DE112020007560T5

DE112020007560T5 - Elektrowerkzeug sowie Einrichtung und Verfahren zur Steuerung eines dreiphasigen Elektromotors dafür

Info

Publication number: DE112020007560T5
Application number: DE112020007560.5T
Authority: DE
Inventors: Shupei Li; Mengsi Ye
Original assignee: Bosch Power Tools China Co Ltd
Current assignee: Bosch Power Tools China Co Ltd
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2023-11-09
Also published as: CN116547900A; WO2022099669A1; US20240030844A1

Abstract

Die Erfindung stellt ein Elektrowerkzeug (100) sowie eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines dreiphasigen Elektromotors (10) dafür bereit. Die Einrichtung (20) zur Steuerung umfasst: eine Schaltereinheit (21), die so ausgebildet ist, dass sie eine erste Schaltereinheit und eine zweite Schaltereinheit umfasst, wobei die erste Schaltereinheit und die zweite Schaltereinheit jeweils mehrere den Phasen einer Treibschaltung des Elektromotors entsprechende Schalterelemente umfassen, wobei die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit und jeweils entsprechendes Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit miteinander in Reihen geschaltet verbunden sind; und eine Steuerungseinheit (22), die so ausgebildet ist, dass sie mit der Schaltereinheit elektrisch verbunden ist und ein erstes Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen ersten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, wobei unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und in jeder Teilperiode einer elektrischen Periode das Schalterelement der zweiten Schaltereinheit, das der Phase mit der maximalen elektromotorischen Gegenkraft des dreiphasigen Elektromotors entspricht, ausgeschaltet ist und die anderen Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit eingeschaltet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Anmeldung betrifft allgemein das technische Gebiet der Steuerung eines Elektromotors, insbesondere eine Einrichtung zur Steuerung eines Elektromotors für ein Elektrowerkzeug, ein Elektrowerkzeug umfassend die Einrichtung zur Steuerung, und ein entsprechendes Steuerungsverfahren.
Stand der Technik
In Elektrowerkzeugen werden dreiphasige Elektromotoren verbreitet angewandt, die die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln, um die Elektrowerkzeuge mit Treibkraft zu versorgen. Im Vorgang des Wechsels eines dreiphasigen Elektromotors von einem Betriebszustand in einen Bremszustand bis zum Stillstand muss die Betriebsenergie des Elektromotors verbraucht werden, indem ein Bremsprogramm für den Elektromotor durchgeführt wird. Bei einem herkömmlichen Bremsprogramm wird in der Regel mittels eines Leistungsschalters und eines Kondensators die Energie des Elektromotors verbraucht. Jedoch besteht beim herkömmlichen Bremsprogramm für Elektromotoren das Problem, dass die Energie in die Batterie oder Energieversorgung zurückfließen könnte.
Nach dem herkömmlichen Bremsprogramm für Elektromotoren wird für ein typisches Elektrowerkzeug, also ein DC-EC drahtloses Elektrowerkzeug, eine Batterie als Energieversorgung verwendet. Das DC-EC drahtlose Elektrowerkzeug wird häufig eingeschaltet und ausgeschaltet, so dass der Elektromotor darin auch häufig angetrieben und gebremst wird. Wenn der Elektromotor häufig gebremst würde und dabei eine hohe Energie in die Batterie zurückfließen würde, würde die Lebensdauer der Batterie erheblich reduziert.
Nach dem oben beschriebenen herkömmlichen Bremsprogramm für Elektromotoren wird die Verwendung eines großen Kondensators in einem anderen typischen Elektrowerkzeug, also einem AC-EC verdrahteten Elektrowerkzeug, welches normalerweise in einer verkleinerten Abmessung realisiert wird, beschränkt. Bei der Verwendung eines kleineren Kondensators wird nur eine kleinere Kapazität erzielt, so dass nur ein begrenzter Teil der Energie des Elektromotors verbraucht wird und ein Großteil noch in die Energieversorgung des Elektrowerkzeugs zurückfließt, was zur Beschädigung des Elektrowerkzeugs oder des Leistungsschalters darin führt.
Daher besteht ein dringender Bedarf für eine technische Lösung zum Beseitigen der oben genannten Nachteile.
Offenbarung der Erfindung
Der folgende Überblick wird zur vereinfachten Vorstellung einiger Konzepte, auf die in der ausführlichen Beschreibung weiter unten noch näher eingegangen wird, bereitgestellt. Dieser Überblick dient weder der Hervorhebung der kritischen oder wesentlichen Merkmale der beanspruchten Gegenstände noch der Beschränkung des Umfangs der beanspruchten Gegenstände.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Einrichtung zur Steuerung eines dreiphasigen Elektromotors für ein Elektrowerkzeug bereitgestellt, umfassend: eine Schaltereinheit, die so ausgebildet ist, dass sie eine erste Schaltereinheit und eine zweite Schaltereinheit umfasst, wobei die erste Schaltereinheit und die zweite Schaltereinheit jeweils mehrere den Phasen einer Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors entsprechende Schalterelemente umfassen, wobei jedes Schalterelement der ersten Schaltereinheit und ein entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit miteinander in Reihe geschaltet verbunden sind und jeweils mit einem Anschluss einer Phase der Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors verbunden sind; und eine Steuerungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie mit der Schaltereinheit elektrisch verbunden ist und ein erstes Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen ersten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, wobei unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und in jeder Teilperiode einer elektrischen Periode das Schalterelement der zweiten Schaltereinheit, das der Phase mit der maximalen elektromotorischen Gegenkraft des dreiphasigen Elektromotors entspricht, ausgeschaltet ist und die anderen Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit eingeschaltet sind.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass jede elektrische Periode sechs Teilperioden umfasst, und wobei in jeder elektrischen Periode im ersten Bremsmodus unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals in der ersten und sechsten Teilperiode das U entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die V und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der zweiten und dritten Teilperiode das V entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der vierten und fünften Teilperiode das W entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und V entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass jede der sechs Teilperioden einen Bereich von 60° besetzt.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit ferner so ausgebildet ist, dass sie ab dem Zeitpunkt, zu dem ein vorgegebenes Prozent der Bewegungsenergie des dreiphasigen Elektromotors durch die Ausführung des ersten Bremsmodus für eine bestimmte Zeitdauer verbraucht worden ist, bis zum Stillstand des dreiphasigen Elektromotors ein zweites Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen zweiten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, wobei unter der Steuerung des zweiten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und die einzelnen Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit periodisch oder stets eingeschaltet sind.