CN100438311C - 电动工具的触发控制 - Google Patents

Abstract

电动工具用的触发控制器，包括可沿具有最初起始位置的路径移动的同步触发器。所述控制器有与电机串联连接的机械开关和固态开关。机械开关具有可由同步触发器移动的第一接点。所述控制器包括控制单元，它有与固态开关连接的IC芯片，用以产生可调节的控制信号，接通和断开所述开关，将可调节的电流从电源经机械开关传送到电机。所述控制器包括输出选择器，它有多个串联的电阻和可与各电阻接点选择连接的第二接点，第二接点与控制单元连接，以调节控制信号。第二接点可由同步触发器移动。第一和第二接点是可移动的，以从起始位置按同步触发器不同的预定行程位置，分别操纵所述机械开关和固态开关，从而使两个开关在不同时间最初被闭合。

Description

电动工具的触发控制

技术领域

本发明涉及对电动工具的触发控制。

背景技术

常常借助同步触发器(pull-trigger)控制电动工具的速度，用以开、关电机以及调整电机的转速/转矩。同步触发器总与一个电开关结合，用于控制，这可以是机械开关，或者是固态开关。

本发明寻求给出一种改进的触发控制器。

发明内容

按照本发明，提供一种电动工具所用的触发控制器，所述电动工具由电源供电并包括电机和可沿一条路径移动的同步触发器，用以控制所述电机。所述路径具有最初的起始位置，并具有从该起始位置起的预定总行程距离。所述控制器包括：

串联连接在所述电机与电源之间的机械开关装置和固态开关装置，所述机械开关装置包括与所述同步触发器机械相连从而用以移动的第一移动接点；

控制单元，包括与所述固态开关装置连接的集成电路，用以产生可调节的控制信号，以接通或者断开所述固态开关装置，使电流从电源经所述机械开关装置传送到电机，所述电流具有可以调节的有效(rms)值；以及

输出选择器，包括多个串联连接的电阻和第二移动接点，所述第二移动接点可与所述各电阻接点选择地连接，并与所述控制单元连接，以调节操纵固态开关装置的控制信号，所述第二移动接点与所述同步触发器机械地相连，从而用以移动；

所述第一和第二移动接点可由所述同步触发器移动，以从所述起始位置在同步触发器不同的第一和第二预定行程位置，分别操纵所述机械开关装置和固态开关装置，从而使所述两个开关装置造成在不同时间最初被闭合。

按照第一种实施例，所述第二行程位置在第一行程位置下游侧，使固态开关装置最初是在机械开关装置之后被关闭。

按照第二种实施例，所述第二行程位置在第一行程位置上游侧，使得造成固态开关装置最初是在机械开关装置之前被关闭。

所述第一和第二行程位置最好彼此差一段距离，这段距离实际上在沿所述路径的整个行程距离的1.1％-8.1％范围内。

所述第一和第二行程位置彼此相差的距离实际上在沿所述路径整个行程距离中的0.1mm-0.5mm范围更好。

首选所述第一行程位置实际上在沿所述路径从起始位置起的整个行程距离的16.7％-61.3％范围内。

所述第一行程位置实际上在沿所述路径从起始位置起的1.5mm-3.8mm范围内尤好。

所述第一行程位置最好实际上在沿所述路径从起始位置起的整个行程距离的16.7％-61.3％范围内。

最好将所述第二移动接点设在所述同步触发器上，以便移动。

所述触发控制器最好包括与电机并联的制动开关，用以恢复制动，所述制动开关包括与同步触发器机械式相连的移动接点，用以移动。

所述移动接点是可由同步触发器移动的更好，以便在起始位置与第一行程位置之间的同步触发器预定位置处打开所述制动开关。

所述触发控制器最好包括与所述机械开关装置和固态开关装置并联的旁路开关，用以提供一条从电源到电机的直接路径，所述旁路开关包括与同步触发器机械式相连的移动接点，用以移动。

