WO2009144122A1 - Method for rotational speed regulation, electric drive and electric tool - Google Patents

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WO2009144122A1
WO2009144122A1 PCT/EP2009/055473 EP2009055473W WO2009144122A1 WO 2009144122 A1 WO2009144122 A1 WO 2009144122A1 EP 2009055473 W EP2009055473 W EP 2009055473W WO 2009144122 A1 WO2009144122 A1 WO 2009144122A1
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rotation
rotor
angle
electric drive
speed
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PCT/EP2009/055473
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Michael Meyer
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/10—Commutator motors, e.g. repulsion motors
    • H02P25/14—Universal motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/10—Commutator motors, e.g. repulsion motors
    • H02P25/14—Universal motors
    • H02P25/145—Universal motors whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value, speed feedback

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the speed of an electric drive, an electric drive with adjustable speed and a power tool equipped therewith.
  • a magnet provided with a number of pole pairs is arranged on one of the rotating components, for example on the armature shaft or in the fan wheel, the pole pairs being distributed uniformly over the circumference of the rotating component.
  • a sensor detects the frequency of the caused by the rotation of the component change in the magnetic field.
  • the sensor may, for example, have a coil, in which due to the changing magnetic field of the rotating pole pairs a Voltage is induced.
  • the sinusoidal and speed-proportional output signal of the coil is subsequently converted into a rectangular signal.
  • a microcontroller evaluates these signals in the connection and determines the number of square pulses within a given time interval. To determine this so-called gate time, the wavelength of the mains voltage is usually used, the gate time may correspond, for example, the half-wave of the mains voltage. The measured within the gate time pulse number can then be used to control the speed.
  • a change in the rotational speed can only be detected if at least one event occurs more or less within this time interval.
  • the resolution of the control algorithm is thus limited by the count of the events, in this case by the number of pole pairs.
  • magnetic wheels are used with eight pole pairs.
  • the specification of the setpoint speed can only take place within the framework of the grid specified by the number of pole pairs.
  • a change in the grid frequency also affects the gate time and requires an adjustment of the required for a desired speed events per time interval. This will require additional resources in storage space and processing power.
  • the invention has for its object to provide an accurate, simple and power frequency independent method for controlling the target speed of electric drives. Disclosure of the invention
  • This object is achieved in terms of a method of the type mentioned for controlling the speed of an electric drive that a rotational angle of a rotor of the electric drive set and the time is measured, which requires the rotor to rotate about this specified angle and subsequently a change in the Speed of the rotor takes place in that the previously measured time corresponds to the time which is required for rotation of the rotor by the predetermined rotation angle at the target speed.
  • This speed control is independent of the mains frequency, so that an adjustment of the setpoints as a function of the existing network frequency including the routines required for this purpose is eliminated.
  • the control software is correspondingly less complex, which reduces the storage space and the computing time required to convert the setpoints. Compared with the previously known procedure, the resolution of the control is considerably improved, since the discretization of the time measurement by the microcontroller can be chosen to be significantly smaller than predetermined by the number of pole pairs.
  • the measured time per set angle of rotation is compared with a required speed at setpoint speed per set rotation angle and from this determines the control deviation.
  • the angle of rotation which is preferably already determined in the system design, is advantageously 360 °, ie corresponds to one complete revolution of the rotor.
  • the determination of a signal per set angle of rotation for example, one pulse per complete rotation of the rotor, sufficient.
  • the fixed rotation angle is divided into, for example, eight angle segments, the passage of which are counted upon rotation of the rotor until reaching the predetermined angle of rotation, so that components corresponding to the prior art for carrying out the invention can be adopted without any design changes.
  • the passage of the angle segments is preferably determined by wear-free measurement of magnetic field changes during rotation of the rotor.
  • the sinusoidal magnetic field changes are converted into rectangular signals and the number of square wave signals counted until reaching the predetermined rotation angle.
  • the adaptation of the measured rotational speed of the rotor at its desired rotational speed is then advantageously carried out by incrementing or decrementing the firing angle of the triac of the electric drive.
  • An electrical drive with adjustable speed in particular for a power tool, has, on the one hand, means for determining a fixed angle of rotation of a rotor of the electric drive and also a device for measuring the time required for the rotation of a rotor by the specified angle of rotation.
  • it is equipped with means for varying the rotational speed in such a way that the previously measured time corresponds to the time required for the rotation of the rotor by the specified rotation angle at setpoint speed.
  • the means for determining the angle of rotation are formed according to a preferred embodiment of the drive arranged on the rotor Magnetpolpare and arranged beyond the rotor means for detecting changes in magnetic field, in particular electrical coils, are therefore not subject to wear and may be adopted from previously known drives without structural changes.
  • the drive has, according to a further advantageous embodiment of the invention, a device for converting the sinusoidal signal of the
  • the device for measuring the time required for the rotation of the rotor by the predetermined rotation angle preferably comprises a timer provided in the electronic drive control, thus requiring no additional expenditure on components.