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit ferner so ausgebildet ist, dass sie vor der Ausführung des ersten Bremsmodus ein drittes Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen dritten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, und dass sie den ersten Bremsmodus wieder ausführt, nachdem der dritte Bremsmodus für eine bestimmte Zeitdauer ausgeführt worden ist und damit ein zu einer Hauptsammelschiene zurückkehrender Strom auf einen vorgegebenen Schwellenwert reduziert worden ist, wobei unter der Steuerung des dritten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und in jeder Teilperiode einer elektrischen Periode ein einer Phase des Elektromotors entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit eingeschaltet ist und die den anderen Phasen des Elektromotors entsprechenden Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet sind.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit ferner ausgebildet ist, um einen Voreilwinkel für ein einzuschaltendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit einzustellen, der größer als 0° und kleiner als 60° beträgt.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit ausgebildet ist, um einen oder mehrere der ersten bis dritten Bremsmodi nach Anforderung der Bremsung des dreiphasigen Elektromotors in praktischer Anwendung auszuführen und die Zeitdauer sowie Reihenfolge des auszuführenden Bremsmodus oder der auszuführenden Bremsmodi zu bestimmen, wobei die Anforderung der Bremsung eine oder mehrere aus der Gruppe von dem Bremsstrom, dem zu der Hauptsammelschiene zurückkehrenden Strom und der Zeitdauer bis zum Stillstand umfasst, und wobei es sich bei dem ersten Bremsmodus um einen Zweileitungsbremsmodus, bei dem zweiten Bremsmodus um einen Bremsmodus mit maximalem Bremsstrom, und bei dem dritten Bremsmodus um einen Einleitungsbremsmodus handelt.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schalterelemente der Schaltereinheit eine Wechselrichterbrücke ausbilden, wobei die Schalterelemente der ersten Schaltereinheit einen oberen Brückenarm der Wechselrichterbrücke und die Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit einen unteren Brückenarm der Wechselrichterbrücke ausbilden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Einrichtung zur Steuerung eines dreiphasigen Elektromotors für ein Elektrowerkzeug bereitgestellt, umfassend: eine Schaltereinheit, die so ausgebildet ist, dass sie eine erste Schaltereinheit und eine zweite Schaltereinheit umfasst, wobei die erste Schaltereinheit und die zweite Schaltereinheit jeweils mehrere den Phasen eines Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors entsprechende Schalterelemente umfassen, wobei jedes Schalterelement der ersten Schaltereinheit und ein entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit miteinander in Reihe geschaltet verbunden sind und jeweils mit einem Anschluss einer Phase der Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors verbunden sind; und eine Steuerungseinheit (22), die so ausgebildet ist, dass sie mit der Schaltereinheit elektrisch verbunden ist und ein erstes Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen ersten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, wobei jede elektrische Periode sechs Teilperioden umfasst, und wobei in jeder elektrischen Periode im ersten Bremsmodus unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind; in der ersten und sechsten Teilperiode das U entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die V und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der zweiten und dritten Teilperiode das V entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der vierten und fünften Teilperiode das W entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und V entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass jede der sechs Teilperioden einen Bereich von 60° besetzt.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Elektrowerkzeug bereitgestellt, umfassend: einen dreiphasigen Elektromotor; und eine Bremseinrichtung nach dem obigen ersten oder zweiten Aspekt, die mit dem dreiphasigen Elektromotor elektrisch verbunden ist und eine Schaltereinheit und eine Steuerungseinheit umfasst, wobei die Steuerungseinheit ein Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen oder mehrere vom ersten bis dritten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, wobei es sich bei dem ersten Bremsmodus um einen Zweileitungsbremsmodus, bei dem zweiten Bremsmodus um einen Bremsmodus mit maximalem Bremsstrom oder einen PWM-Chopper-Bremsmodus, und bei dem dritten Bremsmodus um einen Einleitungsbremsmodus handelt.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines dreiphasigen Elektromotors für ein Elektrowerkzeug bereitgestellt. Optional ist das Verfahren in einer Einrichtung zur Steuerung gemäß dem ersten Aspekt und/oder in einem Elektrowerkzeug gemäß dem dritten Aspekt implementiert. Das Elektrowerkzeug umfasst einen dreiphasigen Elektromotor und eine Schaltereinheit. Die Schaltereinheit ist mit dem Elektromotor zur Stromversorgung verbunden. Die Schaltereinheit umfasst eine erste Schaltereinheit und eine zweite Schaltereinheit. Die erste Schaltereinheit und die zweite Schaltereinheit umfassen jeweils mehrere den Phasen einer Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors entsprechende Schalterelemente. Jedes Schalterelement der ersten Schaltereinheit und ein entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit sind miteinander in Reihe geschaltet verbunden und jeweils mit einem Anschluss einer Phase der Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors verbunden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Generieren eines ersten Steuerungssignals zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente, um einen ersten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, wobei unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und in jeder Teilperiode einer elektrischen Periode das Schalterelement der zweiten Schaltereinheit, das der Phase mit der maximalen elektromotorischen Gegenkraft des dreiphasigen Elektromotors entspricht, ausgeschaltet ist und die anderen Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit eingeschaltet sind.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines dreiphasigen Elektromotors für ein Elektrowerkzeug bereitgestellt. Optional ist das Verfahren in einer Einrichtung zur Steuerung gemäß dem zweiten Aspekt und/oder in einem Elektrowerkzeug gemäß dem dritten Aspekt implementiert. Das Elektrowerkzeug umfasst einen dreiphasigen Elektromotor und eine Schaltereinheit. Die Schaltereinheit ist mit dem Elektromotor zur Stromversorgung verbunden. Die Schaltereinheit umfasst eine erste Schaltereinheit und eine zweite Schaltereinheit. Die erste Schaltereinheit und die zweite Schaltereinheit umfassen jeweils mehrere den Phasen einer Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors entsprechende Schalterelemente. Jedes Schalterelement der ersten Schaltereinheit und ein entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit sind miteinander in Reihe geschaltet verbunden und jeweils mit einem Anschluss einer Phase der Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors verbunden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Generieren eines ersten Steuerungssignals zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente, um einen ersten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, wobei jede elektrische Periode sechs Teilperioden umfasst, und wobei in jeder elektrischen Periode im ersten Bremsmodus unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind; in der ersten und sechsten Teilperiode das U entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die V und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der zweiten und dritten Teilperiode das V entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der vierten und fünften Teilperiode das W entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und V entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind.
