CN103133679A

CN103133679A - 变速装置

Info

Publication number: CN103133679A
Application number: CN2012104689828A
Authority: CN
Inventors: 渥美将利; 稻垣贤一郎; 海藏博之; 有村直; 山田穣
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2032-11-19
Also published as: EP2594368B1; US20140045653A1; EP2594368A1; CN103133679B; JP2013107170A; US8672807B2

Abstract

一种变速装置包括电机、根据减速比来减小电机的旋转速度的减速齿轮系和切换减速比的减速比切换单元。减速比切换单元包括切换减速比的致动器、控制致动器的控制器和检测表示施加到电机的负载扭矩的指标值的驱动状态检测器。当指标值超过第一阈值时控制器激活致动器，并且当指标值在第一阈值和不同于第一阈值的第二阈值之间波动由此形成满足预定条件的波状图形时，控制器激活致动器。

Description

变速装置

技术领域

本发明涉及一种切换减速比（speed reduction ratio）的变速装置，并且该变速装置被用于电动工具。

背景技术

日本公开特许公报No.2009-56590描述了一种包括切换减速比的减速齿轮系（reduction gear train）的电动工具。该电动工具根据施加到电机的扭矩自动地切换减速齿轮单元的减速比。

该电动工具根据电机的电流值来检测扭矩。当所检测的电流值大于预定值持续固定的时间时，电动工具切换减速齿轮系的减速比以降低电机的旋转速度。这防止电机的温度突然升高。

当电动工具被持续用于电机的检测电流值稍微低于预定值的状态中时，减速齿轮系的减速比没有被切换。作为结果，这可能突然增大电机温度并且电动工具发热，由此降低可使用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种变速装置，甚至当电机被持续用于电机的检测电流值稍微低于预定值的状态中时，该变速装置也能够切换减速齿轮系的减速比，以防止电机温度突然升高并且确保可使用性。

本发明的一个方面是一种变速装置，该变速装置包括电机、根据减速比来减小电机的旋转速度并且以减小的速度来对旋转进行传输的减速齿轮系和切换该减速比的减速比切换单元。减速比切换单元包括切换减速比的致动器、控制致动器的控制器和检测表示施加到电机的负载扭矩的指标值的驱动状态检测器。当指标值超过第一阈值时控制器激活致动器，并且当指标值在第一阈值和不同于第一阈值的第二阈值之间波动由此形成满足预定条件的波状图形时控制器激活致动器。

本发明的另外的方面是一种变速装置，该变速装置包括电机、根据减速比来减小电机的旋转速度并且以减小的速度来对旋转进行传输的减速齿轮系、切换减速比的减速比切换单元和检测电机的温度的温度传感器。减速比切换单元包括切换减速比的致动器、控制致动器的控制器和检测表示施加到电机的负载扭矩的指标值的驱动状态检测器。当指标值超过第一阈值时控制器激活致动器，并且当指标值在第一阈值和不同于第一阈值的第二阈值之间波动由此形成波状图形，并且同时由温度传感器检测的温度达到预定温度（在该预定温度下，电机将异常发热）的时候，控制器激活致动器。

本发明提供了一种变速装置，甚至当电机被持续用于所检测的负载扭矩稍微小于预定值的状态中时，该变速装置也能够切换减速齿轮系的减速比，以防止电机温度突然升高并且确保可使用性。

根据结合附图做出的通过示例的方式说明本发明的原理的以下描述，本发明的其他方面和优点将变得清楚。

附图说明

通过参考对目前优选的实施例的以下描述以及附图，将最好地理解本发明及其目的和优点，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的变速装置的原理图；