  • a conventional triac with a variable ignition angle is preferably used.
  • FIG. 2 shows a representation of the measured induced voltage as a function of time
  • FIG. 3 shows the course of the square wave signal obtained by converting the induced voltage
  • Fig. 4 is a flowchart of determining the time required for the rotor to rotate
  • Fig. 5 is an illustration of the control method according to the prior art.
  • an electric drive 1 is shown, which may be formed, for example, as a powered with mains voltage electric motor.
  • the electric motor may be used in a machine tool, e.g. a hammer, are used.
  • the electric drive 1 shown in FIG. 1 has a disc-shaped rotor 2 or is coupled thereto, the rotor 2 being connected in a rotationally fixed manner to a drive axle 3.
  • the rotor 2 thus rotates at the same speed as the hidden in the housing 4 of the electric drive 1 anchor.
  • the rotor 2 is provided on its outer circumference with eight magnetic pole pairs 5 formed by permanent magnets, which rotate upon rotation of the
  • Rotor 2 (arrow A) on means 6 for determining the angle of rotation of the rotor 2 pass.
  • the means 6 are equipped with an electric coil 7, at which the magnetic poles move past during a rotation of the drive 1 and in which a voltage U IND is induced by the movement of the magnetic pole pairs 5.
  • the number of magnetic pole pairs 5 is essentially arbitrary. Since the rotor 2 is provided in the embodiment according to the prior art with eight pairs of magnetic poles, eight square pulses correspond to the predetermined for controlling the electric drive rotation angle, namely a complete revolution (360 °) of the rotor 2.
  • the magnetic pole pairs 5 share this angle of rotation in angular segments of 45 °. In general, n magnetic pole pairs form 5 angle segments of 1807n.
  • the voltage U IND generated in the coil 7 has, as can be seen from FIG. 2, a sinusoidal profile over time t.
  • the sinusoidal magnetic field change is subsequently converted in a device 8 into square-wave signals (voltage U), which are shown in FIG.
  • the electric drive 1 is also provided with a device 9 for measuring the time required for complete rotation of the rotor 2 ti st .
  • the flow chart of Fig. 4 shows the timing of the time measurement in detail.
  • the device 9 has a time measuring device (timer) which is started when the electric drive 1 starts up.
  • the device 9 now waits (step S1) for an interrupt of the rectangular voltage U. If a corresponding pulse is detected, in step S2, e.g. a suitable interrupt counter (not shown) is incremented. Subsequently, it is determined in step S3 whether it is the eighth interrupt since the timer is started. Is the number of
  • the device 9 sets in step S5 the interrupt counter and the
  • the time measuring device waits again for an interrupt.
  • the number of interrupts counted by the counter may be essentially arbitrary. It is only necessary that the number of serviced interrupts is associated with a known rotation angle, so that the ratio of rotation angle to time measured on the speed can be concluded.
  • the measured time t ⁇ st for the specified rotation angle is now forwarded by the device 9 to a controller 10 for controlling the speed of the drive 1 and there compared with that time t so n, which is required at the set target speed for rotation through this rotation angle , If the measured time t ⁇ st in comparison with the time t n as too long, the rotational speed of the electric drive is increased.
  • the controller 10 is operatively connected for this purpose with a triac, not shown, which causes an increase or decrease in the actual speed of the electric drive by a change in the ignition angle.
  • the adaptation of the speed thus takes place in the context of the high accuracy of the time measurement and the adjustment of the triac, so with extraordinary fineness.
  • the number of pulses (1, 2, 3, 4, 5,..., N) is counted, which are determined within a gate time t Tor predetermined for the relevant rotational speed ,
  • the accuracy of the control thus essentially depends on the number of Magnetpolfare 5.

Abstract

The invention relates to a method for regulating the rotational speed of an electric drive (1), in particular of an electric tool, in which method a rotational angle of a rotor (2) of the electric drive (1) is defined, then the time (tist) required for the rotor (2) to rotate by the defined rotational angle is measured, and the rotational speed of the rotor (2) is subsequently varied such that the previously measured time (tist) corresponds to the time (tsoll) required for the rotor (2) to rotate by the defined rotational angle at the nominal rotational speed. The rotational speed regulation takes place with particular accuracy using this approach. The invention also relates to an electric drive, in particular for carrying out said method, and to an electric tool fitted with said electric drive.

Description

Beschreibung description
Titeltitle
Verfahren zur Drehzahlregelung, elektrischer Antrieb und ElektrowerkzeugMethod for speed control, electric drive and power tool
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines elektrischen Antriebs, einen elektrischen Antrieb mit regelbarer Drehzahl sowie ein damit ausgestattetes Elektrowerkzeug.The invention relates to a method for controlling the speed of an electric drive, an electric drive with adjustable speed and a power tool equipped therewith.
