DE69308073T2

DE69308073T2 - Geschwindigkeitsregelvorrichtung für einen Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE69308073T2
Application number: DE69308073T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Sakoh
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2013-06-23
Also published as: JP3288432B2; JPH0614576A; EP0576257A3; EP0576257A2; US5416885A; DE69308073D1; EP0576257B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlsteuereinrichtung für einen Gleichstrommotor, und insbesondere auf eine Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuereinrichtung für einen Gleichstrommotor, der ein Betätigungselement aufweist, das durch einen Benutzer zur Einstellung der Drehzahl des Gleichstrommotors betätigbar ist.
Eine herkömmliche, die vorstehend erläuterte Funktion aufweisende Steuereinrichtung ist in Fig. 5 gezeigt. Die Steuereinrichtung enthält einen Gleichstrommotor M, einen Kontaktschalter SW1 für eine Gleichspannungsquelle, ein Halbleiterschaltelement Q, das in Reihe mit dem Gleichstrommotor M und der Gleichspannungsquelle geschaltet ist, einen zweiten Kontaktschalter SW2, der zur Umgehung des Halbleiterschaltelements Q vorgesehen ist, eine Steuerschaltung, die mit der Gleichspannungsquelle über den Kontaktschalter SW1 zur Steuerung der Einschaltung und der Ausschaltung des Halbleiterschaltelements Q verbunden ist, und ein Betätigungselement, das durch einen Benutzer zur Einstellung der Drehzahl des Gleichstrommotors M betätigbar ist.
Der Kontaktschalter SW1 für die Gleichspannungsquelle weist eine derartige Charakteristik auf, daß er eingeschaltet wird, wenn das Betätigungselement in einem geringen Ausmaß betätigt wird. Der zweite Kontaktschalter SW2 weist eine derartige Charakteristik auf, daß er eingeschaltet wird, wenn das Betätigungselement im wesentlichen mit dem maximalen Betätigungsausmaß betätigt wird. Die Steuerschaltung enthält eine Sollspannungserzeugungsschaltung, die eine Sollspannung erzeugt, die dem Ausmaß der Betätigung des Betätigungselements entspricht, eine Vergleicherschaltung, die eine Spannung, die einer gegenelektromotorischen Kraft entspricht, die in dem Gleichstrommotor M bei der Ausschaltung des Halbleiterschaltelements Q erzeugt wird, mit der Sollspannung vergleicht, die durch die Sollspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird, und eine Schaltsignalerzeugungsschaltung, die in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis des in der Vergleicherschaltung durchgeführten Vergleichs ein Schaltsignal erzeugt und dieses Schaltsignal an das Halbleiterschaltelement Q abgibt.
Die Steuereinrichtung führt somit eine Rückkopplungssteuerung der Drehzahl des Gleichstrommotors M aufgrund einer Einstellung des Tastverhältnisses des Halbleiterschaltelements Q durch. Wenn die Zufuhr von Spannung zu dem Gleichstrommotor M unterbrochen wird, wird die Spannung, die der gegenelektromotorischen Kraft entspricht und in Abhängigkeit von der Drehzahl des Gleichstrommotors erzeugt wird, an die Vergleicherschaltung angelegt. Die Vergleicherschaltung empfängt auch die Sollspannung, die durch die Sollspannungserzeugungsschaltung erzeugt wird. Hierbei entspricht die Sollspannung dem Ausmaß der Betätigung des Betätigungselements.
Wenn das Betätigungselement in einem gewissen Ausmaß betätigt wird, so daß die Sollspannung mit einem gewissen Wert durch die Sollspannungserzeugungsschaltung generiert wird, unterscheidet die Vergleicherschaltung entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs, ob eine geringere gegenelektromotorische Kraft in Übereinstimmung mit einer niedrigeren Drehzahl des Gleichstrommotors M generiert wird, oder ob eine höhere gegenelektromotorische Kraft in Übereinstimmung mit einer höheren Drehzahl des Gleichstrommotors erzeugt wird. Auf der Grundlage dieses Vergleichsergebnisses erzeugt die Schaltsignalerzeugungsschaltung das Schaltsignal derart, daß das Tastverhältnis vergrößert oder verkleinert wird, wenn die Drehzahl zu niedrig oder zu hoch ist, jeweils verglichen mit dem Ausmaß der Betätigung. Somit wird eine Rückkopplungssteuerung des Tastverhältnisses durchgeführt, so daß die Drehzahl derart eingestellt wird, daß sie einen Wert aufweist, der dem Ausmaß der Betätigung entspricht.
