CN102403936A - 电驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电驱动装置，具有电机(18)以及用于操控电机(18)的电机控制设备(20)，其中，电机(18)具有转子(90)和固定的定子(104)，定子(104)具有线圈结构，电机控制设备(20)设计用于向线圈结构通电以产生激励场，线圈结构具有大量线圈股(106)，每个线圈股(106)具有大量线圈分段(110、112、114)，其中，每个线圈股(106)的大量线圈分段(110、112、114)的至少一个线圈分段(112、114)相对于线圈股(106)的其余线圈分段(110)能够选择性地变换极性。该驱动装置(16)特别适合于应用在电动工具(10)中。

Description

电驱动装置

技术领域

本发明涉及一种电驱动装置、特别是用于电动工具，具有电机和用于控制电机的电机控制设备，电机具有转子和固定的定子，定子具有线圈结构，其中，电机控制设备设计用于向线圈结构通电以产生激励场，线圈结构具有大量线圈股，并且每个线圈股具有大量线圈分段。

背景技术

此类驱动装置从DE102007040725A1中公开。

公知的驱动装置为电机，其具有永磁激励的转子和承载多项绕组的定子，该定子一方面可以在较低的转速范围中以及另一方面可以在较高的转速范围中运行。为此设置成切断定子绕组的一部分或在串联电路和并联电路之间切换。

这种设计除了实现正常运行外还实现了所谓的在较高的转速范围中的场削弱运行。

为此原则上可以针对电动机械实现不同的转速范围。但已被证实，场削弱运行会伴随着提高的热负荷。因此这种运行模式常常只可以是短暂地使用、即作为所谓的提升功能(Boost-Funktion)。

此外还公知，通过调节供电电压影响电驱动装置、特别是EC电机的转速水平。此外原则上可以获得在可达到的运行转速和供电电压之间的成正比的关系。

发明内容

在该背景下本发明的目的在于，提出一种电驱动装置，其可高效地与不同的使用条件相适应，在极小的结构耗费以及即使是在持久负荷的运行的情况下也可以实现尽可能无磨损且特别是适合于在电动工具上使用。

根据本发明，该目的通过根据文章开头所述类型的电驱动装置如下实现，即每个线圈股的大量线圈分段的至少一个线圈分段相对于该线圈股的其余的线圈分段是选择性的极性可变换的。

本发明的目的以这种方式实现。

根据本发明，将驱动装置带入至少两个运行模式中，其中，线圈股的线圈分段一方面可以具有相同的极性以及另一方面可以具有相互相反的极性。

这样与此关联的激励场也可以具有两个状态，其中，与线圈分段耦接的场一方面相加地叠加，另一方面至少部分地相互抵消。结果导致在相同的导体电流的情况下转矩改变、即转矩常数改变。同样由旋转的转子诱导到线圈分段中的电压也改变。该电压可以根据线圈分段的极性或者相加或者相减。结果导致在相同的股电压的情况下转速改变、即转速常数改变。

此外，线圈分段的极性变换引起北极和南极的变换，因此由线圈分段产生的磁场的方向也变换。

根据本发明的一种改进，电机控制设备设计用于以第一转速-转矩-特征曲线以及与第一转速-转矩-特征曲线具有不同陡度的第二转速-转矩-特征曲线运行，其中，优选在相同的相对负荷的情况下功率输出基本上是不变的。

这里相对负荷被视为一方面空转转速n₀和负载转速n_L之间的转速差与另一方面空转转速n₀的商，即(1-n_L/n₀)或可替换的是负载力矩M_L与(在由特征曲线陡度计算出的饱和度或电流极限的情况下的)保持力矩M_H的商，即M_L/M_H。

驱动装置的特性以这种方式可以具有可换档的传动装置的功能特性。其可以是传动方面的关系，比如第一和第二特征曲线的转速或转矩之间的加速系数或减速系数或扩展(Spreizung)。

换句话说可以在从第一特征曲线过渡到第二特征曲线的过程中将转速提高一个系数，转矩以该系数降低。

根据本发明的另一个观点，设置至少一个极性变换开关，其设计用于将线圈股的大量线圈分段在第一状态和第二状态之间切换，其中，在第一状态中线圈股的所有线圈分段具有相同的极性，在第二状态中线圈股的大量线圈分段的至少一个线圈分段具有与该线圈股的其余线圈分段相反的极性。