图2是示出了包括第一实施例的变速装置的电动工具的主要部分的横截面图；

图3是示出了包括第一实施例的变速装置的电动工具的主要部分的内侧视图；

图4是示出了第一实施例中的变速装置的高速模式和低速模式期间负载扭矩的变化相对于时间的曲线图；

图5是示出了第一实施例的变速装置中的减速比的切换的曲线图；

图6是示出了根据本发明的第二实施例的变速装置中的减速比的切换的曲线图；

图7是示出了根据本发明的第三实施例的变速装置中的减速比的切换的曲线图；以及

图8是示出了根据本发明的第四实施例的变速装置的图。

具体实施方式

现在将参考附图来描述本发明的实施例。

图2和图3示出了根据本发明的第一实施例的减速装置的电动工具的一个示例。该电动工具包括被设置在外壳100的后部中的电机1。电机1用作驱动源。通过减速齿轮系2和驱动传输单元3将电机1的输出传输到输出轴4。外壳100包括把手，在把手上设置了触发开关103。操作触发开关103来利用电机1进行驱动并产生旋转。

减速齿轮系2包括沿轴向串联设置的三个行星齿轮。第二行星齿轮即齿圈12能够在轴向移动。当齿圈12被向着电动工具的后部（如图2中所看到的左侧）移动时，齿圈12与设置在第一行星齿轮上的载体11的外圆周表面上的齿啮合。当齿圈12被向着电动工具的前部（如图2中所看到的右侧）移动时，齿圈12与齿轮箱9的内圆周表面啮合。以该方式，当齿圈12被向着如图2中看到的左侧移动时，第二行星齿轮并不起到齿轮系的部分的作用，并且第一行星齿轮被直接连接到第三行星齿轮。这将低速高扭矩旋转传输给输出轴4。

旋转型致动器6和变速环8用于切换减速比。通过齿轮47将致动器6的旋转传输给变速环8。这转动了变速环8并且移动了齿圈12。变速环8能够围绕其轴旋转并且能够在轴向移动。此外，变速环8被直接连接到齿圈12，并且变速环8包括凸轮槽41，凸轮槽41与从齿轮箱9突出的销45啮合。当致动器6的旋转转动了变速环8的时候，由销45和凸轮槽41引导变速环8在轴向移动。变速环8的轴向移动将齿圈12在轴向上移动并且改变速度。

图1是电动工具的方框图。该电动工具包括控制器60、供电单元70、第一驱动器64、第二驱动器66、信息检测器67和驱动状态检测器68。控制器60包括电机控制电路61和致动器控制电路62，电机控制电路61利用第一驱动器65驱动电机1，致动器控制电路62利用第二驱动器66控制致动器6的旋转。驱动状态检测器68将电机1的旋转反馈回控制器60，并且信息检测器67将致动器6的旋转反馈回控制器60。致动器6、第二驱动器66、驱动状态检测器68和控制器60形成减速比切换单元20。

驱动状态检测器68检测表示施加给电机1的负载扭矩的指标值。在本实施例中，流过电机1的电流的值被用作指标值。指标值可以是电机1的旋转速度。此外，可以由表示电机1的驱动状态的两个或更多个的变量（例如电机电流值和电机旋转速度）来确定该指标值。驱动状态检测器68可以直接检测施加到电机1的负载扭矩，并且所检测的负载扭矩可以用作指标值。

当触发开关103接通时，控制器60在减速齿轮系2的减速比被设置在小值的状况下将电机1激活。根据由驱动状态检测器68检测的电机1的驱动状态，控制器60通过利用第二驱动器66激活致动器6并且在轴向移动齿圈12以将减速齿轮系2的减速比改变为大值，来执行自动变速控制。在触发开关103被接通的状态下执行该自动变速控制。

当利用电动工具转动钻头的时候，例如当在工件中钻孔的时候，如图4所示，在过去预定时间之后，电机1的电流值在通常为固定的宽度内波动。在图中，高速模式表示当小值被设定为减速齿轮系2的减速比时的电机电流值。此外，低速模式表示当大值被设定为减速齿轮系2的减速比时的电机电流值。

当以高速模式执行打钻并且钻头被陷入工件中的时候，驱动状态检测器68检测的电机1的电流值可能在预定时间段期间持续变得大于第一阈值L1（第一状态）。第一阈值L1是当电机1转变到过载状态时所在的参考值。