Falls die Drehzahl ferner aufgrund einer Belastung, die auf den Gleichstrommotor M ausgeübt wird, verringert worden ist, wird das Tastverhältnis vergrößert, um diese Verringerung der Drehzahl zu kompensieren. Folglich wird eine derartige Steuerung durchgeführt, daß ein größeres Tastverhältnis bereitgestellt wird, wenn sich die Belastung vergrößert, so daß eine Rückkopplungssteuerung bewirkt wird, durch die die Drehzahl im Hinblick auf die Änderung der Belastung gesteuert wird.
Falls es erforderlich ist, maximale Leistung zu dem Gleichstrommotor M zu speisen, wird das Tastverhältnis derart eingestellt, daß es einen Wert von 100 % besitzt. Aufgrund des relativ großen internen Widerstands in dem Halbleiterschaltelement Q kann der Gleichstrommotor jedoch gegebenenfalls keine ausreichende Leistung aufnehmen, selbst dann nicht, wenn das Tastverhältnis den Wert von 100 % erreicht. Zur Lösung dieses Problems ist der zweite Kontaktschalter SW2 vorgesehen, der geschlossen wird, wenn die Zufuhr maximaler Leistung zu dem Gleichstrommotor M gefordert wird, um im geschlossenen Zustand die Gleichspannungsquelle direkt mit dem Gleichstrommotor M zu verbinden.
Wie es aus der EP-A 395 401 und aus der US-A 4 995 094 bekannt ist, ist es vorzuziehen, daß der zweite Kontaktschalter SW2 unter der Bedingung, daß das Halbleiterschaltelement Q eingeschaltet gehalten ist, oder daß kein erheblicher Potentialunterschied zwischen den Kontakten des zweiten Kontaktschalters SW2 vorhanden ist, ein- und ausgeschaltet wird. Andernfalls könnte ein Funken zwischen den Kontakten hervorgerufen werden und es könnten daher die Kontakte rasch abgenutzt werden, wenn der zweite Kontaktschalter SW2 in einem Zustand eingeschaltet wird, bei dem eine solche, beträchtliche Potentialdifferenz zwischen seinen Kontakten vorhanden ist (in der Realität kann aufgrund des internen Widerstands des Halbleiterschaltelements Q dennoch eine Potentialdifferenz, die dem durch den im Widerstand hervorgerufenen Spannungsabfall entspricht, zwischen den Kontakten des zweiten Kontaktschalters SW2 vorhanden sein, selbst wenn das Halbleiterschaltelement Q eingeschaltet gehalten ist. Jedoch ist der in der vorliegenden Beschreibung zu behandelnde Gegenstand das Vorhandensein eines beträchtlichen Potentialunterschieds, der während des Ausschaltzustands des Halbleiterschaltelements Q hervorgerufen werden kann.)
Weiterhin ist es bevorzugt, daß der Kontaktschalter SW1 für die Gleichspannungsquelle unter der Bedingung ausgeschaltet wird, daß das Halbleiterschaltelement Q ausgeschaltet gehalten ist und daß kein Motorstrom in dem Gleichstrommotor M fließt. Andernfalls würde der Motorstrom durch den Kontaktschalter SW1 unterbrochen werden, was zu der Erzeugung eines Funkens zwischen den Kontakten des Kontaktschalters SW1 sowie zu einer raschen Abnutzung der Kontakte führt. (In dem Fall, daß der Kontaktschalter SW1 eingeschaltet wird, ist das Halbleiterschaltelement Q stets ausgeschaltet. Daher kann der Vorgang der Einschaltung des Kontaktschalters SW1 nicht zu einem Fließen des Motorstroms führen.)
Aus diesem Grund wird bei der herkömmlichen Einrichtung, wie es in Fig. 6(A) gezeigt ist, der zweite Kontaktschalter SW2 zu demjenigen Zeitpunkt, zu dem das Betätigungselement weiter betätigt wird, um hierdurch das Ausmaß der Betätigung zu vergrößern, nachdem die Sollspannung den maximalen Wert angenommen hat, eingeschaltet und ausgeschaltet. Ferner wird der Kontaktschalter SW1 für die Gleichspannungsquelle zu demjenigen Zeitpunkt ausgeschaltet, zu dem das Betätigungselement weiter betätigt wird, um hierdurch das Ausmaß der Betätigung zu verringern, nachdem die Sollspannung den minimalen Wert angenommen hat.
Falls das Betätigungselement durch die Finger des Benutzers betätigt werden soll, ist der Betätigungshub selbstverständlich begrenzt. Es ist daher erforderlich, diesen begrenzten Hub mit maximaler Effizienz auszunutzen.