Kurzbeschreibung der Figuren

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrowerkzeugs gemäß einer möglichen Ausführung der Erfindung.
2 zeigt eine Ausführung einer Einrichtung zur Steuerung für das Elektrowerkzeug aus 1.
3 zeigt die Schalterzustände der einzelnen Schalter der Einrichtung zur Steuerung aus 2 in unterschiedlichen Bremsmodi gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Steuerungsverfahrens gemäß einer möglichen Ausführung der Erfindung.

Ausführliche Ausführungsformen
Unter Berücksichtigung, dass die herkömmlichen technischen Lösungen das Fließen der Energie zurück in die Batterie/Energieversorgung des Elektrowerkzeugs während der Bremsung eines Elektromotors für das Elektrowerkzeug nicht vermeiden können, wird in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Steuerungsprogramm für die Bremsung des Elektromotors angegeben, welches hinsichtlich einer höheren erwünschten Bremseffizienz (z. B. eines größeren Bremsstroms und einer kürzeren Zeitdauer bis zum Stillstand) sowie des in die Energieversorgung/Batterie zurückfließenden Strom des Elektrowerkzeugs, für welchen ein Wert von annähernd Null erwünscht ist, gutes Verhalten zeigt.
Das Steuerungsprogramm für die Bremsung nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für verschiedene Typen von dreiphasigen Elektromotoren geeignet. Beispielsweise kann die Wellenform der elektromotorischen Gegenkraft sinusförmig, dreieckig, oder trapezförmig sein.
Die konkreten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben.
1 zeigt schematisch ein Elektrowerkzeug 100 gemäß einer möglichen Ausführung der Erfindung, umfassend vor allem einen dreiphasigen Elektromotor 10 und eine Einrichtung 20 zur Steuerung.
Der dreiphasige Elektromotor 10 ist in einem Gehäuse des Elektrowerkzeugs 100 angeordnet. Der dreiphasige Elektromotor 10 dient als Antriebskomponente des Elektrowerkzeugs 100, um nach der Einschaltung das Elektrowerkzeug 100 mit Leistung zu versorgen. Der dreiphasige Elektromotor 10 ist z. B. ein bürstenloser dreiphasiger Gleichstrom-Elektromotor.
Die Einrichtung 20 zur Steuerung ist in dem Gehäuse des Elektrowerkzeugs 100 angeordnet und mit dem dreiphasigen Elektromotor 10 elektrisch verbunden. Die Einrichtung 20 zur Steuerung umfasst vor allem eine Schaltereinheit 21 und eine Steuerungseinheit 22.
Bezugnehmend auf 2 ist die Schaltereinheit 21 zwischen der Energieversorgung des Elektromotors 10 und dem Elektromotor geschaltet, um die Ausgabe des Stroms von der Energieversorgung an den Elektromotor zu erlauben oder verbieten. Die Schaltereinheit 21 kann mehrere Schalterelemente umfassen, die zusammen eine Wechselrichterbrücke ausbilden können. Die Schaltereinheit 21 kann ein Teil einer Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotor 10 sein. Beispielsweise umfasst die Treibschaltung des Elektromotors 10 eine aus den mehreren Schalterelementen ausgebildete Wechselrichterschaltung sowie eine Hochsetzschaltung, eine Filterschaltung, usw.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Schaltereinheit 21 sechs Schalterelemente T1 - T6, die eine dreiphasige Wechselrichterbrücke ausbilden. Je zwei Schalterelemente, also T1 und T2, T3 und T4 sowie T5 und T6, sind in Reihe miteinander verbunden. Jede der Verbindungsstellen zwischen den Schalterelementen T1 und T2, T3 und T4 sowie T5 und T6 ist mit einer Phase des dreiphasigen Elektromotors 10 elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise ist die Verbindungsstelle zwischen Schalterelementen T1 und T2 mit der Phase U elektrisch leitend verbunden; die Verbindungsstelle zwischen Schalterelementen T3 und T4 ist mit der Phase V elektrisch leitend verbunden; und die Verbindungsstelle zwischen Schalterelementen T5 und T6 ist mit der Phase W elektrisch leitend verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel bilden die Schalterelemente T1, T3 und T5 eine erste Schaltereinheit, d. h. einen oberen Brückenarm der Wechselrichterbrücke, aus; und die Schalterelemente T2, T4 und T6 bilden eine zweite Schaltereinheit, d. h. einen unteren Brückenarm der Wechselrichterbrücke, aus. Die Schalterelemente T1 - T6 können jeweils so ausgeführt sein, dass es einen Leistungstransistor und eine dazu parallel geschaltete Diode umfasst.
Die Steuerungseinheit 22 generiert ein Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente. Die Steuerungseinheit 22 generiert beispielsweise Steuerungssignale X1 - X6, die jeweils zur Steuerung der Schalterzustände (eingeschaltet oder ausgeschaltet) der Schalterelemente T1 - T6 verwendet werden, und gibt die Steuerungssignal X1 - X6 jeweils an einen Steuerungsanschluss der Schalterelemente T1 - T6 aus.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Steuerungseinheit 22 in einem Mikrosteuergerät eines Antriebssteuerungssystems des Elektromotors 10 angeordnet sein. Das Antriebssteuerungssystem kann die oben beschriebene Treibschaltung und das Mikrosteuergerät umfassen.
Die Steuerungseinheit 22 kann durch Hardware, Software oder eine Kombination von Software und Hardware umgesetzt werden. Für die Umsetzung durch Hardware kann sie mit einer oder mehreren Application-Specific-Integrated-Circuit (ASIC), Digital-Signal-Processor (DSP), Digital-Signal-Processing-Device (DSPD), Programmable-Logic-Device (PLD), Field-Programmable-Gate-Array (FPGA), Prozessoren, Steuergeräten, Mikrosteuergeräten, Mikroprozessoren und/oder elektronischen Einheiten, die zur Ausführung der Funktionen ausgestaltet sind, oder Kombination davon umgesetzt werden. Für die Umsetzung durch Software kann sie mittels Mikrocodes, Programmcodes oder Codesegmente umgesetzt werden, die auch in einem maschinenlesbaren Speichermedium wie Speicherkomponente abgespeichert werden können.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungseinheit 22 so ausgeführt, dass sie einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher beinhaltet Anweisungen, die beim Ausführen durch den Prozessor den Prozessor veranlassen, die Steuerungslogik/Steuerungsverfahren für Bremsung nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchzuführen.
