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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Drehzahlregelkreis für einen
Gleichstrommotor für ein
batteriebetriebenes Elektrowerkzeug.
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Beschreibung des Stands
der Technik
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In
einem aufladbaren Elektrowerkzeug ist in dem Fall, in dem die Motordrehzahl
entsprechend einem eingestellten Wählschalterwert geändert wird, ein
Drehzahlregelkreis in dem Elektrowerkzeug eingebaut. Indem man einen
bereits bestehenden IC (integrated circuit – integrierter Schaltkreis)
so weit wie möglich
nutzt, ist es möglich,
den Drehzahlregelkreis einfach herzustellen.
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Ein
IC jedoch, der nur als Drehzahlregelkreis eines Gleichstrommotors
ausgelegt ist, ist als ein IC für
einen Servomotor aufgebaut, der für die Positionsregelung verwendet
wird, der die Umdrehungsgeschwindigkeit eines Motors erfasst, um
so die Drehzahlregelung mit der Anwendung eines Kodierers oder dergleichen
auszuführen.
Aus diesem Grund weist der IC in dem Fall, in dem der zuvor erwähnte IC
auf ein Elektrowerkzeug angewandt wird, der die Umdrehungszahl grob
erhöht
oder vermindert, viele Funktionen auf, die nicht genutzt werden,
wobei es daher sehr kostspielig ist, den zuvor erwähnten IC auf
ein Elektrowerkzeug anzuwenden. Damit ist der Drehzahlregelkreis
des Elektrowerkzeugs in einer Weise aufgebaut, die mehrere allgemeine
ICs einschließlich
eines Funktionsverstärkers
oder dergleichen kombiniert, wobei es infolgedessen unmöglich ist,
den Drehzahlregelkreis eines Elektrowerkzeug kostengünstig und
einfach herzustellen.
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Die
Druckschrift US-A-4 893 067 offenbart einen Drehzahlregelkreis für einen
Gleichstrommotor, der eine durchschnittliche EMK (elektromotorische
Kraft) als ein Maß der
Motordrehzahl rückerfasst.
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das zuvor erwähnte Problem
nach dem Stand der Technik zu lösen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehzahlregelkreis
für einen
Gleichstrommotor für
ein Elektrowerkzeug bereitzustellen, der leicht aufgebaut werden
kann.
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Ein
Drehzahlregelkreis für
einen Gleichstrommotor, der eine Batteriespannung verwendet, um
so die Umdrehungsgeschwindigkeit eines Gleichstrommotors eines Elektrowerkzeugs
entsprechend der vorliegenden Erfindung zu regeln, wird durch die Ansprüche, die
folgen, bestimmt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht, die eine aufladbare Stichsäge zeigt, die einen Drehzahlregelkreis
entsprechend einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet;
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2 einen
Schaltplan, der den Drehzahlregelkreis eines Gleichstrommotors entsprechend
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ein
Wellenform-Diagramm eines Funktionsverstärkers und eines Dreieckwellen-Generators
des Drehzahlregelkreises gemäß 2;
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4 eine
Seitenansicht, die eine aufladbare Stichsäge zeigt, die einen Drehzahlregelkreis
eines Gleichstrommotors entsprechend einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet;
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5 einen
Schaltplan, der den Drehzahlregelkreis eines Gleichstrommotors entsprechend
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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6 eine
grafische Darstellung, die ein Verhältnis zwischen einer gedrückten Stellung
eines Funktionshebels und einer Motordrehzahl im Drehzahlregelkreis
entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel
zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Unten
wird ein Regelkreis entsprechend den bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
eine aufladbare Stichsäge,
die einen Drehzahlregelkreis eines Gleichstrommotors entsprechend
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet. Eine aufladbare Stichsäge 70 ist
in einer Weise aufgebaut, dass ein abnehmbares Batterieteil 50 in
einem Griffteil 74 untergebracht ist, wobei eine Drehzahlregelschaltung 20 ein
Potenzial entsprechend einem Einstellwert eines Wählschalters 76 an
einen Gleichstrommotor M anlegt, um so die Hubanzahl einer Klinge 78 zu
regulieren. In diesem Fall wird der Gleichstrommotor M durch einen
Funktionshebel 72 an- und ausgeschaltet.
