DE19806805A1 - Startvorrichtung für einen Elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Startvorrichtungen von Elektromotoren. Insbesondere betrifft die Erfindung Startvor­ richtungen von Elektromotoren, die eine Phase einer Spannung steuern, die an den Elektromotoren von einer Übergabestrom­ versorgung angelegt wird, um die Elektromotoren gleichmäßig anlaufen zu lassen, und die als Startvorrichtung eines Kommu­ tatormotors für ein Elektrowerkzeug geeignet ist.

Für ein Elektrowerkzeug kommt allgemein ein universeller Kommutatormotor zum Einsatz. Beim Starten durchfließt ein elektrischer Einschaltstromstoß diesen Kommutatormotor.

Ein besonders großer elektrischer Einschaltstromstoß fließt zu einem Kommutatormotor mit einem elektrischen Lei­ stungsverbrauch über 1 kW. Problematisch ist, daß wegen die­ ses elektrischen Einschaltstromstoßes ein hoher Spannungsab­ fall in Verbrauchern auftritt, die mit dem gleichen Stromver­ sorgungssystem wie das Elektrowerkzeug verbunden sind.

Um den Einfluß dieses elektrischen Einschaltstromstoßes zu verhindern, wird eine bekannte Schaltung gemäß Fig. 7 vor­ geschlagen.

Beim Einschalten eines Schalters 40 wird durch diese Schaltung zu einem Verbraucher 42 von einer Übergabestromver­ sorgung 41 geführter Übergabestrom über einen Widerstand R31 zu einem Weg 43 umgeleitet, und der Umleitungsstrom wird durch eine Diodenbrücke DB2 gleichgerichtet. Mit dem gleich­ gerichteten Strom wird ein Elektrolytkondensator C11 geladen, bei Abschluß der elektrischen Ladung dieses Elektrolytkonden­ sators C11 fließt der elektrische Umleitungsstrom nicht mehr, und der zum Verbraucher 42 von der Übergabestromversorgung 41 geführte elektrische Übergabestrom lädt einen Kondensator C10 über den Widerstand R31 und einen Widerstand R32.

Erreicht eine Spannung über dem Kondensator C10 eine Triggerspannung einer Triggerdiode Q6, schaltet sich die Triggerdiode Q6 ein, ein Triac Q5 schaltet sich ein, und eine Spannung wird am Verbraucher 42 angelegt.

Danach schwingt sich die Triggerphase der Triggerdiode Q6 auf einen Wert ein, der von einer elektrischen Ladezeit­ konstante der Widerstände R31, R32 und des Kondensators C10 abhängt, und der Verbraucher 42 wird stabil angesteuert.

Um beim Kommutatormotor in der Verwendung für das Elek­ trowerkzeug mit großem elektrischem Stromverbrauch das vorge­ nannte Problem zu lösen, ist ein sogenannter sanfter Start erforderlich, wobei beim sanften Start eine gleichmäßige Än­ derung aus einem Startzustand in einen stabilen Zustand über mehrere Sekunden erfolgt. In der Verwendung wird das Elektro­ werkzeug häufig gestartet und gestoppt, und eine sanfte Startmöglichkeit ist auch in diesem Fall notwendig.

Unter der Annahme, daß die zuvor erwähnte Schaltung als Startvorrichtung des Kommutatormotors im Elektrowerkzeug zum Einsatz kommt, gilt folgendes: Da die Zeit, in der der elek­ trische Umleitungsstrom umgeleitet wird, von der elektrischen Ladezeit des Elektrolytkondensators C11 bestimmt ist, muß der Elektrolytkondensators C11 mit einer elektrostatischen Kapa­ zität(z. B. 33 µF) gewählt sein, die mehrere Sekunden zum Ab­ schluß der elektrischen Ladung benötigt.

Schließt aber der Elektrolytkondensator C11 die elektri­ sche Entladung nicht ab, kann der elektrische Ladestrom des Kondensators C10 nicht umgeleitet werden. Um also sanft zu starten, wenn der Schalter 40 nach Ausschalten wieder einge­ schaltet wird, muß der Elektrolytkondensator C11 elektrisch entladen sein, bis der Schalter 40 nach Ausschalten erneut eingeschaltet wird.

Zum Verkürzen der elektrischen Entladezeit muß ein Wi­ derstandswert des Widerstands R33 klein sein (z. B. 200 kΩ). Da aber bei kleinem Widerstandswert des Widerstands R33 der elektrische Umleitungsstrom im stabilen Zustand fließt, sinkt die am Kommutatormotor angelegte Spannung, und die Drehzahl des Kommutatormotors verringert sich.

Wird anders ausgedrückt der sanfte Start auch dann rea­ lisiert, wenn der Schalter kurz nacheinander aus- und einge­ schaltet wird, besteht ein Problem darin, daß der Kommutator­ motor nicht die Bemessungsdrehzahl erzeugen kann.

Vom Anmelder wurde eine Startvorrichtung für einen Elek­ tromotor gemäß Fig. 6 vorgeschlagen.

