NL1028779C2

NL1028779C2 - Control circuit for controlling the power supplied to an electric motor while limiting the control range.

Info

Publication number: NL1028779C2
Application number: NL1028779A
Authority: NL
Inventors: Jozef Maria Mattheus Corten
Original assignee: Electrische App Nfabriek Capax
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-10-17

Description

* V '* V '

Regelschakeling voor het regelen van het aan een elektromotor toegevoerde vermogen met beperking van het regelgebiedControl circuit for controlling the power supplied to an electric motor while limiting the control range

De uitvinding betreft een regelschakeling voor het regelen van het vanuit een 5 spanningsbron aan een elektromotor toegevoerde vermogen, waarbij de regelschakeling een in serie met de elektromotor en de spanningsbron geschakeld halfgeleiderschakelelement voor het regelen van het aan de elektromotor toegevoerde vermogen, een besturingsschakeling voor het besturen van het halfgeleiderschakelelement en een eerste bedieningselement voor het bedienen van de 10 besturingsschakeling door een een eerste factor representerend bedieningssignaal omvat.The invention relates to a control circuit for controlling the power supplied to a electric motor from a voltage source, the control circuit comprising a semiconductor switching element connected in series with the electric motor and the voltage source for controlling the power supplied to the electric motor, a control circuit for controlling of the semiconductor switching element and a first operating element for operating the control circuit by an operating signal representing a first factor.

Dergelijke regelschakelingen zijn bekend in de vorm van regelschakelingen voor elektrisch handgereedschap, waarbij het aan de elektromotor toe te voeren vermogen 15 regelbaar is.Such control circuits are known in the form of control circuits for electric hand tools, wherein the power to be supplied to the electric motor is controllable.

De behoefte aan regelbaarheid doet zich in het algemeen het meeste voor in het regelgebied met het kleinste vermogen. Zo wil men bijvoorbeeld bij het boren van een gat in een gladde keramische tegel het toerental van de boormachine bij lage 20 toerentallen van de boormachine nauwkeurig regelen om ‘weglopen’ van de boorpunt op de tegel te vermijden. Hierbij is het van belang dat - om een nauwkeurige regeling mogelijk te maken - voor het besturen van het vermogen een zo groot mogelijk deel van de slag of het bewegingstraject van het bedieningselement ter beschikking staat. Wanneer eenmaal het begin van een gat in de tegel is gemaakt, kan met hogere 25 toerentallen en aldus met grotere vermogens worden geboord, waarbij de nauwkeurigheid van de regeling minder van belang is.The need for controllability generally occurs most in the control area with the lowest power. For example, when drilling a hole in a smooth ceramic tile, it is desired to accurately control the speed of the drill at low speeds of the drill to prevent "running away" from the drill point on the tile. It is important here that - in order to enable precise control - the greatest possible part of the stroke or the trajectory of the operating element is available for controlling the power. Once the start of a hole has been made in the tile, drilling can be carried out at higher speeds and thus with higher powers, whereby the accuracy of the control is less important.

Ook bij andere gereedschappen zoals slagschroefmachines bestaat de behoefte aan een nauwkeurige regeling van het aan de eletromotor toe te voeren vermogen omdat de 30 rotatie van de elektromotor en de hiermee verbonden roterende delen gebruikt wordt voor het aandrijven van de in te draaien schroef. Deze hoeveelheid energie bepaalt immers hoe ver de schroef wordt ingedraaid. Er bestaat aldus behoefte aan een betere regelbaarheid van het aan een elektromotor toe te voeren vermogen in het gebied van kleine vermogens.Also with other tools such as impact screw machines there is a need for accurate control of the power to be supplied to the electric motor because the rotation of the electric motor and the associated rotating parts is used to drive the screw to be screwed in. This amount of energy determines how far the screw is screwed in. There is thus a need for better controllability of the power to be supplied to an electric motor in the area of small power.