Stand der TechnikState of the art
Gattungsgemäße Verfahren, Antriebe und Elektrowerkzeuge sind aus der Praxis bekannt. Bei der Regelung elektrischer Antriebe von Elektrowerkzeugen auf eine konstante Drehzahl auch bei wechselnden Belastungen kann die Messung der Drehzahl auf unterschiedliche Weise erfolgen.Generic methods, drives and power tools are known in practice. When controlling electrical drives of power tools to a constant speed even with changing loads, the measurement of the speed can be done in different ways.
Nach einem üblichen Vorgehen wird auf einem der rotierenden Bauteile, beispielsweise auf der Ankerwelle oder im Lüfterrad, ein mit einer Anzahl von Polpaaren versehener Magnet angeordnet, wobei die Polpaare gleichmäßig über den Umfang des rotierenden Bauteils verteilt sind. Ein Sensor erfasst die Frequenz der durch die Rotation des Bauteils hervor gerufene Änderung des Magnetfelds. Der Sensor kann beispielsweise eine Spule aufweisen, in welcher durch das sich ändernde Magnetfeld der rotierenden Polpaare eine Spannung induziert wird. Das sinusförmige und drehzahlproportionale Ausgangssignal der Spule wird nachfolgend in ein Rechtecksignal umgewandelt. Ein Mikrokontroller wertet diese Signale im Anschluss aus und ermittelt dabei die Anzahl der Rechteckimpulse innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls. Zur Festlegung dieser sogenannten Torzeit wird in der Regel die Wellenlänge der Netzspannung herangezogen, wobei die Torzeit beispielsweise der Halbwelle der Netzspannung entsprechen kann. Die innerhalb der Torzeit gemessene Impulszahl kann dann zur Regelung der Drehzahl herangezogen werden.After a usual procedure, a magnet provided with a number of pole pairs is arranged on one of the rotating components, for example on the armature shaft or in the fan wheel, the pole pairs being distributed uniformly over the circumference of the rotating component. A sensor detects the frequency of the caused by the rotation of the component change in the magnetic field. The sensor may, for example, have a coil, in which due to the changing magnetic field of the rotating pole pairs a Voltage is induced. The sinusoidal and speed-proportional output signal of the coil is subsequently converted into a rectangular signal. A microcontroller evaluates these signals in the connection and determines the number of square pulses within a given time interval. To determine this so-called gate time, the wavelength of the mains voltage is usually used, the gate time may correspond, for example, the half-wave of the mains voltage. The measured within the gate time pulse number can then be used to control the speed.
Dieses vorbekannte Vorgehen weist verschiedene Nachteile auf.This prior art approach has several disadvantages.
Da zur Regelung der Drehzahl eine Anzahl von Ereignissen innerhalb eines Zeitintervalls dient, kann eine Änderung der Drehzahl erst dann erfasst werden, wenn mindestens ein Ereignis mehr oder weniger innerhalb dieses Zeitintervalls auftritt. Die Auflösung des Regelalgorithmus wird also durch die Zählung der Ereignisse, in diesem Fall also durch die Anzahl der Polpaare, beschränkt. Bei vorbekannten Elektrowerkzeugen werden üblicherweise Magneträder mit acht Polpaaren eingesetzt. Darüber hinaus kann auch die Vorgabe der Solldrehzahl nur im Rahmen des durch die Anzahl der Polpaare vorgegebenen Rasters erfolgen.Since a number of events within a time interval serves to regulate the rotational speed, a change in the rotational speed can only be detected if at least one event occurs more or less within this time interval. The resolution of the control algorithm is thus limited by the count of the events, in this case by the number of pole pairs. In prior art power tools usually magnetic wheels are used with eight pole pairs. In addition, the specification of the setpoint speed can only take place within the framework of the grid specified by the number of pole pairs.
Eine Änderung der Netzfrequenz beeinflusst darüber hinaus die Torzeit und erfordert eine Anpassung der für eine gewünschte Drehzahl erforderlichen Ereignisse je Zeitintervall. Hierdurch werden zusätzliche Ressourcen an Speicherplatz und Rechenleistung notwendig.A change in the grid frequency also affects the gate time and requires an adjustment of the required for a desired speed events per time interval. This will require additional resources in storage space and processing power.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein genaues, einfaches und netzfrequenzunabhängiges Verfahren zur Regelung der Solldrehzahl elektrischer Antriebe bereitzustellen. Offenbarung der ErfindungThe invention has for its object to provide an accurate, simple and power frequency independent method for controlling the target speed of electric drives. Disclosure of the invention
Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens der eingangs genannten Art zur Regelung der Drehzahl eines elektrischen Antriebs dadurch gelöst, dass ein Drehwinkel eines Rotors des elektrischen Antriebs festgelegt sowie die Zeit gemessen wird, welche der Rotor zur Drehung um diesen festgelegten Drehwinkel benötigt und nachfolgend eine Veränderung der Drehzahl des Rotors dahingehend erfolgt, dass die zuvor gemessenen Zeit jener Zeit entspricht, welche zur Drehung des Rotors um den festgelegten Drehwinkel bei Solldrehzahl erforderlich ist.This object is achieved in terms of a method of the type mentioned for controlling the speed of an electric drive that a rotational angle of a rotor of the electric drive set and the time is measured, which requires the rotor to rotate about this specified angle and subsequently a change in the Speed of the rotor takes place in that the previously measured time corresponds to the time which is required for rotation of the rotor by the predetermined rotation angle at the target speed.
