EP1374653A1 - Ansteuereinrichtung für einen elektromotor - Google Patents

Ansteuereinrichtung für einen elektromotor

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EP1374653A1
EP1374653A1 EP02735012A EP02735012A EP1374653A1 EP 1374653 A1 EP1374653 A1 EP 1374653A1 EP 02735012 A EP02735012 A EP 02735012A EP 02735012 A EP02735012 A EP 02735012A EP 1374653 A1 EP1374653 A1 EP 1374653A1
Authority
EP
European Patent Office
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electric motor
power semiconductor
carrier plate
controlling
control circuit
Prior art date
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Application number
EP02735012A
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English (en)
French (fr)
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EP1374653B1 (de
Inventor
Peter Broghammer
Daniel Hafen
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Marquardt GmbH
Original Assignee
Marquardt GmbH
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Publication date
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Publication of EP1374653A1 publication Critical patent/EP1374653A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1374653B1 publication Critical patent/EP1374653B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/02—Construction of casings, bodies or handles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/008—Cooling means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S388/00—Electricity: motor control systems
    • Y10S388/935—Specific application:
    • Y10S388/937—Hand tool

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling an electric motor.
  • Such a device is mainly used in a power tool.
  • it can be a cordless power tool with a brushless DC motor.
  • control circuit In the case of power tools, it is known to arrange the control circuit on a circuit board in the housing of the power tool. In the handle shell of the housing there is also an electrical switch for manual operation of the power tool. Finally, the power semiconductors used to supply voltage to the electric motor are also accommodated in the housing. The control electronics, the switch and the power semiconductors are connected to one another and to the electric motor and, if appropriate, to the battery by means of electrical lines.
  • the outlay associated with the cabling has proven to be disadvantageous. Due to the limited installation space in the housing of the power tool, it is often difficult to accommodate the device. Furthermore, the lines can also falsify the motor current switched by means of the power semiconductors, so that the electric motor is operated incorrectly, which can ultimately cause damage and failure of the power tool.
  • the invention has for its object to provide a device for controlling an electric motor, which is compact and thus also in limited Installation spaces can be accommodated.
  • the control device is to permit reliable control of the electric motor.
  • the control device has a carrier plate, which can be, for example, a printed circuit board, at least part of the control circuit, in particular electrical and / or electronic components, and the conductor tracks of the control circuit connecting the electrical and / or electronic components, is arranged on the carrier plate.
  • the power semiconductor is arranged on the carrier plate and / or on a carrier element fastened on the carrier plate, with which the control device is suitable for limited installation spaces.
  • the control device has a carrier plate, at least part of the control circuit, in particular electrical and / or electronic components and the conductor tracks of the control circuit connecting the electrical and / or electronic components, being arranged on the carrier plate.
  • the carrier plate consists of a metal part, the surface of which faces the components and the conductor tracks is provided with an insulating coating, such that the components, the conductor tracks or the like are in turn located on the coating.
  • the metal part also serves as a heat sink, so that the heat loss can be safely dissipated even at high outputs.
  • the power semiconductor can be arranged on the coating of the metal part.
  • the coating contains a recess and that the power semiconductor at the recess directly on the Metal part is attached, for example by soldering. This ensures that the high heat loss generated in the power semiconductor is dissipated in an efficient manner and the power semiconductor is thus protected against premature failure.
  • the power semiconductors can also be arranged on a carrier element in the second embodiment, the carrier element being fastened on the carrier plate. This results in a further compactification of the control device.
  • a plurality of power semiconductors can be arranged on the carrier element or on the carrier plate for particularly high currents.
  • several MOSFETs are then generally used as power semiconductors.
  • a control circuit for a cordless power tool can have six MOS-FETs.
  • the carrier element for the power semiconductor is designed as a heat sink. This ensures that, above all, the higher heat loss that arises at the power semiconductor is safely dissipated and that the control circuit cannot be influenced by this heat loss. It is advisable that the carrier element is arranged to protrude approximately vertically from the carrier plate. The carrier element can in turn be pressed and / or soldered into the carrier plate.
  • a battery is expediently used to supply the electric motor with voltage. It is then appropriate to simplify the current supply that the carrier plate is arranged in the vicinity of the battery, preferably in such a way that the power semiconductor and / or the carrier element with the power semiconductor faces the battery.
  • a pluggable contacting of the battery is produced in a simple manner in that plug contacts, which are designed in particular in the form of contact clips, for example , ulpen , 'clips , are arranged on the carrier plate.
  • a further simplification can be achieved in that the plug contacts can be plugged and / or snapped onto the carrier plate. There is an adapter for this.
  • the power semiconductor and / or the carrier element for the power semiconductor is arranged directly on the edge of the carrier plate facing the battery. Then the power semiconductor and / or the carrier element can be in direct electrical contact with the plug contacts for the battery. To simplify production, the plug contacts are integrated in one piece in the carrier plate and / or the carrier element.
  • the capacitors of the control circuit are soldered directly to the plug contact in a compact arrangement. Furthermore, the capacitors of the control circuit can be arranged on the carrier plate, specifically between the power semiconductor and / or the carrier element for the power semiconductor and the plug contacts.
  • the control circuit is supplied with a setpoint for setting an assigned speed for the electric motor.
  • a sensor element such as a potentiometer, a Hall element, a magnetoresistive element or another element, is located on the carrier plate to generate the setpoint.