Wenn eine Tastverhältnissteuerung unter Einsatz eines dreieckförmigen Spannungssignals, wie es in Fig. 6(B) bei "E" gezeigt ist, durchgeführt wird, wird die Sollspannung, die einem geringen Ausmaß der Betätigung entspricht, derart festgelegt, daß sie einen Wert aufweist, wie er mit B bezeichnet ist, der ausreichend niedriger ist als die minimale Spannung der Dreieckwelle, so daß das Tastverhältnis zuverlässig den Wert von 0 % aufweist, solange die Betätigung lediglich in einem geringen Ausmaß durchgeführt wird. Somit kann der Kontaktschalter SW1 für die Gleichspannungsquelle unter der Bedingung ausgeschaltet werden, daß der Motorstrom nicht vorhanden ist. Auf der anderen Seite wird die Sollspannung, die im wesentlichen dem maximalen Ausmaß der Betätigung entspricht, derart festgelegt, daß sie einen Wert aufweist, der in Fig. 6(C) mit "D" angegeben ist und der ausreichend höher ist als eine Spitzenspannung der dreieckförmigen Welle, so daß das Tastverhältnis zuverlässig den Wert von 100 % aufweist, wenn das Ausmaß der Betätigung im wesentlichen den maximalen Wert erreicht. Folglich kann der zweite Kontaktschalter SW2 unter der Bedingung eingeschaltet und ausgeschaltet werden, daß keine wesentliche Potentialdifferenz zwischen seinen Kontakten vorhanden ist.
Jedoch wird bei einer solchen Festlegung der Sollspannung der Hub, der zur Veränderung des Tastzyklus zwischen 0 % und 100 % erforderlich ist, kürzer, wie es in Fig. 6(A) mit "B2-D2" angegeben ist. Zur Erzielung eines größeren Hubs für die Veränderung des Tastzyklus zwischen 0 % und 100 % kann die Sollspannung, die dem geringen Ausmaß der Betätigung entspricht, derart festgelegt werden, daß sie einen Wert aufweist, der in Fig. 6(B) mit "A" angegeben ist und der gleich groß ist wie die minimale Spannung der dreieckförmigen Welle. Weiterhin ist die Sollspannung, die im wesentlichen dem maximalen Ausmaß der Betätigung entspricht, derart festgelegt, daß sie einen Wert besitzt, der in Fig. 6(C) mit "C" angegeben ist und der gleich groß ist wie die Spitzenspannung der dreieckförmigen Welle. Folglich kann ein größerer Hub erhalten werden, wie es in Fig. 6(A) bei "A2-C2" angegeben ist.
Im Fall der zuletzt angegebenen Festlegung der Sollspannung für die Erzielung eines größeren Hubs kann die Sollspannung aufgrund der Veränderung der Spannung der Spannungswelle oder einer Batterie einen Wert aufweisen, der in Fig. 6(B) mit "A1" angegeben ist und der höher ist als die minimale Spannung der dreieckförmigen Welle, selbst wenn das Betätigungselement nur mit dem geringen Ausmaß betätigt wird. Dies kann dazu führen, daß der Kontaktschalter SW1 ausgeschaltet wird, während ein Motorstrom vorhanden ist.
Weiterhin kann die Sollspannung einen Wert aufweisen, wie er in Fig. 6(C) mit "C1" angegeben ist, der niedriger ist als die Spitzenspannung der dreieckförmigen Welle. Dies kann dazu führen, daß der zweite Kontaktschalter SW2 eingeschaltet und ausgeschaltet wird, wenn das Halbleiterschaltelement Q ausgeschaltet ist und ein erheblicher Potentialunterschied zwischen den Kontakten vorhanden ist. Falls dies auftritt, kann ein Funke erzeugt werden, wenn der zweite Kontaktschalter SW2 eingeschaltet und ausgeschaltet wird, und es können die Kontakte rasch abgenützt werden.
Die vorliegende Erfindung, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist, zielt auf die Bereitstellung einer Steuereinrichtung für einen Gleichstrommotor ab, die derart betätigbar ist, daß verhindert wird, daß ein zweiter Kontaktschalter SW2 eingeschaltet und ausgeschaltet wird, während sich ein Halbleiterschaltelement Q im ausgeschalteten Zustand befindet, und daß verhindert wird, daß ein Kontaktschalter SW1 für eine Spannungsquelle ausgeschaltet wird, während sich das Halbleiterschaltelement Q im eingeschalteten Zustand befindet, wobei zugleich ein größerer effektiver Hub hinsichtlich des Betätigungselements sichergestellt ist.
Der Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, zu verhindern, daß ein Kontaktschalter SW1 für eine Spannungsquelle ausgeschaltet wird, während ein Halbleiterschaltelement Q eingeschaltet ist, und daß eine Steuereinrichtung für einen Gleichstrommotor bereitgestellt wird, die zusätzlich zu einem allgemeinen, in Fig. 5 gezeigten Aufbau eine in Fig. 2 gezeigte Schaltung zur Erzeugung eines Abschalterzwingungssignals enthält, die an das Halbleiterschaltelement Q ein Abschalterzwingungssignal zur Abschaltung des Halbleiterschaltelements Q abgibt, wenn eine Spannung, die durch eine Sollspannung- Erzeugungsschaltung erzeugt wird, niedriger wird als eine Spannung, die einem Ausmaß der Betätigung eines Betätigungselements entspricht, das geringfügig größer ist als das Ausmaß für die Abschaltung des Kontaktschalters SW1.