Diese Drehzahlregelung ist von der Netzfrequenz unabhängig, so dass eine Anpassung der Sollwerte in Abhängigkeit von der bestehenden Netzfrequenz einschließlich der hierzu erforderlichen Routinen entfällt. Die Regelsoftware ist entsprechend weniger komplex, wodurch der Speicherplatz und die Rechenzeit zur Umrechnung der Sollwerte reduziert werden. Gegenüber dem vorbekannten Vorgehen ist fern die Auflösung der Regelung erheblich verbessert, da die Diskretisierung der Zeitmessung durch den Mikrokontroller deutlich kleiner gewählt werden kann als durch die Anzahl der Polpaare vorgegeben.This speed control is independent of the mains frequency, so that an adjustment of the setpoints as a function of the existing network frequency including the routines required for this purpose is eliminated. The control software is correspondingly less complex, which reduces the storage space and the computing time required to convert the setpoints. Compared with the previously known procedure, the resolution of the control is considerably improved, since the discretization of the time measurement by the microcontroller can be chosen to be significantly smaller than predetermined by the number of pole pairs.
Nach einem bevorzugten Verfahren wird die gemessene Zeit je festgelegtem Drehwinkel mit einer bei Solldrehzahl erforderlichen Zeit je festgelegtem Drehwinkel verglichen und hieraus die Regelabweichung bestimmt. Der vorzugsweise bereits bei der Systemauslegung festgelegte Drehwinkel beträgt dabei mit Vorteil 360°, entspricht also einer vollen Umdrehung des Rotors.According to a preferred method, the measured time per set angle of rotation is compared with a required speed at setpoint speed per set rotation angle and from this determines the control deviation. The angle of rotation, which is preferably already determined in the system design, is advantageously 360 °, ie corresponds to one complete revolution of the rotor.
Grundsätzlich ist zur Durchführung der Erfindung die Ermittlung eines Signals je festgelegtem Drehwinkel, beispielsweise ein Impuls je vollständiger Drehung des Rotors, ausreichend. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der festgelegte Drehwinkel jedoch in beispielsweise acht Winkelsegmente geteilt, deren Durchlauf bei Drehung des Rotors bis zum Erreichen des festgelegten Drehwinkels gezählt werden, so dass zur Durchführung der Erfindung dem Stand der Technik entsprechende Bauteile ohne konstruktive Änderungen übernommen werden können. Dabei wird der Durchlauf der Winkelsegmente vorzugsweise durch verschleißfreie Messung von Magnetfeldänderungen bei Drehung des Rotors bestimmt.Basically, for the implementation of the invention, the determination of a signal per set angle of rotation, for example, one pulse per complete rotation of the rotor, sufficient. After another Advantageous embodiment of the invention, however, the fixed rotation angle is divided into, for example, eight angle segments, the passage of which are counted upon rotation of the rotor until reaching the predetermined angle of rotation, so that components corresponding to the prior art for carrying out the invention can be adopted without any design changes. The passage of the angle segments is preferably determined by wear-free measurement of magnetic field changes during rotation of the rotor.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens werden die sinusförmigen Magnetfeldänderungen in Rechtecksignale umgewandelt und die Anzahl der Rechtecksignale bis zum Erreichen des festgelegten Drehwinkels gezählt. Die Anpassung der gemessenen Drehzahl des Rotors an dessen Solldrehzahl erfolgt dann mit Vorteil durch Inkrementierung oder Dekrementierung des Zündwinkels des Triacs des elektrischen Antriebs.According to a further advantageous embodiment of the method, the sinusoidal magnetic field changes are converted into rectangular signals and the number of square wave signals counted until reaching the predetermined rotation angle. The adaptation of the measured rotational speed of the rotor at its desired rotational speed is then advantageously carried out by incrementing or decrementing the firing angle of the triac of the electric drive.
Ein erfindungsgemäß ausgeführter elektrischer Antrieb mit regelbarer Drehzahl, insbesondere für ein Elektrowerkzeug, weist einerseits Mittel zur Bestimmung eines festgelegten Drehwinkels eines Rotors des elektrischen Antriebs und ferner eine Einrichtung zur Messung der für die Drehung eines Rotors um den festgelegten Drehwinkel erforderlichen Zeit auf. Darüber hinaus ist er mit Mitteln zur Veränderung der Drehzahl dahingehend ausgestattet, dass die zuvor gemessenen Zeit jener Zeit entspricht, welche zur Drehung des Rotors um den festgelegten Drehwinkel bei Solldrehzahl erforderlich ist.An electrical drive with adjustable speed, in particular for a power tool, has, on the one hand, means for determining a fixed angle of rotation of a rotor of the electric drive and also a device for measuring the time required for the rotation of a rotor by the specified angle of rotation. In addition, it is equipped with means for varying the rotational speed in such a way that the previously measured time corresponds to the time required for the rotation of the rotor by the specified rotation angle at setpoint speed.
