FR2908566A1

FR2908566A1 - METHOD FOR LIMITING MOTOR VOLTAGE

Info

Publication number: FR2908566A1
Application number: FR0757304A
Authority: FR
Inventors: Thomas Muller; Rainer Happach; Rory Britz; Rainer Ontl
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2008-05-16
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: DE102006000436A1; FR2908566B1; DE102006000436B4

Abstract

Procédé pour commander un moteur (4) entraîné par l'intermédiaire d'un accumulateur (12) et qui possède un régime dépendant de la tension. Dans une première étape une valeur instantanée d'une tension de sortie de l'accumulateur (12) est mesurée et comparée à une valeur de seuil prédéterminée, laquelle limite une plage de tension inférieure à l'intérieur de laquelle un rapport régime-tension présente un premier gradient moyen entre une valeur inférieure de référence de la tension de sortie de l'accumulateur (12) et la valeur de seuil. En cas de surpassement détecté de la valeur de seuil par la valeur instantanée, le rapport régime-tension est réglé, dans une deuxième étape, sur un second gradient moyen entre la valeur de seuil et une valeur supérieure de référence de la tension de sortie de l'accumulateur (12). Le second gradient moyen est inférieur au premier gradient moyen et est supérieur à zéro.A method of controlling a motor (4) driven via an accumulator (12) and having a voltage dependent regime. In a first step, an instantaneous value of an output voltage of the accumulator (12) is measured and compared with a predetermined threshold value, which limits a lower voltage range within which a voltage-to-voltage ratio is present. a first average gradient between a lower reference value of the output voltage of the accumulator (12) and the threshold value. In case of detected overrange of the threshold value by the instantaneous value, the speed-voltage ratio is set, in a second step, on a second average gradient between the threshold value and a higher reference value of the output voltage of the accumulator (12). The second average gradient is smaller than the first average gradient and is greater than zero.

Description

10 Procédé de limitation d'une tension de moteur L'invention concerne unThe invention relates to a method for limiting a motor voltage.

procédé pour commander un moteur entraîné par un accumulateur ainsi qu'un appareil avec un 15 dispositif de commande pour réaliser le procédé, le moteur possédant un régime dépendant de la tension. Dans ce procédé, dans une première étape, une valeur instantanée de la tension de sortie de l'accumulateur est mesurée de manière continue ou cyclique et comparée à une valeur de 20 seuil prédéterminée. Cette valeur de seuil limite une plage de tension inférieure de la tension d'accumulateur, laquelle s'étend d'une valeur inférieure de référence de la tension de sortie de l'accumulateur à ladite valeur de seuil. La valeur inférieure de référence peut être 25 définie, par exemple, par la valeur d'actionnement d'un dispositif de protection contre une décharge totale ou être librement choisie. Sur toute la zone de tension, le rapport entre le régime-moteur du moteur et la tension de sortie prélevée sur l'accumulateur, ce rapport étant 30 appelé rapport régime-tension et correspondant à une fonction du régime-moteur sur la tension de sortie de l'accumulateur, présente un premier gradient moyen. En cas de surpassement détecté de la valeur de seuil par la 1 2908566 2 valeur instantanée de la tension de sortie de l'accumulateur, le rapport régime-tension est réglé, dans une seconde étape, sur un second gradient moyen, lequel se situe entre la valeur de seuil et une valeur supérieure de 5 référence de la tension de sortie de l'accumulateur. En d'autres termes, le régime-moteur est commandé en fonction de la valeur instantanée mesurée de la tension de sortie de l'accumulateur. Le second gradient moyen du rapport régime-tension est inférieur au premier gradient moyen. method for controlling an accumulator driven motor and an apparatus with a controller for carrying out the method, the motor having a voltage dependent regime. In this method, in a first step, an instantaneous value of the output voltage of the accumulator is measured continuously or cyclically and compared to a predetermined threshold value. This threshold value limits a lower voltage range of the accumulator voltage, which extends from a lower reference value of the output voltage of the accumulator to said threshold value. The lower reference value can be defined, for example, by the actuation value of a total discharge protection device or be freely selected. Over the entire voltage zone, the ratio between the engine speed of the engine and the output voltage taken from the accumulator, this ratio being referred to as the speed-to-voltage ratio and corresponding to a function of the engine speed on the output voltage. of the accumulator, has a first average gradient. If the threshold value is detected by the instantaneous value of the output voltage of the accumulator, the voltage-to-voltage ratio is set, in a second step, on a second average gradient, which is between the threshold value and a higher reference value of the output voltage of the accumulator. In other words, the engine speed is controlled according to the measured instantaneous value of the output voltage of the accumulator. The second average gradient of the ratio-regime-voltage is lower than the first average gradient.