Durch eine in Fig. 6 gezeigte Startvorrichtung 30 für einen Elektromotor wird elektrischer Strom, der einen Wider­ stand R16 durchlaufen hat, zu einem Umleitungsweg 35 umgelei­ tet, der elektrische Umleitungsstrom wird durch eine Dioden­ brücke DB1 gleichgerichtet, und der gleichgerichtete elektri­ sche Strom beginnt, einen Elektrolytkondensator C5 über eine Diode D5 und einen Widerstand R18 zu laden. Mit fortschrei­ tender elektrischer Ladung des Elektrolytkondensators C5 ver­ kürzt sich die elektrische Ladezeit eines Kondensators C7. Dadurch vergrößert sich der Zündwinkel einer Triggerdiode Q4 allmählich, und die Drehzahl eines Elektromotors 12 kann gleichmäßig gesteigert werden.

Da eine Spannung über einem durch den elektrischen Um­ leitungsstrom geladenen Elektrolytkondensator C6 höher als eine Emitterspannung eines Transistors Q3 ist, schaltet sich bei Ansteuerung des Elektromotors 12 der Transistor Q3 aus, und der elektrische Umleitungsstrom fließt nicht mehr. Damit kann der Elektromotor 12 mit der Bemessungsdrehzahl angesteu­ ert werden.

Andererseits wird beim Ausschalten eines Schalters 14 der Elektrolytkondensator C6 über einen Widerstand R20 elek­ trisch entladen. Wegen des Spannungsabfalls des Kondensators C6 schaltet sich der Transistor Q3 ein, und der Elektrolyt­ kondensator C5 wird schnell entladen.

Auch wenn der Schalter 14 kurz nacheinander ein- und ausgeschaltet wird, kann ein sanfter Start erfolgen.

In der Startvorrichtung 30 des Elektromotors gemäß der Fig. 6 ist der Zündwinkel der Triggerdiode Q4 durch eine Zeitkonstante einer aus dem Widerstand R16, einem Widerstand R17 und dem Kondensator C7 bestehenden Zeitkonstantenschal­ tung sowie durch die Triggerspannung der Triggerdiode Q4 be­ stimmt.

Anders gesagt ändert sich der Zündwinkel der Trigger­ diode Q4 stark durch Streuung bzw. Schwankung der Trigger­ spannung der Triggerdiode Q4 sowie der Widerstände R16, R17 und des Kondensators C7.

Für die Genauigkeitsgrenze eines Teils, das gewöhnlich erhalten werden kann, gilt ±1% für Widerstände und ±5% für Kondensatoren (Schichtkondensator). Für die Triggerspannung der Triggerdiode beträgt die Schwankung ±12,5%.

Somit kann wegen der Schwankung der Teile die sanfte Startzeit mit der Startvorrichtung 30 des Elektromotors das Zweifache und mehr betragen.

Das heißt, es ist problematisch, daß der Benutzer eine Diskrepanz beim Start des Elektrowerkzeugs infolge der Genau­ igkeit einer Schaltungskonstante spürt.

Zudem besteht ein Problem darin, daß sich die Anstiegs­ zeit der Drehzahl des Elektromotors 12 nicht frei einstellen läßt. Beim sanften Start ist es z. B. nicht möglich, den Elektromotor 12 sehr langsam auf die Bemessungsdrehzahl zu starten oder ihn anfangs langsam anlaufen zu lassen und in kurzer Zeit auf die Bemessungsdrehzahl hochzufahren.

Wenngleich eine integrierte Schaltung bzw. IC für die Phasensteuerung verwendet werden kann, ist die IC zur Phasen­ steuerung teuer, was die Kosten der Startvorrichtung erhöht.

Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Startvorrichtung für einen Elektromotor bereitzustellen, die ein stabiles Gebrauchsgefühl beim Start auch bei schwankender Genauigkeit der Teile vermitteln und die Anstiegszeit der Drehzahl des Elektromotors ohne Verwendung einer IC zur Pha­ sensteuerung frei einstellen kann.

Die Erfindung stellt eine Startvorrichtung für einen Elektromotor bereit, die diese Aufgabe löst. Die Startvor­ richtung des Elektromotors erhöht die Drehzahl des Elektromo­ tors durch Steuern einer Phase einer Spannung, die am Elek­ tromotor von einer Übergabestromversorgung beim Start ange­ legt wird, wobei die Startvorrichtung des Elektromotors auf­ weist: eine Ausgangsschaltung (20, 22, 24), die einen von der Übergabestromversorgung zugeführten elektrischen Übergabe­ strom umleitet, ein Impulssignal auf der Grundlage dieses elektrischen Umleitungsstroms erzeugt, ein Signal erzeugt, dessen Ausgangsspannung sich allmählich von einer vorbestimm­ ten Spannung auf eine niedrigere Spannung als eine maximale Spannung des Impulssignals verringert, eine Spannung dieses Signals mit einer Spannung des Impulssignals vergleicht und ein einem Vergleichsergebnis entsprechendes Ausgangssignal ausgibt; eine Triggerschaltung (26), die einen Triggerstrom auf der Grundlage einer Ausgangstaktung des von der Ausgangs­ schaltung ausgegebenen Ausgangssignals ausgibt; und ein Halb­ leitersteuerelement (Q1), in das der von der Triggerschaltung ausgegebene elektrische Triggerstrom eingegeben wird, damit es leitend wird, und das die Phase der am Elektromotor von der Übergabestromversorgung angelegten Spannung steuert.

