DE29507982U1

DE29507982U1 - Elektrogerät

Info

Publication number: DE29507982U1
Application number: DE29507982U
Authority: DE
Original assignee: Moser Kuno GmbH
Current assignee: Wahl GmbH
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2005-05-16

Description

PATENT- UND RECHTSANWALTSSOZIETÄT * 'Patentanwalt Dipl.-Ing. H. Schmitt

SCHMITT, MAUCHER & BÖRJES ^Ef^

Aktenz.: 295 07 982.7

Kuno Moser GmbH Fabrik für Feinmechanik und Elektrotechnik Roggenbachweg 9 78089 Unterkirnach

Dreikönigstr. 13 D-79102 Freiburg L Br.

Telefon (0761) 706773 Telefax (0761) 706776 Telex 7 72 815 SMPAT D

11. August 1995 Bj/ag/ec

Elektrogerät

Die Erfindung bezieht sich auf Elektrogerät, insbesondere einen Rasierapparat, eine Haarschneidemaschine oder dergleichen elektrisches Handgerät, mit einem Elektromotor zum Antreiben eines Arbeitskopfes und mit einer elektronischen Spannungsversorgung für den Elektromotor.

Elektrogeräte der eingangs genannten Art sind insbesondere wegen ihrer einfachen und bequemen Handhabung beispielsweise als Rasierapparate und als Haarschneidemaschinen weit verbreitet· Obwohl sich diese Elektrogeräte in vielerlei Hinsicht bewährt haben, weisen sie auch noch Nachteile auf. Ein Nachteil besteht beispielsweise darin, daß die Drehzahl des Elektromotors bei zunehmender Belastung abnimmt, so daß der Benutzer des Elektrogerätes einerseits dazu veranlaßt wird beispielsweise bei einer Haarschneidemaschine die Vorschubgeschwindigkeit des Arbeitskopf es entsprechend zu reduzieren, und bei dem Benutzer aber andererseits aber auch der Eindruck erweckt wird, der Motor des Elektrogerätes sei nur schwach dimensioniert und verfüge nicht über ausreichende Leistungsreserven.

Man kennt zwar auch bereits Elektrogeräte, die über eine

Drehzahlregelung verfügen, die ein Abfallen der Drehzahl bzw. der Arbeitsgeschwindigkeit des Elektromotors bei Belastungszunahme verhindert, jedoch haben diese Elektrogeräte insbesondere im Leerlauf noch ein vergleichsweise lautes Laufgeräusch. Außerdem weisen die vorbekannten Elektrogeräte im Leerlauf noch einen relativ hohen Stromverbrauch auf, was besonders bei akku- oder batteriebetriebenen Elektrogeräten als nachteilig empfunden wird.

Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Elektrogerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Abfallen der Drehzahl bzw. der Arbeitsgeschwindigkeit des Elektromotors bei Belastungszunähme vermieden ist und bei dem dennoch das Laufgeräusch und der Energieverbrauch reduziert sind.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das Elektrogerät eine Meßvorrichtung zur Messung der Antriebsbelastung des Elektromotors aufweist und daß die Meßvorrichtung zum Verringern der Drehzahl oder der Arbeitsgeschwindigkeit des Elektromotors bei geringer Belastung des Elektromotors mit der Spannungsversorgung derart gekoppelt ist, daß die Motorspannung bei einer Antriebsbelastung, die geringer ist als eine vorgegebene oder vorgebbare Nennbelastung des Elektromotors, gegenüber der Motorspannung bei Nennbelastung reduziert ist.