Wenn bei diesem Aufbau das Ausmaß der Betätigung verringert wird und einen Wert erreicht, der geringfügig größer ist als der Wert zum Abschalten des zweiten Kontaktschalters, wird von der Schaltung zur Erzeugung des Abschalterzwingungssignals das Abschalterzwingungssignal für das Halbleiterschaltelement Q abgegeben, so daß das Halbleiterschaltelement Q zwangsweise abgeschaltet wird. Hierdurch wird die Abschaltung des Kontaktschalters SW1 unter der Bedingung, daß das Halbleiterschaltelement Q ausgeschaltet gehalten ist, sichergestellt.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Ansprüche und der Beschreibung unter nachfolgender Bezugnahme auf die Zeichnungen noch klarer.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, in dem der aus der EP-A 395 401 und aus der US-A 4 995 094 bekannte Stand der Technik gezeigt ist;
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild, in dem die vorliegende Erfindung veranschaulicht ist;
Fig. 3(A) und 3(B) zeigen Ansichten, in denen Schaltungskonfigurationen eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind;
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, in der eine Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels dargestellt ist;
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild, in dem ein Stand der Technik veranschaulicht ist;
Fig. 6(A), 6(B) und 6(C) zeigen Ansichten, in denen die Arbeitsweise des Standes der Technik veranschaulicht ist; und
Fig. 7 zeigt eine Ansicht, in der ein Beispiel für einen Einsatz des Ausführungsbeispiels dargestellt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Es wird auf Fig. 3(A) Bezug genommen. Dort ist eine Drehzahlsteuerschaltung einer Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuereinrichtung für einen Gleichstrommotor gezeigt, die die vorliegende Erfindung beinhaltet. Die Drehzahlsteuereinrichtung ist für einen Einsatz bei einer Werkzeugmaschine ausgelegt, die in Fig. 7 gezeigt ist. Weiterhin ist die Drehzahlsteuereinrichtung an dem Werkzeug innerhalb eines Bereichs angebracht, der durch eine punktierte Linie in Fig. 7 bezeichnet ist, so daß sie einen kompakten Aufbau aufweist.
Die Drehzahlsteuerschaltung weist einen ersten Kontaktschalter SW1 für eine Batterie B (Gleichspannungsquelle) und ein Halbleiterschaltelement Q auf, die in Reihe mit einem Gleichstrommotor M und der Batterie B geschaltet sind. Ein zweiter Kontaktschalter SW2 ist parallel zu dem Halbleiterschaltelement Q geschaltet, um hierdurch einen Umgehungspfad für das Halbleiterschaltelement Q bereitzustellen. Eine Versorgungsspannung VCC wird an einer stromab befindlichen Stelle des Kontaktfeldes SW1 herausgeführt. Die Drehzahlsteuerschaltung wird nun in größeren Einzelheiten beschrieben.
Ein Trigger bzw. ein Betätigungselement Tr ist durch die Finger eines Benutzers betätigbar, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Das Betätigungselement Tr ist normalerweise durch eine Feder (nicht gezeigt) in einer Richtung vorgespannt, die durch einen Pfeil G in Fig. 3(A) angegeben ist, und ist durch die Finger in einer Richtung, die durch einen Pfeil F angegeben ist, entgegen der durch die Feder ausgeübten Vorspannkraft gleitverschieblich bewegbar. Eine Bürste Br ist fest an dem Betätigungselement Tr angebracht und ist entlang eines Widerstands R gleitverschieblich bewegbar. Wie gezeigt ist, ist eine Paste aus einem Widerstandsmaterial aufgedruckt. Drei Leitermembranen bzw. Leiterkontakte CnL, CnC und CnR sind zwischen dem Widerstand R und der Basisplatte Ba angeordnet. Der Leiteranschluß CnR, der an der rechten Seite angeordnet ist, empfängt die Versorgungsspannung VCC für Steuerungszwecke. Der Leiteranschluß CnL, der an der linken Seite angeordnet ist, ist auf Massepotential gelegt. Der Leiteranschluß CnC, der zentral angeordnet ist, ist mit Widerständen R1 und R2 verbunden, die dazu dienen, eine Spannung V1 an dem Leiteranschluß CnC zu teilen, um hierdurch eine Spannung V2 zu erhalten. Die Spannung V2 wird an ein Leitungsmuster 4 angelegt, das im weiteren Text beschrieben wird. Die Spannungsverteilung an dem Widerstand R ist in Fig. 4 gezeigt. Eine Spannung V5 an der Bürste Br wird an ein Leitungsmuster 2 angelegt, das ebenfalls im weiteren Text beschrieben wird.
