EP1374653B1 - Ansteuereinrichtung für einen elektromotor - Google Patents

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EP1374653B1
EP1374653B1 EP02735012A EP02735012A EP1374653B1 EP 1374653 B1 EP1374653 B1 EP 1374653B1 EP 02735012 A EP02735012 A EP 02735012A EP 02735012 A EP02735012 A EP 02735012A EP 1374653 B1 EP1374653 B1 EP 1374653B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric motor
carrier plate
power semiconductor
controlling
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02735012A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1374653A1 (de
Inventor
Peter Broghammer
Daniel Hafen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marquardt GmbH
Original Assignee
Marquardt GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Marquardt GmbH filed Critical Marquardt GmbH
Publication of EP1374653A1 publication Critical patent/EP1374653A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1374653B1 publication Critical patent/EP1374653B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 a Electric motor according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a device is mainly in one Power tool used.
  • it can be to a cordless power tool with a brushless DC motor act.
  • the invention is based on the object, a device to create an electric motor, the compact is formed and so even in limited installation spaces can be accommodated. In particular, should Control device a reliable operation of the Electric motor permit.
  • This object is in a generic device for Control of an electric motor by the characterizing Characteristics of claim 1 solved.
  • the drive device has a Support plate, which is for example a Circuit board can act, at least part of the Control circuit, in particular electrical and / or electronic components as well as the electrical and / or electronic components connecting conductor tracks of the Control circuit, is arranged on the support plate.
  • a Support plate which is for example a Circuit board can act, at least part of the Control circuit, in particular electrical and / or electronic components as well as the electrical and / or electronic components connecting conductor tracks of the Control circuit, is arranged on the support plate.
  • the Power semiconductor is on a on the carrier plate fixed support member arranged, whereby the Control device for limited installation spaces is suitable.
  • the inventive Control device a support plate, wherein at least one Part of the control circuit, in particular electrical and / or electronic components as well as the electrical and / or electronic components connecting conductor tracks of the Control circuit, is arranged on the support plate.
  • the Support plate consists of a metal part, whose the Components and the conductor tracks facing surface with an insulating coating is provided, such that the Components, the conductor tracks o. The like. In turn, on the Coating are located.
  • the metal part also serves as Heatsink, bringing the heat loss even at high Services is safely deductible.
  • the support element for the Power semiconductors designed as a heat sink. This is ensured that especially the s.der power semiconductors resulting higher heat loss is safely dissipated and an influence of the control circuit by this Loss of heat is excluded.
  • the carrier element can in turn pressed into the carrier plate and / or be soldered.
  • a battery is used in DC applications for power supply of the electric motor. It lends itself then to simplify the power supply, that the Support plate is located near the battery, namely Preferably such that the power semiconductor and / or the carrier element with the power semiconductor the battery is facing.
  • An attachable contact of the battery in simple way is made by the fact that at the Support plate plug contacts, in particular in the manner of Contact brackets, for example, "tulip" brackets, are formed, are arranged.
  • Another simplification can be achieved by the plug contacts on the Carrier plate plug-on and / or be latched. Therefor offers an adapter.
  • the power semiconductor and / or the carrier element for the Power semiconductor directly to the battery facing edge of the carrier plate arranged. Then the power semiconductor and / or the carrier element in direct make electrical contact with the plug contacts for the battery.
  • the plug contacts in one piece in the carrier plate and / or the Integrated support element.
  • the capacitors of the control circuit are more compact Assembly soldered directly to the plug contact. Furthermore, the capacitors of the Control circuit to be arranged on the support plate, between the Power semiconductor and / or the carrier element for the power semiconductor and the Plug contacts.
  • the control circuit is a setpoint for setting a associated speed supplied to the electric motor.
  • a sensor element such as a potentiometer, a Hall element, a magnetoresistive element or another element.
  • this can be arranged in a housing, for this purpose expediently offers the housing of an electrical switch.
  • the switch has then an especially designed in the manner of a pusher actuator for the Actuation of the sensor element, wherein the actuator on the housing of the switch is arranged.
  • a contact system the Switching the power supply of the electric motor and possibly the Control circuit is used, be arranged. The contact system is also using the Actuator actuated.
  • the carrier plate serves for recording and Attachment of the electrical switch.
  • the carrier plate serves for recording and Attachment of the electrical switch.
  • another electrical switch for switching between right / left rotation of the electric motor is arranged on the carrier plate.
  • this further switch can it is a micro and / or snap switch, with the other Switch an actuator, for example, designed in the manner of a slider is, acts.
  • the drive device Advantageously in the handle of a power tool in the manner of a prefabricated Insert module, in which case the actuator for manual operation of the Handle shell protrudes.