  • the sensor element it can be arranged in a housing, the housing of an electrical switch expediently being suitable for this purpose.
  • the switch then has an actuating member, in particular in the form of a pusher, for actuating the sensor element, the actuating member being arranged on the housing of the switch.
  • a contact system which serves to switch the voltage supply of the electric motor and, if appropriate, the control circuit can be arranged in the electrical switch.
  • the contact system can also be actuated by means of the actuating member.
  • the carrier plate serves to receive and fasten the electrical switch at the same time.
  • a further electrical switch for switching between clockwise / counterclockwise rotation of the electric motor is then also arranged on the carrier plate.
  • This further switch can be a microswitch and / or snap switch, with an actuating element acting, for example, in the manner of a slide, acting on the further switch.
  • the control device according to the invention is advantageously to be used in the grip shell of a power tool in the manner of a prefabricated module, the actuating element then protruding from the grip shell for manual actuation.
  • Such a control device can alternatively also be arranged in the battery of the power tool, so that after the battery is inserted into the handle of the power tool, the actuating member protrudes from the handle.
  • the actuating element already in the grip shell can just as well be articulated to the control device.
  • control device is of compact design and can therefore also be accommodated in narrow installation spaces of the grip shell of power tools.
  • control device is of compact design and can therefore also be accommodated in narrow installation spaces of the grip shell of power tools.
  • control device has greater operational reliability than previous devices, so that damage to the power tool in this regard is effectively prevented.
  • FIG. 3 shows the control device from FIG. 2 in a side view
  • 4 the carrier element with power semiconductor as a single part in a side view
  • Fig. 5 shows the carrier element with power semiconductor as an individual part in a further side view
  • Fig. 6 shows the control device as in Fig. 2 according to a second embodiment.
  • the control device 1 shows an electric tool 22 with a device 1 for controlling an electric motor 23.
  • the electric motor 23 can be a brushless DC motor in a cordless power tool.
  • the control device 1 shown in FIGS. 2 and 3 as an individual part has at least one power semiconductor 3 for controllably applying an electrical voltage to the electric motor 23 and a control circuit 4 for controlling the power semiconductor 3.
  • the control circuit 4 comprises electrical and / or electronic components 5 and the these connecting conductor tracks 6.
  • the control device 1 has a carrier plate 2, at least part of the control circuit 4 being arranged on the carrier plate 2.
  • the power semiconductor 3 is arranged on a carrier element 7.
  • the carrier element 7 is in turn fastened to the carrier plate 2, as can be seen from FIG. 4, with which a particular flexibility in the arrangement of the power semiconductor 3 is achieved with a small space requirement on the carrier plate 2.
  • the carrier plate 2 can be, for example, a printed circuit board.
  • the power semiconductor 3 can also be arranged directly on the carrier plate 2 if the space available there is sufficient.
  • the carrier plate 2 consists of a metal part 9, the surface of which faces the components 5 and the conductor tracks 6 is provided with an electrically insulating coating 8.
  • the components 5, the conductor tracks 6 or the like are in turn on the coating 8.
  • the metal part 9 also serves as a heat sink, making a heat sink separately attached to the control device 1 superfluous.
  • the power semiconductor 3 can also be arranged on a carrier element 7 corresponding to FIG. 2, the carrier element 7 then being fastened to the carrier plate 2.
  • the carrier element 7 can also be dispensed with here, which is shown in FIG. 6.
  • the power semiconductor 3 can be arranged on the coating 8 of the metal part 9.
  • the coating 8 may just as well contain a cutout 10 to which the power semiconductor is fastened directly on the metal part 9, as is illustrated by the two power semiconductors 3 ′ located on the left.
  • the power semiconductor 3, 3 ' is attached, for example, by soldering.
  • a plurality of power semiconductors 3 can be arranged on the carrier element 7 or also on the carrier plate 2. As can be seen from a comparison of FIGS. 4 and 5, in a brushless DC motor, for example, six power semiconductors 3 can be located in the control device 1, this being MOS-FET as a power semiconductor. Furthermore, the carrier element 7 for the power semiconductor 3 can be designed as a heat sink. The heat sink is arranged approximately vertically projecting from the carrier plate 2, as can be seen in more detail in FIG. 4. The carrier element 7 is preferably pressed and / or soldered into the carrier plate 2.
  • a rechargeable battery which is inserted into the electrical tool 22 at an insertion opening 24 visible in FIG. 1, serves to supply voltage to the electric motor 23, then the carrier plate 2 is arranged in the vicinity of the rechargeable battery in such a way that the carrier element 7 with the power semiconductor 3 and / or the power semiconductor 3 itself the battery is facing.
  • 2 plug contacts 11 are arranged on the carrier plate.
  • the plug contacts 11 are designed in the manner of contact clips, for example as “tulip” clips.
  • the plug contacts 11 can be plugged onto and / or snapped onto the carrier plate 2, for which purpose an adapter 12 is attached to the plug contact 11.
  • FIG. 2 What can be seen in more detail in FIG. 2 is to arrange the carrier element 7 for the power semiconductor 3 and / or the power semiconductor 3 directly on the edge 13 of the carrier plate 2 facing the battery.
  • the carrier element 7 and / or the power semiconductor 3 are then expediently in direct electrical contact with the plug contacts 11 for the battery.