所述移动接点是可由同步触发器移动的更好，以便在沿所述路径邻近最后端位置的同步触发器预定位置处闭合所述旁路开关。

所述预定位置实际上在从起始位置测量的5.5mm-7.0mm范围内尤好。

所述移动接点是可通过同步触发器移动的尤好，以便在固态开关装置已被控制单元连续接通之后闭合所述旁路开关。

最好使所述旁路开关和所述机械开关装置共有一个公用的移动接点，这个接点是可通过同步触发器移动的，以便在固态开关装置已被控制单元连续接通之后闭合所述旁路开关，然后再打开所述机械开关装置。

本发明还提供一种电动工具，它包括电机，还包括可沿一条路径移动的同步触发器，用以操纵所述电机，所述路径具有起始位置，并具有从所述起始位置起的预定总行程距离；所述电动工具还包括前述的触发控制器。

所述电动工具首选是手电钻。

本发明还提供一种电动工具，它包括电机，还包括可沿一条路径移动的同步触发器，用以操纵所述电机，所述路径具有最初的起始位置，并具有从所述起始位置起的预定总行程距离；所述电动工具还包括前述的触发控制器。其中所述同步触发器的总行程距离实际上在6.2mm-9.0mm范围内。

附图说明

以下参照附图仅以举例的方式更为详细地描述本发明，其中：

图1是本发明电动工具中所采用的触发控制器的详细电路图；

图2是图1触发控制器的示意功能方框图；

图3是所述电动工具的同步触发器的平面视图；

图4A-4F是说明图1触发控制器之第一实施例的各个部件参数关于触发器位置的曲线；

图5A-5F是说明图1触发控制器之第二实施例的各个部件参数关于触发器位置的曲线；

图6表示安装在印刷电路板上的图1触发控制器电路。

具体实施方式

参照图1-3和图6，表示本发明所用的一种触发控制器100，用它控制诸如手电钻等电动工具的工作，以直流电源50，即可再充电电池组使所述电动工具工作。所述电动工具包含电机(负载)10和用于控制电机10的同步触发器20。所述触发控制器100包括呈MOSFET晶体管TR1形式的固态开关和机械主开关SW3，他们彼此串联连接在所述电机10与电源50之间，用以控制对电机10供电。当主开关SW3被闭合时，晶体管TR1接通和断开，以驱动通过主开关SW3到电机10的可调节脉动直流电流，使按所需的转速/转矩旋转。

旁路开关SW2最好与所述晶体管TR1及主开关SW3并联，用以把为最大转速/转矩所用的全部非脉动直流电流从电源50连续传送到电机10。包含有2P-2T开关SW4和二极管D3的反向电路使晶体管TR1与电机10连接，用以使驱动电机10的电流反向，从而使它的转动方向反向。制动开关SW1最好与电机10并联，为的是快速恢复制动。

触发控制器100包括以集成电路芯片IC1(如型号No.NE555)为基础构成的控制单元30，为的是按几百赫兹到10千赫兹的频率产生控制信号，用以接通和断开晶体管TR1，以便在所述频率下工作。芯片IC1具有与晶体管TR1相连的输出插脚3、一对输入插脚2和6，以及与该二输入插脚2和6相连之电容器C2的放电插脚7。

触发控制器100还包括可变电阻器单元，用作输出选择器VR1，它与同步触发器20机械式地相连，以便控制，它还与芯片IC1的二输入插脚2和6相连。所述输出选择器VR1调节芯片IC1之输出插脚3处的脉冲宽度或控制信号荷周比，依次调节晶体管TR1输出端处脉动直流电流的有效值，用以按相应的转速/转矩驱动电机10。

同步触发器20具有带管座24的触发器主体22，还具有中空基板(未示出)，用以将所述管座24支承于其中，以沿相反方向滑动地移动，而且所述基板还将印刷电路板60保持于所述管座24的一侧，控制单元30被安装于其上。所述触发器主体22被弹性地安装，以使常态是停在最初的起始位置，并可以手动方式沿直线路径向后朝着最后端位置滑移。管座24在所说的一侧支承输出选择器VR1的移动接点40，用以同时移动，而支承面与所述电路板60相对。所述移动接点40具有相对的第一和第二端41和42。