  • a control device can alternatively be in the battery arrange the power tool so that after inserting the battery into the handle of the Power tool, the actuator protrudes from the handle shell. Just as well when inserting the battery, the already located in the handle shell actuator in Linkage come to the control device.
  • Fig. 1 is a power tool 22 with a device 1 for driving a Electric motor 23 shown.
  • the electric motor 23 may be a act brushless DC motor in a cordless power tool.
  • the in Fig. 2 and 3 shown as an item driving device 1 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.
  • the control circuit 4 includes electrical and / or electronic components 5 and the this connecting tracks 6.
  • the drive means 1 a Support plate 2, wherein at least a part of the control circuit 4 on the support plate. 2 is arranged.
  • the power semiconductor 3 is on a carrier element 7 is arranged.
  • the carrier element 7 is in turn on the carrier plate 2 attached, as can be seen with reference to FIG. 4, whereby a special flexibility in the Arrangement of the power semiconductor 3 in a small footprint on the support plate. 2 is achieved.
  • the carrier plate 2 may be, for example, a printed circuit board act.
  • the power semiconductor 3 also directly on the carrier plate 2, if the space available there is sufficient.
  • the carrier plate 2 from a metal part 9, facing the components 5 and the conductor tracks 6 Surface is provided with an electrically insulating coating 8.
  • the components 5, the conductor tracks 6 o. The like. Are in turn on the coating 8.
  • the metal part 9 simultaneously serves as a heat sink, which means a separately on the control device. 1 attached heat sink is superfluous.
  • the power semiconductor 3 can also be on a Carrier element 7 may be arranged according to FIG. 2, wherein the carrier element 7 then is fixed on the support plate 2. However, here also on the support element. 7 are omitted, which is shown in Fig. 6. In this case, the power semiconductor 3 be arranged on the coating 8 of the metal part 9. Likewise, the Coating 8 a recess 10 included, on which the power semiconductor directly on the metal part 9 is fixed, as shown by the two power semiconductors located on the left 3 'is shown. The attachment of the power semiconductor 3, 3 'takes place for example by Soldering.
  • Power semiconductor 3 On the support element 7 or on the support plate 2 can more Power semiconductor 3 may be arranged. As by a comparison of Figs. 4 and 5 to For example, in a brushless DC motor, six can be seen Power semiconductor 3 be located in the control device 1, which is here to MOS-FET acts as a power semiconductor. Furthermore, the carrier element 7 for the Power semiconductor 3 may be formed as a heat sink. The heat sink is approximately vertical arranged projecting from the support plate 2, as shown in FIG. 4 are taken in more detail can. Preferably, the carrier element 7 is pressed into the carrier plate 2 and / or soldered.
  • Plug contacts 11 are arranged. As can be seen from Fig. 3, the Plug contacts 11 in the form of contact clips, for example as "tulip" brackets, educated. The plug contacts 11 are alssteckund on the carrier plate 2 and / or latched to what an adapter 12 is attached to the plug contact 11.
  • the support member 7 for the Power semiconductor 3 and / or the power semiconductor 3 directly to the battery facing edge 13 of the support plate 2 to arrange. Conveniently then stand the carrier element 7 and / or the power semiconductor 3 in direct electrical contact to the plug contacts 11 for the battery.
  • the plug contacts 11 may also be integrally in the support plate 2 and / or the support member 7 may be integrated.
  • Capacitors 14 of the control circuit 4 arranged on the support plate 2, and that are the capacitors 14 between the support member 7 for the Power semiconductor 3 and / or the power semiconductor 3 and the plug contacts 11. Alternatively, the capacitors 14 of the control circuit 4 directly on the plug connection 11th be soldered, which is not shown.
  • a potentiometer 15 as in Fig. 2nd is indicated schematically.
  • a potentiometer 15 may also be another Sensor element 15, such as a Hall element, a magnetoresistive element o. The like., Used become.
  • the control circuit 4 for setting the associated speed for the electric motor 23 is supplied.
  • this is Potentiometer 15 or the sensor element 15 in a housing 17 of an electric Switch 16 is arranged.
  • An actuator 18 designed in the manner of a pusher is arranged on the housing 17 of the switch 16.
  • the actuator 18 With manual movement by the User acts the actuator 18 then on the potentiometer 15 or Sensor element 15 for delivering the corresponding desired value.
  • the electrical switch 16 again a schematically indicated contact system 19, which also by means of the actuator 18 manually actuated by the user is.
  • the contact system 19 is used to switch the power supply of the electric motor 23.
  • the contact system 19 and the power supply of the Control circuit 4 are turned on and off.
  • yet another electrical switch 20 in which it is in particular a micro and / or snap switch, be arranged.