  • the plug contacts 11 can also be integrated in one piece into the carrier plate 2 and / or the carrier element 7.
  • capacitors 14 of the control circuit 4 are arranged on the carrier plate 2, namely the capacitors 14 are located between the carrier element 7 for the power semiconductor 3 and / or the power semiconductor 3 and the plug contacts 11.
  • the capacitors 14 of the control circuit 4 can be connected directly to the plug connection 11 be soldered, but this is not shown further.
  • potentiometer 15 on the carrier plate 2, as indicated schematically in FIG. 2.
  • another sensor element 15 such as a Hall element, a magnetoresistive element or the like, can also be used.
  • a desired value is generated, which in turn is fed to the control circuit 4 for setting the assigned speed for the electric motor 23.
  • the potentiometer 15 or the sensor element 15 is arranged in a housing 17 of an electrical switch 16.
  • An actuator 18 designed in the manner of a pusher is arranged on the housing 17 of the switch 16.
  • the actuating member 18 then acts on the potentiometer 15 or the sensor element 15 in order to output the corresponding desired value.
  • a contact system 19 again only indicated schematically, which can also be actuated manually by the user by means of the actuating member 18.
  • the contact system 19 serves to switch the voltage supply of the electric motor 23. If necessary, the voltage supply of the control circuit 4 can also be switched on and off by means of the contact system 19.
  • a further electrical switch 20 which is in particular a microswitch and / or snap switch, can be arranged on the carrier plate 2.
  • An actuating element 21 acts on the further switch 20 for manual actuation by the user.
  • the actuating element 21 is designed, for example, in the manner of a slide and is used for switching over for the clockwise / counterclockwise rotation of the electric motor 23.
  • the control device 1 is preferably intended for an electric tool 22.
  • the power tool 22 is equipped with a grip shell 25 on which the user holds the power tool 22. It then makes sense to arrange the control device 1 in the grip shell 25, which can be seen from FIG. 1. This arrangement can be carried out in such a way that the actuating member 18 and optionally the actuating element 21 protrude from the handle shell 25 for manual actuation.
  • the control device 1 can be arranged in the battery, but this is not shown further. After the battery has been inserted into the grip shell 25 of the power tool 22, the actuating member 18 and possibly the actuating element 21 protrude from the grip shell 25. When inserting the rechargeable battery, the actuating element 18 already located in the grip shell 25 and optionally the actuating element 21 can just as well be articulated to the control device 1.
  • control device 1 can thus not only be used in power tools 22, but can also be used in others Electrical devices, such as household electrical appliances, electrical garden devices, machine tools, control devices or the like, are advantageously used.
  • control device for controlling an electric motor
  • control device carrier plate, 3 ': line semiconductor: control circuit: component (of the control circuit): conductor track: carrier element: (insulating) coating: metal part 0: recess 1: plug contact 2: adapter (on plug contact) 3 : Edge (of the support plate) 4: capacitor 5: sensor element / potentiometer 6: electrical switch 7: housing (from switch) 8: actuator 9: contact system (in switch) 0: (further) switch 1: actuating element (from further switch) 2: power tool 3: electric motor 4: insertion opening (for battery) 5: grip (from power tool)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ansteuereinrichtung (1) für einen Elektromotor, insbesondere für einen bürstenlosen Gleichstrommotor in einem Akku-Elektrowerkzeug. Die Ansteuereinrichtung ( 1) besitzt wenigstens einen Leistungshalbleiter (3 ), insbesondere zum steuerbaren Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektromotor, eine Steuerschaltung (4) zur Steuerung des Leistungshalbleiters (3), und eine beispielsweise als Leiterplatte ausgebildete Trägerplatte (2). Wenigstens ein Teil der Steuerschaltung (4), insbesondere elektrische und/oder elektronische Bauelemente (5) sowie die die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente (5) verbindenden Leiterbahnen (6) der Steuerschaltung (4), ist auf der Trägerplatte (2) angeordnet. Der Leistungshalbleiter (3) ist auf der Trägerplatte (2) und/oder auf einem auf der Trägerplatte (2) befestigten Trägerelement (7) angeordnet.

Description

Ansteuereinrichtung für einen Elektromotor
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors.
Eine derartige Einrichtung wird vor allem in einem Elektrowerkzeug eingesetzt. Insbesondere kann es sich dabei um ein Akku-Elektrowerkzeug mit einem bürstenlosen Gleichstrom-Motor handeln.
