CN102126201A - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动工具，包括机壳；设于机壳内提供旋转动力的马达；接收马达输出的输入扭矩的第一传动部，其包括第一内齿圈；与第一传动部相连的第二传动部，其包括第二内齿圈；环形连接器，连接到第二内齿圈并可在产生第一传动输出的第一位置和产生第二传动输出的第二位置之间轴向运动；与第二传动部相连的输出轴；所述电动工具还包括控制电路和驱动件，输入扭矩大于预设值时，控制电路控制驱动件带动环形连接器从第一位置移动到第二位置，从而输出轴输出不同的旋转速度。与现有技术相比，本发明无需在开机前额外的释放复位弹簧，操作者操作舒适，手感佳。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种具有自动变速传动装置的电动工具。

背景技术

直流电钻通常被用于钻孔和拧螺钉。在执行任务的过程中，电钻所承受的扭矩会发生变化，为了在不同的扭矩状态下保护电机不会过载和烧毁，电钻上设置了控制机构控制电钻的传动装置在扭矩小于一定预设值和超过一定预设值的情况下产生不同的输出。如中国发明专利公开CN101117999A中揭示了一种电动工具的变速传动装置，能够根据扭矩增大而改变电动工具的输出速度。通过设置环形连接器在两个预定的位置间移动，电动工具传动装置可以实现自动变速。但是，此系统在开机时需要操作者用手按压开关弹簧才能够使传动装置在开机时处于高速低扭矩的输出状态，操作者按压开关所需的力比按压普通开关所需的力大，操作舒适性不足。

发明内容

本发明提供一种具有方便操作的传动装置的电动工具。

为实现上述目的，本发明的技术方案是一种电动工具，包括：机壳；设于机壳内提供旋转动力的马达；接收马达输出的输入扭矩的第一传动部，其包括第一内齿圈；与第一传动部相连的第二传动部，其包括第二内齿圈；环形连接器，连接到第二内齿圈并可在产生第一传动输出的第一位置和产生第二传动输出的第二位置之间轴向运动；与第二传动部相连的输出轴；所述电动工具还包括控制电路和驱动件，输入扭矩大于预设值时，控制电路控制驱动件带动环形连接器从第一位置移动到第二位置，从而输出轴输出不同的旋转速度。

优选的，所述电动工具包括控制马达的转动方向的正反转切换钮，所述离合器与正反转切换钮之间设有离合器切换板使离合器单向作用。

优选的，所述离合器包括与机壳相连的外圈，与第二内齿圈相连的内圈以及设于外圈和内圈之间的滚动体。

所述驱动件包括电磁铁装置和与环形连接器相连的推动件。优选的，所述驱动件包括电磁铁装置和与环形连接器相连的推动件。进一步的，所述电磁铁装置包括纵长设置的金属壳体、设置在金属壳体内沿纵长方向分布的线圈、设置在线圈之间的永磁铁、设置在被线圈围绕的区域内并可沿纵长方向线性移动的铁芯。

优选的，所述驱动件包括伺服马达和推动块，控制电路输出信号改变伺服马达的转动方向控制推动块轴向移动，从而使环形连接器在第一位置和第二位置之间移动。进一步的，所述伺服马达与推动块之间设有螺杆，推动块上设有螺纹，伺服马达带动螺杆转动从而使推动块线性移动。

优选的，所述控制电路包括检测单元，用于检测输出轴的参数的变化；比较单元，将检测单元输出的参数的变化值与预定的数值进行比较；信号发生单元，接收比较单元输出的比较结果并根据比较结果发出控制信号。进一步的，所述控制电路还包括运算单元对参数的变化进行数学换算，并将换算结果输出至比较单元，比较单元将换算结果与另一个预定的数值进行比较。所述输出轴的参数是马达的电流。

与现有技术相比，本发明通过设置控制电路和驱动件带动环形连接器在不同位置移动实现输出速度切换，无需在开机前额外的释放复位弹簧，操作者操作舒适，手感佳。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

