ES2222638T3 - Conmutador de control de velocidad variable para herramientas electricas de corriente continua. - Google Patents
Conmutador de control de velocidad variable para herramientas electricas de corriente continua.Info
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Abstract
CIRCUITO DE CONTROL DE MOTOR (10) PARA UNA HERRAMIENTA MECANICA QUE INCLUYE UN INTERRUPTOR DE FUNCION (39) QUE TIENE UN PRIMER CONTACTO DE BATERIA (40), UN CONTACTO DE CONTROL DE VELOCIDAD (41), UN CONTACTO DE DERIVACION (42) Y UN SEGUNDO CONTACTO DE BATERIA (44) CONECTADO EN ESTE ORDEN EN UNA LINEA. EL INTERRUPTOR DE FUNCION (39) TIENE TAMBIEN UN CONTACTO MOVIL (38) QUE CONECTA SECUENCIALMENTE EL PRIMER CONTACTO DE BATERIA (40) CON EL CONTACTO DE DERIVACION (42), EL CONTACTO DE CONTROL DE VELOCIDAD (41) AL SEGUNDO CONTACTO DE BATERIA (44) Y UN CONTACTO DE DERIVACION (42) AL SEGUNDO CONTACTO DE BATERIA (44). UN INTERRUPTOR DE ESTADO SOLIDO (22) TIENE UN CIRCUITO DE CONDUCCION QUE CONECTA EL CONTACTO DE CONTROL DE VELOCIDAD (41) A UN TERMINAL DE MOTOR (32) EN EL QUE EL CIRCUITO DE CONDUCCION ESTA CONTROLADO EN RESPUESTA A UNA SEÑAL DE OSCILADOR.
Description
Conmutador de control de velocidad variable para
herramientas eléctricas de corriente continua.
La presente invención se refiere a controles de
velocidad variable para motores eléctricos de corriente continua, y
más concretamente a dichos controles para accionar herramientas
manuales alimentadas por baterías que son impulsadas por un motor
eléctrico.
Las herramientas manuales, tales como las
taladradoras y los destornilladores eléctricos, utilizan motor
eléctrico de CC para hacer girar un vástago que practica un
orificio o hace girar un tornillo. Estas herramientas manuales
tienen a menudo un mango como una culata de pistola con un gatillo
que se acciona manualmente por parte del usuario de la herramienta,
controlándose la velocidad del motor por el grado de la fuerza con
que el usuario oprime el gatillo. Esto permite variar la velocidad
de giro del vástago de la taladradora o del destornillador en
función de la particular aplicación de la herramienta. Por ejemplo,
la velocidad de una taladradora puede controlarse para que se
corresponda con la dureza del material que se perfora; así, cuanto
más duro sea el material, más lentamente debe girar el vástago de
la taladradora.
El gatillo, que está solicitado por un resorte
hasta una posición de cierre, está unido mecánicamente a un
interruptor que se cierra cuando el usuario oprime el gatillo a
partir de aquella posición de cierre. El gatillo está también unido
a un cursor de un potenciómetro intercalado en el circuito de
control de la velocidad y la resistencia del potenciómetro varía
con el movimiento del gatillo. Un tipo de circuito de control
responde a cambios en la resistencia del potenciómetro modulando
por la anchura de unos impulsos la corriente eléctrica aplicada al
motor. Esto es, la corriente eléctrica se aplica en forma de
impulsos que tienen ciclos de servicio que varían para controlar la
velocidad del motor. Cuanto mayor sea el ciclo de servicio, más
largo será el impulso de corriente y más aprisa girará el
motor.
US-A-4.665.290
describe un interruptor de gatillo para una herramienta eléctrica
portátil con un contacto móvil que es accionado por un cursor para
puentear tres contactos fijos.
EP-A-0.313.987 describe un gatillo
que tiene dos contactos móviles, cada uno de los cuales afecta un
contacto fijo y un contacto puente; sin embargo, cada contacto
móvil sólo afecta dos contactos. Asimismo,
EP-A-0.489.343 describe un par de
contactos móviles que puentea un par de contactos fijos cuando se
oprime el gatillo del interruptor. Se describe otra disposición de
interruptor formado por un par de interruptores unipolares de doble
salto (SPDT). Así, en todas las referencias se describen
dispositivos de gatillo con un contacto móvil que afecta tres
contactos fijos, que tocan varios contactos del interruptor de
control de la velocidad.