Bei Elektrowerkzeugen ist es bekannt, die Steuerschaltung auf einer Platine im Gehäuse des Elektrowerkzeugs anzuordnen. In der Griffschale des Gehäuses befindet sich weiter ein elektrischer Schalter zur manuellen Bedienung des Elektrowerkzeugs. Schließlich sind im Gehäuse noch die der Spannungszuführung zum Elektromotor dienenden Leistungshalbleiter aufgenommen. Die Steuerelektronik, der Schalter und die Leistungshalbleiter werden miteinander sowie mit dem Elektromotor und gegebenenfalls mit dem Akku durch elektrische Leitungen verbunden. Als nachteilig hat sich dabei der mit der Verkabelung einhergehende Aufwand herausgestellt. Aufgrund des beschränkten Einbauraums im Gehäuse des Elektrowerkzeugs ist die Unterbringung der Einrichtung oft erschwert. Weiterhin können die Leitungen auch Verfälschungen des mittels der Leistungshalbleiter geschalteten Motorstroms bewirken, so daß der Elektromotor fehlerhaft betrieben wird, was letztendlich Schäden und Ausfall des Elektrowerkzeugs hervorrufen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors zu schaffen, die kompakt ausgebildet ist und so auch in beschränkten Einbauräumen untergebracht werden kann. Insbesondere soll die Ansteuereinrichtung eine betriebssichere Ansteuerung des Elektromotors gestatten.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
Die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung besitzt in einer ersten Ausführung eine Trägerplatte, bei der es sich beispielsweise um eine Leiterplatte handeln kann, wobei wenigstens ein Teil der Steuerschaltung, insbesondere elektrische und/oder elektronische Bauelemente sowie die die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente verbindenden Leiterbahnen der Steuerschaltung, auf der Trägerplatte angeordnet ist. Der Leistungshalbleiter ist auf der Trägerplatte und/oder auf einem auf der Trägerplatte befestigten Trägerelement angeordnet, womit die Ansteuereinrichtung für beschränkte Einbauräume geeignet ist.
Bei einer zweiten Ausführung besitzt die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung eine Trägerplatte, wobei wenigstens ein Teil der Steuerschaltung, insbesondere elektrische und/oder elektronische Bauelemente sowie die die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente verbindenden Leiterbahnen der Steuerschaltung, auf der Trägerplatte angeordnet ist. Die Trägerplatte besteht aus einem Metallteil, deren den Bauelementen sowie den Leiterbahnen zugewandte Oberfläche mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist, derart daß die Bauelemente, die Leiterbahnen o. dgl. ihrerseits sich auf der Beschichtung befinden. Das Metallteil dient gleichzeitig als Kühlkörper, womit die Verlustwärme selbst bei hohen Leistungen sicher abführbar ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Leistungshalbleiter kann bei der zweiten Ausführung auf der Beschichtung des Metallteils angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist jedoch, daß die Beschichtung eine Aussparung enthält, und daß der Leistungshalbleiter an der Aussparung direkt auf dem Metallteil beispielsweise durch Auflöten befestigt ist. Es ist damit sichergestellt, daß die im Leistungshalbleiter entstehende hohe Verlustwärme in effizienter Weise abgeführt und der Leistungshalbleiter damit vor vorzeitigem Ausfall bewahrt ist. Zudem kann auch bei der zweiten Ausführung der Leistungshalbleiter auf einem Trägerelement angeordnet sein, wobei das Trägerelement auf der Trägerplatte befestigt ist. Damit ergibt sich eine weitere Kompaktifizierung der Ansteuereinrichtung.
Bei beiden Ausführungen können für besonders hohe Ströme mehrere Leistungshalbleiter auf dem Trägerelement oder auf der Trägerplatte angeordnet sein. Für Gleichstromanwendungen werden in der Regel als Leistungshalbleiter dann mehrere MOS- FETs eingesetzt. Beispielsweise kann eine Ansteuerschaltung für ein Akku- Elektrowerkzeug sechs MOS-FETs aufweisen.
In weiterer Ausgestaltung ist das Trägerelement für den Leistungshalbleiter als Kühlkörper ausgebildet. Dadurch ist sichergestellt, daß vor allem die an dem Leistungshalbleiter entstehende höhere Verlustwärme sicher abgeführt wird und eine Beeinflussung der Steuerschaltung durch diese Verlustwärme ausgeschlossen ist. Es bietet sich dabei an, daß das Trägerelement in etwa vertikal von der Trägerplatte abstehend angeordnet ist. Das Trägerelement kann seinerseits in die Trägerplatte eingepresst und/oder eingelötet sein.
Zweckmäßigerweise dient bei Gleichstromanwendungen ein Akku zur Spannungsversorgung des Elektromotors. Es bietet sich dann zur Vereinfachung der Stromführung an, daß die Trägerplatte in der Nähe des Akkus angeordnet ist, und zwar bevorzugterweise derart, daß der Leistungshalbleiter und/oder das Trägerelement mit dem Leistungshalbleiter dem Akku zugewandt ist. Eine ansteckbare Kontaktierung des Akkus in einfacher Art und Weise wird dadurch hergestellt, daß an der Trägerplatte Steckkontakte, die insbesondere in der Art von Kontakt-Klammern, beispielsweise , ulpen,'-Klammern, ausgebildet sind, angeordnet sind. Eine weitere Vereinfachung läßt sich erzielen, indem die Steckkontakte auf die Trägerplatte aufsteck- und/oder aufrastbar sind. Hierfür bietet sich ein Adapter an. Um die Zuleitungen für die Stromführung möglichst kurz zu halten, ist in weiterer Ausgestaltung der Leistungshalbleiter und/oder das Trägerelement für den Leistungshalbleiter direkt an dem dem Akku zugewandten Rand der Trägerplatte angeordnet. Dann kann der Leistungshalbleiter und/oder das Trägerelement in direktem elektrischen Kontakt zu den Steckkontakten für den Akku stehen. Zur Vereinfachung der Herstellung sind die Steckkontakte einstückig in die Trägerplatte und/oder das Trägerelement integriert. Die Kondensatoren der Steuerschaltung sind in kompakter Anordnung direkt am Steckkontakt angelötet. Weiterhin können die Kondensatoren der Steuerschaltung auf der Trägerplatte angeordnet sein, und zwar zwischen dem Leistungshalbleiter und/oder dem Trägerelement für den Leistungshalbleiter sowie den Steckkontakten.