1028779 * 21028779 * 2

Een ander effect waar mee rekening gehouden dient te worden is het feit dat de wens tot een fijnere regeling van het vermogen samen gaat met een wens tot beperking van het vermogen. Zo zijn er bewerkingen zoals het schuren of slijpen van kleine voorwerpen, 5 waarbij het van belang is het maximaal toe te voeren vermogen te beperken om bijvoorbeeld het ‘wegvreten’ van materiaal te voorkomen. Ook hier is het van belang over de volledige slag of bewegingstraject van het bedieningsorgaan te beschikken om nauwkeuriger te kunnen regelen. Ook hier komen de voordelen van de vermogensbeperking tot uiting; het is van belang de slagenergie te beperken voor het 10 voorkomen van beschadiging van schroef en materiaal waarin geschroefd.Another effect that must be taken into account is the fact that the desire for a finer regulation of the assets goes hand in hand with a desire to limit the assets. For example, there are operations such as sanding or grinding of small objects, where it is important to limit the maximum power to be supplied in order to prevent, for example, the material being eaten away. Here too it is important to have the complete stroke or movement path of the operating member in order to be able to control more accurately. Here too, the benefits of the capital limitation are expressed; it is important to limit the impact energy to prevent damage to the screw and material in which it is screwed.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een dergelijke regeling, waarmee het enerzijds mogelijk is het aan de elektromotor toe te voeren vermogen in het gebied van de lage vermogens nauwkeurig te regelen en waarbij het anderzijds mogelijk is het toe te voeren vermogen te beperken.The object of the invention is to provide such a control with which, on the one hand, it is possible to accurately control the power to be supplied to the electric motor in the region of the low power and, on the other hand, it is possible to limit the power to be supplied.

1515

Dit doel wordt bereikt doordat de regelschakeling een tweede bedieningselement voor het bedienen van de besturingsschakeling omvat door een een tweede factor representerend tweede bedieningssignaal en dat de besturingsschakeling is ingericht voor het besturen van het halfgeleiderschakelelement op basis van de eerste en de 20 tweede factor. Door toepassing van twee factoren wordt het mogelijk een van de factoren vast te kiezen, waardoor de te regelen vermogens worden beperkt, hetgeen bij gelijkblijvende slaglengte de nauwkeurigheid vergroot. Bovendien wordt het maximaal toe te voeren vermogen beperkt.This object is achieved in that the control circuit comprises a second operating element for operating the control circuit by a second operating signal representing a second factor and that the control circuit is adapted to control the semiconductor switching element on the basis of the first and the second factor. By applying two factors it becomes possible to choose one of the factors in a fixed manner, whereby the powers to be controlled are limited, which increases the accuracy with the same stroke length. In addition, the maximum power to be supplied is limited.

25 Hierbij wordt erop gewezen dat het in principe mogelijk is een fijnere regeling in het gebied met kleinere vermogens te verkrijgen door toepassing van een bedieningsschakeling met een enkele niet-lineaire, bijvoorbeeld logaritmische factor, doch dit leidt niet tot een vermogensbeperking. Bovendien leidt dit niet tot een volledige slaglengte van het bedieningselement voor het regelen van het beperkte 30 vermogensgebied.It is pointed out here that it is in principle possible to obtain a finer control in the area with smaller powers by using a control circuit with a single non-linear, for example, logarithmic factor, but this does not lead to a power limitation. Moreover, this does not lead to a full stroke length of the operating element for controlling the limited power range.

Volgens een eerste uitvoeringsvorm is de besturingsschakeling ingericht voor het besturen van het halfgeleiderschakelelement op basis van het produkt van de eerste en de tweede factor.According to a first embodiment, the control circuit is adapted to control the semiconductor switching element on the basis of the product of the first and the second factor.

1028779 31028779 3

Hiermee wordt een optimalisatie en sterke vereenvoudiging van de regeling verkregen.This results in an optimization and a strong simplification of the regulation.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm wordt het tweede bedieningselement door een 5 arreteerbaar element gevormd en wordt het tweede bedieningselement door een continu bedienbaar element gevormd.According to a further embodiment, the second operating element is formed by a latchable element and the second operating element is formed by a continuously operable element.

Door het tweede bedieningselement in zijn het regelbereik van het eerste bedieningselement beperkende positie te arreteren is het mogelijk een effectieve 10 vermogensbeperking te verkrijgen, onder behoud van de volledige slag van het eerste bedieningselement. Doordat dit eerste bedieningselement als continu regelbaar element wordt gevormd, kan hiermee de momentane regeling continu worden uitgevoerd.By locking the second operating element in its position restricting the control range of the first operating element, it is possible to obtain an effective power limitation, while maintaining the complete stroke of the first operating element. Because this first operating element is formed as a continuously controllable element, the instantaneous control can hereby be carried out continuously.

Weer een ander voorkeursuitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat het tweede 15 element in een ingestelde positie blokkeerbaar is. Dit betreft een veiligheid bevorderende maatregel die er zorgt voor draagt dat het maximaal ingestelde vermogen niet ongewenst wordt overschreden.Yet another preferred embodiment provides the measure that the second element can be locked in a set position. This is a safety-promoting measure that ensures that the maximum set power is not undesirably exceeded.