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2 zeigt
einen Drehzahlregelkreis der ersten Ausführungsform. Ein Potenzial einer
Batterie B im Batterieteil 50 wird an den Gleichstrommotor
M über
ein FET (Q1) angelegt. Zwischen dem Gleichstrommotor M und der Batterie
B ist ein Hauptschalter SW geschaltet. Darüber hinaus wird parallel zum Gleichstrommotor
M eine Diode D1 geschaltet.
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Der
Drehzahlregelkreis 20 umfasst einen Schaltregler-IC 10.
Als Schaltregler-IC kann zum Beispiel ein MOTOROLA MC34060 verwendet
werden. Der Schaltregler-IC 10 weist einen Bezugsspannungs-Generator 12,
der eine Bezugsspannung von 5 Volt erzeugt, einen ersten Funktionsverstärker OP1,
einen zweiten Funktionsverstärker
OP2, einen dritten Funktionsverstärker OP3, einen Dreieckwellen-Generator 14,
der eine Dreieckwelle erzeugt, und einen Transistor TR1 auf.
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Ein
Potenzial von 5 Volt vom Bezugsspannungs-Generator 12 wird
mit einem nicht invertierenden Eingang des ersten Funktionsverstärkers OP1 über einen
Regelwiderstand VR1 verbunden. Der Regelwiderstand VR1 variiert
einen Widerstandswert entsprechend einem Einstellwert des Wählschalters 76 gemäß 1,
wobei ein Potenzial (Stellspannung Vs1) entsprechend dem Einstellwert
des Wählschalters 76 an
den nicht invertierenden Eingang des ersten Funktionsverstärkers OP1
angelegt wird. Andererseits wird eine Klemmenspannung, die zur Umdrehungsgeschwindigkeit
des Gleichstrommotors M proportional ist, als eine Rückkopplungs-Bezugsspannung
Vf an einen invertierenden Eingang des ersten Funktionsverstärkers OP1 über die
Widerstände
R6 und R1 angelegt. Dann gibt der erste Funktionsverstärker OP1
eine Differenz zwischen der Stellspannung Vs1 und der Rückkopplungs-Bezugsspannung Vf
an einen nicht invertierenden Eingang des zweiten Funktionsverstärkers OP2
aus. Spezieller gibt gemäß einem
Wellenform-Diagramm
von 3 der erste Funktionsverstärker OP1 ein niedriges Potenzial
aus, wenn die Differenz zwischen der Stellspannung Vs1 und der Rückkopplungs-Bezugsspannung Vf
groß ist,
wobei er andererseits ein hohes Potenzial ausgibt, wenn die oben
genannte Differenz zwischen diesen Spannungen klein ist. In diesem
Fall wird das Ausgangspotenzial des ersten Funktionsverstärkers OP1
an einen invertierenden Eingang über
einen Widerstand R2 rückgekoppelt.