Die Mittel zur Bestimmung des Drehwinkels werden dabei nach einer bevorzugten Ausbildung des Antriebs durch auf dem Rotor angeordnete Magnetpolpaare und jenseits des Rotors angeordneten Einrichtungen zur Feststellung von Magnetfeldänderungen, insbesondere elektrische Spulen, ausgebildet, unterliegen also keinem Verschleiß und können gegebenenfalls aus vorbekannten Antrieben ohne konstruktive Änderungen übernommen werden.The means for determining the angle of rotation are formed according to a preferred embodiment of the drive arranged on the rotor Magnetpolpaare and arranged beyond the rotor means for detecting changes in magnetic field, in particular electrical coils, are therefore not subject to wear and may be adopted from previously known drives without structural changes.
Mit besonderem Vorteil ist dem Stand der Technik entsprechend eine Vielzahl, beispielsweise acht, gleichmäßig auf dem Umfang des Rotors verteilter Magnetpolpaare vorgesehen, welche den festgelegten Drehwinkel in Winkelsegmente teilen.With particular advantage, a plurality, for example, eight, evenly distributed on the circumference of the rotor magnetic pole pairs are provided according to the prior art, which share the specified angle of rotation in angle segments.
Der Antrieb weist nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung eine Einrichtung zur Wandlung des sinusförmigen Signals derThe drive has, according to a further advantageous embodiment of the invention, a device for converting the sinusoidal signal of the
Magnetfeldänderung in ein Rechtecksignal auf, welches nachfolgend auf einen interruptfähigen Port gegeben wird.Magnetic field change in a square wave signal, which is subsequently given to an interruptfähigen port.
Die Einrichtung zur Messung der für die Drehung des Rotors um den festgelegten Drehwinkel erforderlichen Zeit umfasst bevorzugt einen in der elektronischen Antriebssteuerung vorgesehenen Timer, erfordert also keinen zusätzlich Aufwand an Komponenten.The device for measuring the time required for the rotation of the rotor by the predetermined rotation angle preferably comprises a timer provided in the electronic drive control, thus requiring no additional expenditure on components.
Als Mittel zur Veränderung der Drehzahl wird vorzugsweise ein üblicher Triac mit variablem Zündwinkel eingesetzt.As means for changing the rotational speed, a conventional triac with a variable ignition angle is preferably used.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Figuren stellen beispielhaft und schematisch eine Ausführung der Erfindung sowie das Vorgehen nach dem Stand der Technik dar. Es zeigen:The figures illustrate by way of example and schematically an embodiment of the invention and the procedure according to the prior art. It shows:
Fig. 1 einen elektrischen Antrieb mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Drehzahlregelung,1 shows an electric drive with a device according to the invention for speed control,
Fig. 2 eine Darstellung der gemessenen induzierten Spannung in Abhängigkeit von der Zeit; Fig. 3 den Verlauf des durch Umwandlung der induzierten Spannung gewonnenen Rechtecksignals;FIG. 2 shows a representation of the measured induced voltage as a function of time; FIG. 3 shows the course of the square wave signal obtained by converting the induced voltage;
Fig. 4 ein Flussdiagramm der Bestimmung der Zeit, welche der Rotor für eine Umdrehung benötigt;Fig. 4 is a flowchart of determining the time required for the rotor to rotate;
Fig. 5 eine Darstellung des Regelungsverfahrens nach dem Stand der Technik.Fig. 5 is an illustration of the control method according to the prior art.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
In Fig. 1 ist ein elektrischer Antrieb 1 dargestellt, der beispielsweise als ein mit Netzspannung betriebener Elektromotor ausgebildet sein kann. Der Elektromotor kann in einer Werkzeugmaschine, wie z.B. einem Schlaghammer, eingesetzt werden.In Fig. 1, an electric drive 1 is shown, which may be formed, for example, as a powered with mains voltage electric motor. The electric motor may be used in a machine tool, e.g. a hammer, are used.
Der in Fig. 1 dargestellte elektrische Antrieb 1 weist einen scheibenförmigen Rotor 2 auf bzw. ist mit diesem gekoppelt, wobei der Rotor 2 drehfest mit einer Antriebsachse 3 verbunden ist. Der Rotor 2 dreht damit mit der gleichen Drehzahl wie der im Gehäuse 4 des elektrischen Antriebs 1 verborgene Anker.The electric drive 1 shown in FIG. 1 has a disc-shaped rotor 2 or is coupled thereto, the rotor 2 being connected in a rotationally fixed manner to a drive axle 3. The rotor 2 thus rotates at the same speed as the hidden in the housing 4 of the electric drive 1 anchor.