该措施的优点在于，在第一状态和在第二状态中得出的铜损失或导体损失近似保持不变。

该至少一个极性变换开关可以设计成机械开关、电子机械开关或电子开关。机械开关可以比如与可由操作者操作的选择开关耦接，用于将驱动装置可选地从第一状态切换成第二状态以及切换回来。

电子开关可以比如包括半导体开关元件并且特别是与电机控制设备耦接，以便由电机控制设备激活。这样驱动装置在第一状态和第二状态之间或者反过来在第二状态和第一状态之间的切换可以基于在电机控制设备中产生的信号或基于向电机控制设备输送的信号完成。

在本发明的一种有利的设计中，至少一个线圈股具有第一线圈分段和第二线圈分段，其中，第一线圈分段具有第一绕组数量(n₁)以及第二线圈分段具有第二绕组数量(n₂)，且在通过电机控制设备通电时得到与线圈分段耦接的磁场，如果第一线圈分段和第二线圈分段极性相同，则产生累加场(Summenfeld)，如果第二线圈分段具有与第一线圈分段相反的极性，则产生差场(Differenzfeld)。

同时，诱导的线圈分段的电压相加，由此在第二线圈分段极性变换时诱导的电压减小(verreingert)并且空转转速提高。显而易见，在无须变换旋转方向的情况下第二绕组数量(n₂)小于第一绕组数量(n₁)。

以这种方式可以实现两档传动装置的功能特性。

如果第一线圈分段和第二线圈分段的极性相同，得到总绕组数(n)，其等于第一绕组数量(n₁)和第二绕组数量(n₂)之和。该线圈分段的特性与具有(n)绕组的单线圈一样。

在极性变化后的状态中，与第二线圈分段耦接的电流抑制在第二线圈分段中产生的电流。与此相连的磁场和诱导的电压由此被部分抵消。因此保留起作用的绕组数量(n^*)，其相当于第一绕组数量(n₁)以及第二绕组数量(n₂)之差。

从起作用的绕组数量(n^*)和总绕组数量(n)的比例关系中可以确定系数(i)，其表示针对可通过第一线圈分段以及第二线圈分段的各设计引起的、转速的“变速”的值。

以相同的方式(即与此成反比)可以给出得到的力矩。

针对这种类型的场中和，在相同的相对负荷的情况下不仅输出的功率P2(n变大、M变小)而且欧姆损失基本上保持不变，从而可以将两个状态下的电机的热设计考虑成相同的。因此明显地改善了持久运行的适宜性。

根据本发明的一种改进，第二线圈分段是极性可变换的，其中，第二线圈分段具有一定的绕组数量(n₂)，其小于第一绕组数量(n₁)。

以这种方式可以不受实际可实现的绕组数量的影响，实现第一状态和第二状态之间近似任意的“变速比”。这里一方面可以引起比如在从第一状态过渡到第二状态的过程中传动变快。同样第二状态可以表示一种基本状态，从该基本状态出发驱动装置可以被转换到第一状态中。由此除了基本状态之外还可以实现所谓的提升状态，其特征在于在减小的转速的情况下根据变速系数(i)增大的转矩。

根据该设计的一种可替换的改进，第二线圈分段是极性可变换的，其中，第二线圈分段具有一定的绕组数量(n₂)，其大于第一绕组数量(n₁)。

这样可以无需很大程度上提高的设计耗费就可以实现驱动装置的旋转方向的变换。以这种方式可以实现倒档。

特别优选的是，从在第一状态中产生的磁场的第一方向出发(在第一状态中线圈股的所有线圈分段都是极性相同的)要么第一线圈分段、第二线圈分段，要么两个线圈分段相对于该起始状态是极性可变换的。

