich das Maximum der abgestrahlten Störstrahlung. Zum Beispiel ist die Trägerfrequenz 10 kHz und das Frequenzband liegt zwischen 9,5 kHz und 10,5 kHz.
Da die Variation der Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals S2 eine nicht gewollte Änderung der Drehzahl des Elektromotors 20 verursachen kann, werden die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals S2 und das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals S2 derart aufeinander abgestimmt, dass die Drehzahl des Elektromotors 20 konstant Λ
- 6 - gehalten wird. Dabei wird die Drehzahl des Elektromotors 20 insbesondere bei einer konstanten Betätigung eines durch einen Nutzer betätigbaren Schalters der Handwerkzeugmaschine 30 konstant gehalten. In Schritt 103 wird der Elektromotor 20 mit dem variierten pulsweitenmodulierten Signal S2 angesteuert.
Das vorgeschlagene Verfahren ist beispielsweise auf Handwerkzeugmaschinen 30 mit Kohlebürsten-Motoren anwendbar. Das Verfahren ist weiterhin auf Handwerkzeugmaschinen 30 mit bürstenlosen Motoren anwendbar.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 10 zum Ansteuern eines Elektromotors 20 einer Handwerkzeugmaschine 30. Die Vorrichtung 10 hat ein Bereitstellungsmittel 11 , ein Variationsmittel 12 und ein Ansteuermittel 13.
Das Bereitstellungsmittel 11 ist dazu eingerichtet, ein pulsweitenmodulierten Signal S1 zum Ansteuern des Elektromotors 20 bereitzustellen. Das Variationsmittel 12 empfängt das bereitgestellte pulsweitenmodulierte Signal S1 und variiert dessen Trägerfrequenz zur ausgangsseitigen Bereitstellung eines variierten pulsweitenmodulierten Signals S2. Das Ansteuermittel 13 empfängt das variierte pulsweitenmodulierte Signal S2 und steuert damit den Elektromotor 20 an. In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Handwerkzeugmaschine 30 dargestellt, welche die Vorrichtung 10 der Fig. 2 und den Elektromotor 20 umfasst, insbesondere integriert. Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Handwerkzeugmaschine 30, z.B. einen Elektroschrauber. Die Handwerkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme 2, in welche ein Werkzeug 3 einsetzbar oder befestigbar ist. Die Werkzeuge sind beispielsweise ein Schrauberbit, einen Bohrer, eine Schleifscheibe und ein Sägeblatt. Ein Elektromotor 20 treibt die Werkzeugaufnahme 2 an, hier beispielhaft um eine Arbeitsachse 4 drehend. Ein Antriebsstrang zwischen der Werkzeugaufnahme 2 und dem Elektromotor 20 kann eine Spindel 5, ein Getriebe 6 und weitere Komponenten, z.B. eine Drehmomentkupplung, ein Exzenterrad enthalten.
Ein Anwender nimmt die Handwerkzeugmaschine 30 durch Betätigen eines Tasters 7 in Betrieb. Der Taster 7 ist vorzugsweise an einem Handgriff 8 angeordnet, mit welchem der Anwender die Handwerkzeugmaschine 30 halten und führen kann. Eine Steuerung 10 versorgt ansprechend auf das Betätigen den Elektromotor 20 mit Strom. Eine beispielhafte Stromquelle der Handwerkzeugmaschine 30 ist ein Batteriepaket 40 mit mehreren sekundären Batteriezellen 41.
In Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Regelung 50 für einen Elektromotor 20 einer Handwerkzeugmaschine 30 dargestellt.
Die Regelung 50 der Fig. 4 hat einen Drehzahlregler 51 , einen Stromregler 52, einen PWM- Generator 53, einen Oszillator 54, einen Modulator 55, einen Frequenzteiler 56 und eine Motorbrückenschaltung 57 zur Ansteuerung des Elektromotors 20.