Eine Schaltung 10 zur Aufrechterhaltung der Spannung liefert eine Spannung an einem Verbindungspunkt N des Gleichstrommotors M zu einer Ausgangsleitung 22 während der Zeitdauer, während der ein Ausschaltsignal an die Basis des Halbleiterschaltelements Q über ein Leitungsmuster 20 angelegt wird. Während der Zeitdauer, zu der ein Einschaltsignal an die Basis angelegt wird, behält die Schaltung 10 zur Aufrechterhaltung der Spannung die Spannung an dem Verbindungspunkt N bei, die zum Zeitpunkt des Wechsels des Ausschaltsignals erzeugt wird. Folglich gibt die Schaltung 10 zur Aufrechterhaltung der Spannung an die Ausgangsleitung 22 eine Spannung V6 ab, die einer gegenelektromotorischen Kraft des Gleichstrommotors M entspricht, die während der Unterbrechung der Spannungszufuhr erzeugt wird.
Eine verstärkende Schaltung bzw. Verstärkerschaltung 12 empfängt eine Spannung, die einer Subtraktion der Spannung V6 von der Spannung V5 an der Bürste Br entspricht. Die Bürstenspannung V5 vergrößert sich, wenn sich das Ausmaß der Betätigung des Betätigungselements Tr vergrößert. Ferner vergrößert sich die Spannung V6, die der gegenelektromotorischen Kraft entspricht, wenn sich die Drehzahl des Gleichstrommotors M erhöht. Da die Spannung, die von der Verstärkerschaltung 12 empfangen wird, durch Subtraktion der Spannung V6 von der Spannung V5 gebildet ist, wird an die Verstärkerschaltung 12 eine größere Spannung angelegt, wenn das Betätigungselement Tr in größerem Ausmaß betätigt wird und wenn sich der Gleichstrommotor M mit einer geringeren Drehzahl dreht, wohingegen eine kleinere Spannung an die Verstärkerschaltung 12 angelegt wird, wenn das Betätigungselement Tr in kleinerem Ausmaße betätigt wird und wenn der Gleichstrommotor M mit höherer Drehzahl gedreht wird.
Eine Schaltung 14 zur Erzeugung einer nicht konstanten Spannung erzeugt eine dreieckförmige Welle E einer Spannung V4, wie es im Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert ist. Eine Vergleicherschaltung 16 vergleicht die Spannung V4 mit einer verstärkten, von der Verstärkerschaltung 12 abgegebenen Spannung V3 und gibt ein Schaltsignal zur Einschaltung des Halbleiterschaltelements Q während der Zeitdauer ab, zu der die verstärkte Spannung V3 die dreieckförmige Spannung V4 überschreitet. Die Zeitdauer des Vorliegens der Beziehung V3 > V4 vergrößert sich, wenn sich die verstärkte Spannung V3 aufgrund eines größeren Ausmaßes der Betätigung des Betätigungselements Tr und aufgrund einer geringeren Drehzahl des Gleichstrommotors M erhöht, wie es vorstehend beschrieben ist.
In diesem Fall ist das Tastverhältnis vergrößert. Die Zeitdauer des Vorliegens der Beziehung V3 > V4 verringert sich, wenn die verstärkte Spannung V3 verringert wird, weil ein kleineres Ausmaß der Betätigung des Betätigungselements Tr vorliegt und weil eine höhere Drehzahl des Gleichstrommotors M gegeben ist. In diesem Fall wird das Tastverhältnis verringert. Dies bedeutet, daß eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt wird, die zur Steuerung der Drehzahl des Gleichstrommotors M derart dient, daß diese einen Wert anmmmt, der dem Ausmaß der Betätigung des Betätigungselements Tr entspricht, unabhängig von der Last, die auf den Motor M einwirkt.