Der Elektromotor wird also im Leerlauf mit einer reduzierten Betriebsspannung betrieben, so daß sich eine entpsrechend niedrige Leerlaufdrehzahl ergibt, die einen besonders leisen und vibrationsarmen Motorlauf ermöglicht. Sobald der Elektromotor mit einem gegenüber dem Leerlauf erhöhten Drehmoment oder mit einer 0 entsprechenden Antriebsbelastung beaufschlagt wird, detektiert die Meßvorrichtung diese Belastung und steuert die Spannungsversorgung so, daß diese eine erhöhte Betriebsspannung an den Elektromotor ausgibt. Die Motordrehzahl bzw. die Arbeitsgeschwindigkeit und auch der Energieverbrauch des Elektromotors

werden dadurch entsprechend vermindert. Dabei kann die erhöhte Motor-Betriebsspannung auf die zulässige Maximalleistung des Elektromotors bzw. der Stromversorgung abgestimmt sein, so daß bei Bedarf die volle Motorleistung zur Verfügung gestellt werden kann. Das Elektrogerät weist also eine geräusch- und vibrationsmäßig angenehme, niedrige Leerlaufdrehzahl auf, ohne daß es beispielsweise bei einer Haarschneidemaschine oder bei einem Rasierapparat im Bedarfsfall an einer entsprechenden Schneidleistung fehlt. Vielmehr wird durch die überproportionale Bereit-Stellung von Antriebsengergie bei erhöhter Belastung das Schneidergebnis verbessert und die Bearbeitungszeit entsprechend

fß verkürzt. Hinzu kommt der subjektive Eindruck, es handle sich um ein besonders kräftiges Gerät, das genügend Reserven hat, um bei Belastung zu beschleunigen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Meßvorrichtung zur Messung des Motorstromes ausgebildet ist und daß die Spannungsversorgung eine stromgesteuerte Spannungsquelle ist. Die Spannungsquelle ist also mittels der Meßvorrichtung laststromabhängig gesteuert und stellt somit jeweils die für die entsprechende Motorbelastung vorgesehene Motorbetriebsspannung bereit. Die Meßvorrichtung kann besonders einfach mittels eines in den Motorstromkreis geschalteten Shunts aufgebaut sein.

Vorteilhaft ist, wenn die Strom-Spannungskennlinie der Spannungsversorgung zumindest in einem für den Elektromotor vorgesehenen Betriebsbereich stetig und insbesondere im wesentlichen linear verläuft. Dadurch ergibt sich ein kontinuierlicher Verlauf der Strom-Spannungs-Kennlinie, bei dem der Motor bei Belastungszunähme 0 gleichmäßig und proportional zur Belastungsänderung beschleunigt.

Bei einem Elektrogerät der eingangs genannten Art kann die vorstehend genannte Aufgabe auch dadurch gelöst werden, daß das Elektrogerät eine Meßvorrichtung zur Messung der Antriebsbelastung 5 des Elektromotors sowie eine Pulsweiten-Modulationsvorrichtung

1 SI IS ^::-

IS

mit einem in den Motorstromkreis geschalteten Schaltelement aufweist und daß die Meßvorrichtung zum Vermindern der Motordrehzahl bei geringer Belastung des Elektromotors mit der Pulsweiten-Modulationsvorrichtung derart gekoppelt ist, daß die Pulsweite des Motorstromes bei einer Antriebsbelastung, die geringer ist als eine vorgegebene oder vorgebbare Nennbelastung, gegenüber der Pulsweite bei Nennbelastung reduziert ist.