图1是具有传动装置的电动工具的第一实施例的示意图，其中，传动装置处于低速档位置。

图2是图1所示电动工具的示意图，其中，传动装置处于高速档位置。

图3是离合器与切换钮作用的示意图，其中，切换钮处于正转档位。

图4是离合器与切换钮作用的示意图，其中，切换钮处于反转档位。

图5是具有传动装置的电动工具的第二实施例的示意图，其中，传动装置处于高速档位置。

图6是具有传动装置的电动工具的第二实施例，其中，传动装置处于低速档位置。

图7是控制机构中的控制电路的原理图。

其中，

40  电钻    46  传动装置  52  手柄

41  机壳    47  输出轴    54  第一传动部

42  马达    48  工具夹头  56  第一中心轮

43  电枢轴  49  工具      58  第一行星轮

44  电源    50  开关      60  第一行星架

62  第一内齿圈    84   离合器       105  拨块

63  环形连接器    86   离合器外圈   106  离合器切换板

64  第二传动部    88   滚动体       108  切换钮

66  第二中心轮    89   离合器内圈   109  开关拨块

68  第二行星轮    90   推动件       110  电磁铁装置

70  第二行星架    92   换档钢丝     112  铁芯

72  第二内齿圈    94   伺服马达     114  永磁铁

73  换档机构      96   螺杆         116  线圈

74  第三传动部    97   电机开关     118  推动件

76  第三中心轮    98   开关扳机     120  换档块

78  第三行星轮    100  控制电路     122  钢丝套

80  第三行星架    101  马达收容腔   124  检测单元

82  第三内齿圈    102  减速箱壳体   126  比较单元

83  驱动件        104  离合器拨叉   128  信号发生单元

具体实施方式

参见附图1-4，本发明的第一实施例。一种电钻40，包括机壳41，收容于机壳41中的马达42，为马达42提供电能的电源44，与电源44相连用于启动/停止马达42的开关50，由马达42驱动的传动装置46、与传动装置46相连的输出轴47以及与输出轴47相连的工具夹头48和收容于工具夹头48中的工具49。电钻40还包括手柄52，位于机壳41和电源44之间。本实施例中，电源采用的是电池包，比如说，可以采用锂电池包。当然，也可以是镍镉、镍氢电池包等。

机壳41包括马达收容腔101和减速箱壳体102。马达42收容于马达收容腔101中。马达42具有电枢轴43，输出旋转运动。减速箱壳体102与马达收容腔101相连，收容传动装置46。

传动装置46包括与马达42相连的电枢轴43，马达42在开关50启动时驱动电枢轴43转动，其旋转能量经过传动装置46，从电枢轴43传递到输出轴47。传动装置46能够响应于预定的输入扭矩，改变自电枢轴43到输出轴47的旋转速度。本实施例中，传动装置46包括第一传动部54、第二传动部64和第三传动部74。第一传动部54具有第一中心轮56，第一行星轮58，第一行星架60和第一内齿圈62。第二传动部64具有第二中心轮66，第二行星轮68，第二行星架70和第二内齿圈72。第三传动部74具有第三中心轮76，第三行星轮78，第三行星架80和第三内齿圈82。第一中心轮56固接于电枢轴43上，输出与马达转速相同的旋转速度。第二中心轮66与第一行星架60固定连接，两者输出相同的旋转速度。第三中心轮76与第二行星架70固定连接，两者输出相同的旋转速度。

第一内齿圈62是环形件，其内圆周表面具有与第一行星轮58啮合的齿。其相对于减速箱壳体102固定设置。

第一行星架60包括圆盘状主体以及自主体的一侧伸出的保持件，第二中心轮66自主体的相对另一侧伸出，可以与第二行星轮68啮合。第一行星架60的外圆周表面上设有若干个间隔设置的径向突起，可与环形连接器63结合或脱开，从而当环形连接器63处于第一位置时，与第一行星架60锁合，此时，第一行星架60与环形连接器63以及第二中心轮66的转速相同，输出轴47的转速为高速。而当环形连接器63处于第二位置时，与第一行星架60相对独立运动，输出轴47的转速为低速。