In einer bevorzugten Konfiguration der erfindungsgemäßen Startvorrichtung des Elektromotors weist die Ausgangsschal­ tung auf: eine Stromversorgungsschaltung (20), die den elek­ trischen Übergabestrom umleitet und den elektrischen Umlei­ tungsstrom gleichrichtet; eine erste Impulssignal-Ausgangs­ schaltung (22), die einen Spannungswert des durch die Strom­ versorgungsschaltung gleichgerichteten elektrischen Stroms mit einem vorbestimmten Referenzspannungswert vergleicht und ein einem Vergleichsergebnis entsprechendes erstes Impuls­ signal ausgibt; und eine zweite Impulssignal-Ausgangsschal­ tung (24) mit einer Zeitkonstantenschaltung (25), die ein Si­ gnal erzeugt, dessen Ausgangsspannung sich allmählich von ei­ ner vorbestimmten Spannung auf eine niedrigere Spannung als die maximale Spannung des ersten Impulssignals verringert, sowie eine Vergleichsschaltung, die eine Spannung des durch die Zeitkonstantenschaltung erzeugten Signals mit einer Span­ nung des von der ersten Impulssignal-Ausgangsschaltung ausge­ gebenen ersten Impulssignals vergleicht und das dem Ver­ gleichsergebnis entsprechende Ausgangssignal ausgibt.

In einer bevorzugten Konfiguration der erfindungsgemäßen Startvorrichtung des Elektromotors hat die Triggerschaltung (26) einen Fotokoppler (FC1), in den das von der Ausgangs­ schaltung ausgegebene Ausgangssignal eingegeben wird und der den elektrischen Triggerstrom ausgibt.

In einer bevorzugten Konfiguration der erfindungsgemäßen Startvorrichtung des Elektromotors hat die Triggerschaltung (26) ein Schaltelement, das sich auf der Grundlage des von der Ausgangsschaltung ausgegebenen Ausgangssignals einschal­ tet, und einen Kondensator, der durch einen von der Stromver­ sorgungsschaltung zugeführten elektrischen Strom elektrisch geladen wird, wenn sich das Schaltelement einschaltet; wobei sich der Fotokoppler einschaltet, wenn der Kondensator elek­ trisch geladen wird.

In der Erfindung leitet die Ausgangsschaltung den von der Übergabestromversorgung zugeführten elektrischen Überga­ bestrom um, erzeugt das Impulssignal auf der Grundlage des elektrischen Umleitungsstroms, erzeugt das Signal, dessen Ausgangsspannung sich allmählich von der vorbestimmten Span­ nung auf die niedrigere Spannung als die maximale Spannung des Impulssignals verringert, vergleicht die Spannung dieses Signals mit der Spannung des Impulssignals und gibt das dem Vergleichsergebnis entsprechende Ausgangssignal aus.

Ist anders ausgedrückt die Spannung des Signals im Ver­ gleich mit der Spannung des vorgenannten Impulssignals kon­ stant, hat das Ausgangssignal eine feste Periode. Verringert sich dagegen die Spannung des Signals allmählich, kann sich die Periode des Ausgangssignals allmählich verkürzen.

Beispielsweise ist für das Signal in einer später zu be­ schreibenden Ausführungsform der Erfindung das Signal, das die Referenzspannung einer Vergleichsschaltung A2 wird, A2+ gemäß Fig. 2. Das Impulssignal ist ein Signal A2-. Da das Si­ gnal A2+ eine Steilheit hat, die sich von 5 V allmählich auf 1,5 V verringert, wird das Ausgangssignal der Vergleichs­ schaltung A2 das Impulssignal, dessen tiefpeglige Periode sich gemäß Fig. 2 allmählich verkürzt.

Danach gibt eine Triggerschaltung 26 den Triggerstrom auf der Grundlage der Ausgangstaktung des Ausgangssignals aus, das von einer Stromversorgungsschaltung 20, einer Null­ durchgangs-Detektionsschaltung 22 und einer Triggertaktungs­ schaltung 24 ausgegeben wird, die der Ausgangsschaltung ent­ sprechen.

Da sich also gemäß der vorstehenden Beschreibung die Pe­ riode der Ausgangstaktung allmählich verkürzt, verkürzt sich allmählich die Periode, in der der elektrische Triggerstrom ausgegeben wird.

In einen dem Halbleitersteuerelement entsprechenden Triac Q1 wird der von der Triggerschaltung 26 ausgegebene elektrische Triggerstrom eingegeben, damit er leitend wird.

Da anders gesagt der elektrische Triggerstrom mit der genannten Periode in den Triac Q1 eingegeben wird, damit er sich einschaltet, verkürzt sich die leitfähige Periode all­ mählich, und die Phase der am Elektromotor 12 angelegten Spannung wird in Übereinstimmung mit der Periode gesteuert.

In der bevorzugten Konfiguration der erfindungsgemäßen Startvorrichtung des Elektromotors wird der von der Übergabe­ stromversorgung zugeführte elektrische Übergabestrom durch die Stromversorgungsschaltung umgeleitet und gleichgerichtet.