Die Steuerungseinheit 22 kann die Steuerungssignale X1 - X6 jeweils zur Steuerung der Schalterelemente T1 - T6 generieren, und durch unterschiedliche Kombinationen der Steuerungssignale X1 - X6 können unterschiedliche Bremsmodi des dreiphasigen Elektromotors 10 erzielt werden. Beispielsweise werden das erste bis dritte Steuerungssignal jeweils zur Erreichung des ersten bis dritten Bremsmodus verwendet. Beispielsweise kann das Steuerungssignal so ausgeführt werden, dass es ein hohes Spannungsniveau und ein niedriges Spannungsniveau aufweisen kann und dass das Schalterelement unter der Steuerung des Steuerungssignals mit dem hohen Spannungsniveau eingeschaltet und unter der Steuerung des Steuerungssignals mit dem niedrigen Spannungsniveau ausgeschaltet werden kann. Selbstverständlich kann eine andere Korrespondenz zwischen dem Steuerungssignal und dem Schaltzustand verwendet werden, ohne auf die oben erwähnte Korrespondenz beschränkt zu sein.
Nachfolgend werden bezugnehmend auf 3 die Steuerungssignale und die Bremsmodi beschrieben.
Zuerst sollte darauf hingewiesen sein, dass in den Ausführungsbeispielen der Erfindung eine elektrische Periode in 6 Teilperioden mit jeweils einer Zeitdauer von T/6 unterteilt wird (siehe die durch gestrichelte Linien voneinander getrennten Bereiche in 3), d. h. jede Teilperiode einer elektrischen Periode (0 - 360°) entspricht einem Bereich von 60°. Mit anderen Worten umfasst eine elektrische Periode die folgenden 6 Teilperioden: die Bereiche von 0° - 60°, 60° - 120°, 120° - 180°, 180° - 240°, 240° - 300°, und 300° - 360°. In einem Ausführungsbeispiel kann die elektrische Periode von 0° - 360° in 6 Bereiche von 60° mittels eines Signals, welches die Information über die elektromotorische Gegenkraft (BEMF: Back Electromotive Force) trägt, wie z. B. mittels eines Rotorpositionssignals des Elektromotors (Hall-Signal), unterteilt werden.
Es ist zu verstehen, dass der Zeitraum vom Start der Bremsung bis zum vollständigen Stoppen (Stillstand) des dreiphasigen Elektromotors 10 entweder einige vollständige elektrische Perioden oder einige vollständige sowie eine unvollständige elektrische Periode umfassen kann. D. h. die letzte elektrische Periode vor dem Stoppen des Elektromotors könnte unvollständig sein.
3 (a) zeigt die Zustände der Schalterelemente T1 - T6 bei einem stetigen drehenden Elektromotors 10. Die Schalterzustände können als ein phasenwechselnder Betrieb in sechs Stufen angesehen werden. Insbesondere unter der Steuerung des Steuerungssignals X1 - X6 sind im Bereich von 0° - 60° die Schalterelemente T1 und T4 eingeschaltet (aktiv); im Bereich von 60° - 120° sind die Schalterelemente T4 und T5 eingeschaltet; im Bereich von 120° - 180° sind die Schalterelemente T2 und T5 eingeschaltet; im Bereich von 180° - 240° sind die Schalterelemente T2 und T3 eingeschaltet; im Bereich von 240° - 300° sind die Schalterelemente T3 und T6 eingeschaltet; und im Bereich von 300° - 360° sind die Schalterelemente T1 und T6 eingeschaltet. So werden die Phasen nacheinander gewechselt, um die stetige Drehung des Elektromotors 10 zu erreichen.
3 (b) zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Erreichung der Schalterzustände der Schalterelemente T1 - T6 im ersten Bremsmodus.
Im ersten Bremsmodus werden die einzelnen Schalterelemente unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals so ausgeführt: Während der Bremsung des Elektromotors ist der Schalter, der der Phase mit der maximalen elektromotorischen Gegenkraft entspricht, des unteren Brückenarms stets ausgeschaltet. D. h. im Bereich jeder Teilperiode ist der Schalter, der der Phase mit der maximalen elektromotorischen Gegenkraft entspricht, des unteren Brückenarms ausgeschaltet, und die zwei Schalter, die den anderen zwei Phasen entsprechen, des unteren Brückenarms sind eingeschaltet. Daher kann der erste Bremsmodus als Zweileitungsbremsmodus angesehen werden.
Bezugnehmend auf 3 (b) wird eine elektrische Periode von 0° - 360° als Beispiel genommen, um die Logik für Ein- und Ausschaltung der einzelnen Schalter im ersten Bremsmodus zu beschreiben.
Im Bereich von 0° - 360° sind die einzelnen Schalterelemente des oberen Brückenarms, also die Schalterelemente T1, T3 und T5 ausgeschaltet (inaktiv). Im Bereich von 0° - 60° sind die Schalterelemente T4 und T6 eingeschaltet (ON, aktiv), und das Schalterelement T2 ist ausgeschaltet (OFF, inaktiv); im Bereich von 60° - 120° sind die Schalterelemente T2 und T4 eingeschaltet, und das Schalterelement T6 ist ausgeschaltet; im Bereich von 120° - 180° sind die Schalterelemente T2 und T4 eingeschaltet, und das Schalterelement T6 ist ausgeschaltet; im Bereich von 180° - 240° sind die Schalterelemente T2 und T6 eingeschaltet, und das Schalterelement T4 ist ausgeschaltet; im Bereich von 240° - 300° sind die Schalterelemente T2 und T6 eingeschaltet, und das Schalterelement T4 ist ausgeschaltet; und im Bereich von 300° - 360° sind die Schalterelemente T4 und T6 eingeschaltet, und das Schalterelement T2 ist ausgeschaltet. Danach werden die Phasen gewechselt, um die stetige Bremsung des Elektromotors 10 zu erreichen.