Die Bürstenspannung V5 und die Versorgungsquellenspannung VCC für die Steuerung werden an eine Stromspiegelschaltung 8 angelegt. Die Stromspiegelschaltung 8 ist derart betreibbar, daß sie einen Strom oder ein Einschalterzwingungssignal an die Basis des Halbleiterschaltelements Q über ein Leitungsmuster 7 zuführt, so daß das Halbleiterschaltelement Q eingeschaltet wird, wenn die Beziehung VCC - V5 ≤ 0,1 (Volt) erfüllt ist. Auf der anderen Seite ist die Stromspiegelschaltung 8 derart betreibbar, daß kein Strom an das Leitungsmuster 7 angelegt wird, wenn die Beziehung VCC - V5 > 0,1 (Volt) erfüllt ist. Folglich wird das Halbleiterschaltelement Q zwangsweise eingeschaltet, wenn die Beziehung VCC - V5 ≤ 0,1 (Volt) erfüllt ist. Daher ist der zweite Kontaktschalter SW2 derart festgelegt bzw. gesteuert, daß er mit Bezug zu einer Position des an der rechten Seite befindlichen Leiteranschlußes CnR eingeschaltet und ausgeschaltet wird, wie es in den Fig. 3(B) und 4 gezeigt ist. Da der zweite Kontaktschalter SW2 eingeschaltet und ausgeschaltet wird, wenn die Bürstenspannung V5 ihren maximalen Wert oder die Versorgungsquellenspannung VCC erreicht, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, erzwingt die Stromspiegelschaltung 8 eine Einschaltung des Halbleiterschaltelements Q, wenn die Bürstenspannung V5 einen Wert annimmt, der um 0,1 (Volt) kleiner ist als die Spannung VCC zum Einschalten des zweiten Kontaktschalters SW2. Dieser Wert der Spannung tritt an der Bürste Br auf, wenn das Betätigungselement Tr um einen Hub betätigt wird, der geringfügig kleiner ist als ein Hub zum Einschalten des zweiten Kontaktschalters SW2.
Eine Schaltung zur Erzeugung eines Einschalterzwingungssignals ist daher durch die Stromspiegelschaltung 8 und das Leitungsmuster 7 gebildet, das das die Einschaltung erzwingende Signal an die Basis des Halbleiterschaltelements Q anlegt.
Im folgenden wird eine Schaltung zur Erzeugung eines Abschalterzwingungssignals beschrieben. Diese Schaltung enthält eine Vergleicherschaltung 6, die die geteilte Spannung V2 mit der Bürstenspannung V5 vergleicht und ein Einschaltsignal zur Bereitstellung einer Spannung V7 an einem Leitungsmuster 11 abgibt, wenn die Beziehung V2 > V5 erfüllt ist. Die Spannung V7 wird an die Basis des zweiten Halbleiterschaltelements 13 angelegt, das das Schaltsignal für das Halbleiterschaltelement Q umleitet, so daß das Schaltsignal für die Einschaltung zwangsweise auf Massepotential gebracht wird oder das zweite Halbleiterschaltelement 13 ein Abschalterzwingungssignal abgibt, wenn die Beziehung V2 > V5 erfüllt ist. Folglich wird das Halbleiterschaltelement Q zwangsweise abgeschaltet.
Die Bedingung für die Beziehung V2 > V5 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird die Beziehung V2 > V5 erhalten, wenn die Bürste Br an dem linksseitigen Teil eines zentralen Abschnitts eines Raums zwischen dem linksseitigen Leiteranschluß CnL und dem mittleren Leiteranschluß CnC in Fig. 3(B) angeordnet ist.
Hinsichtlich des Kontaktschalters SW1 für die Spannungsquelle wird dieser vom ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand umgeschaltet, wenn die Bürste Br von dem rechtsseitigen Ende des zentralen Leiteranschlußes CnC nach rechts bewegt wird. Auf der anderen Seite schaltet der Kontaktschalter SW1 aufgrund eines vorbestimmten Spiels oder einer Hysterese in dem Kontaktschalter SW1 vom eingeschalteten in den ausgeschalteten Zustand um, wenn die Bürste Br von dem rechtsseitigen Ende des linken Leiteranschlußes CnL nach links bewegt wird. Daher stimmen die Positionen für die Einschaltung und diejenige für die Ausschaltung nicht miteinander überein, und es ist die Position zur Erzeugung des Abschalterzwingungssignals in der Schaltung zur Erzeugung des Abschalterzwingungssignals zwischen den Positionen für die Einschaltung und für die Ausschaltung des Kontaktschalters SW1 positioniert.
Im folgenden wird die Arbeitsweise beschrieben, die bei einer solchen positionsmäßigen Beziehung erhalten wird. Wenn damit begonnen wird, das Betätigungselement Tr zu bewegen, um die Werkzeugmaschine anzutreiben, wird der erste Kontaktschalter SW1 für die Spannungsquelle eingeschaltet, wenn der Hub des Betätigungselements Tr den Hub H erreicht (siehe Fig. 4). Zu diesem Zeitpunkt wird das Halbleiterschaltelement Q noch nicht eingeschaltet und es fließt noch kein Strom in dem Gleichstrommotor M unabhängig von dem Einschalten des ersten Kontaktschalters SW1, da keine Spannung an die Steuerschaltung angelegt ist. Sobald jedoch das Betätigungselement Tr den Hub H erreicht, weist die Bürstenspannung V5 oder die Sollspannung einen Wert auf, der ein Tastverhältnis von mehr als 0 % bereitstellen kann. Daher wird der Gleichstrommotor M nach einer sehr kurzen Zeitdauer ab dem Einschalten des ersten Kontaktschalters SW1 gestartet, und es wird die Drehzahl vergrößert, wenn das Betätigungselement Tr stärker betätigt wird, um hierdurch die Bürstenspannung V5 zu vergrößern.