Der Elektromotor wird also im Leerlauf mit vermindertem Tastverhältnis betrieben, so daß sich eine entsprechend geringe Leerlaufdrehzahl ergibt, die im Leerlauf ein vibrationsarmes, leises und energiesparendes Elektrogerät ermöglicht. Bei Belastung wird das Tastverhältnis überproportional zur Last vergrößert, so daß der Elektromotor trotz der Beiastungserhöhung beschleunigt und das Elektrogerät somit eine entsprechend hohe Schneid- oder Arbeitsleistung zur Verfügung stellt. Bei einem Rasierapparat wird dadurch das Schneidergebnis verbessert und die erforderliche Bearbeitungszeit verkürzt. Hinzu kommt der subjektive Eindruck eines besonders kräftigen Elektrogeräts. Die Pulsweiten-Modulationsvorrichtung eignet sich besonders für batterie- oder akkubetriebene Elektrogeräte. Dabei wird als Schaltelement ein verlustarmer Transistor bevorzugt, da dieser ein besonders verlustarmer Modulation des von der Spannungsquelle für den Elektromotor bereit gestellten Betriebsstromes ermöglicht.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Meßvorrichtung zur Glättung des Meßsignales einen Tiefpaßfilter, insbesondere ein RC-Glied aufweist. Der Elektormotor läuft dadurch bei häufig wechselnder Antriebsbelastung gleichmäßiger.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Spannungsversorgung eine Strombegrenzung für den Motorstrom aufweist. Der Antriebsmotor und die Spannungsquelle werden dadurch bei zu starker Belastung des Arbeitskopfes, insbesondere bei dessen Anhalten oder 5 Blockieren, vor Überhitzung geschützt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Spannungsversorgung zur Regelung der Motorspannung einen Spannungsregler mit einer Spannungs-Meßvorrichtung für die Motorspannung aufweist, daß die Spannungs-Meßvorrichtung mit einer Vergleiseinrichtung zum Vergleichen eines mit der Spannungs-Meßvorrichtung ermittelten Spannungsmeßwertes mit einem vorgegebenen Spannungssollwert verbunden ist, und daß ein weiterer, zur Messung des Motorstroms vorgesehener Meßpfad mit der Vergleichseinrichtung verbunden ist. Das Elektrogerät weist also eine geregelte Spannungsversorgung auf, so daß die Motorspannung unabhängig von der Eingangs spannung des Spannungsreglers auf den für den jeweiligen Motorstrom vorgesehenen Wert eingestellt werden kann. Dabei wird der Motorstrom-Meßwert vor dem Vergleichen mit dem Sollwert zu dem Spannungs-Meßwert addiert, so daß sich praktisch eine vom Motorstromabhängige Sollwert-Korrektur ergibt, die bei ansteigender Belastung eine Erhöhung der Motordrehzahl bewirkt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Spannungsversorgung ein geregeltes Schaltnetzteil ist. Das Elektrogerät kann dann mit Netzspannung aus dem Energieversorgungsnetz betrieben werden, wobei das Schaltnetzteil eine besonders verlustarme Transformation der Netzspannung in die im Vergleich dazu kleinere Betriebsspannung des Elektromotors ermöglicht. Dabei paßt sich die Regelung des Schaltnetzteiles automatisch an die Höhe und die Frequenz der Netzspannung an, so daß das Elektrogerät an unterschiedlichen Energieversorgungsnetzen betrieben werden kann, ohne daß dazu eine Umstellung des Elektrogerätes erforderlich ist.

0 Bei dem vorliegenden Erfindungsgegenstand wird die Drehzahl oder die Arbeitsgeschwindigkeit des Elektromotors bei abnehmender Antriebsbelastung vermindert und bei zunehmender Antriebsbelastung erhöht. Die Motordrehzahl oder die Arbeitsgeschwindigkeit ist dadurch im Leerlauf oder bei geringer Belastung des Elektromotors 5 reduziert, so daß sowohl der Energieverbrauch, als auch das

: ü" f

Laufgeräusch des Elektrogerätes entsprechend verringert ist. Das Verfahren kann sowohl bei Motoren, die einen Rotor aufweisen, als auch bei Schwingankermotoren angwendet werden. Entsprechend kann auch bei der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8 entweder ein Schwingankermotor oder ein Elektromotor mit einem Rotor vorgesehen sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zum Verändern der Drehzahl oder der Arbeitsgeschwindigkeit des Elektromotors die Höhe und/oder die Frequenz der Betriebsspannung des Elektromotors verändert wird.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen

Elektrogeräts,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Elektrogerätes, Fig. 3 ein gegenüber Figur 2 abgewandeltes Blockschaltbild,

Fig. 4 eine Strom-Spannungs-Kennlinie am Motor des Elektrogerätes und

Fig. 5 ein Schaltbild des Elektrogerätes.

