NL1028779C2 - Regelschakeling voor het regelen van het aan een elektromotor toegevoerde vermogen met beperking van het regelgebied. - Google Patents

Description

* V '

Regelschakeling voor het regelen van het aan een elektromotor toegevoerde vermogen met beperking van het regelgebied

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.

Dergelijke regelschakelingen zijn bekend in de vorm van regelschakelingen voor elektrisch handgereedschap, waarbij het aan de elektromotor toe te voeren vermogen 15 regelbaar is.

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.

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.

1028779 * 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.

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.

15

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.

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.

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.

1028779 3

Hiermee wordt een optimalisatie en sterke vereenvoudiging van de regeling verkregen.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

5

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.

De uitvinding is overigens in het bijzonder geschikt om te worden geplaatst in een 15 elektrisch handgereedschap.

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.

20

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren, waarin voorstellen:

Figuur 1: een schakelschema van een regelschakeling volgens de onderhavige uitvinding; en 25 Figuur 2: een grafiek ter toelichting van de onderhavige uitvinding.

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.

5

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.

10

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.

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.

!

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.

1028779 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.

5

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.

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.

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.

30 f028779

Claims (10)

1. Regelschakeling voor het regelen van het vanuit een spanningsbron aan een elektromotor toegevoerde vermogen, waarbij de regelschakeling omvat: 5. 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; - een eerste bedieningselement voor het bedienen van de besturingsschakeling door een 10 een eerste factor representerend bedieningssignaal, met het kenmerk, dat 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 tweede factor. 15

2. Regelschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de besturingsschakeling is ingericht voor het besturen van het halfgeleiderschakelelement op basis van het produkt van de eerste en de tweede factor.

3. Regelschakeling volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het tweede bedieningselement door een arreteerbaar element wordt gevormd en dat het tweede bedieningselement door een continu bedienbaar element wordt gevormd.

4. Regelschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het tweede 25 bedieningselement in een ingestelde positie blokkeerbaar is.

5. Regelschakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het eerste bedieningselement is ingericht om en signaal te geven dat proportioneel is met mechanische verplaatsing van het signaal. 30

6. Regelschakeling volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat tenminste een van de bedieningselementen door een instelbare weerstand wordt gevormd. 1028779 \

7. Elektrisch toestel, gekenmerkt door een regelschakeling volgens een van de voorafgaande conclusies.

8. Elektrisch toestel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het tweede element is 5 ondergebracht op een locatie in het toestel die op afstand gelegen is van de locatie van de overige delen van de regelschakeling.

9. Elektrisch handgereedschap, gekenmerkt door een regelschakeling volgens een van de conclusies 1 -6. 10

10. Eelektrisch handgereedschap volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het elektrische handgereedschap een slagschroevendraaier is. 15 1028779