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Der
Dreieckwellen-Generator 14 erzeugt eine Dreieckwelle mit
einer Frequenz, die durch einen Kondensator C1 und einen Widerstand
R3 eingestellt wird, gemäß 3,
und legt dann die Dreieckwelle an einen invertierenden Eingang des
zweiten Funktionsverstärkers
OP2 an. Darüber
hinaus wird der Dreieckwellen-Generator 14 auf einen niedrigen
Wert von 100 Hz eingestellt, um einen Schaltverlust des FET (Q1)
zu verringern. Gemäß 3 erzeugt
der zweite Funktionsverstärker
OP2 ein Ausgangssignal (PWM-Signal (PWM – pulse-width modulation – Pulsbreitenmodulation)),
das hoch wird, wenn die Ausgabe vom ersten Funktionsverstärker OP1 über die
Dreieckwelle hinausgeht. Wenn spezieller die Differenz zwischen
der Stellspannung Vs1 und der Rückkopplungs-Bezugsspannung
Vf groß ist und
vom ersten Funktionsverstärker
OP1 ein niedriges Potenzial angelegt wird, erzeugt der zweite Funktionsverstärker OP2
einen Impuls mit einer langen Einschaltzeit. Der Impuls mit einer
langen Einschaltzeit wird an ein Gate des FET (Q1) über den Transistor
TR1 und einen Widerstand R4 angelegt, um so den FET für eine lange
Zeit elektrisch zu erregen und ein an den Motor M angelegtes durchschnittliches
Potenzial zu erhöhen.
Wenn andererseits die Differenz zwischen der Stellspannung Vs1 und
der Rückkopplungs-Bezugsspannung
Vf klein ist und vom ersten Funktionsverstärker OP1 ein hohes Potenzial
angelegt wird, erzeugt der zweite Funktionsverstärker OP2 einen Impuls mit einer
kurzen Einschaltzeit. Der Impuls mit einer kurzen Einschaltzeit wird
an ein Gate des FET (Q1) über
den Transistor TR1 und einen Widerstand R4 angelegt, um so den FET
für eine
kurze Zeit elektrisch zu erregen und ein an den Motor M angelegtes
durchschnittliches Potenzial abzusenken. Dadurch ist es möglich, eine
Umdrehungsgeschwindigkeit eines Gleichstrommotors M entsprechend
einem Einstellwert des Wählschalters 76 zu
regeln.
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In
dieser ersten Ausführungsform
wird ein allgemeiner Schaltregler-IC verwendet, um einen Drehzahlregelkreis
für den
Gleichstrommotor aufzubauen, wobei es daher möglich ist, den Drehzahlregelkreis
für den
Gleichstrommotor kostengünstig
und einfach herzustellen. Des Weiteren hat der Schaltregler-IC einen
breiten Quell-(Zuführungs-)Spannungsbereich
(7 bis 40 Volt in einem MC34060), wobei es dadurch einen Vorteil
dahingehend gibt, dass eine getrennte Schaltung zum Heruntertransformieren
der Energie nicht erforderlich ist, selbst wenn eine Batterie mit
einer hohen Spannung verwendet wird. Darüber hinaus ist in dieser ersten
Ausführungsform
die Hubanzahl der Klinge 78 entsprechend einem Einstellwert
des Wählschalters 76 variabel.
Ein Widerstandswert des Regelwiderstands VR1 wird entsprechend einer
gedrückten
Stellung des Funktionshebels an Stelle des Einstellwertes des Wählschalters 76 geändert, wobei
es dadurch möglich
ist, die Hubanzahl zu variieren.
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Des
Weiteren ist der in dieser ersten Ausführungsform verwendete Schaltregler-IC 10 so
aufgebaut, dass er zwei Arten von Potenzialen durch eine Eingabe
an der ersten Funktionsverstärkerseite
OP1 und eine Eingabe am dritten Funktionsverstärker OP3 erzeugt. Zum Beispiel
wird ein vorgegebenes Potenzial an den ersten Funktionsverstärker OP1
angelegt, wobei es dadurch möglich
ist, ein Potenzial von Vs1 zu erzeugen, andererseits wird ein vorgegebenes
Potenzial, das niedriger ist als das oben genannte vorgegebene Potenzial,
an den dritten Funktionsverstärker
OP3 angelegt, wobei es dadurch möglich
ist, ein Potenzial von Vs2 zu erzeugen. Spezieller sind ein Ausgang
des ersten Funktionsverstärkers
OP1 und ein Ausgang des dritten Funktionsverstärkers OP3 verbunden, wobei
dadurch der zweite Funktionsverstärker OP2 ein Steuersignal auf
der Basis eines Potenzialwertes an dessen niedrigerer Seite des
Potenzials vom ersten Funktionsverstärker OP1 oder des Potenzials
vom dritten Funktionsverstärker
OP3 ausgibt. Damit wird in dieser Ausführungsform ein Potenzial von
5 Volt vom Bezugsspannungs-Generator 12 an den nicht invertierenden
Eingang des Funktionsverstärkers
OP3 angelegt, wobei andererseits ein Massepotenzial an dessen invertierenden
Eingang angelegt wird. Dadurch gibt der dritte Funktionsverstärker OP3
immer ein höheres
Potenzial aus als das Ausgangs-Potenzial des ersten Funktionsverstärkers OP1,
so dass eine Wirkungsweise des ersten Funktionsverstärkers OP1
nicht beeinflusst wird.