通过该措施可以实现总共四个档位，即两个前进档和两个倒档。显而易见，第一线圈分段和第二线圈分段相互之间应具有至少以极小的值相互不同的绕组数量。

根据本发明的另一种设计，差场和诱导的反电压相对于累加场基本上以系数 $(i=\frac{n_1+n_2}{n_1-n_2})$ 减小。

这样可以简单地通过线圈分段的设计实现所需的“变速比”。除了极性变换之外，为了将驱动装置从第一状态转换到第二状态无需在电机控制设备方面的任何其它措施。

根据本发明的另一种观点，将电机设计成永久激励的可电子换向的电机。

此类电机，也被称作EC电机，具有不同的优点、比如无磨损、较高的功率特性以及动力学特性。其特别适合于应用在能够借助于直流电源实现的能量供给的情况中。

可替换的是，永久激励的可电子换向的电机同样可以借助于整流器在交流电网上运行。

EC电机原则上具有永久激励的旋转部分，其可以被设计成内部转动部分，比如转子，或设计成外部转动部分。

为永久激励部分配设定子，其可以具有激励绕组结构，即大量线圈股，以及比如金属板组。

此类驱动装置无需刷接触，因此除了电机支承方面的磨损之外，不会带来实质性的机械磨损。因此该驱动装置特别适合于持久应用。

EC电机可以比如通过电机控制设备正弦换向或矩形换向。此外可以采用脉宽调制(PWM控制)。

特别是脉宽调制的信号可以在恒定的源电压的情况下通过激励电压的时间周期一方面产生一种电压信号，其中间值低于源电压，以及另一方面接近某种电压曲线、比如类似正弦的曲线。

这样除了可以通过有目的性地由线圈股的线圈分段的极性变换实现的第一状态和第二状态之外，还可以实现其它的运行状态。如果激励电压的实际水平位于源电压的起始水平以下，则电机的瞬时转速-转矩-特征曲线会转移到更高的转速。

该措施的优点在于，除了通过极性转换可实现的两个“固定不变”的状态之外，还可以特别精细地调节或操控其它状态。

此外优选的是，在每个线圈股中设置两个或更多的线圈分段，它们是选择性极性可变换的。

以这种方式也可以实现驱动装置的特性的更精细的逐级变化。

如果设置三个线圈分段，其中两个线圈分段单独地或共同地相对于起始状态是极性可变换的，这样可以不受已有的绕组数量(n₁、n₂、n₃)的影响同样实现总共至少四个状态，这四个状态对应于四个转速-转矩-特征曲线，它们具有相互不同的陡度。

如果额外的还有剩余的第三线圈分段是选择性极性可变换的，则可以实现总体上更多的档位，必要时也具有旋转方向改变。

可替换的是，代替线圈股的一个线圈分段的极性变换，采取从该线圈分段到另一个具有与该线圈分段相反的极性的线圈分段、场削弱分段的切换。

以这种方式也可以使驱动装置在第一状态中以及在第二状态中运行。

特别优选的是，驱动装置在电动工具、特别是手持电动工具中应用，该电动工具能够与工具主轴耦接用于驱动工具。

电动工具可以比如是用于螺栓旋入、钻孔、锯齿、切割、研磨或抛光的工具。

此类电动工具用于不同的目的，因此常常希望比如通过改变从动力矩或从动转速影响工具的从动运动。

这种改变可以比如通过机械传动装置实现。其可以具有大量的档位，它们一方面可以影响从动转速或从动力矩，另一方面也可以影响旋转方向。此外，在机械传动装置中、特别是在齿轮传动装置中，每个变速级总体上对应一个恒定的变速比(i)。

根据本发明此类特性也可以直接在驱动时实现从而可以代替此类传动装置或补充扩展的功能特性。

本发明的特别的优点在于，可以在负载下实现切换。此时机械的驱动线路保持不变。切换点的位置可以自由选择。与此相反，在机械传动装置情况下通常必须在静止状态下实现切换。此外必须机械地移动切换元件。

因此根据本发明的可切换的电动工具可以特别轻地以及简单地构建，同时还覆盖了较宽的应用领域。

根据本发明的另一个观点，在电动工具中设置至少一个极性变换开关，其与电机控制设备耦接，用以不受电动工具的运行状态的影响实现线圈股的至少一个线圈分段的选择性的切换。

此外电机控制设备可以设计用于探测运行状态值或评价向其输送的运行状态值，用以不受其影响导入极性变换。

如果确定了由于较高的相对负荷导致了转速暴跌，则可以比如将线圈股的与该线圈股的其余线圈分段具有相反极性的线圈分段进行极性变换，用以返回到第一状态，其中，可以实现原则上更高的从动力矩。

反之，如果确定了仅施加了极小的相对负荷，则可以将驱动装置从第一状态转换到第二状态中，其中，线圈股的至少一个线圈分段相对于其余的线圈分段被变换了极性。以这种方式可以在螺丝刀中实现快速档。