Ein im Ausführungsbeispiel als Rasierapparat ausgebildetes Elektrogerät 1 weist einen Elektromotor 2 zum Antreiben eines Arbeitskopfes 3 auf. Dieser Elektromotor 2 ist, wie in Figur 1 0 schematisch angedeutet, an eine Spannungsversorgung 4 angeschlossen, die bei Netzbetrieb als geregeltes Schaltnetzteil ausgeführt ist und die zugeführte Netzspannung auf die Betriebsspannung des Elektromotors 2 herabsetzt. Der Motorstrom ist über einen Meß-Shunt 19 geführt und die daran abfallende, strompropor-(Es folgt unverändert die ursprüngliche Beschreibung ab S. 7).

tionale Spannung wird zur Veränderung der Motor-Betriebsspannung verwendet, wobei erfindungsgemäß mit zunehmender Belastung die Betriebsspannung - ausgehend von einer reduzierten Leerlaufbetriebsspannung - erhöht wird, wie dies nachstehend noch näher beschrieben ist.

Die Figuren 2 und 3 zeigen Blockschaltbilder eines Elektrogerätes 1, dessen Elektromotor 2 aus einer Batterie 35 gespeist wird, wobei sich im Motorstromkreis ein Stellglied 6 und der Meß-Shunt 19 befinden. Die dem Motorstrom proportionale, am Meß-Shunt 19 abfallende Meßspannung und die am Elektromotor 2 anstehende P Spannung werden einer Meßvorrichtung 5 zugeführt. Diese ist mit einer Analog- oder Pulsweiten -Modulationsregelung 7 zur Ansteuerung des Stellgliedes 6 verbunden. Der Motor wird hierbei so gesteuert, daß mit zunehmender Belastung die Betriebsspannung, ausgehend von einer Leerlauf- Betriebsdrehzahl, erhöht wird, wie dies in dem Diagramm gemäß Figur 4 gezeigt ist. Auf der Ordinate dieses Diagrammes ist die am Elektromotor 2 anstehende Spannung U und auf der Abszisse der Laststrom I aufgetragen. Deutlich ist 0 hierbei der Spannungsanstieg zwischen dem strichliniert eingezeichneten Leerlaufarbeitspunkt A und dem Maximal- Betriebsarbeitspunkt B erkennbar, demzufolge die Drehzahl des Elektromotors 2 bei zunehmender Belastung ebenfalls zunimmt. Wird eine maximal ^ zulässige Belastung und damit der Maximal- Betriebsarbeitspunkt B überschritten, so tritt eine Leistungs-Begrenzung ein.

Figur 5 zeigt eine komplette Schaltung eines Elektrogerätes 1, insbesondere eines Rasierapparates oder einer Haarschneidemaschine, das am Netz betrieben wird und als Spannungsversorgung 4 ein Schaltnetzteil aufweist.

Zur Messung der Antriebsbelastung des Elektromotors 2 ist eine Meßvorrichtung 5 vorgesehen, die mit der Spannungsversorgung 4 in Verbindung steht. Mit Hilfe dieser Meßvorrichtung 5 wird die Drehzahl des Elektromotors 2 bei Belastung erhöht.

Die Spannungsversorgung 4 weist einen an sich bekannten Sperr-

schwinger 8 mit einem Übertrager 9 und einem Schalttransistor 10 auf. Die Primärseite 11 des Übertragers 9 ist über einen Gleichrichter 12 mit der Netzspannung verbunden.

Einer der beiden Anschlüsse C des Elektromotors 2 ist über eine Diode 13 mit der Sekundärwicklung 14 des Übertragers 9 verbunden. Der andere Anschluß D des Elektromotors 2 ist über einen Meß-Shunt 19 an das andere Spannungsversorgungspotential angeschlossen. Mit diesem Anschluß ist auch die Meßvorrichtung 5 verbunden, der als Meßsignal eine vom Motorstrom abhängige, am Meß-Shunt 19 abfallende Spannung zugeführt wird.