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Als
Nächstes
ist das folgende eine Beschreibung eines Drehzahlregelkreises für einen
Gleichstrommotor entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. 4 zeigt eine aufladbare Stichsäge, die
einen Drehzahlregelkreis für
einen Gleichstrommotor entsprechend einer zweiten Ausführungsform
verwendet. Eine aufladbare Stichsäge 70 ist in einer
Weise aufgebaut, dass ein abnehmbares Batterieteil 50 in
einem Griffteil 74 untergebracht ist, wobei ein Drehzahlregelkreis 120 ein Potenzial
entsprechend einem Drücken
eines Funktionshebels 72 an einen Gleichstrommotor M anlegt, um
so die Hubanzahl der Klinge 78 zu regulieren. Des Weiteren
ist an der aufladbaren Stichsäge 170 ein
Wählschalter 76 angebracht,
so dass die Hubanzahl in fünf
Stufen umgeschaltet wird, das heißt, Wählstufe 1 bis Wählstufe
5. Spezieller wird gemäß 6 eine
Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors entsprechend einer gedrückten Stellung
des Funktionshebels und einem Einstellwert des Wählschalters 76 einreguliert.
Wenn der Wählschalter
auf "1" eingestellt ist,
kommt die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors nicht über eine
relativ geringe Hubanzahl hinaus, wobei der Wählschalter, wenn auf "5" eingestellt ist, so eingestellt ist,
dass er eine hohe Hubanzahl überträgt, wenn
der Funktionshebel gedrückt
wird.
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5 zeigt
einen Drehzahlregelkreis der zweiten Ausführungsform. Der Drehzahlregelkreis dieser
zweiten Ausführungsform
ist unter Verwendung des gleichen Schaltregler-IC 10 wie
in der ersten Ausführungsform
aufgebaut. In der vorangegangenen ersten Ausführungsform wurde der dritte Funktionsverstärker OP3
des Schaltregler-IC 10 nicht verwendet.
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Ein
Potenzial von 5 Volt vom Bezugsspannungs-Generator 12 wird
mit einem nicht invertierenden Eingang des dritten Funktionsverstärkers OP3 über einen
Regelwiderstand VR2 verbunden. Der Regelwiderstand VR2 variiert
einen Widerstandswert entsprechend einer gedrückten Stellung des Funktionshebels 72,
wobei ein Potenzial (Stellspannung Vs2) entsprechend der gedrückten Stellung
des Funktionshebels 72 an den nicht invertierenden Eingang
des dritten Funktionsverstärkers
OP3 angelegt wird. Andererseits wird ein Klemmenpotenzial, das zur
Umdrehungsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors M proportional ist,
als eine Rückkopplungs-Bezugsspannung
Vf an einen invertierenden Eingang des dritten Funktionsverstärkers OP3 über die
Widerstände
R6 und R1 angelegt. Dadurch gibt der dritte Funktionsverstärker OP3
eine Differenz zwischen der Stellspannung Vs2 und der Rückkopplungs-Bezugsspannung Vf
an einen nicht invertierenden Eingang des zweiten Funktionsverstärkers OP2 aus.