In dem Fall, daß die in Fig. 7 gezeigte Werkzeugmaschine zur exakten Bearbeitung eines Werkstücks eingesetzt wird, bewegt der Benutzer das Betätigungselement Tr um ein kleines Ausmaß derart, daß der Gleichstrommotor M mit einer geringeren Drehzahl, mit Bezug zu dem Hub H, bei dem der Gleichstrommotor M mit der Drehung beginnt, angetrieben wird. Während dieser Betätigung kann die von den Fingern des Benutzers ausgeübte Kraft zur Heranziehung des Betätigungselements Tr aus irgendwelchen Gründen abgeschwächt werden. Für den Benutzer ist es nicht zweckmäßig, das Werkstück zu bearbeiten, wenn der Gleichstrommotor M jedesmal dann angehalten wird, wenn die Kraft verringert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Schaltung zur Erzeugung des Abschalterzwingungssignals für das Halbleiterschaltelement Q nicht derart betätigt werden, daß sie das Abschalterzwingungssignal erzeugt, es sei denn, daß der Hub auf weniger als den Hub I verringert wird, bei dem die Beziehung V2 < V5 erfüllt ist. Weiterhin kann der erste Kontaktschalter SW1 in dem Fall, daß der Hub größer ist als der Hub I, nicht ausgeschaltet werden. Folglich ist ein Spiel SL zwischen dem Hub H und dem Hub I vorhanden, so daß die Drehung des Gleichstrommotors M mit geringerer Drehzahl während des Hubs innerhalb des Spiels bzw. der Toleranz SL aufrecht erhalten bleibt. Hierdurch kann die Bearbeitung mit niedriger Drehzahl erheblich erleichtert werden. Wie vorstehend beschrieben, ist die Schaltung zur Erzeugung des Abschalterzwingungssignals durch die Vergleicherschaltung 6 und das zweite Halbleiterschaltelement 13 gebildet und ist derart betreibbar, daß das Halbleiterschaltelement Q abgeschaltet wird, wenn die Beziehung V2 > V5 erfüllt ist. Hierbei liegt die Beziehung V2 > V5 vor, wenn das Ausmaß der Betätigung des Betätigungselements Tr das Ausmaß (Hub I) erreicht, das geringfügig größer ist als das Ausmaß (Hub J) zur Abschaltung des ersten Kontaktschalters SW1.
Auch wenn bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel das Ein-/Aus-Signal, das von der Vergleicherschaltung 16 abgegeben wird, zwangsweise konvertiert bzw. gewechselt wird, kann die Eingangsspannung, die an die Vergleicherschaltung 16 angelegt wird, auch zur Steuerung des Ein-/Aus-Signals für das Halbleiterschaltelement Q eingestellt werden. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal der Stromspiegelschaltung 8 zu der Bürstenspannung V5 hinzuaddiert werden, um hierdurch normalerweise die Beziehung V3 > V4 zu erfüllen, so daß das Halbleiterschaltelement Q zwangsweise eingeschaltet wird. In der gleichen Weise kann das Ausgangssignal der Vergleicherschaltung 6 zu der nicht konstanten Spannung V4 hinzuaddiert werden, um hierdurch normalerweise die Beziehung V3 < V4 bereitzustellen, so daß das Halbleiterschaltelement Q zwangsweise abgeschaltet wird.
Weiterhin ist die in Fig. 3(A) dargestellte Schaltungsgestaltung, bei der die nicht konstante Spannung V4, die Bürstenspannung V5 und die Spannung V6, die der gegenelektromotorischen Kraft entspricht, miteinander verglichen werden, lediglich als ein Beispiel dargestellt, und es kann eine beliebige andere Schaltungskonfiguration zur Durchführung eines solchen Vergleichs vorgesehen sein, um hierdurch den gleichen Rückkopplungsvorgang zu erzielen. In der gleichfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. 92 310 639.7 der Anmelderin, veröffentlicht mit der Nummer EP-A 543 666 am 26. Mai 1993, ist eine solche Schaltungskonfiguration offenbart.
Das Halbleiterschaltelement Q wird zwangsweise unmittelbar vor der Einschaltung des zweiten Kontaktschalters SW2 eingeschaltet. Daher kann der zweite Kontaktschalter SW2 unter der Bedingung eingeschaltet und ausgeschaltet werden, daß keine Potentialdifferenz zwischen seinen Kontakten vorhanden ist.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Kontaktschalter SW1 für die Spannungsquelle unter der Bedingung ausgeschaltet, daß das Halbleiterschaltelement Q ausgeschaltet ist und daß kein Strom in dem Gleichstrommotor M fließt. Daher unterbricht der Kontaktschalter SW1 keinen größeren Motorstrom.