Un procédé de ce type permet de garantir que la vitesse de rotation du moteur se trouve toujours au-dessous d'une valeur critique jusqu'à laquelle l'appareil portatif fonctionne de manière sûre, comme par exemple le mécanisme de percussion électropneumatique d'un marteau perforateur. Le document DE 38 12 771 décrit une commande de moteur permettant de régler par exemple la vitesse de rotation maximale d'une visseuse. À cet effet, plusieurs vitesses de rotation maximales sont tabulées en termes absolus pour différents modes de fonctionnement. En appuyant sur des touches codées, on fournit, par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogique, une tension maximale à des potentiomètres à poussoir. Une prise de tension à partir du curseur du potentiomètre à poussoir agit sur une électronique de réglage et peut atteindre au maximum la tension maximale préréglée. Ces procédés connus ont un inconvénient, à savoir que, indépendamment de la tension de sortie disponible, ils fixent à la vitesse de rotation de chacun des différents modes de fonctionnement prévus un maximum absolu qui, de plus, est déterminé par la vitesse de rotation à vide. Such a method makes it possible to ensure that the rotation speed of the motor is always below a critical value up to which the portable apparatus operates in a safe manner, such as for example the electropneumatic percussion mechanism of a hammer drill. DE 38 12 771 discloses an engine control for adjusting, for example, the maximum rotational speed of a screwdriver. For this purpose, several maximum rotational speeds are tabulated in absolute terms for different modes of operation. By pressing coded keys, a maximum voltage is supplied to a push-button potentiometer via a digital-to-analog converter. A voltage tap from the slider potentiometer slider acts on a control electronics and can reach the maximum preset voltage as much as possible. These known methods have the disadvantage that, irrespective of the available output voltage, they set the absolute speed at the speed of rotation of each of the different operating modes, which, moreover, is determined by the rotational speed at empty.

2908566 3 Avec une telle limitation de vitesse de rotation, la puissance disponible, même en charge, est donc limitée. De plus, elle prive l'utilisateur du comportement habituel 5 d'un appareil à commande simple, lequel, avec un accumulateur chargé, respectivement sous sollicitation modérée, possède une vitesse de rotation plus élevée qu'avec un accumulateur partiellement déchargé, respectivement sous sollicitation supérieure. Cela peut 10 entraîner de la part de l'utilisateur une action erronée, comme par exemple une recharge systématiquement prématurée de l'accumulateur. Ces opérations de recharge précoces occasionnent à leur tour une perte de temps inutile et un risque de détérioration de l'accumulateur en raison de 15 charges trop fréquentes. La présente invention a pour but, dans un appareil, d'éviter les inconvénients cités et, même en présence d'une limitation de la vitesse de rotation, d'assurer à 20 l'appareil le régime dépendant de la tension qui lui est habituel. Conformément à l'invention, ce but est atteint en ce que le second gradient moyen est supérieur à zéro. Malgré la 25 limitation de la vitesse de rotation, on obtient ainsi, même au-dessus de la valeur de seuil, un régime dépendant de la tension dont la vitesse de rotation est plus élevée avec un accumulateur entièrement chargé qu'avec un accumulateur partiellement déchargé et dont la vitesse de 30 rotation augmente à mesure que la sollicitation diminue. L'état de pleine charge de l'accumulateur demeure ainsi perceptible par l'utilisateur, ce qui n'incite pas celui-ci à une recharge prématurée.With such a limitation of rotation speed, the available power, even in load, is therefore limited. Moreover, it deprives the user of the usual behavior of a single-controlled apparatus, which, with a charged accumulator, respectively under moderate stress, has a higher rotational speed than with a partially discharged accumulator, respectively under solicitation higher. This can cause the user to err on the side, such as systematically premature charging of the accumulator. These early charging operations in turn cause unnecessary waste of time and a risk of deterioration of the battery due to 15 loads too frequent. The present invention aims, in an apparatus, to avoid the mentioned drawbacks and, even in the presence of a limitation of the speed of rotation, to provide the apparatus with the usual voltage-dependent regime. . According to the invention, this object is achieved in that the second average gradient is greater than zero. In spite of the limitation of the rotational speed, thus, even above the threshold value, a voltage-dependent regime is obtained whose rotational speed is higher with a fully charged accumulator than with a partially discharged accumulator. and whose rotational speed increases as the stress decreases. The state of full charge of the accumulator thus remains perceptible by the user, which does not encourage it to premature recharging.