  • On the further switch 20 acts an actuator 21 for manual operation by the user.
  • the actuator 21 is for example in the manner of a Slider formed and used to switch for the right / left of the Electric motor 23.
  • the drive device 1 is preferred for a power tool 22 certainly.
  • the power tool 22 is equipped with a handle shell 25, in which the User holds the power tool 22. It then makes sense to the control device 1 in to arrange the handle shell 25, which can be seen from Fig. 1.
  • This arrangement can be designed such that the actuator 18 and optionally the Actuator 21 for manual operation protrudes from the handle shell 25.
  • the control device 1 may be located in the battery, but not is shown further. After inserting the battery into the grip 25 of the power tool 22 then projects the actuator 18 and optionally the actuator 21 from the handle shell 25 out. Just as well when inserting the battery already in the Handle 25 located actuator 18 and optionally the Actuator 21 come in articulation to the control device 1.
  • the drive device 1 according to the invention not only find in power tools 22 use, but can also in other Electrical appliances, such as household electrical appliances, electrical gardening equipment, machine tools, Control devices o. The like. Be used advantageously.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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.
Aus der US 5 619 085 A ist weiter ein Elektromotor mit einem Gehäuse bekannt, dessen endseitiger Gehäuseabschluß als ein Kühlkörper ausgebildet ist. Im Inneren des Gehäuses ist eine Leiterplatte wärmeleitend direkt am Kühlkörper angeordnet. Auf der Leiterplatte befinden sich die Steuerelektronik sowie die Leistungstransistoren für den Elektromotor. Bei dieser Anordnung besteht die Gefahr, daß die von den Leistungstransistoren erzeugte Wärme nur ungenügend aus dem Inneren des Gehäuses abgeführt werden kann, womit es an der Betriebssicherheit mangelt.
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 gelöst.
Die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung besitzt 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 einem auf der Trägerplatte befestigten Trägerelement angeordnet, womit die Ansteuereinrichtung für beschränkte Einbauräume geeignet ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung 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.
Bei diesen Ausführungen können für besonders hohe Ströme mehrere Leistungshalbleiter auf dem Trägerelement 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. 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 "Tulpen"-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 Elektrowerkzeug, 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 Einschuböffnung 24 in das Elektrowerkzeug 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 aufsteckund/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:
1:
Einrichtung (zur Ansteuerung eines Elektromotors) / Ansteuereinrichtung
2: -
Trägerplatte
3,3':
Leitungshalbleiter
4:
Steuerschaltung
5:
Bauelement (der Steuerschaltung)
6:
Leiterbahn
7:
Trägerelement
8:
(isolierende) Beschichtung
9:
Metallteil
10:
Aussparung
11:
Steckkontakt
12:
Adapter (an Steckkontakt)
13:
Rand (der Trägerplatte)
14:
Kondensator
15:
Sensorelement / Potentiometer
16:
elektrischer Schalter
17:
Gehäuse (von Schalter)
18:
Betätigungsorgan
19:
Kontaktsystem (im Schalter)
20:
(weiterer) Schalter
21:
Betätigungselement (von weiteren Schalter)
22:
Elektrowerkzeug
23:
Elektromotor
24:
Einschuböffnung (für Akku)
25:
Griffschale (von Elektrowerkzeug)

Claims (13)

  1. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23), insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors in einem Akku-Elektrowerkzeug , mit wenigstens einem Leistungshalbleiter (3) zum steuerbaren Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektromotor (23), mit einer Steuerschaltung (4) zur Steuerung des Leistungshalbleiters (3), und mit einer als Leiterplatte ausgebildeten Trägerplatte (2), wobei wenigstens ein Teil der elektrische und/oder elektronische Bauelemente (5) sowie die die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente (5) verbindenden Leiterbahnen (6) umfassenden Steuerschaltung (4) auf der Trägerplatte (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungshalbleiter (3) auf einem auf der Trägerplatte (2) befestigten, in etwa vertikal von der Trägerplatte (2) abstehenden Trägerelement (7) angeordnet ist.
  2. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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) und/oder die Leiterbahnen (6) 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 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leistungshalbleiter (3), insbesondere mehrere MOS-FET, beispielsweise sechs MOS-FETs, auf dem Trägerelement (7) angeordnet sind.
  4. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (7) für den Leistungshalbleiter (3) als Kühlkörper ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das Trägerelement (7) in die Trägerplatte (2) eingepresst und/oder eingelötet ist.
  5. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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.
  6. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
  7. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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.
  8. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 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.
  9. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trägerplatte (2) ein Sensorelement (15), wie ein Potentiometer, ein Hallelement, ein magnetoresistives Element, 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.
  10. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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.
  11. Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 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.
  12. 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.
  13. 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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