这样可以总体上提高电动工具的功率特性，该电动工具可以灵活使用。

根据本发明的另一种设计，该至少一个极性变换开关与选择开关耦接用于选择性地对线圈股的至少一个线圈分段的极性进行变换。

选择开关可以在任意的位置上，比如设置在电动工具的壳体上。

这样操作者可以如其在机械传动装置中通常那样，手动地选择所需的“档位”。此外，在第一状态、第二状态中的驱动装置的特征曲线不同，以及在极性变换之后的可察觉到的区别与机械的换挡传动装置没有实质的不同。

如果设置成将该至少一个极性变换开关实施为机械的或基本上电子机械的，则其可以直接通过选择开关来体现(大致与点火锁的不同的档位类似)。

相反，如果将该至少一个极性变换开关设计成电的或电子的开关，则可以将选择开关为了其操控与电机控制设备耦接。

根据本发明的另一个观点，设置用于减小或增大从动力矩或从动转速的传动装置以及设置控制装置，所述控制装置设置用于探测至少一个代表运行状态的特征值，其中，优选将控制装置配设给电机控制设备或与其耦接。

此外，传动装置可以具有恒定的变速比或设计成具有大量档位的换挡传动装置。

这样除了通过传动装置引起的变速比之外可以通过驱动装置实现另一个逐级变化，从而使电动工具可以以更高的程度与特定的应用情况相适应。

根据本发明的另一种设计，电动工具具有用于提供电能的能量供给装置，其优选可与直流电源耦接、更优选可与蓄能器耦接。

特别是在独立于电网的、优选便携式电动工具中，可以在无需较大的附加重量的情况下实现转数-转矩-特征曲线的变化，其有助于改善电动工具的功率特性。

在具有永久激励的可电子换向的电动机的电动工具中(电动机的电机控制设备与直流电源耦接)，根据本发明的驱动装置可以特别简单地在极小数量的额外需要的构件的情况下进行转换。

总的来说利用本发明提供了一种新式的驱动装置，其特别适用于电动工具并且可以以较高的程度仿制“传动装置功能特性”。这在特别小的附加耗费的情况下实现并且无需较大的附加结构空间。

传动装置功能特性的仿制在较高的效率的情况下，特别是在避免驱动装置的可能的促使磨损的状态下，特别是鉴于热负荷来完成。

根据本发明的驱动装置原则上也可以应用于电动机械，比如在发电机应用中。

显而易见，前述的以及下面还将阐述的特征不仅可以在给出的组合中应用，也可以在其它的组合中或单独应用，不会脱离本发明的范畴。

附图说明

下面参照附图从多个优选的实施例的描述中阐述本发明的其它特征和优点。其中：

图1为具有根据本发明的驱动装置的电动工具的示意图；

图2为不同的驱动装置的理想化的转速-转矩-特征曲线；

图2a为基于热负荷的根据图2的转速-转矩-特征曲线的比较；

图3为在第一状态中的根据图1的驱动装置的简化示意电路图；

图4为在第二状态中的根据图1的驱动装置的简化示意电路图；

图5为用于应用在比如根据图1的驱动装置中的线圈股的线圈分段不同的示例性组合。

具体实施方式

图1展示了一种电动工具的简化示意图，其总体上以10表示。

该电动工具10示例性地表示为用于钻孔或拧螺栓的工具。显而易见，其也可以比如是用于冲击钻孔、冲击螺栓拧入、锯、锤、切割、研磨或抛光的工具。

从动运动根据应用目的可以设计成线性的、回转的、断断续续的或振荡的。所示出的电动工具10具有壳体12，其包括手柄区域14，操作者可以在手柄区域抓握和操作电动工具10。

在壳体12内或在壳体12上设置驱动装置16，其具有电机18和电机控制设备20。电机18用于驱动电机轴22，电机轴22与工具主轴23耦接，工具主轴23与工具24(仅断开地示出)配合。

工具24通过工具容纳部分26、比如卡盘固定在工具主轴23上。

在工具主轴23和电机轴22之间可以设置联轴器28或传动装置30。传动装置30可以比如实施为齿轮传动装置并且具有恒定的传动比或多个可切换的传动档。联轴器28可以比如设计成滑动联轴器或离合器并且用于过载保护或在空转功能特性的范畴中将工具主轴23从电机轴22上分开。此外联轴器28比如可以具有停止功能，即可相对于壳体12固定，以便能够简单地更换工具等等。

电机18优选设计成永久激励的可电子换向的电动机，也称为EC电机。此外电机控制设备20实现了操控电机18以产生旋转磁场。为此将电机控制设备20通过激励导线32、34、36与电机18耦接。