Un objeto general de la invención es proporcionar
un circuito de control de velocidad variable para una herramienta
manual impulsada por un motor de corriente continua.
Otro objeto es proporcionar un interruptor
compacto de función múltiple para el circuito de control de
velocidad variable.
Otro objeto de la presente invención es presentar
un interruptor que tiene un solo contacto móvil que secuencialmente
afecta una pluralidad de contactos fijos para diferentes modos de
funcionamiento del motor.
Estos y otros objetos se satisfacen con un
circuito de control según la reivindicación 1, que comprende un
interruptor de funciones que tiene una serie de contactos fijos. Se
dispone un primer contacto de batería para conectarse a un primer
terminal de una batería. Adyacente al primer contacto de batería hay
un control de velocidad que se destina a conectarse con un primer
terminal del motor por medio de un dispositivo interruptor de
estado sólido. Contiguo al contacto de control de la velocidad hay
un contacto derivación que se destina a conectar con un primer
terminal del motor para derivar el dispositivo interruptor de estado
sólido. El interruptor de función comprende asimismo un segundo
contacto de batería adyacente al contacto derivación para su unión
a un segundo terminal de la batería. Con el movimiento en un
sentido, un contacto móvil conecta sucesivamente el primer contacto
de la batería a un contacto derivación, después conecta el contacto
de control de la velocidad al segundo contacto de batería y
seguidamente conecta el contacto derivación al segundo contacto de
la batería.
En la realización preferida de la presente
invención, el primer contacto de batería, el contacto de control de
la velocidad, el contacto derivación y el segundo contacto de
batería están dispuestos en línea. Esta realización tiene también
unas costillas de un material eléctricamente aislante situadas entre
el primer contacto de batería y el contacto de control de la
velocidad, y entre el contacto derivación y el segundo contacto de
batería. Las costillas separan los respectivos contactos impidiendo
así que el contacto móvil toque los contactos separados al mismo
tiempo que produzca un cortocircuito.
La figura 1 es una vista isométrica de un
dispositivo de control para una herramienta accionada por baterías
según la presente invención.
La figura 2 es una vista de un lado del
dispositivo de control de velocidad variable con una parte de su
envolvente separada.
La figura 3 es una vista de un lado del
dispositivo de control con una placa de circuito impreso
separada.
La figura 4 es una vista de un lado opuesto del
dispositivo de control de velocidad variable con otra parte de la
envolvente separada.
La figura 5 es una vista en sección transversal
obtenida a lo largo de la línea 5-5 de la figura 2,
y
La figura 6 es un diagrama esquemático de los
circuitos eléctricos para la herramienta alimentada por
baterías.
Con referencia inicial a la figura 1, un
dispositivo de control 10 para una herramienta accionada por un
motor de CC comprende una envolvente 12 de un material aislante
eléctrico, tal como el plástico. De la envolvente sale un gatillo
disparador 14 de un eje 16 que es móvil hacia dentro y hacia fuera
de la envolvente a través de una abertura. Por encima del
disparador 14 hay una palanca 18 de control de la dirección que se
extiende articuladamente a través de otra abertura de la envolvente
12. Moviendo la palanca 18 de control de la dirección, un usuario
de la herramienta puede determinar si el motor de la misma se
acciona en una dirección de avance o de retroceso. El grado en que
se oprime la palanca 14 hacia la envolvente 12 determina la
velocidad de giro del motor en la dirección escogida. La envolvente
presente una abertura 20 a través de la cual se extiende una parte
de la carcasa de un transistor de efecto de campo del tipo
metal-óxido (MOSFET), de manera que dicha carcasa pueda acoplarse a
un disipador externo de calor dentro de la herramienta.