P Die Meßvorrichtung 5 ist mit der Spannungsversorgung 4 derart gekoppelt, daß die Motorspannung bei einer Antriebsbelastung, die geringer ist als eine vorgegebene oder vorgebbare Nennbelastung des Elektromotors 2, gegenüber der bei Nennbelastung anstehenden Motorspannung reduziert ist. Die Meßvorrichtung 5 weist im wesentlichen einen Operationsverstärker 15 auf, der als invertierender Differenzverstärker ausgelegt ist. An dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 15 liegt ein 0 Referenzpotential an, das durch eine Reihenschaltung bestehend

aus einer Zenerdiode 16, einem Widerstand 17 und einem einstellbaren Widerstand 18 bestimmt ist. Mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes 18 kann die Steilheit der Strom-Spannungs-Kennlinie ™ (Fig. 4} am Motor verändert werden.

Die an dem Meß-Shunt 19 abfallende, zu dem Motorstrom proportionale Spannung ist an den nichtinvertierenden Eingang {+) des Operationsverstärkers 15 als Regelgröße zugeführt. Somit ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 15 abhängig vom Motorstrom, so daß die Spannungsversorgung 4, die durch dieses Signal gesteuert 0 wird, eine stromgesteuerte Spannungsquelle darstellt.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 15 wird durch ein Tiefpaßfilter 20 geglättet und über einen Transistor 21 invertiert.

Als Schutzschaltung ist noch eine Strombegrenzung 22 für den 5 Motorstrom vorgesehen, um den Elektromotor 2 und die Spannungs-

Versorgung 4 bei Überlastung des Arbeitskopfes 3 zu schützen. Diese Strombegrenzung 22 weist eine Reihenschaltung aus einer Diode 23 und einem Widerstand 24 auf, die einerseits an den mit dem Anschluß D des Elektromotors 2 verbundenen Anschluß des Meß-Shuntes 19 und andererseits an den nichtinvertierenden Eingang (+) eines zu einer Vergleichseinrichtung 25 gehörenden Operationsverstärkers 2 6 angeschlossen ist. Diesem nicht invertierendem Eingang des Operationsverstärkers 2 6 wird auch das durch den Transistor 21 invertierte Ausgangssignal des Operationsverstärkers 15 der Meßvorrichtung 5 zugeführt.

Am invertierenden Eingang {-) des zur Vergleichseinrichtung 25

P gehörenden Operationsverstärkers 26 ist als Referenzspannung ein Spannungssollwert angelegt, der durch eine Reihenschaltung einer Diode 3 0 mit einem Widerstand 27 und zwei Spannungsteiler-Widerständen 28, 29 bestimmt ist.

Das Ausgangspotential des Operationsverstärkers 2 6 bildet die Vorspannung für eine in einem Stromableitpfad 31 befindliche Diode 33, die mit ihrem anderen Pol an den Steueranschluß (Basis) des Schalttransistors 10 angeschlossen ist. In dem Stromableitpfad 31 befindet sich ein Kondensator 32. Je nach dem am Ausgang des Operationsverstärkers 26 anstehenden Spannungspotential wird der Zeitpunkt beeinflußt, wo die Diode 33 leitend wird und den über ein Rück-Koppelnetzwerk 34 fließenden Steuerstrom über den