在这样的情况下，在本实施例的变速装置中，控制器60执行自动变速控制，该自动变速控制激活致动器6并且将减速齿轮系2的减速比改变为大值。这减小了电机1上的负载并且防止电机1的温度突然升高。

此外，在本实施例中，如图5所示，检测的电机电流值可能在第一阈值L1和第二阈值L2之间波动并且形成波状图形L3。当波状图形L3满足预定条件（第二状态）时，也执行自动变速控制。第一阈值L1和第二阈值L2之间的范围界定了过载范围，在该过载范围中，当电机1被持续使用时电机1的温度可能突然上升。在本实施例中，与负载扭矩成比例的电机1的电流值被用作指标值。因此，第二阈值L2是比第一阈值L1更小的值。当与负载扭矩成比例的电机1的旋转速度被用作指标值时，第二阈值L2是比第一阈值L1更大的值。

在本实施例中，第二状态的预定条件是从在第一阈值L1和第二阈值L2之间形成稳定的波状图形L3时开始过去了固定时间ΔT。在本实施例中，在时间点T1形成稳定的波状图形L3，时间点T1是从电机1的驱动开始时（T=0）过去了T1秒的时候，即为当监测时间段过去的时候，在该监测时间段期间电机电流值的波动宽度是不稳定的。在时间点T1处，波状图形L3形成有在第一阈值L1和第二阈值L2之间通常恒定的宽度。

以该方式，在本实施例中，在从时间点T1开始过去固定时间ΔT之后的时间点T2处执行自动变速控制，时间点T1是当在第一阈值L1和第二阈值L2之间形成稳定的波状图形L3的时候。

如上所述，通过执行自动变速控制，不仅在所检测的电机1的电流值超过第一阈值L的时候，而且在所检测的电流值处于第一阈值L1和第二阈值L2之间的过载范围中的时候，能够减小施加到电机1的负载。这抑制了电动工具的发热并且确保可使用性。此外，在本实施例中，基于所过去的时间来执行自动变速控制。因此，在时间点T1之后不必持续检测电机1的电流值，并且致动器6的自动变速控制不被电机1的电流值的检测误差影响。

现在将描述根据本发明的变速装置的其他实施例。将不详细描述与第一实施例的对应部件相同的部件。将详细描述与第一实施例不同的部件。

在第二实施例中，参考图6，第二状态的预定条件是波状图形L3中振荡的数量达到预定数量n。在第二实施例中，从时间点T1（其是监测时间段过去的时候）开始，对波状图形L3中尖峰（在该尖峰处，正梯度转变为负梯度）的数量进行计数。当计数达到预定数量n的时候，执行自动变速控制。在第二实施例中，所检测的电机1的电流值被反馈回控制器60，并且控制器60对波状图形L3中的振荡的数量进行计数。

通过以该方式执行自动变速控制，不仅当所检测的电机1的电流值超过第一阈值L的时候，而且当所检测的电流值处于第一阈值L1和第二阈值L2之间的过载范围中的时候，能够减小施加到电机1的负载，并且能够确保可使用性。此外，直到自动变速控制被执行为止的任务的数量被计数数量固定。因此，该工具的反作用力稳定地作用在操作者上，并且可使用性良好。此外，在本实施例中，对波状图形L3的振荡数量进行计数。因此，致动器6的自动变速控制不被电机1的电流值的检测误差影响。

在第三实施例中，参考图7，第二状态的预定条件是通过将从时间T1开始形成的波状图形L3对时间求积分所得到的积分值达到预定积分值Q。当该条件被满足的时候，执行自动变速控制。在第三实施例中，接收到反馈回的电机1的检测电流值的控制器60对该积分值进行计数。