电机控制设备20还可通过供给导线38、40与能量供给装置42耦接，能量供给装置42在图1中示例性地具有蓄能器44。

蓄能器44用作直流电源，源电压由电机控制设备20转换成激励电压，激励电压通过激励导线32、34、36向电机18加载。此外每个激励导线32、34、36可以对应一个相位U、V、W。

可替换的是，电动工具10也可以与固定的电压源连接、比如电网。为了将交流电压转换成直流电压可以设置整流器结构。

在图1中电机控制设备20还示例性地与传感器46、50耦接，此外实现通过传感器导线48a、48b或52a、52b的信号传递。传感器46、50可以设计成，探测用于描述电动工具10的运行状态的运行状态值并且传递到电机控制设备20或设置在其上的或与其耦接的控制装置102(参见图3)。

需探测的运行状态值原则上可以是比如驱动装置上的或从动装置上的转速或转矩、开关的开关状态、比如传动装置30或蓄能器44的温度，或者是体现出施加在激励导线32、34、36上的电压或流经激励导线32、34、36的电流的一个值。

传感器46可以比如设计用于探测联轴器28的离合状态。可替换的是，传感器46设计用于比如作为磨损指示器或负载指示器探测联轴器28的温度。

传感器50同样可以设计用于探测传动装置30的换档状态、比如瞬时选择的换档状态或代表瞬时负荷的温度。

在电动工具10的手柄区域14中还设置操作开关54，操作者可以通过操作开关54可选地将电动工具10激活或禁用。操作开关54同样与电机控制设备20耦接。

此外在电动工具10的壳体12上还设置选择开关56，其通过选择开关导线60a、60b与电机控制设备20耦接。如通过以58表示的箭头所示，选择开关56可以在第一位置和第二位置之间来回切换。操作者可以通过选择开关56将电动工具10的驱动装置16比如在具有第一转速-转矩-特征曲线的第一位置和具有第二转速-转矩-特征曲线的第二位置之间切换，参见图3。

下面借助于图2至4详细说明根据本发明的驱动装置16的功能。

图3和4展示了比如用于应用在根据图1的电动工具10中的驱动装置16的简化示意电路图。

在图2中举例示出了电动机的转速-转矩-特征曲线。以纵坐标70表示转速n。而横坐标示出了针对转矩M的值。

以74、76、80理想化表示不同的转速-转矩-曲线变化。转速-转矩-特征曲线74比如表示典型的EC电机的n(M)曲线变化。根据本发明的驱动装置不仅可以在比如具有转速-转矩-特征曲线74的第一状态中运行，也可以在比如具有转速-转矩-特征曲线80的第二状态中运行。此外实现了类似换档传动装置(Schaltgetriebe)的功能特性。

在第一状态中特征曲线74通过保持力矩80和空转转速82表征。相反，驱动装置16可以在第二状态中作为具有变速系数i＝2的变速传动装置接入。体现出第二状态的特征曲线80通过空转转速86以及保持力矩84表征。此外，显而易见，在所选择的例子中在第二状态中的该示例中的空转转速86大致为在第一状态中的空转转速82的两倍。与此相反，在第二状态中的保持力矩84大致为在第一状态中的保持力矩80的一半。理想化的看法在于，保持距离80和保持力矩84的商与空转转速82和空转转速86的商成反比。

利用附图标记85给出了两个特征曲线74、80的交点。在该点上实现了在两个特征曲线之间的切换，因此这对于使用者而言完全不被察觉。从这里出发可以继续行驶到特征曲线74或80上。

为了比较，以76表示另一个转速-转矩-特征曲线，其根据DE102007040725A1的现有技术可从通过特征曲线74表征的第一状态出发来实现。

此外从特征曲线74到特征曲线76的过渡比如通过切断分线圈实现。得到的特征曲线76(如特征曲线80一样)无法在维持各商的反比的情况下从空转转速和保持力矩中导出。

根据特征曲线76的运行原则上可以导致驱动装置的单个区域的过载。反过来驱动装置16至特征曲线76上的设计导致提高的设计耗费，驱动装置针对大致沿特征曲线74的运行明显尺寸过大。

下面借助于图2a详细说明。图2a展示了根据图2的特征曲线74和80(它们根据本发明可通过切换实现)，以及与根据现有技术的特征曲线76(其可通过切断分线圈实现)比较。示例性的在80％的相对负荷下的输出功率，积nxM，针对特征曲线74通过第一阴影区87示出。其与针对通过切换根据本发明所获得的特征曲线80在80％的相对负荷下的输出功率一致，参见第二阴影区88。在不考虑铁损失和摩擦损失、即仅考虑铜损失(欧姆损失)的情况下在根据本发明的电机中输入电机中的热量不因为切换而改变，只要相对负荷保持不变。