Im ersten Bremsmodus ist der Schalter, der der Phase mit der maximalen elektromotorischen Gegenkraft entspricht, des unteren Brückenarms stets inaktiv. Insbesondere wird im Bereich von 0° - 60° die maximale elektromotorische Gegenkraft (BEMF) der U-Phase vermieden; im Bereich von 60° - 120° wird die maximale elektromotorische Gegenkraft der V-Phase vermieden; im Bereich von 120° - 180° wird die maximale elektromotorische Gegenkraft der V-Phase vermieden; im Bereich von 180° - 240° wird die maximale elektromotorische Gegenkraft der W-Phase vermieden; im Bereich von 240° - 300° wird die maximale elektromotorische Gegenkraft der W-Phase vermieden; und im Bereich von 300° - 360° wird die maximale elektromotorische Gegenkraft der U-Phase vermieden.
Weil während der Bremsung im ersten Bremsmodus die Schalter des oberen Brückenarms stets ausgeschaltet (Off) sind, ist die Energieversorgung des Elektrowerkzeugs von den ausgeschalteten Schaltern des oberen Brückenarms des Elektromotors 10 getrennt, so dass sich der Bremsstrom lediglich aus der Einwirkung der elektromotorischen Gegenkraft auf die dreiphasigen Wicklungen des Elektromotors ergibt. Zudem wird die maximale elektromotorische Gegenkraft in den entsprechenden Teilperioden vermieden.
3 (c) und (d) zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel zur Erreichung der Schalterzustände der Schalterelemente T1 - T6 im zweiten Bremsmodus. Im zweiten Bremsmodus sind die einzelnen Schalterelemente des unteren Brückenarms unter der Steuerung des zweiten Steuerungssignals periodisch oder stets eingeschaltet.
Bezugnehmend auf 3 (c) wird in einem Ausführungsbeispiel des zweiten Bremsmodus eine elektrische Periode von 0° - 360° als Beispiel genommen, um die Logik für Ein- und Ausschaltung der einzelnen Schalter zu beschreiben.
Im Bereich von 0° - 360° sind die einzelnen Schalterelemente des oberen Brückenarms, also die Schalterelemente T1, T3 und T5 ausgeschaltet (inaktiv). Im Bereich von 0° - 360° funktionieren die einzelnen Schalterelemente des unteren Brückenarms, also die Schalterelemente T2, T4 und T6 in einem PWM-Chopper-Modus. Daher kann der zweite Bremsmodus des Ausführungsbeispiels als PWM-Chopper-Bremsmodus angesehen werden. Insbesondere unter der Steuerung des zweiten Steuerungssignals liegen der On-Zustand und der Off-Zustand der Schalterelemente T2, T4 und T6 alternativ vor. Im On-Zustand der Schalterelemente T2, T4 und T6 ergibt sich der Bremsstrom aus der Einwirkung der elektromotorischen Gegenkraft auf die dreiphasigen Wicklungen des Elektromotors. Im Off-Zustand der Schalterelemente T2, T4 und T6 wird der Strom der dreiphasigen Wicklungen durch inverse Freilaufdioden der Schalterelemente T1, T3 und T5 in die Gleichstromseite zurückgeleitet, um eine Erhöhung der Spannung auf der Gleichstromseite zu veranlassen.
Bezugnehmend auf 3 (d) wird in einem Ausführungsbeispiel des zweiten Bremsmodus eine elektrische Periode von 0° - 360° als Beispiel genommen, um die Logik für Ein- und Ausschaltung der einzelnen Schalter zu beschreiben.
Im Bereich von 0° - 360° sind unter der Steuerung des zweiten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente des oberen Brückenarms, also die Schalterelemente T1, T3 und T5 ausgeschaltet (inaktiv). Im Bereich von 0° - 360° sind die einzelnen Schalterelemente des unteren Brückenarms, also die Schalterelemente T2, T4 und T6 stets eingeschaltet (On, aktiv), so dass die dreiphasige elektromotorische Gegenkraft auf die dreiphasigen Wicklungen des Elektromotors einwirkt und den Bremsstrom erzeugt. Dies führt zu einem größten Bremsstrom und einer schnellsten Bremsung, aber es besteht auch das Risiko, dass wegen eines zu großen Bremsstroms die Leistungsschalter zerstört werden. Daher kann der zweite Bremsmodus des Ausführungsbeispiels als Bremsmodus mit maximalem Bremsstrom angesehen werden.
3 (e) und (f) zeigen ein Ausführungsbeispiel zur Erreichung der Schalterzustände der Schalterelemente T1 - T6 im dritten Bremsmodus. Im dritten Bremsmodus ist jedes Schalterelement des unteren Brückenarms nacheinander eingeschaltet. Daher kann der dritte Bremsmodus als Einleitungsbremsmodus angesehen werden.
Bezugnehmend auf 3 (e) wird in einem Ausführungsbeispiel des dritten Bremsmodus eine elektrische Periode von 0° - 360° als Beispiel genommen, um die Logik für Ein- und Ausschaltung der einzelnen Schalter zu beschreiben.
Im Bereich von 0° - 360° sind unter der Steuerung des dritten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente des oberen Brückenarms, also die Schalterelemente T1, T3 und T5 ausgeschaltet (inaktiv). Im Bereich von 0° - 360° sind die Schaltzustände und die Reihenfolge für Einschaltung der einzelnen Schalterelemente des unteren Brückenarms, also die Schalterelemente T2, T4 und T6, gleich wie bei einem normalen Betrieb des Elektromotors (also gleich dem in 3 (a) gezeigten Zustand). Insbesondere im Bereich von 0° - 120° ist das Schalterelement T4 eingeschaltet (On, aktiv); im Bereich von 120° - 240° ist das Schalterelement T2 eingeschaltet; und im Bereich von 240° - 360° ist das Schalterelement T6 eingeschaltet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Schaltzustände und die Reihenfolge der Einschaltung der Schalterelement des unteren Brückenarms gleich wie beim normalen Betrieb. Da die Schalterelemente des oberen Brückenarms ausgeschaltet (inaktiv) sind, befindet sich der Elektromotor in einem freien Ruhezustand, in dem die dreiphasige elektromotorische Gegenkraft keinen Bremsstrom erzeugt.