2908566 4 Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le second gradient moyen est égal à 0,1 à 0,5 fois le premier gradient moyen. Le gradient dans une plage de tension 5 supérieure, limitée vers le bas par la valeur de seuil, est donc suffisamment plat pour pouvoir limiter efficacement la tension de moteur, respectivement la vitesse de rotation, à une valeur critique. En fonctionnement constant, ce gradient de la plage de 10 tension supérieure permet à l'utilisateur de percevoir avec une netteté suffisante toute variation de vitesse de rotation due à une modification de la tension de l'accumulateur.In a particularly preferred embodiment, the second average gradient is 0.1 to 0.5 times the first average gradient. The gradient in an upper voltage range, bounded downwards by the threshold value, is therefore sufficiently flat to be able to effectively limit the motor voltage, respectively the rotation speed, to a critical value. In constant operation, this gradient of the upper voltage range allows the user to perceive with sufficient sharpness any variation in rotational speed due to a change in the voltage of the accumulator.

15 De manière avantageuse, la valeur inférieure de référence est inférieure d'au moins 10 % à la valeur de seuil, ce qui permet de fixer le premier gradient moyen de manière relativement indépendante par rapport aux tolérances imposées par le fonctionnement au rapport régime-tension.Advantageously, the lower reference value is at least 10% lower than the threshold value, which makes it possible to fix the first average gradient relatively independently of the tolerances imposed by the operation of the ratio of the speed-to-voltage ratio. .

20 De manière préférentielle, la valeur supérieure de référence est définie par une tension de sortie maximale possible de l'accumulateur, de sorte que le second gradient moyen peut être fixé lui aussi de manière 25 relativement indépendante par rapport aux tolérances imposées par le fonctionnement au rapport régime-tension. Selon une variante, la valeur de référence peut également être définie par une tension nominale de l'accumulateur.Preferably, the upper reference value is defined by a possible maximum output voltage of the accumulator, so that the second average gradient can also be set relatively independently of the tolerances imposed by operation on the battery. regime-voltage ratio. According to one variant, the reference value can also be defined by a nominal voltage of the accumulator.

30 Il est avantageux que la valeur de seuil soit inférieure d'au plus 30 % à une tension nominale de l'accumulateur. Par exemple en cas d'utilisation de plusieurs types d'accumulateurs, la valeur de seuil peut ainsi être 2908566 5 relativement proche de la tension nominale de l'accumulateur possédant la tension la plus basse, afin de pouvoir disposer d'une puissance élevée, même avec cet accumulateur.It is advantageous if the threshold value is at most 30% lower than a nominal voltage of the accumulator. For example, when using several types of accumulators, the threshold value can thus be relatively close to the nominal voltage of the accumulator having the lowest voltage, in order to be able to have a high power, even with this accumulator.

5 De manière avantageuse, le régime dépendant de la tension augmente de manière monotone entre la valeur de seuil et la valeur supérieure de référence, ce qui permet à l'utilisateur de bien détecter le régime dépendant de la 10 tension sur toute la plage de tension supérieure. En outre, il est particulièrement favorable que la valeur de seuil soit réglable afin de pouvoir adapter l'appareil aux diverses conditions de fonctionnement.Advantageously, the voltage-dependent regime monotonically increases between the threshold value and the upper reference value, allowing the user to properly detect the voltage-dependent regime over the entire voltage range. higher. In addition, it is particularly favorable that the threshold value is adjustable in order to adapt the device to the various operating conditions.