与此相反，针对根据现有技术的特征曲线76得到双倍的功率，参见点划线勾勒的区域。这伴随着热负荷的翻倍，这是因为电流上升到双倍的值。结果导致根据现有技术的电机必须可通过切断分线圈被切换到特征曲线76，设计用于双倍的热负荷，这意味着相应的重量和尺寸的增大。显而易见，根据现有技术的切换，比如从DE102007040725A1中公知的那样，是不利的。

下面借助于图3阐述根据本发明的驱动装置16的示意图。

驱动装置16主要具有电机部分、即电机18以及控制部分、即电机控制设备20。

为电机18配设转子90，其在示例中具有两个极性对92a、92b。显而易见，转子90同样可以仅具有比如一个极性对或者也可以具有大量极性对。转子90通过相应的磁性材料永久磁化。

为了操控电机16，需要探测转子90相对于定子104(在图4中示意性示出)的位置或定位。这可以比如通过位置传感器94a、94b完成，它们可以比如设计成霍尔传感器。这里示出了两个位置传感器94a、94b，原则上也可以设置一个位置传感器94或大量位置传感器94。位置传感器94a、94b通过传感器导线96a、96b与位置探测装置98连接。

位置传感器94a、94b可以设计用于探测回转的转子90或与转子共同回转的传感器圆盘(未示出)的磁场并且向位置探测装置98输送信号用于评价。

可替换的是，转子90的位置的探测也可以无传感器地实现，比如通过探测和评价在定子104的刚好未通电的线圈股中诱导的电压。

位置探测装置98通过导线100a、100b与控制装置102耦接，但同样也可以与控制装置102共同集成为电机控制设备20的一部分。

控制装置102可以包括处理器或逻辑单元，用以操控大量线圈股106a、106b、106c以产生激励场。

线圈股106a、106b、106c配设给定子104，除此之外定子还可以具有金属板组(未示出)。

这里线圈股106a、106b、106c比如通过星形点108相互电路连接。可替换的是可以很容易考虑线圈股106a、106b、106c的三角形电路连接。

根据本发明线圈股106a、106b、106c具有大量线圈分段110a、112a、110b、112b、110c、112c，其中至少一个线圈分段112a、112b、112c相对于其余的线圈分段110a、110b、110c是极性可变换的。

显而易见，在图3和4中所示的线圈分段110、112的示图仅是象征性的。特别是可以假设，线圈110的绕组数量与线圈112的绕组数量不同。

线圈股106a、106b、106c可由电机控制设备20通过激励导线32、34、36操控。此外线圈股106a代表相位U，线圈股106b代表相位V以及线圈股106c代表相位W。

显而易见，电机18代替通过三相交变场原则上也可以通过具有更多或更少相位的交变场操控。此外也可以设置多于或少于三个线圈股，它们也可以部分地由并联的分股形成。

电机控制设备20还具有一定数量的开关元件116a、116b、116c、116d、116e、116f，它们可由控制单元102通过开关导线118a、118b、118c、118d、118e、118f操控以将施加在能量供给装置42上的直流电压传递到激励旋转场中。

开关元件116可以离散地或集成地实施为电子开关元件。其可以比如是晶体管、特别是场效应晶体管。此外可以为晶体管配设截止二极管，用以中断回流或旁通流。

还可以为电机控制设备20配设衰减元件120、比如电容器，用于衰减信号或平滑信号。

借助于相位W举例说明第二线圈分段112c的极性变换。

根据图3中的示图，可通过激励导线36操控的线圈股106c具有第一线圈分段110c以及第二线圈分段112c。线圈分段110c和112c是同向定向的，从而在这两个线圈分段中操控时获得同样相同定向的磁场，该磁场总体上补充成累加场。为了第二线圈分段112c的极性变换，设置极性变换开关126a、126b。它们可以如通过以130表示的箭头所示以如下方式连接，即第二线圈分段112c相对于第一线圈分段110c位于极性变换后的定向中，参见图4。

在该极性变换后的位置中、即第二状态中，在线圈分段110c、112c中激励时产生的磁场相互反向并且至少在值上抵消。剩余的、削弱的场可以有助于赋予驱动装置16代表第二状态的特性、比如根据图2中的特征曲线80。