通过以该方式执行自动变速控制，不仅当所检测的电机1的电流值超过第一阈值L的时候，而且当所检测的电流值处于第一阈值L1和第二阈值L2之间的过载范围中的时候，能够减小施加到电机1的负载，并且能够确保可使用性。此外，在本实施例中，直到自动变速控制被执行为止的任务的数量被计数数量（积分值）固定。因此，该工具的反作用力稳定地作用在操作者上，并且可使用性良好。此外，在本实施例中，对波状图形L3的积分值进行计数。这允许根据电机电流值的波动对电机1的负载状态的进一步精确检测。因此，例如，当电机电流值保持稍微高于第二阈值L2的时候，比起电机电流值保持稍微低于第一阈值L1时的情况，以高速模式执行的任务能够被持续更长的时间。

第一实施例到第三实施例的预定条件可以被组合并且被用作第二状态的预定条件。

现在将描述第四实施例。在第四实施例中，当由驱动状态检测器68检测的电机1的电流值在第一阈值L1和第二阈值L2之间波动由此形成波状图形L3，并且电机1的温度达到预定温度B（在预定温度B下电机1将异常发热）的时候，执行自动变速控制。图8中所示的温度传感器80被设置在变速装置中以检测电机1的温度。

通过以该方式执行自动变速控制，不仅当所检测的电机1的电流值超过第一阈值L的时候，而且当所检测的电流值处于第一阈值L1和第二阈值L2之间的过载范围中的时候，能够减小施加到电机1的负载，并且能够确保可使用性。此外，在本实施例中，电机1的温度被直接检测以执行自动变速控制。因此，能够直接检测电机1的负载状态，并且能够以进一步的精度执行致动器6的自动变速控制。

在第一实施例到第三实施例中，变速装置包括用作驱动源的电机1、根据特定减速比来减小由电机1产生的旋转速度并且以所减小的速度对旋转进行传输的减速齿轮系2和切换减速比的减速比切换单元20。减速比切换单元20包括切换减速比的致动器6、控制致动器6的控制器60和检测表示施加到电机1的负载扭矩的指标值的驱动状态检测器68。当指标值超过第一阈值L1的时候，控制器60激活致动器6。此外，当指标值在第一阈值L1和不同于第一阈值L1的第二阈值L2之间波动由此形成波状图形L3，并且同时，波状图形L3满足预定条件的时候，控制器60激活致动器6。

作为结果，在第一实施例到第三实施例的变速装置中，不仅当所检测的电机1的指标值超过第一阈值L，而且当所检测的指标值处于第一阈值L1和第二阈值L2之间的时候，削弱电机1的输出。换言之，甚至当电机1被持续用于所检测的指标值稍微低于预定值的状态中的时候，也能够切换减速齿轮系2的减速比。这防止电机1的温度突然升高并且由此确保可使用性。

在第一实施例的变速装置中，预定条件是从形成稳定的波状图形L3时的时间点开始过去了固定的时间ΔT。

因此，在第一实施例的变速装置中，在确定了波状图形L3已经稳定形成之后，无须持续对指标值的检测，并且致动器6的自动变速控制不被指标值中的检测误差影响。

此外，在第二实施例的变速装置中，预定条件是波动图形L3中振荡的数量达到预定数量n。在第三实施例的变速装置中，预定条件是通过将波动图形L3对时间求积分所获得的积分值达到预定积分值Q。