Als Folge hiervon ist sowohl bei dem Kontaktschalter SW1 als auch bei dem Kontaktschalter SW2 die Erzeugung eines Funkens an den Kontakten oder eine vorzeitige Abnutzung der Kontakte verhindert, so daß die Haltbarkeit der Kontaktschalter SW1 und SW2 beträchtlich erhöht ist.
Auch wenn die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben ist, versteht es sich, daß Abänderungen und Modifikationen einfach durchgeführt werden können, ohne den Umfang dieser Erfindung zu verlassen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Drehzahlsteuereinrichtung für einen Gleichstrommotor, mit

einem Stromquellen-Kontaktschalter (SW1) und einem Halbleiterschaltelement (Q), das mit dem Gleichstrommotor und einer Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet ist,

einem zweiten Kontaktschalter (SW2), der zur Umgehung des Halbleiterschaltelements (Q) angeordnet ist,

einer Steuerschaltung, die mit der Spannungsquelle über den Stromquellen- Kontaktschalter (SW1) zum Ein- und Ausschalten des Halbleiterschaltelements (Q) verbunden ist, und

einem Betätigungselement, das durch einen Betreiber zur Einstellung der Drehzahl des Gleichstrommotors betätigbar ist,

wobei der Stromquellen-Kontaktschalter (SW1) derart ausgelegt ist, daß er eingeschaltet wird, wenn das Betätigungselement in einem geringfügigen Ausmaß betätigt wird,

wobei der zweite Kontaktschalter (SW2) derart ausgelegt ist, daß er eingeschaltet wird, wenn das Betätigungselement im wesentlichen mit einem maximalen Ausmaß betätigt wird,

wobei die Steuerschaltung eine Sollspannungs-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen einer Sollspannung, die dem Ausmaß der Betätigung des Betätigungselements entspricht, eine Vergleicherschaltung zum Vergleichen einer Spannung, die einer gegenelektromotorischen Kraft entspricht, die während der Ausschaltperiode des Halbleiterschaltelements (Q) erzeugt wird, mit der Sollspannung, die durch die Sollspannungs- Erzeugungsschaltung erzeugt wird, und eine Schaltsignal-Erzeugungsschaltung aufweist, die ein Schaltsignal auf der Grundlage des Ergebnisses des Vergleichs in der Vergleicherschaltung erzeugt und das Schaltsignal an das Halbleiterschaltelement (Q) abgibt; und die weiterhin eine Schalterzwingungssignal-Erzeugungsschaltung enthält, die dazu ausgelegt ist, an das Halbleiterschaltelement ein Abschalterzwingungssignal abzugeben, um das Halbleiterschaltelement (Q) abzuschalten, wenn die Sollspannung kleiner wird als eine Spannung, die einem vorbestimmten Ausmaß der Betätigung des Betätigungselements entspricht, das geringfügig größer ist als das Ausmaß zum Abschalten des Stromquellen- Kontaktschalters (SW1).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einschalterzwingungssignal- Erzeugungsschaltung eine Stromspiegelschaltung aufweist, die eine Spannung (VCC) von einer Spannungsquelle zu Steuerzwecken erhält und weiterhin die Sollspannung empfängt und das Einschalterzwingungssignal an die Basis des Halbleiterschaltelements (Q) abgibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Ausmaß der Betätigung des Betätigungselements zum Einschalten des Kontaktschalters (SW1) derart festgelegt ist, daß es einen größeren Wert als derjenige für die Abgabe des Abschalterzwingungssignals von der Abschalterzwingungssignal-Erzeugungsschaltung an das Halbleiterschaltelement (Q) aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Abschalterzwingungssignal-Erzeugungsschaltung ein zweites Schaltelement enthält, das zur Umleitung des Schaltsignals ausgelegt ist, und eine zweite Vergleicherschaltung aufweist, die mit der Basis des zweiten Schaltelements verbunden ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Schalterzwingungssignal-Erzeugungsschaltung dazu ausgelegt ist, sowohl das Einschaltsignal als auch das Ausschaltsignal zu erzeugen.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Sollspannungs-Erzeugungsschaltung einen Widerstand, eine Bürste, die entlang des Widerstands beweglich ist, und drei Leiter aufweist, die mit dem Widerstand verbunden sind, wobei einer der Leiter eine Spannung VCC von einer Spannungsquelle empfängt und der andere Leiter auf Massepotential gelegt ist.

7. Elektrowerkzeug mit einem Gleichstrommotor und einer Drehzahlsteuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.