15 Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le réglage du régime-moteur sur le second gradient moyen s'effectue par modulation d'impulsions en largeur, ce qui permet de commander la vitesse de rotation avec une grande 20 précision. En outre, le but est atteint par un appareil muni d'un dispositif de commande comportant un dispositif électronique pour mettre en oeuvre le procédé dans les 25 variantes indiquées. L'invention sera exposée plus en détail ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation. Sont montrés sur : 30 la figure 1 la structure d'un dispositif de commande d'un appareil permettant de mettre en oeuvre un procédé selon l'invention afin de commander un moteur destiné à entraîner un 2908566 6 mécanisme de percussion, et la figure 2 un exemple de courbe d'un régime dépendant de la tension en cas d'utilisation du 5 procédé de commande selon l'invention. La figure 1 montre un appareil 2 sous la forme d'un marteau perforateur fonctionnant sur accumulateur, comprenant un moteur 4 qui sert à entraîner un mécanisme 10 de percussion électropneumatique 6. À cet effet, une tension de moteur UM correspondant au régime-moteur dM est appliquée au moteur 4. Le moteur 4 peut être démarré et arrêté au moyen d'un commutateur 8 d'un dispositif de commande désigné dans son ensemble par 10. De surcroît, le 15 moteur 4 est commandé par l'intermédiaire d'une fonction de potentiomètre qui, par souci de simplification du dessin, n'est pas représentée. Lorsque le commutateur 8 est en position de marche, une tension de référence diminue, au niveau d'un diviseur de tension 14, en 20 fonction de la valeur instantanée de la tension de sortie UA d'un accumulateur 12. Le dispositif de commande 10 comporte un dispositif électronique 16 comprenant une diode de protection 18, un 25 sectionneur électronique de puissance 20 et un module de commande 22. Le dispositif électronique 16 sert à mesurer de manière continue ou cyclique la valeur instantanée de la tension de référence durant le fonctionnement. En fonction de cette valeur, la tension de moteur UM et donc 30 le régime-moteur dM peuvent être commandés, par modulation d'impulsions en largeur, au moyen du module de commande 22 et du sectionneur électronique de puissance 20 afin de protéger le moteur 4 contre une surcharge, respectivement 2908566 7 de limiter le régime-moteur dM à une valeur à laquelle le mécanisme de percussion 6 fonctionne encore de manière sûre.In a particularly advantageous embodiment, the adjustment of the engine speed on the second average gradient is carried out by pulse width modulation, which makes it possible to control the rotation speed with a high degree of accuracy. In addition, the object is achieved by an apparatus provided with a control device comprising an electronic device for carrying out the method in the variants indicated. The invention will be explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment. FIG. 1 shows the structure of a control device of an apparatus for carrying out a method according to the invention for controlling a motor intended to drive a percussion mechanism, and FIG. 2 an example of a curve of a voltage-dependent regime when using the control method according to the invention. FIG. 1 shows an apparatus 2 in the form of an accumulator-operated hammer drill, comprising a motor 4 which serves to drive an electro-pneumatic percussion mechanism 10. For this purpose, a motor voltage UM corresponding to the engine speed dM is applied to the motor 4. The motor 4 can be started and stopped by means of a switch 8 of a control device generally indicated by 10. In addition, the motor 4 is controlled via a potentiometer function which, for the sake of simplification of the drawing, is not represented. When the switch 8 is in the on position, a reference voltage decreases at a voltage divider 14 as a function of the instantaneous value of the output voltage UA of a battery 12. The controller 10 comprises an electronic device 16 comprising a protection diode 18, a power electronic disconnector 20 and a control module 22. The electronic device 16 is used to continuously or cyclically measure the instantaneous value of the reference voltage during operation. Depending on this value, the motor voltage UM and hence the motor speed dM can be controlled by pulse width modulation by means of the control module 22 and the power electronic disconnector 20 to protect the motor. 4 against an overload, respectively limiting the engine speed dM to a value at which the percussion mechanism 6 still operates safely.

5 Sur la figure 2 est représenté à titre d'exemple un régime dépendant de la tension LDV du moteur 4, ce régime étant obtenu avec le dispositif de commande 10 dans un cas de fonctionnement déterminé, par exemple en marche à vide ou en sollicitation continue, et avec un commutateur 8 en 10 position fixe. Comme on le voit, le régime dépendant de l'état de charge LDV illustre la variation du rapport régime-tension du régime-moteur dM en fonction de la tension de sortie UA de 15 l'accumulateur 12. Le régime dépendant de la tension LDV présente un premier gradient moyen sur une plage de tension inférieure LBu. La plage de tension inférieure LBu est définie par la zone comprise entre la valeur inférieure de référence RWu et une valeur de seuil 20 prédéterminée SW. La valeur inférieure de référence RWu peut être définie par exemple par une valeur qui, lorsqu'elle est soupassée, provoque le déclenchement d'un dispositif de protection contre une décharge totale. En tout état de cause, la valeur inférieure de référence RWu 25 est cependant inférieure d'au moins 10 % à la valeur de seuil SW. La valeur de seuil SW peut être inférieure par exemple d'au plus 30 % à une tension nominale de l'accumulateur 12.In FIG. 2 is shown by way of example a regime depending on the voltage LDV of the motor 4, this speed being obtained with the control device 10 in a specific operating case, for example in idle mode or in continuous solicitation. and with a switch 8 in fixed position. As can be seen, the state of charge regime LDV illustrates the variation of the speed-to-voltage ratio of the engine speed dM as a function of the output voltage UA of the accumulator 12. The regime dependent on the voltage LDV has a first average gradient over a lower voltage range LBu. The lower voltage range LBu is defined by the area between the lower reference value RWu and a predetermined threshold value SW. The lower reference value RWu can be defined for example by a value which, when it is out of order, triggers a protection device against a total discharge. In any case, the lower reference value RWu 25 is however at least 10% less than the threshold value SW. The threshold value SW may be less than, for example, at most 30% at a nominal voltage of the accumulator 12.