第一行星轮58套设于保持件上，同时与第一内齿圈62和第一中心轮56啮合。保持件是平行于电枢轴43轴线设置的圆柱销。第一行星轮58通过保持件将电枢轴43的转动传递给第一行星架60，此时，第一传动部54输出第一传动输出。

第二内齿圈72是环形件，在其内圆周表面具有与第二行星轮68啮合的内齿。第二内齿圈72相对于减速箱壳体102轴向固定设置。

第二行星架70包括圆盘状主体以及自主体的一侧伸出的若干保持件，第三中心轮76自主体的相对另一侧伸出，可以与第三行星轮78啮合。第二行星架70与第一行星架60同轴设置。

第三内齿圈82是环形件，其内圆周表面具有与第三行星轮78啮合的内齿。其外圆周表面支撑于减速箱壳体102中。

第三行星架80包括圆盘状主体以及自主体的一侧伸出的若干保持件，第三中心轮76与第三行星轮78啮合。第三行星架80与输出轴47啮合，将第三传动部分74的旋转输出传递到输出轴47。

环形连接器63具有圆形外表面，以使其在减速箱壳体102内可自由转动。其端面设有一个或者多个交替间隔的凸起与凹槽。第二内齿圈72的端面上同样设有一个或者多个交替间隔的凸起与凹槽。环形连接器63上的凸起与凹槽可以与第二内齿圈72上的凸起与凹槽相配。同时环形连接器63可在减速箱壳体102内轴向运动。环形连接器63可在第一位置和第二位置之间运动。在第一位置，环形连接器63与第一行星架60锁合。在第二位置，环形连接器63与第一行星架60脱开啮合。

换档机构73用于自动的对负载的变化做出反应对输出轴的输出速度进行切换。换档机构包括切换单元和控制单元。其中切换单元包括设于减速箱壳体102外的推动件90，连接推动件90和环形连接器63的换档钢丝92。在控制单元的作用下，切换单元将环形连接器63移动，使其处于的第一位置或者第二位置，从而传动装置46输出不同的旋转速度。

推动件90设于减速箱壳体102的外表面上。推动件90的外圆周面设有收容槽，用于部分的收容换档钢丝92。

换档钢丝92是半环形，环形主体部分收容于推动件90上的收容槽内，两端部径向向内弯折，与环形连接器63外圆周表面设置的卡槽卡接，带动环形连接器63轴向移动。

开关50设于减速箱壳体102和手柄52之间，包括电机开关97和操作者按压触发电机开关97的开关扳机98。

下面结合附图1-2，对第一实施例中的电钻40的换档机构73处于不同位置的状态进行叙述和说明。本实施例中，控制单元中的驱动件采用伺服马达94。同时用一个螺杆96、带内螺纹的推动件90及钢丝套92来作为传动件。通过伺服马达94的正反转来驱动推动件90在螺杆96上的移动，从而带动环形连接器63一起移动，实现高低速档位的切换。控制电路100与伺服马达94电连接，控制电路100发出控制信号控制伺服马达94正转或者反转，从而驱动推动件90和钢丝套92，带动环形连接器63移动，使传动装置46在高速档档位和低速档档位之间切换。图1中所示传动装置46处于高速档档位。