以该方式，直到执行自动变速控制为止的任务的数量被计数数量固定。因此，该工具的反作用力稳定地作用于操作者上，并且可使用性良好。

在第一实施例到第四实施例的变速装置中，电机1的电流值被优选作为指标值。

以该方式，能够精确检测施加到电机1的负载扭矩。此外，能够以不昂贵的电路配置实现该精确检测。

此外，在第一实施例到第四实施例的变速装置中，电机1的旋转速度被优选作为指标值。

以该方式，如当指标值是电机1的电流值的时候，能够在不被由检测电机1的电流值的电流检测器引起的噪声影响的情况下精确检测施加到电机1的负载扭矩。

另外，在第一实施例到第四实施例的变速装置中，优选的是，通过表示电机的驱动状态的两个或更多的变量来确定指标值。

这减小了由部件之间的差异引起的阈值的变化的影响。因此，指标值变得高度精确，并且能够获得进一步稳定的可使用性。

如图8所示，第四实施例的变速装置包括用作驱动源的电机1、根据特定减速比来减小由电机1产生的旋转速度并且以所减小的速度来对旋转进行传输的减速齿轮系2、切换减速比的减速比切换单元20和检测电机1的温度的温度传感器80。减速比切换单元20包括切换减速比的致动器6、控制致动器6的控制器60和检测表示施加到电机1的负载扭矩的指标值的驱动状态检测器68。当指标值超过第一阈值L1的时候，控制器60激活致动器6。此外，当指标值在第一阈值L1和不同于第一阈值L1的第二阈值L2之间波动由此形成波状图形L3，并且同时，由温度检测器80检测的电机1的温度达到预定温度（在该预定温度下电机1将异常发热）时，控制器60激活致动器6。

作为结果，在第四实施例的变速装置中，不仅当所检测的电机1的指标值超过第一阈值L，而且当所检测的指标值处于第一阈值L1和第二阈值L2之间的时候，削弱电机1的输出。在第四实施例的变速装置中，由温度传感器80检测电机1的温度。因此，电机1的温度被直接检测以检查其是否已达到预定温度（在该预定温度下，其将异常发热）。这获得了高检测精度。相应地，在第四实施例的变速装置中，甚至当电机1被持续用于所检测的指标值稍微低于预定值的状态中的时候，也能够切换减速齿轮系2的减速比。这防止电机1的温度突然升高并且由此确保可使用性。

本领域技术人员应当清楚的是，能够以很多其他具体形式实现本发明，而不背离本发明的精神或范围。因此，本示例和实施例应当被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明不限于本文给出的细节，并且可以在所附权利要求的范围和等同范围内修改本发明。此外，根据本发明的变速装置的应用不限于电动工具。

Claims

1.一种变速装置，包括：

电机；

减速齿轮系，其根据减速比来减小所述电机的旋转速度，并且以所减小的速度来对旋转进行传输；以及

减速比切换单元，其切换减速比，其中，所述减速比切换单元包括：

切换所述减速比的致动器，

控制所述致动器的控制器，以及

检测用于表示施加到所述电机的负载扭矩的指标值的驱动状态检测器，

其中，当所述指标值超过第一阈值时，所述控制器激活所述致动器，并且

当所述指标值在所述第一阈值和不同于所述第一阈值的第二阈值之间波动由此形成满足预定条件的波状图形时，所述控制器激活所述致动器。

2.根据权利要求1所述的变速装置，其中，所述预定条件包括从稳定地形成所述波状图形时的时间点开始过去了预定时间。

3.根据权利要求1所述的变速装置，其中，所述预定条件包括所述波动图形中振荡的数量达到了预定数量。

4.根据权利要求1所述的变速装置，其中，所述预定条件包括通过将所述波动图形对时间求积分所获得的积分值达到了预定积分值。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的变速装置，其中，所述指标值是所述电机的电流值。

6.根据权利要求1-4中的任一项所述的变速装置，其中，所述指标值是所述电机的旋转速度。

7.根据权利要求1-4中的任一项所述的变速装置，其中，通过表示所述电机的驱动状态的两个或更多个变量来确定所述指标值。

8.一种变速装置，包括：

电机；

减速齿轮系，其根据减速比来减小所述电机的旋转速度，并且以所减小的速度来对旋转进行传输；

减速比切换单元，其切换所述减速比；以及

温度传感器，其检测所述电机的温度，

其中，所述减速比切换单元包括：

切换所述减速比的致动器，

控制所述致动器的控制器，以及

当所述指标值在所述第一阈值和不同于所述第一阈值的第二阈值之间波动由此形成波状图形，并且同时，由所述温度传感器检测的所述温度达到预定温度时，所述控制器激活所述致动器，在所述预定温度下所述电机将异常地发热。