示例中极性变换开关126a通过控制导线128a以及极性变换开关126b通过控制导线128b与控制装置102耦接，以便由控制装置可选地操控。控制装置102可以比如按照由传感器46、50提供的信号的评价将驱动装置16可选地从第一状态转换到第二状态中。

在其余的线圈股106a、106b中同样设置极性变换开关122a、122b、124a、124b，为了概览起见未示出它们与控制装置102的连接。

在将驱动装置16从比如根据图3的第一状态转换到比如根据图4的第二状态之后，得到了比如类似与常见的传动装置耦接的驱动装置的特性，其中，档位被更换。

由于在线圈股106a、106b、106c中的线圈分段112a、112b、112c的极性变换比如相比于机械传动装置的换档完全或近似完全无需机械干预地实现，该过程也可以在比如回转的转子90的运行中实现。极性变换同样也可以在静止状态中完成，此外可以避免特别是与机械换档传动装置相关联的缺点，比如阻止在换档时缩进(Einrücken)的齿对齿位置。

借助于图5a至5d阐述了线圈股的不同的可能的结构设计以及在极性变换时出现的状态。

在图5a至5d中示出了线圈股106，其比如分别具有十六个总绕组n。显而易见，在实际应用中当然可以应用其它的、更多的或更少的绕组数量。如果不需要变换旋转方向，则仅须在第一线圈分段(n₁)中维持至少为3个的最小绕组数量。

在图5a中示出了在基本状态中的线圈股106，其由仅一个线圈分段构成。线圈股106具有通过以132a表示的箭头示出的极性定向。

与此相反，另一个线圈股106d具有第一线圈分段110d和第二线圈分段112d。第一线圈分段110d比如包括十四个绕组，n₁＝14，以及第二线圈分段112d包括两个绕组，n₂＝2。在第一状态中存在两个同方向的极性定向132b、134a。在线圈股106d的操控中得到以138表示的累加场。累加场138在值上对应于在线圈股106中产生的磁场。

与此相反，在第二线圈分段112d的第二状态中具有反方向的极性定向136a。第一线圈分段132b的极性定向是不变的。此外在第二线圈分段112d中产生的磁场与在第一线圈分段110d中产生的磁场方向相反。结果得到差场(Differenzfeld)140a，对此最初的累加场138的一部分通过场抵消142a被消除。有效的绕组数量为十二个，n*＝n₁-n₂＝12。

总体上可以实现i＝1.33的场削弱或“变速

”。

在图5b中展示了线圈股106e，其中第一线圈分段110e具有十二个绕组，n₁＝12，以及第二线圈分段112d具有四个绕组，n₂＝4。在第一状态中，如果第一线圈分段110e和第二线圈分段112d具有同方向的极性定向132c、134b，则得到相对于图5a不改变的累加场138。相反在第二状态中第二线圈分段112d的反方向的极性定位136b实现了累加场138的明显削弱，从而得到差场140b，其在值上为大致累加场138的一半大小。相应地存在场抵消142b，其大致与差场140b相同。总体上可以得到i＝2的场削弱或“变速”。

在图4中首先以类似的方式展示了线圈股106f，其中第一线圈分段110f包括十个绕组，n₂＝10，以及第二线圈分段112f包括六个绕组，n₂＝6。已公知的方式得到了明显减少的差场140c。得到的场抵消142c的值相应地增大到i＝4。

可替换的是，在图5c中示出，如何借助于线圈股106g实现这种状态，该线圈股除了具有第一线圈分段110g之外还具有第二线圈分段112g和第三线圈分段114。第一线圈分段110g具有极性定向132e。线圈分段112g和114具有方向相反的极性定向136d、136e，它们最终导致相应于极性定向136c的场削弱。所得到的差场140d对应于差场140c。

显而易见，比如通过仅第二线圈分段112g或第三线圈分段114的可选的极性变换能够实现场削弱的其它表现形式。以这种方式可以实现驱动装置16的其它运行状态。

最后图5d展示了线圈股106h，其中，第一线圈分段110h包括九个绕组，n₁＝9，以及第二线圈分段112h包括七个绕组，n₂＝7。由此在第二线圈分段112h极性变换后得到明显减小的剩余的差场140e。在该例子中场削弱或“变速”增大到i＝8。