Der Rotor 2 ist auf seinem Außenumfang mit acht durch Permanentmagnete gebildeten Magnetpolpaaren 5 versehen, welche sich bei Drehung desThe rotor 2 is provided on its outer circumference with eight magnetic pole pairs 5 formed by permanent magnets, which rotate upon rotation of the
Rotors 2 (Pfeil A) an Mitteln 6 zur Bestimmung des Drehwinkels des Rotors 2 vorbeibewegen. Die Mittel 6 sind mit einer elektrischen Spule 7 ausgestattet, an der sich die Magnetpole bei einer Rotation des Antriebs 1 vorbeibewegen und in der durch die Bewegung der Magnetpolpaare 5 eine Spannung UIND induziert wird. Die Anzahl der Magnetpolpaare 5 ist im Wesentlichen beliebig. Da der Rotor 2 im Ausführungsbeispiel dem Stand der Technik entsprechend mit acht Magnetpolpaaren 5 versehen ist, entsprechen acht Recheckimpulse dem zur Regelung des elektrischen Antriebs zuvor festgelegten Drehwinkels, nämlich einer vollständigen Umdrehung (360°) des Rotors 2. Die Magnetpolpaare 5 teilen diesen Drehwinkel damit in Winkelsegmente von 45°. Allgemein gilt, dass n Magnetpolpaare 5 Winkelsegmente von 1807n bilden.Rotor 2 (arrow A) on means 6 for determining the angle of rotation of the rotor 2 pass. The means 6 are equipped with an electric coil 7, at which the magnetic poles move past during a rotation of the drive 1 and in which a voltage U IND is induced by the movement of the magnetic pole pairs 5. The number of magnetic pole pairs 5 is essentially arbitrary. Since the rotor 2 is provided in the embodiment according to the prior art with eight pairs of magnetic poles, eight square pulses correspond to the predetermined for controlling the electric drive rotation angle, namely a complete revolution (360 °) of the rotor 2. The magnetic pole pairs 5 share this angle of rotation in angular segments of 45 °. In general, n magnetic pole pairs form 5 angle segments of 1807n.
Die in der Spule 7 erzeugte Spannung UIND hat, wie aus Fig. 2 ersichtlich, einen über die Zeit t sinusförmigen Verlauf. Die sinusförmige Magnetfeldänderung wird nachfolgend in einer Einrichtung 8 in Rechtecksignale (Spannung U) gewandelt, die in Fig. 3 dargestellt sind.The voltage U IND generated in the coil 7 has, as can be seen from FIG. 2, a sinusoidal profile over time t. The sinusoidal magnetic field change is subsequently converted in a device 8 into square-wave signals (voltage U), which are shown in FIG.
Der elektrische Antrieb 1 ist darüber hinaus mit einer Einrichtung 9 zur Messung der zu einer vollständigen Drehung des Rotors 2 erforderlichen Zeit tist versehen. Das Flussdiagramm nach Fig. 4 zeigt den Ablauf der Zeitmessung im Einzelnen.The electric drive 1 is also provided with a device 9 for measuring the time required for complete rotation of the rotor 2 ti st . The flow chart of Fig. 4 shows the timing of the time measurement in detail.
Die Einrichtung 9 weist eine Zeitmesseinrichtung (Timer) auf, welche mit Anlaufen des elektrischen Antriebs 1 gestartet wird. Die Einrichtung 9 wartet nun (Schritt S1 ) auf eine Unterbrechung (Interrupt) der rechteckförmig verlaufenden Spannung U. Wird ein entsprechender Impuls festgestellt, wird in Schritt S2 z.B. ein geeigneter (nicht gezeigten) Interrupt-Zählers inkrementiert. Anschließend wird in Schritt S3 ermittelt, ob es sich um den achten Interrupt seit Starten des Timers handelt. Beträgt die Anzahl derThe device 9 has a time measuring device (timer) which is started when the electric drive 1 starts up. The device 9 now waits (step S1) for an interrupt of the rectangular voltage U. If a corresponding pulse is detected, in step S2, e.g. a suitable interrupt counter (not shown) is incremented. Subsequently, it is determined in step S3 whether it is the eighth interrupt since the timer is started. Is the number of
Interrupte noch nicht mehr als acht (Antwort nein), hat der Rotor 2 noch keine vollständige Drehung um den festgelegten Drehwinkel von 360° vollzogen. Die Zeitmesseinrichtung läuft nunmehr weiter, während auf den nächsten Interrupt gewartet wird. Hat die Anzahl der Impulse hingegen die vorgegebene Zahl überschritten (Antwort ja), wird der Timer angehalten und der Wert der gemessenen Zeit tιst gespeichert (Schritt S4).Interruptions not more than eight (answer no), the rotor 2 has not completed a complete rotation by the specified rotation angle of 360 °. The timer continues to run while waiting for the next interrupt. If, on the other hand, the number of pulses has exceeded the predetermined number (answer yes), the timer is stopped and the value of the measured time t is stored (step S4).