In der später zu beschreibenden Ausführungsform der Er­ findung wird z. B. der von einer Übergabestromversorgung 13 zugeführte elektrische Übergabestrom zu einem Umleitungsweg 21 in der Stromversorgungsschaltung 20 umgeleitet, und der elektrische Umleitungsstrom wird durch eine Diodenbrücke DB1 in der Stromversorgungsschaltung 20 gleichgerichtet.

Danach wird der Spannungswert des gleichgerichteten elektrischen Stroms mit einem vorbestimmten Referenzspan­ nungswert durch eine erste Impulssignal-Ausgangsschaltung verglichen, und ein dem Vergleichsergebnis entsprechendes er­ stes Impulssignal wird von der ersten Impulssignal-Ausgangs­ schaltung ausgegeben.

In der später zu zeigenden Ausführungsform der Erfindung wird z. B. in eine Vergleichsschaltung A1 in einer Nulldurch­ gangs-Detektionsschaltung 22, die der ersten Impulssignal- Ausgangsschaltung entspricht, ein Signal A1+ gemäß Fig. 2 eingegeben, das durch die Diodenbrücke DB1 gleichgerichtet ist. Die Vergleichsschaltung A1 vergleicht das Signal A1+ mit einer Referenzspannung A1-. Danach wird ein dem Vergleichser­ gebnis entsprechendes Impulssignal (A1-Ausgabe) von der Ver­ gleichsschaltung A1 ausgegeben.

Ferner erzeugt eine Zeitkonstantenschaltung in der zwei­ ten Impulssignal-Ausgangsschaltung ein Signal, dessen Aus­ gangsspannung sich allmählich von der vorbestimmten Spannung auf eine niedrigere Spannung als die maximale Spannung des ersten Impulssignals verringert.

Beispielsweise erzeugt in der später zu beschreibenden Ausführungsform der Erfindung eine Zeitkonstantenschaltung 25 in der Triggertaktungsschaltung 24, die der zweiten Impuls­ signal-Ausgangsschaltung entspricht, gemäß Fig. 2 das Signal A2+, dessen Ausgangsspannung sich von 5 V auf 1,5 V allmäh­ lich verringert.

Anders ausgedrückt kann die aus einem Elektrolytkonden­ sator C2, einem Widerstand R10 und einem Widerstand R11 be­ stehende Zeitkonstantenschaltung 25 das Signal A2+ erzeugen, und die Steilheit des Signals A2+ läßt sich durch Ändern ei­ ner Zeitkonstante der Zeitkonstantenschaltung 25 ändern.

Anschließend vergleicht die Vergleichsschaltung in der zweiten Impulssignal-Ausgangsschaltung die Spannung des vor­ genannten Signals mit der Spannung des von der ersten Impuls­ signal-Ausgangsschaltung ausgegebenen ersten Impulssignals und gibt das dem Vergleichsergebnis entsprechende Ausgangs­ signal aus.

Zum Beispiel wird in der später zu zeigenden Ausfüh­ rungsform der Erfindung das von der Vergleichsschaltung A1 ausgegebene Impulssignal in ein Dreieckimpulssignal A2- gemäß Fig. 2 durch einen Kondensator C3 in der Nulldurchgangs-De­ tektionsschaltung 22 umgewandelt, die der ersten Impulssi­ gnal-Ausgangsschaltung entspricht. Die Spannung dieses Im­ pulssignals und die Spannung des Signals A2+ werden durch die Vergleichsschaltung A2 verglichen. Ein diesem Vergleichser­ gebnis entsprechendes Ausgangssignal (A2-Ausgangssignal) wird von der Vergleichsschaltung A2 ausgegeben.

Ändert sich anders gesagt die Steilheit des Signals A2+ gemäß Fig. 2, kann wegen der Änderung eines Schnittpunkts des Signals A2+ und des Signals A2- die Periode des Ausgangssi­ gnals A2 durch Ändern der Zeitkonstante der Zeitkonstanten­ schaltung 25 geändert werden.

In der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Startvorrichtung des Elektromotors hat die Triggerschaltung 26 einen Fotokoppler, in den das von der Vergleichsschaltung ausgegebene Ausgangssignal eingegeben wird und der den elek­ trischen Triggerstrom ausgibt. Die Leuchtperiode des Foto­ kopplers läßt sich durch Ändern der Zeitkonstante der Zeit­ konstantenschaltung 25 ändern.

Zum Beispiel wird in der später beschriebenen Ausfüh­ rungsform der Erfindung ein dem Halbleitersteuerelement ent­ sprechender Triac Q1 leitend, wenn ein Foto-Triac-Koppler FC1 in der Triggerschaltung 26 leuchtet, und durch Ändern der Leuchtperiode des Foto-Triac-Kopplers FC1 kann die leitende Taktung des Triacs Q1 geändert werden. Durch diese leitende Taktung steuert der Triac Q1 die Phase der am Elektromotor 12 angelegten Spannung.

Indem der Foto-Triac-Koppler FC1 entsprechend der Peri­ ode des von der zweiten Impulssignal-Ausgangsschaltung ausge­ gebenen zweiten Impulssignals zum Leuchten gebracht wird, läßt sich also die Phasensteuerung realisieren, die der Peri­ ode des zweiten Impulssignals entspricht.