Bezugnehmend auf 3 (f) ist ein anderes Ausführungsbeispiel des dritten Bremsmodus gezeigt, welches sich vom oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des dritten Bremsmodus dadurch unterscheidet, dass die Steuerungseinheit 22 einen Voreilwinkel für die einzelnen Schalterelemente des unteren Brückenarms einstellt. Der Voreilwinkel liegt im Bereich zwischen 0° - 60°, z. B. größer als 0° und kleiner als 60°. Nach der Einstellung des Voreilwinkels wirkt die dreiphasige elektromotorische Gegenkraft der Wicklungen auf die Wicklungen im Bereich des Voreilwinkels über die Schalterelemente des unteren Brückenarms ein, um den Bremsstrom zu erzeugen. Da der Voreilwinkel im Bereich von 0° - 60° liegt, kann gewährleistet werden, dass vor dem nächsten Wechseln der Phasen ein Zustand äquivalent zu dem des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels (das Ausführungsbeispiel in 3 (e)) eintreten. Dabei erzeugt die dreiphasige elektromotorische Gegenkraft der Wicklungen keinen Bremsstrom, um damit zu gewährleisten, dass beim Wechseln der Phasen der Strom der Wicklungen nicht durch die inversen Freilaufdioden der Schalterelemente des oberen Brückenarms in die Energieversorgung des Elektrowerkzeugs zurückgeleitet wird.
Bezugnehmend auf 3 (f) wird eine elektrische Periode von 0° - 360° als Beispiel genommen, um die Logik für Ein- und Ausschaltung der einzelnen Schalter zu beschreiben.
Bei einem auf 60° eingestellten Voreilwinkel sind unter der Steuerung des dritten Steuerungssignals im Bereich von 0° - 360° die einzelnen Schalterelemente des oberen Brückenarms, also die Schalterelemente T1, T3 und T5 ausgeschaltet (inaktiv). Im Bereich von 0° - 60° ist das Schalterelement T4 eingeschaltet (On, aktiv); im Bereich von 60° - 180° ist das Schalterelement T2 eingeschaltet; im Bereich von 180° - 300° ist das Schalterelement T6 eingeschaltet; und im Bereich von 300° - 360° ist das Schalterelement T4 eingeschaltet.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Steuerungseinheit 22 einen oder mehrere der oben beschriebenen Bremsmodi basierend auf der Anforderung der Bremsung des dreiphasigen Elektromotors in praktischer Anwendung ausführen und die Zeitdauer sowie Reihenfolge des auszuführenden Bremsmodus oder der auszuführenden Bremsmodi bestimmen.
Die Anforderungen der Bremsung des Elektromotors können die folgenden Aspekte umfassen: (1) der zu der Hauptsammelschiene zurückkehrende Strom: Beispielsweise darf der zu der Energieversorgung/Batterie zurückkehrende Strom während der Bremsung einen Schwellenwert nicht überschreiten (z. B. der zu der Hauptsammelschiene zurückkehrende Strom wird überwacht bzw. gemessen). (2) Bremsstrom: Beispielsweise darf der Bremsstrom einen Schwellenwert nicht unterschreiten (z. B. der zurückfließende Phasenstrom wird gemessen). (3) Zeitdauer bis zum Stillstand: Beispielsweise soll die Zeitdauer bis zum Stillstand nicht zu lang sein.
4 zeigt nachfolgend das Verfahren zur Steuerung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren zur Steuerung kann in einer oben beschriebenen Einrichtung 20 zur Steuerung durchgeführt werden, z. B. durch die oben beschriebene Steuerungseinheit 22. Daher gilt die obige Beschreibung auch dafür und hier wird nicht darauf eingegangen.
In einem Ausführungsbeispiel generiert die Steuerungseinheit 22 im Block 402 ein erstes Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente, um den ersten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors 10 zu erzielen, wobei unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und in jeder Teilperiode einer elektrischen Periode das Schalterelement der zweiten Schaltereinheit, das der Phase mit der maximalen elektromotorischen Gegenkraft des dreiphasigen Elektromotors entspricht, ausgeschaltet ist und die anderen Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit eingeschaltet sind.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst jede elektrische Periode sechs gleiche Teilperioden, wobei in jeder elektrischen Periode im ersten Bremsmodus unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals in der ersten und sechsten Teilperiode das U entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die V und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der zweiten und dritten Teilperiode das V entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der vierten und fünften Teilperiode das W entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und V entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist erwünscht, dass die Bremsdauer gegenüber dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verkürzt werden kann, d. h. der Elektromotor kann schneller zum Stillstand gebremst werden. Nach der Durchführung des ersten Bremsmodus kann der zweite Bremsmodus durchgeführt werden, d. h. nach der Durchführung des Blocks 402 wird der Block 403 durchgeführt, weil der Bremsstrom im zweiten Bremsmodus größer ist und dadurch die Bremsdauer verkürzt werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel kann eines der zwei Ausführungsbeispiele für den zweiten Bremsmodus, also der PWM-Chopper-Bremsmodus und der Bremsmodus mit maximalen Bremsstrom, nach praktischer Anwendung und der Anforderung der Bremsdauer verwendet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ab dem Zeitpunkt, zu dem ein vorgegebenes Prozent (wie etwa 60%) der Bewegungsenergie des dreiphasigen Elektromotors durch die Ausführung des Blocks 402 (also des ersten Bremsmodus) für eine bestimmte Zeitdauer verbraucht worden ist (also ab dem Zeitpunkt, zu dem die Betriebsenergie des Elektromotors größtenteils verbraucht worden ist), bis zum Stillstand des Elektromotors ein zweites Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen zweiten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, wobei unter der Steuerung des zweiten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind und die einzelnen Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit periodisch oder stets eingeschaltet sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist erwünscht, dass der zu der Hauptsammelschiene zurückkehrende Strom stets nicht überschüssig groß ist. D. h. es ist erwünscht, dass in einer Ausgangsstufe, in der der Elektromotor die Bremsung beginnt, die zu der Batterie/Energieversorgung des Elektrowerkzeugs zurückkehrenden Energie in einem niedrigen Bereich eingeschränkt werden soll. Dafür kann vor der Durchführung des ersten Bremsmodus der dritte Bremsmodus durchgeführt werden, d. h. vor der Durchführung des Blocks 402 wird der Block 403 durchgeführt, weil der zu der Hauptsammelschiene zurückkehrende Strom im ersten Bremsmodus sehr klein (annähernd Null) ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungseinheit ferner so ausgebildet, dass sie vor der Ausführung des ersten Bremsmodus ein drittes Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen dritten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, und dass sie den ersten Bremsmodus wieder ausführt, nachdem der dritte Bremsmodus für eine bestimmte Zeitdauer ausgeführt worden ist und damit ein zu einer Hauptsammelschiene zurückkehrender Strom auf einen vorgegebenen Schwellenwert reduziert worden ist, wobei unter der Steuerung des dritten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und in jeder Teilperiode einer elektrischen Periode ein einer Phase des Elektromotors entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit eingeschaltet ist und die den anderen Phasen des Elektromotors entsprechenden Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet sind.