Die Einrichtung 9 setzt in Schritt S5 den Interrupt-Zähler und dieThe device 9 sets in step S5 the interrupt counter and the
Zeitmesseinrichtung anschließend zurück und wartet erneut auf einen Interrupt.Subsequently, the time measuring device waits again for an interrupt.
Die Anzahl der durch den Zähler gezählten Interrupts kann im Wesentlichen beliebig sein. Es ist lediglich erforderlich, dass der Anzahl der abgewarteten Interrupts ein bekannter Drehwinkel zugeordnet ist, so dass über das Verhältnis von Drehwinkel zu gemessener Zeit auf die Drehzahl geschlossen werden kann.The number of interrupts counted by the counter may be essentially arbitrary. It is only necessary that the number of serviced interrupts is associated with a known rotation angle, so that the ratio of rotation angle to time measured on the speed can be concluded.
Die gemessene Zeit tιst für den festgelegten Drehwinkel wird nun von der Einrichtung 9 an einen Regler 10 zum Regeln der Drehzahl des Antriebs 1 weitergeleitet und dort mit derjenigen Zeit tson verglichen, welche bei der eingestellten Solldrehzahl für eine Drehung um diesen Drehwinkel erforderlich ist. Ist die gemessene Zeit tιst im Vergleich mit der Zeit tson zu lang, wird die Drehzahl des elektrischen Antriebs erhöht.The measured time t ιst for the specified rotation angle is now forwarded by the device 9 to a controller 10 for controlling the speed of the drive 1 and there compared with that time t so n, which is required at the set target speed for rotation through this rotation angle , If the measured time t ιst in comparison with the time t n as too long, the rotational speed of the electric drive is increased.
Ist die gemessene Zeit tιst im Vergleich mit der Zeit tson hingegen zu kurz, muss die Drehzahl des elektrischen Antriebs hingegen herabgesetzt werden. Das Vergleichen wird zyklisch durchgeführt. On the other hand, if the measured time is too short in comparison with the time t so n, the rotational speed of the electric drive must be reduced. The comparison is carried out cyclically.
Der Regler 10 ist zu diesem Zweck mit einem nicht dargestellten Triac wirkverbunden, welcher durch eine Veränderung des Zündwinkels eine Erhöhung oder Herabsetzung der tatsächlichen Drehzahl des elektrischen Antriebs bewirkt. Die Anpassung der Drehzahl erfolgt also im Rahmen der hohen Genauigkeit der Zeitmessung und der Verstellcharakteristik des Triacs, also mit außerordentlicher Feinheit. Bei dem Vorgehen nach dem Stand der Technik hingegen (Fig. 5) wird die Zahl der Impulse (1 , 2, 3, 4, 5, .., n) gezählt, welche innerhalb einer für die betreffende Drehzahl vorgegebene Torzeit tTor bestimmt werden. Die Genauigkeit der Regelung hängt damit im Wesentlichen von der Anzahl der Magnetpolpaare 5 ab. The controller 10 is operatively connected for this purpose with a triac, not shown, which causes an increase or decrease in the actual speed of the electric drive by a change in the ignition angle. The adaptation of the speed thus takes place in the context of the high accuracy of the time measurement and the adjustment of the triac, so with extraordinary fineness. By contrast, in the case of the prior art (FIG. 5), the number of pulses (1, 2, 3, 4, 5,..., N) is counted, which are determined within a gate time t Tor predetermined for the relevant rotational speed , The accuracy of the control thus essentially depends on the number of Magnetpolpaare 5.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines elektrischen Antriebs (1 ), insbesondere eines netzspannungsbetriebenen Elektrowerkzeugs, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:1. A method for controlling the rotational speed of an electric drive (1), in particular a mains voltage-operated power tool, characterized by the following steps:
Festlegung eines Drehwinkels eines Rotors (2) des elektrischen Antriebs (1 ); Messung der Zeit (tιst), welche der Rotor (2) zur Drehung um den festgelegten Drehwinkel benötigt; - Veränderung der Drehzahl des Rotors (2) dahingehend, dass die zuvor gemessenen Zeit (tιst) jener Zeit (tSoiι)entspricht, welche zur Drehung des Rotors (2) um den festgelegten Drehwinkel bei Solldrehzahl erforderlich ist.Fixing a rotation angle of a rotor (2) of the electric drive (1); Measuring the time (t ιst ) that the rotor (2) requires for rotation about the specified angle of rotation; - Change in the speed of the rotor (2) to the effect that the previously measured time (t ιst ) that time (t So iι) corresponds, which is required for rotation of the rotor (2) by the specified rotation angle at target speed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Zeit (tιst) je festgelegtem Drehwinkel mit einer bei Solldrehzahl erforderlichen Zeit (tSOιι) je festgelegtem Drehwinkel verglichen und hieraus die Regelabweichung bestimmt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the measured time (t ιst ) per set angle of rotation with a required speed at setpoint speed (t SO ιι) compared per set angle of rotation and from this the deviation is determined.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der festgelegte Drehwinkel 360° beträgt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the fixed angle of rotation is 360 °.