In der bevorzugten Konfiguration der erfindungsgemäßen Startvorrichtung des Elektromotors schaltet sich das Schalt­ element in der Triggerschaltung auf der Grundlage des von der Ausgangsschaltung ausgegebenen Ausgangssignals ein. Der Kon­ densator in der Triggerschaltung wird durch den von der Stromversorgungsschaltung zugeführten elektrischen Strom elektrisch geladen, wenn sich das Schaltelement einschaltet.

Der Fotokoppler schaltet sich ein, wenn der Kondensator elek­ trisch geladen wird.

Da sich anders ausgedrückt der Fotokoppler nur kurzzei­ tig einschaltet, bis der Kondensator geladen ist, läßt sich der elektrische Stromverbrauch in der Stromversorgungsschal­ tung im Vergleich zu einem Fall senken, in dem sich der Foto­ koppler direkt durch das Ausgangssignal einschaltet.

Wie später beschrieben wird, läßt sich zudem die elek­ trische Bemessungsleistung eines Widerstands R1 auf etwa 1/10 verringern, da der Widerstand klein sein kann, und der Raum zur Unterbringung der Startvorrichtung des Elektromotors kann klein sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Hauptanordnung einer Startvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm von Eingangs- und Ausgangs­ signalen einer Vergleichsschaltung A1 und einer Vergleichs­ schaltung A2, die in der Startvorrichtung von Fig. 1 verwen­ det werden.

Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm von Ausgangssignalen der Vergleichsschaltung A2, eines Foto-Triac-Kopplers FC1 bzw. eines Triacs Q1.

Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm von Eingangs- und Ausgangs­ signalen der Vergleichsschaltung A2 bei Änderung einer Zeit­ konstante einer Zeitkonstantenschaltung 25.

Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm von Ausgangssignalen der Vergleichsschaltung A2, des Foto-Triac-Kopplers FC1 und des Triacs Q1 für den Fall von Fig. 4.

Fig. 6 ist ein Schaltbild eines Aufbaus einer vom Anmel­ der vorgeschlagenen Hauptstartvorrichtung.

Fig. 7 ist ein Schaltbild einer bekannten Startvorrich­ tung.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung nä­ her anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Hauptanordnung einer er­ findungsgemäßen Startvorrichtung für einen Motor (im folgen­ den als Startvorrichtung bezeichnet). Fig. 2 ist ein Zeitdia­ gramm von Eingangs- und Ausgangssignalen einer Vergleichs­ schaltung A1 und einer Vergleichsschaltung A2, die in der Startvorrichtung von Fig. 1 verwendet werden. Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm von Ausgangssignalen der Vergleichsschaltung A2, eines Foto-Triac-Kopplers FC1 und eines Triacs Q1.

In dieser Ausführungsform wird die Startvorrichtung des Übergabekommutatormotors (im folgenden als Elektromotor be­ zeichnet) eines Elektrowerkzeugs als Beispiel erläutert. Der Elektromotor ist mit 230 V Eingangsspannung und 2 kW elektri­ schem Stromverbrauch bemessen.

Im folgenden wird die Hauptanordnung der Startvorrich­ tung erläutert.

Die Startvorrichtung 10 hat einen Schalter 14, der einen Elektromotor 12 startet und stoppt; eine Stromversorgungs­ schaltung 20, die einen von einer Übergabestromversorgung 13 zugeführten elektrischen Übergabestrom gleichrichtet; eine Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 22, die eine Referenzspan­ nung mit einer Spannung des durch die Stromversorgungsschal­ tung 20 gleichgerichteten elektrischen Stroms vergleicht; ei­ ne Triggertaktungsschaltung 24, die eine Referenzspannung mit einer Spannung eines von der Nulldurchgangs-Detektionsschal­ tung 22 ausgegebenen Signals vergleicht; eine Triggerschal­ tung 26 mit einem Foto-Triac-Koppler FC1, der sich auf der Grundlage des von der Triggertaktungsschaltung 24 ausgegebe­ nen Signals einschaltet; und einen Triac Q1, in dessen Gate von der Triggerschaltung 26 ausgegebener elektrischer Trig­ gerstrom eingegeben wird, damit er leitend wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Startvorrichtung 10 erläutert.

Schaltet ein Benutzer des Elektrowerkzeugs den Schalter 14 ein, wird der von der Übergabestromversorgung 13 zugeführ­ te elektrische Übergabestrom über einen Umleitungsweg 21 in der Stromversorgungsschaltung 20 umgeleitet. Der elektrische Umleitungsstrom wird durch eine Diodenbrücke DB1 gleichge­ richtet. Der gleichgerichtete elektrische Strom wird durch einen Widerstand R1, einen Elektrolytkondensator C1 und einer Zenerdiode D1 geglättet, durch einen Widerstand R4 und einen Widerstand R5 spannungsgeteilt und als Referenzspannung der Vergleichsschaltung A1 der Nulldurchgangs-Detektionsschaltung verwendet (siehe A1- in Fig. 2).