所述触发器管座24上还支承有制动移动开关、旁路开关个主开关SW1到SW3的接点，用以同时移动，使得在管座24按照它所行进到的位置移动时，所有这些开关被适宜地操作、闭合和打开。相反，反向开关SW4是一个单独的开关，用以按需要单独地手动操纵。

输出选择器VR1包括7个串联的电阻R2-R8，它们串联连接在一起并安装在电路板60上。它们的各个连接端分别与在电路板60上形成的一排相互平行的倾斜接点带43连接，用以通过移动接点40的第一端41依序选择接点。两个输出电阻R2和R8的其余端部经一对二极管D1分别与芯片IC1的放电插脚7相连。

所述一排接点包括它的相对的引导端和追踪端、两个附加被放大的接点43′和43″，从而总计达到8个接点，被统一表示为标号43。所有这些接点43，或者说8个相邻的扁条被倾斜地紧靠在一起，以致所述引导接点40的第一端41可以桥接于任何两个相邻接点43两端。

电路板60包括与所述一排接点43相一致的长条形接点导条(rail)44，用于与移动接点40的第二端42连续相接触。所述接点导条44与芯片IC1的两个输入插脚2和6相连。

输出选择器VR1包括两个额外的电阻R14和R15，它们也被装在电路板60上。电阻R14的一端连到所述引导接点43′，另一端通过电阻R10与放电插脚7相连。另一个电阻R15的一端与追踪接点43″相连，另一端则与晶体管TR1与主开关SW3之间的连接点相连。

引导接点43′与触发器主体22的起始位置相符，它与相关联的移动接点40的第一端41最初是接触的(如图1中的实线所示)。在所述起始位置，旁路开关SW2和主开关SW3二者均被打开，而制动开关SW1被闭合。当所述触发器主体22被后移(pull back)而离开起始位置时，所述制动开关SW1立刻被打开，主开关SW3随后被闭合。旁路开关SW2将只在所述触发器主体22已经到达它的整个行程端部位置之后，即在移动接触端41成为与追踪接点43″接触之后，才被闭合。

触发器主体22的整个行程距离，根据所设计的同步触发器被预先确定为在所述起始位置与端部位置之间从6.2mm到8.5mm直至9.0mm的范围。在触发器主体的中间位置处，移动接触端41(例如图1中的虚线所示，使电阻R6短路)，把电阻R2到R8电气地分成第一族电阻R7和R8，以及第二族电阻R2到R5。

沿着通过第一族电阻R7和R8和一个二极管D1路径的方向，电容器C2放电到芯片IC1的放电插脚7，从而，在两个输入插脚2和6处出现放电条件，当通过输入插脚2和6之一测得电容器C2放电到低于Vcc的1/3时，输出插脚3从低电平充电到高电平，导通晶体管TR1，同时，电容器C2进入下一个充电周期。

只要触发器主体22留在所述起始位置，也即移动接触端41处于与引导接点43′接触，则电阻R14就起上拉电阻的作用，保持输入插脚2和6的电压在2/3Vcc以上。这就防止电容器C2放电放到低于1/3Vcc，从而维持输出插脚3低电平，使晶体管TR1截止。

沿着通过电阻R10、另一二极管D1和第二列电阻R2到R5的路径的方向，使电容器C2被充电，从而在输入插脚2和6处形成充电条件。当由输入插脚2和6中的另一个测得电容器C2充电至电压超过2/3Vcc时，输出插脚3从高电平充电到低电平，使晶体管TR1截止，电容器C2进入下一个放电周期。

如果触发器主体22达到并留在所述端部位置，也即移动接触端41处于与追踪接点43″接触，则电阻R15下拉电阻的作用，以保持输出插脚2和6二者的电压低于1/3Vcc。这可防止电容器C2充电至超过2/3Vcc，从而维持输出插脚3为高电平，并导通晶体管TR1。

电容器C2放电和充电的周期取决于被分成两族的电阻R2到R8的相应合成电阻，这依次由移动接触端41或触发器主体22的位置，也即触发器的位置来决定。该电容器的放电和充电周期决定芯片IC1的输出插脚3处控制信号的脉冲信号荷周比，并且依次确定晶体管TR1输出端处的脉动直流短路的有效值，同时按所得的转速/转矩驱动电机10。