La figura 2 representa el dispositivo de control
10 de velocidad variable con la parte delantera de la envolvente 12
separada a fin de mostrar la disposición interna. La palanca 18 de
control de la velocidad lleva un perno intermedio 24 que acopla la
parte exterior de la palanca 18 a una parte de una palanca interna
26. Esa parte de la palanca interna 26 acciona unos contactos
móviles de un interruptor de control 28 del tipo bipolar de doble
salto (DPDT) que controla la dirección en que la corriente continua
procedente de una batería circula a través del motor de la
herramienta, y por lo tanto la dirección de giro del motor. El
interruptor 28 de control de la dirección se representa con mayor
detalle en las figuras 3 y 4 y está unido a un par de terminales 31
y 32 del motor, visibles en la figura 4.
Con referencia continuada a las figuras 2 a 4, un
resorte de compresión 30 empuja el eje 16 del disparador hacia
fuera de la envolvente 12 en una posición normal en la que la
herramienta se halla fuera de uso. El extremo interno del eje del
disparador 16 lleva un portacontactos 29. A un lado del
portacontactos 29 va montado un cursor 34 de un potenciómetro 64
del circuito 10 de control de velocidad variable (ver figura 3), de
modo que el cursor 34 se mueve lateralmente dentro de la envolvente
12 cuando el disparador s oprime o se suelta. Un contacto 33 de un
extremo del cursor 34 roza contra un conductor metálico en la
superficie de una placa de circuito impreso 36 representada montada
en la envolvente en la figura 5, y un contacto 35 en el otro extremo
se mueve a través de un recubrimiento resistivo aplicado a la placa
del circuito impreso.
Con referencia a las figuras 4 y 5, en el lado
opuesto del portacontactos 29 del disparador existe un contacto
móvil o puente 38 de un interruptor de función 39. El contacto
móvil 38 hace de puente entre diferentes contactos de un grupo de
cuatro contactos fijos 40, 41, 42 y 44, según sea la posición del
disparador 14 y su portacontactos 29, como se ve en la figura 5. Un
contacto fijo 40 positivo se halla unido al terminal positivo 46 de
la batería del circuito de control de la velocidad, y un contacto
fijo 44 negativo está unido al terminal negativo 48 de la batería.
Cuando el disparador 14 se mueve hacia la envolvente 12, el
portacontactos 29 empuja el contacto móvil 38 a través de los
contactos fijos 40 a 44 del interruptor, tal como se explicará.
El dispositivo 10 del circuito de control de
velocidad variable está unido eléctricamente a los otros
componentes de la herramienta manual, como se ve en la figura 6.
Concretamente, se conecta una batería 52 entre los terminales 46 y
48, y un motor 54 de CC entre los terminales de motor 31 y 32. Estos
últimos están unidos mediante secciones separadas del conmutador 28
del tipo DPDT de control de la dirección del motor. Un contacto
fijo de cada polo del conmutador se une al terminal positivo 46 de
la batería, conectándose el otro contacto fijo al nudo intermedio
51. Entre el terminal positivo 46 de la batería y el nudo
intermedio 51 se monta un diodo 50 de circulación libre en dirección
de polarización inversa.
Entre el nodo intermedio 51 y un punto 80 de
puesta a masa del circuito se conecta el camino de conducción de
drenaje de la fuente del MOSFET 22. El punto 80 de puesta a masa se
une al contacto fijo 41 del conmutador 39 de funciones del motor,
que se denomina contacto de control de la velocidad (SC). El
restante contacto fijo 42 del conmutador 39 de funciones del motor
se denomina contacto de derivación (BP) y se une directamente al
nudo intermedio 51. Tal como se utilizan aquí, las expresiones
"une directamente" y "para unirse directamente a" se
refieren a una conexión eléctrica que tiene una impedancia
despreciable.
El resto de los componentes del circuito de
control 10 de velocidad variable está montado sobre la polaca de
circuito impreso 36. Concretamente, un oscilador 60, construido
alrededor de un par de inversores 61 y 62, comprende el
potenciómetro 64 que tiene su cursor 34 montado sobre el
portacontactos 29 del disparador 14. El movimiento del cursor 34
con el disparador modifica el divisor de tensión formado por el
potenciómetro 64 y las resistencias fijas 66 y 68 del oscilador.