Der durch die Diodenbrücke DB1 gleichgerichtete elektri­ sche Strom wird einer Spannungsteilung durch einen Widerstand R2 und einen Widerstand R3 unterzogen und in die Vergleichs­ schaltung A1 eingegeben (siehe A1+ in Fig. 2).

In dieser Ausführungsform haben die Widerstände R1 bis R5 Werte von 82 kΩ (1 W), 1 MΩ, 15 kΩ, 33 kΩ bzw. 4,7 kΩ. Der Elektrolytkondensator C1 hat 4,7 µF (35 V). Die Zener­ diode D1 hat 10 V (0,2 W). In diesem Fall beträgt die maxima­ le Spannung des in die Vergleichsschaltung A1 eingegebenen Signals 4,8 V gemäß Fig. 2. Die Referenzspannung der Ver­ gleichsschaltung A1 beträgt 1,25 V.

Danach vergleicht die Vergleichsschaltung A1 die Refe­ renzspannung mit einem Eingangssignal (im folgenden als Si­ gnal A1+ bezeichnet) und detektiert einen Zeitpunkt, an dem das Signal A1+ die Referenzspannung A1- übersteigt. Wie in Fig. 2 durch die A1-Ausgabe gezeigt ist, gibt die Vergleichs­ schaltung A1 das Detektionsergebnis als Rechteckimpulssignale aus, die hochpeglig werden, sobald das Signal A1+ über 1,25 V liegt, und tiefpeglig werden, sobald es unter 1,25 V liegt.

Gemäß A2- in Fig. 2 werden die von der Vergleichsschal­ tung A1 ausgegebenen Impulssignale in Dreieckimpulssignale, die ersten Impulssignalen entsprechen, durch einen Widerstand R8 und einen Kondensator C3 umgewandelt, und die Dreieckim­ pulssignale werden in eine Vergleichsschaltung A2 eingegeben. Gemäß Fig. 2 werden die von der Vergleichsschaltung A1 ausge­ gebenen Impulssignale in ein sich im zeitlichen Verlauf all­ mählich von 5 V auf 1,5 V verringerndes Signal durch eine Zeitkonstantenschaltung 25 umgewandelt, die aus einem Elek­ trolytkondensator C2, einem Widerstand R10 und einem Wider­ stand R11 besteht. Dieses Signal wird als Referenzspannung A2+ in der Vergleichsschaltung A2 verwendet.

In dieser Ausführungsform haben die Widerstände R8 bis R11 Werte von 1 MΩ, 1 MΩ, 220 kΩ bzw. 220 kΩ, der Wider­ stand R6 hat 10 kΩ, der Elektrolytkondensator C2 hat 2,2 µF (35 V), der Kondensator C3 hat 0,01 µF, und die Diode D2 und die Diode D4 haben jeweils einen Wert von 40 V (0,1 A).

Die Vergleichsschaltung A2 vergleicht eine Spannung von Eingangsimpulssignalen (im folgenden Signal A2- genannt) mit der Referenzspannung und gibt zweiten Impulssignalen entspre­ chende Rechteckimpulse aus, die tiefpeglig werden, sobald das Signal A2- die Referenzspannung übersteigt, und hochpeglig werden, sobald das Signal A2 niedriger als die Referenzspan­ nung ist. Für eine Periode der von dieser Vergleichsschaltung A2 ausgegebenen Impulssignale erfolgt keine Synchronisation in der Periode des von der Übergabestromversorgung 13 zuge­ führten elektrischen Übergabestroms, was im Vergleich mit dem durch die Stromversorgungsschaltung 20 gleichgerichteten Si­ gnal A1+ gemäß Fig. 2 verständlich wird, und die tiefpeglig werdende Periode verkürzt sich allmählich. Die von der Ver­ gleichsschaltung A2 ausgegebenen Impulssignale werden in eine Basis eines einem Schaltelement entsprechenden Transistors Q2 über einen Widerstand R12 eingegeben. Der Transistor Q2 schaltet sich ein, wenn diese Eingangsimpulssignale tiefpeg­ lig werden.

Durch Einschalten des Transistors Q2 wird ein Kondensa­ tor C4 durch einen von der Stromversorgungsschaltung 20 zuge­ führten elektrischen Strom geladen. Ein Foto-Triac-Koppler FC1 schaltet sich ein, bis eine Spannung über dem Kondensator C4 einen vorbestimmten Wert erreicht. Durch das Einschalten schaltet sich ein Triac Q1 ein, und die von der Übergabe­ stromversorgung 13 zugeführte Spannung wird am Elektromotor 12 angelegt. Der Kondensator C4 wird durch einen Widerstand R7 entladen.

Bei einer Taktung, in der die von der Vergleichsschal­ tung A2 ausgegebenen Impulssignale gemäß Fig. 3 tiefpeglig sind, schaltet sich anders ausgedrückt der Foto-Triac-Koppler FC1 ein, und der Triac Q1 wird leitend, wodurch die Phase der am Elektromotor 12 angelegten Spannung gesteuert wird.