Alhoewel andere uitvoeringsvormen, zoals integrerende besturingen niet worden 20 uitgesloten, heeft het uit constructieve overwegingen de voorkeur wanneer het eerste bedieningselement is ingericht om en signaal te geven dat proportioneel is met mechanische verplaatsing van het signaal.Although other embodiments, such as integrating controls, are not excluded, it is preferred for structural reasons when the first operating element is arranged to give a signal proportional to mechanical movement of the signal.

Volgens weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm wordt tenminste een van de 25 bedieningselementen door een instelbare weerstand gevormd. Op zich is deze maatregel bekend uit de stand van de techniek; de configuratie volgens een onderhavige uitvinding brengt de overweging met zich mee dat het bedieningssignaal tevens op een andere wijze wordt opgewekt, bijvoorbeeld door een Hall-element of door een optische opnemer. Tevens speelt hierbij een rol dat de technische eisen die aan beide 30 bedieningselementen worden gesteld verschillend zijn; het eerste bedieningselement is bedoeld voor continue regeling, terwijl het tweede is bedoeld voor een af en toe veranderende instelling. Het is dus zeer wel voorstelbaar dat de aard van beide bedieningselementen verschillend is.According to yet another preferred embodiment, at least one of the operating elements is formed by an adjustable resistor. This measure is known per se from the prior art; the configuration according to a present invention involves the consideration that the operating signal is also generated in a different way, for example by a Hall element or by an optical sensor. It also plays a role here that the technical requirements imposed on both operating elements are different; the first control element is intended for continuous control, while the second is intended for an occasionally changing setting. It is therefore very conceivable that the nature of both controls is different.

1028779 i 4 J ·*1028779 i 4 J · *

De uitvinding betreft niet alleen een regelschakeling, maar bovendien een elektrisch toestel, dat is voorzien van een regelschakeling volgens een van de voorafgaande conclusies. Immers, pas bij toepassing in een dergelijk toestel komen de voordelen van de uitvinding tot uiting.The invention relates not only to a control circuit, but moreover to an electrical device, which is provided with a control circuit according to one of the preceding claims. After all, the advantages of the invention are only expressed when used in such a device.

55

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is het tweede element ondergebracht op een locatie in het toestel die op afstand gelegen is van de locatie van de overige delen van de regelschakeling. Hiermee is het mogelijk, uiteraard in afhankelijkheid van het toestel waarin de regelinrichting is geplaatst. Zo zal men in het algemeen het eerste 10 bedieningselement op een locatie plaatsen waar dit gemakkelijk continu bedienbaar is, ook tijdens het gebruik. Het tweede bedieningselement kan dan op een plaats worden aangebracht, die een bewuste handeling vereist.According to a preferred embodiment, the second element is accommodated at a location in the device that is remote from the location of the other parts of the control circuit. This makes it possible, of course, depending on the device in which the control device is placed. For example, the first operating element will generally be placed at a location where this can easily be operated continuously, also during use. The second operating element can then be arranged in a location that requires a conscious action.

De uitvinding is overigens in het bijzonder geschikt om te worden geplaatst in een 15 elektrisch handgereedschap.The invention is otherwise particularly suitable for being placed in an electric hand tool.

De voordelen van de uitvinding komen in het bijzonder tot uiting wanneer het gereedschap door een slagschroevendraaier wordt gevormd. De nauwkeurige regeling maakt het immers mogelijk de slagenergie nauwkeurig te doseren.The advantages of the invention are particularly expressed when the tool is formed by an impact screwdriver. The precise regulation makes it possible to accurately dose the impact energy.

2020

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren, waarin voorstellen:The present invention will be elucidated hereinbelow with reference to the accompanying figures, in which:

Figuur 1: een schakelschema van een regelschakeling volgens de onderhavige uitvinding; en 25 Figuur 2: een grafiek ter toelichting van de onderhavige uitvinding.Figure 1: a circuit diagram of a control circuit according to the present invention; and Figure 2: a graph for explaining the present invention.