Der Drehzahlregler 51 empfängt die Ist-Drehzahl nist des Elektromotors 20 und regelt diese auf eine Solldrehzahl nson. Als Stellgröße gibt der Drehzahlregler 51 eine Sollstromstärke lsoN dem Stromregler 52 aus. Daneben empfängt der Stromregler 52 noch die Iststromstärke list des Elektromotors 20. Der Stromregler 52 regelt die Iststromgröße list auf die So II ström stärke Isoii- Dazu gibt der Stromregler 52 dem PWM-Generator 53 eine Stellgröße SG aus.
Der Oszillator 54 gibt ausgangsseitig einen PWM-Takt ΤΊ aus. Der PWM-Takt ΤΊ wird dem Frequenzteiler 56 bereitgestellt. Der Frequenzteiler 56 hat einen einstellbaren Divisor, welcher über ein Einstellsignal E einstellbar ist. Der Modulator 55 stellt ausgangsseitig das Einstellsignal E bereit. Beispielsweise ist der PWM-Takt T1 64 MHz und wird um den Faktor oder Divisor 6400 auf 10 kHz geteilt. Die 10-kHz-PWM-Frequenz wird dann als variierter PWM-Takt T2 ausgangsseitig dem PWM-Generator 53 bereitgestellt. Der PWM-Generator 53 weist eine Vorrichtung 10 zur Generierung des variierten pulsweitenmodulierten Signals S2 auf. Die Vorrichtung 10 ist detailliert in Fig. 2 dargestellt. Die Motorbrückenschaltung 57 empfängt das variierte pulsweitenmodulierte Signal S2 und steuert abhängig davon den Elektromotor 20 an. Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Regelung 50. Das zweite Ausführungsbeispiel der Regelung 50 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 dahingehend, dass nach Fig. 5 das Einstellsignal E nicht dem Frequenzteiler 56, sondern schon dem Oszillator 54 bereitgestellt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors (20) einer Handwerkzeugmaschine (30), bei dem der Elektromotor (20) mittels eines pulsweitenmodulierten Signals (S2) angesteuert wird, wobei die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals (S2) während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine (30) variiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals (S2) zur Ansteuerung des Elektromotors (20) während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine kontinuierlich variiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals (S2) zur Ansteuerung des Elektromotors (20) während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine (30) moduliert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals (S2) zur Ansteuerung des Elektromotors (20) während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine (30) mittels eines bestimmten Modulationsverfahrens moduliert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals (S2) zur Ansteuerung des Elektromotors (20) während des Betriebs der Handwerkzeugmaschine (30) derart variiert wird, dass sich eine infolge der Ansteuerung des Elektromotors (20) mit dem pulsweitenmodulierten Signal (S2) entstehende Störstrahlung auf ein bestimmtes
Frequenzband um die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals (S2) verteilt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals (S2) und das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals (S2) derart aufeinander abgestimmt variiert werden, dass die Drehzahl des Elektromotors (20) konstant gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz des pulsweitenmodulierten Signals (S2) und das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals (S2) derart aufeinander abgestimmt variiert werden, dass die Drehzahl des Elektromotors (20) bei einer konstanten Betätigung eines durch einen Nutzer betätigbaren Schalters der Handwerkzeugmaschine (30) konstant gehalten wird. Vorrichtung (1 1) zum Ansteuern eines Elektromotors (20) einer Handwerkzeugmaschine (30), mit:
einem Bereitstellungsmittel (11) zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Signals zum Ansteuern des Elektromotors (20),
einem Variationsmittel (12) zum Variieren der Trägerfrequenz des bereitgestellten pulsweitenmodulierten Signals (S1) zur Bereitstellung eines variierten pulsweitenmodulierten Signals (S2), und
einem Ansteuermittel (13) zum Ansteuern des Elektromotors (20) mit dem variierten pulsweitenmodulierten Signal (S2).
Steuervorrichtung für eine Handwerkzeugmaschine (30), wobei die Steuervorrichtung eine Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 integriert.
0. Handwerkzeugmaschine (30) mit einer Vorrichtung (10) zum Ansteuern eines Elektromotors (20) der Handwerkzeugmaschine (30) nach Anspruch 8.
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