In dieser Ausführungsform haben die Widerstände R12, R13 22 kΩ bzw. 220 Ω, und der Widerstand R7 hat 2,2 kΩ. Der Kon­ densator C4 hat 0,47 µF, und die Diode D3 hat 40 V (0,1 A). Der Transistor Q2 ist vom Typ 2SA1162 (GR) (hergestellt von Toshiba Corp.), der Foto-Triac-Koppler ist vom Typ S21MS3 (hergestellt von Sharp Corp.), und der Triac Q1 hat 30 A, 600 V.

Die Taktung, in der sich der Foto-Triac-Koppler FC1 ein­ schaltet, ist mit der Taktung synchronisiert, in der die von der Vergleichsschaltung A2 ausgegebenen Impulssignale tief­ peglig sind. Die Taktung, in der sie tiefpeglig sind, hängt von der Taktung ab, bei der sich das Signal A2- und das Si­ gnal A2+ kreuzen.

Bei konstant gehaltener Referenzspannung wird z. B. eine Periode, in der die von der Vergleichsschaltung A2 ausgegebe­ nen Signale nach dem letzten tiefpegligen Übergang durch Null gehen, ein konstantes Intervall, dessen Periode mit der Stromversorgungsfrequenz synchronisiert ist. Da aber bei der Startvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform die Referenz­ spannung A2+ in der Steilheit abfällt und sich die Spannung allmählich verringert, verlängert sich die Periode, in der die von der Vergleichsschaltung A2 ausgegebenen Impulssignale nach dem letzten tiefpegligen Übergang durch Null gehen, im zeitlichen Verlauf.

Als Beispiel dafür dient der schraffierte Teil der Q1-Ausgabe in Fig. 3.

Fig. 4 zeigt ein Zeitdiagramm von Eingangs- und Aus­ gangssignalen der Vergleichsschaltung A2, wenn die Zeitkon­ stante der Zeitkonstantenschaltung 25 geändert ist und die Steilheit der Referenzspannung A2+ flacher als die vorgenann­ te Referenzspannung A2+ von Fig. 2 ist. Außerdem zeigt Fig. 5 ein Zeitdiagramm des Ausgangssignals vom Foto-Triac-Koppler FC1 bzw. Triac Q1 für diesen Fall.

Ist gemäß Fig. 5 die Abnahme der Referenzspannung A2+ gering und ihre Steilheit flach, wird die Einschaltperiode des Foto-Triac-Kopplers FC1 lang, was die leitende Periode des Triacs Q1 verlängert.

Da im Vergleich mit dem Fall, in dem die Steilheit der Referenzspannung A2+ Fig. 2 entspricht, die Rate der mittle­ ren Spannungszunahme der am Elektromotor 12 durch den Triac Q1 angelegten Spannung klein wird, steigt die Drehzahl des Elektromotors 12 allmählicher als im Fall von Fig. 2.

Da gemäß der Erläuterung das Triggersignal in der Start­ vorrichtung 10 dieser Ausführungsform durch die Taktung von der Vergleichsschaltung A2 ausgegeben wird, kann auch bei Schwankung taktungsbeeinflussender Teile die zeitliche Schwankung des sanften Starts unterdrückt sein.

Auch bei größter Schwankung der taktungsbeeinflussenden Teile in einem Experiment im Rahmen der Erfindung (±1% Schwankung für R8 bis R11, ±5% Schwankung für C3 und ±20% Schwankung für C2) konnte die zeitliche Schwankung des sanf­ ten Starts auf etwa das 1,2fache begrenzt werden.

Durch die Startvorrichtung 10 der Ausführungsform kann zudem ohne eine teure IC zur Phasensteuerung die Drehzahl des Elektromotors 12 schnell oder allmählich durch Ändern der Zeitkonstante der Zeitkonstantenschaltung 25 steigen.

Anders ausgedrückt läßt sich die Art und Weise ändern, wie der Elektromotor 12 startet.

Beim Einschalten des Transistors Q2 wird zudem der Kon­ densator C4 elektrisch geladen. Im Experiment im Rahmen der Erfindung betrug die elektrische Ladezeit etwa 0,1 ms. Da­ durch läßt sich die Einschaltzeit des Foto-Triac-Kopplers stark im Vergleich mit einem Fall verkürzen, in dem der Foto- Triac-Koppler FC1 direkt durch die von der Vergleichsschal­ tung A2 ausgegebenen Impulssignale angesteuert wird (bei sei­ ner direkten Ansteuerung ist die Einschaltzeit des Foto- Triac-Kopplers FC1 gleich der Zeit, in der das von der Ver­ gleichsschaltung A2 ausgegebene Impulssignal tiefpeglig ist). Dadurch verringert sich der elektrische Stromverbrauch des Widerstands R1 der Stromversorgungsschaltung 20 auf etwa 1/10, und die elektrische Bemessungsleistung der Zenerdiode D1 kann klein sein.

Zu beachten ist, daß sich die Art des Starts des Elek­ tromotors 12 ändern läßt, indem die Referenzspannung A1- der Vergleichsschaltung A1 oder der Wert des Widerstands R8 und Kondensators C3 geändert werden, um die Wellenform des Ein­ gangssignals A2- der Vergleichsschaltung A2 zu ändern und um so die Periode der von der Vergleichsschaltung A2 ausgegebe­ nen Impulssignale zu ändern. In der vorgenannten Ausführungs­ form wurde außerdem ein Foto-Triac-Koppler als Fotokoppler verwendet, wobei jedoch auch ein allgemeiner Fotokoppler un­ ter Verwendung eines Transistors, ein Fotokoppler mit Überga­ beeingang, ein Foto-Thyristor-Koppler oder eine LED-Cds-Zelle usw. zum Einsatz kommen können.