以下参照图4A到4F，它们与触发控制器100的第一实施例对应。使主开关SW3的移动接点位于触发器的管座24上，以使主开关SW3在触发器主体22行进(被拉回)到达移动的阈值位置，即离起始位置2.5mm之前不被闭合(图4E)。这个阈值位置最好在离所述起始位置为1.5mm至3.8mm的范围内，或者通常可在整个行程距离的16.7％到61.3％区间所选择的任何位置。

当触发器主体22行进超过离所述起始位置1.5mm，或者一般地是在起始位置与阈值位置之间的任何行进位置时，制动开关SW1将被打开(图4F)。

使输出选择器VR1的移动接触端41位于触发器的管座24上，以使在到达下一个接点43之后，它将按先接后离的方式立刻离开引导接点43′。这发生在触发器主体22已经行进一段附加的距离0.3mm，从而到达所述阈值位置下游侧的位置之后(图4C和4E)。一般地说，所述阈值位置与所述下游位置间的距离差最好在0.1mm到0.5mm的范围内，或者一般地说，可为整个行程距离的1.1％到8.1％区间所选择的任何距离。

在移动接触端41离开所述引导接点43′而与下一个接点43接触的时刻，也即当触发器主体22到达所述下游位置时，所述上拉电阻R14被断开，使芯片IC1和输出选择器VR1能够工作，而主开关SW3事先已被闭合。如上所述，所述输出选择器VR1控制电容器C2的充电和放电，以使得芯片IC1对晶体管TR1产生开关控制信号。晶体管TR1反过来传送脉动直流电流(图4B)，以驱动电机10，按所需的转速/转矩旋转(图4A)。

所述机械式主开关SW3和固态晶体管TR1用作串联连接的双重开关，用以将驱动电流传送到电机10。由于主开关SW3易于受到机械故障，如卡住或者短路，所以，在主开关SW3机械故障的情况下，晶体管TR1提供对电机10切断电源的安全测试。

另外，当在晶体管TR1进入工作前最初闭合所述主开关SW3(初始闭合)的情况下，主开关SW3不对电机10起初始开关的作用。当同步触发器20向回滑动刚刚释放时，在随后的断开电机10方面所述主开关SW3也不起任何作用，因为在晶体管TR1终止导通之后它将被打开。于是，主开关SW3作为机械开关将不会受到若因开关SW3实行最初开关的动作将会发生的打火花和/或飞弧等所引起的接触问题的妨碍。

作为选择还可参照图5A至5F，它们对应于触发控制器100的第二实施例。主开关SW3的移动接点位于所述管座24上，以致在触发器主体22行进(被拉回)到离开所述起始位置2.5mm的阈值位置之前，主开关SW3一直不会闭合(图5E)。所述阈值位置最好在离开所述起始位置1.5mm至3.8mm的范围内，或者通常可以在从整个行程距离的16.7％到61.3％区间所选择的任何位置。

当触发器主体22行进到超过离开所述起始位置1.5mm的位置时，或者通常在所述起始位置与阈值位置之间的任何行进位置时，制动开关SW1将被打开(图5F)。

在第二实施例中，与第一实施例不同，使移动接触端41位于所述触发器管座24上，在触发器主体22到达所述阈值位置之前而不是之后，使输出选择器VR1进入准备工作的条件。特别是把所述接触端41定位成，在按先接后离方式到达下一个接点43之前，当触发器主体22到达所述阈值位置之前的0.3mm的上游位置时，就使得它立刻离开引导接点43′(图5C和5E)。一般地说，阈值位置与所述上游位置之间的距离差最好在0.1mm到0.5mm范围内，或者一般可在整个行程距离的1.1％至8.1％区间选定的任何距离。