In figuur 1 is een in zijn geheel met 1 aangeduide regelschakeling getoond, die het aan een elektromotor 2 toegevoerde vermogen regelt. De regelschakeling 1 wordt gevoed door een spanningsbron 3. De regelschakeling 1 omvat een tussen de spanningsbron 3 30 en de elektromotor 2 geplaatste schakelaar 4, waarmee de schakeling kan worden ingeschakeld, een in serie met de schakelaar 4 geschakeld halfgeleiderschakelelement 5 en een besturingsschakeling 6. Het type toegepast halfgeleiderschakelelement is afhankelijk van de voeding; voor een gelijkspanningsapparaat wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een MOSFET en bij een door het net gevoed apparaat wordt 1028779 % 5 bijvoorbeeld gebruik gemaakt van een triac. De uitvinding kan voor beide types machines worden toegepast. Alhoewel dit in de figuur niet is weergegeven, kan een overbruggingsschakelaar zijn aangebracht voor het overbruggen van het halfgeleiderschakelelement.Figure 1 shows a control circuit, designated in its entirety with 1, which controls the power supplied to an electric motor 2. The control circuit 1 is supplied by a voltage source 3. The control circuit 1 comprises a switch 4 placed between the voltage source 3 and the electric motor 2, with which the circuit can be switched on, a semiconductor switching element 5 connected in series with the switch 4 and a control circuit 6. The type of semiconductor switching element used depends on the power supply; for a direct-voltage device use is preferably made of a MOSFET and for a device fed by the mains, for example, use is made of a triac. The invention can be used for both types of machines. Although this is not shown in the figure, a bridging switch may be provided for bridging the semiconductor switching element.

55

Voor het bedienen van de besturingsschakeling 4 is een eerste bedieningselement aangebracht dat wordt gevormd door een potentiometer 7. Deze potentiometer is bij voorbeeld geïntegreerd in dezelfde behuizing als waar de schakelaar in is ondergebracht.For operating the control circuit 4, a first control element is provided which is formed by a potentiometer 7. This potentiometer is, for example, integrated in the same housing as the switch.

1010

De tot nu toe beschreven regelschakeling komt overeen met een tot de stand van de techniek behorende regelschakeling zoals deze gebruikt wordt bij elektrisch handgereedschap. De regelschakeling volgens de onderhavige uitvinding onderscheidt zich van deze bekende schakeling door een tweede bedieningselement in de vorm van I 15 een potentiometer 8, die eveneens voor besturing van de besturingsschakeling dient.The control circuit described so far corresponds to a control circuit belonging to the state of the art as it is used with electric hand tools. The control circuit according to the present invention differs from this known circuit by a second operating element in the form of a potentiometer 8, which also serves to control the control circuit.

Hierbij kan dit tweede bedieningselement eveneens worden gevormd door een potentiometer of een regelbare weerstand, maar tevens door een Hall-element of een j optisch of mechanisch element. Het is zelfs mogelijk gebruik te maken van een 20 meerstandenschakelaar. Het tweede bedieningselement kan eveneens binnen het huis van de besturingsschakeling zijn aangebracht, maar het kan eveneens, bijvoorbeeld voor het vergroten van het bedieningsgemak, elders in het apparaat zijn ondergebracht.This second operating element can here also be formed by a potentiometer or an adjustable resistor, but also by a Hall element or an optical or mechanical element. It is even possible to use a multi-position switch. The second operating element can also be arranged inside the housing of the control circuit, but it can also be accommodated elsewhere in the apparatus, for example for increasing the ease of operation.

!!

Vervolgens zal de werking van deze schakeling worden toegelicht. Aanvankelijk wordt 25 uitgegaan van de situatie waarin het tweede bedieningselement op zijn maximale waarde is ingesteld. De dan verkregen situatie is vergelijkbaar met die volgens de stand van de techniek. Dit houdt in dat bij het, na het sluiten van de schakelaar 4, bedienen van het bedieningselement 7 het halfgeleiderschakelelement in toenemende mate wordt aangestuurd waardoor de elektromotor zal gaan draaien en het gereedschap met een 30 toenemend vermogen zal worden aangedreven. Zoals gebruikelijk wordt hierbij gebruik gemaakt van een trekkerschakelaar die aanvankelijk de schakelaar 4 sluit en die de potentiometer 7 bedient. Bij terugkeer van de trekkerschakelaar zal het toegevoerde vermogen afnemen en vervolgens zal de schakelaar 4 worden geopend.Next, the operation of this circuit will be explained. Initially, the situation is assumed in which the second operating element is set to its maximum value. The situation then obtained is comparable to that according to the prior art. This means that when the operating element 7 is operated after the switch 4 has been closed, the semiconductor switching element is increasingly driven so that the electric motor will start rotating and the tool will be driven with increasing power. As usual, use is made here of a trigger switch which initially closes the switch 4 and which operates the potentiometer 7. Upon the return of the trigger switch, the power supplied will decrease and then the switch 4 will be opened.