离合器84包括离合器外圈86和滚动体88以及由第二内齿圈72的外圆周表面充当的离合器内圈89。离合器84还包括设于离合器外圈86与离合器内圈89之间的离合器拨叉104。离合器外圈86包括径向外伸的离合器拨叉104以及径向内伸的拨块105。拨块105位于两个滚动体88之间。滚动体88位于离合器外圈86内表面上设置的斜坡面两侧。参见附图3-4，在电机正反转切换钮108和离合器切换板106的作用下，离合器84中的不同的滚动体在不同的电机转向中限制离合器内圈90的转动。其中附图3中所示切换钮108处于正转位置，离合器切换板106被拨动围绕枢轴逆时针转动，进而带动设有离合器拨叉104的离合器外圈86顺时针转动。离合器外圈86的内圆周面上伸出的拨块105拨动其中的一个滚动体88移动，离开离合器外圈86上的斜坡面，而仅由另一个位置上的滚动体88与斜坡面抵靠或者脱开实现第二内齿圈72的固定和转动。附图4中所示切换钮108处于反转位置，离合器切换板106被拨动围绕枢轴顺时针转动，进而带动设有离合器拨叉104的离合器外圈86逆时针转动。离合器外圈86的内圆周面上伸出的拨块105拨动另一个位置上的滚动体，离开离合器外圈86上的斜坡面，由相对的滚动体与斜坡面抵靠或者脱开实现第二内齿圈72的固定和转动。

当电机正转时，在传动装置46处于高速档档位时，在第二内齿圈72与第一行星架60的带动下离合器内圈89一起顺时针转动，由于拨块105将顺时针方向靠近斜坡面的滚子相对隔挡远离斜坡面，起作用的滚子会在离合器内圈89的带动下远离斜坡面，离合器内圈89可在第二内齿圈72的带动下相对离合器外圈86转动。此时输出轴47处于高速状态。

当工具负载发生变化，需要传动装置46提供低速大扭矩输出时，第二内齿圈72与第一行星架60分离，第二内齿圈72有逆时针转动的趋势，离合器内圈89在第二内齿圈72的带动下也有逆时针转动的趋势，从而使起作用的滚子与斜坡面抵靠，离合器内圈89和离合器外圈86在滚子的作用下结合为一体，相对机壳41固定。由于第二内齿圈72与环形连接器63啮合，第二内齿圈72和环形连接器63一起被相对锁定。此时输出轴47处于低速状态。

同样的，当电机反转时，离合器内圈89也会在离合器切换板106的作用下实现对环形连接器在不同工作位置上的锁定和驱动。

参照附图5和6所示，电钻应用另一种切换机构的控制单元的实施例。电钻，包括马达42、启动/停止马达的开关50、输出轴47以及传动装置46。传动装置的结构与第一实施例中的传动装置结构基本相同，控制单元设于机壳41内，包括控制电路100和由控制电路100发出的信号控制的驱动件。本实施例的驱动件是采用电磁铁装置110，电磁铁装置110包括纵长设置的金属壳体、设置在金属壳体内沿纵长方向分布的两个线圈116、设置在两个线圈116之间的永磁铁114、设置在被线圈116围绕的区域内并可沿纵长方向线性移动的铁芯112，以及相对于铁芯112固定设置并纵长延伸出金属壳体外的推动件118。其中，推动件118凸伸出金属壳体的前端部分与换档块120相连。对于本领域普通技术人员可轻易想到的是，推动件118和铁芯112也可一体设置。换档块120与推动件118相连，环形连接器63与换档块120以及套设于换档块120上的钢丝套122相连，其上设置容纳钢丝套122的收容槽。

参照附图7，控制电路100与电源44和马达42相连，包括检测单元124，用于检测马达42的参数，比如电压、电流或者功率等的变化。控制电路100包括比较单元126，用于接收检测单元124检测到的参数变化，并将参数的变化与一个预定的数值比较，当相应的变化值超过预定的数值时，输出比较结果。控制电路100还包括信号发生单元128，用于接收比较单元126发出的比较结果，并根据比较结果发出控制信号。电磁铁装置110接收到控制信号后，根据控制信号改变电磁铁的极性，使推动件118轴向移动，从而带动换档块120和钢丝套122移动，进而移动环形连接器63，改变传动装置46输出的转速和扭矩。本领域技术人员应该知道，控制电路的具体设置可以有不同的变化情况，根据使用的需要，可以增加其他的控制单元或者替换其中的某个单元，比如，检测单元与比较单元之间增设一个运算单元，对参数的变化进行进一步的数学换算，并将换算结果输出。