Es ist zu verstehen, dass oben nur beispielhaft die ausführbaren Bremsvorgänge beschrieben wurden, und dass die Bremsvorgänge gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung auch als andere Kombinationen des ersten, zweiten und dritten Bremsmodus implementiert werden können. Beispielsweise wird der dritte Bremsmodus in einer Ausgangsstufe, in der der Elektromotor die Bremsung beginnt, durchgeführt, der erste Bremsmodus bei einem zu der Hauptsammelschiene zurückkehrenden Strom von annähernd Null durchgeführt, und der zweite Bremsmodus nach dem Verbrauchen der Betriebsenergie größtenteils durchgeführt, so dass der Elektromotor danach rasch gestoppt wird.
Es ist zu verstehen, dass sich die Einrichtung bzw. das Verfahren zur Steuerung des dreiphasigen Elektromotors gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung auch für andere Vorrichtungen oder Anlagen, die Anforderungen hinsichtlich der Bremseffizienz und des in die Energieversorgung/Batterie zurückfließenden Strom, für welchen ein Wert von annähernd Null erwünscht ist, stellen, eignen kann.
In der Erfindung wird ferner ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, in dem ausführbare Anweisungen gespeichert sind, die beim Ausführen einen oder mehrere Prozessoren veranlassen, das oben beschriebene Verfahren zur Steuerung durchzuführen.
Obwohl das in 1 beispielhaft gezeigte Elektrowerkzeug 100 eine Werkzeugmaschine wie ein Bohrer oder Hammer sein kann, ist es zu verstehen, dass es sich beim Elektrowerkzeug gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung auch um Werkzeugmaschinen eines anderen Typs handeln kann, wie z. B. eine andere Vorrichtung oder Anlage, in der die Einrichtung bzw. das Verfahren zur Steuerung gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung anwendbar ist.
Obwohl oben einige Ausführungsformen beschrieben wurden, sind sie ausschließlich exemplarisch angegeben, ohne den Umfang der Anmeldung zu beschränken. Die beigefügten Ansprüche sowie die äquivalenten Substitutionen dazu sollen alle Modifikationen, Ersätze und Änderungen, die innerhalb des Umfangs und Hauptkonzepts der Anmeldung vorgenommen werden, enthalten.

Claims

Einrichtung (20) zur Steuerung eines dreiphasigen Elektromotors (10) für ein Elektrowerkzeug (100), umfassend: eine Schaltereinheit (21), die so ausgebildet ist, dass sie eine erste Schaltereinheit und eine zweite Schaltereinheit umfasst, wobei die erste Schaltereinheit und die zweite Schaltereinheit jeweils mehrere den Phasen einer Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors entsprechende Schalterelemente umfassen, wobei jedes Schalterelement der ersten Schaltereinheit und ein entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit miteinander in Reihe geschaltet verbunden sind und jeweils mit einem Anschluss einer Phase der Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors verbunden sind; und eine Steuerungseinheit (22), die so ausgebildet ist, dass sie mit der Schaltereinheit elektrisch verbunden ist und ein erstes Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen ersten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors (10) zu erzielen, wobei unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und in jeder Teilperiode einer elektrischen Periode das Schalterelement der zweiten Schaltereinheit, das der Phase mit der maximalen elektromotorischen Gegenkraft des dreiphasigen Elektromotors entspricht, ausgeschaltet ist und die anderen Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit eingeschaltet sind.
Einrichtung (20) zur Steuerung nach Anspruch 1, wobei jede elektrische Periode sechs Teilperioden umfasst, und wobei in jeder elektrischen Periode im ersten Bremsmodus unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals in der ersten und sechsten Teilperiode das U entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die V und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der zweiten und dritten Teilperiode das V entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der vierten und fünften Teilperiode das W entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und V entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; und optional jede der sechs Teilperioden einen Bereich von 60° besetzt.
Einrichtung (20) zur Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungseinheit (22) ferner so ausgebildet ist, dass sie ab dem Zeitpunkt, zu dem ein vorgegebenes Prozent der Bewegungsenergie des dreiphasigen Elektromotors (10) durch die Ausführung des ersten Bremsmodus für eine bestimmte Zeitdauer verbraucht worden ist, bis zum Stillstand des dreiphasigen Elektromotors (10) ein zweites Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen zweiten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors (10) zu erzielen, wobei unter der Steuerung des zweiten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und die einzelnen Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit periodisch oder stets eingeschaltet sind.
Einrichtung (20) zur Steuerung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Steuerungseinheit (22) ferner so ausgebildet ist, dass sie vor der Ausführung des ersten Bremsmodus ein drittes Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen dritten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors (10) zu erzielen, und dass sie den ersten Bremsmodus wieder ausführt, nachdem der dritte Bremsmodus für eine bestimmte Zeitdauer ausgeführt worden ist und damit ein in eine Hauptsammelschiene zurückkehrender Strom auf einen vorgegebenen Schwellenwert reduziert worden ist, wobei unter der Steuerung des dritten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und in jeder Teilperiode einer elektrischen Periode ein einer Phase des Elektromotors entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit eingeschaltet ist und die den anderen Phasen des Elektromotors entsprechenden Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet sind.
Einrichtung (20) zur Steuerung nach Anspruch 4, wobei die Steuerungseinheit (22) ferner ausgebildet ist, um einen Voreilwinkel für ein einzuschaltendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit einzustellen, der größer als 0° und kleiner als 60° beträgt.