在主开关SW3闭合之前，输出选择器VR1实际上不能进入工作。在主开关SW3被闭合的一刻，所述移动接触端41已经与引导接点43′离开，因此而不与上拉电阻R14相连。移动接触端41还已经与下一个接点43接触，因此，迅速引起输出选择器VR1工作。如上所述，输出选择器VR1控制电容器C2的充电和放电，使芯片IC1产生晶体管TR1所用的开关控制信号。晶体管TR1依次传送脉动直流电流(图5B)，以驱动电机10按所需的转速/转矩旋转(图5A)。

与第一实施例相比，机械主开关SW3和固态晶体管TR1保持起一列双开关的作用，为的是安全。相反，随着在晶体管TR1能够工作或者引起处于初始的闭合之后主开关SW3被闭合，主开关SW3执行主要开关的作用。虽然主开关SW3容易受前述接触问题的影响，但它的结构和/或它的接触材料能够使所述问题减轻。

由于在闭合主开关SW3之前晶体管TR1能够工作，得到意想不到的优点。所述优点在于可以使能够控制所述转速/转矩的同步触发器20的行程距离为最大，或者与第一实施例相比是不会减少的，特别是在主开关SW3的阈值位置被选择为不延伸(缩短)的情况下。

在每一种实施例中，都使旁路开关SW2位于触发器管座24上，以致它只能在触发器主体22到达它的整个行程的端部之后才被闭合。一旦移动接触端41与追踪接点43″接触，则下拉电阻R15动作，从而使晶体管TR1保持于完全导通的状态。在这种情况下，当所述主开关SW3保持被闭合时，晶体管TR1传送来自电源50的完全不脉动的直流电流，从而以最大的转速/转矩驱动电机10。

然后，旁路开关SW2被关闭，从而为驱动电流提供一条直接的路径，以致解除晶体管TR1输送全部驱动电流。应该只是为了个别原因才使旁路开关SW2在晶体管TR1连续地被控制单元30导通之后被闭合。晶体管TR1能够保持完全控制驱动电流的大小，这就是晶体管TR1的作用。当最大的驱动电流正被传给旁路开关SW2时，驱动电流的大小将不会改变。另外，在给出晶体管TR1正完全导通而没有制动的转换时刻，正被改变的旁路开关SW2将不会受到任何接触打火或飞弧的问题。

在移动接触端41恰好到达追踪接点43″的位置与触发器主体22最终进到完全停止的位置之间的距离相对较短。旁路开关SW2可在第一个被提到的位置下游的任何位置被闭合。在旁路开关SW2已经闭合之后，主开关SW3可向左地被闭合(如图4E和5E中的虚线所示)，这被确定为使主开关和旁路开关SW3和SW2总是分别移动接触的布置。

所给出的是主开关和旁路开关SW3和SW2被连接在一起(图1和3)，在它们的接点处共有一个公用的移动接点，以致在旁路开关SW2以先接后离的方式被闭合之后，所述主开关SW3被打开。打开主开关SW3的同时，完全截止所述晶体管TR1。

同步触发器20的整个行程距离在从6.2mm到8.5mm，直至9.0mm的范围内。同步触发器20行进到旁路开关SW2被闭合位置的距离被相应地选择在从起始位置起测量的5.5mm到6.5mm，直至7.0mm的范围内。

由所讨论的对象-触发控制器控制的所述电动工具以直流电源或电池工作。应予正视的是，所述触发控制器可被改型为使用交流电源，其中应该通过调节循环/脉冲的导电位相角，而不是荷周比的宽度来控制驱动电机的交流电流大小。

只是通过举例的方式给出本发明，但可由熟悉本领域的人员对所述实施例作出各种其它改型和/或选择，而不致脱离有如所附各权利要求确定的本发明范围。

Claims (17)

1.一种电动工具用的触发控制器，所述电动工具由电源供电并包括电机和能够沿一条路径移动的同步触发器，用以控制所述电机；所述路径具有最初的起始位置，并具有从该起始位置起的预定总行程距离，所述控制器包括：

串联连接在所述电机与电源之间的机械开关装置和固态开关装置，所述机械开关装置包括与所述同步触发器机械相连从而用以移动的第一移动接点；

控制单元，包括与所述固态开关装置连接的集成电路，用以产生可调节的控制信号，以接通和断开所述固态开关装置，使电流从电源经所述机械开关装置传送到电机，所述电流具有可调节的有效值；以及