In weiterer Ausgestaltung wird der Steuerschaltung ein Sollwert zur Einstellung einer zugeordneten Drehzahl für den Elektromotor zugeführt. Zur Erzeugung des Sollwertes befindet sich auf der Trägerplatte ein Sensorelement, wie ein Potentiometer, ein Hallelement, ein magnetoresistives Element oder ein sonstiges Element. Zum Schutz des Sensorelements kann dieses in einem Gehäuse angeordnet werden, wobei sich hierfür zweckmäßigerweise das Gehäuse eines elektrischen Schalters anbietet. Der Schalter besitzt dann ein insbesondere in der Art eines Drückers ausgestaltetes Betätigungsorgan für die Betätigung des Sensorelements, wobei das Betätigungsorgan am Gehäuse des Schalters angeordnet ist. Weiterhin kann im elektrischen Schalter ein Kontaktsystem, das zum Schalten der Spannungsversorgung des Elektromotors sowie gegebenenfalls der Steuerschaltung dient, angeordnet sein. Das Kontaktsystem ist ebenfalls mittels des Betätigungsorgans betätigbar. Somit dient die Trägerplatte gleichzeitig zur Aufnahme und Befestigung des elektrischen Schalters. In Erweiterung ist es vorteilhaft, wenn dann auch noch ein weiterer elektrischer Schalter für die Umschaltung zwischen Rechts-/Linkslauf des Elektromotors auf der Trägerplatte angeordnet ist. Bei diesem weiteren Schalter kann es sich um einen Mikro- und/oder Schnappschalter handeln, wobei auf den weiteren Schalter ein Betätigungselement, das beispielsweise in der Art eines Schiebers ausgebildet ist, einwirkt. Aufgrund der kompakten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung vorteilhafterweise in der Griffschale eines Elektrowerkzeugs in der Art eines vorgefertigten Moduls einzusetzen, wobei dann das Betätigungsorgan zur manuellen Betätigung aus der Griffschale herausragt. Eine solche Ansteuereinrichtung läßt sich alternativ auch im Akku des Elektrowerkzeugs anordnen, so daß nach Einschieben des Akkus in die Griffschale des Elektrowerkzeugs das Betätigungsorgan aus der Griffschale herausragt. Ebensogut kann beim Einsetzen des Akkus das bereits in der Griffschale befindliche Betätigungsorgan in Anlenkung an die Ansteuereinrichtung kommen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Ansteuereinrichtung kompakt ausgebildet und daher auch in engen Einbauräumen der Griffschale von Elektrowerkzeugen unterzubringen ist. Zusätzlich ergibt sich eine einfache Montage sowie eine Reduzierung des Verkabelungsaufwands im Elektro Werkzeug, da in der Ansteuereinrichtung ansonsten separat zu montierende Teile bereits zusammengefaßt sind. Weiterhin resultiert daraus auch eine erhebliche Kosteneinsparung für den Elektrowerkzeug-Hersteller. Schließlich ist noch hervorzuheben, daß die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung eine höhere Betriebssicherheit wie bisherige Einrichtungen aufweist, so daß diesbezüglichen Beschädigungen des Elektrowerkzeugs wirksam vorgebeugt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Akku-Elektrowerkzeug,
Fig. 2 die Ansteuereinrichtung entsprechend einer ersten Ausführung aus Fig. 1 als Einzelteil in Draufsicht,
Fig.3 die Ansteuereinrichtung aus Fig. 2 in Seitenansicht, Fig. 4 das Trägerelement mit Leistungshalbleiter als Einzelteil in einer Seitenansicht,
Fig. 5 das Trägerelement mit Leistungshalbleiter als Einzelteil in einer weiteren Seitenansicht und
Fig. 6 die Ansteuereinrichtung wie in Fig. 2 entsprechend einer zweiten Ausführung.
In Fig. 1 ist ein Elektrowerkzeug 22 mit einer Einrichtung 1 zur Ansteuerung eines Elektromotors 23 gezeigt. Beispielsweise kann es sich beim Elektromotor 23 um einen bürstenlosen Gleichstrommotor in einem Akku-Elektrowerkzeug handeln. Die in Fig. 2 und 3 als Einzelteil dargestellte Ansteuereinrichtung 1 besitzt wenigstens einen Leistungshalbleiter 3 zum steuerbaren Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektromotor 23 sowie eine Steuerschaltung 4 zur Steuerung des Leistungshalbleiters 3. Die Steuerschaltung 4 umfaßt elektrische und/oder elektronische Bauelemente 5 sowie die diese verbindenden Leiterbahnen 6. Weiter weist die Ansteuereinrichtung 1 eine Trägerplatte 2 auf, wobei wenigstens ein Teil der Steuerschaltung 4 auf der Trägerplatte 2 angeordnet ist.
Entsprechend einer ersten Ausführung nach Fig. 2 und 3 ist der Leistungshalbleiter 3 auf einem Trägerelement 7 angeordnet. Das Trägerelement 7 ist wiederum auf der Trägerplatte 2 befestigt, wie anhand der Fig. 4 zu sehen ist, womit eine besondere Flexibilität in der Anordnung des Leistungshalbleiters 3 bei geringem Platzbedarf auf der Trägerplatte 2 erzielt wird. Bei der Trägerplatte 2 kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte handeln. Selbstverständlich kann der Leistungshalbleiter 3 auch direkt auf der Trägerplatte 2 angeordnet sein, wenn der dort verfügbare Platz ausreicht.