Ferner entsprechen die Stromversorgungsschaltung 20, die Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 22 und die Triggertak­ tungsschaltung 24 einer Ausgangsschaltung der Erfindung. Die Nulldurchgangs-Detektionsschaltung 22 kommt einer ersten Im­ pulssignal-Ausgangsschaltung gleich. Zudem entspricht die Triggertaktungsschaltung 24 einer zweiten Impulssignal-Aus­ gangsschaltung.

Wie erwähnt wurde, kann durch die Startvorrichtung der Erfindung die zeitliche Änderung des sanften Starts infolge der Teileschwankung unterdrückt sein. Außerdem kann eine Startvorrichtung für einen Elektromotor realisiert sein, mit der sich der Drehzahlanstieg des Elektromotors frei einstel­ len läßt.

Wenngleich die Erfindung im Zusammenhang mit einer be­ stimmten bevorzugten Ausführungsform offenbart wurde, ist verständlich, daß sich die Erfindung über die speziell offen­ barte Ausführungsform hinaus auch auf andere alternative Aus­ führungsformen der Erfindung erstreckt. Somit soll der Schutzumfang der Erfindung nicht durch die offenbarte Ausfüh­ rungsform beschränkt, sondern durch die nachfolgenden Ansprü­ che bestimmt sein.

Claims (4)

1. Startvorrichtung für einen Elektromotor, die eine Dreh­ zahl des Elektromotors durch Steuern einer Phase einer Spannung erhöht, die an dem Elektromotor von einer Über­ gabestromversorgung bei einem Start angelegt wird, wobei die Startvorrichtung des Elektromotors aufweist:
eine Ausgangsschaltung (20, 22, 24), die einen von der Übergabestromversorgung zugeführten elektrischen Überga­ bestrom umleitet, ein Impulssignal auf der Grundlage dieses elektrischen Umleitungsstroms erzeugt, ein Signal erzeugt, dessen Ausgangsspannung sich allmählich von ei­ ner vorbestimmten Spannung auf eine niedrigere Spannung als eine maximale Spannung des Impulssignals verringert, eine Spannung dieses Signals mit einer Spannung des Im­ pulssignals vergleicht und ein einem Vergleichsergebnis entsprechendes Ausgangssignal ausgibt;
eine Triggerschaltung (26), die einen Triggerstrom auf der Grundlage einer Ausgangstaktung des von der Aus­ gangsschaltung ausgegebenen Ausgangssignals ausgibt; und
ein Halbleitersteuerelement (Q1), in das der von der Triggerschaltung ausgegebene elektrische Triggerstrom eingegeben wird, damit es leitfähig wird, und das die Phase der an dem Elektromotor von der Übergabestromver­ sorgung angelegten Spannung steuert.

2. Startvorrichtung für einen Elektromotor nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsschaltung aufweist:
eine Stromversorgungsschaltung (20), die den elektri­ schen Übergabestrom umleitet und den elektrischen Umlei­ tungsstrom gleichrichtet;
eine erste Impulssignal-Ausgangsschaltung (22), die ei­ nen Spannungswert des durch die Stromversorgungsschal­ tung gleichgerichteten elektrischen Stroms mit einem vorbestimmten Referenzspannungswert vergleicht und ein einem Vergleichsergebnis entsprechendes erstes Impuls­ signal ausgibt; und
eine zweite Impulssignal-Ausgangsschaltung (24) mit ei­ ner Zeitkonstantenschaltung (25), die ein Signal er­ zeugt, dessen Ausgangsspannung sich allmählich von einer vorbestimmten Spannung auf eine niedrigere Spannung als die maximale Spannung des ersten Impulssignals verrin­ gert, sowie eine Vergleichsschaltung, die eine Spannung des durch die Zeitkonstantenschaltung erzeugten Signals mit einer Spannung des von der ersten Impulssignal-Aus­ gangsschaltung ausgegebenen ersten Impulssignals ver­ gleicht und das dem Vergleichsergebnis entsprechende Ausgangssignal ausgibt.

3. Startvorrichtung für einen Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Triggerschaltung (26) einen Fotokopp­ ler (FC1) hat, in den das von der Ausgangsschaltung aus­ gegebene Ausgangssignal eingegeben wird und der den elektrischen Triggerstrom ausgibt.

4. Startvorrichtung für einen Elektromotor nach Anspruch 3, wobei die Triggerschaltung (26) aufweist:
ein Schaltelement, das sich auf der Grundlage des von der Ausgangsschaltung ausgegebenen Ausgangssignals ein­ schaltet, und einen Kondensator, der durch einen von der Stromversorgungsschaltung zugeführten elektrischen Strom elektrisch geladen wird, wenn sich das Schaltelement einschaltet;
wobei sich der Fotokoppler einschaltet, wenn der Konden­ sator elektrisch geladen wird.