™ Steuerstromableitpfad 31 ableitet. Das Rückkoppelnetzwerk 34 ist 5 einerseits an den einen Pol der Sekundärwicklung 14 und andererseits an die Basis des Schalttransistors 10 angeschlossen.
Wie bereits vorerwähnt wird durch Veränderung des Ausgangspotentials des Operationsverstärkers 2 6 der Zeitpunkt bestimmt, bei dem der über das Rückkoppelnetzwerk 34 und die Basis des 0 Schalttransistors 10 fließende Steuerstrom über den Kondensator 32 abgeleitet wird. Ein höheres Spannungspotential bedeutet einen späteren AbschaltZeitpunkt und ein demgegenüber niedrigeres Ausgangspotential, dementsprechend ein längeres Ansteuersignal für den Schalttransistor 10.
5 Entsprechend dem Spannungs-Stromdiagramm gemäß Figur 4 wird nun

die Versorgungsspannung für den Elektromotor 2 überproportional mit zunehmender Last und dadurch ansteigendem Strom bis zu einem Grenzwert erhöht, so daß die Drehzahl des Elektromotors 2 bei zunehmender Belastung zunimmt. Wird eine maximal zulässige Belastung und damit der Maximal- Betriebsarbeitspunkt B (Fig. 4) überschritten, so tritt die vorbeschriebene Strombegrenzung 22 in Funktion.

/Ansprüche

Claims

Ansprüche

1. Elektrogerät (1), insbesondere Rasierapparat, Haarschneidemaschine oder dergleichen elektrisches Handgerät, mit einem Elektromotor (2) zum Antreiben eines Arbeitskopfes (3) und mit einer elektronischen Spannungsversorgung (4) für den Elektromotor (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrogerät (1) eine Meßvorrichtung (5) zur Messung der Antriebsbelastung des Elektromotors (2) aufweist und daß die Meßvorrichtung (5) zum Verringern der Drehzahl oder der Arbeitsgeschwindigkeit des Elektromotors (2) bei geringer Belastung des Elektromotors (2) mit der Spannungsversorgung (4) derart gekoppelt ist, daß die Motorspannung bei einer Antriebsbelastung, die geringer ist als eine vorgegebene oder vorgebbare Nennbelastung des Elektromotors (2), gegenüber der Motorspannung bei Nennbelastung reduziert ist.

2. Elektrogerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (5) zur Messung des Motorstromes ausgebildet ist und daß die Spannungsversorgung (4) eine 5 stromgesteuerte Spannungsquelle ist.

3. Elektrogerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom-Spannungs-Kennlinie der Spannungsversorgung (4) zumindest in einem für den Elektromotor {2) vorgesehenen Betriebsbereich stetig und insbesondere im wesentlichen linear verläuft.

4. Elektrogerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrogerät (1) eine Meßvorrichtung

(5) zur Messung der Antriebsbelastung des Elektromotors (2) sowie eine Pulsweiten-Modulationsvorrichtung (7) mit einem in den Motorstromkreis geschalteten Schaltelement aufweist

und daß die Meßvorrichtung (5) zum Vermindern der Motordrehzahl bei geringer Belastung des Elektromotors (2) mit der Pulsweiten-Modulationsvorrichtung (7) derart gekoppelt ist, daß die Pulsweite des Motorstromes bei einer Antriebsbelastung, die geringer ist als eine vorgegebene oder vorgebbare Nennbelastung, gegenüber der Pulsweite bei Nennbelastung reduziert ist.

5. Elektrogerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (5) zur Glättung des Meßsignales einen Tiefpaßfilter (20), insbesondere ein RC-Glied aufweist.

6. Elektrogerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung (4) eine Strombegrenzung (22) für den Motorstrom aufweist.

7. Elektrogerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung (4) zur Regelung 0 der Motorspannung einen Spannungsregler mit einer Spannungs-Meßvorrichtung für die Motorspannung aufweist, daß die Spannungs-Meßvorrichtung mit einer Vergleichseinrichtung (25) zum Vergleichen eines mit der Spannungs-Meßvorrichtung ermittelten Spannungsmeßwertes mit einem vorgegebenen SpannungsSollwert verbunden ist, und daß ein weiterer, zur Messung des Motorstroms vorgesehener Meßpfad mit der Vergleichseinrichtung (25) verbunden ist.

8. Elektrogerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

0 gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung (4) eingeregeltes Schaltnetzteil ist.

5 Patentanwalt