Esta acción altera el ciclo de trabajo del oscilador, esto es, la
anchura de los pulsos producidos en la línea de salida varía.
La señal de salida del oscilador se aplica a las
entradas de cuatro inversores 72, 73, 74 y 75 montados en paralelo
con una salida común acoplada por la resistencia 78 al electrodo de
puerta del MOSFET 22. Los inversores 72 a 75 montados en paralelo
actúan como un amplificador de corriente con los dispositivos
múltiples que sirven para reducir la impedancia de la fuente para
activar el MOSFET 22. Aunque en esta realización particular del
circuito se utilizan inversores para accionar el MOSFET, pueden
asimismo emplearse otros tipos de separadores o amplificadores.
Los diferentes inversores 61, 62 y 72 a 75 del
circuito de control 10 de velocidad variable se conectan a una
fuente de alimentación 82 que deriva la tensión de suministro VDD
del positivo de la batería en el terminal 46.
Antes de que el usuario accione el circuito de
control 10 de velocidad variable, el resorte 30 empuja el
disparador 14 hasta su posición completamente salida, desplazando
el contacto 38 del puente móvil hasta la posición saliente
representada en las figuras 5 y 6. Cuando el usuario oprime por
primera vez el disparador, el portacontactos 29 del disparador 14
desplaza el contacto móvil 38 en la dirección señalada por la
flecha 84 de aquellas figuras. Cuando el contacto móvil 38 se
desplaza por los bordes de los contactos fijos 40 y 42 positivo y
derivación, el contacto móvil se desplaza sobre un par de costillas
aislantes 86 y 88 que sobresalen de la envolvente 12. Ese
desplazamiento separa el contacto móvil 38 de los contactos fijos
40 a 44, de manera que los espacios entre los contactos fijos
adyacentes no serán puenteados por el contacto móvil. Como
consecuencia de ello, el contacto móvil no pondrá en cortocircuito
todos los cuatro contactos fijos 40 a 44 juntos en una posición
intermedia de su carrera. Una nueva depresión del disparador 14
desplaza el contacto móvil 38 sobre el contacto 41 de control de la
velocidad y el contacto negativo 44 de la batería. En este momento,
el terminal negativo 48 está conectado al punto de tierra o masa 80
de circuito de control 10 de velocidad variable y se aplica
corriente a los componentes del circuito.
En este punto del movimiento del disparador 14,
el cursor 34 del potenciómetro ocupa su posición inicial, que hace
que el oscilador 60 genere una señal de salida que tiene un pulso
positivo relativamente largo durante cada ciclo del oscilador.
Cuando la señal de salida del oscilador se invierte por los
inversores 72 a 75 montados en paralelo, se produce una señal en el
nudo 76 que tiene un pulso positivo relativamente corto durante
cada ciclo de señal. Cuando se aplica esa señal resultante a la
puerta del MOSFET 22, el transistor será conductor durante breves
periodos de tiempo separados por periodos no conductores
relativamente largos. Como resultado de ello, el motor 54 recibe
impulsos cortos de corriente eléctrica y gira a una velocidad
relativamente baja. La dirección del movimiento se fija por la
posición del conmutador 28 de control de la dirección, habiéndose
representado la posición de avance.
Cuando el usuario oprime el disparador 14 aún más
hacia la envolvente 12, el movimiento del cursor 34 del
potenciómetro modifica el ciclo de trabajo del oscilador 60 para
que genere pulsos positivos de más corta duración en el nudo 70. La
inversión de estos impulsos por los inversores 72 a 75 produce unos
pulsos positivos progresivamente más largos en el nudo 76 que activa
el MOSFET 22 durante periodos más largos. Así, la velocidad de giro
del motor aumenta a medida que el usuario oprime más el disparador.
Durante este modo de funcionamiento, el contacto móvil 38 continúa
desplazándose a través de las superficies del contacto fijo 41 y
del contacto móvil negativo 44 en la dirección indicada por la
flecha 84.
Sucesivamente la velocidad del motor 58 aumenta a
casi su velocidad máxima, en cuyo punto un extremo del contacto
móvil 38 puentea el espacio 45 definido entre el contacto 41 de
control de la velocidad y el contacto derivación 42, ver figura 5.