Gemäß einer in Fig. 6 gezeigten, weiteren zweiten Ausführung besteht die Trägerplatte 2 aus einem Metallteil 9, deren den Bauelementen 5 sowie den Leiterbahnen 6 zugewandte Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 8 versehen ist. Die Bauelemente 5, die Leiterbahnen 6 o. dgl. befinden sich ihrerseits auf der Beschichtung 8. Das Metallteil 9 dient gleichzeitig als Kühlkörper, womit ein separat an der Ansteuereinrichtung 1 angebrachter Kühlkörper überflüssig ist.
Bei der zweiten Ausführung kann der Leistungshalbleiter 3 ebenfalls auf einem Trägerelement 7 entsprechend der Fig. 2 angeordnet sein, wobei das Trägerelement 7 dann auf der Trägerplatte 2 befestigt ist. Allerdings kann hier auch auf das Trägerelement 7 verzichtet werden, was in Fig. 6 gezeigt ist. In diesem Fall kann der Leistungshalbleiter 3 auf der Beschichtung 8 des Metallteils 9 angeordnet sein. Ebensogut kann die Beschichtung 8 eine Aussparung 10 enthalten, an der der Leistungshalbleiter direkt auf dem Metallteil 9 befestigt ist, wie anhand der beiden links befindlichen Leistungshalbleiter 3' dargestellt ist. Die Befestigung des Leistungshalbleiters 3, 3' erfolgt beispielsweise durch Auflöten.
Weitere Ausgestaltungen, die bei beiden Ausführungen verwendbar sind, sollen im folgenden näher beschrieben werden.
Auf dem Trägerelement 7 oder auch auf der Trägerplatte 2 können mehrere Leistungshalbleiter 3 angeordnet sein. Wie durch einen Vergleich der Fig. 4 und 5 zu erkennen ist, können bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor beispielsweise sechs Leistungshalbleiter 3 in der Ansteuereinrichtung 1 befindlich sein, wobei es sich hier um MOS-FET als Leistungshalbleiter handelt. Weiterhin kann das Trägerelement 7 für den Leistungshalbleiter 3 als Kühlkörper ausgebildet sein. Der Kühlkörper ist in etwa vertikal von der Trägerplatte 2 abstehend angeordnet, wie der Fig. 4 näher entnommen werden kann. Bevorzugterweise ist das Trägerelement 7 in die Trägerplatte 2 eingepresst und/oder eingelötet.
Dient ein Akku, der an einer in Fig. 1 sichtbaren Einschuböffhung 24 in das Elektro Werkzeug 22 eingesetzt wird, zur Spannungsversorgung des Elektromotors 23, so ist die Trägerplatte 2 in der Nähe des Akkus derart angeordnet, daß das Trägerelement 7 mit dem Leistungshalbleiter 3 und/oder der Leistungshalbleiter 3 selbst dem Akku zugewandt ist. Zur ansteckbaren Kontaktierung des Akkus sind an der Trägerplatte 2 Steckkontakte 11 angeordnet. Wie anhand von Fig. 3 zu erkennen ist, sind die Steckkontakte 11 in der Art von Kontakt-Klammern, beispielsweise als "Tulpen" - Klammern, ausgebildet. Die Steckkontakte 11 sind auf die Trägerplatte 2 aufsteck- und/oder aufrastbar, wozu ein Adapter 12 am Steckkontakt 11 angebracht ist.
Es bietet sich an, was in Fig. 2 näher zu sehen ist, das Trägerelement 7 für den Leistungshalbleiter 3 und/oder den Leistungshalbleiter 3 direkt an dem dem Akku zugewandten Rand 13 der Trägerplatte 2 anzuordnen. Zweckmäßigerweise stehen dann das Trägerelement 7 und/oder der Leistungshalbleiter 3 in direktem elektrischen Kontakt zu den Steckkontakten 11 für den Akku. Die Steckkontakte 11 können auch einstückig in die Trägerplatte 2 und/oder das Trägerelement 7 integriert sein. Weiterhin sind Kondensatoren 14 der Steuerschaltung 4 auf der Trägerplatte 2 angeordnet, und zwar befinden sich die Kondensatoren 14 zwischen dem Trägerelement 7 für den Leistungshalbleiter 3 und/oder dem Leistungshalbleiter 3 sowie den Steckkontakten 11. Alternativ können die Kondensatoren 14 der Steuerschaltung 4 direkt am Steckanschluß 11 angelötet sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist.