输出选择器，包括多个串联连接的电阻和第二移动接点，所述第二移动接点与各电阻接点选择地连接，并与所述控制单元连接，以调节操纵固态开关装置的控制信号，所述第二移动接点与所述同步触发器机械地相连，从而用以移动；

所述第一和第二移动接点由所述同步触发器移动，以从所述起始位置在同步触发器不同的第一和第二预定行程位置，分别操纵所述机械开关装置和固态开关装置，从而使两个开关装置造成在不同时间最初被闭合。

2.如权利要求1所述的触发控制器，其特征在于，所述第二预定行程位置在第一预定行程位置下游侧，使固态开关装置最初是在机械开关装置之后被关闭。

3.如权利要求1所述的触发控制器，其特征在于，所述第二预定行程位置在第一预定行程位置上游侧，使得造成固态开关装置最初是在机械开关装置之前被关闭。

4.如权利要求1所述的触发控制器，其特征在于，所述第一和第二预定行程位置彼此差一段距离，这段距离在沿所述路径的整个行程距离的1.1％-8.1％范围内。

5.如权利要求1所述的触发控制器，其特征在于，所述第一和第二预定行程位置彼此相差的距离在沿所述路径整个行程距离中的0.1mm-0.5mm范围。

6.如权利要求1所述的触发控制器，其特征在于，所述第一预定行程位置在沿所述路径从起始位置起的整个行程距离的16.7％-61.3％范围内。

7.如权利要求6所述的触发控制器，其特征在于，所述第一预定行程位置在沿所述路径从起始位置起的1.5mm-3.8mm范围内。

8.如权利要求1所述的触发控制器，其特征在于，将所述第二移动接点设在所述同步触发器上，以便移动。

9.如权利要求1所述的触发控制器，其特征在于，所述触发控制器包括与电机并联的制动开关，用以恢复制动，所述制动开关包括与同步触发器机械式相连的移动接点，用以移动。

10.如权利要求9所述的触发控制器，其特征在于，所述与同步触发器机械式相连的移动接点是由同步触发器移动的，以便在起始位置与第一预定行程位置之间的同步触发器预定位置处打开所述制动开关。

11.如权利要求1所述的触发控制器，其特征在于，所述触发控制器包括与所述机械开关装置和固态开关装置并联的旁路开关，用以提供一条从电源到电机的直接路径，所述旁路开关包括与同步触发器机械式相连的移动接点，用以移动。

12.如权利要求11所述的触发控制器，其特征在于，所述与同步触发器机械式相连的移动接点是由同步触发器移动的，以便在沿所述路径邻近最后端位置的同步触发器预定位置处闭合所述旁路开关。

13.如权利要求12所述的触发控制器，其特征在于，所述预定位置在从起始位置测量的5.5mm-7.0mm范围内。

14.如权利要求11所述的触发控制器，其特征在于，所述与同步触发器机械式相连的移动接点是通过同步触发器移动的，以便在固态开关装置已被控制单元连续接通之后闭合所述旁路开关。

15.如权利要求11所述的触发控制器，其特征在于，使所述旁路开关和所述机械开关装置共有一个公用的移动接点，这个接点是通过同步触发器移动的，以便在固态开关装置已被控制单元连续接通之后闭合所述旁路开关，然后再打开所述机械开关装置。

16.一种电动工具，它包括手电钻，所述手电钻包括电机，还包括能够沿一条路径移动的同步触发器，用以操纵所述电机，所述路径具有起始位置，并具有从所述起始位置起的预定总行程距离；所述电动工具还包括权利要求1所述的触发控制器。

17.一种电动工具，它包括电机，还包括能够沿一条路径移动的同步触发器，用以操纵所述电机，所述路径具有最初的起始位置，并具有从所述起始位置起的预定总行程距离；所述电动工具还包括权利要求7所述的触发控制器，其特征在于，所述同步触发器的总行程距离在6.2mm-9.0mm范围内。

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