当电动工具处于速度自动切换模式时，控制系统的处理器检测电动工具的物理参数的变化，与预设值进行比较，判断是否需要开始执行自动换档。本领域技术人员也可用处理器外接运放电路来代替处理器进行比较运算。这里所述的物理参数，可以是电气参数，比如马达电流、电压，也可以是其他参数，比如马达或输出轴转速、机械零件的应力、扭矩等。

在自动换档过程中，控制单元发出控制信号给驱动件，驱动件带动传动件移动，进而将传动装置46中的第二内齿圈72从高速档位移动至低速档位。此过程中，由于第二内齿圈72与机壳41之间设置了离合器84，第二内齿圈72在第一位置和第二位置之间移动的过程中，不会产生打齿问题。

图6中所示的电磁铁装置110中的推动件118处于前进位置，即推动件118延伸出金属壳体外较长距离，并由于永磁铁114的吸引而保持在该位置。此时，传动装置46的减速比较低，马达42通过减速箱后传递给输出轴47的转速较高，也就是说，环形连接器63与第一行星架60的啮合而确保相对固定，并可随第一行星架60和第二内齿圈72一起旋转。配合参照图5，当电磁铁装置110的线圈116内通正向电流后，线圈116产生的磁场在金属壳体的纵长两端产生不同的磁极，从而驱动铁芯112和推动件118移动到后退位置。推动件118带动换档块120、钢丝套122和环形连接器63一起移动一定距离。在此过程中，环形连接器63沿轴向移动而与第一行星架60脱离啮合，但与第二内齿圈72仍保持啮合。当推动件118移动到后退位置时，传动装置46的减速比增加了一级，从而马达42通过减速箱后传递给输出轴的转速较低。

Claims (10)

1.一种电动工具，包括：

机壳；

设于机壳内提供旋转动力的马达；

接收马达输出的输入扭矩的第一传动部，其包括第一内齿圈；

与第一传动部相连的第二传动部，其包括第二内齿圈；

环形连接器，连接到第二内齿圈并可在产生第一传动输出的第一位置和产生第二传动输出的第二位置之间轴向运动；

与第二传动部相连的输出轴；

其特征在于，

所述电动工具还包括控制电路和驱动件，输入扭矩大于预设值时，控制电路控制驱动件带动环形连接器从第一位置移动到第二位置，从而输出轴输出不同的旋转速度。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：所述电动工具包括控制马达的转动方向的正反转切换钮，所述离合器与正反转切换钮之间设有离合器切换板使离合器单向作用。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：所述离合器包括与机壳相连的外圈，与第二内齿圈相连的内圈以及设于外圈和内圈之间的滚动体。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：所述驱动件包括电磁铁装置。

5.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于：所述电磁铁装置包括纵长设置的金属壳体、设置在金属壳体内沿纵长方向分布的线圈、设置在线圈之间的永磁铁、设置在被线圈围绕的区域内并可沿纵长方向线性移动的铁芯以及与环形连接器相连的推动件。

6.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：所述驱动件包括伺服马达和推动块，控制电路输出信号改变伺服马达的转动方向控制推动块轴向移动，从而使环形连接器在第一位置和第二位置之间移动。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于：所述伺服马达与推动块之间设有螺杆，推动块上设有螺纹，伺服马达带动螺杆转动从而使推动块线性移动。

8.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：所述控制电路包括检测单元，用于检测输出轴的负载参数的变化；比较单元，将检测单元输出的负载参数的变化值与预定的数值进行比较；信号发生单元，接收比较单元输出的比较结果并根据比较结果发出控制信号。

9.根据权利要求8所述的电动工具，其特征在于：所述控制电路还包括运算单元对负载参数的变化进行数学换算，并将换算结果输出至比较单元，比较单元将换算结果与另一个预定的数值进行比较。

10.根据权利要求8所述的电动工具，其特征在于：所述输出轴的负载参数是马达的电流或者电压或者功率。

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