Um den Benutzer die manuelle Einstellung der gewünschten Drehzahl des Elektromotors zu gestatten, befindet sich auf der Trägerplatte 2 ein Potentiometer 15, wie in Fig. 2 schematisch angedeutet ist. Anstelle eines Potentiometers 15 kann auch ein sonstiges Sensorelement 15, wie ein Hallelement, ein magnetoresistives Element o. dgl., verwendet werden. Mit Hilfe des Potentiometers 15 oder des Sensorelementes 15 wird ein Sollwert erzeugt, der wiederum der Steuerschaltung 4 zur Einstellung der zugeordneten Drehzahl für den Elektromotor 23 zugeführt wird. Wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist das Potentiometer 15 oder das Sensorelement 15 in einem Gehäuse 17 eines elektrischen Schalters 16 angeordnet. Ein in der Art eines Drückers ausgestaltetes Betätigungsorgan 18 ist am Gehäuse 17 des Schalters 16 angeordnet. Bei manueller Bewegung durch den Benutzer wirkt das Betätigungsorgan 18 dann auf das Potentiometer 15 oder das Sensorelement 15 zur Abgabe des entsprechenden Sollwertes ein. Weiter befindet sich im elektrischen Schalter 16 ein wiederum lediglich schematisch angedeutetes Kontaktsystem 19, das ebenfalls mittels des Betätigungsorgans 18 manuell durch den Benutzer betätigbar ist. Das Kontaktsystem 19 dient zum Schalten der Spannungsversorgung des Elektromotors 23. Gegebenenfalls kann mittels des Kontaktsystems 19 auch die Spannungsversorgung der Steuerschaltung 4 ein- und ausgeschaltet werden.
Zusätzlich kann auf der Trägerplatte 2 noch ein weiterer elektrischer Schalter 20, bei dem es sich insbesondere um einen Mikro- und/oder Schnappschalter handelt, angeordnet sein. Auf den weiteren Schalter 20 wirkt ein Betätigungselement 21 zur manuellen Betätigung durch den Benutzer ein. Das Betätigungselement 21 ist beispielsweise in der Art eines Schiebers ausgebildet und dient zur Umschaltung für den Rechts-/Linkslauf des Elektromotors 23.
Wie bereits erwähnt, ist die Ansteuereinrichtung 1 bevorzugt für ein Elektrowerkzeug 22 bestimmt. Das Elektrowerkzeug 22 ist mit einer Griffschale 25 ausgerüstet, an der der Benutzer das Elektrowerkzeug 22 hält. Es bietet sich dann an, die Ansteuereinrichtung 1 in der Griffschale 25 anzuordnen, was anhand von Fig. 1 zu erkennen ist. Diese Anordnung kann derart ausgeführt sein, daß das Betätigungsorgan 18 sowie gegebenenfalls das Betätigungselement 21 zur manuellen Betätigung aus der Griffschale 25 herausragt. Alternativ kann die Ansteuereinrichtung 1 im Akku angeordnet sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist. Nach Einschieben des Akkus in die Griffschale 25 des Elektrowerkzeugs 22 ragt dann das Betätigungsorgan 18 sowie gegebenenfalls das Betätigungselement 21 aus der Griffschale 25 heraus. Ebensogut kann beim Einschieben des Akkus das bereits in der Griffschale 25 befindliche Betätigungsorgan 18 sowie gegebenenfalls das Betätigungselement 21 in Anlenkung an die Ansteuereinrichtung 1 kommen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des Erfindungsgedankens. So kann die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung 1 nicht nur in Elektrowerkzeugen 22 Verwendung finden, sondern kann auch in sonstigen Elektrogeräten, wie Elektrohaushaltsgeräten, Elektrogartengeräten, Werkzeugmaschinen, Steuergeräten o. dgl. vorteilhaft eingesetzt werden.
Bezugszeichen-Liste:
: Einrichtung (zur Ansteuerung eines Elektromotors) / Ansteuereinrichtung : Trägerplatte ,3': Leitungshalbleiter : Steuerschaltung : Bauelement (der Steuerschaltung) : Leiterbahn : Trägerelement : (isolierende) Beschichtung : Metallteil 0: Aussparung 1 : Steckkontakt 2: Adapter (an Steckkontakt) 3 : Rand (der Trägerplatte) 4: Kondensator 5 : Sensorelement / Potentiometer 6: elektrischer Schalter 7: Gehäuse (von Schalter) 8: B etätigungsorgan 9 : Kontaktsystem (im Schalter) 0: (weiterer) Schalter 1 : Betätigungselement (von weiteren Schalter) 2: Elektrowerkzeug 3: Elektromotor 4: Einschuböffhung (für Akku) 5 : Griffschale (von Elektrowerkzeug)

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23), insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors in einem Akku-Elektrowerkzeug , mit wenigstens einem Leistungshalbleiter (3), insbesondere zum steuerbaren Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektromotor (23), mit einer Steuerschaltung (4) zur Steuerung des Leistungshalbleiters (3), und mit einer Trägerplatte (2), insbesondere einer Leiterplatte, wobei wenigstens ein Teil der Steuerschaltung (4), insbesondere elektrische und/oder elektronische Bauelemente (5) sowie die die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente (5) verbindenden Leiterbahnen (6) der Steuerschaltung (4), auf der Trägerplatte (2) angeordnet ist, und wobei der Leistungshalbleiter (3) auf der Trägerplatte (2) und/oder auf einem auf der Trägerplatte (2) befestigten Trägerelement (7) angeordnet ist.
2. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23), insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors in einem Akku-Elektrowerkzeug, mit wenigstens einem Leistungshalbleiter (3), insbesondere zum steuerbaren Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektromotor (23), mit einer Steuerschaltung (4) zur Steuerung des Leistungshalbleiters (3), und mit einer Trägerplatte (2), wobei wenigstens ein Teil der Steuerschaltung (4), insbesondere elektrische und/oder elektronische Bauelemente (5) sowie die die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente (5) verbindenden Leiterbahnen (6) der Steuerschaltung (4), auf der Trägerplatte (2) angeordnet ist, wobei die Trägerplatte (2) aus einem Metallteil (9) besteht, deren den Bauelementen (5) sowie den Leiterbahnen (6) zugewandte Oberfläche mit einer isolierenden Beschichtung (8) versehen ist, derart daß die Bauelemente (5), die Leiterbahnen (6) o. dgl. ihrerseits sich auf der Beschichtung (8) befinden, und daß das Metallteil (9) gleichzeitig als Kühlkörper dient.
3. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungshalbleiter (3) auf der Beschichtung (8) des Metallteils (9) angeordnet ist.
4. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (8) eine Aussparung (10) enthält, und daß der Leistungshalbleiter (3') an der Aussparung (10) direkt auf dem Metallteil (9) befestigt, insbesondere aufgelötet ist.
5. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungshalbleiter (3) auf einem Trägerelement (7) angeordnet ist, und daß das Trägerelement (7) auf der Trägerplatte (2) befestigt ist.
6. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leistungshalbleiter (3), insbesondere mehrere MOS-FET, beispielsweise sechs MOS-FETs, auf dem Trägerelement (7) oder auf der Trägerplatte (2) angeordnet sind.
7. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (7) für den Leistungshalbleiter (3) als Kühlkörper ausgebildet ist, wobei das Trägerelement (7) insbesondere in etwa vertikal von der Trägerplatte (2) abstehend angeordnet ist, und wobei vorzugsweise das Trägerelement (7) in die Trägerplatte (2) eingepresst und/oder eingelötet ist
8. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Akku zur Spannungsversorgung des Elektromotors (23) dient, und daß die Trägerplatte (2) in der Nähe des Akkus angeordnet ist, insbesondere derart daß der Leistungshalbleiter (3) und/oder das Trägerelement (7) mit dem Leistungshalbleiter (3) dem Akku zugewandt ist.
9. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Trägerplatte (2) Steckkontakte (11), die insbesondere in der Art von Kontakt-Klammern, beispielsweise "Tulpen"-Klammern, ausgebildet sind, zur ansteckbaren Kontaktierung des Akkus angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Steckkontakte (11) auf die Trägerplatte (2), insbesondere mittels eines Adapters (12), aufsteck- und/oder aufrastbar sind.
10. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungshalbleiter (3) und/oder das Trägerelement (7) für den Leistungshalbleiter (3) direkt an dem dem Akku zugewandten Rand (13) der Trägerplatte (2) angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Leistungshalbleiter (3) und/oder das Trägerelement (7) in direktem elektrischen Kontakt zu den Steckkontakten (11) für den Akku steht, wobei weiter vorzugsweise die Steckkontakte (11) einstückig in die Trägerplatte (2) und/oder das Trägerelement (7) integriert sind, und wobei noch weiter vorzugsweise Kondensatoren (14) der Steuerschaltung (4) direkt am Steckkontakt (11) angelötet sind.
11. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensatoren (14) der Steuerschaltung (4) auf der Trägerplatte (2) angeordnet sind, wobei insbesondere die Kondensatoren (14) zwischen dem Leistungshalbleiter (3) und/oder dem Trägerelement (7) für den Leistungshalbleiter (3) sowie den Steckkontakten (11) befindlich sind.
12. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trägerplatte (2) ein Sensorelement (15), wie ein Potentiometer, ein Hallelement, ein magnetoresistives Element o. dgl., zur Erzeugung eines Sollwertes, der wiederum der Steuerschaltung (4) zur Einstellung einer zugeordneten Drehzahl für den Elektromotor (23) zugeführt wird, befindlich ist, wobei vorzugsweise das Sensorelement (15) in einem Gehäuse (17) eines elektrischen Schalters (16) angeordnet ist, und wobei weiter vorzugsweise ein insbesondere in der Art eines Drückers ausgestaltetes Betätigungsorgan (18) für das Sensorelement (15) am Gehäuse (17) des Schalters (16) angeordnet ist.
13. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im elektrischen Schalter (16) ein Kontaktsystem (19), das insbesondere zum Schalten der Spannungsversorgung des Elektromotors (23) sowie gegebenenfalls der Steuerschaltung (4) dient, angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Kontaktsystem (19) mittels des Betätigungsorgans (18) betätigbar ist.
14. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trägerplatte (2) ein weiterer elektrischer Schalter (20), insbesondere ein Mikro- und/oder Schnappschalter, angeordnet ist, wobei auf den weiteren Schalter (20) ein Betätigungselement (21), das insbesondere in der Art eines Schiebers zur Umschaltung für den Rechts-/Linkslauf des Elektromotors (23) ausgebildet ist, einwirkt.
15. Elektrowerkzeug mit einer Griffschale (25), wobei eine Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche derart in der Griffschale (25) angeordnet ist, daß das Betätigungsorgan (18) zur manuellen Betätigung aus der Griffschale (25) herausragt.
16. Elektrowerkzeug mit einer Griffschale (25), wobei eine Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche derart im Akku angeordnet ist, daß nach Einschieben des Akkus in die Griffschale (25) des Elektrowerkzeugs (22) das Betätigungsorgan (18) aus der Griffschale herausragt und/oder das bereits in der Griffschale (25) befindliche Betätigungsorgan (18) in Anlenkung an die Einrichtung (1) kommt.
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