30 Au-dessus de la valeur de seuil SW, le régime dépendant de la tension LDV présente un second gradient moyen sur une plage de tension supérieure LBo. La plage de tension supérieure LBo est définie par la zone comprise entre la 2908566 8 valeur de seuil prédéterminée SW et une valeur supérieure de référence RWo. La valeur supérieure de référence RWo peut être définie par exemple par une tension de sortie maximale possible ou par une tension nominale de 5 l'accumulateur 12. En tout état de cause, la valeur supérieure de référence RWo est cependant supérieure d'au moins 20 à la valeur de seuil SW. Le second gradient moyen est égal à 0,1 à 0,5 fois le 10 premier gradient moyen. Le rapport régime-tension présente, dans les deux plages de tension LBu, LBo, une courbe à gradient monotone. Pour pouvoir particulièrement bien adapter le moteur 4 à 15 divers modes de fonctionnement, une possibilité de réglage de la valeur de seuil SW peut également être prévue afin de pouvoir modifier les deux plages de tension LBu, LBo.Above the threshold value SW, the voltage dependent regime LDV has a second average gradient over a higher voltage range LB0. The upper voltage range LB0 is defined by the area between the predetermined threshold value SW and a higher reference value RW0. The upper reference value RWo may be defined for example by a possible maximum output voltage or a nominal voltage of the accumulator 12. In any case, the upper reference value RWo is, however, greater by at least 20 at the threshold value SW. The second average gradient is 0.1 to 0.5 times the first average gradient. The voltage-to-voltage ratio has, in the two voltage ranges LBu, LBo, a monotone gradient curve. In order to be able to adapt the motor 4 to 15 to various operating modes particularly well, a possibility of adjusting the threshold value SW can also be provided in order to be able to modify the two voltage ranges LBu, LBo.

Claims

A method for controlling a motor (4) which is driven through an accumulator (12) and which has a voltage dependent regime (LDV), in which method, in a first step, an instantaneous value of an output voltage (UA) of the accumulator (12) is measured and compared with a predetermined threshold value (SW), which limits a lower voltage range (LBu) within which a voltage-to-voltage ratio between the motor speed (dM) of the motor (4) and the output voltage (UA) taken from the accumulator (12) has a first average gradient between a lower reference value (RWu) of the output voltage (UA ) of the accumulator (12) and the threshold value (SW), and in case of detected overrange of the threshold value (SW) by the instantaneous value, in a second step, the voltage-to-voltage ratio is set to a second average gradient between the threshold value (SW) and a higher reference value e (RWo) of the output voltage (UA) of the accumulator (12), said second average gradient being lower than the first average gradient, characterized in that the second average gradient is greater than zero.

2. Method according to claim 1, characterized in that the second average gradient is equal to 0.1 to 0.5 times the first average gradient.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the lower reference value (RWu) is at least 10 less than the threshold value (SW). 2908566 10

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the upper reference value (RWo) is defined by a maximum possible output voltage (UA) of the accumulator (12).

5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the threshold value (SW) is less than 30% less than a nominal voltage of the accumulator.

6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the voltage dependent regime (LDV) increases monotonically between the threshold value (SW) and the upper reference value (RWo).

7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the threshold value (SW) is adjustable.

8. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the adjustment of the engine speed (dM) on the second average gradient is effected by pulse width modulation.

An apparatus with a control device, said apparatus comprising an electronic device (6) for carrying out the method according to one of claims 1 to 8.