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der festgelegte Drehwinkel in Winkelsegmente geteilt ist, deren Durchlauf bei Drehung des Rotors (2) bis zum Erreichen des festgelegten Drehwinkels gezählt werden.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the fixed angle of rotation is divided into angular segments whose passage during rotation of the rotor (2) are counted until reaching the predetermined angle of rotation.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlauf des festgelegten Drehwinkels oder seiner Winkelsegmente durch Messung von Magnetfeldänderungen bei Drehung des Rotors (2) bestimmt wird. 5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the passage of the predetermined rotation angle or its angle segments by measuring magnetic field changes during rotation of the rotor (2) is determined.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sinusförmigen Magnetfeldänderungen in Rechtecksignale umgewandelt und die Anzahl der Rechtecksignale bis zum Erreichen des festgelegten Drehwinkels gezählt werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the sinusoidal magnetic field changes converted into rectangular signals and the number of square-wave signals are counted until reaching the predetermined rotation angle.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Drehzahl des Rotors (2) durch Inkrementierung oder Dekrementierung des Zündwinkels des Triacs des elektrischen Antriebs (1 ) erfolgt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adaptation of the rotational speed of the rotor (2) by incrementing or decrementing the firing angle of the triac of the electric drive (1).
8. Elektrischer Antrieb (1 ) mit regelbarer Drehzahl, insbesondere für ein netzspannungsbetriebenes Elektrowerkzeug und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit - Mitteln (6) zur Bestimmung eines festgelegten8. Electric drive (1) with adjustable speed, in particular for a mains voltage-operated power tool and for carrying out the method according to one of the preceding claims, with - means (6) for determining a specified
Drehwinkels eines Rotors (2) des elektrischen Antriebs (1 ); einer Einrichtung (9) zur Messung der für die Drehung eines Rotors (2) um den festgelegten Drehwinkel erforderlichen Zeit (tιst); einem Regler (10) mit Mitteln zur Veränderung der Drehzahl dahingehend, dass die gemessenen Zeit (tιst) jener Zeit (tson) entspricht, welche zur Drehung des Rotors (2) um den festgelegten Drehwinkel bei Solldrehzahl erforderlich ist.Angle of rotation of a rotor (2) of the electric drive (1); a device (9) for measuring the time required for the rotation of a rotor (2) by the predetermined rotation angle (t ιst ); a controller (10) with means for varying the speed to the effect that the measured time (t ιst ) that time (t so n) corresponds, which is required for rotation of the rotor (2) by the predetermined rotation angle at target speed.
9. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) zur Bestimmung des Drehwinkels durch auf dem Rotor (2) angeordnete Magnetpolpaare (5) und jenseits des Rotors (2) angeordneten Einrichtungen zur Feststellung von Magnetfeldänderungen, insbesondere elektrische Spulen (7), ausgebildet sind.9. Electric drive according to claim 8, characterized in that the means (6) for determining the angle of rotation by on the rotor (2) arranged Magnetpolpaare (5) and beyond the rotor (2) arranged means for detecting magnetic field changes, in particular electric coils (7) are formed.
10. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl gleichmäßig auf dem Umfang des Rotors (2) verteilter Magnetpolpaare (5) vorgesehen ist, welche den festgelegten Drehwinkel in Winkelsegmente teilen.10. Electric drive according to claim 9, characterized in that a plurality evenly distributed on the circumference of the rotor (2) Magnet pole pairs (5) is provided, which divide the specified rotation angle in angle segments.
11. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 9 oder 10, mit einer Einrichtung (8) zur Wandlung der sinusförmigen Magnetfeldänderung in ein11. Electric drive according to claim 9 or 10, comprising means (8) for converting the sinusoidal magnetic field change in a
Rechtecksignal.Square wave signal.
12. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (9) zur Messung der für die Drehung des Rotors (2) um den festgelegten Drehwinkel erforderlichen Zeit (tιst) einen in der elektronischen Antriebssteuerung vorgesehenen Timer umfasst.12. Electric drive according to claim 8 to 11, characterized in that the means (9) for measuring the time required for the rotation of the rotor (2) by the predetermined rotation angle (t ιst ) comprises a timer provided in the electronic drive control.
13. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitteln zur Veränderung der Drehzahl einen Triac mit variablem Zündwinkel umfassen.13. Electric drive according to claim 8 to 12, characterized in that the means for varying the rotational speed comprise a triac with a variable ignition angle.
14. Elektrowerkzeug mit einem elektrischen Antrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 13. 14. Power tool with an electric drive according to one of claims 8 to 13.
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