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Wie
oben beschrieben wird, sind der Ausgang des ersten Funktionsverstärkers OP1
und der Ausgang des dritten Funktionsverstärkers OP3 verbunden, wobei
dadurch der Schaltregler-IC 10 so aufgebaut ist, dass der
zweite Funktionsverstärker OP2
ein Steuersignal auf der Basis eines Potenzialwertes an dessen niedrigerer
Seite des Potenzials vom ersten Funktionsverstärker OP1 oder des Potenzials
vom dritten Funktionsverstärker
OP3 ausgibt. Damit ist es möglich,
eine Drehzahl des Gleichstrommotors M entsprechend einer gedrückten Stellung
des Funktionshebels 72 im oberen Grenzbereich zu regulieren,
der gemäß 6 am
Wählschalter 76 eingestellt
ist, das heißt,
in einem Potenzialbereich des ersten Funktionsverstärkers OP1.
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In
dieser zweiten Ausführungsform
ist der Drehzahlregelkreis für
den Gleichstrommotor unter Verwendung des allgemeinen Schaltregler-IC
aufgebaut, wobei es daher möglich
ist, den Drehzahlregelkreis für
den Gleichstrommotor kostengünstig
und einfach herzustellen. Des Weiteren ist der Drehzahlregelkreis
für den
Gleichstrommotor unter Verwendung des PWM-Schaltregler-IC aufgebaut,
der die Impulsbreite entsprechend dem Stellpotenzial, das an den
nicht invertierenden Eingang des ersten Funktionsverstärkers OP1
angelegt wird, und dem Stellpotenzial variieren kann, das an den
nicht invertierenden Eingang des dritten Funktionsverstärkers OP3
angelegt wird. Damit wird ein Potenzial entsprechend der gedrückten Stellung
des Funktionshebels eines Elektrowerkzeugs an den dritten Funktionsverstärker OP3
angelegt, wobei es dadurch möglich
ist, eine Motordrehzahl entsprechend der gedrückten Stellung des Funktionshebels 72 einzuregulieren, wobei
weiterhin ein Potenzial entsprechend einem Einstellwert des Wählschalters 76 an
den Funktionsverstärker
OP1 angelegt wird, wobei es dadurch möglich ist, die obere Grenzdrehzahl
des Motors einzustellen. Zusätzlich
hat der Schaltregler-IC einen breiten Quell-(Zuführungs-)Spannungsbereich, wobei
es dadurch ein Vorteil dahingehend gibt, dass eine getrennte Schaltung
zum Heruntertransformieren der Energie nicht erforderlich ist, selbst
wenn eine Batterie mit einer höheren
Spannung verwendet wird.
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Die
oben genannten Ausführungsformen
haben ein Beispiel gezeigt, in dem der Drehzahlregelkreis der vorliegenden
Erfindung einen MC34060 umfasst. Natürlich kann der Drehzahlregelkreis
mittels verschiedener Schaltregler-ICs aufgebaut sein. Darüber hinaus
wurde in der oben genannten Ausführungsform
der Drehzahlregelkreis der vorliegenden Erfindung auf eine aufladbare
Stichsäge
angewandt. Der Drehzahlregelkreis der vorliegenden Erfindung ist
weiterhin auf andere Elektrowerkzeuge, zum Beispiel auf eine aufladbare
Pendelsäge,
eine aufladbare Schlagbohrmaschine, einen aufladbaren Schlagschrauber,
eine aufladbare Bohrmaschine oder dergleichen anwendbar.
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Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit bestimmten, bevorzugten Ausführungsbeispielen offenbart
wurde, wird es verständlich
sein, dass sich die vorliegende Erfindung über die speziell offenbarten
Ausführungsformen
hinaus auf weitere, alternative Ausführungsformen der Erfindung
erstreckt. Damit wird beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung nicht
auf die offenbarten Ausführungsformen
beschränkt,
sondern mit Bezug auf die folgenden Ansprüche bestimmt werden sollte.