1028779 61028779 6

Zoals in de aanhef reeds is genoemd, is voor het meest gebruikte gebied van kleine vermogens slechts een klein deel van de slag van de trekkerschakelaar beschikbaar. Deze situatie volgens de stand van de techniek is in de grafiek van figuur 2 weergegeven met de lijn A.As already mentioned in the preamble, only a small part of the stroke of the trigger switch is available for the most frequently used area of small powers. This situation according to the state of the art is shown in the graph of figure 2 with the line A.

55

Door het tweede bedieningselement in te stellen op een deel van de zijn maximum, bijvoorbeeld op 50% wordt de waarde van het maximale, door de regelschakeling afgegeven vermogen beperkt tot 50%. Omdat de factor van beide bedieningselementen met elkaar wordt vermenigvuldigd, ontstaan het gewenste effect van het 10 vermenigvuldigen van het vermogen met een factor die kleiner is dan één. Met hetzelfde regeltraject wordt aldus een kleiner vermogen geregeld. Daarmee wordt in de grafiek van figuur 2 de lijn B verkregen.By setting the second operating element to a part of its maximum, for example to 50%, the value of the maximum power supplied by the control circuit is limited to 50%. Because the factor of both operating elements is multiplied by each other, the desired effect of multiplying the power results by a factor that is smaller than one. A smaller capacity is thus controlled with the same control range. The line B is thus obtained in the graph of Figure 2.

Het is uiteraard mogelijk een andere waarde in te stellen in het tweede 15 bedieningselement, bijvoorbeeld de waarde van 20%. Hiermee wordt het hierboven beschreven effect verder vergroot. Dit is in de grafiek weergegeven met de lijn C.It is of course possible to set a different value in the second operating element, for example the value of 20%. This further enhances the effect described above. This is shown in the graph with the line C.

Bij de hierboven beschreven uitvoeringsvormen wordt de eenmaal ingestelde waarde van het tweede bedieningselement vastgehouden. Het is echter eveneens mogelijk deze 20 waarde aan te passen aan de werkzaamheden. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk bij het begin van een verspanende bewerking het tweede bedieningselement in te stellen op 20% omdat bij deze werkzaamheden een grote nauwkeurigheid van regelen is vereist, en bij het vervolgen van deze werkzaamheden het tweede bedieningselement op een grotere waarde in te stellen omdat bij deze werkzaamheden het aan de motor toe te 25 voeren vermogen minder nauwkeurig geregeld behoeft te worden.In the embodiments described above, the value once set for the second operating element is retained. However, it is also possible to adjust this value to the work. For example, at the start of a machining operation, it is possible to set the second operating element to 20% because a high accuracy of control is required during these operations, and to set the second operating element to a higher value when continuing these operations. because during this work the power to be supplied to the motor need to be regulated less precisely.

30 f02877930 028779

Claims

What is claimed is: 1. A control circuit for controlling the power supplied to a electric motor from a voltage source, the control circuit comprising: 5. a semiconductor switching element connected in series with the electric motor and the voltage source for controlling the power supplied to the electric motor; - a control circuit for controlling the semiconductor switching element; - a first control element for operating the control circuit by a control signal representing a first factor, characterized in that the control circuit comprises a second control element for operating the control circuit by a second control signal representing a second factor and that the control circuit is arranged for controlling the semiconductor switching element based on the first and the second factor. 15

2. A control circuit as claimed in Claim 1, characterized in that the control circuit is adapted to control the semiconductor switching element on the basis of the product of the first and the second factor.

3. A control circuit as claimed in Claim 1 or 2, characterized in that the second operating element is formed by a latchable element and that the second operating element is formed by a continuously operable element.

4. Control circuit according to claim 3, characterized in that the second operating element can be locked in a set position.

5. A control circuit as claimed in Claim 3, characterized in that the first operating element is adapted to give a signal which is proportional to mechanical movement of the signal. 30

Control circuit according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the operating elements is formed by an adjustable resistor. 1028779 \

Electric device, characterized by a control circuit according to one of the preceding claims.

8. Electric device according to claim 7, characterized in that the second element is accommodated at a location in the device that is remote from the location of the other parts of the control circuit.

Electric hand tool, characterized by a control circuit according to one of claims 1 to 6. 10

Electric hand tool according to claim 9, characterized in that the electric hand tool is a impact screwdriver. 15 1028779