Einrichtung (20) zur Steuerung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Steuerungseinheit (22) ausgebildet ist, um einen oder mehrere der ersten bis dritten Bremsmodi nach Anforderung der Bremsung des dreiphasigen Elektromotors (10) in praktischer Anwendung auszuführen und die Zeitdauer sowie Reihenfolge des auszuführenden Bremsmodus oder der auszuführenden Bremsmodi zu bestimmen, wobei die Anforderung der Bremsung eine oder mehrere aus der Gruppe von dem Bremsstrom, dem in die Hauptsammelschiene zurückkehrenden Strom und der Zeitdauer bis zum Stillstand umfasst, und wobei es sich bei dem ersten Bremsmodus um einen Zweileitungsbremsmodus, bei dem zweiten Bremsmodus um einen Bremsmodus mit maximalem Bremsstrom, und bei dem dritten Bremsmodus um einen Einleitungsbremsmodus handelt.
Einrichtung (20) zur Steuerung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Schalterelemente der Schaltereinheit (21) eine Wechselrichterbrücke ausbilden, wobei die Schalterelemente der ersten Schaltereinheit einen oberen Arm der Wechselrichterbrücke und die Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit einen unteren Arm der Wechselrichterbrücke ausbilden.
Einrichtung (20) zur Steuerung eines dreiphasigen Elektromotors (10) für ein Elektrowerkzeug (100), umfassend: eine Schaltereinheit (21), die so ausgebildet ist, dass sie eine erste Schaltereinheit und eine zweite Schaltereinheit umfasst, wobei die erste Schaltereinheit und die zweite Schaltereinheit jeweils mehrere den Phasen einer Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors entsprechende Schalterelemente umfassen, wobei jedes Schalterelement der ersten Schaltereinheit und ein entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit miteinander in Reihen geschaltet verbunden sind und jeweils mit einem Anschluss einer Phase der Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors verbunden sind; und eine Steuerungseinheit (22), die so ausgebildet ist, dass sie mit der Schaltereinheit elektrisch verbunden ist und ein erstes Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen ersten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors (10) zu erzielen, wobei jede elektrische Periode sechs Teilperioden umfasst, und wobei in jeder elektrischen Periode im ersten Bremsmodus unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind; in der ersten und sechsten Teilperiode das U entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die V und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der zweiten und dritten Teilperiode das V entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der vierten und fünften Teilperiode das W entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und V entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind.
Einrichtung (20) zur Steuerung nach Anspruch 8, wobei jede der sechs Teilperioden einen Bereich von 60° besetzt.
Elektrowerkzeug (100), umfassend einen dreiphasigen Elektromotor (10); und eine Bremseinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1-7 oder 8-9, die mit dem dreiphasigen Elektromotor (10) elektrisch verbunden ist und eine Schaltereinheit und eine Steuerungseinheit umfasst, wobei die Steuerungseinheit ein Steuerungssignal zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente generiert, um einen oder mehrere vom ersten bis dritten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, wobei es sich bei dem ersten Bremsmodus um einen Zweileitungsbremsmodus, bei dem zweiten Bremsmodus um einen Bremsmodus mit maximalem Bremsstrom oder einen PWM-Chopper-Bremsmodus, und bei dem dritten Bremsmodus um einen Einleitungsbremsmodus handelt.
Verfahren zur Steuerung eines dreiphasigen Elektromotors für ein Elektrowerkzeug, wobei optional das Verfahren in einer Einrichtung zur Steuerung nach einem der Ansprüche 1-7 und/oder in einem Elektrowerkzeug nach Anspruch 10 implementiert ist, wobei das Elektrowerkzeug einen dreiphasigen Elektromotor und eine Schaltereinheit umfasst, wobei die Schaltereinheit mit dem Elektromotor zur Stromversorgung verbunden ist, wobei die Schaltereinheit eine erste Schaltereinheit und eine zweite Schaltereinheit umfasst, wobei die erste Schaltereinheit und die zweite Schaltereinheit jeweils mehrere den Phasen einer Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors entsprechende Schalterelemente umfassen, wobei jedes Schalterelement der ersten Schaltereinheit und ein entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit miteinander in Reihe geschaltet verbunden sind und jeweils mit einem Anschluss einer Phase der Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Generieren eines ersten Steuerungssignals zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente, um einen ersten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors zu erzielen, wobei unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind, und in jeder Teilperiode einer elektrischen Periode das Schalterelement der zweiten Schaltereinheit, das der Phase mit der maximalen elektromotorischen Gegenkraft des dreiphasigen Elektromotors entspricht, ausgeschaltet ist und die anderen Schalterelemente der zweiten Schaltereinheit eingeschaltet sind.
Verfahren zur Steuerung eines dreiphasigen Elektromotors für ein Elektrowerkzeug, wobei optional das Verfahren in einer Einrichtung zur Steuerung nach einem der Ansprüche 8-9 und/oder in einem Elektrowerkzeug nach Anspruch 10 implementiert ist, wobei das Elektrowerkzeug einen dreiphasigen Elektromotor und eine Schaltereinheit umfasst, wobei die Schaltereinheit mit dem Elektromotor zur Stromversorgung verbunden ist, wobei die Schaltereinheit eine erste Schaltereinheit und eine zweite Schaltereinheit umfasst, wobei die erste Schaltereinheit und die zweite Schaltereinheit jeweils mehrere den Phasen einer Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors entsprechende Schalterelemente umfassen, wobei jedes Schalterelement der ersten Schaltereinheit und ein entsprechendes Schalterelement der zweiten Schaltereinheit miteinander in Reihe geschaltet verbunden sind und jeweils mit einem Anschluss einer Phase der Treibschaltung des dreiphasigen Elektromotors verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Generieren eines ersten Steuerungssignals zur Steuerung der Schalterzustände der einzelnen Schalterelemente, um einen ersten Bremsmodus des dreiphasigen Elektromotors (10) zu erzielen, wobei jede elektrische Periode sechs Teilperioden umfasst, und wobei in jeder elektrischen Periode im ersten Bremsmodus unter der Steuerung des ersten Steuerungssignals die einzelnen Schalterelemente der ersten Schaltereinheit ausgeschaltet sind; in der ersten und sechsten Teilperiode das U entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die V und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der zweiten und dritten Teilperiode das V entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und W entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind; in der vierten und fünften Teilperiode das W entsprechende Schalterelement der zweiten Schaltereinheit ausgeschaltet ist und die U und V entsprechenden Schalterelemente eingeschaltet sind.