Obsérvese que el espacio 45 entre aquellos contactos no tiene un
resalte similar a los resaltes 86 y 88 entre otros pares de los
contactos 40 a 44. Esto es porque se desea una transición desde un
control de velocidad variable a un modo derivación de
funcionamiento en el que los terminales de la batería se unen
directamente a través del motor 54.
Cuando el disparador 14 está totalmente oprimido,
el contacto móvil 38 acopla el contacto derivación fijo 42 al
contacto negativo fijo 44. Esto conecta el terminal negativo 48 de
la batería 52 directamente al nudo intermedio 51 en un lado del
motor 54. El otro lado del motor está siempre unido directamente al
terminal positivo 46 de la batería. En este modo de derivación, el
contacto fijo 41 de control de la velocidad se desconecta de los
otros contactos 40, 42 y 44 y se interrumpe la alimentación del
oscilador 60 y de los inversores 72 a 75 montados en paralelo, Así,
el MOSFET 22 se desconecta en el modo paralelo cuando es puenteado
por la conexión de los contactos 42 y 44.
Cuando el usuario libera el disparador, dejando
que éste se separe de la envolvente 12, se invierte el proceso de
control de la velocidad. En esta situación, el contacto móvil 38 se
desplaza en la dirección inversa de la indicada por la flecha 84 y
se desplaza desde una posición en la que está puenteando los
contactos fijos 42 y 44 a donde conecta de nuevo el contacto fijo
41 del control de la velocidad con el contacto fijo negativo 44. En
ese estado, se aplica de nuevo alimentación de corriente al
oscilador y a los inversores 72 a 75 montados en paralelo. Una
nueva opresión del disparador hace que la velocidad del motor
disminuya en su funcionamiento inverso desde el que se ha descrito
anteriormente para aumentar la velocidad.
Después, el disparador alcanza el final de su
carrera de salida hacia fuera, en que el contacto móvil 38 puentea
los contactos fijos 40 y 42 positivo y derivación, como se indica
en la figura 6. En esta posición del conmutador 39 de funciones del
motor, el terminal negativo 48 de la batería se desconecta del
circuito de control 10 de velocidad variable y el motor vuelve a ser
alimentado de corriente. Además, el puenteado de los contactos
fijos 40 y 42 por parte del contacto móvil 38 crea un camino de
reducida resistencia entre los terminales 31 y 32 del motor,
utilizando con ello la FEM opuesta producida en el motor para
frenar a éste. Así, el presente circuito proporciona un frenado
dinámico del motor 54 cuando éste entra en su estado de
desconectado.
La descripción que antecede se dirige
principalmente a la realización preferida de la invención, a la vez
que se dirige alguna atención a diferentes alternativas dentro del
marco de la invención. Se prevé que un experto en la materia
producirá alternativas adicionales que ahora se ponen de manifiesto
por la descripción de las realizaciones de la invención. En
consecuencia, el alcance de la invención debe venir determinado por
las siguientes reivindicaciones y no limitarse por la descripción
expuesta más arriba.
Claims (14)
1. Un dispositivo de control (10) de velocidad
variable para un motor eléctrico (54) de CC unido a un dispositivo
conmutador (22) de estado sólido para alimentar mediante una
batería (52) por modulación de anchura de impulsos de la corriente
eléctrica aplicada al motor, incluyendo el dispositivo de control
(10) de velocidad variable un conmutador de (39) funciones del
motor que tiene un primer contacto de batería (40) para su unión a
un primer terminal (46) de la batería (52) y un segundo contacto de
batería (44) para su unión al segundo terminal (48) de la batería,
en que el conmutador (39) de funciones del motor se
caracteriza por:
un contacto (41) de control de la velocidad,
adyacente al primer contacto (40) de la batería y para aplicar
corriente eléctrica al dispositivo conmutador (22) de estado
sólido;
un contacto derivación (42) para su unión
directamente al motor eléctrico (54) de CC, y estando adyacente al
contacto (41) del control de la velocidad y el segundo contacto
(44) de la batería, y
un contacto móvil (38) que se desplaza en una
dirección desde una primera posición en la cual el contacto móvil
une el primer contacto (40) de la batería con el contacto
derivación (42) a una segunda posición en la cual el contacto móvil
conecta el contacto (41) del control de la velocidad al segundo
contacto (44) de la batería, y después a una tercera posición en la
cual el contacto móvil une el contacto derivación (42) al segundo
contacto (44) de la batería.
2. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 1, caracterizado porque el primer contacto
(40) de batería se une al terminal positivo (46) de la batería
(52), y el segundo contacto (44) de batería se une al terminal
negativo (48) de la batería.
3. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 1, caracterizado por comprender:
una primera costilla (86) de un material
eléctricamente aislante situada entre el primer contacto de batería
(40) y el contacto de control de la velocidad (41), en que la
primera costilla (86) impide que el contacto móvil (38) toque al
mismo tiempo el primer contacto de batería (40) y el contacto de
control de la velocidad (41), y
una segunda costilla (88) de un material
eléctricamente aislante situada entre el contacto derivación (42) y
el segundo contacto de batería (44), en que la segunda costilla
(88) impide que el contacto móvil (38) toque al mismo tiempo el
contacto derivación (42) y el segundo contacto de batería (44).
4. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 1, caracterizado porque el primer contacto de
batería (40), el contacto (41) de control de la velocidad, el
contacto de derivación (42) y el segundo contacto de batería (44)
están situados a lo largo de una línea.
5. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 1, caracterizado porque el primer contacto de
batería (40), el contacto (41) de control de la velocidad, el
contacto derivación (42) y el segundo contacto de batería (44)
están alineados uno al lado de otro.
6. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 1, caracterizado por comprender un mecanismo
(30) para empujar un contacto móvil (38) hasta una posición en que
el contacto móvil (38) conecta el primer contacto de batería (40)
al contacto derivación (42) cuando el control (10) de velocidad
variable se halla en estado desactivado.
7. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende un elemento
(16) accionable por el usuario, que tiene un portacontactos (29) en
que el contacto móvil (38) se halla acoplado al portacontactos para
su desplazamiento en una dirección.
8. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 7, caracterizado porque el elemento (16)
accionable por el usuario comprende un disparador (14) con un eje
que une el disparador al portacontactos (29).
9. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 7, caracterizado porque comprende un
potenciómetro (64) por lo menos en parte formado sobre una placa
(36) de circuito impreso que tiene un cursor (34) asociado al
portacontactos (29) y que roza contra la placa del circuito
impreso.
10. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 9, caracterizado porque el contacto móvil
(38) va montado a un lado del portacontactos (29) y el cursor (34)
va montado en un lado opuesto del portacontactos.
11. Un control de velocidad variable (10) según
la reivindicación 1, caracterizado por comprender además un
oscilador (60) que genera una señal, un dispositivo conmutador (22)
de estado sólido que está acoplado al oscilador (60) y tiene un
camino de conducción que une el contacto (41) de control de la
velocidad al segundo terminal (32) del motor, y porque el camino de
conducción se hace conductor y no conductor en respuesta a la
señal.
12. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 11, caracterizado porque el primer contacto de
batería (40), el contacto de control de velocidad (41), el contacto
derivación (42) y el segundo contacto de batería (44) están
alineados uno al lado de otro.
13. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 11, caracterizado por comprender además:
una primera costilla (86) de un material
eléctricamente aislante situada entre el primer contacto de batería
(40) y el contacto de control de la velocidad (41), en que la
primera costilla impide que el contacto puente (38) toque al mismo
tiempo el primer contacto de batería (40) y el contacto de control
de velocidad (41), y
una segunda costilla (88) de un material
eléctricamente aislante situada entre el contacto derivación (42) y
el segundo contacto de batería (44), en que la segunda costilla
impide que el contacto puente (38) toque al mismo tiempo el contacto
derivación (42) y el segundo contacto de batería (44).
14. El control de velocidad variable (10) de la
reivindicación 11, caracterizado porque el contacto puente
(38) se halla en la primera posición en un estado de desconexión,
provocando por lo tanto un cortocircuito a través del motor (54) de
CC que origina una acción de frenado.
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