显而易见，如果第二线圈分段的绕组数量超过第一线圈分段的绕组数量，则通过进一步减少第一线圈分段的绕组数量或通过进一步提高第二线圈分段的绕组数量实现了运动逆转。

在本发明的范畴中提出了一种驱动装置，其特别适用于电动工具并且在极小的设计耗费和简单的构造下实现了驱动装置的运行特性的有效改变且特别是可以实现类似换档传动装置的功能特性。此外可以实现大量运行状态，其中，在驱动装置中存在基本上相似的热负荷，特别是不存在热峰值负荷。

Claims (13)

1.一种电驱动装置，特别是用于电动工具(10)，具有电机(18)以及用于操控电机(18)的电机控制设备(20)，其中，电机(18)具有转子(90)和固定的定子(104)，定子(104)具有线圈结构，电机控制设备(20)设计用于向线圈结构通电以产生激励场，线圈结构具有大量线圈股(106)，每个线圈股(106)具有大量线圈分段(110、112、114)，其特征在于，每个线圈股(106)的大量线圈分段(110、112、114)的至少一个线圈分段(112、114)相对于线圈股(106)的其余线圈分段(110)能够选择性地变换极性。

2.根据权利要求1所述的驱动装置(16)，其特征在于，所述电机控制设备(20)设计用于利用第一转速-转矩-特征曲线以及利用具有与第一转速-转矩-特征曲线不同陡度的第二转速-转矩-特征曲线运行电机(18)，其中，优选在相同的相对负荷的情况下功率输出基本上是不变的。

3.根据权利要求1或2所述的驱动装置(16)，其特征在于，设置至少一个极性变换开关(124、126)，其设计用于将线圈股(106)的大量线圈分段(110、112、114)在第一状态和第二状态之间切换，其中，在第一状态中线圈股(106)的所有线圈分段(110、112、114)具有相同的极性，在第二状态中线圈股(106)的大量线圈分段(110、112、114)的至少一个线圈分段(112、114)具有与线圈股(106)的其余线圈分段(110)相反的极性。

4.根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置(16)，其特征在于，至少一个线圈股(106)具有第一线圈分段(110)和至少一个第二线圈分段(112)，第一线圈分段(110)具有第一绕组数量(n₁)以及第二线圈分段(112)具有第二绕组数量(n₂)，在通过电机控制设备(20)通电时得到与线圈分段(110、112)耦接的磁场，如果第一线圈分段(110)和第二线圈分段(112)极性相同，则所述磁场产生累加场(138)，如果第二线圈分段(112)具有与第一线圈分段(110)相反的极性，则所述磁场产生差场(140)。

5.根据权利要求4所述的驱动装置(16)，其特征在于，第二线圈分段(112)是能够变换极性的，第二线圈分段(112)具有第二绕组数量(n₂)，其小于第一绕组数量(n₁)。

6.根据权利要求4所述的驱动装置(16)，其特征在于，第二线圈分段(112)是能够变换极性的，第二线圈分段(112)具有第二绕组数量(n₂)，其大于第一绕组数量(n₁)。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的驱动装置(16)，其特征在于，所述差场(140)相对于累加场(138)，以及对应的感应电压基本上以系数(i＝n₁+n₂/n₁-n₂)削弱。

8.根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置(16)，其特征在于，所述电机(18)被设计成永久激励的能够电子换向的电机。

9.一种电动工具，其特征在于，具有按照前述权利要求中任一项所述的驱动装置(16)，所述驱动装置能够与工具主轴(23)耦接用于驱动工具(24)。

10.根据权利要求9所述的电动工具(10)，其特征在于，设置至少一个极性变换开关(124、126)，其与电机控制设备(20)耦接，用以不受电动工具(10)的运行状态的影响选择性地实现线圈股(106)的至少一个线圈分段(112)的极性变换。

11.根据权利要求9或10所述的电动工具(10)，其特征在于，至少一个极性变换开关(124、126)与选择开关(56)耦接用于线圈股(106)的至少一个线圈分段(112)的选择性的极性变换。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的电动工具(10)，其特征在于，设置有用于变小或变大从动力矩或从动转速的传动装置(30)，还设置有控制装置(102)，其设计用于探测至少一个代表运行状态的特征值，其中，优选将控制装置(102)配设给电机控制设备(20)或与电机控制设备(20)耦接。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的电动工具(10)，其特征在于，设置有用于提供电能的能量供给装置(42)，其优选能够与直流电源、更优选与蓄能器(44)耦接。

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